JP4581221B2 - ディーゼル機関のｅｇｒ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関のＥＧＲ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特開昭６０−１２２２５９号公報に記載されたディーゼル機関のＥＧＲ制御装置がある。
このＥＧＲ制御装置は、排気Ｏ2 濃度を検出するＯ2 センサの出力から実ＥＧＲ量を算出し、この実ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ量との偏差に応じてＥＧＲ制御弁をフィードバック（以下F/B と呼ぶ）制御するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、Ｏ2 センサで検出される排気Ｏ2 濃度は、ＥＧＲ制御弁の開閉操作によって発生したＥＧＲガスが吸気管へ還流し、吸気管からエンジンのシリンダ内へ吸入された後、燃焼行程を経てシリンダ内から排気管へ排出され、排気管に設けられたＯ2 センサに到達して検出される。即ち、ＥＧＲ制御弁からＯ2 センサまでの系（物理的な経路長さ）が存在することにより、ＥＧＲ制御弁の開閉操作に伴う排気Ｏ2 濃度への影響が実際にＯ2 センサで検出されるまでに遅れ時間が生じる。
この結果、上記の従来技術では、ＥＧＲ制御弁のF/B 制御に対する応答性が悪くなり、高精度なＥＧＲ制御が困難であった。
【０００４】
特に、ターボ付エンジンにおいては、ＥＧＲ制御弁からＯ2 センサまでの系による遅れ時間が大きくなるため、最悪には、ＥＧＲ制御弁の操作時期とＯ2 センサの出力タイミングとが逆位相となり、ハンチングを発生する危険性も含んでいる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴う排気Ｏ2 濃度の変化を機関の運転域毎に予想してＥＧＲ量を補正することにより、高応答、高精度なＥＧＲ制御を実現できるＥＧＲ制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）ＥＧＲ制御弁の開閉動作を制御する制御手段は、ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴って変化する排気Ｏ２濃度の挙動をＯ２センサで検出するまでに生じる時間的な遅れを、閉側へ操作する時、及び開側へ操作する時に、それぞれ前記ＥＧＲ制御弁の操作方向に応じてモデル化するモデル設定手段と、このモデル設定手段で設定されたモデルを用いて、ディーゼル機関の運転状態に対応したＥＧＲ制御弁の操作量に対して発生する排気Ｏ２濃度の予測値を求め、その予測値と目標値との偏差からＥＧＲ制御弁の補正量を算出する補正量算出手段とを有し、ＥＧＲ制御弁の操作量と補正量算出手段で算出された補正量に基づいてＥＧＲ制御弁をフィードバック制御する。本発明によれば、ＥＧＲ制御弁からＯ２センサまでの時間的な遅れをモデル化して排気Ｏ２濃度の予測値を求めているので、ＥＧＲ制御弁のF/B 制御に対する応答性の悪化を改善でき、高精度なＥＧＲ制御を実現できる。
さらに、モデル設定手段は、ＥＧＲ制御弁を閉側へ操作する時、及び開側へ操作する時に、それぞれＥＧＲ制御弁の操作方向に対応したモデルを設定している。ＥＧＲ制御弁は、自身本体の構造上、閉側と開側とで操作量に対する応答性が異なるため、閉側へ操作する時、及び開側へ操作する時に、それぞれＥＧＲ制御弁の操作方向に対応したモデルを設定することで、より高精度なＥＧＲ制御を実現できる。
【０００６】
（請求項２の手段）
請求項１に記載したディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、
補正量算出手段は、モデル設定手段で設定されたモデルを用いた状態量フィードバックによりＥＧＲ制御弁の補正量を算出することを特徴とする。
【０００７】
（請求項３の手段）
請求項１または２に記載したディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、
モデル設定手段は、ＥＧＲ制御弁からＯ2 センサまでの時間的な遅れをムダ時間と時定数（１次遅れ）とで表される伝達関数としてモデル化している。
ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴って変化する排気Ｏ2 濃度の挙動がＯ2 センサで検出されるまでの遅れ時間は、ＥＧＲ制御弁の操作から排気ガスがＯ2 センサに到達するまでのムダ時間と、その排気ガスのＯ2 濃度がＯ2 センサで検出されるまでの１次遅れとで近似できる。従って、ＥＧＲ制御弁からＯ2 センサまでの時間的な遅れは、ムダ時間と時定数（１次遅れ）とで表される伝達関数としてモデル化することができる。
【０００９】
（請求項４の手段）請求項１〜３に記載した何れかのディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、モデル設定手段は、ディーゼル機関の回転数による運転域毎に対応したモデルを設定している。ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴って変化する排気Ｏ２濃度の挙動をＯ２センサで検出するまでの応答性は、排ガス量、及び排ガス圧等の影響を受けるため、ディーゼル機関の運転域毎に異なる。従って、機関の運転域毎に対応したモデルを設定することで、より高精度なＥＧＲ制御を実現できる。
【００１０】
（請求項５の手段）請求項４に記載したディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、モデル設定手段は、ディーゼル機関の回転数が低い運転域より、回転数が高い運転域の方が、モデル化された遅れ時間が短く設定される。ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴って変化する排気Ｏ２濃度の挙動をＯ２センサで検出するまでの応答性は、ディーゼル機関の回転数が高くなる程、良好になる。従って、ディーゼル機関の回転数が低い運転域より、回転数が高い運転域の方が、モデル化された遅れ時間を短く設定することで、より高精度なＥＧＲ制御を実現できる。
【００１１】
（請求項６の手段）請求項１〜５に記載した何れかのディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、制御手段は、ディーゼル機関の運転域毎に設定されているモデルが切り替わったと判断した時は、切り替わった後の運転域に対応するメモリに前回記憶された補正量を補正量学習手段より読み出し、その補正量に基づいてＥＧＲ制御弁をフィードバック制御する。この場合、モデルが切り替わった時は、今回の補正量を新たに計算するより、前回記憶された補正量をそのまま用いることで、補正量を速やかに設定することができ、且つ誤計算による補正量の設定ミスを防止できる効果もある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はＥＧＲ制御システムの構成図、図２はＥＧＲ制御システムの制御ブロック図である。
本実施例のＥＧＲ制御システムは、図１に示す様に、ディーゼル機関１の排気管２と吸気管３とを接続するＥＧＲ通路４（排気還流通路）、このＥＧＲ通路４に設けられるＥＧＲ制御弁５、吸気管３に設けられるコンプレッサ６、排気管２に設けられる排気タービン７、本システムの制御に使用される各種センサ類（下述する）、及び各センサ情報を基にＥＧＲ制御弁５の作動を制御する制御装置（以下ＥＣＵ８と呼ぶ）等より構成される。
【００１３】
ＥＧＲ制御弁５は、図１２（ａ）に示す様に、電気式バキューム調量バルブ（以下ＥＶＲＶ９と呼ぶ）と、機械式バルブ（以下ＥＧＲＶ１０と呼ぶ）と、バキュームポンプ１１から構成されている。
ＥＶＲＶ９は、ＥＣＵ８より出力される制御電流IEFIN によってバキュームポンプ１１から受けるバキューム量を調整し、図１２（ｂ）に示す様に、制御電流IEFIN に対応した制御負圧を発生させる。
【００１４】
ＥＧＲＶ１０は、ＥＶＲＶ９より制御負圧が導入される背圧室１０ａと、この背圧室１０ａの圧力変動に応じて変位するダイアフラム１０ｂと、このダイアフラム１０ｂに連動する弁体１０ｃと、ダイアフラム１０ｂを介して弁体１０ｃを閉側に付勢するスプリング１０ｄ等より構成され、図１２（ｃ）に示す様に、背圧室１０ａに導入される制御負圧に応じて弁リフトを発生させる。
従って、このＥＧＲ制御弁５は、図９に示す様に、ＥＣＵ８より出力される制御電流IEFIN によってＥＧＲＶ１０の弁リフト量を可変する構成となっている。
【００１５】
上記の各種センサ類は、吸気管３内の吸気圧を検出する吸気圧センサ１２、ディーゼル機関１の回転角に同期して信号を出力する回転角センサ１３、ディーゼル機関１の冷却水温を検出する水温センサ１４、排気タービン７の下流で排気管２内の酸素（Ｏ2 ）濃度を検出するＯ2 センサ１５、アクセルペダル１６の踏み込み量からアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１７等が使用される。
ＥＣＵ８は、上記の各センサ類から入力するセンサ情報を基にディーゼル機関１の運転状態を判定し、その運転状態に応じて最適なＥＧＲ制御弁５の開度（ＥＧＲＶ１０の弁リフト量）を計算し、その弁リフト量を実現させる制御電流（図９参照）をＥＶＲＶ９に出力する。
【００１６】
次に、ＥＣＵ８によるＥＧＲ制御弁５の制御手順を以下に説明する。
まず、図３に示すベースルーチンを基に説明する。
本制御システムの電源投入と同時に実行が開示され、起動直後の１回のみプログラムの実行に使用されるメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）を初期化する。その後、ベースルーチン中に含まれる以下のStep100 〜Step500 を処理する。
【００１７】
Step100 …現在のディーゼル機関１の運転状態に対応した基本ＥＧＲＶ操作量（基本制御電流）を計算する。
Step200 …現在のディーゼル機関１の運転状態において、理想となる排気Ｏ2 濃度を目標値として計算する。
Step300 …Step100 で算出した基本ＥＧＲＶ操作量に対する排気Ｏ2 F/B 補正量（以下F/B 補正量と呼ぶ）を計算する。
【００１８】
Step400 …Ｏ2 センサ１５で検出される排気Ｏ2 濃度が目標値に安定している時のF/B 補正量をディーゼル機関１の運転域毎に記憶し、学習する。
Step500 …Step100 で算出した基本ＥＧＲＶ操作量、Step300 で算出したF/B 補正量、Step400 で記憶した学習値を用いて最終ＥＧＲＶ操作量を計算する。
以上のStep100 〜Step500 を含めた一連のベースルーチンを終了すると、再び初期化処理の直後へリターンし、再実行を繰り返す。
このベースルーチンの制御内容を図式化したブロック図を図２に示す。
【００１９】
続いて、ベースルーチンのStep100 に記載した基本ＥＧＲＶ操作量の算出手順を図４に示すサブルーチンを基に説明する。
本ルーチンは１６ms毎に実行される。
Step101 …ディーゼル機関１の回転数Ｎｅを読み込む。
Step102 …燃料噴射量Ｑｆを読み込む。
【００２０】
Step103 …Ｎｅ、ＱｆをパラメータとするIEBSE マップより基本ＥＧＲＶ操作量を算出する。例えば、図中でＮｅ＝Ｎ1 、Ｑｆ＝Ｑ1 の時、マップ検索によりαが算出される。ここで、マップ中に埋められている基本ＥＧＲＶ操作量は、制御システムの初期中心品にて、エミッション、燃費、ドライバビリティ等がディーゼル機関１の運転域毎に理想値となる様に、予め実験にてＥＧＲ率を設定して求めた値である。
Step104 …Step103 で求めたαを基本ＥＧＲＶ操作量：IEBSE としてメモリに格納し、本ルーチンを終了する。
【００２１】
続いて、ベースルーチンのStep200 に記載した目標排気Ｏ2 濃度の算出手順を図５に示すサブルーチンを基に説明する。
本ルーチンは１６ms毎に実行される。
Step201 …ディーゼル機関１の回転数Ｎｅを読み込む。
Step202 …燃料噴射量Ｑｆを読み込む。
【００２２】
Step203 …Ｎｅ、ＱｆをパラメータとするRO2TRGマップより目標排気Ｏ2 濃度を算出する。例えば、図中でＮｅ＝Ｎ2 、Ｑｆ＝Ｑ2 の時、マップ検索によりβが算出される。ここで、マップ中に埋められている目標排気Ｏ2 濃度は、ディーゼル機関１より排出されるＯ2 濃度を運転域毎に常に良好なエミッション、燃費、ドライバビリティ等が得られる様に、予め実験で求めた値である。
Step204 …Step203 で求めたβを目標排気Ｏ2 濃度：RO2TRGとしてメモリに格納し、本ルーチンを終了する。
【００２３】
続いて、ベースルーチンのStep300 に記載した排気Ｏ2 F/B 補正量（以下F/B 補正量と呼ぶ）の算出方法について、その概要を図６に示すブロック図を用いて説明する。
Block30A…ＥＧＲＶ１０の排気Ｏ2 濃度F/B を実行するか否かを判定する（F/B 許可の時：XFB ＝１）。
Block30B…ディーゼル機関１の運転域に対応したF/B の制御モデル（後述する）を選択するための領域判定を行う。
【００２４】
Block30C…学習エリアまたは制御モデルの切替わり時を検出して、制御のイニシャライズ許可SWを操作する（イニシャライズ許可の時：INT.SW＝１）。
Block30D…F/B 許可フラグ：XFB 、イニシャライズ許可SW：INT.SW、回転数Ｎｅ、実排気Ｏ2 濃度：RO2 、目標排気Ｏ2 濃度：RO2TRGの各入力より、ディーゼル機関１の運転条件に適合したＥＧＲＶ１０のF/B 補正量：IEO2FBを算出する。
Block30E…算出されたF/B 補正量：IEO2FBに対し、上限及び下限のガード処理を行い、最終F/B 補正量：IEO2FBF を算出する。
【００２５】
続いて、図６に示した概要の詳細を図７及び図８のフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは１６ms毎に実行される。
Step301 …基本ＥＧＲＶ操作量：IEBSE を読み込む。
Step302 …読み込んだIEBSE が判定値：250mA より小さいか否かを判定する（IEBSE ＜250mA ）。なお、判定値：250mA は、図９に示す様に、ＥＧＲＶ１０の全閉ポイントであり、上記の関係（IEBSE ＜250mA ）が成立すれば、ＥＧＲＶ１０は全閉位置にあると判断してStep303 へ進む。一方、上記の関係が成立しない時はStep304 へ進む。
【００２６】
Step303 …ＥＧＲＶ１０の全閉を指示しているため、ＥＧＲ制御は禁止と判断して、排気Ｏ2 濃度F/B を禁止するために、F/B 許可フラグ：XFB ＝０とする。
Step304 …排気Ｏ2 濃度F/B を許可するために、F/B 許可フラグ：XFB ＝１とする。
Step305 …ディーゼル機関１の回転数Ｎｅ、Ｏ2 センサ１５で検出される実排気Ｏ2 濃度：RO2 、及び目標排気Ｏ2 濃度：RO2TRGを読み込む。
Step306 …RO2 ＝RO2TRGの関係が成立しているか否かを判定する。
上記の関係が成立している時、つまり排気Ｏ2 濃度の実測値が目標値に収束している時は、Step307 へ進み、成立していない時はStep308 へ進む。
【００２７】
Step307 …制御モデル選択No：NMDL＝０とし、Step311 へ進む。
Step308 …RO2 ＜RO2TRGの関係が成立しているか否かを判定する。
上記の関係が成立している時、つまり排気Ｏ2 濃度の実測値が目標値より低い時はStep309 へ進み、成立していない時、つまり排気Ｏ2 濃度の実測値が目標値以上の時はStep310 へ進む。
Step309 …ＥＧＲＶ１０の閉側に対応する制御モデル選択No：NMDLを設定する（図１０参照）。
Step310 …ＥＧＲＶ１０の開側に対応する制御モデル選択No：NMDLを設定する（図１１参照）。
【００２８】
ここで、上述した制御モデルの考え方について説明する。
制御モデルは、ＥＧＲＶ１０を任意の操作量でステップ応答させた時に、排気管２に設けたＯ2 センサ１５で計測した排気Ｏ2 濃度の応答性を伝達関数化したものである。
図１で説明すると、例えばＥＧＲＶ１０が開側へ動作する時は、吸気管３に還流するＥＧＲガスがＥＧＲＶ１０の開操作と同時に急増し、エアクリーナ側から吸入される空気量をＥＧＲガスの増加分だけ抑制してディーゼル機関１のシリンダ内へ吸入される。この時、ＥＧＲガスが増加する前後の燃料量が等量であれば、新気吸入量が減少した分、Ａ／Ｆ（空燃比）は濃くなり、排気Ｏ2 濃度は低下する。即ち、ディーゼル機関１のＥＧＲ率と排気Ｏ2 濃度との関係は、図１３に示す様に反比例の関係にある。
【００２９】
シリンダから排出されたガスは、吸気管３、排気管２、シリンダ内のボリューム、ディーゼル機関１の吸気弁開〜吸気弁閉までの時間的遅れ等による長い系を介してＯ2 センサ１５に到達し、Ｏ2 センサ１５により排気Ｏ2 濃度の変化が検出される。
次に、図１４を用いて説明すると、ＥＧＲＶ操作量のステップ変化に対応したＯ2 センサ１５の出力は、ムダ時間Ｌと１次遅れの関数（時定数Ｔ）で近似できる。従って、ＥＧＲＶ１０からＯ2 センサ１５までの系による時間的な遅れは、ムダ時間Ｌと時定数Ｔで表される伝達関数として制御モデル化できる。
【００３０】
なお、ＥＧＲＶ１０の操作に伴って排気Ｏ2 濃度がＯ2 センサ１５で検出されるまでの応答性は、排ガス量、排ガス圧等の影響を受けるため、ディーゼル機関１の運転域により変化する。また、同じ運転域でも、ＥＧＲＶ１０の機能上、ＥＧＲＶ操作量に対する弁リフトの応答性が開側と閉側とで異なるため、排気Ｏ2 濃度の応答性は、図１５に示す様に変化する。
【００３１】
ここで、図７及び図８のフローチャートの説明に戻る。
Step309 、310 では、ＥＧＲＶ１０の閉側動作、及び開側動作での制御モデルを設定するが、前述した様に、ディーゼル機関１の運転域毎に排気Ｏ2 濃度の応答性が変化する（図１５参照）ため、図１０及び図１１に示す様に、運転域毎に対応した制御モデル選択No：NMDLを設定する（NMDL＝０〜５）。その後、Step311 へ進む。
Step311 …学習エリア選択No：NLEARNを読み込む。
Step312 …前回と今回のNMDLが異なっているか否か、つまり制御モデルが切替わったか否かを判定する。制御モデルが切替わっていない時はStep313 へ進み、切替わっている時はStep314 へ進む。
【００３２】
Step313 …学習エリアが切替わったか否かを判定する。切替わっている時はStep314 へ進み、切替わっていない時はStep315 へ進む。
Step314 …制御モデルあるいは学習エリアが切替わったことにより、イニシャルSW：INT.SWをセットする（INT.SW＝１）。
Step315 …制御モデルと学習エリアが共に切替わっていないので、INT.SWをクリア（INT.SW＝０）して、Step316 へ進む。
Step316 …排気Ｏ2 濃度F/B 許可フラグ：XFB の状態からF/B が許可されているか否かを判定する。許可されていない時はStep317 へ進み、許可されている時はStep318 へ進む。
【００３３】
Step317 …F/B 補正量：IEO2FBをクリア（IEO2FB＝０）し、補正を禁止する。
Step318 …イニシャルSW：INT.SWの状態から制御イニシャライズの要求があるか否かを判定する。要求がある時（INT.SW＝１）はStep319 へ進み、要求が無い時（INT.SW＝０）はStep320 へ進む。
Step319 …今回の補正量を新たに計算せず、前回の補正量をホールドする。
これは、制御モデルの切替え時or学習エリアの切替え時に、誤計算による補正量の設定ミスを防止するためである。
【００３４】
Step320 〜333 …Step316 でF/B が許可され、且つStep318 で制御イニシャライズの要求が無ければ、通常のF/B 条件となる。そこで、制御モデル選択No：NMDLに指示された制御モデルと、予め実験にて応答性、収束性を適合した制御モデルに対応する補正ゲインを選択する。
Step334 …Step320 〜333 で選択された制御モデルにより次回の排気Ｏ2 濃度を予測し、目標値に収束させるためのＥＧＲＶ１０の状態補正量：IEO2FBB を計算する。その手法は、過去からの排気Ｏ2 濃度とＥＧＲＶ操作量のデータより複数の過去のデータ毎に補正ゲインで重み付けし、下記に示す状態量補正制御式より算出する（図１６参照）。
【００３５】
IEO2FBB ＝K1・RO2 ＋K2・IEO2FB(i-1) ＋K3・IEO2FB(i-2) ＋…＋KL・IEO2FB(i-L)
K1、K2、K3…KL：補正ゲイン、この補正ゲインは、ムダ時間／１６ms個分設定される。
Step335 …制御式の積分補正量：ZIを以下の式より計算する。
ZI＝ZI(i-1) ＋Ka（RO2TRG−RO2)
Ka：補正ゲイン（K1〜KLと同様に、制御モデルに対応させて求める）
【００３６】
Step336 …状態補正量：IEO2FBB に積分補正量：ZIを加算して最終F/B 補正量：IEO2FBを計算する。
IEO2FB＝IEO2FBB ＋ZI
Step337 …Step336 で算出した最終F/B 補正量：IEO2FBの上下限ガードを行い、本ルーチンを終了する。
IEMIN ＜IEO2FB＜IEMAX
IEMIN ：下限ガード値、IEMAX ：上限ガード値
【００３７】
続いて、ベースルーチンのStep400 に記載したF/B 補正量の学習方法を図１７に示すサブルーチン及び図１９に示すタイムチャートを基に説明する。
本ルーチンは１６ms毎に実行される。
Step401 …Ｏ2 センサ１５から実排気Ｏ2 濃度：RO2 を読み込み、並びに図５のサブルーチンで算出した目標排気Ｏ2 濃度：RO2TRGを読み込む。
Step402 …RO2 とRO2TRGとの間に下記の関係が成立するか否かを判定する。
RO2 ＜RO2TRG−γ
この関係が成立しない時はStep403 へ進み、成立する時はStep404 へ進む。
【００３８】
Step403 …RO2 とRO2TRGとの間に下記の関係が成立するか否かを判定する。
RO2 ＞RO2TRG＋γ
この関係が成立しない時はStep405 へ進み、成立する時はStep404 へ進む。
上記のStep402 及びStep403 の処理は、RO2 が目標値：RO2TRGに収束しているか否かを判断するもので、Step402 またはStep403 の判定結果がＹＥＳの場合は、RO2 が目標値：RO2TRGに収束していないと判断できる。
【００３９】
一方、Step402 とStep403 の判定結果が共にＮＯの場合は、以下の関係が成立するので、RO2 が目標値：RO2TRGに収束していると判断できる（図１９参照）。
(RO2TRG −γ) ≦RO2 ≦(RO2TRG ＋γ)
なお、“γ”はRO2 の目標値への収束を判定する値であり、例えば目標値：RO2TRGの０．３％の値である。
Step404 …学習条件カウンタ：CLEARNをクリアする（CLEARN＝０）。
【００４０】
Step405 …CLEARNをインクリメントする（CLEARN＝CLEARN＋１）。
Step406 …CLEARNが判定値より小さいか否かを判定する。
CLEARNが判定値より小さい時はStep407 へ進み、大きい時はStep408 へ進む。
このStep406 の処理は、RO2 が目標値：RO2TRGへ収束してから任意の時間（本実施例では１０００ms）経過したか否かを判断するものである。そこで、１０００msをカウントするために、本ルーチンが１６ms毎に繰り返し実行されることから、判定値を“６３”（１０００ms÷１６ms≒６３）とした。
【００４１】
Step407 …学習許可SW：LEARN.SWをクリアする（LEARN.SW＝０）。
Step408 …学習条件カウンタCLEARNを“６３”にセットする。
Step409 …LEARN.SW＝１として、学習を許可する。
Step410 …回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆを読み込む。
Step411 …Ｎｅ、Ｑｆをパラメータとして、図１８に示す学習領域マップより学習領域No：NLEARNを検索する。例えば、Ｎｅ＝１２００rpm 、Ｑｆ＝９mm3/stであれば、NLEARN＝６である。
【００４２】
Step412 …F/B 許可フラグXFB が許可状態か否かを判定する。
許可状態（XFB ＝１）の時はStep413 へ進み、許可禁止状態（XFB ＝０）の時はStep415 へ進む。
Step413 …学習許可SW：LEARN.SWが許可状態か否かを判定する。
許可状態（LEARN.SW＝１）の時はStep414 へ進み、許可禁止状態（LEARN.SW＝０）の時はStep415 へ進む。
Step414 …F/B 補正量：IEO2FBを学習する。
このIEO2FBの学習は、学習領域No：NLEARNに対応したメモリ：IELEARN(X)に、その時のF/B 補正量：IEO2FBの値を格納する。例えば、NLEARN＝６であれば、メモリ：IELEARN(6)にIEO2FBの値を格納する。
【００４３】
Step415 …イニシャライズSW：INT.SWが許可状態か否かを判定する。
許可状態（INT.SW＝１）の時はStep416 へ進み、許可禁止状態（INT.SW＝０）の時は本ルーチンを終了する。
Step416 …学習領域No：NLEARNに対応したメモリ：IELEARN(X)より学習値を読み出し、学習値：IELEARN とする。
ここで、INT.SW＝１の条件とは、上述したStep311 〜319 に示す様に、制御モデルまたは学習領域が前回（１６ms前）と切替わった時に制御をイニシャライズする。
【００４４】
続いて、ベースルーチンのStep500 に記載した最終ＥＧＲＶ操作量の算出手順を図２０に示すサブルーチンを基に説明する。
本ルーチンは１６ms毎に実行される。
Step501 …F/B 補正量：IEO2FBを読み込む。
Step502 …学習値：IELEARN を読み込む。
Step503 …基本ＥＧＲＶ操作量：IEBSE を読み込む。
Step504 …Step501 〜503 で読み込んだ各値の総和を算出して最終ＥＧＲＶ操作量：IEFIN とする。
IEFIN ＝IEBSE ＋IEO2FB＋IELEARN
最終ＥＧＲＶ操作量：IEFIN を算出した後、本ルーチンを終了する。
【００４５】
次に、本実施例の作用及び効果を図２１に示すタイムチャートを用いて説明する。
加速時においては、アクセルを踏み込むことで、図中（ａ）に示す様にアクセル開度が変化する。これに連動して、一般的に、アクセル開度、回転数Ｎｅのパラメータより燃料噴射量Ｑｆは上昇する（ｃ）。
この時、回転数Ｎｅは走行抵抗、ディーゼル機関１の容量等により、急激には上昇できず、徐々に上昇し始める（ｂ）。
【００４６】
燃料噴射量Ｑｆの急激な上昇に対し、Ａ／Ｆ過濃を防止するために（Ａ／Ｆ過濃は、不完全な燃焼によるスモークの増大を発生させる）、ＥＧＲＶ１０を閉操作し、ＥＧＲ量を急減させた分、新気吸入量を増大させたいが、従来の排気Ｏ2 F/B による制御では、Ｏ2 センサ１５で検出される排気Ｏ2 濃度の変化を待ってＥＧＲ量を補正しているため、新気吸入量は燃料の立ち上がりに比べて遅れ（ｆ）、スモークが発生する（ｇ）。なお、定常状態においては、目標排気Ｏ2 濃度に収束できるメリットはあるが、過渡時には遅れが大きくスモークの発生が大となる。
【００４７】
これに対し、本ＥＧＲ制御システムでは、ＥＧＲＶ１０の動作に伴う排気Ｏ2 濃度の変化を運転域毎に的確に予想してＥＧＲ量を補正している（ｅ）ので、定常時はもちろん、過渡時においても新気吸入量の立ち上がりが早くなり（ｆ）、排気Ｏ2 濃度を所定の目標値に素早く収束させることができる（ｄ）。その結果、高応答、高精度なＥＧＲ制御を実現でき、従来制御と比較してスモークの発生を大幅に低減できる（ｇ）。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＧＲ制御システムの構成図である。
【図２】ＥＧＲ制御システムの制御ブロック図である。
【図３】制御プログラムにおけるベースルーチンのフローチャートである。
【図４】基本ＥＧＲＶ操作量の算出手順を示すフローチャートである。
【図５】目標排気Ｏ2 濃度の算出手順を示すフローチャートである。
【図６】排気Ｏ2 F/B 補正量の算出手順を図式化したブロック図である。
【図７】排気Ｏ2 F/B 補正量の算出手順を示すフローチャートである。
【図８】排気Ｏ2 F/B 補正量の算出手順を示すフローチャートである。
【図９】ＥＧＲＶの特性図である。
【図１０】ＥＧＲＶの閉側における制御モデルの設定テーブルである。
【図１１】ＥＧＲＶの開側における制御モデルの設定テーブルである。
【図１２】負圧制御式ＥＧＲ制御弁の構成図（ａ）と特性図（ｂ）、（ｃ）である。
【図１３】ＥＧＲ率と排気Ｏ2 濃度との関係図である。
【図１４】ＥＧＲＶ操作量に対するセンサ出力の遅れを伝達関数で表すモデル図である。
【図１５】伝達関数を表すムダ時間と時定数の機関特性図である。
【図１６】状態量補正を説明するための補足図である。
【図１７】学習制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】学習領域の設定マップである。
【図１９】学習方法のタイムチャートである。
【図２０】最終ＥＧＲＶ操作量の算出手順を示すフローチャートである。
【図２１】本システムの制御タイムチャートである。
【符号の説明】
１ ディーゼル機関
２ 排気管（排気通路）
３ 吸気管（吸気通路）
４ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
５ ＥＧＲ制御弁
８ ＥＣＵ（制御手段）
（Step309 、310 …モデル設定手段）
（Step334 〜337 …補正量算出手段）
（Step402 〜408 …収束判定手段）
（Step414 …補正量学習手段）
（Step415 …モデル判定手段）
１５ Ｏ2 センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関のＥＧＲ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特開昭６０−１２２２５９号公報に記載されたディーゼル機関のＥＧＲ制御装置がある。
このＥＧＲ制御装置は、排気Ｏ2 濃度を検出するＯ2 センサの出力から実ＥＧＲ量を算出し、この実ＥＧＲ量と目標ＥＧＲ量との偏差に応じてＥＧＲ制御弁をフィードバック（以下F/B と呼ぶ）制御するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、Ｏ2 センサで検出される排気Ｏ2 濃度は、ＥＧＲ制御弁の開閉操作によって発生したＥＧＲガスが吸気管へ還流し、吸気管からエンジンのシリンダ内へ吸入された後、燃焼行程を経てシリンダ内から排気管へ排出され、排気管に設けられたＯ2 センサに到達して検出される。即ち、ＥＧＲ制御弁からＯ2 センサまでの系（物理的な経路長さ）が存在することにより、ＥＧＲ制御弁の開閉操作に伴う排気Ｏ2 濃度への影響が実際にＯ2 センサで検出されるまでに遅れ時間が生じる。
この結果、上記の従来技術では、ＥＧＲ制御弁のF/B 制御に対する応答性が悪くなり、高精度なＥＧＲ制御が困難であった。
【０００４】
特に、ターボ付エンジンにおいては、ＥＧＲ制御弁からＯ2 センサまでの系による遅れ時間が大きくなるため、最悪には、ＥＧＲ制御弁の操作時期とＯ2 センサの出力タイミングとが逆位相となり、ハンチングを発生する危険性も含んでいる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴う排気Ｏ2 濃度の変化を機関の運転域毎に予想してＥＧＲ量を補正することにより、高応答、高精度なＥＧＲ制御を実現できるＥＧＲ制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）ＥＧＲ制御弁の開閉動作を制御する制御手段は、ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴って変化する排気Ｏ２濃度の挙動をＯ２センサで検出するまでに生じる時間的な遅れを、閉側へ操作する時、及び開側へ操作する時に、それぞれ前記ＥＧＲ制御弁の操作方向に応じてモデル化するモデル設定手段と、このモデル設定手段で設定されたモデルを用いて、ディーゼル機関の運転状態に対応したＥＧＲ制御弁の操作量に対して発生する排気Ｏ２濃度の予測値を求め、その予測値と目標値との偏差からＥＧＲ制御弁の補正量を算出する補正量算出手段とを有し、ＥＧＲ制御弁の操作量と補正量算出手段で算出された補正量に基づいてＥＧＲ制御弁をフィードバック制御する。本発明によれば、ＥＧＲ制御弁からＯ２センサまでの時間的な遅れをモデル化して排気Ｏ２濃度の予測値を求めているので、ＥＧＲ制御弁のF/B 制御に対する応答性の悪化を改善でき、高精度なＥＧＲ制御を実現できる。
さらに、モデル設定手段は、ＥＧＲ制御弁を閉側へ操作する時、及び開側へ操作する時に、それぞれＥＧＲ制御弁の操作方向に対応したモデルを設定している。ＥＧＲ制御弁は、自身本体の構造上、閉側と開側とで操作量に対する応答性が異なるため、閉側へ操作する時、及び開側へ操作する時に、それぞれＥＧＲ制御弁の操作方向に対応したモデルを設定することで、より高精度なＥＧＲ制御を実現できる。
【０００６】
（請求項２の手段）
請求項１に記載したディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、
補正量算出手段は、モデル設定手段で設定されたモデルを用いた状態量フィードバックによりＥＧＲ制御弁の補正量を算出することを特徴とする。
【０００７】
（請求項３の手段）
請求項１または２に記載したディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、
モデル設定手段は、ＥＧＲ制御弁からＯ2 センサまでの時間的な遅れをムダ時間と時定数（１次遅れ）とで表される伝達関数としてモデル化している。
ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴って変化する排気Ｏ2 濃度の挙動がＯ2 センサで検出されるまでの遅れ時間は、ＥＧＲ制御弁の操作から排気ガスがＯ2 センサに到達するまでのムダ時間と、その排気ガスのＯ2 濃度がＯ2 センサで検出されるまでの１次遅れとで近似できる。従って、ＥＧＲ制御弁からＯ2 センサまでの時間的な遅れは、ムダ時間と時定数（１次遅れ）とで表される伝達関数としてモデル化することができる。
【０００９】
（請求項４の手段）請求項１〜３に記載した何れかのディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、モデル設定手段は、ディーゼル機関の回転数による運転域毎に対応したモデルを設定している。ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴って変化する排気Ｏ２濃度の挙動をＯ２センサで検出するまでの応答性は、排ガス量、及び排ガス圧等の影響を受けるため、ディーゼル機関の運転域毎に異なる。従って、機関の運転域毎に対応したモデルを設定することで、より高精度なＥＧＲ制御を実現できる。
【００１０】
（請求項５の手段）請求項４に記載したディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、モデル設定手段は、ディーゼル機関の回転数が低い運転域より、回転数が高い運転域の方が、モデル化された遅れ時間が短く設定される。ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴って変化する排気Ｏ２濃度の挙動をＯ２センサで検出するまでの応答性は、ディーゼル機関の回転数が高くなる程、良好になる。従って、ディーゼル機関の回転数が低い運転域より、回転数が高い運転域の方が、モデル化された遅れ時間を短く設定することで、より高精度なＥＧＲ制御を実現できる。
【００１１】
（請求項６の手段）請求項１〜５に記載した何れかのディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、制御手段は、ディーゼル機関の運転域毎に設定されているモデルが切り替わったと判断した時は、切り替わった後の運転域に対応するメモリに前回記憶された補正量を補正量学習手段より読み出し、その補正量に基づいてＥＧＲ制御弁をフィードバック制御する。この場合、モデルが切り替わった時は、今回の補正量を新たに計算するより、前回記憶された補正量をそのまま用いることで、補正量を速やかに設定することができ、且つ誤計算による補正量の設定ミスを防止できる効果もある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はＥＧＲ制御システムの構成図、図２はＥＧＲ制御システムの制御ブロック図である。
本実施例のＥＧＲ制御システムは、図１に示す様に、ディーゼル機関１の排気管２と吸気管３とを接続するＥＧＲ通路４（排気還流通路）、このＥＧＲ通路４に設けられるＥＧＲ制御弁５、吸気管３に設けられるコンプレッサ６、排気管２に設けられる排気タービン７、本システムの制御に使用される各種センサ類（下述する）、及び各センサ情報を基にＥＧＲ制御弁５の作動を制御する制御装置（以下ＥＣＵ８と呼ぶ）等より構成される。
【００１３】
ＥＧＲ制御弁５は、図１２（ａ）に示す様に、電気式バキューム調量バルブ（以下ＥＶＲＶ９と呼ぶ）と、機械式バルブ（以下ＥＧＲＶ１０と呼ぶ）と、バキュームポンプ１１から構成されている。
ＥＶＲＶ９は、ＥＣＵ８より出力される制御電流IEFIN によってバキュームポンプ１１から受けるバキューム量を調整し、図１２（ｂ）に示す様に、制御電流IEFIN に対応した制御負圧を発生させる。
【００１４】
ＥＧＲＶ１０は、ＥＶＲＶ９より制御負圧が導入される背圧室１０ａと、この背圧室１０ａの圧力変動に応じて変位するダイアフラム１０ｂと、このダイアフラム１０ｂに連動する弁体１０ｃと、ダイアフラム１０ｂを介して弁体１０ｃを閉側に付勢するスプリング１０ｄ等より構成され、図１２（ｃ）に示す様に、背圧室１０ａに導入される制御負圧に応じて弁リフトを発生させる。
従って、このＥＧＲ制御弁５は、図９に示す様に、ＥＣＵ８より出力される制御電流IEFIN によってＥＧＲＶ１０の弁リフト量を可変する構成となっている。
【００１５】
上記の各種センサ類は、吸気管３内の吸気圧を検出する吸気圧センサ１２、ディーゼル機関１の回転角に同期して信号を出力する回転角センサ１３、ディーゼル機関１の冷却水温を検出する水温センサ１４、排気タービン７の下流で排気管２内の酸素（Ｏ2 ）濃度を検出するＯ2 センサ１５、アクセルペダル１６の踏み込み量からアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１７等が使用される。
ＥＣＵ８は、上記の各センサ類から入力するセンサ情報を基にディーゼル機関１の運転状態を判定し、その運転状態に応じて最適なＥＧＲ制御弁５の開度（ＥＧＲＶ１０の弁リフト量）を計算し、その弁リフト量を実現させる制御電流（図９参照）をＥＶＲＶ９に出力する。
【００１６】
次に、ＥＣＵ８によるＥＧＲ制御弁５の制御手順を以下に説明する。
まず、図３に示すベースルーチンを基に説明する。
本制御システムの電源投入と同時に実行が開示され、起動直後の１回のみプログラムの実行に使用されるメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）を初期化する。その後、ベースルーチン中に含まれる以下のStep100 〜Step500 を処理する。
【００１７】
Step100 …現在のディーゼル機関１の運転状態に対応した基本ＥＧＲＶ操作量（基本制御電流）を計算する。
Step200 …現在のディーゼル機関１の運転状態において、理想となる排気Ｏ2 濃度を目標値として計算する。
Step300 …Step100 で算出した基本ＥＧＲＶ操作量に対する排気Ｏ2 F/B 補正量（以下F/B 補正量と呼ぶ）を計算する。
【００１８】
Step400 …Ｏ2 センサ１５で検出される排気Ｏ2 濃度が目標値に安定している時のF/B 補正量をディーゼル機関１の運転域毎に記憶し、学習する。
Step500 …Step100 で算出した基本ＥＧＲＶ操作量、Step300 で算出したF/B 補正量、Step400 で記憶した学習値を用いて最終ＥＧＲＶ操作量を計算する。
以上のStep100 〜Step500 を含めた一連のベースルーチンを終了すると、再び初期化処理の直後へリターンし、再実行を繰り返す。
このベースルーチンの制御内容を図式化したブロック図を図２に示す。
【００１９】
続いて、ベースルーチンのStep100 に記載した基本ＥＧＲＶ操作量の算出手順を図４に示すサブルーチンを基に説明する。
本ルーチンは１６ms毎に実行される。
Step101 …ディーゼル機関１の回転数Ｎｅを読み込む。
Step102 …燃料噴射量Ｑｆを読み込む。
【００２０】
Step103 …Ｎｅ、ＱｆをパラメータとするIEBSE マップより基本ＥＧＲＶ操作量を算出する。例えば、図中でＮｅ＝Ｎ1 、Ｑｆ＝Ｑ1 の時、マップ検索によりαが算出される。ここで、マップ中に埋められている基本ＥＧＲＶ操作量は、制御システムの初期中心品にて、エミッション、燃費、ドライバビリティ等がディーゼル機関１の運転域毎に理想値となる様に、予め実験にてＥＧＲ率を設定して求めた値である。
Step104 …Step103 で求めたαを基本ＥＧＲＶ操作量：IEBSE としてメモリに格納し、本ルーチンを終了する。
【００２１】
続いて、ベースルーチンのStep200 に記載した目標排気Ｏ2 濃度の算出手順を図５に示すサブルーチンを基に説明する。
本ルーチンは１６ms毎に実行される。
Step201 …ディーゼル機関１の回転数Ｎｅを読み込む。
Step202 …燃料噴射量Ｑｆを読み込む。
【００２２】
Step203 …Ｎｅ、ＱｆをパラメータとするRO2TRGマップより目標排気Ｏ2 濃度を算出する。例えば、図中でＮｅ＝Ｎ2 、Ｑｆ＝Ｑ2 の時、マップ検索によりβが算出される。ここで、マップ中に埋められている目標排気Ｏ2 濃度は、ディーゼル機関１より排出されるＯ2 濃度を運転域毎に常に良好なエミッション、燃費、ドライバビリティ等が得られる様に、予め実験で求めた値である。
Step204 …Step203 で求めたβを目標排気Ｏ2 濃度：RO2TRGとしてメモリに格納し、本ルーチンを終了する。
【００２３】
続いて、ベースルーチンのStep300 に記載した排気Ｏ2 F/B 補正量（以下F/B 補正量と呼ぶ）の算出方法について、その概要を図６に示すブロック図を用いて説明する。
Block30A…ＥＧＲＶ１０の排気Ｏ2 濃度F/B を実行するか否かを判定する（F/B 許可の時：XFB ＝１）。
Block30B…ディーゼル機関１の運転域に対応したF/B の制御モデル（後述する）を選択するための領域判定を行う。
【００２４】
Block30C…学習エリアまたは制御モデルの切替わり時を検出して、制御のイニシャライズ許可SWを操作する（イニシャライズ許可の時：INT.SW＝１）。
Block30D…F/B 許可フラグ：XFB 、イニシャライズ許可SW：INT.SW、回転数Ｎｅ、実排気Ｏ2 濃度：RO2 、目標排気Ｏ2 濃度：RO2TRGの各入力より、ディーゼル機関１の運転条件に適合したＥＧＲＶ１０のF/B 補正量：IEO2FBを算出する。
Block30E…算出されたF/B 補正量：IEO2FBに対し、上限及び下限のガード処理を行い、最終F/B 補正量：IEO2FBF を算出する。
【００２５】
続いて、図６に示した概要の詳細を図７及び図８のフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは１６ms毎に実行される。
Step301 …基本ＥＧＲＶ操作量：IEBSE を読み込む。
Step302 …読み込んだIEBSE が判定値：250mA より小さいか否かを判定する（IEBSE ＜250mA ）。なお、判定値：250mA は、図９に示す様に、ＥＧＲＶ１０の全閉ポイントであり、上記の関係（IEBSE ＜250mA ）が成立すれば、ＥＧＲＶ１０は全閉位置にあると判断してStep303 へ進む。一方、上記の関係が成立しない時はStep304 へ進む。
【００２６】
Step303 …ＥＧＲＶ１０の全閉を指示しているため、ＥＧＲ制御は禁止と判断して、排気Ｏ2 濃度F/B を禁止するために、F/B 許可フラグ：XFB ＝０とする。
Step304 …排気Ｏ2 濃度F/B を許可するために、F/B 許可フラグ：XFB ＝１とする。
Step305 …ディーゼル機関１の回転数Ｎｅ、Ｏ2 センサ１５で検出される実排気Ｏ2 濃度：RO2 、及び目標排気Ｏ2 濃度：RO2TRGを読み込む。
Step306 …RO2 ＝RO2TRGの関係が成立しているか否かを判定する。
上記の関係が成立している時、つまり排気Ｏ2 濃度の実測値が目標値に収束している時は、Step307 へ進み、成立していない時はStep308 へ進む。
【００２７】
Step307 …制御モデル選択No：NMDL＝０とし、Step311 へ進む。
Step308 …RO2 ＜RO2TRGの関係が成立しているか否かを判定する。
上記の関係が成立している時、つまり排気Ｏ2 濃度の実測値が目標値より低い時はStep309 へ進み、成立していない時、つまり排気Ｏ2 濃度の実測値が目標値以上の時はStep310 へ進む。
Step309 …ＥＧＲＶ１０の閉側に対応する制御モデル選択No：NMDLを設定する（図１０参照）。
Step310 …ＥＧＲＶ１０の開側に対応する制御モデル選択No：NMDLを設定する（図１１参照）。
【００２８】
ここで、上述した制御モデルの考え方について説明する。
制御モデルは、ＥＧＲＶ１０を任意の操作量でステップ応答させた時に、排気管２に設けたＯ2 センサ１５で計測した排気Ｏ2 濃度の応答性を伝達関数化したものである。
図１で説明すると、例えばＥＧＲＶ１０が開側へ動作する時は、吸気管３に還流するＥＧＲガスがＥＧＲＶ１０の開操作と同時に急増し、エアクリーナ側から吸入される空気量をＥＧＲガスの増加分だけ抑制してディーゼル機関１のシリンダ内へ吸入される。この時、ＥＧＲガスが増加する前後の燃料量が等量であれば、新気吸入量が減少した分、Ａ／Ｆ（空燃比）は濃くなり、排気Ｏ2 濃度は低下する。即ち、ディーゼル機関１のＥＧＲ率と排気Ｏ2 濃度との関係は、図１３に示す様に反比例の関係にある。
【００２９】
シリンダから排出されたガスは、吸気管３、排気管２、シリンダ内のボリューム、ディーゼル機関１の吸気弁開〜吸気弁閉までの時間的遅れ等による長い系を介してＯ2 センサ１５に到達し、Ｏ2 センサ１５により排気Ｏ2 濃度の変化が検出される。
次に、図１４を用いて説明すると、ＥＧＲＶ操作量のステップ変化に対応したＯ2 センサ１５の出力は、ムダ時間Ｌと１次遅れの関数（時定数Ｔ）で近似できる。従って、ＥＧＲＶ１０からＯ2 センサ１５までの系による時間的な遅れは、ムダ時間Ｌと時定数Ｔで表される伝達関数として制御モデル化できる。
【００３０】
なお、ＥＧＲＶ１０の操作に伴って排気Ｏ2 濃度がＯ2 センサ１５で検出されるまでの応答性は、排ガス量、排ガス圧等の影響を受けるため、ディーゼル機関１の運転域により変化する。また、同じ運転域でも、ＥＧＲＶ１０の機能上、ＥＧＲＶ操作量に対する弁リフトの応答性が開側と閉側とで異なるため、排気Ｏ2 濃度の応答性は、図１５に示す様に変化する。
【００３１】
ここで、図７及び図８のフローチャートの説明に戻る。
Step309 、310 では、ＥＧＲＶ１０の閉側動作、及び開側動作での制御モデルを設定するが、前述した様に、ディーゼル機関１の運転域毎に排気Ｏ2 濃度の応答性が変化する（図１５参照）ため、図１０及び図１１に示す様に、運転域毎に対応した制御モデル選択No：NMDLを設定する（NMDL＝０〜５）。その後、Step311 へ進む。
Step311 …学習エリア選択No：NLEARNを読み込む。
Step312 …前回と今回のNMDLが異なっているか否か、つまり制御モデルが切替わったか否かを判定する。制御モデルが切替わっていない時はStep313 へ進み、切替わっている時はStep314 へ進む。
【００３２】
Step313 …学習エリアが切替わったか否かを判定する。切替わっている時はStep314 へ進み、切替わっていない時はStep315 へ進む。
Step314 …制御モデルあるいは学習エリアが切替わったことにより、イニシャルSW：INT.SWをセットする（INT.SW＝１）。
Step315 …制御モデルと学習エリアが共に切替わっていないので、INT.SWをクリア（INT.SW＝０）して、Step316 へ進む。
Step316 …排気Ｏ2 濃度F/B 許可フラグ：XFB の状態からF/B が許可されているか否かを判定する。許可されていない時はStep317 へ進み、許可されている時はStep318 へ進む。
【００３３】
Step317 …F/B 補正量：IEO2FBをクリア（IEO2FB＝０）し、補正を禁止する。
Step318 …イニシャルSW：INT.SWの状態から制御イニシャライズの要求があるか否かを判定する。要求がある時（INT.SW＝１）はStep319 へ進み、要求が無い時（INT.SW＝０）はStep320 へ進む。
Step319 …今回の補正量を新たに計算せず、前回の補正量をホールドする。
これは、制御モデルの切替え時or学習エリアの切替え時に、誤計算による補正量の設定ミスを防止するためである。
【００３４】
Step320 〜333 …Step316 でF/B が許可され、且つStep318 で制御イニシャライズの要求が無ければ、通常のF/B 条件となる。そこで、制御モデル選択No：NMDLに指示された制御モデルと、予め実験にて応答性、収束性を適合した制御モデルに対応する補正ゲインを選択する。
Step334 …Step320 〜333 で選択された制御モデルにより次回の排気Ｏ2 濃度を予測し、目標値に収束させるためのＥＧＲＶ１０の状態補正量：IEO2FBB を計算する。その手法は、過去からの排気Ｏ2 濃度とＥＧＲＶ操作量のデータより複数の過去のデータ毎に補正ゲインで重み付けし、下記に示す状態量補正制御式より算出する（図１６参照）。
【００３５】
IEO2FBB ＝K1・RO2 ＋K2・IEO2FB(i-1) ＋K3・IEO2FB(i-2) ＋…＋KL・IEO2FB(i-L)
K1、K2、K3…KL：補正ゲイン、この補正ゲインは、ムダ時間／１６ms個分設定される。
Step335 …制御式の積分補正量：ZIを以下の式より計算する。
ZI＝ZI(i-1) ＋Ka（RO2TRG−RO2)
Ka：補正ゲイン（K1〜KLと同様に、制御モデルに対応させて求める）
【００３６】
Step336 …状態補正量：IEO2FBB に積分補正量：ZIを加算して最終F/B 補正量：IEO2FBを計算する。
IEO2FB＝IEO2FBB ＋ZI
Step337 …Step336 で算出した最終F/B 補正量：IEO2FBの上下限ガードを行い、本ルーチンを終了する。
IEMIN ＜IEO2FB＜IEMAX
IEMIN ：下限ガード値、IEMAX ：上限ガード値
【００３７】
続いて、ベースルーチンのStep400 に記載したF/B 補正量の学習方法を図１７に示すサブルーチン及び図１９に示すタイムチャートを基に説明する。
本ルーチンは１６ms毎に実行される。
Step401 …Ｏ2 センサ１５から実排気Ｏ2 濃度：RO2 を読み込み、並びに図５のサブルーチンで算出した目標排気Ｏ2 濃度：RO2TRGを読み込む。
Step402 …RO2 とRO2TRGとの間に下記の関係が成立するか否かを判定する。
RO2 ＜RO2TRG−γ
この関係が成立しない時はStep403 へ進み、成立する時はStep404 へ進む。
【００３８】
Step403 …RO2 とRO2TRGとの間に下記の関係が成立するか否かを判定する。
RO2 ＞RO2TRG＋γ
この関係が成立しない時はStep405 へ進み、成立する時はStep404 へ進む。
上記のStep402 及びStep403 の処理は、RO2 が目標値：RO2TRGに収束しているか否かを判断するもので、Step402 またはStep403 の判定結果がＹＥＳの場合は、RO2 が目標値：RO2TRGに収束していないと判断できる。
【００３９】
一方、Step402 とStep403 の判定結果が共にＮＯの場合は、以下の関係が成立するので、RO2 が目標値：RO2TRGに収束していると判断できる（図１９参照）。
(RO2TRG −γ) ≦RO2 ≦(RO2TRG ＋γ)
なお、“γ”はRO2 の目標値への収束を判定する値であり、例えば目標値：RO2TRGの０．３％の値である。
Step404 …学習条件カウンタ：CLEARNをクリアする（CLEARN＝０）。
【００４０】
Step405 …CLEARNをインクリメントする（CLEARN＝CLEARN＋１）。
Step406 …CLEARNが判定値より小さいか否かを判定する。
CLEARNが判定値より小さい時はStep407 へ進み、大きい時はStep408 へ進む。
このStep406 の処理は、RO2 が目標値：RO2TRGへ収束してから任意の時間（本実施例では１０００ms）経過したか否かを判断するものである。そこで、１０００msをカウントするために、本ルーチンが１６ms毎に繰り返し実行されることから、判定値を“６３”（１０００ms÷１６ms≒６３）とした。
【００４１】
Step407 …学習許可SW：LEARN.SWをクリアする（LEARN.SW＝０）。
Step408 …学習条件カウンタCLEARNを“６３”にセットする。
Step409 …LEARN.SW＝１として、学習を許可する。
Step410 …回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆを読み込む。
Step411 …Ｎｅ、Ｑｆをパラメータとして、図１８に示す学習領域マップより学習領域No：NLEARNを検索する。例えば、Ｎｅ＝１２００rpm 、Ｑｆ＝９mm3/stであれば、NLEARN＝６である。
【００４２】
Step412 …F/B 許可フラグXFB が許可状態か否かを判定する。
許可状態（XFB ＝１）の時はStep413 へ進み、許可禁止状態（XFB ＝０）の時はStep415 へ進む。
Step413 …学習許可SW：LEARN.SWが許可状態か否かを判定する。
許可状態（LEARN.SW＝１）の時はStep414 へ進み、許可禁止状態（LEARN.SW＝０）の時はStep415 へ進む。
Step414 …F/B 補正量：IEO2FBを学習する。
このIEO2FBの学習は、学習領域No：NLEARNに対応したメモリ：IELEARN(X)に、その時のF/B 補正量：IEO2FBの値を格納する。例えば、NLEARN＝６であれば、メモリ：IELEARN(6)にIEO2FBの値を格納する。
【００４３】
Step415 …イニシャライズSW：INT.SWが許可状態か否かを判定する。
許可状態（INT.SW＝１）の時はStep416 へ進み、許可禁止状態（INT.SW＝０）の時は本ルーチンを終了する。
Step416 …学習領域No：NLEARNに対応したメモリ：IELEARN(X)より学習値を読み出し、学習値：IELEARN とする。
ここで、INT.SW＝１の条件とは、上述したStep311 〜319 に示す様に、制御モデルまたは学習領域が前回（１６ms前）と切替わった時に制御をイニシャライズする。
【００４４】
続いて、ベースルーチンのStep500 に記載した最終ＥＧＲＶ操作量の算出手順を図２０に示すサブルーチンを基に説明する。
本ルーチンは１６ms毎に実行される。
Step501 …F/B 補正量：IEO2FBを読み込む。
Step502 …学習値：IELEARN を読み込む。
Step503 …基本ＥＧＲＶ操作量：IEBSE を読み込む。
Step504 …Step501 〜503 で読み込んだ各値の総和を算出して最終ＥＧＲＶ操作量：IEFIN とする。
IEFIN ＝IEBSE ＋IEO2FB＋IELEARN
最終ＥＧＲＶ操作量：IEFIN を算出した後、本ルーチンを終了する。
【００４５】
次に、本実施例の作用及び効果を図２１に示すタイムチャートを用いて説明する。
加速時においては、アクセルを踏み込むことで、図中（ａ）に示す様にアクセル開度が変化する。これに連動して、一般的に、アクセル開度、回転数Ｎｅのパラメータより燃料噴射量Ｑｆは上昇する（ｃ）。
この時、回転数Ｎｅは走行抵抗、ディーゼル機関１の容量等により、急激には上昇できず、徐々に上昇し始める（ｂ）。
【００４６】
燃料噴射量Ｑｆの急激な上昇に対し、Ａ／Ｆ過濃を防止するために（Ａ／Ｆ過濃は、不完全な燃焼によるスモークの増大を発生させる）、ＥＧＲＶ１０を閉操作し、ＥＧＲ量を急減させた分、新気吸入量を増大させたいが、従来の排気Ｏ2 F/B による制御では、Ｏ2 センサ１５で検出される排気Ｏ2 濃度の変化を待ってＥＧＲ量を補正しているため、新気吸入量は燃料の立ち上がりに比べて遅れ（ｆ）、スモークが発生する（ｇ）。なお、定常状態においては、目標排気Ｏ2 濃度に収束できるメリットはあるが、過渡時には遅れが大きくスモークの発生が大となる。
【００４７】
これに対し、本ＥＧＲ制御システムでは、ＥＧＲＶ１０の動作に伴う排気Ｏ2 濃度の変化を運転域毎に的確に予想してＥＧＲ量を補正している（ｅ）ので、定常時はもちろん、過渡時においても新気吸入量の立ち上がりが早くなり（ｆ）、排気Ｏ2 濃度を所定の目標値に素早く収束させることができる（ｄ）。その結果、高応答、高精度なＥＧＲ制御を実現でき、従来制御と比較してスモークの発生を大幅に低減できる（ｇ）。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＧＲ制御システムの構成図である。
【図２】ＥＧＲ制御システムの制御ブロック図である。
【図３】制御プログラムにおけるベースルーチンのフローチャートである。
【図４】基本ＥＧＲＶ操作量の算出手順を示すフローチャートである。
【図５】目標排気Ｏ2 濃度の算出手順を示すフローチャートである。
【図６】排気Ｏ2 F/B 補正量の算出手順を図式化したブロック図である。
【図７】排気Ｏ2 F/B 補正量の算出手順を示すフローチャートである。
【図８】排気Ｏ2 F/B 補正量の算出手順を示すフローチャートである。
【図９】ＥＧＲＶの特性図である。
【図１０】ＥＧＲＶの閉側における制御モデルの設定テーブルである。
【図１１】ＥＧＲＶの開側における制御モデルの設定テーブルである。
【図１２】負圧制御式ＥＧＲ制御弁の構成図（ａ）と特性図（ｂ）、（ｃ）である。
【図１３】ＥＧＲ率と排気Ｏ2 濃度との関係図である。
【図１４】ＥＧＲＶ操作量に対するセンサ出力の遅れを伝達関数で表すモデル図である。
【図１５】伝達関数を表すムダ時間と時定数の機関特性図である。
【図１６】状態量補正を説明するための補足図である。
【図１７】学習制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】学習領域の設定マップである。
【図１９】学習方法のタイムチャートである。
【図２０】最終ＥＧＲＶ操作量の算出手順を示すフローチャートである。
【図２１】本システムの制御タイムチャートである。
【符号の説明】
１ ディーゼル機関
２ 排気管（排気通路）
３ 吸気管（吸気通路）
４ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
５ ＥＧＲ制御弁
８ ＥＣＵ（制御手段）
（Step309 、310 …モデル設定手段）
（Step334 〜337 …補正量算出手段）
（Step402 〜408 …収束判定手段）
（Step414 …補正量学習手段）
（Step415 …モデル判定手段）
１５ Ｏ2 センサ
Claims (6)
- ディーゼル機関の吸気通路と排気通路とを連通する排気還流通路と、
この排気還流通路を流れるＥＧＲガス量を調節できるＥＧＲ制御弁と、
前記排気通路内の排気Ｏ２濃度を検出するＯ２センサと、
このＯ２センサで検出される排気Ｏ２濃度が目標値に収束する様に、前記ＥＧＲ制御弁をフィードバック制御する制御手段とを備えたディーゼル機関のＥＧＲ制御装置であって、
前記制御手段は、
前記ＥＧＲ制御弁の開閉動作に伴って変化する排気Ｏ２濃度の挙動を前記Ｏ２センサで検出するまでに生じる時間的な遅れを、閉側へ操作する時、及び開側へ操作する時に、それぞれ前記ＥＧＲ制御弁の操作方向に応じてモデル化するモデル設定手段と、
このモデル設定手段で設定されたモデルを用いて、前記ディーゼル機関の運転状態に対応した前記ＥＧＲ制御弁の操作量に対して発生する排気Ｏ２濃度の予測値を求め、その予測値と前記目標値との偏差から前記ＥＧＲ制御弁の補正量を算出する補正量算出手段とを有し、
前記ＥＧＲ制御弁の操作量と前記補正量算出手段で算出された補正量に基づいて前記ＥＧＲ制御弁をフィードバック制御することを特徴とするディーゼル機関のＥＧＲ制御装置。 - 請求項１に記載したディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、
前記補正量算出手段は、前記モデル設定手段で設定されたモデルを用いた状態量フィードバックにより前記ＥＧＲ制御弁の補正量を算出することを特徴とするディーゼル機関のＥＧＲ制御装置。 - 請求項１または２に記載したディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、
前記モデル設定手段は、前記時間的な遅れをムダ時間と時定数とで表される伝達関数としてモデル化することを特徴とするディーゼル機関のＥＧＲ制御装置。 - 請求項１〜３に記載した何れかのディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、
前記モデル設定手段は、前記ディーゼル機関の回転数による運転域毎に対応したモデルを設定していることを特徴とするディーゼル機関のＥＧＲ制御装置。 - 請求項４に記載したディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、
前記モデル設定手段は、前記ディーゼル機関の回転数が低い運転域より、回転数が高い運転域の方が、モデル化された遅れ時間が短く設定されることを特徴とするディーゼル機関のＥＧＲ制御装置。 - 請求項１〜５に記載した何れかのディーゼル機関のＥＧＲ制御装置において、
前記制御手段は、
前記ディーゼル機関の運転域毎に排気Ｏ ２ 濃度が目標値に収束したことを判定する収束判定手段と、
この収束判定手段の情報から排気Ｏ ２ 濃度が目標値に収束したと判断した時に、その時の運転状態の基で算出された前記ＥＧＲ制御弁の補正量を、その時の運転域に対応したメモリに記憶する補正量学習手段と、
前記ディーゼル機関の運転域毎に設定されているモデルが切り替わったか否かを判定するモデル判定手段とを具備し、
前記モデル判定手段の情報からモデルが切り替わったと判断した時は、切り替わった後の運転域に対応するメモリに前回記憶された補正量を前記補正量学習手段より読み出し、その補正量に基づいて前記ＥＧＲ制御弁をフィードバック制御することを特徴とするディーゼル機関のＥＧＲ制御装置。
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