JP7380368B2 - スロットル制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのスロットルバルブの開度を制御するスロットル制御装置に関する。

車載等のエンジンでは、スロットルバルブの開度（以下、スロットル開度と記載する）の制御を通じて、燃焼毎に気筒に流入する空気量であるシリンダ流入吸気量を調整している。スロットルバルブの開度制御は、アクセルペダル操作量からスロットルバルブ通過後の吸気の圧力であるスロットル下流圧の要求値である要求下流圧ＰＭ＊を求めるとともに、その要求下流圧ＰＭ＊から目標開度ＴＡ＊を決定することで行われている。

スロットル開度が大きい大開度領域では、スロットルバルブを通過する吸気の流量のスロットル開度に対する感度が低くなることから、シリンダ流入吸気量の変更に必要なスロットル開度の変更量が増加する。そのため、大開度領域では、スロットル開度の大幅な変更が頻繁に行われる、いわゆるスロットルハンチングが発生し易くなる。

これに対して、従来、特許文献１には、要求下流圧ＰＭ＊が既定の圧力Ｐ１以上の場合には、式（１）に従って目標開度ＴＡ＊演算するスロットル制御装置が提案されている。式（１）における「ＴＡｗｏｔ」は、スロットル下流圧を「Ｐ１」とするために必要なスロットル開度を表している。また、式（１）における「ΔＴＣ」は、式（２）により求められる補正開度である。なお、式（２）における「ＣＤ」は、エンジン回転数ＮＥに応じて決定される係数であり、スロットル開度の変化に対するスロットル下流圧の変化の割合がスロットルハンチングを抑制可能な範囲の下限値となるようにその値が定められている。

特開２００６－１１８３７３号公報

上記従来のスロットル制御装置において、要求下流圧ＰＭ＊が圧力Ｐ１以上の場合に演算される目標開度ＴＡ＊の値は、スロットル下流圧を実際に要求下流圧ＰＭ＊とするスロットル開度からずれた値となる。そうした目標開度ＴＡ＊のずれが最大開度近傍のスロットル開度だけで生じる分には、そのずれがエンジンのトルク制御に与える影響は僅かなものとなる。しかしながら、エンジンの構成によっては、比較的小さいスロットル開度からスロットルハンチングが発生する可能性がある。そうしたエンジンにおけるスロットルハンチングを抑制可能に「Ｐ１」や「ＣＤ」の値を設定すると、大開度領域での目標開度ＴＡ＊のずれが大きくなり、エンジンのトルクを適切に制御できなくなる虞がある。

上記課題を解決するスロットル制御装置は、エンジンの吸気通路に設置されたスロットルバルブの開度を制御する装置として構成されている。ここで、スロットルバルブの開度であるスロットル開度ＴＡの制御目標値を目標開度ＴＡ＊とし、スロットル開度ＴＡの制御範囲の最大値を最大開度ＴＡｍａｘとし、スロットルバルブの通過前の吸気圧に対する同スロットルバルブの通過後の吸気圧の比をスロットル前後圧力比ＲＰとする。また、「Ｎ」を３以上の整数とし、「ｉ」を１からＮまでの任意の整数とする。さらに、ここでは、目標開度ＴＡ＊の演算方式を切替えるスロットル前後圧力比ＲＰである切替点圧力比ＲＰｗｏｔからスロットル前後圧力比ＲＰの最大値である「１」までの同スロットル前後圧力比ＲＰの範囲全体を（Ｎ－１）個の区間に区分けするものとする。この場合にそれぞれの区間の境界点となるＮ個のスロットル前後圧力比ＲＰの値を小さい順に並べたときにｉ番目となるスロットル前後圧力比ＲＰの値を境界点圧力比ＲＰＢ［ｉ］と記載する。なお、このときの境界点圧力ＲＰ［１］の値は切替点圧力比ＲＰｗｏｔとなり、境界点圧力比ＲＰＢ［Ｎ］の値は「１」となる。

上記スロットル制御装置は、エンジンの負荷率の要求値である要求負荷率ＫＬ＊を演算する要求負荷率演算処理と、要求負荷率ＫＬ＊の値分の前記負荷率ＫＬが得られる前記スロットル前後圧力比ＲＰを要求圧力比ＲＰ＊の値として演算する要求圧力比演算処理と、を行う。また、上記スロットル制御装置は、スロットル前後圧力比ＲＰが境界点圧力比ＲＰＢ［ｉ］となる負荷率ＫＬを境界点負荷率ＫＬＢ［ｉ］の値として演算する境界点負荷率演算処理と、スロットル前後圧力比ＲＰを境界点圧力比ＲＰＢ［ｉ］とするために必要なスロットル開度ＴＡを境界点開度ＴＡＢ［ｉ］の値として演算する境界点開度演算処理と、を行う。なお、吸気流路を絞ることで吸気流量を調整するスロットルバルブは、スロットル開度ＴＡが最大開度ＴＡｍａｘのときに全開となる。このときには、スロットルバルブの前後に差圧が生じないため、スロットル前後圧力比ＲＰの値は「１」となる。よって、値が「１」の境界点圧力比ＲＰＢ［Ｎ］の実現に必要なスロットル開度ＴＡである境界点開度ＴＡＢ［Ｎ］の値は、最大開度ＴＡｍａｘとなる。

さらに、上記スロットル制御装置は、目標開度演算処理において、下記の態様で目標開度ＴＡ＊の値を演算する。まず、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔ以下の場合には、スロットル前後圧力比ＲＰが前記要求圧力比ＲＰ＊となるスロットル開度ＴＡを前記目標開度ＴＡ＊の値として演算する。一方、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える場合には、式（３）の関係を満たす値を目標開度ＴＡ＊の値として演算する。式（３）における「Ｍ」は、要求負荷率ＫＬ＊が境界点負荷率ＫＬＢ［Ｍ］を超え、かつ境界点負荷率ＫＬＢ［Ｍ＋１］以下の値となる整数値を示している。

上記スロットル制御装置での目標開度演算処理では、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔ以下の場合には、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊となるスロットル開度ＴＡが目標開度ＴＡ＊の値として演算される。要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える場合にも、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊となるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として演算すると、目標開度ＴＡ＊が最大開度ＴＡｍａｘに近づくにつれて、要求負荷率ＫＬ＊に対する目標開度ＴＡ＊の感度が高くなる。そのため、大開度領域では、要求負荷率ＫＬ＊の僅かな変化に対して目標開度ＴＡ＊の値が大きく変化することになり、スロットルハンチングが発生してしまう。

これに対して上記スロットル制御装置では、大開度領域全体を複数の区間に区分けしている。そして、スロットル前後圧力比ＲＰが切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える場合の目標開度演算処理では、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル前後圧力比ＲＰである要求圧力比ＲＰ＊が位置する区間の各境界点の負荷率及びスロットル開度の値に対する線形補完により、要求負荷率ＫＬ＊に対応した目標開度ＴＡ＊の値が演算される。この場合にも、それぞれの区間では、要求負荷率ＫＬ＊に対する目標開度ＴＡ＊の変化率が一定となることから、最大開度ＴＡｍａｘの近傍でも同変化率が一定となる。そのため、大開度領域でのスロットルハンチングが生じ難くなる。また、大開度領域全体を単一の線形補間区間として目標開度ＴＡ＊を演算する場合に比べて、要求負荷率ＫＬ＊に対する負荷率ＫＬのずれが小さくなる。そのため、要求負荷率ＫＬ＊に対する負荷率ＫＬのずれを抑えつつ、大開度領域でのスロットルハンチングを抑制できる。したがって、上記スロットル制御装置によれば、大開度領域でのスロットル開度ＴＡの制御性を向上できる。

ところで、エンジンに適用される装置として、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を吸気中に放出して、燃焼室内で燃焼させることで処理する燃料蒸気処理装置がある。自然吸気式のエンジンに適用される燃料蒸気処理装置では、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形成される負圧により燃料蒸気を引き込むことで、吸気中に燃料蒸気を放出している。これに対して、過給式のエンジンでは、過給運転中には上記負圧が形成されないことから、エゼクタやエアポンプなどを用いて、吸気通路におけるスロットルバルブよりも上流側の部分に燃料蒸気を放出する燃料蒸気処理装置を採用することがある。スロットル開度ＴＡやエンジン回転数に変わりがなくても、吸気通路におけるスロットルバルブよりも上流側の部分に燃料蒸気が放出されると、その放出された燃料蒸気の流量分、スロットルバルブを通過する空気の流量が減少してしまう。そのため、そうした燃料蒸気処理装置を備えるエンジンでは、燃料蒸気処理装置により吸気通路におけるスロットルバルブよりも上流側の部分に放出される燃料蒸気の流量が多いときには同流量が少ないときよりも目標開度ＴＡ＊を大きい開度とする上流パージ補正処理を行うことがある。こうした場合、要求負荷率ＫＬ＊の変化に加えて、燃料蒸気処理装置により放出される燃料蒸気の流量によってもスロットル開度ＴＡが変化することから、スロットルハンチングが発生し易くなる。そのため、上流パージ補正処理を行う場合には、同処理を行わない場合よりも小さい値を切替点圧力比ＲＰｗｏｔの値として設定することが望ましい。そして、上述のように、スロットル前後圧力比ＲＰが切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える大開度領域全体を単一の線形補完区間として目標開度ＴＡ＊を演算する場合の大開度領域での要求負荷率ＫＬ＊に対する負荷率ＫＬのずれは、切替点圧力比ＲＰｗｏｔとして小さい値が設定されており、線形補完区間が長くなるほど、大きくなる。

そのため、上記スロットル制御装置は、吸気通路におけるスロットルバルブよりも上流側の部分において吸気を圧縮する過給機と、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を吸気通路におけるスロットルバルブよりも上流側の部分に放出する燃料蒸気処理装置と、を備えるエンジンに適用され、かつ、当該スロットル制御装置が、燃料蒸気処理装置により吸気通路におけるスロットルバルブよりも上流側の部分に放出される燃料蒸気の流量が多いときには同流量が少ないときよりも目標開度ＴＡ＊を大きい開度とする上流パージ補正処理を行う場合に、特に有効である。

スロットル制御装置の一実施形態の構成を模式的に示す図。 スロットル前後圧力比、スロットル開度とスロットル通過流量との関係を示すグラフ。 スロットル前後圧力比とΦ値との関係を示すグラフ。 スロットル開度と飽和流量との関係を示すグラフ。 スロットル開度とスロットル前後圧力比との関係を示すグラフ。 ＰｍＦＵＬＬ制御方式における大開度領域での目標開度の演算態様を示す図。 切替点圧力比として大小２つの値を設定した場合のそれぞれにおける要求負荷率と目標開度との関係を対比して示すグラフ。 上記実施形態のスロットル制御装置が実行するスロットル開度制御ルーチンのフローチャート。 最大負荷率演算マップにおける最大負荷率とエンジン回転数との関係を示すグラフ。 同実施形態のスロットル制御装置における大開度領域での要求負荷率と目標開度との関係を示すグラフ。

以下、スロットル制御装置の一実施形態を、図１～図１０を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の適用対象となるエンジン１０には、混合気の燃焼が行われる燃焼室１１と、燃焼室１１への吸気の導入路である吸気通路１２と、燃焼室１１からの排気の排出路である排気通路１３と、が設けられている。また、エンジン１０には、開弁／閉弁に応じて吸気通路１２を燃焼室１１に連通／遮断する吸気弁１４と、開弁／閉弁に応じて排気通路１３を燃焼室１１に連通／遮断する排気弁１５と、が設けられている。さらに、エンジン１０には、吸気弁１４のバルブタイミングＶＴを可変とするバルブタイミング可変機構１６が設けられている。

吸気通路１２には、吸気中の塵等を濾過するエアクリーナ１７と、吸気通路１２を流れる吸気の流量である吸気流量ＧＡを検出するエアフローメータ４３と、が設けられている。また、吸気通路１２におけるエアフローメータ４３よりも下流側の部分には、スロットルバルブ１８が設置されている。スロットルバルブ１８は、回転可能に軸支された状態で吸気通路１２内に設置されている。そして、スロットルバルブ１８は、スロットルモータ１９により回転駆動されるようになっている。さらに、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分には、吸気中に燃料を噴射するインジェクタ２０が設置されている。

燃焼室１１には、吸気通路１２を通じて流入した吸気とインジェクタ２０が噴射した燃料との混合気を着火する点火装置２１が設置されている。また、排気通路１３には、燃焼室１１から排出された排気を浄化する触媒装置２２が設置されている。

こうしたエンジン１０においてスロットルバルブ１８は、吸気通路１２内での回転位置に応じて開口面積を変化させることで、同スロットルバルブ１８を通過する吸気の流量であるスロットル通過流量を調整する弁となっている。以下の説明におけるスロットル開度ＴＡは、開口面積が０となる回転位置である全閉位置からのスロットルバルブ１８の回転角を表している。

また、エンジン１０には、排気タービン式の過給機２３が設けられている。過給機２３は、吸気通路１２におけるエアクリーナ１７よりも下流側、かつスロットルバルブ１８よりも上流側の部分に設置されたコンプレッサ２４と、排気通路１３における触媒装置２２よりも上流側の部分に設置されたタービン２５と、を備えている。コンプレッサ２４は、連動して回転するようにタービン２５と連結されている。こうした過給機２３では、排気の流勢を受けてタービン２５の回転に応じてコンプレッサ２４が回転することで、吸気を圧縮して燃焼室１１に送る過給動作が行われる。なお、過給機２３には、開弁に応じてタービン２５を迂回して排気を流すウェイストゲートバルブ２６が設置されている。

さらに、エンジン１０には、燃料タンク２７内で発生した燃料蒸気を吸気中に放出する燃料蒸気処理装置２８が設けられている。燃料蒸気処理装置２８は、燃料タンク２７内で発生した燃料蒸気を捕集するキャニスタ２９を備えている。また、燃料蒸気処理装置２８は、キャニスタ２９と吸気通路１２とを繋ぐパージ通路３０と、そのパージ通路３０に設置された電磁式の開閉弁であるパージバルブ３１と、を備えている。一方、吸気通路１２には、コンプレッサ２４を迂回して吸気を流す吸気バイパス路３２が設けられている。吸気バイパス路３２は、吸気通路１２におけるエアクリーナ１７よりも下流側、かつコンプレッサ２４よりも上流側の部分と、同吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側、かつスロットルバルブ１８よりも上流側の部分とを連通するように設けられている。また、吸気バイパス路３２には、エゼクタ３３が設けられている。燃料蒸気処理装置２８のパージ通路３０におけるパージバルブ３１よりも吸気通路１２側の部分は、上流パージ通路３４と下流パージ通路３５とに分岐されている。そして、上流パージ通路３４は吸気バイパス路３２のエゼクタ３３に、下流パージ通路３５は吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分に、それぞれ接続されている。エゼクタ３３は、吸気バイパス路３２を流れる吸気の流勢により負圧を形成するとともに、その負圧により上流パージ通路３４から燃料蒸気を引き込んで、吸気バイパス路３２を流れる吸気中に合流させる。こうした燃料蒸気処理装置２８では、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分が負圧となるときには、その負圧により下流パージ通路３５から燃料蒸気を引き込むことで、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分に燃料蒸気を放出する。一方、エンジン１０の過給運転中は、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４の下流側の圧力が同コンプレッサ２４の上流側の圧力よりも高くなり、吸気バイパス路３２を通って吸気が逆流する。このときのエゼクタ３３が形成する負圧により、上流パージ通路３４から吸気バイパス路３２を流れる吸気中に燃料蒸気が引き込まれる。これにより、エンジン１０の過給運転中の燃料蒸気処理装置２８は、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも上流側の部分に燃料蒸気を放出する。

以上のように構成されたエンジン１０は、エンジン制御ユニット４０により制御されている。エンジン制御ユニット４０は、エンジン制御に係る各種の演算処理を実行する演算処理装置４１と、制御用のプログラムやデータが記憶された記憶装置４２と、を備える電子制御システムとして構成されている。

一方、エンジン１０には、その運転状況を確認するための各種センサが設けられている。例えばエンジン１０の吸気通路１２には、吸気流量ＧＡを検出するエアフローメータ４３、過給圧ＰＢを検出する過給圧センサ４４、及びインマニ圧ＰＩＮを検出するインマニ圧センサ４５が設置されている。過給圧ＰＢは、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側、かつスロットルバルブ１８よりも上流側の部分の吸気の圧力であり、インマニ圧ＰＩＮは、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分の吸気の圧力である。また、エンジン１０の排気通路１３には、燃焼室１１で燃焼した混合気の空燃比ＡＢＹＦを検出する空燃比センサ４６が検出されている。さらに、エンジン１０には、出力軸であるクランク軸４７の回転角であるクランク角ＣＡを検出するクランク角センサ４８が設けられている。エンジン制御ユニット４０には、これらセンサの検出結果が入力されている。また、エンジン制御ユニット４０には、運転者のアクセルペダル４９の踏込み量であるアクセルペダル操作量ＡＣＣを検出するアクセルペダルセンサ５０の検出結果も入力されている。なお、エンジン制御ユニット４０は、クランク角ＣＡの検出結果からエンジン回転数ＮＥを演算している。

そして、エンジン制御ユニット４０は、それらセンサの検出結果に基づき、スロットルバルブ１８の開度であるスロットル開度ＴＡやインジェクタ２０の燃料噴射量ＱＩＮＪ、点火装置２１の点火時期ＳＡなどの制御を実行している。また、エンジン制御ユニット４０は、過給機２３の過給動作を制御するためのウェイストゲートバルブ２６の制御や、燃料蒸気処理装置２８による燃料蒸気の放出を制御するためのパージバルブ３１の制御も行っている。なお、本実施形態では、エンジン制御の一環としてスロットル開度ＴＡの制御を行うエンジン制御ユニット４０がスロットル制御装置に相当する構成となっている。

続いて、エンジン制御ユニット４０が行うスロットル開度ＴＡの制御について説明する。
本実施形態におけるエンジン制御ユニット４０が実行するスロットル開度ＴＡの制御方式は、後述するΦ制御方式、及びＰｍＦＵＬＬ制御方式がベースとなっている。いずれの制御方式においても、スロットル開度ＴＡの制御に係るエンジン制御ユニット４０の基本的な処理手順は次の通りとなっている。すなわち、エンジン制御ユニット４０は、スロットル開度ＴＡの制御に際してまず、アクセルペダル操作量ＡＣＣやエンジン回転数ＮＥなどに基づき、運転者が要求する車両の駆動力を得るために必要なエンジントルクを要求トルクＴＥ＊の値として演算する要求トルク演算処理を行う。そして、エンジン制御ユニット４０は、要求トルクＴＥ＊及びエンジン回転数ＮＥに基づき、要求トルクＴＥ＊の値分のエンジントルクの発生に必要なエンジン１０の負荷率ＫＬを要求負荷率ＫＬ＊の値として演算する要求負荷率演算処理を行う。なお、負荷率ＫＬは、燃焼室１１に流入する吸気の質量であるシリンダ流入空気量を、シリンダの行程容積を占める標準大気状態、すなわち標準大気圧：１０１３ｈＰａ、標準気温：２０℃、標準相対湿度：６０％の吸気の質量に対する比率で表したものである。すなわち、負荷率ＫＬは、燃焼室１１の吸気の充填効率ηｃを表している。その後、エンジン制御ユニット４０は、要求負荷率ＫＬ＊の値分の負荷率ＫＬが得られるスロットル開度ＴＡを、同スロットル開度ＴＡの制御目標値である目標開度ＴＡ＊の値として演算する目標開度演算処理を行う。そして、エンジン制御ユニット４０は、スロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊とすべくスロットルバルブ１８を駆動するスロットル駆動処理を行うことで、スロットル開度ＴＡの制御を行っている。なお、スロットル駆動処理は、例えば目標開度ＴＡ＊に対するスロットル開度ＴＡの偏差に応じてスロットルモータ１９の駆動電流をフィードバック調整することで行われる。

Φ制御方式、ＰｍＦＵＬＬ制御方式、及び本実施形態が採用するスロットル開度ＴＡの制御方式は、上記一連の処理手順における目標開度演算処理での目標開度ＴＡ＊の演算態様が相違したものとなっている。

（Φ制御方式での目標開度の演算）
Φ制御方式における目標開度ＴＡ＊の演算ロジックを説明する。
シリンダ流入吸気量は、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分の吸気の圧力であるスロットル下流圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとにより決まる値となる。よって、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとに基づくことで、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを得るために必要なスロットル下流圧ＰＭの値を求めることができる。以下の説明では、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを得るために必要なスロットル下流圧ＰＭを、要求下流圧ＰＭ＊と記載する。

ここで、スロットルバルブ１８を通過し、エンジン１０の各気筒の燃焼室１１に分配供給される吸気の質量流量を吸気弁通過流量とする。なお、燃焼室１１への吸気の流入は吸気弁１４の開閉に応じて間欠的に行われるため、実際の吸気弁通過流量はエンジン１０の回転に応じて変動する値となるが、ここではそうした変動分を均した値をバルブ通過流量として用いる。エンジン１０が１回転する間に同エンジン１０において行われる吸気行程の回数は、エンジン１０の気筒数により定まった回数となる。よって、単位時間当たりのエンジン１０の回転数であるエンジン回転数ＮＥは、エンジン１０において単位時間に行われる吸気行程の回数に比例した値となり、そのエンジン回転数ＮＥに要求負荷率ＫＬ＊を乗算した積（＝ＮＥ×ＫＬ＊）は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる吸気弁通過流量に比例する値となる。なお、目標開度ＴＡ＊の演算に用いる吸気の流量の単位として［ｒｐｍ・％］を用いた場合には、吸気弁通過流量［ｒｐｍ・％］は、エンジン回転数ＮＥ［ｒｐｍ］に要求負荷率ＫＬ＊［％］を乗算した積と一致する値となる。

スロットル開度ＴＡ及びエンジン回転数ＮＥが一定に保持された定常状態における吸気弁通過流量は、スロットル通過流量と等しい流量となる。したがって、スロットル下流圧ＰＭが要求下流圧ＰＭ＊となり、且つスロットル通過流量がエンジン回転数ＮＥと要求負荷率ＫＬ＊の積となるスロットル開度ＴＡをスロットルバルブ１８の目標開度ＴＡ＊に設定すれば、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるようになる。

なお、以下の説明では、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８の上流側の部分の吸気の圧力をスロットル上流圧ＰＡＣと記載する。上記エンジン１０の場合、過給圧センサ４４が検出する過給圧ＰＢがスロットル上流圧ＰＡＣに対応する。また、以下の説明では、スロットル上流圧ＰＡＣに対するスロットル下流圧ＰＭの比をスロットル前後圧力比ＲＰと記載する。ちなみに、スロットル前後圧力比ＲＰの値が取り得る範囲は、０から１までの範囲となる。

さて、スロットル通過流量は、スロットルバルブを通過する吸気の速度と同スロットルバルブの開口面積との積となる。また、スロットルバルブの開口面積は、スロットル開度ＴＡの関数となる。さらに、スロットルバルブを通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比ＲＰにより決まる。よって、スロットル開度ＴＡ、スロットル前後圧力比ＲＰ、スロットル通過流量の３つの値のうち、２つの値が定まれば、残りの一つの値も自ずと定まることになる。

図２に、スロットル開度ＴＡ及びスロットル前後圧力比ＲＰとスロットル通過流量との関係を示す。なお、スロットルバルブを通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比ＲＰが１のときには０となり、スロットル前後圧力比ＲＰが一定の値α以下のときには音速となる。そして、スロットル前後圧力比ＲＰをαから１まで次第に増加させていったときのスロットルバルブを通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比ＲＰがαのときの値である音速からスロットル前後圧力比ＲＰが１のときの値である０まで次第に低下する。また、スロットル通過流量は、スロットルバルブ１８を通過する吸気の速度とスロットルバルブの開口面積との積となる。そのため、スロットル前後圧力比ＲＰが一定の状態ではスロットル開度ＴＡが大きいほど、スロットル通過流量が多くなる。よって、スロットル開度ＴＡ及びスロットル前後圧力比ＲＰに対するスロットル通過流量の変化傾向は図２に示す通りとなる。

ここで、スロットル前後圧力比ＲＰがα以下の区間、すなわちスロットルバルブ１８を通過する吸気の速度が音速となる音速域におけるスロットル通過流量を飽和流量ＢＰＭとする。飽和流量ＢＰＭは、スロットルバルブの開口面積と音速との積となり、その値はスロットル開度ＴＡの関数となる。こうした飽和流量ＢＰＭに対するスロットル通過流量の比をΦ値とする。スロットルバルブを通過する吸気の速度は、スロットル前後圧力比ＲＰにより決まるため、Φ値はスロットル前後圧力比ＲＰの関数となる。なお、Φ値は、スロットルバルブを通過する吸気の速度の、音速に対する比を表してもいる。

図３に、Φ値とスロットル前後圧力比ＲＰとの関係を示す。同図に示すように、スロットル前後圧力比ＲＰがα以下の音速域でのΦ値は１となる。また、スロットル前後圧力比ＲＰが１のときのΦ値は０となる。そして、スロットル前後圧力比ＲＰをαから１へと次第に増加させていったときのΦ値は、スロットル前後圧力比ＲＰがαのときの値である１からスロットル前後圧力比ＲＰが１のときの値である０へと次第に減少していく値となる。

図４に、飽和流量ＢＰＭとスロットル開度ＴＡとの関係を示す。上述のように飽和流量ＢＰＭは、スロットルバルブの開口面積に比例する。そして、スロットル開度ＴＡと開口面積との関係は、吸気通路１２及びスロットルバルブの寸法形状により決まるため、飽和流量ＢＰＭとスロットル開度ＴＡとの関係はそれらの設計仕様により定まるものとなっている。

スロットル通過流量は、現在のスロットル開度ＴＡにおける飽和流量ＢＰＭに、現在のスロットル前後圧力比ＲＰにおけるΦ値を乗算した積として求めることができる。一方、上述のように、要求下流圧ＰＭ＊は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル下流圧ＰＭの値として求められている。よって、現在のスロットル上流圧ＰＡＣが既知となれば、そのスロットル上流圧ＰＡＣに対する要求下流圧ＰＭ＊の比として、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル前後圧力比ＲＰの値を求められる。以下の説明では、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル前後圧力比ＲＰを要求圧力比ＲＰ＊と記載する。

さらに、上述のように、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる吸気弁通過流量は、要求負荷率ＫＬ＊にエンジン回転数ＮＥを乗算した積となる。また、定常状態では、吸気弁通過流量とスロットル通過流量とは等しい流量となる。よって、次の手順により、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを得るために必要な目標開度ＴＡ＊の値を演算することができる。

上記のように要求下流圧ＰＭ＊は、吸気弁通過流量が、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる流量となるときのスロットル下流圧ＰＭを表している。よって、スロットル上流圧ＰＡＣに対する要求下流圧ＰＭ＊の比である要求圧力比ＲＰ＊の値は、吸気弁通過流量が、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる流量となるときのスロットル前後圧力比ＲＰを表すことになる。そこで、図３の関係に基づいて、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊であるときのΦ値の値を求め、その求めたΦ値の値により、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬを得るために必要な吸気弁通過流量を除算した商を演算する。この商の値は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル開度ＴＡ、すなわち目標開度ＴＡ＊における飽和流量を表す。そこで、図４の関係に基づき、その商の値が飽和流量ＢＰＭとなるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として求めれば、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として演算することができる。

以上を踏まえて、Φ制御方式では、以下の手順で目標開度ＴＡ＊を演算している。すなわち、Φ制御方式での目標開度ＴＡ＊の演算に際してはまず、要求負荷率ＫＬ＊、エンジン回転数ＮＥ、及びスロットル上流圧ＰＡＣのそれぞれの現在の値を取得する。続いて、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとに基づき、要求下流圧ＰＭ＊を演算する。そして、要求下流圧ＰＭ＊をスロットル上流圧ＰＡＣで割った商を、要求圧力比ＲＰ＊の値として演算する（ＲＰ＊←ＰＭ＊／ＰＡＣ）。

続いて、図３に示すような、予め実験等で求めておいた当該エンジンにおけるΦ値とスロットル前後圧力比ＲＰとの関係に基づき、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊となるΦ値の値を求める。そして、その求めた値を要求Φ値ＰＨＹ＊の値として演算する。さらに、要求負荷率ＫＬ＊及びエンジン回転数ＮＥの積を要求Φ値ＰＨＹ＊で割った商を、要求飽和流量ＢＰＭ＊の値として演算する（ＢＰＭ＊←（ＫＬ＊×ＮＥ）／ＰＨＹ＊）。続いて、図４に示すような、予め実験等で求めておいた当該エンジンにおける飽和流量ＢＰＭとスロットル開度ＴＡとの関係に基づき、飽和流量ＢＰＭが要求飽和流量ＢＰＭ＊となるスロットル開度ＴＡを求める。そして、その求めた値を目標開度ＴＡ＊として演算する。

このようにΦ制御方式では、スロットルバルブを通過する吸気の流れの物理モデルに従って演算した要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られるスロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊の値として設定している。ただし、こうしたΦ制御方式によりスロットル開度ＴＡを制御する場合には、次の問題が生じる虞がある。

図５に、スロットル上流圧ＰＡＣ及びエンジン回転数ＮＥが一定の状態においてスロットル開度ＴＡを変化させたときのスロットル前後圧力比ＲＰの変化を示す。スロットル開度ＴＡを０から最大開度ＴＡｍａｘへと増加させていったときにスロットル前後圧力比ＲＰは、スロットル開度ＴＡが０のときの値である０からスロットル開度ＴＡが最大開度ＴＡｍａｘのときの値である１へと増加していく。ただし、スロットル開度ＴＡが最大開度ＴＡｍａｘに近づくと、スロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比ＲＰの変化率、すなわちスロットル開度ＴＡの変化量に対するスロットル前後圧力比ＲＰの変化量の比率は次第に小さくなる。そのため、スロットル前後圧力比ＲＰが１に近い大開度領域では、スロットル開度ＴＡに対するスロットル前後圧力比ＲＰの感度が低くなる。すなわち、要求負荷率ＫＬ＊の僅かな変化に対して目標開度ＴＡ＊の値が大きく変化することになる。そしてその結果、大開度領域では、スロットル開度ＴＡの大幅な変更が頻繁に行われる、いわゆるスロットルハンチングが発生して、スロットルモータ等に多大な負荷をかける虞がある。ＰｍＦＵＬＬ制御方式は、このような大開度領域でのスロットルハンチングを抑制すべく、Φ制御方式に改良を加えたスロットル開度ＴＡの制御方式となっている。

（ＰｍＦＵＬＬ制御方式）
続いて、ＰｍＦＵＬＬ制御方式での目標開度ＴＡ＊の演算ロジックを説明する。以下の説明では、Φ制御方式でスロットル開度ＴＡを制御した場合にもスロットルハンチングが問題とならないスロットル前後圧力比ＲＰの上限値を、切替点圧力比ＲＰｗｏｔと記載する。ＰｍＦＵＬＬ制御方式でも、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔ以下となる場合には、Φ制御方式と同様に目標開度ＴＡ＊を演算する。

これに対して、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える場合には、ＰｍＦＵＬＬ制御方式では、下記の態様で目標開度ＴＡ＊を演算している。
すなわち、この場合には、まず、図３に示すような当該エンジンにおけるΦ値とスロットル前後圧力比ＲＰとの関係に基づき、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊となるΦ値を切替点Φ値ＰＨＹｗｏｔの値として演算する。また、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとの積を切替点Φ値ＰＨＹｗｏｔで割った商を切替点飽和流量ＢＰＭｗｏｔの値として演算する（ＢＰＭｗｏｔ←（ＫＬ＊×ＮＥ）／ＰＨＹｗｏｔ）。そして、図４に示すような当該エンジンにおける飽和流量ＢＰＭとスロットル開度ＴＡの関係に基づき、飽和流量ＢＰＭが切替点飽和流量ＢＰＭｗｏｔとなるスロットル開度ＴＡを切替点開度ＴＡｗｏｔの値として演算する。

さらに、現在のスロットル上流圧ＰＡＣのもとで、スロットル前後圧力比ＲＰを切替点圧力比ＲＰｗｏｔとするために必要なスロットル下流圧ＰＭを、切替点スロットル下流圧ＰＭｗｏｔの値として演算する。切替点スロットル下流圧ＰＭｗｏｔの値は、現在のスロットル上流圧ＰＡＣに切替点圧力比ＲＰｗｏｔを乗算した積として演算することができる。そして、予め実験等で求めておいた当該エンジンにおけるスロットル下流圧ＰＭ、エンジン回転数ＮＥ、及び負荷率ＫＬの関係に基づき、現在のエンジン回転数ＮＥにおいてスロットル下流圧ＰＭを切替点スロットル下流圧ＰＭｗｏｔとした場合の負荷率ＫＬを求める。そして、その求めた値を切替点負荷率ＫＬｗｏｔの値として設定する。

また、この場合の目標開度ＴＡ＊の演算に際しては、現在のエンジン回転数ＮＥにおける負荷率ＫＬの最大値である最大負荷率ＫＬｍａｘを求めている。そして、要求負荷率ＫＬ＊、切替点負荷率ＫＬｗｏｔ、切替点開度ＴＡｗｏｔ、最大負荷率ＫＬｍａｘ、及び最大開度ＴＡｍａｘに基づき、式（４）の関係を満たす値が、目標開度ＴＡ＊の値として演算される。

図６に、スロットル開度ＴＡ及び負荷率ＫＬを座標軸とした直交座標系に式（４）の各パラメータをプロットしたものを示す。同図に示す線分ＬＡＢは、スロットル開度ＴＡが切替点開度ＴＡｗｏｔであり、かつ負荷率ＫＬが切替点負荷率ＫＬｗｏｔである座標点Ａと、スロットル開度ＴＡが最大開度ＴＡｍａｘであり、かつ負荷率ＫＬが最大負荷率ＫＬｍａｘである座標点Ｂと、を繋ぐ線分である。式（４）は、線分ＬＡＢ上において、負荷率ＫＬが要求負荷率ＫＬ＊となる座標点Ｃのスロットル開度ＴＡの値を目標開度ＴＡ＊の値として演算する式、すなわち、座標点Ａ、Ｂ間の線形補間を通じて目標開度ＴＡ＊を演算する式となっている。

図６には、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える大開度領域においても、Φ制御方式により目標開度ＴＡ＊を演算した場合の要求負荷率ＫＬ＊と目標開度ＴＡ＊との関係が二点鎖線で示されている。Φ制御方式では、目標開度ＴＡ＊が最大開度ＴＡｍａｘに近づくにつれて、要求負荷率ＫＬ＊の変化量に対する目標開度ＴＡ＊の変化量の比率が大きくなっていく。そのため、大開度領域では、要求負荷率ＫＬ＊の僅かな変化に対して目標開度ＴＡ＊の値が大きく変化することになり、スロットルハンチングが発生してしまう。一方、ＰｍＦＵＬＬ制御方式では、切替点開度ＴＡｗｏｔを超える大開度領域での目標開度ＴＡ＊が、要求負荷率ＫＬ＊に対して線形関係となる値として演算される。その結果、大開度領域での要求負荷率ＫＬ＊に対する目標開度ＴＡ＊の変化率が一定となるため、スロットルハンチングが発生し難くなる。なお、ＰｍＦＵＬＬ制御方式を採用した場合にも、要求負荷率ＫＬ＊が最大負荷率ＫＬｍａｘとなるときの目標開度ＴＡ＊は最大開度ＴＡｍａｘとなるため、本来発生可能な最大値までエンジントルクを高められる。また、大開度領域においても要求負荷率ＫＬ＊に連動して変化する値として目標開度ＴＡ＊が演算される。そのため、再循環排気や燃料蒸気、ブローバイガスなどの新気以外のガスが燃焼室に流入する状況でも、要求負荷率ＫＬ＊の変化に追従して負荷率ＫＬが変化するようにスロットル開度ＴＡを制御することが可能となる。

しかしながら、本実施形態が適用されるエンジン１０において、こうしたＰｍＦＵＬＬ制御方式によるスロットル開度ＴＡの制御を採用した場合には、次の問題が発生する。
上述のようにエンジン１０が備える燃料蒸気処理装置２８は、過給運転中に燃料蒸気の放出を過給運転中に行う場合には、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも上流側の部分に燃料蒸気を放出している。以下の説明では、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも上流側の部分への燃料蒸気の放出を、上流パージと記載する。上流パージが行われているときには、空気と燃料蒸気とを含んだガスがスロットルバルブ１８を通過する。よって、スロットルバルブ１８を空気のみが通過するものとして目標開度ＴＡ＊を演算すると、燃料蒸気の分、実際に燃焼室１１に流入する空気量が少なくなり、要求負荷率ＫＬ＊に対して負荷率ＫＬが不足してしまう。

そのため、エンジン制御ユニット４０は、吸気通路１２におけるスロットルバルブよりも上流側の部分に放出された燃料蒸気の流量である上流ベーパ流量ＱＶを求めるとともに、その上流ベーパ流量ＱＶに応じて目標開度ＴＡ＊を補正する上流パージ補正処理を行っている。具体的には、上流パージの実施中のエンジン制御ユニット４０は、パージバルブ３１の開度や過給圧ＰＢ等に基づく演算により、燃料蒸気処理装置２８のキャニスタ２９から吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも上流側の部分に放出されるパージガスの流量である上流パージガス流量ＱＰＧＵを求めている。なお、パージガスには、燃料蒸気と空気とが含まれている。また、パージガス中の燃料蒸気の比率、すなわちベーパ濃度ＣＶは、キャニスタ２９に捕集されている燃料蒸気の量等により変化する。そこで、エンジン制御ユニット４０は、上流パージ流量ＱＰが変化したときの空燃比センサ４６による空燃比ＡＢＹＦの検出値の変化からベーパ濃度ＣＶを求め、上流パージ流量ＱＰにそのベーパ濃度ＣＶを乗算した積を上流ベーパ流量ＱＶの値として求めている。さらに、エンジン制御ユニット４０は、上流ベーパ流量ＱＶの値分、スロットル通過流量を増加させるために必要なスロットル開度ＴＡの増加量を上流パージ補正開度ΔＴＨの値として演算している。そして、エンジン制御ユニット４０は、補正前の値に上流パージ補正開度ΔＴＨを加えた和が補正後の値となるように、目標開度ＴＡ＊を補正することで、上流パージ補正処理を行っている。こうした上流パージ補正処理によれば、上流ベーパ流量ＱＶが多いときには同上流ベーパ流量ＱＶが少ないときよりも目標開度ＴＡ＊が大きい開度とされることになる。

こうした上流パージ補正処理が行われる場合の目標開度ＴＡ＊は、要求負荷率ＫＬ＊の変化に加えて、上流ベーパ流量ＱＶの変化によっても変化する。そのため、上流パージ補正処理が行われる場合には、大開度領域でのスロットル開度ＴＡの変動が大きくなる。よって、上流パージ補正処理を行う場合には、自然吸気式のエンジンなどの上流パージ補正処理を行わずにスロットル開度ＴＡの制御を行うエンジンに比べて、スロットルハンチングが問題とならないスロットル前後圧力比ＲＰの上限値である切替点圧力比ＲＰｗｏｔとして小さい値が設定されている。

図７には、ＲＰ１、及びそのＲＰ１よりも小さい値であるＲＰ２をそれぞれ切替点圧力比ＲＰｗｏｔとして設定してＰｍＦＵＬＬ制御方式によりスロットル開度ＴＡを制御した場合のそれぞれにおける大開度領域での要求負荷率ＫＬ＊と目標開度ＴＡ＊との関係を示す。なお、同図における実線Ｌ１は切替点圧力比ＲＰｗｏｔとしてＲＰ１を設定した場合を、実線Ｌ２は切替点圧力比ＲＰｗｏｔとしてＲＰ１を設定した場合を、それぞれ示している。さらに、同図における破線Ｌ３は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが実際に得られるスロットル開度ＴＡを示している。

他の条件が同じであれば、切替点負荷率ＫＬｗｏｔは、切替点圧力比ＲＰｗｏｔとして大きい値が設定されている場合よりも小さい値が設定されている場合の方が小さい値となる。よって、切替点圧力比ＲＰｗｏｔとしてより小さい値ＲＰ２が設定されているときの切替点負荷率ＫＬｗｏｔの値ＫＬ２は、より大きい値ＲＰ１が設定されているときの値ＫＬ１よりも小さい値となる。そして、ＰｍＦＵＬＬ制御方式では、切替点負荷率ＫＬｗｏｔを超える要求負荷率ＫＬ＊の範囲では、線形補完により目標開度ＴＡ＊を演算している。そうして演算される目標開度ＴＡ＊は、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが実際に得られるスロットル開度ＴＡからずれた値となるため、負荷率ＫＬが要求負荷率ＫＬ＊からずれてしまう。そうした負荷率ＫＬのずれは、線形補完により目標開度ＴＡ＊を演算するスロットル前後圧力比ＲＰの区間が長いほど、すなわち切替点圧力比ＲＰｗｏｔの値が小さいほど、大きくなる。そのため、上流パージ補正処理によるスロットル開度ＴＡの変動量の増加に対応して、小さい値を切替点圧力比ＲＰｗｏｔとして設定した場合には、ＰｍＦＵＬＬ制御を採用した場合の大開度領域での要求負荷率ＫＬ＊に対する負荷率ＫＬのずれが大きくなる。これに対して、本実施形態のスロットル制御装置では、大開度領域におけるスロットルハンチングを抑制しつつも、要求負荷率ＫＬ＊に対する負荷率ＫＬのずれを抑えるべく、ＰｍＦＵＬＬ制御方式を改良したスロットル開度ＴＡの制御方式を採用している。

（本実施形態のスロットル開度制御）
以下、図８～１０を参照して、本実施形態が採用するスロットル開度ＴＡの制御方式について説明する。

図８は、本実施形態のスロットル制御装置におけるエンジン制御ユニット４０が、スロットル開度ＴＡの制御のために実行するスロットル開度制御ルーチンのフローチャートを示している。エンジン制御ユニット４０は、エンジン１０の運転中、既定の制御周期毎に本ルーチンの処理を繰り返し実行している。

さて、本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、アクセルペダル操作量ＡＣＣとエンジン回転数ＮＥとに基づいて要求トルクＴＥ＊が演算される。続くステップＳ１１０では、要求トルクＴＥ＊とエンジン回転数ＮＥ、点火時期ＳＡ、吸気弁１４のバルブタイミングＶＴ等に基づき、要求トルクＴＥ＊分のエンジントルクの発生に必要な負荷率ＫＬが要求負荷率ＫＬ＊の値として演算される。

続いて、ステップＳ１２０において、要求負荷率ＫＬ＊、エンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＴ等に基づき、負荷率ＫＬを要求負荷率ＫＬ＊とするために必要なスロットル下流圧ＰＭの値が要求下流圧ＰＭ＊の値として演算される。そして、続くステップＳ１３０において、要求下流圧ＰＭ＊をスロットル上流圧ＰＡＣで割った商が要求圧力比ＲＰ＊の値として演算される。なお、本実施形態では、過給圧センサ４４による過給圧ＰＢの検出値をスロットル上流圧ＰＡＣの値として用いている。

次のステップＳ１４０では、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える値であるか否かが判定される。そして、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔ以下の値である場合（ＮＯ）にはステップＳ１５０に、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える値である場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２００に、それぞれ処理が進められる。

要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔ以下の値であって（Ｓ１４０：ＮＯ）、ステップＳ１５０に処理が進められた場合には、そのステップＳ１５０において、エンジン制御ユニット４０の記憶装置４２に予め記憶されたΦ値演算マップＭＡＰ１を用いて、スロットル前後圧力比ＲＰが要求圧力比ＲＰ＊であるときのΦ値の値が要求Φ値ＰＨＹ＊の値として演算される。Φ値演算マップＭＡＰ１には、予め実験等により求められたエンジン１０におけるスロットル前後圧力比ＲＰとΦ値との関係を示す情報が格納されている。さらに続くステップＳ１６０では、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとの積を要求Φ値ＰＨＹ＊で除算した商が、要求飽和流量ＢＰＭ＊の値として演算される。また、次のステップＳ１７０では、エンジン制御ユニット４０の記憶装置４２に予め記憶された開度演算マップＭＡＰ２を用いて、飽和流量ＢＰＭが要求飽和流量ＢＰＭ＊となるスロットル開度ＴＡが目標開度ＴＡ＊の値として演算される。なお、開度演算マップＭＡＰ２には、予め実験等で求められたエンジン１０における飽和流量ＢＰＭとスロットル開度ＴＡとの関係を示す情報が格納されている。

その後、ステップＳ１８０において、目標開度ＴＡ＊に対して上述の上流パージ補正処理が実施される。そして、続くステップＳ１９０において、スロットル開度ＴＡを目標開度ＴＡ＊とすべく、スロットルバルブ１８を駆動するスロットル駆動処理が実施された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。このように、本実施形態においても、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔ以下の場合には、Φ制御方式により目標開度ＴＡ＊が演算される。

一方、要求圧力比ＲＰ＊が切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える値であって（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、ステップＳ２００に処理が進められた場合には、そのステップＳ２００において、エンジン制御ユニット４０の記憶装置４２に記憶された最大負荷率演算マップＭＡＰ３を用いて、現在のエンジン回転数ＮＥにおける最大負荷率ＫＬｍａｘが演算される。最大負荷率演算マップＭＡＰ３には、予め実験等で求められた、図９に示すようなエンジン回転数ＮＥと最大負荷率ＫＬｍａｘとの関係を示す情報が格納されている。

なお、本実施形態では、大開度領域での目標開度ＴＡ＊の演算のための区分として、切替点圧力比ＲＰｗｏｔからスロットル前後圧力比ＲＰの最大値である「１」までのスロットル前後圧力比ＲＰの範囲全体を、第１区間、第２区間、及び第３区間の３つの区間に区分けしている。以下の説明では、これら３つの区間のそれぞれの境界点となる４つのスロットル前後圧力比ＲＰの値を小さい順に並べたときにｉ番目となるスロットル前後圧力比ＲＰの値を境界点圧力比ＲＰＢ［ｉ］と記載する。ここでの「ｉ」は、１から４までのいずれかの整数値を示している。このときの境界点圧力比ＲＰＢ［１］の値は切替点圧力比ＲＰｗｏｔとなり、境界点圧力比ＲＰＢ［４］の値は「１」となる。

なお、以下の説明では、すべての境界点圧力比ＲＰＢ［１］，ＲＰＢ［２］，ＲＰＢ［３］，ＲＰＢ［４］の集合を、境界点圧力比ＲＰＢ［１…Ｎ］と記載する。Ｎは境界点の個数であり、本実施形態の場合のＮの値は４である。また、以下の説明では、上記区間の各境界点におけるΦ値ＰＨＹ、飽和流量ＢＰＭ、負荷率ＫＬ、スロットル下流圧ＰＭ、及びスロットル開度ＴＡをそれぞれ表すパラメータとして、境界点Φ値ＰＨＹＢ、境界点飽和流量ＢＰＭＢ、境界点負荷率ＫＬＢ、境界点下流圧ＰＭＢ、及び境界点開度ＴＡＢが登場する。これらについても境界点圧力比の場合と同様の記載ルールを適用する。さらに、以下の説明では、記述を簡単とするため、例えば「スロットル前後圧力比ＲＰがそれぞれ境界点圧力比ＲＰＢ［１］、ＲＰＢ［２］、ＲＰＢ［３］、ＲＰＢ［４］となるΦ値ＰＨＹの値をそれぞれ境界点Φ値ＰＨＹＢ［１］、ＰＨＹＢ［２］、ＰＨＹＢ［３］、ＰＨＹＢ［４］の値として演算する」ことを述べる場合には、「スロットル前後圧力比ＲＰが各境界点圧力比［１…Ｎ］となるΦ値ＰＨＹの値を各境界点Φ値ＰＨＹＢ［１…Ｎ］の値として演算する」といったように記載する。

さて、上記ステップＳ２００に続くステップＳ２１０では、上述のΦ値演算マップＭＡＰ１を用いて、スロットル前後圧力比ＲＰが各境界点圧力比ＲＰＢ［１…Ｎ］となるときのΦ値の値が各境界点Φ値ＰＨＹＢ［１…Ｎ］の値として演算される。続くステップＳ２２０では、要求負荷率ＫＬ＊とエンジン回転数ＮＥとの積を各境界点Φ値ＰＨＹＢ［１…Ｎ］で除算した商が、各境界点飽和流量ＢＰＭＢ［１…Ｎ］の値としてそれぞれ演算される。さらに、ステップＳ２３０において、上述の開度演算マップＭＡＰ２を用いて、飽和流量ＢＰＭが各境界点飽和流量ＢＰＭＢ［１…Ｎ］となるスロットル開度ＴＡである各境界点開度ＴＡＢ［１…Ｎ］の値がそれぞれ演算される。

また、続くステップＳ２４０では、各境界点圧力比ＲＰＢ［１…Ｎ］にスロットル上流圧ＰＡＣを乗算した積が各境界点下流圧ＰＭＢ［１…Ｎ］の値として演算される。境界点下流圧ＰＭＢ［１…Ｎ］の値は、現在のスロットル上流圧ＰＡＣにおいてスロットル前後圧力比ＲＰが各境界点圧力比ＲＰＢ［１…Ｎ］となるスロットル下流圧ＰＭの値を示している。次のステップＳ２５０では、エンジン制御ユニット４０の記憶装置４２に予め記憶された負荷率演算マップＭＡＰ４を用いて、現在のエンジン回転数ＮＥにおいてスロットル下流圧ＰＭを各境界点下流圧ＰＭＢ［１…Ｎ］としたときのそれぞれの負荷率ＫＬである境界点負荷率ＫＬＢ［１…Ｎ］の値がそれぞれ演算される。負荷率演算マップＭＡＰ４には、予め実験等で求められたエンジン１０におけるスロットル下流圧ＰＭ、エンジン回転数ＮＥ、及び負荷率ＫＬの関係を示す情報が格納されている。なお、境界点負荷率ＫＬＢ［４］の値には、最大負荷率ＫＬｍａｘが設定される。

次に、ステップＳ２６０において、要求負荷率ＫＬ＊が境界点負荷率ＫＬＢ［Ｍ］を超え、かつ境界点負荷率ＫＬＢ［Ｍ＋１］以下の値となる整数値Ｍの探索が行われる。すなわち、この探索では、切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超えるスロットル前後圧力比ＲＰの範囲に設定された上記３つの区間の中のいずれの区間に要求圧力比ＲＰ＊が位置しているかが求められる。

そして、続くステップＳ２７０では、探索した整数値Ｍに対して式（５）の関係を満たす値が目標開度ＴＡ＊の値として演算される。その後、上述のステップＳ１８０に処理が進められ、そのステップＳ１８０において上流パージ補正処理が、続くステップＳ１９０においてスロットル駆動処理が、それぞれ実施された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。

図１０に、本実施形態のスロットル制御装置における大開度領域での要求負荷率ＫＬ＊と目標開度ＴＡ＊との関係を示す。上述のように本実施形態では、切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超えるスロットル前後圧力比ＲＰの範囲全体を、３つの区間に区分けしている。以下の説明では、それら区間におけるスロットル前後圧力比ＲＰの値が小さい側の境界点を始点側の境界点、スロットル前後圧力比ＲＰの値が大きい側の境界点を終点側の境界点、とそれぞれ記載する。また、現在の要求圧力比ＲＰ＊の値が位置する区間を、現区間と記載する。

式（５）における境界点負荷率ＫＬＢ［Ｍ］は、スロットル前後圧力比ＲＰを現区間の始点側の境界点の値である境界点圧力比ＲＰＢ［Ｍ］とした場合の負荷率ＫＬの値を表している。また、式（５）における境界点負荷率ＫＬＢ［Ｍ＋１］は、スロットル前後圧力比ＲＰを現区間の終点側の境界点の値である境界点圧力比ＲＰＢ［Ｍ＋１］とした場合の負荷率ＫＬの値を表している。一方、式（５）における境界点開度ＴＡＢ［Ｍ］は、スロットル前後圧力比ＲＰを現区間の始点側の境界点の値である境界点圧力比ＲＰＢ［Ｍ］とするために必要なスロットル開度ＴＡの値を表している。さらに、式（５）における境界点開度ＴＡＢ［Ｍ＋１］は、スロットル前後圧力比ＲＰを現区間の終点側の境界点の値である境界点圧力比ＲＰＢ［Ｍ＋１］とするために必要なスロットル開度ＴＡの値を表している。すなわち、式（５）は、現区間の始点側、終点側のそれぞれの境界点における負荷率ＫＬ及びスロットル開度ＴＡの値に対する線形補間を通じて要求負荷率ＫＬ＊に対応した目標開度ＴＡ＊の値を演算する式となっている。よって、本実施形態では、スロットル前後圧力比ＲＰが切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える大開度領域を複数の区間に区分けするとともに、それぞれの区間における線形補間により大開度領域の目標開度ＴＡ＊を演算していることになる。

なお、図１０には、要求負荷率ＫＬ＊分の負荷率ＫＬが得られる実際のスロットル開度ＴＡが一点鎖線で示されている。また、図１０には、大開度領域全体を単一の線形補完区間として目標開度ＴＡ＊を演算するＰｍＦＵＬＬ制御方式を採用した場合の要求負荷率ＫＬ＊と目標開度ＴＡ＊との関係が破線で示されている。この場合に比べて本実施形態の場合には、線形補完の区間が短い分、大開度領域での要求負荷率ＫＬ＊に対する負荷率ＫＬのずれは小さくなる。

以上説明した本実施形態のスロットル制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、スロットル前後圧力比ＲＰが切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える大開度領域を複数の区間に区分けするとともに、現区間の始点側、終点側のそれぞれ境界点の負荷率ＫＬ、スロットル開度ＴＡに対する線形補完により、要求負荷率ＫＬ＊に対応した目標開度ＴＡ＊の値を演算している。この場合にも、それぞれの区間では、要求負荷率ＫＬ＊に対する目標開度ＴＡ＊の変化率が一定となり、それは最大開度ＴＡｍａｘの近傍でも同様であるため、Φ制御方式の場合よりもスロットルハンチングが生じ難くなる。また、大開度領域全体を単一の線形補間区間として目標開度ＴＡ＊を演算するＰｍＦＵＬＬ制御方式の場合に比べて、個々の線形補完の区間が短い分、大開度領域での要求負荷率ＫＬ＊に対する負荷率ＫＬのずれは小さくなる。このように、本実施形態では、要求負荷率ＫＬ＊に対する負荷率ＫＬのずれを抑えつつ、大開度領域でのスロットルハンチングを抑制できる。したがって、本実施形態のスロットル制御装置によれば、大開度領域でのスロットル開度ＴＡの制御性を向上できる。

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。
・上記実施形態では、切替点圧力比ＲＰｗｏｔからスロットル前後圧力比ＲＰの最大値である「１」までのスロットル前後圧力比ＲＰの範囲を、第１区間、第２区間、及び第３区間の３つの区間に区分けしていたが、２つの区間、或いは４つ以上の区間に区分けするようにしてもよい。

・上記実施形態では、スロットル開度制御ルーチンのステップＳ２７０において演算された目標開度ＴＡ＊の値を上流ベーパ流量ＱＶに応じて補正することで、上流パージ補正処理を行っていた。ステップＳ２７０での目標開度ＴＡ＊の演算に用いる要求負荷率ＫＬ＊を上流ベーパ流量ＱＶに応じて補正することで上流パージ補正処理を行うようにしてもよい。

・上記実施形態のエンジン１０に設けられた燃料蒸気処理装置２８は、エゼクタ３３を用いて上流パージを実施していた。エアポンプによりキャニスタ２９から吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも上流側の部分に燃料蒸気を強制的に送り込む等、エゼクタ３３以外の手段で上流パージを行うように燃料蒸気処理装置２８を構成してもよい。

・上記実施形態のスロットル制御装置が適用されたエンジン１０は、排気タービン式の過給機２３を備えていた。クランク軸４７の回転を受けて過給を行う機械式の過給機を備えるエンジンでも、過給運転中は、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１８よりも下流側の部分に負圧が形成されないため、上流パージにより燃料蒸気の処理を行う場合がある。そうした場合にも、排気タービン式の過給機２３の場合と同様に、スロットル開度ＴＡの制御に際して上流パージ補正処理を実施することがあり、その結果として大開度領域でのスロットルハンチングが増大することがある。よって、上記実施形態におけるスロットル開度ＴＡの制御方式は、機械式の過給機を備えるエンジンにおいても採用が好適なものとなっている。

・上記実施形態のスロットル開度ＴＡの制御方式は、自然吸気式のエンジンや、過給式のエンジンでも上流パージを実施しないエンジンのような、上流パージ補正処理を行わないエンジンにも適用可能である。ちなみに、上流パージを実施しないエンジンでも、スロットルバルブ等の構成によっては、Φ制御方式でスロットル開度ＴＡを制御した場合に、スロットルハンチングを抑制可能なスロットル前後圧力比ＲＰの上限値が比較的小さい値となることがある。

１０…エンジン
１１…燃焼室
１２…吸気通路
１３…排気通路
１４…吸気弁
１５…排気弁
１６…バルブタイミング可変機構
１７…エアクリーナ
１８…スロットルバルブ
１９…スロットルモータ
２０…インジェクタ
２１…点火装置
２２…触媒装置
２３…過給機
２４…コンプレッサ
２５…タービン
２６…ウェイストゲートバルブ
２７…燃料タンク
２８…燃料蒸気処理装置
２９…キャニスタ
３０…パージ通路
３１…パージバルブ
３２…吸気バイパス路
３３…エゼクタ
３４…上流パージ通路
３５…下流パージ通路
４０…エンジン制御ユニット
４１…演算処理装置
４２…記憶装置
４３…エアフローメータ
４４…過給圧センサ
４５…インマニ圧センサ
４６…空燃比センサ
４７…クランク軸
４８…クランク角センサ
４９…アクセルペダル
５０…アクセルペダルセンサ

Claims (2)

1. エンジンの吸気通路に設置されたスロットルバルブの開度を制御するスロットル制御装置において、
   前記スロットルバルブの開度であるスロットル開度ＴＡの制御目標値を目標開度ＴＡ＊とし、
   前記スロットル開度ＴＡの制御範囲の最大値を最大開度ＴＡｍａｘとし、
   前記スロットルバルブの通過前の吸気圧に対する同スロットルバルブの通過後の吸気圧の比をスロットル前後圧力比ＲＰとし、
   「Ｎ」を３以上の整数とし、
   「ｉ」を１からＮまでの任意の整数とし、
   前記目標開度ＴＡ＊の演算方式を切替える前記スロットル前後圧力比ＲＰである切替点圧力比ＲＰｗｏｔから前記スロットル前後圧力比ＲＰの最大値である「１」までの同スロットル前後圧力比ＲＰの範囲全体を（Ｎ－１）個の区間に区分けした場合にそれぞれの区間の境界点となるＮ個の前記スロットル前後圧力比ＲＰの値を小さい順に並べたときにｉ番目となる前記スロットル前後圧力比ＲＰの値を境界点圧力比ＲＰＢ［ｉ］としたとき、
   前記エンジンの負荷率の要求値である要求負荷率ＫＬ＊を演算する要求負荷率演算処理と、
   前記要求負荷率ＫＬ＊の値分の前記負荷率ＫＬが得られる前記スロットル前後圧力比ＲＰを要求圧力比ＲＰ＊の値として演算する要求圧力比演算処理と、
   前記スロットル前後圧力比ＲＰが前記境界点圧力比ＲＰＢ［ｉ］となる前記負荷率ＫＬを境界点負荷率ＫＬＢ［ｉ］の値として演算する境界点負荷率演算処理と、
   前記スロットル前後圧力比ＲＰを前記境界点圧力比ＲＰＢ［ｉ］とするために必要な前記スロットル開度ＴＡを境界点開度ＴＡＢ［ｉ］の値として演算する境界点開度演算処理と、
   前記要求圧力比ＲＰ＊が前記切替点圧力比ＲＰｗｏｔ以下の場合には、前記スロットル前後圧力比ＲＰが前記要求圧力比ＲＰ＊となる前記スロットル開度ＴＡを前記目標開度ＴＡ＊の値として演算する一方で、前記要求圧力比ＲＰ＊が前記切替点圧力比ＲＰｗｏｔを超える場合には、前記要求負荷率ＫＬ＊が前記境界点負荷率ＫＬＢ［Ｍ］を超え、かつ前記境界点負荷率ＫＬＢ［Ｍ＋１］以下の値となる整数値Ｍに対して下式の関係を満たす値を前記目標開度ＴＡ＊の値として演算する目標開度演算処理と、
   前記スロットル開度ＴＡを前記目標開度ＴＡ＊とすべく前記スロットルバルブを駆動するスロットル駆動処理と、
   を行うスロットル制御装置。
   
2. 前記エンジンは、吸気通路における前記スロットルバルブよりも上流側の部分において吸気を圧縮する過給機と、燃料タンク内で発生した燃料蒸気を前記吸気通路における前記スロットルバルブよりも上流側の部分に放出する燃料蒸気処理装置と、を備えるものであり、
   かつ、当該スロットル制御装置は、前記燃料蒸気処理装置により前記吸気通路における前記スロットルバルブよりも上流側の部分に放出される前記燃料蒸気の流量が多いときには同流量が少ないときよりも前記目標開度ＴＡ＊を大きい開度とする上流パージ補正処理を行うものである
   請求項１に記載のスロットル制御装置。