JP5734478B1 - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転条件や運転環境やＴＨＶの機差による特性ばらつきよる影響をうける事なく、Ｐ２を推定することが出来る、内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ターボチャージャー３２を迂回するバイパス通路３３に設けられたＷＧＶ３３ａを駆動するためのＷＧＶ制御部２２０に対するＷＧ指示値が、過給を最も弱める状態とした時の排気ガス量に対するスロットル上流圧力の関係と、スロットルバルブ２３の開度とエンジン回転速度とインテークマニホールド圧力に対するスロットル上流圧力との関係を用いて、それぞれの関係にて算出された大きい方の値をスロットル上流圧力推定値とする事により、スロットル上流圧力センサを装着する事無く、安価な手段にて高精度にスロットル上流圧力を推定し、エンジン制御を行う。【選択図】図２

Description

この発明は内燃機関の制御装置および制御方法に関し、特に、例えば過給エンジン車両に搭載される内燃機関の制御装置および制御方法に関するものである。

従来、内燃機関（以下、エンジン）の出力を向上させることを目的として、ターボチャージャーが用いられている。ターボチャージャーとは、エンジンの吸気路に過給機を搭載して、排気ガスを用いて過給機のタービンを回転させることで、エンジンに強制的に空気を送り込むための装置である。ターボチャージャーに於いては、高回転高負荷では必要以上に過給圧が増加して、エンジンを破損させる恐れがあるため、通常、タービン上流に排気バイパス通路を設けている。排気バイパス通路には、ウェイストゲートバルブ（以下、ＷＧＶ）が設けられている。ＷＧＶは、排気路内を流れる排気ガスの一部をバイパス通路へ流し、排気ガスのタービンへの流入量を調節する。これにより、エンジンの吸気路の圧力は、適正レベルに制御される。

一般に、ＷＧＶは、正圧式アクチュエータを用いて駆動される。エンジンの吸気路（特に圧力が上昇するスロットルバルブ上流部）とウェイストゲートアクチュエータ（以下、ＷＧＡ）とは接続されている。従って、過給運転中等のエンジンの吸気路の圧力が大気圧より大きくなる場合には、ＷＧＡの動作が可能となる。ＷＧＡに接続されたリリーフバルブのリリーフ量を調整することにより、ＷＧＡに供給される圧力の調整が行われ、ＷＧＡに連動されたＷＧＶの開度の調整も行われる。ＷＧＡやＷＧＶには、その作動量を検出するための検出器が装着されていないものが一般的である。そのため、インテークマニホールド圧力（以下、Ｐｂ）等の圧縮機下流側の圧力検出値を用いて、リリーフバルブのリリーフ量を調整する。ＷＧＡの動作が可能となるまでの圧力状態では、ＷＧＡに内蔵されるバネ等の機械的要素により、バイパス弁であるＷＧＶは全閉の位置で保持されている。

エンジンの出力の調整は、一般に、空気吸入路に設けられたスロットルバルブ（以下、ＴＨＶ）を操作し、空気吸入路の開口面積を調整する事により行われる。ＴＨＶの開口面積、空気の流れに対するＴＨＶの上流圧力と下流圧力、および、ＴＨＶの上流と下流の温度等の検出値を用いる事により、ＴＨＶを通過する空気の流量を物理的計算式に基づいて制御する事は可能である。これは、一般に用いられている技術である（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この技術に於いては、ＴＨＶの上流圧力を計測するセンサを設ける必要があり、部品点数が増加し、コストアップするという欠点もある。

そこで、コストを抑えるための技術が、例えば、本願の出願人が先に出願した特許文献２に記載されている。特許文献２では、スロットル上流の圧力である過給圧（以下、Ｐ２）を検知するためのＰ２センサを用いていない。特許文献２では、吸入空気流量の検出値と空燃比の検出値から排気ガス量を算出し、その排気ガス量から予め設定されたテーブルを用いて算出した値と、Ｐｂに予め設定された値を加算した値の比較結果からＰ２を推定する。

特許第４２３７２１４号公報 特願２０１３−２２１９０３号公報

上述したように、特許文献１の技術では、Ｐ２センサを用いるため、コストがかかるという課題があった。

特許文献２の技術では、高負荷運転領域ではＰｂに予め設定された所定値を加算した値をＰ２推定値としている。この所定値はＴＨＶを空気が通過する事により生じる圧力変化を想定して設定されるものであるが、運転条件や運転環境やＴＨＶの機差による特性ばらつきよっては、この所定値とＴＨＶを空気が通過する事により生じる圧力変化の誤差が大きくなり、Ｐ２の推定値に影響が生じるという課題がある。

この発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、運転条件や運転環境やＴＨＶの機差による特性ばらつきよる影響をうける事なく、Ｐ２を推定することが出来る、内燃機関の制御装置を提供する事を目的としている。

この発明による過給機付き内燃機関の制御装置は、
内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出部と、
前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記吸気路の前記スロットルバルブの上流側に設けられ前記タービンと一体に回転する圧縮機とを有するターボ過給機と、
前記タービンを迂回するバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、
前記ウェイストゲートバルブを制御することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブ制御部と、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、
前記スロットルバルブの下流側に設けられたインテークマニホールド部の圧力を検出するインマニ圧検出部と、
前記内燃機関の回転速度とドライバーのアクセル操作に基づいて前記内燃機関に要求される要求出力を算出する要求出力算出部と、
前記算出された要求出力に基づいて前記スロットルバルブを通過させる目標吸入空気量を算出し、前記目標吸入空気量を達成するよう前記スロットルバルブの有効開口面積を制御するスロットルバルブ制御部と、
前記圧縮機の下流側でかつ前記スロットルバルブの上流側の圧力である過給圧を推定する過給圧推定部を備え、
前記過給圧推定部は、
前記内燃機関の空燃比と吸入空気量に基づいて排気ガス量を算出する排気ガス量算出部と、
前記圧縮機による過給力を最も弱めるウェイストゲートバルブ駆動状態とした場合の過給圧であるＷＧ０Ｐ２推定値を前記排気ガス量に基づいて算出するＷＧ０Ｐ２算出部と、
前記ウェイストゲートバルブの駆動状態に関わらず、前記有効開口面積と前記内燃機関の回転速度と前記インマニ圧に基づいて前記ＷＧ０Ｐ２算出部にて推定可能な領域よりもさらに過給した運転領域を含む過給圧であるＣＡＬＰ２推定値を算出するＣＡＬＰ２算出部とを含み、
前記ＷＧ０Ｐ２推定値と前記ＣＡＬＰ２推定値とのうちの大きい方の値を最終推定過給圧値とする、
ことを特徴とする。

この発明による過給機付き内燃機関の制御装置によれば、ウェイストゲート制御（以下、ＷＧ制御）指示状態が過給を最も弱める状態の時はＱｅｘからＰ２を推定し、ＷＧ制御により更に過給された状態の時はＳＴＨとエンジンの回転速度とＰｂに基づいてＰ２を推
定し、それらのＰ２推定値の大きい方を最終Ｐ２推定値とすることにしたので、運転条件、運転環境、および、ＷＧＶの開度の状態による影響をうける事なく、簡単な計算処理により、Ｐ２を推定することが出来る。

この発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置とその周辺の構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置に設けられたＥＣＵの構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に於ける排気ガス量（Ｑｅｘ）に対するスロットル上流圧力（Ｐ２）と大気圧（Ｐ１）との圧力比の特性を示した図である。 この発明の実施の形態１に於けるスロットルバルブの有効開口面積（ＳＴＨ）とエンジン１０のクランク周期（Ｔ１）の積に対するスロットル上流圧力（Ｐ２）とインテークマニホールド圧力（Ｐｂ）との圧力比の特性を示した図である。 この発明の実施の形態１に於ける図４の特性と図３の特性の関連性を示した図である。 この発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置に設けられたＥＣＵの動作を示したフローチャートである。

実施の形態１．
以下、図面を参照して本実施の形態について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置とその周辺の構成を示す構成図である。図１に於いて、この発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置とその周辺の構成を示す構成図である。内燃機関１０（以下、エンジン１０とする）は、燃焼室１１を有している。エンジン１０には、インテークマニホールド２２を介して吸気路２０が接続されている。また、エンジン１０には、排気路３０が接続されている。排気路３０には、ターボチャージャー３２のタービンハウジング３２ｃが設けられている。排気路３０に於けるタービンハウジング３２ｃの上流の部位と、タービンハウジング３２ｃの下流の部位との間には、バイパス通路３３が設けられている。バイパス通路３３内には、ＷＧＡ３３ｂの制御でバイパス通路３３の流路面積の調整を行うためのＷＧＶ３３ａが設けられている。また、排気路３０に於いて、バイパス通路３３が接続されている位置よりも下流側に、触媒３１が設けられている。

ＷＧＡ３３ｂは正圧式アクチュエータであり、ダイヤフラムが用いられる。そのため、過給運転中等の吸気路２０の圧力が大気圧より大きくなると、ＷＧＡ３３ｂによりＷＧＶ３３ａの動作が可能となる。ＷＧＡ３３ｂにはリリーフバルブが設けられている。リリーフバルブのリリーフ量を調整することにより、ＷＧＡ３３ｂを構成するダイヤフラム内の圧力の調整を行い、ＷＧＡ３３ｂに連動されたＷＧＶ３３ａの開度の調整を行う。一般的に、ＷＧＡ３３ｂおよびＷＧＶ３３ａには、その作動量を検出するための検出器が装着されていない。そのため、インテークマニホールド２２の圧力等のターボチャージャー３２の下流側の圧力検出値を用いて、ＷＧＡ３３ｂの制御量を調整する。ＷＧＡ３３ｂの動作が可能となるまでの圧力状態、即ち、吸気路２０の圧力が大気圧を超えていない状態では、ＷＧＡ３３ｂに内蔵されるバネ等の機械的要素により、バイパス弁であるＷＧＶ３３ａは全閉の位置で保持されている。

吸気路２０には、ターボチャージャー３２の圧縮機ハウジング３２ａが設けられている。吸気路２０に於ける圧縮機ハウジング３２ａの上流の部位と、圧縮機ハウジング３２ａの下流の部位との間には、バイパス通路３４が設けられている。バイパス通路３４には、バイパス通路３４の流路の開閉を行うエアーバイパスバルブ（以下、ＡＢＶ）３４ａが設けられている。吸気路２０には、圧縮機ハウジング３２ａの下流に、インタークーラー２１が設けられている。吸気路２０には、インタークーラー２１より下流に、ＴＨＶ２３が設けられている。

ＴＨＶ２３は、スロットルモータ２３ａ（スロットルバルブ駆動用モータ）により開閉が行われる。ＴＨＶ２３の開度は、スロットルポジションセンサ（以下、ＴＰＳ）２３ｂにて検出される。

インテークマニホールド２２には、Ｐｂ（インテークマニホールド圧力）を検出するためのＰｂセンサ４２が取り付けられている。

排気路３０には、排気ガスを構成している空気とガスとの比率である空燃比（ａｉｒ／ｆｕｅｌ）を検出するためのＡ／Ｆセンサ４５が設けられている。エンジン１０の外部には、大気圧力（以下、Ｐ１）を検出するためのＰ１センサ４３が設けられている。しかしながら、運転条件によるＰｂの値からＰ１が推定可能であれば、Ｐ１センサ４３を設けずに、Ｐ１の推定値をＰ１として制御に用いてもよい。

ターボチャージャー３２（過給機）の構成について説明する。タービンハウジング３２ｃとその内部に設けられたタービンホイール３２ｄにより、遠心式タービンが構成されている。また、圧縮機ハウジング３２ａとその内部に設けられた圧縮機ホイール３２ｂにより、遠心式圧縮機が構成されている。タービンホイール３２ｄと圧縮機ホイール３２ｂとはタービンシャフト３２ｅにより同軸になるように連結されている。従って、排気ガスによってタービンホイール３２ｄが回転駆動されたとき、圧縮機ホイール３２ｂも同時に回転駆動され、吸気路２０内の吸気がエンジン１０に過給される。このように、ターボチャージャー３２は、遠心式タービン（３２ｃ，３２ｄ）と遠心式圧縮機（３２ａ，３２ｂ）とから構成されている。

ＡＢＶ３４ａには、ダイヤフラムが用いられている。ダイヤフラムは、Ｐ２とＰｂとの圧力差により作動して、圧縮機ハウジング３２ａの上流と下流との間をバイパスさせている。これにより、過給圧が異常に上昇する事による機械的損傷を防止する事が可能になる。また、ＡＢＶ３４ａには、切換えバルブが設けられている。切換えバルブは、ＡＢＶ３４ａに供給されるＰｂをＰ２に切り替えることができる。切換えバルブを制御する事により、ＡＢＶ３４ａの作動タイミングは、制御される。ＡＢＶ３４ａの動作が可能となるまでの圧力状態、即ち、ダイヤフラムに供給されている圧力差が小さい状態では、ＡＢＶ３４ａに内蔵されるバネ等の機械的要素により、バイパス弁は全閉の位置で保持されている。

また、エンジン１０には、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）５０が設けられている。ＥＣＵ５０には、クランク回転速度（以下、Ｎｅ）を検出するＮｅセンサ４０、運転者によりアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ（以下、ＡＰＳ）４４、および、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ（図示省略）、吸気温度を検出する吸気温センサ（図示省略）、車速を検出する車速センサ（図示省略）などの各種センサの出力信号が入力される。また、スロットルモータ２３ａ、および、ＷＧＡ３３ｂ等のアクチュエータはＥＣＵ５０によって制御されている。

ＥＣＵ５０は、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、エンジン１０の運転状態に合わせて、エンジン１０の各種制御を実施する。即ち、ＥＣＵ５０には、前記各種センサからの各種センサ信号が入力され、それらの随時入力される各種センサ信号に基づいて燃料噴射量や点火時期等を算出し、燃料噴射装置や点火装置等の駆動を実施する。

また、ＥＣＵ５０は、各種センサ信号に基づいて運転者が要求するエンジン出力を算出する事により、目標ＴＨＶ開度を算出し、その目標ＴＨＶ開度に基づいてスロットルモータ２３ａを駆動することにより、ＴＨＶ２３の開度をＴＰＳ２３ｂのセンサ信号を用いて調整している。更に、ＥＣＵ５０は、ＴＨＶ開度制御に並行して、ＷＧＶ３３ａの開度を制御する。即ち、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３３ａがその都度要求される開度となるように、ＷＧＡ３３ｂへ制御信号を出力することにより、ＷＧＶ３３ａの開度を制御する。こうして、ＥＣＵ５０がＴＨＶ開度制御とＷＧＶ開度制御を実施することにより、運転者が要求するエンジン出力が実現される。

例えば、ＷＧＡ３３ｂに装着されるリリーフバルブは、ソレノイドで構成されている。ソレノイドの駆動期間中は、ＷＧＡ３３ｂに供給されているＰ２がリリーフされる。ソレノイドは、ＥＣＵ５０からの一定周期の指示信号に基づくデューティー駆動が行われる。デューティー０％の指示信号の場合では、リリーフ量は最少になり、ＷＧＡ３３ｂのダイヤフラムに供給されるＰ２により、ＷＧＶ３３ａは大きく駆動され、タービンをバイパスするＱｅｘが多くなる。この結果、タービンに供給されるＱｅｘは少なくなるため、最も過給が弱められる運転状態になる。一方、デューティー１００％の指示信号の場合では、リリーフ量は最大になるため、ＷＧＡ３３ｂのダイヤフラムに供給されるＰ２は低くなる。これにより、ＷＧＶ３３ａの駆動は小さくなり、タービンをバイパスするＱｅｘは少なくなる。この結果、タービンに供給されるＱｅｘが多くなるため、最も過給が強められる運転状態になる。

ところで、エンジン１０の出力を精度よく制御するには、エンジン１０へ吸入される空気量を精度よく検出するか、あるいは、算出する必要がある。吸気路２０にエアーフローセンサーを装着して空気量を検出する方法（空気量検出方法Ｌ）、および、ＮｅとＰｂとあらかじめ設定された補正値とその他のＥＣＵ５０への各種情報から空気量を算出する方法（空気量検出方法Ｄ）が、一般的な技術として知られている。

また、ＴＰＳ２３ｂからＴＨＶ２３の開口面積を求め、ＴＨＶ２３の上流圧力（Ｐ２）と下流圧力（≒Ｐｂ）と、当該上流と下流の温度とを用いる事により、物理的計算式から、ＴＨＶ２３を通過する空気量を算出する方法（空気量検出方法Ｍ）も一般的な技術として知られている(例えば、特許文献１の段落［００２８］参照)。

運転者からの加速要求があった場合には、運転状態等に基づいて、目標とされる空気量が算出され、その空気量を実現するための目標ＴＨＶ開度が算出される。しかしながら、その際には、前記空気量検出方法Ｍの逆計算が行われ、Ｐ２とＰｂからＴＨＶ２３の目標ＳＴＨが算出される。

過渡ではない定常運転中であれば、空気量検出方法Ｄを用いれば、安価なシステム構成にて空気量を検出する事が可能である。一方、過渡運転時のエンジン出力応答性能向上を目的として前記空気量検出方法Ｍの逆計算を行うには、Ｐ２計測用のセンサを装着する必要があり、コストアップを要する事になる。

図３は、この発明の実施の形態１に於ける排気ガス量（Ｑｅｘ）に対するスロットル上流圧力（Ｐ２）と大気圧（Ｐ１）との圧力比の特性を示した図であって、ＷＧＡ３３ｂへの指示信号がデューティー０％の場合の、複数のＮｅ条件に於ける、Ｑｅｘ［ｇ／ｓｅｃ］に対するＰ２とＰ１の圧力比を計測した結果を示している。そして、図３は、ＷＧＡ３３ｂへの指示信号がデューティー０％の状態であれば、Ｐ２センサを装着しない場合であっても、ＱｅｘよりＰ２とＰ１の圧力比が推定可能である事を示しており、その圧力比とＰ１との積により、Ｐ２が推定可能である事を示している。海面に近い平地であればＰ１は約１０１．３［ｋＰａ］であるが、例えば標高２５００ｍの高地であればＰ１は７５［ｋＰａ］程度まで変化する。高地環境であっても精度よくエンジン制御を行う事を目的とし、Ｐ２とＰ１の圧力比を用いた推定値の算出を行う必要がある。

図４は、この発明の実施の形態１に於けるスロットルバルブの有効開口面積（ＳＴＨ）とエンジン１０のクランク周期（Ｔ１）の積に対するスロットル上流圧力（Ｐ２）とインテークマニホールド圧力（Ｐｂ）との圧力比の特性を示した図であって、ＷＧＡ３３ｂへの指示信号がデューティー０％以外の場合の、複数のＮｅ条件に於ける、ＳＴＨ［ｍｍ＾２］とクランク回転周期（以下、Ｔ１）［ｍｓｅｃ］の積に対するＰ２とＰｂの圧力比を計測した結果を示している。そして、図４は、ＷＧＡ３３ｂへの指示信号がデューティーの状態に関わらず、ＳＴＨとＴ１の積によりＰ２とＰｂの圧力比が推定可能である事を示しており、その圧力比とＰｂとの積により、Ｐ２が推定可能である事を示している。

ＳＴＨとＴ１とＰ２とＰｂの関係は、下記の式（１）のように導くことができる。所謂絞り式流量計の体積流量算出式は下式で表される。

ここで、Ｑａ［Ｌ／ｓ］を吸入空気体積流量（スロットル上流空気の体積流量）、ａｏを大気の音速［ｍ／ｓ］、κを比熱比［］とする。式（1）に対し、無次元流量σを定義して変形すると下記の式（２）となる。

ここで、Ｑａは下記の式（３）のようにも書くこともできる。

Ｖ２［Ｌ］はＴ１間にスロットルを流れる体積である。

ところで、同じＴ１間にシリンダに入る体積流量Ｑａ‘は、Ｋｖをインマニ基準の体積効率［］、Ｖｃをシリンダ容積［Ｌ］とすると、下記の式（４）のように書くことができる（インマニ空気の体積流量）。

定常運転時にはＱａもＱａ‘も質量流量は等しく、スロットル前後の温度は等しいと考えると、下記の式（５）が成り立つ。

更に、式（２）、式（３）、式（５）より、下記の式（６）が導かれる。

更に、σもＰｂとＰ２の比の関数なので、整理すると、下記の式（７）と書くことができる。

ここで、右辺のＶｃは定数であり、Ｋｖ、aoの変化が小さい場合には、下記の式（８）とも書けるので、

ＳＴＨとＴ１の積によりＰ２とＰｂの圧力比が推定可能である事が理論的にも導くことができる。

図５はこの発明の実施の形態１に於ける図４の特性と図３の特性の関連性を示した図であって、図４にて計測された結果に対し、図３にて計測されたＱｅｘによるＰ２の推定が可能な領域とそれ以外の領域を区別した結果を示したものである。そして、図５は、Ｐ２とＰｂの圧力比が概ね１．２よりも大きい領域であれば、図３にて計測されたＱｅｘによるＰ２の推定が可能である事を示している。

次に、ＥＣＵ５０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、この発明の実施の形態１に於ける内燃機関の制御装置に設けられたＥＣＵの構成を示すブロック図であり、ＥＣＵ５０に於ける、スロットル制御およびウェイストゲート制御を行うための構成を示している。図２に示すＥＣＵ５０は、例えば、前記空気量検出方法Ｄにて、シリンダへの吸入空気量を算出するシステムとして説明する。

ＥＣＵ５０には、図２に示すように、Ｑｅｘ算出部２１０、ＷＧ０Ｐ２算出部２１１、スロットル開度学習部２１３、ＣＡＬＰ２算出部２１４、最終推定Ｐ２算出部２１５、要求出力算出部２１６、目標Ｐ２算出部２１７、目標Ｑａ算出部２１８、過給域判定部２１９、ＷＧ指示値算出部２２０、ＷＧＶ制御部２２１、目標ＴＨＶ開度算出部２２２、および、ＴＨＶ制御部２２３が設けられている。これらについて以下に説明する。

要求出力算出部２１０は、Ｎｅ４０およびＡＰＳ４４を含む各種センサからのセンサ信号に基づいて、運転者が要求するエンジンの出力（以下、要求エンジン出力）を算出する。

目標Ｑａ算出部２１１は、要求出力算出部２１０で算出された要求エンジン出力とエンジン１０の運転状態とに基づいて、要求エンジン出力を実現させるために必要な目標空気量を算出する。

目標Ｐ２算出部２１２は、要求出力算出部２１０で算出された要求エンジン出力とエンジン１０の運転状態とに基づいて、要求エンジン出力を実現するために必要な目標Ｐ２値を算出する。

Ｑｅｘ算出部２１３は、エンジン１０の運転状態に基づいて前記空気量検出方法Ｄを用いてＱａを算出し、当該吸入空気量とＡ／Ｆセンサ４５からのＡ／Ｆに基づいて燃料量成分も含めた排気ガス量を算出する。

ＷＧ０Ｐ２算出部２１４には、排気ガス量とＰ２／Ｐ１との前記図３にて示した関係が予め設定されており、Ｑｅｘ算出部２１３より算出されたＱｅｘ（排気ガス量）を基にＰ２／Ｐ１を算出し、そのＰ２／Ｐ１値とＰ１の積からＰ２の推定値（以下、ＷＧ０Ｐ２推定値）を算出する。ここで、ＷＧ０Ｐ２推定値とは、ＷＧ指示値算出部２１９が算出するＷＧＶ制御部２２０への制御指示値（ＷＧ指示値）が０％であると仮定した場合に於ける、ターボチャージャー３２の下流でかつＴＨＶ２３の上流のＰ２の推定値である。

ＷＧ０Ｐ２算出部２１４は、ＷＧＶ制御部２２０へのＷＧ指示値が０％であると仮定した場合に於ける、Ｑｅｘに対するＷＧ０Ｐ２推定値とＰ１の圧力比の関係を予め計測した結果を第１のテーブルとして記憶している。ＷＧ０Ｐ２算出部２１４は、Ｑｅｘ算出部２１３が算出したＱｅｘに対応するＷＧ０Ｐ２推定値とＰ１の圧力比を第１のテーブルを用いて決定し、その値とＰ１との積をＷＧ０Ｐ２推定値として決定する。

さらに、算出したＷＧ０Ｐ２推定値に対して、１次フィルタによるフィルタ処理を行うようにしてもよい。１次フィルタに使用されるフィルタゲインは、エンジン１０の動作状態、即ち、エンジン１０が、Ｑｅｘの時間的推移により判断される加速動作中もしくは減速動作中により切り替えられる。

スロットル開度学習部２１５は、過給域判定部２１８にて判定された結果より要求される運転領域が過給域ではないと判定された場合、前記ＱａとＰｂと前記ＷＧ０Ｐ２推定値から前記空気量検出方法Ｍの計算式を用いて現在の運転状態に於けるＴＨＶ有効開口面積
（以下、ＱａＳＴＨ）を算出する。また、予め設定されているＴＰＳに対するＳＴＨの特性を用いて算出される現在のＴＰＳに対するＴＨＶ有効開口面積（以下、ＴｐＳＴＨ）を算出する。前記ＱａＳＴＨと前記ＴｐＳＴＨにずれが生じていた場合には、その差をＳＴＨ学習値として記憶する。

ＣＡＬＰ２算出部２１６は、ＳＴＨとＴ１の積に対するＰ２／Ｐｂとの前記図４にて示した関係が予め設定されており、ＴＰＳから予め設定されている特性を用いて算出される現在のＴＰＳに対するＴＨＶ有効開口面積にスロットル学習部２１５より算出されたＳＴＨ学習値を用いて補正されたＴＨＶ有効開口面積（以下、ＬｎＳＴＨ）とＴ１の積を基にＰ２／Ｐｂを算出し、そのＰ２／Ｐｂ値とＰｂの積からＰ２の推定値（以下、ＣＡＬＰ２推定値）を算出する。ここで、ＣＡＬＰ２推定値とは、ＷＧ指示値算出部２１９が算出するＷＧＶ制御部２２０への制御指示値（ＷＧ指示値）に関係なく、ターボチャージャー３２の下流でかつＴＨＶ２３の上流のＰ２の推定値である。

ＣＡＬＰ２算出部２１６は、ＷＧＶ制御部２２０へのＷＧ指示値に関係なく、Ｔ１とＳＴＨの積に対するＣＡＬＰ２推定値とＰｂの圧力比の関係を予め計測した結果を第２のテーブルとして記憶している。前記図５より、圧力比（Ｐ２／ＰＢ）が概ね１．２よりも高い領域では前記ＷＧ０Ｐ２推定値によりＰ２推定は可能であること、更には、圧力比（Ｐ２／Ｐｂ）の高い領域ではＴ１とＳＴＨの積の変化に対する圧力比（Ｐ２／Ｐｂ）の変化が大きくなりＰ２推定値の安定性への影響が懸念されることが示されているため、第２のテーブルには前記図４で示された特性に対し、圧力比（Ｐ２／Ｐｂ）１．２を上限として設定される。ＣＡＬＰ２算出部２１６は、Ｔ１とＬｎＳＴＨの積に対応するＣＡＬＰ２推定値とＰｂの圧力比を第２のテーブルを用いて決定し、その値とＰｂとの積をＣＡＬＰ２推定値として決定する。

最終推定Ｐ２算出部２１７は、ＷＧ０Ｐ２算出部２１４にて算出されるＷＧ０Ｐ２推定値とＣＡＬＰ２算出部にて算出されるＣＡＬＰ２推定値の比較を行い、大きい方の値を最終推定Ｐ２として算出する。

過給域判定部２１８は、目標Ｐ２算出部２１２にて算出された目標Ｐ２値とＷＧ０Ｐ２算出部にて算出されたＷＧ０Ｐ２推定値の比較を行い、前記目標Ｐ２値が前記ＷＧ０Ｐ２値より大きい場合には、要求される運転領域が過給域であると判定する。

ＷＧ指示値算出部２１９は、過給域判定部２１８で判定された結果に基づいて制御が切り替えられる。要求される運転領域が過給域ではないと判定された場合は、一番過給が弱められる０％をＷＧ指示値として出力する。一方、要求される運転領域が過給域であると判定された場合は、最終推定Ｐ２値が目標Ｐ２値となるように調整されたＷＧ指示値を出力してフィードバック制御を行う。

ＷＧＶ駆動部２２０は、ＷＧ指示値算出部２１９で算出されたＷＧ指示値をもとに、ＷＧＡ３３ｂを駆動する。それにより、ＷＧＶ３３ａは前述の通りＷＧＡ３３ｂに連動して動作する。

目標ＴＨＶ開度算出部２２１は、過給域判定部２１８で判定された結果に基づいて制御を切り替えられる。即ち、判定の結果、要求される運転領域が過給域ではないと判定された場合は、目標ＴＨＶ開度算出部２２１は、目標Ｑａ算出部２１１にて算出された目標空気量と最終推定Ｐ２算出部２１７にて算出された最終推定Ｐ２値とＰｂ値とに基づいて目標ＴＨＶ開度を算出する。具体的には、目標ＴＨＶ開度算出部２２１は、例えば、前記空気量検出方法Ｍの逆計算を用いて、目標Ｑａ算出部２１１で算出された目標空気量を実現できるＴＨＶ２３の開口面積を目標ＴＨＶ開度として算出する（例えば、特許文献１の［００３６］参照）。一方、判定の結果、要求される運転領域が過給域であると判定された場合は、ＡＰＳ４４で検出される運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に基づいて、目標ＴＨＶ開度が算出される。なお、要求される運転領域が過給域であると判定された場合の、ＡＰＳ４４の検出値に対する目標ＴＨＶ開度は、例えば、ＡＰＳ４４の検出値相当の開度量でもよいし、あるいは、Ｎｅ４０や車速等を用いて予め設定された特性を用いて算出してもよい。

ＴＨＶ駆動部２２２は、目標ＴＨＶ開度算出部２２１で算出された目標ＴＨＶ開度に基づいて、ＴＰＳ２３ｂにより検出されるＴＨＶ開度が目標ＴＨＶ開度となるように、スロットルモータ２３ａをフィードバック制御にて駆動する。次に、ＥＣＵ５０により実現される制御内容について、図６を用いて説明する。図６はＥＣＵ５０によるスロットル制御処理、および、ウェイストゲート制御処理を示すフローチャートであり、予め設定された所定の時間周期で繰り返し実行される。

ステップＳ３０１では、図２に示した構成図のブロック２１０、２１３、２１５の処理が行われ、処理終了後に、ステップＳ３０２に進む。即ち、ステップＳ３０１では、要求出力算出部２１０が、ＡＰＳ４４で検出されたアクセルペダルの踏み込み量に基づいて運転者からの要求出力を算出し、Ｑｅｘ算出部２１３が、ＱａとＡ／Ｆに基づいてＱｅｘを算出し、スロットル開度学習部２１５が、ＱａとＰｂとＷＧ０Ｐ２推定値とＴＰＳに基づいてＳＴＨ学習値を算出する。

ステップＳ３０２では、図２に示した構成図のブロック２１１、２１２、２１４，２１６，２１７の処理が行われ、処理終了後に、ステップＳ３０３に進む。即ち、ステップＳ３０２では、目標Ｑａ算出部２１１が、要求エンジン出力値に基づいて目標空気量を算出し、目標Ｐ２算出部２１２が、要求エンジン出力値に基づいて目標Ｐ２値を算出し、ＷＧ０Ｐ２算出部２１４がＱｅｘとＰ１に基づいてＷＧ０Ｐ２推定値を算出し、ＣＡＬＰ２算出部２１６が、ＮｅとＴＰＳとＳＴＨ学習値とＰｂに基づいてＣＡＬＰ２推定値を算出し、最終推定Ｐ２算出部２１７が、ＷＧ０Ｐ２推定値とＣＡＬＰ２推定値に基づいて最終数位定Ｐ２値を算出する。

ステップＳ３０３では、図２に示した構成図のブロック２１８の処理が行われる。即ち、目標Ｐ２算出部２１２が算出した目標Ｐ２値とＷＧ０Ｐ２算出部２１４が算出したＷＧ０Ｐ２推定値とを比較する。比較の結果、目標Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合にはステップＳ３０４へ進み、そうでない場合にはステップＳ３０５へ進む。

ステップＳ３０４では、目標Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合に於ける、図２に示した構成図のブロック２１９，２２０，２２１，２２２の処理が行われる。即ち、目標ＴＨＶ開度算出部２２１が、ＡＰＳ４４で検出されたアクセルペダルの踏み込み量に基づいて目標ＴＨＶ開度を算出する。また、ＷＧ指示値算出部２１９が、最終推定Ｐ２値を目標Ｐ２値にするためのＷＧ指示値を算出し、フィードバック制御が行われる。

ステップＳ３０５では、目標Ｐ２値がＷＧ０Ｐ２推定値以下の場合に於ける、図２に示した構成図のブロック２１９，２２０，２２１，２２２の処理が行われる。即ち、目標ＴＨＶ開度算出部２２１が、目標空気量と最終推定Ｐ２値とＰｂとに基づいて目標ＴＨＶ開度を算出する。また、ＷＧ指示値算出部２１９が、ＷＧ指示値に、一番過給が弱められる０％を設定する。

以上のように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関１０の吸気路２０に設けられたスロットルバルブ２３と、スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出部２３ｂと、排気路３０に設けられたタービン３２ｃ、３２ｄと吸気路２０のスロットルバルブ２３の上流側に設けられタービンと一体に回転する圧縮機３２ａ、３２ｂとを有するターボ過給機と、タービンを迂回するバイパス通路３３に設けられたウェイストゲートバルブ３３ａと、ウェイストゲートバルブを制御することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブ制御部２２０と、内燃機関１０の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、スロットルバルブ２３下流のインテークマニホールド部２２の圧力を検出するインマニ圧検出部４２と、内燃機関１０の回転速度とドライバーのアクセル操作に基づいて内燃機関１０に要求される出力を算出する要求出力算出部２１０と、前記要求出力に基づいて前記スロットルバルブ２３を通過させる目標吸入空気量を算出し、前記目標吸入空気量を達成するようスロットルバルブの有効開口面積を制御するスロットルバルブ制御部２２２と、圧縮機下流かつ前記スロットルバルブ２３上流の圧力である過給圧を推定する過給圧推定部を備え、過給圧推定部は、内燃機関１０の空燃比と吸入空気量に基づいて排気ガス量を算出する排気ガス量算出部２１３と、圧縮機による過給力を最も弱めるウェイストゲートバルブ駆動状態とした場合の過給圧であるＷＧ０Ｐ２推定値を排気ガス量に基づいて算出するＷＧ０Ｐ２算出部２１４と、ウェイストゲートバルブの駆動状態に関わらずスロットルバルブ２３の有効開口面積と内燃機関１０の回転速度とインマニ圧に基づいてＷＧ０Ｐ２算出部２１４にて推定可能な領域よりもさらに過給した運転領域を含む過給圧であるＣＡＬＰ２推定値を算出するＣＡＬＰ２算出部２１６を含み、ＷＧ０Ｐ２推定値とＣＡＬＰ２推定値の大きい方の値を最終過給圧推定値とする。

これによれば、ウェイストゲートバルブの駆動状態に関わらず、精度よくスロットルバルブ上流の過給圧を推定する事が可能となる。

この実施の形態１に於いては、好ましくは、スロットルバルブ制御部２２２は、圧縮機による過給力を最も弱めるウェイストゲートバルブ駆動状態に於いて、吸入空気量とインマニ圧とＷＧ０Ｐ２推定値に基づいて算出したスロットルバルブの実有効開口面積と、スロットルバルブ開度を用いて予め設定されているスロットルバルブ開度と有効開口面積の関係を学習補正するスロットル開度学習部２１５を含み、ＣＡＬＰ２算出部は、学習補正されたスロットルバルブ２３の有効開口面積と内燃機関１０の回転速度とインマニ圧に基づいてＣＡＬＰ２推定値を算出し、ＷＧ０Ｐ２推定値とＣＡＬＰ２推定値の大きい方の値を最終過給圧推定値とする。

これによれば、スロットルバルブの開度検出値に対するスロットルバルブの実有効開口面積の特性に機差ばらつきが生じている場合であっても、精度よくスロットルバルブ上流の過給圧を推定する事が可能となる。

この実施の形態１に於いては、好ましくは、ＷＧ０Ｐ２算出部２１４は、ウェイストゲートバルブ制御部２２０への指示値が圧縮機による過給を最も弱めるウェイストゲートバルブ状態とした場合に於ける、排気ガス量に対するＷＧ０Ｐ２推定値と大気圧の圧力比の関係を予め計測した結果を第１のテーブルとして記憶しておき、排気ガス量に対応するＷＧ０Ｐ２推定値を前記第１のテーブルを用いて決定する。

これによれば、ＥＣＵ５０はモデル計算などの複雑な演算処理を要する事無く、スロットルバルブ上流の過給圧を算出することが可能となる。

この実施の形態１に於いては、好ましくは、ＷＧ０Ｐ２算出部２１４は、算出したＷＧ０Ｐ２推定値に対して、あらかじめ設定されたフィルタ定数を有するフィルタを用いたフィルタ処理を行う。

これによれば、過渡運転等による急激なスロットルバルブ上流の過給圧の変化が生じる場合であっても、実際の圧力に応じた推定値を算出することが可能となる。

この実施の形態１に於いては、好ましくは、ＣＡＬＰ２算出部２１６は、ウェイストゲートバルブ制御部２２０への指示値が圧縮機による過給を最も弱めるウェイストゲートバルブ以外の状態として予め計測したスロットルバルブ２３の有効開口面積と内燃機関１０の回転速度とインマニ圧と過給圧の関係を第２のテーブルとして記憶しておき、スロットルバルブ２３の有効開口面積と内燃機関１０の回転速度に基づいてインマニ圧と過給圧の圧力比を第２のテーブルを用いて決定する。

これによれば、ＥＣＵ５０はモデル計算などの複雑な演算処理を要する事無く、スロットルバルブ上流の過給圧を算出することが可能となる。

この実施の形態１に於いては、好ましくは、要求出力に基づいて目標過給圧を算出する目標過給圧算出部２１２を備え、目標過給圧がＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合に、ウェイストゲートバルブ制御部２２０は、最終推定過給圧値が目標過給圧になるようウェイストゲートバルブを制御する。

これによれば、内燃機関１０がＷＧＶ調整による過給を要する運転領域であった場合でも、精度よく要求出力に応じた過給状態の調整が可能となる。

尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０ エンジン、１１ 燃焼室、２０ 吸気路、２１ インタークーラー、２２ インテークマニホールド、２３ ストッロルバルブ（ＴＨＶ）、２３ａ スロットルモータ、２３ｂ スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）、３０ 排気路、３１ 触媒、３２ ターボチャージャー、３２ａ 圧縮機ハウジング、３２ｂ 圧縮機ホイール、３２ｃ タービンハウジング、３２ｄ タービンホイール、３３ バイパス路、３３ａ ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）、３３ｂ ウェイストゲートアクチュエータ（ＷＧＡ）、３４ バイパス路、３４ａ エアーバイパスバルブ（ＡＢＶ）、４０ クランク回転速度センサ、４２ インテークマニホールド圧力（Ｐｂ）センサ、４３ 大気圧力（Ｐ１）センサ、４４ アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）、４５ Ａ／Ｆセンサ、５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）。

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気路に設けられたスロットルバルブと、
   前記スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出部と、
   前記内燃機関の排気路に設けられたタービンと、前記吸気路の前記スロットルバルブの上流側に設けられ前記タービンと一体に回転する圧縮機とを有するターボ過給機と、
   前記タービンを迂回するバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、
   前記ウェイストゲートバルブを制御することにより前記バイパス通路の流路断面積を変更するウェイストゲートバルブ制御部と、
   前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、
   前記スロットルバルブの下流側に設けられたインテークマニホールド部の圧力を検出するインマニ圧検出部と、
   前記内燃機関の回転速度とドライバーのアクセル操作に基づいて前記内燃機関に要求される要求出力を算出する要求出力算出部と、
   前記算出された要求出力に基づいて前記スロットルバルブを通過させる目標吸入空気量を算出し、前記目標吸入空気量を達成するよう前記スロットルバルブの有効開口面積を制御するスロットルバルブ制御部と、
   前記圧縮機の下流側でかつ前記スロットルバルブの上流側の圧力である過給圧を推定する過給圧推定部を備え、
   前記過給圧推定部は、
   前記内燃機関の空燃比と吸入空気量に基づいて排気ガス量を算出する排気ガス量算出部と、
   前記圧縮機による過給力を最も弱めるウェイストゲートバルブ駆動状態とした場合の過給圧であるＷＧ０Ｐ２推定値を前記排気ガス量に基づいて算出するＷＧ０Ｐ２算出部と、
   前記ウェイストゲートバルブの駆動状態に関わらず、前記有効開口面積と前記内燃機関の回転速度と前記インテークマニホールド部の圧力に基づいて前記ＷＧ０Ｐ２算出部にて推定可能な領域よりもさらに過給した運転領域を含む過給圧であるＣＡＬＰ２推定値を算出するＣＡＬＰ２算出部とを含み、
   前記ＷＧ０Ｐ２推定値と前記ＣＡＬＰ２推定値とのうちの大きい方の値を最終推定過給圧値とする、
   ことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 前記スロットルバルブ制御部は、
   前記圧縮機による過給力を最も弱めるウェイストゲートバルブ駆動状態に於いて、前記吸入空気量と前記インテークマニホールド部の圧力と前記ＷＧ０Ｐ２推定値に基づいて算出した前記スロットルバルブの実有効開口面積と、前記スロットルバルブの開度を用いて予め設定されている前記スロットルバルブの開度と前記スロットルバルブの有効開口面積の関係を学習補正するスロットル開度学習部を含み、
   前記ＣＡＬＰ２算出部は、
   前記学習補正された前記スロットルバルブの有効開口面積と、前記内燃機関の回転速度と、前記インテークマニホールド部の圧力に基づいて前記ＣＡＬＰ２推定値を算出し、
   前記ＷＧ０Ｐ２推定値と前記ＣＡＬＰ２推定値とのうちの大きい方の値を最終推定過給圧値とする、
   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。
3. 前記ＷＧ０Ｐ２算出部は、
   前記ウェイストゲートバルブ制御部への指示値が前記圧縮機による過給を最も弱めるウェイストゲートバルブ状態とした場合に於ける、前記排気ガス量に対する前記ＷＧ０Ｐ２推定値と大気圧との圧力比の関係を予め計測した結果を第１のテーブルとして記憶するように構成され、
   前記排気ガス量に対応する前記ＷＧ０Ｐ２推定値を前記第１のテーブルを用いて決定する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 前記ＷＧ０Ｐ２算出部は、算出した前記ＷＧ０Ｐ２推定値に対して、予め設定されたフィルタ定数を有するフィルタを用いてフィルタ処理を行う、
   ことを特徴とする請求項１から３のうちの何れか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
5. 前記ＣＡＬＰ２算出部は、
   前記ウェイストゲートバルブ制御部への指示値が前記圧縮機による過給を最も弱めるウェイストゲートバルブ以外の状態として予め計測した前記スロットルバルブの有効開口面積と、前記内燃機関の回転速度と、前記インテークマニホールド部の圧力と、前記過給圧との関係を第２のテーブルとして記憶し、
   前記有効開口面積と前記内燃機関の回転速度に基づいて、前記インテークマニホールド部の圧力と前記過給圧の圧力比を前記第２のテーブルを用いて決定する、
   ことを特徴とする請求項１から４のうちの何れか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
6. 前記要求出力に基づいて目標過給圧を算出する目標過給圧算出部を備え、
   前記目標過給圧が前記ＷＧ０Ｐ２推定値よりも大きい場合に、前記ウェイストゲートバルブ制御部は、前記最終推定過給圧値が前記目標過給圧になるよう前記ウェイ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から５のうちの何れか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
   

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