JP2020002905A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給圧のオーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑える。【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、過給圧が目標過給圧となるように、過給圧を変更するためのアクチュエータの操作量をフィードバック制御する。この制御装置は、以下の処理を実行するように構成されている。即ち、内燃機関の回転速度と燃料噴射量とに応じた過給圧の目標値である定常目標過給圧が算出される。過給圧の前回の目標過給圧に応じて、今回操作可能なアクチュエータの操作量である実現可能操作量が算出され、実現可能操作量に応じて、今回実現可能な過給圧である実現可能過給圧が算出される。そして、実現可能過給圧が、前回の目標過給圧と定常目標過給圧との範囲外にある場合には、今回の目標過給圧は定常目標過給圧に設定され、範囲内にある場合には、今回の目標過給圧は、実現可能過給圧に設定される。【選択図】図４

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。より具体的には、過給機を有する内燃機関の運転を操作する内燃機関の制御装置に関するものである。

従来より、ターボ過給機を備えた内燃機関が知られており、このような内燃機関では、内燃機関の運転状態に応じて、ターボ過給機による過給圧が適宜調整される。例えば、ターボ過給機が可変ノズルを有する場合、可変ノズルの操作によりタービンの回転を能動的に制御することで、過給圧が制御される。また、ターボ過給機のタービンをバイパスさせるバイパス通路が設けられ、バイパス通路に、バイパス通路を流れる排気の流量を調節するウエイストゲートバルブ（以下「ＷＧＶ」とも称する）を有するものがある。この場合、ＷＧＶの開度が制御されることにより、過給圧が制御される。

ところで、上述した可変ノズルやＷＧＶによる過給圧制御には、一般にフィードバック制御が用いられる。しかし、例えば、排気流量が少ない場合など、過給圧フィードバック制御において設定される目標過給圧が、実際には実現できない過給圧となる場合がある。このような場合、目標過給圧と実過給圧との間の差が大きくなる。そして、この状態は、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態となるまで継続する。この間、通常の過給圧フィードバック制御が実行されると、目標過給圧と実過給圧との偏差が積分項として蓄積され、フィードバック制御における積分項の絶対値が大きくなっていく。このため、排気の状態が目標過給圧を実現できる状態となり、該偏差が小さくなったとしても、積分項の絶対値が減少するまでには時間を要することとなる。その結果、過給圧にオーバーシュートやアンダーシュートが発生することが考えられる。

これに対し、特許文献１には、排気の状態に基づいて目標過給圧を実現できる状態か否かを判定し、目標過給圧を実現できないと判定した場合には、フィードバック制御の積分項の演算に対する偏差の影響を、目標過給圧が実現できる場合に比べて小さくする過給圧フィードバック制御が記載されている。

特開２０１７−０３１８２５号公報 特開２００８−１６９７５８号公報 特開２０１５−１８７４０１号公報

特許文献１に記載された制御では、目標過給圧を実現できない場合の積分項への悪影響を小さくすることは可能であるが、ゼロとすることはできない。従って、依然として過給圧にオーバーシュートやアンダーシュートが発生する可能性があり、特許文献１の制御にはこの点で改善の余地が残る。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、過給圧のフィードバック制御において、実現できない目標過給圧が設定されることによるオーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑えることができるよう改良された内燃機関の制御装置を提供するものである。

本発明の内燃機関の制御装置は、過給圧を変更するためのアクチュエータを有する過給機を備える内燃機関に適用され、過給圧が目標過給圧となるように、アクチュエータの操作量をフィードバック制御する。この制御装置は、以下の処理を実行するように構成されている。即ち、内燃機関の回転速度と燃料噴射量とに応じた過給圧の目標値である定常目標過給圧が算出される。また、過給圧の前回の目標過給圧に応じて、今回操作可能なアクチュエータの操作量である実現可能操作量が算出され、実現可能操作量に応じて、今回実現可能な過給圧である実現可能過給圧が算出される。そして、前回の目標過給圧と定常目標過給圧との範囲外に、実現可能過給圧がある場合には、今回の目標過給圧が、定常目標過給圧に設定される。前回の目標過給圧と定常目標過給圧との範囲内に、実現可能過給圧がある場合には、今回の目標過給圧は、実現可能過給圧に設定される。

本発明によれば、実現可能過給圧が、前回の目標過給圧と定常目標過給圧との範囲内にある場合、即ち、目標過給圧を、前回の目標過給圧から定常目標過給圧に変化させた場合に、実現可能過給圧の範囲を超える場合には、目標過給圧は、定常目標過給圧ではなく、実現可能過給圧に設定される。つまり、本発明の制御によれば、内燃機関の回転速度と燃料噴射量とから決定される現在の運転状態に応じた定常目標過給圧が、実現可能ではない過給圧である場合には、今回の目標過給圧が、実現可能な過給圧の上限値又は下限値である実現可能過給圧に設定されることとなる。これにより、目標過給圧と実過給圧との偏差を小さく抑えることができ、フィードバック制御の積分項が増大するのを抑えることができる。従って、過給圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制することができる。

本発明の実施の形態としての内燃機関の概略構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態としての制御装置が備える、可変ノズルの開度指令値を算出する構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態としての制御装置が備える、ターボモデルを用いてエキマニ圧力の目標値を算出する構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態としての制御装置が備える、実現可能過給圧を算出する構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態としての制御装置が備える、実現可能ＶＮ開度を算出する構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるＶＮ等速制御について説明するための図である。 本発明の実施の形態としての制御装置が備える、目標過給圧を設定する構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の制御について説明するタイミングチャートである。

１．内燃機関の全体構成
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態としての内燃機関の概略構成を説明するための図である。図１に示すとおり、本実施の形態のシステムは、複数気筒（図１では４気筒）を有する４サイクルのディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」とも称する）２を備えている。エンジン２は車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態では、本発明をディーゼルエンジン（即ち、圧縮着火内燃機関）の制御に適用した場合について説明するが、本発明はディーゼルエンジンに限定されるものではなく、ガソリンエンジン（即ち、火花点火内燃機関）、その他の各種の内燃機関の制御に適用することが可能である。エンジン２の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するためのインジェクタ４が設置されている。

エンジン２は、可変ノズル型のターボ過給機１０を備えている。ターボ過給機１０は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン１２と、タービン１２と一体的に連結され、タービン１２に入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ１４とを有している。更に、ターボ過給機１０は、タービン１２に供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズル（以下「ＶＮ」と略する）１６を有している。

ＶＮ１６は、図示を省略するアクチュエータ（例えば、電動モータ）によって開閉動作可能になっている。ＶＮ１６の開度（以下「ＶＮ開度」とも称する）を小さくすると、タービン１２の入口面積が小さくなり、タービン１２に吹き付けられる排気ガスの流速を速くすることができる。その結果、コンプレッサ１４およびタービン１２の回転数（以下、「ターボ回転数」と称する）が上昇するので、過給圧を上昇させることができる。逆に、ＶＮ開度を大きくすると、タービン１２の入口面積が大きくなり、タービン１２に吹き付けられる排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ターボ回転数が降下するので、過給圧を低下させることができる。

吸気通路２０は、吸気マニホールド２２により枝分かれして、各気筒の吸気ポート（図示せず）に接続している。エンジン２の吸気通路２０の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機１０のコンプレッサ１４で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド２２により各気筒の吸気ポート（図示せず）に分配される。

吸気通路２０におけるインタークーラ３２と吸気マニホールド２２との間には、ディーゼルスロットル（以下「Ｄスロ」）３４が設置されている。Ｄスロ３４は、アクチュエータによって電気的に開閉自在に構成されている。

排気通路４０は、排気マニホールド４２により枝分かれして、各気筒の排気ポート（図示せず）に接続している。ターボ過給機１０のタービン１２は、排気通路４０の途中に配置されている。タービン１２よりも下流側の排気通路４０には、排気ガスを浄化するための後処理装置４４が設けられている。後処理装置４４としては、例えば、酸化触媒、ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）等を用いることができる。

吸気通路２０における吸気マニホールド２２近傍には、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路５０の一端が接続されている。ＥＧＲ通路５０の他端は、排気通路４０の排気マニホールド４２近傍に接続されている。このＥＧＲ通路５０を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２０へ還流させること、つまり外部ＥＧＲを行うことができる。

ＥＧＲ通路５０の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５２が設けられている。ＥＧＲ通路５０には、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのバイパス通路５４が、ＥＧＲクーラ５２と並行に接続されている。ＥＧＲ通路５０の、ＥＧＲクーラ５２よりＥＧＲガスの流れに対して下流側（即ち、吸気通路２０に近い側）には、ＥＧＲバルブ５６が設置されている。

吸気通路２０におけるエアクリーナ３０の下流近傍には、吸気通路２０に吸入される新気の流量である新気量Ｇａに関する情報を取得するためのエアフローメータ６０が設置されている。また、このシステムは、その他にも、Ｄスロ３４の上流側の吸気通路２０内の温度である吸気温度ｔｈｉａを計測するための温度センサ６２、Ｄスロ３４の下流、即ち、吸気マニホールド２２内の吸気圧力Ｐｉｍを計測するための吸気圧センサ６４、大気圧を検出するための大気圧センサ（図示せず）、アクセルペダル６８の踏み込み量（アクセル開度）を検出するためのアクセルポジションセンサ（図示せず）、エンジン２のクランク角度を検出するためのクランク角センサ（図示せず）等、エンジン２の運転状態や運転情報に関する情報を取得するための各種センサを有している。

２．制御装置の機能
本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ(Electronic Control Unit)７０を備えている。ＥＣＵ７０の入力部には、上述した各種センサが接続されている。またＥＣＵ７０の出力部には、上述したインジェクタ４、Ｄスロ３４、ＥＧＲバルブ５６、ターボ過給機１０のＶＮ１６の他、エンジン２を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ７０は、入力された各種の情報に基づいて、所定のプログラムに従って各アクチュエータを駆動する。

２−１．ＶＮ開度指令値の算出
ＥＣＵ７０が有する機能の一つに、過給圧が目標過給圧となるようにターボ過給機１０の運転を制御する機能がある。過給圧としては、例えば、Ｄスロ３４の上流の圧力、又は、Ｄスロ３４の下流の圧力を用いることが可能であるが、本実施の形態では、Ｄスロ３４の上流側の圧力を過給圧とする。ＥＣＵ７０は、過給圧の制御においてフィードバック制御を用いる。本発明におけるフィードバック制御は、積分項（即ち、Ｉ項）を有するものであればよく、従って、ＰＩＤ制御であってもよいし、ＰＩ制御であってもよい。

より具体的に、ＥＣＵ７０は、ＶＮ１６の操作によりタービン１２の回転を能動的に制御することで、過給圧を制御する。ターボ過給機１０の運転を制御するための操作量の１つにＶＮ１６の開度がある。

ＥＣＵ７０は、目標過給圧からＶＮ開度を直接演算するのではなく、目標過給圧の値を用いて、タービン１２の入口側の圧力である排気マニホールド４２の圧力（以下、「エキマニ圧力」と称する）Ｐ４の目標値を算出する。更に、エキマニ圧力Ｐ４の目標値から、ＶＮ開度を決定する。

図２は、ＥＣＵ７０が備える、ＶＮ開度の指令値を算出するための目標実現部の構成を示す図である。図２に示されるように、ＥＣＵ７０は、算出部７２、７４、７５、７６、７７を備える。以下、算出部７２、７４、７５、７６、７７のそれぞれの機能について説明する。

算出部７２は、ターボモデルを用いてエキマニ圧力Ｐ４の目標値（以下、「目標Ｐ４」とも称する）を演算する。図３は、算出部７２のターボモデルの構成の一例を示すブロック図である。算出部７２には、目標コンプレッサ後圧力算出部８０と、目標コンプレッサ仕事算出部８２と、目標タービン仕事算出部８４と、目標排気系状態量算出部８６とが含まれる。

目標コンプレッサ後圧力算出部８０には、目標過給圧（即ち、インタークーラ３２とＤスロ３４との間の吸気通路２０内の圧力の目標値）と、Ｉ/Ｃ圧損とが入力され、コンプレッサ１４の出口側の圧力の目標値である目標コンプレッサ後圧力Ｐ３ｔｒｇが出力される。

目標コンプレッサ仕事算出部８２は、以下の式（１）に従って、コンプレッサ１４がする仕事であるコンプレッサ仕事の目標値（以下「目標コンプレッサ仕事」とも称する）ＷＣｔｒｇを算出する。式（１）は、コンプレッサ仕事ＷＣ、新気量Ｇａ、吸気温度Ｔｈａ、コンプレッサ前圧力Ｐ２、及び、コンプレッサ後圧力Ｐ３の間に成り立つ関係を表した式である。式（１）に、目標コンプレッサ後圧力Ｐ３ｔｒｇと、新気量Ｇａ、吸気温度Ｔｈａ、及び、コンプレッサ前圧力Ｐ２の現在値を入力することによって、目標コンプレッサ仕事ＷＣｔｒｇが求められる。なお、式（１）において、Ｃｐａは定温比熱であり、κは空気の比熱比である。

目標タービン仕事算出部８４には、目標コンプレッサ仕事算出部８２で算出された目標コンプレッサ仕事ＷＣｔｒｇと、ターボ過給機１０の総合効率ηｔｏｔが入力される。目標タービン仕事算出部８４は、以下の式（２）に従って、タービン１２がする仕事であるタービン仕事の目標値（以下、「目標タービン仕事」と称する）ＷＴｔｒｇを算出し、出力する。式（２）における総合効率ηｔｏｔは、固定値でもよいし、例えば、タービン１２の回転速度を軸としたマップで定義される変数でもよい。

目標排気系状態量算出部８６には、目標タービン仕事算出部８４で算出された目標タービン仕事ＷＴｔｒｇと、タービン１２の入口側の排気通路４０内の温度であるエキマニガス温度Ｔ４、タービン１２の出口側の排気通路４０内の圧力であるターボ後圧力Ｐ６、タービン１２を通過するガスの流量であるタービン通過ガス量Ｇａ＋Ｇｆが入力される。目標排気系状態量算出部８６では、以下の式（３）を解いて、目標Ｐ４を算出する。なお、式（３）において、Ｃｐｇは定圧比熱であり、κは排気ガスの比熱比である。

また、算出部７２には、同様に、現在の過給圧と各種排気系状態量（即ち、Ｇａ、Ｔｈａ、Ｐ２、ηｔｏｔ、Ｔ４、Ｐ６、及び、Ｇａ＋Ｇｆ）が入力される。そして、以上の目標Ｐ４の算出と同様の手順で、現在の過給圧に対応するエキマニ圧力が算出される。

再び、図２を参照して、算出部７４及び算出部７５は、ノズル式で構成されている。算出部７４には、算出部７２により算出された目標Ｐ４と、ターボ後圧力Ｐ６の現在値が入力され、算出部７５には、現在の過給圧に対応するエキマニ圧力Ｐ４と、ターボ後圧力Ｐ６の現在値が入力される。

まず、算出部７４は、ＶＮ１６の下流側の圧力と上流側の圧力との圧力比の関数Φである以下の式（４）に従って、入力された目標Ｐ４とターボ後圧力Ｐ６とに応じた値を算出し、同様に算出部７５は、式（４）に従って、入力されたエキマニ圧力Ｐ４とターボ後圧力Ｐ６とに応じた値を算出する。

なお、式（４）の関数Φは、ＶＮ１６の下流圧力と上流圧力との間の圧力比（Ｐ６/Ｐ４）を変数とする複雑な関数である。しかし、区分線形法により、関数Φを複数の圧力比の区分に分け、圧力比の区分毎に１次関数で直線近似することによって、以下の式（５）に示すように、簡易化することができる。式（５）において、ａ及びｂは、区分ごとの係数である。関数Φの値は、式（５）を用いて算出されたものであってもよい。

式（４）又は式（５）に従って算出された値は、以下の式（６）に入力され、算出部７４ではＶＮ有効開度面積μＡの目標値が、算出部７５では現在値が、それぞれ算出される。具体的に、式（６）に、目標Ｐ４又はエキマニ圧力Ｐ４、Ｐ６にターボ後圧力Ｐ６の現在値、Ｔ４にエキマニガス温度Ｔ４の現在値、Ｇａ＋Ｇｆに、タービン通過ガス量Ｇａ＋Ｇｆの現在値を入力することにより、ＶＮ１６の有効開口面積μＡの目標値又は現在値が得られる。

算出部７６には、算出部７４で算出された有効開度面積μＡの目標値が入力される。算出部７６は、有効開口面積μＡとＶＮ開度との関係に基づいて、ＶＮ開度のＦ/Ｆ項を決定する。一方、算出部７７には、算出部７４で算出された有効開度面積μＡの前回の目標値と、算出部７５で算出されたＶＮ有効開度面積μＡの現在値とが入力され、この値を用いてＰＩＤ制御によるＦ/Ｂ項が算出される。算出されたＦ/Ｆ項とＦ/Ｂ項とが加算され、最終的に、ＥＣＵ７０の目標実現部からは、ＶＮ開度指令値が算出される。

２−２．目標過給圧の算出
ＥＣＵ７０は、上述したターボモデル（即ち、算出部７２）に入力される目標過給圧を、今回、実現可能な過給圧の範囲内に設定する。ここで「今回、実現可能」とは、今回の制御周期で算出された目標過給圧が、実際に上述の目標実現部に入力されて、ＶＮ開度指令値が算出されて、ＶＮ１６が制御された段階で実現可能であることを意味するが、以下の算出では、ＶＮ１６の１制御周期後（例えば、３２ｍｓ後）に実現可能な値を、「実現可能」な値として算出するものとする。以下、実現可能な過給圧（「実現可能過給圧」とも称する）の算出について説明する。

図４は、ＥＣＵ７０が備える実現可能過給圧を算出する構成を示すブロック図である。図４に示されるように、ＥＣＵ７０は、実現可能過給圧算出のため、算出部９２、９４、及び、９６を備えている。ＥＣＵ７０が備える実現可能過給圧算出のための機能は、目標過給圧に対するＶＮ開度指令値を算出する目標実現部の算出モデルの逆モデルである。

算出部９２では、実現可能ＶＮ開度が算出される。図５は、算出部９２による実現可能ＶＮ開度の算出方法を示すブロック図である。算出部９２は、算出部１００、１０２、１０４、１０６、及び１０８を有している。算出部１００には、エンジン回転速度ＮＥと燃料噴射量Ｑとが入力され、定常目標ＶＮ開度が算出される。定常目標ＶＮ開度は、現在の運転状態から要求されるＶＮ開度であり、実現可能か否かに関わらず設定されるＶＮ開度の目標値である。定常目標ＶＮ開度は、例えばマップに従って算出される。あるいは、定常目標ＶＮ開度は、図２のＶＮ開度の算出モデルに、エンジン回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに従って算出される定常目標過給圧を入力することで算出される値であってもよい。

算出部１０２には、算出部１００で演算された定常目標ＶＮ開度と前回ＶＮ開度とが入力される。算出部１０２では、定常目標ＶＮ開度から前回ＶＮ開度が減算される。算出部１０４では、算出部１０２における減算の結果と、０とが比較される。ここで、減算結果が０より大きい、つまり、定常目標ＶＮ開度から前回ＶＮ開度を減算した値がプラスであれば、次回のＶＮ１６は閉じ側に制御される。この場合、算出部１０６において実現可能ＶＮ開度が算出される。一方、減算結果が０より小さい、つまり、定常目標ＶＮ開度から前回ＶＮ開度を減算した値がマイナスであれば、次回ＶＮ１６は開き側に制御される。この場合、算出部１０８において実現可能ＶＮ開度が算出される。

ところで、本実施の形態のシステムでは、ＶＮの開度を変化させる場合、ＶＮ等速制御が行われる。ＶＮ等速制御とは、ＶＮ１６の実開度の変化量を一定にする制御である。図６はＶＮ等速制御について説明する図である。図６に示されるように、ＶＮ開度は、開き側に変化させる場合と、閉じ側に変化させる場合とのそれぞれに対して設定された動作速度で変化するように、決められている。従って、現在のＶＮ開度に対し、１制御周期後に実現可能なＶＮ開度の限界値は、予め設定されている動作速度と、前回ＶＮ開度から、算出することができる。

再び、図４を参照して、算出部９２で算出された実現可能ＶＮ開度は、ターボ後圧力Ｐ６、エキマニガス温度Ｔ４、タービン通過ガス量Ｇａ＋Ｇｆ等の各種状態量と共に、算出部９４に入力される。なお、ここで入力される各種状態量は、現在値又は前回算出された推定値等である。ここでは、ＥＣＵ７０は、１制御周期後に実現可能過給圧を算出するのであるが、ターボ後圧力Ｐ６、エキマニガス温度Ｔ４、タービン通過ガス量Ｇａ＋Ｇｆは、過給圧変化の影響を受けにくい状態量であり、従って、現在の検出値や前回演算値を用いても問題はない。

算出部９４では、今回のエキマニ圧力Ｐ４の推定値が算出される。エキマニ圧力Ｐ４の推定値は、以下の式（７）に従って算出される。式（７）において、μＡ_ＥＧＲは、ＥＧＲ弁の有効開口面積であり、ＥＧＲガス量とＥＧＲ弁実開度の２次元マップから算出される。μＡ_ＶＮは、設定された実現可能ＶＮ開度に応じてＶＮ開度とターボ通過ガス量との２次元マップから算出される値である。

算出部９４で演算されたエキマニ圧力Ｐ４の推定値は、ターボ後圧力Ｐ６、エキマニガス温度Ｔ４、タービン通過ガス量Ｇａ＋Ｇｆ等の各種状態量と共に、算出部９６に入力される。算出部９６では、実現可能過給圧が算出される。実現可能過給圧は、上述したターボモデルの逆モデル、つまり式（１）〜式（３）を用いた逆算により演算することができる。

ＥＣＵ７０は、更に、算出された実現可能過給圧を、定常目標過給圧に対するガード値として、目標過給圧を設定する構成を有している。図７は、目標過給圧を設定する構成を示すブロック図である。ＥＣＵ７０は、算出部１１０及び１１２を有している。算出部１１０には、エンジン回転速度ＮＥと燃料噴射量Ｑとが入力される。算出部１１０では、マップ等に従って、現在の運転状態において要求される定常目標過給圧が算出される。

算出部１１２には、算出部１１０で演算された定常目標過給圧と、上述した実現可能過給圧とが入力される。算出部１１２では、目標過給圧が設定される。具体的には、前回の目標過給圧と定常目標過給圧との範囲外に、実現可能過給圧がある場合には、今回の目標過給圧は、定常目標過給圧に設定される。一方、前回の目標過給圧と定常目標過給圧との範囲内に実現可能過給圧がある場合、目標過給圧を、前回の目標過給圧から定常目標過給圧に変化させた場合には、実現可能過給圧を超えることになる。従って、この場合、目標過給圧は実現可能過給圧による制限を受け、実現可能過給圧に設定されることになる。

言い換えると、ＶＮ１６を閉め側に制御する場合、定常目標過給圧が実現可能過給圧以下であれば、定常目標過給圧が目標過給圧とされ、定常目標過給圧が実現可能過給圧より大きい場合には、実現可能過給圧が目標過給圧となる。一方、ＶＮ１６を開き側に制御する場合、定常目標過給圧が実現可能過給圧以上であれば、定常目標過給圧が目標過給圧とされ、定常目標過給圧が実現可能過給圧より小さい場合には、実現可能過給圧が目標過給圧とされる。

実現可能過給圧でガードされて算出された目標過給圧は、図３に示すターボモデルに入力されて、ＶＮ開度の算出に用いられる。

３．本実施の形態の制御のタイミングチャート
図８に、上述した制御により目標過給圧を設定した場合の各状態量の変化の一例を示す。図８の例は、エンジン回転速度ＮＥは一定で、燃料噴射量Ｑが大きく変化した場合の例である。また、図８には比較のため、従来の制御で設定される各状態量の変化を破線にて示す。

図８の例では、時間Ｔ１において、燃料噴射量Ｑが増量され、これに伴って定常目標過給圧が増加する。上述したように、ＶＮ開度は等速制御により制御されるため、実現可能ＶＮ開度は、定常目標過給圧に応じたＶＮ開度の最終的な目標値に向けて一定の割合で増加し、ＶＮ１６は閉じ側に制御される。

燃料噴射量Ｑの増加に伴い、１制御周期後のエキマニ圧力Ｐ４の推定値が上昇し、実現可能過給圧が上昇する。設定される目標過給圧は、実現可能過給圧を上限とする範囲内で定常目標過給圧に設定される。従って、図８の目標過給圧に示されるように、実現可能過給圧が定常目標過給圧に達する時間Ｔ２までの間は、目標過給圧は実現可能過給圧と一致し、その後は、目標過給圧は、定常目標過給圧となる。

本実施の形態の制御によれば、目標過給圧が、実現不能な値に設定されることを避けることができる。従って、目標過給圧と実過給圧との差分を小さくすることができる。このため、定常目標過給圧を目標過給圧としてそのまま用いる従来の場合と比較して、積分項に蓄積される差分が小さくなる。これにより、積分項の増大による、過給圧のオーバーシュートの発生を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、ターボ過給機１０を有し、ＶＮ開度を制御することで過給圧を制御する場合について説明した。しかし、例えばＷＧＶを有する過給機や、電動過給機を有する構成であってもよい。この場合にも上記同様に、実現可能過給圧を求め、目標過給圧に対する制限値とすることで、過給圧のオーバーシュートを抑制することができる。

なお、以上に説明した種々の算出部は、個別のハードウェアとして存在するものではなく、ＥＣＵ７０のメモリに記憶されたプログラムが実行されたときに、仮想的に実現されるものである。

２ エンジン
４ インジェクタ
１０ ターボ過給機
１２ タービン
１４ コンプレッサ
１６ ＶＮ
２０ 吸気通路
２２ 吸気マニホールド
３０ エアクリーナ
３２ インタークーラ
３４ Ｄスロ
４０ 排気通路
４２ 排気マニホールド
４４ 後処理装置
５０ ＥＧＲ通路
５２ ＥＧＲクーラ
５４ バイパス通路
５６ ＥＧＲバルブ
６０ エアフローメータ
６２ 温度センサ
６４ 吸気圧センサ
６８ アクセルペダル
７０ ＥＣＵ
７２〜７７ 算出部
８０ 目標コンプレッサ後圧力算出部
８２ 目標コンプレッサ仕事算出部
８４ 目標タービン仕事算出部
８６ 目標排気系状態量算出部
９２、９４、９６、１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２ 算出部

Claims (1)

1. 過給圧を変更するためのアクチュエータを有する過給機を備え、
   過給圧が目標過給圧となるように、前記アクチュエータの操作量をフィードバック制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の回転速度と燃料噴射量とに応じた過給圧の目標値である定常目標過給圧を算出し、
   前記過給圧の前回の目標過給圧に応じて、今回操作可能な前記アクチュエータの操作量である実現可能操作量を算出し、
   前記実現可能操作量に応じて、今回実現可能な過給圧である実現可能過給圧を算出し、
   前記前回の目標過給圧と前記定常目標過給圧との範囲外に、前記実現可能過給圧がある場合には、今回の目標過給圧を、前記定常目標過給圧に設定し、
   前記前回の目標過給圧と前記定常目標過給圧との範囲内に、前記実現可能過給圧がある場合には、今回の目標過給圧を、前記実現可能過給圧に設定する、
   ように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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