JP4941534B2 - 内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置に関するものである。

従来から、ターボチャージャ等の過給機を設けた内燃機関が種々実用化されており、この過給機の作動により吸気効率が改善され内燃機関の出力向上が図られている。また、こうした過給機付き内燃機関において、過給機の過給状態を調整するための過給状態可変装置を備えた構成が提案されており、その一つとして、排気管に設けた排気タービンを迂回するようにしてバイパス通路を設けるとともに該バイパス通路にウエストゲートバルブを配設した技術がある。このウエストゲートバルブの作動により排気タービンに流れ込む排気流量が調整され、過給圧の過上昇などが抑制されるようになっていた。

また、ウエストゲートバルブを開閉するアクチュエータとしてダイアフラム弁を用い、該アクチュエータの圧力室に導入される過給圧を過給圧制御弁のデューティ制御により調整するようにした従来技術が知られている。かかる従来技術では、例えば、デューティ制御に際し、過給圧制御弁に印加する駆動電圧の周波数を、低回転域では高い周波数に、高回転域では低い周波数に、不連続に切り替えるようにしていた（特許文献１参照）。

しかしながら、ウエストゲートバルブの開度制御に関する既存の技術では以下の問題が生じる。すなわち、ウエストゲートバルブの駆動時には、上記のアクチュエータを含む駆動機構において機械的な結合により動力が伝達され、当該ウエストゲートバルブが開閉駆動される。このとき、機械的な結合部分においてがた等が発生すると、ウエストゲートバルブの制御精度が低下し、ひいては過給圧制御に悪影響が及ぶおそれがあった。特許文献１等ではがた発生に伴う問題について何ら示唆はなく、その対策を講じる必要があった。なお、上記特許文献１の技術では、駆動電圧の周波数と吸気脈動との共振によって制御性が悪化するという問題も生じると考えられる。

また、上記のように過給圧を導入することで開閉するアクチュエータの場合、ウエストゲートバルブの開度は過給圧に依存するものとなっており、同開度を任意の開度に制御することができない。この場合、過過給の抑制だけでなく燃費改善等を実現するには、過給圧に依存せずにウエストゲートバルブの開度を任意に制御できる技術が望まれる。その具体的な構成として、モータと複数のギア部材等との機械的な結合により構成される電動式アクチュエータを用いることが考えられる。

こうした電動式アクチュエータを用いる場合、モータ動力を伝達するためのギア部材のかみ合い部分にはバックラッシュ（歯面間の隙間）が設けられており、そのバックラッシュにより、前述のようなウエストゲートバルブの制御精度低下が生じることが考えられる。

特許第２６７４８４２号公報

本発明は、ウエストゲートバルブの駆動機構における機械的ながた等が生じる場合にもウエストゲートバルブの開度を適正に制御することができる内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

本発明では、排気タービン及び吸気コンプレッサを有してなるターボチャージャを設けた内燃機関において、排気タービンを迂回する通路にウエストゲートバルブを設け、そのウエストゲートバルブを、機械的な結合部分を有するウエストゲートバルブ駆動機構により駆動することとしている。ウエストゲートバルブ駆動機構としては、例えば、モータ等の動力源と複数のギア部材（歯車）とを機械的に結合して構成されるものが考えられる。

そして、第１の発明として、制御手段は、所定の制御周期でウエストゲートバルブの開度を制御する。動作判定手段は、ウエストゲートバルブが停止状態から開側若しくは閉側のいずれかの動作方向に動作し始める動作開始時であるか、又はその動作方向が反転する動作反転時であるかを判定する。また、制御周期短縮手段は、動作判定手段により動作開始時又は動作反転時であると判定された場合に、前記制御手段による制御周期を短縮する。

要するに、機械的結合を有するウエストゲートバルブ駆動機構はその結合部分において隙間（遊び）を有している。この結合部分の隙間としては、ギア間のかみ合い部分において歯面間隙間としてあらかじめ設定されるバックラッシュや、摩耗など、経時的な変化により生じる機械的ながた等があると考えられる。かかる場合、ウエストゲートバルブの動作開始時又は動作反転時には前記隙間（バックラッシュやがた）に起因してウエストゲートバルブの動作遅れが生じ、これによりウエストゲートバルブ開度の制御精度が低下する。この点、本発明では、ウエストゲートバルブの動作開始時又は動作反転時において制御手段による制御周期を短縮したため、上記がた等に起因する動作遅れが生じてもウエストゲートバルブの開度を適正に制御することができる。

ここで、車両の加速時などでウエストゲートバルブの目標開度が変化する際、その目標変化に伴い実際の開度が変化し、ウエストゲートバルブが動作が開始されたり、動作方向が反転されたりする。それ故に、ウエストゲートバルブの目標開度又は実開度の変化に基づいて、ウエストゲートバルブの動作開始時又は動作反転時であることを判定すると良い。又は、車両の加減速の状態に基づいて、ウエストゲートバルブの動作開始時又は動作反転時であることを判定すると良い。

また、第２の発明として、制御手段は、所定の制御周期でウエストゲートバルブの開度を制御する。がた判定手段は、ウエストゲートバルブ駆動機構における機械的な結合部分でがたが発生したか否かを判定する。そして、制御周期短縮手段は、がた判定手段によりがた発生が判定された場合に、前記制御手段による制御周期を短縮する。

前述したとおり機械的結合を有するウエストゲートバルブ駆動機構では、その結合部分において摩耗など、経時的な変化により機械的ながたが生じる。駆動機構の要素としてギアのかみ合いを含む構成では、バックラッシュ（歯面間隙間）が大きくなってがたつきが発生する。かかる場合、がた発生に起因してウエストゲートバルブの動作遅れが生じ、これによりウエストゲートバルブ開度の制御精度が低下する。この点、本発明では、がた発生が判定された場合において制御手段による制御周期を短縮したため、がた発生に起因する動作遅れが生じてもウエストゲートバルブの開度を適正に制御することができる。

ここで、摩耗などによりがたが発生すると、ウエストゲートバルブの目標開度に対する実開度の遅れの度合が大きくなる。そこで、ウエストゲートバルブの目標開度の変化に対する実開度の変化に基づいて前記がたの発生を判定し、該判定に基づいて制御周期の短縮を行うと良い。

また、同じく摩耗などによりがたが発生すると、内燃機関の定常運転時においてウエストゲートバルブ開度の変動量が大きくなり、許容されうる変動幅から外れる。そこで、内燃機関の定常運転時において、ウエストゲートバルブ開度の変動量が所定値（許容変動量）よりも大きくなった場合に前記がたが発生したと判定し、該判定に基づいて制御周期の短縮を行うと良い。これにより、ウエストゲートバルブ開度の変動量が小さくなり、制御性が安定する。

ウエストゲートバルブ駆動機構における機械的な結合部分でがたが発生した場合、目標開度に対するウエストゲートバルブの開度変化が遅れる。そのため、がた判定手段により前記がたの発生が判定された場合に、前記制御手段の制御ゲインを大きくすると良い。これにより、がた発生時におけるウエストゲートバルブ開度変化の遅れが解消できる。

また、ウエストゲートバルブの制御精度は、前記がた等に起因してウエストゲートバルブの動作開始時又は動作反転時に顕著となり、その後安定すると考えられる。したがって、前記制御周期短縮手段により制御周期を短縮した後、所定期間の経過時点で当該制御周期を元の周期に戻すと良い。又は、前記制御周期短縮手段により制御周期を短縮した後、ウエストゲートバルブの開度が安定した時点で当該制御周期を元の周期に戻すと良い。上記のとおり制御周期の短縮を一時的なものとすることにより、演算装置における演算負荷の過剰な増加を抑制することができる。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 ＷＧＶアクチュエータの機械的構成を示す図である。 等トルク特性を示す図である。 エンジンのＰ−Ｖ線図である。 過給圧制御に関してＥＣＵによる制御機能の概要を示す制御ブロック図である。 （ａ）は目標過給圧マップを示す図であり、（ｂ）はベースＷＧＶ開度マップを示す図である。 ウエストゲートバルブの動作を説明するためのタイムチャートである。 制御周期設定処理を示すフローチャートである。 ＷＧＶ開度制御処理を示すフローチャートである。 ウエストゲートバルブの動作を説明するためのタイムチャートである。 第２の実施の形態における制御周期設定処理を示すフローチャートである。

（第１の実施の形態）
以下、第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものであり、当該制御システムのエンジンには過給手段としてのターボチャージャが設けられている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節される空気量調整手段としてのスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルアクチュエータ１５には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサが内蔵されている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６にはスロットル下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２５が取り付けられており、点火プラグ２５には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

エンジン１０のシリンダブロックには、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２６と、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とが取り付けられている。

吸気管１１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１１に設けられたコンプレッサインペラ（吸気コンプレッサ）３１と、排気管２４に設けられたタービンホイール（排気タービン）３２とを有し、それらが回転軸３３にて連結されている。タービンホイール３２を挟んで排気管２４の上流部と下流部との間にはバイパス通路３６が設けられており、このバイパス通路３６にはウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３７が設けられている。

ウエストゲートバルブ３７にはロッド４１を介してモータ（電動機）付きアクチュエータ４２（以下、ＷＧＶアクチュエータという）が接続されており、ＷＧＶアクチュエータ４２を駆動することによりウエストゲートバルブ３７が開閉動作し、それに伴いバイパス通路３６の開口面積、すなわちバイパス通路３６を流れる排気流量が可変調整される。この場合、ウエストゲートバルブ３７は過給状態可変手段として機能し、任意の状態で過給圧の調整が可能な構成となっている。ＷＧＶアクチュエータ４２はウエストゲートバルブ駆動機構に相当する。

図２は、ＷＧＶアクチュエータ４２の機械的構成を模式的に示す図面である。ＷＧＶアクチュエータ４２のケース（図示略）にはモータ４３が配設されており、モータ回転軸４３ａの先端部にはモータギア４４が取り付けられている。モータギア４４には平ギア４５が噛み合っており、その平ギア４５の軸部にはウォーム４６が連結されている。また、ウォーム４６に噛み合うようにしてヘリカルギア４７が設けられており、ヘリカルギア４７は軸部４８を中心に回動可能となっている。軸部４８にはヘリカルギア４７と一体回転するアーム４９が設けられており、アーム４９の一端にはロッド４１を介してウエストゲートバルブ３７が連結されている。また、ヘリカルギア４７を囲むケース（図示略）には、当該ギア４７の回転位置を検出することでＷＧＶ開度を検出するＷＧＶ開度センサ５０が設けられている。

上記構成のＷＧＶアクチュエータ４２では、モータ４３が通電されることでモータギア４４が正逆いずれかの方向に回転し、その回転が平ギア４５及びウォーム４６を介してヘリカルギア４７に伝達される。そして、ヘリカルギア４７が回転することに伴いロッド４１が連動し、結果としてウエストゲートバルブ３７が開閉動作する。

従来の正圧式アクチュエータを用いた構成では、過給圧に応じてＷＧＶ開度が制御されるが、上記のように電動式のＷＧＶアクチュエータ４２を用いることで、過給圧に依存せずにＷＧＶ開度を任意に設定できるようになっている。

図１の説明に戻り、ターボチャージャ３０では、タービンホイール３２に供給される排気によって同タービンホイール３２が回転し、その回転力が回転軸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１１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。このとき、その都度のエンジン運転状態等に基づいてウエストゲートバルブ３７が開閉されることにより、所望とする過給圧が実現できるようになっている。

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３８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３８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、本制御システムでは、ドライバによる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５１が設けられている。

ＥＣＵ（電子制御ユニット）６０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、ＥＣＵ６０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、ＥＣＵ６０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や点火時期等を演算し、燃料噴射弁１９や点火装置等の駆動を制御する。

また、ＥＣＵ６０は、各種検出信号に基づいて目標スロットル開度を演算し、その目標スロットル開度に基づいてスロットルアクチュエータ１５を駆動することで所望とする空気量制御を実施する。この場合特に、アクセル開度等に基づいて目標空気量を算出するとともに、該目標空気量をパラメータとして目標スロットル開度を算出し、この目標スロットル開度を基にスロットル開度を制御する。更に、ＥＣＵ６０は、スロットル開度制御に並行して、その都度要求されるＷＧＶ開度となるようＷＧＶ開度制御を実施する。上述したスロットル開度制御とＷＧＶ開度制御により、ドライバが要求する要求トルクが実現できるようになる。

ところで、スロットル開度、ＷＧＶ開度及びエンジン１０の出力トルクは図３に示す関係を有しており、同図によれば等トルク線Ｌ１〜Ｌ４が図示のように規定されている。等トルク線は、トルクが小さいものから順にＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４となっている。

例えば等トルク線Ｌ２上においてＰ１，Ｐ２の各点でトルク制御を実施した場合の違いを述べる。点Ｐ１でのトルク制御は従来制御（ダイアフラム弁等よりなる従来構成のＷＧＶアクチュエータを用いた場合の制御）に相当し、点Ｐ２でのトルク制御は本実施の形態の制御（電動式のＷＧＶアクチュエータを用いた場合の制御）に相当する。なお、点Ｐ１では、ＷＧＶ開度＝ａ１（ほぼ全閉値）、スロットル開度＝ｂ１であり、点Ｐ２では、ＷＧＶ開度＝ａ２、スロットル開度＝ｂ２である。

点Ｐ１，Ｐ２での各トルク制御を比較すると、点Ｐ２でのトルク制御の方がスロットル開度が大きくなっている。これにより、図４のＰ−Ｖ線図（圧力容積図）に示すように、排気圧力が低くなり、結果としてポンプ損失の低減が図られる。なお図４において、二点鎖線はＷＧＶ開度を略全閉とした状態の特性を示し、実線はＷＧＶ開度を所定開度に開放した状態での特性を示す。したがって、点Ｐ２でのトルク制御により燃費向上効果が得られる。本実施の形態では、所定の全閉領域を除く中間開度でＷＧＶ開度を制御することとしており、具体的には、エンジン１０の通常運転時において２０〜１００％の範囲内（望ましくは５０〜８０％の範囲内）でＷＧＶ開度を制御する。

ただし、加速操作が行われる場合を想定すると、点Ｐ１から加速時には、図３の矢印Ｘ１に示すようにスロットル開度を大きくすることでトルクアップが可能となる。これに対し、点Ｐ２からの加速時において、トルクアップを図るには、図３の矢印Ｘ２に示すようにスロットル開度を大きくすることに加え、ＷＧＶ開度を小さくする必要が生じる。すなわち、本実施の形態では、従来制御に比べてウエストゲートバルブ３７の開閉操作量が多くなる。故に、ＷＧＶアクチュエータ４２の応答遅れ等を考えると、過給圧の応答が遅れ、トルク制御の応答性にも影響が及ぶこととなる。

そこで本実施の形態では、過給圧応答を改善すべく、目標過給圧と実過給圧との差である過給圧偏差に基づいて目標ＷＧＶ開度を設定するとともに、実ＷＧＶ開度を目標ＷＧＶ開度に一致させるようにして過給圧フィードバック制御を実施する。

次に、ＥＣＵ６０により実現される制御内容について詳しく説明する。図５は、過給圧制御に関し、ＥＣＵ６０による制御機能の概要を示す制御ブロック図である。図５では、ＥＣＵ６０内のＣＰＵにより実現される演算機能をブロックごとに示している。なお本実施の形態では、スロットル下流側の吸気管圧力を「過給圧」と称し、吸気圧センサ１７により検出される圧力を「実過給圧ＰＭ」として説明を進めることとする。

図５において、目標過給圧算出部６１は、例えば図６の（ａ）に示すマップを用い、その都度のスロットル開度ＴＡとエンジン回転速度ＮＥとをパラメータとして目標過給圧ＰＭＴＧを算出する。上記マップによれば、エンジン回転速度ＮＥが大きいほど、又はスロットル開度ＴＡが大きいほど、目標過給圧ＰＭＴＧとして大きい値が算出される。

ＷＧＶ開度補正量算出部６２は、前記算出した目標過給圧ＰＭＴＧと、吸気圧センサ１７により検出した実過給圧ＰＭとの偏差ΔＰＭを算出するとともに（ΔＰＭ＝ＰＭＴＧ−ＰＭ）、周知のフィードバック手法を用いてＷＧＶ開度補正量を算出する。具体的には、例えばＰＩＤ手法を用い、過給圧偏差ΔＰＭ等に基づいてＷＧＶ開度補正量を算出する。

また、ベースＷＧＶ開度算出部６３は、例えば図６の（ｂ）に示すマップを用い、その都度のスロットル開度ＴＡとエンジン回転速度ＮＥとをパラメータとしてベースＷＧＶ開度を算出する。上記マップによれば、エンジン回転速度ＮＥが大きいほど、又はスロットル開度ＴＡが大きいほど、ベースＷＧＶ開度として大きい値が算出される。この場合特に、ベースＷＧＶ開度は５０〜８０％の範囲内で設定される。

目標ＷＧＶ開度算出部６４は、ベースＷＧＶ開度とＷＧＶ開度補正量とにより目標ＷＧＶ開度を算出する（目標ＷＧＶ開度＝ベースＷＧＶ開度＋ＷＧＶ開度補正量）。

ＷＧＶ開度制御部６５は、前記算出した目標ＷＧＶ開度と、ＷＧＶ開度センサ５０により検出した実ＷＧＶ開度とに基づいてＷＧＶ制御量を算出する。そして、ＷＧＶ開度制御部６５で算出したＷＧＶ制御量が駆動回路６６に出力され、該駆動回路６６によってＷＧＶアクチュエータ４２が駆動される。

一方、上記構成のＷＧＶアクチュエータ４２では、駆動源であるモータ４３からヘリカルギア４７までの動力伝達経路において各ギア部材を通じて動力が伝達される。かかる場合、ＷＧＶアクチュエータ４２の機械的な結合部分である各ギア部材（歯車）のかみ合い部分では、互いの回転を滑らかにするために多少のバックラッシュ（歯面間の隙間）が設けられている。それ故に、ウエストゲートバルブ３７の動作方向を開側⇔閉側で切り替えるためにモータ４３の回転方向が反転したり、ウエストゲートバルブ３７が動作停止の状態から動き始めたりする際には、バックラッシュによりＷＧＶ開度の変化に遅れが生じる。そしてこれにより、ＷＧＶ開度制御の制御性が低下し、ひいては過給圧制御に悪影響が及ぶおそれがあった。

そこで本実施の形態では、ウエストゲートバルブ３７の動作反転時や停止状態からの動作開始時において、ＥＣＵ６０によるウエストゲートバルブ３７の制御周期を通常時よりも短縮し、ＷＧＶ開度制御の制御性の改善を図ることとする。図７のタイムチャートを用いてより具体的に説明する。図７では、ウエストゲートバルブ３７が動作停止の状態から動き始める際の制御の様子を示している。

ＷＧＶ開度がほぼ一定であるタイミングｔ１以前、すなわち通常制御時においては、ＥＣＵ６０によって通常の制御周期（本実施の形態では３２ｍｓ周期）でＷＧＶ開度制御が実行される。これに対し、タイミングｔ１で加速要求等によりスロットル開度が図示の如く変化すると、それに伴い目標ＷＧＶ開度が増加する。そして、その目標ＷＧＶ開度に応じてＷＧＶ制御量が算出され、該制御量によってＷＧＶアクチュエータ４２が駆動される。その際、ＷＧＶアクチュエータ４２のバックラッシュにより実ＷＧＶ開度の変化に遅れが生じる。

その後、タイミングｔ２では、目標ＷＧＶ開度の変化に基づいてウエストゲートバルブ３７の動作開始が判定され、それに対応して制御周期が１６ｍｓ周期に短縮される。このとき、制御周期短縮フラグＦｔａｎに１がセットされる。このように制御周期を短縮することにより、ＷＧＶ開度制御の制御精度が向上する。ちなみに、制御周期を一定（３２ｍｓのまま）とした場合には、図に二点鎖線で示すように、ＷＧＶ開度の安定するまでに時間を要してしまう。

図示は省略するが、ウエストゲートバルブ３７の動作方向が開閉反転する場合にも、上記したウエストゲートバルブ３７の動作開始時と同様に、バックラッシュに起因して図７で説明したような動作遅れが生じる。かかる場合にも、上記のとおりＥＣＵ６０による制御周期の短縮が行われる。なお、動作反転の場合には、ギア部材における歯面のかみ合いが必ず逆側となるため、動作遅れによる問題が顕著になると考えられる。

次に、ＷＧＶ開度制御に関してＥＣＵ６０による具体的な処理内容をフローチャートに基づいて説明する。図８は、後述するＷＧＶ開度制御処理（図９）の実行周期を決定するための制御周期設定処理を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ６０により所定の時間周期（例えば３２ｍｓ周期）で実行される。

図８において、ステップＳ１０１では、ウエストゲートバルブ３７が停止状態から動作し始める動作開始時であるか否か、又はその動作方向が反転する動作反転時であるか否かを判定する。このとき、目標ＷＧＶ開度に基づいてウエストゲートバルブ３７の動作開始又は動作反転が判定される。ＹＥＳの場合、ステップＳ１０２に進み、制御周期短縮フラグＦｔａｎに１をセットする。続くステップＳ１０３では、ＷＧＶ開度制御の制御周期を１６ｍｓとする。

また、ステップＳ１０１がＮＯの場合、ステップＳ１０４に進み、制御周期短縮フラグＦｔａｎが１であるか否かを判定する。前記ステップＳ１０２でのフラグセット後であれば、ステップＳ１０５に進み、フラグセット後に所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ１０４，Ｓ１０５が共にＹＥＳの場合、ステップＳ１０６で制御周期短縮フラグＦｔａｎをクリアするとともに、続くステップＳ１０７でＷＧＶ開度制御の制御周期を３２ｍｓとする。

上記処理によれば、ウエストゲートバルブ３７が停止状態から動作開始した後所定時間が経過するまでの期間、又は開閉反転動作時から所定時間が経過するまでの期間において制御周期が短縮され、それ以外の期間において制御周期が通常周期とされる。

図９は、ＷＧＶ開度制御処理を示すフローチャートであり、本処理は前記図８で設定された制御周期でＥＣＵ６０により繰り返し実行される。

図９において、まずステップＳ２０１では、本処理に必要なパラメータ（エンジン回転速度ＮＥ、スロットル開度ＴＡ、実過給圧ＰＭ）を読み込む。また、ステップＳ２０２では、ＷＧＶ開度マップ（例えば図６の（ｂ））を参照してベースＷＧＶ開度を算出し、続くステップＳ２０３では、目標過給圧マップ（例えば図６の（ａ））を参照して目標過給圧ＰＭＴＧを算出する。

その後、ステップＳ２０４では、過給圧偏差ΔＰＭを算出し（ΔＰＭ＝ＰＭＴＧ−ＰＭ）、続くステップＳ２０５では、ＰＩＤ等のフィードバック手法を用い、過給圧偏差ΔＰＭに基づいてＷＧＶ開度補正量を算出する。

その後、ステップＳ２０６では、ベースＷＧＶ開度とＷＧＶ開度補正量の加算により目標ＷＧＶ開度を算出する（目標ＷＧＶ開度＝ベースＷＧＶ開度＋ＷＧＶ開度補正量）。最後に、ステップＳ２０７では、目標ＷＧＶ開度と実ＷＧＶ開度とに基づいてＷＧＶ制御量を算出する。そして、こうして算出されたＷＧＶ制御量によりＷＧＶアクチュエータ４２（モータ４３）の駆動が制御される。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

ウエストゲートバルブ３７の動作開始時又は動作反転時においてＥＣＵ６０による制御周期を短縮したため、ＷＧＶアクチュエータ４２におけるバックラッシュ等に起因する動作遅れが生じてもＷＧＶ開度を適正に制御することができる。

ＥＣＵ６０によりＷＧＶ開度制御の制御周期を短縮した後、所定時間の経過後に前記制御周期を元に戻すようにしたため、制御周期の短縮が一時的なものとなり、ＥＣＵ６０における演算負荷の過剰な増加を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について上記第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。上記第１の実施の形態では、目標ＷＧＶ開度の変化に基づいてウエストゲートバルブ３７の動作開始又は動作反転を判定し、その判定に基づいてＷＧＶ開度制御の制御周期を短縮したが、本実施の形態では、ＷＧＶアクチュエータ４２でがたが発生したか否かを判定し、その判定に基づいてＷＧＶ開度制御の制御周期を短縮する。

すなわち、ＷＧＶアクチュエータ４２におけるバックラッシュ（ギアの歯面間隙間）は、摩耗等の経時的変化により大きくなると考えられる。例えば、排気圧の脈動によってウエストゲートバルブ３７を開放しようとする力が生じ、その力によりＷＧＶアクチュエータ４２でギアの摩耗が生じることも考えられる。この場合、バックラッシュの増大によりがたが生じると、目標ＷＧＶ開度が変化してもそれに追従する実ＷＧＶ開度の変化が検出できなくなる。そこで本実施の形態では、目標ＷＧＶ開度の変化に対する実ＷＧＶ開度の変化に基づいてがたの発生を判定し、該判定に基づいて制御周期の短縮を行う。

ここで、ウエストゲートバルブ３７が動作停止の状態から動き始める際の制御の様子を図１０のタイムチャートを用いて説明する。

ＷＧＶ開度がほぼ一定であるタイミングｔ１１以前、すなわち通常制御時においては、ＥＣＵ６０によって通常の制御周期（本実施の形態では３２ｍｓ周期）でＷＧＶ開度制御が実行される。これに対し、タイミングｔ１１で加速要求等によりスロットル開度が図示の如く変化すると、それに伴い目標ＷＧＶ開度が増加する。そして、その目標ＷＧＶ開度に応じてＷＧＶ制御量が算出され、該制御量によってＷＧＶアクチュエータ４２が駆動される。その際、ＷＧＶアクチュエータ４２でのがた発生により実ＷＧＶ開度の変化に遅れが生じる。そのため、次の制御タイミングのタイミングｔ１２では未だ実ＷＧＶ開度が変化しない。

その後、タイミングｔ１３では、目標ＷＧＶ開度の変化に対する実ＷＧＶ開度の変化の遅れに基づいてＷＧＶアクチュエータ４２でのがた発生が判定され、それに対応して制御周期が１６ｍｓ周期に短縮される。このとき、制御周期短縮フラグＦｔａｎに１がセットされる。このように制御周期を短縮することにより、ＷＧＶ開度制御の制御精度が向上する。

図示は省略するが、ウエストゲートバルブ３７の動作方向が開閉反転する場合にも、がた発生に起因して図１０で説明したような動作遅れが生じる。かかる場合にも、上記のとおり制御周期の短縮が行われる。なお、動作反転の場合には、ギア部材における歯面のかみ合いが必ず逆側となるため、動作遅れによる問題が顕著になると考えられる。

図１１は、本実施の形態における制御周期設定処理を示すフローチャートであり、本処理は前記図８に置き換えてＥＣＵ６０により実行される。なお、図１１は、前記図８と対比してステップＳ３０１が相違し、他の処理は前記図８に準ずるものとなっている。

図１１において、ステップＳ３０１では、ＷＧＶアクチュエータ４２でのがた発生を判定する。このとき、目標ＷＧＶ開度の変化に対する実ＷＧＶ開度の変化の遅れに基づいてＷＧＶアクチュエータ４２でのがた発生が判定される。ＹＥＳの場合、制御周期短縮フラグＦｔａｎに１をセットするとともに、ＷＧＶ開度制御の制御周期を１６ｍｓとする（ステップＳ３０２，Ｓ３０３）。

また、ステップＳ３０１がＮＯの場合、制御周期短縮フラグＦｔａｎが１であるか否か、フラグセット後に所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３０４，Ｓ３０５）。そして、制御周期短縮フラグＦｔａｎ＝１でかつ所定時間経過の場合、制御周期短縮フラグＦｔａｎをクリアするとともに、ＷＧＶ開度制御の制御周期を３２ｍｓとする（ステップＳ３０６，Ｓ３０７）。

以上第２の実施の形態においては、がた発生が判定された場合にＷＧＶ開度制御の制御周期を短縮するようにしたため、がた発生に起因する動作遅れが生じてもウエストゲートバルブ３７の開度を適正に制御することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記第１の実施の形態では、目標ＷＧＶ開度の変化に基づいてウエストゲートバルブ３７の動作開始又は動作反転を判定し、その判定に基づいてＷＧＶ開度制御の制御周期を短縮したが、この構成を変更する。例えば、実ＷＧＶ開度の変化に基づいてウエストゲートバルブ３７の動作開始又は動作反転を判定し、その判定に基づいてＷＧＶ開度制御の制御周期を短縮する。又は、スロットル開度やアクセル開度に基づいて車両の加減速の状態を判定し、その加減速の状態からウエストゲートバルブ３７の動作開始又は動作反転を判定するとともに、その判定に基づいてＷＧＶ開度制御の制御周期を短縮する。更に、エンジントルクやタービン回転速度等、他の運転状態パラメータに基づいてウエストゲートバルブ３７の動作開始又は動作反転を判定し、その判定に基づいてＷＧＶ開度制御の制御周期を短縮するようにしても良い。

上記実施の形態では、ＷＧＶ開度制御の制御周期を短縮した後、所定時間の経過後に前記制御周期を元に戻すようにしたが、これを変更する。例えば、同じくＷＧＶ開度制御の制御周期を短縮した後、ＷＧＶ開度が安定した時点で前記制御周期を元に戻すと良い。なお、ＷＧＶ開度が安定したかどうかは、ＷＧＶ開度の偏差やＷＧＶ開度補正量を基に判定されればよい。或いは、ＷＧＶ開度制御の制御周期を一旦短縮した後は、当該制御周期を元に戻さない、すなわち短縮したままとすることも可能である。

また、摩耗などによりＷＧＶアクチュエータ４２でがたが発生すると、エンジンの定常運転時においてＷＧＶ開度の変動量が大きくなり、許容の変動幅から外れると考えられる。そこで、エンジンの定常運転時において、ＷＧＶ開度の変動量が所定値（許容変動量）よりも大きくなった場合に前記がたが発生したと判定し、該判定に基づいて制御周期の短縮を行うと良い。これにより、ＷＧＶ開度の変動量を小さくすることができ、制御性が安定する。

上記第２の実施の形態において、ＷＧＶアクチュエータ４２でのがた発生が判定された場合に、ＥＣＵ６０による制御ゲイン（フィードバックゲイン）を大きくするようにしても良い。これにより、がた発生時におけるＷＧＶ開度変化の遅れが解消できる。また、過渡応答性が向上する。

上記実施の形態では、ウエストゲートバルブ駆動機構として電動アクチュエータを用いたが、この構成に限定されず、他の構成の駆動機構を採用することも可能である。例えば、ギア部材以外の構成からなる機械的な結合部分を有する駆動機構を採用するようにしても良い。これには、従来技術で説明したダイアフラム式のアクチュエータも含まれる。かかる場合においても、ウエストゲートバルブ駆動機構における機械的な結合部分で部材間の隙間（遊び）が存在したり、経時変化に伴うがた等が発生したりすると、ウエストゲートバルブの動作遅れによりＷＧＶ開度制御の制御精度が悪化するおそれがあるが、そうした問題が本発明の適用により解消される。要は、機械的な結合部分を持った駆動機構であれば、本発明の適用により既述の優れた効果を得ることができる。

１０…エンジン、１１…吸気管、２４…排気管、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、３６…バイパス通路、３７…ウエストゲートバルブ、４１…ロッド、４２…ＷＧＶアクチュエータ、４３…モータ、４４…モータギア、４５…平ギア、４６…ウォーム、４７…ヘリカルギア、５０…ＷＧＶ開度センサ、６０…ＥＣＵ。

Claims (6)

1. 排気タービン及び吸気コンプレッサを有してなるターボチャージャと、前記排気タービンを迂回する通路に設けられ該通路の開口面積を可変とするウエストゲートバルブと、機械的な結合部分を有するウエストゲートバルブ駆動機構とを備えた内燃機関に適用され、
   所定の制御周期で前記ウエストゲートバルブの開度を制御する制御手段と、
   前記駆動機構における機械的な結合部分でがたが発生したか否かを判定するがた判定手段と、
   前記がた判定手段によりがた発生が判定された場合に、前記制御手段による制御周期を短縮する制御周期短縮手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記ウエストゲートバルブの目標開度を設定し、その目標開度に実開度を一致させるようフィードバック制御を実施し、
   前記がた判定手段は、前記目標開度の変化に対する実開度の変化の遅れに基づいて前記がたの発生を判定することを特徴とする内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置。
2. 排気タービン及び吸気コンプレッサを有してなるターボチャージャと、前記排気タービンを迂回する通路に設けられ該通路の開口面積を可変とするウエストゲートバルブと、機械的な結合部分を有するウエストゲートバルブ駆動機構とを備えた内燃機関に適用され、
   所定の制御周期で前記ウエストゲートバルブの開度を制御する制御手段と、
   前記駆動機構における機械的な結合部分でがたが発生したか否かを判定するがた判定手段と、
   前記がた判定手段によりがた発生が判定された場合に、前記制御手段による制御周期を短縮する制御周期短縮手段と、を備え、
   前記がた判定手段は、前記内燃機関の定常運転時において、ウエストゲートバルブ開度の変動量が所定値よりも大きくなった場合に前記がたが発生したと判定することを特徴とする内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置。
3. 前記がた判定手段により前記がたの発生が判定された場合に、前記制御手段の制御ゲインを大きくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置。
4. 前記ウエストゲートバルブの開度を検出する開度センサを備え、
   前記がた判定手段は、前記開度センサにより検出した実際の前記ウエストゲートバルブの開度を用いて前記がたが発生したか否かを判定する請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置。
5. 前記制御周期短縮手段により前記制御周期を短縮した後、所定期間の経過時点で当該制御周期を元の周期に戻すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置。
6. 前記制御周期短縮手段により前記制御周期を短縮した後、前記ウエストゲートバルブの開度が安定した時点で当該制御周期を元の周期に戻すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置。

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