JP2020029815A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転状況に応じてサージの発生をより適切に抑制する。【解決手段】内燃機関の制御装置における空気量算出部は、内燃機関の機関回転数に基づいて、吸気通路から気筒に導入される単位時間当たりの最大の空気量を、シリンダ最大吸入空気量として算出する。また、空気量算出部は、吸気通路におけるコンプレッサホイールよりも上流側の圧力と下流側の圧力との圧力比に基づいて、吸気通路でサージを発生させないために吸気通路におけるコンプレッサホイールよりも上流側から下流側に流通させる必要がある単位時間当たりの最小の空気量を、サージ限界空気量として算出する。内燃機関の制御装置におけるバルブ制御部は、シリンダ最大吸入空気量がサージ限界空気量以上である場合にはＥＧＲバルブの開度を小さくし、シリンダ最大吸入空気量がサージ限界空気量未満である場合にはＥＧＲバルブの開度を大きくする。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１の内燃機関は、排気の流通を利用して吸気を圧縮するターボチャージャを備えている。具体的には、内燃機関の排気通路には、排気の流通によって回転するタービンホイールが設けられている。そして、内燃機関の吸気通路には、タービンホイールと一体的に回転するコンプレッサホイールが設けられている。また、排気通路におけるタービンホイールよりも上流側には、ＥＧＲ通路の一端が接続されている。ＥＧＲ通路の他端は、吸気通路におけるコンプレッサホイールよりも下流側の部分に接続されている。ＥＧＲ通路の途中には、当該ＥＧＲ通路の流路を開閉するＥＧＲバルブが取り付けられている。

特許文献１の内燃機関では、当該内燃機関に対する目標トルクが小さくなって気筒内に噴射される燃料の量が減少された場合には、ＥＧＲバルブの開度が小さく制御される。すると、ＥＧＲ通路から吸気通路に還流される排気が減少して、その分、吸気通路から気筒に導入される外気量（新気量）が大きくなる。したがって、特許文献１の内燃機関では、吸気通路におけるコンプレッサホイールよりも下流側の部分の圧力が、吸気通路におけるコンプレッサホイールよりも上流側の部分よりも過度に高くなってガスがコンプレッサホイールよりも上流側に逆流する現象、いわゆるサージの発生が抑制される。

特開２００５−２４０７５６号公報

特許文献１の内燃機関のように、内燃機関に対する目標トルクが小さくなった場合にＥＧＲバルブの開度を小さく制御しても、内燃機関の運転状況によっては、依然として吸気通路におけるコンプレッサホイールよりも下流側の部分の圧力が過度に高くなることがある。したがって、内燃機関の運転状況に応じてサージの発生をより適切に抑制できる技術が求められる。

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、気筒に接続されて当該気筒に吸気を導入する吸気通路と、前記気筒に接続されて当該気筒から排気を排出する排気通路と、前記排気通路に設けられて排気の流通によって回転するタービンホイールと、前記吸気通路に設けられて前記タービンホイールと一体的に回転するコンプレッサホイールと、前記排気通路における前記タービンホイールよりも上流側の部分から前記吸気通路における前記コンプレッサホイールよりも下流側の部分までを繋ぐＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられて当該ＥＧＲ通路の流路を開閉するＥＧＲバルブとを備えている内燃機関に適用された制御装置であって、前記ＥＧＲバルブを開閉制御するバルブ制御部と、流通する空気量を算出する空気量算出部とを備えており、前記空気量算出部は、内燃機関の機関回転数に基づいて、前記吸気通路から前記気筒に導入される単位時間当たりの最大の空気量を、シリンダ最大吸入空気量として算出し、前記吸気通路における前記コンプレッサホイールよりも上流側の圧力と下流側の圧力との圧力比に基づいて、前記吸気通路でサージを発生させないために前記吸気通路における前記コンプレッサホイールよりも上流側から下流側に流通させる必要がある単位時間当たりの最小の空気量を、サージ限界空気量として算出し、前記バルブ制御部は、前記シリンダ最大吸入空気量が前記サージ限界空気量以上である場合には前記ＥＧＲバルブの開度を小さくし、前記シリンダ最大吸入空気量が前記サージ限界空気量未満である場合には前記ＥＧＲバルブの開度を大きくする。

上記構成によれば、シリンダ最大吸入空気量がサージ限界空気量以上である場合にはＥＧＲバルブの開度が小さくされて、ＥＧＲ通路から吸気通路に流入する排気の量が少なくなる。したがって、気筒内に多くの外気（新気）が流入することになり、サージの発生を抑制できる。その一方で、シリンダ最大吸入空気量がサージ限界空気量未満である場合にはＥＧＲバルブの開度が大きくされて、吸気通路の外気（新気）がＥＧＲ通路を逆流して排気通路に流出する。したがって、吸気通路におけるコンプレッサホイールよりも下流側の圧力が低下して、サージの発生を抑制できる。このように、シリンダ最大吸入空気量とサージ限界空気量との関係に応じてサージの発生を抑制するための態様を変えることで、より多様な内燃機関の運転状況において、サージの発生を抑制できる。

内燃機関及び制御装置の概略図。 サージ抑制制御のための一連の処理を示すフローチャート。 圧力比及びサージ限界空気量の関係性を示す関係図。 （ａ）は、アクセル開度の変化を示すタイムチャート。（ｂ）は、燃料噴射量の変化を示すタイムチャート。（ｃ）は、内燃機関の機関回転数の変化を示すタイムチャート。（ｄ）は、吸排気圧力の変化を示すタイムチャート。（ｅ）は、空気量の変化を示すタイムチャート。（ｆ）は、ＥＧＲバルブの開度の変化を示すタイムチャート。

以下、実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。まず、図１を参照して車両に搭載された内燃機関１００の概略構成について説明する。
図１に示すように、内燃機関１００は、当該内燃機関１００の外部から外気（新気）を導入するための吸気通路１１を備えている。吸気通路１１の途中には、当該吸気通路１１を流通する空気量を検出するためのエアフローメータ７１を備えている。吸気通路１１におけるエアフローメータ７１よりも下流側の部分には、スロットルバルブ３１が取り付けられている。スロットルバルブ３１は、吸気通路１１の流路を開閉することにより、吸気通路１１の流路を流通する空気量を制御する。吸気通路１１におけるスロットルバルブ３１よりも下流側の部分には、吸気通路１１の流路を流通する空気の温度を検出するための吸気温センサ７２が取り付けられている。吸気通路１１における吸気温センサ７２よりも下流側の部分には、吸気通路１１の圧力を検出するための過給圧センサ７３が取り付けられている。吸気通路１１における過給圧センサ７３よりも下流側の部分には、燃料を噴射する燃料噴射弁３２が取り付けられている。

吸気通路１１の下流端には、燃料を外気（新気）と混合して燃焼させるための気筒１２が接続されている。気筒１２の内部には、当該気筒１２の内部を往復運動するピストン２１が配置されている。ピストン２１は、コネクティングロッド２２を介してクランクシャフト２３に連結されている。クランクシャフト２３は、ピストン２１の往復運動によって回転する。クランクシャフト２３の近傍には、当該クランクシャフト２３の回転角度を検出するためのクランク角センサ７４が取り付けられている。気筒１２には、当該気筒１２から排気を排出するための排気通路１３の上流端が接続されている。

内燃機関１００は、空気を圧縮して気筒１２に供給するためのターボチャージャ４０を備えている。ターボチャージャ４０におけるコンプレッサハウジング４１は、吸気通路１１におけるエアフローメータ７１よりも下流側であってスロットルバルブ３１よりも上流側の部分に取り付けられている。また、ターボチャージャ４０におけるタービンハウジング４３は、排気通路１３の途中に取り付けられている。ターボチャージャ４０におけるコンプレッサハウジング４１及びタービンハウジング４３は、ターボチャージャ４０におけるベアリングハウジング４２を介して接続されている。

タービンハウジング４３の内部には、排気の流通によって回転するタービンホイール４８が収容されている。すなわち、排気通路１３にはタービンホイール４８が設けられている。タービンホイール４８には、連結シャフト４７の一端が接続されている。連結シャフト４７の中央部分は、ベアリングハウジング４２の内部に収容されている。連結シャフトは、図示しないベアリングによって回転可能に支持されている。連結シャフト４７の他端には、コンプレッサホイール４６が接続されている。コンプレッサホイール４６は、コンプレッサハウジング４１の内部に収容されている。すなわち、吸気通路１１にはコンプレッサホイール４６が設けられている。コンプレッサホイール４６は、タービンホイール４８と一体的に回転し、空気を圧縮して下流側（気筒１２側）に供給する。

排気通路１３におけるタービンホイール４８よりも上流側の部分には、ＥＧＲ通路１６の一端が接続されている。ＥＧＲ通路１６の他端は、吸気通路１１における吸気温センサ７２よりも下流側であって過給圧センサ７３よりも上流側の部分に接続されている。すなわち、ＥＧＲ通路１６は、排気通路１３におけるタービンホイール４８よりも上流側の部分から吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分までを繋いでいる。ＥＧＲ通路１６の途中には、ＥＧＲバルブ３３が取り付けられている。ＥＧＲバルブ３３は、ＥＧＲ通路１６の流路を開閉することにより、ＥＧＲ通路１６を介して排気通路１３から吸気通路１１に還流する排気の量を制御する。

上記のスロットルバルブ３１、燃料噴射弁３２、及びＥＧＲバルブ３３は、制御装置８０によって制御される。制御装置８０は、スロットルバルブ３１、燃料噴射弁３２、及びＥＧＲバルブ３３を開閉制御するバルブ制御部８１と、吸気通路１１等を流通する空気量やその他ＥＧＲバルブ３３の制御に必要なパラメータを算出する算出部８２とを備えている。バルブ制御部８１は、スロットルバルブ３１に対して、当該スロットルバルブ３１を開閉制御するための制御信号を出力する。また、バルブ制御部８１は、燃料噴射弁３２に対して、当該燃料噴射弁３２を開閉制御するための制御信号を出力する。バルブ制御部８１は、ＥＧＲバルブ３３に対して、当該ＥＧＲバルブ３３を開閉制御するための制御信号を出力する。

制御装置８０には、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも上流側の部分を流通する空気量Ｘ１を示す信号がエアフローメータ７１から入力される。また、制御装置８０には、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分の流路を流通する空気の温度である空気温Ｘ２を示す信号が吸気温センサ７２から入力される。制御装置８０には、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分の圧力である過給圧Ｘ３を示す信号が過給圧センサ７３から入力される。また、制御装置８０には、クランクシャフト２３の回転角度Ｘ４を示す信号がクランク角センサ７４から入力される。

制御装置８０には、大気の圧力を検出するための大気圧センサ７５から大気圧Ｘ５を示す信号が入力される。また、制御装置８０には、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するためのアクセル開度センサ７６からアクセル開度Ｘ６を示す信号が入力される。

制御装置８０には、気筒１２の体積効率が予め記憶されている。気筒１２の体積効率とは、任意の大気圧、大気温のもと、１回の吸気行程において当該気筒１２に吸入される吸気の質量を、１回の排気行程において気筒１２から排出される排気の質量（ピストン２１の押しのけ量）で除したものである。本実施形態において、制御装置８０は、内燃機関１００全体を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）として構成されている。

次に、制御装置８０が行うサージ抑制制御のための一連の処理について説明する。制御装置８０は、車両のシステム起動スイッチ（スタートスイッチ、メインスイッチ等と呼称されることもある。）がオン操作されて当該制御装置８０が動作を開始したときから、システム起動スイッチがオフ操作されて当該制御装置８０が動作を終了するときまで、所定周期毎にサージ抑制制御のための一連の処理を繰り返し実行する。

図２に示すように、制御装置８０は、サージ抑制制御のための一連の処理を開始すると、ステップＳ１１の処理を実行する。ステップＳ１１において、制御装置８０における算出部８２は、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも上流側の圧力と吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の圧力との圧力比Ａを算出する。ここで、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも上流側の圧力は、大気圧センサ７５によって検出される大気圧Ｘ５である。また、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の圧力は、過給圧センサ７３によって検出される過給圧Ｘ３である。この実施形態では、圧力比Ａは、「過給圧Ｘ３／大気圧Ｘ５」で表される。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２において、制御装置８０における算出部８２は、吸気通路１１でサージを発生させないために吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも上流側から下流側に流通させる必要がある単位時間当たりの最小の空気量（質量）を、サージ限界空気量Ｂとして算出する。

ここで、大気圧Ｘ５が一定であると仮定した場合、過給圧Ｘ３が大きくなるほど、吸気通路１１においてコンプレッサホイール４６よりも下流側から上流側へと吸気が逆流しやすくなる。そして、このような吸気の逆流を防ぐためには、吸気通路１１においてコンプレッサホイール４６よりも上流側から下流側へと多くの吸気を流通させる必要がある。したがって、図３に示すように、サージ限界空気量Ｂは、圧力比Ａが大きくなるほど（過給圧Ｘ３が大きくなるほど）大きくなる。バルブ制御部８１には、このような圧力比Ａに対するサージ限界空気量Ｂの関係マップが予め記憶されており、算出部８２は、圧力比Ａ及び関係マップに基づいてサージ限界空気量Ｂを算出する。

図２に示すように、ステップＳ１２の後、制御装置８０は、処理をステップＳ１３に進める。ステップＳ１３において、制御装置８０における算出部８２は、吸気通路１１から気筒１２に導入される単位時間当たりの最大の空気量（質量）を、シリンダ最大吸入空気量Ｃとして算出する。具体的には、算出部８２は、気筒１２の体積効率、単位時間当たりのクランクシャフト２３の回転数である内燃機関１００の機関回転数、吸気温センサ７２によって検出される空気温Ｘ２、過給圧センサ７３によって検出される過給圧Ｘ３に基づいて、シリンダ最大吸入空気量Ｃを算出する。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１４に進める。

ステップＳ１４において、制御装置８０における算出部８２は、当該ステップＳ１４実行時点の内燃機関１００の運転状況において、気筒１２の内部に導入する外気（新気）の基準的な量であるベース目標空気量Ｄを算出する。具体的には、算出部８２は、アクセル開度センサ７６によって検出されるアクセル開度Ｘ６に基づいて、内燃機関１００に求められる目標のトルクである目標トルクを算出する。また、算出部８２は、目標トルクに基づいて、目標トルクを得るために必要な目標燃料噴射量を算出する。そして、算出部８２は、目標燃料噴射量に基づいて、目標燃料噴射量の燃料を、適切な空燃比（例えば理論空燃比）で燃焼させるために必要な空気量（質量）であるベース目標空気量Ｄを算出する。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ２１に進める。

ステップＳ２１において、制御装置８０は、ベース目標空気量Ｄがサージ限界空気量Ｂよりも小さいか否かを判定する。ステップＳ２１において、ベース目標空気量Ｄがサージ限界空気量Ｂ以上であると判定した場合（Ｓ２１：ＮＯ）、制御装置８０は、今回のサージ抑制制御のための一連の処理を終了する。この場合には、制御装置８０におけるバルブ制御部８１は、目標燃料噴射量及びベース目標空気量Ｄに応じて、スロットルバルブ３１の開閉制御、燃料噴射弁３２の開閉制御、及びＥＧＲバルブ３３の開閉制御を行う。

なお、ベース目標空気量Ｄがサージ限界空気量Ｂ以上である場合には、内燃機関１００においてベース目標空気量Ｄで吸気が行われれば、吸気通路１１においてサージの発生を防止するのに足る十分な吸気量が確保される。したがって、ステップＳ２１において否定判定（Ｓ２１：ＮＯ）されたときには、吸気通路１１においてサージは発生しにくい。

一方、ステップＳ２１において、制御装置８０は、ベース目標空気量Ｄがサージ限界空気量Ｂよりも小さいと判定した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２２に進める。

ステップＳ２２において、制御装置８０は、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂよりも小さいか否かを判定する。ステップＳ２２において、制御装置８０は、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂよりも小さいと判定した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、処理をステップＳ３１に進める。

ステップＳ３１において、制御装置８０におけるバルブ制御部８１は、ＥＧＲバルブ３３の開度を、ステップＳ３１の直前のＥＧＲバルブ３３の開度に比べて大きくする。具体的には、バルブ制御部８１は、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値が大きいほど、ステップＳ３１の直前のＥＧＲバルブ３３の開度に比べて開度が大きくなるようにＥＧＲバルブ３３の開度を大きくする。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ３２に進める。

ステップＳ３２において、制御装置８０におけるバルブ制御部８１は、スロットルバルブ３１の開度を、ステップＳ３２の直前のスロットルバルブ３１の開度に比べて大きくする。具体的には、バルブ制御部８１は、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値が大きいほど、ステップＳ３２の直前のスロットルバルブ３１の開度に比べて開度が大きくなるようにスロットルバルブ３１の開度を大きくする。その後、制御装置８０は、今回のサージ抑制制御のための一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ２２において、制御装置８０は、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂ以上であると判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、処理をステップＳ４１に進める。

ステップＳ４１において、制御装置８０におけるバルブ制御部８１は、ＥＧＲバルブ３３の開度を、ステップＳ４１の直前のＥＧＲバルブ３３の開度に比べて小さくする。具体的には、バルブ制御部８１は、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値が小さいほど、ステップＳ４１の直前のＥＧＲバルブ３３の開度に比べて開度が小さくなるようにＥＧＲバルブ３３の開度を小さくする。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ４２に進める。

ステップＳ４２において、制御装置８０におけるバルブ制御部８１は、サージ限界空気量Ｂに応じてスロットルバルブ３１の開度を制御する。具体的には、バルブ制御部８１は、吸気通路１１から気筒１２に導入される外気（新気）の導入量がサージ限界空気量Ｂ以上になるようにスロットルバルブ３１の開度を大きくする。なお、ステップＳ４１においてＥＧＲバルブ３３の開度が小さくされて吸気通路１１に流入する排気の量が小さくなる。そのため、通常、バルブ制御部８１は、小さくなった排気の量を補うために、ステップＳ４２の直前のスロットルバルブ３１の開度に比べて開度が大きくなるようにスロットルバルブ３１の開度を大きくする。その後、制御装置８０は、今回のサージ抑制制御のための一連の処理を終了する。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
図４（ａ）に示すように、時刻ｔ１よりも前において、運転者によるアクセルペダルの操作によってアクセル開度Ｘ６がある程度大きくなっているとする。そして、時刻ｔ１において、運転者によるアクセルペダルの操作によってアクセル開度Ｘ６が急激に小さくなったものとする。すると、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ１以降において、燃料噴射弁３２から噴射される燃料噴射量が小さくなる。また、燃料噴射量が小さくなることで、図４（ｃ）に示すように、内燃機関１００の機関回転数が徐々に小さくなる。

このように内燃機関１００の機関回転数が小さくなると、ピストン２１の往復運動によって吸気通路１１から気筒１２に導入される空気の量が小さくなる。そのため、図４（ｅ）に実線で示すように、シリンダ最大吸入空気量Ｃは、時刻ｔ１以降において徐々に小さくなる。

また、内燃機関１００の機関回転数が小さくなると、気筒１２から排気通路１３に排出される排気量が小さくなる。そして、図４（ｄ）に二点鎖線で示すように、排気通路１３におけるタービンホイール４８よりも上流側の部分の圧力である排気圧Ｙ３は、時刻ｔ１以降において徐々に小さくなる。

その一方で、ターボチャージャ４０におけるタービンホイール４８は、すぐには停止せず、ある程度の期間は慣性によって回転し続ける。そのため、タービンホイール４８の回転数の低下は、内燃機関１００の機関回転数の低下に比べて緩やかになる。そして、タービンホイール４８が回転し続けることで、コンプレッサホイール４６も回転し続ける。すると、コンプレッサホイール４６の回転に伴う下流側への空気の圧縮が継続されるため、図４（ｄ）に実線で示すように、過給圧Ｘ３が維持されやすい。そのため、過給圧Ｘ３の低下は、排気圧Ｙ３の低下に比べて緩やかになる。

また、コンプレッサホイール４６の回転に伴う下流側への空気の圧縮が継続されるため、過給圧Ｘ３は、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも上流側の部分の圧力に比べて高くなった状態が維持され、時刻ｔ１の後、ある程度の期間は圧力比Ａが大きな状態で維持される。そのため、図４（ｅ）に二点鎖線で示すように、サージ限界空気量Ｂの低下は、シリンダ最大吸入空気量Ｃの低下に比べて緩やかになる。そして、時刻ｔ１の後、しばらくの期間はシリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂよりも大きく、時刻ｔ２においてシリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂと等しくなる。その時刻ｔ２の後、しばらくの期間は、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂよりも小さくなる。

仮に、時刻ｔ２において、ＥＧＲバルブ３３の開度が小さくなるように制御されてＥＧＲバルブ３３の開度がゼロになったとする。この場合には、ＥＧＲ通路１６を介して排気通路１３から吸気通路１１に排気が還流されないため、吸気通路１１には内燃機関１００の外部から吸気通路１１に導入される外気（新気）のみが流通する。しかし、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂよりも小さい場合、ＥＧＲバルブ３３の開度がゼロでも、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分から気筒１２を経て排出される空気量は、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも上流側から下流側の部分に導入される空気量よりも大きくならない。すると、過給圧Ｘ３が、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも上流側の部分の圧力に比べて過度に高くなることで、吸気通路１１においてサージが発生するおそれがある。

これに対して、本実施形態では、時刻ｔ２において、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂよりも小さくなった場合、図４（ｆ）に示すように、ＥＧＲバルブ３３の開度を大きくしている。ここで、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂよりも小さくなった場合においては、図４（ｄ）に示すように、過給圧Ｘ３は、排気圧Ｙ３よりも大きくなっている。そのため、ＥＧＲバルブ３３が開弁している場合には、ＥＧＲ通路１６を介して吸気通路１１から排気通路１３に外気（新気）が流出する。そして、ＥＧＲバルブ３３の開度が大きくなると、ＥＧＲ通路１６を介して吸気通路１１から排気通路１３に流出する外気（新気）の量が大きくなる。すると、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分から気筒１２を経て排気通路１３に排出される空気量と、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分からＥＧＲ通路１６を経て排気通路１３に排出される空気量の総量は、シリンダ最大吸入空気量Ｃよりも大きくなる。これにより、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分から排出される空気量は、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分に導入される空気量に対して大きくなる。その結果、過給圧Ｘ３が小さくなるため、過給圧Ｘ３が、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも上流側の部分の圧力に比べて過度に高くなることを抑制でき、サージの発生を抑制できる。

また、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂよりも小さくなっている場合、両者の差の絶対値が大きいほど、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分から排出される空気量と、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分に導入される空気量との差が大きくなる。そのため、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値が大きい場合には、過給圧Ｘ３が特に高くなりやすい。

本実施形態では、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値が大きいほど、直前のＥＧＲバルブ３３の開度に比べて開度が大きくなるようにＥＧＲバルブ３３の開度を大きくする。これにより、ＥＧＲバルブ３３の開度を制御する前に比べて、ＥＧＲ通路１６を介して吸気通路１１から排気通路１３に流出する外気（新気）の量が大きくなるため、過給圧Ｘ３が高くなることを効果的に抑制できる。

さらに、本実施形態では、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂよりも小さくなった場合、直前のスロットルバルブ３１の開度に比べてスロットルバルブ３１の開度を大きくする。そのため、スロットルバルブ３１の開度が小さいことによって、ＥＧＲ通路１６を介して吸気通路１１から排気通路１３に流出する外気（新気）の量が小さくなってしまうことを抑制できる。

また、本実施形態では、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値が大きいほど、直前のスロットルバルブ３１の開度に比べて開度が大きくなるようにスロットルバルブ３１の開度を大きくする。これにより、過給圧Ｘ３が特に高くなりやすい状況においては、スロットルバルブ３１の開度をより大きくすることで、過給圧Ｘ３の圧力を速やかに小さくできる。

本実施形態では、図４（ｅ）に示すように、時刻ｔ３において、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂ以上になった場合、図４（ｆ）に示すように、ＥＧＲバルブ３３の開度を小さくする。ここで、時刻ｔ３においては、図４（ｄ）に示すように、過給圧Ｘ３は、排気圧Ｙ３以下になっている。そのため、ＥＧＲバルブ３３が開弁している場合には、ＥＧＲ通路１６を介して排気通路１３から吸気通路１１に排気が還流する。そして、ＥＧＲバルブ３３の開度が小さくなると、ＥＧＲ通路１６を介して排気通路１３から吸気通路１１に還流する排気の量が小さくなる。このようにＥＧＲ通路１６を介して排気通路１３から吸気通路１１に還流する排気の量が小さくなると、吸気通路１１から気筒１２に導入される外気（新気）の導入量が大きくなる。すると、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分から排出される外気（新気）の量は、シリンダ最大吸入空気量Ｃに近づくように大きくなる。これにより、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分から気筒１２を経て排気通路１３に排出される外気（新気）のは、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも下流側の部分に導入される空気量に対して大きくなりやすい。その結果、過給圧Ｘ３が小さくなるため、過給圧Ｘ３が、吸気通路１１におけるコンプレッサホイール４６よりも上流側の部分の圧力に比べて過度に高くなることを抑制でき、サージの発生を抑制できる。

ここで、ＥＧＲ通路１６を介して排気通路１３から吸気通路１１に還流される排気量が大きいほど、吸気通路１１から気筒１２に導入される外気（新気）の導入量は小さくなる。そのため、シリンダ最大吸入空気量Ｃがサージ限界空気量Ｂ以上になっており、両者の差の絶対値が小さい場合には、ＥＧＲ通路１６を介して排気通路１３から吸気通路１１に排気を還流させる余裕がなく、吸気通路１１から気筒１２に導入される外気（新気）の導入量を大きくする必要がある。

そこで、本実施形態では、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値が小さいほど、直前のＥＧＲバルブ３３の開度に比べて開度が小さくなるようにＥＧＲバルブ３３の開度を小さくする。これにより、ＥＧＲ通路１６を介して排気通路１３から吸気通路１１に排気を還流させる余裕がなく、吸気通路１１から気筒１２に導入される外気（新気）の導入量を大きくする必要があるときほど、ＥＧＲ通路１６を介して排気通路１３から吸気通路１１に還流される排気量を小さくできる。

本実施形態では、このようにシリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの関係に応じてサージの発生を抑制するための態様を変えている。したがって、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの関係性が変化するような多様な内燃機関１００の運転状況において、サージの発生を適切に抑制できる。

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。
・上記実施形態において、ステップＳ１２におけるサージ限界空気量Ｂの算出態様は変更できる。例えば、算出部８２は、圧力比Ａ、及び圧力比Ａに対するサージ限界空気量Ｂの関係性を示す数式に基づいてサージ限界空気量Ｂを算出してもよい。なお、この場合には、圧力比Ａに対するサージ限界空気量Ｂの関係性を示す数式も、両者の関係性が記述されているという点で関係マップである。

・上記実施形態において、圧力比Ａは、「大気圧Ｘ５／過給圧Ｘ３」で表してもよい。なお、この場合には、圧力比Ａと圧力比Ａに関連するパラメータとの関係性は反対にすればよい。

・上記実施形態において、ステップＳ２１の処理、すなわちステップＳ２２を開始するための条件は変更できる。例えば、制御装置８０は、ステップＳ２１に変えて、アクセル開度Ｘ６が所定開度以上小さくなったか否かを判定する処理を行ってもよい。この場合にも、運転者によるアクセルペダルの操作に基づいてサージが発生しやすいときにステップＳ２２以降の処理を実施できる。なお、このようにステップＳ２１の処理を変更した場合には、ステップＳ１４の処理を省略してもよい。

・上記実施形態において、ステップＳ３１におけるＥＧＲバルブ３３の開度の制御態様は変更できる。例えば、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値の大きさに関係なく、ＥＧＲバルブ３３の開度を一定の開度分だけ大きくしてもよい。また、例えば、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値の大きさに関係なく、ＥＧＲバルブ３３の開度を全開にしてもよい。

・上記実施形態において、ステップＳ３２におけるスロットルバルブ３１の開度の制御態様は変更できる。例えば、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値の大きさに関係なく、スロットルバルブ３１の開度を一定の開度分だけ大きくしてもよい。また、スロットルバルブ３１の開度を変更しなくてもよい。ＥＧＲバルブ３３の開度が大きくされてＥＧＲ通路１６を介して吸気通路１１から排気通路１３に排出される外気（新気）が多くなれば、過給圧Ｘ３は低下する。したがって、スロットルバルブ３１の開度が変更されなくても、スロットルバルブ３１を流通する外気（新気）の量は多くなる。

・上記実施形態において、ステップＳ４１におけるＥＧＲバルブ３３の開度の制御態様は変更できる。例えば、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値の大きさに関係なく、ＥＧＲバルブ３３の開度を一定の開度分だけ小さくしてもよい。また、例えば、シリンダ最大吸入空気量Ｃとサージ限界空気量Ｂとの差の絶対値の大きさに関係なく、ＥＧＲバルブ３３の開度を全閉にしてもよい。

・上記実施形態において、ステップＳ４２におけるスロットルバルブ３１の開度の制御態様は変更できる。例えば、吸気通路１１から気筒１２に導入される外気（新気）の導入量がサージ限界空気量Ｂ以上になるようにスロットルバルブ３１の開度を大きくなるのであれば、スロットルバルブ３１の開度を一定の開度分だけ大きくしてもよい。

Ａ…圧力比、Ｂ…サージ限界空気量、Ｃ…シリンダ最大吸入空気量、Ｄ…ベース目標空気量、Ｘ１…空気量、Ｘ２…空気温、Ｘ３…過給圧、Ｘ４…回転角度、Ｘ５…大気圧、Ｘ６…アクセル開度、Ｙ３…排気圧、１１…吸気通路、１２…気筒、１３…排気通路、１６…ＥＧＲ通路、２１…ピストン、２２…コネクティングロッド、２３…クランクシャフト、３１…スロットルバルブ、３２…燃料噴射弁、３３…ＥＧＲバルブ、４０…ターボチャージャ、４１…コンプレッサハウジング、４２…ベアリングハウジング、４３…タービンハウジング、４６…コンプレッサホイール、４７…連結シャフト、４８…タービンホイール、７１…エアフローメータ、７２…吸気温センサ、７３…過給圧センサ、７４…クランク角センサ、７５…大気圧センサ、７６…アクセル開度センサ、８０…制御装置、８１…バルブ制御部、８２…算出部、１００…内燃機関。

Claims (1)

1. 気筒に接続されて当該気筒に吸気を導入する吸気通路と、前記気筒に接続されて当該気筒から排気を排出する排気通路と、前記排気通路に設けられて排気の流通によって回転するタービンホイールと、前記吸気通路に設けられて前記タービンホイールと一体的に回転するコンプレッサホイールと、前記排気通路における前記タービンホイールよりも上流側の部分から前記吸気通路における前記コンプレッサホイールよりも下流側の部分までを繋ぐＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられて当該ＥＧＲ通路の流路を開閉するＥＧＲバルブとを備えている内燃機関に適用された制御装置であって、
   前記ＥＧＲバルブを開閉制御するバルブ制御部と、
   流通する空気量を算出する空気量算出部とを備えており、
   前記空気量算出部は、
   内燃機関の機関回転数に基づいて、前記吸気通路から前記気筒に導入される単位時間当たりの最大の空気量を、シリンダ最大吸入空気量として算出し、
   前記吸気通路における前記コンプレッサホイールよりも上流側の圧力と下流側の圧力との圧力比に基づいて、前記吸気通路でサージを発生させないために前記吸気通路における前記コンプレッサホイールよりも上流側から下流側に流通させる必要がある単位時間当たりの最小の空気量を、サージ限界空気量として算出し、
   前記バルブ制御部は、
   前記シリンダ最大吸入空気量が前記サージ限界空気量以上である場合には前記ＥＧＲバルブの開度を小さくし、
   前記シリンダ最大吸入空気量が前記サージ限界空気量未満である場合には前記ＥＧＲバルブの開度を大きくする
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。