JP6264317B2 - 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し、より詳しくは、内燃機関を構成するアクチュエータの制御アルゴリズムを２つの制御アルゴリズムの間で切り替える制御装置に関する。

内燃機関には、スロットル、ＥＧＲ弁、可変ノズルなどの様々なアクチュエータが設けられ、これらアクチュエータの操作によって内燃機関の運転が制御されている。上記に例示したアクチュエータは、その操作量が連続可変或いは多段可変である。操作量を決定する指令値は制御装置により計算される。指令値の計算はアクチュエータの制御アルゴリズムにのっとって行われる。例えば、フィードフォワード制御（以下、ＦＦ制御）とフィードバック制御（以下、ＦＢ制御）とによりアクチュエータが制御される場合、指令値はフィードフォワード項（以下、ＦＦ項）とフィードバック項（以下、ＦＢ項）の和として算出される。ＦＢ項は、具体的には、Ｐ項、Ｉ項、及びＤ項の何れか或いはその組み合わせである。

一つのアクチュエータに対して複数の制御アルゴリズムが選択的に適用される場合がある。一つの制御アルゴリズムからもう一つの制御アルゴリズムへ切り替える場合、指令値の計算方法が切り替えられるため、切り替えの直後に指令値が急変するおそれがある。アクチュエータに対する指令値の急変は、アクチュエータの操作によって制御される制御量の変動を生じさせる。単に指令値の急変を抑えることを目的とするのであれば、フィルタ処理やなまし処理によって指令値の変化を抑えればよい。しかし、そのような処理を指令値に対してほどこした場合、制御量に対する制御性自体が低下してしまう。このため、かねてより、制御アルゴリズムの切り替えの際に生じうる指令値の急変を、制御性を低下させることなく抑えることが求められている。

下記の特許文献１及び特許文献２には、制御アルゴリズムの切り替えの際に生じうる指令値の急変を抑えることを目的とした技術が開示されている。以下、その概要と問題点について説明する。

下記の特許文献１には、燃料噴射システムの高圧ポンプの制御アルゴリズムを、ＦＦ制御とＦＢ制御とを併用するＦＦ−ＦＢ併用制御と、ＦＢ制御のみを実行するＦＢ単独制御との間で切り替える制御装置が開示されている。この制御装置は、ＦＦ−ＦＢ併用制御からＦＢ単独制御への切り替えの際、切り替え前におけるＦＦ制御用のＦＦ項を切り替え後のＦＢ制御用のＩ項の初期値として設定するように構成されている。また、この制御装置は、ＦＢ単独制御からＦＦ−ＦＢ併用制御への切り替えの際、ＦＢ制御用のＩ項を切り替え後のＦＦ制御用のＦＦ項の初期値として設定するように構成されている。

下記の特許文献２には、ベルト式無段変速機の油圧制御用のソレノイドバルブの制御アルゴリズムを、ＦＦ制御及びＦＢ制御を共に実行する第１の制御と、ＦＢ制御のみを実行する第２の制御との間で切り替える制御装置が開示されている。この制御装置は、第１の制御から第２の制御への切り替えの際、切り替え前におけるＦＦ制御用のＦＦ項と、切り替え時点におけるＦＢ制御用のＩ項とを合算し、切り替え後におけるＦＢ制御用のＩ項の初期値として設定するように構成されている。また、この制御装置は、第２の制御から第１の制御への切り替えの際、切り替え前におけるＦＢ制御用のＩ項から、切り替え時点におけるＦＦ制御用のＦＦ項を減算し、切り替え後におけるＦＢ制御用のＩ項の初期値として設定するように構成されている。

しかしながら、特許文献１に開示された技術には改善の余地がある。ＦＢ単独制御からＦＦ−ＦＢ併用制御へ切り替えられた最初の制御周期では、ＦＦ制御用のＦＦ項の初期値は、前回の制御周期のＦＢ制御用のＩ項の値とされる。ところが、次の制御周期では、ＦＦ制御用のＦＦ項の値は、要求燃料噴射量とエンジン回転速度に応じてマップにより設定される。このため、最初の制御周期と次の制御周期との間で、ＦＦ制御用のＦＦ項が急変し、ひいては、ソレノイドバルブに与える指示値が急変するおそれがある。

特許文献２に開示された技術にも改善の余地がある。第２の制御から第１の制御へ切り替えられた最初の制御周期では、前回の制御周期のＦＢ制御用のＩ項から、今回の制御周期のＦＦ制御用のＦＦ項を減算することにより、切り替え後のＩ項の初期値が求められる。しかし、本出願に係る発明者による計算の結果、指令値の急変を確実に抑えるためには、切り替え後のＩ項の初期値の計算において、前回の制御周期のＩ項のみを考慮するだけでは十分ではないことが確認されている。また、Ｉ項は、その前回値と今回の更新量（偏差にＩゲインを乗じて得られる値）との和で表わされるが、上記のようにＩ項の初期値を設定する場合、今回の更新量はＩ項には反映されない。Ｉ項の更新量は偏差に応じて変化する値であって、ＦＢ制御による目標値への追従性を確保するために必要な変化量である。このため、Ｉ項に今回の更新量が反映されない場合、制御量に対する制御性が低下してしまう。

以上述べたように、従来提案されている方法では、少なくとも、ＦＢ制御のみを含む制御アルゴリズムから、ＦＦ制御及びＦＢ制御を含む制御アルゴリズムへの切り替えの際に、アクチュエータに対する指示値が急変するおそれは解消されているとは言えなかった。

特開２００７−２１８１４４号公報 特開２００６−２７５１７２号公報 特開２００３−１６６４４５号公報

本出願に係る発明者は、制御アルゴリズムの切り替えに係る上述の問題をより一般化して捉え、ある制御アルゴリズム（ＦＢ制御のみを含む制御アルゴリズムには限定されない）から、ＦＦ制御及びＦＢ制御を含む制御アルゴリズムへの切り替えにおいて、制御性を低下させることなくアクチュエータに与える指令値の急変を抑えることができないか検討した。

本発明は、上記の検討から創案されたものである。本発明は、制御アルゴリズムの切り替えによりアクチュエータに与える指令値が急変することを、制御量に対する制御性を低下させることなく抑えることのできる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、上記の目的を達成するため、
第１の制御アルゴリズムと、Ｉ制御を含むＦＢ制御とＦＦ制御とを含む第２の制御アルゴリズムとの間で前記内燃機関のアクチュエータの制御アルゴリズムを切り替える制御アルゴリズム切替手段と、
前記第１の制御アルゴリズムが選択されている場合、前記第１の制御アルゴリズムにしたがって所定の制御周期ごとに前記アクチュエータに与える指令値を計算する第１の計算手段と、
前記第２の制御アルゴリズムが選択されている場合、前記第２の制御アルゴリズムにしたがって前記制御周期ごとに前記アクチュエータに与える前記指令値を計算し、前記第１の制御アルゴリズムが選択されている場合、少なくとも前記ＦＦ制御のＦＦ項を計算する第２の計算手段と、を備え、
前記第２の計算手段は、前記第１の制御アルゴリズムから前記第２の制御アルゴリズムへの切り替え後の最初の制御周期では、前記第１の計算手段により計算された前記指令値の前回値から、前記ＦＦ制御のＦＦ項の前回値を差し引いた値を前記Ｉ制御のＩ項の前回値として、前記指令値の今回値を計算するように構成されることを特徴とする。

本発明に係る制御装置によれば、第１の制御アルゴリズムからＦＦ制御及びＦＢ制御を含む第２の制御アルゴリズムへの切り替えの際、第１の制御アルゴリズムにより計算された指令値の前回値から、ＦＦ制御のＦＦ項の前回値を差し引いた値をＩ制御のＩ項の前回値として、指令値の今回値が計算されるので、制御アルゴリズムの切り替えによりアクチュエータに与える指令値が急変することを、制御量に対する制御性を低下させることなく抑えることができる。

本発明の実施の形態に係るエンジンシステムの構成を示す図である。 スロットル操作のルーチンを示すフローチャートである。 運転条件が一定の場合の実施例及び比較例の制御結果を示すグラフ群である。 切り替え時に運転条件が急変した場合の比較例の制御結果を示すグラフ群である。 切り替え時に運転条件が急変した場合の実施例の制御結果を示すグラフ群である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．エンジンシステムの構成
図１は、本発明の実施の形態に係るエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態の内燃機関は、ターボ過給機付きの圧縮着火式内燃機関（以下、単にエンジンという）である。エンジン２には４つの気筒が直列に設けられ、気筒ごとにインジェクタ８が設けられている。エンジン２には吸気マニホールド４と排気マニホールド６が取り付けられている。吸気マニホールド４にはエアクリーナ２０から取り込まれた空気（新気）が流れる吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０にはターボ過給機のコンプレッサ１４が取り付けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４の下流にはスロットル２４が設けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４とスロットル２４との間にはインタークーラ２２が設けられている。排気マニホールド６には排気ガスを大気中に放出するための排気通路１２が接続されている。排気通路１２にはターボ過給機のタービン１６が取り付けられている。タービン１６には可変ノズル１８が設けられている。排気通路１２においてタービン１６の下流には排気ガス浄化装置７０が設けられている。

エンジン２は、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、吸気通路１０におけるスロットル２４の下流の位置と排気マニホールド６とをＥＧＲ通路３０によって接続している。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲ弁３２が設けられている。ＥＧＲ通路３０のＥＧＲ弁３２に対して排気側にはＥＧＲクーラ３４が設けられている。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲクーラ３４をバイパスするバイパス通路３６が設けられている。ＥＧＲ通路３０とバイパス通路３６が合流する箇所には、ＥＧＲクーラ３４を流れる排気ガスの流量とバイパス通路３６を流れる排気ガスの流量との比率を変更するバイパス弁３８が設けられている。

エンジン２には、その運転状態に関する情報を得るためのセンサが各所に取り付けられている。吸気通路１０におけるエアクリーナ２０の下流には、吸気通路１０に取り込まれ空気の流量を計測するためのエアフローメータ５８が取り付けられている。コンプレッサ１４の上流と下流には、それぞれ圧力センサ６２，６４が取り付けられている。インタークーラ２２とスロットル２４の間には、圧力センサ５６と温度センサ６０が取り付けられている。吸気マニホールド４と排気マニホールド６には、それぞれに圧力センサ５４，６８が取り付けられている。さらに、クランク軸の回転を検出するクランク角センサ５２や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ６６なども設けられている。

上述した各種のセンサ及びアクチュエータは、制御装置１００に電気的に接続されている。制御装置１００はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置１００は、エンジン２のシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述する各種制御のルーチンが記憶されている。制御装置１００によってそれらルーチンが実行され、センサからの信号に基づいてアクチュエータが操作されることにより、エンジン２の運転が制御される。

制御装置１００は、アクチュエータに対して指令値を与えることによってアクチュエータを操作する。アクチュエータに対する指令値は、アクチュエータごとに定められた所定の制御アルゴリズムにしたがって計算される。アクチュエータの役割によっては、一つのアクチュエータに複数の制御アルゴリズムが選択的に適用される場合がある。本実施の形態のエンジン２では、複数の制御アルゴリズムがスロットル２４に適用されている。

２．制御装置によるスロットルの操作の内容
２−１．差圧制御
スロットル２４には、差圧制御及び空気量制御の各制御アルゴリズムが適用されている。差圧制御は、スロットル２４の上流の圧力と下流の圧力との差圧が目標差圧になるようにスロットル２４を操作する制御である。差圧制御における制御量はスロットル２４の前後の差圧であり、操作量はスロットル２４の閉度、詳しくは、全開位置を基本位置とした場合の全開位置に対する閉度である。スロットル２４の閉度を大きくするほど差圧は大きくなる。差圧制御の制御アルゴリズムは、ＦＦ制御とＦＢ制御とからなる。

差圧制御のＦＦ制御では、目標差圧、エアフローメータ５８により計測される空気量（現在空気量）、圧力センサ５６により計測されるスロットル上流圧力、及び、温度センサ６０により計測されるスロットル上流温度に基づいて、指令値であるスロットル２４の閉度を計算することが行われる。スロットル２４の閉度の計算は、スロットル２４のモデル式（例えば絞りの式）、或いは、適合により得られたデータをもとに作成されたマップを用いて行われる。

差圧制御のＦＢ制御はＰＩＤ制御であり、そこでは、目標差圧と現在差圧との偏差に基づいて、スロットル閉度のＦＢ項を計算することが行われる。ＦＢ項は、Ｐ項、Ｉ項、及び、Ｄ項からなる。このうち特に重要な項がＩ項である。よって、ＦＢ制御は必ずしもＰＩＤ制御である必要はないが、少なくともＩ制御は含まれていることが好ましい。ＦＦ項とＦＢ項との和がスロットル２４に対する指令値として設定される。なお、目標差圧は、燃料噴射量及びエンジン回転速度に基づきマップから決定される。

２−２．空気量制御
空気量制御は、スロットル２４を通過する空気量（新気量）が目標空気量になるようにスロットル２４を操作する制御である。空気量制御における制御量は空気量であり、操作量はスロットル２４の閉度である。スロットル２４の閉度を大きくするほど空気量は減少する。空気量制御の制御アルゴリズムは、ＦＦ制御とＦＢ制御とからなる。

空気量制御のＦＦ制御では、目標空気量、温度センサ６０により計測されるスロットル上流温度、圧力センサ５６により計測されるスロットル上流圧力、及び、圧力センサ５４により計測される吸気マニホールド圧（スロットル下流圧力）に基づいて、スロットル閉度のＦＦ項を計算することが行われる。ＦＦ項の計算は、スロットル２４のモデル式（例えば絞りの式）、或いは、適合により得られたデータをもとに作成されたマップを用いて行われる。

空気量制御のＦＢ制御はＰＩＤ制御であり、そこでは、目標空気量と現在空気量との偏差に基づいて、スロットル閉度のＦＢ項を計算することが行われる。ＦＢ項は、Ｐ項、Ｉ項、及び、Ｄ項からなる。ＦＦ項とＦＢ項との和がスロットル２４に対する指令値として設定される。なお、目標空気量は、燃料噴射量及びエンジン回転速度に基づきマップから決定される。

２−３．スロットル操作のための制御構造
一つのアクチュエータに複数の制御アルゴリズムが適用される場合、制御アルゴリズムの切り替えに伴って指令値の計算方法にも切り替えが発生する。計算方法が変われば、切替前と切替後とで指令値が急変するおそれがある。このため、制御装置１００には、制御アルゴリズムを切り替えたときにアクチュエータに対する指令値を急変させないための対策が施されている。

図１には、スロットル２４の操作に関係する制御装置１００の制御構造がブロックで表されている。制御装置１００は、第１の計算手段としての空気量制御ユニット１０２、第２の計算手段としての差圧制御ユニット１０４、及び、制御アルゴリズム切替手段としての制御アルゴリズム切替ユニット１０６を含む。差圧制御ユニット１０４は、上述の差圧制御の制御アルゴリズムにしたがってスロットル２４に対する指令値を計算する。空気量制御ユニット１０２は、上述の空気量制御の制御アルゴリズムにしたがってスロットル２４に対する指令値を計算する。制御アルゴリズム切替ユニット１０６は、スロットル２４に適用する制御アルゴリズムを選択し、その選択結果に応じて差圧制御ユニット１０４及び空気量制御ユニット１０２に対して指示を行う。

制御アルゴリズム切替ユニット１０６は、空気量制御を選択した場合、差圧制御ユニット１０４に対して指令値の出力の停止を指示するとともに、空気量制御ユニット１０２に対して指令値の出力を指示する。差圧制御ユニット１０４は、指令値の出力の停止の指示を受けると、指令値の計算を停止するとともに最新の指令値を制御アルゴリズム切替ユニット１０６を介して空気量制御ユニット１０２に渡す。指令値の出力を停止する場合、差圧制御ユニット１０４は、ＦＦ項のみは計算を継続してその他の項の計算は停止する。空気量制御ユニット１０２は、指令値の出力の指示を受けると、差圧制御ユニット１０４から与えられた指令値（指令値の前回値）を用いて指令値の計算を開始する。

制御アルゴリズム切替ユニット１０６は、差圧制御を選択した場合、空気量制御ユニット１０２に対して指令値の出力の停止を指示するとともに、差圧制御ユニット１０４に対して指令値の出力を指示する。空気量制御ユニット１０２は、指令値の出力の停止の指示を受けると、指令値の計算を停止するとともに最新の指令値を制御アルゴリズム切替ユニット１０６を介して差圧制御ユニット１０４に渡す。指令値の出力を停止する場合、空気量制御ユニット１０２は、ＦＦ項のみは計算を継続してその他の項の計算は停止する。差圧制御ユニット１０４は、指令値の出力の指示を受けると、空気量制御ユニット１０２から与えられた指令値（指令値の前回値）を用いて指令値の計算を開始する。

制御装置１００が含むこれらのユニット１０２，１０４，１０６は、制御装置１００のＲＯＭに記憶されたスロットル操作のルーチンに対応している。このルーチンがＲＯＭから読みだされてＣＰＵで実行されることによって、これらのユニット１０２，１０４，１０６の機能が制御装置１００にて実現される。

２−４．スロットル操作のルーチン
図２は、スロットル２４の操作に係るユニット１０２，１０４，１０６の機能を制御装置１００において実現するためのルーチンを示すフローチャートである。詳しくは、空気量制御が行なわれている場合に実行されるルーチンである。制御装置１００は、図２に示すルーチンを空気量制御中に一定の制御周期で実行する。以下、このルーチンを実行した場合の処理についてステップごとに順に説明する。なお、以下の説明において、アクチュエータとは、スロットル２４を指す。また、第１の制御アルゴリズムとは、空気量制御の制御アルゴリズムを指し、第２の制御アルゴリズムとは、差圧制御の制御アルゴリズムを指す。

ステップＳ１０１では、各制御アルゴリズムにしたがって指令値を計算するのに必要な各種のデータが取得される。

ステップＳ１０２では、制御アルゴリズムを切り替えるかどうかエンジン２の運転状態に基づいて判定される。この切替判定において第１の制御アルゴリズムを継続することが選択された場合、次の処理としてステップＳ１０３及びＳ１０４が実行される。第２の制御アルゴリズムへ切り替えることが選択された場合、次の処理としてステップＳ１１１、Ｓ１１２、Ｓ１１３、及びＳ１１４が実行される。

第１の制御アルゴリズムを継続することが選択された場合、まず、ステップＳ１０３が実行される。ステップＳ１０３では、第１の制御アルゴリズムに含まれるＦＦ制御用のＦＦ項（ＦＦ項１）が算出され、さらに、Ｐ制御用のＰ項（Ｐ項１）、Ｉ制御用のＩ項（Ｉ項１）、及びＤ制御用のＤ項（Ｄ項１）がそれぞれ以下の式で算出される。なお、以下の式における“偏差”は、制御対象となる制御量の目標値と実際値との偏差を指す。空気量制御の場合の制御量は空気量である。“偏差×Ｉゲイン”はＩ項の更新量である。“Ｉ項１の前回値”は、前回の制御周期においてステップＳ１０３で算出されたＩ項である。
Ｐ項１＝偏差×Ｐゲイン
Ｉ項１＝偏差×Ｉゲイン＋Ｉ項１の前回値
Ｄ項１＝偏差の微分値×Ｄゲイン

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で算出されたＦＦ項（ＦＦ項１）とＦＢ項（Ｐ項１，Ｉ項１，Ｄ項１）とを用いて、以下の式によってアクチュエータに与える指令値（指令値１）が算出される。
指令値１＝ＦＦ項１＋Ｐ項１＋Ｉ項１＋Ｄ項１

第２の制御アルゴリズムへの切り替えが選択された場合、まず、ステップＳ１１１が実行される。ステップＳ１１１では、第２の制御アルゴリズムに含まれるＦＦ制御用のＦＦ項（ＦＦ項２）の前回値が取得される。前述のように、ＦＦ制御用のＦＦ項は、第１の制御アルゴリズムが選択されている間も継続して計算されている。

ステップＳ１１２では、第２の制御アルゴリズムに含まれるＩ制御用のＩ項（Ｉ項２）の前回値が算出される。Ｉ項の前回値とは前回の制御周期におけるＩ項のことであるが、Ｉ項の計算は第２の制御アルゴリズムへの切り替え後に行われるので、切り替え後の最初の制御周期においてはＩ項の前回値は存在しない。また、Ｉ項は、ＦＢ制御を繰り返し行った結果として得られる定常誤差に対する補正項であるので、ＦＢ制御が開始される最初の制御周期においては、Ｉ項の前回値としてもっともな値はない。よって、ここで計算されるＩ項の前回値は、あくまでも仮想の前回値である。ステップＳ１１２では、以下の式のように、前回の制御周期においてステップＳ１０４で算出された指令値（指令値１の前回値）から、今回の制御周期においてステップＳ１１１で取得されたＦＦ項（ＦＦ項２）の前回値を差し引いた値を計算し、その値を実際には存在しないＩ項（Ｉ項２）の前回値として設定する。なお、Ｉ項の前回値をどのような値に設定したとしても、ＦＢ制御が繰り返されるにしたがってＩ項は制御系の定常誤差に対応する値へと収束していく。
Ｉ項２の前回値＝指令値１の前回値−ＦＦ項２の前回値

ステップＳ１１３では、第２の制御アルゴリズムに含まれるＦＦ制御用のＦＦ項（ＦＦ項２）が算出され、さらに、Ｐ制御用のＰ項（Ｐ項２）、Ｉ制御用のＩ項（Ｉ項２）、及びＤ制御用のＤ項（Ｄ項２）がそれぞれ以下の式で算出される。なお、“Ｉ項２の前回値”は、ステップＳ１１２で算出されたＩ項の前回値である。
Ｐ項２＝偏差×Ｐゲイン
Ｉ項２＝偏差×Ｉゲイン＋Ｉ項２の前回値
Ｄ項２＝偏差の微分値×Ｄゲイン

ステップＳ１１４では、ステップＳ１１３で算出されたＦＦ項（ＦＦ項２）とＦＢ項（Ｐ項２，Ｉ項２，Ｄ項２）とを用いて、以下の式によってアクチュエータに与える指令値（指令値２）が算出される。
指令値２＝ＦＦ項２＋Ｐ項２＋Ｉ項２＋Ｄ項２

つまり、第１の制御アルゴリズムから第２の制御アルゴリズムへの切り替え後の最初の制御周期では、結果的には、アクチュエータに与えられる指令値（指令値２）は以下の式で表わされる。
指令値２＝指令値１の前回値
＋（Ｐ項２＋Ｉ項２の更新量＋Ｄ項２）＋（ＦＦ項２−ＦＦ項２の前回値）

上記の式において、Ｐ項２、Ｉ項２の更新量、Ｄ項２は、いずれも偏差に応じて変化する偏差従属項である。ＦＦ項２とＦＦ項２の前回値との差分は、制御アルゴリズムの切り替えの前後でのＦＦ項２の変化量である。つまり、切り替えの直前に、第１の制御アルゴリズムにしたがって計算された指令値（指令値１）からＦＦ項の前回値を差し引いた値がＩ項の前回値とされることにより、最初の制御周期において計算される指令値（指令値２）は、指令値（指令値１）の前回値に偏差従属項とＦＦ項２の変化量を加えた値となる。

この結果、第１の制御アルゴリズムから第２の制御アルゴリズムへの切り替え後の最初の制御周期において発生する指令値の変化量（前回値に対する今回値の変化量）は、偏差に応じた変化量と制御アルゴリズムの切り替えの前後でのＦＦ項２の変化量のみとなる。これにより、制御アルゴリズムの切り替えの前後においてアクチュエータに与える指令値が急変することは抑えられる。さらに、偏差従属項であるＰ項２、Ｉ項２の更新量、Ｄ項２は全て指令値に含まれ、さらに、前回からのＦＦ項２の変化量も指令値に含まれるので、制御量に対する制御性が低下することも抑えられる。

３．実施例
３−１．実施例の概要
実施例では、スロットル操作に係る制御アルゴリズムを空気量制御から差圧制御へ切り替える場合の指令値の計算に本発明を適用した。また、実施例に対する比較例を用意した。実施例と比較例とでは、空気量制御から差圧制御へ切り替えた後の最初の制御周期におけるＩ項の前回値の設定方法にのみ違いが有る。

比較例では、以下の式のように、前回の制御周期において空気量制御の制御アルゴリズムにより計算された指令値（指令値１の前回値）から、今回の制御周期において差圧制御の制御アルゴリズムにより計算されたＦＦ項（ＦＦ項２）を差し引いた値を計算し、その値をＩ項（Ｉ項２）の前回値として設定する。
Ｉ項２の前回値＝指令値１の前回値−ＦＦ項２

上記のように、ＦＦ項２の前回値ではなくＦＦ項２の今回値を用いてＩ項２の前回値を設定することにより、空気量制御から差圧制御へ切り替えた後の最初の制御周期においてスロットル２４に与えられる指令値（指令値２）は以下の式で表わされる。
指令値２＝指令値１の前回値＋（Ｐ項２＋Ｉ項２の更新量＋Ｄ項２）

つまり、比較例では、切り替え後の最初の制御周期における指令値２にＦＦ項２の変化量（ＦＦ項２の今回値と前回値との差）が含まれていない。この違いが制御結果にどのように現れるのかについて、以下、図３乃至図５を用いて説明する。なお、実施例及び比較例では、空気量制御と差圧制御のＦＢ制御の各ゲインは以下のように設定されている。
空気量制御：Ｐゲイン＝0.2，Ｉゲイン＝0.8，Ｄゲイン＝０
差圧制御：Ｐゲイン＝−１，Ｉゲイン＝−３，Ｄゲイン＝０

図３乃至図５の各図において、グラフ（ａ）は燃料噴射量の挙動、グラフ（ｂ）はＦＦ項１の挙動、グラフ（ｃ）はＰ項１の挙動、グラフ（ｄ）はＩ項１の挙動、グラフ（ｅ）はスロットル指令値１の挙動、グラフ（ｆ）はＦＦ項２の挙動、グラフ（ｇ）はＰ項２の挙動、グラフ（ｈ）はＩ項２の挙動、グラフ（ｉ）はスロットル指令値２の挙動、グラフ（ｊ）はスロットル指令値の挙動、グラフ（ｋ）は空気量の挙動、グラフ（ｌ）は差圧の挙動をそれぞれ示している。なお、実施例及び比較例に示す空気量及び差圧の各挙動は、エンジンの実機において計測されたものではなく、エンジンを模したシミュレーションモデルを用いて計算されたものである。

３−２．制御結果１
図３のグラフ群が示す制御結果は、実施例と比較例に共通する制御結果である。各グラフには、燃料噴射量、つまり、エンジンの運転条件は変化させずに、計算開始から２０秒の時点で空気量制御から差圧制御への切り替えを行なった場合の計算結果が示されている。この場合、運転条件が変わらないために切り替え直後においてＦＦ項２に変化はない。このため、実施例と比較例との間で、切り替え後の最初の制御周期におけるＩ項２の値に違いは生じず、結果として、両者の間で同じ制御結果が得られることになった。

制御結果を見ると、偏差従属項であるＰ項２やＩ項２の更新量が切り替え直後からスロットル指令値（スロットル指令値）に反映されるため、切り替えの前後において偏差従属項の分の変化は生じるものの、グラフ（ｊ）に示すように、制御性に寄与しないようなスロットル指令値の急変は生じない。この場合、グラフ（ｋ）及び（ｌ）に示すように、制御アルゴリズムの切り替えまでは空気量を目標値に制御し、切り替え後は差圧を目標値に制御することができている。

３−３．制御結果２
図４のグラフ群が示す制御結果は、比較例による制御結果である。各グラフには、計算開始から２０秒の時点で空気量制御から差圧制御への切り替えを行なうと同時に、燃料噴射量を急変させた場合の計算結果が示されている。この場合、運転条件である燃料噴射量が変わるために、切り替え直後においてＦＦ項２に変化が生じる。しかし、比較例では、ＦＦ項２の変化量は、切り替え直後におけるＩ項２の前回値の計算には反映されない。このため、図４に示す計算例では、グラフ（ｈ）に示すように、切り替え直後におけるＩ項２の前回値は、収束させたい側（マイナス値の側）とは逆方向の値（プラス値）をとっている。その結果、グラフ（ｌ）に示すように、切り替え後の暫くの間、目標差圧と現在差圧との間にずれが生じている。

３−４．制御結果３
図５のグラフ群が示す制御結果は、実施例による制御結果である。各グラフには、計算開始から２０秒の時点で空気量制御から差圧制御への切り替えを行なうと同時に、燃料噴射量を急変させた場合の計算結果が示されている。この場合、運転条件である燃料噴射量が変わるために、切り替え直後においてＦＦ項２に変化が生じる。実施例では、このときのＦＦ項２の変化量がＩ項２の前回値の計算に反映される。このため、図５に示す計算例では、グラフ（ｈ）に示すように、切り替え直後におけるＩ項２の前回値は、収束させたい側（マイナス値の側）と同方向の値（マイナス値）をとることができている。その結果、グラフ（ｌ）に示すように、実施例では、比較例に比べて十分に高い制御性をもって切り替え後の差圧制御を行えている。

４．その他
本発明は、圧縮着火方式の内燃機関の制御装置だけでなく、火花点火式の内燃機関の制御装置にも適用することができる。また、制御されるアクチュエータは、２つの制御アルゴリズムが選択的に適用されるアクチュエータであれば、上記実施の形態で例示したスロットルには限定されない。

２ エンジン
４ 吸気マニホールド
１０ 吸気通路
２４ スロットル
１００ 制御装置

Claims (1)

1. 内燃機関の制御装置において、
   第１の制御アルゴリズムと、Ｉ制御を含むフィードバック制御とフィードフォワード制御とを含む第２の制御アルゴリズムとの間で前記内燃機関のアクチュエータの制御アルゴリズムを切り替える制御アルゴリズム切替手段と、
   前記第１の制御アルゴリズムが選択されている場合、前記第１の制御アルゴリズムにしたがって所定の制御周期ごとに前記アクチュエータに与える指令値を計算する第１の計算手段と、
   前記第２の制御アルゴリズムが選択されている場合、前記第２の制御アルゴリズムにしたがって前記制御周期ごとに前記アクチュエータに与える前記指令値を計算し、前記第１の制御アルゴリズムが選択されている場合、少なくとも前記フィードフォワード制御のフィードフォワード項を計算する第２の計算手段と、を備え、
   前記第２の計算手段は、前記第１の制御アルゴリズムから前記第２の制御アルゴリズムへの切り替え後の最初の制御周期では、前記第１の計算手段により計算された前記指令値の前回値から、前記フィードフォワード制御のフィードフォワード項の前回値を差し引いた値を前記Ｉ制御のＩ項の前回値として、前記指令値の今回値を計算するように構成されることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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