(57)【要約】【課題】コンプレッサの前後圧力比を低下させることなく、エンジンの吸気脈動の影響によるサージの発生を抑制可能な吸気制御装置を提供する。【解決手段】吸気制御装置１０は、アクセル開度センサ３１と、エンジン回転数センサ３２と、エンジンの吸気圧を検出するブースト圧センサ３３と、目標吸気圧を設定する目標吸気圧設定部４２と、コンプレッサ１８の特性を表す特性線図上において予め設定された吸気脈動サージ領域内でコンプレッサ１８が作動する負荷及び回転数において、スロットルバルブ１１の開度が全開開度よりも制限されるように予め設定された開度制限パラメータを記憶する記憶部４３と、スロットルバルブ１１の開度を開度制限パラメータに従って制限するようにスロットルバルブ１１を制御すると共に、吸気圧が目標吸気圧となるようにターボ過給機１７を制御する吸気制御部４４と、を備える。【選択図】図１
2020041451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気が流れる吸気通路と、前記吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側に設けられたスロットルバルブと、を備えるエンジンの吸気制御装置であって、
前記エンジンの負荷を検出する負荷検出部と、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出部と、
前記エンジンの吸気圧を検出する吸気圧検出部と、
前記負荷及び前記回転数に基づいて、前記吸気圧の目標値である目標吸気圧を設定する目標吸気圧設定部と、
前記コンプレッサの特性を表す特性線図上において予め設定された吸気脈動サージ領域内で前記コンプレッサが作動する前記負荷及び前記回転数において、前記スロットルバルブの開度が全開開度よりも制限されるように予め設定された開度制限パラメータを記憶する記憶部と、
前記目標吸気圧と前記開度制限パラメータとに基づいて、前記スロットルバルブの開度を前記開度制限パラメータに従って制限するように前記スロットルバルブを制御すると共に、前記吸気圧が前記目標吸気圧となるように前記ターボチャージャを制御する吸気制御部と、
を備える、吸気制御装置。
【請求項２】
前記記憶部は、前記開度制限パラメータとして、前記スロットルバルブの下流圧が上流圧よりも低くなるように設定された前記スロットルバルブの上流圧と下流圧との差圧の目標値である目標差圧を記憶する、請求項１記載の吸気制御装置。
【請求項３】
前記吸気脈動サージ領域は、前記特性線図上において、前記コンプレッサの単体でのサージ限界を表す第１サージラインと前記スロットルバルブの開度が全開開度の場合における前記コンプレッサの実機上のサージ限界を表す第２サージラインとの間の領域である、請求項１又は２記載の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の吸気制御装置として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の技術では、コンプレッサの前後圧力比に基づいて当該圧力比におけるコンプレッサのサージラインでのサージ質量流量を計算すると共に、コンプレッサの空気流量がサージ質量流量より低い場合にサージが発生する可能性が高いと判断し、コンプレッサの翼を開くことによりコンプレッサの前後圧力比を低下させてサージを回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５１０８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、サージが発生することを検知すると、コンプレッサの前後圧力比を低下させてサージの発生を回避している。しかしながら、サージの発生を回避するためにコンプレッサの前後圧力比を低下させると、エンジンの吸入空気の減少を招くため、エンジンの出力性能を十分に発揮できないおそれがある。
【０００５】
また、ターボチャージャのコンプレッサを吸入空気が流れる吸気通路に搭載したエンジンにおいては、コンプレッサ単体で空気（例えば定常流）を流す場合にはサージが発生しないコンプレッサの作動条件であっても、エンジンの吸気脈動の影響によって瞬時的にサージが発生することがあるとの新たな課題を見出した。
【０００６】
本発明は、コンプレッサの前後圧力比を低下させることなく、エンジンの吸気脈動の影響によるサージの発生を抑制可能な吸気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】
本発明の一態様に係る吸気制御装置は、吸入空気が流れる吸気通路と、吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、吸気通路におけるコンプレッサの下流側に設けられたスロットルバルブと、を備えるエンジンの吸気制御装置であって、エンジンの負荷を検出する負荷検出部と、エンジンの回転数を検出する回転数検出部と、エンジンの吸気圧を検出する吸気圧検出部と、負荷及び回転数に基づいて、吸気圧の目標値である目標吸気圧を設定する目標吸気圧設定部と、コンプレッサの特性を表す特性線図上において予め設定された吸気脈動サージ領域内でコンプレッサが作動する負荷及び回転数において、スロットルバルブの開度が全開開度よりも制限されるように予め設定された開度制限パラメータを記憶する記憶部と、目標吸気圧と開度制限パラメータとに基づいて、スロットルバルブの開度を開度制限パラメータに従って制限するようにスロットルバルブを制御すると共に、吸気圧が目標吸気圧となるようにターボチャージャを制御する吸気制御部と、を備える。
【０００８】
このような吸気制御装置においては、コンプレッサの特性を表す特性線図上において予め設定された吸気脈動サージ領域内でコンプレッサが作動している場合、吸気制御部によって、予め設定された開度制限パラメータに従ってスロットルバルブの開度が制限されるようにスロットルバルブが制御される。これにより、スロットルバルブの開度が全開開度よりも制限されるため、エンジンの吸気脈動がスロットルバルブの下流側からスロットルバルブの上流側に伝搬することが抑制される。したがって、上記吸気制御装置によれば、例えばスロットルバルブの開度が全開開度である場合にスロットルバルブの下流側から上流側への吸気脈動の伝搬の影響によってサージが発生してしまうコンプレッサの作動条件であっても、コンプレッサの前後圧力比を低下させることなく、エンジンの吸気脈動の影響によるサージの発生を抑制することができる。
【０００９】
吸気制御装置では、記憶部は、開度制限パラメータとして、スロットルバルブの下流圧が上流圧よりも低くなるように設定されたスロットルバルブの上流圧と下流圧との差圧の目標値である目標差圧を記憶してもよい。この場合、スロットルバルブの上流圧と下流圧との差圧が目標差圧となるようにスロットルバルブの開度を制限した状態で、スロットルバルブの上流圧が目標吸気圧よりも当該目標差圧だけ高い圧力となるようにターボチャージャを制御することで、エンジンの吸気脈動の影響によるサージの発生を抑制するようにスロットルバルブ及びターボチャージャを制御することができる。
【００１０】
上記作用効果を奏する構成として、具体的には、吸気脈動サージ領域は、特性線図上において、コンプレッサの単体でのサージ限界を表す第１サージラインとスロットルバルブの開度が全開開度の場合におけるコンプレッサの実機上のサージ限界を表す第２サージラインとの間の領域であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンプレッサの前後圧力比を低下させることなく、エンジンの吸気脈動の影響によるサージの発生の抑制を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の吸気制御装置を備えたエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】コンプレッサの特性線図と第１及び第２サージラインを示す図である。
【図３】スロットルの開度に対するスロットル上流側の吸気量振幅を示す図である。
【図４】スロットルバルブの開度制限パラメータの設定例を示す図である。
【図５】ＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】スロットルバルブの開度制限パラメータの他の設定例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
［エンジンシステムの構成］
図１は、実施形態の吸気制御装置を備えたエンジンシステムの概略構成図である。図１に示されるように、一実施形態に係る吸気制御装置１０は、例えば車両Ｔに搭載されたディーゼルエンジン（エンジン）１に適用される。車両Ｔは、特に限定されないが、例えばトラックである。ディーゼルエンジン１は、４気筒直列型ディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジン１は、４つのシリンダ２を有するエンジン本体３を備えている。
【００１５】
ディーゼルエンジン１は、各シリンダ２の燃焼室４に燃料を噴射する４つのインジェクタ（不図示）と、各インジェクタと接続され、高圧燃料を貯留すると共に各インジェクタに高圧燃料を供給するコモンレール（不図示）とを備えている。
【００１６】
ディーゼルエンジン１は、エンジン本体３にインテークマニホールド１２を介して接続され、燃焼室４に空気を吸入するための吸気通路１３と、エンジン本体３にエキゾーストマニホールド１４を介して接続され、燃焼室４で発生した排気ガスを排出するための排気通路１５とを備えている。
【００１７】
吸気通路１３には、上流側から下流側に向けてエアクリーナ１６、ターボ過給機（ターボチャージャ）１７のコンプレッサ１８、インタークーラ１９及びスロットルバルブ１１が配設されている。吸気通路１３は、スロットルバルブ１１とインテークマニホールド１２とを接続する吸気管１３ａ、インタークーラ１９とスロットルバルブ１１とを接続する吸気管１３ｂ、コンプレッサ１８とインタークーラ１９とを接続する吸気管１３ｃ、及びエアクリーナ１６とコンプレッサ１８とを接続する吸気管１３ｄを有している。
【００１８】
スロットルバルブ１１は、インテークマニホールド１２の吸入空気の圧力（ブースト圧）を調整する電子制御バタフライバルブである。スロットルバルブ１１では、全開開度においてバタフライバルブの弁体が吸気通路１３の軸方向に略平行となり、流路断面積が最大となる。スロットルバルブ１１の動作は、後述のＥＣＵ［Electronic  Control  Unit］４０によって制御される。
【００１９】
スロットルバルブ１１は、吸気通路１３におけるコンプレッサ１８の下流側に設けられている。スロットルバルブ１１は、コンプレッサ１８とインテークマニホールド１２との間に設けられている。コンプレッサ１８とインテークマニホールド１２とを結ぶ吸気通路１３には、ディーゼルエンジン１の吸気脈動を伝達し得る吸気管であってスロットルバルブ１１を迂回するものは設けられていない。ディーゼルエンジン１の吸気脈動とは、ディーゼルエンジン１で空気を吸い込み始めたときに発生する負圧波と、当該負圧波がインテークマニホールド１２等で反転することで生じた正圧の波とが、インテークマニホールド１２を介して吸気通路１３まで伝搬する圧力変動（脈動）である。以下の説明では、ディーゼルエンジン１の吸気脈動を単に「吸気脈動」とも称する。なお、コンプレッサ１８とインテークマニホールド１２とを結ぶ吸気通路１３には、例えばリサーキュレーションバルブを含む配管（不図示）など、吸気脈動を伝達しないようなものであれば、スロットルバルブ１１を迂回するように設けられていてもよい。
【００２０】
排気通路１５には、上流側から下流側に向けてターボ過給機１７のタービン２１及び触媒付きＤＰＦ２２が配設されている。ここでのタービン２１は、複数のベーンを駆動することで開度を変更可能な可変ノズルを有している。タービン２１の可変ノズルの動作は、後述のＥＣＵ４０によって制御される。
【００２１】
また、ディーゼルエンジン１は、燃焼室４で発生した排気ガスの一部をＥＧＲ（排気再循環）ガスとして燃焼室４に還流させるＥＧＲユニット２３を備えている。ＥＧＲユニット２３は、吸気通路１３とエキゾーストマニホールド１４とを接続するように設けられたＥＧＲ通路２４と、このＥＧＲ通路２４に配設され、エキゾーストマニホールド１４から吸気通路１３へのＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ２５と、ＥＧＲ通路２４におけるＥＧＲバルブ２５よりも上流側に配設され、ＥＧＲ通路２４を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２６と、このＥＧＲクーラ２６をバイパスするようにＥＧＲ通路２４に接続されたバイパス通路２７と、ＥＧＲ通路２４におけるバイパス通路２７との接続部に配設され、ＥＧＲガスの流路をＥＧＲクーラ２６及びバイパス通路２７の何れかに切り替える切替弁２８と、を有している。
【００２２】
［吸気制御装置の構成］
吸気制御装置１０は、ディーゼルエンジン１の吸気脈動の影響によるサージの発生を抑制するようにスロットルバルブ１１を制御すると共に、ディーゼルエンジン１の吸気圧がディーゼルエンジン１の負荷に応じた目標吸気圧となるように前記ターボチャージャを制御することにより、ディーゼルエンジン１の吸気の制御を行う装置である。以下の説明では、ディーゼルエンジン１の吸気脈動の影響によるサージを単に「吸気脈動の影響によるサージ」とも称する。
【００２３】
吸気制御装置１０は、アクセル開度センサ（負荷検出部）３１と、エンジン回転数センサ（回転数検出部）３２と、ブースト圧センサ（吸気圧検出部）３３と、スロットル上流圧センサ３４と、ＥＣＵ４０と、を備えている。ＥＣＵ４０には、スロットルバルブ１１、タービン２１、アクセル開度センサ３１、エンジン回転数センサ３２、ブースト圧センサ３３、及びスロットル上流圧センサ３４が接続されている。
【００２４】
アクセル開度センサ３１は、例えば車両Ｔの運転席の足下において、運転者が右足で操作できるような位置に配置されたアクセルペダルに併設されている。アクセル開度センサ３１は、例えば運転者が車両Ｔを運転している場合のディーゼルエンジン１の負荷としてアクセルペダルのアクセル開度を検出する。アクセル開度センサ３１は、検出したアクセル開度の検出信号をＥＣＵ４０に送信する。
【００２５】
エンジン回転数センサ３２は、例えばディーゼルエンジン１のクランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検出する検出器である。エンジン回転数センサ３２は、検出したエンジン回転数の検出信号をＥＣＵ４０に送信する。
【００２６】
ブースト圧センサ３３は、インテークマニホールド１２の吸入空気の圧力をディーゼルエンジン１の吸気圧として検出する検出器である。ブースト圧センサ３３は、検出した吸気圧の検出信号をＥＣＵ４０に送信する。
【００２７】
スロットル上流圧センサ３４は、吸気管１３ｂを流れる吸入空気の圧力をスロットルバルブ１１の上流圧（スロットル上流圧）として検出する検出器である。スロットル上流圧センサ３４は、検出したスロットル上流圧の検出信号をＥＣＵ４０に送信する。
【００２８】
ここでのブースト圧センサ３３は、インテークマニホールド１２の吸入空気の圧力を一定のフィルタリングを介して検出し、吸気脈動に伴う瞬時的な圧力変化を平準化した圧力を検出する。つまり、ディーゼルエンジン１の吸気圧とスロットルバルブ１１の下流圧（スロットルバルブ下流圧）とは略等しい。また、ここでのスロットル上流圧センサ３４は、吸気管１３ｂの吸入空気の圧力を一定のフィルタリングを介して検出し、吸気脈動に伴う瞬時的な圧力変化を平準化した圧力を検出する。
【００２９】
ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ［Central  Processing  Unit］、ＲＯＭ［Read  Only  Memory］、ＲＡＭ［Random  Access  Memory］、ＣＡＮ［Controller  Area  Network］通信回路等を有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ４０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ４０は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。
【００３０】
ＥＣＵ４０は、機能的構成として、燃料噴射量設定部４１と、目標吸気圧設定部４２と、記憶部４３と、吸気制御部４４と、を有している。
【００３１】
燃料噴射量設定部４１は、ディーゼルエンジン１の負荷に応じて、ディーゼルエンジン１の燃料噴射量を設定する。燃料噴射量は、各インジェクタが各シリンダ２の燃焼室４に燃料を噴射する量である。燃料噴射量設定部４１は、例えば、アクセル開度センサ３１で検出されたアクセル開度とエンジン回転数センサ３２で検出されたエンジン回転数とに基づいて、アクセル開度及びエンジン回転数を軸とする予め記憶されたマップを用いて燃料噴射量を設定する。
【００３２】
目標吸気圧設定部４２は、ディーゼルエンジン１の負荷に応じて、ディーゼルエンジン１の目標吸気圧を設定する。目標吸気圧は、ディーゼルエンジン１の吸気圧の目標値であって、スロットルバルブ１１及びターボ過給機１７を制御するために設定される吸気圧である。目標吸気圧設定部４２は、エンジン回転数センサ３２で検出されたエンジン回転数と燃料噴射量設定部４１で設定された燃料噴射量とに基づいて、例えばエンジン回転数及び燃料噴射量を軸とする予め記憶されたマップを用いて目標吸気圧を設定する。
【００３３】
記憶部４３は、上述の燃料噴射量のマップ及び目標吸気圧のマップを記憶する。また、記憶部４３は、スロットルバルブ１１の基本開度を記憶する。
【００３４】
スロットルバルブ１１の基本開度は、例えばエンジン回転数及び燃料噴射量を軸とする予め記憶されたマップにより設定されている。スロットルバルブ１１の基本開度は、一例として、ディーゼルエンジン１のアイドリング中、又は、低負荷領域などＥＧＲユニット２３によりＥＧＲを還流させる場合には、全開開度よりも小さい（閉じ側の）開度に設定される。スロットルバルブ１１の基本開度は、高負荷領域等、その他の場合、全開開度に設定される。
【００３５】
吸気制御部４４は、例えば、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて、スロットルバルブ１１の基本開度を読み出し、スロットルバルブ１１の開度が基本開度となるようにスロットルバルブを制御する。吸気制御部４４は、目標吸気圧に基づいて、吸気圧が目標吸気圧となるようにターボ過給機１７を制御する。吸気制御部４４は、例えば、吸気圧が目標吸気圧に収束するように、タービン２１の可変ノズルを制御する。
【００３６】
また、詳しくは後述するように、記憶部４３は、スロットルバルブ１１の開度制限パラメータを記憶する。吸気制御部４４は、開度制限パラメータに基づいて、開度制限パラメータに従って、スロットルバルブ１１の開度を基本開度から制限するようにスロットルバルブ１１を制御する。
【００３７】
［吸気制御装置によるサージの抑制］
次に、開度制限パラメータを用いたスロットルバルブ１１の開度の制限により、吸気脈動の影響によるサージの発生が抑制されるメカニズムについて説明する。
【００３８】
図２は、コンプレッサ１８の特性線図と第１及び第２サージラインを示す図である。図２には、コンプレッサ流量を横軸とし、コンプレッサ前後圧力比を縦軸とするコンプレッサの特性線図が示されている。以下の説明では、あるコンプレッサ１８の作動条件において、当該作動条件に対応するコンプレッサ１８の前後圧力比及びコンプレッサ流量で定まる特性線図上の点を、便宜上、「コンプレッサ１８の作動点」と称する。
【００３９】
まず、本実施形態では、図２の特性線図上でのコンプレッサ１８の作動点の位置は、ディーゼルエンジン１の負荷（アクセル開度）及びエンジン回転数に応じた位置となる。具体的には、ディーゼルエンジン１では、燃料噴射量設定部４１により、アクセル開度センサ３１で検出されたアクセル開度とエンジン回転数センサ３２で検出されたエンジン回転数とに基づいて、燃料噴射量が設定され、当該エンジン回転数と当該燃料噴射量とに基づいて、目標吸気圧が設定される。そして、ディーゼルエンジン１では、吸気制御部４４により、吸気圧が目標吸気圧となるようにターボ過給機１７が制御される。このように、アクセル開度及びエンジン回転数に応じた燃料噴射量及び目標吸気圧を介してターボ過給機１７が制御されるため、コンプレッサ１８の作動条件（つまりコンプレッサ１８の作動点）は、アクセル開度及びエンジン回転数に応じたものとなる。
【００４０】
図２には、コンプレッサ１８の単体でのサージ限界を表す第１サージラインＳＬ１と、スロットルバルブ１１の開度が全開開度の場合におけるコンプレッサ１８の実機上のサージ限界を表す第２サージラインＳＬ２と、が示されている。
【００４１】
コンプレッサ１８の単体でのサージ限界とは、コンプレッサ１８の机上（例えば設計値に基づくシミュレーション上）でのサージ限界ではなく、コンプレッサ１８を例えばディーゼルエンジン１に実装せずにコンプレッサ１８の単体に空気（例えば定常流）を流す計測によって、予め計測されたコンプレッサ１８の単体としてのサージ限界である。このような計測条件においては、図２の特性線図上でコンプレッサ１８の作動点が第１サージラインＳＬ１よりも上方（高圧力比側）の領域ＳＡ１に位置しているとサージが発生し（例えば作動点ＰＳＡ１）、コンプレッサ１８の作動点が第１サージラインＳＬ１よりも下方（低圧力比側）に位置しているとサージが発生しないことを意味する（例えば作動点Ｐ）。
【００４２】
コンプレッサ１８の実機上のサージ限界とは、上記コンプレッサ１８の単体でのサージ限界ではなく、コンプレッサ１８をディーゼルエンジン１に実装した場合（実機上）のサージ限界であって、特にスロットルバルブ１１の開度を全開開度としてディーゼルエンジン１を運転したときにコンプレッサ１８に吸入空気が流れている状態での計測によって、予め計測されたサージ限界である。このような計測条件においては、図２の特性線図上でコンプレッサ１８の作動点が第２サージラインＳＬ２よりも下方（低圧力比側）に位置しているとサージが発生しない（例えば作動点ＰＳＡ２）。しかしながら、コンプレッサ１８をディーゼルエンジン１に実装した場合（実機上）において、特にスロットルバルブ１１の開度が全開開度である場合、コンプレッサ１８の作動点が第１サージラインＳＬ１よりも下方に位置している場合であってもコンプレッサ１８の作動点が第２サージラインＳＬ２よりも上方（高圧力比側）に位置していると（例えば作動点Ｐ）、瞬時的に発生する吸気脈動の影響によるサージが助長されることがある。以下、図２の特性線図上で第１サージラインＳＬ１と第２サージラインＳＬ２との間の領域を、「吸気脈動サージ領域ＳＡ２」と称する。
【００４３】
吸気脈動の影響について説明する。スロットルバルブ１１の開度が全開開度である場合、ディーゼルエンジン１の吸気脈動がスロットルバルブ１１の下流側から上流側に伝搬してコンプレッサ１８に到達する。そのため、コンプレッサ１８の下流圧の変動及びコンプレッサ１８の流量の変動が生じ易い。例えば、吸気量が吸気脈動に応じて減少したときには、コンプレッサ流量も減少する。したがって、コンプレッサ１８の作動点が吸気脈動サージ領域ＳＡ２に位置している場合、第１サージラインＳＬ１よりも下方に位置しているにも関わらず、コンプレッサ１８の作動点が第１サージラインＳＬ１よりも上方に瞬時的に位置してしまうことがある。一例として、図２においてコンプレッサ１８の作動点が吸気脈動サージ領域ＳＡ２に位置している場合において（例えば作動点Ｐ）、コンプレッサ前後圧力比が一定の状態で、吸気量が吸気脈動に応じて減少してコンプレッサ流量も減少したとき、コンプレッサ１８の作動点が図２の二点鎖線矢印のように低空気量側に移動する（例えば作動点ＰＳＡ３）。その結果、第１サージラインＳＬ１よりも上方に瞬時的に位置してしまい、瞬時的に吸気脈動の影響によるサージが発生してしまう。
【００４４】
このような瞬時的な吸気脈動の影響によるサージの発生を回避するため、一般的には、コンプレッサの作動点が吸気脈動サージ領域ＳＡ２に位置しないように、例えば目標吸気圧を下げる（つまりコンプレッサの前後圧力比を低下させる）という対処が考えられる。しかしながら、目標吸気圧の低下はディーゼルエンジンの吸入空気の減少を招くため、ディーゼルエンジンの出力性能を十分に発揮できないおそれがある。
【００４５】
そこで、本実施形態では、スロットルバルブ１１を用いて、吸気脈動がスロットルバルブ１１の上流側のコンプレッサ１８に伝搬することを抑制する。
【００４６】
図３は、スロットルの開度に対するスロットル上流側の吸気量振幅（吸気脈動による吸気量の変動の振幅）を示す図である。図３に示されるように、スロットルバルブ１１の開度が全開開度の場合（図中右端）、スロットルバルブ１１の下流側から上流側へ吸気脈動がほとんど減衰されずに伝搬されるため、スロットルバルブ１１の上流側の吸気量振幅が最大となる。これに対し、スロットルバルブ１１の開度を全開開度よりも制限すると、スロットルバルブ１１の下流側から上流側へ吸気脈動が減衰されて伝搬されるため、スロットルバルブ１１の上流側の吸気量振幅が小さくなる。その結果、例えば、コンプレッサ１８の作動点が図２の二点鎖線矢印のように低空気量側に移動する移動幅が小さくなる。
【００４７】
したがって、コンプレッサ１８の作動点が吸気脈動サージ領域ＳＡ２位置している場合であっても、スロットルバルブ１１の開度を全開開度よりも制限することで、コンプレッサ１８の作動点が低空気量側に移動して第１サージラインＳＬ１よりも上方に瞬時的に位置してしまうことが抑制される。その結果、コンプレッサ１８の前後圧力比を低下させることなく、吸気脈動の影響によるサージの発生を抑制することが可能となる。
【００４８】
上述のようなスロットルバルブ１１の開度の制限を実施するために、吸気制御部４４は、記憶部４３に記憶されたスロットルバルブ１１の開度制限パラメータを用いて、開度制限パラメータに従ってスロットルバルブ１１の開度を制限するようにスロットルバルブ１１を制御する。
【００４９】
記憶部４３は、例えば、エンジン回転数及び燃料噴射量を軸とする予め設定されたマップとして、開度制限パラメータを記憶する。記憶部４３は、開度制限パラメータの一例として、スロットルバルブ１１の下流圧が上流圧よりも低くなるように設定されたスロットルバルブ１１の上流圧と下流圧との差圧の目標値である目標差圧を記憶する。
【００５０】
図４は、スロットルバルブの開度制限パラメータの設定例を示す図である。図４において、エンジン回転数の軸は、例えばエンジン回転数が小さい方から順にＮ１，Ｎ２，Ｎ３，・・・，Ｎ８，Ｎ９の各点を格子点として区切られている。燃料噴射量の軸は、例えば燃料噴射量が小さい方から順にＱ１，Ｑ２，・・・，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９の各点を格子点として区切られている。
【００５１】
図４において、例えばエンジン回転数がＮ１〜Ｎ３且つ燃料噴射量がＱ１〜Ｑ２の領域は、いわゆる低回転低負荷領域であり、開度制限パラメータは「０」とされる。低回転低負荷領域では、図２の特性線図上でコンプレッサ１８の作動点が第２サージラインＳＬ２よりも下方に位置しているため、吸気制御部４４は、更なるスロットルバルブ１１の開度制限を行わない。
【００５２】
一方、例えばエンジン回転数がＮ１〜Ｎ３且つ燃料噴射量がＱ７〜Ｑ９の領域は、いわゆる低回転高負荷領域である。低回転高負荷領域では、開度制限パラメータは、コンプレッサ１８の作動点が吸気脈動サージ領域ＳＡ２内となるマップ点（図４の太字で囲まれた領域Ａ）において目標差圧「ΔＰｉｊ」とされる。ただし、「ｉ」は「エンジン回転数Ｎｉ」の「ｉ」に対応する整数であり、「ｊ」は「燃料噴射量Ｑｊ」の「ｊ」に対応する整数である。なお、コンプレッサ１８の作動点が第２サージラインＳＬ２よりも下方となるマップ点（図４の領域Ａの上方）では、開度制限パラメータは「０」とされる。
【００５３】
開度制限パラメータが「ΔＰｉｊ」とされるマップ点の領域は、例えば図４の領域Ａに示されるように、マップにおいて階段状の領域であってもよい。具体的には、エンジン回転数が低いほど燃料噴射量が小さいマップ点まで「ΔＰｉｊ」が設定されていてもよい。なお、開度制限パラメータが「ΔＰｉｊ」とされるマップ点の領域は、必ずしもマップにおいて階段状の領域でなくてもよく、図４の所定の燃料噴射量以上のマップ点を含む領域（マップにおいて矩形状の領域）であってもよい。
【００５４】
また、開度制限パラメータが「ΔＰｉｊ」とされるマップ点の領域は、エンジン回転数Ｎ４未満のマップ点で設定されていてもよい。エンジン回転数Ｎ４は、例えばディーゼルエンジン１の全開性能曲線において出力トルクが最大となるエンジン回転数であってもよい。エンジン回転数Ｎ４は、例えばディーゼルエンジン１の全開性能曲線においてトルク線の頂部の形状が台状である場合には、出力トルクが最大となるエンジン回転数のうち最小のエンジン回転数であってもよい。
【００５５】
各ΔＰｉｊは、一定の値であってもよく、各ΔＰｉｊは、互いに異なる値であってもよい。各ΔＰｉｊは、コンプレッサ１８に伝播する吸気脈動の幅が小さくなるような差圧に設定される。各ΔＰｉｊは、例えばエンジン回転数がＮ１，Ｎ２，Ｎ３と大きくなるのに従って小さくなったり、燃料噴射量がＱ７，Ｑ８，Ｑ９と大きくなるのに従って大きくなったりする。
【００５６】
吸気制御部４４は、低回転高負荷領域で開度制限パラメータが「ΔＰｉｊ」とされている場合には、スロットルバルブ１１の基本開度が全開開度に設定されていることから、スロットルバルブ１１の開度が基本開度（全開開度）よりも小さい開度となるようにスロットルバルブ１１を制御する。より詳しくは、吸気制御部４４は、例えば、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて、記憶部４３から開度制限パラメータを読み出し、開度制限パラメータに従ってスロットルバルブ１１の開度を制限するようにスロットルバルブを制御する。吸気制御部４４は、例えば、スロットル上流圧センサ３４で検出されたスロットルバルブ１１の上流圧とブースト圧センサ３３で検出されたスロットルバルブ１１の下流圧（つまり吸気圧）とに基づいて、上流圧と下流圧が目標差圧となるようにスロットルバルブ１１を制御する。吸気制御部４４によるスロットルバルブ１１の制御としては、例えば差圧のフィードバック制御、又は、差圧を入力とするマップを用いる等、周知の手法を用いることができる。
【００５７】
吸気制御部４４は、開度制限パラメータに従ってスロットルバルブ１１の開度を制限した状態で、スロットルバルブ１１の上流圧がインテークマニホールド１２の目標吸気圧よりも当該目標差圧だけ高い圧力となるように（吸気圧が目標吸気圧に収束するように）、例えばタービン２１の可変ノズルを制御する。
【００５８】
［ＥＣＵによる処理］
次に、ＥＣＵ４０による処理の一例について、図５を参照して説明する。図５は、ＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。吸気制御装置１０は、例えば車両Ｔの走行中に、図５に示される処理を実行する。
【００５９】
図５に示されるように、ＥＣＵ４０は、Ｓ１において、アクセル開度センサ３１により、エンジンの負荷の検出を行う。ＥＣＵ４０は、Ｓ２において、エンジン回転数センサ３２により、エンジンの回転数の検出を行う。
【００６０】
ＥＣＵ４０は、Ｓ３において、燃料噴射量設定部４１により、燃料噴射量の設定を行う。燃料噴射量設定部４１は、アクセル開度センサ３１で検出されたアクセル開度とエンジン回転数センサ３２で検出されたエンジン回転数とに基づいて、アクセル開度及びエンジン回転数を軸とする予め記憶されたマップを用いて燃料噴射量を設定する。
【００６１】
ＥＣＵ４０は、Ｓ４において、目標吸気圧設定部４２により、目標吸気圧の設定を行う。目標吸気圧設定部４２は、エンジン回転数センサ３２で検出されたエンジン回転数と燃料噴射量設定部４１で設定された燃料噴射量とに基づいて、例えばエンジン回転数及び燃料噴射量を軸とする予め記憶されたマップを用いて目標吸気圧を設定する。
【００６２】
ＥＣＵ４０は、Ｓ５において、吸気制御部４４により、開度制限パラメータの読み出しを行う。吸気制御部４４は、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて、記憶部４３から開度制限パラメータを読み出す。
【００６３】
ＥＣＵ４０は、Ｓ６において、吸気制御部４４により、スロットルバルブ１１の開度が全開開度よりも制限されるようにスロットルバルブ１１の制御を行う。吸気制御部４４は、開度制限パラメータに従ってスロットルバルブ１１の開度を制限するようにスロットルバルブを制御する。
【００６４】
ＥＣＵ４０は、Ｓ７において、吸気制御部４４により、スロットルバルブ１１の下流の吸気圧が目標空気圧となるようにターボ過給機１７の制御を行う。吸気制御部４４は、開度制限パラメータに従ってスロットルバルブ１１の開度を制限した状態で、スロットルバルブ１１の上流圧がインテークマニホールド１２の目標吸気圧よりも当該目標差圧だけ高い圧力となるように、タービン２１の可変ノズルを制御する。
【００６５】
［作用及び効果］
以上説明したように、吸気制御装置１０では、コンプレッサ１８の特性を表す特性線図上において、予め設定された吸気脈動サージ領域ＳＡ２内でコンプレッサ１８が作動している場合、吸気制御部４４によって、予め設定された開度制限パラメータに従ってスロットルバルブ１１の開度が制限されるようにスロットルバルブ１１が制御される。これにより、スロットルバルブ１１の開度が全開開度よりも制限されるため、ディーゼルエンジン１の吸気脈動がスロットルバルブ１１の下流側からスロットルバルブ１１の上流側に伝搬することが抑制される。したがって、上記吸気制御装置１０によれば、例えばスロットルバルブ１１の開度が全開開度である場合にスロットルバルブ１１の下流側から上流側への吸気脈動の伝搬の影響によってサージが発生してしまうコンプレッサ１８の作動条件であっても、コンプレッサ１８の前後圧力比を低下させることなく、ディーゼルエンジン１の吸気脈動の影響によるサージの発生を抑制することができる。なお、スロットルバルブ１１の開度を制限する開度制限パラメータが予め設定されて記憶部４３に記憶されているため、例えば追加のセンサを用いてコンプレッサ１８の上流圧及び下流圧とコンプレッサ１８の流量とを検出することなく、吸気脈動の影響によるサージの発生を抑制することができる。
【００６６】
吸気制御装置１０では、記憶部４３は、開度制限パラメータとして、スロットルバルブ１１の下流圧が上流圧よりも低くなるように設定されたスロットルバルブ１１の上流圧と下流圧との差圧の目標値である目標差圧を記憶している。これにより、スロットルバルブ１１の上流圧と下流圧との差圧が目標差圧となるようにスロットルバルブ１１の開度を制限した状態で、スロットルバルブ１１の上流圧が目標吸気圧よりも当該目標差圧だけ高い圧力となるようにターボ過給機１７を制御することで、吸気脈動の影響によるサージの発生を抑制するようにスロットルバルブ１１及びターボ過給機１７を制御することができる。
【００６７】
なお、吸気制御装置１０では、目標吸気圧設定部４２は、エンジン回転数及び燃料噴射量（エンジンの負荷）を軸とする予め記憶されたマップを用いて目標吸気圧を設定する。記憶部４３は、エンジン回転数及び燃料噴射量（エンジンの負荷）を軸とする予め記憶されたマップを用いて開度制限パラメータを記憶する。これにより、目標吸気圧と開度制限パラメータとが、それぞれ同じ軸を有するマップとして記憶されるため、コンプレッサ１８の特性線図上での同一のコンプレッサ１８の作動点に対応する目標吸気圧と開度制限パラメータとを、互いに対応するマップ点のマップ値として設定することができる。
【００６８】
［変形例］
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限られるものではない。
【００６９】
上記実施形態では、記憶部４３は、開度制限パラメータの一例として、スロットルバルブ１１の上流圧と下流圧との差圧の目標値である目標差圧を記憶していたが、スロットルバルブ１１の下流圧が上流圧よりも低くなるように設定されたスロットルバルブ１１の制限開度を記憶していてもよい。制限開度は、スロットルバルブ１１の開度を全開開度からどれだけ閉じるかを表した開度の大きさである。
【００７０】
図６は、スロットルバルブの開度制限パラメータの他の設定例を示す図である。図６に示されるように、例えば、エンジン回転数がＮ１〜Ｎ３且つ燃料噴射量がＱ７〜Ｑ９の低回転高負荷領域での開度制限パラメータは、コンプレッサ１８の作動点が第２サージラインＳＬ２よりも下方となるマップ点では制限開度「０」とされ、コンプレッサ１８の作動点が吸気脈動サージ領域ＳＡ２内となるマップ点では制限開度「ΔＲｉｊ」とされる。
【００７１】
各ΔＲｉｊは、一定の値であってもよい。各ΔＲｉｊは、互いに異なる値であってもよい。各ΔＲｉｊは、コンプレッサ１８に伝播する吸気脈動の幅が小さくなるような開度に設定される。各ΔＲｉｊは、例えばエンジン回転数がＮ１，Ｎ２，Ｎ３と大きくなるのに従って小さくなってもよく、燃料噴射量がＱ７，Ｑ８，Ｑ９と大きくなるのに従って大きくなってもよい。
【００７２】
なお、開度制限パラメータは、上述の「目標差圧」及び「制限開度」に限定されず、例えば、スロットルバルブ１１の上流圧及び下流圧の圧力比の目標値であってもよい。また、「制限開度」としては、スロットルバルブ１１の開度を全開開度からどれだけ閉じるかを表した開度の大きさであったが、その他、スロットルバルブ１１の開度の上限値としてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、４気筒直列型エンジンのディーゼルエンジン１を例示したが、エンジンは、これに限定されない。例えば、ディーゼルエンジン１と同様にスロットルバルブ及びターボ過給機を備えて燃料噴射量及び目標吸気圧に基づく制御をするものであれば、ガソリンエンジンにも適用可能である。
【００７４】
上記実施形態では、スロットルバルブ１１は、電子制御バタフライバルブであったが、例えば、索式バタフライバルブに対して追加のアクチュエータを用いることでスロットルバルブ１１の開度が全開開度よりも制限されるように構成してもよい。また、スロットルバルブ１１は、バタフライバルブに限定されず、要は、スロットルバルブ１１の開度が全開開度よりも制限されることで、スロットルバルブ１１の下流側から上流側への吸気脈動の伝搬が低減される構成のバルブであればよい。
【００７５】
上記実施形態では、ブースト圧センサ３３でインテークマニホールド１２の吸気圧を検出したが、吸気管１３ａの吸気圧を検出してもよい。
【００７６】
上記実施形態では、スロットル上流圧センサ３４でスロットルバルブ１１の上流圧を検出したが、例えばコンプレッサ１８、インタークーラ１９及びスロットルバルブ１１を含む物理モデルを用いてスロットルバルブ１１の上流圧を推定してもよい。この場合、スロットル上流圧センサ３４は省略されてもよい。
【００７７】
上記実施形態では、アクセル開度センサ３１でエンジンの負荷を検出したが、その他の車載センサを用いてエンジンの負荷を検出してもよいし、車両Ｔの車両制御（例えばクルーズコントロール等）からの要求トルクとしてエンジンの負荷を検出してもよい。
【００７８】
上記実施形態では、吸気制御部４４でタービン２１の可変ノズルを制御したが、タービン２１のウエストゲートを制御してもよい。
【００７９】
上記実施形態では、エンジンの負荷及びエンジンの回転数に基づいて、図２の特性線図上のコンプレッサ１８の作動点の位置を間接的に特定したが、例えばコンプレッサ１８の上流圧及び下流圧とコンプレッサ１８の流量とから、直接的にコンプレッサ１８の作動点の位置を特定してもよい。この場合、コンプレッサ１８の上流圧の検出は、例えば吸気管１３ｄに設けられた圧力センサ（不図示）を用いてもよいし、大気圧センサ（不図示）で検出した大気圧をエアクリーナ１６の圧損を考慮して推定してもよい。コンプレッサ１８下流圧は、例えば吸気管１３ｃに設けられた圧力センサ（不図示）を用いてもよいし、スロットル上流圧センサ３４で検出したスロットルバルブ１１の上流圧をインタークーラ１９の圧損を考慮して推定してもよい。コンプレッサ１８の流量の検出は、排気ガス分析計（不図示）で求めた吸入空気量を用いてもよいし、吸気管１３ｄに設けられたエアフローセンサ（不図示）で検出した流量でもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１…ディーゼルエンジン（エンジン）、１０…吸気制御装置、１３…吸気通路、１７…ターボ過給機（ターボチャージャ）、１８…コンプレッサ、１１…スロットルバルブ、３１…アクセル開度センサ（負荷検出部）、３２…エンジン回転数センサ（回転数検出部）、３３…ブースト圧センサ（吸気圧検出部）、３４…スロットル上流圧センサ、４１…燃料噴射量設定部、４２…目標吸気圧設定部、４３…記憶部、４４…吸気制御部、ＳＬ１…第１サージライン、ＳＬ２…第２サージライン、ＳＡ１…領域、ＳＡ２…吸気脈動サージ領域。
【図１】
2020041451.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020041451.tif 000005
【図４】
2020041451.tif 000006
【図５】
2020041451.tif 000007
【図６】
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