JP5794087B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

非特許文献１には、いわゆるリファレンスガバナが記載されている。このリファレンスガバナでは、制御量の目標値が以下のように決定される。すなわち、制御量の目標値（以下この目標値を「目標制御量」という）が増大せしめられたときに当該増大せしめられた目標制御量に従って制御量が制御された場合において、当該制御量および「当該制御量を制御する制御対象に関する状態（以下この状態を「制御対象状態」という）」がモデル演算によって予測される。そして、これら予測された制御量および制御対象状態が予め定められた制約を満たすか否かが判断される。

ここで、これら制御量および制御対象状態が上記制約を満たすと判断されたときには、上記増大せしめられた目標制御量が実際の制御量の制御に用いられる目標制御量（以下この目標制御量を「実際の制御用の目標制御量」という）に決定される。一方、これら制御量および制御対象状態が制約を満たさないと判断されたときには、上記増大せしめられた目標制御量（以下この目標制御量を「元の目標制御量」という）と上記増大せしめられる前の目標制御量との間の制御量が目標制御量（以下この目標制御量を「第１の修正目標制御量」という）として採用されて制御量が制御された場合において、制御量および制御対象状態がモデル演算によって予測される。そして、これら予測された制御量および制御対象状態が上記予め定められた制約を満たすか否かが判断される。

ここで、これら制御量および制御対象状態が上記制約を満たすと判断されたときには、上記第１の修正目標制御量が実際の制御用の目標制御量に設定される。一方、これら制御量および制御対象状態が上記制約を満たさないと判断されたときには、上記第１の修正目標制御量と上記元の目標制御量との間の制御量が目標制御量（以下この目標制御量を「第２の修正目標制御量」という）として採用されて制御量が制御された場合において、制御量および制御対象状態がモデル演算によって予測される。そして、これら予測された制御量および制御対象が上記予め定められた制約を満たすか否かが判断される。

以降、制御量および制御対象状態が上記制約を満たすと判断されるまで、上述したように新たな修正目標制御量が目標制御量として採用されて制御量が制御された場合の制御量および制御対象状態の予測が行われ、制御量の予測値および制御対象状態の予測値が上記制約を満たすと判断されたときの修正目標制御量が実際の制御用の目標制御量に設定される。

このように、非特許文献１に記載のリファレンスガバナによれば、上述したように、制御量および制御対象状態が上記制約を満たすような実際の制御用の目標制御量が探索される。

Ａｕｔｏｍａｔｉｃａ，２００２（２０６３−２０７３頁）

ところで、非特許文献１に記載のリファレンスガバナによれば、実際の制御用の目標制御量は、元の目標制御量に近づくように修正されるのみであり、元の目標制御量から離れるように修正されることはない。このため、制御量が実際の制御用の目標制御量に向かって制御されている途中において制御量または制御対象状態が上記制約を満たさない状況が生じたときに、制御量または制御対象状態が上記制約を満たす目標制御量が探索されたとしても、こうした目標制御量を見つけ出すことができない状況が生じ得る。

そこで、本発明の目的は、制御量に関する制約が満たされる目標制御量を常に見つけ出すことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本願の発明は、制御対象を備えた内燃機関に適用され、
（１）前記制御対象により制御される制御量の目標値の基準値を前記機関の運転状態毎に予め記憶した記憶部と、
（２）前記機関の運転状態に応じた前記基準値を取得し、同基準値を用いて前記制御量の目標値を設定する目標値設定部と、
（３）前記目標値設定部により設定された目標値に前記制御量を制御する制御部と、
を具備する内燃機関の制御装置に関する。
前記目標値設定部は、以下の（Ａ）第１設定ステップと、（Ｂ）選択ステップと、（Ｃ）予測ステップと、（Ｄ）第２設定ステップと、（Ｅ）目標設定ステップと、を実行するように構成されている。
第１設定ステップにおいては、前記基準値を新たに取得したときに同取得した基準値である取得基準値が前記制御量の現在の目標値である現在目標値よりも大きい場合には、「前記取得基準値を上限値とし且つ前記現在目標値よりも所定値だけ小さい値を下限値とする範囲」が「所定範囲」として設定される。一方、前記取得基準値が前記現在目標値よりも小さい場合には、「前記取得基準値を下限値とし且つ前記現在目標値よりも前記所定値だけ大きい値を上限値とする範囲」が「所定範囲」として設定される。
選択ステップにおいては、「前記所定範囲の中央の値」が「暫定目標値」として選択される。
予測ステップにおいては、前記制御部が前記制御量を前記暫定目標値に制御するものと仮定したときに前記制御量が同制御量に課される制約条件を満たすか否かが予測される。
第２設定ステップにおいては、前記取得基準値が前記現在目標値よりも大きいときに前記予測ステップにおいて前記制御量が前記制約条件を満たすと予測された場合には、「前記所定範囲の下限値を前記暫定目標値に変更した範囲」が新たに「所定範囲」として設定される。一方、前記取得基準値が前記現在目標値よりも大きいときに前記予測ステップにおいて前記制御量が前記制約条件を満たさないと予測された場合には、「前記所定範囲の上限値を前記暫定目標値に変更した範囲」が新たに「所定範囲」として設定される。
更に、第２設定ステップにおいては、前記取得基準値が前記現在目標値よりも小さいときに前記予測ステップによって前記制御量が前記制約条件を満たすと予測された場合には、「前記所定範囲の上限値を前記暫定目標値に変更した範囲」が新たに「所定範囲」として設定される。一方、前記取得基準値が前記現在目標値よりも小さいときに前記予測ステップによって前記制御量が前記制約条件を満たさないと予測された場合には、「前記所定範囲の下限値を前記暫定目標値に変更した範囲」が新たに「所定範囲」として設定される。
目標設定ステップにおいては、「前記第１設定ステップ、前記予測ステップ及び前記第２設定ステップ」が順に行われ、その第２設定ステップを行った時点において前記所定範囲の幅が前記第１設定ステップにて設定された前記所定範囲よりも狭い所定幅よりも狭くなり且つ前記予測ステップにて前記制御量が前記制約条件を満たしている場合には、「その予測ステップにおける予測に用いられた前記暫定目標値」が前記目標値として設定される。
一方、前記第２設定ステップを行った時点において前記所定範囲の幅が所定幅よりも狭くなく或いは前記予測ステップにて前記制御量が前記制約条件を満たしていない場合には、その後、「前記所定範囲の幅が前記所定幅よりも狭くなり且つその時点までに行われた前記予測ステップの少なくとも１つにおいて前記制御量が前記制約条件を満たすと予測されているという目標値設定条件」が成立するまで、「前記選択ステップ、前記予測ステップ及び前記第２設定ステップ」が順に繰り返し行われ、前記目標値設定条件が成立した場合、「その時点までに行われた前記予測ステップにて前記制御量が前記制約条件を満たすと予測されたときの同予測に用いられた前記暫定目標値のうち、最新の暫定目標値」が前記目標値として設定される。

本発明によれば、前記制御量の目標値を設定する場合において、制約条件を満たす目標値を探索する範囲（つまり、前記所定範囲）は、「現在の目標値」と「新たに取得された基準値」との間を範囲とした場合に比べて広い。これによれば、制約条件を満たす目標値が現在の目標値と基準値との間の範囲内になかったときであっても、制約条件を満たす目標値を見つけ出すことができる可能性が高くなる。

なお、前記目標値設定部は、前記予測ステップにおいて、現時点から所定時間後までの間、前記制御量が前記制約条件を満たすか否かを予測する場合において、前記所定値は、前記所定時間の長さが所定長さよりも短い場合、前記所定時間の長さが前記所定長さよりも長い場合よりも大きく設定される、と好ましい。

前記所定時間が短いほど、制御部による制御量の制御が実際に開始された後に制御量が制約条件を満たさない可能性が高くなる。したがって、所定時間が短い場合、同所定時間が長い場合よりも前記所定値を大きく設定することにより、制御部による制御量の制御が実際に開始された後に制御量が制約条件を満たさない可能性を低くすることができる。

第１実施形態の制御装置が適用された内燃機関を示した図である。 第１実施形態の過給機のベーンを示した図である。 第１実施形態の基準過給圧の取得に用いられるマップを示した図である。 目標過給圧が増大される場合における第１実施形態の目標過給圧の設定手順を説明するための図である。 目標過給圧が減少される場合における第１実施形態の目標過給圧の設定手順を説明するための図である。 第１実施形態の目標過給圧の設定を実行するルーチンの一例を示した図である。 本発明の制御装置を適用可能な内燃機関を示した図である。

以下、本発明の内燃機関の制御装置の実施形態について説明する。本発明の第１実施形態の制御装置が適用された内燃機関が図１に示されている。なお、以下の説明において「機関回転数」は「内燃機関の回転数」を意味し、「機関運転」は「内燃機関の運転」を意味し、「機関運転状態」は「内燃機関の運転状態」を意味する。

図１に示されている内燃機関は、圧縮自着火式の内燃機関（いわゆるディーゼルエンジン）である。図１において、１０は内燃機関、２０は内燃機関１０の本体、２１は燃料噴射弁、２２は燃料ポンプ、２３は燃料供給通路、３０は吸気通路、３１は吸気マニホルド、３２は吸気管、３３はスロットル弁、３４はインタークーラ、３５はエアフローメータ、３６はエアクリーナ、３７は過給圧センサ、４０は排気通路、４１は排気マニホルド、４２は排気管、６０は過給機、７０はアクセルペダル、７１はアクセルペダル踏込量センサ、７２はクランクポジションセンサ、８０は電子制御装置をそれぞれ示している。吸気通路３０は、吸気マニホルド３１と吸気管３２とから構成されている。排気通路４０は、排気マニホルド４１と排気管４２とから構成されている。

電子制御装置８０は、マイクロコンピュータからなる。また、電子制御装置８０は、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）８１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）８２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）８３、バックアップＲＡＭ８４、および、インターフェース８５を有する。これらＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、バックアップＲＡＭ８４、および、インターフェース８５は、双方向バスによって互いに接続されている。

燃料噴射弁２１は、内燃機関の本体２０に取り付けられている。燃料噴射弁２１には、燃料供給通路２３を介して燃料ポンプ２２が接続されている。燃料ポンプ２２は、燃料噴射弁２１に燃料供給通路２３を介して高圧の燃料を供給する。また、燃料噴射弁２１は、電子制御装置８０のインターフェース８５に電気的に接続されている。電子制御装置８０は、燃料噴射弁２１に燃料を噴射させるための指令信号を燃料噴射弁２１に供給する。また、燃料ポンプ２２も、電子制御装置８０のインターフェース８５に電気的に接続されている。電子制御装置８０は、燃料ポンプ２２から燃料噴射弁２１に供給される燃料の圧力が予め定められた圧力に維持されるように燃料ポンプ２２の作動を制御する制御信号を燃料ポンプ２２に供給する。なお、燃料噴射弁２１は、その燃料噴射孔が燃焼室内に露出するように内燃機関の本体２０に取り付けられている。したがって、電子制御装置８０から燃料噴射弁２１に指令信号が供給されると、燃料噴射弁２１は燃焼室内に燃料を直接噴射する。

吸気マニホルド３１は、その一端で複数の管に分岐しており、これら分岐した管は、それぞれ内燃機関の本体２０の燃焼室にそれぞれ対応して形成されている吸気ポート（図示せず）に接続されている。また、吸気マニホルド３１は、その他端で吸気管３２の一端に接続されている。

排気マニホルド４１は、その一端で複数の管に分岐しており、これら分岐した管は、それぞれ内燃機関の本体２０の燃焼室にそれぞれ対応して形成されている排気ポート（図示せず）に接続されている。また、排気マニホルド４１は、その他端で排気管４２の一端に接続されている。

スロットル弁３３は、吸気管３２に配置されている。また、スロットル弁３３の開度（以下この開度を「スロットル弁開度」という）が変更されると、スロットル弁３３が配置された領域における吸気管３２内の流路面積が変わる。これによってスロットル弁３３を通過する空気の量が変わり、ひいては、燃焼室に吸入される空気の量が変わる。スロットル３３は、電子制御装置８０のインターフェース８５に電気的に接続されている。電子制御装置８０は、スロットル弁３３を動作させるための制御信号をスロットル弁３３に供給する。

インタークーラ３４は、スロットル弁３３よりも上流において吸気管３２に配置されている。インタークーラ３４は、そこに流入する空気を冷却する。

エアフローメータ３５は、インタークーラ３４よりも上流において吸気管３２に配置されている。また、エアフローメータ３５は、電子制御装置８０のインターフェース８５に電気的に接続されている。エアフローメータ３５は、そこを通過する空気の量に対応する出力値を出力する。この出力値は、電子制御装置８０に入力される。電子制御装置８０は、この出力値に基づいてエアフローメータ３５を通過する空気の量、つまり、燃焼室に吸入される空気の量を算出する。

過給圧センサ３７は、スロットル弁３３よりも下流の吸気通路３０（より具体的には、吸気マニホルド３１）に配置されている。また、過給圧センサ３７は、電子制御装置８０のインターフェース８５に電気的に接続されている。過給圧センサ３７は、その周辺のガスの圧力（つまり、吸気マニホルド３１内のガスの圧力であって、燃焼室に吸入されるガスの圧力）に対応する出力値を出力する。電子制御装置８０は、この出力値に基づいて過給圧センサ３７周りのガスの圧力、すなわち、燃焼室に吸入されるガスの圧力（以下このガスの圧力を「過給圧」という）を算出する。

過給機６０は、コンプレッサ６０Ｃと排気タービン６０Ｔとを有する。過給機６０は、燃焼室に吸入されるガスを圧縮することによって同ガスの圧力を上昇させることができる。コンプレッサ６０Ｃは、インタークーラ３４よりも上流の吸気通路３０（より具体的には、吸気管３２）内に配置されている。排気タービン６０Ｔは、排気通路４０（より具体的には、排気管４２）内に配置されている。図２に示されているように、排気タービン６０Ｔは、排気タービン本体６０Ｂと翼状の複数のベーン６０Ｖとを有する。コンプレッサ６０Ｃと排気タービン６０Ｔ（より具体的には、排気タービン本体６０Ｂ）とは、シャフト（図示せず）によって連結されており、排気タービン６０Ｔが排気ガスによって回転せしめられると、その排気タービン６０Ｔの回転がシャフトによってコンプレッサ６０Ｃに伝達され、これによってコンプレッサ６０Ｃが回転せしめられる。なお、コンプレッサ６０Ｃの回転によってコンプレッサよりも下流の吸気通路３０内のガスが圧縮せしめられ、その結果、同ガスの圧力が上昇せしめられる。

一方、ベーン６０Ｖは、排気タービン本体６０Ｂを包囲するように該排気タービン本体の回転中心軸線Ｒ１を中心として放射状に等角度間隔で配置されている。また、各ベーン６０Ｖは、図２に符号Ｒ２で示されているそれぞれ対応する軸線周りで回動可能に配置されている。そして、各ベーン６０Ｖが延在している方向（すなわち、図２に符号Ｅで示されている方向）を「延在方向」と称し、「排気タービン本体６０Ｂの回転中心軸線Ｒ１」と「ベーン６０Ｖの回動軸線Ｒ２」とを結ぶ線（すなわち、図２に符号Ａで示されている線）を「基準線」と称したとき、各ベーン６０Ｖは、「その延在方向Ｅ」と「それに対応する基準線Ａ」とがなす角度が全てのベーン６０Ｖに関して等しくなるように回動せしめられる。そして、各ベーン６０Ｖが「その延在方向Ｅ」と「それに対応する基準線Ａ」とがなす角度が小さくなるように、すなわち、隣り合うベーン６０Ｖ間の流路面積が小さくなるように回動せしめられると、排気タービン本体６０Ｂよりも上流の排気通路４０内の圧力（以下この圧力を「排気圧」という）が高くなり、その結果、排気タービン本体６０Ｂに供給される排気ガスの流速が速くなる。このため、排気タービン本体６０Ｂの回転速度が速くなり、その結果、コンプレッサ６０Ｃの回転速度も速くなり、したがって、吸気通路３０内を流れるガスがコンプレッサ６０Ｃによって大きく圧縮されることになる。このため、「各ベーン６０Ｖの延在方向Ｅ」と「それに対応する基準線Ａ」とがなす角度（以下この角度を「ベーン開度」という）が小さくなるほど、コンプレッサ６０Ｃによって吸気通路３０内を流れるガスが圧縮される程度が大きくなる（すなわち、過給圧が高くなる）。

また、ベーン６０Ｖは、電子制御装置８０のインターフェース８５に電気的に接続されている。電子制御装置８０は、ベーン６０Ｖを動作させるための制御信号をベーン６０Ｖに供給する。

アクセルペダル７０には、アクセルペダル踏込量センサ７１が接続されている。アクセルペダル踏込量センサ７１は、電子制御装置８０のインターフェース８５に電気的に接続されている。アクセルペダル踏込量センサ７１は、アクセルペダル７０の踏込量に対応する出力値を出力する。この出力値は、電子制御装置８０に入力される。電子制御装置８０は、この出力値に基づいてアクセルペダル７０の踏込量、ひいては、内燃機関に要求されているトルク（以下このトルクを「要求機関トルク」という）を算出する。

クランクポジションセンサ７２は、内燃機関のクランクシャフト（図示せず）近傍に配置されている。また、クランクポジションセンサ７２は、電子制御装置８０のインターフェース８５に電気的に接続されている。クランクポジションセンサ７２は、クランクシャフトの回転位相に対応する出力値を出力する。この出力値は、電子制御装置８０に入力される。電子制御装置８０はこの出力値に基づいて機関回転数を算出する。

次に、第１実施形態のベーン６０Ｖの制御について説明する。なお、以下の説明において「目標過給圧」は「過給圧の目標値」を意味する。第１実施形態では、目標過給圧に対するその時の実際の過給圧の偏差（以下この偏差を「過給圧偏差」という）に基づいて当該過給圧偏差を小さくするとともに過給圧を所期の変化特性でもって目標過給圧に収束させるためにベーン６０Ｖに供給されるべき制御信号が算出される。そして、この算出された制御信号がベーン６０Ｖに供給される。つまり、第１実施形態では、目標過給圧に基づいてベーン６０Ｖがフィードバック制御される。

次に、第１実施形態の目標過給圧の設定について説明する。第１実施形態では、機関回転数と要求機関トルクとによって規定される機関運転状態に応じて最適な過給圧が実験等によって予め求められている。そして、これら求められた過給圧が図３に示されているように機関回転数ＮＥと要求機関トルクＴＱとの関数のマップの形で基準過給圧Ｐｂとして電子制御装置８０に記憶されている。そして、機関運転中、「その時々の機関回転数ＮＥ」と「その時々の要求機関トルクＴＱ」とに対応する基準過給圧Ｐｂが図３のマップから取得される。なお、図３のマップでは、機関回転数ＮＥが大きいほど、基準過給圧Ｐｂが大きく、要求機関トルクＴＱが大きいほど、基準過給圧Ｐｂが大きい。また、第１実施形態では、過給圧に関する制約（以下これを単に「制約」という）が予め定められている。

そして、機関回転数または要求機関トルクが変化したことから目標過給圧を現在の目標過給圧から変更する必要性が生じたときには、「その時の機関回転数」と「その時の要求機関トルク」とに対応する基準過給圧Ｐｂが図３のマップから取得される。そして、「この取得された基準過給圧Ｐｂ」と「この基準過給圧Ｐｂから離れる方向に現在の目標過給圧Ｐｔを予め定められた値βだけ越えた過給圧」とによって規定される範囲を探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧を暫定的な目標過給圧（以下、暫定的な目標過給圧を「暫定目標過給圧」という）として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの予め定められた時間（以下「所定時間」ともいう）だけ先の過給圧が予測過給圧として予測される。

ここで、この予測された予測過給圧（以下この予測過給圧を「最初の予測過給圧」という）が制約を満たすときには、「基準過給圧Ｐｂ」と「上記採用された暫定目標過給圧」とによって規定される範囲を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧を暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧として予測される。

一方、上記最初の予測過給圧が制約を満たさないときには、「基準過給圧Ｐｂから離れる方向に現在の目標過給圧Ｐｔを上記予め定められた値βだけ越えた過給圧」と「上記暫定目標過給圧」とによって規定される範囲を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧を暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧として予測される。

そして、これ以降、新たに採用される暫定目標過給圧に基づいて予測される予測過給圧が制約を満たすときには、「その時の暫定目標過給圧と上記基準過給圧Ｐｂとの間にある先に採用された暫定目標過給圧のうち、その時の暫定目標過給圧に最も近い暫定目標過給圧」と「その時の暫定目標過給圧」とによって規定される範囲を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧を新たな暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧の予測と、これによって予測された予測過給圧が制約を満たすか否かの判断と、が行われる。

一方、新たに採用される暫定目標過給圧に基づいて予測される予測過給圧が制約を満たさないときには、「その時の暫定目標過給圧と基準過給圧Ｐｂから離れる方向に現在の目標過給圧Ｐｔを上記予め定められた値βだけ越えた過給圧との間にある先に採用された暫定目標過給圧のうち、その時の暫定目標過給圧に最も近い暫定目標過給圧」と「その時の暫定目標過給圧」とによって規定される範囲を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧を新たな暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧の予測と、これによって予測された予測過給圧が制約を満たすか否かの判断と、が行われる。

そして、「上述した予測」と「上述した判断」とが行われる度に探索範囲が徐々に狭くなってゆく。そして、探索範囲が予め定められた範囲よりも狭くなったときに、当該探索範囲の中央の過給圧がベーン６０Ｖの制御に実際に用いられる目標過給圧として設定される。つまり、「上述した予測」と「上述した判断」とは、探索範囲が予め定められた範囲よりも狭くなるまで繰り返し行われる。

つまり、第１実施形態では、目標過給圧が現在の目標過給圧とは異なる別の目標過給圧に変更されるべきときに、この別の目標過給圧を基準過給圧としてこの基準過給圧に基づいて定められる範囲（すなわち、探索範囲）内にある過給圧の中から過給圧に関する制約が満たされる過給圧が選択され、この選択された過給圧が目標過給圧に設定され、この設定された目標過給圧に従って過給圧が制御される。ここで、第１実施形態では、上記範囲（すなわち、探索範囲）が「基準過給圧Ｐｂから離れる方向に現在の目標過給圧を越えた値」と「基準過給圧Ｐｂ」とによって規定される。

次に、上述した目標過給圧の設定の具体例について説明する。機関回転数ＮＥまたは要求機関トルクＴＱが変化したことから目標過給圧を現在の目標過給圧Ｐｔから変更する必要性が生じたときには、「その時の機関回転数ＮＥ」と「その時の要求機関トルクＴＱ」とに対応する基準過給圧Ｐｂが図３のマップから取得される。そして、この取得された基準過給圧Ｐｂが現在の目標過給圧Ｐｔよりも大きい場合（すなわち、目標過給圧を現在の目標過給圧Ｐｔから増大させる必要性が生じている場合）には、以下のように、目標過給圧が設定される。

すなわち、図４（Ａ）に示したように、「上記取得された基準過給圧Ｐｂ」と「この基準過給圧Ｐｂから離れる方向に現在の目標過給圧Ｐｔを予め定められた値β（以下「所定値」ともいう）だけ越えた過給圧（すなわち、現在の目標過給圧Ｐｔよりも所定値βだけ小さい値）Ｐｔ−β」と、によって規定される範囲（すなわち、図４（Ａ）に斜線で示されている範囲）を探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ１を暫定目標過給圧（以下この暫定目標過給圧を「第１暫定目標過給圧」という）として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの予め定められた時間（以下「所定時間」ともいう）だけ先の過給圧が予測過給圧（以下この予測過給圧を「第１予測過給圧」という）として予測され、この第１予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。

ここで、第１予測過給圧が制約を満たすときには、図４（Ｂ）に示したように、「基準過給圧Ｐｂ」と「第１暫定目標過給圧Ｐ１」とによって規定される範囲（すなわち、図４（Ｂ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ２を暫定目標過給圧（以下この暫定目標過給圧を「第２暫定目標過給圧」という）として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧（以下この予測過給圧を「第２予測過給圧」という）として予測され、この第２予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。

ここで、第２予測過給圧が制約を満たすときには、図４（Ｃ）に示したように、「基準過給圧Ｐｂ」と「第２暫定目標過給圧Ｐ２」とによって規定される範囲（すなわち、図４（Ｃ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ３を暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧として予測され、この予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。そして、これ以降も、「予測過給圧の予測」と「予測過給圧が制約を満たすか否かの判断」とが繰り返し行われ、最終的には、少なくとも、図４（Ｃ）に斜線で示した探索範囲内の過給圧がベーン６０Ｖの制御に実際に用いられる目標過給圧に設定される。

一方、第２予測過給圧が制約を満たさないときには、図４（Ｄ）に示したように、「第１暫定目標過給圧Ｐ１」と「第２暫定目標過給圧Ｐ２」とによって規定される範囲（すなわち、図４（Ｄ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ４を暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧として予測され、この予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。そして、これ以降も、「予測過給圧の予測」と「予測過給圧が制約を満たすか否かの判断」とが繰り返し行われ、最終的には、少なくとも、図４（Ｄ）に斜線で示した探索範囲内の過給圧がベーン６０Ｖの制御に実際に用いられる目標過給圧に設定される。

また、第１予測過給圧が制約を満たさないときには、図４（Ｅ）に示したように、「現在の目標過給圧Ｐｔよりも上記所定値βだけ小さい値Ｐｔ−β」と「第１暫定目標過給圧Ｐ１」とによって規定される範囲（すなわち、図４（Ｅ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ５を暫定目標過給圧（以下この暫定目標過給圧を「第５暫定目標過給圧」という）として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧（以下この予測過給圧を「第５予測過給圧」という）として予測され、この第５予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。

ここで、第５予測過給圧が制約を満たさないときには、図４（Ｆ）に示したように、「現在の目標過給圧Ｐｔよりも上記所定値βだけ小さい値Ｐｔ−β」と「第５暫定目標過給圧Ｐ５」とによって規定される範囲（すなわち、図４（Ｆ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ６を暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されるときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧として予測され、この予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。そして、これ以降も、「予測過給圧の予測」と「予測過給圧が制約を満たすか否かの判断」とが繰り返し行われ、最終的には、少なくとも、図４（Ｆ）に斜線で示した探索範囲内の過給圧がベーン６０Ｖの制御に実際に用いられる目標過給圧に設定される。

一方、第５予測過給圧が制約を満たすときには、図４（Ｇ）に示したように、「第５暫定目標過給圧Ｐ５」と「第１暫定目標過給圧Ｐ１」とによって規定される範囲（すなわち、図４（Ｇ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ７を暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されるときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧として予測され、この予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。そして、これ以降も、「予測過給圧の予測」と「予測過給圧が制約を満たすか否かの判断」とが繰り返し行われ、最終的には、少なくとも、図４（Ｇ）に斜線で示した探索範囲内の過給圧がベーン６０Ｖの制御に実際に用いられる目標過給圧に設定される。

一方、上記取得された基準過給圧Ｐｂが現在の目標過給圧Ｐｔよりも小さい場合（すなわち、目標過給圧を現在の目標過給圧Ｐｔから減少させる必要性が生じている場合）には、以下のように、目標過給圧が設定される。

すなわち、図５（Ａ）に示したように、「上記取得された基準過給圧Ｐｂ」と「この基準過給圧Ｐｂから離れる方向に現在の目標過給圧Ｐｔを上記所定値βだけ越えた過給圧（すなわち、現在の目標過給圧Ｐｔよりも上記所定値βだけ大きい値）Ｐｔ＋β」とによって規定される範囲（すなわち、図５（Ａ）に斜線で示した範囲）を探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ８を暫定目標過給圧（以下この暫定目標過給圧を「第８暫定目標過給圧」という）として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が予測過給圧（以下この予測過給圧を「第８予測過給圧」という）として予測され、この第８予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。

ここで、第８予測過給圧が制約を満たすときには、図５（Ｂ）に示したように、「基準過給圧Ｐｂ」と「第８暫定目標過給圧Ｐ８」とによって規定される範囲（すなわち、図５（Ｂ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ９を暫定目標過給圧（以下この暫定目標過給圧を「第９暫定目標過給圧」という）として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧（以下この予測過給圧を「第９予測過給圧」という）として予測され、この第９予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。

ここで、第９予測過給圧が制約を満たすときには、図５（Ｃ）に示したように、「基準過給圧Ｐｂ」と「第９暫定目標過給圧Ｐ９」とによって規定される範囲（すなわち、図５（Ｃ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ１０を暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧として予測され、この予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。そして、これ以降も、「予測過給圧の予測」と「予測過給圧が制約を満たすか否かの判断」とが繰り返し行われ、最終的には、少なくとも、図５（Ｃ）に斜線で示した探索範囲内の過給圧がベーン６０Ｖの制御に実際に用いられる目標過給圧に設定される。

一方、第９予測過給圧が制約を満たさないときには、図５（Ｄ）に示したように、「第８暫定目標過給圧Ｐ８」と「第９暫定目標過給圧Ｐ９」とによって規定される範囲（すなわち、図５（Ｄ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ１１を暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧として予測され、この予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。そして、これ以降も、「予測過給圧の予測」と「予測過給圧が制約を満たすか否かの判断」とが繰り返し行われ、最終的には、少なくとも、図５（Ｄ）に斜線で示した探索範囲内の過給圧がベーン６０Ｖの制御に実際に用いられる目標過給圧に設定される。

また、第８予測過給圧が制約を満たさないときには、図５（Ｅ）に示したように、「現在の目標過給圧Ｐｔよりも上記所定値βだけ大きい値Ｐｔ＋β」と「第８暫定目標過給圧Ｐ８」とによって規定される範囲（すなわち、図５（Ｅ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ１２を暫定目標過給圧（以下この暫定目標過給圧を「第１２暫定目標過給圧」という）として採用してベーン６０Ｖが制御されたときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧（以下この予測過給圧を「第１２予測過給圧」という）として予測され、この第１２予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。

ここで、第１２予測過給圧が制約を満たさないときには、図５（Ｆ）に示したように、「現在の目標過給圧Ｐｔよりも上記所定値βだけ大きい値Ｐｔ＋β」と「第１２暫定目標過給圧Ｐ１２」とによって規定される範囲（すなわち、図５（Ｆ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ１３を暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されるときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧として予測され、この予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。そして、これ以降も、「予測過給圧の予測」と「予測過給圧が制約を満たすか否かの判断」とが繰り返し行われ、最終的には、少なくとも、図５（Ｆ）に斜線で示した探索範囲内の過給圧がベーン６０Ｖの制御に実際に用いられる目標過給圧に設定される。

一方、第１２予測過給圧が制約を満たすときには、図５（Ｇ）に示したように、「第１２暫定目標過給圧Ｐ１２」と「第８の暫定目標過給圧Ｐ８」とによって規定される範囲（すなわち、図５（Ｇ）に斜線で示した範囲）を新たな探索範囲として採用して当該探索範囲の中央の過給圧Ｐ１４を暫定目標過給圧として採用してベーン６０Ｖが制御されるときの上記所定時間だけ先の過給圧が新たな予測過給圧として予測され、この予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。そして、これ以降も、「予測過給圧の予測」と「予測過給圧が制約を満たすか否かの判断」とが繰り返し行われ、最終的には、少なくとも、図５（Ｇ）に斜線で示した探索範囲内の過給圧がベーン６０Ｖの制御に実際に用いられる目標過給圧に設定される。

第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。すなわち、第１実施形態では、目標過給圧を設定するために過給圧に関する制約を満たす目標過給圧を探索する範囲の限界値の１つが「基準過給圧から離れる方向に現在の目標過給圧を越えた値」である。つまり、第１実施形態では、過給圧に関する制約を満たす目標過給圧を探索する範囲が「基準過給圧から離れる方向に現在の目標過給圧を越えた範囲」まで拡大されている。したがって、第１実施形態によれば、過給圧に関する制約を満たす目標過給圧が「基準過給圧」と「現在の目標過給圧」との間の範囲内になかったときであっても、上記拡大された範囲内で過給圧に関する制約を満たす目標過給圧を見つけ出すことができるという効果が得られる。そして、第１実施形態によれば、過給圧に関する制約を満たした状態で過給圧を制御することができるという効果も得られる。

なお、第１実施形態では、予測過給圧が制約を満たすか否かの判断が行われる。しかしながら、第１実施形態において、予測過給圧が制約を満たすか否かの判断に加えて、変更された目標過給圧に過給圧が制御されるときの過給機の状態（たとえば、ベーン６０Ｖ、排気タービン６０Ｔ、コンプレッサ６０Ｃなどの状態）を予測し、この予測された過給機の状態が当該過給機の状態に関する制約を満たすか否かの判断を行うようにしてもよい。

また、上述した目標過給圧の設定を実行する手法として、たとえば、いわゆるリファレンスガバナを利用することができる。

次に、第１実施形態の目標過給圧の設定を実行するルーチンの一例について説明する。このルーチンの一例が図６に示されている。なお、このルーチンは、所定のクランク角度が到来する毎に開始されるルーチンである。

図６のルーチンが開始されると、始めに、ステップ１００において、「その時の機関回転数ＮＥ」と「その時の要求機関トルクＴＱ」とが取得される。次いで、ステップ１０１において、ステップ１００で取得された機関回転数ＮＥと要求機関トルクＴＱとに対応する基準過給圧Ｐｂが図３のマップから取得される。次いで、ステップ１０２において、ステップ１０１で取得された基準過給圧Ｐｂが現在の目標過給圧Ｐｔよりも大きい（Ｐｂ＞Ｐｔ）、あるいは、ステップ１０１で取得された基準過給圧Ｐｂが現在の目標過給圧Ｐｔよりも小さい（Ｐｂ＜Ｐｔ）か否かが判別される。ここで、「Ｐｂ＞Ｐｔ」または「Ｐｂ＜Ｐｔ」であると判別されたときには、ルーチンはステップ１０３に進む。一方、「Ｐｂ＞Ｐｔ」または「Ｐｂ＜Ｐｔ」ではないと判別されたときには、ルーチンはそのまま終了する。

ステップ１０３では、上述したように制約を満たす目標過給圧Ｐｐが探索される。次いで、ステップ１０４において、ステップ１０３で探索された目標過給圧Ｐｐが目標過給圧Ｐｔに設定され、その後、ルーチンが終了する。

ところで、第１実施形態では、「基準過給圧Ｐｂ」と「基準過給圧Ｐｂから離れる方向に現在の目標過給圧Ｐｔを所定値βだけ越えた過給圧」とによって最初の探索範囲が規定される。ここで、上記所定値βは、零よりも大きい値であれば如何なる値であってもよい。たとえば、上記所定値βとして、変更された目標過給圧に過給圧が制御されるときの「当該過給圧の変化に関する時定数よりも長い時間（以下この時間を単に「時定数よりも長い時間」という）だけ先の過給圧の予測値Ｐpdt_tc」と「上記所定時間だけ先の過給圧の予測値Ｐpdt_pd」と「現在の過給圧の値Ｐpst」とに基づいて設定される値を採用することができる。

なお、この場合、上記設定される値βは、「上記予測値Ｐpdt_tc、Ｐpdt_pdおよび現在の過給圧Ｐpstの値」に基づいて設定される値であれば如何なる値であってもよい。たとえば、この値として、「時定数よりも長い時間だけ先の過給圧の予測値Ｐpdt_tcに対する上記予め定められた時間だけ先の過給圧の予測値Ｐpdt_pdの差（以下この差を「第１予測値偏差」という）ΔＰ1（＝Ｐpdt_tc−Ｐpdt_pd）」と「時定数よりも長い時間だけ先の過給圧の予測値Ｐpdt_tcに対する現在の過給圧Ｐpstの差（以下この差を「第２予測値偏差」という）ΔＰ2（＝Ｐpdt_tc−Ｐpst）」とに基づいて設定される値を採用することができる。

なお、この場合、上記設定される値βは、上記第１予測値偏差ΔＰ1と上記第２予測値偏差ΔＰ2とに基づいて設定される値であれば如何なる値であってもよい。たとえば、この値として、上記第２予測値偏差に対する上記第１予測値偏差の比（＝ΔＰ1／ΔＰ2＝（Ｐpdt_tc−Ｐpdt_pd）／（Ｐpdt_tc−Ｐpst））を採用することができる。

また、時定数よりも長い時間は、変更された目標過給圧に過給圧が制御されるときの当該過給圧の変化に関する時定数よりも長い時間であれば如何なる時間であってもよい。たとえば、この時間として、時定数の三倍の時間を採用することができる。

このように、上記所定値βとして、「時定数よりも長い時間だけ先の過給圧の予測値Ｐpdt_tc」と「上記所定時間だけ先の過給圧の予測値Ｐpdt_pd」と「現在の過給圧の値Ｐpst」とに基づいて設定される値を採用すれば、以下の効果が得られる。すなわち、過給圧の変化に関する時定数は、変更された目標過給圧に過給圧が制御されるときの過給圧の変化の挙動を表している。したがって、過給圧に関する制約を満たす目標過給圧を探索範囲内の過給圧から確実に見つけ出すことができるという効果が得られる。また、上記所定時間が上記時定数よりも長い時間よりも短い場合、上記所定時間だけ先の過給圧の予測値に誤差が生じる可能性が高く、したがって、過給圧が制約を破る可能性が高いが、このときには、探索範囲がより拡大せしめられることから、過給圧が制約を破らないような目標過給圧が確実に設定される。一方、上記所定時間が上記時定数よりも短い場合、上記所定時間だけ先の過給圧の予測値に誤差が生じる可能性が低く、したがって、過給圧が制約を破る可能性が低いが、このときには、探索範囲の拡大が小さくなることから、過給圧が制約を破らないような目標過給圧が確実に設定されるとともに、目標過給圧の設定に要する演算負荷が小さくなる。

なお、上述した実施形態は、目標過給圧の設定に本発明を適用した場合の実施形態であるが、本発明は、図７に示した内燃機関にも適用可能である。すなわち、図７に示した内燃機関において、５０は排気再循環装置（以下「ＥＧＲ装置」という）を示している。そして、ＥＧＲ装置５０は、排気再循環管（以下「ＥＧＲ管」という）５１と、排気再循環制御弁（以下「ＥＧＲ制御弁」という）５２と、排気再循環クーラ（以下「ＥＧＲクーラ」という）５３と、を具備する。ＥＧＲ装置５０は、燃焼室から排気通路４０に排出された排気ガスをＥＧＲ管５１を介して吸気通路３０に導入することができる。ＥＧＲ管５１は、その一端で排気通路４０（より具体的には、排気マニホルド４１）に接続されているとともに、その他端で吸気通路３０（より具体的には、吸気マニホルド３１）に接続されている。すなわち、ＥＧＲ管５１は、排気通路４０を吸気通路３０に連結している。

ＥＧＲ制御弁５２は、ＥＧＲ管５１に配置されている。ＥＧＲ制御弁５２の開度（以下「ＥＧＲ制御弁開度」という）が変更されると、ＥＧＲ制御弁５２を通過する排気ガスの量が変わり、ひいては、吸気通路３０を介して燃焼室に導入される排気ガスの量が変わる。ＥＧＲ制御弁５２は、電子制御装置８０のインターフェース８５に電気的に接続されている。電子制御装置８０は、ＥＧＲ制御弁５２を動作させるための制御信号をＥＧＲ制御弁に供給する。ＥＧＲクーラ５３は、ＥＧＲ管５１に配置されている。ＥＧＲクーラ５３は、ＥＧＲ管５１を流れる排気ガスを冷却する。

以上説明した内燃機関においてＥＧＲ率（すなわち、燃焼室に吸入されるガスの量に対する燃焼室に導入される排気ガスの量の比）の目標値を設定する場合にも本発明を適用可能である。

１０…内燃機関、３０…吸気通路、４０…排気通路、５０…排気再循環装置（ＥＧＲ装置）、５２…排気再循環制御弁（ＥＧＲ制御弁）、６０…過給機、６０Ｃ…コンプレッサ、６０Ｔ…排気タービン、６０Ｖ…ベーン、８０…電子制御装置

Claims (2)

1. 制御対象を備えた内燃機関に適用され、
   前記制御対象により制御される制御量の目標値の基準値を前記機関の運転状態毎に予め記憶した記憶部と、
   前記機関の運転状態に応じた前記基準値を取得し、同基準値を用いて前記制御量の目標値を設定する目標値設定部と、
   前記目標値設定部により設定された目標値に前記制御量を制御する制御部と、
   を具備し、
   前記目標値設定部は、
   （Ａ）前記基準値を新たに取得したときに同取得した基準値である取得基準値が前記制御量の現在の目標値である現在目標値よりも大きい場合には、前記取得基準値を上限値とし且つ前記現在目標値よりも所定値だけ小さい値を下限値とする範囲を所定範囲として設定し、
   前記取得基準値が前記現在目標値よりも小さい場合には、前記取得基準値を下限値とし且つ前記現在目標値よりも前記所定値だけ大きい値を上限値とする範囲を所定範囲として設定する、
   第１設定ステップと、
   （Ｂ）前記所定範囲の中央の値を暫定目標値として選択する、選択ステップと、
   （Ｃ）前記制御部が前記制御量を前記暫定目標値に制御するものと仮定したときに前記制御量が同制御量に課される制約条件を満たすか否かを予測する、予測ステップと、
   （Ｄ）前記取得基準値が前記現在目標値よりも大きいときに前記予測ステップにおいて前記制御量が前記制約条件を満たすと予測された場合には、前記所定範囲の下限値を前記暫定目標値に変更した範囲を新たに所定範囲として設定し、
   前記取得基準値が前記現在目標値よりも大きいときに前記予測ステップにおいて前記制御量が前記制約条件を満たさないと予測された場合には、前記所定範囲の上限値を前記暫定目標値に変更した範囲を新たに所定範囲として設定し、
   前記取得基準値が前記現在目標値よりも小さいときに前記予測ステップによって前記制御量が前記制約条件を満たすと予測された場合には、前記所定範囲の上限値を前記暫定目標値に変更した範囲を新たに所定範囲として設定し、
   前記取得基準値が前記現在目標値よりも小さいときに前記予測ステップによって前記制御量が前記制約条件を満たさないと予測された場合には、前記所定範囲の下限値を前記暫定目標値に変更した範囲を新たに所定範囲として設定する、
   第２設定ステップと、
   （Ｅ）前記第１設定ステップ、前記予測ステップ及び前記第２設定ステップを順に行い、その第２設定ステップを行った時点において前記所定範囲の幅が前記第１設定ステップにて設定された前記所定範囲よりも狭い所定幅よりも狭くなり且つ前記予測ステップにて前記制御量が前記制約条件を満たしている場合には、その予測ステップにおける予測に用いられた前記暫定目標値を前記目標値として設定し、
   前記第２設定ステップを行った時点において前記所定範囲の幅が所定幅よりも狭くなく或いは前記予測ステップにて前記制御量が前記制約条件を満たしていない場合には、その後、前記所定範囲の幅が前記所定幅よりも狭くなり且つその時点までに行われた前記予測ステップの少なくとも１つにおいて前記制御量が前記制約条件を満たすと予測されているという目標値設定条件が成立するまで、前記選択ステップ、前記予測ステップ及び前記第２設定ステップを順に繰り返し行い、
   前記目標値設定条件が成立した場合、その時点までに行われた前記予測ステップにて前記制御量が前記制約条件を満たすと予測されたときの同予測に用いられた前記暫定目標値のうち、最新の暫定目標値を前記目標値として設定する、
   目標設定ステップと、
   を実行するように構成されている、
   制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記目標値設定部は、前記予測ステップにおいて、現時点から所定時間後までの間、前記制御量が前記制約条件を満たすか否かを予測し、
   前記所定値は、前記所定時間の長さが所定長さよりも短い場合、前記所定時間の長さが前記所定長さよりも長い場合よりも大きく設定される、
   制御装置。
   

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