JP4770759B2 - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、温度変化に起因する吸気通路の開口面積変化が吸入空気流量に与える影響に対応できるようにするために、吸気通路の壁面温度と吸入空気温度に応じて、吸入空気流量の基本値を補正する技術が開示されている。

実開昭６３−１２３７４４号公報 特開平７−１１９５２４号公報 特開平７−１６７６９７号公報

遠心式コンプレッサを備える過給機付きの内燃機関では、高負荷時に吸入空気流量が多くなると、コンプレッサ上流の吸気通路内の圧力が負となる。吸入空気流量の増加に伴って負圧が大きくなると、弾性素材で構成されるコンプレッサ上流の吸気通路に潰れが生ずることがある。そのような潰れによってコンプレッサ上流の吸気通路の面積が縮小すると、コンプレッサが過回転状態となってしまう。このような現象については、上述した従来の技術では何らの考慮がなされていない。

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、コンプレッサ上流の吸気通路の面積縮小に起因するコンプレッサの過回転を回避する過給機付き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、遠心式のコンプレッサを有する過給機を備える内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の負荷状態を検知する負荷状態検知手段と、
内燃機関の負荷が所定値以上であって定常状態にあるときに、前記コンプレッサの入口部分の単位時間当たりの圧力降下が所定値以上であると判断するコンプレッサ入口圧力状態判断手段と、
前記コンプレッサの入口部分の単位時間当たりの圧力降下が所定値以上であると判断された場合に、前記コンプレッサの過回転状態を回避する制御を行う過回転状態回避手段と、
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、前記コンプレッサの上流における空気流量を検出する空気流量検出手段を更に備え、
前記コンプレッサ入口圧力状態判断手段は、前記コンプレッサの上流における空気流量が所定値以上振幅したときに、前記コンプレッサの入口部分の単位時間当たりの圧力降下が所定値以上であると判断することを特徴とする。

また、第３の発明は、遠心式のコンプレッサを有する過給機を備える内燃機関の制御装置であって、
前記コンプレッサの上流における空気流量を検出する空気流量検出手段と、
前記コンプレッサの上流における空気流量が所定値以上振幅したときに、前記コンプレッサが過回転状態であると判定する過回転状態判定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、前記コンプレッサが過回転状態にあると判定された場合に、前記コンプレッサの過回転状態を回避する制御を行う過回転状態回避手段を更に備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１、第２、または第４の発明において、前記過回転状態回避手段は、
前記コンプレッサの上流の吸気通路と前記コンプレッサの下流の吸気通路とをバイパスする吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路の途中に配置され、当該吸気バイパス通路を流れる空気流量を制御するエアバイパスバルブとを備え、前記コンプレッサの過回転状態を回避すべき状況にあると判断される場合には、前記吸気バイパス通路が開放されるように前記エアバイパスバルブを制御することを特徴とする。

また、第６の発明は、第１、第２、または第４の発明において、前記過給機は、排気通路に配置されるタービンを有するターボ過給機であって、
前記過回転状態回避手段は、
前記タービンの上流の排気通路と前記タービンの下流の排気通路と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途中に配置され、当該排気バイパス通路を流れる空気流量を制御するウエストゲートバルブとを備え、前記コンプレッサの過回転状態を回避すべき状況にあると判断される場合には、前記排気バイパス通路が開放されるように前記ウエストゲートバルブを制御することを特徴とする。

また、第７の発明は、第２または第４の発明において、前記過回転状態回避手段は、前記過回転状態を回避する前記制御を行った後に、当該回避制御の制御量が所定量だけ残るようにする過回転状態再発防止手段を含むことを特徴とする。

また、第８の発明は、第７の発明において、前記過給機は、排気通路に配置されるタービンを有するターボ過給機であって、
前記過回転状態回避手段は、
前記コンプレッサの上流の吸気通路と前記コンプレッサの下流の吸気通路とをバイパスする吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路の途中に配置され、当該吸気バイパス通路を流れる空気流量を制御するエアバイパスバルブと、前記タービンの上流の排気通路と前記タービンの下流の排気通路と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途中に配置され、当該排気バイパス通路を流れる空気流量を制御するウエストゲートバルブとを備え、前記コンプレッサの過回転状態を回避すべき状況にあると判断される場合には、前記吸気バイパス通路が開放されるように前記エアバイパスバルブを制御し、或いは前記排気バイパス通路が開放されるように前記ウエストゲートバルブを制御するものであって、
前記過回転状態再発防止手段は、
前記コンプレッサの上流における前記過回転状態の発生時の空気流量と、現在の当該空気流量とに基づいて、前記過回転状態の再発防止のために用いるアクチュエータとして、前記エアバイパスバルブおよび前記ウエストゲートバルブの何れか一方を選択するアクチュエータ選択手段を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関の負荷が所定値以上の低負荷状態において、コンプレッサ上流の吸気通路の潰れ発生に起因するコンプレッサの過回転状態を好適に回避することができる。

第２の発明によれば、コンプレッサの上流における空気流量の振幅の大きさに基づいて、コンプレッサの入口部分の単位時間当たりの圧力降下が所定値以上に達したか否かを確実に判断することができる。

第３の発明によれば、コンプレッサの上流における空気流量の振幅の大きさに基づいて、コンプレッサの上流の吸気通路の潰れ発生に起因する過給機のコンプレッサが過回転状態にあるか否かを確実に判断することが可能となる。

第４の発明によれば、コンプレッサの上流における空気流量の振幅の大きさに基づいて判定されたコンプレッサの過回転状態を好適に回避することができる。

第５の発明によれば、第１の発明においてコンプレッサの入口部分の単位時間当たりの圧力降下が所定値以上に達したと判定される場合や第２の発明においてコンプレッサの過回転状態であると判定された場合といったコンプレッサの過回転状態を回避すべき状況であると判断される場合に、吸気バイパス通路が開放されることで、コンプレッサの入口部分を正圧にすることができる。これにより、吸気通路の潰れを解消することができ、コンプレッサの過回転状態を回避することができる。

第６の発明によれば、第１の発明においてコンプレッサの入口部分の単位時間当たりの圧力降下が所定値以上に達したと判定される場合や第２の発明においてコンプレッサの過回転状態であると判定された場合といったコンプレッサの過回転状態を回避すべき状況であると判断される場合に、排気バイパス通路が開放されることで、コンプレッサの回転数（ターボ回転数）を下げることができ、コンプレッサの入口部分の負圧を低減することができる。これにより、吸気通路の潰れを解消することができ、コンプレッサの過回転状態を回避することができる。

第７の発明によれば、コンプレッサの過回転状態を回避する制御を行った後に、当該回避制御の制御量が所定量だけ残るようにされることで、吸気通路の潰れの再発を防止することができ、これにより、コンプレッサの過回転状態が再発するのを防止することができる。

第８の発明によれば、コンプレッサの上流における空気流量の状態を考慮して、過給のレスポンスの悪化を招かないようにしつつ、かつ、コンプレッサの上流の吸気通路に潰れが再発しないように、適切なアクチュエータを選択できるようになる。

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の構成を説明するための概略構成図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、複数の気筒を有する多気筒式の機関であり、図１は、そのうちの一気筒の断面を示している。

内燃機関１０の吸気系は、吸気通路１２を備えている。空気は大気中から吸気通路１２に取り込まれ、各気筒の燃焼室１４に分配される。吸気通路１２の入口には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２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（ＡＦＭ）１８が設けられている。

エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２０が設けられている。ターボ過給機２０は、遠心式のコンプレッサ２０aと、タービン２０bとを有している。コンプレッサ２０aの下流には、圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、スロットルバルブ２４が配置されている。スロットルバルブ２４は、アクセル開度に基づいてスロットルモータにより駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２４の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するためのスロットルポジションセンサ２６が配置されている。

コンプレッサ２０ａからインタークーラ２２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２０ａの上流側に接続されている。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エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）３０が配置されている。

スロットルバルブ２４の下流には、サージタンク３２が設けられている。サージタンク３２の下流には、スロットルバルブ２４の下流での吸気通路内圧を検出するための吸気圧センサ３４が配置されている。

内燃機関１０の排気系は、排気通路３６を備えている。排気通路３６には、上述したターボ過給機２０のタービン２０bが配置されている。また、排気通路３６には、タービン２０bをバイパスしてタービン２０bの入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路３８が接続されている。排気バイパス通路３８の途中には、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）４０が配置されている。

内燃機関１０の制御系は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種センサに加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ５２や、上述した各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。

［エアクリーナホースの潰れ］
図２は、コンプレッサ２０a周辺の吸気通路１２における空気の流れの状態を説明するための図である。より具体的には、図２（Ａ）はエアクリーナホース１２aの形状が正常である場合の空気の流れを、図２（Ｂ）はエアクリーナホース１２aに潰れが生じた場合の空気の流れを、それぞれ示している。

上述した吸気通路１２では、より詳細には、図２（Ａ）に示すように、エアクリーナ１６が収納されたエアクリーナボックス１６aとコンプレッサ２０aとの間の部位は、ゴムなどの弾性素材からなるエアクリーナホース１２aとして構成されている。ＡＢＶ３０が全閉にされた状態では、エアクリーナ１６を介して大気中から取り込まれた空気は、エアクリーナホース１２aを通ってコンプレッサ２０aに導かれる。コンプレッサ２０aに導入された空気は、コンプレッサ２０aによって、更に吸気通路１２の下流に送り込まれる。

内燃機関１０が高負荷運転状態にあるときは、コンプレッサ２０aは、大量に空気を下流側に送り込む。このため、コンプレッサ２０aの上流の吸気通路１２内は、すなわち、エアクリーナボックス１６a内やエアクリーナホース１２a内は、負圧となる。内燃機関１０の負荷が高くなるにつれ、エアクリーナホース１２a内を通過する空気流量は増加していき、従って、エアクリーナホース１２a内の負圧は高まっていく。

その結果、エアクリーナホース１２a内の負圧が一定値を超えると、図２（Ｂ）に示すように、エアクリーナホース１２aが大気圧に押されて潰れてしまうことが起こり得る。そのような潰れが生ずると、吸気はエアクリーナホース１２aにおける潰れが生じた箇所において絞られるため、当該箇所の下流であってコンプレッサ２０aの上流の部位の圧力が急激に負圧となる。そして、そのような潰れによりコンプレッサ２０aに流れる空気流量が少なくなった状態では、コンプレッサ２０aの前後の圧力差が大きくなる。このため、コンプレッサ２０aはサージ領域に入り、その結果として、コンプレッサ２０a（ターボ過給機２０）が過回転状態となってしまう。

また、上記のエアクリーナホース１２aの潰れが生ずると、エアクリーナ１６側から取り込まれた吸気は、図２（Ｂ）に示すように、上記潰れ箇所において反射し、エアフローメータ１８の周辺で順流と逆流を繰り返す脈動流となる。

図３は、エアクリーナホース１２aの潰れが発生する前後の時点で、エアフローメータ１８によって検出される吸入空気流量（ＡＦＭ流量）を示す図である。図３において、「状態Ａ」は、図２（Ａ）に示す状態、すなわち、エアクリーナホース１２aが正常な状態を示し、また、「状態Ｂ」は、図２（Ｂ）に示す状態、すなわち、エアクリーナホース１２aに潰れが生じた状態を示している。また、図３は、内燃機関１０が定常状態にあるときのＡＦＭ流量を示す図である。

図３に示すように、エアクリーナホース１２aに潰れが生ずると、それまでの間はほぼ一定値を示していたＡＦＭ流量が脈動し始める。そこで、本実施形態では、ＡＦＭ流量の脈動幅（ＡＦＭ流量の変動の振幅）に基づいて、コンプレッサ２０aの上流の吸気通路面積が圧力により変化したことを検出し、コンプレッサ２０aが過回転状態にあるか否かを判別するようにした。より具体的には、内燃機関１０が高負荷運転状態で定常状態にあるときに、ＡＦＭ流量の脈動幅が所定値以上となった場合には、コンプレッサ２０aの上流において急激な圧力降下が生じているものと判断し、コンプレッサ２０aが過回転状態にあると判定するようにした。

図４は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定時間毎に周期的に実行されるものである。図４に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転状態が高負荷状態、かつ定常状態にあるか否かが判別される（ステップ１００）。本ステップ１００では、サージタンク３２の下流の吸気圧の変動幅が所定値以内にあり、かつ、スロットル開度ＴＡが所定開度以上であるときに、内燃機関１０が高負荷定常状態にあると判定される。

上記ステップ１００において、内燃機関１０の運転状態が高負荷定常状態にあると判定された場合には、現在のＡＦＭ流量であるｍａｆｍが取得されるとともに、所定時間前に遡って、ｍａｆｍの最大値ｍａｆｍ_ｍａｘおよび最小値ｍａｆｍ_ｍｉｎが算出される（ステップ１０２）。尚、これらの最大値、最小値を取得するための上記所定時間は、吸入空気流量が多くなるほど、より短い時間が使用される。その理由は、吸入空気流量が多くなるほど、脈動の周波数が高くなるためである。

次に、上記ステップ１０２において取得されたｍａｆｍ最大値ｍａｆｍ_ｍａｘとｍａｆｍ最小値ｍａｆｍ_ｍｉｎとの差が所定の閾値ＭＴＨより大きいか否かが判別される（ステップ１０４）。その結果、ステップ１０４の判定が成立する場合、つまり、ＡＦＭ流量の脈動幅が所定値以上になっていると判断できる場合には、ターボ過給機２０（コンプレッサ２０a）が過回転状態にあると判定される（ステップ１０６）。

以上説明した図４に示すルーチンによれば、内燃機関１０が所定値以上の高負荷状態にあってかつ定常状態にあるときのＡＦＭ流量の脈動幅（振幅）に基づいて、コンプレッサ２０aの入口部分の単位時間当たりの圧力降下が所定値以上であるか否かを判断することができ、そして、ターボ過給機２０（コンプレッサ２０a）が、エアクリーナホース１２aの潰れに起因する過回転状態にあるか否かを確実に判断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、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「負荷状態検知手段」が、上記ステップ１００〜１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「コンプレッサ入口圧力状態判断手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第２または第３の発明における「空気流量検出手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「過回転状態判定手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
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、ＥＣＵ５０に、図４に示すルーチンの実行結果に基づいて、後述する図７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２の特徴］
本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１の手法によってターボ過給機２０が過回転状態にあると判定した後に、当該過回転状態を回避するための制御と、当該過回転状態の再発を防止するための制御を行うという点に特徴を有している。

（ターボ過回転状態の回避）
先ず、ターボ過給機２０の過回転状態を回避するための制御について説明する。
図５は、ターボ過給機２０の過回転状態から復帰した際の、コンプレッサ２０a周辺の吸気通路１２における空気の流れの状態を説明するための図である。本実施形態では、ターボ過給機２０の過回転状態（図２（Ｂ）参照）が検出された場合には、ＡＢＶ３０の開度が所定時間に渡って全開となるように制御される。その結果、図５に示すように、コンプレッサ２０aを通過した空気の一部が、吸気バイパス通路２８を通ってコンプレッサ２０aの上流に戻されることになる。

これにより、コンプレッサ２０aの前後の圧力比が１に近づくこととなり、コンプレッサ２０aをサージ領域から脱出させることができるとともに、エアクリーナホース１２a内を正圧にすることで、エアクリーナホース１２aに生じていた潰れを解消することができる。このため、ターボ過給機２０（コンプレッサ２０a）の過回転状態を回避することができる。

（ターボ過回転状態の再発防止）
本実施形態のシステムは、過給圧を調整する手段として、コンプレッサ２０aによって圧縮された空気をコンプレッサ２０aの上流側に戻すことで過給圧の調整を可能とするＡＢＶ３０と、タービン２０bに流入する排気エネルギ量を調整してターボ回転数を制御することで過給圧の調整を可能とするＷＧＶ４０とを備えている。そこで、本実施形態では、これらのＡＢＶ３０およびＷＧＶ４０の何れか一方を用いて、ターボ過回転状態の再発防止のための制御が実行される。

より具体的には、ＡＢＶ３０を用いる場合には、ターボ過回転状態の回避のためにＡＢＶ３０を所定時間に渡って全開にした後に、ＡＢＶ３０を所定開度だけ開いている状態まで閉じていくようにすることで、ターボ過回転状態の再発防止のための措置を実現することができる。一方、ＷＧＶ４０を用いる場合には、ターボ過回転状態の回避のためにＡＢＶ３０を所定時間に渡って全開にした後に、ＡＢＶ３０を全閉状態に戻すのと同時にＷＧＶ４０を所定開度だけ開くようにすることで、ターボ過回転状態の再発防止のための措置を実現することができる。

図６は、ターボ過回転状態の回避後を含めたＡＦＭ流量を示す図である。上述したように、ターボ過回転状態が検出されたときにＡＢＶ３０が所定時間に渡って全開状態に制御されることで、エアクリーナホース１２aの潰れが解消され、図６に示すように、ＡＦＭ流量は、脈動状態を脱出する、すなわち、ターボ過回転状態を脱出する。

また、図６中に一点鎖線で示すＡＦＭ流量のうちの高い値の方は、ＡＢＶ３０を全閉とした状態で実現されるＡＦＭ流量を示し、また、もう一方の低い値の方は、ターボ過回転の再発防止のためにＡＢＶ３０を所定開度だけ開いた状態（またはＡＢＶ３０を全閉にしつつＷＧＶ４０を所定開度だけ開いた状態）で実現されるＡＦＭ流量を示している。本実施形態では、ターボ過回転状態であると判定された場合には、ＡＢＶ３０またはＷＧＶ４０の開度調整がなされることによって、ターボ過回転状態が検出された後は、図６に示すように、今回のターボ過回転状態の発生前よりも低い値に向けて、ＡＦＭ流量が次第に高まっていく。これにより、ＡＢＶ３０またはＷＧＶ４０による上記再発防止のための制御が実現される。

図７は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、先ず、現在のターボ過給機２０の状態がターボ過回転状態であるか否かが判別される（ステップ２００）。より具体的には、本ステップ２００では、上記図４に示すルーチンの実行結果に基づいた判別がなされる。

上記ステップ２００において、現在のターボ過給機２０の状態がターボ過回転状態であると判定された場合には、ＡＢＶ３０の開度が全開となるように制御される（ステップ２０２）。次いで、ＡＢＶ３０の開度を全開とした時点から所定時間が経過したか否かが判別される（ステップ２０４）。

上記ステップ２０４において、所定時間が経過したと判定された場合、つまり、エアクリーナホース１２aの潰れが解消し、ターボ過回転状態を回避できたと判断できる場合には、ターボ過回転状態の再発を防止すべく、ＡＢＶ３０が所定開度だけ開いた状態に制御される（ステップ２０６）。尚、ＷＧＶ４０を用いる場合には、本ステップ２０６において、ＡＢＶ３０が全閉に制御されつつ、ＷＧＶ４０の開度を所定開度だけ開いた状態に制御される。

以上説明した図７に示すルーチンによれば、ターボ過回転状態が検出された場合に、ＡＢＶ３０の開度調整によって、ターボ過回転状態を回避することができる。そして、ターボ過回転状態の回避後にＡＢＶ３０を所定開度だけ開いた状態にすることで、ターボ過回転状態が再発するのを防止しつつ、内燃機関１０の出力を確保することができる。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２００および２０２の処理を実行することにより前記第１または第４の発明における「過回転状態回避手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ５０が上記ステップ２０６の処理を実行することにより前記第７の発明における「過回転状態再発防止手段」が実現されている。

実施の形態３．
次に、図８乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
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、ＥＣＵ５０に、図４に示すルーチンの実行結果に基づいて、後述する図１０および図１１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］
上述した実施の形態２においては、ターボ過回転状態の回避後に、当該過回転状態の再発防止のために、ＡＢＶ３０またはＷＧＶ４０を所定開度だけ開いた状態に制御する手法が示されている。本実施形態では、現在のＡＦＭ流量と、エアクリーナホース１２aの潰れ発生時（すなわち、ターボ過回転状態の発生時）のＡＦＭ流量とに基づいて、過回転状態の再発防止のための制御に用いるアクチュエータとして、ＡＢＶ３０およびＷＧＶ４０の何れを選択するかを決定するという点に特徴を有している。

図８は、内燃機関１０の運転領域（内燃機関１０の軸トルクとエンジン回転数とで表された領域）との関係で、ＡＢＶ３０およびＷＧＶ４０のそれぞれが選択される領域を表した図である。図８中に示す「所定流量値」は、エアクリーナホース１２aに潰れが生じた際のＡＦＭ流量値を指している。ＡＦＭ流量は、内燃機関１０の負荷が増大することによって、また、エンジン回転数が上昇することによって、増大する。従って、上記所定流量値を軸トルクとエンジン回転数との関係で表すと、図８に示すような曲線となる。

ＡＢＶ３０を開くことは過給のレスポンスの悪化を招くものであるため、本実施形態では、図８に示すように、現在のＡＦＭ流量が上記所定流量値よりも低い領域では、ＡＢＶ３０ではなくＷＧＶ４０を用いた再発防止制御を選択するようにしている。一方、現在のＡＦＭ流量が上記所定流量値を超えるような高流量である場合には、エアクリーナホース１２aの潰れが再発する可能性が高いので、ＷＧＶ４０ではなくＡＢＶ３０を用いた再発防止制御を選択するようにしている。

図９は、ＡＢＶ３０およびＷＧＶ４０のそれぞれの制御量をＡＦＭ流量との関係で表した図である。より具体的には、図９におけるＡＢＶ３０の制御量とは、ＡＢＶ３０を駆動するモータの電流値のことであり、また、ＷＧＶ４０の制御量とは、ＷＧＶ４０を駆動する負圧ダイアフラムの圧力調整のためのＶＳＶのＤＵＴＹ値のことである。

上述したように、本実施形態では、現在のＡＦＭ流量がエアクリーナホース１２aの潰れが発生した際の所定流量値に達するまでは、ＷＧＶ４０を用いた制御が選択される。この場合、図９に示すように、所定流量値に向けてＡＦＭ流量が多くなるに従って、ＷＧＶ４０の制御量が大きくなるように設定されている。

一方、現在のＡＦＭ流量が上記所定流量値を超えた場合には、上述したように、ＡＢＶ３０を用いた制御が実行され、この場合も、図９に示すように、ＡＢＶ３０の上限ガード値に達するまでは、ＡＦＭ流量が多くなるに従って、ＡＢＶ３０の制御量が大きくなるように設定されている。

図１０は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてＥＣＵ５０が実行するメインルーチンのフローチャートである。尚、図１０において、図７に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１０に示すルーチンでは、ステップ２０２においてＡＢＶ３０を全開にした時点から所定時間が経過した後（ステップ２０４）は、現在のＡＦＭ流量が所定流量値以上であるか否かが判別される（ステップ３００）。本ステップ３００における所定流量値は、上記の如く、エアクリーナホース１２aの潰れ発生時のＡＦＭ流量値のことであり、例えば、ターボ過回転状態の判定時（ステップ１０６）に、脈動が発生する直前の時点でのＡＦＭ流量の値を予め記憶しておくことにより本ステップ３００において、取得することができる。

上記ステップ３００において、現在のＡＦＭ流量が上記所定流量値に達していないと判定された場合には、ＷＧＶ４０を選択して、ターボ過回転の再発防止のための空気流量の制御が実行される（ステップ３０２）。より具体的には、後述する図１１に示すサブルーチンが実行されることによって、ＷＧＶ４０の最終制御量Ｕ(i)が決定され、その決定された制御量Ｕ(i)となるようにＷＧＶ４０の開度が制御される。

一方、上記ステップ３００において、現在のＡＦＭ流量が上記所定値以上であると判定された場合には、ＡＢＶ３０を選択して、ターボ過回転の再発防止のための空気流量の制御が開始される（ステップ３０４）。より具体的には、この場合も、後述する図１１に示すサブルーチンが実行されることによって、ＡＢＶ３０の最終制御量Ｕ(i)が決定され、その決定された制御量Ｕ(i)となるようにＡＢＶ３０の開度が制御される。

図１１は、上記ステップ３０２または３０４において実行が開始されるサブルーチンのフローチャートである。上記ステップ３０２または３０４におけるＡＢＶ３０やＷＧＶ４０の最終制御量Ｕ(i)は、上記図９で示すような制御量として定められたＦ／Ｆ制御量Ｕｆｆ(i)と、目標過給圧Ｐｍｒｅｆ(i)に対する現過給圧Ｐｍ(i)の偏差を解消するようなＦ／Ｂ制御量Ｕｆｂ(i)とを加算した値として算出されるものである。

図１１に示すサブルーチンでは、先ず、目標過給圧Ｐｍｒｅｆ(i)と現過給圧Ｐｍ(i)との差分ΔＰｍ(i)が算出される（ステップ４００）。本ステップ４００における目標過給圧Ｐｍｒｅｆ(i)は、内燃機関１０の運転状態に応じた値として算出されるものであるが、図１２に示すターボ回転数の上限回転数との関係に基づいて、目標過給圧に上限が設けられている。

次に、上記ステップ４００において算出された差分ΔＰｍ(i)が負であるか否かが判別される（ステップ４０２）。その結果、差分ΔＰｍ(i)が負であると判定された場合には、現過給圧Ｐｍ(i)が高過ぎると判断され、過給圧を低下させるべく、Ｆ／Ｂ制御量Ｕｆｂ(i)が算出される（ステップ４０４）。本ステップ４０４におけるＦ／Ｂ制御量Ｕｆｂ(i)は、ＰＩ制御によって算出される。より具体的には、Ｆ／Ｂ制御量Ｕｆｂ(i)は、比例項Ｇｐ×ΔＰｍ(i)と積分項Ｇｉ×ΣΔＰｍ(ｎ)との和として算出される。尚、Ｇｐ、Ｇｉはそれぞれフィードバックゲインである。

一方、上記ステップ４０２において、差分ΔＰｍ(i)が負でないと判定された場合には、Ｆ／Ｂ制御を行わないこととされ、過給圧偏差の積分ΣΔＰｍ(ｎ)がゼロとされ、Ｆ／Ｂ制御量Ｕｆｂ(i)がゼロとされる（ステップ４０６）。

上記ステップ４０４または４０６が実行された後は、次いで、上記図９に示すような現在のＡＦＭ流量との関係に基づいて、ＡＢＶ３０やＷＧＶ４０のＦ／Ｆ制御量Ｕｆｆ(i)が取得され、当該Ｆ／Ｆ制御量Ｕｆｆ(i)と、上記ステップ４０４または４０６において定められたＦ／Ｂ制御量Ｕｆｂ(i)との和として、最終制御量Ｕ(i)が算出される（ステップ４０８）。

以上説明した図１０および図１１に示すルーチンによれば、現在のＡＦＭ流量と、エアクリーナホース１２aの潰れ発生時のＡＦＭ流量（所定流量値）とに基づいて、現在のＡＦＭ流量が上記所定流量値より低い間は、ＷＧＶ４０がターボ過回転再発防止制御に用いるアクチュエータとして選択されるようになる。一方、現在のＡＦＭ流量が上記所定流量値以上となると、ＡＢＶ３０がターボ過回転再発防止制御に用いるアクチュエータとして選択されるようになる。このため、ＡＦＭ流量の状態を考慮して、過給のレスポンスの悪化を招かないようにしつつ、かつ、エアクリーナホース１２aの潰れが再発しないように、適切なアクチュエータを選択できるようになる。

尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ３００の処理を実行することにより前記第８の発明における「アクチュエータ選択手段」が実現されている。

ところで、上述した実施の形態１乃至３においては、ターボ過回転状態であると判定された場合には、その状態を回避すべく、ＡＢＶ３０を所定時間に渡って全開にするようにしている。しかしながら、本発明において、ターボ（コンプレッサ）の過回転状態を回避するための制御は、ＡＢＶ３０を用いたものに限らず、例えば、上述したＷＧＶ４０を用いたものであってもよい。すなわち、コンプレッサが過回転状態であると判定された場合に、ＷＧＶ４０を開くことで、ターボ回転数を下げることができ、コンプレッサの入口部分の負圧を低減することができる。これにより、エアクリーナホースの潰れを解消することができ、コンプレッサの過回転状態を回避することができる。更には、タービンに流入する排気エネルギを変化させることでタービンの回転速度を調整することのできる可変ノズル型のターボ過給機を備えた内燃機関であれば、コンプレッサの過回転状態であると判定された場合に、可変ノズルの開度を所定時間に渡って大きくするようにしてもよい。このような手法によっても、ＷＧＶ４０の場合と同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施の形態１乃至３においては、タービン２０bに供給される排気ガスのエネルギによってコンプレッサ２０aを回転駆動するターボ過給機２０が用いられているが、遠心式のコンプレッサを備える過給機であれば、上述したターボ過給機２０に限らず、コンプレッサを強制駆動可能な電動モータを備える電動モータ付きターボ過給機であってもよく、更には、排気エネルギを利用しない電動式のコンプレッサであってもよい。

本発明の実施の形態１の構成を説明するための概略構成図である。 コンプレッサ周辺の吸気通路における空気の流れの状態を説明するための図である。 エアクリーナホースの潰れが発生する前後の時点で、エアフローメータによって検出される吸入空気流量（ＡＦＭ流量）を示す図である。 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。 ターボ過給機の過回転状態から復帰した際の、コンプレッサ周辺の吸気通路における空気の流れの状態を説明するための図である。 ターボ過回転状態の回避後を含めたＡＦＭ流量を示す図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 内燃機関の運転領域（内燃機関の軸トルクとエンジン回転数とで表された領域）との関係で、ＡＢＶおよびＷＧＶのそれぞれが選択される領域を表した図である。 ＡＢＶおよびＷＧＶのそれぞれの制御量をＡＦＭ流量との関係で表した図である。 本発明の実施の形態３において実行されるメイン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サブルーチンのフローチャートである。 ターボ回転数と過給圧との関係を表した図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１２a エアクリーナホース
１６ エアクリーナ
１６a エアクリーナボックス
１８ エアフローメータ
２０ ターボ過給機
２０a コンプレッサ
２０b タービン
２４ スロットルバルブ
２８ 吸気バイパス通路
３０ エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）
３６ 排気通路
３８ 排気バイパス通路
４０ ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)

Claims (8)

1. 遠心式のコンプレッサを有する過給機を備える内燃機関の制御装置であって、
   内燃機関の負荷状態を検知する負荷状態検知手段と、
   内燃機関の負荷が所定値以上であって定常状態にあるときに、前記コンプレッサの入口部分の単位時間当たりの圧力降下が所定値以上であると判断するコンプレッサ入口圧力状態判断手段と、
   前記コンプレッサの入口部分の単位時間当たりの圧力降下が所定値以上であると判断された場合に、前記コンプレッサの過回転状態を回避する制御を行う過回転状態回避手段と、
   を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 前記コンプレッサの上流における空気流量を検出する空気流量検出手段を更に備え、
   前記コンプレッサ入口圧力状態判断手段は、前記コンプレッサの上流における空気流量が所定値以上振幅したときに、前記コンプレッサの入口部分の単位時間当たりの圧力降下が所定値以上であると判断することを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 遠心式のコンプレッサを有する過給機を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記コンプレッサの上流における空気流量を検出する空気流量検出手段と、
   前記コンプレッサの上流における空気流量が所定値以上振幅したときに、前記コンプレッサが過回転状態であると判定する過回転状態判定手段と、
   を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 前記コンプレッサが過回転状態にあると判定された場合に、前記コンプレッサの過回転状態を回避する制御を行う過回転状態回避手段を更に備えることを特徴とする請求項３記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
5. 前記過回転状態回避手段は、
   前記コンプレッサの上流の吸気通路と前記コンプレッサの下流の吸気通路とをバイパスする吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路の途中に配置され、当該吸気バイパス通路を流れる空気流量を制御するエアバイパスバルブとを備え、前記コンプレッサの過回転状態を回避すべき状況にあると判断される場合には、前記吸気バイパス通路が開放されるように前記エアバイパスバルブを制御することを特徴とする請求項１、２または４記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
6. 前記過給機は、排気通路に配置されるタービンを有するターボ過給機であって、
   前記過回転状態回避手段は、
   前記タービンの上流の排気通路と前記タービンの下流の排気通路と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途中に配置され、当該排気バイパス通路を流れる空気流量を制御するウエストゲートバルブとを備え、前記コンプレッサの過回転状態を回避すべき状況にあると判断される場合には、前記排気バイパス通路が開放されるように前記ウエストゲートバルブを制御することを特徴とする請求項１、２または４記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
7. 前記過回転状態回避手段は、前記過回転状態を回避する前記制御を行った後に、当該回避制御の制御量が所定量だけ残るようにする過回転状態再発防止手段を含むことを特徴とする請求項２または４記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
8. 前記過給機は、排気通路に配置されるタービンを有するターボ過給機であって、
   前記過回転状態回避手段は、
   前記コンプレッサの上流の吸気通路と前記コンプレッサの下流の吸気通路とをバイパスする吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路の途中に配置され、当該吸気バイパス通路を流れる空気流量を制御するエアバイパスバルブと、前記タービンの上流の排気通路と前記タービンの下流の排気通路と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途中に配置され、当該排気バイパス通路を流れる空気流量を制御するウエストゲートバルブとを備え、前記コンプレッサの過回転状態を回避すべき状況にあると判断される場合には、前記吸気バイパス通路が開放されるように前記エアバイパスバルブを制御し、或いは前記排気バイパス通路が開放されるように前記ウエストゲートバルブを制御するものであって、
   前記過回転状態再発防止手段は、
   前記コンプレッサの上流における前記過回転状態の発生時の空気流量と、現在の当該空気流量とに基づいて、前記過回転状態の再発防止のために用いるアクチュエータとして、前記エアバイパスバルブおよび前記ウエストゲートバルブの何れか一方を選択するアクチュエータ選択手段を含むことを特徴とする請求項７記載の過給機付き内燃機関の制御装置。

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