WO2012105010A1 - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

過給機付き内燃機関の制御装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention is a control device for an internal combustion engine with a supercharger, and calculates a target throttle opening for realizing a target intake air amount by calculation using a physical model representing the behavior of air flowing in an intake passage.
  • the present invention relates to a control device.
  • the intake air amount of an internal combustion engine can be adjusted by the intake pipe pressure.
  • the intake pipe pressure is determined by the flow rate of air passing through the throttle.
  • the throttle passage flow rate is determined by the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the throttle and the throttle opening (that is, the opening area).
  • the physical model derived from such a relationship is the following equation (1).
  • Equation (1) includes a throttle flow rate through m t, an equation of the throttle opening degree TA, throttle showing the relationship between the throttle upstream pressure P ac and the throttle downstream pressure P m.
  • K is a coefficient including a flow coefficient
  • B is an opening area when the throttle opening is TA
  • ⁇ is a function (pressure ratio term) of the pressure ratio P m / P ac .
  • the following formula (2) can be obtained by modifying the above-described aperture formula. According to this equation (2), it is possible to calculate the throttle opening degree TA of the target from the throttle passing flow m t and the pressure ratio P m / P ac.
  • a method for calculating the target throttle opening by calculation using such a physical model is a conventionally well-known method as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-205194.
  • the method for calculating the target throttle opening using equation (2) can also be applied to an internal combustion engine with a supercharger.
  • one of the parameters, the pressure ratio P m / P ac depends on the throttle upstream pressure P ac determined by the rotation speed of the compressor, that is, the supercharging pressure.
  • the supercharging pressure There are several methods for setting the supercharging pressure. If the highest priority is given to fuel efficiency, the throttle opens as close to full opening as possible, and the supercharging pressure and the downstream pressure of the throttle, that is, the intake pipe pressure are almost equal. It is preferable to set so.
  • the throttle may hunt when the supercharging state by the supercharger changes.
  • the pressure ratio term ⁇ As shown in this figure, the area the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the throttle is low, ie, in the region close to 1 the value of the pressure ratio P m / P ac is minimal change in the pressure ratio P m / P ac
  • the value of the pressure ratio term ⁇ changes greatly.
  • the calculated value of the throttle opening changes oscillatingly and throttle hunting occurs.
  • Such throttle hunting can also occur when the throttle is not fully open. This is because there is a lag in the change in the supercharging pressure, and therefore the upstream pressure and downstream pressure of the throttle may become transiently equal.
  • An object of the present invention is to prevent throttle hunting in a region where the throttle upstream pressure and the throttle downstream pressure are approximately equal in an internal combustion engine with a supercharger. And in order to achieve such a subject, this invention provides the control apparatus of the internal combustion engine with a supercharger as follows.
  • the control apparatus for an internal combustion engine calculates a throttle passage flow rate required for realizing the target intake air amount, and calculates a throttle opening required for realizing the throttle passage flow rate using a throttle equation. .
  • a throttle upstream pressure which is the pressure of air in the intake passage from the compressor to the throttle
  • a throttle downstream pressure which is the pressure of air in the intake passage from the throttle to the intake valve
  • This control device determines the target throttle opening based on the throttle opening calculated using the throttle equation, and controls the operation of the throttle according to the target throttle opening. However, when all the specified relaxation conditions are satisfied, the throttle opening signal calculated using the throttle equation is processed to reduce the change speed, and the throttle opening with the changed change speed is reduced. The target throttle opening is determined.
  • the relaxation condition is that the ratio value of the acquired throttle upstream pressure and throttle downstream pressure is close to 1, more specifically, the deviation of the pressure ratio value from “1” is less than a predetermined value. include. That is, the present control device intentionally suppresses the change in the throttle opening in a region where the value of the pressure ratio term in the throttle equation changes greatly with respect to the minute change in the pressure ratio.
  • the throttle opening calculated using the throttle equation is determined as the target throttle opening as it is. That is, in a region where throttle hunting is unlikely to occur, the throttle opening change is not intentionally suppressed. As a result, it is possible to maintain high accuracy of the target intake air amount by accurately controlling the throttle opening.
  • the aforementioned relaxation conditions may further include that the amount of change of the target intake air amount per predetermined time is not more than a predetermined value. That is, even if the pressure ratio value is close to 1, if the target intake air amount has changed greatly, the throttle opening calculated using the throttle equation is used as it is. May be determined as If the target intake air amount has changed greatly, the target throttle opening will change greatly in one direction accordingly. Therefore, in this case, hunting of the throttle is unlikely to occur without reducing the change speed of the throttle opening. Further, by not relaxing the change speed of the throttle opening, it is possible to accurately realize the target intake air amount that has greatly changed.
  • a low-pass filter can be used as a means for relaxing the change rate of the throttle opening.
  • the change rate of the throttle opening can be reduced.
  • the time constant of the low-pass filter may be reduced as the change amount of the target intake air amount per predetermined time increases.
  • the control device of the present embodiment is applied to an internal combustion engine with a supercharger.
  • the internal combustion engine to which the present control device is applied is a four-cycle reciprocating engine capable of controlling torque by adjusting the amount of air with a throttle.
  • the supercharger provided in the internal combustion engine in the present embodiment is a turbo-type supercharger that drives a compressor disposed in an intake passage by rotation of a turbine disposed in an exhaust passage.
  • This control device is realized as a function of the ECU provided in the internal combustion engine. Specifically, the ECU functions as a control device when a program stored in the memory is executed by the CPU. When the ECU functions as a control device, the ECU calculates a target throttle opening for realizing the target intake air amount using a programmed calculation model, and controls the operation of the throttle according to the target throttle opening.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a throttle opening calculation model used in the present embodiment.
  • the throttle opening calculation model includes an intake valve inverse model M1, an intake pipe inverse model M2, a throttle inverse model M3, and an intake system model M4, which are submodels.
  • the throttle opening calculation model includes a low-pass filter LPF and a switch SW.
  • LPF low-pass filter
  • the intake valve inverse model M1 is an experiment-based model in which the relationship between the intake air amount and the intake pipe pressure is examined. According to empirical rules obtained through experiments, in the intake valve inverse model M1, the relationship between the intake air amount and the intake pipe pressure is approximated by a straight line. By inputting the target intake air amount KLT to the intake valve inverse model M1, the intake pipe pressure P mt T for realizing it is calculated.
  • the intake pipe inverse model M2 is a physical model constructed based on a conservation law relating to the air in the intake pipe, specifically, an energy conservation law and a flow rate conservation law.
  • the intake pipe inverse model M2 the relationship between the flow rate of air passing through the throttle and the intake pipe pressure is expressed by a mathematical expression.
  • the throttle inverse model M3 is a calculation model that expresses the relationship between the throttle passage flow rate and the throttle opening by a mathematical expression. Specifically, the above-described equation (2), that is, the throttle equation is used as the throttle inverse model M3.
  • the pressure ratio P m / P ac which is one of the parameters of the equation (2) is a ratio between the supercharging pressure P ac which is the throttle upstream pressure and the intake pipe pressure P m which is the throttle downstream pressure.
  • the boost pressure P ac and the intake pipe pressure P m used to calculate the pressure ratio P m / P ac may be a calculated value using may be respectively measured values model.
  • the intake system model M4 is a calculation model obtained by integrating the above-described forward models of the intake pipe inverse model M2 and the throttle inverse model M3. By inputting a throttle opening TAT for the target intake system model M4, the estimated value of the intake pipe pressure P m A is calculated to be achieved by it.
  • the estimated intake pipe pressure P m A calculated by the intake system model M4 is used to calculate a differential pressure ⁇ P m T from the intake pipe pressure P mt T calculated by the intake valve inverse model M1.
  • the low-pass filter LPF and the switch SW are used for determining the target throttle opening degree TAT.
  • the signal of the throttle opening TA output from the throttle inverse model M3 is duplicated into two, and the signal of one throttle opening TA is input to the switch SW after passing through the low pass filter LPF.
  • the other throttle opening TA signal is input to the switch SW as it is.
  • the low-pass filter LPF is, for example, a first-order lag filter, and is provided to reduce the changing speed of the throttle opening degree TA.
  • the switch SW selects one of the input throttle opening TA signals, that is, one of the throttle opening TA with the changing speed reduced and the original throttle opening TA. Then, the throttle opening degree TA selected by the switch SW is determined as the final target throttle opening degree TAT.
  • the switch SW is configured to perform signal switching based on the value of the pressure ratio P m / P ac described above.
  • a predetermined value for example, 0.05
  • the switch SW selects the throttle opening degree TA processed by the low-pass filter LPF, and finally selects it.
  • the low pass filter LPF is configured so that its time constant can be changed.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining how to determine the time constant of the low-pass filter LPF.
  • the time constant is changed according to the amount of change per predetermined time (for example, the time step of the control device) of the target intake air amount KLT.
  • the time constant of the low-pass filter LPF is reduced as the amount of change of the target intake air amount KLT per predetermined time increases.
  • the speed of change of the signal of the throttle opening TA is reduced by passing through the low-pass filter LPF, and the degree of the relaxation is determined by the magnitude of the time constant. If the time constant of the low-pass filter LPF is large, the changing speed of the throttle opening TA is greatly relaxed.
  • the time constant of the low-pass filter LPF is small, the changing speed of the throttle opening degree TA is only slightly relaxed.
  • the value of the time constant is fixed to zero in a range where the amount of change of the target intake air amount KLT per predetermined time exceeds a certain threshold. That is, if the target intake air amount KLT has changed to some extent, the change rate of the throttle opening degree TA is not relaxed.
  • each time change of the target intake air amount KLT and the actual intake air amount KLA is shown.
  • the second stage chart the time change of the supercharging pressure P ac which is a throttle upstream pressure is shown.
  • the time chart of the target intake pipe pressure P mt T and the estimated intake pipe pressure P m A is shown in the third chart.
  • the time variation of the throttle opening degree TA and the final target throttle opening degree TAT calculated by the throttle inverse model M3 is shown.
  • the original throttle opening TA that has not been processed by the low-pass filter LPF is used as it is as the target throttle opening TAT. It is done. That is, in a region where throttle hunting is unlikely to occur, the throttle opening change is not intentionally suppressed. Thereby, the target intake air amount KLT can be realized with high accuracy by accurate control of the throttle opening.
  • the time constant of the low-pass filter LPF is made smaller as the amount of change of the target intake air amount KLT per predetermined time is larger.
  • the degree of relaxation of the change speed of the throttle opening TA is small. Is done.
  • the target intake air amount KLT changes greatly, the throttle opening degree TA also changes greatly in one direction accordingly. Therefore, throttle hunting is unlikely to occur without reducing the change rate of the throttle opening degree TA.
  • the target intake air amount KLT that is greatly changed can be realized with high accuracy by not relaxing the change speed of the throttle opening degree TA. That is, by determining the time constant of the low-pass filter LPF in accordance with the amount of change of the target intake air amount KLT per predetermined time, both the prevention of throttle hunting and the realization accuracy of the target intake air amount KLT are realized. .
  • a low-pass filter is used as means for relaxing the change rate of the throttle opening degree TA, but so-called annealing processing may be used.
  • An example of the annealing process is a weighted average.
  • the change rate of the throttle opening TA may be reduced by multiplying the change of the throttle opening TA calculated by the throttle inverse model M3 by a certain gain.
  • the magnitude of the gain in this case is preferably changed according to the amount of change per predetermined time of the target intake air amount KLT. Specifically, it is preferable that the gain value approaches 1 as the amount of change of the target intake air amount KLT per predetermined time increases. Further, the gain value may be fixed to 1 in a range where the amount of change of the target intake air amount KLT per predetermined time exceeds a certain threshold.
  • An internal combustion engine with a supercharger to which the control device of the present invention is applied is an internal combustion engine provided with a mechanical supercharger that drives a compressor disposed in an intake passage by a driving force taken out from an output shaft of the internal combustion engine. It may be an institution.

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Abstract

　本発明の目的は、過給機付き内燃機関において、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力とが略等しくなる領域でのスロットルのハンチングを防止することである。この目的のため、本発明が提供する過給機付き内燃機関の制御装置は、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力との比が１に近い値の場合には、絞りの式を用いて計算されたスロットル開度の信号を処理してその変化速度を緩和させ、変化速度を緩和されたスロットル開度を目標スロットル開度としてスロットルの動作を制御する。

Description

過給機付き内燃機関の制御装置
　本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置であって、吸気通路内を流れる空気の挙動を表す物理モデルを用いた計算によって目標吸入空気量を実現するための目標スロットル開度を計算する制御装置に関する。
　一般に、内燃機関の吸入空気量は吸気管圧力で調整することができる。吸気管圧力はスロットルを通過する空気の流量によって決まる。そして、スロットル通過流量は、スロットルの上流圧力と下流圧力との差圧と、スロットルの開度（すなわち、開口面積）とによって決まる。このような関係から導き出された物理モデルが下記の式（１）である。式（１）は、スロットル通過流量ｍｔと、スロットル開度ＴＡ、スロットル上流圧力Ｐａｃ及びスロットル下流圧力Ｐｍとの関係を示す絞りの式である。式（１）におけるＫは流量係数を含む係数、Ｂはスロットル開度がＴＡの時の開口面積、Φは圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの関数（圧力比項）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記の絞りの式を変形することで下記の式（２）を得ることができる。この式（２）によれば、スロットル通過流量ｍｔと圧力比Ｐｍ／Ｐａｃとから目標とするスロットル開度ＴＡを算出することができる。このような物理モデルを用いた計算によって目標スロットル開度を算出する手法は、例えば、特開２００７－２０５１９４号公報に記載されているように、従来広く知られた手法である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）を用いた目標スロットル開度の計算方法は、過給機付きの内燃機関にも適用することができる。その場合、パラメータの一つである圧力比Ｐｍ／Ｐａｃは、コンプレッサの回転数によって決まるスロットル上流圧力Ｐａｃ、すなわち過給圧によって左右されることになる。過給圧の設定方法にはいくつかの方法があるが、燃費を最優先と考えるのであれば、スロットルはなるべく全開近くまで開き、過給圧とスロットル下流圧力すなわち吸気管圧力とがほぼ等しくなるよう設定するのが好ましい。
　ところが、スロットルの上流圧力と下流圧力との差が小さい状況では、過給機による過給状態が変化した場合にスロットルがハンチングしてしまうことがある。これは、式（２）の圧力比項Φと圧力比Ｐｍ／Ｐａｃとの間には図４に示すような関係が成り立つためである。この図に示すように、スロットルの上流圧力と下流圧力との差圧が小さい領域、すなわち、圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの値が１に近い領域では、圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの微小変化に対して圧力比項Φの値が大きく変化する。その結果、スロットル開度の計算値が振動的に変化することになって、スロットルのハンチングが発生してしまうのである。このようなスロットルのハンチングは、スロットルを全開近くまで開いていない場合にも生じうる。過給圧の変化にはラグがあるため、過渡的にスロットルの上流圧力と下流圧力とが等しくなる場合があるためである。
特開２００７－２０５１９４号公報 特開２００６－２７４９９３号公報 特開２００５－１８８３５５号公報
　本発明は、過給機付き内燃機関において、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力とが略等しくなる領域でのスロットルのハンチングを防止することを課題とする。そして、そのような課題を達成するために、本発明は、次のような過給機付き内燃機関の制御装置を提供する。
　本発明が提供する内燃機関の制御装置は、目標吸入空気量の実現に必要なスロットル通過流量を計算し、そして、スロットル通過流量の実現に必要なスロットル開度を絞りの式を用いて計算する。その計算のために、コンプレッサからスロットルまでの吸気通路内の空気の圧力であるスロットル上流圧力と、スロットルから吸気弁までの吸気通路内の空気の圧力であるスロットル下流圧力とがそれぞれ取得される。本制御装置は、取得したスロットル上流圧力とスロットル下流圧力との比をパラメータとして、絞りの式によるスロットル開度の計算を実行する。
　本制御装置は、絞りの式を用いて計算されたスロットル開度に基づいて目標スロットル開度を決定し、目標スロットル開度に従ってスロットルの動作を制御する。しかし、所定の緩和条件が全て満たされた場合には、絞りの式を用いて計算されたスロットル開度の信号を処理してその変化速度を緩和させ、変化速度を緩和されたスロットル開度を目標スロットル開度として決定する。その緩和条件には、取得したスロットル上流圧力とスロットル下流圧力との比の値が１に近いこと、詳しくは、圧力比の値の“１”に対する偏差の大きさが所定値以下であることが含まれている。つまり、本制御装置は、圧力比の微小変化に対して絞りの式の圧力比項の値が大きく変化する領域では、スロットル開度の変化を意図的に抑えるようにする。これにより、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力とが略等しくなる領域でのスロットルのハンチングは未然に防止される。一方、緩和条件が満たされていない場合には、絞りの式を用いて計算されたスロットル開度がそのまま目標スロットル開度として決定される。つまり、スロットルのハンチングが生じ難い領域では、スロットル開度の変化を意図的に抑えることは行わない。これにより、スロットル開度の的確な制御によって目標吸入空気量の実現精度を高く保つことが可能となる。
　前述の緩和条件には、さらに、目標吸入空気量の所定時間あたりの変化量が所定値以下であることが含まれていてもよい。つまり、前述の圧力比の値が１に近い場合であっても、目標吸入空気量が大きく変化しているのであれば、絞りの式を用いて計算されたスロットル開度をそのまま目標スロットル開度として決定してもよい。目標吸入空気量が大きく変化しているのであれば、それに合わせて目標スロットル開度も一方向に大きく変化することになる。したがって、この場合は、スロットル開度の変化速度を緩和しなくともスロットルのハンチングは生じ難い。また、スロットル開度の変化速度を緩和しないことで、大きく変化している目標吸入空気量を精度良く実現することが可能となる。
　スロットル開度の変化速度を緩和する手段としては、ローパスフィルタを用いることができる。絞りの式を用いて算出されたスロットル開度の信号をローパスフィルタによって処理することによって、スロットル開度の変化速度を緩和させることができる。また、ローパスフィルタの時定数を調整することによって、スロットル開度の変化速度の緩和の程度を変えることができる。したがって、スロットルのハンチングの防止と目標吸入空気量の実現精度との両立を目指すならば、目標吸入空気量の所定時間あたりの変化量が大きいほどローパスフィルタの時定数を小さくすればよい。
本発明の実施の形態の制御装置で用いられているスロットル開度計算モデルを示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態のスロットル開度計算モデルにおけるローパスフィルタの時定数の決め方を説明するための図である。 本発明の実施の形態の制御装置による効果を説明するための図である。 絞りの式の圧力比項Φと圧力比Ｐｍ／Ｐａｃとの間に成り立つ関係について示す図である。
　本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
　本実施の形態の制御装置は、過給機付き内燃機関に適用される。本制御装置の適用対象となる内燃機関は、スロットルによる空気量の調整によってトルクを制御することのできる４サイクルレシプロエンジンである。本実施の形態において内燃機関に設けられる過給機は、吸気通路に配置されたコンプレッサを排気通路に配置されたタービンの回転によって駆動するターボ式の過給機である。
　本制御装置は、内燃機関に備えられるＥＣＵの一機能として実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで、ＥＣＵは制御装置として機能する。ＥＣＵが制御装置として機能する場合、ＥＣＵは、プログラムされている計算モデルを用いて目標吸入空気量を実現するための目標スロットル開度を計算し、目標スロットル開度に従ってスロットルの動作を制御する。
　図１は、本実施の形態で用いられるスロットル開度の計算モデルを示す機能ブロック図である。このスロットル開度計算モデルは、サブモデルである吸気弁逆モデルＭ１、吸気管逆モデルＭ２、スロットル逆モデルＭ３及び吸気系モデルＭ４を含んでいる。また、このスロットル開度計算モデルは、ローパスフィルタＬＰＦとスイッチＳＷを含んでいる。以下、本実施の形態のスロットル開度計算モデルに含まれる各要素の内容について説明する。なお、各要素のうちサブモデルＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の内容については公知であるので、ここではその概略についてのみ示すものとする。
　吸気弁逆モデルＭ１は、吸入空気量と吸気管圧力との関係について調べた実験ベースのモデルである。実験で得られた経験則により、吸気弁逆モデルＭ１においては吸入空気量と吸気管圧力との関係が直線で近似されている。吸気弁逆モデルＭ１に目標吸入空気量ＫＬＴを入力することによって、それを実現するための吸気管圧ＰｍｔＴが算出される。
　吸気管逆モデルＭ２は、吸気管内の空気に関する保存則、具体的には、エネルギー保存則と流量保存則とに基づいて構築された物理モデルである。吸気管逆モデルＭ２では、スロットルを通過する空気の流量と吸気管圧との関係が数式で表されている。吸気管逆モデルＭ２に目標とする吸気管圧ＰｍｔＴと現在の推定吸気管圧ＰｍＡとの差圧ΔＰｍＴを入力することによって、それを実現するためのスロットル通過流量ｍｔＴが算出される。
　スロットル逆モデルＭ３は、スロットル通過流量とスロットル開度との関係を数式で表した計算モデルである。具体的には前述の式（２）、すなわち、絞りの式がスロットル逆モデルＭ３として用いられる。式（２）のパラメータの一つである圧力比Ｐｍ／Ｐａｃは、スロットル上流圧力である過給圧Ｐａｃとスロットル下流圧力である吸気管圧Ｐｍとの比である。この圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの計算に用いる過給圧Ｐａｃ及び吸気管圧Ｐｍは、それぞれ実測値でもよいしモデルを用いた計算値でもよい。スロットル逆モデルＭ３に目標とするスロットル通過流量ｍｔＴを入力し、かつ、パラメータである圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの値を入力することによって、目標スロットル通過流量ｍｔＴを実現するためのスロットル開度ＴＡが算出される。
　吸気系モデルＭ４は、前述の吸気管逆モデルＭ２及びスロットル逆モデルＭ３の各順モデルを統合して得られる計算モデルである。吸気系モデルＭ４に目標とするスロットル開度ＴＡＴを入力することによって、それにより実現される吸気管圧ＰｍＡの推定値が算出される。吸気系モデルＭ４で算出された推定吸気管圧ＰｍＡは、吸気弁逆モデルＭ１によって算出された吸気管圧ＰｍｔＴとの差圧ΔＰｍＴの計算に用いられる。
　ローパスフィルタＬＰＦ及びスイッチＳＷは、目標スロットル開度ＴＡＴの決定のために用いられる。スロットル逆モデルＭ３から出力されるスロットル開度ＴＡの信号は２つに複製され、一方のスロットル開度ＴＡの信号はローパスフィルタＬＰＦを通されてからスイッチＳＷに入力される。もう一方のスロットル開度ＴＡの信号はそのままスイッチＳＷに入力される。ローパスフィルタＬＰＦは、例えば一次遅れフィルタであって、スロットル開度ＴＡの変化速度を緩和するために設けられている。スイッチＳＷは、入力されるスロットル開度ＴＡの信号の何れか一方、すなわち、変化速度を緩和されたスロットル開度ＴＡとオリジナルのスロットル開度ＴＡのどちらか一方を選択する。そして、スイッチＳＷによって選択されたスロットル開度ＴＡが最終的な目標スロットル開度ＴＡＴとして決定される。
　スイッチＳＷは、前述の圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの値に基づいて信号の切り替えを行うように構成されている。本実施の形態では、圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの値の“１”に対する偏差の大きさが所定値（例えば０．０５）以下かどうかによって、圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの微小変化に対して式（２）の圧力比項Φの値が大きく変化する領域か否かが判断される。圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの値の“１”に対する偏差の大きさが所定値以下である場合には、スイッチＳＷはローパスフィルタＬＰＦで処理されたスロットル開度ＴＡを選択し、それを最終的な目標スロットル開度ＴＡＴとして決定する。逆に、圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの値の“１”に対する偏差の大きさが所定値を超えている場合には、スイッチＳＷはスロットル逆モデルＭ３から出力されるオリジナルのスロットル開度ＴＡを選択し、それを最終的な目標スロットル開度ＴＡＴとして決定する。
　ローパスフィルタＬＰＦは、その時定数を変更できるように構成されている。図２は、ローパスフィルタＬＰＦの時定数の決め方を説明するための図である。この図に示すように、時定数は目標吸入空気量ＫＬＴの所定時間（たとえば、制御装置の時間ステップ）あたりの変化量に応じて変更される。詳しくは、目標吸入空気量ＫＬＴの所定時間あたりの変化量が大きいほど、ローパスフィルタＬＰＦの時定数は小さくされる。スロットル開度ＴＡの信号はローパスフィルタＬＰＦを通ることでその変化速度を緩和されるが、その緩和の程度は時定数の大きさによって決まる。ローパスフィルタＬＰＦの時定数が大きければ、スロットル開度ＴＡの変化速度は大きく緩和されることになる。逆に、ローパスフィルタＬＰＦの時定数が小さければ、スロットル開度ＴＡの変化速度は僅かに緩和されるにとどまることになる。なお、図２には示されていないが、目標吸入空気量ＫＬＴの所定時間あたりの変化量がある閾値を越える範囲では、時定数の値はゼロに固定される。つまり、目標吸入空気量ＫＬＴがある程度大きく変化しているのであれば、スロットル開度ＴＡの変化速度を緩和することは行われない。
　以上のように構成される本実施の形態の制御装置によれば、図３にチャートで示すような制御結果を得ることができる。図３の最上段のチャートには、目標吸入空気量ＫＬＴと実際の吸入空気量ＫＬＡの各時間変化が示されている。２段目のチャートには、スロットル上流圧である過給圧Ｐａｃの時間変化が示されている。３段目のチャートには、目標吸気管圧ＰｍｔＴと推定吸気管圧ＰｍＡの各時間変化が示されている。そして、最下段のチャートには、スロットル逆モデルＭ３で算出されたスロットル開度ＴＡと最終的な目標スロットル開度ＴＡＴの各時間変化が示されている。この図に示すように、スロットルが開いて過給圧Ｐａｃが立ち上がると、スロットル逆モデルＭ３で算出されるスロットル開度ＴＡの値は振動的になる。センサノイズ等の影響による圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの微小変化に対して式（２）の圧力比項Φの値が大きく変化するためである。しかし、本実施の形態の制御装置によれば、そのような領域ではスイッチＳＷが切り替えられ、ローパスフィルタＬＰＦによって変化速度を緩和されたスロットル開度ＴＡが目標スロットル開度ＴＡＴとして用いられる。これによりスロットル開度の変化を意図的に抑えることができ、ハンチングの発生は未然に防止される。
　一方、圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの微小変化に対する圧力比項Φの値の変化が大きくない領域では、ローパスフィルタＬＰＦで処理されていないオリジナルのスロットル開度ＴＡがそのまま目標スロットル開度ＴＡＴとして用いられる。つまり、スロットルのハンチングが生じ難い領域では、スロットル開度の変化を意図的に抑えることは行わない。これにより、スロットル開度の的確な制御によって目標吸入空気量ＫＬＴを精度良く実現することができる。
　さらに、本実施の形態の制御装置によれば、ローパスフィルタＬＰＦは、目標吸入空気量ＫＬＴの所定時間あたりの変化量が大きいほど、その時定数を小さくされる。これにより、圧力比Ｐｍ／Ｐａｃの値が１に近い場合であっても、目標吸入空気量ＫＬＴが大きく変化しているのであれば、スロットル開度ＴＡの変化速度の緩和の程度は小さくされる。目標吸入空気量ＫＬＴが大きく変化しているのであれば、それに合わせてスロットル開度ＴＡも一方向に大きく変化する。よって、スロットル開度ＴＡの変化速度を緩和しなくともスロットルのハンチングは生じ難い。また、スロットル開度ＴＡの変化速度を緩和しないことで、大きく変化している目標吸入空気量ＫＬＴを精度良く実現することができるようになる。つまり、目標吸入空気量ＫＬＴの所定時間あたりの変化量に応じてローパスフィルタＬＰＦの時定数を決定することで、スロットルのハンチングの防止と目標吸入空気量ＫＬＴの実現精度との両立が実現される。
　以上が本発明の実施の形態についての説明である。ただし、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態ではスロットル開度ＴＡの変化速度を緩和させる手段としてローパスフィルタを用いたが、いわゆるなまし処理を用いても良い。なまし処理の一例としては、加重平均を挙げることができる。
　また、スロットル逆モデルＭ３で算出されたスロットル開度ＴＡの変化量に一定のゲインを掛けることで、スロットル開度ＴＡの変化速度を緩和させるようにしてもよい。その場合のゲインの大きさは、目標吸入空気量ＫＬＴの所定時間あたりの変化量に応じて変化させることが好ましい。具体的には、目標吸入空気量ＫＬＴの所定時間あたりの変化量が大きいほど、ゲインの値は１に近づけることが好ましい。また、目標吸入空気量ＫＬＴの所定時間あたりの変化量がある閾値を越える範囲では、ゲインの値は１に固定するようにしてもよい。
　また、本発明の制御装置が適用される過給機付き内燃機関は、吸気通路に配置されたコンプレッサを内燃機関の出力軸から取り出した駆動力によって駆動する機械式の過給機を備えた内燃機関でもよい。
Ｍ１　吸気弁逆モデル
Ｍ２　吸気管逆モデル
Ｍ３　スロットル逆モデル
Ｍ４　吸気系モデル
ＳＷ　スイッチ
ＬＰＦ　ローパスフィルタ

Claims (3)

  1. 　外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路と、前記吸気通路に配置されたコンプレッサと、前記コンプレッサの下流にて前記吸気通路内に配置されたスロットルと、前記吸気通路と前記気筒との接続部に配置された吸気弁と、を備える過給機付き内燃機関の制御装置において、
    　目標吸入空気量の実現に必要なスロットル通過流量を計算するスロットル通過流量計算手段と、
    　前記コンプレッサから前記スロットルまでの吸気通路内の空気の圧力であるスロットル上流圧力を取得するスロットル上流圧力取得手段と、
    　前記スロットルから前記吸気弁までの吸気通路内の空気の圧力であるスロットル下流圧力を取得するスロットル下流圧力取得手段と、
    　前記スロットル通過流量の実現に必要なスロットル開度を、前記スロットル上流圧力と前記スロットル下流圧力との比をパラメータとする絞りの式を用いて計算するスロットル開度計算手段と、
    　前記スロットル開度計算手段で算出されたスロットル開度の信号を処理してその変化速度を緩和させる変化速度緩和手段と、
    　所定の緩和条件が全て満たされた場合には、前記変化速度緩和手段により変化速度を緩和されたスロットル開度を目標スロットル開度として決定し、前記緩和条件が満たされていない場合には、前記スロットル開度計算手段で算出されたスロットル開度を目標スロットル開度として決定する目標スロットル開度決定手段と、
    　前記目標スロットル開度に従って前記スロットルの動作を制御するスロットル制御手段と、を備え、
    　前記緩和条件には、前記圧力比の値の１に対する偏差の大きさが所定値以下であることが含まれることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
  2. 　前記緩和条件には、さらに、前記目標吸入空気量の所定時間あたりの変化量が所定値以下であることが含まれることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
  3. 　前記変化速度緩和手段は、前記スロットル開度計算手段で算出されたスロットル開度の信号をローパスフィルタによって処理し、前記目標吸入空気量の所定時間あたりの変化量が大きいほど前記ローパスフィルタの時定数を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
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