JP6179240B2 - エンジンの過給制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路上に介装されたウェストゲートバルブの開度を電動アクチュエーターで制御する過給システムを具備したエンジンの過給制御装置に関する。

従来、エンジンの排気圧を利用する過給システムを備えたエンジンにおいて、排気通路上に介装される過給用タービンを迂回するための迂回路にウェストゲートバルブ（開閉弁）を設け、過給状態に応じてその開閉状態を制御する技術が知られている。すなわち、過給の有無に応じてウェストゲートバルブを開閉することで、過給用タービンの回転速度を制御するものである。近年では、電動アクチュエーターを利用してウェストゲート開度を制御する電動式のウェストゲートバルブが開発されている。

電動アクチュエーターには、通電により回転出力を発生させる電動機（例えば、ＤＣモーター）が内蔵される。電動機では、供給される電流の大きさに応じた回転動力が発生し、例えばウォームギヤやラック・ピニオン機構，リンク機構等を介して、回転動力がウェストゲートバルブの弁体の駆動力に変換される。これにより、電動機の作動量に応じたウェストゲート開度が実現される。

ところで、従来の電動アクチュエーターを備えたウェストゲートバルブには、所定のウェストゲート開度を維持するためのリターンスプリングが内蔵される。一般的なリターンスプリングは、ウェストゲートバルブの弁体を閉鎖方向又は開放方向の何れか一方向へと付勢するように設けられる。これにより、電動アクチュエーターが通電されていない状態であっても、リターンスプリングの付勢力によってウェストゲート開度が全閉又は全開状態に維持される（例えば、特許文献１参照）。

特開2012-062803号公報

しかしながら、電動アクチュエーターの作動時には、リターンスプリングの付勢力が電動アクチュエーターに対する負荷として作用する。例えば、ウェストゲートバルブの弁体を閉鎖方向に付勢するリターンスプリングが設けられている場合、リターンスプリングの付勢力は、ウェストゲート開度を開放方向に制御する際の負荷となる。このような負荷は、ウェストゲート開度の迅速な変更を阻害し、ウェストゲートバルブの制御性を損ない、延いては過給圧の制御性を低下させる要因の一つとなる。

一方、電動アクチュエーターへの負荷を軽減すべく、ウェストゲートバルブからリターンスプリングを取り除くことも考えられる。しかしこの場合、ウェストゲートバルブの弁体が排気圧力に押されて移動しやすくなる。したがって、所望のウェストゲート開度を維持することが困難となり、ウェストゲートバルブの制御性が低下する。

なお、例えばウェストゲートバルブが全閉状態であるときに、弁体に対して常に閉鎖方向への大きな力が作用するように電動アクチュエーターの電動機を駆動すれば、その開度（全閉状態）を維持することは可能である。しかし、弁体に作用させる力が増大するほど電動機の駆動電力が増加し、電力消費量が嵩むという課題が生じる。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、ウェストゲートアクチュエーターの電力消費を抑制しつつ、ウェストゲートバルブの制御性を向上させることである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示するエンジンの過給制御装置は、排気通路上に介装され、モーターにより駆動されるウェストゲートバルブの開度を制御する過給システムを具備したエンジンの過給制御装置である。この過給制御装置は、前記排気通路内の圧力に相関する相関値を算出する算出手段を備える。また、前記算出手段で算出された前記相関値に応じて前記ウェストゲートバルブの保持力を増減させる制御手段と、前記ウェストゲートバルブの実開度を検出する検出手段とを備える。また、前記制御手段が、前記モーターの通電量を制御することで、前記ウェストゲートバルブの駆動力を増減させて、前記ウェストゲートバルブの保持力を増減させるとともに、前記ウェストゲートバルブの実開度と目標開度とがほぼ一致しているときに、前記モーターのステーター及びローター間の引力及び斥力の作用方向を一定に維持しながら、前記相関値が大きいほど前記通電量を増加させ、前記相関値が小さいほど前記通電量を減少させる。

ここでいう保持力とは、前記ウェストゲートバルブの開度を保持すべく（一定の開度に維持すべく）、前記ウェストゲートバルブの弁体に作用させる力であることが好ましい。また、前記相関値は、排気圧力，排気流量（単位時間当たりの体積流量），排気流速（単位時間当たりの質量流量）の少なくとも何れかを含むことが好ましい。これに加えて、排気温度，排気密度，外気圧，外気温等を含んでもよい。これらの相関値から、ウェストゲート開度を変化させるように作用する外力の大きさが把握される。

前記モーターの通電量とは、前記モーターに供給される駆動電流を意味する。前記制御手段は、前記相関値が大きいほど、前記通電量を増大させることが好ましく、前記相関値が小さいほど、前記通電量を減少させることが好ましい。

例えば、前記ウェストゲートバルブの実開度と目標開度とがほぼ一致しているときには、前記モーターのステーター及びローター間の引力及び斥力の作用方向を一定に維持しながら、前記相関値が高いほど前記通電量を増加させることが好ましい。これにより、前記保持力が増大する。

また、前記ウェストゲートバルブが全閉状態であるときに、前記モーターのステーター及びローター間の引力及び斥力の作用方向を一定に維持しながら、前記相関値が高いほど前記通電量を増加させることが好ましい。これにより、全閉状態での保持力が増大するため、例えば前記ウェストゲートバルブを閉鎖方向に付勢するリターンスプリングが設けられていなくても、排気圧力の上昇によって前記ウェストゲートバルブが開放されることがなくなる。

なお、これ以外の前記保持力の増減手法としては、外力の大きさに応じて回転子に作用する負荷トルクと同等のモータートルクを発生させて、回転子の逆転を防止する手法を採用することが考えられる。あるいは、外力による回転子の回転を拘束するサーボロック機能（例えば、保持ブレーキ付きサーボモーターのサーボロック機能）を利用して、前記保持力を増減させてもよい。

（２）前記算出手段が、前記エンジンの負荷及びエンジン回転速度に基づき、前記相関値を算出することが好ましい。つまり、前記相関値は、前記エンジンの運転状態に基づいて算出されることが好ましい。
（３）前記算出手段が、前記エンジンのシリンダーに吸入される空気量に基づき、前記相関値を算出することが好ましい。なお、上記の空気量として、前記エンジンの充填効率や体積効率，吸気流量等を用いてもよい。これらの空気量に相関する値は、前記エンジンの負荷に相当する値であるといえる。

（４）前記制御手段は、前記実開度が大きい（開放量が大きい）ほど、（前記ウェストゲートバルブに実際に作用する圧力が低下するため、）前記通電量を減少方向に補正することが好ましい。反対に、前記実開度が小さい（開放量が小さい）ほど、前記通電量を増加方向に補正することが好ましい。

開示のエンジンの過給制御装置によれば、排気圧力に応じてウェストゲートバルブの保持力を制御することで、モーターの電力消費を抑制しつつ、ウェストゲートバルブの制御性を向上させることができる。また、ウェストゲートバルブの実開度と目標開度とがほぼ一致しているときに、モーターのステーター及びローター間の引力及び斥力の作用方向を一定に維持しながら、相関値が大きいほど通電量を増加させ、相関値が小さいほど通電量を減少させることで、ウェストゲートバルブの実開度を維持しつつ電力消費を抑えることができる。

一実施形態に係る過給制御装置が適用されたエンジンの構造を例示する図である。 ウェストゲートアクチュエーターの構造を例示する断面図である。 過給制御装置（エンジン制御装置）のブロック構成を例示する図である。 通電量を算出するためのマップ例である。 過給制御装置（エンジン制御装置）での制御手順を例示するフローチャートである。

図面を参照して、実施形態としてのエンジンの過給制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それら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とともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

［１．装置構成］
［１−１．エンジン］
本実施形態のエンジンの過給制御装置は、図１に示す車載ガソリンエンジン１０（以下、単にエンジン１０と呼ぶ）に適用される。このエンジン１０は、排気圧を利用した過給システム及びＥＧＲシステム（Exhaust Gas Recirculation，排気再循環システム）を備える。図１では、多気筒のエンジン１０に設けられた複数の気筒（シリンダー）のうちの一つを示す。シリンダー内にはピストンが摺動自在に内装され、ピストンの往復運動がコンロッド（コネクティングロッド）を介してクランクシャフトの回転運動に変換される。

各シリンダーの頂面には吸気ポート，排気ポートが設けられ、それぞれのポート開口には吸気弁，排気弁が設けられる。また、吸気ポートと排気ポートとの間には、点火プラグ１５がその先端を燃焼室側に突出させた状態で設けられる。点火プラグ１５での点火のタイミング（点火時期）は、エンジン制御装置１で制御される。

エンジン１０には、各シリンダーへの燃料供給用のインジェクターとして、筒内噴射弁１１及びポート噴射弁１２が設けられる。筒内噴射弁１１は、シリンダー内に直接的に燃料を噴射する直噴インジェクターであり、ポート噴射弁１２は、吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクターである。これらの噴射弁１１，１２から噴射される燃料噴射量及びその噴射タイミングは、エンジン制御装置１で制御される。例えば、エンジン制御装置１から各噴射弁１１，１２に制御パルス信号が伝達され、その制御パルス信号の大きさに対応する期間だけ、各噴射弁１１，１２の噴孔が開放される。これにより、燃料噴射量は制御パルス信号の大きさ（駆動パルス幅）に応じた量となり、噴射タイミングは制御パルス信号が伝達された時刻に対応したものとなる。

［１−２．吸排気系］
吸気弁の上部は、バルブリフト量，バルブタイミングを変化させるための吸気可変動弁機構２８に接続され、排気弁の上部は排気可変動弁機構２９に接続される。吸気弁，排気弁の動作は、これらの可変動弁機構２８，２９を介して、後述するエンジン制御装置１で制御される。それぞれの可変動弁機構２８，２９には、例えばロッカアームの揺動量と揺動のタイミングとを変更する機構として、可変バルブリフト機構及び可変バルブタイミング機構が内蔵される。

可変バルブリフト機構は、吸気弁及び排気弁の各々のバルブリフト量を連続的に変更する機構である。この可変バルブリフト機構は、カムシャフトに固定されたカムからロッカアームやタペットに伝達される揺動の大きさ（バルブリフト量）を変更する機能を持つ。また、可変バルブタイミング機構は、吸気弁及び排気弁の各々の開閉タイミング（バルブタイミング）を変更する機構である。この可変バルブタイミング機構は、ロッカアームに揺動を生じさせるカム又はカムシャフトの回転位相を変更する機能を持つ。

エンジン１０の吸気系２０及び排気系３０には、排気圧で過給を行うターボチャージャー１６（過給機）が設けられる。ターボチャージャー１６は、吸気ポートの上流側に接続される吸気通路２１と、排気ポートの下流側に接続される排気通路３１との両方に跨がって介装される。ターボチャージャー１６のタービン１６Ａ（過給用タービン）は、排気通路３１内の排気圧で回転し、その回転力を吸気通路２１側のコンプレッサー１６Ｂに伝達する。これを受けてコンプレッサー１６Ｂは、吸気通路２１内の空気を下流側へと圧縮しながら送給し、各シリンダーへの過給を行う。ターボチャージャー１６の過給動作は、エンジン制御装置１で制御される。

吸気通路２１上におけるコンプレッサー１６Ｂよりも下流側にはインタークーラー２５が設けられ、圧縮された空気が冷却される。また、コンプレッサー１６Ｂよりも上流側にはエアフィルター２２が設けられ、外部から取り込まれる空気が濾過される。さらに、コンプレッサー１６Ｂの上流側，下流側の吸気通路２１を接続するように、バイパス通路２３が設けられるとともに、バイパス通路２３上にバイパスバルブ２４が介装される。バイパス通路２３を流れる空気量は、バイパスバルブ２４の開度に応じて調節される。バイパスバルブ２４は、例えば車両の急減速時に開放方向に制御され、コンプレッサー１６Ｂから送給される過給圧を再び上流側へと逃がすように機能する。なお、バイパスバルブ２４の開度はエンジン制御装置１で制御される。

吸気系２０におけるコンプレッサー１６Ｂよりも下流側と、排気系３０におけるタービン１６Ａよりも上流側との間には、ＥＧＲ通路３４が設けられる。ＥＧＲ通路３４は、シリンダーから排出されて間もない排気ガスを再びシリンダーの直上流側へと導く通路である。ＥＧＲ通路３４には、還流ガスを冷却するためのＥＧＲクーラー３５が介装される。還流ガスを冷却することでシリンダー内での燃焼温度が低下し、窒素酸化物の発生率が低下する。また、ＥＧＲ通路３４と吸気系２０との合流部には、排気ガスの還流量を調節するためのＥＧＲバルブ３６が介装される。ＥＧＲバルブ３６の弁開度は可変であり、エンジン制御装置１で制御される。

インタークーラー２５の下流側にはスロットルボディが接続され、さらにその下流側にはインマニ（インテークマニホールド）が接続される。スロットルボディは、前述のＥＧＲ通路３４と吸気系２０との合流部よりも上流側に配置される。スロットルボディの内部には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられる。インマニ側へと流れる空気量は、スロットルバルブ２６の開度（スロットル開度TH）に応じて調節される。スロットル開度THは、エンジン制御装置１によって制御される。

インマニ（インテークマニホールド）には、各シリンダーへと流れる空気を一時的に蓄えるためのサージタンク２７が設けられる。前述のＥＧＲ通路３４と吸気系２０との合流部は、サージタンク２７よりも上流側に位置する。したがって、サージタンク２７内には外気と排気ガスとが混在しうる。サージタンク２７よりも下流側のインマニは、各シリンダーの吸気ポートに向かって分岐するように形成され、サージタンク２７はその分岐点に位置する。サージタンク２７は、各々のシリンダーで発生しうる吸気脈動や吸気干渉を緩和するように機能する。

排気通路３１上におけるタービン１６Ａよりも下流側には、触媒装置３３が介装される。この触媒装置３３は、例えば排気中に含まれるPM（Particulate Matter，粒子状物質）や窒素酸化物（NOx），一酸化炭素（CO），炭化水素（HC）等の成分を浄化，分解，除去する機能を持つ。また、タービン１６Ａよりも上流側には、各シリンダーの排気ポートに向かって分岐形成されたエキマニ（エキゾーストマニホールド）が接続される。

タービン１６Ａの上流側，下流側の排気通路３１を接続するように迂回路３２が設けられるとともに、迂回路３２上に電子制御式のウェストゲートバルブ１７が介装される。ウェストゲートバルブ１７は、タービン１６Ａ側に流入する排気流量を制御して過給圧を変化させる過給圧調節弁である。このウェストゲートバルブ１７にはウェストゲートアクチュエーター１８が併設され、弁体の位置（すなわち開度）が電気的に制御される。ウェストゲートバルブ１７の開度（ウェストゲート開度D）は、エンジン制御装置１で制御される。

［１−３．ウェストゲートアクチュエーター］
図２に示すように、ウェストゲートアクチュエーター１８の内部には、ブラシレス型のモーター５１（電動機）が設けられる。このモーター５１は、ケーシングに対して固定された複数のステーターコイル５２と、それらの内側に回転可能に備えられた環状のローター５３とを有する。ステーターコイル５２は、ローター５３の回転軸を中心として、円周方向に複数個列設される。また、ローター５３の外表面には、永久磁石が埋設される。さらに、ローター５３の中央には、内周面にネジ溝５４が切削形成されたネジ穴５５が設けられる。ネジ穴５５の内部には、ネジ山５６が形成されたボルト状のロッド５７が螺合した状態で挿入される。

それぞれのステーターコイル５２への給電電力は、インバーター回路６０（あるいはスイッチ回路）を介して車載バッテリーや走行用バッテリー等の電力源から供給される。インバーター回路６０は、各々のステーターコイル５２に供給される電力を個別に制御するものである。例えば、インバーター回路６０は、各々のステーターコイル５２に対して位相の異なる波状の駆動電圧を出力する。これにより、ローター５３に作用する磁界の向きが回転し、これに同期するようにローター５３も回転する。インバーター回路６０から出力される駆動電圧及び駆動電流は、エンジン制御装置１で制御される。

インバーター回路６０からステーターコイル５２に電力が供給されると、ステーターコイル５２におけるローター５３との対向面がＮ極又はＳ極に励磁され、ローター５３との間に引力，斥力が生じる。各々のステーターコイル５２への給電電圧やそのタイミングを制御することで、ローター５３との間の引力，斥力の作用方向が変化し、ローター５３が回転する。モーター５１の負荷が一定であるとき、ローター５３の回転速度は給電電圧及び各々のステーターコイル５２への給電タイミングを切り換える周期に応じた速度となる。また、ローター５３の回転によって発生するトルクの大きさは、通電量E（給電電流）に比例する。

ローター５３のネジ溝５４及びロッド５７のネジ山５６は、ウォームギヤのウォーム及びウォームホイールと同様に機能する。つまり、ローター５３の回転力は、図２中の左右方向にロッド５７を駆動する力に変換される。これにより、ロッド５７の移動量はローター５３の回転量（回転角）に応じたものとなる。また、ロッド５７の先端には、ピン軸５８を介してピン接合されたリンク機構５９の一端に連結される。このリンク機構５９の他端には、図１に示すように、ウェストゲートバルブ１７が連結される。

リンク機構５９は、ウェストゲートバルブ１７がロッド５７の先端の位置に応じた開度で開放されるように設けられる。したがって、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aは、ロッド５７の移動量〔すなわち、ローター５３の回転量（回転角）〕に応じた大きさとなる。また、ウェストゲートバルブ１７の駆動力，保持力は、モータートルクに応じた大きさとなり、ウェストゲート開度Dの変化速度は、ローター５３の回転速度に応じた大きさとなる。

［１−４．センサー系］
図１に示すように、車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度APS）を検出するアクセル開度センサー４１が設けられる。アクセル開度APSは、運転者の加速要求や発進意思に対応するパラメーターであり、言い換えるとエンジン１０の負荷（エンジン１０に対する出力要求）に相関するパラメーターである。

吸気通路２１内には、吸気流量Q_INを検出するエアフローセンサー４２が設けられる。吸気流量Q_INは、単位時間にエアフィルター２２を通過した空気の流量（質量流量）に対応するパラメーターである。また、サージタンク２７内には、インマニ圧センサー４３及び吸気温センサー４４が設けられる。インマニ圧センサー４３はサージタンク２７内の圧力をインマニ圧P_IMとして検出し、吸気温センサー４４はサージタンク２７内の吸気温度T_IMを検出する。

エンジン１０のクランクシャフト近傍には、エンジン回転速度Ne（単位時間あたりの回転数）を検出するエンジン回転速度センサー４５が設けられる。また、エンジン１０の冷却水循環路上における任意の位置には、エンジン冷却水の温度（冷却水温T_WT）を検出する冷却水温センサー４６が設けられる。

ウェストゲートアクチュエーター１８には、ウェストゲートバルブ１７を開閉駆動するためのロッド５７の位置（ストローク）を検出するホールセンサー４７（検出手段）が設けられる。ホールセンサー４７で検出されるストロークは、弁体駆動部材の基準位置からの移動量に相当し、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aに相当する。したがって、ホールセンサー４７は、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aを検出する検出手段としての機能を持つ。

触媒装置３３の内部には、リニア空燃比センサー４８及び酸素濃度センサー４９が配置される。リニア空燃比センサー４８は、触媒装置３３に流入する排気の空燃比を検出し、酸素濃度センサー４９は触媒装置３３から流出する排気の酸素濃度を検出する。また、エンジン制御装置１の内部又は車両の任意の位置には、大気圧P_BPを検出する大気圧センサー５０が設けられる。各種センサー４１〜５０で検出された各種情報は、エンジン制御装置１に伝達される。

［１−５．制御系］
上記のエンジン１０を搭載する車両には、エンジン制御装置１（Engine Electronic Control Unit，過給制御装置）が設けられる。このエンジン制御装置１は、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車両に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインに接続される。なお、車載ネットワーク上には、例えばブレーキ制御装置，変速機制御装置，車両安定制御装置，空調制御装置，電装品制御装置といったさまざまな公知の電子制御装置が、互いに通信可能に接続される。エンジン制御装置１以外の電子制御装置は、外部制御システムと呼ばれ、外部制御システムによって制御される装置は外部負荷装置と呼ばれる。

エンジン制御装置１は、エンジン１０に関する点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを総合的に制御する電子制御装置であり、エンジン１０の各シリンダーに対して供給される空気量や燃料噴射量，各シリンダーの点火時期，過給圧等を制御するものである。エンジン制御装置１の入力ポートには、前述の各種センサー４１〜５０が接続される。入力情報は、アクセル開度APS，吸気流量Q_IN，インマニ圧P_IM，大気圧P_BP，吸気温度T_IM，エンジン回転速度Ne，冷却水温T_WT，ウェストゲートバルブ１７の実開度D_A，排気空燃比，酸素濃度等である。

エンジン制御装置１の具体的な制御対象としては、筒内噴射弁１１及びポート噴射弁１２から噴射される燃料噴射量とその噴射時期，点火プラグ１５による点火時期，吸気弁及び排気弁のバルブリフト量及びバルブタイミング，ターボチャージャー１６の作動状態，スロットル開度TH，バイパスバルブ２４の開度，ウェストゲート開度D 等が挙げられる。本実施形態では、ウェストゲート開度Dの制御について詳述する。

［２．制御の概要］
ウェストゲート開度Dは、エンジン１０に要求される出力に応じた目標値D₀となるように制御される。例えば、運転者の加速要求や外部負荷装置からの要求がエンジン制御装置１に入力され、これらの要求に応じて目標過給圧が算出され、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aが目標過給圧に対応する目標値D₀となるように制御される。ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aは、ウェストゲートアクチュエーター１８に内蔵される各ステーターコイル５２への給電電力を制御することによって調節される。また、各ステーターコイル５２への給電電力はインバーター回路６０で制御される。

インバーター回路６０の制御状態は、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_A及び目標値D₀の関係に応じて変更される。まず、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aと目標値D₀とが相違する状態（ウェストゲート開度Dが変動している過渡状態）では、ローター５３を回転駆動するための給電電力がインバーター回路６０から出力される。すなわち、ローター５３とステーターコイル５２との間の引力，斥力の作用方向が変化するように、各々のステーターコイル５２への給電タイミング（あるいは給電電圧の周波数）が切り換えられる。

一方、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aが目標値D₀に一致している状態（ウェストゲート開度Dが一定であって変動していない定常状態）では、ローター５３の回転を拘束するための給電電力がインバーター回路６０から出力される。すなわち、ローター５３とステーターコイル５２との間の引力，斥力の作用方向が一定となるように、任意のステーターコイル５２のみに対して給電される。

上記の何れの状態においても、ウェストゲートアクチュエーター１８に給電される電流値は、ウェストゲートバルブ１７の弁体に作用する排気圧力Pに応じた大きさに制御される。例えば、排気圧力Pが高い運転状態では、ステーターコイル５２に供給される電流値が増大するように、給電電力が制御される。これにより、ウェストゲートアクチュエーター１８で発生するモータートルクが増加する。したがって、実開度D_Aが目標値D₀と相違する状態では、排気圧力Pに抗して実開度D_Aを閉鎖方向に制御しやすくなり、ウェストゲート開度Dの制御性が向上する。また、実開度D_Aと目標値D₀とが一致した状態では、開度保持力が増大する。ウェストゲートアクチュエーター１８で発生するモータートルクの大きさは、ステーターコイル５２への通電量Eを増減させることによって調節される。

さらに、上記の排気圧力Pの値としては、エンジン１０の運転状態に応じた予測値が使用される。例えば、エンジン１０のシリンダーに導入される吸入空気量（あるいは、充填効率Ecや体積効率Ev，吸気流量Q_IN等）に応じて排気流量Qが予測され、排気流量Qと排気圧力Pとの関係から排気圧力Pが算出される。また、吸入空気量を算出する代わりに、エンジン１０の負荷及びエンジン回転速度Neに基づいて、エンジンの目標出力に対応する排気流量Qを予測し、排気圧力Pを算出してもよい。このように、排気圧力Pの予測値を用いてウェストゲート開度Dの保持力を予め制御することで、排気圧力Pの急増に対して遅滞なく保持力を上昇させることが可能となる。したがって、実開度D_Aがその目標値D₀からずれにくくなり、ウェストゲート開度Dの制御性が向上する。

［３．制御装置の構成］
図３は、エンジン制御装置１で実行される処理内容を説明するためのブロック図である。エンジン制御装置１には、上記の制御を実施するための要素として、算出部２（算出手段）及びウェストゲート制御部３（制御手段）が設けられる。これらの各要素は電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

［３−１．算出部］
算出部２は、排気圧力P、又はこれに相関する相関値を算出するものである。排気圧力Pは、エンジン１０の負荷及びエンジン回転速度Neに基づいて算出される。また、エンジン１０の負荷は、シリンダーに吸入される空気量に基づいて算出される。図３に示すように、本実施形態の算出部２には、充填効率算出部２ａ，排気流量推定部２ｂ，排気圧力算出部２ｃが設けられる。

充填効率算出部２ａは、エンジン１０のシリンダーに吸入される空気量に相当する充填効率Ecを算出するものである。充填効率Ecは、吸気流量Q_INとエンジン回転速度Neとに基づいて算出される。この充填効率Ecは、単位燃焼サイクル（単位時間）あたりにシリンダー内に充填される空気の体積を標準状態での気体体積に正規化したのち、シリンダー容積で除算したものである。つまり、充填効率Ecは、標準大気条件でシリンダー内を占める空気の質量に対する、シリンダー内に充填される空気の質量の比率を表し、単位燃焼サイクル（単位時間）あたりにシリンダー内に導入された空気量に対応するパラメーターである。

なお、充填効率Ecの代わりに体積効率Evや，吸気流量Q_IN，目標トルク，目標エンジン出力等といった吸入空気量に相関するパラメーターを演算する制御構成としてもよい。また、これらのパラメーターだけでなく、吸気圧や排気圧，過給圧，車速V，アクセル開度APS，外部負荷装置の作動状態，車両の走行環境に関する情報等を用いてエンジン１０の吸入空気量に相当するパラメーターを算出してもよい。

排気流量推定部２ｂは、充填効率算出部２ａで算出された充填効率Ecに基づき、排気流量Q（単位時間当たりの体積流量）を推定して算出するものである。ここでは、例えば充填効率Ec及びエンジン回転速度Neを引数としたマップや数式，関数が用いられて、排気流量Qの予測値が算出される。ここで算出される排気流量Qは、シリンダーに吸入空気が導入されてから排気ガスとして排出されるまでの応答遅れ時間が考慮されたものである。排気流量Qの応答遅れ時間は、例えば一次応答遅れ要素や二次応答遅れ要素，無駄時間等のモデルを用いて模擬的に演算される。

排気圧力算出部２ｃは、排気流量推定部２ｂで算出された排気流量Qに基づき、ウェストゲートバルブ１７の弁体に作用する排気圧力Pを算出するものである。ここでは、例えば排気流量Qを引数としたマップや数式，関数が用いられて、排気圧力Pの値が算出される。ここで算出された排気圧力Pの値は、ウェストゲート制御部３に伝達される。

［３−２．ウェストゲート制御部］
ウェストゲート制御部３は、エンジン１０の運転状態に基づいてウェストゲート開度Dを制御するものである。ここでは、ウェストゲート開度Dの目標値D₀が算出され、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aが目標値D₀に一致するようにウェストゲートアクチュエーター１８の動作が制御される。目標値D₀は、エンジン回転速度Neやエンジン負荷，空気量，充填効率Ec（目標充填効率，実充填効率など），過給圧，アクセル開度APS，冷却水温T_WT等に基づいて設定される。具体的な目標値D₀の設定手法は任意であり、本実施形態では記載を省略する。

また、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aと目標値D₀とがほぼ一致すると、その開度を維持するための開度保持制御が実施される。ウェストゲート制御部３には、通電量設定部３ａ，制御信号出力部３ｂが設けられる。

通電量設定部３ａは、開度保持制御における開度保持に要するウェストゲートアクチュエーター１８への通電量Eを設定するものである。通電量Eは、上記のステーターコイル５２への給電電流に相当し、通電量Eが大きいほどローター５３の保持力が増大する。したがって、通電量Eが大きいほどウェストゲート開度Dの保持力が増大する。

通電量設定部３ａは、例えば図４に示すようなマップに基づいて、通電量Eを設定する。このマップは、排気圧力P及びウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aを引数として通電量Eを求めるための三次元マップである。マップ上には、排気圧力Pが増加するほど通電量Eもほぼ線形に増大するような特性が設定される。また、排気圧力Pが一定であるとき、実開度D_Aが大きいほど通電量Eが小さくなり、実開度D_Aが小さいほど通電量Eが大きくなるように、各パラメーターの相関関係が定められる。

制御信号出力部３ｂは、通電量設定部３ａで設定された通電量 Eでウェストゲートアクチュエーター１８を駆動するものである。ここでは、通電量Eに対応する電流がウェストゲートアクチュエーター１８のステーターコイル５２へと出力される。これにより、ローター５３の保持力が排気圧力Pに応じたものとなる。

［４．フローチャート］
図５は、ウェストゲート開度Dの制御手順を説明するためのフローチャートである。このフローは、エンジン制御装置１において所定の演算周期で繰り返し実施される。ステップＡ１０では、各種センサー４１〜５０で検出された各種情報がエンジン制御装置１に入力される。ここでは、アクセル開度APS，吸気流量Q_IN，インマニ圧P_IM，大気圧P_BP，吸気温度T_IM，エンジン回転速度Ne，冷却水温T_WT，ウェストゲートバルブ１７の実開度D_A，排気空燃比，酸素濃度等に関する情報が入力される。

ステップＡ２０では、充填効率算出部２ａにおいて、吸気流量Q_IN，エンジン回転速度Ne等に基づいてエンジン１０の充填効率Ecが算出される。また、ステップＡ３０では、排気流量推定部２ｂにおいて、排気流量Qが推定される。ここで算出される排気流量Qは、排気の応答遅れ時間が考慮された予測値となる。

続くステップＡ４０では、排気圧力算出部２ｃにおいて、ウェストゲートバルブ１７の弁体に作用する排気圧力Pが算出される。排気流量Qが予測値であることから、ここで算出される排気圧力Pは、実際の排気圧力Pの変動を先取りした予測値となる。また、ステップＡ５０では、通電量設定部３ａにおいて、排気圧力Pに応じて通電量Eが設定される。ここでは、排気圧力Pが大きいほど通電量Eが大きく設定され、排気圧力Pが小さいほど通電量Eが小さく設定される。また、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aが小さいほど通電量Eが大きく設定され、実開度D_Aが大きいほど通電量Eが小さく設定される。

ステップＡ６０では、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aがその時点での目標値D₀とほぼ一致した状態であるか否かが判定される。ここで、D_A≒D₀が成立する場合にはステップＡ７０に進む。一方、D_A≒D₀が成立しない場合にはステップＡ８０に進む。
ステップＡ７０では、給電タイミングが切り換えられることなく、任意のステーターコイル５２に対して通電量Eに対応する電流が供給される。これにより、ウェストゲート開度Dの保持力が排気圧力Pに応じた大きさとなり、排気圧力Pが大きいほど保持力が強められる。反対に、排気圧力Pが小さければ、ウェストゲート開度Dの保持力が弱められ、電力消費が抑制される。

一方、ステップＡ８０では、制御信号出力部３ｂにおいて、通電量Eに対応する電流がウェストゲートアクチュエーター１８のステーターコイル５２へと出力される。このとき、各々のステーターコイル５２への給電タイミングが周期的に切り換えられて、ローター５３が回転駆動される。これにより、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aが目標値D₀に近づくような通常の開度制御が実施される。また、実開度D_Aが目標値D₀に近づくように制御されている過程でのローター５３のトルクは、排気圧力Pに応じた大きさとなるため、排気圧力Pが高い状態であっても精度よく実開度D_Aが制御されることになる。

［５．作用，効果］
（１）上記のエンジン制御装置１では、排気圧力Pに応じてウェストゲート開度Dの保持力が制御される。これにより、排気圧力Pによるウェストゲート開度Dのずれを抑制することができ、ウェストゲートバルブ１７の制御性を向上させることができる。

また、例えばウェストゲート開度Dを閉鎖方向に付勢するスプリングを持たないウェストゲートバルブ１７であっても、必要最小限の力で閉鎖状態を維持することができる。反対に、ウェストゲート開度Dを開放方向に付勢するスプリングを持たないウェストゲートバルブ１７であっても、必要最小限の力で開放状態を維持することができる。したがって、ウェストゲート開度Dの保持精度を高めることができ、ウェストゲートバルブ１７の制御性を向上させることができる。

（２）上記のエンジン制御装置１では、排気圧力Pに応じてウェストゲートアクチュエーター１８の通電量Eが制御される。これにより、ウェストゲートアクチュエーター１８に内蔵されるモーター５１のステーターコイル５２とローター５３との間に作用する引力，斥力を、排気圧力Pに応じて変化させることができ、ウェストゲートアクチュエーター１８の電力消費を抑制しつつ、ウェストゲートバルブ１７の制御性を向上させることができる。

例えば、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aがその時点での目標値D₀とほぼ一致した状態であるときには、ローター５３とステーターコイル５２との間の引力，斥力の作用方向が一定となるように、任意のステーターコイル５２に対する通電量Eが排気圧力Pに応じて制御される。これにより、ウェストゲート開度Dの保持力を排気圧力Pに応じた大きさにすることができる。つまり、排気圧力Pが高い状態では、ウェストゲート開度Dの保持力を増大させて、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aを維持することができる。一方、排気圧力Pが低い状態では、ウェストゲート開度Dの保持力を減少させて、電力消費を抑えることができる。

（３）また、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aがその時点での目標値D₀と一致しない状態であるとき（すなわち、実開度D_Aの変更中）には、各々のステーターコイル５２に対する通電量Eが排気圧力Pに応じて制御されるとともに、給電タイミングが周期的に切り換えられる。これにより、ウェストゲートバルブ１７の駆動力を排気圧力Pに応じた大きさにすることができる。つまり、排気圧力Pが高い状態では、ウェストゲートバルブ１７の駆動力を増大させて、適切な速度でウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aを変化させることができ、ウェストゲート開度Dの変更速度の精度を高めることができる。一方、排気圧力Pの低い状態では、ウェストゲートバルブ１７の駆動力を減少させて、電力消費を抑えることができる。
このように、ウェストゲートバルブ１７の作動状態にかかわらず、ウェストゲートアクチュエーター１８の電力消費を抑制することができ、かつ、ウェストゲートバルブ１７の制御性を向上させることができる。

（４）上記のエンジン制御装置１では、エンジン１０の負荷及びエンジン回転速度Neに基づいて排気圧力Pが算出される。これにより、エンジン１０から排出される排気の圧力を精度よく把握することができる。したがって、ウェストゲートアクチュエーター１８における保持力，駆動力を精度よく制御することができ、ウェストゲートバルブ１７の制御性を向上させることができる。

また、エンジン１０の排気系３０の圧力を直接的にセンサーで検出するような制御構成と比較して、排気圧力Pが変化するよりも前にその変化を予測して把握することができる。したがって、ウェストゲートアクチュエーター１８における保持力，駆動力を適切なタイミングで制御することができ、ウェストゲートバルブ１７の制御性を向上させることができる。

（５）上記のエンジン制御装置１では、エンジン１０の負荷として、シリンダーに吸入される空気量に相当する充填効率Ecが評価される。つまり、排気系３０側で取得されたセンサー値ではなく、吸気系２０側で取得されたセンサー値に基づいて排気流量Qが推定され、排気流量Qに基づいて排気圧力Pが算出される。このような演算手法により、排気圧力Pの変動が生じるよりも前にその変動を把握することができる。また、エンジン１０の運転状態のみに基づいて排気圧力Pの変動を予測するような制御構成と比較して、より早期に排気圧力Pの変動を予測することができる。したがって、ウェストゲートアクチュエーター１８における保持力，駆動力をより適切なタイミングで制御することができ、ウェストゲートバルブ１７の制御性を向上させることができる。

（６）上記のエンジン制御装置１では、図４に示すように、ウェストゲートバルブ１７の実開度D_Aに応じて通電量Eが補正される。例えば、実開度D_Aが0となる全閉状態では、ウェストゲートバルブ１７の弁体に作用する排気圧力Pが比較的大きい。このような状態では、通電量Eが増大方向に補正されるため、排気圧力Pに対抗しうるウェストゲートアクチュエーター１８の保持力，駆動力を確保することができる。一方、実開度D_Aが大きい状態では、ウェストゲートバルブ１７の弁体に作用する排気圧力Pが比較的小さいため、通電量Eを減少方向に補正しても、ウェストゲートアクチュエーター１８の保持力，駆動力が不足することはなく、過剰な電力消費を抑えることができる。

［６．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それら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。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
例えば、上述の実施形態では、通電量設定部３ａにおいて、排気圧力P及び実開度D_Aに基づいて通電量Eを設定するものを例示したが、排気圧力Pの代わりに排気流量Qを用いて通電量Eを設定してもよい。つまり、通電量Eを設定するためのパラメーターは、排気通路３１内の圧力に相関する相関値であればよく、例えば排気圧力P，排気流量Q（単位時間当たりの体積流量），排気流速（単位時間当たりの質量流量）の少なくとも何れかに相関するものであればよい。

また、上述の実施形態では、エンジン１０の充填効率Ecから排気流量Qを推定するとともに、排気流量Qから排気圧力Pを算出するものを示したが、排気圧力Pの算出手法はこれに限定されない。例えば、充填効率Ecの代わりに体積効率Evやエンジン１０の目標トルクを用いて排気流量Qを推定してもよく、あるいは、排気流量Qを推定せずに、直接的に排気圧力Pを算出してもよい。あるいは、エンジン１０に作用する負荷及びエンジン回転速度Neから、直接的に排気圧力Pを算出してもよい。排気圧力Pの具体的な算出手順は、そのエンジン１０の吸排気モデルに依存して多種多様に考えられる。少なくとも、エンジン１０に作用する負荷及びエンジン回転速度Neに基づいて排気圧力Pを算出することで、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
なお、上述の実施形態におけるエンジン１０の種類は任意であり、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン，その他の燃焼形式のエンジンを用いることができる。

１ エンジン制御装置（過給制御装置）
２ 算出部（算出手段）
２ａ 充填効率算出部
２ｂ 排気流量推定部
２ｃ 排気圧力算出部
３ ウェストゲート制御部（制御手段）
３ａ 通電量設定部
３ｂ 制御信号出力部
１７ ウェストゲートバルブ
１８ ウェストゲートアクチュエーター
４７ ホールセンサー（検出手段）
５１ モーター
P 排気圧力
D_A 実開度
E 通電量

Claims (4)

1. 排気通路上に介装され、モーターにより駆動されるウェストゲートバルブの開度を制御する過給システムを具備したエンジンの過給制御装置において、
   前記排気通路内の圧力に相関する相関値を算出する算出手段と、
   前記算出手段で算出された前記相関値に応じて前記ウェストゲートバルブの保持力を増減させる制御手段と、
   前記ウェストゲートバルブの実開度を検出する検出手段とを備え、
   前記制御手段が、
   前記モーターの通電量を制御することで、前記ウェストゲートバルブの駆動力を増減させて、前記ウェストゲートバルブの保持力を増減させるとともに、
   前記ウェストゲートバルブの実開度と目標開度とがほぼ一致しているときに、前記モーターのステーター及びローター間の引力及び斥力の作用方向を一定に維持しながら、前記相関値が大きいほど前記通電量を増加させ、前記相関値が小さいほど前記通電量を減少させる
   ことを特徴とする、エンジンの過給制御装置。
2. 前記算出手段が、前記エンジンの負荷及びエンジン回転速度に基づき、前記相関値を算出する
   ことを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの過給制御装置。
3. 前記算出手段が、前記エンジンのシリンダーに吸入される空気量に基づき、前記相関値を算出する
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載のエンジンの過給制御装置。
4. 前記制御手段が、前記実開度が大きいほど前記通電量を減少方向に補正し、前記実開度が小さいほど前記通電量を増加方向に補正する
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンの過給制御装置。

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