(57)【要約】【課題】排気タービン式過給機の動作を的確にコントロールすることのできるウェイストゲートバルブの制御装置を提供する。【解決手段】排気タービン式過給機１２Ａのタービンホイール２８Ａを迂回して排気を流す排気バイパス通路２９Ａに設置されたウェイストゲートバルブ３０Ａを制御する制御装置３７はウェイストゲートバルブ３０Ａの制御を、エンジンの過給圧が既定値以下となるときには、目標動作位置を設定してその目標動作位置に応じてウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置を制御する位置制御モードで行い、過給圧が既定値を超える圧力となるときには目標駆動力を設定してその目標駆動力に応じてウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの駆動力を制御する駆動力制御モードで行う。【選択図】図２
2019100215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気タービン式過給機のタービンホイールを迂回して排気を流す排気バイパス通路に設置されたウェイストゲートバルブを制御するウェイストゲートバルブの制御装置において、
前記ウェイストゲートバルブの制御モードとして、目標動作位置を設定して同目標動作位置に応じて前記ウェイストゲートバルブの動作位置を制御する位置制御モードと、目標駆動力を設定して同目標駆動力に応じて前記ウェイストゲートバルブの駆動力を制御する駆動力制御モードと、を備えており、
エンジンの過給圧が既定値以下となるときには前記位置制御モードにより前記ウェイストゲートバルブを制御し、前記過給圧が前記既定値を超える圧力となるときには前記駆動力制御モードにより前記ウェイストゲートバルブを制御する
ウェイストゲートバルブの制御装置。
【請求項２】
前記エンジンを停止する際に前記位置制御モードにより前記ウェイストゲートバルブの動作位置を始動用の目標動作位置とした後、同エンジンの再始動まで前記ウェイストゲートバルブの駆動を停止する
請求項１に記載のウェイストゲートバルブの制御装置。
【請求項３】
前記排気タービン式過給機は、複数のバンクに分かれて気筒が配列されたマルチバンク構成のエンジンにおける各バンクにそれぞれ設けられている
請求項１又は２に記載のウェイストゲートバルブの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気タービン式過給機におけるタービンホイールを迂回して排気を流すバイパス流路に設置されたウェイストゲートバルブを制御するウェイストゲートバルブの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に見られるように、排気タービン式過給機のウェイストゲートバルブの制御装置として、センサにより検出したウェイストゲートバルブの動作位置を制御量とし、ウェイストゲートバルブの駆動力を操作量としたフィードバック制御により、エンジンの過給圧を制御するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１４９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記動作位置のフィードバック制御では、動作位置を検出するセンサの検出誤差、ウェイストゲートバルブやそのアクチュエータの構成部材の加工公差による誤差が存在している。特に高過給領域では、ウェイストゲートバルブの動作位置の僅かな違いが過給圧に大きなずれを生じさせるため、上記動作位置のフィードバック制御では、過給圧の制御精度の確保が困難となる。このように上記従来の制御装置では、エンジンの運転状況によっては、排気タービン式過給機の動作を的確にコントロールすることができない場合がある。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、排気タービン式過給機の動作を的確にコントロールすることのできるウェイストゲートバルブの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するウェイストゲートバルブの制御装置は、排気タービン式過給機のタービンホイールを迂回して排気を流す排気バイパス通路に設置されたウェイストゲートバルブを制御するものであって、ウェイストゲートバルブの制御モードとして、目標動作位置を設定して同目標動作位置に応じてウェイストゲートバルブの動作位置を制御する位置制御モードと、目標駆動力を設定して同目標駆動力に応じてウェイストゲートバルブの駆動力を制御する駆動力制御モードと、を備えている。
【０００７】
高過給領域では、ウェイストゲートバルブの動作位置の僅かな変化に対して、排気タービン式過給機の動作状況（過給圧等）が大きく変化するため、ウェイストゲートバルブの動作位置の緻密な調整が必要となる。これに対して、位置制御モードでは、動作位置を検出するセンサの検出精度やウェイストゲートバルブやそのアクチュエータの構成部材の加工公差等による動作位置の制御精度の限界がある。一方、高過給領域では、駆動力の変化に対する動作位置の変化が小さいため、駆動力の制御によりウェイストゲートバルブの動作位置を細密に調整することができる。そのため、高過給領域では、ウェイストゲートバルブの制御を位置制御モードで行うよりも、駆動力制御モードで行った方が、排気タービン式過給機の動作を的確にコントロールすることができる。
【０００８】
これに対して、低過給領域や自然吸気領域では、ウェイストゲートバルブの動作位置が排気タービン式過給機の動作に及ぼす影響は限られるため、ウェイストゲートバルブの制御を位置制御モードで行っても、排気タービン式過給機の動作を十分にコントロールすることができる。一方、低過給領域や自然吸気領域では、ウェイストゲートバルブに作用する排気の差圧が小さくなり、駆動力の僅かな変化に対して動作位置が大きく変化してしまうため、駆動力制御モードではウェイストゲートバルブの動作位置の調整が難しくなる。そのため、低過給領域や自然吸気領域では、ウェイストゲートバルブの制御を駆動力制御モードで行うよりも、位置制御モードで行った方が、排気タービン式過給機の動作を的確にコントロールすることができる。
【０００９】
そこで、上記ウェイストゲートバルブの制御装置では、エンジンの過給圧が既定値以下となるときには位置制御モードによりウェイストゲートバルブを制御し、過給圧が既定値を超える圧力となるときには駆動力制御モードによりウェイストゲートバルブを制御するようにしている。したがって、上記ウェイストゲートバルブの制御装置によれば、排気タービン式過給機の動作の的確にコントロールすることができる。
【００１０】
ところで、エンジンの始動に際しては、ウェイストゲートバルブの動作位置をエンジンの始動性の確保や始動後の自然吸気領域でのエンジンの運転に適切な動作位置としておくことが望ましい。ただし、ウェイストゲートバルブの駆動をエンジン始動の直前に行うと、ウェイストゲートバルブの駆動に伴う動作音が運転者に違和を感じさせる虞がある。これに対しては、上記ウェイストゲートバルブの制御装置において、エンジンを停止する際に位置制御モードによりウェイストゲートバルブの動作位置を始動用の目標動作位置とした後、同エンジンの再始動までウェイストゲートバルブの駆動を停止するとよい。こうした場合、動作音が運転者の違和感を招く虞のあるエンジン始動の直前にウェイストゲートバルブを駆動せずとも、エンジン始動時のウェイストゲートバルブの動作位置を始動用の目標動作位置とすることができる。
【００１１】
なお、複数のバンクに分かれて気筒が配列されたマルチバンク構成のエンジンでは、排気タービン式過給機が各バンクにそれぞれ設けられている場合がある。こうしたエンジンでは、各バンクのウェイストゲートバルブの動作位置がばらつくと、背圧の違いからバンク間に内部ＥＧＲ量や気筒内の残留ガス量のばらつきが生じて燃焼が悪化する虞がある。これに対して、上記のように過給圧に応じて位置制御モードと駆動力制御モードとを切り替えて各バンクのウェイストゲートバルブを制御すれば、燃焼の悪化を招くバンク間のウェイストゲートバルブの動作位置のばらつきを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ウェイストゲートバルブの制御装置の一実施形態が制御対象とするウェイストゲートバルブが設置されたエンジンの吸排気系の構成を示す模式図。
【図２】同実施形態の制御装置が適用されるエンジンの排気タービン式過給機の断面構造を模式的に示す図。
【図３】上記実施形態の制御装置におけるウェイストゲートバルブの制御に係る制御構造を示すブロック図。
【図４】同制御装置が実行するモード選択処理ルーチンのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、ウェイストゲートバルブの制御装置の一実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本実施形態のウェイストゲートバルブの制御装置が適用されたエンジン１０の吸排気系の構成を説明する。なお、同図における白矢印はエンジン１０の吸気系における吸気の流れ方向を示しており、黒矢印はエンジン１０の排気系における排気の流れ方向を示している。
【００１４】
同図に示すように、本実施形態のウェイストゲートバルブの制御装置は、６つの気筒＃１〜＃６が第１バンク１１Ａ及び第２バンク１１Bの２つのバンクに分かれて配置されたＶ型６気筒のエンジン１０に適用されている。なお、エンジン１０の気筒の点火順序は、気筒＃１、気筒＃２、気筒＃３、気筒＃４、気筒＃５、気筒＃６の順となっている。そして、気筒＃１、気筒＃３、気筒＃５の３つの気筒が第１バンク１１Ａに、気筒＃２、気筒＃４、気筒＃６の３つの気筒が第２バンク１１Ｂに、それぞれ配置されている。
【００１５】
エンジン１０は、第１バンク１１Ａ側、第２バンク１１Ｂ側の２つの排気タービン式過給機１２Ａ、１２Ｂを備えている。各排気タービン式過給機１２Ａ、１２Ｂには、吸気を圧縮するコンプレッサ１３Ａ、１３Ｂと、排気を受けてコンプレッサ１３Ａ、１３Ｂを駆動するタービン１４Ａ、１４Ｂと、がそれぞれ設けられている。
【００１６】
エンジン１０は、第１バンク１１Ａ側の排気タービン式過給機１２Ａのコンプレッサ１３Ａが設けられた第１吸気通路１５Ａと、第２バンク１１Ｂ側の排気タービン式過給機１２Ｂのコンプレッサ１３Ｂが設けられた第２吸気通路１５Ｂと、を備えている。第１吸気通路１５Ａ及び第２吸気通路１５Ｂは、合流した上でサージタンク１６に接続されており、吸気はこのサージタンク１６から各気筒＃１〜＃６に分配供給される。
【００１７】
各コンプレッサ１３Ａ、１３Ｂには、回転に応じて吸気を圧縮するコンプレッサホイール１７Ａ、１７Ｂがそれぞれ設けられている。また、コンプレッサ１３Ａ、１３Ｂには、コンプレッサホイール１７Ａ、１７Ｂを迂回して吸気を流す吸気バイパス通路１８Ａ、１８Ｂと、吸気バイパス通路１８Ａ、１８Ｂを開閉するエアバイパスバルブ１９Ａ、１９Ｂと、がそれぞれ設けられている。
【００１８】
第１吸気通路１５Ａ及び第２吸気通路１５Ｂにおけるコンプレッサ１３Ａ、１３Ｂよりも上流側の部分には、第１吸気通路１５Ａ及び第２吸気通路１５Ｂを流れる吸気の流量を検出するエアフローメータ２０Ａ、２０Ｂと、大気圧を検出する大気圧センサ２１Ａ、２１Ｂと、がそれぞれ設けられている。また、第１吸気通路１５Ａ及び第２吸気通路１５Ｂにおけるコンプレッサ１３Ａ、１３Ｂよりも下流側の部分には、吸気の流量を調整するための弁であるスロットルバルブ２２Ａ、２２Ｂと、吸気を冷却するインタークーラ２３Ａ、２３Ｂと、がそれぞれ設けられている。さらに、第１吸気通路１５Ａ及び第２吸気通路１５Ｂにおけるコンプレッサ１３Ａ、１３Ｂよりも下流側、且つスロットルバルブ２２Ａ、２２Ｂよりも上流側の部分には、過給圧ＰＢを検出する過給圧センサ２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ設けられている。なお、以下の説明では、過給圧ＰＢの値を、コンプレッサ１３Ａ、１３Ｂよりも下流側、且つスロットルバルブ２２Ａ、２２Ｂよりも上流側の部分の吸気の圧力の絶対値で表している。
【００１９】
また、エンジン１０は、第１バンク１１Ａの各気筒＃１、＃３、＃５の排気が流れる第１排気通路２５Ａと、第２バンク１１Ｂの各気筒＃２、＃４、＃６の排気を流す第２排気通路２５Ｂと、を備えている。そして、第１排気通路２５Ａには、第１バンク１１Ａ側の排気タービン式過給機１２Ａのタービン１４Ａが設けられており、第２排気通路２５Ｂには、第２バンク１１Ｂ側の排気タービン式過給機１２Ｂのタービン１４Ｂが設けられている。第１排気通路２５Ａ及び第２排気通路２５Ｂにおけるタービン１４Ａ、１４Ｂよりも下流側の部分には、各気筒＃１〜＃６で燃焼した混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ２６Ａ、２６Ｂがそれぞれ設けられている。さらに、第１排気通路２５Ａ及び第２排気通路２５Ｂにおける空燃比センサ２６Ａ、２６Ｂよりも下流側の部分には、排気を浄化するための触媒装置２７Ａ、２７Ｂがそれぞれ設けられている。
【００２０】
各タービン１４Ａ、１４Ｂには、通過する排気を受けて回転するタービンホイール２８Ａ、２８Ｂがそれぞれ設けられている。各排気タービン式過給機１２Ａ、１２Ｂにおいてタービンホイール２８Ａ、２８Ｂはコンプレッサホイール１７Ａ，１７Ｂに一体回転可能に連結されている。そして、タービンホイール２８Ａ、２８Ｂの回転を受けてコンプレッサホイール１７Ａ、１７Ｂが回転することで、コンプレッサ１３Ａ、１３Ｂが駆動する。また、各タービン１４Ａ、１４Ｂには、タービンホイール２８Ａ、２８Ｂを迂回して排気を流す排気バイパス通路２９Ａ、２９Ｂと、排気バイパス通路２９Ａ、２９Ｂを開閉するウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂと、がそれぞれ設けられている。
【００２１】
図２に、第１バンク１１Ａ側の排気タービン式過給機１２Ａの部分断面構造を示す。なお、第２バンク１１Ｂ側の排気タービン式過給機１２Ｂも、第１バンク１１Ａ側の排気タービン式過給機１２Ａと同様の構成となっている。
【００２２】
排気タービン式過給機１２Ａ（１２Ｂ）のタービン１４Ａ（１４Ｂ）には、タービンホイール２８Ａ（２８Ｂ）の径方向外側の部分を周回するスクロール通路３１と、外部に排気を排出するための排気流出口３２と、が設けられている。また、タービン１４Ａ（１４Ｂ）には、スクロール通路３１と排気流出口３２とを直接連通するように上述の排気バイパス通路２９Ａ（２９Ｂ）が設けられている。そして、排気バイパス通路２９Ａ（２９Ｂ）における排気流出口３２側の開口に、ウェイストゲートバルブ３０Ａ（３０Ｂ）が設けられている。
【００２３】
ウェイストゲートバルブ３０Ａ（３０Ｂ）は、排気バイパス通路２９Ａ（２９Ｂ）の排気流出口３２側の開口から離れる方向（以下、開き方向と記載する）、及び同開口に近づく方向（以下、閉じ方向と記載する）に動作可能にタービン１４Ａ（１４Ｂ）に取り付けられている。ウェイストゲートバルブ３０Ａ（３０Ｂ）の動作範囲は、上記開口を閉塞する全閉位置から、図示しないストッパとの接触によりそれ以上の開き方向への駆動が規制される全開位置までの範囲となっている。
【００２４】
ウェイストゲートバルブ３０Ａ（３０Ｂ）には、ロッド３３を介してアクチュエータ３４が連結されている。アクチュエータ３４には、直流モータ３５が内蔵されている。そして、通電に応じて直流モータ３５が発生する動力を、ロッド３３を介して伝達することで、ウェイストゲートバルブ３０Ａ（３０Ｂ）に駆動力が加えるようにしている。この駆動力は、直流モータ３５に流す電流（アクチュエータ３４の駆動電流）に応じた大きさとなる。さらに、アクチュエータ３４には、ウェイストゲートバルブ３０Ａ（３０Ｂ）の動作位置ＶＡを検出するための動作位置センサ３６が設けられている。
【００２５】
本実施形態の制御装置３７は、エンジン制御用のマイクロコンピュータとして構成されており、エンジン１０の吸気制御の一環として、ウェイストゲートバルブ３０Ａ（３０Ｂ）の駆動制御を行っている。制御装置３７には、上述のエアフローメータ２０Ａ、２０Ｂ、大気圧センサ２１Ａ、２１Ｂ、過給圧センサ２４Ａ、２４Ｂ、空燃比センサ２６Ａ、２６Ｂ、及び動作位置センサ３６の検出結果が入力されている。さらに制御装置３７には、エンジン１０が搭載された車両の走行速度（車速ＳＰＤ）を検出する車速センサ３８、同車両の運転者のアクセルペダル踏込量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ３９などの検出結果も入力されている。
【００２６】
図３に、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの駆動制御にかかる制御装置３７の制御構造を示す。ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの駆動制御に際して制御装置３７はまず、目標トルク演算処理Ｐ１００において、アクセル開度ＡＣＣＰや車速ＳＰＤなどに基づき、エンジントルクの目標値である目標トルクＴＲを演算する。そして、制御装置３７は、目標過給圧演算処理Ｐ１１０において、目標トルクＴＲ分のエンジントルクの発生に必要な過給圧ＰＢを、目標過給圧ＰＢＴの値として演算する。なお、自然吸気領域では、目標過給圧ＰＢＴの値として標準大気圧（1013.25［hPa］）が設定される。
【００２７】
さらに、制御装置３７は、目標駆動力演算処理Ｐ１２０において、目標過給圧ＰＢＴと過給圧ＰＢとに基づき、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの駆動力の目標値である目標駆動力ＦＴの値を演算する。そして、制御装置３７は、駆動力制御モード用の指令電流演算処理Ｐ１３０において、目標駆動力ＦＴに基づき、同目標駆動力ＦＴ分の駆動力の発生に必要な直流モータ３５の駆動電流を、駆動力制御モード用の指令電流ＩＦの値として演算する。
【００２８】
目標駆動力演算処理Ｐ１２０での目標駆動力ＦＴの演算は、次の態様で行われる。なお、本実施形態では、目標駆動力ＦＴの演算を、２つの過給圧センサ２４Ａ、２４Ｂの検出値を平均した値を過給圧ＰＢの値として用いて行っている。目標駆動力ＦＴの演算に際してはまず、予め実験等で求められた目標過給圧ＰＢＴとその実現に必要なウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの駆動力との関係を記憶した演算マップを参照して、目標過給圧ＰＢＴから目標駆動力ＦＴのフィードフォワード項が求められる。続いて、目標過給圧ＰＢＴと過給圧ＰＢとの差から目標駆動力ＦＴのフィードバック項が求められ、このフィードバック項をフィードフォワード項に加算した和が目標駆動力ＦＴの値として演算される。
【００２９】
こうした目標駆動力演算処理Ｐ１２０では、目標過給圧ＰＢＴを実現するために必要なウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの駆動力を目標駆動力ＦＴの値として演算している。また、目標駆動力演算処理Ｐ１２０における目標駆動力ＦＴの演算に際しては、フィードバック項により、目標過給圧ＰＢＴに対する過給圧ＰＢの差に応じた目標駆動力ＦＴのフィードバック調整が行われている。
【００３０】
一方、制御装置３７は、目標動作位置演算処理Ｐ１４０において、目標過給圧ＰＢＴと過給圧ＰＢとに基づき、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡの目標値である目標動作位置ＶＡＴの値を演算する。なお、目標過給圧ＰＢＴが正の値である場合の、すなわち過給領域の場合の目標動作位置ＶＡＴの値には、目標過給圧ＰＢＴの実現に必要なウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡが設定される。これに対して目標過給圧ＰＢＴの値が標準大気圧の場合の、すなわち自然吸気領域の場合の目標動作位置ＶＡＴの値には、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの全開位置よりも閉じ側、且つ全閉位置よりも開き側の中間動作位置が設定される。また、目標動作位置演算処理Ｐ１４０において制御装置３７は、過給圧ＰＢの値が標準大気圧以下の場合、すなわちエンジン１０を自然吸気領域で運転する場合、位置制御要求を出力している。
【００３１】
そして、制御装置３７は、位置制御モード用の指令電流演算処理Ｐ１５０において、目標動作位置ＶＡＴと動作位置センサ３６が検出した動作位置ＶＡとに基づき、位置制御モード用の指令電流ＩＰの値を演算する。指令電流演算処理Ｐ１５０では、目標動作位置ＶＡＴに対する動作位置ＶＡの差を縮小すべく、指令電流ＩＰの値のフィードバック調整が行われる。
【００３２】
続いて制御装置３７は、モード選択処理Ｐ１６０において、実際に直流モータ３５に流す駆動電流の指令値である最終指令電流ＩＣを演算する。モード選択処理Ｐ１６０での最終指令電流ＩＣの演算は、上述の駆動力制御モード用の指令電流ＩＦ、位置制御モード用の指令電流ＩＰ、位置制御要求に加え、エンジン停止要求、始動前通電カット要求に基づいて行われる。
【００３３】
制御装置３７は、エンジン１０の運転停止条件が成立した時点から運転停止に至るまでの期間、エンジン停止要求を出力する。また、制御装置３７は、エンジン１０が運転停止に至ってから同エンジン１０が再始動するまでの期間、始動前通電カット要求を出力する。なお、ここでのエンジン１０の運転停止には、アイドリングストップ制御による停車中のエンジン１０の運転停止や、ハイブリッド車両のＥＶ走行中のエンジン１０の運転停止が含まれる。
【００３４】
図４に、モード選択処理Ｐ１６０において制御装置３７が実行するモード選択処理ルーチンのフローチャートを示す。制御装置３７は、本ルーチンの処理を既定の制御周期毎に繰り返し実行する。
【００３５】
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ２００において、始動前通電カット要求が出力されているか否かが判定される。そして、始動前通電カット要求が出力されている場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２１０に、出力されていない場合（ＮＯ）にはステップＳ２２０に、それぞれ処理が進められる。
【００３６】
ステップＳ２１０に処理が進められた場合、そのステップＳ２１０において、最終指令電流ＩＣの値として「０」が設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。すなわち、この場合には、直流モータ３５の通電が停止されて、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの駆動が停止される。
【００３７】
一方、ステップＳ２２０に処理が進められた場合、そのステップＳ２２０において、位置制御要求が出力されているか否かが、すなわち過給圧ＰＢが標準大気圧以下であるか否かが判定される。そして、位置制御要求が出力されている場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２４０に、出力されていない場合（ＮＯ）にはステップＳ２３０に、それぞれ処理が進められる。
【００３８】
ステップＳ２３０に処理が進められると、そのステップＳ２３０においてエンジン停止要求が出力されているか否かが判定される。そして、エンジン停止要求が出力されている場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２４０に、出力されていない場合（ＮＯ）にはステップＳ２５０に、それぞれ処理が進められる。
【００３９】
ステップＳ２４０に処理が進められた場合（Ｓ２２０：ＹＥＳ、又はＳ２３０：ＹＥＳ）、そのステップＳ２４０において位置制御モード用の指令電流ＩＰが最終指令電流ＩＣの値として設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。これに対してステップＳ２５０に処理が進められた場合（Ｓ２２０：ＮＯ、且つＳ２３０：ＮＯ）、そのステップＳ２５０において駆動力制御モード用の指令電流ＩＦが最終指令電流ＩＣの値として設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００４０】
本実施形態の作用及び効果について説明する。
過給が行われない自然吸気領域においてウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置を全閉位置としておくと、タービン１４Ａ、１４Ｂを通過する際の排気の圧力損失が増加して、エンジン１０のポンピング損失が大きくなる。ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡを全開位置とすれば、タービン１４Ａ、１４Ｂでの圧力損失を最小とすることができる。一方、自然吸気領域から過給領域への移行に際しては、過給圧の速やかな上昇のため、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置を全閉位置とする必要がある。そのため、自然吸気領域におけるウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡを全開位置としておくと、過給領域への移行に際して全閉位置へのウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置の変更に時間がかかって過給圧の上昇が遅れてしまう。したがって、自然過給領域におけるウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡは、ポンピング損失を許容可能な大きさに留められる限りにおいて全閉位置に近い位置とすることが望ましい。こうした自然吸気領域におけるウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの望ましい動作位置は、全開位置よりも閉じ側、且つ全閉位置よりも開き側の中間動作位置となる。
【００４１】
制御装置３７は、過給圧ＰＢが標準大気圧以下となるとき、すなわちエンジン１０が自然吸気領域で運転されているときには、動作位置ＶＡを上記中間動作位置に保持すべく、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御を行う。これに対して制御装置３７は、過給圧ＰＢが標準大気圧を超える圧力となるとき、すなわちエンジン１０が過給領域で運転されているときには、目標トルクＴＲの実現に必要な圧力に過給圧ＰＢを制御すべく、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御を行う。
【００４２】
こうしたウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御に際して制御装置３７は、直流モータ３５の駆動電流の指令値である最終指令電流ＩＣの演算している。停止時、始動時を除くエンジン１０の運転中の最終指令電流ＩＣの値には、位置制御要求が出力されている場合には位置制御モード用の指令電流ＩＰの値が設定され、位置制御要求が出力されていない場合には駆動力制御モード用の指令電流ＩＦの値が設定される。ここで、位置制御要求は、目標過給圧ＰＢＴの値が標準大気圧に設定されている場合、すなわち過給圧ＰＢが標準大気圧以下となる場合に出力される。
【００４３】
なお、位置制御モード用の指令電流ＩＰには、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡを目標動作位置ＶＡＴとするために必要な直流モータ３５の駆動電流がその値として設定されている。また、駆動力制御モード用の指令電流ＩＦには、目標駆動力ＦＴに応じた駆動力の発生に必要な直流モータ３５の駆動電流がその値として設定されている。
【００４４】
すなわち、本実施形態では、過給圧ＰＢが既定値（標準大気圧）以下となるときには、目標動作位置ＶＡＴを設定してその目標動作位置ＶＡＴに応じてウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡを制御する位置制御モードによりウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御が行われる。また、過給圧ＰＢが既定値（標準大気圧）を超える圧力となるときには、目標駆動力ＦＴを設定してその目標駆動力ＦＴに応じてウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの駆動力（指令電流ＩＣ）を制御する駆動力制御モードによりウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御が行われる。
【００４５】
ところで、エンジン１０の運転中のタービン１４Ａ、１４Ｂでは、タービンホイール２８Ａ、２８Ｂを通過する際の排気の圧力損失より、スクロール通路３１と排気流出口３２との間に差圧が生じる。スクロール通路３１と排気流出口３２とを連通する排気バイパス通路２９Ａ、２９Ｂに設置されたウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂには、そうしたスクロール通路３１、排気流出口３２の排気の差圧により、開き方向の力が加わっている。なお、スクロール通路３１、排気流出口３２の間の差圧はウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡが開き方向に変化すれば小さくなり、動作位置ＶＡが閉じ方向に変化すれば大きくなる。そのため、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡは、上記差圧により加わる開き方向の力と、アクチュエータ３４が加える閉じ方向の駆動力とがバランスする位置に定まることになる。
【００４６】
過給領域での過給圧ＰＢの制御精度の確保には、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡの緻密な調整が必要となる。これに対して、位置制御モードでは、動作位置センサ３６の検出精度やウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂやロッド３３、アクチュエータ３４等の構成部材の加工公差等による誤差があり、動作位置ＶＡの制御精度に限界がある。一方、エンジン１０の背圧が高くなる過給領域では、駆動力の変化に対する動作位置ＶＡの変化が小さいため、駆動力の制御によりウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡを細密に調整することができる。そのため、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御を位置制御モードで行うよりも、駆動力制御モードで行った方が、過給圧ＰＢの制御精度を向上できる。そこで、本実施形態では、過給圧ＰＢが標準大気圧を超える圧力となるときには、すなわち過給領域において過給圧制御のためのウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御を行うときには、駆動力制御モードによりウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂを制御している。
【００４７】
これに対して自然吸気領域では、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂに作用する排気の差圧が小さく、駆動力の僅かな変化に対して動作位置ＶＡが大きく変化してしまうため、駆動力制御モードではウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡの調整が難しくなる。また、自然吸気領域における動作位置ＶＡを中間動作位置に保持するためのウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御には、過給圧ＰＢの制御の場合ほどの緻密な動作位置ＶＡの調整は求められないため、位置制御モードでも十分に要求を満たすことができる。そこで、本実施形態では、過給圧ＰＢが標準大気圧以下となるときには、すなわち自然吸気領域において中間動作位置を保持するためのウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御を行うときには、位置制御モードによりウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂを制御している。
【００４８】
ところで、始動直後のエンジン１０の運転は自然吸気領域で行われるため、始動完了時におけるウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡは、上記のような中間動作位置としておくことが望ましい。こうした中間動作位置へのウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの駆動をエンジン１０の始動の直前に行うと、エンジン１０の動作音によりかき消されて通常は認識されないアクチュエータ３４の動作音が聞こえてしまうため、運転者が違和を感じる虞がある。
【００４９】
これに対して本実施形態では、エンジン１０を停止する際に、位置制御モードによりウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡを上記中間動作位置に制御し、その後、エンジン１０の再始動までウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの駆動を停止している。そのため、エンジン１０の停止中や始動の直前にアクチュエータ３４が動作音を発生して、運転者に違和を感じさせることを回避できる。
【００５０】
なお、エンジン１０の停止期間には、外部からの振動の伝達により、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡが微小変動することがある。エンジン１０の停止期間の動作位置ＶＡを全開位置、又は全閉位置としておくと、振動による動作位置ＶＡの微小変動に応じて、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂが、排気バイパス通路２９Ａ（２９Ｂ）の開口外縁やストッパとの離間、衝突を繰り返して、異音を発生する虞がある。その点、本実施形態では、エンジン１０の停止期間におけるウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置が上記中間動作位置とされているため、上記のような衝突による異音の発生を抑えられる。
【００５１】
なお、上述したように、本実施形態の制御装置３７が適用されるエンジン１０には、第１バンク１１Ａ及び第２バンク１１Ｂのそれぞれに排気タービン式過給機１２Ａ、１２Ｂが個別に設けられている。こうしたエンジン１０では、両バンクの排気タービン式過給機１２Ａ、１２Ｂの間にウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡのばらつきが生じると、背圧の違いからバンク間に内部ＥＧＲ量や気筒内の残留ガス量のばらつきが生じて燃焼が悪化する虞がある。その点、本実施形態の制御装置３７では、制御モードの切り替えにより、過給領域、自然吸気領域のいずれにおいても高精度で動作位置ＶＡを制御できるため、燃焼の悪化を招くバンク間のウェイストゲートバルブ３０Ａ，３０Ｂの動作位置ＶＡのばらつきが生じにくい。
【００５２】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・エンジン１０の始動性を確保する上で望ましいウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡと、自然吸気モードでのエンジン１０の運転において望ましいウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡと、が異なる場合がある。こうした場合には、エンジン１０の停止要求時と自然吸気領域での運転中とで異なった動作位置を位置制御モードにおける目標動作位置ＶＡＴとして設定してもよい。すなわち、エンジン１０の停止要求時には、始動用の目標動作位置として始動に適した動作位置ＶＡを設定して位置制御モードによるウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御を行うようにしてもよい。
【００５３】
・自然吸気領域での目標動作位置ＶＡＴを、エンジン１０の運転状況に応じて可変とするようにしてもよい。
・過給領域の中でも低過給領域では、高過給領域に比べ、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂに作用する差圧が小さくなり、駆動力の変化に対する動作位置ＶＡの変化が大きくなる。そのため、低過給領域では、ウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御を駆動力制御モードで行うよりも位置制御モードで行った方が、動作位置ＶＡを精密に調整できる場合がある。そうした場合、低過給領域での過給圧ＰＢを制御するためのウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御を位置制御モードで行うようにしてもよい。こうした場合の低過給領域における位置制御モードによるウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御は、目標過給圧ＰＢＴの実現に必要な動作位置ＶＡを目標動作位置ＶＡＴとして設定して行うことになる。そして、この場合のウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの制御は、過給圧ＰＢが標準大気圧よりも高い既定の圧力以下となるとき、すなわち低過給領域及び自然吸気領域では位置制御モードにより行われ、過給圧ＰＢが同既定の圧力を超える圧力となるとき、すなわち高過給領域では駆動力制御モードにより行われることになる。
【００５４】
・エンジン１０の運転停止に際して、位置制御モードによる中間動作位置へのウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡのフィードバック制御を行うようにしていた。アクチュエータ３４の動作音が小さく、始動直前にもその動作音が運転者に違和を感じさせないような場合には、こうした位置制御モードによる中間動作位置へのウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂの動作位置ＶＡのフィードバック制御を、エンジン１０の始動の直前や始動中に行うようにしてもよい。
【００５５】
・上記実施形態では、第１バンク１１Ａ側、第２バンク１１Ｂ側にそれぞれ設けられた２つのウェイストゲートバルブ３０Ａ、３０Ｂを制御していたが、同実施形態におけるウェイストゲートバルブの制御は、単一或いは３つ以上のウェイストゲートバルブの制御にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０…エンジン、１１Ａ…第１バンク、１１Ｂ…第２バンク、１２Ａ、１２Ｂ…排気タービン式過給機、１４Ａ、１４Ｂ…タービン、２８Ａ、２８Ｂ…タービンホイール、２９Ａ、２９Ｂ…排気バイパス通路、３０Ａ、３０Ｂ…ウェイストゲートバルブ、３３…ロッド、３４…アクチュエータ、３５…直流モータ、３６…動作位置センサ、３７…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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