JP6406153B2

JP6406153B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP6406153B2
Application number: JP2015148748A
Authority: JP
Inventors: 貴史西尾
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2035-07-28
Also published as: JP2017025891A

Description

ここに開示する技術は、ターボ過給機を備えたエンジンの制御装置に関する。

この種の制御装置においては、所望の充填量を実現するために過給圧を調整する技術が知られている。例えば特許文献１に開示された制御装置は、過給前の吸気圧力と吸気温度とに基づいて、ウェイストゲートバルブの開度を制御するように構成されている。

特開２００６−１４４６７１号公報

ところで、一般的に、要求された充填量を精度良く実現するために、過給前の吸気密度に応じて過給圧を調整することがある。例えば、大気密度が低いときには、充填量が増加するように過給圧を上昇させる場合がある。しかしながら、その場合、過給後の吸気温度が上昇し、それに伴って、過給後の吸気密度が減少してしまう。吸気密度が減少した分だけ過給圧をさらに上昇させることもできるが、過給圧を上昇させた分、吸気密度がさらに減少してしまう。これが繰り返されると、充填量を所望の値に収束させるのに時間を要するため、充填量を精度良く調整することができない虞がある。

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、充填量を精度良く調整することにある。

ここに開示された技術は、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と、吸気バルブの開閉時期を変更するバルブタイミング可変機構とを備えたエンジンの制御装置に関する。この制御装置は、前記ターボ過給機及び前記バルブタイミング可変機構を制御する制御部を備え、前記制御部は、目標充填効率を取得する充填効率演算部と、前記コンプレッサを通過する前の上流側吸気密度を大気圧に基づき推定すると共に、前記充填効率演算部が取得した前記目標充填効率を前記上流側吸気密度により補正した、第１目標充填効率に基づいて過給圧を調整する第１制御部と、前記コンプレッサを通過した後の吸気温度に基づき下流側吸気密度を推定すると共に、前記充填効率演算部が取得した前記目標充填効率を前記下流側吸気密度により補正した、第２目標充填効率に基づいて、前記バルブタイミング可変機構を介して前記吸気バルブの開閉時期を調整する第２制御部と、を有し、前記第１制御部及び前記第２制御部によって、前記気筒内に吸入される吸気量を調整する。

ここで、「前記第１制御部及び前記第２制御部によって、前記気筒内に吸入される吸気量を調整する」とは、エンジンの全ての運転領域において前記第１制御部及び前記第２制御部の両方が制御を実行する場合も含むし、エンジンの一部の運転領域において前記第１制御部及び第２制御部の両方が制御を実行する場合も含む。

この構成によれば、過給前の吸気密度に関しては、過給圧の調整によって充填量を調整する一方、過給後の吸気密度に関しては、吸気バルブの開閉時期の調整によって充填量を調整する。よって、過給前の吸気密度に応じて過給圧を増減させた結果、過給後の吸気密度が変動してしまったとしても、その変動分に対しては、過給圧の調整ではなく、吸気バルブの開閉時期の調整を通じて充填量を調整することができる。そのことで、充填量を速やかに且つ精度良く調整することができる。
また、無過給域であったり、排気の総流量が不足していたりした場合には、コンプレッサが駆動されなかったり、駆動されたとしても十分に動作しなかったりするために、前記第１制御部の制御だけでは、充填量を十分に調整することができない虞がある。この構成によれば、第２制御部の制御と併用することで、そうした場合であっても、充填量を確実に調整することができるようになる。

前記エンジンの制御装置は、前記上流側吸気密度に応じて前記第１制御部が前記過給圧を調整することにより変動した前記下流側吸気密度の変動分を、前記第２制御部が前記バルブタイミング可変機構を介して前記吸気バルブの開閉時期を調整することにより、気筒内に吸入される吸気量を調整する。

また、前記下流側吸気密度は、前記コンプレッサを通過した後の吸気温度と、前記ターボ過給機の過給圧と、に基づいて推定されるようにしてもよい。

前述のように、前記下流側吸気密度は、過給圧に応じて増減することになる。この構成によれば、前記第１制御部の制御による過給圧の調整が前記下流側密度に及ぼす影響をより直接的に検出し、ひいては充填量を精度良く調整する上で有利になる。

また、前記下流側吸気密度は、前記吸気通路において前記コンプレッサの下流側に設けられたインタークーラを通過した後の吸気密度であってもよい。

この構成によれば、前記制御部は、インタークーラの冷却効率が下流側吸気密度に及ぼす影響も考慮して充填量を調整する。そのことで、充填量を精度良く調整する上で有利になる。つまり、コンプレッサ下流の吸気密度は、コンプレッサによる過給だけでなく、インタークーラによる冷却によっても影響を受ける。インタークーラを通過した後の吸気密度に基づいて、吸気バルブの開閉時期を調整することによって、コンプレッサの過給とインタークーラの冷却との両方の影響を受けた吸気密度の変動を考慮して充填量を調整することができる。

この構成は、特に、インタークーラの冷却性能にバラツキがある場合に有利である。つまり、インタークーラの冷却性能のバラツキによる下流側吸気密度の変動も考慮して吸気バルブの開閉時期が調整され、充填量が精度良く調整される。

前記上流側吸気密度は、大気圧と、前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側の吸気温度と、に基づいて推定されてもよい。

また、前記第２制御部は、前記エンジンがアイドル運転状態から加速するときに、前記制御を実行してもよい。

一般的に、エンジンがアイドル運転から加速するときには、通常運転時と比較して、充填量が比較的急に増加したり、インタークーラの冷却性能が不足していたりするために、前記下流側吸気密度は、通常運転時よりも大きく変動するものと考えられる。よって、前記第２制御部の制御は、そうした状況において特に有効になり得る。
この構成によれば、前記第２制御部の制御が特に有効になり得る状況において、この制御を実行するようにしているから、吸気バルブの開閉時期を調整する頻度を低減し、ひいてはエンジンの燃費の悪化を抑制する上で有利になる。

前記エンジンの制御装置によれば、充填量を精度良く調整することができる。

図１は、エンジンの概略構成図である。図２は、ＥＣＵの充填量制御部の機能構成図である。図３は、過給圧の調整方法を示すブロック図である。図４は、吸気バルブの開閉時期の調整方法を示すブロック図である。図５は、吸気バルブのバルブリフト量を示す概略図である。図６は、吸気バルブの開閉時期を図５に示す状態から進角させたときのバルブリフト量を示す概略図である。

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。

〈エンジンの構成〉
図１は、実施形態によるエンジンの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（例えばガソリンエンジン）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、吸気通路１０から供給された吸気と燃料噴射弁２３から供給された燃料との混合気を、吸気通路１０に接続された複数の気筒（１つのみ図示）２１各々の内部で燃焼させて車両の動力を発生するエンジン本体２０と、このエンジン本体２０内の燃焼により発生した排気を排出する排気通路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、通過する吸気の流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次的に蓄えるサージタンク１３ａを有し、吸気ポート１４に接続された吸気マニホールド１３とが設けられている。

インタークーラ９は、車両のエンジンルームに導入される走行風との熱交換によって吸気を冷却する空冷式の熱交換器である。詳しい図示は省略するが、インタークーラ９の内部には、吸気が流通可能な多数のチューブが配設されており、そのチューブの周囲領域に走行風が導入されるようになっている。吸気通路１０に流れ込んだ吸気は、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａを通過した後、インタークーラ９内を、前述の多数のチューブに分かれて流通し、その過程で、走行風との熱交換によって冷却される。これにより、コンプレッサ４ａで昇圧された際に昇温した吸気は、インタークーラ９を経て、再び外気と同程度の温度まで冷却される。

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。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。

吸気通路１０におけるエアクリーナ２の上流端部からコンプレッサ４ａまでの部分を上流側通路１０ａと称する。また、吸気通路１０におけるコンプレッサ４ａから吸気マニホールド１３の下流端部までの部分を下流側通路１０ｂと称する。

エンジン本体２０は、主に、吸気ポート１４を開閉する吸気バルブ２２と、気筒２１内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２３と、気筒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、気筒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３１を開閉する排気バルブ２９とを有する。

クランクシャフト２８には、不図示の吸気カムシャフトと排気カムシャフトとが駆動連結されている。吸気カムシャフトは、クランクシャフト２８に連動して回転することにより、吸気バルブ２２を駆動する。この駆動によって、吸気バルブ２２は、吸気ポート１４を所定のタイミングで開閉するように往復運動する。同様に、排気カムシャフトは、クランクシャフト２８に連動して回転することにより、排気バルブ２９を駆動する。この駆動によって、排気バルブ２９は、排気ポート３１を所定のタイミングで開閉するように往復運動する。

エンジン本体２０は、吸気カムシャフトの位相を進角又は遅角させるバルブタイミング可変機構（吸気ＶＶＴ）２５と、排気カムシャフトの位相を進角又は遅角させるバルブタイミング可変機構（排気ＶＶＴ）２６とを備えている。

吸気ＶＶＴ２５は、吸気カムシャフトの位相を進角又は遅角させることによって、吸気バルブ２２の開時期及び閉時期を、所定の最進角時期と最遅角時期との間で連続的に変更する。この例では、吸気ＶＶＴ２５は、電磁バルブを用いて構成されている。同様に、排気ＶＶＴ２６は、排気カムシャフトの位相を進角又は遅角させることによって、排気バルブ２９の開時期及び閉時期のうち少なくとも一方を、連続的に変更する。この例では、排気ＶＶＴ２６は、油圧式のソレノイドバルブを用いて構成されている。

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（以下、「ＷＧバルブ」と称する）３６が設けられている。

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、上流側通路１０ａ）に、吸入空気流量を検出するエアフロセンサ６１と吸気温度を検出する第１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、過給圧を検出する第１圧力センサ６３とインタークーラ９により冷却された後の吸気温度を検出する第２温度センサ７２とが設けられ、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１３ａ内）に、インマニ圧を検出する第２圧力センサ６４が設けられている。

そして、エンジン本体２０においては、クランクシャフト２８のクランク角を検出するクランク角センサ６９、吸気カムシャフトのカム角を検出する吸気側カム角センサ７０、及び、排気カムシャフトのカム角を検出する排気側カム角センサ７１が設けられている。

さらに、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、及び、ＷＧバルブ３６の開度であるＷＧ開度を検出するＷＧ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Ｏ_２センサ６７と排気温度を検出する排気温度センサ６８とが設けられている。

エアフロセンサ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、第１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、第１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、第２温度センサ７２は、検出した吸気温度に対応する検出信号Ｓ７２をＥＣＵ５０に供給し、第２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、ＷＧ開度センサ６６は、検出したＷＧ開度に対応する検出信号Ｓ６６をＥＣＵ５０に供給し、Ｏ_２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、排気温度センサ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。吸気側カム角センサ７０及び排気側カム角センサ７１は、それぞれ、検出したカム角に対応する検出信号Ｓ７０，Ｓ７１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。ＥＣＵ５０は、「エンジンの制御装置」の一例である。

ＥＣＵ５０は、ターボ過給機４及び吸気ＶＶＴ２５を制御する充填量制御部５９を備えている。以下で詳述するように、充填量制御部５９は、上流側通路１０ａにおける吸気密度である上流側密度に基づいて過給圧を調整する上流側制御と、下流側通路１０ｂにおける吸気密度である下流側密度に基づいて、吸気ＶＶＴ２５を介して吸気バルブ２２の開閉時期を調整する下流側制御とを実行することによって、気筒２１内に吸入される吸気量を調整する。なお、充填量制御部５９は、「制御部」の一例である。また、上流側密度は、コンプレッサ４ａを通過する前の吸気密度であり、下流側密度は、コンプレッサ４ａを通過した後の吸気密度である。

図２は、ＥＣＵ５０の充填量制御部５９の機能構成図を示す。この図に示すように、充填量制御部５９は、目標充填効率η０を取得する充填効率演算部５１と、大気密度ρを推定する大気密度推定部５２と、目標充填効率η０及び大気密度ρに基づいて前記上流側制御を実行するターボ制御部５３と、実吸気密度ρ１を推定する実吸気密度推定部５４と、吸気密度基準値ρ２を取得する基準値取得部５５と、目標充填効率η０、実吸気密度ρ１及び吸気密度基準値ρ２に基づいて、前記下流側制御を実行する吸気ＶＶＴ制御部５６とを備える。

図３は、目標過給圧の調整方法を示すブロック図である。

〈充填効率演算部〉
充填効率演算部５１は、クランク角に基づいて算出されたエンジン本体２０の回転速度（以下、「エンジン回転数」と称する）、アクセルペダルの開度、及び、変速比等に基づいて、エンジン１００の運転状態を検知する。充填効率演算部５１は、検知された運転状態に応じた目標加速度を設定すると共に、設定された目標加速度に基づいて、出力トルクの要求値である要求出力トルクを取得する。

充填効率演算部５１は、取得された要求出力トルクを実現する際に必要となる目標充填効率η０を取得する。詳しくは、目標充填効率η０は、要求出力トルク、空燃比及び熱効率に基づいて求められる。空燃比は、Ｏ_２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。ＥＣＵ５０には、予め計測された実データに基づいて、エンジン回転数及び充填効率と、熱効率とが紐付けられた熱効率マップが記憶されている。熱効率は、エンジン回転数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求められる。充填効率は、エアフロセンサ６１によって検出された実空気流量、又は、第２圧力センサ６４によって検出されたインマニ圧に基づいて求められる。

〈大気密度推定部〉
大気密度推定部５２は、大気圧センサ６０によって検出された大気圧と、第１温度センサ６２よって検出された、エアクリーナ２下流側の吸気温度とに基づいて現在の大気密度ρを推定する。

〈ターボ制御部〉
ターボ制御部５３は、前記上流側密度として、大気密度推定部５２により推定された大気密度ρを読み込む。続いて、ターボ制御部５３は、以下で説明するように、ターボ過給機４の過給圧を大気密度ρに基づいて調整する。

詳しくは、ターボ制御部５３は、図３に示すように、標準大気密度ρ０を大気密度ρで除算することによって上流密度比（標準体積密度ρ０／大気密度ρ）を算出する。標準大気密度ρ０は、標準状態における大気の密度（約１．２ｋｇ［ｋｇ／ｍ^３］）であって、予め、ＥＣＵ５０に記憶されている。

ターボ制御部５３は、図３に示すように、充填効率演算部５１により算出された目標充填効率η０に対して上流密度比を乗算することによって、目標充填効率η０を補正する。

ＥＣＵ５０には、エンジン回転数及び目標充填効率η０と、目標過給圧とが紐付けられた目標過給圧マップが予め記憶されている。ターボ制御部５３は、エンジン回転数と、上流密度比で補正された目標充填効率η０とを目標過給圧マップに照らし合わせることによって、目標過給圧を取得する。これにより、目標過給圧を取得する上で、大気密度ρの標準体積密度ρ０からのバラツキが考慮されることになる。

ターボ制御部５３は、図３に示すように、大気密度ρが考慮された目標過給圧、サージングを防止するためのサージングガード値、及び過過給を防止するための過過給ガード値のうちの最小値を最終的な目標過給圧に設定する。これにより、大気密度ρに基づいた調整により目標過給圧が大きく取られた結果、サージングを招いたり、過過給を招いたりする虞を抑止することができる。ターボ制御部５３は、その最終的な目標過給圧に基づいて、タービン４ｂ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。ターボ制御部５３は、算出された目標タービン流量を実現するように、ＷＧバルブ３６のバルブ開度を所定の目標ＷＧ開度に変更する。詳しくは、目標ＷＧ開度は、ＷＧバルブ３６を通過する排気の流量の目標値である目標ＷＧ流量に基づいて求められる。目標ＷＧ流量は、排気の総流量と、目標タービン流量とに基づいて求められる。ＷＧバルブ３６のバルブ開度を介して、タービン４ｂを通過する排気の流量、ひいてはターボ過給機４の過給圧が制御される。

このように、ターボ制御部５３は、目標過給圧を算出するときに、目標充填効率η０を上流密度比で補正するように構成されているから、大気密度ρを考慮してターボ過給機４の過給圧を調整することができる。なお、こうした制御は、「上流側制御」の一例であり、この上流側制御を通じて、所定の要求出力トルクを概ね実現するように、気筒２１内に吸入される吸気量（充填量）が調整される。なお、ターボ制御部５３は、上流側制御を所定の周期で繰り返し実行する。

図４は、吸気バルブ２２の開閉時期の調整方法を示すブロック図である。

〈実吸気密度推定部〉
実吸気密度推定部５４は、図４に示すように、実スロットル上流圧力と実スロットル上流温度とに基づいて、実吸気密度ρ１を推定する。実吸気密度ρ１は、下流側通路１０ｂのうちインタークーラ９の下流端部からスロットルバルブ１１の上流端部までの部分における現在の吸気密度であって、大気密度ρの標準大気密度ρ０からのバラツキの影響、過給による影響（上流側制御による影響も含む）、及びインタークーラ９の冷却による影響を反映している。実スロットル上流圧力は、下流側通路１０ｂのうちインタークーラ９の下流端部からスロットルバルブ１１の上流端部までの部分における現在の吸気圧力であって、第１圧力センサ６３による検出結果に基づいて求められる。実スロットル上流圧力は、過給圧に相当する。他方、実スロットル上流温度は、下流側通路１０ｂのうちインタークーラ９の下流端部からスロットルバルブ１１の上流端部までの部分における現在の吸気温度であって、第２温度センサ７２による検出結果に基づいて求められる。

〈基準値取得部〉
基準値取得部５５は、図４に示すように、目標充填効率η０に対応する目標過給圧及び基準温度に基づいて、吸気密度基準値ρ２を推定する。吸気密度基準値ρ２は、エンジン１００が目標充填効率η０を実現するときの、下流側通路１０ｂのうちインタークーラ９の下流端部からスロットルバルブ１１の上流端部までの部分における吸気密度に相当する。目標過給圧は、エンジン回転数と、大気密度ρにより補正する前の目標充填効率η０とを前述の目標過給圧マップに照らし合わせることによって求められる。基準温度は、エンジン１００が目標充填効率η０を実現するときの、下流側通路１０ｂのうちインタークーラ９の下流端部からスロットルバルブ１１の上流端部までの部分における吸気温度に相当する。ＥＣＵ５０には、予め計測された実データに基づいて、エンジン回転数及び目標充填効率η０と基準温度とが紐付けられたスロットル上流温度マップが予め記憶されている。基準温度は、エンジン回転数及び目標充填効率η０を、このスロットル上流温度マップに照らし合わせることによって求められる。

〈吸気ＶＶＴ制御部〉
吸気ＶＶＴ制御部５６は、前記下流側密度として、実吸気密度推定部５４によって推定された実吸気密度ρ１を読み込む。続いて、吸気ＶＶＴ制御部５６は、以下で説明するように、実吸気密度ρ１に基づいて、吸気ＶＶＴ２５を介して吸気バルブ２２の開閉時期を調整する。

詳しくは、吸気ＶＶＴ制御部５６は、図４に示すように、吸気密度基準値ρ２を実吸気密度ρ１で除算することによって下流密度比（吸気密度基準値ρ２／実吸気密度ρ１）を算出する。

吸気ＶＶＴ制御部５６は、図４に示すように、充填効率演算部５１により算出された目標充填効率η０に対して下流密度比を乗算することによって、目標充填効率η０を補正する。

ＥＣＵ５０には、エンジン回転数及び目標充填効率η０と、吸気バルブ２２の開閉時期を決定する吸気ＶＶＴ制御値とが紐付けられた吸気ＶＶＴマップが予め記憶されている。吸気ＶＶＴ制御部５６は、エンジン回転数と、下流密度比で補正された目標充填効率η０とを吸気ＶＶＴマップに照らし合わせることによって、吸気ＶＶＴ制御値を取得する。これにより、吸気ＶＶＴ制御値を取得する上で、実吸気密度ρ１の吸気密度基準値ρ２からのバラツキが考慮されることになる。

吸気ＶＶＴ制御部５６は、決定された吸気ＶＶＴ制御値に基づいて、吸気ＶＶＴ２５を作動させる。そして、吸気ＶＶＴ２５の作動を通じて、吸気バルブ２２の開閉時期を調整する。一般的には、吸気バルブ２２の開閉時期を調整することによって充填量を変化させることができる。図５は、吸気バルブ２２のバルブリフト量を概略的に示している。図５に示す例では、吸気バルブ２２はＢＤＣを過ぎても開いており、吸気バルブ２２の“遅閉じ”が実行されている。気筒２１内に導入される吸気量は、ＴＤＣからＢＤＣを過ぎた直後（ＡＢＤＣ）までの区間におけるバルブリフト量の積分量（図５における領域Ａの面積に相当する。）に依存する。一方で、ＡＢＤＣから次のＴＤＣまでの区間において吸気バルブ２２が開いている期間は、吸気の一部が吸気ポート１４に排出されている。気筒２１から吸気ポート１４へ排出される吸気量は、ＡＢＤＣから次のＴＤＣまでの区間における吸気バルブ２２のバルブリフト量の積分量（図５における領域Ｂの面積に相当する。）に依存するため、領域Ａの面積と領域Ｂの面積との兼ね合いで充填量が決まる。吸気バルブ２２の開閉時期が変化すれば、領域Ａの面積と領域Ｂの面積とが変化するので、充填量が変化することになる。例えば、図６に示すように、吸気バルブ２２の開時期及び閉時期を両方とも進角させることによって、領域Ａの面積が増加する一方、領域Ｂの面積が減少することになって、充填量は、図５に示す例よりも増加することになる。

このように、吸気ＶＶＴ制御部５６は、吸気ＶＶＴ制御値を決定するときに、目標充填効率η０を下流密度比で補正するように構成されているから、実吸気密度ρ１を考慮して吸気バルブ２２の開閉時期を調整することができる。なお、こうした制御は、「下流側制御」の一例であり、この下流側制御を通じて、所定の要求出力トルクを概ね実現するように、気筒２１内に吸入される吸気量（充填量）が調整される。なお、吸気ＶＶＴ制御部５６は、下流側制御を所定の周期で繰り返し実行する。

また、目標過給圧が大気圧よりも低い無過給域であったり、排気の流量が不足していたりした場合には、コンプレッサ４ａが駆動されなかったり、駆動されたとしても十分に動作しなかったりするために、前述の上流側制御では、大気密度ρの標準大気密度ρ１からのバラツキを考慮して充填量を調整することができない虞がある。その場合、そうしたバラツキの影響は、実吸気密度ρ１の吸気密度基準値ρ２からのバラツキに反映されることになるため、大気密度ρのバラツキに関しては、上流側制御に代わって、下流側制御により調整されることになる。

〈ターボ過給機及び吸気ＶＶＴの制御例〉
以下、前記エンジン１００によるターボ過給機４及び吸気ＶＶＴ２５の制御例について説明する。

例えば、エンジン１００を備えた車両が、高地において、比較的長時間に亘るアイドル運転から加速する状況を考える。この状況では、標高が高い分だけ、大気密度ρは標準大気密度ρ０よりも低くなる。また、インタークーラ９は、走行風を利用した空冷式の熱交換器であるため、この状況では、車速が十分に高まるまで、十分な冷却性能を発揮することはできない。そのため、コンプレッサ４ａによって昇圧された吸気は、比較的高温のまま流れることになって、その分だけ、実吸気密度ρ１は吸気密度基準値ρ２よりも低くなる。

そうした状況において、ターボ制御部５３は、上流側制御を実行することによって、大気密度ρの低下量に応じて過給圧が増加するように目標過給圧を変更する。この制御によって、下流側通路１０ｂを流れる吸気量、ひいては充填量が増加する。また、吸気ＶＶＴ制御部５６は、下流側制御を実行することによって、実吸気密度ρ１の低下量に応じて充填量が増加するように吸気バルブ２２の開閉時期を調整する。このように、大気密度ρが標準大気密度ρ０よりも低かったり、実吸気密度ρ１が吸気密度基準値ρ２よりも低かったりしたときに、各々の低下量に応じて充填量が調整されることになる。そのことで、充填量を精度良く調整することができる。

以上説明したように、充填量制御部５９は、過給前の上流側密度のバラツキに関しては、過給圧の調整によって充填量を調整する一方、過給後の下流側密度のバラツキに関しては、吸気バルブ２２の開閉時期の調整によって充填量を調整する。よって、上流側密度に応じて過給圧を増減させた結果、下流側密度が変動してしまったとしても、その変動分に対しては、ターボ過給機４の制御ではなく、吸気ＶＶＴ２５の制御を通じて充填量を調整することができる。そのことで、充填量を速やかに且つ精度良く調整することができる。

また、無過給域であったり、排気の総流量が不足していたりした場合には、上流側制御だけでは、充填量を十分に調整することができない虞がある。しかしながら、前述の如く、下流側制御と併用することで、そうした場合であっても、充填量をより確実に調整することができるようになる。

また、一般的に、実吸気密度ρ１は、車両の走行状態やエンジン１００の運転状態の変動に伴って、大気密度ρよりも比較的急峻に変動するものと考えられる。一方で、吸気ＶＶＴ２５は、ターボ過給機４よりも応答性に優れているものと考えられるから、この実施形態のように、実吸気密度ρ１に関しては、吸気ＶＶＴ２５の制御を通じて充填量を調整するように構成することによって、実吸気密度ρ１の変動に対して可及的速やかに対応し、ひいては充填量を速やかに調整する上で有利になる。

また、充填量制御部５９は、現在の過給圧に相当する実スロットル上流圧力に基づいて推定された実吸気密度ρ１を使用して、下流側制御を実行するように構成されている。よって、上流側制御による過給圧の調整が実吸気密度ρ１に及ぼす影響をより直接的に検出し、ひいては、充填量を精度良く調整する上で有利になる。

また、実吸気密度ρ１は、吸気通路１０においてインタークーラ９を通過した後の吸気密度であるから、インタークーラ９の冷却効率が実吸気密度ρ１に及ぼす影響を考慮して充填量を調整することになる。そのことで、充填量を精度良く調整する上で有利になる。つまり、実吸気密度ρ１は、コンプレッサ４ａによる過給だけでなく、インタークーラ９による冷却によっても影響を受ける。インタークーラ９を通過した後の吸気密度に基づいて、吸気バルブ２２の開閉時期を調整することによって、コンプレッサ４ａの過給とインタークーラ９の冷却との両方の影響を受けた吸気密度の変動を考慮して充填量を調整することができる。

こうした構成は、特に、インタークーラ９の冷却性能にバラツキがある場合に有利である。つまり、インタークーラ９の冷却性能のバラツキによる吸気密度の変動も考慮して吸気バルブ２２の開閉時期が調整され、充填量が精度良く調整される。

〈他の実施形態〉
前記実施形態では、排気によりタービン４ｂを駆動するターボ過給機４を備えた構成を例示したが、この構成に代えて、電動式のアシスト機構を有するターボ過給機を備えてもよい。

前記実施形態では、吸気ＶＶＴ制御部５６は、下流側制御を所定の周期で繰り返し実行するように構成されていたが、これに代えて、エンジン１００がアイドル運転状態から加速するときに下流側制御を実行してもよい。

通常、エンジン１００がアイドル運転状態から加速するときには、通常運転時と比較して、充填量が急増したり、インタークーラ９の冷却性能が不足していたりするために、実吸気密度ρ１は、通常運転時よりも比較的大きく変動するものと考えられる。そのため、下流側制御は、そうした状況において特に有効になり得る。

この構成によれば、下流側制御が特に有効になり得る状況において、この下流側制御を実行するようにしているから、吸気バルブ２２の開閉時期を調整する頻度を低減し、ひいてはエンジン１００の燃費の悪化を抑制する上で有利になる。

また、上流側制御及び下流側制御の詳細については、可能な範囲で変更することができる。例えば、前記実施形態では、ターボ制御部５３は、大気密度ρと標準体積密度ρ０との比を用いて目標充填効率η０を補正するように構成されていたが、この構成に代えて、大気密度ρから標準体積密度ρ０を減算した差分を用いて目標充填効率η０を補正してもよい。吸気ＶＶＴ制御部５６による下流側制御についても同様である。

１００エンジン
１０吸気通路
１０ａ上流側通路
１０ｂ下流側通路
１１スロットルバルブ
２０エンジン本体
２１気筒
２２吸気バルブ
２５吸気ＶＶＴ（バルブタイミング可変機構）
３０排気通路
４ターボ過給機
４ａコンプレッサ
５０ＥＣＵ（制御装置）
５９充填量制御部（制御部）
９インタークーラ
ρ 大気密度（上流側密度）
ρ１実吸気密度（下流側密度）

Claims

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と、吸気バルブの開閉時期を変更するバルブタイミング可変機構とを備えたエンジンの制御装置であって、
前記ターボ過給機及び前記バルブタイミング可変機構を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
目標充填効率を取得する充填効率演算部と、
前記コンプレッサを通過する前の上流側吸気密度を大気圧に基づき推定すると共に、前記充填効率演算部が取得した前記目標充填効率を前記上流側吸気密度により補正した、第１目標充填効率に基づいて過給圧を調整する第１制御部と、
前記コンプレッサを通過した後の吸気温度に基づき下流側吸気密度を推定すると共に、前記充填効率演算部が取得した前記目標充填効率を前記下流側吸気密度により補正した、第２目標充填効率に基づいて、前記バルブタイミング可変機構を介して前記吸気バルブの開閉時期を調整する第２制御部と、を有し、
前記第１制御部及び前記第２制御部によって、気筒内に吸入される吸気量を調整することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記上流側吸気密度に応じて前記第１制御部が前記過給圧を調整することにより変動した前記下流側吸気密度の変動分を、前記第２制御部が前記バルブタイミング可変機構を介して前記吸気バルブの開閉時期を調整することにより、気筒内に吸入される吸気量を調整することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
前記下流側吸気密度は、前記コンプレッサを通過した後の吸気温度と、前記ターボ過給機の過給圧と、に基づいて推定されることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
前記下流側吸気密度は、前記吸気通路において前記コンプレッサの下流側に設けられたインタークーラを通過した後の吸気密度であることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
前記上流側吸気密度は、大気圧と、前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側の吸気温度と、に基づいて推定されることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
前記第２制御部は、前記エンジンがアイドル運転状態から加速するときに、前記制御を実行することを特徴とするエンジンの制御装置。