JP5786970B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ターボ過給機と、当該ターボ過給機のタービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを備える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、タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブを備えるターボ過給機付きの内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、アクセルペダルが所定操作量まで操作されたときに、スロットルバルブを実質的な全開位置まで開くようにしている。そのうえで、アクセルペダルが上記所定操作量よりも大きい開度に操作されたときには、検出したアクセルペダルの操作量とエンジン回転数とに応じた目標過給圧が得られるように、ウェイストゲートバルブの開度調整によって過給圧が制御される。

ところで、ターボ過給機を備えた内燃機関において、高地などの大気圧が低い状態では、大気圧が高い状態（例えば、１気圧のような標準的な状態）と比べ、同等の吸入空気量（機関負荷率）が得られる状態におけるターボ過給機のコンプレッサの圧力比（出口圧力／入口圧力）が高くなる。つまり、大気圧が低い状況下では、大気圧が高い状態と比べ、同等の過給圧を得る際のターボ過給機による吸気圧力の制御範囲が大きくなる。また、一般的に、ターボ過給機による吸入空気量制御の応答性は、スロットルバルブによる吸入空気量制御の応答性よりも低い。

上述した特許文献１に記載の技術によれば、アクセルペダルが上記所定操作量よりも大きい開度に操作された場合には、ウェイストゲートバルブの開度調整を用いて過給圧（吸入空気量）が制御される。つまり、この場合には、スロットルバルブによる吸入空気量（吸気管圧力）の制御代が確保できないため、応答性の低いターボ過給機に依存した吸入空気量制御が実行されることになる。低大気圧下においては、標準状態と比べ、同一の吸入空気量（機関負荷率）を得るために必要なスロットル開度が大きくなる。このため、低大気圧下においては、ターボ過給機に依存した吸入空気量制御を行う必要の生ずる負荷率領域が、標準状態と比べて大きくなってしまう。その結果、低大気圧下においては、標準状態と比べ、加速時の吸入空気量の応答性が低下し易くなる。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開平５−１４１２５８号公報 日本特開２０１０−１４０５０号公報 日本特開２００６−１５２８２１号公報 日本特開２００６−１２５３５２号公報 日本特開２００４−１２４７４５号公報 日本特開平９−５３４５７号公報 日本特開２００２−２１３２４７号公報

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、ターボ過給機と、当該ターボ過給機のタービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを備えている場合において、低大気圧下における加速時の吸入空気量の応答性を向上させることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の制御装置であって、ターボ過給機と、スロットルバルブと、排気バイパス通路と、ウェイストゲートバルブと、定常特性切替手段と、第１スロットル制御手段と、第２スロットル制御手段と、ＷＧＶ制御手段とを備えている。
ターボ過給機は、吸気通路に配置され、吸入空気を過給するコンプレッサと、排気通路に配置され、排気エネルギーにより作動するタービンとを備えている。
スロットルバルブは、前記吸気通路に配置され、吸入空気量を調整するものである。
排気バイパス通路は、前記タービンの上流側において前記排気通路から分岐し、前記タービンの下流側において前記排気通路に再び合流するように構成されている。
ウェイストゲートバルブは、前記排気バイパス通路を開閉可能に構成されている。
定常特性切替手段は、定常状態における機関負荷率とスロットル開度との関係を定めた定常特性として、大気圧が所定値よりも高い高大気圧下で使用する高大気圧時定常特性と、大気圧が前記所定値以下となる低大気圧下で使用する低大気圧時定常特性とを有し、大気圧が前記所定値よりも高いか否かに応じて、前記高大気圧時定常特性と前記低大気圧時定常特性との間で前記定常特性を切り替えるものである。
第１スロットル制御手段は、所定速度よりも低い変化速度で吸入空気量を増加させる要求が出された場合に、前記定常特性切替手段によって選択された前記高大気圧時定常特性または前記低大気圧時定常特性とこの場合の目標機関負荷率とに基づいて得られる目標スロットル開度となるように、スロットル開度を制御するものである。
第２スロットル制御手段は、前記低大気圧下であって前記所定速度以上の変化速度で吸入空気量を増加させる要求が出された場合に、前記定常特性切替手段によって選択された前記低大気圧時定常特性とこの場合の目標機関負荷率とに基づいて得られる値よりも大きな目標スロットル開度となるように、スロットル開度を制御するものである。
前記低大気圧時定常特性は、中負荷率領域において前記高大気圧時定常特性と比べて同一の機関負荷率に対応するスロットル開度が小さく設定され、かつ、前記中負荷率領域よりも高負荷率側の領域において全負荷に向けて機関負荷率が高くなるほどスロットル開度が大きくなるように設定されている。
更に、ＷＧＶ制御手段は、前記低大気圧時定常特性が使用される状況下において、前記中負荷率領域において前記高大気圧時定常特性と比べて同一の機関負荷率に対応するスロットル開度が小さく制御されることに伴って、前記ウェイストゲートバルブの開度を閉じ側の値に制御するものである。

本発明によれば、大気圧が上記所定値よりも高いか否かに応じて、機関負荷率とスロットル開度との関係を定めた定常特性が、高大気圧時定常特性と低大気圧時定常特性との間で切り替えられる。そして、低大気圧下において上記所定速度以上での吸入空気量の増加要求が出されていない場合には、低大気圧時定常特性に従ってスロットル開度が制御される。これにより、中負荷率から高負荷率領域において、スロットルバルブによる吸入空気量（吸気管圧力）の制御代が確保される。このため、その後に上記所定速度以上での吸入空気量の増加要求が出された場合に、確保されたスロットルバルブによる制御代を利用して吸入空気量を制御することができる。これにより、上記低大気圧時定常特性を有していない場合であれば応答性の低いターボ過給機への吸入空気量の制御依存度が高くなる低大気圧下において、相対的に応答性の高いスロットルバルブによる吸入空気量の制御によって、中負荷率から高負荷率領域への加速時の吸入空気量の応答性を向上させることができる。

また、本発明における前記第２スロットル制御手段は、スロットル開度を拡大する際に、所定の上限値を超えないように前記スロットルバルブの動作速度を制限するものであってもよい。
これにより、過剰な動作速度でのスロットル開度の拡大によって加速初期におけるコンプレッサ出口圧の低下を招くことなく、吸入空気量の増加要求時に、吸入空気量の応答速度としては最速でコンプレッサ出口圧およびスロットル下流圧を目標値に向けて立ち上げていくことができる。

また、本発明における前記低大気圧時定常特性は、前記中負荷率領域において、機関負荷率が高くなるほどスロットル開度が小さくなるように設定されているものであってもよい。
これにより、上記中負荷率領域以上の領域において、スロットルバルブによる吸入空気量（吸気管圧力）の制御代を更に大きく確保することができる。これにより、低大気圧下において上記所定速度以上での吸入空気量の増加要求が出された際に、吸入空気量の応答性を更に向上させることができる。

本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための模式図である。 低大気圧下における加速時の吸入空気量の応答性に関する課題を説明するための図であり、図３に示す本発明の実施の形態１における定常特性の設定との対比のために参照する定常特性を表したものである。 本発明の実施の形態１において大気圧の高低に応じて切り替えられる２通りの負荷率−スロットル定常特性および負荷率−ＷＧＶ定常特性を説明するための図である。 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。 低大気圧下において高応答での吸入空気量の増加要求が出された場合に本発明の実施の形態２において実行される制御を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態３において用いられる、負荷率−スロットル定常特性および負荷率−ＷＧＶ定常特性を表した図である。

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の内燃機関１０のシステム構成を説明するための模式図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関（一例としてガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、燃焼室１２が形成されている。燃焼室１２には、吸気通路１４および排気通路１６が連通している。

吸気通路１４の入口近傍には、エアクリーナ１８が取り付けられている。エアクリーナ１８の下流近傍には、吸気通路１４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２０が設けられている。エアフローメータ２０の下流には、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａが設置されている。コンプレッサ２２ａは、排気通路１６に配置されたタービン２２ｂと連結軸（図示省略）を介して一体的に連結されている。

コンプレッサ２２ａの下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ２４が設けられている。インタークーラ２４の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられている。スロットルバルブ２６の近傍には、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２８が取り付けられている。また、スロットルバルブ２６の上流側であって、コンプレッサ２２ａ（およびインタークーラ２４）の下流側の吸気通路１４には、この部位における吸気圧力（スロットル上流圧）を検出するスロットル上流圧センサ３０が取り付けられており、スロットルバルブ２６の下流側の吸気通路１４（吸気マニホールドの集合部（サージタンク部））には、この部位における吸気圧力（スロットル下流圧）を検出するスロットル下流圧センサ３２が取り付けられている。

内燃機関１０の各気筒には、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁３４と、混合気に点火するための点火装置３６とがそれぞれ設置されている。また、排気通路１６には、タービン２２ｂよりも上流側の部位において排気通路１６から分岐し、タービン２２ｂよりも下流側において排気通路１６と再び合流するように構成された排気バイパス通路３８が接続されている。排気バイパス通路３８の途中には、排気バイパス通路３８を開閉可能なウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）４０が設けられている。ＷＧＶ４０は、ここでは、電動モータ（図示省略）によって任意の開度に調整可能に構成されているものとする。

更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述したエアフローメータ２０、スロットル開度センサ２８、スロットル上流圧センサ３０およびスロットル下流圧センサ３２に加え、エンジン回転数やクランク角度を検出するためのクランク角センサ５２、エンジン冷却水温度を検出するための水温センサ５４等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０には、大気圧を検出するための大気圧センサ５６、および、内燃機関１０を搭載する車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するためのアクセル開度センサ５８がそれぞれ接続されている。また、ＥＣＵ５０には、上述したスロットルバルブ２６、燃料噴射弁３４、点火装置３６およびＷＧＶ４０等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。

［低大気圧下における加速時の吸入空気量の応答性に関する課題］
図２は、低大気圧下における加速時の吸入空気量の応答性に関する課題を説明するための図であり、本実施形態における定常特性の設定（後述の図３参照）との対比のために参照する定常特性を表したものである。より具体的には、図２は、所定のエンジン回転数におけるものである。図２（Ａ）は、低大気圧下における、機関負荷率ＫＬと吸気管圧力（スロットル上流圧およびスロットル下流圧）との間の定常特性を表した図である。図２（Ｂ）は、機関負荷率ＫＬとＷＧＶ開度との間の定常特性（以下、単に、「負荷率−ＷＧＶ定常特性」と称する）を表した図である。図２（Ｃ）は、機関負荷率ＫＬとスロットル開度との間の定常特性（以下、単に、「負荷率−スロットル定常特性」と称する）を表した図である。尚、図２中に破線で示す波形は、大気圧が標準状態（略１気圧）にある時のものであり、同図中に実線で示す波形は、大気圧が標準状態よりも低い低大気圧状態のものである。また、ここでいう機関負荷率ＫＬとは、各エンジン回転数に対応した吸入空気量の最大値（全負荷時の吸入空気量）に対する現在の吸入空気量の比率のことであり、吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて算出することができる。

図２（Ｃ）中に「破線」で示すように、標準状態における負荷率−スロットル定常特性は、極低負荷率領域から高負荷率側の領域に移行するにつれ、スロットル開度が（ここでは、一例として一定の変化率で）全開開度（制御上の最大開度）に向けて大きくなり、かつ、全開開度に達した後はスロットル開度が全開開度で一定となるように設定されている。一方、図２（Ｂ）中に「破線」で示すように、標準状態における負荷率−ＷＧＶ定常特性は、スロットル開度が全開開度よりも小さい低負荷率側の領域では、ＷＧＶ開度が所定の最大開度（ＷＧＶ開度の所定の制御範囲における最大値）となり、かつ、スロットル開度が全開開度となった後の高負荷率側の領域では、ＷＧＶ開度が小さく（閉じ側に）制御されることによって、ＷＧＶ開度の制御を利用して各機関負荷率ＫＬを実現する吸入空気量が得られるようになっている。

標準状態よりも大気圧の低い低大気圧条件に対して、上述した標準状態における定常特性と同じ考えに基づいて設定される定常特性は、次のようになる。すなわち、低大気圧下においてスロットルバルブ２６を用いて吸入空気量を調整している場合において、標準状態と同一の吸入空気量（機関負荷率ＫＬ）を得るためには、標準状態と比べてスロットル開度を大きく開く必要がある。このため、図２（Ｃ）中に「実線」で示すように、低大気圧下における負荷率−スロットル定常特性の低負荷率側の領域では、標準状態よりも高い変化率で、機関負荷率ＫＬが高くなるにつれてスロットル開度が全開開度に向けて大きく制御されることになる。その結果、スロットル開度が全開開度に到達する機関負荷率ＫＬが標準状態と比べて低負荷率側の値となる。そして、これに伴い、図２（Ｂ）中に「実線」で示すように、低大気圧下における負荷率−ＷＧＶ定常特性では、標準状態と比べてより低い機関負荷率ＫＬから閉じ始めるように、ＷＧＶ開度が制御されることになる。

低大気圧下において上記の定常特性を有している場合には、図２（Ａ）に示すように、スロットル下流圧は、機関負荷率ＫＬの増加に伴う、スロットル開度の拡大またはＷＧＶ開度の減少に伴って上昇する。一方、この場合のスロットル上流圧は、スロットル開度が全開開度になるまでの領域ではＷＧＶ４０が十分に開かれており、過給が行われていないので、この場合の大気圧値で一定で推移する。その後、過給が開始され、スロットル下流圧とほぼ等しい値で機関負荷率ＫＬの上昇に伴って上昇する。尚、このような機関負荷率ＫＬに対するスロットル上流圧および下流圧の定常特性は、標準大気圧下においても、値において違いはあるが、傾向において同様である。

ところで、本実施形態の内燃機関１０のようにターボ過給機を備えた内燃機関において、高地などの大気圧が低い状態では、大気圧が高い状態（標準状態）と比べ、同等の吸入空気量（機関負荷率ＫＬ）が得られる状態におけるターボ過給機のコンプレッサの圧力比（出口圧力／入口圧力）が高くなる。つまり、大気圧が低い状況下では、標準状態と比べ、同等の過給圧を得る際のターボ過給機による吸気圧力の制御範囲が大きくなる。また、一般的に、ターボ過給機による吸入空気量制御の応答性は、スロットルバルブによる吸入空気量制御の応答性よりも低い。

上記図２に示す負荷率−スロットル定常特性の設定によれば、スロットル開度が全開開度に達した機関負荷率ＫＬよりも高負荷率側の領域では、ＷＧＶ４０の開度調整を用いて吸入空気量（過給圧）が制御されることになる。つまり、上記定常特性においては、スロットル開度が全開開度に達する時の機関負荷率ＫＬよりも高負荷率側の領域では、スロットルバルブ２６による吸入空気量（吸気管圧力）の制御代が確保できないため、応答性の低いターボ過給機２２に依存した吸入空気量制御が実行されることになる。低大気圧下においては、図２に示すように、標準状態と比べ、ターボ過給機２２に依存した吸入空気量制御を行う必要の生ずる負荷率領域が、標準状態と比べて大きくなってしまう。このため、低大気圧下においては、標準状態と比べ、加速時の吸入空気量の応答性が低下し易くなる。

［実施の形態１における特徴的な負荷率−スロットル定常特性および負荷率−ＷＧＶ定常特性の設定］
図３は、本発明の実施の形態１において大気圧の高低に応じて切り替えられる２通りの負荷率−スロットル定常特性および負荷率−ＷＧＶ定常特性を説明するための図である。より具体的には、図３は、所定のエンジン回転数におけるものである。図３（Ａ）は、低大気圧下における、機関負荷率ＫＬと吸気管圧力（スロットル上流圧およびスロットル下流圧）との間の定常特性を表した図である。図３（Ｂ）は、負荷率−ＷＧＶ定常特性を表した図である。図３（Ｃ）は、負荷率−スロットル定常特性を表した図である。尚、図３中に破線で示す波形は、大気圧が標準状態（略１気圧）にある時のものであり、同図中に実線で示す波形は、大気圧が標準状態よりも低い低大気圧状態のものである。図３（Ｂ）および（Ｃ）に示す定常特性は、エンジン回転数に応じて変化するものである。このため、本実施形態では、これらの定常特性として、設定の傾向自体は下記の図３と同じものを、所定のエンジン回転数毎に備えているものとする。

図３中に破線で示すように、大気圧が所定値よりも高い状態（標準状態）における、負荷率−スロットル定常特性（以下、「スロットルの高大気圧時定常特性」と称することがある）および負荷率−ＷＧＶ定常特性（ＷＧＶの高大気圧時定常特性）は、図２に示すものと同じである。

一方、大気圧が上記所定値以下となる低大気圧状態における負荷率−スロットル定常特性（以下、「スロットルの低大気圧時定常特性」と称することがある）は、図３（Ｃ）に示すように、中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）に含まれる負荷率領域（ＫＬ５〜ＫＬ３）においてスロットルの高大気圧時定常特性と比べて同一の機関負荷率ＫＬに対応するスロットル開度が小さく設定されている。更に、スロットルの低大気圧時定常特性は、当該中負荷率領域よりも高負荷率側の領域（ＫＬ３〜ＫＬ４（１００％））において全負荷（ＫＬ４）に向けて機関負荷率ＫＬが高くなるほど、スロットル開度が全開開度に向けて大きくなるように設定されている。より具体的には、図３に示す一例では、負荷率領域（ＫＬ５〜ＫＬ３）を含む中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）におけるスロットル開度は、全開開度よりも小さい所定の一定開度ＴＡ１に設定されている。尚、機関負荷率ＫＬ１よりも低い低負荷率領域において、低大気圧時の方が標準状態よりも機関負荷率ＫＬに対するスロットル開度の変化率が高く設定されている理由は、既述したように、標準状態と同一の吸入空気量（機関負荷率ＫＬ）を得るためには、標準状態と比べてスロットル開度を大きく制御する必要があるためである。

また、ＷＧＶの低大気圧時定常特性では、スロットル開度の調整が中止される中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）の低負荷率側の端部（ＫＬ１）において、ＷＧＶの高大気圧時定常特性と比べてより低負荷率側の機関負荷率ＫＬからＷＧＶ４０が閉じ始めるように設定されている。そして、中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）におけるＷＧＶ開度は、スロットル開度が一定の下で機関負荷率ＫＬが高くなるに従ってより大きく閉じられるようになっている。これは、スロットルの低大気圧時定常特性によって標準状態と比べて不足する吸入空気量を補うためである。また、この中負荷率領域よりも高負荷率側の領域（ＫＬ３〜ＫＬ４）におけるＷＧＶ開度は、機関負荷率ＫＬ３の時の値（コンプレッサ２２ａのサージラインよりは開いた所定の値）で略一定となるように設定されている。

スロットルおよびＷＧＶの低大気圧時定常特性が使用されている場合のスロットル下流圧は、図３（Ａ）に示すように、機関負荷率ＫＬの増加に伴う、スロットル開度の拡大またはＷＧＶ開度の減少に伴って上昇する。一方、この場合のスロットル上流圧は、ＷＧＶ４０が閉じ始める機関負荷率ＫＬ１に達するまでは、過給が行われていないので、この場合の大気圧値で一定で推移する。その後は、ＷＧＶ４０が閉じられていくことに伴ってタービン回転数がより高い状態となり、過給が進む。つまり、本設定によれば、全開開度よりも小さいスロットル開度ＴＡ１に対応する機関負荷率ＫＬ１において機関負荷率ＫＬの増大に応じたスロットル開度の拡大が中止され、かつ、ＷＧＶ４０が閉じ始められることで、上記図２に示す設定とは異なり、スロットル上流圧とスロットル下流圧との間に有意な差が確保されるようになる。

そして、図３に示す一例では、中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）においてはスロットルバルブ２６の開度調整に代えて機関負荷率ＫＬの増大に伴ってＷＧＶ４０が閉じられていく設定となっているので、スロットル上流圧とスロットル下流圧との差が維持される。また、中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）よりも高負荷率側の領域においても、スロットル上流圧は機関負荷率ＫＬの増大に伴って上昇する。しかしながら、ＷＧＶ開度が略一定とされ、かつスロットルバルブ２６が開かれるため、この領域におけるスロットル上流圧は、機関負荷率ＫＬの増大に伴って中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）よりも緩やかに上昇する。また、この領域では、機関負荷率ＫＬの増大に伴ってスロットルバルブ２６が全開開度に向けて開かれていく設定を有しているので、スロットル開度の拡大に伴ってスロットル上流圧とスロットル下流圧との差が小さくなっていく。

上述したように、本実施形態におけるスロットルおよびＷＧＶの低大気圧時定常特性によれば、上記図２に示す定常特性の使用時であればスロットル開度が全開開度とされる中負荷率から高負荷率の領域において、スロットル上流圧とスロットル下流圧との有意な差、すなわち、スロットルバルブ２６による吸入空気量（吸気管圧力）の制御代を確保できるようになる。また、この低大気圧時定常特性によれば、高大気圧時定常特性と比べて、より低負荷率側の領域の使用時から、タービン回転数を高い状態とすることができる。

本実施形態では、所定速度よりも低い変化速度で吸入空気量を増加させる要求が出された場合（緩加速要求時）には、大気圧が所定値よりも高いか否かに応じて、使用するスロットルおよびＷＧＶの定常特性が切り替えられる。具体的には、大気圧が上記所定値よりも高い高大気圧（標準状態）下においては、スロットルおよびＷＧＶの高大気圧時定常特性（図３中に破線で示す波形）が選択され、大気圧が上記所定値以下となる低大気圧下においては、スロットルおよびＷＧＶの低大気圧時定常特性（図３中に実線で示す波形）が選択される。そして、上記所定速度よりも低い変化速度で吸入空気量を増加させる要求が出された場合（緩加速要求時）には、選択された高大気圧時または低大気圧時の定常特性を参照して、今回の加速時の目標機関負荷率（目標吸入空気量）に対応する目標スロットル開度および目標ＷＧＶ開度が算出される。そして、これらの目標スロットル開度および目標ＷＧＶ開度が得られるようにスロットルバルブ２６およびＷＧＶ４０が制御される。

一方、本実施形態では、上記所定速度以上の変化速度で吸入空気量を増加させる要求が出された場合（急加速要求時）であって、大気圧が上記所定値以下となる低大気圧下においては、今回の加速時の目標機関負荷率（目標吸入空気量）に対応する値としてスロットルの低大気圧時定常特性を参照して取得されるスロットル開度よりも大きな値として、目標スロットル開度が算出される。また、この場合の目標ＷＧＶ開度は、ＷＧＶの低大気圧時の定常特性を参照して、今回の加速時の目標機関負荷率（目標吸入空気量）に対応する値として算出される。

図４は、上述したスロットルおよびＷＧＶ制御を実現するために、本実施の形態１においてはＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

図４に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０を搭載する車両の状態、およびエンジン状態を示す各種パラメータが検出される（ステップ１００）。具体的には、本ステップ１００では、上記図１中に示した各種センサおよび図示を省略した各種センサを利用して、車両状態に関しては、車速、およびドライバーからの要求情報としてのアクセル開度および変速機（図示省略）のシフトポジションなどが取得される。また、エンジン状態としては、エンジン回転数、吸入空気量、エンジン冷却水温度および圧縮比などが取得される。

次に、大気圧センサ５６を利用して、大気圧が所定値よりも高いか否かが判定される（ステップ１０２）。その結果、大気圧が上記所定値よりも高いと判定された場合、すなわち、例えば、大気圧が標準状態である場合には、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、目標機関負荷率（目標吸入空気量）が算出される（ステップ１０４）。

次に、上記ステップ１０４において算出された目標機関負荷率と、スロットルおよびＷＧＶの高大気圧時定常特性（図３中に破線で示す波形）とを利用して、目標スロットル開度および目標ＷＧＶ開度がそれぞれ算出される（ステップ１０６）。次いで、算出された目標スロットル開度および目標ＷＧＶ開度に従って、スロットルバルブ２６およびＷＧＶ４０がそれぞれ制御される（ステップ１０８）。

一方、上記ステップ１０２において大気圧が上記所定値以下となる低大気圧状態であると判定された場合には、次いで、上記所定速度以上で吸入空気量を増加させる要求があるか否かが判定される（ステップ１１０）。具体的には、本ステップ１１０の判定は、アクセルペダルの踏み込み量および踏み込み速度、並びに変速機のシフトポジション等を総合的に判断して行われる。

上記ステップ１１０の判定が不成立である場合、すなわち、高応答での吸入空気量の増加が要求されていない場合（緩加速要求が出されている場合）には、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、目標機関負荷率（目標吸入空気量）が算出される（ステップ１１２）。

次に、上記ステップ１１２において算出された目標機関負荷率と、スロットルおよびＷＧＶの低大気圧時定常特性（図３中に実線で示す波形）とを利用して、目標スロットル開度および目標ＷＧＶ開度がそれぞれ算出される（ステップ１１４）。次いで、算出された目標スロットル開度および目標ＷＧＶ開度に従って、スロットルバルブ２６およびＷＧＶ４０がそれぞれ制御される（ステップ１１６）。

一方、上記ステップ１１０の判定が成立する場合、すなわち、高応答での吸入空気量の増加が要求されている場合（急加速要求が出されている場合）には、高応答要求に対応する目標スロットル開度および目標ＷＧＶ開度がそれぞれ算出される（ステップ１１８）。具体的には、本ステップ１１８では、今回の高応答要求時の目標機関負荷率を低大気圧時定常特性に代入して算出される値よりも大きな値となるように、目標スロットル開度が算出される。例えば、目標スロットル開度として全開開度が取得される。目標ＷＧＶ開度については、今回の高応答要求時の目標機関負荷率を低大気圧時定常特性に代入することによって算出される。ただし、この場合に取得される目標ＷＧＶ開度は、今回の目標機関負荷率との関係において低大気圧時定常特性上でコンプレッササージに対して余裕がある状態であれば、コンプレッササージを回避し得る最小開度であってもよい。次いで、算出された目標スロットル開度および目標ＷＧＶ開度に従って、スロットルバルブ２６およびＷＧＶ４０がそれぞれ制御される（ステップ１２０）。

以上説明した図４に示すルーチンによれば、大気圧が上記所定値よりも高いか否かに応じて、スロットルおよびＷＧＶの定常特性として、高大気圧時定常特性または低大気圧時定常特性が選択される。そして、低大気圧下において高応答での吸入空気量の増加要求が出されていない場合には、低大気圧時定常特性に従ってスロットル開度およびＷＧＶ開度が制御される。これにより、中負荷率から高負荷率領域において、スロットルバルブ２６による吸入空気量（吸気管圧力）の制御代が確保される。このため、その後に高応答での吸入空気量の増加要求が出された場合に、確保されたスロットルバルブ２６による制御代を利用して吸入空気量を制御することができる。これにより、上記低大気圧時定常特性を有していない場合であれば応答性の低いターボ過給機２２への吸入空気量の制御依存度が高くなる低大気圧下において、相対的に応答性の高いスロットルバルブ２６による吸入空気量の制御によって、中負荷率から高負荷率領域への加速時の吸入空気量の応答性を向上させることができる。

また、上記ルーチンによれば、大気圧が上記所定値よりも高い状態（標準状態など）においては、低大気圧下とは異なり、スロットルバルブ２６による吸入空気量の制御代を確保するための定常特性の設定およびそれを利用した制御は実行されない。低大気圧下における上述した高応答での吸入空気量の増加要求時の制御は、燃費が最適となる動作点から外れる制御である。このため、本実施形態では、このような制御は、吸入空気量の応答性に影響の大きい低大気圧時に限定して実施されるようになっている。このように、本実施形態では、スロットル開度およびＷＧＶ開度を用いた吸入空気量の制御において、燃費最適動作点からの乖離の頻度が小さくなるように考慮されている。

上述した実施の形態１においては、低大気圧下において中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）で使用するスロットル開度は、所定の一定開度ＴＡ１に設定されている。ところで、このような低大気圧下において上記中負荷率領域におけるスロットル開度をより小さくすることで（かつ、それに応じてＷＧＶ開度をより小さくすることで）、スロットル上流圧とスロットル下流圧との差を大きくし、スロットルバルブ２６による吸入空気量の制御代をより大きく確保できるようになる。しかしながら、当該制御代を大きく確保し過ぎることは、吸入空気量の応答性を過剰に確保する結果となるとともに、スロットルバルブ２６を大きく閉じることによる燃費悪化を招くことにもなる。そこで、低大気圧下において上記中負荷率領域で使用するスロットル開度は、低大気圧下における吸入空気量の応答性を過剰に確保しないようにするために、例えば、スロットルバルブ２６の前後の圧力比（圧力降下率）が所定値（好ましくは、現在の大気圧／標準大気圧）で一定となるように、機関負荷率ＫＬ（吸入空気量）が高くなる（多くなる）ほど、大きくなるように設定されていてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、大気圧が上記所定値よりも高いか否かに応じて、高大気圧時定常特性および低大気圧時定常特性という２種類の定常特性を使い分けるようにしている。しかしながら、本発明において低大気圧下において使用される低大気圧時定常特性は、単一の設定によるものに限らない。すなわち、本発明における低大気圧時定常特性は、例えば、低大気圧下において、大気圧が低い場合にはそれが高い場合よりも中負荷率領域におけるスロットル開度がより小さくなるように段階的に変化するものとして設定されたものであってもよく、或いは、低大気圧下において、大気圧がより低いほど中負荷率領域におけるスロットル開度がより小さくなるように連続的に設定されたものであってもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、負荷率領域（ＫＬ５〜ＫＬ３）が本発明における「前記低大気圧時定常特性は、中負荷率領域において前記高大気圧時定常特性と比べて同一の機関負荷率に対応するスロットル開度が小さく設定され」という記載中の「中負荷率領域」に相当する。また、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０２の判定結果に応じて上記ステップ１０６および１１４の処理の一方が択一的に実行されることにより本発明における「定常特性切替手段」が実現され、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０４〜１０８、または上記ステップ１１０〜１１６の処理を実行することにより本発明における「第１スロットル制御手段」が実現され、ＥＣＵ５０が上記ステップ１１０の判定が成立する場合に上記ステップ１１８および１２０の処理を実行することにより本発明における「第２スロットル制御手段」が実現され、そして、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０４〜１０８、または上記ステップ１１８〜１２０の処理を実行することにより本発明における「ＷＧＶ制御手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図５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、前提として、図１に示すハードウェア構成を備え、上述した実施の形態１と同様の制御を実行するものである。そのうえで、本実施形態では、以下に示すようなスロットルバルブ２６の動作速度の規制を必要に応じて行うようにしている。

図５は、低大気圧下において高応答での吸入空気量の増加要求が出された場合に本発明の実施の形態２において実行される制御を説明するためのタイムチャートである。
上述した実施の形態１における低大気圧時の制御によれば、高応答での吸入空気量の増加要求が出された際に、確保されているスロットルバルブ２６による吸入空気量（吸気管圧力）の制御代を利用することで、吸入空気量の応答性の向上を図ることができる。

しかしながら、高応答での吸入空気量の増加要求時にスロットルバルブ２６を開く速度が速すぎると、以下に示すように、吸入空気量の応答速度が逆に悪化してしまう。すなわち、図５（Ｄ）に示すように急加速を要求するアクセルペダルの踏み込みが検知された場合において、図５（Ａ）中に破線で示す目標サージタンク圧（スロットル下流圧）に最速で到達するために、図５（Ｃ）中の細い実線および図５（Ｂ）に示すように、スロットル開度およびＷＧＶ開度を最高の動作速度で制御させると、次のような問題が生ずる。

上記のようにスロットル開度およびＷＧＶ開度をともに最速で動作させた場合には、スロットルバルブ２６を開く速度が速すぎて、タービン回転数が上昇する前にコンプレッサ２２ａの下流の圧縮された空気が吸気され易くなる。その結果、図５（Ａ）中に細い一点鎖線で示すように、加速初期においてコンプレッサ出口圧（≒スロットル上流圧）が下がってしまう。そして、図５（Ａ）中に細い実線で示すように、サージタンク圧（スロットル下流圧）は加速初期においては応答良く立ち上がるが、過給が追いつかないため、その後の圧力上昇が一旦停滞してしまう。このような現象によって、吸入空気量の応答速度が逆に悪化してしまう。

そこで、本実施形態では、低大気圧下において高応答での吸入空気量の増加要求が出された場合には、所定の上限値を超えないようにスロットルバルブ２６の動作速度に制限するようにした。具体的には、スロットルバルブ２６を素早く開くことによる上述したコンプレッサ出口圧の低下を招かないようにするために、図５（Ｃ）中に太い実線で示すようにスロットルバルブ２６の動作速度が制限される。

以上説明した本実施形態の制御によれば、図５（Ａ）中に太い一点鎖線および太い実線で示すように、加速初期におけるコンプレッサ出口圧の低下を招くことなく、吸入空気量の増加要求時に、吸入空気量の応答速度としては最速でコンプレッサ出口圧およびサージタンク圧を目標値に向けて立ち上げていくことができる。

実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
図６は、本発明の実施の形態３において用いられる、負荷率−スロットル定常特性および負荷率−ＷＧＶ定常特性を表した図である。尚、本実施形態のシステムは、図６を参照して後述する点を除き、上述した実施の形態１のシステムと同じであるものとする。

上述した実施の形態１（および２）においては、低大気圧下において中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）で使用するスロットル開度は、所定の一定開度ＴＡ１に設定されている。これに対し、本実施形態では、低大気圧下においてこの中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）で使用するスロットル開度は、図６（Ｃ）中に太い実線で示すように、機関負荷率ＫＬが高くなるほど、小さくなるように設定されている。ここで、図６（Ｃ）におけるスロットル開度の破線の波形と太い実線の波形とが交わるところの機関負荷率ＫＬを「ＫＬ６」と称する。中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）には、負荷率領域（ＫＬ６〜ＫＬ３）が含まれている。

また、これに伴い、ＷＧＶ開度は、図６（Ｂ）中に太い実線で示すように、全負荷時（ＫＬ４）よりも低負荷率側の機関負荷率ＫＬ３において、上述した実施の形態１よりも小さい（閉じ側の）値で、最小開度が得られるように設定されている。より具体的には、上記中負荷率領域におけるＷＧＶ開度は、機関負荷率ＫＬ３の時の最小開度に向けて、機関負荷率ＫＬが高くなるほど、より小さくなるようになっている。そして、当該中負荷率領域よりも高負荷率側の領域では、機関負荷率ＫＬが高くなるほど、ＷＧＶ開度がより大きくなるように設定されている。

以上説明した定常特性の設定によれば、低大気圧下において負荷率領域（ＫＬ６〜ＫＬ３）を含む中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）で使用するスロットル開度が、機関負荷率ＫＬが高くなるほど、小さくなっている。中負荷率領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）は、主としてＷＧＶ開度によって機関負荷率ＫＬ（吸入空気量）が調整される領域である。このため、本実施形態の設定によれば、上述した実施の形態１の設定と比べ、図６（Ａ）に示すように、上記中負荷率領域以上の領域において、スロットルバルブ２６による吸入空気量（吸気管圧力）の制御代を更に大きく確保することができる。これにより、低大気圧下において高応答で吸入空気量を増加する要求が出された際に、吸入空気量の応答性を更に向上させることができる。なお、上述した実施の形態３においては、中負荷領域（ＫＬ１〜ＫＬ３）内の負荷率領域（ＫＬ６〜ＫＬ３）が、本発明における「前記低大気圧時定常特性は、前記中負荷率領域において、機関負荷率が高くなるほどスロットル開度が小さくなるように設定されている」という記載中の「前記中負荷率領域」に相当している。

１０ 内燃機関
１２ 燃焼室
１４ 吸気通路
１６ 排気通路
１８ エアクリーナ
２０ エアフローメータ
２２ ターボ過給機
２２ａ ターボ過給機のコンプレッサ
２２ｂ ターボ過給機のタービン
２４ インタークーラ
２６ スロットルバルブ
２８ スロットル開度センサ
３０ スロットル上流圧センサ
３２ スロットル下流圧センサ
３４ 燃料噴射弁
３６ 点火装置
３８ 排気バイパス通路
４０ ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２ クランク角センサ
５４ 水温センサ
５６ 大気圧センサ
５８ アクセル開度センサ

Claims (3)

1. 吸気通路に配置され、吸入空気を過給するコンプレッサと、排気通路に配置され、排気エネルギーにより作動するタービンとを備えるターボ過給機と、
   前記吸気通路に配置され、吸入空気量を調整するスロットルバルブと、
   前記タービンの上流側において前記排気通路から分岐し、前記タービンの下流側において前記排気通路に再び合流する排気バイパス通路と、
   前記排気バイパス通路を開閉可能なウェイストゲートバルブと、
   定常状態における機関負荷率とスロットル開度との関係を定めた定常特性として、大気圧が所定値よりも高い高大気圧下で使用する高大気圧時定常特性と、大気圧が前記所定値以下となる低大気圧下で使用する低大気圧時定常特性とを有し、大気圧が前記所定値よりも高いか否かに応じて、前記高大気圧時定常特性と前記低大気圧時定常特性との間で前記定常特性を切り替える定常特性切替手段と、
   所定速度よりも低い変化速度で吸入空気量を増加させる要求が出された場合に、前記定常特性切替手段によって選択された前記高大気圧時定常特性または前記低大気圧時定常特性とこの場合の目標機関負荷率とに基づいて得られる目標スロットル開度となるように、スロットル開度を制御する第１スロットル制御手段と、
   前記低大気圧下であって前記所定速度以上の変化速度で吸入空気量を増加させる要求が出された場合に、前記定常特性切替手段によって選択された前記低大気圧時定常特性とこの場合の目標機関負荷率とに基づいて得られる値よりも大きな目標スロットル開度となるように、スロットル開度を制御する第２スロットル制御手段と、
   を備え、
   前記低大気圧時定常特性は、中負荷率領域において前記高大気圧時定常特性と比べて同一の機関負荷率に対応するスロットル開度が小さく設定され、かつ、前記中負荷率領域よりも高負荷率側の領域において全負荷に向けて機関負荷率が高くなるほどスロットル開度が大きくなるように設定されており、
   前記低大気圧時定常特性が使用される状況下において、前記中負荷率領域において前記高大気圧時定常特性と比べて同一の機関負荷率に対応するスロットル開度が小さく制御されることに伴って、前記ウェイストゲートバルブの開度を閉じ側の値に制御するＷＧＶ制御手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記第２スロットル制御手段は、スロットル開度を拡大する際に、所定の上限値を超えないように前記スロットルバルブの動作速度を制限することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記低大気圧時定常特性は、前記中負荷率領域において、機関負荷率が高くなるほどスロットル開度が小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。

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