内燃机的控制装置 |
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| 申请号 | CN201080042591.9 | 申请日 | 2010-03-17 | 公开(公告)号 | CN102791988A | 公开(公告)日 | 2012-11-21 |
| 申请人 | 丰田自动车株式会社; | 发明人 | 堀田慎太郎; 永乐玲; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供 内燃机 的控制装置。本发明的目的在于提高当在废气旁通 阀 处于打开状态时产生了 加速 要求的情况下的加速响应性。本发明的内燃机的控制装置具备： 涡轮 增压 器 ，该 涡轮 增压器 具有配置于排气通路的涡轮以及配置于进气通路的 压缩机 ； 废气 旁通阀 ，该废气旁通阀对连通涡轮的上游侧的排气通路和涡轮的下游侧的排气通路的旁通通路进行开闭；驱动机构，该驱动机机构对废气旁通阀进行驱动；以及废气旁通阀开度控制单元，该废气旁通阀开度控制单元对驱动机构进行控制，使得在利用驱动机构打开废气旁通阀的情况下，废气旁通阀的开度为饱和最小开度，饱和最小开度是经过旁通通路的废气流量达到饱和时的最小的开度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，所述内燃机的控制装置具备： |
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| 说明书全文 | 内燃机的控制装置技术领域[0001] 本发明涉及内燃机的控制装置。 背景技术[0002] 在具备涡轮增压器的内燃机中，广泛应用有对连通涡轮的上游侧和下游侧的旁通通路进行开闭的废气旁通阀。当增压变得过高时，存在易于产生爆燃等的弊端。因此，以往，在增压成为规定值以上的情况下打开废气旁通阀，防止增压进一步上升。 [0003] 并且，近年来，也提出有利用致动器积极地控制废气旁通阀的开闭的技术。例如，在日本特开2006-274831号公报中公开了如下技术：基于节气门开度和发动机转速算出基本废气旁通阀开度，基于目标增压与实际增压之间的偏差算出废气旁通阀开度修正量，并对实际废气旁通阀开度进行控制，使之成为根据上述两者算出的目标废气旁通阀开度。 [0006] 但是，如果在稳态运转时打开废气旁通阀，则在产生加速要求的情况下，加速响应性易于恶化。这是因为：为了使增压上升，需要关闭废气旁通阀从而使涡轮转速上升，因此，如果在废气旁通阀处于打开状态时产生加速要求，则增压的上升延迟与关闭废气旁通阀所需要的时间相应的量，伴随与此，加速的开始也延迟。 发明内容[0007] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够提高当在废气旁通阀处于打开状态时产生加速要求的情况下的加速响应性的内燃机的控制装置。 [0008] 为了达成上述目的，第一发明提供一种内燃机的控制装置，其特征在于，上述内燃机的控制装置具备： [0010] 废气旁通阀，该废气旁通阀对旁通通路进行开闭，上述旁通通路连通上述涡轮的上游侧的排气通路和上述涡轮的下游侧的排气通路； [0011] 驱动机构，该驱动机机构对上述废气旁通阀进行驱动；以及 [0012] 废气旁通阀开度控制单元，上述废气旁通阀开度控制单元对上述驱动机构进行控制，使得在利用上述驱动机构打开上述废气旁通阀的情况下，上述废气旁通阀的开度成为饱和最小开度，该饱和最小开度是经过上述旁通通路的废气流量达到饱和时的最小的开度。 [0013] 并且，第二发明的特征在于，在第一发明中， [0014] 上述废气旁通阀开度控制单元包括： [0015] 基本开度表，该基本开度表规定了上述内燃机的运转状态与上述饱和最小开度之间的关系；以及 [0016] 驱动机构控制单元，该驱动机构控制单元基于使用上述基本开度表算出的开度对上述驱动机构进行控制。 [0017] 并且，第三发明的特征在于，在第一或者第二发明中， [0018] 上述废气旁通阀开度控制单元包括： [0019] 涡轮下游压力取得单元，该涡轮下游压力取得单元检测或者推定上述涡轮的下游侧的排气通路的压力； [0020] 涡轮上游压力取得单元，该涡轮上游压力取得单元检测或者推定上述涡轮的上游侧的排气通路的压力； [0021] 饱和最小开度算出单元，该饱和最小开度算出单元基于利用上述涡轮下游压力取得单元取得的涡轮下游压力、和利用上述涡轮上游压力取得单元取得的涡轮上游压力，算出上述饱和最小开度；以及 [0022] 开度修正单元，该开度修正单元对上述驱动机构进行控制，使得上述废气旁通阀的开度接近利用上述饱和最小开度算出单元算出的开度。 [0023] 并且，第四发明提供一种内燃机的控制装置，其特征在于，上述内燃机的控制装置具备： [0024] 涡轮增压器，该涡轮增压器具有配置于内燃机的排气通路的涡轮以及配置于内燃机的进气通路的压缩机； [0025] 废气旁通阀，该废气旁通阀对旁通通路进行开闭，上述旁通通路连通上述涡轮的上游侧的排气通路和上述涡轮的下游侧的排气通路； [0026] 驱动机构，该驱动机构对上述废气旁通阀进行驱动；以及 [0027] 驱动力控制单元，该驱动力控制单元对由上述驱动机构产生的驱动力进行控制，使得在上述废气旁通阀打开的情况下，作用于上述废气旁通阀的开闭方向的合力接近于零。 [0028] 并且，第五发明的特征在于，在第一至第四发明的任一发明中，[0029] 上述驱动力控制单元包括： [0030] 驱动力算出单元，该驱动力算出单元算出上述驱动机构对上述废气旁通阀施加的开闭方向的力； [0031] 自然开闭力算出单元，该自然开闭力算出单元根据上述涡轮的上游侧的压力与上述涡轮的下游侧的压力之间的差算出上述废气旁通阀所承受的开闭方向的力；以及[0032] 驱动力修正单元，该驱动力修正单元对由上述驱动机构产生的驱动力进行修正，使得利用上述驱动力算出单元算出的驱动力和利用上述自然开闭力算出单元算出的自然开闭力的合力为零。 [0033] 并且，第六发明的特征在于，在第五发明中， [0034] 上述驱动机构具有： [0035] 膜片，该膜片经由连结部件与上述废气旁通阀连结，使得该膜片与上述废气旁通阀联动； [0036] 压力赋予单元，该压力赋予单元对隔着上述膜片的两侧赋予压力的差；以及[0037] 施力单元，该施力单元对上述废气旁通阀朝打开方向或者关闭方向施力，[0038] 上述驱动力算出单元包括： [0039] 第一算出单元，该第一算出单元算出上述膜片对上述废气旁通阀施加的开闭方向的力；以及 [0040] 第二算出单元，该第二算出单元算出上述施力单元对上述废气旁通阀施加的开闭方向的力， [0041] 上述驱动力修正单元对利用上述压力赋予单元赋予的压力进行控制，使得下述三个力的合力为零，这三个力分别是：利用上述第一算出单元算出的膜片力、利用上述第二算出单元算出的作用力、以及利用上述自然开闭力算出单元算出的自然开闭力。 [0042] 并且，第七发明的特征在于，在第一至第六发明的任一发明中，[0043] 上述内燃机的控制装置具备施力单元，该施力单元对上述废气旁通阀作用关闭方向的作用力， [0044] 上述施力单元构成为：伴随着上述废气旁通阀的开度的增大，上述作用力增加，并且上述作用力相对于上述废气旁通阀的开度的增大的增加率，以规定的边界开度为界在大开度侧比在小开度侧大。 [0045] 并且，第八发明的特征在于，在第七发明中， [0046] 上述边界开度被设定成：与在上述内燃机的规定的运转状态下打开上述废气旁通阀的情况下经过上述旁通通路的废气流量饱和的最小的废气旁通阀开度相等的开度。 [0047] 根据第一发明，能够对废气旁通阀进行控制，使得在为了改善燃料消耗特性而打开废气旁通阀的情况下，废气旁通阀的开度成为能够最大限度地得到燃料消耗特性的改善效果的范围内的最小的开度(饱和最小开度)。由此，能够缩短为了关闭废气旁通阀而需要的时间。因此，能够同时实现：充分地改善燃料消耗特性，和使产生了加速要求时的加速响应性尽量好。 [0048] 根据第二发明，能够以简单的方法将废气旁通阀开度控制在饱和最小开度。 [0049] 根据第三发明，能够更准确地将废气旁通阀开度控制在饱和最小开度。 [0050] 根据第四发明，在为了改善燃料消耗特性而打开废气旁通阀的情况下，能够使作用于废气旁通阀的开闭方向的合力接近于零。由此，能够使关闭废气旁通阀时所需要的驱动机构的驱动力变化最小。因此，能够缩短为了关闭废气旁通阀而需要的时间。结果，能够同时实现：充分地改善燃料消耗特性，和使产生了加速要求时的加速响应性尽量好。 [0051] 根据第五发明，能够高精度地进行控制，使得作用于废气旁通阀的开闭方向的合力接近于零。 [0052] 根据第六发明，能够高精度地进行控制，使得作用于废气旁通阀的开闭方向的合力接近于零。 [0053] 根据第七发明，即便在大幅打开了废气旁通阀的情况下，当产生了加速要求时也能够迅速关闭废气旁通阀，能够得到良好的加速响应性。 [0055] 图1是用于说明本发明的实施方式1的系统结构的图。 [0056] 图2是示出膜片式致动器的纵剖视图。 [0058] 图4是示意性地示出废气旁通阀以及负压型膜片式致动器的图。 [0059] 图5是示出旁通流量以及推出损耗与废气旁通阀开度之间的关系的图。 [0060] 图6是用于说明废气旁通阀开口面积的图。 [0061] 图7是在本发明的实施方式1中执行的程序的流程图。 [0062] 图8是表示新气体量与涡轮下游压力之间的关系的表。 [0063] 图9是示出膨胀比与增压之间的关系的表。 [0064] 图10是在本发明的实施方式2中执行的程序的流程图。 [0065] 图11是示出本发明的实施方式3的膜片式致动器的纵剖视图。 [0066] 图12是用于说明到关闭废气旁通阀为止所需要的时间的图。 具体实施方式[0067] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各附图中，对共通的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。 [0068] 实施方式1 [0069] 图1是用于说明本发明的实施方式1的系统结构的图。如图1所示，本实施方式的系统具备搭载于车辆等的内燃机10(以下简称为“发动机10”)。在发动机10的各气缸12分别设置有燃料喷射器、火花塞、进气门、排气门等。并且，发动机10具备：进气通路14，该进气通路14将进气送入各气缸12的缸内；以及排气通路16，该排气通路16将废气从缸内排出。在进气通路14设置有对进气量进行调整的节气门18。 [0070] 并且，发动机10具备利用排气能量对进气进行增压的涡轮增压器20。涡轮增压器20具备设置于排气通路16的涡轮22、以及设置于进气通路14的压缩机24。通过涡轮22承受排气压力而旋转来驱动压缩机24，由此，压缩机24对进气进行压缩。 [0071] 在涡轮22的上游侧的排气通路16和涡轮22的下游侧的排气通路16之间设置有将两部分连通(旁通)的旁通通路26。旁通通路26由废气旁通阀28开闭。废气旁通阀28由膜片式致动器30驱动。 [0072] 本实施方式的系统还具备包括以下叙述的各传感器的传感器系统、以及对发动机10的运转状态进行控制的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)50。曲轴转角传感器34输出与发动机10的曲轴的旋转同步的信号。ECU 50能够基于曲轴转角传感器34的输出来检测发动机转速以及曲轴转角。空气流量计36检测被吸入进气通路14的新气体量。进气温度传感器38检测进气的温度。增压传感器40检测压缩机24的出口侧的压力(以下称作“增压”，用符号P3表示)。油门开度传感器42检测车辆的驾驶员对油门踏板的操作量(油门开度)。车速传感器44检测车辆的速度。 [0073] 并且，在传感器系统，除了包括上述传感器之外，还包括车辆、发动机的控制所需要的各种传感器(例如检测发动机冷却水的温度的水温传感器、检测排气空燃比的空燃比传感器等)，这些传感器连接于ECU50的输入侧。并且，在ECU 50的输出侧，除了连接有包括燃料喷射器、火花塞等的各种致动器之外，还连接有电动泵84以及压力调整阀86。 [0074] ECU 50利用传感器系统来检测发动机的运转信息，并基于该检测结果对各致动器进行驱动，由此来进行运转控制。具体而言，基于曲轴转角传感器34的输出来检测发动机转速和曲轴转角，并利用空气流量计36来检测进气量。并且，基于进气量、发动机转速等算出燃料喷射量，并基于曲轴转角决定燃料喷射正时、点火正时等，然后驱动燃料喷射器以及火花塞。并且，ECU 50基于发动机转速、进气量等算出作为发动机10的负载的指标的发动机负载率。 [0075] 在膜片式致动器30的连接口68，经由压力配管82连接有能够产生压力(正压)的作为压力源的电动泵84。在压力配管82的中途设置有对从电动泵84朝膜片式致动器30供给的压力进行调整的压力调整阀86。压力调整阀86由例如电磁驱动式的三通阀等构成，基于从ECU 50输入的驱动信号将由电动泵84产生的压力的一部分或者全部释放到大气。由此，能够在从由电动泵84产生的最大压力直到接近大气压的值为止的范围任意地调整朝膜片式致动器30供给的压力。 [0076] 其次，对膜片式致动器30的结构进行说明。图2是示出膜片式致动器30的纵剖视图。如图2所示，膜片式致动器30具备壳体60、膜片62、杆72以及作为施力部件的螺旋弹簧74。膜片62例如由橡胶、树脂等具有挠性的材料形成，且配置在壳体60内。膜片62的外周部被固定于壳体60的内周部。壳体60的内部空间由膜片62划分成高压室64和低压室66。这两个压力室配置在膜片62的一侧和另一侧。在壳体60形成有与高压室64连通的连接口68。如上所述，连接口68连接于电动泵64。因此，由电动泵84产生且由压力调整阀86调整后的压力被导入高压室64内。另一方面，低压室66内被维持在大气压。杆72的基端部在壳体60内固定于膜片62的中央部。并且，杆72的末端侧从壳体60突出至外部，并经由图1中示出的连杆32与废气旁通阀28连结。并且，螺旋弹簧74以压缩状态配置于低压室66内。该螺旋弹簧74始终对膜片62朝高压室64侧施力。 [0077] 图3是示意性地示出废气旁通阀28以及膜片式致动器30的图。如图3所示，废气旁通阀28对连通涡轮22的上游侧和下游侧的旁通通路26的出口进行开闭。废气旁通阀28构成为从上游侧朝下游侧打开。图3示出旁通通路26的出口由废气旁通阀28关闭的状态、即全闭状态。废气旁通阀28的臂281固定于旋转轴282。在旋转轴282还固定有连杆32。通过形成为这样的结构，废气旁通阀28和连杆32以旋转轴282为中心一体地转动。当从图3所示的全闭状态起杆72朝图3中的右方向变位时，废气旁通阀28打开。 [0078] 杆72在轴向变位的距离(以下称作“杆72的变位量”)与废气旁通阀28所打开的角度对应。因此，能够利用杆72的变位量来作为表示废气旁通阀28的开度(以下称作“废气旁通阀开度”)的指标。因此，在以下的说明中，采用杆72的变位量来代替废气旁通阀开度，并用记号x表示。另外，将图3所示的全闭状态下的杆72的位置(即废气旁通阀开度)设定为x＝0，将废气旁通阀28打开的方向设定为x的正方向。 [0079] 即，废气旁通阀开度x在与全闭状态对应的x＝0和与全开状态(废气旁通阀28在机械构造上无法进一步打开的状态)对应的规定值(＞0)之间变化。 [0080] 对于作用于废气旁通阀28的开闭方向的力，除去摩擦力以外，包括以下三个力：因高压室64与低压室66之间的压力差而由膜片62施加的力(以下称作“膜片力”)；由螺旋弹簧74施加的作用力(以下称作“弹力”)；以及因涡轮22的上游侧和下游侧之间的压力的差而废气旁通阀28自身所承受的力(以下称作“自然开闭力”)。在以下的说明中，用作用于杆72的轴向力表示作用于废气旁通阀28的开闭方向的力。 [0081] 当将作用于杆72的膜片力设定为FD、将作用于高压室64的表压(以下称作“膜片压力”)设定为PD、将膜片62的有效面积设定为SD时，膜片力FD能够通过下式算出。 [0082] FD＝PD·SD ......(1) [0083] 当将作用于杆72的弹力设定为FSP、将螺旋弹簧74的弹簧常数设定为k、将全闭状态的螺旋弹簧74的压缩量设定为w0时，弹力FSP能够通过下式算出。 [0084] FSP＝k·(w0+x)......(2) [0085] 当将废气旁通阀28所承受的自然开闭力换算成作用于杆72的力的值设定为FΔP、将涡轮22的上游侧的压力(以下称作“涡轮上游压力”)设定为P4、将涡轮22的下游侧的压力(以下称作“涡轮下游压力”)设定为P6、将旁通通路26的出口的流路截面积设定为SWGV、将臂281的有效长度和连杆32的有效长度之比设定为L时，自然开闭力FΔP能够通过下式算出。 [0086] FΔP＝(P4-P6)·SWGV·L ......(3) [0087] 上述三个力所作用的朝向分别是图3中以箭头示出的方向。因而，当将打开方向设定为正方向时，作用于废气旁通阀28的上述三个力的合力F能够通过下式算出。 [0088] F＝FD+FΔP-FSP ......(4) [0089] 在来自电动泵84的压力未作用于高压室64的状态下，FD＝0、F＜0。因此，作用于废气旁通阀28的合力F的方向为关闭的方向，因此废气旁通阀28成为全闭状态。即，在本实施方式的结构中，在来自电动泵84的压力未作用于高压室64的情况下，废气旁通阀28借助螺旋弹簧74的作用力而被维持在全闭状态。 [0090] 当作用于高压室64的压力PD增高时，合力F增大，当合力F超过由各活动部的静摩擦产生的力时，废气旁通阀28开始打开。但是，废气旁通阀开度x越大，则弹力FSP越增大，由此，合力F变小，因此，废气旁通阀28在某一开度停止。即，废气旁通阀开度x被保持在位于全闭和全开之间的开度(以下称作“中间开度”)。在该情况下，作用于高压室64的压力PD越高，则废气旁通阀28停止的中间开度越大。进而，当作用于高压室64的压力PD进一步变高而达到某一值以上时，废气旁通阀28成为全开状态。这样，在作用于高压室64的压力PD和废气旁通阀开度x之间存在相关关系。因此，在本实施方式中，ECU 50能够通过利用压力调整阀86对作用于高压室64的压力PD进行控制而对废气旁通阀开度x进行控制。 [0091] 另外，在本实施方式中，利用电动泵84以及压力调整阀86构成压力赋予单元。但是，在本发明中，用于驱动膜片式致动器的压力源并不限定于电动泵84。例如，也可以将由发动机10直接驱动的机械式泵、涡轮22的下游侧的增压等用作压力源。 [0092] 以上说明了的本实施方式的膜片式致动器30是正压型，但在本发明中，也可以使用负压型的膜片式致动器。图4是示意性地示出使用了负压型的膜片式致动器30’的情况下的结构的图。以下，参照图4，针对使用了负压型的膜片式致动器30’的情况，仅对与正压型的不同点进行简单说明。 [0093] 如图4所示，在负压型的膜片式致动器30’中，与正压型的膜片式致动器30相比，高压室64、低压室66以及螺旋弹簧74的配置隔着膜片62相反。连通于低压室66的连接口68与负压泵或者进气管负压等压力源连接。将高压室64内维持在大气压。弹力FSP能够通过下式算出。 [0094] FSP＝k·(w0-x)......(5) [0095] 膜片力FD以及弹力FSP所作用的朝向分别是图4中用箭头示出的方向。因而，当将打开方向设定为正方向时，作用于废气旁通阀28的上述三个力的合力F能够通过下式算出。 [0096] F＝-FD+FΔP+FSP ......(6) [0097] 在负压型的膜片式致动器30’中，在来自负压源的压力未作用于低压室66的状态下，F＞0，废气旁通阀28处于打开状态。进而，通过增大作用于低压室66的负压，废气旁通阀开度逐渐变小，当作用于低压室66的负压达到某一值以上时，废气旁通阀28被维持在全闭状态。 [0098] 以上对正压型以及负压型的膜片式致动器进行了说明，但本发明中能够使用的膜片式致动器并不限定于正压型以及负压型，也可以是任何类型。例如，也可以是使来自压力源的压力作用于高压室64和低压室66双方的类型的致动器。在以下的说明中，原则上以使用了正压型的膜片式致动器30的情况为代表进行说明。 [0099] 在本实施方式中，在发动机10处于稳态运转状态的情况下、即发动机转速以及发动机负载率大致恒定的情况下，ECU 50执行打开废气旁通阀28的控制。由此，发动机10的背压降低，各气缸12的活塞将废气朝排气通路16推出所需要的功(以下称作“推出损耗”)减少，因此能够改善燃料消耗特性。在以下的说明中，将废气旁通阀28处于打开状态时经过旁通通路26的废气流量称作“旁通流量”。 [0100] 本发明人对在上述控制中打开了废气旁通阀28的情况下的旁通流量以及推出损耗与废气旁通阀开度之间的关系进行了调查。图5是示出某发动机转速以及发动机负载率下的上述关系的图。在图5中，旁通流量用相对于将废气旁通阀28设定为全开时的旁通流量的百分率来表示。 [0101] 如图5所示，当废气旁通阀开度从全闭逐渐变大时，旁通流量逐渐增加，推出损耗逐渐降低。但是，当废气旁通阀开度达到了某特定的中间开度时，旁通流量饱和。即，即便废气旁通阀开度进一步增大，旁通流量也不会进一步增加。在以下的说明中，将如上性质的中间开度(即，旁通流量达到饱和的最小的废气旁通阀开度)称作“饱和最小开度”。 [0102] 对于推出损耗，从图5可知，当废气旁通阀开度从全闭逐渐增大时，在废气旁通阀达到了上述饱和最小开度的时候推出损耗几乎达到最低，即便将废气旁通阀开度增大到饱和最小开度以上，推出损耗也不进一步降低。如果推出损耗不进一步降低的话，则燃料消耗特性也不会进一步改善。因而，能够认为：当废气旁通阀开度达到了饱和最小开度的时候，燃料消耗特性的改善幅度也饱和。即，能够判断为：即便将废气旁通阀开度增大到饱和最小开度以上，燃料消耗特性也不会进一步改善。 [0103] 此处，当考虑在废气旁通阀28打开的状态下产生了加速要求的情况下的加速响应性时，优选废气旁通阀开度尽量小。在产生了加速要求的情况下，废气旁通阀开度越小，则关闭废气旁通阀所需要的时间越短，因此能够使增压迅速上升，能够迅速开始加速。 [0104] 根据以上叙述，可以说：为了最大限度地享受打开废气旁通阀28所带来的燃料消耗特性的改善效果、并使产生了加速要求时的加速响应性尽量良好，最好将废气旁通阀开度保持在饱和最小开度。因此，在本实施方式中，对膜片式致动器30的动作进行控制，使得在打开废气旁通阀28的情况下，废气旁通阀开度成为饱和最小开度。饱和最小开度根据发动机运转状态(发动机转速、发动机负载率)不同而变化。因此，在该控制中，需要对废气旁通阀开度进行控制，使其成为与运转状态相应的饱和最小开度。因此，在本实施方式中，预先对发动机运转状态与饱和最小开度之间的关系进行调查，制作规定该关系的表，并将该表预先存储于ECU 50。以下，将规定了发动机运转状态与饱和最小开度之间的关系的表称作“基本开度表”。当制作该基本开度表时，饱和最小开度能够按照如下方式求出。 [0105] 当将旁通流量设定为mb、将由废气旁通阀28开闭的旁通通路26出口的开口面积(以下称作“废气旁通阀开口面积”)设定为AWGV、将流量系数设定为μ、将气体常数设定为R、将涡轮22的上游侧的温度(以下称作“涡轮上游温度”)设定为T4、将热容比设定为κ时，旁通流量mb能够通过下式(7)算出。其中，式(7)中的φ(P4/P6)由下述式(8)被定义。 [0106] [0107] [0108] 在上述式中，流量系数μ以及废气旁通阀开口面积AWGV分别是根据废气旁通阀开度x决定的值。参照图6对废气旁通阀开口面积AWGV进行说明。 [0109] 图6是用于说明废气旁通阀开口面积AWGV的图。如图6所示，假想在废气旁通阀28的与旁通通路26出口接触的一侧的端面、和旁通通路26出口的端面之间，存在直径与废气旁通阀28的直径相同的圆筒(图6中的阴影部分)。将该圆筒的外周面的面积设定为S。该面积S能够根据废气旁通阀开度x按照几何学关系算出。当面积S在旁通通路26出口的流路截面积SWGV以下的状态下，在旁通通路26出口与废气旁通阀28之间的间隙处形成的有效开口面积由面积S限制。另一方面，当面积S在旁通通路26出口的流路截面积SWGV以上的状态下，旁通通路26出口的有效开口面积由流路截面积SWGV限制。因而，废气旁通阀开口面积AWGV等于根据废气旁通阀开度x而变化的面积S、和固定值SWGV中的任意较小一方的值。这样，能够根据废气旁通阀开度x算出废气旁通阀开口面积AWGV。 [0110] 如上所述，根据上述式(7)和式(8)，能够基于废气旁通阀开度x、涡轮上游压力P4、涡轮上游温度T4以及涡轮下游压力P6，算出旁通流量mb。因此，边使废气旁通阀开度x从全闭状态起阶段性地增大，边在各阶段测定涡轮上游压力P4、涡轮下游压力P6以及涡轮上游温度T4，并将这些测定值代入上述式(7)和式(8)，从而算出旁通流量mb。由此，能够求出旁通流量mb达到饱和的最小的废气旁通阀开度、即饱和最小开度。通过针对发动机运转状态不同的各点进行这样的实验操作，能够掌握发动机运转状态与饱和最小开度之间的关系，并能够基于该关系制作基本开度表。另外，在上述实验操作中，对于涡轮上游压力P4以及涡轮下游压力P6，也可以不直接测定，而按照后述的方法推定。 [0111] ECU 50通过对照上述基本开度表与由上述传感器系统检测出的发动机转速以及发动机负载率，能够算出此时的发动机运转状态下的饱和最小开度。并且，在本实施方式中，在ECU 50存储有用于算出为了使废气旁通阀开度x与所给与的开度一致而需要的膜片压力的表(以下称作“膜片压力表”)。ECU 50基于膜片压力表算出为了使废气旁通阀开度与基于基本开度表算出的饱和最小开度一致而需要的膜片压力，并对压力调整阀86进行控制，以实现所算出的膜片压力。由此，能够高精度地将实际的废气旁通阀开度保持在饱和最小开度。结果，能够最大限度地享受通过打开废气旁通阀28而带来的燃料消耗特性的改善效果，并且能够在产生了加速要求的情况下发挥良好的加速响应性。 [0112] 此外，在本实施方式中，为了使废气旁通阀开度更准确地与饱和最小开度一致，也可以进行以下说明的反馈控制。在本反馈控制中，ECU50推定涡轮上游温度T4以及涡轮下游压力P6，通过将这些推定值代入上述式(7)和式(8)进行计算来算出饱和最小开度。在ECU 50预先存储有规定废气旁通阀开度x和流量系数μ之间的关系的表、以及规定废气旁通阀开度x和废气旁通阀开口面积AWGV之间的关系的表。此外，在ECU 50还预先存储有用于基于发动机转速以及发动机负载率算出涡轮上游温度T4的表。ECU 50使用这些表分别算出流量系数μ、废气旁通阀开口面积AWGV、涡轮上游温度T4，由此能够进行上述式(7)和式(8)的计算。 [0113] 图7是为了进行废气旁通阀开度的反馈控制而在本实施方式中ECU50所执行的程序的流程图。另外，本程序间隔规定时间反复执行。 [0114] 根据图7所示的程序，最初，按照如下的方式执行用于使实际的废气旁通阀开度与根据基本开度表算出的饱和最小开度一致的控制、即前馈控制(步骤100)。首先，通过将当前的发动机转速以及发动机负载率与基本开度表对照，算出饱和最小开度。将此处算出的饱和最小开度设定为x1。其次，算出为了使实际的废气旁通阀开度与上述饱和最小开度x1一致而需要的膜片压力PD，并通过对压力调整阀86进行控制而设定成所算出的膜片压力PD。由此，将实际的废气旁通阀开度控制成基于基本开度表算出的饱和最小开度x1。 [0115] 接着，基于由空气流量计36检测出的新气体量来推定涡轮下游压力P6(步骤102)。图8是表示新气体量与涡轮下游压力P6之间的关系的表。在ECU 50预先存储有图 8所示的表。在该步骤102中，能够基于该表算出涡轮下游压力P6的推定值。 [0116] 其次，利用增压传感器40检测增压P3(步骤104)。接着，基于所检测出的增压P3、新气体量以及涡轮下游压力P6，按照以下的方式推定涡轮上游压力P4(步骤106)。图9是示出膨胀比P4/P6与增压P3之间的关系的表。在ECU 50预先存储有图9所示的表。在新气体量恒定的情况下，膨胀比P4/P6与增压P3之间的关系由图9中的朝右下降的曲线表示。该曲线在新气体量变多时朝图9中的右斜上方移动，在新气体量变少时朝图9中的左斜下方移动。如果使用由空气流量计36检测出的新气体量的检测值的话，则能够将膨胀比P4/P6与增压P3之间的关系决定为图9中的朝右下降的曲线中的一个。因而，能够将图9中的所决定的朝右下降的曲线与表示由增压传感器40检测出的增压P3的检测值的水平方向的直线的交点判定为当前的状态。由此，能够求出当前的膨胀比P4/P6。通过将由上述步骤102算出的涡轮下游压力P6的推定值除以所求出的膨胀比P4/P6的值，能够算出涡轮上游压力P4的推定值。 [0117] 另外，涡轮上游压力P4并不限于以上述方法推定，也可以按以下方式推定。在废气旁通阀开度恒定的情况下，膨胀比P4/P6与增压P3之间的关系由图9中的朝右上升的曲线表示。该曲线在废气旁通阀开度增大时朝图9中的上方向移动，在废气旁通阀开度减小时朝图9中的下方向移动。通过上述步骤100的处理，废气旁通阀开度被控制在x1，因此是已知的。因此，能够基于该x1的值将膨胀比P4/P6与增压P3之间的关系决定为图9中的朝右上升的曲线中的一个。能够将所决定的朝右上升的曲线与根据新气体量决定的朝右下降的曲线的交点判定为当前的状态。以下，能够以与上述同样的方式算出涡轮上游压力P4的推定值。在该方法的情况下，无需使用增压P3的检测值就能够推定涡轮上游压力P4。 [0118] 接着上述步骤106的处理，将在上述步骤102中算出的涡轮下游压力P6的推定值、和在上述步骤106中算出的涡轮上游压力P4的推定值代入上述式(7)以及式(8)而进行计算，由此来执行算出饱和最小开度的处理(步骤108)。即，在该步骤108中，在计算上，边使废气旁通阀开度x的值变化边反复算出旁通流量mb，并探索旁通流量mb达到饱和的最小的废气旁通阀开度x的值，由此来算出饱和最小开度。将此处算出的饱和最小开度设定为x2。 [0119] 在上述步骤108中算出的饱和最小开度x2是基于当前的涡轮上游压力P4以及涡轮下游压力P6的推定值而算出的值，因此，与在上述步骤100中根据基本开度表以前馈方式算出的饱和最小开度x1相比，可以说是更准确的值。因此，在图7的程序中的步骤110以后的处理中，当在饱和最小开度x2与作为当前的实际的废气旁通阀开度的饱和最小开度x1之间存在偏差的情况下，对膜片压力进行修正，使得实际的废气旁通阀开度朝更准确的饱和最小开度x2过渡。 [0120] 具体而言，首先，判断饱和最小开度x2与饱和最小开度x1是否一致(步骤110)。当饱和最小开度x2与饱和最小开度x1一致的情况下，当前的实际的废气旁通阀开度与饱和最小开度x2一致，因此，不需要进行膜片压力的修正。因此，在该情况下，本程序的处理在此结束。 [0121] 另一方面，在上述步骤110中，当饱和最小开度x2与饱和最小开度x1不一致的情况下，其次，算出作为目标开度的饱和最小开度x2与作为当前的开度的饱和最小开度x1之间的偏差Δx＝x2-x1(步骤112)。若使废气旁通阀开度变化Δx，则弹力FSP增加k·Δx。因此，为了使废气旁通阀开度变化Δx，只要以与弹力FSP的增量k·Δx均衡的方式使膜片压力增加即可。因而，当将需要的膜片压力的增量设定为ΔP时，下式成立。 [0122] ΔP·SD＝k·Δx ......(9) [0123] ΔP＝k·Δx/SD ......(10) [0124] 因此，接着上述步骤112的处理，对压力调整阀86进行控制，由此，执行使膜片压力增加利用上述式(10)算出的ΔP(在ΔP＜0的情况下减压)的处理(步骤114)。由此，能够使实际的废气旁通阀开度与作为目标开度的饱和最小开度x2一致(或者接近)。 [0125] 根据以上说明的图7所示的程序的控制，能够更准确地求出根据发动机10的运转状态决定的饱和最小开度，且能够以使实际的废气旁通阀开度接近于该准确的饱和最小开度的方式对膜片式致动器30进行驱动。因此，能够更可靠地同时实现：最大限度地享受通过打开废气旁通阀28而带来的燃料消耗特性的改善效果，并且能够尽量提高产生了加速要求的情况下的加速响应性。 [0126] 在上述实施方式1中，电动泵84、压力调整阀86以及膜片式致动器30相当于上述第一发明的“驱动机构”。并且，ECU 50通过执行图7所示的程序的处理而实现上述第一发明的“废气旁通阀开度控制单元”，通过执行上述步骤100的处理而实现上述第二发明的“驱动机构控制单元”，通过执行上述步骤102的处理而实现上述第三发明的“涡轮下游压力取得单元”，通过执行上述步骤106的处理而实现上述第三发明的“涡轮上游压力取得单元”，通过执行上述步骤108的处理而实现上述第三发明的“饱和最小开度算出单元”，通过执行上述步骤112以及114的处理而实现上述第三发明的“开度修正单元”。 [0127] 另外，在本实施方式中，以利用膜片式致动器驱动废气旁通阀的情况为例进行了说明，但本发明的废气旁通阀的驱动机构并不限定于使用膜片式致动器的驱动机构，例如也可以是使用电动机的驱动机构。 [0128] 实施方式2 [0130] 在使用正压型的膜片式致动器30的情况下，在废气旁通阀28打开的状态下，成为从正压源对膜片式致动器30供给正压的状态。为了从该状态起关闭废气旁通阀28，需要释放该正压，使膜片压力降低。在废气旁通阀28打开的状态下发挥作用的正压越大，则使膜片压力降低至废气旁通阀28关闭的压力为止所需要的时间越长。因而，为了尽量迅速地关闭废气旁通阀28，优选在废气旁通阀28打开的状态下发挥作用的压力(正压)尽量小。相反，当废气旁通阀28打开时，若作用有过大的膜片压力则会导致关闭废气旁通阀28所需要的时间增长，因此并不优选。根据以上叙述可知，可以说：为了尽量缩短关闭废气旁通阀28所需要的时间，优选当废气旁通阀28打开时，对膜片62作用有为了保持该开度而需要的最小压力。 [0131] 在正压型的膜片式致动器30的情况下，作用于废气旁通阀28的三个力的合力F由上述式(4)表示。当废气旁通阀28打开的情况下，若该合力F为零，则刚好以极限的膜片压力打开废气旁通阀28，因此可以说处于上述优选状态。因此，在本实施方式中，对膜片压力进行控制，使得当废气旁通阀28打开时作用于废气旁通阀28的合力F接近于零。 [0132] 对于若废气旁通阀28打开时作用于废气旁通阀28的合力F为零则能够迅速地关闭废气旁通阀28的情况，在使用负压型的膜片式致动器30’的情况下也相同。在负压型的膜片式致动器30’的情况下，当未作用有来自负压源的负压时，废气旁通阀28处于打开状态。为了从该状态起关闭废气旁通阀28，需要使来自负压源的负压作用于膜片62，将膜片压力减压至规定值以下。在该情况下，关闭废气旁通阀28时所需要的膜片压力的变化量越大，则关闭废气旁通阀28所需要的时间越长。在废气旁通阀28打开的状态下，当在膜片62完全未作用负压的情况下，关闭废气旁通阀28时所需要的膜片压力的变化量大，因此关闭废气旁通阀28所需要的时间长。相对于此，在废气旁通阀28打开的状态下，如果最初就在膜片62作用有少许的负压，则关闭废气旁通阀28时所需要的膜片压力的变化量较小即可，因此能够缩短关闭废气旁通阀28所需要的时间。因而，可以说：为了尽量缩短关闭废气旁通阀28所需要的时间，优选的是，当废气旁通阀28处于打开状态时，在膜片62预先作用有刚好能够保持废气旁通阀28的开度的极限的负压。 [0133] 在负压型的膜片式致动器30’的情况下，作用于废气旁通阀28的三个力的合力F由上述式(6)表示。在废气旁通阀28打开的情况下，如果该合力F为零，则在膜片62作用有刚好使得废气旁通阀28不会关闭的大小的负压，因此可以说处于上述优选状态。根据以上叙述可知，在使用负压型的膜片式致动器30’的情况下，通过对膜片压力进行控制，使得当废气旁通阀28打开时作用于废气旁通阀28的合力F接近于零，能够尽量缩短关闭废气旁通阀28所需要的时间。 [0134] 图10是为了实现上述功能而在本实施方式中由ECU 50执行的程序的流程图。根据图10所示的程序，最初，按照如下方式执行用于使实际的废气旁通阀开度与根据基本开度表算出的开度一致的控制(步骤200)。首先，通过将当前的发动机转速以及发动机负载率与基本开度表对照，算出基本废气旁通阀开度。另外，本实施方式的基本开度表可以是与实施方式1同样的饱和最小开度的表，也可以是与饱和最小开度无关地决定的开度的表。在算出基本废气旁通阀开度后，其次，基于膜片压力表算出为了使实际的废气旁通阀开度与该基本废气旁通阀开度一致而需要的膜片压力PD。进而，通过对压力控制阀86进行控制，将实际的膜片压力控制成与所算出的膜片压力PD一致。由此，实际的废气旁通阀开度被控制成基于基本开度表而算出的基本废气旁通阀开度。 [0135] 接着，执行算出作用于废气旁通阀28的合力F的处理(步骤202)。具体而言，基于上述式分别计算膜片压力PD、弹力FSP以及自然开闭力FΔP，并基于它们算出合力F。另外，为了算出自然开闭力FΔP而需要的涡轮上游压力P4以及涡轮下游压力P6的值可以利用在实施方式1中说明了的方法推定。 [0136] 其次，判断在步骤202中算出的合力F是否为零(步骤204)。在该步骤204，若合力F为零，则目的已经达成，因此本程序的处理在此结束。另一方面，在合力F不为零的情况下，执行对膜片压力进行修正的处理，使得合力F为零(步骤206)。具体而言，执行如下的处理。 [0137] 当将需要的膜片压力的修正量设定为ΔP时，修正后的膜片力能够用(PD+ΔP)·SD表示。对将基于该修正后的膜片力(PD+ΔP)·SD、弹力FSP以及自然开闭力FΔP而算出的合力F等于零的式子进行求解，由此能够算出需要的膜片压力的修正量ΔP。进而，利用压力调整阀86执行使膜片压力增大或者减少所算出的ΔP的量的控制。由此，能够使作用于废气旁通阀28的合力F尽量接近于零。 [0138] 根据以上说明的图10所示的程序的控制，能够使废气旁通阀28处于打开状态时作用于废气旁通阀28的合力F尽量接近于零。由此，能够尽量减小关闭废气旁通阀28时所需要的膜片压力的变化量。因此，在产生加速要求而需要关闭废气旁通阀28的情况下，能够迅速地关闭废气旁通阀28，因此能够提高加速响应性。 [0139] 在上述实施方式2中，杆72以及连杆32相当于上述第六发明的“连结部件”，电动泵84以及压力调整阀86相当于上述第六发明的“压力赋予单元”，螺旋弹簧74相当于上述第六发明的“施力单元”。并且，ECU 50通过执行上述步骤202以及206的处理而实现上述第四发明的“驱动力控制单元”，通过执行上述步骤202的处理而实现上述第五发明的“驱动力算出单元”以及“自然开闭力算出单元”，通过执行上述步骤206的处理而实现上述第五发明的“驱动力修正单元”。 [0140] 实施方式3 [0141] 其次，参照图11以及图12对本发明的实施方式3进行说明，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项简化或者省略说明。本实施方式的硬件结构，除了后述的点之外都与上述实施方式同样，因此省略说明。以下说明的实施方式3是将上述实施方式1或者2组合而加以实施的方式。 [0142] 图11是示出本发明的实施方式3的膜片式致动器的纵剖视图。如图11所示，在本实施方式的膜片式致动器30的低压室66，除了设置有第一螺旋弹簧74之外，还设置有第二螺旋弹簧78。第一螺旋弹簧74以及第二螺旋弹簧78均朝高压室64侧推压膜片62，对废气旁通阀28作用关闭方向的作用力。其中，第二螺旋弹簧78比第一螺旋弹簧74短，因此，在废气旁通阀开度小于规定开度(以下称作“边界开度”，用记号xb表示)的范围，该第二螺旋弹簧78不与膜片62抵接，从而不对膜片62作用有作用力。即，在废气旁通阀开度小于边界开度xb的范围，仅第一螺旋弹簧74的作用力发挥作用，在废气旁通阀开度大于边界开度xb的范围，第一螺旋弹簧74以及第二螺旋弹簧78双方的作用力发挥作用。因此，在废气旁通阀开度大于边界开度xb的范围，与废气旁通阀开度小于边界开度xb的范围相比，作用于废气旁通阀28的作用力(弹力FSP)的弹簧常数变高。即，作用力相对于废气旁通阀开度的增大的增加率，以边界开度xb为界在大开度侧比在小开度侧大。 [0143] 图12是用于说明到关闭废气旁通阀28为止所需要的时间的图。图12中，纵轴表示为了使膜片压力变化至废气旁通阀28关闭的压力为止所需要的时间、即到关闭废气旁通阀28为止所需要的时间，横轴表示最初的(关闭前的)废气旁通阀开度。如图12所示，关闭前的废气旁通阀开度越大，则到关闭废气旁通阀28为止所需要的时间越长。此处，在假定不设置第二螺旋弹簧78而仅设置第一螺旋弹簧74的情况下，如图12中的点划线所示那样，到关闭废气旁通阀28为止所需要的时间与关闭前的废气旁通阀开度成比例地增大。因此，在关闭前的废气旁通阀开度大的情况下，到关闭废气旁通阀28为止所需要的时间相应地变长，存在对加速响应性造成不良影响的情况。 [0144] 相对于此，在本实施方式中，通过设置第二螺旋弹簧78，在废气旁通阀开度大于边界开度xb的范围，能够增强相对于废气旁通阀28的朝向关闭方向的作用力。因此，如图12中的粗实线所示，即便在废气旁通阀开度处于大于边界开度xb的范围的情况下，也能够抑制到关闭废气旁通阀28为止所需要的时间变得过大的情况。这样，根据本实施方式，即便在废气旁通阀28大幅打开的情况下，当产生了加速要求时，也能够迅速地关闭废气旁通阀28，因此能够得到良好的加速响应性。 [0145] 将上述边界开度xb设定为哪一开度并没有特别的限定，但优选设定成：与在发动机10的规定的运转状态下打开废气旁通阀28的情况下经过旁通通路26的废气流量饱和的最小的废气旁通阀开度(即饱和最小开度)相等的开度。 [0146] 如在实施方式1中说明了的那样，在为了改善燃料消耗特性而打开废气旁通阀28的情况下，通过使废气旁通阀开度与饱和最小开度一致，能够同时实现：尽量提高燃料消耗特性的改善效果，和使产生了加速要求时的加速响应性尽量好。在废气旁通阀开度大于饱和最小开度的情况下，废气旁通阀28过度地打开，因此优选将废气旁通阀28关闭至饱和最小开度。若将边界开度xb设定为饱和最小开度，则存在如下优点：在废气旁通阀28打开到大于饱和最小开度的开度的情况下，能够迅速地将废气旁通阀28关闭至饱和最小开度。 [0147] 另外，在将边界开度xb设定成与饱和最小开度相等的开度情况下，如上所述，该饱和最小开度是发动机10的规定的运转状态下的饱和最小开度。如在实施方式1中说明了的那样，饱和最小开度根据发动机运转状态(发动机转速以及发动机负载率)而变化。因此，优选边界开度xb设定成与例如预想最常使用的发动机运转状态下的饱和最小开度相等。在除此之外的发动机运转状态下，边界开度xb严格来说与饱和最小开度不一致。但是，相对于发动机运转状态的变化的饱和最小开度的变化的范围并不很大。因此，若将边界开度xb设定成与规定的发动机运转状态下的饱和最小开度相等，则在其他的发动机运转状态下，边界开度xb位于接近于饱和最小开度的位置。因而，即便在其他的发动机运转状态下，也可以得到上述效果。 [0148] 在上述实施方式3中，第一螺旋弹簧74以及第二螺旋弹簧78相当于上述第七发明的“施力单元”，但上述第七发明的“施力单元”的结构并不限定于此，只要能够满足如下特性即可，可以是任意结构，该特性是指：作用力相对于废气旁通阀开度的增大的增大率以规定的边界开度为界在大开度侧比在小开度侧大。 [0149] 符号说明： [0150] 10...发动机；14...进气通路；16...排气通路；18...节气门；20...涡轮增压器；22...涡轮；24...压缩机；26...旁通通路；28...废气旁通阀；30...膜片式致动器；32...连杆；62...膜片；64...高压室；66...低压室；68...连接口；72...杆；74...螺旋弹簧；78...第二螺旋弹簧；84...电动泵；86...压力调整阀。 |
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