WO2019123978A1 - 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 - Google Patents

内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 Download PDF

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WO2019123978A1
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internal combustion
combustion engine
target
intake pipe
pipe pressure
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French (fr)
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浩雲 石
飯星　洋一
堀　俊雄
鈴木　邦彦
豊原　正裕
貴文 荒川
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D23/00—Controlling engines characterised by their being supercharged
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine that controls the combustion of an air-fuel mixture in a combustion chamber, and in particular, increases the density of air taken in by the internal combustion engine by driving a compressor using exhaust energy.
  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine provided with a feeder and a control method thereof.
  • Patent Document 1 discloses a control device for an internal combustion engine provided with a turbocharger (supercharger), and bypasses a turbine of a turbocharger (supercharger) of an engine exhaust system when the supercharging pressure exceeds an upper limit value. And the air bypass valve disposed in the air bypass passage that bypasses the compressor of the turbocharger (supercharger) on the upstream side of the throttle valve in the engine intake system, as well as opening the waste gate valve disposed in the waste gate passage. It is described that the upper limit value control of the supercharging pressure is performed by opening the valve.
  • the supercharging pressure is determined by the characteristics of the supercharger.
  • the boost pressure in the low supercharge region does not exceed the upper limit value, the air bypass valve is always closed. Therefore, with the method as disclosed in Patent Document 1, accurate supercharging pressure can not be realized in the low supercharging region, and there is a possibility that the target torque can not be generated accurately.
  • an object of the present invention is to provide a novel internal combustion engine control device and control method capable of accurately generating a target torque of the internal combustion engine even in a low supercharging region in an internal combustion engine equipped with a supercharger. To provide.
  • the present invention is a compressor that rotates integrally with a turbine, compresses air on the engine exhaust side and supplies it to the engine intake side, and a wastegate that opens and closes an exhaust side bypass passage bypassing the turbine.
  • a control device for an internal combustion engine that controls an internal combustion engine including a valve and an air bypass valve that opens and closes an intake side bypass passage that bypasses the compressor, wherein an amount of depression of an accelerator pedal in a set low supercharging region
  • the present invention further comprises the steps of: (a) reading an input value including at least the amount of depression of the accelerator pedal and the rotational speed of the internal combustion engine; and (b) the driver requests based on the input value read in the step (a). Calculating a target torque and a target intake fresh air flow, and calculating a target intake pipe pressure based on the calculated values; and (c) an actual intake pipe pressure detected by a sensor or an actual intake pipe pressure estimated from an amount of air taken from outside
  • step (d) that the actual intake pipe pressure is equal to or higher than the atmospheric pressure in the step (d) of determining whether or not the atmospheric pressure is higher than the atmospheric pressure
  • (E) determining whether the actual intake pipe pressure is a predetermined wastegate valve pressure in the step (e) and the step (d) Determining whether the difference between the actual intake pipe pressure and the target intake pipe pressure is greater than or equal to a predetermined value, and determining in the step (e), If it is determined that the difference between the actual intake pipe pressure and the target intake pipe pressure is
  • the air bypass valve opening is set based on the difference between the target intake pipe pressure and the actual intake pipe pressure, the target torque can be generated with high accuracy even in the low supercharging region.
  • the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved, and the durability and reliability of external devices such as a transmission can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram of an internal combustion engine provided with a supercharging system according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram showing a control block of an air bypass valve control device concerning one embodiment of the present invention. It is a figure which shows the subject in the case of controlling intake pipe pressure using a waste gate valve in a low supercharging area
  • FIG. 1 shows the configuration of an internal combustion engine equipped with a turbocharger to which the present invention is applied.
  • a turbocharger 12 and a precatalyst 13 are installed in a pipe of an exhaust passage 11 of the internal combustion engine 10.
  • the supercharger (compressor) 12 utilizes a turbine that rotates in response to the flow of exhaust gas, a waste gate valve 33 that diverts the exhaust gas passing through the turbine, a shaft that transmits the rotation of the turbine, and a rotational torque of the turbine And the air bypass valve 34 for diverting the air passing through the compressor, and driving the compressor using the flow of the exhaust gas, the internal combustion engine 10 receives the suction by driving the compressor. It has a supercharging function to increase the density of the intake gas.
  • the supercharger (compressor) 12 rotates integrally with the turbine to compress air on the engine exhaust side and supply it to the engine intake side.
  • the waste gate valve 33 opens and closes the exhaust side bypass passage bypassing the turbine, and the air bypass valve 34 opens and closes the intake side bypass passage bypassing the compressor.
  • Exhaust gas from the internal combustion engine 10 is purified by reduction and oxidation in the precatalyst 13 and the main catalyst 14.
  • Particulate matter which can not be purified by the pre-catalyst 13 and the main catalyst 14 is purified by a particle removal filter (GPF: Gasoline Particulate Filter) 15.
  • Part of the exhaust gas purified by the pre-catalyst 13 is taken into the EGR pipe 16 from the downstream of the pre-catalyst 13, cooled by the gas cooler 17, and returned to the upstream of the turbocharger 12.
  • the upstream of the turbocharger 12 is a portion where the intake gas flows into the turbocharger 12.
  • a part of the combustion gas generated in the combustion cylinder 18 of the internal combustion engine 10 is recirculated to the intake passage 19 via the EGR pipe 16 and mixed with the fresh air which is newly sucked from the outside via the air cleaner 20.
  • An intercooler 31 is disposed in the intake passage 19 downstream of the turbocharger 12.
  • the air cleaner 20 removes dust and the like contained in the suctioned fresh air.
  • the flow rate of the EGR gas returned from the EGR pipe 16 is determined by controlling the opening degree of the EGR valve 21.
  • the combustion temperature of the air-fuel mixture in the combustion cylinder 18 can be reduced to reduce the amount of NOx emissions, and the pump loss can be further reduced.
  • the differential pressure sensor 22 mounted across the EGR valve 21 detects the difference (differential pressure) between the pressure on the front side (upstream side) and the pressure on the rear side (downstream side) of the EGR valve 21. .
  • the internal combustion engine 10 is controlled by a control unit (ECU: Engine Control Unit) 23.
  • the air flow sensor 24 detects the flow of suctioned fresh air that is newly sucked from the outside.
  • a pressure sensor 32 is attached between the supercharger 12 and the combustion cylinder 18 to detect the pressure in the intake passage 19 leading to the combustion cylinder 18 or the pressure in the intake collector 26 downstream of the throttle valve 25.
  • the flow rate of the intake gas flowing from the intake passage 19 to the combustion cylinder 18 is controlled by the variable phase valve timing mechanism 27 that changes the opening degree of the throttle valve 25 or the opening / closing timing of the intake valve or the exhaust valve.
  • the control device 23 at least includes a target required torque (hereinafter referred to as target torque) required by the driver detected by the accelerator pedal sensor 28 and a rotational speed detected by the rotational speed sensor 29.
  • target torque a target required torque
  • the actuator (electric motor) of the throttle valve 25 and the actuator (mechanical stroke) of the waste gate valve 33 of the turbocharger 12 are controlled so as to realize the target intake gas amount.
  • the control device 23 realizes a target EGR rate (Exhaust Gas Recirculation) based on the detection value of the pressure sensor 32 described above, the opening degree of the throttle valve 25 or the detection value of the air flow rate sensor 24.
  • the actuator (electric motor) of the EGR valve 21 and the throttle valve 25 is controlled so that
  • the EGR rate refers to the ratio of the flow rate of the intake fresh air and the EGR gas to the intake gas flowing through the intake passage 19.
  • the control device 23 detects the difference (differential pressure) between the pressure on the front side (upstream side) and the pressure on the rear side (downstream side) of the EGR valve 21 by the differential pressure sensor 22, and based on that, the EGR valve 21 and the throttle
  • the opening degree of the valve 25 or the phase angle of the intake and exhaust valves is set by the variable phase valve timing mechanism 27 to control the EGR rate of the intake gas flowing into the combustion cylinder 18.
  • the control device 23 optimally controls the ignition timing of the spark plug 30 so as to cause no knocking and maximize the output of the internal combustion engine 10.
  • FIG. 2 shows a control block of a control unit (CPU: Central Processing Unit) 35 provided in the control device (ECU) 23.
  • CPU Central Processing Unit
  • control unit (ECU) 23 refers to the entire control unit as an engine control unit, and the control unit (CPU) 35 is the center (calculation) of a semiconductor device or the like incorporated in the control unit (ECU) 23. It refers to a processing unit.
  • the control unit (CPU) 35 has a target torque calculation unit 40, a target suction fresh air flow amount calculation unit 41, a target EGR rate calculation unit 42, a throttle passing EGR gas flow rate calculation unit 43, a target throttle suction gas flow rate calculation unit 44, a target throttle Valve opening degree calculation unit 45, target throttle upstream / downstream environment calculation unit 49, target waste gate valve opening degree calculation unit 51, target air bypass valve opening degree calculation unit 52, target EGR gas flow rate calculation unit 46, and target EGR valve opening degree A calculation unit 47 is included.
  • the target torque calculation unit 40 the internal combustion engine 10 outputs based on the depression amount ⁇ acc detected by the accelerator pedal sensor 28 representing the target torque requested by the driver and the rotational speed Ne detected by the rotational speed sensor 29.
  • a target torque Trq to be calculated is calculated.
  • the target torque Trq may be obtained by an arithmetic expression, or may be obtained by a map from the rotational speed Ne and the depression amount ⁇ acc. In the present embodiment, a map search method is employed to speed up the calculation speed. The target torque Trq thus obtained is sent to the target suction fresh air flow rate calculation unit 41.
  • the target suction fresh air flow rate calculation unit 41 a target suction fresh air that realizes the target torque Trq determined by the target torque calculation unit 40 based on the rotation speed Ne and the target torque Trq detected by the rotation speed sensor 29.
  • the flow rate Qatrgt is calculated.
  • the target suction fresh air flow amount Qatrgt may be obtained by an arithmetic expression, or may be obtained by a map from the rotational speed Ne and the target torque Trq. In the present embodiment, a map search method is employed to speed up the calculation speed.
  • the target suction fresh air flow amount Qatrgt thus obtained is sent to a target throttle suction gas flow rate calculating unit 44 and a target EGR gas flow rate calculating unit 46 described later.
  • the target EGR rate calculation unit 42 calculates a target EGR rate Regr based on the rotation speed Ne detected by the rotation speed sensor 29 and the target torque Trq.
  • the target EGR rate Regr may be obtained by an arithmetic expression, or may be obtained by a map from the rotational speed Ne and the target torque Trq. In the present embodiment, a map search method is employed to speed up the calculation speed. The target EGR rate Regr thus obtained is sent to a target EGR gas flow rate calculating unit 46 described later.
  • the flow amount of the EGR gas from passing through the throttle valve 25 from the EGR valve 21 is calculated based on Pegr, the opening degree ⁇ th of the throttle valve 25 and the rotation speed Ne detected by the rotation speed sensor 29. Calculation is performed in consideration of the operation delay time (dead time) and the flow delay time due to the EGR pipe 16 and the passage length of the intake passage 19 to finally estimate the throttle-passing EGR gas flow rate Qthegr passing through the throttle valve 25.
  • This throttle passing EGR gas flow rate Qthegr can be estimated, for example, by the following method.
  • an operation region divided into two upstream and downstream of the throttle valve 25 is set. Then, the EGR valve passing EGR gas flow rate is calculated from the differential pressure of the differential pressure sensor 22 attached so as to straddle the EGR valve 21 and the opening degree of the EGR valve 21. Next, the air flow sensor 24 is used to detect the amount of fresh air drawn. Furthermore, the EGR valve passing EGR gas flow rate and the intake fresh air flow rate are summed up to calculate the compressor passing gas flow rate of the supercharger 12 and the EGR rate.
  • the pressure, temperature, and mass of the upstream region of the throttle valve 25 are calculated using the compressor passing gas flow rate and the throttle intake gas flow rate passing through the throttle valve 25 calculated in the previous calculation cycle.
  • the throttle intake gas flow rate passing through the throttle valve 25 in the calculation cycle is calculated.
  • the throttle-passing EGR gas flow rate Qthegr passing through the throttle valve 25 is calculated using the throttle intake gas flow rate of the throttle valve 25 in the present calculation cycle and the EGR rate calculated in the previous calculation cycle.
  • the estimation of the throttle-passing EGR gas flow rate Qthegr can be determined by constructing the above-mentioned physical model, but the physical model is arbitrary, and it is essential to estimate the throttle-passing EGR gas flow rate Qthegr passing through the throttle valve 25. It is good if it can be done.
  • the determined throttle passage EGR gas flow rate Qthegr is sent to the target throttle intake gas flow rate calculation unit 44.
  • target throttle suction gas flow rate calculation unit 44 target suction fresh air flow amount Qatrgt obtained by target suction fresh air flow amount calculation unit 41 and throttle passing EGR gas flow rate Qthegr obtained by throttle passage EGR gas flow rate calculation unit 43
  • the target throttle intake gas flow rate Qgth passing through the throttle valve 25 is calculated using the following equation (1).
  • the target throttle intake gas flow rate Qgth obtained is sent to the target throttle valve opening degree calculation unit 45.
  • the target throttle opening degree ⁇ thtrgt may be obtained by an arithmetic expression or may be obtained from the target throttle intake gas flow rate Qgth by using a map.
  • a map search method is employed to speed up the calculation speed.
  • the target throttle upstream / downstream environment calculation unit 49 based on the target intake fresh air flow amount Qatrgt and the rotational speed Ne calculated by the target intake fresh air flow amount calculation unit 41, at least a target target temperature upstream of the throttle valve 25 TT up , target target boost pressure TP up, and target target intake pipe pressure TP dn downstream of the throttle valve 25 are calculated.
  • the target temperature TT Stay up-as described above, the target boost pressure TP Stay up-target intake pipe pressure TP dn is the target intake fresh air flow rate Qatrgt rather one in which may determined by other methods.
  • the target waste gate valve opening degree calculation unit 51 sets the target target supercharging pressure TP up upstream of the throttle valve 25 or the target target intake pipe pressure TP dn calculated by the target throttle upstream / downstream environment calculation section 49. Based on the target waste gate valve opening degree ⁇ wgtrgt is calculated.
  • the target wastegate valve opening ⁇ wgtrgt is may be calculated by arithmetic expression is intended target supercharging pressure TP Stay up-, or may be determined by the map from the target intake pipe pressure TP dn.
  • the target air bypass valve opening degree calculation unit 52 sets the target target supercharging pressure TP up upstream of the throttle valve 25 or the target target intake manifold pressure TP dn calculated by the target throttle upstream / downstream environment calculation section 49. Based on the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt is calculated.
  • the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt may be obtained by an arithmetic expression , or may be obtained from the target boost pressure TP up or the target intake pipe pressure TP dn by a map.
  • the target EGR gas flow rate calculating unit 46 calculates the target intake fresh air flow rate Qatrgt determined by the target intake fresh air flow rate calculating unit 41 and the target EGR rate Regr determined by the target EGR rate calculating unit 42 as follows (2)
  • the target EGR gas flow rate Qegr is calculated using the equation.
  • the target EGR gas flow rate Qegr obtained is sent to the target EGR valve opening degree calculation unit 47.
  • the target EGR valve opening degree ⁇ egrtrgt is calculated from the target EGR gas flow rate Qegr calculated by the target EGR gas flow rate calculation unit 46, and the electric motor driving the EGR valve 21 is controlled.
  • the target EGR valve opening degree ⁇ egrtrgt may be obtained by an arithmetic expression or may be obtained by a map from the target EGR gas flow rate Qegr. In the present embodiment, a map search method is employed to speed up the calculation speed.
  • the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt is determined based on the target supercharging pressure TP up or the target intake pipe pressure TP dn in the low supercharging region. be able to. As a result, the target intake pipe pressure TP dn can be realized, and the target torque can be generated with high accuracy.
  • FIG. 3 shows the target throttle valve opening ⁇ thtrgt and the target waste gate valve opening ⁇ wgtrgt for achieving the target intake pipe pressure TP dn, and three superchargers with different flow rates (high flow rate turbochargers, This figure shows the realization accuracy of the target intake pipe pressure TP dn of the master product (small flow rate supercharger).
  • the target intake pipe pressure TP dn is realized by adjusting the opening degree of the throttle valve 25.
  • the throttle valve 25 is almost fully opened and the target intake pipe pressure TP dn is controlled using the waste gate valve 33 in order to reduce pump loss.
  • the area difference between the target supercharging pressure TP Stay up-and atmospheric pressure is small, i.e. in the low supercharging region, the differential pressure for operating the waste gate valve 33 is insufficient.
  • the waste gate valve 33 is always closed, and the realization accuracy of the target intake pipe pressure TP dn is deteriorated due to the flow variation of the turbocharger.
  • the intake pipe pressure realized by the large flow rate supercharger is excessive as shown in FIG. 3 for the master product which can realize the target intake pipe even when the waste gate valve 33 is closed, and the small flow rate supercharger is realized As shown in FIG. 3, the pressure in the intake pipe decreases. As a result, a phenomenon occurs in which the actually generated torque (actual torque) is excessive or underrepresented with respect to the target torque.
  • the difference between the target intake pipe pressure TP dn and the actual intake pipe pressure P dn calculated by the target throttle upstream / downstream environment calculation unit 49 is a set value.
  • the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt is controlled, it is possible to improve the excess and the excess of the actual intake pipe pressure.
  • the small flow rate supercharger needs to increase the passing flow rate of the compressor in order to achieve the target intake pipe pressure TP dn like the master product. That is, the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt is set to a value smaller than that of the master product, and the air bypass valve 34 is controlled to be closed. That is, as the target supercharging pressure TP Stay up-large, controlled so that the opening of the air bypass valve 34 is reduced.
  • the large flow rate supercharger needs to reduce the flow rate through the compressor in order to achieve the target intake pipe pressure TP dn like a master product. That is, the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt is set to a value larger than that of the master product, and the air bypass valve 34 is controlled to be opened.
  • the actual intake pipe pressure is controlled to the target intake pipe pressure TP dn by controlling the air bypass valve 34 to open or close.
  • FIG. 1 This control flow shows control when the air bypass valve 34 is switched from the valve closing state to the valve opening state, and is repeatedly executed at predetermined start timings.
  • Step S40 the amount of air Qa necessary for the physical model for estimating the actual intake pipe pressure, the actual intake pipe pressure Pm, the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt, the target waste gate valve opening ⁇ wgtrgt, the throttle by various sensors
  • the valve opening degree ⁇ th, the rotational speed Ne, the atmospheric pressure Patm, the accelerator pedal opening degree ⁇ acc, and the like are read.
  • the process proceeds to step S41.
  • step S41 the target torque Trq requested by the driver and the target intake fresh air flow amount Qatrgt are calculated from the accelerator pedal opening degree ⁇ acc based on the read input, and the target intake pipe pressure TP dn is calculated based thereon. .
  • the process proceeds to step S42.
  • step S42 it is determined whether the actual intake pipe pressure Pm detected from the intake pipe pressure or the actual intake pipe pressure Pm estimated from the air amount Qa is equal to or higher than the atmospheric pressure Patm. If it is the atmospheric pressure Patm or more, the process proceeds to step S43, and if it is the atmospheric pressure Patm or less, the process is returned to wait for the next activation timing.
  • Step S43 it is determined whether the actual intake pipe pressure Pm obtained in step S42 is equal to or higher than the predetermined operation pressure Pwg of the waste gate valve 33. If it is equal to or less than the predetermined operating pressure Pwg, the process proceeds to step S44. If it is equal to or more than the predetermined operating pressure Pwg, the process is returned to wait for the next activation timing.
  • Step S44 it is determined whether the difference (Pm ⁇ TP dn ) between the actual intake pipe pressure Pm obtained in step S42 and the target intake pipe pressure TP dn obtained in step S41 is equal to or greater than a predetermined value. If it is the predetermined value or more, the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt (air bypass valve 34) is controlled to be opened. If it is equal to or less than the predetermined value, control is performed to close the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt (air bypass valve 34). After that, it will return to return and wait for the next start timing.
  • the loss of the throttle valve 25 is caused even in the low supercharging region. There is no increase in exhaust pressure, which can reduce pump loss. That is, fuel consumption can be improved.
  • the target torque can be generated accurately even in the low supercharging region, the durability and reliability of external devices such as a transmission can be improved.
  • FIG. 6 is a control block diagram showing a switching mechanism of air bypass valve control and waste gate valve control.
  • this embodiment is different from the first embodiment in that control is performed to open the waste gate valve 33 and close the air bypass valve 34 in the high supercharge area after the low supercharge area.
  • the actual intake pipe pressure Pm and the operating pressure of the waste gate valve 33 are input to determine which of the low supercharging region and the high supercharging region, and based on the determination result, air bypass valve control and waste gate valve control
  • the feedback (FB) control of the intake pipe pressure based on the actual intake pipe pressure Pm and the target intake pipe pressure TP dn is performed.
  • FIG. 1 A control flow of the air bypass valve control device of the present embodiment will be briefly described using FIG.
  • Step S50 the amount of air Qa necessary for the physical model for estimating the actual intake pipe pressure, the actual intake pipe pressure Pm, the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt, the target waste gate valve opening ⁇ wgtrgt, the throttle by various sensors
  • the valve opening degree ⁇ th, the rotational speed Ne, the atmospheric pressure Patm, the accelerator pedal opening degree ⁇ acc, and the like are read.
  • the process proceeds to step S51.
  • step S51 the target torque Trq requested by the driver and the target intake fresh air flow amount Qatrgt are calculated from the accelerator pedal opening degree ⁇ acc based on the read input, and the target intake pipe pressure TP dn is calculated based thereon. .
  • the process proceeds to step S52.
  • step S52 it is determined whether the actual intake pipe pressure Pm detected from the intake pipe pressure or the actual intake pipe pressure Pm estimated from the air amount Qa is equal to or higher than the atmospheric pressure Patm. If it is the atmospheric pressure Patm or more, the process proceeds to step S53, and if it is the atmospheric pressure Patm or less, the process is returned to wait for the next activation timing.
  • Step S53 it is determined whether the actual intake pipe pressure Pm obtained in step S52 is equal to or higher than the predetermined operation pressure Pwg of the waste gate valve 33. If it is equal to or less than the predetermined operating pressure Pwg, the process proceeds to step S54. If it is equal to or more than the predetermined operating pressure Pwg, the process proceeds to step S57.
  • Step S54 it is determined whether the difference (Pm ⁇ TP dn ) between the actual intake pipe pressure Pm obtained in step S52 and the target intake pipe pressure TP dn obtained in step S51 is equal to or greater than a predetermined value. If it is the predetermined value or more, the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt (air bypass valve 34) is controlled to be opened. If it is equal to or less than the predetermined value, control is performed to close the target air bypass valve opening ⁇ abtrgt (air bypass valve 34). Thereafter, the process proceeds to step S55.
  • step S55 when the target intake pipe pressure TP dn determined in step S51 is realized using the air bypass valve 44, the actual intake pipe pressure Pm determined in step S52 is equal to or higher than the operating pressure Pwg of the predetermined waste gate valve 33. It is determined whether the If it is equal to or higher than the predetermined operating pressure Pwg, the process proceeds to step S56, and if it is equal to or lower than the predetermined operating pressure Pwg, the process is returned to wait for the next activation timing.
  • step S56 when it is determined that the actual intake pipe pressure Pm obtained in step S52 is equal to or higher than the predetermined operation pressure Pwg of the waste gate valve 33, the air bypass valve 34 is stopped to stop the control of the air bypass valve 34. close up. Thereafter, the process proceeds to step S57.
  • step S57 in the high supercharging region after the low supercharging region, the difference (Pm ⁇ TP dn ) between the actual intake pipe pressure Pm determined in step S52 and the target intake pipe pressure TP dn determined in step S51 is predetermined. It is determined whether it is greater than or equal to the value. If it is equal to or more than a predetermined value, control is performed to open the target waste gate valve opening degree ⁇ wgtrgt (waste gate valve 33). If it is less than a predetermined value, control is performed to close the target waste gate valve opening degree ⁇ wgtrgt (waste gate valve 33). After that, it will return to return and wait for the next start timing.
  • Example 1 the same function and effect as in Example 1 can be obtained, and in addition to this, the open / close control of the waste gate valve 33 in the high supercharging pressure area after the low supercharging pressure area By doing this, it is possible to optimize the number of revolutions of the turbine and to prevent the destruction of the turbine caused by over-rotation. That is, the durability and reliability of the turbocharger can be improved.
  • control method may be, for example, an output signal (waveform) from an ECU (Engine Control Unit) of an automobile equipped with an internal combustion engine (engine), a waste gate valve, air It can confirm from the drive signal (waveform) etc. of the bypass valve.
  • ECU Engine Control Unit
  • waste gate valve air It can confirm from the drive signal (waveform) etc. of the bypass valve.
  • the present invention is not limited to this, and a compression ignition internal combustion engine (for example, it is also possible to apply to a diesel engine or an internal combustion engine of a homogeneous charge compression ignition system.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications.
  • the embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • Variable Phase valve timing mechanism 28: accelerator pedal sensor, 29: rotational speed sensor, 30: spark plug, 31: intercooler, 32: pressure sensor, 33: waste gate valve, 34: air bypass valve, 35: control unit (CPU ), 40 ... target torque calculation unit, 41 ... target suction new air flow volume calculation unit, 42 ... target EGR rate calculation unit, 43 ... slot

Abstract

過給機を備えた内燃機関において、低過給領域であっても内燃機関の目標トルクを精度良く発生可能な内燃機関の制御装置を提供する。そのため、タービンと一体で回転しエンジン排気側の空気を圧縮してエンジン吸気側へ供給するコンプレッサと、前記タービンを迂回する排気側バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、前記コンプレッサを迂回する吸気側バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブと、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、設定された低過給領域において、アクセルペダルの踏込量および前記内燃機関の回転数に基づき算出した目標吸気管圧力および圧力センサにより検出した実吸気管圧力との差が所定値以上の場合に、前記エアバイパスバルブの開度を制御する制御部を備える。

Description

内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
　本発明は、燃焼室での混合気の燃焼を制御する内燃機関の制御装置に係り、特に、排気のエネルギーを利用してコンプレッサを駆動することで内燃機関が吸入する空気の密度を高くする過給機を備えた内燃機関の制御装置とその制御方法に関するものである。
　最近の過給機付き内燃機関においては、過給領域での過給圧をコントロールするために、排気エネルギーの回収量や、吸入空気の圧縮量を調整している。このように、排気のエネルギーを利用し、吸入する空気の密度を高くさせるシステム（以下、過給システムと表記する）は、例えば、特開２００６－２９９８５９号公報（特許文献１）に記載されている。
　特許文献１には、ターボチャージャー（過給機）を備える内燃機関の制御装置であって、過給圧が上限値を超えた時には、機関排気系のターボチャージャー（過給機）のタービンをバイパスするウェイストゲート通路に配置されたウェイストゲートバルブを開弁させると共に、機関吸気系におけるスロットル弁の上流側においてターボチャージャー（過給機）のコンプレッサをバイパスするエアバイパス通路に配置されたエアバイパスバルブを開弁させて過給圧の上限値制御を実施することが記載されている。
特開２００６－２９９８５９号公報
　ところで、特許文献１に記載の過給機においては、高過給領域での過給圧の上限値制御において、ウェイストゲートバルブを開弁させるだけでなく、エアバイパスバルブが開弁される。過給圧が上限値を超える時に、タービン回転数を抑制するためにウェイストゲートバルブの開弁は必要であるが、それだけでは、応答遅れによって過給圧はオーバーシュートするために、エアバイパスバルブを開弁させて過給圧のオーバーシュートを抑制している。
　これ対して、低過給領域、すなわちコンプレッサ上下流の差圧が小さく、機械式ウェイストゲートバルブが稼動していない領域においては、過給圧が過給機の特性によって決まる。また、低過給領域での過給圧が上限値に超えていないため、エアバイパスバルブは常に閉じている状態である。したがって、特許文献１のような方法では低過給領域において正確な過給圧を実現することができず、精度良く目標トルクを発生することができない恐れがある。
　そこで、本発明の目的は、過給機を備えた内燃機関において、低過給領域であっても内燃機関の目標トルクを精度良く発生することができる新規な内燃機関の制御装置とその制御方法を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明は、タービンと一体で回転しエンジン排気側の空気を圧縮してエンジン吸気側へ供給するコンプレッサと、前記タービンを迂回する排気側バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、前記コンプレッサを迂回する吸気側バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブと、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、設定された低過給領域において、アクセルペダルの踏込量および前記内燃機関の回転数に基づき算出した目標吸気管圧力および圧力センサにより検出した実吸気管圧力との差が所定値以上の場合に、前記エアバイパスバルブの開度を制御する制御部を備えたことを特徴とする。
　また、本発明は、（ａ）少なくともアクセルペダルの踏込量および内燃機関の回転数を含む入力値を読み込むステップと、（ｂ）前記（ａ）ステップにおいて読み込んだ入力値に基づいてドライバーが要求する目標トルクおよび目標吸入新気流量を算出し、それに基づいて目標吸気管圧力を算出するステップと、（ｃ）センサにより検出した実吸気管圧力または外部から取り込む空気量から推定した実吸気管圧力が大気圧以上であるか否かを判定するステップと、（ｄ）前記（ｃ）ステップにおいて実吸気管圧力が大気圧以上であると判定した場合、前記実吸気管圧力が所定のウェイストゲートバルブの作動圧以上であるか否かを判定するステップと、（ｅ）前記（ｄ）ステップにおいて、前記実吸気管圧力が所定のウェイストゲートバルブの作動圧以下であると判定した場合、前記実吸気管圧力と前記目標吸気管圧力の差が所定値以上であるか否かを判定するステップと、を有し、前記（ｅ）ステップにおいて、前記実吸気管圧力と前記目標吸気管圧力の差が所定値以上であると判定した場合、エアバイパスバルブを開くように制御し、所定値以下であると判定した場合、エアバイパスバルブを閉じるように制御することを特徴とする。
　本発明によれば、目標吸気管圧力と実吸気管圧力との差に基づいてエアバイパスバルブ開度を設定するため、低過給領域であっても精度良く目標トルクを発生することができる。
　これにより、内燃機関の燃費向上、トランスミッション等の外部デバイスの耐久性及び信頼性向上が可能となる。
　上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
本発明の一実施形態に係る過給システムを備えた内燃機関の構成図である。 本発明の一実施形態に係るエアバイパスバルブ制御装置の制御ブロックを示すブロック図である。 低過給領域においてウェイストゲートバルブを用いて吸気管圧力を制御する場合の課題を示す図である。 低過給領域においてエアバイパスバルブを用いて吸気管圧力を制御する場合の効果を示す図である。 本発明の一実施形態に係るエアバイパスバルブ制御装置の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るエアバイパスバルブ制御とウェイストゲートバルブ制御の切り替えメカニズムを示す制御ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るエアバイパスバルブ制御装置の制御フローを示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。また、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
　図１から図５を参照して、実施例１の内燃機関の制御装置および制御方法について説明する。図１は、本発明が適用される過給機を備えた内燃機関の構成を示している。内燃機関１０の排気通路１１の配管に過給機１２とプリ触媒１３が設置されている。過給機（コンプレッサ）１２は排気ガスの流れを受けて回転するタービンと、タービンに通過する排気ガスを分流するウェイストゲートバルブ３３と、タービンの回転を伝達するシャフト、及びタービンの回転トルクを利用して空気を取り込んで圧縮する圧縮機と、圧縮機に通過する空気を分流するエアバイパスバルブ３４とで構成され、排気ガスの流れを利用して圧縮機を駆動することで内燃機関１０が吸入する吸入ガスの空気の密度を高くする過給機能を備えている。過給機（コンプレッサ）１２はタービンと一体で回転し、エンジン排気側の空気を圧縮してエンジン吸気側へ供給する。ウェイストゲートバルブ３３はタービンを迂回する排気側バイパス通路を開閉し、エアバイパスバルブ３４はコンプレッサを迂回する吸気側バイパス通路を開閉する。
　内燃機関１０からの排気ガスは、プリ触媒１３とメイン触媒１４において還元、及び酸化によって浄化される。プリ触媒１３およびメイン触媒１４で浄化できない粒子状物質は粒子除去フィルタ（ＧＰＦ：Gasoline Particulate Filter）１５によって浄化される。
　プリ触媒１３により浄化された排気ガスの一部はプリ触媒１３の下流からＥＧＲ配管１６に取り込まれ、ガスクーラ１７で冷却され過給機１２の上流に戻される。過給機１２の上流というのは、吸入ガスが過給機１２へ流入する部分である。内燃機関１０の燃焼気筒１８内で発生する燃焼ガスの一部がＥＧＲ配管１６を経由して吸気通路１９に還流されて、エアクリーナ２０を介して外部から新たに吸入される吸入新気に混合される。尚、過給機１２の下流の吸気通路１９にはインタークーラ３１が配置されている。
　エアクリーナ２０は、吸入する吸入新気に含まれる塵埃などを除去する。尚、ＥＧＲ配管１６から還流されるＥＧＲガスの流量は、ＥＧＲバルブ２１の開度を制御することにより決定される。このＥＧＲガスの制御により、燃焼気筒１８での混合気の燃焼温度を低下させて、ＮＯｘの排出量を削減し、更にポンプ損失の低減等を図ることができる。また、ＥＧＲバルブ２１を跨ぐように取り付けられている差圧センサ２２により、ＥＧＲバルブ２１の前側（上流側）の圧力と後側（下流側）の圧力の差分（差圧）を検知している。
　内燃機関１０は制御装置（ＥＣＵ：Engine Control Unit）２３により制御されている。空気流量センサ２４は外部から新たに吸入される吸入新気の流量を検出する。また、過給機１２と燃焼気筒１８の間には圧力センサ３２が取り付けられ、燃焼気筒１８へ通じる吸気通路１９、或いはスロットルバルブ２５の下流の吸気コレクタ２６内の圧力を検知している。吸気通路１９から燃焼気筒１８に流れる吸入ガスの流量はスロットルバルブ２５の開度、或いは吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを変化させる可変位相バルブタイミング機構２７により制御される。
　本実施形態の制御装置２３は、少なくとも、アクセルペダルセンサ２８により検出される運転者が要求する目標とする要求トルク（以下、目標トルクと表記する）と、回転数センサ２９により検出される回転数に基づいて、目標吸入ガス量を実現するようにスロットルバルブ２５のアクチュエータ（電動モータ）と過給機１２のウェイストゲートバルブ３３のアクチュエータ（機械式ストローク）を制御する。また、制御装置２３は上記した圧力センサ３２の検出値、スロットルバルブ２５の開度、或いは空気流量センサ２４の検出値に基づいて、目標のＥＧＲ率（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環率）を実現するようにＥＧＲバルブ２１やスロットルバルブ２５のアクチュエータ（電動モータ）を制御する。
　尚、本実施形態において、ＥＧＲ率は、吸気通路１９を流れる吸入ガスのうち、吸入新気とＥＧＲガスの流量の割合をいうものである。そして制御装置２３は、差圧センサ２２によりＥＧＲバルブ２１の前側（上流側）の圧力と後側（下流側）の圧力の差分（差圧）を検知し、それに基づいてＥＧＲバルブ２１、及びスロットルバルブ２５の開度、あるいは可変位相バルブタイミング機構２７により吸排バルブの位相角度を設定し、燃焼気筒１８に流入する吸入ガスのＥＧＲ率を制御する。また、制御装置２３はノッキングを発生させず、且つ内燃機関１０の出力を最大化するように点火プラグ３０の点火タイミングを最適に制御している。
　次に、図２を用いて、本実施例の制御装置の制御ブロックを説明する。図２は制御装置（ＥＣＵ）２３に備えられた制御部（ＣＰＵ：Central Processing Unit）３５の制御ブロックを示している。
　なお、本実施例では、制御装置（ＥＣＵ）２３はエンジン制御ユニットとして制御装置全体を指し、制御部（ＣＰＵ）３５は制御装置（ＥＣＵ）２３内に組み込まれた半導体デバイスなどの中央（演算）処理装置を指している。
　制御部（ＣＰＵ）３５は、目標トルク算出部４０、目標吸入新気流量算出部４１、目標ＥＧＲ率算出部４２、スロットル通過ＥＧＲガス流量算出部４３、目標スロットル吸入ガス流量算出部４４、目標スロットルバルブ開度算出部４５、目標スロットル上下流環境算出部４９、目標ウェイストゲートバルブ開度算出部５１、目標エアバイパスバルブ開度算出部５２、目標ＥＧＲガス流量算出部４６、及び目標ＥＧＲバルブ開度算出部４７から構成されている。
　次に、これらの具体的な機能について説明する。目標トルク算出部４０においては、運転者が要求する目標トルクを表すアクセルペダルセンサ２８により検出される踏込量θａｃｃと、回転数センサ２９により検出された回転数Ｎｅに基づいて、内燃機関１０が出力すべき目標トルクＴｒｑを算出する。この目標トルクＴｒｑは演算式で求めても良いし、回転数Ｎｅと踏込量θａｃｃからマップによって求めても良いものである。本実施形態では、演算速度を速めるためにマップ検索方式を採用している。求められた目標トルクＴｒｑは目標吸入新気流量算出部４１に送られる。
　目標吸入新気流量算出部４１においては、回転数センサ２９により検出された回転数Ｎｅと目標トルクＴｒｑに基づき、目標トルク算出部４０で求められたる目標トルクＴｒｑを実現するような目標吸入新気流量Ｑａｔｒｇｔを算出する。この場合も、この目標吸入新気流量Ｑａｔｒｇｔは演算式で求めても良いし、回転数Ｎｅと目標トルクＴｒｑからマップによって求めても良いものである。本実施形態では、演算速度を速めるためにマップ検索方式を採用している。求められた目標吸入新気流量Ｑａｔｒｇｔは、後述の目標スロットル吸入ガス流量算出部４４、及び目標ＥＧＲガス流量算出部４６に送られる。
　目標ＥＧＲ率算出部４２においては、回転数センサ２９により検出された回転数Ｎｅと目標トルクＴｒｑに基づき、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出する。この目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは演算式で求めても良いし、回転数Ｎｅと目標トルクＴｒｑからマップによって求めても良いものである。本実施形態では、演算速度を速めるためにマップ検索方式を採用している。求められた目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、後述の目標ＥＧＲガス流量算出部４６に送られる。
　スロットル通過ＥＧＲガス流量算出部４３においては、空気流量センサ２４で検出された空気量Ｑａ、ＥＧＲバルブ２１の開度θｅｇｒ、ＥＧＲバルブ２１を跨ぐように取り付けられる差圧センサ２２で検出された差圧Ｐｅｇｒ、スロットルバルブ２５の開度θｔｈ、及び回転数センサ２９で検出された回転数Ｎｅ等に基づいて、ＥＧＲバルブ２１からスロットルバルブ２５を通過するまでのＥＧＲガスの流動量を、ＥＧＲバルブ２１の動作遅れ時間（無駄時間）と、ＥＧＲ配管１６、及び吸気通路１９の通路長による流動遅れ時間を考慮して算出し、最終的にスロットルバルブ２５を通過するスロットル通過ＥＧＲガス流量Ｑｔｈｅｇｒを推定する。このスロットル通過ＥＧＲガス流量Ｑｔｈｅｇｒの推定は、例えば次のような方法で行うことができる。
　先ず、スロットルバルブ２５の上流と下流の２つに分割した演算領域を設定する。そして、ＥＧＲバルブ２１を跨ぐように取り付けられた差圧センサ２２の差圧とＥＧＲバルブ２１の開度からＥＧＲバルブ通過ＥＧＲガス流量を算出する。次に、空気流量センサ２４を用いて吸入新気流量を検出する。更に、ＥＧＲバルブ通過ＥＧＲガス流量と吸入新気流量を合計し、過給機１２の圧縮機通過ガス流量、及びＥＧＲ率を算出する。
　そして、圧縮機通過ガス流量と前回の演算周期で算出したスロットルバルブ２５を通過するスロットル吸入ガス流量を用いて、スロットルバルブ２５の上流領域の圧力、温度、質量を算出し、これに基づいて今回の演算周期のスロットルバルブ２５を通過するスロットル吸入ガス流量を算出する。最後に、今回の演算周期のスロットルバルブ２５のスロットル吸入ガス流量と前回の演算周期で演算したＥＧＲ率を用いて、スロットルバルブ２５を通過するスロットル通過ＥＧＲガス流量Ｑｔｈｅｇｒを算出する。
　このスロットル通過ＥＧＲガス流量Ｑｔｈｅｇｒの推定については、上述した物理モデルを構築して求めることができるが、その物理モデルは任意であり、要はスロットルバルブ２５を通過するスロットル通過ＥＧＲガス流量Ｑｔｈｅｇｒを推定することができれば良いものである。求められたスロットル通過ＥＧＲガス流量Ｑｔｈｅｇｒは、目標スロットル吸入ガス流量算出部４４に送られる。
　目標スロットル吸入ガス流量算出部４４においては、目標吸入新気流量算出部４１で求められた目標吸入新気流量Ｑａｔｒｇｔと、スロットル通過ＥＧＲガス流量算出部４３で求められたスロットル通過ＥＧＲガス流量Ｑｔｈｅｇｒから、以下の（１）式を用いて、スロットルバルブ２５を通過する目標スロットル吸入ガス流量Ｑｇｔｈを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　そして、求められた目標スロットル吸入ガス流量Ｑｇｔｈは目標スロットルバルブ開度算出部４５に送られる。
　目標スロットルバルブ開度算出部４５においては、目標スロットル吸入ガス流量算出部４４で算出された目標スロットル吸入ガス流量Ｑｇｔｈから、目標スロットルバルブ開度θｔｈｔｒｇｔを算出してスロットルバルブ２５を駆動する電動モータを制御する。この場合も、この目標スロットル開度θｔｈｔｒｇｔは演算式で求めても良いし、目標スロットル吸入ガス流量Ｑｇｔｈからマップによって求めても良いものである。本実施形態では、演算速度を速めるためにマップ検索方式を採用している。
　目標スロットル上下流環境算出部４９においては、目標吸入新気流量算出部４１で算出された目標吸入新気流量Ｑａｔｒｇｔと回転数Ｎｅに基づいて、少なくとも、スロットルバルブ２５の上流の目標とする目標温度ＴＴｕｐ、目標とする目標過給圧力ＴＰｕｐと、スロットルバルブ２５の下流の目標とする目標吸気管圧力ＴＰｄｎを算出する。尚、上述した目標温度ＴＴｕｐ、目標過給圧力ＴＰｕｐ、目標吸気管圧力ＴＰｄｎは、目標吸入新気流量Ｑａｔｒｇｔではなく、他の方法で求めて良いものである。
　目標ウェイストゲートバルブ開度算出部５１は、目標スロットル上下流環境算出部４９で求めたスロットルバルブ２５の上流の目標とする目標過給圧力ＴＰｕｐ、或は目標とする目標吸気管圧力ＴＰｄｎに基づいて、目標ウェイストゲートバルブ開度θｗｇｔｒｇｔを算出する。この目標ウェイストゲートバルブ開度θｗｇｔｒｇｔは演算式で求めても良いし、目標過給圧力ＴＰｕｐ、或は目標吸気管圧力ＴＰｄｎからマップによって求めても良いものである。
　目標エアバイパスバルブ開度算出部５２は、目標スロットル上下流環境算出部４９で求めたスロットルバルブ２５の上流の目標とする目標過給圧力ＴＰｕｐ、或は目標とする目標吸気管圧力ＴＰｄｎに基づいて、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔを算出する。この目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔは演算式で求めても良いし、目標過給圧力ＴＰｕｐ、或は目標吸気管圧力ＴＰｄｎからマップによって求めても良いものである。
　目標ＥＧＲガス流量算出部４６は、目標吸入新気流量算出部４１で求めた目標吸入新気流量Ｑａｔｒｇｔと、目標ＥＧＲ率算出部４２で求めた目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒに基づいて、以下の（２）式を用いて、目標ＥＧＲガス流量Ｑｅｇｒを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　求められた目標ＥＧＲガス流量Ｑｅｇｒは目標ＥＧＲバルブ開度算出部４７に送られる。
　目標ＥＧＲバルブ開度算出部４７においては、目標ＥＧＲガス流量算出部４６で算出された目標ＥＧＲガス流量Ｑｅｇｒから、目標ＥＧＲバルブ開度θｅｇｒｔｒｇｔを算出してＥＧＲバルブ２１を駆動する電動モータを制御する。この場合も、この目標ＥＧＲバルブ開度θｅｇｒｔｒｇｔは演算式で求めても良いし、目標ＥＧＲガス流量Ｑｅｇｒからマップによって求めても良いものである。本実施形態では、演算速度を速めるためにマップ検索方式を採用している。
　以上のような構成によって、本実施例の過給システムにおいては、低過給領域において、目標過給圧力ＴＰｕｐ、または目標吸気管圧力ＴＰｄｎに基づいて、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔを求めることができる。これによって、目標吸気管圧力ＴＰｄｎを実現することができ、精度良く目標トルクを発生することができるようになる。
　次に、本実施形態を実施した時の作用、効果について説明する。図３には、目標吸気管圧力ＴＰｄｎを実現するための目標スロットルバルブ開度θｔｈｔｒｇｔと目標ウェイストゲートバルブ開度θｗｇｔｒｇｔを示しており、流量が異なる3つの過給機（大流量過給機，マスタ品，小流量過給機）の目標吸気管圧力ＴＰｄｎの実現精度を示している。
　図３に示すように、目標吸気管圧力ＴＰｄｎが大気圧以下の場合は、スロットルバルブ２５の開度を調整することで、目標吸気管圧力ＴＰｄｎを実現している。目標吸気管圧力ＴＰｄｎが大気圧以上の場合は、ポンプ損失を低減するために、スロットルバルブ２５をほぼ全開とし、ウェイストゲートバルブ３３を用いて目標吸気管圧力ＴＰｄｎを制御している。しかしながら、目標過給圧力ＴＰｕｐと大気圧の差が小さい領域、すなわち低過給領域においては、ウェイストゲートバルブ３３を作動する差圧が不足している。
　したがって、この状態ではウェイストゲートバルブ３３は常に閉じていて、目標吸気管圧力ＴＰｄｎの実現精度は、過給機の流量ばらつきにより悪化する。例えば、ウェイストゲートバルブ３３が閉じても目標吸気管を実現できるマスタ品に対して、大流量過給機が実現する吸気管圧は図３に示すように過剰となり、小流量過給機が実現する吸気管圧は図３に示すように過少となる。この結果、実際の発生トルク（実トルク）が目標トルクに対して過剰、または過少になる現象を生じる。
　以上のような実吸気管圧力の過剰状態と過少状態が発生すると、発生トルクの制御精度の悪化を生じ、場合によってはトランスミッションの破損等による製品の耐久性と信頼性の悪化を生じるようになる。
　これに対して、本実施形態においては、設定された低過給領域において、目標スロットル上下流環境算出部４９によって算出された目標吸気管圧力ＴＰｄｎと実吸気管圧力Ｐｄｎの差が設定値以上の場合に、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔを制御するので、実吸気管圧力の過剰と過少を改善することができる。
　図４に示すように、低過給領域が大気圧以上となる場合には、ウェイストゲートバルブ３３を作動する差圧が不足するため、ウェイストゲートバルブ３３が常に閉じた状態とする。低過給領域において、小流量過給機はマスタ品のように、目標吸気管圧力ＴＰｄｎを実現するためには、圧縮機の通過流量を増加させる必要がある。つまり、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔをマスタ品より小さい値を設定し、エアバイパスバルブ３４を閉じるように制御する。すなわち、目標過給圧力ＴＰｕｐが大きい程、エアバイパスバルブ３４の開度が小さくなるように制御する。
　一方、大流量過給機はマスタ品のように、目標吸気管圧力ＴＰｄｎを実現するためには、圧縮機の通過流量を低下させる必要がある。つまり、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔをマスタ品より大きい値を設定し、エアバイパスバルブ３４を開くように制御する。
　このように、本実施形態によれば、スロットルバルブ２５が全開し、ウェイストゲートバルブ３３が閉じた場合は、エアバイパスバルブ３４を開閉制御することで、実吸気管圧力が目標吸気管圧力ＴＰｄｎに対して過剰、または過少になる現象を抑制することができ、発生トルクの制御精度を向上することができるようになる。
　次に、図５を用いて、上述した本実施形態のエアバイパスバルブ制御装置の制御フローを簡単に説明する。この制御フローはエアバイパスバルブ３４が閉弁状態から開弁状態に切り替わった場合の制御を示すものであり、所定の起動タイミング毎に繰り返し実行されている。
　≪ステップＳ４０≫
　先ず、ステップＳ４０においては、各種センサによって、実吸気管圧力を推定する物理モデルに必要な空気量Ｑａ、実吸気管圧力Ｐｍ、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔ、目標ウェイストゲートバルブ開度θｗｇｔｒｇｔ、スロットルバルブ開度θｔｈ、回転数Ｎｅ、大気圧Ｐａｔｍ、アクセルペダル開度θａｃｃ等を読み込む。物理モデルに必要な入力を読み込むとステップＳ４１に移行する。
　≪ステップＳ４１≫
　次に、ステップＳ４１においては、読み込んだ入力に基づいてアクセルペダル開度θａｃｃからドライバーが要求する目標トルクＴｒｑ、目標吸入新気流量Ｑａｔｒｇｔを算出し、それに基づいて目標吸気管圧力ＴＰｄｎを算出する。目標吸気管圧力ＴＰｄｎが求まるとステップＳ４２に移行する。
　≪ステップＳ４２≫
　続いて、ステップＳ４２においては、吸気管圧から検出する実吸気管圧力Ｐｍ、または空気量Ｑａから推定された実吸気管圧力Ｐｍが大気圧Ｐａｔｍ以上であるか否かを判定する。大気圧Ｐａｔｍ以上であれば、ステップＳ４３へ移行し、大気圧Ｐａｔｍ以下であれば、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
　≪ステップＳ４３≫
　ステップＳ４３においては、ステップＳ４２で求めた実吸気管圧力Ｐｍが所定のウェイストゲートバルブ３３の作動圧Ｐｗｇ以上であるか否かを判定する。所定の作動圧Ｐｗｇ以下である場合は、ステップＳ４４へ移行し、所定の作動圧Ｐｗｇ以上である場合は、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
　≪ステップＳ４４≫
　ステップＳ４４においては、ステップＳ４２で求めた実吸気管圧力ＰｍとステップＳ４１で求めた目標吸気管圧力ＴＰｄｎの差（Ｐｍ-ＴＰｄｎ）が所定値以上であるか否かを判定する。所定値以上であれば、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔ（エアバイパスバルブ３４）を開くように制御する。所定値以下であれば、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔ（エアバイパスバルブ３４）を閉じるように制御する。その後、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、スロットルバルブ２５を代わりに、エアバイパスバルブ３４を用いて吸気管圧力を制御するため、低過給領域であってもスロットルバルブ２５の損失に起因する排気圧の上昇はなく、ポンプ損失を減らすことができる。すなわち燃費を向上することができる。また、低過給領域であっても精度良く目標トルクを発生することができるため、トランスミッション等の外部デバイスの耐久性及び信頼性向上が可能となる。
　次に、図６および図７を参照して、実施例２の内燃機関の制御装置および制御方法について説明する。図６は、エアバイパスバルブ制御とウェイストゲートバルブ制御の切り替えメカニズムを示す制御ブロック図である。
　図６に示すように、本実施形態では低過給領域の後の高過給領域において、ウェイストゲートバルブ３３を開くと共にエアバイパスバルブ３４を閉じるように制御する点で実施例１と異なっている。実吸気管圧力Ｐｍおよびウェイストゲートバルブ３３の作動圧を入力し、低過給領域、高過給領域のいずれであるのかを判定し、その判定結果に基づいてエアバイパスバルブ制御とウェイストゲートバルブ制御の切り替えることで、実吸気管圧力Ｐｍおよび目標吸気管圧力ＴＰｄｎに基づく吸気管圧力のフィードバック（ＦＢ）制御を行う。
　図７を用いて、本実施形態のエアバイパスバルブ制御装置の制御フローを簡単に説明する。
　≪ステップＳ５０≫
　先ず、ステップＳ５０においては、各種センサによって、実吸気管圧力を推定する物理モデルに必要な空気量Ｑａ、実吸気管圧力Ｐｍ、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔ、目標ウェイストゲートバルブ開度θｗｇｔｒｇｔ、スロットルバルブ開度θｔｈ、回転数Ｎｅ、大気圧Ｐａｔｍ、アクセルペダル開度θａｃｃ等を読み込む。物理モデルに必要な入力を読み込むとステップＳ５１に移行する。
　≪ステップＳ５１≫
　次に、ステップＳ５１においては、読み込んだ入力に基づいてアクセルペダル開度θａｃｃからドライバーが要求する目標トルクＴｒｑ、目標吸入新気流量Ｑａｔｒｇｔを算出し、それに基づいて目標吸気管圧力ＴＰｄｎを算出する。目標吸気管圧力ＴＰｄｎが求まるとステップＳ５２に移行する。
　≪ステップＳ５２≫
　続いて、ステップＳ５２においては、吸気管圧から検出する実吸気管圧力Ｐｍ、または空気量Ｑａから推定された実吸気管圧力Ｐｍが大気圧Ｐａｔｍ以上であるか否かを判定する。大気圧Ｐａｔｍ以上であれば、ステップＳ５３へ移行し、大気圧Ｐａｔｍ以下であれば、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
　≪ステップＳ５３≫
　ステップＳ５３においては、ステップＳ５２で求めた実吸気管圧力Ｐｍが所定のウェイストゲートバルブ３３の作動圧Ｐｗｇ以上であるか否かを判定する。所定の作動圧Ｐｗｇ以下である場合は、ステップＳ５４へ移行し、所定の作動圧Ｐｗｇ以上である場合は、ステップＳ５７へ移行する。
　≪ステップＳ５４≫
　ステップＳ５４においては、ステップＳ５２で求めた実吸気管圧力ＰｍとステップＳ５１で求めた目標吸気管圧力ＴＰｄｎの差（Ｐｍ-ＴＰｄｎ）が所定値以上であるか否かを判定する。所定値以上であれば、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔ（エアバイパスバルブ３４）を開くように制御する。所定値以下であれば、目標エアバイパスバルブ開度θａｂｔｒｇｔ（エアバイパスバルブ３４）を閉じるように制御する。その後、ステップＳ５５へ移行する。
　≪ステップＳ５５≫
　ステップＳ５５においては、エアバイパスバルブ４４を用いてステップＳ５１で求めた目標吸気管圧力ＴＰｄｎを実現する時に、ステップＳ５２で求めた実吸気管圧力Ｐｍが所定のウェイストゲートバルブ３３の作動圧Ｐｗｇ以上であるか否かを判定する。所定の作動圧Ｐｗｇ以上である場合は、ステップＳ５６へ移行し、所定の作動圧Ｐｗｇ以下である場合は、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
　≪ステップＳ５６≫
　ステップＳ５６においては、ステップＳ５２で求めた実吸気管圧力Ｐｍが所定のウェイストゲートバルブ３３の作動圧Ｐｗｇ以上と判断された場合は、エアバイパスバルブ３４の制御を停止するようにエアバイパスバルブ３４を閉じる。その後、ステップＳ５７へ移行する。
　≪ステップＳ５７≫
　ステップＳ５７においては、低過給領域の後の高過給領域において、ステップＳ５２で求めた実吸気管圧力ＰｍとステップＳ５１で求めた目標吸気管圧力ＴＰｄｎの差（Ｐｍ-ＴＰｄｎ）が所定値以上であるか否かを判定する。所定値以上であれば、目標ウェイストゲートバルブ開度θｗｇｔｒｇｔ（ウェイストゲートバルブ３３）を開くように制御する。所定値以下であれば、目標ウェイストゲートバルブ開度θｗｇｔｒｇｔ（ウェイストゲートバルブ３３）を閉じるように制御する。その後、リターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
　このように、本実施形態においても、実施例１と同様の作用効果を得られると共に、これに加えて、低過給圧力領域の後の高過給圧力領域において、ウェイストゲートバルブ３３を開閉制御することで、タービンの回転数を最適化することができ、過回転により生じるタービンの破壊を防止できる。つまり、過給機の耐久性と信頼性を向上することができる。
　尚、以上で説明した各実施形態による制御方法の実施の有無は、例えば、内燃機関（エンジン）が搭載される自動車のＥＣＵ（Engine Control Unit）からの出力信号（波形）やウェイストゲートバルブ，エアバイパスバルブの駆動信号（波形）等から確認することができる。
　また、上述した各実施形態で使用する内燃機関は、点火プラグを備える火花点火方式の内燃機関を前提に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧縮着火方式の内燃機関（例えば、ディーゼル機関、或いは予混合圧縮着火方式の内燃機関）に適用することも可能である。
　尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１０…内燃機関、１１…排気通路、１２…過給機（コンプレッサ）、１３…プリ触媒、１４…メイン触媒、１５…粒子除去フィルタ、１６…ＥＧＲ配管、１７…ガスクーラ、１８…燃焼気筒、１９…吸気通路、２０…エアクリーナ、２１…ＥＧＲバルブ、２２…差圧センサ、２３…制御装置（ＥＣＵ）、２４…空気流量センサ、２５…スロットルバルブ、２６…吸気コレクタ（吸気配管）、２７…可変位相バルブタイミング機構、２８…アクセルペダルセンサ、２９…回転数センサ、３０…点火プラグ、３１…インタークーラ、３２…圧力センサ、３３…ウェイストゲートバルブ、３４…エアバイパスバルブ、３５…制御部（ＣＰＵ）、４０…目標トルク算出部、４１…目標吸入新気流量算出部、４２…目標ＥＧＲ率算出部、４３…スロットル通過ＥＧＲガス流量算出部、４４…目標スロットル吸入ガス流量算出部、４５…目標スロットルバルブ開度算出部、４６…目標ＥＧＲガス流量算出部、４７…目標ＥＧＲバルブ開度算出部、５１…目標ウェイストゲートバルブ開度算出部、５２…目標エアバイパスバルブ開度算出部。

Claims (7)

  1. 　タービンと一体で回転しエンジン排気側の空気を圧縮してエンジン吸気側へ供給するコンプレッサと、
    　前記タービンを迂回する排気側バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
    　前記コンプレッサを迂回する吸気側バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブと、
    　を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
    　設定された低過給領域において、アクセルペダルの踏込量および前記内燃機関の回転数に基づき算出した目標吸気管圧力および圧力センサにより検出した実吸気管圧力との差が所定値以上の場合に、前記エアバイパスバルブの開度を制御する制御部を備えた内燃機関の制御装置。
  2. 　請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記内燃機関は、前記コンプレッサから前記エンジン吸気側へ流れるガス流量を制御するスロットルバルブをさらに備え、
    　前記制御部は、アクセルペダルの踏込量および前記内燃機関の回転数に基づき算出した前記スロットルバルブの上流側の目標過給圧力に基づいて前記エアバイパスバルブの開度を制御する内燃機関の制御装置。
  3. 　請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記制御部は、前記目標過給圧力が大きい程、前記エアバイパスバルブの開度が小さくなるように制御する内燃機関の制御装置。
  4. 　請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記制御部は、前記低過給領域が大気圧以上の場合に、前記ウェイストゲートバルブが閉じた状態となるように制御する内燃機関の制御装置。
  5. 　請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記制御部は、前記低過給領域の後の高過給領域において、前記ウェイストゲートバルブを開くと共に、前記エアバイパスバルブを閉じるように制御する内燃機関の制御装置。
  6. 　（ａ）少なくともアクセルペダルの踏込量および内燃機関の回転数を含む入力値を読み込むステップと、
    　（ｂ）前記（ａ）ステップにおいて読み込んだ入力値に基づいてドライバーが要求する目標トルクおよび目標吸入新気流量を算出し、それに基づいて目標吸気管圧力を算出するステップと、
    　（ｃ）センサにより検出した実吸気管圧力または外部から取り込む空気量から推定した実吸気管圧力が大気圧以上であるか否かを判定するステップと、
    　（ｄ）前記（ｃ）ステップにおいて実吸気管圧力が大気圧以上であると判定した場合、前記実吸気管圧力が所定のウェイストゲートバルブの作動圧以上であるか否かを判定するステップと、
    　（ｅ）前記（ｄ）ステップにおいて、前記実吸気管圧力が所定のウェイストゲートバルブの作動圧以下であると判定した場合、前記実吸気管圧力と前記目標吸気管圧力の差が所定値以上であるか否かを判定するステップと、を有し、
    　前記（ｅ）ステップにおいて、前記実吸気管圧力と前記目標吸気管圧力の差が所定値以上であると判定した場合、エアバイパスバルブを開くように制御し、所定値以下であると判定した場合、エアバイパスバルブを閉じるように制御する内燃機関の制御方法。
  7. 　請求項６に記載の内燃機関の制御方法であって、
    　（ｆ）前記（ｅ）ステップの判定結果に基づいてエアバイパスバルブを制御した後、前記実吸気管圧力が所定のウェイストゲートバルブの作動圧以上であるか否かを判定するステップと、
    　（ｇ）前記（ｆ）ステップにおいて、前記実吸気管圧力が所定のウェイストゲートバルブの作動圧以上であると判定した場合、エアバイパスバルブを閉じるように制御するステップと、
    　（ｈ）前記（ｇ）ステップの後、前記実吸気管圧力と前記目標吸気管圧力の差が所定値以上であるか否かを判定するステップと、を有し、
    　前記（ｈ）ステップにおいて、前記実吸気管圧力と前記目標吸気管圧力の差が所定値以上であると判定した場合、ウェイストゲートバルブを開くように制御し、所定値以下であると判定した場合、ウェイストゲートバルブを閉じるように制御する内燃機関の制御方法。
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