JP6913624B2

JP6913624B2 - 内燃機関の制御方法

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Publication number: JP6913624B2
Application number: JP2017245961A
Authority: JP
Inventors: 浩雲石; 飯星　洋一; 洋一飯星; 堀　俊雄; 堀　　俊雄; 鈴木　邦彦; 邦彦鈴木; 豊原　正裕; 正裕豊原; 貴文荒川
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP2019112985A; WO2019123978A1

Description

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。

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。

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ＴＴ_ｕｐ、目標とする目標過給圧力ＴＰ_ｕｐ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ＴＰ_ｄｎを算出する。尚、上述した目標温度ＴＴ_ｕｐ、目標過給圧力ＴＰ_ｕｐ、目標吸気管圧力ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｕｐ、或は目標とする目標吸気管圧力ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｕｐ、或は目標吸気管圧力ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｕｐ、或は目標とする目標吸気管圧力ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｕｐ、或は目標吸気管圧力ＴＰ_ｄｎ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。

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ＴＰ_ｕｐ、または目標吸気管圧力ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎを実現している。目標吸気管圧力ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎを制御している。しかしながら、目標過給圧力ＴＰ_ｕｐ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ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎと実吸気管圧力Ｐ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｕｐ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ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎを算出する。目標吸気管圧力ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎの差（Ｐｍ-ＴＰ_ｄｎ）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ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎを算出する。目標吸気管圧力ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎの差（Ｐｍ-ＴＰ_ｄｎ）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ＴＰ_ｄｎ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ＴＰ_ｄｎの差（Ｐｍ-ＴＰ_ｄｎ）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

（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。
請求項１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。