JP2013151864A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の負荷が変動する過渡状態における排ガス中のＮＯｘ及びＰＭを抑制するように、ＥＧＲ制御と過給機制御との協調制御が可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明は排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置によるＥＧＲガス供給量と可変流量機構付き過給機の過給量とを協調制御する内燃機関の制御装置に関する。特に、内燃機関の運転状態に基づいて筒内酸素過剰率を算出する状態量推定演算部（７７）と、該算出した筒内酸素過剰率に基づいて内燃機関が過渡状態にあると判定された場合に、ＥＧＲバルブの開度及び過給機に備えられた可変流量機構の開度が平常状態に比べて小さくなるように、それぞれの開度指令を切り換える切換手段（８１）を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関の排気ガス再循環装置（以下ＥＧＲと略す）によるＥＧＲ制御と、可変流量機構付き過給機による過給機制御との協調制御に関する。
可変流量機構付き過給機等の過給量や過給圧力を制御可能な過給機制御装置を備え、且つ、排気ガスの一部を吸気通路またはシリンダ内に還流させる排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）を備えた内燃機関が知られている。このような内燃機関、特にディーゼルエンジンにおいては、可変流量機構付き過給機の制御によって、排気圧力が増大するとＥＧＲによる排気ガスの還流量の増大によって、燃焼室への吸気流量や給気酸素濃度が確保されずにスモーク（ＰＭ）の発生が増大することや、また、排気圧力の減少によってＥＧＲガスの還流量が確保されずにＮＯｘ低減効果が得られない等、ＥＧＲの制御と可変流量機構付き過給機の制御とは相互に影響を及ぼす関係を有している。
そこで、このＥＧＲ制御と過給機制御とを協調して制御する技術が知られている。この種の協調制御の一例として特許文献１がある。特許文献１では排気還流（ＥＧＲ）を行なわせる運転領域で、可変流量機構の開度を部分開度の所定範囲内に調整しつつ、空燃比が目標空燃比になるようにＥＧＲ制御弁をフィードバックすることで、ＮＯｘ及びＰＭの低減が可能とされている。
特開２０００−１１０５７４号公報
しかしながら、特許文献１では排気還流を部分負荷領域において行っているため、その他の負荷領域では協調制御によってＮＯｘ及びＰＭを低減することができない。また、ＰＭ排出量は筒内酸素過剰率に大きく依存するが、特許文献１における協調制御では筒内酸素過剰率が制御パラメータとして考慮されておらず、改良の余地がある。
このようにＥＧＲ制御と過給機制御との協調制御は十分とは言えない。特に、内燃機関の負荷が変化することにより各シリンダにおける燃料噴射料が経時的に変動する過渡状態に関しては、以下に説明する問題がある。ここで図８は過渡状態における燃料噴射量、給気酸素濃度、筒内酸素過剰率、ＮＯｘ排出量、ＰＭ排出量の推移を示すグラフ図である。図８（ａ）に示すように、時刻Ｔ１で内燃機関の負荷が増加するに伴い、燃料噴射量が増加し、新たな目標燃料噴射量になるようにフィードバック制御がなされている。このように燃料噴射量が増加すると吸気量も増加するので、給気酸素濃度や筒内酸素過剰率もまた一時的に減少した後に増加に転じ、その後、新たな目標給気酸素濃度になるようにフィードバック制御される。図８（ｂ）に示すように、過渡状態では給気酸素濃度が一時的に増加するため、排気ガスに含まれるＮＯｘが増加してしまう点で問題となる。また、図８（ｃ）に示すように、過渡状態では筒内酸素過剰率が一時的に減少するため、排気ガスに含まれるＰＭが増加してしまう点で問題となる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、内燃機関の負荷が変動する過渡状態における排ガス中のＮＯｘ及びＰＭを抑制するように、ＥＧＲ制御と過給機制御との協調制御が可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る内燃機関の制御装置は上記課題を解決するために、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置によるＥＧＲガス供給量が目標ＥＧＲガス供給量になるようにＥＧＲ指令信号を送信してＥＧＲバルブの開度を制御するＥＧＲ制御手段と、可変流量機構付き過給機の過給量が目標過給量になるように過給指令信号を送信して前記可変流量機構の開度を制御する過給機制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の運転状態に基づいて筒内酸素過剰率を算出する筒内酸素過剰率算出手段と、前記筒内酸素過剰率算出手段で算出した筒内酸素過剰率に基づいて前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判定する過渡状態判定手段と、前記過渡状態判定手段によって前記内燃機関が過渡状態にあると判定された場合、前記ＥＧＲバルブの開度及び前記可変流量機構の開度が平常状態に比べて小さくなるように、前記ＥＧＲ指令信号及び前記過給指令信号を切り換える切換手段とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、筒内酸素過剰率に基づいて内燃機関が過渡状態にあると検知された場合、切換手段によってＥＧＲ指令信号及び過給指令信号を切り換えることにより、ＥＧＲバルブの開度及び可変流量機構の開度が平常状態に比べて小さくなるように制御する。これにより、過渡状態における一時的な給気酸素濃度の増加や筒内酸素過剰率の低下が抑制されるので、ＮＯｘ及びＰＭの排出量を低減可能な協調制御を実現することができる。
前記切換手段は、前記ＥＧＲバルブの開度及び前記可変流量機構の開度が予め設定された下限値になるように、前記ＥＧＲ指令信号及び前記過給指令信号を切り換えるとよい。これによれば、ＥＧＲバルブの開度及び可変流量機構の開度を下限値になるように制御することで、過渡状態における一時的な給気酸素濃度の増加や筒内酸素過剰率の低下を抑制し、ＮＯｘ及びＰＭの排出量の低減を図ることができる。
この場合、前記ＥＧＲバルブの開度の下限値は、内燃機関の運転状態に応じて予め設定されているとよい。ＥＧＲバルブの開度の下限値はゼロではなく、内燃機関の運転状態に応じて規定される有限の下限値に設定することによって、内燃機関の運転効率を良好に保ちつつ、ＮＯｘやＰＭの排出量を抑制することができる。
前記過渡状態判定手段は、前記筒内酸素過剰率算出手段で算出された筒内酸素過剰率が第１の閾値以下であるか否かを判定する第１の判定手段と、前記筒内酸素過剰率算出手段で算出された筒内酸素過剰率と前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定された筒内酸素過剰率の最適値との筒内酸素過剰率偏差が第２の閾値以上であるか否かを判定する第２の判定手段とを備えてなり、前記第１の判定手段で前記筒内酸素過剰率が前記第１の閾値以下であり、且つ、前記第２の判定手段で前記筒内酸素過剰率偏差が前記第２の閾値以上であると判定された場合に、前記内燃機関が過渡状態にあると判定する。
第１の判定手段では、過渡状態で筒内酸素過剰率が一時的に減少することに鑑み、筒内酸素過剰率算出手段で算出された筒内酸素過剰率が第１の閾値以下であるか否かを判断することで、過渡状態の有無を判定する。一方、第２の判定手段では、過渡状態では筒内酸素過剰率が内燃機関の運転状態に基づいて規定される最適値から乖離することに鑑み、筒内酸素過剰率とその最適値との筒内酸素過剰率偏差が第２の閾値以上であるか否かを判断することで、過渡状態の有無と判定する。本態様では特に、このような第１の判定手段及び第２の判定手段において共に過渡状態であると判定された場合に、過渡状態があったと判定することで、精度よく判定を行うことができる。
この場合、前記過渡状態判定手段は、前記過給機の過給圧と前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定された過給圧の最適値との過給圧偏差が第３の閾値以上であるか否かを判定する第３の判定手段を備え、前記第３の判定手段で更に前記過給圧偏差が以上であると判定された場合に、前記内燃機関が過渡状態にあると判定するとよい。第３の判定手段では更に、過渡状態では過給圧が内燃機関の運転状態に基づいて規定される最適値から乖離することに鑑み、過給圧とその最適値との過給圧偏差が第３の閾値以上であるか否かを判断することで、過渡状態の有無と判定する。これにより、より精度良く過渡状態の検知を行うことができる。
前記切換手段は、前記過渡状態判定手段によって前記内燃機関が過渡状態にないと判定された場合、前記ＥＧＲ指令信号及び前記過給指令信号に対する切換制御を解除するとよい。これによれば、過渡状態判定手段によって過渡状態が終了したと判定された場合には、切換手段による切換制御を解除して、通常の運転状態に復帰する。
この場合、前記過渡状態判定手段は、前記筒内酸素過剰率算出手段で算出された筒内酸素過剰率が第４の閾値より大きいか否かを判定する第４の判定手段と、前記筒内酸素過剰率算出手段で算出された筒内酸素過剰率と前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定された筒内酸素過剰率の最適値との筒内酸素過剰率偏差が第５の閾値未満であるか否かを判定する第５の判定手段とを備えてなり、前記第４の判定手段で前記筒内酸素過剰率が前記第４の閾値より大きい、又は、前記第５の判定手段で前記筒内酸素過剰率偏差が前記第５の閾値未満であると判定された場合に、前記内燃機関が過渡状態にないと判定するとよい。これによれば、上述した第４の判定手段、又は、第５の判定手段のいずれかにおいて過渡状態でないと判定された場合に、迅速に通常状態に復帰することができる。尚、第４の閾値及び第５の閾値は、それぞれ上述の第１の閾値及び第２の閾値と同一に設定してもよいし、異なるように設定してもよい。
前記切換手段は前記切換制御を解除する際に、前記ＥＧＲバルブの開度が前記切換制御時の開度より大きな所定開度になるように前記ＥＧＲ指令信号をリセットするとよい。過渡状態が終了して通常の運転状態に復帰する際には、過渡状態時に切換制御されることによって閉じられていたＥＧＲバルブの開度が開くまでに遅延が生じて、給気酸素濃度が上昇し、ＮＯｘが増加する場合がある。この態様では、過渡状態の終了時に、ＥＧＲバルブの開度を所定開度になるように制御することによって、迅速にＥＧＲバルブの開度を増加させ、ＮＯｘの増加を防止することができる。
また、前記可変流量機構の開度が、前記内燃機関の定常状態における開度となるように前記過給指令信号を制限する過給指令信号制限手段を更に備えるとよい。一般的に、過給機の開度がフィードバック制御されている場合、目標過給圧より実過給圧が高いときには、過給圧を減少させるように過給指令信号が生成される。このように過給指令信号が過給圧の減少指令である場合に、内燃機関の負荷が増加する過渡状態（例えば車両の急加速など）が生じると、過給圧を上昇に転じるまでのタイムラグが増大する。すると、過渡状態において筒内酸素過剰率が減少し、排気ガス中のＰＭが増加するため問題となる。この態様では、前記可変流量機構の開度が前記内燃機関の定常状態における開度となるように前記過給指令信号を制限することによって、過給圧が過度に減少しないように、予め可変流量機構の開度を通常状態の開度に確保しておくことにより、過渡状態が発生した際のタイムラグを軽減し、ＰＭの増加を抑制することができる。
本発明によれば、筒内酸素過剰率に基づいて内燃機関が過渡状態にあると検知された場合、切換手段によってＥＧＲ指令信号及び過給指令信号を切り換えることにより、ＥＧＲバルブの開度及び可変流量機構の開度が平常状態に比べて小さくなるように制御する。これにより、過渡状態における一時的な給気酸素濃度の増加や筒内酸素過剰率の低下が抑制されるので、ＮＯｘ及びＰＭの排出量を低減可能な協調制御を実現することができる。
第１実施形態に係る内燃機関の制御装置の全体構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る内燃機関の制御装置の内部構成ブロック図である。 可変流量機構付き過給機の要部断面説明図である。 λリミット制御部における切換制御に関する内部構成ブロック図である。 λリミット制御部における切換解除制御に関する内部構成ブロック図である。 第２実施形態に係る内燃機関の制御装置のＰＩＤ制御部８０の内部構成ブロック図である。 第３実施形態に係る内燃機関の制御装置のＶＦＴ指令値リミッタ周辺の構成ブロック図である。 従来例に係る、過渡状態における燃料噴射量、給気酸素濃度、吸気酸素過剰率、ＮＯｘ排出量、ＰＭ排出量の推移を示すグラフ図である。
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は第１実施形態に係る内燃機関の制御装置の全体構成を示す模式図である。ディーゼルエンジン（エンジン）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吸気通路９を通って、インタークーラ１１に入り吸気が冷却された後、吸気スロットルバルブ１３で吸気流量が制御され、その後、吸気マニホールド１５からエンジン１の図示しない燃焼室内に流入するようになっている。
この排気ターボ過給機７は、可変流量機構付き過給機（ＶＦＴ）であり、その具体的な構造を図３に示す。図３に示すように、排気ターボ過給機７は周方向に連続的にタービンロータの全周を包囲するように延びる内側スクロール１９と外側スクロール２１とを有し、内側スクロール１９のみに排気ガスを流す状態と、内側スクロール１９と外側スクロール２１の両方に排ガスを流す状態とを切換える切換手段であるＶＦＴ制御弁２３を備えて構成されている。このＶＦＴ制御弁２３を作動させることで内側スクロール１９にのみ排気ガスを流す状態と、内側スクロール１９と外側スクロール２１の両方に排ガスを流す状態とを切換える。
また、図１に示すように、エンジン１においては、燃料噴射弁２７からの燃料噴射時期及び噴射量を制御して燃焼室内に噴射する燃料噴射装置２９が設けられている。エンジン１の燃焼室で燃焼された燃焼ガス即ち排気ガス３１は、シリンダ毎に設けられた排気ポートが集合して排気マニホールド３３及び排気通路３５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３５を通って排ガス後処理装置（不図示）を通過して排出されるようになっている。
また、排気通路３５又は排気マニホールド３３の途中から、ＥＧＲ通路３７が分岐されて、排ガスの一部が吸気スロットルバルブ１３の下流側部位にＥＧＲクーラ３９、ＥＧＲ制御弁４１を介して投入されるＥＧＲ装置４０が設けられている。
排気ターボ過給機７の上流側には、エアフローメータ４３、大気温度センサ４５が設けられ、吸気マニホールド１５内には、吸気温度センサ４７、過給圧センサ４９が設けられている。また、エンジン回転数センサ５１、大気圧センサ５３が設けられており、各センサからの信号は、信号変換器５５を介して制御装置（ＥＣＵ）５７に取り込まれている。
更に、ＥＧＲ制御弁４１に対しては、ＥＧＲバルブ制御手段（ＥＧＲ制御手段）５９を介して駆動信号が出力されると共に、ＥＧＲ弁開度信号が制御装置５７に入力される。吸気スロットルバルブ１３に対しも同様に、スロットルバルブ駆動回路６１を介して駆動信号が出力されると共に、スロットルバルブ弁開度信号が制御装置５７に入力される。更に、排気ターボ過給機７に対しては、ＶＦＴバルブ制御手段（過給機制御手段）６３を介して、駆動信号が可変流量機構を構成するＶＦＴ制御弁２３（図３参照）に出力されると共に、該ＶＦＴ制御弁２３の弁開度信号が制御装置５７に入力されるようになっている。
図２は第１実施形態に係る内燃機関の制御装置５７の内部構成ブロック図である。制御装置５７において、ＥＧＲ制御弁４１の開度制御とＶＦＴ制御弁２３との協調制御が行われる。
図２において、目標過給圧設定手段６５では、エンジン１の運転状態を示す、エンジン回転数センサ５１によるエンジン回転数、燃料噴射装置２９による燃料噴射量を基に、目標過給圧マップ６７を用いて、目標過給圧ｒ１を求める。また、実過給圧ｙ１は、過給圧センサ４９からの信号を基に求める。そして、この実過給圧ｙ１と前記目標過給圧設定手段６５によって設定された目標過給圧ｒ１との偏差ｅ１を、加減算器６９にて算出し、過給圧制御量としてＰＩＤ制御部８０に入力される。
一方、給気酸素濃度についても同様であり、目標給気酸素濃度設定手段７３によって、エンジン１の運転状態、例えば、エンジン回転数センサ５１によるエンジン回転数、燃料噴射装置２９による燃料噴射量から、目標給気酸素濃度マップ７５を用いて、目標給気酸素濃度ｒ２を求める。
実給気酸素濃度及び筒内酸素過剰率は、状態量推定演算部７７によって演算した値が用いられる。この状態量推定演算部７７は、エンジン１の運転状態を示す、エンジン回転数センサ５１からのエンジン回転数、燃料噴射装置２９からの燃料噴射量、過給圧センサ４９からの過給圧、吸気温度センサ４７からの吸気マニホールド温度、エアフローメータ４３からの吸気流量を基に、実給気酸素濃度及び筒内酸素過剰率を算出する。そして、状態量推定演算部７７によって推定した実給気酸素濃度ｙ２と、前記目標給気酸素濃度設定手段７３によって設定された目標給気酸素濃度ｒ２との偏差ｅ２を、加減算器７９にて算出し、給気酸素濃度制御量としてＰＩＤ制御部８０に入力される。
ＰＩＤ制御部８０は、入力された過給圧制御量ｅ１及び給気酸素濃度制御量ｅ２に基づいて、実過給圧ｒ１が目標過給圧ｙ１になると共に実給気酸素濃度ｒ２が目標給気酸素濃度ｙ２になるように、ＥＧＲ制御弁４１の開度指令（以下、適宜「ＥＧＲ開度指令」と称する）及びＶＦＴ制御弁２３の開度指令（以下、適宜「ＶＦＴ開度指令」と称する）を生成する。このように、ＰＩＤ制御部８０は、ＥＧＲ制御弁４１の制御と、ＶＦＴ制御弁２３との制御を協調制御する。
一方、λリミット制御部８１には、状態量推定演算部７７によって推定した筒内酸素過剰率と過給圧センサ４９からの実過給圧とが入力される。このλリミット制御部８１は後述する過渡状態の判定結果に基づいて、ＰＩＤ制御部８０で生成されたＥＧＲ制御弁開度指令とＶＦＴ制御弁開度指令に対して、それぞれ切換指令（ＥＧＲ切換指令とＶＦＴ切換指令）を生成する。
ＰＩＤ制御部８０で生成されたＥＧＲ制御指令は、λリミット制御部８１で生成されたＥＧＲ切換指令によって切り換えられた後、ＥＧＲ指令値リミッタ９１によって上下限値が規制されて、ＥＧＲ制御弁４１の開度指令信号として出力される。同様に、ＰＩＤ制御部８０で生成されたＶＦＴ制御指令は、λリミット制御部８１で生成されたＶＦＴ切換指令によって切り換えられた後、ＶＦＴ指令値リミッタ９７によって上下限値が規制されて、ＶＦＴ制御弁２３の開度指令信号として出力される。
図４は本発明に係るλリミット制御部８１における切換制御に関する内部構成ブロック図である。図４に示したように、λリミット制御部８１に入力された筒内酸素過剰率λＯ２は比較器１０１，１０２，１０４にそれぞれ入力されると共に、実過給圧は加減算器１０６に入力される。
第１の判定部１１０では、比較器１０１において筒内酸素過剰率λＯ２が予め規定されたλＯ２リミット値（例えば２以下）以下であるか否かが判定される。ここでλＯ２リミット値は本発明に係る「第１の閾値」の一例であり、図１０を参照して上述したように、過渡状態発生時の筒内酸素過剰率の減少を判定するための閾値である。すなわち、第１の判定部１１０では、過渡状態で筒内酸素過剰率が一時的に減少することに鑑み、入力された筒内酸素過剰率が第１の閾値以下であるか否かを判断することで、過渡状態の有無を判定する。
第２の判定部１１２では、λＯ２マップ１０７はエンジン１の運転状態に対して筒内酸素過剰率の最適値を規定するマップであり、図４では図示を省略しているが、エンジン回転数や燃料噴射量などのエンジン１の運転状態を取得して、これに対応する筒内酸素過剰率の最適値が出力され、加減算器１０５に入力される。一方、当該加減算器１０５には本発明に係る「第２の閾値」の一例であるλＯ２オフセット値が入力され、筒内酸素過剰率λＯ２の最適値との偏差が生成され、比較器１０２にて筒内酸素過剰率λＯ２が当該偏差以上であるか否かが判定される。すなわち、第２の判定部１１２では、過渡状態では筒内酸素過剰率がエンジン１の運転状態に基づいて規定される最適値から乖離することに鑑み、筒内酸素過剰率とその最適値との筒内酸素過剰率偏差が第２の閾値以上であるか否かを判断することで、過渡状態の有無と判定する。
第３の判定部１１４では、目標過給圧マップ１０８はエンジン１の運転状態に対して過給圧の最適値を規定するマップであり、図４では図示を省略しているが、エンジン回転数や燃料噴射量などのエンジン１の運転状態を取得して、これに対応する目標過給圧が出力され、加減算器１０６に入力される。一方、当該加減算器１０６には実過給圧が入力され、目標過給圧との偏差が生成され、比較器１０３にて当該偏差が予め規定された過給圧偏差リミット値（本発明に係る「第３の閾値」の一例である）以上であるか否かが判定される。すなわち、第３の判定手段１１４では更に、過渡状態では過給圧がエンジン１の運転状態に基づいて規定される最適値から乖離することに鑑み、過給圧とその最適値との過給圧偏差が第３の閾値以上であるか否かを判断することで、過渡状態の有無と判定する。
第１の判定部１１０、第２の判定部１１２、及び、第３の判定部１１４の判定結果はアンド回路１１８に入力され、各判定部において過渡状態であると判定された場合に、ＯＲ回路１２０を経て切換指令を出力する。このように、第１の判定部１１０、第２の判定部１１２、及び、第３の判定部１１４において異なる条件に基づいて多重的に過渡状態を判定することにより、精度良く過渡状態の有無を判断することができる。
尚、第４の判定部１１６では、比較器１０４においてλリミット制御部８１に入力された筒内酸素過剰率λＯ２と予め規定されたλＯ２下限値が入力され、筒内酸素過剰率λＯ２がλＯ２下限値以下であるか否かが判定される。ここでλＯ２下限値は第１の判定部１１０におけるλＯ２リミット値（第１の閾値）に比べて小さく設定された閾値であり、第１の判定部１１０、第２の判定部１１２、及び、第３の判定部１１４における判定結果に関わらず、筒内酸素過剰率λＯ２の極端な低下が検知された場合には、過渡状態があると判定するための閾値である。これにより、筒内酸素過剰率λＯ２の極端な低下が検知された場合には、迅速に過渡状態の判定ができるようになっている。
このように過渡状態であると判定された場合、切換指令生成部１２２はＥＧＲ切換指令及びＶＦＴ切換指令をそれぞれ生成して出力する。ＥＧＲ切換指令は、エンジン１の運転状態に基づいてＥＧＲ制御弁４１の開度下限値を規定するＥＧＲ開度下限値マップ１２４を用いて生成される。ここでは、エンジン１の運転状態を取得して、ＥＧＲ制御弁４１の開度がＥＧＲ開度下限値マップ１２４に基づいた開度下限値になるように、ＥＧＲ制御指令を切り換えるＥＧＲ切換指令が生成される。一方、ＶＦＴ切換指令は、エンジン１の運転状態に関わらず、ＶＦＴ制御弁２３の開度が開度下限値（典型的にはゼロ）になるように生成される。
このようにエンジン１が過渡状態にあると検知された場合に、ＥＧＲ制御指令及びＶＦＴ制御指令を切り換えることにより、ＥＧＲ制御弁４１の開度及びＶＦＴ制御弁２３の開度が平常状態に比べて小さくなるように制御する。これにより、過渡状態における一時的な給気酸素濃度の増加や筒内酸素過剰率の低下が抑制されるので、ＮＯｘ及びＰＭの排出量を低減可能な協調制御を実現することができる。
続いて図５は本発明に係るλリミット制御部８１における切換制御の解除制御に関する内部構成ブロック図である。切換制御の解除制御では、上述の第１の判定部１１０及び第２の判定部１１２において、過渡状態でないか否かが判定される。すなわち、第１の判定部１１０では、比較器１０１において筒内酸素過剰率λＯ２が予め規定されたλＯ２リミット値（例えば２以下）より大きい否かが判定される。そして、第２の判定部１１２では、筒内酸素過剰率とその最適値との筒内酸素過剰率偏差が第２の閾値未満であるか否かが判定される。そして、各判定部の判定結果はＯＲ回路１２６に入力されることにより、いずれかの判定部において過渡状態でないと判定された場合に、上述の切換制御が解除されるようになっている。これにより、過渡状態から通常状態に復旧した際に、切換制御を迅速に解除できる。
尚、図５における第１の判定部１１０及び第２の判定部１１２は、それぞれ本発明の「第４の判定手段」及び「第５の判定手段」の一例である。本実施形態では特に、本発明に係る「第４の閾値」及び「第５の閾値」が、それぞれ本発明に係る「第１の閾値」及び「第２の閾値」と同一になるように設定された場合を例示しているが、互いに異なるように設定してもよい。
以上説明したように、第１実施形態に係る制御装置５７によれば、過渡状態における一時的な給気酸素濃度の増加や筒内酸素過剰率の低下が抑制されるので、ＮＯｘ及びＰＭの排出量を低減可能な協調制御を実現することができる。
（第２実施形態）
続いて図６を参照して、第２実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第２実施形態では第１実施形態と共通する箇所には共通する符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。
図６は第２実施形態に係る内燃機関の制御装置のＰＩＤ制御部８０の内部構成ブロック図である。ＰＩＤ制御部８０には、第１実施形態で説明したように、実過給圧ｙ１と前記目標過給圧設定手段６５によって設定された目標過給圧ｒ１との偏差ｅ１、及び、状態量推定演算部７７によって推定された給気酸素濃度ｙ２と前記目標給気酸素濃度設定手段７３によって設定された目標給気酸素濃度ｒ２との偏差ｅ２が入力される。そして、ＰＩＤ制御部８０では、入力された偏差ｅ１に基づいてＶＦＴ開度指令が出力されると共に、偏差ｅ２に基づいてＥＧＲ開度指令が出力されるが、図６では特にＥＧＲ開度指令が偏差ｅ２に基づいて所定のゲイン１３０が印加された後、積分器１３２を経て出力される様子を示している。
一方、ＰＩＤ制御部８０にはλリミット制御部８１から上述の切換制御が実施状態にあるか否かを示すλリミット制御信号が入力される。Ｓ／Ｗ１３４はλリミット制御信号がＯＮ状態にある場合（すなわち切換制御が実施されている状態にある場合）、リセット信号を出力する切替手段である。積分器１３２にリセット信号が入力されると、積分器１３２はゲイン１３０の積算値をリセットし、ＥＧＲ制御弁４１が所定開度になるようにＥＧＲ制御弁指令を出力する。
従来、過渡状態が終了して通常の運転状態に復帰する際には、過渡状態時に切り換えられることによって閉じられていたＥＧＲ制御弁４１の開度が開くまでに遅延が生じて、給気酸素濃度が上昇し、ＮＯｘが増加する場合がある。この態様では、過渡状態の終了時に、ＥＧＲ制御弁４１の開度を所定開度になるように制御することによって、迅速にＥＧＲ制御弁４１の開度を増加させ、ＮＯｘの増加を防止することができる。
（第３実施形態）
続いて図７を参照して、第３実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第３実施形態では第１及び第２実施形態と共通する箇所には共通する符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。
図７は第３実施形態に係る内燃機関の制御装置のＶＦＴ指令値リミッタ９７周辺の構成ブロック図である。ＶＦＴ指令値リミッタ９７は本発明に係る「過給指令信号制限手段」の一例であり、ＶＦＴ開度指令に対して上限値設定手段１３６で設定された上限値及び下限値設定手段１３８で設定された下限値により規定された範囲に制限する。上限値設定手段１３６及び下限値設定手段１３８で設定される範囲はエンジン１の定常状態において許容されるＶＦＴ制御弁２３の開度範囲であり、その上限値及び下限値はそれぞれＶＦＴ最大開度マップ１４０及びＶＦＴ最小開度マップ１４２によってエンジン１の運転状態に応じて規定される。
一般的に、ＶＦＴ制御弁２３の開度がフィードバック制御されている場合、目標過給圧より実過給圧が高いときには、過給圧を減少させるようにＶＦＴ開度指令が生成される。このようにＶＦＴ開度指令が過給圧の減少指令である場合に、エンジン１の負荷が増加する過渡状態（例えば車両の急加速など）が生じると、過給圧を上昇に転じるまでのタイムラグが増大する。すると、過渡状態において筒内酸素過剰率が減少し、排気ガス中のＰＭが増加するため問題となる。本実施形態では、ＶＦＴ指令値リミッタ９７においてＶＦＴ制御弁２３の開度がエンジン１の定常状態における開度となるように制限することによって、過給圧が過度に減少しないようにし、過渡状態が発生した際のタイムラグを軽減し、ＰＭの増加を抑制することができる。
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関の排気ガス再循環装置（以下ＥＧＲと略す）によるＥＧＲ制御と、可変流量機構付き過給機による過給機制御との協調制御に利用可能である。
１ 内燃機関（ディーゼルエンジン）
７ 可変流量機構付き過給機
９ 吸気通路
１９ 内側スクロール
２１ 外側スクロール
２３ ＶＦＴ制御弁（切換手段）
３７ ＥＧＲ通路
４０ 排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）
４１ ＥＧＲ制御弁
４３ エアフローメータ
５７ 制御装置
６５ 目標過給圧設定手段
７３ 目標給気酸素濃度設定手段
７７ 状態量推定演算部
８０ ＰＩＤ制御部
８１ λリミット制御部
９１ ＥＧＲ指令値リミッタ
９７ ＶＦＴ開度指令値リミッタ
１１０，１１２，１１４，１１６ 判定部
１２２ 切換指令生成部
１３６ 上限値設定手段
１３８ 下限値設定手段

Claims (9)

  1. 排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置によるＥＧＲガス供給量が目標ＥＧＲガス供給量になるようにＥＧＲ指令信号を送信してＥＧＲバルブの開度を制御するＥＧＲ制御手段と、可変流量機構付き過給機の過給量が目標過給量になるように過給指令信号を送信して前記可変流量機構の開度を制御する過給機制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
    前記内燃機関の運転状態に基づいて筒内酸素過剰率を算出する筒内酸素過剰率算出手段と、
    前記筒内酸素過剰率算出手段で算出した筒内酸素過剰率に基づいて前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判定する過渡状態判定手段と、
    前記過渡状態判定手段によって前記内燃機関が過渡状態にあると判定された場合、前記ＥＧＲバルブの開度及び前記可変流量機構の開度が平常状態に比べて小さくなるように、前記ＥＧＲ指令信号及び前記過給指令信号を切り換える切換手段と
    を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記切換手段は、前記ＥＧＲバルブの開度及び前記可変流量機構の開度が予め設定された下限値になるように、前記ＥＧＲ指令信号及び前記過給指令信号を切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記ＥＧＲバルブの開度の下限値は、前記内燃機関の運転状態に応じて予め設定されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記過渡状態判定手段は、
    前記筒内酸素過剰率算出手段で算出された筒内酸素過剰率が第１の閾値以下であるか否かを判定する第１の判定手段と、
    前記筒内酸素過剰率算出手段で算出された筒内酸素過剰率と前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定された筒内酸素過剰率の最適値との筒内酸素過剰率偏差が第２の閾値以上であるか否かを判定する第２の判定手段と
    を備えてなり、
    前記第１の判定手段で前記筒内酸素過剰率が前記第１の閾値以下であり、且つ、前記第２の判定手段で前記筒内酸素過剰率偏差が前記第２の閾値以上であると判定された場合に、前記内燃機関が過渡状態にあると判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記過渡状態判定手段は、前記過給機の過給圧と前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定された過給圧の最適値との過給圧偏差が第３の閾値以上であるか否かを判定する第３の判定手段を備え、
    前記第３の判定手段で更に前記過給圧偏差が以上であると判定された場合に、前記内燃機関が過渡状態にあると判定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記切換手段は、前記過渡状態判定手段によって前記内燃機関が過渡状態にないと判定された場合、前記ＥＧＲ指令信号及び前記過給指令信号に対する切換制御を解除することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記過渡状態判定手段は、
    前記筒内酸素過剰率算出手段で算出された筒内酸素過剰率が第４の閾値より大きいか否かを判定する第４の判定手段と、
    前記筒内酸素過剰率算出手段で算出された筒内酸素過剰率と前記内燃機関の運転状態に基づいて予め設定された筒内酸素過剰率の最適値との筒内酸素過剰率偏差が第５の閾値未満であるか否かを判定する第５の判定手段と
    を備えてなり、
    前記第４の判定手段で前記筒内酸素過剰率が前記第４の閾値より大きい、又は、前記第５の判定手段で前記筒内酸素過剰率偏差が前記第５の閾値未満であると判定された場合に、前記内燃機関が過渡状態にないと判定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
  8. 前記切換手段は前記切換制御を解除する際に、前記ＥＧＲバルブの開度が前記切換制御時の開度より大きな所定開度になるように前記ＥＧＲ指令信号をリセットすることを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
  9. 前記可変流量機構の開度が、前記内燃機関の定常状態における開度となるように前記過給指令信号を制限する過給指令信号制限手段を更に備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
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