JP2008045411A - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関し、コンプレッサのサージ判定を正確かつ迅速に実行することを目的とする。
【解決手段】エアフローメータ１８の出力に基づいて、遠心式コンプレッサ２６aの通過空気量を取得する。取得されたコンプレッサ通過空気量に基づいて、サージ限界コンプレッサ回転数を取得する。ターボ回転数センサ３０に基づいて、現状のコンプレッサ回転数（ターボ回転数）を取得する。サージ限界コンプレッサ回転数と、現状のコンプレッサ回転数とに基づいて、コンプレッサ２６aのサージ判定を行う。
【選択図】図３

Description

この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、ターボ過給機を備える内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置は、コンプレッサ前後の圧力比とコンプレッサ通過空気流量との関係、或いは、当該圧力比とエンジン回転数との関係に基づいて、ターボ過給機のコンプレッサのサージ判定を行うようにしている。

特開２００１−３４２８４０号公報 実開平５−４２６４２号公報

内燃機関の吸気管圧力は、常に大きく変動（脈動）している。コンプレッサ前後の圧力比を用いた上記従来技術の手法では、そのような吸気系の脈動の影響を受けるため、正確な圧力比を算出するまでに時間を要してしまう。従って、素早く正確なサージ判定を行うことが困難であり、また、その後のサージ回避処理を即座に行うことができなかった。

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、コンプレッサのサージ判定を正確かつ迅速に実行し得る過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、遠心式コンプレッサを備える過給機と、
前記遠心式コンプレッサのコンプレッサ回転数を取得する回転数取得手段と、
前記遠心式コンプレッサの作動特性と相関のある内燃機関の運転パラメータであって、吸気管圧力に比して変動の少ない前記運転パラメータを取得する運転パラメータ取得手段と、
前記運転パラメータに基づいて、サージ限界コンプレッサ回転数を取得する限界回転数取得手段と、
前記サージ限界コンプレッサ回転数と、前記コンプレッサ回転数とに基づいて、前記遠心式コンプレッサのサージ判定を行うサージ判定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記サージ限界コンプレッサ回転数と、前記運転パラメータとに基づいて、前記遠心式コンプレッサにサージが発生するまでのサージ余裕度を取得するサージ余裕度取得手段と、
前記サージ余裕度に基づいて、サージを回避するための内燃機関のアクチュエータの制御量を調整するサージ回避制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記運転パラメータは、前記遠心式コンプレッサの通過空気量であることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１または第２の発明において、前記運転パラメータは、エンジン回転数であることを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、前記限界回転数取得手段は、エンジン回転数に加え、内燃機関の吸気効率に基づいて、前記サージ限界コンプレッサ回転数を取得することを特徴とする。

第１の発明によれば、比較的変動の少ない運転パラメータに基づいて取得されたサージ限界コンプレッサ回転数と、コンプレッサ回転数とに基づいて、正確かつ迅速なサージ判定が可能となる。

第２の発明によれば、第１の発明に比して、より確実にサージ領域に入ってしまうのを回避できる。そして、サージ余裕度が比較的ある状況下で、不必要なサージ回避補正量が与えられるのを防止することもできるため、余計なエンジン出力の低下を回避することができる。

第３の発明によれば、コンプレッサ通過空気量に基づいて、サージ限界コンプレッサ回転数を正確かつ迅速に取得することができる。

第４の発明によれば、エンジン回転数に基づいて、サージ限界コンプレッサ回転数を正確かつ迅速に取得することができる。

第５の発明によれば、吸気効率に影響を与えるアクチュエータを備える過給機付き内燃機関において、当該アクチュエータの駆動に伴う吸気効率の変化をサージ限界コンプレッサ回転数に反映させることができる。このため、本発明によれば、内燃機関がそのようなアクチュエータを備える場合に、第４の発明に比して更に精度の良いサージ判定が可能となる。

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の構成を説明するための概略構成図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の吸気系は、吸気マニホールド１２と、吸気マニホールド１２に接続される吸気管（吸気通路）１４とを備えている。空気は大気中から吸気管１４に取り込まれ、吸気マニホールド１２を介して各気筒の燃焼室に分配される。

吸気管１４の入口には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気管１４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１８が設けられている。また、吸気マニホールド１２の上流には、スロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０の上流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、吸気管１４内の圧力に応じた信号を出力する過給圧センサ２４が配置されている。

エアフローメータ１８からスロットルバルブ２０に至る吸気管１４の途中には、電動モータ付きターボ過給機（モータアシストターボ過給機、以下、ＭＡＴという）２６が設けられている。ＭＡＴ２６は、遠心式のコンプレッサ２６ａ、タービン２６ｂ、そして、コンプレッサ２６ａとタービン２６ｂとの間に配置される電動モータ２８から構成されている。コンプレッサ２６ａとタービン２６ｂとは連結軸によって一体に連結され、コンプレッサ２６ａはタービン２６ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。連結軸は電動モータ２８のロータにもなっており、電動モータ２８を作動させることで、コンプレッサ２６ａを強制駆動することもできる。また、連結軸には、コンプレッサ２６ａの回転数（ターボ回転数）に応じた信号を出力するターボ回転数センサ３０が取り付けられている。尚、ＭＡＴ２６におけるターボ回転数は、電動モータ２８のモータ回転数と同じであるため、ターボ回転数センサ３０によらずに、電動モータ２８に与えられる電流に基づいて検知されるようにしてもよい。

コンプレッサ２６ａからインタークーラ２２に至る吸気管１４の途中には、吸気バイパス管３２の一端が接続されている。吸気バイパス管３２の他端は、コンプレッサ２６ａの上流側に接続されている。吸気バイパス管３２の途中には、吸気バイパス管３２を流れる空気の流量を制御するためのバイパスバルブ３４が配置されている。

コンプレッサ２６aの上流には、吸気管１４内の圧力に応じた信号を出力する吸気圧センサ３６と、コンプレッサ２６aの入口空気温度に応じた信号を出力する吸気温度センサ３７とが配置されている。

内燃機関１０の排気系は、排気マニホールド３８と、排気マニホールド３８に接続される排気管４０とを備えている。内燃機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド３８に集められ、排気マニホールド３８を介して排気管４０へ排出される。

また、排気管４０には、タービン２６bをバイパスしてタービン２６bの入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路４２が接続されている。排気バイパス通路４２の途中には、電動式のウエストゲートバルブ４４が配置されている。ウエストゲートバルブ４４は、過給圧センサ２４により検出される吸入空気の過給圧に基づいて開閉される。尚、ウエストゲートバルブは、電動式に限らず、圧力差を利用する調圧式のバルブであってもよい。

また、図１に示すシステムは、各気筒の吸気弁および排気弁をそれぞれ駆動するための吸気可変動弁機構４６および排気可変動弁機構４８をそれぞれ備えている。これらの可変動弁機構４６、４８は、吸気弁および排気弁の開閉時期を制御するためのVVT機構を備えているものとする。

内燃機関１０の制御系は、ECU(Electronic Control Unit)５０と、モータコントローラ５２とを備えている。モータコントローラ５２は、ECU５０からの指令に基づいて、電動モータ２８への通電状態を制御する。電動モータ２８への電力は、バッテリ５４から供給される。ECU５０は、図１に示すシステム全体を総合制御する制御装置である。

ECU５０の出力側には、モータコントローラ５２の他、スロットルバルブ２０、バイパスバルブ３４等のアクチュエータに加え、各気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁５６が接続されている。また、ECU５０の入力側には、エアフローメータ１８、および過給圧センサ２４の他、エンジン回転数NEを検出するためのクランク角センサ５８、アクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ６０等の種々のセンサ類が接続されている。また、モータコントローラ５２には、ターボ回転数センサ３０が接続されている。ECU５０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。ECU５０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。

［本実施形態のサージ判定手法］
図２は、コンプレッサ２６aの入口圧力に対する出口圧力の圧力比と、コンプレッサ２６aの通過空気量との関係を示す図である。図２中に太線で示す曲線は、サージラインを表しており、図２において、サージラインより左側のハッチングを付した領域がサージ領域に対応している。すなわち、サージは、コンプレッサ２６aの圧力比が大きく、コンプレッサ通過空気量が少ない状況下で発生し易くなる。

効率の良い過給を実現するうえでは、コンプレッサ２６aをサージライン近傍で制御することが望ましい。また、加速時などでサージが生じたとした場合には、図４を用いて後述するように、内燃機関１０が備える所定のアクチュエータを制御すれば、サージの回避が可能である。しかしながら、サージの検出が遅れると、発生したサージが大きくなる。大きなサージを回避するためには、そのためのアクチュエータの制御量も大きくなる。また、大きなサージが生ずると、そのサージを解消するまでに時間がかかる。その結果、内燃機関１０の加速力の減衰が大きくなってしまう。従って、サージ判定は、正確かつ迅速に行われる必要がある。そこで、本実施形態では、以下の図３に示す関係に基づいて、サージ判定を行うこととした。

図２には、等ターボ回転数ラインが表されている。図２に示すように、ターボ回転数が一定の場合には、コンプレッサ通過空気量が少なくなるほどサージ領域に近づいていく。また、ターボ回転数と圧力比との間には、圧力比が高くなるほどターボ回転数が高くなるという関係がある。そのような図２に示す関係によれば、内燃機関１０の運転パラメータの１つであるコンプレッサ通過空気量が分かれば、サージラインに達するターボ回転数、すなわち、サージ限界ターボ回転数（サージ限界コンプレッサ回転数）を把握することができる。

図３は、コンプレッサ通過空気量とサージ限界ターボ回転数との関係を直接的に表した図である。図３に示すように、サージ限界ターボ回転数は、コンプレッサ通過空気量が多くなるほど高くなるという傾向を有している。図３に示す関係をマップとしてECU５０に記憶させておけば、エアフローメータ１８によって計測されるコンプレッサ通過空気量を取得することで、サージ限界ターボ回転数を取得することができる。そして、ターボ回転数センサ３０によって検出される現状のターボ回転数と、上記サージ限界ターボ回転数とを比較することとすれば、現状のターボ過給機２６の運転領域がサージ領域に入っているか否かを判別することが可能となる。

上記のサージ判定手法では、リアルタイムで計測する必要のあるパラメータは、コンプレッサ通過空気量とターボ回転数となる。このような手法とは異なり、圧力比をパラメータとして用いる場合には、吸気管圧力は吸気系の脈動の影響を受けるため、そのような変動の大きい吸気管圧力に基づいて正確な圧力比を算出するまでに一定時間（数百ミリ秒）を要してしまう。これに対し、コンプレッサ通過空気量は脈動の影響をほとんど受けることのない吸気管１４の入口付近で計測されるため、比較的短時間で正確な値を得ることができる。以上のように、本実施形態のサージ判定手法によれば、コンプレッサ通過空気量との関係で定められたサージ判定値（サージ限界ターボ回転数）を用いることで、現状のターボ回転数に基づいて、内燃機関１０の運転中にターボ過給機２６の現状の作動点を推測することができ、そして、その推測結果に基づいて、サージ判定を正確かつ迅速に行うことが可能となる。

［本実施形態のサージ回避制御］
次に、サージ判定後に行われるサージ回避制御について説明する。
本実施形態では、ECU５０は、上述した図３に示す関係を用いて、コンプレッサ通過空気量と現状のターボ回転数とに基づいて、現状のターボ過給機２６の作動点（言い換えれば、上記図２に示すコンプレッサマップにおける現在の運転位置）を算出する。そして、ECU５０は、その作動点がコンプレッサ２６aのサージラインを超えずにそのサージライン近傍を通過するように、内燃機関１０の所定のアクチュエータ（ウエストゲートバルブ４４、バイパスバルブ３４など）を制御するようにしている。

図４は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、先ず、エアフローメータ１８によりコンプレッサ通過空気量が計測され（ステップ１００）、次いで、ターボ回転数センサ３０によりターボ回転数が計測される（ステップ１０２）。

次に、サージマップと、上記ステップ１００において取得されたコンプレッサ通過空気量とに基づいて、サージ限界ターボ回転数が算出される（ステップ１０４）。ECU５０は、サージ限界ターボ回転数を取得するためのサージマップとして、上記図３に示すような関係を記憶している。このようなサージマップは、予め実験等によって定められるものである。

次に、上記ステップ１０４において取得されたサージ限界ターボ回転数が、上記ステップ１０２において取得された現状のターボ回転数より大きいか否かが判別される（ステップ１０６）。その結果、サージ限界ターボ回転数＞現状のターボ回転数が成立する場合には、現状のコンプレッサ２６aの作動点がサージ領域に入っていないと判断することができる。このため、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。

一方、上記ステップ１０６において、サージ限界ターボ回転数＞現状のターボ回転数が成立しないと判定された場合には、現状のコンプレッサ２６aの作動点がサージラインに達したと判断することができる。このため、この場合には、以下のようなサージ回避制御が実施される（ステップ１０８）。具体的には、ウエストゲートバルブ４４の開度が所定量だけ大きくなるように制御される。これにより、ターボ回転数の上昇が抑えられる。

以上説明した図４に示すルーチンによれば、サージマップとコンプレッサ通過空気量とに基づいて、サージ限界ターボ回転数が算出されるとともに、当該サージ限界ターボ回転数と現状のターボ回転数との比較結果に基づいて、現状のターボ過給機２６の作動点が算出される。そして、その作動点がコンプレッサ２６aのサージラインを超えずにそのサージライン近傍を通過するようにウエストゲートバルブ４４の開度が制御される。このため、正確かつ迅速なサージ判定を行うことができるとともに、サージと判定された場合にも迅速にサージ回避を行えるようになり、コンプレッサ２６aをサージライン近傍で制御することができる。これにより、ターボ過給機２６を用いて、効率の良い過給を実現することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、上記ステップ１０８におけるサージ回避制御の一例として、ウエストゲートバルブ４４の開度の制御を行っている。しかしながら、上記ステップ１０８におけるサージ回避制御のために用いられる手法は、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、本実施形態の内燃機関１０のように、吸気管１４にバイパスバルブ３４を備えている場合には、サージ回避のためにバイパスバルブ３４の開度を所定量だけ大きくするようにしてもよい。このような手法によれば、コンプレッサ通過空気量を増やすことで、コンプレッサ２６aの作動点をサージラインから離すことができる。

或いは、上記ステップ１０８におけるサージ回避のために、燃料噴射量を所定量だけ減量するようにしてもよい。このような手法によれば、タービン２６bに供給される排気エネルギを減少させることができるので、ターボ回転数の上昇を抑えることができる。
また、本実施形態のように、電動モータ２８付きのターボ過給機２６を備えている場合には、上記ステップ１０８におけるサージ回避のために、電動モータ２８の出力を所定量だけ下げるようにしてもよい。このような手法によっても、ターボ回転数を下げることができる。
更には、タービンの入口面積を可変とするための可変ノズルを備えるターボ過給機（図示省略）を備えた内燃機関であれば、上記ステップ１０８におけるサージ回避のために、可変ノズルの開度を所定量だけ大きくしてもよい、すなわち、タービンの入口面積を大きくしてもよい。このような手法によっても、ターボ回転数を下げることができる。
更には、本実施形態のように、吸気弁および排気弁の開閉時期を制御するための可変動弁機構４６、４８を備えている場合には、上記ステップ１０８におけるサージ回避のために、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量を所定量だけ増加させるようにしてもよい。図５は、バルブオーバーラップによるサージ余裕度の変化を示す図である。バルブオーバーラップ量を適度に大きくすれば、内燃機関１０の吸気効率が向上する。その結果、図５に示すように、コンプレッサ通過空気量が増えることとなり、コンプレッサ２６aの作動点がサージラインから離れることで、サージ余裕度が向上する。また、サージ回避のために吸気効率を高める手法は、これに限らず、例えば、スワールコントロールバルブを備える内燃機関（図示省略）の場合には、サージ回避のために、スワールコントロールバルブの開度を所定量だけ大きくしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、サージ判定を行うために、エアフローメータ１８により計測されたコンプレッサ通過空気量およびターボ回転数センサ３０により計測された現状のターボ回転数をそれぞれ直接的に用いるようにしている。しかしながら、サージ判定の精度を更に向上させるためには、以下の図６および図７を参照して説明する手法を用いるようにしてもよい。

図６は、そのようなサージ回避制御の変形例を実現するために、ECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図６において、図４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。
図６に示すルーチンでは、先ず、吸気温度センサ３７および吸気圧センサ３６のそれぞれの出力に基づいて、吸気温度および吸気圧力がそれぞれ計測される（ステップ２００）。

次に、コンプレッサ通過空気量およびターボ回転数が計測（ステップ１００および１０２）された後、吸気温度および吸気圧力に基づいて、上記ステップ１００および１０２で取得されたコンプレッサ通過空気量およびターボ回転数がそれぞれ修正される（ステップ２０２）。具体的には、次式に従って修正される。
修正空気量＝コンプレッサ通過空気量×√θ／δ
修正ターボ回転数＝ターボ回転数／√θ
但し、上記の各式において、θは、吸気温度／基準温度（例えば293.15K）、δは、吸気圧力／基準圧力（例えば101.325kPa abs（絶対圧））

次に、図７に示すサージマップと、上記ステップ２０２において取得された修正空気量とに基づいて、サージ限界ターボ回転数が算出される（ステップ２０４）。図７は、修正空気量に基づいてサージ限界ターボ回転数を取得するために、ECU５０が記憶しているサージマップである。図７に示すマップは、コンプレッサ通過空気量が修正空気量に変更された点を除き、上述した図３に示すマップと同様のものである。

次に、上記ステップ２０４において取得されたサージ限界ターボ回転数と、上記ステップ２０２において取得された修正ターボ回転数との比較が実行される（ステップ２０６）。以後の処理については、上記図４に示すルーチンと同様であるので、その詳細な説明を省略するものとする。

以上説明した図６に示すルーチンによれば、サージ限界ターボ回転数の算出精度と、現状のターボ回転数の取得精度を上記図４に示す手法に比して更に向上させることができるので、サージ判定の正確性をより向上させることができる。

尚、上述した実施の形態１においては、ECU５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「回転数取得手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「運転パラメータ取得手段」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「限界回転数取得手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「サージ判定手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
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、ECU５０に、図４に示すルーチンに類似する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。

［実施の形態２の特徴］
上述した実施の形態１においては、サージ限界ターボ回転数をコンプレッサ通過空気量との関係を定めたマップを用いるようにしている。しかしながら、サージ判定のために用いることのできる内燃機関１０の運転パラメータであって、コンプレッサ２６aの作動特性と相関があり、かつ、吸気管圧力に比して変動の少ない運転パラメータは、コンプレッサ通過空気量に限らず、エンジン回転数であってもよい。

図８は、本実施の形態２において用いられるサージマップを表した図である。図８に示すように、本実施形態は、サージ判定に用いるサージ限界ターボ回転数を、エンジン回転数との関係で定めたサージマップを用いたことを特徴としている。エンジン回転数とターボ回転数とサージ領域との間には、上記図２のコンプレッサマップに示すような一定の関係がある。従って、コンプレッサ通過空気量の場合と同様の考え方で、エンジン回転数が分かれば、サージラインに達するターボ回転数、すなわち、サージ限界ターボ回転数（サージ限界コンプレッサ回転数）を把握することができる。エンジン回転数についても、クランク角センサ５８の出力に基づいて迅速に検知することができ、圧力比に比して取得時の遅れが短い。このため、正確かつ迅速にサージ判定を行うことができる。尚、サージ限界ターボ回転数とエンジン回転数との関係は、上記図３に示す関係と同様であり、エンジン回転数が高くなるほどサージ限界ターボ回転数が高くなる。

現状のエンジン回転数との関係でサージ限界ターボ回転数を定めたサージマップを用いたサージ判定は、上述した図４に示すルーチンにおけるコンプレッサ通過空気量をエンジン回転数に置き換えた類似のルーチンをECU５０に実行させることにより実現することができ、上述した実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、現状のエンジン回転数との関係に基づいて、サージ限界ターボ回転数を取得するようにしている。ここで、内燃機関１０の吸気効率は、例えば、スワールコントロールバルブの開度が変化する場合や、可変動弁機構４６、４８の制御位置が変化する場合に変化する。そこで、スワールコントロールバルブや可変動弁機構等の吸気効率に影響を与えるアクチュエータを備える内燃機関においては、以下の図９に示すサージマップのように、エンジン回転数に加え、更に吸気効率に基づいて、サージ限界ターボ回転数（サージ限界コンプレッサ回転数）を定めるようにしてもよい。

図９は、そのような本実施の形態２の変形例において用いられるサージマップを表した図である。図９に示すサージマップには、内燃機関１０のアクチュエータの制御量（ここではスワールコントロールバルブの開度）の変化による吸気効率の変化が反映されている。概念的に説明すると、このサージマップは、スワールコントロールバルブの開度に応じたサージラインをサージマップ中に複数本備えている。このサージラインは、スワールコントロールバルブの開度が大きくなるに従って、すなわち、吸気効率が高くなるに従って、あるエンジン回転数に対するサージ限界ターボ回転数の値が高くなるように設定されている。

上記のようなサージマップによれば、エンジン回転数に加え、スワールコントロールバルブの開度とに基づいて、サージ限界ターボ回転数が算出されることになる。このため、内燃機関１０のアクチュエータの駆動に伴う吸気効率の変化をサージ限界ターボ回転数の算出に反映させることができる。そして、そのように算出されたサージ限界ターボ回転数を用いることで、上述した実施の形態２に比して、サージを更に精度良く回避しつつ、コンプレッサ２６aをサージ限界近傍の高効率な作動領域で制御することが可能となる。

また、上記図９に示すサージマップでは、内燃機関１０の吸気効率と関係のあるアクチュエータであるスワールコントロールバルブの開度に基づいて、サージ限界ターボ回転数を算出するようにしているが、内燃機関１０の吸気効率と関係のあるアクチュエータは、可変動弁機構４６、４８により制御される吸排気弁の開弁特性（リフト量、作用角、開閉時期など）であってもよい。
更に、吸気効率を考慮するその他の手法としては、内燃機関１０の吸気マニホールド１２内の圧力および温度をそれぞれ検知するインマニ圧センサおよびインマニ吸気温センサを備えることとしてもよい。そして、次式に従って吸気効率を内燃機関１０の運転中に算出し、算出された吸気効率に応じてサージマップ中のサージラインを変更するようにしてもよい。
吸気効率（体積効率）＝（吸入空気量／吸入空気密度）／（エンジン回転数×排気量）×（基準圧力／インマニ圧）×（インマニ吸気温度／基準温度）

実施の形態３．
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
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、ECU５０に、図４に示すルーチンに代えて後述する図１０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。

［実施の形態３の特徴］
上述した実施の形態１においては、現状のターボ回転数がサージ限界ターボ回転数に達したと判定された場合に、迅速にサージ回避制御を行うようにしている。これに対し、本実施形態では、サージ限界ターボ回転数と現状のターボ回転数との差に基づいて、サージ余裕度を判断するとともに、そのようなサージ余裕度に基づいて、サージ回避のための所定のアクチュエータの制御量を制御することを特徴としている。

図１０は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１０において、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。

図１０に示すルーチンでは、上記図７のサージマップと、上記ステップ２０２において取得された修正空気量とに基づいて、サージ限界ターボ回転数が算出された（ステップ２０４）後、次いで、サージ余裕度が算出される（ステップ３００）。図１１は、そのようなサージ余裕度について説明するための図である。図１１に示すように、現状の修正空気量およびターボ回転数から、現状のコンプレッサ２６aの作動点が得られる。そして、現状の修正空気量におけるサージ限界ターボ回転数と現状のターボ回転数との差として、サージ余裕度が算出される。

次に、上記ステップ３００において算出されたサージ余裕度と、図１２に示すサージ補正マップとに基づいて、サージ回避補正量が算出される（ステップ３０２）。このサージ回避補正量とは、サージ回避のためのアクチュエータの制御量のことであり、例えば、ウエストゲートバルブ４４の場合には、その開度を大きくする方向の補正量である。図１２は、サージ回避補正量をサージ余裕度との関係で定めたマップである。図１２に示すマップでは、サージ余裕度が所定値以下となったときにサージ回避補正量を与え始め、そして、サージ余裕度が小さくなるにつれ、サージ回避補正量が大きくなるように設定されている。

図１０に示すルーチンでは、次に、上記ステップ３０２において算出されたサージ回避補正量に従ったウエストゲートバルブ４４の開度調整によって、サージ回避制御が実施される（ステップ３０４）。
尚、サージを回避するためのアクチュエータは、上述した実施の形態１でも説明したように、ウエストゲートバルブ４４に限定されるものではない。すなわち、サージ余裕度が小さくなった場合に、バイパスバルブ３４であればその開度を大きくし、電動モータ２８であればその出力を小さくし、燃料噴射量であれば減量し、可変ノズルであればその開度を大きくし、バルブオーバーラップ量であればそれを増加させ、または、スワールコントロールバルブであればその開度を大きくしてもよい。

以上説明した図１０に示すルーチンによれば、サージ余裕度が小さくなるにつれ、すなわち、コンプレッサ２６aの作動点がサージラインに近づくにつれ、アクチュエータに与えられるサージ回避補正量が大きくされる。このような手法によれば、上述した実施の形態１の手法に比して、より確実にサージ領域に入ってしまうのを回避できる。そして、サージ余裕度が比較的ある状況下で、不必要なサージ回避補正量が与えられるのを防止することもできるため、余計なエンジン出力の低下を回避することができる。

ところで、上述した実施の形態３においては、上記ステップ３００において、現状のコンプレッサ通過空気量から算出されるサージ限界ターボ回転数と現状のターボ回転数との差に基づいて、サージ余裕度を算出することとしているが、サージ余裕度の算出手法はこれに限定されるものではない。すなわち、サージ余裕度は、現状のコンプレッサ通過空気量と、現状のターボ回転数から算出されるサージ限界空気流量との差に基づいて算出されるものであってもよい（図１１参照）。

また、上述した実施の形態２においては、サージ限界ターボ回転数をコンプレッサ通過空気量（修正空気量）との関係を定めたマップ（図７（図１１）参照）を用いるようにしているが、サージ限界ターボ回転数を取得するために用いる内燃機関１０の運転パラメータはコンプレッサ通過空気量に限らず、上述した実施の形態１の場合と同様に、エンジン回転数であってもよい。そして、サージ余裕度の算出手法は、現状のエンジン回転数から算出されるサージ限界ターボ回転数と、現状のターボ回転数との差に基づくものであってもよく、或いは、現状のエンジン回転数と、現状のターボ回転数から算出されるサージ限界エンジン回転数との差に基づくものであってもよい。

尚、上述した実施の形態３においては、ECU５０が、上記ステップ３００の処理を実行することにより前記第２の発明における「サージ余裕度取得手段」が、上記ステップ３０２および３０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「サージ回避制御手段」が、それぞれ実現されている。

ところで、上述した実施の形態１乃至３においては、コンプレッサ２６aを強制駆動可能な電動モータ２８を備えるターボ過給機２６を用いることとしているが、本発明における過給機は、遠心式のコンプレッサを備えるものであれば、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、電動式のコンプレッサであってもよい。

本発明の実施の形態１の構成を説明するための概略構成図である。 コンプレッサの入口圧力に対する出口圧力の圧力比と、コンプレッサの通過空気量との関係を示す図である。 コンプレッサ通過空気量とサージ限界ターボ回転数との関係を直接的に表した図である。 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。 バルブオーバーラップによるサージ余裕度の変化を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例において実行されるルーチンのフローチャートである。 修正空気量に基づいてサージ限界ターボ回転数を取得するためのサージマップである。 本発明の実施の形態２において用いられるサージマップを表した図である。 本発明の実施の形態２の変形例において用いられるサージマップを表した図である。 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。 サージ余裕度について説明するための図である。 サージ回避補正量をサージ余裕度との関係で定めたマップである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１４ 吸気管
１８ エアフローメータ
２４ 過給圧センサ
２６ 電動モータ付きターボ過給機
２６a コンプレッサ
２６b タービン
２８ 電動モータ
３０ ターボ回転数センサ
３２ 吸気バイパス管
３４ バイパスバルブ
３６ 吸気圧センサ
３７ 吸気温度センサ
４４ ウエストゲートバルブ
４６ 吸気可変動弁機構
４８ 排気可変動弁機構
５０ ECU(Electronic Control Unit)
５２ モータコントローラ
５６ 燃料噴射弁
５８ クランク角センサ

Claims (5)

1. 遠心式コンプレッサを備える過給機と、
   前記遠心式コンプレッサのコンプレッサ回転数を取得する回転数取得手段と、
   前記遠心式コンプレッサの作動特性と相関のある内燃機関の運転パラメータであって、吸気管圧力に比して変動の少ない前記運転パラメータを取得する運転パラメータ取得手段と、
   前記運転パラメータに基づいて、サージ限界コンプレッサ回転数を取得する限界回転数取得手段と、
   前記サージ限界コンプレッサ回転数と、前記コンプレッサ回転数とに基づいて、前記遠心式コンプレッサのサージ判定を行うサージ判定手段と、
   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。
2. 前記サージ限界コンプレッサ回転数と、前記運転パラメータとに基づいて、前記遠心式コンプレッサにサージが発生するまでのサージ余裕度を取得するサージ余裕度取得手段と、
   前記サージ余裕度に基づいて、サージを回避するための内燃機関のアクチュエータの制御量を調整するサージ回避制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 前記運転パラメータは、前記遠心式コンプレッサの通過空気量であることを特徴とする請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 前記運転パラメータは、エンジン回転数であることを特徴とする請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
5. 前記限界回転数取得手段は、エンジン回転数に加え、内燃機関の吸気効率に基づいて、前記サージ限界コンプレッサ回転数を取得することを特徴とする請求項４記載の過給機付き内燃機関の制御装置。

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