(57)【要約】【課題】ＶＮＴ制御システムでは、ＶＮＴ本体、負圧アクチュエータ、ＥＶＲＶ等の機差により、所定の応答性が得られずに、実測ＰＩＭが大きくオーバーシュートする可能性がある。【解決手段】目標ＰＩＭに対する実測ＰＩＭのオーバーシュート値が所定値（例えば、−２０ｋＰａ）を越えた場合は、各ゲインテーブル３、４、５で演算されるフィードバックゲイン（Ｐ、Ｉ、Ｄゲインｋｐ、ｋｉ、ｋｄ）に、次回の演算から１より小さい値の補正係数（例えば、０．９５）を乗算して小さい値に変更する。その結果、ＶＮＴ本体、負圧アクチュエータ、ＥＶＲＶ等の機差により、所定の応答性が得られない場合が発生して、実測ＰＩＭが一度所定値よりもオーバーシュートすると、次回からは実測ＰＩＭのオーバーシュートが抑えられることになり、ＶＮＴ制御システムの信頼性が高まる。【選択図】　　　　図２
2004116467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標値と実値の偏差からフィードバックゲインを求めて、目標値に実値が近づくように制御対象をフィードバック制御する制御装置を備えたフィードバック制御システムにおいて、
前記制御装置は、目標値に対する実値のオーバーシュート値が所定値を越えた場合に、偏差から求められるフィードバックゲインを次回の演算から小さい値に変更するゲイン変更手段を備えることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載のフィードバック制御システムにおいて、
前記ゲイン変更手段は、偏差から求められるフィードバックゲインに、１より小さい値の補正係数を乗算することで、偏差から求められるフィードバックゲインを小さい値に変更することを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のフィードバック制御システムにおいて、
前記制御装置は、偏差に基づいて比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを求めるＰＩＤ演算手段を備え、このＰＩＤ演算手段の求めた比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインによって前記制御対象をフィードバック制御するものであり、
小さい値に変更されるフィードバックゲインは、比例ゲインであることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のフィードバック制御システムにおいて、
前記制御装置は、偏差に基づいて比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを求めるＰＩＤ演算手段を備え、このＰＩＤ演算手段の求めた比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインによって前記制御対象をフィードバック制御するものであり、
小さい値に変更されるフィードバックゲインは、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインであることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項５】
請求項４に記載のフィードバック制御システムにおいて、
前記制御装置は、フィードバックゲインを小さい値に変更する際、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインに対して、一律の補正係数を乗じることを特徴とするフィードバック制御システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のフィードバック制御システムにおいて、
前記制御装置は、バリアブル・ノズル・タービン制御システムにおいてタービンノズルの傾きを、実測過給圧と目標過給圧の偏差に基づいて実測過給圧が目標過給圧に近づくようにフィードバック制御することを特徴とするフィードバック制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標値に実値が近づくように制御対象をフィードバック制御するフィードバック制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィードバック制御システムを搭載した従来技術の一例として、バリアブル・ノズル・タービン（以下、ＶＮＴ）の制御例を示す。
ＶＮＴ制御システムは、エンジン（内燃機関）に過給圧を供給するターボチャージャにおいてタービンに向けて排気ガスを吹き出すタービンノズルの傾きを、運転状態に応じた過給圧が得られるように制御するものである。
具体的には、運転状態から目標過給圧（以下、目標ＰＩＭ：目標値に相当する）を求め、実際の過給圧（以下、実測ＰＩＭ：実値に相当する）が目標ＰＩＭとなるようにタービンノズルの傾きを制御するものである。
そして、目標ＰＩＭに対する実測ＰＩＭのオーバーシュートを防止するために、実測ＰＩＭと目標ＰＩＭの偏差ΔＰＩＭに基づいてタービンノズルの傾きをフィードバック制御している。フィードバック制御の一例として、偏差に基づいてＰゲイン（比例ゲイン）、Ｉゲイン（積分ゲイン）、Ｄゲイン（微分ゲイン）を求め、これら各ゲインを基にタービンノズルの傾きを補正するＰＩＤ制御等が一般に用いられている（特許文献なし）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＩＤ制御では、最適な応答性が得られるように、Ｐゲインを求めるのに用いられる定数、Ｉゲインを求めるのに用いられる定数、Ｄゲインを求めるのに用いられる定数が予め決定される。
【０００４】
つまり、上述したＶＮＴ制御システムでは、目標ＰＩＭに対して実測ＰＩＭが所定の応答性を得るように、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインの各定数が予め設定されている。しかしながら、ＶＮＴ本体、タービンノズルの傾きを変更するアクチュエータ（例えば、負圧アクチュエータ等）、このアクチュエータを作動させる装置（例えば、負圧アクチュエータに与えられる負圧を制御するＥＶＲＶ）等の機差により、所定の応答性が得られない可能性がある。このため、所定値よりも実測ＰＩＭが大きくオーバーシュートする可能性がある。実測ＰＩＭが大きくオーバーシュートすると、ＶＮＴ本体の破損を招く可能性があるため、上述したような機差が発生しても、実測ＰＩＭが大きくオーバーシュートするのを防ぐ必要がある。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、目標値に対する実値のオーバーシュートを適切な範囲に抑えることを目的としており、ＶＮＴ制御システムに適用した場合は、上記機差が生じても実測ＰＩＭのオーバーシュートを抑えることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用するフィードバック制御システムは、目標値に対する実値のオーバーシュート値が所定値を越えた場合に、偏差から求められるフィードバックゲインを次回の演算から小さい値に変更する。
このため、制御対象の個体差等によってフィードバックの応答性が基準となる応答性に対して異なる場合であっても、次回からのオーバーシュートを抑えることができる。
【０００７】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用するフィードバック制御システムは、偏差から求められるフィードバックゲインに、１より小さい値の補正係数を乗算することで、フィードバックゲインを小さい値に変更する。
このように、補正係数を乗算するのみでフィードバックゲインを変更できるため、フィードバックゲインの変更制御をシンプル化できる。
【０００８】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用するフィードバック制御システムは、小さい値に変更されるフィードバックゲインが、Ｐ、Ｉ、ＤゲインのうちのＰゲインである。
Ｐ、Ｉ、Ｄゲインのうち、Ｐゲインがオーバーシュートを抑制する主な値であるため、次回の演算からＰゲインを小さな値に変更するのみで、オーバーシュートを適切な範囲に抑えることができる。
【０００９】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段を採用するフィードバック制御システムは、小さい値に変更されるフィードバックゲインが、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインである。
Ｐ、Ｉ、Ｄゲインの全てがオーバーシュートの抑制にかかわるため、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインの全てを変更することで、オーバーシュートをより適切に抑えることができる。
【００１０】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段を採用するフィードバック制御システムは、フィードバックゲインを小さい値に変更する際、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインに対して、一律の補正係数を乗じる。
このため、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインの変更が容易になり、フィードバックゲインの変更制御をシンプル化できる。
【００１１】
〔請求項６の手段〕
請求項６の手段を採用するフィードバック制御システムは、ＶＮＴ制御システムに適用されたものであり、目標ＰＩＭに対する実測ＰＩＭのオーバーシュート値が所定値を越えた場合に、偏差から求められるフィードバックゲインを次回の演算から小さい値に変更する。
このため、ＶＮＴ本体、タービンノズルの傾きを変更するアクチュエータ、このアクチュエータを作動させる装置等の機差により、所定の応答性が得られない場合が発生しても、実測ＰＩＭのオーバーシュート値が一度所定値より越えた後はオーバーシュートが抑えられる。このように、実測ＰＩＭのオーバーシュートが抑えられることになるため、ＶＮＴ本体の破損を防ぐことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例と変形例を用いて説明する。
［実施例の構成］
本発明をＶＮＴ制御システムに適用した実施例を図１〜図４を参照して説明する。
【００１３】
まず、ＶＮＴ制御システムを説明する。
ＶＮＴ制御システムは、ＶＮＴ本体、負圧アクチュエータ、ＥＶＲＶ（エレクトリカル・バキューム・レギュレーション・バルブの略）および制御装置から構成される。
ＶＮＴ本体は、エンジンに過給圧（吸気圧）を供給するターボチャージャのタービン側に搭載されたものであり、ターボチャージャのタービンに向けて排気ガスを吹き出すタービンノズルの傾きが変更可能なものである。そして、タービンノズルの傾きを変更することにより、タービンホイールおよびコンプレッサホイールの回転速度を調整することができ、結果的に過給圧をコントロールすることができる。
【００１４】
負圧アクチュエータは、コンプレッサホイールの上流で発生する負圧を利用して、タービンノズルの傾きを変更する駆動手段である。
ＥＶＲＶは、負圧アクチュエータに与えられる負圧を制御するコントロールバルブであり、制御装置にデューティ制御されて負圧アクチュエータに与える負圧がコントロールされる。
【００１５】
制御装置は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を搭載しており、ＲＯＭに記憶されたプログラムと、ＲＡＭに読み込まれたセンサ類の信号（例えば、エンジン回転数センサの信号、過給圧センサの信号等）とに基づいて、タービンノズルの傾きを制御して、エンジンに供給される過給圧をコントロールするように設けられている。
具体的には、インジェクタから噴射される燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥを基に目標ＰＩＭ（目標値に相当する）を求め、コンプレッサホイールの下流で測定される実際の過給圧（実測ＰＩＭ：実値に相当する）が目標ＰＩＭとなるように、ＥＶＲＶに与えるデューティ比を演算して、タービンノズルの傾きを制御するものであり、制御装置は、実測ＰＩＭが目標ＰＩＭに近づくようにＥＶＲＶに与えるデューティ比をフィードバック制御することで、タービンノズルの傾きをフィードバック制御するように設けられている。なお、ＥＶＲＶ、負圧アクチュエータ、タービンノズルからなるノズル駆動系がＶＮＴ制御システムの制御対象である。
【００１６】
ここで、ＥＶＲＶに与えるデューティ比を求める例を図２の制御フローを参照して説明する。
まず、目標吸気圧マップ１において、燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥから目標ＰＩＭを決定する。
次に、目標吸気圧マップ１で決定された目標ＰＩＭから過給圧センサによって読み込まれた実吸気圧２（実測ＰＩＭ）を減算して偏差ΔＰＩＭを求める（目標ＰＩＭ−実測ＰＩＭ＝偏差ΔＰＩＭ）。
【００１７】
次に、Ｐゲインテーブル３において偏差ΔＰＩＭに基づいたＰゲインｋｐを求め、Ｉゲインテーブル４において偏差ΔＰＩＭに基づいてＩゲインｋｉを求め、Ｄゲインテーブル５において偏差ΔＰＩＭと前回差分６の差に基づいてＤゲインｋｄを求める。
なお、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインｋｐ、ｋｉ、ｋｄを求めるＰゲインテーブル３、Ｉゲインテーブル４、Ｄゲインテーブル５は、ＰＩＤ演算手段に相当するものである。
【００１８】
基本開度マップ７で求めた目標ＰＩＭに各ゲインテーブル３〜５で求めたＰ、Ｉ、Ｄゲインｋｐ、ｋｉ、ｋｄを加算し、その加算された値に基づくデューティ比を開度−Ｄｕｔｙ変換８で求める。そして、開度−Ｄｕｔｙ変換８で求められたデューティ比によってＥＶＲＶが制御されて、負圧アクチュエータに与えられる負圧が制御され、結果的にタービンノズルの傾きが制御される。
【００１９】
［実施例の特徴］
従来技術の項でも説明したように、ＶＮＴ本体、負圧アクチュエータ、ＥＶＲＶ等の機差により、制御装置がＥＶＲＶを制御しても、タービンノズルに所定の応答性が得られない場合が考えられる。
つまり、図３に示すように、目標ＰＩＭの値（図３中、一点鎖線Ａ参照）が変化した場合に、実測ＰＩＭの値（図３中、実線Ｂ参照）が所定値（例えば偏差ΔＰＩＭ＝−２０ｋＰａ）を越える大きなオーバーシュートが発生する可能性がある。このような大きなオーバーシュートは、ＶＮＴ本体の破損を招く可能性がある。
【００２０】
そこで、この実施例では、目標ＰＩＭに対する実測ＰＩＭのオーバーシュート値が所定値（例えば、−２０ｋＰａ）を越えた場合、フィードバックゲイン（この実施例では、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインｋｐ、ｋｉ、ｋｄ）に１より小さい値の補正係数を次回の演算から常時乗算させて、フィードバックゲインを小さい値に変更するように設けられている。
具体的には、図２に示されるように、制御フローには、Ｐゲインテーブル３で演算されたＰゲインｋｐを小さい値に変更するＰゲイン補正マップ１１、Ｉゲインテーブル４で演算されたＩゲインｋｉを小さい値に変更するＩゲイン補正マップ１２、Ｄゲインテーブル５で演算されたＤゲインｋｄを小さい値に変更するＤゲイン補正マップ１３が設けられている。各補正マップ１１〜１３がゲイン変更手段に相当する。
【００２１】
また、この実施例では、大きなオーバーシュートが発生してフィードバックゲインを変更する際、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインｋｐ、ｋｉ、ｋｄに対して、一律の補正係数（例えば、０．９５）を乗じて各ゲインの値を小さくするように設けられている。
このように、各ゲインに一律の補正係数（例えば、０．９５）を乗じることにより、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインｋｐ、ｋｉ、ｋｄを小さい値に変更する制御が容易になり、ゲインの変更制御をシンプル化できる。
【００２２】
次に、フィードバックゲインの変更制御の一例を、図１のフローチャートを参照して説明する。
フィードバックゲインの変更制御ルーチンに侵入すると（スタート）、先ず目標ＰＩＭにステップ応答があったか否かの判断を行う（ステップＳ１　）。具体的には、ΔＶＮＴ開度（タービンノズルの目標開度と現在開度の差）が所定開度（例えば２０％）以上か否かの判断を行う。この判断結果がＮＯの場合は、リターンする。
【００２３】
ステップＳ１　の判断結果がＹＥＳ　の場合、つまり目標ＰＩＭにステップ応答があった場合は、目標ＰＩＭに対して実測ＰＩＭが大きくオーバーシュートしたか否かの判断を行う（ステップＳ２　）。具体的には、偏差ΔＰＩＭ（目標ＰＩＭ−実測ＰＩＭ）が所定値（例えば−２０ｋＰａ）以上か否かの判断を行う。この判断結果がＮＯの場合は、リターンする。
ステップＳ２　の判断結果がＹＥＳ　の場合、つまり実測ＰＩＭが大きくオーバーシュートした場合は、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインｋｐ、ｋｉ、ｋｄに対して一律の補正係数（例えば、０．９５）を乗じて各ゲインの値を小さくする（ステップＳ３　）。
【００２４】
上記のように、実測ＰＩＭが大きくオーバーシュートした場合に、次回の演算からフィードバックゲインを小さな値に変更する制御を実施することにより、図３中の破線Ｃに示すように、偏差ΔＰＩＭが−２０ｋＰａを越えてからのオーバーシュートが抑えられるようになる。
また、実測ＰＩＭが一度大きくオーバーシュートした後は、フィードバックゲインが常に小さい値に変更されるため、次回移行は図４の実線Ｄに示すように、オーバーシュートの発生が抑制される。
【００２５】
このように、本発明を適用したＶＮＴ制御システムでは、ＶＮＴ本体、負圧アクチュエータ、ＥＶＲＶ等の機差により、所定の応答性が得られない場合が発生しても、一度所定値よりもオーバーシュートした後はオーバーシュートが抑えられるため、ＶＮＴ本体の破損を招かない。この結果、ＶＮＴ制御システムの信頼性を高めることができる。
【００２６】
［変形例］
上記の実施例では、実測ＰＩＭのオーバーシュート値が所定値（例えば、−２０ｋＰａ）を越えた場合に、フィードバックゲイン（Ｐ、Ｉ、Ｄゲインｋｐ、ｋｉ、ｋｄ）に一定の補正係数（例えば、０．９５）を乗じる例を示したが、実測ＰＩＭのオーバーシュート値（即ち偏差ΔＰＩＭ）に応じて補正係数を可変しても良い。つまり、例えば、次の表１に示すように、オーバーシュート時の偏差ΔＰＩＭに応じた補正係数としても良い。
【表１】
2004116467.tif 000003
【００２７】
上記の実施例では、フィードバックゲインを変更する際、Ｐ、Ｉ、Ｄゲインｋｐ、ｋｉ、ｋｄの全てを変更する例を示したが、Ｐゲインｋｐのみを変更するように設けても良い。Ｐ、Ｉ、Ｄゲインｋｐ、ｋｉ、ｋｄのうち、Ｐゲインｋｐがオーバーシュートを抑制する主な値であるため、Ｐゲインｋｐを変更するのみでも、オーバーシュートを適切な範囲に抑えることができる。
【００２８】
上記の実施例では、フィードバック技術としてＰＩＤ制御を例に示したが、ＰＩ制御、ＰＤ制御、Ｐ制御に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、オーバーシュートに着目して大きなオーバーシュートが発生した時にフィードバックゲインを変更した例を示したが、大きなアンダーシュートが発生した時にフィードバックゲインを変更するように設けても良い。
【００２９】
上記の実施例では、本発明をＶＮＴ制御システムに適用した例を示したが、目標値に実値が近づくように制御対象をフィードバック制御する他のフィードバック制御システムに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィードバックゲインの変更制御のフローチャートである。
【図２】ＥＶＲＶのデューティを求める制御フローである。
【図３】目標ＰＩＭに対する実測ＰＩＭの変化を示すタイミングチャートである。
【図４】目標ＰＩＭに対する実測ＰＩＭの変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１　目標吸気圧マップ
２　実吸気圧
３　Ｐゲインテーブル（ＰＩＤ演算手段）
４　Ｉゲインテーブル（ＰＩＤ演算手段）
５　Ｄゲインテーブル（ＰＩＤ演算手段）
１１　Ｐゲイン補正マップ（ゲイン変更手段）
１２　Ｉゲイン補正マップ（ゲイン変更手段）
１３　Ｄゲイン補正マップ（ゲイン変更手段）
【図１】
2004116467.tif 000004
【図２】
2004116467.tif 000005
【図３】
2004116467.tif 000006
【図４】
2004116467.tif 000007