(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲバルブによってＥＧＲ率を制御すると共に、可変容量機構を備えた過給機によって吸気の過給圧を制御する内燃機関の制御装置において、
気筒内の酸素濃度が要求酸素濃度以下となる目標ＥＧＲ率制御領域を算出する目標ＥＧＲ率制御領域算出部と、
気筒内のガス量が要求ガス量以上となる目標過給圧制御領域を算出する目標過給圧制御領域算出部と、
前記目標ＥＧＲ率制御領域および前記目標過給圧制御領域の両方を満たす排気成立制御領域を算出する排気成立制御領域算出部と、
前記ＥＧＲバルブの過渡応答性および前記可変容量機構の過渡応答性に基づいて、前記排気成立制御領域内のＥＧＲ率および過給圧のうち最短時間で到達可能なＥＧＲ率および過給圧をそれぞれ目標ＥＧＲ率および目標過給圧として算出する目標値算出部とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明はＥＧＲ率制御と過給圧制御との協調制御の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気還流装置および可変容量型過給機を搭載したエンジン（例えばディーゼルエンジン）が知られている。排気還流装置はＥＧＲバルブの開度調整によって吸気系のＥＧＲ率を制御する。また、可変容量型過給機はノズルベーンの開度調整によって吸気系の過給圧を制御する。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、ＥＧＲ率制御と過給圧制御との協調制御が開示されている。具体的には、エンジンの運転状態に応じて目標ＥＧＲ率および目標過給圧をそれぞれ決定する。そして、実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との乖離量に基づいてＥＧＲバルブの開度調整を行う。また、実過給圧と目標過給圧との乖離量に基づいてノズルベーンの開度調整を行う。このようなＥＧＲ率制御および過給圧制御を行うことにより、排気中におけるＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量をそれぞれ規制の範囲内に抑えることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５１８６４号公報
【特許文献２】特開２０１２−８２７２０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、これまでのＥＧＲ率制御と過給圧制御との協調制御にあっては、排気中におけるＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化することについては殆ど考慮されていなかった。そして、単に、実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との乖離量からＥＧＲバルブの開度調整を行い、且つ実過給圧と目標過給圧との乖離量からノズルベーンの開度調整を行うのみでは、ＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化するのに限界があった。特に、従来の協調制御では、エンジンの過渡運転時において、ＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化することは困難であった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間の短縮化を図ることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
−発明の解決原理−
前記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、ＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を最短にする目標ＥＧＲ率および目標過給圧をそれぞれ求め、これら求められた目標ＥＧＲ率および目標過給圧に基づいてＥＧＲバルブおよびノズルベーンの制御を行うようにしたことである。
【０００８】
−解決手段−
具体的に、本発明は、ＥＧＲバルブによってＥＧＲ率を制御すると共に、可変容量機構を備えた過給機によって吸気の過給圧を制御する内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、気筒内の酸素濃度が要求酸素濃度以下となる目標ＥＧＲ率制御領域を算出する目標ＥＧＲ率制御領域算出部と、気筒内のガス量が要求ガス量以上となる目標過給圧制御領域を算出する目標過給圧制御領域算出部と、前記目標ＥＧＲ率制御領域および前記目標過給圧制御領域の両方を満たす排気成立制御領域を算出する排気成立制御領域算出部と、前記ＥＧＲバルブの過渡応答性および前記可変容量機構の過渡応答性に基づいて、前記排気成立制御領域内のＥＧＲ率および過給圧のうち最短時間で到達可能なＥＧＲ率および過給圧をそれぞれ目標ＥＧＲ率および目標過給圧として算出する目標値算出部とを備えた構成としている。
【０００９】
この特定事項により、気筒内の酸素濃度を要求酸素濃度以下にすることで、排気中におけるＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることを可能にし、また、気筒内のガス量を要求ガス量以上にすることで、排気中におけるＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることを可能にし、しかも、これらの両立が最短時間で達成可能な目標ＥＧＲ率および目標過給圧を求めることが可能となる。特に、内燃機関の過渡運転時において、ＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、ＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化でき、排気エミッションの早期適正化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成を示す図である。
【図２】ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】ＥＧＲ率制御領域マップの一例を示す図である。
【図５】過給圧制御領域マップの一例を示す図である。
【図６】ＥＧＲ率制御と過給圧制御との協調制御の手順を示すフローチャート図である。
【図７】図７（ａ）はＥＧＲ率制御領域マップ上の動作点を説明するための図であり、図７（ｂ）はＥＧＲ率制御領域マップから変換された操作量マップを示す図である。
【図８】図８（ａ）は過給圧制御領域マップ上の動作点を説明するための図であり、図８（ｂ）および図８（ｃ）は過給圧制御領域マップから変換された操作量マップを示す図である。
【図９】排気成立制御領域マップの一例を示す図である。
【図１０】過給圧の過渡応答性を表す図である。
【図１１】ＥＧＲ率の過渡応答性を表す図である。
【図１２】ターボ総合効率を最大効率にする動作を説明するための排気成立制御領域マップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に、本発明を適用した場合について説明する。
【００１３】
−エンジンの構成−
図１は本実施形態に係るディーゼルエンジン１（以下、単にエンジンという）およびその制御系統の概略構成図である。
【００１４】
この図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００１５】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、機関燃料通路２４等を備えている。
【００１６】
前記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２４を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３，２３，…に分配する。インジェクタ２３は、内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備えたピエゾインジェクタであり、開弁期間の制御によって、燃焼室３内への燃料噴射量が調整可能となっている。
【００１７】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６１を備え、この吸気マニホールド６１に吸気管６２が接続されている。また、この吸気系６には、上流側から順にエアクリーナ６３、エアフローメータ４３、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６４が配設されている。
【００１８】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート１５ｂに接続される排気マニホールド７１を備え、この排気マニホールド７１に排気管７２が接続されている。また、この排気系７には排気浄化ユニット７３が配設されている。この排気浄化ユニット７３には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてのＮＳＲ（ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒７４およびＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）７５が備えられている。
【００１９】
図２に示すように、シリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎にシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００２０】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には前記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００２１】
このキャビティ１３ｂの形状としては、その中央部分（シリンダ中心線Ｐ上）では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。
【００２２】
前記ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。
【００２３】
前記シリンダヘッド１５には、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６および排気ポート１５ｂを開閉する排気バルブ１７が配設されている。
【００２４】
さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３を備えている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（可変容量機構）５４が設けられている。この可変ノズルベーン機構５４は、タービンハウジングの排気ガス流路の流路面積を可変とする複数のノズルベーン５４ａ，５４ａ，…、および、このノズルベーン５４ａの開度を変更するアクチュエータ（図示省略）を備えている。そして、このアクチュエータによってノズルベーン５４ａの開度を変更することで、互いに隣り合うノズルベーン５４ａ，５４ａ間の流路面積（スロート面積）を変化させる構成となっている。このスロート面積を変化させることにより、タービンホイール５２に向けて導入される排気ガスの流速を調整して、タービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３の回転速度を調整し、これにより、過給圧が調整可能となっている。なお、このノズルベーン５４ａの開度を変更する機構は公知であるため、ここでの説明は省略する。
【００２５】
前記吸気管６２には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を冷却するためのインタークーラ６５が設けられている。
【００２６】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。
【００２７】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、クランクポジションセンサ４０、レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、水温センサ４６、アクセル開度センサ４７、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９、筒内圧センサ４Ａ、外気温センサ４Ｂ、および、外気圧センサ４Ｃなどが接続されている。
【００２８】
一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、前記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、可変ノズルベーン機構５４、吸気絞り弁６４、および、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
【００２９】
そして、ＥＣＵ１００は、前記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、前記ＲＯＭに記憶された各種マップに基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。
【００３０】
例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射とメイン噴射とを実行する。これら噴射の機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。
【００３１】
また、ＥＣＵ１００は、可変ノズルベーン機構５４に備えられたノズルベーン５４ａの開度制御、および、ＥＧＲバルブ８１の開度制御を実行する。これらの制御は以下の協調制御によって行われる。
【００３２】
−ＥＧＲ率制御と過給圧制御との協調制御−
次に、本実施形態の特徴であるＥＧＲ率制御と過給圧制御との協調制御について説明する。
【００３３】
先ず、この協調制御の概略について説明する。
【００３４】
前記ＥＧＲ率制御は、前述した如く、ＥＧＲバルブ８１の開度を調整し、吸気マニホールド６１に向けての排気還流量を制御（ＥＧＲ率を制御）することにより、燃焼室３内での燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるための制御である。
【００３５】
前記過給圧制御は、前述した如く、ノズルベーン５４ａの開度を調整し、互いに隣り合うノズルベーン５４ａ，５４ａ間の流路面積（スロート面積）を変化させることで、タービンホイール５２に向けて導入される排気ガスの流速を調整して、タービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３の回転速度を調整し、これにより、過給圧を調整する制御である。この過給圧の調整により、筒内に導入されるガス量が調整可能となる。これにより、ガス量の不足に起因して発生するＨＣの排出量の低減を図ることができる。
【００３６】
そして、本実施形態では、これらＥＧＲ率制御と過給圧制御との協調制御として、以下の各算出処理が順に行われる。
（１）気筒内の酸素濃度が要求酸素濃度以下となる目標ＥＧＲ率制御領域を算出する処理（目標ＥＧＲ率制御領域算出部による目標ＥＧＲ率制御領域の算出処理）。
（２）気筒内のガス量が要求ガス量（要求筒内ガス量）以上となる目標過給圧制御領域を算出する処理（目標過給圧制御領域算出部による目標過給圧制御領域の算出処理）。
（３）前記目標ＥＧＲ率制御領域および前記目標過給圧制御領域の両方を満たす排気成立制御領域を算出する処理（排気成立制御領域算出部による排気成立制御領域の算出処理）。
（４）前記ＥＧＲバルブ８１の過渡応答性および前記可変ノズルベーン機構５４の過渡応答性に基づいて、前記排気成立制御領域内のＥＧＲ率および過給圧のうち最短時間で到達可能なＥＧＲ率および過給圧をそれぞれ目標ＥＧＲ率および目標過給圧として算出する処理（目標値算出部による目標ＥＧＲ率および目標過給圧の算出処理）。
【００３７】
前記算出処理（１）では、エンジン１の各運転格子点（エンジン回転速度やエンジン負荷により決定される運転格子点）毎に規定されたＥＧＲ率制御領域マップのうち現在の運転格子点に対応するＥＧＲ率制御領域マップを抽出し、このＥＧＲ率制御領域マップから「目標ＥＧＲ率制御領域」が求められる。これらＥＧＲ率制御領域マップは前記ＲＯＭに記憶されている。図４は、ある運転格子点におけるＥＧＲ率制御領域マップを示している。このＥＧＲ率制御領域マップは、横軸がＥＧＲ率であり、縦軸が酸素過剰率である。また、このＥＧＲ率制御領域マップで斜線を付した領域が、気筒内の酸素濃度が要求酸素濃度以下となる「目標ＥＧＲ率制御領域」である。ここで、要求酸素濃度とは、排気中におけるＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となる酸素濃度の範囲において最も高い酸素濃度である。つまり、この斜線を付した目標ＥＧＲ率制御領域で運転されている限りにおいては、気筒内の酸素濃度は要求酸素濃度以下となり、排気中におけるＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となる。
【００３８】
前記算出処理（２）では、エンジン１の各運転格子点毎に規定された過給圧制御領域マップのうち現在の運転格子点に対応する過給圧制御領域マップを抽出し、この過給圧制御領域マップから「目標過給圧制御領域」が求められる。これら過給圧制御領域マップは前記ＲＯＭに記憶されている。図５は、ある運転格子点における過給圧制御領域マップを示している。この過給圧制御領域マップは、横軸が吸気マニホールド６１内のガス温度（吸気温度）であり、縦軸が過給圧である。また、この過給圧制御領域マップで斜線を付した領域が、気筒内のガス量が要求筒内ガス量以上となる「目標過給圧制御領域」である。ここで、要求筒内ガス量とは、排気中におけるＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となる筒内ガス量の範囲において最も低い筒内ガス量である。つまり、この斜線を付した目標過給圧制御領域で運転されている限りにおいては、気筒内のガス量は要求筒内ガス量以上となり、排気中におけるＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となる。
【００３９】
前記算出処理（３）では、同一格子点を対象とした前記ＥＧＲ率制御領域マップおよび過給圧制御領域マップに基づいて、排気中におけるＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることができ、且つ排気中におけるＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができる制御領域（排気成立制御領域）を求める。具体的には、前記各マップを変換することで作成されたマップ（後述する操作量マップ）の重ね合わせにより「排気成立制御領域」を求める。この際、前記ＥＧＲ率制御領域マップと過給圧制御領域マップとは、各座標が異なっているので、これら座標を合致させるための操作量マップの作成処理も行われる（詳しくは後述する）。
【００４０】
前記算出処理（４）では、現在の運転状態に対し、ＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量を共に規制の範囲内に抑えることができる運転状態とするために要する時間を最短にすることが可能なＥＧＲ率および過給圧を算出する。そして、これらを目標ＥＧＲ率および目標過給圧として設定する。この際、ＥＧＲ率の変化量に応じて決定されるＥＧＲ率の過渡応答性（ＥＧＲバルブ８１の応答性）、および、過給圧の変化量に応じて決定される過給圧の過渡応答性（可変ノズルベーン機構５４の応答性）が考慮されて前記最短時間が算出され、これに基づいて目標ＥＧＲ率および目標過給圧が決定される。
【００４１】
このような協調制御での各算出処理が行われるため、本発明に係る「内燃機関の制御装置」は、前記ＥＣＵ１００によって構成される。そして、この制御装置に対する入力信号としては、クランクポジションセンサ４０からの信号、吸気圧センサ４８からの信号等の各センサからの信号が挙げられる。そして、この制御装置は、これら信号に基づいて、目標ＥＧＲ率および目標過給圧を決定し、目標ＥＧＲ率を達成するための制御信号をＥＧＲバルブ８１に出力すると共に、目標過給圧を達成するための制御信号を可変ノズルベーン機構５４に出力するようになっている。
【００４２】
以下、協調制御の手順を図６のフローチャート、および、図７〜図１２のマップ並びにグラフを用いて説明する。
【００４３】
この協調制御では、先ず、ステップＳＴ１において気筒内の現在の酸素濃度が算出される。この際、酸素濃度は、ＥＧＲバルブ８１の開度によって設定されている現在のＥＧＲ率（現時点で設定されている目標ＥＧＲ率）、および、現在の酸素過剰率によって算出される。また、この酸素過剰率は、エンジン回転速度（クランクポジションセンサ４０からの出力信号に基づいて算出される）、燃料噴射量（インジェクタ２３への噴射量指令値により求められる）、過給圧（吸気圧センサ４８によって検出される）、吸気温度（吸気温センサ４９によって検出される）、吸気量（エアフローメータ４３によって検出される）等をパラメータとして算出される。
【００４４】
ステップＳＴ２では、前記ステップＳＴ１で算出された現在の酸素濃度を、現在の運転格子点に対応した前記ＥＧＲ率制御領域マップに当て嵌めることで、酸素濃度の偏差を算出する。つまり、ＥＧＲ率制御領域マップにおいて許容する酸素濃度の上限値である前記要求酸素濃度と現在の酸素濃度との偏差を求める。現在の酸素濃度が要求酸素濃度よりも低く目標ＥＧＲ率制御領域（目標ＥＧＲ率制御領域算出部によって求められた目標ＥＧＲ率制御領域）内にある場合には、前記偏差は、ＥＧＲ率の低下許容範囲の最大値とされる。つまり、この偏差分だけＥＧＲ率を低下させてもＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることができる。一方、現在の酸素濃度が要求酸素濃度よりも高く目標ＥＧＲ率制御領域から外れている場合には、前記偏差は、ＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えるために必要となるＥＧＲ率の上昇量となる。
【００４５】
図７（ａ）の点Ｉは、この場合におけるＥＧＲ率制御領域マップ上の現在の動作点（制御点）の一例を示している。この図７（ａ）に示すものは、現在の動作点が前記斜線を付した領域、つまり、前記目標ＥＧＲ率制御領域内となっている。この場合、気筒内の酸素濃度は要求酸素濃度以下であるため、排気中におけるＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となっている。また、この動作点は要求酸素濃度との間に偏差を有しているため、この偏差に相当する分だけ酸素濃度を上昇させても（ＥＧＲ率を低下させても、また、酸素過剰率を上昇させても）、排気中におけるＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となっている。つまり、ＥＧＲ率の調整幅に余裕代が存在した状態となっている。
【００４６】
次に、ステップＳＴ３において気筒内の現在のガス量が算出される。この際、ガス量は、過給圧、吸気量および吸気温度等によって算出される。
【００４７】
ステップＳＴ４では、前記ステップＳＴ３で算出された現在の筒内ガス量を、現在の運転格子点に対応した前記過給圧制御領域マップに当て嵌めることで、ガス量の偏差を算出する。つまり、過給圧制御領域マップにおいて必要とされるガス量の下限値である前記要求筒内ガス量と現在の筒内ガス量との偏差を求める。現在の筒内ガス量が要求筒内ガス量よりも高く目標過給圧制御領域（目標過給圧制御領域算出部によって求められた目標過給圧制御領域）内にある場合には、前記偏差は、過給圧の低下許容範囲の最大値とされる。つまり、この偏差分だけ過給圧を低下させてもＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができる。一方、現在の筒内ガス量が要求筒内ガス量よりも低く目標過給圧制御領域から外れている場合には、前記偏差は、ＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えるために必要となる過給圧の上昇量となる。
【００４８】
図８（ａ）の点Ｉ’は、この場合における過給圧制御領域マップ上の現在の動作点（制御点）の一例を示している。この図８（ａ）に示すものは、現在の動作点が前記斜線を付した領域から外れた領域、つまり、前記目標過給圧制御領域から外れた領域となっている。この場合、気筒内のガス量は要求筒内ガス量未満であるため、排気中におけるＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができない状態となっている。また、この動作点は要求筒内ガス量との間に偏差を有しているため、この偏差に相当する分だけ筒内ガス量を上昇させなければ（過給圧を上昇させなければ、また、吸気温度が低下しなければ）、排気中におけるＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができない状態となっている。
【００４９】
次に、ステップＳＴ５において、ＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることができ、且つＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができる排気成立制御領域を算出する（排気成立制御領域算出部による排気成立制御領域の算出処理）。具体的には、前記ＥＧＲ率制御領域マップおよび過給圧制御領域マップに基づいて排気成立制御領域マップを作成する。
【００５０】
この排気成立制御領域マップを作成するに際しては、先ず、ＥＧＲ率制御領域マップおよび過給圧制御領域マップそれぞれに対応した操作量マップを作成する。以下、これら操作量マップの作成について説明する。
【００５１】
先ず、ＥＧＲ率制御領域マップと現在の動作点とに基づいてＥＧＲ率の調整範囲を求めるための操作量マップを作成する。図７（ｂ）は、この操作量マップを示している。この操作量マップは、前記図７（ａ）に示したＥＧＲ率制御領域マップから変換されたものである。この操作量マップは、横軸がＥＧＲ率の変化量（ΔＥＧＲ率）であり、縦軸が過給圧の変化量（Δ過給圧）であり、現在の動作点Ｉを横軸（ΔＥＧＲ率軸）上に位置させたものとなっている。つまり、操作量マップは、図７（ａ）のＥＧＲ率制御領域マップから、横軸をΔＥＧＲ率に変換し、縦軸をΔ過給圧に変換したものとなっている。このマップの変換に当たり、過給圧と酸素過剰率との間には相関があるので、これらマップ間での縦軸の変換は可能である。つまり、過給圧の上昇に伴って酸素過剰率も上昇していくため、この関係から、これらマップ間での縦軸の変換は可能である。図７（ｂ）に示す操作量マップにあっては、斜線を付した領域内でΔＥＧＲ率およびΔ過給圧を変化させても排気中におけるＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることが可能となっている。
【００５２】
また、過給圧制御領域マップと現在の動作点とに基づいて過給圧の調整範囲を求めるための操作量マップを作成する。具体的には、前記図８（ａ）に示した過給圧制御領域マップを、図８（ｂ）に示す１次操作量マップに変換した後、図８（ｃ）に示す２次操作量マップに変換する。１次操作量マップは、横軸が吸気温度の変化量（ΔＴｂ）であり、縦軸が過給圧の変化量（Δ過給圧）であり、現在の動作点Ｉ’を横軸（ΔＴｂ軸）上に位置させたものとなっている。つまり、１次操作量マップは、図８（ａ）の過給圧制御領域マップから、横軸をΔＴｂに変換し、縦軸をΔ過給圧に変換したものとなっている。また、２次操作量マップは、横軸がＥＧＲ率の変化量（ΔＥＧＲ率）であり、縦軸が過給圧の変化量（Δ過給圧）であり、現在の動作点Ｉ’を横軸（ΔＥＧＲ率軸）上に位置させたものとなっている。２次操作量マップは、１次操作量マップから、横軸をΔＥＧＲ率に変換したものとなっている。１次操作量マップから２次操作量マップに変換するに当たり、ＥＧＲ率と吸気温度との間には相関があるので、これらマップ間での横軸の変換は可能である。つまり、ＥＧＲ率の上昇に伴って吸気温度も上昇していくため、この関係から、これらマップ間での横軸の変換は可能である。図８（ｃ）に示す２次操作量マップにあっては、過給圧を上昇させなければ排気中におけるＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができない状態となっている。
【００５３】
このようにして、ＥＧＲ率制御領域マップに基づく操作量マップ（図７（ｂ））および過給圧制御領域マップに基づく２次操作量マップ（図８（ｃ））をそれぞれ作成した後、排気成立制御領域の算出を行う。具体的には、前記各操作量マップを重ね合わせることによって排気成立制御領域マップを作成する。図９は、この排気成立制御領域マップを示している。
【００５４】
この排気成立制御領域マップにあっては、ＥＧＲ率制御領域マップに基づく操作量マップ（図７（ｂ））における斜線を付した領域（ＥＧＲ率および過給圧を変化させても排気中におけるＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることが可能な領域）と、過給圧制御領域マップに基づく２次操作量マップ（図８（ｃ））における斜線を付した領域（ＥＧＲ率および過給圧を変化させても排気中におけるＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることが可能な領域）とが重なる領域（図９において斜線を付した領域）が排気成立制御領域となっている。つまり、この排気成立制御領域が、ＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることができ、且つＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができる領域となっている。なお、現在の動作点が排気成立制御領域よりも上側（排気成立制御領域マップにおける上側）に外れている場合には、酸素濃度が高いことに起因しＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることができていない状態となる。一方、現在の動作点が排気成立制御領域よりも下側（排気成立制御領域マップにおける下側）に外れている場合には、ガス量が少ないことに起因しＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができていない状態となる。
【００５５】
次に、ステップＳＴ６に移り、現在の動作点が前記排気成立制御領域マップ上の排気成立制御領域（斜線を付した領域）内にあるか否かを判定する。つまり、現在の動作点において、ＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることができており、且つＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができているか否かを判定する。
【００５６】
現在の動作点が排気成立制御領域内に無い状態、つまり、ＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量のうち少なくとも一方が規制の範囲内に抑えられていない状態であって、ステップＳＴ６でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ７に移る。このステップＳＴ７では、過給圧の過渡応答性Ｋｐ（可変ノズルベーン機構５４の応答性）、および、ＥＧＲ率の過渡応答性Ｋｅ（ＥＧＲバルブ８１の応答性）を読み込む。具体的に、過給圧の過渡応答性Ｋｐは、過給圧の変化量（Δ過給圧）に応じて変化する。また、ＥＧＲ率の過渡応答性Ｋｅは、ＥＧＲ率の変化量（ΔＥＧＲ率）に応じて変化する。前記ＲＯＭには、エンジン１の各運転格子点に対応して、Δ過給圧に応じた過給圧の過渡応答性Ｋｐ、および、ΔＥＧＲ率に応じたＥＧＲ率の過渡応答性Ｋｅが予め記憶されている。
【００５７】
前記過渡応答性は、要求された変化量（過給圧の変化量、ＥＧＲ率の変化量）を達成するのに要する時間に置き換えることができる。図１０は、前記Δ過給圧と、このΔ過給圧に応じた必要時間（過給圧の過渡応答性）との関係を表すグラフである。また、図１１は、前記ΔＥＧＲ率と、このΔＥＧＲ率に応じた必要時間（ＥＧＲ率の過渡応答性）との関係を表すグラフである。これらの情報がエンジン１の各運転格子点に対応して前記ＲＯＭに記憶されている。
【００５８】
このようにして、過給圧の過渡応答性ＫｐおよびＥＧＲ率の過渡応答性Ｋｅを読み込んだ後、ステップＳＴ８に移り、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるための最短時間（最短到達時間）を算出する。
【００５９】
この最短到達時間の算出は以下のようにして行われる。ここでは、図７〜図９に示したように、現在の動作点が、目標ＥＧＲ率制御領域内にあり、且つ目標過給圧制御領域から外れている場合を例に挙げて説明する。つまり、図９の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域よりも下側に動作点がある場合を例に挙げて説明する。
【００６０】
先ず、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるためには、図９の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域の最下ラインＬ１上の点（図９に破線で示している直線Ｌ１上の点）に動作点を移行させる必要がある。今、この直線Ｌ１を以下の式（１）とおく。
【００６１】
Δ過給圧＝ａ×ΔＥＧＲ率＋ｂ      …（１）
ここで、ａ，ｂはそれぞれ定数である。
【００６２】
次に、過給圧を排気成立制御領域内で現在の動作点に最も近い状態（前記直線Ｌ１上の点）まで移行させるために要する時間をｔ１とし、ＥＧＲ率を排気成立制御領域内で現在の動作点に最も近い状態（前記直線Ｌ１上の点）まで移行させるために要する時間をｔ２とする。この場合、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるために必要となる総時間は以下の式（２）で与えられる。
【００６３】
ｔ＝ｔ１＋ｔ２      …（２）
ここでは、現在の動作点が、目標ＥＧＲ率制御領域内にあり、且つ目標過給圧制御領域から外れているので、Δ過給圧が採り得る値としては「正」の値（過給圧を上昇させる側の値）である。つまり、「Δ過給圧＞０」となっている。また、ΔＥＧＲ率は「正」および「負」の何れの値（ＥＧＲ率を上昇させる側の値および下降させる側の値）も採り得る。つまり、「ΔＥＧＲ率＞０」または「ΔＥＧＲ率＜０」となっている。
【００６４】
以下、それぞれの場合に分けて時間ｔを算出する。
【００６５】
（Δ過給圧＞０、ΔＥＧＲ率＞０の場合）
この場合、時間ｔは以下の式（３）で与えられる。
【００６６】
ｔ＝ｆ（Δ過給圧）＋ｈ（ΔＥＧＲ率）      …（３）
ここで、ｆはΔ過給圧＞０である場合の過給圧の過渡応答性Ｋｐに応じて前記時間ｔ１を求めるための関数である（図１０を参照）。なお、実際にはΔ過給圧は図１０の破線よりも高い値となっている。また、ｈはΔＥＧＲ率＞０である場合のＥＧＲ率の過渡応答性Ｋｅに応じて前記時間ｔ２を求めるための関数である（図１１を参照）。なお、実際にはΔＥＧＲ率は図１１の破線よりも高い値であって且つ正の値となっている。
【００６７】
前記式（１）を式（３）に代入すると式（４）が求められる。
【００６８】
ｔ＝ｆ（ａ×ΔＥＧＲ率＋ｂ）＋ｈ（ΔＥＧＲ率）
＝ｍ（ΔＥＧＲ率）      …（４）
つまり、時間ｔはΔＥＧＲ率のみを変数とする関数（関数ｍ）から求まる値となる。
【００６９】
このため、この式（４）から時間ｔの最小値が算出可能となる。以下、この時間ｔの最小値を「ｔａ」とする。
【００７０】
（Δ過給圧＞０、ΔＥＧＲ率＜０の場合）
この場合、時間ｔは以下の式（５）で与えられる。
【００７１】
ｔ＝ｆ（Δ過給圧）＋ｋ（ΔＥＧＲ率）      …（５）
ここで、ｋはΔＥＧＲ率＜０である場合のＥＧＲ率の過渡応答性Ｋｅに応じて前記時間ｔ２を求めるための関数である（図１１を参照）。なお、実際にはΔＥＧＲ率は図１１の破線よりも高い値であって且つ負の値となっている。
【００７２】
前記式（１）を式（５）に代入すると式（６）が求められる。
【００７３】
ｔ＝ｆ（ａ×ΔＥＧＲ率＋ｂ）＋ｋ（ΔＥＧＲ率）
＝ｎ（ΔＥＧＲ率）      …（６）
つまり、この場合も、時間ｔはΔＥＧＲ率のみを変数とする関数（関数ｎ）から求まる値となる。
【００７４】
このため、この式（６）から時間ｔの最小値が算出可能となる。以下、この時間ｔの最小値を「ｔｂ」とする。
【００７５】
そして、これら求められた時間ｔの最小値「ｔａ」および「ｔｂ」のうち短い方の値を前記最短到達時間「ｔｍｉｎ」として算出する。
【００７６】
これにより、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるための最短到達時間ｔｍｉｎが算出されたことになる。
【００７７】
前述した如く、ここでは、現在の動作点が、目標ＥＧＲ率制御領域内にあり、且つ目標過給圧制御領域から外れている場合を例に挙げて説明した。つまり、図９の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域よりも下側に動作点がある場合を例に挙げて説明した。仮に、現在の動作点が、目標過給圧制御領域内にあり、且つ目標ＥＧＲ率制御領域から外れている場合（図９の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域よりも上側に動作点がある場合）にあっては、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるためには、図９の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域の最上ラインＬ２上の点（図９に実線で示している直線Ｌ２上の点）に移行させるように前述の演算が行われる。また、この場合、Δ過給圧が採り得る値としては「正」および「負」の何れの値（過給圧を上昇させる側の値および下降させる側の値）も採り得る。つまり、「Δ過給圧＞０」または「過給圧＜０」となっている。また、ΔＥＧＲ率が採り得る値としては「正」の値（ＥＧＲ率を上昇させる側の値）である。つまり、「ΔＥＧＲ率＞０」となっている。このため、「Δ過給圧＞０、ΔＥＧＲ率＞０の場合」および「Δ過給圧＜０、ΔＥＧＲ率＞０の場合」それぞれに場合分けして時間ｔの最小値を求めて前記最短到達時間ｔｍｉｎを算出することになる。
【００７８】
また、仮に、現在の動作点が、目標ＥＧＲ率制御領域から外れており、且つ目標過給圧制御領域から外れている場合（図９の排気成立制御領域マップにおいて点IIで示す動作点である場合）にあっては、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるためには、図９の排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域の最下ラインＬ１と最上ラインＬ２との交点またはその付近に移行させるように前述の演算が行われる。また、この場合、Δ過給圧が採り得る値としては「正」の値（過給圧を上昇させる側の値）である。つまり、「Δ過給圧＞０」となっている。また、ΔＥＧＲ率が採り得る値としては「正」の値（ＥＧＲ率を上昇させる側の値）である。つまり、「ΔＥＧＲ率＞０」となっている。このため、「Δ過給圧＞０、ΔＥＧＲ率＞０の場合」における前記最短到達時間ｔｍｉｎを算出することになる。
【００７９】
以上のようにして最短到達時間ｔｍｉｎを算出した後、ステップＳＴ９に移り、動作点を排気成立制御領域内（前記直線Ｌ１上の点）へ移行させるために必要となる制御量であるΔＥＧＲ率およびΔ過給圧を算出する。
【００８０】
ΔＥＧＲ率の算出に際しては、前記最短到達時間ｔｍｉｎを式（４）のｔに代入することで求められる。また、Δ過給圧の算出に際しては、この求められたΔＥＧＲ率を式（１）に代入することで求められる。ここで求められたΔＥＧＲ率およびΔ過給圧は、図９におけるＸ（ＥＧＲ率の制御量）およびＹ（過給圧の制御量）に相当する。
【００８１】
ステップＳＴ１０では、現在のＥＧＲ率に対して前述の如く求められたΔＥＧＲ率を加算することにより得られた値を目標ＥＧＲ率として算出する（前記目標値算出部による目標ＥＧＲ率の算出）。ΔＥＧＲ率が「正」の値であった場合には、現在のＥＧＲ率に対してこのΔＥＧＲ率だけ加算した値が目標ＥＧＲ率となる。また、ΔＥＧＲ率が「負」の値であった場合には、現在のＥＧＲ率に対してこのΔＥＧＲ率だけ減算した値が目標ＥＧＲ率となる。
【００８２】
同様に、現在の過給圧に対して前述の如く求められたΔ過給圧を加算することにより得られた値を目標過給圧として算出する（前記目標値算出部による目標過給圧の算出）。Δ過給圧が「正」の値であった場合には、現在の過給圧に対してこのΔ過給圧だけ加算した値が目標過給圧となる。また、Δ過給圧が「負」の値であった場合には、現在の過給圧に対してこのΔ過給圧だけ減算した値が目標過給圧となる。
【００８３】
そして、ステップＳＴ１１では、ＥＧＲ率が前記算出された目標ＥＧＲ率となるようにＥＧＲバルブ８１の開度制御を実行する。また、過給圧が前記算出された目標過給圧となるようにノズルベーン５４ａの開度制御を実行する。
【００８４】
目標ＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲバルブ８１の開度制御としては、実ＥＧＲ率を算出し、この実ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近付けるためのフィードバック制御が行われる。実ＥＧＲ率の算出に際しては、例えば、図示しないＥＧＲバルブ開度センサによって検出されたＥＧＲバルブ８１の開度、前記吸気温センサ４９によって検出された吸気の温度、吸気圧センサ４８によって検出された吸気圧力等をパラメータとして、予め前記ＲＯＭに記憶された所定の演算式またはマップから求められる。また、目標過給圧を達成するためのノズルベーン５４ａの開度制御としては、実過給圧を算出し、この実過給圧を目標過給圧に近付けるためのフィードバック制御が行われる。実過給圧は、例えば前記吸気圧センサ４８によって検出された吸気圧力等から求められる。
【００８５】
このようなＥＧＲバルブ８１の開度制御およびノズルベーン５４ａの開度制御が実行されることにより、最短の時間をもって、ＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることができ、且つＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができる。
【００８６】
一方、ステップＳＴ６において、現在の動作点が前記排気成立制御領域マップ上の排気成立制御領域（図９において斜線を付した領域）内にあると判定された場合には、現在の動作点において、ＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることができており、且つＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができていることになる。例えば図１２に示すように排気成立制御領域マップにおいて排気成立制御領域（斜線を付した領域）内に動作点Ｉがある場合である。
【００８７】
本実施形態では、このような状況においてターボチャージャ５の総合効率が最大効率となるような協調制御を行うようにしている。つまり、ステップＳＴ６でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１２に移り、現在のエンジン運転状態（運転格子点）における目標ターボ総合効率を読み込む。この目標ターボ総合効率は、各運転格子点毎に前記ＲＯＭに記憶されている。
【００８８】
なお、ターボ総合効率とは、タービン効率と、コンプレッサ効率と、機械効率との積で表される。タービン効率は、タービンの仕事量を、タービンで失った排気エネルギー量で除算したものである。また、コンプレッサ効率は、空気の圧縮仕事量をタービンの仕事量で除算したものである。また、機械効率は、タービンに与えられた排気エネルギー量に対する、ベアリングおよびシール等の摩擦抵抗によって生じた損失分を減算した残りのエネルギー量の比である。
【００８９】
その後、ステップＳＴ１３に移り、動作点を、ターボ総合効率が最大効率となる動作点へ移行させるための最短到達時間を算出する。この最短到達時間の算出は、前記ステップＳＴ８での処理と同様にして行われる。
【００９０】
その後、前述した場合と同様に、ステップＳＴ９でのΔＥＧＲ率およびΔ過給圧の算出処理、ステップＳＴ１０での目標ＥＧＲ率および目標過給圧の算出処理、ステップＳＴ１１でのＥＧＲバルブ８１の開度制御およびノズルベーン５４ａの開度制御が行われる。図１２に示すものでは、ターボ総合効率が最大効率となる動作点が図中のIIIであり、この動作点IIIを達成するためのΔＥＧＲ率およびΔ過給圧の算出処理が行われて、目標ＥＧＲ率および目標過給圧が求められる。
【００９１】
このように、現在の動作点が排気成立制御領域マップ上の排気成立制御領域内にある場合には、ターボ総合効率が最大効率となる動作点を目標ＥＧＲ率および目標過給圧としてそれぞれ設定してＥＧＲバルブ８１の開度制御およびノズルベーン５４ａの開度制御が行われる。このため、最短の時間をもって、ＮＯｘ排出量を規制の範囲内に抑えることができ、且つＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えることができ、しかも、ターボ総合効率を最大効率にすることができる。
【００９２】
以上の動作が繰り返されることにより、ＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化することができる。特に、エンジン１の過渡運転時であっても、ＮＯｘ排出量およびＨＣ排出量を規制の範囲内に抑えるまでに要する時間を短縮化することが可能になる。
【００９３】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載された直列４気筒ディーゼルエンジン１に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。また、本発明は軽油を燃料とするディーゼルエンジンに限らず、ガソリンやその他の燃料を使用するエンジンに対しても適用が可能である。
【００９４】
また、前記実施形態では、過給圧を排気成立制御領域内で現在の動作点に最も近い状態（前記直線Ｌ１上の点）まで移行させるために要する時間をｔ１とし、ＥＧＲ率を排気成立制御領域内で現在の動作点に最も近い状態（前記直線Ｌ１上の点）まで移行させるために要する時間をｔ２とし、これらの和（ｔ１＋ｔ２）を、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるために必要となる総時間として設定した。本発明は、これに限らず、ＥＧＲ率の調整動作と過給圧の調整動作とを同時並行させることを考慮し、前記時間ｔ１および時間ｔ２のうち、長い方の時間を、動作点を排気成立制御領域内へ移行させるために必要となる総時間として設定することも可能である。
【００９５】
また、前記実施形態ではコンベンショナル車両（駆動力源としてエンジンのみを搭載した車両）に本発明を適用した場合について説明したが、ハイブリッド車両（駆動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載した車両）に対しても本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射量および吸入空気量の補正動作に適用可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１          エンジン（内燃機関）
５          ターボチャージャ（過給機）
５４        可変ノズルベーン機構（可変容量機構）
８１        ＥＧＲバルブ
１００      ＥＣＵ
【図１】
0006032215.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006032215.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006032215.tif 000008
【図８】
0006032215.tif 000009
【図９】
0006032215.tif 000010
【図１０】
0006032215.tif 000011
【図１１】
0006032215.tif 000012
【図１２】
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