(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の途中から分岐して吸気通路の途中に接続するＥＧＲ通路に設けたＥＧＲバルブを制御するＥＧＲバルブの制御装置において、
前記制御装置は、ＰＩＤ制御量のフィードバック制御に加えてプリ制御量のフィードフォワード制御をすると共に、前記フィードフォワード制御で、ＥＧＲの目標値と現状の吸気の情報と現状のＥＧＲガスの情報とに基づいて算出された前記ＥＧＲバルブ開度の算出値に、時定数を有するフィルターを掛けることで前記ＥＧＲバルブの開度の前記プリ制御量を算出するプリ制御処理を実行する制御部を備え、
前記制御部は、前記フィルターの前記時定数を前記内燃機関の負荷の変化率に応じて、前記負荷の変化率が相対的に大きい過渡時の場合の方が前記負荷の変化率が相対的に小さい定常時の場合よりも小さくなるように変更することを特徴とする内燃機関のＥＧＲバルブの制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記時定数を前記負荷の変化率に応じて、前記負荷の変化率が大きくなるにつれて徐々に小さくなるようにさらに変更する請求項１記載の内燃機関のＥＧＲバルブの制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路の途中から分岐して吸気通路の途中に接続するＥＧＲ通路に設けたＥＧＲバルブを制御するＥＧＲバルブの制御方法において、
ＰＩＤ制御量のフィードバック制御に加えてプリ制御量のフィードフォワード制御をすると共に、前記フィードフォワード制御で、ＥＧＲの目標値と現状の吸気の情報と現状のＥＧＲガスの情報とに基づいて算出された前記ＥＧＲバルブ開度の算出値に、時定数を有するフィルターを掛けることで前記ＥＧＲバルブの開度の前記プリ制御量を算出するプリ制御処理を実行し、
前記プリ制御処理において、前記フィルターの前記時定数を前記内燃機関の負荷の変化率に応じて、前記負荷の変化率が相対的に大きい過渡時の場合の方が前記負荷の変化率が相対的に小さい定常時の場合よりも小さくなるように変更することを特徴とする内燃機関のＥＧＲバルブの制御方法。
【請求項４】
前記時定数を前記負荷の変化率に応じて、前記負荷の変化率が大きくなるにつれて徐々に小さくなるようにさらに変更する請求項３記載の内燃機関のＥＧＲバルブの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のＥＧＲバルブの制御装置及びＥＧＲバルブの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のＥＧＲシステムとして、内燃機関の排気通路の途中から分岐して吸気通路の途中に接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を通過して吸気通路に還流するＥＧＲガスを制御するＥＧＲバルブと、ＥＧＲバルブの開度を制御する制御装置と、を有するＥＧＲシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。このＥＧＲシステムによれば、制御装置がＥＧＲバルブの開度を制御することで、ＥＧＲガスの流量を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１５７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、ＥＧＲバルブの制御装置は、ＥＧＲバルブの開度を制御するに当たり、ＰＩＤ制御からなるフィードバック制御だけでなく、ＥＧＲバルブの開度のプリ制御量（事前制御量）を算出するプリ制御（フィードフォワード制御）処理も実施している。
【０００５】
具体的にはＰＩＤ制御では、吸気流量、吸気圧力、吸気温度等から得られる吸気情報、及び、ＥＧＲ流量、ＥＧＲガス温度、ＥＧＲガス中の酸素濃度等から得られるＥＧＲガス情報に基づいて、現状のシリンダ内の酸素濃度を算出し、このシリンダ内酸素濃度とＥＧＲの目標値となるシリンダ内酸素濃度の目標値との差を無くすようなＰＩＤ制御量のフィードバック制御を行っている。
【０００６】
また、プリ制御処理では、エンジンの運転状態（エンジン回転数、負荷）から算出されるＮＯｘの目標値等の制御目標情報と、上記の吸気情報と、上記のＥＧＲガス情報とに基づいて、ＥＧＲバルブ開度を算出し、このＥＧＲバルブ開度の算出値に対して、変化しない値（すなわち固定値）である所定の時定数を有するフィルターを掛けることで、ＥＧＲバルブ開度のプリ制御量のフィードフォワード制御を行っている。
【０００７】
ところで、上述したプリ制御処理の場合、内燃機関の負荷の変化率が相対的に大きい過渡時の場合に応答性良くプリ制御量を算出するためには、時定数をできるだけ小さな値に設定することが好ましい。しかしながら、過渡時の場合に適応するように時定数を小さな値に設定した場合、今度は、負荷の変化率が相対的に小さい定常時の場合には、算出されたプリ制御量が一定値の前後で振動してしまい、収束するまでに長時間を要してしまう現象（いわゆるハンチング）が生じてしまう。すなわち、上述したプリ制御処理の場合、プリ制御量を応答性良く且つハンチングを抑制しつつ算出することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲバルブのプリ制御量を過渡時においては応答性良く且つ定常時においてはハンチングを抑制しつつ算出することができる内燃機関のＥＧＲバルブの制御装置及びＥＧＲバルブの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲバルブの制御装置は、内燃機関の排気通路の途中から分岐して吸気通路の途中に接続するＥＧＲ通路に設けたＥＧＲバルブを制御するＥＧＲバルブの制御装置において、前記制御装置は、ＰＩＤ制御量のフィードバック制御に加えてプリ制御量のフィードフォワード制御をすると共に、前記フィードフォワード制御で、ＥＧＲの目標値と現状の吸気の情報と現状のＥＧＲガスの情報とに基づいて算出された前記ＥＧＲバルブ開度の算出値に、時定数を有するフィルターを掛けることで前記ＥＧＲバルブの開度の前記プリ制御量を算出するプリ制御処理を実行する制御部を備え、前記制御部は、前記フィルターの前記時定数を前記内燃機関の負荷の変化率に応じて、前記負荷の変化率が相対的に大きい過渡時の場合の方が前記負荷の変化率が相対的に小さい定常時の場合よりも小さくなるように変更することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る内燃機関のＥＧＲバルブの制御装置によれば、過渡時の場合にはプリ制御量を応答性良く算出することができ、定常時の場合にはハンチングを抑制しつつプリ制御量を算出することができる。
【００１１】
上記構成において、前記制御部は、前記時定数を前記負荷の変化率に応じて、前記負荷の変化率が大きくなるにつれて徐々に小さくなるようにさらに変更する構成とすることができる。
【００１２】
この構成によれば、例えば過渡時と定常時との間で、時定数を２段階に変更するような場合に比較して、過渡時の応答性の向上効果と定常時のハンチングの抑制効果の両方をより効果的に得ることができる。
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲバルブの制御方法は、内燃機関の排気通路の途中から分岐して吸気通路の途中に接続するＥＧＲ通路に設けたＥＧＲバルブを制御するＥＧＲバルブの制御方法において、ＰＩＤ制御量のフィードバック制御に加えてプリ制御量のフィードフォワード制御をすると共に、前記フィードフォワード制御で、ＥＧＲの目標値と現状の吸気の情報と現状のＥＧＲガスの情報とに基づいて算出された前記ＥＧＲバルブ開度の算出値に、時定数を有するフィルターを掛けることで前記ＥＧＲバルブの開度の前記プリ制御量を算出するプリ制御処理を実行し、前記プリ制御処理において、前記フィルターの前記時定数を前記内燃機関の負荷の変化率に応じて、前記負荷の変化率が相対的に大きい過渡時の場合の方が前記負荷の変化率が相対的に小さい定常時の場合よりも小さくなるように変更することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る内燃機関のＥＧＲバルブの制御方法によれば、過渡時の場合にはプリ制御量を応答性良く算出することができ、定常時の場合にはハンチングを抑制しつつプリ制御量を算出することができる。
【００１５】
上記方法において、前記時定数を前記負荷の変化率に応じて、前記負荷の変化率が大きくなるにつれて徐々に小さくなるようにさらに変更する構成とすることができる。
【００１６】
この方法によれば、例えば過渡時と定常時との間で、時定数を２段階に変更するような場合に比較して、過渡時の応答性の向上効果と定常時のハンチングの抑制効果の両方をより効果的に得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る内燃機関のＥＧＲバルブの制御装置及びＥＧＲバルブの制御方法によれば、ＥＧＲバルブのプリ制御量を過渡時においては応答性良く且つ定常時においてはハンチングを抑制しつつ算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る内燃機関システムの模式図である。
【図２】実施形態に係る制御装置がＥＧＲバルブ開度を算出する際の機能の一例を示すブロック図である。
【図３】燃料噴射量の変化率と時定数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る内燃機関のＥＧＲバルブの制御装置３０、及びＥＧＲバルブの制御方法について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１は本実施形態に係る制御装置３０を有する内燃機関システム１の模式図である。内燃機関システム１は、内燃機関１０、吸気通路１１、排気通路１２、センサ類２０、制御装置３０及びＥＧＲシステム４０を備えている。ＥＧＲシステム４０は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気還流）通路４１及びＥＧＲバルブ４２を備えている。
【００２１】
内燃機関システム１は車両に搭載されている。車両の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてバス、トラック等の大型車両を用いる。内燃機関１０は、シリンダ（気筒）が形成されたシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、シリンダに配置されたピストンとを有している。内燃機関１０の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてディーゼルエンジンを用いる。
【００２２】
吸気通路１１は内燃機関１０に吸入される吸気が通過する通路であり、その下流側端部が内燃機関１０の吸気ポートに接続している。排気通路１２は内燃機関１０から排出された排気が通過する通路であり、その上流側端部が内燃機関１０の排気ポートに接続している。
【００２３】
センサ類２０は、制御装置３０の動作に必要な各種情報を検出する複数のセンサを含んでいる。例えばセンサ類２０は、吸気通路１１を通過する吸気の流量（具体的には新気の流量）を検出する吸気流量センサを、吸気通路１１のＥＧＲ通路４１の接続箇所よりも上流側の部分に備えている。センサ類２０は、吸気通路１１を通過する吸気の圧力（具体的には新気の圧力）を検出する吸気圧センサを、吸気通路１１のＥＧＲ通路４１の接続箇所よりも上流側の部分に備えている。またセンサ類２０は、排気ラムダを検出する排気ラムダセンサを、排気通路１２のＥＧＲ通路４１の接続箇所よりも下流側の部分にそれぞれ備えている。
【００２４】
また、例えばセンサ類２０は、ＥＧＲ通路４１のＥＧＲバルブ４２よりも上流側のＥＧＲガスの圧力を検出する上流側圧力センサと、ＥＧＲ通路４１のＥＧＲバルブ４２よりも下流側のＥＧＲガスの圧力を検出する下流側圧力センサとを備えている。制御装置３０の制御部（ＣＰＵ３１）は、この上流側圧力センサの検出した圧力と下流側圧力センサの検出した圧力との差を取得することで、ＥＧＲバルブ４２の前後の圧力差を取得する。また、例えばセンサ類２０は、ＥＧＲ通路４１のＥＧＲバルブ４２よりも下流側のＥＧＲガス温度を取得する温度センサを備えている。
【００２５】
制御装置３０は、内燃機関１０の運転動作を制御するとともに、ＥＧＲバルブ４２の開度を制御する。すなわち、本実施形態に係る制御装置３０は、内燃機関１０の制御装置であるとともにＥＧＲシステム４０の制御装置でもある。制御装置３０は、制御部としての機能を有するＣＰＵ３１と、制御部の動作に必要なプログラムや各種情報等を記憶する記
憶部としての機能を有するＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３等とを有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）によって構成されている。
【００２６】
ＥＧＲ通路４１は、排気通路１２の途中から分岐して吸気通路１１の途中に接続している。このＥＧＲ通路４１に設けられているＥＧＲバルブ４２は、制御装置３０の指示を受けてその開度を調整することで、ＥＧＲ通路４１を通過して吸気通路１１に還流するＥＧＲガスの流量を制御する。
【００２７】
続いて制御装置３０によるＥＧＲバルブ４２の開度（ＥＧＲバルブ開度）の制御、具体的にはＥＧＲバルブ開度の算出制御について説明する。なお、本実施形態に係るＥＧＲバルブの制御方法は、この制御装置３０によって実行される。
【００２８】
図２は、制御装置３０がＥＧＲバルブ開度を制御する際の機能の一例を示すブロック図である。この制御装置３０の制御部は、ＥＧＲバルブ４２を、ＰＩＤ制御量のフィードバック制御に加えて、プリ制御量のフィードフォワード制御で制御する。
【００２９】
最初に、制御装置３０の制御部は、エンジン運転状態を示すエンジン回転数と負荷（又は燃料噴射量）からマップデータ等を参照して、このエンジン運転状態におけるＮＯｘ目標値を算出する。そして、制御部は、図２のステップＳ１０で、スモークリミットを考慮して、ＮＯｘ目標値から内燃機関１０のシリンダ内の酸素濃度の目標値であるシリンダ内酸素濃度目標値を算出する。なお、このシリンダ内酸素濃度目標値は、ＥＧＲバルブ４２の制御目標値、すなわち、ＥＧＲの目標値に相当する。
【００３０】
また制御部は、図２のブロック図の下側のＰＩＤ制御のフィードバック制御におけるステップＳ２０で、公知のＥＧＲバルブの制御に用いられているシリンダ内酸素濃度の算出手法を適用して、吸気流量（ｍ３）、吸気圧力（Ｐａ）、吸気温度（℃）等から得られる吸気情報、及び、ＥＧＲ流量（ｍ３）、ＥＧＲガス温度（℃）、排気ラムダ（排気中の酸素濃度（体積％））等から得られるＥＧＲガス情報に基づいて、現状のシリンダ内の酸素濃度（シリンダ内酸素濃度）を算出する。
【００３１】
なお、ステップＳ２０で用いられるＥＧＲ流量は、ＥＧＲバルブ４２を通過するＥＧＲガス量である。制御部は、センサ類２０の検出結果に基づいて取得したＥＧＲ通路４１のＥＧＲバルブ４２よりも上流側の圧力とＥＧＲバルブ４２よりも下流側の圧力との差（圧力差）と、センサ類２０の検出結果に基づいて取得したＥＧＲ通路４１のＥＧＲバルブ４２よりも下流側の温度とに基づいて、ＥＧＲバルブ４２を通過するＥＧＲ流量を算出する。また、ＥＧＲガス温度は、ＥＧＲバルブよりも下流側のＥＧＲガスの温度であり、排気ラムダは排気の空燃比、即ち、排気中の酸素濃度であり、ＥＧＲガス中の酸素濃度と同じである。
【００３２】
なお、制御部は、このステップＳ２０に係るシリンダ内酸素濃度の算出において、内部ＥＧＲガス（排気行程でシリンダから排出されなかったシリンダ内の残存排気によるＥＧＲガス）を考慮してもよい。この場合、シリンダ内酸素濃度の算出精度を、より高めることができる。
【００３３】
制御部は、ステップＳ２０の次のステップＳ２１において、この現状のシリンダ内酸素濃度算出値とシリンダ内酸素濃度目標値との差を無くすようなＥＧＲバルブ４２の開度をＰＩＤ制御処理によって算出する。
【００３４】
また制御部は、図２のブロック図の上側のプリ制御処理（フィードファード制御）に係
るステップＳ３０で、ステップＳ１０で算出したシリンダ内酸素濃度目標値（すなわち、ＥＧＲの目標値）と、現状の吸気情報（センサ類２０の検出結果に基づいて取得した、吸気流量、吸気圧力、吸気温度等から得られる吸気情報）と、現状のＥＧＲガス情報（センサ類２０の検出結果に基づいて取得した、ＥＧＲ流量、ＥＧＲガス温度、排気ラムダ等から得られるＥＧＲガス情報）とに基づいて、ＥＧＲバルブ開度を算出する。
【００３５】
さらに制御部は、ステップＳ３０で、上記のようにして算出されたＥＧＲバルブ開度の算出値に、時定数を有するフィルターを掛けることで、ＥＧＲバルブ開度のプリ制御量を算出する。
【００３６】
このフィルターの種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例として、ローパスフィルターを用いる。なお、このプリ制御量の算出においても、内部ＥＧＲを考慮することでより算出精度を高めることができる。
【００３７】
そして制御部は、ステップＳ４０において、ステップＳ３０で算出されたプリ制御量とステップＳ２１で算出されたＰＩＤ制御量とを加えてＥＧＲバルブ開度の制御値を算出する。つまり、制御部は、ステップＳ４０で、ステップＳ３０で得られたＥＧＲバルブ開度のプリ制御量と、ステップＳ２１で得られたＥＧＲバルブ開度との和でＥＧＲバルブ開度の目標値を算出し、このＥＧＲバルブ開度の目標値となるように、実際のＥＧＲバルブ４２の開度を制御する。
【００３８】
また、本実施形態に係る制御部は、ステップＳ３０に係るプリ制御処理において、フィルターの時定数を、内燃機関１０の負荷の変化率（負荷の単位時間当たりの変化量）に応じて変更する。
【００３９】
具体的には制御部は、フィルターの時定数を負荷の変化率に応じて、負荷の変化率が相対的に大きい過渡時の場合の方が負荷の変化率が相対的に小さい定常時の場合よりも小さくなるように変更する。さらに、制御部は、時定数を負荷の変化率に応じて変更するに当たり、時定数が負荷の変化率が大きくなるにつれて徐々に小さくなるように変更する。
【００４０】
なお、本実施形態においては、この負荷を指標するものの一つとして、内燃機関１０の燃料噴射量を用いるが、これに限定されるものではない。負荷の他の例として、例えば、アクセル開度、吸気流量等を用いることもできる。
【００４１】
この制御処理の詳細について、図３を用いて説明すると次のようになる。図３の横軸は、負荷の変化率、具体的には燃料噴射量の変化率を示し、縦軸はフィルターの時定数を示している。なお図３において、燃料噴射量の変化率が実験等によって予め設定された所定値以下の領域を「定常時の領域」とし、燃料噴射量の変化率がこの所定値より大きい領域を「過渡時の領域」としている。ライン１００に示す時定数の曲線は、横軸の値が大きくなるにつれて徐々に且つ連続的に縦軸の値が小さくなる曲線となっている。すなわち、ライン１００に示す時定数は、燃料噴射量の変化率が大きくなるにつれて徐々に且つ連続的に小さくなるように設定されている。
【００４２】
なお、ライン１００は、図３のような曲線に限定されるものではない。例えば、ライン１００は、燃料噴射量の変化率の値が増加するほど時定数の値が徐々に且つ連続的に低下する「直線」であってもよい。あるいは、ライン１００は、燃料噴射量の変化率の値が増加するほど時定数の値が徐々に且つ段階的に低下するラインであってもよい。このライン１００は、内燃機関システム１の種類や、この内燃機関システム１を搭載した車両の使用状況に応じて、実験等により予め求められて、制御装置３０の記憶部（例えばＲＯＭ３２）に設定されている。
【００４３】
制御装置３０の制御部は、アクセル開度やエンジン回転数等から、記憶部（例えばＲＯＭ３２）に予め設定された燃料噴射量のマップに基づいて現時点における燃料噴射量を算出し、この燃料噴射量と直前の燃料噴射量とから、現時点における燃料噴射量の変化率を取得し、この燃料噴射量の変化率に対応した時定数を記憶部に設定されている時定数のマップ（図３）から抽出して、ステップＳ３０の時定数として用いる。このようにして、ステップＳ３０に係る時定数は、過渡時の場合の方が定常時の場合よりも小さくなるように変更されている。
【００４４】
続いて本実施形態の作用効果について、比較例と比較しつつ説明する。比較例に係るＥＧＲバルブの制御装置として、図２のステップＳ３０において、フィルターの時定数として定数（可変しない値、すなわち固定値）を用いる制御装置を想定する。この比較例に係る制御装置において、過渡時の場合に応答性良くプリ制御量を算出するために、例えば過渡時の場合に合せて時定数を小さい値に設定すると、今度は、定常時の場合にプリ制御量がハンチングしてしまう。逆に、定常時の場合に合せて時定数を大きい値に設定すると、今度は、過渡時の場合にプリ制御量の応答性が悪化してしまう。
【００４５】
これに対して本実施形態によれば、制御装置３０の制御部（ＣＰＵ３１）は、ステップＳ３０に係るプリ制御処理において、フィルターの時定数が過渡時の場合の方が定常時の場合よりも小さくなるように、時定数を負荷の変化率（本実施形態ではこの一例として燃料噴射量の変化率）に応じて変更している。これにより、過渡時の場合にはプリ制御量を応答性良く算出することができ、定常時の場合にはハンチングを抑制しつつプリ制御量を算出することができる。
【００４６】
さらに、図３で説明したように、本実施形態によれば、フィルターの時定数を負荷の変化率が大きくなるにつれて徐々に小さくするので、例えば、過渡時と定常時との間で、時定数を２段階に変更するような場合に比較して、更に、過渡時の応答性の向上効果と定常時のハンチングの抑制効果の両方をより効果的に得ることができる。
【００４７】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１    内燃機関システム
１０  内燃機関
１１  吸気通路
１２  排気通路
２０  センサ類
３０  制御装置
３１  ＣＰＵ（制御部）
４０  ＥＧＲシステム
４１  ＥＧＲ通路
４２  ＥＧＲバルブ
【図１】
0006520453.tif 000002
【図２】
0006520453.tif 000003
【図３】
0006520453.tif 000004