(57)【要約】  機関の動作中にセンサのグループとアクチュエータのグループとの相互作用をモデル化する多変数制御装置。アクチュエータのグループがセンサまたはセンサのグループに及ぼす相互作用的影響を考慮することにより、改善されたシステム性能を達成することができる。ＮＯＸおよび／またはＰＭセンサなどの排出物質センサを使用する場合、多変数制御装置が、機関の排出物質を減少させるために、様々な機関アクチュエータの制御に役立つことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル機関システムを制御する方法であって、前記ディーゼル機関システムは、吸気マニホルドおよび排気マニホルドを有するディーゼル機関と、前記排気マニホルドから受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービンとを含み、前記排気ガスによって前記タービンが駆動される程度は、前記タービンの設定位置によって設定され、前記タービンが、前記吸気マニホルドに圧縮空気を提供する圧縮器を駆動し、前記ディーゼル機関システムはさらに、前記排気マニホルドを介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記吸気マニホルドに送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を含み、前記選択された量が、前記ＥＧＲ弁の設定位置によって設定され、
前記方法はさらに、前記ディーゼル機関の前記排気ガスの組成に関連する１つまたは複数のパラメータの現在値を感知するステップと、
前記１つまたは複数のパラメータの少なくとも１つの未来の値を生じさせるために、前記タービンの現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁の現在設定位置を設定するステップとを含み、前記現在設定位置が前記１つまたは複数の感知されるパラメータに依存する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記１つまたは複数のパラメータが断続的に感知される、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記１つまたは複数のパラメータが定期的に感知される、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記タービンの前記現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁の前記現在設定位置が、断続的に設定される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記タービンの前記現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁の前記現在設定位置が、定期的に設定される、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記設定するステップが、前記タービンの現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁の現在設定位置を予測するステップを含む、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記１つまたは複数のパラメータの１つが、前記排気ガスのＮＯＸ濃度に関連する、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記タービンの前記現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁の前記現在設定位置は、前記ＮＯＸ濃度が所定のＮＯＸ制約を侵害しないような位置である、方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、前記１つまたは複数のパラメータの１つが、前記排気ガスの粒子状物質（ＰＭ）濃度に関連する、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記タービンの前記現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁の前記現在設定位置は、前記ＰＭ濃度が所定のＰＭ制約を侵害しないような位置である、方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の方法であって、前記予測するステップが、前記タービンの前記現在設定位置および前記ＥＧＲ弁の前記現在設定位置を予測する、方法。
【請求項１２】
請求項６に記載の方法であって、前記予測するステップが、モデル予測制御アルゴリズムを使用する、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記予測するステップが、前記１つまたは複数の感知されるパラメータの前記現在の、および１つまたは複数の過去の感知される値を使用する、方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、前記吸気マニホルドが吸気マニホルド空気圧（ＭＡＰ）を有し、前記タービンの前記現在設定位置および前記ＥＧＲ弁の前記現在設定位置が、前記１つまたは複数の感知されるパラメータおよび前記ＭＡＰに依存する、方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法であって、前記吸気マニホルドが吸気マニホルド空気流量（ＭＡＦ）を有し、前記タービンの前記現在設定位置および前記ＥＧＲ弁の前記現在設定位置が、前記１つまたは複数の感知されるパラメータおよび前記ＭＡＦに依存する、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、前記タービンが電動機アシストを含み、前記電動機アシストが速度設定位置を有し、前記設定するステップが、前記電動機アシストの現在速度設定位置を設定する、方法。
【請求項１７】
請求項６に記載の方法であって、前記ディーゼル機関システムが、前記排気ガスが前記吸気マニホルドに提供される前に前記排気ガスを冷却するのに役立てるために、前記ＥＧＲ弁の上流または下流にＥＧＲ冷却装置を含み、前記ＥＧＲ冷却装置が、前記ＥＧＲ冷却装置を制御するＥＧＲ冷却装置設定信号を有し、前記予測するステップが、前記ＥＧＲ冷却装置設定信号の現在値を予測する、方法。
【請求項１８】
請求項６に記載の方法であって、前記圧縮器が可変幾何圧縮器（ＶＧＣ）であり、前記可変幾何圧縮器（ＶＧＣ）は、前記ＶＧＣ圧縮器の出口にて翼の位置を制御することで制御された量の圧縮空気を前記吸気マニホルドに提供するＶＧＣ  ＳＥＴ信号を有し、前記予測するステップが、前記ＶＧＣ  ＳＥＴ信号の現在値を予測する、方法。
【請求項１９】
ディーゼル機関システムを制御する方法であって、前記ディーゼル機関システムは、吸気マニホルドおよび排気マニホルドを有するディーゼル機関と、前記排気マニホルドから受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービンとを含み、前記排気ガスによって前記タービンが駆動される程度は、前記タービンの設定位置によって設定され、前記タービンが、前記吸気マニホルドに圧縮空気を提供する圧縮器を駆動し、前記ディーゼル機関システムはさらに、前記排気マニホルドを介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記吸気マニホルドに送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を含み、前記選択された量が、前記ＥＧＲ弁の設定位置によって設定され、
前記方法はさらに、前記ディーゼル機関の前記排気ガスの組成に関連する１つまたは複数のパラメータの現在値および１つまたは複数の過去値を感知するステップと、
前記１つまたは複数のパラメータの少なくとも１つの未来の値を生じさせるために、前記ＥＧＲ弁の現在設定位置を設定するステップとを含み、前記ＥＧＲ弁の前記現在設定位置が、１つまたは複数の前記感知されるパラメータの、前記現在値および１つまたは複数の過去値を、入力として受け取るモデル予測制御装置を使用して予測される方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記設定するステップが、前記タービンの現在設定位置も設定し、前記タービンの前記現在設定位置が、入力として１つまたは複数の前記感知されるパラメータの前記現在値および１つまたは複数の過去値を受け取るモデル予測制御装置を使用して予測される、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記吸気マニホルドが吸気マニホルド空気圧（ＭＡＰ）を有し、前記タービンの前記現在設定位置および前記ＥＧＲ弁の前記現在設定位置が、前記１つまたは複数の感知されるパラメータおよび前記ＭＡＰに依存する、方法。
【請求項２２】
ディーゼル機関システムを制御する方法であって、前記ディーゼル機関システムは、吸気マニホルドおよび排気マニホルドを有するディーゼル機関と、前記排気マニホルドから受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービンとを含み、前記排気ガスによって前記タービンが駆動される程度は、前記タービンの設定位置によって設定され、前記タービンが、前記吸気マニホルドに圧縮空気を提供する圧縮器を駆動し、前記ディーゼル機関システムはさらに、前記排気マニホルドを介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記吸気マニホルドに送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を含み、前記選択された量が、前記ＥＧＲ弁の設定位置によって設定され、
前記方法はさらに、前記ディーゼル機関の前記排気ガスの組成に関連する１つまたは複数のパラメータの現在値および１つまたは複数の過去値を感知するステップと、
前記１つまたは複数のパラメータの少なくとも１つの未来の値を生じさせるために、前記タービンの現在設定位置を設定するステップとを含み、前記タービンの前記現在設定位置が、１つまたは複数の前記感知されるパラメータの、前記現在値および１つまたは複数の過去値を、入力として受け取るモデル予測制御装置を使用して予測される方法。
【請求項２３】
ディーゼル機関システムを制御する方法であって、前記ディーゼル機関システムは、吸気マニホルドおよび排気マニホルドを有するディーゼル機関と、前記排気マニホルドから受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービンとを含み、前記排気ガスによって前記タービンが駆動される程度は、前記タービンの設定位置によって設定され、前記タービンが、前記吸気マニホルドに圧縮空気を提供する圧縮器を駆動し、前記ディーゼル機関システムはさらに、前記排気マニホルドを介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記吸気マニホルドに送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を含み、前記選択された量が、前記ＥＧＲ弁の設定位置によって設定され、
前記方法はさらに、前記ディーゼル機関の動作に関連する２つ以上のパラメータを感知するステップと、
前記１つまたは複数のパラメータの少なくとも１つの未来の値を生じさせるために、前記タービンの現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁の現在設定位置を設定するステップとを含み、前記現在設定位置が、前記１つまたは複数の感知されるパラメータに依存し、さらに、
前記１つまたは複数のパラメータの少なくとも１つの未来の値を生じさせるために、前記タービンの現在設定位置を設定する多変数制御装置を使用することを含み、前記タービンの前記現在設定位置が、１つまたは複数の前記感知されるパラメータの、前記現在値および１つまたは複数の過去値を、入力として受け取るモデル予測制御装置を使用して予測される方法。
【請求項２４】
ディーゼル機関であって、
前記ディーゼル機関の動作に関連する２つ以上のパラメータを感知する２つ以上のセンサと、
前記ディーゼル機関の動作の少なくとも一部を制御するアクチュエータとを備え、前記アクチュエータの動作が、前記２つ以上の感知されるパラメータに影響を及ぼし、さらに、
前記アクチュエータを制御するために前記２つ以上のセンサおよび前記アクチュエータに結合された多変数制御装置を備え、前記多変数制御装置が、前記２つ以上のそれぞれのパラメータに及ぼす前記アクチュエータの動作の影響をモデル化する多変数モデルを有し、前記多変数制御装置が、前記２つ以上のパラメータで所望の応答を生成するために前記アクチュエータを制御するものであるディーゼル機関。
【請求項２５】
請求項２４に記載のディーゼル機関であって、２つ以上のアクチュエータを有し、前記２つ以上のアクチュエータの動作が、前記２つ以上の感知されるパラメータに影響を及ぼし、前記多変数制御装置の前記多変数モデルが、前記２つ以上のそれぞれのパラメータに及ぼす前記２つ以上のアクチュエータの動作の影響をモデル化し、前記多変数制御装置が、前記２つ以上のパラメータで所望の応答を生成するために前記２つ以上のアクチュエータを制御する、機関。
【請求項２６】
請求項２４に記載のディーゼル機関であって、前記２つ以上のパラメータが、前記ディーゼル機関の排気ガスのＮＯＸ濃度を含む、ディーゼル機関。
【請求項２７】
請求項２４に記載のディーゼル機関であって、前記２つ以上のパラメータが、前記ディーゼル機関の排気ガスの粒子状物質濃度を含む、ディーゼル機関。
【請求項２８】
請求項２４に記載のディーゼル機関であって、前記２つ以上のパラメータが、前記ディーゼル機関の吸気マニホルドの吸気マニホルド空気圧を含む、ディーゼル機関。
【請求項２９】
請求項２４に記載のディーゼル機関であって、前記２つ以上のパラメータが、前記ディーゼル機関の吸気マニホルドのマニホルド空気圧（ＭＡＰ）を含む、ディーゼル機関。
【請求項３０】
請求項２４に記載のディーゼル機関であって、前記２つ以上のパラメータが、前記ディーゼル機関の吸気マニホルドのマニホルド空気流量（ＭＡＦ）を含む、ディーゼル機関。
【請求項３１】
請求項２４に記載のディーゼル機関であって、前記２つ以上のパラメータが、前記ディーゼル機関のターボ過給機のターボ速度を含む、ディーゼル機関。
【請求項３２】
請求項２４に記載のディーゼル機関であって、前記アクチュエータが、前記ディーゼル機関の排気マニホルドから受け取った排気ガスによって可変駆動される可変幾何タービンを含み、前記排気ガスによって前記タービンが駆動される程度が、前記多変数制御装置によって制御される、ディーゼル機関。
【請求項３３】
請求項２４に記載のディーゼル機関であって、前記アクチュエータが、前記ディーゼル機関の排気マニホルドを介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記ディーゼル機関の吸気マニホルドに提供する調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を含み、前記選択された量が前記多変数制御装置によって制御される、ディーゼル機関。
【請求項３４】
請求項２４に記載のディーゼル機関であって、前記アクチュエータが、前記ディーゼル機関の排気マニホルドから受け取った排気ガスによって駆動されるタービンを含み、前記タービンが、速度設定位置を有する電動機アシストを含み、前記電動機アシストの前記速度設定位置が前記多変数制御装置によって制御される、ディーゼル機関。
【請求項３５】
ディーゼル機関を制御する方法であって、
前記ディーゼル機関の動作に関連する２つ以上のパラメータを感知するステップと、
前記ディーゼル機関の動作の少なくとも一部を実行するアクチュエータ、および前記２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータを制御するステップとを含み、前記制御するステップが、前記２つ以上の感知されるパラメータのそれぞれにおいて所望の応答を生成するために、前記２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータに及ぼす前記アクチュエータの動作の影響を考慮に入れる方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法であって、前記制御するステップが、前記ディーゼル機関の動作の少なくとも一部を実行する少なくとも２つのアクチュエータ、および前記２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータを制御し、前記制御するステップが、前記２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータで所望の応答を生成するために、前記２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータに及ぼす前記２つ以上のアクチュエータの動作の影響を考慮に入れる、方法。
【請求項３７】
請求項３５に記載の方法であって、さらに、前記２つ以上の感知されるパラメータのうち少なくとも選択されたパラメータの少なくとも１つの過去値を記憶するステップと、前記アクチュエータに提供された制御信号の少なくとも１つの過去値を記憶するステップとを含む、方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法であって、前記制御するステップが、前記２つ以上の感知されるパラメータの少なくとも１つの少なくとも１つの過去値、および前記アクチュエータに提供された前記制御信号の少なくとも１つの過去値を使用する、方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップが、１つまたは複数の多パラメータ制御ループを使用する、方法。
【請求項４０】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップが、第１動的フィルタ、その後のルックアップテーブル、その後の第２動的フィルタを含む、方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法であって、前記第１動的フィルタがカルマンフィルタまたは拡張カルマンフィルタである、方法。
【請求項４２】
請求項４１に記載の方法であって、前記第２動的フィルタがアイデンティティフィルタである、方法。
【請求項４３】
請求項４０に記載の方法であって、前記ルックアップテーブルが、多パラメータ複合アルゴリズムを使用して計算される、方法。
【請求項４４】
請求項４０に記載の方法であって、前記ルックアップテーブルが、１つまたは複数の機関排出物質パラメータへの１つまたは複数の制約をコード化する、方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の方法であって、前記ルックアップテーブルが、前記機関に対して、前記機関の前記排出物質を割り当てられた制約内に維持する１つまたは複数の制御信号を生成する、方法。
【請求項４６】
請求項４５に記載の方法であって、前記ルックアップテーブルが、入力として１つまたは複数の排出物質制御制約を受け取る、方法。
【請求項４７】
請求項４６に記載の方法であって、前記１つまたは複数の排出物質制御制約が経時変化する、方法。
【請求項４８】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップが、１つまたは複数の比例積分偏差（ＰＩＤ）制御ループを使用する、方法。
【請求項４９】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップが、１つまたは複数の予測制約制御ループを使用する、方法。
【請求項５０】
請求項４９に記載の方法であって、前記予測制約制御ループの少なくとも１つがスミス予測量を含む、方法。
【請求項５１】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップが、１つまたは複数の多パラメータ制御ループを使用する、方法。
【請求項５２】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップが、１つまたは複数のモデルベース予測制御ループを使用する、方法。
【請求項５３】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップが、１つまたは複数の動的行列制御ループを使用する、方法。
【請求項５４】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップが、１つまたは複数の統計プロセス制御ループを使用する、方法。
【請求項５５】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップが、知識ベースエキスパートシステムを使用する、方法。
【請求項５６】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップがニューラルネットワークを使用する、方法。
【請求項５７】
請求項３８に記載の方法であって、前記制御するステップがファジー理論を使用する、方法。
【請求項５８】
ディーゼル機関システムを制御する方法であって、前記ディーゼル機関システムは、吸気マニホルドおよび排気マニホルドを有するディーゼル機関と、前記排気マニホルドから受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービンとを含み、前記排気ガスによって前記タービンが駆動される程度は、前記タービンの設定位置によって設定され、前記タービンが、前記吸気マニホルドに圧縮空気を提供する圧縮器を駆動し、前記ディーゼル機関システムはさらに、前記排気マニホルドを介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記吸気マニホルドに送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を含み、前記選択された量が、前記ＥＧＲ弁の設定位置によって設定され、
前記方法はさらに、前記ディーゼル機関の動作に関連する１つまたは複数のパラメータを感知するステップを含み、前記１つまたは複数のパラメータが燃料供給率設定点を含まず、さらに、
前記１つまたは複数の感知されるパラメータの少なくとも１つの未来値を生じさせるために、前記タービンの現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁の現在設定位置を設定するステップを含み、前記現在設定位置が、前記１つまたは複数の感知されるパラメータに依存する方法。
【請求項５９】
請求項５８に記載の方法であって、前記１つまたは複数のパラメータが、吸気マニホルド圧力（ＭＡＰ）パラメータ、吸気マニホルド空気流量（ＭＡＦ）パラメータ、吸気マニホルド空気温度（ＭＡＴ）パラメータ、排気ガスＮＯＸ濃度パラメータ、排気ガス粒子状物質濃度および／またはタービン速度パラメータを含む、方法。
【請求項６０】
請求項５８に記載の方法であって、前記タービンが電動機アシストを含み、前記電動機アシストが速度設定位置を有し、前記設定するステップが、前記電動機アシストの現在速度設定位置を設定する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に機関に関し、より詳細には、機関の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火機関は通常、機関に入る空気を計量する空気スロットルに接続されたガスペダルを有する。ガスペダルを踏むと、通常は空気スロットルが開放し、これによってより多くの空気が機関内に入ることができる。場合によっては、燃料噴射器制御装置が機関に提供される燃料を調節して、所望の空気／燃料比（ＡＦＲ）を維持する。ＡＦＲは通常、化学量論比に近い値に保持されて、化学量論的燃焼を生成し、これは機関の排出物質を最小限に抑えるのに役立ち、三元触媒で炭化水素、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。
【０００３】
圧縮点火機関（例えばディーゼル機関）は通常、化学量論比では作動せず、したがってしばしば排出物質が増大し、排出物質の構成要素が異なることになる。ディーゼル機関は現在、自動車や軽トラックの市場に実際に進出しつつあるので、ディーゼル機関に対してさらに厳格な排出物質レベルを要求する連邦規制が通過した。
【０００４】
火花点火機関とは異なり、ディーゼル機関のペダルは通常、機関への空気を計量する空気スロットルに直接接続されていない。代わりに、電子燃料噴射（ＥＦＩ）式ディーゼル機関では、ペダル位置センサによってペダル位置が感知され、感知されるペダル位置を使用して、機関に提供される燃料の量を制御し、これによって燃料ポンプのショット当たりの燃料を増減させることができる。現代の多くのディーゼル機関では、エンジンへの空気が通常はターボ過給機によって、しばしば可変ノズルターボ過給機（ＶＮＴ）またはウェイストゲートターボ過給機によって制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多くのディーゼル機関では、運転者がペダルを動かし、より多くの燃料を噴射した時と、ターボ過給機が回転を上げて、所望の空気燃料比を生成するために必要な追加の空気を提供する時との間に時間遅延、つまり「ターボラグ」がある。この「ターボラグ」は、機関の応答性および性能を低下させることがあり、機関の排出物質を増加させることがある。
【０００６】
通常、ディーゼル機関の排気流内には、火花点火機関に見られる排出物質センサに類似したセンサがない。その１つの理由は、ディーゼル機関が通常は、火花点火機関の約２倍も希薄な状態で動作するからである。したがって、ディーゼル機関の排気ガスの酸素レベルは、標準的な排出物質センサが有用な情報を提供しないレベルになることがある。同時に、ディーゼル機関は通常、従来の三元触媒にとって希薄すぎる状態で燃焼している。したがって、ディーゼル機関の燃焼の制御はしばしば、「開ループ」状態で実行され、しばしば機関マップなどに頼って、許容可能な排気物質にとって好ましいと考えられる吸気マニホルドパラメータの設定点を生成する。
【０００７】
いかなる場合も、ディーゼル機関の排気物質の浄化に役立てるために、後処理が必要であることが多い。多くの場合、後処理は「フロースルー酸化」触媒システムを含み、これには通常、どんな制御もない。炭化水素、一酸化炭素、および最も重要である粒子状物質上に吸着される炭化水素は、状態が適正であれば浄化できることがある。粒子状物質フィルタを含む後処理システムもある。しかし、これらの粒子状物質フィルタは通常、フィルタ表面を「再生」するために、フィルタ上に集まっている煤粒子状物質を焼き払うことによってしばしば定期的に浄化しなければならない。排気ガスの温度を上昇させることが、再生を開始する主な方法であり、シリンダ内または排気ガス燃焼器内に追加の燃料を噴射することも１つの方法である。このタイプの後処理の制御は、圧力センサまたは移動距離に基づいてよく、しばしば開ループ状態である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、機関の多変数制御を実行する方法およびシステムに関する。特定のセンサを特定の機関アクチュエータと対にするのではなく、本発明は、センサのグループとアクチュエータのグループとの相互作用をモデル化する多変数制御装置の使用を企図する。アクチュエータのグループがセンサまたはセンサのグループに与える相互作用的影響を考慮することにより、本発明は改良されたシステム性能を提供することができる。ＮＯＸおよび／またはＰＭセンサなどの排出物質センサを使用する場合は、多変数制御装置は、様々な機関アクチュエータの制御を補助して、機関の排出物質を減少させ、それを所望の限界内に維持することができる。
【０００９】
１つの例示的な実施形態では、機関の動作に関する２つ以上のパラメータを感知する。ディーゼル機関の動作の少なくとも一部を実行するアクチュエータ、および２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータを制御するために、制御装置を設け、制御装置は、アクチュエータの動作が２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータに及ぼす影響を考慮に入れて、２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータに所望の応答を生成する。
【００１０】
場合によっては２つ以上のアクチュエータが設けられ、２つ以上のアクチュエータの動作は、２つ以上の感知されるパラメータに影響を及ぼす。制御装置は、２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータへの２つ以上のアクチュエータの動作の影響をモデル化する多変数モデルを含むことができる。これで、多変数制御装置は、２つ以上のアクチュエータを制御して、２つ以上のパラメータで所望の応答を生成することができる。
【００１１】
特に、１つの例示的な実施形態では、本発明は、吸気マニホルドおよび排気マニホルドを有するディーゼル機関で使用するような構成でよい。ディーゼル機関は、排気マニホルドから受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービンも有してよく、排気ガスによってタービンが駆動される程度は、タービンの位置によって設定され、これは幾つかの実施形態ではＶＮＴまたはウェイストゲートアクチュエータを有する。タービンは、吸気マニホルドに圧縮空気を提供する圧縮器を駆動することができる。ディーゼル機関は、排気マニホルドを介して排気ガスを受け取り、選択された量の排気ガスを吸気マニホルドに送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁も有してよく、選択される量は、ＥＧＲ弁の位置によって設定される。
【００１２】
ディーゼル機関の排気ガスの組成に関する１つまたは複数のパラメータの現在値、およびタービンの現在設定位置および／またはＥＧＲ弁の現在設定位置を設定して、少なくとも１つまたは複数の排気ガスパラメータの将来の値に影響を及ぼすことができ、現在設定位置は１つまたは複数の感知されたパラメータに依存する。１つまたは複数の排気ガスパラメータは、例えばＮＯＸ濃度、ＰＭ濃度、酸素濃度、または任意の他の適切な排気ガスパラメータを所望に応じて含むことができる。１つまたは複数の感知されるパラメータは、例えばマニホルド空気圧（ＭＡＰ）、マニホルド空気流量（ＭＡＦ）、マニホルド空気温度（ＭＡＴ）、機関速度、ターボ速度および／または任意の他の適切なパラメータのような任意の適切な感知パラメータも所望に応じて含むことができる。
【００１３】
場合によっては、タービンの現在設定位置および／またはＥＧＲ弁の現在設定位置は、多変数制御装置によって命令することができる。多変数制御装置によって命令された値は、１つまたは複数の感知される値が１つまたは複数の所定の制約限界を侵害しないようにし、所定の制約限界は、操作または他の条件に応じて時間的に静的なものであっても、動的であってもよい。例えば、多変数制御装置によって命令された値は、ＮＯＸ濃度、ＰＭ濃度および／または任意の他の適切なパラメータが１つまたは複数の所定の制約限界を侵害しないようにすることができる。場合によっては、多変数制御装置は、特定の機関アクチュエータの現在設定位置を予測する場合、所望に応じて現在および／または１つまたは複数の過去の感知された値を使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記の要約は、本発明の開示された各実施形態または全ての実装形態を記述するものではない。以下の図、発明を実施するための最良の形態、および実施例は、これらの実施形態をさらに詳細に例示する。
【００１５】
本発明の他の目的、および本発明の付随的利点の多くは、添付図面と関連して以下の詳細な説明を参照することによって本発明をさらに理解したとき、容易に理解される。図面の図全体にわたって、同様の参照番号は同様の部分を指す。
【００１６】
図１は、本発明による例示的なディーゼル機関システムの略図である。例示的なディーゼル機関システムは全体的に１０で図示され、吸気マニホルド２２および排気マニホルド２４を有するディーゼル機関２０を含む。例示的な実施形態では、燃料噴射器２８が燃料を機関２０に提供する。燃料噴射器２８は、単一の燃料噴射器でよいが、より一般的には別個に制御可能な幾つかの燃料噴射器を含んでよい。燃料噴射器制御装置２６が設けられて、燃料噴射器３８が所望の燃料プロフィールを機関２０に提供するように、燃料噴射器３８を制御する。燃料「プロフィール」という用語は、本明細書では任意の数の燃料パラメータまたは特徴を含んでよく、これは例えば、所望に応じて燃料送出量、燃料送出量の変化、燃料タイミング、燃料噴射前事象、燃料噴射後事象、燃料パルスおよび／または任意の他の燃料送出特徴を含む。１つまたは複数の燃料側アクチュエータを使用して、所望に応じて、これらおよび他の燃料パラメータを制御することができる。
【００１７】
燃料噴射器制御装置２６は、任意の数の入力信号を受け取り、これを使用して、所望の燃料プロフィールを生成することができる。例えば、例示的な燃料噴射器制御装置２６は、ペダル位置信号６６、吸気マニホルド空気流量（ＭＡＦ）信号５０、機関速度信号６８、および空気燃料比（ＡＦＲ）下限信号７０を受け取る。これらの信号は例示にすぎない。例えば、場合によって燃料噴射器制御装置２６は、空気側制御装置（図２参照）から１つまたは複数の制御信号を受け取ることができるが、これは必ずしも必要とはされない。
【００１８】
例示的な実施形態では、機関２０からの排気は排気マニホルド２４に提供され、これは排気ガスを排気パイプ３２に送出する。例示的な実施形態では、排気マニホルド２４の下流にターボ過給機３３を設ける。例示的なターボ過給機３３はタービン３０を含み、これは排気ガスの流れによって駆動される。例示的な実施形態では、回転するタービン３０が、機械的結合部３６を通して圧縮器３４を駆動する。圧縮器は、図示のように通路３８を通して周囲空気を受け取り、周囲空気を圧縮して、圧縮空気を吸気マニホルド２２に提供する。
【００１９】
ターボ過給機３３は、可変ノズルタービン（ＶＮＴ）ターボ過給機でよい。しかし、例えばウェイストゲートターボ過給機、またはウェイストゲートまたはＶＧＴ翼セットを操作するアクチュエータを有する可変幾何吸気ノズルターボ過給機（ＶＧＴ）を含む任意の適切なターボ過給機を使用してよいことが企図される。例示的なＶＮＴターボ過給機は、排気スクロール内の調節可能な翼を使用して、入ってくる排気ガスが排気タービン３０に当たる時の迎え角を変化させる。例示的な実施形態では、翼の迎え角、したがって圧縮器３４によって提供されるブースト（ＭＡＰ）圧力の量は、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号４２によって制御することができる。場合によっては、ＶＮＴ位置信号４６が提供されて、現在の翼位置を示す。また、ターボ速度信号４８を提供して、現在のタービン速度を示すことができる。場合によっては、タービン３０の損傷防止に役立てるために、ターボ速度を制限することが望ましい。
【００２０】
ターボラグの軽減に役立てるために、タービン３０は電動機アシスト（明示的には図示せず）を含んでよい。しかし、これは全ての実施形態で必要なわけではない。電動機アシストは、タービン３０の速度、したがって圧縮器３４によって吸気マニホルド２２に提供されるブースト圧の上昇に役立つことができる。これは、機関が低い機関ＲＰＭにあり、高い加速度状態などのように比較的高いブースト圧が望ましい場合に、特に有用である。これらの状態で、排気ガスの流れは、吸気マニホルド２２にて所望のブースト（ＭＡＰ）圧を生成するのに不十分となる可能性がある。例示的な実施形態では、ＥＴＵＲＢＯ信号を提供して、提供される電動機アシストの量を制御することができる。
【００２１】
圧縮器３４は可変または非可変圧縮器でよいことが企図される。例えば、場合によっては圧縮器３４によって提供される圧縮空気が、タービン３０による圧縮器３４の回転速度の関数にすぎないことがある。他の場合では、圧縮器３４は可変幾何圧縮器（ＶＧＣ）でよく、場合によってはＶＧＣ設定信号６７を使用して、圧縮器の出口における翼位置を設定し、制御された量の圧縮空気を吸気マニホルド２２に提供する。
【００２２】
圧縮空気冷却装置４０を設けて、圧縮空気が吸気マニホルド２２に提供される前に、所望に応じて圧縮空気の冷却に役立てることができる。幾つかの実施形態では、１つまたは複数の圧縮空気冷却装置制御信号６５を圧縮空気冷却装置４０に提供して、最終的に吸気マニホルド２２に提供される圧縮空気の温度制御に役立てることができる。場合によっては、１つまたは複数の圧縮空気冷却装置制御信号６５が、所望に応じて空気側制御装置（図２参照）によって提供される。
【００２３】
場合によっては、何らかのディーゼル機関の排出物質を減少させるために、排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁５８を、図示のように排気マニホルド２４と吸気マニホルド２２の間に挿入することができる。例示的な実施形態では、ＥＧＲ弁５８はＥＧＲ設定信号６０を受け取り、これは所望の量の排気ガス再循環（ＥＧＲ）を設定するために使用される。ＥＧＲ弁５８の現在位置を示すことができるＥＧＲ位置出力信号６２も、所望に応じて提供することができる。
【００２４】
場合によっては、ＥＧＲ冷却装置６４をＥＧＲ弁５８の上流または下流に設けて、排気ガスが吸気マニホルド２２に提供される前に、その冷却に役立てることができる。幾つかの実施形態では、１つまたは複数のＥＧＲ冷却装置制御信号６９をＥＧＲ冷却装置６４に設けて、再循環した排気ガスの温度制御に役立てることができる。場合によっては、１つまたは複数のＥＧＲ冷却装置制御信号６９を、所望に応じて空気側制御装置（図２参照）によって提供することができる。
【００２５】
機関２０の動作を監視するために、幾つかのセンサを設けることができる。例えば、吸気マニホルド空気流（ＭＡＦ）センサ５０は吸気マニホルド空気流（ＭＡＦ）の測定値を提供することができる。吸気マニホルド空気圧（ＭＡＰ）センサ５２は、吸気マニホルド空気圧（ＭＡＰ）の測定値を提供することができる。マニホルド空気温度（ＭＡＴ）センサ５３は、吸気マニホルド空気温度（ＭＡＴ）の測定値を提供することができる。ＮＯＸセンサ５６は、排気ガス中のＮＯＸ濃度の測定値を提供することができる。同様に、粒子状物質（ＰＭ）センサ５４は、排気ガス中の粒子状物質濃度の測定値を提供することができる。ＮＯＸセンサ５６およびＰＭセンサ５４は排気マニホルド２４に配置された状態で図示されているが、これらのセンサは、所望に応じて機関２０の下流のどこにでも設けてよいことが企図される。また、図１に示すセンサは例示的にすぎず、所望に応じて異なる数のセンサを設けてよいことが企図される。
【００２６】
図２は、図１の例示的なディーゼル機関システムで使用する例示的な空気側制御装置の略図である。例示的な空気側制御装置は全体的に８０で図示され、幾つかの機関パラメータを受け取り、空気側制御を機関２０に提供するのに役立つ。例えば、および１つの例示的な実施形態では、空気側制御装置８０は、全て図１に図示されたＭＡＰセンサ出力５２、ＭＡＦセンサ出力５０、ＭＡＴセンサ出力５３、ターボ速度信号４８、ＮＯＸセンサ出力５６および／またはＰＭセンサ出力５４などの入力信号を受け取る。これらの入力パラメータは例示にすぎず、用途に応じて異なる数の入力パラメータが受け取られる可能性があることが企図される。例えば、幾つかの例示的な実施形態では、空気側制御装置８０は、図示のようにペダル位置信号６６および／または燃料プロフィール信号を受け取ることができるが、これは必ずしも必要なことではなく、幾つかの実施形態では望ましくさえない。
【００２７】
受け取られた入力パラメータに基づいて、例示的な空気側制御装置８０は幾つかの制御出力を提供して、空気側制御を機関２０に提供するのに役立つことができる。例えば、空気側制御装置８０は、図１に図示されたＶＮＴ  ＳＥＴ信号４２、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号６０、および場合によってはＣＯＭＰ．ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ設定信号、およびＥＴＵＲＢＯ信号４４を提供することができる。
【００２８】
場合によっては、空気側制御装置は多変数モデル予測制御装置（ＭＰＣ）でよい。ＭＰＣは、機関動作の動的プロセスのモデルを含み、制御変数および測定された出力変数の制約を受けた機関に予測制御信号を提供する。モデルは、用途に応じて静的および／または動的でよい。場合によっては、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。動的モデルは通常、静的モデルにシステムの時間応答に関する情報を加えたものを含む。したがって、動的モデルはしばしば静的モデルより忠実度が高い。
【００２９】
数学的用語では、線形動的モデルは以下の数１の形式を有する。
【００３０】
【数１】
2008525719.tif 000003
【００３１】
ここで、Ｂ０．．．ＢｎおよびＡ１．．．Ａｍは定数行列である。動的モデルでは、時間ｔにおける出力であるｙ（ｔ）は、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。
【００３２】
静的モデルは、行列がＢ１＝．．．＝Ｂｎ＝０およびＡ１＝．．．＝Ａｍ＝０である特殊なケースであり、これは以下のようにさらに単純な関係式で与えられる。
ｙ（ｔ）＝Ｂ０ｕ（ｔ）
図示のような静的モデルは、単純行列乗数である。静的モデルは通常、入力ｕ（ｔ−１）、ｕ（ｔ−２）．．．または出力ｙ（ｔ−１）．．．などの「メモリ」を有さない。その結果、静的モデルはさらに単純にすることができるが、何らかの動的システムパラメータのモデル化の際にパワーが低下することがある。
【００３３】
ターボ過給機ディーゼルシステムの場合は、システムの動作が比較的複雑になることがあり、相互作用の幾つかは「非最小位相」として知られる特徴を有することがある。これは、入力ｕ（ｔ）のステップにさらされると、出力ｙ（ｔ）が最初に１方向に動作し、次に反転して、安定状態で反対方向に向かって動作するという動的応答である。ディーゼル機関の煤排出物質は一例にすぎない。場合によっては、これらの動作が、制御システムの最適動作のために重要である。したがって、動的モデルは、少なくとも幾つかの制御パラメータをモデル化する場合に好ましいことが多い。
【００３４】
１つの実施例では、ＭＰＣは、機関の１つまたは複数のアクチュエータの変化（例えばＶＮＴ  ＳＥＴ、ＥＧＲ  ＳＥＴ、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ、燃料供給量など）が２つ以上のそれぞれのパラメータ（例えばＡＦＲ、ＭＡＰ、ＭＡＦ、ＮＯＸ、ＰＭ）に与える影響をモデル化する多変数モデルを含むことができ、次いで多変数制御装置は、アクチュエータを制御して、２つ以上のパラメータで所望の応答を生成することができる。同様に、場合によってはモデルは、２つ以上のアクチュエータの同期変化が１つまたは複数のそれぞれの機関パラメータに与える影響をモデル化することができ、多変数制御装置は、アクチュエータを制御して、１つまたは複数のそれぞれのパラメータで所望の応答を生成することができる。
【００３５】
例えば、離散時間系動的システムの例示的な状態空間モデルは、以下の形式の等式を使用して表すことができる。
ｘ（ｔ＋１）＝Ａｘ（ｔ）＋Ｂｕ（ｔ）
ｙ（ｔ）＝Ｃｘ（ｔ）
モデル予測アルゴリズムは、以下の式の解を含む。
【００３６】
ｕ（ｋ）＝ａｒｇｍｉｎ｛Ｊ｝
ここで、関数Ｊは数２によって与えられる。
【００３７】
【数２】
2008525719.tif 000004
【００３８】
これは、以下の数３で示す制約を受ける。
【００３９】
【数３】
2008525719.tif 000005
【００４０】
幾つかの実施形態では、これは二次計画法（ＱＰ）問題に変換され、標準的ツールまたはカスタム化したツールで解決される。
変数「ｙ（ｋ）」は、センサの測定値を含む（ターボ過給機の問題の場合、これはＭＡＰ、ＭＡＦ、ＭＡＴ、ターボ速度、ＮＯＸ排出物質、ＰＭ排出物質などを含むが、それらに限定されない）。数４に示される変数
【００４１】
【数４】
2008525719.tif 000006
【００４２】
は、測定値「ｙ（ｔ）」が入手可能である時間「ｔ＋ｋ」にて予測されるシステムの出力を示す。モデル予測制御装置がこれを使用して、出力の（性能指数Ｊによる）「最適」予測シーケンスを生成する入力のシーケンスを選択する。
【００４３】
変数「ｕ（ｋ）」は、Ｊの最適化によって生成され、場合によってはアクチュエータの設定点に使用される。ターボ過給機の問題の場合、これはＶＮＴ  ＳＥＴ、ＥＧＲ  ＳＥＴ、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ、ＥＴＲＵＢＯなどを含むが、それらに限定されない。変数「ｘ（ｋ）」は、システムの動的状態スペースモデルの内部状態を表す変数である。数５に示される変数
【００４４】
【数５】
2008525719.tif 000007
【００４５】
は、未来への状態変数ｋ離散時間系ステップの予測されたバージョンを示し、モデル予測制御装置内で使用して、システムの未来の値を最適化する。
変数ｙｍｉｎおよびｙｍａｘは制約であり、数６で示されるシステム予測の測定値
【００４６】
【数６】
2008525719.tif 000008
【００４７】
の取得が許容される最小値および最大値を示す。これはしばしば、制御システムの閉ループ挙動へのハードリミットに対応する。例えば、任意の時間に毎秒の特定のグラム数を超えることが許容されないように、ＰＭ排出物質にハードリミットを与えることができる。場合によっては、最小ｙｍｉｎまたは最大ｙｍａｘ制約のみが設けられる。例えば、最大ＰＭ排出物質の制約を設けることができ、最小ＰＭ排出物質の制約は不必要であるか、望ましくない。
【００４８】
変数ｕｍｉｎおよびｕｍａｘも制約であり、数７で示されるシステムアクチュエータ
【００４９】
【数７】
2008525719.tif 000009
【００５０】
の取得が許容される最小値および最大値を示し、これはしばしばアクチュエータへの物理的制限に対応する。例えば、ＥＧＲ弁は、弁の全閉位置に対応するゼロという最小値、および弁の全開位置に対応する１という最大値を有してよい。上記と同様に、場合によっては状況に応じて最小ｕｍｉｎまたは最大ｕｍａｘの制約のみを設けることができる。また、現在の動作状態に応じて、一部または全ての制約（例えばｙｍｉｎ、ｙｍａｘ、ｕｍｉｎ、ｕｍａｘ）が変動することができる。状態およびアクチュエータの制約は、所望に応じてインタフェース７８を介して図２の空気側制御装置８０に与えることができる。
【００５１】
定数行列Ｐ、Ｑ、Ｒは、個々の変数の最適化にペナルティを設定するために使用する正定値行列であることが多い。これは実際には、システムの閉ループ応答の調整に使用される。
【００５２】
図３は、本発明による例示的なモデル予測制御装置の略図である。この実施形態では、ＭＰＣ８０は状態オブザーバ８２およびＭＰＣ制御装置８４を含む。上述したように、ＭＰＣ制御装置８４は、幾つかの制御出力「ｕ」を機関２０のアクチュエータなどに提供する。例示的な制御出力は、例えばＶＮＴ  ＳＥＴ信号４２、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号６０、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号６５、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号６９、およびＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号４４を含み、これは全て図１および図２に図示されている。ＭＰＣ制御装置８４は、制御出力ｕ（ｔ）、ｕ（ｔ−１）、ｕ（ｔ−２）などの過去値を記憶するメモリを含んでよい。
【００５３】
状態オブザーバ８２は、幾つかの入力「ｙ」、幾つかの制御出力「ｕ」、および幾つかの内部変数「ｘ」を受け取る。例示的な入力「ｙ」は、例えばＭＡＰセンサ出力５２、ＭＡＦセンサ出力５０、マニホルド空気温度（ＭＡＴ）信号５３、ターボ速度信号４８、ＮＯＸセンサ出力５６および／またはＰＭセンサ出力５４を含み、これは図１および図２に関して図示し、上述されている。入力「ｙ」は、常時、断続的、または定期的、または所望に応じて任意の他の時間に質問してよいことが企図される。また、これらの入力パラメータは例示にすぎず、用途に応じて異なる数の入力信号を提供してよいことが企図される。場合によっては、状態オブザーバ８２は、用途に応じて幾つかの入力「ｙ」、幾つかの制御出力「ｕ」、および幾つかの内部状態変数「ｘ」のそれぞれの現在および／または過去値を受け取ることができる。
【００５４】
状態オブザーバ８２は、状態変数「ｘ」の現在セットを生成し、これは次にＭＰＣ制御装置８４に提供される。ＭＰＣ制御装置８４は、これで新しい制御出力「ｕ」を計算し、これは機関２０のアクチュエータなどに提示される。制御出力「ｕ」は、常時、断続的、または定期的、または所望に応じて任意の他の時間に更新することができる。機関２０は、新しい制御出力「ｕ」を使用して動作し、新しい入力「ｙ」を生成する。
【００５５】
１つの例示的な実施形態では、ＭＰＣ８０は、標準的な二次計画法（ＱＰ）および／または線形計画法（ＬＰ）技術を使用してプログラムされて、機関２０が所望の目標範囲内で所望の目標値である、かつ／または任意の所定の制約を侵害しない入力「ｙ」を生成するように、制御出力「ｕ」の値を予測する。例えば、ＶＮＴ  ＳＥＴ位置４２、ＥＧＲ  ＳＥＴ位置６０および／またはＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号４４がＮＯＸおよび／またはＰＭ排出物質に及ぼす影響を知ることにより、ＭＰＣ８０は、ＮＯＸ５６および／またはＰＭ排出物質信号５４の未来の値が、所望の目標範囲内で所望の目標値であるか、その値を維持する、かつ／または現在の制約を侵害しないように、制御出力ＶＮＴ  ＳＥＴ位置４２、ＥＧＲ  ＳＥＴ位置６０および／またはＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号４４の値を予測することができる。この予測能力は、ＶＮＴ  ＳＥＴ位置４２、ＥＧＲ  ＳＥＴ位置６０および／またはＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号の変化が生じた時から、その結果としてＮＯＸおよび／またはＰＭ排出物質信号５６および５４の変化が生じる時までの「ターボラグ」（例えば１秒）がしばしばあるので、特に有用なことがある。場合によっては、制約は変化することがあり、現在の動作状態に依存することがある。
【００５６】
ＭＰＣ８０は、オンライン最適化の形態で、かつ／または複合多パラメータアルゴリズムで計算される同等のルックアップテーブルを使用して実現することができる。複合多パラメータアルゴリズムにより、排出物質パラメータおよび多システム動作モードへの制約を、車両の機関制御ユニット（ＥＣＵ）に実装できるルックアップテーブル内にコード化することができる。排出物質の制約は、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経時変化信号でよい。複合多パラメータアルゴリズムについては、Ｆ．Ｂｏｒｒｅｌｌｉが「Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｌｉｎｅａｒ  ａｎｄ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｌｅｃｔｕｒｅ  Ｎｏｔｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ第２９０巻、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、２００３年）でさらに説明しており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００５７】
代替的または追加的に、ＭＰＣ８０は１つまたは複数の比例積分偏差（ＰＩＤ）制御ループ、１つまたは複数の予測制約制御ループ、例えばスミス予測制御ループ、１つまたは複数の多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行列制御ループ、１つまたは複数の統計的プロセス制御ループ、知識ベースエキスパートシステム、ニューラルネットワーク、ファジー論理または任意の他の適切な制御機構を所望に応じて含んでよい。また、ＭＰＣは機関のアクチュエータの制御に使用される低レベル制御装置に命令および／または設定点を提供することができる。場合によっては、低レベル制御装置は、例えばＰＩＤ制御装置などの単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）制御装置でよい。
【００５８】
図４は、本発明による別の例示的なディーゼル機関システムの略図である。この例示的なディーゼル機関システムは全体的に１００で図示され、電動機アシスト付きの可変ノズルタービン（ＶＮＴ）ターボ過給機、および機関の排気マニホルドと吸気マニホルドとの間に挿入された排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を含むディーゼル機関１０２を含む。動作中に機関の様々なパラメータを監視するために、幾つかのセンサ出力が提供される。例示的なセンサ出力は、図示のように、例えば機関速度パラメータ、吸気マニホルド空気圧（ＭＡＰ）パラメータ、吸気マニホルド空気流量（ＭＡＦ）パラメータ、ターボ速度パラメータ、ＮＯＸパラメータおよびＰＭパラメータを含む。これは例示にすぎず、用途に応じて異なる数にセンサ出力を提供してよいことが企図される。
【００５９】
機関内に噴射される燃料を制御するために、燃料噴射器制御装置１０６が設けられる。例示的な燃料噴射器制御装置１０６は、吸気マニホルド空気流量（ＭＡＦ）パラメータおよび燃料流量パラメータを受け取り、機関に入る空気燃料比（ＡＦＲ）を推定する空気燃料比（ＡＦＲ）推定器を含んでよい。場合によっては、空気燃料比（ＡＦＲ）推定器は、推定されたＡＦＲを最小ＡＦＲ  ＬＯＷ  ＬＩＭＩＴ値より上に維持することができ、これは低いＡＦＲ値で生じるような煙または他の望ましくない排出物質の減少に役立つことができる。
【００６０】
燃料噴射器制御装置１０６は、燃料噴射器によって機関に送出される燃料の流量を制御することができる。場合によっては、ペダル位置信号および機関速度信号を使用して、機関にとって望ましい燃料の量を計算する。場合によっては、ペダルを踏むと、１つまたは複数の静的および／または動的制御マップによって要求された方法で燃料流量が増加する。
【００６１】
例示的な実施形態では、空気側制御装置１０８も設けてよい。空気側制御装置１０８は、幾つかの機関パラメータを受け取り、機関１０２への空気側制御の提供に役立てることができる。「空気側制御」という用語は、吸気と排気ガスまたは排出物質の制御の両方を含んでよい。例えば、例示的な実施形態では、空気側制御装置１０８は、ＭＡＰセンサ出力、ＭＡＦセンサ出力、ＭＡＴセンサ出力、ターボ速度信号、ＮＯＸセンサ出力およびＰＭセンサ出力などの入力信号を受け取ることができる。これらの入力パラメータは例示にすぎず、用途に応じて異なる数の入力信号を受け取ることができることが企図される。この例示的な実施形態では、空気側制御装置１０８が、燃料噴射器制御装置１０６によって提供される燃料供給プロフィール１１６の測定値を受け取らないことに留意されたい。しかし、他の実施形態では、図１１から図１４に関して図示し、以下で説明するように、空気側制御装置は燃料供給プロフィールの測定値を入力として受け取ることができる。
【００６２】
いかなる場合も、受け取られた入力パラメータの値に基づき、場合によっては１つまたは複数の過去の受け取られた入力パラメータに基づいて、例示的な空気側制御装置１０８が幾つかの制御出力を提供して、機関１０２に空気側制御を提供するのに役立てることができる。例えば、空気側制御装置１０８はＶＮＴ  ＳＥＴ信号、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号などを提供することができる。場合によっては、空気側制御装置１０８は、図２の空気側制御装置８０と同様でよい。
【００６３】
図５は、燃料噴射器によって機関に送出される燃料流量を制御するために従来使用されている先行技術の速度制御装置１２６の略図である。速度制御装置１２６は、ペダル位置信号１２７および機関速度測定値信号１２９を受け取り、これは両方とも時間の関数である。ペダル位置信号１２７は、静止マップ１２８に提供することができ、これはペダル位置を機関速度設定点１３０に関連付ける表である。機関速度設定点１３０は機関速度測定値信号１２９と比較され、オフセット信号１３４が速度制御ブロック１３６に提供される。次に、速度制御ブロック１３６がオフセット信号を使用して、燃料供給流量信号１３８を機関の１つまたは複数の燃料噴射器に提供する。速度制御装置１３６は、ＡＦＲ＞ＡＦＲ  ＬＯＷ  ＬＩＭＩＴを維持するように設計された燃料流量リミッタを含んでよい。
【００６４】
図６は、本発明の１つの例示的な実施形態による速度制御装置の略図である。図６の速度制御装置１５０と図５の速度制御装置１２６との１つの違いは、速度制御装置１５０がペダル位置信号１５２とペダル変化率信号１５４との両方を受け取ることができることである。現在のペダル位置に加えてペダル変化率を知ることにより、速度制御装置１５０は機関の未来の燃料および／または空気要求量を予想することができ、これらの予想された要求量に適合するよう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。
【００６５】
例えば、速度制御装置１５０は、ペダル変化率がプラスで、小さくなる場合より、ペダル変化率がプラスで、高くなる場合に、任意のペダル位置に対してさらに多い燃料供給量を提供することができる。同様に、速度制御装置１５０は、ペダル変化率がマイナスで、小さくなる場合より、ペダル変化率がマイナスで、高くなる場合に、任意のペダル位置に対してさらに少ない燃料供給量を提供することができる。同様に、速度制御装置１５０は、ペダル変化率がプラスで、小さくなる場合より、ペダル変化率がプラスで、高くなる場合に、任意のペダル位置に対してさらに大きいターボブースト（ＭＡＰ）を提供することができる。同様に、速度制御装置１５０は、ペダル変化率がマイナスで、小さくなる場合より、ペダル変化率がマイナスで、高くなる場合に、任意のペダル位置に対してさらに小さいターボブースト（ＭＡＰ）を提供することができる。ＥＧＲおよび他の機関パラメータを、同様の方法で制御することができる。
【００６６】
場合によっては、速度制御装置１５０はブレーキ位置信号１５６を受け取ることができる。ブレーキペダル感知を使用して、未来の機関の燃料側要求量を予想することができる。例えば、運転者がブレーキペダルから圧力を除去した場合は、間もなく燃料ペダルに圧力が加えられると仮定することが妥当である。速度制御装置１５０は、ブレーキ位置信号１５６を使用して、未来の燃料要求量の予想に役立てることができる。
【００６７】
図７は、本発明による別の例示的な速度制御装置の略図である。この例示的な実施形態では、ペダル位置信号１６０が第１動的マップ１６２に提供される。第１動的マップ１６２は、ペダル位置およびペダル速度率（および場合によってはペダル位置のさらなる導関数）を解釈して、対応する機関速度設定点１７０を提供することができる。第１動的マップ１６２は、ペダル変化率がプラスの場合は、機関の加速度を予想し、現在の機関速度設定点１７０を増加させるのに役立つことができる。同様に、第１動的マップ１６２は、ペダル変化率がマイナスの場合は、減速を予想し、現在の機関速度設定点１７０を低下させることができる。
【００６８】
例示的な実施形態では、比較器１７４を介して機関速度設定点１７０を機関速度測定値信号１７２と比較し、速度制御ブロック１７６にオフセット信号１７５を提供する。速度制御ブロック１７６は、オフセット信号１７５を使用して、燃料供給量信号１７８を機関の１つまたは複数の燃料噴射器に提供する。幾つかの実施形態では、速度制御装置１７６はＡＦＲ  ＬＯＷ  ＬＩＭＩＴ信号１８０も受け取ることができる。上述したように、ＡＦＲ  ＬＯＷ  ＬＩＭＩＴ信号１８０は、機関のＡＦＲ推定値がＡＦＲ  ＬＯＷ  ＬＩＭＩＴ信号１８０の値を下回った場合に、煙または他の望ましくない排出物質が機関の排気ガスに現れると予想できる値に設定することができる。排出物質を減少させるために、ＡＦＲがＡＦＲ  ＬＯＷ  ＬＩＭＩＴ信号１８０を下回ると、速度制御装置１７６が燃料流量１７８を減少させ、機関に提供されるＡＦＲを少なくとも一時的に増加させることができる。
【００６９】
図８は、動的マップ対静的マップを有する、速度制御装置の機関速度設定点応答を示すグラフである。入力ペダル位置信号が２１４に図示され、これは低い方の位置から高い方の位置に上昇するステップ２１４ａを示す。静的マップ１２８を使用する場合は、図５に関して図示し、説明したように、静的マップ１２８（図５参照）によって生成された対応する機関速度設定点１３０が、図８に示すような入力ペダル位置信号２１４のステップに対応するステップ１３０ａを有してよい。しかし、機関速度信号１３０の対応するステップ１３０ａは反応にすぎず、機関の未来の要求に関する情報を含まず、それを予想もしない。
【００７０】
対照的に、図６に関して図示し、説明したような動的マップ１６２を使用する場合は、対応する機関速度設定点１７０が、静的マップによって生成されるステップ１３０より高い初期振幅を有し、対応するステップ１７０ａを有し、その後に機関速度設定点１７０の減衰領域１７０ｂがあり、最終的に静的マップ１２８によって生成されるものに類似したレベルに均一化される（図８参照）。動的マップ１６２を使用する場合、機関速度設定点１７０は、情報を含む、かつ／または機関の未来の必要を予想することができ、これらの未来の要求を満足しようとする機関速度設定点１７０を生成することができる。
【００７１】
幾つかの実施形態では、動的マップ１６２がペダル位置およびペダル変化率（および場合によっては、ペダル位置のさらなる導関数）を解釈して、対応する機関速度設定点１７０を提供することができる。こうすることによって、動的マップ１６２は、機関の加速および／または機関の減速を予想し、予想された機関の未来の要求を満足しようとする機関速度設定点１７０を生成するのに役立てることができる。これは、例えば性能の向上および／または機関の排出物質の減少に役立つことができる。
【００７２】
幾つかの実施形態では、動的マップとルックアップテーブルとの組合せを使用することができる。例えば、１つの例示的な実施形態では、第１動的マップ、その後にルックアップテーブル、その後に第２動的マップを使用することができる。第１動的マップは、例えばルックアップテーブルに入力される信号の前置フィルタとして機能することができ、第２動的マップは、ルックアップテーブルを出る信号の後置フィルタとして機能することができる。場合によっては、第１動的フィルタはカルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタまたは任意の状態オブザーバフィルタでよく、第２動的フィルタはアイデンティティフィルタでよい。
【００７３】
ルックアップテーブルは、任意の適切な方法を使用して計算することができるが、場合によっては上記で検討した最適または部分最適多パラメータ複合アルゴリズムを使用して計算することができる。多パラメータ複合アルゴリズムと矛盾がないルックアップテーブルは、複数の機関動作モードで排出物質パラメータへの制約をコード化することができ、機関の排出物質または他のパラメータを、指定された機関動作モードについて割り当てられた制約内に維持するような構成である１つまたは複数の機関制御信号を生成することができる。幾つかの実施形態では、ルックアップテーブルは入力パラメータとして排出物質制御制約を受け取ることができる。排出物質制御制約は、静的なものであっても経時変化してもよく、用途に応じて、任意のセットの機関動作モードに関してオフラインで計算するか、リアルタイムまたはほぼリアルタイムで計算することができる。
【００７４】
図９は、本発明による別の例示的な機関制御装置の略図である。図９の例示的な機関制御装置は、図７に示し例示的な実施形態と同じであるが、ペダル位置を機関の空気側制御装置２０４に提供する。
【００７５】
例示的な実施形態では、ペダル位置信号１６０が第２動的（または静的）マップ２０２に提供され、これはペダル位置に関する情報（例えばペダル位置、ペダル変化率など）を、１つまたは複数の空気側制御パラメータに関連させる。空気側制御装置２０４は、第２動的マップ２０２の出力を使用して、１つまたは複数の制御信号を提供し、機関の空気側の制御に役立てることができる。
【００７６】
空気側制御信号は、所望に応じて例えばＶＮＴ  ＳＥＴ信号２０６、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号２０８、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号２１８、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号２１０、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号２２０、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号２２２および／または任意の他の適切な信号を含んでよい。上記と同様に、空気側制御装置２０４は、所望に応じてＭＡＰ信号、ＭＡＦ信号、ＭＡＴ信号、ターボ速度信号、ＮＯＸ信号、ＰＭ信号および／または任意の他の適切な信号など、幾つかの他の入力信号２１２を受け取ることができる。例えばペダル位置および／またはペダル変化率（および場合によっては、ペダル位置のさらなる導関数）を知ることにより、一部または全部の空気側制御信号を調節して、機関の応答時間、性能および／または排出物質を改善するために必要な変化を予想することができる。
【００７７】
例えば、ペダル変化率が比較的高い場合、空気側制御装置２０４は、余分なターボブーストが必要であると予想し、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号２０６および／またはＶＧＣ  ＳＥＴ信号２１８を変更して、遅延がほとんど、または全くない状態で予想されたターボブーストの提供を即座に開始することができる。ＥＧＲ  ＳＥＴ信号２０８、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号２１０、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号２２０、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号２２２および／または空気側制御装置２０４によって提供される任意の他の制御信号を、同様に調節して、ペダル位置および／またはペダル変化率の変化によって引き起こされた破壊影響を打ち消すか、他の方法で補償することができる。これは、機関の応答性、性能および／または排出物質の改善に役立つことができる。
【００７８】
場合によっては、幾つかの他の入力信号２１２がブレーキ位置信号を含んでよい。ブレーキペダル感知を使用して、未来の機関の空気側要求量を予想することができる。例えば、運転者がブレーキペダルから圧力を除去した場合は、間もなく燃料ペダルに圧力が加えられると仮定することが妥当である。空気側制御装置２０４は、ブレーキ位置信号を使用して、未来の空気側要求量の予想に役立てることができる。
【００７９】
図１０は、本発明による別の例示的な機関制御装置の略図である。この例示的な実施形態では、ペダル位置２４０を燃料側位置および率マップ２４２および空気側位置および率マップ２５０に提供する。率マップ２４２および２５０は動的マップ、静的マップ、またはその組合せでよい。
【００８０】
例示的な実施形態では、燃料側率マップ２４２が、ペダル位置および／またはペダル変化率（および場合によっては、ペダル位置のさらなる導関数）を１つまたは複数の燃料側設定点２４３に変換することができる。燃料側制御装置２４４は、機関速度、ＭＡＦ、ＭＡＰ、ＭＡＴなどの幾つかの燃料側センサ出力２４６とともに燃料側設定点２４３を受け取り、燃料供給プロフィール２４８を機関の燃料噴射器に提供する。
【００８１】
空気側率マップ２５０は、ペダル位置および／またはペダル変化率（および場合によっては、ペダル位置のさらなる導関数）を１つまたは複数の空気側パラメータに変換することができる。別の空気側設定点マップ２５２が、ブレーキパラメータ、温度パラメータ、外側空気圧パラメータ、湿度パラメータおよび／または任意の他の適切なパラメータなどの幾つかの他の機関パラメータ２５４を受け取り、１つまたは複数の空気側設定点を提供することができる。空気側設定点マップ２５２は、所望に応じて動的マップまたは静的マップでよい。
【００８２】
空気側制御装置２５６は、空気側率マップ２５０から１つまたは複数の空気側パラメータを受け取り、場合によってはＭＡＰ、ＭＡＦ、ＭＡＴ、ＮＯＸ、ＰＭ、ターボ速度、ＶＮＴ  ＰＯＳ、ＥＧＲ  ＰＯＳなどの１つまたは複数の空気側センサ出力信号とともに、空気側設定点マップ２５２から１つまたは複数の空気側設定点を受け取り、所望に応じてＶＮＴ  ＳＥＴ、ＥＧＲ  ＳＥＴ、ＶＧＣ  ＳＥＴ、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴおよび／または任意の他の適切な制御信号などの１つまたは複数の空気側制御信号を提供することができる。
【００８３】
図１１は、本発明による別の例示的なディーゼル機関システムの略図である。この例示的なディーゼル機関システムは全体的に３００で図示され、電動機アシスト付きの可変ノズルタービン（ＶＮＴ）ターボ過給機、および機関の排気マニホルドと機関の吸気マニホルドとの間に挿入された排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を含むディーゼル機関３０２を含む。例示的なディーゼル機関３０２は可変幾何圧縮器（ＶＧＣ）も含み、場合によっては、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号を使用して、圧縮器の出口における翼位置を設定し、制御された量の圧縮空気を吸気マニホルド２２に提供する。
【００８４】
動作中に機関の様々なパラメータを監視するために、幾つかのセンサ出力を設ける。例示的なセンサ出力は、図示のように機関速度パラメータ、吸気マニホルド空気圧（ＭＡＰ）、パラメータ、吸気マニホルド空気流量（ＭＡＦ）パラメータ、ターボ速度パラメータ、ＮＯＸパラメータおよびＰＭパラメータを含む。所望に応じて異なる数のセンサ出力を設けてよい。
【００８５】
機関に噴射される燃料を制御するために、燃料噴射器制御装置３０６が設けられる。例示的な燃料噴射器制御装置３０６は、図４に関して上述した燃料噴射器制御装置１０６と同様でよい。例示的な燃料噴射器制御装置３０６は、吸気マニホルド空気流量（ＭＡＦ）パラメータおよび燃料流量パラメータを受け取り、機関に入る空気燃料比（ＡＦＲ）を推定する空気燃料比（ＡＦＲ）推定器を含んでよい。場合によっては、空気燃料比（ＡＦＲ）推定器は、推定されたＡＦＲを最小ＡＦＲ  ＬＯＷ  ＬＩＭＩＴ値より上に維持することができ、これは低いＡＦＲ値で生じるような煙または他の望ましくない排出物質の減少に役立つことができる。
【００８６】
燃料噴射器制御装置３０６は、燃料噴射器によって機関に送出される燃料の流量を制御することができる。例示的な実施形態では、ペダル位置信号、ペダル率信号、および機関速度信号を使用して、機関にとって望ましい燃料の量を計算する。場合によっては、ペダルを踏むと、下記でさらに説明されているように、１つまたは複数の静的および／または動的制御マップによって要求された方法で燃料流量が増加する。
【００８７】
例示的な実施形態では、空気側制御装置３２０も設ける。空気側制御装置３２０は、幾つかの機関パラメータを受け取り、機関３０２への空気側制御の提供に役立てることができる。例えば、例示的な実施形態では、空気側制御装置３２０は、図示のようにＭＡＰセンサ出力、ＭＡＦセンサ出力、ターボ速度信号、ＮＯＸセンサ出力および／またはＰＭセンサ出力などの入力信号を受け取ることができる。これらの入力パラメータは例示にすぎず、用途に応じて異なる数の入力信号を受け取ることができることが企図される。
【００８８】
例示的な実施形態では、空気側制御装置３２０が１つまたは複数の燃料プロフィール信号３１４も受け取り、これは機関３０２に現在提供されている燃料プロフィールに関する情報を提供する。燃料プロフィール信号３１４を含む受け取られた入力パラメータの値に基づき、例示的な空気側制御装置３２０は、幾つかの制御出力を提供して、機関３０２への空気側制御の提供に役立てる。例えば、空気側制御装置３２０は、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号３２４、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号３３０、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号３２６、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号３２８、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号３３２および／またはＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号３３４を提供することができる。所望に応じて、他の制御信号も空気側制御装置３２０によって提供することができる。
【００８９】
燃料供給率および／または燃料供給率の変化が、ＭＡＰ、ＭＡＦ、ＭＡＴ、ターボ速度、ＮＯＸ排出物質、ＰＭ排出物質などの様々な機関パラメータに及ぼす影響を知ることにより、空気側制御装置３２０は、ＶＮＴ  ＳＥＴ信号３２４、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号３３０、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号３２６、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号３２８、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号３３２および／またはＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号３３４などの１つまたは複数の制御信号を調節して、例えばＭＡＰ、ＭＡＦ、ターボ速度、ＮＯＸ排出物質、ＰＭ排出物質などへの破壊効果を打ち消すか、緩和することができる。これは、機関の応答性、性能および／または排出物質の改善に役立つ。
【００９０】
図１２は、本発明による別の例示的な空気側制御装置の略図である。例示的な空気側制御装置３４０は、１つまたは複数の他のパラメータ３４４とともに燃料プロフィール信号３４２を受け取る。燃料プロフィール信号３４２は、所望に応じて燃料送出率、燃料送出率の変化、燃料タイミング、燃料噴射前事象、燃料噴射後事象、燃料パルスおよび／または任意の他の燃料送出特徴などの任意の数の燃料特徴を含んでよい。１つまたは複数の他のパラメータ３４４は、所望に応じて、例えばＭＡＰパラメータ、ＭＡＦパラメータ、ターボ速度パラメータ、ＮＯＸパラメータ、ＰＭパラメータ、機関速度パラメータ、ＶＮＴ位置パラメータ、ＥＧＲ位置パラメータ、ブレーキ位置パラメータ、外側温度パラメータ、外側空気圧パラメータ、湿度パラメータおよび／または任意の他のパラメータを含んでよい。
【００９１】
次に、例示的な空気側制御装置３４０は１つまたは複数の空気側制御信号を機関に提供する。例えば、空気側制御装置３４０は、所望に応じてＶＮＴ  ＳＥＴ信号３４６、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号３５２、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号３４８、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号３５０、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号３５４、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号３５６および／または任意の他の空気側制御信号を提供することができる。
【００９２】
空気側制御装置３４０は、オンライン最適化の形態で、かつ／または複合多パラメータアルゴリズムで計算される同等のルックアップテーブルを使用して実現することができることが企図される。複合多パラメータアルゴリズムにより、排出物質パラメータおよび多システム動作モードへの制約を、車両の機関制御ユニット（ＥＣＵ）に実装できるルックアップテーブル内にコード化することができる。排出物質の制約は、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経時変化信号でよい。複合多パラメータアルゴリズムについては、Ｆ．Ｂｏｒｒｅｌｌｉが「Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｌｉｎｅａｒ  ａｎｄ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｌｅｃｔｕｒｅ  Ｎｏｔｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ第２９０巻、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、２００３年）でさらに説明しており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００９３】
代替的または追加的に、空気側制御装置３４０は１つまたは複数の比例積分偏差（ＰＩＤ）制御ループ、１つまたは複数の予測制約制御ループ、例えばスミス予測制御ループ、１つまたは複数の多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行列制御ループ、１つまたは複数の統計的プロセス制御ループ、知識ベースエキスパートシステム、ニューラルネットワーク、ファジー論理または任意の他の適切な制御機構を所望に応じて含んでよい。また、空気側制御装置３４０は機関のアクチュエータの制御に使用される低レベル制御装置に命令および／または設定点を提供することができる。場合によっては、低レベル制御装置は、例えばＰＩＤ制御装置などの単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）制御装置であってよい。
【００９４】
図１３は、本発明による別の例示的な空気側制御装置の略図である。例示的な空気側制御装置３６０は、燃料プロフィール信号３６２を受け取る。燃料プロフィール信号３６２は、所望に応じて燃料送出率、燃料送出率の変化、燃料タイミング、燃料噴射前事象、燃料噴射後事象、燃料パルスおよび／または任意の他の燃料送出特徴などの任意の数の燃料特徴を含んでよい。例示的な空気側制御装置３６０は、所望に応じて例えばＭＡＰパラメータ３６４、ＭＡＦパラメータ３６６、ターボ速度パラメータ３６８、ＮＯＸパラメータ３７０、ＰＭパラメータ３７２および／または任意の他のパラメータを含む他の機関パラメータも受け取ることができる。
【００９５】
次に、例示的な空気側制御装置３６０は１つまたは複数の空気側制御信号を機関に提供する。例えば、空気側制御装置３６０は、所望に応じてＶＮＴ  ＳＥＴ信号３７４、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号３８０、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号３７６、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号３７８、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号３８２および／またはＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号３８４および／または任意の他の空気側制御信号を提供することができる。
【００９６】
空気側制御装置３６０は、オンライン最適化の形態で、かつ／または複合多パラメータアルゴリズムで計算される同等のルックアップテーブルを使用して実現することができることが企図される。複合多パラメータアルゴリズムにより、排出物質パラメータおよび多システム動作モードへの制約を、車両の機関制御ユニット（ＥＣＵ）に実装できるルックアップテーブル内にコード化することができる。排出物質の制約は、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経時変化信号でよい。複合多パラメータアルゴリズムについては、Ｆ．Ｂｏｒｒｅｌｌｉが「Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｌｉｎｅａｒ  ａｎｄ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｌｅｃｔｕｒｅ  Ｎｏｔｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ第２９０巻、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、２００３年）でさらに説明しており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００９７】
代替的または追加的に、空気側制御装置３６０は１つまたは複数の比例積分偏差（ＰＩＤ）制御ループ、１つまたは複数の予測制約制御ループ、例えばスミス予測制御ループ、１つまたは複数の多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行列制御ループ、１つまたは複数の統計的プロセス制御ループ、知識ベースエキスパートシステム、ニューラルネットワーク、ファジー論理または任意の他の適切な制御機構を所望に応じて含んでよい。また、空気側制御装置３６０は機関のアクチュエータの制御に使用される低レベル制御装置に命令および／または設定点を提供することができる。場合によっては、低レベル制御装置は、例えばＰＩＤ制御装置などの単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）制御装置であってよい。
【００９８】
図１４は、本発明による別の例示的な空気側制御装置の略図である。例示的な空気側制御装置は全体的に３８４で図示されている。ペダル位置信号４０２が燃料側制御装置４０６に提供される。燃料側制御装置４０６は、インタフェース４０８を介して機関速度パラメータ、ＭＡＦパラメータなどの幾つかの入力パラメータを受け取る。燃料側制御装置４０６は、ペダル位置信号４０２および幾つかの入力パラメータ４０８を使用して、１つまたは複数の燃料制御信号４１０を燃料噴射器などの１つまたは複数の燃料側アクチュエータに提供する。
【００９９】
例示的な実施形態では、入力妨害測定値として１つまたは複数の燃料制御信号４１０も空気側制御装置４１４に提供される。例示的な空気側制御装置４１４は、インタフェース４２０を介して空気側センサから幾つかの入力信号も受け取る。空気側センサは、所望に応じて例えばＭＡＰセンサ、ＭＡＦセンサ、ＭＡＴセンサ、ＮＯＸセンサ、ＰＭセンサ、ターボ速度センサ、機関速度センサおよび／または任意の他のタイプのセンサを含んでよい。例示的な空気側制御装置４１４は、設定点マップ４１６から幾つかの他の空気側設定点４１７も受け取ることができる。設定点マップ４１６は、１つまたは複数の他の機関パラメータ４１８を１つまたは複数の空気側設定点４１７に変換することができる。１つまたは複数の他の機関パラメータは、例えばブレーキパラメータ、温度パラメータ、外側空気圧パラメータ、湿度パラメータおよび／または任意の他の望ましい機関パラメータを含んでよい。設定点マップ４１６は、所望に応じて動的マップまたは静的マップであってよい。
【０１００】
例示的な空気側制御装置４１４は、上記で検討した様々な入力信号を使用して、１つまたは複数の空気側制御信号４２２を提供することができる。例えば、空気側制御装置４１４は、所望に応じてＶＮＴ  ＳＥＴ信号、ＶＧＣ  ＳＥＴ信号、ＥＧＲ  ＳＥＴ信号、ＥＴＵＲＢＯ  ＳＥＴ信号、ＣＯＭＰ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号、ＥＧＲ  ＣＯＯＬＥＲ  ＳＥＴ信号および／または任意の他の空気側制御信号を提供することができる。例示的な実施形態は、例えば加速および／または減速を（例えば燃料流量４１０の増加を介して）予想し、次に遅延がほとんど、または全くない状態で機関への空気送出率を増加／減少させて、機関の応答性、性能および／または排出物質の改善に役立てることができる。
【０１０１】
このように、本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本明細書に見られる教示は、特許請求の範囲の範囲内でさらに他の実施形態にも適用可能であることが、当業者には容易に認識される。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施形態による例示的なディーゼル機関システムの略図である。
【図２】図１の例示的なディーゼル機関システムで使用する例示的な空気側制御装置の略図である。
【図３】本発明による例示的なモデル予測制御装置の略図である。
【図４】本発明による別の例示的なディーゼル機関システムの略図である。
【図５】先行技術の速度制御装置の略図である。
【図６】本発明による例示的な速度制御装置の略図である。
【図７】本発明による別の例示的な速度制御装置の略図である。
【図８】動的マップ対静的マップを有する、速度制御装置の機関速度設定点応答を示すグラフである。
【図９】本発明による例示的な機関制御装置の略図である。
【図１０】本発明による別の例示的な機関制御装置の略図である。
【図１１】本発明による別の例示的なディーゼル機関システムの略図である。
【図１２】本発明による別の例示的な空気側制御装置の略図である。
【図１３】本発明による別の例示的な空気側制御装置の略図である。
【図１４】本発明による別の例示的な空気側制御装置の略図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年9月4日(2007.9.4)
【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】
ディーゼル機関システム（１０）を制御する方法であって、前記ディーゼル機関システム（１０）は、吸気マニホルド（２２）および排気マニホルド（２４）を有するディーゼル機関（２０）と、前記排気マニホルド（２４）から受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービン（３０）とを含み、前記排気ガスによって前記タービン（３０）が駆動される程度は、前記タービン（３０）の設定位置によって設定され、前記タービン（３０）が、前記吸気マニホルド（２２）に圧縮空気を提供する圧縮器（３４）を駆動し、前記ディーゼル機関システム（１０）はさらに、前記排気マニホルド（２４）を介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記吸気マニホルド（２２）に送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁（５８）を含み、前記選択された量が、前記ＥＧＲ弁（５８）の設定位置によって設定され、
前記方法はさらに、前記ディーゼル機関（２０）の前記排気ガスの組成に関連する１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の現在値を感知するステップと、
前記１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の少なくとも１つの未来の値を生じさせるために、前記タービン（３０）の現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁（５８）の現在設定位置を設定するステップとを含み、前記現在設定位置が前記１つまたは複数の感知されるパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）に依存する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記設定するステップが、前記タービン（３０）の現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁（５８）の現在設定位置を予測するステップを含む、方法。
【請求項３】
ディーゼル機関システム（１０）を制御する方法であって、前記ディーゼル機関システム（１０）は、吸気マニホルド（２２）および排気マニホルド（２４）を有するディーゼル機関（２０）と、前記排気マニホルド（２４）から受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービン（３０）とを含み、前記排気ガスによって前記タービン（３０）が駆動される程度は、前記タービン（３０）の設定位置によって設定され、前記タービン（３０）が、前記吸気マニホルド（２２）に圧縮空気を提供する圧縮器（３４）を駆動し、前記ディーゼル機関システム（１０）はさらに、前記排気マニホルド（２４）を介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記吸気マニホルド（２２）に送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁（５８）を含み、前記選択された量が、前記ＥＧＲ弁（５８）の設定位置によって設定され、
前記方法はさらに、前記ディーゼル機関（２０）の前記排気ガスの組成に関連する１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の現在値および１つまたは複数の過去値を感知するステップと、
前記１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の少なくとも１つの未来の値を生じさせるために、前記ＥＧＲ弁（５８）の現在設定位置を設定するステップとを含み、前記ＥＧＲ弁（５８）の前記現在設定位置が、１つまたは複数の前記感知されるパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の、前記現在値および１つまたは複数の過去値を、入力として受け取るモデル予測制御装置を使用して予測される方法。
【請求項４】
ディーゼル機関システム（１０）を制御する方法であって、前記ディーゼル機関システム（１０）は、吸気マニホルド（２２）および排気マニホルド（２４）を有するディーゼル機関（２０）と、前記排気マニホルド（２４）から受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービン（３０）とを含み、前記排気ガスによって前記タービン（３０）が駆動される程度は、前記タービン（３０）の設定位置によって設定され、前記タービン（３０）が、前記吸気マニホルド（２２）に圧縮空気を提供する圧縮器（３４）を駆動し、前記ディーゼル機関システム（１０）はさらに、前記排気マニホルド（２４）を介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記吸気マニホルド（２２）に送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁（５８）を含み、前記選択された量が、前記ＥＧＲ弁（５８）の設定位置によって設定され、
前記方法はさらに、前記ディーゼル機関（２０）の前記排気ガスの組成に関連する１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の現在値および１つまたは複数の過去値を感知するステップと、
前記１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の少なくとも１つの未来の値を生じさせるために、前記タービン（３０）の現在設定位置を設定するステップとを含み、前記タービン（３０）の前記現在設定位置が、１つまたは複数の前記感知されるパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の、前記現在値および１つまたは複数の過去値を、入力として受け取るモデル予測制御装置を使用して予測される方法。
【請求項５】
ディーゼル機関システム（１０）を制御する方法であって、前記ディーゼル機関システム（１０）は、吸気マニホルド（２２）および排気マニホルド（２４）を有するディーゼル機関（２０）と、前記排気マニホルド（２４）から受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービン（３０）とを含み、前記排気ガスによって前記タービン（３０）が駆動される程度は、前記タービン（３０）の設定位置によって設定され、前記タービン（３０）が、前記吸気マニホルド（２２）に圧縮空気を提供する圧縮器（３４）を駆動し、前記ディーゼル機関システム（１０）はさらに、前記排気マニホルド（２４）を介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記吸気マニホルド（２２）に送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁（５８）を含み、前記選択された量が、前記ＥＧＲ弁（５８）の設定位置によって設定され、
前記方法はさらに、前記ディーゼル機関（２０）の動作に関連する２つ以上のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）を感知するステップと、
前記１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の少なくとも１つの未来の値を生じさせるために、前記タービン（３０）の現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁（５８）の現在設定位置を設定するステップとを含み、前記現在設定位置が、前記１つまたは複数の感知されるパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）に依存し、さらに、
前記１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の少なくとも１つの未来の値を生じさせるために、前記タービン（３０）の現在設定位置を設定する多変数制御装置（８０）を使用することを含み、前記タービン（３０）の前記現在設定位置が、１つまたは複数の前記感知されるパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の、前記現在値および１つまたは複数の過去値を、入力として受け取るモデル予測制御装置（８４）を使用して予測される方法。
【請求項６】
ディーゼル機関（２０）であって、
前記ディーゼル機関（２０）の動作に関連する２つ以上のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）を感知する２つ以上のセンサと、
前記ディーゼル機関（２０）の動作の少なくとも一部を制御するアクチュエータとを備え、前記アクチュエータの動作が、前記２つ以上の感知されるパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）に影響を及ぼし、さらに、
前記アクチュエータを制御するために前記２つ以上のセンサおよび前記アクチュエータに結合された多変数制御装置（８０）を備え、前記多変数制御装置（８０）が、前記２つ以上のそれぞれのパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）に及ぼす前記アクチュエータの動作の影響をモデル化する多変数モデルを有し、前記多変数制御装置（８０）が、前記２つ以上のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）で所望の応答を生成するために前記アクチュエータを制御するものであるディーゼル機関。
【請求項７】
請求項６に記載のディーゼル機関であって、２つ以上のアクチュエータを有し、前記２つ以上のアクチュエータの動作が、前記２つ以上の感知されるパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）に影響を及ぼし、前記多変数制御装置（８０）の前記多変数モデルが、前記２つ以上のそれぞれのパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）に及ぼす前記２つ以上のアクチュエータの動作の影響をモデル化し、前記多変数制御装置（８０）が、前記２つ以上のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）で所望の応答を生成するために前記２つ以上のアクチュエータを制御する、機関。
【請求項８】
ディーゼル機関（２０）を制御する方法であって、
前記ディーゼル機関（２０）の動作に関連する２つ以上のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）を感知するステップと、
前記ディーゼル機関（２０）の動作の少なくとも一部を実行するアクチュエータ、および前記２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）を制御するステップとを含み、前記制御するステップが、前記２つ以上の感知されるパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）のそれぞれにおいて所望の応答を生成するために、前記２つ以上の感知されるそれぞれのパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）に及ぼす前記アクチュエータの動作の影響を考慮に入れる方法。
【請求項９】
ディーゼル機関システム（１０）を制御する方法であって、前記ディーゼル機関システム（１０）は、吸気マニホルド（２２）および排気マニホルド（２４）を有するディーゼル機関（２０）と、前記排気マニホルド（２４）から受け取った排気ガスによって可変駆動されるタービン（３０）とを含み、前記排気ガスによって前記タービン（３０）が駆動される程度は、前記タービン（３０）の設定位置によって設定され、前記タービン（３０）が、前記吸気マニホルド（２２）に圧縮空気を提供する圧縮器（３４）を駆動し、前記ディーゼル機関システム（１０）はさらに、前記排気マニホルド（２４）を介して排気ガスを受け取り、選択された量の前記排気ガスを前記吸気マニホルド（２２）に送る調節可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁（５８）を含み、前記選択された量が、前記ＥＧＲ弁（５８）の設定位置によって設定され、
前記方法はさらに、前記ディーゼル機関（２０）の動作に関連する１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）を感知するステップを含み、前記１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）が燃料供給率設定点を含まず、さらに、
前記１つまたは複数の感知されるパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）の少なくとも１つの未来値を生じさせるために、前記タービン（３０）の現在設定位置および／または前記ＥＧＲ弁（５８）の現在設定位置を設定するステップを含み、前記現在設定位置が、前記１つまたは複数の感知されるパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）に依存する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記１つまたは複数のパラメータ（４８、５０、５２、５３、５４、５６）が、吸気マニホルド圧力（ＭＡＰ）パラメータ（５２）、吸気マニホルド空気流量（ＭＡＦ）パラメータ（５０）、吸気マニホルド空気温度（ＭＡＴ）パラメータ（５３）、排気ガスＮＯＸ濃度パラメータ（５６）、排気ガス粒子状物質濃度（５４）および／またはタービン速度パラメータ（４８）を含む、方法。
【国際調査報告】
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