JP5316694B2 - ターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンプレッサに可動ベーンが設けられたターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置に関する。

コンプレッサホイールとスクロール流路との間の可変ディフューザに複数の可変翼が設けられ、これら複数の可変翼を回転させて可変ディフューザの断面積を変更するコンプレッサを備えたターボチャージャが知られている（特許文献１参照）。また、ターボチャージャを備えた内燃機関において、タービン及び排気浄化触媒を通過した排気をコンプレッサの上流に再循環させるためのＥＧＲ通路を備えた内燃機関が知られている（特許文献２参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３〜５が存在する。

特開２００７−２６２９７１号公報 特開２００８−１２８０４３号公報 特開２００１−３２９９９６号公報 特開２００７−１３２２３２号公報 特開２００７−３３２９４５号公報

周知のように排気を浄化するための排気浄化触媒及びフィルタは、衝撃が加えられると壊れることがある。また、これらは温度が過度に高くなると壊れ易くなる。そして、このように排気浄化触媒又はフィルタが壊れた場合は、それらの破片が排気中に異物として含まれる。特許文献２の内燃機関に特許文献１に示されているようなターボチャージャを適用した場合は排気がコンプレッサの上流に再循環される。そのため、排気中に異物が含まれている場合は、その異物が可動ベーンに衝突して可動ベーンが破損するおそれがある。

そこで、本発明は、コンプレッサに設けられた可動ベーンの破損を抑制することが可能なターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記排気通路の前記タービンよりも下流の区間に設けられて排気を浄化する排気浄化手段と、前記排気通路の前記排気浄化手段よりも下流の区間と前記吸気通路の前記コンプレッサよりも上流の区間とを接続するＥＧＲ通路と、を備えた内燃機関に適用され、前記コンプレッサには、可動ベーンを動かすことによりコンプレッサホイールから送り出される吸気の流路の絞り量を変更可能な可動ベーン機構が設けられ、前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されているときは、前記コンプレッサに排気が供給されていないときと比較して前記流路の絞り量が小さくなるように前記可動ベーン機構の動作を制御する制御手段を備えている。

本発明の制御装置によれば、ＥＧＲ通路を介してコンプレッサに排気が供給されているときは可動ベーンによる流路の絞り量を小さくするので、排気中の異物が可動ベーンに衝突することを抑制できる。また、このように流路の絞り量を小さくすることにより吸気の流速を低下させることができるので、異物が高速で可動ベーンに衝突することを抑制できる。そのため、可動ベーンの破損を抑制することができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記制御手段は、前記排気浄化手段の温度が所定の上限温度以上であり、かつ前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されている場合は、前記コンプレッサのサージングを回避可能な位置のうち前記流路の絞り量が最も小さくなる位置に前記可動ベーンが動くように前記可動ベーン機構の動作を制御してもよい。周知のように排気浄化触媒及びフィルタ等の排気浄化手段は、過熱されると壊れ易くなる。この形態では、排気浄化手段の温度が上限温度以上であり、かつコンプレッサに排気が供給されている場合には可動ベーンをコンプレッサのサージングを回避可能な位置のうち流路の絞り量が最も小さくなる位置に動かすので、可動ベーンに異物が衝突することを抑制できる。そのため、可動ベーンの破損を抑制できる。また、可動ベーンをこのような位置に動かすことにより、コンプレッサでサージングが発生することを抑制できる。

本発明の制御装置の一形態において、前記排気浄化手段は、昇温操作により機能が再生され、前記排気浄化手段を前記昇温操作時の目標温度まで昇温させる昇温手段をさらに備え、前記制御手段は、前記昇温手段により前記昇温操作が実行され、かつ前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されている場合に、前記コンプレッサのサージングを回避可能な位置のうち前記流路の絞り量が最も小さくなる位置に前記可動ベーンが動くように前記可動ベーン機構の動作を制御してもよい。排気浄化手段として、昇温操作にて排気浄化手段に堆積している粒子状物質又は硫黄酸化物等を分解、除去し、これにより浄化性能を回復させる再生式の排気浄化手段が知られている。この排気浄化手段に対して昇温操作が行われると排気浄化手段に堆積していた物質が除去されるので、排気浄化手段よりも下流側において排気中の異物が増加する。そのため、ＥＧＲ通路を介してコンプレッサに排気が供給されているとコンプレッサに流入する異物が増加するおそれがある。この形態では、排気浄化手段の昇温操作が実行され、かつＥＧＲ通路を介してコンプレッサに排気が供給されている場合は、流路の絞り量を小さくするので、可動ベーンに異物が衝突することを抑制できる。そのため、可動ベーンの破損を抑制できる。また、コンプレッサでサージングが発生することも抑制できる。

本発明の制御装置の一形態において、前記流路は、前記コンプレッサホイールの径方向外側に全周に亘って設けられ、前記可動ベーンは、前記流路に周方向に等間隔で複数設けられ、前記可動ベーン機構は、各可動ベーンに設けられた軸部を中心にそれら複数の可動ベーンを回転させて可動ベーン間の隙間の大きさを変化させることにより前記流路の絞り量を変更してもよい。このような可動ベーン機構では、可動ベーン間の隙間を大きくすることにより流路の絞り量を小さくする。そのため、絞り量を小さくすることにより、排気中の異物が可動ベーンに衝突し難くなる。そのため、可動ベーンが破損することを抑制できる。

本発明の制御装置の一形態において、前記可動ベーンは、前記流路内に突出する突出位置とその流路を形成する壁面内に収容される収容位置との間で移動可能に設けられ、前記制御手段は、前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されている場合に前記可動ベーンが前記収容位置に動かされるように前記可動ベーン機構の動作を制御してもよい。このように可動ベーンを収容位置に動かすことにより可動ベーンに異物が衝突することを防止できるので、可動ベーンが破損することを抑制できる。

この形態において、前記制御手段は、前記排気浄化手段の温度が所定の上限温度以上であり、かつ前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されている場合に前記可動ベーンが前記収容位置に動かされるように前記可動ベーン機構の動作を制御してもよい。上述したように排気浄化手段は過熱されると壊れ易くなるので、排気浄化手段の温度が高いと排気中の異物が増加するおそれがある。この形態では、排気浄化手段の温度が条件温度以上であり、かつコンプレッサに排気が供給されている場合は可動ベーンが収容位置に動かされるので、可動ベーンに異物が衝突することを防止できる。そのため、可動ベーンが破損することを抑制できる。

また、前記排気浄化手段は、昇温操作により機能が再生され、前記排気浄化手段を前記昇温操作時の目標温度まで昇温させる昇温手段をさらに備え、前記制御手段は、前記昇温手段により前記昇温操作が実行され、かつ前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されている場合に、前記可動ベーンが前記収容位置に動かされるように前記可動ベーン機構の動作を制御してもよい。このように可動ベーンの位置を切り替えることにより、排気浄化手段に対して昇温操作が実行されて排気中の異物が増加している場合でも可動ベーンに異物が衝突することを防止できる。そのため、可動ベーンが破損することを抑制できる。

本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を概略的に示す図。 図１のコンプレッサの断面を示す図。 コンプレッサの一部を図２の矢印III方向から見た図。 コンプレッサの一部を図２の矢印IV方向から見た図。 図１のＥＣＵが実行する可動ベーン制御ルーチンを示すフローチャート。 第２の形態においてＥＣＵが実行する可動ベーン制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の第３の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を概略的に示す図。 図７のＥＣＵが実行するＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャート。 図７のＥＣＵが実行する可動ベーン制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の第４の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関のターボチャージャのコンプレッサを示す図。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を概略的に示している。内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、複数の気筒（不図示）が設けられた機関本体２を備えている。各気筒には、吸気通路３及び排気通路４が接続されている。吸気通路３には、空気を濾過するためのエアクリーナ５と、第１スロットル弁６と、ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ８と、第２スロットル弁９とが設けられている。第１スロットル弁６及び第２スロットル弁９は、吸気通路３を開閉する周知のものである。排気通路４には、ターボチャージャ７のタービン７ｂと、排気を浄化する排気浄化手段としての排気浄化触媒１０とが設けられている。排気浄化触媒１０は、基材に三元触媒等を担持させた周知のものである。この図に示したように排気浄化触媒１０はタービン７ｂの下流に設けられている。

図２〜図４を参照してターボチャージャ７のコンプレッサ７ａについて説明する。図２は、コンプレッサ７ａの断面図を示している。また、図３は、コンプレッサ７ａの一部を図２の矢印III方向から見た図を示している。図４は、コンプレッサ７ａの一部を図２の矢印IV方向から見た図を示している。図２に示したようにコンプレッサ７ａは、コンプレッサハウジング１１と、コンプレッサハウジング１１内に収容されたコンプレッサホイール１２とを備えている。コンプレッサハウジング１１は、コンプレッサホイール１２が配置されるホイール室１３と、ホイール室１３の外周に設けられ、ホイール室１３の出口と通じているディフューザ部１４と、ディフューザ部１４の外周に設けられてディフューザ部１４と通じている渦巻き状のスクロール室１５とを備えている。ターボチャージャ７は、軸線Ａｘ回りに回転可能に設けられた回転軸１６を備えている。コンプレッサホイール１２は、回転軸１６の一端にこの回転軸１６と一体に回転するように取り付けられている。図示は省略したが回転軸１６の他端には、タービン７ｂのタービンホイールが一体に回転するように設けられている。そのため、タービンホイールが排気によって駆動されると、これによりコンプレッサホイール１２が駆動される。

コンプレッサ７ａには、可動ベーン機構１７が設けられている。可動ベーン機構１７は、ディフューザ部１４に配置された複数のディフューザベーン（以下、ベーンと略称することがある。）１８と、これら複数のベーン１８が軸部としてのピン１９を軸として回転可能なように取り付けられたベースプレート２０と、ベースプレート２０の裏面側に配置されたベーン操作機構２１とを備えている。ベーン１８は、吸気の流れを方向付ける周知の翼型形状の部品である。コンプレッサホイール１２から送り出された吸気は、各ベーン１８間に流入する。そのため、ベーン１８間の隙間が吸気の流路となる。各ベーン１８はピン１９の一端部に一体回転可能に取り付けられている。図３に示したようにピン１９の周方向のピッチは一定である。それらのピン１９を軸としてベーン１８が回転することにより、ベーン１８がそれらの間の吸気の流路を開閉するように回転する。そして、これにより吸気の流路の絞り量を変化させる。

図２及び図４に示したようにベーン操作機構２１は、駆動リング２２と、その駆動リング２２の内側に配置された複数のベーンアーム２３と、一対のベーンアーム２３間に配置された一方の駆動アーム２４と、その駆動アーム２４とピン２５を介して一体に回転可能に接続された操作レバー２６と、操作レバー２６を操作するためのアクチュエータ２７（図２参照）とを備えている。駆動リング２２は、ベースプレート２０に取り付けられた複数のローラ２０ａにより、回転軸１６の軸線Ａｘを中心として回転可能に支持されている。ベーンアーム２３の個数は、ベーン１８と同数である。各ベーンアーム２３は、ベースプレート２０を貫いて裏面側に突出したピン１９の他端部と一体回転可能に接続されている。従って、ベーン１８とベーンアーム２３とはピン１９を軸として一体に回転する。

駆動リング２２の内周には、複数のベーンアーム用溝部２２ａと、一対の溝部２２ａ間に位置する駆動アーム用溝部２２ｂとが設けられている。ベーンアーム用溝部２２ａはベーンアーム２３と同数設けられており、それらの周方向のピッチは一定である。各ベーンアーム用溝部２２ａにはベーンアーム２３の先端部２３ａが嵌り合っている。一方、駆動アーム用溝部２２ｂには駆動アーム２４の先端部２４ａが嵌り合っている。従って、操作レバー２６を図４の矢印Ｃ方向（時計方向）に回転操作すると、その回転がピン２５から駆動リング２２に伝わって駆動リング２２が同一方向に回転し、これに連動して各ベーンアーム２３がピン１９を中心として図４の時計方向に回転する。これによりベーン１８もピン１９を中心として時計方向に回転し、ベーン１８間の隙間が小さくなる。そのため、吸気の流路の絞り量が大きくなる。一方、操作レバー２６を図４の矢印Ｏ方向（反時計方向）に回転操作すると、駆動リング２２が上記とは反対方向に回転し、それに伴ってベーン１８がピン１９を中心として反時計方向に回転する。これによりベーン１８間の隙間が大きくなり、吸気の流路の絞り量が小さくなる。

アクチュエータ２７は、操作レバー２６を操作して各ベーン１８を図３に実線で示した最大位置Ｐ１と図３に破線で示した最小位置Ｐ２との間で駆動可能なように設けられている。最大位置Ｐ１は、各ベーン１８間の隙間が最大になる位置である。そのため、各ベーン１８がこの位置Ｐ１の場合に吸気の流路の絞り量が最小となる。一方、最小位置Ｐ２は、可動ベーン機構１７において各ベーン１８間の隙間が最小になる位置である。そのため、各ベーン１８がこの位置Ｐ２の場合に吸気の流路の絞り量が最大となる。

図１に戻ってエンジン１の説明を続ける。図１に示したようにエンジン１は、吸気通路３と排気通路４とを接続する高圧ＥＧＲ通路３０及び低圧ＥＧＲ通路３１を備えている。これらＥＧＲ通路３０、３１は、排気の一部を吸気通路３に再循環させるために設けられている。この図に示したように高圧ＥＧＲ通路３０は、排気通路４のタービン７ｂより上流の区間と吸気通路３のインタークーラ８よりも下流の区間とを接続している。高圧ＥＧＲ通路３０には、この通路３０を開閉する高圧ＥＧＲ弁３２が設けられている。低圧ＥＧＲ通路３１は、排気通路４の排気浄化触媒１０よりも下流の区間と吸気通路３のコンプレッサ７ａよりも上流の区間と接続している。低圧ＥＧＲ通路３１には、この通路３１を開閉する低圧ＥＧＲ弁３３と、排気中の異物を除去するためのフィルタ３４とが設けられている。フィルタ３４は、排気に含まれているカーボン微粒子などの粒子状物質を捕捉する周知のものである。

可動ベーン機構１７の動作は、制御手段としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０にて制御される。ＥＣＵ４０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだ周知のコンピュータユニットとして構成され、エンジン１に設けられた各種のセンサの出力信号に基づいてエンジン１の運転状態を制御する周知のものである。ＥＣＵ４０は、例えばエンジン１の運転状態に基づいて吸気通路３に還流すべき排気の量を算出し、その算出した量の排気が吸気通路３に還流されるように高圧ＥＧＲ弁３２及び低圧ＥＧＲ弁３３の開度をそれぞれ制御する。ＥＣＵ４０には、エンジン１の運転状態を検出するための種々のセンサが接続されている。例えば、エンジン１の回転数に対応する信号を出力する回転数センサ４１、及び排気浄化触媒１０の温度に対応する信号を出力する触媒温度センサ４２が接続されている。この他にもＥＣＵ４０に各種センサが接続されているが、それらの図示は省略した。

ＥＣＵ４０は、エンジン１の運転状態に応じて各ベーン１８間の隙間の大きさが制御されるようにアクチュエータ２７の動作を制御する。例えば、ＥＣＵ４０は、エンジン１の回転数が高いほど各ベーン１８間の隙間が大きくなるように、すなわち吸気の流路の絞り量が小さくなるようにアクチュエータ２７の動作を制御する。また、ＥＣＵ４０は、低圧ＥＧＲ弁３３が開弁しているか否かに応じてアクチュエータ２７の動作を制御する。周知のように排気浄化触媒１０及びフィルタ３４は、衝撃が加えられると欠けることがある。低圧ＥＧＲ弁３３が開いていると排気浄化触媒１０又はフィルタ３４の破片を異物として含んだ排気がコンプレッサ７ａ内に導かれる。この際に異物が高速でベーン１８に衝突するとベーン１８が破損するおそれがある。そこで、ＥＣＵ４０は、低圧ＥＧＲ弁３３が開弁されてコンプレッサ７ａに排気が供給されているときは、低圧ＥＧＲ弁３３が閉弁されてコンプレッサ７ａに排気が供給されていないときと比較して吸気の流路の絞り量が小さくなるようにアクチュエータ２７の動作を制御する。

図５は、このように可動ベーン機構１７の動作を制御するためにＥＣＵ４０が実行する可動ベーン制御ルーチンを示している。ＥＣＵ４０は、この制御ルーチンをエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する。図５の制御ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数及び排気浄化触媒１０の温度を取得する。

次のステップＳ１２においてＥＣＵ４０は、低圧ＥＧＲ弁３３が開いているか否か判断する。低圧ＥＧＲ弁３３が閉じていると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ４０は各ベーン１８がそれぞれ最大位置Ｐ１と最小位置Ｐ２との間で開閉駆動されるように可動ベーン機構１７の動作を制御する通常制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。この通常制御では、各ベーン１８の位置がエンジン１の回転数及び低圧ＥＧＲ弁３３の開度の両方に基づいて制御される。低圧ＥＧＲ通路３１を介して排気を吸気通路３に再循環させるためには、低圧ＥＧＲ通路３１の排気通路４側の端部の圧力を吸気通路３側の端部の圧力よりも高くする必要がある。そして、低圧ＥＧＲ通路３１の端部間の圧力差は、低圧ＥＧＲ弁３３が開けられるほど小さくなる。そこで、ＥＣＵ４０は、低圧ＥＧＲ弁３３が開けられるほど各ベーン１８間の断面積が小さくなるように各ベーン１８の位置を制御する。また、ＥＣＵ４０は、エンジン１の回転数が高いほど各ベーン１８間の断面積が大きくなるように各ベーン１８の位置を制御する。そして、通常制御では、エンジン１の回転数に基づく制御と低圧ＥＧＲ弁３３の開度に基づく制御とに優先順位を付与し、その優先順位に従って各ベーン１８の位置を制御する。

一方、低圧ＥＧＲ弁３３が開いていると判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ４０は制限制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。この制限制御では、通常制御において設定される位置と比較して最大位置Ｐ１寄りの位置、すなわち通常制御時と比較して吸気の流路の絞り量が小さくなる位置に各ベーン１８が動かされるように可動ベーン機構１７の動作が制御される。この制限制御にて設定される各ベーン１８の位置は、異物によるベーン１８の破損を十分に抑制可能な位置であればよく、コンプレッサ７ａの容量等に応じて適宜に設定すればよい。

この第１の形態では、低圧ＥＧＲ弁３３が開いている場合は低圧ＥＧＲ弁３３が閉じている場合と比較して吸気の流路の絞り量が小さくなるように、すなわち各ベーン１８間の隙間が大きくなるように可動ベーン機構１７の動作が制御される。そのため、排気中の異物がベーン１８に衝突することを抑制できる。また、このように吸気の流路の絞り量を小さくすることにより、ディフューザ部１４における吸気の流速を低下させることができるので、異物が高速でベーン１８に衝突することを抑制できる。そのため、この第１の形態によれば、コンプレッサ７ａよりも上流に排気を再循環でき、かつベーン１８の破損を抑制することができる。

（第２の形態）
次に図６を参照して本発明の第２の形態に係る制御装置について説明する。なお、この形態においてもエンジン１については図１が、コンプレッサ７ａについては図２〜図４がそれぞれ参照される。図６は、この形態においてＥＣＵ４０が可動ベーン機構１７の動作を制御するためにエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する可動ベーン制御ルーチンを示している。なお、この制御ルーチンにおいて図５と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。

図６の制御ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。続くステップＳ２１においてＥＣＵ４０は、排気浄化触媒１０の温度が所定の上限温度以上か否か判断する。周知のように排気浄化触媒１０及びフィルタ３４は、過熱されると壊れ易くなる。所定の上限温度は、排気浄化触媒１０又はフィルタ３４が壊れ易い状態か否か判断する判断基準として設けられ、排気浄化触媒１０又はフィルタ３４が壊れ易くなる温度範囲の下限値に基づいて適宜に設定される。排気浄化触媒１０の温度が上限温度未満と判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ４０は通常制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、排気浄化触媒１０の温度が上限温度以上と判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ４０は低圧ＥＧＲ弁３３が開いているか否か判断する。低圧ＥＧＲ弁３３が開いていると判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ４０は退避制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。この退避制御では、コンプレッサ７ａのサージングを回避可能な位置のうち吸気の流路の絞り量が最も小さくなる位置に各ベーン１８が動くように可動ベーン機構１７の動作が制御される。

一方、低圧ＥＧＲ弁３３が閉じていると判断した場合はステップＳ２３に進み、ＥＣＵ４０はＥＧＲ停止時制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。このＥＧＲ停止時制御では、ＥＣＵ４０は、エンジン１の回転数が高いほど各ベーン１８間の隙間が大きくなるように各ベーン１８の位置を制御する。

この第２の形態では、排気浄化触媒１０の温度が所定の上限温度以上であり、かつ低圧ＥＧＲ弁３３が開いている場合はコンプレッサ７ａのサージングを回避可能な位置のうち吸気の流路の絞り量が最も小さくなる位置に各ベーン１８が動かされる。そのため、排気中の異物がベーン１８に衝突することを抑制し、これによりベーン１８の破損を抑制できる。また、このような位置に各ベーン１８を動かすことにより、コンプレッサ７ａでサージングが発生することを抑制できる。

なお、この形態で実行する退避制御においては、吸気の流路の絞り量を小さくすることよりもコンプレッサ７ａのサージング防止が優先されるように各ベーン１８を動かしてもよい。周知のようにコンプレッサ７ａのサージングを防止するためには吸気の流路の絞り量を大きくしてベーン１８間の隙間を小さくする必要がある。そこで、退避制御では、コンプレッサ７ａに排気が供給されていないときと比較して吸気の流路の絞り量が小さければ、コンプレッサ７ａのサージングを回避可能な適宜の位置に各ベーン１８を動かしてもよい。これによりコンプレッサ７ａのサージングを防止することができる。

（第３の形態）
次に図７〜図９を参照して本発明の第３の形態に係る制御装置について説明する。図７は、この形態の制御装置が組み込まれた内燃機関の概略を示している。なお、図７において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この形態では、排気浄化触媒１０に代えて排気に含まれている煤等の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと略称する。）５０が排気通路４に設けられている。この図に示したようにフィルタ５０は、排気浄化触媒１０と同様にタービン７ｂの下流に設けられている。また、この形態では、高圧ＥＧＲ通路３０が省略されている。なお、この形態においてもコンプレッサ７ａには上述した形態と同様の可動ベーン機構１７が設けられている。

フィルタ５０に堆積しているＰＭの量はエンジン１の運転時間に応じて増加し、フィルタ５０の捕集機能はそのＰＭの量に応じて低下する。そこで、ＥＣＵ４０は、フィルタ５０をＰＭが酸化除去される目標温度、例えば６００°Ｃまで昇温する昇温操作を定期的に実行する。これによりフィルタ５０に堆積していたＰＭが酸化除去され、フィルタ５０の機能が回復する。この昇温操作は、ＰＭ再生処理とも呼ばれる。

図８は、ＥＣＵ４０が実行するＰＭ再生処理ルーチンを示している。ＰＭ再生処理ルーチンは、ＥＣＵ４０が実行する他の様々な処理と並行して所定の周期で繰り返し実行される。このＰＭ再生処理ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずステップＳ３１でフィルタ５０に対するＰＭ再生処理の要否を判定する。ＰＭ再生処理の要否は周知の方法で行えばよい。例えば、フィルタ５０のＰＭの堆積量をフィルタ５０の前後における圧力損失、エンジン１の運転時間、車両の走行距離といったＰＭの堆積量に相関する物理量に基づいて推定し、その推定値が所定の判定値を越えたときにＰＭ再生が必要と判定することができる。

ＰＭ再生処理が必要と判断した場合はステップＳ３２に進み、ＥＣＵ４０はＰＭ再生処理を実行する。なお、ＰＭ再生処理におけるフィルタ５０の昇温は、周知の昇温方法で行えばよい。例えば、排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチになるようにエンジン１を運転し、排気通路４で排気に含まれる燃料を燃焼させてフィルタ５０を昇温すればよい。また、排気通路４内に燃料添加弁を設け、この燃料添加弁から添加した燃料を燃焼させてフィルタ５０を昇温してもよい。これにより、フィルタ５０がＰＭ再生処理時の目標温度まで昇温される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、ＰＭ再生処理が不要と判断した場合はステップＳ３３に進み、ＥＣＵ４０はＰＭ再生処理を停止する、今回のルーチンを終了する。

図９は、この形態においてＥＣＵ４０が実行する可動ベーン制御ルーチンを示している。なお、この制御ルーチンにおいて図５又は図６と共通の処理には同一の符号を付して説明を省略する。この制御ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、ステップＳ１２まで図５と同様に処理を進める。ステップＳ１２で低圧ＥＧＲ弁３３が閉じていると判断した場合はステップＳ２３に進み、ＥＣＵ４０はＥＧＲ停止時制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、低圧ＥＧＲ弁３３が開いていると判断した場合はステップＳ４１に進み、ＥＣＵ４０はＰＭ再生処理が実行中か否か判断する。ＰＭ再生処理が実行中と判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ４０は退避制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、ＰＭ再生処理が実行中ではないと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ４０は通常制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

ＰＭ再生処理の実行中は、フィルタ５０からＰＭが酸化除去されるので、フィルタ５０よりも下流側において排気中の異物が増加するおそれがある。また、ＰＭ再生処理の実行中はフィルタ５０を昇温するので、異物は高温になる。低圧ＥＧＲ弁３３が開いている場合は、この高温の異物が排気とともに吸気通路３に還流され、コンプレッサ７ａに流入するおそれがある。

この形態では、低圧ＥＧＲ弁３３が開いており、かつＰＭ再生処理が実行中の場合には退避制御が実行されるので、高温の異物がコンプレッサ７ａに流入してもその異物がベーン１８に衝突することを抑制できる。そのため、ベーン１８の破損を抑制することができる。

なお、この形態の制御装置が適用されるエンジン１は、排気通路４にフィルタ５０が設けられたものに限定されない。この形態の制御装置は、排気浄化機能を回復させるために定期的に昇温される種々の排気浄化手段が排気通路４に設けられたエンジン１に適用してよい。例えば、フィルタの代わりに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設けられたエンジン１に適用してよい。周知のように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、排気に含まれる硫黄成分に被毒されて浄化機能が低下する。そこで、ＮＯｘ触媒を所定の目標温度、例えば６５０°Ｃまで昇温するとともに排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにしてＮＯｘ触媒から硫黄成分を除去するＳ被毒回復処理がＮＯｘ触媒に対して定期的に行われる。Ｓ被毒回復処理の実行時は、ＮＯｘ触媒を昇温するので、ＰＭ再生処理の実行時と同様に排気中に高温の異物が発生するおそれがある。そのため、このように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が排気通路４に設けられたエンジン１では、低圧ＥＧＲ弁３３が開いており、かつＳ被毒回復処理の実行中の場合に退避制御を実行すればよい。これによりベーン１８に高温の異物が衝突することを抑制できるので、ベーン１８の破損を抑制できる。この他、この形態の制御装置は、フィルタの代わりにパティキュレートフィルタに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持された排気浄化手段が設けられたエンジン１に適用してもよい。この場合、ＰＭ再生処理又はＳ被毒回復処理のいずれか一方が実行され、かつ低圧ＥＧＲ弁３３が開いている場合に退避制御を実行すればよい。このように可動ベーン機構１７を制御することにより、ベーン１８の破損を抑制できる。

（第４の形態）
次に図１０を参照して本発明の第４の形態に係る制御装置について説明する。なお、この形態においてもエンジン１については図１が参照される。また、この形態において第１の形態と共通の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１０は、この形態におけるコンプレッサ７ａの断面図を示している。この図に示したように第４の形態では、第１の形態のものとは異なる可動ベーン機構６０がコンプレッサ７ａに設けられている。

可動ベーン機構６０は、軸線Ａｘ方向に移動可能なように設けられた可動部６１と、可動部６１を駆動するためのアクチュエータ６２とを備えている。可動部６１は、複数のベーン１８が設けられた環状のベースプレート６３を備えている。なお、この図では複数のベーン１８のうちの１つのみを示す。複数のベーン１８は、第１の形態と同様に同一円周上に等間隔で設けられている。また、この図に示したように各ベーン１８は、ベースプレート６３の同一の面から軸線Ａｘ方向に延びている。コンプレッサハウジング１１には、ディフューザ部１４と軸線Ａｘ方向に並ぶように収容室６４が設けられている。ディフューザ部１４と収容室６４とは隔壁６５で区分されている。隔壁６５には複数のベーン１８に対応して貫通孔６５ａが設けられている。可動部６１は、各ベーン１８がそれぞれ貫通孔６５ａに挿入されるように収容室６４内に収容されている。アクチュエータ６２は、各ベーン１８の先端１８ａが隔壁６５と対向する対向面１４ａにそれぞれ接する突出位置Ｐ１１と、各ベーン１８がそれぞれ隔壁６５内に収容される収容位置Ｐ１２との間で可動部６１を駆動する。そして、ディフューザ部１４の断面積は、可動部６１が突出位置Ｐ１１の場合に最小になり、可動部６１が収容位置Ｐ１２の場合に最大となる。そのため、可動部６１が突出位置Ｐ１１の場合にディフューザ部１４の絞り量が最大になり、可動部６１が収容位置Ｐ１２の場合にディフューザ部１４の絞り量が最小になる。

この形態においてもＥＣＵ４０は、図５、図６又は図９に示した制御ルーチンを実行して可動ベーン機構６０の動作を制御する。但し、この第４の形態と上述した各形態とでは、コンプレッサ７ａに設けられている可動ベーン機構が異なるので、通常制御、制限制御、ＥＧＲ停止時制御、及び退避制御の各制御の内容がそれぞれ異なる。それ以外は上述した形態と同様に各制御ルーチンの各処理が行われる。以下、この形態における各制御の制御内容を説明する。

この形態の通常制御では、ＥＣＵ４０はエンジン１の回転数及び低圧ＥＧＲ弁３３の開度の両方に基づいて可動部６１の位置を制御する。この可動ベーン機構６０では、エンジン１の回転数が予め設定した判定回転数未満の場合は可動部６１が突出位置Ｐ１１に移動し、エンジン１の回転数が判定回転数以上の場合は可動部６１が収容位置Ｐ１２に移動するように可動部６１の位置が制御される。上述したように低圧ＥＧＲ弁３３が開けられるほど低圧ＥＧＲ通路３１の吸気通路３側の端部の圧力と排気通路４側の端部の圧力との差が小さくなる。そこで、この圧力差が予め設定した所定値より小さい場合は、可動部６１が収容位置Ｐ１２に移動するようにアクチュエータ６２の動作を制御する。そして、この形態においても通常制御では、エンジン１の回転数に基づく制御と低圧ＥＧＲ弁３３の開度に基づく制御とに優先順位を付与し、その優先順位に従って各ベーン１８の位置を制御する。

この形態の制限制御では、可動部６１が収容位置Ｐ１２に移動させる。この形態のＥＧＲ停止時制御では、ＥＣＵ４０はエンジン１の回転数に基づいて可動部６１の位置を制御する。具体的な制御方法は上述した通常制御の制御方法と同じでよいため、詳細な説明は省略する。この形態の退避制御では、ＥＣＵ４０は可動部６１を収容位置Ｐ１２に移動させる。

第４の形態によれば、ＥＣＵ４０が図５、図６、又は図９に示した制御ルーチンを実行することにより、低圧ＥＧＲ弁３３が開弁している場合、排気浄化触媒１０の温度が所定の上限温度以上であり、かつ低圧ＥＧＲ弁３３が開いている場合、又はＰＭ再生処理の実行中であり、かつ低圧ＥＧＲ弁３３が開いている場合に可動部６１が収容位置Ｐ１２に動かされる。このように可動ベーン機構６０の動作を制御することにより排気中の異物がベーン１８と衝突することを防止できる。そのため、ベーン１８の破損を抑制することができる。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。本発明が適用される内燃機関は、上述した各形態で示した内燃機関に限定されない。コンプレッサに可動ベーン機構が設けられ、排気浄化触媒又はフィルタよりも下流側の排気通路とコンプレッサよりも上流側の吸気通路とがＥＧＲ通路で接続された種々の内燃機関に適用してよい。上述した第２の形態の図６の制御ルーチンと第３の形態の図９の制御ルーチンとは、並列に実行してもよい。この場合、例えば予め優先順位を設定し、その優先順位に従ってこれらのルーチンを実行して可動ベーン機構の動作を制御すればよい。

Claims (7)

1. 排気通路に設けられたタービン及び吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記排気通路の前記タービンよりも下流の区間に設けられて排気を浄化する排気浄化手段と、前記排気通路の前記排気浄化手段よりも下流の区間と前記吸気通路の前記コンプレッサよりも上流の区間とを接続するＥＧＲ通路と、を備えた内燃機関に適用され、
   前記コンプレッサには、可動ベーンを動かすことによりコンプレッサホイールから送り出される吸気の流路の絞り量を変更可能な可動ベーン機構が設けられ、
   前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されているときは、前記コンプレッサに排気が供給されていないときと比較して前記流路の絞り量が小さくなるように前記可動ベーン機構の動作を制御する制御手段を備えている内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記排気浄化手段の温度が所定の上限温度以上であり、かつ前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されている場合に、前記コンプレッサのサージングを回避可能な位置のうち前記流路の絞り量が最も小さくなる位置に前記可動ベーンが動くように前記可動ベーン機構の動作を制御する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記排気浄化手段は、昇温操作により機能が再生され、
   前記排気浄化手段を前記昇温操作時の目標温度まで昇温させる昇温手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記昇温手段により前記昇温操作が実行され、かつ前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されている場合に、前記コンプレッサのサージングを回避可能な位置のうち前記流路の絞り量が最も小さくなる位置に前記可動ベーンが動くように前記可動ベーン機構の動作を制御する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記流路は、前記コンプレッサホイールの径方向外側に全周に亘って設けられ、
   前記可動ベーンは、前記流路に周方向に等間隔で複数設けられ、
   前記可動ベーン機構は、各可動ベーンに設けられた軸部を中心にそれら複数の可動ベーンを回転させて可動ベーン間の隙間の大きさを変化させることにより前記流路の絞り量を変更する請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記可動ベーンは、前記流路内に突出する突出位置とその流路を形成する壁面内に収容される収容位置との間で移動可能に設けられ、
   前記制御手段は、前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されている場合に前記可動ベーンが前記収容位置に動かされるように前記可動ベーン機構の動作を制御する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御手段は、前記排気浄化手段の温度が所定の上限温度以上であり、かつ前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されている場合に前記可動ベーンが前記収容位置に動かされるように前記可動ベーン機構の動作を制御する請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記排気浄化手段は、昇温操作により機能が再生され、
   前記排気浄化手段を前記昇温操作時の目標温度まで昇温させる昇温手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記昇温手段により前記昇温操作が実行され、かつ前記ＥＧＲ通路を介して前記コンプレッサに排気が供給されている場合に、前記可動ベーンが前記収容位置に動かされるように前記可動ベーン機構の動作を制御する請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置。

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