JP6173523B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエストゲートバルブがその開側ストッパに当接することで不快な衝突音を発生したり、開側へのウエストゲートアクチュエータ駆動電流が大きくなりすぎてウエストゲートアクチュエータが異常過熱することを防止する。【解決手段】電気エネルギーによって駆動されるウエストゲートアクチュエータ３４の操作量を制御することによってウエストゲートバルブ３１を開閉制御する内燃機関の制御装置５０であって、ウエストゲートバルブ３１の開弁位置に相関するウエストゲートアクチュエータ３４の位置情報を検出するポジションセンサ５３が検出したウエストゲートアクチュエータの実位置が制御装置に入力され、制御装置はポジションセンサから入力されたウエストゲートアクチュエータの実位置に基づいてウエストゲートアクチュエータの開側ストッパ位置に至る手前でウエストゲートアクチュエータの開側への操作量を制限する制御を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば車両用のターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置に係わり、特に、電気エネルギーによって駆動されるウエストゲートアクチュエータの操作量を制御することによってウエストゲートバルブを開閉制御する制御装置に関するものである。

従来、内燃機関（以下、エンジンと称す）の出力を向上させること等を目的として、排気ガスでタービンを回転させることによって動作する過給機を搭載したターボチャージャが知られている。

このようなターボチャージャにおいては、エンジンが高回転高負荷で運転された場合に、エンジンの吸気通路の圧力（過給圧）が必要以上に上昇することにより、エンジンを破損させるおそれがあるため、通常、タービンと並列に排気バイパス通路が設けられている。そして、この排気バイパス通路に設けられたウエストゲートバルブによって、排気通路内を流れる排気ガスの一部を、排気バイパス通路へと分流させて、タービンへの排気ガスの流入量を調節し、過給圧を適正値に制御している。

ウエストゲートバルブは、例えば、正圧式アクチュエータの駆動によって開閉動作する。具体的には、エンジンの吸気通路（特に、圧力が上昇するスロットルバルブの上流部）の圧力が大気圧よりも高くなる運転状態のときに、正圧式アクチュエータを駆動することによって、ウエストゲートバルブ開度が調整される仕組みである。

正圧式アクチュエータは、通常、正圧式アクチュエータの駆動が可能となるまでの期間において、ウエストゲートバルブは全閉状態となっている。
なお、以降の説明において、ウエストゲートバルブ（Waste Gate Valve ）をＷＧＶと称し、ＷＧＶを動作させるウエストゲートアクチュエータ（Waste Gate Actuator ）をＷＧＡと称す。
正圧式アクチュエータでは、エンジンの吸気通路の圧力が閾値よりも高くならなければ、ＷＧＶを動作させることができなかった。すなわち、この圧力が閾値以下の場合、ＷＧＶを動作させることができないので、ＷＧＶの開度を変更することができない。

そこで、近年、ＷＧＡを電動化して、エンジンの吸気通路の圧力に依らず、必要に応じて、ＷＧＶを駆動し、ターボチャージャによる過給を自在に制限することを可能とするシステムが提案されている。
しかしながら、このようなシステムにおいては、ＷＧＶの開閉動作が長期に渡って繰り返し実施されることによる経時的な変化、ＷＧＶ開度センサの温度特性、ＷＧＶを構成する構造物の熱膨張、等の影響により、ＷＧＶ開度センサの検出値と真のＷＧＶ開度との間に誤差を生じる。

結果として、ＷＧＶの基準位置（ＷＧＶ開度センサの検出値が０％となるときのＷＧＶの位置）は、ＷＧＶが真に全閉となる位置に対してずれることとなる。そのため、同じ目標開度に制御しても、真のＷＧＶ開度との間にずれを生じ、所望の過給圧に制御できない。あるいは、過給圧が制御目標値に到達しない可能性がある。

特許文献１では、目標開度が全閉となっている状態で実開度が全閉状態に収束したことを判断すると、そのときの開度センサの出力値に基づいて全閉位置の学習を行い、全閉学習値を更新した時点からの温度変化に応じて、センサ出力特性変化に見合う値に全閉学習値を修正することにより、温度条件が変化してもＷＧＶ機構の制御精度を維持させるようにしている。

特開２０１５−５９５４９号公報

ＷＧＶの開閉動作が長期に渡って繰り返し実施されることによる経時的な変化、ＷＧＶ開度センサの温度特性、ＷＧＶを構成する構造物の熱膨張、等の影響により、ＷＧＶ開度センサの検出値と真のＷＧＶ開度との間に誤差を生じることに対して、特許文献１では、全閉位置の学習と温度変化による全閉位置のずれの補正を行っている。これにより全閉学習値と真の全閉位置の誤差の低減を図っているが、全閉位置を学習するためには、ＷＧＶを全閉位置に制御することが必要である。しかし、ＷＧＶを全閉にすると過給圧が上昇してしまうため、運転の仕方によっては、全閉学習を実施できる機会が得られずに学習値が更新されない状況が続くことが考えられる。その場合、真の全閉位置とずれた全閉学習値が記憶されたままとなったり、温度変化に応じて全閉学習値を補正したとしても、温度変化に対する全閉位置の変化量は推定値にすぎず、時間の経過とともにその推定精度は悪化する。

従って、特許文献１においても、全閉学習値を更新する機会が少なかった場合には、真の全閉位置に対して、全閉学習値がずれてしまうことが予想される。そして、全閉学習値が、真の全閉位置よりも開側にずれている状態で、目標開度の要求が全開となった場合、実際の開度が要求開度より開きすぎて、許容値以上の速度でＷＧＡの開側ストッパに当接することで不快な衝突音を発生したり、ＷＧＡの開側ストッパに当接した状態が継続することにより、開側へのＷＧＡ駆動電流が大きくなりすぎてモータが異常過熱するといった新たな課題が発生する。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、ＷＧＡがその開側ストッパに当接することで不快な衝突音を発生したり、開側へのＷＧＡ駆動電流が大きくなりすぎてＷＧＡが異常過熱することを防止する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この発明による内燃機関の制御装置は、電気エネルギーによって駆動されるウエストゲートアクチュエータの操作量を制御することによってウエストゲートバルブを開閉制御する内燃機関の制御装置であって、
前記ウエストゲートバルブの開弁位置に相関する前記ウエストゲートアクチュエータの位置情報を検出するポジションセンサが検出した前記ウエストゲートアクチュエータの実位置が前記制御装置に入力され、
前記制御装置は前記ポジションセンサから入力された前記ウエストゲートアクチュエータの実位置に基づいて前記ウエストゲートアクチュエータの開側ストッパ位置に至る手前で前記ウエストゲートアクチュエータの開側への操作量を制限する制御を行い、
前記ウエストゲートアクチュエータの開側ストッパ位置に至る手前で前記ウエストゲートアクチュエータの開側への駆動を制限する制限判定位置が前記制御装置に設定されており、
前記ポジションセンサで検出した前記実位置が前記制限判定位置以上になると前記制御装置が前記ウエストゲートアクチュエータの開側への操作量を制限値で制限するものである。

この発明による内燃機関の制御装置は、電気エネルギーによって駆動されるウエストゲートアクチュエータの操作量を制御することによってウエストゲートバルブを開閉制御する内燃機関の制御装置であって、
目標開度を演算する目標開度演算部、
前記ウエストゲートアクチュエータの実位置を検出するポジションセンサ、
前記ウエストゲートアクチュエータを駆動して前記ウエストゲートアクチュエータの操作量を制御する駆動部、
前記ポジションセンサで検出した実位置が基準位置にあるときに基準位置を学習する基準位置学習部、
前記ポジションセンサで検出した実位置と前記基準位置学習部で学習した基準位置とに基づいて前記ウエストゲートバルブの実開度を演算する実開度演算部、
前記目標開度と前記実開度とに基づいて前記駆動部に対する要求操作量を演算する要求操作量演算部、
前記要求操作量を制限するための操作量開側制限値を演算する操作量制限値演算部、及び
前記要求操作量を前記操作量開側制限値で制限する操作量制限部、
を備え、
前記ウエストゲートアクチュエータの開側ストッパ位置に至る手前で前記ウエストゲートアクチュエータの開側への駆動を制限する制限判定位置が前記制御装置に設定されており、 前記制限判定位置は、前記基準位置の設計値に基づいて求められる、前記目標開度演算部で演算され得る最大目標開度に相当する位置と前記ウエストゲートアクチュエータの開側制限位置との間に設定されるものである。

この発明による内燃機関の制御装置は、電気エネルギーによって駆動されるウエストゲートアクチュエータの操作量を制御することによってウエストゲートバルブを開閉制御する内燃機関の制御装置であって、前記ウエストゲートバルブの開弁位置に相関する前記ウエストゲートアクチュエータの位置情報を検出するポジションセンサが検出した前記ウエストゲートアクチュエータの実位置が前記制御装置に入力され、前記制御装置は前記ポジションセンサから入力された前記ウエストゲートアクチュエータの実位置に基づいて前記ウエストゲートアクチュエータの開側ストッパ位置に至る手前で前記ウエストゲートアクチュエータの開側への操作量を制限する制御を行い、前記ウエストゲートアクチュエータの開側ストッパ位置に至る手前で前記ウエストゲートアクチュエータの開側への駆動を制限する制限判定位置が前記制御装置に設定されており、前記ポジションセンサで検出した前記実位置が前記制限判定位置以上になると前記制御装置が前記ウエストゲートアクチュエータの開側への操作量を制限値で制限するので、前記ウエストゲートアクチュエータがその開側ストッパに当接することで不快な衝突音を発生したり、開側へのウエストゲートアクチュエータ駆動電流が大きくなりすぎてウエストゲートアクチュエータが異常過熱することを防止することができる。

全閉学習値が真のＷＧＶ全閉位置と一致している場合には、最大目標開度に向かってＷＧＡをフィードバック制御で駆動したとしても、実開度が目標開度に接近するほど実開度の速度が減速されることや、制御上の全開位置はＷＧＡの開側ストッパ位置よりも小さい開度に設定されていることにより、衝突限界速度を超過する速度でＷＧＡが開側ストッパ位置に当接することはない。ところが、全閉学習値が真の全閉位置よりも開側にずれている場合には、最大目標開度に相当する位置が開側ストッパよりも開側の位置になってしまうことがあり、そのような状態で、最大目標開度に向かってＷＧＡをフィードバック制御で駆動すると、衝突限界速度を超過した速度で開側ストッパ位置に当接する可能性がある。

また、この発明による内燃機関の制御装置の請求項３によれば、目標開度と実開度とに基づいて演算した要求操作量を、操作量開側制限値を用いて制限することにより、開側ストッパに向かって動作しようとするＷＧＡの動作速度を衝突限界速度以下に減速させるとこができるため、衝突限界速度を超過した速度でＷＧＡが開側ストッパに衝突して不快な衝突音を発することが回避できる。

また、請求項４によれば、操作量開側制限値はポジションセンサで検出する実位置を制限判定位置と比較して制限有効値と無効値の切り替えを行い、制限判定位置は、全閉位置の設計値に基づいて求めた最大目標開度に相当する位置からＷＧＡの開側ストッパ位置までの間に設定することにより、ＷＧＡ操作量は必要なときのみ制限値で制限できる。
また、ポジションセンサで検出する実位置を制限判定位置と比較することにより、ＷＧＡの開側ストッパ位置から一定の開度偏差に到達した時点で制限値を設定することができる。

また、有効値に設定される操作量開側制限値は、開側ストッパ位置に向かおうとするＷＧＡを失速もしくは停止させることができる値に設定することにより、ＷＧＡの開側ストッパ位置に当接することを回避でき、ＷＧＡが開側ストッパ位置に当接したときの不快音の発生を防止し、また、ＷＧＡが開側ストッパ位置に当接した状態が継続することでＷＧＡの操作量が過大となってＷＧＡのモータが異常過熱することが防止できる。

この発明の実施の形態１によるエンジンの制御装置が適用されるエンジンのシステム構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１によるエンジンの制御装置が適用されるエンジンにおける、ＷＧＶとＷＧＡの機械的な接続状態の一例を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１によるエンジンの制御装置の一例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による目標過給圧を決定するためのマップの一例を示す図である。 この発明の実施の形態１によるＷＧＡの開度位置とポジションセンサ出力値との関係の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１によるエンジンの制御装置の動作の一例を説明するためのフローチャート図である。 この発明の実施の形態１によるＷＧＶの目標開度と実開度及びＷＧＡ操作量の動作の一例を示すタイムチャート図である。 従来技術によるＷＧＶの目標開度と実開度及びＷＧＡ操作量の動作の一例を示すタイムチャート図である。 この発明の実施の形態１によるＷＧＶの目標開度と実開度及びＷＧＡ操作量の動作の一例を示すタイムチャート図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるエンジンの制御装置が適用されるエンジンのシステム構成図である。図１において、エンジン１０の吸気通路１１の入口には、エアクリーナ１２が取り付けられている。エアクリーナ１２の下流側には、吸入空気量を検出するためのエアーフローセンサ５１が設けられている。

エアーフローセンサ５１の下流側には、ターボチャージャ２０が設けられている。ターボチャージャ２０は、コンプレッサ２０１とタービン２０２とを備えている。コンプレッサ２０１とタービン２０２とは、連結軸によって一体に連結されている。コンプレッサ２０１は、タービン２０２に入力される排気ガスの流体エネルギーによって回転駆動される。そして、コンプレッサ２０１の更に下流側には、圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ１３が配置されている。インタークーラ１３の更に下流側には、スロットルバルブ１４が配置されている。なお、インタークーラ１３とスロットルバルブ１４の間には、ターボチャージャ２０によって過給された吸入空気の圧力を検出するための過給圧センサ５２が設けられている。

又、エンジン１０の排気系は、排気通路１５を備えている。排気通路１５の途中には、前述したターボチャージャ２０のタービン２０２が設けられている。また、排気通路１５には、タービン２０２をバイパスしてタービン２０２の入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路３０が設けられている。排気バイパス通路３０には、排気バイパス弁としてのＷＧＶ３１が配置されている。また、タービン２０２の下流側には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒１６が配置されている。

排気バイパス通路３０に配置されているＷＧＶ３１は、ジョイント部材３２の一端に機械的に接続されている。ジョイント部材３２の他端は、排気バイパス弁駆動装置としてのＷＧＡ３４の出力軸３３に機械的に接続されている。そして、ＷＧＡ３４の出力軸３３の近傍には、ＷＧＶ３１の開弁位置に相関する位置情報を検出するためのポジションセンサ５３が備えられている。なお、この実施の形態ではポジションセンサ５３は、ＷＧＡ３４とは別体に構成されているが、ＷＧＡ３４に内蔵されていてもよい。

この発明の実施の形態１によるエンジンの制御装置は、制御装置５０を備えている。制御装置５０の入力部には、前述したエアーフローセンサ５１、過給圧センサ５２、ポジションセンサ５３のほか、クランク角センサやアクセル開度センサ（図示せず）といった種々のセンサ類が、エンジン１０の運転状態を制御装置５０で検出するために接続されている。制御装置５０の出力部には、ＷＧＡ３４のほか、インジェクタや点火コイル（図示せず）といった種々のアクチュエータが、エンジン１０の運転状態を制御装置５０で制御するために接続されている。制御装置５０は、前述の各種入力情報に基づいて、前述の各種アクチュエータを駆動することにより、エンジン１０の燃焼状態や出力トルクを最適に制御する。

次に、ＷＧＶ３１とＷＧＡ３４との機械的接続状態について詳細に説明する。図２は、この発明の実施の形態１によるエンジンの制御装置が適用されるエンジンにおける、ＷＧＶ３１とＷＧＡ３４の機械的な接続状態を説明するための模式図である。図２において、ＷＧＶ３１とＷＧＡ３４は、直接、接続されておらず、ジョイント部材３２を介して接続されている。より詳細には、ＷＧＡ出力軸３３の先端部に形成された環状のＷＧＡ出力軸係合部３３１と、ジョイント部材３２の一端に形成された環状の第１のジョイント部材係合部３２１とは、互いに内側を貫通し合うことで搖動自在に係合している。ＷＧＶ３１に設けられた貫通穴を有するＷＧＶ係合部３１１と、ジョイント部材３２の他端に形成された環状の第２のジョイント部材係合部３２２とは、第２のジョイント部材係合部３２２がＷＧＶ係合部３１１の貫通穴を貫通することで搖動自在に係合している。

ＷＧＶ３１は、排気通路１５内に配置されているため、エンジン１０から排出された排気ガスにさらされて数百度の高温状態になる。従って、モータ等の電子部品を内蔵したＷＧＡ３４の耐熱性を考慮すると、ＷＧＡ３４をＷＧＶ３１に近接して配置することができないため、ＷＧＶ３１とＷＧＡ３４の間にジョイント部材３２を介在させ、ＷＧＡ３４が高温になり過ぎないようにしている。又、ジョイント部材３２を介してＷＧＡ３４とＷＧＶ３１とを機械的に接続することにより、ＷＧＡ３４の車両への搭載位置の自由度が増してレイアウトがしやすくなることもジョイント部材３２を介在させる理由の１つである。

ＷＧＡ３４には、正転および逆転可能なモータが内蔵されており、又、このモータの回転運動を直線運動に変換して出力するＷＧＡ出力軸３３を有している。このＷＧＡ出力軸３３は、モータの通電方向に応じて軸方向に移動可能となっており、ＷＧＡ出力軸３３をＷＧＡ３４の外側に押し出す方向にモータを通電すれば、ジョイント部材３２を介して開弁側（図２の矢印Ａの方向）へＷＧＶ３１を移動させることができる。これとは逆に、ＷＧＡ出力軸３３をＷＧＡ３４の内側に引き込む方向にモータを通電すれば、ジョイント部材３２を介して閉弁側（図２の矢印Ｂの方向）へＷＧＶ３１を移動させることができる。また、モータの通電をゼロにすることで、排気ガス流等の外乱がない状態においては、閉弁側にも開弁側にも移動せずに停止させることができる。

又、ＷＧＡ出力軸３３の側部の近傍には、ポジションセンサ５３が備えられており、このポジションセンサ５３によって検出されるＷＧＡ出力軸３３の軸方向位置が、ＷＧＶ３１の作動位置、つまりＷＧＶ３１の開弁位置もしくは閉弁位置、またはそれらの間の任意の中間位置として図１の制御装置５０に取り込まれるように構成されている。

図３は、この発明の実施の形態１によるエンジンの制御装置５０の内部構成の一例を示すブロック図である。図３に基づいて、先ず、ＷＧＶ３１の基本制御に関連する構成と動作について説明する。
制御装置５０は前述した各種センサの検出結果に基づいて、エンジン１０の統括制御を行う。その内部にはＷＧＶ３１の制御部として、目標過給圧演算部５０１、機関要求目標開度演算部５０２、基準位置学習部５０３、実開度演算部５０４、ＷＧＡ操作量演算部５０５、ＷＧＡ操作量制限値演算部５０６、ＷＧＡ駆動部５０７、ＷＧＡ要求操作量演算部５０８、ＷＧＡ操作量制限部５０９を有する。

目標過給圧演算部５０１には、クランク角センサにより検出したクランク角をもとに演算したエンジン回転速度、アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度等のエンジン１０の運転状態を示す複数の情報が入力され、それらの入力された機関運転状態の情報に基づいて、目標過給圧演算部５０１は目標過給圧Ｓｐ（制御目標値）を設定する。

ここで、目標過給圧演算部５０１が目標過給圧Ｓｐを算出する方法の一例について、図４を参照しながら具体的に説明する。図４は、目標過給圧を決定するためのマップの一例を示した図である。なお、図４に示したマップにおいては、目標過給圧の単位を［ｋＰａ］としている。

図４に示すように、目標過給圧マップは、エンジン回転速度［ｒ／ｍｉｎ］と、アクセル開度［％］と、目標過給圧［ｋＰａ］とが関連付けられている。目標過給圧演算部５０１では、このマップに従って、エンジン回転速度と、アクセル開度に対応した目標過給圧を決定する。

具体的には、例えば、エンジン回転速度が２０００［ｒ／ｍｉｎ］であり、かつアクセル開度が５０［％］である場合を想定する。このような運転状態の場合、目標過給圧演算部５０１は、このマップに従って目標過給圧を１４０［ｋＰａ］に決定する。なお、目標過給圧演算部５０１は、図４のような目標過給圧マップを用いず、例えば、あらかじめ規定した物理モデルに従って、計算で目標過給圧を求めるようにしてもよい。

機関要求目標開度演算部５０２では、目標過給圧演算部５０１で演算された目標過給圧Ｓｐと実過給圧Ｐｐとが入力され、実過給圧Ｐｐを目標過給圧Ｓｐに一致させるために必要な機関要求目標開度Ｓｖを演算する。なお、実過給圧Ｐｐは過給圧センサ５２の出力である。また、機関要求目標開度Ｓｖは機関が要求するＷＧＶ３１の目標開度である。

基準位置学習部５０３は、ＷＧＶ３１が排気バイパス通路３０を完全に塞ぐ作動位置にあるときのＷＧＶの全閉位置である全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎをポジションセンサ５３で検出した実位置Ｖｓより演算する。全閉位置は、ＷＧＶ３１の開度が全閉状態でなければ演算できないため、ＷＧＶが初めて全閉状態に制御されて、全閉位置の学習が完了するまでは、あらかじめ決められた初期値が設定される。

実開度演算部５０４では、ポジションセンサ５３で検出した実位置Ｖｓが入力され、基準位置学習部５０３で演算した全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎを基準とするＷＧＶ３１の実開度Ｐｖを演算する。

ＷＧＡ操作量演算部５０５内にあるＷＧＡ要求操作量演算部５０８では、機関要求目標開度演算部５０２にて演算された機関要求目標開度Ｓｖと実開度演算部５０４にて演算された実開度Ｐｖとに基づくフィードバック制御により実開度Ｐｖを機関要求目標開度Ｓｖに一致させるために必要なＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍを演算し、ＷＧＡ操作量制限部５０９では、ＷＧＡ操作量制限値演算部５０６（後述）にて演算されたＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔとの小さいもの取りを行ない、ＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔで制限されたＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔを、ＷＧＡ駆動部５０７（後述）に出力する。

ＷＧＡ操作量制限値演算部５０６では、ポジションセンサ５３で検出した実位置Ｖｓが入力され、実位置Ｖｓが制限判定位置以上である場合には制限値を設定し、実位置Ｖｓが制限判定位置未満の場合には制限値を無効化し、ＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔとしてＷＧＡ操作量演算部５０５に出力する。

ＷＧＡ駆動部５０７では、ＷＧＡ操作量演算部５０５からのＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔが入力され、その情報に基づいてＷＧＡ３４を駆動する操作量Ｍｖを出力する。

図５は、ＷＧＡ出力軸３３の軸方向位置とポジションセンサ５３で検出する実位置Ｖｓの関係を示すものである。
軸方向位置が０ｍｍの位置は、ＷＧＶ３１が排気バイパス通路を完全に塞ぐ位置に当接する位置であり、この位置でのポジションセンサ５３の出力電圧の設計値が１．５Ｖであるため、ＷＧＡ３４は、ＷＧＶ３１が排気バイパス通路を完全に塞ぐ位置にした状態のときに、その実位置Ｖｓが１．５Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）になるように調整されて、エンジンに組み付けられる。

軸方向位置が−３ｍｍの位置は、ＷＧＡ３４の内部の閉側ストッパに当接する位置であり、実位置Ｖｓは０．５Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）になるが、ＷＧＶ３１を閉弁側に動かしたときは、ＷＧＶの方が先に全閉位置に当接するため、ＷＧＡ内部の閉側ストッパが当接することはない。
軸方向位置が７．５ｍｍの位置は、制御上で目標開度として設定するＷＧＡ３４の開側上限位置である。機関要求目標開度演算部５０２で演算する目標開度Ｓｖは最小値０％から最大値１００％で設定されるため、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎがＷＧＶ３１の真の全閉位置と一致している場合では、ＷＧＡの軸方向位置が、１．５Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）のときの開度は０％、４Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）のときの開度は１００％として取り扱われる。

そして、軸方向位置が９ｍｍの位置は実位置Ｖｓが４．５Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）であり、ＷＧＡ３４がＷＧＡ内部の開側ストッパに当接する位置である。通常制御の中では開側ストッパ位置に当接しない、もしくは、開側ストッパ位置に当接するとしても衝突限界速度以下の速度で当接するように制御しているが、全閉学習値が真の全閉位置よりも開側にずれている場合においては、衝突限界速度を超過した速度で当接する可能性があるため、図６に示す方法で衝突限界速度でのＷＧＡ開側ストッパへの衝突を回避する。
なお、ＷＧＶ３１の開側の当接位置は、ＷＧＡ３４の開側ストッパ位置よりも開側に設計されているため、ＷＧＡ３４を閉側から開側に動かしても、ＷＧＶ３１が開側当接位置に達するよりも前にＷＧＡ３４が開側ストッパ位置に当接するため、ＷＧＶ３１が開側当接位置に達することはない。

次に、この発明の実施の形態によるエンジンの制御装置の動作を、フローチャートに従って説明する。図６は、この発明の実施の形態１によるエンジンの制御装置の動作を説明するためのフローチャートであり、所定の制御周期で繰り返し実行される。
図６において、ステップＳ１０１では、ポジションセンサ５３の出力電圧値を実位置Ｖｓとして読み込む。
ステップＳ１０２では、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎを演算するサブルーチンにジャンプする。サブルーチン内では目標開度Ｓｖが全閉位置にあり、ＷＧＶが全閉位置に当接することで実位置Ｖｓが安定状態にあるかを判定した上で、安定していると判断した場合には全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎに実位置Ｖｓを代入する。全閉位置で安定しているときの実位置Ｖｓの平均値を代入しても良い。

全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎに実位置Ｖｓおよび実位置Ｖｓの平均値を代入する際は、実位置Ｖｓおよび実位置Ｖｓの平均値が全閉学習上限値よりも開側の位置である場合は全閉学習上限値を全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎに代入し、実位置Ｖｓおよび実位置Ｖｓの平均値が全閉学習下限値よりも閉側の位置である場合は全閉学習下限値を全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎに代入する。
全閉学習上限値と全閉学習下限値は、ポジションセンサ５３の出力ばらつき、ＷＧＡ３４の組み付けばらつき、ＷＧＶ３１の温度変化等があっても取り得る範囲の極限値があらかじめ設定されており、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎの更新範囲を全閉学習下限値から全閉学習上限値の範囲に制限することで、誤学習が防止される。
また、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎは制御装置５０の電源が投入された直後には、初期化処理ルーチンであらかじめ設定した設計値が初期値として設定される。
ステップＳ１０２を実行する中で全閉学習値の更新条件が成立すると、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎは初期値もしくは過去に学習した値から新たに学習した値に更新される。

ステップＳ１０３では、実開度Ｐｖを以下の式で演算する。
Ｐｖ ＝ （Ｖｓ − Ｐｖ_ｌｒｎ） ／ ２．５ × １００ ・・・ 式１
実位置Ｖｓから全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎを減算した値、すなわち全閉学習値からの変化量を制御上の最大変化量（２．５Ｖ＝全開値（４．０Ｖ）−全閉値（１．５Ｖ））で除算して１００％を乗算することで全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎを全閉値０％とし、全開値を１００％とする実開度Ｐｖを算出する。

ステップＳ１０４では、ＷＧＶ３１の目標開度Ｓｖを演算するサブルーチンにジャンプし、図４のマップから求めた目標過給圧Ｓｐに実過給圧Ｐｐを一致させるための目標開度Ｓｖを演算する。

ステップＳ１０５では、実位置Ｖｓが４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）以上であるかを判定する。
ステップＳ１０５で実位置Ｖｓが４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）以上のときは、ステップＳ１０６に移行してＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔに０％を設定する。
ステップＳ１０５で実位置Ｖｓが４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）未満のときは、ステップＳ１０７に移行してＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔに１００％を設定する。

制限判定位置は、全閉位置の設計値１．５Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）に基づいて求めた、最大目標開度１００％に対応する位置４Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）より開側の位置４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）に設定しておくことにより、目標開度Ｓｖが、最大開度である１００％のときに、実開度Ｐｖが目標開度Ｓｖよりも閉側にあるときに実開度Ｐｖが目標開度Ｓｖに追従できなくなることを回避できる。
また、制限判定位置４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）は、開側ストッパ位置である４．５Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）よりも閉側に設定することにより、実開度ＰｖがＷＧＡ３４の開側ストッパ位置に衝突限界速度を超過する速度で当接することを回避できる。

ＷＧＶ３１の熱膨張やＷＧＶ３１と排気バイパス通路３０の当接箇所の摩耗等よってＷＧＶ３１の全閉位置が変化しても、ＷＧＡ３４の開側ストッパ位置は変化しない。実位置Ｖｓを制限判定位置（４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧））と比較してＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔを設定するようにしているため、全閉学習値が変化してもＷＧＡ３４の開側ストッパから一定の閉側偏差分の開度位置に到達したときにＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔを設定できるため、ＷＧＡ３４の開側ストッパに許容限界速度を超過して当接することが回避される。

ステップＳ１０８では、ＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍを演算するサブルーチンにジャンプする。実開度Ｐｖと目標開度Ｓｖの偏差によるフィードバック制御を行って、実開度Ｐｖを目標開度Ｓｖに追従させるのに必要なＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍを演算する。ＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍはＤｕｔｙ値であり、開側動作させる場合はプラス値、閉側動作させる場合はマイナス値が算出される。ＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍの最大値は１００％、最小値は−１００％となる。ＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍ０％ではＷＧＶ３１に外乱がない状態ではＷＧＶ開度位置に関係なく停止する。

ステップＳ１０９では、ＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔを以下の式で演算する。
Ｄ_ｏｕｔ ＝ ｍｉｎ（Ｄ_ｄｅｍ、Ｐｖ_ｌｍｔ） ・・・ 式２
ＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍとＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔのうち値の小さい方をＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔとする。
ＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍがＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔ以上の場合は、ＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔをＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔとし、ＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍがＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔよりも小さい場合は、ＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍをＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔとする。

図７と図９は、図６のフローチャートを実行した場合の動作を示すタイムチャートである。
図８は、ＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔで制限しない場合の動作を示すタイムチャートである。
図７、図８、図９において、上から１段目のグラフに掲載している目標位置は、上から２段目のグラフに掲載している目標開度Ｓｖの％値を全閉位置の設計値である１．５Ｖを用いて電圧値に変換したものであり、図３のブロック図と図６のフローチャート図には記載していない。

図７は全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎがＷＧＶ３１の真の全閉位置と一致している場合の動作であり、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎは図５に示すＷＧＶ全閉位置である１．５Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）である。時点Ａ以前（図７のＡより左側）は目標開度Ｓｖが２０％となる過給圧に制御されている。このときの実位置Ｖｓは２Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）であり、実位置Ｖｓから式１で変換された実開度Ｐｖが、目標開度Ｓｖに一致するようにフィードバック制御されている。
時点Ａで目標開度Ｓｖが２０％から１００％に変化するとフィードバック制御により実開度Ｐｖが目標開度Ｓｖに追従を開始する。時点Ｂでは実開度Ｐｖが目標開度Ｓｖを超過し、実位置Ｖｓが制限判定位置４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）を超過するのでＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔが１００％から０％に変化する。実開度Ｐｖが目標開度Ｓｖよりも開側にオーバーシュートしているため、フィードバック制御によりＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔはマイナス値となっており、ＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔで制限されることはなく実開度Ｐｖと目標開度Ｓｖからフィードバック制御により求めたＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍがＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔとなってＷＧＶ駆動部に送られる。
時点Ｃでフィードバック制御により実開度Ｐｖが目標開度Ｓｖに収束していき、実位置Ｖｓが制限判定位置４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）未満となったため、ＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔは０％から１００％に変更される。
このように全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎがＷＧＶ３１の真の全閉位置と一致する場合は、実位置Ｖｓが制限判定位置を超過しても実開度Ｐｖが目標開度Ｓｖよりも開側にあり、フィードバック制御により実開度Ｐｖと目標開度Ｓｖの偏差に応じたＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍが、ＷＧＶ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔに制限されることなくＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔに設定されるため、実開度Ｐｖは目標開度Ｓｖに速やかに収束する。

図８は、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎを学習してから時間の経過とともに温度条件や運転条件が変化して全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎを学習した時点よりも真の全閉位置が閉側に変化し、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎが真の全閉位置よりも開側の位置にあるとともに、ＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔが設定されておらず、ＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔが制限されない場合の動作であり、従来技術相当の動作となるものである。
時点Ａ以前（図８のＡより左側）は目標開度Ｓｖが２０％となる過給圧に制御されている。実位置Ｖｓは２．８Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）であり、実位置Ｖｓから式１で変換された実開度Ｐｖが、目標開度Ｓｖに一致するようにフィードバック制御されている。
時点Ａで目標開度Ｓｖが２０％から１００％に変化するとフィードバック制御により実開度Ｐｖが目標開度Ｓｖに追従を開始する。時点Ｄでは、ＷＧＡ３４の開側ストッパ位置に当接し、実位置Ｖｓは４．５Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）となってそれ以上開側に動作できない状態となる。そのときの実開度Ｐｖは８８％であり目標開度Ｓｖの１００％に到達していないため、時点Ｄ以降はフィードバック制御によりＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔは更に増加して、電動式ＷＧＡ３４の発熱量が増加する。

図９は、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎを学習してから時間の経過とともに温度条件や運転条件が変化して全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎを学習した時点よりも真の全閉位置が閉側に変化し、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎが真の全閉位置よりも開側の位置にあるが、ＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔは制限可能な値が設定されておりＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔが制限される場合の動作である。
時点Ａで目標開度Ｓｖが２０％から１００％に変化するとフィードバック制御により実開度Ｐｖが目標開度Ｓｖに追従を開始する。時点Ｅでは、実位置Ｖｓが制限判定位置４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）を超過するのでＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔが１００％から０％に変化する。実開度Ｐｖは目標開度Ｓｖよりも閉側にあるためフィードバック制御によりＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍはプラス値を演算するが、ＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔで制限されるためＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔは０％に制限される。その結果、実位置ＶｓはＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔ付近の概ね４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）で停止しＷＧＡ３４の開側ストッパ位置に当接することが防止される。
実開度Ｐｖは目標開度Ｓｖよりも閉側にあるためフィードバック制御によりＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍは時間の経過とともに増加していくが、ＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔによりＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔは０％に制限されているため、ＷＧＡのモータが異常過熱することが防止される。

実位置Ｖｓが制限判定位置４．１Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）以上となったときに設定されるＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔの０％は、０％に限るものではない。ＷＧＡ３４はフリクションにより０％からプラスマイナス十数％程度までの幅内では停止状態を維持するため、停止状態が維持できる範囲内であれば０％プラスマイナス十数％の範囲内で設定しても良い。

このように請求項４に記載の構成によれば、実位置Ｖｓが所定位置以上のときに、ＷＧＡ要求操作量Ｄ_ｄｅｍをＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔで制限した値をＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔとして制御することで、全閉学習値Ｐｖ_ｌｒｎが未更新の状態等でＷＧＶ３１の真の全閉位置よりも開側を示している場合においても、ＷＧＡ開側ストッパ位置に許容速度以下で当接させるもしくはＷＧＡ開側ストッパに当接させないようにすることができるため、当接時の不快な衝突音を回避することが可能となる

また、このように請求項５に記載の構成によれば、制限判定位置４．１Ｖは目標開度の上限設定値１００％相当である４．０Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）よりも大きく、ＷＧＡ開側ストッパ位置４．５Ｖ（ポジションセンサ５３の出力電圧）よりも小さい範囲の値に設定しているため、ＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔの制限が必要なときにはＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔで制限し、ＷＧＡ操作量Ｄ_ｏｕｔの制限が必要ないときにはＷＧＡ操作量最大制限値Ｐｖ_ｌｍｔで制限されないようにすることができる。
また、ポジションセンサで検出する実位置を制限判定位置と比較することで、ＷＧＡの開側ストッパ位置から一定の開度偏差に到達した時点で制限値を設定することができる。

また、このように請求項６に記載の構成によれば、有効値に設定される操作量開側制限値は、ＷＧＡ３４が開側に動作することを失速、停止することができる値に設定することで、ＷＧＡ３４の開側ストッパ位置に当接する前にＷＧＡ３４の開側動作を停止させることができるため、ＷＧＡ３４が開側ストッパ位置に当接した状態でＷＧＡの操作量が過大となり、モータが異常過熱することを防止できる。

本実施の形態１では、ウエストゲートバルブにおける排気バイパス弁の制御装置とその制御方法について説明したが、例えばＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）弁などの電気エネルギーによって駆動される部材を有した弁にも適用可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、一部省略することができる。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。

１０ エンジン、 １１ 吸気通路、 １２ エアクリーナ、
１３ インタークーラ、 １４ スロットルバルブ 、 １５ 排気通路、
１６ 排気浄化触媒、 ２０ ターボチャージャ、 ２０１ コンプレッサ、 ２０２ タービン、 ３０ 排気バイパス通路、
３１ ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）、 ３２ ジョイント部材、 ３３ ＷＧＡ出力軸、
３４ ウエストゲートアクチュエータ（ＷＧＡ）、 ５０ 制御装置、
５１ エアーフローセンサ、
５２ 過給圧センサ、 ５３ ポジションセンサ、 ３１１ ＷＧＶ係合部、
３３１ ＷＧＡ出力軸係合部、 ３２１ 第１のジョイント部材係合部、
３２２ 第２のジョイント部材係合部、 ５０１ 目標過給圧演算部、
５０２ 機関要求目標開度演算部、 ５０３ 基準位置学習部、
５０４ 実開度演算部、 ５０５ ＷＧＡ操作量演算部、
５０６ ＷＧＡ操作量制限値演算部、 ５０７ ＷＧＡ駆動部、
５０８ ＷＧＡ要求操作量演算部、 ５０９ ＷＧＡ操作量制限部

Claims (4)

1. 電気エネルギーによって駆動されるウエストゲートアクチュエータの操作量を制御する
   ことによってウエストゲートバルブを開閉制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記ウエストゲートバルブの開弁位置に相関する前記ウエストゲートアクチュエータの位置情報を検出するポジションセンサが検出した前記ウエストゲートアクチュエータの実位置が前記制御装置に入力され、
   前記制御装置は前記ポジションセンサから入力された前記ウエストゲートアクチュエータの実位置に基づいて前記ウエストゲートアクチュエータの開側ストッパ位置に至る手前で前記ウエストゲートアクチュエータの開側への操作量を制限する制御を行い、
   前記ウエストゲートアクチュエータの開側ストッパ位置に至る手前で前記ウエストゲートアクチュエータの開側への駆動を制限する制限判定位置が前記制御装置に設定されており、
   前記ポジションセンサで検出した前記実位置が前記制限判定位置以上になると前記制御装置が前記ウエストゲートアクチュエータの開側への操作量を制限値で制限する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制限判定位置は、前記ウエストゲートバルブの全閉位置の設計値に基づいて求められる最大目標開度に相当する位置と前記ウエストゲートアクチュエータの開側ストッパ位置との間に設定されている
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 電気エネルギーによって駆動されるウエストゲートアクチュエータの操作量を制御することによってウエストゲートバルブを開閉制御する内燃機関の制御装置であって、
   目標開度を演算する目標開度演算部、
   前記ウエストゲートアクチュエータの実位置を検出するポジションセンサ、
   前記ウエストゲートアクチュエータを駆動して前記ウエストゲートアクチュエータの操作量を制御する駆動部、
   前記ポジションセンサで検出した実位置が基準位置にあるときに基準位置を学習する基準位置学習部、
   前記ポジションセンサで検出した実位置と前記基準位置学習部で学習した基準位置とに基づいて前記ウエストゲートバルブの実開度を演算する実開度演算部、
   前記目標開度と前記実開度とに基づいて前記駆動部に対する要求操作量を演算する要求操作量演算部、
   前記要求操作量を制限するための操作量開側制限値を演算する操作量制限値演算部、及び
   前記要求操作量を前記操作量開側制限値で制限する操作量制限部、
   を備え、
   前記ウエストゲートアクチュエータの開側ストッパ位置に至る手前で前記ウエストゲートアクチュエータの開側への駆動を制限する制限判定位置が前記制御装置に設定されており、
   前記制限判定位置は、前記基準位置の設計値に基づいて求められる、前記目標開度演算部で演算され得る最大目標開度に相当する位置と前記ウエストゲートアクチュエータの開側制限位置との間に設定される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記操作量制限値演算部で演算される操作量開側制限値は、前記ポジションセンサで検出した実位置と制限判定位置とを比較して制限有効値と無効値の切り替えを行い、
   前記操作量制限値演算部で演算される前記操作量開側制限値の制限有効値は、前記ウエストゲートアクチュエータが前記制限判定位置よりも開側へ動こうとするときの動作速度を失速もしくは停止させることが可能な値に設定される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images