WO2011108092A1 - ターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置 - Google Patents

ターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置 Download PDF

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movable vane
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exhaust
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昭寿 岩田
正和 田畑
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine including a turbocharger in which a movable vane is provided in a compressor.
  • Patent Document 1 There is known a turbocharger including a variable diffuser provided between a compressor wheel and a scroll flow path and provided with a compressor that changes the sectional area of the variable diffuser by rotating the plurality of variable blades.
  • Patent Document 2 an internal combustion engine having a turbocharger is known that has an EGR passage for recirculating exhaust gas that has passed through a turbine and an exhaust purification catalyst upstream of a compressor.
  • Patent Documents 3 to 5 exist as prior art documents related to the present invention.
  • an exhaust purification catalyst and a filter for purifying exhaust gas may be broken when an impact is applied. Also, they become fragile when the temperature becomes excessively high. And when an exhaust purification catalyst or a filter breaks in this way, those fragments are contained as a foreign substance in exhaust_gas
  • a turbocharger such as that shown in Patent Document 1 is applied to the internal combustion engine of Patent Document 2, the exhaust gas is recirculated upstream of the compressor. For this reason, when foreign matter is contained in the exhaust, the foreign matter may collide with the movable vane and the movable vane may be damaged.
  • an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine provided with a turbocharger that can suppress the breakage of a movable vane provided in a compressor.
  • the control device for an internal combustion engine of the present invention purifies exhaust by being provided in a section downstream of the turbine in the exhaust passage and a turbocharger having a turbine provided in the exhaust passage and a compressor provided in the intake passage.
  • the present invention is applied to an internal combustion engine comprising exhaust purification means, and an EGR passage that connects a section of the exhaust passage downstream of the exhaust purification means and a section of the intake passage upstream of the compressor.
  • the movable base is adjusted so that the throttle amount of the flow path is smaller than when no exhaust gas is supplied to the compressor.
  • a control means for controlling the operation of the mechanism for controlling the operation of the mechanism.
  • the control device of the present invention when the exhaust gas is supplied to the compressor through the EGR passage, the amount of restriction of the flow path by the movable vane is reduced, so that foreign matter in the exhaust is prevented from colliding with the movable vane. it can. Moreover, since the flow velocity of the intake air can be reduced by reducing the throttle amount of the flow path in this way, it is possible to suppress the foreign matter from colliding with the movable vane at a high speed. Therefore, breakage of the movable vane can be suppressed.
  • control means is configured such that when the temperature of the exhaust purification means is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature and exhaust gas is supplied to the compressor via the EGR passage, You may control operation
  • exhaust purification means such as an exhaust purification catalyst and a filter are easily broken when overheated.
  • the throttle amount of the flow path becomes the smallest among the positions where the movable vane can avoid the surging of the compressor. Since it moves to a position, it can suppress that a foreign material collides with a movable vane. Therefore, damage to the movable vane can be suppressed. Moreover, it is possible to suppress the occurrence of surging in the compressor by moving the movable vane to such a position.
  • the exhaust purification means further includes a temperature raising means whose function is regenerated by a temperature raising operation and raises the temperature of the exhaust purification means to a target temperature at the time of the temperature raising operation
  • the control means includes the flow path in a position where the surging of the compressor can be avoided when the temperature raising operation is executed by the temperature raising means and exhaust gas is supplied to the compressor via the EGR passage.
  • the operation of the movable vane mechanism may be controlled so that the movable vane moves to a position where the amount of squeezing becomes the smallest.
  • an exhaust purification means there is known a regenerative exhaust purification means for decomposing and removing particulate matter or sulfur oxide deposited on the exhaust purification means by a temperature raising operation, thereby recovering the purification performance.
  • a temperature raising operation is performed on the exhaust purification unit, the substances accumulated in the exhaust purification unit are removed, so that foreign matter in the exhaust increases on the downstream side of the exhaust purification unit. Therefore, if the exhaust gas is supplied to the compressor via the EGR passage, there is a possibility that foreign matter flowing into the compressor increases.
  • the amount of restriction of the flow path is reduced, so that the foreign matter collides with the movable vane. Can be suppressed. Therefore, damage to the movable vane can be suppressed. Further, it is possible to suppress surging from occurring in the compressor.
  • the flow path is provided over the entire circumference on the radially outer side of the compressor wheel, and a plurality of the movable vanes are provided in the flow path at equal intervals in the circumferential direction
  • the movable vane mechanism changes the throttle amount of the flow path by changing the size of the gap between the movable vanes by rotating the plurality of movable vanes around the shaft portion provided in each movable vane. Also good.
  • the amount of restriction of the flow path is reduced by increasing the gap between the movable vanes. Therefore, by reducing the amount of restriction, the foreign matter in the exhaust becomes difficult to collide with the movable vane. Therefore, it can suppress that a movable vane is damaged.
  • the movable vane is provided movably between a projecting position projecting into the flow path and a housing position housed in a wall surface forming the flow path
  • the control means may control the operation of the movable vane mechanism such that the movable vane is moved to the accommodation position when exhaust is supplied to the compressor via the EGR passage.
  • the control means has the movable vane at the accommodation position when the temperature of the exhaust purification means is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature and the exhaust gas is supplied to the compressor via the EGR passage.
  • the operation of the movable vane mechanism may be controlled so as to be moved.
  • the exhaust gas purification means is easily broken when it is overheated. Therefore, if the temperature of the exhaust gas purification means is high, there is a possibility that foreign matter in the exhaust gas increases.
  • the movable vane when the temperature of the exhaust gas purification means is equal to or higher than the condition temperature and the exhaust gas is supplied to the compressor, the movable vane is moved to the accommodation position, so that foreign matter can be prevented from colliding with the movable vane. Therefore, it can suppress that a movable vane is damaged.
  • the exhaust purification means further includes a temperature raising means whose function is regenerated by a temperature raising operation and raises the temperature of the exhaust purification means to a target temperature at the time of the temperature raising operation, and the control means includes the temperature raising means.
  • the operation of the movable vane mechanism is controlled so that the movable vane is moved to the accommodation position when the temperature raising operation is executed by the engine and exhaust is supplied to the compressor via the EGR passage. Also good.
  • the figure which shows schematically the internal combustion engine in which the control apparatus which concerns on the 1st form of this invention was integrated.
  • the figure which shows the cross section of the compressor of FIG. The figure which looked at a part of compressor from the arrow III direction of FIG.
  • the figure which shows schematically the internal combustion engine in which the control apparatus which concerns on the 3rd form of this invention was integrated.
  • FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine in which a control device according to a first embodiment of the present invention is incorporated.
  • An internal combustion engine (hereinafter sometimes referred to as an engine) 1 is mounted on a vehicle as a driving power source, and includes an engine body 2 provided with a plurality of cylinders (not shown).
  • An intake passage 3 and an exhaust passage 4 are connected to each cylinder.
  • the intake passage 3 is provided with an air cleaner 5 for filtering air, a first throttle valve 6, a compressor 7a of a turbocharger 7, an intercooler 8 for cooling intake air, and a second throttle valve 9. It has been.
  • the first throttle valve 6 and the second throttle valve 9 are well-known valves that open and close the intake passage 3.
  • the exhaust passage 4 is provided with a turbine 7b of the turbocharger 7 and an exhaust purification catalyst 10 as exhaust purification means for purifying the exhaust.
  • the exhaust purification catalyst 10 is a well-known catalyst having a three-way catalyst or the like supported on a base material. As shown in this figure, the exhaust purification catalyst 10 is provided downstream of the turbine 7b.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the compressor 7a.
  • FIG. 3 shows a part of the compressor 7a viewed from the direction of arrow III in FIG.
  • FIG. 4 shows a view of a part of the compressor 7a viewed from the direction of arrow IV in FIG.
  • the compressor 7 a includes a compressor housing 11 and a compressor wheel 12 accommodated in the compressor housing 11.
  • the compressor housing 11 is provided on the outer periphery of the wheel chamber 13 in which the compressor wheel 12 is disposed, on the outer periphery of the wheel chamber 13, and on the outer periphery of the diffuser portion 14.
  • a spiral scroll chamber 15 communicating with the section 14 is provided.
  • the turbocharger 7 includes a rotating shaft 16 provided to be rotatable around an axis Ax.
  • the compressor wheel 12 is attached to one end of the rotating shaft 16 so as to rotate integrally with the rotating shaft 16.
  • the turbine wheel of the turbine 7b is provided at the other end of the rotating shaft 16 so as to rotate integrally. Therefore, when the turbine wheel is driven by the exhaust, the compressor wheel 12 is driven thereby.
  • the movable vane mechanism 17 is provided in the compressor 7a.
  • the movable vane mechanism 17 is capable of rotating around a plurality of diffuser vanes (hereinafter sometimes abbreviated as vanes) 18 disposed in the diffuser portion 14 and the pins 19 serving as shaft portions.
  • the vane operating mechanism 21 disposed on the back side of the base plate 20.
  • the vane 18 is a well-known airfoil-shaped component that directs the flow of intake air.
  • the intake air sent out from the compressor wheel 12 flows between the vanes 18. Therefore, the gap between the vanes 18 becomes an intake air flow path.
  • Each vane 18 is attached to one end of a pin 19 so as to be integrally rotatable. As shown in FIG. 3, the circumferential pitch of the pins 19 is constant. When the vane 18 rotates around the pins 19, the vane 18 rotates so as to open and close the intake air flow path therebetween. Thus, the throttle amount of the intake air flow path is changed.
  • the vane operating mechanism 21 includes a drive ring 22, a plurality of vane arms 23 disposed inside the drive ring 22, and one drive arm disposed between the pair of vane arms 23. 24, an operation lever 26 connected to the drive arm 24 and a pin 25 so as to be integrally rotatable, and an actuator 27 (see FIG. 2) for operating the operation lever 26.
  • the drive ring 22 is supported by a plurality of rollers 20 a attached to the base plate 20 so as to be rotatable about the axis Ax of the rotary shaft 16.
  • the number of vane arms 23 is the same as the number of vanes 18.
  • Each vane arm 23 is connected to the other end of the pin 19 protruding through the base plate 20 and projecting to the back surface side so as to be integrally rotatable. Therefore, the vane 18 and the vane arm 23 rotate integrally around the pin 19 as an axis.
  • the inner periphery of the drive ring 22 is provided with a plurality of vane arm groove portions 22a and a drive arm groove portion 22b positioned between the pair of groove portions 22a.
  • the vane arm grooves 22a are provided in the same number as the vane arms 23, and their circumferential pitch is constant.
  • the tip end portion 23a of the vane arm 23 is fitted in each vane arm groove portion 22a.
  • the front end 24a of the drive arm 24 is fitted in the drive arm groove 22b. Therefore, when the operation lever 26 is rotated in the direction of arrow C (clockwise) in FIG. 4, the rotation is transmitted from the pin 25 to the drive ring 22 so that the drive ring 22 rotates in the same direction.
  • the actuator 27 is provided so that each vane 18 can be driven between the maximum position P1 indicated by a solid line in FIG. 3 and the minimum position P2 indicated by a broken line in FIG.
  • the maximum position P1 is a position where the gap between the vanes 18 is maximized. Therefore, when each vane 18 is at this position P1, the throttle amount of the intake air flow path is minimized.
  • the minimum position P2 is a position where the gap between the vanes 18 is minimized in the movable vane mechanism 17. Therefore, when each vane 18 is at this position P2, the throttle amount of the intake air flow path is maximized.
  • the engine 1 includes a high-pressure EGR passage 30 and a low-pressure EGR passage 31 that connect the intake passage 3 and the exhaust passage 4. These EGR passages 30 and 31 are provided to recirculate a part of the exhaust gas to the intake passage 3.
  • the high pressure EGR passage 30 connects the section upstream of the turbine 7 b in the exhaust passage 4 and the section downstream of the intercooler 8 in the intake passage 3.
  • the high pressure EGR passage 30 is provided with a high pressure EGR valve 32 that opens and closes the passage 30.
  • the low pressure EGR passage 31 is connected to a section of the exhaust passage 4 downstream of the exhaust purification catalyst 10 and a section of the intake passage 3 upstream of the compressor 7a.
  • the low pressure EGR passage 31 is provided with a low pressure EGR valve 33 that opens and closes the passage 31, and a filter 34 for removing foreign matter in the exhaust.
  • the filter 34 is a well-known filter that captures particulate matter such as carbon fine particles contained in the exhaust gas.
  • the operation of the movable vane mechanism 17 is controlled by an engine control unit (ECU) 40 as a control means.
  • the ECU 40 is configured as a well-known computer unit including a microprocessor and peripheral devices such as a RAM and a ROM necessary for its operation, and determines the operating state of the engine 1 based on output signals of various sensors provided in the engine 1. It is a well-known thing to control. For example, the ECU 40 calculates the amount of exhaust to be recirculated to the intake passage 3 based on the operating state of the engine 1, and the high pressure EGR valve 32 and the low pressure EGR valve so that the calculated amount of exhaust is recirculated to the intake passage 3. The opening degree of 33 is controlled, respectively.
  • Various sensors for detecting the operating state of the engine 1 are connected to the ECU 40.
  • a rotation speed sensor 41 that outputs a signal corresponding to the rotation speed of the engine 1
  • a catalyst temperature sensor 42 that outputs a signal corresponding to the temperature of the exhaust purification catalyst 10 are connected.
  • various sensors are connected to the ECU 40, but their illustration is omitted.
  • the ECU 40 controls the operation of the actuator 27 so that the size of the gap between the vanes 18 is controlled according to the operating state of the engine 1. For example, the ECU 40 controls the operation of the actuator 27 so that the gaps between the vanes 18 are increased as the rotational speed of the engine 1 is higher, that is, the throttle amount of the intake air flow path is reduced. Further, the ECU 40 controls the operation of the actuator 27 according to whether or not the low pressure EGR valve 33 is opened. As is well known, the exhaust purification catalyst 10 and the filter 34 may be missing when an impact is applied. When the low pressure EGR valve 33 is open, the exhaust gas containing the exhaust purification catalyst 10 or the fragments of the filter 34 as foreign matter is introduced into the compressor 7a.
  • the ECU 40 takes the intake air when the low-pressure EGR valve 33 is opened and the exhaust gas is supplied to the compressor 7a as compared with when the low-pressure EGR valve 33 is closed and the exhaust gas is not supplied to the compressor 7a.
  • the operation of the actuator 27 is controlled so that the amount of restriction of the flow path becomes small.
  • FIG. 5 shows a movable vane control routine executed by the ECU 40 in order to control the operation of the movable vane mechanism 17 in this way.
  • the ECU 40 repeatedly executes this control routine at a predetermined cycle while the engine 1 is operating.
  • the ECU 40 first acquires the operating state of the engine 1 in step S11. As the operating state of the engine 1, for example, the rotational speed of the engine 1 and the temperature of the exhaust purification catalyst 10 are acquired.
  • step S12 the ECU 40 determines whether or not the low pressure EGR valve 33 is open. If it is determined that the low pressure EGR valve 33 is closed, the process proceeds to step S13, and the ECU 40 controls the operation of the movable vane mechanism 17 so that each vane 18 is driven to open and close between the maximum position P1 and the minimum position P2. Execute normal control. Thereafter, the current control routine is terminated. In this normal control, the position of each vane 18 is controlled based on both the rotational speed of the engine 1 and the opening degree of the low pressure EGR valve 33.
  • each vane 18 is moved to a position closer to the maximum position P1 compared to the position set in the normal control, that is, a position where the throttle amount of the intake air flow path becomes smaller than that in the normal control.
  • the position of each vane 18 set by this restriction control may be a position where damage to the vane 18 due to foreign matter can be sufficiently suppressed, and may be set appropriately according to the capacity of the compressor 7a.
  • the throttle amount of the intake air flow path is smaller than when the low-pressure EGR valve 33 is closed, that is, the gap between the vanes 18.
  • the operation of the movable vane mechanism 17 is controlled so as to increase. Therefore, it is possible to suppress foreign matter in the exhaust from colliding with the vane 18.
  • the flow rate of the intake air in the diffuser portion 14 can be reduced by reducing the amount of restriction of the intake air flow path in this way, it is possible to suppress foreign matter from colliding with the vane 18 at a high speed. Therefore, according to this 1st form, exhaust gas can be recirculated upstream from the compressor 7a, and the failure
  • FIG. 1 is referred to for the engine 1
  • FIGS. 2 to 4 are referred to for the compressor 7a.
  • FIG. 6 shows a movable vane control routine that is repeatedly executed at a predetermined cycle during operation of the engine 1 in order for the ECU 40 to control the operation of the movable vane mechanism 17 in this embodiment. In this control routine, the same processes as those in FIG.
  • the ECU 40 first acquires the operating state of the engine 1 in step S11. In subsequent step S21, the ECU 40 determines whether or not the temperature of the exhaust purification catalyst 10 is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature. As is well known, the exhaust purification catalyst 10 and the filter 34 are easily broken when overheated.
  • the predetermined upper limit temperature is provided as a criterion for determining whether or not the exhaust purification catalyst 10 or the filter 34 is easily broken, and is appropriately set based on the lower limit value of the temperature range in which the exhaust purification catalyst 10 or the filter 34 is easily broken. Is done.
  • the process proceeds to step S13, and the ECU 40 executes normal control. Thereafter, the current control routine is terminated.
  • step S12 when it is determined that the temperature of the exhaust purification catalyst 10 is equal to or higher than the upper limit temperature, the process proceeds to step S12, and the ECU 40 determines whether or not the low pressure EGR valve 33 is open.
  • the process proceeds to step S22, and the ECU 40 executes retraction control. Thereafter, the current control routine is terminated.
  • this retreat control the operation of the movable vane mechanism 17 is controlled so that each vane 18 moves to a position where the throttle amount of the intake air flow path becomes the smallest among the positions where the surging of the compressor 7a can be avoided.
  • step S23 the ECU 40 executes EGR stop time control. Thereafter, the current control routine is terminated.
  • EGR stop-time control the ECU 40 controls the position of each vane 18 so that the gap between the vanes 18 increases as the rotational speed of the engine 1 increases.
  • the throttle of the intake air flow path in the position where the surging of the compressor 7a can be avoided.
  • Each vane 18 is moved to the position where the amount is smallest. Therefore, it is possible to suppress the foreign matter in the exhaust from colliding with the vane 18, and thus it is possible to suppress the vane 18 from being damaged. Further, by moving each vane 18 to such a position, it is possible to suppress the occurrence of surging in the compressor 7a.
  • each vane 18 may be moved so that the prevention of surging of the compressor 7a is given priority over reducing the throttle amount of the intake air flow path.
  • each vane 18 in order to prevent the surging of the compressor 7a, it is necessary to increase the throttle amount of the intake air flow path to reduce the gap between the vanes 18. Therefore, in the evacuation control, each vane 18 can be moved to an appropriate position where surging of the compressor 7a can be avoided if the throttle amount of the intake air flow path is small compared to when the exhaust gas is not supplied to the compressor 7a. Good. Thereby, surging of the compressor 7a can be prevented.
  • FIG. 7 shows an outline of an internal combustion engine in which the control device of this embodiment is incorporated. 7 that are the same as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • a particulate filter (hereinafter abbreviated as a filter) 50 that collects particulate matter (PM) such as soot contained in the exhaust instead of the exhaust purification catalyst 10 is provided in the exhaust passage 4. ing.
  • the filter 50 is provided downstream of the turbine 7b, like the exhaust purification catalyst 10.
  • the high pressure EGR passage 30 is omitted.
  • the compressor 7a is provided with the movable vane mechanism 17 similar to that described above.
  • the amount of PM deposited on the filter 50 increases according to the operation time of the engine 1, and the collection function of the filter 50 decreases according to the amount of PM. Therefore, the ECU 40 periodically executes a temperature raising operation for raising the temperature of the filter 50 to a target temperature at which PM is oxidized and removed, for example, 600 ° C. Thereby, the PM deposited on the filter 50 is oxidized and removed, and the function of the filter 50 is restored.
  • This temperature raising operation is also called PM regeneration processing.
  • FIG. 8 shows a PM regeneration processing routine executed by the ECU 40.
  • the PM regeneration process routine is repeatedly executed at a predetermined cycle in parallel with other various processes executed by the ECU 40.
  • the ECU 40 first determines whether or not the PM regeneration processing for the filter 50 is necessary in step S31.
  • the necessity of the PM regeneration process may be performed by a known method.
  • the PM accumulation amount of the filter 50 is estimated based on a physical quantity that correlates with the PM accumulation amount, such as pressure loss before and after the filter 50, the operating time of the engine 1, and the travel distance of the vehicle, and the estimated value is a predetermined determination. When the value is exceeded, it can be determined that PM regeneration is necessary.
  • the process proceeds to step S32, and the ECU 40 executes the PM regeneration process.
  • the temperature of the filter 50 in the PM regeneration process may be increased by a known temperature increasing method.
  • the engine 1 may be operated so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and the fuel contained in the exhaust gas may be burned in the exhaust passage 4 to raise the temperature of the filter 50.
  • a fuel addition valve may be provided in the exhaust passage 4 and the temperature of the filter 50 may be raised by burning the fuel added from the fuel addition valve. As a result, the temperature of the filter 50 is raised to the target temperature during the PM regeneration process. Thereafter, the current control routine is terminated.
  • step S33 the ECU 40 terminates the current routine for stopping the PM regeneration process.
  • FIG. 9 shows a movable vane control routine executed by the ECU 40 in this embodiment.
  • the ECU 40 proceeds to the same process as in FIG. 5 until step S12.
  • the process proceeds to step S23, and the ECU 40 executes EGR stop time control. Thereafter, the current control routine is terminated.
  • step S41 the ECU 40 determines whether the PM regeneration process is being executed. If it is determined that the PM regeneration process is being executed, the process proceeds to step S22, and the ECU 40 executes retraction control. Thereafter, the current control routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the PM regeneration process is not being executed, the process proceeds to step S13, and the ECU 40 executes normal control. Thereafter, the current control routine is terminated.
  • the engine 1 to which the control device of this embodiment is applied is not limited to the one in which the filter 50 is provided in the exhaust passage 4.
  • the control device of this form may be applied to the engine 1 in which various exhaust purification means that are periodically heated to recover the exhaust purification function are provided in the exhaust passage 4.
  • the present invention may be applied to the engine 1 provided with an NOx storage reduction catalyst instead of the filter.
  • the NOx storage reduction catalyst is poisoned by the sulfur component contained in the exhaust gas, and the purification function is lowered.
  • the S poison recovery process for raising the NOx catalyst to a predetermined target temperature, for example, 650 ° C., and making the air-fuel ratio of the exhaust richer than the theoretical air-fuel ratio to remove sulfur components from the NOx catalyst is performed on the NOx catalyst. Is performed regularly.
  • the S poisoning recovery process is executed, the temperature of the NOx catalyst is raised, so that high-temperature foreign matter may be generated in the exhaust as in the case of the PM regeneration process. Therefore, in the engine 1 in which the NOx storage reduction catalyst is provided in the exhaust passage 4 in this way, the retraction control may be executed when the low pressure EGR valve 33 is open and the S poisoning recovery process is being executed. .
  • control device of this embodiment may be applied to the engine 1 in which the exhaust gas purification means in which the NOx storage reduction catalyst is supported on the particulate filter is provided instead of the filter.
  • the evacuation control may be executed when either the PM regeneration process or the S poison recovery process is executed and the low pressure EGR valve 33 is open.
  • FIG. 10 shows a sectional view of the compressor 7a in this embodiment. As shown in this figure, in the fourth embodiment, a movable vane mechanism 60 different from that of the first embodiment is provided in the compressor 7a.
  • the movable vane mechanism 60 includes a movable portion 61 provided so as to be movable in the direction of the axis Ax, and an actuator 62 for driving the movable portion 61.
  • the movable part 61 includes an annular base plate 63 provided with a plurality of vanes 18. In this figure, only one of the plurality of vanes 18 is shown. The plurality of vanes 18 are provided at equal intervals on the same circumference as in the first embodiment. Further, as shown in this figure, each vane 18 extends in the axis Ax direction from the same surface of the base plate 63.
  • the compressor housing 11 is provided with a storage chamber 64 so as to be aligned with the diffuser portion 14 in the direction of the axis Ax.
  • the diffuser portion 14 and the storage chamber 64 are separated by a partition wall 65.
  • the partition wall 65 is provided with through holes 65 a corresponding to the plurality of vanes 18.
  • the movable portion 61 is accommodated in the accommodating chamber 64 so that each vane 18 is inserted into the through hole 65a.
  • the actuator 62 moves the movable portion 61 between a protruding position P11 where the tip 18a of each vane 18 is in contact with the facing surface 14a facing the partition wall 65 and a storage position P12 where each vane 18 is stored in the partition wall 65. To drive.
  • the cross-sectional area of the diffuser part 14 becomes the minimum when the movable part 61 is the protruding position P11, and becomes the maximum when the movable part 61 is the accommodation position P12. Therefore, when the movable portion 61 is at the protruding position P11, the amount of restriction of the diffuser portion 14 is maximized, and when the movable portion 61 is at the housing position P12, the amount of restriction of the diffuser portion 14 is minimized.
  • the ECU 40 controls the operation of the movable vane mechanism 60 by executing the control routine shown in FIG.
  • the movable vane mechanism provided in the compressor 7a is different between the fourth embodiment and each of the above-described embodiments, the contents of each control of normal control, limit control, EGR stop control, and evacuation control are respectively Different.
  • each process of each control routine is performed in the same manner as the above-described embodiment.
  • the control content of each control in this form is demonstrated.
  • the ECU 40 controls the position of the movable portion 61 based on both the rotational speed of the engine 1 and the opening of the low pressure EGR valve 33.
  • the movable vane mechanism 60 when the rotational speed of the engine 1 is less than a preset determination rotational speed, the movable part 61 moves to the protruding position P11, and when the rotational speed of the engine 1 is equal to or higher than the determination rotational speed, the movable part 61 The position of the movable portion 61 is controlled such that the movable portion 61 moves to the housing position P12.
  • the difference between the pressure at the end of the low pressure EGR passage 31 on the intake passage 3 side and the pressure at the end of the exhaust passage 4 side becomes smaller as the low pressure EGR valve 33 is opened. Therefore, when the pressure difference is smaller than a predetermined value set in advance, the operation of the actuator 62 is controlled so that the movable portion 61 moves to the accommodation position P12. Also in this embodiment, in the normal control, priority is given to control based on the rotational speed of the engine 1 and control based on the opening of the low pressure EGR valve 33, and the position of each vane 18 is controlled according to the priority.
  • the movable part 61 is moved to the accommodation position P12.
  • the ECU 40 controls the position of the movable portion 61 based on the rotational speed of the engine 1. Since the specific control method may be the same as the control method of the normal control described above, detailed description is omitted.
  • the ECU 40 moves the movable portion 61 to the accommodation position P12.
  • the temperature of the exhaust purification catalyst 10 is predetermined.
  • the movable portion 61 is moved to the accommodation position P12.
  • the present invention can be implemented in various forms without being limited to the above-described forms.
  • the internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to the internal combustion engine shown in each embodiment described above.
  • the compressor may be provided with a movable vane mechanism, and may be applied to various internal combustion engines in which an exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst or filter and an intake passage upstream of the compressor are connected by an EGR passage.
  • the control routine of FIG. 6 in the second embodiment described above and the control routine of FIG. 9 in the third embodiment may be executed in parallel. In this case, for example, a priority order may be set in advance, and these routines may be executed according to the priority order to control the operation of the movable vane mechanism.

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Abstract

　排気通路（４）に設けられたタービン（７ｂ）及び吸気通路（３）に設けられたコンプレッサ（７ａ）を有するターボチャージャ（７）と、排気通路（４）のタービン（７ｂ）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触媒（１０）と、排気通路（３）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を接続する低圧ＥＧＲ通路（３１）とを備えた内燃機関（１）に適用され、コンプレッサ（７ａ）には、ディフューザベーン（１８）を動かすことによりコンプレッサホイール（１２）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（１７）が設けられ、可動ベーン機構（１７）の動作は、低圧ＥＧＲ通路（３１）を介してコンプレッサ（７ａ）に排気が供給されているときは、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くなるように制御される。

Description

ターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置
　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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