JP2017036697A - 内燃機関のｅｇｒ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のｅｇｒ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲシステムで、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＥＧＲバルブの開度の基本制御量の振動を抑制して、ＥＧＲハンチングの発生を抑制することができる内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法を提供する。
【解決手段】ＥＧＲバルブ１６の開度をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用して制御するＥＧＲ制御において、エンジン１０の運転状態が定常状態であるときに、フィードフォワード制御におけるＥＧＲバルブ１６の開度の基本制御量Ｃａの算出に関しては、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正なしで算出し、フィードバック制御におけるＥＧＲバルブ１６の開度の補正制御量Ｃｂの算出に関しては、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正をして算出して、ＥＧＲバルブ１６を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、この内燃機関の気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法に関する。

一般的に、車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関には、排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を一定濃度以下に制御するために、ＥＧＲシステムが備えられる。このＥＧＲシステムは、図１に示すように、内燃機関１０の排気通路１３と吸気通路１２を接続するＥＧＲ通路１４と、このＥＧＲ通路１４に設けられるＥＧＲクーラー１５、ＥＧＲバルブ１６等により構成されるシステム１である。このＥＧＲシステム１により、排気通路１３を通過する排気ガスＧの一部（ＥＧＲガス）Ｇｅを、ＥＧＲ通路１４を経由して吸気通路１２に還流させて、新気Ａと共に気筒１１ｃ内に供給することで、気筒１１ｃ内での燃焼温度を低下させ、排気ガスＧに含まれる窒素酸化物の濃度を制御している。一般的に、気筒１１ｃ内での燃焼温度が低下するにつれて、排気ガスＧに含まれる窒素酸化物の濃度が低減することが知られている。

また、これに関連して、内燃機関の負荷にかかわらず低圧ＥＧＲの流量を一定となるようにフィードフォワード制御するとともに、排気中の酸素濃度が一定となるように、高圧ＥＧＲの流量をその目標値にフィードバック制御する内燃機関の排気還流制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、発明者らは、図３に示すようなＥＧＲ制御システム４０Ｘで、ＥＧＲ制御を行うことを考えてきたが、ＥＧＲバルブ１６の開度が目標開度付近で振動する現象であるＥＧＲハンチングの発生という問題に直面した。

この図３に示すＥＧＲ制御システム４０Ｘでは、ＮＯｘ制御では、エンジン回転数及び燃料噴射量等のエンジン運転状態に基づいて算出される第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１に、実際の排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度がなるように、気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御している。

すなわち、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する目標開度の制御量Ｃは、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔを基に第４制御部４４のフィードフォワード制御で算出される基本制御量（プリ制御量）Ｃａに、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと、各種センサからの入力を基に算出される気筒内酸素濃度の計算値Ｄｃとの差（誤差）ΔＤ（＝Ｄｔ−Ｄｃ）を基に第５制御部４５のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）４５で算出される補正制御量Ｃｂを加算してバルブ制御量Ｃが算出される（Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ）。

より詳細に説明すると、吸気流量センサ２１、吸気圧力センサ２２、吸気温度センサ２３、排気ラムダセンサ２４などの吸気及び排気のセンサ群Ｓｇ１からの検出値を基に、第１制御部４１で、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃが算出される。それと共に、ＮＯｘ濃度検出値Ｎｄを基本としてＮＯｘ濃度算出値Ｎｃによる算出値を補正する値を用いて、制御用の算出値を補正するとの考えに基づいて、ＮＯｘ補正部４６で、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値であるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄが入力され、このＮＯｘ濃度検出値ＮｄとＮＯｘ濃度算出値ＮｃとからＮＯｘ補正係数（補正比率）ＮＣｆ＝Ｎｄ／Ｎｃが算出される。

一方、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいてマップデータを参照する等して、第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１が算出され、この第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１に対して、第２制御部４２Ｘで、スモークリミットを考慮して第２ＮＯｘ目標値Ｎｔ２が算出され、更に、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆを乗じて、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３（＝Ｎｔ２×ＮＣｆ＝Ｎｔ２×Ｎｄ／Ｎｃ）が算出される。また、内燃機関の運転状態が過渡状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行わず、補正比率を１として、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３が算出される（Ｎｔ３＝Ｎｔ２×１＝Ｎｔ２）。

この第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３に対して、第３制御部４３Ｘで、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔが算出され、第４制御部４４でフィードフォワード制御（プリ制御）の目標値である基本制御量（プリ制御量）Ｃａが算出される。それと共に、第５制御部４５で、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと第１制御部４１で算出された気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとを入力して、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の目標値である補正制御量Ｃｂが算出される。加算部４７で、この基本制御量Ｃａと補正制御量Ｃｂとが加算されてバルブ制御量Ｃが算出される。このバルブ制御量ＣでＥＧＲバルブ１６の開度が調整制御される。

そして、このＥＧＲ制御においては、このＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる第２ＮＯｘ目標値Ｎｔ２に対する補正を、内燃機関の運転状態が定常状態の時にのみ行っている。すなわち、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行って、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３を算出している（Ｎｔ３＝Ｎｔ２×ＮＣｆ）。なお、内燃機関の運転状態が過渡状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行わず、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆを１として、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３を算出している（Ｎｔ３＝Ｎｔ２×１＝Ｎｔ２）。

そのため、内燃機関の運転状態が定常状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆにより補正された気筒内酸素濃度目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度の基本制御量Ｃａ及び補正制御量Ｃｂを算出しており、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正の影響が第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３を介して基本制御量Ｃａと補正制御量Ｃｂの両方に及んでいる。

しかしながら、このＥＧＲ制御システム４０Ｘでは、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＥＧＲバルブ１６の開度が振動する目標開度に追従して振動が持続する現象であるＥＧＲハンチングが発生するという問題がある。

特開２０１２−２３７２９０号公報

この問題に対して、本発明者らは、実験等を繰り返すことにより、上記のＥＧＲハンチングの発生の原因が基本制御量Ｃａの振動にあることを見出した。そして、基本制御量Ｃａの振動が、基本制御量Ｃａに対するＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正の影響で生じていることを突き止め、さらに、この基本制御量Ｃａに対する補正を止めることでハンチングが収まることを実験的に確認した。

つまり、ＥＧＲ制御においては、ＥＧＲ弁の弁開度の制御による影響が吸気量に及び、プリ制御値Ｃａを算出するための吸気量に関する各種センサの出力に影響が出る。この場合に、このＮＯｘ濃度検出値Ｎｄを検出するＮＯｘ濃度センサ２０が、ＥＧＲ通路１４が分岐した場所より下流側に配置されており、ＥＧＲ弁、吸気に関する各種センサ、ＮＯｘ濃度センサのそれぞれの位置関係で、ＥＧＲ制御の面で、基本制御量Ｃａの算出に関して、ＥＧＲバルブ１６の開度の変化に対して、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値Ｎｄの変化には応答遅れ（位相遅れ）が生じ、そのため、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆの算出にも遅れ（位相差）が生じる。この応答遅れの影響により、エンジン１０の運転状態が定常状態へ到達したときに、基本制御量ＣａをＮＯｘ補正係数ＮＣｆで補正すると、本来モデル計算上は一定値である基本制御量Ｃａが過去の運転状態の影響を引きずって動作し、ＥＧＲバルブが基本制御量の動きに追従する結果として実ＮＯｘが動き、新たにＮＯｘ補正係数ＮＣｆの振動を誘発するため、ハンチングが生じると考えられる。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、この内燃機関の気筒内酸素濃度に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を制御する内燃機関のＥＧＲシステムに関し、特に、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＥＧＲバルブの開度の基本制御量の振動を抑制して、ＥＧＲハンチングの発生を抑制することができる内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システムは、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用して制御する内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、排気通路にＮＯｘ濃度検出装置を設けるとともに、前記ＥＧＲシステムを制御する制御装置が、吸気及び排気に関係するセンサの検出値から算出されるＮＯｘ濃度算出値と前記ＮＯｘ濃度検出装置の検出値とからＮＯｘ補正係数を算出し、前記内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、前記フィードフォワード制御における前記ＥＧＲバルブの開度の基本制御量の算出に関しては、前記ＮＯｘ補正係数による補正なしで算出し、前記フィードバック制御における前記ＥＧＲバルブの開度の補正制御量の算出に関しては、前記ＮＯｘ補正係数による補正をして算出して、前記ＥＧＲバルブを制御するように構成される。

この構成によれば、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＮＯｘ補正係数による補正の影響がフィードフォワード制御（プリ制御）におけるＥＧＲバルブの開度の基本制御量に対しては及ばなくなるので、ＥＧＲバルブの開度の基本制御量の振動を抑制して、ＥＧＲハンチングの発生を抑制することができる。その一方で、ＮＯｘ補正係数による補正の影響がフィードバック制御（ＰＩＤ制御）におけるＥＧＲバルブの開度の補正制御量には及ぶので、気筒内酸素濃度に基づくＥＧＲバルブの開度の制御精度を維持することができる。

また、より具体的には、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、前記制御装置が、前記内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、気筒内酸素濃度目標値を前記ＮＯｘ補正係数で補正することなく算出した後、前記気筒内酸素濃度目標値に対してフィードフォワード制御で前記ＥＧＲバルブの開度の前記基本制御量を算出する一方で、前記気筒内酸素濃度目標値を前記ＮＯｘ補正係数で補正し、この補正後の気筒内酸素濃度目標値と前記吸気及び排気に関係するセンサの前記検出値から算出される気筒内酸素濃度算出値に対してフィードバック制御で前記ＥＧＲバルブの補正制御量を算出して、前記基本制御量に前記補正制御量を加算して制御量とし、この制御量になるように前記ＥＧＲバルブの開度を制御するように構成される。

また、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムを搭載した内燃機関は、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムと同様の作用効果を奏することができる。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ制御方法は、ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用して制御する内燃機関のＥＧＲ制御方法において、吸気及び排気に関係するセンサの検出値から算出されるＮＯｘ濃度算出値と排気通路に設けたＮＯｘ濃度検出装置の検出値とからＮＯｘ補正係数を算出するとともに、前記フィードフォワード制御における前記ＥＧＲバルブの開度の基本制御量の算出に関しては、前記ＮＯｘ補正係数による補正なしで算出し、前記フィードバック制御における前記ＥＧＲバルブの開度の補正制御量の算出に関しては、前記ＮＯｘ補正係数による補正をして算出して、前記ＥＧＲバルブを制御することを特徴とする方法である。

また、より具体的には、上記の内燃機関のＥＧＲ制御方法において、前記内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、気筒内酸素濃度目標値を前記ＮＯｘ補正係数で補正することなく算出した後、前記気筒内酸素濃度目標値に対してフィードフォワード制御で前記ＥＧＲバルブの開度の前記基本制御量を算出する一方で、前記気筒内酸素濃度目標値を前記ＮＯｘ補正係数で補正し、この補正後の気筒内酸素濃度目標値と前記吸気及び排気に関係するセンサの前記検出値から算出される気筒内酸素濃度算出値に対してフィードバック制御で前記ＥＧＲバルブの補正制御量を算出して、前記基本制御量に前記補正制御量を加算して制御量とし、この制御量になるように前記ＥＧＲバルブの開度を制御する。

これらの方法によれば、上記の内燃機関のＥＧＲ制御システムと同様の作用効果を奏することができる。

本発明の内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法によれば、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＮＯｘ補正係数による補正の影響がフィードフォワード制御（プリ制御）におけるＥＧＲバルブの開度の基本制御量に対しては及ばなくなるので、ＥＧＲバルブの開度の基本制御量の振動を抑制して、ＥＧＲハンチングの発生を抑制することができる。その一方で、ＮＯｘ補正係数による補正の影響がフィードバック制御（ＰＩＤ制御）におけるＥＧＲバルブの開度の補正制御量には及ぶので、気筒内酸素濃度に基づくＥＧＲバルブの開度の制御精度を維持することができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関におけるＥＧＲシステムの構成を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システムの構成を模式的に示す図である。 先行技術における内燃機関のＥＧＲ制御システムの構成を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム、内燃機関、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の内燃機関は、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０を備えて構成され、後述する内燃機関のＥＧＲ制御システム４０が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関（以下エンジン）１０は、ＥＧＲシステム１を備えて構成され、エンジン本体１１と吸気通路１２と排気通路１３とＥＧＲ通路１４を備えている。このＥＧＲ通路１４は、排気通路１３と吸気通路１２とを接続して設けられ、上流側より順に、エンジン冷却水を冷却媒体とするＥＧＲクーラー１５、ＥＧＲバルブ１６が設けられている。

そして、大気から導入される新気Ａが、必要に応じて、ＥＧＲ通路１４から吸気マニホールド１１ａに流入するＥＧＲガスＧｅを伴って、気筒（シリンダ）１１ｃ内の燃焼室に送られ、燃焼室にて燃料噴射装置（図示しない）より噴射された燃料と混合圧縮されて、燃料が燃焼することで、エンジン１０に動力を発生させる。そして、エンジン１０で燃焼により発生した排気ガスＧが、排気マニホールド１１ｂから排気通路１３に流出するが、その一部はＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスＧｅとして流れ、残りの排気ガスＧａ（＝Ｇ−Ｇｅ）は、排気浄化処理装置（図示しない）により浄化処理された後、マフラー（図示しない）を経由して大気へ放出される。

また、吸気通路１２には、吸気流量を検出する吸気流量センサ（ＭＡＦセンサ）２１、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ２２及び吸気温度を検出する吸気温度センサ２３が設けられるとともに、排気通路１３には、排気の空気過剰率を検出する排気ラムダセンサ２４が設けられる。これらの吸気及び排気に関係するセンサ２１〜２４はセンサ群Ｓｇ１を形成し、これらのセンサ２１〜２４の信号は、予め設定された制御時間毎に、後述する制御装置３０に送信される。

また、本発明の内燃機関のＥＧＲシステム１を制御するＥＧＲ制御システム４０のための制御装置３０が備えられる。この制御装置３０は、センサ群Ｓｇ１のセンサ２１〜２４より送信された信号に基づいて、予め設定された制御時間毎に、センサ２１〜２４の検出値を算出するとともに、必要な検出値のデータ（通常は、最新の検出値のデータ）を記憶する。この制御装置３０は、通常は、エンジン１０の運転状態全般を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込まれるが、独立して設けてもよい。

また、ＥＧＲ通路１４の分岐点より下流側の排気通路１３に、ＮＯｘ濃度センサ（ＮＯｘ濃度検出装置）２０が設けられる。このＮＯｘ濃度センサ２０の信号も、センサ２１〜２４の信号と同様に、予め設定された制御時間毎に、制御装置３０に送信され、制御装置３０は、センサ２０より送信された信号に基づいて、センサ２０の検出値を算出するとともに、必要検出値のデータ（通常は、最新の検出値のデータ）を記憶する。

次に、図２に示す、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０について説明する。図２に示すように、エンジン回転数及び燃料噴射量等のエンジン運転状態に基づいて算出される第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１に、実際の排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度がなるように、以下で述べる気筒内酸素濃度Ｄｃ、Ｄｔ、Ｄｔ０に基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御している。

すなわち、ＥＧＲバルブ１６の開度を制御する目標開度の制御量Ｃは、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔ０を基に第４制御部４４のフィードフォワード制御で算出される基本制御量（プリ制御量）Ｃａに、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと、各種センサからの入力を基に算出される気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとの差（誤差）ΔＤ（＝Ｄｔ−Ｄｃ）を基に第５制御部４５のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）で算出される補正制御量Ｃｂを加算してバルブ制御量Ｃが算出される（Ｃ＝Ｃａ＋Ｃｂ）。

つまり、ＥＧＲ通路１４にＥＧＲバルブ１６を有して構成されるＥＧＲシステム１を備えたエンジン１０で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値Ｎｔ１に対応する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔ、Ｄｔ０に基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用して制御する内燃機関のＥＧＲ制御システム４０である。

より詳細に説明すると、第１制御部４１では、吸気流量センサ２１、吸気圧力センサ２２、吸気温度センサ２３、排気ラムダセンサ２４などのセンサ群Ｓｇ１からの検出値を基に、シリンダ内酸素濃度算出値ＤｃとＮＯｘ濃度算出値Ｎｃを算出する。

このシリンダ内酸素濃度算出値Ｄｃの算出に際しても内部ＥＧＲガスを考慮することが好ましい。つまり、気筒内で発生するＮＯｘ量に関係するのは、気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度算出値Ｄｃであるので、気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度算出値Ｄｃを、吸気量と酸素濃度、外部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度とだけで算出せずに、内部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度と考慮に入れて、気筒内酸素濃度算出値Ｄｃを算出することが好ましい。

そして、この気筒内酸素濃度算出値Ｄｃと吸気温度の推定値などから気筒内で発生するＮＯｘ量及び気筒内から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度を算出し、ＮＯｘ濃度算出値Ｎｃとする。

それと共に、ＮＯｘ濃度センサ２０で検出されるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄを基本としてＮＯｘ濃度算出値Ｎｃによる算出値を補正する値を用いて、制御用の算出値を補正するとの考えに基づいて、ＮＯｘ補正部４６で、ＮＯｘ濃度センサ２０の検出値であるＮＯｘ濃度検出値Ｎｄが入力され、このＮＯｘ濃度検出値ＮｄとＮＯｘ濃度算出値ＮｃとからＮＯｘ補正係数（補正比率）ＮＣｆ＝Ｎｄ／Ｎｃを算出する。

一方、第２制御部４２では、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいてマップデータを参照する等して、第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１が算出され、この第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１が入力される第２制御部４２では、この第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１ではスモークが発生することが、予め設定してある計算式やマップデータ等から予測される場合には、スモークが発生しないようなＮＯｘ濃度を第２ＮＯｘ目標値Ｎｔ２とする。所謂スモークリミットを行う。なお、スモークが発生する可能性が無い場合は、そのまま、第１ＮＯｘ目標値Ｎｔ１を第２ＮＯｘ目標値Ｎｔ２とする。これにより第２ＮＯｘ目標値Ｎｔ２を算出する。

更に、内燃機関の運転状態が定常状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆを乗じて、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３（＝Ｎｔ２×ＮＣｆ＝Ｎｔ２×Ｎｄ／Ｎｃ）を算出する。一方、過渡状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行わず、補正比率を１として、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３を算出する（Ｎｔ３＝Ｎｔ２×１＝Ｎｔ２）。

そして、第３制御部４３では、この第２ＮＯｘ目標値Ｎｔ２に対して、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔ０を算出する。第４制御部４４で、この算出された気筒内酸素濃度目標値Ｄｔ０に対して、フィードフォワード制御（プリ制御）の目標値である基本制御量（プリ制御量）Ｃａを算出する。この基本制御量Ｃａの算出に際しても、内部ＥＧＲガスを考慮することが好ましい。

なお、この第４制御部４４では、ＥＧＲバルブ１６の前後に設けた差圧センサ（図示しない）で検出したＥＧＲバルブ１６の前後圧力、ＥＧＲバルブ１６の下流のＥＧＲ通路１４に設けた温度センサ（図示しない）で検出したＥＧＲガスＧｅの温度等を用いて、より正確なＥＧＲガスＧｅの流量とＥＧＲバルブ１６の開度の関係を求めておくことが好ましい。

つまり、気筒内で発生するＮＯｘ量に関係する気筒内の全排気ガス量に対する気筒内酸素濃度目標値Ｄｔ０を、気筒内の排気ガス量と酸素濃度が、空気量と酸素濃度と、内部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度と、外部ＥＧＲガスの排気ガス量と酸素濃度とで決まることを利用して、気筒内の酸素濃度の目標値である気筒内酸素濃度目標値Ｄｔ０から、外部ＥＧＲのガス量Ｇｅを算出して、このＥＧＲガス量Ｇｅを供給できるＥＧＲバルブ１６の開度をプリ制御量Ｃａとする。

また、それと並行して、第５制御部４５で、第３制御部４３で第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３に対して算出された気筒内酸素濃度目標値Ｄｔと第１制御部４１で算出された気筒内酸素濃度算出値Ｄｃとを入力して、フィードバック制御（ＰＩＤ制御）の目標値である補正制御量Ｃｂを算出する。そして、加算部４７で、この基本制御量Ｃａと補正制御量Ｃｂとを加算してバルブ制御量Ｃを算出する。このバルブ制御量ＣでＥＧＲバルブ１６の開度を調整制御する。

ここで、図２の本発明に係る実施の形態のＥＧＲ制御システムと図３の先行技術のＥＧＲ制御システム４０Ｘとを比べると、図３の先行技術では、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、第２制御部４２Ｘで、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正を行って、第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３を算出する（Ｎｔ３＝Ｎｔ２×Ｎｃｆ）。そして、第３制御部４３Ｘで、この算出した第３ＮＯｘ目標値Ｎｔ３に基づいて、気筒内酸素濃度の目標値Ｄｔを算出し、この算出した気筒内酸素濃度の目標値Ｄｔに基づいて、第４制御部４４でＥＧＲバルブ１６の開度の基本制御量Ｃａ及び補正制御量Ｃｂを算出して、制御量Ｃ（＝Ｃａ＋Ｃｂ）を算出し、この算出した制御量Ｃ分、ＥＧＲバルブ１６の開度を調整して制御している。

すなわち、エンジン１０の運転状態が定常状態であるときには、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆにより補正された気筒内酸素濃度の目標値Ｄｔに基づいて、ＥＧＲバルブ１６の開度の基本制御量Ｃａ及び補正制御量Ｃｂを算出しているため、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正の影響が基本制御量Ｃａと補正制御量Ｃｂの両方に及んでいた。そのため、内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、ＥＧＲハンチング（ＥＧＲバルブ１６の開度が振動する目標開度に追従して振動が持続する現象）が発生するという問題があった。

これに対して、図２に示す、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０及びＥＧＲ制御方法では、ＥＧＲシステム１を制御する制御装置３０が、センサ群Ｓｇ１の検出値から算出されるＮＯｘ濃度算出値ＮｃとＮＯｘ濃度センサ２０のＮＯｘ濃度検出値ＮｄとからＮＯｘ補正係数ＮＣｆを算出し、エンジン１０の運転状態が定常状態であるときに、フィードフォワード制御におけるＥＧＲバルブ１６の開度の基本制御量Ｃａの算出に関しては、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正なしで算出し、フィードバック制御におけるＥＧＲバルブ１６の開度の補正制御量Ｃｂの算出に関しては、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正をして算出して、ＥＧＲバルブ１６を制御する。

また、より具体的には、制御装置３０が、エンジン１０の運転状態が定常状態であるときに、気筒内酸素濃度目標値ＤｔｏをＮＯｘ補正係数ＮＣｆで補正することなく算出した後、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔ０に対してフィードフォワード制御でＥＧＲバルブ１６の開度の基本制御量Ｃａを算出する一方で、気筒内酸素濃度目標値Ｄｔ０をＮＯｘ補正係数ＮＣｆで補正し、この補正後の気筒内酸素濃度目標値Ｄｔとセンサ群Ｓｇ１の検出値から算出される気筒内酸素濃度算出値Ｄｃに対してフィードバック制御でＥＧＲバルブ１６の補正制御量Ｃｂを算出して、基本制御量Ｃａに補正制御量Ｃｂを加算して制御量Ｃとし、この制御量になるようにＥＧＲバルブ１６の開度を制御する。

また、本発明に係る実施の形態のエンジン１０は、上記の本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０を備えて構成される。

そして、上記の構成の内燃機関のＥＧＲ制御システム４０、エンジン（内燃機関）１０、及び内燃機関のＥＧＲ制御方法によれば、エンジン１０の運転状態が定常状態であるときに、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正の影響がフィードフォワード制御（プリ制御）におけるＥＧＲバルブ１６の開度の基本制御量Ｃａに対しては及ばなくなるので、ＥＧＲバルブ１６の開度の基本制御量Ｃａの振動を抑制して、ＥＧＲにおけるハンチングの発生を抑制することができる。その一方で、ＮＯｘ補正係数ＮＣｆによる補正の影響がフィードバック制御（ＰＩＤ制御）におけるＥＧＲバルブ１６の開度の補正制御量Ｃｂには及ぶので、気筒内酸素濃度Ｄｔ０、Ｄｔに基づくＥＧＲバルブ１６の開度の制御精度を維持することができる。

１ 内燃機関のＥＧＲシステム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１１ａ 吸気マニホールド
１１ｂ 排気マニホールド
１１ｃ 気筒
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ ＥＧＲ通路
１５ ＥＧＲクーラー
１６ ＥＧＲバルブ
２０ ＮＯｘ濃度センサ（ＮＯｘ濃度検出装置）
２１ 吸気流量センサ（ＭＡＦセンサ）
２２ 吸気圧力センサ
２３ 吸気温度センサ
２４ 排気ラムダセンサ
３０ 制御装置
４０、４０Ｘ 内燃機関のＥＧＲ制御システム
４１ 第１制御部
４２ 第２制御部
４３ 第３制御部
４４ 第４制御部
４５ 第５制御部
４６ ＮＯｘ補正部
４７ 加算部
Ｃ ＥＧＲバルブの開度の制御量
Ｃａ ＥＧＲバルブの開度の基本制御量
Ｃｂ ＥＧＲバルブの開度の補正制御量
Ｄｔ、Ｄｔ０ 気筒内酸素濃度目標値
Ｄｃ 気筒内酸素濃度算出値
ＮＣｆ ＮＯｘ補正係数
Ａ 新気
Ｇ、Ｇａ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス

Claims (5)

1. ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用して制御する内燃機関のＥＧＲ制御システムにおいて、
   排気通路にＮＯｘ濃度検出装置を設けるとともに、
   前記ＥＧＲシステムを制御する制御装置が、
   吸気及び排気に関係するセンサの検出値から算出されるＮＯｘ濃度算出値と前記ＮＯｘ濃度検出装置の検出値とからＮＯｘ補正係数を算出し、
   前記内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、
   前記フィードフォワード制御における前記ＥＧＲバルブの開度の基本制御量の算出に関しては、前記ＮＯｘ補正係数による補正なしで算出し、
   前記フィードバック制御における前記ＥＧＲバルブの開度の補正制御量の算出に関しては、前記ＮＯｘ補正係数による補正をして算出して、
   前記ＥＧＲバルブを制御するように構成される内燃機関のＥＧＲ制御システム。
2. 前記制御装置が、
   前記内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、
   気筒内酸素濃度目標値を前記ＮＯｘ補正係数で補正することなく算出した後、
   前記気筒内酸素濃度目標値に対してフィードフォワード制御で前記ＥＧＲバルブの開度の前記基本制御量を算出する一方で、
   前記気筒内酸素濃度目標値を前記ＮＯｘ補正係数で補正し、この補正後の気筒内酸素濃度目標値と前記吸気及び排気に関係するセンサの前記検出値から算出される気筒内酸素濃度算出値に対してフィードバック制御で前記ＥＧＲバルブの補正制御量を算出して、
   前記基本制御量に前記補正制御量を加算して制御量とし、
   この制御量になるように前記ＥＧＲバルブの開度を制御するように構成される請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ制御システム。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関のＥＧＲ制御システムを備えて構成される内燃機関。
4. ＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを有して構成されるＥＧＲシステムを備えた内燃機関で、ＥＧＲのＮＯｘ濃度目標値に対応する気筒内酸素濃度目標値に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用して制御する内燃機関のＥＧＲ制御方法において、
   吸気及び排気に関係するセンサの検出値から算出されるＮＯｘ濃度算出値と排気通路に設けたＮＯｘ濃度検出装置の検出値とからＮＯｘ補正係数を算出するとともに、
   前記フィードフォワード制御における前記ＥＧＲバルブの開度の基本制御量の算出に関しては、前記ＮＯｘ補正係数による補正なしで算出し、
   前記フィードバック制御における前記ＥＧＲバルブの開度の補正制御量の算出に関しては、前記ＮＯｘ補正係数による補正をして算出して、
   前記ＥＧＲバルブを制御することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御方法。
5. 前記内燃機関の運転状態が定常状態であるときに、
   気筒内酸素濃度目標値を前記ＮＯｘ補正係数で補正することなく算出した後、
   前記気筒内酸素濃度目標値に対してフィードフォワード制御で前記ＥＧＲバルブの開度の前記基本制御量を算出する一方で、
   前記気筒内酸素濃度目標値を前記ＮＯｘ補正係数で補正し、この補正後の気筒内酸素濃度目標値と前記吸気及び排気に関係するセンサの前記検出値から算出される気筒内酸素濃度算出値に対してフィードバック制御で前記ＥＧＲバルブの補正制御量を算出して、
   前記基本制御量に前記補正制御量を加算して制御量とし、
   この制御量になるように前記ＥＧＲバルブの開度を制御するように構成される請求項４に記載の内燃機関のＥＧＲ制御方法。

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