JP6389572B2 - 過給システムの制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、エンジンに圧縮した吸気を供給するための過給システムの制御装置に関する。

エンジンの出力を向上させる技術として、過給機によって吸気を圧縮し、この圧縮した吸気をエンジンに供給する方法（過給）が知られており、各種のエンジンにおいて広く用いられている。過給機は、エンジンの運転状態が急変した場合などに過渡的にサージングと呼ばれる異常運転状態となることがある。過給機がサージング状態に突入すると、吸気を圧縮することが出来なくなる。また、サージング状態への突入が頻発すると、機器の破損に繋がる虞がある。このため、過給機がサージング状態に突入するのを極力回避するように、過給機を適切に制御する必要がある。

従来、過給機を制御する技術として、吸気流量や回転数などをセンシングし、このセンシングした情報に基づいて、コンプレッサマップ上における作動点がサージ領域に突入しないように、過給機をフィードバック制御することが一般に行われている。換言すれば、コンプレッサマップ上における作動点の現在位置に基づいて、過給機をフィードバック制御している。例えば、特許文献１には、ターボ回転数センサにより検出される実ターボ回転数が、現在の運転状態に応じた目標ターボ回転数と一致するように、ターボ回転数のフィードバック制御を行うことで、コンプレッサマップ上におけるターボ過給機の作動点がサージ領域に突入しないように制御することが開示されている。

特開２００７−２９１９６１号公報

しかしながら、センサの情報を得てからのフィードバック制御では、過給機の制御が間に合わずに、過給機の作動点がサージラインを越えてしまい、一時的にサージング状態に突入する虞がある。特に、標高の高い場所にエンジンがある場合には、標高の低い場所にエンジンがある場合と比べて、大気密度が小さいため、圧力比（過給機の出口圧力／入口圧力）が高くなり、サージング状態に突入する虞がより高くなる。

上記問題を回避するため、サージング状態への突入を回避できるように制御の目標値を下げてしまうと、過給機の性能が低下してしまう。この性能低下を補うために過給機を大型化すると、コスト増になってしまう。

また、コンプレッサマップ上における作動点の現在位置のみに基づく制御では、作動点がコンプレッサマップ上のどの方向に移動しているかを把握できていないため、コンプレッサマップ上における作動点を任意の目標位置に移動させるように過給機を制御しようとした場合に、過給機を効率良く制御するのが困難である。

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、過給機の作動点をコンプレッサマップ上の任意の位置に効率良く移動させることの出来る過給システムの制御装置を提供することにある。

（１）本発明の一実施形態は、エンジンに圧縮した吸気を供給するための過給システムの制御装置であって、エンジンに供給する吸気を圧縮するコンプレッサを含む過給機と、コンプレッサの作動に影響を及ぼす制御機器を制御するコントローラと、を備える。そして、上記コントローラは、コンプレッサにおける、吸気体積流量、圧力比、及びコンプレッサ回転数の関係を示すコンプレッサマップを格納するコンプレッサマップ格納部と、コンプレッサマップ上におけるコンプレッサの作動点の現在位置を所定周期毎に算出する現在位置算出部と、現在位置算出部で算出される作動点の現在位置に基づいて、コンプレッサマップ上における作動点の移動方向を算出する移動方向算出部と、現在位置算出部で算出された作動点の現在位置と、移動方向算出部で算出された作動点の移動方向と、に基づいて制御機器を制御する制御部と、を含んでいる。

ここで、過給機とは、エンジンから排出される排ガスによって回転するタービンによってコンプレッサを回転させる後述するターボチャージャ、電動モータからの動力によってコンプレッサを回転させる電動過給機、及びエンジンのクランクシャフトからの動力によってコンプレッサを回転させる機械式過給機を含む。

上記（１）に記載の実施形態によれば、コンプレッサマップ上における作動点の現在位置および作動点の移動方向の両方に基づいてコンプレッサの作動が制御される。このため、コンプレッサマップ上における作動点の現在位置のみに基づいてコンプレッサの作動が制御されていた従来のものと比べて、作動点の移動方向をコンプレッサの制御に用いることが出来るため、コンプレッサの作動点をコンプレッサマップ上の任意の位置に効率良く移動させることが出来る。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の過給システムの制御装置において、上記コントローラは、前記作動点の移動方向が目標方向を向いているか否かを判定する移動方向判定部をさらに含む。そして、制御部は、作動点の移動方向が目標方向を向いていない場合に、作動点の移動方向が目標方向を向くように、制御機器を制御する。

上記（２）に記載の実施形態によれば、作動点の移動方向が目標方向を向くように、制御機器が制御部によって自動的に制御される。このため、コンプレッサの作動点をコンプレッサマップ上の任意の位置に効率良く移動させることが出来る。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の過給システムの制御装置において、上記コントローラは、作動点の現在位置に対応する制御機器の制御量を算出するための制御マップを格納する制御マップ格納部をさらに含む。そして、制御部は、作動点の移動方向が目標方向を向くように、制御マップに基づいて算出された制御機器の制御量を補正する。

上記（３）に記載の実施形態によれば、制御マップに基づいて算出された制御機器の制御量を補正することで、作動点の移動方向が目標方向を向くように制御機器が制御される。この制御マップは、例えば、エンジンの通常運転時における制御機器の制御量を算出するためのマップである。これにより、制御マップにより算出された制御量を補正するだけの簡単な構成で、作動点の移動方向が目標方向を向くようにコンプレッサを制御することが出来る。

（４）幾つかの実施形態では、（１）〜（３）の何れかに記載の過給システムの制御装置において、上記コントローラは、現在位置算出部で算出される作動点の現在位置の時間当たりの変化量に基づいて、作動点の移動速度を算出する移動速度算出部をさらに含んでいる。そして、制御部は、現在位置算出部で算出された作動点の現在位置と、移動方向算出部で算出された作動点の移動方向と、移動速度算出部で算出された作動点の移動速度と、に基づいて制御機器を制御する。

上記（４）に記載の実施形態によれば、コンプレッサマップ上における作動点の現在位置および作動点の移動方向に加えて、コンプレッサマップ上における作動点の移動速度に基づいてコンプレッサが制御される。このように、作動点の移動速度をコンプレッサの制御に用いることで、コンプレッサの作動点をコンプレッサマップ上の任意の位置に移動させる際に、時間の概念を制御に反映させることが出来る。

（５）幾つかの実施形態では、（４）に記載の過給システムの制御装置において、上記コントローラは、作動点の移動方向および移動速度に基づいて、作動点が現在位置から規定領域または目標位置に到達するまでの到達時間を推定する到達時間推定部をさらに含む。そして、制御部は、作動点の移動方向および移動速度に基づいて、作動点が現在位置から規定領域または目標位置に到達するまでの到達時間を推定し、到達時間と規定時間との比較結果に応じて制御機器を制御する。

上記（５）に記載の実施形態によれば、作動点の移動方向および移動速度に基づいて作動点が現在位置から規定領域または目標位置に到達するまでの到達時間を推定し、この推定した到達時間と規定時間との比較結果に応じて制御機器を制御する。したがって、例えば、後述するように、作動点が現在位置からサージ領域に突入するまでの時間や、作動点が現在位置から目標位置まで到達するのにかかる時間などを考慮して、コンプレッサを制御することが出来る。

（６）幾つかの実施形態では、（５）に記載の過給システムの制御装置において、上記規定領域は、作動点が規定領域内に位置する場合にサージングが起こり得る領域として定義されるサージ領域である。そして、制御部は、作動点が現在位置からサージ領域に到達するまでの到達時間が第１規定時間より小さい場合に、作動点がサージ領域に突入するのを回避するように、制御機器を制御する。

上記（６）に記載の実施形態によれば、作動点が現在位置からサージラインを越えてサージ領域に到達するまでの到達時間が第１規定時間より小さい場合に、作動点がサージ領域に突入するのを回避するようにコンプレッサが制御される。この第１規定時間は、例えば、制御機器に対して通常のフィードバック制御がなされた場合に、現在位置にある作動点がサージ領域に突入するのを回避するのに必要な時間（応答遅れ時間）である。したがって、このような実施形態によれば、通常のフィードバック制御では作動点がサージ領域に突入するのを回避出来ないような場合に、作動点がサージ領域に突入するのを回避するような制御が働くため、過渡運転時において過給機がサージング状態に突入するのを回避することが出来る。

また、作動点が現在位置からサージ領域に到達するまでの到達時間が第１規定時間より大きい場合、例えば、通常のフィードバック制御によって作動点がサージ領域に突入するのを回避できるような場合には、上述した過給機がサージング状態に突入するのを回避するような制御は働かない。このため、通常の制御状態におけるコンプレッサの作動範囲を必要以上に狭めることがない。

（７）幾つかの実施形態では、（６）に記載の過給システムの制御装置において、上記コントローラは、作動点の現在位置に対応する制御機器の制御量を算出するための制御マップを格納する制御マップ格納部をさらに含む。そして、制御部は、作動点がサージ領域に突入するのを回避するように、制御マップに基づいて算出された制御機器の制御量を補正する。

上記（７）に記載の実施形態によれば、制御マップに基づいて算出された制御機器の制御量を補正することで、作動点がサージ領域に突入するのを回避するように制御機器が制御される。この制御マップは、例えば、エンジンの通常運転時における制御機器の制御量を算出するためのマップである。これにより、制御マップにより算出された制御量を補正するだけの簡単な構成で、過給機がサージング状態に突入するのを回避するようにコンプレッサを制御することが出来る。

（８）幾つかの実施形態では、（５）に記載の過給システムの制御装置において、上記制御部は、作動点が現在位置から目標位置に到達するまでの到達時間が第２規定時間より大きい場合に、作動点が第２規定時間よりも早く目標位置に到達するように、制御機器を制御する。

上記（８）に記載の実施形態によれば、作動点が現在位置から目標位置に到達するまでの到達時間が第２規定時間より大きい場合に、作動点が第２規定時間よりも早く目標位置に到達するようにコンプレッサが制御される。この目標位置は、例えば、コンプレッサマップ上において、コンプレッサ効率が所定の効率よりも高い位置（例えば、コンプレッサ効率が７５％以上となる位置）である。したがって、このような実施形態によれば、通常の制御では作動点が目標位置に到達するまでに時間が掛かり過ぎるような場合に、作動点が早期の目標位置に到達するような制御が働くため、コンプレッサの作動点を通常の制御よりも早期に目標位置に到達させることが出来る。

（９）幾つかの実施形態では、（８）に記載の過給システムの制御装置において、上記コントローラは、作動点の現在位置に対応する制御機器の制御量を算出するための制御マップを格納する制御マップ格納部をさらに含む。そして、制御部は、作動点が第２規定時間よりも早く目標位置に到達するように、制御マップに基づいて算出された制御機器の制御量を補正する。

上記（９）に記載の実施形態によれば、制御マップに基づいて算出された制御機器の制御量を補正することで、作動点が第２規定時間よりも早く目標位置に到達するように制御機器が制御される。この制御マップは、例えば、エンジンの通常運転時における制御機器の制御量を算出するためのマップである。これにより、制御マップにより算出された制御量を補正するだけの簡単な構成で、作動点が第２規定時間よりも早く目標位置に到達するようにコンプレッサを制御することが出来る。

（１０）幾つかの実施形態では、（１）〜（９）の何れかに記載の過給システムの制御装置において、上記過給機は、エンジンから排出される排ガスによって回転するタービンによってコンプレッサを回転させるターボチャージャからなる。そして、制御機器は、エンジンに燃料を供給する燃料噴射装置、タービンに流入する前記排ガスの流れ方向を制御する可変ノズル機構、タービンに流入する排ガスの流量を制御するウェイストゲートバルブ、の少なくとも何れか一つを含む。

上記（１０）に記載の実施形態によれば、過給機がターボチャージャからなる過給システムの制御装置を提供することが出来る。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、過給機の作動点をコンプレッサマップ上の任意の位置に精度良く移動させることの出来る過給システムの制御装置を提供することが出来る。このように、過給機の作動点をコンプレッサマップ上の任意の位置に精度良く移動させることで、過給機の性能を最大限に発揮させることが出来る。

本発明の一実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用される過給システムの全体構成を示した図である。 コントローラの機能を説明するためのブロック図である。 コンプレッサマップを示した図である。 本発明の一実施形態にかかる制御フローの一例を示した図である。 作動点の移動方向を変更するための制御フローを示した図である。 距離Ｌａを説明するための図である。 本発明の一実施形態にかかる制御フローの一例を示した図である。 作動点がサージ領域に突入するのを回避するための制御フローを示した図である。 到達時間を推定する方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態にかかる制御フローの一例を示した図である。 作動点を早期に目標位置まで到達させるための制御フローを示した図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。
＜第１実施形態＞

図１は、本発明の一実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用される過給システムの全体構成を示した図である。本発明の一実施形態にかかる過給システムの制御装置１Ａは、エンジン２に圧縮した吸気ＩＡを供給するための過給システムの制御装置１Ａであって、図１に示すように、エンジン２に供給する吸気ＩＡを圧縮するコンプレッサ２２を含む過給機２０と、コンプレッサ２２の作動に影響を及ぼす制御機器を制御するコントローラ１０と、を備える。

図示した実施形態では、過給機２０は、エンジン２から排出される排ガスＥＧによって回転するタービン２４によってコンプレッサ２２を回転させるターボチャージャ２０Ａからなる。

図１に示した過給システム１において、エアクリーナ３２を介して吸気管路３０に導入された空気（吸気）は、ターボチャージャ２０Ａのコンプレッサ２２に流入する。ターボチャージャ２０Ａは、吸気管路３０に配置されたコンプレッサ２２と、排気管路４０に配置されたタービン２４と、コンプレッサ２２とタービン２４とを連結するロータ２３と、からなる。そして、エンジン２から排出される排ガスＥＧの排気エネルギーによってタービン２４が回転駆動し、これに伴ってコンプレッサ２２が同軸駆動することで、コンプレッサ２２に流入した吸気ＩＡが圧縮される。

コンプレッサ２２で圧縮された吸気ＩＡは、インタークーラ３４で冷却され、スロットルバルブ３６で吸気流量が調整された後、吸気ポート５を介して、燃焼室８に供給される。燃焼室８は、シリンダライナ３とピストン４の頂面との間に画定される空間である。また、エンジン２には、燃焼室８に燃料を噴射するための燃料噴射装置６が備えられている。そして、燃料噴射装置６から燃焼室８に供給された燃料が圧縮熱によって自着火（又は不図示の点火装置によって着火）することで、燃焼室８内で燃焼・膨張する。そして、燃焼室８内で生成された排気ガスＥＧが、排気ポート７を介して排気管路４０へと排出される。

排気管路４０に排出された排気ガスは、上述したターボチャージャ２０Ａのタービン２４に流入し、タービン２４を回転駆動させる。また、排気管路４０には、タービン２４を迂回するバイパス管路４２が接続している。そして、バイパス管路４２には、バイパス管路４２を流れる排ガスＥＧの流量を制御するためのウェイストゲートバルブ２８が設けられている。

また、タービン２４には、タービン２４に作用する排ガスＥＧの流れを制御するための可変ノズル機構２６が設けられている。
上述した燃料噴射装置６、可変ノズル機構２６、ウェイストゲートバルブ２８などの装置は、上述したコンプレッサ２２の作動に影響を及ぼす制御機器に相当するものである。

また、図１に示した過給システム１において、吸気管路３０におけるコンプレッサ２２の上流側には、吸気管路３０を流れる吸気ＩＡの流量を計測するエアフローメータ５１と、吸気管路３０を流れる吸気の温度を計測する吸気温度センサ５２が夫々設置されている。また、吸気管路３０におけるコンプレッサ２２の入口箇所には、コンプレッサ２２に流入する吸気ＩＡの圧力を計測する入口側圧力センサ５３が設置されている。また、吸気管路３０におけるコンプレッサ２２の出口箇所には、コンプレッサ２２で圧縮された吸気ＩＡの圧力を計測する出口側圧力センサ５４が設置されている。また、ターボチャージャ２０には、ターボ回転数（すなわち、コンプレッサ２２の回転数）を計測するターボ回転数センサ５５が設置されている。これらエアフローメータ５１、吸気温度センサ５２、入口側圧力センサ５３、出口側圧力センサ５４、及びターボ回転数センサ５５により計測された各情報は、コントローラ１０へ送信される。

コントローラ１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなり、互いに別体として構成されたマイクロコンピュータからなる。

図２は、コントローラの機能を説明するためのブロック図である。図２に示したように、コントローラは１０、制御部１０Ａと、コンプレッサマップ格納部１０Ｂと、現在位置算出部１０Ｃと、移動方向算出部１０Ｄと、を含んでいる。

コンプレッサマップ格納部１０Ｂは、コントローラ１０において、以下に説明するコンプレッサマップＭ１を記憶して格納する機能を果たす部分である。

図３は、コンプレッサマップを示した図である。図３に示すように、コンプレッサマップＭ１は、横軸が修正流量Ｑａを示し、縦軸が圧力比εを示すグラフである。修正流量Ｑａは、例えば、エアフローメータ５１が検出する吸気流量を基準温度における吸気体積流量に換算することで求められる。圧力比εは、例えば、出口側圧力センサ５４で検出されるコンプレッサ出口圧力Ｐ２を、入口側圧力センサ５３で検出されるコンプレッサ入口圧力Ｐ１で除して求められる（ε＝Ｐ２／Ｐ１）。また、図３に示すコンプレッサマップＭ１において、コンプレッサ効率ηを点線で示し、ターボ回転数Ｎｔを鎖線で示している。ターボ回転数Ｎｔは、例えば、ターボ回転数センサ５５で検出されるターボ回転数から把握することが出来る。

そして、図３に示すコンプレッサマップＭ１において、修正流量Ｑａ、圧力比ε、ターボ回転数Ｎｔの３つのうち少なくとも２つが判れば、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の位置を決定することが出来る。なお、修正流量Ｑａ、圧力比ε、ターボ回転数Ｎｔを求める手段は、上述した方法に限定されない。上述した方法以外にも、修正流量Ｑａ、圧力比ε、ターボ回転数Ｎｔを求めることの出来る公知の他の方法を採用してもよい。

現在位置算出部１０Ｃは、コントローラ１０において、コンプレッサマップＭ１上におけるコンプレッサ２２の作動点６１の現在位置を所定周期毎に算出する機能を果たす部分である。

作動点６１は、エンジン２の運転状態の変化などに応じて、時々刻々とコンプレッサマップＭ１上を移動する。現在位置算出部１０Ｃは、コンプレッサマップＭ１上を時々刻々と移動する作動点６１の現在位置を所定周期毎に算出してメモリ等に記憶する。

移動方向算出部１０Ｄは、コントローラ１０において、現在位置算出部１０Ｃで算出される作動点６１の現在位置に基づいて、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の移動方向（図３において「矢印６３」で表示）を算出する機能を果たす部分である。
作動点６１の現在の移動方向は、例えば、現在位置算出部１０Ｃで算出された所定周期前における作動点６１の過去位置（図３において『○』で表示）と、現在位置算出部１０Ｃで算出された作動点６１の現在位置（図３において『●』で表示）とから求めることが出来る。

制御部１０Ａは、コントローラ１０において、現在位置算出部１０Ｃで算出された作動点６１の現在位置と、移動方向算出部１０Ｄで算出された作動点６１の移動方向と、に基づいて制御機器６、２６、２８などを制御する機能を果たす部分である。

このように構成される本実施形態の過給システムの制御装置１Ａによれば、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の現在位置および作動点６１の移動方向の両方に基づいてコンプレッサ２２の作動が制御される。このため、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の現在位置のみに基づいてコンプレッサの作動が制御されていた従来のものと比べて、作動点６１の移動方向をコンプレッサ２２の制御に用いることが出来るため、コンプレッサ２２の作動点６１をコンプレッサマップＭ１上の任意の位置に効率良く移動させることが出来る。これにより、ターボチャージャ２０Ａの性能を最大限に発揮させることが出来る。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、コントローラ１０は、移動方向判定部１０Ｅをさらに含む。移動方向判定部１０Ｅは、コントローラ１０において、作動点６１の移動方向が目標方向を向いているか否かを判定する部分である。ここで目標方向とは、コンプレッサマップＭ１上において、作動点６１の現在位置から目標位置（図３において『★』で表示）に向かう方向（図３において「矢印６５」で表示）である。作動点６１の目標位置は、エンジン２の運転状態等に応じて、コントローラ１０における目標位置算出部１０Ｆによって適宜設定される。

そして、制御部１０Ａは、後述する図４、５において説明するように、作動点６１の移動方向が目標方向を向いていない場合に、作動点６１の移動方向が目標方向を向くように、制御機器６、２６、２８などを制御するように構成されている。

このような実施形態によれば、作動点６１の移動方向が目標方向を向くように、制御機器６、２６、２８などが制御部１０Ａによって自動的に制御される。このため、コンプレッサ２２の作動点６１をコンプレッサマップＭ１上の任意の位置（例えば目標位置）に効率良く移動させることが出来る。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、コントローラ１０は、制御マップ格納部１０Ｇをさらに含む。制御マップ格納部１０Ｇは、コントローラ１０において、作動点６１の現在位置に対応する制御機器６、２６、２８などの制御量を算出するための制御マップを格納する機能を果たす部分である。この制御マップは、例えば、エンジン２の通常運転時における制御機器６、２６、２８などの制御量を算出するためのマップ（通常制御マップ）である。

そして、制御部１０Ａは、後述する図４、５において説明するように、作動点６１の移動方向が目標方向を向くように、制御マップに基づいて算出された制御機器６、２６、２８などの制御量を補正するように構成される。

このような実施形態によれば、制御マップに基づいて算出された制御機器６、２６、２８などの制御量を補正することで、作動点６１の移動方向が目標方向を向くように制御機器６、２６、２８などが制御される。これにより、制御マップにより算出された制御量を補正するだけの簡単な構成で、作動点６１の移動方向が目標方向を向くようにコンプレッサ２２を制御することが出来る。

図４は、本発明の一実施形態にかかる制御フローの一例を示した図である。図５は、作動点の移動方向を変更するための制御フローを示した図である。
図４に示す制御フローおいて、先ず、修正流量Ｑａおよびターボ回転数Ｎｔを算出する（Ｓ１１）。次いで、Ｓ１１において算出した修正流量Ｑａおよびターボ回転数Ｎｔに基づいて、上述した現在位置算出部１０Ｃによって、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の現在位置を算出する（Ｓ１２）。次いで、現在位置算出部１０Ｃにおいて算出した作動点６１の現在位置に基づいて、上述した移動方向算出部１０Ｄによって、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の移動方向を算出する（Ｓ１３）。

次いで、移動方向判定部１０Ｅによって、作動点６１の移動方向が目標方向を向いているか否かを判定する（Ｓ１４、Ｓ１５）。Ｓ１４では、作動点６１の移動方向に沿ったライン６３Ｌと目標位置との距離Ｌａ（目標位置からライン６３Ｌに対して引いた垂線の長さ）を算出する（図６参照）。次いでＳ１５では、算出した距離Ｌａが０か否かを判定する。算出した距離Ｌａ＝０の場合（Ｓ１５において「ＹＥＳ」）は、作動点６１の移動方向が目標方向を向いているものとしてＳ１６に進む。算出した距離Ｌａ≠０の場合（Ｓ１５において「ＮＯ」）はＳ１８に進み、図５に示される移動方向変更制御フローを実行する。

図５に示される移動方向変更制御フローでは、先ず、Ｓ１８１において、通常制御マップに基づいて制御機器６、２６、２８などの制御量を算出する。次に、Ｓ１８２において、Ｓ１８１において算出された制御機器６、２６、２８などの制御量を補正する。例えば、制御機器が燃料噴射装置６であって燃料噴射装置６から噴射される燃料噴射量を制御量とする場合には、通常制御マップによって算出された燃料噴射量（通常燃料噴射量）に、任意の係数Ａに距離Ｌａを乗じた値Ａ・Ｌａを加算する。このように、距離Ｌａに応じて補正量を変化させることで、移動方向が目標方向と大きくずれているときの補正量を大きくして移動方向を迅速に目標方向に向けさせることが出来る。そして、算出した補正後の燃料噴射量（補正燃料噴射量）を噴射するように、制御部１０Ａによって燃料噴射装置６を制御する（Ｓ１８３）。

このような移動方向変更制御は、Ｓ１５において、作動点６１の移動方向が目標方向を向いていると判定されるまで繰り返し行われる。なお、上記説明では、Ｌａ＝０の場合に、作動点６１の移動方向が目標方向を向いていると判定するものとしたが、Ｌａ≦ｔｈ（ｔｈは閾値であって０よりも大きい値）の場合に、作動点６１の移動方向が目標位置を向いていると判定してもよい。

図４の制御フローに戻り、作動点６１の移動方向が目標方向を向いていると判定されると、Ｓ１６において、通常制御マップに基づいて制御機器６、２６、２８などの制御量を算出し、Ｓ１７において、Ｓ１６において算出された制御量に基づいて、制御部１０Ａによって制御機器６、２６、２８を制御する。すなわち、通常の運転制御を実行する。

このように、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の現在位置および作動点６１の移動方向の両方に基づいてコンプレッサ２２の作動を制御することで、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の現在位置のみに基づいてコンプレッサの作動が制御されていた従来のものと比べて、コンプレッサ２２の作動点６１をコンプレッサマップＭ１上の任意の位置に効率良く移動させることが出来る。
＜第２実施形態＞

幾つかの実施形態では、コントローラ１０は、図２に示したように、移動速度算出部１０Ｈをさらに含む。移動速度算出部１０Ｈは、コントローラ１０において、現在位置算出部１０Ｃで算出される作動点６１の現在位置の時間当たりの変化量に基づいて、作動点６１の移動速度を算出する機能を果たす部分である。

そして、制御部１０Ａは、後述する図７、８において説明するように、現在位置算出部１０Ｃで算出された作動点６１の現在位置と、移動方向算出部１０Ｄで算出された作動点６１の移動方向と、移動速度算出部１０Ｈで算出された作動点６１の移動速度と、に基づいて制御機器６、２６、２８などを制御するように構成されている。

このような実施形態によれば、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の現在位置および作動点６１の移動方向に加えて、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の移動速度に基づいてコンプレッサ２２が制御される。このように、作動点６１の移動速度をコンプレッサ２２の制御に用いることで、コンプレッサ２２の作動点６１をコンプレッサマップＭ１上の任意の位置に移動させる際に、時間の概念を制御に反映させることが出来る。

幾つかの実施形態では、コントローラ１０は、図２に示したように、到達時間推定部１０Ｉをさらに含む。到達時間推定部１０Ｉは、コントローラ１０において、作動点６１の移動方向および移動速度に基づいて、作動点６１が現在位置から規定領域または目標位置に到達するまでの到達時間ｔａを推定する機能を果たす部分である。ここで規定領域とは、コンプレッサマップＭ１上において所定の範囲を占める予め定められた領域のことを意味する。例えば、後述する実施形態において、規定領域は、作動点６１が規定領域内に位置する場合にサージングが起こり得る領域として定義されるサージ領域Ｓである（図３参照）。

そして、制御部１０Ａは、後述する図７、８において説明するように、作動点６１の移動方向および移動速度に基づいて、作動点６１が現在位置から規定領域または目標位置に到達するまでの到達時間を推定し、到達時間ｔａと規定時間との比較結果に応じて制御機器６、２６、２８などを制御するように構成される。

図９は、到達時間を推定する方法を説明するための図である。到達時間ｔａは、作動点６１の現在位置と、作動点６１の移動方向に沿ったライン６３ＬとサージラインＳＬとの交点６３Ｐとの距離Ｌｂを算出し、この距離Ｌｂを作動点６１の現在の移動速度Ｖａ（＝√｛（ｄＱａ／ｄｔ）^２＋（ｄε／ｄｔ）^２｝）で除算することで推定される（ｔａ＝Ｌｂ／Ｖａ）。

このような実施形態によれば、作動点６１の移動方向および移動速度に基づいて作動点６１が現在位置から規定領域または目標位置に到達するまでの到達時間ｔａを推定し、この推定した到達時間と規定時間との比較結果に応じて制御機器６、２６、２８などを制御する。したがって、例えば、後述するように、作動点６１が現在位置からサージ領域に突入するまでの時間や、作動点６１が現在位置から目標位置まで到達するのにかかる時間などを考慮して、コンプレッサ２２を制御することが出来る。

幾つかの実施形態では、上述した規定領域がサージ領域Ｓである。そして、制御部１０Ａは、作動点６１が現在位置からサージ領域Ｓに到達するまでの到達時間ｔａが第１規定時間ｔｃより小さい場合に、作動点６１がサージ領域Ｓに突入するのを回避するように、制御機器６、２６、２８などを制御するように構成されている。

このような実施形態によれば、作動点６１が現在位置からサージラインＳＬを超えてサージ領域Ｓに到達するまでの到達時間ｔａが第１規定時間より小さい場合に、作動点６１がサージ領域Ｓに突入するのを回避するようにコンプレッサ２２が制御される。この第１規定時間は、例えば、制御機器６、２６、２８などに対して通常のフィードバック制御がなされた場合に、現在位置にある作動点６１がサージ領域Ｓに突入するのを回避するのに必要な時間（応答遅れ時間）である。したがって、このような実施形態によれば、通常のフィードバック制御では作動点６１がサージ領域Ｓに突入するのを回避出来ないような場合に、作動点６１がサージ領域Ｓに突入するのを回避するような制御が働くため、過渡運転時においてターボチャージャ２０がサージング状態に突入するのを回避することが出来る。

また、作動点６１が現在位置からサージ領域Ｓに到達するまでの到達時間ｔａが第１規定時間ｔｃより大きい場合、例えば、通常のフィードバック制御によって作動点６１がサージ領域Ｓに突入するのを回避できるような場合には、上述した作動点６１がサージ領域Ｓに突入するのを回避するような制御は働かない。このため、通常の制御状態におけるコンプレッサ２２の作動範囲を必要以上に狭めることがない。

図７は、本発明の一実施形態にかかる制御フローの一例を示した図である。図８は、作動点がサージ領域に突入するのを回避するための制御フローを示した図である。
図７に示す制御フローにおいて、先ず、修正流量Ｑａおよびターボ回転数Ｎｔを算出する（Ｓ２１）。次いで、Ｓ２１において算出した修正流量Ｑａおよびターボ回転数Ｎｔに基づいて、上述した現在位置算出部１０Ｃによって、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の現在位置を算出する（Ｓ２２）。次いで、現在位置算出部１０Ｃにおいて算出した作動点６１の現在位置に基づいて、上述した移動方向算出部１０Ｄおよび移動速度算出部（１０Ｈ）によって、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の移動方向および移動速度を算出する（Ｓ２３）。

次いで、到達時間推定部１０Ｉによって、作動点６１が規定領域であるサージ領域Ｓに到達するまでの到達時間ｔａを推定し（Ｓ２４）、推定した到達時間ｔａと第１規定時間ｔｃとを比較する（Ｓ２５）。ｔａ＞ｔｃの場合（Ｓ２５において「ＹＥＳ」）は、通常のフィードバック制御によっても作動点６１がサージ領域Ｓに突入するのを回避できるものとしてＳ２６に進む。ｔａ≦ｔｃの場合（Ｓ２５において「ＮＯ」）はＳ２８に進み、図８に示されるサージ回避制御フローを実行する。

図８に示されるサージ回避制御フローでは、先ず、Ｓ２８１において、通常制御マップに基づいて制御機器６、２６、２８などの制御量を算出する。次に、Ｓ２８２において、Ｓ２８１において算出された制御機器６、２６、２８などの制御量を補正する。例えば、制御機器が可変ノズル機構２６であって可変ノズル機構２６のノズルベーンの開度を制御量とする場合には、通常制御マップによって算出されたノズルベーンの開度（通常ベーン開度）に、任意の係数Ｂに第１規定時間ｔｃと推定した到達時間ｔａとの差分（ｔｃ−ｔａ）を乗じた値Ｂ・（ｔｃ−ｔａ）を加算する。このように、第１規定時間ｔｃと推定した到達時間ｔａとの差分（ｔｃ−ｔａ）に応じて補正量を変化させることで、サージ領域Ｓに到達するまでの時間的な余裕がないときの補正量を大きくし、作動点６１がサージ領域Ｓに突入するのを確実に回避することが出来る。そして、可変ノズル機構２６のノズルベーンの開度が補正後のノズルベーンの開度（補正ベーン開度）となるように、制御部１０Ａによって可変ノズル機構２６を制御する（Ｓ２８３）。

このようなサージ回避制御フローは、Ｓ２５において、作動点６１が現在位置からサージ領域Ｓに到達するまでの到達時間ｔａが第１規定時間ｔｃを上回っていると判定されるまで繰り返し行われる。

図７の制御フローに戻り、作動点６１が現在位置からサージ領域Ｓに到達するまでの到達時間ｔａが第１規定時間ｔｃを上回っていると判定されると、Ｓ２６において、通常制御マップに基づいて制御機器６、２６、２８などの制御量を算出し、Ｓ２７において、Ｓ２６において算出された制御量に基づいて、制御部１０Ａによって制御機器６、２６、２８を制御する。すなわち、通常の運転制御を実行する。

このように、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の現在位置および作動点６１の移動方向に加えて、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の移動速度に基づいてコンプレッサ２２を制御することで、上述したように、通常のフィードバック制御では作動点６１がサージ領域Ｓに突入するのを回避出来ないような場合にも、ターボチャージャ２０がサージング状態に突入するのを回避することが出来る。
＜第３実施形態＞

幾つかの実施形態では、制御部１０Ａは、後述する図１０〜１１において説明するように、作動点６１が現在位置から目標位置に到達するまでの到達時間ｔｂが第２規定時間ｔｄより大きい場合に、作動点６１が第２規定時間ｔｄよりも早く目標位置に到達するように、制御機器６、２６、２８などを制御する。

このような実施形態によれば、作動点６１が現在位置から目標位置に到達するまでの到達時間が第２規定時間ｔｄより大きい場合に、作動点６１が第２規定時間ｔｄよりも早く目標位置に到達するようにコンプレッサ２２が制御される。この目標位置は、例えば、コンプレッサマップＭ１上において、コンプレッサ効率ηが所定の効率よりも高い位置（例えば、コンプレッサ効率ηが７５％以上となる位置）である。したがって、このような実施形態によれば、通常の制御では作動点６１が目標位置に到達するまでに時間が掛かり過ぎるような場合に、作動点６１が早期の目標位置に到達するような制御が働くため、コンプレッサ２２の作動点６１を通常の制御よりも早期に目標位置に到達させることが出来る。

図１０は、本発明の一実施形態にかかる制御フローの一例を示した図である。図１１は、作動点を早期に目標位置まで到達させるための制御フローを示した図である。
図１０に示す制御フローにおいて、先ず、修正流量Ｑａおよびターボ回転数Ｎｔを算出する（Ｓ３１）。次いで、Ｓ３１において算出した修正流量Ｑａおよびターボ回転数Ｎｔに基づいて、上述した現在位置算出部１０Ｃによって、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の現在位置を算出する（Ｓ３２）。次いで、現在位置算出部１０Ｃにおいて算出した作動点６１の現在位置に基づいて、上述した移動方向算出部１０Ｄおよび移動速度算出部（１０Ｈ）によって、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の移動方向および移動速度を算出する（Ｓ３３）。

次いで、移動方向判定部１０Ｅによって、作動点６１の移動方向が目標方向を向いているか否かを判定する（Ｓ３４、Ｓ３５）。Ｓ３４では、作動点６１の移動方向に沿ったライン６３Ｌと目標位置との距離Ｌａを算出する（図６参照）。次いでＳ３５では、算出した距離Ｌａが０か否かを判定する。算出した距離Ｌａ＝０の場合（Ｓ３５において「ＹＥＳ」）は、作動点６１の移動方向が目標方向を向いているものとしてＳ１６に進む。算出した距離Ｌａ≠０の場合（Ｓ３５において「ＮＯ」）はＳ４０に進み、図５に示される移動方向変更制御フローを実行する（Ｓ４０１〜Ｓ４０３）。なお、Ｓ４０１〜Ｓ４０３は、上述した第１実施形態におけるＳ１８１〜Ｓ１８３と同じ内容であるため、その説明を省略する。

次いで、到達時間推定部１０Ｉによって、作動点６１が目標位置に到達するまでの到達時間ｔｂを推定し（Ｓ３６）、推定した到達時間ｔｂと第２規定時間ｔｄとを比較する（Ｓ３７）。ｔｂ＜ｔｄの場合（Ｓ２５において「ＹＥＳ」）はＳ２６に進む。ｔｂ≧ｔｄの場合（Ｓ３７において「ＮＯ」）は、作動点６１を早期に目標位置まで到達させるべく、Ｓ４１に進み、図１１に示される移動速度増大制御フローを実行する。

図１１に示される移動速度増大制御フローでは、先ず、Ｓ４１１において、通常制御マップに基づいて制御機器６、２６、２８などの制御量を算出する。次に、Ｓ４１２において、Ｓ４１１において算出された制御機器６、２６、２８などの制御量を補正する。例えば、制御機器がウェイストゲートバルブ２８であってウェイストゲートバルブ２８のバルブ開度を制御量とする場合には、通常制御マップによって算出されたウェイストゲートバルブ２８のバルブ開度（通常バルブ開度）に、任意の係数Ｃに推定した到達時間ｔｂと第２規定時間ｔｄとの差分（ｔｂ−ｔｄ）を乗じた値Ｃ・（ｔｂ−ｔｄ）を加算する。このように、推定した到達時間ｔｂと第２規定時間ｔｃとの差分（ｔｂ−ｔｄ）に応じて補正量を変化させることで、作動点６１が目標位置に到達するのまでの時間が長いときの補正量を大きくし、作動点６１をより早期に目標位置へと移動させることが出来る。そして、ウェイストゲートバルブ２８のバルブ開度が補正後のウェイストゲートバルブ２８のバルブ開度（補正バルブ開度）となるように、制御部１０Ａによってウェイストゲートバルブ２８を制御する（Ｓ４１３）。

このような移動速度増大制御フローは、Ｓ３７において、作動点６１が目標位置に到達するまでの到達時間ｔｂが第２規定時間ｔｃを下回っていると判定されるまで繰り返し行われる。

図１０の制御フローに戻り、作動点６１が目標位置に到達するまでの到達時間ｔｂが第２規定時間ｔｃを下回っていると判定されると、Ｓ３８において、通常制御マップに基づいて制御機器６、２６、２８などの制御量を算出し、Ｓ３９において、Ｓ３８において算出された制御量に基づいて、制御部１０Ａによって制御機器６、２６、２８を制御する。すなわち、通常の運転制御を実行する。

このように、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の現在位置および作動点６１の移動方向に加えて、コンプレッサマップＭ１上における作動点６１の移動速度に基づいてコンプレッサ２２を制御することで、上述したように、通常の制御では作動点６１が目標位置に到達するまでに時間が掛かり過ぎるような場合に、作動点６１を通常の制御よりも早期に目標位置に到達させることが出来る。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

１ 過給システム
１Ａ 過給システムの制御装置
２ エンジン
３ シリンダライナ
４ ピストン
５ 吸気ポート
６ 燃料噴射装置（制御機器）
７ 排気ポート
８ 燃焼室
１０ コントローラ
１０Ａ 制御部
１０Ｂ コンプレッサマップ格納部
１０Ｃ 現在位置算出部
１０Ｄ 移動方向算出部
１０Ｅ 移動方向判定部
１０Ｆ 目標位置算出部
１０Ｇ 制御マップ格納部
１０Ｈ 移動速度算出部
１０Ｉ 到達時間推定部
２０ 過給機
２０Ａ ターボチャージャ
２２ コンプレッサ
２３ ロータ
２４ タービン
２６ 可変ノズル機構（制御機器）
２８ ウェイストゲートバルブ（制御機器）
３２ エアクリーナ
３４ インタークーラ
３６ スロットルバルブ
４０ 排気管路
４２ バイパス管路
５１ エアフローメータ
５２ 吸気温度センサ
５３ 入口側圧力センサ
５４ 出口側圧力センサ
５５ ターボ回転数センサ
６１ 作動点
６３Ｌ 作動点の移動方向に沿ったライン
６３Ｐ 作動点の移動方向に沿ったラインとサージラインとの交点

Claims (10)

1. エンジンに圧縮した吸気を供給するための過給システムの制御装置であって、
   前記エンジンに供給する前記吸気を圧縮するコンプレッサを含む過給機と、
   前記コンプレッサの作動に影響を及ぼす制御機器を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記コンプレッサにおける、吸気体積流量、圧力比、及びコンプレッサ回転数の関係を示すコンプレッサマップを格納するコンプレッサマップ格納部と、
   前記コンプレッサマップ上における前記コンプレッサの作動点の現在位置を所定周期毎に算出する現在位置算出部と、
   前記現在位置算出部で算出される前記作動点の過去位置と現在位置とに基づいて、前記コンプレッサマップ上における前記作動点の現在の移動方向を算出する移動方向算出部と、
   前記現在位置算出部で算出された前記作動点の現在位置と、前記移動方向算出部で算出された前記作動点の移動方向であって、前記コンプレッサマップ上におけるベクトルの向きである移動方向と、に基づいて、前記コンプレッサの作動点を前記コンプレッサマップ上の任意の位置に移動させるように前記制御機器を制御する制御部と、を含む
   過給システムの制御装置。
2. 前記コントローラは、前記作動点の移動方向が目標方向を向いているか否かを判定する移動方向判定部をさらに含み、
   前記制御部は、前記作動点の移動方向が前記目標方向に向いていない場合に、前記作動点の移動方向が前記目標方向を向くように、前記制御機器を制御する
   請求項１に記載の過給システムの制御装置。
3. 前記コントローラは、前記作動点の現在位置に対応する前記制御機器の制御量を算出するための制御マップを格納する制御マップ格納部をさらに含み、
   前記制御部は、前記作動点の移動方向が前記目標方向を向くように、前記制御マップに基づいて算出された前記制御機器の制御量を補正する
   請求項２に記載の過給システムの制御装置。
4. 前記コントローラは、前記現在位置算出部で算出される前記作動点の現在位置の時間当たりの変化量に基づいて、前記作動点の移動速度を算出する移動速度算出部をさらに含み、
   前記制御部は、前記現在位置算出部で算出された前記作動点の現在位置と、前記移動方向算出部で算出された前記作動点の移動方向と、前記移動速度算出部で算出された前記作動点の移動速度と、に基づいて前記制御機器を制御する
   請求項１から３の何れか一項に記載の過給システムの制御装置。
5. 前記コントローラは、前記作動点の移動方向および移動速度に基づいて、前記作動点が現在位置から規定領域または目標位置に到達するまでの到達時間を推定する到達時間推定部をさらに含み、
   前記制御部は、前記到達時間推定部で推定された前記到達時間と規定時間との比較結果に応じて前記制御機器を制御する
   請求項４に記載の過給システムの制御装置。
6. 前記規定領域は、前記作動点が前記規定領域内に位置する場合にサージングが起こり得る領域として定義されるサージ領域であり、
   前記制御部は、前記作動点が現在位置から前記サージ領域に到達するまでの到達時間が第１規定時間より小さい場合に、前記作動点が前記サージ領域に突入するのを回避するように、前記制御機器を制御する
   請求項５に記載の過給システムの制御装置。
7. 前記コントローラは、前記作動点の現在位置に対応する前記制御機器の制御量を算出するための制御マップを格納する制御マップ格納部をさらに含み、
   前記制御部は、前記作動点が前記サージ領域に突入するのを回避するように、前記制御マップに基づいて算出された前記制御機器の制御量を補正する
   請求項６に記載の過給システムの制御装置。
8. 前記制御部は、前記作動点が現在位置から前記目標位置に到達するまでの到達時間が第２規定時間より大きい場合に、前記作動点が前記第２規定時間よりも早く前記目標位置に到達するように、前記制御機器を制御する
   請求項５に記載の過給システムの制御装置。
9. 前記コントローラは、前記作動点の現在位置に対応する前記制御機器の制御量を算出するための制御マップを格納する制御マップ格納部をさらに含み、
   前記制御部は、前記作動点が前記第２規定時間よりも早く前記目標位置に到達するように、前記制御マップに基づいて算出された前記制御機器の制御量を補正する
   請求項８に記載の過給システムの制御装置。
10. 前記過給機は、前記エンジンから排出される排ガスによって回転するタービンによって前記コンプレッサを回転させるターボチャージャからなり、
    前記制御機器は、前記エンジンに燃料を供給する燃料噴射装置、前記タービンに流入する前記排ガスの流れ方向を制御する可変ノズル機構、前記タービンに流入する前記排ガスの流量を制御するウェイストゲートバルブ、の少なくとも何れか一つを含む
    請求項１から９のいずれか一項に記載の過給システムの制御装置。

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