(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジン制御装置、方法及びプログラムにおいて、オフライン設計で排気循環器（ＥＧＲ）または可変ノズルターボ（ＶＮＴ）の全閉及び全開の制約条件を考慮した制御器を形成して、ＭＡＦの応答及びＭＡＰの応答を改善する。【解決手段】ＥＧＲまたはＶＮＴが全閉または全開である制約条件にかかわらずＬＱ制御などを用いてオフライン設計で構築した２入力２出力系の第１の制御器と、制約条件の下でＬＱ制御などを用いてオフライン設計で構築した１入力２出力系の第２の制御器とを用いる。第１の制御器を使用し、第１の制御器がＥＧＲまたはＶＮＴを全閉または全開に制御する指令を出力すると、その後のある期間はＥＧＲまたはＶＮＴが全閉または全開であるという仮定の下で第２の制御器に切り替えることで、ＥＧＲまたはＶＮＴが全閉または全開である制約条件を考慮した制御器をオフライン設計で構築する。【選択図】図１
2015094258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、
前記エンジンに再循環させる排気の量を調整する前記排気循環器または前記エンジンの外部へ出力する排ガスの量を調整する前記可変ノズルターボが全閉状態または全開状態である制約条件にかかわらず、前記エンジンに供給する新気の流量及び前記エンジンに供給する空気の圧力を示す吸気圧力を、前記新気の流量を検知する第１のセンサと前記吸気圧力を検知する第２のセンサの測定値に基づき夫々の目標値に調整する第１及び第２の指令値を生成する第１の制御器と、
前記制約条件の下で前記新気の流量及び前記吸気圧力を、前記第１及び第２のセンサの測定値に基づき夫々の前記目標値に調整する前記第１及び第２の指令値を生成する第２の制御器と、
前記第１の制御器が生成した前記排気循環器を制御する前記第１の指令値または前記可変ノズルターボを制御する前記第２の指令値が飽和していると、前記第２の制御器への切り替えを指示する切替指令を発行する飽和検出器と、
前記切替指令を受信しないと前記第１及び第２のセンサの測定値を前記第１の制御器に供給し、前記切替指令を受信すると前記第１及び第２のセンサの測定値の供給先を切り替えて前記第２の制御器に供給する切替部
を備えたことを特徴とする、エンジン制御装置。
【請求項２】
前記排気循環器はバルブを有し、
前記可変ノズルターボはノズルを有し、
前記第１の制御器は、前記バルブまたは前記ノズルが全閉または全開である制約条件を考慮せずにオフライン設計で構築された２入力２出力系であり、
前記第２の制御器は、前記バルブまたは前記ノズルが全閉または全開であるという仮定の下でオフライン設計で構築された１入力２出力系であることを特徴とする、請求項１記載のエンジン制御装置。
【請求項３】
燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に基づいて、前記新気の流量の目標値及び前記吸気圧力の目標値を生成して前記第１及び第２の制御器に出力する計画器
をさらに備えたことを特徴とする、請求項１または２記載のエンジン制御装置。
【請求項４】
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンを制御するエンジン制御方法であって、
第１の制御器が、前記エンジンに再循環させる排気の量を調整する前記排気循環器または前記エンジンの外部へ出力する排ガスの量を調整する前記可変ノズルターボが全閉状態または全開状態である制約条件にかかわらず、前記エンジンに供給する新気の流量及び前記エンジンに供給する空気の圧力を示す吸気圧力を、前記新気の流量を検知する第１のセンサと前記吸気圧力を検知する第２のセンサの測定値に基づき夫々の目標値に調整する第１及び第２の指令値を生成し、
第２の制御器が、前記制約条件の下で前記新気の流量及び前記吸気圧力を、前記第１及び第２のセンサの測定値に基づき夫々の前記目標値に調整する前記第１及び第２の指令値を生成し、
飽和検出器が、前記第１の制御器が生成した前記排気循環器を制御する前記第１の指令値または前記可変ノズルターボを制御する前記第２の指令値が飽和していると、前記第２の制御器への切り替えを指示する切替指令を発行し、
切替部が、前記切替指令を受信しないと前記第１及び第２のセンサの測定値を前記第１の制御器に供給し、前記切替指令を受信すると前記第１及び第２のセンサの測定値の供給先を切り替えて前記第２の制御器に供給する
ことを特徴とする、エンジン制御方法。
【請求項５】
コンピュータに、エンジンに再循環させる排気の量を調整する排気循環器及び前記エンジンの外部へ出力する排ガスの量を調整する可変ノズルターボを制御するエンジン制御処理を実行させるプログラムであって、
前記排気循環器または前記可変ノズルターボが全閉状態または全開状態である制約条件にかかわらず、前記エンジンに供給する新気の流量及び前記エンジンに供給する空気の圧力を示す吸気圧力を、前記新気の流量を検知する第１のセンサと前記吸気圧力を検知する第２のセンサの測定値に基づき夫々の目標値に調整する第１及び第２の指令値を生成する第１の手順と、
前記第１の手順が生成した前記排気循環器を制御する前記第１の指令値または前記可変ノズルターボを制御する前記第２の指令値が飽和していると、当該飽和からある期間前記第１及び第２のセンサの測定値の供給先を切り替える第２の手順と、
前記切り替えが発生すると、前記制約条件の下で前記新気の流量及び前記吸気圧力を、前記第１及び第２のセンサの測定値に基づき夫々の前記目標値に調整する前記第１及び第２の指令値を生成する第３の手順と、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン制御装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガス規制の強化に伴い、ディーゼルエンジンの窒素酸化物（ＮＯｘ）排出量及び粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）排出量を削減することが求められている。ＮＯｘ，ＰＭ排出量を削減する方法の１つとして、エンジンに供給する新しい空気（以下、「新気」とも言う）の流量（ＭＡＦ：Mass Air Flow）及びエンジンに供給する空気の圧力を示す吸気圧力（ＭＡＰ：Manifold Absolute Pressure）を目標値に調整する方法がある。ＭＡＦ及びＭＡＰは、ディーゼルエンジンに設けられたＭＡＦセンサ及びＭＡＰセンサにより検知できる。ＭＡＦ及びＭＡＰは、エンジンに再循環させる排気の量を調整する排気循環器（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculator）及びエンジンから外部へ出力する排ガスの量を調整する可変ノズルターボ（ＶＮＴ：Variable Nozzle Turbo）を制御することで夫々の目標値に調整することができる。従って、ＥＧＲ及びＶＮＴを制御することで、エンジンに供給する空気の酸素濃度、温度及び圧力を調整して、Ｎｏｘ，ＰＭ排出量を調整することができる。
【０００３】
しかし、一般的に、ディーゼルエンジンの制御を司るエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）の計算能力は、コスト上の制約などに起因して比較的低いため、ＥＣＵの計算時間が長くなる制御には不向きである。
【０００４】
従来のエンジン制御方法の一例では、ＭＡＦはＥＧＲの影響が支配的であり、ＭＡＰはＶＮＴの影響が支配的であると考えられていたため、ＥＧＲでＭＡＦを、ＶＮＴでＭＡＰを、夫々独立して制御する１入力１出力系のＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御を行う。この従来例では、ＭＡＦとＭＡＰの干渉による応答劣化が発生するが、オフライン設計であるためＥＣＵを用いた制御が可能となる。
【０００５】
しかし、実際には、ＭＡＦはＥＧＴの影響が支配的ではなく、また、ＭＡＰはＶＮＴの影響が支配的ではない。つまり、ＭＡＦはＥＧＴとＶＮＴの夫々に影響され、ＭＡＰはＶＮＴとＥＧＴの夫々に影響される。そこで、２入力２出力系のＩＬＱ（Inverse Linear Quadratic）制御器を形成してＭＡＦとＭＡＰの干渉を抑制する第１の方法が提案されている（例えば、特許文献１）。しかし、ＶＮＴのノズルが全閉または全開の時に応答劣化が発生するため、ＶＮＴのノズルが全閉及び全開の時にはＥＧＲ−ＭＡＦの１入力１出力系の制御に切り替える。第１の方法によれば、ＭＡＦの応答は上記従来例より改善され、ＭＡＰは上記従来例と同等のレベルとなる。また、オフライン設計であるため、ＥＣＵを用いた制御が可能となる。
【０００６】
また、ＥＧＲのバルブまたはＶＮＴのノズルの全閉及び全開の時を考慮した２入力２出力系のモデル予測制御器を形成してＭＡＦとＭＡＰの干渉を抑制する第２の方法が提案されている（例えば、特許文献２）。第２の方法によれば、ＭＡＦの応答及びＭＡＰの応答が上記従来例より改善される。しかし、オンライン設計であるため、計算時間が膨大となり、ＥＣＵを用いた制御には適さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１２９６８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６７５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のエンジン制御方法では、オフライン設計でＥＧＲまたはＶＮＴの全閉状態及び全開状態の制約条件を考慮した制御器を形成して、ＭＡＦの応答及びＭＡＰの応答を改善することは難しい。
【０００９】
そこで、本発明は、オフライン設計でＥＧＲまたはＶＮＴの全閉状態及び全開状態の制約条件を考慮した制御器を形成して、ＭＡＦの応答及びＭＡＰの応答を改善することのできるエンジン制御装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によれば、排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、前記エンジンに再循環させる排気の量を調整する前記排気循環器または前記エンジンの外部へ出力する排ガスの量を調整する前記可変ノズルターボが全閉状態または全開状態である制約条件にかかわらず、前記エンジンに供給する新気の流量及び前記エンジンに供給する空気の圧力を示す吸気圧力を、前記新気の流量を検知する第１のセンサと前記吸気圧力を検知する第２のセンサの測定値に基づき夫々の目標値に調整する第１及び第２の指令値を生成する第１の制御器と、前記制約条件の下で前記新気の流量及び前記吸気圧力を、前記第１及び第２のセンサの測定値に基づき夫々の前記目標値に調整する前記第１及び第２の指令値を生成する第２の制御器と、前記第１の制御器が生成した前記排気循環器を制御する前記第１の指令値または前記可変ノズルターボを制御する前記第２の指令値が飽和していると、前記第２の制御器への切り替えを指示する切替指令を発行する飽和検出器と、前記切替指令を受信しないと前記第１及び第２のセンサの測定値を前記第１の制御器に供給し、前記切替指令を受信すると前記第１及び第２のセンサの測定値の供給先を切り替えて前記第２の制御器に供給する切替部を備えたエンジン制御装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
開示のエンジン制御装置、方法及びプログラムによれば、オフライン設計でＥＧＲまたはＶＮＴの全閉状態及び全開状態の制約条件を考慮した制御器を形成して、ＭＡＦの応答及びＭＡＰの応答を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施例におけるディーゼルエンジンの一部を模式的に示す図である。
【図２】吸気制御系の一部の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジン制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】エンジン制御装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図５】吸気圧制御系の応答性能の一例を説明する図である。
【図６】新気量制御系の応答性能の一例を説明する図である。
【図７】ＥＣＵの計算時間の評価結果の一例を説明する図である。
【図８】エンジン制御方法の評価結果の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
開示のエンジン制御装置、方法及びプログラムでは、エンジンにおいてＥＧＲまたはＶＮＴが全閉状態または全開状態の時は、その全閉状態または全開状態を続けた方がエンジンの性能を引き出せることが多いことを利用する。具体的には、ＥＧＲまたはＶＮＴが全閉または全開である制約条件にかかわらず例えばＬＱ（Linear Quadratic）制御などを用いてオフライン設計で構築した２入力２出力系の第１の制御器と、制約条件の下で例えばＬＱ制御などを用いてオフライン設計で構築した１入力２出力系の第２の制御器とを用いる。第１の制御器を使用し、第１の制御器がＥＧＲまたはＶＮＴを全閉または全開に制御する指令を出力すると、その後のある期間はＥＧＲまたはＶＮＴが全閉または全開であるという仮定の下で第２の制御器に切り替えることで、ＥＧＲまたはＶＮＴが全閉または全開である制約条件を考慮した制御器をオフライン設計で構築する。つまり、第２の制御器に切り替えた後のある期間は、第２の制御器はＥＧＲまたはＶＮＴの操作量を示す指令値が一定であると仮定する。
【００１４】
以下に、開示のエンジン制御装置、方法及びプログラムの各実施例を図面と共に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、一実施例におけるディーゼルエンジンの一部を模式的に示す図である。図１中、白抜きの矢印は、空気及び排気の流れる方向を示す。
【００１６】
図１において、ディーゼルエンジン１の吸気制御系は、ディーゼルエンジン１に供給する空気の圧力を示す吸気圧力（ＭＡＰ）を制御する吸気圧制御系と、ディーゼルエンジン１に供給する新気（Fresh Air）の流量（ＭＡＦ）を制御する新気量制御系とを含む。吸気圧制御系は、排気中のＰＭを低減するために、ＶＮＴ１１のＶＮＴノズル１１１のノズル径を制御して吸気圧を吸気圧目標値に追従するように制御する。一方、新気量制御系は、排気中のＮＯｘを低減するために、排気をエンジン本体１３のシリンダ内に再循環させるＥＧＲ１２のＥＧＲバルブ１２１のバルブ開度を制御して新気量を新気量目標値に追従するように制御する。
【００１７】
即ち、エンジン本体１３には、エンジン本体１３からの排ガスを供給するＥＧＲ１２と、排ガスの圧力にてタービンを回して新気を圧縮してエンジン本体１３に供給するＶＮＴ１１とが接続されている。ＥＧＲ１２に設けられているＥＧＲバルブ１２１のバルブ開度を調整することにより、ＭＡＦセンサ１４で検知されるＭＡＦが調整される。一方、ＶＮＴ１１のＶＮＴノズル１１１のノズル開度を調整することにより、ＶＮＴ１１のタービンの回転が調整され、ＭＡＰセンサ１６で検知されるＭＡＰが調整される。
【００１８】
ＥＣＵ３０には、ＭＡＦセンサ１４からの新気量測定値（以下、「ＭＡＦセンサ値」とも言う）と、ＭＡＰセンサ１６からの吸気圧測定値（以下、「ＭＡＰセンサ値」とも言う）と、外部から与えられる燃料噴射量σの設定値と、外部から与えられるエンジン回転数ωの設定値が入力される。燃料噴射量σ及びエンジン回転数ωは、ディーゼルエンジン１の運転条件の一例である。ＥＣＵ３０は、外部から与えられる燃料噴射量σの設定値と、外部から与えられるエンジン回転数ωの設定値に基づいて、上記の吸気圧目標値（以下、「ＭＡＦ目標値」とも言う）及び新気量目標値（以下、「ＭＡＰ目標値」とも言う）を生成する。また、ＥＣＵ３０からは、ＥＧＲバルブ１２１のバルブ開度の操作量を示すＥＧＲ指令値がＥＧＲバルブ１２１に供給され、ＶＮＴノズル１１１のノズル開度の操作量を示すＶＮＴ指令値がＶＮＴノズル１１１に供給される。
【００１９】
図２は、吸気制御系の一部の構成を示すブロック図である。図２中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２０】
図２において、エンジン制御装置３００は、ＥＣＵ３０及びメモリ３１を有する。ＥＣＵ３０は、エンジン制御装置３００の機能を実現するコンピュータ、プロセッサなどの計算機の一例である。メモリ３１は、ＥＣＵ３０が実行するプログラム、ＥＣＵ３０が実行する演算などの中間結果、各種パラメータなどを記憶する記憶手段の一例である。メモリ３１は、ＥＣＵ３０にエンジン制御処理を実行させるプログラムを格納したコンピュータ読取可能な記憶媒体の一例を形成しても良い。コンピュータ読取可能な記憶媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどの可搬型記録媒体、フラッシュメモリなどの半導体メモリ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）などの記憶装置により形成可能である。
【００２１】
ＭＡＦセンサ１４が検知したＭＡＦセンサ値と、ＭＡＰセンサ１６が検知したＭＡＰセンサ値とは、ＥＣＵ３０に供給される。ＥＣＵ３０は、ＭＡＦセンサ値、ＭＡＰセンサ値、燃料噴射量σの設定値及びエンジン回転数ωの設定値ωに基づいて、ＶＮＴ指令値及びＥＧＲ指令値を生成する。具体的には、ＥＣＵ３０は、燃料噴射量σの設定値及びエンジン回転数ωの設定値ωに基づいてＭＡＦ目標値及びＭＡＰ目標値を生成し、ＭＡＦセンサ値、ＭＡＰセンサ値、ＭＡＦ目標値及びＭＡＰ目標値に基づいてＶＮＴ指令値及びＥＧＲ指令値を生成する。ＶＮＴ指令値は、ＶＮＴ１１のＶＮＴノズル１１１に供給されてＶＮＴノズル１１１のノズル径を制御し、ＥＧＲ指令値は、ＥＧＲ１２のＥＧＲバルブ１２１に供給されてＥＧＴバルブ１２１の開度を制御する。ＭＡＦセンサ１４は、図１に示すようにＶＮＴ１１と共にエンジン本体１３に対して吸気制御系の新気量制御側に設けられ、ＭＡＰセンサ１６は、図１に示すようにＥＧＲ１２と共にエンジン本体１３に対して吸気制御系の吸気圧制御側に設けられている。
【００２２】
図３は、エンジン制御装置３００の構成の一例を示すブロック図である。図３において、エンジン制御装置３００は、計画器３４、飽和検出器３５、第１の制御器３６、切替部３７及び第２の制御器３８を有する。計画器３４は、燃料噴射量σの設定値及びエンジン回転数ωの設定値に基づいて、例えば周知の方法でＭＡＦ目標値及びＭＡＰ目標値を生成して出力する。計画器３４、飽和検出器３５、第１の制御器３６、切替部３７及び第２の制御器３８の機能は、例えば図２に示すＥＣＵ３０がメモリ３１に格納されたプログラムを実行してエンジン制御処理を行うことにより実現できる。第１の制御器３６は、ＥＧＲバルブ１２１またはＶＮＴノズル１１１が全閉または全開である制約条件を考慮せずに、即ち、制約条件にかかわらず、ＬＱ制御などを用いてオフライン設計で構築した２入力２出力系の制御器である。一方、第２の制御器３８は、ＥＧＲバルブ１２１またはＶＮＴノズル１１１が全閉または全開であるという仮定の下で、即ち、上記制約条件の下でＬＱ制御などを用いてオフライン設計で構築した１入力２出力系の制御器である。
【００２３】
本実施例では、ディーゼルエンジン１においてＥＧＲ１２またはＶＮＴ１１が全閉状態または全開状態の時は、その全閉状態または全開状態を続けた方がディーゼルエンジン１の性能を引き出せることが多いことを利用する。具体的には、ＥＧＲ１２のＥＧＲバルブ１２１またはＶＮＴ１１のＶＮＴノズル１１１が全閉または全開である制約条件にかかわらずＬＱ（Linear Quadratic）制御などを用いてオフライン設計で構築した２入力２出力系の第１の制御器３６と、制約条件の下でＬＱ制御などを用いてオフライン設計で構築した１入力２出力系の第２の制御器３８とを用いる。第１の制御器３６を使用し、第１の制御器３６がＥＧＲバルブ１２１またはＶＮＴノズル１１１を全閉または全開に制御する指令を出力すると、その後のある期間はＥＧＲバルブ１２１またはＶＮＴノズル１１１が全閉または全開であるという仮定の下で第２の制御器３８に切り替えることで、ＥＧＲバルブ１２１またはＶＮＴノズル１１１が全閉または全開である制約条件を考慮した制御器をオフライン設計で構築する。つまり、第２の制御器３８に切り替えた後のある期間は、第２の制御器３８はＥＧＲバルブ１２１またはＶＮＴノズル１１１の操作量を示す指令値が一定（即ち、同じ）であると仮定する。
【００２４】
飽和検出器３５は、第１の制御器３６がＭＡＦセンサ値、ＭＡＰセンサ値、ＭＡＦ目標値及びＭＡＰ目標値に基づいて生成したＥＧＲ指令値またはＶＮＴ指令値が飽和していると、第２の制御器３８への切り替えを指示する切替指令を発行して切替部３７に供給する。切替部３７は、切替指令を受信しないとＭＡＦセンサ値及びＭＡＰセンサ値を第１の制御器３６に供給し、切替指令を受信すると切替指令に応答してある期間ＭＡＦセンサ値及びＭＡＰセンサ値の供給先を切り替えて、ＭＡＦセンサ値及びＭＡＰセンサ値を第２の制御器３８に供給する。これにより、ＥＧＲ指令値が飽和している場合、第２の制御器３８はＥＧＲ指令値が飽和していると仮定したＶＮＴ指令値を生成して出力するので、ＶＮＴノズル１１１のノズル開度は第２の制御器３８が出力するＶＮＴ指令値となるように制御される。また、ＶＮＴ指令値が飽和している場合、第２の制御器３８はＶＮＴ指令値が飽和していると仮定したＥＧＲ指令値を生成して出力するので、ＥＧＲバルブ１２１のバルブ開度は第２の制御器３８が出力するＥＧＲ指令値となるように制御される。
【００２５】
なお、飽和検出器３５は、生成したＥＧＲ指令値またはＶＮＴ指令値が飽和していると、当該飽和が検出されてからある期間、第２の制御器３８への切り替えを指示する切替指令を発行して切替部３７に供給しても良い。この場合、切替部３７は、切替指令を受信している間は、ＭＡＦセンサ値及びＭＡＰセンサ値の供給先を切り替えて、ＭＡＦセンサ値及びＭＡＰセンサ値を第２の制御器３８に供給する。
【００２６】
また、ＥＧＲ指令値またはＶＮＴ指令値が飽和した後のある期間は、例えばディーゼルエンジン１の特性などに応じて適宜設定可能である。
【００２７】
一方、飽和検出器３５が第１の制御器３６において生成されたＥＧＲ指令値及びＶＮＴ指令値が飽和していないことを検出すると、第２の制御器３８への切替を指示する切替指令は発行されないので、第１の制御器３６はＥＧＲ指令値及びＶＮＴ指令値を生成して出力する。この場合、ＥＧＲバルブ１２１のバルブ開度は第１の制御器３６が出力するＥＧＲ指令値となるように制御され、ＶＮＴノズル１１１のノズル開度は第１の制御器３６が出力するＶＮＴ指令値となるように制御される。
【００２８】
計画器３４、飽和検出器３５、第１の制御器３６、切替部３７及び第２の制御器３８の機能は、ハードウェアにより実現しても良い。
【００２９】
図４は、エンジン制御装置３００の動作の一例を説明するフローチャートである。図４に示すエンジン制御処理は、例えばＥＣＵ３０により実行できる。このエンジン制御処理は、例えばＭＡＦセンサ値、ＭＡＰセンサ値、ＭＡＦ目標値及びＭＡＰ目標値のうち少なくとも１つの値が変化する度に実行しても良い。
【００３０】
図４において、ステップＳ１では、ＥＣＵ３０が、ＭＡＦセンサ値、ＭＡＰセンサ値、ＭＡＦ目標値及びＭＡＰ目標値に基づいて、第１の制御器３６の第１の処理を実行することで、ＥＧＲ指令値及びＶＮＴ指令値を生成する。ステップＳ２では、ＥＣＵ３０が、第１の処理で求めたＥＧＲ指令値が飽和しているか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると制御器を第２の制御器３８に切り替えて処理はステップＳ３へ進み、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ５へ進む。
【００３１】
ステップＳ３では、ＥＣＵ３０が、ＭＡＰセンサ値及びＭＡＰ目標値に基づいて、第２の制御器３８の第２の処理を実行することで、ＥＧＲ指令値が飽和していると仮定したＶＮＴ指令値を生成する。ステップＳ４では、ＥＣＵ３０が、飽和していると仮定したＥＧＲ指令値をＥＧＲ１２のＥＧＲバルブ１２１に供給すると共に、第２の処理で求めたＶＮＴ指令値をＶＮＴ１１のＶＮＴノズル１１１に供給し、ステップＳ２でＥＧＲ指令値が飽和していると判定してからある期間が経過すると処理は終了する。
【００３２】
ステップＳ５では、ＥＣＵ３０が、第１の処理で求めたＶＮＴ指令値が飽和しているか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると制御器を第２の制御器３８に切り替えて処理はステップＳ６へ進み、判定結果がＮＯであると処理はステップＳ８へ進む。
【００３３】
ステップＳ６では、ＥＣＵ３０が、ＭＡＦセンサ値及びＭＡＦ目標値に基づいて、第２の制御器３８の第２の処理を実行することで、ＶＮＴ指令値が飽和していると仮定したＥＧＲ指令値を生成する。ステップＳ７では、ＥＣＵ３０が、飽和していると仮定したＶＮＴ指令値をＶＮＴ１１のＶＮＴノズル１１１に供給すると共に、第２の処理で求めたＥＧＲ指令値をＥＧＲ１２のＥＧＲバルブ１２１に供給し、ステップＳ５でＶＮＴ指令値が飽和していると判定してからある期間が経過すると処理は終了する。
【００３４】
一方、ステップＳ８では、ＥＣＵ３０が、第１の制御器３６の第１の処理を実行することで求めたＥＧＲ指令値をＥＧＲ１２のＥＧＲバルブ１２１に供給すると共に、第１の処理を実行することで求めたＶＮＴ指令値をＶＮＴ１１のＶＮＴノズル１１１に供給し、処理は終了する。
【００３５】
次に、第１の制御器３６の一例について説明する。この例では、第１の制御器３６は、ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）制御器の一例であるＬＱ制御器で形成されている。ＬＱ制御器の出力は、次のようなＪ（ｋ）を最小化する最適化問題の解であり、ＥＧＲ指令値及びＶＮＴ指令値が共に現在のＭＡＦセンサ値及びＭＡＰセンサ値の１次式から求められる。ここで、ｘ（ｋ）はＭＡＦセンサ値及びＭＡＰセンサ値を含む状態ベクトル、ＸｒｅｆはＭＡＦ目標値及びＭＡＰ目標値を含む目標値ベクトル、ｕ（ｋ）はＥＧＲ指令値及びＶＮＴ指令値を含む操作量ベクトル、Ｑ，Ｒ，Ｓは重み、Ｈｐ，ＨｃはＨｐ＞Ｈｃを満足する区間、Ａ，Ｂは行列を示す。区間Ｈｐ，Ｈｃを有限にしているのは、ＥＧＲ指令値またはＶＮＴ指令値の飽和がいつまでも続くことはないことによる。
【００３６】
【数１】
2015094258.tif 000003
【００３７】
次に、第２の制御器３８の一例について説明する。この例では、第２の制御器３８は、ＳＩＭＯ（Single-Input Multi-Output）制御器の一例であるＬＱ制御器で形成されている。ＬＱ制御器の出力は、次のようなＪ（ｋ）を最小化する最適化問題の解であり、ＥＧＲ指令値またはＶＮＴ指令値が現在のＭＡＦセンサ値またはＭＡＰセンサ値の１次式から求められる。つまり、この最適化問題Ｊ（ｋ）は、初期値及びｕ２ｍｉｎをパラメータとして持つｕ１（０）の解を１次式から求めることができる。ここで、ｘ（ｋ）はＭＡＦセンサ値及びＭＡＰセンサ値を含む状態ベクトル、ＸｒｅｆはＭＡＦ目標値及びＭＡＰ目標値を含む目標値ベクトル、ｕ（ｋ）はＥＧＲ指令値及びＶＮＴ指令値を含む操作量ベクトル、Ｑ，Ｒ，Ｓは重み、Ｈｐ，ＨｃはＨｐ＞Ｈｃを満足する区間、Ａ，Ｂは行列を示す。区間Ｈｐ，Ｈｃを有限にしているのは、ＥＧＲ指令値またはＶＮＴ指令値の飽和がいつまでも続くことはないことによる。
【００３８】
【数２】
2015094258.tif 000004
【００３９】
ＥＧＲ指令値またはＶＮＴ指令値が飽和した場合の最適入力の式は、ＥＧＲバルブ１２１またはＶＮＴノズル１１１が全閉の時、或いは、全開の時とも同じ形である。第２の制御器３８は、ＥＧＲ指令値の飽和時には、現在のＭＡＦの状態、現在のＭＡＰの状態及びＥＧＲ指令値の飽和値の１次式で表される。同様に、第２の制御器３８は、ＶＮＴ指令値の飽和時には、現在のＭＡＦの状態、現在のＭＡＰの状態及びＶＮＴ指令値の飽和値の１次式で表される。
【００４０】
図５は、吸気圧制御系の応答性能の一例を説明する図である。図５中、縦軸はＭＡＦセンサ値を任意単位で示し、横軸は時間を秒（ｓ）で示す。図５において、実線は上記実施例におけるＭＡＦセンサ値を示し、破線はＭＡＦ目標値を示し、一点鎖線は比較例として上記第１の方法（例えば、特許文献１）を用いた場合のＭＡＦセンサ値を示す。図５中、二点鎖線の楕円で囲んで示すように、上記実施例によれば、ＭＡＦセンサ値の立ち上がり及び立ち下がり部分でのオーバーシュートが比較例に比べて抑制され、比較例に比べて追従性が向上していることが確認できる。つまり、上記実施例によれば、ＭＡＦの応答性能、即ち、吸気圧制御系の応答性能を改善できる。
【００４１】
図６は、新気量制御系の応答性能の一例を説明する図である。図６中、縦軸はＭＡＰセンサ値を任意単位で示し、横軸は時間を秒（ｓ）で示す。図６において、実線は上記実施例におけるＭＡＰセンサ値を示し、破線はＭＡＰ目標値を示し、一点鎖線は比較例として上記第１の方法（例えば、特許文献１）を用いた場合のＭＡＰセンサ値を示す。図６中、二点鎖線の楕円で囲んで示すように、上記実施例によれば、ＭＡＰセンサ値の立ち上がり後の部分及び立ち下がり後の部分での偏差が比較例に比べて抑制され、比較例に比べて追従性が向上していることが確認できる。つまり、上記実施例によれば、ＭＡＰの応答性能、即ち、新気量制御系の応答性能を改善できる。
【００４２】
図７は、ＥＣＵの計算時間の評価結果の一例を説明する図である。図７において、比較例１は上記従来例に相当し、比較例２は上記第１の方法（例えば、特許文献１）に相当し、比較例３は上記第２の方法（例えば、特許文献２）に相当し、実施例１は上記実施例に相当する。図７は、計算時間（ｍｓ）と評価を示す。図７において、計算時間は、同じ問題に対して、ＥＣＵ３０と比べて計算性能の高いコンピュータを用いて測定し、評価は、ＥＣＵ３０による処理に適しているか否かを示す。評価が「○」であると計算が安価で比較的計算能力が低いＥＣＵ３０による処理に適していることを示し、「×」であると計算がＥＣＵ３０による処理に適していないことを示す。図７からもわかるように、実施例１によれば、計算時間が０．３ｍｓであり比較的短く、且つ、評価が「○」であり計算がＥＣＵ３０による処理に適していることが確認できる。
【００４３】
図８は、エンジン制御方法の評価結果の一例を説明する図である。図８において、比較例１は上記従来例に相当し、比較例２は上記第１の方法（例えば、特許文献１）に相当し、比較例３は上記第２の方法（例えば、特許文献２）に相当し、実施例１は上記実施例に相当する。図８は、ＭＡＦの応答性能、ＭＡＰの応答性能及び評価を示す。図８において、応答性能が「○」であると応答性能が良好であることを示し、「△」であると応答性能に劣化が生じていることを示す。また、図８において、計算時間は、同じ問題に対して、ＥＣＵ３０と比べて計算性能の高いコンピュータを用いて測定し、評価は、測定した計算時間が比較的短くＥＣＵ３０による処理に適しているか否かを示す。評価が「○」であると計算が安価で比較的計算能力が低いＥＣＵ３０による処理に適していることを示し、「×」であると計算がＥＣＵ３０による処理に適していないことを示す。図８からもわかるように、実施例１によれば、ＭＡＦの応答性能及びＭＡＰの応答性能の両方が良好であり、且つ、計算時間が比較的短く計算がＥＣＵ３０による処理に適しており評価が「○」であることが確認できる。
【００４４】
従って、上記実施例によれば、オフライン設計でＥＧＲまたはＶＮＴの全閉状態及び全開状態の制約条件を考慮した制御器を形成して、ＭＡＦの応答性能及びＭＡＰの応答性能を改善できる。また、ＭＡＦ及びＭＡＰの両方の応答性能を改善することで、ＮＯｘ、ＰＭの排出量を削減することができる。さらに、制御器の計算は、比較的計算能力が低いＥＣＵにより許容範囲内の計算時間で実行することができる。
【００４５】
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、
前記エンジンに再循環させる排気の量を調整する前記排気循環器または前記エンジンの外部へ出力する排ガスの量を調整する前記可変ノズルターボが全閉状態または全開状態である制約条件にかかわらず、前記エンジンに供給する新気の流量及び前記エンジンに供給する空気の圧力を示す吸気圧力を、前記新気の流量を検知する第１のセンサと前記吸気圧力を検知する第２のセンサの測定値に基づき夫々の目標値に調整する第１及び第２の指令値を生成する第１の制御器と、
前記制約条件の下で前記新気の流量及び前記吸気圧力を、前記第１及び第２のセンサの測定値に基づき夫々の前記目標値に調整する前記第１及び第２の指令値を生成する第２の制御器と、
前記第１の制御器が生成した前記排気循環器を制御する前記第１の指令値または前記可変ノズルターボを制御する前記第２の指令値が飽和していると、前記第２の制御器への切り替えを指示する切替指令を発行する飽和検出器と、
前記切替指令を受信しないと前記第１及び第２のセンサの測定値を前記第１の制御器に供給し、前記切替指令を受信してからある期間前記第１及び第２のセンサの測定値の供給先を切り替えて前記第２の制御器に供給する切替部
を備えたことを特徴とする、エンジン制御装置。
（付記２）
前記排気循環器はバルブを有し、
前記可変ノズルターボはノズルを有し、
前記第１の制御器は、前記バルブまたは前記ノズルが全閉または全開である制約条件を考慮せずにオフライン設計で構築された２入力２出力系の制御器であり、
前記第２の制御器は、前記バルブまたは前記ノズルが全閉または全開であるという仮定の下でオフライン設計で構築された１入力２出力系の制御器であることを特徴とする、付記１記載のエンジン制御装置。
（付記３）
燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に基づいて、前記新気の流量の目標値及び前記吸気圧力の目標値を生成して前記第１及び第２の制御器に出力する計画器
をさらに備えたことを特徴とする、付記１または２記載のエンジン制御装置。
（付記４）
前記第１の制御器、前記第２の制御器、前記飽和検出器及び前記切替部は、エンジンコントロールユニットに含まれることを特徴とする、付記１乃至３のいずれか１項記載のエンジン制御装置。
（付記５）
排気循環器及び可変ノズルターボを有するエンジンを制御するエンジン制御方法であって、
第１の制御器が、前記エンジンに再循環させる排気の量を調整する前記排気循環器または前記エンジンの外部へ出力する排ガスの量を調整する前記可変ノズルターボが全閉状態または全開状態である制約条件にかかわらず、前記エンジンに供給する新気の流量及び前記エンジンに供給する空気の圧力を示す吸気圧力を、前記新気の流量を検知する第１のセンサと前記吸気圧力を検知する第２のセンサの測定値に基づき夫々の目標値に調整する第１及び第２の指令値を生成し、
第２の制御器が、前記制約条件の下で前記新気の流量及び前記吸気圧力を、前記第１及び第２のセンサの測定値に基づき夫々の前記目標値に調整する前記第１及び第２の指令値を生成し、
飽和検出器が、前記第１の制御器が生成した前記排気循環器を制御する前記第１の指令値または前記可変ノズルターボを制御する前記第２の指令値が飽和していると、前記第２の制御器への切り替えを指示する切替指令を発行し、
切替部が、前記切替指令を受信しないと前記第１及び第２のセンサの測定値を前記第１の制御器に供給し、前記切替指令を受信してからある期間前記第１及び第２のセンサの測定値の供給先を切り替えて前記第２の制御器に供給する
ことを特徴とする、エンジン制御方法。
（付記６）
前記第１の制御器は、前記排気循環器のバルブまたは前記可変ノズルターボのノズルが全閉または全開である制約条件を考慮せずにオフライン設計で構築された２入力２出力系であり、
前記第２の制御器は、前記バルブまたは前記ノズルが全閉または全開であるという仮定の下でオフライン設計で構築された１入力２出力系であることを特徴とする、付記５記載のエンジン制御方法。
（付記７）
計画器が、燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に基づいて、前記新気の流量の目標値及び前記吸気圧力の目標値を生成して前記第１及び第２の制御器に出力する
ことを特徴とする、付記５または６記載のエンジン制御方法。
（付記８）
エンジンコントロールユニットが、前記第１の制御器、前記第２の制御器、前記飽和検出器及び前記切替部の処理を実行することを特徴とする、付記５乃至７のいずれか１項記載のエンジン制御方法。
（付記９）
コンピュータに、エンジンに再循環させる排気の量を調整する排気循環器及び前記エンジンの外部へ出力する排ガスの量を調整する可変ノズルターボを制御するエンジン制御処理を実行させるプログラムであって、
前記排気循環器または前記可変ノズルターボが全閉状態または全開状態である制約条件にかかわらず、前記エンジンに供給する新気の流量及び前記エンジンに供給する空気の圧力を示す吸気圧力を、前記新気の流量を検知する第１のセンサと前記吸気圧力を検知する第２のセンサの測定値に基づき夫々の目標値に調整する第１及び第２の指令値を生成する第１の手順と、
前記第１の手順が生成した前記排気循環器を制御する前記第１の指令値または前記可変ノズルターボを制御する前記第２の指令値が飽和していると、当該飽和からある期間前記第１及び第２のセンサの測定値の供給先を切り替える第２の手順と、
前記切り替えが発生すると、前記制約条件の下で前記新気の流量及び前記吸気圧力を、前記第１及び第２のセンサの測定値に基づき夫々の前記目標値に調整する前記第１及び第２の指令値を生成する第３の手順と、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、プログラム。
（付記１０）
前記第１の手順は、前記排気循環器のバルブまたは前記可変ノズルターボのノズルが全閉または全開である制約条件を考慮せずにオフライン設計で構築された２入力２出力系の第１の制御器を用い、
前記第３の手順は、前記バルブまたは前記ノズルが全閉または全開であるという仮定の下でオフライン設計で構築された１入力２出力系の第２の制御器を用いることを特徴とする、付記９記載のプログラム。
（付記１１）
前記第２の手順は、当該飽和からある期間前記第１及び第２のセンサの測定値の供給先を前記第１の制御器から前記第２の制御器に切り替えることを特徴とする、付記１０記載のプログラム。
（付記１２）
燃料噴射量の設定値及びエンジン回転数の設定値に基づいて、前記新気の流量の目標値及び前記吸気圧力の目標値を生成する手順
を前記コンピュータにされに実行させることを特徴とする、付記９乃至１１のいずれか１項記載のプログラム。
（付記１３）
前記コンピュータは、ディーゼルエンジンの制御を司るエンジンコントロールユニットであることを特徴とする、付記９乃至１２のいずれか１項記載のプログラム。
【００４６】
以上、開示のエンジン制御装置、方法及びプログラムを実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４７】
１      ディーゼルエンジン
１１      ＶＮＴ
１２      ＥＧＲ
１４      ＭＡＦセンサ
１６      ＭＡＰセンサ
３０      ＥＣＵ
３１      メモリ
３４      計画器
３５      飽和検出器
３６      第１の制御器
３７      切替部
３８      第２の制御器
１１１      ＶＮＴノズル
１２１      ＥＧＲバルブ
３００      エンジン制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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