(57)【要約】【課題】内燃機関のモデルに基づく開ループ制御及び閉ループ制御全体を許容する、ＡＧＲレートを決定する改善された方法を開発する。【解決手段】内燃機関１をモデルに基づき開ループ制御及び閉ループ制御する方法であって、目標トルクに依存して、燃焼モデル２０を介して、噴射システムアクチュエータを作動させる噴射システム目標値が演算され、ＡＧＲレートＡＧＲＲに依存して、気体通路モデル２１を介して、気体通路アクチュエータを作動させる気体通路目標値が演算され、噴射システム目標値及び気体通路目標値に依存して、オプティマイザ２２によって性能指数が演算され、該性能指数が、オプティマイザ２２によって予測範囲内で最小化され、最小化された性能指数に基づき、噴射システム目標値及び気体通路目標値が、オプティマイザ２２によって、内燃機関１の動作点の調整に決定的なものとしてセットされる。
2020537082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス再循環を有する内燃機関を開ループ制御及び閉ループ制御する方法であって、ＡＧＲレート（ＡＧＲＲ）が、気体通路の演算及び測定される量に基づいて、並びに燃焼の演算及び測定される量に基づいて、カルマンフィルタ（２７）を用いて決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ＡＧＲレート（ＡＧＲＲ）の演算時に、燃焼の排出値、特に窒素酸化物値（ＮＯｘ）が共に考慮されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＡＧＲレート（ＡＧＲＲ）に基づき将来のＡＧＲレートが予測され、該将来のＡＧＲレートが、燃焼モデル（２０）及び気体通路モデル（２１）について決定的なものとしてセットされることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
内燃機関（１）をモデルに基づき開ループ制御及び閉ループ制御する方法であって、目標トルク（Ｍ（ＳＯＬＬ））に依存して、燃焼モデル（２０）を介して、噴射システムアクチュエータを作動させる噴射システム目標値が演算され、ＡＧＲレート（ＡＧＲＲ）に依存して、気体通路モデル（２１）を介して、気体通路アクチュエータを作動させる気体通路目標値が演算され、前記噴射システム目標値及び前記気体通路目標値に依存して、オプティマイザ（２２）によって性能指数（Ｊ）が演算され、該性能指数（Ｊ）が、前記噴射システム目標値及び前記気体通路目標値の変化を介して、前記オプティマイザ（２２）によって予測範囲内で最小化され、最小化された性能指数（Ｊ（ｍｉｎ））に基づき、前記噴射システム目標値及び前記気体通路目標値が、前記オプティマイザ（２２）によって、前記内燃機関（１）の動作点の調整に決定的なものとしてセットされることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記ＡＧＲレート（ＡＧＲＲ）が、気体通路の演算及び測定される量に基づいて、並びに燃焼の演算及び測定される量に基づいて、カルマンフィルタ（２７）を用いて決定され、燃焼の排出値、特に窒素酸化物値（ＮＯｘ）が共に考慮されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＡＧＲレート（ＡＧＲＲ）に基づき将来のＡＧＲレートが予測され、該将来のＡＧＲレートが、前記燃焼モデル（２０）及び前記気体通路モデル（２１）について決定的なものとしてセットされることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１の時点で第１の性能指数（Ｊ１）が前記オプティマイザ（２２）によって演算され、第２の時点で予測範囲内での第２の性能指数（Ｊ２）が予測され、第１の性能指数（Ｊ１）及び第２の性能指数（Ｊ２）からの偏差が決定され、前記第２の性能指数（Ｊ２）が、前記偏差が限界値（ＧＷ）よりも小さくなる最小の性能指数（Ｊ（ｍｉｎ））として前記オプティマイザ（２２）によってセットされることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
第１の時点で第１の性能指数（Ｊ１）が前記オプティマイザ（２２）によって演算され、第２の時点で予測範囲内での第２の性能指数（Ｊ２）が予測され、前記第２の性能指数（Ｊ２）が、新たな演算のあらかじめ設定された回数（ｉ）の実行後に最小の性能指数（Ｊ（ｍｉｎ））として前記オプティマイザ（２２）によってセットされることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
下位のレール圧力制御回路（２４）についてのレール圧力目標値（ｐＣＲ（ＳＬ））が、噴射システム目標値として前記オプティマイザ（２２）によって間接的にあらかじめ設定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
インジェクタ（７）を作動させる噴射開始（ＳＢ）及び噴射終了（ＳＥ）が、噴射システム目標値として前記オプティマイザ（２２）によって直接あらかじめ設定されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
下位の気体通路制御回路（２５，２６）についての気体通路目標値が、前記オプティマイザ（２２）によって間接的にあらかじめ設定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス再循環を有する内燃機関を開ループ制御及び閉ループ制御する方法であって、ＡＧＲレートが、気体通路の演算及び測定される量に基づいて、並びに燃焼の演算及び測定される量に基づいて、カルマンフィルタを用いて決定される、方法に関するものである。また、本発明は、内燃機関をモデルに基づき開ループ制御及び閉ループ制御する方法であって、目標トルクに依存して、燃焼モデルを介して、噴射システムアクチュエータを作動させる噴射システム目標値が演算され、ＡＧＲレートに依存して、気体通路モデルを介して、気体通路アクチュエータを作動させる気体通路目標値が演算される、方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の特性は、決定的には、エンジン制御機器を介して出力要求に依存して決定される。このために、今日のエンジン制御機器のソフトウェアには、適当な特性線及び特性マップが適用されている。これら特性線及び特性マップを介して出力意志に基づいて、内燃機関の制御量、例えば噴射開始（時点）及び必要なレール圧力が演算される。当該特性線／特性マップには、内燃機関の製造者において試験台（テストベンチ）においてデータが備え付けられる。ただし、複数の当該特性線／特性マップ及び当該特性線／特性マップの互いの相関は、大きな調整の手間をもたらすこととなる。
【０００３】
窒素酸化物排出を低減する公知の措置は、排ガス再循環である。排ガス再循環レート（ＡＧＲレートと略す）は直接測定可能でないため、当該ＡＧＲレートを他の測定量から導出する必要がある。したがって、例えば、特許文献１には、ＡＧＲレートを決定するために、気体圧力及び雰囲気圧力に依存した差圧測定が提案されている。特許文献２には、ここでも、差圧、ＡＧＲクーラのクーラ出口温度及び入口マニホールド温度に基づいて、現在の排ガス質量流量が排ガス再循環によって推定される推定方法が提案されている。センサについての粗い環境及びアクチュエータの公差により、公知の両方法は、精度に関して改善が必要である。差圧センサの使用は高価である。特性マップを用いた調整の手間に関して上述のことが当てはまる。
【０００４】
実際には、調整の手間は、数学的なモデルを用いて低減され得る。すなわち、例えば特許文献３には、噴射量を設定するための確率表を有するベイジアンネットワークが記載されており、特許文献４には、燃焼モデルを介して、ニューラルネットワークを用いて噴射開始及び噴射量を適合するための方法が記載されている。このとき、まずは試験台の動作中に学習される必要がある熟練したデータのみが決定的である。
【０００５】
特許文献５から、内燃機関の気体通路のための、モデルに基づく制御方法が知られている。気体通路は、排ガス再循環のほかに空気側も、また排ガス側も含んでいる。方法の第１のステップでは、気体通路の測定量、例えばチャージエア温度又はＮＯｘ濃度に基づき、内燃機関の実際の動作状況が特定される。そして、第２のステップでは、気体通路の物理的なモデルを介して、測定量に基づき予測範囲内の性能指数（評価関数；目的関数）が演算される。性能指数及び動作状況に基づき、第３のステップにおいて気体通路のアクチュエータのための作動信号が設定される。上述の方法は、気体通路のみに関するものであり、線形化された気体通路モデルに基づくものである。線形化により、情報損失が不可避である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１００６７５６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１１２０１０００３７８０号明細書
【特許文献３】独国特許発明第１０２００６００４５１６号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１１／０１７２８９７号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１６／００２５０２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の基礎となる課題は、内燃機関のモデルに基づく開ループ制御及び閉ループ制御全体を許容する、ＡＧＲレートを決定する改善された方法を開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
当該課題は、請求項１及び請求項４の特徴によって解決される。構成は各従属請求項に記載されている。
【０００９】
課題の第１の解決手段は、ＡＧＲレートが、気体通路の演算及び測定される量に基づいて、並びに燃焼の演算及び測定される量に基づいて、カルマンフィルタを用いて決定されることにある。好ましくは、ここでは、拡張カルマンフィルタ、シグマポイントカルマンフィルタ又は球状シンプレックスアンセンテッドカルマンフィルタが考慮に入れられる。ＡＧＲレートの演算時には、燃焼の排出値、特に窒素酸化物値が共に考慮される。実際のＡＧＲレート（ＡＧＲＲ）に基づき将来のＡＧＲレートが予測され、該将来のＡＧＲレートが、燃焼モデル及び気体通路モデルについて決定的なものとしてセットされる。カルマンフィルタにおいては、気体通路の物理量に加えて、例えば、ＡＧＲレートの決定について共に決定的な内燃機関の出口弁における圧力である量も演算される。このとき、測定された量と演算された量を比較することが有利である。したがって、例えば、大きな偏差が確実に認識され、更なる動作についての代替機能がセットされる。加えて、モデル演算されたＮＯｘ値による例えば測定されたＮＯｘ値の調整が可能である。
【００１０】
課題の第２の解決手段は、目標トルクに依存して、燃焼モデルを介して、噴射システムアクチュエータを作動させる噴射システム目標値が演算され、ＡＧＲレートに依存して、気体通路モデルを介して、気体通路アクチュエータを作動させる気体通路目標値が演算されることにある。また、方法は、噴射システム目標値及び気体通路目標値に依存して、オプティマイザによって性能指数が演算されることにある。オプティマイザは、噴射システム目標値及び気体通路目標値の変化を介して、によって予測範囲内で性能指数を最小化するとともに、最小化された性能指数を、内燃機関の動作点の調整に決定的なものとしてセットする。
【００１１】
上述のように、ＡＧＲレートは、適当なカルマンフィルタを介して決定される。ＡＧＲレートの演算時には、燃焼の排出値、特に窒素酸化物値が共に考慮される。実際のＡＧＲレート（ＡＧＲＲ）に基づき将来のＡＧＲレートが予測され、該将来のＡＧＲレートが、燃焼モデル及び気体通路モデルについて決定的なものとしてセットされる。カルマンフィルタにおいては、気体通路の物理量に加えて、例えば、ＡＧＲレートの決定について共に決定的な内燃機関の出口弁における圧力である量も演算される。カルマンフィルタの上述の利点はここでも当てはまる。
【００１２】
第１の時点で第１の性能指数がオプティマイザによって予測され、第２の時点で予測範囲内での第２の性能指数が予測されることで、最小の性能指数が演算される。これにつづいて、両性能指数の偏差が決定される。当該偏差が限界値よりも小さければ、オプティマイザによって、第２の性能指数が最小の性能指数としてセットされる。この点では、限界値の考察は中断基準である。なぜなら、更なる最小化が更に精緻な適合に結び付かないためである。限界値の考察の代わりに、新たな演算のあらかじめ設定可能な数を中断基準としてセットすることも可能である。
【００１３】
そして、最小化された性能指数に基づき、オプティマイザによって、下位のレール圧力制御回路についてのレール圧力目標値が噴射システム目標値として間接的にあらかじめ設定され、インジェクタを作動させるための噴射開始及び噴射終了が直接あらかじめ設定される。そして、気体通路目標値、例えば下位のラムダ制御回路についてのラムダ目標値と、下位のＡＧＲ制御回路についてのＡＧＲ目標値とが、オプティマイザによって間接的にあらかじめ設定される。
【００１４】
燃焼モデルも、また気体通路モデルも、内燃機関のシステム特性を数学的な方程式として描写する。燃焼モデル及び気体通路モデルは、試験台、いわゆるＤｏＥ試験台ＤｏＥ：Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ（実験計画法）における標準内燃機関に基づいて、又はシミュレーション試験に基づいて一度決定される。例えば異なる排出目標を１つ及び同一の内燃機関タイプに具現することが可能であるため、調整の手間が大幅に低減される。例えば発電機動作における負荷接続における定常的な動作及び過渡的な動作をもはや区別する必要がない。加えて、目標トルクは、排出限界値を維持しつつ精緻に調整される。モデルは個別に調整可能であり、モデルは、全体で内燃機関を描写する。したがって、これまで必要であった特性線及び特性マップを省略することが可能である。
【００１５】
各図には、好ましい実施例が図示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】システム図である。
【図２】モデルに基づくシステム図である。
【図３Ａ】下位プログラムを有するプログラムフローチャートである。
【図３Ｂ】下位プログラムを有するプログラムフローチャートである。
【図４】カルマンフィルタをブロック図として示す図である。
【図５Ａ】複数の量のグラフである。
【図５Ｂ】複数の量のグラフである。
【図５Ｃ】複数の量のグラフである。
【図５Ｄ】複数の量のグラフである。
【図５Ｅ】複数の量のグラフである。
【図５Ｆ】複数の量のグラフである。
【図６Ａ】時間グラフである。
【図６Ｂ】時間グラフである。
【図６Ｃ】時間グラフである。
【図６Ｄ】時間グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１には、コモンレールシステムを有する、電子制御される内燃機関１のシステム図が示されている。コモンレールシステムは、以下の機械的な構成要素：燃料タンク２から燃料を搬送する低圧ポンプ３と、流通する燃料体積流に影響を与える可変のインテークスロットル４と、昇圧しつつ燃料を搬送する高圧ポンプ５と、燃料を貯留するレール６と、内燃機関１の燃焼室へ燃料を噴射するインジェクタ７とを含んでいる。コモンレールシステムは、任意で、個別貯留部をもって構成されることもでき、この場合、例えばインジェクタ７に、個別貯留部８が追加的なバッファ体積として統合されている。コモンレールシステムの別の機能は、公知であるとする。
【００１８】
図示の気体通路は、空気供給部も、また排気部も含んでいる。排ガスターボチャージャ１１のコンプレッサの空気供給部には、インタークーラ１２と、スロットルバルブ１３と、再循環される排ガスとチャージエアを混合する開口箇所１４と、入口弁（インテークバルブ）１５とが配置されている。排気部には、出口弁（エグゾーストバルブ）１６と、排ガスターボチャージャ１１のタービンと、タービンバイパス弁１９とが配置されている。排気部から排ガス再循環通路が分岐しており、当該排ガス再循環通路には、排ガス再循環（ＡＧＲ）レート及び排ガス再循環（ＡＧＲ）クーラ１８を調整する排ガス再循環（ＡＧＲ）アクチュエータ１７が配置されている。
【００１９】
内燃機関１の動作は、電子制御機器１０（ＥＣＵ）によって決定される。電子制御機器１０は、マイクロコンピュータシステムの通常の構成要素、例えばマイクロプロセッサ、Ｉ／Ｏチップ、バッファ及びメモリチップ（ＥＥＰＲＯＭ，ＲＡＭ）を含んでいる。メモリチップには、内燃機関１の動作に関連する動作データがモデルとして適用されている。当該メモリチップを介して、電子制御機器１０は、入力量から出力量を演算する。決定的な入力量は、操作者によりあらかじめ設定される出力意志、例えば目標トルクＭ（ＳＯＬＬ）又は回転数意志又は回転数制御器の制御量である。コモンレールシステムに関連する制御機器１０の入力量は、レール圧力センサ９を用いて測定されるレール圧力ｐＣＲと、任意である個別貯留部圧力ｐＥＳである。空気通路に関連する電子制御機器１０の入力量は、周囲空気圧ｐＵと、周囲空気温度ＴＵと、周囲空気の湿度ｐｈｉ１と、排ガスターボチャージャ１１の回転数ｎＡＴＬと、スロットルバルブ１３の開放角度Ｗ１と、エンジン回転数ｎＩＳＴと、チャージエア圧力ｐＬＬと、チャージエア温度ＴＬＬと、チャージエアの湿度ｐｈｉ２である。排ガス通路に関連する電子制御機器１０の入力量は、ＡＧＲアクチュエータ１７の開放角度Ｗ２と、排ガスターボチャージャ１１の上流の排ガス圧力ｐＡＢ及び排ガス温度ＴＡＢと、排ガス温度ＴＡｂｇａｓと、空燃比Ｌａｍｂｄａと、排ガスターボチャージャ１１のタービンの下流におけるＮＯｘ実際値である。電子制御機器１０の不図示の別の入力量は、符号ＥＩＮでまとめられており、例えば、冷却媒体温度である。
【００２０】
図１には、電子制御機器１０の出力量として、インテークスロットル４を作動させるための信号ＰＷＭと、インジェクタ７（噴射開始／噴射終了）を作動させるための信号ｖｅと、スロットルバルブ１３を作動させるための制御信号ＤＫと、ＡＧＲアクチュエータ１７を作動させるための制御信号ＡＧＲと、タービンバイパス弁１９を作動させるための制御信号ＴＢＰと、出力量ＡＵＳとが図示されている。出力量ＡＵＳは、内燃機関１の開ループ制御及び閉ループ制御のための別の制御信号について、例えば連続ターボチャージング（多段過給）における第２の排ガスターボチャージャを起動させるための制御信号について代表となるものである。
【００２１】
図２には、モデルに基づくシステム図が示されている。符号ＥＩＮによって、ここでは、目標トルク及び選択可能な排出等級（ＩＭＯ，Ｔｉｅｒ４ｆ）が示されている。当該図示においては、電子制御機器１０内に、燃焼モデル２０と、気体通路モデル２１と、オプティマイザ２２と、ＡＧＲレートＡＧＲＲについての推定部２３とが記載されている。燃焼モデル２０も、また気体通路モデル２１も、内燃機関のシステム特性を数学的な方程式として描写する。燃焼モデル２０は、燃焼における過程を静的に描写する。これとは異なり、気体通路モデル２１は、空気案内及び排ガス案内の動的な特性（振舞い）を描写する。燃焼モデル２０は、ＮＯｘ発生及びすす発生、排ガス温度、排ガス質量流量並びにピーク圧力及びトルクについての個別モデルを含んでいる。当該個別モデルは、ここでも、シリンダにおける境界条件、噴射のパラメータ及びＡＧＲレートに依存している。個別モデルは、例えば以下の一般的な形態で、少なくとも噴射開始（時点）ＳＢ、レール圧力ｐＣＲ及びＡＧＲレートＡＧＲＲの関数ｆ１，ｆ２，ｆ３などとして記憶されている。
【００２２】
ＮＯｘ目標値＝ｆ１（ＳＢ，ｐＣＲ，ＡＧＲＲ・・・）
すす＝ｆ２（ＳＢ，ｐＣＲ，ＡＧＲＲ・・・）
関数ｆ１は、窒素酸化物排出（量）と、チャージエアの湿度ｐｈｉ２と、チャージエア温度と、噴射開始（時点）ＳＢと、レール圧力ｐＣＲとの既知の関係を記述する。燃焼モデル２０は、試験台走行、いわゆるＤｏＥ試験台走行（ＤｏＥ：Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ（実験計画法））における標準内燃機関において決定される。ＤｏＥ試験台走行においては、システマティックな動作パラメータ及び制御量は、内燃機関の全体特性をエンジンについての両及び環境境界条件に依存して描写するという目的をもって変化される。
【００２３】
オプティマイザ２２は、目標トルクＭ（ＳＯＬＬ）と、排出限界値と、例えばチャージエアの湿度ｐｈｉ２である環境境界条件と、内燃機関の動作状況とに関して燃焼モデル２０を評価する。当該動作状況は、エンジン回転数ｎＩＳＴ、チャージエア温度ＴＬＬ、チャージエア圧力ｐＬＬ、ＡＧＲレートなどによって規定される。オプティマイザ２２の機能は、噴射システムアクチュエータを作動させる（制御する）ための噴射システム目標値と、気体通路アクチュエータを作動させる（制御する）ための気体通路目標値とを評価することにある。このとき、オプティマイザ２２は、性能指数Ｊが最小化される解決手段を選択する。性能指数Ｊは、予測範囲内における二乗の目標−実際偏差の積分として、例えば以下の数式で演算される。
（１）Ｊ＝∫［ｗ１（ＮＯｘ（ＳＯＬＬ）−ＮＯｘ（ＩＳＴ）］２＋［ｗ２（Ｍ（ＳＯＬＬ）−Ｍ（ＩＳＴ）］２＋［ｗ３（．．．．）］＋
ここで、ｗ１，ｗ２及びｗ３は適当な重み付けファクタを意味している。
【００２４】
第１の時点においてオプティマイザ２２によって第１の性能指数が演算され、つづいて噴射システム目標値及び気体通路目標値が変化することで、性能指数Ｊが最小化される。そして、新たな目標値及び測定量ＭＥＳＳに基づいて、予測範囲内における第２の性能指数が予測される。フィードバックされた測定量ＭＥＳＳは、直接的に測定された物理量とも、またこれに基づき演算された補助量とも理解され得る。したがって、測定量ＭＥＳＳに基づき、ＡＧＲレートＡＧＲＲが推定部２３を介して演算される。推定部２３はカルマンフィルタを含んでおり、当該カルマンフィルタは、図４に図示されているとともに、推定部に関連して記述される。そして、両性能指数の互いの差異に基づき、オプティマイザ２２が最小の性能指数を設定し、当該最小の性能指数を内燃機関について決定的なものとしてセットする。図に図示された例については、これは、噴射システム、目標レール圧力ｐＣＲ（ＳＬ）、噴射開始ＳＢ及び噴射終了ＳＥである。目標レール圧力ｐＣＲ（ＳＬ）は、下位のレール圧力制御回路２４についてのコマンド量である。レール圧力制御回路２４の制御量は、インテークスロットルの負荷についてのＰＷＭ信号に対応している。噴射開始ＳＢ及び噴射終了ＳＥにより、インジェクタ（図１；７）が直接負荷を受ける。気体通路については、オプティマイザ２２が間接的に気体通路目標値を決定する。図示の例では、これは、下位のラムダ制御回路２５及び下位のＡＧＲ制御回路２６についての基準値に対するラムダ目標値ＬＡＭ（ＳＬ）及びＡＧＲ目標値ＡＧＲ（ＳＬ）である。両制御回路２５，２６の制御量は、タービンバイパスを制御する（作動させる）信号ＴＢＰと、ＡＧＲアクチュエータを制御する（作動させる）信号ＡＧＲと、スロットルバルブを制御する（作動させる）信号ＤＫである。
【００２５】
図３には、下位プログラム（図３Ｂ）を有するメインプログラム（図３Ａ）としてのプログラムフローチャートにおいて方法が図示されている。Ｓ１における初期化後、開始過程が終了しているかどうかがＳ２においてチェックされる。当該開始過程がまだつづいていれば、Ｓ２での応答要求結果ノーが点Ａへ分岐して戻される。開始過程が終了していれば、Ｓ３において、操作者によってあらかじめ設定可能な目標トルクＭ（ＳＯＬＬ）が読み込まれる。これにつづき、Ｓ４においては、内燃機関の動作状況が検出される。このために、図３Ｂの下位プログラムへ分岐される。当該下位プログラムでは、Ｓ１Ａにおいて測定量ＭＥＳＳが読み込まれる。Ｓ２Ａでは、測定量ＭＥＳＳに基づき、カルマンフィルタを介して、内燃機関の出口弁における圧力ｐＡＶと、出力量としてのＡＧＲレートとが演算される。演算を図４に関連して説明する。その後、メインプログラムＳ４へ分岐して戻る。
【００２６】
Ｓ５では下位プログラムのオプティマイザが呼び出され、Ｓ６では、燃焼モデル及び気体通路モデルについての初期値、例えば噴射開始ＳＢが生成される。Ｓ７では第１の性能指数Ｊ１が式（１）によって演算され、Ｓ８では制御変数ｉがゼロにセットされる。その後、Ｓ９では、初期値が、変更されるとともに、制御量についての新たな目標値として演算される。Ｓ１０では、制御変数ｉが１だけ増大される。そして、Ｓ１１では、新たな目標値に基づき、予測範囲内での、例えば次の８秒間についての第２の性能指数Ｊ２が予測される。Ｓ１２では、第２の性能指数Ｊ２が第１の性能指数Ｊ１から減算され、限界値ＧＷと比較される。両性能指数の差異形成により、性能指数の更なる前進がチェックされる。これに代えて、限界値ｉＧＷとの制御変数ｉの比較に基づき、どのくらいの頻度で最適化が既に行われた（完了した）かがチェックされる。この点では、両限界値の考察は、更なる最適化についての中断基準である。更なる最適化が可能であれば、Ｓ１２での応答要求結果ノーとなり、点Ｃへ分岐して戻される。そうでない場合には、Ｓ１３において、第２の性能指数Ｊ２がオプティマイザによって最小の性能指数Ｊ（ｍｉｎ）としてセットされる。そして、最小の性能指数Ｊ（ｍｉｎ）から、対応するアクチュエータについての基準値についての噴射システム目標値及び気体通路目標値が得られる。これにつづき、Ｓ１４においては、エンジン停止がなされたかどうかがチェックされる。エンジン停止がなされていない場合には、Ｓ１４での応答要求結果ノーとなり、点Ｂへ分岐して戻される。そうでない場合には、プログラムフローチャートが終了する。
【００２７】
図４には、カルマンフィルタ２７が大きく簡略化された形態でブロック図として図示されている。カルマンフィルタは、技術において十分に知られている。図示の方法については、拡張カルマンフィルタ、シグマポイントカルマンフィルタ又は球状シンプレックスアンセンテッドカルマンフィルタが好ましい。このとき、測定された量に基づき、直接的に測定できない適当なモデル量がモデルを介して決定される。ブロック図の入力量は、測定量ＭＥＳＳである。出力量は、ＡＧＲレートＡＧＲＲに対応している。測定量ＭＥＳＳは、図１に図示された測定量、例えばチャージエア圧力ｐＬＬ及びチャージエア温度ＴＬＬに対応している。測定量ＭＥＳＳは、個々の機能ブロック２８〜３１を通して演算されるため、各機能ブロックは、測定量へのアクセスを有する。第１の機能ブロック２８（気体通路モデル）では、微分方程式が記憶されており、当該微分方程式を介して、気体通路の全圧ｐＡＬＬ、例えば出口弁における測定されない圧力ｐＡＶが示されるか、あるいは演算される。第２の機能ブロック２９（測定方程式）を介して、排出量ＥＧ（ｂｅｒ）のモデル値、例えば空燃比ラムダ及び窒素酸化物排出（量）ＮＯｘが演算される。第３の機能ブロック３０（補正）では、圧力、すなわち出力量ｐＡＬＬ（ｋ）のモデルと測定の間の確率的な比較が行われる。そして、第４の機能ブロック３１（気体通路の部分モデル）では、補正された圧力に基づきＡＧＲレートＡＧＲＲが決定される。
【００２８】
図４と相関している図５には、複数量のグラフが図示されている。ここで、時間にわたって、図５Ａにはチャージエア圧力ｐＬＬが示され、図５Ｂには空燃比ラムダが示され、図５Ｃには窒素酸化物排出ＮＯｘが示されている。図５Ａ〜図５Ｃでは、測定された実際値が実線で示されており、モデルに基づく経過が破線で示されている。図５Ｄには、出口弁における演算された圧力ｐＡＶの経過が示されている。当該圧力は、測定量ＭＥＳＳに基づき第１の機能ブロック２８（図４）を介して演算される。そして、測定量ＭＥＳＳに基づき、ＡＧＲレートＡＧＲＲがカルマンフィルタを介して決定される（図５Ｅ）。ここでもＡＧＲレートＡＧＲＲは、燃焼モデル、例えばモデルに基づく窒素酸化物排出ＮＯｘのパラメータである（図５Ｆ）。
【００２９】
図６には、時間グラフが図示されている。図６は、図４Ａ〜図６Ｄを含んでいる。ここで、それぞれ時間にわたって、図６Ａには窒素酸化物排出ＮＯｘの経過が示され、図６Ｂには上死点（ＯＴ）前での噴射開始ＳＢがクランクシャフト角度で示され、図６Ｃにはラムダ目標値ＬＡＭ（ＳＬ）の経過が示され、図６ＤにはＡＧＲレートＡＧＲＲが示されている。ｔ０前の時間範囲は過去に相当する。予測範囲、例えば８秒は、ｔ０〜ｔ０＋ｔＰに対応している。ｔｓで演算時間が示されており、当該演算時間において、新たな目標値、例えば噴射開始ＳＢの目標値が電子制御機器によって出力される。図示の例では、一定の目標値Ｍ（ＳＯＬＬ）から出力される。
【００３０】
時点ｔ０では、噴射開始ＳＢ＝８°及びラムダ目標値ＬＡＭ（ＳＬ）＝１．９の初期値がセットされている。図６ＡにおけるＮＯｘ目標値経過ＮＯｘ（ＳＬ）があらかじめ設定されている。同様に、時点ｔ０では、ＡＧＲアクチュエータ（図１：１７）が開放された位置へもたらされることで、窒素酸化物排出を低減するための排ガス再循環が起動される。実際のＡＧＲレートがＡＧＲアクチュエータの当該位置に対応している（図６Ｄ参照）。ここでも、時点ｔ０における実際のＡＧＲレートＡＧＲＲは、燃焼モデル及び気体通路モデルのパラメータである。燃焼モデルを介して、例えば窒素酸化物排出ＮＯｘ、すす割合及び排ガス温度が実際のＡＧＲレートに基づいて演算される。実際のＡＧＲレートＡＧＲＲは、下位の気体通路制御器（図２：２５，２６）についての目標値である。
【００３１】
時点ｔ０におけるこの初期値に基づき、相応して大きな目標−実際偏差ｄＮＯｘが生じる（図６Ａ参照）。ＮＯｘ目標値は、空気通路において測定された空気圧力及び噴射開始ＳＢに依存して演算される。オプティマイザは、式（１）を介して、時点ｔ０における第１の性能指数Ｊ１を演算する。つづいて、オプティマイザは、どのように噴射開始ＳＢ及びラムダ目標値ＬＡＭ（ＳＬ）の変化が予測範囲（ｔ０＋ｔＰ）内でのＡＧＲレートに依存して目標−実際偏差ｄＮＯｘへ作用するかを演算する。このために、第１のステップでは、測定量ＭＥＳＳに基づき、ＡＧＲレートＡＧＲＲの将来の値が例えば以下の関係を介して予測する：
ＡＧＲＲ（ｎｅｕ）＝ｆ（ＡＧＲＲ−ＩＳＴ（ｔ０），ＡＧＲＲ−ＳＯＬＬ（ｔ０））
ＡＧＲＲ（ｎｅｕ）：将来のＡＧＲレート、
ＡＧＲＲ−ＩＳＴ：時点ｔ０での演算された排ガス再循環実際レート、
ＡＧＲＲ−ＳＯＬＬ（ｔ０）：時点ｔ０での、気体通路モデルを介して演算されたＡＧＲＲ目標値。
【００３２】
オプティマイザは、図示の各時点において第２の性能指数Ｊ２を算出する。そして、両性能指数の減算及び限界値の考察により性能指数が最小化され、すなわち、更なる最適化が期待できるかどうかがチェックされる。図示の例については、オプティマイザが時点ｔ０＋４についての最小の性能指数を算出し、これが、図６Ａでは、ＮＯｘ目標値ＮＯｘ（ＳＬ）へのＮＯｘ実際値ＮＯｘ（ＩＳＴ）の近似において反映されている。これには、時点ｔ０＋２からｔ０＋４に気体通路モデルからそれぞれ新たな目標値ＡＧＲ（ＳＬ）が出力される図６Ｄの経過が対応している。そして、ＡＧＲレートの最終的に調整された実際の経過が破線で図示されている。
【符号の説明】
【００３３】
１              内燃機関
２              燃料タンク
３              低圧ポンプ
４              インテークスロットル
５              高圧ポンプ
６              レール
７              インジェクタ
８              個別貯留部
９              レール圧力センサ
１０            電子制御機器
１１            排ガスターボチャージャ
１２            インタークーラ
１３            スロットルバルブ
１４            開口箇所
１５            入口弁
１６            出口弁
１７            ＡＧＲアクチュエータ（ＡＧＲ：排ガス再循環）
１８            ＡＧＲクーラ
１９            タービンバイパス弁
２０            燃焼モデル
２１            気体通路モデル
２２            オプティマイザ
２３            ＡＧＲレートＡＧＲＲの推定部
２４            レール圧力制御回路
２５            ラムダ制御回路
２６            ＡＧＲ制御回路
２７            カルマンフィルタ
２８            第１の機能ブロック（気体通路モデル）
２９            第２の機能ブロック（測定方程式）
３０            第３の機能ブロック（補正）
３１            第４の機能ブロック（気体通路の部分モデル）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ−５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【国際調査報告】
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