WO2015145924A1 - ターボ過給器付きエンジンの制御装置 - Google Patents

ターボ過給器付きエンジンの制御装置 Download PDF

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WO2015145924A1
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engine
threshold value
control device
turbocharger
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周 津田
博明 出口
健二郎 鴻海
伸夫 柚木
丹羽　靖
和也 新居田
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マツダ株式会社
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    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an engine with a turbocharger.
  • VGT Variable Geometry Turbo
  • a waste gate that escapes exhaust gas is usually not provided upstream of the supercharger. Therefore, when the rotation of the turbine exceeds a predetermined threshold, the fuel supply is controlled to control the turbine. Suppresses the increase in rotation.
  • Patent Document 1 describes a technique for estimating the turbine rotation speed from the intake air amount and the supercharging pressure and reducing the fuel supply amount when predicting the turbine over-rotation.
  • the present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to provide a technique that can be reliably managed and controlled so as not to exceed the rotation of the endurance limit in the variable capacity turbo. is there.
  • the present invention relates to a rotation speed that is a first threshold lower than the rotation speed at the endurance limit of the turbine and the compressor in the variable capacity turbo, A rotation speed that is a second threshold value lower than the threshold value is set, and the current rotation speed is between the endurance limit and the first threshold value, and between the first threshold value and the second threshold value.
  • the control of the fuel injection amount is changed.
  • the present invention is directed to a control device for an engine with a turbocharger and has taken the following solution.
  • the first invention is a turbocharger provided with a supercharger that has a movable flap that is provided so that the intake air is supercharged by exhaust from the engine and the supercharging pressure generated in the intake passage is adjustable.
  • the rotational speed of the turbine and the compressor constituting the supercharger reaches the first threshold value lower than the durability limit, the fuel injection amount to the engine is reduced to a predetermined amount.
  • the rotational speed reaches a second threshold value that is lower than the first threshold value, the fuel injection amount is decreased according to the rotational speed that exceeds the second threshold value.
  • the turbo rotation speed when the rotation speed of the turbine and the compressor (hereinafter referred to as the turbo rotation speed) reaches the first threshold value, it is possible to perform control giving priority to prevention of over-rotation.
  • the first threshold value and the second threshold value it is possible to control with an emphasis on the supercharging performance while suppressing an increase in rotation.
  • the fuel injection amount at that time is maintained.
  • the required fuel injection amount is reduced to a value reduced by a predetermined rate regardless of the rotational speed. is there.
  • the turbo rotational speed can be reliably reduced regardless of the magnitude of the fuel injection amount by reducing the fuel injection amount by a predetermined rate.
  • the reduction rate relative to the required fuel injection amount is shorter as the time from the second threshold value to the first threshold value is shorter. Is to increase.
  • the reduction rate with respect to the required injection amount is increased, thereby reducing the turbo rotation speed quickly and reliably. can do.
  • the amount when the reduction in the fuel injection amount is completed and the rotational speed of the turbine and the compressor is in a region below the second threshold, when the difference from the current injection amount is less than a predetermined value, the amount is increased to the required injection amount at once, and when it exceeds the predetermined value, the amount is gradually increased to the required injection amount.
  • a sixth aspect based on the fifth aspect, when the difference between the fuel required injection amount and the current injection amount is equal to or greater than a predetermined value, the larger the difference, the smaller the increase in the required injection amount.
  • the amount is gradually increased at a rate.
  • the amount is gradually increased to a required injection amount at a relatively large increase rate. Is.
  • variable capacity turbo can be reliably managed and controlled so as not to exceed the rotation of the endurance limit.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a control device for an engine with a turbocharger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a structural cross-sectional view schematically showing an enlarged vertical cross section of a turbine chamber of a turbocharger in a control device for an engine with a turbocharger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a control method in the control device for the turbocharged engine according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of a control method in the control device for the turbocharged engine according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing another example of the control method in the control device for the turbocharged engine according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing another example of the control method in the control device for the turbocharged engine according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing a modification of the control method in the control device for the turbocharged engine according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of a control method in the control device for the turbocharged engine according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 and 2 A control apparatus for an engine with a turbocharger according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of an engine and its control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the engine E is, for example, a direct injection diesel engine.
  • a plurality of cylinders 2, 2,... (Only one is shown) are formed in the main body 1.
  • a piston 3 is fitted in each cylinder 2 so as to be reciprocally movable.
  • the floor of the combustion chamber 4 is defined by the top surface of each piston 3.
  • an injector 5 is disposed on the ceiling of the combustion chamber 4 facing the top surface of the piston 3 with the tip facing the combustion chamber 4, and high-pressure fuel is injected from the tip of the injector 5. Is done.
  • the base end of the injector 5 is individually connected to a common rail 6 common to the cylinders 2, 2,... By branch pipes 6a, 6a,.
  • a fuel pressure sensor 7 is disposed on the common rail 6.
  • a high-pressure supply pump 9 is connected to the common rail 6 through a fuel supply pipe 8. The amount of fuel supplied from the high-pressure supply pump 9 to the common rail 6 is controlled according to the detected value of the fuel pressure by the fuel pressure sensor 7, whereby the fuel in the common rail 6 is held at a predetermined high pressure state.
  • crankshaft 10 that is drivingly connected to the piston 3 by a connecting rod is disposed.
  • An electromagnetic pickup type engine speed sensor (crank angle sensor) 11 for detecting the rotation angle of the plate to be detected that rotates integrally with the crankshaft 10, that is, the crank angle, is disposed in the crankcase.
  • An engine water temperature sensor 13 for detecting the cooling water temperature of the engine E is disposed facing the water jacket.
  • a surge tank 17 is provided at the downstream end of the intake passage 16, and each passage branched from the surge tank 17 communicates with the combustion chamber 4 of each cylinder 2 through an intake port.
  • the surge tank 17 is provided with an intake pressure sensor 18 for detecting the pressure state of intake air and a supercharging pressure sensor 42.
  • the intake passage 16 is driven by a hot film type air flow sensor 19 that detects the flow rate of air (fresh air) sucked into the engine E from the outside in order from the upstream side to the downstream side, and a turbine 27 described later to drive the intake air.
  • An intercooler 21 that cools the intake air compressed by the compressor 20, and an intake shutter valve 22.
  • the intake shutter valve 22 is positioned from fully closed to fully open by adjusting the magnitude of the negative pressure acting on the diaphragm 23 by the electromagnetic valve 24.
  • An exhaust passage 26 is provided on the left side of the engine E shown in FIG. 1 so as to discharge burned gas from the combustion chamber 4 of each cylinder 2.
  • An upstream end portion of the exhaust passage 26 is an exhaust manifold that branches into each cylinder 2 and communicates with the combustion chamber 4 through an exhaust port.
  • the exhaust passage 26 downstream from the exhaust manifold is directed from the upstream side to the downstream side.
  • a turbine 27 that rotates by receiving an exhaust flow and a catalytic converter 28 that can purify harmful components in the exhaust are disposed.
  • the turbocharger 30 comprising the turbine 27 and the compressor 20 described above is provided with a plurality of movable flaps 31, 31,... So as to surround the entire circumference of the turbine 27.
  • This is a variable capacity turbo (VGT) in which the flow cross-sectional area (nozzle cross-sectional area) of exhaust is changed.
  • VVT variable capacity turbo
  • the magnitude of the negative pressure acting on the diaphragm 32 is adjusted by the electromagnetic valve 33 and the flap 31 is rotated by the actuator.
  • a position sensor 43 that detects the opening degree of the flap 31 according to the position of the actuator is provided.
  • the turbocharger 30 is provided with a turbo rotation speed sensor (detection unit) 44 that detects the rotation speed of the compressor 20.
  • FIG. 2 schematically shows a configuration of a longitudinal section in which the turbine chamber of the turbocharger 30 is enlarged.
  • a plurality of movable flaps 31, 31,... are arranged in a turbine chamber 53 a formed in the turbine casing 53 so as to surround the periphery of the turbine 27 disposed at the substantially central portion thereof.
  • Each flap 31 is rotatably supported by a support shaft 31a passing through one side wall of the turbine chamber 53a.
  • the degree (nozzle cross-sectional area) is narrowed down, and high supercharging efficiency can be obtained even when the exhaust gas flow rate is small.
  • the nozzle cross-sectional area becomes large. Efficiency can be increased.
  • the ring member 57 is drivingly connected to the rod 63 of the actuator via the link mechanism 58, and the flaps 31 are rotated via the ring member 57 by the operation of the actuator.
  • the link mechanism 58 includes a connecting pin 58a whose one end is rotatably connected to the ring member 57, and a connecting plate member 58b whose one end is rotatably connected to the other end of the connecting pin 58a.
  • the columnar member 58c is coupled to the other end of the coupling plate member 58b, and one end is coupled to the columnar member 58c penetrating the outer wall of the turbine casing 53 and the protruding end of the columnar member 58c projecting out of the turbine casing 53.
  • the other end of the connecting plate member 58d is rotatably connected to the actuator rod 63 by a connecting pin (not shown).
  • a high-pressure exhaust gas recirculation passage (hereinafter referred to as an HP-EGR passage) that recirculates a part of the exhaust gas to the intake side at a portion of the exhaust passage 26 upstream of the turbine 27 in the exhaust passage 26.
  • the upstream end of 34 is branched.
  • the downstream end of the HP-EGR passage 34 is connected to the intake passage 16 between the intake shutter valve 22 and the surge tank 17, and a part of the exhaust extracted from the exhaust passage 26 before passing through the turbine 27 is removed.
  • the air is recirculated to the intake passage 16.
  • an exhaust gas recirculation amount adjustment valve (hereinafter referred to as an HP-EGR valve) 35 whose opening degree can be adjusted is disposed on the downstream side in the middle of the HP-EGR passage 34.
  • the HP-EGR valve 35 operates by adjusting the magnitude of the negative pressure acting on the diaphragm by the electromagnetic valve 36, similarly to the intake shutter valve 22 and the flap 31 of the turbocharger 30 described above.
  • the flow rate of the exhaust gas recirculated to the intake passage 16 is adjusted by continuously changing the cross-sectional area of the HP-EGR passage 34. That is, the HP-EGR passage 34 and the HP-EGR valve 35 constitute high-pressure exhaust gas recirculation means that recirculates part of the exhaust of the engine E to the intake system.
  • a low pressure exhaust recirculation passage (hereinafter referred to as an LP-EGR passage) 37 that recirculates part of the air to the intake side is branched and an exhaust shutter valve 29 is disposed downstream of the branch connection. Yes.
  • the downstream end of the LP-EGR passage 37 is connected to the intake passage 16 between the hot film type air flow sensor 19 and the compressor 20, and a part of the exhaust gas taken out from the exhaust passage 26 after passing through the turbine 27. Is recirculated to the intake passage 16.
  • a filter 38, an EGR cooler 39, and an LP-EGR valve 46 whose opening degree can be adjusted are arranged in the middle of the LP-EGR passage 37.
  • the recirculation amount of the LP-EGR is adjusted by adjusting the opening degrees of the exhaust shutter valve 29 and the LP-EGR valve 46.
  • the injector 5, high pressure supply pump 9, intake shutter valve 22, exhaust shutter valve 29, turbocharger 30, HP-EGR valve 35, LP-EGR valve 46, etc. are all electronic control units (Electronic Control Units: It is called an ECU.) It operates in response to a control signal from 40.
  • the ECU 40 receives output signals from the fuel pressure sensor 7, the engine speed sensor 11, the engine water temperature sensor 13, the intake pressure sensor 18, the air flow sensor 19, and the like described above.
  • the ECU 40 includes an accelerator opening sensor 41 that detects the amount of depression of the accelerator pedal (accelerator opening), a supercharging pressure sensor 42 that measures the supercharging pressure, a position sensor 43 that detects the opening of the flap 31, Output signals are also input from the turbo rotation speed sensor 44 that detects the rotation speed of the compressor 20 and the engine rotation speed sensor 11 that detects the rotation speed of the engine E, respectively.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method for controlling the engine with the turbocharger.
  • the electronic control unit 40 reads the accelerator opening Acc, the engine speed Ne, the airflow AFS, and the turbo speed Nt from various sensors.
  • step S02 based on the accelerator opening Acc, the engine speed Ne, and the airflow AFS that have been read, a basic required injection amount of fuel (hereinafter also simply referred to as a required injection amount) is set.
  • step S03 the opening degree of each movable flap 31 provided in the turbine chamber 53a of the turbocharger 30 is adjusted according to the engine speed Ne.
  • step S04 it is determined whether or not the turbo rotation speed Nt is equal to or greater than the first threshold value Nt1.
  • the process proceeds to the next step S05, and when the turbo speed Nt is less than the first threshold value Nt1, the process proceeds to step S12.
  • step S05 the fuel injection amount is steeply reduced at a predetermined reduction rate with respect to the required injection amount which is a set value, for example, 60% of the required injection amount.
  • steeply decreasing means that the amount is decreased at a high negative rate of change.
  • step S06 it is determined whether or not the turbo rotation speed Nt is less than the second threshold value Nt2.
  • the process proceeds to the next step S07.
  • the turbo rotational speed Nt is equal to or greater than the second threshold value Nt2
  • the fuel injection amount is further increased to the required injection amount in step S08. The amount is reduced by 10% and the process returns to step S06 again.
  • step S07 it is determined whether or not the required fuel injection amount exceeds the current injection amount.
  • the process proceeds to the next step S09, and when the required injection amount does not exceed the current injection amount, the process ends.
  • step S09 it is determined whether or not the difference between the required injection amount and the current injection amount is less than a predetermined amount A. If the difference between the required injection amount and the current injection amount is less than the predetermined amount A, the process proceeds to the next step S10, and if the difference between the required injection amount and the current injection amount is greater than or equal to the predetermined amount A, step Proceed to S11.
  • the predetermined amount A is changed depending on the operating conditions, but can be set to, for example, about 90% of the required injection amount as a relative value depending on the operating conditions.
  • step S10 since the difference between the required injection amount and the current injection amount is less than the predetermined amount A, the current injection amount is increased to the required injection amount all at once, and the process ends.
  • increasing the current injection amount to the required injection amount at once means that a rapid increase is performed so that the change rate of the increase becomes infinite as shown in S10 of FIG.
  • step S11 as shown in S11 of FIG. 4, the current injection amount is increased to the required injection amount at a rate of change corresponding to the difference between the required injection amount and the current injection amount.
  • the current injection amount is increased to the required injection amount in proportion to the difference between the turbo rotation speed and the second threshold value Nt2, and the process ends. Thereby, it is possible to return to the requested injection amount without causing the driver to feel uncomfortable.
  • step S12 determines whether the turbo rotational speed Nt is greater than or equal to the second threshold value Nt2.
  • the process proceeds to the next step S13, and when the turbo speed Nt is less than the second threshold value Nt2, the process is terminated.
  • step S13 as shown in S13 of FIG. 6, the fuel injection amount is reduced in proportion to the difference between the turbo speed Nt and the second threshold value Nt2.
  • step S14 each flap 31 provided in the turbocharger 30 is fully opened, and the exhaust energy received by the turbocharger 30 is reduced.
  • step S15 it is determined whether or not the turbo rotational speed Nt is increasing.
  • the process returns to step S04, and when the turbo speed Nt is not increasing, the process proceeds to the next step S16.
  • step S16 it is determined whether or not the turbo rotation speed Nt is equal to or greater than the second threshold value Nt2.
  • the process proceeds to the next step S17, and when the turbo speed Nt is less than the second threshold value Nt2, the process is terminated.
  • step S17 it is determined whether or not the required fuel injection amount exceeds the current injection amount.
  • the process proceeds to the next step S18, and when the required injection amount does not exceed the current injection amount, the process proceeds to step S19.
  • step S18 since the required injection amount exceeds the current injection amount, that is, the current injection amount has not reached the required injection amount, the current injection amount is maintained as it is.
  • step S19 since the required injection amount does not exceed the current injection amount, that is, the current injection amount is equal to or greater than the required injection amount, the current injection amount is changed to the required injection amount, and step S16 is performed again. Return to.
  • step S05 the fuel injection amount is uniformly reduced by 60% of the required injection amount.
  • the second threshold value Nt2 in the turbo rotation speed is changed to the first threshold value.
  • the fuel reduction rate may be made variable according to the time to reach Nt1. For example, in FIG. 7, 60% of the required injection amount is reduced at the second time tb longer than the first time ta among the time from the second threshold Nt2 to the first threshold Nt1. Also good.
  • 60% of the required injection amount may be reduced between the first time ta including the first time ta and the second time tb.
  • the turbocharger 30 has a durability limit of 260,000 revolutions per minute, a first threshold value Nt1 of 250,000 revolutions per minute, and a second threshold value Nt2 of 240,000 revolutions per minute. Rotating.
  • step S12 it is determined in step S12 shown in FIG. 3 that the turbo speed Nt has reached the second threshold value Nt2, and in the next step S13, the turbo speed Nt and the second threshold value Nt2 are determined.
  • the fuel injection amount is reduced according to the difference.
  • step S ⁇ b> 15 From the next time t ⁇ b> 1 to time t ⁇ b> 2, it is determined in step S ⁇ b> 15 that the turbo rotation speed Nt is increasing.
  • step S04 it is determined in step S04 that the turbo rotation speed Nt has reached the first threshold value Nt1. Accordingly, in the next step S05, 60% of the required fuel injection amount is reduced with a steep slope.
  • step S10 If the difference between the value of the current injection amount a0 and the value of the required injection amount a1 is less than the predetermined amount A at the next time t3, the current injection amount is returned to the required injection amount all at once in step S10. Further, if the difference between the value of the current injection amount a0 and the value of the required injection amount a2 is equal to or greater than the predetermined amount A, in step S11, the difference between the difference in fuel injection amount and the second threshold value Nt2 of the turbo speed is determined. The current injection amount a0 is gradually returned to the required injection amount a2 with a corresponding gain.
  • the turbo rotation speed Nt is increasing in step S15. It is determined that it is not. In this case, if the current injection amount is less than the required injection amount, the current injection amount a0 is maintained in step S18. If the current injection amount is greater than or equal to the required injection amount, the current injection amount is set in step S19. Change to the required injection amount.
  • the above embodiment is an example.
  • a diesel engine is used as an example of the engine E.
  • the present invention is not limited to a diesel engine, and can be applied to a gasoline engine.
  • the turbo rotation speed reaches the first threshold value Nt1, it is possible to perform control giving priority to prevention of over-rotation. Further, when the turbo rotation speed is located between the first threshold value Nt1 and the second threshold value Nt2, it is possible to perform control with an emphasis on the supercharging performance while suppressing an increase in rotation. In addition, it is possible to suppress the driver's uncomfortable feeling of vehicle behavior due to fuel control, and it is possible to suppress overspeed and quickly return to the driver request.
  • control device for an engine with a turbocharger is applied to applications that need to be reliably managed and controlled so as not to exceed the rotation of the endurance limit in the variable capacity turbo. Can do.

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Abstract

エンジンからの排気により吸気を過給し、吸気通路に生成される過給圧を調節可能に設けられた可動式のフラップを有する過給器を備えたターボ過給器付きエンジンの制御装置において、過給器を構成するタービン及びコンプレッサの回転数が耐久限界よりも低い第１閾値に達した際には、エンジンへの燃料噴射量を所定量まで減量する。一方、回転数が第１閾値よりも低い第２閾値に達した際には、第２閾値を超えた分の回転数に応じて燃料噴射量を減量する。

Description

ターボ過給器付きエンジンの制御装置
　本発明は、ターボ過給器付きエンジンの制御装置に関する。
　近年、エンジンからの排気エネルギーが低い低速回転時でも効率良く過給を行えるようにタービン及びコンプレッサを小型化し、さらに、可動式の複数のフラップ（可動ベーン又はノズルベーンとも呼ぶ。）をタービンの周囲に配設した可変容量ターボ（Variable Geometry Turbo：ＶＧＴ）が用いられている。
　可変容量ターボの場合、通常、過給器の上流側で排気を逃がすウェイストゲートを設けることがないため、タービンの回転が所定の閾値を超えた際は、燃料の供給を制御することにより、タービンの回転の上昇を抑制する。
　特許文献１には、吸気量と過給圧とからタービン回転数を推定し、タービンの過回転を予測する際に、燃料の供給量を減量する技術が記載されている。
特開２０１１－１８５２６３号公報
　しかしながら、燃料制御によりターボの回転制御を行う場合、一般にタイムラグが生じると共に、タービンの回転閾値を低く設定すると過給性能が悪化し、逆に回転閾値を高く設定すると過回転が発生するという懸念がある。
　その上、ターボ過給器を小型化した場合、高出力時には、耐久限界付近の高回転領域を使用することとなり、耐久限界の回転を超えないように管理及び制御することが重要となる。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、可変容量ターボにおける耐久限界の回転を超えないように確実に管理及び制御することができる技術を提供することにある。
　上記の課題を解決するため、本発明は、可変容量ターボにおけるタービン及びコンプレッサの耐久限界の回転数に対して、該耐久限界の回転数よりも低い第１閾値となる回転数と、該第１閾値よりも低い第２閾値となる回転数とを設定し、現回転数が、耐久限界と第１閾値との間にある場合と、第１閾値と第２閾値との間にある場合とで、燃料噴射量の制御を変更することを特徴とする。
　具体的には、本発明は、ターボ過給器付きエンジンの制御装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
　すなわち、第１の発明は、エンジンからの排気により吸気を過給し、吸気通路に生成される過給圧を調節可能に設けられた可動式のフラップを有する過給器を備えたターボ過給器付きエンジンの制御装置において、過給器を構成するタービン及びコンプレッサの回転数が耐久限界よりも低い第１閾値に達した際には、エンジンへの燃料噴射量を所定量まで減量する一方、回転数が第１閾値よりも低い第２閾値に達した際には、第２閾値を超えた分の回転数に応じて燃料噴射量を減量するものである。
　これによれば、タービン及びコンプレッサの回転数（以下、ターボ回転数と呼ぶ。）が、第１閾値に達した時点で過回転防止を優先した制御が可能となる。一方、第１閾値と第２閾値との間では、回転上昇を抑制しつつ、過給性能を重視した制御が可能となる。
　第２の発明は、上記第１の発明において、第１閾値に達する前に、タービン及びコンプレッサの回転数の上昇が治まった際には、その時点の燃料噴射量を維持するものである。
　これによれば、ターボ回転数を第１閾値よりも低く抑えた上で、過給性能を維持することができる。
　第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、第１閾値を超えた際には、回転数によらず、燃料の要求噴射量を所定率だけ減量した値にまで減量するものである。
　これによれば、第１閾値を超えた際に、燃料の要求噴射量に対して所定率だけ減量することにより、燃料噴射量の大きさに関係なく確実にターボ回転数を低減することができる。
　第４の発明は、上記第１又は第２の発明において、第１閾値を超えた際には、第２閾値から第１閾値にまで到達する時間が短い程、燃料の要求噴射量に対する減量率を大きくするものである。
　これによれば、第１閾値を超えた際に、第２閾値から第１閾値にまでの時間が短い程、要求噴射量に対する減量率を大きくすることにより、迅速且つ確実にターボ回転数を低減することができる。
　第５の発明は、上記第３又は第４の発明において、燃料噴射量の減量が完了した後に、タービン及びコンプレッサの回転数が第２閾値以下の領域にある場合に、燃料の要求噴射量と現噴射量との差が所定値未満の際には、要求噴射量にまで一気に増量し、該所定値を超える際には、要求噴射量にまで徐々に増量するものである。
　これによれば、燃料の要求噴射量に復帰するに際し、過回転のおそれがない復帰制御が可能となる。また、燃料制御による車両の挙動のドライバへの違和感を抑えることができる。
　第６の発明は、上記第５の発明において、燃料の要求噴射量と現噴射量との差が所定値以上の際には、その差が大きい程、要求噴射量にまで相対的に小さい増量率で徐々に増量するものである。
　これによれば、要求噴射量との大小差に応じて過回転の抑制とドライバ要求への迅速な復帰が可能となる。
　第７の発明は、上記第５又は第６の発明において、第２閾値とタービン及びコンプレッサの現回転数との差が大きい程、要求噴射量にまで相対的に大きい増量率で徐々に増量するものである。
　これによれば、第２閾値との大小差に応じて燃料噴射量の増量率を設定することにより、過回転を抑制しつつ、ドライバ要求への復帰が可能となる。
　本発明によれば、可変容量ターボにおける耐久限界の回転を超えないように確実に管理及び制御することができる。
図１は本発明の一実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置を示す概略構成図である。 図２は本発明の一実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置におけるターボ過給機のタービン室を拡大した縦断面を模式的に表した構成断面図である。 図３は本発明の一実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置における制御方法を示すフローチャートである。 図４は本発明の一実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置における制御方法の一例を示すグラフである。 図５は本発明の一実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置における制御方法の他の例を示すグラフである。 図６は本発明の一実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置における制御方法の他の例を示すグラフである。 図７は本発明の一実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置における制御方法の一変形例を示すグラフである。 図８は本発明の一実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置における制御方法の一実施例を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
　（一実施形態）
　本発明の一実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置について図１及び図２を参照しながら説明する。
　－エンジン制御装置の概略構成－
　まず、エンジン及び該エンジンの制御装置の概略構成を説明する。
　図１は本発明の一実施形態に係るエンジン及びその制御装置の全体構成を示す。ここで、エンジンＥは、例えば直噴式のディーゼルエンジンである。
エンジンＥは、本体部１の内部に複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する。）が形成され、各気筒２内には、往復動可能にピストン３が嵌挿されており、各ピストン３の頂面により燃焼室４の床部が区画されている。一方、ピストン３の頂面に対向する燃焼室４の天井部には、先端部を燃焼室４に臨ませてインジェクタ５が配設されており、該インジェクタ５の先端部から高圧の燃料が噴射される。
　インジェクタ５の基端部は、各気筒２，２，…に共通のコモンレール６に対して分岐管６ａ，６ａ，…（１つのみ図示する。）により個別に接続されている。コモンレール６には燃圧センサ７が配設されている。また、コモンレール６には、燃料供給管８によって高圧供給ポンプ９が接続されている。高圧供給ポンプ９からコモンレール６への燃料の供給量が燃圧センサ７による燃料圧力の検出値に応じて制御されることにより、コモンレール６内の燃料が所定の高圧状態に保持される。
　エンジンＥのクランクケース内には、コネクティングロッドによってピストン３に駆動連結されたクランク軸１０が配設されている。また、クランクケース内には、クランク軸１０と一体に回転する被検出用プレートの回転角度、すなわちクランク角を検出する電磁ピックアップ式のエンジン回転数センサ（クランク角センサ）１１が配設されている。また、エンジンＥの冷却水温度を検出するエンジン水温センサ１３が、ウォータジャケットに臨んで配設されている。
　図１に示すエンジンＥの右側には、各気筒２の燃焼室４にエアクリーナ１５で濾過された空気を供給する吸気通路１６が設けられている。吸気通路１６の下流端部にはサージタンク１７が設けられ、該サージタンク１７から分岐した各通路がそれぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４と連通している。サージタンク１７には、吸気の圧力状態を検出する吸気圧センサ１８と、過給圧センサ４２とが設けられている。
　吸気通路１６には上流側から下流側に向かって順に、外部からエンジンＥに吸入される空気（新気）の流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ１９と、後述するタービン２７により駆動されて吸気を圧縮するコンプレッサ（回転体）２０と、該コンプレッサ２０により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ２１と、吸気シャッタ弁２２とが設けられている。図１の例では、吸気シャッタ弁２２は、ダイヤフラム２３に作用する負圧の大きさが電磁弁２４により調節されることによって、全閉から全開までの間に位置づけられる。
　図１に示すエンジンＥの左側には、各気筒２の燃焼室４からそれぞれ既燃ガスを排出するように排気通路２６が設けられている。排気通路２６の上流端部は各気筒２に分岐して、それぞれ排気ポートにより燃焼室４に連通する排気マニホルドであり、該排気マニホルドよりも下流の排気通路２６には上流側から下流側に向かって順に、排気流を受けて回転するタービン２７と、排気中の有害成分を浄化可能な触媒コンバータ２８とが配設されている。
　タービン２７と上述したコンプレッサ２０とからなるターボ過給機３０は、タービン２７の全周を囲むように複数の可動式のフラップ３１，３１，…が設けられ、これらのフラップ３１によりタービン２７への排気の流通断面積（ノズル断面積）を変化させるようにした可変容量ターボ（ＶＧＴ）である。図１の例では、フラップ３１は、ダイヤフラム３２に作用する負圧の大きさが電磁弁３３により調節され、アクチュエータによって回動される。また、アクチュエータの位置により、フラップ３１の開度を検出するポジションセンサ４３が設けられている。また、ターボ過給機３０には、コンプレッサ２０の回転数を検出するターボ回転数センサ（検出部）４４が設けられている。
　図２にターボ過給機３０のタービン室を拡大した縦断面の構成を模式的に表す。図２に示すように、タービンケーシング５３内に形成されたタービン室５３ａには、そのほぼ中央部に配置されたタービン２７の周囲を取り囲むように複数の可動式のフラップ３１，３１，…が配設され、各フラップ３１はタービン室５３ａの一方の側壁を貫通する支軸３１ａにより回動可能に支持されている。各フラップ３１は、それぞれ支軸３１ａの回りに図２の時計回りに回動して、相互に近接するように傾斜すると、各フラップ３１の相互間に形成されるノズル５５，５５，…の開度（ノズル断面積）が小さく絞られて、排気流量の少ないときでも高い過給効率を得ることができる。一方、各フラップ３１を上記と反対側に回動させて、相互に離反するように傾斜させれば、ノズル断面積が大きくなるので、排気流量の多いときでも通気抵抗を低減して、過給効率を高めることができる。
　また、リング部材５７は、リンク機構５８を介してアクチュエータのロッド６３に駆動連結されており、該アクチュエータの作動によりリング部材５７を介して各フラップ３１が回動される。すなわち、リンク機構５８は、一端部をリング部材５７に回動可能に連結された連結ピン５８ａと、該連結ピン５８ａの他端部に一端部を回動可能に連結された連結板部材５８ｂと、該連結板部材５８ｂの他端部に連結されると共に、タービンケーシング５３の外壁を貫通する柱状部材５８ｃと、該柱状部材５８ｃのタービンケーシング５３外へ突出する突出端部に一端部を連結された連結板部材５８ｄとからなり、該連結板部材５８ｄの他端部が連結ピン（図示せず）によりアクチュエータのロッド６３に回動可能に連結されている。
　また、図１に示すように、排気通路２６におけるタービン２７よりも排気上流側の部位には、排気の一部を吸気側に還流させる高圧排気還流通路（以下、ＨＰ－ＥＧＲ通路と呼ぶ。）３４の上流端が分岐接続されている。ＨＰ－ＥＧＲ通路３４の下流端は、吸気シャッタ弁２２とサージタンク１７との間の吸気通路１６と接続されており、タービン２７を通過する前の排気通路２６から取り出された排気の一部を吸気通路１６に還流させる。また、ＨＰ－ＥＧＲ通路３４の途中の下流側には、開度調節可能な排気還流量調節弁（以下、ＨＰ－ＥＧＲ弁と呼ぶ。）３５が配置されている。
　図１において、ＨＰ－ＥＧＲ弁３５は、上述した吸気シャッタ弁２２及びターボ過給機３０のフラップ３１と同様に、ダイヤフラムに作用する負圧の大きさが電磁弁３６により調節されることによって作動し、ＨＰ－ＥＧＲ通路３４の通路断面積を連続的に変化させて吸気通路１６に還流される排気の流量を調節する。すなわち、ＨＰ－ＥＧＲ通路３４及びＨＰ－ＥＧＲ弁３５によって、エンジンＥの排気の一部を吸気系に還流させる高圧排気還流手段が構成されている。また、図１に示すように、排気通路２６に配設された触媒コンバータ２８であるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）２８ａ及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２８ｂよりも排気下流側の部位には、排気の一部を吸気側に還流させる低圧排気還流通路（以下、ＬＰ－ＥＧＲ通路と呼ぶ。）３７の上流端が分岐接続され、該分岐接続部の下流には、排気シャッタ弁２９が配設されている。ＬＰ－ＥＧＲ通路３７の下流端は、ホットフィルム式エアフローセンサ１９とコンプレッサ２０との間の吸気通路１６と接続されており、タービン２７を通過した後の排気通路２６から取り出された排気の一部を吸気通路１６に還流させる。ＬＰ－ＥＧＲ通路３７の途中には、フィルタ３８、ＥＧＲクーラ３９及び開度調節可能なＬＰ－ＥＧＲ弁４６がそれぞれ配設されている。ＬＰ－ＥＧＲの還流量の調節は、排気シャッタ弁２９及びＬＰ－ＥＧＲ弁４６の開度調節により行われる。
　インジェクタ５、高圧供給ポンプ９、吸気シャッタ弁２２、排気シャッタ弁２９、ターボ過給機３０、ＨＰ－ＥＧＲ弁３５及びＬＰ－ＥＧＲ弁４６等は、いずれも電子制御ユニット（Electronic Control Unit：以下、ＥＣＵと呼ぶ。）４０からの制御信号を受けて作動する。一方、ＥＣＵ４０には、上述した燃圧センサ７、エンジン回転数センサ１１、エンジン水温センサ１３、吸気圧センサ１８、及びエアフローセンサ１９等からの出力信号がそれぞれ入力される。
　また、ＥＣＵ４０には、アクセルペダルの踏み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４１、過給圧を計測する過給圧センサ４２、フラップ３１の開度を検出するポジションセンサ４３、コンプレッサ２０の回転数を検出するターボ回転数センサ４４及びエンジンＥの回転数を検出するエンジン回転数センサ１１等からもそれぞれ出力信号が入力される。
　－制御方法－
　本実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置の制御方法について図３～図８を参照しながら説明する。
　図３はターボ過給器付きエンジンの制御方法を示すフローである。図３に示すように、　まず、ステップＳ０１において、電子制御ユニット４０は、各種センサから、アクセル開度Ａｃｃ、エンジン回転数Ｎｅ、エアフローＡＦＳ及びターボ回転数Ｎｔを読み込む。
　次に、ステップＳ０２において、読み込んだアクセル開度Ａｃｃ、エンジン回転数Ｎｅ及びエアフローＡＦＳに基づいて、燃料の基本要求噴射量（以下、単に、要求噴射量とも呼ぶ。）を設定する。
　次に、ステップＳ０３において、エンジン回転数Ｎｅに応じて、ターボ過給器３０のタービン室５３ａに設けられた可動式の各フラップ３１の開度を調節する。
　次に、ステップＳ０４において、ターボ回転数Ｎｔが第１閾値Ｎｔ１以上であるか否かを判定する。ターボ回転数Ｎｔが第１閾値Ｎｔ１以上である場合は、次のステップＳ０５に進み、ターボ回転数Ｎｔが第１閾値Ｎｔ１未満である場合は、ステップＳ１２に進む。
　次に、ステップＳ０５において、燃料噴射量を、設定値である要求噴射量に対して所定の減量率で、例えば要求噴射量の６０％で急勾配に減量する。ここで、急勾配に減量するとは、高い負の変化率で減量することを意味する。
　次に、ステップＳ０６において、ターボ回転数Ｎｔが第２閾値Ｎｔ２未満であるか否かを判定する。ターボ回転数Ｎｔが第２閾値Ｎｔ２未満である場合は、次のステップＳ０７に進み、ターボ回転数Ｎｔが第２閾値Ｎｔ２以上である場合は、ステップＳ０８において、燃料噴射量を要求噴射量のさらに１０％分を減量して、再度、ステップＳ０６に戻る。
　次に、ステップＳ０７において、燃料の要求噴射量が現噴射量を超えているか否かを判定する。要求噴射量が現噴射量を超えている場合は、次のステップＳ０９に進み、要求噴射量が現噴射量を超えていない場合は、処理を終了する。
　次に、ステップＳ０９において、要求噴射量と現噴射量との差が所定量Ａ未満であるか否かを判定する。要求噴射量と現噴射量との差が所定量Ａ未満である場合には、次のステップＳ１０に進み、要求噴射量と現噴射量との差が所定量Ａ以上である場合には、ステップＳ１１に進む。所定量Ａは運転条件によって変更されるが、運転条件により、例えば、相対値として要求噴射量の９０％程度に設定することができる。
　ステップＳ１０においては、要求噴射量と現噴射量との差が所定量Ａ未満であるため、現噴射量を要求噴射量にまで一気に増量し、処理を終了する。ここで、現噴射量を要求噴射量にまで一気に増量するとは、図４のＳ１０に示すように、増量の変化率が無限大となるような急激な増量を行うことをいう。
　また、ステップＳ１１においては、図４のＳ１１に示すように、現噴射量を要求噴射量と現噴射量との差に応じた変化率で要求噴射量にまで増量する。これと同時に、図５のＳ１１に示すように、現噴射量を、ターボ回転数の第２閾値Ｎｔ２との差に比例して要求噴射量にまで増量し、処理を終了する。これにより、ドライバに違和感を持たせることなく、要求噴射量に戻すことができる。
　一方、ステップＳ０４において、ターボ回転数Ｎｔが第１閾値Ｎｔ１未満である場合は、ステップＳ１２において、ターボ回転数Ｎｔが第２閾値Ｎｔ２以上であるか否かを判定する。ターボ回転数Ｎｔが第２閾値Ｎｔ２以上である場合は、次のステップＳ１３に進み、ターボ回転数Ｎｔが第２閾値Ｎｔ２未満である場合は、処理を終了する。
　次に、ステップＳ１３において、図６のＳ１３に示すように、ターボ回転数Ｎｔと第２閾値Ｎｔ２との差に比例して燃料噴射量を減量する。
　次に、ステップＳ１４において、ターボ過給機３０に設けられている各フラップ３１を全開にして、該ターボ過給機３０が受ける排気エネルギーを低減する。
　次に、ステップＳ１５において、ターボ回転数Ｎｔが上昇しているか否かを判定する。ターボ回転数Ｎｔが上昇している場合には、ステップＳ０４に戻り、ターボ回転数Ｎｔが上昇していない場合には、次のステップＳ１６に進む。
　次に、ステップＳ１６において、ターボ回転数Ｎｔが第２閾値Ｎｔ２以上であるか否かを判定する。ターボ回転数Ｎｔが第２閾値Ｎｔ２以上である場合は、次のステップＳ１７に進み、ターボ回転数Ｎｔが第２閾値Ｎｔ２未満である場合は、処理を終了する。
　次に、ステップＳ１７において、燃料の要求噴射量が現噴射量を超えているか否かを判定する。要求噴射量が現噴射量を超えている場合は、次のステップＳ１８に進み、要求噴射量が現噴射量を超えていない場合は、ステップＳ１９に進む。
　次に、ステップＳ１８において、要求噴射量が現噴射量を超えているため、すなわち、現噴射量が要求噴射量に達していないため、現噴射量をそのまま維持する。
　また、ステップＳ１９においては、要求噴射量が現噴射量を超えていないため、すなわち、現噴射量が要求噴射量以上であるため、現噴射量を要求噴射量に変更して、再度、ステップＳ１６に戻る。
　以上が、本実施形態に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置の制御方法である。
　なお、ステップＳ０５において、燃料の噴射量を要求噴射量における６０％分を一律に減量したが、その一変形例として、図７に示すように、ターボ回転数における第２閾値Ｎｔ２から第１閾値Ｎｔ１に到達するまでの時間に応じて、燃料の減量率を可変にしてもよい。例えば、図７においては、第２閾値Ｎｔ２から第１閾値Ｎｔ１に到達するまでの時間のうち、第１の時間ｔａよりも長い第２の時間ｔｂで要求噴射量の６０％分を減量してもよい。また、図示はしていないが、第１の時間ｔａを含む該第１の時間ｔａと第２の時間ｔｂとの間で、要求噴射量の６０％分を減量してもよい。
　－実施例－
　図８を参照しながら、上記の実施形態の一例として、ターボ回転数、燃料減量率及び要求噴射量のそれぞれの変化の様子をタイムチャートに基づいて説明する。
　図８に示すように、本実施例においては、ターボ過給器３０の耐久限界を毎分２６万回転とし、第１閾値Ｎｔ１を毎分２５万回転とし、第２閾値Ｎｔ２を毎分２４万回転としている。
　まず、図８の時刻ｔ１において、図３に示すステップＳ１２でターボン回転数Ｎｔが第２閾値Ｎｔ２に達したと判定され、さらに、次のステップＳ１３において、ターボ回転数Ｎｔと第２閾値Ｎｔ２との差に応じて燃料噴射量を減量する。
　次の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、ステップＳ１５において、ターボ回転数Ｎｔが上昇中であると判定される。
　次の時刻ｔ２において、ステップＳ０４でターボ回転数Ｎｔが第１閾値Ｎｔ１に達したと判定される。従って、次のステップＳ０５において、燃料の要求噴射量の６０％分を急勾配で減量する。
　次の時刻ｔ３において、現噴射量ａ０の値と要求噴射量ａ１の値との差が所定量Ａ未満であれば、ステップＳ１０において、現噴射量を要求噴射量にまで一気に戻す。また、現噴射量ａ０の値と要求噴射量ａ２の値との差が所定量Ａ以上であれば、ステップＳ１１において、燃料の噴射量の差及びターボ回転数の第２閾値Ｎｔ２との差に応じたゲインで、現噴射量ａ０を要求噴射量ａ２にまで徐々に戻す。
　一方、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に、図８に示すターボ回転数Ｎ’tのように、第１閾値Ｎｔ１に達する程の上昇がなければ、ステップＳ１５において、ターボ回転数Ｎｔが上昇中でないと判定される。この場合に、現噴射量が要求噴射量未満である場合は、ステップＳ１８において、現噴射量ａ０を維持し、現噴射量が要求噴射量以上である場合は、ステップＳ１９において、現噴射量を要求噴射量に変更する。
　なお、上記の実施例は一例である。
　また、本実施形態においては、エンジンＥの一例として、ディーゼルエンジンを用いたが、本発明はディーゼルエンジンに限られず、ガソリンエンジンにも適用可能である。
　－効果－
　以上より、本実施形態及び実施例によれば、ターボ回転数が第１閾値Ｎｔ１に達した時点では、過回転防止を優先した制御が可能となる。また、ターボ回転数が第１閾値Ｎｔ１と第２閾値Ｎｔ２との間に位置する場合は、回転上昇を抑制しつつ、過給性能を重視した制御が可能となる。また、燃料制御による車両の挙動のドライバへの違和感を抑えることができると共に、過回転の抑制とドライバ要求への迅速な復帰が可能となる。
　以上説明したように、本発明に係るターボ過給器付きエンジンの制御装置は、可変容量ターボにおける耐久限界の回転を超えないように確実に管理及び制御することが必要な用途等に適用することができる。
Ｅ　　エンジン
１　　本体部
２　　気筒
３　　ピストン
４　　燃焼室
５　　インジェクタ
６　　コモンレール
６ａ　分岐管
７　　燃圧センサ
８　　燃料供給管
９　　高圧供給ポンプ
１０　クランク軸
１１　エンジン回転数センサ（クランク角センサ）
１３　エンジン水温センサ
１５　エアクリーナ
１６　吸気通路
１７　サージタンク
１８　吸気圧センサ
１９　エアフローセンサ
２０　コンプレッサ（回転体）
２１　インタークーラ
２２　吸気シャッタ弁
２３，３２　ダイヤフラム
２４，３３，３６　電磁弁
２６　排気通路
２７　タービン（回転体）
２８ａ　ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）
２８ｂ　ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２９　排気シャッタ弁
３０　ターボ過給機
３１　フラップ
３１ａ　支軸
３４　高圧排気還流通路
３５　排気還流量調節弁
３７　低圧排気還流通路
３８　フィルタ
３９　ＥＧＲクーラ
４０　電子制御ユニット
４１　アクセル開度センサ
４２　過給圧センサ
４３　ポジションセンサ
４４　ターボ回転数センサ（検出部）
４６　ＬＰ－ＥＧＲ弁

Claims (7)

  1. 　エンジンからの排気により吸気を過給し、吸気通路に生成される過給圧を調節可能に設けられた可動式のフラップを有する過給器を備えたターボ過給器付きエンジンの制御装置において、
    　前記過給器を構成するタービン及びコンプレッサの回転数が耐久限界よりも低い第１閾値に達した際には、エンジンへの燃料噴射量を所定量まで減量する一方、
    　前記回転数が前記第１閾値よりも低い第２閾値に達した際には、前記第２閾値を超えた分の回転数に応じて燃料噴射量を減量することを特徴とするターボ過給器付きエンジンの制御装置。
  2. 　請求項１に記載のターボ過給器付きエンジンの制御装置において、
    　前記第１閾値に達する前に、前記タービン及びコンプレッサの回転数の上昇が治まった際には、その時点の燃料噴射量を維持することを特徴とするターボ過給器付きエンジンの制御装置。
  3. 　請求項１又は２に記載のターボ過給器付きエンジンの制御装置において、
    　前記第１閾値を超えた際には、前記回転数によらず、燃料の要求噴射量を所定率だけ減量した値にまで減量することを特徴とするターボ過給器付きエンジンの制御装置。
  4. 　請求項１又は２に記載のターボ過給器付きエンジンの制御装置において、
    　前記第１閾値を超えた際には、前記第２閾値から前記第１閾値にまで到達する時間が短い程、燃料の要求噴射量に対する減量率を大きくすることを特徴とするターボ過給器付きエンジンの制御装置。
  5. 　請求項３又は４に記載のターボ過給器付きエンジンの制御装置において、
    　燃料噴射量の減量が完了した後に、前記タービン及びコンプレッサの回転数が前記第２閾値以下の領域にある場合に、
    　燃料の要求噴射量と現噴射量との差が所定値未満の際には、前記要求噴射量にまで一気に増量し、
    　前記所定値を超える際には、前記要求噴射量にまで徐々に増量することを特徴とするターボ過給器付きエンジンの制御装置。
  6. 　請求項５に記載のターボ過給器付きエンジンの制御装置において、
    　燃料の要求噴射量と現噴射量との差が所定値以上の際には、その差が大きい程、前記要求噴射量にまで相対的に小さい増量率で徐々に増量することを特徴とするターボ過給器付きエンジンの制御装置。
  7. 　請求項５又は６に記載のターボ過給器付きエンジンの制御装置において、
    　前記第２閾値と前記タービン及びコンプレッサの現回転数との差が大きい程、前記要求噴射量にまで相対的に大きい増量率で徐々に増量することを特徴とするターボ過給器付きエンジンの制御装置。
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