(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関に連結される吸気通路と、
前記吸気通路に設けられる過給機と、
前記吸気通路において前記過給機の上流に設けられるスロットルバルブと、
前記吸気通路において前記スロットルバルブの上流の圧力と、前記吸気通路において前記スロットルバルブの上流を流動する空気の温度と、吸入空気量とを検出し、これらの値に基づいて前記吸気通路において前記過給機と前記スロットルバルブとの間の部分に作用する圧力が所定値となる前記スロットルバルブの制限開度を算出する制限開度算出手段と、
前記制限開度算出手段が算出した前記スロットルバルブの制限開度と、前記内燃機関の状態に応じて決定される前記スロットルバルブの最適開度とを比較し、前記最適開度が前記制限開度以上であると、前記スロットルバルブの開度の目標値である目標開度を前記最適開度とし、前記最適開度が前記制限開度未満であると、前記目標開度を前記制限開度とする目標開度算出手段と、
前記目標開度算出手段の検出結果に基づいて前記スロットルバルブを開閉するバルブ駆動手段とを具備し、
前記制限開度算出手段、前記目標開度算出手段及び前記バルブ駆動手段の動作が、前記内燃機関の駆動中は繰り返し実行されることを特徴とする内燃機関装置。
【請求項２】
前記過給機と前記スロットルバルブとの間の部分に作用する圧力の前記所定値は、前記内燃機関の回転数と、該内燃機関の負荷に基づいて求められる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気通路に過給気が設けられる内燃機関装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸気通路において過給機の上流に燃焼室に供給される吸気の量を調整するスロットルバルブが配置され、かつ、スロットルバルブと過給機との間に排気を戻すＥＧＲ装置の通路が連結される内燃機関装置では、過給機の上流の圧力が過度に低下することを防ぐ技術が提案されている。
【０００３】
この技術の一例として、吸入空気量に基づいて、ＥＧＲ装置によって吸気通路に戻される排気の量を調整するＥＧＲバルブやスロットルバルブの最低開度や駆動のディレー時間を設定している（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３３７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される技術は、吸入空気量に基づいてＥＧＲ装置によって吸気通路に戻される排気の量を調整するＥＧＲバルブやスロットルバルブの最低開度や駆動のディレー時間が設定されており、吸気通路において過給機とスロットルバルブとの間の部分に作用する負圧に直接的に基づくものではない。
【０００６】
引用文献１の技術では、吸気通路において過給機の上流に作用する負圧の推定値に直接的に基づかないため、ＥＧＲバルブやスロットルバルブ開度が過大となり、吸気通路へ戻される排気の流量が不足する。この結果、過給機への負担が大きくなる。
【０００７】
本発明は、内燃機関の最適な運転状態を保ちつつ、過給機への負担を小さくすることができる内燃機関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】
【０００８】
請求項１に記載の発明の内燃機関装置は、内燃機関と、前記内燃機関に連結される吸気通路と、前記吸気通路に設けられる過給機と、前記吸気通路において前記過給機の上流に設けられるスロットルバルブと、制限開度算出手段と、目標開度算出手段と、バルブ駆動手段とを備えている。
【０００９】
前記制限開度算出手段は、前記吸気通路において前記スロットルバルブの上流の圧力と、前記吸気通路において前記スロットルバルブの上流を流動する空気の温度と、吸入空気量とを検出し、これらの値に基づいて前記吸気通路において前記過給機と前記スロットルバルブとの間の部分に作用する圧力が所定値となる前記スロットルバルブの制限開度を算出する
【００１０】
前記目標開度算出手段は、前記制限開度算出手段が算出した前記スロットルバルブの制限開度と、前記内燃機関の状態に応じて決定される前記スロットルバルブの最適開度とを比較し、前記最適開度が前記制限開度以上であると、前記スロットルバルブの開度の目標値である目標開度を前記最適開度とし、前記最適開度が前記制限開度未満であると、前記目標開度を前記制限開度とする。前記バルブ駆動手段は、前記目標開度算出手段の検出結果に基づいて前記スロットルバルブを開閉する。
【００１１】
前記制限開度算出手段、前記目標開度算出手段及び前記バルブ駆動手段の動作は、前記内燃機関の駆動中繰り返し実行される。
【００１２】
請求項２に記載の発明の内燃機関装置では、請求項１の記載において、前記過給機と前記スロットルバルブとの間の部分に作用する圧力の前記所定値は、前記内燃機関の回転数と、該内燃機関の負荷に基づいて求められる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内燃機関の最適な運転状態を保ちつつ、過給機への負担を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の本実施形態に係る内燃機関装置を備える自動車を示す概略図。
【図２】図１に示された内燃機関装置において低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置の近傍を示す概略図。
【図３】図１に示されたエンジンＥＣＵの動作を示すフローチャート。
【図４】図１に示されたエンジンＥＣＵの動作を示すフローチャート。
【図５】図２中に示されるＦ５−Ｆ５線に沿って示す吸気通路の断面図。
【図６】図１に示される低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置のスロットルバルブの制限開度に対応する、限界開口面積を示すマップ。
【図７】図１に示す低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置の最適開度を示すグラフ。
【図８】図７に示される最適開度を目標開度とした場合の、吸気通路においてスロットルバルブと第１の部分との間に作用する負圧値を示すグラフ。
【図９】図７に示される自動車の運転状態での制限開度を示すグラフ。
【図１０】図７に示される最適開度と図９に示される制限開度とを比較した結果得られた目標開度を示すグラフ。
【図１１】図１０に示す目標開度になるようにバルブ駆動部を制御したときの、吸気通路においてスロットルバルブと第１の部分の間の部分に作用する負圧値を示すグラフ。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る内燃機関装置の、限界負圧値を示すマップ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の第１の実施形態に係る内燃機関装置を、図１〜１１を用いて説明する。図１は、本実施形態の内燃機関装置１０を備える自動車１を示す概略図である。図１中、内燃機関装置１０は、概略的に示されている。図１に示すように、自動車１は、内燃機関装置１０と、一対の前輪２と、一対の後輪３と、アクセルペダル４と、アクセルセンサ５と、メインＥＣＵ６とを備えている。また、自動車１は、後述される内燃機関装置１０が備えるディーゼルエンジン２０が発生する駆動力を前輪２に伝達する図示しない伝達機構を備えている。自動車１は、ディーゼルエンジン２０が発生する駆動力によって走行可能となる。
【００１６】
アクセルペダル４は、運転者が車を走行する際に踏み込むペダルである。アクセルセンサ５は、アクセルペダル４の踏み込み量を検出する。アクセルセンサ５は、メインＥＣＵ６に連結されている。アクセルセンサ５は、検出結果をメインＥＣＵ６に送信する。
【００１７】
メインＥＣＵ６は、自動車１の様々な制御を行う。メインＥＣＵ６は、アクセルセンサ５の検出結果に基づいて、後述されるエンジンＥＣＵ６０に出力の要求を送信する。
【００１８】
図１に示すように、内燃機関装置１０は、ディーゼルエンジン２０と、吸気系３０と、排気系４０と、ターボチャージャ５０と、エンジンＥＣＵ６０とを備えている。
【００１９】
ディーゼルエンジン２０は、本発明で言う内燃機関の一例である。ディーゼルエンジン２０は、レシプロ式であり、４気筒を備えている。ディーゼルエンジン２０の燃焼室２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの各々には、燃料を噴射するインジェクタ２２ａ，２２ｂ、２２ｃ，２２ｄが設けられている。インジェクタ２２ａ〜２２ｄは、コモンレール２３に接続されている。コモンレール２３は、燃料を昇圧する。
【００２０】
ターボチャージャ５０は、本発明で言う過給機の一例である。ターボチャージャ５０は、後述される吸気通路中に設けられる第１の部分５１と、後述される排気通路中に設けられる第２の部分５５とを備えている。
【００２１】
吸気系３０は、ディーゼルエンジン２０に、空気Ａ、または、空気Ａと排気Ｈとの混合気Ｍとを導く。吸気系３０は、吸気通路３１と、エアクリーナ３２と、エアフローセンサ３３と、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４と、ターボチャージャ５０の第１の部分５１と、インタークーラ３５と、高圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３６と、ブーストセンサ３７とを備えている。
【００２２】
吸気通路３１は、空気Ａ、または、空気Ａと排気Ｈとの混合気Ｍとが流動する。吸気通路３１は、吸気通路本体３１ａと、吸気マニホールド３１ｂとを備える。吸気マニホールド３１ｂは、ディーゼルエンジン２０の各燃焼室２１ａ〜２１ｄに連通している。吸気通路本体３１ａは、吸気マニホールド３１ｂに連結されている。吸気通路本体３１ａは、吸気マニホールド３１ｂに連通している。なお、ここで言う吸気通路本体３１ａとは、吸気通路３１において吸気マニホールド３１ｂ以外の部分を示す。
【００２３】
エアクリーナ３２は、吸気通路３１中に設けられている。エアクリーナ３２は、外部から導かれる空気Ａを濾過する。エアフローセンサ３３は、吸気通路３１においてエアクリーナ３２の下流に設けられている。エアフローセンサ３３は、吸気通路３１を流れる吸入空気量を検出する。また、エアフローセンサ３３は、空気Ａの温度を検出する機能を有している。吸入空気量とは、単位時間当たり、つまり一秒間当たりに流れる空気の質量である。単位は、（ｋｇ／ｓｅｃ）である。
【００２４】
低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４は、吸気通路３１においてエアフローセンサ３３の下流に設けられている。低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４は、吸気通路３１中に配置されるスロットルバルブ３４ａと、スロットルバルブ３４ａを回転することによって吸気通路３１内でのスロットルバルブ３４ａの姿勢を変化するバルブ駆動部３４ｂとを備えている。スロットルバルブ３４ａは、一例として、バタフライバルブである。吸気通路３１内でスロットルバルブ３４ａの姿勢が変化することによって、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４を通過する空気Ａの量が調整される。
【００２５】
ここで、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度について説明する。図２は、内燃機関装置１０において低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の近傍を示している。図２では、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度が最小であるときのスロットルバルブ３４ａを実線で示しており、開度が最大であるときのスロットルバルブ３４ａを２点鎖線で示している。図２に示すように、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度が最小である状態は、吸気通路３１がスロットルバルブ３４ａよって閉塞される状態である。このため、空気Ａは、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４を通過しない。開度が最大である状態は、スロットルバルブ３４ａが流れの抵抗に最もならない姿勢であり、空気Ａが低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４を通過する方向に吸気通路３１が最も開く状態である。
【００２６】
開度は、スロットルバルブ３４ａの回転角度に対応して決定されている。ここで言う回転角度とは、開度が最小である状態を基準としたときの回転角度である。言い換えると、スロットルバルブ３４ａの姿勢である。回転角度が大きくなるにつれて、開度が大きくなる。バルブ駆動部３４ｂは、開度が最小である状態を基準としたスロットルバルブ３４ａの回転角度を検出するセンサを備えている。なお、バルブ駆動部３４ｂとは別に、スロットルバルブ３４ａの姿勢である回転角度を検出する手段が設けられてもよい。
【００２７】
なお、後述されるエンジンＥＣＵ６０は、スロットルバルブ３４ａの回転角度に対応する低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度を示す情報を予め備えている。
【００２８】
ターボチャージャ５０の第１の部分５１は、吸気通路３１において低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の下流に設けられている。第１の部分５１は、コンプレッサホイール５２と、コンプレッサホイール５２を収容するとともに吸気通路３１の一部を形成する第１のハウジング５３とを備えている。コンプレッサホイール５２には、シャフト５４が固定されている。コンプレッサホイール５２は、第１のハウジング５３内にシャフト５４回りに回転可能に支持されている。なお、第１のハウジング５３内には、シャフト５４を支持する、図示しない軸受け構造などが設けられている。
【００２９】
インタークーラ３５は、吸気通路３１において第１の部分５１の下流に設けられている。
【００３０】
高圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３６は、吸気通路３１においてインタークーラ３５の下流であって吸気マニホールド３１ｂよりも上流に設けられている。高圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３６の構造は、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４と同様である。高圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３６は、スロットルバルブ３６ａと、バルブ駆動部３６ｂとを備える。スロットルバルブ３６ａとバルブ駆動部３６ｂとは、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４のスロットルバルブ３４ａとバルブ駆動部３４ｂと同様である。スロットルバルブ３６ａの開度についても、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度と同様である。
【００３１】
ブーストセンサ３７は、吸気マニホールド３１ｂ内の圧力を検出する。
【００３２】
排気系４０は、各燃焼室２１ａ〜２１ｄから排出される排気Ｈを外部へ導く。排気系４０は、排気通路４１と、ターボチャージャ５０の第２の部分５５と、触媒装置４２と、低圧ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置７０と、高圧ＥＧＲ装置８０とを備えている。
【００３３】
排気通路４１は、ディーゼルエンジン２０の各燃焼室２１ａ〜２１ｄから排出される排気Ｈが流動する。排気通路４１は、排気通路本体４１ａと、排気マニホールド４１ｂとを備えている。排気マニホールド４１ｂは、各燃焼室２１ａ〜２１ｄに連通している。排気通路本体４１ａは、排気マニホールド４１ｂに連通している。排気通路本体４１ａは、排気通路４１において排気マニホールド４１ｂ以外の部分を示す。
【００３４】
ターボチャージャ５０の第２の部分５５は、排気通路本体４１ａに設けられている。第２の部分５５は、タービンホイール５６と、タービンホイール５６を収容するとともに排気通路４１の一部を形成する第２のハウジング５７とを備えている。タービンホイール５６は、シャフト５４に固定されており、シャフト５４回りに回転可能である。つまり、タービンホイール５６とコンプレッサホイール５２とは、一体に回転する。排気Ｈが流れることによってタービンホイール５６が回転すると、コンプレッサホイール５２も回転する。第２のハウジング５７内には、シャフト５４を支持する図示しない軸受け構造などが設けられている。
【００３５】
触媒装置４２は、排気通路４１において第２の部分５５の下流に設けられている。触媒装置４２は、酸化触媒４２ａと、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４２ｂとを備えている。酸化触媒４２ａは、ＤＰＦ４２ｂよりも上流に位置している。
【００３６】
低圧ＥＧＲ装置７０は、低圧ＥＧＲ用通路７１と、低圧ＥＧＲ用クーラ７２と、低圧ＥＧＲ用バルブ７３とを備えている。低圧ＥＧＲ用通路７１の一端７４は、排気通路４１において触媒装置４２の下流に連通している。低圧ＥＧＲ用通路７１の他端７５は、吸気通路３１において第１の部分５１とスロットルバルブ３４ａとの間に連通している。低圧ＥＧＲ用通路７１は、排気通路４１と吸気通路３１を連通している。低圧ＥＧＲ用クーラ７２は、低圧ＥＧＲ用通路７１中に設けられている。低圧ＥＧＲ用バルブ７３は、低圧ＥＧＲ用通路７１において低圧ＥＧＲ用クーラ７２の下流に設けられている。低圧ＥＧＲ用バルブ７３は、低圧ＥＧＲ用通路７１を開閉する。
【００３７】
高圧ＥＧＲ装置８０は、高圧ＥＧＲ用通路８１と、高圧ＥＧＲ用クーラ８２と、高圧ＥＧＲ用バルブ８３とを備えている。高圧ＥＧＲ用通路８１の一端８４は、排気通路４１において、ターボチャージャ５０の第２の部分５５の上流に連通している。高圧ＥＧＲ用通路８１の他端８５は、吸気通路３１において、スロットルバルブ３６ａの下流に連通している。高圧ＥＧＲ用通路８１は、排気通路４１と吸気通路３１とを連通している。
【００３８】
高圧ＥＧＲ用クーラ８２は、高圧ＥＧＲ用通路８１に設けられている。高圧ＥＧＲ用バルブ８３は、高圧ＥＧＲ用通路８１において高圧ＥＧＲ用クーラ８２の下流に設けられている。高圧ＥＧＲ用バルブ８３は、高圧ＥＧＲ用通路８１を開閉する。
【００３９】
エンジンＥＣＵ６０は、ブーストセンサ３７と、エアフローセンサ３３とに接続されている。ブーストセンサ３７とエアフローセンサ３３とは、検出結果をエンジンＥＣＵ６０に送信する。
【００４０】
エンジンＥＣＵ６０は、メインＥＣＵ６に接続されており、メインＥＣＵ６から動作の指示を受ける。エンジンＥＣＵ６０は、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４のバルブ駆動部３４ｂと、高圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３６のバルブ駆動部３６ｂと、低圧ＥＧＲ用バルブ７３と、高圧ＥＧＲ用バルブ８３とに接続されており、これらバルブの開閉を制御する。また、エンジンＥＣＵ６０は、インジェクタ２３ａ〜２３ｄの動作を制御する。
【００４１】
具体的に説明すると、メインＥＣＵ６は、アクセルセンサ５の検出結果に基づいて、エンジンＥＣＵ６０に出力の要請を出す。エンジンＥＣＵ６０は、メインＥＣＵ６からの指示に基づいて、または、ディーゼルエンジン２０の運転状態に応じて、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４と、高圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３６と、低圧ＥＧＲ用バルブ７３と、高圧ＥＧＲ用バルブ８３と、各インジェクタ２３ａ〜２３ｄの動作を制御する。エンジンＥＣＵ６０による低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の動作の制御については、後で具体的に説明する。
【００４２】
なお、エンジンＥＣＵ６０は、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４のスロットルバルブ３４ａの回転角度に対応する低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度を示す情報を予め備えている。同様に、高圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３６のスロットルバルブ３６ａの回転角度に対応するスロットルバルブ３６ａの開度を示す情報を備えている。
【００４３】
なお、図１中では、各インジェクタ２３ａ〜２３ｄとエンジンＥＣＵ６０の接続を示す接続線は、一部省略して示している。
【００４４】
つぎに、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度を決定する動作を説明する。図３は、エンジンＥＣＵ６０の動作を示すフローチャートである。なお、エンジンＥＣＵ６０は、自動車１の電気系統がオン状態となると駆動する。言い換えると、メインＥＣＵ６が動作を開始すると、動作を開始する。
【００４５】
エンジンＥＣＵ６０は、ステップＳＴ１では、ディーゼルエンジン２０が駆動しているか否かを判定する。ディーゼルエンジン２０が駆動している状態とは、インジェクタ２３ａ〜２３ｄから燃料が噴射されている状態である。ディーゼルエンジン２０の駆動開始の指示は、メインＥＣＵ６からエンジンＥＣＵ６０に送信される。エンジンＥＣＵ６０は、メインＥＣＵ６からディーゼルエンジン２０の駆動開始の指示を受けていると、ステップＳＴ２に進む。
【００４６】
ステップＳＴ２では、エンジンＥＣＵ６０は、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の最適開度を検出する。ここで言う最適開度は、本発明で言う最適開度の一例である。最適開度は、自動車のドライバリティが向上するために、かつ、排気の成分の悪化を抑制するために、最適な開度である。エンジンＥＣＵ６０は、メインＥＣＵ６からの情報や、ブーストセンサ３７の検出結果などに基づいて、最適開度を検出する。最適開度が検出されると、ついで、ステップＳＴ３に進む。
【００４７】
ステップＳＴ３では、エンジンＥＣＵ６０は、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の制限開度を検出する。ここで言う制限開度は、本発明で言う制限開度の一例である。制限開度は、本発明で言う過給機において吸気通路に設けられる部分に不具合が生じない開度である。
【００４８】
過給機において吸気通路に設けられる部分に生じる不具合について、具体的に説明する。なお、第１の部分５１は、過給機において吸気通路に設けられる部分の一例である。第１の部分５１の上流には、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４が設けられている。低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度によっては、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分の圧力が、吸気通路３１において第１の部分５１の下流の圧力に対して負圧になることがある。負圧になると、この負圧が第１の部分５１に作用する。
【００４９】
より具体的に説明すると、吸気通路３１内においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分の圧力が、吸気通路３１において第１の部分５１の下流の圧力に対して負圧になると、コンプレッサホイール５２とシャフト５４とに負担がかかる。また、第１のハウジング５３内に設けられるシャフト５４を支持する軸受け機構を潤滑する潤滑油が吸い出されることがある。これらが、上記不具体の一例である。
【００５０】
ステップＳＴ３の説明に戻る。図４は、ステップＳＴ３の動作をより具体的に示すフローチャートである。図４に示すように、ステップＳＴ２の次に、ステップＳＴ３１に進む。
【００５１】
エンジンＥＣＵ６０は、ステップＳＴ３１で、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４を通過する吸入空気Ａの温度Ｔ１と、吸入空気量Ｇと、圧力Ｐ１とを検出する。吸入空気量Ｇと温度Ｔ１とは、エアフローセンサ３３から送信されるので、得ることができる。
【００５２】
圧力Ｐ１は、吸気通路３１において低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４のスロットルバルブ３４ａの上流の圧力である。吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａの上流の圧力は、大気圧と同じである。このため、本実施形態では、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａの上流の圧力値として、大気圧の圧力値を利用する。大気圧は、自動車１が備える圧力センサ９０によって検出される。圧力センサ９０は、エンジンＥＣＵ６０に連結されている。圧力センサ９０の検出結果は、エンジンＥＣＵ６０に送信される。
【００５３】
エンジンＥＣＵ６０は、ステップＳＴ３１では、圧力センサ９０から送信される検出結果を、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａの上流の圧力値として用いる。
【００５４】
なお、圧力センサ９０に代えて、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａの上流の圧量を検出するセンサが用いられてもよい。
【００５５】
温度Ｔ１と、吸入空気量Ｇと、圧力Ｐ１とが検出されると、ついで、ステップＳＴ３２に進む。
【００５６】
ステップＳＴ３２では、エンジンＥＣＵ６０は、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａの上流の空気の密度ρ１を検出する。具体的には、エンジンＥＣＵ６０は、ステップＳＴ３１で求められた、温度Ｔ１と、吸入空気量Ｇと、圧力Ｐ１とにも度づいて、密度ρ１を検出する。
【００５７】
密度ρ１は、以下の式で求めることができる。
【数１】
0005598376.tif 000002
【００５８】
Ｒ１は、ガス定数である。ガス定数Ｒ１は、既知である。密度ρ１が求められると、ついで、ステップＳＴ３３に進む。
【００５９】
ステップＳＴ３３では、エンジンＥＣＵ６０は、吸気通路３１において低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４とターボチャージャ５０の第１の部分５１との間の部分に作用する限界負圧値Ｐ２を求める。限界負圧値Ｐ２について説明する。
【００６０】
吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分に負圧が作用すると、上記したように、第１の部分５１に負担が加わる。限界負圧値Ｐ２は、第１の部分５１が耐えられる範囲の圧力である。言い換えると、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間に作用する負圧が限界負圧値Ｐ２以下であれば、第１の部分５１は、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間に作用する負圧に起因して破損することはない。ここで言う限界負圧値以下とは、限界負圧値も含む概念である。限界負圧値Ｐ２は、例えば、実験などで予め得ることができる。限界負圧値Ｐ２は、本発明で言う所定値の一例である。
【００６１】
負圧が大きくなるとは、吸気通路３１において第１の部分５１の下流の部分の圧力に対して、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分の圧力が小さいとともに、その差が大きくなることを示す。負圧が小さくなるとは、吸気通路３１において第１の部分５１の下流の部分の圧力に対して、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分の圧力が小さいとともに、その差が小さくなることを示す。
【００６２】
本実施形態では、限界負圧値Ｐ２は、予め１つの値に決定されており、例えばエンジンＥＣＵ６０に記憶されている。このため、エンジンＥＣＵ６０は、限界圧力値Ｐ２を把握している。ついで、ステップＳＴ３４に進む。
【００６３】
ステップＳＴ３４以降では、エンジンＥＣＵ６０は、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の範囲に作用する負圧が、限界負圧値Ｐ２より小さくならないための、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度を求める。
【００６４】
まず、上記開度を求めるために、ステップＳＴ３４では、エンジンＥＣＵ６０は、ノズルの式を利用して、τｌｍｔ（Ｐ１／Ｐ２）を検出する。τｌｍｔ（Ｐ１／Ｐ２）は、以下の式で求めることができる。
【数２】
0005598376.tif 000003
【００６５】
ｋは、空気の比熱比である。τｌｍｔ（Ｐ１／Ｐ２）は上記（式２）を用いて都度演算してもよいし、簡単のためｋを一定値と仮定してτｌｍｔ（Ｐ１／Ｐ２）と（Ｐ１／Ｐ２）との関係を予めマップ化しておき、当該マップを参照することで求めても良い。τｌｍｔ（Ｐ１／Ｐ２）が求まると、ついで、ステップＳＴ３５に進む。
【００６６】
エンジンＥＣＵ６０は、ステップＳＴ３５では、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分の圧力が限界負圧値Ｐ２となる、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開口面積である限界開口面積Ｆｔｈｒｌｍｔを求める。
【００６７】
開口面積について説明する。開口面積は、吸気通路３１の延びる方向に沿ってスロットルバルブ３４ａを見たときに、吸気通路３１の内面３１ｃとスロットルバルブ３４ａとの間に形成される隙間の面積である。図５は、図２中に示されるＦ５−Ｆ５線に沿って示す吸気通路３１の断面である。図５は、吸気通路３１内を、矢印ｚに沿って見た状態を示している。矢印ｚが示す方向は、吸気通路３１が延びる方向であり、かつ、空気Ａが流れる方向である。
【００６８】
なお、図５では、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度は、最小開度と最大開度との間の略中間開度である。図５において、矢印Ｘに沿って見た吸気通路３１の内面３１ｃとスロットルバルブ３４ａとの間に形成される隙間には、２点鎖線のハッチングを施している。開口面積は、ハッチングが施されている範囲の面積である。２点鎖線のハッチングは、断面を示すものではない。開口面積は、スロットルバルブ３４ａの姿勢によって変化する。また、開口面積は、開度が大きくなるにつれて、大きくなる。限界開口面積Ｆｔｈｒｌｍｔは、以下の式で求められる。
【数３】
0005598376.tif 000004
【００６９】
Ｆｔｈｒｌｍｔが求められると、ついで、ステップＳＴ３６に進む。
【００７０】
ステップＳＴ３６では、エンジンＥＣＵ６０は、限界開口面積Ｆｔｈｒｌｍｔに対応する、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度である制限開度を検出する。上記したように、エンジンＥＣＵ６０は、限界開口面積Ｆｔｈｒｌｍｔに対応する低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の制限開度θｔｈｒｌｍｔの情報を備えている。図６は、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の制限開度θｔｈｒｌｍｔに対応する、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の限界開口面積Ｆｔｈｒｌｍｔを示すマップである。図６に示されるマップは、上記情報の一例である。
【００７１】
図６では、横軸は、制限開度θｔｈｒｌｍｔを示している。横軸は、矢印ｘに沿って進むにつれて制限開度θｔｈｒｌｍｔが大きくなることを示す。縦軸は、限界開口面積Ｆｔｈｒｌｍｔを示す。縦軸は、矢印ｙに沿って進むにつれて限界開口面積Ｆｔｈｒｌｍｔが大きくなることを示す。
【００７２】
図６に示すように、制限開度θｔｈｒｌｍｔと、限界開口面積Ｆｔｈｒｌｍｔとは、一対一の関係である。限界開口面積Ｆｔｈｒｌｍｔに対応する制限開度θｔｈｒｌｍｔが求められると、ついで、ステップＳＴ４に進む。
【００７３】
図３に示すように、エンジンＥＣＵ６０は、ステップＳＴ４では、ステップＳＴ２で求めた最適開度θｓｕｉｔとステップＳＴ３で求めた制限開度θｔｈｒｌｍｔとを比較し、最適開度θｓｕｉｔが制限開度θｔｈｒｌｍｔ以上であるか否かを判定する。最適開度θｓｕｉｔが制限開度θｔｈｒｌｍｔ以上ということは、最適開度θｓｕｉｔ＝制限開度θｔｈｒｌｍｔも含む概念である。
【００７４】
最適開度θｓｕｉｔが制限開度θｔｈｒｌｍｔ以上である場合は、ステップＳＴ５に進む。ステップＳＴ５では、エンジンＥＣＵ６０は、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度を制御する際の目標開度θｔａｒｇｅｔに、最適開度θｓｕｉｔを設定する。ここで言う目標開度とは、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度を制御する際の目標値である。
【００７５】
最適開度θｓｕｉｔが制限開度θｔｈｒｌｍｔ以上であることによって、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分の圧力は、限界負圧値Ｐ２より大きくとなることはない。このため、最適開度θｓｕｉｔを目標開度θｔａｒｇｅｔに設定しても、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分の負圧は、限界負圧値Ｐ２より大きくとなることはない。ついで、ステップＳＴ７に進む。
【００７６】
ステップＳＴ７では、エンジンＥＣＵ６０は、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４のバルブ駆動部３４ｂを制御して、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度を、目標開度θｔａｒｇｅｔにする。なお、上記したように、エンジンＥＣＵ６０は、開度に対応するスロットルバルブ３４ａの回転角度の情報を有しているので、この情報に基づいて、スロットルバルブ３４ａを、最小開度を基準とした上記回転角度の位置に合わせる。
【００７７】
ステップＳＴ４において、最適開度θｓｕｉｔが限界開口面積Ｆｔｈｒｌｍｔ未満であると判定されると、ステップＳＴ４からステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ６では、エンジンＥＣＵ６０は、制限開度θｔｈｒｌｍｔを目標開度θｔａｒｇｅｔとする。最適開度θｓｕｉｔが制限開度θｔｈｒｌｍｔ未満である場合、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度を最適開度θｓｕｉｔにすると、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分に作用する負圧が、限界負圧値Ｐ２より大きくなる。
【００７８】
最適開度θｓｕｉｔが制限開度θｔｈｒｌｍｔ未満の場合、制限開度θｔｈｒｌｍｔを目標開度θｔａｒｇｅｔにすることによって、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間に作用する負圧は、限界負圧値Ｐ２より大きくなることはない。
【００７９】
図７は、自動車１のある運転状態にあるときの、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の最適開度θｓｕｉｔを示すグラフである。図７の横軸は、時間を示している。横軸は、矢印ｐに沿って進むにつれて時間が経過することを示す。図７の縦軸は、最適開度θｓｕｉｔを示している。縦軸は、矢印ｑに沿って進むにつれて、最適開度θｓｕｉｔが大きくなることを示す。
【００８０】
図８は、エンジンＥＣＵ６０が制限開度を求めず図７に示される最適開度θｓｕｉｔを目標開度としてバルブ駆動部３４ｂを制御した場合の、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間に作用する負圧値を示している。図８の横軸は、図７と同じ時間を示している。図８の縦軸は、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間に作用する負圧値を示している。図８の縦軸は、矢印ｒに沿って進むにつれて、負圧値が大きくなることを示している。
【００８１】
図８に示すように、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３のときに、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間に作用する負圧が限界負圧値Ｐ２よりも大きくなっている。
【００８２】
図９は、図７に示される自動車１の運転状態での、制限開度θｔｈｒｌｍｔを示している。図９の横軸は、図７と同じ時間を示している。図９の縦軸は、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の制限開度θｔｈｒｌｍｔを示している。縦軸は、矢印ｓに沿って進むにつれて制限開度θｔｈｒｌｍｔが大きくなることを示す。
【００８３】
図１０は、図７に示される最適開度θｓｕｉｔと図９に示される制限開度θｔｈｒｌｍｔとをステップＳＴ４で比較した結果得られた目標開度θｔａｒｇｅｔを示している。図１０の横軸は、図７と同じであり、時間を示している。縦軸は、目標開度θｔａｒｇｅｔを示している。縦軸は、矢印ｕに沿って進むにつれて目標開度θｔａｒｇｅｔが大きくなることを示している。
【００８４】
図３に示されるフローチャートでは、図１０に示す時間ｔ１，ｔ２，ｔ３のときに、ステップＳＴ４において、目標開度θｔａｒｇｅｔとして制限開度θｔｈｒｌｍｔが採用される。
【００８５】
図１１は、エンジンＥＣＵ６０が、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度が図１０に示す目標開度θｔａｒｇｅｔになるようにバルブ駆動部３４ｂを制御したときの、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分に作用する負圧値を示している。図１１の横軸は、図７と同じ時間を示している。図１１の縦軸は、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分に作用する負圧を示している。縦軸は、矢印ｖにそって進むにつれて負圧が大きくなることを示す。
【００８６】
図１１に示すように、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３で目標開度θｔａｒｇｅｔとして制限開度θｔｈｒｌｍｔが採用されたため、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分に作用する負圧は、限界負圧値Ｐ２より大きくならない。
【００８７】
エンジンＥＣＵ６０は、ステップＳＴ７で、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４の開度を目標開度θｔａｒｇｅｔにするべくバルブ駆動部３４ｂを制御すると、ステップＳＴ１に戻る。ディーゼルエンジン２０の駆動が停止されるまでは、エンジンＥＣＵ６０は、ステップＳＴ１〜ＳＴ７の動作を繰り返す。
【００８８】
ディーゼルエンジン２０の駆動が停止されると、エンジンＥＣＵ６０の動作が停止される。
【００８９】
また、エンジンＥＣＵ６０は、ディーゼルエンジン２０の運転状態に応じて燃焼室２１ａ〜２１ｄに排気Ｈを導くときは、低圧ＥＧＲ用バルブ７３と高圧ＥＧＲ用バルブ８３とを開き、吸気通路３１に排気Ｈを導く。
【００９０】
このように構成される内燃機関装置１０では、制限開度θｔｈｒｌｍｔが最適開度θｓｕｉｔ以上となるときには、制限開度θｔｈｒｌｍｔを目標開度θｔａｒｇｅｔとする。このことによって、ディーゼルエンジン２０の最適に運転される状態を保ちつつ、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分に作用する負圧が限界負圧値より大きくなることがない。
【００９１】
また、制限開度θｔｈｒｌｍｔを検出するために、低圧ＥＧＲ用スロットルバルブ装置３４を通過する空気の温度Ｔ１と、吸入空気量Ｇと、圧力Ｐ１と検出を用いるので、制限開度θｔｈｒｌｍｔを容易に検出することができる。
【００９２】
つぎに、本発明の第２の実施形態に係る内燃機関装置を、図１２を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、限界負圧値Ｐ２の求め方のみが第１の実施形態と異なる。他は、第１の実施形態と同じである。このため、内燃機関装置の構造は、第１の実施形態と同じであるので、符号１０を付す。また、内燃機関装置１０の限界負圧値Ｐ２の求める動作以外の動作は、第１の実施形態と同じである。
【００９３】
本実施形態では、限界負圧値Ｐ２は、第１の実施形態のように予め決定される１つの値ではなく、ディーゼルエンジン２０の運転状態に基づいて決定される。エンジンＥＣＵ６０は、ディーゼルエンジン２０の運転状態に応じて決定される限界負圧値Ｐ２の情報を予め備えている。この情報は、例えば実験などによって求められている。
【００９４】
本実施形態では、ディーゼルエンジン２０の運転状態の一例として、ディーゼルエンジン２０と回転数（ｒｐｍ）の情報と、ディーゼルエンジン２０の作用するエンジン負荷の情報とが用いられる。エンジンＥＣＵ６０は、ディーゼルエンジン２０と回転数（ｒｐｍ）と、ディーゼルエンジン２０の作用する負荷とに応じて決定される限界負圧値Ｐ２を示す情報を予め記憶している。ディーゼルエンジン２０の回転数と、ディーゼルエンジン２０に作用する負荷とに応じて決定される限界負圧値Ｐ２は、予め実験によって求められている。
【００９５】
図１２は、ディーゼルエンジン２０の回転数（ｒｐｍ）と、ディーゼルエンジン２０に作用する負荷とに応じて決定される、吸気通路３１においてスロットルバルブ３４ａと第１の部分５１との間の部分に作用する限界負圧値Ｐ２を示すマップである。このマップは、上記情報の一例である。
【００９６】
図１２の横軸は、ディーゼルエンジン２０の回転数を示す。横軸は、矢印ａに沿って進むにつれて、回転数が大きくなることを示す。図１２の縦軸は、ディーゼルエンジン２０に作用するエンジン負荷を示している。縦軸は、矢印ｂに沿って進むにつれて、エンジン負荷が大きくなることを示す。
【００９７】
本実施形態では、エンジンＥＣＵ６０は、図４に示すステップＳＴ３３では、図示しない手段によってエンジン負荷と回転数とを検出するとともに、これら検出結果と図１２に示すマップとに基づいて、限界負圧値Ｐ２を求める。
【００９８】
本実施形態では、第１の実施形態と同様の作用と効果とを得ることできる。さらに、限界負圧値Ｐ２が、ディーゼルエンジン２０の運転状態に応じて求められることによって、限界負圧値Ｐ２を、より適切な値にすることができる。
【００９９】
なお、第１，２の実施形態では、本発明で言うエンジンの一例として、ディーゼルエンジンが用いられたが、これに限定されない。例えば、ガソリンエンジンが用いられてもよい。
【０１００】
また、第１，２の実施形態では、低圧ＥＧＲ装置７０と、高圧ＥＧＲ装置８０とが用いられている。しかしながら、低圧ＥＧＲ装置７０と、高圧ＥＧＲ装置８０とを備えていなくてもよい。本発明は、第１，２の実施形態のように、吸気通路３１において過給機の上流に燃焼室に供給される吸気の量を調整するバルブを備える内燃機関装置に用いられることによって、同様の作用と効果とが得られる。
【０１０１】
また、第１，２の実施形態では、エンジンＥＣＵ６０は、本発明で言う、制限開度算出手段の一例であり、目標開度算出手段の一例であり、バルブ駆動手段の一例である。
【０１０２】
また、第１，２の実施形態では、本発明で言う過給機の一例として、ターボチャージャ５０が用いられた。しかしながら、これに限定されない。例えば、スーパーチャージャが用いられてもよい。
【０１０３】
この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された内容を付記する。
［１］
内燃機関と、前記内燃機関に連結される吸気通路と、前記吸気通路に設けられる過給機と、前記吸気通路において前記過給機の上流に設けられるスロットルバルブと、前記吸気通路において前記過給機と前記スロットルバルブとの間の部分に作用する圧力が所定値となる前記スロットルバルブの制限開度を算出する制限開度算出手段と、前記制限開度算出手段が算出した前記スロットルバルブの制限開度と、前記内燃機関の状態に応じて決定される前記スロットルバルブの最適開度とを比較し、前記最適開度が前記制限開度以上であると、前記スロットルバルブの開度の目標値である目標開度を前記最適開度とし、前記最適開度が前記制限開度未満であると、前記目標開度を前記制限開度とする目標開度算出手段と、前記目標開度算出手段の検出結果に基づいて前記スロットルバルブを開閉するバルブ駆動手段とを具備することを特徴とする内燃機関装置。
[２]
前記制限開度算出手段は、前記吸気通路において前記過給機と前記スロットルバルブとの間の部分に作用する圧力の前記所定値と、前記吸気通路において前記スロットルバルブの上流の圧力と、前記吸気通路において前記スロットルバルブの上流を流動する空気の温度と、吸入空気量とを検出し、これらの値に基づいて前記制限開度を求めることを特徴とする１に記載の内燃機関装置。
[３]
前記過給機と前記スロットルバルブとの間の部分に作用する圧力の前記所定値は、前記内燃機関の回転数と、該内燃機関の負荷に基づいて求められることを特徴とする１又は２に記載の内燃機関装置。
【符号の説明】
【０１０４】
１０…内燃機関装置、２０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、３１…吸気通路、３４ａ…スロットルバルブ、５０…ターボチャージャ（過給機）、６０…エンジンＥＣＵ（制限開度算出手段、目標開度算出手段、バルブ駆動手段）。
【図１】
0005598376.tif 000005
【図２】
0005598376.tif 000006
【図３】
0005598376.tif 000007
【図４】
0005598376.tif 000008
【図５】
0005598376.tif 000009
【図６】
0005598376.tif 000010
【図７】
0005598376.tif 000011
【図８】
0005598376.tif 000012
【図９】
0005598376.tif 000013
【図１０】
0005598376.tif 000014
【図１１】
0005598376.tif 000015
【図１２】
0005598376.tif 000016