(57)【要約】【課題】  大気圧の高低に拘らず、過給圧を要求値に応じるように設定可能な内燃機関の提供を目的とする。【解決手段】  内燃機関１は、可動ベーン１７の傾きをアクチュエータ１８により変化させることにより過給圧を制御可能な可変ノズル式の過給機１１を備える。内燃機関１では、スロットルバルブ３の開度が所定量以下である場合、過給機１１の圧縮機出口とスロットルバルブ３との間における絶対圧力Ｐ１と目標値とが一致するように過給機１１のアクチュエータ１８が制御され、スロットルバルブ３の開度が所定量を上回った場合、スロットルバルブ３の下流側における相対圧力Ｐ２と目標値とが一致するように過給機１１のアクチュエータ１８が制御される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給圧制御可能な過給機を備えた内燃機関において、
機関要求過給圧が低い場合には、前記過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される絶対圧力を用いて前記過給機による過給圧が設定され、機関要求過給圧が高い場合には、前記過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される相対圧力を用いて前記過給機による過給圧が設定されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
排気ガスを吸気系統に還流させるためのＥＧＲ流路を含む排ガス還流系統と、前記ＥＧＲ流路および前記吸気管の合流部分と前記過給機の圧縮機出口との間に配置されたスロットルバルブとを更に備え、前記機関要求過給圧が低い場合には、前記圧縮機出口と前記スロットルバルブとの間で検出される絶対圧力が目標値に一致するように前記過給機による過給圧が設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記スロットルバルブの開度が所定量を上回っている場合、前記機関要求過給圧が高いと判断され、前記スロットルバルブの開度が前記所定量以下である場合、前記機関要求過給圧が低いと判断されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給圧制御可能な過給機を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、過給機を備えた内燃機関として、機関回転数とスロットル開度とによる機関運転状態に基づいて、標準大気圧に対応した基本目標過給圧を設定するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この内燃機関では、大気圧の低下に応じて、標準大気圧に対応した基本目標過給圧が補正（減少）され、実過給圧が補正後の目標過給圧と一致するように設定される。これにより、この内燃機関では、大気圧の低い高地等において運転される場合であっても、目標過給圧と大気圧との差圧が大きくなることに起因して生じる過給機の過回転が抑制される。  
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４８９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来の内燃機関では、大気圧が相対的に低いと、過給機の過回転が生じるおそれが少ない場合であっても、大気圧に応じて基本目標過給圧が補正される。このような場合、従来の内燃機関では、大気圧による補正を伴って設定された過給圧が本来要求されている過給圧を下回ってしまい、燃焼状態の悪化を招くおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、大気圧の高低に拘らず、過給圧を要求値に応じるように設定可能な内燃機関の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による内燃機関は、過給圧制御可能な過給機を備えた内燃機関において、機関要求過給圧が低い場合には、過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される絶対圧力を用いて過給機による過給圧が設定され、機関要求過給圧が高い場合には、過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される相対圧力を用いて過給機による過給圧が設定されることを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関では、大気圧の高低に拘らず、機関要求過給圧が低い場合には、過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される絶対圧力を用いて過給機による過給圧が設定される一方、機関要求過給圧が低い場合には、過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される相対圧力（ゲージ圧）を用いて過給機による過給圧が設定される。このように、機関要求過給圧が低い場合、すなわち、過給機の過回転が生じるおそれが少ない場合に絶対圧力を用いて過給圧を設定することにより、大気圧の高低に拘らず、過給圧を本来の要求値に設定することが可能となり、吸入空気量を十分に確保して燃焼状態を良好に保つことができる。
【０００８】
また、本発明の内燃機関は、排気ガスを吸気系統に還流させるためのＥＧＲ流路を含む排ガス還流系統と、ＥＧＲ流路および吸気管の合流部分と過給機の圧縮機出口との間に配置されたスロットルバルブとを更に備え、前記機関要求過給圧が低い場合には、前記圧縮機出口と前記スロットルバルブとの間で検出される絶対圧力が目標値に一致するように前記過給機による過給圧が設定されると好ましい。
【０００９】
背圧変化によりＥＧＲ率が変化してしまっているにも拘らず、スロットルバルブ下流側の圧力が変化しなければ、ＥＧＲ率を正常値に戻すべく新気の量が変化するように過給機が制御されないことになり、スモークの発生等の問題が生じるおそれがある。これに対して、スロットルバルブの上流側は背圧変化の影響を受け難いことから、機関要求過給圧が低い場合に、圧縮機出口とスロットルバルブとの間で検出される絶対圧力が目標値に一致するように過給機による過給圧を設定すれば、過給圧を本来の要求値に精度よく設定し、吸入空気量を十分に確保して燃焼状態を良好に保つことが可能となる。
【００１０】
更に、前記スロットルバルブの開度が所定量を上回っている場合、前記機関要求過給圧が高いと判断され、前記スロットルバルブの開度が前記所定量以下である場合、前記機関要求過給圧が低いと判断されると好ましい。
【００１１】
このように、スロットルバルブの開度に基づいて機関要求過給圧の高低を判断することにより、機関要求過給圧が低い場合には、過給圧を本来の要求値に確実に設定すると共に吸入空気量を十分に確保することが可能となり、機関要求過給圧が高い場合には、過給機の過回転を抑制することが可能となるので、適切な過給圧制御を実行することができる。
【発明の効果】
【００１２】
上述のように、本発明によれば、大気圧の高低に拘らず、過給圧を要求値に応じるように設定可能な内燃機関の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明による内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、例えば多気筒形のディーゼルエンジンとして構成されており、例えば車両の走行駆動源として使用されるものである。内燃機関１は、複数（本実施形態では、４つ）の燃焼室＃１，＃２，＃３および＃４を備えており、各燃焼室＃１〜＃４における混合気の燃焼により図示されないピストンを往復移動させて動力を発生する。
【００１５】
各燃焼室＃１〜＃４には、吸気管２を介して空気が供給される。吸気管２の先端には、エアクリーナ（図示省略）が接続されており、吸気管２には、エアクリーナと各燃焼室＃１〜＃４との間においてスロットルバルブ（吸気絞り弁）３が組み込まれている。また、内燃機関１は、各燃焼室＃１〜＃４に対して燃料を供給するために、図１に示されるように、燃料ポンプ４、コモンレール５および複数（４体）のインジェクタ６を有している。燃料は、燃料ポンプ４によって昇圧され、コモンレール５を介して各燃焼室＃１〜＃４のインジェクタ６に分配される。各インジェクタ６は、所定のタイミングで要求される量の燃料を各燃焼室＃１〜＃４内に噴射する。各燃焼室＃１〜＃４における燃焼によって生成された排気ガスは、排気管７に排出される。排気管７には、例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒を含む触媒装置８が設けられており、この触媒装置８において燃焼室＃１〜＃４からの排気ガスが浄化される。
【００１６】
更に、本実施形態の内燃機関１は、排気管７から吸気管２に排気ガスを還流させるためのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）流路９を有する。ＥＧＲ流路９の中途には、排気ガスの還流量を調節するためのＥＧＲ弁１０が備えられており、ＥＧＲ流路９およびＥＧＲ弁１０は、排ガス還流系統を構成する。排気管７から吸気管２への排気ガスの還流量は、ＥＧＲ弁１０の開度を調節することによって制御される。このように、ＥＧＲ流路９を介して二酸化炭素を含む排気ガスを吸気管２内の空気に混入させることにより、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生や燃焼騒音を抑制することができる。
【００１７】
さて、上述のような内燃機関１は、高出力化および低燃費化の双方を達成すべく、更に、過給機（ターボチャージャー）１１を備える。過給機１１は、図１に示されるように、吸気管２に接続された圧縮機ケーシング内に配置された圧縮機インペラ（圧縮機要素）１２と、排気管７に接続されたタービンケーシング内に配置されたタービンインペラ（タービン要素）１４とを含む。圧縮機インペラ１２とタービンインペラ１４とは、回転軸１５により互いに連結されて一体化している。なお、圧縮機インペラ１２を収容する圧縮機ケーシングと、スロットルバルブ３との間には、インタークーラ１６が配置されている。
【００１８】
過給機１１は、いわゆる可変容量型（可変ノズル型）過給機として構成されており、図１に示されるように、タービンインペラ１４（タービンケーシング）の排気入口近傍に配された複数の可動ベーン１７と、各可動ベーン１７の傾きを調整するためのアクチュエータ（過給圧設定手段）１８とを含む。これにより、アクチュエータ１８を作動させて可動ベーン１７により形成される複数のノズルの開度を調整すれば、タービンインペラ１４の回転数が変化し、過給機１１による過給圧を所望値に設定することができる。各燃焼室＃１〜＃４から排出された排気ガスにより過給機１１のタービンインペラ１４が回転駆動されると、回転軸１５を介して圧縮機インペラ１２が回転し、圧縮機インペラ１２は、エアクリーナを介して流入した空気を圧縮して各燃焼室＃１〜＃４に供給する。
【００１９】
そして、上述のように構成される内燃機関１は、制御手段として機能する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０を含む。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。上述の燃料ポンプ４、各インジェクタ６、ＥＧＲ弁１０等は、それぞれＥＣＵ２０の入出力ポートに接続されており、これらは、ＥＣＵ２０によって制御される。同様に、過給機１１のアクチュエータ１８も、ＥＣＵ２０の入出力ポートに接続されており、ＥＣＵ２０によって制御される。また、吸気管２には、過給機１１に流入する空気量を検出するエアフローメータ１９が組み込まれている。エアフローメータ１９は、ＥＣＵ２０の入出力ポートに接続されており、検出値を示す信号をＥＣＵ２０に与える。
【００２０】
次に、図２を参照しながら、上述の内燃機関１における過給圧制御の手順について説明する。
【００２１】
内燃機関１が始動されると、制御手段としてのＥＣＵ２０は、図２に示される手順に従い過給機１１による過給圧を制御する。この場合、ＥＣＵ２０は、スロットル開度センサ２３からの信号に基づいて、スロットルバルブ３の開度を取得する（Ｓ１０）。そして、ＥＵＣ２０は、取得したスロットルバルブ３の開度が予め定められている閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１２）。
【００２２】
Ｓ１２にてスロットルバルブ３の開度が予め定められている閾値以下であり、内燃機関１の運転状態が、機関要求過給圧が低くなる低負荷領域にあると判断した場合、ＥＣＵ２０は、第１圧力センサ２１からの信号に基づいて、過給機１１の圧縮機出口とスロットルバルブ３との間における吸気管２内の空気の絶対圧力Ｐ１を取得する（Ｓ１４）。なお、実際の過給機１１の圧縮機出口圧力を正確に検出する上では、本実施形態のように、インタークーラ１６の上流側（かつ過給機１１の圧縮機出口下流側）で圧力を検出することが好ましい。更に、ＥＣＵ２０は、予め記憶装置に記憶されている第１の過給圧制御用マップからその時点における要求トルク等に応じた目標過給圧（絶対圧力換算）を読み出し、過給機１１の圧縮機出口とスロットルバルブ３との間における絶対圧力Ｐ１が目標過給圧と一致するように過給機１１のアクチュエータ１８を制御する（Ｓ１６）。
【００２３】
このように、過給機１１（圧縮機インペラ１２およびタービンインペラ１４）の過回転が生じるおそれが少ない低負荷領域（機関要求過給圧が低い領域）において絶対圧力Ｐ１を用いて過給機１１による過給圧を設定することにより、内燃機関１の周囲の大気圧の高低に拘らず、過給圧を本来の要求値に確実に設定すると共に、吸入空気量を十分に確保して燃焼状態を良好に保つことができる。すなわち、各インジェクタ６からの燃料噴射量の上限値は、基本的に吸入空気量に応じて設定されるので、大気圧による補正を伴って過給圧を設定した場合、過給圧の低下と共に吸入空気量が低下してしまい、それに応じて燃料噴射量が減少して出力が低下するといったようなことが起こり得る。これに対して、内燃機関１のように、低負荷領域（機関要求過給圧が低い領域）において絶対圧力Ｐ１を用いて過給機１１による過給圧を設定すれば、低負荷領域（機関要求過給圧が低い領域）であっても、過給圧が本来の要求値に確実に設定され、吸入空気量と燃料噴射量とが十分に確保されるので、出力の低下を抑制することができる。
【００２４】
特に、本実施形態では、スロットルバルブ３の動作やＥＧＲ流路９を介して還流される排気ガスの影響を受けない過給機１１の圧縮機出口とスロットルバルブ３との間で絶対圧力Ｐ１が検出されるので、過給機１１による過給圧等を適切に設定することが可能となる。また、ＥＧＲ流路９を介した排気ガスの還流量（ＥＧＲ弁１０の開度）は、基本的に、エアフローメータ１９によって検出される過給機１１への流入空気量に基づいて設定されるが、上述のように低負荷領域において絶対圧力Ｐ１を用いて過給機１１による過給圧が設定されれば、過給機１１に流入する空気量が適正に設定されることになるので、それに伴って、ＥＧＲ流路９を介した排気ガスの還流量も適切に設定されることになる。
【００２５】
一方、Ｓ１２にてスロットルバルブ３の開度が予め定められている閾値を上回っており、内燃機関１の運転状態が、機関要求過給圧が高くなる高負荷領域にあると判断した場合、ＥＣＵ２０は、第２圧力センサ２２からの信号と、図示されない大気圧センサからの信号とに基づいて、スロットルバルブ３の下流側における吸気管２内の空気の相対圧力Ｐ２を取得する（Ｓ１８）。なお、圧力センサ２２を省略して、Ｓ１８では、過給機１１の圧縮機出口とスロットルバルブ３との間において吸気管２内の空気の相対圧力を取得してもよい。更に、ＥＣＵ２０は、予め記憶装置に記憶されている第２の過給圧制御用マップから要求トルク等に応じた目標過給圧（相対圧力換算）を読み出し、スロットルバルブ３の下流側における相対圧力Ｐ２が目標過給圧と一致するように過給機１１のアクチュエータ１８を制御する（Ｓ２０）。これにより、スロットルバルブ３の開度が予め定められている閾値を上回っている高負荷領域（機関要求過給圧が高い領域）では、大気圧が低い場合であっても、過給機１１（圧縮機インペラ１２およびタービンインペラ１４）の過回転が抑制されることになる。Ｓ１６およびＳ２０における処理の後、ＥＣＵ２０は、所定のタイミングになるたびにＳ１０〜Ｓ２０までの過給圧制御を繰り返し実行する。
【００２６】
なお、本発明がディーゼルエンジン以外の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。また、上述の内燃機関１に適用される過給機は、タービンインペラと圧縮機インペラとを連結する回転軸に装備されたターボ用電動機を有するいわゆるモータアシスト式過給機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】図１の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１  内燃機関
２  吸気管
３  スロットルバルブ
４  燃料ポンプ
５  コモンレール
６  インジェクタ
７  排気管
８  触媒装置
９  ＥＧＲ流路
１０  ＥＧＲ弁
１１  過給機
１２  圧縮機インペラ
１４  タービンインペラ
１５  回転軸
１６  インタークーラ
１７  可動ベーン
１８  アクチュエータ
１９  エアフローメータ
２１  第１圧力センサ
２２  第２圧力センサ
２３  スロットル開度センサ
【図１】
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【図２】
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