JP6397518B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の過給機を制御することにより過給圧を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されてものが知られている。この内燃機関は、車両の動力源用のものであり、ターボチャージャと、ターボチャージャの過給圧を変更するためのウェイストゲート弁と、このウェイストゲート弁を開閉駆動するダイヤフラム式のアクチュエータと、アクチュエータへの供給圧を変更する電磁開閉弁などを備えている。

この制御装置は、電磁開閉弁への制御入力信号のデューティ比を制御することによって、ターボチャージャによる過給圧を制御するものであり、実際の過給圧を検出する圧力センサと、エンジン回転数を検出する回転数センサなどを備えている。この制御装置では、エンジン回転数に応じて、マップ検索により目標過給圧を設定し、この目標過給圧と実際の過給圧との圧力差が判定値以下であるか否かを判定するとともに、この圧力差が判定値よりも大きいときには、制御入力信号のデューティ比を最大値に設定する。

一方、圧力差が判定値以下であるときには、判定値の補正処理を実行する。具体的には、制御入力信号のデューティ比を最大値からそれよりも小さい所定値に設定した後、デューティ比をその所定値から漸減するように制御する。次いで、このようにデューティ比を漸減させた後、実際の過給圧の目標過給圧に対するオーバーシュート量を算出し、このオーバーシュート量に応じて、学習補正値を算出する。この場合、学習補正値は、オーバーシュート量が適正レベルを上回ったときには、オーバーシュート量が大きいほど、より大きい値に設定され、適正レベル以下のときには、値０に設定される。そして、この学習補正値をその時点の判定値に加算することにより、判定値を補正し、それ以降、この補正した判定値を用いて、過給圧制御が実行される。それにより、判定値の補正後、過給圧のオーバーシュートの発生が抑制される。

特開平４−２４１７３６号公報

上記従来の制御装置によれば、判定値の補正処理を実行する際、過給圧のオーバーシュートの発生を許容する構成である関係上、そのオーバーシュートに起因して、内燃機関の発生トルクが一時的に急上昇してしまうことになり、その場合には、車両の駆動系の伝達可能なトルク容量を超えてしまうことで、駆動系の動作不良が発生したり、駆動系の寿命が短くなったりするおそれがある。この問題は、軽量車両のような駆動系の伝達トルク容量が小さい場合に顕著となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、過給圧のオーバーシュートの発生を抑制でき、商品性を向上させることが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。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、過給機（ターボチャージャ１０）を制御することにより過給圧ＰＢを制御する内燃機関３の制御装置１であって、過給圧ＰＢを取得する過給圧取得手段（過給圧センサ２２）と、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＰ）に応じて、内燃機関３が定常運転状態にあるときの過給圧ＰＢの目標となる定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔを算出する定常目標過給圧算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３）と、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔよりも低いときに、過給圧ＰＢが目標過給圧ＰＢｃｍｄになるように、所定のフィードバック制御アルゴリズム（ＰＩＤ制御アルゴリズム）を用いて、過給機（ターボチャージャ１０）を制御する第１過給圧制御を実行する第１過給圧制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４，５，１１）と、第１過給圧制御が開始されるときに、目標過給圧ＰＢｃｍｄを定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔよりも低い所定圧（制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔ）に設定し、目標過給圧ＰＢｃｍｄが所定圧（制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔ）に設定されている場合において、第１過給圧制御の実行中に取得された過給圧ＰＢと所定圧（制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔ）との偏差（過給圧偏差ＤＰＢ）が所定値Ｄｒｅｆ以下になったときに、目標過給圧ＰＢｃｍｄを所定圧（制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔ）から所定の第１割合（第１増大レートＲｔ１）で漸増するように設定するとともに、目標過給圧ＰＢｃｍｄが所定の第１割合（第１増大レートＲｔ１）で漸増している場合において目標過給圧ＰＢｃｍｄが所定しきい圧ＰＢｌｍｔ以上になったときに、目標過給圧ＰＢｃｍｄを、所定の第１割合（第１増大レートＲｔ１）よりも小さい所定の第２割合（第２増大レートＲｔ２）で定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔまで漸増するように設定する目標過給圧設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２３，４２〜４４，６２，６７）と、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔよりも低いときに、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔになるように、所定のフィードバック制御アルゴリズム（ＰＩＤ制御アルゴリズム）を用いて、過給機（ターボチャージャ１０）を制御する第２過給圧制御を実行する第２過給圧制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４，６〜９）と、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔよりも低い場合において、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔが所定しきい圧ＰＢｌｍｔよりも低いときには、第１過給圧制御の実行を禁止するとともに、第２過給圧制御の実行を許可する禁止許可手段（ＥＣＵ２、ステップ４〜９）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の運転状態に応じて、内燃機関が定常運転状態にあるときの過給圧の目標となる定常目標過給圧が算出される。そして、過給圧が定常目標過給圧よりも低い場合において、定常目標過給圧が所定しきい圧よりも低いときには、第１過給圧制御の実行が禁止されるとともに、第２過給圧制御の実行が許可される。すなわち、過給圧が定常目標過給圧になるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムを用いて、過給機を制御する第２過給圧制御が実行される。したがって、この所定しきい圧を適切に設定することにより、第２過給圧制御の実行により、過給圧が定常目標過給圧に対してオーバーシュートしたときでも、内燃機関の発生トルクがその許容される上限値を超えるような状態が発生するのを抑制することができる。それにより、例えば、内燃機関を動力源として車両に搭載した場合には、駆動系の伝達可能なトルク容量を超えてしまうのを抑制できることで、駆動系の適切な動作状態を確保でき、その寿命を延ばすことができる。その結果、商品性を向上させることができる（なお、本明細書における「過給圧を取得」の「取得」は、センサなどにより過給圧を直接検出することに限らず、過給圧を他のパラメータに基づいて、算出／推定することを含む）。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、所定しきい圧ＰＢｌｍｔは、第２過給圧制御の実行中における過給圧ＰＢの上限過給圧ＰＢｍａｘに対するオーバーシュートの発生を抑制可能な値に設定されており、上限過給圧ＰＢｍａｘは、内燃機関３に許容される発生トルクの上限値に対応する過給圧に設定されていることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、所定しきい圧は、第２過給圧制御の実行中における過給圧の上限過給圧に対するオーバーシュートの発生を抑制可能な値に設定されているとともに、上限過給圧は、内燃機関に許容される発生トルクの上限値に対応する過給圧に設定されているので、第２過給圧制御の実行中、過給圧が上限過給圧に対してオーバーシュートするのを抑制することができる。それにより、内燃機関の発生トルクが内燃機関に許容される発生トルクの上限値を超えるのを抑制することができ、商品性を向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関３の制御装置１において、禁止許可手段は、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔよりも低い場合において、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔが所定しきい圧ＰＢｌｍｔ以上のときには、第２過給圧制御の実行を禁止するとともに、第１過給圧制御の実行を許可する（ステップ４，５，１１）ことを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、定常目標過給圧が所定しきい圧以上のときには、第２過給圧制御の実行が禁止されるとともに、第１過給圧制御の実行が許可される。すなわち、過給圧が目標過給圧になるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムを用いて、過給機を制御する第１過給圧制御が実行される。その場合、目標過給圧は、第１過給圧制御が開始されるときに、目標過給圧を定常目標過給圧よりも低い所定圧に設定され、目標過給圧が所定圧に設定されている場合において、第１過給圧制御の実行中に取得された過給圧と所定圧との偏差が所定値以下になったときに、目標過給圧が所定圧から所定の第１割合で漸増するように設定されるとともに、目標過給圧が所定の第１割合で漸増している場合において目標過給圧が所定しきい圧以上になったときに、目標過給圧が、所定の第１割合よりも小さい所定の第２割合で定常目標過給圧まで漸増するように設定される。したがって、これらの所定の第１割合、所定の第２割合及び所定しきい圧を適切に設定することによって、第１過給圧制御の実行中、過給圧が目標過給圧に追従しながら最終的に定常目標過給圧に向かって変化するときに、過給圧の定常目標過給圧に対するオーバーシュートの発生を抑制することができる。それにより、第１過給圧制御の実行に伴い、過給圧が定常目標過給圧に向かって変化するときに、内燃機関の発生トルクがその上限値を超えるような状態が発生するのを抑制することができる。その結果、商品性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置及びこれを適用した内燃機関の構成を模式的に示す図である。 過給圧制御処理を示すフローチャートである。 ＯＳ抑制制御処理を示すフローチャートである。 レートリミット制御処理を示すフローチャートである。 固定レート制御処理を示すフローチャートである。 過給圧制御処理において、ＯＳ抑制制御処理を実行したときの制御結果の一例を示すタイミングチャートである。 過給圧制御処理において、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔが所定しきい圧ＰＢｌｍｔ未満であるときの制御結果の一例を示すタイミングチャートである。 比較のために、ＯＳ抑制制御処理における固定レート制御処理を省略したときの制御結果の一例を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１に示すように、この制御装置１は、内燃機関（以下「エンジン」という）３のターボチャージャ１０に適用されたものであり、ＥＣＵ２を備えている。このＥＣＵ２は、後述するように、過給圧制御処理などを実行する。

この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、４組の気筒３ａ及びピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒タイプのものであり、図示しない車両に動力源として搭載されている。このエンジン３には、燃料噴射弁４及び点火プラグ５が気筒３ａごとに設けられている（いずれも１つのみ図示）。これらの燃料噴射弁４は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、その開弁時間及び開弁タイミングすなわち燃料噴射量及び噴射時期が制御される。また、点火プラグ５も、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、その点火タイミングが制御される。

また、エンジン３には、クランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０は、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば３０゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

一方、エンジン３の吸気通路７には、上流側から順に、エアフローセンサ２１、ターボチャージャ１０、過給圧センサ２２及びスロットル弁機構１１がそれぞれ設けられている。エアフローセンサ２１は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気通路７内を流れる空気の流量を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ターボチャージャ１０（過給機）は、吸気通路７の途中に設けられたコンプレッサ１０ａと、排気通路８の途中に設けられたタービン１０ｂと、コンプレッサ１０ａ及びタービン１０ｂを一体に連結する軸１０ｃと、電動ウェイストゲート弁１０ｄなどを備えている。

このターボチャージャ１０では、排気通路８内の排ガスによってタービンブ１０ｂが回転駆動されると、コンプレッサ１０ａもこれと一体に回転することにより、吸気通路７内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。

また、電動ウェイストゲート弁１０ｄは、コンプレッサ１０ａを迂回するバイパス路８ａに設けられており、このバイパス通路８ａを開閉する弁体と、これを開閉駆動する電動アクチュエータとを組み合わせて構成されている。電動ウェイストゲート弁１０ｄは、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２は、電動ウェイストゲート弁１０ｄの開度を制御することによって、タービン１０ｂを迂回してバイパス路８ａを流れる排ガスの流量、言い換えればタービン１０ｂを駆動する排ガスの流量を変化させる。それにより、過給圧を制御する。

さらに、過給圧センサ２２（過給圧取得手段）は、半導体圧力センサなどで構成され、過給圧ＰＢを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この過給圧ＰＢは、ターボチャージャ１０により加圧された吸気通路７内の空気の絶対圧力に相当する。

一方、前述したスロットル弁機構１１は、スロットル弁１１ａ及びこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１１ｂなどを備えている。スロットル弁１１ａは、吸気通路７の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりスロットル弁１１ａを通過する空気の流量を変化させる。

ＴＨアクチュエータ１１ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって制御されることにより、スロットル弁１１ａの開度を変化させる。

また、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２３が接続されている。このアクセル開度センサ２３は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２３の検出信号に応じて、以下に述べるように、過給圧制御処理などを実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、定常目標過給圧算出手段、第１過給圧制御手段、目標過給圧設定手段、第２過給圧制御手段及び禁止許可手段に相当する。

以下、図２〜５を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される過給圧制御処理について説明する。この過給圧制御処理は、過給圧ＰＢが目標過給圧ＰＢｃｍｄになるように、電動ウェイストゲート弁１０ｄの開度を制御するものであり、ＥＣＵ２によって所定の制御周期ＤＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。なお、以下の説明において算出／設定される各種の値は、ＥＣＵ２のＲＡＭ内に記憶されるものとする。

図２に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、オーバーシュート抑制条件フラグＦ＿ＯＳｒｅｄｕが「１」であるか否かを判別する。このオーバーシュート抑制条件フラグＦ＿ＯＳｒｅｄｕは、後述するＯＳ抑制制御処理の実行条件が成立しているか否かを表すものである。

このステップ１の判別結果がＮＯのときには、ステップ２に進み、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、定常目標トルクＴＲＱｃｍｄ＿ｓｔを算出する。この定常目標トルクＴＲＱｃｍｄ＿ｓｔは、エンジン３が定常運転状態にあるときの発生トルクの目標値に相当する。なお、本実施形態では、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰが内燃機関の運転状態に相当する。

次いで、ステップ３に進み、定常目標トルクＴＲＱｃｍｄ＿ｓｔに応じて、図示しないマップを検索することにより、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔを算出する。この定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔは、エンジン３が定常運転状態にあるときに定常目標トルクＴＲＱｃｍｄ＿ｓｔを発生するのに必要な過給圧の目標値に相当する。この定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔの算出マップでは、エンジン３が車両の駆動系で伝達可能なトルク容量の上限値を発生するときの過給圧ＰＢを上限過給圧ＰＢｍａｘとしたときに、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔの最大マップ値が、この上限過給圧ＰＢｍａｘよりも若干、小さな値になるように設定されている。

次に、ステップ４で、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔが過給圧ＰＢよりも低いか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ＜ＰＢのときには、ステップ６に進み、目標過給圧ＰＢｃｍｄを定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに設定する。

次いで、ステップ７に進み、目標過給圧ＰＢｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標ウェイストゲート弁開度のＦＦ項ＷＧＶｃｍｄ＿ｆｆを算出する。

次に、ステップ８で、目標過給圧ＰＢｃｍｄと過給圧ＰＢの偏差（ＰＢｃｍｄ−ＰＢ）に基づいて、ＰＩＤ制御アルゴリズムにより、目標ウェイストゲート弁開度のＦＢ項ＷＧＶｃｍｄ＿ｆｂを算出する。

ステップ８に続くステップ９で、下式（１）により、目標ウェイストゲート弁開度ＷＧＶｃｍｄを算出した後、本処理を終了する。
ＷＧＶｃｍｄ＝ＷＧＶｃｍｄ＿ｆｆ＋ＷＧＶｃｍｄ＿ｆｂ ……（１）

以上のようにステップ９で目標ウェイストゲート弁開度ＷＧＶｃｍｄが算出されると、これに対応する制御入力信号が電動ウェイストゲート弁１０ｄに供給され、それにより、過給圧ＰＢが目標過給圧ＰＢｃｍｄになるように制御される。この点は、後述する制御処理においても同様である。

一方、ステップ４の判別結果がＮＯで、ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ≧ＰＢのときには、ステップ５に進み、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔが所定しきい圧ＰＢｌｍｔよりも低いか否かを判別する。この所定しきい圧ＰＢｌｍｔは、後述する理由により、上限過給圧ＰＢｍａｘから所定値Ｐｒｅｆを減算した一定値（＝ＰＢｍａｘ−Ｐｒｅｆ）に設定されている。

このステップ５の判別結果がＹＥＳで、ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ＜ＰＢｌｍｔのときには、前述したように、ステップ６〜９を実行した後、本処理を終了する。なお、本実施形態では、ステップ５の判別結果がＹＥＳのときに実行されるステップ６〜９の制御処理が第２過給圧制御に相当する。

一方、ステップ５の判別結果がＮＯで、ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ≧ＰＢｌｍｔのときには、ＯＳ抑制制御処理の実行条件が成立したと判定して、それを表すために、ステップ１０に進み、オーバーシュート抑制条件フラグＦ＿ＯＳｒｅｄｕを「１」に設定した後、ステップ１１に進む。

このように、ステップ１０でオーバーシュート抑制条件フラグＦ＿ＯＳｒｅｄｕが「１」に設定されると、次回以降の制御タイミングにおいて前述したステップ１の判別結果がＹＥＳとなり、その場合にもステップ１１に進む。

以上のステップ１又は１０に続くステップ１１で、以下に述べるように、ＯＳ抑制制御処理を実行した後、本処理を終了する。なお、本実施形態では、ステップ５の判別結果がＮＯのときに実行されるステップ１１のＯＳ抑制制御処理が第１過給圧制御に相当する。

次に、図３を参照しながら、上述したＯＳ抑制制御処理の内容について説明する。この制御処理は、過給圧ＰＢの定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに対するオーバーシュートを抑制しながら、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔになるように制御するものである。

同図に示すように、まず、ステップ２０で、レートリミット条件フラグＦ＿Ｒａｔｅｌｍｔが「１」であるか否かを判別する。このレートリミット条件フラグＦ＿Ｒａｔｅｌｍｔは、後述するレートリミット制御処理の実行条件が成立しているか否かを表すものである。

ステップ２０の判別結果がＮＯで、レートリミット制御処理の実行条件が不成立であるときには、ステップ２１に進み、オーバーシュート抑制条件フラグの前回値Ｆ＿ＯＳｒｅｄｕｚが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、今回の制御タイミングがＯＳ抑制制御処理の１回目の実行タイミングであるときには、ステップ２２に進み、エンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔ（所定圧）を算出する。この制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔは、ＰＢｓｔａｒｔ＜ＰＢｌｍｔが成立するように算出される。

次いで、ステップ２３に進み、目標過給圧ＰＢｃｍｄを制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔに設定した後、ステップ２４に進む。

一方、上述したステップ２１の判別結果がＹＥＳで、前回以前の制御タイミングでＯＳ抑制制御処理が実行されていたときにも、ステップ２４に進む。

以上のステップ２１又は２３に続くステップ２４で、過給圧偏差ＤＰＢを目標過給圧ＰＢｃｍｄと過給圧ＰＢの偏差（ＰＢｃｍｄ−ＰＢ）に設定する。

次いで、ステップ２５に進み、過給圧偏差ＤＰＢが所定値Ｄｒｅｆよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、前述したステップ７〜９と同様の手法により、ステップ２６〜２８を実行し、ステップ２８で目標ウェイストゲート弁開度ＷＧＶｃｍｄを算出した後、本処理を終了する。

一方、ステップ２５の判別結果がＮＯで、ＤＰＢ≦Ｄｒｅｆのときには、レートリミット制御処理の実行条件が成立したと判定して、それを表すために、ステップ２９に進み、レートリミット条件フラグＦ＿Ｒａｔｅｌｍｔを「１」に設定した後、ステップ３０に進む。このように、ステップ２９でレートリミット条件フラグＦ＿Ｒａｔｅｌｍｔが「１」に設定されると、次回以降の制御タイミングにおいて前述したステップ２０の判別結果がＹＥＳとなり、その場合にもステップ３０に進む。

以上のステップ２０又は２９に続くステップ３０で、以下に述べるように、レートリミット制御処理を実行した後、本処理を終了する。

次に、図４を参照しながら、上述したレートリミット制御処理の内容について説明する。この制御処理は、目標過給圧ＰＢｃｍｄを２段階の増大割合で定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔまで漸増するように設定することで、過給圧ＰＢの定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ対するオーバーシュートの発生を抑制しながら、過給圧ＰＢを定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔになるように制御するものである。

同図に示すように、まず、ステップ４０で、固定レート条件フラグＦ＿Ｒａｔｅｆｉｘが「１」であるか否かを判別する。この固定レート条件フラグＦ＿Ｒａｔｅｆｉｘは、後述する固定レート制御処理の実行条件が成立しているか否かを表すものである。

このステップ４０の判別結果がＮＯで、固定レート制御処理の実行条件が不成立であるときには、ステップ４１に進み、レートリミット条件フラグの前回値Ｆ＿Ｒａｔｅｌｍｔｚが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、今回の制御タイミングがレートリミット制御処理の１回目の実行タイミングであるときには、ステップ４２に進み、エンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、第１増大レートＲｔ１（所定の第１割合）を算出する。この第１増大レートＲｔ１は、単位時間（制御周期ＤＴ）当たりの目標過給圧ＰＢｃｍｄの増大分として算出される。

次いで、ステップ４３に進み、第１加算項Ｄａｄｄ１を、制御周期ＤＴと第１増大レートＲｔ１との積ＤＴ・Ｒｔ１に設定した後、後述するステップ４５に進む。

一方、ステップ４１の判別結果がＹＥＳで、前回以前の制御タイミングでレートリミット制御処理が実行されていたときには、ステップ４４に進み、目標過給圧ＰＢｃｍｄをその前回値ＰＢｃｍｄｚと第１加算項Ｄａｄｄ１の和（ＰＢｃｍｄｚ＋Ｄａｄｄ１）に設定した後、ステップ４５に進む。

以上のステップ４３又は４４に続くステップ４５で、目標過給圧ＰＢｃｍｄが所定しきい圧ＰＢｌｍｔ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＰＢｃｍｄ＜ＰＢｌｍｔのときには、前述したステップ７〜９と同様の手法により、ステップ４６〜４８を実行し、ステップ４８で目標ウェイストゲート弁開度ＷＧＶｃｍｄを算出した後、本処理を終了する。

一方、ステップ４５の判別結果がＹＥＳで、ＰＢｃｍｄ≧ＰＢｌｍｔのときには、固定レート制御処理の実行条件が成立したと判定して、それを表すために、ステップ４９に進み、固定レート条件フラグＦ＿Ｒａｔｅｆｉｘを「１」に設定した後、ステップ５０に進む。

このように、ステップ４９で固定レート条件フラグＦ＿Ｒａｔｅｆｉｘが「１」に設定されると、次回以降の制御タイミングにおいて前述したステップ４０の判別結果がＹＥＳとなり、その場合にもステップ５０に進む。

以上のステップ４０又は４９に続くステップ５０で、以下に述べるように、固定レート制御処理を実行した後、本処理を終了する。

次に、図５を参照しながら、上述した固定レート制御処理の内容について説明する。この制御処理は、目標過給圧ＰＢｃｍｄが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに向かって漸増するときの増大割合を、過給圧ＰＢの定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに対するオーバーシュートの発生を抑制できるような一定値（第２増大レートＲｔ２）に設定して、過給圧ＰＢを制御するものである。

同図に示すように、まず、ステップ６０で、固定レート条件フラグの前回値Ｆ＿Ｒａｔｅｆｉｘが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、今回の制御タイミングが固定レート制御処理の１回目の実行タイミングであるときには、ステップ６１に進み、第２加算項Ｄａｄｄ２を、制御周期ＤＴと第２増大レートＲｔ２との積ＤＴ・Ｒｔ２に設定する。

この第２増大レートＲｔ２（所定の第２割合）は、単位時間（制御周期ＤＴ）当たりの目標過給圧ＰＢｃｍｄの増大分として設定されており、より具体的には、目標過給圧ＰＢｃｍｄを所定しきい圧ＰＢｌｍｔから第２加算項Ｄａｄｄ２ずつ増大させたときに、過給圧ＰＢの定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに対するオーバーシュートの発生を抑制できるような一定値であって、Ｒｔ１＞Ｒｔ２が成立するように設定されている。

次いで、前述したステップ７〜９と同様の手法により、ステップ６４〜６６を実行し、ステップ６６で目標ウェイストゲート弁開度ＷＧＶｃｍｄを算出した後、本処理を終了する。

一方、ステップ６０の判別結果がＹＥＳで、前回以前の制御タイミングで固定レート制御処理が実行されていたときには、ステップ６２に進み、目標過給圧ＰＢｃｍｄを、その前回値ＰＢｃｍｄｚと第２加算項Ｄａｄｄ２の和（ＰＢｃｍｄｚ＋Ｄａｄｄ２）に設定する。

次いで、ステップ６３に進み、目標過給圧ＰＢｃｍｄが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、目標過給圧ＰＢｃｍｄが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに達していないときには、前述したように、ステップ６４〜６６を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ６３の判別結果がＹＥＳで、目標過給圧ＰＢｃｍｄが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに達したときには、ステップ６７に進み、目標過給圧ＰＢｃｍｄを定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに設定する。

次に、ステップ６８で、ＯＳ抑制制御処理を終了すべきであることを表すために、前述した３つのフラグＦ＿ＯＳｒｅｄｕ，Ｆ＿Ｒａｔｅｌｍｔ，Ｆ＿Ｒａｔｅｆｉｘをいずれも「０」にリセットする。

次いで、前述したように、ステップ６４〜６６を実行した後、本処理を終了する。

次に、図６〜８を参照しながら、以上のように構成された本実施形態の制御装置１による制御結果について説明する。図６は、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔが前述した最大マップ値（すなわち上限過給圧ＰＢｍａｘよりも若干、小さい値）に設定されることで、ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ＞ＰＢｌｍｔが成立したときの本実施形態の制御結果の一例を示しており、図７は、ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ＜ＰＢｌｍｔが成立したときの本実施形態の制御結果の一例を示している。

図６に示すように、時刻ｔ１で、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔがＰＢｃｍｄ＿ｓｔ＞ＰＢｌｍｔが成立するように設定されると、前述したオーバーシュート抑制条件フラグＦ＿ＯＳｒｅｄｕが「１」に設定されると同時に、目標過給圧ＰＢｃｍｄが制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔに設定されることで、それ以降、過給圧ＰＢが制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔになるように制御される。そして、制御の進行に伴い、過給圧ＰＢが制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔに近づき、時刻ｔ２で、ＤＰＢ≦Ｄｒｅｆが成立すると、前述したレートリミット条件フラグＦ＿Ｒａｔｅｌｍｔが「１」に設定され、それ以降、ＯＳ抑制制御処理が実行される。それにより、目標過給圧ＰＢｃｍｄが第１加算項Ｄａｄｄ１分ずつ増大するように設定され、それに伴って、過給圧ＰＢが上昇する。

そして、制御の進行に伴い、時刻ｔ３で、ＰＢｃｍｄ≧ＰＢｌｍｔが成立すると、前述した固定レート条件フラグＦ＿Ｒａｔｅｆｉｘが「１」に設定され、それ以降、固定レート制御処理が実行される。それにより、目標過給圧ＰＢｃｍｄが第２加算項Ｄａｄｄ２分ずつ増大するように設定され、それに伴って、過給圧ＰＢが上昇する。

さらに、制御の進行に伴い、時刻ｔ４で、ＰＢｃｍｄ≧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔが成立すると、目標過給圧ＰＢｃｍｄが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに設定されると同時に、３つのフラグＦ＿ＯＳｒｅｄｕ，Ｆ＿Ｒａｔｅｌｍｔ，Ｆ＿Ｒａｔｅｆｉｘがいずれも「０」にリセットされる。それにより、ＯＳ抑制制御処理が終了する。以上のように、ＯＳ抑制制御処理を実行した場合、過給圧ＰＢは定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに対してほとんどオーバーシュートしておらず、結果的に、過給圧ＰＢが上限過給圧ＰＢｍａｘに対してオーバーシュートするのを抑制できていることが判る。

これは、目標ウェイストゲート弁開度のＦＢ項ＷＧＶｃｍｄ＿ｆｂの算出に用いるＰＩＤ制御アルゴリズムの積分項の絶対値の増大が、固定レート制御処理の終了タイミング（図６の時刻ｔ４）までに終了するように、前述した第２増大レートＲｔ２が設定されていることによる。すなわち、時刻ｔ３〜ｔ４の間における固定レート制御処理の実行中、目標過給圧ＰＢｃｍｄが第２加算項Ｄａｄｄ２分ずつ増大するように設定されることで、ＰＩＤ制御アルゴリズムの積分項の絶対値の増大が時刻ｔ４までに終了することによる。

また、図７に示すように、時刻ｔ１１で、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔがＰＢｃｍｄ＿ｓｔ＜ＰＢｌｍｔが成立するように設定されると、目標過給圧ＰＢｃｍｄが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに設定され、それ以降、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔになるように制御される。そして、制御の進行に伴い、時刻ｔ１２で、過給圧ＰＢは、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに対してオーバーシュートするものの、上限過給圧ＰＢｍａｘに対してオーバーシュートすることなく、最終的に定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに収束する。

以上のように、ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ＜ＰＢｌｍｔが成立する条件下では、過給圧ＰＢが上限過給圧ＰＢｍａｘに対してオーバーシュートしないことで、ＯＳ抑制制御処理を実行する必要がないことが判る。それを実現するために、前述した所定値Ｐｒｅｆ（言い換えれば所定しきい圧ＰＢｌｍｔ）は、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔがその最大マップ値として算出された場合において、ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ＝ＰＢｌｍｔが成立する条件下で、ＯＳ抑制制御処理を実行することなく、ステップ６〜９の制御処理を実行したときでも、過給圧ＰＢを、上限過給圧ＰＢｍａｘに対してオーバーシュートしないように確実に制御できる値に設定されている。

一方、図８は、比較のために、ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ≧ＰＢｌｍｔが成立している条件下において、ＰＢｃｍｄ≧ＰＢｌｍｔとなったときでも、図５の固定レート制御処理を実行することなく、目標過給圧ＰＢｃｍｄの増大分を第１加算項Ｄａｄｄ１に維持した場合の制御結果の一例である。

図８に示すように、ＰＢｃｍｄ≧ＰＢｌｍｔが成立したタイミング（時刻ｔ２３）以降において、目標過給圧ＰＢｃｍｄの増大分を第１加算項Ｄａｄｄ１に維持すると、時刻ｔ２４で、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔをオーバーシュートした後、時刻ｔ２５で、過給圧ＰＢが上限過給圧ＰＢｍａｘもオーバーシュートしてしまうことが判る。したがって、このような過給圧ＰＢの上限過給圧ＰＢｍａｘに対するオーバーシュートの発生を抑制するために、本実施形態では、固定レート制御処理を実行し、そのステップ６２で、目標過給圧ＰＢｃｍｄの増大分を、第１加算項Ｄａｄｄ１よりも小さい第２加算項Ｄａｄｄ２に設定している。

以上のように、本実施形態の過給圧制御処理によれば、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔが算出され、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔよりも低い場合において、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔが所定しきい圧ＰＢｌｍｔ以上のときには、ステップ１１のＯＳ抑制制御処理が実行される。このＯＳ抑制制御処理では、制御開始時に、目標過給圧ＰＢｃｍｄが、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔよりも低い制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔに設定され、ＯＳ抑制制御処理の実行中に過給圧偏差ＤＰＢが所定値Ｄｒｅｆ以下になったときには、レートリミット制御処理が実行される。

このレートリミット制御処理では、目標過給圧ＰＢｃｍｄが制御開始圧ＰＢｓｔａｒｔから第１増大レートＲｔ１で漸増するように設定され、過給圧ＰＢがこの目標過給圧ＰＢｃｍｄになるように制御されるとともに、目標過給圧ＰＢｃｍｄが第１増大レートＲｔ１で漸増している場合において目標過給圧ＰＢｃｍｄが所定しきい圧ＰＢｌｍｔ以上になったときには、固定レート制御処理が実行される。この固定レート制御処理では、目標過給圧ＰＢｃｍｄが第２増大レートＲｔ２で定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔまで漸増するように設定され、過給圧ＰＢがこの目標過給圧ＰＢｃｍｄになるように制御される。その際、第２増大レートＲｔ２が前述したように設定されているので、過給圧ＰＢを、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに対してほとんどオーバーシュートすることなく、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔに到達させることができ、結果的に、過給圧ＰＢが上限過給圧ＰＢｍａｘに対してオーバーシュートするのを抑制することができる。

一方、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔよりも低い場合において、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔが所定しきい圧ＰＢｌｍｔよりも低いときには、ステップ６〜９の制御処理が実行される。すなわち、過給圧ＰＢが定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔになるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムを用いて、ターボチャージャ１０の過給動作が制御される。この場合、所定値Ｐｒｅｆすなわち所定しきい圧ＰＢｌｍｔが前述したように設定されているので、ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ＜ＰＢｌｍｔが成立している条件下において、ＯＳ抑制制御処理を実行することなくステップ６〜９の制御処理を実行したときでも、過給圧ＰＢを、上限過給圧ＰＢｍａｘに対してオーバーシュートしないように確実に制御することができる。

以上のように、定常目標過給圧ＰＢｃｍｄ＿ｓｔと所定しきい圧ＰＢｌｍｔとの大小関係にかかわらず（すなわちＯＳ抑制制御処理の実行／不実行にかかわらず）、過給圧ＰＢを上限過給圧ＰＢｍａｘに対してオーバーシュートしないように制御でき、エンジン３の発生トルクが駆動系で伝達可能なトルク容量の上限値を超えてしまうのを抑制できる。それにより、駆動系の適切な動作状態を確保でき、その寿命を延ばすことができる。その結果、商品性を向上させることができる。

なお、実施形態は、過給機として、ターボチャージャ１０を用いた例であるが、本発明の過給機はこれに限らず、過給圧を変更可能なものであればよい。例えば、過給機として、内燃機関の動力によってコンプレッサが駆動される機械式スーパーチャージャや、コンプレッサが電気モータで駆動される電動式スーパーチャージャ、コンプレッサ及びタービンが電気モータで駆動される電動式ターボチャージャを用いてもよい。

また、実施形態は、所定のフィードバック制御アルゴリズムとして、ＰＩＤ制御アルゴリズムを用いた例であるが、本発明の所定のフィードバック制御アルゴリズムはこれに限らず、過給圧が目標過給圧になるようにフィードバック制御できるアルゴリズムであればよい。例えば、所定のフィードバック制御アルゴリズムとして、ＰＩ制御アルゴリズムや、スライディングモード制御アルゴリズムなどの応答指定型制御アルゴリズムを用いてもよい。

さらに、実施形態は、第２増大レートＲｔ２として、一定値を用いた例であるが、この第２増大レートＲｔ２を、エンジン３の運転状態（例えば、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰなど）に応じて設定するように構成してもよい。

一方、実施形態は、本発明の制御装置１を車両用の内燃機関３に適用した例であるが、本発明の制御装置は、これに限らず、過給機を備えたものであれば適用可能であり、例えば、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能である。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（定常目標過給圧算出手段、第１過給圧制御手段、目標過給圧設定手段、 第２過給圧制御手段、禁止許可手段）
３ 内燃機関
１０ ターボチャージャ（過給機）
２２ 過給圧センサ（過給圧取得手段）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＡＰ アクセル開度（内燃機関の運転状態）
ＰＢ 過給圧
ＰＢｃｍｄ＿ｓｔ 定常目標過給圧
ＰＢｍａｘ 上限過給圧
ＰＢｌｍｔ 所定しきい圧
ＰＢｓｔａｒｔ 制御開始圧（所定圧）
ＤＰＢ 過給圧偏差
Ｄｒｅｆ 所定値
Ｒｔ１ 第１増大レート（所定の第１割合）
Ｒｔ２ 第２増大レート（所定の第２割合）

Claims (3)

1. 過給機を制御することにより過給圧を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記過給圧を取得する過給圧取得手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、当該内燃機関が定常運転状態にあるときの前記過給圧の目標となる定常目標過給圧を算出する定常目標過給圧算出手段と、
   前記過給圧が前記定常目標過給圧よりも低いときに、前記過給圧が目標過給圧になるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムを用いて、前記過給機を制御する第１過給圧制御を実行する第１過給圧制御手段と、
   当該第１過給圧制御が開始されるときに、前記目標過給圧を前記定常目標過給圧よりも低い所定圧に設定し、前記目標過給圧が当該所定圧に設定されている場合において、前記第１過給圧制御の実行中に取得された前記過給圧と当該所定圧との偏差が所定値以下になったときに、前記目標過給圧を前記所定圧から所定の第１割合で漸増するように設定するとともに、当該目標過給圧が当該所定の第１割合で漸増している場合において、前記第１過給圧制御の実行中に取得された前記過給圧が所定しきい圧以上になったときに、前記目標過給圧を、前記所定の第１割合よりも小さい所定の第２割合で前記定常目標過給圧まで漸増するように設定する目標過給圧設定手段と、
   前記過給圧が前記定常目標過給圧よりも低いときに、前記過給圧が前記定常目標過給圧になるように、前記所定のフィードバック制御アルゴリズムを用いて、前記過給機を制御する第２過給圧制御を実行する第２過給圧制御手段と、
   前記過給圧が前記定常目標過給圧よりも低い場合において、前記定常目標過給圧が前記所定しきい圧よりも低いときには、前記第１過給圧制御の実行を禁止するとともに、前記第２過給圧制御の実行を許可する禁止許可手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記所定しきい圧は、前記第２過給圧制御の実行中における前記過給圧の上限過給圧に対するオーバーシュートの発生を抑制可能な値に設定されており、
   前記上限過給圧は、前記内燃機関に許容される発生トルクの上限値に対応する過給圧に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記禁止許可手段は、前記過給圧が前記定常目標過給圧よりも低い場合において、前記定常目標過給圧が前記所定しきい圧以上のときには、前記第２過給圧制御の実行を禁止するとともに、前記第１過給圧制御の実行を許可することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

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