(57)【要約】【課題】定常運転状態だけでなく過渡運転状態においても排気性能と燃費とを両立させることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有する過給装置と、過給装置の過給圧を制御する可変ノズルと、タービンの上流の排気通路とコンプレッサの下流の吸気通路とを接続するＥＧＲ装置と、内燃機関の運転状態に基づいてコンプレッサの下流の吸気圧とタービンの上流の排気圧との目標差圧を決定する目標差圧決定手段と、目標差圧と過給圧とから目標排気圧を設定する目標排気圧設定手段と、可変ノズルをモデル化したノズル式を用いて、排気温度と可変ノズルの下流の排気圧に基づいて目標排気圧を実現するための可変ノズルの開口面積を算出し、開口面積に応じて可変ノズルの開度を制御する排気圧制御手段と、を備える。【選択図】図２
2015137613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有する過給装置と、
前記過給装置の過給圧を制御する可変ノズルと、
前記タービンの上流の排気通路と前記コンプレッサの下流の吸気通路とを接続するＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記コンプレッサの下流の吸気圧と前記タービンの上流の排気圧との目標差圧を決定する目標差圧決定手段と、
前記目標差圧と過給圧とから目標排気圧を設定する目標排気圧設定手段と、
前記可変ノズルをモデル化したノズル式を用いて、排気温度と前記可変ノズルの下流の排気圧に基づいて前記目標排気圧を実現するための前記可変ノズルの開口面積を算出し、前記開口面積に応じて前記可変ノズルの開度を制御する排気圧制御手段と、
を備え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】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過給装置を備えた内燃機関において、過給装置の排気圧が、可変ノズル（ＶＮ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｎｏｚｚｌｅ））の開度によって制御される内燃機関が知られている。例えば、特許文献１には、コンプレッサの下流の吸気圧とタービンの上流の排気圧との差圧が所定値になるように可変ノズルの開度を制御する内燃機関が開示されている。この所定値とは、ＮＯｘの発生量を低減することができる値である。このように可変ノズルの開度を制御することにより、排気性能を向上させることができ、同時に、燃費を最小に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９２１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の内燃機関における可変ノズルの制御は、過渡運転状態では可変ノズルの制御値と過給圧の要求値との中間値で制御されるため、排気性能と燃費とを最大限両立させる制御とはいえなかった。
【０００５】
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、定常運転状態だけでなく過渡運転状態においても排気性能と燃費とを両立させることができる内燃機関の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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有する過給装置と、
前記過給装置の過給圧を制御する可変ノズルと、
前記タービンの上流の排気通路と前記コンプレッサの下流の吸気通路とを接続するＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記コンプレッサの下流の吸気圧と前記タービンの上流の排気圧との目標差圧を決定する目標差圧決定手段と、
前記目標差圧と過給圧とから目標排気圧を設定する目標排気圧設定手段と、
前記可変ノズルをモデル化したノズル式を用いて、排気温度と前記可変ノズルの下流の排気圧に基づいて前記目標排気圧を実現するための前記可変ノズルの開口面積を算出し、前記開口面積に応じて前記可変ノズルの開度を制御する排気圧制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、過渡運転状態においてもコンプレッサの下流の吸気圧とタービンの上流の排気圧との差圧を目標差圧に近似させることができる。この結果、排気性能と燃費とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１としてのエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】本実施の形態において、ＥＣＵで実行される可変ノズル開度制御ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
［本実施の形態のシステムの全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１としてのエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態のエンジンは、ターボ過給機付きのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）である。エンジン本体２には複数の気筒が備えられ、気筒ごとにインジェクタ８が設けられている。エンジン本体２には吸気マニホールド４と排気マニホールド６が取り付けられている。吸気マニホールド４には吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０には、エアクリーナ２０から取り込まれた新気が流れる。吸気通路１０にはターボ過給機のコンプレッサ１４が取り付けられている。吸気通路１０のコンプレッサ１４の下流にはディーゼルスロットル２４が設けられている。吸気通路１０の、コンプレッサ１４とディーゼルスロットル２４との間にはインタークーラ２２が備えられている。排気マニホールド６にはエンジン本体２から出た排気ガスを大気中に放出するための排気通路１２が接続されている。排気通路１２にはターボ過給機のタービン１６が取り付けられている。本実施の形態のターボ過給機は可変容量型であって、タービン１６には可変ノズル（ＶＮ）１８が備えられている。排気通路１２においてタービン１６の下流には排気ガスを浄化するための触媒２６が設けられている。
【００１０】
本実施の形態のエンジンは、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、吸気通路１０におけるディーゼルスロットル２４の下流の位置と排気マニホールド６とをＥＧＲ通路３０によって接続している。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲ弁３２が設けられている。ＥＧＲ通路３０においてＥＧＲ弁３２の排気側にはＥＧＲクーラ３４が備えられている。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲクーラ３４をバイパスするバイパス通路３６が設けられている。ＥＧＲ通路３０とバイパス通路３６が合流する箇所には、排気ガスが流れる方向を切り替えるバイパス弁３８が設けられている。
【００１１】
本実施の形態のエンジンシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備える。ＥＣＵ５０は、エンジンシステム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ５０は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み、各種処理を実行する。センサはエンジンシステムの各所に取り付けられている。例えば、吸気通路１０には、エアクリーナ２０の下流にエアフローメータ５８が取り付けられ、インタークーラ２２の出口付近には吸気温センサ６０が取り付けられ、ディーゼルスロットルの下流には過給圧センサ５４が取り付けられている。また、排気マニホールド６にはターボ前排気圧センサ５６及びエキマニ温度センサ６６が取り付けられている。また、可変ノズル１８と触媒２６との間には、ターボ後排気圧センサ６４が取り付けられている。さらに、クランク軸の回転を検出する回転数センサ５２や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ６２なども取り付けられている。ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、可変ノズル１８、インジェクタ８、ＥＧＲ弁３２、ディーゼルスロットル２４などが含まれている。なお、ＥＣＵ５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００１２】
［可変ノズル１８をモデル化したノズル式について］
本実施の形態では、コンプレッサ１４の下流の吸気圧とタービン１６の上流の排気圧との差圧を目標差圧ＰＬに近似させるために、タービン１６に備えられている可変ノズル１８の開度を制御する方式が採用されている。ここで、目標差圧ＰＬとは、エンジンの運転条件に基づいて決定されるものであり、具体的には、インジェクタ８からの燃料噴射量及びエンジン回転数などから決定されるものである。また、本実施の形態では、定常状態において、排気性能を悪化させることのない範囲で燃費を最も向上させることのできる差圧が、運転条件ごとに試験あるいはシミュレーションによって測定され、その結果が目標差圧ＰＬと運転条件とを関連付けるマップに記録されている。
【００１３】
この目標差圧を達成する可変ノズル１８の開度を決定するために、ＥＣＵ５０には、可変ノズル１８をモデル化したノズル式が設定されている。このノズル式を解くことにより、可変ノズル１８の開口面積特性μＡｖｎが求められる。このノズル式は、以下の式（１）で表される。ここで、μは流量係数、Ａｖｎは開口面積（ｍ２）、ＭｖｎはＶＮ通過ガス流量、Ｒは気体定数、κは比熱比、Ｔ４はエキマニガス温度、Ｐ４ｋは目標排気圧、Ｐ６はターボ後排気圧である。なお、目標差圧ＰＬと過給圧ｐｉｍとを足し合わせることで、目標排気圧Ｐ４ｋが導出される。
【００１４】
【数１】
2015137613.tif 000003
【００１５】
上記式（１）で算出された可変ノズル１８の開口面積特性μＡｖｎに基づいて、下記式（２）により可変ノズル１８の開度目標値ｖｎｂｓｅが算出される。ここで、ａは係数（適合値）であり、ｂは定数（適合値）である。
【００１６】
【数２】
2015137613.tif 000004
【００１７】
上記式（２）によって算出された開度目標値ｖｎｂｓｅに基づいて、可変ノズル１８の開度が制御される。このようにノズル式に基づいて可変ノズル１８の開度制御を行うことにより、エキマニガス温度Ｔ４、ターボ後排気圧Ｐ６、そして過給圧ｐｉｍなどの過渡運転時に変化する値を反映させて可変ノズル１８の開度を制御することができる。このため、過渡運転状態においてもコンプレッサ１４の下流の吸気圧とタービン１６の上流の排気圧との差圧を目標差圧に近似させることができる。この結果、排気性能と燃費とを両立させることができる。
【００１８】
以下に、ＥＣＵ５０で実行されるノズル式を用いた可変ノズル開度制御について、図２を参照して説明する。
【００１９】
［可変ノズル開度制御ルーチン］
図２は、本実施の形態において、ＥＣＵ５０で実行される可変ノズル開度制御ルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ５０は、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵ５０は、記憶した本ルーチンを実行するためのプロセッサを有している。
【００２０】
まず、ＥＣＵ５０は、回転数センサ５２の出力に基づいてエンジン回転数を検出する（Ｓ１００）。
【００２１】
次に、ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ６２の出力に応じて燃料噴射量Ｑを算出する（Ｓ１０２）。
【００２２】
次に、ＥＣＵ５０は、現時点での過給圧センサ５４の出力に基づいて過給圧ｐｉｍを検出する（Ｓ１０４）。
【００２３】
次に、ＥＣＵ５０は、現時点でのターボ前排気圧センサ５６の出力に基づいてターボ前排気圧Ｐ４を検出する（Ｓ１０６）。
【００２４】
次に、ＥＣＵ５０は、現時点でのエキマニ温度センサ６６の出力に基づいてエキマニガス温度Ｔ４を検出する（Ｓ１０８）。
【００２５】
次に、ＥＣＵ５０は、現時点でのターボ後排気圧センサ６４の出力に基づいてターボ後排気圧Ｐ６を検出する（Ｓ１１０）。
【００２６】
次に、ＥＣＵ５０は、予め記憶されているマップにエンジン回転数及び燃料噴射量Ｑを代入して新気量Ｇｓｔを算出する（Ｓ１１２）。このマップでは、エンジン回転数及び燃料噴射量Ｑと新気量Ｇｓｔとが定常性能を前提として関連付けられている。
【００２７】
次に、ＥＣＵ５０は、現時点でのＶＮ通過ガス流量Ｍｖｎを算出する（Ｓ１１４）。ＶＮ通過ガス流量Ｍｖｎとは、新気量Ｇｓｔと燃料噴射量Ｑとを足し合わせたものである。
【００２８】
次に、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数及び燃料噴射量Ｑに応じて、目標差圧ＰＬを算出する（Ｓ１１６）。
【００２９】
次に、ＥＣＵ５０は、目標差圧ＰＬから目標排気圧Ｐ４ｋを算出する（Ｓ１１８）。目標排気圧Ｐ４ｋとは、目標差圧ＰＬと過給圧ｐｉｍとを足し合わせたものである。
【００３０】
次に、ＥＣＵ５０は、式（１）に基づいて、ＶＮ通過ガス流量Ｍｖｎ、目標排気圧Ｐ４ｋ、ターボ後排気圧Ｐ６、エキマニガス温度Ｔ４からＶＮ開口面積特性μＡｖｎを算出する（Ｓ１２０）。
【００３１】
次に、ＥＣＵ５０は、式（２）に基づいて、ＶＮ開口面積特性μＡｖｎからＶＮ開度目標値ｖｎｂｓｅを算出する（Ｓ１２２）。ＶＮ開度目標値ｖｎｂｓｅの一例として、可変ノズルの有効開口面積がある。
【００３２】
次に、ＥＣＵ５０は、ＶＮ開度目標値ｖｎｂｓｅに応じてＶＮ開度をフィードフォーワード制御する（Ｓ１２４）。その後、本ルーチンは終了する。
【００３３】
なお、ＥＣＵ５０が、上記Ｓ１１６を実行することにより前記第１の発明の「目標差圧決定手段」が、上記Ｓ１１８を実行することにより前記第１の発明の「目標排気圧設定手段」が、上記Ｓ１２０、Ｓ１２２、そしてＳ１２４を実行することにより前記第１の発明の「排気圧制御手段」が、それぞれ実現される。
【符号の説明】
【００３４】
２  エンジン本体
４  吸気マニホールド
６  排気マニホールド
８  インジェクタ
１０  吸気通路
１２  排気通路
１４  コンプレッサ
１６  タービン
１８  可変ノズル
２４  ディーゼルスロットル
３０  ＥＧＲ通路
３２  ＥＧＲ弁
５２  回転数センサ
５４  過給圧センサ
５６  ターボ前排気圧センサ
５８  エアフローメータ
６０  吸気温センサ
６２  アクセル開度センサ
６４  ターボ後排気圧センサ
６６  エキマニ温度センサ
【図１】
2015137613.tif 000005
【図２】
2015137613.tif 000006