JP6394529B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Description

ここに開示された技術は、ターボ過給機を備えたエンジンの制御装置に関するものである。
従来より、ターボ過給機を備えたエンジンが知られており、このようなエンジンにおいては、ターボ過給機による過給圧がエンジンの運転状態に応じて適宜調整される。
例えば、特許文献1に係るエンジンの排気通路には、ターボ過給機のタービンをバイパスさせるバイパス通路が設けられ、該バイパス通路には、バイパス通路を流通する排気の流量を調整するバイパス弁が設けられている。このエンジンでは、バイパス弁の開度が制御されることによって、ターボ過給機の過給圧が調整される。
より詳しくは、特許文献1に係るエンジンの制御装置は、ターボ過給機のコンプレッサ前後の圧力比の実際値と目標値との偏差に応じてバイパス弁の開度を制御するフィードバック制御と、該偏差を加味しない非フィードバック制御とを適時切り替えて実行している。そして、該制御装置は、非フィードバック制御からフィードバック制御に切り替えるときには、実際値と目標値との偏差が大きくなってフィードバック制御の積分項が大きくなり得るので、積分項を強制的に零にしている。これにより、過給圧のオーバーシュートやアンダーシュートが低減される。
特開2002−276382号公報
フィードバック制御においては積分項が大きくなり過ぎると、応答性が悪化してしまう。そのため、特許文献1に係る制御装置は、積分項が大きくなる状況として非フィードバック制御からフィードバック制御への切替時を想定している。しかしながら、積分項が大きくなる状況は、これに限られず、様々な状況があり得る。さらに、単に積分項が大きさのみで判断していると、積分項を考慮すべき状況においても積分項を無視することになる。そうなると、過給圧の精度が悪化し得る。
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過給圧のフィードバック制御の制御性を向上させることにある。
ここに開示された技術は、排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機を備えたエンジンの制御装置が対象である。この制御装置は、前記ターボ過給機の過給圧を目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいてフィードバック制御する制御部を備え、前記フィードバック制御は、積分項の演算を含む第1フィードバック制御と、前記積分項の増大が前記第1フィードバック制御に比べて抑制された第2フィードバック制御とを有し、前記制御部は、前記タービンに流入する排気の流量の目標値である目標タービン流量を前記目標過給圧に基づいて算出し、前記エンジンから排出される排気総流量を算出し、前記排気総流量が前記目標タービン流量以上のときには第1フィードバック制御を実行し、前記排気総流量が前記目標タービン流量よりも小さいときには、第2フィードバック制御を実行するものとする。
この構成によれば、排気通路における排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でない場合には、フィードバック制御における積分項の演算に対する、目標過給圧と実過給圧との偏差の影響が小さくされる。
例えば、排気の流量等が小さい場合には、十分なタービン流量を確保できず目標過給圧を実現できない。このような場合には、目標過給圧と実過給圧とに差が生じ、この差が生じた状態は、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態となるまで(例えば、排気の流量が目標過給圧に相当する目標タービン流量に達するまで)継続する。このときフィードバック制御を通常通り実行すると、目標過給圧と実過給圧との偏差が積分項として蓄積され、積分項の絶対値が大きくなっていく。やがて、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態となり、該偏差が小さくなったとしても、積分項の絶対値は該偏差が蓄積されて大きくなっているので、積分項の絶対値が減少するまでには時間を要する。その結果、過給圧にオーバーシュートやアンダーシュートが発生し、制御性が悪化する。
そもそも排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でない場合には実過給圧を目標過給圧まで上昇させることはできない。つまり、そのような状況における目標過給圧と実過給圧との偏差は、過給圧のフィードバック制御により改善できるものではなく、フィードバック制御の積分項として考慮すべきではない。
そこで、前記の構成においては、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でない場合には、第2フィードバック制御を実行することにより、フィードバック制御における積分項の演算に対する該偏差の影響が小さくされる。つまり、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でなければ、目標過給圧と実過給圧との偏差は、積分項の演算にはあまり影響を与えない。そのため、排気の状態が目標過給圧を実現できない状態が継続している間に、積分項の絶対値が該偏差に起因して増大することが抑制される。その結果、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態となったときに、積分項の絶対値が大きくなり過ぎていないので、実過給圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制し、実過給圧を目標過給圧に早期に近づけることができる。
逆に、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態であるときには、第1フィードバック制御を実行することにより、積分項の演算に対する該偏差の影響が、排気の状態が目標過給圧を実現できない状態に比べて大きくされる。つまり、特許文献1の技術のように該偏差が大きいときに一律にフィードバック制御を停止する構成と異なり、積分項を考慮すべき状況においては積分項を適切に考慮してフィードバック制御を行う。こうして、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態であるときには、該偏差に基づく積分項をフィードバック制御に積極的に利用することによって、過給圧を精度良く調整することができる。
また、前記制御部は、前記偏差の積分値に基づいて前記積分項を演算しており、前記第2フィードバック制御の実行中は、当該第2フィードバック制御の開始時の前記積分項に保持してもよい。
つまり、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でない場合には、前記偏差に起因する積分項の絶対値の増大が停止される。これにより、積分項の絶対値の増大がより一層抑制され、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態となったときに実過給圧を目標過給圧に早期に近づけることができる。
制御部は、前記タービンに流入する排気の流量の目標値である目標タービン流量を前記目標過給圧に基づいて求め、前記エンジンから排出される排気総流量を前記排気通路における排気の状態として求め、前記排気総流量が前記目標タービン流量よりも小さい場合には、前記排気通路における排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態でないと判定する。
この構成によれば、排気総流量が排気の状態として用いられる。そして、排気総流量が目標タービン流量よりも小さい場合には、目標過給圧を実現することができないので、排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態でないと判定することができる。
ここに開示されたエンジンの制御装置は、前記ターボ過給機の過給圧を目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいてフィードバック制御する制御部と、排気通路における排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態か否かを判定する判定部とを備え、前記フィードバック制御は、少なくとも積分項を含んでおり、前記制御部は、排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態でないと前記判定部が判定した場合には、前記積分項の演算に対する前記偏差の影響を、排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態に比べて小さくし、前記判定部は、前記コンプレッサの駆動力の目標値である目標駆動力を前記目標過給圧に基づいて求め、現在実現できる前記コンプレッサの最大駆動力を前記排気通路における排気の状態として求め、前記最大駆動力が前記目標駆動力よりも小さい場合には、前記排気通路における排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態でないと判定する。
最大駆動力は、現在実現できる最大過給圧に関連しており、ひいては、現在実現できる最大タービン流量にも関連している。最大タービン流量は排気総流量に関連しているので、結果として、最大駆動力は、排気の状態と相関がある。そのため、最大駆動力と目標駆動力とを比較することによって、排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態でないと判定することができる。
前記エンジンの制御装置によれば、過給圧のフィードバック制御の制御性を向上させることができる。
図1は、実施形態1に係るエンジンの概略構成図である。 図2は、ウェイストゲートバルブのバルブ開度制御に関わる部分を中心とした、ECUの機能ブロック図である。 図3は、ウェイストゲートバルブのバルブ開度の算出方法を示すブロック図である。 図4は、ウェイストゲートバルブのバルブ開度制御を示すフローチャートである。 図5は、実施形態2に係るウェイストゲートバルブのバルブ開度の算出方法を示すブロック図である。
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
《実施形態1》
〈エンジンの構成〉
図1は、実施形態1に係る制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
図1に示すように、エンジン100は、主に、外部から導入された吸気(空気)が通過する吸気通路10と、この吸気通路10から供給された吸気と後述する燃料噴射弁23から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン本体20(例えばガソリンエンジン)と、このエンジン本体20内の燃焼により発生した排気が排出される排気通路30と、エンジン100全体を制御するECU(Electronic Control Unit)50とを有する。
吸気通路10には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ2と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機4のコンプレッサ4aと、通過する吸気を冷却するインタークーラ9と、通過する吸気量を調整するスロットルバルブ11と、エンジン本体20に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク13とが設けられている。
また、吸気通路10には、コンプレッサ4aによって過給された吸気の一部を、コンプレッサ4aの上流側に還流するためのエアバイパス通路6が設けられている。具体的には、エアバイパス通路6は、一端がコンプレッサ4aの下流側で且つスロットルバルブ11の上流側の吸気通路10に接続され、他端がコンプレッサ4aの上流側の吸気通路10に接続されている。また、このエアバイパス通路6には、エアバイパス通路6を流れる吸気の流量を制御するエアバイパスバルブ7が設けられている。
エンジン本体20は、吸気ポート25を開閉する吸気バルブ22と、燃焼室21に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁23と、燃焼室21内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ24と、燃焼室21内での混合気の燃焼により往復運動するピストン27と、ピストン27の往復運動により回転されるクランクシャフト28と、排気ポート26を開閉する排気バルブ29とを有する。
排気通路30には、上流側から順に、通過する排気によって回転させられ、この回転によってコンプレッサ4aを回転駆動する、ターボ過給機4のタービン4bと、例えばNOx触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気の浄化機能を有する排気浄化触媒37、38とが設けられている。
また、排気通路30には、排気を吸気通路10に還流するEGR(Exhaust Gas Recirculation)通路32が接続されている。このEGR通路32は、一端がタービン4bの上流側の排気通路30に接続され、他端がスロットルバルブ11の下流側の吸気通路10に接続されている。加えて、EGR通路32には、還流させる排気を冷却するEGRクーラ33と、EGR通路32を流れる排気の流量を制御するEGRバルブ34とが設けられている。
さらに、排気通路30には、排気にターボ過給機4のタービン4bを迂回させるタービンバイパス通路35が設けられている。このタービンバイパス通路35には、タービンバイパス通路35を流れる排気の流量を制御するウェイストゲートバルブ(WGバルブ)36が設けられている。タービンバイパス通路35は、バイパス通路の一例である。
また、図1に示すエンジン100には、各種のセンサが設けられている。具体的には、エンジン100の吸気系においては、エアクリーナ2の下流側の吸気通路10(詳しくはエアクリーナ2とコンプレッサ4aとの間の吸気通路10)に、吸入空気流量を検出するエアフロメータ61と吸気温度を検出する温度センサ62とが設けられ、コンプレッサ4aとスロットルバルブ11との間の吸気通路10に、過給圧を検出する圧力センサ63が設けられ、スロットルバルブ11の下流側の吸気通路10(詳しくはサージタンク13内)に、インマニ圧を検出する圧力センサ64が設けられている。
また、エンジン100の排気系においては、EGRバルブ34の開度であるEGR開度を検出するEGR開度センサ65が設けられ、ウェイストゲートバルブ36の開度であるW/G開度を検出するW/G開度センサ66が設けられ、タービン4bの下流側の排気通路30(詳しくはタービン4bと排気浄化触媒37との間の排気通路30)に、排気中の酸素濃度を検出するO2センサ67と排気温度を検出する温度センサ68とが設けられている。
エンジン本体20には、クランク角を検出するクランク角センサ69が設けられている。
エアフロメータ61は、検出した吸入空気流量に対応する検出信号S61をECU50に供給し、温度センサ62は、検出した吸気温度に対応する検出信号S62をECU50に供給し、圧力センサ63は、検出した過給圧に対応する検出信号S63をECU50に供給し、圧力センサ64は、検出したインマニ圧に対応する検出信号S64をECU50に供給し、EGR開度センサ65は、検出したEGR開度に対応する検出信号S65をECU50に供給し、W/G開度センサ66は、検出したW/G開度に対応する検出信号S66をECU50に供給し、O2センサ67は、検出した酸素濃度に対応する検出信号S67をECU50に供給し、温度センサ68は、検出した排気温度に対応する検出信号S68をECU50に供給する。クランク角センサ69は、検出したクランク角に対応する検出信号S69をECU50に供給する。また、エンジン100には、大気圧を検出する大気圧センサ60が設けられており、この大気圧センサ60は、検出した大気圧に対応する検出信号S60をECU50に供給する。
ECU50は、CPUと、CPU上で実行される各種のプログラム(OSなどの基本制御プログラムや、OS上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む)や各種のデータを格納するためのROMやRAMの如き内部メモリとを備えるコンピュータにより構成される。ECU50は、上述した各種センサから供給された検出信号に基づいて、種々の制御や処理を行う。
例えば、ECU50は、WGバルブ36の開度を制御することによってターボ過給機4の過給圧を制御する。図2は、WGバルブ36のバルブ開度制御に関わる部分を中心とした、ECU50の機能ブロック図を示す。図2に示すように、ECU50は、機能的には、エンジンから排出される排気の総流量を算出する排気総流量算出部51と、前記タービンを通過する排気の流量の目標値である目標タービン流量を算出する目標タービン流量算出部52と、コンプレッサ4aの実過給圧に基づいて目標タービン流量を補正するタービン流量補正部53と、排気通路30における排気の状態が目標過給圧を実現できる状態か否かを判定する判定部54と、WGバルブ36の開度を制御するバルブ制御部55とを有する。尚、ECU50は、制御装置の一例である。
バルブ制御部55は、WGバルブ36のバルブ開度を目標タービン流量に基づいて制御すると共に、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいてWGバルブ36のバルブ開度をフィードバック制御する。バルブ制御部55は、バイパス流量を算出するバイパス流量算出部56と、バイパス流量に応じたWGバルブ36の基本開度を算出する基本開度算出部57と、基本開度を補正するための補正開度を算出する補正開度算出部58と、WGバルブ36のバルブ開度を算出するバルブ開度算出部59とを有する。バルブ制御部55は、算出したバルブ開度に基づいてWGバルブ36のアクチュエータを動作させる。
図3は、WGバルブ36のバルブ開度の算出方法を示すブロック図である。
〈排気総流量算出部〉
排気総流量算出部51は、実吸入空気流量及び実空燃比に基づいて、エンジン本体20から排出された排気総流量Qexを求める。実吸入空気流量は、エアフロメータ61によって検出され、実空燃比は、O2センサ67によって検出された酸素濃度に基づいて求められる。
〈目標タービン流量算出部〉
目標タービン流量算出部52は、排気の予測温度(以下、「予測排温」)T3、コンプレッサ4aの目標駆動力Pct、タービン4bの上流側の排気の圧力(以下、「タービン上流圧力」)P3、タービン4bの下流側の排気の圧力(以下、「タービン下流圧力」)P4、タービン4bの断熱効率ηtを用いて、式(1)に基づいて目標タービン流量Qttを算出する。
ここで、κex:排気の比熱比、Rex:排気のガス定数である。
目標駆動力Pctは、目標過給圧と目標吸入空気流量とに基づいて求められる。詳しくは、目標過給圧は、エンジン本体20の回転速度と目標充填効率と目標インマニ圧とに基づいて求められる。回転速度は、クランク角センサ69により検出されたクランク角に基づいて求められる。目標充填効率は、目標図示平均有効圧と空燃比とエンジン本体20の熱効率とに基づいて求められる。目標図示平均有効圧は、要求出力トルクに基づいて求められ、要求出力トルクは、エンジン本体20の回転速度とアクセル開度とに基づいて求められる。熱効率は、回転速度及び充填効率に基づいて求められる。回転速度及び充填効率に応じた熱効率が規定された熱効率マップがメモリに予め記憶されており、回転速度及び充填効率を熱効率マップに照らし合わせることによって熱効率が求められる。充填効率は、実吸入空気流量と温度センサ62により検出された吸気温度とに基づいて求められる。目標インマニ圧は、目標充填効率とインマニ内温度と予め定めたインマニ容積とに基づいて求められる。一方、目標吸入空気流量は、目標充填効率に基づいて求められる。
タービン上流圧力P3は、実駆動力Pcに基づいて求められる。実駆動力Pcに応じたタービン圧力比P3/P4(タービン上流圧力P3とタービン下流圧力P4との比)が規定された圧力比マップがメモリに予め記憶されており、実駆動力Pcを圧力比マップに照らし合わせることによってタービン圧力比P3/P4が求められる。タービン下流圧力P4は、テールパイプの圧力(大気圧センサ60の検出値)とタービン下流通過流量とタービン下流からテールパイプまでの管摩擦係数とから求められる。
予測排温T3は、エンジン本体20の回転速度と充填効率とに基づいて求められる。回転速度及び充填効率に応じた予測排温が規定された排温マップがメモリに予め記憶されており、回転速度及び充填効率を排温マップに照らし合わせることによって予測排温T3が求められる。
タービン4bの断熱効率ηtは、タービン回転速度Ntとタービン圧力比P3/P4とに基づいて求められる。タービン回転速度Nt及びタービン圧力比P3/P4に応じた断熱効率ηtが規定された断熱効率マップがメモリに予め記憶されており、タービン回転速度Nt及びタービン圧力比P3/P4を断熱効率マップに照らし合わせることによって断熱効率ηtが求められる。
目標タービン流量算出部52は、式(1)に基づいて算出された目標タービン流量Qtt(以下、「算出値」という)が0よりも小さい場合には、目標タービン流量Qttを0として出力する。つまり、出力される目標タービン流量Qttは、0以上の値となる。
〈タービン流量補正部〉
タービン流量補正部53は、コンプレッサ4aの過給圧に相当する値として、コンプレッサ4aの実駆動力Pcを用いて補正流量Qtfbを算出する。詳しくは、タービン流量補正部53は、目標駆動力Pctと実駆動力Pcとの偏差(ここでは、目標駆動力Pctから実駆動力Pcを減算した値であり、以下、「駆動力偏差」という。)ΔPに基づいて、目標タービン流量Qttをフィードバック制御するための補正流量Qtfbを算出する。実駆動力Pcが目標駆動力Pctよりも小さい場合には、タービン流量を増加させるために補正流量Qtfbが正の値となる一方、実駆動力Pcが目標駆動力Pctよりも大きい場合には、タービン流量を減少させるために補正流量Qtfbは負の値となる。ここで、実駆動力Pcは、実過給圧と実吸入空気流量とに基づいて算出される。実過給圧は、圧力センサ63によって検出される。実吸入空気流量は、エアフロメータ61により検出される実吸入空気流量、又は圧力センサ64により検出される実インマニ圧に基づいて算出される。
〈判定部〉
判定部54は、タービン流量に基づいて排気の状態が目標過給圧を実現できる状態か否かを判定する。詳しくは、判定部54は、排気総流量Qexが目標タービン流量Qtt以上か否かを判定する。排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さい場合には、WGバルブ36を全閉にして排気総流量Qexの全てをタービン4bに流入させたとしても、実タービン流量は目標タービン流量Qttに達しない。すなわち、目標過給圧を実現できない。したがって、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さい場合には、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でないと判定することができ、排気総流量Qexが目標タービン流量Qtt以上である場合には、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態であると判定することができる。判定部54は、排気総流量Qexが目標タービン流量Qtt以上の場合には、過渡判定フラグを「0」とする一方、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さい場合には、過渡判定フラグを「1」にする。
例えば、アイドル運転状態から加速する場合などには、排気総流量Qexが小さい状態からの加速になるので、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さくなる傾向にある。このように、排気総流量Qexが小さい状態からの加速時であって、排気総流量Qexが十分に増加するまでの過渡時には、過渡判定フラグが「1」となり得る。
尚、判定部54は、排気総流量Qexから目標タービン流量Qttを減算した差が所定の閾値以上であることをもって、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態であると判定してもよい。つまり、排気総流量Qex及び目標タービン流量Qttには誤差が含まれ得るので、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも或る程度大きい場合に、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態であると判定する。これにより、排気総流量Qex及び目標タービン流量Qttの誤差が原因で、実際には排気の状態が目標過給圧を実現できない状態であるにもかかわらず、実現できる状態であると誤判定してしまう可能性を低減することができる。
〈バルブ制御部〉
バイパス流量算出部56は、排気総流量算出部51から出力される排気総流量Qexと目標タービン流量算出部52から出力される目標タービン流量Qttとタービン流量補正部53から出力される補正流量Qtfbとに基づいて、タービンバイパス通路35を流れる排気の流量であるバイパス流量Qwgtを算出する。詳しくは、バイパス流量算出部56は、バイパス流量Qwgtを以下の式(2)に基づいて算出する。
Qwgt=Qex−(Qtt+Qtfb) ・・・(2)
バイパス流量算出部56は、算出されたバイパス流量Qwgtが0よりも小さい場合には、バイパス流量Qwgtを0とする。つまり、バイパス流量Qwgtは、0以上の値となる。バイパス流量Qwgtが負の値であることは、タービンバイパス通路35を排気が逆流することを意味する。そのような状況にはなり得ないので、バイパス流量Qwgtの算出値が0よりも小さい場合には、バイパス流量算出部56はバイパス流量Qwgtを0とする。
続いて、基本開度算出部57は、バイパス流量Qwgt、タービン上流圧力P3、タービン下流圧力P4及び予測排温T3に基づいてWGバルブ36の目標開口面積Swgtを算出し、目標開口面積Swgtに基づいてWGバルブ36のバルブ開度の基本開度WGbを算出する。目標開口面積Swgtに応じた基本開度WGbが規定された開度マップがメモリに予め記憶されており、目標開口面積Swgtを開度マップに照らし合わせることによって基本開度WGbが求められる。
補正開度算出部58は、目標駆動力Pctと実駆動力Pcとの駆動力偏差ΔP(ここでは、実駆動力Pcから目標駆動力Pctを減算した値である。補正流量Qtfbの算出時とは符号が逆である。)に基づいてWGバルブ36のバルブ開度をフィードバック制御するための補正開度WGfbを算出する。実駆動力Pcが目標駆動力Pctよりも小さい場合(即ち、駆動力偏差ΔPが負の場合)には、バイパス流量Qwgtを低減させるために補正開度WGfbは負の値となる(即ち、バルブ開度を低減する)一方、実駆動力Pcが目標駆動力Pctよりも大きい場合(即ち、駆動力偏差ΔPが正の場合)には、バイパス流量Qwgtを増加させるために補正開度WGfbは正の値となる(即ち、バルブ開度を増加する)。バルブ開度のフィードバック制御は、PID制御であり、補正開度WGfbは、比例項FBp、積分項FBi及び微分項FBdを含んでいる。比例項FBpは、駆動力偏差ΔPに比例する補正量である。積分項FBiは、駆動力偏差の時間積分に応じた補正量である。微分項FBdは、駆動力偏差の変化速度に応じた補正量である。そして、補正開度WGfbは、以下の式(3)で表される。
WGfb=FBp+FBi+FBd ・・・(3)
それに加えて、補正開度算出部58は、補正開度WGfbの積分項FBiが所定の閾値を超えた量を、ターボ過給機4の個体差、経年変化などによるばらつきに対する影響を低減するための学習量として算出する。
尚、目標駆動力Pctは、目標過給圧に基づいて算出され、実駆動力Pcは、実過給圧に基づいて算出される。そのため、目標駆動力Pctと実駆動力Pcとの偏差に基づくフィードバック制御は、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づくフィードバック制御に実質的に等しい。
最終的に、バルブ開度算出部59は、基本開度WGb、補正開度WGfb及び学習量に基づいて以下の式(4)に示すバルブ開度WGを出力する。尚、WGバルブ36のバルブ開度は負の値になり得ないので、式(4)に基づいて算出されたバルブ開度WGが0よりも小さい場合には、バルブ開度WGは0とされる。
WG=WGb+WGfb+学習量 ・・・(4)
バルブ制御部55は、バルブ開度WGに応じた信号をWGバルブ36のアクチュエータに出力し、WGバルブ36を作動させる。
〈バルブ開度制御〉
このように、バルブ制御部55は、駆動力偏差ΔPに基づいて(実質的に、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて)WGバルブ36のバルブ開度をフィードバック制御する。
このとき、バルブ制御部55は、過渡判定フラグに応じて第1フィードバック制御と第2フィードバック制御とを切り替えて行う。すなわち、バルブ制御部55は、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態か否かによってフィードバック制御の内容を変更する。以下、図4に示すフローチャートを参照しながら、WGバルブ36のバルブ開度制御をさらに詳細に説明する。
まず、ステップS1において、排気総流量算出部51が排気総流量Qexを求める。
次に、ステップS2において、目標タービン流量算出部52が式(1)に基づいて目標タービン流量Qttを算出する。
さらに、目標タービン流量算出部52は、ステップS3において、目標タービン流量Qttの算出値が0以上か否かを判定する。算出値が0より小さい場合には、目標タービン流量算出部52は、ステップS4において、目標タービン流量Qtt=0とする。算出値が0以上の場合には、目標タービン流量算出部52は、目標タービン流量Qtt=算出値として、ステップS5へ進む。こうして、算出値が0より小さい場合には目標タービン流量Qtt=0となり、算出値が0以上である場合には目標タービン流量Qtt=算出値となる。
続いて、ステップS5において、タービン流量補正部53が目標駆動力Pct及び実駆動力Pcに基づいて補正流量Qtfbを算出する。
ステップS6において、バイパス流量算出部56が排気総流量Qexと目標タービン流量Qttと補正流量Qtfbとに基づいてバイパス流量Qwgtを算出する。
さらに、バイパス流量算出部56は、ステップS7においてバイパス流量Qwgtの算出値が0以上か否かを判定する。算出値が0より小さい場合には、バイパス流量算出部56は、ステップS8において、バイパス流量Qwgt=0とする。算出値が0以上の場合には、バイパス流量算出部56は、バイパス流量Qwgt=算出値として、ステップS9へ進む。
ステップS9において、基本開度算出部57は、バイパス流量Qwgtに基づいてWGバルブ36の基本開度WGbを算出する。
ステップS10において、判定部54は、タービン流量に基づいて排気の状態が目標過給圧を実現できる状態か否かを判定する。具体的には、判定部54は、排気総流量Qexが目標タービン流量Qtt以上か否かを判定し、排気総流量Qexが目標タービン流量Qtt以上の場合には、過渡判定フラグを「0」とする一方、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さい場合には、過渡判定フラグを「1」にする。
過渡判定フラグが「0」の場合には、ステップS11において、補正開度算出部58は、第1フィードバック制御用の補正開度WGfbを算出する。第1フィードバック制御は、通常のフィードバック制御である。ステップS11においては、補正開度算出部58は、駆動力偏差ΔPに応じてバルブ開度を制御した場合に過給圧が適切に(例えば、所望の応答性で)制御されるように予め決められた算出方法で、比例項FBp、積分項FBi及び微分項FBdを算出する。例えば、比例項FBpは、駆動力偏差ΔPと所定のゲインKpとに基づいて求められ、積分項FBiは、駆動力偏差ΔPの積分値と所定のゲインKiとに基づいて求められ、微分項FBdは、駆動力偏差ΔPの微分値と所定のゲインKdとに基づいて求められる。
一方、過渡判定フラグが「1」の場合には、ステップS12において、補正開度算出部58は、第2フィードバック制御用の補正開度WGfbを算出する。第2フィードバック制御は、積分項FBiの増大が第1フィードバック制御に比べて抑制されたフィードバック制御である。ステップS12においては、積分項FBiに対する駆動力偏差ΔPの影響が第1フィードバック制御に比べて小さくなっている。詳しくは、補正開度算出部58は、積分項FBiを算出する際に駆動力偏差ΔPの積分値の演算を停止する。駆動力偏差ΔPの積分値は、第2フィードバック制御用の補正開度WGfbの演算を開始するときの値に保持され、ひいては、積分項FBiもその演算開始時の値に保持される。尚、比例項FBp及び微分項FBdは、第1フィードバック制御と同様に算出される。
その後、バルブ開度算出部59は、ステップS13において、基本開度WGb及び補正開度WGfbに基づいてバルブ開度WGを算出する。このとき、学習量が設定されている場合には、バルブ開度算出部59は、学習量も考慮してバルブ開度WGを算出する。
続いて、ステップS14において、バルブ制御部55がバルブ開度WGに応じてWGバルブ36を作動させる。つまり、WGバルブ36の開度がバルブ開度WGに調整される。
このようにバルブ開度制御においては、過渡判定フラグが「0」の場合(即ち、排気総流量Qexが目標タービン流量Qtt以上の場合)には、第1フィードバック制御により、駆動力偏差ΔPに基づいてバルブ開度WGがフィードバック制御される。これにより、過給圧が所望の応答性及び安定性等で調整される。排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも大きい場合、通常はWGバルブ36が開かれ、排気総流量Qexの一部がタービンバイパス通路35を流通し、実タービン流量が目標タービン流量Qttとなるように調整されている。そして、駆動力偏差ΔPに応じてWGバルブ36の開度が調整され、それに伴って実タービン流量が調整され、ひいては、実過給圧が目標過給圧に調整される。この調整後の駆動力偏差ΔPに基づいてWGバルブ36が再度調整される。このような処理が繰り返され、過給圧が所望の応答性及び安定性等で調整される。このとき、補正開度WGfbの積分項FBiは、駆動力偏差ΔPの積分値を十分に考慮し、過給圧制御の安定性を向上させるように算出される。
一方、過渡判定フラグが「1」の場合(即ち、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さい場合)は、第2フィードバック制御により、駆動力偏差ΔPに基づいてバルブ開度WGがフィードバック制御される。第2フィードバック制御では、積分項FBiを算出する際に駆動力偏差ΔPの積分値の演算が停止されている。排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さい場合は、実タービン流量が目標タービン流量Qttに達していないので、実過給圧も目標過給圧に達しておらず、ひいては、実駆動力Pcが目標駆動力Pctよりも小さくなっている。このとき、WGバルブ36は全閉状態であるので、排気総流量Qexの増大を待つ以外に駆動力偏差ΔPの絶対値を低減する術は無い。このときの駆動力偏差ΔPは、WGバルブ36の開度の調整によって対処できるものではない。そのため、駆動力偏差ΔPの積分値は、積分項FBiとしてバルブ開度の調整に用いるべきではない。そこで、第2フィードバック制御においては、駆動力偏差ΔPの積分値の演算を停止している。駆動力偏差ΔPが生じているとしても、積分項FBiの絶対値の増大が抑制される。これにより、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも大きくなって、WGバルブ36を開くことによるタービン流量の調整が開始されるときに、過給圧を早期且つ安定的に調整することができる。
詳しくは、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さいときには、実駆動力Pcも目標駆動力Pctよりも小さいので、駆動力偏差ΔP(=実駆動力Pc−目標駆動力Pct)が負の値となる状態がしばらく継続する。このとき、第1フィードバック制御によって補正開度WGfbを算出すると、積分項FBiの絶対値が大きくなっていく。
やがて、排気総流量Qexの増加に伴って実タービン流量が増え、実駆動力Pcが目標駆動力Pctを上回ると、駆動力偏差ΔPが正の値となる。こうなると、WGバルブ36を開いて、実タービン流量を減量させることが求められる。しかし、積分項FBiが大きいと、駆動力偏差ΔPが正になっても積分項FBiはすぐには正の値とならず、その結果、補正開度WGfbもすぐには正の値とならず、又は、補正開度WGfbが所望の正の値までなかなか到達しない。そのため、バルブ開度が所望の値まですぐには増量補正されない。つまり、実過給圧が目標過給圧に調整されるまでに時間を要する。
それに対し、第2フィードバック制御によれば、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さい間、積分項FBiの絶対値の増大が抑制されている。そのため、排気総流量Qexの増加に伴って実タービン流量が増え、駆動力偏差ΔPが正の値となったとき(即ち、第1フィードバック制御に切り替わったとき)には、積分項FBiが小さいので、補正開度WGfbは早期に所望の正の値となり、バルブ開度が早期に所望の値に調整される。その結果、過給圧を早期且つ安定的に調整することができる。
以上のように、ECU50は、ターボ過給機4の過給圧を目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいてフィードバック制御するバルブ制御部55と、排気通路30における排気の状態が目標過給圧を実現できる状態か否かを判定する判定部54とを備え、フィードバック制御は、少なくとも積分項FBiを含んでおり、バルブ制御部55は、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でないと判定部54が判定した場合には、積分項FBiの演算に対する前記偏差の影響を、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態に比べて小さくする。
この構成によれば、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でない場合には、目標過給圧と実過給圧との偏差が生じていたとしても、積分項FBiの絶対値の増大が抑制される。そのため、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態となって過給圧の制御が開始されるときには、フィードバック制御の補正量が適切な値に早期に調整され、実過給圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制し、実過給圧を目標過給圧に早期に近づけることができる。
一方、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態である場合には、第1フィードバック制御により、目標過給圧と実過給圧との偏差を十分に考慮して積分項FBiが算出されるため、過給圧を安定的に制御することができる。
また、バルブ制御部55は、前記偏差の積分値に基づいて積分項FBiを演算しており、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でないと判定部54が判定した場合には、前記偏差の積分値の演算を停止する。
この構成によれば、積分項FBiの絶対値の増大がより一層抑制されるので、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態となったときに実過給圧を目標過給圧により早く近づけることができる。
さらに、判定部54は、タービン4bに流入する排気の流量の目標値である目標タービン流量Qttを目標過給圧に基づいて求め、エンジン本体20から排出される排気総流量Qexを排気通路30における排気の状態として求め、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さい場合には、排気通路30における排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でないと判定する。
この構成によれば、排気総流量Qexが排気の状態として用いられる。そして、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttよりも小さい場合には、目標過給圧を実現することができない。つまり、排気総流量Qexを排気の状態として用いることによって、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態か否かを容易に判定することができる。
《実施形態2》
続いて、実施形態2に係るエンジンの制御装置について説明する。図5に、実施形態2に係る、WGバルブ36のバルブ開度の算出方法を示すブロック図を示す。実施形態2の制御装置は、判定部54による判定方法が実施形態1と異なる。そこで、実施形態2の構成のうち実施形態1と同様の構成については、同様の符号を付して説明を省略し、実施形態1と異なる部分を中心に説明する。
実施形態2に係る判定部254は、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態か否かをコンプレッサ4aの駆動力に基づいて判定する。
詳しくは、ECU50は、現在実現できるコンプレッサ4aの最大駆動力(以下、「最大駆動力」という)Pmaxを算出する最大駆動力算出部510をさらに有する。最大駆動力算出部510は、排気総流量Qex、予測排温T3、タービン圧力比P3/P4、タービン4bの断熱効率ηtを用いて、以下の式(5)に基づいて最大駆動力Pmaxを算出する。
最大駆動力Pmaxは、現在の排気の状態で実現できる最大の駆動力である。
判定部254は、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態か否かをコンプレッサ4aの駆動力に基づいて判定する。詳しくは、判定部254は、最大駆動力Pmaxが目標駆動力Pct以上か否かを判定する。最大駆動力Pmaxが目標駆動力Pctよりも小さい場合には、WGバルブ36を全閉にして排気総流量Qexの全てをタービン4bに流入させたとしても、実駆動力Pcは目標駆動力Pctに達しない。すなわち、目標過給圧を実現できない。したがって、最大駆動力Pmaxが目標駆動力Pctよりも小さい場合には、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でないと判定することができ、最大駆動力Pmaxが目標駆動力Pct以上である場合には、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態であると判定することができる。判定部254は、最大駆動力Pmaxが目標駆動力Pct以上の場合には、過渡判定フラグを「0」とする一方、最大駆動力Pmaxが目標駆動力Pctよりも小さい場合には、過渡判定フラグを「1」にする。
その後の、バルブ制御部55による過渡判定フラグに応じた第1フィードバック制御と第2フィードバック制御との切り替えや、第1フィードバック制御及び第2フィードバック制御の内容は、実施形態1と同様である。
このように、判定部254は、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態か否かをコンプレッサ4aの駆動力に基づいて判定する。最大駆動力Pmaxは、現在実現できる最大過給圧に関連している。最大過給圧は、WGバルブ36を全閉にして全ての排気をタービン4bに流入させたときの過給圧であり、排気総流量Qexに関連している。つまり、最大駆動力Pmaxは、排気の状態と相関がある。一方、目標駆動力Pctは、目標過給圧と相関がある。そのため、最大駆動力Pmaxと目標駆動力Pctとを比較することによって、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態か否かを判定することができる。
《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
エンジン100の構成は、一例であり、この構成に限られるものではない。
例えば、予測排温T3、タービン上流圧力P3、タービン下流圧力P4のように、前記の説明において算出した値は、センサにより実際に検出してもよい。
また、前記の説明における各種状態量の算出方法も、一例に過ぎない。例えば、目標タービン流量を算出できる限り、目標タービン流量の算出方法は、前記の方法に限られない。
バルブ開度WGは、目標駆動力Pct及び実駆動力Pcに基づいてフィードバック制御されているが、これに限られるものではない。例えば、補正開度算出部58は、目標過給圧及び実過給圧、目標タービン流量及び実タービン流量、又は、目標バイパス流量及び実バイパス流量に基づいて補正開度WGbを求めてもよい。
同様に、タービン流量は、目標駆動力Pct及び実駆動力Pcとに基づいてフィードバック制御されているが、これに限られるものではない。例えば、タービン流量補正部53は、目標過給圧及び実過給圧、目標タービン流量及び実タービン流量、又は、目標バイパス流量及び実バイパス流量に基づいて補正流量Qtfbを求めてもよい。尚、目標タービン流量Qttのフィードバック制御は、省略してもよい。
判定部54,254は、タービン流量又はコンプレッサ4aの駆動力に基づいて排気の状態が目標過給圧を実現できるか否かを判定している。しかし、判定部は、排気の状態が目標過給圧を実現できるか否かを判定できる限りは、任意の判定方法を採用することができる。例えば、判定部は、WGバルブ36の開度で、排気の状態を判定してもよい。つまり、WGバルブ36が全閉のときには、排気総流量Qexが全てタービン4bに流入している。このような状態となるのは、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttに一致している場合か、排気総流量Qexが目標タービン流量Qttより不足している場合である。つまり、WGバルブ36が全閉のときは、ほとんどの場合が排気の状態が目標過給圧を実現できる状態でない場合である。
また、排気の状態は、排気温度、排気圧力(タービン上流圧力、タービン下流圧力)、排気流量等の種々のパラメータに基づいて判定され得る。
第2フィードバック制御では、積分項FBiを算出する際に偏差(一例として駆動力偏差ΔP)の積分値の演算が停止されるが、積分項の演算に対する偏差の影響を、第1フィードバック制御に比べて小さくできる限りは任意の方法を採用することができる。例えば、第2フィードバック制御においては、偏差を積分する時間を第1フィードバック制御のときよりも短くしてもよい。これにより、第2フィードバック制御における偏差の積分値は、第1フィードバック制御よりも小さく算出される傾向となる。または、偏差の積分値を演算する際に、偏差に係数を乗じた値を積分するようにし、第2フィードバック制御における該係数を第1フィードバック制御よりも小さくするようにしてもよい。例えば、第1フィードバック制御においては偏差をそのまま積分し、第2フィードバック制御においては偏差を30%に小さくしたものを積分するようにしてもよい。これによっても、積分項の演算に対する偏差の影響を小さくすることができる。
以上説明したように、ここに開示された技術は、ターボ過給機を備えたエンジンの制御装置について有用である。
100 エンジン
10 吸気通路
20 エンジン本体
30 排気通路
35 タービンバイパス通路(バイパス通路)
36 WGバルブ
4 ターボ過給機
4a コンプレッサ
4b タービン
50 ECU(制御装置)
54 判定部
55 バルブ制御部(制御部)

Claims (3)

  1. 排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機を備えたエンジンの制御装置であって、
    前記ターボ過給機の過給圧を目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいてフィードバック制御する制御部備え、
    前記フィードバック制御は、
    積分項の演算を含む第1フィードバック制御と、
    前記積分項の増大が前記第1フィードバック制御に比べて抑制された第2フィードバック制御とを有し、
    前記制御部は、
    前記タービンに流入する排気の流量の目標値である目標タービン流量を前記目標過給圧に基づいて算出し、
    前記エンジンから排出される排気総流量を算出し、
    前記排気総流量が前記目標タービン流量以上のときには第1フィードバック制御を実行し、前記排気総流量が前記目標タービン流量よりも小さいときには、第2フィードバック制御を実行する
    ことを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 請求項1に記載のエンジンの制御装置において、
    前記制御部は、
    前記偏差の積分値に基づいて前記積分項を演算しており、
    前記第2フィードバック制御の実行中は、当該第2フィードバック制御の開始時の前記積分項に保持する
    ことを特徴とするエンジンの制御装置。
  3. 排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機を備えたエンジンの制御装置であって、
    前記ターボ過給機の過給圧を目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいてフィードバック制御する制御部と、
    排気通路における排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態か否かを判定する判定部とを備え、
    前記フィードバック制御は、少なくとも積分項を含んでおり、
    前記制御部は、排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態でないと前記判定部が判定した場合には、前記積分項の演算に対する前記偏差の影響を、排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態に比べて小さくし、
    前記判定部は、
    前記コンプレッサの駆動力の目標値である目標駆動力を前記目標過給圧に基づいて求め、
    現在実現できる前記コンプレッサの最大駆動力を前記排気通路における排気の状態として求め、
    前記最大駆動力が前記目標駆動力よりも小さい場合には、前記排気通路における排気の状態が前記目標過給圧を実現できる状態でないと判定することを特徴とするエンジンの制御装置。
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