JP2005330861A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行性能を犠牲にすることなく、スモークの発生を抑制できるディーゼル機関１の制御装置（ＥＣＵ５）を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ５は、ディーゼル機関１の運転状態が過渡状態と判定された後、噴射量ガード値Ｑｇと噴射量Ｑとの差ΔＱを算出し、そのΔＱが減少しているか、あるいはΔＱ＝０であるかを判定する。ここで、ΔＱが減少している、あるいはΔＱ＝０と判定された場合は、過給圧制御補正量Ｄｃを算出して、過給圧制御量Ｄｔｒｂを補正する。これにより、ターボ過給機の過給状態が高くなる方向（過給側）に制御されるため、実過給圧が上昇して、ディーゼル機関１に吸入される吸気量が増大し、噴射量ガード値Ｑｇも増大する。その結果、インジェクタ４よりディーゼル機関１に噴射される噴射量Ｑが増大することで、走行性能が改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変容量型のターボ過給機を備える内燃機関の制御装置に関する。

従来、可変容量型のターボ過給機を備える内燃機関では、例えば、空気過剰率を指標として、実際の空気過剰率を目標空気過剰率に一致させるように、過給圧をフィードバック制御する技術がある（特許文献１参照）。
また、急激な加速時等に過給遅れが発生すると、エンジンに吸入される空気量（吸気量）が不足してスモークが発生するため、噴射量に対して吸気量が著しく小さい時には、その吸気量に応じた噴射量ガードが設定されて、噴射量の最大値を制限することが一般に実施されている。
特開２００１−７３７８９号公報

ところが、スモークの発生を抑制するために、吸気量に応じた噴射量制限が行われると、走行性能が犠牲となり、ドライブフィーリングが悪化するという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、走行性能を犠牲にすることなく、スモークの発生を抑制できる内燃機関の制御装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、内燃機関の排気エネルギを利用して吸気を加圧する可変容量型のターボ過給機と、このターボ過給機によって得られる実際の過給圧（実過給圧と呼ぶ）が目標過給圧と一致する様に、両者の偏差に応じて過給圧制御量を算出し、その過給圧制御量に従ってターボ過給機の過給状態をフィードバック制御する過給圧制御手段と、内燃機関に噴射される噴射量に対して吸気量が不足する場合に、その吸気量に応じて噴射量の最大値（噴射量ガード値と呼ぶ）を制限する噴射量ガード手段と、内燃機関の運転状態が過渡状態か否かを判定する運転状態判定手段と、内燃機関の運転状態が過渡状態と判定された後、内燃機関に噴射される噴射量と噴射量ガード値との差ΔＱを求め、このΔＱを基に、過給圧制御量を補正するか否かを判定する補正実行判定手段と、ΔＱが減少していると判定された場合、あるいはΔＱ＝０と判定された場合に、ターボ過給機により得られる実過給圧が高くなる様に、過給圧制御量を補正する補正手段とを備えている。

上記の構成によれば、内燃機関に噴射される噴射量と噴射量ガード値との差ΔＱが減少しているか、あるいはΔＱ＝０と判定された場合、すなわち、スモークの発生を抑制するために噴射量ガードが実施されると予測される場合、あるいは噴射量ガードが実施されている場合に、過給圧制御量の補正によって実過給圧が高くなる様に、ターボ過給機を制御することができる。これにより、実過給圧が上昇して、内燃機関に吸入される吸気量が増大するため、噴射量ガード値も増大する。その結果、内燃機関に噴射される噴射量が増大することで、走行性能が改善される。

（請求項２の発明）
本発明は、内燃機関の排気エネルギを利用して吸気を加圧する可変容量型のターボ過給機と、このターボ過給機によって得られる実際の過給圧（実過給圧と呼ぶ）が目標過給圧と一致する様に、両者の偏差に応じて過給圧制御量を算出し、その過給圧制御量に従ってターボ過給機の過給状態をフィードバック制御する過給圧制御手段と、内燃機関に噴射される噴射量に対して吸気量が不足する場合に、その吸気量に応じて噴射量の最大値（噴射量ガード値と呼ぶ）を制限する噴射量ガード手段と、内燃機関の運転状態が過渡状態か否かを判定する運転状態判定手段と、内燃機関の運転状態が過渡状態と判定された後、内燃機関に噴射される噴射量と噴射量ガード値との差ΔＱを求めると共に、噴射量ガード値の増大量を算出して、ΔＱおよび噴射量ガード値の増大量を基に、過給圧制御量を補正するか否かを判定する補正実行判定手段と、ΔＱ＝０であり、且つ噴射量ガード値の増大量が大きくないと判定された場合に、ターボ過給機により得られる実過給圧が高くなる様に、過給圧制御量を補正する補正手段とを備えている。

上記の構成によれば、内燃機関に噴射される噴射量と噴射量ガード値との差ΔＱ＝０であり、且つ噴射量ガード値の増大量が大きくないと判定された場合、すなわち、スモークの発生を抑制するために噴射量ガードが実施されると予測される場合、あるいは噴射量ガードが実施されており、そのガード値の増大量が大きくない場合に、過給圧制御量の補正によって実過給圧が高くなる様に、ターボ過給機を制御することができる。これにより、実過給圧が上昇して、内燃機関に吸入される吸気量が増大するため、噴射量ガード値も増大する。その結果、内燃機関に噴射される噴射量が増大することで、走行性能が改善される。なお、噴射量ガード値の増大量が大きい場合は、過給圧力も大きく増大中のため、過給圧制御量の補正を行わないことで、過給圧の過大を防止できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関の制御装置において、補正手段は、内燃機関の回転速度、内燃機関に噴射される噴射量、およびΔＱ等をパラメータとして補正量を算出し、この補正量によって過給圧制御量を補正することを特徴とする。
この場合、内燃機関の運転状態に応じた最適な補正量を算出することができるので、走行性能を犠牲にすることなく、スモークの発生を抑制できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１はディーゼル機関１のシステム構成図である。
本実施例のディーゼル機関１は、以下に説明する蓄圧式燃料噴射システム、ＥＧＲ装置、および可変容量型のターボ過給機等を搭載する。
蓄圧式燃料噴射システムは、噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール２と、図示しない燃料タンクより汲み上げた燃料を加圧してコモンレール２に圧送する燃料供給ポンプ３と、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料をディーゼル機関１の気筒内に噴射するインジェクタ４等を有し、燃料供給ポンプ３およびインジェクタ４の動作が電子制御ユニット（以下ＥＣＵ５と呼ぶ）により電子制御される。

ＥＧＲ装置は、ディーゼル機関１より排出される排気ガスの一部（ＥＧＲガスと呼ぶ）を吸気側へ還流させるシステムであり、ディーゼル機関１の吸気通路６と排気通路７とを連通するＥＧＲ通路８と、このＥＧＲ通路８に設けられるＥＧＲバルブ９と、このＥＧＲバルブ９を駆動するアクチュエータ１０等より構成され、ディーゼル機関１の運転状態に応じて設定される所定のＥＧＲ率が得られるように、上記のＥＣＵ５によりアクチュエータ１０を介してＥＧＲバルブ９の開度が電子制御される。なお、ＥＧＲ通路８には、例えば、機関冷却水との熱交換によってＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラ１１が設けられている。

ターボ過給機は、排気通路７に設けられる排気タービン１２と、吸気通路６に設けられるコンプレッサ１３とで構成され、ディーゼル機関１の排気エネルギを受けて排気タービン１２が回転することにより、その排気タービン１２と同軸に連結されたコンプレッサ１３が回転して、吸入空気を加圧するものである。また、排気タービン１２の周囲には、多数のノズルベーン（図示せず）が配置され、このノズルベーンの開度（ベーン開度と呼ぶ）に応じてタービン効率が変化し、その結果、コンプレッサ１３による過給状態が変化する。

ノズルベーンは、デューティ制御可能な電磁弁１４を介して、バキュームポンプ（図示せず）に接続される負圧アクチュエータ１５により駆動されて、ベーン開度を可変する。具体的には、ベーン開度が閉側になる程、過給圧が上昇し、ベーン開度が開側になる程、過給圧が低下する。電磁弁１４は、上記のＥＣＵ５により電子制御され、バキュームポンプより負圧アクチュエータ１５に供給される負圧と大気圧との導入割合を調整する。

吸気通路６の上流端には、吸入空気を濾過するエアクリーナ１６が設けられ、このエアクリーナ１６の下流側に吸入空気量（以下、吸気量と呼ぶ）を計測するエアフロメータ１７が設けられている。また、コンプレッサ１３の下流には、コンプレッサ１３によって加圧された空気を冷却するためのインタークーラ１８が設けられ、さらに、インタークーラ１８の下流には、吸気量を調整するための吸気絞り弁１９が配設されている。この吸気絞り弁１９は、ＥＣＵ５より出力される制御信号を受けて作動するアクチュエータ２０によって弁開度が調整される。

ＥＣＵ５は、図１に示す各種センサ類（ＮＥセンサ２１、アクセル開度センサ２２、水温センサ２３、吸気圧センサ２４、圧力センサ２５、エアフロメータ１７等）で検出されたセンサ情報を入力し、これらのセンサ情報を基に、燃料供給ポンプ３より吐出される燃料圧送量、インジェクタ４の噴射時期と噴射量、ＥＧＲ率、および過給圧等を制御する。 ＮＥセンサ２１は、ディーゼル機関１のクランク軸１ａが１回転する間に複数のパルス信号を出力する。ＥＣＵ５では、ＮＥセンサ２１より出力されたパルス信号の時間間隔を計測することで、機関回転速度を検出する。

アクセル開度センサ２２は、アクセルペダル２６の踏込み量よりアクセル開度を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。
水温センサ２３は、例えばサーミスタにより構成されて、ディーゼル機関１のウォータジャケット１ｂを流れる冷却水の温度を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。
吸気圧センサ２４は、吸気絞り弁１９より下流側の吸気通路６に取り付けられ、吸気圧（過給圧）を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。
圧力センサ２５は、コモンレール２に取り付けられ、コモンレール２に蓄圧された燃料圧力（レール圧）を検出して、検出結果をＥＣＵ５に出力する。

次に、ＥＣＵ５による過給圧制御について説明する。
ＥＣＵ５は、ディーゼル機関１の運転状態（機関回転速度と機関負荷など）から目標過給圧を設定し、吸気圧センサ２４で検出される実際の過給圧（実過給圧と呼ぶ）が目標過給圧と一致するように、ターボ過給機の過給状態をフィードバック制御する過給圧制御手段の機能を有している。具体的には、実過給圧と目標過給圧との偏差に応じて過給圧制御量を算出し、この過給圧制御量に従って電磁弁１４の通電電流をデューティ制御する。

また、ＥＣＵ５は、加速時等に生じる過給遅れにより、噴射量に対して十分な吸気量が得られない時は、スモークの発生を抑制するために、インジェクタ４に指令する最大噴射量を吸気量に応じて制限する噴射量ガード手段の機能を有している。
更に、ＥＣＵ５は、噴射量ガードの実施により噴射量が制限されると、走行性能が犠牲になるため、噴射量ガードの実施に合わせて、ターボ過給機の過給状態を過給側に補正する補正手段の機能を有している。

続いて、過給圧制御の手順を図２に示すフローチャートを基に説明する。
ステップ１０…ディーゼル機関１の運転状態が過渡状態か否かを判定する（本発明の運転状態判定手段）。ここでは、エアフロメータ１７によって計測される吸気量ＭＡＦと、その変化量ΔＭＡＦ等から過渡状態か否かを判定することができる。この判定結果がＹＥＳの場合、つまり過渡状態と判定された場合は、次のステップ２０へ進み、判定結果がＮＯの場合は、本処理を終了する。

ステップ２０…吸気量に応じて設定される噴射量ガード値Ｑｇと、噴射量Ｑとの差ΔＱを算出する。
ステップ３０…ΔＱが減少しているか、あるいはΔＱ＝０であるかを判定する（本発明の補正実行判定手段）。ここで、ΔＱが減少している場合は、噴射量Ｑが噴射量ガード値Ｑｇに近づいていることを表し、ΔＱ＝０の場合は、噴射量ガードによる噴射量制限が実施されていることを表している。この判定結果がＹＥＳの場合は、次のステップ４０へ進み、判定結果がＮＯの場合は、ステップ６０へ進む。

ステップ４０…過給圧制御量Ｄｔｒｂを補正するための過給圧制御補正量Ｄｃを算出する。ここでは、機関回転速度ωｅ、噴射量Ｑ、前記ΔＱ、およびΔＱの変化量等を基に、予め適合されたマップ等を用いて過給圧制御補正量Ｄｃを算出する。
ステップ５０…ＤｔｒｂにＤｃを加算した後、本処理を終了する。ここでは、ターボ過給機の過給状態が高くなる方向（過給側）にＤｔｒｂが補正される。
ステップ６０…Ｄｃをリセット（Ｄｃ＝０）した後、本処理を終了する。

（本実施例の効果）
実施例１に記載した過給圧制御によれば、インジェクタ４の噴射量Ｑと噴射量ガード値Ｑｇとの差ΔＱが減少しているか、あるいはΔＱ＝０と判定された場合、すなわち、スモークの発生を抑制するために噴射量ガードが実施されると予測される場合、あるいは噴射量ガードが実施されている場合に、過給圧制御量Ｄｔｒｂを補正することにより、図３（ａ）に示す様に、ターボ過給機の過給状態を過給側に制御することができる。
なお、図３に示すタイムチャートは、時刻ｔ１で加速が開始された後、（ａ）目標過給圧と実過給圧との変化を示すグラフ、（ｂ）吸気量の変化を示すグラフ、（ｃ）ターボ過給機の制御値を示すグラフ、（ｄ）噴射量の変化を示すグラフであり、それぞれ、破線グラフが従来の過給圧制御、実線グラフが本実施例の過給圧制御を示している。

上記の結果、従来の過給圧制御より実過給圧が上昇して、図３（ｂ）に示す様に、ディーゼル機関１に吸入される吸気量が増大するため、噴射量ガード値Ｑｇも増大する。その結果、図３（ｄ）に示す様に、インジェクタ４よりディーゼル機関１に噴射される噴射量Ｑが増大することで、走行性能が改善される。なお、図３（ｄ）に示すグラフは、噴射量ガードが無い時の噴射量をＱａ、噴射量ガードが有る時の噴射量をＱｂ（本実施例の過給圧制御）、Ｑｃ（従来の過給圧制御）で表している。

また、本実施例の過給圧制御では、機関回転速度ωｅ、噴射量Ｑ、前記ΔＱ、およびΔＱの変化量等を基に、ディーゼル機関１の運転状態に応じた最適な過給圧制御補正量Ｄｃを算出することができるので、走行性能を犠牲にすることなく、スモークの発生を抑制できる。
なお、上記の実施例１では、ΔＱが減少しているか、あるいはΔＱ＝０の場合に、ターボ過給機の過給状態を過給側に制御する一例を記載したが、その他の例として、ΔＱ＝０であり、且つ噴射量ガード値の増大量が大きくないと判定された時に、過給圧制御量Ｄｔｒｂを補正して、ターボ過給機の過給状態を過給側に制御することもできる。ΔＱ＝０であっても、噴射量ガード値の増大量が大きい場合は、過給圧力も大きく増大中のため、過給圧制御量Ｄｔｒｂの補正を行わないことで、過給圧が過大になることを防止できる。

更に、従来の過給圧制御では、加速途中等に実過給圧が目標過給圧に対してハンチングして吸気量が減少する際に、噴射量ガードにより噴射量が一時的に制限されると、図３（ｄ）の破線グラフで示す様に、噴射量の急減によりショックが発生する。
これに対し、本実施例の過給圧制御では、ディーゼル機関１に噴射される噴射量と噴射量ガード値との差ΔＱ＝０であり、且つ噴射量ガード値が減少していると判定されると、過給圧制御量の補正によって、実過給圧が高くなる様にターボ過給機を制御している。その結果、実過給圧が上昇して、ディーゼル機関１に吸入される吸入量が増大するため、噴射量制限が小さくなり、図３（ｄ）のグラフＱｂに示す様に、噴射量の急減によるショックを改善できる。

ディーゼル機関のシステム構成図である。 ＥＣＵによる過給圧制御の処理手順を示すフローチャートである。 過給圧制御に係わるタイムチャートである。

符号の説明

１ ディーゼル機関（内燃機関）
５ ＥＣＵ（制御装置）
１２ 排気タービン（ターボ過給機）
１３ コンプレッサ（ターボ過給機）

Claims (3)

1. 内燃機関の排気エネルギを利用して吸気を加圧する可変容量型のターボ過給機と、
   このターボ過給機によって得られる実際の過給圧（実過給圧と呼ぶ）が目標過給圧と一致する様に、両者の偏差に応じて過給圧制御量を算出し、その過給圧制御量に従って前記ターボ過給機の過給状態をフィードバック制御する過給圧制御手段と、
   前記内燃機関に噴射される噴射量に対して吸気量が不足する場合に、その吸気量に応じて噴射量の最大値（噴射量ガード値と呼ぶ）を制限する噴射量ガード手段と、
   前記内燃機関の運転状態が過渡状態か否かを判定する運転状態判定手段と、
   前記内燃機関の運転状態が過渡状態と判定された後、前記内燃機関に噴射される噴射量と前記噴射量ガード値との差ΔＱを求め、このΔＱを基に、前記過給圧制御量を補正するか否かを判定する補正実行判定手段と、
   前記ΔＱが減少していると判定された場合、あるいは前記ΔＱ＝０と判定された場合に、前記ターボ過給機により得られる実過給圧が高くなる様に、前記過給圧制御量を補正する補正手段とを備える内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の排気エネルギを利用して吸気を加圧する可変容量型のターボ過給機と、
   このターボ過給機によって得られる実際の過給圧（実過給圧と呼ぶ）が目標過給圧と一致する様に、両者の偏差に応じて過給圧制御量を算出し、その過給圧制御量に従って前記ターボ過給機の過給状態をフィードバック制御する過給圧制御手段と、
   前記内燃機関に噴射される噴射量に対して吸気量が不足する場合に、その吸気量に応じて噴射量の最大値（噴射量ガード値と呼ぶ）を制限する噴射量ガード手段と、
   前記内燃機関の運転状態が過渡状態か否かを判定する運転状態判定手段と、
   前記内燃機関の運転状態が過渡状態と判定された後、前記内燃機関に噴射される噴射量と前記噴射量ガード値との差ΔＱを求めると共に、前記噴射量ガード値の増大量を算出して、前記ΔＱおよび前記噴射量ガード値の増大量を基に、前記過給圧制御量を補正するか否かを判定する補正実行判定手段と、
   前記ΔＱ＝０であり、且つ前記噴射量ガード値の増大量が大きくないと判定された場合に、前記ターボ過給機により得られる実過給圧が高くなる様に、前記過給圧制御量を補正する補正手段とを備える内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載した内燃機関の制御装置において、
   前記補正手段は、前記内燃機関の回転速度、前記内燃機関に噴射される噴射量、および前記ΔＱ等をパラメータとして補正量を算出し、この補正量によって前記過給圧制御量を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
   

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