制御装置
【課題】アイドル運転時等において、可変ターボのノズルベーン開度の飽和を回避するとともに、ＥＧＲ率の目標追従性を確保する。
【解決手段】ノズルベーン開度ｕ2が飽和するおそれのある場合には、より重要なＥＧＲ率ｙ1の目標追従性を維持するため、必ずしも重要でない吸気管内圧力ｙ2の目標値を本来の値ｒ2からｒHへと変更し、ノズルベーン開度をサーボコントローラ５１の演算結果ｕ2によらない値ｕHに操作する。これに加え、吸気管内圧力の目標値ｒHを吸気管内圧力の実測値ｙ2としてサーボコントローラ５１に与え、吸気管内圧力の偏差が０と見なされるようにする。
【解決手段】ノズルベーン開度ｕ2が飽和するおそれのある場合には、より重要なＥＧＲ率ｙ1の目標追従性を維持するため、必ずしも重要でない吸気管内圧力ｙ2の目標値を本来の値ｒ2からｒHへと変更し、ノズルベーン開度をサーボコントローラ５１の演算結果ｕ2によらない値ｕHに操作する。これに加え、吸気管内圧力の目標値ｒHを吸気管内圧力の実測値ｙ2としてサーボコントローラ５１に与え、吸気管内圧力の偏差が０と見なされるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関またはそれに付帯する装置を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に開示されている排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムは、過給機を備えた内燃機関のＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）を制御するものである。過給圧とＥＧＲ率との間には相互干渉が存在し、１入力１出力のコントローラで過給圧、ＥＧＲ率の両方を同時に制御することは難しい。しかも、内燃機関の運転領域によって応答性が異なる上、過給機にはターボラグ（むだ時間）がある。このような事情から、特許文献１に記載のシステムでは、非線形制御対象に対して有効な制御手法であるスライディングモード制御を採用し、相互作用を考慮した他入力多出力のコントローラを設計してＥＧＲ制御をしている。
【０００３】
アイドル運転時のようなエンジン回転数もトルクも低い低負荷領域では、吸気管内圧力の目標値は必然的に小さくなる。一方、可変ターボ過給機のノズルベーンの開度と、これに依存する吸気管内圧力との関係は線形ではない。過給圧の低い、ノズルベーンが比較的開いている範囲では、ノズルベーンの開度に対する吸気管内圧力の感度が鈍く、ノズルベーンの開度を変化させても吸気管内圧力が殆ど変化しない。
【０００４】
そのため、顕著に低い目標吸気管内圧力が設定されると、この目標を達成しようとしてノズルベーンが大きく拡げられた状態となる。ノズルベーンの開度が極端になることは、以後にノズルベーンを閉じ操作するのに要する時間を増すために、アイドルから加速走行に移行するとき等の制御の遅れをもたらす。
【０００５】
もっと悪くすると、ノズルベーンの開度が全開に飽和しながら目標吸気管内圧力を達成できない羽目に陥る。そうして、吸気管内圧力の偏差が残ったままとなれば、その偏差を縮小するべく他のバルブがさらに操作され、排気ガスの浄化能に重要な影響を及ぼすＥＧＲ率がハンチングする等の不都合を招きかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０３２４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の問題に着目してなされた本発明は、アイドル運転時等における、特定の操作部に係る制御入力の飽和を回避するとともに、より重要な特定の制御出力の目標追従性を確保することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、内燃機関またはそれに付帯する装置を複数の操作部を操作して制御するものであって、各操作部に与えるべき制御入力を反復的に演算し、複数の制御出力を各々目標値に追従せしめるサーボコントローラと、特定の制御出力についてその目標値を達成するという条件の下で、特定の操作部に係る制御入力を所要の値に保った場合に他の制御出力がとる値を前記サーボコントローラの入出力特性を用いて導出し、その値を当該他の制御出力の目標値としてサーボコントローラに与える補正制御部とを具備することを特徴とする制御装置を構成した。
【０００９】
つまり、アイドル運転時のような、特定の操作部（例えば、可変ターボ過給機の可変ノズル）に係る制御入力が飽和するおそれのある状況では、より重要な特定の制御出力（例えば、ＥＧＲ率）の目標追従性を維持するため、必ずしも重要でない他の制御出力（例えば、吸気管内圧力）の目標値を本来の値から変更し、特定の操作部に係る制御入力をサーボコントローラの演算結果によらない値に操作することとしたのである。
【００１０】
加えて、前記補正制御部が、前記他の制御出力の目標値を当該他の制御出力の実測値として前記サーボコントローラに与えるものとすれば、当該他の制御出力の偏差が０であると見なされ、サーボコントローラが特定の制御出力の制御に専念できるようになる。これにより、他の制御出力の偏差の残存に起因した特定の制御出力のハンチングや追従遅れが解消する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アイドル運転時等において、特定の操作部に係る制御入力の飽和を回避しながら、より重要な特定の制御出力の目標追従性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態におけるＥＧＲシステムのハードウェア資源構成図。
【図２】同実施形態の制御装置の構成説明図。
【図３】同実施形態の適応スライディングモードコントローラのブロック線図。
【図４】同実施形態の制御装置の動作説明図。
【図５】ノズルベーン開度が一定となるＥＧＲ率と吸気管内圧力との関係を示すマップを例示する図。
【図６】ＥＧＲバルブ開度が一定となるＥＧＲ率と吸気管内圧力との関係を示すマップを例示する図。
【図７】Ｄスロットルバルブ開度が一定となるＥＧＲ率と吸気管内圧力との関係を示すマップを例示する図。
【図８】ノズルベーン開度と吸気管内圧力との入出力特性を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すものは、本発明の適用対象の一であるＥＧＲシステムである。内燃機関２に付帯するこのＥＧＲシステムは、吸排気系３、４における複数の流体圧または流量に関する値を検出するための計測器（または、センサ）１１、１２と、それらの値に目標値を設定し、各値を目標値に追従させるべく複数の操作部４５、４２、３３を操作する制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５とを具備してなる。
【００１４】
内燃機関２は、例えば過給機を備えたディーゼルエンジンである。内燃機関２の吸気系３には、可変ターボのコンプレッサ３１を配設するとともに、その下流に吸気冷却用のインタークーラ３２、及び吸入空気（新気）量を調節するＤスロットルバルブ３３を設ける。また、吸入空気量を計測する流量計１１、吸気管内圧力を計測する圧力計１２をそれぞれ設置する。
【００１５】
内燃機関２の排気系４には、コンプレッサ３１を駆動するタービン４１を配設し、タービン４１の入口には過給機のＡ／Ｒ比を増減させるためのノズルベーン４２を設ける。そして、内燃機関２の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系３に還流させるＥＧＲ通路４３を形成する。ＥＧＲ通路４３は、吸気系３におけるスロットルバルブ３３よりも下流に接続する。ＥＧＲ通路４３には、排気冷却用のＥＧＲクーラ４４と、通過する排気ガス（ＥＧＲガス）量を調節する外部ＥＧＲバルブ４５とを設ける。
【００１６】
本実施形態では、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）と、吸気管内圧力とについて各々目標値を設定し、双方の制御量を一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２及びスロットルバルブ３３を操作する制御を実施する。
【００１７】
ＥＧＲバルブ４５、ノズルベーン４２、スロットルバルブ３３は、ＥＣＵ５により統御されてその開度をリニアに変化させる。各操作部４５、４２、３３は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。
【００１８】
ＥＣＵ５は、プロセッサ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）またはフラッシュメモリ、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路等を包有するマイクロコンピュータである。ＥＣＵ５は、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力を検出するための計測器１１、１２の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温等を検出する各種計測器（図示せず）と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各値を知得することができる。
【００１９】
因みに、本実施形態では、ＥＧＲ率を直接計測していない。内燃機関２のシリンダに入る空気量は、可変ターボのノズル開度を基に予測することが可能である。その空気量の予測値をｇcylとおき、流量計１１で計測される吸入空気量をｇaとおくと、推定ＥＧＲ率ｅegrについて、ｅegr＝１−ｇa／ｇcylなる関係が成立する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、可変ターボのノズル開度とシリンダに入る空気量との関係を定めたマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、可変ターボのノズル開度をキーとしてマップを検索し、シリンダに入る空気量の予測値を得、これと吸入空気量とを上記式に代入してＥＧＲ率を算出する。
【００２０】
並びに、ＥＣＵ５は、ＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２、スロットルバルブ３３や、燃料噴射を司るインジェクタ及び燃料ポンプ等（図示せず）と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。
【００２１】
ＥＣＵ５で実行するべきプログラムはＲＯＭまたはフラッシュメモリに予め記憶されており、その実行の際にＲＡＭへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。ＥＣＵ５は、プログラムに従い内燃機関２を制御する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量（いわば、エンジン負荷）を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号をインジェクタ等に入力して燃料噴射を制御する。その上で、ＥＣＵ５は、プログラムに従い、図２ないし図４に示すサーボコントローラ５１及び補正制御部５２としての機能を発揮する。
【００２２】
サーボコントローラ５１は、スライディングモードコントローラであって、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力のスライディングモード制御を担う。フィードバック制御時、ＥＣＵ５は、各種計測器（図示せず）が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し、要求噴射量を決定する。続いて、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標ＥＧＲ率及び目標吸気管内圧力を設定する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して最終的な目標値とする。
【００２３】
そして、ＥＣＵ５は、計測器１１、１２が出力する信号を受け取ってＥＧＲ率及び吸気管内圧力の現在値を知得し、各制御量の現在値と目標値との偏差からＥＧＲバルブ４５の開度、可変ターボのノズル４２の開度及びスロットルバルブ３３の開度を演算して、各々の操作量に対応する駆動信号をそれら操作部４５、４２、３３に入力、開度を操作する。
【００２４】
ＥＧＲ率の適応スライディングモード制御に関して補記する。状態方程式及び出力方程式は、下式（数１）の通りである。
【００２５】
【数１】
【００２６】
本実施形態では、状態量ベクトルＸを出力ベクトルＹから直接知得できる構造とする、換言すれば計測器１１、１２を介して検出可能な値を直接の制御対象とすることにより、状態推定オブザーバを排して推定誤差に伴う制御性能の低下を予防している。出力行列Ｃは既知、本実施形態では単位行列とする。
【００２７】
プラントのモデル化、即ち状態方程式（数１）における係数行列Ａ及び入力行列Ｂの同定にあたっては、各操作部４５、４２、３３に様々な周波数からなるＭ系列信号を入力して開度を操作し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の値を観測して、その入出力データから行列Ａ、Ｂを同定する。各操作部４５、４２、３３に入力するＭ系列信号は、互いに無相関なものとする。これにより、各値の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。
【００２８】
図３に、本実施形態の適応スライディングモード制御系のブロック線図を示す。スライディングモードコントローラ５１の設計手順には、切換超平面の設計と、状態量を切換超平面に拘束するための非線形切換入力の設計とが含まれる。１形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルＸに、目標値ベクトルＲと出力ベクトルＹとの偏差の積分値ベクトルＺを付加した新たな状態量ベクトルＸeを定義すると、下式（数２）に示す拡大系の状態方程式を得る。
【００２９】
【数２】
【００３０】
安定余裕を考慮し、切換超平面の設計にはシステムの零点を用いた設計手法を用いる。即ち、上式（数２）の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように超平面を設計する。切換関数σを式（数３）で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合にσ＝０かつ式（数４）が成立する。
【００３１】
【数３】
【００３２】
【数４】
【００３３】
故に、スライディングモードが生じているときの線形入力（等価制御入力）は、下式（数５）となる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
上式（数５）の線形入力を拡大系の状態方程式（数２）に代入すると、下式（数６）の等価制御系となる。
【００３６】
【数６】
【００３７】
この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Ｒを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式（数７）が成立する。
【００３８】
【数７】
【００３９】
上式（数７）の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式（数８）となる。
【００４０】
【数８】
【００４１】
行列Ｐsは、リカッチ方程式（数９）の正定解である。
【００４２】
【数９】
【００４３】
リカッチ方程式（数９）におけるＱsは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。ｑ1、ｑ2は偏差の積分Ｚに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定する。ｑ3、ｑ4は出力Ｙに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定する。また、リカッチ方程式（数９）におけるＲsは制御入力の重み行列で、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧０となるように指定する。
【００４４】
なお、上記式（数８）、（数９）に替えて、以下に示す離散系の超平面構築式（数１０）及び代数リカッチ方程式（数１１）を用いてもよい。
【００４５】
【数１０】
【００４６】
【数１１】
【００４７】
超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法を用いる。ここでは、制御入力Ｕを、線形入力Ｕeqと新たな入力即ち非線形入力（非線形制御入力）Ｕnlとの和として、下式（数１２）で表す。
【００４８】
【数１２】
【００４９】
切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式（数１３）のように選び、これを微分すると式（数１４）となる。
【００５０】
【数１３】
【００５１】
【数１４】
【００５２】
式（数１２）を式（数１４）に代入すると、下式（数１５）となる。
【００５３】
【数１５】
【００５４】
非線形入力Ｕnlを下式（数１６）とすると、リアプノフ関数の微分は式（数１７）となる。
【００５５】
【数１６】
【００５６】
【数１７】
【００５７】
従って、切換ゲインｋを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードが保証される。このときの制御入力Ｕは、下式（数１８）である。
【００５８】
【数１８】
【００５９】
ηはチャタリング低減のために導入した平滑化係数であって、η＞０である。
【００６０】
スライディングモード制御では、状態量を超平面に拘束するために非線形ゲインを大きくする必要がある。だが、非線形ゲインを大きくすると、制御入力にチャタリングが発生する。そこで、モデルの不確かさを、構造が既知でパラメータが未知な確定部分と、構造が未知だがその上界値が既知な不確定部分とに分ける。状態方程式（数１）に不確かさ（ｆ＋Δｆ）を加え、下式（数１９）で表す。
【００６１】
【数１９】
【００６２】
不確かさの確定部分ｆは、未知パラメータθを同定することで補償される。さすれば、切換ゲインは不確かさの不確定部分Δｆのみにかかることとなり、切換ゲインが不確実成分全体（ｆ＋Δｆ）にかかる場合と比べて制御入力のチャタリングを大幅に低減できる。
【００６３】
制御入力Ｕは、式（数１８）に適応項Ｕadを追加した下式（数２０）となる。
【００６４】
【数２０】
【００６５】
制御入力（数２０）におけるΓ1は、適応ゲイン行列である。関数ｈは、一般には状態量ｘ及び／または未知パラメータθの関数とするが、本実施形態ではｈをｘ及びθに無関係な単純式、定数とすることにより、ｘを速やかに収束させ、θの適応速度を高めるようにしている。特に、ｈ＝１とした場合、推定パラメータを下式（数２１）に則って同定することができる。
【００６６】
【数２１】
【００６７】
本実施形態では、ＥＧＲ率ｙ1及び吸気管内圧力ｙ2を制御出力変数とし、ＥＧＲバルブ４５の開度ｕ1、可変ターボのノズル４２の開度ｕ2及びスロットルバルブ３３の開度ｕ3を制御入力変数とした３入力２出力のフィードバック制御を行う。状態変数の個数（システムの次数）は、当初の系（数１）では出力変数の個数と同じく２、拡大系（数２）では４となる。制御出力及び状態量をこのように特定することで、排気ガスに直接触れる箇所に流量計等の計測器を設置する必要がなくなる。
【００６８】
尤も、本実施形態のような３入力２出力のシステムでは、ｄｅｔ（ＳＢe）＝０が成立し、行列（ＳＢe）は正則とはならない。そこで、逆行列（ＳＢe）-1を、一般化逆行列として算定する。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列（ＳＢe）†を用いる。
【００６９】
しかして、補正制御部５２は、特定の操作部に係る制御入力が飽和するおそれのある状況下において、より重要な特定の制御出力の目標追従性を維持するため、他の制御出力の目標値を本来の値から変更しながら、特定の操作部に係る制御入力をスライディングモードコントローラ５１の演算結果によらない値に操作する。
【００７０】
より具体的に述べると、エンジン回転数及び要求燃料噴射量がともに少ない低負荷領域では、吸気管内圧力の目標値ｒ2は必然的に小さくなる。一方で、図８に例示するように、過給機のノズルベーン４２の開度ｕ2と吸気管内圧力ｙ2との入出力関係は線形ではない。ノズルベーン４２が比較的開いている範囲では、ノズルベーン４２の開度ｕ2に対する吸気管内圧力ｙ2の感度が鈍く、開度ｕ2を変化させても吸気管内圧力ｙ2が殆ど変化しない。低い目標吸気管内圧力ｒ2がコントローラ５１に与えられ、その目標ｒ2に対して実測値ｙ2が少しでも高いと、コントローラ５１はノズルベーン４２をますます大きく拡げようとする。窮極的には、コントローラ５１の算出する制御入力値ｕ2がノズルベーン４２の機械的な限界を超えてしまい、ノズルベーン４２の開度が全開に飽和する。
【００７１】
このような問題に対処するために、補正制御部５２は、エンジン２の運転状態が低負荷領域にある間、目標吸気管内圧力として本来の目標値ｒ2から変更した値ｒHをコントローラ５１に与え、並びに、ノズルベーン４２の開度をコントローラ５１が算出した制御入力値ｕ2とは無関係な値ｕHに固定する。固定値ｕHは、ノズルベーン４２の機械的な限界を超えない程度の実現可能な開度とする。
【００７２】
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、制御入力ｕ2と制御出力ｙ1及びｙ2との関係を示すマップが記憶されている。マップの概要を、図５に例示する。このマップは、スライディングモードコントローラ５１の入出力特性、換言すれば行列Ａ、Ｂ、Ｃ及びＳを用いて作成される。ＥＧＲ率ｙ1、吸気管内圧力ｙ2の双方がそれぞれ偏差０で目標値ｒ1、ｒ2に追従しているとの仮定に立つと、非線形入力項Ｕnl及び適応項Ｕadは０となり、制御入力Ｕが制御出力Ｙ＝Ｒの関数となる。その関数式（数５）に則り、横軸にＥＧＲ率ｙ1＝ｒ1を、縦軸に吸気管内圧力ｙ2＝ｒ2をとって、制御入力ｕ2が一定値となる関係を図示したものが、図５である。なお、式（数５）において、線形入力項Ｕeqが偏差の積分Ｚに依存せず、状態Ｘが出力Ｙと同義であることに留意する。
【００７３】
補正制御部５２は、上記のマップデータを参照して、低負荷領域における目標吸気管内圧力ｒHを決定する。即ち、実現するべき目標ＥＧＲ率ｒ1及びノズルベーン開度ｕHをキーとしてマップを検索すれば、目標吸気管内圧力ｒHが一意に定まる。そして、図４に示しているように、このｒHを、吸気管内圧力の目標値及び実測値としてコントローラ５１に与える。つまり、本来の目標値ｒ2及び実測値ｙ2を、吸気管内圧力の制御に使用しない。これにより、コントローラ５１において、吸気管内圧力の偏差が０と見なされる。そもそも、低負荷領域では、過給機があまり仕事をせず吸気管内圧力がおおよそ大気圧に近い大きさをとることもあり、吸気管内圧力の制御はさほど重要でない。従って、吸気管内圧力の制御を一時的に休止し、ＥＧＲ率の制御に注力するのである。
【００７４】
コントローラ５１は、与えられるＥＧＲ率の実測値ｙ1及び目標値ｒ2、吸気管内圧力の実測値ｒH及び目標値ｒHに基づき、制御入力ｕ1、ｕ2及びｕ3の演算を行う。しかしながら、補正制御部５２は、コントローラ５１が算出したノズルベーン４２に係る制御入力値ｕ2を破棄し、これに替えて制御入力値ｕHをノズルベーン４２に入力する。
【００７５】
本実施形態によれば、内燃機関２またはそれに付帯する装置を複数の操作部４５、４２、３３を操作して制御するものであって、各操作部４５、４２、３３に与えるべき制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3を反復的に演算し、複数の制御出力ｙ1、ｙ2を各々目標値ｒ1、ｒ2に追従せしめるサーボコントローラ５１と、特定の制御出力ｙ1についてその目標値ｒ1を達成するという条件の下で、特定の操作部４２に係る制御入力を所要の値ｕHに保った場合に他の制御出力ｙ2がとる値ｒHを前記サーボコントローラ５１の入出力特性（数５）を用いて導出し、その値ｒHを当該他の制御出力ｙ2の目標値としてサーボコントローラ５１に与える補正制御部５２とを具備する制御装置を構成したため、特定の操作部４２に係る制御入力ｕ2が飽和するおそれのある状況でもその飽和を回避でき、より重要な特定の制御出力ｙ1の目標追従性を維持して排気ガスの悪化を抑止することが可能となる。
【００７６】
加えて、前記補正制御部５２が、前記他の制御出力ｙ2の目標値ｒHを当該他の制御出力ｙ2の実測値として前記サーボコントローラ５１に与えるものとしているため、当該他の制御出力ｙ2の偏差が０であると見なされ、サーボコントローラ５１が特定の制御出力ｙ１の制御に専念できるようになる。そして、他の制御出力ｙ2の偏差の残存に起因した特定の制御出力ｙ1のハンチングや追従遅れが解消する。
【００７７】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、操作部の一であるノズルベーンの開度の飽和を予防することに主眼を置いていたが、他の操作部の開度の飽和を予防する目的で本発明を用いることもできる。例えば、低い吸気管内圧力と高いＥＧＲ率とが同時に要求される状況では、ＥＧＲバルブの開度が全開に飽和してしまうおそれがある。これに対し、ＥＧＲバルブに与える開度をサーボコントローラの演算結果によらない値ｕHとし、目標吸気管内圧力を本来の目標値から嵩上げした値ｒHとしてやれば、ＥＧＲバルブの開度がｕHに絞られることによって排気ターボ過給機の仕事量が増大し、Ｄスロットルバルブの開度が絞られつつ吸気管内圧力が増加する。結果、ＥＧＲバルブの開度が飽和せず、ＥＧＲ率の目標追従性も維持される。このときに補正制御部が参照するマップの概要を、図６に例示する。
【００７８】
同様にして、Ｄスロットルバルブに与える開度をサーボコントローラの演算結果によらない値ｕHとすることも可能である。このときに補正制御部が参照するマップの概要を、図７に例示する。
【００７９】
また、上記実施形態では、ＥＧＲ率の目標収束性を重視して吸気管内圧力の目標値を本来あるべき値から変更していたが、これとは逆に、吸気管内圧力の目標収束性を重視してＥＧＲ率の目標値を本来あるべき値から変更するという態様もとり得る。
【００８０】
さらに、上記実施形態では、予め記憶保持しているマップデータを参照して他の制御出力の目標値ｒHを決定していたが、マップを参照せず、サーボコントローラの入出力特性（数５）に則って目標値ｒHを演算するようにしても構わない。
【００８１】
ＥＧＲ制御における制御入力変数は、ＥＧＲバルブ開度、可変ノズルターボ開度及びスロットルバルブ開度には限定されない。制御出力変数も、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）及び吸気管内圧力には限定されない。新たな入力変数、出力変数を付加して、４入力３出力の３次システムを構築するようなことも可能である。例えば、吸気系に過給機（のコンプレッサ）をバイパスする通路が存在している場合、その通路上に設けられたバルブをも操作することがある。このとき、当該バイパス通路内の圧力または流量等を制御出力変数に含め、当該バイパス通路上のバルブの開度を制御入力変数に含めることができる。
【００８２】
サーボコントローラが実現する多入力フィードバック制御の手法はスライディングモード制御には限定されず、スライディングモード制御以外の手法、例えば最適制御、Ｈ∞制御、バックステッピング制御等を採用することを妨げない。
【００８３】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、例えば、過給機及びＥＧＲ装置が付帯した内燃機関のＥＧＲ率を制御するための制御コントローラとして利用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
５…ＥＣＵ（制御装置）
５１…適応スライディングモードコントローラ（サーボコントローラ）
５２…補正制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関またはそれに付帯する装置を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に開示されている排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムは、過給機を備えた内燃機関のＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）を制御するものである。過給圧とＥＧＲ率との間には相互干渉が存在し、１入力１出力のコントローラで過給圧、ＥＧＲ率の両方を同時に制御することは難しい。しかも、内燃機関の運転領域によって応答性が異なる上、過給機にはターボラグ（むだ時間）がある。このような事情から、特許文献１に記載のシステムでは、非線形制御対象に対して有効な制御手法であるスライディングモード制御を採用し、相互作用を考慮した他入力多出力のコントローラを設計してＥＧＲ制御をしている。
【０００３】
アイドル運転時のようなエンジン回転数もトルクも低い低負荷領域では、吸気管内圧力の目標値は必然的に小さくなる。一方、可変ターボ過給機のノズルベーンの開度と、これに依存する吸気管内圧力との関係は線形ではない。過給圧の低い、ノズルベーンが比較的開いている範囲では、ノズルベーンの開度に対する吸気管内圧力の感度が鈍く、ノズルベーンの開度を変化させても吸気管内圧力が殆ど変化しない。
【０００４】
そのため、顕著に低い目標吸気管内圧力が設定されると、この目標を達成しようとしてノズルベーンが大きく拡げられた状態となる。ノズルベーンの開度が極端になることは、以後にノズルベーンを閉じ操作するのに要する時間を増すために、アイドルから加速走行に移行するとき等の制御の遅れをもたらす。
【０００５】
もっと悪くすると、ノズルベーンの開度が全開に飽和しながら目標吸気管内圧力を達成できない羽目に陥る。そうして、吸気管内圧力の偏差が残ったままとなれば、その偏差を縮小するべく他のバルブがさらに操作され、排気ガスの浄化能に重要な影響を及ぼすＥＧＲ率がハンチングする等の不都合を招きかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０３２４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の問題に着目してなされた本発明は、アイドル運転時等における、特定の操作部に係る制御入力の飽和を回避するとともに、より重要な特定の制御出力の目標追従性を確保することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、内燃機関またはそれに付帯する装置を複数の操作部を操作して制御するものであって、各操作部に与えるべき制御入力を反復的に演算し、複数の制御出力を各々目標値に追従せしめるサーボコントローラと、特定の制御出力についてその目標値を達成するという条件の下で、特定の操作部に係る制御入力を所要の値に保った場合に他の制御出力がとる値を前記サーボコントローラの入出力特性を用いて導出し、その値を当該他の制御出力の目標値としてサーボコントローラに与える補正制御部とを具備することを特徴とする制御装置を構成した。
【０００９】
つまり、アイドル運転時のような、特定の操作部（例えば、可変ターボ過給機の可変ノズル）に係る制御入力が飽和するおそれのある状況では、より重要な特定の制御出力（例えば、ＥＧＲ率）の目標追従性を維持するため、必ずしも重要でない他の制御出力（例えば、吸気管内圧力）の目標値を本来の値から変更し、特定の操作部に係る制御入力をサーボコントローラの演算結果によらない値に操作することとしたのである。
【００１０】
加えて、前記補正制御部が、前記他の制御出力の目標値を当該他の制御出力の実測値として前記サーボコントローラに与えるものとすれば、当該他の制御出力の偏差が０であると見なされ、サーボコントローラが特定の制御出力の制御に専念できるようになる。これにより、他の制御出力の偏差の残存に起因した特定の制御出力のハンチングや追従遅れが解消する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アイドル運転時等において、特定の操作部に係る制御入力の飽和を回避しながら、より重要な特定の制御出力の目標追従性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態におけるＥＧＲシステムのハードウェア資源構成図。
【図２】同実施形態の制御装置の構成説明図。
【図３】同実施形態の適応スライディングモードコントローラのブロック線図。
【図４】同実施形態の制御装置の動作説明図。
【図５】ノズルベーン開度が一定となるＥＧＲ率と吸気管内圧力との関係を示すマップを例示する図。
【図６】ＥＧＲバルブ開度が一定となるＥＧＲ率と吸気管内圧力との関係を示すマップを例示する図。
【図７】Ｄスロットルバルブ開度が一定となるＥＧＲ率と吸気管内圧力との関係を示すマップを例示する図。
【図８】ノズルベーン開度と吸気管内圧力との入出力特性を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すものは、本発明の適用対象の一であるＥＧＲシステムである。内燃機関２に付帯するこのＥＧＲシステムは、吸排気系３、４における複数の流体圧または流量に関する値を検出するための計測器（または、センサ）１１、１２と、それらの値に目標値を設定し、各値を目標値に追従させるべく複数の操作部４５、４２、３３を操作する制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５とを具備してなる。
【００１４】
内燃機関２は、例えば過給機を備えたディーゼルエンジンである。内燃機関２の吸気系３には、可変ターボのコンプレッサ３１を配設するとともに、その下流に吸気冷却用のインタークーラ３２、及び吸入空気（新気）量を調節するＤスロットルバルブ３３を設ける。また、吸入空気量を計測する流量計１１、吸気管内圧力を計測する圧力計１２をそれぞれ設置する。
【００１５】
内燃機関２の排気系４には、コンプレッサ３１を駆動するタービン４１を配設し、タービン４１の入口には過給機のＡ／Ｒ比を増減させるためのノズルベーン４２を設ける。そして、内燃機関２の燃焼室より排出される排気ガスの一部を吸気系３に還流させるＥＧＲ通路４３を形成する。ＥＧＲ通路４３は、吸気系３におけるスロットルバルブ３３よりも下流に接続する。ＥＧＲ通路４３には、排気冷却用のＥＧＲクーラ４４と、通過する排気ガス（ＥＧＲガス）量を調節する外部ＥＧＲバルブ４５とを設ける。
【００１６】
本実施形態では、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）と、吸気管内圧力とについて各々目標値を設定し、双方の制御量を一括に目標値に向かわせるべく複数の操作部、即ちＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２及びスロットルバルブ３３を操作する制御を実施する。
【００１７】
ＥＧＲバルブ４５、ノズルベーン４２、スロットルバルブ３３は、ＥＣＵ５により統御されてその開度をリニアに変化させる。各操作部４５、４２、３３は、駆動信号のデューティ比を増減させることで開度を変える電気式のバルブや、あるいはバキュームコントロールバルブ等と組み合わされ弁体のリフト量を制御して開度を変える機械式のバルブ等を用いてなる。
【００１８】
ＥＣＵ５は、プロセッサ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）またはフラッシュメモリ、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路等を包有するマイクロコンピュータである。ＥＣＵ５は、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力を検出するための計測器１１、１２の他、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温等を検出する各種計測器（図示せず）と電気的に接続し、これら計測器から出力される信号を受け取って各値を知得することができる。
【００１９】
因みに、本実施形態では、ＥＧＲ率を直接計測していない。内燃機関２のシリンダに入る空気量は、可変ターボのノズル開度を基に予測することが可能である。その空気量の予測値をｇcylとおき、流量計１１で計測される吸入空気量をｇaとおくと、推定ＥＧＲ率ｅegrについて、ｅegr＝１−ｇa／ｇcylなる関係が成立する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、可変ターボのノズル開度とシリンダに入る空気量との関係を定めたマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、可変ターボのノズル開度をキーとしてマップを検索し、シリンダに入る空気量の予測値を得、これと吸入空気量とを上記式に代入してＥＧＲ率を算出する。
【００２０】
並びに、ＥＣＵ５は、ＥＧＲバルブ４５、可変ターボのノズル４２、スロットルバルブ３３や、燃料噴射を司るインジェクタ及び燃料ポンプ等（図示せず）と電気的に接続しており、これらを駆動するための信号を入力することができる。
【００２１】
ＥＣＵ５で実行するべきプログラムはＲＯＭまたはフラッシュメモリに予め記憶されており、その実行の際にＲＡＭへ読み込まれ、プロセッサによって解読される。ＥＣＵ５は、プログラムに従い内燃機関２を制御する。例えば、エンジン回転数、アクセルペダルの踏込量、冷却水温等の諸条件に基づき要求される燃料噴射量（いわば、エンジン負荷）を決定し、その要求噴射量に対応する駆動信号をインジェクタ等に入力して燃料噴射を制御する。その上で、ＥＣＵ５は、プログラムに従い、図２ないし図４に示すサーボコントローラ５１及び補正制御部５２としての機能を発揮する。
【００２２】
サーボコントローラ５１は、スライディングモードコントローラであって、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力のスライディングモード制御を担う。フィードバック制御時、ＥＣＵ５は、各種計測器（図示せず）が出力する信号を受け取ってエンジン回転数、アクセル踏込量、冷却水温、吸気温、外部の気温及び気圧等を知得し、要求噴射量を決定する。続いて、少なくともエンジン回転数及び要求噴射量に基づき、目標ＥＧＲ率及び目標吸気管内圧力を設定する。ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、エンジン回転数及び要求噴射量に応じて設定するべき各目標値を示すマップデータが記憶されている。ＥＣＵ５は、エンジン回転数及び要求噴射量をキーとしてマップを検索し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の目標値を得る。さらに、マップを参照して得た目標値を基本値とし、これを冷却水温、吸気温、外部の気温や気圧等に応じて補正して最終的な目標値とする。
【００２３】
そして、ＥＣＵ５は、計測器１１、１２が出力する信号を受け取ってＥＧＲ率及び吸気管内圧力の現在値を知得し、各制御量の現在値と目標値との偏差からＥＧＲバルブ４５の開度、可変ターボのノズル４２の開度及びスロットルバルブ３３の開度を演算して、各々の操作量に対応する駆動信号をそれら操作部４５、４２、３３に入力、開度を操作する。
【００２４】
ＥＧＲ率の適応スライディングモード制御に関して補記する。状態方程式及び出力方程式は、下式（数１）の通りである。
【００２５】
【数１】
【００２６】
本実施形態では、状態量ベクトルＸを出力ベクトルＹから直接知得できる構造とする、換言すれば計測器１１、１２を介して検出可能な値を直接の制御対象とすることにより、状態推定オブザーバを排して推定誤差に伴う制御性能の低下を予防している。出力行列Ｃは既知、本実施形態では単位行列とする。
【００２７】
プラントのモデル化、即ち状態方程式（数１）における係数行列Ａ及び入力行列Ｂの同定にあたっては、各操作部４５、４２、３３に様々な周波数からなるＭ系列信号を入力して開度を操作し、ＥＧＲ率及び吸気管内圧力の値を観測して、その入出力データから行列Ａ、Ｂを同定する。各操作部４５、４２、３３に入力するＭ系列信号は、互いに無相関なものとする。これにより、各値の相互干渉を考慮したモデルを作成することができる。
【００２８】
図３に、本実施形態の適応スライディングモード制御系のブロック線図を示す。スライディングモードコントローラ５１の設計手順には、切換超平面の設計と、状態量を切換超平面に拘束するための非線形切換入力の設計とが含まれる。１形のサーボ系を構成するべく、当初の状態量ベクトルＸに、目標値ベクトルＲと出力ベクトルＹとの偏差の積分値ベクトルＺを付加した新たな状態量ベクトルＸeを定義すると、下式（数２）に示す拡大系の状態方程式を得る。
【００２９】
【数２】
【００３０】
安定余裕を考慮し、切換超平面の設計にはシステムの零点を用いた設計手法を用いる。即ち、上式（数２）の拡大系がスライディングモードを生じているときの等価制御系が安定となるように超平面を設計する。切換関数σを式（数３）で定義すると、状態が超平面に拘束されている場合にσ＝０かつ式（数４）が成立する。
【００３１】
【数３】
【００３２】
【数４】
【００３３】
故に、スライディングモードが生じているときの線形入力（等価制御入力）は、下式（数５）となる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
上式（数５）の線形入力を拡大系の状態方程式（数２）に代入すると、下式（数６）の等価制御系となる。
【００３６】
【数６】
【００３７】
この等価制御系が安定になるように超平面を設計することと、目標値Ｒを無視した系に対して設計することとは等価であるので、下式（数７）が成立する。
【００３８】
【数７】
【００３９】
上式（数７）の系に対して安定度εを考慮し、最適制御理論を用いてフィードバックゲインを求め、それを超平面とすると、下式（数８）となる。
【００４０】
【数８】
【００４１】
行列Ｐsは、リカッチ方程式（数９）の正定解である。
【００４２】
【数９】
【００４３】
リカッチ方程式（数９）におけるＱsは制御目的の重み行列で、非負定な対称行列である。ｑ1、ｑ2は偏差の積分Ｚに対する重みであり、制御系の周波数応答の速さの違いにより決定する。ｑ3、ｑ4は出力Ｙに対する重みであり、ゲインの大きさの違いにより決定する。また、リカッチ方程式（数９）におけるＲsは制御入力の重み行列で、正定対称行列である。εは安定余裕係数で、ε≧０となるように指定する。
【００４４】
なお、上記式（数８）、（数９）に替えて、以下に示す離散系の超平面構築式（数１０）及び代数リカッチ方程式（数１１）を用いてもよい。
【００４５】
【数１０】
【００４６】
【数１１】
【００４７】
超平面に拘束するための入力の設計には、最終スライディングモード法を用いる。ここでは、制御入力Ｕを、線形入力Ｕeqと新たな入力即ち非線形入力（非線形制御入力）Ｕnlとの和として、下式（数１２）で表す。
【００４８】
【数１２】
【００４９】
切換関数σを安定させたいので、σについてのリアプノフ関数を下式（数１３）のように選び、これを微分すると式（数１４）となる。
【００５０】
【数１３】
【００５１】
【数１４】
【００５２】
式（数１２）を式（数１４）に代入すると、下式（数１５）となる。
【００５３】
【数１５】
【００５４】
非線形入力Ｕnlを下式（数１６）とすると、リアプノフ関数の微分は式（数１７）となる。
【００５５】
【数１６】
【００５６】
【数１７】
【００５７】
従って、切換ゲインｋを正とすれば、リアプノフ関数の微分値を負とすることができ、スライディングモードが保証される。このときの制御入力Ｕは、下式（数１８）である。
【００５８】
【数１８】
【００５９】
ηはチャタリング低減のために導入した平滑化係数であって、η＞０である。
【００６０】
スライディングモード制御では、状態量を超平面に拘束するために非線形ゲインを大きくする必要がある。だが、非線形ゲインを大きくすると、制御入力にチャタリングが発生する。そこで、モデルの不確かさを、構造が既知でパラメータが未知な確定部分と、構造が未知だがその上界値が既知な不確定部分とに分ける。状態方程式（数１）に不確かさ（ｆ＋Δｆ）を加え、下式（数１９）で表す。
【００６１】
【数１９】
【００６２】
不確かさの確定部分ｆは、未知パラメータθを同定することで補償される。さすれば、切換ゲインは不確かさの不確定部分Δｆのみにかかることとなり、切換ゲインが不確実成分全体（ｆ＋Δｆ）にかかる場合と比べて制御入力のチャタリングを大幅に低減できる。
【００６３】
制御入力Ｕは、式（数１８）に適応項Ｕadを追加した下式（数２０）となる。
【００６４】
【数２０】
【００６５】
制御入力（数２０）におけるΓ1は、適応ゲイン行列である。関数ｈは、一般には状態量ｘ及び／または未知パラメータθの関数とするが、本実施形態ではｈをｘ及びθに無関係な単純式、定数とすることにより、ｘを速やかに収束させ、θの適応速度を高めるようにしている。特に、ｈ＝１とした場合、推定パラメータを下式（数２１）に則って同定することができる。
【００６６】
【数２１】
【００６７】
本実施形態では、ＥＧＲ率ｙ1及び吸気管内圧力ｙ2を制御出力変数とし、ＥＧＲバルブ４５の開度ｕ1、可変ターボのノズル４２の開度ｕ2及びスロットルバルブ３３の開度ｕ3を制御入力変数とした３入力２出力のフィードバック制御を行う。状態変数の個数（システムの次数）は、当初の系（数１）では出力変数の個数と同じく２、拡大系（数２）では４となる。制御出力及び状態量をこのように特定することで、排気ガスに直接触れる箇所に流量計等の計測器を設置する必要がなくなる。
【００６８】
尤も、本実施形態のような３入力２出力のシステムでは、ｄｅｔ（ＳＢe）＝０が成立し、行列（ＳＢe）は正則とはならない。そこで、逆行列（ＳＢe）-1を、一般化逆行列として算定する。一般化逆行列には、例えばムーア・ペンローズ型の逆行列（ＳＢe）†を用いる。
【００６９】
しかして、補正制御部５２は、特定の操作部に係る制御入力が飽和するおそれのある状況下において、より重要な特定の制御出力の目標追従性を維持するため、他の制御出力の目標値を本来の値から変更しながら、特定の操作部に係る制御入力をスライディングモードコントローラ５１の演算結果によらない値に操作する。
【００７０】
より具体的に述べると、エンジン回転数及び要求燃料噴射量がともに少ない低負荷領域では、吸気管内圧力の目標値ｒ2は必然的に小さくなる。一方で、図８に例示するように、過給機のノズルベーン４２の開度ｕ2と吸気管内圧力ｙ2との入出力関係は線形ではない。ノズルベーン４２が比較的開いている範囲では、ノズルベーン４２の開度ｕ2に対する吸気管内圧力ｙ2の感度が鈍く、開度ｕ2を変化させても吸気管内圧力ｙ2が殆ど変化しない。低い目標吸気管内圧力ｒ2がコントローラ５１に与えられ、その目標ｒ2に対して実測値ｙ2が少しでも高いと、コントローラ５１はノズルベーン４２をますます大きく拡げようとする。窮極的には、コントローラ５１の算出する制御入力値ｕ2がノズルベーン４２の機械的な限界を超えてしまい、ノズルベーン４２の開度が全開に飽和する。
【００７１】
このような問題に対処するために、補正制御部５２は、エンジン２の運転状態が低負荷領域にある間、目標吸気管内圧力として本来の目標値ｒ2から変更した値ｒHをコントローラ５１に与え、並びに、ノズルベーン４２の開度をコントローラ５１が算出した制御入力値ｕ2とは無関係な値ｕHに固定する。固定値ｕHは、ノズルベーン４２の機械的な限界を超えない程度の実現可能な開度とする。
【００７２】
ＥＣＵ５のＲＯＭまたはフラッシュメモリには予め、制御入力ｕ2と制御出力ｙ1及びｙ2との関係を示すマップが記憶されている。マップの概要を、図５に例示する。このマップは、スライディングモードコントローラ５１の入出力特性、換言すれば行列Ａ、Ｂ、Ｃ及びＳを用いて作成される。ＥＧＲ率ｙ1、吸気管内圧力ｙ2の双方がそれぞれ偏差０で目標値ｒ1、ｒ2に追従しているとの仮定に立つと、非線形入力項Ｕnl及び適応項Ｕadは０となり、制御入力Ｕが制御出力Ｙ＝Ｒの関数となる。その関数式（数５）に則り、横軸にＥＧＲ率ｙ1＝ｒ1を、縦軸に吸気管内圧力ｙ2＝ｒ2をとって、制御入力ｕ2が一定値となる関係を図示したものが、図５である。なお、式（数５）において、線形入力項Ｕeqが偏差の積分Ｚに依存せず、状態Ｘが出力Ｙと同義であることに留意する。
【００７３】
補正制御部５２は、上記のマップデータを参照して、低負荷領域における目標吸気管内圧力ｒHを決定する。即ち、実現するべき目標ＥＧＲ率ｒ1及びノズルベーン開度ｕHをキーとしてマップを検索すれば、目標吸気管内圧力ｒHが一意に定まる。そして、図４に示しているように、このｒHを、吸気管内圧力の目標値及び実測値としてコントローラ５１に与える。つまり、本来の目標値ｒ2及び実測値ｙ2を、吸気管内圧力の制御に使用しない。これにより、コントローラ５１において、吸気管内圧力の偏差が０と見なされる。そもそも、低負荷領域では、過給機があまり仕事をせず吸気管内圧力がおおよそ大気圧に近い大きさをとることもあり、吸気管内圧力の制御はさほど重要でない。従って、吸気管内圧力の制御を一時的に休止し、ＥＧＲ率の制御に注力するのである。
【００７４】
コントローラ５１は、与えられるＥＧＲ率の実測値ｙ1及び目標値ｒ2、吸気管内圧力の実測値ｒH及び目標値ｒHに基づき、制御入力ｕ1、ｕ2及びｕ3の演算を行う。しかしながら、補正制御部５２は、コントローラ５１が算出したノズルベーン４２に係る制御入力値ｕ2を破棄し、これに替えて制御入力値ｕHをノズルベーン４２に入力する。
【００７５】
本実施形態によれば、内燃機関２またはそれに付帯する装置を複数の操作部４５、４２、３３を操作して制御するものであって、各操作部４５、４２、３３に与えるべき制御入力ｕ1、ｕ2、ｕ3を反復的に演算し、複数の制御出力ｙ1、ｙ2を各々目標値ｒ1、ｒ2に追従せしめるサーボコントローラ５１と、特定の制御出力ｙ1についてその目標値ｒ1を達成するという条件の下で、特定の操作部４２に係る制御入力を所要の値ｕHに保った場合に他の制御出力ｙ2がとる値ｒHを前記サーボコントローラ５１の入出力特性（数５）を用いて導出し、その値ｒHを当該他の制御出力ｙ2の目標値としてサーボコントローラ５１に与える補正制御部５２とを具備する制御装置を構成したため、特定の操作部４２に係る制御入力ｕ2が飽和するおそれのある状況でもその飽和を回避でき、より重要な特定の制御出力ｙ1の目標追従性を維持して排気ガスの悪化を抑止することが可能となる。
【００７６】
加えて、前記補正制御部５２が、前記他の制御出力ｙ2の目標値ｒHを当該他の制御出力ｙ2の実測値として前記サーボコントローラ５１に与えるものとしているため、当該他の制御出力ｙ2の偏差が０であると見なされ、サーボコントローラ５１が特定の制御出力ｙ１の制御に専念できるようになる。そして、他の制御出力ｙ2の偏差の残存に起因した特定の制御出力ｙ1のハンチングや追従遅れが解消する。
【００７７】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、操作部の一であるノズルベーンの開度の飽和を予防することに主眼を置いていたが、他の操作部の開度の飽和を予防する目的で本発明を用いることもできる。例えば、低い吸気管内圧力と高いＥＧＲ率とが同時に要求される状況では、ＥＧＲバルブの開度が全開に飽和してしまうおそれがある。これに対し、ＥＧＲバルブに与える開度をサーボコントローラの演算結果によらない値ｕHとし、目標吸気管内圧力を本来の目標値から嵩上げした値ｒHとしてやれば、ＥＧＲバルブの開度がｕHに絞られることによって排気ターボ過給機の仕事量が増大し、Ｄスロットルバルブの開度が絞られつつ吸気管内圧力が増加する。結果、ＥＧＲバルブの開度が飽和せず、ＥＧＲ率の目標追従性も維持される。このときに補正制御部が参照するマップの概要を、図６に例示する。
【００７８】
同様にして、Ｄスロットルバルブに与える開度をサーボコントローラの演算結果によらない値ｕHとすることも可能である。このときに補正制御部が参照するマップの概要を、図７に例示する。
【００７９】
また、上記実施形態では、ＥＧＲ率の目標収束性を重視して吸気管内圧力の目標値を本来あるべき値から変更していたが、これとは逆に、吸気管内圧力の目標収束性を重視してＥＧＲ率の目標値を本来あるべき値から変更するという態様もとり得る。
【００８０】
さらに、上記実施形態では、予め記憶保持しているマップデータを参照して他の制御出力の目標値ｒHを決定していたが、マップを参照せず、サーボコントローラの入出力特性（数５）に則って目標値ｒHを演算するようにしても構わない。
【００８１】
ＥＧＲ制御における制御入力変数は、ＥＧＲバルブ開度、可変ノズルターボ開度及びスロットルバルブ開度には限定されない。制御出力変数も、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）及び吸気管内圧力には限定されない。新たな入力変数、出力変数を付加して、４入力３出力の３次システムを構築するようなことも可能である。例えば、吸気系に過給機（のコンプレッサ）をバイパスする通路が存在している場合、その通路上に設けられたバルブをも操作することがある。このとき、当該バイパス通路内の圧力または流量等を制御出力変数に含め、当該バイパス通路上のバルブの開度を制御入力変数に含めることができる。
【００８２】
サーボコントローラが実現する多入力フィードバック制御の手法はスライディングモード制御には限定されず、スライディングモード制御以外の手法、例えば最適制御、Ｈ∞制御、バックステッピング制御等を採用することを妨げない。
【００８３】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、例えば、過給機及びＥＧＲ装置が付帯した内燃機関のＥＧＲ率を制御するための制御コントローラとして利用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
５…ＥＣＵ（制御装置）
５１…適応スライディングモードコントローラ（サーボコントローラ）
５２…補正制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関またはそれに付帯する装置を複数の操作部を操作して制御するものであって、
各操作部に与えるべき制御入力を反復的に演算し、複数の制御出力を各々目標値に追従せしめるサーボコントローラと、
特定の制御出力についてその目標値を達成するという条件の下で、特定の操作部に係る制御入力を所要の値に保った場合に他の制御出力がとる値を前記サーボコントローラの入出力特性を用いて導出し、その値を当該他の制御出力の目標値としてサーボコントローラに与える補正制御部と
を具備することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記補正制御部が、前記他の制御出力の目標値を当該他の制御出力の実測値として前記サーボコントローラに与える請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
可変ターボ過給機及び排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付帯した内燃機関を制御するものであり、
前記特定の制御出力がＥＧＲ率若しくはＥＧＲ量である請求項１または２記載の制御装置。
【請求項１】
内燃機関またはそれに付帯する装置を複数の操作部を操作して制御するものであって、
各操作部に与えるべき制御入力を反復的に演算し、複数の制御出力を各々目標値に追従せしめるサーボコントローラと、
特定の制御出力についてその目標値を達成するという条件の下で、特定の操作部に係る制御入力を所要の値に保った場合に他の制御出力がとる値を前記サーボコントローラの入出力特性を用いて導出し、その値を当該他の制御出力の目標値としてサーボコントローラに与える補正制御部と
を具備することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記補正制御部が、前記他の制御出力の目標値を当該他の制御出力の実測値として前記サーボコントローラに与える請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
可変ターボ過給機及び排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付帯した内燃機関を制御するものであり、
前記特定の制御出力がＥＧＲ率若しくはＥＧＲ量である請求項１または２記載の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２２９９６７（Ｐ２０１０−２２９９６７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８１１０９（Ｐ２００９−８１１０９）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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