JP2009209780A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、バルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構と、可変ノズル型のターボ過給機とを備える内燃機関において、トルクを高める要求が出された際に、排気ブローダウン効果をうまく利用して効果的にトルクを高めることを目的とする。
【解決手段】トルクを高める要求があった場合には、先ず、可変ノズル２２ｃを全閉に制御し、かつバルブオーバーラップ期間を設けないようにする。そして、その後、バルブオーバーラップ期間なしとした状態で出し得る最大トルクカーブ近傍（三角印付近）にまでトルクが立ち上がってきたと判断した場合に、可変ノズル開度をターボ効率が最も良くなる開度に向けて徐々に開いていくようにするとともに、排気ブローダウン効果を得るべくバルブオーバーラップ期間を徐々に大きくする。更に、この場合に、タービン２２ａに排気エネルギを付加的に与えるべく、ポスト噴射を行う。
【選択図】図５

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ターボ過給機を備える内燃機関を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、可変ノズル型のターボ過給機を備えるディーゼル機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の再生を目的とするポスト噴射が実施された場合に、可変ノズルの開度制御を、フィードバック制御からオープン制御に切り換えるようにしている。これにより、ポスト噴射の実施に伴う過給圧のハンチングを防止するようにしている。

特開２００５−２４８８３５号公報 特開２００５−８３２８５号公報

ところで、バルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構と、可変ノズル型のターボ過給機とを備える内燃機関において、トルクを高める要求が出されて部分負荷状態（パーシャル状態）から加速する場合には、可変ノズルを閉じることで、過給圧を速やかに立ち上げてトルクを高めることができる。また、可変ノズルを開いて排圧を下げ、かつ大きな排気脈動が生成された状態で、バルブオーバーラップ期間を設けることで、排気ブローダウン効果（掃気効果）を高めることができ、これにより、新気量を増やしてトルクを高めることができる。

上述した２つの制御、すなわち、可変ノズルを閉じることにより速やかな過給圧の上昇を図る制御と排気ブローダウン効果を図る制御とをうまく組み合わせて、効果的にトルクを高められると、内燃機関の過渡時の出力性能を向上させることが可能となる。しかしながら、適切な手順を踏んだ手法でこれらの制御を組み合わせないと、排気ブローダウン効果を有効に利用してトルクを大きく高めることが困難となり、また、トルクを高める要求が出された際の過渡制御性が悪くなる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、バルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構と、可変ノズル型のターボ過給機とを備える内燃機関において、トルクを高める要求が出された際に、排気ブローダウン効果をうまく利用して効果的にトルクを高めることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を可変とする可変動弁機構と、
内燃機関の排気エネルギによって駆動されるタービンと、当該タービンに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズルとを有するターボ過給機と、
内燃機関のトルクを高めるトルクアップ要求の有無を検知するトルクアップ要求検知手段と、
前記トルクアップ要求が検知された場合に、前記可変動弁機構を用いて、前記バルブオーバーラップ期間をゼロもしくは実質的にゼロとし、その後、内燃機関のトルクが高まってきた中間時点で、前記バルブオーバーラップ期間を設定するオーバーラップ期間制御手段と、
前記トルクアップ要求が検知された場合に、前記可変ノズルの開度を閉じ側の開度とし、その後、前記中間時点で、前記可変ノズルの開度を当該中間時点前よりも開き側の開度に設定するノズル開度制御手段と、
前記中間時点で、前記タービンに排気エネルギを付加的に供給する排気エネルギ付加手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記中間時点は、前記バルブオーバーラップ期間が設けられていない状態で内燃機関が出し得る最大トルクカーブの近傍にまで、内燃機関のトルクが高まった時点であることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記排気エネルギ付加手段は、前記中間時点から内燃機関のトルクが前記トルクアップ要求時の目標トルク近傍に達する時点まで、前記タービンへの排気エネルギの付加を継続する排気エネルギ付加継続手段を含むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記ノズル開度制御手段は、前記中間時点に達した後に、前記可変ノズルの開度を、前記ターボ過給機のターボ効率が最も高くなる開度に制御する高効率開度設定手段を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関においてトルクを高める要求があった場合に、先ず、可変ノズルが閉じ側の開度に制御され、かつバルブオーバーラップ期間がゼロもしくは実質的にゼロに制御される。このように、トルクを高める要求があった場合に、直ちに可変ノズルを開かず、かつ、バルブオーバーラップ期間を設定しないようにすることで、過給圧の低下によるスモーク排出量の増加や、内部ＥＧＲガス量の増大によるスモーク排出量の増加を抑制することができる。そして、本発明では、その後、トルクが高まってきた中間時点で、可変ノズルが開き側の開度に制御され、かつバルブオーバーラップ期間が設定されるとともに、タービンに排気エネルギが付加的に供給される。これにより、可変ノズルを開いたことによる過給圧の低下を抑制しつつ、排気ブローダウン効果が得られるようになる。このため、トルクアップ要求があった際に、排気ブローダウン効果の利用なしには得られない値にまで、スモーク排出の悪化を招かずにトルクを高めることができ、また、そのような値にまで過渡制御性を悪化させずに速やかにトルクを高めることができる。

第２の発明によれば、排気ブローダウン効果を得るうえで有効な排気脈動が生成されてきたと判断できるタイミングで、可変ノズルが開く、かつバルブオーバーラップ期間を設けるようにすることができる。このため、トルクアップ要求時に、排気ブローダウン効果をうまく利用して効果的にトルクを高めることができる。

第３の発明によれば、過渡時において、バルブオーバーラップ期間の設定による排気ブローダウン効果が十分に得られるようになるまでの間に、可変ノズルを開いたことによって過給圧が低下するのを防止することができる。これにより、排気ブローダウン効果が十分に得られるようになるまでの間に、スモーク排出の悪化を招かずにトルクを高めていくことができる。

第４の発明によれば、吸気圧力（過給圧）に対して排気圧力を良好に下げることができる。このため、吸排気脈動を効率良く利用して、排気ブローダウン効果を十分に利用できるようになる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、４サイクルのディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼル機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼル機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明におけるディーゼル機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼル機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、このコモンレール１４から各気筒のインジェクタ１２へ燃料が供給される。このような構成によってインジェクタ１２は、所望のタイミングで燃料を噴射することができ、例えば、圧縮上死点付近で行われるメインの燃料噴射の後のタイミング（より具体的には膨張行程中のタイミング）でポスト噴射を行うこともできる。各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１８によって集合され、排気通路２０に流入する。

ディーゼル機関１０は、可変ノズル型のターボ過給機２２を備えている。ターボ過給機２２は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２２ａと、タービン２２ａと一体的に連結され、タービン２２ａに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ２２ｂとを有している。更に、ターボ過給機２２は、タービン２２ａに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズル（ＶＮ）２２ｃを有している。

可変ノズル２２ｃは、図示省略するアクチュエータ（例えば、電動モータ）によって開閉動作可能になっている。可変ノズル２２ｃの開度を小さくすると、タービン２２ａの入口面積が小さくなり、タービン２２ａに吹き付けられる排気ガスの流速を速くすることができる。その結果、コンプレッサ２２ｂおよびタービン２２ａの回転数（以下、「ターボ回転数」と称する）が上昇するので、過給圧を上昇させることができる。逆に、可変ノズル２２ｃの開度を大きくすると、タービン２２ａの入口面積が大きくなり、タービン２２ａに吹き付けられる排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ターボ回転数が降下するので、過給圧を低下させることができる。

ターボ過給機２２のタービン２２ａは、排気通路２０の途中に配置されている。タービン２２ａよりも下流側の排気通路２０には、排気ガスを浄化するための排気浄化装置２４が設けられている。

ディーゼル機関１０の吸気通路２６の入口付近には、エアクリーナ２８が設けられている。エアクリーナ２８を通って吸入された空気は、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ｂで圧縮された後、インタークーラ３０で冷却される。インタークーラ３０を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３２により分配されて、各気筒に流入する。

吸気通路２６におけるインタークーラ３０と吸気マニホールド３２との間には、吸気絞り弁３４が設置されている。また、吸気通路２６におけるエアクリーナ２８の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３６が設置されている。

吸気通路２６の吸気マニホールド３２の近傍には、ＥＧＲ通路３８の一端が接続されている。ＥＧＲ通路３８の他端は、排気通路２０の排気マニホールド１８に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路３８を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２６に還流させること、つまり外部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を行うことができる。

ＥＧＲ通路３８の途中には、ＥＧＲ通路３８を通る排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するためのＥＧＲクーラ４０が設けられている。ＥＧＲ通路３８におけるＥＧＲクーラ４０の下流には、ＥＧＲ弁４２が設けられている。このＥＧＲ弁４２の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路３８を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲガス量を調整することができる。

また、本実施形態のシステムは、ディーゼル機関１０が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４４と、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ４６と、吸気マニホールド圧力（吸気圧力）を検出する吸気圧センサ４８と、排気マニホールド圧力（排気圧力）を検出する排気圧センサ５０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０とを更に備えている。ＥＣＵ６０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼル機関１０の運転状態を制御する。

図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼル機関１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼル機関１０について更に説明する。図２に示すように、ディーゼル機関１０のクランク軸７０の近傍には、クランク軸７０の回転角度、すなわちクランク角を検出するクランク角センサ７２が取り付けられている。このクランク角センサ７２は、ＥＣＵ６０に接続されている。ＥＣＵ６０は、クランク角センサ７２の検出信号に基づいて、エンジン回転数を算出することもできる。

また、ディーゼル機関１０は、吸気弁７４の開弁特性を可変とする吸気可変動弁機構７６と、排気弁７８の開弁特性を可変とする排気可変動弁機構８０とを備えている。吸気可変動弁機構７６および排気可変動弁機構８０の具体的な構成は、特に限定されるものではなく、カムシャフトの位相を変化させることによって開閉時期を連続的に可変とする位相可変機構のほか、カムを電気モータで駆動する機構、電磁駆動弁、油圧駆動弁などを用いることもできる。また、吸気カム軸および排気カム軸の近傍には、それぞれのカム軸の回転角度、すなわち、吸気カム角および排気カム角を検出するための吸気カム角センサ８２および排気カム角センサ８４がそれぞれ配置されている。これらのセンサ８２、８４は、ＥＣＵ６０に接続されている。ＥＣＵ６０は、これらのセンサ８２、８４の検出信号に基づいて、吸気弁７４および排気弁７８の開閉時期の進角量を算出することもできる。

吸気可変動弁機構７６や排気可変動弁機構８０によれば、排気弁７８の開弁期間と吸気弁７４の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間（以下、単に「バルブオーバーラップ期間」という）の長さを変化させることができる。

［吸排気脈動を利用した排気ブローダウン効果によるトルク向上について］
図３は、可変ノズル２２ｃが開かれ、かつ排気脈動が高められた状態での吸気マニホールド圧力および排気マニホールド圧力とクランク角度との関係を示す図である。

図３に示すように、吸気マニホールド圧力は、クランク角度に関わらずにほぼ一定となる。これに対し、排気マニホールド圧力は、各気筒の排気弁７８から排気ガスが間欠的に排出されるのに伴って、脈動（周期的変動）する。より具体的には、排気弁７８の開き時期が遅くなるにつれ、排気ガスが排気マニホールド１８内へ放出されるタイミングが遅くなり、排気脈動の波形が、図３中における右側にシフトする。つまり、排気脈動の波形は、排気弁７８の開き時期を変化させることによって、図３中の左右に移動する。また、排気脈動の波形は、エンジン回転数の変化に伴って排気マニホールド内を流れる排気ガスの流速が変化することによっても、変化する。

図３に示す波形は、吸排気上死点（ＴＤＣ）近傍に存在するバルブオーバーラップ期間に、排気脈動の谷の部分が一致するように、エンジン回転数との関係を考慮しつつ排気弁７８の開き時期が制御された状態を示している。また、図３に示す波形は、可変ノズル２２ｃの開度調整によってターボ効率が良い状態で過給がなされることにより、排気圧力に対して吸気圧力（過給圧）が高められた状態を示している。このような状態においては、図３中にハッチングを付して表された領域が（すなわち、バルブオーバーラップ期間において排気圧力よりも吸気圧力の方が高くなる領域が）、十分に確保されるようになる。その結果、新気が筒内に流入し易くなるとともに、流入した新気によって筒内の既燃ガスを速やかに排気ポートへ追い出す効果（いわゆる、排気ブローダウン効果（掃気効果））が十分に得られるようになる。

上記のような排気ブローダウン効果は、図３中にハッチングを付して示す領域が大きくなるほど、大きくなる。従って、当該領域が大きく確保されるように、吸気可変動弁機構７６を用いた吸気弁７４の開き時期の調整や排気可変動弁機構８０を用いた排気弁７８の閉じ時期の調整に基づくバルブオーバーラップ期間の調節を行うこととすれば、排気ブローダウン効果を十分に得ることができるようになる。このようにして、排気ブローダウン効果を利用することにより、残留ガス量を十分に少なくし、その分、筒内に充填される新気の量を増やすことができる。つまり、体積効率η_Ｖを増大させることができる。その結果、ディーゼル機関１０のトルクを良好に向上させることができる。

［過渡時に排気ブローダウン効果を利用してトルクを高める際の課題］
図４は、バルブオーバーラップ期間の設定の有無による最大トルクカーブの違いを表した図である。より具体的には、図４中に「Ｏ／Ｌなし」と付された方の最大トルクカーブは、バルブオーバーラップ期間が設定されておらず、従って、排気ブローダウン効果を利用しない場合に出し得る最大トルクのカーブである。また、この場合には、可変ノズル２２ｃの開度は全閉とされている。一方、図４中に「Ｏ／Ｌあり」と付された方の最大トルクカーブは、排気ブローダウン効果を利用すべくバルブオーバーラップ期間が設定された場合に出し得る最大トルクのカーブであり、また、この場合の可変ノズル２２ｃの開度はターボ効率が最も良くなる開度に設定されている。

図４に示すように、バルブオーバーラップ期間なしの場合よりも、バルブオーバーラップ期間ありで排気ブローダウン効果を利用した場合の方が、特に低回転高負荷領域において、最大トルクを高めることができることが判る。従って、ディーゼル機関１０の運転状態が丸印（低回転低負荷）の状態（パーシャル状態）にある場合において、トルクを高める要求が出された際に、排気ブローダウン効果を利用して星印の状態にまでトルクを速やかに高めることができると、ディーゼル機関１０の過渡時の出力性能を向上させることが可能となる。

しかしながら、適切な手順を踏んだ手法で、可変ノズル開度とバルブオーバーラップ期間とが調整されないと、排気ブローダウン効果を有効に利用してトルクを丸印の状態から星印の状態にまで高めることができなくなる。具体的には、排気脈動は、基本的に、ディーゼル機関１０の負荷（燃料噴射量）が高まるにつれ増大する。このため、過渡時に、丸印の状態で可変ノズル開度を直ちにターボ効率の高い開度にまで開き、かつ、バルブオーバーラップ期間を設けるようにすると、排気脈動が十分な大きさに未だ生成されていないため、排気ブローダウン効果を満足に使えないまま過給圧が低下してしまう。そして、排気側から吸気側への排気ガスの逆流（内部ＥＧＲガスの増大）によって、筒内に吸入される新気量が却って減ってしまう結果となり、トルクを星印にまで高めることができなくなる。

上記の問題を回避するために、丸印から三角印近傍までの区間では、可変ノズル２２ｃを全閉まで絞り、かつ、バルブオーバーラップ期間を無くすようにし、これにより、過給圧を高めて新気量を増やし、トルクを高めるようにすることが考えられる。そして、三角印近傍から星印までの区間（トルク（負荷）が高まってきた区間）では、可変ノズル２２ｃを開き、かつ、バルブオーバーラップ期間を設けるようにし、これにより、吸排気脈動を利用した排気ブローダウン効果によって、新気量を増やし、トルクを高めるようにすることが考えられる。

可変ノズル開度とバルブオーバーラップ期間を調整する際の上記の手順は、過渡時に丸印から星印にまでトルクを高めるうえで、基本的に好ましい手順である。しかし、トルクが三角印付近にまで立ち上がった際に、吸排気脈動による排気ブローダウン効果を得るべく不用意に可変ノズル開度を開くこととすれば、三角印付近の状態では可変ノズル開度が全閉かつＯ／Ｌなしの条件下でトルクがバランスしているため、過給圧の低下を招いてしまう。また、このようにトルクがバランスしている状態では、空燃比はストイキ近傍にまでリッチ化されている。このため、過給圧の低下に伴う新気量の減少によって、スモークが発生してしまう。

また、上記のようなスモークの発生を回避するためには、トルクが三角印付近にまで立ち上がった状態で、可変ノズル開度を徐々に開き、バルブオーバーラップ期間を徐々に長く設定し、更に、燃料噴射量を少しずつ増量することが考えられるが、実機上でこのような制御を行おうとすると、過渡制御性が悪くなってしまう。

［実施の形態１の特徴部分］
図５は、本発明の実施の形態１における特徴的な制御を説明するためのタイムチャートである。
図５に示すタイムチャートは、上記図４における丸印状態から三角印を経て星印までトルクを高めようとする過渡時の制御を表している。図５に示す本実施形態の制御においても、丸印から三角印付近までの区間では、上記と同様に、可変ノズル２２ｃを全閉まで絞り、かつ、バルブオーバーラップ期間を無くすようにしている。

そして、本実施形態では、三角印付近（すなわち、バルブオーバーラップ期間なしとした状態で出し得る最大トルクカーブ近傍）にまでトルクが立ち上がってきたと判断された場合に、可変ノズル開度をターボ効率が最も良くなる開度に向けて徐々に開いていくようにするとともに、排気ブローダウン効果を得るべくバルブオーバーラップ期間を徐々に大きくするようにした。更に、本実施形態では、この場合に、タービン２２ａに排気エネルギを付加的に与えるべく、ポスト噴射を行うようにした。

また、この場合のポスト噴射は、トルクが星印の状態に達するまでの期間（つまり、可変ノズル２２ｃを開いたことによって、バルブオーバーラップ期間の設定による排気ブローダウン効果が十分に得られるようになるまでの期間）に渡って実行されるようにしている。尚、ポスト噴射の量は、可変ノズル２２ｃが開かれ、かつ、バルブオーバーラップ期間が設定されていくことによって、排気ブローダウン効果が徐々に得られるようになるに伴い、徐々に減らしていくようにしている。

図６は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、
図６に示すルーチンでは、先ず、アクセル開度センサ４４の検出信号に基づいて、ディーゼル機関１０のトルクを高める要求があるか否かが判別される（ステップ１００）。その結果、当該トルクアップ要求があると判定された場合には、クランク角センサ７２の検出信号に基づいて、エンジン回転数が算出され（ステップ１０２）、次いで、現在のトルク（負荷）を検出すべく、現在の燃料噴射量が算出される（ステップ１０４）。

次に、現在のトルクがバルブオーバーラップ期間なし状態での最大トルクカーブ（図４に示す三角印）付近の所定トルク範囲内の値であるか否かが判別される（ステップ１０６）。過渡時にバルブオーバーラップ期間なし状態で可変ノズル２２ｃを全閉に絞ってトルクを高めていった際に、ディーゼル機関１０のトルクが最大トルクカーブ付近の値に達した場合には、排気ブローダウン効果を得るうえで有効な排気脈動が生成されてきたと判断することができる。

本ステップ１０６の判定は、例えば以下のような手法で行うことができる。すなわち、有効な排気脈動を得ることのできる燃料噴射量（負荷）は、予め実験で求めておくことができるので、現在の燃料噴射量がそのような排気脈動が得られる燃料噴射量よりも多いか否かを判別する手法を用いることができる。また、ディーゼル機関１０のトルクが最大トルクカーブ付近の値に達する頃には、ディーゼル機関１０の負荷の高まりに伴う吸入空気量の増大に従って燃料噴射量が増量され、空燃比がほぼストイキになるので、現在の空燃比がストイキになったか（或いはストイキ近傍の値になったか）否かを判別する手法を用いてもよい。

上記ステップ１０６において、現在のトルクが上記所定トルク範囲よりも低い値であると判定された場合には、可変ノズル２２ｃが所定の閉じ開度（例えば全閉開度）とする処理が実行される（ステップ１０８）とともに、バルブオーバーラップ期間がない状態に制御される（ステップ１１０）。

一方、上記ステップ１０６において、現在のトルクが上記所定トルク範囲内にあると判定された場合には、ポスト噴射が実行される（ステップ１１２）。更に、この場合には、今回の過渡時の目標運転状態（図４に示す星印の状態）においてターボ効率が最も良くなる開度に向けて可変ノズル２２ｃが徐々に開かれていく（ステップ１１４）とともに、排気ブローダウン効果を得るべく、排気脈動の谷となる部分が重なるようにしながらバルブオーバーラップ期間が徐々に長くされていく（ステップ１１６）。また、上記ステップ１１２におけるポスト噴射の量は、上述したように、排気ブローダウン効果が徐々に発揮されてくるのに伴い、徐々に減らされていく。これにより、ポスト噴射の実行に伴う燃費悪化を最小限に留めることができる。

また、上記ステップ１０６において、現在のトルクが所定トルク範囲よりも高い値であると判定された場合、言い換えれば、現在のトルクが排気ブローダウン効果を利用した状態での最大トルクカーブ（図４に示す星印）付近に達した場合には、ディーゼル機関１０のトルクが図４に示す星印の状態を維持できるようにするために、可変ノズル２２ｃの開度がターボ効率の最も良くなる開度に維持される（ステップ１１８）とともにバルブオーバーラップ期間が設けられた状態に維持される（ステップ１２０）。尚、この場合には、ポスト噴射が停止される。

以上説明した図６に示すルーチンによれば、ディーゼル機関１０においてトルクを高める要求があった場合に、先ず、可変ノズル２２ｃが全閉に制御され、かつバルブオーバーラップ期間なしに制御される。このように、トルクを高める要求があった場合に、直ちに可変ノズル２２ｃを開かず、かつ、バルブオーバーラップ期間を設定しないようにすることで、過給圧の低下によるスモーク排出量の増加や、内部ＥＧＲガス量の増大によるスモーク排出量の増加を抑制することができる。

そして、その後、トルクがバルブオーバーラップ期間なしの状態での最大トルク近傍のトルクにまで高まった時点から目標とするトルク値（図４に示す星印）近傍に達する時点では、ポスト噴射の実行を伴いつつ、可変ノズル２２ｃが開かれ、かつバルブオーバーラップ期間が長くされる。これにより、ポスト噴射の実行によってタービン２２ａに排気エネルギを付与することで（ターボ回転数を維持し）、可変ノズル２２ｃを開いたことによる過給圧の低下を抑制しつつ、排気ブローダウン効果が得られるようになる。このため、トルクを高める要求があった際に、排気ブローダウン効果の利用なしには得られない値（図４に示す星印）にまで、スモーク排出の悪化を招かずにトルクを高めることができ、また、そのような値にまで過渡制御性を悪化させずに速やかにトルクを高めることができる。

また、上記ルーチンによれば、トルクがバルブオーバーラップ期間なしの状態での最大トルク近傍のトルクにまで高まってから可変ノズル２２ｃの開度を開く際、当該可変ノズル開度が、ターボ効率の最も良い開度に制御される。これにより、吸気圧力（過給圧）に対して排気圧力を良好に下げることができる。このため、吸排気脈動を効率良く利用して、排気ブローダウン効果を十分に利用できるようになる。

ところで、上述した実施の形態１においては、吸排気脈動による排気ブローダウン効果を得るべく可変ノズル２２ｃを開く際に、タービン２２ａに排気エネルギを付加すべく、ポスト噴射を実行するようにしている。ポスト噴射によれば、排気温度（排気エネルギ）を高めることができる。しかしながら、本発明においてタービンに排気エネルギを付加する排気エネルギ付加手段は、ポスト噴射の実行によるものに限らず、例えば、スモークが生じない範囲内での燃料噴射タイミング（パイロット噴射やメイン噴射のタイミング）のリタードによるものであってもよく、或いは、燃料噴射圧を下げることによるものであってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、ディーゼル機関１０のトルクを高める要求が出された際に、トルクが図４に示す三角印付近に達するまでは、可変ノズル２２ｃを全閉に絞り、かつバルブオーバーラップ期間を設けないようにしている。ところで、ディーゼル機関１０の所定の低回転低負荷領域においては、排気エミッションの排出低減のためにバルブオーバーラップ期間を設けて内部ＥＧＲガス量を増やす制御を行うことが好ましいことがある。ところが、ディーゼル機関１０のトルクを高める要求は、運転領域がそのような領域にあるときに出される場合がある。このような場合には、上記の手順に代え、ディーゼル機関１０の運転領域が上記領域にある間は、先ず、内部ＥＧＲガスの増量目的でバルブオーバーラップ期間を設けるようにし、その後に当該領域を抜け出してから、トルクが図４に示す三角印付近に達するまでは、可変ノズル２２ｃを全閉に絞り、かつバルブオーバーラップ期間を設けないようにしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「トルクアップ要求検知手段」が、上記図６に示すルーチンに従ってバルブオーバーラップ期間を調整することにより前記第１の発明における「オーバーラップ期間制御手段」が、上記図６に示すルーチンに従って可変ノズル２２ｃの開度を調整することにより前記第１の発明における「ノズル開度制御手段」が、ステップ１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「排気エネルギ付加手段」が、それぞれ実現されている。また、バルブオーバーラップ期間なしとした状態で出し得る最大トルクカーブ近傍（図４に示す三角印近傍）にまでディーゼル機関１０のトルクが高まってきた時点が前記第１の発明における「内燃機関のトルクが高まってきた中間時点」に相当している。
また、ＥＣＵ６０が上記ステップ１０６の判定が成立する間に渡って上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第３の発明における「排気エネルギ付加継続手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ６０が上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第４の発明における「高効率開度設定手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 図１に示すシステムにおけるディーゼル機関の一つの気筒の断面を示す図である。 可変ノズルが開かれ、かつ排気脈動が高められた状態での吸気マニホールド圧力および排気マニホールド圧力とクランク角度との関係を示す図である。 バルブオーバーラップ期間の設定の有無による最大トルクカーブの違いを表した図である。 本発明の実施の形態１における特徴的な制御を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ ディーゼル機関
１２ インジェクタ
１８ 排気マニホールド
２０ 排気通路
２２ 可変ノズル型ターボ過給機（ＶＮＴ）
２２ａ タービン
２２ｂ コンプレッサ
２２ｃ 可変ノズル
２６ 吸気通路
３２ 吸気マニホールド
４４ アクセル開度センサ
６０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
７４ 吸気弁
７６ 吸気可変動弁機構
７８ 排気弁
８０ 排気可変動弁機構

Claims (4)

1. 吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を可変とする可変動弁機構と、
   内燃機関の排気エネルギによって駆動されるタービンと、当該タービンに供給される排気ガスの流量を調整するための可変ノズルとを有するターボ過給機と、
   内燃機関のトルクを高めるトルクアップ要求の有無を検知するトルクアップ要求検知手段と、
   前記トルクアップ要求が検知された場合に、前記可変動弁機構を用いて、前記バルブオーバーラップ期間をゼロもしくは実質的にゼロとし、その後、内燃機関のトルクが高まってきた中間時点で、前記バルブオーバーラップ期間を設定するオーバーラップ期間制御手段と、
   前記トルクアップ要求が検知された場合に、前記可変ノズルの開度を閉じ側の開度とし、その後、前記中間時点で、前記可変ノズルの開度を当該中間時点前よりも開き側の開度に設定するノズル開度制御手段と、
   前記中間時点で、前記タービンに排気エネルギを付加的に供給する排気エネルギ付加手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記中間時点は、前記バルブオーバーラップ期間が設けられていない状態で内燃機関が出し得る最大トルクカーブの近傍にまで、内燃機関のトルクが高まった時点であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記排気エネルギ付加手段は、前記中間時点から内燃機関のトルクが前記トルクアップ要求時の目標トルク近傍に達する時点まで、前記タービンへの排気エネルギの付加を継続する排気エネルギ付加継続手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ノズル開度制御手段は、前記中間時点に達した後に、前記可変ノズルの開度を、前記ターボ過給機のターボ効率が最も高くなる開度に制御する高効率開度設定手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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