JP6330749B2

JP6330749B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP6330749B2
Application number: JP2015149845A
Authority: JP
Inventors: 貴史西尾
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: JP2017031826A

Description

ここに開示された技術は、ターボ過給機を備えたエンジン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エンジンとして、タービンをバイパスするバイパス通路が排気通路に設けられ、このバイパス通路にウェイストゲートバルブが設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなエンジンにおいては、ウェイストゲートバルブの開度によりバイパス通路を流れる排気流量が調整され、それにより、タービンを通過する排気流量が調整され、ひいては、コンプレッサの過給圧が調整される。

このようなエンジンは、エンジンに関する様々な状態量に基づいてウェイストゲートバルブの開度を決定し、目標となる過給圧を実現する。

特開２０１３−２２４５９６号公報

ところで、前述のようなエンジンにおいて、タービンを通過する排気の流量の目標値である目標タービン流量を算出し、算出した目標タービン流量に基づいてウェイストゲートバルブの開度を制御すると共に、目標タービン流量をコンプレッサの実際の過給圧に基づいて補正することが考えられる。この構成においては、目標タービン流量に基づいてウェイストゲートバルブの開度が制御され、それに応じてタービンを通過する排気流量が調整される。このとき、算出された目標タービン流量に誤差が含まれていると、タービンを通過する排気流量が誤差の影響を受けた値に調整され、実際の過給圧が目標過給圧からずれることになる。その場合には、目標タービン流量が実際の過給圧に基づいて補正され、補正された目標タービン流量に基づいてウェイストゲートバルブの開度が制御される。

しかしながら、このような構成においては、算出された目標タービン流量の誤差が大きい場合には、目標タービン流量が適正な値に補正されるまでに時間を要し、過給圧の制御性が悪化する虞がある。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、算出された目標タービン流量の誤差が大きい場合の過給圧の制御性を向上させることにある。

ここに開示された技術は、排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機と、前記排気通路において前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブとを備えたエンジンの制御装置が対象である。そして、この制御装置は、前記タービンを通過する排気の流量の目標値である目標タービン流量を算出する目標タービン流量算出部と、前記コンプレッサの過給圧に基づいて前記目標タービン流量を補正するタービン流量補正部と、前記ウェイストゲートバルブの開度を前記目標タービン流量に基づいて制御するバルブ制御部とを備え、前記目標タービン流量算出部は、前記目標タービン流量の上限値を有し、前記目標タービン流量が前記上限値を超えないように前記目標タービン流量を制限するものとする。

この構成によれば、目標タービン流量算出部が目標タービン流量を算出し、バルブ制御部がウェイストゲートバルブを目標タービン流量に基づいて制御する。これにより、バイパス通路を流通する排気の流量、即ち、タービンをバイパスする排気の流量が調整され、ターボ過給機による過給圧が調整される。このとき、タービン流量補正部がコンプレッサの過給圧に基づいて目標タービン流量を補正することによって、バイパス通路を流通する排気の流量、ひいては過給圧が精度良く調整される。例えば、目標タービン流量が本来必要なタービン流量よりも大きい場合には、過給圧が必要以上に上昇するため、タービン流量補正部により目標タービン流量が減量補正される。

しかしながら、目標タービン流量が目標タービン流量算出部の演算誤差等によって過大である場合には、目標タービン流量がタービン流量補正部により減量補正されて適切な値となるまでに時間を要する。その結果、過給圧が適切な値に調整されるまでの時間も長くなる。

それに対し、目標タービン流量算出部は、目標タービン流量の上限値を有し、目標タービン流量が上限値を超えないように目標タービン流量を制限する。これにより、目標タービン流量が大きくなり過ぎることが防止され、目標タービン流量がタービン流量補正部により減量補正されて適切な値となるまでの時間が短くなる。その結果、過給圧が適切な値に調整されるまでの時間も短くなる。

また、前記目標タービン流量算出部は、前記エンジンから排出される排気総流量を前記上限値としてもよい。

前記エンジンにおいては、ウェイストゲートバルブが全閉状態であるときに、全ての排気がタービンに流入し、このときタービン流量は排気総流量と等しくなる。つまり、実際のタービン流量は、排気総流量以下となる。そこで、目標タービン流量の上限値を排気総流量としている。

この構成によれば、目標タービン流量算出部による目標タービン流量の算出値がどんなに大きくても排気総流量が目標タービン流量とされるため、過給圧を低減させるべくタービン流量補正部が目標タービン流量を減量補正すると、目標タービン流量はすぐに排気総流量を下回るようになる。その結果、排気の一部をバイパスさせるべくウェイストゲートバルブが早期に開かれる。これにより、過給圧が適切な値に調整されるまでの時間が短くなる。

さらに、前記タービン流量補正部は、前記コンプレッサの過給圧に基づいて前記コンプレッサの駆動力を求め、求めた前記駆動力に基づいて前記目標タービン流量を補正するようにしてもよい。

この構成によれば、目標タービン流量がコンプレッサの駆動力に基づいて補正されるものの、駆動力はコンプレッサの過給圧に基づいて求められるので、目標タービン流量は、実質的にはコンプレッサの過給圧に基づいて補正される。

前記エンジンの制御装置によれば、算出された目標タービン流量の誤差が大きい場合の過給圧の制御性を向上させることができる。

図１は、エンジンシステムの概略構成図である。図２は、ウェイストゲートバルブのバルブ開度制御に関わる部分を中心とした、ＥＣＵの機能ブロック図である。図３は、ウェイストゲートバルブのバルブ開度の算出方法を示すブロック図である。図４は、ウェイストゲートバルブのバルブ開度制御を示すフローチャートである。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〈エンジンシステムの構成〉
図１は、実施形態によるターボ過給機付エンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。

図１に示すように、エンジン１００は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１０と、この吸気通路１０から供給された吸気と後述する燃料噴射弁２３から供給された燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン本体２０（例えばガソリンエンジン）と、このエンジン本体２０内の燃焼により発生した排気を排出する排気通路３０と、エンジン１００全体を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを有する。

吸気通路１０には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ２と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、通過する吸気を冷却するインタークーラ９と、通過する吸気量を調整するスロットルバルブ１１と、エンジン本体２０に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク１３とが設けられている。

また、吸気通路１０には、コンプレッサ４ａによって過給された吸気の一部を、コンプレッサ４ａの上流側に還流するためのエアバイパス通路６が設けられている。具体的には、エアバイパス通路６は、一端がコンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ１１の上流側の吸気通路１０に接続され、他端がコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路１０に接続されている。また、このエアバイパス通路６には、エアバイパス通路６を流れる吸気の流量を制御するエアバイパスバルブ７が設けられている。

エンジン本体２０は、吸気ポート２５を開閉する吸気バルブ２２と、燃焼室２１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２３と、燃焼室２１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ２４と、燃焼室２１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２７と、ピストン２７の往復運動により回転されるクランクシャフト２８と、排気ポート２６を開閉する排気バルブ２９とを有する。

排気通路３０には、上流側から順に、通過する排気によって回転させられ、この回転によってコンプレッサ４ａを回転駆動する、ターボ過給機４のタービン４ｂと、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気の浄化機能を有する排気浄化触媒３７、３８とが設けられている。

また、排気通路３０には、排気を吸気通路１０に還流するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路３２が接続されている。このＥＧＲ通路３２は、一端がタービン４ｂの上流側の排気通路３０に接続され、他端がスロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１０に接続されている。加えて、ＥＧＲ通路３２には、還流させる排気を冷却するＥＧＲクーラ３３と、ＥＧＲ通路３２を流れる排気の流量を制御するＥＧＲバルブ３４とが設けられている。

さらに、排気通路３０には、排気にターボ過給機４のタービン４ｂを迂回させるタービンバイパス通路３５が設けられている。このタービンバイパス通路３５には、タービンバイパス通路３５を流れる排気の流量を制御するウェイストゲートバルブ（ＷＧバルブ）３６が設けられている。タービンバイパス通路３５は、バイパス通路の一例である。

また、図１に示すエンジン１００には、各種のセンサが設けられている。具体的には、エンジン１００の吸気系においては、エアクリーナ２の下流側の吸気通路１０（詳しくはエアクリーナ２とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１０）に、吸入空気流量を検出するエアフロメータ６１と吸気温度を検出する温度センサ６２とが設けられ、コンプレッサ４ａとスロットルバルブ１１との間の吸気通路１０に、過給圧を検出する圧力センサ６３が設けられ、スロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１０（詳しくはサージタンク１３内）に、インマニ圧を検出する圧力センサ６４が設けられている。

また、エンジン１００の排気系においては、ＥＧＲバルブ３４の開度であるＥＧＲ開度を検出するＥＧＲ開度センサ６５が設けられ、ウェイストゲートバルブ３６の開度であるＷ／Ｇ開度を検出するＷ／Ｇ開度センサ６６が設けられ、タービン４ｂの下流側の排気通路３０（詳しくはタービン４ｂと排気浄化触媒３７との間の排気通路３０）に、排気中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ６７と排気温度を検出する温度センサ６８とが設けられている。

エンジン本体２０には、クランク角を検出するクランク角センサ６９が設けられている。

エアフロメータ６１は、検出した吸入空気流量に対応する検出信号Ｓ６１をＥＣＵ５０に供給し、温度センサ６２は、検出した吸気温度に対応する検出信号Ｓ６２をＥＣＵ５０に供給し、圧力センサ６３は、検出した過給圧に対応する検出信号Ｓ６３をＥＣＵ５０に供給し、圧力センサ６４は、検出したインマニ圧に対応する検出信号Ｓ６４をＥＣＵ５０に供給し、ＥＧＲ開度センサ６５は、検出したＥＧＲ開度に対応する検出信号Ｓ６５をＥＣＵ５０に供給し、Ｗ／Ｇ開度センサ６６は、検出したＷ／Ｇ開度に対応する検出信号Ｓ６６をＥＣＵ５０に供給し、Ｏ₂センサ６７は、検出した酸素濃度に対応する検出信号Ｓ６７をＥＣＵ５０に供給し、温度センサ６８は、検出した排気温度に対応する検出信号Ｓ６８をＥＣＵ５０に供給する。クランク角センサ６９は、検出したクランク角に対応する検出信号Ｓ６９をＥＣＵ５０に供給する。また、エンジン１００には、大気圧を検出する大気圧センサ６０が設けられており、この大気圧センサ６０は、検出した大気圧に対応する検出信号Ｓ６０をＥＣＵ５０に供給する。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵと、ＣＰＵ上で実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）や各種のデータを格納するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリとを備えるコンピュータにより構成される。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサから供給された検出信号に基づいて、種々の制御や処理を行う。

図２は、ＷＧバルブ３６のバルブ開度制御に関わる部分を中心とした、ＥＣＵ５０の機能ブロック図を示す。図２に示すように、ＥＣＵ５０は、機能的には、エンジンから排出される排気の総流量を算出する排気総流量算出部５１と、前記タービンを通過する排気の流量の目標値である目標タービン流量を算出する目標タービン流量算出部５２と、コンプレッサ４ａの実過給圧に基づいて目標タービン流量を補正するタービン流量補正部５３と、ＷＧバルブ３６の開度を目標タービン流量に基づいて制御するバルブ制御部５４とを有する。ＥＣＵ５０は、尚、ＥＣＵ５０は、制御装置の一例である。

目標タービン流量算出部５２は、詳しくは後述するが、目標タービン流量の上限値を有し、目標タービン流量が上限値を超えないように目標タービン流量を制限する。

バルブ制御部５４は、バイパス流量を算出するバイパス流量算出部５５と、バイパス流量に応じたＷＧバルブ３６の基本開度を算出する基本開度算出部５６と、基本開度を補正するための補正開度を算出する補正開度算出部５７と、ＷＧバルブ３６のバルブ開度を算出するバルブ開度算出部５８とを有する。バルブ制御部５４は、算出したバルブ開度に基づいてＷＧバルブ３６のアクチュエータを動作させる。

図３は、ＷＧバルブ３６のバルブ開度の算出方法を示すブロック図である。

〈排気総流量算出部〉
排気総流量算出部５１は、実吸入空気流量及び実空燃比に基づいて、エンジン本体２０から排出された排気総流量Ｑｅｘを求める。実吸入空気流量は、エアフロメータ６１によって検出され、実空燃比は、Ｏ₂センサ６７によって検出された酸素濃度に基づいて求められる。

〈目標タービン流量算出部〉
目標タービン流量算出部５２は、排気の予測温度（以下、「予測排温」）Ｔ３、コンプレッサ４ａの目標駆動力Ｐｃｔ、タービン４ｂの上流側の排気の圧力（以下、「タービン上流圧力」）Ｐ３、タービン４ｂの下流側の排気の圧力（以下、「タービン下流圧力」）Ｐ４、タービン４ｂの断熱効率ηｔを用いて、式（１）に基づいて目標タービン流量Ｑｔｔを算出する。

ここで、κｅｘ：排気の比熱比、Ｒｅｘ：排気のガス定数である。

目標駆動力Ｐｃｔは、目標過給圧と目標吸入空気流量とに基づいて求められる。詳しくは、目標過給圧は、エンジン本体２０の回転速度と目標充填効率と目標インマニ圧とに基づいて求められる。回転速度は、クランク角センサ６９により検出されたクランク角に基づいて求められる。目標充填効率は、目標図示平均有効圧と空燃比とエンジン本体２０の熱効率とに基づいて求められる。目標図示平均有効圧は、要求出力トルクに基づいて求められ、要求出力トルクは、エンジン本体２０の回転速度とアクセル開度とに基づいて求められる。熱効率は、回転速度及び充填効率に基づいて求められる。回転速度及び充填効率に応じた熱効率が規定された熱効率マップがメモリに予め記憶されており、回転速度及び充填効率を熱効率マップに照らし合わせることによって熱効率が求められる。充填効率は、実吸入空気流量と温度センサ６２により検出された吸気温度とに基づいて求められる。目標インマニ圧は、目標充填効率とインマニ内温度と予め定めたインマニ容積とに基づいて求められる。一方、目標吸入空気流量は、目標充填効率に基づいて求められる。

タービン上流圧力Ｐ３は、実駆動力Ｐｃに基づいて求められる。実駆動力Ｐｃに応じたタービン圧力比Ｐ３／Ｐ４（タービン上流圧力Ｐ３とタービン下流圧力Ｐ４との比）が規定された圧力比マップがメモリに予め記憶されており、実駆動力Ｐｃを圧力比マップに照らし合わせることによってタービン圧力比Ｐ３／Ｐ４が求められる。タービン下流圧力Ｐ４は、テールパイプの圧力（大気圧センサ６０の検出値）とタービン下流通過流量とタービン下流からテールパイプまでの管摩擦係数とから求められる。

予測排温Ｔ３は、エンジン本体２０の回転速度と充填効率とに基づいて求められる。回転速度及び充填効率に応じた予測排温が規定された排温マップがメモリに予め記憶されており、回転速度及び充填効率を排温マップに照らし合わせることによって予測排温Ｔ３が求められる。

タービン４ｂの断熱効率ηｔは、タービン回転速度Ｎｔとタービン圧力比Ｐ３／Ｐ４とに基づいて求められる。タービン回転速度Ｎｔ及びタービン圧力比Ｐ３／Ｐ４に応じた断熱効率ηｔが規定された断熱効率マップがメモリに予め記憶されておりタービン回転速度Ｎｔ及びタービン圧力比Ｐ３／Ｐ４を断熱効率マップに照らし合わせることによって断熱効率ηｔが求められる。

目標タービン流量算出部５２は、式（１）に基づいて算出された目標タービン流量Ｑｔｔ（以下、「算出値」という）が０よりも小さい場合には、目標タービン流量Ｑｔｔを０として出力する。つまり、出力される目標タービン流量Ｑｔｔは、０以上の値となる。

それに加えて、目標タービン流量算出部５２は、目標タービン流量Ｑｔｔの上限値を有し、目標タービン流量Ｑｔｔが上限値を超えないように目標タービン流量Ｑｔｔを制限する。詳しくは、目標タービン流量算出部５２は、排気総流量Ｑｅｘを上限値としている。そして、目標タービン流量算出部５２は、目標タービン流量Ｑｔｔの算出値と上限値とを比較し、算出値が上限値よりも大きい場合には、上限値を目標タービン流量Ｑｔｔとして出力する。つまり、出力される目標タービン流量Ｑｔｔは、０以上且つ排気総流量Ｑｅｘ以下の値となる。

〈タービン流量補正部〉
タービン流量補正部５３は、コンプレッサ４ａの過給圧に相当する値として、コンプレッサ４ａの実駆動力Ｐｃを用いて補正流量Ｑｔｆｂを算出する。詳しくは、タービン流量補正部５３は、目標駆動力Ｐｃｔと実駆動力Ｐｃとの偏差に基づいて、目標タービン流量Ｑｔｔをフィードバック制御するための補正流量Ｑｔｆｂを算出する。実駆動力Ｐｃが目標駆動力Ｐｃｔよりも小さい場合には、タービン流量を増加させるために補正流量Ｑｔｆｂが正の値となる一方、実駆動力Ｐｃが目標駆動力Ｐｃｔよりも大きい場合には、タービン流量を減少させるために補正流量Ｑｔｆｂは負の値となる。ここで、実駆動力Ｐｃは、実過給圧と実吸入空気流量とに基づいて算出される。実過給圧は、圧力センサ６３によって検出される。実吸入空気流量は、エアフロメータ６１により検出される実吸入空気流量、又は圧力センサ６４により検出される実インマニ圧に基づいて算出される。

〈バルブ制御部〉
バイパス流量算出部５５は、排気総流量算出部５１から出力される排気総流量Ｑｅｘと目標タービン流量算出部５２から出力される目標タービン流量Ｑｔｔとタービン流量補正部５３から出力される補正流量Ｑｔｆｂとに基づいて、タービンバイパス通路３５を流れる排気の流量であるバイパス流量Ｑｗｇｔを算出する。詳しくは、バイパス流量算出部５５は、バイパス流量Ｑｗｇｔを以下の式（２）に基づいて算出する。
Ｑｗｇｔ＝Ｑｅｘ−（Ｑｔｔ＋Ｑｔｆｂ）・・・（２）

バイパス流量算出部５５は、算出されたバイパス流量Ｑｗｇｔが０よりも小さい場合には、バイパス流量Ｑｗｇｔを０とする。つまり、バイパス流量Ｑｗｇｔは、０以上の値となる。バイパス流量Ｑｗｇｔが負の値であることは、タービンバイパス通路３５を排気が逆流することを意味する。そのような状況にはなり得ないので、バイパス流量Ｑｗｇｔの算出値が０よりも小さい場合には、バイパス流量算出部５５はバイパス流量Ｑｗｇｔを０とする。

続いて、基本開度算出部５６は、バイパス流量Ｑｗｇｔ、タービン上流圧力Ｐ３、タービン下流圧力Ｐ４及び予測排温Ｔ３に基づいてＷＧバルブ３６の目標開口面積Ｓｗｇｔを算出し、目標開口面積Ｓｗｇｔに基づいてＷＧバルブ３６のバルブ開度の基本開度ＷＧｂを算出する。目標開口面積Ｓｗｇｔに応じた基本開度ＷＧｂが規定された開度マップがメモリに予め記憶されており、目標開口面積Ｓｗｇｔを開度マップに照らし合わせることによって基本開度ＷＧｂが求められる。

補正開度算出部５７は、目標駆動力Ｐｃｔと実駆動力Ｐｃとの偏差に基づいてＷＧバルブ３６のバルブ開度をフィードバック制御するための補正開度ＷＧｆｂを算出する。実駆動力Ｐｃが目標駆動力Ｐｃｔよりも小さい場合には、バイパス流量Ｑｗｇｔを低減させるために補正開度ＷＧｆｂは負の値となる（即ち、バルブ開度を低減する）一方、実駆動力Ｐｃが目標駆動力Ｐｃｔよりも大きい場合には、バイパス流量Ｑｗｇｔを増加させるために補正開度ＷＧｆｂは正の値となる（即ち、バルブ開度を増加する）。補正開度ＷＧｆｂは、比例項ＦＢ（Ｐ）、積分項ＦＢ（Ｉ）及び微分項ＦＢ（Ｄ）を含んでいる。それに加えて、補正開度算出部５７は、補正開度ＷＧｆｂの積分項ＦＢ（Ｉ）が所定の閾値を超えた量を、ターボ過給機４の個体差、経年変化などによるばらつきに対する影響を低減するための学習量として算出する。

最終的に、バルブ開度算出部５８は、基本開度ＷＧｂ、補正開度ＷＧｆｂ及び学習量に基づいて以下の式（３）に示すバルブ開度ＷＧを出力する。尚、ＷＧバルブ３６のバルブ開度は負の値になり得ないので、式（３）に基づいて算出されたバルブ開度ＷＧが０よりも小さい場合には、バルブ開度ＷＧは０とされる。
ＷＧ＝ＷＧｂ＋ＷＧｆｂ＋学習量・・・（３）

バルブ制御部５４は、バルブ開度ＷＧに応じた信号をＷＧバルブ３６のアクチュエータに出力し、ＷＧバルブ３６を作動させる。

続いて、ＷＧバルブ３６のバルブ開度制御を図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１において、排気総流量算出部５１が排気総流量Ｑｅｘを求める。

次に、ステップＳ２において、目標タービン流量算出部５２が式（１）に基づいて目標タービン流量Ｑｔｔを算出する。

さらに、目標タービン流量算出部５２は、ステップＳ３において、目標タービン流量Ｑｔｔの算出値が０以上か否かを判定する。算出値が０より小さい場合には、目標タービン流量算出部５２は、ステップＳ５において、目標タービン流量Ｑｔｔ＝０とする。算出値が０以上の場合には、目標タービン流量算出部５２は、ステップＳ４において、算出値が上限値以下か否かを判定する。算出値が上限値よりも大きい場合には、目標タービン流量算出部５２は、ステップＳ６において、目標タービン流量Ｑｔｔ＝上限値とする。算出値が上限値以下の場合には、目標タービン流量算出部５２は、目標タービン流量Ｑｔｔ＝算出値として、ステップＳ７へ進む。

こうして、ステップＳ３〜Ｓ６によって、算出値が０より小さい場合には目標タービン流量Ｑｔｔ＝０となり、算出値が上限値よりも大きい場合には目標タービン流量Ｑｔｔ＝上限値となり、算出値が０以上で且つ上限値以下の場合には目標タービン流量Ｑｔｔ＝算出値となる。

続いて、ステップＳ７において、タービン流量補正部５３が目標駆動力Ｐｃｔ及び実駆動力Ｐｃに基づいて補正流量Ｑｔｆｂを算出する。

ステップＳ８において、バイパス流量算出部５５が排気総流量Ｑｅｘと目標タービン流量Ｑｔｔと補正流量Ｑｔｆｂとに基づいてバイパス流量Ｑｗｇｔを算出する。

さらに、バイパス流量算出部５５は、ステップＳ９においてバイパス流量Ｑｗｇｔの算出値が０以上か否かを判定する。算出値が０より小さい場合には、バイパス流量算出部５５は、ステップＳ１０において、バイパス流量Ｑｗｇｔ＝０とする。算出値が０以上の場合には、バイパス流量算出部５５は、バイパス流量Ｑｗｇｔ＝算出値として、ステップＳ１１へ進む。

また、ステップＳ１１において、基本開度算出部５６は、バイパス流量Ｑｗｇｔに基づいてＷＧバルブ３６の基本開度ＷＧｂを算出する。さらに、ステップＳ１２において、補正開度算出部５７は、目標駆動力Ｐｃｔ及び実駆動力Ｐｃに基づいて補正開度ＷＧｆｂを算出する。そして、バルブ開度算出部５８は、ステップＳ１３において、基本開度ＷＧｂ及び補正開度ＷＧｆｂに基づいてバルブ開度ＷＧを算出する。このとき、学習量が設定されている場合には、バルブ開度算出部５８は、学習量も考慮してバルブ開度ＷＧを算出する。

その後、ステップＳ１４において、バルブ制御部５４がバルブ開度ＷＧに応じてＷＧバルブ３６を作動させる。つまり、ＷＧバルブ３６の開度がバルブ開度ＷＧに調整される。

このようなバルブ開度制御においては、目標タービン流量Ｑｔｔに上限値が設定されるので、過給圧の制御性が向上する。

仮に、目標タービン流量Ｑｔｔに上限値が設定されない場合、過給圧の調整に時間を要し、過給圧の制御性が悪化する。

詳しくは、目標タービン流量Ｑｔｔが排気総流量Ｑｅｘよりも大きい場合、式（２）に基づいて算出されるバイパス流量Ｑｗｇｔが負の値となり得る。バイパス流量Ｑｗｇｔの算出値が負の値の場合、バイパス流量算出部５５から出力されるバイパス流量Ｑｗｇｔは０となり、ＷＧバルブ３６の基本開度ＷＧｂは０となる。これにより、式（３）に基づいて算出されるバルブ開度ＷＧ＝ＷＧｆｂ＋学習量となる。目標タービン流量Ｑｔｔが排気総流量Ｑｅｘよりも大きい場合は、コンプレッサ４ａの駆動力を増大させようとする場合であり、実駆動力Ｐｃが目標駆動力Ｐｃｔよりも小さい場合である。その場合、補正開度ＷＧｆｂは負の値となる。学習量は、本来、それほど大きな値ではないので、式（３）に基づいて算出されるバルブ開度ＷＧは、負の値か０に近い正の値となる。このように、目標タービン流量Ｑｔｔが排気総流量Ｑｅｘよりも大きい場合、ＷＧバルブ３６は略全閉状態となる。

目標タービン流量Ｑｔｔが大きい場合は、目標吸入空気流量が大きい場合であるので、吸入空気流量がしだいに増加し、排気総流量Ｑｅｘもやがて増加する。排気総流量Ｑｅｘが増加して、式（２）に基づいて算出されるバイパス流量Ｑｗｇｔが正の値となり、さらには、式（３）に基づいて算出されるバルブ開度ＷＧが正の値となると、ＷＧバルブ３６が開けられる。その結果、排気の一部がタービンバイパス通路３５を流通し、タービン流量が調整される。最終的には、ＷＧバルブ３６のバルブ開度が適切な値に調整され、実過給圧が目標過給圧に調整される。

このとき、式（２）からわかるように、排気総流量Ｑｅｘが増加することに加えて、目標タービン流量Ｑｔｔが補正流量Ｑｔｆｂにより減量補正されることによって、バイパス流量Ｑｗｇｔの算出値が増加し、正の値となる。しかしながら、目標タービン流量Ｑｔｔが排気総流量Ｑｅｘに比べて大き過ぎると、目標タービン流量Ｑｔｔが補正流量Ｑｔｆｂにより減量補正され始めても、バイパス流量Ｑｗｇｔの算出値が正の値となるまでに時間を要し、ＷＧバルブ３６が閉じられた状態がしばらく継続する。その結果、過給圧の調整に時間を要する。

例えば、アイドル運転状態から急加速する場合には、排気総流量Ｑｅｘが少ないにもかかわらず目標タービン流量Ｑｔｔが増大し、目標タービン流量Ｑｔｔと排気総流量Ｑｅｘとの偏差（Ｑｔｔ−Ｑｅｘ）が非常に大きくなる。

それに加え、目標タービン流量Ｑｔｔは、排気総流量Ｑｅｘに比べて、演算誤差を含む余地が大きい。詳しくは、排気総流量Ｑｅｘは、前述の如く、実吸入空気流量及び実空燃比に基づいて算出され、実吸入空気流量は、エアフロメータ６１によって検出され、実空燃比は、Ｏ₂センサ６７によって検出された酸素濃度に基づいて求められる。このように、排気総流量Ｑｅｘの算出に用いられる状態量は、センサによる検出値とセンサによる検出値から簡単な計算で求められる状態量とであり、演算誤差が小さい傾向にある。一方、目標タービン流量Ｑｔｔは、予測排温Ｔ３、目標駆動力Ｐｃｔ、タービン上流圧力Ｐ３、タービン下流圧力Ｐ４及び断熱効率ηｔに基づいて算出される。これら予測排温Ｔ３、目標駆動力Ｐｃｔ、タービン上流圧力Ｐ３、タービン下流圧力Ｐ４及び断熱効率ηｔは、センサによる検出値又は算出された算出値を用いて算出された又はマップから求められた状態量である。このように、目標タービン流量Ｑｔｔは、多くの演算誤差を含み得る。このように、目標タービン流量Ｑｔｔは、排気総流量Ｑｅｘに比べて演算誤差が大きく、目標タービン流量Ｑｔｔが排気総流量Ｑｅｘよりも大きくなる状況が生じ得る。

それに対し、上限値が設定されたバルブ開度制御においては、目標タービン流量Ｑｔｔの算出値が所定の上限値以下か否かが判定され（ステップＳ４）、算出値が上限値よりも大きい場合には目標タービン流量Ｑｔｔに上限値が代入される（ステップＳ６）。つまり、目標タービン流量Ｑｔｔは、常に上限値以下の値に制限される。

このように、目標タービン流量Ｑｔｔを上限値により制限することによって、目標タービン流量Ｑｔｔが過大になることが防止される。目標タービン流量Ｑｔｔが排気総流量Ｑｅｘよりも大きくて、バイパス流量Ｑｗｇｔの算出値が負の値になったとしても、該算出値の絶対値が低減される。そのため、目標タービン流量Ｑｔｔが補正流量Ｑｔｆｂにより減量補正され始めてからバイパス流量Ｑｗｇｔの算出値が正の値になるまでの時間が短くなり、ＷＧバルブ３６が開かれるまでの時間が短くなる。その結果、過給圧が適切な値に調整されるまでの時間が短くなる。ひいては、過給圧の制御性が向上する。

また、本実施形態では、上限値は、排気総流量Ｑｅｘに設定されている。そのため、目標タービン流量Ｑｔｔは、排気総流量Ｑｅｘ以下の値に制限され、目標タービン流量Ｑｔｔが排気総流量Ｑｅｘよりも大きい場合には、排気総流量Ｑｅｘが目標タービン流量Ｑｔｔとして設定される。その結果、式（２）の右辺の第１項と第２項とが相殺し、バイパス流量Ｑｗｇｔ＝−Ｑｔｆｂとなる。目標タービン流量Ｑｔｔが排気総流量Ｑｅｘよりも大きい場合は、実駆動力Ｐｃが目標駆動力Ｐｃｔよりも小さい場合が多く、その場合にはタービン流量を増量させるために補正流量Ｑｔｆｂは正の値となる。そのため、バイパス流量Ｑｗｇｔの算出値（＝−Ｑｔｆｂ）は負の値となる。バイパス流量Ｑｗｇｔの算出値が負の値となる場合、前述の上限値が設定されていない場合の説明と同様に、ＷＧバルブ３６は略全閉状態となり得る。しかしながら、この状態から排気総流量Ｑｅｘが目標タービン流量Ｑｔｔを上回ると、実駆動力Ｐｃが目標駆動力Ｐｃｔよりも大きくなり、タービン流量を減量すべく補正流量Ｑｔｆｂが負の値となる。つまり、排気総流量Ｑｅｘが目標タービン流量Ｑｔｔを上回ると、すぐに、バイパス流量Ｑｗｇｔの算出値（＝−Ｑｔｆｂ）が正の値となる。その結果、ＷＧバルブ３６が早期に開かれ、過給圧が適切な値に調整されるまでの時間が短くなる。

以上のように、ＥＣＵ５０は、タービン４ｂを通過する排気の流量の目標値である目標タービン流量Ｑｔｔを算出する目標タービン流量算出部５２と、コンプレッサ４ａの過給圧に基づいて目標タービン流量Ｑｔｔを補正するタービン流量補正部５３と、ＷＧバルブ３６の開度を目標タービン流量Ｑｔｔに基づいて制御するバルブ制御部５４とを備え、目標タービン流量算出部５２は、目標タービン流量Ｑｔｔの上限値を有し、目標タービン流量Ｑｔｔが上限値を超えないように目標タービン流量Ｑｔｔを制限する。

この構成によれば、目標タービン流量Ｑｔｔには上限値が設定されると共に、目標タービン流量Ｑｔｔは、タービン流量補正部５３によってコンプレッサ４ａの過給圧に基づいて補正される。そのため、目標タービン流量Ｑｔｔが大きくて、タービン流量補正部５３により減量補正される状況であっても、上限値の設定により目標タービン流量Ｑｔｔが過大になることが防止されているので、目標タービン流量Ｑｔｔが適切な値となるまでの時間が短くなる。その結果、過給圧が適切な値に調整されるまでの時間も短くなり、ひいては、過給圧の制御性が向上する。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

エンジン１００の構成は、一例であり、この構成に限られるものではない。

例えば、予測排温Ｔ３、タービン上流圧力Ｐ３、タービン下流圧力Ｐ４のように、前記の説明において算出した値は、センサにより実際に検出してもよい。

また、前記の説明における各種状態量の算出方法も、一例に過ぎない。例えば、目標タービン流量を算出できる限り、目標タービン流量の算出方法は、前記の方法に限られない。

タービン流量は、目標駆動力Ｐｃｔ及び実駆動力Ｐｃに基づいてフィードバック制御されているが、これに限られるものではない。例えば、タービン流量補正部５３は、目標過給圧及び実過給圧、目標タービン流量及び実タービン流量、又は、目標バイパス流量及び実バイパス流量に基づいて補正流量Ｑｔｆｂを求めてもよい。

同様に、バルブ開度ＷＧは、目標駆動力Ｐｃｔ及び実駆動力Ｐｃに基づいてフィードバック制御されているが、これに限られるものではない。例えば、補正開度算出部５７は、目標過給圧及び実過給圧、目標タービン流量及び実タービン流量、又は、目標バイパス流量及び実バイパス流量に基づいて補正開度ＷＧｂを求めてもよい。尚、バルブ開度ＷＧのフィードバック制御は、省略してもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、ターボ過給機を備えたエンジンの制御装置について有用である。

１００エンジンシステム
１０吸気通路
２０エンジン
３０排気通路
３５タービンバイパス通路（バイパス通路）
３６ＷＧバルブ
４ターボ過給機
４ａコンプレッサ
４ｂタービン
５０ＥＣＵ（制御装置）
５２目標タービン流量算出部
５３タービン流量補正部
５４バルブ制御部（制御部）

Claims

排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボ過給機と、前記排気通路において前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブとを備えたエンジンの制御装置であって、
前記タービンを通過する排気の流量の目標値である目標タービン流量を算出する目標タービン流量算出部と、
前記コンプレッサの過給圧に基づいて前記目標タービン流量を補正するタービン流量補正部と、
前記ウェイストゲートバルブの開度を前記目標タービン流量に基づいて制御するバルブ制御部とを備え、
前記目標タービン流量算出部は、前記目標タービン流量の上限値を有し、前記目標タービン流量が前記上限値を超えないように前記目標タービン流量を制限することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記目標タービン流量算出部は、前記エンジンから排出される排気総流量を前記上限値とすることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
前記タービン流量補正部は、前記コンプレッサの過給圧に基づいて前記コンプレッサの駆動力を求め、求めた前記駆動力に基づいて前記目標タービン流量を補正することを特徴とするエンジンの制御装置。