JP7207271B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気駆動式の過給器を備える内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。

排気駆動式の過給器としては、例えば特許文献１に開示されているように、タービンホイールを迂回して排気を流すバイパス通路と、バイパス通路の開口面積を調整するウェイストゲートバルブと、ウェイストゲートバルブの動力源であるアクチュエータとを備えるものが知られている。この過給器では、ウェイストゲートバルブの開度であるバルブ開度を変更することにより、バイパス通路の開口面積が調整される。このように開口面積が変更されると、過給器のタービンホイールに向かう排気量が変わるため、当該過給器を備える内燃機関では過給圧が変化するようになっている。

上記の内燃機関を制御対象とする制御装置では、バルブ開度の目標値である開度目標値に基づいてアクチュエータが制御される。なお、特許文献１によれば、機関回転速度とスロットルバルブの開度とに基づいたフィードフォワード制御によってベース開度が導出され、過給圧の目標である過給圧目標値と過給圧の検出値との偏差に基づいたフィードバック制御によって開度補正値が導出される。そして、ベース開度と開度補正値との和が開度目標値として導出される。なお、フィードバック制御としては、例えば、ＰＩＤ制御が実施される。

特開２００６－２７４８３１号公報

過給器としては、バイパス通路よりも排気下流に配置されるとともに、タービンハウジングに対して回転可能な状態でウェイストゲートバルブが支持されているものがある。このような過給器にあっては、バイパス通路の排気下流側の開口を下流開口とした場合、当該下流開口にウェイストゲートバルブの弁体を接近させることによってバルブ開度を小さくすると、バイパス通路を通過する排気量が少なくなり、過給圧が増大される。一方、バルブ開度が増大されると、下流開口からウェイストゲートバルブの弁体が離れるため、バイパス通路を通過する排気量が多くなり、過給圧が減少される。このような過給器では、下流開口から弁体が大きく離れている状態でバルブ開度を変更しても、バイパス通路を通過する排気量があまり変化せず、過給圧をほとんど変化させることができないことがある。

このようにバルブ開度を変更しても過給圧があまり変化しない内燃機関の運転領域を第１領域とし、バルブ開度を変更すると過給圧が適度に変化する内燃機関の運転領域を第２領域とする。この場合、第１領域で機関運転が行われている状況下では、開度目標値に基づいてアクチュエータを駆動させても過給圧目標値と過給圧の検出値との乖離を解消できないことがある。その結果、第１領域での機関運転が継続されると、開度補正値のうちの積分項の大きさが過大となってしまう。このように積分項の大きさが過大になっているときに第２領域で機関運転が行われるようになると、積分項の大きさが過大であるため、開度補正値を適切な値に収束させるまでに要する時間が長くなるおそれがある。その結果、開度目標値を適切な値になかなか設定できず、過給圧目標値と過給圧の検出値との乖離の解消に要する時間が長くなる。すなわち、過給圧の制御性という点で改善の余地がある。

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、排気駆動式の過給器を備える内燃機関に適用される内燃機関の制御装置である。前記過給器は、前記内燃機関の排気通路に設けられているタービンハウジングと、前記タービンハウジング内に設けられているタービンホイールと、前記タービンハウジング内において前記タービンホイールを迂回した排気が流れるウェイストゲートポートと、前記ウェイストゲートポートよりも排気下流に配置されるものであって、且つ前記ウェイストゲートポートに対する弁体の相対位置が変化するように回転軸線を中心に回転可能な状態で前記タービンハウジングに支持されているウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを回転させることにより、前記ウェイストゲートポートに対する前記弁体の相対位置を変更するアクチュエータと、を有するとともに、前記アクチュエータの駆動力を大きくすることによって前記ウェイストゲートポートに前記弁体を接近させて過給圧を高くするものである。当該制御装置は、過給圧の目標である過給圧目標値に基づいたフィードフォワード制御によって前記駆動力の基礎値である駆動力基礎値を導出し、前記過給圧目標値と過給圧の検出値との偏差に基づいたフィードバック制御によって前記駆動力の補正値である駆動力補正値を導出し、前記駆動力基礎値と前記駆動力補正値とに基づいて前記駆動力の指示値である駆動力指示値を導出する指示値導出部と、前記駆動力指示値に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、を備える。前記フィードバック制御は、前記偏差に基づいて比例項と積分項とを導出する制御である。前記駆動力を調整することによって過給圧を制御できる当該駆動力の下限を制御駆動力下限値とし、前記ウェイストゲートポートを通過した排気から前記ウェイストゲートバルブが受ける力が大きいほど大きくなる力を離間力とし、前記離間力が前記制御駆動力下限値よりも大きいか否かの境界を規定する吸入空気量と過給圧との関係を、境界関係とする。この場合、前記過給器の前記境界関係は、吸入空気量が変極点空気量以下であるときには吸入空気量が多いほど過給圧が高くなり、吸入空気量が前記変極点空気量と等しいときの過給圧を変極点過給圧とした場合、吸入空気量が前記変極点空気量よりも多いときには過給圧が前記変極点過給圧よりも低くなる関係である。前記指示値導出部は、前記境界関係から定まる吸入空気量の検出値に応じた過給圧を過給圧判定値とした場合、前記過給圧目標値が当該過給圧判定値未満であるか否かを判定する判定処理を行い、当該判定処理で前記過給圧目標値が前記過給圧判定値未満であるとの判定をなしたときには、前記フィードバック制御を実施しないで前記駆動力指示値を導出する。

ウェイストゲートポートを基準とするウェイストゲートバルブの弁体の相対位置に関する値のうち、ウェイストゲートポートから弁体が離間するほど大きくなる値をバルブ開度とする。この場合、ウェイストゲートバルブを回転させることによってバルブ開度を変更することにより、ウェイストゲートポートに弁体を接近させたり、ウェイストゲートポートから弁体を離間させたりすることができる。こうしたバルブ開度は、ウェイストゲートバルブに対してウェイストゲートポートに弁体を接近させる方向に作用する力である接近力と、ウェイストゲートバルブに対してウェイストゲートポートから弁体を離間させる方向に作用する力である離間力とが釣り合う大きさとなる。上記の過給器にあっては、アクチュエータの駆動力を接近力と見なすことができる。また、排気通路におけるタービンハウジングよりも上流の部分を上流排気通路とした場合、離間力は上流排気通路の排気圧が高いほど大きくなる。そして、アクチュエータの駆動力が上記離間力よりも小さい場合、ウェイストゲートポートを通過する排気にウェイストゲートバルブが押され、バルブ開度を保持したり、バルブ開度を小さくしたりすることができない。すなわち、バルブ開度を適切に制御できない。このような場合、過給圧の検出値と過給圧目標値との乖離を解消できず、フィードバック制御によって導出される駆動力補正値のうちの積分項の大きさが過大になるおそれがある。

そこで、上記構成では、上記境界関係から定まる吸入空気量の検出値に応じた過給圧を過給圧判定値とした場合、過給圧目標値が過給圧判定値未満であるか否かを判定する判定処理が行われる。そして、当該判定処理によって過給圧目標値が過給圧判定値未満であるとの判定がなされたときには、フィードバック制御を実施しないで駆動力指示値が導出される。そのため、過給圧目標値が過給圧判定値未満であるとの判定がなされる状態が継続したとしても、フィードバック制御が実施されないため、駆動力補正値のうちの積分項の大きさが過大となることを抑制できる。これにより、その後に過給圧目標値が過給圧判定値未満であるとの判定がなされなくなった以降でフィードバック制御が実施されるようになったとき、駆動力補正値を適切な値に収束させるまでに要する時間が長くなることを抑制できる。すなわち、過給圧目標値と過給圧の検出値との乖離を解消させるのに要する時間が長くなることを抑制できる。したがって、上記構成によれば、過給圧の制御性を向上できる。

上記内燃機関の制御装置の一態様において、前記ウェイストゲートポートを基準とする前記弁体の相対位置に関する値のうち、前記ウェイストゲートポートから前記弁体が離間するほど大きくなる値をバルブ開度とした場合、前記制御部は、前記バルブ開度が上限開度を超えない範囲で前記アクチュエータを制御する。この制御装置は、前記バルブ開度が前記上限開度と等しいときにおける過給圧である過給圧下限値と、吸入空気量との関係である下限過給圧関係を記憶する関係記憶部と、下限側オフセット値を設定する下限側オフセット値設定部と、を備える。前記指示値導出部は、前記判定処理では、前記下限過給圧関係から定まる吸入空気量の検出値に応じた前記過給圧下限値と、前記下限側オフセット値との和を判定下限過給圧とした場合、過給圧の検出値が前記判定下限過給圧以下であるときに前記過給圧目標値が前記過給圧判定値未満であるとの判定をなす。前記下限側オフセット値設定部は、前記境界関係から定まる前記吸入空気量の検出値に応じた前記過給圧判定値が高いほど大きい値を前記下限側オフセット値として設定する。

下限側オフセット値が、吸入空気量によらず、所定値で固定されている場合を考える。この場合、下限側オフセット値の大きさによっては、実際には上記離間力が制御駆動力下限値よりも小さくても、過給圧目標値が過給圧判定値未満であるとの判定がなされ、フィードバック制御が実施されないことがある。この場合、駆動力補正値のうちの積分項の導出機会の減少が懸念される。反対に、下限側オフセット値が小さい場合、実際には上記離間力が制御駆動力下限値以上であっても、過給圧目標値が過給圧判定値未満であるとの判定がなされず、フィードバック制御が実施されてしまうことがある。この場合、駆動力補正値のうちの積分項の大きさが過大になる可能性がある。

上記構成では、境界関係から定まる前記吸入空気量の検出値に応じた過給圧である過給圧判定値に基づいて下限側オフセット値が設定される。そのため、吸入空気量の検出値が変わると、下限側オフセット値及び判定下限過給圧が変化するようになる。詳しくは、下限側オフセット値及び判定下限過給圧を、境界関係を反映した大きさにできる。その結果、判定処理で過給圧目標値が過給圧判定値未満であるか否かを精度良く判定できるようになる。これにより、積分項の大きさが過大になることを抑制しつつ、駆動力補正値のうちの積分項の更新機会を増大させることが可能となる。

上記内燃機関の制御装置の一態様において、前記指示値導出部は、前記判定処理で前記過給圧目標値が前記過給圧判定値未満であるとの判定をなしていなくても過給圧の検出値が判定上限過給圧よりも高いときには、前記フィードバック制御を実施することなく前記駆動力指示値を導出するものである。この制御装置において、前記判定上限過給圧として、吸入空気量が多いほど大きい値が設定される。

バルブ開度が小さい領域では、バルブ開度を少し変更するだけで過給圧が大幅に変わる。そのため、こうした領域で機関運転が行われるときにフィードバック制御を実施した場合、駆動力補正値のうちの積分項の適正化を図ることが困難である。そこで、上記構成では、吸入空気量に応じた値に設定されている判定上限過給圧よりも過給圧の検出値が高いときには、フィードバック制御が実施されないため、駆動力補正値が更新されない。このため、駆動力補正値のうちの積分項が適正な値から乖離することを抑制できる。

実施形態の内燃機関の制御装置の機能構成と、同制御装置によって制御される内燃機関の概略構成とを示す図。 バルブ開度と、バルブ開度の変更に対する過給圧の変化量との関係を示すグラフ。 吸入空気量と、過給圧と、アクチュエータの駆動力との関係を示すグラフ。 アクチュエータの駆動力を制御することによって過給圧を制御できる領域と、当該駆動力を制御しても過給圧を制御できない領域との関係を示すグラフ。 アクチュエータの駆動力指示値を導出する際に実行される処理ルーチンを説明するフローチャート。 判定下限過給圧を導出する際に実行される処理ルーチンを説明するフローチャート。 判定上限過給圧を導出する際に実行される処理ルーチンを説明するフローチャート。

以下、排気駆動式の内燃機関に適用される内燃機関の制御装置の一実施形態を図１～図７に従って説明する。
図１には、本実施形態の制御装置５０を備える内燃機関１０が図示されている。内燃機関１０の吸気通路１１には、燃焼室１３に導入する吸入空気量ＧＡを調整するスロットルバルブ１２が設けられている。燃焼室１３では、吸気通路１１から導入された吸入空気と、燃料噴射弁から噴射された燃料とを含む混合気が燃焼される。当該燃焼に伴って燃焼室１３内で生じた排気が排気通路１４に排出される。

内燃機関１０は、排気駆動式の過給器２０を備えている。過給器２０は、排気通路１４に設けられているタービンハウジング２１と、吸気通路１１におけるスロットルバルブ１２よりも吸気上流に配置されているコンプレッサハウジング２３とを有している。タービンハウジング２１内にはタービンホイール２２が設けられている。コンプレッサハウジング２３内には、タービンホイール２２と同期回転するコンプレッサホイール２４が設けられている。

過給器２０は、タービンハウジング２１内においてタービンホイール２２を迂回した排気が流れるウェイストゲートポート２５と、ウェイストゲートポート２５よりも排気下流に配置されているウェイストゲートバルブ２６とを有している。ウェイストゲートバルブ２６は、タービンハウジング２１に回転可能な状態で支持されているバルブ回転軸２７と、バルブ回転軸２７に接続されている弁体２８とを有している。バルブ回転軸２７が回転すると、弁体２８がウェイストゲートポート２５に接近したり、弁体２８がウェイストゲートポート２５から離間したりする。すなわち、ウェイストゲートバルブ２６は、バルブ回転軸２７の中心軸線２７ａを回転軸線とし、中心軸線２７ａを中心に回転可能な状態でタービンハウジング２１に支持されている。なお、弁体２８は、排気下流からウェイストゲートポート２５を閉塞可能に構成されている。

過給器２０は、ウェイストゲートバルブ２６の動力源であるアクチュエータ２９と、アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔをウェイストゲートバルブ２６に伝達するリンク機構３０とを有している。そして、アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔを大きくすることにより、弁体２８をウェイストゲートポート２５に接近させる方向にウェイストゲートバルブ２６を回転させることができる。

アクチュエータ２９としては、例えば、電気モータ及び負圧アクチュエータを挙げることができる。負圧アクチュエータとは、内部に発生する負圧を利用してウェイストゲートバルブ２６を回転させる駆動力を発生するものである。

以降の記載において、ウェイストゲートポート２５を基準とする弁体２８の相対位置に関する値のうち、ウェイストゲートポート２５から弁体２８が離間するほど大きくなる値を、「バルブ開度Ｘｗｇｖ」という。弁体２８がウェイストゲートポート２５を閉塞しているときのバルブ開度Ｘｗｇｖを「０％」とする。この場合、弁体２８をウェイストゲートポート２５から離間させるほどバルブ開度Ｘｗｇｖが大きくなる。このようにバルブ開度Ｘｗｇｖが大きくなると、タービンハウジング２１内に流入した排気のうち、タービンホイール２２に向かう排気量が少なくなる。その結果、タービンホイール２２を回転させる力が小さくなり、過給圧Ｐｃｍｐが低くなる。

排気通路１４におけるタービンハウジング２１よりも上流の部分を上流排気通路１４１とした場合、バルブ開度Ｘｗｇｖは、上流排気通路１４１の排気圧と、アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔとの関係に基づいて決まる。すなわち、ウェイストゲートバルブ２６に対してバルブ開度Ｘｗｇｖを小さくする方向に作用する力を接近力とし、ウェイストゲートバルブ２６に対してバルブ開度Ｘｗｇｖを大きくする方向に作用する力を離間力とする。この場合、接近力は、アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔと見なすことができる。上流排気通路１４１の排気圧が高いほど、ウェイストゲートポート２５を通過してウェイストゲートバルブ２６の弁体２８をウェイストゲートポート２５から離間させる方向に押す力が大きくなる。このようにウェイストゲートポート２５を通過した排気からウェイストゲートバルブ２６が受ける力を「排気受容力」とした場合、排気受容力は上流排気通路１４１の排気圧が高いほど大きくなり、排気受容力が大きいほど離間力が大きくなる。すなわち、離間力は、上流排気通路１４１の排気圧が高いほど大きくなる。そして、バルブ開度Ｘｗｇｖは、接近力と離間力とが釣り合う開度となる。つまり、アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔが保持されていても上流排気通路１４１の排気圧が変わると、バルブ開度Ｘｗｇｖもまた変わる。

次に、図２及び図３を参照し、過給器２０の特性について説明する。
過給器２０にあっては、ウェイストゲートバルブ２６を回転させることによってバルブ開度Ｘｗｇｖを調整している。そのため、図２に示すように、弁体２８がウェイストゲートポート２５の近くに位置していてバルブ開度Ｘｗｇｖが小さいときには、バルブ開度Ｘｗｇｖの変更に対する過給圧Ｐｃｍｐの変化量である過給圧変化勾配ＤＰｃｍｐが大きい。そして、弁体２８がウェイストゲートポート２５から離れてバルブ開度Ｘｗｇｖが大きくなるにつれ、過給圧変化勾配ＤＰｃｍｐが小さくなる。そして、最終的には過給圧変化勾配ＤＰｃｍｐがほぼ「０」となる。つまり、バルブ開度Ｘｗｇｖが小さすぎる状態でバルブ開度Ｘｗｇｖが変更されると、過給圧Ｐｃｍｐが大幅に変化する。一方、バルブ開度Ｘｗｇｖが大きすぎる状態でバルブ開度Ｘｗｇｖが変更されても過給圧Ｐｃｍｐがほとんど変化しない。

図３は、横軸を吸入空気量ＧＡとし、縦軸を過給圧Ｐｃｍｐとしたグラフである。そして、図３に示す各実線は、アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔの等高線である。各等高線のうち、第１等高線Ｌ１はアクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔが第１駆動力Ｄａｃｔ１であるときの等高線であり、第２等高線Ｌ２はアクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔが第１駆動力Ｄａｃｔ１よりも大きい第２駆動力Ｄａｃｔ２であるときの等高線である。第３等高線Ｌ３はアクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔが第２駆動力Ｄａｃｔ２よりも大きい第３駆動力Ｄａｃｔ３であるときの等高線であり、第４等高線Ｌ４はアクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔが第３駆動力Ｄａｃｔ３よりも大きい第４駆動力Ｄａｃｔ４であるときの等高線である。そして、第５等高線Ｌ５はアクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔが第４駆動力Ｄａｃｔ４よりも大きい第５駆動力Ｄａｃｔ５であるときの等高線である。

各駆動力Ｄａｃｔ１～Ｄａｃｔ５の中で最も小さい第１駆動力Ｄａｃｔ１は、制御駆動力下限値である。制御駆動力下限値とは、アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔを調整することによって過給圧Ｐｃｍｐを制御できる駆動力Ｄａｃｔの下限である。アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔが第１駆動力Ｄａｃｔ１未満であるときには、バルブ開度Ｘｗｇｖがかなり大きい状態であるといえる。そのため、第１駆動力Ｄａｃｔ１以上とならない範囲で駆動力Ｄａｃｔを調整しても、上記離間力に対して駆動力Ｄａｃｔが小さく、過給圧Ｐｃｍｐをその目標値に接近させる方向にバルブ開度Ｘｗｇｖを変化させることができないおそれがある。すなわち、第１等高線Ｌ１は、上記離間力が制御駆動力下限値よりも大きいか否かの境界を規定する吸入空気量ＧＡと過給圧Ｐｃｍｐとの関係である境界関係を表している。

図３に示すように、過給器２０の境界関係は、吸入空気量ＧＡが変極点空気量ＧＡａ以下であるときには吸入空気量ＧＡが多いほど過給圧Ｐｃｍｐが高くなり、吸入空気量ＧＡが変極点空気量ＧＡａよりも多いときには過給圧Ｐｃｍｐが変極点過給圧Ｐｃｍｐａよりも低くなる関係である。変極点過給圧Ｐｃｍｐａとは、吸入空気量ＧＡが変極点空気量ＧＡａと等しいときの過給圧Ｐｃｍｐである。

次に、制御装置５０について説明する。
図１に示すように、制御装置５０には、各種のセンサからの検出信号が入力される。センサとしては、例えば、エアフローメータ１０１、過給圧センサ１０２及び開度センサ１０３を挙げることができる。エアフローメータ１０１は、吸入空気量ＧＡを検出し、検出結果に応じた信号を検出信号として出力する。過給圧センサ１０２は、過給圧Ｐｃｍｐを検出し、検出結果に応じた信号を検出信号として出力する。開度センサ１０３は、ウェイストゲートバルブ２６のバルブ開度Ｘｗｇｖを検出し、検出結果に応じた信号を検出信号として出力する。なお、エアフローメータ１０１によって検出された吸入空気量ＧＡを吸入空気量の検出値ＧＡｓという。過給圧センサ１０２によって検出された過給圧Ｐｃｍｐを過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓという。

制御装置５０は、各種のセンサからの検出信号を基に、スロットルバルブ１２の開度であるスロットル開度ＳＬ及び燃料噴射弁の燃料噴射量を調整する。また、制御装置５０は、アクチュエータ２９を制御することによって過給圧Ｐｃｍｐを調整する。

制御装置５０は、過給圧Ｐｃｍｐを調整するための機能部として、指示値導出部５１、制御部５２、関係記憶部５３、下限側オフセット値設定部５４及び判定値導出部５５を有している。

指示値導出部５１は、過給器２０を作動させて過給圧Ｐｃｍｐを調整する際に、アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔの指示値である駆動力指示値ＤａｃｔＴｒを導出する。駆動力指示値ＤａｃｔＴｒの導出処理については後述する。なお、指示値導出部５１は、当該導出処理の実行に際して導出される駆動力補正値ΔＤａｃｔを記憶する補正値記憶部５１１を含んでいる。

制御部５２は、指示値導出部５１によって導出された駆動力指示値ＤａｃｔＴｒに基づいてアクチュエータ２９を制御する。本実施形態では、制御部５２は、バルブ開度Ｘｗｇｖが上限開度ＸｗｇｖＬを超えない範囲でアクチュエータ２９を制御する。すなわち、制御部５２は、駆動力指示値ＤａｃｔＴｒに基づいてアクチュエータ２９を制御した場合にはバルブ開度Ｘｗｇｖが上限開度ＸｗｇｖＬを越えると判断したときには、バルブ開度Ｘｗｇｖが上限開度ＸｗｇｖＬ以下となるように駆動力指示値ＤａｃｔＴｒを調整し、調整後の駆動力指示値ＤａｃｔＴｒに基づいてアクチュエータ２９を制御する。

関係記憶部５３は、バルブ開度Ｘｗｇｖが上限開度ＸｗｇｖＬと等しいときにおける過給圧Ｐｃｍｐである過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬと吸入空気量ＧＡとの関係である下限過給圧関係を記憶している。図４では、下限過給圧関係を示す線として下限過給圧関係線ＬＰｃｍｐＬＬが図示されている。図４に示すように、吸入空気量ＧＡが多いほど過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬが高くなる。ただし、図４に示す範囲内では、過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬは、図３で示した境界関係から定まる吸入空気量ＧＡに応じた過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ以下となる。

また、関係記憶部５３は、ウェイストゲートバルブ２６が閉弁しているときにおける過給圧Ｐｃｍｐである過給圧上限値ＰｃｍｐＵＬと、吸入空気量ＧＡとの関係である上限過給圧関係を記憶している。図４では、上限過給圧関係を示す線として上限過給圧関係線ＬＰｃｍｐＵＬが図示されている。図４に示すように、吸入空気量ＧＡが多いほど過給圧上限値ＰｃｍｐＵＬが高くなる。さらに、過給圧上限値ＰｃｍｐＵＬは、上記過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ及び過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬよりも高い。

下限側オフセット値設定部５４は、正の値を下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１として設定する。下限側オフセット値設定部５４は、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓに基づいて下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１を可変させる。具体的には、下限側オフセット値設定部５４は、図３に示した境界関係から定まる吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じた過給圧である過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈが高いほど大きい値を下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１として設定する。

判定値導出部５５は、指示値導出部５１による駆動力補正値ΔＤａｃｔの導出処理の実行時に用いられる判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１及び判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２を導出する。判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１の導出処理及び判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２の導出処理については後述する。

次に、図５を参照し、過給器２０が過給を行う際に指示値導出部５１によって実行される駆動力指示値ＤａｃｔＴｒの導出処理を説明する処理ルーチンについて説明する。本処理ルーチンは、繰り返し実行される。

本処理ルーチンにおいて、ステップＳ１１では、過給圧Ｐｃｍｐの目標である過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒに基づいたフィードフォワード制御によって、アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔの基礎値である駆動力基礎値ＤａｃｔＢが導出される。この際、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒが高いほど大きい値が駆動力基礎値ＤａｃｔＢとして導出される。以降の記載において、フィードフォワード制御を「Ｆ／Ｆ制御」ともいう。

続いて、ステップＳ１２において、判定値導出部５５によって導出された判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１及び判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２が取得される。判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１及び判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２の導出処理については後述する。次のステップＳ１３において、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１よりも高いか否かの判定が行われる。過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１よりも高い場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ１４に移行される。ステップＳ１４において、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２以下であるか否かの判定が行われる。過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２以下である場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ１５に移行される。

ステップＳ１５において、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒと過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓとの偏差αに基づいたフィードバック制御によって、アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔの補正値である駆動力補正値ΔＤａｃｔが導出される。本実施形態で実行されるフィードバック制御は、偏差αに基づいた比例項と積分項とを導出する制御である。以降の記載において、フィードバック制御のことを「Ｆ／Ｂ制御」という。Ｆ／Ｂ制御によって駆動力補正値ΔＤａｃｔが導出されると、処理が次のステップＳ１６に移行される。ステップＳ１６において、指示値導出部５１の補正値記憶部５１１に駆動力補正値ΔＤａｃｔが記憶される。すなわち、ステップＳ１３及びステップＳ１４の双方の判定が「ＹＥＳ」である状態が継続する場合、補正値記憶部５１１に記憶される駆動力補正値ΔＤａｃｔが更新され続ける。そして、処理が次のステップＳ１７に移行される。

その一方で、ステップＳ１３において、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１以下である場合（ＮＯ）、処理が次のステップＳ１７に移行される。同様に、ステップＳ１４において、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２よりも高い場合（ＮＯ）、処理が次のステップＳ１７に移行される。すなわち、ステップＳ１３又はステップＳ１４の判定が「ＮＯ」である場合、補正値記憶部５１１に記憶される駆動力補正値ΔＤａｃｔが更新されない。

ステップＳ１７において、駆動力指示値ＤａｃｔＴｒが導出される。すなわち、今回の本処理ルーチンの実行時にＦ／Ｆ制御によって導出された駆動力基礎値ＤａｃｔＢと、補正値記憶部５１１に記憶されている駆動力補正値ΔＤａｃｔとに基づいて駆動力指示値ＤａｃｔＴｒが導出される。この場合、駆動力基礎値ＤａｃｔＢが大きいほど大きい値が駆動力指示値ＤａｃｔＴｒとして導出される。また、駆動力補正値ΔＤａｃｔが大きいほど大きい値が駆動力指示値ＤａｃｔＴｒとして導出される。

本実施形態では、ステップＳ１３及びステップＳ１４の双方の判定が「ＹＥＳ」である場合、駆動力基礎値ＤａｃｔＢの最新値と駆動力補正値ΔＤａｃｔの最新値とに基づいて駆動力指示値ＤａｃｔＴｒが導出される。一方、ステップＳ１３又はステップＳ１４の判定が「ＮＯ」である場合、駆動力基礎値ＤａｃｔＢの最新値と、当該判定が「ＮＯ」となる前の駆動力補正値ΔＤａｃｔとに基づいて駆動力指示値ＤａｃｔＴｒが導出される。このように駆動力指示値ＤａｃｔＴｒが導出されると、本処理ルーチンが一旦終了される。

次に、図６を参照し、判定値導出部５５によって実行される判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１の導出処理について説明する。本処理ルーチンは、繰り返し実行される。
本処理ルーチンにおいて、ステップＳ２１では、吸入空気量の検出値ＧＡｓが導出される。続いて、ステップＳ２２において、関係記憶部５３に記憶されている下限過給圧関係と、吸入空気量の検出値ＧＡｓとを基に、過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬが導出される。すなわち、下限過給圧関係から定まる吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じた過給圧が、過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬとして導出される。

次のステップＳ２３において、下限側オフセット値設定部５４によって導出された下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１が取得される。そして、ステップＳ２４において、過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬと下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１との和が判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１として導出される。過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬ及び下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１は、吸入空気量の検出値ＧＡｓが変わると変更される。そのため、判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１は、吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じて変わる。すなわち、図４に破線で示す判定線Ｌ１１が、吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じた判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１を表している。そして、判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１が導出されると、本処理ルーチンが一旦終了される。

次に、図７を参照し、判定値導出部５５によって実行される判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２の導出処理について説明する。本処理ルーチンは、繰り返し実行される。
本処理ルーチンにおいて、ステップＳ３１では、吸入空気量の検出値ＧＡｓが導出される。続いて、ステップＳ３２において、関係記憶部５３に記憶されている上限過給圧関係と、吸入空気量の検出値ＧＡｓとを基に、過給圧上限値ＰｃｍｐＵＬが導出される。すなわち、上限過給圧関係から定まる吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じた過給圧が、過給圧上限値ＰｃｍｐＵＬとして導出される。次のステップＳ３３において、過給圧上限値ＰｃｍｐＵＬから上限側オフセット値ΔＰｃｍｐ２を引いた値が判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１として導出される。上限側オフセット値ΔＰｃｍｐ２は、過給器２０の諸元などから定まる所定値で固定されている。すなわち、図４に破線で示す判定線Ｌ１２が、吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じた判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２を表している。そして、判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２が導出されると、本処理ルーチンが一旦終了される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
駆動力補正値ΔＤａｃｔを導出するＦ／Ｂ制御では、偏差αに基づいて比例項及び積分項が導出される。アクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔが上記離間力よりも小さい場合、バルブ開度Ｘｗｇｖを適切に制御できないことがある。このようにバルブ開度Ｘｗｇｖを適切に制御できないと、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓと過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒとの乖離を解消できず、駆動力補正値ΔＤａｃｔのうちの積分項の大きさが過大になるおそれがある。

本実施形態では、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒが過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ未満であるか否かを判定する判定処理が行われる。そして、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒが過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ未満であるとの判定がなされたときには、Ｆ／Ｂ制御を実施しないで駆動力指示値ＤａｃｔＴｒが導出される。そのため、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒが過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ未満であるとの判定がなされる状態が継続したとしても、駆動力補正値ΔＤａｃｔのうちの積分項の大きさが過大となることを抑制できる。これにより、その後に過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒが過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ未満であるとの判定がなされなくなった以降でＦ／Ｂ制御が実施されるようになったとき、駆動力補正値ΔＤａｃｔを適切な値に収束させるまでに要する時間が長くなることを抑制できる。すなわち、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒと過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓとの乖離を解消させるのに要する時間が長くなることを抑制できる。したがって、過給圧Ｐｃｍｐの制御性を向上できる。

詳しくは、上記下限過給圧関係から定まる吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じた過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬと、下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１との和が判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１として導出される。そして、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１以下であるか否かによって、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒが過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ未満であるか否かが判定される。

下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１が所定値で固定されている比較例と、本実施形態とを比較する。図４には、第１比較例の場合の判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１が一点鎖線で示されている。過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬと下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１との和が判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１として導出される。

吸入空気量の検出値ＧＡｓが第１吸入空気量ＧＡ１であり、且つ過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが第１過給圧Ｐｃｍｐ１である場合、本実施形態では、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１よりも高くなる。すると、Ｆ／Ｂ制御が実施されるため、駆動力補正値ΔＤａｃｔの最新値を用いて駆動力指示値ＤａｃｔＴｒが導出される。

一方、第１比較例では、吸入空気量の検出値ＧＡｓが第１吸入空気量ＧＡ１であり、且つ過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが第１過給圧Ｐｃｍｐ１である場合、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１以下となる。その結果、Ｆ／Ｂ制御を実施することなく駆動力指示値ＤａｃｔＴｒが導出される。この場合、駆動力補正値ΔＤａｃｔのうちの積分項の大きさが過大になることは抑制できるものの、積分項の更新機会が減ってしまう。

ここで、吸入空気量の検出値ＧＡｓが第１吸入空気量ＧＡ１であり、且つ過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが第１過給圧Ｐｃｍｐ１である状態が長期にわたって継続される場合、第１比較例では、駆動力補正値ΔＤａｃｔのうちの積分項が更新されない。その結果、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓと過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒとが乖離したままとなるおそれがある。

また、図４には、第２比較例の場合の判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１が二点鎖線で示されている。第２比較例での判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１は、第１比較例での判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１よりも小さい。

吸入空気量の検出値ＧＡｓが第２吸入空気量ＧＡ２であり、且つ過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが第２過給圧Ｐｃｍｐ２である場合、本実施形態では、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１以下になる。そのため、Ｆ／Ｂ制御を実施することなく駆動力指示値ＤａｃｔＴｒが導出される。

一方、第２比較例では、吸入空気量の検出値ＧＡｓが第２吸入空気量ＧＡ２であり、且つ過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが第２過給圧Ｐｃｍｐ２である場合、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１よりも高くなってしまう。その結果、Ｆ／Ｂ制御が実施され、駆動力補正値ΔＤａｃｔの最新値を用いて駆動力指示値ＤａｃｔＴｒが導出される。このような場合、上記離間力に対してアクチュエータ２９の駆動力Ｄａｃｔが小さいため、バルブ開度Ｘｗｇｖを適切に制御できない。その結果、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓと過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒとの乖離を解消できないまま、Ｆ／Ｂ制御が繰り返し実施されることになる。その結果、駆動力補正値ΔＤａｃｔのうちの積分項の大きさが過大になるおそれがある。

これに対し、本実施形態では、上記境界関係を考慮し、そのときの吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じた値が下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１として設定される。当該下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１と、そのときの吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じた過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬとの和が、判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１として導出される。そして、こうした判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１と過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓとの比較を基に、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒが過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ未満であるか否かを判定する判定処理が行われる。その結果、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒが過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ未満であるか否かの判定精度を高くできる。したがって、駆動力補正値ΔＤａｃｔのうちの積分項の大きさが過大になることを抑制しつつも、駆動力補正値ΔＤａｃｔの更新機会を増大させることができる。

ところで、図２に示したようにバルブ開度Ｘｗｇｖが小さい場合、バルブ開度Ｘｗｇｖを少し変更するだけで過給圧Ｐｃｍｐが大幅に変わる。そのため、こうした領域で機関運転が行われるときにＦ／Ｂ制御を実施した場合、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒを中心に過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓがハンチングし、駆動力補正値ΔＤａｃｔのうちの積分項の適正化を図ることが困難になる。そこで、本実施形態では、吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じた値に設定されている判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２よりも過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが高いときには、Ｆ／Ｂ制御が実施されない。すなわち、駆動力補正値ΔＤａｃｔが更新されない。このため、駆動力補正値ΔＤａｃｔのうちの積分項が適正な値から乖離することを抑制できる。

上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２よりも高い場合であっても、Ｆ／Ｂ制御の実施を通じて駆動力補正値ΔＤａｃｔを更新するようにしてもよい。ただし、この場合、Ｆ／Ｂ制御の際に用いられるゲインを、過給圧の検出値Ｐｃｍｐｓが判定上限過給圧ＰｃｍｐＴｈ２以下であるときよりも小さくすることが好ましい。これにより、駆動力補正値ΔＤａｃｔのうちの積分項の適正な値からの乖離の抑制が可能となる。

・上記実施形態では、吸入空気量の検出値ＧＡｓに応じた過給圧下限値ＰｃｍｐＬＬと、当該検出値ＧＡｓに応じた下限側オフセット値ΔＰｃｍｐ１との和を、判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１として導出している。しかし、上記実施形態で説明した手法とは異なる手法で判定下限過給圧ＰｃｍｐＴｈ１を導出するようにしてもよい。

・過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒが過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ未満であるとの判定がなされている場合、Ｆ／Ｂ制御を実施せずに、バルブ開度Ｘｗｇｖを所定開度で保持できるようにアクチュエータ２９を駆動させるようにしてもよい。例えば、所定開度として、上限開度ＸｗｇｖＬを設定してもよい。この場合であっても、過給圧目標値ＰｃｍｐＴｒが過給圧判定値ＰｃｍｐＴｈ未満であるとの判定がなされているときに、Ｆ／Ｂ制御が実施されないのであれば、駆動力補正値ΔＤａｃｔのうちの積分項の大きさが過大になることを抑制できる。

・制御装置５０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェアなどの１つ以上の専用のハードウェア回路又はこれらの組み合わせを含む回路として構成し得る。専用のハードウェアとしては、例えば、特定用途向け集積回路であるＡＳＩＣを挙げることができる。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭなどのメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリ、すなわち記憶媒体は、汎用又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

１０…内燃機関
１４…排気通路
２０…過給器
２１…タービンハウジング
２２…タービンホイール
２５…ウェイストゲートポート
２６…ウェイストゲートバルブ
２８…弁体
２９…アクチュエータ
５０…制御装置
５１…指示値導出部
５２…制御部
５３…関係記憶部
５４…下限側オフセット値設定部

Claims (3)

1. 排気駆動式の過給器を備える内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
   前記過給器は、前記内燃機関の排気通路に設けられているタービンハウジングと、前記タービンハウジング内に設けられているタービンホイールと、前記タービンハウジング内において前記タービンホイールを迂回した排気が流れるウェイストゲートポートと、前記ウェイストゲートポートよりも排気下流に配置されているものであって、且つ前記ウェイストゲートポートに対する弁体の相対位置が変化するように回転軸線を中心に回転可能な状態で前記タービンハウジングに支持されているウェイストゲートバルブと、前記ウェイストゲートバルブを回転させることにより、前記ウェイストゲートポートに対する前記弁体の相対位置を変更するアクチュエータと、を有するとともに、前記アクチュエータの駆動力を大きくすることによって前記ウェイストゲートポートに前記弁体を接近させて過給圧を高くするものであり、
   過給圧の目標である過給圧目標値が高いほど前記駆動力の基礎値である駆動力基礎値が大きくなるようにフィードフォワード制御によって前記駆動力基礎値を導出し、前記過給圧目標値と過給圧の検出値との偏差に基づいたフィードバック制御によって前記駆動力の補正値である駆動力補正値を導出し、前記駆動力基礎値と前記駆動力補正値とに基づいて前記駆動力の指示値である駆動力指示値を導出する指示値導出部と、
   前記駆動力指示値に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え、
   前記フィードバック制御は、前記偏差に基づいて比例項と積分項とを導出する制御であり、
   前記駆動力を調整することによって過給圧を制御できる当該駆動力の下限を制御駆動力下限値とし、前記ウェイストゲートポートを通過した排気から前記ウェイストゲートバルブが受ける力が大きいほど大きくなる力を離間力とし、前記離間力が前記制御駆動力下限値よりも大きいか否かの境界を規定する吸入空気量と過給圧との関係を、境界関係とした場合、
   前記過給器の前記境界関係は、吸入空気量が変極点空気量以下であるときには吸入空気量が多いほど過給圧が高くなり、吸入空気量が前記変極点空気量と等しいときの過給圧を変極点過給圧とした場合、吸入空気量が前記変極点空気量よりも多いときには過給圧が前記変極点過給圧よりも低くなる関係であり、
   前記指示値導出部は、
   前記境界関係から定まる吸入空気量の検出値に応じた過給圧を過給圧判定値とした場合、前記過給圧目標値が当該過給圧判定値未満であるか否かを判定する判定処理を行い、
   当該判定処理で前記過給圧目標値が前記過給圧判定値未満であるとの判定をなしたときには、前記フィードバック制御を実施しないで前記駆動力指示値を導出する
   内燃機関の制御装置。
2. 前記ウェイストゲートポートを基準とする前記弁体の相対位置に関する値のうち、前記ウェイストゲートポートから前記弁体が離間するほど大きくなる値をバルブ開度とした場合、前記制御部は、前記バルブ開度が上限開度を超えない範囲で前記アクチュエータを制御するようになっており、
   前記バルブ開度が前記上限開度と等しいときにおける過給圧である過給圧下限値と、吸入空気量との関係である下限過給圧関係を記憶する関係記憶部と、
   下限側オフセット値を設定する下限側オフセット値設定部と、を備え、
   前記指示値導出部は、前記判定処理では、前記下限過給圧関係から定まる吸入空気量の検出値に応じた前記過給圧下限値と、前記下限側オフセット値との和を判定下限過給圧とした場合、過給圧の検出値が前記判定下限過給圧以下であるときに前記過給圧目標値が前記過給圧判定値未満であるとの判定をなすようになっており、
   前記下限側オフセット値設定部は、前記境界関係から定まる前記吸入空気量の検出値に応じた前記過給圧判定値が高いほど大きい値を前記下限側オフセット値として設定する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記指示値導出部は、前記判定処理で前記過給圧目標値が前記過給圧判定値未満であるとの判定をなしていなくても過給圧の検出値が判定上限過給圧よりも高いときには、前記フィードバック制御を実施することなく前記駆動力指示値を導出するものであり、
   前記判定上限過給圧として、吸入空気量が多いほど大きい値が設定される
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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