(57)【要約】【課題】ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）と過給特性制御アクチュエータとの改善された協調制御により、内燃機関に求められる様々な性能に関して良好な制御結果を得られるようにする。【解決手段】目標空気量と実際のバルブタイミングとに基づいて目標吸気管圧力を計算する。そして、目標吸気管圧力に基づいて過給特性制御アクチュエータを制御するための過給特性制御アクチュエータの制御変数を計算する。ＶＶＴの制御変数は目標空気量に基づいて算出する。ただし、ＶＶＴの制御によって吸気バルブを通過する空気の流量を最大にした場合の推定空気量が目標空気量よりも小さい場合には、ＶＶＴを通過する空気の流量が最大になるようにＶＶＴ制御変数を計算する。そして、推定空気量が目標空気量以上になれば、目標空気量と参照過給圧とに基づいてＶＶＴ制御変数を計算する。参照過給圧は実際の過給圧より高い過給圧とされる。【選択図】図５
2014105578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変バルブタイミング機構と、過給機と、前記過給機の過給特性を変化させる過給特性制御アクチュエータとを有する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の目標空気量と前記可変バルブタイミング機構により実現されたバルブタイミングとに基づいて前記内燃機関の目標吸気管圧力を計算する第１の計算手段と、
前記目標吸気管圧力に基づいて前記過給特性制御アクチュエータの制御変数であるアクチュエータ制御変数を計算する第２の計算手段と、
実際の過給圧より高い過給圧を前記可変バルブタイミング機構の制御用の参照過給圧として算出する第３の計算手段と、
前記可変バルブタイミング機構の制御によって吸気バルブを通過する空気の流量を最大にした場合の推定空気量を計算し、前記推定空気量が前記目標空気量よりも小さい場合には、前記吸気バルブを通過する空気の流量が最大になるように前記可変バルブタイミング機構の制御変数であるＶＶＴ制御変数を計算し、前記推定空気量が前記目標空気量以上の場合には、前記目標空気量と前記参照過給圧とに基づいて前記ＶＶＴ制御変数を計算する第４の計算手段と、を備え、
前記制御装置は、前記ＶＶＴ制御変数に従って前記可変バルブタイミング機構を制御するとともに、前記アクチュエータ制御変数に従って前記過給特性制御アクチュエータを制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第３の計算手段は、前記過給特性制御アクチュエータの制御によって到達可能な最大過給圧を前記参照過給圧として算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記第３の計算手段は、圧力センサにより計測された過給圧にオフセット量を加算して得られる値を前記参照過給圧として算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記第３の計算手段は、圧力センサにより計測された過給圧を上昇率の下限を規定する下限ガードで補正して得られる値を前記参照過給圧として算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記第４の計算手段は、前記目標空気量と前記参照過給圧とに基づいて前記ＶＶＴ制御変数を計算する場合において、前記参照過給圧と圧力センサにより計測された過給圧との差が基準値を超える場合には、前記ＶＶＴ制御変数の空気量を減少させる方向への変化率に制限を加えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記第４の計算手段は、前記目標空気量と前記参照過給圧とに基づいて前記ＶＶＴ制御変数を計算する場合において、前記参照過給圧と圧力センサにより計測された過給圧との差が基準値を超える場合には、前記ＶＶＴ制御変数の計算に使用する前記参照過給圧の上昇率に制限を加えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変バルブタイミング機構と、過給機と、過給機の過給特性を変化させるアクチュエータとを有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、車両用の内燃機関において吸気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ）の制御方法について記載されている。ＶＶＴにより吸気バルブのバルブタイミングを変化させることによって、筒内に吸入される空気量を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２３０９７号公報
【特許文献２】特許第４９５２８４８号公報
【特許文献３】特開２００９−００７９３４号公報
【特許文献４】特開２００７−２６２９６８号公報
【特許文献５】特開平１１−１４１３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、過給機付きの内燃機関では、ウエストゲートバルブ（以下、ＷＧＶ）や可変ノズル等の過給特性を変化させる過給特性制御アクチュエータが設けられる場合がある。筒内に吸入される空気量は過給圧によって変化することから、例えば過給機にＷＧＶが設けられているのであれば、ＷＧＶの開度を変化させて過給機の過給特性を変化させることによって空気量を制御することができる。
【０００５】
つまり、筒内に吸入される空気量は上述のＶＶＴによっても制御することができるし、ＷＧＶ等の過給特性制御アクチュエータによっても制御することができる。ただし、これら２種類のアクチュエータの協調操作が上手く行われない場合には、ＶＶＴによる空気量制御と過給特性制御アクチュエータによる空気量制御との間で干渉が生じ、目標空気量に対する実空気量の追従性や収束性に問題が生じるおそれがある。また、これら２種類のアクチュエータの協調操作が上手く行われない場合には、目標空気量に対する実空気量の追従性や収束性については満足できたとしても、燃費性能や排気ガス性能などの他の性能において満足できない制御結果になってしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、ＶＶＴと過給特性制御アクチュエータとの改善された協調制御により、内燃機関に求められる様々な性能に関して良好な制御結果を得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、少なくともＶＶＴと過給機と過給特性制御アクチュエータとを備える内燃機関に適用される制御装置である。ＶＶＴは吸気バルブのバルブタイミング、より詳しくは、少なくとも吸気バルブの閉時期を変更することのできる機構である。過給機はターボ過給機でもよいし機械式過給機でもよい。過給機がターボ過給機であるならば、過給特性制御アクチュエータとしてはＷＧＶや可変ノズルが好ましい。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の目標吸気管圧力を計算する第１の計算手段を備える。第１の計算手段は、内燃機関の目標空気量とＶＶＴにより実現されたバルブタイミングとに基づいて目標吸気管圧力を計算する。空気量と吸気管圧力との間にはバルブタイミングの値ごとに一定の関係が成立する。第１の計算手段はこの関係を用いて目標吸気管圧力を計算する。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、過給特性制御アクチュエータの制御変数であるアクチュエータ制御変数を計算する第２の計算手段を備える。第２の計算手段は、目標吸気管圧力に基づいてアクチュエータ制御変数を計算する。吸気管圧力と過給圧との間には一定の関係があり、過給圧とアクチュエータ制御変数との間にも一定の関係がある。第２の計算手段はこれらの関係を用いてアクチュエータ制御変数を計算する。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、ＶＶＴの制御用の参照過給圧を計算する第３の計算手段を備える。第３の計算手段は、実際の過給圧より高い過給圧を参照過給圧として算出する。参照過給圧は、より限定するならば、過給特性制御アクチュエータの制御によって到達可能な最大過給圧であることが好ましい。また、参照過給圧は、圧力センサにより計測された過給圧にオフセット量を加算して得られる値であってもよいし、圧力センサにより計測された過給圧を上昇率の下限を規定する下限ガードで補正して得られる値であってもよい。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、ＶＶＴの制御変数であるＶＶＴ制御変数を計算する第４の計算手段を備える。第４の計算手段は、目標空気量に基づいてＶＶＴ制御変数を計算する。ただし、目標空気量が増大した過渡期間は、ＶＶＴの制御によって吸気バルブを通過する空気の流量を最大にすることで実現される推定空気量を計算する。推定空気量が目標空気量よりも小さい間は、吸気バルブを通過する空気の流量が最大になる値をＶＶＴ制御変数として算出する。そして、推定空気量が目標空気量以上になれば、目標空気量と参照過給圧とに基づいてＶＶＴ制御変数を計算する。吸気管圧力と過給圧との間には一定の関係があり、空気量と吸気管圧力との間にはＶＶＴ制御変数の値ごとに一定の関係が成立する。第４の計算手段はこれらの関係を用いて過渡期間におけるＶＶＴ制御変数を計算する。ただし、参照過給圧と圧力センサにより計測された過給圧との差が基準値を超える場合には、好ましくは、空気量を減少させる方向へのＶＶＴ制御変数の変化率に制限を加えるか、或いは、ＶＶＴ制御変数の計算に使用する参照過給圧の上昇率に制限を加えるようにする。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、第２の計算手段で計算したアクチュエータ制御変数に従って過給特性制御アクチュエータを制御するとともに、第４の計算手段で計算したＶＶＴ制御変数に従ってＶＶＴを制御する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、ＶＶＴによる空気量制御と過給特性制御アクチュエータによる空気量制御との間で干渉が生じることがない。これにより、加速運転時における目標空気量に対する実空気量の追従性及び収束性を担保しながら、内燃機関に求められる様々な性能に関して良好な制御結果を得ることのできる過給圧及びバルブタイミングを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】比較例としての制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】吸気管圧力と空気量とバルブタイミングとの関係を示すグラフである。
【図４】狙いとする加速運転時の動作のイメージを示すタイムチャートである。
【図５】図２に示す構成の制御装置による制御結果のイメージを示すタイムチャートである。
【図６】図１に示す構成の制御装置による制御結果のイメージを示すタイムチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図８】図７に示す構成の制御装置による制御結果のイメージを示すタイムチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３に係る内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】図９に示す構成の制御装置による制御結果のイメージを示すタイムチャートである。
【図１１】各実施の形態に付随する課題について説明するためのタイムチャートである。
【図１２】図１１に示す課題に対する対策について説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態に係る制御装置が適用される内燃機関２は、ＷＧＶ４付きのターボ過給機を備えた火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。本実施の形態に係るＷＧＶ４は、Ｅ−ＶＲＶによって駆動されるアクティブ制御対応のＷＧＶであって、ソレノイドに供給するデューティによって開度を制御することができる。吸気通路には電子制御式のスロットル（図示略）が取り付けられ、吸気バルブにはＶＶＴ６が取り付けられている。本実施の形態に係るＶＶＴ６は、作用角を一定のまま吸気バルブの開時期と閉時期を連動して変化させる装置である。本明細書では、ＶＶＴ６により制御されるバルブタイミングとは、吸気バルブの開時期と閉時期との平均のタイミングを意味するものとする。
【００１７】
本実施の形態に係る制御装置１１０は、車載ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が備える機能の一部として実現される。ＥＣＵが本実施の形態に係る制御装置１１０として機能する場合、ＥＣＵは、メモリに記憶されている制御プログラムに従って空気量に関係するアクチュエータ、すなわち、スロットル、ＷＧＶ４、及びＶＶＴ６を協調操作する。
【００１８】
本実施の形態に係る制御装置１１０は、目標空気量算出ユニット２２を備えている。目標空気量算出ユニット２２は、要求トルクの実現に必要な空気量を目標空気量として算出する。要求トルクは、運転者や車両制御デバイスによって要求される駆動力の実現に必要なトルクであって、要求駆動力と現在のエンジン回転数とに基づいて決定される。目標空気量の計算には、トルクと空気量とをエンジン回転数、点火時期、空燃比等の種々のエンジン情報を引数にして関連付けられたマップが用いられる。
【００１９】
本実施の形態に係る制御装置１１０は、さらに、目標吸気管圧力を算出する目標吸気管圧力算出ユニット２４、ＷＧＶ４の制御変数であるＷＧＶデューティを算出するＷＧＶ制御ユニット２６、ＶＶＴ６の制御変数である目標バルブタイミングを算出するＶＶＴ制御ユニット２８、及び最大過給圧算出ユニット３０を備えている。なお、制御装置１１０にはスロットルの制御変数である目標スロットル開度を目標吸気管圧力に基づいて決定する機能も備えられている。目標空気量が増大する加速運転時には、スロットルは吸気管圧力の増大速度を最大にすべく全開に制御され、実際の吸気管圧力が目標吸気管圧力の近くまで上昇したら目標空気量に応じた開度まで閉じられる。ただし、本発明において課題としているのはＷＧＶ４とＶＶＴ６との協調制御、特に、目標空気量が増大する加速運転時における協調制御であることから、スロットル制御の詳細については説明を省略する。
【００２０】
目標吸気管圧力算出ユニット２４は、ＶＶＴ６により実現されたバルブタイミング（実ＶＴ）と目標空気量とに基づき目標吸気管圧力を算出する。目標吸気管圧力の計算には、吸気バルブを通過する空気量を吸気管圧力とバルブタイミングとに関連付けるマップが用いられる。このマップによれば、空気量が一定の場合、バルブタイミングが進角されるほど吸気管圧力は低下する傾向にあり、吸気管圧力が一定の場合、バルブタイミングが進角されるほど空気量は増大する傾向にあり、バルブタイミングが一定の場合、吸気管圧力が高くなるほど空気量は増大する傾向にある。ただし、過給域ではスカベンジが発生するために吸気バルブを通過する空気量と燃焼に供される空気量とは必ずしも一致しない。このため、目標空気量を上述のマップに当てはめるにあたっては、スカベンジ量の分だけ目標空気量を補正することが行われる。
【００２１】
ＷＧＶ制御ユニット２６は、目標吸気管圧力から目標過給圧を算出し、目標過給圧を達成することのできるＷＧＶ４の開度を現在のエンジン回転数を参照して計算し、そのＷＧＶ開度を得るために必要なＷＧＶデューティを決定する。ＷＧＶデューティはＷＧＶ４を動作させるソレノイドのデューティを意味する。目標過給圧は目標吸気管圧力と等しい値とされるか、或いは、目標吸気管圧力に所定のマージンを加えた値とされる。少なくともスロットルが全開となる加速運転時には、目標過給圧は目標吸気管圧力と等しい値とされる。
【００２２】
ＶＶＴ制御ユニット２８は、目標バルブタイミングを算出する機能を備えている。目標バルブタイミングは、より詳しくは、ＶＶＴ６の基準位置（初期位置）からの目標変位角を意味する。ＶＶＴ制御ユニット２８は、目標空気量の実現に最適なバルブタイミングをベースバルブタイミングとして算出する。その計算には、空気量とバルブタイミングとをエンジン回転数を引数にして関連付けられたマップが用いられる。ベースバルブタイミングは、現在のエンジン回転数のもと目標空気量を達成するのに最適なＶＶＴ６の変位角である。より詳しくは、内燃機関２の定常状態において燃費性能、排気ガス性能、燃焼安定性などの内燃機関２に要求される性能を満たすことができ、且つ、エンジン回転数及び空気量に対するＶＶＴ６の変位角の連続性、すなわち、ＶＶＴ６の制御性を満足させることのできるＶＶＴ６の変位角である。ベースバルブタイミングの具体的な値は空気量ごと及びエンジン回転数ごとの適合によって決定されている。
【００２３】
ＶＶＴ制御ユニット２８は、定常状態ではベースバルブタイミングを目標バルブタイミングとして算出する。しかし、加速運転時の目標空気量の増大によって目標空気量と実空気量との間に差が生じた場合には、実空気量を最大の速度で増大させて目標空気量に追従させるべく、吸気バルブを通過する空気の流量が最大になる最大空気流量バルブタイミングまで目標バルブタイミングを進角する。吸気バルブを通過する空気流量を最大にすることで、筒内空気の充填効率が向上するとともに、タービン流量の増大により過給圧も上昇しやすくなる。なお、実空気量は内燃機関２の物理モデルを用いてバルブタイミングから推定することができる。そして、最大空気流量バルブタイミングから推定される空気量（推定空気量）が目標空気量以上になった場合は、ＶＶＴ制御ユニット２８は、目標空気量とＶＶＴ制御用の参照過給圧である最大過給圧とに基づいて目標バルブタイミングを計算する。この計算には、バルブタイミングと空気量と吸気管圧力とを関連付けるマップが用いられる。加速運転時には吸気管圧力と過給圧とは略一致することから、マップにおける吸気管圧力の引数には上記の最大過給圧が代入される。
【００２４】
ＶＶＴ制御ユニット２８は、目標バルブタイミングに従ってＶＶＴ６を制御する。ただし、バルブタイミングには動作性や信頼性の観点からガードが掛けられる場合がある。例えば、冷却水温が閾値以下となる低温時には、バルブタイミングの基準位置からの進角量が制限される場合がある。このため、バルブタイミングに対してガード機能が働いたときには、目標バルブタイミングとＶＶＴ６により実現されたバルブタイミングとの間にはずれが生じる場合もある。つまり、定常状態であっても、ガード機能が働く状況である場合には、実際のバルブタイミングは必ずしも最も効率の良いベースバルブタイミングに制御されているとは限らない。このようなことから、目標吸気管圧力算出ユニット２４による目標吸気管圧力の計算には、目標バルブタイミングではなくＶＶＴ６により実際に実現されたバルブタイミングが用いられている。
【００２５】
最大過給圧の計算は最大過給圧算出ユニット３０で行われる。最大過給圧算出ユニット３０は、内燃機関２の現在の運転状態のもとでＷＧＶ４の操作によって達成できる最大過給圧を算出する。具体的には、ＷＧＶ４を全閉にした場合の推定過給圧が最大過給圧として算出される。ＷＧＶ４を全閉にした場合の推定過給圧は、タービンに流入する空気量とエンジン回転数とに基づき過給機の物理モデルを用いて計算することができる。
【００２６】
以上が本実施の形態に係る制御装置１１０の構成である。次に、本実施の形態に係る制御装置１１０の利点について分かり易くするため、本実施の形態に係る制御装置１１０に対する比較例として、本発明の創案過程において最初に検討された制御装置の構成についても説明する。図２は、比較例としての制御装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図２に示す構成において本実施の形態に係る制御装置１１０が有する要素と共通の要素については同一の符号が付されている。
【００２７】
比較例としての制御装置１００は、目標空気量算出ユニット２２、目標吸気管圧力算出ユニット２４、ＷＧＶ制御ユニット２６、及びＶＶＴ制御ユニット２８を備えている。つまり、比較例としての制御装置１００は、本実施の形態に係る制御装置１１０が備える最大過給圧算出ユニット３０を備えていない。比較例のＶＶＴ制御ユニット２８には、加速運転時の目標バルブタイミングの計算に用いる参照過給圧として、過給圧センサ８によって計測された実際の過給圧が入力される。比較例のＶＶＴ制御ユニット２８は、目標空気量が増大した場合、まず、吸気バルブを通過する空気の流量が最大になるバルブタイミングまで目標バルブタイミングを進角し、その後、目標空気量と実過給圧とに基づいて目標バルブタイミングを計算する。
【００２８】
ここで、図３は、吸気管圧力と空気量とバルブタイミングとの関係を示すグラフである。縦軸が吸気管圧力、横軸がバルブタイミングであり、グラフ内の複数の曲線は空気量が等しい座標を結んだ等高線である。このグラフから分かるように、目標空気量を達成できる吸気管圧力とバルブタイミングとの組み合わせはＡ点及びＢ点も含めて無数に存在する。しかし、燃費性能、排気ガス性能、燃焼安定性などの内燃機関２に要求される性能を最大限に満たすことができる組み合わせは１つであり、ここではＢ点における組み合わせがそれであるとする。よって、目標空気量がグラフ内で太線により特定される空気量まで増大したときには、Ａ点ではなく、Ｂ点における吸気管圧力及びバルブタイミングを得られるようにＷＧＶ４及びＶＶＴ６を協調制御したい。
【００２９】
この点に関し、比較例としての制御装置１００の構成では、一度Ａ点の状態になってしまうとＢ点の状態に移ることはできない。比較例としての制御装置１００は、実際のバルブタイミングを参照しながら目標吸気管圧力を決定するとともに、実際の過給圧（スロットルが全開となる加速運転時の過給圧は吸気管圧力に等しい）を参照しながら目標バルブタイミングを決めているためである。実際のバルブタイミングはＶＶＴ６による空気量制御の出力に相当し、実際の過給圧はＷＧＶ４による空気量制御の出力に相当する。比較例としての制御装置１００のようにＷＧＶ４による空気量制御とＶＶＴ６による空気量制御との間で互いの出力を相互参照する方法では、実際の過給圧とバルブタイミングとによって目標空気量が達成されている場合、動作点をＡ点から最適動作点であるＢ点に移そうとする作用が働かない。
【００３０】
本実施の形態に係る制御装置１１０は、比較例としての制御装置１００が有する上記の問題を解決するために、ＶＶＴ６とＷＧＶ４との改善された協調制御を採用している。その改善された協調制御とは、過給圧センサ８により計測された実際の過給圧に代えて、最大過給圧算出ユニット３０で算出した最大過給圧を加速運転時における目標バルブタイミングの計算に用いることである。これによれば、ＷＧＶ４による空気量制御では実際のバルブタイミングを参照するが、ＶＶＴ６による空気量制御では実際の過給圧を参照しないため、ＶＶＴ６による空気量制御とＷＧＶ４による空気量制御との間で干渉が生じることがない。さらに、最大過給圧は実過給圧よりも高いため、最大過給圧を参照することによって実過給圧の上昇を待たずにバルブタイミングを遅角させようとする作用が働くことになる。したがって、本実施の形態に係る制御装置１１０による改善された協調制御によれば、目標空気量の等高線上の動作点を最大過給圧の方向に向けて、つまり、最適動作点であるＢ点へ向けて移動させていくことができる。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る制御装置１１０の利点について、本実施の形態に係る制御装置１１０による加速運転時の制御結果と比較例としての制御装置１００による加速運転時の制御結果とを比較することで明らかにする。まず、狙いとする加速運転時の動作について、図４のタイムチャートを用いて説明する。狙いとする動作では、目標空気量が増大した場合、吸気バルブを通過する空気流量が最大になる値までバルブタイミングが進角するとともに、目標空気量に対応させて目標吸気管圧力が高められ、その高められた目標吸気管圧力に向けて過給圧は速やかに上昇していく。そして、目標空気量と実空気量との差が閾値以下になるまで実空気量が上昇した後、バルブタイミングは最も効率の良い値であるベースバルブタイミングへと戻る（ただし、この例ではバルブタイミングにはガードがかからないものとする）。このような動作が狙い通りに実現されたならば、加速運転時における目標空気量に対する実空気量の追従性及び収束性を担保しながら、内燃機関２に求められる様々な性能に関して良好な制御結果を得ることができる。
【００３２】
しかしながら、比較例としての制御装置１００の場合、加速運転時の制御結果は図５のタイムチャートに示すようなものとなる。比較例としての制御装置１００によれば、バルブタイミングは狙い通りに吸気バルブを通過する空気流量が最大になる値まで進角される。しかしながら、目標吸気管圧力は目標空気量と実際のバルブタイミングとから決定されるため、下段のグラフ中に点線で示すように、目標吸気管圧力は目標空気量の増大に合わせて一旦高められた後、バルブタイミングの進角に伴って下げられていく。ＷＧＶ４は目標吸気管圧力に基づいて制御されるため、下段のグラフ中に実線で示すように、目標吸気管圧力が低下すればＷＧＶ４の制御により実現される過給圧も低く抑えられたままとなる。そして、実過給圧が低く抑えられることにより、目標空気量と実過給圧とに基づいて制御されるバルブタイミングは進角されたままとなる。つまり、比較例としての制御装置１００では、目標空気量を達成することはできるものの、過給圧を高めつつバルブタイミングを最も効率の良いベースバルブタイミングへ戻していくことはできない。
【００３３】
これに対し、本実施の形態に係る制御装置１１０の場合、図６のタイムチャートに示すような加速運転時の制御結果を得ることができる。本実施の形態に係る制御装置１１０によれば、まず、バルブタイミングは、目標空気量の増大に合わせてベースバルブタイミングから吸気バルブを通過する空気流量が最大になる値まで進角される。その後、目標バルブタイミングの計算において最大過給圧が参照されることにより、バルブタイミングは再び効率の良いベースバルブタイミングへ向けて遅角されていく。このようにバルブタイミングが制御される結果、下段のグラフ中に点線で示すように、目標空気量の増大に合わせて高められた目標吸気管圧力はバルブタイミングの進角に伴い一旦下げられるものの、バルブタイミングが遅角されるにつれて目標吸気管圧力は再び上昇していく。ＷＧＶ４は目標吸気管圧力に基づいて制御されるため、目標吸気管圧力が上昇すればＷＧＶ４の制御により実現される過給圧も上昇する。下段のグラフ中に実線と一点鎖線でそれぞれ示すように、実過給圧は最大過給圧に追従するように上昇していく。
【００３４】
以上の制御結果から分かるように、本実施の形態に係る制御装置１１０によれば、バルブタイミングと過給圧とに関して狙いとする動作を実現することができる。これにより、加速運転時における目標空気量に対する実空気量の追従性及び収束性を担保しながら、燃費性能、排気ガス性能、燃焼安定性などの内燃機関２に要求される様々な性能を満足させることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、目標吸気管圧力算出ユニット２４が本発明における「第１の計算手段」に相当する。また、ＷＧＶ制御ユニット２６が本発明における「第２の計算手段」に相当し、ＷＧＶデューティは「アクチュエータ制御変数」に相当する。最大過給圧算出ユニット３０は本発明における「第３の計算手段」に相当する。そして、ＶＶＴ制御ユニット２８が本発明における「第４の計算手段」に相当し、目標バルブタイミングは「ＶＶＴ制御変数」に相当する。なお、本実施の形態では、目標バルブタイミングに従ってＶＶＴ６を制御しているが、より詳しくは、ＶＶＴ６のオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）を駆動するソレノイドのデューティを目標バルブタイミングから算出している。したがって、ＯＣＶを駆動するソレノイドのデューティを「ＶＶＴ制御変数」と解釈することもできる。
【００３６】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。
【００３７】
図７は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図７に示す構成において実施の形態１に係る制御装置１１０が有する要素と共通の要素については同一の符号が付されている。
【００３８】
本実施の形態に係る制御装置１２０は、目標空気量算出ユニット２２、目標吸気管圧力算出ユニット２４、ＷＧＶ制御ユニット２６、ＶＶＴ制御ユニット２８、及びオフセット量加算ユニット３２を備えている。つまり、本実施の形態に係る制御装置１２０は、実施の形態１に係る制御装置１１０が備える最大過給圧算出ユニット３０の代わりにオフセット量加算ユニット３２を備えている。
【００３９】
オフセット量加算ユニット３２は、過給圧センサ８によって計測された実際の過給圧に対して所定のオフセット量を加算する計算を行い、その計算値をＶＶＴ制御用の参照過給圧として算出する。つまり、本実施の形態に係る制御装置１２０では、加速運転時の目標バルブタイミングの計算に用いる参照過給圧として、オフセット量加算ユニット３２で算出された過給圧、すなわち、実過給圧よりもオフセット量の分だけ高い過給圧がＶＶＴ制御ユニット２８に入力される。
【００４０】
図８は、本実施の形態に係る制御装置１２０による加速運転時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。本実施の形態に係る制御装置１２０によれば、まず、バルブタイミングは、目標空気量の増大に合わせてベースバルブタイミングから吸気バルブを通過する空気流量が最大になる値まで進角される。その後、目標バルブタイミングの計算において実過給圧よりも高い過給圧が参照されることにより、バルブタイミングは過給圧の上昇を待たずに先に遅角側へ戻り始める。そして、バルブタイミングが先に遅角側へ戻り始める結果、下段のグラフ中に点線で示すように、目標空気量の増大に合わせて高められた目標吸気管圧力は、加速開始時のバルブタイミングの進角に伴い一旦下げられるものの、バルブタイミングが遅角されるにつれて目標吸気管圧力は再び上昇していく。目標吸気管圧力が上昇すればＷＧＶ４の制御により実現される過給圧も上昇する。下段のグラフ中に実線と一点鎖線でそれぞれ示すように、実過給圧はオフセット量を加算された値に追従するように上昇していき、それに先行してバルブタイミングは最も効率の良いベースバルブタイミングへ戻っていく。
【００４１】
以上の制御結果から分かるように、本実施の形態に係る制御装置１２０によれば、実施の形態に係る制御装置１１０と同様に、バルブタイミングと過給圧とに関して狙いとする動作を実現することができる。これにより、加速運転時における目標空気量に対する実空気量の追従性及び収束性を担保しながら、燃費性能、排気ガス性能、燃焼安定性などの内燃機関２に要求される様々な性能を満足させることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、オフセット量加算ユニット３２が本発明における「第３の計算手段」に相当する。
【００４３】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図を参照して説明する。
【００４４】
図９は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図９に示す構成において実施の形態１に係る制御装置１１０が有する要素と共通の要素については同一の符号が付されている。
【００４５】
本実施の形態に係る制御装置１３０は、目標空気量算出ユニット２２、目標吸気管圧力算出ユニット２４、ＷＧＶ制御ユニット２６、ＶＶＴ制御ユニット２８、及び傾き下限ガードユニット３４を備えている。つまり、本実施の形態に係る制御装置１３０は、実施の形態１に係る制御装置１１０が備える最大過給圧算出ユニット３０の代わりに傾き下限ガードユニット３４を備えている。
【００４６】
傾き下限ガードユニット３４は、過給圧センサ８により計測された過給圧を上昇率の下限を規定する下限ガードで補正する計算を行い、その計算値をＶＶＴ制御用の参照過給圧として算出する。つまり、本実施の形態に係る制御装置１３０では、加速運転時の目標バルブタイミングの計算に用いる参照過給圧として、傾き下限ガードユニット３４で算出された過給圧、すなわち、下限ガードで規定された値以上の上昇率で単調に上昇する過給圧がＶＶＴ制御ユニット２８に入力される。
【００４７】
図１０は、本実施の形態に係る制御装置１３０による加速運転時の制御結果のイメージを示すタイムチャートである。本実施の形態に係る制御装置１３０によれば、まず、バルブタイミングは、目標空気量の増大に合わせてベースバルブタイミングから吸気バルブを通過する空気流量が最大になる値まで進角される。その後、目標バルブタイミングの計算において単調に上昇する過給圧が参照されることにより、バルブタイミングは参照過給圧の上昇に応じて遅角されていく。そして、下段のグラフ中に点線で示すように、目標空気量の増大に合わせて高められた目標吸気管圧力は、加速開始時のバルブタイミングの進角に伴い一旦下げられるものの、バルブタイミングが遅角されるにつれて目標吸気管圧力は再び上昇していく。目標吸気管圧力が上昇すればＷＧＶ４の制御により実現される過給圧も上昇する。下段のグラフ中に実線と一点鎖線でそれぞれ示すように、傾き下限ガードユニット３４で算出された過給圧（傾きガード処理後の実過給圧）に追従するように実過給圧は上昇していき、それに先行してバルブタイミングは最も効率の良いベースバルブタイミングへ戻っていく。
【００４８】
以上の制御結果から分かるように、本実施の形態に係る制御装置１３０によれば、実施の形態に係る制御装置１１０と同様に、バルブタイミングと過給圧とに関して狙いとする動作を実現することができる。これにより、加速運転時における目標空気量に対する実空気量の追従性及び収束性を担保しながら、燃費性能、排気ガス性能、燃焼安定性などの内燃機関２に要求される様々な性能を満足させることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、傾き下限ガードユニット３４が本発明における「第３の計算手段」に相当する。
【００５０】
その他．
以上述べたように、本発明の実施の形態に係る制御装置１１０，１２０，１３０は、実際の過給圧より高い過給圧をＶＶＴ制御用の参照過給圧として算出するという点において共通の特徴を有している。ただし、図１１のタイムチャートに示すように、実過給圧とＶＶＴ制御用の参照過給圧との間の乖離が大きい場合には、その乖離の分だけ実空気量が目標空気量から乖離することになり、空気量の変動が生じてしまう。このような課題が発生する原因は中段のグラフに示すＶＶＴ６の動作にある。上述の何れの実施の形態においても、ＶＶＴ６は一度実空気量を目標空気量に合わせる側に操作された後、効率の良いベースバルブタイミングに再び戻す際に実空気量を目標空気量から乖離させる側に操作される。このため、過給圧の上昇の具合が目論見よりも不十分である場合には、バルブタイミングの遅角による空気量の低下を過給圧の上昇によって補うことができず、結果、実空気量が目標空気量から乖離する状況が発生してしまう。
【００５１】
このような課題に対する対策としては次の２つの案が考えられる。
【００５２】
第１の対策案は、ＶＶＴ制御用の参照過給圧と過給圧センサ８により計測された実過給圧との差が基準値を超える場合には、バルブタイミングの遅角方向への変化率に制限を加えることである。具体的には、ＶＶＴ制御ユニット２８において、目標バルブタイミングをベースバルブタイミングに戻していく際の変化率に対して上限ガードをかければよい。このような対策を施すことにより、実過給圧がＶＶＴ制御用の参照過給圧に追従しやすくなり、空気量の変動の幅は小さくなる。また、空気量の変動の周波数が低くなるため、運転者が違和感を覚えにくくなるという利点もある。
【００５３】
第２の対策案は、ＶＶＴ制御用の参照過給圧と過給圧センサ８により計測された実過給圧との差が基準値を超える場合には、図１２のタイムチャートに示すように、参照過給圧の上昇率に制限を加えることである。参照過給圧の上昇率に制限を加えることで実過給圧が参照過給圧に追いつきやすくなり、実過給圧と参照過給圧との間の乖離は小さくなる。その結果、実空気量の目標空気量からの乖離も小さくなって空気量の変動は抑えられる。
【００５４】
また、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では加速運転時にはスロットルは全開であるとしているが、スロットルが全開であることは必須ではなく常に目標吸気管圧力に応じたスロットル開度に制御されるのでもよい。或いは、過給領域ではスロットルは常に全開に制御されるようになっていてもよい。つまり、本発明が適用される対象は、ＶＶＴとＷＧＶとの協調制御が行われる制御装置であればよい。
【００５５】
また、本発明に係る制御装置は、ＷＧＶ付きターボ過給機を有する内燃機関だけでなく、可変ノズルを備えた可変容量型ターボ過給機を有する内燃機関にも適用することができる。また、電動モータ等のアクチュエータによって過給特性を変化させることができるのであれば、ターボ過給機だけでなく、機械式過給機を有する内燃機関にも本発明に係る制御装置を適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
２  内燃機関
４  ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）
６  可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）
８  過給圧センサ
２２  目標空気量算出ユニット
２４  目標吸気管圧力算出ユニット
２６  ＷＧＶ制御ユニット
２８  ＶＶＴ制御ユニット
３０  最大過給圧算出ユニット
３２  オフセット量加算ユニット
３４  傾き下限ガードユニット
１００  比較例としての制御装置
１１０  実施の形態１に係る制御装置
１２０  実施の形態２に係る制御装置
１３０  実施の形態３に係る制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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