CN103518051B - 内燃机的控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的控制装置及方法，本发明的控制装置（57）是将吸入空气量和进气氧浓度设为控制量（y1、y2），将废气再循环装置的控制阀的开度和带可变流量机构的增压器的控制阀的开度设为操作量（u1、u2）的双输入双输出的积分型最佳伺服系统，由输出反馈系统构成，并且具备EGR阀开度控制部（70）和增压器的可变流量阀开度控制部（72），各控制部具有使废气再循环装置的控制阀的操作量和带可变流量机构的增压器的控制阀操作量互不干扰的非干扰控制器（64）。

Description

内燃机的控制装置及方法
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置及方法，特别是涉及具备废气再循环装置(EGR)和带可变流量机构的增压器的内燃机的控制装置及控制方法。
背景技术
在具备能够控制向燃烧室内的进气量及进气压力的带可变流量机构的增压器的控制装置以及使部分废气回流至进气通道或气缸内的废气再循环装置(EGR)的控制装置的内燃机、例如柴油机中，EGR的控制和带可变流量机构的增压器的控制具有相互影响的相互干扰关系：若为了弥补EGR动作时流入气缸内的空气流量的不足而将构成带可变流量机构的增压器(例如VFT)的可变流量机构的导流叶片缩小，则排气压力增大，随之，基于EGR的废气的回流量增大，不能确保进入燃烧室的空气量及进气氧浓度而使产生的黑烟增加，另外，若打开可变流量机构的导流叶片，则由于排气压力减小而不能确保EGR气体的回流量，得不到减低Nox的效果等。
特别是在过渡时即负载转矩增大时，为了确保空气流量，VFT的可变流量机构的导流叶片向闭合侧动作，排气压力上升，EGR气体过度回流，空气量及进气氧浓度降低，黑烟的产生更加显著。
作为EGR控制和带可变流量机构的增压器的控制的协调控制技术，例如公知有日本特开2003－21000号公报(专利文献1)，在该专利文献1中公开了如下内容：分别设定目标空气量及目标增压压力，在算出EGR阀偏差量时，不仅考虑进气量传感器检测值和目标空气量的偏差，还考虑进气压力传感器检测值和目标空气压力的偏差，另外，在算出增压器的可变容量机构(VGT)的偏差量时，不仅考虑进气压力传感器检测值和目标增压压力的偏差，还考虑进气量传感器检测值和目标空气量的偏差来协调控制EGR阀和VGT。
另外，日本特开2010－249057号公报(专利文献2)中公开有：通过双输入双输出的积分型最佳伺服系统对输入空气流量和进气压力的检测值控制EGR阀的阀开度和可变喷嘴涡轮的导流叶片的开度的内燃机的控制进行控制，同时，使该积分型最佳伺服系统的状态反馈增益KF(h)和积分增益KI(h)对应于内燃机的运转条件h而变化。
专利文献1：日本特开2003－21000号公报
专利文献2：日本特开2010－249057号公报
但是，专利文献1的技术不仅考虑进气量传感器检测值和目标空气量的偏差，还考虑进气压力传感器检测值和目标空气压力的偏差来分别协调控制EGR阀和VGT阀，但是根据在脉谱图中设定有相互控制的修正系数的常量而进行的，即，使用部分运转状态下的修正系数的反馈控制，因此，并不是总能得到期望的特性，另外，未充分考虑对动态特性的应对，也难以得到过渡运转状态下的效果。
另外，在专利文献2中，如上所述地公开有通过双输入双输出的积分型最佳伺服系统控制EGR阀的阀开度和可变喷嘴涡轮的导流叶片的开度，并且使该积分型最佳伺服系统的状态反馈增益KF(h)和积分增益KI(h)对应于内燃机的运转条件h而变化。
但是，未公开避免EGR阀的开度和可变喷嘴涡轮的叶片开度的控制干扰的具体状态反馈增益KF(h)和积分增益KI(h)的设计方法。
另外，专利文献1、2所示的控制输入信号为空气流量和进气压力，但是，若考虑柴油机的NOx及烟雾排放量的降低效果，则影响NOx排放量的是进气氧浓度，影响烟雾排放量的是空气流量，因此，基于空气流量及进气压力的控制并不适于NOx排放量及烟雾排放量的降低控制。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而设立的，其目的在于提供一种控制装置及控制方法，在具备EGR及带可变流量机构的增压器的内燃机中，由双输入双输出的积分型最佳伺服系统构成对所述EGR及带可变流量机构的增压器进行控制的控制装置，并且避免该EGR的控制和带可变流量机构的增压器的控制的相互干扰，能够得到有效且稳定地降低NOx及烟雾的排放量的降低效果。
为了实现上述目的，本发明的内燃机的控制装置，所述内燃机具备废气再循环装置和带可变流量机构的增压器，其中，所述控制装置由将吸入空气量和进气氧浓度设为控制量，将所述废气再循环装置的控制阀的开度和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的开度设为操作量的双输入双输出的积分型最佳伺服系统构成，并且由对来自内燃机的所述控制量进行反馈的输出反馈系统构成，所述控制装置还具备：控制所述废气再循环装置的控制阀的开度的EGR阀开度控制部；控制所述带可变流量机构的增压器的控制阀的开度的可变流量阀开度控制部，各控制部具有使所述废气再循环装置的控制阀的操作量和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量互不干扰的非干扰控制器。
根据本方面的控制装置，由将吸入空气量和进气氧浓度设为控制量，将废气再循环装置的控制阀的开度和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的开度设为操作量的双输入双输出的积分型最佳伺服系统构成，并且由对内燃机检测的吸入空气量和进气氧浓度进行反馈的输出反馈系统构成，因此，与通过两个独立的控制装置控制废气再循环装置的控制阀的开度和带可变流量机构的增压器的控制阀的开度的情况相比，能够实现相互协调的控制。
本发明的内燃机的控制装置还具备控制所述废气再循环装置的控制阀的开度的EGR阀开度控制部和控制所述带可变流量机构的增压器的控制阀的开度的可变流量阀开度控制部，各控制部具有使所述废气再循环装置的控制阀的操作量和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量互不干扰的非干扰控制器，因此，通过非干扰控制器，能够以废气再循环装置的控制阀的操作量和带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量互不干扰的方式进行控制。其结果是，能够使NOx及烟雾的排放量有效且稳定。
另外，在本发明的内燃机的控制装置中，优选的是，来自所述内燃机的所述控制量的输出反馈由返回所述各控制部的输入侧的第一输出反馈信号、返回该控制部的输出侧的第二输出反馈信号构成，所述非干扰控制器的非干扰化增益基于所述第二输出反馈信号的输出反馈增益设定。
这样，分别设于EGR阀开度控制部及VFT阀开度控制部的非干扰控制器的非干扰化增益基于返回各控制部的输出侧的第二输出反馈信号的反馈增益设定，即以与输出反馈增益的关系设定非干扰控制器的非干扰化增益，因此，能够简单地构成非干扰控制器。
另外，在本发明的内燃机的控制装置中，优选的是，所述EGR阀开度控制部及所述可变流量阀开度控制部具备：算出所述各控制部的所述控制量的目标值和所述第一输出反馈信号的偏差的偏差器；对由该偏差器算出的偏差进行积分的积分器；输入该积分器算出的积分值的所述非干扰控制器。
这样，由于对由积分器积分的信号赋予非干扰化增益，故而能够有效地进行非干扰化。
另外，在本发明的内燃机的控制装置中，优选的是，所述EGR阀开度控制部及所述可变流量阀开度控制部具备：算出所述各控制部的所述控制量的目标值和所述第一输出反馈信号的偏差的偏差器；输入由该偏差器算出的偏差值的所述非干扰控制器；对来自该非干扰控制器的输出值进行积分的积分器。
这样，通过将积分器设置在非干扰控制器的后面，即使由非干扰控制器设定的非干扰控制增益在正常运转状态下由于发动机转速或燃料喷射量而发生变动，来自非干扰控制器的输出也会通过积分器积分后作为操作量而输出，因此，能够稳定地进行非干扰化。
另外，在本发明的内燃机的控制装置中，优选的是，所述各控制部具备将所述操作量限制在一定范围的限制器，并且设有抗积分饱和部。
这样，通过设置抗积分饱和部，在操作量被限制器限制之后，控制量的目标值变化时，在无抗积分饱和部的情况下，发生积分饱和(积分器的饱和状态)，控制量的响应性变差，但通过如本发明这样地设有抗积分饱和部，防止发生积分饱和，改善控制量的响应性，能够得到过渡状态下的NOx排放量及黑烟排放量的降低效果。
另外，在本发明的内燃机的控制装置中，优选但是，将所述非干扰控制器的非干扰化增益作为与内燃机的转速及燃料喷射量对应的脉谱图数据进行设定，通过作为基于内燃机的运转状态的脉谱图数据进行存储，能够简化控制装置。
另外，本发明的内燃机的控制方法，所述内燃机具备废气再循环装置和带可变流量机构的增压器，其中，通过将吸入空气量和进气氧浓度设为控制量，将所述废气再循环装置的控制阀的开度和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的开度设为操作量的双输入双输出的积分型最佳伺服系统进行控制，并且通过反馈来自内燃机的所述控制量的输出反馈系统进行控制，根据输出反馈信号的输出反馈增益算出使所述废气再循环装置的控制阀的操作量和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量互不干扰的非干扰控制器的非干扰化增益，根据设定为该算出的非干扰化增益的来自所述非干扰控制器的输出，算出互不干扰的所述废气再循环装置的控制阀的操作量和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量。
根据本方面的控制方法，通过将吸入空气量和进气氧浓度设为控制量，将废气再循环装置的控制阀的开度和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的开度设为操作量的双输入双输出的积分型最佳伺服系统进行控制，并且通过对内燃机检测的吸入空气量和进气氧浓度进行反馈的输出反馈系统进行控制，因此，与通过两个独立的控制装置控制废气再循环装置的控制阀的开度和带可变流量机构的增压器的控制阀的开度的情况相比，能够实现相互协调的控制。
另外，基于输出反馈信号的输出反馈增益算出使所述废气再循环装置的控制阀的操作量和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量互不干扰的非干扰控制器的非干扰化增益，基于设定为该算出的非干扰化增益的来自所述非干扰控制器的输出，算出互不干扰的所述废气再循环装置的控制阀的操作量和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量，因此，能够以废气再循环装置的控制阀的操作量和带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量互不干扰的方式进行控制。
根据本发明的内燃机的控制装置及方法，在具备EGR及带可变流量机构的增压器的内燃机中，通过双输入双输出的积分型最佳伺服系统控制所述EGR及带可变流量机构的增压器，并且通过非干扰控制避免该EGR的控制和带可变流量机构的增压器的控制的相互干扰，能够有效且稳定地降低NOx及烟雾的排放量。
附图说明
图1是应用本发明第一实施方式的内燃机的控制装置的柴油机的整体概略图；
图2是带可变流量机构的增压器的主要部分剖面说明图；
图3是表示控制装置的第一实施方式的构成框图；
图4(a)～(c)是非干扰化的说明图；
图5是控制装置的第一实施方式的构成图；
图6(a)～(c)是目标进气量设定装置、目标进气氧浓度设定装置、进气氧浓度估计装置的说明图；
图7是表示控制装置的第二实施方式的构成框图，(a)表示第一实施方式，(b)表示第二实施方式；
图8是表示控制装置的第二实施方式的构成图；
图9是表示控制装置的第三实施方式的构成图。
具体实施方式
以下，利用图示的实施方式对本发明进行详细地说明。其中，该实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等只要没有特别说明，就不意味着本发明的范围仅限于此。
(第一实施方式)
＜整体构成＞
参照图1对应用本发明的内燃机的控制装置的柴油机的整体构成进行说明。
柴油机(发动机)1具备排气涡轮3及具有与其同轴驱动的压缩机5的排气涡轮增压器7，从该排气涡轮增压器7的压缩机5排出的空气通过进气通道9而进入中间冷却器11并将进气冷却后，由进气节气门13控制进气流量，然后，从进气歧管15流入发动机1的未图示的燃烧室内。
该排气涡轮增压器7为带可变流量机构的增压器(VFT)，具体构造如图2所示地具备VFT控制阀23，VFT控制阀23是具有以在周向上连续包围涡轮转子17的整周的方式延伸的内侧涡轮19和外侧涡轮21，在使废气仅向内侧涡轮19流动的状态以及使废气向内侧涡轮19和外侧涡轮21二者流动的状态之间进行切换的切换装置。
VFT控制阀23在外壳25的端部设于一处，通过使该VFT控制阀23动作而在使废气仅向内侧涡轮19流动的状态以及使废气向内侧涡轮19和外侧涡轮21两者流动的状态之间进行切换。另外，除了进行其开关切换之外，还能够通过调节开度并设定为中间开度来任意地调节增压的进气流量及进气压力。
如图1所示，在发动机1中，从未图示的燃料供给装置供给的高压燃料通过燃料喷射控制装置29控制燃料喷射阀27的燃料喷射时机及喷射量，喷射到燃烧室内。
另外，在发动机1的燃烧室内燃烧形成的燃烧气体即废气31通过设于各气缸上的排气口汇聚，经过排气歧管33及排气通道35，驱动上述排气涡轮增压器7的排气涡轮3而成为压缩机5的动力源之后，经过排气通道35并通过废气后处理装置(未图示)后被排出。
另外，EGR通道37从排气通道35或排气歧管33的中途分支，部分废气经由EGR冷却器39、EGR控制阀41进入进气节气门13的下游侧部位，这些EGR通道37、EGR冷却器39及EGR控制阀41构成EGR装置40。
在排气涡轮增压器7的上游侧设有空气流量计43、大气温度传感器45，在进气歧管15内设有进气温度传感器47、进气压力传感器49。另外，设有发动机转速传感器51、大气压力传感器53，来自各传感器的信号经由信号转换器55读入控制装置(ECU)57。另外，燃料喷射量信号从燃料喷射控制装置29读入控制装置(ECU)57。
另外，从控制装置(ECU)57对EGR控制阀41输出EGR阀操作量信号u1，对排气涡轮增压器7的VFT控制阀23输出VFT阀操作量信号u2。
＜控制装置＞
控制装置57由对进行EGR控制阀41的开度控制的EGR控制和进行排气涡轮增压器7的VFT控制阀23的开度控制的VFT控制整合的积分型最佳伺服系统构成。
即，控制装置57由将吸入空气量和进气氧浓度设为控制量，将EGR控制阀41的开度和排气涡轮增压器7的VFT控制阀23的开度设为操作量的双输入双输出的积分型最佳伺服系统构成。另外，还由作为发动机1的输出将吸入空气量和进气氧浓度作为控制量进行反馈的输出反馈系统构成。
对该双输入双输出的积分型最佳伺服系统进行说明。
图3表示本发明的积分型伺服系统的构成框图。输入控制量(吸入空气量和进气氧浓度)的目标值r，该目标值r根据发动机的运转状态而预先设定，例如，如后所述地根据脉谱图数据或运算式等计算。
通过加减器60算出目标值r与作为控制对象的发动机1的检测值或基于检测值的计算值的输出y的偏差(e＝r－y)。通过积分器62对偏差e进行积分，其输出v输入非干扰控制器64。而且，非干扰控制器64的输出w被输入加减器66，通过加减器66计算非干扰控制器64的输出w和输出反馈增益器68的输出Fy的偏差(u＝w－Fy)，将该计算值作为操作量u而向EGR控制阀41及排气涡轮增压器7的VFT控制阀23输出。
输出反馈由向加减器60反馈的第一输出反馈和向加减器66反馈的第二输出反馈构成。
在此，对非干扰控制器64的理论进行说明。
若使用
控制对象P(状态变量x，)
的状态方程的B矩阵、C矩阵及调节参数β而将由输出反馈增益器68设定的输出反馈增益F(2×2矩阵)形成为F＝β(CB)－1，若用公式表示图3所示的构成框图，则下式(1)～(6)的关系成立。
进而，根据w＝Gv的关系
w＝Gv＝[C(-A+BFC)-1B]-1v(5)
G＝[C(-A+BFC)-1B]-1(6)
通过以满足式(6)的关系式的方式设定非干扰控制器64的非干扰化增益G，能够进行非干扰化。
即，能够使用导出相对于输出反馈增益F以及于作为控制对象即EGR控制阀41及VFT控制阀23的操作量的进气量及进气氧浓度的传递函数表示其状态方程的A、B、C矩阵来设定非干扰化增益G，因此，能够简单地构成非干扰控制器64。
另外，图4表示从v至y的非干扰化特性，是示意性表示v－w间的传递函数即非干扰控制器64的传递函数、w－y间的传递函数即控制对象P的传递函数的说明图。
能够如图4(a)所示地表示传递函数，在稳定状态下S→0(t→∞)，如图4(b)所示，表示通过从v到y渐渐接近单位矩阵I来构成非干扰化系统。
控制装置57的具体构成图如图5所示。具备：控制废气再循环装置的EGR控制阀41的开度的EGR阀开度控制部70；控制带可变流量机构的排气涡轮增压器7的VFT控制阀23的开度的VFT阀开度控制部(可变流量阀开度控制部)72，各控制部分别具备与图3说明的构成相同的积分器62、非干扰控制器64以及输出反馈增益器68。
目标进气氧浓度由图6(a)所示的目标进气氧浓度设定装置80设定，因此，将发动机1的运转状态，例如来自发动机转速传感器51的发动机转速、来自燃料喷射控制装置29的燃料喷射量、来自大气温度传感器45的大气温度以及来自大气压传感器53的大气压作为参数，使用例如目标进气氧浓度脉谱图82来求出目标进气氧浓度r1。
另外，来自发动机1的进气氧浓度的控制量(输出)y1使用图6(c)所示的进气氧浓度估计运算部84估计的值。
该进气氧浓度估计运算部84基于来自表示发动机1的运转状态的空气流量计43的空气流量、来自进气歧管15内的进气温度传感器47、来自进气压力传感器49的进气歧管压力、进气歧管温度、来自发动机转速传感器51的发动机转速、来自燃料喷射控制装置29的燃料喷射量的各信号进行计算。
而且，将由进气氧浓度估计运算部84估计的实际进气氧浓度和由上述目标进气氧浓度设定装置80设定的目标进气氧浓度输入加减器60a，将偏差e1作为来自加减器60a的输出进行计算。而且，将该e1的计算值输入积分器62a。
另一方面，目标进气量也同样地由图6(b)所示的目标进气量设定装置90设定。在目标进气量设定装置90中，将来自表示发动机1的运转状态的发动机转速传感器51的发动机转速、来自燃料喷射控制装置29的燃料喷射量、来自大气温度传感器45的大气温度以及来自大气压传感器53的大气压作为参数，使用例如目标进气量脉谱图92求出目标进气量r2。
另外，来自发动机1的进气量的控制量(输出)y2基于来自空气流量计43的信号而求出。而且，将该实际进气量y2与由上述目标进气量设定装置90设定的目标进气量r2的偏差e2作为自加减器60b的输出而算出。而且，将偏差e2输入积分器62b。
然后，在EGR阀开度控制部70的加减器60a中算出的偏差e1被输入积分器62a并进行积分运算，将积分运算的输出输入非干扰控制器64。在该非干扰控制器64中，基于上式(6)的关系预先设定的非干扰化增益G通过乘法器96a相乘。
将非干扰化增益G分解而按照各个要素(G11、G21、G12、G22)，将表示发动机的运转状态的参数，例如发动机转速Ne及燃料喷射量Qf作为参数而设定，并且作为非干扰化增益脉谱图100、101、102、103而存储在控制装置57的存储装置中。虽然图5中未作图示，但是非干扰化增益脉谱图100、101、102、103中分别输入发动机转速Ne及燃料喷射量Qf的信号。
在非干扰化增益脉谱图100中设定有非干扰化增益的要素G11，并且设定有规定进气氧浓度和EGR控制阀41的开度的关系的增益值。另外，非干扰化增益脉谱图101中设定有非干扰化增益的要素G21并存储有规定进气氧浓度和VFT控制阀23的开度的非干扰关系的增益值。
另外，同样地，在非干扰化增益脉谱图103中设定有非干扰化增益的要素G22，并且设定有规定进气量和VFT控制阀23的开度的关系的增益值。另外，非干扰化增益脉谱图102中设定有非干扰化增益的要素G12并且存储有规定进气量和EGR控制阀41的开度的非干扰关系的增益值。
EGR阀开度控制部70的非干扰化增益的要素G11通过乘法器96a与来自积分器62a的输出信号相乘并输入加算器105a。另外，VFT阀开度控制部72的非干扰化增益的要素G12通过乘法器96c而与积分器62b的输出信号相乘，输入加算器105a。而且，将这些信号相加后作为输出信号w1输出。
另外，在VFT阀开度控制部72中，也同样地，非干扰化增益的要素G22通过乘法器96d而与积分器62b的输出信号相乘并向加算器105b输入。另外，EGR阀开度控制部70的非干扰化增益的要素G21通过乘法器96b而与积分器62a的输出信号相乘并向加算器105b输入。而且，将这些信号相加后作为输出信号w2输出。
EGR阀开度控制部70的输出信号w1随后被输入加减器66a，通过加减器66a与来自输出反馈增益器68的输出信号进行加减运算。
输出反馈增益器68将对输出反馈增益F与被输出反馈的进气氧浓度及进气量通过乘法器70a～70d相乘。
输出反馈增益F分解2×2矩阵，按照各个要素(F11、F21、F12、F22)，将表示发动机的运转状态的参数，例如，发动机转速Ne及燃料喷射量Qf设定为参数，作为输出反馈增益脉谱图105、106、107、108而存储于控制装置57的存储装置内。虽然图5中未作图示，但是输出反馈增益脉谱图105、106、107、108中分别被输入发动机转速Ne及燃料喷射量Qf的信号。
该输出反馈增益F设定为使能够根据上述式(6)的关系进行非干扰化的关系能够成立的增益值。
在输出反馈增益脉谱图105设定有输出反馈增益的要素F11并设定有规定进气氧浓度和EGR控制阀41的开度的关系的增益值。另外，输出反馈增益脉谱图106中设定有输出反馈增益的要素F21并存储有规定进气氧浓度和VFT控制阀23的开度的非干扰关系的增益值。
同样地，在输出反馈增益脉谱图108中设定有输出反馈增益的要素F22并设定有规定进气量和VFT控制阀23的开度的关系的增益值。另外，在输出反馈增益脉谱图107中设定有输出反馈增益的要素F12并存储有规定进气量和EGR控制阀41的开度的非干扰关系的增益值。
EGR阀开度控制部70的自非干扰控制器64的输出信号w1被输入加减器66a，与来自输出反馈增益器68的输出信号进行加减运算，然后，在非线性修正部110a中，将非线性信号转换成线性输出信号，通过限制器部112a对线性输出信号进行限制器处理，作为EGR控制阀41的开度操作量的输出信号u1输出。
同样地，在VFT阀开度控制部72中，来自非干扰控制器64的输出信号w2也被输入加减器66b，与来自输出反馈增益器68的输出信号进行加减运算，然后，在非线性修正部110b中，将非线性信号转换成线性输出信号，通过限制器部112b对线性输出信号进行限制器处理，作为VFT控制阀23的开度操作量的输出信号u2输出。
另外，为了限制对EGR控制阀41的操作量而设有限制器部112a、112b，但也可以代替该限制器部，如图8所示地基于按照发动机的运转状态(发动机转速Ne和燃料喷射量Qf)最佳地设定的EGR阀最小开度脉谱图114、EGR阀最大开度脉谱图116设定EGR控制阀41的最大开度和最小开度。
这是因为，EGR阀开度处于全开状态时，即使使VFT控制阀23变化，进气空气量也不会变化的趋势，因此，设置最大开度脉谱图，将不受VFT控制阀23的变化影响的开度限制为最大开度。另外，将能够确认废气净化性能的最小开度规定为最小开度，确保废气净化性能。
根据如上构成的控制装置57，由将吸入空气量和进气氧浓度设为控制量，将EGR控制阀41的开度和带可变流量机构的排气涡轮增压器7的VFT控制阀23的开度设为操作量的双输入双输出的积分型最佳伺服系统构成，并且由对发动机1检测的吸入空气量和基于发动机1的运转状态算出的进气氧浓度进行反馈的输出反馈系统构成，因此，与通过两个独立的控制装置控制废气再循环装置的EGR控制阀41和排气涡轮增压器7的VFT控制阀23的情况相比，能够实现相互协调的控制。
控制装置57还具备：控制废气再循环装置的EGR控制阀41的开度的EGR阀开度控制部70；控制带可变流量机构的排气涡轮增压器7的VFT控制阀23的开度的VFT阀开度控制部72，并且具有使EGR控制阀41的操作量和VFT控制阀23的操作量互不干扰的非干扰控制器64，因此，通过非干扰控制器64，能够以EGR控制阀41的操作量和VFT控制阀23的操作量互不干扰的方式进行控制。
另外，能够使用导出相对于输出反馈增益F以及作为控制对象的EGR控制阀41和VFT控制阀23的操作量的进气量和进气氧浓度的传递函数表示其状态方程的A、B、C矩阵设定该非干扰控制器64的非干扰化增益G，因此，能够简单地构成非干扰控制器64。
(第二实施方式)
然后，参照图7、8对第二实施方式进行说明。相对于第一实施方式，该第二实施方式是在对来自非干扰控制器64及输出反馈增益器68的输出信号进行加减运算后设置积分器62的积分运算部63而成的。
图7(a)表示第一实施方式的构成框图，由积分增益部65设定了积分增益后，通过积分运算部63进行运算处理。在第二实施方式中，如图7(b)所示，将积分运算部63设置在加减器66的后面。
由此，需要对输出反馈信号进行微分处理，因此在输出反馈增益器68的前面设置微分处理部120。
具体的构成图如图8所示。在EGR阀开度控制部70中，积分器62a的积分运算部63a设置在加减器66a的后方。另外，在向输出反馈增益器68的输入部设有微分处理部120a。
另外，在VFT阀开度控制部72中，积分器62b的积分运算部63b也设置在加减器66b的后方。另外，在向输出反馈增益器68的输入部设有微分处理部120b。
其它构成与图5所示的第一实施方式相同，因此标注同一标记并省略说明。
这样，通过非干扰控制器64设定非干扰化增益G，通过输出反馈增益器68设定输出反馈增益F，将这些增益相乘而得到的输出信号通过加减器66a、66b进行加减运算后设置积分器62a、62b的积分运算部63a、63，能够稳定地进行非干扰化。
即，在非干扰控制器64设定的非干扰化增益G按照以发动机转速或燃料喷射量为参数的非干扰化增益脉谱图100、101、102、103设定，因此，在正常运转时，发动机转速或燃料喷射量稍有变动就会引起非干扰增益的变动，从而导致输出的操作量产生振动，但是，在本实施方式中，由积分运算部63a、63b积分后，作为操作量输出，因此，能够稳定地进行非干扰化处理。即，即使按照以发动机转速及燃料喷射量为参数的脉谱图数据精确地设定非干扰化增益G及输出反馈增益F，也不会产生操作量的振动，能够得到稳定的非干扰效果。
(第三实施方式)
接着，参照图9对第三实施方式进行说明。相对于第二实施方式，该第三实施方式设有抗积分饱和部(アンチワインドアップ部)130。
该抗积分饱和部130如图9所示地如下构成：EGR控制阀41的开度操作量的输出信号u1及VFT控制阀23的开度操作量的输出信号u2分别输入非线性化部132a、132b，其输出通过加减器134a、134b分别与积分运算部63a、63b的输出进行加减运算后，其输出通过增益部136a、136b与增益相乘，返回输入侧，通过加算器138a、138b与偏差e1、e2相加。
这样，通过设有抗积分饱和部130，操作量的输出信号u1、u2被限制器限制后，控制量的目标值变化时，在没有抗积分饱和部的情况下，发生积分饱和(积分器的饱和状态)，控制量的响应性变差，但通过如本实施方式所示地设有抗积分饱和部130，防止积分饱和的发生，改善控制量的响应性，能够得到过渡状态下的NOx排放量及黑烟排放量的降低效果。
在以上的实施方式中，作为带可变流量机构的排气涡轮增压器7，对图2所示的具备VFT控制阀23的VFT(可变流量涡轮)构造进行了说明，但并不限于该构造，也可以是通过改变设于涡轮叶轮周围的叶片的开度来使流入涡轮叶轮的废气量可变的所谓的VGT(可变几何形状涡轮)构造，除此之外，只要是能够使增压流量可变的构造即可。
另外，进气量也可以不是空气流量计43的检测值，可以基于发动机1的运转状态的信号计算。
产业上的可利用性
根据本发明，在具备EGR及带可变流量机构的增压器的内燃机中，由双输入双输出的积分型最佳伺服系统构成控制上述EGR及带可变流量机构的增压器的控制装置，并且能够避免该EGR的控制和带可变流量机构的增压器的控制的相互干扰，有效且稳定地降低NOx及烟雾排放量，因此，适用于内燃机的控制装置及控制方法。

Claims (7)

1.一种内燃机的控制装置，所述内燃机具备废气再循环装置和带可变流量机构的增压器，其特征在于，
所述控制装置由将吸入空气量和进气氧浓度设为控制量，将所述废气再循环装置的控制阀的开度和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的开度设为操作量的双输入双输出的积分型最佳伺服系统构成，并且由对来自内燃机的所述控制量进行反馈的输出反馈系统构成，
所述控制装置还具备：控制所述废气再循环装置的控制阀的开度的EGR阀开度控制部；控制所述带可变流量机构的增压器的控制阀的开度的可变流量阀开度控制部，各控制部具有使所述废气再循环装置的控制阀的操作量和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量互不干扰的非干扰控制器，
所述非干扰控制器的非干扰化增益的各要素由规定进气氧浓度和EGR控制阀的开度的非干扰关系的增益值、规定进气氧浓度和带可变流量机构的增压器的控制阀的开度的非干扰关系的增益值、规定进气量和EGR控制阀的开度的非干扰关系的增益值、规定进气量和带可变流量机构的增压器的控制阀的开度的非干扰关系的增益值构成。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
来自所述内燃机的所述控制量的输出反馈由返回所述各控制部的输入侧的第一输出反馈信号和返回该控制部的输出侧的第二输出反馈信号构成，所述非干扰控制器的非干扰化增益根据所述第二输出反馈信号的输出反馈增益设定。
3.如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述EGR阀开度控制部及所述可变流量阀开度控制部具备：算出所述各控制部的所述控制量的目标值和所述第一输出反馈信号的偏差的偏差器；对由该偏差器算出的偏差进行积分的积分器；输入由该积分器算出的积分值的所述非干扰控制器。
4.如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述EGR阀开度控制部及所述可变流量阀开度控制部具备：算出所述各控制部的所述控制量的目标值和所述第一输出反馈信号的偏差的偏差器；输入由该偏差器算出的偏差值的所述非干扰控制器；对来自该非干扰控制器的输出值进行积分的积分器。
5.如权利要求1～4中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述各控制部具备将所述操作量限制在一定范围的限制器，并且设有抗积分饱和部。
6.如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
将所述非干扰控制器的非干扰化增益作为与内燃机的转速及燃料喷射量对应的脉谱图数据进行设定。
7.一种内燃机的控制方法，所述内燃机具备废气再循环装置和带可变流量机构的增压器，其特征在于，
通过将吸入空气量和进气氧浓度设为控制量，将所述废气再循环装置的控制阀的开度和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的开度设为操作量的双输入双输出的积分型最佳伺服系统进行控制，并且通过反馈来自内燃机的所述控制量的输出反馈系统进行控制，
作为预先将运转状态设为参数的脉谱图数据，设定使所述废气再循环装置的控制阀的操作量和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量互不干扰的非干扰控制器的非干扰化增益，
在所述脉谱图数据中存储有作为所述非干扰化增益的各要素的、规定进气氧浓度和EGR控制阀的开度的非干扰关系的增益值、规定进气氧浓度和带可变流量机构的增压器的控制阀的开度的非干扰关系的增益值、规定进气量和EGR控制阀的开度的非干扰关系的增益值、规定进气量和带可变流量机构的增压器的控制阀的开度的非干扰关系的增益值，
由所述脉谱图数据算出非干扰化增益，
根据设定为该算出的非干扰化增益的来自所述非干扰控制器的输出，算出互不干扰的所述废气再循环装置的控制阀的操作量和所述带可变流量机构的增压器的控制阀的操作量。
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