JP4853471B2

JP4853471B2 - 過給機付き内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4853471B2
Application number: JP2007327430A
Authority: JP
Inventors: 申昌磯貝
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: JP2009150267A

Description

本発明は、可変翼調整機構を有する過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。

排気動力を用いて吸入空気を過給する過給機としてターボチャージャが知られている。一般的に、ターボチャージャは、吸気管に設けられたコンプレッサと排気管に設けられたタービンとを有し、それらがシャフトにて連結されており、排気管を流れる排気ガスによってタービンが回転し、その回転力がシャフトを介してコンプレッサに伝達されることによって、吸気管内を流れる吸入空気量が圧縮されて過給が行われる。また、近年では、ターボチャージャのタービン側に可変翼開度調整機構を取り付け、この可変翼開度調整機構により、タービンを制御することによって、所望の過給圧（目標過給圧）を得る過給機付き内燃機関の制御装置が開発されている（特許文献１参照）。なお、可変翼開度調整機構は、タービン翼の開度（以下、「タービン翼開度」という）を調整することによって、タービンに流入する排気ガスの流入角度を調整することができ、タービン動力、つまりはコンプレッサ動力を制御することができる。つまり、可変翼開度調整機構は、タービン翼開度を調整しタービンを制御することで、コンプレッサによって圧縮される吸入空気量の過給圧を制御することができる。このように、可変翼開度調整機構を備えた過給機において、例えば、特許文献１には、目標過給圧を得るために、ターボチャージャのモデルを用いてタービン翼開度を求めることが開示されている。より具体的には、まず、ターボチャージャのコンプレッサが圧縮すべき空気の目標過給圧よりコンプレッサ側の熱力学モデルから目標コンプレッサ動力を求め、この目標コンプレッサ動力にコンプレッサとタービンと連結するシャフトなどの摩擦損失等を考慮することで目標タービン動力を求め、次に、目標タービン動力よりタービン側の熱力学モデルを用いてタービン入口圧とタービン出口圧との膨張比を算出し、所定のタービン翼開度に対するタービン入口圧とタービン出口圧との膨張比と排気ガス流量との関係（以下、「タービン特性」という）を用いてタービン翼開度を求め、目標過給圧を得るようにする技術が開示されている。
米国特許６７３２５２３号公報

ここで、タービン特性は、基準となるターボチャージャで測定されたタービン特性が予め設定されている。しかしながら、実際の個々のターボチャージャのタービン特性は、可変翼調整機構の設置位置のばらつき等の影響により、基準となるターボチャージャで測定されたタービン特性とは異なる。このため、基準となるターボチャージャで測定されたタービン特性を個々のターボチャージャに適用すると、所望の過給圧を得ることができない虞がある。また、特に、特許文献１のようにモデルを用いる場合には、タービン特性の誤差が制御性に大きく影響することが考えられる。

そこで、本願発明は、可変翼調整機構の設置位置のばらつき等を考慮することで所望の過給圧を得ることが可能な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。

そこで、請求項１に係る発明では、内燃機関の排気通路に設けられたタービンを排気圧力で駆動することで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して筒内に空気を過給する過給機と、タービンの翼開度（以下、「タービン翼開度」という）を調整する可変翼開度調整機構と、タービンの入口圧（以下、「タービン入口圧」という）又は該タービン入口圧と相関のあるパラメータからタービン翼開度を算出するマップ（以下、「タービン特性」という）を備え、内燃機関の運転状態に基づいてコンプレッサで過給する目標過給圧を算出し、該目標過給圧に基づいてタービン入口圧又は該タービン入口圧と相関のあるパラメータを求め、タービン特性を用いて可変翼調整機構により調整されるタービン翼開度を算出する過給機のモデルを備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、過給機のモデルを用いて、内燃機関の運転状態に基づく目標過給圧となるようにタービンの翼開度（以下、「第１のタービン翼開度」という）を算出する第１のタービン翼開度算出手段と、実際にタービン入口圧（以下、「第２のタービン入口圧」という）を検出し、第２のタービン入口圧又は該第２のタービン入口圧と相関のあるパラメータからタービン特性を用いて、タービンの翼開度（以下、「第２のタービン翼開度」という）を算出する第２のタービン翼開度算出手段とを備え、第２のタービン翼開度算出手段により算出された第２のタービン翼開度と第１のタービン翼開度算出手段により算出された第１のタービン翼開度とに基づいて、タービン特性を補正する学習補正手段を備える。

これにより、可変翼調整機構の設置位置のばらつき等の影響により、基準となるターボチャージャで測定されたタービン特性と実際のタービン特性とが異なる場合においても、実際のタービン入口圧に基づいて算出されたタービン翼開度（第２のタービン翼開度）と目標過給圧となるように設定された第１のタービン翼開度（第１のタービン翼開度）とに基づいて、過給機のタービン翼開度を算出する際に用いるタービン特性を補正することで、目標過給圧を得るための適切なタービン翼開度を算出することが可能となる。つまり、従来よりも所望の過給圧を得る応答性を速くすることが可能となる。

ここで、第１のタービン翼開度に対して実際のタービン翼開度が遅れて制御されるため、請求項２に係る発明のように、第１のタービン翼開度算出手段は、該第１のタービン翼開度算出手段により算出された第１のタービン翼開度をむだ時間と１次遅れで補正する補正手段を備え、学習補正手段は、第２のタービン翼開度算出手段により算出された第２のタービン翼開度と補正手段により補正された第１のタービン翼開度とに基づいて、タービン特性を補正すると良い。

このように、補正された第１のタービン翼開度と実際のタービン翼開度（第２のタービン翼開度）を比較することで、精度良くタービン特性を学習することが可能となる。

また、請求項３に係る発明のように、学習補正手段は、タービン特性において、第２のタービン入口圧又は該第２のタービン入口圧と相関のあるパラメータに基づいて算出されたタービン翼開度を第２のタービン翼開度と第１のタービン翼開度との偏差に基づいて補正すると良い。例えば、図１１のようなマップが予めＥＣＵ内に備えられている場合には、第２のタービン入口圧又は該第２のタービン入口圧と相関のあるパラメータに基づいて算出された該当するタービン翼開度を、第２のタービン翼開度と第１のタービン翼開度との偏差に基づいて補正すると良い。

また、タービン入口圧と相関のあるパラメータとは、タービン入口圧とタービンの出口圧（以下、「タービン出口圧」という）との膨張比、またはタービンの動力（以下、「タービン動力」という）とすると良い（請求項４）。ここで、タービン動力は、タービン入口圧に基づいて算出することが可能である。

［実施形態（１）］
以下、図を用いて内燃機関であるディーゼルエンジンに適用した本実施形態を説明する。まず、図１は、エンジン制御システムの全体概要構成図であり、図２は図１を簡素化した概要構成図である。

図１に示すエンジン１０において、シリンダブロック１１にはピストン１２が収容され、シリンダ内壁とピストン１２とシリンダヘッド１３とにより燃焼室１４が区画形成されている。シリンダヘッド１３には電気制御式の燃料噴射弁１５が配設されている。この燃料噴射弁１５にはコモンレール１６から高圧燃料が給送され、燃料噴射弁１５の開動作に伴い燃焼室１４内に燃料が噴射供給される。なお図示は省略するが、本システムでは、燃料タンク内の燃料をコモンレール１６に圧送するための燃料ポンプを備えており、センサ等で検出したコモンレール内圧力（燃料圧）に基づいて燃料ポンプの燃料吐出量が制御されるようになっている。

吸気ポートには吸気弁１７が配設され、排気ポートには排気弁１８が配設されている。また、吸気ポートには吸気管２１が接続されており、吸気管２１においてサージタンク２２よりも上流側にはインタークーラ３７が設けられている。サージタンク２２には、吸気管圧力（後述するターボチャージャの過給圧でもある）を検出する吸気圧センサ２３が設けられている。排気ポートには排気管２４が接続されている。

吸気管２１と排気管２４との間にはターボチャージャ３０が配設されている。ターボチャージャ３０は、吸気管２１に設けられたコンプレッサインペラ３１と、排気管２４に設けられたタービンホイール３２とを有し、それらがシャフト３３にて連結されている。また、タービンホイール３２には、タービンホイール３２の開度（以下、「タービン翼開度」という）を調整可能な可変翼調整機構５３が設けられている。

ターボチャージャ３０では、排気管２４を流れる排気によってタービンホイール３２が回転し、その回転力がシャフト３３を介してコンプレッサインペラ３１に伝達される。そして、コンプレッサインペラ３１により、吸気管２１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。なお、可変翼調整機構５３で、タービン翼開度を調整することで、タービン入口圧とタービン出口圧との膨張比を可変に設定することができ、タービンホイール３２の回転を調整することができる。つまりは、可変翼調整機構５３により、タービン翼開度を調整することで、空気の過給圧を制御することが可能となる。ターボチャージャ３０にて過給された空気は、インタークーラ３７によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ３７によって吸入空気が冷却されることで、吸入空気の充填効率が高められる。また、インタークーラ３７には、スロットル弁２６が設けられている。

吸気管２１の最上流部には図示しないエアクリーナが設けられ、このエアクリーナの下流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ５１と、吸入空気量の温度を検出する吸気温センサ５２とが設けられている。その他、本制御システムでは、エンジン１０の回転に伴い所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ２７、アクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２８、大気圧を検出する大気圧センサ２９等の各種センサが設けられている。

また、図示は省略するが、排気管２４においてターボチャージャ３０のタービン下流側にはＮＯｘ吸収剤を内蔵した触媒装置が設けられている。更に、吸気管２４においてターボチャージャ３０のコンプレッサ下流側と排気管２４において触媒装置の上流側との間にはＥＧＲ通路４２が設けられており、そのＥＧＲ通路４２の途中には、エンジン冷却水等によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲインタークーラと、ＥＧＲ制御弁４４とが配設されている。

エンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）５０は、周知の通り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、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、エンジンＥＣＵ５０には、前述した各種センサから各々検出信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ５０は、随時入力される各種の検出信号に基づいて燃料噴射量、スロットル弁制御量、ＥＧＲ制御量、燃圧制御量等を演算し、それらに基づいて燃料噴射弁、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁４４、燃料ポンプ等の駆動を制御する。

図３は、エンジンＥＣＵ５０の中に組み込まれた過給圧制御の制御ブロック図である。この制御ブロック図を使って過給圧制御の概要を説明する。エンジンＥＣＵ５０は、例えば、エンジン運転状態に基づいて目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇを算出する。求められた目標過給圧および図３には記載のない他のエンジン運転状態、例えば吸入空気量や吸入空気温に基づき、フィードフォワード制御器Ｂ３０にてタービン翼開度の基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅ（以下、「可変翼開度基本位置」という）を算出する。また、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇとエンジン上で計測された実過給圧Ｐ１Ｅとの差ΔＰ１Ｅに基づきフィードバック制御器Ｂ２０にてフィードバック量Ｐ１Ｅ＿ｆｂを算出する。次に、可変翼開度基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅにフィードバック量Ｐ１Ｅ＿ｆｂを加えて過給圧を目標に制御するためのタービン翼開度ＶＮ＿ｔｒｇ（以下、「指令可変翼開度位置」という）が算出される。なお、本願発明では、フィードバック制御器Ｂ２０には、ＰＩＤ制御器を採用していており、フィードバック制御機Ｂ２０にて算出されたフィードバック量Ｐ１Ｅ＿ｆｂは、タービン翼開度を制御する制御量である。

図４は、図３のフィードフォワード制御器Ｂ３０の中に組み込まれるフィードフォワードモデル制御ブロック図である。フィードフォワードモデルは、ターボチャージャに視点を置いて、エンジン全体をモデルで表現することで、目標過給圧を得るためのタービン翼開度の基本位置（可変翼開度基本位置）ＶＮ＿ｂａｓｅを算出するものである。以下、図４を用いて、フィードフォワードモデルについて説明する。

まず、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇを算出する。なお、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇは、エンジンの運転状態から算出しても良いし、運転者が要求する目標トルクに基づいて算出しても良い。目標トルクを基に目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇを算出する場合、目標トルクから目標燃料噴射量を算出し、該目標燃料噴射量とエンジン回転速度とに基づいて算出すると良い。ここで、目標トルクは、例えば、運転者によって踏み込まれるアクセルのアクセル開度に基づいて算出される。

目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇが算出されると、制御ブロックＢ３１にてエンジンに吸入される目標ガス量Ｇｅｎｇ＿ｔｒｇが算出される。目標ガス量Ｇｅｎｇ＿ｔｒｇは、吸気ガス密度とエンジンに吸入する体積効率とに基づいて算出される。まず、制御ブロックＢ３１において、目標過給圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇと同様に求められる目標吸気温Ｔｅｎｇ＿ｔｒｇに基づき吸気ガスの密度ρが算出される。なお、目標吸気温Ｔｅｎｇ＿ｔｒｇの算出方法は、例えば、所望の目標過給圧を得るための吸入空気温として、目標過給圧をパラメータとしたマップを用いて設定すると良い。また、吸気温センサによって検出された吸気温を目標吸気温として設定しても良い。なお、本実施形態のようにインタークーラが取り付けられている場合には、吸入空気がインタークーラを通過することにより冷却された吸気温を推定して、この吸気温を目標吸気温として設定すると良い。

続いて、エンジンの運転状態、通常はエンジン回転数Ｎｅと噴射量Ｑに基づきエンジンに吸入するガスの体積効率ηｖｏｌを算出する。この体積効率ηｖｏｌは、予めエンジン上で測定され保管されたマップから算出する（下数２参照）。

次に、エンジンに吸入される目標ガス量Ｇｅｎｇ＿ｔｒｇは、例えば、４サイクル機関で１シリンダの容積がＶｈの場合、以下の数３を用いて求めることができる。

続いて、制御ブロックＢ３２では、制御ブロックＢ３１で算出されたエンジンに吸入されるガス量Ｇｅｎｇと吸入されるＥＧＲガス量Ｇｅｇｒからターボチャージャのコンプレッサが圧縮すべき目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇが算出される。なお、ＥＧＲ装置を備えていない場合には、ＥＧＲガス量を考慮する必要はない。

制御ブロックＢ３３では、ターボチャージャのコンプレッサが圧縮すべき目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇに基づいて、ターボチャージャの熱力学モデルより目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇを算出し、機械効率ηｍを加味した後、目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇを算出する。そして目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇより目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇを算出する。

以下、図５を用いて、制御ブロックＢ３３において目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇを算出するフローを説明する。

図５において、まず、ステップＳ１０１では、目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇを算出する。この目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇは、例えば、以下の数５を用いて算出すると良い。なお、本願発明では、コンプレッサでの圧縮仕事を等エントロピー仕事として、目標吸気圧Ｐ１Ｅ＿ｔｒｇと目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇとから目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇを算出している。以下の式において、Ｃｐａは、吸入空気の定圧比熱、κａは比熱比、Ｔ１Ｃは、図１の吸気温センサ５２で計測された吸気温度、Ｐａは、大気圧センサ２９で計測された大気圧をそれぞれ意味する。なお、吸入空気の定圧比熱Ｃｐａと、比熱比κａは、予め設定した値を設定すると良い。

次に、ステップＳ１０２では、コンプレッサ効率を算出する。コンプレッサ効率ηＣは、目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇに基づいて算出される。この場合、例えば、図６のように、目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇをパラメータとしたマップを用いて算出すると良い。

続いて、ステップＳ１０３では、目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇを算出する。なお、本願発明では、等エントロピー仕事とみなした場合の目標理論コンプレッサ動力ｗＣ＿ｔｒｇとコンプレッサ効率ηＣとから実際の目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇを算出している。

また、ステップＳ１０４では、機械効率を算出する。この機械効率ηｍは、目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇに基づいて算出される。この場合、例えば、図７のように、目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇをパラメータとしたマップを用いて算出すると良い。

次に、ステップＳ１０５にて、目標タービン動力を算出する。この目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇは、目標コンプレッサ動力ＷＣ＿ｔｒｇと機械効率ηｍとに基づいて算出することができ、例えば、以下の数７を用いて、算出される。

次に、ステップＳ１０６では、タービン効率を算出する。このタービン効率ηＴは、目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇに基づいて算出される。タービン効率ηＴは、例えば、図８に記載のタービン効率特性マップより目標タービン動力ＷＴ＿ｔｒｇに基づいて算出すると良い。

また、ステップＳ１０７では、目標タービン入口圧を算出する。この目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇは、現在のエンジンから排出された排ガスで目標コンプレッサ動力ＷＴ＿ｔｒｇを達成するためのタービン入口の目標圧力である。

ここで、目標タービン動力は以下の数８で算出することができる。以下の数８において、Ｃｐｅｘは予め決められた排気ガスの定圧比熱、κｅｘは比熱比、Ｔ１Ｔは現在のエンジン運転状態から推定もしくは排気温度センサで測定されたタービン入口温、Ｇｅｘはタービンを通過する排ガス流量、Ｐ２Ｔは推定されたタービン出口圧を表している。なお、本願発明では、タービン出口圧は、大気圧センサによって検出された大気圧を採用しているが、タービン出口に圧力センサを設け、その圧力センサによって直接圧力を検出しても良い。

上記数８を変形すると目標タービン入口圧は以下のように算出される。

このように、目標タービン入口圧は、目標コンプレッサ動力ＷＴ＿ｔｒｇとタービン効率ηＴとに基づいて算出することができる。

以上説明した制御ブロックＢ３３では、目標空気量Ｇａ＿ｔｒｇから目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇが算出される。

続いて、制御ブロックＢ３５では、制御ブロックＢ３３で算出された目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇを達成するための可変翼開度基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅを算出する。このタービン特性は制御ブロックＢ３４で学習補正されたものであり、より精度の高い演算が可能となる。

以下、図１２を用いて、制御ブロックＢ３５の演算フローを説明する。

まず、ステップＳ３０１で、タービン入口圧センサ５４で測定されたタービン入口圧Ｐ１Ｔと現在のエンジン運転状態から推定もしくは排気温度センサで測定されたタービン入口温をＴ１Ｔ、排気ガス流量Ｇｅｘから修正排気ガス流量Ｇｅｘ^＊を算出する。本実施形態では基準温度２８８Ｋ、基準圧力１０１．３２５ｋＰａとしている。

続いてステップＳ３０２では、目標タービン入口圧Ｐ１Ｔ＿ｔｒｇとタービン出口圧Ｐ２Ｔとから下記式を用いて目標膨張比πＴ＿ｔｒｇを算出する。なお、タービン出口圧Ｐ２Ｔは、圧力センサを設け、圧力センサの出力に基づいて直接設定しても良いし、排ガス流量Ｇｅｘに基づいて推定しても良い。また、大気圧を用いても良い。

ステップＳ３０３で、修正排気ガス流量Ｇｅｘ^＊と目標膨張比πＴ＿ｔｒｇにて、ＥＣＵ５０内に組み込まれた、図１１のタービン特性図を用いて可変翼開度基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅを算出する。

本願発明では、制御ブロックＢ３４で学習補正されたタービン特性（タービン特性図）を学習補正することにより精度良く可変翼開度基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅを算出することができ、この可変翼開度基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅを図３の制御ブロックのフィードフォワード値として使用することにより、より精度の高い制御が可能となる。

次に、図４の制御ブロックＢ３４における処理について説明する。この制御ブロックＢ３４では、ＥＣＵ５０内に組み込まれているタービン特性が学習補正される。ここで、タービン特性は、前述したように所定のタービン翼開度に対するタービン入口圧とタービン出口圧との膨張比と排気ガス流量との関係を示すものである。つまりは、このタービン特性を用いることで、実際に検出されたタービン入口圧とタービン出口圧との膨張比あるいは運転状態に応じて算出された目標過給圧に基づいて算出されたタービン入口圧とタービン出口圧との膨張比（前述参照）と排気ガス流量とから、実際のタービン翼の開度位置あるいは目標タービン翼の翼開度位置を算出することができる。制御ブロックＢ３４における学習補正は、所定時間毎に実行される。

図４の制御ブロックＢ３４は、エンジン上でのターボチャージャの運転状態から、ＥＣＵ５０に組み込まれたタービン特性（図１１）に基づいて算出されるタービン翼開度ＶＮ＿ｃａｌ（以下、「可変翼開度位置」という）と、指令可変翼開度位置ＶＮ＿ｔｒｇから算出されるタービン翼開度ＶＮ＿ａｃｔ（以下、「可変翼開度実位置」という）とを比較し学習補正するものである。なお、指令可変翼開度位置ＶＮ＿ｔｒｇは、図３において、可変翼開度基本位置ＶＮ＿ｂａｓｅとフィードバック量Ｐ１Ｅ＿ｆｂとに基づいて算出されるタービン翼開度である。

以下、図１０を用いて、タービン特性の学習するフローを説明する。

まず、ステップＳ２０１では、タービンを通過する排気ガス流量Ｇｅｘを圧力、または温度で補正した修正排気ガス流量Ｇｅｘ^＊を算出する。この修正排ガス流量Ｇｅｘ^＊は、例えば、タービン入口圧センサ５４で測定されたタービン入口圧Ｐ１Ｔと、タービン入口温度Ｔ１Ｔと、排気ガス流量Ｇｅｘとから算出すると良い。ここで、タービン入口温度Ｔ１Ｔは、エンジン運転状態から推定しても良いし、排気温度センサを排気管に設け、その排気温度センサによって測定しても良い。また、排気ガス流量Ｇｅｘは、吸入空気量とエンジン回転速度とから算出すると良い。なお、本実施形態では、基準温度を２８８Ｋ、基準圧力を１０１．３２５ｋＰａとしている。

ステップＳ２０２では、タービン入口圧Ｐ１Ｔとタービン出口圧Ｐ２Ｔとから実膨張比πＴ＿ａｃｔを算出する。なお、タービン出口圧Ｐ２Ｔは、大気圧を設定しても良いし、排気ガス流量Ｇｅｘから算出しても良い。

次に、ステップＳ２０３では、修正排気ガス流量Ｇｅｘ^＊と実膨張比πＴ＿ａｃｔとに基づいて、タービン翼の翼開度位置が学習補正できる領域であるかどうかを判断する。本願発明では、図９のタービン特性は、ＥＣＵ５０内において図１１のように格子毎にデータ（マップ）として保管されているので、ターボチャージャの運転状態が格子点付近かどうかを判断する。学習補正できる領域にあるか否かは、修正排気ガス流量Ｇｅｘ^＊と実膨張比πＴ＿ａｃｔとが、それぞれ所定範囲内であるか否かで判断すると良い。ステップＳ２０３で、学習補正できる領域にないと判断されると、このフローを終了する。

ステップＳ２０３で、学習補正できる領域にあると判断すると、Ｓ２０４に進み、今回補正する可変翼開度実位置ＶＮ＿ａｃｔを算出する。まず、タービン特性は、ＥＣＵ５０内において図１１のように格子毎にデータ（マップ）として保管されているので、修正排気ガス流量Ｇｅｘ^＊と実膨張比πＴ＿ａｃｔとに該当する格子を検出する。

以下の数１４を用いて、排気ガス流量Ｇｅｘ（ｉ）と膨張比πＴ（ｊ）とをそれぞれ算出する。なお、排気ガス流量において、Ｇｅｘ（ｉ）とＧｅｘ（ｉ＋１）との間隔と、膨張比におけるπＴ（ｊ）とπＴ（ｊ＋１）との間隔は、図９のタービン特性を、図１１のように格子毎にデータ（マップ）として、ＥＣＵ５０内に格納する際の分解能で適宜設定すると良い。

次に、排気ガス流量Ｇｅｘ（ｉ）と膨張比πＴ（ｊ）より補正すべき可変翼開度実位置データＶＮｉｊを、図１１のタービン特性図を用いて算出する。また、ステップＳ２０５では、ステップＳ２０１，Ｓ２０２で算出した修正排気ガス流量Ｇｅｘ^＊と実膨張比πＴ＿ａｃｔからタービン特性を用いて計算された可変翼開度位置ＶＮ＿ｃａｌを算出する。

次に、ステップＳ２０６にて、指令可変翼開度位置ＶＮ＿ｔｒｇから可変翼作動機構の作動による応答遅れを補正して可変翼開度実位置ＶＮ＿ａｃｔを求める。なお、本願発明では、指令可変翼開度位置ＶＮ＿ｔｒｇから可変翼作動機構の作動による応答遅れをむだ時間と１次遅れで近似して可変翼開度実位置ＶＮ＿ａｃｔを求めている。

続いて、ステップＳ２０７にて、下記数１５によりタービン特性の可変翼開度データＶＮｉｊを学習補正する。Ｋは補正割合である。下記式では、Ｓ２０６で算出した可変翼開度位置ＶＮ＿ｃａｌとＳ２０５で算出した可変翼開度実位置ＶＮ＿ａｃｔとの偏差を、補正割合Ｋだけ可変翼開度データＶＮｉｊに学習する。なお、補正係数Ｋは、定数であっても良いし、学習領域に応じて可変にしても良い。

これにより、図１１において、今回学習の対象となる可変翼開度データＶＮｉｊが補正される。このように、実測をもとに上記学習が繰り返されることによって、ＥＣＵ５０内に組み込まれた、図１１のようなタービン特性が、実際のタービン特性となるように適宜学習されることになる。また、このように、ＥＣＵ５０内に組み込まれたタービン特性が、実際のタービン特性となるように適宜補正されることによって、目標過給圧を得るために適切なタービン翼開度を設定することが可能となる。つまりは、目標過給圧を得るために適切なタービン翼開度を設定されることで、フィードフォワード制御器のモデルの精度が向上するため、従来よりも所望の過給圧を得る応答性が速くなる。

なお、本実施形態では、図９のように、膨張比（タービン入口圧÷タービン出口圧）と排気ガス流量とからタービンの翼開度を求めるようにし、図９をタービン特性のマップとしたが、タービン入口圧と排気ガス流量とからタービンの翼開度を求めるようにし、これをタービン特性のマップとしても良い。この場、例えば、タービン出口圧を大気圧とみなすような場合に適用すると良い。また、その他に、タービン動力と排気ガス流量とからタービンの翼開度を求めるようにし、これをタービン特性のマップとしても良い。

また、本実施形態では、図９のタービン特性を、ＥＣＵ５０内において図１１のように格子毎にデータとして保管されるようにし、各格子を学習補正するように設定したが、学習の対象となる格子付近を補正するようにしても良い。また、格子全体を補正しても良い。

なお、本実施形態では、ディーゼルエンジンを例に挙げて説明したが、ガソリンエンジンに適用しても良い。

本実施形態の全体構成図である。本実施形態の簡素化した全体構成図である。本実施形態の過給圧制御の制御ブロック図である。本実施形態のフィードフォワード制御器内の制御ブロック図である。フィードフォワード制御器の目標吸気量に基づいてタービン入口圧を算出するフローチャートである。目標理論コンプレッサ動力とコンプレッサ効率の関係図である。目標コンプレッサ動力と機械効率の関係図である。目標タービン動力とコンプレッサ効率の関係図である。本実施形態のタービン特性図である。本実施形態のタービン特性を学習するフローチャートである。本実施形態のＥＣＵ内に組み込まれたタービン特性図である。可変翼開度基本位置を算出するフローチャートである。

符号の説明

１０エンジン
３０ターボチャージャ
３１コンプレッサインペラ
３２タービンホイール
３３シャフト
５１エアフロメータ
５２吸気温センサ
５３可変翼調整機構
Ｂ２０フィードバック制御器
Ｂ３０フィードフォワード制御器

Claims

内燃機関の排気通路に設けられたタービンを排気圧力で駆動することで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して筒内に空気を過給する過給機と、
前記タービンの翼開度（以下、「タービン翼開度」という）を調整する可変翼開度調整機構と、
前記タービンより上流の排気通路の圧力（以下、「タービン入口圧」という）又は該タービン入口圧と相関のあるパラメータからタービン翼開度を算出するマップ（以下、「タービン特性」という）を備え、内燃機関の運転状態に基づいて前記コンプレッサで過給する目標過給圧を算出し、該目標過給圧に基づいて前記タービン入口圧又は該タービン入口圧と相関のあるパラメータを求め、前記タービン特性を用いて前記可変翼調整機構により調整されるタービン翼開度を算出する過給機のモデルを備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記過給機のモデルを用いて、内燃機関の運転状態に基づく目標過給圧となるように前記タービンの翼開度（以下、「第１のタービン翼開度」という）を算出する第１のタービン翼開度算出手段と、
実際のタービン入口圧（以下、「実タービン入口圧」という）を検出し、前記実タービン入口圧又は該実タービン入口圧と相関のあるパラメータから前記タービン特性を用いて、前記タービンの翼開度（以下、「第２のタービン翼開度」という）を算出する第２のタービン翼開度算出手段とを備え、
前記第２のタービン翼開度算出手段により算出された第２のタービン翼開度と前記第１のタービン翼開度算出手段により算出された第１のタービン翼開度とに基づいて、前記タービン特性を補正する学習補正手段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。
第１のタービン翼開度算出手段は、該第１のタービン翼開度算出手段により算出された前記第１のタービン翼開度をむだ時間と１次遅れで補正する補正手段を備え、
前記学習補正手段は、前記第２のタービン翼開度算出手段により算出された第２のタービン翼開度と前記補正手段により補正された前記第１のタービン翼開度とに基づいて、前記タービン特性を補正することを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
前記学習補正手段は、前記タービン特性において、前記実タービン入口圧又は該実タービン入口圧と相関のあるパラメータに基づいて算出されたタービン翼開度を前記第１のタービン翼開度と前記第２のタービン翼開度との偏差に基づいて補正することを特徴とする請求項１または２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
前記タービン入口圧と相関のあるパラメータとは、前記タービン入口圧と前記タービンの出口圧（以下、「タービン出口圧」という）との膨張比、または前記タービンの動力（以下、「タービン動力」という）であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。