JP2010013992A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲフィードバック制御の機会を増加させて、ＮＯｘ排出量の低減を図る。
【解決手段】エンジン運転領域が協調制御領域にある場合、過給圧フィードバック制御のＩ項ゲインの上限をＩ項ガード値Ｉｏで規制し、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏに達した場合、オープンループ制御へ切換える。ＥＧＲ制御部５０ｂは、過給圧制御が過給圧オープンループ制御に切換わると、目標新気量過給圧ガード補正値演算部７３で過給圧オープンループ制御による過給不足を補償する目標新気量補正値Ｑｋを算出する。そして補正後目標新気量演算部７４で目標新気量Ｑｏから目標新気量補正値Ｑｋを減算して、補正後目標新気量Ｑαを算出する。その後新気量偏差演算部７５で、補正後目標新気量Ｑαと実際の新気量Ｑａとの差分から新気量偏差Ｑσを算出し、フィードバック補正値演算部７８で新気量偏差Ｑσに基づいてＥＧＲフィードバック補正値λEGRを設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気ガス再循環のフィードバック制御を過給圧フィードバック制御領域の一部まで拡大して行うようにしたエンジンの制御装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンでは、エンジンの背圧を利用して、筒内へ供給される新気を加圧するターボ過給機と、排気ガスの一部を燃焼室へ還流させて再燃させることでＮＯｘを低減させる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置とを併設するものが知られている。

ターボ過給機の代表である可変ノズル式ターボ過給機は、排気通路に臨まされているタービンの上流に配設されている可変ノズルのベーン開度を変化させることで、タービンに印加される排気ガスの流速を可変させて過給圧を制御するようにしている。

一方、ＥＧＲ装置は、可変ノズル上流側の排気通路と吸気通路との間をＥＧＲ通路でパイパスし、このＥＧＲ通路に介装したＥＧＲ弁の開度を制御することで、筒内に供給される新気量に対するＥＧＲ量（排気ガス量）の比率であるＥＧＲ率（＝ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋新気量）） を調整するものである。換言すれば、筒内に供給されるガス総量はＥＧＲ量と新気量との和であるため、ＥＧＲ量を調整することで新気量を調整することができる。

可変ノズル式ターボ過給機の可変ノズルはベーン開度を小さくすると、可変ノズル上流の背圧が上昇し、逆に、大きくすると背圧が低下する。ＥＧＲ装置は、吸排気の差圧を利用してＥＧＲを吸気系へ環流させるものであるため、可変ノズルのベーン開度がフィードバック制御されている状態では、可変ノズル上流の背圧が常に変化してしまう。その結果、ＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御して、筒内に供給される新気量を目標新気量に収束させようとしても、背圧の変化によりＥＧＲ量の目標新気量に対する追従性が悪くなるばかりでなく、可変ノズルのベーン開度とＥＧＲ弁の開度とを同時にフィードバック制御した場合、制御干渉が生じてしまう。

そのため、例えば特許文献１（特開２０００−３０３８９６号公報）に開示されている技術に代表されるように、過給圧フィードバック領域ではＥＧＲ弁開度のフィードバック制御（ＥＧＲフィードバック制御）を禁止し、ＥＧＲフィードバック制御領域では、過給圧フィードバック制御を禁止することで、両フィードバック制御の干渉を防止する技術が多く採用されている。

すなわち、このような技術によれば、ＥＧＲフィードバック制御領域では過給圧をオーブンループ制御するため、ＥＧＲ量の目標新気量に対する追従性が良くなる。一方、過給圧フィードバック制御領域ではＥＧＲフィードバック制御を禁止するようにしたので、ターボ過給によるエンジンの高出力を確保することができる。
特開２０００−３０３８９６号公報

しかし、上述した文献に代表される技術では、エンジン運転領域が過給圧フィードバック制御領域にある場合は、ＥＧＲフィードバック制御が一律に禁止されるため、ＥＧＲフィードバック制御領域と過給圧フィードバック制御との境界付近では、ＥＧＲフィードバック制御の機会が少なくなり、ＮＯｘ排出量の低減効果等を充分に得ることができない問題がある。

この場合、ＥＧＲフィードバック制御の機会を増やすべく、ＥＧＲフィードバック制御領域を高負荷運転側へ単純に拡大した場合には、上述したように過給圧フィードバック制御と干渉してしまい、ＥＧＲ量の目標新気量に対する追従性が悪くなってしまう。

本発明は、上記事情に鑑み、ＥＧＲフィードバック制御領域を過給圧フィードバック制御領域へ拡大しても、ＥＧＲフィードバック制御と過給圧フィードバック制御とが干渉せず、ＥＧＲフィードバック制御の機会を増加させて、ＮＯｘ排出量等を低減させることのできるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明によるエンジンの制御装置は、背圧を利用して新気を加圧する過給機と、排気ガスの一部を燃焼室へ還流させる排気ガス再循環装置と、前記過給機の過給圧を制御する過給圧制御手段と、前記排気ガス再循環装置の排気ガス再循環率を制御する排気ガス再循環制御手段と、エンジン運転領域が、過給圧をフィードバック制御する過給圧フィードバック制御領域であって過給圧オープンループ制御領域との境界に設定されている協調制御領域にあるか否かを判定する協調制御領域判定手段とを備え、前記過給圧制御手段は、前記協調制御領域判定手段にてエンジン運転領域が前記協調制御領域にあると判定した場合、過給圧オープンループ制御を実行し、前記排気ガス再循環制御手段は、エンジン運転領域が前記協調制御領域にある場合であって、前記過給圧制御手段が過給圧オープンループ制御を実行しているときは、排気ガス再循環量のフィードバック制御を実行することを特徴とする。

本発明によれば、エンジン運転状態が過給圧フィードバック制御領域内の協調制御領域にある場合は、過給圧フィードバック制御値の上限を規制し、過給圧フィードバック制御値が上限に達した場合、過給圧オープンループ制御を実行し、過給圧フィードバック制御値の上限を規制することによって生じるＥＧＲ（排気ガス再循環）率の低下を、ＥＧＲフィードバック制御側で補償するようにしたので、ＥＧＲフィードバック制御の機会が増加し、ＮＯｘ排出量等を低減させることができる。

又、ＥＧＲフィードバック制御は、過給圧フィードバック制御が上限に達して過給圧オープンループ制御へ移行した後に行うようにしたので、ＥＧＲフィードバック制御領域を過給圧フィードバック制御領域へ拡大しても、ＥＧＲフィードバック制御と過給圧フィードバック制御とが干渉することがなく、良好な制御性を得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１にディーゼルエンジンの制御系の全体構成図を示す。

同図に示すディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と記載する）１の燃焼室２に、吸気弁３、排気弁４を介して吸気通路５、排気通路６がそれぞれ連通されている。

吸気通路５の上流に吸気チャンバ４０が形成され、この吸気チャンバ４０の上流に、スロットル弁１０が介装されている。又、この吸気チャンバ４０にスロットル弁１０下流の空気圧を絶対圧で検出する圧力センサ３７が臨まされている。又、このスロットル弁１０に、エンジン制御装置（ＥＣＵ）５０からの制御信号によってスロットル弁１０の開度を調整し、新気量を制御する吸気アクチュエータ１１が連設されている。又、スロットル弁１０の上流側に、インタークーラ１２が介装され、このインタークーラ１２の更に上流側に、ターボ過給機１３のコンプレッサ１３ａが介装されている。更に、ターボ過給機１３のコンプレッサ１３ａ上流側に、エアクリーナ１４が介装され、このエアクリーナ１４の下流側に、吸気温を検出する吸気温センサ１５を内蔵する吸入空気量センサ１６が介装されている。

一方、エンジン１の排気通路６に、ターボ過給機１３のタービン１３ｂが介装され、このタービン１３ｂを通過した排気が、図示しないディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）とディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）とを通過する際に所定に浄化された後、排気マフラ（何れも図示せず）を経て排出される。

タービン１３ｂ上流側の排気通路６は、ＥＧＲ通路１７を介してスロットル弁１０下流側の吸気通路５にバイパス接続されている。このＥＧＲ通路１７にＥＧＲ弁１８が介装されていると共に、このＥＧＲ弁１８の上流側にＥＧＲクーラ１９が介装されている。ＥＧＲ弁１８は、ＥＣＵ５０からの制御信号により駆動する制御モータ２０に連設されており、制御モータ２０の駆動により弁開度が可変されて、吸気系へ供給されるＥＧＲの量（ＥＧＲ量）が調整される。尚、本実施形態では、制御モータ２０として、ＥＣＵ５０からのＰＷＭ信号により回転角が設定されるＰＷＭサーボモータを採用している。

ターボ過給機１３は、可変ノズル式ターボ過給機であり、タービン１３ｂの周囲に設けられている可変ノズルのベーンがリンク機構（図示せず）を介して負圧作動式のアクチュエータ２１に連設されている。可変ノズルのベーンはタービン１３ｂに吹き付ける排気ガスの流速を調整するもので、アクチュエータ２１の動作によりベーン開度が閉方向へ変化すると、排気ガス流速が速くなり、過給圧が上昇する。逆にベーン開度が開方向へ変化すると、排気ガス流速が遅くなり、過給圧が低下する。

このアクチュエータ２１の圧力導入管に、ＥＣＵ５０からのＰＷＭ信号等の駆動信号によって駆動される負圧制御電磁弁２２が介装されており、図示しない負圧源からの負圧が負圧制御電磁弁２２で調圧されてアクチュエータ２１に導入される。これにより、可変ノズルのベーン開度が可変設定される。

次に、エンジン１の燃料噴射系について簡単に説明する。このエンジン１は、周知のコモンレール式燃料噴射システムを採用しており、燃焼室２に、ＥＣＵ５０によって制御されるインジェクタ２５が臨まされている。又、燃焼室２のインジェクタ２５の噴射ノズル近傍には、グローコントローラ２７によって通電が制御されるグロープラグ２６が臨まされている。

インジェクタ２５は、各気筒に分岐配管される燃料配管２８を介してコモンレール２９に接続されており、コモンレール２９には、図示しない燃料タンクから燃料を吸い上げて加圧するサプライポンプ３０が接続されている。そして、サプライポンプ３０によって高圧に昇圧された燃料がコモンレール２９に蓄圧され、各気筒への燃料配管２８を介して各気筒のインジェクタ２５に高圧燃料が供給される。

サプライポンプ３０は、例えばインナカム式の圧送系と電磁弁による吸入量の調量方式を備えるもので、吸入量を調整する吸入調量電磁弁３１、燃料温度を検出する燃料温度センサ３２が本体内に組込まれている。サプライポンプ３０の燃料温度センサ３２からの信号は、コモンレール２９内の燃料圧力（レール圧）を検出する燃料圧力センサ３３からの信号と共にＥＣＵ５０に入力され、他のセンサ類からの信号と共に処理される。そして、ＥＣＵ５０により、サプライポンプ３０の吐出圧すなわちコモンレール２９の燃料圧力が、例えばエンジン回転数と負荷とに応じた最適値に、吸入調量電磁弁３１を介してフィードバック制御される。

次に、ＥＣＵ５０を中心とする電子制御系について説明する。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＥＥＰＲＯＭ等の読書き自在な不揮発性記憶手段等を有する周知のマイクロコンピュータで構成されており、ＲＯＭにはＣＰＵが実行する制御プログラムや固定データ等が記憶されている。

このＥＣＵ５０の入力側に、吸気温センサ１５、吸入空気量センサ１６、燃料温度センサ３２、燃料圧力センサ３３、エンジン１の冷却水通路に臨まされて冷却水温を検出する水温センサ３４、クランク軸１ａの回転位置を検出するクランク角センサ３５、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ３６、吸気チャンバ４０に臨まされている圧力センサ３７、その他、図示しない各種センサ類やスイッチ類からの信号が入力される。ＥＣＵ５０は、これらのセンサ・スイッチ類からの信号に基づいて、燃料圧力制御、燃料噴射制御、吸気制御、過給圧制御、ＥＧＲ制御等の各種エンジン制御を実行し、エンジン１の運転状態を最適状態に維持する。

過給圧制御は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づいて運転領域が、過給圧フィードバック制御領域にあるか否かを調べ、過給圧フィードバック制御領域にある場合、過給圧フィードバック制御を実行し、過給圧フィードバック領域から外れている場合は、オープンループ制御を実行する。

一方、ＥＧＲ制御は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づいて運転領域が、ＥＧＲフィードバック制御領域にあるか否かを調べ、ＥＧＲフィードバック制御領域にある場合、ＥＧＲフィードバック制御を実行し、ＥＧＲフィードバック領域から外れている場合は、ＥＧＲ制御を禁止する。ＥＧＲフィードバック制御は低回転低負荷領域で実行され、過給圧フィードバック制御は高回転領域及び高負荷領域で実行される。両フィードバック制御は互いに制御干渉することなく実行できるように設定されており、ＥＧＲフィードバック制御領域と過給圧フィードバック制御領域との境界付近では、過給圧フィードバック制御値の上限を予め設定したガード値で制限し、過給圧フィードバック制御値がガード値に張り付いた場合、過給圧制御をオープンループ制御へ切換えると共にＥＧＲフィードバック制御を開始する協調制御が行われる。

図２、図３は、ＥＣＵ５０で実行される過給圧制御とＥＧＲ制御との協調制御を示す機能ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ５０は、過給圧制御を実行する過給圧制御手段としての過給圧制御部５０ａとＥＧＲ制御を実行するＥＧＲ（排気ガス再循環）制御手段としてのＥＧＲ制御部５０ｂとを備えている。

図２に示すように、過給圧制御部５０ａは、過給圧基本値演算部５１、過給圧フィードバック制御領域判定部５２、目標過給圧演算部５３、過給圧偏差演算部５４、過給圧フィードバック比例（Ｐ）項演算部５５、過給圧フィードバック積分（Ｉ）項演算部５６、協調制御領域判定部５７、過給圧フィードバック補正値演算部５８、積分（Ｉ）項上限判定部５９、過給圧演算部６１、アクチュエータ制御量演算部６２、積分（Ｉ）項ガード補正値演算部６３、ガード値補正後過給圧演算部６４を備えている。

又、図３に示すように、ＥＧＲ制御部５０ｂは、目標新気量演算部７１、ＥＧＲ弁基本開度演算部７２、目標新気量過給圧ガード補正値演算部７３、補正後目標新気量演算部７４、新気量偏差演算部７５、ＥＧＲフィードバック比例（Ｐ）項演算部７６、ＥＧＲフィードバック積分（Ｉ）項演算部７７、ＥＧＲフィードバック補正値演算部７８、ＥＧＲ弁開度演算部７９、モータ制御量演算部８０を備えている。

ＥＧＲ制御は、過給圧制御がオープンループ制御を実行している場合、ＥＧＲフィードバック制御を実行し、過給圧フィードバック制御を実行している場合、ＥＧＲオープンループ制御を実行する。

次に、ＥＣＵ５０で処理される過給圧制御とＥＧＲ制御との協調制御について、図２、図３に示す機能ブロック図に従って説明する。先ず、図２の示す機能ブロック図を参照して過給圧制御部５０ａの機能について説明する。

過給圧基本値演算部５１は、基本となる過給圧を設定するもので、クランク角センサ３５からのクランク角信号に基づいて算出したエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づいて過給圧基本値Ｐｐを設定する。図４（ａ）に過給圧基本値マップの概念を示す。可変ノズル式ターボ過給機１３ではベーン開度を全運転領域で制御している。過給圧基本値マップには、各運転領域において背圧の変動を抑制することのできる過給圧基本値Ｐｐを、エンジン運転領域ごとに予め実験などから求めて格納されている。

過給圧フィードバック制御許可領域判定部５２は、エンジン運転状態を特定するパラメータであるエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づき、運転領域判定マップを参照してエンジン運転領域が過給圧フィードバック制御許可領域に有るか否かを調べる。

本実施形態による過給圧制御は、過給圧オープンループ制御と過給圧フィードバック制御と協調制御との３モードを有しており、又、過給圧オープンループ制御を実行している領域では後述するＥＧＲフィードバック制御を実行し、過給圧フィードバック制御を実行している領域ではＥＧＲ制御を停止する。更に、協調制御を実行する領域では過給圧フィードバック制御とＥＧＲフィードバック制御との双方を実行する。

図５に示すように、過給圧オープンループ制御は低回転低負荷領域で実行される。又、過給圧フィードバック制御は、過給圧応答性の良好な高回転・高負荷領域で実行される。更に協調制御は、過給圧フィードバック制御が行われる領域内であって、過給圧オープンループ制御が行われる領域との境界付近で実行される。上述したように、過給圧フィードバック制御領域でＥＧＲフィードバック制御を実行させると、両フィードバック制御が干渉してしまうが、この境界付近においてもＥＧＲフィードバック制御を行えばＮＯｘ排出量を低減させることができる。一般に、過給圧フィードバック制御領域でＥＧＲフィードバック制御を行おうとした場合、過給圧を固定した状態でＥＧＲフィードバック制御を行う必要がある。しかし、過給圧を固定した場合、背圧にバラツキが生じてしまうため、本実施形態では、過給圧制御とＥＧＲ制御との双方を、制御干渉を発生させることなく実行させるようにしている。

尚、以下においては、過給圧オープンループ制御を行う領域を過給圧オープンループ制御領域、過給圧フィードバック制御を行う領域を過給圧フィードバック制御領域、協調制御を行う領域を協調制御領域と称する。又、過給圧フィードバック制御許可領域は、過給圧フィードバック制御領域と、この過給圧フィードバック制御領域に含まれている協調制御領域との双方が該当する。

そして、過給圧フィードバック制御許可領域判定部５２にて、エンジン運転領域が過給圧フィードバック制御許可領域にあると判定された場合、過給圧基本値Ｐｐをフィードバック制御時の基本値として過給圧演算部６１へ出力する。又、エンジン運転領域が過給圧フィードバック制御許可領域から外れていると判定した場合、すなわち、過給圧オープンループ制御領域にある場合は、過給圧基本値演算部５１で設定した過給圧基本値Ｐｐを最終目標過給圧Ｐｅとして（Ｐｅ←Ｐｐ）、アクチュエータ制御量演算部６２へ出力する。

アクチュエータ制御量演算部６２は、エンジン運転領域が過給圧オープンループ制御領域にある場合、過給圧基本値演算部５１で設定した過給圧基本値Ｐｐ（最終目標過給圧Ｐｅ）に対応する、所定デューティ比のＰＷＭ信号等にて負圧制御電磁弁２２の開度を制御し、可変ノズルのベーン開度を設定するアクチュエータを駆動させて、過給圧オープンループ制御を行う。

一方、目標過給圧演算部５３は、基本的に、フィードバック制御時における過給圧を設定するもので、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づいて目標過給圧Ｐｏを設定する。図４（ｂ）に目標過給圧マップの概念を示す。この目標過給圧マップには、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとで特定されるエンジン運転領域ごとに、過給圧の上がり過ぎを防止すると共に、最大出力を得られる目標過給圧Ｐｏが、予め実験などから求めて格納されている。

又、過給圧偏差演算部５４は、目標過給圧Ｐｏに対する吸気チャンバ４０に臨まされている圧力センサ３７で検出した吸入管圧力（過給圧）Ｐｔの偏差（過給圧偏差）Ｐσを算出する（Ｐσ←Ｐｏ−Ｐｔ）。

本実施形態による過給圧フィードバック制御は、周知のＰＩ（比例積分）制御を用いて行っている。そのため、過給圧フィードバックＰ項演算部５５でＰ項ゲインを設定し、過給圧フィードバックＩ項演算部５６で、Ｉ項ゲインを設定する。

すなわち、過給圧フィードバックＰ項演算部５５は、過給圧偏差Ｐσと予め設定されている不感帯幅とを比較し、過給圧偏差Ｐσが不感帯幅から最初に逸脱したと判定した場合、当該過給圧偏差Ｐσの逸脱した方向に応じ、増加側へ逸脱した場合は、マイナス値のＰ項ゲインを設定する。又、減少へ逸脱した場合は、プラス値のＰ項ゲインを設定する。尚、本実施例ではＰ項ゲインを固定値としているが、Ｐ項ゲイン過給圧偏差Ｐσに応じて設定する可変値であっても良い。又、過給圧偏差Ｐσが不感帯幅内にある場合、或いは不感帯幅から逸脱した状態が継続されている場合は、Ｐ項ゲインを０に設定する。

一方、過給圧フィードバックＩ項演算部５６は、上述した過給圧フィードバックＰ項演算部５５でＰ項ゲインがプラス側に設定された場合、過給圧偏差Ｐσが不感帯幅に収束するまでＩ項ゲインを演算周期毎に加算する。又、Ｐ項ゲインがマイナス側に設定された場合、過給圧偏差Ｐσが不感帯幅に収束するまでＩ項ゲインを演算周期毎に減算する。

協調制御領域判定部５７では、エンジン運転領域が協調制御領域に有るか否かを調べる。そして、協調制御領域から外れていると判定した場合は、過給圧フィードバック補正値演算部５８へ過給圧フィードバックＩ項演算部５６で設定したＩ項ゲインを出力する。尚、この協調制御領域判定部５７が、本発明の協調制御領域判定手段に対応している。

一方、協調制御領域判定部５７でエンジン運転領域が協調制御領域にあると判定した場合は、Ｉ項上限判定部５９へＩ項ゲインを出力する。Ｉ項上限判定部５９では、Ｉ項ゲインと、過給圧フィードバック制御値の上限として予め設定されているＩ項ガード値Ｉｏとを比較し、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏ未満の場合は（Ｉ＜Ｉｏ）、過給圧フィードバック制御を実行し、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏ以上の場合は（Ｉ≧Ｉｏ）、過給圧制御をオープンループ制御とする。すなわち、Ｉ項上限判定部５９では、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏ未満の場合は（Ｉ＜Ｉｏ）、Ｉ項ゲインを過給圧フィードバック補正値演算部５８へ出力し、通常のフィードバック制御を行うが、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏ以上の場合は（Ｉ≧Ｉｏ）、I項ゲインの上昇を制限する。

そして、このＩ項ガード値ＩｏをＩ項ガード学習補正値演算部６３と、ＥＧＲ制御の目標新気量過給圧ガード補正値演算部７３へ出力する。

過給圧フィードバック補正値演算部５８では、Ｐ項ゲインとＩ項ゲインとを加算して過給圧フィードバック補正値λｐを算出し（λｐ←Ｐ＋Ｉ）、この過給圧フィードバック補正値λｐを過給圧演算部６１へ出力する。従って、エンジン運転領域が、協調制御領域に有っても、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏ未満の場合は、過給圧フィードバック補正値λｐによる過給圧フィードバック制御が行われる。

又、過給圧演算部６１では、過給圧基本値演算部５１で求めた過給圧基本値Ｐｐを過給圧フィードバック補正値λｐで補正して、最終目標過給圧Ｐｅを算出し（Ｐｅ←Ｐｐ＋λｐ）、アクチュエータ制御量演算部６２へ出力する。

アクチュエータ制御量演算部６２では、エンジン運転領域が過給圧フィードバック制御領域にある場合、過給圧演算部６１で演算した最終目標過給圧Ｐｅに対応する、所定デューティ比のＰＷＭ信号等にて負圧制御電磁弁２２の開度を制御し、可変ノズルのベーン開度を設定するアクチュエータを駆動させて、過給圧フィードバック制御を行う。尚、この場合、エンジン運転領域が協調制御領域（図５参照）にある場合であっても、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏ未満の場合は、過給圧フィードバック制御が行われる。

又、Ｉ項ガード学習補正値演算部６３では、Ｉ項上限判定部５９で、Ｉ≧Ｉｏと判定されて、Ｉ項ガード値Ｉｏが入力された場合、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づき学習補正値マップを補間計算付きで参照して学習補正値αを設定する。図６に学習補正マップの概念を示す。この学習補正マップには、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとで特定されるエンジン運転領域ごとに、Ｉ項ガード値Ｉｏの学習補正値αが予め実験などから求めて格納されている。すなわち、上述したように、協調制御領域においてＩ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏ以上となった場合、過給圧制御はオープンループ制御となり、一方、後述するようにＥＧＲ制御はフィードバック制御となる。

上述したＩ項ガード値Ｉｏは固定値であり、エンジン運転状態に拘わらずＩ項ガード値Ｉｏに基づいて最終目標過給圧Ｐｅを設定した場合、背圧が大きく変動してしまい、ＥＧＲフィードバック制御が不安定化する。学習補正マップに格納されている学習補正値αは、エンジン運転領域が変化しても一定のＥＧＲ率が得られるように、背圧の大きな変動を抑制し、安定したＥＧＲ制御が行えるような値に設定されている。すなわち、例えば、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとが共に低い領域では、学習補正値αを大きな値に設定しても、実際の過給圧を鋭敏に追従させることができず、背圧の変動を抑制することができなくなるため、小さな値の学習補正値αが格納されている。一方、インターセプトポイント前では過給圧の追従が鋭敏であるため比較的大きな値の学習補正値αが格納されており、インターセプトポイント以降では一定値が格納されている。

図７に示すように、Ｉ項ガード値Ｉｏを学習補正値αで補正し、その値をＩ項ゲインとすることで（Ｉ←Ｉｏ＋α）、最終目標過給圧Ｐｅをある程度、過給圧フィードバック制御時に設定される最終目標過給圧Ｐｅに近い値に設定することができる。その結果、過給圧オープンループ制御であっても、過給圧の制御幅が広がり、背圧変動を抑制しつつ、エンジン運転状態に応じて最適な状態に保持させることができる。但し、この最終目標過給圧Ｐｅは、目標過給圧演算部５３で設定される目標過給圧Ｐｏよりも低い値となるように、学習補正値αが設定されている。更に、Ｉ項ガード値Ｉｏを学習補正値αで補正することで、過給圧制御がフィードバック制御からオープンループ制御へ切り替わった際に、過給圧の急激な落ち込みを防止することができる。

このＩ項ガード補正値演算部６３で設定したＩ項ゲイン（Ｉｏ＋α）は、ガード値補正後過給圧演算部６４で読込まれる。このガード値補正後過給圧演算部６４では、過給圧基本値演算部５１で設定した過給圧基本値ＰｐにＩ項ゲイン（Ｉｏ＋α）を加算した値を、最終目標過給圧Ｐｅとして（Ｐｅ←Ｐｐ＋（Ｉｏ＋α））、アクチュエータ制御量演算部６２へ出力する。アクチュエータ制御量演算部６２では、エンジン運転領域が協調制御領域にあり、且つ過給圧制御がオープンループ制御の場合、ガード値補正後過給圧演算部６４で演算した最終目標過給圧Ｐｅに対応する、所定デューティ比のＰＷＭ信号等にて負圧制御電磁弁２２の開度を制御し、可変ノズルのベーン開度を設定するアクチュエータを駆動させて、過給圧オープンループ制御を行う。

その結果、エンジン運転領域が協調制御領域にあるときの過給圧制御は、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏに達するまでは、過給圧基本値Ｐｐを、過給圧フィードバック補正値λｐで補正して、目標過給圧Ｐｏに追従させる最終目標過給圧Ｐｅを設定する過給圧フィードバック制御が行われる（Ｐｅ←Ｐｐ＋λｐ）。又、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏに達した後は、過給圧オープンループ制御へ切り替わり、過給圧基本値Ｐｐを、Ｉ項ガード値Ｉｏにエンジン運転状態に応じて設定する学習補正値αを加算した値で補正して、背圧変動を抑制した最終目標過給圧Ｐｅを設定する。

ところで、本実施形態では、エンジン運転領域が協調制御領域にある場合、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏに達すると、過給圧制御が過給圧フィードバック制御から過給圧オープンループ制御へ切り替わるため、図７に示すように、このＩ項ガード値Ｉｏに学習補正値αを加算した値（Ｉｏ＋α）と、そのときに算出されるＩ項ゲイン（一点鎖線で示すライン）との間に開きが生じる。そのため、最終目標過給圧Ｐｅが目標過給圧Ｐｏに対して未達となり過給圧不足が発生する。過給圧不足が発生すると、新気量を一定とした場合、相対的にＥＧＲ率が減少し、ＮＯｘ排出量が増加してしまう。この対策として、本実施形態では、後述するように、ＥＧＲ制御において、ＥＧＲ量ＱEGRを増加させ相対的に目標新気量Ｑｏを減少させることで、過給圧不足を補償し、ＥＧＲ率がほぼ一定となるように制御する。

次に、図３の示す機能ブロック図を参照してＥＧＲ制御部５０ｂの機能について説明する。このＥＧＲ制御は、過給圧制御がオープンループ制御状態にある場合にのみ起動し、過給圧フィードバック制御状態に有るときはＥＧＲ弁１８が全閉状態で停止する。

先ず、目標新気量演算部７１にて、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づき、図９に示すような目標新気量マップを補間計算付きで参照して目標新気量Ｑｏを算出する。この目標新気量マップには、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏと基づき最適な目標新気量Ｑｏが予め実験等により求めて格納されている。

又、ＥＧＲ弁基本開度演算部７２は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づき、図１０に示すＥＧＲ弁基本開度マップを補間計算付きで参照して、ＥＧＲ弁基本開度Ｖbaseを設定する。

目標新気量過給圧ガード補正値演算部７３は、上述した過給圧制御において、Ｉ項上限判定部５９からＩ項ガード値Ｉｏが出力された際に起動されて、後述する目標新気量補正値Ｑｋが演算される。従って、Ｉ項ガード値Ｉｏが出力されない状態では、起動されないためＱｋ＝０となる。

すなわち、協調制御領域では、過給圧制御がオーブループ制御に切換った際に、ＥＧＲフィードバック制御が起動される。上述したように、過給圧オープンループ制御では、過給圧フィードバックＩ項演算部５６で求めるＩ項ゲインよりも、Ｉ項ガード学習補正値演算部６３で設定するＩ項ゲイン（Ｉｏ＋α）が低いため、両Ｉ項ゲインの差分だけ過給圧不足が発生し、相対的にＥＧＲ率が低下する。目標新気量過給圧ガード補正値演算部７３は、この不足分を補償するため、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏと吸入管圧力（過給圧）Ｐｔとをパラメータとして、差分を補償する目標新気量補正値Ｑｋを算出し、この目標新気量補正値Ｑｋで目標新気量Ｑｏを減算し、相対的にＥＧＲ量ＱEGRを増加させることで、ＥＧＲ率がほぼ一定となるように制御する。

従って、Ｉ項上限判定部５９から出力されるＩ項ガード値Ｉｏは、エンジン運転領域が協調制御領域にある場合に、ＥＧＲフィードバック制御を許可する信号として機能し、Ｉ項ガード値Ｉｏが出力されていない場合は、ＥＧＲ制御が停止される。

そして、補正後目標新気量演算部７４で目標新気量Ｑｏから目標新気量補正値Ｑｋを減算して補正後目標新気量Ｑαを算出し（Ｑα←Ｑｏ−Ｑｋ）、新気量偏差演算部７５で、補正後目標新気量Ｑαから、吸入空気量センサ１６で検出した実際の新気量（吸入空気量）Ｑａを減算して新気量偏差Ｑσを算出する（Ｑσ←Ｑα−Ｑａ）。

ところで、各気筒にはＥＧＲ量と新気量との混合ガス量が供給されているため、ＥＧＲ量を可変することで相対的に筒内に供給される新気量が増減される。その結果、図１１に示すように、実新気量Ｑａから過給不足を補償する目標新気量補正値Ｑｋを減算することで、新気量偏差Ｑσが見かけ上、小さな値となる。従って、後述するＥＧＲフィードバックＰ項演算部７６で設定するＰ項ゲインが相対的に増加しＥＧＲ量が増加される。

本実施形態によるＥＧＲフィードバック制御は、周知のＰＩ（比例積分）制御を用いて行っている。そのため、ＥＧＲフィードバックＰ項演算部７６でＰ項ゲインを設定し、ＥＧＲフィードバックＩ項演算部７７で、Ｉ項ゲインを設定する。

すなわち、ＥＧＲフィードバックＰ項演算部７６は、新気量偏差Ｑσと予め設定されている不感帯幅とを比較し、新気量偏差Ｑσが不感帯幅から最初に逸脱したと判定した場合、当該新気量偏差Ｑσの逸脱した方向に応じ、増加側へ逸脱した場合は、マイナス値のＰ項ゲインを設定する。又、減少へ逸脱した場合は、プラス値のＰ項ゲインを設定する。尚、本実施例ではＰ項ゲインを固定値としているが、新気量偏差Ｑσに応じて設定する可変値であっても良い。又、新気量偏差Ｑσが不感帯幅内にある場合、或いは不感帯幅から逸脱した状態が継続されている場合は、Ｐ項ゲインを０に設定する。

一方、ＥＧＲフィードバックＩ項演算部７７は、上述したＥＧＲフィードバックＰ項演算部７６でＰ項ゲインがプラス側に設定された場合、新気量偏差Ｑσが不感帯幅に収束するまでＩ項ゲインを演算周期毎に加算する。又、Ｐ項ゲインがマイナス側に設定された場合、新気量偏差Ｑσが不感帯幅に収束するまでＩ項ゲインを演算周期毎に減算する。

そして、ＥＧＲフィードバック補正値演算部７８では、Ｐ項ゲインとＩ項ゲインとを加算してＥＧＲフィードバック補正値λEGRを算出し（λEGR←Ｐ＋Ｉ）、このＥＧＲフィードバック補正値λEGRをＥＧＲ弁開度演算部７９へ出力する。

ＥＧＲ弁開度演算部７９では、ＥＧＲ弁基本開度演算部７２で求めたＥＧＲ弁基本開度ＶbaseをＥＧＲフィードバック補正値λEGRで補正して、最終目標弁開度Ｖｅを算出し（Ｖｅ←Ｖbase＋λEGR）、モータ制御量演算部８０へ出力する。

モータ制御量演算部８０では、制御モータ２０に対して、ＥＧＲ弁開度演算部７９で演算した最終目標弁開度Ｖｅに対応するＰＷＭ信号を出力し、制御モータ２０を所定角度回転させて、この制御モータ２０に連設するＥＧＲ弁１８の弁開度を可変させることで、吸気系へ供給するＥＧＲ量を制御する。

このように、本実施形態では、エンジン運転領域が、過給圧フィードバック制御領域であって、過給圧オープンループ制御との境界付近に設定されている協調制御領域にある場合に、過給圧フィードバック制御のＩ項ゲインが予め設定したＩ項ガード値Ｉｏに達する間では、過給圧フィードバック制御を実行すると共に、ＥＧＲ制御を停止するようにしたので、過給圧制御とＥＧＲ制御との制御干渉を回避することができる。

又、協調制御領域において、過給圧フィードバック制御のＩ項ゲインが予め設定したＩ項ガード値Ｉｏを超えた場合、過給圧制御はオーブンループ制御に切換えられ、又ＥＧＲ制御はフィードバック制御が開始されるので、過給圧フィードバック制御とＥＧＲフィードバック制御との制御干渉が回避されると共に、ＥＧＲフィードバック制御の機会が増加し、良好なＮＯｘ低減効果等を得ることができる。

更に、過給圧制御では、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏに達するまで過給圧フィードバック制御を実行し、Ｉ項ゲインがＩ項ガード値Ｉｏに達した場合、このＩ項ガード値Ｉｏに学習補正値αを加算した値で過給圧オープンループ制御を行うので、過給圧オープン制御へ移行した場合であっても過給圧の急激な落ち込みを防止することができる。又、この学習補正値αは、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌｏとに基づいて、背圧が安定するような値に設定されているため、安定した背圧を得ることができ、良好なＥＧＲフィードバック制御を実行させることができる。

一方、協調制御領域におけるＥＧＲフィードバック制御では、過給圧オープンループ制御における過給不足分を目標新気量Ｑｏから減算して補正後目標新気量Ｑαを算出し、この補正後目標新気量Ｑαと実測による新気量Ｑとの偏差に応じたＥＧＲフィードバック補正値λEGRを設定しているので、ＥＧＲ率がほぼ一定となり、良好なＮＯｘ低減効果を得ることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば採用するエンジンはディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンであっても良い。

ディーゼルエンジンの制御系の全体構成図 過給圧制御を示す機能ブロック図 ＥＧＲ制御を示す機能ブロック図 （ａ）は過給圧基本値マップの概念図、（ｂ）は目標過給圧マップの概念図 過給圧制御におけるオーブンループ制御領域とフィードバック制御領域と協調制御領域とを示す説明図 学習補正マップの概念図 ＰＩ制御により設定する過給圧フィードバック補正値の説明図 目標過給圧と最終目標過給圧との関係を示す説明図 目標新気量マップの概念図 ＥＧＲ弁基本開度マップの概念図 協調制御領域における目標新気量とＥＧＲフィードバック制御との関係を示す説明図

符号の説明

１…ディーゼルエンジン、
１３…ターボ過給機、
１６…吸入空気量センサ、
１８…ＥＧＲ弁、
３７…圧力センサ、
５０…エンジン制御装置、
５０ａ…過給圧制御部、
５０ｂ…ＥＧＲ制御部、
５１…過給圧基本値演算部、
５２…過給圧フィードバック制御許可領域判定部、
５３…目標過給圧演算部、
５４…過給圧偏差演算部、
５５…過給圧フィードバックＰ項演算部、
５６…過給圧フィードバックＩ項演算部、
５７…協調制御領域判定部、
５８…過給圧フィードバック補正値演算部、
５９…Ｉ項上限判定部、
６１…過給圧演算部、
６２…アクチュエータ制御量演算部、
６３…Ｉ項ガード補正値演算部、
６４…ガード値補正後過給圧演算部、
７１…目標新気量演算部、
７２…ＥＧＲ弁基本開度演算部、
７３…目標新気量過給圧ガード補正値演算部、
７４…補正後目標新気量演算部、
７５…新気量偏差演算部、
７６…ＥＧＲフィードバックＰ項演算部、
７７…ＥＧＲフィードバックＩ項演算部、
７８…ＥＧＲフィードバック補正値演算部、
７９…ＥＧＲ弁開度演算部、
８０…モータ制御量演算部、
Ｉｏ…Ｉ項ガード値、
Ｌｏ…エンジン負荷、
Ｎｅ…エンジン回転数、
Ｐｅ…最終目標過給圧、
Ｐｏ…目標過給圧、
Ｐｐ…過給圧基本値、
Ｐｔ…過給圧、
Ｐｔｏ…目標過給圧、
Ｐσ…過給圧偏差、
Ｑａ…新気量、
Ｑｋ…目標新気量補正値、
Ｑｏ…目標新気量
Ｑα…補正後目標新気量、
Ｑσ…新気量偏差、
α…学習補正値、
λEGR…ＥＧＲフィードバック補正値、
λｐ…過給圧フィードバック補正値、

Claims (4)

1. 背圧を利用して新気を加圧する過給機と、
   排気ガスの一部を燃焼室へ還流させる排気ガス再循環装置と、
   前記過給機の過給圧を制御する過給圧制御手段と、
   前記排気ガス再循環装置の排気ガス再循環率を制御する排気ガス再循環制御手段と、
   エンジン運転領域が、過給圧をフィードバック制御する過給圧フィードバック制御領域であって過給圧オープンループ制御領域との境界に設定されている協調制御領域にあるか否かを判定する協調制御領域判定手段と
   を備え、
   前記過給圧制御手段は、前記協調制御領域判定手段にてエンジン運転領域が前記協調制御領域にあると判定した場合、過給圧オープンループ制御を実行し、
   前記排気ガス再循環制御手段は、エンジン運転領域が前記協調制御領域にある場合であって、前記過給圧制御手段が過給圧オープンループ制御を実行しているときは、排気ガス再循環量のフィードバック制御を実行する
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記協調制御領域において、
   前記過給圧制御手段は、前記過給圧フィードバック制御値の上限を規制し、該過給圧フィードバック制御値が前記上限に達したときに、前記過給圧オープンループ制御を実行し、
   前記排気ガス再循環制御手段は、前記過給圧オープンループ制御による過給圧不足を補償する排気ガス再循環量のフィードバック制御を実行する
   ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの制御装置。
3. 前記協調制御領域において、
   前記過給圧制御手段は、前記過給圧フィードバック制御値が上記上限に達したと判定された場合は、エンジン運転状態に基づいて設定した過給圧基本値に前記過給圧フィードバック制御値の上限及び該過給圧フィードバック制御値の上限を補正する学習補正値を加算した値に基づいて前記過給圧オープンループ制御を実行し、
   前記排気ガス再循環制御手段は、前記過給圧制御手段がオープンループ制御を実行していると判定された場合、目標過給圧と実際の過給圧との乖離分に応じた目標新気量補正値を設定し、エンジン運転状態に基づいて設定した目標新気量から前記目標新気量補正値を減算した値と、実際の新気量との差分に応じて排気ガス再循環量をフィードバック制御する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
4. 前記目標新気量補正値は、エンジン回転数とエンジン負荷と実際の過給圧とに基づいて設定する
   ことを特徴とする請求項３記載のエンジンの制御装置。

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