(57)【要約】  燃料側／空気側複合コントローラを使用してディーゼルエンジンを制御するための方法およびシステムが開示されている。実例となる方法は、エンジンの燃料側および空気側制御の両方を調整するように適合された燃料側／空気側複合コントローラを提供するステップと、１つまたは複数のパラメータを感知するステップと、エンジンの燃料側の少なくとも一部および空気側の少なくとも一部を制御するための燃料プロフィール信号および１つまたは複数の空気側制御信号を出力するステップとを含むことができる。エンジンの燃料側および空気側の両方の制御を中心的に調整することによって、そのシステムをエンジンの将来の燃料側および／または空気側の必要性を予想するように構成することができ、したがってシステムの応答性、性能、および／またはエミッションが改善される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンシステムを制御するための方法であって、
ディーゼルエンジンシステムは、燃料側および空気側を有するディーゼルエンジンを有し、前記ディーゼルエンジンの前記燃料側が少なくとも１つの燃料噴射器を含み、前記ディーゼルエンジンの前記空気側が吸気マニホールドと、排気マニホールドと、圧縮空気を前記吸気マニホールドに供給するための圧縮機を駆動するように適合されたタービンとを含み、
前記方法はさらに、
前記エンジンの前記燃料側および空気側の両方の制御を調整するように適合された燃料側／空気側複合コントローラを提供するステップと、
１つまたは複数の燃料側パラメータおよび１つまたは複数の空気側パラメータを感知するステップと、
前記エンジンの前記燃料側の少なくとも一部および前記空気側の少なくとも一部を制御するための、燃料プロフィール信号および１つまたは複数の空気側制御信号を出力するステップとを含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記１つまたは複数の燃料側パラメータが、ペダルレート信号を含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記１つまたは複数の燃料側パラメータが、ブレーキ位置信号を含む、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記１つまたは複数の燃料側パラメータが、ペダル位置信号、ＭＡＦ信号、エンジン回転数信号、ＡＦＲ下限信号、ペダルレート信号、およびブレーキ位置信号からなる信号の群から選択される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記１つまたは複数の空気側パラメータが、ＮＯｘエミッション信号を含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記１つまたは複数の空気側パラメータが、粒子状物質（ＰＭ）エミッション信号を含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記１つまたは複数の空気側パラメータが、ＭＡＦ信号、ＭＡＰ信号、ＭＡＴ信号、ＮＯｘ信号、ＰＭ信号、ターボスピード信号、ＶＮＴ位置信号、およびＥＧＲ位置信号からなる信号の群から選択される、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記１つまたは複数の空気側制御信号が、ＶＮＴ設定信号、ＶＧＣ設定信号、ＥＧＲ設定信号、ＥＴＵＲＢＯ設定信号、圧縮機冷却器設定信号、およびＥＧＲ冷却器信号からなる信号の群から選択される、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記燃料側／空気側複合コントローラが、多変数モデル予測コントローラである、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記モデル予測コントローラが、中心最適化アルゴリズムまたはルーチンを使用して燃料側パラメータおよび空気側パラメータの両方を計算するように適合される、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、前記モデル予測コントローラが燃料側マップおよび空気側マップを含み、前記燃料側および空気側マップが、ペダル位置信号および／またはペダルレート信号を、前記燃料側／空気側複合コントローラによって使用されるための、１つまたは複数の燃料側設定点および１つまたは複数の空気側パラメータに変換するように適合される、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記燃料側および空気側マップがそれぞれ、動的マップを備える、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、前記燃料側および空気側マップがそれぞれ、静的マップを備える、方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、前記燃料側および空気側マップが、単一のマップを備える、方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法であって、１つまたは複数の空気側設定点を前記燃料側／空気側複合コントローラに提供するように適合された、少なくとも１つの空気側設定点マップをさらに備える、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、前記ディーゼルエンジンがさらに、前記排気マニホールドを介して排気ガスを受け取るように適合された、調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記ＥＧＲ弁が、前記ＥＧＲ弁の設定位置によって決定される選択的な量の排気ガスを前記吸気マニホールドに供給する、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記１つまたは複数の燃料側および／または空気側パラメータのうち少なくとも１つの将来の値に影響するように、前記タービンの現在の設定位置および／または前記ＥＧＲ弁の現在の設定位置を設定するステップをさらに含み、前記現在の設定位置が、前記１つまたは複数の感知された燃料側および／または空気側パラメータに応じて変わる、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記吸気マニホールドが、吸気マニホールド空気圧（ＭＡＰ）を有し、前記タービンの前記現在の設定値および前記ＥＧＲ弁の前記現在の設定位置が、前記１つまたは複数の感知されたパラメータおよび前記ＭＡＰに応じて変わる、方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、前記吸気マニホールドが、吸気マニホールド空気流量（ＭＡＦ）を有し、前記タービンの前記現在の設定位置および前記ＥＧＲ弁の前記現在の設定位置が、１つまたは複数の感知されたパラメータおよび前記ＭＡＦに応じて変わる、方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の方法であって、前記燃料側／空気側複合コントローラが、前記タービンの前記現在の設定位置および前記ＥＧＲ弁の前記現在の設定位置を予測するように適合される、方法。
【請求項２２】
ディーゼルエンジンシステムを制御するための方法であって、
ディーゼルエンジンシステムは、燃料側および空気側を有するディーゼルエンジンを有し、前記ディーゼルエンジンの前記燃料側が少なくとも１つの燃料噴射器を含み、前記ディーゼルエンジンの前記空気側が吸気マニホールドと、排気マニホールドと、圧縮空気を前記吸気マニホールドに供給するための圧縮機を駆動するように適合されたタービンとを含み、
前記方法はさらに、
前記エンジンの前記燃料側および空気側の両方の制御を調整するように適合された燃料側／空気側複合コントローラを提供するステップと、
１つまたは複数の燃料側パラメータおよび１つまたは複数の空気側パラメータを感知するステップと、
前記エンジンの前記燃料側の少なくとも一部および前記空気側の少なくとも一部を制御するための、燃料プロフィール信号および１つまたは複数の空気側制御信号を出力するステップとを含み、
前記燃料側／空気側複合コントローラが、中心最適化アルゴリズムまたはルーチンを使用して前記燃料側パラメータおよび空気側パラメータの両方を計算するように適合されたモデル予測コントローラを含む、方法。
【請求項２３】
ディーゼルエンジンシステムを制御するための方法であって、
ディーゼルエンジンシステムは、燃料側および空気側を有するディーゼルエンジンを有し、前記ディーゼルエンジンの前記燃料側が少なくとも１つの燃料噴射器を含み、前記ディーゼルエンジンの前記空気側が吸気マニホールドと、排気マニホールドと、圧縮空気を前記吸気マニホールドに供給するための圧縮機を駆動するように適合されたタービンと、前記排気マニホールドを介して排気ガスを受け取るように適合された排気ガス再循環弁とを含み、
前記方法は、
前記エンジンの前記燃料側および空気側の両方の制御を調整するように適合された燃料側／空気側複合コントローラを提供するステップと、
１つまたは複数の燃料側パラメータおよび１つまたは複数の空気側パラメータを感知するステップと、
前記１つまたは複数の燃料側パラメータおよび／または空気側パラメータのうち少なくとも１つの将来の値に影響を与えるように、前記タービンの現在の設定位置および前記排気ガス再循環弁の現在の設定位置を設定するステップであって、前記タービンおよび排気ガス再循環弁の前記現在の設定位置が、１つまたは複数の感知された燃料および空気側パラメータに少なくとも部分的に依存する、ステップと、
前記タービンの現在の設定点および前記排気ガス再循環弁の現在の設定点を予測するステップと、
前記エンジンの前記燃料側の少なくとも一部および前記空気側の少なくとも一部を制御するための、燃料プロフィール信号および１つまたは複数の空気側制御信号を出力するステップとを含む、方法。
【請求項２４】
エンジンシステムであって、
燃料側および空気側を有するエンジンを備え、前記エンジンの前記燃料側が少なくとも１つの燃料噴射器を含み、前記エンジンの前記空気側が吸気マニホールドと、排気マニホールドと、圧縮空気を前記吸気マニホールドに供給するための圧縮機を駆動するように適合されたタービンとを含み、
前記エンジンシステムはさらに、燃料プロフィール信号および少なくとも１つの空気側制御信号を出力するように適合された燃料側／空気側複合コントローラを備える、エンジンシステム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のエンジンシステムであって、前記エンジンの１つまたは複数の燃料側パラメータ、および／または、１つまたは複数の空気側パラメータを感知するための少なくとも１つのセンサをさらに含む、エンジンシステム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のエンジンシステムであって、前記エンジンの動作の少なくとも一部を制御するための１つまたは複数のアクチュエータをさらに含む、エンジンシステム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のエンジンシステムであって、前記エンジンシステムが閉ループシステムであり、少なくとも１つの前記アクチュエータが、前記１つまたは複数の燃料側および／または空気側パラメータのフィードバックを提供する、エンジンシステム。
【請求項２８】
請求項２５に記載のエンジンシステムであって、前記１つまたは複数の燃料側パラメータが、ペダルレート信号を含む、エンジンシステム。
【請求項２９】
請求項２５に記載のエンジンシステムであって、前記１つまたは複数の燃料側パラメータが、ブレーキ位置信号を含む、エンジンシステム。
【請求項３０】
請求項２５に記載のエンジンシステムであって、前記１つまたは複数の燃料側パラメータが、ペダル位置信号、ＭＡＦ信号、エンジン回転数信号、ＡＦＲ下限信号、ペダルレート信号、およびブレーキ位置信号からなる信号の群から選択される、エンジンシステム。
【請求項３１】
請求項２５に記載のエンジンシステムであって、前記１つまたは複数の空気側パラメータが、ＮＯｘエミッション信号を含む、エンジンシステム。
【請求項３２】
請求項２５に記載のエンジンシステムであって、前記１つまたは複数の空気側パラメータが、粒子状物質（ＰＭ）エミッション信号を含む、エンジンシステム。
【請求項３３】
請求項２５に記載のエンジンシステムであって、前記１つまたは複数の空気側パラメータが、ＭＡＦ信号、ＭＡＰ信号、ＭＡＴ信号、ＮＯｘ信号、ＰＭ信号、ターボスピード信号、ＶＮＴ位置信号、およびＥＧＲ位置信号からなる信号の群から選択される、エンジンシステム。
【請求項３４】
請求項２４に記載のエンジンシステムであって、前記１つまたは複数の空気側制御信号が、ＶＮＴ設定信号、ＶＧＣ設定信号、ＥＧＲ設定信号、ＥＴＵＲＢＯ設定信号、圧縮機冷却器設定信号、およびＥＧＲ冷却器信号からなる信号の群から選択される、エンジンシステム。
【請求項３５】
請求項２４に記載のエンジンシステムであって、前記燃料側／空気側複合コントローラが、多変数モデル予測コントローラである、エンジンシステム。
【請求項３６】
請求項３５に記載のエンジンシステムであって、前記モデル予測コントローラが、中心最適化アルゴリズムまたはルーチンを使用して前記燃料側パラメータおよび空気側パラメータの両方を計算するように適合される、エンジンシステム。
【請求項３７】
請求項２４に記載のエンジンシステムであって、前記エンジンがディーゼルエンジンである、エンジンシステム。
【請求項３８】
エンジンシステムであって、
燃料側および空気側を有するエンジンを備え、前記エンジンの前記燃料側が少なくとも１つの燃料噴射器を含み、前記エンジンの前記空気側が吸気マニホールドと、排気マニホールドと、圧縮空気を前記吸気マニホールドに供給するための圧縮機を駆動するように適合されたタービンとを含み、
前記エンジンシステムはさらに、前記エンジンの１つまたは複数の燃料側パラメータおよび１つまたは複数の空気側パラメータを感知するための少なくとも１つのセンサと、
前記少なくとも１つのセンサによって受け取られる前記燃料側パラメータおよび空気側パラメータに少なくとも部分的に基づいて、燃料プロフィール信号および少なくとも１つの空気側制御信号を出力するように適合された燃料側／空気側複合コントローラと、
前記出力された燃料プロフィール信号および前記空気側制御信号に基づいて、前記エンジンの動作の少なくとも一部を制御するための１つまたは複数のアクチュエータとを備える、エンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、エンジンおよびエンジンの制御に関する。より詳細には、本発明は、エンジン中の燃料および空気の流れを制御するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、全て２００４年１２月２９日に出願された、米国特許出願第１１／０２４５３１号、表題「Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｆｏｒ  Ａｎ  Ｅｎｇｉｎｅ」、米国特許出願第１１／０２５２２１号、表題「Ｐｅｄａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ａｎｄ／Ｏｒ  Ｐｅｄａｌ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｒａｔｅ  Ｆｏｒ  Ｕｓｅ  Ｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｏｆ  Ａｎ  Ｅｎｇｉｎｅ」、および米国特許出願第１１／０２５５６３号、表題「Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｍｅａｓｕｒｅ  Ｏｆ  Ｆｕｅｌｉｎｇ  Ｒａｔｅ  Ｉｎ  Ｔｈｅ  Ａｉｒ  Ｓｉｄｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｏｆ  Ａｎ  Ｅｎｇｉｎｅ」の一部継続出願である。
【０００３】
火花点火エンジンは、一般的に、エンジンに入る空気を流量調節する空気絞り弁に機械的に連結されたガスペダルを有する。一般的には、ガスペダルを踏み込むと空気絞り弁が開き、それにより、エンジンにより多くの空気を入れることができる。場合によっては、燃料噴射器コントローラが、所望の空燃比（ＡＦＲ）を維持するようにエンジンに提供される燃料を調節する。ＡＦＲは通常、理論値の燃焼をもたらすために理論空燃比（例えば、１４．６：１）に近くなるように保持され、これが、エンジンエミッションを最小限に抑える助けをし、三元触媒が炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に除去することを可能にする。
【０００４】
その一方、ディーゼルエンジンなどの圧縮着火エンジンは、通常、理論空燃比で動作せず、そのため一般的に、異なるエミッション成分を含むエミッションがより多くなる。最近では、自動車および軽トラック市場におけるディーゼルエンジンの使用が増加しているので、ディーゼルエンジンに関するより厳しいエミッションレベルを求める連邦規制法が通過した。こうした規制法は、自動車メーカーに、エンジン効率の改善およびエミッションの減少のための代替の方法を考えることを促している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
火花点火エンジンとは異なり、ディーゼルエンジンの燃料ペダルは、一般的にエンジンに入る空気を流量調節する空気絞り弁と直接連結していない。その代わりに、電子燃料噴射（ＥＦＩ）を備えたディーゼルエンジンでは、ペダル位置センサによってペダル位置が感知されることが多く、そのセンサが、ペダル位置を感知しエンジンに供給される燃料レートを調節し、それにより、エンジンに供給する、燃料ポンプ１工程当たりの燃料を多くすることも少なくすることができる。多くの最近のディーゼルエンジンでは、エンジンへの空気は、可変ノズルターボチャージャ（ＶＮＴ）またはウェイストゲートターボチャージャなどのターボチャージャによって制御される。一般的には、より多くの燃料を噴射するために運転者が燃料ペダルを係合するときと、所望のＡＦＲを生成するのに必要な追加の空気を供給するためにターボチャージャが回転数を上げるときとの間に、時間遅れすなわち「ターボラグ」がある。こうした「ターボラグ」は、エンジンの反応性および性能を低下させる恐れがあり、エンジンから排出されるエミッションの量を増加させる恐れがある。
【０００６】
一般的には、ディーゼルエンジンの排気流の中には、火花点火エンジンに見られるエミッションセンサに類似のセンサがない。センサがない理由の１つは、ディーゼルエンジンは一般的に、火花点火エンジンの約半分の希薄さで動作することである。したがって、ディーゼルエンジンの排気の酸素レベルは、標準的な酸素エミッションセンサが有用な情報を提供しないレベルにあることがある。同時に、ディーゼルエンジンの燃焼は一般的には従来の三元触媒には希薄すぎる。その結果、ディーゼルエンジンにおける燃焼の制御は、一般的には、「開ループ」方式で実行され、許容可能な排気エミッションのために好都合であると考えられる吸気マニホールドパラメータの設定点を生成するためにエンジンマップなどに依存することが多い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、エンジン内の燃料および空気の両方の流れを制御するための方法に関する。本発明の例示的な実施形態による図示の方法は、エンジンの燃料側および空気側の両方の制御を調整するように適合された燃料側／空気側複合コントローラを提供するステップと、そのシステムの１つまたは複数のパラメータを感知するステップと、エンジンの燃料側の少なくとも一部および空気側の少なくとも一部を制御するための、燃料プロフィール信号、および１つまたは複数の空気側制御信号を出力するステップとを含むことができる。１つまたは複数のエンジンパラメータを感知するための、ＭＡＰセンサ、ＭＡＦセンサ、ＮＯｘセンサおよび／または粒子状物質（ＰＭ）エミッションセンサを含む、いくつかのセンサを提供することができる。コントローラならびに他のシステム構成要素から受け取る制御信号に基づいて、エンジンの動作の少なくとも一部を制御するための１つまたは複数のアクチュエータをさらに提供することができる。いくつかの実施形態では、コントローラは、多変数モデル予測コントローラ（ＭＰＣ）とすることができ、中心最適化アルゴリズムまたはルーチンを使用して１つまたは複数の燃料側および／または空気側パラメータを計算するように構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の説明は、図面を参照して解釈すべきであり、異なる図面における同様の要素は同様にして番号付けされている。これらの図面は、必ずしも縮尺が正確ではなく、選択された実施形態を示しており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。様々な要素の構造、寸法、および材料の例が示されているが、提供される多くの例が、利用することのできる適切な代替例を有することを当業者は認識するであろう。
【０００９】
図１は、本発明の例示的な実施形態による図示のディーゼルエンジンシステムの概略図である。図示のディーゼルエンジンシステムは、全体的に１０で示され、吸気マニホールド２２および排気マニホールド２４を有するディーゼルエンジン２０を含む。図示の実施形態では、燃料噴射器２６がエンジン２０に燃料を供給する。その燃料噴射器２６は、単一の燃料噴射器を含むことができるが、より一般的には、独立に制御可能ないくつかの燃料噴射器を含むことができる。エンジン２０の燃料側および／または空気側制御に関する燃料プロフィール設定２８ならびに１つまたは複数の他の信号３０に基づいて、所望の燃料プロフィールをエンジン２０に提供するように燃料噴射器２６を構成することができる。本明細書で使用される燃料の「プロフィール」という用語は、例えば、燃料送出レート、燃料送出レートの変化、燃料タイミング、燃料噴射前イベント、燃料噴射後イベント、燃料パルス、および／または所望により任意の他の燃料送出特徴を含む、任意の数の燃料パラメータまたは特徴を含むことができる。１つまたは複数の燃料側アクチュエータを使用して、それらのおよび所望により他の燃料パラメータを制御することができる。
【００１０】
図１でさらに分かるように、エンジン２０からの排気は排気マニホールド２４に供給され、その排気マニホールド２４は、その排気ガスを排気管３２に送出する。図示の実施形態ではさらに、ターボチャージャ３４が排気マニホールド２４の下流に提供される。図示のターボチャージャ３４は、タービン３６を含むことができ、そのタービン３６は排気ガス流によって駆動される。図示の実施形態では、回転するタービン３６は、機械的な連結部４０を介して圧縮機３８を駆動する。その圧縮機４０は、図示のように、通路４２を通して周囲空気を受け取り、その周囲空気を圧縮し、次いで圧縮された空気を吸気マニホールド２２に供給する。
【００１１】
ターボチャージャ３４は、可変ノズルタービン（ＶＮＴ）ターボチャージャとすることができる。しかし、例えば、ウェイストゲートまたはＶＧＴ羽根の組を動作させるアクチュエータを備えたウェイストゲートターボチャージャまたは可変形状の入口ノズルのターボチャージャ（ＶＧＴ）を含む、任意の適切なターボチャージャを使用することができることが企図される。図示のＶＮＴターボチャージャは、調節可能な羽根を排気スクロール内で使用して、入ってくる排気ガスが排気タービン３６に当たるときの排気ガスの迎え角を変化させる。図示の実施形態では、羽根の迎え角、すなわち圧縮機３８によってもたらされるブースト圧（ＭＡＰ）の量は、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号４４によって制御することができる。場合によっては、ＶＮＴ  ＰＯＳ信号４６を現在の羽根位置を示すために提供することができる。ＴＵＲＢＯ  ＳＰＥＥＤ信号４８を現在のタービン回転数を示すように提供することもでき、場合によっては、そのＴＵＲＢＯ  ＳＰＥＥＤ信号４８を使用して、そのターボ回転数を制限し、タービン３６の損傷を防ぐ助けをすることができる。
【００１２】
ターボラグを減少させるには、タービン３６は、電気モータの支援（例示的に図示せず）を含むことができる。全ての実施形態に必要というわけではないが、電気モータの支援は、タービン３６の回転数、すなわち圧縮機３８によって吸気マニホールド２２に供給されるブースト圧力の増加を助けることができる。これは、エンジン２０がエンジンの回転数が低い状態のときや、高加速状態下など、より高いブースト圧力が望ましいときに特に有用な場合がある。こうした状況の下では、吸気マニホールド２２において所望のブースト圧力（ＭＡＰ）を生成するのに排気ガス流が不十分なことがある。いくつかの実施形態では、提供される電気モータの支援の量を制御するためにＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号５０を提供することができる。
【００１３】
圧縮機３８は、可変圧縮機または非可変圧縮機のいずれかを備えることができる。場合によっては、例えば、圧縮機３８によって提供される圧縮空気が、タービン３６が圧縮機３８を回転させる回転数の関数でしかない場合がある。場合によっては、圧縮機３８は、可変形状圧縮機（ＶＧＣ）とすることができ、そこではＶＧＣ  ＳＥＴ信号５２を使用して、圧縮空気の制御された量を吸気マニホールド２２に所望の通りに供給するように圧縮機３８の出口における羽根の位置を設定することができる。
【００１４】
圧縮空気冷却器５４を、圧縮空気が吸気マニホールド２２に供給される前に、その圧縮空気を冷却する助けをするように提供することができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の圧縮空気ＣＯＭＰ．  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号５６を、最終的に吸気マニホールド２２に供給される圧縮空気の温度を制御する助けをするように圧縮空気冷却器５４に提供することができる。場合によっては、所望の場合に燃料側／空気側複合コントローラ（図２および図３を参照）によって、１つまたは複数のＣＯＭＰ．  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号５６を提供することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、いくつかのディーゼルエンジンのエミッションを減少させるには、図示のように排気マニホールド２４と吸気マニホールド２２との間に、排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁５８を挿入することができる。図示の実施形態では、ＥＧＲ弁５８は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）の所望の量を設定するために使用されるＥＧＲ  ＳＥＴ信号６０を受け取る。所望の場合は、ＥＧＲ弁５８の現在の位置を示すＥＧＲ  ＰＯＳ信号６２も提供することができる。
【００１６】
場合によっては、排気ガスが吸気マニホールド２２に供給される前にその排気ガスを冷却する助けをするために、ＥＧＲ冷却器６４をＥＧＲ弁５８の上流または下流のいずれかに提供することができる。いくつかの実施形態では、再循環される排気ガスの温度を制御する助けをするように、１つまたは複数のＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号６６をＥＧＲ冷却器６４に提供することができる。場合によっては、所望の場合に１つまたは複数のＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号６６を燃料側／空気側複合コントローラ（図２を参照）によって提供することができる。
【００１７】
エンジン２０の動作を監視するためにいくつかのセンサを提供することができる。例えば、吸気マニホールド空気流（ＭＡＦ）センサ６８が、吸気マニホールド空気流（ＭＡＦ）の基準を提供することができる。吸気マニホールド空気圧（ＭＡＰ）センサ７０が、吸気マニホールド空気圧（ＭＡＰ）の基準を提供することができる。マニホールド空気温度（ＭＡＴ）センサ７２が、吸気マニホールド空気温度（ＭＡＴ）の基準を提供することができる。ＮＯｘセンサ７４が、排気ガス中のＮＯｘ濃度の基準を提供することができる。同様に、粒子状物質（ＰＭ）センサ７６が、排気ガス中における粒子状物質の濃度の基準を提供することができる。ＮＯｘセンサ７４およびＰＭセンサ７６は、排気マニホールド２４に位置するように示されているが、エンジン２０の下流のどこにでも所望の通りにそれらのセンサを提供することができることが企図される。さらに、図１に示すセンサは、単なる例であり、所望により多くのまたはより少ないセンサを提供することができることが企図される。
【００１８】
図２は、図１に示したディーゼルエンジンシステム１０と共に使用するための図示の燃料側／空気側複合コントローラ８４の概略図である。図２で分かるように、コントローラ８４は、いくつかの入力パラメータ８６を受け取るように構成することができ、それらの入力パラメータ８６は、エンジン２０の燃料側および空気側の両方の制御を行うように使用することができる。コントローラ８４は、１つまたは複数の燃料側信号８８を出力するように構成することができ、その燃料側信号８８は、燃料噴射器２６を介してエンジン２０に送出される燃料プロフィールを制御するための、様々な燃料アクチュエータおよび／または燃料パラメータを制御するように使用することができる。さらに、コントローラ８４は、吸気マニホールド２２、排気マニホールド２４、ターボチャージャ３４、圧縮機冷却器５４、ＥＧＲ弁５８、および／または他の空気側エンジン構成要素を制御するための１つまたは複数の空気側信号９０を出力するように構成することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ８４はさらに、トランスミッション、エンジン冷却系、車速制御系など、エンジンシステム１０の他の様々な機能を制御するために使用することができる、いくつかの他のエンジン信号９２を出力するように構成することができる。
【００１９】
次に図３に移ると、図２に示したコントローラ８４の特定の実施形態がここで示される。図３で分かるように、コントローラ８４は、例えば、ＰＥＤＡＬ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ信号９４、ＭＡＦ信号６８、ＥＮＧＩＮＥ  ＳＰＥＥＤ信号９８、および／またはＡＦＲ  ＬＯＷ  ＬＩＭＩＴ信号１００を含む、エンジン２０の燃料側制御に関する様々な入力信号を受け取るように構成することができ、それらの信号はそれぞれ、図１に示す燃料プロフィール設定２８の一部として提供することができる。さらに、コントローラ８４は、例えば、図１に示すようなＭＡＰ信号７０、ＭＡＴ信号７２、ＴＵＲＢＯ  ＳＰＥＥＤ信号４８、ＮＯｘ信号７４、および／またはＰＭ信号７６を含む、エンジン２０の空気側制御に関する様々な出力信号を受け取るように構成することができる。図３に示した実施形態は、エンジン２０の燃料側および空気側の両方の調整された制御のためのいくつかのエンジンパラメータの使用を示しているが、コントローラ８４を所望の場合にエンジン２０の片側（例えば、燃料側）のみ制御するように構成することができることを理解されたい。さらに、コントローラ８４は、特定の適用例に応じて他のパラメータおよび／または信号を受け取り出力するように構成することができる。いくつかの実施形態では、例えば、コントローラ８４は、所望の場合に、様々な状態およびアクチュエータ限界値１０２を受け取るように構成することができる。
【００２０】
受け取られる入力パラメータ８６の値に基づいて、コントローラ８４は、燃料側および／または空気側制御を行う助けをするように、エンジン２０にいくつかの制御出力を提供することができる。いくつかの実施形態では、図３にさらに示すように、例えば、コントローラ８４は、ＦＵＥＬ  ＰＲＯＦＩＬＥ信号１０４を出力するように構成することができ、そのＦＵＥＬ  ＰＲＯＦＩＬＥ信号１０４を使用して、例えば、燃料送出レート、燃料送出レートの変化、燃料タイミング、任意の燃料噴射前イベント、任意の燃料噴射後イベント、燃料パルスオン／オフ時間、および／または所望による他のそのような燃料送出特徴を含む、燃料噴射システムの様々な燃料パラメータを調節することができる。
【００２１】
図３でさらに分かるように、コントローラ８４はさらに、例えば、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号４４、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号５２、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号６０、場合によっては、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号５０、ＣＯＭＰ．  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号５６、およびＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号６６を含む、エンジン２０の空気側制御のための他のパラメータを出力するように構成することができ、それらの信号はそれぞれ図１で見ることができる。しかし、適用例によっては、他の出力信号および／またはパラメータが可能である。
【００２２】
いくつかの実施形態では、コントローラ８４は、多変数モデル予測コントローラ（ＭＰＣ）を備えることができる。そのＭＰＣは、エンジン動作の動的プロセスのモデルを含むことができ、制御変数および出力変数測定値の限界値を受けるエンジン２０に予測制御信号を提供することができる。それらのモデルは、適用例に応じて静的および／または動的なものとすることができる。場合によっては、それらのモデルは、１つまたは複数の入力信号ｕ（ｔ）から１つまたは複数の出力信号ｙ（ｔ）を生成する。動的モデルは、典型的には、静的モデルに加えてその系の時間応答についての情報を含む。したがって、動的モデルは静的モデルより忠実度が高いことが多い。
【００２３】
数学的な表現では、線形の動的モデルの形式は、
【００２４】
【数１】
2008534856.tif 000003
【００２５】
である。ただし、Ｂ０．．．ＢｎおよびＡ１．．．Ａｍは定数行列である。
動的モデルでは、ｙ（ｔ）が時間ｔにおける出力を表し、現在の入力ｕ（ｔ）、１つまたは複数の過去の入力ｕ（ｔ−１）、．．．、ｕ（ｔ−ｎ）、および１つまたは複数の過去の出力ｙ（ｔ−１）．．．ｙ（ｔ−ｍ）に基づく。静的モデルは、行列Ｂ１＝．．．＝Ｂｕ＝０、およびＡ１＝．．．＝Ａｍ＝０である特別な場合であり、それにより、より簡単な関係によって表すことができる。
【００２６】
【数２】
2008534856.tif 000004
【００２７】
ただし、Ｂ０は単純な行列乗数である。静的モデルは、過去の入力ｕ（ｔ−１）、．．．、ｕ（ｔ−ｎ）または過去の出力ｙ（ｔ−１）．．．ｙ（ｔ−ｍ）のいずれの「メモリ」も有しないので、このようなモデルはより単純になる傾向があるが、いくつかの動的なシステムパラメータのモデル化にはあまり強力ではないことがある。
【００２８】
ターボチャージャ付のディーゼルエンジンシステムについては、システムの動力学は、比較的複雑なことがあり、その相互作用のいくつかは、「非最小位相」として知られる特徴を有することがある。非最小位相は、出力ｙ（ｔ）が、入力ｕ（ｔ）中のステップの作用を受けると、最初はある方向に移動し、次いで方向転換し、その定常状態に向かって反対方向に移動することになる動的応答である。ディーゼルエンジンにおけるすすのエミッションはこのような現象の一例である。場合によっては、それらの動力学は、制御系の最適動作にとって重要である場合がある。したがって、動的モデルは、少なくとも、いくつかの制御パラメータをモデル化するときに好ましいことが多い。
【００２９】
一例では、ＭＰＣは、（例えば、ＡＦＲ  ＬＯＷ  ＬＩＭＩＴ１００、ＭＡＰ７０、ＭＡＦ７２、ＮＯｘ７４、ＰＭ７６など）２つ以上の入力パラメータそれぞれについての、（例えば、ＶＮＮ  ＳＥＴ４４、ＥＧＲ  ＳＥＴ６０、ＣＯＭＰ．  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ５６、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ６６、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ５０、燃料供給レートなど）エンジンの１つまたは複数のアクチュエータの変化による影響をモデル化し、次いで、それら２つ以上のパラメータの少なくとも１つにおいて所望の応答を生成するようにアクチュエータを制御する多変数モデルを含むことができる。同様に、そのモデルは場合によっては、１つまたは複数のエンジンパラメータのそれぞれについて、２つ以上のアクチュエータにおいて同時に起きる変化による影響をモデル化し、次いで、その１つまたは複数の入力パラメータのそれぞれについて所望の応答を生成するようにアクチュエータの少なくとも１つを制御することができる。
【００３０】
図示の一実施形態では、例えば、離散時間動的システムの状態−空間モデルを、以下の式を用いて表すことができる。
【００３１】
【数３】
2008534856.tif 000005
【００３２】
モデル予測アルゴリズムは、ｕ（ｋ）＝ａｒｇｍｉｎ｛Ｊ｝の問題を解くことを必要とする。ただし、関数Ｊは、
【００３３】
【数４】
2008534856.tif 000006
【００３４】
によって与えられ、
【００３５】
【数５】
2008534856.tif 000007
【００３６】
の制約を受ける。いくつかの実施形態では、これを二次計画（ＱＰ）問題に変換し、標準のまたはカスタマイズしたツールによって解く。
変数「ｙ（ｋ）」は、センサの測定値を含む（ターボチャージャ問題に関しては、これらはＭＡＦ６８、ＭＡＰ７０、ＭＡＴ７２、ＴＵＲＢＯ  ＳＰＥＥＤ４８、ＮＯｘ７４、ＰＭ７６などを含むがそれらに限定されない）。それらの変数
【００３７】
【数６】
2008534856.tif 000008
【００３８】
は、測定値「ｙ（ｔ）」が利用できるときに時間「ｔ＋ｋ」において予測されるシステムの出力を指す。モデル予測コントローラでそれらを使用して、（性能指数Ｊによる）「最良」予測出力シーケンスが得られる入力シーケンスを選択する。
【００３９】
変数「ｕ（ｋ）」は、Ｊを最適化することによって得られ、場合によっては、アクチュエータの設定点に使用される。ターボチャージャの問題に関しては、それらは、ＶＮＴ  ＳＥＴ４４、ＥＧＲ  ＳＥＴ６０、ＣＯＭＰ．  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ５６、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ６６、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ５０などを含むがそれらに限定されない。変数「ｘ（ｋ）」は、この系の動的な状態−空間モデルの内部状態を表す変数である。変数
【００４０】
【数７】
2008534856.tif 000009
【００４１】
は、状態変数のｋ個の離散時間ステップの将来への予測バージョンを示し、その系の将来の値を最適化するためにＭＰＣで使用される。
変数ｙｍｉｎおよびｙｍａｘは、限界値であり、それぞれその系の予測される測定値
【００４２】
【数８】
2008534856.tif 000010
【００４３】
が達することができる最小値および最大値を示す。それらはしばしば、その制御系における閉ループ挙動に対するハードリミットに対応する。例えば、所与の時間において１秒当たりあるグラム数を超えることができないようにＰＭエミッションについてハードリミットを設けることができる。場合によっては、最小値ｙｍｉｎのみまたは最大値ｙｍａｘのみの限界値が提供される。例えば、最大値のＰＭエミッションの限界値を提供することができ、最小値のＰＭエミッションの限界値は不要であるかまたは望ましくないことがある。
【００４４】
変数ｕｍｉｎおよびｕｍａｘも限界値であり、その系のアクチュエータ
【００４５】
【数９】
2008534856.tif 000011
【００４６】
が達することができる最小値および最大値を示し、それらはアクチュエータの物理的な制限に対応することが多い。例えば、ＥＧＲ弁５８は、弁が完全に閉じた位置に対応する最小値ゼロと、弁が完全に開いた位置に対応する最大値１とを有することができる。上記のように、いくつかの実施形態では、状況に応じて、最小値ｕｍｉｎのみ、または最大値ｕｍａｘのみの限界値を提供することができる。また、それらの限界値（例えば、ｙｍｉｎ、ｙｍａｘ、ｕｍｉｎ、ｕｍａｘ）の一部または全部が、現在の動作状況に応じて時間変化することができる。状態およびアクチュエータの限界値を、所望の場合にインターフェース１０２を介して図２〜３のコントローラ８４に提供することができる。
【００４７】
定数行列Ｐ、Ｑ、Ｒは、それぞれの変数の最適化についてのペナルティを設定するのに用いる正定値行列であることが多い。実際には、それらを使用して、その系の閉ループ応答を「調和」させる。
【００４８】
図４は、本発明の例示的な実施形態による図示のモデル予測コントローラの概略図である。図４に示すように、ＭＰＣ８４は、状態オブザーバ１０６およびＭＰＣコントローラ１０８を含むことができる。上述のように、ＭＰＣコントローラ１０８は、エンジン２０のアクチュエータなどにいくつかの制御出力「ｕ」を供給する。図示の制御出力は、例えば、ＦＵＥＬ  ＰＲＯＦＩＬＥ信号１０４、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号４４、ＶＧＣ設定信号５２、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号６０、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号５０、ＣＯＭＰ．  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号５６、およびＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号６６を含み、それらは全て図１および図３に関して上で示され説明されている。ＭＰＣコントローラ１０８は、ｕ（ｔ）、ｕ（ｔ−１）、ｕ（ｔ−２）など制御出力の過去の値を格納するためのメモリを含むことができる。
【００４９】
状態オブザーバ１０６は、いくつかの入力「ｙ」、いくつかの制御出力「ｕ」、およびいくつかの内部変数「ｘ」を受け取る。図示の入力「ｙ」は、図１および３に関して上で示され説明されているように、例えば、ＰＥＤＡＬ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ信号９４、ＭＡＦ信号６８、ＥＮＧＩＮＥ  ＳＰＥＥＤ信号９８、ＡＦＲ  ＬＯＷ  ＬＩＭＩＴ信号１００、ＭＡＰ信号７０、ＭＡＴ信号７２、ＴＵＲＢＯ  ＳＰＥＥＤ信号４８、ＮＯｘ信号７４、および／またはＰＭ信号７６を含むことができる。入力「ｙ」は、常に、間欠的に、または周期的に、あるいは所望により任意の他のときに問い合わせを受けることが企図されている。また、それらの入力パラメータは、単なる例示に過ぎず、適用例に応じてより多くのまたはより少ない入力信号を提供することができることが企図されている。場合によっては、状態オブザーバ１０６は、適用例に応じて、いくつかの入力「ｙ」、いくつかの制御出力「ｕ」、およびいくつかの内部状態変数「ｘ」のそれぞれについて、現在および／または過去の値を受け取ることができる。
【００５０】
状態オブザーバ１０６は、現在の１組の状態変数「ｘ」を生成し、次いでそれらをＭＰＣコントローラ１０８に提供する。次いで、ＭＰＣコントローラ１０８は、新規の制御出力「ｕ」を計算し、それらをエンジン２０のアクチュエータなどに供給する。制御出力「ｕ」を、常に、間欠的に、または周期的に、あるいは所望により任意の他の時間に更新することができる。エンジン２０は、新規の制御出力「ｕ」を使用して動作し、それに応じて新規の入力「ｙ」を生成する。
【００５１】
図示の一実施形態では、標準型の二次計画（ＱＰ）および／または線形計画（ＬＰ）技術を使用して、制御出力「ｕ」に関する値を予測するようにＭＰＣ８４をプログラムすることができ、その結果、エンジン２０は、所望の目標範囲内にある所望の目標値でありかつ／またはどんな所定の限界値にも違反しない入力「ｙ」を生成する。例えば、ＮＯｘおよび／またはＰＭエミッションに対するＶＮＴ  ＳＥＴ信号４４、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号６０および／またはＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号５０による影響を知ることにより、ＮＯｘ７４および／またはＰＭエミッション信号７６の将来の値が所望の目標範囲内にある所望の目標値でありかつ／または現在の限界値に違反しない値になるか、あるいはその値のままになるように、ＭＰＣ８４は、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号４４、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号６０および／またはＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号５０の制御出力についての値を予測することができる。そのような予測能力は、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号４４、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号６０および／またはＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号５０の変化が起こるときから、かつ、その結果、ＮＯｘおよび／またはＰＭエミッション信号７４、７６の変化が起こるときに、「ターボラグ」（例えば、１秒）が存在することが多いので特に有用である場合がある。場合によっては、それらの限界値は変化することがあり、現在の動作状況に応じて決まることがある。
【００５２】
ＭＰＣ８４は、問題の複雑度に応じて、オンライン最適化の形態でかつ／またはハイブリッドマルチパラメータアルゴリズムで計算された等価なルックアップテーブルを用いることによって実施することができることが企図されている。ハイブリッドマルチパラメータアルゴリズムにより、エミッションパラメータならびに複数のシステム動作モードに関する限界値を符号化して、車両のエンジン制御装置（ＥＣＵ）で実装することのできるルックアップテーブルにすることができる。それらのエミッションの限界値は、追加のパラメータとしてルックアップテーブルに入力される時間変化信号でよい。ハイブリッドマルチパラメータアルゴリズムはさらに、Ｆ．Ｂｏｒｒｅｌｌｉによる、「Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｌｉｎｅａｒ  ａｎｄ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ｖｏｌｕｍｅ  ２９０、Ｌｅｃｔｕｒｅ  Ｎｏｔｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、２００３年、に記載されており、この文献を参照により本明細書に組み込む。
【００５３】
あるいは、またはさらに、ＭＰＣ８４は、１つまたは複数の比例微分積分（ＰＩＤ）制御ループ、１つまたは複数の予測限界値制御ループ（例えば、スミス予測器制御ループ）、１つまたは複数のマルチパラメータ制御ループ、１つまたは複数の多変数制御ループ、１つまたは複数の動的マトリックス制御ループ、１つまたは複数の統計処理制御ループ、知識ベースのエキスパートシステム、ニューラルネットワーク、ファジー理論または所望の通りに任意の他の適切な制御メカニズムを含むことができる。また、ＭＰＣ８４は、エンジンのアクチュエータを制御するために使用される、より低いレベルのコントローラに関するコマンドおよび／または設定点を提供することができることが企図されている。場合によっては、そのより低いレベルのコントローラは、例えば、ＰＩＤコントローラなどの単一入力／単一出力（ＳＩＳＯ）コントローラでよい。
【００５４】
図５は、燃料側／空気側複合コントローラを採用する、本発明の例示的な実施形態による他の図示のディーゼルエンジンシステムの概略図である。図示のディーゼルエンジンシステムは、参照番号１１０で全体的に表され、電気モータの援助を有する可変ノズルタービン（ＶＮＴ）ターボチャージャに連結されたディーゼルエンジン１１２と、エンジン排気マニホールドとエンジン吸気マニホールドとの間に挿入された排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁と、を含むことができる。あるいは、他の実施形態では、ディーゼルエンジン１１２は、ＥＧＲ弁に加えて他のタイプのターボチャージャを含むことができ、所望の場合に、例えば、可変形状入口ノズルターボチャージャ（ＶＧＴ）またはウェイストゲートターボチャージャを含む。図１に示した実施形態と同様に、ディーゼルエンジンシステム１１０は、所望により圧縮機冷却器、ＥＧＲ冷却器など他の構成要素を含むことができる。
【００５５】
いくつかのセンサ出力を、動作中にエンジン１１２の様々なパラメータをモニターするために提供することができる。いくつかの実施形態では、例えば、エンジン１１２の図示のセンサ出力は、図示のように、ＥＮＧＩＮＥ  ＳＰＥＥＤ信号１１４、吸気ＭＡＦ信号１１６、吸気ＭＡＰ信号１１８、吸気ＭＡＴ信号１２０、ＴＵＲＢＯ  ＳＰＥＥＤ信号１２２、ＮＯｘ信号１２４、ＰＭ信号１２６、およびＥＮＧＩＮＥ  ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ感知信号１２８を含むことができる。本明細書の他の実施形態と同様に、提供されるエンジンセンサ出力の数および／またはタイプは、適用例に応じて変更することができる。
【００５６】
図５でさらに分かるように、燃料側／空気側複合コントローラ１３０を、エンジン１１２に連結することができ、燃料噴射器によってエンジン１１２に送出される燃料プロフィール１３２を含むエンジン１１２の燃料側および空気側の両方の制御を調整するように働かせることができる。いくつかの実施形態では、ＰＥＤＡＬ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ信号１３４およびＳＴＡＴＥ  ＡＮＤ  ＡＣＴＵＡＴＯＲ  ＣＯＮＳＴＲＡＩＮＴＳ信号１３６をコントローラ１３０によって使用して、エンジン１１２のための燃料の所望の量を計算することができる。図３に関して上述したものなど他の入力信号を、所望の場合に燃料側／空気側複合コントローラ１３０に入力することもできる。場合によっては、ペダルを踏み込むことにより、本明細書で説明したように、１つまたは複数の静的および／または動的な制御マップによって求められるようにして、燃料の流れを増大させる。
【００５７】
ＭＡＰ、ＭＡＦ、ＭＡＴ、ＴＵＲＢＯ  ＳＰＥＥＤ、ＮＯｘエミッション、ＰＭエミッションなど、様々なエンジンパラメータに対する燃料供給レートおよび／または燃料供給レートの変化による影響を知ることによって、コントローラ１３０は、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号１３８、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号１４０、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号１４２、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号１４４、ＣＯＭＰ．  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号１４６および／またはＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号１４８など、１つまたは複数の制御信号を調節して、例えば、ＭＡＰ、ＭＡＦ、ターボ回転数、ＮＯｘエミッション、ＰＭエミッションなどに対する阻害影響を相殺または緩和することができる。使用の際には、それらの信号の制御は、エンジンの応答性、性能、および／またはエミッションを改善する助けとすることができる。
【００５８】
エンジン１１２に送出される燃料プロフィール１３２を制御することに加えて、図示のコントローラ１３０はさらに、エンジン１１２の空気側制御を調整するように構成することができる。本明細書で使用される「空気側制御」という用語は、吸気および排気の両方またはエミッション制御を含むことができる。図５に示した実施形態では、例えば、コントローラ１３０を、ＭＡＦ信号１１６、ＭＡＰ信号１１８、ＭＡＴ信号１２０、ＴＵＲＢＯ  ＳＰＥＥＤ信号１２２、ＮＯｘ信号１２４、ＰＭ信号１２６、および／またはＥＮＧＩＮＥ  ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ信号１２８などの入力信号を受け取るように構成することができる。それらの入力パラメータは、単なる例示に過ぎず、適用例に応じてより多くのまたはより少ない信号を受け取ることができることが企図されている。
【００５９】
現在および／または過去に受け取った入力パラメータの値に基づいて、図示のコントローラ１３０は、燃料側および／または空気側制御をエンジン１１２に提供する助けをするように、いくつかの制御出力を提供することができる。いくつかの実施形態では、例えば、コントローラ１３０は、図５に示すように、ＦＵＥＬ  ＰＲＯＦＩＬＥ信号１３２、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号１３８、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号１４０、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号１４２、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号１４４、ＣＯＭＰ．  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号１４６、およびＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号１４８を提供することができる。しかし、適用例によっては、他の制御出力をエンジン１１２に提供することができることを理解されたい。場合によっては、コントローラ１３０は、図３のコントローラ８４と同様のものとすることができる。
【００６０】
図６は、本発明の例示的な実施形態による他の図示のディーゼルエンジンシステム１５０の概略図である。ディーゼルエンジンシステム１５０は、図５に関連して上述したものと同様であり、各図面において同様の要素は同様にして番号付けされる。しかし、図６に示した実施形態では、コントローラ１３０はさらに、ＰＥＤＡＬ  ＲＡＴＥ信号１５２およびＢＲＡＫＥ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ信号１５４を受け取るように構成することができ、所望の場合は、コントローラ１３０によってそれらの信号をさらに使用して、エンジンの燃料側および／または空気側制御を調節することができる。
【００６１】
場合によっては、燃料ペダルが係合または係合解除するときのレートの変化を判定することによって、将来の燃料および／または空気の必要性を予想するために、ＰＥＤＡＬ  ＲＡＴＥ信号１５２をＰＥＤＡＬ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ信号１３４と併せて使用することができる。同様にして、ＢＲＡＫＥ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ信号１５４を使用して、例えば、運転者によってブレーキに加えられた圧力、ブレーキレート、および／またはブレーキの移動に基づいて、将来の燃料および／または空気側の必要性を予想することができる。こうした入力信号１５２、１５４を使用して、コントローラ１３０は、エンジンの将来の燃料および／または空気の必要性を予想することができ、その予想された必要性を満たすように燃料プロフィールおよび／または空気プロフィールを調節することができる。
【００６２】
図７は、燃料側／空気側複合コントローラを採用する、本発明の例示的な実施形態による他の図示のディーゼルエンジンシステム１５６の概略図である。図７に示した実施形態では、燃料側位置およびレートマップ１６０ならびに空気側位置およびレートマップ１６２に提供されるＰＥＤＡＬ  ＰＯＳＩＴＩＯＮ信号１５８が示されており、それらのレートマップは、動的マップ、静的マップ、またはそれらの組合せとすることができる。図７に破線の箱１６４によって示すように、マップ１６０、１６２は両方とも、エンジンの燃料側および空気側の両方を制御するための単一の（すなわち、一体の）マップとして提供することができる。しかし、所望の場合は、それらのマップ１６０、１６２を別々に実施することができることを理解されたい。
【００６３】
図示の実施形態では、燃料側位置およびレートマップ１６０は、ペダル位置および／またはペダル変化率（ならびに場合によっては、さらにそのペダル位置の微分）を１つまたは複数の燃料側設定点１６６に変換することができる。さらに、空気側位置およびレートマップ１６２は、ペダル位置および／またはペダル変化率（ならびに場合によっては、さらにペダル位置の微分）を１つまたは複数の空気側パラメータ１６８に変換することができる。いくつかの実施形態では、他の空気側設定点マップ１７０は、ブレーキ位置パラメータ、ＶＮＴ位置パラメータ、外気温パラメータ、外気圧パラメータ、エンジン温度パラメータ、湿度パラメータおよび／または任意の他の所望のパラメータなど、他のいくつかのエンジンパラメータ１７２を受け取ることができ、それらを１つまたは複数の空気側設定点１７４として設定点マップ１７０に提供することができる。
【００６４】
燃料側／空気側複合コントローラ１７６は、燃料側位置およびレートマップ１６０、空気側位置およびレートマップ１６２から１つまたは複数の燃料側および空気側設定点および／またはパラメータ、ならびに、場合によっては、空気側設定点マップ１７０から空気側設定点１７４を受け取るように構成することができる。燃料側／空気側複合コントローラ１７６はさらに、エンジンの燃料側および空気側の両方から様々なセンサ信号を受け取るように構成することができる。いくつかの実施形態では、例えば、燃料側／空気側複合コントローラ１７６は、ＥＮＧＩＮＥ  ＳＰＥＥＤ、ＭＡＦなど、いくつかの燃料側信号１７８を受け取るように構成することができ、それらの信号を、エンジンの１つまたは複数の燃料側アクチュエータ（例えば、燃料噴射器）にＦＵＥＬ  ＰＲＯＦＩＬＥ信号１８０として提供することができる。
【００６５】
エンジンの空気側制御の場合は、燃料側／空気側複合コントローラ１７６は、ＭＡＦ、ＭＡＰ、ＭＡＴ、ＮＯｘ、ＰＭ、ＴＵＲＢＯ  ＳＰＥＥＤ、ＶＮＴ  ＰＯＳ、ＥＧＲ  ＰＯＳなど、いくつかの空気側信号１８２を受け取るように構成することができ、それらの信号は、設定点マップ１７０によって提供される任意選択の空気側設定点１７４と組合せて、所望の通りにＶＮＴ  ＳＥＴ、ＶＧＣ  ＳＥＴ、ＥＧＲ  ＳＥＴ、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ、ＣＯＭＰ．  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴなど、１つまたは複数の空気側制御信号１８４として提供することができる。
【００６６】
いくつかの実施形態では、燃料側／空気側複合コントローラ１７６は、中心最適化アルゴリズムまたはルーチンを使用して全てのアクチュエータ信号を計算するように構成することができる、多変数モデル予測コントローラ（ＭＰＣ）とすることができる。本明細書の他の実施形態と同様に、燃料側／空気側複合コントローラ１７６を、問題の複雑さに応じて、オンライン最適化の形態でかつ／またはハイブリッドマルチパラメータアルゴリズムで計算される等価なルックアップテーブルを使用することによって実装することができる。ハイブリッドマルチパラメータアルゴリズムは、エミッションパラメータならびに複数のシステム動作モードに関する限界値を符号化して、車両のエンジン制御装置（ＥＣＵ）で実装することができるルックアップテーブルにすることができる。エミッション限界値は、追加のパラメータとしてルックアップテーブルに入力される時間変化信号でよい。
【００６７】
あるいは、またはさらに、燃料側／空気側複合コントローラ１７６は、１つまたは複数の比例微分積分（ＰＩＤ）制御ループ、１つまたは複数の予測限界値制御ループ（例えば、スミス予測器制御ループ）、１つまたは複数のマルチパラメータ制御ループ、１つまたは複数の多変数制御ループ、１つまたは複数の動的マトリックス制御ループ、１つまたは複数の統計処理制御ループ、知識ベースのエキスパートシステム、ニューラルネットワーク、ファジー理論または所望のように任意の他の適切な制御メカニズムを含むことができる。また、燃料側／空気側複合コントローラ１７６が、エンジンのアクチュエータを制御するために使用されるより低いレベルのコントローラに関するコマンドおよび／または設定点を提供することができることが企図されている。場合によっては、そのより低いレベルのコントローラは、例えば、ＰＩＤコントローラなどの単一入力／単一出力（ＳＩＳＯ）コントローラでよい。
【００６８】
このように、本発明のいくつかの実施形態を説明してきたが、本明細書に添付された特許請求の範囲の範囲内に包含される他の実施形態を作り使用することができることを当業者は簡単に理解するであろう。本書でカバーする本発明の多くの利点は、前述の説明に記載されている。本開示は多くの点において単に説明のためであることが理解されよう。細部において、特に部品の形状、寸法および配置については、本発明の範囲から逸脱することなく変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の例示的な実施形態による実例となるディーゼルエンジンシステムの概略図である。
【図２】図１の実例となるディーゼルエンジンシステムと共に使用するための実例となる燃料側／空気側複合コントローラ概略図である。
【図３】本発明の他の例示的な実施形態による実例となる燃料側／空気側複合コントローラの概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による実例となるモデル予測コントローラの概略図である。
【図５】燃料側／空気側複合コントローラを採用した、本発明の例示的な実施形態による他の実例となるディーゼルエンジンシステムの概略図である。
【図６】燃料側／空気側複合コントローラを採用した、本発明の例示的な実施形態による他の実例となるディーゼルエンジンシステムの概略図である。
【図７】燃料側／空気側複合コントローラを採用した、本発明の例示的な実施形態による他の実例となるディーゼルエンジンシステムの概略図である。
【図１】
2008534856.tif 000012
【図２】
2008534856.tif 000013
【図３】
2008534856.tif 000014
【図４】
2008534856.tif 000015
【図５】
2008534856.tif 000016
【図６】
2008534856.tif 000017
【図７】
2008534856.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月5日(2007.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンシステム（１０、１１０、１５０、１５６）を制御するための方法であって、
ディーゼルエンジンシステム（１０、１１０、１５０、１５６）は、
燃料側および空気側を有するディーゼルエンジン（２０、１１２）を有し、前記ディーゼルエンジン（２０、１１２）の前記燃料側が少なくとも１つの燃料噴射器（２６）を含み、前記ディーゼルエンジン（２０、１１２）の前記空気側が吸気マニホールド（２２）と、排気マニホールド（２４）と、圧縮空気を前記吸気マニホールド（２２）に供給するための圧縮機（３８）を駆動するように適合されたタービン（３６）とを含み、
前記方法はさらに、
前記エンジン（２０、１１２）の前記燃料側および空気側の両方の制御を調整するように適合された燃料側／空気側複合コントローラ（８４、１３０、１７６）を提供するステップと、
１つまたは複数の燃料側パラメータ（６８、９４、９８、１００、１３４、１５２、１５４）および１つまたは複数の空気側パラメータ（４８、７０、７２、７４、７６）を感知するステップと、
前記エンジン（２０、１１２）の前記燃料側の少なくとも一部および前記空気側の少なくとも一部を制御するための燃料プロフィール信号（８８、１０４、１８０）および１つまたは複数の空気側制御信号（９０、１８４）を出力するステップとを含む、方法。
【請求項２】
ディーゼルエンジンシステム（１０、１１０、１５０、１５６）を制御するための方法であって、
ディーゼルエンジンシステム（１０、１１０、１５０、１５６）は、
燃料側および空気側を有するディーゼルエンジン（２０、１１２）を有し、前記ディーゼルエンジン（２０、１１２）の前記燃料側が少なくとも１つの燃料噴射器（２６）を含み、前記ディーゼルエンジン（２０、１１２）の前記空気側が吸気マニホールド（２２）と、排気マニホールド（２４）と、圧縮空気を前記吸気マニホールド（２２）に供給するための圧縮機（３８）を駆動するように適合されたタービン（３６）とを含み、
前記方法はさらに、
前記エンジン（２０、１１２）の前記燃料側および空気側の両方の制御を調整するように適合された燃料側／空気側複合コントローラ（８４、１３０、１７６）を提供するステップと、
１つまたは複数の燃料側パラメータ（６８、９４、９８、１００、１３４、１５２、１５４）および１つまたは複数の空気側パラメータ（４８、７０、７２、７４、７６）を感知するステップと、
前記エンジン（２０、１１２）の前記燃料側の少なくとも一部および前記空気側の少なくとも一部を制御するための燃料プロフィール信号（８８、１０４、１８０）および１つまたは複数の空気側制御信号（９０、１８４）を出力するステップとを含み、
前記燃料側／空気側複合コントローラ（８４、１３０、１７６）が、中心最適化アルゴリズムまたはルーチンを使用して前記燃料側パラメータおよび空気側パラメータの両方（６８、８４、９４、９８、１００、１３０、１３４、１５２、１５４、１７６）を計算するように適合されたモデル予測コントローラ（８４、１３０、１７６）を含む、方法
【請求項３】
ディーゼルエンジンシステム（１０、１１０、１５０、１５６）を制御するための方法であって、
ディーゼルエンジンシステム（１０、１１０、１５０、１５６）は、
燃料側および空気側を有するディーゼルエンジン（２０、１１２）を有し、前記ディーゼルエンジン（２０、１１２）の前記燃料側が少なくとも１つの燃料噴射器（２６）を含み、前記ディーゼルエンジン（２０、１１２）の前記空気側が吸気マニホールド（２２）と、排気マニホールド（２４）と、圧縮空気を前記吸気マニホールドに供給するための圧縮機（３８）を駆動するように適合されたタービン（３６）と、前記排気マニホールド（２４）を介して排気ガスを受け取るように適合された排気ガス再循環弁（５８）とを含み、
前記方法はさらに、
前記エンジン（２０、１１２）の前記燃料側および空気側の両方の制御を調整するように適合された燃料側／空気側複合コントローラ（８４、１３０、１７６）を提供するステップと、
１つまたは複数の燃料側パラメータ（６８、９４、９８、１００、１３４、１５２、１５４）および１つまたは複数の空気側パラメータ（４８、７０、７２、７４、７６）を感知するステップと、
前記１つまたは複数の燃料側パラメータおよび／または空気側パラメータ（６８、８４、９４、９８、１００、１３０、１３４、１５２、１５４、１７６）のうち少なくとも１つの今後の値に影響するように、前記タービン（３６）の現在の設定位置および前記排気ガス再循環弁（５８）の現在の設定位置を設定するステップであって、前記タービン（３６）および排気ガス再循環弁（５８）の前記現在の設定位置が、１つまたは複数の感知された燃料および空気側パラメータ（６８、８４、９４、９８、１００、１３０、１３４、１５２、１５４、１７６）に少なくとも部分的に依存する、ステップと、
前記タービン（３６）の現在の設定点および前記排気ガス再循環弁（５８）の現在の設定点を予測するステップと、
前記エンジン（２０、１１２）の前記燃料側の少なくとも一部および前記空気側の少なくとも一部を制御するための、燃料プロフィール信号（８８、１０４、１８０）および１つまたは複数の空気側制御信号（９０、１８４）を出力するステップとを含む、方法。
【請求項４】
エンジンシステム（１０、１１０、１５０、１５６）であって、
燃料側および空気側を有するエンジン（２０、１１２）を備え、前記エンジン（２０、１１２）の前記燃料側が少なくとも１つの燃料噴射器（２６）を含み、前記エンジン（２０、１１２）の前記空気側が吸気マニホールド（２２）と、排気マニホールド（２４）と、圧縮空気を前記吸気マニホールド（２２）に供給するための圧縮機（３８）を駆動するように適合されたタービン（３６）とを有し、
前記エンジンシステム（１０、１１０、１５０、１５６）はさらに、燃料プロフィール信号（８８、１０４、１８０）および少なくとも１つの空気側制御信号（９０、１８４）を出力するように適合された燃料側／空気側複合コントローラ（８４、１３０、１７６）とを備える、エンジンシステム（１０、１１０、１５０、１５６）。
【国際調査報告】
2008534856.tif 000019
2008534856.tif 000020
2008534856.tif 000021
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