JP4328734B2 - 可変ベーン式ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＶＮ（バリアブルノズル）式、可変容量式等とも呼ばれる可変ベーン式ターボチャージャの制御装置に関する。

従来の可変ベーン式ターボチャージャの制御装置は、可変ベーンの開度（「ＶＮ開度」という。）指令値は、内燃機関いわゆるエンジンの各温度・圧力が安定した定常状態のエンジン回転数とエンジン負荷（燃料噴射量）において適合し、定常時・過渡時にかかわらず、エンジン回転数とエンジン負荷のパラメータでマップより算出するベース開度（基本ＶＮ開度）とＰＩＤ制御による過給圧フィードバック量との演算結果で決定している。

また、例えば特許文献１に記載された可変ベーン式ターボチャージャの制御装置では、エンジンが過渡状態であると判定されると、エアマスフローセンサが検出した吸気空気量の目標値と実際値との偏差に応じた最終目標開度に基づいて、可変ベーンのＶＮ開度を制御している。

特開２００１−３７５７号公報

上記従来の可変ベーン式ターボチャージャの制御装置において、加速レスポンス（過給圧の立ち上がり）に注目すると、以下のような弱点がある。すなわち、過給圧フィードバックは、誤学習を防ぐために、特定領域のＶＮ開度領域でしか使えないため、急加速時いわゆる過渡時においても、加速初期に可変ベーンをベース開度で制御せざるをえない。また、エンジンの過渡時は、定常時に比べて、排圧・排気温が低く、吸入空気量も少ない。このため、過給効率最適点が可変ベーンの定常開度に比べれば閉め側にあるものの、過給圧フィードバックでは加速初期において可変ベーンの最適開度をとることができず、ひいては過給レスポンスの向上が望めないという問題があった。

また、前記特許文献１のものは、エンジンの過渡時において、エアマスフローセンサが検出した吸気空気量の目標値と実際値との偏差に応じた最終目標開度に基づいて可変ベーンのＶＮ開度を制御しているが、フィードバック制御である為、制御性確保のために過給レスポンスに対するＶＮ開度の最適点をとる事が困難である。

本発明が解決しようとする課題は、内燃機関の過度時における過給レスポンスを向上することのできる可変ベーン式ターボチャージャの制御装置を提供することにある。

前記した課題は、特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とする可変ベーン式ターボチャージャの制御装置により解決することができる。
すなわち、特許請求の範囲の請求項１にかかる可変ベーン式ターボチャージャの制御装置によると、過渡状態判定手段により内燃機関が過渡状態にあると判定されたときには、排気流量を表わす吸入空気量と燃料噴射量とから求められる排気エネルギに基づいて設定された過渡時ＶＮ開度指令値に基づいて可変ベーンが制御される。したがって、内燃機関の過渡時には、定常時に比べて、可変ベーンのＶＮ開度を閉め側に速やかに制御し、最適ＶＮ開度をとることができるので、過給レスポンスを向上することができる。
また、過渡時ＶＮ開度指令値を、排気流量を表わす吸入空気量と燃料噴射量とから求められる排気エネルギに基づいて設定するため、前記特許文献１の吸入空気量に基づいて過渡時ＶＮ開度指令値を設定するものに比べて、制御精度を向上することができる。

また、特許請求の範囲の請求項２にかかる可変ベーン式ターボチャージャの制御装置によると、過度状態判定手段が、内燃機関の運転状態に基づいて求められた基本目標過給圧に対する実際の過給圧に所定の偏差があるときでかつアクセル操作による要求燃料噴射量が最大燃料噴射量より大きいときに、過渡時を判定する。このため、内燃機関の運転状態に基づいて求められた基本目標過給圧に対する実際の過給圧に所定の偏差に満たないときや、アクセル操作による要求燃料噴射量が最大燃料噴射量より小さいときには、過渡時と判定しないで、定常時の制御とすることにより、過給圧の過剰な上昇を抑制することができる。

また、特許請求の範囲の請求項３にかかる可変ベーン式ターボチャージャの制御装置によると、過度状態判定手段が、車両が走行中であるときを含めて、過渡時を判定する。このため、車両が停止状態にあるときの内燃機関の過給圧の過剰な上昇いわゆる空吹かしを回避することができる。

また、特許請求の範囲の請求項４にかかる可変ベーン式ターボチャージャの制御装置によると、過度状態判定手段は、排気循環量調節バルブを閉じているときを含めて、前記過渡時を判定する。このため、排気循環量調節バルブを開いているときの内燃機関の背圧の過剰な上昇による排気ガス中のスモークの発生を抑制することができる。

本発明の可変ベーン式ターボチャージャの制御装置によれば、内燃機関の過渡時には、定常時に比べて、可変ベーンのＶＮ開度を閉め側に速やかに制御し、最適ＶＮ開度をとることができるので、過給レスポンスを向上することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について実施例を参照して説明する。

本発明の一実施例を説明する。なお、本実施例では、内燃機関としての自動車用ディーゼルエンジンにおける可変ベーン式ターボチャージャを制御する場合について説明する。
まず、ディーゼルエンジンの構成等について説明する。図１はディーゼルエンジンの要部構成図である。
図１に示すように、内燃機関としてのディーゼルエンジンのエンジン本体１０には、排気ポートに連通する排気通路２０、吸気ポートに連通する吸気通路２２が接続されている。また、エンジン本体１０の燃焼室１２には燃料噴射ノズル１４が設置されている。車両のアクセルペタル（図示省略）の踏込量に対応した量の燃料が、燃料噴射ノズル１４から燃焼室１２へ向けて噴射される。

前記エンジン本体１０には、過給圧調節手段としての可変ベーン式ターボチャージャ３０が搭載されている。このターボチャージャ３０は、排気通路２０及び吸気通路２２の一部を構成する排気通路２０（同一符号を付す。）及び吸気通路２２（同一符号を付す。）を備えたハウジング（図示省略）内に、排気通路２０内に配置されるタービン３２と吸気通路２２内に配置されるコンプレッサ３４とを１本のロータシャフト３５で連結したロータ（符号省略）を備えている。
そして、可変ベーン式ターボチャージャ３０は、エンジン本体１０より排気通路２０に排出された排気ガスがタービン３２を回転させることでコンプレッサ３４が回転して、エンジン本体１０の燃焼室１２に送り込む空気の量を増加させて、吸気通路２２への過給を行なうことで、エンジンの出力を高める。すなわち、エンジン本体１０から排気通路２０に排気ガスが排出されると、その排気ガスのエネルギに応じた回転トルクがタービン３２を介してコンプレッサ３４に付与され、そのコンプレッサ３４の駆動により所定圧力（過給圧）の空気がエンジン本体１０の吸気系であるコンプレッサ３４の下流側の吸気通路２２に送り込まれる。

前記可変ベーン式ターボチャージャ３０において、タービン３２側のハウジング内部には、タービン３２内の排気ガスの流速を可変とすべく開閉動作する可変ベーン３６が設けられている。可変ベーン３６は、ロータ（図示省略）の外周に沿って複数配設されており、アクチュエータ４０によって作動されるように構成されている。アクチュエータ４０は、ＶＲＶ（バキューム・レギュレーティング・バルブ）４２を介して負圧源としてのバキュームポンプ（図示省略）に接続されている。バキュームポンプから導かれた負圧をＶＲＶ４２により調整することで、アクチュエータ４０を作動させることにより、可変ベーン３６が開き側あるいは閉じ側へ作動される。

前記可変ベーン３６が開き側あるいは閉じ側へ作動することで、可変ベーン３６の開度（以下、「ＶＮ開度」という）が変更される。これにより、タービン３２を通過する排気ガスの流速が調節されるとともに、吸気通路２２の過給圧が変化する。例えば、可変ベーン３６を閉じ側へ作動させることで、コンプレッサ３４の駆動力が上昇して、より高い過給圧を得ることができる。また、可変ベーン３６を開き側へ作動させることで、コンプレッサ３４の駆動力が低下して、過給圧を低下することができる。

前記タービン３２の上流側における排気通路２０と、前記コンプレッサ３４の下流側における吸気通路２２との間は、排気還流通路２４によって連通されている。排気還流通路２４には、該通路２４の連通状態を制御する排気循環バルブ（以下、「ＥＧＲバルブ」という）５０が設けられている。ＥＧＲバルブ５０は、アクチェエータ（図示省略）によって、開き側あるいは閉じ側へ作動される。例えば、ＥＧＲバルブ５０の開弁状態においては、排気通路２０の排気ガスの一部が排気還流通路２４を介して吸気通路２２へ循環される。また、ＥＧＲバルブ５０の閉弁状態においては、排気還流通路２４を通じての排気ガスの循環が停止される。

なお、前記エンジン本体１０には、該本体１０の負荷、運転条件等を検出する各種の検出手段が設けられている。すなわち、エンジン本体１０には、エンジンの回転数Ｎを検出するエンジン回転数センサ６０、エンジンにおける水温Ｔｗを検出するエンジン水温センサ６２、車速センサ（図示省略）等が配置されている。また、コンプレッサ３４の下流側における吸気通路２２には、ＶＳＶ（バキューム・スイッチング・バルブ）４４を介して過給圧・大気圧センサ６４が設置されている。過給圧・大気圧センサ６４は、ＶＳＶ４４を切替えることで、エンジンの過給圧Ｐｂあるいは大気圧Ｐａを検出する。また、コンプレッサ３４の上流側における吸気通路２２には、大気温度Ｔａを検出する大気温度センサ６８が配置されている。

前記したエンジン回転数センサ６０、エンジン水温センサ６２、過給圧・大気圧センサ６４、大気温度センサ６８、車速センサは、いずれも電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０に接続されており、各センサで検知されたデータがＥＣＵ７０へ入力（ＩＮＰＵＴ）される。また、ＥＣＵ７０は、前記各センサからの入力データに基づいて、ＶＲＶ４２およびＥＧＲバルブ５０へ制御信号が出力（ＯＵＴＰＵＴ）する。なお、ＥＣＵは、本明細書でいう「制御装置」を構成している。また、ＥＣＵ７０は、過渡状態判定手段、過渡時ＶＮ開度設定手段、その他の設置手段を備えている。

次に、上記ディーゼルエンジンにおけるＥＣＵ７０による過給圧制御について説明する。なお、ここでは、ＥＣＵ７０によって、可変ベーン式ターボチャージャ３０の可変ベーン３６の目標ＶＮ開度を算出し、この算出結果に基づいて可変ベーン３６のＶＮ開度が所望の値となるようにＶＲＶ４２を制御する場合について説明する。
図２に示すように、まず、ステップＳ１０において、ＥＣＵ７０は、各種のデータを読み込み、エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、エンジン水温Ｔｗ、過給圧Ｐｂ、大気圧Ｐａ、大気温度Ｔａ、ＥＧＲバルブ開度係数Ｅｃの検出を行なう。なお、燃料噴射量Ｑは、アクセルペタルの踏み込み量に対応する燃料噴射量であり、ＥＣＵ７０から噴射ノズルの制御量データとして読み込まれる。また、ＥＧＲバルブ開度係数Ｅｃは、ＥＣＵ７０からＥＧＲバルブ５０のアクチュエータの制御量データとして読み込まれる。このＥＧＲバルブ開度係数Ｅｃは、ＥＧＲバルブ５０の開度に応じて例えば０〜１（全閉時が０で、全開時が１）に設定することができる。

次に、これら検出データに基づいて、図２中のステップＳ１１において、目標過給圧Ｐｔの算出を行なう。この目標過給圧Ｐｔは、図３中の（４）式にしたがって、基本目標過給圧Ｐｂ１と最大目標過給圧Ｐｂ３との最小値により設定される。なお、基本目標過給圧Ｐｂ１は、エンジン回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑから定められたマップによって設定される（図３中の（１）式参照。）。また、最大目標過給圧Ｐｂ３は、基本目標過給圧Ｐｂ１における最大値（最大ガード）である基本最大目標過給圧Ｐｂ２（図３中の（２）式参照。）を大気圧Ｐａ、エンジン水温Ｔｗ、大気温度Ｔａに基づいて補正することによって設定される（図３中の（３）式参照。）。ここで、この目標過給圧Ｐｔの算出について、図４を参照して説明する。
図４に示すように、エンジン負荷（エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ）と目標過給圧との相関によって、図４中の線Ｌ１で示す基本目標過給圧Ｐｂ１が設定される。また、この基本目標過給圧Ｐｂ１においてエンジン負荷が１００％より大きい領域は、タービン３２の回転数制限、エンジンの筒内圧制限の観点から、基本目標過給圧Ｐｂ１の最大ガードとなる基本最大目標過給圧Ｐｂ２が設定される。そして、この基本目標過給圧Ｐｂ１および基本最大目標過給圧Ｐｂ２に基づいて、大気圧Ｐａ、エンジン水温Ｔｗ、大気温度Ｔａに応じた補正がなされ、その結果として補正後の目標過給圧Ｐｔが設定される。

次に、図２中のステップＳ１２において、ディーゼルエンジンが過度状態であるか否かを判定する。なお、過度状態は、下記の各条件を満たすことで判定する。
（１）ディーゼルエンジンの運転状態に基づいて求められた基本目標過給圧に対する実際の過給圧に所定の偏差があること。
（２）ドライバーのアクセル操作による要求燃料噴射量Ｑが最大燃料噴射量Ｑｍより大きいこと。この条件は、アクセル操作量（踏み込み量）に対応する燃料噴射量のマップから要求燃料噴射量を検出し、予め設定の最大燃料噴射量との比較で判定する。
（３）車両が走行中であること。なお、車両走行中であるか否かは、例えば車速センサからの検出信号により判定する。
（４）ＥＧＲバルブ５０が閉じており、排気循環がオフ（ＥＧＲ ＯＦＦ）であること。なお、ＥＧＲがＯＦＦか否かは、ＥＧＲバルブ５０のアクチェエータ（図示省略）の状態から判定する。

次に、前記ステップＳ１２において、過渡状態でないすなわち通常状態であると判定されたときは、ステップＳ２２以降へ進み、可変ベーン３６の開度（ＶＮ開度）制御を行なう。また、過度状態であるときは、ステップＳ３２以降へ進み、可変ベーン３６のＶＮ開度制御を行なう。先に、通常状態にかかる可変ベーン３６のＶＮ開度制御を説明し、その後で過渡状態にかかる可変ベーン３６のＶＮ開度制御を説明する。

[通常状態にかかる可変ベーン３６のＶＮ開度制御]
図２中のステップＳ１２において、通常状態と判定された場合は、ステップＳ２２に進み、開き側のＶＮ最小開度Ｖｉの算出を行なう。このＶＮ最小開度Ｖｉは、図３中の（５）式にしたがって、エンジン回転数Ｎから定められたマップによって設定される（図９参照。）。図９に示すように、本実施例ではエンジン回転数Ｎ（ｒｐｍ）とＶＮ最小開度Ｖｉ（％）との相関において、図中の実線で示す制限値を設け、この制限値の図中上側を使用領域に設定している。なお、この図において、ＶＮ最小開度Ｖｉの０（％）が可変ベーン３６の全開時であり、１００（％）が可変ベーン３６の全閉時である。
このように、可変ベーン３６の開き側のＶＮ最小開度Ｖｉに制限値を設けることで、アクセルペタルのオフ時には、過給残りがあるため目標過給圧より実際の過給圧（実過給圧）が高くなり、従ってＶＮ開度は開き側に制御されるが、可変ベーン３６の開き側の制限値を設けることで、再加速時の過給立ち上がりを促進し再加速性を確保することができる。

次に、図２中のステップＳ２３によって、閉じ側のＶＮ最大開度Ｖａの算出を行なう。このＶＮ最大開度Ｖａは、図３中の（６）式〜（１０）式にしたがって設定される。すなわち、ＥＧＲバルブ５０が全閉時におけるＶＮ最大開度Ｖａ１と、ＥＧＲバルブ５０が全開時におけるＶＮ最大開度Ｖａ２を求め（図３中の（６）式および（７）式参照。）、ＥＧＲバルブ係数Ｅｃ基づいてＥＧＲバルブ５０が所定の開度におけるＶＮ最大開度Ｖａを算出するものである（図３中の（１０）式参照。）。
ここで、ＶＮ最大開度Ｖａ１およびＶａ２は、いずれもエンジン回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑから定められたマップによって設定される（図５および図６参照。）。
エンジン回転数Ｎ（ｒｐｍ）と燃料噴射量Ｑ（ｍｍ３／ｓｔ）とに応じてＶＮ最大開度Ｖａ１（％）およびＶａ２（％）が設定され、１００（％）の線が可変ベーン３６の全閉時である。
また、過給圧補正係数Ｐｆは、エンジン回転数Ｎおよび目標過給圧Ｐｔと実際の過給圧Ｐｂとの偏差である過給圧偏差Ｐｄ（図３中の（８）式参照。）から定められたマップによって設定される（図３中の（９）式参照。）。

その結果、ＥＧＲバルブ開度（％）とＶＮ最大開度Ｖａ（％）との間に図８に示すような相関が得られ、この相関において、図中の実線で示す制限値を設け、この制限値の図中下側を使用領域に設定している。なお、この図において、ＶＮ最大開度Ｖａの０（％）が可変ベーン３６の全開時であり、１００（％）が可変ベーン３６の全閉時である。また、ＥＧＲバルブ開度の０（％）が全閉時であり、１００（％）が全開時である。
このように、可変ベーン３６の閉じ側のＶＮ最大開度Ｖａに制限値を設けることで、実際の過給圧（実過給圧）を目標過給圧に近づけるべく可変ベーン３６を制御する過渡時において、過剰な排気ガスが排気還流通路２４を流れるのを抑制し、排気系からの黒煙の放出を極力抑えることができる。また、可変ベーン３６の閉じ側の制限値を設けることで、例えばＥＧＲバルブ５０が全閉状態の場合に、過給圧の過剰な上昇を抑制し、タービン３２の回転数のオーバーシュートを防止することができる。

次に、図２中のステップＳ２４によって、ＶＮ開度フィードバック量Ｖｃの算出を行なう。このＶＮ開度フィードバック量Ｖｃは、図３中の（１１）式で示されるように、比例項（第１項）、積分項（第２項）、微分項（第３項）を加算することで求めることができる。また、各項はエンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、目標過給圧Ｐｔ、実際の過給圧Ｐｂから定められたマップによって設定される。なお、積分項（第２項）のゲインおよび微分項（第３項）のゲインは、係数ｇ２（Ｎ，Ｑ）およびｇ３（Ｎ，Ｑ）の値に応じて変更されるように構成されている。しかして、エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、目標過給圧Ｐｔ、実際の過給圧Ｐｂが変化する際に、ＶＮ開度フィードバック量Ｖｃは、ディーゼルエンジンの運転状況（エンジン負荷、タービン回転数、過給圧）に応じた最適値に補正される。この補正により、例えば、タービン３２の過回転を防止することができ、比例項や微分項のゲインが固定値で規定される場合に比して、より好適な過給圧制御を実現することができる。

次に、図２中のステップＳ２５によって、基本ＶＮ開度Ｖｂの算出を行なう（図３中の（１２）式参照。）。この基本ＶＮ開度Ｖｂは、エンジン回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑから定められたマップによって設定される（図７参照。）。図７に示すように、エンジン回転数Ｎ（ｒｐｍ）と燃料噴射量Ｑ（ｍｍ３／ｓｔ）とに応じて、基本ＶＮ開度Ｖｂ（％）が設定される。なお、この図において、１００（％）の線が可変ベーン３６の全閉時である。

次に、図２中のステップＳ２６によって、目標ＶＮ開度Ｖｔの算出を行なう。この目標ＶＮ開度Ｖｔは、ステップＳ２２〜ステップＳ２５において算出された、ＶＮ最小開度Ｖｉ、ＶＮ最大開度Ｖａ、ＶＮ開度フィードバック量Ｖｃ、基本ＶＮ開度Ｖｂに基づいて設定される（図３中の（１３）式参照。）。すなわち、ＶＮ最小開度Ｖｉと、基本ＶＮ開度ＶｂにＶＮ開度フィードバック量Ｖｃを加算したものとを比較して大きい方の開度を選択し、この開度とＶＮ最大開度Ｖａと比較して小さい方の開度を目標ＶＮ開度Ｖｔとする。なお、目標ＶＮ開度Ｖｔは、本明細書でいう「ＶＮ開度指令値」に相当する。
次に、ステップＳ４７において、前記目標ＶＮ開度Ｖｔとなるように、ＶＲＶ４２を制御する。

[過渡状態にかかる可変ベーン３６のＶＮ開度制御]
図２中のステップＳ１２において、過渡状態と判定された場合は、ステップＳ３２に進み、過渡時のＶＮ最小開度ｖｉの算出を行なう。このＶＮ最小開度ｖｉは、図１０中の（１５）式にしたがって、エンジン回転数Ｎから定められた過渡用マップによって設定される。
次に、図２中のステップＳ３３によって、過渡時ＶＮ最大開度ｖａの算出を行なう。このＶＮ最大開度ｖａは、図１０中の（１６）式にしたがって、吸入空気量Ｑａと燃料噴射量Ｑから定められた過渡用マップによって設定される。このＶＮ最大開度ｖａを求める過渡用マップのパラメータとして燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｑａとしているのは、定常状態に比べ過給遅れがあり、背圧・排気温の低い過渡時において排気エネルギを正確に推定し、排気エネルギに応じた最適ＶＮ開度を指令するためである。ちなみに、ＶＮ最大開度ｖａを求める過渡用マップのパラメータとして燃料噴射量Ｑとエンジン回転数としたのでは、ハード信頼性を確保する為の上限背圧やターボ回転数に対して最も厳しい加速条件やシフト条件でマップ値を構成する必要があり、過渡時の最適ＶＮ開度とすることはできない。これに対し、パラメータを燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｑａとすることで、アクセルペタルを踏み込んで急加速するにあたっての最適ＶＮ開度で制御することにより、過給レスポンスを向上し、これにより加速レスポンスを向上することができる。
また、このＶＮ最大開度マップは、ＥＧＲを使用しないときであるので、図３に示す（６）式及び（７）式は無関係である。また、吸入空気量Ｑａは、吸気通路２２の熱線式流量計（図示省略）を介して検出し、燃料噴射量Ｑはアクセルペタルの踏み量を検出するアクセルポジションセンサの出力値から算出することができる。また、前記吸入空気量Ｑａは排気通路２０の排気ガス量に代えることもできる。なお、ステップＳ３４のＶＮ開度フィードバック量ｖｃの算出は、ここでは省略する場合を説明する。このステップＳ３４については後で述べる。

次に、図２中のステップＳ３５によって、基本ＶＮ開度ｖｂの算出を行なう（図１０中の（１７）式参照。）。この基本ＶＮ開度ｖｂは、エンジン回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑから定められたマップによって設定される。
次に、図２中のステップＳ３６によって、過渡用の目標ＶＮ開度ｖｔの算出を行なう。この目標ＶＮ開度ｖｔは、ステップＳ３２〜ステップＳ３４において算出された、ＶＮ最小開度ｖｉ、過渡時ＶＮ最大開度ｖａ、基本ＶＮ開度ｖｂに基づいて設定される（図３中の（１８）式参照。）。すなわち、ＶＮ最小開度ｖｉと、基本ＶＮ開度ｖｂとを比較して大きい方の開度を選択し、この開度と過渡時ＶＮ最大開度ｖａと比較して小さい方の開度を目標ＶＮ開度ｖｔとする。なお、目標ＶＮ開度ｖｔは、本明細書でいう「過渡時ＶＮ開度指令値」に相当し、過渡時用のフィードバックゲインの調整により、過渡時における最適ＶＮ開度である過渡時ＶＮ最大開度ｖａをとる。
次に、ステップＳ４７において、前記目標ＶＮ開度ｖｔとなるように、ＶＲＶ４２を制御する。

上記した可変ベーン式ターボチャージャの制御装置によると、過渡状態判定手段により内燃機関が過渡状態にあると判定されたときには、排気流量を表わす吸入空気量と燃料噴射量とから求められる排気エネルギに基づいて設定された過渡時目標ＶＮ開度ｖｔに基づいて可変ベーン３６が制御される。したがって、内燃機関の過渡時には、定常時に比べて、可変ベーン３６のＶＮ開度を閉め側に速やかに制御し、最適ＶＮ開度をとることができるので、過給レスポンスを向上することができる。ひいては、過給レスポンスの向上によって、加速性を向上することができる。
また、過渡時目標ＶＮ開度ｖｔを、排気流量を表わす吸入空気量と燃料噴射量とから求められる排気エネルギに基づいて設定するため、前記特許文献１の吸入空気量に基づいて過渡時目標ＶＮ開度を設定するものに比べて、過給レスポンスおよび制御精度を向上することができる。

また、過度状態判定手段が、内燃機関の運転状態に基づいて求められた基本目標過給圧に対する実際の過給圧に所定の偏差があるときでかつアクセル操作による要求燃料噴射量が最大燃料噴射量より大きいときに、過渡時を判定する。このため、内燃機関の運転状態に基づいて求められた基本目標過給圧に対する実際の過給圧に所定の偏差に満たないときや、アクセル操作による要求燃料噴射量が最大燃料噴射量より小さいときには、過渡時と判定しないで、定常時の制御とすることにより、過給圧の過剰な上昇を抑制することができる。

また、過度状態判定手段が、車両が走行中であるときを含めて、過渡時を判定する。このため、車両が停止状態にあるときの内燃機関の過給圧の過剰な上昇いわゆる空吹かしを回避することができる。

また、過度状態判定手段は、ＥＧＲバルブ（排気循環量調節バルブ）５０を閉じているときを含めて、前記過渡時を判定する。このため、ＥＧＲバルブ（排気循環量調節バルブ）５０を開いているときの内燃機関の背圧の過剰な上昇による排気ガス中のスモークの発生を抑制することができる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、前記実施例では、ディーゼルエンジンにおける過給圧制御技術について記載したが、ディーゼルエンジン以外の各種のエンジン、例えばガソリンエンジンの中でも比較的未燃成分の排出量の多いリーンバーンエンジンにも本発明を適用することもできる。また、本発明は、排気還流通路２４及びＥＧＲバルブ５０（図１参照。）を備えていない内燃機関にも適用することができる。また、過度状態であるか否かの判定（図２中、ステップＳ１２参照。）において、車両が走行中であるか否かの判定及び／又はＥＧＲがＯＦＦであるか否かの判定は、省略することができる。また、過度状態であるか否かの判定（図２中、ステップＳ１２参照。）において、要求燃料噴射量Ｑと最大燃料噴射量Ｑｍの比較で判定しているが、ステップＳ１０で測定された過給圧Ｐｂと基本目標過給圧Ｐb１（図３中、式（１）参照。）とを比較して、係る絶対値の差が設定値ΔＰ以上であるか否かを判断事項としてもよい。

また、過度状態において、目標ＶＮ開度ｖｔとなるようにＶＲＶ４２を制御するに当たって、ステップＳ３３とステップＳ３５との間のステップ（図２中にステップＳ３４で示す。）において、過渡時用のＶＮ開度フィードバック量ｖｃの算出を行なうこともできる。この場合、ＶＮ開度フィードバック量ｖｃは、図１１の（１９）式に示すように、前記図１０の（１１）式とほぼ同様の式であるが、過度状態であることを考慮して、積分項（第２項）と微分項（第３項）のゲイン係数を、ｇ２２およびｇ３３に変更する。なお、ゲイン係数ｇ２２およびｇ３３は、ディーゼルエンジンの過渡時における運転状況（エンジン負荷、タービン回転数、過給圧）に応じた値に固定値として設定する他、経過時間に応じて最適値に変更してもよい。また、この場合、目標ＶＮ開度ｖｔは、前記図１０中の（１８）式に代えて、ＶＮ最小開度ｖｉと、過渡時ＶＮ最大開度ｖａ、ＶＮ開度フィードバック量ｖｃ、基本ＶＮ開度ｖｂの基づいて設定される（図１１中の（２０）式参照。）。すなわち、ＶＮ最小開度ｖｉ（図１１中の（１５）式参照。）と、基本ＶＮ開度ｖｂ（図１１中の（１７）式参照。）にＶＮ開度フィードバック量ｖｃ（図１１中の（１９）式参照。）を加算したものとを比較して大きい方の開度を選択し、この開度と過渡時ＶＮ最大開度ｖａと比較して小さい方の開度を目標ＶＮ開度ｖｔとすることもできる。

本発明の実施例にかかるディーゼルエンジンの要部構成図である。 ＶＮ開度制御処理を示すフローチャートである。 定常状態における目標ＶＮ開度算出処理における算出方法を示す図である。 エンジン負荷と目標過給圧との相関を示すグラフである。 ＥＧＲバルブ全閉時におけるＶＮ最大開度を示すマップである。 ＥＧＲバルブ全開時におけるＶＮ最大開度を示すマップである。 基本ＶＮ開度を示すマップである。 ＥＧＲバルブ開度とＶＮ最大開度との相関を示すグラフである。 エンジン回転数とＶＮ最小開度との相関を示すグラフである。 過度状態における目標ＶＮ開度算出処理における算出方法を示す図である。 過度状態における目標ＶＮ開度算出処理における算出方法の別例を示す図である。

符号の説明

１０…エンジン本体
２０…排気通路
２２…吸気通路
２４…排気還流通路
３０…可変ベーン式ターボチャージャ
３２…タービン
３４…コンプレッサ
３６…可変ベーン
５０…ＥＧＲバルブ（排気循環量調節バルブ）
６０…エンジン回転数センサ
６２…エンジン水温センサ
６４…過給圧・大気圧センサ
６８…大気温度センサ
７０…ＥＣＵ（制御手段、電子制御ユニット）

Claims (4)

1. 車両用内燃機関において該機関の排気通路に設けられたタービンと、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられかつ前記タービンの駆動トルクに応じて内燃機関へ空気を供給するコンプレッサと、
   前記タービンを駆動する排気ガスの流速を可変とする可変ベーンと
   を備える可変ベーン式ターボチャージャの制御装置であって、
   内燃機関が過渡状態にあるか否かを判定する過渡状態判定手段と、
   前記過渡状態判定手段により過渡状態と判定されたときに、排気流量を表わす吸入空気量と燃料噴射量とから求められる排気エネルギに基づいて過渡時ＶＮ開度指令値を設定する過渡時ＶＮ開度設定手段と
   を備え、
   前記過渡時ＶＮ開度設定手段により設定された過渡時ＶＮ開度指令値に基づいて前記可変ベーンを制御する構成とした
   ことを特徴とする可変ベーン式ターボチャージャの制御装置。
2. 請求項１に記載の可変ベーン式ターボチャージャの制御装置であって、
   前記過度状態判定手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて求められた基本目標過給圧に対する実際の過給圧に所定の偏差があるときでかつアクセル操作による要求燃料噴射量が最大燃料噴射量より大きいときに、過渡時を判定することを特徴とする可変ベーン式ターボチャージャの制御装置。
3. 請求項２に記載の可変ベーン式ターボチャージャの制御装置であって、
   前記過度状態判定手段は、車両が走行中であるときを含めて、前記過渡時を判定することを特徴とする可変ベーン式ターボチャージャの制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の可変ベーン式ターボチャージャの制御装置であって、
   前記排気通路を流れる排気ガスを前記吸気通路へ循環させる排気還流通路と、
   前記排気還流通路における排気ガスの循環量を調節する排気循環量調節バルブと
   を備え、
   前記過度状態判定手段は、前記排気循環量調節バルブを閉じているときを含めて、前記過渡時を判定する
   ことを特徴とする可変ベーン式ターボチャージャの制御装置。
   
   

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