JP6141795B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、過給機と排気再循環装置とを備えた内燃機関の制御に関する。

たとえば、特開２００６−２９９８９２号公報（特許文献１）に開示されているように、流路を絞ってタービンホイールに供給される排気ガスの流速を増加させたり、流路を拡げて流速を低減させたりする可変ノズル機構を有する過給機と、排気ガスを吸気通路に再循環させる排気再循環装置とを備えた内燃機関が公知である。

特開２００６−２９９８９２号公報

上述の公報に開示された内燃機関において、たとえば、車両の加速時等には、排気再循環装置による排気再循環を停止するとともに、タービンの上流側の圧力（以下、タービン前圧と記載する）の増加を抑制するために、流路を拡げてタービンホイールに供給される排気ガスの流速を低減させるように可変ノズル機構が制御される場合がある。

しかしながら、排気ガスの流速を低減させる制御が排気再循環を停止する制御よりも遅れて実行される場合には、排気再循環をする制御が実行されてから排気ガスの流速を低減させる制御が実行されるまでの間に、タービン前圧の増加を適切に抑制できない場合がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、排気再循環を停止する際にタービンの上流側の圧力の増加を適切に抑制する内燃機関を提供することである。

この発明のある局面に係る内燃機関は、気筒が形成されるエンジン本体と、気筒から排出される排気ガスによって作動するタービンと、タービンの作動によって気筒に吸入される空気を過給するコンプレッサと、タービンを作動させる排気ガスの流速を変化させる流速変化装置とを含む過給機と、コンプレッサとエンジン本体との間の吸気通路とタービンとエンジン本体との間の排気通路とをエンジン本体を経由せずに接続する再循環通路と、開状態となることによって再循環通路での気体の流通を許容し、閉状態となることによって再循環通路での気体の流通を遮断する切替弁とを含む排気再循環装置と、流速変化装置の動作と切替弁の動作とを制御する制御装置とを備える。制御装置は、流速を低減させる流速変化装置の動作と、開状態から閉状態への切替弁の動作とが要求される場合には、排気通路を流通する排気ガスの排気圧力が第１しきい値よりも大きいという第１開始条件と、タービンの上流と下流との圧力比を示す膨張比が第２しきい値よりも大きいという第２開始条件とのうちの少なくともいずれかの条件が成立するときに、切替弁が閉状態となることを抑制する。

このようにすると、第１開始条件または第２開始条件が成立するときに、切替弁が閉状態となることが抑制されるので、切替弁が閉状態であるときに可変ノズル機構による排気ガスの流速の低減が遅れることに起因したタービン前圧の増加を適切に抑制することができる。

好ましくは、制御装置は、第１開始条件および第２開始条件のうちの少なくともいずれかの条件が成立してから、排気圧力が第１しきい値以下の第３しきい値よりも小さいという第１終了条件が成立するまで、切替弁が閉状態となることを抑制し、第１終了条件が成立する場合に切替弁を閉状態にする。

このようにすると、第１終了条件が成立するまで切替弁が閉状態となることが抑制され、第１終了条件が成立するときに切替弁が閉状態になるので、切替弁が閉状態であるときに可変ノズル機構による排気ガスの流速の低減が遅れることに起因したタービン前圧の増加を適切に抑制することができる。

さらに好ましくは、制御装置は、第１開始条件および第２開始条件のうちの少なくともいずれかの条件が成立してから、膨張比が第２しきい値以下の第４しきい値よりも小さいという第２終了条件が成立するまで、切替弁が閉状態となることを抑制し、第２終了条件が成立する場合に切替弁を閉状態にする。

このようにすると、第２終了条件が成立するまで切替弁が閉状態となることが抑制され、第２終了条件が成立するときに切替弁が閉状態になるので、切替弁が閉状態であるときに可変ノズル機構による排気ガスの流速の低減が遅れることに起因したタービン前圧の増加を適切に抑制することができる。

さらに好ましくは、制御装置は、第１開始条件および第２開始条件のうちの少なくともいずれかの条件が成立する場合には、切替弁の開度を所定の開度で維持する。

このようにすると、第１開始条件または第２開始条件が成立するときには、切替弁の開度が所定の開度で維持されるので、切替弁が閉状態であるときに可変ノズル機構による排気ガスの流速の低減が遅れることに起因したタービン前圧の増加を適切に抑制することができる。

さらに好ましくは、制御装置は、第１開始条件および第２開始条件のうちの少なくともいずれかの条件が成立するときには、排気圧力の変化に応じて切替弁の開度を変化させる。

このようにすると、第１開始条件または第２開始条件が成立するときには、切替弁の開度が排気圧力に基づいて変化されるので、切替弁が閉状態であるときに可変ノズル機構による排気ガスの流速の低減が遅れることに起因したタービン前圧の増加を適切に抑制することができる。

さらに好ましくは、内燃機関は、車両に搭載される。制御装置は、車両が加速中である場合に、流速を低減させる流速変化装置の動作と、開状態から閉状態への切替弁の動作とを要求する。

このようにすると、車両の加速が要求される場合に、切替弁が閉状態であるときに可変ノズル機構による排気ガスの流速の低減が遅れることに起因したタービン前圧の増加を適切に抑制することができる。

さらに好ましくは、流速変化装置は、タービン内のタービンホイールへの排気流入部に配置された複数のノズルベーンと、複数のノズルベーンを回転させて隣接するノズルベーンとの隙間を変化させるアクチュエータとを含む可変ノズル機構である。

このようにすると、第１開始条件または第２開始条件が成立するときに、切替弁が閉状態になることが抑制されるので、ノズルベーンの隙間（排気ガスの流路）を拡げて排気ガスの流速の低減させる動作が遅れることに起因したタービン前圧の増加を適切に抑制することができる。

この発明によると、第１開始条件または第２開始条件が成立するときに、切替弁が閉状態となることが抑制されるので、切替弁が閉状態であるときに可変ノズル機構による排気ガスの流速の低減が遅れることに起因したタービン前圧の増加を適切に抑制することができる。したがって、排気再循環を停止する際にタービンの上流圧力の増加を適切に抑制する内燃機関を提供することができる。

本実施の形態に係る内燃機関の全体構成を示す図である。 可変ノズルの構成を示す図である。 ＥＧＲオフ時の可変ノズルの動作を説明するための図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 ＥＣＵで実行される制御処理を示すフローチャートである。 ＥＣＵの動作を説明するためのタイミングチャートである。 変形例に係るＥＣＵの動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返されない。

図１は、本実施の形態に係る内燃機関であるエンジン１の全体構成を示す図である。本実施の形態において、エンジン１は、たとえば、コモンレール式のディーゼルエンジンを一例として説明するが、その他の形式のエンジン（たとえば、ガソリンエンジン等）であってもよい。

エンジン１は、エンジン本体１０と、エアクリーナ２０と、インタークーラ２６と、吸気マニホールド２８と、過給機３０と、排気マニホールド５０と、排気再循環装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）と記載する）６０とを備える。

エンジン本体１０は、複数の気筒１２と、コモンレール１４と、複数のインジェクタ１６とを含む。本実施の形態においては、エンジン１は、直列４気筒エンジンを一例として説明するが、その他の気筒レイアウト（たとえば、Ｖ型あるいは水平型）のエンジンであってもよい。

複数のインジェクタ１６は、複数の気筒１２の各々に設けられ、その各々がコモンレール１４に接続されている。燃料タンク（図示せず）に貯留された燃料は、サプライポンプ（図示せず）によって所定圧まで加圧されてコモンレール１４へ供給される。コモンレール１４に供給された燃料は複数のインジェクタ１６の各々から所定のタイミングで噴射される。

エアクリーナ２０は、エンジン１の外部から吸入される空気から異物を除去する。エアクリーナ２０には、第１吸気管２２の一方端が接続される。

第１吸気管２２の他方端には、過給機３０のコンプレッサ３２の入口に接続される。コンプレッサ３２の出口には、第２吸気管２４の一方端が接続される。コンプレッサ３２は、第１吸気管２２から流通する空気を過給して第２吸気管２４に供給する。コンプレッサ３２の詳細な動作については後述する。

第２吸気管２４の他方端には、インタークーラ２６の一方端が接続される。インタークーラ２６は、第２吸気管２４を流通する空気を冷却する空冷式あるいは水冷式の熱交換器である。

インタークーラ２６の他方端には、第３吸気管２７の一方端が接続される。第３吸気管２７の他方端には、吸気マニホールド２８が接続される。吸気マニホールド２８は、エンジン本体１０の複数の気筒の各々の吸気ポートに連結される。

エアクリーナ２０の下流近傍には、第１吸気管２２を流通する空気の流量（吸入空気量）Ｑｉｎを検出するエアフローメータ１０４が設けられる。エアフローメータ１０４は、第１吸気管２２を流通する吸入空気量Ｑｉｎを示す信号をＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００に送信する。なお、吸気マニホールド２８の上流には、たとえば、吸気絞り弁が設けられていてもよい。

排気マニホールド５０は、エンジン本体１０の複数の気筒１２の各々の排気ポートに連結される。排気マニホールド５０には、第１排気管５２の一方端が接続される。第１排気管５２の他方端は、過給機３０のタービン３６に接続される。そのため、各気筒の排気ポートから排出される排気ガスは、排気マニホールド５０に集められた後、第１排気管５２を経由してタービン３６に供給される。

タービン３６には、第２排気管５４の一方端が接続される。第２排気管５４の他方端には、図示しない各種触媒（たとえば、ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）あるいはＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx Reduction）等の触媒）やマフラー等が接続される。そのため、タービン３６から排出された排気ガスは、第２排気管５４、各種触媒およびマフラー等を経由して車外に排出される。

第３吸気管２７と排気マニホールド５０とは、エンジン本体１０を経由せずにＥＧＲ６０によって接続される。ＥＧＲ６０は、ＥＧＲバルブ６２と、ＥＧＲクーラ６４と、ＥＧＲ通路６６とを含む。

ＥＧＲ通路６６の一方端は、第３吸気管２７に接続される。ＥＧＲ通路６６の一方端は、吸気マニホールド２８に接続されてもよい。ＥＧＲ通路６６の他方端は、排気マニホールド５０に接続される。ＥＧＲ通路６６の他方端は、第１排気管５２に接続されてもよい。ＥＧＲ通路６６の途中には、ＥＧＲバルブ６２と、ＥＧＲクーラ６４とが設けられる。

ＥＧＲバルブ６２は、ＥＣＵ２００からの制御信号に応じて、通路を遮断してＥＧＲガスの流通を抑制する閉状態と、ＥＧＲ通路６６においてＥＧＲガスの流通を許容する開状態とのうちのいずれか一方の状態から他方の状態へと切り替える切替弁である。さらに、ＥＧＲバルブ６２は、開状態において、ＥＣＵ２００からの制御信号に応じて通路断面積（ＥＧＲ開度）を変化させることによってＥＧＲガスの流量（以下、ＥＧＲガス量と記載する）を変化させる。ＥＧＲクーラ６４は、ＥＧＲ通路６６を流通するＥＧＲガスを冷却する水冷式あるいは空冷式の熱交換器である。

ＥＧＲバルブ６２が開状態である場合には、排気マニホールド５０に集められた排気ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路６６に導入され、ＥＧＲクーラ６４において冷却された後に、ＥＧＲバルブ６２によって流量が調整されて第３吸気管２７に供給される。ＥＧＲガスが第３吸気管２７に供給されることで、気筒内での燃焼温度を低下させて、ＮＯｘの生成量を低減することができる。一方、ＥＧＲバルブ６２が閉状態である場合には、ＥＧＲガスの流通が遮断される。

過給機３０は、コンプレッサ３２と、タービン３６と、可変ノズル機構４０とを含む。コンプレッサ３２のハウジング内にはコンプレッサホイール３４が収納され、タービン３６のハウジング内にはタービンホイール３８が収納される。コンプレッサホイール３４とタービンホイール３８とは、連結軸４２によって連結され、一体的に回転する。そのため、コンプレッサホイール３４は、タービンホイール３８に供給される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動される。

可変ノズル機構４０は、タービンホイール３８の回転軸を中心とした周囲の排気流入部に配置され、第１排気管５２から供給される排気ガスをタービンホイール３８に導く複数のベーン（図２参照）と、複数のベーンの各々を回転させることによって隣接するベーン間の隙間（以下の説明においてこの隙間を可変ノズル機構４０の開度と記載する）を変化させるアクチュエータとを含む。アクチュエータは、電動モータあるいは油圧アクチュエータであって、ＥＣＵ２００からの制御信号に応じて可変ノズル機構４０の開度を変化させる。

可変ノズル機構４０の開度を変化させることによって、排気流入部における排気ガスの流路が絞られたり、拡げられたりする。これにより、タービンホイール３８に吹き付けられる排気ガスの流速を変化させることができる。

図２は、可変ノズル機構４０の構成の一例を示す図である。図２（ａ）は、図１において左方向から可変ノズル機構４０を見た図である。図２（ｂ）は、図１において右方向から可変ノズル機構４０を見た図である。可変ノズル機構４０の構成は、第１排気管５２からタービンホイール３８までの排気ガスの流路を絞ることでタービンホイール３８に供給される排気ガスの流速を変化させるものであればよく、特に、図２に示される構成に限定されるものではない。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、可変ノズル機構４０は、タービンホイール３８の外周の排気流入部に配置された複数のノズルベーン６７と、複数の軸６８を回転中心として複数のノズルベーン６７をそれぞれ揺動可能に保持するノズルプレート６９と、各軸６８の端部に固定されたアーム７０を用いて軸６８を回転させるユニゾンリング７１とを含む。ユニゾンリング７１は、リンク７２を介してアクチュエータによって回転されるようになっており、リンク７２の回転軸７２ａの端部に固定されたアーム７２ｂをアクチュエータを用いて揺動させることで、アーム７２ｂと係合するユニゾンリング７１を回転させることができる。

たとえば、図２（ａ）に示されるように、アーム７２ｂがリンク７２によって矢印に示す方向に搖動させると、ユニゾンリング７１は、矢印に示す方向、すなわち、図２（ａ）では反時計まわり、図２（ｂ）では時計回りに回転する。さらに、このユニゾンリング７１の回転によって、各軸６８は、矢印に示す方向、すなわち、図２（ａ）では反時計回り、図２（ｂ）では時計回りに回転される。したがって、ノズルベーン６７の開度は閉じ側（隣接する２つのノズルベーンの間の隙間が狭くなるように）に制御されることとなる。また、アーム７２ｖを矢印とは逆の方向に搖動させると、ノズルベーン６７の開度は開き側（隣接する２つのノズルベーンの間の隙間が拡がるように）に制御されることとなる。

図１に戻って、ＥＣＵ２００は、エンジン１の制御装置である。ＥＣＵ２００には、車両の状態を検出する各種センサが接続される。本実施の形態においては、ＥＣＵ２００には、たとえば、エンジン回転速度センサ１０２と、アクセルペダルポジションセンサ１０６とが接続される。

エンジン回転速度センサ１０２は、エンジン１の出力軸の回転速度（以下、エンジン回転速度と記載する）ＮＥを検出する。エンジン回転速度センサ１０２は、検出したエンジン回転速度ＮＥを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

アクセルペダルポジションセンサ１０６は、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量ＡＰを検出する。アクセルペダルポジションセンサ１０６は、検出したアクセルペダルの踏み込み量ＡＰを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

ＥＣＵ２００は、受信したアクセルペダルの踏み込み量ＡＰ、吸入空気量Ｑｉｎ、エンジン回転速度ＮＥ等に基づいてエンジン１を制御する。本実施の形態においては、ＥＣＵ２００は、たとえば、エンジン１の負荷状態に基づいてＥＧＲバルブ６２の開度を調整する。ＥＣＵ２００は、たとえば、エンジン１の負荷状態が高負荷状態である場合には、ＥＧＲバルブ６２が閉状態になるようにＥＧＲバルブ６２を制御する。ＥＣＵ２００は、たとえば、エンジン１の負荷状態が低負荷状態である場合には、ＥＧＲバルブ６２が開状態になるようにＥＧＲバルブ６２を制御する。エンジン１が高負荷状態である場合とは、たとえば、車両の加速中の場合である。

さらに、ＥＣＵ２００は、エンジン１の状態に基づいて可変ノズル機構４０の開度の目標値を算出する。ＥＣＵ２００は、可変ノズル機構４０の開度が算出された目標値になるように可変ノズル機構４０のアクチュエータを制御するための制御信号を生成し、アクチュエータに送信する。可変ノズル機構４０のアクチュエータは、受信した制御信号に基づいてノズルベーン６７の開度を変化させる。

ＥＣＵ２００は、たとえば、エンジン１の低回転時においては、タービンホイール３８に供給される排気ガスの流速を速めるように可変ノズル機構４０の開度が小さくなるように可変ノズル機構４０のアクチュエータを制御する。このようにすると、タービン３６の排気流入部における排気ガスの流路が絞られるため、タービンホイール３８に供給される排気ガスの流速が速められる。そのため、過給圧が上昇しにくいエンジン１の低回転時において速やかに過給圧を上昇させて過給効率を上げることができる。

一方、ＥＣＵ２００は、エンジン１の高回転時においては、タービンホイール３８に供給される排気ガスの流速を遅くするように可変ノズル機構４０の開度が大きくなるように可変ノズル機構４０のアクチュエータを制御する。このようにすると、タービン３６の排気流入部における排気ガスの流路が拡げられるため、タービンホイール３８に供給される排気ガスの流速が遅くされる。そのため、過給圧の上昇が伴うエンジン１の高回転時において、最適な過給圧に調整することができ、燃費の改善が図れる。

さらに、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲバルブ６２が開状態である場合には、ＥＧＲ通路６６にＥＧＲガスを導入するため、排気圧力を上げるべく、可変ノズル機構４０の開度が小さくなるように可変ノズル機構４０のアクチュエータを制御する。

一方、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲバルブ６２が閉状態である場合には、タービン３６よりも上流（第１排気管５２）の排気ガスの圧力（以下、タービン前圧と記載する）の増大を抑制すべく、ＥＧＲバルブ６２が開状態である場合よりも可変ノズル機構４０の開度が大きくなるように可変ノズル機構４０のアクチュエータを制御する。

以上のような構成を有するエンジン１において、たとえば、エンジン１の負荷状態が低負荷状態から高負荷状態に変化する場合には、ＥＧＲバルブ６２が開状態から閉状態に変化する制御が実行されるとともに可変ノズル機構４０の開度が大きくなるように変化する制御が実行される。このような場合において、可変ノズル機構４０の開度の制御がＥＧＲバルブ６２の閉状態への制御に遅れて実行される場合には、タービン３６の上流の圧力の増加を適切に抑制できない場合がある。可変ノズル機構４０の開度の制御の遅れは、可変ノズル機構４０の開度の制御の応答性が、ＥＧＲバルブ６２の開度の制御の応答性よりも低いことにより生じる。

たとえば、図３に示すように、アクセルペダルの踏み込み量がＡ（０）となるエンジン１の低負荷状態を想定する。この場合において、ＥＧＲバルブ６２の開度がＢ（０）であり、可変ノズル機構４０の開度がＣ（０）であるものとする。また、タービン前圧や膨張比（＝（タービン前圧＋大気圧）／（タービン背圧＋大気圧））は、変動中心をほぼ一定とした状態で変動しているものとする。なお、タービン背圧とは、タービン３６よりも下流（第２排気管５４）の排気ガスの圧力を示す。

このような場合に、時間Ｔ（０）にて運転者がアクセルペダルの踏み込み量を増加させることによって、エンジン１の要求出力が上昇する。エンジン１の要求出力の上昇に応じてエンジン１の負荷が増加する。

時間Ｔ（１）にて、たとえば、アクセルペダルの踏み込み量ＡＰがしきい値Ａ（１）を超えるなどして、エンジン１が高負荷状態であると判定される場合に、ＥＧＲバルブ６２の開度（以下、ＥＧＲ開度と記載する）がＢ（０）からＢ（１）（ほぼゼロの値）になるまで低下されるＥＧＲ６２の開度制御と、可変ノズル機構４０の開度がＣ（０）からＣ（１）に増加される可変ノズル機構４０の開度制御とが実行される。

しかしながら、ＥＧＲ６２の開度制御の実行によってＥＧＲバルブ６２の開度が時間Ｔ（２）にてＢ（１）まで変化するのに対して、可変ノズル機構４０の開度制御によって可変ノズル機構４０の開度が時間Ｔ（２）よりも後の時間Ｔ（３）にて増加を開始し、時間Ｔ（４）にて可変ノズル機構４０の開度がＣ（１）まで増加する場合には、少なくとも時間Ｔ（２）から時間Ｔ（３）までの期間においては、ＥＧＲバルブ６２が閉状態でかつ可変ノズル機構４０によって排気流入部における排気ガスの流量が絞られた状態が継続する。

その結果、可変ノズル機構４０の開度が十分に大きくなるまでの間にタービン前圧および膨張比は増加することとなる。そのため、タービン前圧および膨張比の増加を適切に抑制できない場合がある。

そこで、本発明は、ＥＣＵ２００が、流速を低減させる可変ノズル機構４０の動作と、開状態から閉状態へのＥＧＲバルブ６２の動作とが要求される場合には、タービン前圧が第１しきい値よりも大きいという第１開始条件と、膨張比が第２しきい値よりも大きいという第２開始条件とのうちの少なくともいずれかの条件が成立するときに、ＥＧＲバルブ６２が閉状態となることを抑制する点を特徴とする。

このようにすると、第１開始条件または第２開始条件が成立するときに、ＥＧＲバルブ６２が閉状態となることが抑制されるので、ＥＧＲバルブ６２が閉状態であるときに可変ノズル機構４０による排気ガスの流速の低減が遅れることに起因したタービン前圧の増加を適切に抑制することができる。

本実施の形態においてＥＣＵ２００は、流速を低減させる可変ノズル機構４０の動作と、開状態から閉状態へのＥＧＲバルブ６２の動作とが要求される場合に、第１開始条件が成立する場合にＥＧＲバルブ６２が閉状態となることを抑制する点を一例として説明する。また、ＥＣＵ２００は、第１開始条件が成立してからタービン前圧が前記第１しきい値以下の第３しきい値よりも小さいという第１終了条件が成立するまで、ＥＧＲバルブ６２の開度を所定の開度で維持することによって閉状態となることを抑制し、第１終了条件が成立する場合にＥＧＲバルブ６２を閉状態にするものとする。

図４に、本実施の形態に係るエンジン１を制御するＥＣＵ２００の機能ブロック図を示す。ＥＣＵ２００は、加速判定部２０２と、ＥＧＲ要求判定部２０４と、タービン前圧判定部２０６と、ＥＧＲバルブ制御部２０８と、可変ノズル機構制御部２１０とを含む。なお、これらの構成は、プログラム等のソフトウェアにより実現されてもよいし、ハードウェアにより実現されてもよい。

加速判定部２０２は、エンジン１を搭載した車両が加速中であるか否かを判定する。なお、加速判定部２０２は、たとえば、アクセルペダルの踏み込み量ＡＰがしきい値Ａ（１）よりも大きい場合には、車両が加速中であると判定する。加速判定部２０２は、たとえば、車両が加速中であると判定された場合に、加速判定フラグをオン状態にしてもよい。

ＥＧＲ要求判定部２０４は、加速判定部２０２によって車両が加速中であると判定された場合に、ＥＧＲバルブ６２を開状態から閉状態にする要求があるか否かを判定する。ＥＧＲ要求判定部２０４は、たとえば、ＥＧＲバルブ６２が開状態であって、かつ、ＥＧＲバルブ６２を閉状態にする条件が成立する場合には、ＥＧＲバルブ６２を開状態から閉状態にする要求があると判定する。ＥＧＲバルブ６２を閉状態にする条件とは、たとえば、車両の状態（あるいは、エンジン１の状態）に基づく排気再循環装置６０の作動要求量（たとえば、ＥＧＲ率）がＥＧＲバルブ６２の閉状態に対応する量（たとえば、０％）であるという条件等を含む。

なお、ＥＧＲ要求判定部２０４は、たとえば、加速判定フラグがオン状態である場合に、ＥＧＲバルブ６２を開状態から閉状態にする要求があるか否かを判定し、ＥＧＲバルブ６２を開状態から閉状態にする要求があると判定する場合に閉状態要求フラグをオン状態にしてもよい。

タービン前圧判定部２０６は、ＥＧＲ要求判定部２０４によってＥＧＲバルブ６２を開状態から閉状態にする要求があると判定される場合、第１開始条件が成立するか否か、すなわち、タービン前圧がしきい値Ｐ（０）よりも大きいか否かを判定する。しきい値Ｐ（０）は、たとえば、後述するＥＧＲバルブ６２の開度保持制御を実行しないとタービン前圧が上限値を超えることとなるタービン前圧である。しきい値Ｐ（０）は、たとえば、実験等によって適合される、予め定められた値である。しきい値Ｐ（０）は、たとえば、アクセルペダルの踏み込み量等に基づくエンジン１の負荷に応じて変化する値であってもよい。

本実施の形態において、タービン前圧判定部２０６は、エンジン本体１０から排出される排気ガスの排気流量と可変ノズル機構４０の開度とに基づいてタービン前圧を推定する。タービン前圧判定部２０６は、たとえば、排気流量と可変ノズル機構４０の開度とタービン前圧との関係を示すマップ等を用いてタービン前圧を推定してもよい。

また、タービン前圧判定部２０６は、たとえば、吸入空気量と、燃料噴射量（噴射指令値や噴射指令時間）、および、排気温度等に基づいて排気流量を推定する。タービン前圧判定部２０６は、たとえば、吸入空気量と燃料噴射量と排気温度と排気流量との関係を示すマップ等を用いて排気流量を推定してもよい。

さらにタービン前圧判定部２０６は、エンジン回転速度、燃料噴射量、および、外気温等の環境補正値等に基づいて排気温度を推定する。タービン前圧判定部２０６は、たとえば、エンジン回転速度と燃料噴射量と排気温度との関係を示すマップ等を用いて排気温度を推定し、推定された排気温度を環境補正値を用いて補正して、最終的な排気温度を推定してもよい。

なお、タービン前圧判定部２０６は、たとえば、閉状態要求フラグがオン状態であって、後述する開度保持制御の実行フラグがオフ状態である場合に、タービン前圧がしきい値Ｐ（０）よりも大きいか否かを判定し、タービン前圧がしきい値Ｐ（０）よりも大きいと判定する場合には、第１前圧判定フラグをオン状態にしてもよい。

さらに、タービン前圧判定部２０６は、ＥＧＲバルブ６２の開度保持制御の実行時においては、第１終了条件が成立するか否か、すなわち、タービン前圧がしきい値Ｐ（１）よりも小さいか否かを判定する。しきい値Ｐ（１）は、ＥＧＲバルブ６２を閉状態にしてもタービン前圧が上限値を超えないように設定される値である。しきい値Ｐ（１）は、たとえば、実験等によって適合される、予め定められた値である。しきい値Ｐ（１）は、たとえば、アクセルペダルの踏み込み量等に基づくエンジン１の負荷に応じて変化する値であってもよい。

なお、タービン前圧判定部２０６は、たとえば、後述する開度保持制御実行フラグがオン状態である場合に、タービン前圧がしきい値Ｐ（１）よりも小さいか否かを判定し、タービン前圧がしきい値Ｐ（１）よりも小さいと判定する場合には、第２前圧判定フラグをオン状態にしてもよい。

ＥＧＲバルブ制御部２０８は、たとえば、タービン前圧判定部２０６によって、タービン前圧がしきい値Ｐ（０）よりも大きいと判定される場合に、ＥＧＲバルブ６２の開度を所定開度で保持する開度保持制御を実行する。なお、ＥＧＲバルブ制御部２０８は、たとえば、開度保持制御の実行とともに開度保持制御実行フラグをオン状態にする。

さらに、ＥＧＲバルブ制御部２０８は、開度保持制御の実行中に、タービン前圧判定部２０６によって、タービン前圧がしきい値Ｐ（１）よりも小さいと判定される場合に、開度保持制御を終了して、ＥＧＲバルブ６２を閉状態にする（ＥＧＲバルブ６２の開度を０％にする）。

なお、ＥＧＲバルブ制御部２０８は、たとえば、第１前圧判定フラグがオン状態である場合に、開度保持制御を実行するとともに、開度保持制御実行フラグをオン状態にしてもよい。

さらに、ＥＧＲバルブ制御部２０８は、開度保持制御実行フラグおよび第２前圧判定フラグがいずれもオン状態になる場合に、開度保持制御を終了して、ＥＧＲバルブ６２を閉状態にするとともに各種フラグ（第１前圧判定フラグ、第２前圧判定フラグおよび開度保持制御実行フラグ）をオフ状態にしてもよい。

なお、開度保持制御において保持される所定の開度は、ＥＧＲバルブ６２の開度が保持されている間にタービン前圧が上限値を超えない開度であって、かつ、タービン前圧が下限値を下回らない開度であれば、特に限定されるものではない。タービン前圧の下限値は、たとえば、過給機３０の過給圧を車両の状態に基づいて設定される過給圧の目標値に制御可能な値である。

さらに、ＥＧＲバルブ制御部２０８は、加速判定部２０２によって車両が加速中であると判定され、かつ、ＥＧＲ要求判定部２０４によってＥＧＲバルブ６２を開状態から閉状態にする要求があると判定された場合に、タービン前圧がしきい値Ｐ（０）以下であると、開度保持制御を実行することなくＥＧＲバルブ６２を閉状態にする全閉制御を実行する。

可変ノズル機構制御部２１０は、加速判定部２０２によって車両が加速中であると判定され、ＥＧＲ要求判定部２０４によってＥＧＲバルブ６２を開状態から閉状態にする要求があると判定された場合に、可変ノズル機構４０の開度がＥＧＲバルブ６２が開状態である場合に対応した開度よりも大きくなるように可変ノズル機構４０のアクチュエータを制御する。可変ノズル機構制御部２１０は、アクチュエータ制御信号を生成して可変ノズル機構４０のアクチュエータに送信する。

図５を参照して、本実施の形態に係るエンジン１のＥＣＵ２００で実行される制御処理について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ２００は、車両が加速中であるか否かを判定する。車両が加速中であると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでない場合（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲバルブ６２を開状態から閉状態にする要求があるか否かを判定する。ＥＧＲバルブ６２を開状態から閉状態にする要求があると判定される場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。もしそうでない場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ２００は、タービン前圧がしきい値Ｐ（０）よりも大きいか否かを判定する。タービン前圧がしきい値Ｐ（０）よりも大きいと判定される場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。もしそうでない場合（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１１０に移される。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲバルブ６２の開度保持制御を実行する。Ｓ１０８にて、ＥＣＵ２００は、タービン前圧がしきい値Ｐ（１）よりも小さいか否かを判定する。タービン前圧がしきい値Ｐ（１）よりも小さいと判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。もしそうでない場合（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１０８に戻される。Ｓ１１０にて、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲバルブ６２を閉状態にする全閉制御を実行する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係るエンジン１のＥＣＵ２００の動作について図６を参照しつつ説明する。

たとえば、図６に示すように、アクセルペダルの踏み込み量がＡ（０）となるエンジン１の低負荷状態を想定する。この場合において、ＥＧＲバルブ６２の開度がＢ（０）であり、可変ノズル機構４０の開度がＣ（０）であるものする。このとき、タービン前圧は、時間の経過とともに増加しているように変化している場合を想定する。

時間Ｔ（５）にて、アクセルペダルの踏み込み量がしきい値Ａ（１）を超えると車両が加速中であると判定される（Ｓ１００にてＹＥＳ）。このとき、ＥＧＲバルブ６２を閉状態にする要求があり（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、かつ、タービン前圧がしきい値Ｐ（０）よりも大きい場合には（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、ＥＧＲバルブ６２の開度保持制御が実行される（Ｓ１０６）。そのため、ＥＧＲバルブ６２の開度がＢ（０）から所定開度Ｂ（２）まで変化された後、ＥＧＲバルブ６２の開度が所定開度Ｂ（２）で保持される。そして、時間Ｔ（６）において、可変ノズル機構４０の開度がＣ（０）から増加するように制御が開始されると、時間の経過とともに可変ノズル機構４０の開度がＣ（１）になるまで増加していく。

そのため、時間Ｔ（５）にてＥＧＲバルブ６２を閉状態にする場合には、図６の上段のグラフの破線に示すように、タービン前圧が上限値を超えるのに対して、時間Ｔ（５）にてＥＧＲバルブ６２の開度が所定開度Ｂ（２）で保持されるようにすることで、可変ノズル機構４０の開度の制御がＥＧＲバルブ６２の開度の制御に遅れて実行されても、図６の上段のグラフの実線に示すように、タービン前圧が上限値を超えることが抑制される。

時間Ｔ（７）にて、開度保持制御の実行中に、タービン前圧がしきい値Ｐ（１）よりも小さくなると（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、開度保持制御が終了し、全閉制御が実行される（Ｓ１１０）。そのため、ＥＧＲバルブ６２の開度がＢ（１）（閉状態）になる。

以上のようにして、本実施の形態に係るエンジン１によると、流速を低減させる可変ノズル機構４０の動作と、開状態から閉状態へのＥＧＲバルブ６２の動作とが要求される場合には、第１開始条件が成立するときに、第１終了条件が成立するまでＥＧＲバルブ６２の開度が所定開度Ｂ（２）で保持される。そのため、第１終了条件が成立するまでＥＧＲバルブ６２が閉状態となることが抑制されるので、ＥＧＲバルブ６２が閉状態であるときに可変ノズル機構４０による排気ガスの流速の低減が遅れることに起因したタービン前圧の増加を適切に抑制することができる。したがって、排気再循環を停止する際にタービンの上流圧力の増加を適切に抑制する内燃機関を提供することができる。

さらに、ＥＣＵ２００は、車両の加速が要求される場合に、可変ノズル機構４０によってタービンに供給される排気ガスの流速を低減させるようにベーンの開閉動作を行なうので、車両の加速が要求される場合に、タービン前圧の増加を適切に抑制することができる。

以下、変形例について説明する。本実施の形態においては、ＥＣＵ２００は、タービン前圧がしきい値Ｐ（０）よりも大きいときには、タービン前圧がしきい値Ｐ（１）よりも小さくなるまでＥＧＲバルブ６２の開度を所定の開度で維持するものとして説明したが、特に所定の開度で維持することに限定されるものではない。たとえば、ＥＣＵ２００は、タービン前圧がしきい値Ｐ（０）よりも大きいときには、タービン前圧がしきい値Ｐ（１）よりも小さくなるまでＥＧＲバルブ６２の開度をタービン前圧の変化に応じて変化させるようにしてもよい。ＥＣＵ２００は、たとえば、タービン前圧とその上限値との差分に応じて（たとえば、差分が小さくなるほど可変ノズル機構４０の開度が大きなるように）ＥＧＲバルブ６２の開度を決定し、決定された開度になるようにＥＧＲバルブ６２を制御してもよい。

具体的には、図５に示すフローチャートのＳ１０６におけるＥＧＲバルブ６２の開度保持制御をタービン前圧に応じた開度制御に変更するものである。その他の制御処理については、図５に示すフローチャートに記載された制御処理と同様であるためその詳細な説明は繰り返さない。

このようにすると、ＥＣＵ２００は、図７に示すように動作する。具体的には、時間Ｔ（５）にて、アクセルペダルの踏み込み量がしきい値Ａ（１）を超えると車両が加速中であると判定される。このとき、ＥＧＲバルブ６２を閉状態にする要求があり、かつ、タービン前圧がしきい値Ｐ（０）よりも大きい場合には、タービン前圧に応じた開度制御が実行される。そして、時間Ｔ（８）にて、タービン前圧がしきい値Ｐ（１）よりも小さくなると、タービン前圧に応じた開度制御が終了される。

タービン前圧に応じた開度制御の実行中において、ＥＧＲバルブ６２の開度は、図６で示すＥＧＲバルブ６２の開度保持制御実行中におけるＥＧＲバルブ６２の開度よりも小さくなる期間があるため、図６で示すタービン前圧よりもタービン前圧を上限値に近い状態で維持することができる。そのため、タービン前圧の変動を抑制することができるとともに、タービン前圧をエンジン１の状態に応じた適切な値で維持することができる。

さらに、本実施の形態においては、アクセル開度から車両が加速中であるか否かを判定したが、たとえば、エンジン回転速度の変化量（上昇量）がしきい値よりも大きい場合に、車両が加速中であるか否かを判定してもよい。あるいは、燃料噴射指令値（噴射時間）あるいは燃料噴射指令値の積算値よりも大きい場合に、車両が加速中であると判定してもよい。あるいは、クルーズコントロール中においては、車両の速度と目標速度との差がしきい値よりも大きい場合に、車両が加速中であると判定してもよい。

さらに、本実施の形態においては、車両が加速中であるか否かの判定結果に基づいて開度保持制御を実行する点について説明したが、車両が加速中であるか否かの判定に代えて、エンジン１が低負荷状態から高負荷状態へと切り替えられるか否かの判定結果に基づいて開度保持制御を実行してもよい。

さらに、本実施の形態においては、第１終了条件が成立したと判定された場合に開度保持制御を終了するものとして説明したが、たとえば、可変ノズル機構４０の開度が所定開度以上になったときに開度保持制御を終了してもよいし、開度保持制御を実行してからの経過時間が所定時間を超える場合に開度保持制御を終了してもよい。

さらに、本実施の形態においては、第１開始条件のしきい値Ｐ（０）と、第１終了条件のしきい値Ｐ（１）とは異なる値であるものとして説明したが、しきい値Ｐ（０）としきい値Ｐ（１）とは同じ値であってもよい。

さらに本実施の形態においては、第１開始条件が成立したと判定された場合に開度保持制御を実行するものとして説明したが、第１開始条件に加えて第２開始条件が成立したと判定された場合に開度保持制御を実行してもよいし、前記第１開始条件に代えて第２開始条件が成立したと判定された場合に開度保持制御を実行してもよい。

また、この場合において、開度保持制御は、第１開始条件または第２開始条件が成立したと判定されてから第１終了条件が成立するまで継続してもよいし、膨張比が第２しきい値以下の第４しきい値よりも小さいという第２終了条件が成立するまで継続してもよい。なお、第２しきい値と第４しきい値とは同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ エンジン、１０ エンジン本体、１２ 気筒、１４ コモンレール、１６ インジェクタ、２０ エアクリーナ、２２，２４，２７ 吸気管、２６ インタークーラ、２８ 吸気マニホールド、３０ 過給機、３２ コンプレッサ、３４ コンプレッサホイール、３６ タービン、３８ タービンホイール、４０ 可変ノズル機構、４２ 連結軸、５０ 排気マニホールド、５２，５４ 排気管、６０ 排気再循環装置、６２ ＥＧＲバルブ、６４ ＥＧＲクーラ、６６ ＥＧＲ通路、６７ ノズルベーン、６８ 軸、６９ ノズルプレート、７０，７２ｂ アーム、７１ ユニゾンリング、７２ リンク、７２ａ 回転軸、１０２ エンジン回転速度センサ、１０４ エアフローメータ、１０６ アクセルペダルポジションセンサ、２００ ＥＣＵ、２０２ 加速判定部、２０４ 要求判定部、２０６ 前圧判定部、２０８ バルブ制御部、２１０ 可変ノズル機構制御部。

Claims (7)

1. 気筒が形成されるエンジン本体と、
   前記気筒から排出される排気ガスによって作動するタービンと、前記タービンの作動によって前記気筒に吸入される空気を過給するコンプレッサと、前記タービンを作動させる前記排気ガスの流速を変化させる流速変化装置とを含む過給機と、
   前記コンプレッサと前記エンジン本体との間の吸気通路と前記タービンと前記エンジン本体との間の排気通路とを前記エンジン本体を経由せずに接続する再循環通路と、開状態となることによって前記再循環通路での気体の流通を許容し、閉状態となることによって前記再循環通路での気体の流通を遮断する切替弁とを含む排気再循環装置と、
   前記流速変化装置の動作と前記切替弁の動作とを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記流速を低減させる前記流速変化装置の動作と、前記開状態から前記閉状態への前記切替弁の動作とが要求される場合には、前記排気通路を流通する前記排気ガスの排気圧力が第１しきい値よりも大きいという第１開始条件と、前記タービンの上流と下流との圧力比を示す膨張比が第２しきい値よりも大きいという第２開始条件とのうちの少なくともいずれかの条件が成立するときに、前記切替弁が前記閉状態となることを抑制する、内燃機関。
2. 前記制御装置は、前記第１開始条件および前記第２開始条件のうちの少なくともいずれかの条件が成立してから、前記排気圧力が前記第１しきい値以下の第３しきい値よりも小さいという第１終了条件が成立するまで、前記切替弁が前記閉状態となることを抑制し、前記第１終了条件が成立する場合に前記切替弁を前記閉状態にする、請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御装置は、前記第１開始条件および前記第２開始条件のうちの少なくともいずれかの条件が成立してから、前記膨張比が前記第２しきい値以下の第４しきい値よりも小さいという第２終了条件が成立するまで、前記切替弁が前記閉状態となることを抑制し、前記第２終了条件が成立する場合に前記切替弁を前記閉状態にする、請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記制御装置は、前記第１開始条件および前記第２開始条件のうちの少なくともいずれかの条件が成立する場合には、前記切替弁の開度を所定の開度で維持する、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
5. 前記制御装置は、前記第１開始条件および前記第２開始条件のうちの少なくともいずれかの条件が成立するときには、前記排気圧力の変化に応じて前記切替弁の開度を変化させる、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
6. 前記内燃機関は、車両に搭載され、
   前記制御装置は、前記車両が加速中である場合に、前記流速を低減させる前記流速変化装置の動作と、前記開状態から前記閉状態への前記切替弁の動作とを要求する、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。
7. 前記流速変化装置は、前記タービン内のタービンホイールへの排気流入部に配置された複数のノズルベーンと、前記複数のノズルベーンを回転させて隣接するノズルベーンとの隙間を変化させるアクチュエータとを含む可変ノズル機構である、請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関。

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