(57)【要約】  【課題】制御入力の飽和等の理由により与えられた目標値を達成できない、または達成が難しい場合に、その悪影響を軽減ないし回避する。  【解決手段】操作部３４、４１、４５を操作して複数の制御量をそれぞれの目標値に制御するものにおいて、全ての制御量を各目標値に制御することが不可能または困難である場合に、制御量と操作量との関係を規定する数学モデルに基づき、優先順位の高い制御量をその目標値に到達させるために必要となる操作量の補正値を算定し、算定した補正値を用いて操作部３４、４１、４５を操作する。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部を操作して複数の制御量をそれぞれの目標値に制御するものにおいて、
全ての制御量を各目標値に制御することが不可能または困難である場合に、制御量と操作量との関係を規定する数学モデルに基づき、優先順位の高い制御量をその目標値に到達させるために必要となる操作量の補正値を算定し、
算定した補正値を用いて操作部を操作することを特徴とする制御方法。
【請求項２】
２自由度制御系におけるフィードフォワードコントローラのパラメータを前記数学モデルに用いる請求項１記載の制御方法。
【請求項３】
過給機を備えた２サイクル内燃機関に対して適用され、
前記複数の制御量として吸入空気量若しくは空気圧、過給機前圧、並びに掃気圧が存在し、これら全ての制御量を各目標値に制御することが不可能または困難である場合に、吸入空気量若しくは空気圧をその目標値に到達させるために必要となる操作量の補正値を算定する請求項１または２記載の制御方法。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の制御方法を実施するために用いられるものであって、
全ての制御量を各目標値に制御することが不可能または困難である場合に、制御量と操作量との関係を規定する数学モデルに基づき、優先順位の高い制御量をその目標値に到達させるために必要となる操作量の補正値を算定する補正部と、
算定した補正値を用いて操作部を操作する制御部と
を具備する制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車等の内燃機関の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）と空燃比フィードバック制御とを組み合わせて、燃焼時に発生する有害物質量を抑制し排気ガスの浄化性能の向上を図ることが知られている。下記特許文献に開示されているＥＧＲ制御では、吸入空気量とＥＧＲ量とを合算した全ガス量（気筒内に導入されるガスの総量）を算出し、その全ガス量に基づいて空燃比フィードバックの補正を行っている。より具体的には、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧に目標値を設定し、それら目標値を達成する制御入力、即ちスロットルバルブ開度、外部ＥＧＲバルブ開度、可変容量ターボのタービン出力（または、ウェイストゲートバルブ開度）を決定することにより、所要のＥＧＲ量を実現している。
【特許文献１】特開２００７−０３２４６２号公報
【特許文献２】特開２００６−２７４８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
制御系では、与えられた目標値を理論上達成可能であっても実際には制御できないことがある。例えば上記のＥＧＲ制御において、既にバルブを一杯近くまで開いているような状況下で吸入空気量の要求が引き上げられた場合、その要求を達成するバルブ開度は現実のバルブの機械的な限界を超えた値となり、結局は実現することができない。
【０００４】
本発明は、制御入力の飽和等の理由により与えられた目標値を達成できない、または達成が難しい場合に、その悪影響を軽減ないし回避することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するべく、本発明に係る制御方法では、操作部を操作して複数の制御量をそれぞれの目標値に制御するに際し、全ての制御量を各目標値に制御することが不可能または困難である場合に、制御量と操作量との関係を規定する数学モデルに基づき、優先順位の高い制御量をその目標値に到達させるために必要となる操作量の補正値を算定し、算定した補正値を用いて操作部を操作することとした。つまり、比較邸優先順位の高い制御量を積極的に目標値に到達させることで、制御状態を良好に保つようにした。優先順位の高い制御量とは、他の制御量に与える影響が大きく、これを目標値に近づけない限り他の制御量も目標値に近づけ難いものをいう。逆に、優先順位の低い制御量とは、他の制御量に与える影響が小さい、または別の制御量によって代替し得るものをいう。上記例のＥＧＲ制御における吸入空気量は、過給機前圧や掃気圧の源泉であり、優先順位の高い制御量である。また、掃気圧は、ほぼ可変容量ターボのタービン出力の増減操作のみで制御できるので、優先順位の低い制御量である。
【０００６】
２自由度制御系におけるフィードフォワードコントローラのパラメータを前記数学モデルに用いれば、優先順位の高い目標値を達成する操作量の逆算が容易である。フィードフォワードコントローラは、原理的にはプラントの逆システムであるからである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、制御入力の飽和等の理由により与えられた目標値を達成できないかまたは達成が難しい場合にも、その悪影響を軽減ないし回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すものは、本発明に係る制御方法の適用対象であるＥＧＲ制御装置である。この制御装置は、吸排気系３、４における複数の流量または流体圧に関するパラメータを計測する計測器１１、１２、１３と、少なくともエンジン回転数に基づき複数のパラメータの目標値を設定する目標値設定部１４と、複数のパラメータを目標値に向かわせるべく複数の操作部３４、４１、４５に与える操作量を算定する操作量算定部１５と、操作量の補正値を算定する補正部１６と、算定した操作量及び補正値を用いて操作部３４、４１、４５を操作する制御部１７とを具備する。
【０００９】
ハードウェア構成の概要を、図２に示す。本実施形態において、内燃機関２は２サイクルディーゼルエンジンである。内燃機関２の吸気系３には、掃気ブロアとしてスーパーチャージャ３１、可変容量ターボシステムのコンプレッサ３２を配設するとともに、その下流に掃気を冷却するインタークーラ３３を設ける。そして、過給機より上流側に、吸入空気（新気）量を調節するＤスロットルバルブ３４を設けている。加えて、吸入空気量を検出する流量計１１、過給機前圧を検出する圧力計１２、掃気圧を検出する圧力計１３を設置してある。
【００１０】
他方、排気系４には、コンプレッサ３２を駆動するＶＮＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｎｏｚｚｌｅ  Ｔｕｒｎｉｂｅ）４１を配設し、ＶＮＴ４１に流入する排気ガス量を可変ベーン（図示せず）やウェイストゲートバルブ４２を介して調節できるようにしている。加えて、内燃機関２の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系３に還流させる排気ガス再循環通路４３を設けてある。排気ガス再循環通路４３は、吸気系３におけるスロットルバルブ３４と過給機３１、３２との中間部に接続する。排気ガス再循環通路４３には、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ４４と、通過する排気ガス量を調節する外部ＥＧＲバルブ４５とを設ける。
【００１１】
ＥＧＲには、排気ガス再循環通路４３を介して吸気系３に排気ガスを還流する外部ＥＧＲと、燃焼室内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲとがある。図示例の如き過給機付き２サイクルエンジンでは、吸入空気量及び過給機前圧を制御することで外部ＥＧＲを、掃気圧を制御することで内部ＥＧＲを、それぞれ制御し得る。故に、本実施形態では、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）を決定する複数のパラメータ、即ち吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧の各々に目標値を設定し、これらパラメータを一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちスロットルバルブ３４、外部ＥＧＲバルブ４５、ＶＮＴ４１の可変ベーン（または、ウェイストゲートバルブ４２）を制御することにより、ＥＧＲ量の制御を実現する。
【００１２】
スロットルバルブ３４、外部ＥＧＲバルブ４５、ＶＮＴ４１といった操作部は、それぞれ電子制御装置５により制御されてその開度をリニアに変化させる。バルブ３４、４５、４２は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。
【００１３】
電子制御装置５は、プロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ、Ａ／Ｄ変換器やＩ／Ｏインタフェース等を包有するマイクロコンピュータである。電子制御装置５は、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧を検出する計測器１１、１２、１３の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温、気圧等を検出する各種計測器（図示せず）と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各パラメータを知得することができる。並びに、電子制御装置５は、スロットルバルブ３４、外部ＥＧＲバルブ４５、ＶＮＴ４１、ウェイストゲートバルブ４２や燃料噴射ポンプ２１等と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。
【００１４】
電子制御装置５で実行するべきプログラムは予めＲＯＭまたはフラッシュメモリに格納されており、その実行の際にＲＡＭへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。電子制御装置５は、プログラムに従い内燃機関２の制御を実行する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量（いわば、エンジン負荷）を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号を燃料噴射ポンプ２１に入力して燃料噴射を制御する。その上で、電子制御装置５は、プログラムに従い制御装置の要素である目標値設定部１４、操作量算定部１５、補正部１６、制御部１７としての機能を発揮する。
【００１５】
ＥＧＲ制御を実現するべく電子制御装置５が実行する処理の手順を、図３のフローチャートに示す。電子制御装置５は、各種計測器（図示せず）が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し（ステップＳ１）、要求噴射量を決定する（ステップＳ２）。
【００１６】
次いで、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧にそれぞれ目標値を設定する。本実施形態では、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標吸入空気量、目標過給機前圧、目標掃気圧を設定する。電子制御装置５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには、エンジン回転数及び要求噴射量に対応して設定すべき各目標値を示すマップデータが予め格納されている。このマップに記述される各目標値は、エンジン回転数、要求噴射量等に応じた適切なＥＧＲ量を実現する値であって、ベンチ試験によって適合したものである。電子制御装置５は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとして上記のマップを検索し（ステップＳ３）、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して（ステップＳ４）最終的な目標値とする。
【００１７】
そして、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧をそれぞれの目標値に向かわせるべく、スロットルバルブ３４、外部ＥＧＲバルブ４５及びＶＮＴ４１を操作するフィードバック制御を行う。電子制御装置５は、計測器１１、１２、１３が出力する信号を受け取って吸入空気量、過給機前圧、掃気圧を知得し（ステップＳ５）、上記パラメータの現在値と目標値との偏差から操作すべきスロットルバルブ３４の開度、外部ＥＧＲバルブ４５の開度、ＶＮＴ４１の可変ベーンの開度を算出して（ステップＳ６）、各々の操作量に対応する駆動信号をそれらバルブ３４、４５及びＶＮＴ４１に入力し操作する（ステップＳ７）。
【００１８】
但し、吸入空気量、過給機前圧及び掃気圧の全てを各目標値に制御することが不可能または困難である場合には（ステップＳ８）、優先順位の高い制御量をその目標値に到達させるために必要となる操作量の補正値を算定して（ステップＳ９）ステップＳ６で得た操作量を補正する。ステップＳ８では、例えば、ステップＳ６で算出した操作量が実際の操作部３５、４５、４１に入力することのできる操作量の飽和値（閾値、拘束条件）を超えていないかどうかを判断し、超えていなければステップＳ７に、超えていればステップＳ９に遷移する。優先順位の最も高い制御量は吸入空気量であり、次に高いのは過給機前圧である。
【００１９】
しかして、電子制御装置５は、図３に示している処理手順を反復的に実行し、ＥＧＲ制御を継続する。
【００２０】
ステップＳ９での補正値の算定に関して詳述する。入力ｕ、出力ｙの制御系の数学モデルは、状態方程式及び出力方程式（数１）の形で表現される。
【００２１】
【数１】
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上記の数学モデルは、同定によって求める。同定実験は、様々な周波数成分を含む２値信号（Ｍ系列）からなるデューティ信号を入力して操作したときの出力を観測し、両者の関係から行列Ａ、Ｂ、Ｃを得るものである。
【００２２】
制御系は、例えば目標値フィードフォワード形の２自由度制御系とする。２自由度ＬＱ制御系のブロック線図を、図４に示す。オブザーバは、入出力信号を参照して状態量の推定を行うもので、同定のモデル化誤差やプラントのパラメータ変動等を制御系の一部として推定し、これを制御的に相殺、吸収する。安定化項Ｆ0は、評価関数Ｊを最小化するフィードバックゲイン（数２）である。
【００２３】
【数２】
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Ｑ、Ｒはそれぞれ重み、Ｐはリカッチ型代数方程式（数３）の解である。
【００２４】
【数３】
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追従遅れ項Ｆ1は（数４）、フィードバックゲインＧは（数５）のようになる。
【００２５】
【数４】
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【００２６】
【数５】
2008248859.tif 000007
Ｗは重みである。また、フィードフォワード項Ｈ0は、状態方程式をラプラス変換して得られる伝達関数（数６）の周波数が０であるときにゲインが１となるように設定するものであって、（数７）のようになる。
【００２７】
【数６】
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【００２８】
【数７】
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行列Ｈ0は、制御量と操作量との関係を規定する。外部ＥＧＲバルブ４５の開度をｕ1、ＶＮＴ４１の可変ベーンの開度をｕ2、スロットルバルブ３４の開度をｕ3とおき、過給機前圧をｙ1、掃気圧をｙ2、吸入空気量をｙ3とおくと、（数８）が成立する。
【００２９】
【数８】
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上式（数８）より、所要の目標値を達成する操作量の補正値の算定が可能である。例えば、スロットルバルブ３４をこれ以上開くことが難しく、ステップＳ６で算定した操作量をそのまま入力できないことから目標を達成できない場合、最も優先順位の高い吸入空気量の不足分または超過分ΔＧａから、
外部ＥＧＲバルブ４５の開度の補正値Δｕ1＝ΔＧａ×Ｈ13、
過給機前圧の補正値Δｙ1＝Δｕ1／Ｈ11、
・・・・・・
というように、吸入空気量の目標値を達成するために必要なスロットルバルブ３４以外の操作量の補正値、並びに吸入空気量以外の制御量の補正値を順次算出することができる。さらに、可能であれば、次に優先順位の高い過給機前圧を達成するために必要な補正値を算出しても構わない。
【００３０】
本実施形態によれば、全ての制御量を各目標値に制御することが不可能または困難である場合に、制御量と操作量との関係を規定する数学モデル、特に２自由度制御系におけるフィードフォワードコントローラのパラメータＨ0に基づいて、優先順位の高い制御量をその目標値に到達させるために必要となる操作量の補正値を算定し、算定した補正値を用いて操作部３５、４１、４５を操作することとしたため、比較邸優先順位の高い制御量を積極的に目標値に到達させて制御状態を良好に維持できる。エンジン回転数、噴射量等から操作量の補正値を決定するマップを参照する方式の場合、マップの作成（指標となる軸を何にするか等）の検討、マップの適合及び適合値の検証に多く工数を要するが、上述した方法であればマップの作成、適合の工数が不要である。
【００３１】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、吸気系３に過給機３１、３２をバイパスする通路が存在している場合には、その通路上に設けられたバルブをも操作対象とすることがある。このとき、当該バイパス通路のガス流量等を出力に含め、当該バイパス通路上のバルブに対する操作を入力に含めた、４入力４出力の制御系となる。
【００３２】
また、本発明の適用対象となる内燃機関２はディーゼルエンジンには限られず、さらには２サイクルエンジンにも限られない。
【００３３】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の構成説明図。
【図２】本発明の一実施形態におけるプラントを示す概略図。
【図３】制御の処理手順を示すフローチャート。
【図４】２自由度制御系のブロック線図。
【符号の説明】
【００３５】
１１、１２、１３…計測器
１４…目標値設定部
１５…操作量算定部
１６…補正部
１７…制御部
２…内燃機関
３、４…吸排気系
３４、４１、４５…操作部（Ｄスロットルバルブ、外部ＥＧＲバルブ、ＶＮＴ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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