(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンへの排気流通面積を変化させる排気流通面積可変手段を具備したターボ過給機と、上記タービンより上流の排気通路から排気ガスを取り出し排気還流弁を介してターボ過給機のコンプレッサより下流の吸気通路へ還流させる排気還流装置とを備えるとともに、空燃比が目標空燃比となるように排気還流弁を制御する手段を有する過給機付エンジンの制御装置において、排気還流が行なわれている運転領域で、エンジンの加速時に、排気還流弁開口量が減少するように排気還流弁を制御しつつ、排気流通面積が増大するように排気流通面積可変手段を制御する制御手段を備え、この制御手段は、上記加速時における排気流通面積の変化量と排気還流弁開口量の変化量との割合をエンジン回転数に応じて変更して、エンジン低回転側では相対的に排気還流弁開口量の変化量の割合を大きくし、エンジン高回転側では相対的に排気流通面積の変化量の割合を大きくするように制御することを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。
【請求項２】
排気流通面積可変手段として、ターボ過給機のタービンに対して開度変更可能なノズルを形成する可変翼を備え、上記制御手段は、排気還流が行なわれる運転領域で上記可変翼の開度を所定範囲内の部分開度とすることを特徴とする請求項１記載の過給機付エンジンの制御装置。
【請求項３】
上記制御手段は、排気還流弁開口量が他の運転領域よりも大きいエンジン低回転領域からの加速時に、排気還流弁開口量が減少するように排気還流弁を制御しつつ、排気流通面積が増大するように排気流通面積可変手段を制御することを特徴とする請求項１または２記載の過給機付エンジンの制御装置。
【請求項４】
上記制御手段は、エンジンの低回転低負荷領域からの加速時に、排気還流弁開口量が減少するように排気還流弁を制御しつつ、排気流通面積が増大するように排気流通面積可変手段を制御することを特徴とする請求項１または２記載の過給機付エンジンの制御装置。
【請求項５】
上記制御手段は、上記加速時における排気還流弁開口量の減少を所定下限値までに止めるように規制することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の過給機付エンジンの制御装置。
【請求項６】
エンジンへの新気量を検出する吸入空気量検出手段と、この吸入空気量検出手段により検出される実新気量が目標空燃比に基づいて求められる目標新気量となるように排気還流弁を制御する手段とを備える請求項１乃至５のいずれかに記載の過給機付エンジンの制御装置。
【請求項７】
過給圧を検出する過給圧検出手段と、この過給圧検出手段で検出される実過給圧が予め設定された目標過給圧となるように排気流通面積可変手段を制御する手段とを備える請求項１乃至６のいずれかに記載の過給機付エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される過給機付エンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平８−３３８３１８号公報に示されるように、ディーゼルエンジンの排気ガスを吸気通路内に還流させるＥＧＲ通路（排気還流通路）と、このＥＧＲ通路に設けられて上記排気ガスの還流量を調節するＥＧＲ弁（排気還流弁）とを有するディーゼルエンジン用排気ガス還流装置において、ＮＯｘを低減しつつスモークの発生を抑制すべく、空気過剰率（空燃比）の目標値を定めて、これと検出値との偏差をなくすように、上記ＥＧＲ弁を制御することが行われている。
【０００３】
すなわち、ディーゼルエンジンでは低中負荷域等の空気過剰率が大きい運転領域で比較的多量のＥＧＲが行なわれることによりＮＯｘが低減されるが、ＥＧＲの増加によって空燃比が有る程度以下に小さくなるとスモークが急激に増大する傾向が生じるので、ＮＯｘ低減とスモーク低減との両立を図るには、空燃比を所定値に保つようにＥＧＲ量を調整することが要求される。このため、上記公報の装置では、空燃比に対応する空気過剰率の目標値を運転状態に応じて設定するとともに、空気過剰率検出手段により実空気過剰率を検出し、この実空気過剰率が上記目標空気過剰率よりも大きくなると、ＥＧＲ弁を開いて排気還流量を増加させることにより実空気過剰率を小さくし、逆に実空気過剰率が目標空気過剰率よりも小さくなると、上記ＥＧＲ弁を閉じて排気還流量を低下させ、あるいはカットすることにより、実空気過剰率を大きくする制御を実行するようになっている。
【０００４】
また、例えば特開平１０−４７０７０号公報に示されるように、ターボ過給機のタービンに対して排気流通面積を変化させる可変翼を設ける等により、運転状態に応じて過給状態を制御し得るようにしたターボ過給機付エンジンも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように可変翼等により過給状態を制御し得るようにした過給機と、空燃比に応じて排気還流弁をフィードバック制御するようにした装置とはそれぞれ知られているが、従来では両者が互いに関係なく個別に制御されていた。
【０００６】
しかし、排気還流弁の制御と過給状態の制御は互いに影響し、例えば過給状態の制御として上記可変翼の開度を制御するような場合は、その開度が変ると排気圧力が変化することで排気還流量に影響を及ぼし、一方、排気還流弁の開度が変ると排気還流通路に逃がされる排気エネルギーが変ること等で過給状態（過給量及び過給圧）に影響を及ぼす。このため、排気還流弁の制御と過給状態の制御を個別に行なうだけで互いの影響を調整しなければ、不適性に影響しあって過給機の効率等を悪化させる可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、排気還流が行なわれる運転領域において、排気還流弁の制御と過給機の制御とを効果的に協調させ、過給機の効率等を良好に保つことができる過給機付エンジンの制御装置を提供するものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、タービンへの排気流通面積を変化させる排気流通面積可変手段を具備したターボ過給機と、上記タービンより上流の排気通路から排気ガスを取り出し排気還流弁を介してターボ過給機のコンプレッサより下流の吸気通路へ還流させる排気還流装置とを備えるとともに、空燃比が目標空燃比となるように排気還流弁を制御する手段を有する過給機付エンジンの制御装置において、排気還流が行なわれている運転領域で、エンジンの加速時に、排気還流弁開口量が減少するように排気還流弁を制御しつつ、排気流通面積が増大するように排気流通面積可変手段を制御する制御手段を備え、この制御手段は、上記加速時における排気流通面積の変化量と排気還流弁開口量の変化量との割合をエンジン回転数に応じて変更して、エンジン低回転側では相対的に排気還流弁開口量の変化量の割合を大きくし、エンジン高回転側では相対的に排気流通面積の変化量の割合を大きくするように制御することを特徴とするものである。
【００２６】
この発明の装置によると、エンジンの加速時に、制御手段によって、排気還流弁開口量が減少するように排気還流弁が制御されつつ、排気流通面積が増大するように排気流通面積可変手段が制御されることにより、速やかに過給圧及び新気量が変化し、加速性能の向上及び加速時のエミッション向上等に適した制御状態が得られる。
【００２７】
上記排気流通面積可変手段として、ターボ過給機のタービンに対して開度変更可能なノズルを形成する可変翼を備える場合、上記制御手段は、排気還流が行なわれる運転領域で上記可変翼の開度を所定範囲内の部分開度とするようになっていればよい（請求項２）。このように可変翼の開度を所定範囲内の部分開度としておけば、過給圧の調節を効果的に行ない得る。
【００２９】
また、排気還流弁開口量が他の運転領域よりも大きいエンジン低回転領域からの加速時に、排気還流弁開口量が減少するように排気還流弁を制御しつつ、排気流通面積が増大するように排気流通面積可変手段を制御し（請求項３）、あるいは、エンジンの低回転低負荷領域からの加速時に、排気還流弁開口量が減少するように排気還流弁を制御しつつ、排気流通面積が増大するように排気流通面積可変手段を制御してもよい（請求項４）。
【００３０】
このようにすると、排気還流弁開口量が他の運転領域よりも大きいエンジン低回転領域からの加速時、あるいはエンジンの低回転低負荷領域からの加速時に、新気量の増加が促進され、速やかに加速性能及びエミッションが向上される状態となる。
【００３１】
また、上記加速時における排気還流弁開口量の減少を所定下限値までに止めるように規制することが好ましく（請求項５）、このようにすれば、加速時に排気還流弁開口量が小さくなりすぎてＮＯｘの増大を招くといった事態が防止される。
【００３４】
すなわち、エンジン低回転低負荷側での定常運転時は排気還流弁開口量が大きくされているので、この状態からの加速時に排気還流弁開口量を減少を優先させることで排気還流を抑制して新気量の増加を促進する作用が高められ、一方、排気流速及び流量が大きいエンジン高回転側では、排気流通面積の変化が排気圧力及びそれに関係する排気還流量等に速やかに影響を及ぼすので、エンジン高回転側での加速時に排気流通面積の変化を優先させることで応答性良く加速性能及びエミッションが向上される。
【００３５】
また、上記のような構成に加え、エンジンへの新気量を検出する吸入空気量検出手段と、この吸入空気量検出手段により検出される実新気量が目標空燃比に基づいて求められる目標新気量となるように排気還流弁を制御する手段とを備えること（請求項６）が好ましい。このようにすれば、空燃比を目標空燃比とするための排気還流弁の制御が、実新気量と目標空燃比から求められる目標新気量とに基づいて精度良く行なわれる。そして、通常時にこのような制御で排気還流量が適正に調節されるとともに、特定の加速時には上記のような制御で加速性向上等が図られる。
【００３６】
さらに、過給圧を検出する過給圧検出手段と、この過給圧検出手段で検出される実過給圧が予め設定された目標過給圧となるように排気流通面積可変手段を制御する手段とを備えることが好ましい（請求項７）。このようにすれば、過給圧の制御が精度良く行われる。そして、通常時にこのような制御で過給圧が適正に調節されるとともに、特定の加速時には上記のような制御で加速性向上等が図られる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る制御装置を備えたターボ過給機付エンジンの実施形態を示している。図示のエンジンはディーゼルエンジンであり、そのエンジン本体１には吸気通路２及び排気通路３が接続されている。また、このエンジンにはターボ過給機５が装備され、このターボ過給機５は、吸気通路２に設けられたコンプレッサ６と、コンプレッサ６を排気エネルギーにより駆動するために排気通路３に設けられたタービン７とを備えるとともに、後述のような可変翼８及びこれを駆動するアクチュエータ９からなる排気流通面積可変手段を具備している。さらにこのエンジンには、ＥＧＲ通路１１と、このＥＧＲ通路１１に介設されたＥＧＲ弁（排気還流弁）１２とを有するＥＧＲ装置（排気還流装置）が設けられている。
【００３８】
エンジン各部の構造を具体的に説明すると、エンジン本体１の各シリンダ１４には燃焼室内に燃料を噴射する多噴口の燃料噴射弁１５が配設されている。これらの燃料噴射弁１５の燃料入口側は分配通路１６を介してコモンレール（共通管）１７に接続され、このコモンレール１７が燃料噴射ポンプ１８に接続されており、燃料噴射ポンプ１８から送給された燃料がコモンレール１７で蓄圧された上で各燃料噴射弁１５に送られるようになっている。各燃料噴射弁１５は、制御信号に応じて燃料噴射時間及び噴射時期の制御が可能な構造となっている。各燃料噴射弁１５の燃料出口側はリターン通路１９に接続されている。
【００３９】
上記吸気通路２には、その上流側から順にエアフローセンサ２１と、ターボ過給機５のコンプレッサ６と、インタークーラ２２と、サージタンク２３とが配設されるとともに、サージタンク２３に吸気圧力センサ２４が設けられている。また、上記排気通路３には、ターボ過給機５のタービン７と、触媒コンバータ２５とが配設されている。
【００４０】
上記ターボ過給機５は、図２に示すようにタービン７の周囲にノズルを形成する多数の可変翼８を備えたＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）からなっている。すなわち、このターボ過給機５（以下、ＶＧＴ５と呼ぶ）は、可変翼８の角度調節により、図２（ａ）に示す全閉（流通面積最小）から図２（ｂ）に示す全開（流通面積最大）までにわたり可変翼８の開度つまりノズル開口面積（タービンへの排気流通面積）が可変となり、これによってタービン効率が制御されるように構成されている。
【００４１】
図１中に示すように上記可変翼８を駆動するアクチュエータ９は、デューティ制御可能な電磁弁２６を介してバキュームポンプ２７に接続され、上記電磁弁２６がデューティ制御されることでアクチュエータ９に対する負圧と大気圧との導入割合が調整され、これによりＶＧＴ５の可変翼開度が制御されるようになっている。
【００４２】
また、上記ＥＧＲ通路１１は、その一端部が排気通路３におけるタービン７の上流側に接続されるとともに、他端部が上記吸気通路２におけるコンプレッサ６の下流側、例えばサージタンク２３に接続されている。また、上記ＥＧＲ弁１２は、デューティ制御可能な電磁弁２８を介してバキュームポンプ２７に接続され、上記電磁弁２８がデューティ制御されることでＥＧＲ弁１２の負圧室に対する負圧と大気圧との導入割合が調整され、これによりＥＧＲ弁１２の開度（開口量）が制御されるようになっている。
【００４３】
上記燃料噴射弁１５及び電磁弁２６，２８にはコントロールユニット（ＥＣＵ）３０から制御信号が出力される。このＥＣＵ３０には、上記エアフローセンサ２１及び吸気圧力センサ２４からの信号が入力され、さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３１、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ３２、上記コモンレール１７内の燃料圧力を検出するコモンレール圧力センサ３３等からの信号も入力されるようになっている。
【００４４】
そして、上記ＥＣＵ３０から燃料噴射弁１５に出力される制御信号により燃料噴射弁１５からの燃料噴射量及び噴射時期が制御され、また電磁弁２６に出力される制御信号（デューティ信号）によりＶＧＴ５の可変翼開度が制御されるとともに、電磁弁２８に出力される制御信号（デューティ信号）によりＥＧＲ弁１２の開度が制御されるようになっている。
【００４５】
上記ＥＣＵ３０は、図３に示すように、燃料噴射弁１５の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段３５と、コモンレール１７内の燃料圧力を制御するコモンレール圧制御手段３６と、上記ＶＧＴ５の制御とＥＧＲ弁１２の制御とを関連づけて行なう制御手段４０とを有している。
【００４６】
上記燃料噴射量制御手段３５は、アクセル開度センサ３１によって検出されたアクセル開度ａｃｃｅｌと、エンジン回転数検出手段３４によってクランク角信号の周期の計測等により検出されたエンジン回転数Ｎｅとに基づき、予め設定されたマップ３７からエンジンの目標トルクｔｒｑｓｏｌを読み出すとともに、この目標トルクｔｒｑｓｏｌと、エンジン回転数Ｎｅと、上記エアフローセンサ２１によって検出された実新気量ＦＡｉｒとに基づき、予め設定された三次元マップ３８から目標燃料噴射量Ｆｓｏｌを読み出し、この目標燃料噴射量Ｆｓｏｌと、コモンレール圧力センサ２１によって検出されたコモンレール１７内の燃料圧力ＣＲＰとに基づいて燃料噴射弁１５の励磁時間を調節することにより、燃料噴射量を制御するように構成されている。
【００４７】
コモンレール圧力制御手段３６は、上記目標トルクｔｒｑｓｏｌとエンジン回転数Ｎｅとに基づき、予め設定されたマップ３９から目標コモンレール圧力ＣＲＰｓｏｌを読み出し、この目標コモンレール圧力ＣＲＰｓｏｌと検出された燃料圧力ＣＲＰとに基づいて燃料系に設けられた図外の燃料圧力調整手段を制御するようになっている。
【００４８】
また、制御手段４０は、少なくとも部分負荷領域でＥＧＲを行なわせ、かつ、このときに空燃比が目標空燃比となるようにＥＧＲ弁２８を制御するとともに、運転状態の変化に伴い上記過給圧と新気量とが互いに対応して増減するようにＶＧＴ５とＥＧＲ弁１２の少なくとも一方を制御するものであり、ＥＧＲ弁制御のためにＥＧＲ弁駆動指令値の演算を行う演算手段４１と、ＶＧＴ制御のためにＶＧＴ駆動指令値の演算を行う演算手段４２と、ＥＧＲ弁制御とＶＧＴ制御とを協調させる協調制御手段４３とを含んでいる。
【００４９】
上記ＥＧＲ弁駆動指令値の演算手段４１は、アイドル運転領域、高負荷領域及び減速運転領域を除いた所定の部分負荷領域で、空燃比が目標空燃比Ａ／ＦｓｏｌとなるようにＥＧＲ弁１２をフィードバック制御すべく、ＥＧＲ弁駆動指令値の演算を行う。すなわち、上記目標トルクｔｒｑｓｏｌとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて予め設定されたマップ４４から目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌが読み出され、この目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌと上記目標燃料噴射量Ｆｓｏｌとに基づき、目標新気量演算部４５によりエンジン本体１の燃焼室に吸入される新気の目標新気量ＦＡｓｏｌが演算され、この目標新気量ＦＡｓｏｌの演算値とエアフローセンサ３３で検出された実新気量ＦＡｉｒとが上記演算手段４１に入力される。
【００５０】
そして、この演算手段４１により、目標新気量ＦＡｓｏｌと実新気量ＦＡｉｒとの偏差に応じ、ＰＩ制御等により上記偏差をなくすようにＥＧＲ弁１２を駆動するフィードバック制御量がＥＧＲ弁駆動指令値として演算される。
【００５１】
ＶＧＴ駆動指令値の演算手段４２は、ＥＧＲが行なわれる運転領域で、過給圧が目標過給圧となるようにＶＧＴ５の可変翼をフィードバック制御すべく、ＶＧＴ駆動指令値の演算を行う。すなわち、上記目標トルクｔｒｑｓｏｌとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて予め設定されたマップ４６から目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌが読み出され、この目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌと吸気圧力センサ２４で検出された実過給圧Ｂｓｔとが上記演算手段４２に入力される。
【００５２】
そして、この演算手段４２により、目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌと実過給圧Ｂｓｔとの偏差に応じ、ＰＩ制御等により上記偏差をなくすようにＶＧＴ５の可変翼８を駆動するフィードバック制御量がＶＧＴ駆動指令値として演算される。
【００５３】
また、協調制御手段４３は、基本的には上記ＥＧＲ弁駆動指令値及びＶＧＴ駆動指令値をＥＧＲ弁駆動用の電磁弁２８及びＶＧＴ駆動用の電磁弁２６にそれぞれ出力するが、この制御状態で運転状態の変化に伴い過給圧と新気量とが互いに対応して増減するような特性が得られるかどうかを判断し、このような特性が得られない場合は、上記ＥＧＲ弁駆動指令値及びＶＧＴ駆動指令値のうちの少なくとも一方を補正するようになっている。
【００５４】
ここで、ＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度が運転状態の変化に伴う過給圧、新気量の変化の特性にどのように影響するかを、図４及び図５の実験データを参照しつつ説明する。
【００５５】
図４（ａ）〜（ｉ）及び図５（ａ）〜（ｉ）は、ＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度を固定して燃料噴射量を変えることによりエンジン負荷を変化させた場合の、圧力比及び空気流量（新気量）の変化の特性（以下、圧力比・空気流量特性と呼ぶ）を実験的に調べたデータをグラフで示すものであり、図４（ａ）〜（ｉ）はエンジン回転数を１５００ｒｐｍとしてＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度を種々の値に設定した場合の圧力比・空気流量特性、図５（ａ）〜（ｉ）はエンジン回転数を２０００ｒｐｍとしてＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度を種々の値に設定した場合の圧力比・空気流量特性である。
【００５６】
上記圧力比は、コンプレッサ６下流の吸気圧力Ｐ１（過給圧）とコンプレッサ６上流の吸気圧力Ｐ０（略大気圧）との比（Ｐ１／Ｐ０）であり、コンプレッサ６上流の吸気圧力Ｐ０を一定（略１気圧）とすると過給圧に比例する値である。従って、圧力比・空気流量特性は、運転状態の変化に伴う過給圧、吸入空気量の変化に相当するものである。なお、図中に示すＥＧＲ弁の開度は０％を全閉、１００％を全開としたものであり、またＶＧＴの可変翼開度は０％を全開、１００％を全閉としたものである。
【００５７】
これらの図に示すように、ＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度の値によって圧力比・空気流量特性が種々異なるが、運転状態の変化に対して圧力比と空気流量とが互いに対応して増減して、エンジンが加速状態となったときには上記過給圧と上記新気量とが互いに対応して増加するような特性、つまりグラフで右上がりとなる特性であって、その傾き（空気流量に対する圧力比の変化割合）が適度であれば、ターボ総合効率ないしはコンプレッサ効率が高いことを意味する。そして、このような圧力比と吸気流量との関係が比較的低負荷側から比較的高負荷側までにわたり広範囲に得られることが好ましい。例えば図４中では（ｆ）（ｈ）（ｉ）等の特性が比較的好ましい特性である。そして、ＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度を特定の範囲内とすることで上記のような好ましい特性が得られる。
【００５８】
一方、ＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度が上記特定の範囲から外れた場合、例えばＥＧＲ弁１２の開度が過度に大きい場合やＶＧＴ５の可変翼開度が過度に小さい場合は、ターボ総合効率ないしはコンプレッサ効率が低下することにより、上記傾きが大きくなって吸気流量があまり増加しないのに圧力比が上昇し過ぎる傾向が生じたり、吸気流量が殆ど増加しなくなったりし、好ましくない。
【００５９】
そこで、上記のような好ましい圧力比・空気流量特性が得られるＥＣＲ弁開度及びＶＧＴの可変翼開度の範囲が予め調べられ、これに対応するＥＧＲ弁駆動指令値及びＶＧＴ駆動指令値の範囲が許容範囲とされ、このような許容範囲がエンジン回転数等の運転状態に応じて設定されている。そして、協調制御手段４３は、ＥＧＲ弁駆動指令値及びＶＧＴ駆動指令値が許容範囲から外れたときに調整を行うようになっている。
【００６０】
図６は上記制御手段４０による制御の一例をフローチャートで示している。このフローチャートの制御がスタートすると、先ずステップＳ１で実過給圧、実新気量、目標過給圧及び目標新気量が読み込まれ、ステップＳ２で、実新気量と目標新気量との偏差に応じたＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌの演算及び実過給圧と目標過給圧との偏差に応じたＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌの演算が行われる。
【００６１】
次にステップＳ３で、上記ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが上記許容範囲内にあるか否かが判定される。そして、許容範囲内にあれば、上記ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌががそのまま出力される（ステップＳ４）。
【００６２】
また、許容範囲内にない場合、ＥＧＲ弁１２のフィードバック制御を優先させるべくＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌはそのまま出力され（ステップＳ５）、一方、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが上記許容範囲内に向けて変更され（ステップＳ６）、例えば許容範囲からＥＧＲが多い側に外れている場合はＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが減少される。そして、変更後のＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが出力される（ステップＳ７）。
【００６３】
以上のような当実施形態の装置によると、空燃比を目標空燃比とするようにＥＣＲ弁１２がフィードバック制御されることにより、ＮＯｘ及びスモークが低減され、エミッションが改善される。一方、過給圧が目標過給圧となるようにＶＧＴ５がフィードバック制御されることにより過給状態が調整される。そして、過給によって充填効率が高められることにより、ＥＧＲ量が多くされつつ新気量が確保されるため、エミッション改善効果が高められる。
【００６４】
しかも、協調制御手段４３としての上記ステップＳ３〜Ｓ７の処理により、ＥＧＲ弁１２の制御とＶＧＴ５の制御とが調整されて、過給機の効率（ターボ総合効率ないしはコンプレッサ効率）等が良好に保たれ、燃費も良くなる。
【００６５】
すなわち、ＶＧＴ５の可変翼開度が一定でもＥＧＲ弁１２の開度が変るとＥＧＲ通路１１に逃がされる排気エネルギーが変ることで過給量及び過給圧が変化し、また、ＥＧＲ弁１２の開度が一定でもＶＧＴ５の可変翼開度が変ると排気圧力の変化に伴ってＥＧＲ量が変化するというように、ＥＧＲ弁１２の制御とＶＧＴ５の制御とは互いに影響し合うので、これらの制御を個別に行なうだけでは、必ずしも両制御が適切に協調する状態が得られず、過給機の効率等が悪化する可能性がある。また、上記各制御における基本制御量、制御範囲、制御ゲイン等の制御条件を予め適度に設定しておくことでより両制御相互の影響を調整することが考えられるが、このようにしてもエンジンや過給機の特性等に個体差があると両制御の影響度合いが変るため、両制御の調整を常に適切に行なうことは難しい。
【００６６】
これに対し、当実施形態の装置によると、ＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度につき、運転状態の変化に伴い過給圧と新気量が互いに対応して増減するという条件を満足するような許容値を定め、ＥＧＲ弁１２のフィードバック制御及びＶＧＴ５のフィードバック制御で求められる指令値が許容値から外れたときにそれに応じた調整を行なうようにしているため、常に適正な圧力比・空気流量特性が得られ、過給機の効率等を良好に保つことができる。
【００６７】
また、当実施形態では、ＥＧＲ弁１２のフィードバック制御を優先させるべく、上記ステップＳ３で許容範囲から外れたことが判定されたとき、実新気量と目標新気量との偏差に応じて求められたＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌはそのまま出力されて、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが変更されるようになっているため、空燃比の目標値に対する追従性は良好に保たれる。そして、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌの変更によってＶＧＴ５の可変翼開度が変ると、それが空燃比に影響を及ぼし、それに応じたフィードバック制御でＥＧＲ弁１２の開度も調整され、このような制御が繰り返されることにより、ＥＧＲ弁１２の制御とＶＧＴ５の制御との協調が適切に行なわれることとなる。
【００６８】
なお、上記の図６に示す制御例では、ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが許容範囲から外れたとき、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌのみ変更しているが、両指令値を所定量ずつ変更させるようにしても良い。また、低回転側では過給不足を避けるべくＶＧＴ５の制御を優先させる一方、高回転側ではＥＧＲ弁５の制御を優先させるようにしても良い。
【００６９】
図７は上記制御手段４０による制御の第２の例をフローチャートで示している。このフローチャートの制御がスタートすると、先ずステップＳ１１で実過給圧、実新気量、目標過給圧及び目標新気量が読み込まれ、ステップＳ１２で、実新気量と目標新気量との偏差に応じたＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌの演算及び実過給圧と目標過給圧との偏差に応じたＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌの演算が行われる。さらに、ステップＳ１３で、実新気量の今回値と前回値との差等から新気量変化率が求められるとともに、同様にして過給圧変化率が求められ、ステップＳ１４で、上記新気量変化率と過給圧変化率とから新気量に対する過給圧の変化割合が算出される。
【００７０】
次にステップＳ１５で、上記変化割合が所定の傾き（一定の許容範囲を有する）か否かが判定され、所定の傾きであれば、そのままＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌ及びＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌが出力される（ステップＳ１６，Ｓ１７）。
【００７１】
上記変化割合が所定の傾きでなければ、ステップＳ１８で所定の傾きより大か否かが判定され、つまり傾きが大きすぎるのか、それとも小さすぎるのかが判定される。そして、傾きが大きすぎる場合はＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが減少され（ステップＳ１９）、傾きが小さすぎる場合はＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが増加される（ステップＳ２０）。
【００７２】
この制御例によると、上記ステップＳ１４で新気量に対する過給圧の変化割合が求められ、つまり図４，図５に示す圧力比・空気流量特性の傾きに相当する変化割合が求められる。そして、この傾きが適正範囲からずれたときはＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが変更される。この場合、傾きが大きすぎると、エンジン負荷が増加したとき新気量があまり増えないのに過給圧が上昇し過ぎる傾向となるので、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが減少されて可変翼開度が大きくなる方向に調整され、また傾きが小さすぎると過給圧が上昇し難い傾向となるので、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが増加されて可変翼開度が小さくなる方向に調整される。
【００７３】
こうして、上記傾きが適正化されるように制御状態が調整され、過給機の効率等を良好に保つことができる。
【００７４】
なお、上記制御例では過給圧と新気量とを検出して新気量に対する過給圧の変化割合を調べるようにしているが、図４，図５のデータに対応させるように、圧力比と新気量とを求め、新気量に対する圧力比の変化割合が適正範囲となるように、つまり圧力比と吸入空気量とが互いに対応して適正な変化割合で増減するように調整しても良い。
【００７５】
図８は上記制御手段４０による制御の第３の例をフローチャートで示している。このフローチャートの制御がスタートすると、先ずステップＳ３１で実過給圧、実新気量、目標過給圧及び目標新気量が読み込まれ、ステップＳ３２で、実新気量と目標新気量との偏差に応じたＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌの演算及び実過給圧と目標過給圧との偏差に応じたＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌの演算が行われる。
【００７６】
続いてステップＳ３３でアクセル開度及び燃料噴射量が読み込まれ、ステップＳ３４で、上記アクセル開度や燃料噴射量の変化率を調べること等によりエンジン加速時か否かが判定される。そして、エンジン加速時であれば、ステップＳ３５で、上記ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが上記許容範囲（好ましい圧力比・空気流量特性が得られる範囲）内にあるか否かが判定される。
【００７７】
上記ステップＳ３４で加速時でないことが判定された場合は上記ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌががそのまま出力され（ステップＳ３６）、ステップＳ３５で許容範囲内と判定されたときにも上記ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌががそのまま出力される（ステップＳ３７）。
【００７８】
加速時であって、上記ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが上記許容範囲内にない場合（ステップＳ３４がＹＥＳ、ステップＳ３５がＮＯの場合）、例えばＥＧＲ量が多くされるエンジン低回転領域等においてＥＧＲ弁１２の開度が大きくされている状態で許容範囲から外れている場合、ステップＳ３８〜Ｓ４２のようにＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度が制御される。
【００７９】
すなわち、ステップＳ３８でエンジン回転数が読み込まれ、ステップＳ３９でＥＧＲ弁１２の開度を小さくすべくＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌがエンジン回転数に応じた減少量だけ減少補正され、ステップＳ４０で補正後のＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌが出力される。さらに、ステップＳ４１でＶＧＴ５の可変翼開度を大きくすべくＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌがエンジン回転数に応じた減少量だけ減少補正され、ステップＳ４２で補正後のＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが出力される。
【００８０】
なお、ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌの減少量（ＥＧＲ弁開度の減少量）及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌの減少量（ＶＧＴの可変翼開度の増加量）は、それぞれ、エンジン低回転側程大きくなるように、予めエンジン回転数に対応づけたテーブル等で設定されている。
【００８１】
この制御例によると、加速時に、ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが許容範囲（運転状態の変化に対し過給圧と新規量とが互いに対応して充分に大きく増減するような圧力比・空気流量特性が得られる範囲）にある場合は、その値が出力されることにより、エミッションが良好に保たれつつ負荷の増大（燃料噴射量の増加）に伴い過給圧及び新気量が増加する状態が確保される。
【００８２】
また、加速時にＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度が上記許容範囲から外れた制御状態となっている場合には、ＥＧＲ弁１２の開度の減少とＶＧＴ５の可変翼開度の増大とが同時に行われることにより、加速性が高められるとともに、エミッションの悪化が防止される。
【００８３】
より具体的に説明すると、アイドル運転領域やその近傍の低回転低負荷領域では、ＥＧＲ量を多くすべく、ＥＧＲ弁１２の開度が比較的大きくされるとともにＶＧＴ５の可変翼開度がある程度小さくされて、上記許容範囲から外れた制御状態となることがあり、例えばＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌが６０％程度、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが５０％というように制御されることにより、図４（ｂ）に示す特性をもたらす制御状態となることがある。そしてこのような特性でも定常状態では支障がない。しかし、この制御状態で加速が行われると、過給圧及び新気量が殆ど増加しないため充分な加速性能が得られない。
【００８４】
このため、この制御状態からの加速時には、過給圧及び新気量を増加させるべくＥＧＲ弁１２及びＶＧＴ５の制御状態を変更する必要があり、この場合、仮にＶＧＴ５の可変翼開度を変化させずにＥＧＲ弁１２だけを開度減少方向に制御したとすると、例えば図４（ｂ）の状態から図（ｈ）のような好適な特性が得られる状態にするまでにはＥＧＲ弁１２の開度を大きく変化させる必要があり、それに要する時間が加速応答性を悪くする。また、過給効率を高めるべくＶＧＴ５の可変翼開度を小さくすることが考えられるが、ＥＧＲが行われている状態の低回転低負荷領域からの加速時に可変翼開度を小さくすると、排気圧力が上昇してＥＧＲ通路１１の両端の差圧が大きくなることでＥＧＲ量が増加するため、一時的に新気量が減少して、却って加速初期の出力上昇が妨げられるとともに、スモークが発生し易くなる。
【００８５】
これに対し、当制御例では、上記アイドル運転領域等の低回転低負荷領域でＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが許容範囲から外れている状態からの加速時に、ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌが減少されることでＥＧＲ弁１２の開度が小さくされるとともに、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが減少されることでＶＧＴ５の可変翼開度が大きくされ、この可変翼開度の増大により排気圧力が低下するため、速やかにＥＧＲ量が減少し、加速初期の新気量の増加が促進され、出力が高められるとともにスモークの発生が防止される。
【００８６】
また、制御状態及び圧力比・空気流量特性が例えば図４（ｂ）の状態から図４（ｆ）の状態へと変化することにより好適な特性が得られるようになり、前述のようにＥＧＲ弁１２の開度だけを変化させて図４（ｂ）の状態から図４（ｈ）の状態へ変化させるような場合と比べてＥＧＲ弁１２の開度変化が小さくて済み、好適な特性が得られる状態になるまでの時間が短くなって、加速応答性が高められる。
【００８７】
これらの作用により、アイドル運転領域等の低回転低負荷領域から加速が行われる場合でも、加速性能が大幅に向上されるとともにエミッションが改善されることとなる。
【００８８】
上記のようにＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが許容範囲から外れている状態からの加速時には、ＥＧＲ弁１２の開度の減少とＶＧＴ５の可変翼開度の増大が同時に行われるが、これらの変化量をエンジン回転数に応じて設定し、低回転側程変化を大きくすることが加速性能向上等にとって効果的である。すなわち、定常運転時にはエンジン低回転低負荷側程ＥＧＲ量を多くすべくＥＧＲ弁１２の開度が大きくされるとともにＶＧＴ５の可変翼開度が小さくされた状態となっているので、このような状態からの加速時にはＥＧＲ弁開度の減少及びＶＧＴ可変翼開度の増加が比較的大きくされることにより、上記のような加速性向上及び加速時のスモーク抑制等の作用が良好に得られることとなる。
【００８９】
図９は上記制御手段４０による制御の第４の例をフローチャートで示している。このフローチャートにおいて、ステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３４，Ｓ３６〜Ｓ４２は図８中の同一符号のステップと同じ処理を行っている。
【００９０】
この例では、ステップＳ３１，Ｓ３２に続いてステップＳ３３´でアクセル開度、燃料噴射量及びエンジン回転数が読み込まれ、次にエンジンが加速状態か否かの判定（ステップＳ３４）が行われ、加速状態であれば、ステップＳ３５´で、エンジン負荷（アクセル開度または燃料噴射量等）とエンジン回転数とにより運転領域が調べられて、ＥＧＲ弁１２の開度が大きい領域か否かが判定される。ここで、ＥＧＲ弁１２の開度が大きい領域は、例えばアイドル運転領域やその付近の低回転低負荷領域である。
【００９１】
そして、加速状態で、かつ、ＥＧＲ弁１２の開度が大きい領域であれば、ステップＳ３８〜Ｓ４２により、ＥＧＲ弁１２の開度を小さくするとともにＶＧＴ５の可変翼開度を大きくするように制御される。
【００９２】
この制御例によると、定常運転時にＥＧＲ弁１２の開度が大きくされている運転領域からの加速時に、ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌが減少されることでＥＧＲ弁１２の開度が小さくされるとともに、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが減少されることでＶＧＴ５の可変翼開度が大きくされることにより、第3の制御例と同様に、速やかにＥＧＲ量が減少して加速初期の新気量の増加が促進されるとともに、好適な圧力比・空気流量特性が得られる状態へ速やかに変化し、加速性能が大幅に向上されるとともにエミッションが改善されることとなる。
【００９３】
図１０は上記制御手段４０による制御の第５の例をフローチャートで示している。このフローチャートにおいて、ステップＳ３１〜Ｓ３８は図８中の同一符号のステップと同じ処理を行っている。
【００９４】
このフローチャートにおいて、ステップＳ３４で加速時であることが判定された場合であって、かつ、ステップＳ３５でＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌ及びＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが許容範囲内にないことが判定された場合は、エンジン回転数の読み込み（ステップＳ３８）に続き、ステップＳ５１でエンジン回転数が所定値以下の低回転領域か否かが判定される。
【００９５】
そして、ステップＳ５１で低回転領域であることが判定されたときは、相対的に排気流通面積の変化量に対するＥＧＲ弁開度の変化量の割合が大きくされ、つまり、ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌが比較的大きな減少量で減少補正されて（ステップＳ５２）、その補正後のＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌが出力される（ステップＳ５３）とともに、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが比較的小さな減少量で減少補正されて（ステップＳ５４）、その補正後のＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが出力される（ステップＳ５５）。
【００９６】
また、ステップＳ５１で低回転領域でないことが判定されたときは、相対的に排気流通面積の変化量に対するＥＧＲ弁開度の変化量の割合が小さくされ、つまり、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが比較的大きな減少量で減少補正されて（ステップＳ５６）、その補正後のＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが出力される（ステップＳ５７）とともに、ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌが比較的小さな減少量で減少補正されて（ステップＳ５８）、その補正後のＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌが出力される（ステップＳ５９）。
【００９７】
この制御例によっても、第3の制御例と同様に、加速時にＥＧＲ弁１２の開度及びＶＧＴ５の可変翼開度が上記許容範囲から外れた制御状態となっている場合に、ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌが減少されることでＥＧＲ弁１２の開度が小さくされるとともに、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌが減少されることでＶＧＴ５の可変翼開度が大きくされることにより、速やかにＥＧＲ量が減少して加速初期の新気量の増加が促進されるとともに、好適な圧力比・空気流量特性が得られる状態となる。
【００９８】
とくに、エンジンの低回転領域では、定常時にＥＧＲ弁開度が大きくされていて、ＥＧＲ弁開度の変化が新気量等に大きく影響を及ぼすので、この状態からの加速時には、ＥＧＲ弁駆動指令値ＥＧＲｓｏｌの変化量が大きくされ、つまりＥＧＲ弁開口量の減少が優先されることにより、新気量を増加させて加速性及びエミッションを向上する作用が高められる。一方、エンジンの高回転領域では、排気流速及び排気流量が大きく、排気流通面積の変化が排気圧力及びそれに関係するＥＧＲ量等に速やかに影響を及ぼすので、この状態からの加速時には、ＶＧＴ駆動指令値ＶＧＴｓｏｌの変化量が大きくされ、つまりＶＧＴ５の可変翼開度の増大が優先されることにより、加速応答性及びエミッションを向上する作用が高められる。
【００９９】
なお、本発明の装置の具体的構造は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。
【０１００】
例えば、図８〜図１０の各制御例のように特定の加速時にＥＧＲ弁１２の開度を小さくするとともにＶＧＴ５の可変翼開度を大きくするように制御する場合に、ＥＧＲ弁開口量については所定の下限値を予め設定しておき、加速時におけるＥＧＲ弁開口量の減少を上記所定下限値までに止めるようにしておくことが好ましい。このようにすれば、加速時にＥＧＲ弁開口量が小さくなりすぎることがなく、ＮＯｘの増大を防止し得ることとなる。
【０１０１】
また、上記実施形態では過給機としてＶＧＴ５を用いてその可変翼開度を制御しているが、タービンをバイパスするウエストゲート通路とこの通路を開閉するウエストゲートバルブを具備したターボ過給機を用い、そのウエストゲートバルブを制御するようにしてもよい。あるいは、過給気をリリーフする手段を具備する機械式過給機を用い、過給気をリリーフする手段を制御するようにしてもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、過給機と、排気還流装置とを備えるとともに、空燃比が目標空燃比となるように排気還流弁を制御する手段を有するものにおいて、排気還流が行なわれている運転領域で、運転状態の変化に伴い過給圧と新気量とが互いに対応して増減するように過給機の駆動量と排気還流弁の開口量とのうちの少なくとも一方を制御する制御手段を備えているため、空燃比が目標空燃比となるようにする排気還流弁の制御によりＮＯｘ及びスモークを低減してエミッションを改善することができるとともに、過給機の作動と排気還流弁の制御との関係を適正に調整し、過給機の効率等を良好に保つことができる。
【０１０３】
また、排気流通面積可変手段を具備したターボ過給機と、排気還流装置とを備えるとともに、空燃比が目標空燃比となるように排気還流弁を制御する手段を有するものにおいて、排気還流が行なわれている運転領域での少なくとも加速時に、運転状態の変化に伴い過給圧と新気量とが互いに対応して増減するように排気流通面積可変手段と排気還流弁開口量の双方を制御し、例えば排気還流弁開口量が大きいエンジン低回転領域等からの加速時に排気還流弁開口量を減少させるとともに排気流通面積を増大させるように制御すると、速やかに加速性能及びエミッションが向上される状態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を備えた過給機付エンジンの実施形態を示す概略図である。
【図２】過給機の一例としてのＶＧＴにおける可変翼配設部分の構造の模式図である。
【図３】エンジンのコントロールユニットの具体的構成を示すブロック図である。
【図４】特定のエンジン回転数においてＥＧＲ弁の開度及びＶＧＴの可変翼開度を種々の値に設定した場合の圧力比・空気流量特性を示すグラフである。
【図５】図４とは異なるエンジン回転数においてＥＧＲ弁の開度及びＶＧＴの可変翼開度を種々の値に設定した場合の圧力比・空気流量特性を示すグラフである。
【図６】制御手段による制御動作の第1の例を示すフローチャートである。
【図７】制御手段による制御動作の第２の例を示すフローチャートである。
【図８】制御手段による制御動作の第３の例を示すフローチャートである。
【図９】制御手段による制御動作の第４の例を示すフローチャートである。
【図１０】制御手段による制御動作の第５の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  吸気通路
３  排気通路
５  ターボ過給機
８  可変翼
１１  ＥＧＲ通路
１２  ＥＧＲ弁
２１  エアフローセンサ
２４  吸気圧力センサ
３０  コントロールユニット
４０  制御手段
【図１】
0004258910.tif 000002
【図２】
0004258910.tif 000003
【図３】
0004258910.tif 000004
【図４】
0004258910.tif 000005
【図５】
0004258910.tif 000006
【図６】
0004258910.tif 000007
【図７】
0004258910.tif 000008
【図８】
0004258910.tif 000009
【図９】
0004258910.tif 000010
【図１０】
0004258910.tif 000011