JP4069657B2

JP4069657B2 - Internal combustion engine with a supercharger

Info

Publication number: JP4069657B2
Application number: JP2002099127A
Authority: JP
Inventors: 孝佳北田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2022-04-01
Also published as: JP2003293784A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、過給機付き内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関、特にディーゼル機関では、排気に含まれるすすを減少させるための対策が望まれている。そして、この要望に応えるものとして、例えば特開２００１−１５２８３２号公報等に記載の内燃機関が知られている。
【０００３】
この内燃機関では、いわゆる低温燃焼によってすすの発生を抑制するようにしている。すなわち、周知の排気再循環装置（ＥＧＲ装置）により多量のＥＧＲガスを燃焼室内に導入して燃焼温度を低下させることによって、すすの発生を抑制するようにしている。ちなみに、燃焼室内の燃料に由来するＨＣ（炭化水素）は様々な化学反応を経てすすになることが知られているが、この化学反応が進行するにはある程度の温度が必要になる。逆に言えば、このある程度の温度が確保されなければすすは生成されない。そこで、上記公報に記載の内燃機関では、多量のＥＧＲガスを燃焼室に導入し、燃焼温度をすすの生成温度よりも低くすることで、すすの生成を抑制するようにしている。
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関の気筒に吸入することのできる全吸入ガス量には限界がある。従って、機関負荷が増大して燃料噴射量が増大すると、この燃料を完全燃焼させるためには空気量も増大させる必要があり、自ずとＥＧＲガス量の方は減少させざるを得なくなる。このため、前記低温燃焼は機関負荷が低い領域でのみしか行うことができない。
【０００５】
一方、この低温燃焼を行うことのできる運転領域を拡大させるには、内燃機関の気筒に吸入することのできる全吸入ガス量そのものを増大させるといった方法が有効である。そこで、前記公報に記載の内燃機関では、排気圧を利用して吸入空気を過給する、いわゆるターボチャージャ（過給機）を備えることにより、こうした全吸入ガス量の増大を図るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、低温燃焼を行う内燃機関では、ターボチャージャを備えることによって、低温燃焼を行うことのできる運転領域を拡大することができるようになる。そして、前記公報に記載のターボチャージャには、タービンに流入する排気の流速、換言すればタービン容量を調整する機構が特に設けられていないが、通常は、このようなタービン容量を調整できる機構を備えることで、内燃機関の各種の運転に対するターボチャージャの適用範囲も更に拡大されるようになる。なお、このタービン容量を調整することのできる機構としては、ターボチャージャの排気通路内に可動式のノズルベーンを設け、このノズルベーンと前記排気通路内の壁面とで形成されるノズル部の通路断面積を変化させることによって排気流速を調整する、いわゆる可変ノズルベーン式のものが一般によく知られている。
【０００７】
しかしながら、上記低温燃焼が行われる内燃機関にこうした可変ノズルベーン式のターボチャージャを備える場合には、新たに以下のような問題が生じるおそれがある。
【０００８】
すなわち、前述した低温燃焼では、すすまで成長しなかった多量のＨＣが排気通路に排出される。そして、この排出されるＨＣの一部が前記ノズル部に付着するようになる。このノズル部に付着したＨＣは、通常燃焼による運転状態であれば、高温の排気によってそのほとんどが焼却される。ところが、排気温度の低い低温燃焼による運転状態では、こうしてノズル部に付着したＨＣも、焼却されずにそのまま残ることが多くなる。しかも、このときの排気は、温度が低いとはいっても燃焼ガスであるために、ある程度の温度にはなっている。そのため、前記ノズル部に付着したＨＣはこの排気熱によって変質し、通常は粘度の高い液状物質（以下、デポジットという）になってしまう。そして、この付着、堆積したデポジットが、ノズルベーンの駆動を妨げる抵抗として作用するようになり、ひいては同ノズルベーンの駆動不良を引き起こすようになる。
【０００９】
この発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、可変ノズルベーン式の過給機を備える内燃機関にあって、その運転状態によることなくノズルベーンの駆動不良を好適に抑制することのできる過給機付き内燃機関を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、排気通路に設けられた可変ノズルベーン式のタービンを通じて吸気の過給を行う過給機と前記排気通路に排出された排気を吸気通路に再循環させる排気再循環装置とを備え、機関運転状態を通常運転と該通常運転よりも前記排気再循環装置による排気の再循環量を増大させた状態で燃焼を行う低温燃焼運転とに切替可能な過給機付き内燃機関において、前記低温燃焼運転時に前記タービンの可変ノズル部に堆積するデポジットの量を推定する推定手段と、この推定されるデポジットの量が所定の量に達することに基づいて機関運転状態を前記低温燃焼運転から前記通常運転に切り替える制御手段とを備えることをその要旨とする。
【００１１】
排気再循環装置による排気の再循環量を増大させた状態で燃焼を行う低温燃焼運転時には、すすまで成長しなかった多量のＨＣが排気通路に排出されるとともに排気温度も低くなる。このため、低温燃焼運転時には、タービンの可変ノズル部にデポジットが堆積しやすくなり、ノズルベーンの駆動不良が生じやすくなる。
この点、上記請求項１に記載の構成では、ノズルベーンの駆動不良が生じやすい低温燃焼運転時において、タービンの可変ノズル部に堆積するデポジットの量が所定の量に達したと推定される場合には、機関運転状態を低温燃焼運転から通常運転に切り替えて排気温度を上昇させるようにしている。この排気温度の上昇により、タービンの可変ノズル部に堆積したデポジットは焼却され、その量は減少するようになる。このため、デポジットの堆積に起因するノズルベーンの駆動不良が生じやすい低温燃焼運転時にあっても、この駆動不良を抑制することができるようになる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の過給機付き内燃機関において、前記低温燃焼運転時、前記排気通路における前記タービンの上流に燃料を添加する燃料添加手段を更に備えることをその要旨とする。
【００１６】
一般に、低温燃焼時には、排気温度が低くなることに起因して排気通路に設けられる排気浄化用触媒の活性も低下してしまう。そこで、この触媒の上流側に燃料を添加し、同燃料を触媒上で燃焼させることによって触媒の温度を上昇させることが行われる場合がある。しかしながら、上記過給機付きの内燃機関では、この燃料添加に伴って以下のような問題が生じるおそれもある。
【００１７】
すなわち、上記添加される燃料は、その燃焼が可能となるある程度の温度を有する排気中にあってはじめて上記触媒の温度上昇に寄与することができる。一方で、前記ターボチャージャを通過した排気は、タービンを回転させることによってその熱エネルギーが消費される。また、ターボチャージャの構成部材によっても熱量が吸収されるため、ターボチャージャを通過した排気の温度は低下している。従って、上記燃料は、ターボチャージャの下流側ではなく、上流側に添加する必要がある。しかしこの場合には、前記ノズル部にこの添加された燃料が付着し、前述したデポジットの堆積を助長することともなってしまう。
【００１８】
この点、上記請求項２に記載の構成では、触媒の活性低下を抑制しつつ、デポジットの堆積に起因するノズルベーンの駆動不良を抑制することができるようになる。すなわち、排気通路におけるタービンの上流に燃料が添加されることで、この燃料は好適に触媒上で燃焼され、同触媒の温度を上昇させることができるようになる。また、たとえタービンの可変ノズル部にこの添加された燃料が付着しても、同可変ノズル部に堆積するデポジットの量が所定の量に達したと推定される場合には、運転状態を通常運転に切り替えて排気温度を上昇させるようにしている。この排気温度の上昇により、タービンの可変ノズル部に堆積したデポジットは焼却され、その量は減少するようになる。このため、上記の燃料添加が行われる場合であっても、デポジットの堆積に起因するノズルベーンの駆動不良を抑制することができるようになる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関において、前記可変ノズルベーンはモータを駆動源とする電動式のベーンであり、前記推定手段は、前記モータに流れる過電流を検出し、この検出した過電流に基づいて前記デポジットの量を推定することをその要旨とする。
【００２０】
可変ノズル部に堆積するデポジットは粘度が高いため、この堆積したデポジットはノズルベーンの駆動を妨げる抵抗として作用する。このため、可変ノズルベーンがモータを駆動源とする電動式のベーンである場合に、前記ノズル部に堆積するデポジットの量が増加すると、前記モータに流れる電流は過電流となりやすくなる。この可変ノズル部に堆積するデポジットの量と前記過電流との関係に着目した請求項３に記載の構成によれば、可変ノズル部に堆積するデポジットの量を的確に推定することができるようになる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関において、前記排気通路における前記タービンの上流と下流との圧力差を検出する差圧センサを備え、前記推定手段は、前記検出される圧力差に基づいて前記デポジットの量を推定することをその要旨とする。
【００２２】
タービンの可変ノズル部に堆積するデポジットは、同ノズル部において凸部となるため排気抵抗になる。このため、可変ノズル部にデポジットが堆積すると、排気通路におけるタービン上流の圧力が高くなり、同タービンの下流の圧力との圧力差が大きくなる。この可変ノズル部に堆積するデポジットに起因する前記圧力差の増大に着目した請求項４に記載の構成によっても、可変ノズル部に堆積するデポジットの量を的確に推定することができるようになる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の過給機付き内燃機関において、前記制御手段は、前記推定されるデポジットの量が所定の量に達したとき、同デポジットを焼却し得る所定の時間だけ、当該機関の運転状態を前記通常運転に切り替えることをその要旨とする。
【００２４】
同構成によれば、前記制御手段による通常運転への切り替えは、可変ノズル部に付着したデポジットを焼却し得る所定の時間だけ変更される。このため、必要以上に長い時間にわたって低温燃焼が中断されることはなく、もって、排気エミッションの悪化を必要最小限に抑えることができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、この発明にかかる過給機付き内燃機関を自動車に搭載されるコモンレール式４気筒ディーゼル機関に具体化した第１の実施形態について、図１〜図６に基づき詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態にかかる過給機付き内燃機関、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図である。
内燃機関１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には前記各気筒毎に燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の気筒内に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には、外気を気筒内に導入するための吸気ポート（図示略）と燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。
【００２７】
燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク（図示略）内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。
【００２８】
吸気ポート（図示略）にはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するためのスロットル弁１６が設けられている。
【００２９】
排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。このエキゾーストマニホールド８は後述するターボチャージャ１１を介して排気通路２６に接続されている。排気通路２６の途中には、排気中の有害成分を酸化還元して浄化するための触媒１２が設置されている。
【００３０】
内燃機関１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量を検出する。スロットル開度センサ２０はスロットル弁１６の開度を検出する。排気温度センサ２９は触媒１２下流側の排気温度を検出する。気筒判別センサ２２は特定気筒の圧縮上死点を検出する。クランク角センサ２３はクランクシャフト（図示略）の回転角度を検出する。また、気筒判別センサ２２とクランク角センサ２３との出力値により、任意の気筒のクランクシャフト角度が検出される。アクセル開度センサ２４はアクセルペダル（図示略）の開度を検出する。
【００３１】
これら各種センサの出力は制御装置（以下、ＥＣＵと記載する）２５に入力される。このＥＣＵ２５は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。そして、このＥＣＵ２５により、例えば、燃料噴射弁４ａ〜４ｄの燃料噴射量や燃料噴射時期、サプライポンプ１０の吐出圧力、スロットル弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量、内燃機関１の各種制御が行われる。
【００３２】
この他、内燃機関１にはＥＧＲ装置２８が備えられている。このＥＧＲ装置２８は、吸入空気に排気の一部を導入することで気筒内の燃焼温度を低下させてＮＯｘやすすの発生量を低減させる装置である。このＥＧＲ装置２８は吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、ＥＧＲクーラ１４により構成されている。ＥＧＲ弁１５はＥＣＵ２５によりその開度が調整され、その結果、エキゾーストマニホールド８から吸気通路３に導入される排気の量（ＥＧＲ量）が調整される。ＥＧＲクーラ１４はＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度を低下させる。
【００３３】
また、内燃機関１には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給する、可変ノズルベーン式のターボチャージャ（過給機）１１が備えられている。このターボチャージャ１１の構造及び動作態様は、大きくは、以下のようになっている。
【００３４】
図２はターボチャージャ１１について、そのロータシャフト４３の軸方向における断面を示している。このターボチャージャ１１は、センタハウジング４０、タービンハウジング４２、コンプレッサハウジング４１を備えている。タービンハウジング４２の外周部に設けられる開口部には、エキゾーストマニホールド８が接続され、同タービンハウジング４２の中心部に設けられる開口部には、排気通路２６が接続される。また、コンプレッサハウジング４１の中心部に設けられる開口部には、エアクリーナ（図示略）側の吸気通路３が接続され、同コンプレッサハウジング４１の外周部に設けられる開口部には、燃焼室側の吸気通路３が接続される。
【００３５】
タービンハウジング４２内には、エキゾーストマニホールド８から送り込まれる排気によって回転するタービンホイール４５が備えられている。また、コンプレッサハウジング４１内には、吸気通路３内の空気を強制的に燃焼室へ送り込むコンプレッサホイール４４が備えられている。これらタービンホイール４５とコンプレッサホイール４４とは、ロータシャフト４３を介して一体回転可能に連結されている。そして、タービンホイール４５に排気が吹き付けられて同タービンホイール４５が回転すると、その回転はロータシャフト４３を介してコンプレッサホイール４４に伝達される。こうしてコンプレッサホイール４４が回転することにより、吸気通路３内の空気が強制的に燃焼室に送り込まれるようになる。
【００３６】
更に、上記ターボチャージャ１１には、タービンホイール４５に吹き付けられる排気が通過する排気流路４９が設けられており、同排気流路４９はタービンホイール４５の外周を囲うようにその回転方向に沿って形成される。従って、排気流路４９を通過した排気は、タービンホイール４５の外周から回転中心側に向かって吹き付けられることになる。このような排気流路４９には、タービンホイール４５に吹き付けられる排気の流速を調整するための複数のノズルベーン５３が設けられている。これらノズルベーン５３は、タービンホイール４５の軸線を中心として等角度毎に位置し、前記排気流路４９の壁面とともに可変ノズル部５４を形成している。そして、前記複数のノズルベーン５３は互いに同期した状態で駆動源である電動式モータ３０により駆動される。
【００３７】
タービンホイール４５に吹き付けられる排気の流速は、上記ノズルベーン５３を開閉して前記可変ノズル部５４の通路断面積を変化させることによって調整される。こうしてノズルベーン５３を駆動して上記排気の流速調整を行うことにより、タービンホイール４５の回転速度が調整され、ひいては燃焼室に強制的に送り込まれる空気の量が調整される。こうした燃焼室への吸入空気量の調整を行うことにより内燃機関の出力向上等が図られるようになる。なお、前記電動式モータ３０は、例えばステッピングモータやサーボモータ等であって、ＥＣＵ２５から出力される制御信号に基づいて前記ノズルベーン５３の開度を制御する。
【００３８】
また、ＥＣＵ２５と電動式モータ３０との間には電流検出器３１が設けられている。この電流検出器３１は、電動式モータ３０の駆動負荷、すなわち電動式モータ３０に流れる電流値Ｉｍを検出して、その値をＥＣＵ２５に出力する。
【００３９】
その他、コンプレッサハウジング４１とスロットル弁１６との間の吸気通路３には、前記ターボチャージャ１１の過給により温度が上昇する吸入空気の温度を低下させるためのインタークーラ１８が備えられている。
【００４０】
また、前記エキゾーストマニホールド８には、低温燃焼が実行されるときに燃料を触媒１２の排気上流側に供給するための燃料添加手段を構成する噴射ノズル５が取り付けられている。この噴射ノズル５とサプライポンプ１０とは燃料供給管２７によって接続されており、軽油が供給されるようになっている。なお、この噴射ノズル５はＥＣＵ２５によってその噴射量及び噴射時期等が制御される。そして、噴射ノズル５から供給される軽油は排気とともに触媒１２に到達し、同触媒１２上で燃焼する。こうして、排気温度が低くなる低温燃焼時であっても触媒１２の温度を上昇させてその排気浄化作用を維持することができるようにしている。なお、この噴射ノズル５は、ＥＧＲ通路１３よりも排気下流側に設けられることにより、同噴射ノズル５から排気系に燃料が供給されてもその燃料が吸気通路３内に導入されないようになっている。また、同噴射ノズル５は、ターボチャージャ１１よりも上流側に設けられており、高温の排気に燃料を添加することができるようになっている。このため、同噴射ノズル５から排気系に供給される燃料の温度を好適に上昇させることができ、ひいては触媒１２の温度についてもこれを好適に上昇させることができるようになっている。
【００４１】
なお、本実施の形態にかかる内燃機関１では、前述した低温燃焼が行われるようになっている。この低温燃焼は、ＥＧＲ弁１５の開度を大きくして多量のＥＧＲガスを燃焼室に導入して、同燃焼室内の燃焼温度を低下させることで行われ、これによりすすの前駆物質であるＨＣをすすまで成長させないようにしている。
【００４２】
ところで、内燃機関１がこうした低温燃焼を行うときには、燃焼室から多量のＨＣが排出される。この排出されたＨＣは、ターボチャージャ１１の可変ノズル部５４に付着すると排気熱によってデポジットとなり、ノズルベーン５３の駆動不良を引き起こすおそれがある。そこで本実施の形態では、以下の態様をもって、このような不具合を抑制するようにしている。
【００４３】
図３は、ＥＣＵ２５から出力される制御信号によって電動式モータ３０が駆動される場合において、その駆動開始から終了までの間に電流検出器３１によって検出される電流値Ｉｍの変化態様を示す図である。この図３に実線で示す電流値変化は、ターボチャージャ１１の可変ノズル部５４にデポジットの堆積がないときの電流値Ｉｍの変化態様を例示している。また、同図３に破線で示す電流値変化は、ターボチャージャ１１の可変ノズル部５４にデポジットの堆積があるときの電流値Ｉｍの変化態様を例示している。デポジットは粘度の高い液状物質であるため、これが可変ノズル部５４に堆積するとノズルベーン５３の開閉動作が阻害される。すなわち、可変ノズル部５４にデポジットが堆積するにつれて、ノズルベーン５３の駆動抵抗が増大するようになる。従って、このときには図３に破線で示すように、電動式モータ３０の駆動負荷を表す電流値Ｉｍについて、駆動開始時の立ち上がり電流値、及びその後の電流値も高くなる傾向にある。すなわち過電流が流れる傾向にある。そのため、可変ノズル部５４にデポジットの堆積があるときは、可変ノズル部５４にデポジットの堆積がないときと比較して、所定値α以上の過電流が検出される時間ＩＴは長くなる。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、こうした可変ノズル部５４に堆積したデポジットに起因して変化する電動式モータ３０の電流値に着目している。そして、推定手段によりターボチャージャ１１の可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であると推定されるときには、制御手段により機関運転状態を変更して堆積したデポジットを焼却させ、デポジットの堆積に起因するノズルベーン５３の駆動不良を抑制するようにしている。
【００４５】
以下、こうしたデポジット量の推定及びデポジットの焼却にかかる処理手順について、図４〜図６を併せ参照して説明する。
図４は、後述するデポジット量の推定及びデポジットの焼却処理に使用する低温燃焼フラグＦＬの設定手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は、ＥＣＵ２５によって所定時間毎の割り込みで実行される。
【００４６】
この設定に際しては、まず、アクセル開度センサ２４により検出されるアクセル開度ＡＣＣＰとクランク角センサ２３により検出される機関回転速度ＮＥとがＥＣＵ２５に読み込まれる（ステップＳ１１０）。
【００４７】
次に、図５に例示するマップを参照し、読み込まれたアクセル開度ＡＣＣＰと機関回転速度ＮＥとに基づいて、現在の機関運転状態が低温燃焼を行うことのできる領域の運転状態であるか否かが判定される（ステップＳ１２０）。このマップはＥＣＵ２５のＲＯＭ内に記憶されており、アクセル開度や機関回転速度が大きい運転状態では通常燃焼を行い、アクセル開度や機関回転速度が小さい運転状態では低温燃焼を行うように設定されている。
【００４８】
このステップＳ１２０において、現在の運転状態が低温燃焼実行領域の運転状態であると判定されると（ステップＳ１２０でＹＥＳ）、ＥＣＵ２５は低温燃焼フラグＦＬを「１」に設定した後（ステップＳ１３０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。ここで、低温燃焼フラグＦＬが「１」に設定されているときには、ＥＣＵ２５は、多量のＥＧＲガスが燃焼室内に導入されるようにＥＧＲ弁１５の開度を制御して、低温燃焼を実施させる。
【００４９】
一方、ステップＳ１２０において、現在の運転状態が通常燃焼実行領域の運転状態であると判定される、すなわち低温燃焼実行領域の運転状態ではないと判定されると（ステップＳ１２０でＮＯ）、ＥＣＵ２５は低温燃焼フラグＦＬを「０」に設定した後（ステップＳ１４０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。ここで、低温燃焼フラグＦＬが「０」に設定されているときには、低温燃焼を実施せず、通常燃焼を行うように、ＥＧＲ弁１５の開度制御が行われる。
【００５０】
次に、図６のフローチャートに示す処理手順により、可変ノズル部５４に堆積したデポジット量の推定及びデポジットの焼却が行われる。このフローチャートに示される一連の処理は、ＥＣＵ２５によって所定時間毎の割り込み処理で実行される。
【００５１】
この処理に際しては、まず、先の図４に示した一連の処理によって設定される低温燃焼フラグＦＬの値がＥＣＵ２５に読み込まれ、この低温燃焼フラグＦＬの値が「１」であるか否かが判定される（ステップＳ２１０）。
【００５２】
そして、読み込まれた低温燃焼フラグＦＬが「１」ではない場合には（ステップＳ２１０でＮＯ）、一旦、本処理を終了する。
一方、読み込まれた低温燃焼フラグＦＬが「１」である場合には（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、電流検出器３１により検出される電流値Ｉｍが上記割り込み周期に対応してサンプリングされる（ステップＳ２２０）。
【００５３】
次に、前記サンプリングされた電流値Ｉｍが所定値α以上の過電流となっていた時間ＩＴを算出し、この算出される過電流時間ＩＴが所定時間β以上であるか否かが判定される（ステップＳ２３０）。なお、この所定値α及び所定時間βは、可変ノズル部５４にデポジットが堆積し、ノズルベーン５３の駆動不良が生じることを判定することのできる値であって、予め実験等により求められている値である。なお、ノズルベーン５３の駆動量が少ない場合には同ノズルベーン５３の駆動時間も短くなり、過電流時間ＩＴも短くなる。従って、ノズルベーン５３の駆動量、或いは駆動時間に基づいて所定時間βを可変設定するようにしてもよい。このようにすることで、ステップＳ２３０における判定精度をより向上させることができるようになる。
【００５４】
この算出される過電流時間ＩＴが所定時間βに満たない場合には（ステップＳ２３０でＮＯ）、一旦本処理を終了する。
一方、算出される過電流時間ＩＴが所定時間β以上である場合には（ステップＳ２３０でＹＥＳ）、可変ノズル部５４にデポジットが堆積しており、ノズルベーン５３の駆動不良が生じるおそれがあるとして、焼き切り運転が所定時間実行される。この焼き切り運転は、いわゆる通常燃焼（通常運転）であって、ＥＧＲ弁１５の開度を低温燃焼用の高開度から通常燃焼用の低開度に変更し、燃焼室に導入されるＥＧＲ量を減少させることによって行われる。この場合には、燃焼室内のＥＧＲ量が減少することによって燃焼温度が上昇し、高温の排気が排出されるようになる。そして、この高温の排気により可変ノズル部５４に堆積したデポジットが焼却される。また、この焼き切り運転が行われる所定時間とは、可変ノズル部５４に堆積したデポジットを焼却し得る程度の時間であって、予め実験などにより求められている値である。
【００５５】
以後、図４及び図６に示す処理手順が繰り返し実行される。
以上説明したように、本実施の形態における過給機付き内燃機関によれば、次のような効果が得られるようになる。
【００５６】
（１）ターボチャージャ１１の可変ノズル部５４にデポジットが堆積しやすい低温燃焼時には、電動式モータ３０の駆動負荷を表す電流値Ｉｍが所定値α以上の過電流となっていた時間ＩＴに基づき、可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であるか否かを推定するようにしている。この過電流時間ＩＴは、電流検出器３１及びＥＣＵ２５により算出することができる。そのため、ターボチャージャ１１の可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であることを的確に推定することができるようになる。
【００５７】
（２）可変ノズル部５４に堆積したデポジットの量が所定量以上であると推定されるときには、内燃機関１の運転を低温燃焼による運転から焼き切り運転に変更するようにしている。この焼き切り運転では排気温度が上昇するため、可変ノズル部５４に堆積したデポジットは焼却され、その堆積量は減少するようになる。このため、デポジットの堆積に起因するノズルベーンの駆動不良を抑制することができるようになる。
【００５８】
（３）焼き切り運転の実行時間は、可変ノズル部５４に堆積したデポジットを焼却し得る程度の時間が設定される。このため、必要以上に長い時間の間、低温燃焼が中断されることはなく、もって、排気エミッションの悪化を必要最小限に抑えることができるようになる。
【００５９】
（４）低温燃焼時には、排気温度の高いターボチャージャ１１の上流に軽油を添加するようにしている。このため、排気温度が低く、触媒１２の活性が低下しやすい低温燃焼時であっても、触媒１２の温度を上昇させることができ、触媒１２の排気浄化作用を好適に得ることができるようになる。ここで、前記添加される軽油はターボチャージャ１１の可変ノズル部５４に付着し、デポジットになるおそれがある。しかしながら、本実施の形態では、可変ノズル部５４に堆積したデポジットの量が所定量以上であると推定されるときには、内燃機関１の排気温度が昇温されるため、可変ノズル部５４に堆積したデポジットの量は減少するようになる。このため、上記の燃料添加が行われるときであってもデポジットの堆積に起因するノズルベーン５３の駆動不良を抑制することができるようになる。
【００６０】
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる過給機付き内燃機関の第２の実施形態について説明する。
【００６１】
前記第１の実施形態における推定手段では、電動式モータ３０の駆動負荷を表す電流値Ｉｍが所定値α以上の過電流となっていた時間ＩＴに基づき、可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であるか否かを推定するようにしていた。
【００６２】
これに対し、本実施の形態における推定手段では、タービンホイール４５の上流と下流との圧力差に基づき、可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であるか否かを推定するようにしている点のみが前記第１の実施形態と異なっている。
【００６３】
すなわち、可変ノズル部５４に堆積したデポジットは同可変ノズル部５４で凸部となるため排気抵抗になる。このため、可変ノズル部５４にデポジットが堆積すると、排気通路におけるタービンホイール４５の上流の圧力は高くなる。ここで、タービンホイール４５の上流の圧力は、触媒１２やその下流に設けられる消音器（図示略）等の目詰まりによっても高くなる。そこで、本実施の形態では、排気通路におけるタービンホイール４５の上流と下流との圧力差を検出することで、可変ノズル部５４へのデポジットの堆積に起因する排気圧の変化を検出するようにしている。そして、前記可変ノズル部５４にデポジットが堆積すると前記差圧が大きくなるため、この差圧に基づいて可変ノズル部５４に堆積したデポジット量が所定量以上であるか否かを推定することができる。
【００６４】
以下、こうした第２の実施形態について図７〜図９を併せ参照し、第１の実施形態との違いを中心に説明する。
図７は、本実施の形態にかかる過給機付き内燃機関、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図である。なお、先の図１に示した部材と同一の部材には、同一の符号を付している。
【００６５】
本実施の形態では、先の図１に示した電流検出器３１を省略している。また、排気通路においてタービンホイール４５の上流に連通する通路３４、タービンホイール４５の下流に連通する通路３５、及び差圧センサ３３を備えている。そして、ターボチャージャ１１のノズルベーン５３を駆動するアクチュエータとして空気式アクチュエータ３２を備えている。
【００６６】
差圧センサ３３は、第１圧力ポートと第２圧力ポートとを備えており、それぞれの圧力ポートに入力される圧力間の差圧に応じた出力が得られるセンサである。また、差圧センサ３３の出力はＥＣＵ２５に入力される。
【００６７】
そして、通路３４の一方端は、ターボチャージャ１１近傍のエキゾーストマニホールド８に接続され、他端は差圧センサ３３の第１圧力ポートに接続されている。
【００６８】
また、通路３５の一方端は、ターボチャージャ１１と触媒１２との間を接続する排気通路２６に接続され、他端は差圧センサ３３の第２圧力ポートに接続されている。
【００６９】
こうして、タービンホイール４５の上流と下流との圧力差である差圧ΔＰが検出される。
図８は、空気式アクチュエータ３２の概略構造を示す図である。同図に示されるように、空気式アクチュエータ３２の内部は、ダイヤフラム８８によって負圧室３２ａと大気室３２ｂとに区画されている。この負圧室３２ａには負圧通路８９が接続されている。また、大気室３２ｂの内部は、空気式アクチュエータ３２の外部と連通して大気圧となっている。一方、負圧室３２ａ内には、ダイヤフラム８８と直交する方向に伸縮するコイルスプリング８８ａが設けられている。ダイヤフラム８８には、コイルスプリング８８ａの伸縮方向へ延びて空気式アクチュエータ３２の外部に突出するロッド８８ｂが設けられている。このロッド８８ｂは、前記ノズルベーン５３を開閉動作させるための駆動機構に連結されている。
【００７０】
また、空気式アクチュエータ３２の負圧室３２ａに接続された負圧通路８９は、内燃機関１のクランクシャフト（図示略）に連結されたバキュームポンプ９１に接続されている。また、負圧通路８９の途中にはエレクトリック・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶＲＶ）９０が設けられている。そして、クランクシャフトの回転により駆動される上記バキュームポンプ９１は、ＥＶＲＶ９０との間に位置する負圧通路８９内の負圧（大気圧よりも低い圧力）が一定値となるように同負圧通路８９内の空気を吸引する。
【００７１】
一方、上記ＥＶＲＶ９０は、電磁ソレノイド（図示略）を備えている。同電磁ソレノイドの消磁状態においては、ＥＶＲＶ９０は負圧室３２ａと空気式アクチュエータ３２の外部とが連通する状態に保持される。この状態にあっては、空気式アクチュエータ３２のロッド８８ｂは、コイルスプリング８８ａの付勢力により最も突出した状態に保持され、ターボチャージャ１１のノズルベーン５３は例えば全閉とされるようになる。
【００７２】
また、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドの励磁状態においては、ＥＶＲＶ９０は負圧室３２ａとバキュームポンプ９１とを連通する状態に保持される。この状態にあっては、負圧室３２ａ内の空気がバキュームポンプ９１へ向けて吸引されることで、ダイヤフラム８８がコイルスプリング８８ａの付勢力に抗して変位する。こうしたダイヤフラム８８の変位により、ロッド８８ｂは空気式アクチュエータ３２に対して最も没入した状態に保持され、ターボチャージャ１１のノズルベーン５３は例えば全開とされるようになる。
【００７３】
更に、電磁ソレノイドへの印加電圧をＥＣＵ２５によりデューティ制御した場合には、負圧室３２ａからバキュームポンプ９１へ向けて吸引される空気の量を調節すべくＥＶＲＶ９０の開度が調節される。このＥＶＲＶ９０の開度調節により、空気式アクチュエータ３２におけるロッド８８ｂの突出位置が適宜に変更され、ターボチャージャ１１におけるノズルベーン５３の開度が連続的あるいは段階的に調整される。
【００７４】
次に、可変ノズル部５４に堆積したデポジット量の推定、及びデポジットの焼却にかかる処理手順について、図９を併せ参照して説明する。
図９は、前記デポジット量の推定、及び同デポジットの焼却にかかる処理手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は、ＥＣＵ２５によって所定時間毎の割り込み処理で実行される。
【００７５】
この処理に際しては、まず、低温燃焼フラグＦＬの値がＥＣＵ２５に読み込まれ、この低温燃焼フラグＦＬの値が「１」であるか否かが判定される（ステップＳ３１０）。なお、この低温燃焼フラグＦＬの設定にかかる処理は、前記第１の実施形態において図４に示した処理と同様である。
【００７６】
そして、読み込まれた低温燃焼フラグＦＬが「１」ではない場合には（ステップＳ３１０でＮＯ）、本処理を終了する。
一方、読み込まれた低温燃焼フラグＦＬが「１」である場合には（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、差圧センサ３３により検出される差圧ΔＰを読み込む（ステップＳ３２０）。
【００７７】
次に、読み込まれた差圧ΔＰが所定値Ｐａ以上であるか否かが判定される（ステップＳ３３０）。なお、この所定値Ｐａは、可変ノズル部５４にデポジットが堆積し、ノズルベーン５３の駆動不良が生じることを判定することのできる値であって、予め実験などにより求められている値である。また、差圧ΔＰは機関運転状態によって変化するため、所定値Ｐａは機関回転速度やノズルベーン５３の開度など、差圧ΔＰに影響を与える機関パラメータに基づいて可変設定される値である。
【００７８】
この差圧ΔＰが所定値Ｐａに満たない場合には（ステップＳ３３０でＮＯ）、本処理を終了する。
一方、差圧ΔＰが所定値Ｐａ以上である場合には（ステップＳ３３０でＹＥＳ）、可変ノズル部５４にデポジットが堆積しており、ノズルベーン５３に駆動不良が生じるおそれがあるとして、焼き切り運転が所定時間実行される。この焼き切り運転は前述のように、いわゆる通常燃焼（通常運転）であって、ＥＧＲ弁１５の開度を低温燃焼用の高開度から通常燃焼用の低開度に変更して、燃焼室に導入されるＥＧＲ量を減少させることによって行われる。この場合には、燃焼室内のＥＧＲ量が減少することによって燃焼温度が上昇し、高温の排気が排出されるようになる。そして、この高温の排気により前記可変ノズル部５４に堆積したデポジットが焼却される。また、この焼き切り運転が行われる所定時間とは、可変ノズル部５４に堆積したデポジットを焼却し得る程度の時間であって、予め実験などにより求められている値である。
【００７９】
以後、前記第１の実施形態における図４、及び本実施の形態における図９に示す処理手順が繰り返し実行される。
以上説明したように、本実施の形態にかかる過給機付き内燃機関によっても、前記第１の実施形態に準ずる効果が得られるようになる。
【００８０】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよく、その場合でもそれら各実施形態に準じた作用及び効果を得ることができる。
【００８１】
・上記第１の実施形態において、図６のフローチャートに示した一連の処理は、ＥＣＵ２５によって所定時間毎の割り込み処理で実行されるようにしていた。しかしながら、ノズルベーン５３の駆動要求、換言すれば電動式モータ３０の駆動要求がなされる期間に限って実行されるようにしてもよい。
【００８２】
・上記第２の実施形態では、空気式アクチュエータ３２によってノズルベーン５３を開閉するようにしていた。しかしながら、第１の実施形態と同様、ステッピングモータやサーボモータ等の電動式モータでこのノズルベーン５３を開閉するようにしてもよい。この場合にも上記第２の実施形態に準じた効果が得られる。
【００８３】
・上記第２の実施形態では、差圧センサ３３によってタービンホイール４５の上流と下流との圧力差である差圧ΔＰを検出するようにしていた。これに対して、ターボチャージャ１１近傍のエキゾーストマニホールド８、及びターボチャージャ１１と触媒１２との間を接続する排気通路２６にそれぞれ圧力センサを設け、これら圧力センサの出力から差圧ΔＰを算出するようにしてもよい。この場合にも上記第２の実施形態に準じた効果が得られる。
【００８４】
・上記各実施形態では、噴射ノズル５から内燃機関１自体の燃料である軽油を噴射して排気中に同軽油を添加するようにしていた。しかしながら、この添加される液状物質は、触媒１２の温度を昇温させることができるものであればどのようなものでもよい。この場合にも上記各実施形態に準じた効果が得られる。
【００８５】
・上記各実施形態では、内燃機関１が低温燃焼運転時であることを条件に可変ノズル部５４へのデポジットの堆積量を推定することしたが、この推定時期は必ずしもこの低温燃焼運転時である必要はない。すなわち、該低温燃焼運転時も含めて、一般に排気温度がそれほど高くならない低負荷運転時に、こうしたデポジットの堆積量の推定を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかる過給機付き内燃機関、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図。
【図２】上記過給機（ターボチャージャ）の断面構造を示す断面図。
【図３】ノズルベーンの駆動源である電動式モータの電流特性を示すグラフ。
【図４】低温燃焼フラグを設定する手順を示すフローチャート。
【図５】低温燃焼フラグを設定するためのマップ例を示すグラフ。
【図６】同第１の実施形態でのデポジット量の推定及びデポジットの焼却にかかる処理手順を示すフローチャート。
【図７】第２の実施形態にかかる過給機付き内燃機関、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図。
【図８】ノズルベーンの駆動源である空気式アクチュエータの概略構造を示す図
【図９】同第２の実施形態でのデポジット量の推定及びデポジットの焼却にかかる処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…噴射ノズル、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホールド、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１２…触媒、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…スロットル弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…スロットル開度センサ、２２…気筒判別センサ、２３…クランク角センサ、２４…アクセル開度センサ、２５…制御装置（ＥＣＵ）、２６…排気通路、２７…燃料供給管、２８…排気再循環装置（ＥＧＲ装置）、２９…排気温度センサ、３０…電動式モータ、３１…電流検出器、３２…空気式アクチュエータ、３２ａ…負圧室、３２ｂ…大気室、３３…差圧センサ、３４、３５…通路、４０…センタハウジング、４１…コンプレッサハウジング、４２…タービンハウジング、４３…ロータシャフト、４４…コンプレッサホイール、４５…タービンホイール、４９…排気流路、５３…ノズルベーン、５４…可変ノズル部、８８…ダイヤフラム、８８ａ…コイルスプリング、８８ｂ…ロッド、８９…負圧通路、９０…エレクトリック・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶＲＶ）、９１…バキュームポンプ、＃１…第１気筒、＃２…第２気筒、＃３…第３気筒、＃４…第４気筒。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine with a supercharger.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an internal combustion engine, particularly a diesel engine, a countermeasure for reducing soot contained in exhaust gas has been desired. In order to meet this demand, for example, an internal combustion engine described in JP-A-2001-152832 is known.
[0003]
In this internal combustion engine, the soot generation is suppressed by so-called low temperature combustion. That is, the generation of soot is suppressed by introducing a large amount of EGR gas into the combustion chamber by a known exhaust gas recirculation device (EGR device) to lower the combustion temperature. Incidentally, HC (hydrocarbon) derived from fuel in the combustion chamber is known to undergo soot through various chemical reactions, but a certain temperature is required for this chemical reaction to proceed. Conversely, soot is not generated unless this temperature is ensured. Therefore, in the internal combustion engine described in the above publication, soot production is suppressed by introducing a large amount of EGR gas into the combustion chamber so that the combustion temperature is lower than the soot production temperature.
[0004]
In general, there is a limit to the total amount of intake gas that can be taken into the cylinders of an internal combustion engine. Therefore, when the engine load increases and the fuel injection amount increases, the air amount needs to be increased in order to completely burn this fuel, and the EGR gas amount must be reduced. For this reason, the low temperature combustion can be performed only in a region where the engine load is low.
[0005]
On the other hand, in order to expand the operating range in which this low-temperature combustion can be performed, a method of increasing the total amount of intake gas that can be taken into the cylinders of the internal combustion engine is effective. Therefore, the internal combustion engine described in the above publication is designed to increase the total intake gas amount by providing a so-called turbocharger (supercharger) that supercharges intake air using exhaust pressure. .
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, in an internal combustion engine that performs low-temperature combustion, by providing a turbocharger, it becomes possible to expand the operating range in which low-temperature combustion can be performed. The turbocharger described in the above publication is not particularly provided with a mechanism for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing into the turbine, in other words, the turbine capacity. Usually, a mechanism capable of adjusting such a turbine capacity is provided. By providing, the applicable range of the turbocharger for various operations of the internal combustion engine is further expanded. As a mechanism capable of adjusting the turbine capacity, a movable nozzle vane is provided in the exhaust passage of the turbocharger, and the passage sectional area of the nozzle portion formed by the nozzle vane and the wall surface in the exhaust passage is determined. A so-called variable nozzle vane type that adjusts the exhaust gas flow rate by changing it is generally well known.
[0007]
However, when the internal combustion engine in which the low temperature combustion is performed is provided with such a variable nozzle vane type turbocharger, the following problems may newly arise.
[0008]
That is, in the low-temperature combustion described above, a large amount of HC that did not grow until soot is discharged to the exhaust passage. A part of the discharged HC comes to adhere to the nozzle part. Most of the HC adhering to the nozzle portion is incinerated by high-temperature exhaust if it is in an operation state by normal combustion. However, in an operation state by low temperature combustion with a low exhaust temperature, the HC adhering to the nozzle portion in this way often remains as it is without being incinerated. Moreover, since the exhaust gas at this time is a combustion gas even though the temperature is low, it has a certain temperature. For this reason, the HC adhering to the nozzle portion is altered by the exhaust heat, and usually becomes a liquid material having a high viscosity (hereinafter referred to as deposit). The deposited and accumulated deposits act as a resistance that hinders the driving of the nozzle vane, and as a result, causes a defective driving of the nozzle vane.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is an internal combustion engine including a variable nozzle vane supercharger, which suitably suppresses nozzle vane drive failure without depending on its operating state. It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine with a supercharger capable of performing the above.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The means for achieving the above object and the effects thereof will be described below.
  The invention according to claim 1 is a supercharger for supercharging intake air through a variable nozzle vane turbine provided in an exhaust passage.And an exhaust gas recirculation device that recirculates the exhaust gas discharged to the exhaust gas passage to the intake air passage, and increases the amount of exhaust gas recirculated by the exhaust gas recirculation device more than the normal operation and the engine operation state. In the internal combustion engine with a supercharger that can be switched to a low-temperature combustion operation in which combustion is performed in a hot state,Based on estimation means for estimating the amount of deposit deposited on the variable nozzle portion of the turbine, and the estimated amount of deposit reaching a predetermined amountEngine luckRoll stateFrom the low-temperature combustion operationThe gist is to include a control means for switching to normal operation.
[0011]
During a low-temperature combustion operation in which combustion is performed with the exhaust gas recirculation amount increased by the exhaust gas recirculation device, a large amount of HC that has not grown until soot is discharged into the exhaust passage and the exhaust temperature is lowered. For this reason, during low-temperature combustion operation, deposits tend to accumulate on the variable nozzle portion of the turbine, and nozzle vane drive failure tends to occur.
In this regard, in the configuration according to claim 1 described above, during low-temperature combustion operation in which defective driving of the nozzle vane is likely to occur,When it is estimated that the amount of deposits deposited on the variable nozzle part of the turbine has reached a predetermined amount,organDriving stateFrom low-temperature combustion operationSwitching to normal operation increases the exhaust temperature. As the exhaust gas temperature rises, the deposit deposited on the variable nozzle portion of the turbine is incinerated, and the amount thereof is reduced. For this reason, defective driving of nozzle vanes due to deposit accumulationEven during the low temperature combustion operation in which this is likely to occur, this drive failure can be suppressed.
[0015]
  Claim2The invention described in claim1The supercharger-equipped internal combustion engine according to claim 1, further comprising fuel addition means for adding fuel upstream of the turbine in the exhaust passage during the low-temperature combustion operation.
[0016]
In general, during low-temperature combustion, the activity of the exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage is also reduced due to the exhaust temperature being lowered. Therefore, there is a case where the temperature of the catalyst is raised by adding fuel to the upstream side of the catalyst and burning the fuel on the catalyst. However, in the internal combustion engine with a supercharger, the following problems may occur with the addition of fuel.
[0017]
That is, the added fuel can contribute to the temperature rise of the catalyst only when it is in the exhaust gas having a temperature at which the combustion is possible. On the other hand, the exhaust gas that has passed through the turbocharger consumes its thermal energy by rotating the turbine. Further, since the amount of heat is also absorbed by the constituent members of the turbocharger, the temperature of the exhaust gas that has passed through the turbocharger is lowered. Therefore, it is necessary to add the fuel not to the downstream side of the turbocharger but to the upstream side. However, in this case, the added fuel adheres to the nozzle portion, and the above-described deposit accumulation is promoted.
[0018]
  In this regard, the above claims2In the configuration described in (4), it is possible to suppress nozzle vane drive failure due to deposit accumulation while suppressing catalyst activity decrease. That is, by adding fuel upstream of the turbine in the exhaust passage, this fuel is preferably combusted on the catalyst, and the temperature of the catalyst can be increased. Even if this added fuel adheres to the variable nozzle part of the turbine, if it is estimated that the amount of deposit deposited on the variable nozzle part has reached a predetermined amount, the operating state is changed to normal operation. The exhaust temperature is raised by switching to. As the exhaust gas temperature rises, the deposit deposited on the variable nozzle portion of the turbine is incinerated, and the amount thereof is reduced. For this reason, even when the above-described fuel addition is performed, it is possible to suppress nozzle vane drive failure due to deposit accumulation.
[0019]
  Claim3The invention described in claim1 or 2In the internal combustion engine with a supercharger according to claim 1, the variable nozzle vane is an electric vane having a motor as a drive source, and the estimation means detects an overcurrent flowing through the motor, and based on the detected overcurrent. The gist is to estimate the amount of the deposit.
[0020]
  Since the deposit deposited on the variable nozzle portion has a high viscosity, the deposited deposit acts as a resistance that prevents the nozzle vane from being driven. For this reason, when the variable nozzle vane is an electric vane using a motor as a drive source, if the amount of deposit deposited on the nozzle portion increases, the current flowing through the motor tends to become an overcurrent. Claims focusing on the relationship between the amount of deposit deposited on the variable nozzle portion and the overcurrent3According to the configuration described in (1), it is possible to accurately estimate the amount of deposit deposited on the variable nozzle portion.
[0021]
  Claim4The invention described in claim1 or 2The supercharger-equipped internal combustion engine according to claim 1, further comprising a differential pressure sensor that detects a pressure difference between the upstream and downstream sides of the turbine in the exhaust passage, and the estimation means includes the deposit based on the detected pressure difference. The gist is to estimate the amount.
[0022]
  The deposit deposited on the variable nozzle portion of the turbine becomes a convex portion at the nozzle portion, and thus becomes an exhaust resistance. For this reason, when deposit accumulates in a variable nozzle part, the pressure upstream of the turbine in an exhaust passage will become high, and the pressure difference with the pressure downstream of the turbine will become large. Claims focusing on an increase in the pressure difference caused by deposits accumulated in the variable nozzle portion4According to the configuration described in (1), it is possible to accurately estimate the amount of deposit deposited on the variable nozzle portion.
[0023]
  Claim5The invention described in claim 14In the internal combustion engine with a supercharger according to any one of the above, when the estimated amount of deposit reaches a predetermined amount, the control means operates the engine for a predetermined time during which the deposit can be incinerated. The gist is to switch the state to the normal operation.
[0024]
According to this configuration, the switching to the normal operation by the control means is changed for a predetermined time during which the deposit attached to the variable nozzle portion can be incinerated. For this reason, the low-temperature combustion is not interrupted for a longer time than necessary, so that the deterioration of exhaust emission can be minimized.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which an internal combustion engine with a supercharger according to the present invention is embodied in a common rail type four-cylinder diesel engine mounted on an automobile will be described in detail with reference to FIGS.
[0026]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine with a supercharger according to the present embodiment and the peripheral configuration thereof.
The internal combustion engine 1 is provided with a plurality of cylinders # 1 to # 4. Fuel injection valves 4 a to 4 d are attached to the cylinder head 2 for each cylinder. These fuel injection valves 4a to 4d inject fuel into the cylinders of the cylinders # 1 to # 4. Further, in the cylinder head 2, an intake port (not shown) for introducing outside air into the cylinder and exhaust ports 6a to 6d for discharging combustion gas to the outside of the cylinder correspond to the cylinders # 1 to # 4. Is provided.
[0027]
The fuel injection valves 4a to 4d are connected to a common rail 9 that accumulates high-pressure fuel. The common rail 9 is connected to the supply pump 10. The supply pump 10 sucks fuel in a fuel tank (not shown) and supplies high-pressure fuel to the common rail 9. The high-pressure fuel supplied to the common rail 9 is injected into the cylinder from the fuel injection valves 4a to 4d when the fuel injection valves 4a to 4d are opened.
[0028]
An intake manifold 7 is connected to an intake port (not shown). The intake manifold 7 is connected to the intake passage 3. A throttle valve 16 for adjusting the intake air amount is provided in the intake passage 3.
[0029]
An exhaust manifold 8 is connected to the exhaust ports 6a to 6d. The exhaust manifold 8 is connected to an exhaust passage 26 via a turbocharger 11 described later. In the middle of the exhaust passage 26, a catalyst 12 is installed for purifying the harmful components in the exhaust by oxidation and reduction.
[0030]
Various sensors for detecting the engine operating state are attached to the internal combustion engine 1. For example, the air flow meter 19 detects the amount of intake air in the intake passage 3. The throttle opening sensor 20 detects the opening of the throttle valve 16. The exhaust temperature sensor 29 detects the exhaust temperature downstream of the catalyst 12. The cylinder discrimination sensor 22 detects the compression top dead center of the specific cylinder. The crank angle sensor 23 detects the rotation angle of a crankshaft (not shown). Further, the crankshaft angle of an arbitrary cylinder is detected from the output values of the cylinder discrimination sensor 22 and the crank angle sensor 23. The accelerator opening sensor 24 detects the opening of an accelerator pedal (not shown).
[0031]
Outputs of these various sensors are input to a control device (hereinafter referred to as ECU) 25. The ECU 25 includes a central processing control device (CPU), a read only memory (ROM) that stores various programs and maps in advance, a random access memory (RAM) that temporarily stores CPU calculation results, an input interface, an output interface, and the like. It is comprised centering on the microcomputer provided with. The ECU 25 controls, for example, the fuel injection amount and fuel injection timing of the fuel injection valves 4a to 4d, the discharge pressure of the supply pump 10, the driving amount of the actuator 17 that opens and closes the throttle valve 16, and various controls of the internal combustion engine 1. Is called.
[0032]
In addition, the internal combustion engine 1 is provided with an EGR device 28. The EGR device 28 is a device that reduces the amount of NOx and soot generated by lowering the combustion temperature in the cylinder by introducing part of the exhaust gas into the intake air. The EGR device 28 includes an EGR passage 13 that connects the intake passage 3 and the exhaust manifold 8, an EGR valve 15 that is provided in the EGR passage 13, and an EGR cooler 14. The opening degree of the EGR valve 15 is adjusted by the ECU 25, and as a result, the amount of exhaust gas (EGR amount) introduced from the exhaust manifold 8 into the intake passage 3 is adjusted. The EGR cooler 14 reduces the temperature of the exhaust gas flowing in the EGR passage 13.
[0033]
Further, the internal combustion engine 1 is provided with a variable nozzle vane type turbocharger (supercharger) 11 that supercharges intake air introduced into the cylinder using exhaust pressure. The structure and operation mode of the turbocharger 11 are roughly as follows.
[0034]
FIG. 2 shows a section of the turbocharger 11 in the axial direction of the rotor shaft 43. The turbocharger 11 includes a center housing 40, a turbine housing 42, and a compressor housing 41. The exhaust manifold 8 is connected to the opening provided in the outer peripheral portion of the turbine housing 42, and the exhaust passage 26 is connected to the opening provided in the center of the turbine housing 42. An air cleaner (not shown) side intake passage 3 is connected to an opening provided in the center of the compressor housing 41, and a combustion chamber side intake air is connected to an opening provided in the outer periphery of the compressor housing 41. The passage 3 is connected.
[0035]
In the turbine housing 42, a turbine wheel 45 that rotates by exhaust gas fed from the exhaust manifold 8 is provided. In the compressor housing 41, a compressor wheel 44 for forcibly sending the air in the intake passage 3 to the combustion chamber is provided. The turbine wheel 45 and the compressor wheel 44 are connected via a rotor shaft 43 so as to be integrally rotatable. When the exhaust is blown onto the turbine wheel 45 and the turbine wheel 45 rotates, the rotation is transmitted to the compressor wheel 44 via the rotor shaft 43. By rotating the compressor wheel 44 in this way, the air in the intake passage 3 is forcibly fed into the combustion chamber.
[0036]
Further, the turbocharger 11 is provided with an exhaust passage 49 through which the exhaust blown to the turbine wheel 45 passes. The exhaust passage 49 extends along the rotation direction so as to surround the outer periphery of the turbine wheel 45. It is formed. Therefore, the exhaust gas that has passed through the exhaust passage 49 is blown from the outer periphery of the turbine wheel 45 toward the rotation center. In such an exhaust passage 49, a plurality of nozzle vanes 53 for adjusting the flow rate of the exhaust blown to the turbine wheel 45 are provided. These nozzle vanes 53 are located at equal angles around the axis of the turbine wheel 45 and form a variable nozzle portion 54 together with the wall surface of the exhaust passage 49. The plurality of nozzle vanes 53 are driven by an electric motor 30 as a drive source in a state of being synchronized with each other.
[0037]
The flow rate of the exhaust gas blown to the turbine wheel 45 is adjusted by opening and closing the nozzle vane 53 and changing the passage sectional area of the variable nozzle portion 54. By driving the nozzle vane 53 and adjusting the exhaust gas flow rate in this way, the rotational speed of the turbine wheel 45 is adjusted, and as a result, the amount of air forcedly fed into the combustion chamber is adjusted. By adjusting the amount of intake air into the combustion chamber, the output of the internal combustion engine can be improved. The electric motor 30 is, for example, a stepping motor or a servo motor, and controls the opening degree of the nozzle vane 53 based on a control signal output from the ECU 25.
[0038]
A current detector 31 is provided between the ECU 25 and the electric motor 30. The current detector 31 detects a drive load of the electric motor 30, that is, a current value Im flowing through the electric motor 30, and outputs the value to the ECU 25.
[0039]
In addition, the intake passage 3 between the compressor housing 41 and the throttle valve 16 is provided with an intercooler 18 for lowering the temperature of intake air whose temperature rises due to supercharging of the turbocharger 11.
[0040]
Further, the exhaust manifold 8 is provided with an injection nozzle 5 that constitutes a fuel addition means for supplying fuel to the exhaust upstream side of the catalyst 12 when low-temperature combustion is performed. The injection nozzle 5 and the supply pump 10 are connected by a fuel supply pipe 27 so that light oil is supplied. The injection nozzle 5 has its injection amount, injection timing, etc. controlled by the ECU 25. The light oil supplied from the injection nozzle 5 reaches the catalyst 12 together with the exhaust gas, and burns on the catalyst 12. In this way, the temperature of the catalyst 12 can be raised and the exhaust purification action can be maintained even during low temperature combustion when the exhaust gas temperature becomes low. The injection nozzle 5 is provided on the exhaust downstream side of the EGR passage 13 so that the fuel is not introduced into the intake passage 3 even if fuel is supplied from the injection nozzle 5 to the exhaust system. Yes. The injection nozzle 5 is provided upstream of the turbocharger 11 so that fuel can be added to high-temperature exhaust. For this reason, the temperature of the fuel supplied from the injection nozzle 5 to the exhaust system can be suitably raised, and as a result, the temperature of the catalyst 12 can also be suitably raised.
[0041]
In the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, the low-temperature combustion described above is performed. This low-temperature combustion is performed by increasing the opening of the EGR valve 15 and introducing a large amount of EGR gas into the combustion chamber to lower the combustion temperature in the combustion chamber, and thereby HC, which is a precursor of soot. I try not to let it grow until I soot.
[0042]
By the way, when the internal combustion engine 1 performs such low-temperature combustion, a large amount of HC is discharged from the combustion chamber. When the discharged HC adheres to the variable nozzle portion 54 of the turbocharger 11, it becomes a deposit due to the exhaust heat, which may cause a drive failure of the nozzle vane 53. Therefore, in this embodiment, such a problem is suppressed in the following manner.
[0043]
FIG. 3 is a diagram illustrating a change mode of the current value Im detected by the current detector 31 from the start to the end of driving when the electric motor 30 is driven by the control signal output from the ECU 25. is there. The current value change indicated by the solid line in FIG. 3 illustrates a change mode of the current value Im when no deposit is accumulated in the variable nozzle portion 54 of the turbocharger 11. Further, the current value change indicated by a broken line in FIG. 3 illustrates a change mode of the current value Im when deposits are deposited on the variable nozzle portion 54 of the turbocharger 11. Since the deposit is a liquid material having a high viscosity, if this deposits on the variable nozzle portion 54, the opening / closing operation of the nozzle vane 53 is hindered. That is, as the deposit accumulates on the variable nozzle portion 54, the driving resistance of the nozzle vane 53 increases. Therefore, at this time, as indicated by a broken line in FIG. 3, with respect to the current value Im representing the driving load of the electric motor 30, the rising current value at the start of driving and the subsequent current value tend to increase. That is, overcurrent tends to flow. Therefore, when there is deposit accumulation in the variable nozzle portion 54, the time IT during which an overcurrent of a predetermined value α or more is detected is longer than when there is no deposit accumulation in the variable nozzle portion 54.
[0044]
Therefore, in the present embodiment, attention is paid to the current value of the electric motor 30 that changes due to the deposit accumulated in the variable nozzle portion 54. When it is estimated that the deposit amount deposited on the variable nozzle portion 54 of the turbocharger 11 is greater than or equal to a predetermined amount by the estimating means, the deposit is deposited by incinerating the deposited deposit by changing the engine operating state by the control means. The drive failure of the nozzle vane 53 due to the above is suppressed.
[0045]
Hereinafter, the processing procedure concerning the estimation of the deposit amount and the incineration of the deposit will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for setting a low-temperature combustion flag FL used for deposit amount estimation and deposit incineration processing, which will be described later, and a series of processing shown in this flowchart is executed by the ECU 25 by interruption every predetermined time. Is done.
[0046]
In this setting, first, the accelerator opening ACCP detected by the accelerator opening sensor 24 and the engine rotational speed NE detected by the crank angle sensor 23 are read into the ECU 25 (step S110).
[0047]
Next, referring to the map illustrated in FIG. 5, based on the accelerator opening ACCP and the engine speed NE that have been read, whether the current engine operating state is an operating state in a region where low-temperature combustion can be performed. It is determined whether or not (step S120). This map is stored in the ROM of the ECU 25 and is set to perform normal combustion in an operating state where the accelerator opening and the engine speed are large, and to perform low temperature combustion in an operating state where the accelerator opening and the engine speed are small. ing.
[0048]
If it is determined in step S120 that the current operation state is the operation state of the low temperature combustion execution region (YES in step S120), the ECU 25 sets the low temperature combustion flag FL to “1” (step S130). The processing of this routine is once terminated. Here, when the low temperature combustion flag FL is set to “1”, the ECU 25 controls the opening degree of the EGR valve 15 so that a large amount of EGR gas is introduced into the combustion chamber, and performs low temperature combustion. .
[0049]
On the other hand, when it is determined in step S120 that the current operation state is the operation state of the normal combustion execution region, that is, it is determined that the operation state is not the operation state of the low temperature combustion execution region (NO in step S120), the ECU 25 has a low temperature. After the combustion flag FL is set to “0” (step S140), the processing of this routine is once ended. Here, when the low temperature combustion flag FL is set to “0”, the opening degree control of the EGR valve 15 is performed so as to perform normal combustion without performing low temperature combustion.
[0050]
Next, according to the processing procedure shown in the flowchart of FIG. 6, the amount of deposit accumulated on the variable nozzle portion 54 and the incineration of the deposit are performed. A series of processing shown in this flowchart is executed by the ECU 25 as interruption processing at predetermined time intervals.
[0051]
In this process, first, the value of the low temperature combustion flag FL set by the series of processes shown in FIG. 4 is read into the ECU 25, and it is determined whether or not the value of the low temperature combustion flag FL is “1”. Determination is made (step S210).
[0052]
If the read low temperature combustion flag FL is not “1” (NO in step S210), the process is temporarily terminated.
On the other hand, when the read low temperature combustion flag FL is “1” (YES in step S210), the current value Im detected by the current detector 31 is sampled corresponding to the interrupt cycle (step S220). ).
[0053]
Next, a time IT during which the sampled current value Im is an overcurrent greater than or equal to a predetermined value α is calculated, and it is determined whether or not the calculated overcurrent time IT is greater than or equal to the predetermined time β. (Step S230). The predetermined value α and the predetermined time β are values that can be used to determine that deposits are accumulated on the variable nozzle portion 54 and that the nozzle vane 53 is not driven properly. It is. When the drive amount of the nozzle vane 53 is small, the drive time of the nozzle vane 53 is shortened and the overcurrent time IT is also shortened. Therefore, the predetermined time β may be variably set based on the driving amount or driving time of the nozzle vane 53. By doing in this way, the determination accuracy in step S230 can be further improved.
[0054]
If the calculated overcurrent time IT is less than the predetermined time β (NO in step S230), the process is temporarily terminated.
On the other hand, if the calculated overcurrent time IT is equal to or longer than the predetermined time β (YES in step S230), deposits are accumulated on the variable nozzle portion 54, and there is a possibility that the drive failure of the nozzle vane 53 may occur. The burn-out operation is executed for a predetermined time. This burn-out operation is so-called normal combustion (normal operation), and the amount of EGR introduced into the combustion chamber by changing the opening of the EGR valve 15 from a high opening for low temperature combustion to a low opening for normal combustion. Is done by reducing In this case, the combustion temperature rises due to a decrease in the amount of EGR in the combustion chamber, and high-temperature exhaust gas is discharged. And the deposit deposited on the variable nozzle part 54 by this high temperature exhaust is incinerated. In addition, the predetermined time during which the burn-out operation is performed is a time that allows the deposit accumulated on the variable nozzle portion 54 to be incinerated, and is a value obtained in advance through experiments or the like.
[0055]
Thereafter, the processing procedure shown in FIGS. 4 and 6 is repeatedly executed.
As described above, according to the supercharger-equipped internal combustion engine in the present embodiment, the following effects can be obtained.
[0056]
(1) Based on the time IT during which the current value Im representing the driving load of the electric motor 30 is an overcurrent greater than or equal to a predetermined value α during low temperature combustion in which deposits are likely to accumulate on the variable nozzle portion 54 of the turbocharger 11, It is estimated whether or not the deposit amount deposited on the variable nozzle portion 54 is a predetermined amount or more. This overcurrent time IT can be calculated by the current detector 31 and the ECU 25. Therefore, it is possible to accurately estimate that the deposit amount accumulated on the variable nozzle portion 54 of the turbocharger 11 is a predetermined amount or more.
[0057]
(2) When it is estimated that the amount of deposit accumulated on the variable nozzle portion 54 is equal to or greater than a predetermined amount, the operation of the internal combustion engine 1 is changed from the operation by low-temperature combustion to the burn-off operation. In this burn-out operation, the exhaust gas temperature rises, so that the deposit accumulated on the variable nozzle portion 54 is incinerated, and the amount of accumulation decreases. For this reason, it becomes possible to suppress the drive failure of the nozzle vane due to deposit accumulation.
[0058]
(3) The execution time of the burn-out operation is set to a time that allows the deposit accumulated on the variable nozzle portion 54 to be incinerated. For this reason, low-temperature combustion is not interrupted for an unnecessarily long time, so that deterioration of exhaust emission can be suppressed to the minimum necessary.
[0059]
(4) During low temperature combustion, light oil is added upstream of the turbocharger 11 having a high exhaust temperature. For this reason, the temperature of the catalyst 12 can be raised even during low temperature combustion where the exhaust temperature is low and the activity of the catalyst 12 tends to decrease, so that the exhaust purification action of the catalyst 12 can be suitably obtained. Become. Here, the added light oil may adhere to the variable nozzle portion 54 of the turbocharger 11 and become a deposit. However, in the present embodiment, when the amount of deposit accumulated on the variable nozzle portion 54 is estimated to be equal to or greater than a predetermined amount, the exhaust temperature of the internal combustion engine 1 is raised, so that the deposit is accumulated on the variable nozzle portion 54. The amount of deposit will decrease. For this reason, even when the above fuel addition is performed, it is possible to suppress the drive failure of the nozzle vane 53 due to deposit accumulation.
[0060]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the internal combustion engine with a supercharger according to the present invention will be described.
[0061]
In the estimation means in the first embodiment, the deposit amount accumulated in the variable nozzle portion 54 is based on the time IT in which the current value Im representing the driving load of the electric motor 30 is an overcurrent of the predetermined value α or more. It was estimated whether it was more than a predetermined amount.
[0062]
On the other hand, the estimation means in the present embodiment estimates whether or not the deposit amount accumulated on the variable nozzle portion 54 is greater than or equal to a predetermined amount based on the pressure difference between the upstream and downstream of the turbine wheel 45. Only the difference is from the first embodiment.
[0063]
In other words, the deposit deposited on the variable nozzle portion 54 becomes a convex portion at the variable nozzle portion 54 and thus becomes an exhaust resistance. For this reason, when a deposit accumulates in the variable nozzle part 54, the pressure upstream of the turbine wheel 45 in an exhaust passage will become high. Here, the pressure upstream of the turbine wheel 45 also increases due to clogging of the catalyst 12 or a silencer (not shown) provided downstream thereof. Therefore, in the present embodiment, by detecting the pressure difference between the upstream and downstream of the turbine wheel 45 in the exhaust passage, a change in the exhaust pressure caused by deposit accumulation on the variable nozzle portion 54 is detected. Yes. When the deposit accumulates on the variable nozzle portion 54, the differential pressure increases. Therefore, based on the differential pressure, it can be estimated whether the deposit amount deposited on the variable nozzle portion 54 is a predetermined amount or more. .
[0064]
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 9 mainly with respect to differences from the first embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the internal combustion engine with a supercharger according to the present embodiment and the peripheral configuration thereof. The same members as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals.
[0065]
In the present embodiment, the current detector 31 shown in FIG. 1 is omitted. Further, the exhaust passage includes a passage 34 communicating with the upstream of the turbine wheel 45, a passage 35 communicating with the downstream of the turbine wheel 45, and the differential pressure sensor 33. A pneumatic actuator 32 is provided as an actuator for driving the nozzle vane 53 of the turbocharger 11.
[0066]
The differential pressure sensor 33 includes a first pressure port and a second pressure port, and is a sensor that can obtain an output corresponding to the differential pressure between the pressures input to the respective pressure ports. Further, the output of the differential pressure sensor 33 is input to the ECU 25.
[0067]
One end of the passage 34 is connected to the exhaust manifold 8 in the vicinity of the turbocharger 11, and the other end is connected to the first pressure port of the differential pressure sensor 33.
[0068]
One end of the passage 35 is connected to the exhaust passage 26 that connects the turbocharger 11 and the catalyst 12, and the other end is connected to the second pressure port of the differential pressure sensor 33.
[0069]
In this way, the differential pressure ΔP that is the pressure difference between the upstream and downstream of the turbine wheel 45 is detected.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic structure of the pneumatic actuator 32. As shown in the figure, the inside of the pneumatic actuator 32 is partitioned into a negative pressure chamber 32 a and an atmospheric chamber 32 b by a diaphragm 88. A negative pressure passage 89 is connected to the negative pressure chamber 32a. The atmosphere chamber 32 b communicates with the outside of the pneumatic actuator 32 and is at atmospheric pressure. On the other hand, a coil spring 88 a that extends and contracts in a direction orthogonal to the diaphragm 88 is provided in the negative pressure chamber 32 a. The diaphragm 88 is provided with a rod 88b that extends in the expansion / contraction direction of the coil spring 88a and protrudes to the outside of the pneumatic actuator 32. The rod 88b is connected to a drive mechanism for opening and closing the nozzle vane 53.
[0070]
A negative pressure passage 89 connected to the negative pressure chamber 32 a of the pneumatic actuator 32 is connected to a vacuum pump 91 connected to a crankshaft (not shown) of the internal combustion engine 1. An electric vacuum regulating valve (EVRV) 90 is provided in the middle of the negative pressure passage 89. The vacuum pump 91 driven by the rotation of the crankshaft has the negative pressure passage such that the negative pressure (pressure lower than the atmospheric pressure) in the negative pressure passage 89 located between the EVRV 90 and the negative pressure passage 89 becomes a constant value. The air in 89 is sucked.
[0071]
On the other hand, the EVRV 90 includes an electromagnetic solenoid (not shown). In the demagnetized state of the electromagnetic solenoid, the EVRV 90 is maintained in a state where the negative pressure chamber 32a and the outside of the pneumatic actuator 32 communicate with each other. In this state, the rod 88b of the pneumatic actuator 32 is held in the most protruding state by the biasing force of the coil spring 88a, and the nozzle vane 53 of the turbocharger 11 is fully closed, for example.
[0072]
Further, in the excitation state of the electromagnetic solenoid of the EVRV 90, the EVRV 90 is maintained in a state where the negative pressure chamber 32a and the vacuum pump 91 are communicated. In this state, the air in the negative pressure chamber 32a is sucked toward the vacuum pump 91, so that the diaphragm 88 is displaced against the urging force of the coil spring 88a. Due to the displacement of the diaphragm 88, the rod 88b is held in the most immersed state with respect to the pneumatic actuator 32, and the nozzle vane 53 of the turbocharger 11 is fully opened, for example.
[0073]
Furthermore, when the voltage applied to the electromagnetic solenoid is duty-controlled by the ECU 25, the opening degree of the EVRV 90 is adjusted so as to adjust the amount of air sucked from the negative pressure chamber 32a toward the vacuum pump 91. By adjusting the opening degree of the EVRV 90, the protruding position of the rod 88b in the pneumatic actuator 32 is appropriately changed, and the opening degree of the nozzle vane 53 in the turbocharger 11 is adjusted continuously or stepwise.
[0074]
Next, an estimation of the amount of deposit accumulated on the variable nozzle portion 54 and a processing procedure for deposit incineration will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure related to the estimation of the deposit amount and the incineration of the deposit, and a series of processing shown in this flowchart is executed by the ECU 25 by interruption processing at predetermined time intervals.
[0075]
In this process, first, the value of the low temperature combustion flag FL is read into the ECU 25, and it is determined whether or not the value of the low temperature combustion flag FL is “1” (step S310). The process for setting the low temperature combustion flag FL is the same as the process shown in FIG. 4 in the first embodiment.
[0076]
If the read low-temperature combustion flag FL is not “1” (NO in step S310), the process ends.
On the other hand, when the read low temperature combustion flag FL is “1” (YES in step S210), the differential pressure ΔP detected by the differential pressure sensor 33 is read (step S320).
[0077]
Next, it is determined whether or not the read differential pressure ΔP is equal to or greater than a predetermined value Pa (step S330). The predetermined value Pa is a value that can be used to determine whether deposits are accumulated on the variable nozzle portion 54 and that the nozzle vane 53 is driven poorly, and is a value that is obtained in advance through experiments or the like. Further, since the differential pressure ΔP changes depending on the engine operating state, the predetermined value Pa is a value that is variably set based on engine parameters that affect the differential pressure ΔP, such as the engine rotation speed and the opening degree of the nozzle vane 53.
[0078]
If the differential pressure ΔP is less than the predetermined value Pa (NO in step S330), the process is terminated.
On the other hand, if the differential pressure ΔP is equal to or greater than the predetermined value Pa (YES in step S330), deposits are accumulated on the variable nozzle portion 54, and there is a possibility that a drive failure may occur in the nozzle vane 53. Run for hours. As described above, this burn-out operation is so-called normal combustion (normal operation), and the opening degree of the EGR valve 15 is changed from a high opening degree for low-temperature combustion to a low opening degree for normal combustion so as to enter the combustion chamber. This is done by reducing the amount of EGR introduced. In this case, the combustion temperature rises due to a decrease in the amount of EGR in the combustion chamber, and hot exhaust gas is discharged. Then, the deposit accumulated on the variable nozzle portion 54 is incinerated by the high-temperature exhaust. In addition, the predetermined time during which the burn-out operation is performed is a time that allows the deposit accumulated on the variable nozzle portion 54 to be incinerated, and is a value obtained in advance through experiments or the like.
[0079]
Thereafter, the processing procedure shown in FIG. 4 in the first embodiment and FIG. 9 in the present embodiment is repeatedly executed.
As described above, the supercharger-equipped internal combustion engine according to the present embodiment can achieve the same effects as those of the first embodiment.
[0080]
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows, and even in that case, the operation and effect according to each of the embodiments can be obtained.
[0081]
In the first embodiment, the series of processing shown in the flowchart of FIG. 6 is executed by the ECU 25 as interrupt processing at predetermined time intervals. However, it may be executed only during a period in which the drive request for the nozzle vane 53, in other words, the drive request for the electric motor 30 is made.
[0082]
In the second embodiment, the nozzle vane 53 is opened and closed by the pneumatic actuator 32. However, as in the first embodiment, the nozzle vane 53 may be opened and closed by an electric motor such as a stepping motor or a servo motor. Also in this case, the effect according to the second embodiment can be obtained.
[0083]
In the second embodiment, the differential pressure sensor 33 detects the differential pressure ΔP that is the pressure difference between the upstream and downstream of the turbine wheel 45. On the other hand, a pressure sensor is provided in each of the exhaust manifold 8 in the vicinity of the turbocharger 11 and the exhaust passage 26 connecting the turbocharger 11 and the catalyst 12, and the differential pressure ΔP is calculated from the outputs of these pressure sensors. It may be. Also in this case, the effect according to the second embodiment can be obtained.
[0084]
In each of the above embodiments, the light oil that is the fuel of the internal combustion engine 1 itself is injected from the injection nozzle 5 and the light oil is added to the exhaust gas. However, the liquid substance to be added may be any substance that can raise the temperature of the catalyst 12. Also in this case, the effect according to each of the above embodiments can be obtained.
[0085]
In each of the above embodiments, the deposit amount on the variable nozzle portion 54 is estimated on the condition that the internal combustion engine 1 is in the low temperature combustion operation, but this estimation time is not necessarily in the low temperature combustion operation. There is no need. That is, the deposit amount may be estimated during low load operation in which the exhaust gas temperature is not so high, including during the low temperature combustion operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine with a supercharger according to a first embodiment and peripheral configurations thereof.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of the supercharger (turbocharger).
FIG. 3 is a graph showing current characteristics of an electric motor that is a drive source of a nozzle vane.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for setting a low-temperature combustion flag.
FIG. 5 is a graph showing an example map for setting a low-temperature combustion flag.
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure related to deposit amount estimation and deposit incineration in the first embodiment;
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine with a supercharger according to a second embodiment and the peripheral configuration thereof.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic structure of a pneumatic actuator that is a drive source of a nozzle vane.
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure related to deposit amount estimation and deposit incineration in the second embodiment;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Cylinder head, 3 ... Intake passage, 4a-4d ... Fuel injection valve, 5 ... Injection nozzle, 6a-6d ... Exhaust port, 7 ... Intake manifold, 8 ... Exhaust manifold, 9 ... Common rail, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Supply pump, 11 ... Turbocharger, 12 ... Catalyst, 13 ... EGR passage, 14 ... EGR cooler, 15 ... EGR valve, 16 ... Throttle valve, 17 ... Actuator, 18 ... Intercooler, 19 ... Air flow meter, 20 ... Throttle Opening sensor, 22 ... Cylinder discrimination sensor, 23 ... Crank angle sensor, 24 ... Accelerator opening sensor, 25 ... Control unit (ECU), 26 ... Exhaust passage, 27 ... Fuel supply pipe, 28 ... Exhaust gas recirculation device (EGR) Apparatus), 29 ... exhaust temperature sensor, 30 ... electric motor, 31 ... current detector, 32 ... pneumatic actuator 32a ... negative pressure chamber, 32b ... atmospheric chamber, 33 ... differential pressure sensor, 34, 35 ... passage, 40 ... center housing, 41 ... compressor housing, 42 ... turbine housing, 43 ... rotor shaft, 44 ... compressor wheel, 45 ... turbine wheel, 49 ... exhaust passage, 53 ... nozzle vane, 54 ... variable nozzle section, 88 ... diaphragm, 88a ... coil spring, 88b ... rod, 89 ... negative pressure passage, 90 ... electric vacuum regulating valve ( EVRV), 91 ... vacuum pump, # 1 ... first cylinder, # 2 ... second cylinder, # 3 ... third cylinder, # 4 ... fourth cylinder.

Claims

A turbocharger that supercharges intake air through a variable nozzle vane turbine provided in the exhaust passage, and an exhaust gas recirculation device that recirculates the exhaust gas discharged to the exhaust passage to the intake passage, so that the engine operating state is In the internal combustion engine with a supercharger that can be switched between an operation and a low-temperature combustion operation in which combustion is performed with the exhaust gas recirculation amount increased by the exhaust gas recirculation device rather than the normal operation,
And estimating means for estimating the amount of deposit to be deposited on the variable nozzle section of the turbine at the low temperature combustion operation, the low temperature combustion operation of the engine OPERATION state based on the amount of deposit to be the estimated reaches a predetermined amount And a control means for switching from the normal operation to the normal operation.

The internal combustion engine with a supercharger according to claim 1,
Fuel addition means for adding fuel upstream of the turbine in the exhaust passage during the low temperature combustion operation is further provided.
Internal combustion engine with a supercharger, characterized in that.

The variable nozzle vane is an electric vane having a motor as a drive source, and the estimation means detects an overcurrent flowing through the motor and estimates the amount of deposit based on the detected overcurrent.
The internal combustion engine with a supercharger according to claim 1 or 2 .

Comprising a differential pressure sensor for detecting a pressure difference between upstream and downstream of the turbine in the exhaust passage, said estimating means to claim 1 or 2 to estimate the amount of the deposit on the basis of the pressure difference to be the detected The internal combustion engine with a supercharger as described.

Wherein, when the amount of deposit to be the estimated has reached a predetermined amount, a predetermined time only capable of incinerating the deposit, the engine operating conditions to any one of claims 1 to 4, switching to the normal operation The internal combustion engine with a supercharger as described.