(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた可変ノズルベーン式のタービンを通じて吸気の過給を行う過給機と前記排気通路に排出された排気を吸気通路に再循環させる排気再循環装置とを備え、機関運転状態を通常運転と該通常運転よりも前記排気再循環装置による排気の再循環量を増大させた状態で燃焼を行う低温燃焼運転とに切替可能な過給機付き内燃機関において、
前記低温燃焼運転時に前記タービンの可変ノズル部に堆積するデポジットの量を推定する推定手段と、この推定されるデポジットの量が所定の量に達することに基づいて機関運転状態を前記低温燃焼運転から前記通常運転に切り替える制御手段とを備える
ことを特徴とする過給機付き内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の過給機付き内燃機関において、
前記低温燃焼運転時、前記排気通路における前記タービンの上流に燃料を添加する燃料添加手段を更に備える
ことを特徴とする過給機付き内燃機関。
【請求項３】
前記可変ノズルベーンはモータを駆動源とする電動式のベーンであり、前記推定手段は、前記モータに流れる過電流を検出し、この検出した過電流に基づいて前記デポジットの量を推定する
請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関。
【請求項４】
前記排気通路における前記タービンの上流と下流との圧力差を検出する差圧センサを備え、前記推定手段は、前記検出される圧力差に基づいて前記デポジットの量を推定する
請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関。
【請求項５】
前記制御手段は、前記推定されるデポジットの量が所定の量に達したとき、同デポジットを焼却し得る所定の時間だけ、機関運転状態を前記通常運転に切り替える
請求項１〜４のいずれかに記載の過給機付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、過給機付き内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関、特にディーゼル機関では、排気に含まれるすすを減少させるための対策が望まれている。そして、この要望に応えるものとして、例えば特開２００１−１５２８３２号公報等に記載の内燃機関が知られている。
【０００３】
この内燃機関では、いわゆる低温燃焼によってすすの発生を抑制するようにしている。すなわち、周知の排気再循環装置（ＥＧＲ装置）により多量のＥＧＲガスを燃焼室内に導入して燃焼温度を低下させることによって、すすの発生を抑制するようにしている。ちなみに、燃焼室内の燃料に由来するＨＣ（炭化水素）は様々な化学反応を経てすすになることが知られているが、この化学反応が進行するにはある程度の温度が必要になる。逆に言えば、このある程度の温度が確保されなければすすは生成されない。そこで、上記公報に記載の内燃機関では、多量のＥＧＲガスを燃焼室に導入し、燃焼温度をすすの生成温度よりも低くすることで、すすの生成を抑制するようにしている。
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関の気筒に吸入することのできる全吸入ガス量には限界がある。従って、機関負荷が増大して燃料噴射量が増大すると、この燃料を完全燃焼させるためには空気量も増大させる必要があり、自ずとＥＧＲガス量の方は減少させざるを得なくなる。このため、前記低温燃焼は機関負荷が低い領域でのみしか行うことができない。
【０００５】
一方、この低温燃焼を行うことのできる運転領域を拡大させるには、内燃機関の気筒に吸入することのできる全吸入ガス量そのものを増大させるといった方法が有効である。そこで、前記公報に記載の内燃機関では、排気圧を利用して吸入空気を過給する、いわゆるターボチャージャ（過給機）を備えることにより、こうした全吸入ガス量の増大を図るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、低温燃焼を行う内燃機関では、ターボチャージャを備えることによって、低温燃焼を行うことのできる運転領域を拡大することができるようになる。そして、前記公報に記載のターボチャージャには、タービンに流入する排気の流速、換言すればタービン容量を調整する機構が特に設けられていないが、通常は、このようなタービン容量を調整できる機構を備えることで、内燃機関の各種の運転に対するターボチャージャの適用範囲も更に拡大されるようになる。なお、このタービン容量を調整することのできる機構としては、ターボチャージャの排気通路内に可動式のノズルベーンを設け、このノズルベーンと前記排気通路内の壁面とで形成されるノズル部の通路断面積を変化させることによって排気流速を調整する、いわゆる可変ノズルベーン式のものが一般によく知られている。
【０００７】
しかしながら、上記低温燃焼が行われる内燃機関にこうした可変ノズルベーン式のターボチャージャを備える場合には、新たに以下のような問題が生じるおそれがある。
【０００８】
すなわち、前述した低温燃焼では、すすまで成長しなかった多量のＨＣが排気通路に排出される。そして、この排出されるＨＣの一部が前記ノズル部に付着するようになる。このノズル部に付着したＨＣは、通常燃焼による運転状態であれば、高温の排気によってそのほとんどが焼却される。ところが、排気温度の低い低温燃焼による運転状態では、こうしてノズル部に付着したＨＣも、焼却されずにそのまま残ることが多くなる。しかも、このときの排気は、温度が低いとはいっても燃焼ガスであるために、ある程度の温度にはなっている。そのため、前記ノズル部に付着したＨＣはこの排気熱によって変質し、通常は粘度の高い液状物質（以下、デポジットという）になってしまう。そして、この付着、堆積したデポジットが、ノズルベーンの駆動を妨げる抵抗として作用するようになり、ひいては同ノズルベーンの駆動不良を引き起こすようになる。
【０００９】
この発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、可変ノズルベーン式の過給機を備える内燃機関にあって、その運転状態によることなくノズルベーンの駆動不良を好適に抑制することのできる過給機付き内燃機関を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、排気通路に設けられた可変ノズルベーン式のタービンを通じて吸気の過給を行う過給機と前記排気通路に排出された排気を吸気通路に再循環させる排気再循環装置とを備え、機関運転状態を通常運転と該通常運転よりも前記排気再循環装置による排気の再循環量を増大させた状態で燃焼を行う低温燃焼運転とに切替可能な過給機付き内燃機関において、前記低温燃焼運転時に前記タービンの可変ノズル部に堆積するデポジットの量を推定する推定手段と、この推定されるデポジットの量が所定の量に達することに基づいて機関運転状態を前記低温燃焼運転から前記通常運転に切り替える制御手段とを備えることをその要旨とする。
【００１１】
排気再循環装置による排気の再循環量を増大させた状態で燃焼を行う低温燃焼運転時には、すすまで成長しなかった多量のＨＣが排気通路に排出されるとともに排気温度も低くなる。このため、低温燃焼運転時には、タービンの可変ノズル部にデポジットが堆積しやすくなり、ノズルベーンの駆動不良が生じやすくなる。
この点、上記請求項１に記載の構成では、ノズルベーンの駆動不良が生じやすい低温燃焼運転時において、タービンの可変ノズル部に堆積するデポジットの量が所定の量に達したと推定される場合には、機関運転状態を低温燃焼運転から通常運転に切り替えて排気温度を上昇させるようにしている。この排気温度の上昇により、タービンの可変ノズル部に堆積したデポジットは焼却され、その量は減少するようになる。このため、デポジットの堆積に起因するノズルベーンの駆動不良が生じやすい低温燃焼運転時にあっても、この駆動不良を抑制することができるようになる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の過給機付き内燃機関において、前記低温燃焼運転時、前記排気通路における前記タービンの上流に燃料を添加する燃料添加手段を更に備えることをその要旨とする。
【００１６】
一般に、低温燃焼時には、排気温度が低くなることに起因して排気通路に設けられる排気浄化用触媒の活性も低下してしまう。そこで、この触媒の上流側に燃料を添加し、同燃料を触媒上で燃焼させることによって触媒の温度を上昇させることが行われる場合がある。しかしながら、上記過給機付きの内燃機関では、この燃料添加に伴って以下のような問題が生じるおそれもある。
【００１７】
すなわち、上記添加される燃料は、その燃焼が可能となるある程度の温度を有する排気中にあってはじめて上記触媒の温度上昇に寄与することができる。一方で、前記ターボチャージャを通過した排気は、タービンを回転させることによってその熱エネルギーが消費される。また、ターボチャージャの構成部材によっても熱量が吸収されるため、ターボチャージャを通過した排気の温度は低下している。従って、上記燃料は、ターボチャージャの下流側ではなく、上流側に添加する必要がある。しかしこの場合には、前記ノズル部にこの添加された燃料が付着し、前述したデポジットの堆積を助長することともなってしまう。
【００１８】
この点、上記請求項２に記載の構成では、触媒の活性低下を抑制しつつ、デポジットの堆積に起因するノズルベーンの駆動不良を抑制することができるようになる。すなわち、排気通路におけるタービンの上流に燃料が添加されることで、この燃料は好適に触媒上で燃焼され、同触媒の温度を上昇させることができるようになる。また、たとえタービンの可変ノズル部にこの添加された燃料が付着しても、同可変ノズル部に堆積するデポジットの量が所定の量に達したと推定される場合には、運転状態を通常運転に切り替えて排気温度を上昇させるようにしている。この排気温度の上昇により、タービンの可変ノズル部に堆積したデポジットは焼却され、その量は減少するようになる。このため、上記の燃料添加が行われる場合であっても、デポジットの堆積に起因するノズルベーンの駆動不良を抑制することができるようになる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関において、前記可変ノズルベーンはモータを駆動源とする電動式のベーンであり、前記推定手段は、前記モータに流れる過電流を検出し、この検出した過電流に基づいて前記デポジットの量を推定することをその要旨とする。
【００２０】
可変ノズル部に堆積するデポジットは粘度が高いため、この堆積したデポジットはノズルベーンの駆動を妨げる抵抗として作用する。このため、可変ノズルベーンがモータを駆動源とする電動式のベーンである場合に、前記ノズル部に堆積するデポジットの量が増加すると、前記モータに流れる電流は過電流となりやすくなる。この可変ノズル部に堆積するデポジットの量と前記過電流との関係に着目した請求項３に記載の構成によれば、可変ノズル部に堆積するデポジットの量を的確に推定することができるようになる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関において、前記排気通路における前記タービンの上流と下流との圧力差を検出する差圧センサを備え、前記推定手段は、前記検出される圧力差に基づいて前記デポジットの量を推定することをその要旨とする。
【００２２】
タービンの可変ノズル部に堆積するデポジットは、同ノズル部において凸部となるため排気抵抗になる。このため、可変ノズル部にデポジットが堆積すると、排気通路におけるタービン上流の圧力が高くなり、同タービンの下流の圧力との圧力差が大きくなる。この可変ノズル部に堆積するデポジットに起因する前記圧力差の増大に着目した請求項４に記載の構成によっても、可変ノズル部に堆積するデポジットの量を的確に推定することができるようになる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の過給機付き内燃機関において、前記制御手段は、前記推定されるデポジットの量が所定の量に達したとき、同デポジットを焼却し得る所定の時間だけ、当該機関の運転状態を前記通常運転に切り替えることをその要旨とする。
【００２４】
同構成によれば、前記制御手段による通常運転への切り替えは、可変ノズル部に付着したデポジットを焼却し得る所定の時間だけ変更される。このため、必要以上に長い時間にわたって低温燃焼が中断されることはなく、もって、排気エミッションの悪化を必要最小限に抑えることができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、この発明にかかる過給機付き内燃機関を自動車に搭載されるコモンレール式４気筒ディーゼル機関に具体化した第１の実施形態について、図１〜図６に基づき詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態にかかる過給機付き内燃機関、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図である。
内燃機関１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には前記各気筒毎に燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の気筒内に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には、外気を気筒内に導入するための吸気ポート（図示略）と燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。
【００２７】
燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク（図示略）内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。
【００２８】
吸気ポート（図示略）にはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するためのスロットル弁１６が設けられている。
【００２９】
排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。このエキゾーストマニホールド８は後述するターボチャージャ１１を介して排気通路２６に接続されている。排気通路２６の途中には、排気中の有害成分を酸化還元して浄化するための触媒１２が設置されている。
【００３０】
内燃機関１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量を検出する。スロットル開度センサ２０はスロットル弁１６の開度を検出する。排気温度センサ２９は触媒１２下流側の排気温度を検出する。気筒判別センサ２２は特定気筒の圧縮上死点を検出する。クランク角センサ２３はクランクシャフト（図示略）の回転角度を検出する。また、気筒判別センサ２２とクランク角センサ２３との出力値により、任意の気筒のクランクシャフト角度が検出される。アクセル開度センサ２４はアクセルペダル（図示略）の開度を検出する。
【００３１】
これら各種センサの出力は制御装置（以下、ＥＣＵと記載する）２５に入力される。このＥＣＵ２５は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。そして、このＥＣＵ２５により、例えば、燃料噴射弁４ａ〜４ｄの燃料噴射量や燃料噴射時期、サプライポンプ１０の吐出圧力、スロットル弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量、内燃機関１の各種制御が行われる。
【００３２】
この他、内燃機関１にはＥＧＲ装置２８が備えられている。このＥＧＲ装置２８は、吸入空気に排気の一部を導入することで気筒内の燃焼温度を低下させてＮＯｘやすすの発生量を低減させる装置である。このＥＧＲ装置２８は吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、ＥＧＲクーラ１４により構成されている。ＥＧＲ弁１５はＥＣＵ２５によりその開度が調整され、その結果、エキゾーストマニホールド８から吸気通路３に導入される排気の量（ＥＧＲ量）が調整される。ＥＧＲクーラ１４はＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度を低下させる。
【００３３】
また、内燃機関１には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給する、可変ノズルベーン式のターボチャージャ（過給機）１１が備えられている。このターボチャージャ１１の構造及び動作態様は、大きくは、以下のようになっている。
【００３４】
図２はターボチャージャ１１について、そのロータシャフト４３の軸方向における断面を示している。このターボチャージャ１１は、センタハウジング４０、タービンハウジング４２、コンプレッサハウジング４１を備えている。タービンハウジング４２の外周部に設けられる開口部には、エキゾーストマニホールド８が接続され、同タービンハウジング４２の中心部に設けられる開口部には、排気通路２６が接続される。また、コンプレッサハウジング４１の中心部に設けられる開口部には、エアクリーナ（図示略）側の吸気通路３が接続され、同コンプレッサハウジング４１の外周部に設けられる開口部には、燃焼室側の吸気通路３が接続される。
【００３５】
タービンハウジング４２内には、エキゾーストマニホールド８から送り込まれる排気によって回転するタービンホイール４５が備えられている。また、コンプレッサハウジング４１内には、吸気通路３内の空気を強制的に燃焼室へ送り込むコンプレッサホイール４４が備えられている。これらタービンホイール４５とコンプレッサホイール４４とは、ロータシャフト４３を介して一体回転可能に連結されている。そして、タービンホイール４５に排気が吹き付けられて同タービンホイール４５が回転すると、その回転はロータシャフト４３を介してコンプレッサホイール４４に伝達される。こうしてコンプレッサホイール４４が回転することにより、吸気通路３内の空気が強制的に燃焼室に送り込まれるようになる。
【００３６】
更に、上記ターボチャージャ１１には、タービンホイール４５に吹き付けられる排気が通過する排気流路４９が設けられており、同排気流路４９はタービンホイール４５の外周を囲うようにその回転方向に沿って形成される。従って、排気流路４９を通過した排気は、タービンホイール４５の外周から回転中心側に向かって吹き付けられることになる。このような排気流路４９には、タービンホイール４５に吹き付けられる排気の流速を調整するための複数のノズルベーン５３が設けられている。これらノズルベーン５３は、タービンホイール４５の軸線を中心として等角度毎に位置し、前記排気流路４９の壁面とともに可変ノズル部５４を形成している。そして、前記複数のノズルベーン５３は互いに同期した状態で駆動源である電動式モータ３０により駆動される。
【００３７】
タービンホイール４５に吹き付けられる排気の流速は、上記ノズルベーン５３を開閉して前記可変ノズル部５４の通路断面積を変化させることによって調整される。こうしてノズルベーン５３を駆動して上記排気の流速調整を行うことにより、タービンホイール４５の回転速度が調整され、ひいては燃焼室に強制的に送り込まれる空気の量が調整される。こうした燃焼室への吸入空気量の調整を行うことにより内燃機関の出力向上等が図られるようになる。なお、前記電動式モータ３０は、例えばステッピングモータやサーボモータ等であって、ＥＣＵ２５から出力される制御信号に基づいて前記ノズルベーン５３の開度を制御する。
【００３８】
また、ＥＣＵ２５と電動式モータ３０との間には電流検出器３１が設けられている。この電流検出器３１は、電動式モータ３０の駆動負荷、すなわち電動式モータ３０に流れる電流値Ｉｍを検出して、その値をＥＣＵ２５に出力する。
【００３９】
その他、コンプレッサハウジング４１とスロットル弁１６との間の吸気通路３には、前記ターボチャージャ１１の過給により温度が上昇する吸入空気の温度を低下させるためのインタークーラ１８が備えられている。
【００４０】
また、前記エキゾーストマニホールド８には、低温燃焼が実行されるときに燃料を触媒１２の排気上流側に供給するための燃料添加手段を構成する噴射ノズル５が取り付けられている。この噴射ノズル５とサプライポンプ１０とは燃料供給管２７によって接続されており、軽油が供給されるようになっている。なお、この噴射ノズル５はＥＣＵ２５によってその噴射量及び噴射時期等が制御される。そして、噴射ノズル５から供給される軽油は排気とともに触媒１２に到達し、同触媒１２上で燃焼する。こうして、排気温度が低くなる低温燃焼時であっても触媒１２の温度を上昇させてその排気浄化作用を維持することができるようにしている。なお、この噴射ノズル５は、ＥＧＲ通路１３よりも排気下流側に設けられることにより、同噴射ノズル５から排気系に燃料が供給されてもその燃料が吸気通路３内に導入されないようになっている。また、同噴射ノズル５は、ターボチャージャ１１よりも上流側に設けられており、高温の排気に燃料を添加することができるようになっている。このため、同噴射ノズル５から排気系に供給される燃料の温度を好適に上昇させることができ、ひいては触媒１２の温度についてもこれを好適に上昇させることができるようになっている。
【００４１】
なお、本実施の形態にかかる内燃機関１では、前述した低温燃焼が行われるようになっている。この低温燃焼は、ＥＧＲ弁１５の開度を大きくして多量のＥＧＲガスを燃焼室に導入して、同燃焼室内の燃焼温度を低下させることで行われ、これによりすすの前駆物質であるＨＣをすすまで成長させないようにしている。
【００４２】
ところで、内燃機関１がこうした低温燃焼を行うときには、燃焼室から多量のＨＣが排出される。この排出されたＨＣは、ターボチャージャ１１の可変ノズル部５４に付着すると排気熱によってデポジットとなり、ノズルベーン５３の駆動不良を引き起こすおそれがある。そこで本実施の形態では、以下の態様をもって、このような不具合を抑制するようにしている。
【００４３】
図３は、ＥＣＵ２５から出力される制御信号によって電動式モータ３０が駆動される場合において、その駆動開始から終了までの間に電流検出器３１によって検出される電流値Ｉｍの変化態様を示す図である。この図３に実線で示す電流値変化は、ターボチャージャ１１の可変ノズル部５４にデポジットの堆積がないときの電流値Ｉｍの変化態様を例示している。また、同図３に破線で示す電流値変化は、ターボチャージャ１１の可変ノズル部５４にデポジットの堆積があるときの電流値Ｉｍの変化態様を例示している。デポジットは粘度の高い液状物質であるため、これが可変ノズル部５４に堆積するとノズルベーン５３の開閉動作が阻害される。すなわち、可変ノズル部５４にデポジットが堆積するにつれて、ノズルベーン５３の駆動抵抗が増大するようになる。従って、このときには図３に破線で示すように、電動式モータ３０の駆動負荷を表す電流値Ｉｍについて、駆動開始時の立ち上がり電流値、及びその後の電流値も高くなる傾向にある。すなわち過電流が流れる傾向にある。そのため、可変ノズル部５４にデポジットの堆積があるときは、可変ノズル部５４にデポジットの堆積がないときと比較して、所定値α以上の過電流が検出される時間ＩＴは長くなる。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、こうした可変ノズル部５４に堆積したデポジットに起因して変化する電動式モータ３０の電流値に着目している。そして、推定手段によりターボチャージャ１１の可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であると推定されるときには、制御手段により機関運転状態を変更して堆積したデポジットを焼却させ、デポジットの堆積に起因するノズルベーン５３の駆動不良を抑制するようにしている。
【００４５】
以下、こうしたデポジット量の推定及びデポジットの焼却にかかる処理手順について、図４〜図６を併せ参照して説明する。
図４は、後述するデポジット量の推定及びデポジットの焼却処理に使用する低温燃焼フラグＦＬの設定手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は、ＥＣＵ２５によって所定時間毎の割り込みで実行される。
【００４６】
この設定に際しては、まず、アクセル開度センサ２４により検出されるアクセル開度ＡＣＣＰとクランク角センサ２３により検出される機関回転速度ＮＥとがＥＣＵ２５に読み込まれる（ステップＳ１１０）。
【００４７】
次に、図５に例示するマップを参照し、読み込まれたアクセル開度ＡＣＣＰと機関回転速度ＮＥとに基づいて、現在の機関運転状態が低温燃焼を行うことのできる領域の運転状態であるか否かが判定される（ステップＳ１２０）。このマップはＥＣＵ２５のＲＯＭ内に記憶されており、アクセル開度や機関回転速度が大きい運転状態では通常燃焼を行い、アクセル開度や機関回転速度が小さい運転状態では低温燃焼を行うように設定されている。
【００４８】
このステップＳ１２０において、現在の運転状態が低温燃焼実行領域の運転状態であると判定されると（ステップＳ１２０でＹＥＳ）、ＥＣＵ２５は低温燃焼フラグＦＬを「１」に設定した後（ステップＳ１３０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。ここで、低温燃焼フラグＦＬが「１」に設定されているときには、ＥＣＵ２５は、多量のＥＧＲガスが燃焼室内に導入されるようにＥＧＲ弁１５の開度を制御して、低温燃焼を実施させる。
【００４９】
一方、ステップＳ１２０において、現在の運転状態が通常燃焼実行領域の運転状態であると判定される、すなわち低温燃焼実行領域の運転状態ではないと判定されると（ステップＳ１２０でＮＯ）、ＥＣＵ２５は低温燃焼フラグＦＬを「０」に設定した後（ステップＳ１４０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。ここで、低温燃焼フラグＦＬが「０」に設定されているときには、低温燃焼を実施せず、通常燃焼を行うように、ＥＧＲ弁１５の開度制御が行われる。
【００５０】
次に、図６のフローチャートに示す処理手順により、可変ノズル部５４に堆積したデポジット量の推定及びデポジットの焼却が行われる。このフローチャートに示される一連の処理は、ＥＣＵ２５によって所定時間毎の割り込み処理で実行される。
【００５１】
この処理に際しては、まず、先の図４に示した一連の処理によって設定される低温燃焼フラグＦＬの値がＥＣＵ２５に読み込まれ、この低温燃焼フラグＦＬの値が「１」であるか否かが判定される（ステップＳ２１０）。
【００５２】
そして、読み込まれた低温燃焼フラグＦＬが「１」ではない場合には（ステップＳ２１０でＮＯ）、一旦、本処理を終了する。
一方、読み込まれた低温燃焼フラグＦＬが「１」である場合には（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、電流検出器３１により検出される電流値Ｉｍが上記割り込み周期に対応してサンプリングされる（ステップＳ２２０）。
【００５３】
次に、前記サンプリングされた電流値Ｉｍが所定値α以上の過電流となっていた時間ＩＴを算出し、この算出される過電流時間ＩＴが所定時間β以上であるか否かが判定される（ステップＳ２３０）。なお、この所定値α及び所定時間βは、可変ノズル部５４にデポジットが堆積し、ノズルベーン５３の駆動不良が生じることを判定することのできる値であって、予め実験等により求められている値である。なお、ノズルベーン５３の駆動量が少ない場合には同ノズルベーン５３の駆動時間も短くなり、過電流時間ＩＴも短くなる。従って、ノズルベーン５３の駆動量、或いは駆動時間に基づいて所定時間βを可変設定するようにしてもよい。このようにすることで、ステップＳ２３０における判定精度をより向上させることができるようになる。
【００５４】
この算出される過電流時間ＩＴが所定時間βに満たない場合には（ステップＳ２３０でＮＯ）、一旦本処理を終了する。
一方、算出される過電流時間ＩＴが所定時間β以上である場合には（ステップＳ２３０でＹＥＳ）、可変ノズル部５４にデポジットが堆積しており、ノズルベーン５３の駆動不良が生じるおそれがあるとして、焼き切り運転が所定時間実行される。この焼き切り運転は、いわゆる通常燃焼（通常運転）であって、ＥＧＲ弁１５の開度を低温燃焼用の高開度から通常燃焼用の低開度に変更し、燃焼室に導入されるＥＧＲ量を減少させることによって行われる。この場合には、燃焼室内のＥＧＲ量が減少することによって燃焼温度が上昇し、高温の排気が排出されるようになる。そして、この高温の排気により可変ノズル部５４に堆積したデポジットが焼却される。また、この焼き切り運転が行われる所定時間とは、可変ノズル部５４に堆積したデポジットを焼却し得る程度の時間であって、予め実験などにより求められている値である。
【００５５】
以後、図４及び図６に示す処理手順が繰り返し実行される。
以上説明したように、本実施の形態における過給機付き内燃機関によれば、次のような効果が得られるようになる。
【００５６】
（１）ターボチャージャ１１の可変ノズル部５４にデポジットが堆積しやすい低温燃焼時には、電動式モータ３０の駆動負荷を表す電流値Ｉｍが所定値α以上の過電流となっていた時間ＩＴに基づき、可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であるか否かを推定するようにしている。この過電流時間ＩＴは、電流検出器３１及びＥＣＵ２５により算出することができる。そのため、ターボチャージャ１１の可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であることを的確に推定することができるようになる。
【００５７】
（２）可変ノズル部５４に堆積したデポジットの量が所定量以上であると推定されるときには、内燃機関１の運転を低温燃焼による運転から焼き切り運転に変更するようにしている。この焼き切り運転では排気温度が上昇するため、可変ノズル部５４に堆積したデポジットは焼却され、その堆積量は減少するようになる。このため、デポジットの堆積に起因するノズルベーンの駆動不良を抑制することができるようになる。
【００５８】
（３）焼き切り運転の実行時間は、可変ノズル部５４に堆積したデポジットを焼却し得る程度の時間が設定される。このため、必要以上に長い時間の間、低温燃焼が中断されることはなく、もって、排気エミッションの悪化を必要最小限に抑えることができるようになる。
【００５９】
（４）低温燃焼時には、排気温度の高いターボチャージャ１１の上流に軽油を添加するようにしている。このため、排気温度が低く、触媒１２の活性が低下しやすい低温燃焼時であっても、触媒１２の温度を上昇させることができ、触媒１２の排気浄化作用を好適に得ることができるようになる。ここで、前記添加される軽油はターボチャージャ１１の可変ノズル部５４に付着し、デポジットになるおそれがある。しかしながら、本実施の形態では、可変ノズル部５４に堆積したデポジットの量が所定量以上であると推定されるときには、内燃機関１の排気温度が昇温されるため、可変ノズル部５４に堆積したデポジットの量は減少するようになる。このため、上記の燃料添加が行われるときであってもデポジットの堆積に起因するノズルベーン５３の駆動不良を抑制することができるようになる。
【００６０】
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる過給機付き内燃機関の第２の実施形態について説明する。
【００６１】
前記第１の実施形態における推定手段では、電動式モータ３０の駆動負荷を表す電流値Ｉｍが所定値α以上の過電流となっていた時間ＩＴに基づき、可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であるか否かを推定するようにしていた。
【００６２】
これに対し、本実施の形態における推定手段では、タービンホイール４５の上流と下流との圧力差に基づき、可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であるか否かを推定するようにしている点のみが前記第１の実施形態と異なっている。
【００６３】
すなわち、可変ノズル部５４に堆積したデポジットは同可変ノズル部５４で凸部となるため排気抵抗になる。このため、可変ノズル部５４にデポジットが堆積すると、排気通路におけるタービンホイール４５の上流の圧力は高くなる。ここで、タービンホイール４５の上流の圧力は、触媒１２やその下流に設けられる消音器（図示略）等の目詰まりによっても高くなる。そこで、本実施の形態では、排気通路におけるタービンホイール４５の上流と下流との圧力差を検出することで、可変ノズル部５４へのデポジットの堆積に起因する排気圧の変化を検出するようにしている。そして、前記可変ノズル部５４にデポジットが堆積すると前記差圧が大きくなるため、この差圧に基づいて可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であるか否かを推定することができる。
【００６４】
以下、こうした第２の実施形態について図７〜図９を併せ参照し、第１の実施形態との違いを中心に説明する。
図７は、本実施の形態にかかる過給機付き内燃機関、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図である。なお、先の図１に示した部材と同一の部材には、同一の符号を付している。
【００６５】
本実施の形態では、先の図１に示した電流検出器３１を省略している。また、排気通路においてタービンホイール４５の上流に連通する通路３４、タービンホイール４５の下流に連通する通路３５、及び差圧センサ３３を備えている。そして、ターボチャージャ１１のノズルベーン５３を駆動するアクチュエータとして空気式アクチュエータ３２を備えている。
【００６６】
差圧センサ３３は、第１圧力ポートと第２圧力ポートとを備えており、それぞれの圧力ポートに入力される圧力間の差圧に応じた出力が得られるセンサである。また、差圧センサ３３の出力はＥＣＵ２５に入力される。
【００６７】
そして、通路３４の一方端は、ターボチャージャ１１近傍のエキゾーストマニホールド８に接続され、他端は差圧センサ３３の第１圧力ポートに接続されている。
【００６８】
また、通路３５の一方端は、ターボチャージャ１１と触媒１２との間を接続する排気通路２６に接続され、他端は差圧センサ３３の第２圧力ポートに接続されている。
【００６９】
こうして、タービンホイール４５の上流と下流との圧力差である差圧ΔＰが検出される。
図８は、空気式アクチュエータ３２の概略構造を示す図である。同図に示されるように、空気式アクチュエータ３２の内部は、ダイヤフラム８８によって負圧室３２ａと大気室３２ｂとに区画されている。この負圧室３２ａには負圧通路８９が接続されている。また、大気室３２ｂの内部は、空気式アクチュエータ３２の外部と連通して大気圧となっている。一方、負圧室３２ａ内には、ダイヤフラム８８と直交する方向に伸縮するコイルスプリング８８ａが設けられている。ダイヤフラム８８には、コイルスプリング８８ａの伸縮方向へ延びて空気式アクチュエータ３２の外部に突出するロッド８８ｂが設けられている。このロッド８８ｂは、前記ノズルベーン５３を開閉動作させるための駆動機構に連結されている。
【００７０】
また、空気式アクチュエータ３２の負圧室３２ａに接続された負圧通路８９は、内燃機関１のクランクシャフト（図示略）に連結されたバキュームポンプ９１に接続されている。また、負圧通路８９の途中にはエレクトリック・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶＲＶ）９０が設けられている。そして、クランクシャフトの回転により駆動される上記バキュームポンプ９１は、ＥＶＲＶ９０との間に位置する負圧通路８９内の負圧（大気圧よりも低い圧力）が一定値となるように同負圧通路８９内の空気を吸引する。
【００７１】
一方、上記ＥＶＲＶ９０は、電磁ソレノイド（図示略）を備えている。同電磁ソレノイドの消磁状態においては、ＥＶＲＶ９０は負圧室３２ａと空気式アクチュエータ３２の外部とが連通する状態に保持される。この状態にあっては、空気式アクチュエータ３２のロッド８８ｂは、コイルスプリング８８ａの付勢力により最も突出した状態に保持され、ターボチャージャ１１のノズルベーン５３は例えば全閉とされるようになる。
【００７２】
また、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドの励磁状態においては、ＥＶＲＶ９０は負圧室３２ａとバキュームポンプ９１とを連通する状態に保持される。この状態にあっては、負圧室３２ａ内の空気がバキュームポンプ９１へ向けて吸引されることで、ダイヤフラム８８がコイルスプリング８８ａの付勢力に抗して変位する。こうしたダイヤフラム８８の変位により、ロッド８８ｂは空気式アクチュエータ３２に対して最も没入した状態に保持され、ターボチャージャ１１のノズルベーン５３は例えば全開とされるようになる。
【００７３】
更に、電磁ソレノイドへの印加電圧をＥＣＵ２５によりデューティ制御した場合には、負圧室３２ａからバキュームポンプ９１へ向けて吸引される空気の量を調節すべくＥＶＲＶ９０の開度が調節される。このＥＶＲＶ９０の開度調節により、空気式アクチュエータ３２におけるロッド８８ｂの突出位置が適宜に変更され、ターボチャージャ１１におけるノズルベーン５３の開度が連続的あるいは段階的に調整される。
【００７４】
次に、可変ノズル部５４に堆積したデポジット量の推定、及びデポジットの焼却にかかる処理手順について、図９を併せ参照して説明する。
図９は、前記デポジット量の推定、及び同デポジットの焼却にかかる処理手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は、ＥＣＵ２５によって所定時間毎の割り込み処理で実行される。
【００７５】
この処理に際しては、まず、低温燃焼フラグＦＬの値がＥＣＵ２５に読み込まれ、この低温燃焼フラグＦＬの値が「１」であるか否かが判定される（ステップＳ３１０）。なお、この低温燃焼フラグＦＬの設定にかかる処理は、前記第１の実施形態において図４に示した処理と同様である。
【００７６】
そして、読み込まれた低温燃焼フラグＦＬが「１」ではない場合には（ステップＳ３１０でＮＯ）、本処理を終了する。
一方、読み込まれた低温燃焼フラグＦＬが「１」である場合には（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、差圧センサ３３により検出される差圧ΔＰを読み込む（ステップＳ３２０）。
【００７７】
次に、読み込まれた差圧ΔＰが所定値Ｐａ以上であるか否かが判定される（ステップＳ３３０）。なお、この所定値Ｐａは、可変ノズル部５４にデポジットが堆積し、ノズルベーン５３の駆動不良が生じることを判定することのできる値であって、予め実験などにより求められている値である。また、差圧ΔＰは機関運転状態によって変化するため、所定値Ｐａは機関回転速度やノズルベーン５３の開度など、差圧ΔＰに影響を与える機関パラメータに基づいて可変設定される値である。
【００７８】
この差圧ΔＰが所定値Ｐａに満たない場合には（ステップＳ３３０でＮＯ）、本処理を終了する。
一方、差圧ΔＰが所定値Ｐａ以上である場合には（ステップＳ３３０でＹＥＳ）、可変ノズル部５４にデポジットが堆積しており、ノズルベーン５３に駆動不良が生じるおそれがあるとして、焼き切り運転が所定時間実行される。この焼き切り運転は前述のように、いわゆる通常燃焼（通常運転）であって、ＥＧＲ弁１５の開度を低温燃焼用の高開度から通常燃焼用の低開度に変更して、燃焼室に導入されるＥＧＲ量を減少させることによって行われる。この場合には、燃焼室内のＥＧＲ量が減少することによって燃焼温度が上昇し、高温の排気が排出されるようになる。そして、この高温の排気により前記可変ノズル部５４に堆積したデポジットが焼却される。また、この焼き切り運転が行われる所定時間とは、可変ノズル部５４に堆積したデポジットを焼却し得る程度の時間であって、予め実験などにより求められている値である。
【００７９】
以後、前記第１の実施形態における図４、及び本実施の形態における図９に示す処理手順が繰り返し実行される。
以上説明したように、本実施の形態にかかる過給機付き内燃機関によっても、前記第１の実施形態に準ずる効果が得られるようになる。
【００８０】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよく、その場合でもそれら各実施形態に準じた作用及び効果を得ることができる。
【００８１】
・上記第１の実施形態において、図６のフローチャートに示した一連の処理は、ＥＣＵ２５によって所定時間毎の割り込み処理で実行されるようにしていた。しかしながら、ノズルベーン５３の駆動要求、換言すれば電動式モータ３０の駆動要求がなされる期間に限って実行されるようにしてもよい。
【００８２】
・上記第２の実施形態では、空気式アクチュエータ３２によってノズルベーン５３を開閉するようにしていた。しかしながら、第１の実施形態と同様、ステッピングモータやサーボモータ等の電動式モータでこのノズルベーン５３を開閉するようにしてもよい。この場合にも上記第２の実施形態に準じた効果が得られる。
【００８３】
・上記第２の実施形態では、差圧センサ３３によってタービンホイール４５の上流と下流との圧力差である差圧ΔＰを検出するようにしていた。これに対して、ターボチャージャ１１近傍のエキゾーストマニホールド８、及びターボチャージャ１１と触媒１２との間を接続する排気通路２６にそれぞれ圧力センサを設け、これら圧力センサの出力から差圧ΔＰを算出するようにしてもよい。この場合にも上記第２の実施形態に準じた効果が得られる。
【００８４】
・上記各実施形態では、噴射ノズル５から内燃機関１自体の燃料である軽油を噴射して排気中に同軽油を添加するようにしていた。しかしながら、この添加される液状物質は、触媒１２の温度を昇温させることができるものであればどのようなものでもよい。この場合にも上記各実施形態に準じた効果が得られる。
【００８５】
・上記各実施形態では、内燃機関１が低温燃焼運転時であることを条件に可変ノズル部５４へのデポジットの堆積量を推定することしたが、この推定時期は必ずしもこの低温燃焼運転時である必要はない。すなわち、該低温燃焼運転時も含めて、一般に排気温度がそれほど高くならない低負荷運転時に、こうしたデポジットの堆積量の推定を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかる過給機付き内燃機関、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図。
【図２】上記過給機（ターボチャージャ）の断面構造を示す断面図。
【図３】ノズルベーンの駆動源である電動式モータの電流特性を示すグラフ。
【図４】低温燃焼フラグを設定する手順を示すフローチャート。
【図５】低温燃焼フラグを設定するためのマップ例を示すグラフ。
【図６】同第１の実施形態でのデポジット量の推定及びデポジットの焼却にかかる処理手順を示すフローチャート。
【図７】第２の実施形態にかかる過給機付き内燃機関、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図。
【図８】ノズルベーンの駆動源である空気式アクチュエータの概略構造を示す図
【図９】同第２の実施形態でのデポジット量の推定及びデポジットの焼却にかかる処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…噴射ノズル、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホールド、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１２…触媒、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…スロットル弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…スロットル開度センサ、２２…気筒判別センサ、２３…クランク角センサ、２４…アクセル開度センサ、２５…制御装置（ＥＣＵ）、２６…排気通路、２７…燃料供給管、２８…排気再循環装置（ＥＧＲ装置）、２９…排気温度センサ、３０…電動式モータ、３１…電流検出器、３２…空気式アクチュエータ、３２ａ…負圧室、３２ｂ…大気室、３３…差圧センサ、３４、３５…通路、４０…センタハウジング、４１…コンプレッサハウジング、４２…タービンハウジング、４３…ロータシャフト、４４…コンプレッサホイール、４５…タービンホイール、４９…排気流路、５３…ノズルベーン、５４…可変ノズル部、８８…ダイヤフラム、８８ａ…コイルスプリング、８８ｂ…ロッド、８９…負圧通路、９０…エレクトリック・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶＲＶ）、９１…バキュームポンプ、＃１…第１気筒、＃２…第２気筒、＃３…第３気筒、＃４…第４気筒。
【図１】
0004069657.tif 000002
【図２】
0004069657.tif 000003
【図３】
0004069657.tif 000004
【図４】
0004069657.tif 000005
【図５】
0004069657.tif 000006
【図６】
0004069657.tif 000007
【図７】
0004069657.tif 000008
【図８】
0004069657.tif 000009
【図９】
0004069657.tif 000010