JP4522914B2 - 内燃機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気系に還流される排気の還流量を制御する内燃機関のＥＧＲ制御装置に関する。

従来、内燃機関のＥＧＲ制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関は、ディーゼルエンジンタイプのものであり、その吸気管と排気管との間に延びるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路を開閉する電磁制御弁タイプのＥＧＲ弁などを備えている。また、ＥＧＲ制御装置は、実際の新気量を検出する新気量センサと、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサと、アクセル開度を検出するアクセル開度センサと、これらのセンサおよびＥＧＲ弁が電気的に接続された制御ユニットを備えている。

このＥＧＲ制御装置では、制御ユニットにより、以下に述べるようにＥＧＲ制御が実行される。まず、エンジン回転数およびアクセル開度に応じて、燃料噴射量が算出され、この燃料噴射量およびエンジン回転数に応じて、目標新気量が算出される。次いで、目標新気量およびエンジン回転数に応じて、制御入力の基本値が算出され、目標新気量と実際の新気量との偏差が値０に収束するように、ＰＩＤ制御アルゴリズムにより、補正値が算出される。そして、以上の基本値と補正値の和を制御入力として算出し、この制御入力をＥＧＲ弁に入力することにより、実際の新気量が目標新気量に収束するように、排気の還流量（以下「排気還流量」という）が制御される。

特開２００１−１６５００１号公報

ＥＧＲ制御に用いるＥＧＲ弁の場合、構造上の理由により、これを介して還流可能な排気量に限界があるので、内燃機関が過渡運転状態にあって、吸気変動が過大になると、ＥＧＲ量が適切な値に制御されず、実際の新気量が目標新気量に到達しない状態が継続することがある。すなわち、目標新気量と実際の新気量との偏差の絶対値が、値０に収束することなく、比較的、大きな値に保持されることがある。そのような状態が発生した場合、上記従来のＥＧＲ制御装置では、補正値がＰＩＤ制御アルゴリズムにより算出されるので、ＰＩＤ制御アルゴリズムのＩ項の積分値の絶対値が増大し、補正値の絶対値が必要以上に過大な値となってしまう。その結果、内燃機関の運転状態が変化し、目標新気量が補正値の絶対値を低減すべき値に変化した場合、Ｉ項の積分値の絶対値が減少するのに時間がかかることで、補正値が適切な値まで戻るのに時間がかかってしまい、その間、制御入力が不適切な値となることで、ＥＧＲ制御の制御精度が低下する可能性がある。これと同様に、内燃機関がアイドル運転状態にあって、目標新気量が極めて小さい値になった場合にも、実際の新気量が目標新気量に到達しない状態が継続することがあり、その場合にも、上記と同様の問題が発生する可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、内燃機関が過渡運転状態などにある場合でも、高い制御精度を確保できる内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る内燃機関３のＥＧＲ制御装置１は、吸気系（吸気通路４）に還流される排気の還流量を調整する排気還流装置６と、内燃機関３の運転状態を表す第１の運転状態パラメータ（アクセル開度ＡＰ、エンジン回転数ＮＥ）に応じて、排気還流装置６への制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤの基本値ＥＧＲ＿ＦＦを算出する基本値算出手段（ＥＣＵ２、基本値算出部２１）と、吸気系から内燃機関３の燃焼室内に吸入される吸気量を表す吸気量パラメータ（実新気量Ｍ＿ＡＣＴ）を検出する吸気量パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、エアフローセンサ１０）と、吸気量パラメータの目標となる目標吸気量パラメータ（目標新気量Ｍ＿ＣＭＤ）を、内燃機関の運転状態を表す第２の運転状態パラメータ（アクセル開度ＡＰ、エンジン回転数ＮＥ）に応じて設定する目標吸気量パラメータ設定手段（ＥＣＵ２、目標新気量算出部２２）と、設定された目標吸気量パラメータおよび検出された吸気量パラメータの一方と他方との偏差（新気量偏差ＤＭ）が無くなるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより補正値ＥＧＲ＿ＦＢを算出する補正値算出手段（ＥＣＵ２、補正値算出部２４）と、算出された補正値ＥＧＲ＿ＦＢで基本値ＥＧＲ＿ＦＦを補正することにより、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤを算出する制御入力算出手段（ＥＣＵ２、加算要素２５）と、算出された制御入力により排気還流装置６を制御する制御手段（ＥＣＵ２）と、を備え、補正値算出手段は、基本値ＥＧＲ＿ＦＦが所定範囲（ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌ＜ＥＧＲ＿ＦＦ＜ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈ）内にあるか否かを判定する判定手段（ＥＣＵ２、補正値算出部２４、ステップ４，５）と、判定手段により基本値が所定範囲内にないと判定されたとき（ステップ４または５の判別結果がＹＥＳのとき）には、補正値ＥＧＲ＿ＦＢを初期化する初期化手段（ＥＣＵ２、補正値算出部２４、ステップ９）と、を有することを特徴とする。

この内燃機関のＥＧＲ制御装置によれば、ＥＧＲ弁への制御入力の基本値が、第１の運転状態パラメータに応じて算出され、目標吸気量パラメータが、第２の運転状態パラメータに応じて設定され、補正値が、目標吸気量パラメータおよび吸気量パラメータの一方と他方との偏差が無くなるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより算出され、この補正値で基本値を補正することにより、制御入力が算出され、この制御入力により排気還流装置が制御される。この場合、補正値がフィードバック制御アルゴリズムにより算出されるので、前述したように、内燃機関が過渡運転状態にあって、目標吸気量パラメータおよび吸気量パラメータの一方と他方との偏差の絶対値が比較的、大きな値に保持されると、補正値の絶対値が増大してしまう可能性がある。これに対して、このＥＧＲ制御装置によれば、制御入力の基本値が所定範囲内にないと判定されたときには、補正値が初期化されるので、この所定範囲を適切に設定することにより、内燃機関が過渡運転状態およびアイドル運転状態などにあることで、目標吸気量パラメータおよび吸気量パラメータの一方と他方との偏差の絶対値が比較的、大きな値に保持された場合でも、従来と異なり、補正値の初期化によって補正値の絶対値が必要以上に過大な値となるのを回避しながら、制御入力を適切な値として算出できる。また、そのような状態から、内燃機関の運転状態が変化し、第１の運転状態パラメータが変化することで、基本値が所定範囲外の値から所定範囲内の値に変化した際には、その変化直後から、初期化された補正値を用いて、制御入力の算出を開始することができ、それにより、従来と異なり、制御入力を迅速に適切な値として算出することができる。以上により、高い制御精度を確保することができる（なお、本明細書における「吸気量パラメータの検出」における「検出」は、センサなどによりこれを直接検出することに限らず、吸気量パラメータを算出することを含む。また、「吸気量パラメータ」は、内燃機関の燃焼室内に吸入される新気量または排気還流量に相当する）。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関のＥＧＲ制御装置について説明する。図１は、本実施形態のＥＧＲ制御装置１およびこれが適用された内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。同図１に示すように、ＥＧＲ制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、エンジン３の運転状態に応じて、ＥＧＲ制御などを含む各種の制御処理を実行する。

このエンジン３は、図示しない車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンであり、その吸気通路４（吸気系）には、エアフローセンサ１０およびターボチャージャ５が設けられている。このエアフローセンサ１０は、例えば熱線式エアフローメータで構成され、吸気通路４内を流れる新気の流量を表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このエアフローセンサ１０の検出信号に基づき、エンジン３の図示しない燃焼室内に実際に吸入されたと推定される新気量（以下「実新気量」という）Ｍ＿ＡＣＴを算出する。なお、本実施形態では、エアフローセンサ１０が吸気量パラメータ検出手段に相当し、実新気量Ｍ＿ＡＣＴが吸気量パラメータに相当する。

また、ターボチャージャ５は、吸気通路４のエアフローセンサ１０よりも下流側に設けられたコンプレッサブレード５ａと、排気通路７の途中に設けられたタービンブレード５ｂと、２つのブレード５ａ，５ｂを一体に連結する軸５ｃと、複数の可変ベーン５ｄ（２つのみ図示）と、これらを内蔵するハウジング（図示せず）などを有している。このターボチャージャ５では、排気通路７内の排気によってタービンブレード５ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード５ａも同時に回転することにより、吸気通路４内の新気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。

また、可変ベーン５ｄは、ターボチャージャ５が発生する過給圧を変化させるためのものであり、ハウジングのタービンブレード５ｂを収容する部分の壁に回動自在に取り付けられている。可変ベーン５ｄは、ＥＣＵ２に接続されたアクチュエータ（図示せず）に機械的に連結されている。ＥＣＵ２は、アクチュエータを介して可変ベーン５ｄの開度を変化させ、タービンブレード５ｂに吹き付けられる排気量を変化させることによって、タービンブレード５ｂの回転速度すなわちコンプレッサブレード５ａの回転速度を変化させ、それにより、過給圧を制御する。

さらに、エンジン３には、排気還流装置６が設けられている。この排気還流装置６は、吸気通路４および排気通路７の間に接続されたＥＧＲ通路６ａと、このＥＧＲ通路６ａを開閉するＥＧＲ弁６ｂなどで構成されている。ＥＧＲ通路６ａの一端は、排気通路７のタービンブレード５ｂよりも上流側の部分に開口し、他端は、吸気通路４のコンプレッサブレード５ａよりも下流側の部分に開口している。

また、ＥＧＲ弁６ｂは、リニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２からの後述するリミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴに応じて、そのリフトが最大値と最小値との間でリニアに変化するように構成されており、それにより、ＥＧＲ通路６ａの開度すなわち排気還流量を最大値と最小値との間で変化させる。

さらに、エンジン３には、燃焼室に臨むように燃料噴射弁８が取り付けられている。この燃料噴射弁８は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、その開弁時間および開弁タイミングが制御され、それにより、燃料噴射制御が実行される。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ１１およびクランク角センサ１２がそれぞれ接続されている。このアクセル開度センサ１１は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、アクセル開度ＡＰが、第１および第２の運転状態パラメータに相当する。

一方、クランク角センサ１２は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、図示しないクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。なお、本実施形態では、エンジン回転数ＮＥが、第１および第２の運転状態パラメータに相当する。

また、ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン（いずれも図示せず）が吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ１０〜１２の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、運転状態に応じて、後述するように、ＥＧＲ制御などを実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、基本値算出手段、吸気量パラメータ検出手段、目標吸気量パラメータ設定手段、補正値算出手段、制御入力算出手段、制御手段、判定手段および初期化手段に相当する。

次に、本実施形態のＥＧＲ制御装置１について説明する。このＥＧＲ制御装置１は、図２に示すように、ＥＧＲコントローラ２０を備えており、このＥＧＲコントローラ２０は、具体的には、ＥＣＵ２により構成されている。

ＥＧＲコントローラ２０は、排気還流量を制御するためのリミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴを算出するものであり、図２に示すように、基本値算出部２１、目標新気量算出部２２、減算要素２３、補正値算出部２４、加算要素２５およびリミッタ２６を備えている。

この基本値算出部２１（基本値算出手段）では、以下に述べるように、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤの基本値ＥＧＲ＿ＦＦが算出される。まず、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図３に示すマップを検索することにより、燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。このマップでは、燃料噴射量ＱＩＮＪは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きい値に設定されている。次いで、この燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図４に示すマップを検索することにより、基本値ＥＧＲ＿ＦＦを算出する。このマップでは、基本値ＥＧＲ＿ＦＦは、燃料噴射量ＱＩＮＪが多いほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きい値に設定されているとともに、後述する所定の下限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌ以上で、所定の上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈ以下の範囲内の値になるように設定されている。

一方、目標新気量算出部２２では、以下に述べるように、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤが算出される。まず、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、前述した図３のマップを検索することにより燃料噴射量ＱＩＮＪを算出し、次いで、この燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図５に示すマップを検索することにより、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤを算出する。このマップでは、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤは、燃料噴射量ＱＩＮＪが多いほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きい値に設定されている。

なお、本実施形態では、目標新気量算出部２２が目標吸気量パラメータ設定手段に相当し、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤが目標吸気量パラメータに相当する。

次に、減算要素２３において、新気量偏差ＤＭが、実新気量から目標新気量を減算した値Ｍ＿ＡＣＴ−Ｍ＿ＣＭＤとして算出される。なお、本実施形態では、新気量偏差ＤＭが、目標吸気量パラメータおよび吸気量パラメータの一方と他方との偏差に相当する。

また、補正値算出部２４では、以上のように算出された新気量偏差ＤＭおよび基本値ＥＧＲ＿ＦＦに基づき、補正値ＥＧＲ＿ＦＢが算出される。具体的には、後述するように、基本値ＥＧＲ＿ＦＦが所定の上下限値ＥＧＲ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｈ，ＥＧＲ＿Ｌｉｍｉｔ＿Ｌで規定される所定の範囲内の値であるときには、新気量偏差ＤＭが値０に収束するように、後述するＰＩＤ制御アルゴリズムにより、補正値ＥＧＲ＿ＦＢが算出される。一方、基本値ＥＧＲ＿ＦＦが上記所定の範囲内の値でないときには、補正値ＥＧＲ＿ＦＢが値０に初期化される。なお、本実施形態では、補正値算出部２４が、補正値算出手段、判定手段および初期化手段に相当する。

さらに、加算要素２５では、以上のように算出された基本値ＥＧＲ＿ＦＦおよび補正値ＥＧＲ＿ＦＢを互いに加算することにより、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤが算出される。なお、本実施形態では、加算要素２５が制御入力算出手段に相当する。

次いで、リミッタ２６において、後述するように、所定の上下限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈ，ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌをそれぞれ上限値および下限値とするリミット処理を制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤに施すことにより、リミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴが算出される。

次に、図６を参照しながら、ＥＣＵ２により実行されるＥＧＲ制御処理について説明する。本処理は、リミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴを算出するものであり、前述したＥＧＲコントローラ２０での算出処理に相当し、タイマ設定により所定周期（例えば２０ｍｓｅｃ）で実行される。なお、以下の説明において算出される各種の値は、ＥＣＵ２のＲＡＭ内に記憶されるものとする。

この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、燃料噴射量ＱＩＮＪを、前述したように、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図３のマップを検索することにより算出する。

次いで、ステップ２で、基本値ＥＧＲ＿ＦＦを、前述したように、燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図４のマップを検索することにより算出する。その後、ステップ３で、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤを、前述したように、燃料噴射量ＱＩＮＪおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図５のマップを検索することにより算出する。

次に、ステップ４に進み、基本値ＥＧＲ＿ＦＦが所定の下限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌ以下であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、ステップ５に進み、基本値ＥＧＲ＿ＦＦが所定の上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌ＜ＥＧＲ＿ＦＦ＜ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈが成立しているときには、ステップ６に進み、補正値ＥＧＲ＿ＦＢを算出する。

この補正値ＥＧＲ＿ＦＢの算出は、具体的には、図７に示すように、ＰＩＤ制御アルゴリズムを適用した手法により実行される。まず、ステップ２０で、ＲＡＭに記憶されている新気量偏差ＤＭおよびＩ項積分値ＳＵＭＩの値をそれぞれ、新気量偏差の前回値ＤＭＺおよびＩ項積分値の前回値ＳＵＭＩＺとして設定する。

次いで、ステップ２１で、新気量偏差ＤＭを、実新気量と目標新気量との偏差Ｍ＿ＡＣＴ−Ｍ＿ＣＭＤに設定する。その後、ステップ２２で、Ｐ項ゲインＫＰ、Ｉ項ゲインＫＩおよびＤ項ゲインＫＤをそれぞれ、新気量偏差ＤＭに応じて、図示しない３つのマップを検索することにより算出する。なお、これらの３つのゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤはいずれも正の値として算出される。

次に、ステップ２３で、比例項ＦＢＰを、Ｐ項ゲインと新気量偏差の積ＫＰ・ＤＭに設定する。その後、ステップ２４に進み、積分項ＦＢＩを、Ｉ項ゲインと新気量偏差の積ＫＩ・ＤＭに設定する。

次いで、ステップ２５に進み、Ｉ項積分値ＳＵＭＩを、その前回値と積分項の和ＳＵＭＩＺ＋ＦＢＩに設定する。その後、ステップ２６で、微分項ＦＢＤを、新気量偏差の今回値と前回値との偏差にＤ項ゲインを乗算した値ＫＤ（ＤＭ−ＤＭＺ）に設定する。

次に、ステップ２７に進み、補正値ＥＧＲ＿ＦＢを、比例項とＩ項積分値と微分項との和（ＦＢＰ＋ＳＵＭＩ＋ＦＢＤ）に設定した後、本処理を終了する。

以上のように、この補正値ＥＧＲ＿ＦＢの算出処理では、新気量偏差ＤＭ＞０のときには、比例項ＦＢＰおよび積分項ＦＢＩがいずれも正値として算出されるので、新気量偏差ＤＭ＞０が成立し続けると、補正値ＥＧＲ＿ＦＢが正側に増大し続ける。一方、新気量偏差ＤＭ＜０のときには、比例項ＦＢＰおよび積分項ＦＢＩがいずれも負値として算出されるので、新気量偏差ＤＭ＜０が成立し続けると、補正値ＥＧＲ＿ＦＢが負側に減少し続け、その絶対値が増大し続ける。

図６に戻り、ステップ６で以上のように補正値ＥＧＲ＿ＦＢを算出した後、後述するステップ１０に進む。

一方、ステップ５の判別結果がＹＥＳで、ＥＧＲ＿ＦＦ≧ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈのときには、ステップ７に進み、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤが実新気量Ｍ＿ＡＣＴ以下であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、前述したようにステップ６を実行した後、後述するステップ１０に進む。

一方、ステップ７の判別結果がＹＥＳで、Ｍ＿ＣＭＤ≦Ｍ＿ＡＣＴであるときには、補正値ＥＧＲ＿ＦＢの算出を中止し、これを初期化すべきであるとして、ステップ９に進み、補正値ＥＧＲ＿ＦＢ、Ｉ項積分値ＳＵＭＩおよび新気量偏差ＤＭをいずれも値０に初期化する。その後、後述するステップ１０に進む。

以上のように、ＥＧＲ＿ＦＦ≦ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿ＨおよびＭ＿ＣＭＤ≦Ｍ＿ＡＣＴがいずれも成立しているときに、ステップ９で補正値ＥＧＲ＿ＦＢおよびＩ項積分値ＳＵＭＩなどを値０に初期化するのは、以下の理由による。すなわち、ＥＧＲ＿ＦＦ≦ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈが成立している場合、排気還流量が最大値に制御されている状態となり、そのような状態で、Ｍ＿ＣＭＤ＝Ｍ＿ＡＣＴが成立し、実新気量Ｍ＿ＡＣＴが目標新気量Ｍ＿ＣＭＤに到達したときには、補正値ＥＧＲ＿ＦＢによる基本値ＥＧＲ＿ＦＦの補正が不要になるためである。また、排気還流量が最大値に制御されている状態で、Ｍ＿ＣＭＤ＜Ｍ＿ＡＣＴが成立している場合、すなわちＤＭ＞０が成立している場合、補正値ＥＧＲ＿ＦＢの算出を継続すると、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤを増大させるべく、補正値ＥＧＲ＿ＦＢおよびＩ項積分値ＳＵＭＩが増大し続けるので、それを回避するためである。

一方、ステップ４の判別結果がＹＥＳで、ＥＧＲ＿ＦＦ≦ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌのときには、ステップ８に進み、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤが実新気量Ｍ＿ＡＣＴ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、前述したステップ６に進み、補正値ＥＧＲ＿ＦＢを算出した後、後述するステップ１０に進む。

一方、ステップ８の判別結果がＹＥＳで、Ｍ＿ＣＭＤ≧Ｍ＿ＡＣＴであるときには、補正値ＥＧＲ＿ＦＢの算出を中止し、これを初期化すべきであるとして、前述したようにステップ９を実行した後、後述するステップ１０に進む。

以上のように、ＥＧＲ＿ＦＦ≦ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿ＬおよびＭ＿ＣＭＤ≧Ｍ＿ＡＣＴがいずれも成立しているときに、ステップ９で補正値ＥＧＲ＿ＦＢおよびＩ項積分値ＳＵＭＩなどを値０に初期化するのは、以下の理由による。すなわち、ＥＧＲ＿ＦＦ≦ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌが成立している場合、排気還流量が最小値に制御されている状態となり、そのような状態で、Ｍ＿ＣＭＤ＝Ｍ＿ＡＣＴが成立し、実新気量Ｍ＿ＡＣＴが目標新気量Ｍ＿ＣＭＤに到達したときには、補正値ＥＧＲ＿ＦＢによる基本値ＥＧＲ＿ＦＦの補正が不要になるためである。また、排気還流量が最小値に制御されている状態で、Ｍ＿ＣＭＤ＞Ｍ＿ＡＣＴが成立している場合、すなわちＤＭ＜０が成立している場合、補正値ＥＧＲ＿ＦＢの算出を継続すると、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤを減少させるべく、補正値ＥＧＲ＿ＦＢの絶対値およびＩ項積分値ＳＵＭＩの絶対値が増大し続けるので、それを回避するためである。

以上のステップ６または９に続くステップ１０では、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤを、基本値と補正値の和ＥＧＲ＿ＦＦ＋ＥＧＲ＿ＦＢに設定する。次いで、この制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤに、以下に述べるステップ１１〜１５のリミット処理を施すことにより、リミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴを算出する。

すなわち、ステップ１１で、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤが所定の下限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌ以下であるか否かを判別し、この判別結果がＮＯのときには、ステップ１２に進み、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤが所定の上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌ＜ＥＧＲ＿ＣＭＤ＜ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈであるときには、ステップ１３に進み、リミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴを制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤに設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１２の判別結果がＹＥＳで、ＥＧＲ＿ＣＭＤ≧ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈであるときには、ステップ１４に進み、リミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴを所定の上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈに設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１１の判別結果がＹＥＳで、ＥＧＲ＿ＣＭＤ≦ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌであるときには、ステップ１５に進み、リミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴを所定の下限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌに設定した後、本処理を終了する。

次に、以上のように構成された本実施形態のＥＧＲ制御装置１による制御結果について説明する。図８は、本実施形態のＥＧＲ制御装置１による制御結果の一例を示しており、図９は、比較のために、補正値ＥＧＲ＿ＦＢ、Ｉ項積分値ＳＵＭＩおよび新気量偏差ＤＭの初期化を行うことなく、リミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴを算出した場合の制御結果の一例を示している。

まず、図９を参照すると、この比較例の制御結果では、時刻ｔ１１以降、減速走行状態となり、アクセル開度ＡＰが減少すると、それに伴って、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤが減少し、それにより、基本値ＥＧＲ＿ＦＦおよび補正値ＥＧＲ＿ＦＢが増大することで、実新気量Ｍ＿ＡＣＴが減少する。このように減速状態となった場合、エンジン３では、過給圧制御を中止しても、ターボチャージャ５のコンプレッサブレード５ａが慣性力により回転することで、過給圧が若干残存するため、排気が還流されにくいことで、実新気量Ｍ＿ＡＣＴは目標新気量Ｍ＿ＣＭＤになかなか収束せず、その結果、補正値ＥＧＲ＿ＦＢは増大し続ける。そして、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤが上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈに達した時点（時刻ｔ１２）以降、リミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴは、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤを上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈで制限した値として算出されることにより、上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈに保持されるものの、補正値ＥＧＲ＿ＦＢは、上述した理由により増大し続ける。

その後、加速走行状態に移行すると、アクセル開度ＡＰが増大し始めた時点（時刻ｔ１３）以降、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤが増大することで、基本値ＥＧＲ＿ＦＦおよび補正値ＥＧＲ＿ＦＢが減少し始めるものの、補正値ＥＧＲ＿ＦＢが正値から値０に変化するまでの間（時刻ｔ１３〜ｔ１４）は、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤが上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈより大きい値に保持される。それにより、リミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴは上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈに保持されることで、実新気量Ｍ＿ＡＣＴは増大することなく、減少し続ける。すなわち、実新気量Ｍ＿ＡＣＴは目標新気量Ｍ＿ＣＭＤから乖離してゆく状態となる。

そして、補正値ＥＧＲ＿ＦＢが正値から値０に変化し（時刻ｔ１４）、さらに負値に変化した以降、実新気量Ｍ＿ＡＣＴが増大し始め、そして、実新気量Ｍ＿ＡＣＴが目標新気量Ｍ＿ＣＭＤに到達した時点（時刻ｔ１５）以降、補正値ＥＧＲ＿ＦＢが値０となる。

一方、図８を参照すると、本実施形態の制御結果では、時刻ｔ１以降、減速走行状態にあって、アクセル開度ＡＰが減少すると、それに伴って、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤが減少し、それにより、基本値ＥＧＲ＿ＦＦおよび補正値ＥＧＲ＿ＦＢが増大することで、実新気量Ｍ＿ＡＣＴが減少する。このように減速状態になった場合、前述したように、エンジン３では、過給圧が若干残るため、排気が還流されにくいことで、実新気量Ｍ＿ＡＣＴは目標新気量Ｍ＿ＣＭＤに収束しないことにより、補正値ＥＧＲ＿ＦＢが増大し続ける。そして、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤが上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈに達した時点（時刻ｔ２）以降、リミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴは上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈに設定され、さらに、基本値ＥＧＲ＿ＦＦが上限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈに達した時点（時刻ｔ３）以降、補正値ＥＧＲ＿ＦＢは、値０に初期化される。

その後、加速走行状態となり、アクセル開度ＡＰが増大し始めた時点（時刻ｔ４）以降、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤが増大することで、基本値ＥＧＲ＿ＦＦが減少し始めるとともに、補正値ＥＧＲ＿ＦＢは、アクセル開度ＡＰが増大し始めた時点から負値として算出される。それにより、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤすなわちリミット後制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤ＿ＯＵＴも減少することで、実新気量Ｍ＿ＡＣＴも、アクセル開度ＡＰが増大し始めた時点から増大し始め、時刻ｔ５で、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤに到達する。

このように、本実施形態のＥＧＲ制御装置１による制御結果では、図９の比較例と異なり、アクセル開度ＡＰが増大し始めた時点から、実新気量Ｍ＿ＡＣＴは目標新気量Ｍ＿ＣＭＤに追従するように制御されることによって、アクセル開度ＡＰが増大し始めた時点で、実新気量Ｍ＿ＡＣＴが増大を開始し、それにより、実新気量Ｍ＿ＡＣＴが目標新気量Ｍ＿ＣＭＤに到達するのに要する時間（ｔ４〜ｔ５）も、図９の比較例の時間（時刻ｔ１３〜ｔ１５）よりも短縮されていることが判る。すなわち、ＥＧＲ制御の精度が向上していることが判る。

以上のように、本実施形態のＥＧＲ制御装置１によれば、補正値ＥＧＲ＿ＦＢが新気量偏差ＤＭが値０に収束するように、ＰＩＤ制御アルゴリズムにより算出され、この補正値ＥＧＲ＿ＦＢで基本値ＥＧＲ＿ＦＦを補正することにより、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤが算出される。この場合、ＥＧＲ＿ＦＦ≦ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿ＨおよびＭ＿ＣＭＤ≦Ｍ＿ＡＣＴがいずれも成立しているとき、または、ＥＧＲ＿ＦＦ≦ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿ＬおよびＭ＿ＣＭＤ≧Ｍ＿ＡＣＴがいずれも成立しているときには、補正値ＥＧＲ＿ＦＢ、Ｉ項積分値ＳＵＭＩおよび新気量偏差ＤＭの初期化条件が成立しているとして、これらがいずれも値０に初期化されるので、エンジン３が過渡運転状態およびアイドル運転状態などにあることで、新気量偏差ＤＭの絶対値が比較的、大きい値に保持されたときでも、従来と異なり、補正値ＥＧＲ＿ＦＢの初期化によって、補正値ＥＧＲ＿ＦＢの絶対値が必要以上に過大な値となるのを回避しながら、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤを適切な値として算出できる。

これに加えて、上記の初期化条件が成立した場合、補正値ＥＧＲ＿ＦＢ、Ｉ項積分値ＳＵＭＩおよび新気量偏差ＤＭがいずれも初期化されるので、アクセル開度ＡＰまたはエンジン回転数ＮＥが変化することで、基本値ＥＧＲ＿ＦＦが上記初期化条件が成立しない値（ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌ＜ＥＧＲ＿ＦＦ＜ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈ）に変化した場合には、その変化直後、初期化された補正値ＥＧＲ＿ＦＢ、Ｉ項積分値ＳＵＭＩおよび新気量偏差ＤＭを用いて、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤの算出を開始することができ、それにより、従来と異なり、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤを迅速に適切な値として算出することができる。以上により、ＥＧＲ制御において、高い制御精度を確保することができる。

なお、実施形態は、エンジン３の燃焼室内に吸入される実新気量Ｍ＿ＡＣＴを、吸気量パラメータとして用いた例であるが、これに代えて、排気還流装置６により排気通路７から吸気通路４に実際に還流される排気還流量を、吸気量パラメータとして用いてもよい。その場合には、目標新気量Ｍ＿ＣＭＤに代えて、目標排気還流量を用いるとともに、新気量偏差ＤＭに代えて、目標排気還流量と実排気還流量との偏差を用いればよい。

また、実施形態は、目標吸気量パラメータおよび検出された吸気量パラメータの一方と他方との偏差として新気量偏差ＤＭを用いた例であるが、これに代えて、目標新気量と実新気量との偏差Ｍ＿ＣＭＤ−Ｍ＿ＡＣＴを用いてもよい。その場合には、前述したＰＩＤ制御アルゴリズムにおいて、比例項ゲインＫＰ、積分項ゲインＫＩおよび微分項ゲインＫＤをいずれも負値に設定すればよい。

さらに、実施形態は、所定のフィードバック制御アルゴリズムとしてＰＩＤ制御アルゴリズムを用いた例であるが、本願発明における所定のフィードバック制御アルゴリズムはこれに限らず、目標吸気量パラメータおよび検出された吸気量パラメータの一方と他方との偏差を値０に収束させるものであればよい。例えば、所定のフィードバック制御アルゴリズムとして、ＰＩ制御アルゴリズムなどの一般的なフィードバック制御アルゴリズムや、スライディングモード制御アルゴリズムおよびバックステッピング制御アルゴリズムなどの応答指定型制御アルゴリズムを用いてもよい。

また、実施形態は、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、マップを検索することにより燃料噴射量ＱＩＮＪを算出し、これとエンジン回転数ＮＥに応じて、マップを検索することにより、基本値ＥＧＲ＿ＦＦを算出した例であるが、基本値ＥＧＲ＿ＦＦの算出手法はこれに限らず、エンジン３の運転状態を表す第１の運転状態パラメータに応じて、基本値ＥＧＲ＿ＦＦを算出するものであればよい。例えば、ＥＧＲ弁６ｂの上流側および下流側におけるＥＧＲ通路６ａ内の圧力を検出する２つの圧力センサを設け、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、マップを検索することにより目標新気量Ｍ＿ＣＭＤを算出し、上記２つの圧力センサにより検出された２つの検出圧力と目標新気量Ｍ＿ＣＭＤと基本値ＥＧＲ＿ＦＦとの関係を定義したモデルに基づき、基本値ＥＧＲ＿ＦＦを算出してもよい。この場合、２つの検出圧力、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥが第１の運転状態パラメータに相当する。

さらに、実施形態は、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥを第２の運転状態パラメータとして用いた例であるが、第２の運転状態パラメータはこれらに限らず、エンジン３の運転状態を表すものであればよい。

また、実施形態は、補正値ＥＧＲ＿ＦＢを初期化する際、これを初期値としての値０に設定した例であるが、補正値ＥＧＲ＿ＦＢを初期値としての正または負の一定値に設定してもよい。

さらに、実施形態は、補正値ＥＧＲ＿ＦＢを初期化する条件として、基本値ＥＧＲ＿ＦＦと比較する所定範囲を、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤの制限範囲（所定の上下限値ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈ，ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌで規定される範囲）と同じ範囲に設定した例であるが、基本値ＥＧＲ＿ＦＦと比較する所定範囲を、制御入力ＥＧＲ＿ＣＭＤの制限範囲と異なる範囲に設定してもよい。

また、実施形態は、本願発明のＥＧＲ制御装置１をディーゼルエンジンタイプの内燃機関３に適用した例であるが、本願発明のＥＧＲ制御装置はこれに限らず、ガソリンエンジンなどの排気還流装置を備えた内燃機関に適用可能である。

本発明の一実施形態に係るＥＧＲ制御装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す模式図である。 ＥＧＲコントローラの概略構成を示すブロック図である。 燃料噴射量ＱＩＮＪの算出に用いるマップの一例を示す図である。 基本値ＥＧＲ＿ＦＦの算出に用いるマップの一例を示す図である。 目標新気量Ｍ＿ＣＭＤの算出に用いるマップの一例を示す図である。 ＥＧＲ制御処理を示すフローチャートである。 補正値ＥＧＲ＿ＦＢの算出処理を示すフローチャートである。 本願発明のＥＧＲ制御処理による制御結果の一例を示すタイミングチャートである。 比較のための制御結果の一例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ ＥＧＲ制御装置
２ ＥＣＵ（基本値算出手段、吸気量パラメータ検出手段、目標吸気量パラメータ設
定手段、補正値算出手段、制御入力算出手段、制御手段、判定手段、初期化手段
）
３ 内燃機関
４ 吸気通路（吸気系）
６ 排気還流装置
１０ エアフローセンサ（吸気量パラメータ検出手段）
２１ 基本値算出部（基本値算出手段）
２２ 目標新気量算出部（目標吸気量パラメータ設定手段）
２４ 補正値算出部（補正値算出手段、判定手段、初期化手段）
２５ 加算要素（制御入力算出手段）
ＡＰ アクセル開度（第１および第２の運転状態パラメータ）
ＮＥ エンジン回転数（第１および第２の運転状態パラメータ）
Ｍ＿ＡＣＴ 実新気量（吸気量パラメータ）
Ｍ＿ＣＭＤ 目標新気量（目標吸気量パラメータ）
ＤＭ 新気量偏差（目標吸気量パラメータおよび吸気量パラメータの
一方と他方との偏差）
ＥＧＲ＿ＦＦ 基本値
ＥＧＲ＿ＦＢ 補正値
ＥＧＲ＿ＣＭＤ 制御入力
ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｈ 上限値（所定範囲を規定する値）
ＥＧＲ＿ＬＩＭＩＴ＿Ｌ 下限値（所定範囲を規定する値）

Claims (1)

1. 吸気系に還流される排気の還流量を調整する排気還流装置と、
   内燃機関の運転状態を表す第１の運転状態パラメータに応じて、前記排気還流装置への制御入力の基本値を算出する基本値算出手段と、
   前記吸気系から前記内燃機関の燃焼室内に吸入される吸気量を表す吸気量パラメータを検出する吸気量パラメータ検出手段と、
   当該吸気量パラメータの目標となる目標吸気量パラメータを、前記内燃機関の運転状態を表す第２の運転状態パラメータに応じて設定する目標吸気量パラメータ設定手段と、
   当該設定された目標吸気量パラメータおよび前記検出された吸気量パラメータの一方と他方との偏差が無くなるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより補正値を算出する補正値算出手段と、
   当該算出された補正値で前記基本値を補正することにより、前記制御入力を算出する制御入力算出手段と、
   当該算出された制御入力により前記排気還流装置を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記補正値算出手段は、
   前記基本値が所定範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
   当該判定手段により前記基本値が前記所定範囲内にないと判定されたときには、前記補正値を初期化する初期化手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。

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