JP2017040229A - 過給機付き内燃機関の制御装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
実施の形態1に係る過給機36付き内燃機関1の制御装置100(以下、単に制御装置100と称す)について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る過給機36付き内燃機関1(以下、エンジン1と称す)の概略構成図であり、図2は、本実施の形態に係る制御装置100のブロック図である。
まず、エンジン1の構成について説明する。図1に示すように、エンジン1は、空気と燃料の混合気を燃焼するシリンダ8を有している。なお、エンジン1及び制御装置100は、車両に搭載され、エンジン1は、車両(車輪)の駆動力源となる。エンジン1は、シリンダ8に空気を供給する吸気路2と、シリンダ8の排気ガスを排出する排気路7とを備えている。吸気路2は、吸気管等により構成され、排気路7は、排気管等により構成されている。吸気路2は、各シリンダ8に空気を供給するインテークマニホールド5を有している。インテークマニホールド5の上流側の吸気路2にはスロットルバルブ4が備えられている。よって、スロットルバルブ4の下流側の吸気路2は、インテークマニホールド5により構成されている。エンジン1は、過給機36を備えている。過給機36は、排気路7に設けられたタービン32と、吸気路2におけるスロットルバルブ4の上流側に設けられ、タービン32と一体的に回転する圧縮機31と、タービン32を迂回する排気路7のバイパス通路37(以下、排気バイパス通路37と称す)と、排気バイパス通路37に設けられたウェイストゲートバルブ34と、ウェイストゲートバルブ34を駆動するゲートバルブアクチュエータ34aと、を有している。排気バイパス通路37は、タービン32の上流側の排気路7の部分と下流側の排気路7の部分とをつなぐ、タービン32の迂回流路である。ウェイストゲートバルブ34は、排気バイパス通路37の流路断面積(開度)を変更するバルブである。
次に、制御装置100の構成について説明する。
制御装置100は、過給機36を備えたエンジン1を制御対象とする制御装置である。
制御装置100が備える各制御部110〜112等は、制御装置100が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置100は、図3に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93等を備えている。記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)や、演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)等が備えられている。入力回路92は、各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置90に入力するA/D変換器や入力ポート等を備えている。出力回路93は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置90から制御信号を出力する駆動回路や出力ポート等を備えている。そして、制御装置100が備える各制御部110〜112等の各機能は、演算処理装置90が、ROM等の記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置91、入力回路92、及び出力回路93等の制御装置100の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部110〜112等が用いるマップ等の設定データは、ソフトウェア(プログラム)の一部として、ROM等の記憶装置91に記憶されている。
制御装置100は、エンジン1及び車両の運転状態を検出する運転状態検出部110を備えている。運転状態検出部110は、エンジン1の実回転速度Ner、実吸入空気流量Qar、及び実大気圧P1rを検出する。具体的には、運転状態検出部110は、クランク角センサ11の出力信号に基づいてエンジン1の実回転速度Nerを検出し、エアフローセンサ12又はマニホールド圧センサ15の出力信号に基づいてエンジン1の実吸入空気流量Qarを検出し、大気圧センサ9の出力信号に基づいて実大気圧P1rを検出する。
運転状態検出部110は、実吸入空気流量演算部141を備えている。実吸入空気流量演算部141は、エンジン1(吸気路2)に吸入される空気流量である実吸入空気流量Qarを算出する。本実施の形態では、実吸入空気流量演算部141は、エアフローセンサ12又はマニホールド圧センサ15(本例では、エアフローセンサ12)の出力信号に基づいて検出した実計測空気流量Qrに基づいて、下記(1)式のように、行程周期ΔT間(本例では、BTDC5degCA間)の実計測空気流量Qrの平均値を実吸入空気流量Qar[g/s]として算出する。
Qar=ΣQr/N (1)
ここで、Nは、行程周期ΔT間の実計測空気流量Qrのサンプリング回数である。
なお、運転状態検出部110は、マニホールド圧センサ15により検出した実マニホールド圧Pbrに基づいて実計測空気流量Qrを検出する場合は、(14)式のオリフィスの流量算出式等を用いて実計測空気流量Qrを算出する。
運転状態検出部110は、実シリンダ内新気量演算部142を備えている。実シリンダ内新気量演算部142は、エアフローセンサ12又はマニホールド圧センサ15(本例では、エアフローセンサ12)の出力信号に基づいて実充填効率Ecr及び実シリンダ内新気量Qcrを算出する。
本実施の形態では、実シリンダ内新気量演算部142は、下記(2)式のように、実吸入空気流量Qarに行程周期ΔT(本例では、BTDC5degCA間の期間)を乗算した値に対して、インテークマニホールド5(サージタンク)の遅れを模擬した1次遅れフィルタ処理を行って、一行程あたりの実シリンダ内新気量Qcr[g/stroke]を算出する。
Qcr(n)=KCCA×Qcr(n−1)+(1−KCCA)×Qar(n)×ΔT(n)
(2)
ここで、KCCAは、フィルタ係数である。
Qcr=(Kv×Vc)×ρb, ρb=Pbr/(R×T1r) (3)
ここで、Rはガス定数である。
Ecr=Qcr/(ρ0×Vc) (4)
推定トルク演算部143は、実充填効率Ecrと、空燃比AFと、熱効率ηとに基づい
て、エンジン1から発生した実トルクを推定するための演算、即ちエンジン1の推定出力トルクTRQr又は推定図示平均有効圧Pirを算出する。ここで、空燃比AFは、空燃比センサ16により検出された排気ガスの空燃比であってもよいし、インジェクタ17の駆動時間を算出するために用いられる空燃比AFの目標値であってもよい。
Qf=Qcr/AF (5)
Ht=Qf×44000 (6)
Wi=Ht×η (7)
Pir=Wi/Vc (8)
Pir=Wi/Vc
=(Ht×η)/Vc
=(Qf×44000×η)/Vc
={(Qcr/AF)×44000×η}/Vc (9)
Pit={(Qct/AF)×44000×η}/Vc (10)
TRQr=Pir×Vc×z/(2π×i) (11)
制御装置100は、エンジン1の吸入空気を制御する吸入空気制御部111を備えている。吸入空気制御部111は、吸入空気流量Qaの目標値である目標吸入空気流量Qatと、充填効率Ecの目標値である目標充填効率Ectを算出する。
本実施の形態では、吸入空気制御部111は、エンジン1に要求されている出力トルクである要求出力トルクTRQdを算出する要求トルク演算部120、要求出力トルクTRQdに基づいて目標出力トルクTRQt又は目標図示平均有効圧Pitを算出する目標トルク演算部121、目標出力トルクTRQt又は目標図示平均有効圧Pitに基づいて目標充填効率Ect及び目標シリンダ内新気量Qctを算出する目標シリンダ内新気量演算部122、目標シリンダ内新気量Qctに基づいて目標吸入空気流量Qatを算出する目標吸入空気流量演算部123、及び目標吸入空気流量Qatに基づいてスロットル開度を制御するスロットル開度制御部124を備えている。
<要求トルク演算部120>
要求トルク演算部120は、アクセル開度D及び外部の制御装置からの要求に基づいて要求出力トルクTRQdを算出する。要求トルク演算部120は、実回転速度Ner(又は車両の走行速度VS)及びアクセル開度Dに基づいて、車両の運転者から要求されているエンジン1の出力トルクである運転者要求出力トルクを算出する。具体的には、要求トルク演算部120は、実回転速度Ner(又は走行速度VS)とアクセル開度Dと運転者要求出力トルクとの関係が予め設定されたマップを用い、実回転速度Ner(又は走行速度VS)及びアクセル開度Dに対応する運転者要求出力トルクを算出する。
目標トルク演算部121は、要求出力トルクTRQdに基づいて目標出力トルクTRQt又は目標図示平均有効圧Pitを算出する。目標トルク演算部121は、各種のエンジン補機(例えば、オルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、パワーステアリング用ポンプ、トランスミッション用ポンプ、トルクコンバータ等)の負荷を計測した実験データに基づいて、回転速度Ne等の運転状態とエンジン補機の負荷との関係が予め設定されたマップを用い、実回転速度Ner等の実運転状態に対応するエンジン補機の負荷を算出する。目標トルク演算部121は、要求出力トルクTRQdにエンジン補機負荷(絶対値)を加算して、エンジン補機負荷を考慮したエンジン要求出力トルクを算出する。
目標シリンダ内新気量演算部122は、目標図示平均有効圧Pit又は目標出力トルクTRQtに基づいて目標シリンダ内新気量Qct及び目標充填効率Ectを算出する。目標シリンダ内新気量演算部122は、目標図示平均有効圧Pit又は目標出力トルクTRQtと、空燃比AFの目標値と、熱効率ηとに基づいて目標シリンダ内新気量Qct[g/stroke]及び目標充填効率Ectを算出する。熱効率ηは、上述した推定トルク演算部143において算出されるものを用いる。なお、シリンダ容積Vcは、一気筒あたりのシリンダ8の行程容積[L]を示している。
Qct=AF×Pit×Vc/(η×44000)
Ect=AF×Pit/(η×44000×ρ0) (12)
目標吸入空気流量演算部123は、目標シリンダ内新気量Qctに基づいて、エンジン1が吸気路2に吸入すべき目標吸入空気流量Qat[g/s]を算出する。本実施の形態では、目標吸入空気流量演算部123は、下記(13)式のように、目標シリンダ内新気量Qctに対して、上述した(2)式の一次遅れフィルタ処理の逆特性となる一次進みフィルタ処理を行った値を、行程周期ΔTで除算して、目標吸入空気流量Qatを算出するように構成されている。目標吸入空気流量Qatは、インテークマニホールド5(サージタンク)の上流の吸気路2(例えば、スロットルバルブ4)を通過する空気流量の目標値に相当する。本例では、行程周期ΔTは、BTDC5degCA間の周期に設定されており、4気筒エンジンであれば180degCA間の周期、3気筒エンジンであれば240degCA間の周期となる。
Qat(n)={1/(1−KCCA)×Qct(n)
−KCCA/(1−KCCA)×Qct(n−1)}/ΔT(n)
(13)
<スロットル開度制御部124>
スロットル開度制御部124は、目標吸入空気流量Qatに基づいてスロットル開度を制御する。スロットル開度制御部124は、目標吸入空気流量Qatに基づいて目標スロットル開度THtを設定し、実スロットル開度THrが目標スロットル開度THtに近づくように、スロットルモータ40を駆動制御する。
Stht=Qat/(σ2×a2×ρ2) (15)
制御装置100は、ウェイストゲートバルブ制御部112を備えている。ウェイストゲートバルブ制御部112は、ウェイストゲートバルブ34を駆動制御して、過給圧P2を制御する。ウェイストゲートバルブ制御部112は、図2に示すように、目標過給圧演算部131、目標圧縮機駆動力演算部132、目標タービン流量演算部133、排気ガス流量演算部134、目標ゲート流量演算部135、目標タービン前後圧力比演算部136、目標タービン上流圧力演算部137、目標ゲート有効開口面積演算部138、及びゲートバルブ制御値演算部139を備えている。
<目標過給圧演算部131>
目標過給圧演算部131は、目標充填効率Ect及び実回転速度Nerに基づいて、目標過給圧P2tを算出する。本実施の形態では、目標過給圧演算部131は、実回転速度Nerと実マニホールド圧Pbrとに基づいて、インテークマニホールド5基準の体積効率Kvを算出し、体積効率Kvと目標充填効率Ectと実吸入空気温度T1rとに基づいて、インテークマニホールド5内の圧力の目標値である目標マニホールド圧Pbtを算出し、目標マニホールド圧Pbtに圧力加算値KP2を加えて目標過給圧P2tを算出するように構成されている。体積効率Kvは、インテークマニホールド5内の空気体積を基準にした体積効率Kvであり、シリンダ容積Vcに対する、シリンダ8に吸入されるインテークマニホールド5内の空気体積の比率である(Kv=シリンダ8に吸入されるインテークマニホールド5内の空気体積/Vc)。目標過給圧演算部131は、実シリンダ内新気量演算部142と同様に、回転速度Ne及びマニホールド圧Pbと体積効率Kvとの関係が予め設定されたマップを用い、実回転速度Ner及び実マニホールド圧Pbrに対応する体積効率Kvを算出する。本実施の形態では、実シリンダ内新気量演算部142が算出した体積効率Kvが用いられる。
P2t=Pbt+KP2
KP2=MAP1(Ect,Ner) (17)
目標圧縮機駆動力演算部132は、目標吸入空気流量Qatと、目標過給圧P2tと実大気圧P1rとの圧力比である目標圧縮機前後圧力比P2t/P1rとの少なくとも一方(本例では双方)に基づいて、目標圧縮機駆動力Pctを算出する。
ηct=MAP3(Qat,P2t/P1r) (21)
機駆動力Pctに対して、実大気圧P1rと実吸入空気温度T1rとに基づいて算出した環境補正係数を乗算して、標準大気状態に換算した目標圧縮機駆動力Pct0を算出する。本例では、標準大気状態の大気圧P10は1atmに設定され(P10=1atm)、標準大気状態の吸入空気温度T10は25℃に設定される(T10=25℃)。なお、本環境補正は、圧縮性の影響を考慮した相似則に基づいて、標準大気状態における圧縮機駆動力に換算するものであり、環境補正後の圧縮機駆動力を修正圧縮機駆動力とも呼ぶ。
本実施の形態では、ウェイストゲートバルブ制御部112は、実圧縮機駆動力演算部140を備えている。実圧縮機駆動力演算部140は、実吸入空気流量Qarと、実過給圧P2rと実大気圧P1rとの圧力比である実圧縮機前後圧力比P2r/P1rとの少なくとも一方(本例では双方)に基づいて、実際の圧縮機31の駆動力である実圧縮機駆動力Pcrを算出する。
ηcr=MAP3(Qar,P2r/P1r) (24)
目標タービン流量演算部133は、目標圧縮機駆動力Pctを実現する目標タービン流量Qttを算出する。本実施の形態では、目標タービン流量演算部133は、下記(25)式のように、圧縮機31の駆動力となるタービン出力Ptとタービン流量Qtとの関係が予め設定されたタービン流量マップMAP4を用い、目標圧縮機駆動力Pct(本例では、標準大気状態に変換された目標圧縮機駆動力Pct0)に対応するタービン流量Qtを目標タービン流量Qttとして算出するように構成されている。タービン流量マップMAP4は、エンジン1に組み付けられていない状態の過給機36(タービン32)の単体で計測した実験データに基づいて予め設定することができる。
Qtt=MAP4(Pct) (25)
排気ガス流量演算部134は、実吸入空気流量Qarと空燃比AFとに基づいて排気ガス流量Qexを算出する。本実施の形態では、排気ガス流量演算部134は、下記(27)式のように、実吸入空気流量Qarに基づいて算出した実シリンダ内新気量Qcrと、空燃比センサ16により検出した排気ガスの空燃比AFとに基づいて、排気ガス流量Qexを算出するように構成されている。なお、Qcr/ΔTの代わりに、実吸入空気流量Qarが用いられてもよく、空燃比AFには、燃料演算に用いられる空燃比AFの目標値が用いられてもよい。
目標ゲート流量演算部135は、排気ガス流量Qexと目標タービン流量Qttとに基づいて、目標ウェイストゲート流量Qwgtを算出する。本実施の形態では、目標ゲート流量演算部135は、下記(28)式のように、排気ガス流量Qexから目標タービン流量Qttを減算して、目標ウェイストゲート流量Qwgtを算出するように構成されている。
Qwgt=Qex−Qtt (28)
目標タービン前後圧力比演算部136は、目標圧縮機駆動力Pct又は目標圧縮機前後圧力比P2t/P1r(本例では、目標圧縮機駆動力Pct)を実現する、目標タービン前後圧力比P3t/P4tを算出する。本実施の形態では、目標タービン前後圧力比演算部136は、下記(29)式のように、圧縮機31の駆動力となるタービン出力Ptとタービン前後圧力比P3/P4との関係が予め設定されたタービン圧力比マップMAP5を用い、目標圧縮機駆動力Pctに対応するタービン前後圧力比P3/P4を目標タービン前後圧力比P3t/P4tとして算出するように構成されている。
P3t/P4t=MAP5(Pct) (29)
上述したように、タービン出力Ptとタービン前後圧力比P3/P4との間には強い相関性があるため、目標圧縮機駆動力Pctを実現する目標タービン前後圧力比P3t/P4tを精度よく算出できる。
P3t/P4t=MAP5*(P2t/P1r) (30)
タービン圧力比マップMAP5*は、エンジン1に組み付けられていない状態の過給機36の単体で計測した実験データに基づいて予め設定することができる。
目標タービン上流圧力演算部137は、排気ガス流量Qexに基づいてタービン下流圧力P4を算出し、当該タービン下流圧力P4と目標タービン前後圧力比P3t/P4tとに基づいてタービン上流圧力P3の目標値である目標タービン上流圧力P3tを算出する。
P4/P1=MAP6(Qex) (31)
P4=(P4/P1)×P1r (32)
P3t=(P3t/P4t)×P4 (33)
目標ゲート有効開口面積演算部138は、目標ウェイストゲート流量Qwgt、目標タービン前後圧力比P3t/P4t、及び目標タービン上流圧力P3tに基づいて目標ゲート有効開口面積Swgtを算出する。
σ3=MAP7(P3t/P4t) (35)
T3=MAP8(Ecr,Ner) (36)
a3=MAP9(T3) (37)
ρ3=P3t/(R×T3) (38)
Swgt=Qwgt/(σ3×a3×ρ3) (39)
ゲートバルブ制御値演算部139は、目標ゲート有効開口面積Swgtに基づいてゲートバルブ制御値WGを算出する。制御装置100は、ゲートバルブ制御値WGに基づいて、ゲートバルブアクチュエータ34aに対して制御信号を出力し、ウェイストゲートバルブ34を駆動制御する。
WG=MAP10(Swgt) (40)
WG=WGb+WGfb+WGlrn (41)
WGfb=WGfbp+WGfbi+WGfbd (42)
制御は、過給機36の個体差、経年変化などのばらつき要素による定常的なフィードバック偏差を吸収し、ばらつき要素の影響を少なくするために行われる。
本実施の形態に係る制御装置100の処理の手順(過給機36付きエンジン1の制御方法)について、図4〜図6に示すフローチャートに基づいて説明する。図4〜図6のフローチャートの処理は、演算処理装置90が記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行することにより、例えば一定の演算周期毎に繰り返し実行される。
ステップS01で、運転状態検出部110は、上記のように、エンジン1の運転状態を検出する運転状態検出処理(運転状態検出ステップ)を実行する。運転状態検出部110は、エンジン1の実回転速度Ner、実吸入空気流量Qar、及び実大気圧P1rを検出する。また、運転状態検出部110は、その他に、実吸入空気温度T1r、実スロットル開度THr、実マニホールド圧Pbr、排気ガスの空燃比AF、実過給圧P2r、及びアクセル開度D等の各種の運転状態を検出する。ここで、運転状態検出部110(実吸入空気流量演算部141)は、上記のように、実吸入空気流量Qarを算出する実吸入空気流量演算処理(実吸入空気流量演算ステップ)を実行する。運転状態検出部110(実シリンダ内新気量演算部142)は、上記のように、エアフローセンサ12又はマニホールド圧センサ15の出力信号に基づいて実充填効率Ecr及び実シリンダ内新気量Qcrを算出する実シリンダ内新気量演算処理(実シリンダ内新気量演算ステップ)を実行する。また、運転状態検出部110(推定トルク演算部143)は、上記のように、エンジン1の推定出力トルクTRQr又は推定図示平均有効圧Pirを算出する推定トルク演算処理(推定トルク演算ステップ)を実行する。
本実施の形態の制御装置100によれば、ウェイストゲートバルブ34を有する過給機36付きのエンジン1において、加速応答特性の操作、燃費最適ポイントでの運転、及びばらつき要素の学習が可能という優れた特長を有し、更に、従来技術に比べて、エンジン1及び過給機36を組み合わせた上で行う必要のあるデータ計測及び適合のための作業を削減することが可能となる。
圧力加算値マップMAP1は、目標充填効率Ect及び回転速度Neと、圧力加算値KP2との関係が予め設定された圧力加算値マップであり、目標過給圧演算部131で用いられる。圧力加算値マップMAP1は、机上設計で設定可能である。
圧力比補正係数マップMAP2は、圧縮機前後圧力比P2/P1と圧力比補正係数F1との関係が予め設定されたマップであり、目標圧縮機駆動力演算部132で用いられる。圧力比補正係数マップMAP2は、(20)式に示す理論式に基づいて設定される。
タービン流量マップMAP4は、タービン出力Ptとタービン流量Qtとの関係が予め設定されたマップであり、目標タービン流量演算部133で用いられる。タービン流量マップMAP4は、エンジン1に組み付けられていない状態の過給機36(タービン32)単体で計測した実験データに基づいて設定される。
タービン下流圧力比マップMAP6は、排気ガス流量Qexと、タービン下流圧力P4と大気圧P1との圧力比である大気圧圧力比P4/P1との関係が予め設定されたマップであり、目標タービン上流圧力演算部137で用いられる。タービン下流圧力比マップMAP6は、過給機36の下流に設けられた触媒やマフラーなどの排気抵抗によって定まり、過給機36の仕様に依存しないエンジン1の実験データに基づいて設定される。
排気温度マップMAP8は、充填効率Ec及び回転速度Neと排気ガス温度T3との関係が予め定められたマップであり、目標ゲート有効開口面積演算部138で用いられる。排気温度マップMAP8は、下流に配置された過給機36の仕様に依存しないエンジン1の実験データに基づいて設定される。
有効開口面積マップMAP10は、ウェイストゲートバルブ34の有効開口面積Swgとゲートバルブ制御値WGとの関係が予め設定されたマップであり、ゲートバルブ制御値演算部139で用いられる。有効開口面積マップMAP10は、エンジン1に組み付けられていない状態の過給機36(ウェイストゲートバルブ34、ゲートバルブアクチュエータ34a)単体で計測した実験データに基づいて設定される。
目標圧縮機駆動力、Qar 実吸入空気流量、Qat 目標吸入空気流量、Qcr 実シリンダ内新気量、Qct 目標シリンダ内新気量、Qex 排気ガス流量、Qtt 目標タービン流量、Qwgt 目標ウェイストゲート流量、Swgt 目標ゲート有効開口面積、TRQd 要求出力トルク、TRQt 目標出力トルク、TRR外部要求出力トルク
Claims (6)
- 排気路に設けられたタービンと、吸気路におけるスロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体的に回転する圧縮機と、前記タービンを迂回する前記排気路の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ゲートバルブアクチュエータと、を有する過給機を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の実回転速度及び実吸入空気流量と、実大気圧とを検出する運転状態検出部と、
前記内燃機関の目標吸入空気流量及び目標充填効率を算出する吸入空気制御部と、
前記目標充填効率及び前記実回転速度に基づいて、前記圧縮機の下流側であって前記スロットルバルブの上流側の前記吸気路内の圧力である過給圧の目標値である目標過給圧を算出する目標過給圧演算部と、
前記目標吸入空気流量と、前記目標過給圧と前記実大気圧との圧力比である目標圧縮機前後圧力比との少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機の駆動力の目標値である目標圧縮機駆動力を算出する目標圧縮機駆動力演算部と、
前記目標圧縮機駆動力を実現する、前記タービンに流れる排気ガス流量分である目標タービン流量を算出する目標タービン流量演算部と、
前記実吸入空気流量と前記内燃機関の空燃比とに基づいて、前記内燃機関から排出される排気ガス流量を算出する排気ガス流量演算部と、
前記排気ガス流量と前記目標タービン流量とに基づいて、前記ウェイストゲートバルブを通って前記バイパス通路に流れる排気ガス流量分の目標値である目標ウェイストゲート流量を算出する目標ゲート流量演算部と、
前記目標圧縮機駆動力又は前記目標圧縮機前後圧力比を実現する、前記タービンの前後の圧力比である目標タービン前後圧力比を算出する目標タービン前後圧力比演算部と、
前記排気ガス流量に基づいて前記タービンの下流圧力を算出し、当該タービンの下流圧力と前記目標タービン前後圧力比とに基づいて前記タービンの上流圧力の目標値である目標タービン上流圧力を算出する目標タービン上流圧力演算部と、
前記目標ウェイストゲート流量、前記目標タービン前後圧力比、及び前記目標タービン上流圧力に基づいて前記ウェイストゲートバルブの有効開口面積の目標値である目標ゲート有効開口面積を算出する目標ゲート有効開口面積演算部と、
前記目標ゲート有効開口面積に基づいて前記ゲートバルブアクチュエータの制御値であるゲートバルブ制御値を算出するゲートバルブ制御値演算部と、
を備えた過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記運転状態検出部は、前記スロットルバルブの下流側の前記吸気路を構成するインテークマニホールド内の圧力である実マニホールド圧と、実吸入空気温度とを検出し、
前記目標過給圧演算部は、前記実回転速度と、前記実マニホールド圧とに基づいて、前記インテークマニホールド基準の体積効率を算出し、前記体積効率と前記目標充填効率と前記実吸入空気温度とに基づいて、マニホールド圧の目標値である目標マニホールド圧を算出し、前記目標マニホールド圧に圧力加算値を加えて前記目標過給圧を算出する請求項1に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記目標タービン流量演算部は、前記圧縮機の駆動力となるタービン出力とタービン流量との関係が予め設定されたマップを用い、前記目標圧縮機駆動力に対応する前記タービン流量を前記目標タービン流量として算出し、
前記目標タービン前後圧力比演算部は、前記圧縮機の駆動力又は前記過給圧と大気圧との圧力比である圧縮機前後圧力比と、前記タービンの前後の圧力比であるタービン前後圧力比との関係が予め設定されたマップを用い、前記目標圧縮機駆動力又は前記目標圧縮機前後圧力比に対応する前記タービン前後圧力比を前記目標タービン前後圧力比として算出し、
前記目標タービン上流圧力演算部は、前記排気ガス流量と、前記タービンの下流圧力と前記大気圧との圧力比である大気圧圧力比との関係が予め設定されたマップを用い、前記排気ガス流量に対応する前記大気圧圧力比を算出し、当該大気圧圧力比と前記実大気圧とに基づいて前記タービンの下流圧力を算出し、当該タービンの下流圧力と前記目標タービン前後圧力比に基づいて前記目標タービン上流圧力を算出する請求項1又は2に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記実吸入空気流量と、前記運転状態検出部により検出された実過給圧と、前記実大気圧との圧力比である実圧縮機前後圧力比との少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機の駆動力の検出値である実圧縮機駆動力を算出する実圧縮機駆動力演算部を備え、
前記ゲートバルブ制御値演算部は、前記実圧縮機駆動力が前記目標圧縮機駆動力に近づくように、前記ゲートバルブ制御値を補正するフィードバック補正値を変化させる駆動力フィードバック制御を実行し、
前記フィードバック補正値により前記ゲートバルブ制御値を補正した値を最終的な前記ゲートバルブ制御値とする請求項1から3までのいずれか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記ゲートバルブ制御値演算部は、前記フィードバック補正値のゼロからのずれ量に応じて、前記ゲートバルブ制御値を補正するフィードバック学習値を変化させる駆動力フィードバック学習制御を実行し、
前記フィードバック補正値及び前記フィードバック学習値により前記ゲートバルブ制御値を補正した値を最終的な前記ゲートバルブ制御値とする請求項4に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 排気路に設けられたタービンと、吸気路におけるスロットルバルブの上流側に設けられ、前記タービンと一体的に回転する圧縮機と、前記タービンを迂回する前記排気路の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ゲートバルブアクチュエータと、を有する過給機を備えた内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関の実回転速度及び実吸入空気流量と、実大気圧とを検出する運転状態検出ステップと、
前記内燃機関の目標吸入空気流量及び目標充填効率を算出する吸入空気制御ステップと、
前記目標充填効率及び前記実回転速度に基づいて、前記圧縮機の下流側であって前記スロットルバルブの上流側の前記吸気路内の圧力である過給圧の目標値である目標過給圧を算出する目標過給圧演算ステップと、
前記目標吸入空気流量と、前記目標過給圧と前記実大気圧との圧力比である目標圧縮機前後圧力比との少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機の駆動力の目標値である目標圧縮機駆動力を算出する目標圧縮機駆動力演算ステップと、
前記目標圧縮機駆動力を実現する、前記タービンに流れる排気ガス流量分である目標タービン流量を算出する目標タービン流量演算ステップと、
前記実吸入空気流量と前記内燃機関の空燃比とに基づいて、前記内燃機関から排出される排気ガス流量を算出する排気ガス流量演算ステップと、
前記排気ガス流量と前記目標タービン流量とに基づいて、前記ウェイストゲートバルブを通って前記バイパス通路に流れる排気ガス流量分の目標値である目標ウェイストゲート流量を算出する目標ゲート流量演算ステップと、
前記目標圧縮機駆動力又は前記目標圧縮機前後圧力比を実現する、前記タービンの前後の圧力比である目標タービン前後圧力比を算出する目標タービン前後圧力比演算ステップと、
前記排気ガス流量に基づいて前記タービンの下流圧力を算出し、当該タービンの下流圧力と前記目標タービン前後圧力比とに基づいて前記タービンの上流圧力の目標値である目標タービン上流圧力を算出する目標タービン上流圧力演算ステップと、
前記目標ウェイストゲート流量、前記目標タービン前後圧力比、及び前記目標タービン上流圧力に基づいて前記ウェイストゲートバルブの有効開口面積の目標値である目標ゲート有効開口面積を算出する目標ゲート有効開口面積演算ステップと、
前記目標ゲート有効開口面積に基づいて前記ゲートバルブアクチュエータの制御値であるゲートバルブ制御値を算出するゲートバルブ制御値演算ステップと、
を備えた過給機付き内燃機関の制御方法。
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