JP2011163200A - 内燃機関の排ガス再循環制御装置 - Google Patents

内燃機関の排ガス再循環制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ＥＧＲガス制御弁のオーバーシュートやアンダーシュートを防止して目標弁開度への追従性および信頼性を高めた制御装置を簡単な制御ロジックによって達成できる内燃機関の排ガス再循環制御装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ＥＧＲ制御弁の開度制御にフィードバック制御手段５１と、フィードフォワード制御手段５３とを備えた内燃機関の排ガス再循環制御装置において、フィードフォワード制御指令値５７とフィードバック制御指令値６５とを加算する加算器７３と、該加算器７３による加算値と、最大開度の制限信号としてのフィードフォワード制御指令値５７もしくはＥＧＲ最大開度マップ値とを比較してＥＧＲ制御弁の弁開度が閉側の方の指令値を採用する最大値選択関数部７７とを備え、フィードフォワード制御指令値５７による弁開度より開き側の指令値がＥＧＲ制御弁に出力されないように構成したことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の排ガス再循環装置に関する。
内燃機関からのＮＯｘ排出低減として、ＥＧＲ（排ガス再循環装置）を設けることが従来から行われている。
そして、従来から排ガス通路と吸気通路とを互いに連結するＥＧＲガス通路内にＥＧＲガス量を制御するＥＧＲガス制御弁を設け、該ＥＧＲ制御弁に対して、内燃機関の運転状態に応じて定まる目標開度になるようにフィードバック補正手段によって開弁量を制御している。
しかし、過渡運転状態においては、必ずしも適正な目標開度で運転できず、目標開度が急激に増大した場合には、実際の開度が目標開度となった後しばらくの間、目標開度より行き過ぎる所謂オーバーシュート、または戻りすぎるアンダーシュートが生じる。この場合、開き側にオーバーシュートすると目標開度で定まる要求ＥＧＲ量よりも過剰に供給されてしまい、排気通路から排出されるスモークの発生が増大する問題がある。
逆に、目標開度が急激に減少した場合には、目標開度で定まる要求ＥＧＲ量よりも閉じ側に減少するアンダーシュートが生じ、この場合にはＥＧＲガス量が要求されるガス量に対して不足することとなる。
なお、ＥＧＲ制御弁の開度を変化させた場合のＮＯｘとスモークとの排出量関係は、図１１に示すようにトレードオフの関係にある。なお、スモークはＰＭ（粒子状物質）も含む意味である。
従って、ＥＧＲ制御弁の目標弁開度が与えられた後に、いかにして、オーバーシュート
およびアンダーシュートなく目標弁開度に追従させるかの技術が重要である。
このオーバーシュートおよびアンダーシュートなく目標弁開度に追従させる技術として、例えば、特許文献１（特許第２８３２４２２号公報）、および特許文献２（特許第２８３２４２３号公報）が知られている。
特許文献１には、ＥＧＲ制御弁に対しての目標弁開量の変化率が大きい状態や、目標弁開量と実弁開量との偏差が大きい状態では、フィードバック制御のＰＩ制御器の積分動作を行わない（積分値をゼロ）ようにしＥＧＲ制御弁開度のオーバーシュートを防止することが示されている。
また、特許文献２には、ＥＧＲガス制御弁の開弁量が目標開弁量になるようにフィードバック補正をするフィードバック補正手段と、目標開弁量になるようにフィードフォワード補正をするフィードフォワード補正手段とを備えて、目標開弁量が小さいときには大きいときに比べてフィードフォワード補正手段による補正作用を低減すること、またはＥＧＲガス制御弁と実際の開弁量との差の絶対値が大きいときには小さい時に比べてフィードフォワード補正手段よる補正作用を増大ことが開示されている。
特許第２８３２４２２号公報 特許第２８３２４２３号公報
排ガス再循環装置においては、特許文献１のようなフィードバック補正手段によって出力値を補正しても目標開弁量が変化した直後には目標開弁量に対する実際の開弁量のずれを小さくできないため、特許文献２のようにフィードバック補正手段よる補正を行いつつ、目標開弁量の小さいとき、または実開弁量との差が大きいときにはフィードフォワード補正手段よって補正作用を増大することで、目標開弁量とのずれをできるだけ小さくするようにしている。
しかし、特許文献２に示される技術においては、フィードフォワード補正手段による補正を行うべきか否かを判別するために、特別の制御フローを必要として予め設定された時間毎の割り込みによって実行されるようになっているため、処理制御フローが複雑化する問題がある。
さらに、この特許文献２にはフィードバック補正手段と、フィードフォワード補正手段とを使い分けることが開示されているのみであり、フィードバック補正手段と、フィードフォワード補正手段とを同時に行いそれぞれの補正係数を加算した補正係数としてより追従性の高い目標開弁量への制御は開示されていない。
そこで、本発明は、これら問題に鑑みてなされたもので、ＥＧＲガス制御弁の目標弁開度に対するオーバーシュートやアンダーシュートを防止して目標弁開度への追従性および信頼性を高めた制御装置を簡単な制御ロジックによって達成できる内燃機関の排ガス再循環制御装置を提供することを課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲガス通路に設けられてＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御弁と、内燃機関の運転状態に応じたＥＧＲ制御弁の開度制御にフィードバック制御指令値を出力するフィードバック制御手段と、フィードフォワード制御指令値を出力するフィードフォワード制御手段とを備えた内燃機関の排ガス再循環制御装置において、前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値と前記フィードバック制御手段からの制御指令値とを加算する加算手段と、該加算手段による加算値とＥＧＲ制御弁の最大開度の制限信号とを比較してＥＧＲ制御弁の弁開度が閉側の方の指令値を採用する選択手段とを備え、前記最大開度の制限信号より開き側の指令値がＥＧＲ制御弁に出力されないように構成したことを特徴とする。
かかる発明によれば、選択手段によって、前記ＥＧＲ制御弁の最大開度の制限信号と、前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値と前記フィードバック制御手段からの制御指令値との加算値のうち、弁開度が閉側の方の指令値を採用して、ＥＧＲ制御弁の最大開度の制限信号による弁開度より開き側の指令値が出力されないようにして、過渡運転時において、フィードバック制御手段の過渡応答が原因で、ＥＧＲ制御弁が必要以上に開き、過度に排ガスが再循環されることでスモークが発生するのを防止できるようになる。
すなわち、ＥＧＲ制御弁の最大開度の制限信号によって開度が制限されるため、フィードバック制御指令値が過渡的に行き過ぎてフィードバック制御目標値を超えても前記最大開度の制限信号の弁開度より開く側への制御を禁止するので、ＥＧＲ制御弁を大きく開いて必要以上に排ガスを再循環して、図１１に示す特性グラフでＡ方向へ向かうことを防止でき、スモークの発生を防止できる。
また、前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値と前記フィードバック制御手段からの制御指令値とを加算した指令値が採用される場合には、フィードバック制御だけでなく、フィードフォワード制御指令値との加算値であるため、目標開度への応答性を向上できる。
また、本発明において、前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値が前記ＥＧＲ制御弁の最大開度の制限信号として前記選択手段に入力されるとよい。
このように、フィードフォワード制御手段からの制御指令値がＥＧＲ制御弁の最大開度の制限値となるため、簡単な構成によってオーバーシュートの防止を確実に行える。
さらに、フィードフォワード制御手段からの制御指令値が前記ＥＧＲ制御弁の最大開度の制限信号として前記選択手段に入力されるため、フィードフォワード制御指令値とフィードバック制御指令値との加算値による制御と、フィードフォワード制御指令値による制御との切換えが簡単に行えるようになる。
すなわち、フィードバック制御指令値を算出するためのフィードバック制御目標値を意図的に変更して設定することで、例えば、フィードバック制御目標値マップを低負荷運転域では望ましい値（運転状態に適した値）より意図的に変更した値を設定しておくことで、低負荷運転時には選択手段によってフィードフォワード制御指令値だけが採用されるように設定できる。これによって、フィードフォワード制御手段だけによる制御と、フィードフォワード制御手段にフィードバック制御手段を加えた制御との２つの制御を簡単な制御ロジックで切換えることが可能になる。
なお、低負荷領域においては、空気過剰率が高く、スモークが発生しにくいため、ＥＧＲ制御弁をフィードバック制御する必要性はなく、フィードフォワード制御で十分である。さらに、低負荷領域においては、燃料噴射量が少なく条件変化に対する酸素過剰率の変化幅が大きいため、フィードバック制御を行うとＥＧＲ制御弁の再現性に問題がありフィードバック制御は適さない。
一方、空気過剰率が低下する高負荷領域においては、フィードバック制御目標値（ＥＧＲのフィードバック制御目標値として空気過剰率の目標値）を実現するように、ＥＧＲ制御弁を高精度、高応答性で制御することが求められるため、この高負荷運転領域においては、フィードバック制御が必要となる。
従って、本発明では、このように運転負荷領域毎にフィードバック制御目標値を意図的に変更して、低負荷運転域においてはフィードフォワード制御を選択し、高負荷運転域においてはフィードフォワード制御とフィードバック制御とを加えた制御とするように２つの制御を簡単な制御ロジックで切換えが可能になる。
また、本発明において、前記ＥＧＲ制御弁の最大開度の制限信号がエンジン運転状態および環境状態に応じて設定されたＥＧＲ弁最大開度マップを用いて算出される値であるとよい。
前記発明のようにフィードフォワード制御手段からの制御指令値を制限信号として用いる場合には環境状態が大きく変化した場合には適切な制限を行えない場合がある。例えば、大気温度が高温側へ変化した場合にはそれに応じて燃焼温度が上昇してＮＯｘ排出量が増大するため、ＥＧＲ制御弁の最大開度の制限値を開く側に設定する必要があるが、フィードフォワード制御手段からの制御指令値は標準大気状態での値として設定されるため、かかる環境状態の変化への対応が十分でない。本発明のようにエンジン運転状態および環境状態に応じて設定されたＥＧＲ弁最大開度マップを用いて制限値を設定することで、ＮＯｘ排出量を適切に抑えつつ、オーバーシュートの防止を確実に行うことができる。
また、本発明において、前記フィードバック制御指令値は内燃機関の空気過剰率算出値と運転状態に応じて予め設定されたフィードバック制御目標値としての目標空気過剰率とを基にＰＩＤ（比例、積分、微分）演算によって算出されるとよく、運転状態に応じたＥＧＲのフィードバック制御目標値として空気過剰率を目標値として用いることによって、ＥＧＲの開弁量の状態を適切に表すことができる。
また、本発明において、ＥＧＲ制御弁の弁開度リミッタが設けられるとともに、該弁開度リミッタの出力信号と前記加算手段の出力信号との偏差に基づいて前記フィードバック制御手段に自動調合ＰＩＤ手段が設けられるとよい。
このように、フィードバック制御手段のワインドアップ対策（入力飽和対策）として自動調合ＰＩＤを設けることによって、選択手段によってフィードフォワード制御指令値が選択されている間に、フィードバック制御手段のＰＩＤの積分器に積分値が溜まり続けることが防止される。これによって、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上し、過渡運転時における排ガス浄化効果を損ねることが防止される。
また、ＥＧＲ制御弁への制御指令値が、ＥＧＲ制御弁の作動範囲、つまり、弁開度リミッタの端に張り付いた場合においても、ＰＩＤの積分器に積分値が溜まり続けることが防止される。これによって、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上し、過渡運転時における排ガス浄化効果を損ねることが防止される。
また、本発明において、過渡運転時に一定期間だけ前記ＥＧＲ制御弁を最小開度または全閉に制御する過渡時制御手段が設けられるとともに、該過渡時制御手段の出力信号と前記選択手段の出力信号との一方を選択して前記弁開度リミッタに出力する過渡時選択手段を備えるとよい。
このように過渡制御手段が設けられている場合においても、過渡制御手段によるＥＧＲ制御弁が制御されている状態が解除された際に、ワインドアップ（入力飽和）が発生しないため、過渡制御手段のようなオプション的なロジックを追加しても悪影響をおよぼすことが防止される。
すなわち、過渡制御手段が設けられて、過渡運転時のスモーク発生を抑制するために、一定時間だけＥＧＲ制御弁を全閉とするロジック、またはＥＧＲ制御弁の最小開度で保持するロジック等をオプション的に追加しても、自動調合ＰＩＤによって、これら制御が解除された際においても、悪影響をおよぼすことが防止される。
本発明によれば、ＥＧＲガス制御弁の目標弁開度に対するオーバーシュート等を防止して、ＥＧＲ制御弁の開きすぎによるスモークの発生を防止して、ＥＧＲ制御弁の追従性および信頼性を高めることができる。
また、内燃機関の運転状態に応じてフィードバック制御指令値およびフィードフォワード制御指令値を算出するので、フィードバック制御指令値を算出するためのフィードバック制御目標値を意図的に変更して設定することで、例えば、フィードバック制御目標値マップを低負荷運転域では望ましい値より意図的に変更した値を設定しておくことで、低負荷運転時には選択手段でフィードフォワード制御指令値だけが採用されるように設定でき、これによって、フィードフォワード制御手段だけによる制御と、フィードフォワード制御手段にフィードバック制御手段を加えた制御との２つの制御を簡単な制御ロジックで切換え可能になる。
本発明の排ガス再循環制御装置がディーゼルエンジンに適用された第１実施形態の概要構成図である。 第１実施形態の制御フローチャートである。 （ａ）第１実施形態の構成ブロック図であり、（ｂ）は信号換算の説明図である。 第１実施形態におけるシミュレーション確認の説明図であり、（ａ）はオーバーシュートが防止される状態を示し、（ｂ）は２つの制御手段の切換え状態を示す。 第２実施形態を示す要部の概要構成図である。 第３実施形態の構成ブロック図である。 第３実施形態におけるシミュレーション確認の説明図である。 第４実施形態の構成ブロック図である。 第４実施形態の制御フローチャートである。 第４実施形態におけるシミュレーション確認の説明図である。 ＥＧＲ制御弁の開度に対するＮＯｘとスモークの排出量の関係を示した説明図である。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排ガス再循環制御装置について説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下エンジンという）１は、排気タービン３とこれに同軸駆動されるコンプレッサ５を有する排気ターボ過給機７を備えており、該排気ターボ過給機７のコンプレッサ５から吐出された空気は給気通路９を通って、インタークーラ１１に入り給気が冷却された後、吸気スロットルバルブ１３で給気流量が制御され、その後、インテークマニホールド１５からシリンダ毎に設けられた吸気ポート１７からエンジン１の吸気弁を介して燃焼室内に流入するようになっている。
また、エンジン１においては、燃料の噴射時期、噴射量、噴射圧力を制御して燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射制御装置１９が設けられており、該燃料噴射制御装置１９によって、各気筒の燃料噴射弁２１に対して所定の燃料噴射時期に、所定の燃料圧力に制御された燃料が供給される。
また、排気通路２３の途中から、ＥＧＲ（排ガス再循環）通路２５が分岐されて、排ガスの一部がＥＧＲクーラ２７によって冷却されて吸気スロットルバルブ１３の下流部位にＥＧＲバルブ（ＥＧＲ制御弁）２９を介して投入されるようになっている。吸気スロットルバルブ１３にはスロットルバルブ制御装置路３１が設けられ開閉が制御され、ＥＧＲバルブ２９に対してはＥＧＲ制御装置（排ガス再循環制御装置）３３が設けられて、開閉が制御されている。
エンジン１の燃焼室で燃焼された燃焼ガス即ち排ガス３５は、シリンダ毎に設けられた排気ポート３７が集合した排気マニホールド３９及び排気通路２３を通って、前記排気ターボ過給機７の排気タービン３を駆動してコンプレッサ５の動力源となった後、排気通路２３を通って排ガス後処理装置（不図示）に流入する。
制御装置（ＥＣＵ）４１には、エンジン回転数センサ４２に接続したパルスカウター４３からエンジン回転数信号が入力され、燃料噴射制御装置１９から燃料噴射量信号が入力され、さらに、インテークマニホールド１５に設けられたインマニ温度センサ４４からの検出信号がＡ／Ｄ変換器４５で変換され、インマニ圧力センサ４６からの検出信号がＡ／Ｄ変換器４７で変換され、エアフローメータ４８からの検出信号がＡ／Ｄ変換器４９で変換されてそれぞれ入力される。
次に、図３の構成ブロック図を参照してＥＧＲ制御装置について説明する。
フィードバック制御指令値を出力するフィードバック制御手段５１と、フィードフォワード制御指令値を出力するフィードフォワード制御手段５３とを備えている。
フィードフォワード制御手段５３は、エンジンの運転状態であるエンジン回転数と燃料噴射量（エンジン負荷）を基にＥＧＲバルブ２９の目標弁開度が設定されたフィードフォワード制御マップ５５を用いてフィードフォワード制御指令値５７を算出する。
一方、フィードバック制御手段５１は、エンジンの運転状態であるエンジン回転数と燃料噴射量（エンジン負荷）を基に、運転状態に応じたフィードバック制御目標値（目標空気過剰率）が設定されたフィードバック制御マップ６１を用いて、ＰＩＤ演算部６３でフィードバック演算を行ってフィードバック制御指令値６５を算出する。
フィードバック制御指令値６５の算出は次のように行われる。
空気過剰率推定演算部６７によって実空気過剰率を、空気流量、インマニ圧、インマニ温度、エンジン回転数、燃料噴射量の検出信号から算出する。この実空気過剰率と目標空気過剰率とが加減算器６９に入力されてその偏差を基にＰＩＤ演算部６３で比例要素（Ｐ）の演算、微分要素（Ｄ）の演算、積分要素（Ｉ）の演算が行われて、それぞれの演算結果が、加算器７１に入力されて、フィードバック制御指令値６５が算出される。
そして、フィードフォワード制御指令値５７と、フィードバック制御指令値６５とが加算器（加算手段）７３に入力されて、加算指令値７５を出力する。
フィードフォワード制御指令値５７と加算指令値７５とが最大値選択関数部（選択手段）７７に入力されると、最大値選択関数部７７にて大きい方が選択される。その選択の際に大きい方を選択すると、ＥＧＲバルブ２９の弁開度が閉側の方の指令値を選択するようになっている。
従って、フィードフォワード制御指令値５７が加算指令値７５より閉側であればフィードフォワード制御指令値５７が選択され、逆に、加算指令値７５が閉側であれば加算指令値７５が選択されるが、この加算指令値７５が閉側であれば、結果的にはフィードフォワード制御指令値５７より閉側にあるためフィードフォワード制御指令値５７による弁開度より開き側の指令値がＥＧＲ制御弁には出力されないように選択される。
このようにして採用された出力信号は、次にＥＧＲ弁制御指令飽和要素である弁開度リミッタ７９に入力されて、ＥＧＲバルブ２９の保護のために出力信号に制限が掛けられる。そして弁開度リミッタ７９を通過した信号θから、ＥＧＲ弁制御指令値および吸気スロットル弁制御指令値として、ＥＧＲバルブ２９および吸気スロットルバルブ１３の弁制御指令信号に換算してそれぞれに出力される。換算は図３（ｂ）の関係式または関係グラフを基に行われる。
次に、図２のフローチャートを参照して、制御フローについて説明する。
まず、スタートするとステップＳ２で、目標信号を演算する。この目標信号の演算は、エンジン回転数と燃料噴射量（エンジン負荷）を基に、フィードフォワード制御マップ５５を用いてＥＧＲバルブ２９の目標弁開度を算出する。同様に、エンジン回転数と燃料噴射量（エンジン負荷）を基に、フィードバック制御マップ６１を用いて、目標空気過剰率を算出することである。
次にステップＳ３では、空気過剰率推定演算部６７によって実空気過剰率を、空気流量、インマニ圧、インマニ温度、エンジン回転数、燃料噴射量の検出信号から算出する。ステップＳ４で、ＰＩＤ演算部６３でＰＩＤ演算を行い、ステップＳ５で加算器７３によって制御指令値の加算を行う。
次にステップＳ６で、最大値選択関数部７７でＥＧＲバルブ２９の弁開度が閉側の方の指令値を選択する。次にＳ７で、弁開度リミッタ７９でＥＧＲ制御指令値の飽和処理を行って制限を掛け、ステップ８で弁開度リミッタ７９の出力信号θを、ＥＧＲバルブ２９および吸気スロットルバルブ１３の制御指令値に換算して出力してステップＳ９で終了する。
以上のように構成した第１実施形態において、選択手段である最大値選択関数部７７で、フィードフォワード制御手段５３からのフィードフォワード制御指令値５７と、フィードフォワード制御指令値５７にフィードバック制御指令値６５を加算した加算指令値７５とのうち、弁開度が閉側の方の指令値を採用して、フィードフォワード制御指令値５７より開き側の指令値が出力されないようにして、フィードフォワード制御指令値５７が開き側への制限値となって、過渡運転時において、フィードバック制御手段５１の過渡応答が原因で、ＥＧＲバルブ２９が必要以上に開き、過度に排ガスが再循環されることでスモークが発生するのを防止できる。
すなわち、フィードフォワード制御指令値５７が制限値となるため、フィードバック制御指令値６５が過渡的に行き過ぎてフィードバック制御目標値を超えても前記フィードフォワード制御指令値による弁開度より開く側への制御を禁止するので、ＥＧＲ制御弁を大きく開いて必要以上に排ガスを再循環してしまい、図１１に示す特性グラフでＡ方向へ向かうことを防止してスモークの発生を防止できる。
このオーバーシュートの防止状態のシミュレーションを図４（ａ）に示す。例えば、５秒の時点でＥＧＲバルブ２９の開度変化信号があった時のバルブ開度の変化状態を示し、本実施形態ではフィードフォワード制御指令値５７がＥＧＲバルブ２９の弁開度Ｘ％であるので、それ以上に開くことがなく、従来技術のようなオーバーシュートが防止されることが確認できた。
また、最大値選択関数部７７で、フィードフォワード制御指令値５７とフィードバック制御指令値６５とを加算した加算指令値７５の方が採用される場合には、フィードバック制御指令値６５だけでなく、定常状態で望ましいＥＧＲ制御弁の開度指令値を出力するフィードフォワード制御指令値５７との加算値として出力されることで、目標開度への応答性を向上できる。
また、フィードバック制御マップ６１を低負荷運転領域で望ましい値より意図的に変更した値を設定しておくことで、低負荷運転時には最大値選択関数部７７によってフィードフォワード制御指令値だけが採用されるように設定できる。これによって、フィードフォワード制御手段５３だけによる制御と、フィードフォワード制御手段５３にフィードバック制御手段５１を加えた２つの制御を、エンジンの負荷条件に基づいて簡単な制御ロジックで切換えできるようになる。
このように、フィードバック制御マップ６１の設定値を変更することによって、エンジン回転数および燃料噴射量（エンジン負荷）に応じて、２つの制御手段の切換えが制御可能になり、さらに、フィードフォワード制御マップ５５の設定値を変更することで、ＥＧＲバルブ２９の開側開度の制限値をエンジン回転数および燃料噴射量（エンジン負荷）に応じて変更可能となる。なお、変更させずに一定値として設定してもよいことは勿論である。
２つの制御手段の切換え状態のシミュレーションを図４（ｂ）に示す。例えば５秒の時点であった時を示し、フィードフォワード制御指令値５７をＸ％相当に設定している場合を示し、それ以上に開くことがないことが確認できた。
（第２実施形態）
次に、図５を参照して第２実施形態について説明する。
図３（ａ）の第１実施形態の構成ブロック図においては、既に説明したようにフィードフォワード制御指令値５７とフィードバック制御指令値６５とが加算器（加算手段）７３に入力されて加算指令値７５が出力され、この加算指令値７５とフィードフォワード制御指令値５７とが最大値選択関数部（選択手段）７７に入力されて、最大値選択関数部７７にて大きい方が選択されると、ＥＧＲバルブ２９の弁開度が閉側の方の指令値が選択される構成であった。
これに対して、第２実施形態は、最大値選択関数部（選択手段）７７に入力されるフィードフォワード制御指令値５７に代えて、図５に示すようにＥＧＲ弁最大開度マップ８０からの弁開度の指令値がＥＧＲバルブ２９の制御弁の最大開度の制限信号として入力される構成である。
このＥＧＲ弁最大開度マップ８０は、エンジン運転状態および大気状態をパラメータとしてＥＧＲ弁最大開度が設定されているマップである。
第１実施形態のようにフィードフォワード制御指令値５７を制限信号として用いる場合には環境状態が大きく変化した場合には適切な制限を行えない場合がある。例えば、大気温度が高温側へ変化した場合にはそれに応じて燃焼温度が上昇してＮＯｘ排出量が増大するため、ＥＧＲ制御弁の最大開度の制限値を開く側に設定する必要があるが、フィードフォワード制御手段５３からの制御指令値は標準大気状態での値として設定されるため、かかる環境状態の変化への対応が十分でない。
第２実施形態では、エンジン運転状態および環境状態に応じて設定されたＥＧＲ弁最大開度マップ８０を用いて制限値を設定することによって、大きな環境変化、例えば大気圧や大気温度の変化があってもより適切にＮＯｘ排出量を抑えつつ、オーバーシュートの防止を確実に行うことができる。
（第３実施形態）
次に、図６、図７を参照して第３実施形態について説明する。
第３実施形態は、図３（ａ）の第１実施形態の構成ブロック図において、弁開度リミッタ７９の出力信号と加算器７３の出力信号とを加減算器８１に入力してその偏差に基づいてフィードバック制御手段５１に対して自動調合を行う自動調合ＰＩＤ８３が設けられていることが異なる。自動調合ＰＩＤ８３の演算要素８５の出力信号は加減算器８７に入力されて積分演算部に入力される。その他の構成については第１実施形態と同様である。
なお、フィードバック制御手段５１のＰＩＤ演算部６３の構造が、図６に示すような構造ではなく、ＫＰ（１＋Ｋｉ／ｓ＋ＫＤ＊ｓ）や、ＫＰ（１＋Ｋｉ／ｓ＋ＫＤ＊ｓ／（１＋ＴＤ・ｓ））の構造全体の場合には、１／（ＫＰ＋ＫＤ・ｓ）のブロックを、１／（ＫＰ＋ＫＰＫＤ・ｓ）にする。また、ＰＩ制御を行う場合には、ＫＤ＝０とすればよい。
また、図７にシミュレーションで確認した結果を示す。フィードフォワード制御指令値５７がＥＧＲバルブ２９の弁開度Ｘ％であるので、それ以上に開くことがない状態にあるときに、例えば５秒の時点でＥＧＲ制御目標値が変化した場合に、本実施形態の場合には同時に変化するが、従来技術の場合には遅れをもって変化することが確認できた。
第３実施形態によれば、フィードバック制御手段５１のワインドアップ対策（入力飽和対策）として自動調合ＰＩＤ８３を設けることによって、最大値選択関数部７７によってフィードフォワード制御指令値５７が選択されている間に、フィードバック制御手段５１のＰＩＤ演算部６３の積分器に積分値が溜まり続けることが防止される。
これによって、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上し、過渡運転時における排ガス浄化効果を損ねることが防止される。
また、ＥＧＲバルブ２９への制御指令値が、ＥＧＲバルブ２９の作動範囲、つまり、弁開度リミッタ７９の端に張り付いた場合においても、ＰＩＤ演算部６３の積分器に積分値が溜まり続けることが防止され、これによって、フィードバック制御目標値が変化した際の追従性が向上し、過渡運転時における排ガス浄化効果を損ねることが防止される。
（第４実施形態）
次に、図８〜図１０を参照して第４実施形態について説明する。
第４実施形態は、図６の第３実施形態の構成ブロック図に対して付加的なＥＧＲ制御機能としての過渡時制御手段９１を付加するものである。
弁開度リミッタ７９と最大値選択関数部７７との間に、過渡時選択手段９３を設けて、過渡時制御手段９１からの出力信号と最大値選択関数部７７の出力信号との最大値または最小値の一方を選択して、弁開度リミッタ７９に出力する。その他の構成については第１実施形態と同様である
この過渡時制御手段９１は、過渡運転時のスモークの発生を抑制するために、エンジン回転数や負荷が増大する際に、一定期間だけＥＧＲバルブ２９を全閉または最小開度に制御する。
また、図９を参照して、第４実施形態の制御フローについて説明する。
ステップＳ１１〜Ｓ１３までは、第１実施形態のステップＳ１〜Ｓ３と同様であり、ステップＳ１４では、ステップＳ１４は、アンチワインドアップ演算を行う。弁開度リミッタ７９の出力信号と加算器７３の出力信号とを加減算器８１に入力してその偏差を自動調合ＰＩＤ８３の演算要素８５で演算して加減算器８７で積分演算部の入力信号に対して減算してＰＩＤ演算部６３の積分器に積分値が溜まり続けることを防止する。
次にステップＳ１５〜Ｓ１７までは、第１実施形態のステップＳ４〜Ｓ６と同様であり、ステップＳ１８では、過渡時制御手段９１からの信号を演算し、ステップＳ１９で、その過渡時制御手段９１からの信号の演算結果と、最大値選択関数部７７の出力信号との最大値または最小値の一方を選択する。次のＳ１５〜Ｓ１７までは、第１実施形態のステップＳ７〜Ｓ９と同様である。
第４実施形態によれば、過渡時制御手段９１が設けられている場合においても、過渡時制御手段９１によるＥＧＲバルブ２９が制御されている状態が解除された際に、第３実施形態で説明したワインドアップ対策（入力飽和対策）としての自動調合ＰＩＤ８３が設けられているため、ワインドアップ（入力飽和）の発生が防止されるので、過渡時制御手段９１のようなオプション的なロジックを追加しても悪影響をおよぼすことが防止される。
すなわち、過渡時制御手段９１が設けられて、過渡運転時のスモーク発生を抑制するために、一定時間だけＥＧＲ制御弁を全閉にするロジック、またはＥＧＲ制御弁の最小開度で保持するロジック等をオプション的に追加しても、自動調合ＰＩＤ８３によって、過渡時制御手段９１の制御が解除される際の過渡的な変化時においても、悪影響をおよぼすことが防止され、ＥＧＲ制御弁の追従性および信頼性が高められる。
図１０にシミュレーシヨンで確認した結果を示す。５〜６秒と間に強制的にＥＧＲバルブを全閉する過渡時制御手段９１を作動させて、その後、過渡時制御手段９１の制御を解除したときのＥＧＲバルブ２９の弁開度の状態を示している。ワインドアップが発生しないためすぐに動作を開始して、フィードフォワード制御指令値の弁開度Ｘ％の制限値まで上昇して、その後初期の状態に復帰することが確認できた。
なお、前記第３実施形態、第４実施形態においては、第１実施形態を基に自動調合ＰＩＤ８３、および過渡時制御手段９１を設けることを説明したが、第２実施形態に対して設けてもよい。
本発明によれば、ＥＧＲガス制御弁のオーバーシュート等を防止して、ＥＧＲ制御弁の開きすぎによるスモークの発生を防止して、ＥＧＲ制御弁の追従性および信頼性を高めることができるので、エンジンの排ガス再循環制御装置への利用に適している。
１ ディーゼルエンジン
７ 排気ターボ過給機
９ 吸気通路
１３ 吸気スロットルバルブ
１５ インテークマニホールド
１９ 燃料噴射制御装置
２５ ＥＧＲガス通路
２９ ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ制御弁）
３３ ＥＧＲ制御装置（排ガス再循環制御装置）
５１ フィードバック制御手段
５３ フィードフォワード制御手段
５５ フィードフォワード制御マップ
５７ フィードフォワード制御指令値
６１ フィードバック制御マップ
６３ ＰＩＤ演算部
６５ フィードバック制御指令値
６７ 空気過剰率推定演算部
７３ 加算器（加算手段）
７７ 最大値選択関数部（選択手段）
７９ 弁開度リミッタ
８０ ＥＧＲ弁最大開度マップ
８３ 自動調合ＰＩＤ
９１ 過渡時制御手段
９３ 過渡時選択手段

Claims (6)

  1. 排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲガス通路に設けられてＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御弁と、内燃機関の運転状態に応じたＥＧＲ制御弁の開度制御にフィードバック制御指令値を出力するフィードバック制御手段と、フィードフォワード制御指令値を出力するフィードフォワード制御手段とを備えた内燃機関の排ガス再循環制御装置において、
    前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値と前記フィードバック制御手段からの制御指令値とを加算する加算手段と、該加算手段による加算値とＥＧＲ制御弁の最大開度の制限信号とを比較してＥＧＲ制御弁の弁開度が閉側の方の指令値を採用する選択手段とを備え、前記最大開度の制限信号より開き側の指令値がＥＧＲ制御弁に出力されないように構成したことを特徴とする内燃機関の排ガス再循環制御装置。
  2. 前記フィードフォワード制御手段からの制御指令値が前記ＥＧＲ制御弁の最大開度の制限信号として前記選択手段に入力されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排ガス再循環制御装置。
  3. 前記ＥＧＲ制御弁の最大開度の制限信号がエンジン運転状態および環境状態に応じて設定されたＥＧＲ弁最大開度マップを用いて算出される値であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排ガス再循環制御装置。
  4. 前記フィードバック制御指令値は内燃機関の空気過剰率算出値と運転状態に応じて予め設定されたフィードバック制御目標値としての目標空気過剰率とを基にＰＩＤ（比例、積分、微分）演算によって算出されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排ガス再循環制御装置。
  5. ＥＧＲ制御弁の弁開度リミッタが設けられるとともに、該弁開度リミッタの出力信号と前記加算手段の出力信号との偏差に基づいて前記フィードバック制御手段に自動調合ＰＩＤが設けられることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排ガス再循環制御装置。
  6. 過渡運転時に一定期間だけ前記ＥＧＲ制御弁を最小開度または全閉に制御する過渡時制御手段が設けられるとともに、該過渡時制御手段の出力信号と前記選択手段の出力信号との一方を選択して前記弁開度リミッタに出力する過渡時選択手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排ガス再循環制御装置。
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