(57)【要約】【課題】運転領域によらず安定した吸入空気量の制御を実現する。【解決手段】エンジン１０の吸気管１１にはターボチャージャ３０が設けられ、その下流側にはスロットルバルブ１４が設けられている。また、ターボチャージャ３０のタービンホイール３２を挟んで排気管２４の上流部と下流部との間にはバイパス通路３６が設けられ、そのバイパス通路３６にはウエストゲートバルブ３７が設けられている。ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１４の上流側及び下流側の圧力差が小さくなったときには、スロットル開度の操作による空気量の調整を固定して、ウエストゲートバルブ３７の開度操作による過給状態の調整によりエンジン出力を制御する。これによりエンジン出力が好適に制御される。【選択図】      図１
2006152821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気系に設けられ吸入空気の量を調整する空気量調整手段と、該空気量調整手段よりも上流側に設けられ吸入空気を圧縮する過給手段と、該過給手段の過給状態を調整するための過給状態可変手段とを備えた内燃機関に適用され、
前記空気量調整手段の操作により空気量を調整することで内燃機関の出力を制御する第１制御手段と、
前記過給状態可変手段の操作により前記過給状態を調整することで内燃機関の出力を制御する第２制御手段と、
前記空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差に応じて少なくとも前記第１制御手段の制御態様を変更する制御態様変更手段と、
を備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御態様変更手段は、前記空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差に応じて、内燃機関の出力に対する前記第１制御手段の制御応答性を変更することを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御態様変更手段は、前記空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が所定値以下となる場合に、前記第１制御手段による内燃機関の出力制御を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御態様変更手段は、前記空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が所定値よりも大きい場合に、主に前記第１制御手段による内燃機関の出力制御を実施し、前記圧力差が所定値よりも小さい場合に、前記第１制御手段に代えて前記第２制御手段による内燃機関の出力制御を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が所定値以下となる場合に、前記第１制御手段による前記空気量調整手段の操作に代えて同空気量調整手段の操作量を所定の規定値に固定する手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記空気量調整手段は、吸気通路の開口面積を可変とする絞り装置により構成され、前記空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が所定値以下となる場合に、前記絞り装置を操作して前記吸気通路を全開又は略全開状態とすることを特徴とする請求項５に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項７】
少なくとも目標吸気圧をパラメータとして目標過給圧を設定する手段を備え、
前記第２制御手段は、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて前記過給状態可変手段の操作量を制御することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関の運転状態が所定の安定状態にあるか否かを判定する判定手段を備え、
前記制御態様変更手段は、機関運転状態が所定の安定状態にあると判定された時に、前記第１制御手段の制御態様の変更を許可することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記判定手段は、機関運転状態を表すパラメータの変動量が所定範囲内にあることを判定するものであり、
予め定めた規定時間内で機関運転状態が所定の安定状態とならない場合には、前記規定時間よりも長い時間の経過時に前記第１制御手段の制御態様の変更を許可する、又は前記所定範囲を拡張した拡張範囲内にあることを判定した時に前記第１制御手段の制御態様の変更を許可することを特徴とする請求項８に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記空気量調整手段は、スロットルアクチュエータの駆動により開度調整されるスロットルバルブであり、
前記第１制御手段は、前記スロットルバルブの上流側及び下流側の圧力の関係と目標空気量とに基づいて目標スロットル開度を算出し、該目標スロットル開度に基づいてスロットル開度を制御するものであることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を調整することによりシリンダに供給される吸入空気量を調整するスロットル開度制御手段と、前記スロットルバルブよりも上流側に設けられスロットル上流の吸入空気を過給するための過給手段と、該過給手段による過給状態を制御するための過給状態制御手段とを備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記スロットルバルブの上流側の圧力を検出する上流圧検出手段と、前記スロットルバルブの下流側の圧力を検出する下流圧検出手段とを備え、
前記スロットルバルブの上流側の圧力と下流側の圧力の関係に応じて、前記スロットル開度制御手段による吸入空気の制御割合と前記過給状態制御手段の過給状態の制御による吸入空気の制御割合とを変更する制御態様変更手段を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記制御態様変更手段は、前記スロットルバルブの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧が小さくなったときに、前記スロットル開度制御手段によるスロットル開度を所定開度に固定すると共に前記過給状態制御手段による過給状態の制御により吸入空気を制御することを特徴とする請求項１１に記載の過給機付き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、過給機付き内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ターボチャージャ等の過給機を設けた内燃機関が種々実用化されており、この過給機の作動により吸気効率が改善され内燃機関の出力向上が図られている。また、こうした過給機付き内燃機関において、過給機の過給状態を調整するための過給状態可変装置を備えた構成が提案されており、その一つとして、排気管に設けたタービンホイールを迂回するようにしてバイパス通路を設けると共に該バイパス通路にウエストゲートバルブを配設した技術がある。このウエストゲートバルブの作動により、過給圧がその都度の目標過給圧に制御できるようになっていた。
【０００３】
例えば特許文献１では、アクセル操作量によって分割された領域に応じて、吸入空気量を調整することにより内燃機関の出力を制御するか、過給圧を調整することにより内燃機関の出力を制御するかを切り換えて制御していた。このとき、吸入空気量の調整はスロットルバルブの開閉操作により行われ、過給圧の調整はウエストゲートバルブの開閉操作により行われる。より具体的には、アクセル操作量が小さい第１の領域では、過給圧がほぼ最小値に保持され、スロットル開度がその最小位置から最大位置の領域までの範囲で調整される。また、アクセル操作量が大きい第２の領域では、スロットル開度が、空気流の絞りが無いか又はごく僅かである位置に保持され、過給圧がアクセル操作量に基づいて調整される。
【特許文献１】特開平７−１５０９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１では以下に示す問題が生じる。すなわち、ターボチャージャのような過給機を有する内燃機関では、スロットル上流圧（過給圧）とスロットル下流圧との関係に応じて吸入空気量（スロットル通過空気量）が変化するため、一般にそれらスロットル上流圧とスロットル下流圧との圧力比（＝スロットル下流圧／スロットル上流圧）に応じてスロットル開度が制御される。
【０００５】
この場合、スロットル上流圧とスロットル下流圧とがほぼ等しい領域においては、スロットル開度を変化させても殆ど空気量が変化しない。このため、目標の空気量が僅かに変化した場合でもスロットル開度は大きく変化する。例えば、目標の空気量が僅かに減少されることによりスロットル開度が閉じる側に大きく変化した場合にはスロットル上流圧（過給圧）が大きく変化する。そして、スロットル上流圧（過給圧）とスロットル下流圧との差圧が大きくなることによりスロットル通過空気量が大きくなるので、目標の空気量が僅かに減少するだけで空気量が大きく変化するようになる。そのため、スロットル上流圧（過給圧）とスロットル下流圧との差が小さい領域において所望とする内燃機関の出力（例えばドライバ要求出力）を実現しようとすると、スロットル開度の制御に変動（ハンチング）が生じる可能性がある。
【０００６】
このようにスロットル制御の特性を考えると、上記特許文献１のようにアクセル操作量に応じて内燃機関出力の制御手法を切り換える構成では、スロットル上流圧（過給圧）とスロットル下流圧との関係を考慮していなかったため、アクセル操作量が同じでもスロットル上流側及び下流側の圧力差が異なることにより、スロットル上流圧（過給圧）とスロットル下流圧との差が小さい場合はそれに起因してスロットル開度の制御に変動（ハンチング）が生じる。それ故に、内燃機関の出力をドライバ要求出力に制御しようとする場合などにおいて制御精度が低下してしまうという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、運転領域によらず安定した吸入空気量の制御を実現できる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明が適用される内燃機関において、空気量調整手段（例えばスロットルバルブ）は吸入空気の量を調整する。過給手段（例えばターボチャージャ）は前記空気量調整手段よりも上流側で吸入空気を圧縮し、過給状態可変手段（例えばウエストゲートバルブ）は、該過給手段の過給状態を調整する。また、第１制御手段は、空気量調整手段の操作により空気量を調整することで内燃機関の出力を制御し、第２制御手段は、過給状態可変手段の操作により前記過給状態を調整することで内燃機関の出力を制御する。そして特に、制御態様変更手段は、空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差に応じて少なくとも第１制御手段の制御態様を変更する。
【０００９】
本発明では、上記のとおり空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差に応じて少なくとも第１制御手段の制御態様を変更することにより、空気量調整手段の変動（ハンチング）が生じるといった不都合を抑制することが可能となる。例えば、空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が小さい場合に、空気量調整手段の操作による内燃機関の出力制御（すなわち第１制御手段の制御）に代えて、過給状態可変手段の操作による内燃機関の出力制御（すなわち第２制御手段の制御）を実施することが望ましい。以上により、運転領域によらず安定した吸入空気量の制御を実現することができる。
【００１０】
ここで、前記制御態様変更手段は、空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差に応じて、内燃機関の出力に対する第１制御手段の制御応答性を変更すると良い。この場合、例えば、前記圧力差が小さくなるほど、内燃機関の出力に対する第１制御手段の制御応答性を小さくする（鈍くする）と良い。これにより、空気量調整手段の変動（ハンチング）が抑制できる。
【００１１】
又は、前記制御態様変更手段は、前記空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が所定値以下となる場合に、前記第１制御手段による内燃機関の出力制御を停止すると良い。空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が所定値以下となる場合とは、特に空気量調整手段の変動（ハンチング）が生じやすい状態であり、かかる場合に第１制御手段による内燃機関の出力制御を停止することが特に効果的であると考えられる。
【００１２】
前記制御態様変更手段は、前記空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が所定値よりも大きい場合に、主に前記第１制御手段による内燃機関の出力制御を実施し、前記圧力差が所定値よりも小さい場合に、前記第１制御手段に代えて前記第２制御手段による内燃機関の出力制御を実施すると良い。これにより、車両の加速等によって空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が小さくなるような場合にも、制御態様を適正に変更して内燃機関の出力を好適に制御することができる。
【００１３】
また、空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が所定値以下となる場合に、前記第１制御手段による空気量調整手段の操作に代えて同空気量調整手段の操作量を所定の規定値に固定すると良い。特に、空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が所定値以下となる場合に、空気量調整手段を構成する絞り装置を操作して吸気通路を全開又は略全開状態とすると良い。吸気通路を全開又は略全開状態にすることにより、吸気系における損失（ポンプロス）を低減することができ、内燃機関の出力特性、燃費特性、排気エミッションを良好なものとすることが可能となる。
【００１４】
少なくとも目標吸気圧をパラメータとして目標過給圧を設定する構成において、第２制御手段は、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて前記過給状態可変手段の操作量を制御すると良い。これにより、例えば、空気量調整手段の上流側及び下流側の圧力差が小さい場合に第１制御手段による内燃機関の出力制御が停止されたりしても、これに代わる第２制御手段によって内燃機関の好適な出力制御が継続できる。
【００１５】
また、内燃機関の運転状態が所定の安定状態にあるか否かを判定し、機関運転状態が所定の安定状態にあると判定された時に、前記第１制御手段の制御態様の変更を許可すると良い。逆に言えば、内燃機関の運転状態が不安定状態にあると判定されれば、前記第１制御手段の制御態様の変更を禁止する。この場合、制御態様の変更時における内燃機関出力の変動等を抑制することができ、ドライバビリティが向上する。
【００１６】
機関運転状態を表すパラメータの変動量が所定範囲内にあることを判定する構成において、予め定めた規定時間内で機関運転状態が所定の安定状態とならない場合に、前記規定時間よりも長い時間の経過時に前記第１制御手段の制御態様の変更を許可すると良い。又は、同じく規定時間内で機関運転状態が所定の安定状態とならない場合に、前記所定範囲を拡張した拡張範囲内にあることを判定した時に前記第１制御手段の制御態様の変更を許可すると良い。つまりこの場合、制御態様の変更が強制的に行われる。これにより、ドライバの微妙なアクセル操作等により内燃機関の運転状態が変動し、それにより制御態様の変更が実施できないといった不都合が抑止できる。
【００１７】
なお、内燃機関の運転状態表すパラメータとしては、空気量調整手段の上流側又は下流側の吸入空気圧力、ドライバによるアクセル操作量、吸入空気量、機関回転速度などが適用でき、そのうち少なくとも一つを用いると良い。
【００１８】
本発明は、空気量調整手段として、スロットルアクチュエータの駆動により開度調整されるスロットルバルブを用いる構成にて特に有効なものとなる。この場合、スロットルバルブの上流側及び下流側の圧力の関係と目標空気量とに基づいて目標スロットル開度を算出し、該目標スロットル開度に基づいてスロットル開度を制御すると良い。例えば、制御態様の変更に際して、目標スロットル開度を、目標空気量等を基に算出した目標値とこれとは別に設定した別の目標値とで切り換えると良い。
【００１９】
一方、スロットルバルブの開度を調整することによりシリンダに供給される吸入空気量を調整するスロットル開度制御手段と、前記スロットルバルブよりも上流側に設けられスロットル上流の吸入空気を過給するための過給手段と、該過給手段による過給状態を制御するための過給状態制御手段とを備えた過給機付きエンジンの制御装置において、スロットルバルブの上流側の圧力を検出すると共に、スロットルバルブの下流側の圧力を検出する。そして、制御態様変更手段は、スロットルバルブの上流側の圧力と下流側の圧力の関係に応じて、前記スロットル開度制御手段による吸入空気の制御割合と前記過給状態制御手段の過給状態の制御による吸入空気の制御割合とを変更する。
【００２０】
これにより、例えば、スロットルバルブの上流圧と下流圧の差が小さい領域において、スロットル開度の調整による吸入空気の制御割合を小さくし、過給状態制御手段の過給状態の調整による吸入空気の制御割合を大きくすれば、スロットルバルブが大きく変更されることに伴うスロットル開度制御のハンチングを抑制できる。また、このとき、過給状態の調整による吸入空気の制御割合を大きくすることで、ドライバが要求する吸入空気が不足することも抑制できる。
【００２１】
また、前記制御態様変更手段は、前記スロットルバルブの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧が小さくなったときに、前記スロットル開度制御手段によるスロットル開度を所定開度に固定すると共に前記過給状態制御手段による過給状態の制御により吸入空気を制御する。
【００２２】
スロットルバルブの上流圧と下流圧が小さい領域においては、スロットルバルブの開度を変化させて吸入空気を調整しようとしても、吸入空気が殆ど変化しないためにスロットル開度の制御がハンチングしてしまう。故に、このようなときには、スロットルバルブの開度を固定して、要求される吸入空気を、過給状態の制御により満足させるようにする。これにより、スロットルバルブ上流圧と下流圧との関係によらず、安定して吸入空気の制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものであり、当該制御システムのエンジンには過給手段としてのターボチャージャが設けられている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。
【００２４】
図１に示すエンジン１０において、吸気管１１には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節される空気量調整手段としてのスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルアクチュエータ１５には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサが内蔵されている。スロットルバルブ１４の上流側には、スロットル上流側の圧力（後述するターボチャージャによる過給圧）を検出する過給圧センサ１２と、スロットル上流側の吸気温を検出する吸気温センサ１３とが設けられている。
【００２５】
スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６にはスロットル下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。
【００２６】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２５が取り付けられており、点火プラグ２５には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
【００２７】
エンジン１０のシリンダブロックには、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２６と、エンジン１０の回転に伴い所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ２７とが取り付けられている。
【００２８】
吸気管１１と排気管２４との間にはターボチャージャ３０が配設されている。ターボチャージャ３０は、吸気管１１に設けられたコンプレッサインペラ３１と、排気管２４に設けられたタービンホイール３２とを有し、それらが回転軸３３にて連結されている。タービンホイール３２を挟んで排気管２４の上流部と下流部との間にはバイパス通路３６が設けられており、このバイパス通路３６にはウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３７が設けられている。
【００２９】
ターボチャージャ３０では、排気管２４を流れる排気によってタービンホイール３２が回転し、その回転力が回転軸３３を介してコンプレッサインペラ３１に伝達される。そして、コンプレッサインペラ３１により、吸気管１１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。この場合、ウエストゲートバルブ３７が開放されることにより、過剰な過給圧の発生が防止される。
【００３０】
ここで、ウエストゲートバルブ３７は過給状態可変手段として機能し、任意の状態から過給状態の調整が可能な構成となっている。その構成の一例を簡単に説明すると、ウエストゲートバルブ３７には、ダイアフラム式の可動部と、ダイアフラムにより区画形成された圧力室の圧力を調整するための圧力制御弁（バキュームスイッチングバルブ）とからなるアクチュエータが付随して設けられている。圧力室には、コンプレッサインペラ３１よりも下流側の吸気管圧力（すなわち過給圧）が導入され、ＥＣＵ５０によって圧力制御弁がデューティ制御されることにより圧力室に作用する圧力が制御される。これにより、ウエストゲートバルブ３７が変位し、過給状態が調整されるようになっている。
【００３１】
この場合、制御デューティ比が小さく圧力制御弁が閉じていれば吸気管圧力が直に圧力室に作用する。そのため、過給圧に応じてウエストゲートバルブ３７が動作する。すなわち、過給圧が高くなり吸気管圧力が上昇すると、圧力室の圧力が上昇し、それに伴いウエストゲートバルブ３７が開側に動作しタービン動力が低下する。タービン動力が低下することで、コンプレッサ動力も低下し過給圧が低下する。逆に、制御デューティ比が大きく圧力制御弁が開くと、その分圧力室に作用する圧力が減じられる。そのため、過給圧が高くなり吸気管圧力が上昇しても、圧力室の圧力が上昇せず、ウエストゲートバルブ３７は閉状態のままで保持される。従って、過給圧が上昇してもタービン動力は維持され、過給圧が維持されるか又は過給圧の上昇が促される。
【００３２】
ターボチャージャ３０にて過給された空気は、インタークーラ３８によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ３８によって吸入空気が冷却されることで、吸入空気の充填効率が高められる。
【００３３】
また、ターボチャージャ３０の上流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ４１や、吸気上流部の吸気温を検出する吸気温センサ４２が設けられている。その他、本制御システムでは、ドライバによるアクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４３や、大気圧を検出する大気圧センサ４４が設けられている。
【００３４】
ＥＣＵ５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ５０には、前述した各種センサから各々検出信号が入力される。そして、ＥＣＵ５０は、随時入力される各種の検出信号に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算し、燃料噴射弁１９や点火プラグ２５の駆動を制御する。
【００３５】
また、ＥＣＵ５０は、各種検出信号に基づいて目標スロットル開度を演算し、その目標スロットル開度に基づいてスロットルアクチュエータ１５を駆動することで所望とする空気量制御を実施する。この場合特に、アクセル開度等に基づいて目標空気量を算出すると共に、該目標空気量をパラメータとして目標スロットル開度を算出し、この目標スロットル開度を基にスロットル開度を制御する。また、ＥＣＵ５０は、スロットル開度制御に並行して、目標吸気圧を基に算出される目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて目標ウエストゲートバルブ開度（以下、目標ＷＧ開度という）を算出し、該目標ＷＧ開度に基づいてＷＧ開度を制御する。上述したスロットル開度制御とＷＧ開度制御により、ドライバが要求する要求トルクが実現できるようになる。
【００３６】
なお、スロットル開度操作による空気量の調整を基に実施されるエンジン出力制御が「第１制御手段」に相当し、ＷＧ開度操作による過給状態の調整を基に実施されるエンジン出力制御が「第２制御手段」に相当する。
【００３７】
次に、ＥＣＵ５０により実現される制御内容について詳しく説明する。図２は、目標スロットル開度の算出と目標ＷＧ開度の算出に関する演算ロジックを示す機能ブロック図であり、本ロジックにより目標スロットル開度と目標ＷＧ開度（ＷＧＶデューティ）が算出される。かかる場合、スロットル通過空気量Ｇａを算出するための次の基礎式（１）をもとに目標スロットル開度を算出することとしている。
【００３８】
Ｇａ＝ｆ（Ｔｈｒ）×Ｐｂ／√Ｔ×ｆ（Ｐｍ／Ｐｂ）      …（１）
式（１）において、Ｔｈｒはスロットル開度、Ｐｂはスロットル上流圧、Ｐｍはスロットル下流圧、Ｔは吸気温である。ｆ（Ｐｍ／Ｐｂ）は、Ｐｍ／Ｐｂをパラメータとする補正項である。但し図２では、前記基礎式のスロットル通過空気量Ｇａを、目標空気量［ｇ／ｒｅｖ］とエンジン回転速度とから算出した単位時間当たりの目標空気量［ｇ／ｓｅｃ］に、スロットル開度Ｔｈｒを目標スロットル開度に、スロットル上流圧Ｐｂを実過給圧に、スロットル下流圧Ｐｍを目標吸気圧にそれぞれ置き換えており、エンジン回転速度、目標空気量、実過給圧、目標吸気圧等を基に目標スロットル開度が算出される。なお以下の記載において、実過給圧は、過給圧センサ１２により検出される過給圧（スロットル上流圧）であり、実吸気圧は、吸気圧センサ１７により検出される吸気圧（スロットル下流圧）である。吸気温は、吸気温センサ１３により検出されるスロットル上流側の吸気温である。なお、吸気温センサ１３の検出値に代えて、吸気温センサ４２の検出値（吸気上流部の吸気温）や、その他吸気圧センサ１７に付設した温度センサの検出値等を用いることも可能である。
【００３９】
図２では、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて目標空気量［ｇ／ｒｅｖ］が算出され、その目標空気量とエンジン回転速度とに基づいて目標吸気圧が算出される。また、目標吸気圧とエンジン回転速度とに基づいて目標過給圧が算出される。なおこのとき、図３の（ａ）の関係を用いて目標空気量［ｇ／ｒｅｖ］が算出され、同（ｂ）の関係を用いて目標吸気圧が算出され、同（ｃ）の関係を用いて目標過給圧が算出される。そして、目標スロットル開度算出部Ｍ１において、エンジン回転速度、実過給圧、吸気温、目標空気量及び目標吸気圧に基づいて第１目標スロットル開度が算出される。なお、目標スロットル開度算出部Ｍ１では、次式により、目標空気量［ｇ／ｒｅｖ］が単位時間当たりの目標空気量［ｇ／ｓｅｃ］に換算され、換算後の目標空気量［ｇ／ｓｅｃ］を用いて第１目標スロットル開度が算出される。
目標空気量[g/sec]＝目標空気量[g/rev]×（エンジン回転速度［rpm］÷６０）
ところで、車両の加速時等においてスロットルバルブ１４の上流側及び下流側の圧力差が小さい場合には、目標空気量が僅かに変化しただけでもスロットル開度変化が比較的大きくなり、ドライバ要求トルクを実現しようとすると、スロットル開度のハンチングが生じる。つまり、上記（１）式で用いた補正項ｆ（Ｐｍ／Ｐｂ）は、そのパラメータであるスロットル上流圧Ｐｂ（実過給圧）及びスロットル下流圧Ｐｍ（実吸気圧）の圧力比（＝Ｐｍ／Ｐｂ）に対して図４のような関係を有しており、圧力比が比較的小さい領域（例えば圧力比が所定値Ａ以下となる領域）ではｆ（Ｐｍ／Ｐｂ）が概ね１近傍の値となるが、それ以外の領域（圧力比が所定値Ａ〜１．０となる領域）ではｆ（Ｐｍ／Ｐｂ）が１近傍から０までの範囲で大きく変化する。言い換えれば、圧力比＝０〜Ａの領域はスロットル開度特性が緩やかな領域であり、圧力比＝Ａ＝〜１．０の領域はスロットル開度特性が急峻な領域である。そのため、圧力比＝Ａ〜１．０の場合には、スロットル開度のハンチングが生じやすくなる。
【００４０】
そこで本実施の形態では、圧力比が１付近である場合、すなわちスロットルバルブ１４の上流側及び下流側の圧力差が小さい場合には、前記目標スロットル開度算出部Ｍ１により算出された第１目標スロットル開度ではなく、スロットル全開（スロットル開度＝１００％）とする第２目標スロットル開度を用い、スロットル開度制御を実施する。第２目標スロットル開度によるスロットル開度制御時には、スロットル開度の操作によるトルク制御に代えて、ＷＧ開度の操作によるトルク制御が実施されることとなる。なお、第２目標スロットル開度は、スロットル全開（開度＝１００％）とする以外に、全開近傍の開度であっても良い。
【００４１】
すなわち、圧力比判定部Ｍ２では、実過給圧と目標吸気圧との圧力比（＝目標吸気圧／実過給圧）が算出されると共に、該圧力比と定数である所定のしきい値とが比較される。このしきい値は前記図４におけるＡ値（又はその近傍の値）であり、例えばＡ＝０．８である。そして、切換判定部Ｍ３では、前記圧力比判定部Ｍ２での比較結果や、その他エンジン運転状態を表すパラメータが安定状態にあるか否かの判定結果に基づいて、目標スロットル開度を第１目標スロットル開度と第２目標スロットル開度とで切り換えるか否かが判定される。本実施の形態では、エンジン運転状態を表すパラメータとして、アクセル開度、エンジン回転速度、吸入空気量、実過給圧、実吸気圧を用い、これら各パラメータの単位時間当たりの変動量を基に安定状態の判定が実施される。
【００４２】
制御切換部Ｍ４では、切換判定部Ｍ３の判定結果を基に、第１目標スロットル開度と第２目標スロットル開度との何れかが最終目標スロットル開度とされる。
【００４３】
一方、目標ＷＧ開度算出部Ｍ５では、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて目標ＷＧ開度が算出される。またこのとき、目標ＷＧ開度に基づいてウエストゲートバルブ３７の制御デューティが算出される。
【００４４】
上記制御は、スロットル上流圧と下流圧との関係（圧力比）に応じて、スロットル開度制御による吸入空気の制御割合とＷＧ開度制御による吸入空気の制御割合とを変更することに相当し、スロットル上流圧と下流圧との差圧が小さくなったときには、目標スロットル開度が所定開度に固定されると共にウエストゲートバルブ３７の開度操作により吸入空気が制御される。
【００４５】
図５は、目標スロットル開度と目標ＷＧ開度との算出処理にかかる処理手順を示すフローチャートであり、本処理は例えば所定時間毎にＥＣＵ５０により実行される。
【００４６】
図５において、先ずステップＳ１０１では、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて目標空気量を算出し、ステップＳ１０２では、目標空気量とエンジン回転速度とに基づいて目標吸気圧を算出し、ステップＳ１０３では、目標吸気圧とエンジン回転速度とに基づいて目標過給圧を算出する。また、ステップＳ１０４では、エンジン回転速度、実過給圧、吸気温、目標空気量及び目標吸気圧に基づいて第１目標スロットル開度を算出する。ステップＳ１０５では、スロットル開度＝１００％として第２目標スロットル開度を算出する。
【００４７】
その後、ステップＳ１０６では、実過給圧と目標吸気圧との圧力比を算出する（圧力比＝目標吸気圧／実過給圧）。ステップＳ１０７では、前記圧力比が所定のしきい値以下であるか否かを判別する。しきい値は、例えば前記図４におけるＡ値（０．８）である。圧力比≦しきい値の場合、ステップＳ１０８に進み、第１目標スロットル開度を最終目標スロットル開度とする。
【００４８】
また、圧力比＞しきい値の場合、ステップＳ１０９に進み、エンジン運転状態が所定の安定状態にあるかを判定して目標スロットル開度の切換判定（制御切換判定）を実施する。具体的には、エンジン運転状態を表すパラメータ（アクセル開度、エンジン回転速度、吸入空気量、実過給圧、実吸気圧）の単位時間当たりの変動量が、予め定めた所定範囲内にあるか否かを判別する。そして、各種のエンジン運転パラメータが所定範囲内にあれば、第１目標スロットル開度から第２目標スロットル開度への目標スロットル開度切換を許可する旨判定する。
【００４９】
その後、ステップＳ１１０では、前記ステップＳ１０９の判定結果を基に、目標スロットル開度の切換を実行するか否かを判別する。切換を実行しない場合、ステップＳ１０８に進み、第１目標スロットル開度を最終目標スロットル開度とする。また、切換を実行する場合、ステップＳ１１１に進み、第２目標スロットル開度を最終目標スロットル開度とする。
【００５０】
最後に、ステップＳ１１２では、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて目標ＷＧ開度を算出する。そしてＥＣＵ５０は、この目標ＷＧ開度を基にウエストゲートバルブ３７の制御デューティを決定する。
【００５１】
なおここで、ドライバの微妙なアクセル操作等によりエンジン運転状態が変動すると、それにより目標スロットル開度の切換が実施できないといった不都合が生じる。そこで、前記ステップＳ１０９，Ｓ１１０の判別においては、予め定めた規定時間（例えば２，３秒程度）内でエンジン運転状態が所定の安定状態とならない場合に、前記規定時間よりも長い時間の経過時に目標スロットル開度の切換を強制的に許可するようにしている。但し、同じく予め定めた規定時間（例えば２，３秒程度）内でエンジン運転状態が所定の安定状態とならない場合においては、状態判定のための前記所定範囲を拡張した第２所定範囲（拡張範囲）を用い、各パラメータが第２所定範囲内にあることを判定した時に目標スロットル開度の切換を強制的に許可するようにしても良い。
【００５２】
図６は、車両の加速挙動時におけるスロットル開度制御とＷＧ開度制御との概要を示すタイムチャートである。なお、図６において、タイミングｔ１以前とタイミングｔ２以降の期間は、第１目標スロットル開度によるスロットル制御期間に相当し、タイミングｔ１〜ｔ２の期間は、第２目標スロットル開度によるスロットル制御期間に相当する。
【００５３】
さて、ドライバによりアクセルペダルが踏み込み操作され、アクセル開度が増加すると、目標空気量（図示せず）が増え、第１目標スロットル開度が増加側にシフトする。これにより、実際のスロットル開度が増加する。また、実過給圧（実スロットル上流圧）と目標吸気圧（目標スロットル下流圧）とがそれぞれ上昇する。このとき、目標吸気圧が実過給圧に近づくようにして上昇し、実過給圧と目標吸気圧との圧力差が次第に小さくなる。故に、圧力比（＝目標吸気圧／実過給圧）が次第に増加し、最大値＝１に近づく。
【００５４】
そして、タイミングｔ１で、圧力比がしきい値（０．８）を超えると、スロットル開度制御が第１目標スロットル開度による制御から第２目標スロットル開度による制御に切り換えられる。ｔ１以降、目標スロットル開度＝１００％（全開固定）とされる。但し実際には、制御の切換条件として、圧力比がしきい値に達すること以外に、各種運転状態パラメータが安定状態にあることが含まれており、実際の制御切換のタイミングはｔ１よりも若干遅れるが、ここではその遅れを省略している。
【００５５】
タイミングｔ１以降、目標スロットル開度によるエンジンの出力制御はできなくなるが、これに代わって、ウエストゲートバルブ３７の制御によりエンジンの出力制御が実施される。従って、所望とするエンジン要求トルクの実現が可能となる。なお、タイミングｔ１以降、ウエストゲートバルブ３７は、過給状態を所望の状態とするべく、例えばＷＧ開度が閉側に制御される。
【００５６】
かかる場合、上記のような目標スロットル開度の切換を行わないと、タイミングｔ１以降において、目標空気量が僅かに変化しただけでもスロットル開度が比較的大きく変化し、ドライバ要求トルクを実現しようとすると、図に一点鎖線で示すようにスロットル開度のハンチングが生じる。更に、図示は略すが、スロットル開度のハンチング時には実過給圧や実吸気圧も変動し、それに伴いＷＧＶデューティも変動する。これに対し、上記のように目標スロットル開度の切換が行われることにより、スロットル開度やＷＧＶデューティ等のハンチングが抑制できる。
【００５７】
その後、アクセル開度が減少すると、アクセル開度の増加時とは逆に、実過給圧と目標吸気圧とがそれぞれ下降すると共に、実過給圧と目標吸気圧との圧力差が次第に大きくなる。故に、圧力比（＝目標吸気圧／実過給圧）が次第に減少する。そして、タイミングｔ２で、圧力比がしきい値（０．８）を下回ると、スロットル開度制御が第２目標スロットル開度による制御から第１目標スロットル開度による制御に切り換えられる。
【００５８】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００５９】
スロットル上流圧である実過給圧とスロットル下流圧である目標吸気圧との圧力比（＝目標吸気圧／実過給圧）に基づいて、目標スロットル開度を、その都度の目標空気量に応じた第１目標スロットル開度とするか、又はスロットル全開とする第２目標スロットル開度とするかを切り換える構成とした。特に、前記圧力比が所定値よりも大きくなり１に近づく場合に（すなわち、スロットル上流側及び下流側の圧力差が小さくなる場合に）、目標スロットル開度を、第２目標スロットル開度に切り換えるようにした。これにより、スロットル開度制御による吸入空気の制御割合とＷＧ開度制御による吸入空気の制御割合とが変更され、スロットル開度の変動（ハンチング）が生じるといった不都合が抑制できる。その結果、空気量を安定した状態で制御し、ひいてはエンジン出力を好適に制御することができる。つまり、ドライバが要求する要求トルクを高精度に実現することができるようになる。
【００６０】
このとき、第２目標スロットル開度は、スロットル全開に相当するスロットル開度であるため、第２目標スロットル開度による制御時には吸気系における損失（ポンプロス）を低減することができ、エンジンの出力特性、燃費特性、排気エミッションを良好なものとすることが可能となる。
【００６１】
ウエストゲートバルブ３７の開度が目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて制御されるため、スロットル開度が第２目標スロットル開度（開度１００％固定）で制御される際にもエンジンの好適な出力制御が継続できる。つまり、ドライバが要求する要求トルクの実現が可能となる。
【００６２】
また、エンジン運転状態が所定の安定状態にあると判定された時に、第１目標スロットル開度→第２目標スロットル開度への切換を許可する構成としたため、当該切換時におけるエンジン出力の変動等を抑制することができ、ドライバビリティが向上する。またこの場合、目標スロットル開度の切換時において、規定時間内でエンジン運転状態が所定の安定状態とならない場合には、エンジン運転状態にかかわらず強制的に目標スロットル開度の切換を実行するようにしたため、ドライバの微妙なアクセル操作等によりエンジン運転状態が変動し、それにより制御切換が実施できないといった不都合が抑止できる。
【００６３】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００６４】
上記実施の形態では、スロットル上流側及び下流側の圧力差が小さくなる場合に用いる第２目標スロットル開度を、スロットル全開又は略全開の開度としたが、これを変更し、当該第２目標スロットル開度を、所定の中間開度としても良い。
【００６５】
上記実施の形態では、目標スロットル開度を、その都度の目標空燃比や圧力比等を基に算出した第１目標スロットル開度と、スロットル全開固定の第２目標スロットル開度とで切り換える構成としたが、これを変更しても良い。例えば、第１目標スロットル開度と第２目標スロットル開度との中間的な意味合いを持つ第３目標スロットル開度を設定する。この第３目標スロットル開度は、前記図４の圧力比＝Ａ付近の領域で用いられる目標スロットル開度であり、第１目標スロットル開度よりもエンジン出力に対する制御応答性を低下させた目標開度とする。具体的には、第１目標スロットル開度をなまし処理した開度とする。これにより、細密なエンジン出力制御が可能となる。要は、スロットル上流側及び下流側の圧力差に応じて、エンジン出力に対するスロットル開度制御の制御応答性を変更する構成であればよい。
【００６６】
上記実施の形態では、目標スロットル開度を第１目標スロットル開度→第２目標スロットル開度に切り換える際に、エンジン運転状態が所定の安定状態にあることを切換の実行条件としたが（図５のフロー参照）、これに加え、目標スロットル開度を第２目標スロットル開度→第１目標スロットル開度に切り換える際にも、エンジン運転状態が所定の安定状態にあることを切換の実行条件としても良い。但しこの場合には、第１目標スロットル開度→第２目標スロットル開度の切換時に比して、第２目標スロットル開度→第１目標スロットル開度の切換実行条件を緩くするようにしても良い。
【００６７】
上記実施の形態では、スロットル上流側及び下流側の圧力差を判断するパラメータとして、実際のスロットル上流圧である実過給圧と目標のスロットル下流圧である目標吸気圧との比（圧力比＝目標吸気圧／実過給圧）を用いたが、これを変更しても良い。例えば、実過給圧と目標吸気圧との差（圧力差＝実過給圧−目標吸気圧）を用いる。この場合、圧力差が所定値よりも小さくなる場合に、目標スロットル開度を、第１目標スロットル開度から第２目標スロットル開度に切り換える構成にすると良い。また、実過給圧を推定過給圧又は目標過給圧に変更したり、目標吸気圧を推定吸気圧又は実吸気圧に変更したりしても良い。
【００６８】
エンジン運転状態が変化すると、それに対応してスロットル上流側及び下流側の圧力比が変化すると考えられる（圧力差でも同様）。故に、エンジン運転状態に応じてスロットルバルブ１４の上流側及び下流側の圧力比を推定することができる。この場合、前記圧力差の推定値を基に目標スロットル開度の切換を実施すると良い。
【００６９】
上記実施の形態では、スロットルバルブ１４の上流側及び下流側の圧力比が小さい場合に、スロットル開度の制御を固定すると共にウエストゲートバルブ３７を用いて吸入空気を制御することで、スロットル開度による吸入空気の制御割合と、ウエストゲートバルブ３７による吸入空気の制御割合とを変更したが、この場合、スロットルバルブ１４の上流側及び下流側の圧力比に応じて、前記制御割合を指定し、その制御割合に応じてスロットル開度制御やウエストゲートバルブ３７の開度制御を実施するようにしても良い。
【００７０】
上記実施の形態では、過給状態可変手段としてウエストゲートバルブ３７を用い、このウエストゲートバルブ３７の開度を制御することで過給状態を調整したが、これを変更しても良い。例えば、過給状態可変手段として、ターボチャージャ３０に内蔵した電動モータを用い、該電動モータを制御することで過給状態を調整する。この場合、第２制御手段としては、電動モータの駆動により過給状態を調整することで、エンジン出力を制御する。
【００７１】
また、過給手段としてタービン容量を可変とする可変式ノズルターボ（ＶＮＴ）を用いることも可能であり、かかる構成では、羽根角を調整可能とするタービンホイールが過給状態可変手段に相当する。タービンホイールの羽根角を変更することで過給状態が調整可能となる。この場合、第２制御手段としては、タービンホイールの羽根角変更により過給状態を調整することで、エンジン出力を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。
【図２】目標スロットル開度算出と目標ＷＧ開度算出に関する演算ロジックを示す機能ブロック図である。
【図３】目標空気量、目標吸気圧、目標過給圧を算出するための各パラメータの関係を示す図である。
【図４】圧力比とそれをパラメータとする補正項との関係を示す図である。
【図５】目標スロットル開度と目標ＷＧ開度との算出処理にかかる処理手順を示すフローチャートである。
【図６】車両の加速挙動時におけるスロットル開度制御とＷＧ開度制御との概要を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１０…エンジン、１４…スロットルバルブ、１５…スロットルアクチュエータ、３０…ターボチャージャ、３７…ウエストゲートバルブ、５０…ＥＣＵ。
【図１】
2006152821.tif 000003
【図２】
2006152821.tif 000004
【図３】
2006152821.tif 000005
【図４】
2006152821.tif 000006
【図５】
2006152821.tif 000007
【図６】
2006152821.tif 000008