JP2007303380A

JP2007303380A - 内燃機関の排気制御装置

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Publication number: JP2007303380A
Application number: JP2006132582A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Ono; 智幸小野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】内燃機関の排気制御装置において、低圧ＥＧＲ装置を備えている場合であっても過給圧を目標値に速やかに合わせることができる技術を提供する。
【解決手段】排気通路４にタービン５ｂ、吸気通路３にコンプレッサ５ａを有しさらに排気の通路断面積を調節するノズルベーンを有する可変容量型ターボチャージャ５と、タービン５ｂ下流の排気通路４からコンプレッサ５ａ上流の吸気通路３へ排気を還流させる低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガス量を推定する低圧ＥＧＲガス量推定手段２０と、ノズルベーンの開度を調節して吸気通路３内の圧力をフィードバック制御するときに、低圧ＥＧＲガス量推定手段２０により推定されるＥＧＲガス量に基づいてフィードバックゲインを調節するフィードバックゲイン調節手段２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気制御装置に関する。

排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャを備え、タービンよりも下流の排気通路とコンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路を備える低圧ＥＧＲ装置が知られている。また、タービンよりも上流の排気通路とコンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し排気の一部を還流させる高圧ＥＧＲ通路を備える高圧ＥＧＲ装置が知られている。

さらに、ノズルベーンの開度を調節することによりコンプレッサよりも下流の吸気通路内の圧力（すなわち過給圧）を調節する可変容量型ターボチャージャが知られている。この可変容量型ターボチャージャでは、ノズルベーンを閉じると該ターボチャージャよりも上流の排気通路の圧力が上昇するため、高圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス（以下、高圧ＥＧＲガスという。）の量が増加する。

一方、高圧ＥＧＲガスの量を増加させると、可変容量型ターボチャージャを通過する排気の量が減少するので、過給圧が低下する。そのため、ノズルベーンを閉じることが必要となる場合がある。

すなわち、高圧ＥＧＲガスの量と、ノズルベーンの開度（若しくは過給圧）と、は互いに影響を及ぼし合う。

そして、高圧ＥＧＲ装置と、可変容量型ターボチャージャとを備え、高圧ＥＧＲガス量を調節する高圧ＥＧＲ弁の開度変化が過給圧に与える影響を考慮して該過給圧を補正し、この補正された過給圧と、目標となる過給圧と、の差に応じてノズルベーンの開度をフィードバック制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−２３３０３３号公報特開２００４−１５０３１９号公報特開２０００−１７０５８８号公報特開２００５−０６１２８３号公報

しかし、低圧ＥＧＲ装置を備えている場合には、同様のフィードバック制御を行うことが困難となる。すなわち、低圧ＥＧＲ装置には、ターボチャージャを通過した後の排気が導入されるため、ノズルベーンの開度を変化させても、低圧ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス（以下、低圧ＥＧＲガスという。）の量はほとんど変化しない。また、低圧ＥＧＲガス量を変化させても、この低圧ＥＧＲガスは既にターボチャージャを通過しているため、ターボチャージャを通過する排気の量はほとんど変わらない。つまり、低圧ＥＧＲガスの量と、ノズルベーンの開度（若しくは過給圧）と、は影響を及ぼし合うことがほとんどない。

それにもかかわらず、高圧ＥＧＲガスを供給しているときと同じフィードバック制御を行うと、低圧ＥＧＲ装置では不必要な補正が行われることになり、実際の過給圧が目標値に合うまでに時間がかかったり、または目標値に合わなくなったりするおそれがある。

また、低圧ＥＧＲガスを供給しているときと、高圧ＥＧＲガスを供給しているときとでは、ターボチャージャを通過する排気の量が異なるため、上昇し得る過給圧が異なることがある。すなわち、過給圧の目標値を適切に設定しなければ過給圧が目標値に届かなくなり、ノズルベーンの開度が過剰に小さくされて燃費が悪化するおそれがある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気制御装置において、低圧ＥＧＲ装置を備えている場合であっても過給圧を目標値に速やかに合わせることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気制御装置は、
排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有し更にノズルベーンの開度を調節することにより排気の通路断面積を調節する可変容量型ターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの量を推定する低圧ＥＧＲガス量推定手段と、
前記コンプレッサよりも下流の吸気通路内における実際の圧力と目標の圧力との差に基づいて前記ノズルベーンの開度を調節することにより該吸気通路内の圧力をフィードバック制御するときに、前記低圧ＥＧＲガス量推定手段により推定されるＥＧＲガス量に基づいてフィードバックゲインを調節するフィードバックゲイン調節手段と、
を備えることを特徴とする。

ここで、低圧ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの量を変化させても、タービンを通過する排気の量はほとんど変化しない。そのため、低圧ＥＧＲガスの量を変化させても、そのことによりノズルベーンの開度を調節する必要はほとんどない。したがって、低圧ＥＧＲガスの量によらずにノズルベーンの開度を調節することができる。

また、吸気通路内の実際の圧力と目標値との差に基づいてノズルベーンの開度を調節することにより、吸気通路内の実際の圧力を目標値に合わせることができる。つまり、ノズルベーンの開度を調節することにより、吸気通路内の圧力（若しくは過給圧）のフィードバック制御をすることができる。そして、この吸気通路内の圧力のフィードバック制御時にノズルベーンの開度が変わっても、低圧ＥＧＲガスの量はほとんど変わらない。つまり、吸気通路内の圧力のフィードバック制御を行っても、低圧ＥＧＲガス量を調節する必要はほとんどない。そのため、吸気通路内の圧力のフィードバック制御時のフィードバックゲインを大きくすることができる。これにより、低圧ＥＧＲガスを流しつつ吸気通路内の圧力のフィードバック制御を行うときには、ノズルベーンの開度を速やかに変更することができる。例えば、低圧ＥＧＲガス量が多くなるほど、ノズルベーンの開度の変化から低圧ＥＧＲガス量が受ける影響が小さくなるので、吸気通路内の圧力のフィードバック制御時のフィードバックゲインを大きくすることができる。

このように、低圧ＥＧＲガス量に基づいてフィードバックゲインを調節することにより、コンプレッサよりも下流の吸気通路内における実際の圧力を目標の圧力に速やかに合わせることができる。

なお、フィードバックゲインは、実際の圧力と目標の圧力との差に比例させてノズルベーンの開度を変化させるときの比例係数としてもよい。また、フィードバックゲインは、実際の圧力と目標の圧力との差の変化率に比例させてノズルベーンの開度を変化させるときの比例係数としてもよい。さらに、フィードバックゲインは、実際の圧力と目標の圧力
との差に応じてノズルベーンの開度を調節するときの、ノズルベーンの開度の変化量または変化率としてもよい。

また、上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気制御装置は、以下の手段を採用してもよい。すなわち、本発明による内燃機関の排気制御装置は、
排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有し更にノズルベーンの開度を調節することにより排気の通路断面積を調節する可変容量型ターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンよりも上流の排気通路と前記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる高圧ＥＧＲ通路と、
を備え、
前記内燃機関には前記低圧ＥＧＲ通路または前記高圧ＥＧＲ通路の何れか一方からＥＧＲガスが供給され、
前記コンプレッサよりも下流の吸気通路内における実際の圧力と目標の圧力との差に基づいて前記ノズルベーンの開度を調節することにより該吸気通路内の圧力をフィードバック制御するときに、前記低圧ＥＧＲ通路からＥＧＲガスが供給されているときは、前記高圧ＥＧＲ通路からＥＧＲガスが供給されているときよりも、フィードバックゲインを大きくすることを特徴としてもよい。

低圧ＥＧＲガスが供給されているときのほうが、高圧ＥＧＲガスが供給されているときよりも、ＥＧＲガス量の制御時にノズルベーンの開度の影響を受け難い。また、低圧ＥＧＲガス量を制御しているときのほうが、高圧ＥＧＲガス量を制御しているときよりも、吸気通路内の圧力のフィードバック制御時にＥＧＲガス量の変化の影響を受け難い。このようなことから、低圧ＥＧＲガスが供給されているときには、高圧ＥＧＲガスが供給されているときよりも、吸気通路内の圧力のフィードバック制御時にフィードバックゲインを大きくすることができる。これにより、低圧ＥＧＲガスが供給されているときには、低圧ＥＧＲガス量および吸気通路内の圧力を速やかに目標値に合わせることができる。

また、高圧ＥＧＲガスが供給されているときには、フィードバックゲインが小さくされるので、高圧ＥＧＲガス量と吸気通路内の圧力とが互いに影響し合っても、高圧ＥＧＲガス量および吸気通路内の圧力を目標値に合わせることができる。

さらに、上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気制御装置は、以下の手段を採用してもよい。すなわち、本発明による内燃機関の排気制御装置は、
排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有し更にノズルベーンの開度を調節することにより排気の通路断面積を調節する可変容量型ターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンよりも上流の排気通路と前記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる高圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガスの量と前記高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガスの量との比を推定するＥＧＲ比推定手段と、
前記コンプレッサよりも下流の吸気通路内における実際の圧力と目標の圧力との差に基づいて前記ノズルベーンの開度を調節することにより該吸気通路内の圧力をフィードバック制御するときに、前記低圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほどフィードバックゲインを大きくするフィードバックゲイン調節手段と、
を備えることを特徴としてもよい。

ここで、低圧ＥＧＲガスの比率が高くなると、ＥＧＲガス量の制御時にノズルベーンの
開度の影響をより受け難くなる。また、低圧ＥＧＲガスの比率が高くなると、吸気通路内の圧力のフィードバック制御時にＥＧＲガス量の変化の影響をより受け難くなる。このようなことから、低圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほど、吸気通路内の圧力のフィードバック制御時にフィードバックゲインをより大きくすることができる。これにより、ＥＧＲガス量および吸気通路内の圧力を目標値に速やかに合わせることができる。

一方、高圧ＥＧＲガスの比率が高くなると、ＥＧＲガス量の制御時にノズルベーンの開度の影響をより受けやすくなる。これに対し、吸気通路内の圧力のフィードバック制御時にフィードバックゲインをより小さくすることで、ＥＧＲガス量を目標値に合わせることができる。また、高圧ＥＧＲガスの比率が高くなると、吸気通路内の圧力をフィードバック制御するときに、ＥＧＲガス量の変化の影響をより受けやすくなる。このようなことから、高圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほど、フィードバックゲインをより小さくすることにより、ＥＧＲガス量および吸気通路内の圧力を目標値に合わせることができる。

なお、「低圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほどフィードバックゲインを大きくする」には、低圧ＥＧＲガスの比率が高くなるに従い、フィードバックゲインを徐々に大きくしたり、比率が所定値高くなる毎に段階的に大きくしたりすることを含む。

また、上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気制御装置は、以下の手段を採用してもよい。すなわち、本発明による内燃機関の排気制御装置は、
排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有し更にノズルベーンの開度を調節することにより排気の通路断面積を調節する可変容量型ターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの量を推定する低圧ＥＧＲガス量推定手段と、
前記低圧ＥＧＲガス量推定手段により推定されるＥＧＲガス量に基づいて前記吸気通路内の圧力の目標値を決定する目標圧力決定手段と、
を備えることを特徴としてもよい。

ここで、低圧ＥＧＲ通路に低圧ＥＧＲガスを流しても、該低圧ＥＧＲガスはタービンを通過しているため、吸気通路内の圧力の低下は抑制される。すなわち、低圧ＥＧＲガス量が多いということは、タービンを通過する排気の量が多いということなので、吸気通路内の圧力を高くすることが可能となる。したがって、目標圧力決定手段は、低圧ＥＧＲガス量に基づいて吸気通路内の目標圧力を決定することができる。このようにして、上昇し得る吸気通路内の圧力として目標値が設定されるので、吸気通路内の圧力を目標値に速やかに合わせることができる。また、ノズルベーンが過剰に閉じられることを抑制できるので、燃費の悪化を抑制し得る。

また、上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気制御装置は、以下の手段を採用してもよい。すなわち、本発明による内燃機関の排気制御装置は、
排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有し更にノズルベーンの開度を調節することにより排気の通路断面積を調節する可変容量型ターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンよりも上流の排気通路と前記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる高圧ＥＧＲ通路と、
を備え、
内燃機関には前記低圧ＥＧＲ通路または前記高圧ＥＧＲ通路の何れか一方からＥＧＲガスが供給され、
前記低圧ＥＧＲ通路からＥＧＲガスを供給しているときは、前記高圧ＥＧＲ通路からＥＧＲガスを供給しているときと比較して、前記吸気通路内の圧力の目標値を高くすることを特徴としてもよい。

すなわち、低圧ＥＧＲガスのみを供給する場合と、高圧ＥＧＲガスのみを供給する場合とでは、低圧ＥＧＲガスのみを供給する場合のほうがタービンを通過する排気の量を多くすることができる。したがって、低圧ＥＧＲガスが供給されているときには、高圧ＥＧＲガスが供給されているときと比較して、吸気通路内の目標圧力を高くすることができる。このようにして、上昇し得る吸気通路内の圧力に目標値が設定されるので、吸気通路内の圧力を目標値に速やかに合わせることができる。また、ノズルベーンが閉じすぎることを抑制できるので、燃費の悪化を抑制できる。

本発明に係る内燃機関の排気制御装置は、低圧ＥＧＲ装置を備えている場合であっても過給圧を目標値に速やかに合わせることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気制御装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、吸気管３および排気管４が接続されている。この吸気管３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。このエアフローメータ７により、内燃機関１に吸入される新気の量が測定される。

コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気管３には、吸気と大気とで熱交換を行うインタークーラ８が設けられている。また、エアフローメータ７よりも下流で且つコンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量を調節する第１吸気絞り弁９が設けられている。この第１吸気絞り弁９は、電動アクチュエータにより開閉される。さらに、インタークーラ８よりも下流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量を調節する第２吸気絞り弁１０が設けられている。この第２吸気絞り弁１０は、電動アクチュエータにより開閉される。

一方、排気管４の途中には、前記ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気管４には、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１１が設けられている。このフィルタ１１にはＮＯx触媒が担持されている。

なお、本実施例では、前記ターボチャージャ５に可変容量型ターボチャージャを採用している。図２は、可変容量型ターボチャージャの構成を示す断面図である。図２（Ａ）はノズルベーン５１が開いている場合を示し、図２（Ｂ）はノズルベーン５１が閉じている場合を示している。

可変容量型ターボチャージャは、図２に示すように、タービンハウジング５ｂ内に設けられたタービン５ｃの周囲に複数のノズルベーン５１を備えて構成されている。このノズルベーン５１は、アクチュエータ５２により開閉される。このノズルベーン５１を閉じ側へ回動させると、隣接するノズルベーン５１間の間隙が狭くなり、ノズルベーン５１間の流路が閉じられることになる。一方、ノズルベーン５１を開き側へ回動すると、隣接するノズルベーン５１間の間隙が広くなり、ノズルベーン５１間の流路が開かれることになる。

このように構成された可変容量型ターボチャージャでは、アクチュエータ５２によってノズルベーン５１の回動方向と回動量とを調整することにより、ノズルベーン５１間の流路の向き、及びノズルベーン５１間の間隙を変更することが可能となる。即ち、ノズルベーン５１の回動方向と回動量とを制御することにより、タービン５ｃに吹き付けられる排気の方向、流速、量が調節されることになる。なお、ノズルベーン５１の開き量を以下「ＶＮ開度」ともいう。

そして、フィルタ１１よりも下流の排気管４には、該排気管４内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１２が設けられている。この排気絞り弁１２は、電動アクチュエータにより開閉される。

また、内燃機関１には、排気管４内を流通する排気の一部を低圧で吸気管３へ再循環させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、および低圧ＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。

低圧ＥＧＲ通路３１は、フィルタ１１よりも下流且つ排気絞り弁１２よりも上流の排気管４と、コンプレッサハウジング５ａよりも上流且つ第１吸気絞り弁９よりも下流の吸気管３と、を接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧で再循環される。そして、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を通って再循環される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。

また、低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を変更することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を変更する。さらに、低圧ＥＧＲクーラ３３は、該低圧ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

また、内燃機関１には、排気管４内を流通する排気の一部を高圧で吸気管３へ再循環させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。この高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１、高圧ＥＧＲ弁４２、および高圧ＥＧＲクーラ４３を備えて構成されている。

高圧ＥＧＲ通路４１は、タービンハウジング５ｂよりも上流側の排気管４と、コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気管３と、を接続している。この高圧ＥＧＲ通路４１を通って、排気が高圧で再循環される。そして、本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を通って再循環される排気を高圧ＥＧＲガスと称している。

また、高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１の通路断面積を変更することにより、該高圧ＥＧＲ通路４１を流れる高圧ＥＧＲガスの量を変更する。さらに、高圧ＥＧＲクーラ４３は、該高圧ＥＧＲクーラ４３を通過する高圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該高圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

フィルタ１１よりも下流で且つ低圧ＥＧＲ通路３１の排気管４への接続部よりも上流の排気管４には、該排気管４内の排気の空燃比を測定する空燃比センサ１３が取り付けられ
ている。また、第２吸気絞り弁１０よりも下流の吸気管３には、該吸気管３内の圧力を測定する吸気圧力センサ１７が取り付けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

また、ＥＣＵ２０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１５、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１６が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ２０には、第１吸気絞り弁９、第２吸気絞り弁１０、排気絞り弁１２、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２、及びノズルベーン５１の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ２０によりこれらの機器が制御される。

ここで、ＥＣＵ２０は、ノズルベーン５１の開度を過給圧に応じて制御する。すなわち、吸気圧力センサ１７により測定される実際の過給圧（以下、実過給圧ともいう。）が目標値（以下、目標過給圧ともいう。）となるように、フィードバック制御を行う。実過給圧が目標過給圧よりも低い場合には、ノズルベーン５１の開度を小さくすることにより実過給圧を上昇させることができる。一方、実過給圧が目標過給圧よりも高い場合には、ノズルベーン５１の開度を大きくすることにより実過給圧を下降させることができる。

そして、本実施例では、低圧ＥＧＲガスまたは高圧ＥＧＲガスの供給状態（例えば、量または比）に基づいて、過給圧のフィードバック制御時のフィードバックゲインを決定する。このフィードバックゲインは、実過給圧と目標過給圧との差に乗じられ、これによりノズルベーン５１の開度の変更量が求められる。

すなわち、高圧ＥＧＲガスのみを供給するときや、低圧ＥＧＲガスと比較して高圧ＥＧＲガスの量が多い場合には、過給圧のフィードバック制御により高圧ＥＧＲガスの量が変化するので、フィードバックゲインを小さくする。これにより、実過給圧の変化が緩慢となると共に、高圧ＥＧＲガス量の変化も緩慢となる。そのため、ＥＣＵ２０は高圧ＥＧＲ弁４２を制御することにより、高圧ＥＧＲガス量を目標値に合わせることができる。また、高圧ＥＧＲガス量の変化が緩慢となるので、ＥＣＵ２０はノズルベーン５１を制御することにより、実過給圧を目標過給圧に合わせることができる。

一方、低圧ＥＧＲガスのみを供給するときや、高圧ＥＧＲガスと比較して低圧ＥＧＲガスの量が多い場合には、過給圧のフィードバック制御による低圧ＥＧＲ量の変化は少ないので、フィードバックゲインを大きくする。これにより、実過給圧が速やかに変更されるので、速やかに目標過給圧に合わせることができる。また、このときには過給圧のフィードバックに起因する低圧ＥＧＲガス量の変化量が小さいので、ＥＧＲガス量を容易に目標値に合わせることができる。

この過給圧フィードバック制御時のフィードバックゲインは、ＥＧＲ量を目標値に合わせることができる値として、内燃機関の運転状態と関連付けて予め実験等により求めておく。

ここで、図３は、低圧ＥＧＲガスを供給しているときの目標過給圧と実過給圧との差（ΔＰ）に対するフィードバックゲインの大きさを示した図である。また、図４は、高圧ＥＧＲガスを供給しているときの目標過給圧と実過給圧との差（ΔＰ）に対するフィードバ
ックゲインの大きさを示した図である。図３と図４とは、横軸および縦軸が同じスケールで示されている。すなわち、目標過給圧と実過給圧との差が同じ場合、高圧ＥＧＲガスを供給しているときよりも低圧ＥＧＲガスを供給しているときのほうのフィードバックゲインを大きくしている。このフィードバックゲインに基づいてＥＣＵ２０は、ノズルベーン５１の開度を変化させる。

次に、本実施例に係る過給圧制御のフローについて説明する。図５は、本実施例に係る過給圧制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本フローでは、前提として、ＥＧＲガスを供給するときには、低圧ＥＧＲガスまたは高圧ＥＧＲガスの何れか一方のみを供給する。

ステップＳ１０１では、実過給圧が読み込まれる。実過給圧は、吸気圧力センサ１７により得ることができる。

ステップＳ１０２では、目標過給圧が算出される。目標過給圧は、機関回転数と機関負荷とに基づいて算出される。また、目標過給圧は、機関回転数と機関負荷との関係で最も適切な過給圧として算出される。例えば目標過給圧と、機関回転数と、機関負荷と、の関係を予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ２０に記憶させておく。このマップに機関回転数および機関負荷を代入して目標過給圧を得ることができる。

ステップＳ１０３では、目標過給圧と実過給圧との差が算出される。すなわち、実過給圧をどれだけ変化させなければならないか算出される。

ステップＳ１０４では、低圧ＥＧＲガスが供給されているか否か判定される。すなわち、フィードバックゲインを大きくすることができるか否か判定される。なお、本ステップでは、低圧ＥＧＲガスが供給される運転状態であるか否か判定してもよい。例えば、高回転高負荷のときに低圧ＥＧＲガスが供給されるので、機関回転数および機関負荷に基づいて判定を行ってもよい。さらに、低圧ＥＧＲガス量を推定し、この値が０よりも大きい場合に低圧ＥＧＲガスが供給されていると判定してもよい。

ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合には低圧ＥＧＲガスが供給されているのでステップＳ１０５へ進み、一方否定判定がなされた場合には高圧ＥＧＲガスが供給されているのでステップＳ１０６へ進む。なお、本実施例では、ステップＳ１０４を処理するＥＣＵ２０が、本発明における低圧ＥＧＲガス量推定手段またはＥＧＲ比推定手段に相当する。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０３で算出される差に応じて低圧ＥＧＲガス用のフィードバックゲインが算出される。この差とフィードバックゲインとの関係は、図３に示したように予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ２０に記憶させておく。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０３で算出される差に応じて高圧ＥＧＲガス用のフィードバックゲインが算出される。この差とフィードバックゲインとの関係は、図４に示したように予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ２０に記憶させておく。

なお、本実施例では、ステップＳ１０５またはステップＳ１０６を処理するＥＣＵ２０が、本発明におけるフィードバックゲイン調節手段に相当する。

このようにして、低圧ＥＧＲガスを供給しているときと高圧ＥＧＲガスを供給しているときとで、過給圧フィードバック制御時のフィードバックゲインの値を変えることができる。また、低圧ＥＧＲガスを供給しているときのほうが高圧ＥＧＲガスを供給していると
きよりもフィードバックゲインを大きくすることにより、低圧ＥＧＲガスの供給時に実過給圧を速やかに目標過給圧に合わせることができる。さらに、低圧ＥＧＲガスを供給しているときには、低圧ＥＧＲガス量によらずノズルベーン５１の開度を適切な値に設定することができるので、機関効率を向上させて燃費を向上させることができる。

また、高圧ＥＧＲガスの供給時にＥＧＲガス量を目標値に合わせることができる。さらに、高圧ＥＧＲガスの供給時に実過給圧を目標過給圧に精度よく合わせることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、ＥＧＲガスの量と過給圧とを精度良く制御することができるので、排気中の有害物質を低減させることができると共に、ドライバビリティを向上させることができる。

なお、本実施例では、低圧ＥＧＲガスが供給されているか否かによりフィードバックゲインを変更しているが、これに代えて低圧ＥＧＲガス量に基づいてフィードバックゲインを変更してもよい。低圧ＥＧＲガス量と、フィードバックゲインと、の関係は、予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ２０に記憶させておく。この場合、低圧ＥＧＲガス量は、機関回転数と機関負荷とに基づいて算出してもよい。すなわち、機関回転数と機関負荷とに基づいてフィードバックゲインを算出してもよい。

実施例１では、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとの何れか一方のみが供給される場合の過給圧フィードバック制御について説明している。一方、本実施例では、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとが同時に供給される場合について説明する。

なお、本実施例では、内燃機関１が低回転低負荷で運転されているときには主に高圧ＥＧＲガスを供給し、高回転高負荷で運転されているときには主に低圧ＥＧＲガスを供給する。さらに、低回転低負荷から高回転高負荷に向かうにしたがって、全ＥＧＲガス中における低圧ＥＧＲガスの比率を高くする。

そして、過給圧フィードバック制御時のフィードバックゲインは、低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量との比に基づいて決定される。すなわち、低圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほどフィードバックゲインを大きくし、高圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほどフィードバックゲインを小さくする。その他は、実施例１と同様なので説明を省略する。

図６は、目標過給圧と実過給圧との差（ΔＰ）に対するフィードバックゲインの大きさを示した図である。図６中において（１）で示される線は、高圧ＥＧＲガスのみを供給した場合を示している。そして、（２）で示される線から（４）で示される線に向かうに従い、低圧ＥＧＲガスの比率が高くなっていき、（５）で示される線は、低圧ＥＧＲガスのみを供給した場合を示している。このように、低圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほどフィードバックゲインを大きくしている。そして、このフィードバックゲインに基づいてＥＣＵ２０は、ノズルベーン５１の開度を変化させる。なお、図６では、低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量との比を５つに分けて５本の線で示しているが、分ける数はこれよりも多くても少なくてもよく、また無段階に分けてもよい。

次に、本実施例に係る過給圧制御のフローについて説明する。図７は、本実施例に係る過給圧制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、前記フローチャートと同じ処理が行なわれるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

ステップＳ２０１では、低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量との比が算出される。低
圧ＥＧＲガス量および高圧ＥＧＲガス量を内燃機関１の運転状態（すなわち、機関回転数および機関負荷）に基づいて決定しているので、機関回転数および機関負荷が分かれば低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量との比を算出することができる。この比と、機関回転数と、機関負荷と、の関係は予め実験等により求めてマップ化し、ＥＣＵ２０に記憶させておく。なお、本実施例においてはステップＳ２０１の処理を行なうＥＣＵ２０が、本発明における低圧ＥＧＲガス量推定手段またはＥＧＲ比推定手段に相当する。

ステップＳ２０２では、フィードバックゲインが算出される。ステップＳ２０１で算出されるＥＧＲガスの比を図６に示したマップに代入してフィードバックゲインを得る。すなわち、低圧ＥＧＲガスの比率が高いほどフィードバックゲインが大きくされる。なお、本実施例においてはステップＳ２０２の処理を行なうＥＣＵ２０が、本発明におけるフィードバックゲイン調節手段に相当する。

そして、このフィードバックゲインに基づいて、ＥＣＵ２０は、ノズルベーン５１の開度を変化させる。

このようにして、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとの比に基づいて、過給圧フィードバック制御のフィードバックゲインを決定することができる。

また、低圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほど、フィードバックゲインを大きくすることにより、低圧ＥＧＲガスの供給時に実過給圧を速やかに目標過給圧に合わせることができる。さらに、低圧ＥＧＲガスの比率が高いときには、低圧ＥＧＲガスの量によらずノズルベーン５１の開度を効率の良い値に設定することができるので、燃費を向上させることができる。

さらに、高圧ＥＧＲガスの比率が高い場合にも、ＥＧＲガス量を目標値に合わせることができ、実過給圧を目標過給圧に精度よく合わせることもできる。

このように、実際のＥＧＲガスの量を目標値に合わせるときの合わせ易さに応じてフィードバックゲインを設定することができるので、ＥＧＲガスの量と過給圧とを適切な値とすることができる。

本実施例においては、過給圧フィードバック制御時に目標となる過給圧を、低圧ＥＧＲガスまたは高圧ＥＧＲガスの何れを使用しているかにより異なる値とする。

すなわち、低圧ＥＧＲガスはタービン５ｃを通過した後の排気であるため、該低圧ＥＧＲガスを供給してもタービン５ｃの回転数が低下することはほとんどない。しかし、高圧ＥＧＲガスはタービン５ｃを通過する前の排気であるため、高圧ＥＧＲガスを供給することにより、タービン５ｃを通過する排気の量が減少する。これにより、過給圧を上昇させることが困難となる場合がある。

このように、低圧ＥＧＲガスを供給しているときには、高圧ＥＧＲガスを供給しているときと比較して、過給圧を高くでき得る。すなわち、低圧ＥＧＲガスを供給している場合には、過給圧を不必要に低く設定しているおそれがあり、このような場合には燃費が悪化してしまう。

そこで、本実施例では、低圧ＥＧＲガスを供給しているときには、高圧ＥＧＲガスを供給しているときよりも、目標過給圧を高くする。

ここで、図８は、低圧ＥＧＲガスを供給しているときの機関回転数ＮＥと機関負荷Ｑと目標過給圧との関係を示した図である。また、図９は、高圧ＥＧＲガスを供給しているときの機関回転数ＮＥと機関負荷Ｑと目標過給圧との関係を示した図である。図８と図９とは、横軸および縦軸が同じスケールで示されている。すなわち、機関回転数と機関負荷とが同じ場合、高圧ＥＧＲガスを供給しているときよりも低圧ＥＧＲガスを供給しているときのほうの目標過給圧を大きくしている。目標過給圧に基づいてＥＣＵ２０は、ノズルベーン５１の開度を変化させる。

次に、本実施例に係る過給圧制御のフローについて説明する。図１０は、本実施例に係る過給圧制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本フローでは、前提として、ＥＧＲガスを供給するときには、低圧ＥＧＲガスまたは高圧ＥＧＲガスの何れか一方のみを供給する。

ステップＳ３０１では、機関回転数が読み込まれる。機関回転数はクランクポジションセンサ１６により得る。

ステップＳ３０２では、燃料噴射量が算出される。燃料噴射量はアクセル開度センサ１５により得られるアクセルペダル１４の踏み込み量、またはエアフローメータ７により得られる吸入空気量に基づいて決定される。すなわち、本ステップでは、機関負荷が算出される。

ステップＳ３０３では、低圧ＥＧＲガスが供給されているか否か判定される。すなわち、本ステップでは、目標過給圧を高くするか否か判定される。判定は、機関回転数および機関負荷に基づいて行われる。例えば高回転高負荷のときに低圧ＥＧＲガスが供給されるので、内燃機関１がこのような運転状態の場合に低圧ＥＧＲガスが供給されていると判定される。

なお、本ステップでは、低圧ＥＧＲガス量を推定し、この値が０よりも大きい場合に低圧ＥＧＲガスが供給されていると判定してもよい。

ステップＳ３０３で肯定判定がなされた場合には目標過給圧を高くするためにステップＳ３０４へ進み、一方否定判定がなされた場合には高圧ＥＧＲガスが供給されているので、目標過給圧を低くするためにステップＳ３０５へ進む。なお、本実施例においてはステップＳ３０３の処理を行なうＥＣＵ２０が、本発明における低圧ＥＧＲガス量推定手段に相当する。

ステップＳ３０４では、低圧ＥＧＲガス用の目標過給圧が設定される。機関回転数と機関負荷とを図８に示したマップに代入することにより、低圧ＥＧＲガス用の目標過給圧を得る。

ステップＳ３０５では、高圧ＥＧＲガス用の目標過給圧が設定される。機関回転数と機関負荷とを図９に示したマップに代入することにより、高圧ＥＧＲガス用の目標過給圧を得る。

なお、本実施例においてはステップＳ３０４またはステップＳ３０５の処理を行なうＥＣＵ２０が、本発明における目標圧力決定手段に相当する。

このようにして、供給するＥＧＲガスが低圧ＥＧＲガスか高圧ＥＧＲガスかに基づいて、目標過給圧を設定することができるので、目標過給圧をそのときに上昇し得る過給圧とすることができる。これにより、実際の過給圧を目標値に合わせることができる。そのため、例えば高圧ＥＧＲガス供給時に、到達し得ないほど高い過給圧が目標値として設定されることがないので、ノズルベーン５１が過剰に閉じられることもないため、燃費を向上させることができる。また、例えば低圧ＥＧＲガス供給時には過給圧を高くすることにより、燃費を向上させたり、加速性能を高めたりできる。

なお、本実施例では、低圧ＥＧＲガスまたは高圧ＥＧＲガスの何れか一方を供給しているときの目標過給圧について説明した。しかし、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとの両方を供給する場合には、低圧ＥＧＲガスと高圧ＥＧＲガスとの比に基づいて目標過給圧を設定することができる。この場合、全ＥＧＲガス中における低圧ＥＧＲガスの比率が高いほど、目標過給圧を高くする。

また、本実施例は他の実施例と組み合わせることができる。

実施例に係る内燃機関の排気制御装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。可変容量型ターボチャージャの概略構成図である。低圧ＥＧＲガスを供給しているときの目標過給圧と実過給圧との差に対するフィードバックゲインの大きさを示した図である。高圧ＥＧＲガスを供給しているときの目標過給圧と実過給圧との差に対するフィードバックゲインの大きさを示した図である。実施例１に係る過給圧制御のフローを示したフローチャートである。目標過給圧と実過給圧との差に対するフィードバックゲインの大きさを示した図である。実施例２に係る過給圧制御のフローを示したフローチャートである。低圧ＥＧＲガスを供給しているときの機関回転数と機関負荷と目標過給圧との関係を示した図である。高圧ＥＧＲガスを供給しているときの機関回転数と機関負荷と目標過給圧との関係を示した図である。実施例３に係る過給圧制御のフローを示したフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３吸気管
４排気管
５ターボチャージャ
５ａコンプレッサハウジング
５ｂタービンハウジング
５ｃタービン
７エアフローメータ
８インタークーラ
９第１吸気絞り弁
１０第２吸気絞り弁
１１フィルタ
１２排気絞り弁
１３空燃比センサ
１４アクセルペダル
１５アクセル開度センサ
１６クランクポジションセンサ
１７吸気圧力センサ
３０低圧ＥＧＲ装置
３１低圧ＥＧＲ通路
３２低圧ＥＧＲ弁
３３低圧ＥＧＲクーラ
４０高圧ＥＧＲ装置
４１高圧ＥＧＲ通路
４２高圧ＥＧＲ弁
４３高圧ＥＧＲクーラ
５１ノズルベーン
５２アクチュエータ

Claims

排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有し更にノズルベーンの開度を調節することにより排気の通路断面積を調節する可変容量型ターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの量を推定する低圧ＥＧＲガス量推定手段と、
前記コンプレッサよりも下流の吸気通路内における実際の圧力と目標の圧力との差に基づいて前記ノズルベーンの開度を調節することにより該吸気通路内の圧力をフィードバック制御するときに、前記低圧ＥＧＲガス量推定手段により推定されるＥＧＲガス量に基づいてフィードバックゲインを調節するフィードバックゲイン調節手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有し更にノズルベーンの開度を調節することにより排気の通路断面積を調節する可変容量型ターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンよりも上流の排気通路と前記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる高圧ＥＧＲ通路と、
を備え、
前記内燃機関には前記低圧ＥＧＲ通路または前記高圧ＥＧＲ通路の何れか一方からＥＧＲガスが供給され、
前記コンプレッサよりも下流の吸気通路内における実際の圧力と目標の圧力との差に基づいて前記ノズルベーンの開度を調節することにより該吸気通路内の圧力をフィードバック制御するときに、前記低圧ＥＧＲ通路からＥＧＲガスが供給されているときは、前記高圧ＥＧＲ通路からＥＧＲガスが供給されているときよりも、フィードバックゲインを大きくすることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有し更にノズルベーンの開度を調節することにより排気の通路断面積を調節する可変容量型ターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンよりも上流の排気通路と前記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる高圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通する低圧ＥＧＲガスの量と前記高圧ＥＧＲ通路を流通する高圧ＥＧＲガスの量との比を推定するＥＧＲ比推定手段と、
前記コンプレッサよりも下流の吸気通路内における実際の圧力と目標の圧力との差に基づいて前記ノズルベーンの開度を調節することにより該吸気通路内の圧力をフィードバック制御するときに、前記低圧ＥＧＲガスの比率が高くなるほどフィードバックゲインを大きくするフィードバックゲイン調節手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有し更にノズルベーンの開度を調節することにより排気の通路断面積を調節する可変容量型ターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記低圧ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの量を推定する低圧ＥＧＲガス量推定手段と、
前記低圧ＥＧＲガス量推定手段により推定されるＥＧＲガス量に基づいて前記吸気通路
内の圧力の目標値を決定する目標圧力決定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有し更にノズルベーンの開度を調節することにより排気の通路断面積を調節する可変容量型ターボチャージャと、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる低圧ＥＧＲ通路と、
前記タービンよりも上流の排気通路と前記コンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を還流させる高圧ＥＧＲ通路と、
を備え、
内燃機関には前記低圧ＥＧＲ通路または前記高圧ＥＧＲ通路の何れか一方からＥＧＲガスが供給され、
前記低圧ＥＧＲ通路からＥＧＲガスを供給しているときは、前記高圧ＥＧＲ通路からＥＧＲガスを供給しているときと比較して、前記吸気通路内の圧力の目標値を高くすることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。