JP2010112307A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関に付帯する排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置のＥＧＲ率またはＥＧＲ量を吸気管内圧力とともに制御するに際して、外部ＥＧＲバルブの開度が飽和したままＥＧＲ率またはＥＧＲ量が目標値を達成できない状態を有効に回避する。
【解決手段】ＥＧＲバルブの開度が飽和し、かつＥＧＲ率またはＥＧＲ量ｙ₁とその目標値ｒ₁との間に偏差ｚ₁が残存している暁には、吸気管内圧力の目標値を本来あるべき値ｒ₂から敢えて増減させることにより可変ターボのノズルベーンを駆動し、以てＥＧＲバルブ開度の飽和を解消しつつ偏差ｚ₁の縮小を図るようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関及びこれに付帯する排気ガス再循環装置を制御する制御装置に関する。

下記特許文献１に開示されている排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムは、過給機を備えた内燃機関のＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）を制御するものである。過給圧とＥＧＲ率との間には相互干渉が存在し、１入力１出力のコントローラで過給圧、ＥＧＲ率の両方を同時に制御することは難しい。しかも、内燃機関の運転領域によって応答性が異なる上、過給機にはターボラグ（むだ時間）がある。このような事情から、特許文献１に記載のシステムでは、非線形制御対象に対して有効な制御手法であるスライディングモード制御を採用し、相互作用を考慮した他入力多出力のコントローラを設計してＥＧＲ制御をしている。
特開２００７−０３２４６２号公報

上記例の如き多入力多出力の協調制御では、吸気管内圧力とＥＧＲ率とをともにあるべき目標値に追従させようとする。しかし、協調制御であるが故に、極端な環境条件や大きな外乱、または部材のばらつき等に起因するモデル化誤差（摂動）によって、双方の偏差を同時に０に制御できない状況が発生し得る。

一例を挙げると、排気管内圧力が非常に低いときには、外部ＥＧＲバルブの開度を１００％全開としてもＥＧＲ率を目標値に到達させられないおそれがある。このような場合、ＥＧＲバルブを操作するサーボ制御コントローラは、制御入力値としてＥＧＲバルブに１００％を超える開度を与えようとする。が、バルブの開度を実際に１００％よりも大きくすることは物理的に不可能である。結局、ＥＧＲバルブの開度が飽和したまま、ＥＧＲ率の目標値を達成できずに偏差が残存し、排気ガスの悪化やエンジン出力の低下等を招いてしまう。

また、制御コントローラが算出する制御入力値が操作部を飽和させてしまうほどの過大値または過小値となっていると、以後に制御出力の目標値が変化したとしても、それに合わせて操作部が速やかに作動しないという別の不具合も生起する。例えば、制御コントローラが制御入力としてのＥＧＲバルブ開度を１００％超の値に見積もっている状況下で、ＥＧＲ率の目標値が下降してＥＧＲバルブを絞る必要が生じた際には、制御コントローラが算出するＥＧＲバルブ開度の値も徐々に減少する。にもかかわらず、開度が飽和しているＥＧＲバルブは、制御コントローラから与えられるＥＧＲバルブ開度の値が１００％を切るまでの間は開度が全く変化しない。このことは、ＥＧＲ率の制御収束性の遅れにつながる。

本発明は、以上に述べた新規な課題に初めて着目してなされたものであり、ＥＧＲ制御を含む多入力多出力の制御系において、一部の操作部の操作量が飽和したまま重要な制御出力が目標値を達成できない状態を有効に回避することを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関に付帯する排気ガス再循環装置のＥＧＲ率またはＥＧＲ量を、他の制御量とともに制御するものであって、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量に変化を与える操作部の操作量が飽和し、かつＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との間に偏差が残存している場合において、他の制御量の目標値を本来の値から増減させることにより、前記操作量の飽和を解消しつつ前記偏差を縮小することを特徴とする制御装置を構成した。

つまり、重要な制御量であるＥＧＲ率またはＥＧＲ量をあるべき目標値に到達させるために、他の制御量の目標値を敢えて本来あるべき値から改変し、これによりＥＧＲ率またはＥＧＲ量の制御に寄与する操作部の操作量の飽和を解消する、換言すればコントローラが算出する制御入力値を飽和しない範囲の値に誘導するようにしたのである。本発明の制御装置を用いるならば、ＥＧＲバルブ等に与える制御入力値が過大値または過小値となる問題が回避され、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量を適確に目標値近傍に到達させることが可能になる。加えて、制御対象プラントの現在状況、具体的には内燃機関の運転領域等が遷移する際の制御収束性または速応性の向上をも見込める。即ち、ＥＧＲバルブ等の開度を恒常的に非飽和範囲の値に誘導しておけば、運転領域等の遷移時にも即座にＥＧＲバルブの開度が変動し、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量を目標値に向けて速やかに変化させることができる。また、本発明では、プラントのモデル自体、即ち状態方程式における係数行列や入力行列等のパラメータのオンライン更新を伴わないので、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の演算負荷を徒に増大させることもない。

ＥＧＲ率またはＥＧＲ量を、吸気管内圧力とともに制御するものにおいては、ＥＧＲバルブの開度が飽和し、かつＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との間に偏差が残存している場合に、吸気管内圧力の目標値を本来の値から嵩上げすることにより、ＥＧＲバルブ開度の飽和を解消しつつ前記偏差を縮小せしめる。

可変ターボ過給機を備えた内燃機関の制御では、吸気管内圧力の目標値を本来の値から嵩上げすることにより可変ノズルターボのノズル開度（開口断面積）を変動させ、以てＥＧＲバルブ開度の飽和を解消しつつＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との偏差を縮小することができる。

なお、時には、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量の目標追従性よりも吸気管内圧力の目標追従性を優先することも想定される。例えば、高回転かつ高負荷の運転領域において、吸気管内圧力を適確に制御したいことがある。このようなケースでは、吸気管内圧力に変化を与える操作部の操作量が飽和して、吸気管内圧力とその目標値との間に偏差が残ってしまうことが問題となる。その場合、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量の目標値を本来の値から増減させることにより、前記操作量の飽和を解消しつつ前記偏差を縮小する制御を実施するのがよい。例えば、吸気管内圧力に影響を及ぼす可変ノズルターボのノズル開度が飽和しているならば、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量の目標値の増減を通じてＥＧＲバルブの開度を変動させ、可変ノズルターボのノズル開度の飽和を解消することができる。

本発明によれば、ＥＧＲ制御を含む多入力多出力の制御系において、一部の操作部の操作量が飽和したまま重要な制御出力が目標値を達成できない状態を有効に回避し得る。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すものは、本発明の適用対象の一であるＥＧＲシステムである。内燃機関２に付帯するこのＥＧＲシステムは、吸排気系３、４における複数の流体圧または流量に関する値を検出するための計測器（または、センサ）１１、１２と、それらの値に目標値を設定し、各値を目標値に追従させるべく複数の操作部４５、４２、３３を操作する制御装置たるＥＣＵ５とを具備してなる。

内燃機関２は、例えば過給機を備えたディーゼルエンジンである。内燃機関２の吸気系３には、可変ターボのコンプレッサ３１を配設するとともに、その下流に吸気冷却用のインタークーラ３２、及び吸入空気（新気）量を調節するＤスロットルバルブ３３を設ける。また、吸入空気量を計測する流量計１１、吸気管内圧力を計測する圧力計１２をそれぞれ設置する。

内燃機関２の排気系４には、コンプレッサ３１を駆動するタービン４１を配設し、タービン４１の入口には過給機のＡ／Ｒ比を増減させるためのノズルベーン４２を設ける。そして、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ＥＧＲ通路４３を形成する。ＥＧＲ通路４３は、吸気系３におけるスロットルバルブ３３よりも下流に接続する。ＥＧＲ通路４３には、排気冷却用のＥＧＲクーラ４４と、通過する排気ガス（ＥＧＲガス）量を調節する外部ＥＧＲバルブ４５とを設ける。

本実施形態では、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）と、吸気管内圧力とについて各々目標値を設定し、双方の制御量を一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２及びスロットルバルブ３３を操作する制御を実施する。

ＥＧＲバルブ４５、ノズルベーン４２、スロットルバルブ３３は、ＥＣＵ５により統御されてその開度をリニアに変化させる。各操作部４５、４２、３３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。

ＥＣＵ５は、プロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路等を包有するマイクロコンピュータである。ＥＣＵ５は、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力を検出するための計測器１１、１２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値を知得することができる。

因みに、本実施形態では、ＥＧＲ率を直接計測していない。内燃機関２のシリンダに入る空気量は、可変ターボのノズル開度を基に予測することが可能である。その空気量の予測値をｇ_cylとおき、流量計１１で計測される吸入空気量をｇ_aとおくと、推定ＥＧＲ率ｅ_egrについて、ｅ_egr＝１−ｇ_a／ｇ_cylなる関係が成立する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、可変ターボのノズル開度とシリンダに入る空気量との関係を定めたマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、可変ターボのノズル開度をキーとしてマップを検索し、シリンダに入る空気量の予測値を得、これと吸入空気量とを上記式に代入してＥＧＲ率を算出する。

並びに、ＥＣＵ５は、ＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２、スロットルバルブ３３や、燃料噴射を司るインジェクタ及び燃料ポンプ等（図示せず）と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。

ＥＣＵ５で実行するべきプログラムはＲＯＭまたはフラッシュメモリに予め記憶されており、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。ＥＣＵ５は、プログラムに従い内燃機関２を制御する。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インジェクタ等に入力して燃料噴射を制御する。その上で、ＥＣＵ５は、プログラムに従い、図２ないし４に示すスライディングモードコントローラ５１、及び目標値補正部５２としての機能を発揮する。

スライディングモードコントローラ５１は、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力のスライディングモード制御を担う。フィードバック制御時、ＥＣＵ５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、要求噴射量を決定する。続いて、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ＥＧＲ率及び目標吸気管内圧力を設定する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の目標値を得る。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最終的な目標値とする。

そして、ＥＣＵ５は、計測器１１、１２が出力する信号を受け取ってＥＧＲ率及び吸気管内圧力の現在値を知得し、各制御量の現在値と目標値との偏差からＥＧＲバルブ４５の開度、可変ターボのノズル４２の開度及びスロットルバルブ３３の開度を演算して、各々の操作量に対応する駆動信号をそれら操作部４５、４２、３３に入力、開度を操作する。

ＥＧＲ率の適応スライディングモード制御に関して補記する。状態方程式及び出力方程式は、下式（数１）の通りである。

本実施形態では、状態量ベクトルＸを出力ベクトルＹから直接知得できる構造とする、換言すれば計測器１１、１２を介して検出可能な値を直接の制御対象とすることにより、状態推定オブザーバを排して推定誤差に伴う制御性能の低下を予防している。出力行列Ｃは既知、本実施形態では単位行列とする。

プラントのモデル化、即ち状態方程式（数１）における係数行列Ａ及び入力行列Ｂの同定にあたっては、各操作部４５、４２、３３に様々な周波数からなるＭ系列信号を入力して開度を操作し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の値を観測して、その入出力データから行列Ａ、Ｂを同定する。各操作部４５、４２、３３に入力するＭ系列信号は、互いに無相関なものとする。これにより、各値の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。

図４に、適応スライディングモード制御系のブロック線図を示す。スライディングモードコントローラ５１の設計手順には、切換超平面の設計と、状態量を切換超平面に拘束するための非線形切換入力の設計とが含まれる。

１形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルＸに、目標値ベクトルＲと出力ベクトルＹとの偏差の積分値ベクトルＺを付加した新たな状態量ベクトルＸ_eを定義すると、下式（数２）に示す拡大系の状態方程式を得る。

安定余裕を考慮し、切換超平面の設計にはシステムの零点を用いた設計手法を用いる。即ち、上式（数２）の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように超平面を設計する。切換関数σを式（数３）で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合にσ＝０かつ式（数４）が成立する。

故に、スライディングモードが生じているときの線形入力（等価制御入力）は、下式（数５）となる。

上式（数５）の線形入力を拡大系の状態方程式（数２）に代入すると、下式（数６）の等価制御系となる。

この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Ｒを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式（数７）が成立する。

上式（数７）の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式（数８）となる。

行列Ｐ_sは、リカッチ方程式（数９）の正定解である。

リカッチ方程式（数９）におけるＱ_sは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。ｑ₁、ｑ₂は偏差の積分Ｚに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定する。ｑ₃、ｑ₄は出力Ｙに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定する。また、リカッチ方程式（数９）におけるＲ_sは制御入力の重み行列で、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧０となるように指定する。

なお、上記式（数８）、（数９）に替えて、以下に示す離散系の超平面構築式（数１０）及び代数リカッチ方程式（数１１）を用いてもよい。

超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法を用いる。ここでは、制御入力Ｕを、線形入力Ｕ_eqと新たな入力即ち非線形入力（非線形制御入力）Ｕ_nlとの和として、下式（数１２）で表す。

切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式（数１３）のように選び、これを微分すると式（数１４）となる。

式（数１２）を式（数１４）に代入すると、下式（数１５）となる。

非線形入力Ｕ_nlを下式（数１６）とすると、リアプノフ関数の微分は式（数１７）となる。

従って、切換ゲインｋを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードが保証される。このときの制御入力Ｕは、下式（数１８）である。

ηはチャタリング低減のために導入した平滑化係数であって、η＞０である。

スライディングモード制御では、状態量を超平面に拘束するために非線形ゲインを大きくする必要がある。だが、非線形ゲインを大きくすると、制御入力にチャタリングが発生する。そこで、モデルの不確かさを、構造が既知でパラメータが未知な確定部分と、構造が未知だがその上界値が既知な不確定部分とに分ける。状態方程式（数１）に不確かさ（ｆ＋Δｆ）を加え、下式（数１９）で表す。

不確かさの確定部分ｆは、未知パラメータθを同定することで補償される。さすれば、切換ゲインは不確かさの不確定部分Δｆのみにかかることとなり、切換ゲインが不確実成分全体（ｆ＋Δｆ）にかかる場合と比べて制御入力のチャタリングを大幅に低減できる。

制御入力Ｕは、式（数１８）に適応項Ｕ_adを追加した下式（数２０）となる。

制御入力（数２０）におけるΓ₁は、適応ゲイン行列である。関数ｈは、一般には状態量ｘ及び／または未知パラメータθの関数とするが、本実施形態ではｈをｘ及びθに無関係な単純式、定数とすることにより、ｘを速やかに収束させ、θの適応速度を高めるようにしている。特に、ｈ＝１とした場合、推定パラメータを下式（数２１）に則って同定することができる。

本実施形態では、ＥＧＲ率ｙ₁及び吸気管内圧力ｙ₂を制御出力変数とし、ＥＧＲバルブ４５の開度ｕ₁、可変ターボのノズル４２の開度ｕ₂及びスロットルバルブ３３の開度ｕ₃を制御入力変数とした３入力２出力のフィードバック制御を行う。状態変数の個数（システムの次数）は、当初の系（数１）では出力変数の個数と同じく２、拡大系（数２）では４となる。制御出力及び状態量をこのように特定することで、排気ガスに直接触れる箇所に流量計等の計測器を設置する必要がなくなる。

尤も、本実施形態のような３入力２出力のシステムでは、ｄｅｔ（ＳＢ_e）＝０が成立し、行列（ＳＢ_e）は正則とはならない。そこで、逆行列（ＳＢ_e）^-1を、一般化逆行列として算定する。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列（ＳＢ_e）^†を用いる。

しかして、目標値補正部５２は、ＥＧＲ率に変化を与える操作部４５の操作量が飽和し、かつＥＧＲ率とその目標値との間に偏差が残存している場合において、吸気管内圧力の目標値を本来あるべき値から増減させる。

例えば、排気管内圧力が非常に低いときには、ＥＧＲバルブ４５の開度を１００％全開としてもＥＧＲ率ｙ₁を目標値ｒ₁に到達させられないおそれがある。このような場合、スライディングモードコントローラ５１は、制御入力ｕ₁としてのＥＧＲバルブ４５の開度を１００％超と算定する。が、バルブ開度を実際に１００％よりも大きくすることは物理的に不可能である。結果、図６に示すように、ＥＧＲバルブ４５の実開度が飽和したまま、ＥＧＲ率ｙ₁とその目標値ｒ₁との偏差ｚ₁が残ってしまい、排気ガスの悪化やエンジン出力の低下等の問題を招く。

さらに、スライディングモードコントローラ５１が算出する制御入力ｕ₁の値がＥＧＲバルブ４５の開度を飽和させてしまうほどの過大値となっていると、その後に内燃機関２の運転領域等が遷移してＥＧＲ率の目標値が下降したとしても、それに合わせてＥＧＲバルブ４５が速やかに作動しない。即ち、スライディングモードコントローラ５１は、ＥＧＲ率の目標値が下降するのに応じて制御入力値ｕ₁を徐々に減少させるが、１００％を超えていた制御入力値ｕ₁が１００％を切るまでの期間は、ＥＧＲバルブ４５の開度は飽和したままで変化しない。このことは、ＥＧＲ率ｙ₁の制御収束性の遅れにつながる。

上述の事象を回避するために、目標値補正部５２は、図３及び図５に示しているように、吸気管内圧力の目標値を、エンジン回転数や燃料噴射量等に基づいて定まる本来の値ｒ₂から敢えて（Δｒ₂分）嵩上げする。吸気管内圧力の目標値が上昇すると、スライディングモードコントローラ５１が算出する制御入力の値も変動する。特に、制御入力ｕ₂である可変ターボのノズルベーン４２の開度が、過給圧を高める方向に変化する（つまり、ノズルベーン４２の開度が絞られる）。それとともに、制御入力ｕ₁であるＥＧＲバルブ４５の開度が減少する。ひいては、実際のＥＧＲバルブ４５の開度が飽和状態を脱してスライディングモードコントローラ５１が算出する制御入力値ｕ₁に合致するようになり、ＥＧＲ率ｙ₁とその目標値ｒ₁との偏差ｚ₁が縮小する。但し、吸気管内圧力ｙ₂は、本来の目標値ｒ₂よりも高くなる。いわば、吸気管内圧力の目標追従性を犠牲にしてＥＧＲ率の目標追従性を確保していることになる。

目標値補正部５２は、制御入力ｕ₁たるＥＧＲバルブ４５の開度が飽和値（開度１００％）または飽和値近傍の所定閾値に達しており、並びに、計測器１１を介して検出されるＥＧＲ率ｙ₁とその目標値ｒ₁との偏差ｚ₁の大きさが所定閾値以上またはこれを上回ることを条件として、吸気管内圧力の目標値の補正量Δｒ₂を決定し、本来の目標値ｒ₂にこの補正量Δｒ₂を加味した新たな目標値ｒ₂＋Δｒ₂を演算してコントローラ５１に与える。吸気管内圧力の目標値の補正量Δｒ₂は、ＥＧＲ率ｙ₁と目標値ｒ₁との偏差ｚ₁に、プラントのモデルのステップ応答定常ゲインの逆数を乗じた値である。

ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、ＥＧＲ率ｙ₁及び偏差ｚ₁（または、目標値ｒ₁）に対応して設定するべき補正量Δｒ₂を示すマップデータが記憶されている。目標値補正部５２は、このマップを参照して補正量Δｒ₂を決定する。即ち、ＥＧＲ率ｙ₁及び偏差ｚ₁をキーとしてマップを検索し、補正量Δｒ₂を得る。

翻って、ＥＧＲバルブ４５の開度が飽和値または飽和値近傍の所定閾値に達していない、または、ＥＧＲ率ｙ₁とその目標値ｒ₁との偏差ｚ₁の大きさが所定閾値よりも小さい場合には、通常通りエンジン回転数や燃料噴射量等に基づいて定まる目標吸気管内圧力ｒ₂をそのままコントローラ５１に与える。

本実施形態によれば、内燃機関２に付帯する排気ガス再循環装置のＥＧＲ率またはＥＧＲ量を、他の制御量とともに制御するものであって、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量に変化を与える操作部４５の操作量が飽和し、かつＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との間に偏差が残存している場合において、他の制御量の目標値を本来の値から増減させることにより、前記操作量４５の飽和を解消しつつ前記偏差を縮小することを特徴とする制御装置を構成したため、操作部４５の操作量の飽和を回避してＥＧＲ率またはＥＧＲ量を恒常的に目標値近傍に到達させることが可能になる。加えて、内燃機関２の運転領域等が遷移する際の制御収束性または速応性の向上をも見込める。即ち、操作部４５の開度を恒常的に非飽和範囲の値に誘導しておけば、運転領域等の遷移時にも即座に操作部４５の開度が変動し、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量を目標値に向けて速やかに変化させることができる。本実施形態の制御装置では、ＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との偏差の有無によってフィードバックコントローラ５１の内容を切り換えるようなことは行わないので、複数のモデルを同定し複数のコントローラを設計するといった工数の増大を甘受せずに済み、またＥＣＵ５の演算負荷を徒に増大させることもない。

ＥＧＲ率またはＥＧＲ量を、吸気管内圧力とともに制御するものとし、ＥＧＲバルブ４５の開度が飽和し、かつＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との間に偏差が残存している場合に、吸気管内圧力の目標値を本来の値から嵩上げすることにより、ＥＧＲバルブ開度の飽和を解消しつつ前記偏差を縮小せしめるようにしており、ＥＧＲバルブ４５が全開して飽和してしまう問題を好適に回避できる。

可変ターボ過給機を備えた内燃機関２の制御であり、吸気管内圧力の目標値を本来の値から嵩上げすることにより、可変ノズルターボのノズル４２の開度を変動させるようにしており、ＥＧＲバルブ４５の開度の飽和を解消しつつＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との偏差を速やかに縮小することが可能となっている。

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。上記実施形態では、吸気管内圧力よりもＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）の目標追従性の方を重視していたが、これとは逆に、ＥＧＲ率の目標追従性を犠牲にして吸気管内圧力の目標追従性を優先することも考えられる。

例えば、高回転かつ高負荷の運転領域において、吸気管内圧力ｙ₂を適確に抑制したいことがある。そのようなケースでは、吸気管内圧力ｙ₂に変化を与える操作部４２の操作量が飽和して、吸気管内圧力ｙ₂とその目標値ｒ₂との間に偏差ｚ₂が残ってしまうことが問題となる。排気管内圧力が既に高い状態であると、可変ターボのノズルベーン４２を過給圧を低める方向に操作した（つまり、ノズルベーン４２の開度を開けた）としても過給圧が十分に低下せず、故にノズルベーン４２の開度を１００％全開としても吸気管内圧力ｙ₂を目標値ｒ₂に到達させられないおそれがある。この場合、スライディングモードコントローラ５１は、制御入力ｕ₂としてのノズル４２の開度を１００％超と算定する。が、バルブ開度を実際に１００％よりも大きくすることは物理的に不可能である。結果、ノズル４２の実開度が飽和したまま、吸気管内圧力ｙ₂とその目標値ｒ₂との偏差ｚ₂が定常的に残存してしまう。

上述の事象を回避するために、目標値補正部５２は、ＥＧＲ率の目標値を、エンジン回転数や燃料噴射量等に基づいて定まる本来の値ｒ₁から敢えて嵩上げする。ＥＧＲ率の目標値が上昇すると、スライディングモードコントローラ５１が算出する制御入力の値も変動する。特に、制御入力ｕ₁であるＥＧＲバルブ４５の開度が増大し、それとともに（排気管内圧力が低下することから）制御入力ｕ₂であるノズルベーン４２の開度が減少する。ひいては、実際のノズルベーン４２の開度が飽和状態を脱してスライディングモードコントローラ５１が算出する制御入力値ｕ₂に合致するようになり、吸気管内圧力ｙ₂とその目標値ｒ₂との偏差ｚ₂が縮小する。但し、ＥＧＲ率ｙ₁は、本来の目標値ｒ₁よりも高くなる。

目標値補正部５２は、制御入力ｕ₂たるノズルベーン４２の開度が飽和値（開度１００％）または飽和値近傍の所定閾値に達しており、並びに、計測器１２を介して検出される吸気管内圧力ｙ₂とその目標値ｒ₂との偏差ｚ₂の大きさが所定閾値以上またはこれを上回ることを条件として、ＥＧＲ率の目標値の補正量Δｒ₁を決定し、本来の目標値ｒ₁にこの補正量Δｒ₁を加味した新たな目標値ｒ₁＋Δｒ₁を演算してコントローラ５１に与える。ＥＧＲ率の目標値の補正量Δｒ₁は、吸気管内圧力ｙ₂と目標値ｒ₂との偏差ｚ₂に、プラントのモデルのステップ応答定常ゲインの逆数を乗じた値である。

ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、吸気管内圧力ｙ₂及び偏差ｚ₂（または、目標値ｒ₂）に対応して設定するべき補正量Δｒ₁を示すマップデータが記憶されている。目標値補正部５２は、このマップを参照して補正量Δｒ₁を決定する。即ち、吸気管内圧力ｙ₂及び偏差ｚ₂をキーとしてマップを検索し、補正量Δｒ₁を得る。

翻って、ノズルベーン４２の開度が飽和値または飽和値近傍の所定閾値に達していない、または、吸気管内圧力ｙ₂とその目標値ｒ₂との偏差ｚ₂の大きさが所定閾値よりも小さい場合には、通常通りエンジン回転数や燃料噴射量等に基づいて定まる目標ＥＧＲ率ｒ₁をそのままコントローラ５１に与える。

あるいは、吸気管内圧力をできる限り高めようとして、可変ターボのノズルベーン４２を過給圧を高める方向に操作した（つまり、ノズルベーン４２の開度を絞った）結果、ノズルベーン４２の実開度が低位に飽和してしまうこともあり得る。その際には、ＥＧＲ率の目標値を本来の値ｒ₁から敢えて低減させることにより、ＥＧＲバルブ４５の開度の減少を惹起して（排気管内圧力を高めて）ノズルベーン４２の開度を開けつつ吸気管内圧力ｙ₂とその目標値ｒ₂との偏差ｚ₂を縮小する。

ＥＧＲ制御系における制御入力変数は、ＥＧＲバルブ開度、可変ノズルターボ開度及びスロットルバルブ開度には限定されない。制御出力変数も、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）及び吸気管内圧力には限定されない。これら以外の新たな入力変数、出力変数を付加することも可能である。例えば、吸気系に過給機（のコンプレッサ）をバイパスする通路が存在している場合、その通路上に設けられたバルブをも操作することがある。このとき、当該バイパス通路内の圧力または流量等を制御出力変数に含め、当該バイパス通路上のバルブの開度を制御入力変数に含めることができる。

フィードバックコントローラが実現する多入力多出力制御の手法はスライディングモード制御には限定されず、スライディングモード制御以外の手法、例えば最適制御、Ｈ_∞制御、バックステッピング制御等を採用しても構わない。

その他各部の具体的構成は、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。

本発明の一実施形態におけるＥＧＲシステムのハードウェア資源構成図。 同実施形態の制御装置の構成説明図。 同実施形態の制御装置の構成説明図。 適応スライディングモードコントローラのブロック線図。 同実施形態の制御装置によるＥＧＲ制御例を示すタイミング図。 従来の制御装置によるＥＧＲ制御例を示すタイミング図。

符号の説明

４２…可変ターボのノズルベーン（操作部）
４５…ＥＧＲバルブ（操作部）
５…ＥＣＵ（制御装置）
５１…適応スライディングモードコントローラ
５２…目標値補正部

Claims (4)

1. 内燃機関に付帯する排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置のＥＧＲ率またはＥＧＲ量を、他の制御量とともに制御するものであって、
   ＥＧＲ率またはＥＧＲ量に変化を与える操作部の操作量が飽和し、かつＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との間に偏差が残存している場合において、
   他の制御量の目標値を本来の値から増減させることにより、前記操作量の飽和を解消しつつ前記偏差を縮小することを特徴とする制御装置。
2. ＥＧＲ率またはＥＧＲ量を、吸気管内圧力とともに制御するものであり、
   ＥＧＲバルブの開度が飽和し、かつＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との間に偏差が残存している場合において、
   吸気管内圧力の目標値を本来の値から嵩上げすることにより、ＥＧＲバルブ開度の飽和を解消しつつ前記偏差を縮小する請求項１記載の制御装置。
3. 過給機を備えた内燃機関の制御にあたり、吸気管内圧力の目標値を本来の値から嵩上げすることにより可変ノズルターボのノズル開度を変動させ、ＥＧＲバルブ開度の飽和を解消しつつＥＧＲ率またはＥＧＲ量とその目標値との偏差を縮小する請求項２記載の制御装置。
4. 内燃機関に付帯する排気ガス再循環装置のＥＧＲ率またはＥＧＲ量を、吸気管内圧力とともに制御するものであって、
   吸気管内圧力に変化を与える操作部の操作量が飽和し、かつ吸気管内圧力とその目標値との間に偏差が残存している場合において、
   ＥＧＲ率またはＥＧＲ量の目標値を本来の値から増減させることにより、前記操作量の飽和を解消しつつ前記偏差を縮小することを特徴とする制御装置。

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