JP6437085B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン回転数がタービン限界回転数を超過することを確実に抑制することが可能な、内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】実コンプレッサ前後圧力比が、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比から所定圧力比を減算した圧力比を超過したとき、フィードバック補正量積分項を、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比に実コンプレッサ前後圧力比が接近したときに用いる積分項制限量としての接近時積分項制限量により制限する。【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、タービンとコンプレッサとからなるターボチャージャを備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の出力を向上させることを目的として、ターボチャージャを内燃機関に設けることが提案されている。ターボチャージャは、過給機とも呼ばれ、タービンとコンプレッサとから構成されている。また、コンプレッサは、圧縮機とも呼ばれている。ターボチャージャは、排気路に設けられたタービンを排気ガスで回転させることで、吸気路に設けられたコンプレッサを動かして、過給圧を増加させる装置である。

ターボチャージャにおいては、内燃機関が高回転・高負荷の状態では必要以上に過給圧が増加して、内燃機関を破損させる恐れがある。そのため、過給圧を調整するために、通常、タービン上流に排気バイパス通路が設けられている。排気バイパス通路にはウエストゲートバルブが設けられており、当該ウエストゲートバルブによって、排気路内を流れる排気ガスの一部を排気バイパス通路へと分流させる。こうして、排気ガスのタービンへの流入量を調節することにより、過給圧を適正レベルに制御している。

すなわち、ウエストゲートバルブの開度により、ターボチャージャの排気圧および過給圧が制御される。ウエストゲートバルブの開度の制御量は、内燃機関の回転数および負荷を基に、予め定められた吸気系の目標量に対するクローズドループ制御、もしくは、単純なオープンループ制御によって決定されている。なお、目標量の例としては、例えば、設定過給圧、もしくは、設定吸気量がある。

ウエストゲートバルブ制御値を算出する内燃機関の制御装置が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された内燃機関の制御装置では、まず、目標充填効率と内燃機関の回転数とに基づいて目標スロットル上流圧力を算出する。次に、目標吸入空気流量と目標スロットル上流圧力とに基づいて、ターボチャージャを駆動するために必要な目標コンプレッサ駆動力を算出する。さらに、空燃比と吸入空気流量とに基づいて排気ガス流量を算出する。こうして、排気ガス流量とコンプレッサ駆動力との特性がウエストゲートバルブ制御値にのみ依存される関係を用いて、排気ガス流量と目標コンプレッサ駆動力とに基づいて、ウエストゲートバルブ制御値を算出する。

また、ターボチャージャの慣性力が大きくなる場合でも安定した実コンプレッサ駆動力のフィードバック応答を得ることができ、実コンプレッサ駆動力のオーバーシュート量、及びアンダーシュート量を低減する内燃機関の制御装置が、例えば特許文献２に開示されている。特許文献２に開示された内燃機関の制御装置では、まず、ターボチャージャ回転速度を検出し、ターボチャージャ回転速度からターボチャージャの慣性力モーメントにより生じた慣性力を算出し、コンプレッサ駆動力のフィードバック制御に反映することで、実コンプレッサ駆動力のオーバーシュート量、及びアンダーシュート量を低減する。

特許第５４２００１３号公報 特許第５９４４０３７号公報

ところで、ターボチャージャでは、ターボチャージャの回転数であるタービン回転数が高すぎる過回転が生じると、ターボチャージャの構成部品に対する機械的な負荷が増大してしまう。しかしながら、上記特許文献１においては、タービン回転数の過回転については言及されていない。

一方、前述の特許文献２に記載の制御装置では、実コンプレッサ駆動力に慣性力を加算した慣性力加算駆動力を算出し、この慣性力加算駆動力と目標コンプレッサ駆動力を用いてフィードバック制御を実施するため、例えば車両加速時には、フィードバック補正量比例項・積分項を実コンプレッサ駆動力を低下させる方向へ早めに制御できる。しかしながら、車両緩加速の後など、フィードバック補正量積分項が増大している状態で全開加速した場合には、フィードバック補正量積分項を、実コンプレッサ駆動力を低下させる方向へ制御するものの、全開加速前のフィードバック補正量積分項が過大であることで実コンプレッサ駆動力の低下が遅れ、オーバーシュートすることで吸入空気流量が増大し、タービン回転数がタービン限界回転数を超過する可能性がある。

この発明は、従来の内燃機関の制御装置における前述のような課題を解決するためになされたものであり、タービン回転数がタービン限界回転数を超過することを抑制することが可能な、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この発明による内燃機関の制御装置は、
車両に設けられた内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブと、
前記内燃機関の前記吸気通路の吸入空気流量を検出するエアフローセンサと、
前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンと前記内燃機関の前記吸気通路に設けられ前記タービンと一体に回転するコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンの上流側と下流側とを連通する排気バイパス通路に設けられ、前記排気バイパス通路を流れる前記内燃機関の排気ガスの流量を調整するウエストゲートバルブと、
前記ウエストゲートバルブを駆動して、前記ウエストゲートバルブの開弁位置を制御するアクチュエータと、
前記コンプレッサにより圧縮された前記スロットルバルブの上流側の吸入空気の圧力の実際値である実スロットル上流圧を検出するスロットル上流圧力センサと、
を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記コンプレッサにより圧縮される吸入空気の圧力の目標値である目標スロットル上流圧を演算する目標スロットル上流圧力演算部と、
前記吸入空気流量に基づいて、前記コンプレッサを通過するコンプレッサ通過流量を演算するコンプレッサ通過流量演算部と、
前記コンプレッサ通過流量に基づいて、タービン限界回転数となるときの前記コンプレッサの前記上流側の圧力と前記コンプレッサの前記下流側の圧力との圧力比であるタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を演算するタービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部と、
目標スロットル上流圧力演算部により演算された前記目標スロットル上流圧に基づいて、目標コンプレッサ前後圧力比を演算する目標コンプレッサ前後圧力比演算部と、
大気圧に基づいて前記コンプレッサの上流側の圧力を演算するコンプレッサ上流側圧力演算部と、
前記スロットル上流圧力センサにより検出された前記実スロットル上流圧から前記コンプレッサの下流側の圧力を演算するコンプレッサ下流側圧力演算部と、
前記コンプレッサの上流側の圧力と前記コンプレッサの下流側の圧力から実コンプレッサ前後圧力比を算出する実コンプレッサ前後圧力比演算部と、
前記コンプレッサの駆動力の目標値である目標コンプレッサ駆動力を算出する目標コンプレッサ駆動力演算部と、
前記コンプレッサの駆動力の実値である実コンプレッサ駆動力を算出する実コンプレッサ駆動力演算部と、
前記ターボチャージャの回転速度に基づいて、前記ターボチャージャの慣性モーメントにより生じた慣性力を算出する慣性力演算部と、
前記実コンプレッサ駆動力に前記慣性力を加算した慣性力加算駆動力が、前記目標コンプレッサ駆動力に近づくように、前記アクチュエータの制御値であるゲートバルブ制御値を変化させるようフィードバック補正量比例項およびフィードバック補正量積分項を算出するフィードバック補正量演算部と、
前記目標コンプレッサ駆動力に基づいて算出したウエストゲートバルブ基本開度と、前記フィードバック補正量比例項および前記フィードバック補正量積分項とに基づいて、ウエストゲートバルブ目標開度を演算して、前記アクチュエータに出力する目標開度演算部と、
を備え、
前記実コンプレッサ前後圧力比が、前記タービン限界時コンプレッサ前後圧力比から所定圧力比を減算した圧力比を超過したとき、前記フィードバック補正量積分項を、前記タービン限界時コンプレッサ前後圧力比に前記実コンプレッサ前後圧力比が接近したときに用いる積分項制限量としての接近時積分項制限量により制限するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

この発明による内燃機関の制御装置によれば、実コンプレッサ前後圧力比が、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比から所定圧力比を減算した圧力比を超過したとき、フィードバック補正量積分項を、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比に実コンプレッサ前後圧力比が接近したときに用いる積分項制限量としての接近時積分項制限量により制限するように構成されているので、実コンプレッサ駆動力を低下させるようゲートバルブ制御値を制御し、タービン回転数が限界回転数を超えることを抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の吸排気系の構成を概略的に示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。 図２のＥＣＵの内部に設けられたウエストゲートバルブ制御部およびその関連部分の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における目標スロットル上流圧力を決定するためのマップの一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比と目標コンプレッサ前後圧力比上限値制限の一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における、フィードバック補正量演算部の動作を説明するためのフローチャートである。 従来装置における緩加速後の全開加速運転時のコンプレッサ前後圧力比、コンプレッサ駆動力、フィードバック補正量の挙動の一例を説明するためのタイムチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における、緩加速後の全開加速運転時のコンプレッサ前後圧力比、コンプレッサ駆動力、フィードバック補正量の挙動の一例を説明するためのタイムチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における、緩加速後の全開加速運転時のコンプレッサ前後圧力比、コンプレッサ駆動力、フィードバック補正量の挙動の一例を説明するためのタイムチャートである。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置について、図に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の吸排気系の構成を概略的に示す構成図である。内燃機関を含む図１の構成は、自動車などの車両に設けられている。図１において、内燃機関１のクランク軸には、クランク軸の回転角に応じた電気信号を生成するためのクランク角センサ１１が取り付けられている。また、内燃機関１の燃焼室の吸入口と排出口には、それぞれ、吸気路を形成する吸気管２と排気路を形成する排気管７とが接続されている。

吸気管２の最上流端には、取り込んだ外気を浄化するためのエアクリーナ３が取り付けられている。吸気管２において、エアクリーナ３の下流側、すなわち、エアクリーナ３が取り付けられている吸気管２の部位よりも内燃機関１に近い側の吸気管２の部位には、エアフローセンサ１２と吸入空気温センサ１３とが設けられている。以下説明では、吸入空気温センサ１３を、単に、吸気温センサ１３と称することとする。

エアフローセンサ１２は、吸入空気流量に応じた電気信号を生成する。吸気温センサ１３は、吸入空気温度に応じた電気信号を生成する。なお、図１では、エアフローセンサ１２と吸入空気温センサ１３とが一体に構成された例を示しているが、その構成に限らず、エアフローセンサ１２と吸入空気温センサ１３とを互いに別体で構成するようにしてもよい。さらに、吸気管２において、エアクリーナ３の下流側であって、エアフローセンサ１２と吸入空気温センサ１３との上流側には、大気圧に応じた電気信号を生成する大気圧センサ９が設けられている。なお、大気圧センサ９は、後述するＥＣＵ１００に内蔵してもよい。

排気管７には、排気ガス浄化触媒２２が設けられている。排気管７の排気ガス浄化触媒２２の上流側、すなわち、排気ガス浄化触媒２２が取り付けられている排気管７の部位よりも内燃機関１に近い側の排気管７の部位には、燃焼ガス内の燃料又は酸素の割合に応じた電気信号を生成する空燃比センサ１６が設けられている。

また、吸気管２と排気管７とで構成される吸排気系統には、ターボチャージャ３６が設けられている。ターボチャージャ３６は、コンプレッサ３１と、タービン３２と、コンプレッサ３１とタービン３２とを連結するシャフト３７とを備えている。タービン３２は、排気管７の排気ガス浄化触媒２２よりも上流側に設けられていて、排気管７内を通流する排気ガスによって回転駆動されるように構成されている。コンプレッサ３１は、吸気管２のエアクリーナ３の下流側に設けられている。コンプレッサ３１は、タービン３２の回転に伴って回転駆動されることで、吸気路内の空気を圧縮するように構成されている。

ターボチャージャ３６には、ターボチャージャ回転速度Ｎｔを測定するターボチャージャ回転センサ３８が設けられている。なお、ターボチャージャ回転速度Ｎｔを直接測定するターボチャージャ回転センサに変えて、他のセンサからのセンサ情報からターボチャージャ回転速度Ｎｔを推定する方法を用いてもよい。

コンプレッサ３１の下流側には、エアバイパスバルブ３３が設けられている。エアバイパスバルブ３３は、主にアクセルオフ時に過給圧が高くなり過ぎて吸気管２を破損しないように、コンプレッサ３１の上流側へ圧縮された空気を分流させる。エアバイパスバルブ３３の下流側には、圧縮空気を冷却するためのインタークーラ３０が設けられている。インタークーラ３０の下流側には、内燃機関１に送られる空気量を調整するためのスロットルバルブ４が設けられている。スロットルバルブ４には、そのスロットル開度に応じた電気信号を生成するスロットルポジションセンサ１４が接続されている。

また、スロットルバルブ４の上流側には、スロットル上流圧力センサ３５が設けられている。スロットル上流圧力センサ３５は、インタークーラ３０とスロットルバルブ４との間の空気圧、すなわち、スロットル上流圧力Ｐ２に応じた電気信号を生成する。スロットル上流圧力センサ３５が検出するスロットル上流圧力Ｐ２は、コンプレッサ３１により圧縮された吸入空気の圧力の実際値である実スロットル上流圧力に相当する。なお、スロットル上流圧力Ｐ２を直接測定するスロットル上流圧力センサ３５に代えて、他のセンサからのセンサ情報からスロットル上流圧力Ｐ２の推定値を演算するスロットル上流圧力推定部を設けるようにしてもよい。

さらに、吸気管２において、スロットルバルブ４の下流側には、吸気脈動を抑制するためのサージタンク５が設けられている。サージタンク５には、サージタンク５内の空気圧に応じた電気信号を生成するインテークマニホールド圧力センサ１５が設けられている。以下の説明では、インテークマニホールド圧力センサ１５を、インマニ圧センサ１５と呼ぶこととする。なお、エアフローセンサ１２およびインマニ圧センサ１５については、両方とも設けてもよいし、インマニ圧センサ１５のみが設けられてもよい。また、インマニ圧センサ１５のみが取り付けられている場合は、図１においても示されているように、吸気温センサ１３はサージタンク５に設けられる。なお、図１では、インマニ圧センサ１５と吸気温センサ１３とが別体に構成された例を示しているが、これらを一体に構成してもよい。

吸気管２におけるサージタンク５の下流側には、内燃機関１の燃焼室の吸入口に向けて燃料を噴射するインジェクタ１７が設けられている。なお、インジェクタ１７は、シリンダ８内に直接燃料を噴射するように設けられていてもよい。

シリンダ８の頂部には、点火プラグ１８と点火コイル１９とが設けられている。点火プラグ１８は、内燃機関１に吸入された空気とインジェクタ１７から噴射された燃料とが混合して生成される可燃混合気に対して、点火を行う。点火コイル１９は、点火プラグ１８に火花を発生させるためのエネルギーを生成する。また、内燃機関１の燃焼室の吸入口には、吸気管２からシリンダ８内に導入される空気量を調節する吸気バルブ２０が設けられ、内燃機関１の燃焼室の排出口には、シリンダ８から排気管７に排出される空気量を調節する排気バルブ２１が設けられている。

タービン３２の上流側には、高回転・高負荷で過給圧が増加して内燃機関１を破損しないよう、排気バイパス通路４０に排気ガスを分流させるためのウエストゲートバルブ３４が設けられている。排気バイパス通路４０は、タービン３２の上流側と下流側とを連通するように設けられている。ウエストゲートバルブ３４は、タービン３２の上流側に配置され、排気バイパス通路４０の流路断面積を変更する。これにより、排気バイパス通路４０を流れる排気ガスの流量が調整される。ウエストゲートバルブ３４は、後述する図２に示す、ウエストゲートバルブ３４のアクチュエータ３４ａによって駆動される。アクチュエータ３４ａとしては、ダイアフラムにかかる圧力を制御する圧力式、および、バルブ開度を直接指示してバルブを駆動する電動式のうちのいずれを用いてもよい。

図２は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。図２において、電子制御ユニット１００は、クランク角センサ１１、エアフローセンサ１２、吸気温センサ１３、スロットルポジションセンサ１４、インマニ圧センサ１５、および、空燃比センサ１６のそれぞれによって生成される電気信号を受信する。電子制御ユニット１００を、以下の説明では、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００と称することとする。

また、ＥＣＵ１００は、ターボチャージャ３６の制御に必要となる、大気圧センサ９、スロットル上流圧力センサ３５、および、ターボチャージャ回転センサ３８のそれぞれによって生成される電気信号を受信する。さらに、ＥＣＵ１００は、前述の大気圧センサ９、クランク角センサ１１、エアフローセンサ１２、吸気温センサ１３、スロットルポジションセンサ１４、インマニ圧センサ１５、空燃比センサ１６、スロットル上流圧力センサ３５、ターボチャージャ回転センサ３８以外の各種センサＯＳからの電気信号も受信する。この各種センサＯＳには、アクセルの操作量に応じた電気信号を生成するアクセルポジションセンサ、内燃機関１の燃焼制御用のセンサ、車両の挙動制御用のセンサなどが含まれる。車両の挙動制御用のセンサには、例えば、車速センサ、水温センサ等が含まれる。

さらに、ＥＣＵ１００は、前述の大気圧センサ９、クランク角センサ１１、エアフローセンサ１２、吸気温センサ１３、スロットルポジションセンサ１４、インマニ圧センサ１５、空燃比センサ１６、スロットル上流圧力センサ３５、ターボチャージャ回転センサ３８、及び各種センサＯＳから入力される下記の各入力データ（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）に基づいて、内燃機関１から発生した実トルクを推定した推定出力トルクを算出するとともに、前述のそれぞれのセンサからの入力データおよび他のコントローラＯＣＯからのトルク要求値ＴＲＲに基づいて、目標出力トルクを算出する。なお、他のコントローラＯＣＯには、例えば、トランスミッション制御、ブレーキ制御、トラクション制御、スタビリティ制御等のための各コントローラなどが含まれる。
（１）クランク角センサ１１からの回転速度Ｎｅ
（２）エアフローセンサ１２からの実計測空気流量Ｑｒ
（３）吸気温センサ１３からの吸気温ＡＴ
（４）スロットルポジションセンサ１４からのスロットル開度ＴＨ
（５）インマニ圧センサ１５からのインマニ圧Ｐｂ
（６）空燃比センサ１６からの空燃比ＡＦ
（７）大気圧センサ９からの大気圧ＡＰ
（８）スロットル上流圧力センサ３５からのスロットル上流圧力Ｐ２
（９）各種センサＯＳのうち、車両に設けられたアクセルの開度を検出するアクセル開度センサからのアクセル開度Ｄ

また、ＥＣＵ１００は、目標出力トルクを達成するように、空燃比ＡＦおよび各制御目標値を参照して、目標吸入空気流量Ｑａｔの目標値を達成するようにスロットルバルブ４のアクチュエータ４ａを制御し、空燃比ＡＦの目標値を達成するようにインジェクタ１７のアクチュエータ１７ａを駆動し、点火時期の目標値を達成するように点火コイル１９の１次コイル１９ａに通電し、ウエストゲートバルブ開度の目標値を達成するようにウエストゲートバルブ３４のアクチュエータ３４ａを駆動する。なお、各目標値には、例えば、吸気ＶＶＴまたは排気ＶＶＴ(可変バルブタイミング)制御での位相角、ＥＧＲ(排気ガス再循環)率、点火時期、等が含まれる。

また、ＥＣＵ１００は、これらのアクチュエータ以外の、各種装置のための各種アクチュエータＯＡＣに対する目標値も算出する。

ここで、ＥＣＵ１００は、演算処理を実行するＣＰＵ１００ａと、プログラムデータおよび固定値データを記憶するＲＯＭおよび格納されているデータを更新して順次書き換えられるＲＡＭを含む記憶部１００ｂと、を有するマイクロプロセッサで構成されている。

図３は、図２のＥＣＵ１００の内部に設けられたウエストゲートバルブ制御部１１０およびその関連部分の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。ウエストゲートバルブ制御部１１０には、図３に示すように、目標スロットル上流圧力演算部１２０、コンプレッサ通過流量演算部１２１、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部１２２、コンプレッサ上流側圧力演算部１２３、コンプレッサ下流側圧力演算部１２４、実コンプレッサ前後圧力比演算部１２５、目標コンプレッサ前後圧力比演算部１２６、目標コンプレッサ駆動力演算部１２７、実コンプレッサ駆動力演算部１２８、慣性力演算部１２９、フィードバック補正量演算部１３０、および、目標開度演算部１３１が、設けられている。

前述の目標スロットル上流圧力演算部１２０と、コンプレッサ通過流量演算部１２１と、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部１２２と、コンプレッサ上流側圧力演算部１２３と、コンプレッサ下流側圧力演算部１２４と、実コンプレッサ前後圧力比演算部１２５と、目標コンプレッサ前後圧力比演算部１２６と、目標コンプレッサ駆動力演算部１２７と、実コンプレッサ駆動力演算部１２８と、慣性力演算部１２９と、フィードバック補正量演算部１３０と、目標開度演算部１３１は、ソフトウェアにより実現される。そのソフトウェアは、プログラムとして記述され、ＥＣＵ１００の記憶部１００ｂのＲＯＭに記憶される。ＥＣＵ１００のＣＰＵ１００ａが、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、ウエストゲートバルブ制御部１１０の前述の各部の機能が実現される。

図３においては、内燃機関部１ａとして、図１の吸排気系の各構成のうち、ターボチャージャ３６に関わる主要部のみを示す。図３においては、ターボチャージャ主要部として、タービン３２、コンプレッサ３１、エアバイパスバルブ３３、ウエストゲートバルブ３４のみを示している。また、図３においては、各センサの代表として、スロットル上流圧力センサ３５およびエアフローセンサ１２のみが示されている。

以下、ウエストゲートバルブ制御部１１０における、目標スロットル上流圧力演算部１２０、コンプレッサ通過流量演算部１２１、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部１２２、コンプレッサ上流側圧力演算部１２３、コンプレッサ下流側圧力演算部１２４、実コンプレッサ前後圧力比演算部１２５、目標コンプレッサ前後圧力比演算部１２６、目標コンプレッサ駆動力演算部１２７、実コンプレッサ駆動力演算部１２８、慣性力演算部１２９、フィードバック補正量演算部１３０、および、目標開度演算部１３１の、各機能について説明する。

目標スロットル上流圧力演算部１２０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、コンプレッサ３１により圧縮される吸入空気の圧力の目標値である目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔを演算する。なお、ここでは、内燃機関１の運転状態の情報として、例えば、内燃機関１の回転速度Ｎｅと目標充填効率Ｅｃｔとを用いることとする。内燃機関１の回転速度Ｎｅは、前述したクランク角センサ１１で検出される。

ここで、目標スロットル上流圧力演算部１２０が目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔを算出する方法の一例について、図４を参照しながら具体的に説明する。図４は、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔを決定するためのマップの一例を示す説明図である。なお、図４に示したマップにおいては、目標スロットル上流圧力の単位を［ｋＰａ］としている。図４のマップには、内燃機関１の回転速度Ｎｅとしての内燃機関回転数と、アクセル開度と、を２軸として、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔの値が予め記憶されている。従って、目標スロットル上流圧力演算部１２０は、図４のマップを参照することにより、内燃機関１の回転速度Ｎｅとアクセル開度とから、目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔの値を一意に決定することができる。

コンプレッサ通過流量演算部１２１は、エアフローセンサ１２によって検出される実計測空気流量Ｑｒと吸気温ＡＴと大気圧ＡＰに基づいて、下記の式（１）を用いて、標準温度と標準圧力で、標準空気状態への環境補正を行ったコンプレッサ通過流量Ｑｃを算出する。

Ｑｃ＝Ｑｒ×√(ＡＴ／２９３．１５)×１０１．３２／ＡＰ・・・・式(１)

タービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部１２２は、タービン限界回転数での回転時のコンプレッサ通過流量とコンプレッサ前後圧力比との関係を示す特性データに基づいて、タービン限界時のコンプレッサ通過流量に応じたタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を算出する。

図５は、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部１２２がタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を決定するための算出テーブルの一例を示す説明図である。図５は、コンプレッサ通過空気量を横軸とし、コンプレッサ上流側圧力とコンプレッサ下流側圧力との比であるコンプレッサ前後圧力比を縦軸としている。

図５における特性線Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ８は、それぞれ、タービン３２の回転数を一定とした場合のコンプレッサ通過流量とコンプレッサ前後圧力比との相関を示すものである。特性線Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ８におけるタービン３２の回転数の関係は、［Ａ１の回転数＜Ａ２の回転数＜Ａ３の回転数＜Ａ４の回転数＜Ａ５の回転数＜Ａ６の回転数＜Ａ８の回転数］となっている。破線で示す特性線Ａ７は、タービン３２の許容最大回転数、すなわち、タービン限界回転数のときの、コンプレッサ通過流量とコンプレッサ前後圧力比との相関を示す。

図５において、例えば、コンプレッサ通過流量Ｂ１の線Ｌ１と特性線Ａ７との交点Ｘ１から、コンプレッサ通過流量Ｂ１のときのタービン限界時コンプレッサ前後圧力比の値は、Ｃ１であることが分かる。同様に、コンプレッサ通過流量Ｂ２の線Ｌ２と特性線Ａ７との交点Ｘ２から、コンプレッサ通過流量がＢ２のときのタービン限界時コンプレッサ前後圧力比の値は、Ｃ２であることが分かる。このように、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部１２２は、図５に示すタービン限界回転数線Ａ７を用いることで、コンプレッサ通過流量に対応するタービン限界時コンプレッサ前後圧力比の値を一意に求めることができる。なお、図５の特性線Ａ７から分かるように、コンプレッサ通過流量が上昇すると、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比は低下し、一方、コンプレッサ通過流量が低下すると、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比は増加する傾向がある。

また、図５におけるＹ１とＹ２で示されるコンプレッサ前後圧力比は、それぞれ、コンプレッサ通過流量Ｂ１のときのタービン限界時コンプレッサ前後圧力比Ｃ１を超える領域、および、コンプレッサ通過流量がＢ２のときのタービン限界時コンプレッサ前後圧力比Ｃ２を超える領域に入っている。前述のＹ１とＹ２で示されるように、目標コンプレッサ前後圧力比がタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超える領域に入った場合には、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超えないように、矢印Ｒ１および矢印Ｒ２で示されるように、目標コンプレッサ前後圧力比を上限制限する必要がある。なお、上限制限については、後述する。

コンプレッサ上流側圧力演算部１２３は、大気圧センサ９により検出される大気圧ＡＰに基づいて、下記の式（２）を用いて、吸気系の圧損分Ｐ＿ｌｏｓｓ＿ｉｎの補正を行ったコンプレッサ上流側圧力Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｕｐを算出する。

Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｕｐ＝ＡＰ―Ｐ＿ｌｏｓｓ＿ｉｎ ・・・・・・・式(２)

コンプレッサ下流側圧力演算部１２４は、スロットル上流圧力センサ３５により検出されるスロットル上流圧力Ｐ２に基づいて、下記の式（３）を用いて、インタークーラ３０前後の圧損分Ｐ＿ｌｏｓｓ＿ｉｃの補正を行ったコンプレッサ下流側圧力Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｄｏｗｎを算出する。

Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｄｏｗｎ＝Ｐ２＋Ｐ＿ｌｏｓｓ＿ｉｃ ・・・・・・式(３)

実コンプレッサ前後圧力比演算部１２５は、コンプレッサ上流側圧力演算部１２３で算出されたコンプレッサ上流側圧力Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｕｐと、コンプレッサ下流側圧力演算部１２４で算出されたコンプレッサ下流側圧力Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｄｏｗｎとに基づいて、下記の式（４）を用いて、コンプレッサ上流側圧力とコンプレッサ下流側圧力との比である実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓを算出する。

Ｒｐｒｓ＝Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｄｏｗｎ／Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｕｐ ・・・・・式(４)

目標コンプレッサ前後圧力比演算部１２６は、目標スロットル上流圧力演算部１２０で算出された目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔが入力され、下記の式（５）および式(６）を用いて、当該目標スロットル上流圧力Ｐ２ｔに対してインタークーラ３０前後の圧力低下分Ｐ＿ｌｏｓｓ＿ｉｃを補正することで、目標コンプレッサ下流圧Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｄｏｗｎｔを求め、当該目標コンプレッサ下流圧をコンプレッサ上流側圧力Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｕｐで除算することで目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔを算出する。

Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｄｏｗｎ＿ｔ＝Ｐ２t＋Ｐ＿ｌｏｓｓ＿ｉｃ ・・・・式(５)

Ｒｐｒｓ＿ｔ＝Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｄｏｗｎ＿ｔ ／Ｐ＿ｃｏｍｐ＿ｕｐ ・・・式(６)

また、目標コンプレッサ前後圧力比演算部１２６は、算出した目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔに対して、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部１２２によって算出されたタービン限界時コンプレッサ前後圧力比で上限制限する「上限制限」処理を行い、目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔが、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超えないように制御する。

目標コンプレッサ駆動力演算部１２７は、目標コンプレッサ前後圧力比演算部１２６が算出した目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔと、目標吸入空気流量Ｑａｔとに基づいて、目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔを算出する。

実コンプレッサ駆動力演算部１２８は、実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓと実計測空気流量Ｑｒとに基づいて、実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒを算出する。

ここで、目標スロットル上流圧力演算部１２０で用いられる目標充填効率Ｅｃｔ、目標コンプレッサ駆動力演算部１２７で用いられる目標吸入空気流量Ｑａｔ、目標コンプレッサ駆動力演算部１２７で算出される目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔ、および、実コンプレッサ駆動力演算部１２８で算出される実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒは、それぞれ、例えば、特許文献１の段落［００２８］から［０１０５］までに示されている演算方法などの周知の演算方法により算出すればよい。

慣性力演算部１２９は、ターボチャージャ回転速度Ｎｔに基づいて、ターボチャージャ慣性力Ｐｉｒを算出する。ここで、ターボチャージャ慣性力Ｐｉｒ、例えば特許文献２の段落[００５９]に示されている演算方法などの周知の演算方法により算出すればよい。

フィードバック補正量演算部１３０は、実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒとターボチャージャ慣性力Ｐｉｒを加算し、慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊を算出する。この慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊が目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔに近づくようにフィードバック制御を行い、ウエストゲートバルブ開度ＷＧのフィードバック補正量比例項ＦＢ(Ｐ)、積分項ＦＢ(Ｉ)を算出する。

フィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)の算出において、実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部１２２によって算出されたタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過している場合は、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過したときの積分項制限量としての超過積分項制限量にてフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)を制限する。また、実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部１２２によって算出されたタービン限界時コンプレッサ前後圧力比から所定圧力比を減算した圧力比を超過している場合は、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比への接近時の積分項制限量としての接近時積分項制限量にてフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)を制限する。

目標開度演算部１３１は、目標コンプレッサ駆動力演算部１２７で算出された目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔに基づいて、ウエストゲートバルブ全開開度ＷＧｂ＿ｍａｘと開度変換係数Ｋ＿ｗｇを用いて、例えば下記の式(７)によりウエストゲートバルブ基本開度ＷＧｂを算出する。次に、目標開度演算部１３１は、実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒを目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔに一致させるために必要なウエストゲートバルブ３４の目標開度であるウエストゲートバルブ開度ＷＧを算出する。すなわち、目標開度演算部１３１は、先に算出したウエストゲートバルブ基本開度ＷＧｂと、フィードバック補正量演算部１３０で算出されたウエストゲートバルブ開度ＷＧのフィードバック補正量比例項ＦＢ(Ｐ)と、ウエストゲートバルブ開度ＷＧのフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)とに基づいて、下記の式(８)を用いて、ウエストゲートバルブ開度ＷＧを算出する。

ＷＧｂ＝ＷＧｂ＿ｍａｘ−(Ｐｃｔ×Ｋ＿ｗｇ) ・・・・・・・・式(７)

ＷＧ＝ＷＧｂ＋(ＦＢ(Ｐ)＋ＦＢ(Ｉ)) ・・・・・・・・・・・式(８)

なお、図３では、ウエストゲートバルブ開度ＷＧは、ウエストゲートバルブ３４に入力されるように示されているが、実際には、ウエストゲートバルブ３４のアクチュエータ３４ａ(図２参照)に入力される。ウエストゲートバルブ３４のアクチュエータ３４ａは、ウエストゲートバルブ開度ＷＧに基づいて、ウエストゲートバルブ３４を駆動する。

続いて、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の動作を、図６のフローチャートに従って説明する。図６は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置におけるフィードバック補正量演算部１３０の動作を説明するためのフローチャートである。

図６において、ステップＳ１０１では、まず、実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒとターボチャージャ慣性力Ｐｉｒを加算し、慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊として設定し、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、目標コンプレッサ駆動力ＰｃｔからステップＳ１０１で算出された慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊を減算し、駆動力偏差ΔＰｃとして設定し、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３では、フィードバック補正量比例項ＦＢ(Ｐ)を算出するために、駆動力偏差ΔＰｃに乗算する比例項ゲインＧａｉｎＰを算出する。比例項ゲインＧａｉｎＰ算出の一例として、目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔの大きさに応じて比例項ゲインＧａｉｎＰを設定する方法がある。比例項ゲインＧａｉｎＰを設定後、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、駆動力偏差ΔＰｃに比例項ゲインＧａｉｎＰを乗算し、フィードバック補正量比例項ＦＢ(Ｐ)として設定し、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５では、フィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)を算出するために、駆動力偏差ΔＰｃに乗算する積分項ゲインＧａｉｎＩを算出する。積分項ゲインＧａｉｎＩ算出の一例として、目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔの大きさに応じて積分項ゲインＧａｉｎＩを設定する方法がある。積分項ゲインＧａｉｎＩを設定後、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、駆動力偏差ΔＰｃに積分項ゲインＧａｉｎＩを乗算し、フィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)の前回算出値に加算して、フィードバック補正量積分項制限前ＦＢ(Ｉ)ｂとして設定し、ステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７では、実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓとタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を比較し、「実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＞タービン限界時コンプレッサ前後圧力比」の関係が成立していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０８へ進み、成立していなければ（ＮＯ）、ステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０８では、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過したときの積分項制限量としての超過時積分項制限量にてフィードバック補正量積分項制限前ＦＢ(Ｉ)ｂを制限して、フィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)として設定し、処理を抜ける。

ステップＳ１０９では、実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓと、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比から所定圧力比を減算した圧力比と、を比較し、「実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＞タービン限界時コンプレッサ前後圧力比−所定圧力比］の関係が成立していれば（ＹＥＳ）ステップＳ１１０へ進み、成立していなければ（ＮＯ）処理を抜ける。ここで、前述の［タービン限界時コンプレッサ前後圧力比−所定圧力比］は、実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓがタービン限界時コンプレッサ前後圧力比に接近したことを検知するために、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比より所定圧力比だけ小さく設定された値である。タービン限界時コンプレッサ前後圧力比から減算される所定圧力比の値は、制御の精度等を考慮して適宜設定される。

ステップＳ１１０では、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比への接近時の積分項制限量としての接近時積分項制限量にて、フィードバック補正量積分項制限前ＦＢ(Ｉ)ｂを制限して、フィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)として設定し、処理を抜ける。

続いて、この発明の実施の形態１の係る内燃機関の制御装置の動作について、緩加速後の全開加速運転時の内燃機関の制御装置の挙動の一例を、タイムチャートに従って説明する。図７Ｂおよび図７Ｃは、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における緩加速後の全開加速運転時のコンプレッサ前後圧力比、コンプレッサ駆動力、フィードバック補正量の挙動の一例を示すタイムチャートである。図７Ａは、図７Ｂ及び図７Ｃと比較するために、実施の形態１のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)の制限をしない従来装置の場合を示すタイムチャートである。

図７Ａ、図７Ｂ、及び図Ｃにおいて、「ａ」は目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔ、「ｂ」は実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ、「ｃ」はタービン限界時コンプレッサ前後圧力比、「ｄ」はタービン限界時コンプレッサ前後圧力比から所定圧力比を減算した圧力比、「ｅ」は目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔ、「ｆ」は実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒ、「ｇ」は慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊、「ｈ」はフィードバック補正量比例項ＦＢ(Ｐ)、「ｉ」はフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)を示す。図７Ａ、図７Ｂ、及び図Ｃにおける横軸は時間を示す。

図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃに示すタイムチャートの処理は、ＥＣＵ１００によって所定時間毎の割り込み処理によって実行される。

まず、図７Ａに示すタイムチャートについて説明する。図７Ａは、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが、「ｃ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過する場合を示すタイムチャートであり、この発明の実施の形態１による制御の特徴であるところの、「実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓがタービン限界時コンプレッサ前後圧力比に接近したときの接近時積分項制限量によるフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)の制限（図６のステップＳ１１０での処理）」、及び「実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓがタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過したときの超過時積分項制限量によるフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)の制限（図６のステップＳ１０８での処理）」を実施していない従来の装置の動作例を示したものである。

図７Ａにおいて、まず、タイミングｔ１までの期間Ａは、スロットルバルブ４ａ（図１参照）の開度を暫時大きくする緩加速要求の期間である。この期間Ａでは、緩加速要求により「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔ、及び「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔが徐々に増加してタイミングｔ１に至る。「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓは、「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔの増加に追随して徐々に増加してタイミングｔ１に至り、「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒは、「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔの増加に追随して徐々に増加してタイミングｔ１に至る。

また、期間Ａでは、「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔと「ｇ」の慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊は、徐々に増加するが、「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔが「ｇ」の慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊より大きい状態がタイミングｔ１まで継続するため、前述のように駆動力偏差ΔＰｃに積分項ゲインＧａｉｎＩを乗算して算出される「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)は、次第に増加してタイミングｔ１に至る。一方、フィードバック補正量比例項ＦＢ（Ｐ）は、前述のように駆動力偏差ΔＰｃに比例項ゲインＧａｉｎＰを乗算して算出されるが、「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔと「ｇ」の慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊が一定の偏差を維持した状態がタイミングｔ１まで継続するため、タイミングｔ１まで一定値で継続する。

ウエストゲートバルブ開度ＷＧは前述の式（８）に基づき算出される。したがって、緩加速期間Ａにおいては、ウエストゲートバルブ開度ＷＧは、フィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)の漸増に基づいて漸増するようにフィードバック制御される。

次に、タイミングｔ１からタイミングｔ３までの期間Ｂは、スロットルバルブ４ａ（図１参照）が全開される急加速要求の期間である。この期間Ｂでは、全開加速要求によって「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔは、タイミングｔ１で急激に増加した後に所定値に維持され、「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔは、タイミングｔ１でやや急激に増加した後に所定値に維持される。

「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓは、「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔの急激な増加に伴って大きく増加し、タイミングｔ３にて「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔに到達するが、タイミングｔ３以降も増加して「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔよりも大きくなる。

一方、「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒは、「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔの急激な増加に伴って大きく増加し、タイミングｔ３からやや遅れて「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔに到達するが、更に増加し続けて「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔよりも大きくなる。

「ｇ」の慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊は、「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒの増加に伴って急激に増加し、タイミングｔ２にて「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔに到達し、タイミングｔ２以降も更に増加し続ける。タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間では、「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔが「ｇ」の慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊より大きく、この期間では、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)は図示のように増加し続けることになる。

前述のように、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)は、期間Ａにおいて徐々に増加した状態でタイミングｔ１から期間Ｂに移行しており、期間Ａでの増加分に、期間Ｂにけるタイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間の増加分が加わり、タイミングｔ２では、図示のように「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)は過大な状態となる。タイミングｔ２にて「ｇ」の慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊が「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔに到達し、タイミングｔ２からタイミングｔ４までは、「ｇ」の慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊が「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔより大きい状態が継続し、その結果、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)は、タイミングｔ２からタイミングｔ４にかけて減少する。

一方、フィードバック補正量比例項ＦＢ（Ｐ）は、「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔと「ｇ」の慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊との偏差の変化に伴い、タイミングｔ１以降は図示のように変化する。

期間Ｃは、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒが「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔに到達したタイミングｔ３以降の期間である。この期間Ｃの初期の段階で「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒが「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔに到達する。しかし、図示のように、「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒは、その後も増加し、図示のように「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔよりも大きくなる。「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒは、タイミングｔ４において「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔまで減少し、以降、「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔより小さくなった後に「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔに一致する。

前述したように、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)は、期間Ａにおいて過大な状態となるため、「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒを低下させる側に制御を働かせることが遅れる。その結果、タイミングｔ３以降において、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔ、及び「ｃ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過する。「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが「ｃ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過することで、タービンが過回転に至るという課題が存在する。

次に、図７Ｂに示すタイムチャートについて説明する。図７Ｂに示すタイムチャートは、図７Ａと同じ運転パターンの場合を示しているが、この発明の実施の形態１による制御であるところの、「実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓがタービン限界時コンプレッサ前後圧力比に接近したときの積分項制限量としての接近時積分項制限量によるフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)の制限（図６のステップＳ１１０での処理）」を実施している場合の動作例を示したものである。

図７Ｂにおいて、タイミングｔ１までの期間Ａは、スロットルバルブ４ａ（図１参照）の開度を暫時大きくする緩加速要求の期間である。この期間Ａでは、図７Ａの場合と同様に、緩加速要求により「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔ、及び「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔがタイミングｔ１まで徐々に上昇し、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ、及び「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒがそれに追従するように動作する。この緩加速期間Ａにおいて、「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔが「ｇ」で示す慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊より大きい状態が継続するため、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)は、徐々に増加し、タイミングｔ１に至る。

次に、タイミングｔ１からタイミングｔ３までの期間Ｂは、スロットルバルブ４ａ（図１参照）が全開される全開加速要求の期間である。この期間Ｂでは、全開加速要求により「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔ、及び「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔが上昇し、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ、及び「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒがそれに追従するように動作する。「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔが「ｇ」で示す慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊より大きいタイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間では、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)が図示のように増加する。このフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)の増加が前述の緩加速期間Ａでの増加に加算されることで、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)が過大な状態となる。

「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが、「ｄ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比から所定圧力比を減算した圧力比、を超過するタイミングｔ３において、図７Ｂに示す通り、「ｃ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比に接近したときの積分項制限量としての接近時積分項制限量Ｚ１により、フィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)を制限することで、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)は大幅に減少する。

「ｄ」の［タービン限界時コンプレッサ前後圧力比］−［所定圧力比］は、前述の接近時積分項制限量Ｚ１により「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)を制限するタイミング、つまり「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが「ｃ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比に接近したときのタイミングを得るための閾値として作用する。ここで、接近時積分項制限量Ｚ１の値は、タイミングｔ３における「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)の値に基づいて定めることができる。

次に、タイミングｔ３以降の期間Ｃでは、「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒが「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔに接近するが、タイミングｔ３において、前述のように、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)が、タービン限界時コンプレッサ前後圧力比に接近したときの接近時積分項制限量Ｚ１により制限されて減少しているため、実コンプレッサ駆動力を低下させる側に制御を働かせることができる。その結果、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓの上昇がタイミングｔ３以降では緩やかになり、「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔに収束する。したがって、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが「ｃ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過しなくなるため、タービンの過回転を抑制することができる。

次に、図７Ｃに示すタイムチャートは、図７Ａ、図７Ｂで示した運転パターンより、より急勾配で実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ、及び実コンプレッサ駆動力が立ち上がった場合の動作例を示したものである。

図７Ｃにおいて、タイミングｔ１までの期間Ａは、スロットルバルブ４ａ（図１参照）の開度を暫時大きくする緩加速要求の期間である。この期間Ａでは、図７Ａ、図７Ｂの場合と同様に、緩加速により「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔ、及び「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔが徐々に上昇する。これに伴い、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔに追従して増加し、「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒが「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔに追従して増加するように動作する。「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔが「ｇ」の慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊より大きい状態が継続するため、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)が、徐々に増加する。

次に、タイミングｔ１からタイミングｔ３までの期間Ｂは、スロットルバルブ４ａ（図１参照）が全開される全開加速要求の期間である。この期間Ｂでは、全開加速要求によって「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔ、及び「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔが上昇し、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ、及び「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒがそれに追従するように動作する。

「ｅ」の目標コンプレッサ駆動力Ｐｃｔが「ｇ」の慣性力加算駆動力Ｐｃｒ＊より大きい期間は、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)が増加する。このフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)の増加が期間Ａでの増加に加算されることで、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)が過大な状態となる。

「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが、「ｄ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比から所定圧力比を減算した圧力比、を超過するタイミングｔ３において、図７Ｃに示す通り、「ｃ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比に接近したときの積分項制限量としての接近時積分項制限量Ｚ２により、フィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)を制限することで、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)は大幅に減少する。

「ｄ」の［タービン限界時コンプレッサ前後圧力比］−［所定圧力比］は、前述の接近時積分項制限量Ｚ２により「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)を制限するタイミング、つまり「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが「ｃ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比に接近したときのタイミングを得るための閾値として作用する。ここで、接近時積分項制限量Ｚ２の値は、タイミングｔ３における「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ（Ｉ）の値を、例えば、期間Ａの初期の時点における値にまで減少させる値として、タイミングｔ３における「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ（Ｉ）の値に基づいて設定することができる。

次に、タイミングｔ３からタイミングｔ５の間の期間Ｃでは、前述の接近時積分項制限量Ｚ２による制限により「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)が減少しているため、「ｆ」の実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒを低下させる側に制御を働かせることができる。そして、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが、「ｃ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過したタイミングｔ５において、実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓがタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過したときの積分項制限量としての超過時積分項制限量Ｚ３により「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)をさらに制限する。超過時積分項制限量Ｚ３は、接近時積分項制限量Ｚ２よりも小さい値に設定されている。

前述の超過時積分項制限量Ｚ３による制限により、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)は、タイミングｔ５においてフィードバック補正量０［％］ラインまで低下し、以降は、図示のようにフィードバック補正量０［％］ラインより低い値で推移した後、フィードバック補正量０［％］ラインに一致する。

期間Ｄでは、「ｉ」のフィードバック補正量積分項ＦＢ(Ｉ)が更に減少しているため、「ｆ」で示す実コンプレッサ駆動力Ｐｃｒを更に低下させる側に制御を働かせる。その結果、素早く「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓを減少させる側に制御を働かせることができ、「ａ」の目標コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓ＿ｔに収束させることができる。このため、「ｂ」の実コンプレッサ前後圧力比Ｒｐｒｓが「ａ」のタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過する期間を短縮することができるため、タービンの過回転を抑制することができる。即ち、実コンプレッサ駆動力を素早く低下させるようゲートバルブ制御値を制御し、タービン回転数が限界回転数を超えることを抑制できる。

以上述べたこの発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置によれば、フィードバック補正量積分項が過大となっているような運転状況でも、実コンプレッサ駆動力、及び実コンプレッサ前後圧力比を素早く低下させるようゲートバルブ制御値を制御し、タービン回転数が限界回転数を超えることを抑制することができる。

尚、この発明は前述の実施の形態１による内燃機関の制御装置に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態１の構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。

１ 内燃機関、１ａ 内燃機関部、２ 吸気管、３ エアクリーナ、４ スロットルバルブ、４ａ アクチュエータ、５ サージタンク、７ 排気管、８ シリンダ、９ 大気圧センサ、１１ クランク角センサ、１２ エアフローセンサ、１３ 吸気温センサ、１４ スロットルポジションセンサ、１５ インマニ圧センサ、１６ 空燃比センサ、１７ インジェクタ、１７ａ アクチュエータ、１８ 点火プラグ、１９ 点火コイル、１９ａ １次コイル、２０ 吸気バルブ、２１ 排気バルブ、２２ 排気ガス浄化触媒、３０ インタークーラ、３１ コンプレッサ、３２ タービン、３３ エアバイパスバルブ、３４ ウエストゲートバルブ、３４ａ アクチュエータ、３５ スロットル上流圧力センサ、３６ ターボチャージャ、３７ シャフト、３８ ターボチャージャ回転センサ、４０ 排気バイパス通路、１００ ＥＣＵ、１００ａ ＣＰＵ、１００ｂ 記憶部、１１０ ウエストゲートバルブ制御部、１２０ 目標スロットル上流圧力演算部、１２１ コンプレッサ通過流量演算部、１２２ タービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部、１２３ コンプレッサ上流側圧力演算部、１２４ コンプレッサ下流側圧力演算部、１２５ 実コンプレッサ前後圧力比演算部、１２６ 目標コンプレッサ前後圧力比演算部、１２７ 目標コンプレッサ駆動力演算部、１２８ 実コンプレッサ駆動力演算部、１２９ 慣性力演算部 、１３０ フィードバック補正量演算部、１３１ 目標開度演算部

Claims (2)

1. 車両に設けられた内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブと、
   前記内燃機関の前記吸気通路の吸入空気流量を検出するエアフローセンサと、
   前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンと前記内燃機関の前記吸気通路に設けられ前記タービンと一体に回転するコンプレッサとを有するターボチャージャと、
   前記タービンの上流側と下流側とを連通する排気バイパス通路に設けられ、前記排気バイパス通路を流れる前記内燃機関の排気ガスの流量を調整するウエストゲートバルブと、
   前記ウエストゲートバルブを駆動して、前記ウエストゲートバルブの開弁位置を制御するアクチュエータと、
   前記コンプレッサにより圧縮された前記スロットルバルブの上流側の吸入空気の圧力の実際値である実スロットル上流圧を検出するスロットル上流圧力センサと、
   を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記コンプレッサにより圧縮される吸入空気の圧力の目標値である目標スロットル上流圧を演算する目標スロットル上流圧力演算部と、
   前記吸入空気流量に基づいて、前記コンプレッサを通過するコンプレッサ通過流量を演算するコンプレッサ通過流量演算部と、
   前記コンプレッサ通過流量に基づいて、タービン限界回転数となるときの前記コンプレッサの前記上流側の圧力と前記コンプレッサの前記下流側の圧力との圧力比であるタービン限界時コンプレッサ前後圧力比を演算するタービン限界時コンプレッサ前後圧力比演算部と、
   目標スロットル上流圧力演算部により演算された前記目標スロットル上流圧に基づいて、目標コンプレッサ前後圧力比を演算する目標コンプレッサ前後圧力比演算部と、
   大気圧に基づいて前記コンプレッサの上流側の圧力を演算するコンプレッサ上流側圧力演算部と、
   前記スロットル上流圧力センサにより検出された前記実スロットル上流圧から前記コンプレッサの下流側の圧力を演算するコンプレッサ下流側圧力演算部と、
   前記コンプレッサの上流側の圧力と前記コンプレッサの下流側の圧力から実コンプレッサ前後圧力比を算出する実コンプレッサ前後圧力比演算部と、
   前記コンプレッサの駆動力の目標値である目標コンプレッサ駆動力を算出する目標コンプレッサ駆動力演算部と、
   前記コンプレッサの駆動力の実値である実コンプレッサ駆動力を算出する実コンプレッサ駆動力演算部と、
   前記ターボチャージャの回転速度に基づいて、前記ターボチャージャの慣性モーメントにより生じた慣性力を算出する慣性力演算部と、
   前記実コンプレッサ駆動力に前記慣性力を加算した慣性力加算駆動力が、前記目標コンプレッサ駆動力に近づくように、前記アクチュエータの制御値であるゲートバルブ制御値を変化させるようフィードバック補正量比例項およびフィードバック補正量積分項を算出するフィードバック補正量演算部と、
   前記目標コンプレッサ駆動力に基づいて算出したウエストゲートバルブ基本開度と、前記フィードバック補正量比例項および前記フィードバック補正量積分項とに基づいて、ウエストゲートバルブ目標開度を演算して、前記アクチュエータに出力する目標開度演算部と、
   を備え、
   前記実コンプレッサ前後圧力比が、前記タービン限界時コンプレッサ前後圧力比から所定圧力比を減算した圧力比を超過したとき、前記フィードバック補正量積分項を、前記タービン限界時コンプレッサ前後圧力比に前記実コンプレッサ前後圧力比が接近したときに用いる積分項制限量としての接近時積分項制限量により制限するように構成されている、
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記実コンプレッサ前後圧力比が前記タービン限界時コンプレッサ前後圧力比を超過したとき、前記フィードバック補正量積分項を、前記接近時積分項制限量より小さい超過時積分項制限量により制限するように構成されている、
   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。

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