(57)【要約】  【課題】制御系の設計の工数を削減するとともに、ＥＧＲ量がばらついて排気ガス中の有害物質量が増加する問題を解消する。  【解決手段】検出可能でありかつそれぞれ値を定めることでＥＧＲ量を制御できるような複数のパラメータ、例えば吸入空気量１１、過給機前圧力１２及び掃気圧１３に各々目標値を設定し、これらパラメータを出力、これらパラメータを変動させる複数のバルブ３４、４５、４２に対する操作を入力とした多入力多出力のフィードバック制御を実施してＥＧＲ量を制御する。  【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に付帯する排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置のＥＧＲ量を制御する方法において、
吸排気系における流量または流体圧に関するパラメータであって、検出可能であり、かつそれぞれ値を定めることでＥＧＲ量を制御できるような複数のパラメータに各々目標値を設定し、
前記複数のパラメータを出力、これらパラメータを変動させる複数の操作部に対する操作を入力とした多入力多出力のフィードバック制御によって各操作部を制御することを特徴とするＥＧＲ制御方法。
【請求項２】
過給機を備えた２サイクル内燃機関に対して適用され、吸入空気量、過給機前圧力及び掃気圧を前記複数のパラメータに含む請求項１記載のＥＧＲ制御方法。
【請求項３】
スロットルバルブ、ＥＧＲバルブ及びウェイストゲートバルブを前記複数の操作部に含む請求項２記載のＥＧＲ制御方法。
【請求項４】
請求項１記載のＥＧＲ制御方法を実施するために用いられるものであって、
吸排気系における複数の流量または流体圧に関するパラメータの値を計測する計測器と、
少なくともエンジン回転数に基づき前記複数のパラメータの目標値を設定する目標値設定部と、
前記複数のパラメータを前記目標値に向かわせるべく複数の操作部をフィードバック制御する制御部と
を具備するＥＧＲ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の内燃機関に付帯する排気ガス再循環装置のＥＧＲ量を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、排気ガスの一部を吸入空気と混合することによって最高燃焼温度を低下させ、燃焼時に発生する有害物質量を抑制することが知られている。例えば、下記特許文献には、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排気ガスの浄化性能の向上を図った制御装置が開示されている。当該例の制御装置では、ＥＧＲ作動時において、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、これに基づき空燃比フィードバック制御量を補正している。
【特許文献１】特開２００１−１５２９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、吸入空気量やＥＧＲガス量を制御するにあたっては、スロットルバルブ、ＥＧＲバルブ等の複数のバルブを操作する。従来、これらのバルブはオープン制御しているが、何れか一つのバルブを操作するだけで吸入空気量もＥＧＲ量もともに変動することから、各パラメータを所要の目標値に確実に制御することが容易でなく、時にＥＧＲ量のばらつき、ひいては排気ガス中の有害物質量の抑制効果が損なわれる問題が発生する。加えて、オープン制御系の設計（適合）に膨大な工数が必要となるきらいもある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した課題を解決するべく、本発明に係るＥＧＲ制御方法では、内燃機関の吸排気系における流量または流体圧に関するパラメータであって、所要の計測器ないしセンサを使用して検出可能でありかつそれぞれ値を定めることでＥＧＲ量を制御できるような複数のパラメータに各々目標値を設定し、前記複数のパラメータを出力、これらパラメータを変動させる複数の操作部に対する操作を入力とした多入力多出力のフィードバック制御によって各操作部を制御することとした。
【０００５】
このような制御方法をとれば、操作部即ちバルブ等に対するオープン制御を除くことができ、オープン制御系の設計に必須であった膨大な工数を削減できる。並びに、全てのパラメータを狙った目標値通りに制御し易くなり、ＥＧＲ量のばらつきを回避して排気ガス中の有害物質量の抑制効果を維持できる。また、計測器（ないし、センサ）を介して検出可能なパラメータを直接の制御対象とすれば、オブザーバを用いた状態推定が不要となる。よって、制御系の設計が簡便となり、しかもオブザーバにおける推定誤りや遅れの発生といった不都合も発生しない。
【０００６】
本発明に係るＥＧＲ制御方法を実施するためには、吸排気系における複数の流量または流体圧に関するパラメータの値を計測する計測器と、少なくともエンジン回転数に基づき前記複数のパラメータの目標値を設定する目標値設定部と、前記複数のパラメータを前記目標値に向かわせるべく複数の操作部をフィードバック制御する制御部とを具備するＥＧＲ制御装置を構成することが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、オープン制御が除かれるため、制御系の設計に膨大な工数がかかっていた難点を解消できる。並びに、各パラメータを狙った目標値通りに制御し易くなり、ＥＧＲ量のばらつきを回避して排気ガス中の有害物質量の抑制効果を維持できる。
【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。本実施形態におけるＥＧＲ制御装置は、図１に示すように、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、４５、４２をフィードバック制御する制御部１５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（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ  Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）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、過給機前圧力を検出する圧力計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ＶＧＴタービン４１を配設し、タービン４１に流入する排気ガス量を調節するノズルベーン（図示せず）やウェイストゲートバルブ４２を設けている。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力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、過給機前圧力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、ウェイストゲートバルブ４２（または、ＶＧＴノズルベーン）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、ウェイストゲートバルブ４２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。各バルブは、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、過給機前圧力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、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、これらバルブ３４、４５、４２やポンプ２１等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ＥＧＲ制御装置の要素である目標値設定部１４、制御部１５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、過給機前圧力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、目標過給機前圧力、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、過給機前圧力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、過給機前圧力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及びウェイストゲートバルブ４２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、過給機前圧力、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、ウェイストゲートバルブ４２の開度（ＶＧＴ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、４２に入力し操作する（ステップＳ７）。
【００１８】
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。
【００１９】
以降、ＥＧＲ制御系に関して補足する。本実施形態では、（吸入空気量、過給機前圧力、掃気圧）を出力ベクトルｙとし、（スロットルバルブ３４に対する操作、外部ＥＧＲバルブ４５に対する操作、ウェイストゲートバルブ４２に対する操作）を入力ベクトルｕとした３入力３出力のフィードバック制御を行う。なお、下の状態方程式（数１）に示すように、状態ベクトルｘをそのまま出力ベクトルｙと見なすことによって、言い換えるならば計測器を介して検出可能なパラメータを直接の制御対象とすることによって、オブザーバを用いた状態推定を不要としている。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
本実施形態では、各パラメータの制御をスライディングモード制御によって行うものとし、ステップＳ６にて各バルブ３４、４５、４２の開度をスライディングモード制御式に従い算出する。但し、制御方式はスライディングモード制御に限定されない。多入力多出力のフィードバック制御方式であればよく、よって例えばＬＱ制御等を採用することも可能である。
【００２２】
プラントのモデル化、即ち状態方程式（数１）における行列Ａ、Ｂの同定に際しては、図４に示すようなパターンでスロットルバルブ３４、外部ＥＧＲバルブ４５及びウェイストゲートバルブ４２を操作した場合の吸入空気量、過給機前圧力及び掃気圧の出力値を観測し、両者の関係から行列Ａ、Ｂを求める。これにより、各パラメータの相互干渉を考慮したモデルを作成する。
【００２３】
しかる後、周知のスライディングモード制御系の設計手順に則り、切換超平面の設計、非線形切換入力の設計等を行うことは言うまでもない。
【００２４】
本実施形態によれば、検出可能でありかつそれぞれ値を定めることでＥＧＲ量を制御できるような複数のパラメータに各々目標値を設定し、各パラメータを出力、各パラメータを変動させる複数のバルブ３４、４５、４２に対する操作を入力とした多入力多出力のフィードバック制御により複数のパラメータを一括に制御し、それを通じてＥＧＲ量を制御するようにしたため、各バルブ３４、４５、４２毎のオープン制御を除くことができ、オープン制御系の設計に必須であった膨大な工数を削減できる。並びに、全てのパラメータを狙った目標値通りに制御し易くなり、ＥＧＲ量のばらつきを回避して排気ガス中の有害物質量の抑制効果を維持できる。しかも、計測器１１、１２、１３を介して検出可能なパラメータを直接の制御対象として、オブザーバを用いた状態推定を不要としたことから、制御系の設計が簡便となるのみならず、オブザーバにおける推定誤りや遅れの発生といった不都合も発生しない。
【００２５】
かつ、本実施形態のＥＧＲ制御方法を用いれば、比較的制御が難しい２サイクルエンジンの内部ＥＧＲを適切に制御可能となる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
【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】ＥＧＲ制御の処理手順を示すフローチャート。
【図４】多入力多出力のフィードバック制御に関し、入力と出力との関係を例示する図。
【符号の説明】
【００３０】
１１、１２、１３…計測器
１４…目標値設定部
１５…制御部
２…内燃機関
３、４…吸排気系
３４、４５、４２…操作部（Ｄスロットルバルブ、外部ＥＧＲバルブ、ウェイストゲートバルブ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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