(57)【要約】  【課題】排気ターボ過給機が付帯した内燃機関において、気筒に充填される吸気の圧力を速やかに目標吸気圧に到達させながら、これが目標過給圧を上回るオーバーシュートを可能な限り抑止する。  【解決手段】排気ターボ過給機による過給が行われている状況下において、気筒に充填される吸気の圧力が上昇する過程で目標吸気圧に近づくと、スロットルバルブの開度を一旦要求負荷に対応する開度よりも縮小させ、その後これを要求負荷に応じた開度となるように漸次拡大させつつ吸気圧が目標吸気圧となるようにウェイストゲートバルブの開度を操作する。【選択図】図３
2016008581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ターボ過給機が付帯した内燃機関を制御するものであって、
排気ターボ過給機による過給が行われている状況下において、気筒に充填される吸気の圧力が上昇する過程で目標吸気圧に近づくと、スロットルバルブの開度を一旦要求負荷に対応する開度よりも縮小させ、その後これを要求負荷に応じた開度となるように漸次拡大させつつ吸気圧が目標吸気圧となるようにウェイストゲートバルブの開度を操作する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させる制御を行う直前のスロットルバルブの開度が大きいほど、前記制御における前記スロットルバルブの開度の縮小量を大きくする請求項１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、排気ターボ過給機を搭載した内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用して排気タービン（タービンホイール）を回転させ、その回転をコンプレッサのインペラ（コンプレッサホイール）に伝達し、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である。
【０００３】
内燃機関を加速させる過渡期にあって、スロットルバルブの開度が拡大すると、吸気量の増加に呼応して排気量も増加し、排気ターボ過給機の仕事量が増大して、気筒に充填される吸気の圧力（過給圧）が目標吸気圧を上回るオーバーシュートが発生することがある。
【０００４】
このような吸気圧のオーバーシュートを抑止するべく、吸気圧が目標吸気圧に到達するよりも前にウェイストゲートバルブを開き、排気の一部をタービンを迂回するバイパスに導いて吸気圧の上昇を緩やかにする制御が実施される。
【０００５】
ところが、ウェイストゲートバルブを操作してから実際に吸気圧の上昇が抑えられるまでの間にはタイムラグが存在する。それ故、吸気圧のオーバーシュートを確実に防ぐためには、早い段階から（即ち、吸気圧と目標吸気圧との偏差が大きい段階から）ウェイストゲートバルブを開く必要がある。結果、目標吸気圧の手前で吸気圧の上昇が鈍り、その分だけ内燃機関の出力の増大ひいては加速が遅れることとなって、運転者の所望する加速レスポンスを得られないという不都合を生じ得る。
【０００６】
吸気圧のオーバーシュートを抑止する他の手法として、吸気圧が目標吸気圧を上回ったときにスロットルバルブの開度を縮小する操作を行うことも考えられている（例えば、下記特許文献１を参照）。しかしながら、吸気圧のオーバーシュートの発生それ自体を防いでいるわけではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３５１０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１記載の制御は、あくまで過給圧が目標過給圧を上回ってからスロットル開度を小さくして過給圧を低下させるものである。そのため、オーバーシュートの発生を完全に防ぐものであるとはいえない。
【０００９】
本発明は、気筒に充填される吸気の圧力を速やかに目標吸気圧に到達させながら、これが目標過給圧を上回るオーバーシュートを可能な限り抑止することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関を制御するものであって、排気ターボ過給機による過給が行われている状況下において、気筒に充填される吸気の圧力が上昇する過程で目標吸気圧に近づくと、スロットルバルブの開度を一旦要求負荷に対応する開度よりも縮小させ、その後これを要求負荷に応じた開度となるように漸次拡大させつつ吸気圧が目標吸気圧となるようにウェイストゲートバルブの開度を操作する。
【００１１】
このようなものであれば、気筒に充填される吸気の圧力が上昇する過程で目標吸気圧に近づくと前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させることにより、吸気圧の上昇を速やかに抑制できる。そのため、オーバーシュートの発生を防ぎつつ加速性能を確保することができる。さらに、前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させた後要求負荷に応じた開度となるように漸次拡大させるので、スロットルバルブの開度縮小に伴うポンピングロスの発生を抑制することもできる。
【００１２】
吸気圧のオーバーシュートをより的確に防ぐための制御装置として、前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させる制御を行う直前のスロットルバルブの開度が大きいほど、前記制御における前記スロットルバルブの開度の縮小量を大きくするものが挙げられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、気筒に充填される吸気の圧力を速やかに目標吸気圧に到達させつつ、これが目標過給圧を上回るオーバーシュートを可能な限り抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関を示す概略図。
【図２】同実施形態の制御手順を概略的に示すフローチャート。
【図３】同実施形態の作用説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１６】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３５、吸気絞り用のバルブである電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１７】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、排気ターボ過給機５の排気タービン５２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータ６により駆動する。
【００１８】
アクチュエータ６は、ダイアフラム室６１及び定圧室６２を有し、ダイアフラム室６１と定圧室６２との差圧を利用して、バイパス４３を閉鎖するウェイストゲートバルブ４４を開放させるものである。即ち、ダイアフラム室６１と定圧室６２との差圧が所定のセット圧を超えたときに、バルブロッド６３がスプリング６４の弾性付勢力に抗して変位し、ウェイストゲートバルブ４４を開く。ダイアフラム室６１と定圧室６２との差圧がセット
圧以下である場合には、スプリング６４の弾性付勢力によりバルブロッド６３が元の位置に復帰し、ウェイストゲートバルブ４４が完全に閉じる。
【００１９】
アクチュエータ６のダイアフラム室６１には、吸気通路３における、コンプレッサ５１の下流側かつスロットルバルブ３２の上流側の部位の吸気の圧力、即ち過給圧を導入する。ダイアフラム室６１と吸気通路３の当該部位との間には、両者を連通させる過給圧導入流路７１と、過給圧導入流路７１（または、ダイアフラム室６１）を大気に開放する圧抜流路７２と、圧抜流路７２を開閉するＶＳＶ７３とを設けている。
【００２０】
ＶＳＶ７３は、制御信号ｌを受けてその開度を変化させるソレノイドバルブ等の流量制御弁である。ＶＳＶ７３の開度を操作すれば、吸気通路３から過給圧導入流路７１に流入する過給気の一部を圧抜流路７２経由で大気に逃がし、ダイアフラム室６１の圧力の大きさを制御することができる。
【００２１】
なお、アクチュエータ６の定圧室６２には通常、大気圧を導入する。
【００２２】
排気ターボ過給機５は、排気タービン５２とコンプレッサのインペラ５１とをシャフト５３を介して同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、タービン５２及びインペラ５１を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００２３】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２４】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量をいわゆる要求負荷として検出するセンサから出力されるアクセル操作量信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、バッテリ６２の充電状態を示唆する指標（バッテリ電流及び／またはバッテリ電圧）を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号ｈ等が入力される。
【００２５】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＶＳＶ７３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。
【００２６】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。
【００２７】
しかして本実施形態では、内燃機関を加速させる過渡期に、排気ターボ過給機による過給が行われている状況下において、以下の制御を行う。すなわち、気筒１に充填される吸気の圧力ｐの上昇速度が所定値以上であるときに、吸気の圧力ｐが上昇する過程で目標吸気圧ｐ0に近づくと、スロットルバルブ３２の開度θを一旦要求負荷に対応する開度θ0よりも所定量だけ縮小させ、その後これを要求負荷に応じた開度θ0となるように漸次拡大させつつ吸気圧が目標吸気圧ｐ0となるようにウェイストゲートバルブ４４の開度を操作する制御を行う。より具体的には、スロットルバルブ３２の開度θを一旦要求負荷に対応する開度θ0よりも縮小させた後、スロットルバルブ３２の開度θを要求負荷に応じた開度θ0となるように漸次拡大させる操作と、ＶＳＶ７３の開度を縮小してアクチュエータ６のダイアフラム室６１の圧力を上昇させることによりウェイストゲートバルブ４４の開度を拡大させる操作とを並行して行う。ＥＣＵ０のメモリの所定領域には、プロセッサが実行することにより上述した制御を行うためのバルブ制御プログラムが格納されている。ここで、本実施形態において、「目標吸気圧ｐ0に近づく」とは、前記吸気温・吸気圧信号ｅに対応する吸気の圧力の実測値ｐと目標吸気圧ｐ0との差の絶対値が閾値Δｐ0を下回ることを示す。また、目標吸気圧ｐ0は、少なくとも要求負荷及びエンジン回転数をパラメータとして決定される量である。ＥＣＵ０のメモリには、予め要求負荷及びエンジン回転数と目標吸気圧ｐ0との関係を規定したマップデータが格納されている。また、ＥＣＵ０のメモリには、予めスロットルバルブ３２の開度θとスロットルバルブ３２の開度θを減少させる前記所定量との関係を規定したマップデータが格納されており、スロットルバルブ３２の開度θを減少させる制御を行う直前にこのマップを参照し、前記所定量を決定するようにしている。そして、前記バルブ制御プログラムは、吸気量の急上昇が予測されるとき、より具体的にはアクセル操作量信号ｃが示すアクセルペダルの踏込量の単位時間当たり変化量が所定値を上回ったときに実行される。
【００２８】
このバルブ制御プログラムによる制御の手順について、フローチャートである図２を参照しつつ以下に述べる。
【００２９】
吸気圧ｐの上昇速度が所定値以上であるときに（Ｓ１）、吸気圧ｐと目標吸気圧ｐ0との差の絶対値が閾値Δｐ0を下回ると（Ｓ２）、その時点でのスロットルバルブ３２の開度をパラメータとして開度θの縮小幅を決定し（Ｓ３）、スロットルバルブ３２の開度θを縮小させる操作を行う（Ｓ４）。次いで、スロットルバルブ３２の開度θが要求負荷に応じた開度θ0となるまで（Ｓ５）、スロットルバルブ３２の開度θを漸次拡大させつつ（Ｓ６）、吸気圧が目標吸気圧ｐ0となるようにすべくＶＳＶ７３の開度を漸次縮小させることによりウェイストゲートバルブ４４の開度を漸次拡大する（Ｓ７）。
【００３０】
以下、図３を参照しつつ上述した制御による作用について述べる。内燃機関を加速させるべくアクセルペダルが踏み込まれ（時刻ｔ1）、アクセル操作量及びスロットルバルブ３２の開度θが最大に達すると（時刻ｔ2）、吸気量の増加に呼応して排気量も増加し、排気ターボ過給機の仕事量が増大することを受けて、前記時刻ｔ2から少し時間をおいて気筒１に充填される吸気の圧力が急上昇する。その過程で、吸気圧ｐと目標吸気圧ｐ0との差の絶対値が閾値Δｐ0を下回ると（時刻ｔ3）、スロットルバルブ３２の開度θが急速に縮小する。このとき、吸気圧ｐの上昇速度が急速に低下する。その後、スロットルバルブ３２の開度θは、要求負荷に応じた開度θ0となるまで漸次拡大する。なお、開度θの拡大速度は、開度θの縮小直後は高く、時間が経過するにつれ低くなるようにしている。その一方で、ＶＳＶ７３の開度はスロットルバルブ３２の開度θの拡大と相反して小さくなり、これを受けてウェイストゲートバルブ４４の開度が拡大する。スロットルバルブ３２の開度が要求負荷に応じた開度θ0に達するとＶＳＶ７３の開度（及びウェイストゲートバルブ４４の開度）は一定となる。その間、吸気圧ｐは目標吸気圧ｐ0近辺を保つ。
【００３１】
以上に述べたように、本実施形態によれば、気筒に充填される吸気の圧力が上昇する過程で目標吸気圧ｐ0に近づくと、ウェイストゲートバルブ４４よりも気筒１に近い位置にあるスロットルバルブ３２の開度を一旦縮小させる制御を実行しているので、吸気圧の上昇を速やかに抑制できる。そのため、オーバーシュートの発生を防ぎつつ加速性能を確保することができる。さらに、前記スロットルバルブ３２の開度θを一旦縮小させた後要求負荷に応じた開度θ0となるように漸次拡大させるので、スロットルバルブ３２の開度縮小に伴うポンピングロスの発生を抑制することもできる。
【００３２】
また、前記スロットルバルブ３２の開度θを一旦縮小させる制御を行う直前のスロットルバルブ３２の開度θが大きいほど、前記制御における前記スロットルバルブ３２の開度θの縮小量を大きくしているので、吸気圧ｐのオーバーシュートをより的確に防ぐことができる。
【００３３】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
【００３４】
例えば、上述した実施形態では、吸気の圧力の実測値と目標吸気圧との差の絶対値が閾値を下回ったときにスロットルバルブの開度を縮小させる操作を行うようにしているが、吸気の圧力の実測値の目標吸気圧に対する比が（１より小さい）所定値を上回ったときにスロットルバルブの開度を縮小させる操作を行うようにしてもよい。すなわち、「目標吸気圧に近づく」とは、吸気の圧力の実測値と目標吸気圧との差の絶対値が所定の圧力差を下回るだけでなく、吸気の圧力の実測値の目標吸気圧に対する比が（１より小さい）所定値を上回ることも含む概念である。
【００３５】
また、上述した実施形態では、前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させる制御を行う直前のスロットルバルブの開度が大きいほど、前記制御における前記スロットルバルブの開度の縮小量を大きくしているが、前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させる制御を行う際には、スロットルバルブの開度を常に所定の一定量だけ減少させる態様等、他の態様を採用してもよい。
【００３６】
さらに、上述した実施形態では、ダイアフラム室及び定圧室を有するアクチュエータによりウェイストゲートバルブを駆動するようにしているが、ソレノイド弁を利用してウェイストゲートバルブを形成する等、他の方法により駆動されるウェイストゲートバルブを採用してもよい。
【００３７】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００３８】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
３２…スロットルバルブ
４４…ウェイストゲートバルブ
５…排気ターボ過給機
【図１】
2016008581.tif 000003
【図２】
2016008581.tif 000004
【図３】
2016008581.tif 000005