JP2006249962A - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＧＲ操作量とＥＧＲ率との基準となる関係を設定し、この基準となる関係に従うようにＥＧＲ操作量を制御ゲインによって変化させることにより、良好な制御性を得ることが可能なＥＧＲ制御装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に還流させる内燃機関のＥＧＲ制御装置は、ＥＧＲ率を変化させるために操作されるＥＧＲ操作量と、前記ＥＧＲ操作量を操作したときのＥＧＲ率との基準となる関係を取得する取得手段と、前記基準となる関係から現在のＥＧＲ率に対応する基準ＥＧＲ操作量を算出し、前記基準ＥＧＲ操作量と前記現在のＥＧＲ操作量との偏差に基づいて、前記ＥＧＲ操作量を増加又は減少させる制御ゲインを算出するゲイン算出手段と、算出された前記制御ゲインに基づいて、前記現在のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるように前記ＥＧＲ操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備える。ＥＧＲ制御装置は、ＥＧＲ操作量とＥＧＲ率との基準となる関係に基づいてＥＧＲ操作量の制御ゲインを調整するため、ＥＧＲ弁の前後で背圧変化が生じても、これに対して即座に対応することができる。これにより、ＥＧＲ制御装置は、車両内の状態変化の影響を受けることなく、フィードバック制御における目標ＥＧＲ率への収束性を向上させることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ制御装置に関する。

従来から、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減するために、内燃機関から排出された排気ガスを還流させて内燃機関に供給する排気ガス再循環（ＥＧＲ；Exhaust Gas Recirculation）制御装置が広く用いられている。詳しくは、ＥＧＲ制御装置は、内燃機関の運転状態や排気ガスの状態などに応じて目標ＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／吸入空気量）を決定し、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるようにフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）している。具体的には、ＥＧＲ弁の開度や吸気絞り弁の開度（本明細書では、ＥＧＲ率又はＥＧＲガス量を変化させるために操作される量（パラメータ）を「ＥＧＲ操作量」と呼ぶ）などを制御することによって、ＥＧＲ率又はＥＧＲガス量を変化させている。

例えば、特許文献１及び特許文献２には、排気ガス中のＮＯｘ量が目標ＮＯｘ量となるように、ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御装置が記載されている。更に、特許文献３には、吸気絞り弁の開度変化に影響を受けずに、実際のＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるようにＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ制御装置が記載されている。

特開２００１−１５２８７９号公報 特開平１０−２５２５７３号公報 特開２００４−３３８９号公報

ところで、排気系の圧損増加などが原因で、ＥＧＲ弁の前後において圧力変化（背圧変化）が生じることが知られている。このような背圧変化が生じると、例えば、ＥＧＲ弁の開度を小さく変化させただけでＥＧＲ率が大きく変化したり、ＥＧＲ弁の開度を大きく変化させてもＥＧＲ率がほとんど変化しなかったりする場合があり、ＥＧＲ弁の制御性が悪化してしまう。上記の特許文献１乃至３に記載された技術においては、このような背圧変化を考慮に入れてＥＧＲ弁の開度を制御していなかった。そのため、ＥＧＲ弁の前後で背圧変化が発生した場合には、フィードバック制御を実行しても、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に収束しづらい場合があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＥＧＲ操作量とＥＧＲ率との基準となる関係を設定し、この基準となる関係に従うようにＥＧＲ操作量を制御ゲインによって変化させることにより、良好な制御性を得ることが可能な内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供することにある。

本発明の１つの観点では、内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に還流させる内燃機関のＥＧＲ制御装置は、ＥＧＲ率を変化させるために操作されるＥＧＲ操作量と、前記ＥＧＲ操作量を操作したときのＥＧＲ率との基準となる関係を取得する取得手段と、前記基準となる関係から現在のＥＧＲ率に対応する基準ＥＧＲ操作量を算出し、前記基準ＥＧＲ操作量と前記現在のＥＧＲ操作量との偏差に基づいて、前記ＥＧＲ操作量を増加又は減少させる制御ゲインを算出するゲイン算出手段と、算出された前記制御ゲインに基づいて、前記現在のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるように前記ＥＧＲ操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備える。

上記の内燃機関のＥＧＲ制御装置は、内燃機関から排出された排気ガスの一部を還流させて内燃機関の吸気系に供給する排気ガス再循環装置である。ＥＧＲ制御装置は、ＥＧＲ率を変化させるために操作されるＥＧＲ操作量（例えば、ＥＧＲ弁の開度や吸気絞り弁の開度）と、このＥＧＲ操作量を操作したときのＥＧＲ率との基準となる関係を、取得手段によって取得する。そして、ゲイン算出手段は、取得した基準となる関係から現在のＥＧＲ率に対応する基準ＥＧＲ操作量を算出し、基準ＥＧＲ操作量と現在のＥＧＲ操作量との偏差に基づいて、ＥＧＲ操作量の制御ゲインを算出する。この制御ゲインを大きくした場合には、ＥＧＲ操作量はより大きく変化し、制御ゲインを小さくした場合には、ＥＧＲ操作量はより小さく変化する。更に、フィードバック制御手段は、算出された制御ゲインに基づいて、現在のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるようにＥＧＲ操作量をフィードバック制御する。以上により、上記のＥＧＲ制御装置は、例えばＥＧＲ弁の前後で背圧変化が生じていても、ＥＧＲ操作量の制御ゲインを調整することによって即座に対応することができる。これにより、ＥＧＲ制御装置は、車両内の状態変化の影響を受けることなく、フィードバック制御における目標ＥＧＲ率への収束性を向上させることができる。

上記の内燃機関のＥＧＲ制御装置の一態様では、前記ゲイン算出手段は、前記現在のＥＧＲ操作量から前記基準ＥＧＲ操作量を減算することによって前記偏差を算出し、前記偏差が正であれば前記制御ゲインを大きくし、前記偏差が負であれば前記制御ゲインを小さくする。

この態様では、ゲイン算出手段は、現在のＥＧＲ操作量が基準ＥＧＲ操作量よりも大きければ（偏差が正）、制御ゲインを大きくし、現在のＥＧＲ操作量が基準ＥＧＲ操作量よりも小さければ（偏差が負）、制御ゲインを小さくすることができる。これにより、ゲイン算出手段は、現在のＥＧＲ操作量とＥＧＲ率との関係が基準となる関係からずれている場合に、適切な制御ゲインを算出することができる。

本発明の他の観点では、内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に還流させる内燃機関のＥＧＲ制御装置は、ＥＧＲガス量を変化させるために操作されるＥＧＲ操作量と、前記ＥＧＲ操作量を操作したときのＥＧＲガス量との基準となる関係を取得する取得手段と、前記基準となる関係から現在のＥＧＲ操作量に対応する基準ＥＧＲガス量を算出し、前記基準ＥＧＲガス量と前記現在のＥＧＲガス量との偏差に基づいて、前記ＥＧＲ操作量を増加又は減少させる制御ゲインを算出するゲイン算出手段と、算出された前記制御ゲインに基づいて、前記現在のＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるように前記ＥＧＲ操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備える。

この態様では、ＥＧＲ制御装置は、ＥＧＲガス量を変化させるために操作されるＥＧＲ操作量と、このＥＧＲ操作量を操作したときのＥＧＲガス量（ＥＧＲガス流量）との基準となる関係を、取得手段によって取得する。そして、ゲイン算出手段は、取得した基準となる関係から現在のＥＧＲガス量に対応する基準ＥＧＲ操作量を算出し、基準ＥＧＲ操作量と現在のＥＧＲ操作量との偏差に基づいて、ＥＧＲ操作量の制御ゲインを算出する。更に、フィードバック制御手段は、算出された制御ゲインに基づいて、現在のＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるようにＥＧＲ操作量をフィードバック制御する。これにより、ＥＧＲ制御装置は、車両内の状態変化の影響を受けることなく、フィードバック制御における目標ＥＧＲガス量への収束性を向上させることができる。

上記の内燃機関のＥＧＲ制御装置の他の一態様では、前記ゲイン算出手段は、前記現在のＥＧＲガス量から前記基準ＥＧＲガス量を減算することによって前記偏差を算出し、前記偏差が正であれば前記制御ゲインを小さくし、前記偏差が負であれば前記制御ゲインを大きくする。

この態様では、ゲイン算出手段は、現在のＥＧＲガス量が基準ＥＧＲガス量よりも大きければ（偏差が正）、制御ゲインを小さくし、現在のＥＧＲガス量が基準ＥＧＲガス量よりも小さければ（偏差が負）、制御ゲインを大きくすることができる。これにより、ゲイン算出手段は、現在のＥＧＲ操作量とＥＧＲガス量との関係が基準となる関係からずれている場合に、適切な制御ゲインを算出することができる。

上記の内燃機関のＥＧＲ制御装置において好適には、前記ゲイン算出手段は、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記制御ゲインを大きくする量及び小さくする量を増加させる。これにより、ＥＧＲ操作量とＥＧＲ率との関係、又はＥＧＲ操作量とＥＧＲガス量との関係が、基準となる関係から大きく離れている場合に、制御ゲインをより大きく、又はより小さくすることができる。

上記の内燃機関のＥＧＲ制御装置において更に好適には、前記ＥＧＲ操作量は、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁の開度、吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度、排気通路に設けられた排気絞り弁の開度、及び過給機に設けられた可変ノズルの開度の少なくとも１つの量であり、前記フィードバック制御手段は、前記ＥＧＲ弁の開度、前記吸気絞り弁の開度、前記排気絞り弁の開度、及び前記可変ノズルの開度の少なくともいずれかを制御することができる。例えば、ＥＧＲ制御装置は、ＥＧＲ弁の開度を制御すると共に、補助的に、吸気絞り弁の開度、可変ノズルの開度、及び排気絞り弁の開度のいずれか一つを制御することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［ＥＧＲ制御装置の構成］
まず、本発明の実施形態に係るＥＧＲ制御装置について、図１を用いて説明する。図１は、ＥＧＲ制御装置を搭載した車両の概略構成を示す模式図である。

車両は、主に、内燃機関１と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２と、吸気通路３と、過給機４と、吸気絞り弁（スロットル弁）５と、排気通路７と、ＥＧＲ通路８と、ＥＧＲ弁９と、可変ノズル（ＶＧＴノズル）１０と、排気絞り弁１１と、を備える。なお、本実施形態に係るＥＧＲ制御装置は、主として、ＥＣＵ２、吸気絞り弁５、ＥＧＲ弁９、可変ノズル１０、及び排気絞り弁１１などにより構成される。

内燃機関１は、燃焼室内の混合気を爆発させて動力を発生する装置である。内燃機関１は、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンとすることができる。

吸気通路３には、矢印２０ａで示すように吸気が供給される。吸気通路３中には過給機４が設けられており、過給機４は流入した吸気を圧縮する。また、吸気通路３には、吸気絞り弁５が設けられている。吸気絞り弁５は、内燃機関１に供給する吸気の流量を調整する。この吸気絞り弁５は、ＥＣＵ２から供給される制御信号Ｓ１によって開度が制御される。

排気通路７は、内燃機関１から排出された排気ガスが流通する。この排気通路７中には、ＥＧＲ通路８が接続されている。具体的には、ＥＧＲ通路８は、一端が排気通路７に接続され、他の一端が吸気通路３に接続されている。ＥＧＲ通路８には、矢印２０ｂで示すように排気ガスの一部が流入し、流入した排気ガスは矢印２０ｃで示すように吸気系に還流する。

ＥＧＲ通路８上にはＥＧＲ弁９が設けられており、ＥＧＲ弁９によって内燃機関１に還流する排気ガスの流量が調整される。このＥＧＲ弁９は、ＥＣＵ２から供給される制御信号Ｓ２によって開度が制御される。

内燃機関１から排出された排気ガスは、過給機４へ流入し、過給機４内の図示しないタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、過給機４内の図示しないコンプレッサホイールへ伝達される。これにより、吸気は、過給機４を通過する際に圧縮される。

過給機４には、可変ノズル１０が設けられている。この可変ノズル１０は、開口面積が変更可能なノズルであり、この開口面積を絞ることにより過給機３に流入する排気ガスの流量を増大させる。この可変ノズル１０は、ＥＣＵ２から供給される信号Ｓ３によって、開度（開口面積）が制御される。

更に、排気通路７中には、排気絞り弁１１が設けられている。排気絞り弁１１は、排気通路７を通過する排気ガスの流量を調整する。この排気絞り弁１１は、ＥＣＵ２から供給される制御信号Ｓ４によって、開度が制御される。

ＥＣＵ２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。ＥＣＵ２は、主に、内燃機関１などの運転状態などに基づいて、ＥＧＲ率又はＥＧＲガス流量を調節する。具体的には、ＥＣＵ２は、吸気絞り弁５の開度、ＥＧＲ弁９の開度、可変ノズル１０の開度、及び排気絞り弁１１の開度を制御することによって、ＥＧＲ率又はＥＧＲガス流量を調節する。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ操作量とＥＧＲ率との基準となる関係、又はＥＧＲ操作量とＥＧＲガス流量との基準となる関係を取得する取得手段、ＥＧＲ操作量の制御ゲインを算出するゲイン算出手段、及びＥＧＲ操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段、として機能する。

［フィードバック制御方法］
以下では、本発明の実施形態に係るフィードバック制御方法について説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係るフィードバック制御について説明する。第１実施形態では、ＥＧＲ操作量を増加又は減少させるための制御ゲインを用いて、フィードバック制御を行う。以下では、ＥＧＲ操作量の一例としてＥＧＲ弁９の開度を示し、制御ゲインはＥＧＲ弁９の開度に基づいて算出している。この場合、制御ゲインは、ＥＧＲ弁９に供給する制御信号Ｓ２のレベルを増加又は減少させるために用いられる量である。よって、元の制御信号Ｓ２によるＥＧＲ弁９の開度と比較して、制御ゲインを大きくした場合にはＥＧＲ弁９の開度は大きくなり、制御ゲインを小さくした場合にはＥＧＲ弁９の開度は小さくなる。

ここで、上記した制御ゲインの算出方法について、図２を用いて具体的に説明する。

図２は、横軸にＥＧＲ弁９の開度（以下、単に「ＥＧＲ弁開度」とも呼ぶ。）を示し、縦軸にＥＧＲ率を示している。この場合、直線４０は、ＥＧＲ弁開度とＥＧＲ率との基準となる関係を示している（以下、直線４０を「基準線４０」と呼ぶ）。基準線４０は、通常の内燃機関１の運転状態において得られるものである（通常の内燃機関１の運転状態において、基準線４０で示すような関係が得られるようにＥＧＲ弁９などが設計されている）。したがって、基準線４０が得られるような車両の状態においては、ＥＧＲ弁開度の変化量に対してＥＧＲ率が適切に変化しているため、ＥＧＲ弁９の制御性は良好であるといえる。なお、このようなＥＧＲ弁開度とＥＧＲ率との基準となる関係を示す基準線４０は、ＥＣＵ２内の図示しないメモリなどに記憶されている。

最初に、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ弁開度とＥＧＲ率を取得する。例えば、図２中の符号４４で示すような結果が得られたものとする。この場合、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁開度Ｂ２及びＥＧＲ率Ｃ１を取得する。符号４４で示す点は、前述した基準線４０よりも右側に位置する。即ち、符号４４で示す点と、基準線４０上の符号４３で示す点とを比較すると、ＥＧＲ率Ｃ１を得るために要するＥＧＲ弁開度が大きいといえる。よって、符号４４で示す点が得られるような状況では、ＥＧＲ率Ｃ１を得るために、ＥＧＲ弁開度を通常よりも大きく設定する必要がある。なお、符号４４で示す点は、例えばＥＧＲ弁９の前後で背圧変化が生じている状況などにおいて得られる。

そして、ＥＣＵ２は、上記の基準線４０に基づいて、現在のＥＧＲ率Ｃ１に対応する基準ＥＧＲ弁開度を取得する。その結果、ＥＣＵ２は、基準線４０上における符号４３で示す点を得て、基準ＥＧＲ弁開度Ｂ１を取得する。この基準ＥＧＲ弁開度Ｂ１は、ＥＧＲ率Ｃ１に設定する場合において、最適な制御性を得ることが可能なＥＧＲ弁開度である。

更に、ＥＣＵ２は、基準ＥＧＲ弁開度Ｂ１に対する現在のＥＧＲ弁開度Ｂ２の偏差を算出する。詳しくは、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ弁開度Ｂ２から基準ＥＧＲ弁開度Ｂ１を減算することによって偏差Ｄ１を算出する。この場合、算出された偏差Ｄ１が正であるため、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁開度の制御ゲインを大きくする。

このように、制御ゲインを大きくすることにより、ＥＧＲ弁開度は当初よりもより大きく変化することになる。即ち、当初の制御信号Ｓ２によるＥＧＲ弁９の開度と比較して、制御ゲインを大きくした場合にはＥＧＲ弁９の開度は大きくなる。

一方、ＥＣＵ２が符号４５で示すようなＥＧＲ弁開度とＥＧＲ率を取得した場合について説明する。この場合、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁開度Ｂ３及びＥＧＲ率Ｃ１を取得する。符号４５で示す点は、前述した基準線４０よりも左側に位置する。即ち、符号４５で示す点と、基準線４０上の符号４３で示す点とを比較すると、ＥＧＲ率Ｃ１を得るために要するＥＧＲ弁開度が小さいといえる。よって、符号４５で示す点が得られるような状況では、ＥＧＲ率Ｃ１を得るために、ＥＧＲ弁開度を通常よりも小さく設定する必要がある。なお、符号４５で示す点は、例えばＥＧＲ弁９の前後で背圧変化が生じている状況などにおいて得られる。

そして、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ率Ｃ１を用いて基準線４０上の符号４３で示す点を得て、基準ＥＧＲ弁開度Ｂ１を取得する。次に、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ弁開度Ｂ３から基準ＥＧＲ弁開度Ｂ１を減算することによって偏差Ｄ２を算出する。

この場合、算出された偏差Ｄ２が負であるため、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁開度の制御ゲインを小さくする。このように、制御ゲインを小さくすることにより、ＥＧＲ弁開度は当初よりも小さく変化することになる。即ち、当初の制御信号Ｓ２によるＥＧＲ弁９の開度と比較して、制御ゲインを小さくした場合にはＥＧＲ弁９の開度は小さくなる。

なお、ＥＣＵ２は、以下の式（１）に基づいて制御ゲインを決定する。

（制御ゲイン）＝（基本制御ゲイン）＋Ａ×（偏差） 式（１）
式（１）中の「基本制御ゲイン」は、内燃機関１の運転状態などによって決定される値であり、ＥＣＵ２のメモリ内に記憶されたマップなどを参照して決定される。制御ゲインが基本制御ゲインと等しくなる場合には、ＥＧＲ弁開度とＥＧＲ率との関係は基準線４０に一致する。また、式（１）中の「Ａ」は、偏差の絶対値が大きくなるほど増加するような値に設定されている。例えば、「Ａ」と偏差は、１次関数又は２次関数の関係を満たすように設定される。このように設定することにより、取得されたＥＧＲ弁開度とＥＧＲ率との関係が基準線４０から大きく離れている場合に、制御ゲインをより大きく、又はより小さくすることができる。

次に、上記の制御ゲインの算出、及びＥＧＲ弁開度のフィードバック制御において実行される処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２は、内燃機関１の運転状態を取得する。例えば、ＥＣＵ２は、内燃機関１の回転数やアクセル開度量などを取得する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２は、ステップＳ１０１で取得した内燃機関１の運転状態に基づいて、基本制御ゲインを取得する。この場合、ＥＣＵ２は、メモリ内に記憶されたマップを参照して基本制御ゲインを取得する。そして、処理はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ率を取得する。この場合、ＥＣＵ２は、車両内の図示しないセンサの出力、例えば吸気通路３やＥＧＲ通路８中に設けられたＯ_２センサなどの出力、に基づいて現在のＥＧＲ率を算出する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ率に対応する基準ＥＧＲ弁開度を取得する。詳しくは、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁開度とＥＧＲ率との基準となる関係（例えば、前述した基準線４０）から、現在のＥＧＲ率に対応する基準ＥＧＲ弁開度を取得する。そして、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ弁開度を取得する。この場合、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁９に供給している制御信号Ｓ２に基づいて、現在のＥＧＲ弁９の開度を取得する。そして、処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ２は、基準ＥＧＲ弁開度に対する現在のＥＧＲ弁開度の偏差を算出する。具体的には、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ弁開度から基準ＥＧＲ弁開度を減算して偏差を得る。そして、処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ２は、基本制御ゲイン及び算出された偏差に基づいて、ＥＧＲ弁開度の制御ゲインを算出する。この場合、ＥＣＵ２は、偏差が正であれば制御ゲインが大きくなるように設定し、偏差が負であれば制御ゲインが小さくなるように設定する。また、偏差の絶対値が大きいほど、制御ゲインを大きくする量又は小さくする量が増加するように制御ゲインを決定する。例えば、ＥＣＵ２は、前述した式（１）に基づいて制御ゲインを算出する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８及びステップＳ１０９の処理は、以上のように決定された制御ゲインに従って、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるようにＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するために行われる処理である。

まず、ステップＳ１０８では、ＥＣＵ２は、目標ＥＧＲ率を決定する。具体的には、ＥＣＵ２は、内燃機関１の運転状態や排気ガス中のＮＯｘ濃度などに基づいて、目標ＥＧＲ率を決定する。そして、処理はステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ２は、ステップＳ１０３で取得したＥＧＲ率と、目標ＥＧＲ率とに基づいて、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に一致するようにＥＧＲ弁開度を制御する。この際に、ＥＣＵ２は、ステップＳ１０７で算出された制御ゲインに従って、ＥＧＲ弁開度を制御する。例えば、ＥＣＵ２は、目標ＥＧＲ率を実現するためにＥＧＲ弁９に供給すべき値として実際に算出された制御信号Ｓ２（基準線４０上のＥＧＲ弁開度に対応する信号）に対して、制御ゲインを乗算して得られた値を制御信号Ｓ２としてＥＧＲ弁９に供給する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。そして、所定時間が経過した後に、ステップＳ１０１に戻って、再度当該フローを実行する。

以上のように、第１実施形態に係るフィードバック制御によれば、ＥＧＲ弁開度とＥＧＲ率との基準となる関係を示す基準線４０に基づいて、ＥＧＲ弁開度の制御ゲインを調整するため、ＥＧＲ弁９の前後で背圧変化が生じていても、これに対して即座に対応することができる。よって、第１実施形態に係るフィードバック制御によれば、車両内の状態変化の影響を受けることなく、フィードバック制御における目標ＥＧＲ率への収束性を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るフィードバック制御について説明する。

まず、第２実施形態に係るフィードバック制御において用いられる制御ゲインの算出方法について、図４を用いて具体的に説明する。第２実施形態では、ＥＧＲガス流量（ＥＧＲガス量）に基づいて制御ゲインを算出する点で、上記した第１実施形態と異なる。なお、以下では、ＥＧＲ操作量の一例としてＥＧＲ弁９の開度を示し、制御ゲインはＥＧＲ弁９の開度に基づいて算出している。

図４（ａ）は、横軸にＥＧＲ弁９の開度（ＥＧＲ弁開度）を示し、縦軸にＥＧＲガス流量を示している。また、曲線５０は、ＥＧＲ弁開度とＥＧＲガス流量との基準となる関係を示している（以下、曲線５０を「基準線５０」と呼ぶ）。ＥＧＲ弁開度を操作したときに基準線５０上にあるＥＧＲガス流量が得られた場合、ＥＧＲ弁９の制御性は良いといえる。このようなＥＧＲ弁開度とＥＧＲガス流量との基準となる関係を示す基準線５０は、予めＥＣＵ２によって求められており、ＥＣＵ２内の図示しないメモリなどに記憶されている。

最初に、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ弁開度とＥＧＲガス流量を取得する。例えば、図４（ａ）中の符号５４で示すような結果が得られたものとする。この場合、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁開度Ｅ１及びＥＧＲガス流量Ｆ２を取得する。符号５４で示す点は、前述した基準線５０よりも下側に位置する。即ち、符号５４で示す点と、基準線５０上の符号５３で示す点とを比較すると、ＥＧＲ弁開度Ｅ１が同一であってもＥＧＲガス流量が小さい。よって、符号５４で示す点が得られるような状況では、所望のＥＧＲガス流量を得るために、ＥＧＲ弁開度を通常よりも大きく設定する必要がある。なお、符号５４で示す点は、例えばＥＧＲ弁９の前後で背圧変化が生じている状況などにおいて得られる。

そして、ＥＣＵ２は、上記の基準線５０に基づいて、現在のＥＧＲ弁開度Ｅ１に対応する基準ＥＧＲガス流量を取得する。その結果、ＥＣＵ２は、基準線５０上における符号５３で示す点を得て、基準ＥＧＲガス流量Ｆ１を取得する。この基準ＥＧＲガス流量Ｆ１は、最適な制御性が確保された状態において、現在のＥＧＲ弁開度Ｅ１によって得られるべきＥＧＲガス流量に相当する。

更に、ＥＣＵ２は、基準ＥＧＲガス流量Ｆ１に対する現在のＥＧＲガス流量Ｆ２の偏差を算出する。詳しくは、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲガス流量Ｆ２から基準ＥＧＲガス流量Ｆ１を減算することによって偏差Ｇ１を算出する。この場合、算出された偏差Ｇ１が負であるため、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁開度の制御ゲインを大きくする。

このように、制御ゲインを大きくすることにより、ＥＧＲ弁開度は当初よりも大きく変化することになる。即ち、当初の制御信号Ｓ２によるＥＧＲ弁９の開度と比較して、制御ゲインを大きくした場合にはＥＧＲ弁９の開度は大きくなる。

一方、ＥＣＵ２が符号５５で示すようなＥＧＲ弁開度とＥＧＲガス流量を得た場合について説明する。この場合、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁開度Ｅ１及びＥＧＲガス流量Ｆ３を取得する。符号５５で示す点は、前述した基準線５０よりも上側に位置する。即ち、符号５５で示す点と、基準線５０上の符号５３で示す点とを比較すると、ＥＧＲ弁開度Ｅ１が同一であってもＥＧＲガス流量が大きい。よって、符号５５で示す点が得られるような状況では、所望のＥＧＲガス流量を得るために、ＥＧＲ弁開度を通常よりも小さく設定する必要がある。なお、符号５５で示す点は、例えばＥＧＲ弁９の前後で背圧変化が生じている状況などにおいて得られる。

そして、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ弁開度Ｅ１を用いて基準線５０上の符号５３で示す点を得て、基準ＥＧＲガス流量Ｆ１を取得する。次に、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲガス流量Ｆ３から基準ＥＧＲガス流量Ｆ１を減算することによって偏差Ｇ２を算出する。

この場合、算出された偏差Ｇ２が正であるため、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁開度の制御ゲインを小さくする。このように、制御ゲインを小さくすることにより、ＥＧＲ弁開度は当初よりも小さく変化することになる。即ち、当初の制御信号Ｓ２によるＥＧＲ弁９の開度と比較して、制御ゲインを小さくした場合にはＥＧＲ弁９の開度は小さくなる。

ここで、制御ゲインの算出方法について具体的に説明する。本実施形態では、「ゲイン変化量」を用いて制御ゲインを算出する。図４（ｂ）は、このゲイン変化量を決定するために用いる図の具体例を示している。なお、ゲイン変化量は、前述した式（１）中の「Ａ」に相当する。

図４（ｂ）は、横軸にＥＧＲガス流量の偏差を示し、縦軸にゲイン変化量を示している。直線６０は、ＥＧＲガス流量の偏差とゲイン変化量の関係を示す具体例である。この場合、偏差とゲイン変化量の関係は、１次関数の関係に設定されている。直線６０は、偏差が負であるときはゲイン変化量が正となり、偏差が正であるときはゲイン変化量が負となることを示している。例えば、前述した偏差Ｇ１及び偏差Ｇ２は、図示する場所に位置する。また、直線６０は、偏差の絶対値が大きいほど、ゲイン変化量の絶対値も大きくなることを示している。

このようにして算出されたゲイン変化量を、例えば式（１）中の「Ａ」に代入することによって、制御ゲインが算出される。この場合、偏差が負であれば制御ゲインは大きくなり、偏差が正であれば制御ゲインは小さくなるように算出される。更に、偏差の絶対値が大きいほどゲイン変化量の絶対値が増加するため、取得されたＥＧＲ弁開度とＥＧＲガス流量との関係が基準線５０から大きく離れている場合には、制御ゲインはより大きくなるか、或いはより小さくなる。

次に、上記の制御ゲインの算出、及びＥＧＲ弁開度のフィードバック制御において実行される処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ２は、内燃機関１の運転状態を取得する。例えば、ＥＣＵ２は、内燃機関１の回転数やアクセル開度量などを取得する。そして、処理はステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ２は、ステップＳ２０１で取得した内燃機関１の運転状態に基づいて、基本制御ゲインを取得する。この場合、ＥＣＵ２は、メモリ内に記憶されたマップを参照して基本制御ゲインを取得する。そして、処理はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ弁開度を取得する。この場合、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁９に供給している制御信号Ｓ２に基づいて、ＥＧＲ弁９の開度を取得する。そして、処理はステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲ弁開度に対応する基準ＥＧＲガス流量を取得する。詳しくは、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁開度とＥＧＲガス流量の基準となる関係（例えば、前述した基準線５０）に基づいて、現在のＥＧＲ弁開度に対応する基準ＥＧＲガス流量を取得する。そして、処理はステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲガス流量を取得する。この場合、ＥＣＵ２は、例えば、図示しないエアフロメータから出力される吸入空気量と図示しない過給圧センサから出力される過給圧とに基づいて、現在のＥＧＲガス流量を取得する。そして、処理はステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、ＥＣＵ２は、基準ＥＧＲガス流量に対する現在のＥＧＲガス流量の偏差を算出する。具体的には、ＥＣＵ２は、現在のＥＧＲガス流量から基準ＥＧＲガス流量を減算して偏差を得る。そして、処理はステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、ＥＣＵ２は、ＥＧＲガス流量の偏差に基づいてゲイン変化量を算出する。ＥＣＵ２は、例えば前述した図４（ｂ）中の直線６０などに基づいて、ゲイン変化量を算出する。そして、処理はステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８では、ＥＣＵ２は、基本制御ゲイン、ＥＧＲガス流量の偏差、及びゲイン変化量に基づいて、ＥＧＲ弁開度の制御ゲインを算出する。ＥＣＵ２は、例えば式（１）に基本ゲイン、偏差、及びゲイン変化量（「Ａ」に相当する）を代入することによって、ゲイン制御量を算出する。そして、処理はステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０９及びステップＳ２１０の処理は、以上のように決定された制御ゲインに従って、ＥＧＲガス流量が目標ＥＧＲガス流量となるようにＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するために主に行われる処理である。

まず、ステップＳ２０９では、ＥＣＵ２は、目標ＥＧＲガス流量を決定する。具体的には、ＥＣＵ２は、内燃機関１の運転状態や排気ガス中のＮＯｘ濃度などに基づいて、目標ＥＧＲガス流量を決定する。そして、処理はステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０では、ＥＣＵ２は、ステップＳ２０３で取得したＥＧＲガス流量と、目標ＥＧＲガス流量とに基づいて、ＥＧＲガス流量が目標ＥＧＲガス流量に一致するようにＥＧＲ弁開度を制御する。この際に、ＥＣＵ２は、ステップＳ２０７で算出された制御ゲインに従って、ＥＧＲ弁開度を制御する。例えば、ＥＣＵ２は、目標ＥＧＲガス流量を実現するためにＥＧＲ弁９に供給すべき値として実際に算出された制御信号Ｓ２に対して、制御ゲインを乗算して得られた値を制御信号Ｓ２としてＥＧＲ弁９に供給する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。そして、所定時間が経過した後に、ステップＳ２０１に戻って、再度当該フローを実行する。

以上のように、第２実施形態に係るフィードバック制御によれば、ＥＧＲ弁開度とＥＧＲガス流量との基準となる関係を示す基準線５０に基づいて、ＥＧＲ弁開度の制御ゲインを調整するため、ＥＧＲ弁９の前後で背圧変化が生じていても、これに対して即座に対応することができる。よって、第２実施形態に係るフィードバック制御によっても、車両内の状態変化の影響を受けることなく、フィードバック制御における目標ＥＧＲガス流量への収束性を向上させることができる。

なお、本発明は、基準線をＥＧＲ弁開度に基づいて設定することに限定はされない。例えば、吸気絞り弁５の開度、可変ノズル１０の開度、及び排気絞り弁１１の開度のいずれかに基づいて、これらの開度を制御したときのＥＧＲ率又はＥＧＲガス流量の変化を示す基準線を設定することができる。

また、本発明は、制御ゲインをＥＧＲ弁開度のみに基づいて算出することに限定はされず、吸気絞り弁５の開度、可変ノズル１０の開度、及び排気絞り弁１１の開度のいずれかに基づいて算出してもよい。

更に、本発明では、フィードバック制御においてＥＧＲ弁９の開度のみを制御することに限定はされない。他の例では、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁９の開度をフィードバック制御する代わりに、吸気絞り弁５の開度、可変ノズル１０の開度、及び排気絞り弁１１の開度のいずれか１つをフィードバック制御することができる。なお、ＥＧＲ弁９の開度の変化量に対してＥＧＲ率又はＥＧＲガス流量の変化量が小さいときには、ＥＧＲ弁９を制御する際に用いる制御ゲインを大きくしたが、吸気絞り弁５の開度、可変ノズル１０の開度、及び排気絞り弁１１の開度の変化量に対してＥＧＲ率又はＥＧＲガス流量の変化量が小さいときには、これらを制御する際に用いる制御ゲインを小さくする。こうするのは、これらの開度を小さくすることによって、ＥＧＲ通路７を通過するＥＧＲガスの流量が増加するからである。逆に、吸気絞り弁５の開度、可変ノズル１０の開度、及び排気絞り弁１１の開度の変化量に対してＥＧＲ率又はＥＧＲガス流量の変化量が大きいときには、これらを制御する際に用いる制御ゲインを大きくする。

更に他の例では、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁９の開度、吸気絞り弁５の開度、可変ノズル１０の開度、及び排気絞り弁１１の開度のうち、２つ以上の開度を同時にフィードバック制御してもよい。例えば、ＥＣＵ２は、ＥＧＲ弁９の開度を制御すると共に、補助的に、吸気絞り弁５の開度、可変ノズル１０の開度、及び排気絞り弁１１の開度のいずれか一つを制御することができる。

本発明の実施形態に係るＥＧＲ制御装置が搭載された車両の概略構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る制御ゲインの算出方法を説明するために用いる図である。 第１実施形態に係るフィードバック制御において行われる処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る制御ゲインの算出方法を説明するために用いる図である。 第２実施形態に係るフィードバック制御において行われる処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ ＥＣＵ
３ 吸気通路
４ 過給機
５ 吸気絞り弁
７ 排気通路
８ ＥＧＲ通路
９ ＥＧＲ弁
１０ 可変ノズル
１１ 排気絞り弁

Claims (6)

1. 内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に還流させる内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
   ＥＧＲ率を変化させるために操作されるＥＧＲ操作量と、前記ＥＧＲ操作量を操作したときのＥＧＲ率との基準となる関係を取得する取得手段と、
   前記基準となる関係から現在のＥＧＲ率に対応する基準ＥＧＲ操作量を算出し、前記基準ＥＧＲ操作量と前記現在のＥＧＲ操作量との偏差に基づいて、前記ＥＧＲ操作量を増加又は減少させる制御ゲインを算出するゲイン算出手段と、
   算出された前記制御ゲインに基づいて、前記現在のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるように前記ＥＧＲ操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
2. 前記ゲイン算出手段は、前記現在のＥＧＲ操作量から前記基準ＥＧＲ操作量を減算することによって前記偏差を算出し、前記偏差が正であれば前記制御ゲインを大きくし、前記偏差が負であれば前記制御ゲインを小さくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
3. 内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に還流させる内燃機関のＥＧＲ制御装置であって、
   ＥＧＲガス量を変化させるために操作されるＥＧＲ操作量と、前記ＥＧＲ操作量を操作したときのＥＧＲガス量との基準となる関係を取得する取得手段と、
   前記基準となる関係から現在のＥＧＲ操作量に対応する基準ＥＧＲガス量を算出し、前記基準ＥＧＲガス量と前記現在のＥＧＲガス量との偏差に基づいて、前記ＥＧＲ操作量を増加又は減少させる制御ゲインを算出するゲイン算出手段と、
   算出された前記制御ゲインに基づいて、前記現在のＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるように前記ＥＧＲ操作量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
4. 前記ゲイン算出手段は、前記現在のＥＧＲガス量から前記基準ＥＧＲガス量を減算することによって前記偏差を算出し、前記偏差が正であれば前記制御ゲインを小さくし、前記偏差が負であれば前記制御ゲインを大きくすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
5. 前記ゲイン算出手段は、前記偏差の絶対値が大きいほど、前記制御ゲインを大きくする量及び小さくする量を増加させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
6. 前記ＥＧＲ操作量は、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁の開度、吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度、排気通路に設けられた排気絞り弁の開度、及び過給機に設けられた可変ノズルの開度の少なくとも１つの量であり、
   前記フィードバック制御手段は、前記ＥＧＲ弁の開度、前記吸気絞り弁の開度、前記排気絞り弁の開度、及び前記可変ノズルの開度の少なくともいずれかを制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
   

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