JP2012140867A - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変ノズルベーン式ターボチャージャを備えた内燃機関において、エンジン始動後の暖機過程で不快な気流音が発生することを抑制する。
【解決手段】エンジン始動後の暖機過程においてエンジンに失火が発生したときのみ、可変ノズルベーン機構のノズルベーンの開度（ＶＮ開度）を閉じ側にする制御（ＶＮ閉制御）を実行し、失火が発生していないときにはＶＮ閉制御を行わないようにする。このような制御により、エンジン始動後の暖機過程でエンジンに失火が発生しないときには、ノズルベーンを開くことが可能になるので、不快な気流音の発生を抑制することができる。
【選択図】図９

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関し、さらに詳しくは、可変ノズルベーン式過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。

車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）には、排気エネルギを利用した過給機（以下、ターボチャージャともいう）が装備されている。ターボチャージャは、一般に、エンジンの排気通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイールと、吸気通路内の空気を強制的にエンジンの燃焼室へと送り込むコンプレッサインペラと、これらタービンホイールとコンプレッサインペラとを連結する連結シャフトとを備えている。このような構造のターボチャージャにおいては、排気通路に配置のタービンホイールが排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路に配置のコンプレッサインペラが回転することによって吸入空気が過給され、エンジンの各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。

車両に搭載されるターボチャージャとしては、排気エネルギに対する過給圧調整を可能とした可変ノズルベーン式ターボチャージャが知られている。

可変ノズルベーン式ターボチャージャは、例えば、タービンハウジングの排気ガス流路に配置され、その排気ガス流路の流路面積を可変とする複数のノズルベーン（可動ベーンとも呼ばれる）を有する可変ノズルベーン機構と、それらノズルベーンに変位（回転）を与えるアクチュエータ（例えば、モータ式アクチュエータ）などを備えており、ノズルベーンの開度（以下、ＶＮ開度ともいう）を変更して、互いに隣り合うノズルベーン間の流路面積（スロート面積）を変化させることにより、タービンホイールに向けて導入される排気ガスの流速を調整する（例えば、特許文献１及び２参照）。このようにして排気ガスの流速調整を行うことにより、タービンホイール及びコンプレッサインペラの回転速度を調整することができ、エンジンの燃焼室に導入される空気の圧力を調整することが可能となるので、例えば、加速性に繋がるトルク応答性や、出力・燃費（燃料消費率）・エミッションに対する適合の自由度などの向上を図ることが可能になる。

また、車両に搭載されるディーゼルエンジンにおいては、排気規制の強化対応や燃費の向上を目的として低圧縮化が実施されている。しかしながら、ディーゼルエンジンにおいて低圧縮化を実施した場合、圧縮端温度が低くなり、低温始動後に失火（ラフアイドル）が発生しやすくなってしまう。その対策の１つとして、ターボチャージャに装備の可変ノズルベーン機構のＶＮ開度を閉じ側に設定（適合）するという方法がある。そして、このようにして、低温始動後の暖機過程においてＶＮ開度を閉じ側に設定することによって、負荷増・過給圧増によりアイドル運転状態での噴射量が増加し、圧縮端温度が高くなるので失火（ラフアイドル）を抑制することができる。

なお、可変ノズルベーン式のディーゼルエンジンにおいて、失火発生を防止する技術として、下記の特許文献３に記載のものがある。この特許文献３に記載の技術では、可変ノズルベーン機構の閉位置を規制する第１のストッパと、その第１のストッパにて規制される閉位置よりも閉側の位置を規制する第２のストッパとを設け、失火が起こりやすい低水温時に上記第２のストッパにて可変ノズルベーン機構の閉位置を規制して、ターボチャージャによる背圧を上昇させることで失火を防止している。

特開２００９−２９９５０５号公報 特開２００３−１２９８５３号公報 特開２００９−１２７５４０号公報 特開２００９−１９７７０６号公報

ところで、ディーゼルエンジン等において失火が発生する領域は、エンジンのハードばらつきや燃料・組成によってばらつきがある。そのため、従来制御つまりエンジン始動後の暖機過程において常にＶＮ開度の閉じ側に設定するという制御では、失火が発生しない領域であってもＶＮ開度が閉じ側に設定される場合がある。こうした状況になると、ノズルベーン間（スロート）を通過する排気ガスの流速が大きくなってしまい、不快な気流音が発生する場合がある。

なお、エンジン始動後の暖機過程において、ＶＮ開度を閉じ側に設定する制御を行う場合、ターボチャージャの入口圧力（ターボチャージャ前後の膨張比）が上昇しすぎてターボチャージャが破損する等のハード制約の関係から、ＶＮ開度を適合値にまで閉じることができない場合がある。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、可変ノズルベーン式の過給機付き内燃機関の制御装置において、機関始動後の機関暖機過程で不快な気流音が発生することを抑制することが可能な制御の実現を目的とする。

本発明は、吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構とを備えた過給機が搭載された内燃機関の制御装置を前提としており、このような過給機付き内燃機関の制御装置において、機関始動後の機関暖機過程で内燃機関に失火が発生した場合に、前記可変ノズルベーン機構のノズルベーンの開度を閉じ側に制御するノズルベーン開度制御手段を備えていることを技術的特徴としている。

本発明によれば、機関始動後の機関暖機過程において内燃機関に失火が発生したときのみ、可変ノズルベーン機構のノズルベーンの開度（ＶＮ開度）を閉じ側にする制御（ＶＮ閉制御）を実行しているので、失火が発生していないときには、ＶＮ閉制御を行わなくて済み、ノズルベーンを開くこと（通常制御時の要求開度に設定すること）が可能になる。これによって、機関始動後の機関暖機過程において不快な気流音が発生することを抑制することができる。

本発明の具体的な構成として、機関始動後の機関暖機過程で内燃機関に失火が発生した場合に、可変ノズルベーン機構のノズルベーンの開度を失火対策要求値まで閉じるという構成を挙げることができる。この場合、失火対策要求値については、通常のＶＮ制御（通常のノズルベーン制御）時よりも閉じ側の値であって、低温始動後の暖機過程において失火（ラフアイドル）を抑制することが可能なＶＮ開度（閉じ側の値）を、実験・シミュレーション等によって適合した値を設定する。

本発明において、機関始動後の機関暖機過程で内燃機関に失火が発生した場合に、可変ノズルベーン機構のノズルベーンの開度を閉じ側に制御し、そのノズルベーンの開度を閉じ側に制御した時点から、所定時間が経過した後に、ノズルベーンの開度を開き側に徐々に開いていくことが好ましい。このように、ノズルベーンを閉じ側（失火対策要求開度）から開く際に、ノズルベーンを一気に開くのではなく、徐変処理にてノズルベーンを徐々に開いていくことで、エミッション・ドライバビリティの低下、及び、ターボ音の急激な変化などを抑制することができる。

本発明によれば、可変ノズルベーン式の過給機付き内燃機関において、機関始動後の機関暖機過程で内燃機関に失火が発生したときのみ、可変ノズルベーン機構のノズルベーンの開度を閉じ側にするので、制御機関始動後の機関暖機過程において不快な気流音が発生することを抑制することができる。

本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。 図１のエンジンの１気筒のみを示す概略構成図である。 エンジンに装備されるターボチャージャの一例を示す縦断面図である。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの外側から見た図である。なお、図４ではノズルベーンが開き側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの内側から見た図である。なお、図５ではノズルベーンが開き側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの外側から見た図である。なお、図６ではノズルベーンが閉じ側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの内側から見た図である。なお、図７ではノズルベーンが閉じ側にある状態を示している。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 エンジン始動後の暖機過程において実行するＶＮ通過流速制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジン−
本発明を適用するエンジン（内燃機関）の概略構成について図１及び図２を参照して説明する。なお、図２にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。

図１及び図２に示すエンジン１は、車両に搭載される筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンであって、その各気筒を構成するシリンダブロック１ａ内には上下方向に往復動するピストン１ｃが設けられている。ピストン１ｃはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。エンジン１のクランクシャフト１５は、変速機（図示せず）に連結されており、エンジン１からの動力を変速機を介して車両の駆動輪（図示せず）に伝達することができる。

クランクシャフト１５にはシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には複数の突起（歯）１７ａ・・１７ａが等角度ごとに設けられている。シグナルロータ１７の側方近傍にはエンジン回転数センサ（クランクポジションセンサ）２５が配置されている。エンジン回転数センサ２５は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の突起１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

エンジン１のシリンダブロック１ａにはエンジン冷却水温を検出する水温センサ２１が配置されている。また、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが設けられており、このシリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間に燃焼室１ｄが形成されている。

エンジン１のシリンダブロック１ａの下側には、エンジンオイルを貯留するオイルパン１８が設けられている。このオイルパン１８に貯留されたエンジンオイルは、エンジン１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナを介してオイルポンプによって汲み上げられ、さらにオイルフィルタで浄化された後に、ピストン１ｃ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などに供給され、各部の潤滑・冷却等に使用される。

エンジン１のシリンダヘッド１ｂには、エンジン１の各燃焼室１ｄ内に燃料を直接噴射するためのインジェクタ（燃料噴射弁）２がそれぞれ設けられている。これらインジェクタ２にはコモンレール（蓄圧室）１１が接続されている。コモンレール１１にはサプライポンプ１０が接続されている。

サプライポンプ１０は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後に燃料通路１０ａを介してコモンレール１１に供給する。コモンレール１１は、サプライポンプ１０から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２に分配する。インジェクタ２は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室１ｄａ内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ２の開閉（燃料噴射量・噴射時期）は、後述するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。

エンジン１の燃焼室１ｄには吸気通路３と排気通路４とが接続されている。吸気通路３の一部は吸気ポート３ｂ及び吸気マニホールド３ａによって形成されている。また、排気通路４の一部は排気ポート４ｂ及び排気マニホールド４ａによって形成されている。吸気通路３（吸気ポート３ｂ）と燃焼室１ｄとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路３と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路４（排気ポート４ｂ）と燃焼室１ｄとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路４と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト１３ａ及び排気カムシャフト１４ａの各回転によって行われる。

吸気カムシャフト１３ａの近傍には、特定の気筒（例えば第１気筒＃１）のピストン１ｃが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達したときにパルス状の信号を発生するカムポジションセンサ２９が設けられている。カムポジションセンサ２９は、例えば電磁ピックアップであって、吸気カムシャフト１３ａに一体的に設けられたロータ外周面の１個の歯（図示せず）に対向するように配置されており、その吸気カムシャフト１３ａが回転する際にパルス状の信号（電圧パルス）を出力する。なお、吸気カムシャフト１３ａ（及び排気カムシャフト１４ａ）は、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転するので、クランクシャフト１５が２回転（７２０°回転）するごとにカムポジションセンサ２９が１つのパルス状の信号を発生する。

このようなカムポジションセンサ２９及び上記エンジン回転数センサ（クランクポジションセンサ）２５の各出力信号から、エンジン運転時において、エンジン１の各気筒＃のピストン位置（吸入行程・圧縮行程・爆発行程・排気行程）を認識することができ、精密な燃料噴射制御や点火時期制御などのエンジン運転制御を行うことができる。

また、吸気通路３には、エアクリーナ７、エアフロメータ２２、後述するターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２、ターボチャージャ１００での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６、及び、スロットルバルブ５などが配置されている。また、吸気通路３（吸気マニホールド３ａ）には、吸気温センサ２３及び過給圧センサ２８が配置されている。

エアフロメータ２２は、吸入空気量（新規空気量）を検出する。吸気温センサ２３は、インタークーラ６にて冷却された後であって、エンジン１に吸入される前の空気の温度（吸気温）を検出する。過給圧センサ２８は、吸気マニホールド３ａ内の圧力つまり過給圧（吸気圧）を検出する。

スロットルバルブ５は、インタークーラ６（ターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２）の下流側（吸入空気流れの下流側）の吸気通路３に配置されている。スロットルバルブ５は電子制御式のバルブであって、スロットルモータ５１によって開度が調整される。スロットルバルブ５の開度（スロットル開度）はスロットル開度センサ２６によって検出される。

一方、排気通路４には、前段のＳ／Ｃ触媒（スタート触媒）９１と、後段のＵ／Ｆ触媒（アンダーフロア触媒）９２とが配置されている。Ｓ／Ｃ触媒９１は、例えば、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などを浄化可能な三元触媒によって構成されている。また、Ｕ／Ｆ触媒９２は、例えば、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するとともに、吸蔵しているＮＯｘを還元する機能を有するＮＯｘ触媒（例えば、ＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒）によって構成される。なお、図示はしないが、排気通路４には空燃比センサ及び酸素センサなどが配置されている。

−ターボチャージャ−
エンジン１には、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ（過給機）１００が装備されている。

ターボチャージャ１００は、図１及び図３に示すように、排気通路４に配置されたタービンホイール１０１、吸気通路３に配置されたコンプレッサインペラ１０２、及び、これらタービンホイール１０１とコンプレッサインペラ１０２とを回転一体に連結する連結シャフト１０３などによって構成されており、排気通路４に配置のタービンホイール１０１が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路３に配置のコンプレッサインペラ１０２が回転する。そして、コンプレッサインペラ１０２の回転により吸入空気が過給され、エンジン１の各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。

タービンホイール１０１はタービンハウジング１１１内に収容されており、コンプレッサインペラ１０２はコンプレッサハウジング１１２内に収容されている。また、連結シャフト１０３を支持するフローティングベアリング１０４，１０４はセンターハウジング１１３内に収容されており、このセンターハウジング１１３の両側に上記タービンハウジング１１１とコンプレッサハウジング１１２とが取り付けられている。

この例のターボチャージャ１００は、可変ノズル式ターボチャージャ（ＶＮＴ）であって、タービンホイール１０１側に可変ノズルベーン機構１２０が設けられており、この可変ノズルベーン機構１２０の開度（以下、ＶＮ開度ともいう）を調整することによってエンジン１の過給圧を調整することができる。なお、可変ノズルベーン機構１２０の詳細については後述する。

そして、このような可変ノズルベーン機構１２０を装備しておくことにより、タービンホイール１０１及びコンプレッサインペラ１０２の回転速度を調整することができ、エンジン１の燃焼室１ｄに導入される空気の圧力を調整することが可能となるので、例えば、加速性に繋がるトルク応答性や、出力・燃費（燃料消費率）・エミッションに対する適合の自由度などの向上を図ることが可能になる。

−ＥＧＲ装置−
また、エンジン１にはＥＧＲ装置８が装備されている。ＥＧＲ装置８は、吸入空気に排気ガスの一部を導入することで、燃焼室１ｄ内の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させる装置である。

ＥＧＲ装置８は、図１に示すように、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１よりも上流側（排気ガス流れの上流）の排気通路４と、インタークーラ６（ターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２）の下流側（吸入空気流れの下流側）の吸気通路３とを連通するＥＧＲ通路８１、このＥＧＲ通路８１に設けられたＥＧＲクーラ８２及びＥＧＲバルブ８３などによって構成されている。そして、このような構成のＥＧＲ装置８において、ＥＧＲバルブ８３の開度を調整することにより、ＥＧＲ率［ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋吸入空気量（新規空気量））（％）］を変更することができ、排気通路４から吸気通路３に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。

なお、ＥＧＲ装置８には、ＥＧＲクーラ８２をバイパスするＥＧＲバイパス通路及びＥＧＲバイパス切替バルブを設けておいてもよい。

−可変ノズルベーン機構
次に、ターボチャージャ１００の可変ノズルベーン機構１２０について図１及び図３〜図７を参照して説明する。

この例の可変ノズルベーン機構１２０は、ターボチャージャ１００のタービンハウジング１１１とセンターハウジング１１３との間に形成されたリンク室１１４に配設されている。

可変ノズルベーン機構１２０は、複数（例えば１２枚）のノズルベーン１２１・・１２１と、環状のユニゾンリング１２２と、このユニゾンリング１２２の内周側に位置し、ユニゾンリング１２２に一部が係合する複数の開閉アーム１２３・・１２３と、その各開閉アーム１２３を駆動するためのメインアーム１２４と、各開閉アーム１２３に連結され、各ノズルベーン１２１を駆動するためのベーンシャフト１２５と、各ベーンシャフト１２５を保持するノズルプレート１２６とを備えている。

複数のノズルベーン１２１・・１２１はタービンホイール１０１の外周側に等間隔に配置されている。各ノズルベーン１２１は、ノズルプレート１２６上に配置されており、ベーンシャフト１２５を中心として所定の角度だけ回動することが可能となっている。

この例の可変ノズルベーン機構１２０においては、メインアーム１２４に連結される駆動リンク１２７を所定の角度だけ回動させることにより、その回動力がメインアーム１２４、ユニゾンリング１２２及び各開閉アーム１２３を介して各ノズルベーン１２１に伝達され、各ノズルベーン１２１が連動して回動する。具体的には、駆動リンク１２７は、駆動シャフト１２８を中心に回動可能となっている。また、駆動シャフト１２８は、駆動リンク１２７及びメインアーム１２４と回動一体に連結されている。そして、駆動リンク１２７の回動にともなって駆動シャフト１２８が回動すると、この回動力がメインアーム１２４に伝達される。メインアーム１２４の内周側端部は駆動シャフト１２８に固定されている。メインアーム１２４の外周側の端部はユニゾンリング１２２に係合しており、上記駆動シャフト１２８を中心としてメインアーム１２４が回動すると、その回動力がユニゾンリング１２２に伝達される。このユニゾンリング１２２の回転に伴って各開閉アーム１２３が回転（揺動）して各可変ノズルベーン１２１が回動する。

ユニゾンリング１２２の内周面には、各開閉アーム１２３の外周側端部が嵌まり合っており、ユニゾンリング１２２が回動すると、この回動力が各開閉アーム１２３に伝達される。具体的には、ユニゾンリング１２２はノズルプレート１２６に対して周方向に摺動可能に配設されている。このユニゾンリング１２２の内周縁に設けられた複数の凹部１２２ａに、メインアーム１２４及び各開閉アーム１２３の外周側端部が嵌め合わされており、ユニゾンリング１２２の回転力が各開閉アーム１２３に伝達される。

各開閉アーム１２３は、ベーンシャフト１２５を中心に回動可能となっている。各ベーンシャフト１２５はノズルプレート１２６に回転自在に支持されており、これらベーンシャフト１２５により、開閉アーム１２３と上記ノズルベーン１２１とが回動一体に連結されている。そして、ユニゾンリング１２２の回動にともなって各開閉アーム１２３が回動すると、この回動が各ベーンシャフト１２５に伝達される。これにより、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５及び開閉アーム１２３とともに回動する。

なお、上記ノズルプレート１２６はタービンハウジング１１１に固定されている。ノズルプレート１２６にはピン１２６ａ（図４及び６参照）が差し込まれており、このピン１２６ａにはローラ１２６ｂが嵌め合わされている。ローラ１２６ｂはユニゾンリング１２２の内周面をガイドする。これにより、ユニゾンリング１２２はローラ１２６ｂに保持されて所定方向に回動することが可能となっている。

上記タービンホイール１０１を収容しているタービンハウジング１１１には、タービンハウジング渦室１１１ａが設けられており、このタービンハウジング渦室１１１ａに排気ガスが供給され、その排気ガスの流れによってタービンホイール１０１が回転する。この際、上述の如く、各ノズルベーン１２１の回動位置が調整されて、その回動角度を設定することにより、タービンハウジング渦室１１１ａからタービンホイール１０１に向かう排気の流量及び流速を調整することができる。これによって過給性能を調整することが可能になり、例えば、エンジン１の低回転時にノズルベーン１２１同士の間の流路面積（スロート面積）を減少させるように各ノズルベーン１２１回動位置（変位）を調整すれば、排気ガスの流速が増加して、エンジン低速域から高い過給圧を得ることが可能になる。

可変ノズルベーン機構１２０の駆動リンク１２７はロッド１２９に接続されている。このロッド１２９は棒状部材であって、ＶＮアクチュエータ１４０に連結されている。ＶＮアクチュエータ１４０は、電動モータ（ＤＣモータ）１４１と、この電動モータ１４１の回転を直線運動に変換して上記ロッド１２９に伝達する変換機構（例えば、ウォームギヤ及びこのウォームギヤに噛み合うウォームホイールを有するギヤ機構等：図示せず）とを備えている。

ＶＮアクチュエータ１４０はＥＣＵ２００によって駆動制御される。ＥＣＵ２００は、例えば、エンジン運転状態から要求されるノズルベーン開度要求値（ＶＮ開度要求値）などに応じて電動モータ１４１の通電制御を行う。なお、電動モータ１４１には車載バッテリ（図示せず）からの電力が供給される。

そして、電動モータ１４１の通電制御（回転駆動）により、電動モータ１４１が回転すると、その回転力が上記回転機構を介してロッド１２９に伝わり、このロッド１２９の移動（前進・後退）に伴って駆動リンク１２７が回動することにより、各ノズルベーン１２１が回動（変位）する。

具体的には、図４に示すように、ロッド１２９を図中矢印Ｘ１方向に引くことで（ロッド１２９の後退）、ユニゾンリング１２２が図中矢印Ｙ１方向に回動し、図５に示すように、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５を中心に図中反時計回り方向（Ｙ１方向）に回動してノズルベーン開度（ＶＮ開度）が大きく設定される。

一方、図６に示すように、ロッド１２９を図中矢印Ｘ２方向に押すことで（ロッド１２９の前進）、ユニゾンリング１２２が図中矢印Ｙ２方向に回動し、図７に示すように、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５を中心に図中時計回り方向（Ｙ２方向）に回してノズルベーン開度（ＶＮ開度）が小さく設定される。なお、可変ノズルベーン機構１２０のＶＮ開度の制御を以下「ＶＮ制御」という場合もある。

以上のエンジン１、ターボチャージャ１００のＶＮアクチュエータ１４０（電動モータ１４１）、スロットルバルブ５を開閉駆動するスロットルモータ５１、及び、ＥＧＲバルブ８３などの各部はＥＣＵ２００によって制御される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、図８に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３、及び、バックアップＲＡＭ２０４などを備えている。

ＲＯＭ２０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及びバックアップＲＡＭ２０４は、バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５及び出力インターフェース２０６と接続されている。

入力インターフェース２０５には、水温センサ２１、エアフロメータ２２、吸気温センサ２３、レール圧センサ２４、エンジン回転数センサ２５、スロットルバルブ５の開度を検出するスロットル開度センサ２６、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２７、過給圧センサ２８、カムポジションセンサ２９、及び、車速センサ３０などの各種センサ類が接続されている。また、入力インターフェース２０５にはイグニッションスイッチ３１が接続されており、イグニッションスイッチ３１がオン操作されると、スタータモータ２０によるエンジン１のクランキングが開始される。

出力インターフェース２０６には、インジェクタ２、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１５に連結され、エンジン１のクランキングを行うスタータモータ２０、スロットルバルブ５のスロットルモータ５１、ＥＧＲバルブ８３、及び、ターボチャージャ１００の可変ノズルベーン機構１２０の開度を調整するＶＮアクチュエータ１４０（電動モータ１４１）などが接続されている。

ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１のスロットルバルブ５の開度制御、燃料噴射量・噴射時期制御（インジェクタ２の開閉制御）、及び、ＥＧＲ制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ２００は、下記の「失火検出処理」及び「エンジン暖機過程時のＶＮ開度制御」を実行する。

以上のＥＣＵ２００により実行されるプログラムによって本発明の過給機付きエンジン（内燃機関）の制御装置が実現される。

−失火検出処理−
次に、ＥＣＵ２００が実行する失火検出処理について説明する。

まず、４つの気筒＃１〜＃４のうち、ある気筒（例えば第１気筒＃１）に失火が発生した場合、その気筒（複数の気筒の場合も含む）の爆発行程におけるエンジン回転速度が低下するので、この失火が生じた気筒（第１気筒＃１）の爆発行程中においてクランクシャフト１５が一定クランク角度を回転するのに要する時間が、他の気筒（例えば第２気筒＃２〜第４気筒＃４）の爆発行程時におけるその時間よりも長くなる。したがって、これらの時間を計測して比較することにより失火の発生を認識することが可能になる。

その具体的な処理の一例について説明する。まず、ＥＣＵ２００は、エンジン回転数センサ２５及びカムポジションセンサ２９の各出力信号を所定のクランク角度毎（例えば３０°ＣＡ毎）に取り込み、それらの各信号に基づいて、第１気筒＃１が爆発行程にあるときに、この爆発行程中において、クランクシャフト１５が一定クランク角度（例えば１８０°ＣＡ）を回転するのに要する経過時間Ｔ１と、この第１気筒＃１の爆発行程よりも１回前（３６０°ＣＡ前）に爆発行程を迎えていた第２気筒＃２の爆発行程中においてクランクシャフト１５が一定のクランク角度（例えば１８０°ＣＡ）を回転するのに要する経過時間Ｔ２との差を演算して、第１気筒＃１の回転変動量Δｎｅ１（＝Ｔ１−Ｔ２）を得る。

また、同様にして、エンジン１の各気筒＃２〜＃４の爆発行程中においてクランクシャフト１５が一定クランク角度（例えば１８０°ＣＡ）を回転するのに要する経過時間Ｔ３（第３気筒＃３）、Ｔ４（第４気筒＃４）、Ｔ２（第２気筒＃２）を順次演算して、第３気筒＃３の回転変動量Δｎｅ３（＝Ｔ３−Ｔ１）、第４気筒＃４の回転変動量Δｎｅ４（＝Ｔ４−Ｔ３）、及び、第２気筒＃２の回転変動量Δｎｅ２（＝Ｔ２−Ｔ４）を得る。

そして、ＥＣＵ２００は、上記演算により求めた各気筒＃１〜＃４の回転変動量Δｎｅ１〜ｎｅ４と失火判定閾値とを比較し、回転変動量Δｎｅが失火判定閾値を超えている気筒がある場合は「失火が発生している」と認識（検出）する。

ここで、回転変動量Δｎｅに対して設定する失火判定閾値は、失火が発生するエンジン１の回転変動量を実験・シミュレーション等によって取得しておき、その結果を基に経験的に適合した値である。この失火判定閾値はＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２内に記憶されている。また、失火判定閾値は、回転変動量Δｎｅなどに応じて可変に設定するようにしてもよい。なお、各気筒＃１〜＃４の回転変動量は、他の公知の方法によって認識（演算）するようにしてもよい。

また、エンジン１の失火を検出する方法としては、上記したエンジン１の回転変動量を用いて失火を検出する方法に限られることなく、例えば、触媒の前後に配置された空燃比センサと酸素センサとの出力信号（２つのセンサ検出値の差）に基づいて失火の発生を検出する方法など、他の公知の方法を採用してもよい。

−エンジン暖機過程時のＶＮ開度制御−
次に、ＥＣＵ２００が実行する「エンジン始動後の暖機過程時のＶＮ開度制御」について説明する。

まず、車両等に搭載されるディーゼルエンジンにおいては、上述したように、排気規制の強化対応や燃費の向上を目的として低圧縮化が実施されているが、低圧縮化を実施した場合、圧縮端温度が低くなり、エンジン始動後に失火（ラフアイドル）が発生しやすくなってしまう。その対策の１つとして、ターボチャージャに装備の可変ノズルベーン機構のＶＮ開度を閉じ側に設定（失火対策要求値に設定）することによって、失火を抑制するという方法が採用されている。

しかしながら、従来制御では、エンジン始動後の暖機過程において常にＶＮ開度の閉じ側に設定しているので、失火が発生しない領域であってもＶＮ開度が閉じ側に設定される場合がある。すなわち、ディーゼルエンジンにおいて失火が発生する領域は、エンジンのハードばらつきや燃料・組成によってばらつきがあり、その失火発生領域のばらつきの最大値（上限または下限）を考慮して、従来制御では、エンジン始動後の暖機過程でのＶＮ開度を適合している。このため、例えば、ノミナルに対してずれが小さい良好なエンジン１の場合、失火が発生しない領域であるのにも関らず、ＶＮ開度が閉じ側に設定される場合がある。そして、そのような状況になると、ノズルベーン１２１間（スロート）を通過する排気ガスの流速が大きくなってしまい、不快な気流音が発生する場合がある。

このような点を考慮して、この例では、エンジン始動後（完爆後）の暖機過程においてエンジン１の失火が発生したときのみ、ＶＮ開度を閉じ側にすることによって、不快な気流音の発生を抑制することを技術的特徴としている。

その具体的な制御（エンジン暖機過程時のＶＮ開度制御）の例について、図９のフローチャートを参照して説明する。図９の制御ルーチンはＥＣＵ２００において実行される。

なお、図９の制御ルーチンの実行中において、ＥＣＵ２００は、エンジン回転数センサ２５及びカムポジションセンサ２９の各出力信号に基づいて上記した失火検出処理を逐次実行している。

この制御ルーチンはイグニッションスイッチ３１がオン操作された時点（ＩＧ＿ＯＮ）で開始される。制御ルーチンが開始されるとエンジン１のクランキングが開始され、まずは、ステップＳＴ１０１において、始動フラグをＯＮに設定（始動フラグ＿ＯＮ）し、失火検出フラグをＯＦＦに設定（失火検出フラグ＿ＯＦＦ）する。

なお、上記始動フラグは、エンジン１のクランキング中にＯＮに設定されるフラグであり、エンジン１が完爆に至る回転数（例えば、エンジン回転数が８００ｒｐｍ）以上になった時点でＯＦＦに設定されるフラグである。

次に、ステップＳＴ１０２において、始動フラグがＯＦＦになったか否かを判定し、その判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）になったときに（始動フラグ＿ＯＦＦになったときに）ステップ１０３に進む。ステップＳＴ１０３では、上記した失火検出処理にてエンジン１に失火が発生したか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合（失火発生の検出なしの場合）はステップＳＴ１０９に進んで、通常のＶＮ制御を実行する。

なお、「通常のＶＮ制御」は、例えば、現在のエンジン１（ターボチャージャ１００）の運転状態に基づいて、燃費（燃料消費率）・エミッション・ターボ効率（過給効率）などを考慮したマップ（通常制御時のマップ）を参照して、可変ノズルベーン機構１２０のＶＮ開度を調整する制御である。

上記ステップＳＴ１０３の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（失火検出の場合）はステップＳＴ１０４に進む。ステップＳＴ１０４では、可変ノズルベーン機構１２０のＶＮ開度を、閉じ側の失火対策要求値（適合値）に設定する閉じ制御（ＶＮ閉制御）を実行するとともに、失火検出フラグをＯＮに設定（失火検出フラグ＿ＯＮ）する。また、このとき、ＥＣＵ２００は、ＶＮ開度を閉じ側に設定した時点からの経過時間の計時を開始する。

ここで、上記ステップＳＴ１０４においてＶＮ開度を閉じ側に制御する際に用いる失火対策要求値は、上記した「通常のＶＮ制御」時の要求開度値よりも閉じ側の値で、かつ、ノズルベーン１２１の可動範囲の下限値以上の値（下限値も含む）であって、低温始動後の暖機過程において失火（ラフアイドル）を抑制することが可能なＶＮ開度（閉じ側の値）を、実験・シミュレーション等によって適合した値を設定する。なお、失火対策要求値はＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２内に記憶しておく。

次に、ステップＳＴ１０５において、ＶＮ開度を閉じ側に設定した時点（ＶＮ閉制御を開始した時点）からの経過時間が所定時間Δｔ１に達したか否かを判定する。この所定時間Δｔ１は、「上記ＶＮ通常制御」と「上記ＶＮ閉制御」とのハンチングの防止、及び、失火によるラフアイドルの収束に要する時間などを考慮して、実験・シミュレーション等によって適合した値を設定する。

上記ＶＮ開度を閉じ側に設定した時点（ＶＮ閉制御を開始した時点）からの経過時間が所定時間Δｔ１に達しておらず、ステップＳＴ１０５の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合には、この経過時間が所定時間Δｔ１に達するまで待機する。そして、ステップＳＴ１０５の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点、つまり、ＶＮ開度を閉じ側に設定した後（ＶＮ閉制御開始後）の経過時間が所定時間Δｔ１に達した時点でステップＳＴ１０６に進む。

ステップＳＴ１０６では、可変ノズルベーン機構１２０のＶＮ開度を、上記閉じ側の値（失火対策要求値）から開き側に徐変していく。このＶＮ開度の開き側への徐変処理中において、失火の発生を検出した場合（ステップＳＴ１０７の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった場合）、ステップＳＴ１０４に戻って、再度、ＶＮ閉制御を実行する。

次に、ステップＳＴ１０８において、ＶＮ開度の徐変処理が終了したか否かを判定し、その判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合、つまり、ＶＮ開度の開き側への徐変処理中（徐変処理開始から終了までの間）において、失火発生が検出されなかった場合はステップＳＴ１０９に進む。なお、「ＶＮ開度の徐変処理の終了」については、例えば、ＶＮ開度を開き側に徐変していく過程において、可変ノズルベーン機構１２０のＶＮ開度が通常制御の要求値に相当する値に達したときに「ＶＮ開度の徐変処理終了」と判定する。

ステップＳＴ１０９では、通常のＶＮ制御を実行する。また、このとき、ＥＣＵ２００は、通常のＶＮ制御を開始した時点からの経過時間の計時を開始する。なお、通常のＶＮ制御は、上述の如く、例えば、現在のエンジン１（ターボチャージャ１００）の運転状態に基づいて、燃費（燃料消費率）・エミッション・ターボ効率（過給効率）などを考慮したマップ（通常制御時のマップ）を参照して、可変ノズルベーン機構１２０のＶＮ開度を調整する制御である。

次に、ステップＳＴ１１０において、上記ステップＳＴ１０９の通常のＶＮ制御を開始した時点からの経過時間が所定時間Δｔ２に達したか否かを判定する。その経過時間が所定時間Δｔ２に達しておらず、ステップＳＴ１１０の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合には、この経過時間が所定時間Δｔ２に達するまで待機する。そして、ステップＳＴ１１０の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点、つまり、通常のＶＮ制御を開始した後の経過時間が所定時間Δｔ２に達した時点で、ステップＳＴ１１１において失火検出フラグをＯＦＦに設定（失火検出フラグ＿ＯＦＦ）して、この処理（図９の制御ルーチン）を終了する。

なお、上記ステップＳＴ１１０の判定に用いる所定時間Δｔ２については、例えば、「通常のＶＮ制御」が安定するまでの時間を、実験・シミュレーション等によって適合して設定する。また、このような時間による管理に替えて、水温センサ２１の出力信号から得られるエンジン水温が所定値に達した時点で、失火検出フラグをＯＦＦに設定（失火検出フラグ＿ＯＦＦ）するようにしてもよい。

以上のように、この例の制御によれば、エンジン始動後の暖機過程において、エンジン１に失火が発生したときのみ、可変ノズルベーン機構１２０のＶＮ開度を閉じ側にする制御（ＶＮ閉制御）を実行しているので、失火が発生していないときには、ＶＮ閉制御を行わなくて済み、ノズルベーン１２１を開くこと（通常制御時のＶＮ開度（要求値）に設定すること）が可能になる。これによって、エンジン始動後の暖機過程において不快な気流音の発生を抑制することができる。なお、エンジン１に失火が発生していないときには、ノズルベーン１２１を閉じなくてよいので、上記したハード制約によりノズルベーン１２１を閉じることができないという懸念も解消することができる。

また、この例の制御では、ノズルベーン１２１を閉じ側（失火対策要求開度）から開く際に、ノズルベーン１２１を一気に開くのではなく、徐変処理にてノズルベーン１２１を徐々に開いていくので、エミッション・ドライバビリティの低下、及び、ターボ音の急激な変化などを抑制することができる。

−他の実施形態−
以上の例では、コモンレール式筒内直噴型多気筒（４気筒）ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限られることなく、例えば６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用可能である。

また、以上の例では、ディーゼルエンジンの制御の例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、可変ノズルベーン式ターボチャージャを備えたガソリンエンジンの制御にも本発明は適用可能である。

なお、本発明において、可変ノズルベーン機構を駆動するアクチュエータとして、電動モータを駆動源とするモータ式アクチュエータのほか、例えば負圧式や油圧式のアクチュエータを用いてもよい。

本発明は、可変ノズルベーン式過給機を備えた内燃機関（エンジン）の制御に利用可能であり、さらに詳しくは、機関始動後の機関暖機過程において不快な気流音の発生を抑制する制御に有効に利用することができる。

１ エンジン
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
２５ エンジン回転数センサ
２９ カムポジションセンサ
１００ ターボチャージャ（可変ノズルベーン式ターボチャージャ）
１０１ タービンホイール
１０２ コンプレッサインペラ
１２０ 可変ノズルベーン機構
１２１ ノズルベーン
１４０ ＶＮアクチュエータ
２００ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構とを備えた過給機が搭載された過給機付き内燃機関の制御装置において、
   機関始動後の機関暖機過程で内燃機関に失火が発生した場合に、前記可変ノズルベーン機構のノズルベーンの開度を閉じ側に制御するノズルベーン開度制御手段を備えていることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記ノズルベーン開度制御手段は、機関始動後の機関暖機過程で内燃機関に失火が発生した場合に、前記可変ノズルベーン機構のノズルベーンの開度を失火対策要求値まで閉じることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記ノズルベーン開度制御手段は、ノズルベーンの開度を閉じ側に制御した時点から、所定時間経過した後に、当該ノズルベーンの開度を開き側に徐変することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。

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