JP2011043150A - 制御装置 - Google Patents

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健太 石原
Jin Tomosada
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Hiroshi Enomoto
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Toshiro Itatsu
俊郎 板津
Atsushi Morikawa
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Abstract

【課題】内燃機関に付帯する排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)システムをスライディングモード制御するものにおいて、EGRカットの開始とともに排気管内圧力が過剰となる問題を有効に回避する。
【解決手段】状態変数を参照して線形入力及び非線形入力を反復的に演算するスライディングモードコントローラ51と、EGRガスの還流を停止するEGRカットの実行開始時に、スライディングモードコントローラ51が算出する可変ターボのノズルベーン42に与えるべき非線形入力にノズルベーン42を開く側に操作するためのオフセット量を加算した新たな非線形入力を得、その新たな非線形入力がスライディングモードコントローラ51で算出されるような状態変数を逆算して状態変数を書き換える補正制御部52とを具備する制御装置5を構成した。
【選択図】図2

Description

本発明は、排気ターボ過給機及び排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)装置が付帯した内燃機関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EGR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。EGR率と過給圧との間には相互干渉が存在し、一入力一出力のコントローラでEGR率及び吸気管内圧力(または、吸気量)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多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。
ところで、EGRは常に実施している訳ではない。暖機運転時や大気圧の低い高地での走行時、あるいは高い出力トルクが要求される状況下等においては、敢えてEGRバルブを閉止して過給圧及び新気量の増大を図るEGRカットを行う。
EGRバルブを閉止すると、それまでEGR通路に流入していた排気ガスがEGR通路に流入できなくなるので、排気管内圧力が増す。とりわけ、高回転かつ高負荷運転中に出力トルク増強の目的でEGRカットを行う場合には、EGRカットに伴って排気管内圧力が急激に増大し、過剰圧力となってステムオイルシールが抜出する等の故障が起こる可能性が完全には否定できない。
排気管内圧力の過大化を予防するべく、EGRカットの開始と同時に可変ターボのノズルベーンを一旦強制的に開弁し、しかる後徐々にノズルベーンを絞ってゆく補償操作を行うことも考えられる。その際には、ノズルベーンに与える(スライディングモードコントローラが算出した)制御入力に、ノコギリ波形状の補正量を加える。しかしながら、このような補正量の足し込みが、却って制御入出力のハンチングの引き金となるおそれもある。
即ち、ノズルベーンを強制的に開くと、吸気管内圧力の目標収束性が悪化する。すると、スライディングモードコントローラが、発生した偏差を早期に収束させるためにノズルベーンを閉じようとする。結果、スライディングモードコントローラ自身が算出するノズルベーン開度値の変動と、ノコギリ波状の補正量の逓減とが相まって、ノズルベーンが急速に絞られる。そうなれば、吸気管内圧力が急上昇してオーバーシュートし、その反動でアンダーシュートして、以後振動を繰り返すハンチング状態に陥ってしまう。
特開2007−032462号公報
本発明は、EGRシステムをスライディングモード制御するものにおいて、EGRカットの開始とともに排気管内圧力が過剰となる問題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、排気ターボ過給機及びEGR装置が付帯した内燃機関をスライディングモード制御するものであって、状態変数を参照して線形入力及び非線形入力を反復的に演算するスライディングモードコントローラと、EGRガスの還流を停止するEGRカットの実行開始時に、前記スライディングモードコントローラが算出する可変ターボのノズルベーンに与えるべき非線形入力にノズルベーンを開く側に操作するためのオフセット量を加算した新たな非線形入力を得、その新たな非線形入力がスライディングモードコントローラで算出されるような状態変数を逆算して状態変数を書き換える補正制御部とを具備することを特徴とする制御装置を構成した。
つまり、本発明では、EGRカットを開始する直前におけるノズルベーン開度に係る非線形入力unl2に、排気管内圧力の著しい上昇を回避するために必要なオフセット量ofsを加味した非線形入力(unl2+ofs)がスライディングモードコントローラによって算出されるよう、状態変数の書き換えを行うこととしたのである。
オフセット量ofsの加味により、EGRカットの実行開始時にノズルベーンの開度は一旦開かれる。そして、一旦開かれたノズルベーンの開度は、その後の非線形入力項unl2の変動を通じて徐々に絞られる。本発明によれば、EGRカットの開始とともに排気管内圧力が過剰となる問題を有効に回避できる上、制御入力にノコギリ波形状の補正量を足し込む方法と比べてハンチングを引き起こしにくい。
前記補正制御部は、EGRカットの実行中、EGRバルブ及びDスロットルバルブのそれぞれの開度を前記スライディングモードコントローラが演算した制御入力によらない値に操作するものとする。通常は、EGRバルブを全閉するとともに、Dスロットルバルブを全開または大きく開放した開度値に固定する。また、これにより、前記状態変数の逆算において、EGRバルブ及びDスロットルバルブの各々に与える制御入力を度外視することが可能となるので、状態変数の逆算が容易となり、ECU(Electronic Control Unit)の演算負荷の軽減にも寄与し得る。
本発明によれば、EGRシステムをスライディングモード制御するものにおいて、EGRカットの開始とともに排気管内圧力が過剰となる問題を有効に回避することができる。
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が実行する処理の手順を示すフローチャート。
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、及び新気量を調節するDスロットルバルブ33を設ける。また、新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。タービン41の下流には、DPF(Diesel Particulate Filter)(図示せず)を設置する。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(または、吸気量)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(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)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、大気圧、DPFの前後差圧(DPFの上流側排気圧と下流側排気圧との差)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gcylとおき、流量計11で計測される新気量をgaとおくと、推定EGR率eegrについて、eegr=1−ga/gcyl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、これと新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、要求されるエンジン負荷)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、図3に示すサーボコントローラ51及び補正制御部52としての機能を発揮する。
サーボコントローラ51は、スライディングモードコントローラであって、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。
Figure 2011043150
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3に、本実施形態の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Xe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。
Figure 2011043150
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。
Figure 2011043150
Figure 2011043150
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。
Figure 2011043150
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。
Figure 2011043150
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。
Figure 2011043150
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。
Figure 2011043150
行列Psは、リカッチ方程式(数9)の正定解である。
Figure 2011043150
リカッチ方程式(数9)におけるQs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Rs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。
Figure 2011043150
Figure 2011043150
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Ueqと新たな入力即ち非線形入力(非線形制御入力)Unlとの和として、下式(数12)で表す。
Figure 2011043150
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。
Figure 2011043150
Figure 2011043150
式(数12)を式(数14)に代入すると、下式(数15)となる。
Figure 2011043150
非線形入力Unl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。
Figure 2011043150
Figure 2011043150
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の安定性が保証される。このときの制御入力Uは、下式(数18)である。
Figure 2011043150
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。
Figure 2011043150
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Uadを追加した下式(数20)となる。
Figure 2011043150
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。
Figure 2011043150
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(SBe)=0が成立し、行列(SBe)は正則とはならない。そこで、逆行列(SBe-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(SBeを用いる。
EGRバルブ45に係る制御入力u1、ノズルベーン42に係る制御入力u2、Dスロットルバルブに係る制御入力u3はそれぞれ、下式(数22)に示すように、線形入力項と非線形入力項と適応項との和となる。
Figure 2011043150
スライディングモードコントローラ51が参照する状態量ベクトルXe=[xe1e2e3e4Tは、その成分に、制御出力Yとその目標値Rとの偏差の時間積分xe1、xe2と、それ以外のものxe3、xe4とを含んでいる。xe1及びxe3は第一の制御出力たるEGR率y1に係り、xe2及びxe4は第二の制御出力たる吸気管内圧力y2に係り、これら状態変数xe1及びxe3、xe2及びxe4は各制御出力y1、y2毎に個別のものとなっている。また、xe3、xe4は出力方程式(数1)を介して各制御出力y1、y2とそれぞれ結びついている。
しかして、補正制御部52は、EGR通路43を閉鎖してEGRガスの還流を停止する必要が生じた場合に、EGRカットのための各種処理を実行する。
EGRカット条件は、内燃機関2や自動車の種類等に応じて異なるが、具体例を列挙すると、
(I)高回転で高負荷の運転領域にあるとき。つまり、エンジン回転数が閾値以上かつ燃料噴射量が閾値以上であるとき
(II)標高の高い場所に所在し、ある程度以上の負荷運転領域にあるとき。換言すれば、外部の気圧が、エンジン回転数及び燃料噴射量を基に定まる閾値(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燃料噴射量に応じて設定するべき外気圧の閾値を示すマップデータが記憶されている)以下であるとき
(III)標高の低い場所に所在し、暖気運転を必要としているとき。つまり、外部の気圧が所定閾値以上かつ冷却水温が所定閾値(典型的には、40℃)以下であるとき
等に、EGRカットを行う。
補正制御部52は、EGRカット中、スライディングモードコントローラ51に与える目標値Rを切り換える。即ち、補正制御部52は、EGRカット用のEGR率目標値egrtargを、目標値r1としてスライディングモードコントローラ51に与える。このegrtargは、通常0である。他方、吸気管内圧力の目標値r2については、EGRカットの有無にかかわらず、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目標値をスライディングモードコントローラ51に与え、制御出力y2を目標値r2に追従させる制御を継続させる。
さらに、補正制御部52は、同じegrtargを、EGR率y1及びxe3(本実施形態では、状態量X=出力Yとしていることに留意)としてスライディングモードコントローラ51に与える。つまり、計測器11、12を介して検出したEGR率の実測値を無視する。これにより、EGRカット中のEGR率の偏差が0と見なされる。
また、補正制御部52は、EGRカット中、EGRバルブ45及びDスロットルバルブ33のそれぞれの開度を、スライディングモードコントローラ51が演算した制御入力u1、u3によらない値に強制操作する。通常は、EGRバルブ45を全閉するとともに、Dスロットルバルブ33を全開または大きく開放した開度値に固定する。
以上に加え、補正制御部52は、EGRカットの実行を開始するにあたり、可変ターボのノズルベーン42を開かせて排気管内圧力の過大化防止を図る。
詳述すると、補正制御部52は、EGRカットの実行開始時、スライディングモードコントローラ52が演算するノズルベーン42に係る非線形入力項unl2に、ノズルベーン42を開く側に操作するためのオフセット量ofsを加算した新たな非線形入力項unl2’を得、この新たな非線形入力項unl2’がスライディングモードコントローラ51によって算出されるように状態変数Xeを逆算して、状態変数Xeを書き換える。ここで、unl2は直前回の演算サイクルにおいてスライディングモードコントローラ51が算出した非線形入力項であり、unl2’は次回の演算サイクルにおいてスライディングモードコントローラ51に算出させたい非線形入力項である。
EGRカットの実行開始直後に実現したい非線形入力Unl’は、下式(数23)である。
Figure 2011043150
上式(数23)において、pSBeij(i=1,2,3、j=1,2,3)は、逆行列(SBeの成分である。また、jσi(i=1,2,3)は、(−(SBe)に乗ずる因数ベクトルJΣ(数24)の成分である。
Figure 2011043150
EGRカット中は、EGRバルブ45及びDスロットルバルブ33をスライディングモードコントローラ51の演算結果を無視して操作する。これらバルブ45、33に係る非線形入力項unl1’、unl3’は任意でよく、ノズルベーン42に係る非線形入力項unl2のみに着目すると、下式(数25)が成立する。
Figure 2011043150
上式(数25)により、因数ベクトルJΣの三成分jσ1、jσ2、jσ3を一括して決定することができ、ECU5の演算負荷の軽減に資する。
尤も、行列[pSBe21 pSBe22 pSBe23]は正方行列ではない。そこで、逆行列[pSBe21 pSBe22 pSBe23-1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[pSBe21 pSBe22 pSBe23を用いる。
非線形入力項unl2’を実現する状態変数Xeを逆算するには、式(数25)を満足する切換関数σを算定しなければならない。EGRカット実行開始直後の因数、切換関数、切換ゲイン及び平滑化係数をそれぞれJΣn、σn、kn及びηnとおくと、式(数24)より下式(数26)が成立する。
Figure 2011043150
切換関数ベクトルσn=[σn1 σn2 σn3Tとすると、因数ベクトルJΣnの各成分jσi(i=1,2,3)について、jσi>0であれば式(数27)が、jσi≦0であれば式(数28)が成立する。
Figure 2011043150
Figure 2011043150
式(数27)を変形すれば式(数29)となり、式(数28)を変形すれば式(数30)となる。
Figure 2011043150
Figure 2011043150
式(数29)ないし(数30)により、非線形入力項unl2’を実現する切換関数σnが明らかとなる。この切換関数σnから、状態量Xeを逆算することを試みる。
式(数3)より、切換関数σnと状態量xeとの間には下式(数31)の関係が成立する。
Figure 2011043150
j(j=1,2,3,4)は,切換超平面を構成する行列Sの成分のうち,状態変数xejに乗ずる列ベクトルである。
上式(数31)から、切換関数σnを実現する状態変数xe1、xe2、xe3、xe4を逆算することができる。但し、本実施形態では、xe3はEGR率そのものであり、xe4は吸気管内圧力そのものである。また、状態変数xe1及びxe2は、非線形入力Unlに影響を及ぼすが、線形入力Ueqには影響を及ぼさない(行列Aeの定義に留意)。それ故、状態変数xe3及びxe4を書き換えることはせず、状態変数xe1及びxe2を書き換えることによって式(数29)ないし(数30)に示している切換関数σnを実現する。そのために必要となるxe1及びxe2は、下式(数32)となる。
Figure 2011043150
行列[S12]は正方行列ではない。そこで、逆行列[S12-1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[S12を用いる。
図4に、ECU5が実行する処理の手順例を示す。ECU5は、エンジン回転数及び要求燃料噴射量、冷却水温、大気圧等を参照して、EGRカット条件が成立したか否かを判断する(ステップS1)。EGRカット条件が成立していれば、さらに、ノズルベーン42に係る非線形入力項unl2にオフセット量ofsを加味する必要があるか否かを判断する(ステップS2)。つまり、EGRカットの実行開始によって排気管内圧力が過剰となるおそれがあるのであれば、オフセット量ofsの加算を通じたノズルベーン42の開弁を行うべきであるが、さもなくばオフセット量ofsの加算は不要である。上述したEGRカット条件を例に挙げて述べれば、条件(I)の成立時にはノズルベーン42の開弁が必要であるが、条件(II)または(III)の成立時には必ずしもそうではない。
ステップS2にて、非線形入力項unl2にオフセット量ofsを加味する必要があると判断したならば、スライディングモードコントローラ51が非線形入力項unl2’(=unl2+ofs)を算出するために要求される状態変数xe1、xe2を逆算する(ステップS3)。そして、ECU5のメモリに記憶保持しているxe1、xe2の書き換えを行う(ステップS4)。
その上で、スライディングモード制御の手法に則り、制御入力Uを算出する(ステップS5)。しかる後、算出した制御入力Uに基づいて操作部45、42、33を操作する(ステップS6)。但し、EGRカット中は、ステップS5にて所定の目標EGR率egrtargをEGR率の目標値r1及び実測値y1、xe3としてスライディングモードコントローラ51に与えるとともに、ステップS6にてスライディングモードコントローラ51の演算した制御入力値u1、u3を無視してEGRバルブ45及びDスロットルバルブ33を強制操作する。
ステップS5及びS6を含むEGRカットは、EGRカット条件が成立しなくなるまで、即ちEGRカットを終了するまで続行する(ステップS7)。また、EGRカット条件が成立していない期間は、通常通り制御入力Uを算出し(ステップS8)、その制御入力Uをそのまま操作部45、42、33に与えてこれらを操作する(ステップS9)。
ECU5は、上記のステップS1ないしS9を、反復的に実施する。
本実施形態によれば、排気ターボ過給機及びEGR装置が付帯した内燃機関2をスライディングモード制御するものであって、状態変数Xeを参照して線形入力Ueq及び非線形入力Unlを反復的に演算するスライディングモードコントローラ51と、EGRガスの還流を停止するEGRカットの実行開始時に、前記スライディングモードコントローラ51が算出する可変ターボのノズルベーン42に与えるべき非線形入力unl2にノズルベーン42を開く側に操作するためのオフセット量ofsを加算した新たな非線形入力unl2’を得、その新たな非線形入力unl2’がスライディングモードコントローラ51で算出されるような状態変数Xeを逆算して状態変数Xeを書き換える補正制御部52とを具備する制御装置を構成したため、EGRカットの実行開始とともにノズルベーン42が一旦開放された後、その開度を非線形入力項unl2の変動を通じて徐々に絞ってゆく制御を実現できる。従って、EGRカットの開始とともに排気管内圧力が過剰となる問題を有効に回避できる上、制御入力にノコギリ波形状の補正量を足し込む方法と比べてハンチングを引き起こしにくくなる。
前記補正制御部52は、EGRカットの実行中、EGRバルブ45及びDスロットルバルブ33のそれぞれの開度を前記スライディングモードコントローラ51が演算した制御入力u1、u3によらない値に操作する。通常は、EGRバルブを全閉するとともに、Dスロットルバルブを全開または大きく開放した開度値に固定する。これにより、前記状態変数Xeの逆算において、EGRバルブ45及びDスロットルバルブ33の各々に与える制御入力unl1’、unl3’を度外視することができるので、状態変数Xeの逆算が容易となり、ECU5の演算負荷の軽減にも寄与し得る。
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。特に、式(数26)ないし式(数30)において、EGRカット中の切換ゲインkn及び/または平滑化係数ηnを、EGRカットをしていない期間における切換ゲインk及び/または平滑化係数ηとは異なる値に設定することが許される。
また、EGR制御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(または、吸気量)には限定されない。新たな入力変数、出力変数を付加して、4入力3出力の3次システムを構築するようなことも可能である。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。
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。
本発明は、例えば、過給機及びEGR装置が付帯した内燃機関のEGR率を制御するための制御コントローラとして利用することができる。
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…補正制御部

Claims (2)

  1. 排気ターボ過給機及び排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)装置が付帯した内燃機関をスライディングモード制御するものであって、
    状態変数を参照して線形入力及び非線形入力を反復的に演算するスライディングモードコントローラと、
    EGRガスの還流を停止するEGRカットの実行開始時に、前記スライディングモードコントローラが算出する可変ターボのノズルベーンに与えるべき非線形入力にノズルベーンを開く側に操作するためのオフセット量を加算した新たな非線形入力を得、その新たな非線形入力がスライディングモードコントローラで算出されるような状態変数を逆算して状態変数を書き換える補正制御部と
    を具備することを特徴とする制御装置。
  2. 前記補正制御部は、EGRカットの実行中、EGRバルブ及びDスロットルバルブのそれぞれの開度を前記スライディングモードコントローラが演算した制御入力によらない値に操作する請求項1記載の制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015053172A1 (ja) * 2013-10-09 2015-04-16 ヤンマー株式会社 エンジン
CN104884775A (zh) * 2012-12-25 2015-09-02 洋马株式会社 发动机
CN105240115A (zh) * 2015-11-09 2016-01-13 康跃科技股份有限公司 一种用于复合涡轮、增压器或egr的电液执行器

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104884775A (zh) * 2012-12-25 2015-09-02 洋马株式会社 发动机
CN104884775B (zh) * 2012-12-25 2018-05-08 洋马株式会社 发动机
WO2015053172A1 (ja) * 2013-10-09 2015-04-16 ヤンマー株式会社 エンジン
JP2015075043A (ja) * 2013-10-09 2015-04-20 ヤンマー株式会社 エンジン
CN105612338A (zh) * 2013-10-09 2016-05-25 洋马株式会社 发动机
KR20160067922A (ko) * 2013-10-09 2016-06-14 얀마 가부시키가이샤 엔진
US9759144B2 (en) 2013-10-09 2017-09-12 Yanmar Co., Ltd. Engine
KR101998932B1 (ko) 2013-10-09 2019-07-10 얀마 가부시키가이샤 엔진
CN105240115A (zh) * 2015-11-09 2016-01-13 康跃科技股份有限公司 一种用于复合涡轮、增压器或egr的电液执行器
CN105240115B (zh) * 2015-11-09 2018-09-18 康跃科技股份有限公司 一种用于复合涡轮、增压器或egr的电液执行器

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