JP7256477B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１に開示された内燃機関において、吸気通路には、過給機のコンプレッサが配置されている。吸気通路における、コンプレッサよりも下流側には、スロットルバルブが配置されている。また、排気通路からは、排気を吸気通路に還流させるためのＥＧＲ通路が延びている。ＥＧＲ通路は、吸気通路における、スロットルバルブよりも下流側の部分に接続されている。

上記内燃機関では、車両の加速後の減速時、スロットルバルブの開度が急に縮小すると、吸気の流量が速やかに低下する一方で、吸気通路における、コンプレッサよりも下流側の圧力である過給圧は直ぐには応答せずに高い状態のまま留まる状況が生じ得る。こうした状況では、コンプレッサに向けて吸気が逆流し、吸気の圧力が脈動する吸気サージングが生じ得る。そこで、内燃機関の制御装置は、吸気の流量が、吸気サージングが生じる限界流量近傍にまで低下した場合には、ＥＧＲ通路を通じて吸気通路に戻される排気であるＥＧＲガスの流量を減量させる。これに伴い吸気の流量が増加することで、吸気サージングが回避される。

特開２００７－０７１０９２号公報

特許文献１が開示するような内燃機関において、ＥＧＲガスの目標流量を、気筒内に流入するガスの流量に基づいて算出することがある。そして、気筒内に流入するガスの流量の算出方法として、過給圧が高いほど気筒内に流入するガスの推定値を高く算出する方法が挙げられる。

ここで、上記のとおり、吸気サージングが生じている状況では、過給圧は高いままになっており、気筒内に流入するガスの推定値も高くなる。この場合、ＥＧＲガスの目標流量が多くなる。このように、吸気サージングが生じている状況では、吸気サージングが発生したことに伴ってＥＧＲガスの流量を減量させても、その減量分が、目標流量が多くなることによって相殺され、ＥＧＲガスを十分に減量させることができないおそれがある。つまり、従来技術では、一旦吸気サージングが生じると、その状態から脱却できないおそれがある。

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、気筒に接続されている吸気通路及び排気通路と、前記吸気通路に設けられ、吸気を過給する過給機のコンプレッサと、前記排気通路から延びて前記吸気通路における、前記コンプレッサよりも下流側に接続されているＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、当該ＥＧＲ通路を通じて前記吸気通路に戻される排気であるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、大気圧を検出大気圧として検出する大気圧センサと、前記吸気通路における、前記コンプレッサよりも下流側且つ前記ＥＧＲ通路との接続箇所よりも上流側の圧力を検出過給圧として検出する過給圧センサと、前記吸気通路に流入する吸気の流量を検出吸気流量として検出するエアフロメータとを備えた内燃機関に適用される制御装置であって、前記検出大気圧、前記検出過給圧、及び前記検出吸気流量に基づいて、前記コンプレッサの作動領域が、吸気サージングが生じる領域内であるか否かを判定するサージ判定部と、前記検出過給圧に基づいて、前記気筒内に流入するガスである筒内流入ガスの流量を推定筒内流量として算出する筒内流量算出部と、前記推定筒内流量に基づいて、前記ＥＧＲバルブを制御するＥＧＲ弁制御部とを有し、前記ＥＧＲ弁制御部は、前記コンプレッサの作動領域が、前記吸気サージングが生じる領域内であると判定された場合、そうでない場合に比較して前記ＥＧＲバルブを閉弁側に制御するＥＧＲ減量処理を実行し、前記ＥＧＲ減量処理では、前記検出吸気流量が、前記検出過給圧に応じて定められる閾値以下のときには、前記ＥＧＲバルブを全閉し、前記検出吸気流量が前記閾値よりも大きいときには、前記検出吸気流量を、前記吸気サージングを回避するための吸気の流量の限界値で除した値で、前記推定筒内流量を減量補正した値に基づいて、前記ＥＧＲバルブを制御する。

上記構成では、検出吸気流量が閾値以下のときには、ＥＧＲガスの流量がゼロにされる。また、検出吸気流量が閾値よりも大きいときには、推定筒内流量が減量補正され、それとともにＥＧＲガスの流量も減量補正される。したがって、吸気通路に流入する吸気の流量が多くなる。よって、吸気サージングを速やかに解消できる。

内燃機関の概略構成図。 判定マップの例を表した図。 サージ脱出処理の処理手順を表したフローチャート。

以下、制御装置が適用された内燃機関の一実施形態を、図面を参照して説明する。
先ず、内燃機関の概略構成を説明する。
図１に示すように、車両３００には、当該車両３００の駆動源となる内燃機関１００が搭載されている。内燃機関１００には、燃料と吸気との混合気を燃焼させる気筒１１が区画されている。なお、気筒１１は複数設けられているが、図１では１つのみ示している。気筒１１にはピストン１２が往復動可能に収容されている。ピストン１２は、コネクティングロッド１８を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン１２の往復動作はコネクティングロッド１８を介してクランクシャフト１５の回転動作に変換される。クランクシャフト１５の近傍には、クランクシャフト１５の回転位置を検出クランク位置ＳＣとして検出するクランク角センサ１３が配置されている。

内燃機関１００においては、気筒１１内の混合気に点火を行う点火プラグ１４が取り付けられている。点火プラグ１４の先端は、気筒１１内に位置している。また、気筒１１には、外部からの吸気を当該気筒１１内に流入させるための吸気通路２０が接続されている。気筒１１には、当該気筒１１内から排気を排出するための排気通路３０も接続されている。

吸気通路２０及び排気通路３０には、これらの両者を跨いで過給機４０が取り付けられている。吸気通路２０には、過給機４０のコンプレッサ４１が配置されている。排気通路３０には、過給機４０のタービン４２が配置されている。これらコンプレッサ４１内のホイール及びタービン４２内のホイールは同軸で連結されていて、タービン４２内のホイールが排気の流れに伴って回転すると、コンプレッサ４１内のホイールがタービン４２と一体回転して吸気が過給される。

吸気通路２０における、過給機４０のコンプレッサ４１よりも吸気上流側には、当該吸気通路２０に流入する吸気の流量（以下、吸入空気流量と称する。）を検出吸気流量ＧＡとして検出するエアフロメータ２２が取り付けられている。吸入空気流量は、単位時間当たりに単位面積を通過する吸気の量である。吸気通路２０における、コンプレッサ４１よりも吸気下流側には、吸気を冷却するインタークーラ２３が配置されている。吸気通路２０における、インタークーラ２３よりも吸気下流側には、過給圧センサ２７が取り付けられている。過給圧センサ２７は、吸気通路２０における、当該過給圧センサ２７が取り付けられている箇所の吸気の圧力（以下、過給圧と称する。）を検出過給圧ＰＮとして検出する。吸気通路２０における、過給圧センサ２７よりも吸気下流側には、当該吸気通路２０を流れる吸気の流量を調整するスロットルバルブ２４が配置されている。スロットルバルブ２４は、開度調整が可能である。吸気通路２０における、スロットルバルブ２４よりも吸気下流側には、燃料を噴射する燃料噴射弁２６が取り付けられている。

排気通路３０における、過給機４０のタービン４２よりも排気上流側からは、バイパス通路４４が延びている。バイパス通路４４は、排気通路３０における、タービン４２よりも排気下流側に接続されている。すなわち、バイパス通路４４は、タービン４２を迂回している。バイパス通路４４の途中には、当該バイパス通路４４を流れる排気の流量を調整するウェイストゲートバルブ４６が設けられている。ウェイストゲートバルブ４６は、開度調整が可能である。ウェイストゲートバルブ４６の開度が小さいほど、バイパス通路４４を流れる排気の流量が少なくなり、その分タービン４２に流れる排気の流量が多くなる。それとともに、タービン４２内のホイール及びコンプレッサ４１内のホイールの回転速度が高くなり、過給圧が高くなる。

排気通路３０における、過給機４０のタービン４２よりも排気上流側であってバイパス通路４４との接続箇所よりも排気上流側からは、排気を吸気通路２０に還流させるためのＥＧＲ通路５０が延びている。ＥＧＲ通路５０は、吸気通路２０における、スロットルバルブ２４及び燃料噴射弁２６の間の部分に接続されている。ＥＧＲ通路５０の途中には、当該ＥＧＲ通路５０を通じて吸気通路２０に戻される排気（以下、ＥＧＲガスと称する。）の流量を調整するＥＧＲバルブ５３が配置されている。ＥＧＲバルブ５３は開度調整が可能である。なお、ＥＧＲガスの流量は、単位時間当たりに単位面積を通過するＥＧＲガスの量である。

次に、内燃機関の制御構成について説明する。
車両３００には、内燃機関１００を制御する制御装置７０が搭載されている。制御装置７０は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って各種処理を実行する１つ以上のプロセッサとして構成し得る。なお、制御装置７０は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、またはそれらの組み合わせを含む回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）として構成してもよい。プロセッサは、ＣＰＵ及び、ＲＡＭ並びにＲＯＭ等のメモリを含む。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または指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用また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。

制御装置７０には、大気圧を検出大気圧ＰＡとして検出する大気圧センサ８０が内蔵されている。制御装置７０には、大気圧センサ８０を含め、車両３００に取り付けられている各種のセンサからの検出信号が入力される。具体的には、制御装置７０には、次の各パラメータについての検出信号が入力される。

・エアフロメータ２２が検出する検出吸気流量ＧＡ
・過給圧センサ２７が検出する検出過給圧ＰＮ
・クランク角センサ１３が検出する検出クランク位置ＳＣ
・大気圧センサ８０が検出する検出大気圧ＰＡ
・アクセルポジションセンサが検出する車両３００のアクセルペダルの操作量ＡＣＣＰ
制御装置７０は、検出クランク位置ＳＣに基づいて、単位時間当たりのクランクシャフト１５の回転数である機関回転数ＮＥを算出する。また、制御装置７０は、機関回転数ＮＥ及び検出吸気流量ＧＡに基づいて、機関負荷率ＫＬを算出する。また、過給圧を大気圧で除した値をコンプレッサ圧力比としたとき、制御装置７０は、検出過給圧ＰＮを検出大気圧ＰＡで除した値として検出コンプレッサ圧力比ＺＭを算出する。コンプレッサ圧力比は、コンプレッサ４１を挟んだ上流側及び下流側の圧力比を反映する。

制御装置７０は、上記各種のセンサの検出信号に基づいて燃料噴射弁２６の燃料噴射制御やウェイストゲートバルブ４６の開度制御といった各種の機関制御を実施する制御実施部７８を備えている。制御実施部７８は、上記機関制御の一環としてスロットルバルブ２４の開度制御も行う。このスロットルバルブ２４の開度制御において、制御実施部７８は、アクセルペダルの操作量ＡＣＣＰや機関回転数ＮＥに基づいて、吸入空気流量の目標値である目標吸気流量ＧＡｔを算出する。

ここで、吸気通路２０では、車両３００の減速時におけるスロットルバルブ２４の開度縮小等に応じて吸気がコンプレッサ４１に向けて逆流し、吸気の圧力が脈動する吸気サージングが生じることがある。吸気サージングは、コンプレッサ４１の回転数の大小に伴う上記コンプレッサ圧力比に対して、コンプレッサ４１を通過する吸気の流量が少なくなりがちなときに発生する。さて、吸気サージングに関連するパラメータであるコンプレッサ圧力比及びコンプレッサ４１を通過する吸気の流量は、コンプレッサ４１の作動に関連するパラメータでもある。本実施形態では、コンプレッサ圧力比、及びコンプレッサ４１を通過する吸気の流量と略同値である吸入空気流量を、コンプレッサ４１の作動領域を示すパラメータとして扱う。制御装置７０は、コンプレッサ圧力比及び吸入空気流量によって規定されるコンプレッサ４１の作動領域が、吸気サージングが生じる作動領域であるか否かを判定するサージ判定部７２を備えている。

制御装置７０は、気筒１１内に流入するガス（以下、筒内流入ガスと称する。）の流量の推定値を推定筒内流量Ｇｃｙとして算出する筒内流量算出部７４を備えている。筒内流入ガスは、ＥＧＲ通路５０から吸気通路２０に流入するＥＧＲガスと、当該ＥＧＲガスが合流する吸気との双方を含んで構成される。また、筒内流入ガスの流量は、単位時間当たりに単位面積を通過する筒内流入ガスの量である。筒内流量算出部７４は、内燃機関１００の運転中、推定筒内流量Ｇｃｙを繰り返し算出する。筒内流量算出部７４は、検出過給圧ＰＮに基づいて推定筒内流量Ｇｃｙを算出する。筒内流量算出部７４は、検出過給圧ＰＮが高いほど推定筒内流量Ｇｃｙを高い値として算出する。なお、検出過給圧ＰＮは、コンプレッサ４１を通過した後の吸気の圧力と、吸気通路２０に流入するＥＧＲガスの圧力とを反映することから、推定筒内流量Ｇｃｙを算出するのに好適なパラメータとなっている。

制御装置７０は、ＥＧＲバルブ５３を制御するＥＧＲ弁制御部７６を備えている。ＥＧＲ弁制御部７６は、ＥＧＲガスの流量を筒内流入ガスの流量で除した値であるＥＧＲ率の目標値（以下、目標ＥＧＲ率と称する）Ｗを算出する。そして、ＥＧＲ弁制御部７６は、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率Ｗとなるように、ＥＧＲバルブ５３の開度を調整する。

ＥＧＲ弁制御部７６は、内燃機関１００の運転中、基本的には通常制御を実施する。ＥＧＲ弁制御部７６は、通常制御では、機関回転数ＮＥや機関負荷率ＫＬ、さらには推定筒内流量Ｇｃｙに基づいて目標ＥＧＲ率Ｗを算出し、目標ＥＧＲ率Ｗに基づいてＥＧＲバルブ５３を制御する。

ＥＧＲ弁制御部７６は、コンプレッサ４１の作動領域が、吸気サージングが生じる領域内であると判定された場合、そうでない場合に比較してＥＧＲバルブ５３を閉弁側に制御するＥＧＲ減量処理を実行する。ＥＧＲ弁制御部７６は、ＥＧＲ減量処理を行う場合、ＥＧＲバルブ５３の通常制御をキャンセルする。

ＥＧＲ弁制御部７６は、上記ＥＧＲ減量処理では、検出吸気流量ＧＡが判定閾値ＧＡＫ以下のときには、目標ＥＧＲ率Ｗをゼロにし、ＥＧＲバルブ５３を全閉とする。一方、ＥＧＲ弁制御部７６は、ＥＧＲ減量処理では、検出吸気流量ＧＡが判定閾値ＧＡＫよりも大きいときには、検出吸気流量ＧＡを、吸気サージングを回避するための吸入空気流量の限界値で除した値で、推定筒内流量Ｇｃｙを減量補正する。ＥＧＲ弁制御部７６は、この減量補正した推定筒内流量Ｇｃｙである減量筒内流量ＧｃｙＦに基づいて、目標ＥＧＲ率Ｗを算出してＥＧＲバルブ５３を制御する。

次に、制御装置７０が実行するサージ脱出処理について説明する。
サージ脱出処理は、吸気サージング及び吸気サージングが生じ得る状況を解消するための処理である。サージ判定部７２及びＥＧＲ弁制御部７６は、内燃機関１００の運転中に繰り返しサージ脱出処理を実行する。

図３に示すように、サージ判定部７２は、サージ脱出処理を開始するとステップＳ１０の処理を実行する。ステップＳ１０において、サージ判定部７２は、コンプレッサ４１の作動領域が、吸気サージングが生じる作動領域内であるか否かを判定する。サージ判定部７２は、この判定を行うための判定マップを予め記憶している。図２に示すように、本実施形態では、判定マップは、吸入空気流量及びコンプレッサ圧力比を座標軸とする直交座標系上で定められている。判定マップにおいては、吸気サージングが発生しないサージ非発生領域Ａ１と、吸気サージングが略確実に発生するサージ発生領域Ａ３と、これらの両者の間の領域であって吸気サージングが発生する可能性のある遷移領域Ａ２との３つの領域が設定されている。この実施形態では、これら３つの領域のうち、サージ発生領域Ａ３及び遷移領域Ａ２が、吸気サージングを生じるコンプレッサ４１の作動領域として定められている。

判定マップでは、サージ非発生領域Ａ１と遷移領域Ａ２を切り分ける境界線であるサージ判定ラインＬＤが規定されている。ここで、上記のとおり、吸気サージングは、コンプレッサ圧力比の大きさの割に吸入空気流量が少ないときに発生する。特定のコンプレッサ圧力比に対して吸気サージングを回避可能な吸入空気流量の最小値をサージ回避限界値としたとき、サージ判定ラインＬＤは、圧力比毎のサージ回避限界値を繋ぎ合わせたラインとなっている。サージ判定ラインＬＤでは、概略的には、コンプレッサ圧力比が大きいほど、サージ回避限界値が大きくなっている。そして、各圧力比に関して、吸入空気流量がサージ回避限界値以上となる領域、すなわち図２においてサージ判定ラインＬＤから右側の領域がサージ非発生領域Ａ１である。また、各圧力比に関して、吸入空気流量がサージ回避限界値未満となる領域、すなわち図２においてサージ判定ラインＬＤよりも左側の領域が吸気サージングを生じる領域である。なお、サージ判定ラインＬＤは、実験やシミュレーション等によって定められている。

また、判定マップでは、遷移領域Ａ２とサージ発生領域Ａ３とを切り分ける境界線であるサージラインＬＳが規定されている。特定のコンプレッサ圧力比に対して吸気サージングが確実に発生する吸入空気流量の最大値をサージ発生境界値としたとき、サージラインＬＳは、圧力比毎のサージ発生境界値を繋ぎ合わせたラインとなっている。サージラインＬＳでは、概略的には、コンプレッサ圧力比が大きいほど、サージ発生境界値が大きくなっている。なお、各圧力比に関して、サージ発生境界値は、サージ回避限界値よりも小さくなっている。そして、各圧力比に関して、吸入空気流量がサージ発生境界値より大きく、且つサージ回避限界値未満の領域、すなわち図２においてサージラインＬＳよりも右側且つサージ判定ラインＬＤよりも左側の領域が遷移領域Ａ２である。また、各圧力比に関して、吸入空気流量がサージ発生境界値以下となる領域、すなわち図２においてサージラインＬＳから左側の領域がサージ発生領域Ａ３である。なお、サージラインＬＳは、実験やシミュレーション等によって定められている。

サージ判定部７２は、図３に示すステップＳ１０の判定において、先ず、最新の検出吸気流量ＧＡ及び検出コンプレッサ圧力比ＺＭを取得する。これら検出吸気流量ＧＡ及び検出コンプレッサ圧力比ＺＭは、現在のコンプレッサ４１の作動領域を示すパラメータである。次に、サージ判定部７２は、図２に示す判定マップを参照し、検出吸気流量ＧＡ及び検出コンプレッサ圧力比ＺＭの組み合わせが、サージ非発生領域Ａ１、遷移領域Ａ２、及びサージ発生領域Ａ３のうちのいずれの領域に当てはまるか、すなわち、コンプレッサ４１の作動領域がいずれの領域内であるかを特定する。図３に示すように、サージ判定部７２は、コンプレッサ４１の作動領域が、サージ非発生領域Ａ１内である場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、サージ脱出処理の一連の処理を一旦終了する。この場合、サージ判定部７２は再度ステップＳ１０の処理を実行する。

一方、サージ判定部７２は、コンプレッサ４１の作動領域が、吸気サージングが生じる作動領域内である場合、すなわちコンプレッサ４１の作動領域が、サージ発生領域Ａ３内または遷移領域Ａ２内である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２０に進める。

ステップＳ２０において、ＥＧＲ弁制御部７６は、目標ＥＧＲ率Ｗをゼロにして吸入空気流量を相当に増やす必要があるか否かを判定するための吸入空気流量の閾値である判定閾値ＧＡＫを算出する。ＥＧＲ弁制御部７６は、最新の検出コンプレッサ圧力比ＺＭを取得する。また、ＥＧＲ弁制御部７６は、サージ判定部７２が記憶している判定マップ（図２）を参照し、サージラインＬＳ上における、検出コンプレッサ圧力比ＺＭに対応する吸入空気流量、すなわちサージ発生境界値を判定閾値ＧＡＫとして算出する。図３に示すように、ＥＧＲ弁制御部７６は、判定閾値ＧＡＫを算出すると、処理をステップＳ３０に進める。

ステップＳ３０において、ＥＧＲ弁制御部７６は、最新の検出吸気流量ＧＡを取得し、当該検出吸気流量ＧＡが判定閾値ＧＡＫ以下であるか否かを判定する。ＥＧＲ弁制御部７６は、検出吸気流量ＧＡが判定閾値ＧＡＫ以下の場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ４０に進める。ステップＳ３０の判定がＹＥＳの場合、現在のコンプレッサ４１の作動領域は、図２に示すサージ発生領域Ａ３内である。

図３に示すように、ステップＳ４０において、ＥＧＲ弁制御部７６は、目標ＥＧＲ率Ｗをゼロにした状態が継続している時間を示す全閉継続時間Ｈをゼロにリセットする。そして、ＥＧＲ弁制御部７６は、処理をステップＳ５０に進める。

ステップＳ５０において、ＥＧＲ弁制御部７６は、目標ＥＧＲ率Ｗをゼロとして算出する。そして、ＥＧＲ弁制御部７６は、目標ＥＧＲ率Ｗに基づいてＥＧＲバルブ５３を制御する。すなわち、ＥＧＲ弁制御部７６は、ＥＧＲバルブ５３を全閉状態にする。ＥＧＲ弁制御部７６は、ステップＳ５０の処理を実行すると、処理をステップＳ６０に進める。なお、ＥＧＲ弁制御部７６は、後述のステップＳ７０の処理が完了するまで、ＥＧＲバルブ５３の全閉状態を継続する。

ステップＳ６０において、ＥＧＲ弁制御部７６は、全閉継続時間Ｈのカウントを開始する。この後、ＥＧＲ弁制御部７６は、処理をステップＳ７０に進める。
ステップＳ７０において、ＥＧＲ弁制御部７６は、全閉継続時間Ｈが規定時間ＨＺ以上であるか否かを判定する。ＥＧＲ弁制御部７６は、規定時間ＨＺを予め記憶している。内燃機関１００で生じ得るコンプレッサ圧力比の最大値、及び内燃機関１００で生じ得る吸入空気流量の最小値、の組み合わせで規定されるコンプレッサ４１の作動領域を限界作動領域としたとき、規定時間ＨＺは、コンプレッサ４１の作動領域が限界作動領域である状態において目標ＥＧＲ率Ｗをゼロに維持したときに吸気サージングを解消するのに要する時間として、実験やシミュレーション等によって定められている。

図３に示すように、ステップＳ７０において、ＥＧＲ弁制御部７６は、全閉継続時間Ｈが規定時間ＨＺ未満である場合（ステップＳ７０：ＮＯ）、再度ステップＳ７０の処理を実行する。ＥＧＲ弁制御部７６は、全閉継続時間Ｈが規定時間ＨＺ以上になるまでステップＳ７０の処理を繰り返す。そして、ＥＧＲ弁制御部７６は、全閉継続時間Ｈが規定時間ＨＺ以上になると（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、サージ脱出処理の一連の処理を一旦終了する。この場合、サージ判定部７２が再度ステップＳ１０の処理を実行する。なお、ステップＳ５０の処理を開始してからステップＳ７０の処理を完了するまでの処理が、ＥＧＲ減量処理である。ステップＳ７０の処理を完了すると、ＥＧＲ弁制御部７６は通常制御を再開する。

さて、ステップＳ３０において、ＥＧＲ弁制御部７６は、検出吸気流量ＧＡが判定閾値ＧＡＫよりも大きい場合（ステップＳ３０：ＮＯ）、処理をステップＳ１００に進める。なお、ステップＳ３０の判定がＮＯの場合、現在のコンプレッサ４１の作動領域は、図２に示す遷移領域Ａ２内となっている。

図３に示すように、ステップＳ１００において、ＥＧＲ弁制御部７６は、筒内流量算出部７４が算出する推定筒内流量Ｇｃｙを減量補正する。推定筒内流量Ｇｃｙを減量補正するにあたっては、先ず、ＥＧＲ弁制御部７６は、最新の検出コンプレッサ圧力比ＺＭを取得する。そして、ＥＧＲ弁制御部７６は、サージ判定部７２が記憶している判定マップ（図２）を参照し、サージ判定ラインＬＤ上における、検出コンプレッサ圧力比ＺＭに対応する吸入空気流量、すなわちサージ回避限界値を補正用サージ回避限界値Ｓとして算出する。補正用サージ回避限界値Ｓは、吸気サージングを回避するための吸入空気流量の限界値である。次に、筒内流量算出部７４は、最新の検出吸気流量ＧＡを取得する。また、筒内流量算出部７４は、筒内流量算出部７４が算出した最新の推定筒内流量Ｇｃｙを取得する。そして、筒内流量算出部７４は、次の式（１）に示すように、検出吸気流量ＧＡを補正用サージ回避限界値Ｓで除した値を推定筒内流量Ｇｃｙに乗じることで、減量筒内流量ＧｃｙＦを算出する。

ＧｃｙＦ＝Ｇｃｙ×ＧＡ／Ｓ ・・・（１）
なお、ステップＳ１００の処理を行う状況では、コンプレッサ４１の作動領域は、遷移領域Ａ２であることから、検出吸気流量ＧＡは補正用サージ回避限界値Ｓよりも小さくなっている。したがって、検出吸気流量ＧＡを補正用サージ回避限界値Ｓで除した値は１よりも小さくなっている。すなわち、減量筒内流量ＧｃｙＦは、推定筒内流量Ｇｃｙよりも小さくなる。図３に示すように、ＥＧＲ弁制御部７６は、ステップＳ１００の処理を実行すると、処理をステップＳ１１０に進める。

ステップＳ１１０において、ＥＧＲ弁制御部７６は、減量筒内流量ＧｃｙＦに基づいて目標ＥＧＲ率Ｗを算出する。具体的には、ＥＧＲ弁制御部７６は、第１目標ＥＧＲ率Ｗ１と第２目標ＥＧＲ率Ｗ２とを算出し、これらのうちで小さい方を最終的な目標ＥＧＲ率Ｗとして算出する。

ＥＧＲ弁制御部７６は、第１目標ＥＧＲ率Ｗ１の算出に際し、目標ＥＧＲ率Ｗの基本値である基本ＥＧＲ率Ｒａを算出する。基本ＥＧＲ率Ｒａは、機関回転数ＮＥ及び機関負荷率ＫＬに応じた目標ＥＧＲ率であり、機関回転数ＮＥ及び機関負荷率ＫＬの組み合わせ毎に好適な値が予め設定されている。ＥＧＲ弁制御部７６は、機関回転数ＮＥ及び機関負荷率ＫＬの組み合わせ毎の基本ＥＧＲ率Ｒａを表した基本マップを予め記憶している。ＥＧＲ弁制御部７６は、最新の機関回転数ＮＥ及び機関負荷率ＫＬを取得するとともに、基本マップを参照する。そして、ＥＧＲ弁制御部７６は、機関回転数ＮＥ及び機関負荷率ＫＬに対応する基本ＥＧＲ率Ｒａを算出する。また、ＥＧＲ弁制御部７６は、制御実施部７８が算出した最新の目標吸気流量ＧＡｔを取得する。そして、ＥＧＲ弁制御部７６は、基本ＥＧＲ率Ｒａ、目標吸気流量ＧＡｔ、及びステップＳ１００で算出した減量筒内流量ＧｃｙＦを用いて、次の式（２ａ）によって第１目標ＥＧＲ率Ｗ１を算出する。

Ｗ１＝（ＧｃｙＦ×Ｒａ）／（ＧＡｔ＋ＧｃｙＦ×Ｒａ） ・・・（２ａ）
式（２ａ）に示すように、第１目標ＥＧＲ率Ｗ１は、減量筒内流量ＧｃｙＦと基本ＥＧＲ率Ｒａとの積を、当該積と目標吸気流量ＧＡｔとの和で除した値として算出される。式（２ａ）で算出される第１目標ＥＧＲ率Ｗ１は、現在の機関運転状態に応じて設定される目標ＥＧＲ率Ｗである。なお、式（２ａ）において減量筒内流量ＧｃｙＦを推定筒内流量Ｇｃｙに置き換えると、通常制御で利用される目標ＥＧＲ率Ｗの算出式になる。

ＥＧＲ弁制御部７６は、第２目標ＥＧＲ率Ｗ２の算出に際し、ステップＳ１００で算出した減量筒内流量ＧｃｙＦ、及びステップＳ１００で算出した補正用サージ回避限界値Ｓを用いる。具体的には、ＥＧＲ弁制御部７６は、次の式（２ｂ）によって第２目標ＥＧＲ率Ｗ２を算出する。

Ｗ２＝（ＧｃｙＦ－Ｓ）／ＧｃｙＦ ・・・（２ｂ）
式（２ｂ）に示すように、第２目標ＥＧＲ率Ｗ２は、減量筒内流量ＧｃｙＦから補正用サージ回避限界値Ｓを減じた値を、減量筒内流量ＧｃｙＦで除した値として算出される。式（２ｂ）で算出される第２目標ＥＧＲ率Ｗ２は、吸入空気流量が、現在のコンプレッサ圧力比に対応するサージ回避限界値である補正用サージ回避限界値Ｓだと仮定したときの目標ＥＧＲ率である。この第２目標ＥＧＲ率Ｗ２は、現在のコンプレッサ圧力比において吸気サージングを解消することが可能な目標ＥＧＲ率の最大値である。また、この第２目標ＥＧＲ率Ｗ２は、コンプレッサ圧力比が現在と同じである状況下において吸気サージングが生じないとき、すなわち吸入空気流量が補正用サージ回避限界値Ｓよりも大きいときに通常制御で設定される目標ＥＧＲ率よりも小さくなるように定められている。

ＥＧＲ弁制御部７６は、第１目標ＥＧＲ率Ｗ１と第２目標ＥＧＲ率Ｗ２とを算出すると、これらのうちで小さい方を最終的な目標ＥＧＲ率Ｗとして算出する。なお、多くの状況下では、第２目標ＥＧＲ率Ｗ２が最終的な目標ＥＧＲ率Ｗとして算出される。その一方で、機関運転状態との兼ね合いから基本ＥＧＲ率Ｒａが小さいとき等は第１目標ＥＧＲ率Ｗ１が最終的な目標ＥＧＲ率Ｗとして算出される。ＥＧＲ弁制御部７６は、最終的な目標ＥＧＲ率Ｗとして算出すると、当該目標ＥＧＲ率Ｗに基づいてＥＧＲバルブ５３を制御する。このステップＳ１１０の処理が、ＥＧＲ減量処理である。ＥＧＲ弁制御部７６は、ステップＳ１１０の処理を実行すると、サージ脱出処理の一連の処理を一旦終了する。この場合、サージ判定部７２が再度ステップＳ１０の処理を実行する。なお、ステップＳ１１０の処理を完了すると、ＥＧＲ弁制御部７６は通常制御を再開する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
いま、コンプレッサ４１の作動領域が、図２に示すサージ非発生領域Ａ１内にあるものとする。車両３００が急加速されると、図２の矢印Ｂ１で示すように、過給圧が一気に高まる。その後、車両３００が減速されてスロットルバルブ２４の開度が縮小された場合、図２の矢印Ｂ２で示すように吸入空気流量は速やかに低下する一方で、過給圧は直ぐには応答せずに高い状態のまま留まる。この場合、コンプレッサ４１の作動領域は、サージ非発生領域Ａ１内から、遷移領域Ａ２内やサージ発生領域Ａ３内に移行する。つまり、吸気通路２０では吸気サージングが発生し得る。吸気サージングが発生した場合、当該吸気サージングを解消する上では、ＥＧＲガスの流量を減らすことによって吸入空気流量を増やす必要がある。

上記のとおり、吸気サージングが発生した状態では、過給圧は高い状態に留まることから、過給圧に基づいて算出される推定筒内流量Ｇｃｙの値も高いままである。仮にこの推定筒内流量Ｇｃｙを補正せずにそのまま目標ＥＧＲ率Ｗの算出に適用するものとする。つまり、式（２ａ）及び式（２ｂ）における減量筒内流量ＧｃｙＦを推定筒内流量Ｇｃｙに置き換える。この場合、例えば式（２ｂ）を用いることによって目標ＥＧＲ率Ｗを吸気サージングが生じない状況での値よりも減らそうとしても、推定筒内流量Ｇｃｙの値が高いことから、目標ＥＧＲ率Ｗは高くなる。この状態では、吸気サージングが生じないときよりもＥＧＲガスの流量を減量させるべき分が相殺され、ＥＧＲガスを十分に減量させることができない。したがって、吸入空気流量を増やすには至らず、吸気サージングが継続されてしまう。

そこで、サージ脱出処理では、推定筒内流量Ｇｃｙを減量補正したり、目標ＥＧＲ率Ｗを強制的にゼロにしたりする。ここで、吸気サージングが発生してコンプレッサ４１の作動領域がサージ発生領域Ａ３内である場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、吸入空気流量は、現在のコンプレッサ圧力比に対応するサージ回避限界値に対して相当に少ない。そのため、コンプレッサ４１の作動領域をサージ非発生領域内にまで移行させる上では、吸入空気流量を相当に増やす必要がある。そこで、サージ脱出処理では、目標ＥＧＲ率Ｗを強制的にゼロにし（ステップＳ５０）、その状態を規定時間ＨＺに亘って継続する（ステップＳ７０）。これに伴って、吸入空気流量が増加し、コンプレッサ４１の作動領域が徐々にサージ非発生領域Ａ１へと近づく。そして、規定時間ＨＺが経過すると、コンプレッサ４１の作動領域はサージ非発生領域Ａ１内に移行する。

また、コンプレッサ４１の作動領域が遷移領域Ａ２内である場合、吸入空気流量は、現在のコンプレッサ圧力比に対応するサージ回避限界値に対してやや少ない。この場合、ＥＧＲガスの流量を皆無にしなくても、ＥＧＲガスの流量を減量させることで、コンプレッサ４１の作動領域をサージ非発生領域Ａ１内へ移行させることが可能である。そこで、ＥＧＲ脱出処理では、推定筒内流量Ｇｃｙを減量補正した減量筒内流量ＧｃｙＦを用いて目標ＥＧＲ率Ｗを算出する（ステップＳ１００、ステップＳ１１０）。この場合、筒内流入ガスの流量が相応に低いものとして目標ＥＧＲ率Ｗを算出できることから、吸気サージングが生じない状況のときよりも目標ＥＧＲ率Ｗを低下させることができる。目標ＥＧＲ率Ｗを低下させることによって吸入空気流量が増加し、コンプレッサ４１の作動領域が遷移領域Ａ２内からサージ非発生領域Ａ１内へと移行する。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）上記構成では、吸気サージングが発生したときには、目標ＥＧＲ率Ｗをゼロにする。これに伴い吸入空気流量が増加するため、速やかに吸気サージングを解消できる。

（２）上記構成では、吸気サージングが発生し得る状況のときには、減量筒内流量ＧｃｙＦを用いて目標ＥＧＲ率Ｗを算出することによって、ＥＧＲガスの流量を減量させる。これに伴い吸入空気流量が増加するため、吸気サージングが発生し得る状況を速やかに解消できる。

（３）上記構成では、吸気サージングを解消したり、吸気サージングが発生し得る状況を解消したりする上で、ＥＧＲバルブ５３の開度を調整しているのみであり、ウェイストゲートバルブ４６の開度制御やスロットルバルブ２４の開度制御といった、ＥＧＲバルブ５３以外の各種の機関制御を何ら変更していない。そのため、吸気サージングを解消した後や吸気サージングが発生し得る状況を解消した後において過給効率や内燃機関１００の出力等に影響が生じることもない。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本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。
・目標ＥＧＲ率Ｗの算出手法は、上記実施形態の例に限定されない。すなわち、式（２ａ）や式（２ｂ）を利用して目標ＥＧＲ率Ｗを算出することは必須ではない。目標ＥＧＲ率Ｗの算出手法は、コンプレッサ４１の作動領域がサージ発生領域Ａ３内であるときに目標ＥＧＲ率Ｗをゼロにするものであればよい。また、目標ＥＧＲ率Ｗの算出手法は、コンプレッサ４１の作動領域が遷移領域Ａ２内であるときに減量筒内流量ＧｃｙＦに基づいて目標ＥＧＲ率Ｗを算出するものであればよい。その際、減量筒内流量ＧｃｙＦに基づいて算出される目標ＥＧＲ率Ｗが、吸気サージングが生じない状況下で設定される目標ＥＧＲ率Ｗよりも小さい値になっていればよい。

・上記実施形態では、目標ＥＧＲ率Ｗを算出してＥＧＲバルブ５３を制御していたが、目標ＥＧＲ率Ｗを算出せずにＥＧＲバルブ５３を制御してもよい。例えば、コンプレッサ４１の作動領域が遷移領域Ａ２内であるときに設定するＥＧＲバルブ５３の目標開度を減量筒内流量ＧｃｙＦ毎に予め定めておいてもよい。そして、コンプレッサ４１の作動領域が遷移領域Ａ２内であると判定されたときに、減量筒内流量ＧｃｙＦに対応する目標開度になるようにＥＧＲバルブ５３を制御してもよい。コンプレッサ４１の作動領域がサージ発生領域Ａ３内であるときに関しては、目標開度を予めゼロに設定しておけばよい。

・ＥＧＲバルブ５３を全閉状態に制御する規定時間ＨＺを、一律の値でなはなく、可変に設定してもよい。例えば、規定時間ＨＺを、現在のコンプレッサ４１の作動領域に応じて変更してもよい。具体的には、検出コンプレッサ圧力比ＺＭに対応するサージ回避限界値と、検出吸気流量ＧＡとの差が大きいときほど規定時間ＨＺを長くしてもよい。そのような規定時間ＨＺを定めることができるように、実験やシミュレーションによって規定時間ＨＺの算出式を作っておけばよい。

・コンプレッサ４１の作動領域を規定するパラメータは、上記実施形態の例に限定されない。例えば、吸入空気流量及び過給圧を、コンプレッサ４１の作動領域を規定するパラメータとしてもよい。コンプレッサ４１の作動領域を規定するパラメータに合わせて判定マップの内容を調整すればよい。コンプレッサ４１の作動領域を規定するパラメータを変更した場合でも、検出大気圧ＰＡ、検出過給圧ＰＮ、及び検出吸気流量ＧＡに基づいてコンプレッサの作動領域の判定を行えるようになっていればよい。

・内燃機関１００の構成は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、過給圧センサ２７の位置を上記実施形態の位置から変更してもよい。例えば、過給圧センサ２７を、吸気通路２０における、スロットルバルブ２４よりも吸気下流側且つＥＧＲ通路５０との接続箇所よりも吸気上流側に設置してもよい。過給圧センサ２７は、吸気通路２０における、コンプレッサ４１よりも吸気下流側且つＥＧＲ通路５０との接続箇所よりも吸気上流側に設置されていればよい。

・大気圧センサ８０の設置位置は、上記実施形態の例に限定されない。大気圧を精度良く検出できるのであれば、大気圧センサ８０の設置位置は問わない。

１１…気筒
２０…吸気通路
２２…エアフロメータ
２７…過給圧センサ
３０…排気通路
４０…過給機
４１…コンプレッサ
５０…ＥＧＲ通路
５３…ＥＧＲバルブ
８０…大気圧センサ
７０…制御装置
７２…サージ判定部
７４…筒内流量算出部
７６…ＥＧＲ弁制御部

Claims (1)

1. 気筒に接続されている吸気通路及び排気通路と、
   前記吸気通路に設けられ、吸気を過給する過給機のコンプレッサと、
   前記排気通路から延びて前記吸気通路における、前記コンプレッサよりも下流側に接続されているＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、当該ＥＧＲ通路を通じて前記吸気通路に戻される排気であるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、
   大気圧を検出大気圧として検出する大気圧センサと、
   前記吸気通路における、前記コンプレッサよりも下流側且つ前記ＥＧＲ通路との接続箇所よりも上流側の圧力を検出過給圧として検出する過給圧センサと、
   前記吸気通路に流入する吸気の流量を検出吸気流量として検出するエアフロメータと
   を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
   前記検出大気圧、前記検出過給圧、及び前記検出吸気流量に基づいて、前記コンプレッサの作動領域が、吸気サージングが生じる領域内であるか否かを判定するサージ判定部と、
   前記検出過給圧に基づいて、前記気筒内に流入するガスである筒内流入ガスの流量を推定筒内流量として算出する筒内流量算出部と、
   前記推定筒内流量に基づいて、前記ＥＧＲバルブを制御するＥＧＲ弁制御部とを有し、
   前記ＥＧＲ弁制御部は、前記コンプレッサの作動領域が、前記吸気サージングが生じる領域内であると判定された場合、そうでない場合に比較して前記ＥＧＲバルブを閉弁側に制御するＥＧＲ減量処理を実行し、
   前記ＥＧＲ減量処理では、前記検出吸気流量が、前記検出過給圧に応じて定められる閾値以下のときには、前記ＥＧＲバルブを全閉し、前記検出吸気流量が前記閾値よりも大きいときには、前記検出吸気流量を、前記吸気サージングを回避するための吸気の流量の限界値で除した値で、前記推定筒内流量を減量補正した値に基づいて、前記ＥＧＲバルブを制御する
   内燃機関の制御装置。

Images