JP2014118883A

JP2014118883A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2014118883A
Application number: JP2012274776A
Authority: JP
Inventors: Sho Nakamura; 翔中村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-06-30

Abstract

【課題】２ステージターボシステムを搭載した内燃機関において、ターボモードの変更時に生じるトルク段差を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】ＬＰターボ過給機２０とＨＰターボ過給機２２とが配設された２ステージターボシステムを搭載し、制御モードがターボモード１（低負荷領域）からターボモード２（中負荷領域）へと移行した場合に、ＥＣＶ３８の目標開度を全閉から所定の中間開度へと切り替えるディーゼルエンジン１０において、排気圧Ｐ４及び排気圧Ｐ４の時間微分値ｄＰ４／ｄｔに基づいて、目標開度を全閉から中間開度へと切り替える切替時期を予測し、予測された切替時期に先立って排気切替弁を徐々に開弁するように目標開度を補正する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、詳しくは、複数の過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来、２つの過給機が吸気通路および排気通路に直列に配設された、所謂２ステージターボシステムを搭載した内燃機関の制御装置が知られている。特開２０１０−２３６４４７号公報（以下、特許文献１）に記載されているものも、そのような制御装置の１つである。特許文献１に記載されている制御装置は、排気上流側の第一過給機と排気下流側の第二過給機とで構成された２ステージターボシステムであって、第一過給機をバイパスする排気の流量を排気切替弁（ＥＣＶ）により調整することにより、第一及び第二過給機による過給状態を、第一及び第二過給機による二段過給と主として第二過給機による単段過給との間でターボモードを切り替え可能に構成されている。

ターボモードが二段過給から単段過給に切り替わる際には、第二過給機に送られる排気流量が急変するため、排気圧力の変動によるトルク段差が生じる。上記従来の技術では、排気切替弁を全閉状態から開弁させることで二段過給から単段過給へと切り替える際に、当該排気切替弁の開弁動作前にＥＧＲ弁を全閉或いは可変ノズルを全閉に設定することとしている。これにより、排気切替弁の開弁動作時の過給圧の変動が可及的に抑制され得る。

特開２０１０−２３６４４７号公報

上記先行技術はＥＧＲ弁や可変ノズルの開度制御が排気切替弁の開度制御と同時に行われることを回避する点において、過給圧の制御性向上に一定の効果があるが、排気切替弁の開度を全閉から所定開度へ切り替える際の排気圧力の変化度合を直接的に変えるものではない。このため、上記先行技術は、排気切替弁を切り替えてターボモードを変更する際のトルク段差を抑制する装置としては未だ改善の余地を残すものであった。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、２つのターボ過給機が吸気通路および排気通路に直列に配設された２ステージターボシステムを搭載した内燃機関において、排気切替弁を切り替えてターボモードを変更する際に生じるトルク段差を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気通路に設置された第１のタービンと吸気通路に設置された第１のコンプレッサとを有する第１のターボ過給機と、前記吸気通路における前記第１のコンプレッサよりも下流側に設置された第２のコンプレッサと前記排気通路における前記第１のタービンよりも上流側に設置された第２のタービンとを有する第２のターボ過給機と、前記排気通路から前記第２のタービンをバイパスする排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路の開度を調整可能な排気切替弁と、を備え、内燃機関の運転状態が第１領域から前記第１領域よりも高負荷側の第２領域へと移行した場合に、前記排気切替弁の目標開度を全閉から所定の中間開度へと切り替える内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の排気圧及び排気圧の時間微分値に基づいて、前記目標開度を前記全閉から前記中間開度へと切り替える切替時期を予測する予測手段と、
前記予測手段により予測された切替時期に先立って前記排気切替弁が徐々に開弁されるように前記目標開度を補正する弁開度補正手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記予測手段は、
所定時刻の前記排気圧及び前記時間微分値に基づいて、前記所定時刻より後の所定の将来時刻における排気圧が所定の上限制約に到達するとした場合の前記排気圧及び前記時間微分値の変化経路を時刻毎に記憶する記憶手段と、
前記所定時刻と前記将来時刻との間の所定の判定時刻における前記排気圧及び前記時間微分値が前記変化経路を辿っている場合に、前記将来時刻を前記切替時期として予測する手段と、
を含むことを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記弁開度補正手段は、前記将来時刻において前記中間開度となるように、前記判定時刻から前記将来時刻にかけて前記排気切替弁の開度を徐々に開弁する手段を含むことを特徴としている。

第１の発明によれば、内燃機関の排気圧及び排気圧の時間微分値に基づいて、排気制御弁の開度を全閉から所定の中間開度へ切り替える切替時期が予測される。そして、予測された切替時期に先立って排気制御弁が徐々に開弁されるようにその目標開度が補正される。このため、本発明によれば、排気制御弁の目標開度が急変することを回避することができるので、切り替えの際に生じるトルク段差を有効に抑制することができる。

第２の発明によれば、所定時刻の排気圧及び時間微分値に基づいて、所定時刻より後の所定の将来時刻における排気圧が所定の上限制約に到達するとした場合の排気圧及び時間微分値の変化経路が時刻毎に記憶される。そして、所定時刻と将来時刻との間の所定の判定時刻における排気圧及び時間微分値が記憶された変化経路を辿っている場合に、将来時刻が切替時期として予測される。このため、本発明によれば、排気制御弁の切替時期を正確に予測することができるので、これに先立って排気制御弁の開度目標値を補正することにより、切り替えの際に生じるトルク段差を有効に抑制することができる。

第３の発明によれば、将来時刻において目標中間開度となるように、判定時刻から将来時刻にかけて排気切替弁の開度が徐々に開弁される。このため、本発明によれば、排気圧の急変を回避することができるので、切り替えの際に生じるトルク段差を有効に抑制することができる。

本発明の実施の形態としての内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。２ステージターボシステムの制御モードを説明するための図である。制御モードがターボモード１からターボモード２へと切り替えられた場合の排気圧とＥＣＶへの指令値とを示す図である。ターボモードの切替時期を予測するルーチンを示すフローチャートである。メモリ確保の一例を説明するための図である。排気圧Ｐ４の時間変化を示す図である。排気圧Ｐ４及び時間微分値ｄＰ４／ｄｔがメモリに格納される様子を説明するための図である。制約超過経路の導出方法を説明するための図である。式（５）を満たすＸ_１，Ｘ_２，Ｘ_３の全組み合わせを示す図である。Ｐ４制約超過の予測手法を説明するための図である。Ｐ４制約超過回避制御を実行するルーチンのフローチャートである。Ｐ４制約超過回避制御の概要を説明するための図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態としての内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。図１に示すとおり、本実施の形態のシステムは、４サイクルのディーゼル機関（内燃機関）１０を備えている。内燃機関１０は車両に搭載され、その動力源とされているものとする。内燃機関１０の吸気側には、吸気通路１２が接続されている。吸気通路１２の入口付近には、エアクリーナ１６が設けられている。また、内燃機関１０の排気側には、排気通路１４が接続されている。排気通路１４の途中には、排気ガスを浄化するための後処理装置１８が設けられている。

本実施の形態のシステムは、２つのターボ過給機が吸気通路１２および排気通路１４に直列に配設された２ステージターボシステムとして構成されている。具体的には、内燃機関１０は、低圧ターボ過給機（以下、「ＬＰターボ過給機」と称する）２０とＬＰターボ過給機２０よりも容量の小さい高圧ターボ過給機（以下、「ＨＰターボ過給機」と称する）２２とを備えている。ＬＰターボ過給機２０は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２０ａと、タービン２０ａと一体的に連結され、タービン２０ａに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ２０ｂとを有している。また、ＨＰターボ過給機２２も同様に、タービン２２ａとコンプレッサ２２ｂとを有している。

ＬＰターボ過給機２０のタービン２０ａおよびＬＰコンプレッサ２０ｂは、排気通路１４および吸気通路１２の途中にそれぞれ配置されている。また、ＨＰターボ過給機２２のタービン２２ａおよびコンプレッサ２２ｂは、排気通路１４におけるタービン２０ａの上流側および吸気通路１２におけるコンプレッサ２０ｂの下流側となる位置にそれぞれ配置されている。吸気通路１２におけるコンプレッサ２２ｂの更に下流側には、インタークーラ２４および吸気絞り弁２６がこの順に配設されている。エアクリーナ１６を通って吸入された空気は、ＬＰターボ過給機２０のコンプレッサ２０ｂおよびＨＰターボ過給機２２のコンプレッサ２２ｂで圧縮された後、インタークーラ２４で冷却される。インタークーラ２４を通過した吸入空気は、吸気マニホールドにより各気筒の吸気ポート（図示せず）に分配される。

コンプレッサ２２ｂからインタークーラ２４に至る吸気通路１２の途中には、吸気バイパス通路２８の一端が接続されている。吸気バイパス通路２８の他端は、コンプレッサ２０ｂから当該コンプレッサ２２ｂに至る吸気通路１２の途中に接続されている。吸気バイパス通路２８の途中には、吸気バイパス通路２８を流れる空気の流量を制御するための吸気制御弁（以下、「ＡＣＶ」とも称する）３０が配置されている。ＡＣＶ３０を操作して吸気バイパス通路２８を開放することで、コンプレッサ２０ｂにより圧縮された空気がコンプレッサ２２ｂをバイパスして内燃機関１０へ吸気される。

また、本実施の形態のシステムは、安定した過給圧供給やターボ過給機２０，２２の保護の目的で、排気通路１４におけるタービン２０ａ，２２ａをバイパスする排気バイパス通路３２，３４がそれぞれ設けられている。排気バイパス通路３２の途中には、第１のタービン２０ａをバイパスして排気ガスを流すための排気バイパス弁（以下、「ＥＢＶ」とも称する）３６が配置されている。また、排気バイパス通路３４の途中には、排気バイパス通路３４を流れる排気の流量を制御するための排気切替弁（以下、「ＥＣＶ」とも称する）３８が配置されている。このＥＣＶ３８はＥ−ＶＲＶ（Electric Vacuum Regulating Valve）の駆動によってダイアフラム圧を制御することにより、任意の開度を実現するアクティブ制御対応のダイアフラム式の制御弁である。内燃機関１０の運転状態に応じて当該ＥＣＶ３８の開閉を制御することにより、ＬＰターボ過給機２０とＨＰターボ過給機２２との過給比率が決定される。

本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０には、エアフローメータ、スロットル開度センサ、エンジン回転数センサ、アクセル開度センサ等の各種のセンサから、内燃機関１０の運転状態や運転条件に関する様々な情報や信号が入力される。ＥＣＵ５０は、それらの情報や信号に基づいて、上述したＡＣＶ３０、ＥＢＶ３６、ＥＣＶ３８等の各種のアクチュエータを操作する。

［実施の形態１の動作］
次に、図を参照して実施の形態１の動作について説明する。本実施の形態の２ステージターボシステムでは、内燃機関１０の運転状態に応じて、ＬＰターボ過給機２０及びＨＰターボ過給機２２の作動状態が制御される。図２は、２ステージターボシステムの制御モードを説明するための図である。本実施の形態の２ステージターボシステムでは、内燃機関１０の運転状態がこの図に示す何れのターボモードの領域に属するかによって、モードが切り替えられる。

ターボモード５は極低負荷領域において実行されるモードである。このモードでは、ＥＢＶ３６が開弁されＥＣＶ３８が全閉に制御されることにより、主として容量の小さいＨＰターボ過給機２２が作動される。これにより、全排気ガスを容量の小さいＨＰターボ過給機２２に流すことができるので、ターボラグを少なくして低速トルクを確保することができる。

ターボモード１は、低負荷領域において実行されるモードである。このモードでは、ＥＢＶ３６及びＥＣＶ３８が全閉に制御されることにより、容量の大きいＬＰターボ過給機２０と容量の小さいＨＰターボ過給機２２との両方が作動される。これにより、大小２つの容量のターボ過給機を用いて効率的に過給を行うことができる。

ターボモード２は、中負荷領域において実行されるモードである。このモードでは、ＥＢＶ３６が全閉にＥＣＶ３８が所定の中間開度に制御されることにより、容量の大きいＬＰターボ過給機２０と容量の小さいＨＰターボ過給機２２との両方が作動される。但し、ターボモード２では、排気ガスの一部がＨＰターボ過給機２２をバイパスする。これにより、排気流量の増加に応じて効率が低下するＨＰターボ過給機２２の作動量を制限するとともに、容量の大きいＬＰターボ過給機２０による効率的な過給を行うことができる。

ターボモード３は、高負荷領域において実行されるモードである。このモードでは、ＥＢＶ３６が全閉にＥＣＶ３８が全開に制御されることにより、主として容量の大きいＬＰターボ過給機２０が作動される。尚、ターボモード３では、ＡＣＶ３０が開弁されることにより、ＨＰターボ過給機２２の吸気側もバイパスされる。これにより、ＨＰターボ過給機２２の作動による効率低下を有効に抑制して容量の大きいＬＰターボ過給機２０による効率的な過給を行うことができる。

ターボモード４は、極高負荷領域において実行されるモードである。このモードでは、ＥＣＶ３８が全開に制御されるとともにＥＢＶ３６が所定開度に制御される。これにより、主として容量の大きいＬＰターボ過給機２０による効率的な過給を行うとともに、過過給を防止することができる。

内燃機関１０の運転状態が低負荷から中負荷へと移行すると、制御モードがターボモード１からターボモード２へと切り替えられる。図３は、制御モードがターボモード１からターボモード２へと切り替えられた場合の排気圧とＥＣＶ３８への指令値とを示す図である。この図中の（Ａ）に示すように、制御モードがターボモード１からターボモード２へと切り替えられ、ＥＣＶ３８への指令値が全閉から所定の中間開度へと変化した場合を考える。この場合、モード切り替え前後では、排気圧が急変しトルク段差が生じてしまう。

そこで、本実施の形態の２ステージターボシステムでは、図中（Ｂ）に示す制御を実現する。具体的には、制御モードがターボモード１からターボモード２へと切り替えられる時期を予測し、当該切替時期に先立ってＥＣＶ３８が徐々に開弁されるようにＥＣＶ指令値を修正することとしている。このような制御によれば、切り替え時の排気圧の急変を抑制することができるので、トルク段差が有効に解消される。以下、切替時期の予測手法及びＥＣＶ指令値の修正手法について、それぞれ詳細に説明する。

［切替時期の予測手法］
本実施の形態のシステムでは、動的計画法の考え方を用いてターボモードの切替時期の予測を行う。図４は、ターボモードの切替時期を予測するルーチンを示すフローチャートである。以下、図４に示すフローチャートに沿って切替時期の予測手法の詳細を説明する。

先ず、制御モードがターボモード１からターボモード２への切替時期を予測する準備段階として、タービン２２ａの排気上流側の排気圧Ｐ４を推定可能か否かが判定される（ステップＳ１００）。その結果、排気圧Ｐ４の推定が不可能と判定された場合には、切替時期の予測を行うことができないと判断されて、ステップＳ１００の処理から再度本ルーチンが実行される。一方、上記ステップＳ１００において排気圧Ｐ４の推定が可能と判定された場合には、次のステップに移行し、現在のターボモードがターボモード１か否かが判定される（ステップＳ１０２）。その結果、現在のターボモードがターボモード１でないと判定された場合には、切替時期の予測を行うことができないと判断されて、ステップＳ１００の処理から再度本ルーチンが実行される。一方、上記ステップＳ１０２において現在のターボモードがターボモード１であると判定された場合には、次のステップに移行し、予測区間の排気圧Ｐ４と排気圧Ｐ４の時間微分値ｄＰ４／ｄｔを保存するためのメモリの確保が可能か否かが判定される（ステップＳ１０４）。図５は、メモリ確保の一例を説明するための図である。この図に示すとおり、例えば、時速０ｋｍ／ｈ時点（時刻ｔ_０）からターボモード２に移行する時点（時刻ｔ_ｎ）までの時間（ｔ_ｎ−ｔ_０）の排気圧Ｐ４及び排気圧Ｐ４の時間微分値ｄＰ４／ｄｔを保存するためのメモリを確保できるか否かが判定される。その結果、メモリ確保不可能と判定された場合には、切替時期の予測を行うことができないと判断されて、ステップＳ１００の処理から再度本ルーチンが実行される。一方、上記ステップＳ１０４において、メモリ確保可能と判断された場合には、次のステップに移行して必要なメモリが確保される（ステップＳ１０６）。

次に、時刻ｔ_０における排気圧Ｐ４の現在値が算出される（ステップＳ１０８）。ここでは、具体的には、以下に示すモデル式を用いて排気圧Ｐ４が推定される。尚、排気圧Ｐ４の算出方法は、次式（１）を用いる方法に限られず、例えば排気通路１４に排気圧センサを備えるシステムにおいては、当該排気圧センサの検出値を用いることとしてもよい。

次に、排気圧Ｐ４の時間微分値ｄＰ４／ｄｔが算出される（ステップＳ１１０）。図６は、排気圧Ｐ４の時間変化を示す図である。この図に示すように、時刻ｔ_０における排気圧Ｐの時間微分値ｄＰ４／ｄｔが算出される。

次に、排気圧Ｐ４及び時間微分値ｄＰ４／ｄｔがメモリ（配列）に格納される（ステップＳ１１２）。図７は、排気圧Ｐ４及び時間微分値ｄＰ４／ｄｔがメモリに格納される様子を説明するための図である。この図に示すように、排気圧Ｐ４と排気圧時間微分値ｄＰ４／ｄｔとによって形成される配列に、上記ステップＳ１０８およびＳ１１０にて算出された値が格納される。

次に、時刻ｔ_ｎにおいて排気圧Ｐ４がＰ４制約となる全経路が導出される（ステップＳ１１４）。Ｐ４制約は、ＥＣＶ３８が開弁されてターボモード１から２へ移行する排気圧Ｐ４の目安値である。図８は、制約超過経路の導出方法を説明するための図である。先ず、時刻ｔ_ｎ時の排気圧Ｐ４をＰ４_ｎ、時刻ｔ_０時の排気圧Ｐ４をＰ４_０、時刻ｔ_１時の排気圧Ｐ４をＰ４_１、時刻ｔ_２時の排気圧Ｐ４をＰ４_２、時刻ｔ_ｎ−１時の排気圧Ｐ４をＰ４_ｎ−１とすると、時刻ｔ_０における排気圧Ｐ４_０の状態から時刻ｔ_ｎにおいて排気圧Ｐ４_ｎとなるためには、次式（３）が成立する。

ここで、時刻ｔ_１，ｔ_２，・・・，ｔ_ｎにおける排気圧Ｐ４の時間微分値をＸ_１，Ｘ_２，・・・，Ｘ_ｎとして上式（３）を整理すると次式（４）が成立する。

したがって、Ｐ４制約を排気圧Ｐ４_ｎとすると、上式（４）を満たす時間微分値Ｘ_１，Ｘ_２，・・・，Ｘ_ｎの全組み合わせが、排気圧Ｐ４がＰ４制約となる全経路となる。

上述した制約超過経路の導出手法の一例として、排気圧Ｐ４の上下限＝１００〜１５０［ｋｐａ］、Ｐ４の時間微分値ｄＰ４／ｄｔの上下限＝−１０〜１０［ｋｐａ］、時刻ｔ_０〜ｔ_３において、時刻ｔ_３におけるＰ４制約超過経路を導出する手法を具体的に説明する。Ｐ４制約＝１４０［ｋｐａ］、Ｐ４０＝１２０［ｋｐａ］として上式（３）及び（４）を演算すると、次式（５）が導き出される。

図９は、上式（５）を満たすＸ_１，Ｘ_２，Ｘ_３の全組み合わせを示す図である。この図に示すように、上式（５）を満たすＸ_１，Ｘ_２，Ｘ_３の組み合わせは、（Ａ）Ｘ_１＝１０，Ｘ_２＝１０，Ｘ_３＝０、（Ｂ）Ｘ_１＝１０，Ｘ_２＝０，Ｘ_３＝１０、（Ｃ）Ｘ_１＝０，Ｘ_２＝１０，Ｘ_３＝１０の３通りであり、Ｐ４制約超過経路の全組み合わせは図９中の（Ｄ）となる。このように、ステップＳ１１４では、上式（３）および（４）を用いることにより、時刻ｔ_ｎにおけるＰ４制約超過の全組み合わせが導出される。導出されたＰ４制約超過の全組み合わせは、各時刻毎にメモリに格納される。

再び図４に示すルーチンの説明に戻り、ステップＳ１１４の処理の後には、時刻ｔ_ｉの時点において時刻ｔ_ｎにおけるＰ４制約超過の可能性が予測される（ステップＳ１１６）。尚、時刻ｔ_ｉは、時刻ｔ_ｎにおいてＰ４制約を超過するか否かを判断する時刻として、予め設定された時刻が用いられる。図１０は、Ｐ４制約超過の予測手法を説明するための図である。この図に示すように、上記ステップＳ１１４において格納されたメモリが参照されて、時刻ｔ_ｉにおける排気圧Ｐ４_ｉおよび排気圧時間微分値ｄＰ４_ｉ／ｄｔの算出値が当該メモリに記憶されたＰ４制約超過の全経路の何れかを通過するか否かが判定される。その結果、時刻ｔ_ｉにおいて当該経路の何れかを通過すると判定された場合には、時刻ｔ_ｎにおいてＰ４制約を超過する可能性が高いと判断されて、次のステップに移行し、Ｐ４制約超過フラグがＯＮに設定される（ステップＳ１１８）。一方、時刻ｔ_ｉにおいて当該経路を通過しないと判定された場合には、時刻ｔ_ｎにおいてＰ４制約を超過する可能性は低いと判断されて、Ｐ４制約超過フラグがＯＦＦに設定される（ステップＳ１２０）。

上記ステップＳ１１８またはＳ１２０の処理の後には、現在のターボモードがターボモード１か否かが判定される（ステップＳ１２２）。その結果、ターボモード１である場合には、メモリが開放されて本ルーチンにおいて記憶された配列が消去される（ステップＳ１２４）。ステップＳ１２４の後は再び上記ステップＳ１０８に移行して排気圧Ｐ４の現在値が取得される。

一方、上記ステップＳ１２２においてターボモード１でないと判定された場合には、次のステップに移行し、全ての配列が消去されて（ステップＳ１２６）、本ルーチンは終了される。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、制御モードがターボモード１からターボモード２へ切り替えられる時期、すなわちＥＣＶ３８への開度指令値が閉弁（開度０％）から所定の中間開度へ切り替えられる時期を事前に予測することができる。

［ＥＣＶ指令値の修正手法］
本実施の形態のシステムでは、制御モードがターボモード１からターボモード２へ切り替えられると予測された場合に、ＥＣＶ３８の開度指令値を修正し、モード切り替わり時の排気圧の急変を回避するための制御（以下、「Ｐ４制約超過回避制御」と称する）が行われる。図１１は、Ｐ４制約超過回避制御を実行するルーチンのフローチャートである。以下、図１１に示すフローチャートに沿ってＰ４制約超過回避制御の詳細について説明する。

図１１に示すルーチンでは、先ず、ターボモードがターボモード１から２へ切り替わる切り替わり時期が予測される（ステップＳ２００）。ここでは、具体的には、図４に示すルーチンが実行されて、その結果が読み込まれる。次に、ターボモードが１から２へ切り替わるか否かが判定される（ステップＳ２０２）。ここでは、具体的には、図４に示すルーチンにおいてＰ４制約超過フラグがＯＮか否かが判定される。その結果、Ｐ４制約超過フラグがＯＦＦであると判定された場合には、時刻ｔ_ｎにおいてターボモードが１から２へ切り替わらないと判断されて、本ルーチンの最初に戻りステップＳ２００の処理が再度実行される。一方、上記ステップＳ２０２において、Ｐ４制約超過フラグがＯＮであると判定された場合には、時刻ｔ_ｎにおいてターボモードが１から２へ切り替わると判定されて、次のステップに移行し、ＥＣＶ３８への指令値が修正される（ステップＳ２０４）。

図１２は、Ｐ４制約超過回避制御の概要を説明するための図である。図中（Ａ）に示すように、時刻ｔ_ｎにおいてターボモードが１から２へと切り替わり、ＥＣＶ３８への指令値が閉弁（開度０％）から所定の中間開度へと切り替わると、排気圧の急変によってトルク段差が生じてしまう。そこで、上記ステップＳ２０４では、図中（Ｂ）に示すように、ＥＣＶ３８の開度指令値が時刻ｔ_ｉにおける開度（０％）から時刻ｔ_ｎにおける所定の中間開度まで徐々に大きくなるように修正される。具体的には、次式（６）を用いて、時刻ｔ_ｉから時刻ｔ_ｎまでのＥＣＶ３８の開度指令値が修正される。

上式（３）において、ＥＣＶ_{ｍｏｄｉｆｉｅｄ}はＥＣＶ開度修正指令値を、ＥＣＶ_{ｔａｒｇｅｔ}はＥＣＶ開度指令値（修正前）を、ＥＣＶ_ｔ−１は１時刻前のＥＣＶ開度指令値を、ＥＣＶ_ｔ−２は２時刻前のＥＣＶ開度指令値を、Ｎは時刻ｔ_ｉから現在までの制御周波数を、それぞれ示している。尚、制御周波数Ｎは、排気圧Ｐ４の応答性や演算周期を考慮して任意に設定すればよい。これにより、時刻ｔ_ｎにおける排気圧の急変を解消することが可能となる。

図１１に示すルーチンでは、次に、現在のターボモードがターボモード１か否かが判定される（ステップＳ２０６）。その結果、現在のターボモードがターボモード１である場合には、Ｐ４制約超過回避制御を継続する必要があると判断されて、本ルーチンが最初から再度実行される。一方、上記ステップＳ２０６において、現在のターボモードがターボモード１でないと判定された場合には、Ｐ４制約超過回避制御を実行する必要がないと判断されて、本ルーチンは終了される。

このように、本実施の形態のシステムによれば、ターボモード１から２へ切り替わる時期を予測してＥＣＶ３８の開度指令値を修正することができるので、排気圧Ｐ４の急変を有効に解消することが可能となる。

尚、上述した実施の形態１においては、ＬＰターボ過給機２０が第１の発明の「第１のターボ過給機」に、タービン２０ａが第１の発明の「第１のタービン」に、コンプレッサ２０ｂが第１の発明の「第１のコンプレッサ」に、ＨＰターボ過給機２２が第１の発明の「第２のターボ過給機」に、タービン２２ａが第１の発明の「第２のタービン」に、コンプレッサ２２ｂが第１の発明の「第２のコンプレッサ」に、排気バイパス通路３４が第１の発明の「排気バイパス通路」に、排気切替弁（ＥＣＶ）３８が第１の発明の「排気切替弁」に、ターボモード１の領域が第１の発明の「第１の領域」に、ターボモード２の領域が第１の発明の「第２の領域」に、それぞれ相当している。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ２００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「予測手段」が、上記ステップＳ２０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「弁開度補正手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、時刻ｔ_ｎが第２の発明の「将来時刻」に、時刻ｔ_ｉが第２の発明の「判定時刻」に、Ｐ４制約が第２の発明の「上限制約」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１０８〜Ｓ１１４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「記憶手段」が実現されている。

その他．
本発明は上述の実施の形態１に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

上述の実施例では、実施の形態に係る内燃機関としてディーゼルエンジンを例に説明したが、２ステージターボを搭載した内燃機関であれば、ガソリンエンジンを用いることとしてもよい。

また、上述の実施例では、Ｐ４制約超過回避制御におけるＥＣＶ３８の指令値修正手法として上式（６）を用いることとしているが、ＥＣＶ３８の指令値修正手法はこれに限られない。すなわち、時刻ｔ_ｉから時刻ｔ_ｎまでＥＣＶ３８が徐々に開弁されるように指令値を修正するのであれば、他の公知の演算方法を用いることとしてもよい。

１０内燃機関（ディーゼル機関）
１２吸気通路
１４排気通路
２０ＬＰターボ過給機
２０ａタービン
２０ｂコンプレッサ
２２ＨＰターボ過給機
２２ａタービン
２２ｂコンプレッサ
２８吸気バイパス通路
３０吸気制御弁（ＡＣＶ）
３２，３４排気バイパス通路
３６排気バイパス弁（ＥＢＶ）
３８排気切替弁（ＥＣＶ）
５０ＥＣＵ(Electronic Control Unit)

Claims

排気通路に設置された第１のタービンと吸気通路に設置された第１のコンプレッサとを有する第１のターボ過給機と、前記吸気通路における前記第１のコンプレッサよりも下流側に設置された第２のコンプレッサと前記排気通路における前記第１のタービンよりも上流側に設置された第２のタービンとを有する第２のターボ過給機と、前記排気通路から前記第２のタービンをバイパスする排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路の開度を調整可能な排気切替弁と、を備え、内燃機関の運転状態が第１領域から前記第１領域よりも高負荷側の第２領域へと移行した場合に、前記排気切替弁の目標開度を全閉から所定の中間開度へと切り替える内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の排気圧及び排気圧の時間微分値に基づいて、前記目標開度を前記全閉から前記中間開度へと切り替える切替時期を予測する予測手段と、
前記予測手段により予測された切替時期に先立って前記排気切替弁が徐々に開弁されるように前記目標開度を補正する弁開度補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記予測手段は、
所定時刻の前記排気圧及び前記時間微分値に基づいて、前記所定時刻より後の所定の将来時刻における排気圧が所定の上限制約に到達するとした場合の前記排気圧及び前記時間微分値の変化経路を時刻毎に記憶する記憶手段と、
前記所定時刻と前記将来時刻との間の所定の判定時刻における前記排気圧及び前記時間微分値が前記変化経路を辿っている場合に、前記将来時刻を前記切替時期として予測する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記弁開度補正手段は、前記将来時刻において前記中間開度となるように、前記判定時刻から前記将来時刻にかけて前記排気切替弁の開度を徐々に開弁する手段を含むことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。