JP4433051B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ターボ過給機付きの内燃機関を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。

従来より、ターボ過給機付きの内燃機関が広く用いられている。ターボエンジンの弱点であるターボラグを少なくする方法として、排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構を設ける方法や、ターボ回転をアシストする電動機を設ける方法が提案されている。日本特開２００３−２３９７５５号公報には、その可変ノズル機構と、アシスト用の電動機との両方を備えたターボエンジンの過給圧を制御する装置が開示されている。この装置では、電動機の駆動による過給圧制御よりも可変ノズルによる過給圧制御を優先して実行することにより、それら二つの過給圧制御の相互干渉による制御の不安定化を防止するようにしている

日本特開２００３−２３９７５５号公報

上記従来の過給圧制御装置では、過給圧センサからの信号を可変ノズルの開度にフィードバックすることにより、実過給圧が目標過給圧に一致するように制御される。そして、急加速状態においては、電動機を駆動しつつ、可変ノズルによって過給圧が制御される。一方、急加速状態以外においては、電動機の駆動が禁止され、可変ノズルのみによって過給圧が制御される。

このように、上記従来の装置では、ターボ回転に対する電動アシストを伴って可変ノズル開度をフィードバック制御する場合と、電動アシストを伴わずに可変ノズルをフィードバック制御する場合とがある。電動アシストが伴う場合には、ターボ回転を早期に上昇させることができるので、過給圧の立ち上がりが速い。これに対し、電動アシストが無い場合には、過給圧の立ち上がりが遅い。このように、電動アシストがある場合とない場合とでは、過給圧の挙動が異なるため、可変ノズルのフィードバック制御における好ましい特性も異なったものとなる。しかしながら、上記従来の装置では、この点に対しての考慮が十分ではないため、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどが起こり易かった。この点で、上記従来の技術は未だ改良の余地を残すものであった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ターボ過給機の過給圧を調整可能な過給圧調整アクチュエータを複数種類備えた内燃機関において、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、およびハンチング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、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関を過給するターボ過給機と、
過給圧を調整可能な第１および第２の過給圧調整アクチュエータと、
過給圧の目標値、または過給圧と相関を有する過給圧相関値の目標値を運転状態に応じて決定する目標値決定手段と、
過給圧の現実値、または過給圧と相関を有する過給圧相関値の現実値を検出する現実値検出手段と、
前記現実値を前記目標値に一致させるべく、前記目標値と前記現実値との偏差を前記第１の過給圧調整アクチュエータの状態に反映させるフィードバック手段と、
前記第１の過給圧調整アクチュエータの状態に前記偏差が反映される感度を、前記第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて変更する感度変更手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記感度変更手段は、前記フィードバック手段のフィードバックゲインを前記第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて変更することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記感度変更手段は、前記フィードバック手段の微分項のフィードバックゲインを前記第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて変更することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記感度変更手段は、前記フィードバック手段によるフィードバック量の制限値を前記第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて変更することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記第１の過給圧調整アクチュエータは、前記ターボ過給機の排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構であり、
前記第２の過給圧調整アクチュエータは、ターボ回転をアシストする電動機であり、
前記感度変更手段は、前記電動機によるアシストの実行中には、非実行中に比して、前記偏差が前記可変ノズル機構の可変ノズル開度に反映される感度を低くすることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記目標値への前記現実値の収束状態を学習することにより、前記フィードバック手段のフィードバックゲインを補正する学習手段を更に備えることを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記感度変更手段は、前記感度を前記第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて連続的または段階的に変更することを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記第１の過給圧調整アクチュエータは、前記ターボ過給機の排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構であり、
前記第２の過給圧調整アクチュエータは、ターボ回転をアシストする電動機であり、
前記感度変更手段は、前記電動機によるアシスト量が大きい場合ほど、前記偏差が前記可変ノズル機構の可変ノズル開度に反映される感度を低くすることを特徴とする。

第１の発明によれば、過給圧または過給圧相関値の現実値を目標値に一致させるべく、その目標値と現実値との偏差を、第１の過給圧調整アクチュエータの状態に反映させることができる。そして、第１の過給圧調整アクチュエータの状態に上記偏差が反映される感度を、第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて変更することができる。このため、上記偏差を、第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じ、適正な感度で第１の過給圧調整アクチュエータの状態に反映させることができる。よって、第１の発明によれば、第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて常に適正な過給圧制御を行うことができ、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、およびハンチングを抑制することができる。

第２の発明によれば、第１の過給圧調整アクチュエータのフィードバック制御におけるフィードバックゲインを、第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて、適正な値とすることができる。このため、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、およびハンチングを抑制することができる。

第３の発明によれば、第１の過給圧調整アクチュエータのフィードバック制御における微分項のフィードバックゲインを、第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて、適正な値とすることができる。このため、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、およびハンチングを抑制することができる。

第４の発明によれば、第１の過給圧調整アクチュエータのフィードバック制御におけるフィードバック量の制限値を、第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて、適正な値とすることができる。このため、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、およびハンチングを抑制することができる。

第５の発明によれば、可変ノズル機構の可変ノズル開度をフィードバック制御することにより、過給圧を目標値に制御することができる。そして、ターボ回転をアシストする電動機の作動時には、非作動時に比して、偏差が可変ノズル開度に反映される感度を低くすることができる。このため、電動アシストの効果によって過給圧の立ち上がりが速くなっている場合にも、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどを抑制することができる。

第６の発明によれば、過給圧の制御状態を学習することにより、第１の過給圧調整アクチュエータのフィードバック制御におけるフィードバックゲインを補正することができる。このため、機関の個体差や経年変化の影響を過給圧フィードバック制御に適正に反映させることができる。よって、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどをより確実に抑制することができる。

第７の発明によれば、過給圧または過給圧相関値の目標値と現実値との偏差が第１の過給圧調整アクチュエータの状態に反映される感度を、第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて、連続的または段階的に変更することができる。このため、上記感度を、第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じてきめ細かく調整することができる。よって、第２の過給圧調整アクチュエータの状態にかかわらず、より適正な過給圧制御を行うことができる。その結果、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、およびハンチングをより確実に抑制することができる。

第８の発明によれば、第１の過給圧調整アクチュエータとしての可変ノズル機構の可変ノズル開度をフィードバック制御することにより、過給圧を目標値に制御することができる。そして、第２の過給圧調整アクチュエータとしての電動機によるターボ回転のアシスト量に応じて、そのアシスト量が大きい場合ほど、目標値と現実値との偏差が可変ノズル開度に反映される感度を低くすることができる。このため、電動機のアシスト量の大小によって異なる過給圧の立ち上がり特性に対応して、可変ノズル開度のフィードバック制御の感度を最適に設定することができる。よって、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどをより確実に抑制することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 ベースＶＮ開度を定めたマップを示す図である。 微分ゲインと、機関回転数および機関負荷との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１の過給圧制御を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態４においてターボ回転を電動アシストする場合に電動機に供給される電力（電動機出力）の変化を表す図である。

符号の説明

２ ディーゼル機関
４ 吸気マニホールド
６ 排気マニホールド
８ 吸気管
１０ 排気管
１２ エアクリーナ
１４ ターボ過給機
１４ａ コンプレッサ
１４ｂ 排気タービン
１４ｃ 可変ノズル機構
１５ 電動機
１６ 回転数センサ
１７ インタークーラ
１８ バイパス弁
２２ 吸気絞り弁
２４ ＥＧＲ管
２６ ＥＧＲクーラ
２８ ＥＧＲ弁
３０ 触媒容器
３２ 筒内インジェクタ
３４ コモンレール
３６ サプライポンプ
５０ バイパス管
６０ モータコントローラ
６２ バッテリ
７０ ＥＣＵ
７２ アクセル開度センサ
７４ 過給圧センサ
７６ エアフローメータ
７８ クランク角センサ

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、複数の気筒（図１では４つの気筒）を有するディーゼル機関２と、ディーゼル機関２に燃料を供給する燃料供給系と、ディーゼル機関２に空気を供給する吸気系と、ディーゼル機関２から排気ガスを排出する排気系と、ディーゼル機関２の運転を制御する制御系とを備えている。ディーゼル機関２は、車両に搭載され、その動力源とされる。

ディーゼル機関２の燃料供給系には、燃料を燃焼室内に直接噴射するための筒内インジェクタ３２が備えられる。筒内インジェクタ３２は気筒毎に設けられ、それぞれコモンレール３４に接続されている。つまり、ディーゼル機関２は、コモンレール式のディーゼル機関である。図示しない燃料タンクに貯留された燃料は、サプライポンプ３６によって汲み上げられ、所定の燃圧まで圧縮されてコモンレール３４へ供給される。サプライポンプ３６は、図では省略するが、低圧ポンプと高圧ポンプとからなっている。

ディーゼル機関２の排気系には、排気マニホールド６と、排気マニホールド６に接続される排気管１０が備えられる。ディーゼル機関２の各気筒から排出される排気ガスは排気マニホールド６に集められ、排気マニホールド６を介して排気管１０へ排出される。排気管１０の途中には、触媒容器３０が設けられている。触媒容器３０内には、ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、或いはＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）等の触媒が配置される。

ディーゼル機関２の吸気系には、吸気マニホールド４と、吸気マニホールド４に接続される吸気管８が備えられる。空気は大気中から吸気管８に取り込まれ、吸気マニホールド４を介して各気筒の燃焼室に分配される。吸気管８の入口には、エアクリーナ１２が取り付けられている。エアクリーナ１２の下流近傍には、吸気管８に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７６が設けられている。また、吸気マニホールド４の上流には、吸気絞り弁２２が設けられている。

本システムには、可変ノズル型のターボ過給機１４が設けられている。このターボ過給機１４は、コンプレッサ１４ａと、排気タービン１４ｂと、可変ノズル機構１４ｃとを有している。コンプレッサ１４ａは、エアフローメータ７６から吸気絞り弁２２に至る吸気管８の途中に配置されている。また、排気タービン１４ｂは、前述の排気系において、排気マニホールド６から触媒容器３０に至る排気管１０の途中に設けられている。コンプレッサ１４ａおよび排気タービン１４ｂの回転軸は一体化されており、一体となって回転する。このようなターボ過給機１４によれば、排気タービン１４ｂにより回収された排気エネルギによってコンプレッサ１４ａを駆動して、過給を行うことができる。

可変ノズル機構１４ｃは、開度を調整可能なノズル（以下、「可変ノズル」または「ＶＮ」と称する）と、この可変ノズルの開度を例えば電動により変化させる駆動機構とを有している。この可変ノズル機構１４ｃによれば、可変ノズルの開度を調整することにより、過給圧を制御することができる。すなわち、可変ノズルの開度を小さくすると、排気タービン１４ｂの入口面積が小さくなり、排気タービン１４ｂ内に流入する排気ガスの流速が速くなる。その結果、ターボ回転数が上昇し、過給圧を上昇させることができる。逆に、可変ノズルの開度を大きくすると、排気タービン１４ｂの入口面積が大きくなり、排気タービン１４ｂ内に流入する排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ターボ回転数が降下し、過給圧が降下する。以下、可変ノズルの開度を「ＶＮ開度」と称する。

コンプレッサ１４ａと排気タービン１４ｂとの間には、ターボ回転をアシストする電動機１５が配置されている。電動機１５に電力を供給すると、電動機１５の出力がターボ回転をアシストし、ターボ回転数を早期に上昇させることができる。このような電動機１５を設けたことにより、ターボラグを短くすることができ、レスポンスを向上することができる。

電動機１５には、電動機１５のロータの回転数、つまりターボ回転数を検出する回転数センサ１６が内蔵されている。コンプレッサ１４ａの下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ１７が設けられている。インタークーラ１７の下流であって、吸気絞り弁２２よりも下流側の位置には、過給圧を検出する過給圧センサ７４が配置されている。

コンプレッサ１４ａからインタークーラ１７に至る吸気管８の途中には、バイパス管５０の一端が接続されている。バイパス管５０の入口には、この入口を開閉可能なバイパス弁１８が配置されている。バイパス管５０の他端は、吸気管８におけるコンプレッサ１４ａの上流側に接続されている。バイパス弁１８を操作してバイパス管５０の入口を開くことで、コンプレッサ１４ａにより圧縮された空気の一部は再びコンプレッサ１４ａの入口側に戻される。ターボ過給機１４のサージが生じ易い運転状態のとき、コンプレッサ１４ａを出た空気の一部を、バイパス管５０を通してコンプレッサ１４ａの入口側に戻すことにより、サージを防止することができる。

また、吸気絞り弁２２から吸気マニホールド４に至る吸気管８の途中には、ＥＧＲ管２４の一端が接続されている。ＥＧＲ管２４の他端は、排気マニホールド６に接続されている。本システムでは、排気ガスの一部を、ＥＧＲ管２４を通して吸気管８に導入することができる。ＥＧＲ管２４の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２６が設けられている。ＥＧＲ管２４におけるＥＧＲクーラ２６の下流には、ＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）を制御するためのＥＧＲ弁２８が設けられている。空気に比較して比熱が大きく酸素量の少ないＥＧＲガスを吸気管８に導入することで、筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの生成量を低減することができる。

ディーゼル機関２の制御系には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０と、モータコントローラ６０とが備えられる。モータコントローラ６０は、ＥＣＵ７０からの指令に基づいて、電動機１５への通電状態を制御する。電動機１５への電力は、バッテリ６２から供給される。ＥＣＵ７０は、本システム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ７０の出力側には、モータコントローラ６０の他、可変ノズル機構１４ｃ，筒内インジェクタ３２，吸気絞り弁２２，ＥＧＲ弁２８，バイパス弁１８等の種々のアクチュエータが接続され、ＥＣＵ７０の入力側には、回転数センサ１６，エアフローメータ７６，過給圧センサ７４の他、アクセル開度センサ７２やクランク角センサ７８等の種々のセンサ類が接続されている。アクセル開度センサ７２は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に応じた信号を出力するセンサであり、クランク角センサ７８は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力するセンサである。クランク角センサ７８の出力によれば、機関回転数NE［rpm］などを検出することができる。ＥＣＵ７０には、これらの機器やセンサ以外にも複数の機器やセンサが接続されているが、ここではその説明は省略する。ＥＣＵ７０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。

［実施の形態１の特徴］
本実施形態のシステムにおいて、ＥＣＵ７０は、ディーゼル機関２の運転状態と、その運転状態の下での目標過給圧との関係を定めたマップを記憶している。そして、ＥＣＵ７０は、過給圧センサ７４により検出される実過給圧が、現在の運転状態に応じた目標過給圧と一致するにように、ＶＮ開度を制御する。つまり、ＥＣＵ７０は、目標過給圧と実過給圧との差（以下、「過給圧偏差」と称する）を計測し、この過給圧偏差をＶＮ開度にフィードバックすることにより、実過給圧を目標過給圧に制御する。以下、この制御を「ＶＮフィードバック制御」と称する。

以下、ＶＮフィードバック制御について、更に説明する。図２は、ベースＶＮ開度を定めたマップを示す図である。一般に、可変ノズル型ターボ付きエンジンでは、ＶＮ開度を小さくすると、ターボ回転を迅速に上昇させることができる、つまり過給圧を迅速に高めることができる。しかしながら、ＶＮ開度を小さくすると、背圧（排気圧力）が高くなり易い。燃費、エミッション、機関保護等の観点からは、過給圧と背圧とのバランスを、ある範囲内に収めることが重要である。これに対応して、ＶＮ開度にも、運転状態に応じた許容範囲が存在する。図２に示すベースＶＮ開度は、上述した各種の要請のバランスをとるための基準となるＶＮ開度であり、機関回転数NEおよび機関負荷に応じて、予め定められたものである。

図２では、ＶＮ開度の最大開度（全開）を０％、最小開度を１００％として表している。高回転・高負荷になるほど、背圧が高くなり易いので、可変ノズルを開く必要がある。このため、ベースＶＮ開度マップは、機関回転数NEが高いほど開度が大きくなるように定められている。また、ベースＶＮ開度マップは、機関負荷が大きいほど開き側（図２中の下側）に移動し、機関負荷が小さいほど閉じ側（図２中の上側）に移動する。但し、ＥＧＲ（排気ガス再循環）が行われるＥＧＲ領域では、このようなマップに従わず、従来通り、運転条件から要求されるＥＧＲ量に従ってＶＮ開度が決定される。

ＶＮフィードバック制御では、実際のＶＮ開度は、上記のベースＶＮ開度にフィードバック補正項を足し合わせた値に制御される。フィードバック補正項は、過給圧偏差に基づく比例項（差分項）と、過給圧偏差の積分値に基づく積分項と、過給圧偏差の微分値に基づく微分項との和として算出される。すなわち、本実施形態では、ＶＮフィードバック制御としてＰＩＤ制御が行われる。

比例項のフィードバックゲイン（以下、「比例ゲイン」と称する）、積分項のフィードバックゲイン（以下、「積分ゲイン」と称する）、および微分項のフィードバックゲイン（以下、「微分ゲイン」と称する）は、それぞれ、ディーゼル機関２の運転領域に応じて定められている。図３は、微分ゲインと、機関回転数NEおよび機関負荷との関係を示す図である。図３に示す例では、運転領域が１５個に区画されて、各区画毎に微分ゲインが定められている。そして、微分ゲインは、高回転・高負荷の領域ほど大きくなるように定められている。

なお、図３に示す微分ゲインは、後述するアシスト用ＶＮフィードバック制御の微分ゲインであるものとする。また、図示を省略するが、比例ゲインおよび積分ゲインについても、運転領域に応じてそれぞれ定められている。また、フィードバックゲインは、オーバーシュート側とアンダーシュート側とで別個に設定されていても良い。

図４は、本実施形態の過給圧制御を説明するためのタイミングチャートである。図４中、（Ａ）は過給圧の変化を表し、（Ｂ）は電動機１５に供給される電力（電動機出力）の変化を表し、（Ｃ）はＶＮ開度の制御方法を表す。

図４（Ａ）に示すように、運転者がアクセルペダルを踏み込むことで加速を要求すると、これに対応して目標過給圧が上昇する。すると、ＥＣＵ７０は、実過給圧を目標過給圧まで高めるべく、ＶＮフィードバック制御を行うとともに、電動機１５によるターボ回転のアシストを開始する。電動アシストを行った場合には、電動アシストが無い場合（図４（Ａ）中の破線）に比べて、過給圧を迅速に立ち上がらせることができる。このため、ターボラグを少なくすることができる。実過給圧が目標過給圧付近まで上昇した後は、電動機１５の駆動が停止され、その後は、ＶＮフィードバック制御のみが継続される。

一方、バッテリ残量が少ない場合や、電動機１５の温度が許容値を超えている場合など、電動アシストを実行できない場合には、電動アシストが禁止されることもある。この場合にも、電動機１５は駆動されず、ＶＮフィードバック制御のみが行われる。

このように、ＶＮフィードバック制御は、電動アシストを伴って行われる場合と、電動アシストを伴わずに行われる場合とがある。前述したように、過給圧の立ち上がり勾配は、電動アシストの有無によって大きく異なる。このため、ＶＮフィードバック制御の好ましい特性は、電動アシストの有無によって異なる。

例えば、ＶＮフィードバック制御の特性が電動アシスト無しに対して最適化されているとした場合に、電動アシストを伴って同じ特性のＶＮフィードバック制御が行われると、電動アシストの効果で過給圧が早期に上昇し易い状態にあるため、実過給圧が目標過給圧を大きく超えてしまい易い。実過給圧が目標過給圧を大きく超えると、その後のＶＮフィードバック制御により、過給圧が今度はアンダーシュートしたり、ハンチングしたりすることとなる。

すなわち、電動アシスト無しに対して最適化された特性を有するＶＮフィードバック制御を、電動アシストの実行時に適用すると、過給圧偏差がＶＮ開度にフィードバックされる感度が過敏すぎて、実過給圧が安定しにくくなる。

このような問題を解決するため、本実施形態では、電動アシストを行う場合と行わない場合とで、過給圧偏差がＶＮ開度にフィードバックされる感度を変更し、それぞれの場合に適した感度を選択することとした。具体的には、電動アシスト実行時には、ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを電動アシスト非実行時に比して小さくすることにより、過給圧偏差がＶＮ開度にフィードバックされる感度を低くすることにした。

以下、電動アシスト非実行時に適用されるＶＮフィードバック制御を「通常ＶＮフィードバック制御」と称し、電動アシスト実行時に適用されるＶＮフィードバック制御を「アシスト用ＶＮフィードバック制御」と称する。

通常ＶＮフィードバック制御に比してアシスト用ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを変更する（小さくする）場合、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインのすべてを変更してもよいし、そのうちの一つまたは二つを変更することとしてもよいが、少なくとも微分ゲインを変更するのが好ましい。微分ゲインは、動特性に最も関与するゲインであるので、電動アシストの有無による過給圧の動特性の相違を補償するのに最も適しているからである。

また、通常ＶＮフィードバック制御に比してアシスト用ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを変更する（小さくする）場合、運転領域毎に設定された各ゲイン値のすべてを変更してもよいし、一部のみを変更することとしてもよい。

［実施の形態１における具体的処理］
図５は、上述した機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に周期的に実行されるものとする。

図５に示すルーチンによれば、まず、前述した各種センサから入力される信号に対して所定の処理が施される（ステップ１００）。この入力信号処理により、ディーゼル機関２の運転状態を表す各種のパラメータが取得される。具体的には、機関回転数NE、アクセル開度、目標スロットル開度、燃料噴射量、実過給圧、および実ターボ回転数などが取得される。

次に、電動機１５によるアシストを開始・継続すべき条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１０２）。この条件とは、具体的には、次の二点である。一点目は、電動アシストの必要性があるか否かであり、例えばディーゼル機関２が低回転高負荷域や過渡状態（加速状態）にあるか否かである。二点目は、電動アシストを禁止すべき条件がないかどうか、例えば、バッテリ残量が十分であるかどうかや、ターボ回転数がアシスト許容値より低いかどうかなどである。この電動アシスト開始・継続条件が成立していない場合には、そのまま本ルーチンの処理を終了する。

上記電動アシスト開始・継続条件が成立している場合には、次に、目標過給圧を決定する処理が行われる（ステップ１０４）。目標過給圧は、機関回転数NEおよび機関負荷に応じて、マップにより予め定められている。そのマップを参照することにより、現在の運転状態に応じた目標過給圧が決定される。なお、本システムにおいては、機関負荷の大小は、アクセル開度、あるいは目標スロットル開度、燃料噴射量などから判断される。

目標過給圧の決定後は、電動機１５への電力供給、すなわちターボ回転の電動アシストが開始されるとともに（ステップ１０６）、アシスト用ＶＮフィードバック制御が開始される（ステップ１０８）。ここで電動アシストが実行されることにより、実過給圧を目標過給圧へと早期に上昇させることができる。また、前述したように、アシスト用ＶＮフィードバック制御は、通常ＶＮフィードバック制御に比して感度の低いフィードバックゲインを用いて行われる。

電動アシストの継続中、ＥＣＵ７０は、この電動アシストの停止条件が成立したか否かを判別する（ステップ１１０）。実過給圧が目標過給圧に到達していないか、または実過給圧が目標過給圧に十分に収束していない間（図４中の時刻ｔ_１より前）は、電動アシスト停止条件が不成立と判別される。この場合には、電動アシストがそのまま継続される。一方、実過給圧が目標過給圧に十分に収束したことが認められた場合（時刻ｔ_１）には、電動アシスト停止条件が成立したと判別される。

電動アシスト停止条件が成立したと判別された場合には、電動機１５への電力供給が停止され、電動アシストが終了される（ステップ１１２）。電動アシストが終了された後、図４中の時刻ｔ_２において、通常ＶＮフィードバック制御が開始される（ステップ１１４）。以後、この通常ＶＮフィードバック制御により、実過給圧が目標過給圧に維持される。

以上説明したように、本実施形態では、電動アシストの実行時、通常ＶＮフィードバック制御に比して感度の低いアシスト用ＶＮフィードバック制御を行うことができる。このため、電動アシストの効果で過給圧が変化（上昇）し易くなっている状況においても、ＶＮ開度への過給圧偏差のフィードバックが過敏になるのを防止することができる。このため、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどを抑制することができ、実過給圧を目標過給圧に迅速かつ円滑に収束させることができる。

また、電動アシストの非実行時には、電動アシストの無い状況に適合された特性を有する通常ＶＮフィードバック制御を行うことができる。このため、電動アシストの非実行時にも、実過給圧を目標過給圧に迅速かつ円滑に追従させることができる。

なお、上述した実施の形態１においては、可変ノズル機構１４ｃが前記第１の発明における「第１の過給圧調整アクチュエータ」に、電動機１５が前記第１の発明における「第２の過給圧調整アクチュエータ」に、過給圧センサ７４が前記第１の発明における「現実値検出手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標値決定手段」が、上記ステップ１０８および１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「フィードバック手段」および「感度変更手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１では、ディーゼル機関２の制御装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、ガソリン機関等の火花点火機関の制御装置にも適用することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

［実施の形態２の特徴］
本実施形態のＶＮフィードバック制御においては、制御の安定性を確保するべく、フィードバック量に制限値（ガード値）が設けられている。すなわち、比例項、積分項、および微分項のそれぞれについて、上限値および下限値が定められている。そして、過給圧偏差に基づいて算出された比例項、積分項、または微分項の値が、対応する上限値または下限値の外にあった場合には、その算出値をその上限値または下限値に置き換えて、ＶＮ開度のフィードバック補正項が算出される。

実施の形態１では、アシスト用ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを通常ＶＮフィードバック制御に比して低感度側に変更した。これに対し、本実施形態では、フィードバックゲインは変更することなく、上記フィードバック量の制限値を変更することとした。すなわち、本実施形態では、アシスト用ＶＮフィードバック制御におけるフィードバック量の上限値および下限値を通常ＶＮフィードバック制御に比して内側の値に変更することとした。これにより、アシスト用ＶＮフィードバック制御において過給圧偏差がＶＮ開度に反映される感度を通常ＶＮフィードバック制御に比して低くすることができ、実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、フィードバック量の上限値および下限値の変更は、比例項、積分項、および微分項の全部に対して行っても良いし、一つまたは二つに対して行っても良いが、前述したのと同様の理由により、少なくとも微分項に対して行うのが好ましい。

本実施形態のハードウェア構成は、実施の形態１と同様である。また、本実施形態でＥＣＵ７０が実行するルーチンは、ＶＮフィードバック制御の内容が上述した点で異なること以外は、実施の形態１と同様である。よって、本実施形態では、これ以上の説明を省略する。

実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に、図５に示すルーチンに追加して、後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態３の特徴］
本実施形態では、目標過給圧への実過給圧の収束状態を学習することにより、アシスト用ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを補正するようにした。すなわち、本実施形態では、フィードバックゲインは、基準値と学習係数との積として算出される。そして、学習係数は、１．０を中心として、学習内容に応じて増減される。これにより、フィードバックゲインが補正される。

フィードバックゲインに対する学習制御を行うことにより、機関の個体差や経時変化に応じてフィードバックゲインを適切に補正することができる。本実施形態は、この学習制御を行うこと以外は、前記実施の形態１と同様である。

［実施の形態３における具体的処理］
図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。以下では、微分ゲインに対して学習補正を行う場合について説明するが、比例ゲインおよび積分ゲインに対する学習補正を同様に行っても良い。

図６に示すルーチンによれば、まず、過給圧のオーバーシュート量およびアンダーシュート量（図４（Ａ）参照）が所定のしきい値以上であるか否かを判別する（ステップ１２０）。そして、オーバーシュート量およびアンダーシュート量がしきい値未満であった場合には、現在のゲインが適正であると判断できるので、そのまま本ルーチンを終了する。

一方、オーバーシュート量あるいはアンダーシュート量がしきい値以上である場合には、ゲインを補正する必要性があると判断できる。本実施形態では、オーバーシュート量あるいはアンダーシュート量がしきい値を超える現象が５回発生した後に、ゲインの補正を行うこととした。また、ゲインは、図３に示すように、複数に区画された運転領域毎に定められている。これに対応して、ゲインの学習係数も運転領域毎に定められている。このため、学習係数の補正は、各運転領域毎に行う必要がある。

このようなことから、上記ステップ１２０でオーバーシュート量あるいはアンダーシュート量がしきい値以上であった場合には、その回数が運転領域毎に記憶される（ステップ１２２）。次いで、この回数が５回に達した運転領域があるか否かが判別される（ステップ１２４）。そして、５回に達した運転領域があった場合には、その運転領域に対応する学習係数を現在値から増減する。例えば、学習係数の現在値が１．０だった場合、０．９あるいは１．１に変更される。これにより、その運転領域のゲインが補正される。なお、学習係数の変更が行われた運転領域については、上記ステップ１２２の回数のカウントが０にリセットされる。

なお、上記の学習は、アシスト用ＶＮフィードバック制御に対してだけでなく、通常ＶＮフィードバック制御に対しても行うことが可能である。また、オーバーシュート側とアンダーシュート側とでゲインが別個に設定されている場合には、上記の学習は、オーバーシュート側とアンダーシュート側とで別々に実行することとされる。

以上説明したように、本実施形態によれば、目標過給圧への実過給圧の収束状態を学習することにより、その収束状態がより改善されるように、ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを補正することができる。このため、機関の個体差や経年変化の影響をＶＮフィードバック制御に適正に反映させることができる。従って、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどをより確実に抑制することができる。

なお、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ７０が、図６に示すルーチンの処理を実行することにより前記第６の発明における「学習手段」が実現されている。

実施の形態４．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

［実施の形態４の特徴］
図７は、本実施形態において、ターボ回転を電動アシストする場合に電動機１５に供給される電力（電動機出力）の変化を表す図であり、実施の形態１における図４（Ｂ）に相当する図である。図７に示すように、本実施形態では、ターボ回転の電動アシストを行う場合、電動機１５の出力の立ち上がり勾配を状況に応じて変化させることとしている。

電動機１５の出力の立ち上がり勾配を急峻にするほど、ターボ回転を迅速に上昇させることができるので、ターボラグをより短縮することができる。このため、運転者が急加速を要求している場合には、電動機１５の出力の立ち上がり勾配を急峻にした方が、運転者の希望に適うので、好ましい。一方、電動機１５の出力の立ち上がり勾配を緩やかにするほど、電動機１５の消費電力を少なくすることができるので、燃費を改善することができる。よって、急加速の必要がなければ、電動機１５の出力の立ち上がり勾配を緩やかにすることが望ましい。

そこで、本実施形態では、運転者の加速要求レベルを判定し、加速要求レベルが高いほど、電動機１５の出力の立ち上がり勾配を急峻にし、加速要求レベルが低いほど、電動機１５の出力の立ち上がり勾配を緩やかにすることとした。この場合、電動機１５の出力の立ち上がり勾配は、連続的に変化させるようにしても、段階的（多段的）に変化させるようにしてもよい。

なお、運転者の加速要求レベルは、例えば、アクセル開度センサ７２の出力信号に基づいて判定することができる。すなわち、アクセル開度やアクセル開度変化量が大きいほど加速要求レベルが高いと判断でき、アクセル開度やアクセル開度変化量が小さいほど加速要求レベルが低いと判断できる。あるいは、運転者がスポーツモード、エコノミーモードなどの運転モードを選択可能とされたシステムにおいては、その選択された運転モードに基づいて加速要求レベルを判定してもよい。

電動機１５の出力の立ち上がり勾配が変化すると、ＶＮフィードバック制御の好ましい特性も変化する。すなわち、電動機１５の出力の立ち上がり勾配が急であると、過給圧が急上昇し易いので、過給圧のオーバーシュートやハンチングが生じ易い傾向になる。このため、そのような場合には、実過給圧が目標過給圧に円滑に収束するようにするために、過給圧偏差がＶＮ開度にフィードバックされる感度を比較的小さくすることが好ましい。逆に、電動機１５の出力の立ち上がり勾配が緩やかである場合には、過給圧の上昇が遅くなり易いので、実過給圧を迅速に目標過給圧まで上昇させるために、過給圧偏差がＶＮ開度にフィードバックされる感度を比較的大きくすることが好ましい。

上述したような考えに基づいて、本実施形態では、電動機１５の出力の立ち上がり勾配に応じて、過給圧偏差がＶＮ開度にフィードバックされる感度を変化させることとした。具体的には、電動機１５の出力の立ち上がり勾配が急である場合ほど、アシスト用ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを連続的または段階的に小さくし、逆に、電動機１５の出力の立ち上がり勾配が緩やかである場合ほど、アシスト用ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを連続的または段階的に大きくすることとした。具体的な処理としては、電動機１５の出力の立ち上がり勾配とアシスト用ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインとの関係を予め定めたマップをＥＣＵ７０に記憶させておき、ＥＣＵ７０は、そのマップに従ってアシスト用ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを設定するものとする。

上述したような本実施形態の処理によれば、電動機１５の出力の立ち上がり勾配の緩急、すなわち電動機１５によるアシスト量が小さいか大きいかに応じて、アシスト用ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを最適な値に設定することができる。このため、電動機１５によるアシスト量がいかなる大きさであっても、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどを確実に抑制することができ、実過給圧を目標過給圧に迅速かつ円滑に収束させることができる。

なお、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ７０が、上述した手法により、電動機１５の出力の立ち上がり勾配に応じてアシスト用ＶＮフィードバック制御のフィードバックゲインを変更することにより、前記第７および第８の発明における「感度変更手段」が実現されている。

以上説明した各実施の形態では、前記第１の発明における「第１の過給圧調整アクチュエータ」として可変ノズル機構１４ｃを利用し、前記第１の発明における「第２の過給圧調整アクチュエータ」として電動機１５を利用するシステムについて述べたが、本発明はこのようなシステムに限定されるものではない。例えば、本発明は、可変ノズル機構１４ｃと電動機１５との立場を上記システムに対して逆にしたシステムに適用することも可能である。更に、本発明における過給圧調整アクチュエータは可変ノズル機構１４ｃおよび電動機１５に限定されるものではない。すなわち、例えば、前述した吸気側のバイパス弁１８や、あるいはウェイストゲート弁（図示せず）などを本発明における過給圧調整アクチュエータとして利用することもできる。例えば、ウェイストゲート弁を過給圧調整アクチュエータとして利用する場合、ウェイストゲート弁の開閉を電子制御可能とし、その開きタイミングや開度を制御することにより、過給圧制御を行うことができる。

また、上述した各実施の形態では、２種類の過給圧制御アクチュエータを利用するシステムについて説明したが、本発明は、３種類以上の過給圧調整アクチュエータを利用するシステムに適用することもできる。

また、上述した各実施の形態では、目標過給圧に実過給圧が一致するように過給制御を行うシステムについて説明したが、本発明では、過給圧と相関を有する過給圧相関値に基づいて制御を行ってもよい。例えば、過給圧相関値としてターボ回転数を使用し、運転状態に応じて設定された目標ターボ回転数に、実ターボ回転数が一致するように過給制御を行うシステムに本発明を適用することも可能である。

Claims (6)

1. 内燃機関を過給するターボ過給機と、
   過給圧を調整可能な第１および第２の過給圧調整アクチュエータと、
   過給圧の目標値、または過給圧と相関を有する過給圧相関値の目標値を運転状態に応じて決定する目標値決定手段と、
   過給圧の現実値、または過給圧と相関を有する過給圧相関値の現実値を検出する現実値検出手段と、
   前記現実値を前記目標値に一致させるべく、前記目標値と前記現実値との偏差を前記第１の過給圧調整アクチュエータの状態に反映させるフィードバック手段と、
   前記第１の過給圧調整アクチュエータの状態に前記偏差が反映される感度を、前記第２の過給圧調整アクチュエータの状態に応じて変更する感度変更手段と、
   を備え、
   前記第２の過給圧調整アクチュエータは、ターボ回転をアシストする電動機であり、
   前記感度変更手段は、前記電動機によるアシストの実行中には、非実行中に比して、前記偏差が前記第１の過給圧調整アクチュエータの状態に反映される感度を低くすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記感度変更手段は、前記電動機によるアシスト量が大きい場合ほど、前記偏差が前記第１の過給圧調整アクチュエータの状態に反映される感度を低くすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第１の過給圧調整アクチュエータは、前記ターボ過給機の排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構であり、
   前記感度変更手段は、前記電動機によるアシストの実行中には、非実行中に比して、前記偏差が前記可変ノズル機構の可変ノズル開度に反映される感度を低くすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第１の過給圧調整アクチュエータは、前記ターボ過給機の排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構であり、
   前記感度変更手段は、前記電動機によるアシスト量が大きい場合ほど、前記偏差が前記可変ノズル機構の可変ノズル開度に反映される感度を低くすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記第１の過給圧調整アクチュエータは、電子制御式のウェイストゲート弁であり、
   前記感度変更手段は、前記電動機によるアシストの実行中には、非実行中に比して、前記偏差が前記ウェイストゲート弁の開きタイミングあるいは開度に反映される感度を低くすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記第１の過給圧調整アクチュエータは、電子制御式のウェイストゲート弁であり、
   前記感度変更手段は、前記電動機によるアシスト量が大きい場合ほど、前記偏差が前記ウェイストゲート弁の開きタイミングあるいは開度に反映される感度を低くすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。

Images