JP5737161B2 - 過給機付きエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付きエンジンの制御装置に関し、さらに詳しくは、可変ノズルベーン式過給機を備えたエンジンの制御装置に関する。

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

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

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

特開２００９−２９９５０５号公報 特開２００３−１２９８５３号公報 特開２００９−２８１１４４号公報

ところで、可変ノズルベーン式ターボチャージャを備えたエンジンにあっては、加速（エンジン加速）から減速に切り替わったときには、その後（減速後）の再加速性を確保するためにノズルベーンの開度（ＶＮ開度）を閉じ側に制御して、ターボチャージャの過給圧を落さないようにしている。このため、加速から減速に切り替わるときに、ノズルベーンを通過する排気ガスの流速（流速＝［流量］／［ノズルベーン間の流路断面積］）が準定常となる場合がある。そして、その排気ガスの流速がある一定以上で準定常になると、ノズルベーンの後流に排気ガスの渦（ランキン渦）が生じるようになる。

ここで、ランキン渦はノズルベーンの後端で発生し、排気ガスの流速に比例した周波数成分を有する圧力脈動となることが判っている。つまり、ランキン渦の渦放周波数ｆは、理論式［ｆ＝Ｓｔ＊Ｕ／Ｄ Ｓｔ：ストロハル数（定数）、Ｕ：流速、Ｄ：後流の幅］の関係を満足しているので、このランキン渦によって生じる圧力脈動は、ノズルベーンを通過する排気ガスの流速に比例した周波数成分を有する。そして、そのような圧力脈動の周波数が、タービンハウジング内の空間及び排気管（タービンハウジング〜触媒の排気ガス通路）内の空間の空間共鳴にて増幅されると、車両排気管を通じて排気口からの吐出音となってしまい、その異音が問題となる。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、可変ノズルベーン式の過給機付きエンジンの制御装置において、加速（エンジン加速）から減速に切り替わったときの異音の発生を抑制することが可能な制御を実現することを目的とする。

本発明は、吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構とを備えた過給機が設けられた過給機付きエンジンの制御装置を前提としており、このような過給機付きエンジンの制御装置において、エンジン回転数が所定の判定値以上である場合に、アクセルオフとなり当該エンジン回転数が上昇から下降に切り替わった時点から所定の設定時間が経過するまでの間は前記ノズルベーンの開度を開状態に保持する構成とされており、前記所定の判定値は、前記過給機のタービンハウジング内部の空間及び前記タービンハウジングの出口から排気流れの下流側に配置の触媒までの排気通路内の空間における空間共鳴の周波数帯内に入るエンジン回転域の下限値に基づいて設定されていることを技術的特徴としている。

本発明の具体的な構成として、エンジン回転数が所定の判定値以上で、かつ、当該エンジン回転数の変化率が所定の判定値以上である場合に、アクセルオフとなり当該エンジン回転数が上昇から下降に切り替わった時点から所定の設定時間が経過するまでの間は前記ノズルベーンの開度を開状態に保持するという構成を挙げることができる。

本発明において、エンジン回転数が上昇から下降に切り替わったことを判定する方法としては、例えば、エンジン回転数の時間変化率（ｄＮｅ／ｄｔ）を用い、その変化率ｄＮｅ／ｄｔが［ｄＮｅ／ｄｔ＞０］⇒［ｄＮｅ／ｄｔ＜０］と変化したときに、エンジン回転数が上昇から下降に切り替わったと判定する、という方法を挙げることができる。

以下、本発明の作用について述べる。

上述したように、ランキン渦は、加速（エンジン加速）から減速に切り替わるときに、ノズルベーンを通過する排気ガスのガス流速が、ある一定値以上の準定常になった場合に生じるので、そのガス流速の準定常を回避すれば、異音の発生を抑制することができる。このような点に着目して、本発明では、エンジン回転数が所定の判定値以上である場合（後述する空間共鳴の周波数帯に入るエンジン回転数である場合）に、エンジン回転数が上昇から下降に切り替わった時点を、上記ノズルベーンを通過する排気ガスのガス流速が準定常に至る点と判断し、そのエンジン回転数が切り替わった時点から所定の設定時間が経過するまでの間はノズルベーンの開度を開状態に保持する。このようにしてノズルベーンの開度を開状態に保持することにより、ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が小さくなるので、ランキン渦が発生するガス流速の準定常を回避することができ、異音の発生を抑制することができる。

ここで、可変ノズルベーン式ターボチャージャにおいて、加速から減速に切り替わるときに常に異音が発生するのではなく、ある条件が成立した場合に異音が発生する。すなわち、上述の如く、ノズルベーンを通過する排気ガスのガス流速がある一定値以上の準定常になった場合に生じるランキン渦（圧力脈動の周波数）が、排気管等での空間共鳴にて増幅されることにより異音が発生するので、その空間共鳴の周波数帯（図１１参照）にエンジン回転数（ターボ回転数）が入らない状況のときにはランキン渦の圧力脈動の周波数が増幅されずに済み、異音の発生には至らない場合がある。このような点（空間共鳴の周波数帯）を考慮して、エンジン回転数に対する上記判定値を設定する。具体的には、上記した空間共鳴の周波数帯（図１１参照）内に入るエンジン回転数（ターボ回転数）を実験・シミュレーション計算等によって求めておき、その結果（空間共鳴の周波数帯に入るエンジン回転数）を基に上記判定値を設定する。

そして、このようにエンジン回転数が所定の判定値以上という条件を設定することにより、異音が発生しない条件（エンジン回転数が判定値未満）のときには、減速後の再加速性を確保する制御（ＶＮ開度を閉じ側にする制御）を優先して実行することができる。

ここで、本発明において、上記ノズルベーンの開度を開状態に保持する時間（設定時間（図１０のｔ２−ｔ３の時間））については、エンジン回転数が上昇から下降に切り替わった時点から、例えば図１１に示すような異音大領域を通過するのに要する時間を実験・シミュレーション計算等によって求めておき、その結果を基に設定する。そして、このような設定時間（ノズルベーンの開度を開状態に保持する時間）が経過した後、減速後の再加速性を確保するためにノズルベーンの開度を閉じ側に制御する。

本発明によれば、エンジン回転数が所定の判定値以上である場合に、アクセルオフとなり当該エンジン回転数が上昇から下降に切り替わった時点から所定の設定時間が経過するまでの間はノズルベーンの開度を開状態に保持するので、加速から減速に切り替わったときの異音の発生を抑制することができる。

本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。 エンジンに装備されるターボチャージャの一例を示す縦断面図である。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの外側から見た図である。なお、図３ではノズルベーンが開き側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの内側から見た図である。なお、図４ではノズルベーンが開き側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの外側から見た図である。なお、図５ではノズルベーンが閉じ側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの内側から見た図である。なお、図６ではノズルベーンが閉じ側にある状態を示している。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 ノズルベーンを通過する排気ガスの流れを模式的に示す図である。 ＥＣＵが実行するＶＮ開度制御の一例を示すフローチャートである。 ＥＣＵが実行するＶＮ開度制御の一例を示すタイミングチャートである。 ターボ回転数と空間共鳴の周波数帯とを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

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

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

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

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

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

エンジン１のシリンダヘッド１ｂには、エンジン１の燃焼室１ｄ内に燃料を直接噴射するためのインジェクタ２が設けられている。インジェクタ２にはコモンレール（蓄圧室）３が接続されており、インジェクタ２が開弁状態となっている間、コモンレール３内の燃料がインジェクタ２から燃焼室１ｄ内に噴射される。

コモンレール３には、このコモンレール３内の高圧燃料の圧力（レール圧）を検出するためのレール圧センサ２４が配置されている。コモンレール３には燃料ポンプであるサプライポンプ４が接続されている。

サプライポンプ４は、エンジン１のクランクシャフト１５の回転力よって駆動される。このサプライポンプ４の駆動により燃料タンク４０から燃料をコモンレール３に供給し、インジェクタ２を所定のタイミングで開弁することによってエンジン１の各気筒の燃焼室１ｄ内に燃料が噴射される。この噴射された燃料は燃焼室１ｄ内で燃焼され排気ガスとなって排気される。なお、インジェクタ２の開弁タイミング（噴射期間）は、後述するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。

エンジン１の燃焼室１ｄには吸気通路１１と排気通路１２が接続されている。吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。

また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの各回転によって行われる。

吸気通路１１には、エアクリーナ（図示せず）、吸入空気量（新規空気量）を検出するエアフロメータ２２、後述するターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１１２、ターボチャージャ１００での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ７、吸気温センサ２３、スロットルバルブ６、及び、インテークマニホールド１１ａ内の圧力（過給圧）を検出するインマニ圧センサ（過給圧センサ）２８などが配置されている。

スロットルバルブ６は、インタークーラ７（ターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２）の下流側（吸入空気流れの下流側）の吸気通路１１に配置されている。スロットルバルブ６は電子制御式のバルブであって、スロットルモータ６０によって開度が調整される。スロットルバルブ６の開度（スロットル開度）はスロットル開度センサ２６によって検出される。この例のスロットルバルブ６は、運転者のアクセルペダル操作とは独立してスロットル開度を電子的に制御することが可能である。

排気通路１２には、前段のＳ／Ｃ触媒（スタート触媒）８１と、後段のＵ／Ｆ触媒（アンダーフロア触媒）８２とが配置されている。Ｓ／Ｃ触媒８１は、例えば、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などを浄化可能な三元触媒によって構成されている。また、Ｕ／Ｆ触媒８２は、例えば、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するとともに、吸蔵しているＮＯｘを還元する機能を有するＮＯｘ触媒（例えば、ＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒）によって構成される。

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

ターボチャージャ１００は、図１及び図２に示すように、排気通路１２に配置されたタービンホイール１０１、吸気通路１１に配置されたコンプレッサインペラ１０２、及び、これらタービンホイール１０１とコンプレッサインペラ１０２とを一体に連結する連結シャフト１０３などによって構成されており、排気通路１２に配置のタービンホイール１０１が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路１１に配置のコンプレッサインペラ１０２が回転する。そして、コンプレッサインペラ１０２の回転により吸入空気が過給され、エンジン１の各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。

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

この例のターボチャージャ１００は、可変ノズル式ターボチャージャ（ＶＮＴ）であって、タービンホイール１０１側に可変ノズルベーン機構１２０が設けられており、この可変ノズルベーン機構１２０のノズルベーン１２１の開度（以下、ＶＮ開度ともいう）を調整することによってエンジン１の過給圧を調整することができる。可変ノズルベーン機構１２０の詳細については後述する。

−ＥＧＲ装置−
また、エンジン１にはＥＧＲ装置５が装備されている。ＥＧＲ装置５は、吸入空気に排気ガスの一部を導入することで、燃焼室１ｄ内の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させる装置である。

ＥＧＲ装置５は、図１に示すように、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１よりも上流側（排気ガス流れの上流）の排気通路１２と、インタークーラ７（ターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２）の下流側（吸入空気流れの下流側）の吸気通路１１とを連通するＥＧＲ通路５１、このＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲ触媒（例えば、酸化触媒）５２、ＥＧＲクーラ５３、及び、ＥＧＲバルブ５４などによって構成されている。そして、このような構成のＥＧＲ装置５において、ＥＧＲバルブ５４の開度を調整することにより、ＥＧＲ率［ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋吸入空気量（新規空気量））（％）］を変更することができ、排気通路１２から吸気通路１１に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。

なお、ＥＧＲ装置５には、ＥＧＲクーラ５３をバイパスするＥＧＲバイパス通路及びＥＧＲバイパス切替バルブを設けておいてもよい。

−可変ノズルベーン機構
次に、ターボチャージャ１００の可変ノズルベーン機構１２０について図２〜図６を参照して説明する。

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

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

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

上記駆動アーム１２４は、駆動シャフト１２８を中心に回動可能となっている。また、駆動シャフト１２８は駆動リンク１２７の一端部に一体的に取り付けられており、その駆動リンク１２７が回動すると、これに伴って駆動シャフト１２８が回転して駆動アーム１２４が回動（揺動）する。

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

各開閉アーム１２３は、ベーンシャフト１２５を中心に回動可能となっている。各ベーンシャフト１２５はノズルプレート１２６に回転自在に支持されており、このベーンシャフト１２５によって、開閉アーム１２３と上記ノズルベーン１２１とが一体的に連結されている。

上記ノズルプレート１２６はタービンハウジング１１１に固定されている。ノズルプレート１２６にはピン１２６ａ（図３及び５参照）が差し込まれており、このピン１２６ａにはローラ１２６ｂが嵌め合わされている。ローラ１２６ｂはユニゾンリング１２２の内周面をガイドする。これにより、ユニゾンリング１２２はローラ１２６ｂに保持されて所定方向に回転することが可能となっている。

以上の構造において、上記駆動リンク１２７が回動すると、その回動力が、駆動シャフト１２８及び駆動アーム１２４を介してユニゾンリング１２２に伝達される。このユニゾンリング１２２の回転に伴って各開閉アーム１２３が回動（揺動）して各可変ノズルベーン１２１が回動する。

この例の可変ノズルベーン機構１２０にあっては、駆動リンク１２７の他端部にリンクロッド１２９が連結ピン１２７ａを介して回動自在に連結されている。このリンクロッド１２９はＶＮアクチュエータ１４０に連結されている。ＶＮアクチュエータ１４０は、電動モータ（ＤＣモータ）１４１と、この電動モータ１４１の回転を直線運動に変換して上記リンクロッド１２９に伝達する変換機構（例えば、ウォームギヤ及びこのウォームギヤに噛み合うウォームホイールを有するギヤ機構等：図示せず）とを備えている。ＶＮアクチュエータ１４０はＥＣＵ２００によって駆動制御される。ＥＣＵ２００は、例えば、エンジン運転状態から要求されるノズルベーン開度要求値などに応じて電動モータ１４１の通電制御を行う。なお、電動モータ１４１には車載バッテリ（図示せず）からの電力が供給される。

そして、上記ＶＮアクチュエータ１４０によってリンクロッド１２９の移動（前進・後退）させることにより駆動リンク１２７が回動し、これに伴って各ノズルベーン１２１が回動（変位）する。

具体的には、図３に示すように、リンクロッド１２９を図中矢印Ｘ１方向に引くことで（リンクロッド１２９の後退）、ユニゾンリング１２２が図中矢印Ｙ１方向に回転し、図４に示すように、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５を中心に図中反時計回り方向（Ｙ１方向）に回動して、ノズルベーン１２１の開度（ＶＮ開度）が大きく設定される。

一方、図５に示すように、リンクロッド１２９を図中矢印Ｘ２方向に押すことで（リンクロッド１２９の前進）、ユニゾンリング１２２が図中矢印Ｙ２方向に回転し、図６に示すように、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５を中心に図中時計回り方向（Ｙ２方向）に回動してノズルベーン開度（ＶＮ開度）が小さく設定される。

以上の構造のターボチャージャ１００において、上記タービンホイール１０１を収容しているタービンハウジング１１１には、タービンハウジング渦室１１１ａが設けられており、このタービンハウジング渦室１１１ａに排気ガスが供給され、その排気ガスの流れによってタービンホイール１０１が回転する。この際、上述の如く、各ノズルベーン１２１の回動位置が調整されて、その回動角度を設定することにより、タービンハウジング渦室１１１ａからタービンホイール１０１に向かう排気の流量及び流速を調整することができる。これによって過給性能を調整することが可能になり、例えば、エンジン１の低回転時にノズルベーン１２１同士の間の流路面積（スロート面積）を減少させるように各ノズルベーン１２１の回動位置（変位）を調整すれば、排気ガスの流速が増加して、エンジン低速域から高い過給圧を得ることが可能になる。

以上のエンジン１、ターボチャージャ１００のＶＮアクチュエータ１４０（電動モータ１４１）、スロットルバルブ６を開閉駆動するスロットルモータ６０、及び、ＥＧＲバルブ５４などの各部はＥＣＵ２００によって制御される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、図７に示すように、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及びバックアップＲＡＭ２０４などを備えている。

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

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

入力インターフェース２０５には、水温センサ２１、エアフロメータ２２、吸気温センサ２３、レール圧センサ２４、エンジン回転数センサ２５、スロットルバルブ６の開度を検出するスロットル開度センサ２６、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２７、インマニ圧センサ（過給圧センサ）２８、及び、車速センサ２９などが接続されている。

出力インターフェース２０６には、インジェクタ２、スロットルバルブ６のスロットルモータ６０、ＥＧＲバルブ５４、及び、ターボチャージャ１００の可変ノズルベーン機構１２０のノズルベーン１２１の開度を調整するＶＮアクチュエータ１４０（電動モータ１４１）などが接続されている。

ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１のスロットルバルブ６の開度制御、燃料噴射量・噴射時期制御（インジェクタ２の開閉制御）、及び、ＥＧＲ制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ２００は、下記の「ＶＮ開度制御」を実行する。

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

−ＶＮ開度制御−
まず、ノズルベーン１２１を通過する排気ガスの流速（ＶＮ通過流速）について説明する。

ターボチャージャ１００に可変ノズルベーン機構１２０を設けた場合、図８に示すように、排気ガスはノズルベーン１２１を通過してタービンホイール１０１に向けて流れる。上述したように、加速（エンジン加速）から減速に切り替わったときには、その後（減速後）の再加速性を確保するためにノズルベーン１２１の開度（ＶＮ開度）を閉じ側に制御して、ターボチャージャ１００の過給圧を落さないようにしている。このため、加速から減速に切り替わるときに、ノズルベーン１２１を通過する排気ガスの流速が準定常となる場合がある。そして、その排気ガスの流速がある一定以上の準定常になると、ノズルベーン１２１の後流に排気ガスの渦（ランキン渦）が生じるようになる。

上述したように、ランキン渦はノズルベーン後端で発生し、排気ガスの流速に比例した周波数成分を有する圧力脈動となることが判っている。つまり、ランキン渦の渦放周波数ｆは、理論式［ｆ＝Ｓｔ＊Ｕ／Ｄ Ｓｔ：ストロハル数（定数）、Ｕ：流速、Ｄ：後流の幅］の関係を満足しているので、そのランキン渦によって生じる圧力脈動は、ノズルベーン１２１を通過する排気ガスの流速（ノズルベーン後端の流速）に比例した周波数成分を有する。そして、そのような圧力脈動の周波数が、タービンハウジング１１１内の空間及び排気管１２ａ（タービンハウジング〜触媒の排気ガス通路：図１参照）内の空間の空間共鳴にて増幅されると、車両排気管を通じて排気口からの吐出音となってしまい、その異音が問題となる。

このような点を考慮して、本実施形態では、エンジン回転数Ｎｅが所定の判定値以上である場合に、アクセルオフとなり当該エンジン回転数Ｎｅが上昇から下降に切り替わった時点から所定の設定時間が経過するまでの間は、ノズルベーン１２１の開度（ＶＮ開度）を開状態に保持することにより、異音の発生を抑制することを技術的特徴としている。

その具体的な制御（ＶＮ開度制御）の一例について図９のフローチャートを参照して説明する。図９の制御ルーチンは、ＥＣＵ２００において所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返して実行される。

図９の制御ルーチンが開始されると、まずは、ステップＳＴ１０１において、加速時（エンジン１の加速時）であるか否かを判定する。その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０１の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（加速時である場合）はステップＳＴ１０２に進む。

なお、加速時（エンジン１が加速時）であるか否かの判定は、例えば、車両走行中等において、アクセルペダルが踏み込まれて、アクセル開度センサ２７にて検出されるアクセル開度が所定以上になったとき（または、アクセル開度の変化率（上昇率）が所定値以上になったとき）に「加速時」であると判定するようにすればよい。

ステップＳＴ１０２では、エンジン回転数センサ２５の出力信号から算出されるエンジン回転数Ｎｅが所定の判定値Ｔｈｎｅ以上であるか否かを判定する。その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０２の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（［Ｎｅ≧Ｔｈｎｅ］である場合）はステップＳＴ１０３に進む。なお、ステップＳＴ１０２の判定処理に用いる判定値Ｔｈｎｅについては後述する。

なお、このステップＳＴ１０２の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合は、加速から減速に切り替わったときに後述する「ＶＮ開度を開状態に保持する制御」は実行せずに、ノズルベーン１２１の開度（ＶＮ開度）を閉じ側に制御し、ターボチャージャ１００の過給圧を落さないようにすることで、再加速性を確保する。

ステップＳＴ１０３では、アクセル開度センサ２７の出力信号に基づいて、アクセルオフになったか否かを判定する。その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０３の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（アクセルオフである場合）はステップＳＴ１０４に進む。

ステップＳＴ１０４では、アクセルオフの後に、加速（エンジン加速）から減速に切り替わったか否かを判定する。具体的には、エンジン回転数センサ２５の出力信号に基づいて、エンジン回転数Ｎｅの変化率（ｄＮｅ／ｄｔ：図１０参照）を逐次算出し、そのエンジン回転数Ｎｅの変化率ｄＮｅ／ｄｔが、［ｄＮｅ／ｄｔ＞０］⇒［ｄＮｅ／ｄｔ＜０］と変化したか否かを判定する。このステップＳＴ１０４の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合は処理が待機状態となる。そして、ステップＳＴ１０４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点（［ｄＮｅ／ｄｔ＞０］⇒［ｄＮｅ／ｄｔ＜０］となった時点（図１０のｔ２時点）でステップＳＴ１０５に進む。

ステップＳＴ１０５では、ノズルベーン１２１の開度（ＶＮ開度）を開状態に保持するとともに、［ｄＮｅ／ｄｔ＞０］⇒［ｄＮｅ／ｄｔ＜０］となった時点（図１０のｔ２時点）からの経過時間の計時を開始する。

ここで、ステップＳＴ１０５で実行する制御（ＶＮ開度を開状態に保持する制御）は、アクセルオフ時点（図１０に示すｔ１時点）でのＶＮ開度値よりもＶＮ開度を開き側に設定・保持する制御である。この開き側に設定するＶＮ開度については、減速時に、上記圧力脈動に起因する異音が発生しないようなＶＮ開度を、後述する設定時間（ＶＮ開度を開状態に保持する時間）などを考慮して、実験・シミュレーション等によって適合して設定する。なお、開状態に保持する制御時のＶＮ開度については最大開度に設定するようにしてもよい。

そして、以上のステップＳＴ１０５の処理（ＶＮ開度を開状態に保持する処理）は、［ｄＮｅ／ｄｔ＞０］⇒［ｄＮｅ／ｄｔ＜０］となった時点（図１０のｔ２時点）から、後述する設定時間が経過するまで（ｔ２時点からの経過時間が設定時間に達するまで）継続され、その設定時間が経過した時点（図１０のｔ３時点）、つまり、ステップＳＴ１０６の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点でステップＳＴ１０７に進む。

ステップＳＴ１０７においては、ノズルベーン１２１の開度（ＶＮ開度）を閉じ側の値に設定して、減速後の再加速性を確保する。

次に、上記した［判定値Ｔｈｎｅ］、及び、［設定時間（開状態保持時間）］について説明する。

（判定値Ｔｈｎｅ）
上記ステップＳＴ１０２の判定処理に用いる判定値Ｔｈｎｅについて説明する。まず、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）を用いて、対象とするエンジン１について、ターボチャージャ１００のタービンハウジング１１１内部の空間形状、及び、そのタービンハウジング１１１の出口からＳ／Ｃ触媒８１までの排気管１２ａ（Ｓ／Ｃ触媒８１のケーシング８１ｂ内の空間の一部（ケーシング８１ｂの入口から触媒本体８１ａまでの空間）を含む：図１参照）の空間形状を特定し、［タービンハウジング〜触媒］の空間共鳴を評価して共鳴周波数を求め、その結果を基に図１１に示す空間共鳴の周波数帯（異音が大となる周波数帯：例えば、６００Ｈｚ〜１ｋＨｚ）を特定する。

次に、上記処理により求めた空間共鳴の周波数帯を用い、その空間共鳴の周波数帯内に入るターボチャージャ１００の回転域（ターボ回転数の範囲：図１１参照）を実験・シミュレーション計算等によって求める。そして、エンジン１の回転数Ｎｅとターボチャージャ１００の回転数（ターボ回転数）との関係等を考慮して、上記空間共鳴の周波数帯に入るエンジン回転域を実験・シミュレーション計算等によって求め、そのエンジン回転域の下限値を基に適合した値（例えば、［エンジン回転域の下限値］−［マージン］）をステップＳＴ１０２の判定処理に用いる判定値Ｔｈｎｅとする。

（設定時間（開状態保持時間））
上記図９のステップＳＴ１０６の判定処理に用いる設定時間は、上記したように、エンジン回転数Ｎｅが上昇から下降に切り替わった時点（図１０のｔ２時点）からＶＮ開度を開状態に保持する期間（時間［ｔ２〜ｔ３］））のことである。この設定時間は、エンジン回転数Ｎｅが上昇から下降に切り替わった時点から、その下降中のエンジン回転数Ｎｅ（ターボ回転数）が図１１に示す空間共鳴の周波数帯を通過するのに要する時間を、実験・シミュレーション計算等によって求め、その結果を基に適合した値を設定する。なお、設定時間（ＶＮ開度の開状態保持時間）は長いほど異音抑制の点では好ましいが、長くし過ぎると減速後の再加速性が低下する傾向となるので、このような点を考慮した値（例えば、３００ｍｓｅｃ〜５００ｍｓｅｃ程度）を設定する。

次に、本実施形態のＶＮ開度制御について図１０のタイミングチャートを参照して説明する。

まず、加速時（エンジン加速時）において、エンジン回転数Ｎｅが所定の判定値Ｔｈｎｅ以上である場合に、図１０に示すタイミングｔ１でアクセルオフになると、従来制御（図１０の破線）では、ノズルベーン１２１の開度（ＶＮ開度）を閉じ側に制御している。このため、上述した理由により異音が発生する。これに対し、本実施形態では、ｔ１の時点でアクセルオフとなった後、エンジン回転数Ｎｅが上昇から下降に切り替わった時点（［ｄＮｅ／ｄｔ＞０］⇒［ｄＮｅ／ｄｔ＜０］となった時点）ｔ２で、ノズルベーン１２１の開度を開状態に所定の設定時間だけ保持する。このようにしてノズルベーン１２１の開度を開状態に保持することにより、ノズルベーン１２１を通過する排気ガスの流速が小さくなるので、ランキン渦が発生するガス流速の準定常を回避することができ、異音の発生を抑制することができる。そして、エンジン回転数Ｎｅが上昇から下降に切り替わった時点ｔ２から所定の設定時間が経過した時点ｔ３で、ノズルベーン１２１の開度を閉じ側に制御するので、減速後の再加速性を確保することができる。

このように、本実施形態によれば、エンジン回転数Ｎｅが所定の判定値Ｔｈｎｅ以上である場合に、アクセルオフとなり当該エンジン回転数Ｎｅが上昇から下降に切り替わった時点から所定の設定時間が経過するまでの間はノズルベーン１２１の開度を開状態に保持するので、加速から減速に切り替わったときの異音の発生を抑制することができる。

（変形例）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。この変形例では、上記した図９のステップＳＴ１０２とステップＳＴ１０３との間に、加速中のエンジン回転数Ｎｅの変化率（上昇率：ｄＮｅ／ｄｔ：図１０参照）が所定の判定値ＴｈΔｎｅ以上であるか否かを判定するステップを追加する点に特徴がある。そして、その追加ステップの判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合にステップＳＴ１０３に進み、追加ステップの判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。このような追加ステップを設ける理由について以下に説明する。

まず、エンジン回転数Ｎｅが上記判定値Ｔｈｎｅ以上となるような状況であっても、例えば、加速時におけるドライバによるアクセル踏み込み量の変化量（アクセル開度の変化率（上昇率））が小さい場合や加速時の変速機の変速比が小さい場合など、運転状態によってはエンジン回転数Ｎｅの変化率（上昇率）が小さくなる場合があって、こうした場合には、上記空間共鳴の周波数帯に到達しない場合が想定される。このような点を考慮して、この変形例では、上記した追加ステップＳＴの判定処理（ｄＮｅ／ｄｔ≧TｈΔｎｅ）を追加しており、このような判定処理（条件）を付加することにより、上記したＶＮ開度を開状態に保持する制御をより適切な状況のときに行えるようになる。

なお、この場合の判定値TｈΔｎｅについても、図１１に示す空間共鳴の周波数帯を考慮して、実験・シミュレーション計算等によって適合した値（空間共鳴の周波数帯内に入るようなエンジン回転数の上昇率ｄＮｅ／ｄｔを基に適合した値）を設定すればよい。

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

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

以上の例では、ＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）が装備された内燃機関（ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等）に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られることなく、ＥＧＲ装置を備えていない過給機付き内燃機関（可変ノズルベーン式ターボチャージャ付きエンジン）の制御にも本発明は適用可能である。

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

本発明は、可変ノズルベーン式過給機を備えたエンジンの制御に利用可能であり、さらに詳しくは、ノズルベーン後端で生じる圧力脈動に起因する異音を抑制する制御に有効に利用することができる。

１ エンジン
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
２５ エンジン回転数センサ
２７ アクセル開度センサ
１００ ターボチャージャ（可変ノズルベーン式ターボチャージャ）
１０１ タービンホイール
１０２ コンプレッサインペラ
１２０ 可変ノズルベーン機構
１２１ ノズルベーン
１４０ ＶＮアクチュエータ
１４１ 電動モータ
２００ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構とを備えた過給機が設けられた過給機付きエンジンの制御装置において、
   エンジン回転数が所定の判定値以上である場合に、アクセルオフとなり当該エンジン回転数が上昇から下降に切り替わった時点から所定の設定時間が経過するまでの間は前記ノズルベーンの開度を開状態に保持する構成とされており、
   前記所定の判定値は、前記過給機のタービンハウジング内部の空間及び前記タービンハウジングの出口から排気流れの下流側に配置の触媒までの排気通路内の空間における空間共鳴の周波数帯内に入るエンジン回転域の下限値に基づいて設定されていることを特徴とする過給機付きエンジンの制御装置。
2. 請求項１記載の過給機付きエンジンの制御装置において、
   エンジン回転数が所定の判定値以上で、かつ、当該エンジン回転数の変化率が所定の判定値以上である場合に、アクセルオフとなり当該エンジン回転数が上昇から下降に切り替わった時点から所定の設定時間が経過するまでの間は前記ノズルベーンの開度を開状態に保持することを特徴とする過給機付きエンジンの制御装置。
3. 請求項１または２記載の過給機付きエンジンの制御装置において、
   前記エンジン回転数が上昇から下降に切り替わった時点から前記設定時間が経過した後に、前記ノズルベーンの開度を閉じ側に制御することを特徴とする過給機付きエンジンの制御装置。

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