内燃機関の制御装置
【課題】車両の運転条件によらず最適なＥＧＲ量の制御を実現する。
【解決手段】ＥＧＲ通路（３０１）及び該ＥＧＲ通路に設けられＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲ弁（３０３）を有するＥＧＲ装置（３００）を備えた内燃機関（２００）を制御する装置（１００）は、現在から未来にかけての所定期間における、前記ＥＧＲガスの挙動に影響を与える前記内燃機関の状態量を予測する予測手段と、前記ＥＧＲ量の現実的制約を規定する前記ＥＧＲ量の実ダイナミクスを近似値が該実ダイナミクスを超えないように近似してなる近似ダイナミクスに基づいて、前記所定期間における前記ＥＧＲ量の制約を設定する設定手段と、前記設定された制約の範囲内で前記予測された状態量に応じて前記ＥＧＲ量の目標値を決定する決定手段と、該決定された目標値が得られるように前記ＥＧＲ弁を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【解決手段】ＥＧＲ通路（３０１）及び該ＥＧＲ通路に設けられＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲ弁（３０３）を有するＥＧＲ装置（３００）を備えた内燃機関（２００）を制御する装置（１００）は、現在から未来にかけての所定期間における、前記ＥＧＲガスの挙動に影響を与える前記内燃機関の状態量を予測する予測手段と、前記ＥＧＲ量の現実的制約を規定する前記ＥＧＲ量の実ダイナミクスを近似値が該実ダイナミクスを超えないように近似してなる近似ダイナミクスに基づいて、前記所定期間における前記ＥＧＲ量の制約を設定する設定手段と、前記設定された制約の範囲内で前記予測された状態量に応じて前記ＥＧＲ量の目標値を決定する決定手段と、該決定された目標値が得られるように前記ＥＧＲ弁を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）装置を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、モデル予測制御により排気還流量（言い換えればＥＧＲ量）を制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された内燃機関の制御装置によれば、排気還流弁開度を適切に制御する目的から、推定還流ガス分圧Ｐｉｒｅｓｔが目標値Ｐｉｒｒｅｆに一致するようにモデル予測制御を用いてＥＧＲ弁６の開度が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１３５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のモデル予測制御を含む各種モデル予測制御においては、演算負荷の軽減を目的として、ＥＧＲ量の現実的制約を規定する実ダイナミクスを近似して用いる場合が多い。特に、当該実ダイナミクスが非線形部分を含む場合には、この非線形部分を線形に近似することにより演算負荷が大きく緩和され得る。
【０００６】
ここで、従来、実ダイナミクスを近似するにあたっての近似後のダイナミクス（以下、適宜「近似ダイナミクス」とする）と実ダイナミクスとの関係性については、より高精度な近似（即ち、高い幾何学的同一性を有する近似を意味する）を求める観点では多々論じられるところである。
【０００７】
ところで、単に近似の精度のみを追及した場合、近似ダイナミクスを形成する各近似値と実ダイナミクスにおける対応値との大小関係は、必ずしも一義的とはならない。即ち、近似ダイナミクス上の近似値は、場合により実ダイナミクスを超える場合も当然ながら発生する。近似値が実ダイナミクスを超えるということは、演算負荷の軽減を目的とした仮想的な制約が、現実的な制約よりも緩くなることを意味する。
【０００８】
ここで特に、仮想的な制約が現実的な制約よりも緩い場合、実際には実現不可能なＥＧＲ量が制御目標として許可されることになるため、内燃機関の燃焼状態が悪化する可能性がある。とりわけ、ＥＧＲ量が現実的な制約の一つとしての失火限界を超えてしまう場合、内燃機関が失火する可能性がある。即ち、上述した特許文献１に係る装置を含む従来の装置には、車両の運転条件によってはＥＧＲ量を最適に維持することが困難になるという技術的問題点がある。
【０００９】
本発明は係る技術的問題点に鑑みてなされたものであり、車両の運転条件によらず最適なＥＧＲ量の制御を可能とする内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気の一部をＥＧＲガスとして還流させるためのＥＧＲ通路及び該ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガスの流量たるＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲ弁を有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、現在から未来にかけての所定期間における、前記ＥＧＲガスの挙動に影響を与える前記内燃機関の状態量を予測する予測手段と、前記ＥＧＲ量の現実的制約を規定する前記ＥＧＲ量の実ダイナミクスを近似値が該実ダイナミクスを超えないように近似してなる近似ダイナミクスに基づいて、前記所定期間における前記ＥＧＲ量の制約を設定する設定手段と、前記設定された制約の範囲内で前記予測された状態量に応じて前記ＥＧＲ量の目標値を決定する決定手段と、該決定された目標値が得られるように前記ＥＧＲ弁を制御する制御手段とを具備することを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、ＥＧＲ装置を少なくとも備え、例えば気筒数、気筒配列、吸排気系の構成、過給器の有無、燃料種別、燃料噴射系の構成及び動弁系の構成等、実践的態様に関係なく燃料の燃焼に伴う熱エネルギを運動エネルギに変換可能な機関を包括する概念としての内燃機関に適用することができる。本発明に係る内燃機関の制御装置は、好適な一形態として、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ等を備えた、単体或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）やコンピュータシステム等の形態を採り得る。また、これらには適宜ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等が付帯し得る。尚、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の各部（動弁系、点火系或いは冷却系等）を制御するコンピュータ装置の一部として構成されていてもよい。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、予測手段により、現在から未来にかけての所定期間、即ち近未来的な意味合いとしての将来における、内燃機関の状態量が予測される。その一方で、設定手段により、この所定期間におけるＥＧＲ量の制約が設定される。尚、制約が設定される所定期間と、状態量が予測される所定期間とは、完全に一致しておらずともよく、例えば一方が他方を含む形であってもよい。
【００１３】
予測手段により予測される内燃機関の状態量とは、ＥＧＲガスの挙動に影響を与える状態量（概念として「ＥＧＲガスの挙動に影響を与えるものとして設定された状態量」を含む趣旨である）であって、例えば、吸入空気量、新気流量（シリンダに吸入される新気の量）、吸気量（新気流量＋ＥＧＲ量）、吸気圧（ＥＧＲ弁下流圧と実質的に等しい）、排気圧（ＥＧＲ弁上流圧と実質的に等しい）排気温、ＥＧＲ弁開度（或いは、ＥＧＲ弁を挟む上下流の連通断面積）、ＥＧＲ率及びＥＧＲ量等（無論、これらの一部であってよい）を意味する。
【００１４】
設定手段により設定される「ＥＧＲ量の制約」とは、ＥＧＲ量の制御上の限界を意味する。ここで、ＥＧＲガスによりもたらされる利益（例えば、排気温の低下によるＮＯｘの低減）を可及的に享受せしめんとした場合、この制約（制御上の限界）は、理想的には、内燃機関（ＥＧＲ装置を含む）における現実的制約（即ち、物理的、機械的な限界或いは現実的な限界）と一致しているのが望ましい。
【００１５】
然るに、通常、このような現実的制約のダイナミクス（概念的には、パラメータ（例えば、ＥＧＲ弁開度）に依存しない、ある軸要素（例えば、ＥＧＲ弁上下流の圧力比）に対する定量化されたＥＧＲ量の挙動として定義され得る）は必ずしも線形ダイナミクスでなく、一般的には、軸要素の大部分に対して非線形ダイナミクスである。このような非線形ダイナミクスである現実的制約は、ＥＧＲ量或いはＥＧＲ弁開度の制御量演算に用いられた場合に、演算負荷を増大させる要因となる。係る点に鑑み、本発明に係る内燃機関の制御装置は、設定手段が、この現実的制約を規定する実ダイナミクスを近似してなる近似ダイナミクスに基づいてＥＧＲ量の制約を設定する構成となっている。
【００１６】
尚、この際、近似ダイナミクスは、予め与えられていてもよいし、予め実験的に得られた実ダイナミクスに基づいて適宜取得されるものであってもよい。また、近似の実践的態様は、演算負荷を幾らかなり低減し得る限りにおいて自由であり、概念上は、例えば実ダイナミクスがＸ（Ｘ＞３）区分の線形ダイナミクスである場合において実ダイナミクスをＹ（Ｙ＜Ｘ）区分で線形近似する等といった場合も含まれる。但し、好適には、非線形ダイナミクスとしての実ダイナミクスを多区分で線形近似する態様を意味する。
【００１７】
ところで、実ダイナミクスを近似して近似ダイナミクスを生成する過程において、近似精度は重要な要素の一である。然るに、近似精度のみを追及して近似値に対して何らの制約も存在しない場合、近似値は実ダイナミクス上の該当値に対して大きくも小さくもなる。ところが、近似ダイナミクスが例え一部にせよ実ダイナミクスを超える場合、実ダイナミクスを超えた近似値によって表される制約は、現実的な制約を越えた制約、即ち実現不可能な制約となる。尚、「実現不可能」の意味するところは多義的であって、例えば、ＥＧＲ弁の物理的限界を超えた開度が許容される、ＥＧＲ弁の物理的限界を超えた動作速度が許容される、或いは、内燃機関の失火限界を超えたＥＧＲ量が許容される等、各種の態様が含まれる。
【００１８】
本発明に係る近似ダイナミクスは、係る点に鑑み、近似値が実ダイナミクスを超えないように実ダイナミクスを近似したものとして定義される。即ち、近似ダイナミクスに基づいて設定手段により設定されるＥＧＲ流量の制約は、実ダイナミクスよりも安全側にシフトした制約となる。従って、決定手段がこの設定された制約の範囲内でＥＧＲガスの目標流量を決定する限りにおいて、当該目標流量がＥＧＲ量の現実的制約に違反することは決してない。
【００１９】
その結果、制御手段がこの決定された目標流量が得られるようにＥＧＲ弁を制御した場合において、内燃機関に燃焼の悪化、極端には失火が生じる可能性はなくなり、内燃機関を搭載する車両の運転条件によらず、ＥＧＲ量を常時最適値に制御することが可能となるのである。
【００２０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記予測手段は、前記状態量として、前記内燃機関における新気流量、吸気圧、排気圧及び排気温を予測する（請求項２）。
【００２１】
新気流量、吸気圧、排気圧及び排気温は、ＥＧＲ量と高い相関を有する要素であるから、本発明に係る状態量として適当である。尚、予測手段が状態量を予測するにあたっての実践的態様は特に限定されないが、例えば、各予測対象に適合するセンサ等の検出手段から現時点の値を取得すると共に、予め実験的に、経験的に又は理論的に与えられた演算式や物理式に基づいた予測演算処理を行ってもよい。或いは、予め実験的に、経験的に又は理論的に、将来の状態量と現在の状態量とが対応付けられ、制御マップ等として然るべき記憶手段に格納されていてもよい。
【００２２】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記近似ダイナミクスは、非線形ダイナミクスである前記実ダイナミクスを線形に近似してなる線形ダイナミクスである（請求項３）。
【００２３】
実ダイナミクスが非線形ダイナミクスであり、これを線形近似することにより近似ダイナミクスが得られている場合には、近似による演算負荷軽減に係る実践上の利益が大である。
【００２４】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記実ダイナミクスは、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲ弁の上下流の圧力比に対する挙動を規定するダイナミクスである（請求項４）。
【００２５】
ＥＧＲ弁の上下流（尚、「上流」及び「下流」とは、対象ガスのガス流を基準に規定される方向概念であり、ＥＧＲ弁に対して適用された場合には即ち、排気側が上流であり、吸気側が下流である）の圧力差は、ＥＧＲ量を規定する要素として極めて妥当であるから、実ダイナミクスが有意義なものとなる。必然的に近似ダイナミクスも有意義なものとなる。
【００２６】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、予め与えられた前記実ダイナミクスを所定の基準に基づいて近似することにより前記近似ダイナミクスを取得する取得手段を更に具備し、前記設定手段は、前記取得された近似ダイナミクスに基づいて前記制約を設定する（請求項５）。
【００２７】
この態様によれば、予め実験的に、経験的に又は理論的に得られた実ダイナミクスが、取得手段によりその都度適宜近似処理され近似ダイナミクスとして取得される。従って、近似の区分をその都度適宜増減させて近似精度を状況により変化させる等といった措置を講じることも可能となり、実践上有益である。
【００２８】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記ＥＧＲ量の制約として、前記ＥＧＲ弁の開度の制約に起因する制約、前記ＥＧＲ弁の開度変化率の制約に起因する制約及び前記内燃機関の失火限界の制約に起因する制約を設定する（請求項６）。
【００２９】
この態様によれば、設定手段が、ＥＧＲ量の制約として、ＥＧＲ弁の開度の制約に起因する制約、ＥＧＲ弁の開度変化率（開閉速度と実質的に同義である）の制約に起因する制約及び内燃機関の失火限界の制約に起因する制約を設定する。これらは、決定手段がＥＧＲガスの目標流量を決定するにあたって参照する制約として妥当且つ有意義であり、ＥＧＲガスの最適な目標流量を決定するにあたっての貢献が大である。
【００３０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記所定期間は、前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲ弁から前記内燃機関のシリンダに到達するのに要する時間が経過した時点にかけての時間領域を含む（請求項７）。
【００３１】
本発明に係る所定期間の概念は、数値的な限定を必ずしも要さない定性的概念であるが、ＥＧＲガスがＥＧＲ弁を通過した時点からこのＥＧＲガスがシリンダに取り込まれる時点までの時間領域は、ＥＧＲ量を最適値に制御する本発明に係る目的に鑑みて、極めて合理的であり且つ過不足ない期間を規定し得る。即ち、実践上有益である。
【００３２】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵが実行するＥＧＲ制御処理のフローチャートである。
【図３】図２のＥＧＲ制御処理のサブルーチンである制約設定処理のフローチャートである。
【図４】圧力比ＰＲに対するＥＧＲ量Ｍｅｇｒのダイナミクスを表す図である。
【図５】第１の制約の概念図である。
【図６】第２の制約の概念図である。
【図７】第１の制約の作用を説明する図である。
【図８】第２の制約の作用を説明する図である。
【図９】実施形態の効果に係り、緩減速時のＥＧＲガスの挙動を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００３５】
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３６】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。
【００３７】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ等を備え、エンジンシステム１０の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述するＥＧＲ制御処理を実行可能に構成されている。
【００３８】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「予測手段」、「設定手段」、「決定手段」、「制御手段」及び「取得手段」の夫々一例として機能し得る一体の電子制御ユニットであるが、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、これら各手段は、例えば複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００３９】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンである。
【００４０】
エンジン２００は、シリンダブロック２０１Ａに収容されたシリンダ２０１Ｂ内において、燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して燃料たるガソリンと空気との混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼に伴う爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換可能に構成された機関である。クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたエンジン２００のクランク角は、一定又は不定の周期でＥＣＵ１００に参照される構成となっている。
【００４１】
尚、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に複数のシリンダ２０１Ｂが配列した多気筒エンジンであるが、個々のシリンダ２０１Ｂの構成は相互いに等しいため、図２においては一のシリンダ２０１Ｂについてのみ説明を行うこととする。また、このような構成は、本発明に係る「内燃機関」が採り得る一例に過ぎない。
【００４２】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２０９において、吸気ポートインジェクタ２１１から噴射されたポート噴射燃料Ｆｐｉと混合されて前述の混合気となる。燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介して吸気ポートインジェクタ２１１に圧送供給されている。
【００４３】
シリンダ２０１Ｂと吸気ポート２０９とは、吸気バルブ２１０の開閉によってその連通状態が制御される。シリンダ２０１Ｂで燃焼した混合気は排気となり吸気バルブ２１０の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１２の開弁時に排気ポート２１３を介して排気管２１４に導かれる。
【００４４】
一方、吸気管２０７における、吸気ポート２０９の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節するスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続された、不図示のスロットルバルブモータによってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルポジションセンサにより検出されるアクセル開度Ｔａに応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータを駆動制御するが、スロットルバルブモータの動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することもまた可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００４５】
排気管２１４には、エンジン２００の排気空燃比ＡＦを検出可能に構成された空燃比センサ２１５が設置されている。また、シリンダ２０１Ｂを収容するシリンダブロック２０１Ａを取り囲むように張り巡らされたウォータジャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温Ｔｗを検出するための冷却水温センサ２１６が配設されている。また、吸気ポート２０９には、スロットルバルブ２０８通過後の吸気の圧力たる吸気圧Ｐｉを検出するための吸気圧センサ２１７が配設されている。また、排気ポート２１３には、排気の温度たる排気温Ｔｏを検出するための排気温センサ２１８が配設されている。更に、排気ポート２１３には、排気の圧力たる排気圧Ｐｏを検出するための排気圧センサ２１９が配設されている。空燃比センサ２１５、水温センサ２１６、吸気圧センサ２１７、排気温センサ２１８及び排気圧センサ２１９は、夫々ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、各々検出された空燃比ＡＦ、冷却水温Ｔｗ、吸気圧Ｐｉ、排気温Ｔｏ及び排気圧Ｐｏは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００４６】
エンジン２００は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるためのＥＧＲ装置３００を備える。
【００４７】
ＥＧＲ装置３００は、ＥＧＲ通路３０１、ＥＧＲクーラ３０２及びＥＧＲ弁３０３を備えた、本発明に係る「ＥＧＲ装置」の一例である。
【００４８】
ＥＧＲ通路３０１は、一方の端部が排気ポート２１３に連結され、他方の端部が吸気ポート２０９に連結される金属製の管状部材である。排気ポート２１３と吸気ポート２０９とは、後述するＥＧＲ弁３０３の開弁時に、このＥＧＲ通路２１７を介して適宜連通する構成となっている。
【００４９】
ＥＧＲクーラ３０２は、排気直後の比較的高温のＥＧＲガスを冷却水との間の熱交換により冷却する水冷型冷却装置である。
【００５０】
ＥＧＲ弁３０３は、ＥＧＲ通路３０１を介した排気ポート２１３と吸気ポート２０９との連通面積を連続的に変化させることが可能な、本発明に係る「ＥＧＲ弁」の一例たる電磁開閉弁装置である。ＥＧＲ弁３０３を駆動する不図示の駆動装置（例えば、ソレノイド）は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＧＲ弁３０３の開度であるＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、ＥＣＵ１００により制御可能となっている。尚、「開度」とは、開弁の度合いを意味しており、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、Ａｅｇｒ＝０（％）が全閉（又は全開）に、Ａｅｇｒ＝１００（％）が全開（又は全閉）に、夫々対応している。いずれにせよ、ＥＧＲ弁３０３を挟んだ上流側（排気ポート２１３側）と下流側（吸気ポート２０９側）との連通断面積Ｓｅｇｒは、このＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒと一対一に対応している。
【００５１】
尚、上述した吸気圧Ｐｉは、このＥＧＲ弁３０３の下流側（吸気ポート２０９側）の圧力たるＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎと等しく、上述した排気圧Ｐｏは、ＥＧＲ弁３０３の上流側（排気ポート２１３側）の圧力たるＥＧＲ弁上流圧Ｐｕｐと等しい。ＥＧＲガスの流量であるＥＧＲ量Ｍｅｇｒは、このＥＧＲ弁上流圧ＰｕｐとＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎとの比である圧力比ＰＲと、上述した連通断面積Ｓｅｇｒとに応じて変化する。尚、圧力比ＰＲ及び連通断面積Ｓｅｇｒに対するＥＧＲ量Ｍｅｇｒの挙動については後述する。
【００５２】
＜実施形態の動作＞
＜ＥＧＲ制御処理の詳細＞
これ以降、本実施形態の動作として、ＥＣＵ１００により実行されるＥＧＲ制御処理の詳細について説明する。
【００５３】
始めに、図２を参照し、ＥＧＲ制御処理の制御フローについて説明する。ここに、図２は、ＥＧＲ制御処理のフローチャートである。
【００５４】
図２において、ＥＣＵ１００は、所定の予測期間における、予めＥＧＲガスの挙動に影響を与えるものとして設定されたエンジン２００の各種状態量Ｘ（ｉ）を予測する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０は、本発明に係る「予測手段」の動作の一例である。
【００５５】
ここで、ステップＳ１１０における「予測期間」とは、本発明に係る「所定期間」の一例であって、現時点から、ＥＧＲガスがＥＧＲ弁３０３からシリンダ２０１Ｂに到達すると予想される時点までの期間であり、具体的には、現時点から概ね２０〜１００ｍｓｅｃ程度未来の期間である。ＥＣＵ１００は、この予測期間をｎ区間に等分し、当該区間の境界に相当する時刻ｉ（ｉ＝０，１，・・・，ｎ）における状態量Ｘ（ｉ）を事前に予測する。尚、ｉ＝０に相当する時刻は、現在時刻を意味する。
【００５６】
ＥＣＵ１００は、状態量Ｘ（ｉ）として、以下の状態量を予測する構成となっている。
【００５７】
新気流量Ｍａ（ｉ）
基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇｂ（ｉ）
吸気圧Ｐｉ（ｉ）（ＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎ（ｉ）と同義）
排気圧Ｐｏ（ｉ）（ＥＧＲ弁上流圧Ｐｕｐ（ｉ）と同義）
目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔａｇ（ｉ）
新気流量Ｍａ（ｉ）は、吸気管２０７及びスロットルバルブ２０８を介して吸気ポート２０９に導かれる空気を意味する。
【００５８】
新気流量Ｍａ（ｉ）は、例えば、吸気管２０７に設置されたエアフローメータにより検出される吸入空気量Ｇａ、その時点におけるスロットルバルブ２０８の開度ｔｈｒ及び機関回転速度ＮＥにより求まる現時点での新気流量Ｍａ（０）と、予め与えられた、予測期間における新気流量Ｍａの時間推移を規定する予測演算式に基づいて予測される。
【００５９】
尚、スロットルバルブ２０８は先に述べたようにＥＣＵ１００により駆動制御されるから、スロットル開度ｔｈｒの時間推移は予測期間程度の時間オーダであれば高精度に予測可能である。また、機関回転速度ＮＥの時間推移も同様に予測可能である。従って、ＥＣＵ１００は、これらを用いて適宜新気流量Ｍａ（ｉ）を予測してもよい。或いは予め現時点の新気流量Ｍａ（０）と各種エンジン運転条件をパラメータとして予測期間における新気流量Ｍａ（ｉ）がマップ化され、然るべき記憶手段に格納されている場合には、ＥＣＵ１００は係る記憶手段から適宜該当値を選択して新気流量Ｍａ（ｉ）を予測してもよい。
【００６０】
基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）とは、新気流量Ｍａと目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒとから求まる理想的な目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒを意味する。基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）は、例えば、Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）＝Ｍａ（ｉ）*Ｒｅｇｒ（ｉ）／（１−Ｒｅｇｒ（ｉ））として求められてもよい。尚、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔａｇ（ｉ）は、一の予測期間について一律であるとする。
【００６１】
吸気圧Ｐｉ（ｉ）（ＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎ（ｉ））及び排気圧Ｐｏ（ｉ）（ＥＧＲ弁上流圧Ｐｕｐ（ｉ））の時間推移もまた、新気流量Ｍａ（ｉ）と同様に、予測演算式やマップの利用等により予測可能である。このような近未来的な状態量の予測手法については、既に各種の手法が公知でありまた適用可能であるため、ここではその詳細を省略することとする。
【００６２】
状態量Ｘ（ｉ）の予測が終了すると、ＥＣＵ１００は、制約設定処理を実行する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０は、本発明に係る「設定手段」の動作の一例である。
【００６３】
ここで、図３を参照し、制約設定処理の詳細について説明する。ここに、図３は、制約設定処理のフローチャートである。
【００６４】
図３において、ＥＣＵ１００は、圧力比ＰＲ（ｉ）及び線形近似ダイナミクスφｌｉｎ（ｉ）を算出する（ステップＳ１２１）。
【００６５】
本実施形態において、圧力比ＰＲ（ｉ）は、下記（１）式により表される。下記（１）式より明らかな通り、圧力比ＰＲは、ＥＧＲ弁上流圧Ｐｕｐ（排気圧Ｐｏ）に対するＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎ（吸気圧Ｐｉ）の比であり、ＥＧＲ弁上流圧ＰｕｐがＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎよりも大きい程小さくなる。
【００６６】
【数１】
一方、線形近似ダイナミクスφｌｉｎ（ｉ）は、下記（２）式により求められる。
【００６７】
【数２】
ここで、図４を参照し、線形近似ダイナミクスφｌｉｎの詳細について説明する。ここに、図４は、圧力比ＰＲに対するＥＧＲ量Ｍｅｇｒのダイナミクスを表す図である。
【００６８】
図４において、縦軸にはＥＧＲ量Ｍｅｇｒのダイナミクスが、横軸には圧力比ＰＲが夫々表されている。尚、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒのダイナミクスとは、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒに依存しないＥＧＲ量Ｍｅｇｒの定性的挙動を定量化した値を意味する。
【００６９】
図示φｎｏｎｌｉｎ（実線）は、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスであり、図示の通り非線形ダイナミクスである。この実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎは、予め実験的に得られており、ＲＯＭに格納されている。尚、ＥＧＲガスは、基本的にＥＧＲ弁上流圧ＰｕｐがＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎよりも大きくなければ吸気系に還流されない。従って、両者が等しくなり圧力比ＰＲ＝１に到達した時点で、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒ＝０となる。即ち、実質的に、圧力比ＰＲの最大値は１である。
【００７０】
線形近似ダイナミクスφｌｉｎ（破線）は、この実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎをｍ（ｍ≧２）区間で線形近似したものであり、本発明に係る「近似ダイナミクス」の一例である。図示の通り、線形近似ダイナミクスφｌｉｎでは、圧力比ＰＲがｃ以下の領域では値ｂ１で一定であり、圧力比ＰＲがｃよりも大きい領域では圧力比ＰＲに対し単調減少関数となる。この線形近似ダイナミクスφｌｉｎによれば、本来非線形ダイナミクスである実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎが極めて単純化されるため、後述するようにＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約を設定するにあたって、ＥＣＵ１００の演算負荷が極めて低減される。尚、ここでは２区間の線形近似が例示されるが、無論これは説明を分かり易くするための例示であって、実際にはより多区間で線形近似されてもよい。尚、実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎを線形近似して線形近似ダイナミクスφｌｉｎ（ｉ）を取得するプロセスは、本発明に係る「取得手段」の動作の一例である。
【００７１】
ここで、実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎを線形近似するにあたり、ＥＣＵ１００は、近似値が実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎを超えることがないように近似する。視覚的には、線形近似ダイナミクスφｌｉｎ（破線）は、必ず実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎ（実線）の内側（座標軸側）で設定される。このことの効果については後述する。
【００７２】
図３に戻り、ＥＣＵ１００は、圧力比ＰＲ（ｉ）及びφｌｉｎ（ｉ）（尚、φｌｉｎ（ｉ）とは、圧力比ＰＲ（ｉ）に対応する線形近似ダイナミクス上の近似値を意味する）を算出すると、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約を設定する（ステップＳ１２２）。ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約とは、ＥＧＲ装置３００を含むエンジン２００の各種制約に起因して発生するＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制御上の制約を意味し、本実施形態では、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒに起因する第１の制約と、ＥＧＲ弁３０３の開閉速度に起因する第２の制約と、エンジン２００の失火限界に起因する第３の制約との三種類の制約が設定される。
【００７３】
尚、第１の制約について、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、ＥＧＲ弁３０３の開弁の度合いを数値化した便宜的指標に過ぎず、実際のＥＧＲ量Ｍｅｇｒは、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒと一対一に対応する連通断面積Ｓｅｇｒに依存する。従って、これ以降の説明においては、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒを適宜この連通断面積Ｓｅｇｒに置き換えて説明することとする。また、第２の制約についても第１の制約と同様の理由から、ＥＧＲ弁３０３の開閉速度を連通断面積Ｓｅｇｒの変化速度に適宜置き換えることとする。
【００７４】
ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約を設定する前提として、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒ（ｉ）は下記（３）式により、ＥＧＲガス流量変化率ｄＭｅｇｒ（ｉ）は下記（４）式により夫々表すことができる。
【００７５】
【数３】
【００７６】
【数４】
＜第１の制約＞
第１の制約は、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒ（連通断面積Ｓｅｇｒ）の制約であり、即ち、ＥＧＲ弁３０３の開度に物理的限界があることに起因する制約である。制約条件は下記（５）式により表される。式中のＳｅｇｒｍａｘは、連通断面積Ｓｅｇｒの最大値であり、即ち、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒ＝１００における連通断面積Ｓｅｇｒを意味する。
【００７７】
【数５】
ここで、ＥＣＵ１００は、上記（５）式により表される第１の制約に係る制約条件を、下記（６）、（７）及び（８）式の如く、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約に変換する。式中のＴｕｐは、ＥＧＲ弁上流温度であり、即ち、排気温センサ２１８により検出される排気温Ｔｏと同義である。尚、（７）式は圧力比ＰＲ（ｉ）がｃ以下となる場合に適用され、（８）式は圧力比ＰＲ（ｉ）がｃより大きく且つ１以下である場合に適用されることは言うまでもない。
【００７８】
【数６】
【００７９】
【数７】
【００８０】
【数８】
ここで、図５を参照し、第１の制約について視覚的に説明する。ここに、図５は、第１の制約の概念図である。
【００８１】
図５において、縦軸にはＥＧＲ量Ｍｅｇｒが表され、横軸には圧力比ＰＲが表される。
【００８２】
図示Ｌｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（実線）は、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒが最大である場合のＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスである。このＬｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ以下の領域は、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒとして実現することの出来る領域である。
【００８３】
一方、先述したように、本実施形態では、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスが、近似値がこの実ダイナミクスを超えないように線形に近似される。このため、この線形近似ダイナミクスφｌｉｎに基づいて設定される制御上の制約（第１の制約）は、図示Ｌｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（破線）により規定される。即ち、図示Ｌｍｅｇｒａ＿ｍａｘを超えた領域（図示ハッチング領域）は、制御上の制約に違反した制約違反領域ＡＯＣＶ１となる。
【００８４】
＜第２の制約＞
第２の制約は、ＥＧＲ弁３０３の開閉速度（連通断面積Ｓｅｇｒの変化率）の制約であり、即ち、ＥＧＲ弁３０３の開閉速度に物理的限界があることに起因する制約である。制約条件は下記（９）及び（１０）式により表される。式中のＳｏｐｅｎｍａｘは、連通断面積Ｓｅｇｒが増加する場合（即ち、ＥＧＲ弁３０３が開弁する場合）における連通断面積Ｓｅｇｒの時間変化率の最大値であり、式中のＳｃｌｏｓｅｍａｘは、連通断面積Ｓｅｇｒが減少する場合（即ち、ＥＧＲ弁３０３が閉弁する場合）における連通断面積Ｓｅｇｒの時間変化率の最大値である。
【００８５】
【数９】
【００８６】
【数１０】
ここで、ＥＣＵ１００は、上記（９）及び（１０）式により表される第２の制約に係る制約条件を、下記（１１）、（１２）、（１３）及び（１４）式の如く、ＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒの制約に変換する。尚、（１１）及び（１２）式は、圧力比ＰＲ（ｉ）がｃ以下となる場合に適用され、（１３）及び（１４）式は圧力比ＰＲ（ｉ）がｃより大きく且つ１以下である場合に適用される。また、（１１）及び（１３）式が開弁時の制約であり、（１２）及び（１４）式が閉弁時の制約である。
【００８７】
【数１１】
【００８８】
【数１２】
【００８９】
【数１３】
【００９０】
【数１４】
ここで、図６を参照し、第２の制約について視覚的に説明する。ここに、図６は、第２の制約の概念図である。
【００９１】
図６において、縦軸にはＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒが表され、横軸には圧力比ＰＲが表される。原点よりも上側の領域が開弁時を意味し、原点よりも下側の領域が閉弁時を意味する。
【００９２】
図示Ｌｄｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（＋）（実線）は、ＥＧＲ弁３０３を最速で開弁させた場合のＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒの実ダイナミクスである。原点ラインよりも上側且つこのＬｄｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（＋）以下の領域は、ＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒとして実現可能な領域である。同様に、図示Ｌｄｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（−）（実線）は、ＥＧＲ弁３０３を最速で閉弁させた場合のＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒの実ダイナミクスである。原点ラインよりも下側且つこのＬｄｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（−）以上の領域は、ＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒとして実現可能な領域である。
【００９３】
一方、先述したように、本実施形態では、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスが、近似値がこの実ダイナミクスを超えないように線形に近似される。このため、線形近似ダイナミクスφｌｉｎに基づいて設定される制御上の制約（第２の制約）は、開弁側では図示Ｌｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（＋）（破線）として、また閉弁側では図示Ｌｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（−）（破線）として規定される。即ち、図示Ｌｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（＋）を上側に超えた領域及び図示Ｌｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（−）を下側に超えた領域（図示ハッチング領域）は、制御上の制約に違反した制約違反領域ＡＯＣＶ２となる。
【００９４】
＜第３の制約＞
第３の制約は、エンジン２００の失火限界、即ちＥＧＲ率Ｒｅｇｒに係る制約である。ここで、失火が発生するＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、エンジン２００の構造や動作条件等に応じて変化する。従って、失火限界としてのＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、予め第３の制約に係る制約条件として実験的に求められ、ＲＯＭに格納されている。ＥＣＵ１００は、このＥＧＲ率Ｒｅｇｒの制約条件を、下記（１５）式の如く、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約に変換する。式中のＭｌｉｍは、失火限界のＥＧＲ量を意味する。
【００９５】
【数１５】
このようにして第１、第２及び第３の制約がＥＧＲ量Ｍｅｇｒに相関する値として求められると制約設定処理は終了し、処理はＥＧＲ制御処理のステップＳ１３０に進む。
【００９６】
図２に戻り、ステップＳ１３０では、目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）が決定される。目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）は、基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇｂ（ｉ）と上記各制約とに基づいて決定される制御目標値である。より具体的には、ＥＣＵ１００は、公知の最適化手法により、上記各制約が満たされる最適なＥＧＲ量を目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）として決定する。このような目標ＥＧＲ量決定に係るプロセスは、本発明に係る「決定手段」の動作の一例である。尚、ＥＣＵ１００は、上記制約が満たされる範囲内で、基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇｂ（ｉ）に最も近い値を目標ＥＧＲ量としてもよい。基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇｂ（ｉ）が如何なる制約にも抵触しない場合、基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇｂ（ｉ）と目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）とは一致してもよい。
【００９７】
目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）を決定すると、ＥＣＵ１００は、この目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）をＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒに変換して目標ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒｔａｇ（ｉ）を算出する（ステップＳ１４０）。この際、ＥＣＵ１００は、図５に例示した、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスを利用する。即ち、ＲＯＭには、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒ毎に圧力比ＰＲに対するＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスが記憶されており（図５では最大開度に対応するダイナミクスのみが表されている）、目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）からＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒへの変換は容易になされ得る。
【００９８】
目標ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒｔａｇ（ｉ）が求まると、ＥＣＵ１００は、この目標ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒｔａｇ（ｉ）が得られるように、時系列上で順次ＥＧＲ弁３０３を駆動制御する（即ち、本発明に係る「制御手段」の動作の一例である）。ＥＧＲ制御処理は以上のように実行される。尚、ここでは、ＥＧＲ制御処理はループ処理として記述されていないが、ＥＧＲ制御処理は基本的にエンジン２００の稼動期間において常時繰り返し実行される。
【００９９】
＜制約の作用＞
ここで、図７及び図８を参照し、第１及び第２の制約の作用について説明する。ここに、図７は、第１の制約の作用を説明する図であり、図８は、第２の制約の作用を説明する図である。尚、これら各図において既出の各図と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１００】
図７において、本実施形態に係る第１の制約Ｌｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（破線）に対する比較例として、図４に例示された非線形ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎを、近似値が実ダイナミクスを超えることを許容して線形近似してなる比較線形近似ダイナミクスに基づいて設定された、比較制約Ｌｍｅｇｒｃｍｐ＿ｍａｘ（鎖線）が示される。
【０１０１】
ここで、比較制約Ｌｍｅｇｒｃｍｐ＿ｍａｘを制御上の制約とした場合、図示黒丸Ｍ２に示すＥＧＲ量も制御上の制約を満たすこととなる。ところが、この黒丸Ｍ２に対応するＥＧＲ量は、細い鎖線で示すように、ＥＧＲ弁３０３の最大開度に対応するＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクス（実線）を超えた領域にあり、本来実現不可能なＥＧＲ量である。従って、ＥＧＲ制御処理においてこの黒丸Ｍ２に対応するＥＧＲ量が許可されると、ＥＣＵ１００が把握するＥＧＲ量と実際のＥＧＲ量とが乖離して、燃焼が悪化する可能性がある。
【０１０２】
これに対して、本実施形態に係る、第１の制約Ｌｍｅｇｒａ＿ｍａｘによれば、この場合に決定される目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇは、例えば図示白丸Ｍ１となり、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、現実的な制約（即ち、ＥＧＲ弁３０３の最大開度）よりも絶えず小さい値に維持される。
【０１０３】
一方、図８において、本実施形態に係る第２の制約の一つであるＬｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（破線）に対する比較例として、図４に例示された非線形ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎを、近似値が実ダイナミクスを超えることを許容して線形近似してなる比較線形近似ダイナミクスに基づいて設定された、比較制約Ｌｄｍｅｇｒｃｍｐ＿ｍａｘ（鎖線）が示される（尚、正負の符号については既に説明した通りであり、ここでは敢えて区別しないこととする）。
【０１０４】
ここで、比較制約Ｌｄｍｅｇｒｃｍｐ＿ｍａｘを制御上の制約とした場合、図示黒丸Ｍ４に示すＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒも制御上の制約を満たすこととなる。ところが、この黒丸Ｍ４に対応するＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒは、細い鎖線で示すように、ＥＧＲ弁３０３の最大閉弁速度に対応するＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒの実ダイナミクスＬｄｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（−）（実線）を超えた領域にあり、本来実現不可能なＥＧＲ量変化率である。従って、ＥＧＲ制御処理においてこの黒丸Ｍ４に対応するＥＧＲ量変化率が許可されると、ＥＣＵ１００は、現実よりも速くＥＧＲ弁３０３が閉弁としているものと錯覚する。その結果、その後の制御如何によっては、ＥＣＵ１００が把握するＥＧＲ量と実際のＥＧＲ量とが乖離して、燃焼が悪化する可能性がある。
【０１０５】
これに対して、本実施形態に係る、線形近似ダイナミクスＬｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（−）により規定される第２の制約によれば、黒丸Ｍ４に示すＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒは制約を満たさないため不許可となり、実際のＥＧＲ量変化率は、例えば図示白丸Ｍ３に例示されるように、現実的な制約（即ち、ＥＧＲ弁３０３の最大閉弁速度に対応するＥＧＲ量変化率）よりも絶えず小さい値に維持される。
【０１０６】
＜本実施形態の効果＞
次に、本実施形態の効果について、図９を参照して説明する。ここに、図９は、エンジンシステム１０を搭載する車両の緩減速時におけるＥＧＲガスの挙動を例示する図である。尚、同図において既出の各図と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１０７】
図９において、上段から順にＥＧＲ率Ｒｅｇｒ、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒ及びスロットル開度ｔｈｒの各時間特性が例示される。
【０１０８】
図示時刻Ｔ１において、アクセルペダルが緩められる等してスロットルバルブ２０８が緩やかに閉じ始め、車両が緩やかに減速を開始したとする。この際、演算負荷はさておき、非線形ダイナミクスである現実的な制約（言うなれば、理想的な制約）に従ってＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒが制御された場合、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは図示実線の如くに推移するものとする。
【０１０９】
ここで、上述した比較制約を制御上の制約とすると、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、図示鎖線のように、現実的な制約が適用された場合と較べてその減少が緩慢となる。このため、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、図示ハッチング表示された失火領域ＡＯＡＦで推移することとなり、エンジン２００が失火する可能性がある。
【０１１０】
これに対して、本実施形態に係る線形近似ダイナミクスに基づいた各制約が適用された場合、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、図示破線に示す通り、絶えず現実的な制約に従った場合よりも抑制側（安全側）で推移するため、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒもまた図示破線に示すようにより安全側にマージンが与えられることとなる。即ち、エンジン２００が失火する可能性がなくなる。従って、本実施形態によれば、この種の緩減速時のようなＥＧＲガスの流量制御が一般に困難である状況においても、ＥＧＲによる実践上の利益が可及的に担保され得る。即ち、車両の運転条件によらず常に最適なＥＧＲ量を実現することが可能となるのである。
【０１１１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御に適用可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２Ｂ…シリンダ、３００…ＥＧＲ装置、３０１…ＥＧＲ通路、３０２…ＥＧＲクーラ、３０３…ＥＧＲ弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）装置を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、モデル予測制御により排気還流量（言い換えればＥＧＲ量）を制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された内燃機関の制御装置によれば、排気還流弁開度を適切に制御する目的から、推定還流ガス分圧Ｐｉｒｅｓｔが目標値Ｐｉｒｒｅｆに一致するようにモデル予測制御を用いてＥＧＲ弁６の開度が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１３５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のモデル予測制御を含む各種モデル予測制御においては、演算負荷の軽減を目的として、ＥＧＲ量の現実的制約を規定する実ダイナミクスを近似して用いる場合が多い。特に、当該実ダイナミクスが非線形部分を含む場合には、この非線形部分を線形に近似することにより演算負荷が大きく緩和され得る。
【０００６】
ここで、従来、実ダイナミクスを近似するにあたっての近似後のダイナミクス（以下、適宜「近似ダイナミクス」とする）と実ダイナミクスとの関係性については、より高精度な近似（即ち、高い幾何学的同一性を有する近似を意味する）を求める観点では多々論じられるところである。
【０００７】
ところで、単に近似の精度のみを追及した場合、近似ダイナミクスを形成する各近似値と実ダイナミクスにおける対応値との大小関係は、必ずしも一義的とはならない。即ち、近似ダイナミクス上の近似値は、場合により実ダイナミクスを超える場合も当然ながら発生する。近似値が実ダイナミクスを超えるということは、演算負荷の軽減を目的とした仮想的な制約が、現実的な制約よりも緩くなることを意味する。
【０００８】
ここで特に、仮想的な制約が現実的な制約よりも緩い場合、実際には実現不可能なＥＧＲ量が制御目標として許可されることになるため、内燃機関の燃焼状態が悪化する可能性がある。とりわけ、ＥＧＲ量が現実的な制約の一つとしての失火限界を超えてしまう場合、内燃機関が失火する可能性がある。即ち、上述した特許文献１に係る装置を含む従来の装置には、車両の運転条件によってはＥＧＲ量を最適に維持することが困難になるという技術的問題点がある。
【０００９】
本発明は係る技術的問題点に鑑みてなされたものであり、車両の運転条件によらず最適なＥＧＲ量の制御を可能とする内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気の一部をＥＧＲガスとして還流させるためのＥＧＲ通路及び該ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガスの流量たるＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲ弁を有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、現在から未来にかけての所定期間における、前記ＥＧＲガスの挙動に影響を与える前記内燃機関の状態量を予測する予測手段と、前記ＥＧＲ量の現実的制約を規定する前記ＥＧＲ量の実ダイナミクスを近似値が該実ダイナミクスを超えないように近似してなる近似ダイナミクスに基づいて、前記所定期間における前記ＥＧＲ量の制約を設定する設定手段と、前記設定された制約の範囲内で前記予測された状態量に応じて前記ＥＧＲ量の目標値を決定する決定手段と、該決定された目標値が得られるように前記ＥＧＲ弁を制御する制御手段とを具備することを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、ＥＧＲ装置を少なくとも備え、例えば気筒数、気筒配列、吸排気系の構成、過給器の有無、燃料種別、燃料噴射系の構成及び動弁系の構成等、実践的態様に関係なく燃料の燃焼に伴う熱エネルギを運動エネルギに変換可能な機関を包括する概念としての内燃機関に適用することができる。本発明に係る内燃機関の制御装置は、好適な一形態として、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ等を備えた、単体或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）やコンピュータシステム等の形態を採り得る。また、これらには適宜ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等が付帯し得る。尚、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の各部（動弁系、点火系或いは冷却系等）を制御するコンピュータ装置の一部として構成されていてもよい。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、予測手段により、現在から未来にかけての所定期間、即ち近未来的な意味合いとしての将来における、内燃機関の状態量が予測される。その一方で、設定手段により、この所定期間におけるＥＧＲ量の制約が設定される。尚、制約が設定される所定期間と、状態量が予測される所定期間とは、完全に一致しておらずともよく、例えば一方が他方を含む形であってもよい。
【００１３】
予測手段により予測される内燃機関の状態量とは、ＥＧＲガスの挙動に影響を与える状態量（概念として「ＥＧＲガスの挙動に影響を与えるものとして設定された状態量」を含む趣旨である）であって、例えば、吸入空気量、新気流量（シリンダに吸入される新気の量）、吸気量（新気流量＋ＥＧＲ量）、吸気圧（ＥＧＲ弁下流圧と実質的に等しい）、排気圧（ＥＧＲ弁上流圧と実質的に等しい）排気温、ＥＧＲ弁開度（或いは、ＥＧＲ弁を挟む上下流の連通断面積）、ＥＧＲ率及びＥＧＲ量等（無論、これらの一部であってよい）を意味する。
【００１４】
設定手段により設定される「ＥＧＲ量の制約」とは、ＥＧＲ量の制御上の限界を意味する。ここで、ＥＧＲガスによりもたらされる利益（例えば、排気温の低下によるＮＯｘの低減）を可及的に享受せしめんとした場合、この制約（制御上の限界）は、理想的には、内燃機関（ＥＧＲ装置を含む）における現実的制約（即ち、物理的、機械的な限界或いは現実的な限界）と一致しているのが望ましい。
【００１５】
然るに、通常、このような現実的制約のダイナミクス（概念的には、パラメータ（例えば、ＥＧＲ弁開度）に依存しない、ある軸要素（例えば、ＥＧＲ弁上下流の圧力比）に対する定量化されたＥＧＲ量の挙動として定義され得る）は必ずしも線形ダイナミクスでなく、一般的には、軸要素の大部分に対して非線形ダイナミクスである。このような非線形ダイナミクスである現実的制約は、ＥＧＲ量或いはＥＧＲ弁開度の制御量演算に用いられた場合に、演算負荷を増大させる要因となる。係る点に鑑み、本発明に係る内燃機関の制御装置は、設定手段が、この現実的制約を規定する実ダイナミクスを近似してなる近似ダイナミクスに基づいてＥＧＲ量の制約を設定する構成となっている。
【００１６】
尚、この際、近似ダイナミクスは、予め与えられていてもよいし、予め実験的に得られた実ダイナミクスに基づいて適宜取得されるものであってもよい。また、近似の実践的態様は、演算負荷を幾らかなり低減し得る限りにおいて自由であり、概念上は、例えば実ダイナミクスがＸ（Ｘ＞３）区分の線形ダイナミクスである場合において実ダイナミクスをＹ（Ｙ＜Ｘ）区分で線形近似する等といった場合も含まれる。但し、好適には、非線形ダイナミクスとしての実ダイナミクスを多区分で線形近似する態様を意味する。
【００１７】
ところで、実ダイナミクスを近似して近似ダイナミクスを生成する過程において、近似精度は重要な要素の一である。然るに、近似精度のみを追及して近似値に対して何らの制約も存在しない場合、近似値は実ダイナミクス上の該当値に対して大きくも小さくもなる。ところが、近似ダイナミクスが例え一部にせよ実ダイナミクスを超える場合、実ダイナミクスを超えた近似値によって表される制約は、現実的な制約を越えた制約、即ち実現不可能な制約となる。尚、「実現不可能」の意味するところは多義的であって、例えば、ＥＧＲ弁の物理的限界を超えた開度が許容される、ＥＧＲ弁の物理的限界を超えた動作速度が許容される、或いは、内燃機関の失火限界を超えたＥＧＲ量が許容される等、各種の態様が含まれる。
【００１８】
本発明に係る近似ダイナミクスは、係る点に鑑み、近似値が実ダイナミクスを超えないように実ダイナミクスを近似したものとして定義される。即ち、近似ダイナミクスに基づいて設定手段により設定されるＥＧＲ流量の制約は、実ダイナミクスよりも安全側にシフトした制約となる。従って、決定手段がこの設定された制約の範囲内でＥＧＲガスの目標流量を決定する限りにおいて、当該目標流量がＥＧＲ量の現実的制約に違反することは決してない。
【００１９】
その結果、制御手段がこの決定された目標流量が得られるようにＥＧＲ弁を制御した場合において、内燃機関に燃焼の悪化、極端には失火が生じる可能性はなくなり、内燃機関を搭載する車両の運転条件によらず、ＥＧＲ量を常時最適値に制御することが可能となるのである。
【００２０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記予測手段は、前記状態量として、前記内燃機関における新気流量、吸気圧、排気圧及び排気温を予測する（請求項２）。
【００２１】
新気流量、吸気圧、排気圧及び排気温は、ＥＧＲ量と高い相関を有する要素であるから、本発明に係る状態量として適当である。尚、予測手段が状態量を予測するにあたっての実践的態様は特に限定されないが、例えば、各予測対象に適合するセンサ等の検出手段から現時点の値を取得すると共に、予め実験的に、経験的に又は理論的に与えられた演算式や物理式に基づいた予測演算処理を行ってもよい。或いは、予め実験的に、経験的に又は理論的に、将来の状態量と現在の状態量とが対応付けられ、制御マップ等として然るべき記憶手段に格納されていてもよい。
【００２２】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記近似ダイナミクスは、非線形ダイナミクスである前記実ダイナミクスを線形に近似してなる線形ダイナミクスである（請求項３）。
【００２３】
実ダイナミクスが非線形ダイナミクスであり、これを線形近似することにより近似ダイナミクスが得られている場合には、近似による演算負荷軽減に係る実践上の利益が大である。
【００２４】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記実ダイナミクスは、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲ弁の上下流の圧力比に対する挙動を規定するダイナミクスである（請求項４）。
【００２５】
ＥＧＲ弁の上下流（尚、「上流」及び「下流」とは、対象ガスのガス流を基準に規定される方向概念であり、ＥＧＲ弁に対して適用された場合には即ち、排気側が上流であり、吸気側が下流である）の圧力差は、ＥＧＲ量を規定する要素として極めて妥当であるから、実ダイナミクスが有意義なものとなる。必然的に近似ダイナミクスも有意義なものとなる。
【００２６】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、予め与えられた前記実ダイナミクスを所定の基準に基づいて近似することにより前記近似ダイナミクスを取得する取得手段を更に具備し、前記設定手段は、前記取得された近似ダイナミクスに基づいて前記制約を設定する（請求項５）。
【００２７】
この態様によれば、予め実験的に、経験的に又は理論的に得られた実ダイナミクスが、取得手段によりその都度適宜近似処理され近似ダイナミクスとして取得される。従って、近似の区分をその都度適宜増減させて近似精度を状況により変化させる等といった措置を講じることも可能となり、実践上有益である。
【００２８】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記ＥＧＲ量の制約として、前記ＥＧＲ弁の開度の制約に起因する制約、前記ＥＧＲ弁の開度変化率の制約に起因する制約及び前記内燃機関の失火限界の制約に起因する制約を設定する（請求項６）。
【００２９】
この態様によれば、設定手段が、ＥＧＲ量の制約として、ＥＧＲ弁の開度の制約に起因する制約、ＥＧＲ弁の開度変化率（開閉速度と実質的に同義である）の制約に起因する制約及び内燃機関の失火限界の制約に起因する制約を設定する。これらは、決定手段がＥＧＲガスの目標流量を決定するにあたって参照する制約として妥当且つ有意義であり、ＥＧＲガスの最適な目標流量を決定するにあたっての貢献が大である。
【００３０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記所定期間は、前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲ弁から前記内燃機関のシリンダに到達するのに要する時間が経過した時点にかけての時間領域を含む（請求項７）。
【００３１】
本発明に係る所定期間の概念は、数値的な限定を必ずしも要さない定性的概念であるが、ＥＧＲガスがＥＧＲ弁を通過した時点からこのＥＧＲガスがシリンダに取り込まれる時点までの時間領域は、ＥＧＲ量を最適値に制御する本発明に係る目的に鑑みて、極めて合理的であり且つ過不足ない期間を規定し得る。即ち、実践上有益である。
【００３２】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵが実行するＥＧＲ制御処理のフローチャートである。
【図３】図２のＥＧＲ制御処理のサブルーチンである制約設定処理のフローチャートである。
【図４】圧力比ＰＲに対するＥＧＲ量Ｍｅｇｒのダイナミクスを表す図である。
【図５】第１の制約の概念図である。
【図６】第２の制約の概念図である。
【図７】第１の制約の作用を説明する図である。
【図８】第２の制約の作用を説明する図である。
【図９】実施形態の効果に係り、緩減速時のＥＧＲガスの挙動を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００３５】
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３６】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。
【００３７】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ等を備え、エンジンシステム１０の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述するＥＧＲ制御処理を実行可能に構成されている。
【００３８】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「予測手段」、「設定手段」、「決定手段」、「制御手段」及び「取得手段」の夫々一例として機能し得る一体の電子制御ユニットであるが、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、これら各手段は、例えば複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００３９】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンである。
【００４０】
エンジン２００は、シリンダブロック２０１Ａに収容されたシリンダ２０１Ｂ内において、燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して燃料たるガソリンと空気との混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼に伴う爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換可能に構成された機関である。クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたエンジン２００のクランク角は、一定又は不定の周期でＥＣＵ１００に参照される構成となっている。
【００４１】
尚、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に複数のシリンダ２０１Ｂが配列した多気筒エンジンであるが、個々のシリンダ２０１Ｂの構成は相互いに等しいため、図２においては一のシリンダ２０１Ｂについてのみ説明を行うこととする。また、このような構成は、本発明に係る「内燃機関」が採り得る一例に過ぎない。
【００４２】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２０９において、吸気ポートインジェクタ２１１から噴射されたポート噴射燃料Ｆｐｉと混合されて前述の混合気となる。燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介して吸気ポートインジェクタ２１１に圧送供給されている。
【００４３】
シリンダ２０１Ｂと吸気ポート２０９とは、吸気バルブ２１０の開閉によってその連通状態が制御される。シリンダ２０１Ｂで燃焼した混合気は排気となり吸気バルブ２１０の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１２の開弁時に排気ポート２１３を介して排気管２１４に導かれる。
【００４４】
一方、吸気管２０７における、吸気ポート２０９の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節するスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続された、不図示のスロットルバルブモータによってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルポジションセンサにより検出されるアクセル開度Ｔａに応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータを駆動制御するが、スロットルバルブモータの動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することもまた可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００４５】
排気管２１４には、エンジン２００の排気空燃比ＡＦを検出可能に構成された空燃比センサ２１５が設置されている。また、シリンダ２０１Ｂを収容するシリンダブロック２０１Ａを取り囲むように張り巡らされたウォータジャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温Ｔｗを検出するための冷却水温センサ２１６が配設されている。また、吸気ポート２０９には、スロットルバルブ２０８通過後の吸気の圧力たる吸気圧Ｐｉを検出するための吸気圧センサ２１７が配設されている。また、排気ポート２１３には、排気の温度たる排気温Ｔｏを検出するための排気温センサ２１８が配設されている。更に、排気ポート２１３には、排気の圧力たる排気圧Ｐｏを検出するための排気圧センサ２１９が配設されている。空燃比センサ２１５、水温センサ２１６、吸気圧センサ２１７、排気温センサ２１８及び排気圧センサ２１９は、夫々ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、各々検出された空燃比ＡＦ、冷却水温Ｔｗ、吸気圧Ｐｉ、排気温Ｔｏ及び排気圧Ｐｏは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００４６】
エンジン２００は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるためのＥＧＲ装置３００を備える。
【００４７】
ＥＧＲ装置３００は、ＥＧＲ通路３０１、ＥＧＲクーラ３０２及びＥＧＲ弁３０３を備えた、本発明に係る「ＥＧＲ装置」の一例である。
【００４８】
ＥＧＲ通路３０１は、一方の端部が排気ポート２１３に連結され、他方の端部が吸気ポート２０９に連結される金属製の管状部材である。排気ポート２１３と吸気ポート２０９とは、後述するＥＧＲ弁３０３の開弁時に、このＥＧＲ通路２１７を介して適宜連通する構成となっている。
【００４９】
ＥＧＲクーラ３０２は、排気直後の比較的高温のＥＧＲガスを冷却水との間の熱交換により冷却する水冷型冷却装置である。
【００５０】
ＥＧＲ弁３０３は、ＥＧＲ通路３０１を介した排気ポート２１３と吸気ポート２０９との連通面積を連続的に変化させることが可能な、本発明に係る「ＥＧＲ弁」の一例たる電磁開閉弁装置である。ＥＧＲ弁３０３を駆動する不図示の駆動装置（例えば、ソレノイド）は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＧＲ弁３０３の開度であるＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、ＥＣＵ１００により制御可能となっている。尚、「開度」とは、開弁の度合いを意味しており、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、Ａｅｇｒ＝０（％）が全閉（又は全開）に、Ａｅｇｒ＝１００（％）が全開（又は全閉）に、夫々対応している。いずれにせよ、ＥＧＲ弁３０３を挟んだ上流側（排気ポート２１３側）と下流側（吸気ポート２０９側）との連通断面積Ｓｅｇｒは、このＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒと一対一に対応している。
【００５１】
尚、上述した吸気圧Ｐｉは、このＥＧＲ弁３０３の下流側（吸気ポート２０９側）の圧力たるＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎと等しく、上述した排気圧Ｐｏは、ＥＧＲ弁３０３の上流側（排気ポート２１３側）の圧力たるＥＧＲ弁上流圧Ｐｕｐと等しい。ＥＧＲガスの流量であるＥＧＲ量Ｍｅｇｒは、このＥＧＲ弁上流圧ＰｕｐとＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎとの比である圧力比ＰＲと、上述した連通断面積Ｓｅｇｒとに応じて変化する。尚、圧力比ＰＲ及び連通断面積Ｓｅｇｒに対するＥＧＲ量Ｍｅｇｒの挙動については後述する。
【００５２】
＜実施形態の動作＞
＜ＥＧＲ制御処理の詳細＞
これ以降、本実施形態の動作として、ＥＣＵ１００により実行されるＥＧＲ制御処理の詳細について説明する。
【００５３】
始めに、図２を参照し、ＥＧＲ制御処理の制御フローについて説明する。ここに、図２は、ＥＧＲ制御処理のフローチャートである。
【００５４】
図２において、ＥＣＵ１００は、所定の予測期間における、予めＥＧＲガスの挙動に影響を与えるものとして設定されたエンジン２００の各種状態量Ｘ（ｉ）を予測する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０は、本発明に係る「予測手段」の動作の一例である。
【００５５】
ここで、ステップＳ１１０における「予測期間」とは、本発明に係る「所定期間」の一例であって、現時点から、ＥＧＲガスがＥＧＲ弁３０３からシリンダ２０１Ｂに到達すると予想される時点までの期間であり、具体的には、現時点から概ね２０〜１００ｍｓｅｃ程度未来の期間である。ＥＣＵ１００は、この予測期間をｎ区間に等分し、当該区間の境界に相当する時刻ｉ（ｉ＝０，１，・・・，ｎ）における状態量Ｘ（ｉ）を事前に予測する。尚、ｉ＝０に相当する時刻は、現在時刻を意味する。
【００５６】
ＥＣＵ１００は、状態量Ｘ（ｉ）として、以下の状態量を予測する構成となっている。
【００５７】
新気流量Ｍａ（ｉ）
基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇｂ（ｉ）
吸気圧Ｐｉ（ｉ）（ＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎ（ｉ）と同義）
排気圧Ｐｏ（ｉ）（ＥＧＲ弁上流圧Ｐｕｐ（ｉ）と同義）
目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔａｇ（ｉ）
新気流量Ｍａ（ｉ）は、吸気管２０７及びスロットルバルブ２０８を介して吸気ポート２０９に導かれる空気を意味する。
【００５８】
新気流量Ｍａ（ｉ）は、例えば、吸気管２０７に設置されたエアフローメータにより検出される吸入空気量Ｇａ、その時点におけるスロットルバルブ２０８の開度ｔｈｒ及び機関回転速度ＮＥにより求まる現時点での新気流量Ｍａ（０）と、予め与えられた、予測期間における新気流量Ｍａの時間推移を規定する予測演算式に基づいて予測される。
【００５９】
尚、スロットルバルブ２０８は先に述べたようにＥＣＵ１００により駆動制御されるから、スロットル開度ｔｈｒの時間推移は予測期間程度の時間オーダであれば高精度に予測可能である。また、機関回転速度ＮＥの時間推移も同様に予測可能である。従って、ＥＣＵ１００は、これらを用いて適宜新気流量Ｍａ（ｉ）を予測してもよい。或いは予め現時点の新気流量Ｍａ（０）と各種エンジン運転条件をパラメータとして予測期間における新気流量Ｍａ（ｉ）がマップ化され、然るべき記憶手段に格納されている場合には、ＥＣＵ１００は係る記憶手段から適宜該当値を選択して新気流量Ｍａ（ｉ）を予測してもよい。
【００６０】
基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）とは、新気流量Ｍａと目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒとから求まる理想的な目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒを意味する。基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）は、例えば、Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）＝Ｍａ（ｉ）*Ｒｅｇｒ（ｉ）／（１−Ｒｅｇｒ（ｉ））として求められてもよい。尚、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔａｇ（ｉ）は、一の予測期間について一律であるとする。
【００６１】
吸気圧Ｐｉ（ｉ）（ＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎ（ｉ））及び排気圧Ｐｏ（ｉ）（ＥＧＲ弁上流圧Ｐｕｐ（ｉ））の時間推移もまた、新気流量Ｍａ（ｉ）と同様に、予測演算式やマップの利用等により予測可能である。このような近未来的な状態量の予測手法については、既に各種の手法が公知でありまた適用可能であるため、ここではその詳細を省略することとする。
【００６２】
状態量Ｘ（ｉ）の予測が終了すると、ＥＣＵ１００は、制約設定処理を実行する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０は、本発明に係る「設定手段」の動作の一例である。
【００６３】
ここで、図３を参照し、制約設定処理の詳細について説明する。ここに、図３は、制約設定処理のフローチャートである。
【００６４】
図３において、ＥＣＵ１００は、圧力比ＰＲ（ｉ）及び線形近似ダイナミクスφｌｉｎ（ｉ）を算出する（ステップＳ１２１）。
【００６５】
本実施形態において、圧力比ＰＲ（ｉ）は、下記（１）式により表される。下記（１）式より明らかな通り、圧力比ＰＲは、ＥＧＲ弁上流圧Ｐｕｐ（排気圧Ｐｏ）に対するＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎ（吸気圧Ｐｉ）の比であり、ＥＧＲ弁上流圧ＰｕｐがＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎよりも大きい程小さくなる。
【００６６】
【数１】
一方、線形近似ダイナミクスφｌｉｎ（ｉ）は、下記（２）式により求められる。
【００６７】
【数２】
ここで、図４を参照し、線形近似ダイナミクスφｌｉｎの詳細について説明する。ここに、図４は、圧力比ＰＲに対するＥＧＲ量Ｍｅｇｒのダイナミクスを表す図である。
【００６８】
図４において、縦軸にはＥＧＲ量Ｍｅｇｒのダイナミクスが、横軸には圧力比ＰＲが夫々表されている。尚、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒのダイナミクスとは、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒに依存しないＥＧＲ量Ｍｅｇｒの定性的挙動を定量化した値を意味する。
【００６９】
図示φｎｏｎｌｉｎ（実線）は、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスであり、図示の通り非線形ダイナミクスである。この実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎは、予め実験的に得られており、ＲＯＭに格納されている。尚、ＥＧＲガスは、基本的にＥＧＲ弁上流圧ＰｕｐがＥＧＲ弁下流圧Ｐｄｎよりも大きくなければ吸気系に還流されない。従って、両者が等しくなり圧力比ＰＲ＝１に到達した時点で、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒ＝０となる。即ち、実質的に、圧力比ＰＲの最大値は１である。
【００７０】
線形近似ダイナミクスφｌｉｎ（破線）は、この実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎをｍ（ｍ≧２）区間で線形近似したものであり、本発明に係る「近似ダイナミクス」の一例である。図示の通り、線形近似ダイナミクスφｌｉｎでは、圧力比ＰＲがｃ以下の領域では値ｂ１で一定であり、圧力比ＰＲがｃよりも大きい領域では圧力比ＰＲに対し単調減少関数となる。この線形近似ダイナミクスφｌｉｎによれば、本来非線形ダイナミクスである実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎが極めて単純化されるため、後述するようにＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約を設定するにあたって、ＥＣＵ１００の演算負荷が極めて低減される。尚、ここでは２区間の線形近似が例示されるが、無論これは説明を分かり易くするための例示であって、実際にはより多区間で線形近似されてもよい。尚、実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎを線形近似して線形近似ダイナミクスφｌｉｎ（ｉ）を取得するプロセスは、本発明に係る「取得手段」の動作の一例である。
【００７１】
ここで、実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎを線形近似するにあたり、ＥＣＵ１００は、近似値が実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎを超えることがないように近似する。視覚的には、線形近似ダイナミクスφｌｉｎ（破線）は、必ず実ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎ（実線）の内側（座標軸側）で設定される。このことの効果については後述する。
【００７２】
図３に戻り、ＥＣＵ１００は、圧力比ＰＲ（ｉ）及びφｌｉｎ（ｉ）（尚、φｌｉｎ（ｉ）とは、圧力比ＰＲ（ｉ）に対応する線形近似ダイナミクス上の近似値を意味する）を算出すると、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約を設定する（ステップＳ１２２）。ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約とは、ＥＧＲ装置３００を含むエンジン２００の各種制約に起因して発生するＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制御上の制約を意味し、本実施形態では、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒに起因する第１の制約と、ＥＧＲ弁３０３の開閉速度に起因する第２の制約と、エンジン２００の失火限界に起因する第３の制約との三種類の制約が設定される。
【００７３】
尚、第１の制約について、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、ＥＧＲ弁３０３の開弁の度合いを数値化した便宜的指標に過ぎず、実際のＥＧＲ量Ｍｅｇｒは、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒと一対一に対応する連通断面積Ｓｅｇｒに依存する。従って、これ以降の説明においては、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒを適宜この連通断面積Ｓｅｇｒに置き換えて説明することとする。また、第２の制約についても第１の制約と同様の理由から、ＥＧＲ弁３０３の開閉速度を連通断面積Ｓｅｇｒの変化速度に適宜置き換えることとする。
【００７４】
ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約を設定する前提として、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒ（ｉ）は下記（３）式により、ＥＧＲガス流量変化率ｄＭｅｇｒ（ｉ）は下記（４）式により夫々表すことができる。
【００７５】
【数３】
【００７６】
【数４】
＜第１の制約＞
第１の制約は、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒ（連通断面積Ｓｅｇｒ）の制約であり、即ち、ＥＧＲ弁３０３の開度に物理的限界があることに起因する制約である。制約条件は下記（５）式により表される。式中のＳｅｇｒｍａｘは、連通断面積Ｓｅｇｒの最大値であり、即ち、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒ＝１００における連通断面積Ｓｅｇｒを意味する。
【００７７】
【数５】
ここで、ＥＣＵ１００は、上記（５）式により表される第１の制約に係る制約条件を、下記（６）、（７）及び（８）式の如く、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約に変換する。式中のＴｕｐは、ＥＧＲ弁上流温度であり、即ち、排気温センサ２１８により検出される排気温Ｔｏと同義である。尚、（７）式は圧力比ＰＲ（ｉ）がｃ以下となる場合に適用され、（８）式は圧力比ＰＲ（ｉ）がｃより大きく且つ１以下である場合に適用されることは言うまでもない。
【００７８】
【数６】
【００７９】
【数７】
【００８０】
【数８】
ここで、図５を参照し、第１の制約について視覚的に説明する。ここに、図５は、第１の制約の概念図である。
【００８１】
図５において、縦軸にはＥＧＲ量Ｍｅｇｒが表され、横軸には圧力比ＰＲが表される。
【００８２】
図示Ｌｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（実線）は、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒが最大である場合のＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスである。このＬｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ以下の領域は、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒとして実現することの出来る領域である。
【００８３】
一方、先述したように、本実施形態では、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスが、近似値がこの実ダイナミクスを超えないように線形に近似される。このため、この線形近似ダイナミクスφｌｉｎに基づいて設定される制御上の制約（第１の制約）は、図示Ｌｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（破線）により規定される。即ち、図示Ｌｍｅｇｒａ＿ｍａｘを超えた領域（図示ハッチング領域）は、制御上の制約に違反した制約違反領域ＡＯＣＶ１となる。
【００８４】
＜第２の制約＞
第２の制約は、ＥＧＲ弁３０３の開閉速度（連通断面積Ｓｅｇｒの変化率）の制約であり、即ち、ＥＧＲ弁３０３の開閉速度に物理的限界があることに起因する制約である。制約条件は下記（９）及び（１０）式により表される。式中のＳｏｐｅｎｍａｘは、連通断面積Ｓｅｇｒが増加する場合（即ち、ＥＧＲ弁３０３が開弁する場合）における連通断面積Ｓｅｇｒの時間変化率の最大値であり、式中のＳｃｌｏｓｅｍａｘは、連通断面積Ｓｅｇｒが減少する場合（即ち、ＥＧＲ弁３０３が閉弁する場合）における連通断面積Ｓｅｇｒの時間変化率の最大値である。
【００８５】
【数９】
【００８６】
【数１０】
ここで、ＥＣＵ１００は、上記（９）及び（１０）式により表される第２の制約に係る制約条件を、下記（１１）、（１２）、（１３）及び（１４）式の如く、ＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒの制約に変換する。尚、（１１）及び（１２）式は、圧力比ＰＲ（ｉ）がｃ以下となる場合に適用され、（１３）及び（１４）式は圧力比ＰＲ（ｉ）がｃより大きく且つ１以下である場合に適用される。また、（１１）及び（１３）式が開弁時の制約であり、（１２）及び（１４）式が閉弁時の制約である。
【００８７】
【数１１】
【００８８】
【数１２】
【００８９】
【数１３】
【００９０】
【数１４】
ここで、図６を参照し、第２の制約について視覚的に説明する。ここに、図６は、第２の制約の概念図である。
【００９１】
図６において、縦軸にはＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒが表され、横軸には圧力比ＰＲが表される。原点よりも上側の領域が開弁時を意味し、原点よりも下側の領域が閉弁時を意味する。
【００９２】
図示Ｌｄｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（＋）（実線）は、ＥＧＲ弁３０３を最速で開弁させた場合のＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒの実ダイナミクスである。原点ラインよりも上側且つこのＬｄｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（＋）以下の領域は、ＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒとして実現可能な領域である。同様に、図示Ｌｄｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（−）（実線）は、ＥＧＲ弁３０３を最速で閉弁させた場合のＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒの実ダイナミクスである。原点ラインよりも下側且つこのＬｄｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（−）以上の領域は、ＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒとして実現可能な領域である。
【００９３】
一方、先述したように、本実施形態では、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスが、近似値がこの実ダイナミクスを超えないように線形に近似される。このため、線形近似ダイナミクスφｌｉｎに基づいて設定される制御上の制約（第２の制約）は、開弁側では図示Ｌｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（＋）（破線）として、また閉弁側では図示Ｌｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（−）（破線）として規定される。即ち、図示Ｌｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（＋）を上側に超えた領域及び図示Ｌｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（−）を下側に超えた領域（図示ハッチング領域）は、制御上の制約に違反した制約違反領域ＡＯＣＶ２となる。
【００９４】
＜第３の制約＞
第３の制約は、エンジン２００の失火限界、即ちＥＧＲ率Ｒｅｇｒに係る制約である。ここで、失火が発生するＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、エンジン２００の構造や動作条件等に応じて変化する。従って、失火限界としてのＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、予め第３の制約に係る制約条件として実験的に求められ、ＲＯＭに格納されている。ＥＣＵ１００は、このＥＧＲ率Ｒｅｇｒの制約条件を、下記（１５）式の如く、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの制約に変換する。式中のＭｌｉｍは、失火限界のＥＧＲ量を意味する。
【００９５】
【数１５】
このようにして第１、第２及び第３の制約がＥＧＲ量Ｍｅｇｒに相関する値として求められると制約設定処理は終了し、処理はＥＧＲ制御処理のステップＳ１３０に進む。
【００９６】
図２に戻り、ステップＳ１３０では、目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）が決定される。目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）は、基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇｂ（ｉ）と上記各制約とに基づいて決定される制御目標値である。より具体的には、ＥＣＵ１００は、公知の最適化手法により、上記各制約が満たされる最適なＥＧＲ量を目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）として決定する。このような目標ＥＧＲ量決定に係るプロセスは、本発明に係る「決定手段」の動作の一例である。尚、ＥＣＵ１００は、上記制約が満たされる範囲内で、基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇｂ（ｉ）に最も近い値を目標ＥＧＲ量としてもよい。基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇｂ（ｉ）が如何なる制約にも抵触しない場合、基本目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇｂ（ｉ）と目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）とは一致してもよい。
【００９７】
目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）を決定すると、ＥＣＵ１００は、この目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）をＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒに変換して目標ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒｔａｇ（ｉ）を算出する（ステップＳ１４０）。この際、ＥＣＵ１００は、図５に例示した、ＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスを利用する。即ち、ＲＯＭには、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒ毎に圧力比ＰＲに対するＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクスが記憶されており（図５では最大開度に対応するダイナミクスのみが表されている）、目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇ（ｉ）からＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒへの変換は容易になされ得る。
【００９８】
目標ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒｔａｇ（ｉ）が求まると、ＥＣＵ１００は、この目標ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒｔａｇ（ｉ）が得られるように、時系列上で順次ＥＧＲ弁３０３を駆動制御する（即ち、本発明に係る「制御手段」の動作の一例である）。ＥＧＲ制御処理は以上のように実行される。尚、ここでは、ＥＧＲ制御処理はループ処理として記述されていないが、ＥＧＲ制御処理は基本的にエンジン２００の稼動期間において常時繰り返し実行される。
【００９９】
＜制約の作用＞
ここで、図７及び図８を参照し、第１及び第２の制約の作用について説明する。ここに、図７は、第１の制約の作用を説明する図であり、図８は、第２の制約の作用を説明する図である。尚、これら各図において既出の各図と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１００】
図７において、本実施形態に係る第１の制約Ｌｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（破線）に対する比較例として、図４に例示された非線形ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎを、近似値が実ダイナミクスを超えることを許容して線形近似してなる比較線形近似ダイナミクスに基づいて設定された、比較制約Ｌｍｅｇｒｃｍｐ＿ｍａｘ（鎖線）が示される。
【０１０１】
ここで、比較制約Ｌｍｅｇｒｃｍｐ＿ｍａｘを制御上の制約とした場合、図示黒丸Ｍ２に示すＥＧＲ量も制御上の制約を満たすこととなる。ところが、この黒丸Ｍ２に対応するＥＧＲ量は、細い鎖線で示すように、ＥＧＲ弁３０３の最大開度に対応するＥＧＲ量Ｍｅｇｒの実ダイナミクス（実線）を超えた領域にあり、本来実現不可能なＥＧＲ量である。従って、ＥＧＲ制御処理においてこの黒丸Ｍ２に対応するＥＧＲ量が許可されると、ＥＣＵ１００が把握するＥＧＲ量と実際のＥＧＲ量とが乖離して、燃焼が悪化する可能性がある。
【０１０２】
これに対して、本実施形態に係る、第１の制約Ｌｍｅｇｒａ＿ｍａｘによれば、この場合に決定される目標ＥＧＲ量Ｍｅｇｒｔａｇは、例えば図示白丸Ｍ１となり、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、現実的な制約（即ち、ＥＧＲ弁３０３の最大開度）よりも絶えず小さい値に維持される。
【０１０３】
一方、図８において、本実施形態に係る第２の制約の一つであるＬｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（破線）に対する比較例として、図４に例示された非線形ダイナミクスφｎｏｎｌｉｎを、近似値が実ダイナミクスを超えることを許容して線形近似してなる比較線形近似ダイナミクスに基づいて設定された、比較制約Ｌｄｍｅｇｒｃｍｐ＿ｍａｘ（鎖線）が示される（尚、正負の符号については既に説明した通りであり、ここでは敢えて区別しないこととする）。
【０１０４】
ここで、比較制約Ｌｄｍｅｇｒｃｍｐ＿ｍａｘを制御上の制約とした場合、図示黒丸Ｍ４に示すＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒも制御上の制約を満たすこととなる。ところが、この黒丸Ｍ４に対応するＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒは、細い鎖線で示すように、ＥＧＲ弁３０３の最大閉弁速度に対応するＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒの実ダイナミクスＬｄｍｅｇｒｒ＿ｍａｘ（−）（実線）を超えた領域にあり、本来実現不可能なＥＧＲ量変化率である。従って、ＥＧＲ制御処理においてこの黒丸Ｍ４に対応するＥＧＲ量変化率が許可されると、ＥＣＵ１００は、現実よりも速くＥＧＲ弁３０３が閉弁としているものと錯覚する。その結果、その後の制御如何によっては、ＥＣＵ１００が把握するＥＧＲ量と実際のＥＧＲ量とが乖離して、燃焼が悪化する可能性がある。
【０１０５】
これに対して、本実施形態に係る、線形近似ダイナミクスＬｄｍｅｇｒａ＿ｍａｘ（−）により規定される第２の制約によれば、黒丸Ｍ４に示すＥＧＲ量変化率ｄＭｅｇｒは制約を満たさないため不許可となり、実際のＥＧＲ量変化率は、例えば図示白丸Ｍ３に例示されるように、現実的な制約（即ち、ＥＧＲ弁３０３の最大閉弁速度に対応するＥＧＲ量変化率）よりも絶えず小さい値に維持される。
【０１０６】
＜本実施形態の効果＞
次に、本実施形態の効果について、図９を参照して説明する。ここに、図９は、エンジンシステム１０を搭載する車両の緩減速時におけるＥＧＲガスの挙動を例示する図である。尚、同図において既出の各図と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１０７】
図９において、上段から順にＥＧＲ率Ｒｅｇｒ、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒ及びスロットル開度ｔｈｒの各時間特性が例示される。
【０１０８】
図示時刻Ｔ１において、アクセルペダルが緩められる等してスロットルバルブ２０８が緩やかに閉じ始め、車両が緩やかに減速を開始したとする。この際、演算負荷はさておき、非線形ダイナミクスである現実的な制約（言うなれば、理想的な制約）に従ってＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒが制御された場合、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは図示実線の如くに推移するものとする。
【０１０９】
ここで、上述した比較制約を制御上の制約とすると、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、図示鎖線のように、現実的な制約が適用された場合と較べてその減少が緩慢となる。このため、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、図示ハッチング表示された失火領域ＡＯＡＦで推移することとなり、エンジン２００が失火する可能性がある。
【０１１０】
これに対して、本実施形態に係る線形近似ダイナミクスに基づいた各制約が適用された場合、ＥＧＲ弁開度Ａｅｇｒは、図示破線に示す通り、絶えず現実的な制約に従った場合よりも抑制側（安全側）で推移するため、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒもまた図示破線に示すようにより安全側にマージンが与えられることとなる。即ち、エンジン２００が失火する可能性がなくなる。従って、本実施形態によれば、この種の緩減速時のようなＥＧＲガスの流量制御が一般に困難である状況においても、ＥＧＲによる実践上の利益が可及的に担保され得る。即ち、車両の運転条件によらず常に最適なＥＧＲ量を実現することが可能となるのである。
【０１１１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の制御に適用可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２Ｂ…シリンダ、３００…ＥＧＲ装置、３０１…ＥＧＲ通路、３０２…ＥＧＲクーラ、３０３…ＥＧＲ弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気の一部をＥＧＲガスとして還流させるためのＥＧＲ通路及び該ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガスの流量たるＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲ弁を有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
現在から未来にかけての所定期間における、前記ＥＧＲガスの挙動に影響を与える前記内燃機関の状態量を予測する予測手段と、
前記ＥＧＲ量の現実的制約を規定する前記ＥＧＲ量の実ダイナミクスを近似値が該実ダイナミクスを超えないように近似してなる近似ダイナミクスに基づいて、前記所定期間における前記ＥＧＲ量の制約を設定する設定手段と、
前記設定された制約の範囲内で前記予測された状態量に応じて前記ＥＧＲ量の目標値を決定する決定手段と、
該決定された目標値が得られるように前記ＥＧＲ弁を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記予測手段は、前記状態量として、前記内燃機関における新気流量、吸気圧、排気圧及び排気温を予測する
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。
【請求項３】
前記近似ダイナミクスは、非線形ダイナミクスである前記実ダイナミクスを線形に近似してなる線形ダイナミクスである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記実ダイナミクスは、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲ弁の上下流の圧力比に対する挙動を規定するダイナミクスである
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。
【請求項５】
予め与えられた前記実ダイナミクスを所定の基準に基づいて近似することにより前記近似ダイナミクスを取得する取得手段を更に具備し、
前記設定手段は、前記取得された近似ダイナミクスに基づいて前記制約を設定する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記設定手段は、前記ＥＧＲ量の制約として、前記ＥＧＲ弁の開度の制約に起因する制約、前記ＥＧＲ弁の開度変化率の制約に起因する制約及び前記内燃機関の失火限界の制約に起因する制約を設定する
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。
【請求項７】
前記所定期間は、前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲ弁から前記内燃機関のシリンダに到達するのに要する時間が経過した時点にかけての時間領域を含む
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
排気の一部をＥＧＲガスとして還流させるためのＥＧＲ通路及び該ＥＧＲ通路に設けられ前記ＥＧＲガスの流量たるＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲ弁を有するＥＧＲ装置を備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
現在から未来にかけての所定期間における、前記ＥＧＲガスの挙動に影響を与える前記内燃機関の状態量を予測する予測手段と、
前記ＥＧＲ量の現実的制約を規定する前記ＥＧＲ量の実ダイナミクスを近似値が該実ダイナミクスを超えないように近似してなる近似ダイナミクスに基づいて、前記所定期間における前記ＥＧＲ量の制約を設定する設定手段と、
前記設定された制約の範囲内で前記予測された状態量に応じて前記ＥＧＲ量の目標値を決定する決定手段と、
該決定された目標値が得られるように前記ＥＧＲ弁を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記予測手段は、前記状態量として、前記内燃機関における新気流量、吸気圧、排気圧及び排気温を予測する
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。
【請求項３】
前記近似ダイナミクスは、非線形ダイナミクスである前記実ダイナミクスを線形に近似してなる線形ダイナミクスである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記実ダイナミクスは、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲ弁の上下流の圧力比に対する挙動を規定するダイナミクスである
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。
【請求項５】
予め与えられた前記実ダイナミクスを所定の基準に基づいて近似することにより前記近似ダイナミクスを取得する取得手段を更に具備し、
前記設定手段は、前記取得された近似ダイナミクスに基づいて前記制約を設定する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記設定手段は、前記ＥＧＲ量の制約として、前記ＥＧＲ弁の開度の制約に起因する制約、前記ＥＧＲ弁の開度変化率の制約に起因する制約及び前記内燃機関の失火限界の制約に起因する制約を設定する
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。
【請求項７】
前記所定期間は、前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲ弁から前記内燃機関のシリンダに到達するのに要する時間が経過した時点にかけての時間領域を含む
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３２７５９（Ｐ２０１３−３２７５９Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７００８９（Ｐ２０１１−１７００８９）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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