JP2006097559A - 過給機付きエンジンの過給圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ターボ過給機のより高い信頼性を確保し得る過給機付エンジンの過給圧制御装置を提供する。
【解決手段】 過給機付エンジンの過給圧制御装置において、過給圧を制御する過給圧制御弁を備えたターボ過給機と、運転状態に基づき要求される目標トルクに応じて目標質量空気量を設定する目標質量空気量設定手段と、目標質量空気量に基づき、過給圧制御弁の制御量を設定する制御量設定手段と、実質量空気量と目標質量空気量とのずれに基づき、過給圧制御弁の制御量をフィードバック制御する第１Ｆ／Ｂ手段と、実過給圧と目標過給圧とのずれに基づき、過給圧制御弁の制御量をフィードバック制御する第２Ｆ／Ｂ手段と、を設ける。ターボ過給機の回転数が、所定の過回転判定値以上になった場合、第１Ｆ／Ｂ手段から第２Ｆ／Ｂ手段へ切り替える若しくは両方を併用する。
【選択図】図８

Description

本発明は、過給機付エンジンの過給圧制御装置に関する。

従来、排気ガスがかなり高い圧力（排気圧力）をもつことから、この排気ガスの圧力を有効に利用して吸気圧力ないしは充填効率を高める過給機を設けてエンジン出力の向上を図るようにした過給機付エンジンを装備した車両が知られている。かかる車両においては、ドライバの要求に見合うエンジン出力を実現するために、例えば特開２００１−２２７３５１号公報に開示されるように、アクセル操作量やエンジン回転速度を含むエンジン運転状態に基づき気筒内に吸入されるべき目標空気量を設定し、その目標空気量を実現すべく、スロットル弁及び過給機を制御することが行われる。

特開２００１−２２７３５１号公報

ところで、周知の通り、エンジン運転状態に基づき設定された目標空気量と、それを実現するためにスロットル弁及び過給機が操作されて実際に得られた空気量との間にはズレが生じることがあるが、これに対処する手段として、実際の空気量が目標空気量と一致するようスロットル弁及び過給機を自動制御するフィードバック制御を用いることが知られている。ところで、ターボ過給機が採用された場合、例えば高地など大気圧の低い場所においては酸素密度が下がるため、実質量空気量を目標質量空気量に一致させるためには大気圧の低下分、体積空気量を増加させる必要があるが、体積空気量が増加すると、ターボ過圧機が過回転状態になる。場合によっては、タービンシャフトの焼き付きが生じるおそれがあり、したがって、これを回避し、ターボ過給機の信頼性を確保することが求められる。

この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、ターボ過給機のより高い信頼性を確保し得る過給機付エンジンの過給圧制御装置を提供することを目的とする。

そこで、本願の請求項１に係る発明は、過給圧を制御する過給圧制御弁を備えたターボ過給機と、運転状態に基づき要求される目標トルクに応じて目標質量空気量を設定する目標質量空気量設定手段と、上記目標質量空気量設定手段により設定された目標質量空気量に基づき、上記過給圧制御弁の制御量を設定する制御量設定手段と、実質量空気量と目標質量空気量とのずれに基づき、上記過給圧制御弁の制御量をフィードバック制御する第１のフィードバック手段と、実過給圧と目標過給圧とのずれに基づき、上記過給圧制御弁の制御量をフィードバック制御する第２のフィードバック手段と、を備えており、上記ターボ過給機の回転数が、所定の過回転判定値以上になった場合に、上記第１のフィードバック手段から第２のフィードバック手段へ切り替える若しくは両方の手段を併用することを特徴としたものである。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、上記過回転判定値は、大気圧及びエンジン回転数のうちの少なくとも１つに基づき設定されることを特徴としたものである。

更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、上記ターボ過給機の回転数が上記過回転判定値以上になった場合に、上記第１のフィードバック手段は、上記目標質量空気量に基づくフィードバック比例制御を継続する一方、上記第２のフィードバック手段は、上記目標過給圧に基づくフィードバック積分制御を行うことを特徴としたものである。

本願の請求項１に係る発明によれば、目標質量空気量にするための体積空気量が増加する高地等の大気圧が低い場所において、実質量空気量が目標質量空気量よりも少ない状態にもかかわらず、体積空気量の増加に伴い、ターボ過給機の回転数が、それ以下でターボ過給機の信頼性を保証し得る過回転判定値以上になった場合に、目標質量空気量制御を継続する上で、ターボ過給機の回転数の上昇を抑制することができ、ターボ過給機の信頼性を確保することができる。

また、本願の請求項２に係る発明によれば、大気圧，エンジン回転数にかかわらず、ターボ過給機の信頼性を確保することができる。

更に、本願の請求項３に係る発明によれば、過給圧ベースのフィードバック制御の開始に伴う空気量の急変を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明にかかるターボ過給機付エンジンは、第１〜第４気筒＃１〜＃４を備えた直列４気筒エンジンである。各気筒＃１〜＃４においては、それぞれ、吸気弁（図示せず）が開かれたときに、第１，第２吸気ポート１ａ，１ｂを経由して、第１，第２分岐吸気通路２ａ，２ｂから燃焼室３内に燃料燃焼用のエアが吸入される。そして、燃焼室３内のエア中に、所定のタイミングでインジェクタ４から燃料（ガソリン）が直接噴射され、混合気が形成される。この混合気は、ピストン（図示せず）によって圧縮され、所定のタイミングで点火プラグ（図示せず）により点火されて燃焼する。燃焼ガスすなわち排気ガスは、排気弁（図示せず）が開かれたときに、第１，第２排気ポート５ａ，５ｂを経由して、第１，第２分岐排気通路６ａ，６ｂに排出される。

各気筒＃１〜＃４にエアを供給するために吸気通路７（共通吸気通路）が設けられ、この吸気通路７には、エアの流れ方向にみて、上流側から順に、エア中のダスト等を除去するエアクリーナ８と、エアの流量を検出するエアフローセンサ９と、ターボ過給機１０のブロア１０ａと、ブロア１０ａにより加圧されて高温となったエアを冷却するインタクーラ１１と、アクセルペダル（不図示）の踏み込み量に応じて開閉されてエアを絞るスロットル弁１２とが設けられている。吸気通路７の下流端はエアの流れを安定させるサージタンク１３に接続され、このサージタンク１３には、各気筒＃１〜＃４の第１，第２の分岐吸気通路２ａ，２ｂの上流端が接続されている。

各気筒＃１〜＃４の第１，第２の分岐排気通路６ａ，６ｂの下流端は１つの排気通路１４（共通排気通路）に接続されている。この排気通路１４には、排気ガスの流れ方向にみて上流側から順に、ターボ過給機１０のタービン１０ｂと、三元触媒を用いた触媒コンバータ１５とが設けられている。また、タービン１０ｂをバイパスしてタービン上流の排気通路１４とタービン下流の排気通路１４とを接続するバイパス通路１６と、このバイパス通路１６を開閉するウェストゲート弁１７とが設けられている。

このエンジンＥにおいては、基本的には、排気ガス流量が多いとき、例えば高速・高負荷時には、排気圧、すなわち位置Ｐ_４における排気通路内圧力の過上昇を防止するために、ウェストゲート弁１７が開かれ、排気ガスの一部がタービン１０ｂをバイパスして、バイパス通路１６を経由して排出される。ウェストゲート弁１７は、ウェストゲート弁駆動アクチュエータ２１により開閉駆動させられる。なお、ターボ過給機１０及びその周辺の構成の詳細については、図２を参照しながら後述する。

また、エンジンＥには、タービン１０ｂの下流の排気通路１４とスロットル弁１２の下流の吸気通路７とを接続するＥＧＲ通路１８が設けられている。なお、ＥＧＲ通路１８は触媒コンバータ１５より上流で排気通路１４に接続されている。そして、ＥＧＲ通路１８には、該ＥＧＲ通路１８内を流れる排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するガスクーラ１９と、該ＥＧＲ通路１８内を流れるエア又は排気ガスの流量を制御する調整弁２０とが介設されている。

排気通路１４内圧力Ｅｘｐが吸気通路７内圧力Ｐｂより高いときには、該圧力差と調整弁２０の開度とに応じて、排気通路１４内の排気ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１８を経由して吸気通路７内に流入する。

更に、エンジン本体には、第１〜第４気筒＃１〜＃４に設けられたウォータジャケット（不図示）内を還流する冷却水の温度を検出する水温センサ３１，クランク軸の基準位置からの回転角度を検出するクランク角センサ（不図示）が設けられている。また、エンジン本体に直接に配設されるセンサ以外には、例えばアクセルペダル（不図示）の踏込み量に応じて変化するアクセル開度（スロットル開度）を検出するアクセル開度センサ３４，エンジンＥのエアクリーナ８に配設されて、吸気ポート３へ吸入される吸入エアの温度（吸気温度）を検出する吸気温センサ３２，エンジンＥの回転数を検出するエンジン回転数センサ３３と、が設けられている。

そして、以上のような構成を備えたエンジンＥに対して、該エンジンＥを制御するエンジンコントロールユニット３０（以下、ＥＣＵと表記）が設けられている。このＥＣＵは、コンピュータからなる、エンジンＥ用の総合的な制御装置であって、各種センサから検出された情報、例えば、エアフローセンサ８によって検出される吸入エアの流量，水温センサ３１によって検出されるエンジン水温，クランク角センサによって検出されるクランク軸の回転角度，吸気温センサ３２によって検出される吸気温度，エンジン回転数センサ３３によって検出されるエンジン回転数，アクセル開度センサ３４やアイドルスイッチ（アクセルペダル全閉時にＯＮされるスイッチであるが、ここでは不図示）によって検出されるアクセル開度，燃料流量計によって検出されるインジェクタ４への燃料流量等の各種制御情報に基づいて、燃料噴射制御，点火時期制御，アイドル回転数制御，空気量制御などの各種制御を行う。このＥＣＵ３０は、その内部に、制御回路（不図示）を有しており、各種制御を行うに際して実行される補正，演算，判定等の処理は、その制御回路によって行われる。

図２は、ターボ過給機１０及びその周辺の構成を詳細にあらわす図である。このターボ過給機１０では、各気筒＃１〜４から排出される排気ガスのエネルギーが利用されて、排気通路１４内のタービン１０ｂが回転させられ、これに伴い、吸気通路７内のブロア１０ａが駆動させられ、圧縮空気が強制的に吸気系へ送り込まれ、高出力化が図られる。ここでは、また、タービン１０ｂをバイパスするバイパス通路１６内のウェストゲート弁１７の開度を変化させることにより、タービン１０ｂへの排気ガス流量が調整され、ブロア１０ａにより吸気通路７内にもたらされる過給圧が調整されるようになっている。

また、ウェストゲート弁１７を開閉駆動させるウェストゲート弁駆動アクチュエータ２１は、ダイヤフラムにより二室に仕切られ、一方がアクチュエータ制御ソレノイド２２に通路２２ａを介して連通する圧力室（不図示）を形成し、他方がウェストゲート弁１７を閉方向に付勢するスプリングを収納したスプリング室（不図示）を形成している。アクチュエータ制御ソレノイド２２は、また、吸気通路７のブロア１０ａの上流側と通路２２ｂを介して連通する。更に、吸気通路７のブロア１０ａの下流側と、ウェストゲート弁駆動アクチュエータ２１とウェストゲート弁制御ソレノイド２２との間の通路２２ａとが、通路２３を介して接続されている。

かかる構成では、ブロア１０ａによりもたらされる過給圧の一部が、ウェストゲート弁駆動アクチュエータ２１の制御圧として、吸気通路７のブロア１０ａの下流側から通路２３及び２２ａを介し、ウェストゲート弁駆動アクチュエータ２１の圧力室へ供給される。アクチュエータ制御ソレノイド２２は、ＥＣＵ３０から送られてくるデューティにより駆動されるもので、その開状態において、かかるアクチュエータ２１の制御圧の一部を、吸気通路７のブロア１０ａの上流側に通路２２ａ及び２２ｂを介して漏らし、この漏らし量に応じて、ウェストゲート弁駆動アクチュエータ２１の圧力室へ供給される制御圧が変化する。すなわち、ウェストゲート弁１７の開閉状態に基づき決まるターボ過給機１０の過給圧は、アクチュエータ制御ソレノイド２２へ送られるデューティにより制御される。基本的には、デューティが大きくなるほど、アクチュエータ制御ソレノイド２２の開度が大きくなり、吸気通路７のブロア１０ａの上流側への通路２２ａ及び２２ｂを介した漏らし量が大きくなるため、ウェストゲート弁駆動アクチュエータ２１の圧力室に供給される制御圧が低下して、ウェストゲート弁１７の開度が小さくなり、過給圧が上昇する。

図３には、アクチュエータ制御ソレノイド２２を駆動させるデューティに関する基本マップを示す。このマップでは、エンジン回転数及びスロットル弁１２のアクセル開度に応じたデューティが設定されている。低負荷状態（例えばアクセル開度が約２５％以下である状態）では、エンジン回転数にかかわらず、デューティとして０が用いられ、ウェストゲート弁１７が開状態とされて、ターボ過給機１０による過給圧が抑制される。また、高負荷状態（アクセル開度が約２５％を越える状態）では、エンジン回転数が約２２００ｒｐｍまでの範囲で、デューティは５０であり、また、エンジン回転数が約２２００〜３７００ｒｐｍの範囲で、デューティは２２〜４４であり、更に、エンジン回転数が約３７００〜６０００ｒｐｍの範囲で、デューティは２２〜２８である。例えば発進加速時などエンジン回転数が上がらず高負荷状態にある場合、大きなデューティが設定されて、過給圧が高められ、また、高速走行時などエンジン回転数が上がり高負荷状態にある場合には、小さなデューティが設定されて、過給圧が抑制される。

本実施形態では、ＥＣＵ３０が、アクセルペダルの踏込み量や運転状態に応じて設定される気筒♯１〜＃４内へ吸入されるべき目標空気量を実現するための空気量制御に際し、スロットル弁１２におけるハンチングを防止するために、スロットル弁１２をオープンループ制御し、スロットル弁１２を開状態に保持したまま、目標空気量を算出し続け、他方、ターボ過給機１０を、目標空気量及び実空気量の差を算出して、空気量ベースでフィードバック制御する。以下、ＥＣＵ３０により実行されるスロットル弁１２及びターボ過給機１０の制御について詳しく説明する。

図４は、スロットル弁１２をオープンループ制御する流れをあらわす説明図である。図４中のブロックＢ１〜Ｂ９は、ＥＣＵ３０で実行される個々の処理ステップをあらわしている。

まず、ブロックＢ１では、仮想アクセル開度を決定するブロックである。このブロックＢ１では、アクセル開度センサ３４により検出されたアクセル開度と、変速機（不図示）のギヤ段（変速機のギヤ比）とが入力され、ギヤ段別に予めＥＣＵ３０にて設定された実際のアクセル開度と仮想アクセル開度との相関特性に基づき、仮想アクセル開度が決定され出力される。

次に、ブロックＢ２では、ブロックＢ１から出力された仮想アクセル開度と、エンジン回転数センサ３３により検出されたエンジン回転数とが入力され、ギヤ段別に予めＥＣＵ３０にて設定された目標空気量（目標ｃｅ）を決定するマップが参照されて、所定の目標ｃｅが出力される。例えばギヤ段が低速段であるほど駆動力が高いため、スロットル弁１２の開度が小さく設定され、目標ｃｅが小さくなり、他方、ギヤ段が高速段であるほど駆動力が低いため、スロットル弁１２の開度が大きく設定され、目標ｃｅが大きくなる。

また、ブロックＢ３では、ブロックＢ２から出力された目標ｃｅと、予めギヤ段別に算出された目標ｃｅに関するガード値とが入力され、目標ｃｅがギヤ段別に規制される。例えば低速段において高い出力になると各ギヤがもたない傾向があることに対処して、ブロック２で設定された目標ｃｅが予め設定された所定値以上である場合には、その出力が制限される。

ブロックＢ４では、吸気密度が入力され、これに応じた密度補正係数が出力される。この密度補正係数は、吸気密度に関する補正を行うべく、ブロックＢ３から出力された規制後の目標ｃｅに対して乗算される。例えば高地において大気圧が下がり酸素密度が下がる場合、また、冷間時にエンジンオイルの粘性が高くなりエンジン内部の摩擦が大きくなる場合等には、通常、所定以上の酸素密度を確保するために空気量を増やすことが行われるが、上記密度補正係数が規制後の目標ｃｅに乗算されることにより、かかる空気量の増加に伴いエンジン出力が過剰になるのが抑制され、エンジン信頼性が確保される。

ブロックＢ５では、ギヤ段と、エンジン回転数と、加速時回転数とが入力され、これらに応じたトルク補正係数が出力される。このトルク補正係数は、ブロックＢ４から出力された密度補正係数が乗算された後の目標ｃｅに乗算される。例えば低速段ほど駆動力が高いため、加速時にはトルクが過剰になり易いが、上記トルク補正係数が目標ｃｅに乗算されることにより、加速時におけるトルクが抑制される。

ブロックＢ６では、ブロックＢ５から出力されたトルク補正係数が乗算された後の目標ｃｅと、インジェクタ４に燃料を加圧して供給する燃料供給系の噴射限界となる空気量とが入力され、燃料供給系の噴射限界に関して規制された目標ｃｅが出力される。例えば燃料供給系の異常による燃圧の低下時など、所定の噴射期間内に燃料が噴射しきれない場合には、インジェクタ４における噴射要求量が燃料供給系の吐出能力を越え、燃料不足が生じるおそれがあるが、燃料供給系の噴射限界となる空気量が目標ｃｅに乗算されることにより、この事態が回避される。なお、正常時には、かかる燃料供給系の噴射限界に関した目標ｃｅを規制は実行されない。

ブロックＢ７では、ブロックＢ６から出力された最終的な目標ｃｅ（質量流量）が入力され、従来周知のキャリブレーション用の公式が用いられて体積効率に変換された上で、目標体積効率（目標ｖｅ）として出力される。ブロックＢ８では、ブロックＢ７で出力された目標ｖｅと、エンジン回転数とが入力され、ギヤ段別に予めＥＣＵ３０にて設定された目標アクセル開度（目標ｔｖｏ）を決定するマップが参照されて、目標ｖｅ及びエンジン回転数に応じた目標ｔｖｏ（％）が出力される。そして、ブロックＢ９では、ブロックＢ８から出力された目標ｔｖｏを実現するために、スロットル弁１２を駆動させるスロットルアクチュエータ（不図示）用の駆動電力が算出される。算出された駆動電力は、スロットルアクチュエータへ出力される。

このように、ブロックＢ１〜Ｂ９の処理によれば、アクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に必要とされる目標トルクに応じて目標ｃｅが設定され、該目標ｃｅに基づきアクセル開度が算出され、そして、そのアクセル開度に従いスロットル弁１２が制御されることとなる。

また、図５は、ターボ過給機１０をフィードバック制御する流れをあらわす説明図である。図５中のブロックＢ１１〜Ｂ１５は、ＥＣＵ３０で実行される個々の処理ステップをあらわしている。

まず、ブロックＢ１１では、スロットル弁１２のアクセル開度と、エンジン回転数とが入力され、図３に示すような基本マップが参照されて、所定の過給圧を得るべくアクチュエータ制御ソレノイド２２を駆動させるための目標デューティが出力される。ここで入力されるアクセル開度は、図４に示すスロットル弁制御の流れにおいて、目標ｃｅに基づき算出されたアクセル開度である。ブロックＢ１１から出力された目標デューティは、予め算出された大気圧補正率及び吸気温補正率がそれぞれ乗算されたり、予め算出されたバッテリ電圧補正係数が加算されたりすることにより、大気圧，吸気温度及びバッテリ電圧に関して補正される。

ブロックＢ１２では、外部より入力された目標空気量（目標ｃｅ）と実際の空気量（実ｃｅ）との差（目標ｃｅ−実ｃｅ）に対して所定の補正係数が乗算されることで、空気量に関した比例制御によるフィードバック補正項が算出される。

また、ブロックＢ１３では、ブロックＢ１２と同様に外部より入力された目標空気量（目標ｃｅ）と実際の空気量（実ｃｅ）との差（目標ｃｅ−実ｃｅ）が時間を通じて積算され、その積算値に対して所定の補正係数が乗算されることで、空気量ベースの積分制御によるフィードバック補正項が算出される。

ブロックＢ１２及びＢ１３で算出されたフィードバック補正項は、大気圧，吸気温度及びバッテリ電圧に関して補正された後の目標デューティに対して加算される。フィードバック補正項が加算された後のデューティが、最終デューティとしてアクチュエータ制御ソレノイド２２へ出力される。

図６には、図４に示すスロットル弁１２のオープンループ制御及び図５に示すターボ過給機１０のフィードバック制御の下で得られた各種パラメータのタイムチャートを示す。ここでは、アクセル開度が所定の開度に確保され、エンジン回転数が漸次的に増大する過程での空気量，ターボ過給機１０による過給圧，アクチュエータ制御ソレノイド２２を駆動制御するためのデューティ（図中のＷ／Ｇデューティ）の変化が示される。また、過給圧については、排気ガス流量が過剰になりターボ過給機１０に支障が生じることを回避するために上限値（過給圧ガード値）が設定されており、これを越えないような制御がなされる。

空気量の増大に伴い、過給圧が増大し所定値（Ｆ／Ｂ開始過給圧）を越えると、空気量ベースでの過給圧のフィードバック制御が開始され、アクチュエータ制御ソレノイド２２を駆動制御するためのデューティが、実線で示す基本デューティから破線で示すＦ／Ｂ制御デューティになる。このＦ／Ｂ制御デューティに基づき、ターボ過給機１０が制御されることで、実空気量が目標空気量へ収束させられる。

なお、過給圧が、所定値（Ｆ／Ｂ開始過給圧）以下であれば、ウェストゲート弁１７の開作動が不能であるため、ウェストゲート弁１７のフィードバック制御が禁止される。これにより、過給圧が所定値を越え、ウェストゲート弁１７が開作動可能な状態になった場合に、ウェストゲート弁１７が開作動出来ない状態で積算されたフィードバック制御量が反映されて、ウェストゲート弁１７の変動が生じることを防止し、安定した過給圧を確保することができる。

以上の説明から明らかなように、ＥＣＵ３０が、目標空気量を実現するための空気量制御に際して、スロットル弁１２をオープンループ制御する一方、ターボ過給機１０を空気量ベースでフィードバック制御することにより、スロットル弁制御に伴うハンチングを抑制しつつ、空気量を目標空気量へ収束させることができる。また、ターボ過給機１０を制御する上では、実際に空気量が変化する前に、設定されたアクセル開度のもとで得られると想到される空気量に対応した基本制御量が設定されるため、フィードバック制御のみでウェストゲート弁１７を制御する場合に比して、制御応答性の向上を図ることができ、これにより、アクセル開度による目標ｃｅへの制御応答性と、ターボ過給機制御によるｃｅの安定性との両立を図りつつ、空気量を目標空気量へ収束させることができる。
なお、前述した実施形態では、ターボ過給機１０が用いられたが、本発明は、機械式に過給を行うスーパーチャージャにも適用可能である。

ところで、特にターボ過給機１０が採用された場合、例えば高地など大気圧の低い場所においては酸素密度が下がるため、目標空気量を達成するには、ターボ過給機１０を駆動させて大量の空気を吸入する必要があるが、この場合、排気ガス流量の増大に伴い、タービンシャフト１０ｃ（図１参照）の焼き付きが生じるなど、ターボ過圧機１０が過回転状態になるおそれがある。これを防止するために、ＥＣＵ３０が、ターボ過圧機１０の過回転の検出に応じ、過給圧を制御する上で、目標空気量と実空気量との差を用いる空気量ベースでのフィードバック制御から、目標過給圧と実過給圧との差を用いる過給圧ベースのフィードバック制御への切替え若しくは両者の併用を行い、これにより、排気ガス流量の増大を抑制するようにしてもよい。以下、ターボ過圧機１０の過回転に応じて行われる過給圧ベースのフィードバック制御について説明する。

なお、本実施形態では、タービン１０ｂの過回転の検出は、ブロア１０ａの下流側に設けられた圧力センサ（不図示）により検出される実過給圧に基づき行われ、過給圧が所定値（過給圧ガード値よりは低い値）を越えれば、ターボ過給機１０が過回転状態にあるとみなされる。また、以下では、基本的に、「空気量」とは、質量空気量をあらわすものとする。

図７は、図５に示した構成に加え、過給圧ベースのフィードバック制御を行うためのブロックＢ１４〜Ｂ１６等を用いて、ターボ過給機１０をフィードバック制御する流れをあらわす説明図である。

ブロックＢ１４では、エンジン回転数に応じて、排気ガス流量が過剰になりターボ過給機１０に支障が生じることを回避するために上限値（過給圧ガード値）が算出される。また、ブロックＢ１５では、大気圧と、エンジン回転数とが入力され、過給圧ガード値を大気圧について補正するための大気圧補正率が算出される。そして、ブロックＢ１５で算出された大気圧補正率が、ブロックＢ１４で算出された過給圧ガード値に乗算されることにより、目標過給圧が出力される。ブロックＢ１６では、算出された目標過給圧と実過給圧との差（目標過給圧−実過給圧）が入力され、過給圧ベースの積分制御によるフィードバック補正項が算出される。

図７に示す構成では、ブロックＢ１３及びＢ１６が共に接続されたスイッチＳＷが設けられている。通常、ブロックＢ１２にて算出される空気量ベースの比例制御によるフィードバック補正項が目標デューティに加算されるとともに、ブロックＢ１３にて算出される空気量ベースの積分制御によるフィードバック補正項が目標デューティに加算されるが、ターボ過給機１０の過回転が検出されると、このスイッチＳＷが切り替えられて、ブロックＢ１６にて算出される過給圧ベースの積分制御によるフィードバック補正項が目標デューティに加算される。

なお、例えば空気量ベースのフィードバック制御を過給圧ベースのフィードバック制御へ完全に切り替えると、その時点まで積算されたフィードバック制御量がリセットされて、出力の落ち込み等のショックが生じることがあるが、本実施形態では、これを回避するために、スイッチＳＷが切り替えられた後も、ブロックＢ１２で算出された空気量ベースの比例制御によるフィードバック補正項が継続して目標デューティに加算される。 また、スイッチＳＷは、前述したものに限らず、ターボ過給機１０の過回転に応じて、ブロックＢ１３及びＢ１６で算出されたフィードバック補正項の両方を、それらが目標デューティに対して加算されるように出力すべく切り替わるものであってもよい。

図８には、図４に示すスロットル弁１２のオープンループ制御及び図７に示すターボ過給機１０の空気量ベース及び過給圧ベースのフィードバック制御の下で得られた各種パラメータのタイムチャートを示す。ここでは、アクセル開度が所定の開度に確保され、エンジン回転数が漸次的に増大する過程での空気量，ターボ過給機１０による過給圧の変化が示される。

エンジン回転数の増大に伴い、空気量が増大し、排気ガス流量による圧力が上昇して、ターボ過給機１０の過回転が検出された場合には、図７を参照して前述したような過給圧ベースのフィードバック制御が行われることで、実過給圧が目標過給圧に収束させられ、空気量が抑制される。

図９は、ＥＣＵ４０により実行される一連の制御処理に含まれるスロットル弁１２のオープンループ制御についてのフローチャートである。この処理では、まず、各種パラメータ信号が読み込まれる（♯１１）。具体的には、水温センサ３１によって検出されるエンジン水温，エアフローセンサ９によって検出される気筒２内に吸入される空気量，エンジン回転数センサ３３によって検出されるエンジン回転数，アクセル開度センサ３４によって検出されるアクセル開度等が読み込まれる。次に、ギヤ段別に予めＥＣＵ３０にて設定された実際のアクセル開度と仮想アクセル開度との相関特性に基づき、仮想アクセル開度が算出される（♯１２）。

続いて、所定のマップが参照されて、仮想アクセル開度及びエンジン回転数に応じた目標空気量（目標ｃｅ）が算出される（♯１３）。更に、ギヤ段別に目標ｃｅに関するガード値が算出される（♯１４）。そして、♯１３で算出された目標ｃｅが、＃１４で算出されたガード値より大きいか否かが判断される（♯１５）。その結果、目標ｃｅがガード値よりも大きいと判断された場合には、目標ｃｅがガード値に一致するように規制され、他方、目標ｃｅがガード値以下であると判断された場合には、＃１７へループされる。

＃１７では、吸気密度に応じた密度補正係数が目標ｃｅに乗算されることで、目標ｃｅ密度が補正される。これにより、例えば高地など空気密度の小さい場所における空気量の増加に伴いエンジン出力が過剰になるのが抑制される。その後、ギヤ段，エンジン回転数及び加速時回転数に応じたトルク補正係数が目標ｃｅに乗算されることで、ギヤ段別にトルクが補正される（♯１８）。これにより、最終的な目標ｃｅが算出される（♯１９）。

次に、インジェクタ４に燃料を加圧して供給する燃料供給系の噴射限界となる噴射限界ｃｅが算出され（♯２０）、続けて、最終的な目標ｃｅが噴射限界ｃｅよりも大きいか否かが判断される（＃２１）。その結果、最終的な目標ｃｅが噴射限界ｃｅよりも大きいと判断された場合には、最終的な目標ｃｅが噴射限界ｃｅに一致するように規制され、他方、最終的な目標ｃｅが噴射限界ｃｅ以下であると判断された場合には、＃２３へループされる。

♯２３では、最終的な目標ｃｅ（質量流量）が目標体積効率に変換される。続いて、所定のマップが参照されて、目標体積効率及びエンジン回転数に応じた目標アクセル開度（目標ｔｖｏ）が算出される（♯２４）。その後、目標アクセル開度に応じた駆動電力がスロットルアクチュエータへ出力される（♯２５）。以上で、処理がメインルーチンへリターンされる。

図１０は、ＥＣＵ４０により実行される一連の制御処理に含まれるターボ過給機１０のフィードバック制御についてのフローチャートである。このフローチャートは、空気量ベース及び過給圧ベースのフィードバック制御が併用される図７の構成に対応するものである。

この処理では、まず、各種パラメータ信号が読み込まれる（＃３１）。具体的には、水温センサ３１によって検出されるエンジン水温，エアフローセンサ９によって検出される気筒２内に吸入される空気量，エンジン回転数センサ３３によって検出されるエンジン回転数，アクセル開度センサ３４によって検出されるアクセル開度等が読み込まれる。

次に、図３に示すようなマップが参照されて、アクセル開度及びエンジン回転数に応じた目標デューティが算出される（＃３２）。その後、予め算出された大気圧補正率が乗算されることで、目標デューティが大気圧に関して補正される（＃３３）。また、予め算出された吸気温補正率が乗算されることで、目標デューティが吸気温度に関して補正される（＃３４）。更に、予め算出されたバッテリ電圧補正係数が加算されることで、目標デューティがバッテリ電圧に関して補正される（＃３５）。

続いて、ターボ過給機１０による過給圧が所定値よりも大きいか否かが判断される（＃３６）。図２を参照して説明したように、ウェストゲート弁１７を開閉駆動させるウェストゲート弁駆動アクチュエータ２１の駆動源は、吸気通路７内にもたらされる過給圧であり、アクチュエータ２１を駆動させるには、過給圧が、スプリング室内に収納されるスプリングの付勢力を越える、すなわち、所定値より大きい必要がある。＃３６の結果、過給圧が所定値より大きいと判断された場合には、引き続き、空気量に関した比例制御によるフィードバック補正項が算出される（＃３７）。他方、過給圧が所定値以下であると判断された場合には、空気量ベースの比例制御及び積分制御によるフィードバック補正項が０に設定された上で（＃４３）、＃４４へループされる。

＃３７の後、ターボ過給機１０が過回転状態にあると判定する判定値が算出される（＃３８）。ここでは、ターボ過給機１０が過回転状態にあると判定する値として、大気圧が低下するほど低い値が設定される。これにより、例えば高地においてなるべく早期に過給圧ベースのフィードバック制御が併用可能となり、ターボ過給機１０の過回転が抑制される。本実施形態では、ターボ過給機１０の回転状態が過給圧センサ（不図示）を用いて過給圧を検出することにより判断されており、このため、上記判定値としては所定の過給圧が設定される。

続いて、ターボ過給機１０が過回転状態にあるか否かが、＃３８で算出された判定値に基づき判断される（＃３９）。その結果、ターボ過給機１０が過回転状態にないと判断された場合には、空気量に関した積分制御によるフィードバック補正項が算出された上で（＃４２）、＃４４へループされる。他方、ターボ過給機１０が過回転状態にあると判断された場合には、引き続き、過給圧に関する最大ガード値が算出される（＃４１）。このガード値は、＃３８で算出されたターボ過給機１０の過回転を判定する上での判定値よりも高い値である。その後、過給圧に関した積分制御によるフィードバック補正項が算出された上で（＃４１）、＃４４へループされる。

＃４４では、＃３７で算出されたフィードバック補正項と、＃４１，＃４２又は♯４３で算出されたフィードバック補正項とが、＃３２〜＃３５で得られた目標デューティに対して加算されることにより、最終的なデューティが算出される。そして、最終的なデューティがアクチュエータ制御ソレノイド２２に出力される（＃４５）。以上で、処理がメインルーチンへリターンされる。

以上の説明から明らかなように、目標質量空気量にするための体積空気量が増加する高地等の大気圧が低い場所において、実質量空気量が目標質量空気量よりも少ない状態にもかかわらず、体積空気量の増加に伴い、ターボ過給機１０の回転数が所定の判定値以上になった場合に、目標質量空気量制御を継続する上で、ターボ過給機１０の回転数の上昇を抑制することができ、ターボ過給機１０の信頼性を確保することができる。また、空気量ベースのフィードバック制御から過給圧ベースのフィードバック制御への切替えに際して、ブロックＢ１２で算出された空気量ベースの比例制御によるフィードバック補正項が継続して目標デューティに加算されるため、積算されたフィードバック制御量がリセットされることにより出力の落ち込み等のショックが生じることを回避することができる。

なお、本発明は、例示された実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明に係る過給機付エンジンの過給圧制御装置は、自動車等の車両を含み、ターボ過給機付きのエンジンが搭載されるものであれば、いかなるものにも適用可能である。

本発明の実施形態に係るターボ過給機付エンジン及び該エンジンの制御を行うシステム構成を概略的にあらわす図である。 ターボ過給機及びその周辺の構成を示す図である。 アクチュエータ制御ソレノイド駆動用のデューティに関する基本マップである。 スロットル弁をオープンループ制御する流れをあらわす説明図である。 ターボ過給機を空気量ベースでフィードバック制御する流れをあらわす説明図である。 図４に示すスロットル弁のオープンループ制御及び図５に示すターボ過給機のフィードバック制御の下で得られた各種パラメータのタイムチャートである。 ターボ過給機を空気量ベース及び過給圧ベースでフィードバック制御する流れをあらわす説明図である。 図４に示すスロットル弁のオープンループ制御及び図７に示すターボ過給機の空気量ベース及び過給圧ベースのフィードバック制御の下で得られた各種パラメータのタイムチャートである。 スロットル弁制御についてのフローチャートである。 ターボ過給機制御についてのフローチャートである。

符号の説明

Ｅ…ターボ過給機付エンジン，１ａ…第１吸気ポート，１ｂ…第２吸気ポート，２ａ…第１分岐吸気通路，２ｂ…第２分岐吸気通路，３…燃焼室，４…インジェクタ，５ａ…第１排気ポート，５ｂ…第２排気ポート，６ａ…第１分岐排気通路，６ｂ…第２分岐排気通路，７…吸気通路，８…エアクリーナ，９…エアフローセンサ，１０…ターボ過給機，１０ａ…ブロア，１０ｂ…タービン，１１…インタクーラ，１２…スロットル弁，１３…サージタンク，１４…排気通路，１５…触媒コンバータ，１６…バイパス通路，１７…ウェストゲート弁，１８…バイパス通路，１９…ガスクーラ，２０…調整弁，２１…ウェストゲート弁駆動アクチュエータ，２２…アクチュエータ制御ソレノイド，３０…ＥＣＵ，３１…水温センサ，３２…吸気温センサ，３３…エンジン回転数センサ，３４…アクセル開度センサ。

Claims (3)

1. 過給圧を制御する過給圧制御弁を備えたターボ過給機と、
   運転状態に基づき要求される目標トルクに応じて目標質量空気量を設定する目標質量空気量設定手段と、
   上記目標質量空気量設定手段により設定された目標質量空気量に基づき、上記過給圧制御弁の制御量を設定する制御量設定手段と、
   実質量空気量と目標質量空気量とのずれに基づき、上記過給圧制御弁の制御量をフィードバック制御する第１のフィードバック手段と、
   実過給圧と目標過給圧とのずれに基づき、上記過給圧制御弁の制御量をフィードバック制御する第２のフィードバック手段と、を備えており、
   上記ターボ過給機の回転数が、所定の過回転判定値以上になった場合に、上記第１のフィードバック手段から第２のフィードバック手段へ切り替える若しくは両方の手段を併用することを特徴とする過給機付きエンジンの過給圧制御装置。
2. 上記過回転判定値は、大気圧及びエンジン回転数のうちの少なくとも１つに基づき設定されることを特徴とする請求項１記載の過給機付きエンジンの過給圧制御装置。
3. 上記ターボ過給機の回転数が上記過回転判定値以上になった場合に、上記第１のフィードバック手段は、上記目標質量空気量に基づくフィードバック比例制御を継続する一方、上記第２のフィードバック手段は、上記目標過給圧に基づくフィードバック積分制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付きエンジンの過給圧制御装置。
   

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