JP2014101862A - 内燃機関の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非過給運転領域での燃費性能を維持しつつ、加速性能を向上させる。
【解決手段】過給機のタービン３２ｃ，３２ｄを迂回するバイパス通路３３が設けられており、そのバイパス通路３３にはウエストゲートアクチュエータ３３ｂにてバイパス通路３３の流路面積が調整されるウエストゲートバルブ３３ａが設けられている。非過給運転領域での運転の際には、インテークマニホールド２２の圧力（Ｐｂ）と大気圧（Ｐ１）との比が閾値よりも低い場合に、ウエストゲートバルブ３３ａの開度を全閉にする。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置および制御方法に関し、特に、例えば過給機を搭載する内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関（以下、エンジンとする。）の出力を向上させること等を目的として、排気ガスでタービンを回転させて動かす過給機をエンジンの吸気路に搭載するターボチャージャーが知られている。なお、以下では、過給機による過給を行っている運転領域を過給運転領域と呼び、過給機による過給を行っていない運転領域を非過給運転領域と呼ぶ。

ターボチャージャーにおいては、エンジンが高回転、高負荷の状態では、必要以上に過給圧が増加してエンジンを破損させる恐れがある。そのため、通常、タービン上流に、排気バイパス通路を設けている。排気バイパス通路には、ウエストゲートバルブ（以下、ＷＧＶとする。）が設けられている。ＷＧＶは、排気路内を流れる排ガスの一部を排気バイパス通路へと分流させて、排ガスのタービンへの流入量を調節する。これにより、エンジンの吸気路の圧力（過給圧）が、適正レベルに制御される。

一般に、ＷＧＶは正圧式アクチュエータを用いて駆動される。エンジンの吸気路（特に圧力が上昇するスロットルバルブ上流部）とウエストゲートアクチュエータ（以下、ＷＧＡとする。）とが接続されており、エンジンの吸気路の圧力が大気圧より大きくなるとＷＧＡの動作が可能となる仕組みである。通常、ＷＧＡの動作が可能となるまではバイパス弁であるＷＧＶは全閉の位置で保持されている。

排気路内に設けられているタービンは、燃焼室から排出された排ガスの通路を阻害するため、排気圧力が上昇する要因となる。排気圧力が上昇するほど、排気損失が大きくなり、エンジンの効率が低下する。

従来の構成では、エンジンの吸気路の圧力が高まらなければ、ＷＧＶの開度を操作することができなかった。そのため、非過給運転領域等の吸気路の圧力が所定値以下のとき、ＷＧＶの開度変更要求がきても操作はできなかった。そのため、エンジンの効率の低下が生じていた。

そこで、近年、ＷＧＡを電動化して、吸気路の圧力によらず、必要なときにＷＧＶを操作することが可能なシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

非過給運転領域でＷＧＶを開く事により、排気損失を低減する事が可能となるため、エンジン効率が良くなり、燃費が向上する。しかしながら、排気圧力の低下に伴いタービン回転速度も低下するため、その後に加速要求があった時の過給遅れ（ターボラグ）が長くなり、エンジンの加速性能が悪化するという問題が生じる。

そこで従来の技術の一つは、非過給運転領域においては、ＷＧＶ開度を約２０％（ＷＧＶ開度：全閉＝０％，全開＝１００％）とし、アクセル信号を用いた加速要求に伴いＷＧＶを全閉にする事により、燃費の改善を図りつつ、加速時の過給圧応答（加速応答性）を確保する。

特開２００６−２７４８３１号公報

特許文献１の方法では、非過給運転領域の中でも、エンジン負荷の低い領域においては、ＷＧＶを２０％開いていることにより、加速時の加速応答性を悪化させるという問題点があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、燃費性能を維持しつつ、加速性能を向上させることが可能な、内燃機関の制御装置および制御方法を得ることを目的とする。

本発明は、内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関は、前記内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記吸気路の前記スロットルバルブの上流に設けられ、前記タービンと一体に回転する圧縮機と、を有する過給機と、前記タービンを迂回して前記排気路に形成されたバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、前記ウエストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウエストゲートバルブ駆動部と、前記スロットルバルブの下流に設けられたインテークマニホールドの圧力を検出するインテークマニホールド圧力検出部と、前記内燃機関の外部の大気圧力を検出する大気圧力検出部と、運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出部と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサとを備え、前記制御装置は、前記アクセル操作量と前記エンジンの回転数とに基づいて、前記運転者が要求する運転領域が、過給運転領域か非過給運転領域かを判定する運転領域判定部と、前記運転領域が非過給運転領域の場合に、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が閾値より低いか否かを判定するＰｂ／Ｐ１比較部と、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比に基づいて、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を算出するＷＧＶ開度算出部と、前記ＷＧＶ開度算出部により算出された目標開度に基づいて、前記ウエストゲートバルブの開度を調整するＷＧＶ開度調整部とを備え、前記ＷＧＶ開度算出部は、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が閾値より低い場合に、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を全閉と算出する内燃機関の制御装置である。

本発明は、内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関は、前記内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記吸気路の前記スロットルバルブの上流に設けられ、前記タービンと一体に回転する圧縮機と、を有する過給機と、前記タービンを迂回して前記排気路に形成されたバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、前記ウエストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウエストゲートバルブ駆動部と、前記スロットルバルブの下流に設けられたインテークマニホールドの圧力を検出するインテークマニホールド圧力検出部と、前記内燃機関の外部の大気圧力を検出する大気圧力検出部と、運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出部と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサとを備え、前記制御装置は、前記アクセル操作量と前記エンジンの回転数とに基づいて、前記運転者が要求する運転領域が、過給運転領域か非過給運転領域かを判定する運転領域判定部と、前記運転領域が非過給運転領域の場合に、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が閾値より低いか否かを判定するＰｂ／Ｐ１比較部と、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比に基づいて、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を算出するＷＧＶ開度算出部と、前記ＷＧＶ開度算出部により算出された目標開度に基づいて、前記ウエストゲートバルブの開度を調整するＷＧＶ開度調整部とを備え、前記ＷＧＶ開度算出部は、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が閾値より低い場合に、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を全閉と算出する内燃機関の制御装置であるので、燃費性能を維持しつつ、加速性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態１による内燃機関およびその制御装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の処理の流れを示したフローチャートである。 本発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置における運転領域を示した図である。 本発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置におけるＰ２／Ｐ１制限値の設定例を示す図である。 本発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置における燃費性能の悪化度合いが１％未満の領域を示した図である。 本発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置における、非過給運転領域から過給運転領域へ加速操作を行った際の加速応答性能の比較を示した図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１は、実施の形態１における内燃機関（エンジン）およびその制御装置の概略構成を示す図である。

エンジン１０は、複数の燃焼室１１を有している。エンジン１０には、インテークマニホールド２２を介して、吸気路２０と排気路３０とが接続されている。排気路３０には、ターボチャージャー３２のタービンハウジング３２ｃが設けられている。排気路３０におけるタービンハウジング３２ｃよりも上流の部位（以下、単に、「上流の部位」という。）は、排気路３０におけるタービンハウジング３２ｃよりも下流の部位（以下、単に、「下流の部位」という。）と、バイパス通路３３により連結されている。排気ガスの一部は、タービンハウジング３２ｃを迂回して、バイパス通路３３内を流れる。また、「上流の部位」とバイパス通路３３との接続部には、バイパス通路３３の流路面積の調整が可能なウエストゲートバルブ（以下、ＷＧＶとする。）３３ａが設けられている。ＷＧＶ３３ａは、ウエストゲートアクチュエータ（以下、ＷＧＡとする。）３３ｂにて駆動される。また、「下流の部位」とバイパス通路３３との接続部よりも下流側に、触媒３１が設けられている。

吸気路２０には、ターボチャージャー３２の圧縮機ハウジング３２ａが設けられ、圧縮機ハウジング３２ａの下流にはインタークーラー２１が設けられている。インタークーラー２１より下流側の吸気路２０にはスロットルバルブ（以下、ＴＨＶとする。）２３が設けられている。吸気路２０はインテークマニホールド２２を介してエンジン１０へ接続される。

ＴＨＶ２３はスロットルモータ２３ａにより開閉が行われ、ＴＨＶ２３の開度はスロットルポジションセンサ（以下、ＴＰＳとする。）２３ｂにて出力される。

吸気路２０において、圧縮機ハウジング３２ａからスロットルバルブ２３までの間に、吸気路２０内のスロットル上流圧力（以下、Ｐ２とする。）を検出するＰ２センサ４１が取り付けられている。また、インテークマニホールド２２には、インテークマニホールドの圧力（以下、Ｐｂとする）を検出するＰｂセンサ４２が取り付けられている。

エンジン１０の外部には、大気圧力（以下、Ｐ１とする。）を検出するためのＰ１センサ４３が設けられている。しかしながら、運転条件によるＰｂやＰ２の値からＰ１の値が推定可能であれば、Ｐ１は検出せずに推定値を用いてもよい。

ターボチャージャー３２においては、タービンハウジング３２ｃとその内部に設けられたタービンホイール３２ｄとにより遠心式タービンが構成される。また、圧縮機ハウジング３２ａとその内部に設けられた圧縮機ホイール３２ｂとにより遠心式圧縮機が構成される。タービンホイール３２ｄと圧縮機ホイール３２ｂとはタービンシャフト３２ｅにより連結され、排気ガスによってタービンホイール３２ｄが回転駆動されたとき、圧縮機ホイール３２ｂも同時に回転駆動され、吸気路２０内の吸気を過給するようになっている。このように、遠心式タービン（３２ｃ，３２ｄ）と遠心式圧縮機（３２ａ，３２ｂ）は、過給機を構成している。

また、エンジン１０には、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵとする。）５０が併設されている。ＥＣＵ５０には、クランク回転速度（以下、Ｎｅとする。）を検出するＮｅセンサ４０、運転者のアクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサ（以下、ＡＰＳとする。）４４、および、水温、吸気温、および、車速等をそれぞれ検出する各種センサ（図示せず）からの出力信号（以下、検出信号とする。）が入力される。スロットルモータ２３ａ、および、ＷＧＡ３３ｂ等のアクチュエータは、ＥＣＵ５０によって駆動制御されている。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン１０の運転状態に対するエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ５０には、上述した複数のセンサからの検出信号がそれぞれ入力され、随時入力されるそれらの検出信号に基づいて、燃料噴射量や点火時期等を算出し、燃料噴射装置や点火装置等の駆動を実施する。

また、ＥＣＵ５０は、スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）２３ｂを含む各種センサからの検出信号に基づいて、運転者が要求するエンジン出力を算出する事により、目標スロットル開度を算出する。ＥＣＵ５０は、その目標スロットル開度に基づいてスロットルモータ２３ａを駆動することにより、スロットルバルブ（ＴＨＶ）２３の開度を調整する。更に、ＥＣＵ５０は、スロットル開度制御に並行して、その都度要求されるＷＧＶ開度となるようにＷＧＶ開度制御を実施する。前記スロットル開度制御とＷＧＶ開度制御とにより、運転者が要求するエンジン出力が実現される。

ところで、前述の通り、非過給運転領域においてはＷＧＶ３３ａを開く事により排気損失を下げて燃費改善を行う事が可能である。バイパス通路３３の流路面積が大きいほど、その排気損失の低減効果は大きくなるため、ＷＧＶ３３ａが全開の状態が燃費改善における最善の状態と考えられる。そのため、非過給運転領域においては、ＷＧＶ３３ａを閉じ側に変化させるに従い、燃費は悪化する傾向を示す。

図６において、横軸をＮｅ、縦軸をＰｂ／Ｐ１とする。上述のように、非過給運転領域においては、ＷＧＶ３３ａを全開にした状態が、燃費改善における最善の状態と考えられる。そのため、図６では、ＷＧＶ３３ａを全開にした状態で運転した時の燃費性能を基準として、ＷＧＶ３３ａの開度を変更させる（２０％，１０％，全閉）事による燃費性能の悪化度合いを計測し、ＷＧＶ３３ａの各開度における燃費性能の悪化度合いが１％未満の領域を示したものである。ＷＧＶ３３ａの開度を２０％にした状態で運転させた場合、実線Ｌ６２が燃費性能が１％悪化する境界線となり、その境界線に囲まれた領域Ａ６２は燃費性能の悪化が１％より少ない運転領域となる。ＷＧＶ３３ａの開度を１０％にした状態にして同様の計測を行った際の境界線は実線Ｌ６１であり、燃費性能の悪化が１％より少ない運転領域はＡ６１である。また、ＷＧＶ３３ａを全閉にして同様の計測を行った際の境界線は実線Ｌ６０であり、燃費性能の悪化が１％より少ない運転領域はＡ６０である。

図６の計測結果より、非過給運転領域においては、ＷＧＶ３３ａを閉じる事により燃費性能の悪化傾向を示すものの、負荷の低い運転領域では、ＷＧＶ３３ａを全閉にした場合であっても、燃費性能への影響は無い、もしくは、影響が少ない事がわかる。これは、タービンホイール３２ｄは排気路３０中に設けられているため、ＷＧＶ３３ａが全閉の場合には、タービンホイール３２ｄが排気ガスの通過を阻害するものの、タービンハウジング３２ｃの内壁とタービンホイール３２ｄとの隙間面積等のターボチャージャー３２の特性の影響により、排気ガス流量の少ない領域では排気ガス通過の阻害度合いも少なく、排気損失への影響が少ない事を示している。

さらに、図７は、非過給運転領域から過給運転領域へ加速操作を行った際の、非過給運転領域におけるＷＧＶ３３ａの開度の状態における加速応答性能の比較である。図７（ａ）においては、横軸を時刻、縦軸をエンジン１０の出力としている。図７（ｂ）においては、横軸を時刻、縦軸をＴＨＶ開度としている。図７（ｃ）においては、横軸を時刻、縦軸をＷＧＶ開度としている。

図７において、タイミングｔ１以前では、エンジン１０は非過給運転領域にて運転をしており、タイミングｔ１にて、ＥＣＵ５０により、ＴＨＶ２３、および、ＷＧＶ３３ａの操作が行われ、エンジン１０は過給運転領域への加速が行われる。タイミングｔ１以前の非過給運転領域での運転条件は、ＷＧＶ３３ａ開度による燃費性能への影響が１％未満であり、図６におけるＡ６０の領域とする。ここで、非過給運転領域における、ＷＧＶ３３ａの開度の４条件（全閉、２０％、４０％、および、全開）における加速応答性能の比較を行う。なお、これらの４条件において、タイミングｔ１以降のＷＧＶ３３ａの開度は全閉である。

たとえば、非過給運転領域のＷＧＶ３３ａの開度が全開からの加速を行う場合、タイミングｔ１にて加速操作が行われるため、ＴＨＶ２３はエンジン１０への吸入空気量を増加させるために開く事になり、その際のＴＨＶ２３の挙動は、図７（ｂ）のＬ７２によって示される。タイミングｔ１でのＴＨＶ開動作にあわせて、図７（ｃ）のＬ７３３で示すとおり、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３３ａを全開から全閉へ操作する。これにより、エンジン１０への吸入空気量が増加し、その結果、エンジン１０の出力がＰ７１からＰ７２まで徐々に上昇するが、その際のエンジン出力挙動は、図７（ａ）のＬ７１３で示される。

非過給運転領域のＷＧＶ３３ａの開度が４０％からの加速を行う場合も、同じエンジン出力Ｐ７１およびＰ７２を実現させるための空気量は同じであるため、ＴＨＶ２３の挙動は前述同様のＬ７２を示す。ＷＧＶ３３ａの挙動は、図７（ｃ）のＬ７３２にて示され、タイミングｔ１までの開度は４０％であり、ｔ１以降の開度は全閉になる。この加速操作におけるエンジン１０の出力挙動はＬ７１２にて示され、非過給運転領域のＷＧＶ３３ａの開度が全開からの加速に比べて、加速応答性能が早くなっている事がわかる。

非過給運転領域のＷＧＶ３３ａの開度が２０％からの加速を行う場合も、同じエンジン出力Ｐ７１およびＰ７２を実現させるための空気量は同じであるため、ＴＨＶ２３の挙動は前述同様のＬ７２を示す。ＷＧＶ３３ａの挙動は、図７（ｃ）のＬ７３１にて示され、タイミングｔ１までの開度は２０％であり、ｔ１以降の開度は全閉になる。この加速操作におけるエンジン１０の出力挙動はＬ７１１にて示され、非過給運転領域のＷＧＶ３３ａの開度が４０％からの加速に比べて、加速応答性能が早くなっている事がわかる。

非過給運転領域のＷＧＶ３３ａの開度が全閉からの加速を行う場合も、同様にＴＨＶ２３の挙動は前述同様のＬ７２を示す。ＷＧＶ３３ａの挙動はＬ７３０にて示され、タイミングｔ１までの開度、および、ｔ１以降の開度は、常に、全閉になる。この加速操作におけるエンジン１０の出力挙動はＬ７１０にて示され、非過給運転領域を運転中のＷＧＶ３３ａの開度が２０％からの加速に比べて、加速応答性能が早くなっている事がわかる。すなわち、全閉からの加速を行う場合が、最も、加速応答性能が良い。

図７に示すこれらの結果は、非過給運転領域のＷＧＶ３３ａの開度状態による燃費性能への影響が少ない場合であっても、ＷＧＶ３３ａの開度状態によりタービンホイール３２ｄへ流れる排気流量が異なるため、非過給運転領域のタービンホイール３２ｄの回転速度は異なり、非過給運転領域のＷＧＶ３３ａの開度状態による加速時の過給応答性への影響が生じている事を示している。

次に、ＥＣＵ５０により実現される制御内容について、図２を用いて説明する。図２はＥＣＵ５０による非過給運転領域でのＷＧＶ制御機能を実施する構成を示すブロック図である。

ＥＣＵ５０は、要求出力算出部２０１、目標Ｐｂ／Ｐ１算出部２０２、Ｐ２／Ｐ１制限値算出部２０３、Ｐｂ／Ｐ１閾値算出部２０４、Ｐｂ／Ｐ１算出部２０５、Ｐ２／Ｐ１算出部２０６、運転領域判定部２０７、減速燃料カット判定部２０８、Ｐｂ／Ｐ１比較部２０９、Ｐ２／Ｐ１比較部２１０、ＷＧＶ開度全閉運転判定部２１１、ＷＧＶ開度Ｐ２／Ｐ１制限運転判定部２１２、ＷＧＶ開度算出部２１３、および、ＷＧＶ開度調整部２１４を備えている。以下、各部について説明する。

要求出力算出部２０１は、Ｎｅセンサ４０およびＡＰＳ４４からの検出信号に基づいて、運転者が要求するエンジンの出力（以下、要求エンジン出力とする。）を算出する。算出方法は、所定の数式により演算してもよく、あるいは、Ｎｅとアクセル操作量の値ごとに要求エンジン出力の値を記憶したテーブルを用いて求めるようにしてもよい。

目標Ｐｂ／Ｐ１算出部２０２は、Ｎｅセンサ４０からの検出信号が入力されるとともに、要求出力算出部２０１により算出された要求エンジン出力が入力される。目標Ｐｂ／Ｐ１算出部２０２は、要求エンジン出力と、Ｎｅセンサ４０からの検出信号に基づくエンジンの運転状態とに基づいて、要求エンジン出力を実現させるために必要となる目標Ｐｂ／Ｐ１値を算出する。算出方法は、所定の数式により演算してもよく、あるいは、Ｎｅと要求エンジン出力の値ごとに目標Ｐｂ／Ｐ１の値を記憶したテーブルを用いて求めるようにしてもよい。

運転領域判定部２０７は、目標Ｐｂ／Ｐ１算出部２０２により算出された目標Ｐｂ／Ｐ１値に基づいて、運転者が要求している運転領域が過給運転領域か非過給運転領域かを判定する。具体的には、例えば、目標Ｐｂ／Ｐ１値が閾値（例えば、１．０）よりも小さい場合に、非過給運転領域と判定し、目標Ｐｂ／Ｐ１値が当該閾値以上の場合に、過給運転領域と判定する。

減速燃料カット判定部２０８は、Ｎｅセンサ４０からの検出信号が入力されるとともに、要求出力算出部２０１により算出された要求エンジン出力が入力され、要求エンジン出力と、Ｎｅセンサ４０からの検出信号に基づくエンジン１０の運転状態とに基づいて、減速燃料カット処理の実施中か否かを判定する。なお、減速燃料カット処理とは、クランク回転速度を減速させるとともに、燃料噴射装置からの燃料噴射量を減少させる処理のことである。従って、例えば、クランク回転速度が所定の値以上で、かつ、燃料噴射量が所定の値以下のときに、減速燃料カット処理の実施中であると判定する。

Ｐｂ／Ｐ１閾値算出部２０４は、Ｎｅセンサ４０からの検出信号が入力され、Ｎｅセンサ４０からの検出信号に基づくエンジン１０の運転状態に基づいて、当該運転状態におけるＷＧＶ全閉許可運転領域であるか否かを判定するための閾値を算出する。以下、ＷＧＶ全閉許可運転領域について説明する。ＷＧＶ全閉許可運転領域とは、ＷＧＶ開度を全閉にしても、燃費への影響が無い、もしくは、影響が少ない運転領域のことである。たとえば、図４は、横軸をエンジン１０の運転中のＮｅとし、縦軸をＰｂ／Ｐ１とした場合の各運転領域を示している。Ｐｂ／Ｐ１の値が１．０よりも小さい範囲を非過給運転領域とし、Ｐｂ／Ｐ１の値が１．０以上の範囲を過給運転領域としている。また、非過給運転領域は２つの領域に分けられている。当該２つの領域のうちの１つは、ＷＧＶを全閉にすることが許可されるＷＧＶ全閉許可運転領域であり、他の１つは、ＷＧＶを全閉にすることが許可されないＰ２／Ｐ１制限運転領域である。ＷＧＶ全閉許可運転領域においては、エンジン運転時の負荷が小さいため、ＷＧＶ開度を全閉にしても、燃費への影響が無い、もしくは、影響が少ない。Ｐｂ／Ｐ１閾値算出部２０４は、ＷＧＶ全閉許可運転領域とＰ２／Ｐ１制限運転領域との境界線を、エンジン１０の現在の運転状態におけるＷＧＶ全閉許可運転領域と判定するための閾値として算出する。算出方法としては、例えば、図６に示すような燃費悪化１％未満の領域を示す境界線の値を、ＷＧＶ開度ごとに予め記憶したテーブルを用いて、求めるようにすればよい。

Ｐｂ／Ｐ１算出部２０５は、Ｐｂセンサ４２からのＰｂと、Ｐ１センサ４３からのＰ１とが入力され、ＰｂとＰ１との比（Ｐｂ／Ｐ１）を算出する。

Ｐｂ／Ｐ１比較部２０９は、Ｐｂ／Ｐ１閾値算出部２０４にて算出されたＷＧＶ全閉許可運転領域を判定するための閾値と、Ｐｂ／Ｐ１算出部２０５にて算出されたＰｂ／Ｐ１値とを比較し、エンジン１０の現在の運転状態がＷＧＶ全閉許可運転領域かどうかを判定する。具体的には、Ｐｂ／Ｐ１値が閾値以下のときに、ＷＧＶ全閉許可運転領域と判定し、Ｐｂ／Ｐ１値が閾値より大きいときに、Ｐ２／Ｐ１制限運転領域であると判定する。

ＷＧＶ開度全閉運転判定部２１１は、減速燃料カット判定部２０８にて減速燃料カット処理の実施中と判定された場合、もしくは、Ｐｂ／Ｐ１比較部２０９にてエンジンの運転状態がＷＧＶ全閉許可運転領域と判定された場合に、ＷＧＶ開度全閉運転と判定する。

Ｐ２／Ｐ１制限値算出部２０３は、Ｎｅセンサ４０からの検出信号が入力されるとともに、目標Ｐｂ／Ｐ１算出部２０２にて算出された目標Ｐｂ／Ｐ１値が入力される。Ｐ２／Ｐ１制限値算出部２０３は、目標Ｐｂ／Ｐ１値と、Ｎｅセンサ４０からの検出信号に基づくエンジンの運転状態とに基づいて、非過給運転領域において燃費への影響が少ない（許容される）ターボチャージャー３２による吸気の過給状態となるＰ２／Ｐ１値の制限値を算出する。上述の図６に示した通り、ＷＧＶ開度が全開時の燃費と比較してＷＧＶ開度を全閉にする事により１％以上の燃費の悪化が生じる運転状態であっても、ＷＧＶを少し開く事により同燃費の悪化を１％未満に抑制する事が可能である。この状態であっても、ターボチャージャー３２による吸気の過給は行われているため、ＷＧＶ全閉時に比べ、Ｐ２／Ｐ１の値は小さくなるものの、１．０以上の値となる。たとえば、図５は、エンジン１０の運転中のＮｅを横軸とし、目標Ｐｂ／Ｐ１の値を縦軸とした場合のＰ２／Ｐ１制限値の設定例を示している。図５のテーブルでは、その運転状態における燃費への影響が少ない（許容される）過給状態範囲におけるＰ２／Ｐ１値の最大値を示すＰ２／Ｐ１制限値が設定されている。Ｐ２／Ｐ１制限値算出部２０３は、例えば、図５のテーブルを用いて、Ｐ２／Ｐ１制限値を算出する。

Ｐ２／Ｐ１算出部２０６は、Ｐ２センサ４１からのＰ２と、Ｐ１センサ４３からのＰ１が入力され、Ｐ２とＰ１との比（Ｐ２／Ｐ１）を算出する。

Ｐ２／Ｐ１比較部２１０は、Ｐ２／Ｐ１制限値算出部２０３にて算出されたＰ２／Ｐ１制限値と、Ｐ２／Ｐ１算出部２０６にて算出されたＰ２／Ｐ１値とを比較する。具体的には、Ｐ２／Ｐ１比較部２１０は、Ｐ２／Ｐ１値が、Ｐ２／Ｐ１制限値に所定の不感帯を設けた範囲内であるか、あるいは、Ｐ２／Ｐ１制限値に所定の不感帯を設けた範囲よりも小さいか、または、大きいかを判定する。

ＷＧＶ開度Ｐ２／Ｐ１制限運転判定部２１２は、Ｐ２／Ｐ１比較部２１０での比較結果をもとに、Ｐ２／Ｐ１制限値とＰ２／Ｐ１値との関係によるＷＧＶ３３ｂの開度調整方法の判定を、例えば以下のように行う。
（１）Ｐ２／Ｐ１値が、Ｐ２／Ｐ１制限値に所定の不感帯を設けた範囲内であれば、ＷＧＶ３３ｂの開度を保持すると判定する。
（２）Ｐ２／Ｐ１値が、Ｐ２／Ｐ１制限値に所定の不感帯を設けた範囲よりも小さい場合は、ＷＧＶ３３ｂの開度を、所定量だけ閉じ側に操作すると判定する。
（３）Ｐ２／Ｐ１値が、Ｐ２／Ｐ１制限値に所定の不感帯を設けた範囲よりも大きい場合は、ＷＧＶ３３ｂの開度を、所定量だけ開き側に操作すると判定する。

ＷＧＶ開度算出部２１３は、運転領域判定部２０７の判定結果、ＷＧＶ開度全閉運転判定部２１１の判定結果、および、ＷＧＶ開度Ｐ２／Ｐ１制限運転判定部２１２の判定結果が入力され、それらの判定結果に基づいて、以下のように、ＷＧＶ３３ｂの目標とする開度（以下、ＷＧＶ目標開度とする。）を算出する。
（Ｉ）運転領域判定部２０７の判定結果が非過給運転領域であり、ＷＧＶ開度全閉運転判定部２１１がＷＧＶ全閉許可運転領域と判定している時には、ＷＧＶ３３ｂの目標とする開度を全閉と算出する。
（ＩＩ）運転領域判定部２０７の判定結果が非過給運転領域であり、ＷＧＶ開度全閉運転判定部２１１がＷＧＶ全閉許可運転領域と判定していない時には、ＷＧＶ開度Ｐ２／Ｐ１制限運転判定部２１２の判定結果を用い、
（１）ＷＧＶ３３ｂの開度を保持と判定されていれば、ＷＧＶ目標開度の変更はせず、
（２）ＷＧＶ３３ｂを所定量だけ閉じ側操作と判定されていれば、ＷＧＶ目標開度を所定量閉じ側の値とし、
（３）ＷＧＶ３３ｂを所定量だけ開き側操作と判定されていれば、ＷＧＶ目標開度を所定量開き側の値とする。
ＷＧＶ目標開度は全閉値と全開値にて上下限クリップが行われる。

ＷＧＶ開度調整部２１４は、ＷＧＶ３３ａの開度がＷＧＶ開度算出部２１３にて算出されたＷＧＶ目標開度となるようにＷＧＡ３３ｂを操作する。

次に、ＥＣＵ５０により実現される制御内容について、図３を用いて説明する。図３はＥＣＵ５０による非過給運転領域でのＷＧＶ制御処理を示すフローチャートであり、所定の時間周期で繰り返し実行される。

ステップＳ３０１では、運転領域判定部２０７が、運転者の要求する運転領域が過給運転領域か非過給運転領域かを判定する。過給運転領域であれば、非過給運転領域でのＷＧＶ制御処理は終了となり、非過給運転領域であれば、ステップＳ３０２へ進む。

ステップＳ３０２では、減速燃料カット判定部２０８が、現在の運転状態が減速燃料カット処理中であるかを判定し、減速燃料カット中であればステップＳ３１１へ進み、減速燃料カット中でなければステップＳ３０３へ進む。

ステップＳ３０３では、Ｐｂ／Ｐ１比較部２０９が、現在の運転状態におけるＰｂ／Ｐ１値がＷＧＶ全閉許可運転領域を判定する閾値以下であるかを判定し、当該閾値以下であればステップＳ３１１へ進み、当該閾値以下でなければステップＳ３０４へ進む。

ステップＳ３０４では、Ｐ２／Ｐ１比較部２１０が、現在の運転状態におけるＰ２／Ｐ１値が、その運転状態におけるＰ２／Ｐ１値の最大値を示すＰ２／Ｐ１制限値に所定の不感帯を設けた範囲内であるかを判定し、範囲内であればステップＳ３１２へ進み、範囲内でなければステップＳ３０５へ進む。

ステップＳ３０５では、Ｐ２／Ｐ１比較部２１０が、現在の運転状態におけるＰ２／Ｐ１値が、その運転状態におけるＰ２／Ｐ１値の最大値を示すＰ２／Ｐ１制限値に所定の不感帯を設けた範囲よりも小さいかを判定し、小さければステップＳ３１３へ進み、小さくなければステップＳ３１４へ進む。

ステップＳ３１１では、ＷＧＶ開度算出部２１３が、ＷＧＶ３３ａの目標開度を全閉値とし、ステップＳ３１５へ進む。

ステップＳ３１２では、ＷＧＶ開度算出部２１３が、ＷＧＶ３３ａの目標開度を現在の目標開度から変化をさせず、ステップＳ３１５へ進む。

ステップＳ３１３では、ＷＧＶ開度算出部２１３が、ＷＧＶ３３ａの目標開度を、現在の目標開度から所定量閉じ側に設定し、ステップＳ３１５へ進む。この際のＷＧＶ目標開度がＷＧＶの全閉値よりも小さくなる場合には、ＷＧＶ目標開度は全閉値を設定する。

ステップＳ３１４では、ＷＧＶ開度算出部２１３が、ＷＧＶ３３ａの目標開度を、現在の目標開度から所定量開き側に設定し、ステップＳ３１５へ進む。この際のＷＧＶ目標開度がＷＧＶの全開値よりも大きくなる場合には、ＷＧＶ目標開度は全開値を設定する。

ステップＳ３１５では、ＷＧＶ開度調整部２１４が、ＷＧＶ３３ａの開度がＷＧＶ３３ａの目標開度と一致するように、ＷＧＡ３３ｂを操作する。

以上のように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン１０の吸気路２０に設けられたスロットルバルブ（ＴＨＶ）２３と、エンジン１０の排気路３０に設けられたタービン（３２ｃ，３２ｄ）と、吸気路２０のスロットルバルブ２３の上流に設けられ、タービンと一体に回転する圧縮機（３２ａ、３２ｂ）とを有する過給機と、タービンを迂回するように排気路３０に形成されたバイパス通路３３に設けられたウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３３ａと、ウエストゲートバルブ３３ａを駆動することによりバイパス通路３３の流路断面積を変更するウエストゲートアクチュエータ（ＷＧＡ)３３ｂ（ウエストゲートバルブ駆動部）と、スロットルバルブ２３の下流に設けられたインテークマニホールド２２の圧力を検出するインテークマニホールド圧力センサ４２と、エンジン１０の外部の大気圧力を検出する大気圧力センサ４３と、運転者のアクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサ４４（アクセル操作量検出部）と、エンジン１０の回転数を検出するクランク回転速度センサ４０（回転数センサ）と、アクセル操作量とエンジン１０の回転数とに基づいて、運転者が要求する運転領域が、過給運転領域か非過給運転領域かを判定する運転領域判定部２０７と、運転領域が非過給運転領域の場合に、インテークマニホールド２２の圧力と大気圧との比（Ｐｂ／Ｐ１）が閾値より低いか否かを判定するＰｂ／Ｐ１比較部２０９と、インテークマニホールド２２の圧力と大気圧との比に基づいて、ウエストゲートバルブ３３ａの目標とする開度を算出するＷＧＶ開度算出部２１３と、ＷＧＶ開度算出部２１３により算出された目標開度に基づいて、ウエストゲートバルブ３３ａの開度を調整するＷＧＶ開度調整部２１４とを備え、ＷＧＶ開度算出部２１３は、インテークマニホールド２２の圧力と大気圧との比が閾値より低い場合に、ウエストゲートバルブ３３ａの目標とする開度を全閉と算出する。

このように、非過給運転領域において、ＷＧＶ全閉許可運転領域での運転中にＷＧＶ開度を全閉にする事により、燃費性能を維持しつつ、タービンホイール３２ｄの回転速度も維持出来るため、加速応答性能を確保する事が出来る。

また、その運転状態における燃費への影響が少ない（許容される）過給状態範囲におけるＰ２／Ｐ１値の最大値を示すＰ２／Ｐ１制限値を用いて、その運転状態におけるＰ２／Ｐ１値、つまりは、ターボチャージャー３２による実際の過給状態によりＷＧＶ開度を調整する事により、ターボチャージャー３２の製造上の公差や運転による経年変化等で有する、過給性能の個体差による影響を受けずに、燃費性能を維持しつつ、加速応答性能を確保する事が出来る。

さらには、非過給運転領域において、減速燃料カット中には、ＷＧＶ開度を全閉にする事により、燃費性能への影響を生じさせる事なく、タービンホイール３２ｄの回転速度も維持出来るため、減速燃料カット復帰後の加速応答性能を確保する事が出来る。これによれば、燃費への影響を生じさせる事なく、タービンの回転速度を高く維持する事により燃料カット復帰時の加速性能を確保する事が可能となる。

好ましくは、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３３ａを全閉にする事が許可されない非過給運転領域においては、スロットル上流圧力と大気圧との比が閾値を越さない範囲で、ＷＧＶ３３ａの開度を閉じ側に制御する。これによれば、エンジンが非過給運転領域で、かつ、ＷＧＶ開度を全閉にすると、エンジンの効率（燃費）への影響が生じる、又は、影響が大きい領域では、エンジンに装着されたタービンおよび圧縮機の過給性能の個体差に影響される事無く、燃費への影響を最小限にしつつタービンの回転速度を高く維持する事が可能なＷＧＶ開度に調整する事が可能となる。

１０ エンジン、１１ 燃焼室、２０ 吸気路、２１ インタークーラー、２２ インテークマニホールド、２３ ストッロルバルブ（ＴＨＶ）、２３ａ スロットルモータ、２３ｂ スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）、３０ 排気路、３１ 触媒、３２ ターボチャージャー、３２ａ 圧縮機ハウジング、３２ｂ 圧縮機ホイール、３２ｃ タービンハウジング、３２ｄ タービンホイール、３３ バイパス路、３３ａ ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）、３３ｂ ウエストゲートアクチュエータ（ＷＧＡ）、４０ クランク回転速度センサ、４１ スロットル上流圧力（Ｐ２）センサ、４２ インテークマニホールド圧力（Ｐｂ）センサ、４３ 大気圧力（Ｐ１）センサ、４４ アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）、５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）。

本発明は、内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関は、前記内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記吸気路の前記スロットルバルブの上流に設けられ、前記タービンと一体に回転する圧縮機と、を有する過給機と、前記タービンを迂回して前記排気路に形成されたバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、前記ウエストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウエストゲートバルブ駆動部と、前記スロットルバルブの下流に設けられたインテークマニホールドの圧力を検出するインテークマニホールド圧力検出部と、前記内燃機関の外部の大気圧力を検出する大気圧力検出部と、運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出部と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、前記過給機から前記スロットルバルブまでの間の前記吸気路に設けられ、前記スロットルバルブの上流圧力を検出するスロットル上流圧力検出部とを備え、前記制御装置は、前記アクセル操作量と前記エンジンの回転数とに基づいて、前記運転者が要求する運転領域が、過給運転領域か非過給運転領域かを判定する運転領域判定部と、前記運転領域が非過給運転領域の場合に、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が閾値以下か否かを判定するインテークマニホールド圧力／大気圧比較部と、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が前記閾値以下か否かの判定結果に基づいて、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を算出するＷＧＶ開度算出部と、前記ＷＧＶ開度算出部により算出された目標開度に基づいて、前記ウエストゲートバルブの開度を調整するＷＧＶ開度調整部とを備え、前記非過給運転領域は、前記ウエストゲートバルブを全閉にする事が許可される第１の領域と、前記ウエストゲートバルブを全閉にする事が許可されない第２の領域とを含み、前記ＷＧＶ開度算出部は、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が前記閾値以下の場合を前記第１の領域とし、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が前記閾値より大きい場合を前記第２の領域として、前記第１の領域においては、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を全閉とし、前記第２の領域においては、前記スロットルバルブの上流圧力と前記大気圧との比が制限値を越さない範囲で、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を所定量閉じ側の値とする内燃機関の制御装置である。

本発明は、内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関は、前記内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記吸気路の前記スロットルバルブの上流に設けられ、前記タービンと一体に回転する圧縮機と、を有する過給機と、前記タービンを迂回して前記排気路に形成されたバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、前記ウエストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウエストゲートバルブ駆動部と、前記スロットルバルブの下流に設けられたインテークマニホールドの圧力を検出するインテークマニホールド圧力検出部と、前記内燃機関の外部の大気圧力を検出する大気圧力検出部と、運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出部と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサと、前記過給機から前記スロットルバルブまでの間の前記吸気路に設けられ、前記スロットルバルブの上流圧力を検出するスロットル上流圧力検出部とを備え、前記制御装置は、前記アクセル操作量と前記エンジンの回転数とに基づいて、前記運転者が要求する運転領域が、過給運転領域か非過給運転領域かを判定する運転領域判定部と、前記運転領域が非過給運転領域の場合に、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が閾値以下か否かを判定するインテークマニホールド圧力／大気圧比較部と、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が前記閾値以下か否かの判定結果に基づいて、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を算出するＷＧＶ開度算出部と、前記ＷＧＶ開度算出部により算出された目標開度に基づいて、前記ウエストゲートバルブの開度を調整するＷＧＶ開度調整部とを備え、前記非過給運転領域は、前記ウエストゲートバルブを全閉にする事が許可される第１の領域と、前記ウエストゲートバルブを全閉にする事が許可されない第２の領域とを含み、前記ＷＧＶ開度算出部は、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が前記閾値以下の場合を前記第１の領域とし、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が前記閾値より大きい場合を前記第２の領域として、前記第１の領域においては、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を全閉とし、前記第２の領域においては、前記スロットルバルブの上流圧力と前記大気圧との比が制限値を越さない範囲で、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を所定量閉じ側の値とする内燃機関の制御装置であるので、燃費性能を維持しつつ、加速性能を向上させることができる。

Claims (4)

1. 内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、
   前記内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、
   前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記吸気路の前記スロットルバルブの上流に設けられ、前記タービンと一体に回転する圧縮機と、を有する過給機と、
   前記タービンを迂回して前記排気路に形成されたバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、
   前記ウエストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウエストゲートバルブ駆動部と、
   前記スロットルバルブの下流に設けられたインテークマニホールドの圧力を検出するインテークマニホールド圧力検出部と、
   前記内燃機関の外部の大気圧力を検出する大気圧力検出部と、
   運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出部と、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサと
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記アクセル操作量と前記エンジンの回転数とに基づいて、前記運転者が要求する運転領域が、過給運転領域か非過給運転領域かを判定する運転領域判定部と、
   前記運転領域が非過給運転領域の場合に、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が閾値より低いか否かを判定するＰｂ／Ｐ１比較部と、
   前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比に基づいて、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を算出するＷＧＶ開度算出部と、
   前記ＷＧＶ開度算出部により算出された目標開度に基づいて、前記ウエストゲートバルブの開度を調整するＷＧＶ開度調整部と
   を備え、
   前記ＷＧＶ開度算出部は、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が閾値より低い場合に、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を全閉と算出する
   内燃機関の制御装置。
2. 前記過給機から前記スロットルバルブまでの間の前記吸気路に設けられ、前記スロットルバルブの上流圧力を検出するスロットル上流圧力検出部をさらに備え、
   前記非過給運転領域は、前記ウエストゲートバルブを全閉にする事が許可される第１の領域と、前記ウエストゲートバルブを全閉にする事が許可されない第２の領域とを含み、
   前記ＷＧＶ開度算出部は、前記第１の領域においては、前記ウエストゲートバルブの目標開度を全閉とし、前記第２の領域においては、前記スロットルバルブの上流圧力と前記大気圧との比が閾値を越さない範囲で、前記ウエストゲートバルブの目標開度を所定量閉じ側の値とする
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記アクセル操作量と前記エンジンの回転数とに基づいて、減速燃料カット処理の実施中か否かを判定する減速燃料カット判定部をさらに備え、
   前記ＷＧＶ開度算出部は、前記減速燃料カット処理の実施時には、前記インテークマニホールド圧力と前記大気圧との比の値に関わらず、前記ウエストゲートバルブの開度を全閉にする
   請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 内燃機関の制御方法であって、
   前記内燃機関は、
   前記内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、
   前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記吸気路の前記スロットルバルブの上流に設けられ、前記タービンと一体に回転する圧縮機と、を有する過給機と、
   前記タービンを迂回して前記排気路に形成されたバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、
   前記ウエストゲートバルブを駆動することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウエストゲートバルブ駆動部と、
   前記スロットルバルブの下流に設けられたインテークマニホールドの圧力を検出するインテークマニホールド圧力検出部と、
   前記内燃機関の外部の大気圧力を検出する大気圧力検出部と、
   運転者のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出部と、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数センサと
   を備えたものであって、
   前記アクセル操作量と前記エンジンの回転数とに基づいて、前記運転者が要求する運転領域が、過給運転領域か非過給運転領域かを判定する運転領域判定ステップと、
   前記運転領域が非過給運転領域の場合に、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が閾値より低いか否かを判定するＰｂ／Ｐ１比較ステップと、
   前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比に基づいて、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を算出するＷＧＶ開度算出ステップと、
   前記ＷＧＶ開度算出ステップにより算出された目標開度に基づいて、前記ウエストゲートバルブの開度を調整するＷＧＶ開度調整ステップと
   を備え、
   前記ＷＧＶ開度算出ステップは、前記インテークマニホールドの圧力と前記大気圧との比が閾値より低い場合に、前記ウエストゲートバルブの目標とする開度を全閉と算出する
   内燃機関の制御方法。

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