JP6443373B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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。

従来より、ターボ過給機を備えたエンジンとして、タービンをバイパスするバイパス通路が排気通路に設けられ、このバイパス通路にウェイストゲートバルブが設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなエンジンでは、ウェイストゲートバルブの開度によりバイパス通路を流れる排気流量が調整され、それにより、タービンを通過する排気流量が調整され、ひいてはコンプレッサの過給圧が調整される。

特開平０８−０６１０７４号公報

ところで、前記のようなエンジンでは、ターボ過給機の目標過給圧に基づいてウェイストゲートバルブの開度を設定すると共に、その開度を実現するような制御により目標過給圧を達成することが考えられる。

しかしながら、例えば高負荷高回転時のように、エンジンから排出される排気の流量（排気流量）が比較的大きい場合、前記のような目標過給圧に基づいた制御を行ったのでは、例えば過給圧を高めるべくウェイストゲートバルブを閉じ側に制御した結果、タービン上流側における排気圧力が過度に上昇し、ひいては既燃ガスの掃気効率が悪化してしまう虞がある。エンジンの失火をより確実に防止するためには、掃気効率を確保することが求められる。

特に、点火時期を遅角させる所謂、点火リタード制御を行う場合には、該制御を行わない場合よりもエンジンの出力が低下する分、排気圧力が上昇し易くなる。このことは、前記のようなウェイストゲートバルブの制御と併用する際に、掃気効率を確保するには不都合である。

ここに開示する技術は、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、ターボ過給機を備えたエンジンの制御装置において、掃気効率を確保することにある。

ここに開示する技術は、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と、前記排気通路において前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブ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、前記タービンよりも上流側における排気流量を取得する排気流量取得部と、前記排気流量取得部が取得した排気流量と、前記ターボ過給機の目標過給圧とに基づき前記バイパス通路を流通する排気流量を算出するバイパス流量算出部と、前記バイパス流量算出部が算出した排気流量に基づき設定されたバルブ開度となるように、前記ウェイストゲートバルブの開度を制御するバルブ制御部とを備える。

そして、前記バルブ制御部は、前記排気流量取得部が取得した排気流量に基づいて前記バルブ開度の下限値を設定しかつ、該下限値を下回らないように前記バルブ開度を制限し、前記バルブ制御部はまた、前記排気流量が大きくなるにつれて、前記下限値をより大きな値に設定する。

ここで、「排気流量取得部」は、排気通路に配置されたセンサからの検出信号に基づいて、排気流量を直接的に取得してもよいし、後述するように、そうしたセンサを用いずに、種々のパラメータから算出することによって、排気流量を間接的に取得してもよい。

この構成によると、バルブ制御部が目標過給圧に基づいてバルブ開度を制御する。その際に、バルブ制御部は、排気流量取得部が取得した排気流量に基づいて、バルブ開度の下限値を設定すると共に、その下限値を下回らないようにバルブ開度を制限する。バルブ開度を制限することで、バイパス通路を介してタービンをバイパスする排気の流量は、少なくとも、その下限値に対応する分だけ確保されることになる。そのことで、排気圧力の過度の上昇を抑制し、ひいては掃気効率を確保することが可能になる。

タービンよりも上流側における排気流量が大きくなるにつれて、その部分では排気圧力が上昇し易くなる。

前記の構成によると、バルブ制御部は、タービンよりも上流側における排気流量が大きくなるにつれて、下限値をより大きな値に設定する。下限値を大きくした分だけ、タービン上流側からバイパス通路を通過する排気の流量は、より多く確保されることになる。そのことで、排気圧力の上昇を確実に抑制し、ひいては掃気効率を十分に確保することが可能になる。

また、前記バルブ制御部は、前記排気流量が所定の閾値以上のときに、前記下限値を設ける、としてもよい。

例えば低負荷低回転時のように、排気流量が比較的小さい場合には、ウェイストゲートバルブを閉じ側に制御したとしても、排気圧力は上昇し難くなる。一方で、そうした場合に過給圧を十分に高めるためには、バイパス通路を通過させずにタービンへ送る排気の割合を増やすべく、ウェイストゲートバルブの閉じ側の制御代を可能な限り確保することが望まれる。

前記の構成によると、排気流量が所定の閾値以上のときに、バルブ開度に下限値を設けるようにすることで、排気流量が比較的小さい場合において、過給圧を十分に高めることが可能になる。

このように、前記の構成によれば、排気流量が比較的大きい場合における掃気効率と、排気流量が比較的小さい場合における過給性能とを両立することが可能になる。それにより、エンジンの失火をより確実に防止しつつ、過給性能を確保することができる。

ここに開示する技術は、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と、前記排気通路において前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブ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、前記タービンよりも上流側における排気流量を取得する排気流量取得部と、前記ターボ過給機の目標過給圧に基づき設定されたバルブ開度となるように、前記ウェイストゲートバルブの開度を制御するバルブ制御部と、気筒内の混合気への点火時期を所定のリタード量だけ遅角させるように構成された点火リタード部とを備え、前記バルブ制御部は、前記排気流量取得部が取得した排気流量に基づいて前記バルブ開度の下限値を設定しかつ、該下限値を下回らないように前記バルブ開度を制限し、前記バルブ制御部はまた、前記排気流量が大きくなるにつれて、前記下限値をより大きな値に設定し、前記バルブ制御部は、前記点火リタード部が前記点火時期を遅角させる場合、前記リタード量が大きくなるにつれて、前記下限値をより大きな値に設定する。

点火時期を遅角させる場合、そのリタード量が大きくなるにつれて、エンジンの出力はより大きく低下する。エンジンの出力が低下した分だけ、排気圧力が上昇し易くなる。

前記の構成によると、リタード量に応じた下限値の設定を行うことで、前記のようなウェイストゲートバルブの制御と併用する場合であっても、排気圧力の上昇を抑制し、ひいては掃気効率を確保する上で有利になる。

また、前記点火リタード部は、変速機が変速動作を行うときに、前記点火時期を遅角させる、としてもよい。

変速機が変速動作を行うときには、エンジンの出力を一時的に低下させる必要がある。これを可能な限り早期に且つスムースに行う手段として、点火時期の遅角が考えられる。点火時期を遅角させることで、エンジンの出力を、サイクル単位で細やかに低下させることが可能になる。しかしながら、エンジンの出力を低下させてしまうと、前述の如く、排気圧力が上昇し易くなる。バルブ開度を制限する構成は、そうした変速時において特に有効である。

以上説明したように、前記エンジンの制御装置によれば、ウェイストゲートバルブのバル開度に下限値を設けることで、排気圧力の過度の上昇を抑制し、ひいては掃気効率を確保することが可能になる。

図１は、エンジンの概略構成図である。 図２は、ＰＣＭの機能構成図である。 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、バルブ開度の制御に関する処理を示すフローチャートである。 図５は、ガード開度マップのイメージ図である。 図６は、ウェイストゲートバルブ付近の構成を示す説明図である。

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。本実施形態では、エンジン１００は、車両に搭載されるガソリンエンジンである。エンジン１００が搭載される車両は、自動変速機８１を備えたＡＴ車であって、エンジン１００の駆動に伴う出力トルクは、クランクシャフト２８に対して連結された自動変速機８２を通じて駆動輪８３に伝達されることになる。

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（吸気系）１０と、この吸気通路１０から供給された吸気と後述の燃料噴射弁２３から供給された燃料との混合気を燃焼させてエンジン１００を駆動するエンジン本体２０と、このエンジン本体２０内の燃焼により発生した排気が排出される排気通路（排気系）３０と、エンジン１００全体を制御するＰＣＭ（Powertrain Control Module）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時的に蓄えるサージタンク１３ａを有する吸気マニホールド１３とが設けられている。吸気マニホールド１３は、エンジン本体２０の吸気ポート１４に接続されている。

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、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復動するピストン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は、自動変速機８２を介して駆動輪８３と連結されている。自動変速機８２は、詳細な図示は省略するが、トルクコンバータと複数のギア段を有する多段変速機構とが直列に連結された構成を有し、トルクコンバータのポンプ軸がロックアップクラッチを介してクランクシャフト２８に接続される一方、多段変速機構の出力がデファレンシャルを介して車軸へ伝達されるように構成されている。多段変速機構は、油圧によって作動される複数の摩擦要素（クラッチ及びブレーキ）を備え、それらが選択的に締結、開放されて動力の伝達経路が切り替わることにより、エンジン本体２０から出力された回転を段階的（例えば４〜６段階）に変速するものである。

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、そ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、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。排気浄化触媒３７、３８は、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などである。

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が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、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、過給圧を検出する第１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。この第２圧力センサ６４には、サージタンク１３ａ内の温度であるインマニ温度を検出する温度センサが内蔵されている。

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Ｏ_２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。

その他、エンジン本体２０には、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が設けられている一方、自動変速機８２には、該変速機８２において現在設定されているギア段の位置（シフトポジション）を検出するギア段センサ７１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ＰＣＭ５０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ＰＣＭ５０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ＰＣＭ５０に供給し、第２圧力センサ６４は、検出したインマニ圧力とインマニ温度に対応するする検出信号Ｓ６４をＰＣＭ５０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ＰＣＭ５０に供給し、Ｗ／Ｇ開度センサ６６は、検出した開度に対応する検出信号Ｓ６６をＰＣＭ５０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ＰＣＭ５０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ＰＣＭ５０に供給する。ギア段センサ７１は、検出したギア段に対応する検出信号Ｓ７１をＰＣＭ５０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ＰＣＭ５０に供給する。

ＰＣＭ５０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。ＰＣＭ５０は、前述の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。尚、ＰＣＭ５０は、制御装置の一例である。

例えば、ＰＣＭ５０は、運転者の要求に応じてスロットルバルブ１１の開度及び燃料噴射弁２３の燃料噴射量等を設定すると共に、所定のシフトスケジュールに従って自動変速機８２に変速動作を行わせる。

本実施形態に係るＰＣＭ５０は、エンジン１００の運転状態に基づいて出力トルクの要求値（以下、「目標トルク」と称する）を求め、その目標トルクに応じて、スロットルバルブ１１の開度、ＷＧバルブ３６の開度、点火プラグ２４の点火時期、吸気バルブ２２の開閉時期、排気バルブ２９の開閉時期、及び、燃料噴射弁２３の噴射量などの目標値を設定する。ＰＣＭ５０は、各アクチュエータに対し、設定された目標値に対応する制御信号を出力する。各アクチュエータを駆動することにより、ＰＣＭ５０は、エンジン１００を運転する。

具体的に、ＰＣＭ５０は、エンジン本体２０の回転速度、アクセル開度、及びギア段等の運転状態を読み込んで、読み込んだ運転状態に応じた目標加速度を算出すると共に、その目標加速度を実現するために必要な目標トルクを求める。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。アクセル開度は、不図示のアクセル開度センサにより検出される。

ＰＣＭ５０は、目標トルクに基づき図示平均有効圧の目標値（目標図示平均有効圧）を算出し、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、充填効率の目標値（目標充填効率）を求める。熱効率は、回転速度及び充填効率に基づいて求められる。詳しくは、ＰＣＭ５０の内部メモリには、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。

ＰＣＭ５０は、求められた目標充填効率を実現するように、スロットルバルブ１１の開度、ＷＧバルブ３６の開度、点火プラグ２４の点火時期、吸気バルブ２２の開閉時期、排気バルブ２９の開閉時期、及び、燃料噴射弁２３の噴射量などの目標値を設定する。

例えばＰＣＭ５０は、目標充填効率、エンジン本体２０の回転速度、及び、目標インマニ圧に基づいて、過給圧の目標値（目標過給圧）を求める。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。

そして、詳しくは後述するが、ＰＣＭ５０は、求められた目標過給圧に基づいて、ＷＧバルブ３６の目標開度（バルブ開度）ＷＧを設定する。ＰＣＭ５０は、設定されたバルブ開度ＷＧとなるように、ＷＧバルブ３６の開度を制御（以下、「バルブ開度制御」と称する）する。そのバルブ開度制御において、ＰＣＭ５０は、バルブ開度ＷＧの下限値を設定しかつ、その下限値を下回らないようにバルブ開度ＷＧを制限する。

尚、各アクチュエータに関する目標値は、エンジン１００の運転状態等に応じて様々に調整される。例示すると、自動変速機８２が変速動作を行うとき、例えば加速過渡時（特に全開加速時）にシフトアップするときのように、エンジン１００のトルクダウンが要求される場合、ＰＣＭ５０（具体的には点火リタード部９１）は、点火プラグ２４による点火時期を、最もトルクの出るタイミング（通常は、圧縮上死点付近）であるＭＢＴ（Minimum advance for Best Torgue）から所定のリタード量ΔＴｉだけ遅角させる。点火時期を遅角させることで、エンジン１００の出力トルクが低下する。出力トルクの低下量は、リタード量ΔＴｉが大きくなるにつれて、大きくなる。

〈バルブ開度制御〉
図２は、バルブ開度制御に関わる部分を中心とした、ＰＣＭ５０の機能構成図を示す。図２に示すように、ＰＣＭ５０は、機能的には、前記点火リタード部９１と、エンジンから排出される排気の総流量（排気総流量）を算出する排気総流量算出部５１と、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、ターボ過給機４の目標過給圧に基づいて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、目標タービン流量に基づいてＷＧバルブ３６の開度を制御するバルブ制御部５４とを有する。尚、排気総流量算出部５１は、排気流量取得部の一例である。

具体的に、バルブ制御部５４は、バイパス流量を算出するバイパス流量算出部５５と、バイパス流量に応じたＷＧバルブの基本開度を算出する基本開度算出部５６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５７と、排気総流量算出部５１が算出した排気総流量に基づきガード開度を算出するガード設定部５９と、基本開度、補正開度、及びガード開度に基づいて、ＷＧバルブ３６のバルブ開度を決定するバルブ開度算出部５８とを有する。バルブ制御部５４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。また、図６は、ＷＧバルブ３６付近の構成を示す説明図である。

（点火リタード部）
点火リタード部９１は、エンジン１００のトルクダウンが要求されたときに、目標トルク、ギア段及びアクセル開度等に基づいて、リタード量ΔＴｉを求める。

（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。排気総流量Ｑｅｘは、タービン４ｂよりも上流側における排気流量を示している。ここで、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、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。

（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」と称する）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」と称する）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」と称する）Ｐ４、及びタービン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。

前述の如く、目標過給圧は、エンジン１００の運転状態に基づき求めた目標トルク、ひいては目標トルクに基づき算出した目標充填効率等に基づいて求められる。同様に、目標吸入空気流量は、目標充填効率等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」と称する）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。

（バルブ制御部）
バイパス流量算出部５５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（目標量）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５５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５５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５５はバイパス流量Ｑｗｇｔを０とする。

続いて、基本開度算出部５６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に応じて基本開度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５７は、目標駆動力Ｐｃｔと実駆動力Ｐｃ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）。補正開度ＷＧｆｂは、比例項ＦＢ（Ｐ）、積分項ＦＢ（Ｉ）及び微分項ＦＢ（Ｄ）を含んでいる。

それに加えて、補正開度算出部５７は、補正開度ＷＧｆｂの積分項ＦＢ（Ｉ）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。

バルブ開度算出部５８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（３）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（３）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 ・・・（３）

ここで、バルブ開度算出部５８は、ガード設定部５９が算出したガード開度ＷＧｐｓ（≧０）に基づいて、バルブ開度ＷＧがガード開度ＷＧｐｓを下回らないように制限している。詳しくは、ガード設定部５９は、排気総流量算出部５１から出力される排気総流量Ｑｅｘと、点火リタード部９１から出力されるリタード量ΔＴｉとに基づいて、バルブ開度ＷＧの下限値として設定されるガード開度ＷＧｐｓを算出する。ＰＣＭ５０の内部メモリには、排気総流量Ｑｅｘ及びリタード量ΔＴｉに応じたガード開度ＷＧｐｓを規定しているガード開度マップが予め記憶されている。

図５に、ガード開度マップのイメージ図を示す。ガード開度マップにおいては、排気総流量Ｑｅｘに対するガード開度ＷＧｐｓの特性がリタード量ΔＴｉごとに規定されている。ガード開度ＷＧｐｓは、リタード量ΔＴｉが同じであれば、排気総流量Ｑｅｘが所定の閾値Ｑ０未満のときには０になる一方、該閾値Ｑ０以上のときには排気総流量Ｑｅｘが大きくなるほど大きくなる。閾値Ｑ０は、リタード量ΔＴｉが大きくなるほど小さくなるように規定されている。また、ガード開度ＷＧｐｓは、排気総流量Ｑｅｘが同じであれば、リタード量ΔＴｉが大きくなるほど大きくなる。詳しくは、ガード開度ＷＧｐｓは、排気総流量Ｑｅｘが閾値Ｑ０以上で同じであれば、図５に実線で示す点火リタードを行わないとき（リタード量ΔＴｉ＝０）よりも、同図に破線、及び、一点鎖線で示すときのように、リタード量ΔＴｉが大きくなるほど大きくなる。また、同図において排気総流量Ｑｅｘが比較的大きくかつ、ＷＧバルブ３６の開度が比較的小さい領域は、失火発生領域を示している。失火発生領域は、エンジン１００の失火が起こり得る領域を示しており、排気総流量Ｑｅｘが大きくなるほど、当該領域に含まれるガード開度ＷＧｐｓが大きくなる。

バルブ開度算出部５８は、ガード設定部５９により算出されたガード開度ＷＧｐｓを読み込んで、そのガード開度ＷＧｐｓをバルブ開度ＷＧの下限値に設定する。そして、バルブ開度算出部５８は、式（３）に基づいて算出されたバルブ開度ＷＧと下限値とを比較し、バルブ開度ＷＧの算出値が下限値よりも小さい場合には、その下限値つまり、ガード開度ＷＧｐｓをバルブ開度ＷＧとして出力する。したがって、バルブ開度算出部５８から出力されるバルブ開度ＷＧの大きさは、ガード開度ＷＧｐｓ以上となる。

バルブ制御部５４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。

続いて、ＷＧバルブ３６のバルブ開度制御に関する処理を図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

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５５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５５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５５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５５は、バイパス流量Ｑｗｇｔ＝算出値として、ステップＳ９へ進む。

また、ステップＳ９において、基本開度算出部５６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。さらに、ステップＳ１０において、補正開度算出部５７は、目標駆動力Ｐｃｔ及び実駆動力Ｐｃに基づいて補正開度ＷＧｆｂを算出する。そして、バルブ開度算出部５８は、ステップＳ１１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５８は、学習量も考慮してバルブ開度ＷＧを算出する。

ステップＳ１２において、ガード設定部５９が排気総流量Ｑｅｘとリタード量ΔＴｉとに基づいてガード開度ＷＧｐｓを算出すると共に、バルブ開度算出部５８がガード開度ＷＧｐｓをバルブ開度ＷＧの下限値に設定する。

そして、バルブ開度算出部５８は、ステップＳ１３において、バルブ開度ＷＧの算出値がガード開度ＷＧｐｓ以上か否かを判定する。算出値がガード開度ＷＧｐｓを下回る場合には、バルブ開度算出部５８は、ステップＳ１４においてバルブ開度ＷＧ＝ガード開度ＷＧｐｓとしてステップＳ１５へ進む。算出値がガード開度ＷＧｐｓ以上の場合には、バルブ開度算出部５８は、バルブ開度ＷＧ＝算出値としてステップＳ１５へ進む。

その後、ステップＳ１５において、バルブ制御部５４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。前述の如く、バルブ開度ＷＧは、ガード開度ＷＧｐｓを下回らないように制限される（図６も参照）。

尚、これらのステップの順番は一例であり、ステップの順番を可能な範囲で適宜入れ替えたり、複数のステップを並行して処理したりしてもよい。例えば、ステップＳ２からステップＳ１１まで続くステップと、ステップＳ１２とを順番に処理せずに、並行に処理してもよい。

〈まとめ〉
以上説明したように、前記の構成によると、バルブ制御部５４は、目標過給圧に応じて算出される目標駆動力Ｐｃｔに基づいて、バルブ開度ＷＧのフィードバック制御を行う。その際に、ガード設定部５９は、排気総流量算出部５１が算出した排気総流量Ｑｅｘに基づいて、ガード開度ＷＧｐｓを算出する。バルブ開度算出部５８は、ガード設定部５９が算出したガード開度ＷＧｐｓを、バルブ開度ＷＧの下限値として設定することにより、バルブ開度ＷＧがガード開度ＷＧｐｓを下回らないように制限する。バルブ開度ＷＧを制限することで、実際にタービン４ｂをバイパスする排気の流量は、少なくとも、そのガード開度ＷＧｐｓに対応する分だけ確保されることになる。そのことで、タービン上流圧力Ｐ３の過度の上昇を抑制し、ひいては掃気効率を確保することが可能になる。

排気総流量Ｑｅｘが大きくなるにつれて、排気通路３０のうちタービン４ｂよりも上流側の部分では、タービン上流圧力Ｐ３が上昇し易くなる。

そこで、前記の構成によると、バルブ制御部５４は、排気総流量Ｑｅｘが大きくなるにつれて、ガード開度ＷＧｐｓがより大きくなるように構成されている。ガード開度ＷＧｐｓが大きくなった分だけ、タービン４ｂ上流側からタービンバイパス通路３５を通過する排気の流量は、より多く確保されることになる。そのことで、タービン上流圧力Ｐ３の上昇を確実に抑制し、ひいては掃気効率を十分に確保することが可能になる。

例えば低負荷低回転時のように、排気総流量Ｑｅｘが比較的小さい場合には、ＷＧバルブ３６を閉じ側に制御したとしても、タービン上流圧力Ｐ３は上昇し難くなる。一方で、そうした場合に過給圧を十分に高めるためには、タービンバイパス通路３５を通過させずにタービン４ｂへ送る排気の割合を増やすべく、ＷＧバルブ３６の閉じ側の制御代を可能な限り確保することが望まれる。

前記の構成によると、排気総流量Ｑｅｘが所定の閾値Ｑ０未満のときには、バルブ開度ＷＧに下限値を設けないようにすることで、排気総流量Ｑｅｘが比較的小さい場合において、過給圧を十分に高めることが可能になる。

このように、前記の構成によれば、排気総流量Ｑｅｘが比較的大きい場合における掃気効率と、比較的小さい場合における過給性能とを両立することが可能になる。それにより、エンジン１００の失火をより確実に防止しつつ、過給性能を確保することができる。

また、点火時期をＭＢＴから遅角させる場合、そのリタード量ΔＴｉが大きくなるにつれて、エンジン１００の出力はより大きく低下する。エンジン１００の出力が低下した分だけ、排気圧力が上昇し易くなる。

前記の構成によると、リタード量ΔＴｉに応じた下限値の設定を行うことで、前記のようなＷＧバルブ３６の制御と併用する場合であっても、タービン上流圧力Ｐ３の上昇を抑制し、ひいては掃気効率を確保する上で有利になる。

自動変速機８２が変速動作を行うとき、例えば加速過渡時（特に全開加速時）にシフトアップするときには、エンジン１００の一時的なトルクダウンが要求される。トルクダウンを可能な限り早期に且つスムースに行う手段として、点火時期の遅角が考えられる。点火時期を遅角させることで、エンジン１００の出力トルクは、サイクル単位で細やかに低下するようになる。しかしながら、トルクダウンを実行してしまうと、エンジン１００の出力が低下した分だけ、排気圧力が上昇し易くなる。したがって、バルブ開度ＷＧに下限値を設ける構成は、変速に際して点火時期を遅角させるときに、特に有効となる。

《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。

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。

特に、前記の構成では、排気総流量算出部５１が排気総流量Ｑｅｘを算出すると共に、その算出された排気総流量Ｑｅｘに基づいて、ガード設定部５９がガード開度ＷＧｐｓを算出しているが、これに限らず、例えばタービン４ｂよりも上流側に排気流量センサを配置して、そのセンサの検出結果に基づいて、ガード設定部５９がガード開度ＷＧｐｓを取得するようにしてもよい。その場合、例えば図５に示すマップの横軸を、排気流量センサの検出値に置き換えてもよい。

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５７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ＷＧｆｂ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。

また、前記実施形態では、自動変速機８２が変速動作を行うときに、点火リタード制御と併用する制御について説明したが、バルブ開度ＷＧに制限を設ける構成は、排気流量が比較的大きくなるシーン一般において有効である。

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（ウェイストゲートバルブ）
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）
５１ 排気総流量算出部（排気流量取得部）
５４ バルブ制御部
Ｑ０ 閾値
ＷＧ バルブ開度
ＷＧｐｓ ガード開度
ΔＴｉ リタード量

Claims (4)

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と、前記排気通路において前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブとを備えたエンジンの制御装置であって、
   前記タービンよりも上流側における排気流量を取得する排気流量取得部と、
   前記排気流量取得部が取得した排気流量と、前記ターボ過給機の目標過給圧とに基づき前記バイパス通路を流通する排気流量を算出するバイパス流量算出部と、
   前記バイパス流量算出部が算出した排気流量に基づき設定されたバルブ開度となるように、前記ウェイストゲートバルブの開度を制御するバルブ制御部とを備え、
   前記バルブ制御部は、前記排気流量取得部が取得した排気流量に基づいて前記バルブ開度の下限値を設定しかつ、該下限値を下回らないように前記バルブ開度を制限し、
   前記バルブ制御部はまた、前記排気流量が大きくなるにつれて、前記下限値をより大きな値に設定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、
   前記バルブ制御部は、前記排気流量が所定の閾値以上のときに、前記下限値を設け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と、前記排気通路において前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブとを備えたエンジンの制御装置であって、
   前記タービンよりも上流側における排気流量を取得する排気流量取得部と、
   前記ターボ過給機の目標過給圧に基づき設定されたバルブ開度となるように、前記ウェイストゲートバルブの開度を制御するバルブ制御部と、
   気筒内の混合気への点火時期を所定のリタード量だけ遅角させるように構成された点火リタード部とを備え、
   前記バルブ制御部は、前記排気流量取得部が取得した排気流量に基づいて前記バルブ開度の下限値を設定しかつ、該下限値を下回らないように前記バルブ開度を制限し、
   前記バルブ制御部はまた、前記排気流量が大きくなるにつれて、前記下限値をより大きな値に設定し、
   前記バルブ制御部は、前記点火リタード部が前記点火時期を遅角させる場合、前記リタード量が大きくなるにつれて、前記下限値をより大きな値に設定するエンジンの制御装置。
4. 請求項３に記載のエンジンの制御装置において、
   前記点火リタード部は、変速機が変速動作を行うときに、前記点火時期を遅角させるエンジンの制御装置。