(57)【要約】【課題】追従性と応答性を両立することが可能な過給機の制御装置及び過給機の制御方法を提供する。【解決手段】過給機を制御する制御装置であって、アクチュエータの駆動量を第１駆動量に設定したときの所定期間後における過給圧の予測値を、過給圧の測定値に基づいて算出する予測部と、過給圧の予測値が過給圧の目標値の近傍に達するまでは、第１駆動量でアクチュエータを駆動し、過給圧の予測値が過給圧の目標値の近傍に達したあとは、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するようにアクチュエータを駆動する制御部と、を有する。【選択図】図１
2019190313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室から排出される排気による駆動力によって回転するタービンと、
前記タービンと連動して回転し、前記燃焼室へ供給される吸気を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサによって圧縮された吸気のサージタンクにおける過給圧を測定する過給圧測定器と、
前記タービンの上流側において排気の一部をバイパス通路へ逃がすウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエータと、
を備えた過給機を制御する制御装置であって、
前記アクチュエータの駆動量を第１駆動量に設定したときの所定期間後における前記過給圧の予測値を、前記過給圧の測定値に基づいて算出する予測部と、
前記過給圧の目標値と前記過給圧の予測値の偏差の絶対値が第１閾値未満となるまでは、前記第１駆動量で前記アクチュエータを駆動し、前記偏差の絶対値が前記第１閾値未満になったあとは、前記過給圧の測定値が前記過給圧の目標値に追従するように前記アクチュエータを駆動する制御部と、
を有する過給機の制御装置。
【請求項２】
前記アクチュエータの駆動量を変化させたときの前記過給圧の時間応答をモデル化した伝達関数を記憶する記憶部を更に備え、
前記予測部は、前記アクチュエータの駆動量及び前記過給圧の測定値を前記伝達関数に入力して得られる前記所定期間後における前記過給圧を第１予測値として算出し、前記第１予測値に基づいて前記過給圧の予測値を算出する、
請求項１に記載の過給機の制御装置。
【請求項３】
前記所定期間は、前記伝達関数の位相遅れの時定数である、
請求項２に記載の過給機の制御装置。
【請求項４】
前記偏差の絶対値が前記第１閾値未満となると、前記アクチュエータの駆動量を、前記第１駆動量よりも小さい駆動量であって前記過給圧の目標値に応じた第２駆動量に設定し、その後、前記過給圧の測定値が減少に転じるまでの時間に基づいて、前記伝達関数の位相遅れの時定数を補正する補正部を更に有する、
請求項３に記載の過給機の制御装置。
【請求項５】
前記予測部は、過去の複数の時刻において測定された前記過給圧の測定値に基づいて、前記所定期間後における前記過給圧を、線形予測により第２予測値として算出し、
前記予測部は、前記第１予測値と前記第２予測値の加重平均を前記過給圧の予測値として用いる、
請求項２から４のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、過去の複数の時刻において測定された前記過給圧の測定値に基づいて、前記過給圧の測定値の時間変化の波形を求め、前記波形の二階微分成分の絶対値が第２閾値以上である場合には、前記アクチュエータの駆動量を、前記第１駆動量よりも小さい駆動量であって前記過給圧の目標値に応じた第２駆動量に設定する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記過給圧の予測値から前記過給圧の目標値を減算した偏差が第３閾値を超えている場合には、前記アクチュエータの駆動量を前記第２駆動量に設定する、
請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記第１駆動量は、前記ウェイストゲートバルブが閉じ切り状態となる前記アクチュエータの駆動量である。
請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記アクチュエータは、前記ウェイストゲートバルブと連動するダイヤフラムに作用する圧力を、前記コンプレッサの上流側と下流側をバイパスする通路を開閉して制御するＶＳＶを有し、
前記制御部は、前記ＶＳＶを制御して前記ウェイストゲートバルブの開度を調整する
請求項１から８のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１０】
エンジンの燃焼室から排出される排気による駆動力によって回転するタービンと、
前記タービンと連動して回転し、前記燃焼室へ供給される吸気を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサによって圧縮された吸気のサージタンクにおける過給圧を測定する過給圧測定器と、
前記タービンの上流側において排気の一部をバイパス通路へ逃がすウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエータと、
を備えた過給機の制御方法であって、
前記アクチュエータの駆動量を第１駆動量に設定したときの所定期間後における前記過給圧の予測値を、前記過給圧の測定値に基づいて算出する予測ステップと、
前記過給圧の目標値と前記過給圧の予測値の偏差の絶対値が第１閾値未満となるまでは、前記第１駆動量で前記アクチュエータを駆動し、前記偏差の絶対値が前記第１閾値未満になったあとは、前記過給圧の測定値が前記過給圧の目標値に追従するように前記アクチュエータを駆動する制御ステップと、
を有する過給機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの過給機の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの過給機は、エンジンの燃焼室から排出される排気による駆動力によって回転するタービンと、タービンと連動して回転して燃焼室へ供給される吸気を圧縮するコンプレッサを備える。過給機によって圧縮された吸気は、スロットルによって流量を調整されて燃焼室へ供給される。
【０００３】
エンジンの燃焼室から排出される排気のうち、過給機のタービンを回転させる駆動力として利用される排気の流量は、ウェイストゲートバルブ（Ｗａｓｔｅ  Ｇａｔｅ  Ｖａｌｖｅ）（以下では「ＷＧＶ」と呼ぶ）によって調整される。ＷＧＶは、排出通路のタービンの上流側に設けられ、燃焼室からの排気の一部をバイパス通路へ逃がすことによって、タービンを駆動する排気の流量を調整する。ＷＧＶの開度は、アクチュエータによって制御される。
【０００４】
エンジンの過給機は、一般的には、外乱の影響を補償するためにフィードバック制御される。例えば、特許文献１には、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するように、ＷＧＶの開度をフィードバック制御する制御装置が記載されている。特許文献１では、エンジンの加速度に応じてフィードバック量を補正することによって、過給圧のオーバーシュートの発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１７６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、エンジンの過給機では、前述のように、アクチュエータを駆動してからサージタンクの過給圧に変化が現れるまでに、ＷＧＶ、タービン、コンプレッサと多数の段階を経ることから、数１００ミリ秒程度の遅れ時間が生じる。このような遅れ時間を有する過給機においては、特許文献１のフィードバック制御方法を用いたとしても、依然としてフィードバック制御の追従性と応答性の相反性が問題となる。
【０００７】
すなわち、応答性を高めるためにフィードバック制御のゲインを大きくすると、追従性が低下して過給圧がオーバーシュートする。この結果、車両にショックが生じて運転者の体感が悪化する。一方、追従性を高めるためにフィードバック制御のゲインを小さくすると、応答性が低下して過給圧が収束するまでに時間を要する。この結果、運転者が加速の遅れ時間を待ちきれずにアクセルを踏んだり戻したりするため、過給圧がハンチングする。このような過給圧のオーバーシュートやハンチングは、車両の燃費にも悪影響を与える。
【０００８】
そこで本発明は、追従性と応答性を両立することが可能な過給機の制御装置及び過給機の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、エンジンの燃焼室から排出される排気による駆動力によって回転するタービンと、タービンと連動して回転し、燃焼室へ供給される吸気を圧縮するコンプレッサと、コンプレッサによって圧縮された吸気のサージタンクにおける過給圧を測定する過給圧測定器と、タービンの上流側において排気の一部をバイパス通路へ逃がすウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエータと、を備えた過給機を制御する制御装置であって、アクチュエータの駆動量を第１駆動量に設定したときの所定期間後における過給圧の予測値を、過給圧の測定値に基づいて算出する予測部と、過給圧の目標値と過給圧の予測値の偏差の絶対値が第１閾値未満となるまでは、第１駆動量でアクチュエータを駆動し、偏差の絶対値が第１閾値未満になったあとは、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するようにアクチュエータを駆動する制御部と、を有する過給機の制御装置が提供される。
【００１０】
また、本発明の別観点によれば、エンジンの燃焼室から排出される排気による駆動力によって回転するタービンと、タービンと連動して回転し、燃焼室へ供給される吸気を圧縮するコンプレッサと、コンプレッサによって圧縮された吸気のサージタンクにおける過給圧を測定する過給圧測定器と、タービンの上流側において排気の一部をバイパス通路へ逃がすウェイストゲートバルブの開度を調整するアクチュエータと、を備えた過給機の制御方法であって、アクチュエータの駆動量を第１駆動量に設定したときの所定期間後における過給圧の予測値を、過給圧の測定値に基づいて算出する予測ステップと、過給圧の目標値と過給圧の予測値の偏差の絶対値が第１閾値未満となるまでは、第１駆動量でアクチュエータを駆動し、偏差の絶対値が第１閾値未満になったあとは、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するようにアクチュエータを駆動する制御ステップと、を有する過給機の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、過給圧の追従性と応答性を両立することが可能な過給機の制御装置及び過給機の制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る過給機の制御装置を、エンジンの過給機と共に示した図である。
【図２】第１実施形態に係る過給機の制御装置の構成を概略的に示した図である。
【図３】第１実施形態に係るエンジンのスロットル開度、コンプレッサ圧、過給圧、及びアクチュエータの駆動量の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図４】第１実施形態に係る過給機の制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、各図において同一、又は相当する機能を有するものは、同一符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。
【００１４】
本発明の過給機の制御装置は、予測部及び制御部を有する。予測部は、アクチュエータの駆動量を、例えばウェイストゲートバルブが閉じ切り状態となるような第１駆動量に設定したときの所定期間後における過給圧の予測値を、過給圧の測定値に基づいて算出する。また、制御部は、過給圧の予測値が過給圧の目標値の近傍に達するまでは、第１駆動量でアクチュエータを駆動し、予測値が過給圧の目標値の近傍に達したあとは、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するようにアクチュエータを駆動する。この予測値は、例えば、アクチュエータの駆動量を変化させたときの過給圧の時間応答をモデル化した伝達関数に基づいて算出される。
【００１５】
これにより、予測値に基づいて、過給機の過給圧が目標値へ収束するようにフィードフォワード制御されるため、過給圧の追従性と応答性が両立される。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る過給機の制御装置４を、エンジンの過給機２と共に示した図である。過給機２は、タービン２１、コンプレッサ２２、ＷＧＶ２３、過給圧測定器２５、及びアクチュエータ２６を備える。
【００１７】
タービン２１は、排気通路１１上に設けられ、エンジンの燃焼室１０から排出される排気による駆動力によって回転する。また、コンプレッサ２２は、吸気通路１２上に設けられ、タービン２１と連動して回転し、燃焼室１０へ供給される吸気を圧縮する。
【００１８】
コンプレッサ２２によって圧縮された吸気は、スロットル１３のスロットルバルブによって流量を調整され、サージタンク１４に一時的に蓄えられた後、燃焼室１０へ供給される。スロットル１３のスロットルバルブの開度は、運転者がアクセルペダルを踏み込む程度に応じて調整される。
【００１９】
過給圧測定器２５は、サージタンク１４における吸気の過給圧を測定し、測定値を後述の制御装置４へ出力する。
【００２０】
ＷＧＶ２３は、排気通路１１のタービン２１の上流側に設けられ、燃焼室１０から排出される排気の一部をバイパス通路２４へ逃がす。これにより、ＷＧＶ２３は、燃焼室１０から排出される排気のうち、過給機２のタービン２１を回転させる駆動力として利用する排気の流量を調整する。
【００２１】
アクチュエータ２６は、ＷＧＶ２３の開度を調整する。図１にはダイヤフラム式のアクチュエータ２６が示されている。本発明は、過給機２の遅れ時間が大きくなるダイヤフラム式のアクチュエータ２６を備える過給機２に対して適用される場合に、特に大きな効果が得られる。したがって、以下の説明は、アクチュエータ２６がダイヤフラム式であることを想定するが、本実施形態はこれに限定されない。アクチュエータ２６は、他の調圧式であってもよく、電動式であってもよい。本実施形態のアクチュエータ２６は、ダイヤフラム２６１（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）、及びＶＳＶ２６２（Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｖａｌｖｅ）を備える。
【００２２】
ダイヤフラム２６１は、ダイヤフラム室２６０を二つに区画しており、チャンバー２６３（Ｃｈａｍｂｅｒ）から供給される圧力に応じて変形して図中の左右方向に変位する。ダイヤフラム２６１は、ロッド２６４を介してＷＧＶ２３と連結されており、ダイヤフラム２６１が図中の左右方向に変位するのに応じて、ＷＧＶ２３の開度を調整する。
【００２３】
ＶＳＶ２６２は、コンプレッサ２２の上流側と下流側をバイパスする負圧通路２６５上に設けられ、負圧通路２６５を開閉することで、チャンバー２６３の圧力を制御する。ＶＳＶ２６２は、不図示の駆動回路によって駆動される。ＶＳＶ２６２は、後述の制御装置４から出力されるデューティ信号のデューティ比に応じて負圧通路２６５の開期間と閉期間の長さの比が制御されてもよいし、デューティ信号のデューティ比に応じて負圧通路２６５の開度が制御されてもよい。
【００２４】
例えば、ＶＳＶ２６２がデューティ比０％で駆動されて負圧通路２６５を閉状態にすると、チャンバー２６３の圧力は、コンプレッサ２２の下流側の圧力（以下では「コンプレッサ圧」と呼ぶ）に昇圧される。この結果、ダイヤフラム２６１に作用する圧力が大きくなって、ロッド２６４及びＷＧＶ２３が動き出すために必要なセット圧以上になると、ダイヤフラム２６１はロッド２６４を押し出してＷＧＶ２３の開度を上げる。
【００２５】
一方、ＶＳＶ２６２がデューティ比１００％で駆動されて負圧通路２６５を開状態にすると、チャンバー２６３の圧力は、コンプレッサ２２の上流側の負圧によって減圧される。この結果、ダイヤフラム２６１に作用する圧力が小さくなり、ダイヤフラム２６１はロッド２６４を引いてＷＧＶ２３の開度を下げる。
【００２６】
図１に示されるような、ダイヤフラム式のアクチュエータ２６を備える過給機２では、アクチュエータ２６を駆動してからサージタンク１４の過給圧に変化が現れるまでに多数の段階を経ることから、大きな遅れ時間が生じる。アクチュエータ２６の駆動量を変化させたときのサージタンク１４における過給圧の時間応答は、伝達関数によってモデル化される。以下では、アクチュエータ２６がダイヤフラム式である場合の伝達関数について説明する。
【００２７】
アクチュエータ２６の駆動量の時間変化をＤvsv（ｔ）とし、そのラプラス変換をＤvsv（ｓ）とする。また、タービン２１の回転数の時間変化をＮtbn（ｔ）とし、そのラプラス変換をＮtbn（ｓ）とする。ここで、アクチュエータ２６の駆動量とは、アクチュエータ２６がダイヤフラム式の場合は、ＶＳＶ２６２が駆動されるデューティ比のことである。このとき、アクチュエータ２６の駆動量が変化したときのタービン２１の回転数の時間応答は、下式（１）に示す一次遅れの伝達関数でモデル化される。
Ｎtbn（ｓ）／Ｄvsv（ｓ）＝Ｋ1／（１＋Ｔ1・ｓ）    （１）
【００２８】
また、コンプレッサ圧の時間変化をＰcmp（ｔ）とし、そのラプラス変換をＰcmp（ｓ）とする。このとき、タービン２１の回転数が変化したときのコンプレッサ圧の時間応答は、下式（２）に示す一次遅れの伝達関数でモデル化される。
Ｐcmp（ｓ）／Ｎtbn（ｓ）＝Ｋ2／（１＋Ｔ2・ｓ）    （２）
【００２９】
また、サージタンク１４の過給圧の時間変化をＰbst（ｔ）し、そのラプラス変換をＰbst（ｓ）とする。このとき、コンプレッサ圧が変化したときの過給圧の時間応答は、下式（３）に示す位相遅れの伝達関数でモデル化される。
Ｐbst／Ｐcmp（ｓ）＝ｅｘｐ（−Ｔ3・ｓ）    （３）
【００３０】
上式（１）〜（３）より、アクチュエータ２６の駆動量が変化したときの過給圧の時間応答は、下式（４）に示す二次遅れの伝達関数でモデル化される。
Ｐbst／Ｄvsv（ｓ）
＝Ｋ1・Ｋ2・ｅｘｐ（−Ｔ3・ｓ）／｛（１＋Ｔ1・ｓ）（１＋Ｔ2・ｓ）｝（４）
【００３１】
上式（４）の伝達関数において、アクチュエータ２６の駆動量を変化させてからサージタンク１４の過給圧に変化が現れるまでの遅れ時間は、概ね時定数Ｔ3によって決定される。
【００３２】
図２は、第１実施形態に係る過給機の制御装置４の構成を概略的に示した図である。制御装置４は、演算部４０、記憶部４１、入力部４２、及び出力部４３、を備える。
【００３３】
記憶部４１は、演算部４０によって実行される制御及び演算のためのプログラムを記憶する。また、記憶部４１は、上式（４）の伝達関数を、時定数Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3と共に記憶する。記憶部４１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）等の半導体メモリを有することができる。
【００３４】
入力部４２は、過給圧測定器２５から出力される過給圧の測定値、及びスロットル１３から出力されるスロットル開度等の信号を受信するためのインターフェース回路を有する。また、出力部４３は、アクチュエータ２６のＶＳＶ２６２へデューティ信号を出力するためのインターフェース回路を有する。
【００３５】
演算部４０は、プロセッサ又は集積回路である。演算部４０は、制御部４４、予測部４５、及び補正部４６を有する。
【００３６】
制御部４４は、所定期間後における過給圧の予測値が過給圧の目標値の近傍に達するまでは、過給機２をフィードフォワード制御し、過給圧の予測値が過給圧の目標値の近傍に達したあとは、過給機２をフィードバック制御する。予測部４５は、その予測値を、アクチュエータ２６の駆動量及び過給圧の測定値に基づいて算出する。補正部４６は、アクチュエータ２６の駆動量を変更してから過給圧の測定値が減少に転じるまでの時間に基づいて、上式（４）の伝達関数の位相遅れの時定数Ｔ3を補正する。制御部４４、予測部４５、及び補正部４６の動作については、この後、図３及び図４を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
図３は、第１実施形態に係るエンジンのスロットル開度、コンプレッサ圧、過給圧、及びアクチュエータ２６の駆動量の時間変化を示すタイミングチャートである。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、上から順に、それぞれ、スロットル１３のスロットル開度、アクチュエータ２６の駆動量、コンプレッサ圧、過給圧を示している。図３（ａ）〜図３（ｄ）の横軸は、時間を示している。また、図４は、第１実施形態に係る過給機２の制御方法を示すフローチャートである。以下、図３及び図４を参照しながら、本実施形態の制御装置４による過給機２の制御方法について説明する。
【００３８】
車両の運転者がアクセルペダルを踏みこむと、図３に示された時刻ｔ1において、スロットル１３のスロットル開度が上昇を始める。制御部４４は、スロットル開度に応じて過給圧の目標値Ｐ0を設定する（ステップＳ１）。スロットル開度と過給圧の目標値Ｐ0との対応関係は、例えば記憶部４１に予め記憶されたテーブルに規定されている。したがって、制御部４４は、過給圧の目標値Ｐ0を、テーブルを参照して設定すればよい。
【００３９】
時刻ｔ2において、スロットル開度が閾値Ｗth以上となり、かつ、ダイヤフラム２６１に作用する圧力がセット圧以上となってＷＧＶ２３の制御が可能になると、制御部４４は、アクチュエータ２６の駆動量を第１駆動量Ｄ1に設定する（ステップＳ２）。ここで、第１駆動量Ｄ1は、典型的にはＷＧＶ２３が閉じ切り状態となるようなアクチュエータ２６の駆動量であって、例えばＶＳＶ２６２はデューティ比１００％で駆動される。第１駆動量Ｄ1の値が大きいほど、過給機２の応答性は向上する。ただし、第１駆動量Ｄ1はデューティ比１００％に限定されない。例えば、過給圧の目標値Ｐ0がそもそも小さくて、ＷＧＶ２３を閉じ切り状態にすると過給圧が目標値Ｐ0を超えてしまうような場合には、第１駆動量Ｄ1は、例えばデューティ比９０％或いはデューティ比８０％とされてもよい。
【００４０】
時刻ｔ3において、予測部４５は、所定期間Ｔ0後における過給圧の予測値を、過給圧測定器２５によって測定された過給圧の測定値、及びアクチュエータ２６の第１駆動量Ｄ1に基づいて算出する（ステップＳ３）。予測部４５は、制御装置４の制御周期ごとに過給圧の予測値を算出する。図３に示された時刻ｔ3は、制御周期の一時刻を代表させて示している。
【００４１】
ここで、所定期間Ｔ0の長さは、上式（４）の伝達関数の位相遅れの時定数Ｔ3と同程度にすることが好ましい。伝達関数の時定数Ｔ3は、過給機２の時間応答の遅れを表している。したがって、所定期間Ｔ0の長さを時定数Ｔ3と同程度の長さに設定することで、予測部４５は、ちょうどアクチュエータ２６の駆動量を変化させて制御することが可能な最も近い将来の過給圧を予測することができる。
【００４２】
本実施形態では、予測部４５は、過給圧の予測値を、伝達関数に基づく第１予測値と、線形予測に基づく第２予測値の二種類の予測値に基づいて算出する。まず、過給圧の第１予測値の算出方法について説明する。予測部４５は、上式（４）の伝達関数に、過給圧の測定値、及びアクチュエータ２６の第１駆動量Ｄ1を入力して、第１予測値を算出する。上式（４）の伝達関数は、記憶部４１に予め記憶されている。過給圧の第１予測値は、例えば次のようにして算出される。
【００４３】
上式（１）を変形すると、下式（５）が得られる。
ｓ・Ｎtbn（ｓ）＝｛Ｋ1・Ｄvsv（ｓ）−Ｎtbn（ｓ）｝／Ｔ1    （５）
【００４４】
上式（５）を逆ラプラス変換すると、下式（６）の微分方程式が得られる。
ｄＮtbn（ｔ）／ｄｔ＝｛Ｋ1・Ｄvsv（ｔ）−Ｎtbn（ｔ）｝／Ｔ1    （６）
【００４５】
上式（６）の微分方程式を離散系へ展開すると、下式（７）が得られる。
Ｎtbn（ｔ＋Δｔ）
＝Ｎtbn（ｔ）＋｛Ｋ1・Ｄvsv（ｔ）−Ｎtbn（ｔ）｝Δｔ／Ｔ1    （７）
【００４６】
上式（７）に、時刻ｔ0におけるＮtbn（ｔ0）及びＤvsv（ｔ0）を入力すると、時刻ｔ0＋ΔｔにおけるＮtbn（ｔ0＋Δｔ）が得られる。更にこの計算を繰り返すと、任意の将来の時刻ｔにおけるＮtbn（ｔ）が得られる。なお、上式（６）の微分方程式の一般解を求めることで、任意の将来の時刻ｔにおけるＮtbn（ｔ）を代数的に算出することも可能である。
【００４７】
同様にして、上式（２）を逆ラプラス変換して、離散系へ展開すると、下式（８）が得られる。
Ｐcmp（ｔ＋Δｔ）
＝Ｐcmp（ｔ）＋｛Ｋ2・Ｎtbn（ｔ）−Ｐcmp（ｔ）｝Δｔ／Ｔ2    （８）
【００４８】
また同様にして、上式（３）を逆ラプラス変換して、離散系へ展開すると、下式（９）が得られる。
Ｐbst（ｔ）＝Ｐcmp（ｔ−Ｔ3）    （９）
【００４９】
上式（９）は、過給圧の時間変化の波形がコンプレッサ圧の時間変化の波形に対して時定数Ｔ3だけ遅れることを表している。例えば図３（ｄ）に示された過給圧の測定値の時間変化の波形４００は、図３（ｃ）に示されたコンプレッサ圧の測定値の時間変化の波形４０１に対して時定数Ｔ3だけ遅れている。
【００５０】
予測部４５は、上式（７）〜（９）にしたがって、タービン２１の回転数Ｎtbn（ｔ）、コンプレッサ圧Ｐcmp（ｔ）、及び過給圧Ｐbst（ｔ）を順次算出して、所定期間Ｔ0後における過給圧Ｐbst（ｔ3＋Ｔ0）を第１予測値として算出する。図３（ｄ）には、このようにして算出された過給圧の第１予測値の時間変化の波形４０２が示されている。この第１予測値は、過給圧の測定値を取得する度に算出し直されることが好ましいが、制御装置４の演算量を抑制するために、例えば過去の時刻ｔ2のタイミングで算出した第１予測値の波形４０２を、その後の時刻ｔ3において利用してもよい。
【００５１】
次に、過給圧の第２予測値の算出方法について説明する。予測部４５は、過給圧の測定値が概ね直線的に時間変化することを仮定して、第２予測値を算出する。例えば、予測部４５は、過去の複数の時刻における過給圧の測定値から、所定期間Ｔ0後における過給圧の第２予測値を、下式（１０）の線形予測によって算出する。ここで、係数ａ1は典型的には１であり、必要に応じて調整される。図３（ｄ）には、このようにして算出された過給圧の第２予測値の時間変化の波形４０３が示されている。
Ｐbst（ｔ3＋Ｔ0）＝Ｐbst（ｔ3）
＋ａ1・｛ｄＰbst（ｔ3）／ｄｔ｝・Ｔ0    （１０）
【００５２】
第１予測値及び第２予測値は、それぞれ利点を有する。第１予測値が依拠する上式（４）の伝達関数は、アクチュエータ２６の駆動量を変化させたときの過給圧の時間応答を、時定数Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3のパラメータ等によりモデル化したものである。したがって、第１予測値は、特に過給圧の時間応答の遅れ時間を表す時定数Ｔ3よりも遠い将来の過給圧を正確に予測することができる。他方、第２予測値は、過去の複数の時刻における過給圧の測定値に基づいて線形予測によって算出されるため、時定数Ｔ3よりも近い将来の過給圧を正確に予測することができる。
【００５３】
そこで、予測部４５は、下式（１１）のように、第１予測値と第２予測値の加重平均を過給圧の最終的な予測値として用いる。これにより、時定数Ｔ3と同程度の所定期間Ｔ0後における過給圧の予測値を、正確に予測することができる。ここで、重み係数ｂ1、ｂ2は、ｂ1＋ｂ2＝１を満たす正の実数であり、所定期間Ｔ0の長さに応じて調整される。
予測値  ＝  ｂ1・第１予測値  ＋  ｂ2・第２予測値    （１１）
【００５４】
例えば、予測部４５は、時定数Ｔ3よりも遠い所定期間Ｔ0後の過給圧を予測する場合には、重み係数ｂ1を重み係数ｂ2よりも大きくし、時定数Ｔ3よりも近い所定期間Ｔ0後の過給圧を予測する場合には、重み係数ｂ2を重み係数ｂ1よりも大きくする。なお、予測部４５は、重み係数ｂ1、ｂ2の一方を１として他方を０として、第１予測値と第２予測値のいずれか一方のみに基づいて最終的な予測値を算出してもよい。
【００５５】
次に、制御部４４は、過給圧の測定値の波形４００の歪みが大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。第１予測値及び第２予測値は、過給圧の測定値の時間変化の波形４００が大きく歪んでいる場合に予測精度が低下する。そこで、制御部４４は、精度が低下した予測値に基づいて制御が行われないように、過給圧の測定値の時間変化の波形４００が概ね線形であるか否かを判定する。
【００５６】
制御部４４は、過去の複数の時刻における過給圧の測定値に基づいて、過給圧の測定値の時間変化の波形４００を、例えば下式（１２）に示すような二階の微分項まで展開したテーラー級数で補間する。そして、求めた波形４００の二階微分成分の絶対値が第２閾値以上である場合には、波形４００の歪みが大きいと判定する。ここで、係数ａ1、ａ2は典型的には１であり、必要に応じて調整される。
Ｐbst（ｔ＋Δｔ）＝Ｐbst（ｔ）
＋ａ1・｛ｄＰbst（ｔ）／ｄｔ｝・Δｔ
＋ａ2・｛ｄ2Ｐbst（ｔ）／ｄｔ2｝・（Δｔ）2    （１２）
【００５７】
制御部４４によって過給圧の測定値の波形４００の歪みが大きいと判定された場合には（ステップＳ４で「Ｙｅｓ」）、制御部４４は、過給圧の測定値を正確に予測することが困難であると判断して、ステップＳ７に処理を進める。一方、過給圧の測定値の波形４００の歪みが小さいと判定された場合には（ステップＳ４で「Ｎｏ」）、制御部４４は、次のステップＳ５に処理を進める。これにより、精度が低下した予測値に基づいて制御が行われることが防止される。
【００５８】
次に、制御部４４は、過給圧の予測値が過給圧の目標値Ｐ0を大きく超えているか否かを判定する（ステップＳ５）。制御部４４は、例えば、過給圧の予測値から過給圧の目標値Ｐ0を減算した偏差が第３閾値Ｔｈ3を超えている場合には、過給圧の予測値が過給圧の目標値Ｐ0を大きく超えていると判定する。時刻ｔ3においては、過給圧の予測値が過給圧の目標値Ｐ0を超えていないので（ステップＳ５で「Ｎｏ」）、制御部４４は、次のステップＳ６に処理を進める。一方、過給圧の予測値が過給圧の目標値Ｐ0を大きく超えている場合には（ステップＳ５で「Ｙｅｓ」）、制御部４４は、予測値を用いたフィードフォワード制御が失敗したと判断して、ステップＳ７に処理を進める。これにより、フィードフォワード制御が失敗したときには、すぐにフィードフォワード制御を終了させて、過給圧のオーバーシュートが発生することを抑制することができる。
【００５９】
次に、制御部４４は、過給圧の予測値が過給圧の目標値Ｐ0の近傍に達したか否かを判定する（ステップＳ６）。ここで、目標値Ｐ0の近傍とは、過給圧が少なくとも所定期間Ｔ0後においては目標値Ｐ0へ実質的に収束しているとみなせる目標値Ｐ0を中心とした２×第１閾値Ｔｈ1の過給圧の範囲をいう。この第１閾値Ｔｈ1は、前のステップＳ５の判定で用いられた第３閾値Ｔｈ3よりも小さい値である。制御部４４は、例えば、過給圧の目標値Ｐ0と予測値の偏差の絶対値が第１閾値Ｔｈ1未満であるか否かを判定して、過給圧の予測値が過給圧の目標値Ｐ0の近傍に達したか否かを判定する。制御部４４は、過給圧の予測値が過給圧の目標値Ｐ0の近傍に達するまで、ステップＳ３〜Ｓ６を繰り返す。
【００６０】
時刻ｔ4において、過給圧の予測値が過給圧の目標値Ｐ0の近傍に達すると、制御部４４は、予測値を用いたフィードフォワード制御が成功したと判断する。
【００６１】
次に、制御部４４又は補正部４６は、アクチュエータ２６の駆動量を、過給圧の目標値Ｐ0に応じた第２駆動量Ｄ2に設定する（ステップＳ７）。ここで、第２駆動量Ｄ2とは、第１駆動量Ｄ1よりも小さい駆動量であって、この第２駆動量Ｄ2でアクチュエータ２６を駆動し続ければ、やがて過給圧が目標値Ｐ0に収束するようなアクチュエータ２６の駆動量である。過給圧の目標値Ｐ0とアクチュエータ２６の第２駆動量Ｄ2との対応関係は、例えば記憶部４１に予め記憶されたテーブルに規定されている。したがって、補正部４６は、第２駆動量Ｄ2を、テーブルを参照して設定すればよい。
【００６２】
時刻ｔ5において、補正部４６は、アクチュエータ２６の駆動量が第２駆動量Ｄ2に設定されてから過給圧が減少に転じるまでの遅れ時間（ｔ5−ｔ4）を測定する（ステップＳ８）。過給圧が減少に転じた時刻ｔ5は、例えば過給圧の測定値の時間変化の波形４００の極大値に対応する時刻ｔ5として求められる。
【００６３】
次に、補正部４６は、測定した遅れ時間（ｔ5−ｔ4）に基づいて、伝達関数の位相遅れの時定数Ｔ3を補正する（ステップＳ９）。遅れ時間（ｔ5−ｔ4）は伝達関数の時定数Ｔ3に比例する。したがって、その比例定数βを予め測定しておくことで、下式（１３）に従って時定数Ｔ3が補正される。これにより、第１予測値の精度がより向上する。この際、複数回測定した遅れ時間（ｔ5−ｔ4）の平均値によって時定数Ｔ3が補正されてもよい。
時定数Ｔ3  ＝  β×遅れ時間（ｔ5−ｔ4）    （１３）
【００６４】
次に、制御部４４は、過給圧の測定値が、過給圧の目標値Ｐ0に追従するようにアクチュエータ２６をフィードバック制御する（ステップＳ１０）。
【００６５】
以上のように、本実施形態の過給機の制御装置の予測部は、アクチュエータの駆動量を第１駆動量に設定したときの所定期間後における過給圧の予測値を、過給圧の測定値に基づいて算出する。そして、制御部は、過給圧の目標値と過給圧の予測値の偏差の絶対値が第１閾値未満となるまでは、第１駆動量でアクチュエータを駆動し、偏差の絶対値が第１閾値未満になったあとは、過給圧の測定値が過給圧の目標値に追従するようにアクチュエータを駆動する。
【００６６】
これにより、予測値に基づいて、過給機の過給圧が目標値へ収束するようにフィードフォワード制御されるため、過給圧の追従性と応答性が両立される。
【００６７】
上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００６８】
２    過給機
４    制御装置
１０    燃焼室
１１    排気通路
１２    吸気通路
１３    スロットル
１４    サージタンク
２１    タービン
２２    コンプレッサ
２３    ＷＧＶ（ウェイストゲートバルブ）
２４    バイパス通路
２５    過給圧測定器
２６    アクチュエータ
４１    記憶部
４２    入力部
４３    出力部
４４    制御部
４５    予測部
４６    補正部
２６０    ダイヤフラム室
２６１    ダイヤフラム
２６２    ＶＳＶ（Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｖａｌｖｅ）
２６３    チャンバー
２６４    ロッド
２６５    負圧通路
【図１】
2019190313.tif 000003
【図２】
2019190313.tif 000004
【図３】
2019190313.tif 000005
【図４】
2019190313.tif 000006