JP2015083785A - 内燃機関の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＧＶの開度の状態による影響をうける事なく、簡単な計算処理により、スロットル上流圧力を推定する。
【解決手段】ターボチャージャー３２を迂回するバイパス通路３３に設けられたＷＧＶ３３ａを駆動するためのＷＧＶ駆動部２１２に対するＷＧ指示値が、過給を最も弱める状態の時は、排気ガス量からスロットル上流圧力を推定し、それ以外の状態の時は、インテークマニホールド圧力に予め設定した値を加算した値をスロットル上流圧力推定値とする事により、スロットル上流圧力センサを装着する事無く、安価な手段にて高精度にスロットル上流圧力を推定し、エンジン制御を行う。
【選択図】図２

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、例えば過給エンジン車両に搭載される内燃機関の制御装置および制御方法に関するものである。

従来、内燃機関（以下、エンジン）の出力を向上させることを目的として、ターボチャージャーが用いられている。ターボチャージャーとは、エンジンの吸気路に過給機を搭載して、排気ガスを用いて過給機のタービンを回転させることで、エンジンに強制的に空気を送り込むための装置である。ターボチャージャーにおいては、高回転高負荷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、ウェイストゲートバルブ（以下、ＷＧＶ）が設けられている。ＷＧＶは、排気路内を流れる排気ガスの一部をバイパス通路へ流し、排気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）は、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）とウェイストゲートアクチュエータ（以下、ＷＧＡ）とは接続されている。従って、過給運転中等のエンジンの吸気路の圧力が大気圧より大きくなる場合には、ＷＧＡの動作が可能となる。ＷＧＡに接続されたリリーフバルブのリリーフ量を調整することにより、ＷＧＡに供給される圧力の調整が行われ、ＷＧＡに連動されたＷＧＶの開度の調整も行われる。ＷＧＡやＷＧＶには、その作動量を検出するための検出器が装着されていないものが一般的である。そのため、インテークマニホールド圧力（以下、Ｐｂ）等の圧縮機下流側の圧力検出値を用いて、リリーフバルブのリリーフ量を調整する。ＷＧＡの動作が可能となるまでの圧力状態では、ＷＧＡに内蔵されるバネ等の機械的要素により、バイパス弁であるＷＧＶは全閉の位置で保持されている。

エンジンの出力の調整は、一般に、空気吸入路に設けられたスロットルバルブ（以下、ＴＨＶ）を操作し、空気吸入路の開口面積を調整する事により行われる。ＴＨＶの開口面積、空気の流れに対するＴＨＶの上流圧力と下流圧力、および、ＴＨＶの上流と下流の温度等の検出値を用いる事により、ＴＨＶを通過する空気の流量を物理的計算式に基づいて制御する事は可能である。これは、一般に用いられている技術である（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この技術においては、ＴＨＶの上流圧力を計測するセンサを設ける必要があり、部品点数が増加し、コストアップするという欠点もある。

そこで、コストを抑えるための技術が、例えば、特許文献２に記載されている。特許文献２では、スロットル上流圧力（以下、Ｐ２）を検知するためのＰ２センサを用いていない。特許文献２では、吸入空気流量の検出値とＷＧＶ開度とに基づいて、ＷＧＶ通過ガス量を算出する。そうして、ＷＧＶ通過ガス量に基づいてタービン供給ガス量を算出し、タービン供給ガス量からＰ２を推定する。

特許第４２３７２１４号公報 特許第４５８３０３８号公報

上述したように、特許文献１の技術では、Ｐ２センサを用いるため、コストがかかるという問題点があった。

特許文献２の技術では、ＷＧＶ開度を検出する検出器が無いシステムにおいては、ＷＧＶの開度を推定する必要がある。そのため、ＷＧＶ開度の推定精度が起因して、Ｐ２の推定値に影響が生じるという問題点がある。また、正圧式ＷＧＡを用いた場合では、ＷＧＡの駆動力は、Ｐ２の状態により変動する。そのため、ＷＧＡへの制御値および各種のエンジンの運転情報を用いて、ＷＧＶの開度を推定するためには、複雑な計算式を用いる必要がある。

本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであり、ＷＧＶの開度の状態による影響をうける事なく、簡単な計算処理により、Ｐ２を推定することが出来る、内燃機関の制御装置を提供する事を目的としている。

本発明は、内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、前記スロットルバルブを駆動するスロットルバルブ駆動部と、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て前記タービンと一体に回転する圧縮機と、から構成された過給機と、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ェイストゲートバルブと、前記ウェイ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ェイストゲートバルブ駆動部と、前記ウェイストゲートバルブ駆動部への制御指示値を算出するウェイストゲート指示値算出部と、前記吸気路の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値を検出するインテークマニホールド圧力検出部と、前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、前記内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出部と、前記吸入空気量検出部で検出した吸入空気量と前記空燃比検出部で検出した空燃比とに基づいて排気ガス量を算出する排気ガス量算出部と、前記ウェイストゲートバルブ駆動部への前記制御指示値が０％であると仮定した場合における、前記吸気路の前記過給機の下流でかつ前記スロットルバルブ上流のスロットル上流圧の推定値であるＷＧ０Ｐ２推定値を前記排気ガス量に基づいて算出するＷＧ０Ｐ２算出部とを備え、前記ウェイストゲートバルブ駆動部への前記制御指示値が０％の場合においては、前記ＷＧ０Ｐ２算出部が算出した前記ＷＧ０Ｐ２推定値をスロットル上流圧推定値とし、前記スロットル上流圧推定値と前記インテークマニホールド圧力値と前記目標空気量とに基づいて、前記スロットルバルブの目標開度を算出して前記スロットルバルブを駆動する内燃機関の制御装置である。

当該構成により、本発明に係る内燃機関の制御装置においては、ウェイストゲート制御指示状態が過給を最も弱める状態の時は排気ガス量からスロットル上流圧力を推定するようにしたので、ＷＧＶの開度の状態による影響をうける事なく、簡単な計算処理により、Ｐ２を推定することが出来る。

本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置とその周辺の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置に設けられたＥＣＵの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置に設けられたＥＣＵの動作を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態１における排気ガス量とスロットル上流圧力（Ｐ２）との特性を示した図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照して本実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関（エンジン）制御装置とその周辺の構成を示す図である。

内燃機関１０（以下、エンジン１０とする）は、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が接続されている。また、エンジン１０には、排気路３０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の上流の部位と、タービンハウジング３２ｃの下流の部位との間には、バイパス通路３３が設けられている。バイパス通路３３内には、ＷＧＡ３３ｂの制御でバイパス通路３３の流路面積の調整を行うためのＷＧＶ３３ａが設けられている。また、排気路３０において、バイパス通路３３が接続されている位置よりも下流側に、触媒３１が設けられている。

ＷＧＡ３３ｂは正圧式アクチュエータであり、ダイヤフラムが用いられる。そのため、過給運転中等の吸気路２０の圧力が大気圧より大きくなると、ＷＧＡ３３ｂによりＷＧＶ３３ａの動作が可能となる。ＷＧＡ３３ｂにはリリーフバルブが設けられている。リリーフバルブのリリーフ量を調整することにより、ＷＧＡ３３ｂを構成するダイヤフラム内の圧力の調整を行い、ＷＧＡ３３ｂに連動されたＷＧＶ３３ａの開度の調整を行う。一般的に、ＷＧＡ３３ｂおよびＷＧＶ３３ａには、その作動量を検出するための検出器が装着されていない。そのため、インテークマニホールド２２の圧力等のターボチャージャー３２の下流側の圧力検出値を用いて、ＷＧＡ３３ｂの制御量を調整する。ＷＧＡ３３ｂの動作が可能となるまでの圧力状態、すなわち、吸気路２０の圧力が大気圧を超えていない状態では、ＷＧＡ３３ｂに内蔵されるバネ等の機械的要素により、バイパス弁であるＷＧＶ３３ａは全閉の位置で保持されている。

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が設けられている。吸気路２０における圧縮機ハウジング３２ａの上流の部位と、圧縮機ハウジング３２ａの下流の部位との間には、バイパス通路３４が設けられている。バイパス通路３４には、バイパス通路３４の流路の開閉を行うエアーバイパスバルブ（以下、ＡＢＶ）３４ａが設けられている。吸気路２０には、圧縮機ハウジング３２ａの下流に、インタークーラー２１が設けられている。吸気路２０には、インタークーラー２１より下流に、ＴＨＶ２３が設けられている。

ＴＨＶ２３は、スロットルモータ２３ａ（スロットルバルブ駆動用モータ）により開閉が行われる。ＴＨＶ２３の開度は、スロットルポジションセンサ（以下、ＴＰＳ）２３ｂにて検出される。

インテークマニホールド２２には、Ｐｂ（インテークマニホールド圧力）を検出するためのＰｂセンサ４２が取り付けられている。

排気路３０には、排気ガスを構成している空気とガスとの比率である空燃比（ａｉｒ／ｆｕｅｌ）を検出するためのＡ／Ｆセンサ４５が設けられている。

エンジン１０の外部には、大気圧力（以下、Ｐ１）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の値からＰ１が推定可能であれば、Ｐ１センサ４３を設けずに、Ｐ１の推定値をＰ１として制御に用いてもよい。

ターボチャージャー３２（過給機）の構成について説明する。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により、遠心式タービンが構成されている。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により、遠心式圧縮機が構成されている。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により同軸になるように連結されている。従って、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内の吸気がエンジン１０に過給される。このように、ターボチャージャー３２は、遠心式タービン（３２ｃ，３２ｄ）と遠心式圧縮機（３２ａ，３２ｂ）とから構成されている。

ＡＢＶ３４ａには、ダイヤフラムが用いられている。ダイヤフラムは、過給圧とＰｂとの圧力差により作動して、圧縮機ハウジング３２ａの上流と下流との間をバイパスさせている。これにより、過給圧が異常に上昇する事による機械的損傷を防止する事が可能になる。また、ＡＢＶ３４ａには、切換えバルブが設けられている。切換えバルブは、ＡＢＶ３４ａに供給されるＰｂを過給圧に切り替えることができる。切換えバルブを制御する事により、ＡＢＶ３４ａの作動タイミングは、制御される。ＡＢＶ３４ａの動作が可能となるまでの圧力状態、すなわち、ダイヤフラムに供給されている圧力差が小さい状態では、ＡＢＶ３４ａに内蔵されるバネ等の機械的要素により、バイパス弁は全閉の位置で保持されている。

また、エンジン１０には、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）５０が設けられている。ＥＣＵ５０には、クランク回転速度（以下、Ｎｅ）を検出するＮｅセンサ４０、運転者によりアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ（以下、ＡＰＳ）４４、および、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ（図示省略）、吸気温度を検出する吸気温センサ（図示省略）、車速を検出する車速センサ（図示省略）などの各種センサの出力信号が入力される。また、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、エンジン１０の運転状態に合わせて、エンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ５０には、前記各種センサからの各種センサ信号が入力され、それらの随時入力される各種センサ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、各種センサ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し、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、ＴＨＶ２３の開度をＴＰＳ２３ｂのセンサ信号を用いて調整している。更に、ＥＣＵ５０は、スロットル開度制御に並行して、ＷＧＶ３３ａの開度を制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３３ａがその都度要求される開度となるように、ＷＧＡ３３ｂへ制御信号を出力することにより、ＷＧＶ３３ａの開度を制御する。こうして、ＥＣＵ５０がスロットル開度制御とＷＧＶ開度制御を実施することにより、運転者が要求するエンジン出力が実現される。

例えば、ＷＧＡ３３ｂに装着されるリリーフバルブは、ソレノイドで構成されている。ソレノイドの駆動期間中は、ＷＧＡ３３ｂに供給されている過給圧がリリーフされる。ソレノイドは、ＥＣＵ５０からの一定周期の指示信号に基づくデューティー駆動が行われる。デューティー０％の指示信号の場合では、リリーフ量は最少になり、ＷＧＡ３３ｂのダイヤフラムに供給される過給圧により、ＷＧＶ３３ａは大きく駆動され、タービンをバイパスする排気ガス量が多くなる。この結果、タービンに供給される排気ガス量は少なくなるため、最も過給が弱められる運転状態になる。一方、デューティー１００％の指示信号の場合では、リリーフ量は最大になるため、ＷＧＡ３３ｂのダイヤフラムに供給される過給圧は低くなる。これにより、ＷＧＶ３３ａの駆動は小さくなり、タービンをバイパスする排気ガス量は少なくなる。この結果、タービンに供給される排気ガス量が多くなるため、最も過給が強められる運転状態になる。

ところで、エンジン１０の出力を精度よく制御するには、エンジン１０へ吸入される空気量を精度よく検出するか、あるいは、算出する必要がある。吸気路２０にエアーフローセンサーを装着して空気量を検出する方法（空気量検出方法Ｌ）、および、ＮｅとＰｂとあらかじめ設定された補正値とその他のＥＣＵ５０への各種情報から空気量を算出する方法（空気量検出方法Ｄ）が、一般的な技術として知られている。

また、ＴＰＳ２３ｂからＴＨＶ２３の開口面積を求め、ＴＨＶ２３の上流圧力（Ｐ２）と下流圧力（≒Ｐｂ）と、当該上流と下流の温度とを用いる事により、物理的計算式から、ＴＨＶ２３を通過する空気量を算出する方法（空気量検出方法Ｍ）も一般的な技術として知られている(例えば、特許文献１の段落［００２８］参照)。

運転者からの加速要求があった場合には、運転状態等に基づいて、目標とされる空気量が算出され、その空気量を実現するための目標ＴＨＶ開度が算出される。しかしながら、その際には、前記空気量検出方法Ｍの逆計算が行われ、Ｐ２とＰｂからＴＨＶ２３の目標開口面積が算出される。

過渡ではない定常運転中であれば、空気量検出方法Ｄを用いれば、安価なシステム構成にて空気量を検出する事が可能である。一方、過渡運転時のエンジン出力応答性能向上を目的として前記空気量検出方法Ｍの逆計算を行うには、Ｐ２計測用のセンサを装着する必要があり、コストアップを要する事になる。

図４は、ＷＧＡ３３ｂへの指示信号がデューティー０％の場合の、複数のＮｅ条件における、排気ガス量［ｇ／ｓｅｃ］に対するＰ２［ｋＰａ］を計測した結果を示している。図４は、ＷＧＡ３３ｂへの指示信号がデューティー０％の状態であれば、Ｐ２センサを装着しない場合であっても、排気ガス量よりＰ２が推定可能である事を示している。

次に、ＥＣＵ５０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、ＥＣＵ５０における、スロットル制御およびウェイストゲート制御を行うための構成を示すブロック図である。図２に示すＥＣＵ５０は、例えば、前記空気量検出方法Ｄにて、シリンダへの吸入空気量を算出するシステムとして説明する。

ＥＣＵ５０には、図２に示すように、要求出力算出部２０１、目標空気量算出部２０２、目標Ｐｂ算出部２０３、下限Ｐ２算出部２０４、排気ガス量算出部２０５、ＷＧ０Ｐ２算出部２０６、Ｐ２比較部２０７、Ｐ２推定値算出部２０８、目標ＴＨＶ開度算出部２０９、ＴＨＶ駆動部２１０、ＷＧ指示値算出部２１１、および、ＷＧＶ駆動部２１２が設けられている。これらについて以下に説明する。

要求出力算出部２０１は、Ｎｅ４０およびＡＰＳ４４を含む各種センサからのセンサ信号に基づいて、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）を算出する。

目標空気量算出部２０２は、要求出力算出部２０１で算出された要求エンジン出力とエンジン１０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な目標空気量を算出する。

目標Ｐｂ算出部２０３は、目標空気量算出部２０２で算出された目標空気量とエンジン１０の運転状態とに基づいて、前記空気量検出方法Ｄでの逆計算を用いて、目標空気量を実現するために必要な目標Ｐｂ値を算出する。

下限Ｐ２算出部２０４は、Ｐｂセンサ４２にて検出されたＰｂ値に予め設定された所定値を加算して、下限Ｐ２値（下限スロットル上流圧推定値）を算出する。ここで、当該所定値は、ＴＨＶ２３の開度がほぼ全開の状態であっても、ＴＨＶ２３を空気が通過する事により生じる圧力低下を模擬するために設定される値である。従って、ＴＨＶ２３全開時の圧力低下状態を実際に計測した値に、当該所定値を設定してもよい。また、ＴＨＶ２３の開度やエンジン１０の運転状態に応じて圧力低下状態は異なるため、ＴＨＶ２３の開度およびエンジン１０の運転状態ごとに、当該所定値を格納したテーブルを用意しておき、当該テーブルにより前記所定値を設定してもよい。その場合には、より正確なＰ２値の推定が可能となる。

排気ガス量算出部２０５は、エンジン１０の運転状態に基づいて前記空気量検出方法Ｄを用いてシリンダへの吸入空気量を算出し、当該吸入空気量とＡ／Ｆセンサ４５からのＡ／Ｆに基づいて燃料量成分も含めた排気ガス量を算出する。

ＷＧ０Ｐ２算出部２０６には、排気ガス量とＰ２との関係が予め設定されており、排気ガス量算出部２０５より算出された排気ガス量を基に、Ｐ２の推定値（以下、ＷＧ０Ｐ２推定値）を算出する。ここで、ＷＧ０Ｐ２推定値とは、ＷＧ指示値算出部２１１が算出するウェイストゲートバルブ駆動部２１２への制御指示値（ＷＧ指示値）が０％であると仮定した場合における、ターボチャージャー３２の下流でかつＴＨＶ２３の上流のＰ２の推定値である。

ＷＧ０Ｐ２算出部２０６は、ウェイストゲートバルブ駆動部２１２へのＷＧ指示値が０％であると仮定した場合における、排気ガス量とＷＧ０Ｐ２推定値との関係を予め計測した結果を第１のテーブルとして記憶している。ＷＧ０Ｐ２算出部２０６は、排気ガス量算出部２０５が算出した排気ガス量に対応するＷＧ０Ｐ２推定値を第１のテーブルを用いて決定する。

また、ＷＧ０Ｐ２算出部２０６は、ウェイストゲートバルブ駆動部２１２へのＷＧ指示値が０％であると仮定した場合で、かつ、ＡＢＶ３４ａが開状態のときの、排気ガス量とＷＧ０Ｐ２推定値との関係を予め計測した結果を第２のテーブルとしてさらに記憶するようにしてもよい。その場合には、ＡＢＶ３４ａの開閉状態に基づいて、ＡＢＶ３４ａが開状態のときは第２のテーブルを用い、ＡＢＶ３４ａが閉状態のときは第１のテーブルを用いるようにする。

このように、ＡＢＶ３４ａの駆動制御をＥＣＵ５０が行うシステムの場合は、ＣＰＵ５０からＡＢＶ３４ａへの駆動信号に基づくＡＢＶ３４ａの動作状態に従って、排気ガス量に応じて切り替えたＰ２の設定値をＷＧ０Ｐ２推定値として算出する。一方、ＡＢＶ３４ａの動作状態が検出できるシステムの場合は、当該検出値に基づくＡＢＶ３４ａの動作状態に従って、排気ガス量に応じて切り替えたＰ２の設定値をＷＧ０Ｐ２推定値として算出する。さらに、算出したＷＧ０Ｐ２推定値に対して、１次フィルタによるフィルタ処理を行うようにしてもよい。１次フィルタに使用されるフィルタゲインは、エンジン１０の動作状態、すなわち、エンジン１０が、排気ガス量の時間的推移により判断される加速動作中または減速動作中、もしくは、ＡＢＶ開動作中により、切り替えられる。

Ｐ２比較部２０７は、下限Ｐ２算出部２０４で算出された下限Ｐ２値と、ＷＧ０Ｐ２算出部２０６で算出されたＷＧ０Ｐ２値との比較を行う。

Ｐ２推定値算出部２０８は、Ｐ２比較部２０７で算出された比較結果に基づいて、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きいと判断された場合には、下限Ｐ２値をＰ２推定値とする。そうでない場合には、ＷＧ０Ｐ２推定値をＰ２推定値とする。

目標ＴＨＶ開度算出部２０９は、Ｐ２比較部２０７で算出された比較結果に基づいて制御を切り替える。すなわち、比較の結果、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値以下と判断された場合は、目標ＴＨＶ開度算出部２０９は、目標空気量とＰ２推定値とＰｂ値とに基づいて目標ＴＨＶ開度を算出する。具体的には、目標ＴＨＶ開度算出部２０９は、例えば、前記空気量検出方法Ｍの逆計算を用いて、目標空気量算出部２０２で算出された目標空気量を実現できるＴＨＶ２３の開口面積を目標ＴＨＶ開度として算出する（例えば、特許文献１の［００３６］参照）。一方、比較の結果、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きいと判断された場合は、ＡＰＳ４４で検出される運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に基づいて、目標ＴＨＶ開度が算出される。なお、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きいと判断された場合の、ＡＰＳ４４の検出値に対する目標ＴＨＶ開度は、例えば、ＡＰＳ４４の検出値相当の開度量でもよいし、あるいは、Ｎｅ４０や車速等を用いて予め設定された特性を用いて算出してもよい。

ＴＨＶ駆動部２１０は、目標ＴＨＶ開度算出部２０９で算出された目標ＴＨＶ開度に基づいて、ＴＰＳ２３ｂにより検出されるＴＨＶ開度が目標ＴＨＶ開度となるように、スロットルモータ２３ａをフィードバック制御にて駆動する。

ＷＧ指示値算出部２１１は、Ｐ２比較部２０７で算出された比較結果に基づいて制御が切り替えられる。比較の結果、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値以下と判断された場合は、一番過給が弱められる０％をＷＧ指示値として出力する。一方、比較の結果、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２値よりも大きいと判断された場合は、Ｐｂ値が目標Ｐｂ値となるように調整されたＷＧ指示値を出力してフィードバック制御を行う。

ＷＧＶ駆動部２１２は、ＷＧ指示値算出部２１１で算出されたＷＧ指示値をもとに、ＷＧＡ３３ｂを駆動する。それにより、ＷＧＶ３３ａは前述の通りＷＧＡ３３ｂに連動して動作する。

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によるスロットル制御処理、および、ウェイストゲート制御処理を示すフローチャートであり、予め設定された所定の時間周期で繰り返し実行される。

ステップＳ３０１では、図２に示した構成図のブロック２０１、２０２、２０３、２０４の処理が行われ、処理終了後に、ステップＳ３０２に進む。すなわち、ステップＳ３０１では、要求出力算出部２０１が、ＡＰＳ４４で検出されたアクセルペダルの踏み込み量に基づいて運転者からの要求出力を算出し、目標空気量算出部２０２が、当該要求出力に基づいて目標空気量を算出し、目標Ｐｂ算出部２０３が、目標空気量に基づいて目標Ｐｂを算出する。そして、下限Ｐ２算出部２０４がＰｂに基づいて下限Ｐ２値を算出する。

ステップＳ３０２では、図２に示した構成図のブロック２０５，２０６の処理が行われ、処理終了後に、ステップＳ３０３に進む。すなわち、ステップＳ３０２では、排気ガス量算出部２０５が、エンジン１０の運転状態に基づいて排気ガス量を算出し、ＷＧ０Ｐ２算出部２０６は、排気ガス量に基づいてＷＧ０Ｐ２推定値を算出する。

ステップＳ３０３では、図２に示した構成図のブロック２０７の処理が行われる。すなわち、Ｐ２比較部２０７が、下限Ｐ２算出部２０４が算出した下限Ｐ２値と、ＷＧ０Ｐ２算出部２０６が算出したＷＧ０Ｐ２推定値とを比較する。比較の結果、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合にはステップＳ３０４へ進み、そうでない場合にはステップＳ３０５へ進む。

ステップＳ３０４では、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合における、図２に示した構成図のブロック２０８，２０９，２１１の処理が行われる。すなわち、Ｐ２推定値算出部２０８が、下限Ｐ２値をＰ２推定値に設定する。また、目標ＴＨＶ開度算出部２０９が、ＡＰＳ４４で検出されたアクセルペダルの踏み込み量に基づいて目標ＴＨＶ開度を算出する。また、ＷＧ指示値算出部２１１が、Ｐｂ値を目標Ｐｂ値にするためのＷＧ指示値を算出し、フィードバック制御が行われる。

ステップＳ３０５では、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値以下の場合における、図２に示した構成図のブロック２０８，２０９，２１１の処理が行われる。すなわち、Ｐ２推定値算出部２０８が、ＷＧ０Ｐ２推定値をＰ２推定値に設定する。また、目標ＴＨＶ開度算出部２０９が、目標空気量とＰ２推定値とＰｂ値とに基づいて目標ＴＨＶ開度を算出する。また、ＷＧ指示値算出部２１１が、ＷＧ指示値に、一番過給が弱められる０％を設定する。

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（内燃機関）の吸気路に設けられたＴＨＶ（スロットルバルブ）２３と、ＴＨＶ２３を駆動するＴＨＶ駆動部２１０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ＴＨＶ２３の上流に設けられてタービン３２ｃ，３２ｄと一体に回転する圧縮機３２ａ，３２ｂと、から構成されたターボチャージャー（過給機）３２と、タービン３２ｃ，３２ｄを迂回して排気路３０に形成されたバイパス通路３３に設けられたＷＧＶ（ウェイストゲートバルブ）３３ａと、ＷＧＶ３３ａ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ＷＧＶ駆動部２１２と、ＷＧＶ駆動部２１２へのＷＧ指示値（制御指示値）を算出するＷＧ指示値算出部２１１と、吸気路２０のＴＨＶ２３の下流に設けられたインテークマニホールド２２の圧力（Ｐｂ）を検出するＰｂ圧力検出部４２と、エンジン１０の排気ガスの空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ（空燃比検出部）４５と、エンジン１０の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部を有し、吸入空気量検出部で検出した吸入空気量とＡ／Ｆセンサ４５で検出した空燃比とに基づいて排気ガス量を算出する排気ガス量算出部２０５と、ＷＧＶ駆動部２１２へのＷＧ指示値が０％であると仮定した場合における、吸気路２０のターボチャージャー３２の下流でかつＴＨＶ２３の上流のスロットル上流圧の推定値であるＷＧ０Ｐ２推定値を排気ガス量に基づいて算出するＷＧ０Ｐ２算出部とを備え、ＷＧＶ駆動部２１２へのＷＧ指示値が０％の場合に、ＷＧ０Ｐ２算出部２０６が算出したＷＧ０Ｐ２推定値をスロットル上流圧推定値（Ｐ２推定値）とし、スロットル上流圧推定値（Ｐ２推定値）とインテークマニホールド圧力（Ｐｂ）と目標空気量とに基づいて、目標ＴＨＶ開度を算出してＴＨＶ２３を駆動する。

これによれば、エンジン１０がＷＧＶ調整による過給を要しない運転領域であれば、ＷＧＶによるＰ２への影響を考慮する事無く精度よくＰ２を推定する事が可能になり、要求トルクに応じたＴＨＶ開度を精度よく算出することが可能となる。

本実施の形態においては、好ましくは、ＷＧ０Ｐ２算出部２０６は、ウェイストゲートバルブ駆動部２１２へのＷＧ指示値が０％であると仮定した場合における、排気ガス量とＷＧ０Ｐ２推定値との関係を予め計測した結果を第１のテーブルとして記憶しておき、排気ガス量算出部２０５にて算出した排気ガス量に対応するＷＧ０Ｐ２推定値を第１のテーブルを用いて決定する。

これによれば、ＥＣＵ５０はモデル計算などの複雑な演算処理を要する事無く、Ｐ２を算出することが可能となる。

本実施の形態においては、さらに好ましくは、吸気路２０に設けられてターボチャージャー３２をバイパスするバイパス通路３４を開閉するためのＡＢＶ（エアーバイパスバルブ）３４ａを備え、ＷＧ０Ｐ２算出部は、ＷＧＶ駆動部２１２へのＷＧ指示値が０％であると仮定した場合における、ＡＢＶ３４ａが開状態のときの、排気ガス量とＷＧ０Ｐ２推定値との関係を予め計測した結果を第２のテーブルとして記憶しておき、ＡＢＶ３４ａの開閉状態に基づいて、ＡＢＶ３４ａが開状態のときは第２のテーブルを用い、ＡＢＶ３４ａが閉状態のときは第１のテーブルを用いる。

これによれば、Ｐ２を低下させる事を目的として、制御にてＡＢＶ３４ａを開いた場合であっても、精度よくＰ２を推定する事が可能となる。

本実施の形態においては、好ましくは、Ｐｂセンサ（インテークマニホールド圧力検出部）４２により検出されたＰｂ（インテークマニホールド圧力）に所定値を加算して下限スロットル上流圧推定値（下限Ｐ２値）を算出する下限Ｐ２算出部２０４と、ＷＧ０Ｐ２算出部２０６にて算出されたＷＧ０Ｐ２推定値と下限Ｐ２値とを比較するＰ２比較部（スロットル上流圧比較部）２０７とをさらに備え、Ｐ２比較部２０７で比較した結果、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合には、Ｐ２推定値として下限Ｐ２値を用いる。

これによれば、エンジンがＷＧＶ調整による過給を要する運転領域であった場合でも、精度よくＰ２を推定する事が可能となる。

本実施の形態においては、好ましくは、目標空気量に基づいて目標Ｐｂ値（目標インテークマニホールド圧）を算出する目標Ｐｂ算出部２０３を備え、Ｐ２比較部２０７で比較した結果、下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合には、ＷＧ指示値算出部は、Ｐｂが目標ＰｂとなるようＷＧＶ駆動部２１２へのＷＧ指示値を調整する。

これによれば、エンジン１０がＷＧＶ調整による過給を要する運転領域であった場合でも、精度よく要求トルクに応じた過給状態の調整が可能となる。

本実施の形態においては、好ましくは、ＷＧ０Ｐ２算出部２０６は、算出したＷＧ０Ｐ２推定値に対して、あらかじめ設定されたフィルタ定数を有するフィルタを用いたフィルタ処理を行う。

これによれば、過渡運転等による急激なＰ２の変化が生じる場合であっても、実際の圧力に応じた推定値を算出することが可能となる。

本実施の形態においては、好ましくは、吸気路２０に設けられて圧縮機３２ａ，３２ｂをバイパスするバイパス通路３４を開閉するためのＡＢＶ３４ａを備え、ＷＧ０Ｐ２算出部２０６は、ＡＢＶ３４ａの開閉状態に基づいて、フィルタ定数を変更する。

これによれば、減速過渡運転時にＡＢＶ３４ａを開き、Ｐ２を早く低下させた場合であっても、実際の圧力挙動に応じた推定値を算出することが可能となる。

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 ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）、３３ｂ ウェイストゲートアクチュエータ（ＷＧＡ）、３４ バイパス路、３４ａ エアーバイパスバルブ（ＡＢＶ）、４０ クランク回転速度センサ、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）、４５ Ａ／Ｆセンサ、５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）。

本発明は、内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、前記スロットルバルブを駆動するスロットルバルブ駆動部と、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て前記タービンと一体に回転する圧縮機と、から構成された過給機と、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ェイストゲートバルブと、前記ウェイ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ェイストゲートバルブ駆動部と、前記ウェイストゲートバルブ駆動部への制御指示値を算出するウェイストゲート指示値算出部と、前記吸気路の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値を検出するインテークマニホールド圧力検出部と、前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、前記内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出部と、前記吸入空気量検出部で検出した吸入空気量と前記空燃比検出部で検出した空燃比とに基づいて排気ガス量を算出する排気ガス量算出部と、前記ウェイストゲートバルブ駆動部への前記制御指示値が０％であると仮定した場合における、前記吸気路の前記過給機の下流でかつ前記スロットルバルブ上流のスロットル上流圧の推定値であるＷＧ０Ｐ２推定値を前記排気ガス量に基づいて算出するＷＧ０Ｐ２算出部と、運転者のアクセルペダルの踏み込み量に基づいて運転者からの要求出力を算出する要求出力算出部と、前記要求出力に基づいて、当該要求出力を実現させるために必要な目標空気量を算出する目標空気量算出部とを備え、前記ウェイストゲートバルブ駆動部への前記制御指示値が０％の時は、前記ＷＧ０Ｐ２算出部が算出した前記ＷＧ０Ｐ２推定値をスロットル上流圧推定値とし、前記スロットル上流圧推定値と前記インテークマニホールド圧力値と前記目標空気量とに基づいて、前記スロットルバルブの目標開度を算出して前記スロットルバルブを駆動する内燃機関の制御装置である。

Claims (8)

1. 内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、
   前記スロットルバルブを駆動するスロットルバルブ駆動部と、
   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て前記タービンと一体に回転する圧縮機と、から構成された過給機と、
   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ェイストゲートバルブと、
   前記ウェイ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ェイストゲートバルブ駆動部と、
   前記ウェイストゲートバルブ駆動部への制御指示値を算出するウェイストゲート指示値算出部と、
   前記吸気路の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値を検出するインテークマニホールド圧力検出部と、
   前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、
   前記内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出部と、
   前記吸入空気量検出部で検出した吸入空気量と前記空燃比検出部で検出した空燃比とに基づいて排気ガス量を算出する排気ガス量算出部と、
   前記ウェイストゲートバルブ駆動部への前記制御指示値が０％であると仮定した場合における、前記吸気路の前記過給機の下流でかつ前記スロットルバルブ上流のスロットル上流圧の推定値であるＷＧ０Ｐ２推定値を前記排気ガス量に基づいて算出するＷＧ０Ｐ２算出部と
   を備え、
   前記ウェイストゲートバルブ駆動部への前記制御指示値が０％の時は、前記ＷＧ０Ｐ２算出部が算出した前記ＷＧ０Ｐ２推定値をスロットル上流圧推定値とし、前記スロットル上流圧推定値と前記インテークマニホールド圧力値と前記目標空気量とに基づいて、前記スロットルバルブの目標開度を算出して前記スロットルバルブを駆動する
   内燃機関の制御装置。
2. 前記ＷＧ０Ｐ２算出部は、
   前記ウェイストゲートバルブ駆動部への前記制御指示値が０％であると仮定した場合における、前記排気ガス量と前記ＷＧ０Ｐ２推定値との関係を予め計測した結果を第１のテーブルとして記憶しておき、
   前記排気ガス量算出部にて算出した前記排気ガス量に対応する前記ＷＧ０Ｐ２推定値を前記第１のテーブルを用いて決定する
   請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 前記吸気路に設けられて前記圧縮機をバイパスする吸気バイパス通路を開閉するためのエアーバイパスバルブを備え、
   前記ＷＧ０Ｐ２算出部は、
   前記ウェイストゲートバルブ駆動部への前記制御指示値が０％であると仮定した場合における、前記エアーバイバスバルブが開状態のときの、前記排気ガス量と前記ＷＧ０Ｐ２推定値との関係を予め計測した結果を第２のテーブルとして記憶しておき、
   前記エアーバイパスバルブの開閉状態に基づいて、前記エアーバイバスバルブが開状態のときは前記第２のテーブルを用い、前記エアーバイバスバルブが閉状態のときは前記第１のテーブルを用いる
   請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記インテークマニホールド圧力検出部により検出されたインテークマニホールドの圧力に所定値を加算して下限スロットル上流圧推定値を算出する下限スロットル上流圧算出部と、
   前記ＷＧ０Ｐ２算出部にて算出された前記ＷＧ０Ｐ２推定値と、前記下限スロットル上流圧推定値とを比較するスロットル上流圧比較部と
   をさらに備え、
   前記スロットル上流圧比較部で比較した結果、前記下限スロットル上流圧推定値が前記ＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合には、前記スロットル上流圧推定値として前記下限スロットル上流圧推定値を用いて、
   それ以外の場合は、前記スロットル上流圧推定値として前記ＷＧ０Ｐ２推定値を用いる
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記目標空気量に基づいて目標インテークマニホールド圧を算出する目標インテークマニホールド圧算出部を備え、
   前記スロットル上流圧比較部で比較した結果、前記下限スロットル上流圧推定値が前記ＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合には、前記ＷＧ指示値算出部は、前記インテークマニホールドの圧力が前記目標インテークマニホールド圧となるよう前記ウェイストゲートバルブ駆動部への前記制御指示値を調整する
   請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記ＷＧ０Ｐ２算出部は、算出した前記ＷＧ０Ｐ２推定値に対して、あらかじめ設定されたフィルタ定数を有するフィルタを用いたフィルタ処理を行う
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記吸気路に設けられて前記圧縮機をバイパスする吸気バイパス通路を開閉するためのエアーバイパスバルブを備え、
   前記ＷＧ０Ｐ２算出部は、前記エアーバイパスバルブの開閉状態に基づいて、前記フィルタ定数を変更する
   請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 運転者のアクセルペダルの踏み込み量に基づいて運転者からの要求出力を算出するステップと、
   前記要求出力に基づいて目標空気量を算出するステップと、
   前記目標空気量に基づいて目標インテークマニホールド圧力を算出するステップと、
   インテークマニホールド圧力に基づいて、スロットル上流圧力の下限値である下限Ｐ２値を算出するステップと、
   内燃機関の運転状態に基づいて排気ガス量を算出するステップと、
   前記排気ガス量に基づいて、前記ウェイストゲートバルブ駆動部への前記制御指示値が０％であると仮定した場合における、前記吸気路の前記過給機の下流でかつ前記スロットルバルブ上流のスロットル上流圧の推定値であるＷＧ０Ｐ２推定値を算出するステップと、
   前記下限Ｐ２値と前記ＷＧ０Ｐ２推定値とを比較するステップと、
   前記下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合に、前記下限Ｐ２値をスロットル上流圧推定値に設定し、運転者の前記アクセルペダルの前記踏み込み量に基づいて目標スロットル開度を算出し、インテークマニホールド圧力値を目標インテークマニホールド圧力値にするためのＷＧ指示値を算出してフィードバック制御を行うステップと、
   前記下限Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値以下の場合に、前記ＷＧ０Ｐ２推定値をスロットル上流圧推定値に設定し、前記スロットル上流圧推定値と前記目標空気量と前記インテークマニホールド圧力値とに基づいて目標スロットル開度を算出し、ウェイストゲートバルブ指示値を０％に設定するステップと
   を備えた内燃機関の制御方法。

Images