JP5263455B2 - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関し、特に、目標トルクに応じて空気量とともに過給圧も能動的に制御することができる過給機付き内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の制御方法の１つとして、トルクを制御量として各アクチュエータの操作量を決定するトルクデマンド制御が知られている。制御量の目標値である目標トルクは、アクセルペダル操作から推定される運転者からのトルク要求や、ＶＳＣやＴＲＣ等の車両の制御デバイスからのトルク要求に基づいて決定される。ガソリンエンジンのように目標空燃比が定められている内燃機関の場合には、目標トルクから目標空気量が決定され、目標空気量に従って空気量制御用のアクチュエータの操作が行われる。

上述のトルクデマンド制御は、ターボ過給機や機械式過給機を備えた内燃機関にも適用することができる。そのような過給機付き内燃機関においては、過給圧の能動的な制御が可能なものが存在する。例えば、特開２００６−２４２０６２号公報に記載されている内燃機関は、電動モータ付きのターボ過給機を備えている。電動モータによってコンプレッサの回転をアシストすることで、過給圧の能動的な制御が可能となる。また、特開２００７−０５６６９７号公報に記載されている内燃機関は、ウエストゲートバルブ付きのターボ過給機を備えている。ウエストゲートバルブを操作してタービンに流入する排気ガスの流量を増減させることで、過給圧の能動的な制御が可能となる。また、エアバイパスバルブや、タービンの可変ノズルによっても過給圧を能動的に制御することが可能である。このような過給圧制御が可能な内燃機関の場合、そのトルクデマンド制御では、例えば特開２００６−２４２０６２号公報に記載されているように、目標トルクから目標空気量とともに目標過給圧が決定され、目標過給圧に従って過給圧制御用のアクチュエータが操作される。なお、目標トルクから目標過給圧を決定するためには、運転条件ごとにトルクの実現に必要な過給圧を計測し、マップ化したものを用いることができる。

ところで、車両制御の１つとして、車体ばね上の振動、特に、ピッチング振動を内燃機関のトルク制御によって抑制する方法が知られている。以下、この目的での内燃機関のトルク制御を特に車両制振制御という。車両制振制御では、現在の駆動力に応じたピッチング振動が車体の振動モデルから求められ、そのピッチング振動を打ち消すような高周波のトルクが算出される。この制振用の高周波トルク成分は、アクセルペダル操作量をベースにして算出される低周波のトルクと足し合わされる。そして、この高周波トルク成分と低周波トルク成分との合計トルクを目標トルクとして内燃機関のトルク制御が行われる。

過給圧制御が可能な内燃機関において車両制振制御が行われる場合、制振用の高周波トルク成分を含む目標トルクに基づいて目標過給圧が決定される。目標トルクに含まれる高周波の成分はそのまま目標過給圧にも反映されるため、車両制振制御が行われるときの目標過給圧には高周波の圧力成分が含まれることになる。この場合、過給圧制御用のアクチュエータは、高周波圧力成分を含む目標過給圧にしたがって過給圧を振動的に変化させるように操作される。

ところが、アクチュエータの操作に対する実際の過給圧の応答には遅れがある。その場合の応答遅れ時間は、車両制振制御における振動の周期に比較して無視できるほど小さくはない。このため、図１５の下段のグラフに示すように、目標過給圧と実際の過給圧との間には無視できない位相のずれが発生することになる。目標過給圧と実過給圧との位相のずれは、目標過給圧よりも実過給圧のほうが小さい状況、すなわち、過給圧が不足する状況を生じさせる。目標空気量に基づいたスロットルの操作では、実過給圧を前提にして目標空気量を実現するのに必要なスロットルの開度が算出される。この場合、実過給圧が目標過給圧より高いのであれば、スロットルを絞ることによって目標空気量を実現することができる。しかし、実過給圧が目標過給圧に対して不足しているときには、スロットルの開度の調整では目標空気量を実現することはできない。筒内に吸入できる空気量の最大値は実過給圧によって決まり、実過給圧が目標過給圧に対して不足している場合には、その最大空気量が目標空気量よりも小さくなってしまうためである。このため、図１５の上段のグラフに示すように、実際に実現できるトルクの波形は目標トルクのものとは異なったものとなり、車両の制振に必要な振動をトルクに与えることは不可能となる。

以上述べたように、ウエストゲートバルブのような過給圧制御用のアクチュエータを備える過給機付き内燃機関においては、目標トルクに応じて過給圧を能動的に制御することができる。しかし、目標過給圧と実過給圧との間には応答の遅れがあるため、目標トルクが高周波数の振動成分を含む場合には、該目標トルクを精度良く実現することができないおそれがあった。

特開２００６−２４２０６２号公報 特開２００７−０４６５０２号公報 特開２００７−１９８１５７号公報 特開２００７−０５６６９７号公報 特開２００２−２２１０６８号公報 特開２００６−２４２０６５号公報

本発明は、過給機付き内燃機関において目標トルクが高周波数の振動成分を含む場合であっても該目標トルクを精度良く実現することを課題とする。そして、そのような課題を達成するために、本発明は、次のような過給機付き内燃機関の制御装置を提供する。

本発明が提供する制御装置は、運転者からのトルク要求や車両の制御要素からのトルク要求など様々なトルク要求に基づいて目標トルクを決定する。本制御装置によって決定される目標トルクは、運転者から要求されるトルクをベースにして常時設定する低周波トルク成分と、車両のばね上制振制御に代表される特定の車両制御のために必要に応じて設定する高周波トルク成分とによって構成されている。本制御装置は、目標トルクから目標空気量と目標空気量を決定し、目標空気量に従って空気量制御用のアクチュエータを操作するとともに、目標過給圧に従って過給圧制御用のアクチュエータを操作する。

本発明が提供する制御装置の特徴の１つは、目標トルクから目標過給圧を決定する処理にある。本制御装置の１つの形態によれば、本制御装置は、目標トルクが低周波トルク成分のみ含む場合は、低周波トルク成分に対応する圧力成分によって目標過給圧を構成する。一方、目標トルクが低周波トルク成分と高周波トルク成分とを含む場合は、低周波トルク成分に対応する圧力成分と高周波トルク成分の最大振幅以上の固定トルク成分に対応する圧力成分とによって目標過給圧を構成する。これによれば、目標トルクが高周波数の振動成分を含む場合には、目標過給圧は高周波成分を含まない高めの値に設定されるので、目標過給圧と実際の過給圧との時間軸方向のずれによって過渡的な過給圧の不足が生じることは避けられる。したがって、目標トルクを精度良く実現することが可能となる。

なお、上記のように目標過給圧を構成するための具体的な処理としては、次の２つの好ましい処理の形態がある。一方の処理の形態では、本制御装置は、目標トルクが低周波トルク成分のみ含む場合は、低周波トルク成分を過給圧決定用トルクとして決定する。しかし、目標トルクが低周波トルク成分と高周波トルク成分とを含む場合は、高周波トルク成分をその最大振幅以上の固定トルク成分に変換し、低周波トルク成分に固定トルク成分を足し合わせて得られるトルクを過給圧決定用トルクとして決定する。そして、本制御装置は、過給圧決定用トルクを所定の変換規則に従って過給圧に変換し、変換で得られた過給圧を目標過給圧として決定する。

もう一方の処理の形態では、本制御装置は、目標トルクを所定の変換規則に従って過給圧（以下、過給圧変換値）に変換する。そして、目標トルクが低周波トルク成分のみ含む場合は、過給圧変換値を目標過給圧として決定する。しかし、目標トルクが低周波トルク成分と高周波トルク成分とを含む場合は、高周波トルク成分に対応する過給圧変換値の高周波圧力成分をその最大振幅以上の固定圧力成分に変換し、低周波トルク成分に対応する過給圧変換値の低周波圧力成分に固定圧力成分を足し合わせて得られる圧力値を目標過給圧として決定する。

本制御装置の別の形態によれば、本制御装置は、目標トルクが低周波トルク成分のみ含む場合は、低周波トルク成分に対応する圧力成分によって目標過給圧を構成する。一方、目標トルクが低周波トルク成分と高周波トルク成分とを含む場合は、低周波トルク成分に対応する圧力成分と高周波トルク成分を時間軸方向に遅らせたものに対応する圧力成分とによって目標過給圧を構成する。ただし、高周波トルク成分を遅らせる遅延時間は、該遅延時間と過給圧制御用アクチュエータの操作に対する実際の過給圧の応答遅れ時間との合計時間が高周波トルク成分の周期の整数倍になるように設定する。これによれば、目標トルクが高周波数の振動成分を含む場合には、その振動成分の位相に実過給圧の位相が合わせられるので、目標過給圧と実際の過給圧との時間軸方向のずれによって過渡的な過給圧の不足が生じることは避けられる。したがって、目標トルクを精度良く実現することが可能となる。

なお、上記のように目標過給圧を構成するための具体的な処理としては、次の２つの好ましい処理の形態がある。一方の処理の形態では、本制御装置は、目標トルクが低周波トルク成分のみ含む場合は、低周波トルク成分を過給圧決定用トルクとして決定する。しかし、目標トルクが低周波トルク成分と高周波トルク成分とを含む場合は、高周波トルク成分を前記遅延時間分だけ遅らせ、低周波トルク成分に遅らされた高周波トルク成分を足し合わせて得られるトルクを過給圧決定用トルクとして決定する。そして、本制御装置は、過給圧決定用トルクを所定の変換規則に従って過給圧に変換し、変換で得られた過給圧を目標過給圧として決定する。

もう一方の処理の形態では、本制御装置は、目標トルクを所定の変換規則に従って過給圧（以下、過給圧変換値）に変換する。そして、目標トルクが低周波トルク成分のみ含む場合は、過給圧変換値を目標過給圧として決定する。しかし、目標トルクが低周波トルク成分と高周波トルク成分とを含む場合は、高周波トルク成分に対応する過給圧変換値の高周波圧力成分を前記遅延時間分だけ遅らせ、低周波トルク成分に対応する過給圧変換値の低周波圧力成分に遅らされた高周波圧力成分を足し合わせて得られる圧力値を目標過給圧として決定する。なお、目標トルクの高周波トルク成分から得られた高周波圧力成分の周波数があまりに高い場合には、過給圧制御用アクチュエータの性能によっては実現できない可能性がある。そのような場合には、高周波圧力成分をその最大振幅以上の固定圧力成分に変換し、低周波圧力成分に固定圧力成分を足し合わせて得られる圧力値を目標過給圧として決定するようにしてもよい。

本発明の実施の形態１の過給機付き内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す制御装置の目標トルク決定部の構成を示すブロック図である。 図１に示す制御装置の補正部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１で行われる目標トルクから目標過給圧を決定する処理について説明するための図である。 本発明の実施の形態２の過給機付き内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 図５に示す制御装置の補正部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２で行われる目標トルクから目標過給圧を決定する処理について説明するための図である。 本発明の実施の形態３の過給機付き内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 図８に示す制御装置のディレイ部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３で行われる目標トルクから目標過給圧を決定する処理について説明するための図である。 本発明の実施の形態４の過給機付き内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 図１１に示す制御装置のディレイ部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４で行われる目標トルクから目標過給圧を決定する処理について説明するための図である。 本発明の実施の形態５で行われる目標トルクから目標過給圧を決定する処理について説明するためのフローチャートである。 目標トルクに応じて過給圧を能動的に制御可能な内燃機関において車両制振制御を行う場合に生じる問題について説明するための図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１、図２、図３及び図４を参照して説明する。

本発明の各実施の形態において制御対象とされる過給機付き内燃機関（以下、エンジン）は、スロットルによる空気量の調整によってトルクを制御することのできる４サイクルレシプロエンジンである。エンジンに設けられる過給機は、吸気通路に配置されたコンプレッサを排気通路に配置されたタービンの回転によって駆動するターボ過給機である。ターボ過給機には、開度を調整可能なウエストゲートバルブ（以下、ＷＧＶ）が付設されている。制御装置は、エンジンに備えられるアクチュエータを操作することでエンジンの運転を制御する。制御装置が操作可能なアクチュエータには、点火装置、スロットル、燃料噴射装置、可変バルブタイミング機構、ＷＧＶ等が含まれる。ただし、本実施の形態において制御装置が操作するのは、空気量制御用のアクチュエータであるスロットルと、過給圧制御用のアクチュエータであるＷＧＶである。制御装置はこの２つのアクチュエータを操作してエンジンが出力するトルクを制御する。

図１のブロック図に示す制御装置２は、本実施の形態の制御装置の構成を示している。図１において制御装置２を構成している各要素１２，１４，１６，１８，２０，２２は、制御装置２が有する種々の機能的な要素のうち、スロットル１０２の操作による空気量制御とＷＧＶ１０４の操作による過給圧制御とに関する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図１は、制御装置２がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。以下、図１に示す各要素１２，１４，１６，１８，２０，２２の機能を中心に制御装置２の構成について説明する。

制御装置２には、アクセルペダルの操作量や操作速度によって表される運転者からのトルク要求が入力される。また、ＶＳＣやＴＲＣ等の車両の制御デバイスからも車両制御のためのトルク要求が入力される。ピッチング振動を抑える車両制振制御のためのトルク要求もこれに含まれている。以下の説明では、本発明の特徴についての理解を容易にするため、運転者からのトルク要求と車両制振制御のためのトルク要求のみが制御装置２に入力されるものとする。

制御装置２に入力された各トルク要求の信号は、目標トルク決定部１２において処理される。目標トルク決定部１２は、各トルク要求に基づいてエンジンに出力させる目標トルクを決定する機能を有している。図２は、目標トルク決定部１２の構成を示すブロック図である。この図に示すように、目標トルク決定部１２は、低周波トルク成分生成部１２１と高周波トルク成分生成部１２２とを備えている。低周波トルク成分生成部１２１では、運転者からのトルク要求を満たすためのトルク成分が生成される。一方、高周波トルク成分生成部１２２では、車両制振制御のために必要なトルク成分が生成される。前者のトルク成分は低周波であるのに対して後者のトルク成分は高周波であり、両者の間には周波数において明確な違いがある。また、低周波トルク成分は車両の運転が行われている間は常時生成されるのに対して、高周波トルク成分はピッチング振動が生じ得る状況でのみ生成されるという違いもある。目標トルク決定部１２は、低周波トルク成分に高周波トルク成分を足し合わせて得られるトルクを目標トルクとして出力する。

制御装置２は、目標トルクから目標空気量を決定する。このため、目標トルク決定部１２から出力された目標トルクはトルク−空気量変換部１４に入力される。トルク−空気量変換部１４は、予め用意されている変換マップを用いて目標トルクを空気量に変換する。ここでいう空気量とは、筒内に吸入される空気量を意味する。変換マップは、点火時期が最適点火時期（ＭＢＴとトレースノック点火時期のうち、より遅角側の点火時期）であり、且つ、空燃比が目標空燃比（例えば、ストイキ）であることを前提にして、トルクと空気量とがエンジン回転数を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。トルク−空気量変換部１４では、目標トルクの実現に必要な空気量がエンジンの目標空気量として決定される。

目標空気量は空気量制御部１６に入力される。空気量制御部１６は、エアモデルの逆モデルを用いて目標空気量を目標スロットル開度に変換する。エアモデルはスロットルの動作に対する空気量の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標空気量の達成に必要なスロットル開度を逆算することができる。エアモデルの逆モデルでは、実測或いは推定された実過給圧がパラメータとして使用されている。したがって、空気量制御部１６では、実過給圧のもとで目標空気量の実現に必要なスロットル開度が目標スロットル開度として算出される。空気量制御部１６は、算出した目標スロットル開度に従ってスロットル１０２の操作を行う。

また、制御装置２は、目標トルクから目標空気量を決定するのと並行して、目標トルクから目標過給圧を決定する。目標過給圧の決定には、高周波トルク成分補正部１８とトルク−過給圧変換部２０とが用いられる。本実施の形態の１つの特徴は、以下に説明する目標トルクから目標過給圧を決定する処理の内容にある。

図３は、高周波トルク成分補正部１８の構成を示すブロック図である。高周波トルク成分補正部１８には、目標トルク決定部１２から出力された目標トルクが入力される。目標トルクには低周波トルク成分が基本成分として含まれ、車両制振制御が実施される場合にはさらに高周波トルク成分も含まれる。高周波トルク成分補正部１８は、目標トルクに高周波トルク成分が含まれる場合に、それを目標トルクから除去するためのローパスフィルタ１８１を有している。目標トルクを構成する高周波トルク成分と低周波トルク成分との間には明確な周波数の違いがある。このため、目標トルクをローパスフィルタ１８１に通すことで、高周波トルク成分を除去して低周波トルク成分のみを抽出することができる。さらに、高周波トルク成分補正部１８では、オリジナルの目標トルクから低周波トルク成分が差し引かれることにより、目標トルクに含まれる高周波トルク成分が抽出される。

目標トルクから抽出された高周波トルク成分は、変換部１８２に入力される。変換部１８２は、高周波トルク成分を振動の無い固定のトルク成分に変換する。詳しくは、高周波トルク成分の最大振幅の値が取得され、高周波トルク成分の最大振幅に所定の係数を掛けて得られる値が固定トルク成分として設定される。高周波トルク成分の最大振幅は、車両制振制御が実施される場合に、既知の情報として変換部１８２に取り込まれるようになっている。また、固定トルク成分の算出に用いられる係数は１以上の値であって、エンジンの運転モードに応じて値が切り替えられる。例えば、燃費を重視する運転モードであれば係数の値は１に設定され、レスポンスを重視する運転モードであれば係数の値は１よりも大きい値に設定される。

高周波トルク成分補正部１８は、変換部１８２で得られた固定トルク成分を低周波トルク成分に足し合わせる。そして、固定トルク成分と低周波トルク成分との合計トルクを過給圧決定用トルクとして出力する。ただし、過給圧決定用トルクに固定トルク成分と低周波トルク成分の両方が含まれるのは、車両制振制御が実施されている場合に限られる。車両制振制御が実施されていないときには、目標トルクには低周波トルク成分のみが含まれるので、低周波トルク成分がそのまま過給圧決定用トルクとして出力される。

トルク−過給圧変換部２０は、予め用意されている変換マップを用いて過給圧決定用トルクを過給圧に変換する。変換マップは、運転条件ごとにトルクの実現に必要な過給圧を計測し、それをマップ化したものである。トルク−過給圧変換部２０では、過給圧決定用トルクの実現に必要な過給圧が目標過給圧として決定される。なお、過給圧決定用トルクが低周波トルク成分のみ含むのであれば、目標過給圧も低周波の圧力成分のみを含むことになる。一方、過給圧決定用トルクが低周波トルク成分と固定トルク成分とを含むのであれば、目標過給圧は低周波圧力成分と固定トルク成分に対応する圧力成分とを含むことになる。

図４は、制御装置２で行われる目標トルクから目標過給圧を決定する処理の内容をトルク及び過給圧のグラフで表したものである。２つのグラフの時間軸は同一である。上段のグラフに示すように、目標トルクに高周波トルク成分が含まれる場合、高周波トルク成分をその最大振幅以上の固定トルク成分に置き換えたものが過給圧決定用トルクとして設定される。制御装置２では、この過給圧決定用トルクが変換マップによって過給圧に変換され、変換で得られた過給圧が目標過給圧として決定される。これにより、下段のグラフに示すように、目標過給圧には高周波の圧力成分は含まれず、しかも、目標過給圧は目標トルクの実現に必要な値（グラフ中に点線で示す目標トルクを直接変換した場合の過給圧）よりも大きい値に設定されることになる。

以上の処理によって決定された目標過給圧は過給圧制御部２２に入力される。過給圧制御部２２では、目標過給圧を実現するのに必要なＷＧＶ１０４の開度が目標ＷＧＶ開度として算出される。目標ＷＧＶ開度の計算には、エンジン回転数や負荷などの種々のエンジン状態量がパラメータとして用いられる。過給圧制御部２２は、算出した目標ＷＧＶ開度に従ってＷＧＶ１０４の操作を行う。

ＷＧＶ１０４の操作に対して実際の過給圧は応答遅れをもって変化する。この場合、図４の下段のグラフに点線で示すように目標過給圧が設定されたならば、目標過給圧と実際の過給圧との時間軸方向のずれによって過渡的な過給圧の不足が生じてしまう。しかし、制御装置２によれば、目標トルクが高周波数トルクを含む場合には、図４の下段のグラフに実線で示すように目標過給圧は高周波成分を含まない高めの値に設定される。これにより、過渡的な過給圧の不足が生じることは避けられ、制振用の高周波トルクを含む目標トルクを精度良く実現することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図５、図６及び図７を参照して説明する。

図５のブロック図に示す制御装置４は、本実施の形態の制御装置の構成を示している。本実施の形態の制御装置４と実施の形態１の制御装置２とは、目標過給圧を決定する処理の内容に違いがある。実施の形態１の制御装置２では、高周波トルク成分補正部１８とトルク−過給圧変換部２０とが目標過給圧の決定に用いられている。一方、本実施の形態の制御装置４では、トルク−過給圧変換部２０と後述する高周波圧力成分補正部２４とが目標過給圧の決定に用いられる。

制御装置４では、目標トルク決定部１２から出力された目標トルクはトルク−空気量変換部１４に入力されるのと並行して、トルク−過給圧変換部２０に入力される。トルク−過給圧変換部２０に入力された目標トルクは、前述の変換マップによって過給圧に変換される。この変換で得られた過給圧（以下、過給圧変換値）には、目標トルクの振動成分がそのまま反映されている。つまり、目標トルクが低周波トルク成分のみ含むのであれば、過給圧変換値も低周波の圧力成分のみを含むことになる。一方、目標トルクが低周波トルク成分と高周波トルク成分とを含むのであれば、過給圧変換値も低周波圧力成分と高周波圧力成分とを含むことになる。

トルク−過給圧変換部２０から出力された過給圧変換値は、高周波圧力成分補正部２４に入力される。図６は、高周波圧力成分補正部２４の構成を示すブロック図である。高周波圧力成分補正部２４は、過給圧変換値に高周波圧力成分が含まれる場合に、それを過給圧変換値から除去するためのローパスフィルタ２４１を有している。高周波圧力成分の周波数は目標トルクを構成する高周波トルク成分のそれと等しく、低周波圧力成分の周波数は目標トルクを構成する低周波トルク成分のそれと等しい。したがって、高周波圧力成分と低周波圧力成分との間には明確な周波数の違いがある。このため、過給圧変換値をローパスフィルタ２４１に通すことで、高周波圧力成分を除去して低周波圧力成分のみを抽出することができる。さらに、高周波圧力成分補正部２４では、オリジナルの過給圧変換値から低周波圧力成分が差し引かれることにより、過給圧変換値に含まれる高周波圧力成分が抽出される。

過給圧変換値から抽出された高周波圧力成分は、変換部２４２に入力される。変換部２４２は、高周波圧力成分を振動の無い固定の圧力成分に変換する。詳しくは、高周波トルク成分の最大振幅から高周波圧力成分の最大振幅が算出され、高周波圧力成分の最大振幅に所定の係数を掛けて得られる値が固定圧力成分として設定される。固定圧力成分の算出に用いられる係数は１以上の値であって、エンジンの運転モードに応じて値が切り替えられる。例えば、燃費を重視する運転モードであれば係数の値は１に設定され、レスポンスを重視する運転モードであれば係数の値は１よりも大きい値に設定される。

高周波圧力成分補正部２４は、変換部２４２で得られた固定圧力成分を低周波圧力成分に足し合わせて得られる圧力値を目標過給圧として出力する。ただし、目標過給圧に固定圧力成分と低周波圧力成分の両方が含まれるのは、車両制振制御が実施されている場合に限られる。車両制振制御が実施されていないときには、目標トルクには低周波トルク成分のみが含まれるので、低周波トルク成分から変換された低周波圧力成分がそのまま目標過給圧として出力される。

図７は、制御装置４で行われる目標トルクから目標過給圧を決定する処理の内容をトルク及び過給圧のグラフで表したものである。２つのグラフの時間軸は同一である。本実施の形態では、目標トルクはそのまま変換マップによって過給圧に変換される。このため、上段のグラフに示すように目標トルクに高周波トルク成分が含まれる場合には、下段のグラフに点線で示すような高周波圧力成分を含む過給圧変換値が得られる。そして、この過給圧変換値の高周波圧力成分をその最大振幅以上の固定圧力成分に置き換えたものが目標過給圧として決定される。これにより、下段のグラフに実線で示すように、目標過給圧には高周波の圧力成分は含まれず、しかも、目標過給圧は目標トルクを直接変換して得られる過給圧変換値よりも大きい値に設定されることになる。

このように、制御装置４によれば、実施の形態１の制御装置２と同様、目標トルクが高周波トルクを含む場合には、目標過給圧は高周波成分を含まない高めの値に設定される。これにより、目標過給圧と実際の過給圧との時間軸方向のずれによって過渡的な過給圧の不足が生じることは避けられ、制振用の高周波トルクを含む目標トルクを精度良く実現することができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図８、図９及び図１０を参照して説明する。

図８のブロック図に示す制御装置６は、本実施の形態の制御装置の構成を示している。本実施の形態の制御装置６と実施の形態１の制御装置２とは、目標過給圧を決定する処理の内容に違いがある。本実施の形態の制御装置６では、高周波トルク成分ディレイ部２６とトルク−過給圧変換部２０とが目標過給圧の決定に用いられる。

制御装置６では、目標トルク決定部１２から出力された目標トルクはトルク−空気量変換部１４に入力されるのと並行して、高周波トルク成分ディレイ部２６に入力される。図９は、高周波トルク成分ディレイ部２６の構成を示すブロック図である。高周波トルク成分ディレイ部２６は、目標トルクに高周波トルク成分が含まれる場合に、それを目標トルクから除去するためのローパスフィルタ２６１を有している。さらに、高周波トルク成分ディレイ部２６では、オリジナルの目標トルクから低周波トルク成分が差し引かれることにより、目標トルクに含まれる高周波トルク成分が抽出される。

目標トルクから抽出された高周波トルク成分は、ディレイ回路２６２に入力される。ディレイ回路２６２は、入力された高周波トルク成分を時間軸方向に遅らせてから出力する。ディレイ回路２６２において高周波トルク成分を遅らせる遅延時間は、それとＷＧＶ１０４の操作に対する実際の過給圧の応答遅れ時間との合計時間が高周波トルク成分の周期の整数倍になるように設定される。このように遅延時間を設定することの効果については後述する。なお、応答遅れ時間はエンジン回転数等のエンジンの運転状態によっても左右されることから、ディレイ回路２６２では、エンジンの運転状態に応じて遅延時間の設定が変更されるようになっている。

高周波トルク成分ディレイ部２６は、ディレイ回路２６２で遅らされた高周波トルク成分を低周波トルク成分に足し合わせる。そして、低周波トルク成分と遅らされた高周波トルク成分との合計トルクを過給圧決定用トルクとして出力する。ただし、車両制振制御が実施されていないときには、目標トルクには低周波トルク成分のみが含まれるので、低周波トルク成分がそのまま過給圧決定用トルクとして決定される。

高周波トルク成分ディレイ部２６で得られた過給圧決定用トルクは、トルク−過給圧変換部２０に入力される。トルク−過給圧変換部２０に入力された過給圧決定用トルクは、前述の変換マップによって過給圧に変換される。そして、過給圧決定用トルクから変換された過給圧が目標過給圧として決定される。過給圧決定用トルクが低周波トルク成分のみ含むのであれば、目標過給圧も低周波の圧力成分のみを含むことになる。一方、過給圧決定用トルクが低周波トルク成分と高周波トルク成分とを含むのであれば、目標過給圧も低周波圧力成分と高周波圧力成分とを含むことになる。

図１０は、制御装置６で行われる目標トルクから目標過給圧を決定する処理の内容をトルク及び過給圧のグラフで表したものである。２つのグラフの時間軸は同一である。上段のグラフに示すように、目標トルクに高周波トルク成分が含まれる場合、高周波トルク成分を時間軸方向にディレイさせたものが過給圧決定用トルクとして設定される。制御装置６では、この過給圧決定用トルクが変換マップによって過給圧に変換され、変換で得られた過給圧が目標過給圧として決定される。これにより、下段のグラフに示すように、目標過給圧は目標トルクに対して遅れることになる。しかし、前述のように、高周波トルク成分をディレイさせる遅延時間とＷＧＶ１０４の操作に対する実過給圧の応答遅れ時間との合計時間は、高周波トルク成分の周期の整数倍になっている。このため、目標過給圧に基づくＷＧＶ１０４の操作によって実現される実過給圧（下段のグラフに実線で示す）の位相は、目標トルクに含まれる高周波トルクの位相と一致するようになる。

このように、制御装置６によれば、目標トルクが高周波トルクを含む場合には、高周波トルクの位相に実過給圧の位相が合わせられる。これにより、目標過給圧と実際の過給圧との時間軸方向のずれによって過渡的な過給圧の不足が生じることは避けられ、制振用の高周波トルクを含む目標トルクを精度良く実現することができる。また、制御装置６によれば、実過給圧を目標トルクに応じた最適な値にすることができるので、スロットル１０２の絞りを最小限に抑えることができる。これにより、ポンプ損を小さくして燃費の悪化を抑えることができるという効果も得られる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について図１１、図１２及び図１３を参照して説明する。

図１１のブロック図に示す制御装置８は、本実施の形態の制御装置の構成を示している。本実施の形態の制御装置８は、目標トルクが低周波トルク成分と高周波トルク成分とを含む場合は、実施の形態３の制御装置６と同じく、低周波トルク成分に対応する圧力成分と高周波トルク成分を時間軸方向に遅らせたものに対応する圧力成分とによって目標過給圧を構成する。ただし、本実施の形態の制御装置８と実施の形態３の制御装置６とでは、目標過給圧を決定する具体的な処理の内容に違いがある。本実施の形態の制御装置８では、トルク−過給圧変換部２０と高周波圧力成分ディレイ部２８とが目標過給圧の決定に用いられる。

制御装置８では、目標トルク決定部１２から出力された目標トルクはトルク−空気量変換部１４に入力されるのと並行して、トルク−過給圧変換部２０に入力される。トルク−過給圧変換部２０に入力された目標トルクは、前述の変換マップによって過給圧に変換される。この変換で得られた過給圧（以下、過給圧変換値）には、目標トルクの振動成分がそのまま反映されている。つまり、目標トルクが低周波トルク成分のみ含むのであれば、過給圧変換値も低周波の圧力成分のみを含むことになる。一方、目標トルクが低周波トルク成分と高周波トルク成分とを含むのであれば、過給圧変換値も低周波圧力成分と高周波圧力成分とを含むことになる。

トルク−過給圧変換部２０から出力された過給圧変換値は、高周波圧力成分ディレイ部２８に入力される。図１２は、高周波圧力成分ディレイ部２８の構成を示すブロック図である。高周波圧力成分ディレイ部２８は、過給圧変換値に高周波圧力成分が含まれる場合に、それを過給圧変換値から除去するためのローパスフィルタ２８１を有している。過給圧変換値をローパスフィルタ２８１に通すことで、高周波圧力成分を除去して低周波圧力成分のみを抽出することができる。さらに、高周波圧力成分ディレイ部２８では、オリジナルの過給圧変換値から低周波圧力成分が差し引かれることにより、過給圧変換値に含まれる高周波圧力成分が抽出される。

抽出された高周波圧力成分は、ディレイ回路２８２に入力される。ディレイ回路２８２は、入力された高周波圧力成分を時間軸方向に遅らせてから出力する。ディレイ回路２８２において高周波圧力成分を遅らせる遅延時間は、それとＷＧＶ１０４の操作に対する実際の過給圧の応答遅れ時間との合計時間が高周波トルク成分の周期の整数倍になるように設定される。応答遅れ時間はエンジン回転数等のエンジンの運転状態によっても左右されることから、ディレイ回路２８２では、エンジンの運転状態に応じて遅延時間の設定が変更されるようになっている。

高周波圧力成分ディレイ部２８は、ディレイ回路２８２で遅らされた高周波圧力成分を低周波圧力成分に足し合わせて得られる圧力値を目標過給圧として出力する。ただし、車両制振制御が実施されていないときには、目標トルクには低周波トルク成分のみが含まれるので、低周波トルク成分から変換された低周波圧力成分がそのまま目標過給圧として出力される。

図１３は、制御装置８で行われる目標トルクから目標過給圧を決定する処理の内容をトルク及び過給圧のグラフで表したものである。２つのグラフの時間軸は同一である。本実施の形態では、目標トルクはそのまま変換マップによって過給圧に変換される。このため、上段のグラフに示すように目標トルクに高周波トルク成分が含まれる場合には、下段のグラフに一点鎖線で示すような高周波圧力成分を含む過給圧変換値が得られる。制御装置８では、この過給圧変換値の高周波圧力成分を時間軸方向にディレイさせたものが目標過給圧として決定される。これにより、下段のグラフに実線で示すように、目標過給圧は目標トルクに対して遅れることになる。しかし、高周波圧力成分をディレイさせる遅延時間とＷＧＶ１０４の操作に対する実過給圧の応答遅れ時間との合計時間は、高周波トルク成分の周期の整数倍になっている。このため、目標過給圧に基づくＷＧＶ１０４の操作によって実現される実過給圧（下段のグラフに実線で示す）の位相は、目標トルクに含まれる高周波トルクの位相と一致するようになる。

このように、制御装置８によれば、実施の形態３の制御装置６と同様、目標トルクが高周波トルクを含む場合には、高周波トルクの位相に実過給圧の位相が合わせられる。これにより、目標過給圧と実際の過給圧との時間軸方向のずれによって過渡的な過給圧の不足が生じることは避けられ、制振用の高周波トルクを含む目標トルクを精度良く実現することができる。また実過給圧が目標トルクに応じた最適な値とされることで、ポンプ損を小さくして燃費の悪化を抑えることもできる。

実施の形態５．
最後に、本発明の実施の形態５について図１４を参照して説明する。

本実施の形態の制御装置は、実施の形態４の制御装置８をベースとする。ただし、本実施の形態の制御装置は、過給圧変換値から目標過給圧を決定するための手段として、実施の形態４の高周波圧力成分ディレイ部２８に加えて、実施の形態２の高周波圧力成分補正部２４も備えている。そして、これら２つの要素２４，２８を図１４のフローチャートに従って使い分けている。

図１４のフローチャートによれば、最初のステップＳ２において、過給圧変換値に含まれる高周波圧力成分の周波数が実現可能な周波数かどうか判定される。ＷＧＶ１０４の応答性能上、実現することのできる過給圧の周波数には限界がある。その実現可能な最大周波数をエンジンの運転条件ごとに予め計測しておいたものが、ステップＳ２の判定において用いられる。

高周波圧力成分の周波数が実現可能な周波数以下の場合、目標過給圧を決定するための処理としてステップＳ６の処理が実施される。ステップＳ６では、実施の形態４の高周波圧力成分ディレイ部２８が用いられ、過給圧変換値の高周波圧力成分を時間軸方向にディレイさせたものが目標過給圧として決定される。つまり、この場合は、目標トルクに含まれる高周波トルク成分に応じた周波数で目標過給圧を振動させる。これによれば、実過給圧は目標トルクに応じた最適な値とされるので、ポンプ損を小さくして燃費の悪化を抑えることができる。

これに対し、高周波圧力成分の周波数が実現可能な周波数を超える場合は、目標過給圧を決定するための処理としてステップＳ４の処理が実施される。ステップＳ４では、実施の形態２の高周波圧力成分補正部２４が用いられ、過給圧変換値の高周波圧力成分をその最大振幅以上の固定圧力成分に置き換えたものが目標過給圧として決定される。つまり、この場合は、目標過給圧を高周波で振動させることは停止する。これによれば、実過給圧が目標トルクの周波数に追従できず、結果、過渡的に過給圧が不足してしまうことを防止することができる。

その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態ではスロットル開度を計算するための過給圧情報として実過給圧を用いるが、目標過給圧を過給圧情報として用いることもできる。ただし、過渡状態でのターボラグを考慮すると、上述実施の形態のように実過給圧を用いることがより好ましい。

空気量制御用アクチュエータとしては、スロットルの他にも吸気バルブの可変リフト機構を用いることができる。過給圧制御用アクチュエータとしては、ＷＧＶの他にもエアバイパスバルブ、コンプレッサの回転をアシストする電動モータ、タービンの可変ノズルなどを用いることができる。

また、エンジンに設けられる過給機としては、エンジンの出力軸から取り出したトルクによってコンプレッサを駆動する機械式の過給機を用いることができる。その場合の過給圧制御用アクチュエータとしては、例えばエアバイパスバルブを用いることができる。

２，４，６，８ 制御装置
１２ 目標トルク決定部
１４ トルク−空気量変換部
１６ 空気量制御部
１８ 高周波トルク成分補正部
２０ トルク−過給圧変換部
２２ 過給圧制御部
２４ 高周波圧力成分補正部
２６ 高周波トルク成分ディレイ部
２８ 高周波圧力成分ディレイ部
１０２ スロットル
１０４ ウエストゲートバルブ

Claims (7)

1. 過給機付き内燃機関に出力させる目標トルクを決定する目標トルク決定手段と、
   前記目標トルクから目標空気量を決定する目標空気量決定手段と、
   前記目標トルクから目標過給圧を決定する目標過給圧決定手段と、
   前記目標空気量に従って空気量制御用のアクチュエータを操作する空気量制御手段と、
   前記目標過給圧に従って過給圧制御用のアクチュエータを操作する過給圧制御手段と、を備え、
   前記目標トルク決定手段は、運転者から要求されるトルクをベースにして常時設定する低周波トルク成分と特定の車両制御のために必要に応じて設定する高周波トルク成分とによって前記目標トルクを構成し、
   前記目標過給圧決定手段は、前記目標トルクが前記低周波トルク成分のみ含む場合は、前記低周波トルク成分に対応する圧力成分によって前記目標過給圧を構成し、前記目標トルクが前記低周波トルク成分と前記高周波トルク成分とを含む場合は、前記低周波トルク成分に対応する圧力成分と前記高周波トルク成分の最大振幅以上の固定トルク成分に対応する圧力成分とによって前記目標過給圧を構成する
   ことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 前記目標過給圧決定手段は、
   前記目標トルクが前記低周波トルク成分のみ含む場合に、前記低周波トルク成分を過給圧決定用トルクとして決定する手段と、
   前記目標トルクが前記低周波トルク成分と前記高周波トルク成分とを含む場合に、前記高周波トルク成分をその最大振幅以上の固定トルク成分に変換し、前記低周波トルク成分に前記固定トルク成分を足し合わせて得られるトルクを過給圧決定用トルクとして決定する手段と、
   前記過給圧決定用トルクを所定の変換規則に従って過給圧に変換し、変換で得られた過給圧を前記目標過給圧として決定する手段と、
   を備え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。
3. 前記目標過給圧決定手段は、
   前記目標トルクを所定の変換規則に従って過給圧（以下、過給圧変換値）に変換する手段と、
   前記目標トルクが前記低周波トルク成分のみ含む場合に、前記過給圧変換値を前記目標過給圧として決定する手段と、
   前記目標トルクが前記低周波トルク成分と前記高周波トルク成分とを含む場合に、前記高周波トルク成分に対応する前記過給圧変換値の高周波圧力成分をその最大振幅以上の固定圧力成分に変換し、前記低周波トルク成分に対応する前記過給圧変換値の低周波圧力成分に前記固定圧力成分を足し合わせて得られる圧力値を前記目標過給圧として決定する手段と、
   を備え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。
4. 過給機付き内燃機関に出力させる目標トルクを決定する目標トルク決定手段と、
   前記目標トルクから目標空気量を決定する目標空気量決定手段と、
   前記目標トルクから目標過給圧を決定する目標過給圧決定手段と、
   前記目標空気量に従って空気量制御用のアクチュエータを操作する空気量制御手段と、
   前記目標過給圧に従って過給圧制御用のアクチュエータを操作する過給圧制御手段と、を備え、
   前記目標トルク決定手段は、運転者から要求されるトルクをベースにして常時設定する低周波トルク成分と特定の車両制御のために必要に応じて設定する高周波トルク成分とによって前記目標トルクを構成し、
   前記目標過給圧決定手段は、前記目標トルクが前記低周波トルク成分のみ含む場合は、前記低周波トルク成分に対応する圧力成分によって前記目標過給圧を構成し、前記目標トルクが前記低周波トルク成分と前記高周波トルク成分とを含む場合は、前記低周波トルク成分に対応する圧力成分と前記高周波トルク成分を時間軸方向に遅らせたものに対応する圧力成分とによって前記目標過給圧を構成し、
   前記目標過給圧決定手段は、前記高周波トルク成分を遅らせる遅延時間と前記過給圧制御用アクチュエータの操作に対する実際の過給圧の応答遅れ時間との合計時間が前記高周波トルク成分の周期の整数倍になるように前記遅延時間を設定することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
5. 前記目標過給圧決定手段は、
   前記目標トルクが前記低周波トルク成分のみ含む場合に、前記低周波トルク成分を過給圧決定用トルクとして決定する手段と、
   前記目標トルクが前記低周波トルク成分と前記高周波トルク成分とを含む場合に、前記高周波トルク成分を前記遅延時間分だけ遅らせ、前記低周波トルク成分に前記遅らされた高周波トルク成分を足し合わせて得られるトルクを過給圧決定用トルクとして決定する手段と、
   前記過給圧決定用トルクを所定の変換規則に従って過給圧に変換し、変換で得られた過給圧を前記目標過給圧として決定する手段と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
6. 前記目標過給圧決定手段は、
   前記目標トルクを所定の変換規則に従って過給圧（以下、過給圧変換値）に変換する手段と、
   前記目標トルクが前記低周波トルク成分のみ含む場合に、前記過給圧変換値を前記目標過給圧として決定する手段と、
   前記目標トルクが前記低周波トルク成分と前記高周波トルク成分とを含む場合に、前記高周波トルク成分に対応する前記過給圧変換値の高周波圧力成分を前記遅延時間分だけ遅らせ、前記低周波トルク成分に対応する前記過給圧変換値の低周波圧力成分に前記遅らされた高周波圧力成分を足し合わせて得られる圧力値を前記目標過給圧として決定する手段と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
7. 前記目標過給圧決定手段は、
   前記高周波圧力成分の周波数が前記過給圧制御用アクチュエータによって実現可能な周波数かどうか判定する手段と、
   前記高周波圧力成分の周波数が実現可能な周波数を超えている場合には、前記高周波圧力成分をその最大振幅以上の固定圧力成分に変換し、前記低周波圧力成分に前記固定圧力成分を足し合わせて得られる圧力値を前記目標過給圧として決定する手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。

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