(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路を流れる排気ガスにて回転駆動されて、吸気通路中の吸入空気を過給すると共に、可動部材によりタービンへのガス流入速度を変更可能な可変ターボチャージャと、
前記排気通路中のブースト圧を検出するブースト圧センサと、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動部材の基本操作量を設定すると共に目標ブースト圧と前記ブースト圧センサにて検出された実ブースト圧とからフィードバック量を演算しそのフィードバック量により前記基本操作量を補正して前記可動部材を制御する可動部材制御手段と、
前記排気通路側より吸気通路側に還流されるＥＧＲ量に基づいて、ＥＧＲ量による排ガスの減少分を補うべく前記可動部材制御手段の前記基本操作量を補正する制御量補正手段と
を備えたことを特徴とする可変ターボチャージャの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の運転状態に応じて可変翼（可動ベーン）を変更可能な可変ターボチャージャの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可動部材によりタービンへのガス流入速度を変更可能な可変ターボチャージャは、可動部材を適切に制御することによって迅速な過給圧上昇が得られ、低速から高速まで全域でトルク向上が図れるものであり、近年、実用化が進んでいる。
【０００３】
一方、排気ガス中に含まれる有害性分の低減は、近年になって一層強く要望されており、有害成分の一つであるＮＯｘを低減するために、排気ガスを吸気通路側に所定割合で還流する排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が実施されている。周知のように、このＥＧＲ装置は、例えば図２に示すマップに従って、燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転速度ＮeよりＥＧＲ量（吸気通路側に還流する排気ガスの量）を求め、そのＥＧＲ量に基づいて、吸気通路と排気通路との間に設けたＥＧＲ弁の開度を制御し、その結果、吸気通路側に還流させた排気ガスにより燃焼温度を低下させて、ＮＯｘの発生を抑制している。
【０００４】
ところで、前記可変ターボチャージャによって所望の過給圧を得るには、可動部材を運転状態により決まる排ガスエネルギに応じた適切な開度に調整しなければならない。しかしながら、ＥＧＲ装置により排ガスが吸気通路側に還流されると、排ガスエネルギが減少し、所望の過給圧を得るための可動部材の開度が変化する。そして、可動部材の開度が変化すると、背圧（タービン上流圧）も変化することとなり、背圧と過給圧の差圧、ＥＧＲ装置により還流されるＥＧＲ量にも変化を及ぼす。
【０００５】
そこで、一般的にはＥＧＲ装置を作動させる領域では、予めＥＧＲ装置のＥＧＲ制御量と可変ターボチャージャの可動部材制御量とをマップに記憶させて、このマップに基づきＥＧＲ装置と可変ターボチャージャとをそれぞれ制御している。例えば、特開平８−３３８２５６号公報にはその一例が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の通り予めＥＧＲ制御量と可動部材制御量とをマップに記憶させている場合、例えば、ＥＧＲ装置や可変ターボチャージャの生産バラツキによる、ＥＧＲ量や過給圧のバラツキをエンジンの個体間で排除できず、排ガスや性能がばらつくことになる。
【０００７】
このような問題を解消するには、過給圧やＥＧＲ量をフィードバック制御（以下、Ｆ／Ｂ制御と称す）することが考えられるが、ＥＧＲ装置及び可変ターボチャージャにそれぞれＦ／Ｂ制御を適用すると、上述した通り、双方がそれぞれの系に外乱として作用するため、収束性に問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、ＥＧＲ制御による過給圧Ｆ／Ｂ制御系への外乱を抑制し、適切な過給圧Ｆ／Ｂ制御を実現させる可変ターボチャージャの制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスにて回転駆動されて、吸気通路中の吸入空気を過給すると共に、可動部材によりタービンへのガス流入速度を変更可能な可変ターボチャージャと、排気通路中のブースト圧を検出するブースト圧センサと、内燃機関の運転状態に応じて可動部材の基本操作量を設定すると共に目標ブースト圧と前記ブースト圧センサにて検出された実ブースト圧とからフィードバック量を演算しそのフィードバック量により基本操作量を補正して前記可動部材を制御する可動部材制御手段と、排気通路側より吸気通路側に還流されるＥＧＲ量に基づいて、ＥＧＲ量による排ガスの減少分を補うべく可動部材制御手段の基本操作量を補正する制御量補正手段とを備えるように構成した。従って、可動部材制御手段により運転状態に応じて可動部材の基本操作量が設定され、目標ブースト圧と実ブースト圧とから演算されたフィードバック量により基本操作量が補正されて可動部材の制御に適用される。そして、ＥＧＲ時には、ＥＧＲ量による排ガスの減少分を補うべく可動部材制御手段の基本操作量が補正されることから、ＥＧＲの吸気通路側への還流により排気ガスの流量が変動しているときであっても、それに応じて可変ターボチャージャの可動部材が制御されて、可変ターボチャージャのタービンへのガス流入速度が変更される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をディーゼルエンジン用の可変ターボチャージャの制御装置に具体化した一実施例を説明する。
【００１１】
図１に示すように、エンジン１の吸気ポート２には吸気通路３が接続され、その吸気ポート２及び吸気通路３に案内されて吸入空気が各気筒の燃焼室４内に導入される。吸気通路３には、吸入空気を過給する可変ターボチャージャ（以下、単にターボチャージャという）５のコンプレッサ６、コンプレッサ６による圧縮で温度上昇した吸入空気を冷却するインタークーラ７、ソレノイド８にて開閉駆動される吸気絞り弁９、及び吸気圧力（以下、ブースト圧という）を検出するブーストセンサ１０が設けられている。又、エンジン１には排気通路１３が接続され、燃焼室４内で圧縮着火されて燃焼後の排気ガスが排気通路１３を経て外部に排出される。排気通路１３には、排気圧力を検出する排気圧センサ１４、及び前記コンプレッサ６と同軸上に結合されて、排気ガスにて回転駆動されるターボチャージャ５のタービン１５が設けられている。
【００１２】
ターボチャージャ５のタービン１５内には、タービンロータ１５ａを取り巻くように可動部材としての多数のベーン１６が配設され、これらのベーン１６はベーン調整アクチュエータ１７のロッド１８に連結されて（連結状態の図示は省略）一斉に開度を変更され、その結果、タービン導入ガス流速量が調整される。ロッド１８の操作量Ｌvaneは、ベーン調整アクチュエータ１７に取り付けられたポジションセンサ１９にて検出される。ベーン調整アクチュエータ１７内において、ロッド１８はダイアフラム２０に連結され、このダイアフラム２０に区画されて負圧室２１が形成されている。負圧室２１内には圧縮ばね２２が配設されて、この圧縮ばね２２によりロッド１８は常に突出側に付勢されている。
【００１３】
ベーン調整アクチュエータ１７の負圧室２１には制御管路２３を介して駆動用ソレノイド２４が接続され、このソレノイド２４にはエンジン１により回転駆動されるバキュームポンプ２５及び大気と連通するフィルタ２６がそれぞれ接続されている。駆動用ソレノイド２４の励磁動作に応じて、ベーン調整アクチュエータ１７の負圧室２１内にはバキュームポンプ２５の負圧、又はフィルタ２６を介した大気圧が選択的に導入され、負圧導入時には圧縮ばね２２の付勢に抗してロッド１８が引込み側に操作され、大気圧導入時には圧縮ばね２２の付勢でロッド１８が突出側に操作され、それに応じて前記のようにベーン開度が調整される。
【００１４】
吸気通路３と排気通路１３とは第一のＥＧＲ通路２８により連結され、この第一のＥＧＲ通路２８には第一のＥＧＲ弁２９が設けられている。又、第一のＥＧＲ通路２８の第一のＥＧＲ弁２９より吸気通路３側の部分と排気通路１３とは第二のＥＧＲ通路３０により連結され、この第二のＥＧＲ通路３０には第二のＥＧＲ弁３１及び排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ３２が設けられている。詳細は説明しないが、第一のＥＧＲ弁２９及び第二のＥＧＲ弁３１には、前記したベーン調整アクチュエータ１７と同じく駆動用ソレノイドがそれぞれ接続され、その駆動用ソレノイドの励磁動作に応じてＥＧＲ弁２９，３１が駆動されて、ＥＧＲ通路２８，３０の開度を調整する。又、ＥＧＲ弁２９，３１のバルブリフト量Ｌegr1，Ｌegr2は、それぞれポジションセンサ２９ａ，３１ａにて検出される。
【００１５】
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ４０（エンジン制御ユニット）が設置されており、ターボチャージャ５のベーン開度制御やＥＧＲ制御を含めたエンジン１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ４０の入力側には、上述した各種のセンサ類等からの検出情報が入力し、ＥＣＵ４０は、これらの検出情報に基づいてベーン開度やＥＧＲ量等を決定し、ベーン調整用アクチュエータ１７やＥＧＲ弁２９，３１の駆動用ソレノイド２４等を駆動制御する。尚、ＥＣＵ４０には、その入力側に図示しない多数のスイッチやセンサ類が接続する一方で、出力側にも各種警告灯や機器類等が接続している。
【００１６】
次に、上記のように構成された可変ターボチャージャの制御装置のＥＣＵ４０によって行われるベーン開度の制御処理を説明する。
【００１７】
ここで、本実施例のターボチャージャ５のベーン開度は、排気通路１３から吸気通路３に還流されるＥＧＲ量に関連して制御される。よって、まず、ＥＧＲ制御の概要を説明する。
【００１８】
ＥＧＲ量は、例えば、図２のマップに従って燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転速度Ｎeより求められ、その演算結果に応じてＥＣＵ４０によりＥＧＲ弁２９，３１の開度が制御される。尚、図では、ＥＧＲの実行領域をＷ／−ＥＧＲで示し、ＥＧＲの非実行領域をＷ／Ｏ−ＥＧＲで示している。
【００１９】
本実施例ではＥＧＲを必要に応じて冷却している。冷却水温が所定値未満のエンジン冷機状態では排気ガス温度が低いことから、第二のＥＧＲ弁３１を全閉保持した状態で第一のＥＧＲ弁２９を開度制御して、第一のＥＧＲ通路２８を経て冷却することなくそのまま排気ガスを還流させる。又、冷却水温が所定値以上のエンジン暖気状態では、第一のＥＧＲ弁２９を全閉保持した状態で第二のＥＧＲ弁３１の開度制御して、第二のＥＧＲ通路３０を経てＥＧＲクーラ３２にて高温の排気ガスを冷却した後に還流させている。
【００２０】
以上の制御は、図示しないＥＧＲ制御ルーチンに従ってＥＣＵ４０により行われ、その際にＥＣＵ４０は、ＥＧＲを実行していないときにＥＧＲ実行判別フラグＦegrをリセットし、ＥＧＲを実行しているときにＥＧＲ実行判別フラグＦegrをセットする。
【００２１】
一方、ＥＣＵ４０は図３に示すベーン操作量制御ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。まず、ＥＣＵ４０はステップＳ２で、図４に示すように、燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転速度Ｎeよりベーン基本操作量ＳFF、つまり前記ベーン調整アクチュエータ１７のロッド１８の操作量を設定する。次いで、ステップＳ４で前記したＥＧＲ実行判別フラグＦegrがセットされているか否かを判定し、判定がＮＯ（否定）でＥＧＲを実行していない場合には（図４において、スイッチがＷ／Ｏ−ＥＧＲ側に切換えられた場合）、ステップＳ６でブースト圧フィードバック処理を実行する。
【００２２】
具体的には、燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転速度Ｎeより目標ブースト圧を求めると共に、目標ブースト圧とブーストセンサ１０にて検出された実際のブースト圧Ｐbとからフィードバック量（ロッド１８の操作量に換算した値）を演算し、そのフィードバック量により前記ベーン基本操作量ＳFFを補正してベーン操作量ＳFBを求める。次いで、ステップＳ８で、ポジションセンサ１９が検出した現在のロッド操作量Ｌvaneを参照しつつ、ベーン操作量ＳFBに基づいて駆動用ソレノイド２４を駆動制御してベーン調整アクチュエータ１７によりベーン開度を調整する。本実施例では、以上のステップＳ２，ステップＳ６，及びステップＳ８の処理を実行するときのＥＣＵ４０が可動部材制御手段として機能する。
【００２３】
又、ステップＳ４での判定がＹＥＳ（肯定）でＥＧＲを実行中の場合（図４において、スイッチがＷ／−ＥＧＲ側に切換えられた場合）、ＥＣＵ４０はステップＳ１０に移行してベーン補正量Ｋegrを演算する。ＥＧＲの実行中において、タービン１５に導入される排気ガスはＥＧＲ量の相当分減少するが、ベーン補正量Ｋegrは、その排気ガスの減少を補うことを目的として、ベーン１６を絞り側に調整して排気ガスの動圧を増大させるための補正量である。このベーン補正量Ｋegrは、予め設定されたマップに従ってＥＧＲ量Ｇrから求められる。
【００２４】
又、ＥＧＲ量Ｇrは、次式に従って演算される。
【００２５】
Ｇr＝Ａ×Ｋo×Ｋet×Ｎef×ＫＰLoss
ここに、Ａは、排気通路１３側と吸気通路３側との実質的な連通面積を表わす等価開口面積定数、Ｋoは、ＥＧＲ弁前後の差圧（排気通路１３と吸気通路３との圧力差）ＤＥＰに基づいて設定されるオリフィス係数、Ｋetは、ＥＧＲ温度に基づく補正のためのＥＧＲ温度補正係数、Ｎefは、エンジン１の１／２回転に要する時間を表すエンジン回転周期、ＫＰLossは、ＥＧＲクーラ３２の圧損分の補正のための圧損補正係数である。以下、各項の設定手順を説明する。
等価開口面積定数Ａは、現在開度制御されている側のＥＧＲ弁、つまりエンジン冷機状態であれば第一のＥＧＲ弁２９、暖気状態であれば第二のＥＧＲ弁３１のバルブリフト量Ｌegr1，Ｌegr2から、予め設定されたマップに従って求める。
【００２６】
オリフィス係数Ｋoは、まず、ＥＧＲ弁前後の差圧ＤＥＰを次式に従って演算し、その差圧ＤＥＰから予め設定されたマップに従って求める。
【００２７】
ＤＥＰ＝Ｐｅｘ−Ｐｂavr
尚、Ｐｅｘは、排気圧センサ１４にて検出された排気圧力、Ｐｂavrは、ブーストセンサ１０にて検出されたブースト圧Ｐbの平均値である。
【００２８】
ＥＧＲ温度補正係数Ｋetは、所定のＥＧＲ温度のときを基準として、エンジン回転速度Ｎeと燃料噴射量Ｑとから、予め設定されたマップに従って演算する。又、エンジン回転周期Ｎefは、エンジン回転速度Ｎeより演算する。
【００２９】
クーラ圧損補正係数ＫＰLossは、エンジン冷機状態であればＥＧＲクーラ３２の通過によるＥＧＲの圧損が生じないため１．０に設定され、暖気状態では圧損が生じるため、予め設定した所定値（ＫＰLoss＜１．０）に設定される。
【００３０】
ステップＳ１０では、このようにして求められたＥＧＲ量Ｇrから最終的にベーン補正量Ｋegrが演算される。次いで、ＥＣＵ４０はステップＳ１２でベーン補正量Ｋegrを用いてベーン基本操作量ＳFFを絞り側に補正し、その後、ステップＳ６で前記と同様にブースト圧フィードバック処理を、ステップＳ８でベーン操作処理を実行して、このルーチンを終了する。
ここで、本実施例では、上記ステップＳ１２の処理を実行するときのＥＣＵ４０が制御量補正手段として機能する。
【００３１】
以上のように、ＥＧＲ制御の実行により排気ガスが吸気通路側に還流されているときには、ステップＳ１０及びステップＳ１２の処理によって、ＥＧＲ量Ｇrに応じてターボチャージャ５のベーン開度が絞り側に調整される。その結果、排気ガスの動圧が増大して排気ガスの減少分が補われ、排気ガスの減少によって引き起こされるブースト圧の低下が未然に防止される。従って、ＥＧＲによる過給圧Ｆ／Ｂ系への外乱が極小化され、又、これによりＥＧＲ導入中も空気量を確保でき、吸入空気、ＥＧＲ両方の増量が可能となる。
【００３２】
以上で実施例の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、ディーゼルエンジン用の可変ターボチャージャの制御装置に具体化したが、要は可変ターボチャージャにＥＧＲ装置を組み合わせたものであれば、本発明を適用可能であり、エンジン１の種類をガソリンエンジンに変更したり、ターボチャージャ５の形式を本実施形態のベーンタイプではなく、ツインスクロールタイプ等に変更したりすることができる。
【００３３】
又、上記実施例では、吸気通路３側に還流されるＥＧＲ量Ｇrを、ＥＧＲ弁２９，３１のバルブリフト量Ｌegr1，Ｌegr2や前後差圧ＤＥＰ等に基づいてステップＳ１０の演算処理で推定した。これはエンジン１に設けられている既存のセンサ類の検出情報を利用した結果であるが、例えば、ＥＧＲ量Ｇrを直接的に計測する手段をＥＧＲ通路に設け、その計測結果に基づいてベーン開度を調整してもよい。本発明のＥＧＲ量判定手段は、このような場合も含む。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の可変ターボチャージャの制御装置によれば、ＥＧＲ量に応じて可変ターボチャージャの可動部材を制御するため、ＥＧＲの吸気通路側への還流により排気ガスの流量が変動しているときであっても、ブースト圧の変動を未然に防止できるので、ＥＧＲ制御に関係なく、過給圧Ｆ／Ｂ制御を常に適切に実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の可変ターボチャージャの制御装置を示す概略構成図である。
【図２】ＥＧＲ量を設定するためのマップを示す説明図である。
【図３】ＥＣＵが実行するベーン操作量制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】ベーン操作量の設定手順を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      エンジン（内燃機関）
３      吸気通路
５      ターボチャージャ
１３    排気通路
１６    ベーン（可動部材）
４０    ＥＣＵ（可動部材制御手段、制御量補正手段）
【図１】
0004061443.tif 000002
【図２】
0004061443.tif 000003
【図３】
0004061443.tif 000004
【図４】
0004061443.tif 000005