(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、ターボ過給機の過給圧を調整可能な過給圧調整アクチュエータを複数種類備えた内燃機関において、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、およびハンチングを抑制することを目的とする。【解決手段】ディーゼル機関２には、可変ノズル機構１４ｃを備えたターボ過給機１４が装着されている。ターボ過給機１４には、ターボ回転をアシストする電動機１５が装着されている。ＥＣＵ７０は、過給圧センサ７４により検出される実過給圧が目標過給圧に一致するように、可変ノズル機構１４ｃおよび電動機１５を制御する。電動機１５によるアシストを伴って過給圧制御を行う場合には、過給圧偏差に基づくフィードバックを可変ノズル開度に反映させることはせず、可変ノズル開度は予め定められたマップに従って固定制御される。【選択図】図１
2007132298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を過給するターボ過給機と、
過給圧を調整可能な複数種類の過給圧調整アクチュエータと、
過給圧の目標値、または過給圧と相関を有する過給圧相関値の目標値を運転状態に応じて決定する目標値決定手段と、
過給圧の現実値、または過給圧と相関を有する過給圧相関値の現実値を検出する現実値検出手段と、
前記現実値を前記目標値に一致させるべく、前記過給圧調整アクチュエータの状態を制御する過給制御手段と、
を備え、
前記過給制御手段は、一部の過給圧調整アクチュエータに対しては前記偏差を反映させる制御を行い、残りの過給圧調整アクチュエータに対しては前記偏差を反映させない固定制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
運転者の加速要求レベルを判定する加速要求判定手段を更に備え、
前記過給制御手段は、前記加速要求判定手段により判定された加速要求レベルに応じて、前記固定制御の内容を変更する制御内容変更手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御内容変更手段は、前記加速要求レベルが高い場合には、前記固定制御の内容を基本の制御内容に比して加速性能を重視した制御内容とし、前記加速要求レベルが低い場合には、前記固定制御の内容を基本の制御内容に比して燃費性能を重視した制御内容とすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記複数種類の過給圧調整アクチュエータには、前記ターボ過給機の排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構と、ターボ回転をアシストする電動機との一方または両方が含まれることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記複数種類の過給圧調整アクチュエータには、前記ターボ過給機の排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構と、ターボ回転をアシストする電動機とが含まれ、
前記電動機の駆動時、前記過給制御手段は、前記電動機に対しては前記偏差を反映させる制御を行い、前記可変ノズル機構に対しては前記偏差を反映させない固定制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記複数種類の過給圧調整アクチュエータには、前記ターボ過給機の排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構と、ターボ回転をアシストする電動機とが含まれ、
前記電動機の駆動時、前記過給制御手段は、前記可変ノズル機構に対しては前記偏差を反映させる制御を行い、前記電動機に対しては前記偏差を反映させない固定制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項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、内燃機関の制御装置に係り、特に、ターボ過給機付きの内燃機関を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ターボ過給機付きの内燃機関が広く用いられている。ターボエンジンの弱点であるターボラグを少なくする方法として、排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構を設ける方法や、ターボ回転をアシストする電動機を設ける方法が提案されている。特開２００３−２３９７５５号公報には、その可変ノズル機構と、アシスト用の電動機との両方を備えたターボエンジンの過給圧を制御する装置が開示されている。この装置では、電動機の駆動による過給圧制御よりも可変ノズルによる過給圧制御を優先して実行することにより、それら二つの過給圧制御の相互干渉による制御の不安定化を防止するようにしている
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２３９７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の過給圧制御装置は、急加速状態以外の運転領域では電動機の駆動を禁止し、可変ノズルのみによって過給圧を制御することとしている。このため、急加速状態以外の運転領域では、過給圧制御の相互干渉を防止することができる。しかしながら、上記の装置では、過給圧を早期に高めることが必要な急加速状態では、電動機と可変ノズルとの両方によって過給圧を制御することとしている。このため、急加速状態では、二つの過給圧制御の相互干渉を防止しにくいという問題がある。
【０００５】
また、上記の装置のように、急加速時には電動アシストを実行し、緩加速時には電動アシストを実行しないこととした場合、電動アシストの有無によって過給圧の上昇速度が大きく異なる。このため、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどが起こり易い。これらの点で、上記従来の技術は未だ改良の余地を残すものであった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ターボ過給機の過給圧を調整可能な過給圧調整アクチュエータを複数種類備えた内燃機関において、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、およびハンチングを抑制することのできる内燃機関の制御装置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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関を過給するターボ過給機と、
過給圧を調整可能な複数種類の過給圧調整アクチュエータと、
過給圧の目標値、または過給圧と相関を有する過給圧相関値の目標値を運転状態に応じて決定する目標値決定手段と、
過給圧の現実値、または過給圧と相関を有する過給圧相関値の現実値を検出する現実値検出手段と、
前記現実値を前記目標値に一致させるべく、前記過給圧調整アクチュエータの状態を制御する過給制御手段と、
を備え、
前記過給制御手段は、一部の過給圧調整アクチュエータに対しては前記偏差を反映させる制御を行い、残りの過給圧調整アクチュエータに対しては前記偏差を反映させない固定制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
運転者の加速要求レベルを判定する加速要求判定手段を更に備え、
前記過給制御手段は、前記加速要求判定手段により判定された加速要求レベルに応じて、前記固定制御の内容を変更する制御内容変更手段を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記制御内容変更手段は、前記加速要求レベルが高い場合には、前記固定制御の内容を基本の制御内容に比して加速性能を重視した制御内容とし、前記加速要求レベルが低い場合には、前記固定制御の内容を基本の制御内容に比して燃費性能を重視した制御内容とすることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記複数種類の過給圧調整アクチュエータには、前記ターボ過給機の排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構と、ターボ回転をアシストする電動機との一方または両方が含まれることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記複数種類の過給圧調整アクチュエータには、前記ターボ過給機の排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構と、ターボ回転をアシストする電動機とが含まれ、
前記電動機の駆動時、前記過給制御手段は、前記電動機に対しては前記偏差を反映させる制御を行い、前記可変ノズル機構に対しては前記偏差を反映させない固定制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記複数種類の過給圧調整アクチュエータには、前記ターボ過給機の排気タービン入口面積を可変とする可変ノズル機構と、ターボ回転をアシストする電動機とが含まれ、
前記電動機の駆動時、前記過給制御手段は、前記可変ノズル機構に対しては前記偏差を反映させる制御を行い、前記電動機に対しては前記偏差を反映させない固定制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、複数種類の過給圧調整アクチュエータの状態を制御することにより、過給圧または過給圧相関値の目標値と現実値との偏差がなくなるように過給制御を行うことができる。その過給制御の際、一部の過給圧調整アクチュエータに対しては上記目標値と現実値との偏差を反映させる制御を行い、残りの過給圧調整アクチュエータに対しては上記偏差を反映させない固定制御を行う。このため、第１の発明によれば、上記一部の過給圧調整アクチュエータの制御が過給圧に及ぼす影響と、上記残りの過給圧調整アクチュエータの制御が過給圧に及ぼす影響とが相互干渉するのを防止することができ、過給制御の安定化が図れる。このため、第１の発明によれば、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、およびハンチングを抑制することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、運転者の加速要求レベルに応じて、固定制御される過給圧調整アクチュエータの制御内容を変更することができる。このため、運転者の加速要求を満足させつつ、燃費、エミッションなどを改善することができる。
【００１５】
第３の発明によれば、運転者の加速要求レベルが高い場合には、固定制御される過給圧調整アクチュエータの制御内容を基本の制御内容に比して加速性能を重視した制御内容に変更することができる。逆に、加速要求レベルが低い場合には、固定制御される過給圧調整アクチュエータの制御内容を基本の制御内容に比して燃費性能を重視した制御内容に変更することができる。このため、第３の発明によれば、急加速が必要とされる場合には良好な加速性能を確保しつつ、全体としての燃費を改善することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、可変ノズル機構やターボ回転アシスト用電動機を備えたシステムにおいて、上記効果を得ることができる。
【００１７】
第５の発明によれば、電動機のアシストによって過給圧を制御しているとき、可変ノズル開度の変化が過給圧制御に対する外乱となるのを防止することができる。このため、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどを抑制することができる。
【００１８】
第６の発明によれば、可変ノズル開度によって過給圧を制御しているとき、電動機によるアシスト量の変化が過給圧制御に対する外乱となるのを防止することができる。このため、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、複数の気筒（図１では４つの気筒）を有するディーゼル機関２と、ディーゼル機関２に燃料を供給する燃料供給系と、ディーゼル機関２に空気を供給する吸気系と、ディーゼル機関２から排気ガスを排出する排気系と、ディーゼル機関２の運転を制御する制御系とを備えている。ディーゼル機関２は、車両に搭載され、その動力源とされる。
【００２０】
ディーゼル機関２の燃料供給系には、燃料を燃焼室内に直接噴射するための筒内インジェクタ３２が備えられる。筒内インジェクタ３２は気筒毎に設けられ、それぞれコモンレール３４に接続されている。つまり、ディーゼル機関２は、コモンレール式のディーゼル機関である。図示しない燃料タンクに貯留された燃料は、サプライポンプ３６によって汲み上げられ、所定の燃圧まで圧縮されてコモンレール３４へ供給される。サプライポンプ３６は、図では省略するが、低圧ポンプと高圧ポンプとからなっている。
【００２１】
ディーゼル機関２の排気系には、排気マニホールド６と、排気マニホールド６に接続される排気管１０が備えられる。ディーゼル機関２の各気筒から排出される排気ガスは排気マニホールド６に集められ、排気マニホールド６を介して排気管１０へ排出される。排気管１０の途中には、触媒容器３０が設けられている。触媒容器３０内には、ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、或いはＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）等の触媒が配置される。
【００２２】
ディーゼル機関２の吸気系には、吸気マニホールド４と、吸気マニホールド４に接続される吸気管８が備えられる。空気は大気中から吸気管８に取り込まれ、吸気マニホールド４を介して各気筒の燃焼室に分配される。吸気管８の入口には、エアクリーナ１２が取り付けられている。エアクリーナ１２の下流近傍には、吸気管８に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７６が設けられている。また、吸気マニホールド４の上流には、吸気絞り弁２２が設けられている。
【００２３】
本システムには、可変ノズル型のターボ過給機１４が設けられている。このターボ過給機１４は、コンプレッサ１４ａと、排気タービン１４ｂと、可変ノズル機構１４ｃとを有している。コンプレッサ１４ａは、エアフローメータ７６から吸気絞り弁２２に至る吸気管８の途中に配置されている。また、排気タービン１４ｂは、前述の排気系において、排気マニホールド６から触媒容器３０に至る排気管１０の途中に設けられている。コンプレッサ１４ａおよび排気タービン１４ｂの回転軸は一体化されており、一体となって回転する。このようなターボ過給機１４によれば、排気タービン１４ｂにより回収された排気エネルギによってコンプレッサ１４ａを駆動して、過給を行うことができる。
【００２４】
可変ノズル機構１４ｃは、開度を調整可能なノズル（以下、「可変ノズル」または「ＶＮ」と称する）と、この可変ノズルの開度を例えば電動により変化させる駆動機構とを有している。この可変ノズル機構１４ｃによれば、可変ノズルの開度を調整することにより、過給圧を制御することができる。すなわち、可変ノズルの開度を小さくすると、排気タービン１４ｂの入口面積が小さくなり、排気タービン１４ｂ内に流入する排気ガスの流速が速くなる。その結果、ターボ回転数が上昇し、過給圧を上昇させることができる。逆に、可変ノズルの開度を大きくすると、排気タービン１４ｂの入口面積が大きくなり、排気タービン１４ｂ内に流入する排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ターボ回転数が降下し、過給圧が降下する。以下、可変ノズルの開度を「ＶＮ開度」と称する。
【００２５】
コンプレッサ１４ａと排気タービン１４ｂとの間には、ターボ回転をアシストする電動機１５が配置されている。電動機１５に電力を供給すると、電動機１５の出力がターボ回転をアシストし、ターボ回転数を早期に上昇させることができる。このような電動機１５を設けたことにより、ターボラグを短くすることができ、レスポンスを向上することができる。
【００２６】
電動機１５には、電動機１５のロータの回転数、つまりターボ回転数を検出する回転数センサ１６が内蔵されている。コンプレッサ１４ａの下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ１７が設けられている。インタークーラ１７の下流であって、吸気絞り弁２２よりも下流側の位置には、過給圧を検出する過給圧センサ７４が配置されている。
【００２７】
コンプレッサ１４ａからインタークーラ１７に至る吸気管８の途中には、バイパス管５０の一端が接続されている。バイパス管５０の入口には、この入口を開閉可能なバイパス弁１８が配置されている。バイパス管５０の他端は、吸気管８におけるコンプレッサ１４ａの上流側に接続されている。バイパス弁１８を操作してバイパス管５０の入口を開くことで、コンプレッサ１４ａにより圧縮された空気の一部は再びコンプレッサ１４ａの入口側に戻される。ターボ過給機１４のサージが生じ易い運転状態のとき、コンプレッサ１４ａを出た空気の一部を、バイパス管５０を通してコンプレッサ１４ａの入口側に戻すことにより、サージを防止することができる。
【００２８】
また、吸気絞り弁２２から吸気マニホールド４に至る吸気管８の途中には、ＥＧＲ管２４の一端が接続されている。ＥＧＲ管２４の他端は、排気マニホールド６に接続されている。本システムでは、排気ガスの一部を、ＥＧＲ管２４を通して吸気管８に導入することができる。ＥＧＲ管２４の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２６が設けられている。ＥＧＲ管２４におけるＥＧＲクーラ２６の下流には、ＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）を制御するためのＥＧＲ弁２８が設けられている。空気に比較して比熱が大きく酸素量の少ないＥＧＲガスを吸気管８に導入することで、筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの生成量を低減することができる。
【００２９】
ディーゼル機関２の制御系には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０と、モータコントローラ６０とが備えられる。モータコントローラ６０は、ＥＣＵ７０からの指令に基づいて、電動機１５への通電状態を制御する。電動機１５への電力は、バッテリ６２から供給される。ＥＣＵ７０は、本システム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ７０の出力側には、モータコントローラ６０の他、可変ノズル機構１４ｃ，筒内インジェクタ３２，吸気絞り弁２２，ＥＧＲ弁２８，バイパス弁１８等の種々のアクチュエータが接続され、ＥＣＵ７０の入力側には、回転数センサ１６，エアフローメータ７６，過給圧センサ７４の他、アクセル開度センサ７２やクランク角センサ７８等の種々のセンサ類が接続されている。アクセル開度センサ７２は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に応じた信号を出力するセンサであり、クランク角センサ７８は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力するセンサである。クランク角センサ７８の出力によれば、機関回転数NE［rpm］などを検出することができる。ＥＣＵ７０には、これらの機器やセンサ以外にも複数の機器やセンサが接続されているが、ここではその説明は省略する。ＥＣＵ７０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。
【００３０】
［実施の形態１の特徴］
本実施形態のシステムにおいて、ＥＣＵ７０は、ディーゼル機関２の運転状態と、その運転状態の下での目標過給圧との関係を定めたマップを記憶している。そして、ＥＣＵ７０は、過給圧センサ７４により検出される実過給圧が、現在の運転状態に応じた目標過給圧と一致するにように、過給圧のフィードバック制御を行う。つまり、ＥＣＵ７０は、目標過給圧と実過給圧との差（以下、「過給圧偏差」と称する）を計測し、この過給圧偏差がゼロになるように制御を行う。
【００３１】
本システムでは、過給圧を調整可能なアクチュエータとして、可変ノズル機構１４ｃと、電動機１５との２種が存在する。このため、過給圧を制御するための操作量としては、電動機１５へ供給する電力と、ＶＮ開度との二つが存在する。従って、電動機１５によるアシストを伴って過給圧をフィードバック制御する場合、電動機１５へ供給する電力と、ＶＮ開度との両方に、過給圧偏差に応じたフィードバックを与える方法も考えられる。
【００３２】
しかしながら、そのようにした場合、電動機１５によるアシスト量と、ＶＮ開度との両方が、過給圧偏差からのフィードバックによって変化する。この場合、電動機１５のアシスト量の変化が過給圧に及ぼす影響と、ＶＮ開度の変化が過給圧に及ぼす影響とが絡み合って相互に干渉することとなり、実過給圧が目標過給圧に収束しにくくなる。すなわち、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、あるいはハンチングなどを生じ易くなる。
【００３３】
そこで、本実施形態では、上記の相互干渉を回避するべく、電動機１５によるアシストを伴って過給圧制御を行う場合には、過給圧偏差に基づくフィードバックをＶＮ開度に反映させることはせずに、ＶＮ開度は予め定められたマップに従って固定制御することとした。
【００３４】
［実施の形態１における具体的処理］
図２は、上述した機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に周期的に実行されるものとする。
【００３５】
図２に示すルーチンによれば、まず、前述した各種センサから入力される信号に対して所定の処理が施される（ステップ１００）。この入力信号処理により、ディーゼル機関２の運転状態を表す各種のパラメータが取得される。具体的には、機関回転数NE、アクセル開度、目標スロットル開度、燃料噴射量、実過給圧、および実ターボ回転数などが取得される。
【００３６】
次に、電動機１５によるアシストを開始・継続すべき条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１０２）。この条件とは、具体的には、次の二点である。一点目は、電動アシストの必要性があるか否かであり、例えばディーゼル機関２が低回転高負荷域や過渡状態（加速状態）にあるか否かである。二点目は、電動アシストを禁止すべき条件がないかどうか、例えば、バッテリ残量が十分であるかどうかや、ターボ回転数がアシスト許容値より低いかどうかなどである。この電動アシスト開始・継続条件が成立していない場合には、そのまま本ルーチンの処理を終了する。
【００３７】
上記電動アシスト開始・継続条件が成立している場合には、次に、目標過給圧を決定する処理が行われる（ステップ１０４）。目標過給圧は、機関回転数NEおよび機関負荷に応じて、マップにより予め定められている。そのマップを参照することにより、現在の運転状態に応じた目標過給圧が決定される。なお、本システムにおいては、機関負荷の大小は、アクセル開度、あるいは目標スロットル開度、燃料噴射量などから判断される。
【００３８】
次いで、ＶＮ開度が、マップに従い、ベースＶＮ開度に固定される（ステップ１０６）。図３は、ベースＶＮ開度を定めたマップを示す図である。上記ステップ１０６においては、図３のようなベースＶＮ開度マップに従って、現在の運転状態に応じたベースＶＮ開度が決定され、実際のＶＮ開度がそのベースＶＮ開度となるように制御される。
【００３９】
ここで、ベースＶＮ開度について説明する。一般に、可変ノズル型ターボ付きエンジンでは、ＶＮ開度を小さくすると、ターボ回転を迅速に上昇させることができる、つまり過給圧を迅速に高めることができる。その一方で、ＶＮ開度を小さくすると、背圧（排気圧力）が高くなり易く、それゆえにポンピングロスが増大し易い。このため、過給圧の迅速な立ち上がりを重視するか、燃費を重視するかによって、好ましいＶＮ開度は異なる。一方、エミッション低減の観点から好ましいＶＮ開度は、一般に、両者の中間となる。ベースＶＮ開度は、過給圧の迅速な立ち上がりと、燃費とのバランスがとれるような基準のＶＮ開度であり、かつ良好なエミッション性能が得られるＶＮ開度として、実験等に基づいて予め設定されたＶＮ開度である。このベースＶＮ開度は、機関回転数NEおよび機関負荷に応じて、定められている。
【００４０】
図３では、最大開度（全開）を０％、最小開度を１００％として表している。高回転・高負荷になるほど、背圧が高くなり易いので、可変ノズルを開く必要がある。このため、ベースＶＮ開度マップは、機関回転数NEが高いほど開度が大きくなるように定められている。また、ベースＶＮ開度マップは、機関負荷が大きいほど開き側（図３中の下側）に移動し、機関負荷が小さいほど閉じ側（図３中の上側）に移動する。但し、ＥＧＲ（排気ガス再循環）が行われるＥＧＲ領域では、このようなマップに従わず、従来通り、運転条件から要求されるＥＧＲ量に従ってＶＮ開度が決定される。
【００４１】
ＶＮ開度がベースＶＮ開度とされた後は、次に、実過給圧を目標過給圧へと早期に上昇させるべく、電動機１５への電力供給が開始され、ターボ回転のアシストが開始される（ステップ１０８）。
【００４２】
図４は、本実施形態の過給圧制御を説明するためのタイミングチャートである。図４中、（Ａ）は過給圧の変化を表し、（Ｂ）は電動機１５に供給される電力（電動機出力）の変化を表し、（Ｃ）はＶＮ開度の制御方法を表す。
【００４３】
図４（Ａ）に示すように、本システムでは、ターボ回転を電動アシストすることにより、電動アシストの無い通常のシステムと比べて、過給圧を迅速に立ち上がらせることができる。このため、ターボラグを少なくすることができる。
【００４４】
電動アシストの開始後、電動機１５の出力は、目標過給圧と実過給圧との偏差（過給圧偏差）に応じて制御される。図４（Ｂ）に示すように、過給圧偏差が大きい間は、電動機１５はフル出力で駆動される。
【００４５】
電動アシストの継続中、ＥＣＵ７０は、この電動アシストの停止条件が成立したか否かを判別する（ステップ１１０）。過給圧偏差が所定の判定値よりも未だ大きい場合（図４中の時刻ｔ１より前）には、電動アシスト停止条件が不成立と判別される。この場合には、電動アシストがそのまま継続される。一方、過給圧偏差が判定値以下まで小さくなった場合（時刻ｔ１）には、電動アシスト停止条件が成立と判別される。
【００４６】
電動アシスト停止条件が成立したと判別された場合には、アシスト停止制御が行われる（ステップ１１２）。図４（Ｂ）に示すように、アシスト停止制御では、電動機１５の出力をゼロに向けて降下させていく（時刻ｔ１〜ｔ２）。
【００４７】
実過給圧を目標過給圧に迅速かつ円滑に収束させるためには、アシスト停止制御中の電動機出力の降下速度や、アシストを完全に停止するまで（電動機出力がゼロになるまで）の時間（時刻ｔ１からｔ２までの時間）を適当なものとする必要がある。そこで、上記ステップ１１２のアシスト停止制御においては、上記出力降下速度および完全停止までの時間を、過給圧偏差に基づいてフィードバック制御することにより、実過給圧が目標過給圧に迅速かつ円滑に収束するように制御される。
【００４８】
上記アシスト停止制御が終了し、電動アシストが無くなった状態になると、図４（Ｃ）に示すように、ＶＮ開度のフィードバック制御が開始される（ステップ１１４）。このＶＮフィードバック制御の開始後は、ＶＮ開度は、ベースＶＮ開度に、過給圧偏差に基づくフィードバック補正項を足し合わせた開度となるように制御される。上記フィードバック補正項は、公知の手法、例えばＰＩＤ制御により算出することができる。電動アシストの終了後は、上述のＶＮフィードバック制御により、実過給圧が目標過給圧となるように制御される。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態では、電動アシストの実行中、電動機１５の駆動状態に対しては過給圧偏差に基づくフィードバックを反映させる一方で、ＶＮ開度には過給圧偏差に基づくフィードバック反映させず、マップに従った固定制御を行う。そして、電動アシストの終了後に、ＶＮフィードバック制御に移行する。このような制御によれば、電動アシストの実行中に、ＶＮ開度の変化が過給圧制御に対する外乱となるのを防止することができる。このため、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどを抑制することができ、実過給圧を目標過給圧に迅速かつ円滑に収束させることができる。
【００５０】
なお、上述した実施の形態１においては、可変ノズル機構１４ｃおよび電動機１５が前記第１の発明における「過給圧調整アクチュエータ」に、過給圧センサ７４が前記第１の発明における「現実値検出手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標値決定手段」が、上記ステップ１０６〜１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「過給制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００５１】
また、上述した実施の形態１では、ディーゼル機関２の制御装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、ガソリン機関等の火花点火機関の制御装置にも適用することができる。
【００５２】
実施の形態２．
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に、図２に示すルーチンに代えて後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５３】
［実施の形態２の特徴］
ディーゼル機関２の過渡運転時（加速時）において、過給圧を迅速に立ち上がらせる観点からは、背圧と過給圧とのバランスがとれる限りにおいて、可能な限り可変ノズルを閉じた方が良い。可変ノズルを閉じるほど、排気タービン１４ｂに流入する排気ガスの流速が速くなり、ターボ回転数をより迅速に上昇させることができるからである。
【００５４】
一方、燃費性能を向上させる観点からは、過渡運転時にも高いターボ効率を維持するのが好ましい。ターボ効率は、コンプレッサ効率、タービン効率、および機械効率の積として算出される。ＶＮ開度が小さすぎると、背圧が増大し易く、それゆえターボ効率は低下し易い。このため、ターボ効率を最高とし、燃費を最良とするためには、比較的大きいＶＮ開度が必要である。そのようなＶＮ開度は、一般にベースＶＮ開度より大きくなる。
【００５５】
ここで、車両の運転者の加速要求を考慮してみると、運転者が急加速を要求している場合には、過給圧を可能な限り早期に立ち上がらせるのが好ましい。一方、運転者が緩加速を要求している場合には、過給圧をそれほど早く立ち上げる必要性はない。
【００５６】
そこで、本実施形態では、運転者の加速要求レベルに応じて、ＶＮ開度マップを切り換えることとした。図５は、実施の形態２で用いられるＶＮ開度マップを示す図である。同図に示すように、本実施形態では、ベースＶＮ開度のマップのほかに、燃費ベストＶＮ開度のマップと、加速ベストＶＮ開度のマップとが用意されている。
【００５７】
実施の形態１で説明したのと同様に、図５中の３つのＶＮ開度マップは、機関負荷が大きいほど全体として開き側（図５中の下側）に移動し、機関負荷が小さいほど全体として閉じ側（図５中の上側）に移動する。
【００５８】
図５中のベースＶＮ開度は、前述した実施の形態１のベースＶＮ開度と同様である。ベースＶＮ開度は、前述したように、加速性能と燃費性能とのバランスをとった中間的な性格のＶＮ開度であるとともに、エミッション特性が最適化されたＶＮ開度である。運転者の加速要求レベルが中程度である場合には、このベースＶＮ開度のマップを選択して使用する。
【００５９】
これに対し、加速ベストＶＮ開度は、過給圧を可能な限り早く立ち上げて、最高の加速が得られるように最適化されたＶＮ開度である。この加速ベストＶＮ開度のマップは、ベースＶＮ開度よりも閉じ側に位置する。運転者の加速要求レベルが高い場合には、この加速ベストＶＮ開度のマップを選択して使用する。
【００６０】
一方、燃費ベストＶＮ開度は、ターボ効率を最高とし、最良の燃費が得られるように最適化されたＶＮ開度である。この燃費ベストＶＮ開度のマップは、ベースＶＮ開度よりも開き側に位置する。運転者の加速要求レベルが低い場合には、この燃費ベストＶＮ開度のマップを選択して使用する。
【００６１】
［実施の形態２における具体的処理］
図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。また、図６において、図２に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００６２】
図６に示すルーチンは、ステップ１０６が消去され、ステップ１２０〜１２６が追加されていること以外は、図２に示す実施の形態１のルーチンと同様である。図６に示すルーチンによれば、電動機１５によるアシストを実行する場合、運転者からの加速要求のレベルが判定される（ステップ１２０）。本実施形態では、アクセル開度センサ７２の出力信号に基づいて、加速要求のレベルが判定される。具体的には、検出されたアクセル開度およびアクセル開度変化量が大きいほど加速要求レベルが高いと判断される。そして、所定の判定値を基準として、加速要求レベルが高・中・低の３段階に判定される。
【００６３】
上記ステップ１２０で、加速要求レベルが低いと判定された場合には、燃費ベストＶＮ開度のマップが選択される（ステップ１２２）。これに対し、加速要求レベルが高いと判定された場合には、加速ベストＶＮ開度のマップが選択される（ステップ１２４）。また、加速要求レベルが中程度と判定された場合には、ベースＶＮ開度のマップが選択される（ステップ１２６）。電動機１５によるターボ回転のアシストが継続されている間は、上記選択されたＶＮ開度マップに従って、ＶＮ開度が固定制御される。ステップ１１０の電動アシストの停止制御以降の処理は、実施の形態１と同様である。
【００６４】
本実施形態では、加速要求レベルが低い場合、すなわち緩加速を行う場合には、過給圧の立ち上がりよりも燃費を重視したＶＮ開度に制御することができる。このため、燃費を改善することができる。一方、加速要求レベルが高い場合、すなわち急加速を行う場合には、過給圧の立ち上がりを重視したＶＮ開度に制御することができる。このため、過給圧を可能な限り早く立ち上げることができ、ターボラグの少ない良好な加速を行うことができる。また、加速要求レベルが中程度の場合には、エミッション性能を重視した基本のＶＮ開度に制御することができる。
【００６５】
なお、上述した実施の形態２においては、加速要求レベルをアクセル開度およびアクセル開度変化量に基づいて判定しているが、加速要求レベルの判定手法はこれに限定されるものではない。例えば、運転者がスポーツモード、エコノミーモードなどの運転モードを選択可能とされたシステムにおいては、その選択された運転モードに基づいて加速要求レベルを判定してもよい。
【００６６】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第２の発明における「加速要求判定手段」が、上記ステップ１２２〜１２６の処理を実行することにより前記第２の発明における「制御内容変更手段」が、それぞれ実現されている。
【００６７】
実施の形態３．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に、図２に示すルーチンに代えて後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００６８】
［実施の形態３の特徴］
図７は、本実施形態の過給圧制御を説明するためのタイミングチャートである。図７中、（Ａ）は過給圧の変化を表し、（Ｂ）は電動機１５に供給される電力（電動機出力）の変化を表し、（Ｃ）はＶＮ開度の制御方法を表す。
【００６９】
図７（Ｃ）に示すように、本実施形態では、電動アシストの実行中からアシスト終了後（時刻ｔ２以降）に渡るまで、一貫してＶＮフィードバック制御を行う。このＶＮフィードバック制御において、ＶＮ開度は、ベースＶＮ開度に、過給圧偏差に基づくフィードバック補正項を足し合わせた開度となるように制御される。上記フィードバック補正項は、公知の手法、例えばＰＩＤ制御により算出することができる。
【００７０】
図７（Ｂ）は、電動アシスト開始後に電動機１５に供給する電力を定めたマップである。電動アシストの実行中、電動機１５へ供給する電力に対しては、過給圧偏差に基づくフィードバックを一貫して反映させず、図７（Ｂ）のマップに従って固定制御を行う。そして、ＶＮフィードバック制御によって実過給圧が目標過給圧に収束した後（時刻ｔ１）、電動機１５の出力を降下させてアシストを終了する。
【００７１】
また、本実施形態では、図７（Ｂ）に示すように、電動機１５に供給する電力のマップとして、ベースのマップのほか、加速ベストのマップと、燃費ベストのマップとが用意されている。加速ベストのマップは、過給圧を可能な限り早く立ち上げることを目的として、ベースのマップよりも急峻な傾きで電動機出力をフル出力まで上昇させるようにしたマップである。本実施形態では、急加速が要求されている場合には、この加速ベストのマップを採用することにより、加速性能の向上が図れる。
【００７２】
一方、燃費ベストのマップは、電力の消費量を低減して燃費を改善するため、ベースのマップよりも緩やかな傾きで電動機出力を上昇させるようにしたマップである。本実施形態では、緩加速が要求されている場合には、この燃費ベストのマップを採用することにより、低燃費化を図ることができる。
【００７３】
［実施の形態３における具体的処理］
図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。また、図８において、図２または図６に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００７４】
図８に示すルーチンによれば、まず、ディーゼル機関２の運転状態および制御状態を表す各種のパラメータが取得され（ステップ１００）、続いて、ターボ回転の電動アシスト開始・継続条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１０２）。そして、上記電動アシスト開始・継続条件が成立している場合には、次に、運転者からの加速要求のレベルが判断される（ステップ１３０）。このステップ１３０では、前述したステップ１２０と同様の手法により、加速要求レベルが高・中・低の３段階に判定される。
【００７５】
加速要求レベルが低いと判定された場合には、電動機１５に供給する電力のマップとして、燃費ベストのマップが選択される（ステップ１３２）。これに対し、加速要求レベルが高いと判定された場合には、加速ベストのマップが選択される（ステップ１３４）。また、加速要求レベルが中程度と判定された場合には、ベースのマップが選択される（ステップ１３６）。
【００７６】
続いて、機関回転数NEおよび機関負荷に応じて、目標過給圧が決定される（ステップ１０４）。目標過給圧が決定されたら、ＶＮフィードバック制御が開始される（ステップ１３８）。ＶＮフィードバック制御の開始後は、ＶＮ開度は、ベースＶＮ開度に、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づくフィードバック補正項を足し合わせた開度となるように制御される。
【００７７】
上記ＶＮフィードバック制御が開始するのに伴って、電動機１５によるターボ回転のアシストが開始される（ステップ１０８）。このとき、電動機１５には、ステップ１３２、１３４または１３６で選択されたマップに従って、電力が供給される。
【００７８】
上記のようにして開始された電動アシストの継続中には、電動アシストの停止条件が成立したか否かが判別される（ステップ１４０）。この停止条件が成立していない場合、すなわち、過給圧偏差が未だ残っている場合には、電動アシストが継続される。電動アシストが継続されると、実過給圧が上昇していき、目標過給圧との偏差が少なくなっていく。そして、ＶＮフィードバック制御によってＶＮ開度が調整されることにより、実過給圧が目標過給圧へと収束する。
【００７９】
実過給圧が目標過給圧に収束したこと、つまり、過給圧偏差が十分に小さくなったことが認められると、上記ステップ１４０において、電動アシストの停止条件が成立したものと判定される（時刻ｔ１）。電動アシストの停止条件の成立が判定された場合には、電動アシストを終了する（時刻ｔ２）。この場合、本実施形態では、図７（Ｂ）に示すように、電動機１５に供給する電力を所定の傾きでゼロまで降下させることとしている。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＶＮフィードバック制御によって実過給圧が目標過給圧に収束するまで、電動機１５の出力が固定制御される。このため、ＶＮフィードバック制御において、電動機１５の出力変化が外乱となることがなく、ＶＮフィードバック制御を安定して行うことができる。それゆえ、過給圧のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチングなどを抑制することができ、実過給圧を目標過給圧に迅速かつ円滑に収束させることができる。
【００８１】
また、本実施形態では、運転者の加速要求レベルに応じて、電動機１５に供給する電力のマップを３段階に切り換えることとした。これにより、運転者の加速要求レベルに合わせて、その要求を満足させつつ、燃費やエミッションを改善することができる。
【００８２】
なお、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標値決定手段」が、上記ステップ１３０〜１３４，１３８および１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「過給制御手段」が、それぞれ実現されている。また、、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１３０の処理を実行することにより前記第２の発明における「加速要求判定手段」が、上記ステップ１３２〜１３６の処理を実行することにより前記第２の発明における「制御内容変更手段」が、それぞれ実現されている。
【００８３】
以上説明した各実施の形態では、可変ノズル機構１４ｃおよび電動機１５を「過給圧調整アクチュエータ」として備えたシステムについて述べたが、本発明では、過給圧調整アクチュエータはこれらに限定されるものではない。例えば、前述した吸気側のバイパス弁１８や、あるいはウェイストゲート弁（図示せず）などを本発明における過給圧調整アクチュエータとして利用することもできる。例えば、ウェイストゲート弁を過給圧調整アクチュエータとして利用する場合、ウェイストゲート弁の開閉を電子制御可能とし、その開きタイミングや開度を制御することにより、過給圧制御を行うことができる。
【００８４】
また、上述した各実施の形態では、２種類の過給圧制御アクチュエータを利用するシステムについて説明したが、本発明は、３種類以上の過給圧調整アクチュエータを利用するシステムに適用することもできる。
【００８５】
また、上述した各実施の形態では、目標過給圧に実過給圧が一致するように過給制御を行うシステムについて説明したが、本発明では、過給圧と相関を有する過給圧相関値に基づいて制御を行ってもよい。例えば、過給圧相関値としてターボ回転数を使用し、運転状態に応じて設定された目標ターボ回転数に、実ターボ回転数が一致するように過給制御を行うシステムに本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】ベースＶＮ開度を定めたマップを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の過給圧制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２で用いられるＶＮ開度マップを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３の過給圧制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８７】
２  ディーゼル機関
４  吸気マニホールド
６  排気マニホールド
８  吸気管
１０  排気管
１２  エアクリーナ
１４  ターボ過給機
１４ａ  コンプレッサ
１４ｂ  排気タービン
１４ｃ  可変ノズル機構
１５  電動機
１６  回転数センサ
１７  インタークーラ
１８  バイパス弁
２２  吸気絞り弁
２４  ＥＧＲ管
２６  ＥＧＲクーラ
２８  ＥＧＲ弁
３０  触媒容器
３２  筒内インジェクタ
３４  コモンレール
３６  サプライポンプ
５０  バイパス管
６０  モータコントローラ
６２  バッテリ
７０  ＥＣＵ
７２  アクセル開度センサ
７４  過給圧センサ
７６  エアフローメータ
７８  クランク角センサ
【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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