JP2009092055A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の過渡時において、可変ノズルターボチャージャのタービン入口圧力のオーバーシュートの発生を抑制し、ターボチャージャ及び内燃機関の信頼性を向上できる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の運転状態がＥＧＲ領域からＥＧＲ領域を抜けた領域への加速状態か否かを判定し（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）、肯定判定された場合には、可変ノズル式過給機におけるノズルベーン開度を所定期間ＶＮｏｐｔに亘り開き側にＶＮｏｐだけ変更させる（Ｓ１０４〜Ｓ１０５）。
【選択図】図４

Description

本発明は、ノズルベーンの開度が変更可能な可変ノズル式過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。

一般に、車両に搭載された内燃機関の出力を向上させるために用いられる過給機では、排気通路にタービンハウジングが設けられるとともに吸気通路にはコンプレッサハウジングが設けられる。そして、タービンハウジング内に設けられたタービンホイールとコンプレッサハウジング内に設けられたコンプレッサホイールとが、ロータシャフトによって一体回転可能に連結されている。

そして、内燃機関の排気通路を流れる排気は、タービンハウジング内に流入すると、タービンホイールの周りのタービンスクロールを通過した後、タービンホイールに吹付けられる。この排気の吹付けによりタービンホイールが回転すると、その回転はロータシャフトを介してコンプレッサホイールに伝達され、コンプレッサホイールが回転する。このコンプレッサホイールの回転によって内燃機関に導入される空気が過給される。

そして、内燃機関の出力をさらに向上させる手段として、タービンホイールの外周に可変式のベーン（ノズルベーン）を設け、その傾き（開度）を可変ノズル機構で変化させることにより過給圧を調整可能とした可変ノズル式過給機が知られている。このタイプの過給機では、内燃機関の運転状態に応じた目標過給圧が設定され、吸気通路内の実際の過給圧（実過給圧）が目標過給圧に近づくように可変ノズル機構によるノズルベーンのノズル開度（操作量）が目標開度にフィードバック制御される。

しかし、上記の可変ノズル機構の製造ばらつきや経年変化によって、ベーンの作動に遅れやヒステリシスが生じる場合がある。このような場合であって、且つ、内燃機関の運転状態の急激な変化に伴って排気の量が急激に増加したような状態では、排気の量に対してベーンの開度が過度に閉じ側になってしまう場合がある。そうすると、タービンに導入される排気の圧力（以下、「タービン入口圧力」という。）がオーバーシュートして限界値を超えてしまい、過給機を含む内燃機関の各部の信頼性を低下させるおそれがあった。
特開２００５−１７１８９３号公報 特開２００６−２９９８５９号公報 特開２００４−０２７８９７号公報

本発明の目的とするところは、内燃機関の過渡時における、タービン入口圧力のオーバーシュートの発生を抑制し、過給機及び内燃機関の信頼性を向上できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明においては、内燃機関の所定の過渡状態では、可変ノズル式過給機におけるノズルベーン開度を所定期間に亘り通常の目標開度より開き側に変更することを最大の特徴とする。

より詳しくは、可変ノズル式過給機のノズルベーンの開度が内燃機関の運転状態に応じた目標開度となるように制御される内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の所定の過渡状態においては、
前記ノズルベーンの開度を所定期間に亘り、前記目標開度より開き側に制御する過渡時ベーン開き制御を実施することを特徴とする。

一般的な可変ノズル式過給機においては、ノズルベーンの開度は、内燃機関の運転状態に応じて、最適な過給圧が得られるように予め定められたマップに基づいて制御される。そして、内燃機関の運転状態の過渡時、例えば加速状態においては、ノズルベーンに急激な開度変化が要求される場合がある。この際、可変ノズル機構の製造ばらつきや経年変化によって、ノズルベーンの作動に遅れやヒステリシスが生じている場合には、過給機のタービンに導入される排気量に対してノズルベーンの開度が小さ過ぎるという事態が生じ得る。そうすると、タービンに導入される排気の圧力であるタービン入口圧力がオーバーシュートしてしまい、過大となるおそれがあった。このオーバーシュートが生じると、過給機のみならず、内燃機関や吸排気系の構成の信頼性が低下してしまう場合があった。

これに対して、タービン入口圧力のオーバーシュート分を見越して、本来のノズル開度の制御における目標開度より開き側の開度を用いてノズルベーンの開度を制御することが考えられる。しかしながら、そのような制御においては、ノズルベーンの開度制御の精度を向上させない限り、過給圧を効率的に上昇させることが困難となり、内燃機関の加速性能の向上を妨げる場合があった。

これに対し、発明者らの鋭意研究により、タービン入口圧力の上昇時に瞬時にノズルベーンの開度を開き側に変化させる制御を行えば、オーバーシュートを抑制できることが分かってきた。

そこで、本発明においては、タービン入口圧力がオーバーシュートすると予測される所定の過渡状態においては、ノズルベーンの開度を所定期間に亘り、目標開度より開き側に制御する過渡時ベーン開き制御を実施することとした。

これによれば、内燃機関の過渡状態におけるタービン入口圧力のオーバーシュートをより確実に抑制できる。よって、過給機のみならず、内燃機関や吸排気系の構成の信頼性の低下を抑制できる。また、可変ノズル機構の応答遅れやヒステリシスによって、過渡時ベーン開き制御自体に遅れが生じる場合にも、タービン入口圧力のオーバーシュートをより確実に抑制できる。

上記において所定の過渡状態とは、過渡時ベーン開き制御を実施しない場合には、タービン入口圧力のオーバーシュートが発生するおそれがあると判断される運転状態の加速状態を示しており、過渡前後の運転状態や加速度については、予め実験などによって定められてもよい。

また、所定期間とは、過渡時ベーン開き制御をこの期間に亘って実施した場合に、タービン入口圧力のオーバーシュートを抑制できると判断される期間であり、予め実験により定められる。

また、上記目的を達成するための本発明においては、内燃機関の所定の過渡状態においては、可変ノズル式過給機におけるノズルベーン開度を所定期間に亘り通常の目標開度より開き側に変更するとともに、それと同期して、燃料噴射量を減量させるようにしてもよい。

より詳しくは、可変ノズル式過給機のノズルベーンの開度が内燃機関の運転状態に応じた目標開度となるように制御される内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の所定の過渡状態においては、
前記ノズルベーンの開度を所定期間に亘り、前記目標開度より開き側に制御する過渡時ベーン開き制御を実施するとともに、
前記過渡時ベーン開き制御と同期して、前記内燃機関における燃料噴射量を減量させることを特徴とする。

ここで、発明者らのさらなる鋭意研究により、タービン入口圧力の上昇時に瞬時にノズルベーンの開度を開き側に変化させる制御に加えて、この開度制御に同期して、燃料噴射弁からの燃料噴射量を減少させることで、より確実にタービン入口圧力のオーバーシュートを抑制できることが分かってきた。

そこで、本発明においては、タービン入口圧力がオーバーシュートすると予測される所定の過渡状態においては、ノズルベーンの開度を所定期間に亘り、目標開度より開き側に制御する過渡時ベーン開き制御を実施するとともに、過渡時ベーン開き制御と同期して、内燃機関における燃料噴射量を減量させてもよい。

これによれば、内燃機関の過渡状態におけるタービン入口圧力のオーバーシュートをさらに確実に抑制できる。よって、過給機のみならず、内燃機関や吸排気系の構成の信頼性の低下を抑制できる。また、可変ノズル機構の応答遅れやヒステリシスによって、過渡時ベーン開き制御自体に遅れが生じる場合にも、タービン入口圧力のオーバーシュートをさらに確実に抑制できる。

この場合において所定の過渡状態とは、過渡時ベーン開き制御も燃料噴射量の減量も実施しない場合には、タービン入口圧力のオーバーシュートが発生するおそれがあると判断される運転状態の加速状態としてもよい。過渡前後の運転状態や加速度については、予め実験などによって定められてもよい。

また、この場合において所定期間とは、過渡時ベーン開き制御をこの期間に亘って実施し、さらにこれに同期して燃料噴射量を減量させた場合に、タービン入口圧力のオーバーシュートを抑制できると判断される期間としてもよく、これは、予め実験により定められるようにしてもよい。

また、本発明においては、所定の過渡状態は、内燃機関の運転状態が、ＥＧＲが実施される領域からＥＧＲが実施されない領域へと移行する状態としてもよい。

すなわち、内燃機関の運転状態が、ＥＧＲが実施される領域からＥＧＲが実施されない領域へと移行する際には、ＥＧＲで吸気系に再循環される排気量が減少するので、過給機のタービンに導入される排気量が一時的に増加する。そうすると、タービン入口圧力が上昇し、よりオーバーシュートが発生し易い状態となる。

従って、本発明においては、内燃機関の運転状態が、ＥＧＲが実施される領域からＥＧＲが実施されない領域へと移行する場合に、ノズルベーンの開度を所定期間に亘り、目標開度より開き側に制御する過渡時ベーン開き制御を実施してもよい。あるいは、ノズルベーンの開度を所定期間に亘り、目標開度より開き側に制御する過渡時ベーン開き制御を実施するとともに、過渡時ベーン開き制御と同期して、内燃機関における燃料噴射量を減少させるようにしてもよい。

そうすれば、よりタービン入口圧力のオーバーシュートが発生し易い状態において、過渡時ベーン開き制御を行うことができ、あるいは、過渡時ベーン開き制御及び、燃料噴射量の減量を行うことができ、より効果的にタービン入口圧力のオーバーシュートを抑制で
きる。

また、本発明においては、過渡時ベーン開き制御における、ノズルベーンの開度の目標開度からの開き量及び、前記所定期間は、内燃機関の過渡後の機関回転数が高いほど増加するようしてもよい。この際、前記機関回転数に対してリニヤに増加するようしてもよい。

また、過渡時ベーン開き制御と同期して、内燃機関における燃料噴射量を減量させる際の減量量及び減量期間も、内燃機関の過渡後の機関回転数が高いほど増加するようにしてもよい。この際、前記機関回転数に対してリニヤに増加するようしてもよい。

タービン入口圧力のオーバーシュートの発生の危険性は、内燃機関の機関回転数が高いほど大きくなるところ、本発明によれば、当該オーバーシュートがより発生し易い状態において、より確実に当該オーバーシュートの発生を抑制することができる。

また、本発明においては、前記過渡時ベーン開き制御中における前記内燃機関の過給圧が、目標の過給圧に対して高い場合には、ノズルベーンの開度の前記目標開度からの開き量をより大きくするようにしてもよい。

すなわち、内燃機関の過給圧が高い状態では、ノズルベーンの開度をより大きくしても過給不足の問題は発生しづらい。従って、過度時ベーン開き制御中におけるノズルベーンの前記目標開度からの開き量をより大きく設定することができる。これによれば、内燃機関の過給圧の高い状態において、さらに確実に、タービン入口圧力のオーバーシュートを抑制できる。

また、本発明においては、前記過渡時ベーン開き制御と同期して、前記可変ノズル式過給機におけるノズルベーンの作動電圧を上昇させるようにしてもよい。

すなわち、ノズルベーンの作動に遅れやヒステリシスが生じている場合には、前記過渡時ベーン開き制御において、ノズルベーンの駆動力が不足するおそれがある。これに対し、本発明においては、前記過渡時ベーン開き制御と同期して、前記可変ノズル式過給機におけるノズルベーンの作動電圧を上昇させるようにした。これによれば、より確実に過渡時ベーン開き制御を実施することができ、さらに確実に、タービン入口圧力のオーバーシュートを抑制できる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、内燃機関の過渡時における、タービン入口圧力のオーバーシュートの発生を抑制し、過給機及び内燃機関の信頼性を向上させることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関及び吸排気系、制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は４つの気筒２を有している。また、４つの気筒２には、燃焼用の燃料を気筒２内の燃焼室に供給する燃焼噴射弁３が各々備えられている。この内燃機関１に
は、吸気枝管８が接続されており、この吸気枝管８の上流側は吸気管９と接続されている。さらに吸気管９は、ターボチャージャ２０のコンプレッサハウジング２１に接続されている。

一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、この排気枝管１８は、ターボチャージャ２０のタービンハウジング２２と接続されている。また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、ＥＧＲ管２７によって連通されており、排気枝管１８を通過する排気の一部を吸気枝管８に再循環させるＥＧＲを行うことが可能となっている。ＥＧＲ管２７には、排気の再循環量（ＥＧＲガス量）を制御可能なＥＧＲ弁２８が備えられている。

上述のタービンハウジング２２は排気通路としての排気管１９と接続されている。この排気管１９は、その下流にて図示しないマフラーに接続されている。この排気管１９には、排気中の微粒子物質やＮＯxを浄化する排気浄化装置３０が備えられている。

また、ターボチャージャ２０には可変ノズル装置２５が設けられている。この可変ノズル装置２５によってタービンホイール２２０に吹き付けられる排気の流路面積が変更され、排気の流速を可変とする。このことにより、タービンホイール２２０の回転速度が調整され、気筒２に強制的に送り込まれる空気の量及び圧力（過給圧）が調整される。

また、可変ノズル装置２５は、図２に示すように、タービンホイール２２０への排気の流入部に配置された複数のノズルベーン２５０を有している。また、ノズルベーン２５０を軸２５１を介して揺動可能に保持するノズルプレート２５２、各軸２５１の端部に固定された図示しないアームを介して軸２５１を回転させるユニゾンリング２５４などを有している。ユニゾンリング２５４がアクチュエータ２５３によって回転されると、ユニゾンリング２５４と係合している図示しないアームが軸２５１を中心にして揺動され、軸２５１の回動によってノズルベーン２５０の開度が変化する。

図１の説明に戻るが、以上のような内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ
３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。

ＥＣＵ３５には、図示しないエアフローメータ、アクセルポジションセンサ、クランクポジションセンサなどのセンサ類が電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３の他、可変ノズル機構２５を作動させるアクチュエータ２５３、ＥＧＲ弁２８などが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ３５には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。

次に、内燃機関１の運転状態の過渡時におけるノズルベーン２５０の開度制御の問題点について説明する。ノズルベーン２５０の開度はＥＣＵ３５によって内燃機関１の運転状態に応じた目標開度に制御される。そして、内燃機関１の運転状態の過渡時、例えば加速状態においては、ノズルベーン２５０に急激な開度変化が要求される場合がある。この際、可変ノズル機構２５の製造ばらつきや経年変化によって、ノズルベーン２５０の作動に遅れやヒステリシスが生じている場合には、タービンハウジング２２に導入される排気量に対してノズルベーン２５０の開度が小さ過ぎるという事態が生じ得る。そうすると、タービンハウジング２２に導入される排気の圧力であるタービン入口圧力がオーバーシュー
トしてしまい、過大となるおそれがあった。このオーバーシュートが生じると、過給機２０のみならず、内燃機関１や吸排気系の構成の信頼性が低下してしまう場合があった。

これに対して、タービン入口圧力のオーバーシュート分を見越して、本来のノズル開度制御における目標開度より開き側の開度を用いてノズルベーン２５０の開度を制御する場合があった。しかしながら、そのような制御においては、ノズルベーン２５０の開度制御の精度を向上させない限り、過給圧を効率的に上昇させることが困難となり、内燃機関１の加速性能の向上を妨げる場合があった。

これに対し、発明者らの鋭意研究によって、内燃機関１の運転状態の過渡時において、瞬時にノズルベーン２５０の開度を開き側に変化させる制御（過渡時ベーン開き制御）を行えば、タービン入口圧力のオーバーシュートを抑制できることが分かってきた。

以下、この制御について詳しく説明する。図３には、内燃機関１の運転状態においてタービン入口圧力のオーバーシュートが発生し易い過渡状態の例を矢印で示す。すなわち、タービン入口圧力のオーバーシュートは、ハッチングで示すＥＧＲ領域から、より高負荷側若しくはより高回転数側の運転状態であって、ＥＧＲ領域を抜けた領域に運転状態が変化する場合に、発生し易いことが分かっている。

これは、ＥＧＲ領域に属する運転状態においては新気量が少ないのに対し、ＥＧＲ領域を抜けた領域においては、新気量が増加することで、タービンハウジング２２に導入される排気の量が一時的に増加する。そうすると、ノズルベーン２５０の作動の遅れやヒステリシスがあった場合には、ノズルベーン２５０の開度に対して過剰な排気が導入されるおそれがあるからである。

そこで、本実施例においては、ＥＧＲ領域から、より高負荷側若しくはより高回転数側の運転状態であって、ＥＧＲ領域を抜けた領域に運転状態が変化する場合に、ノズルベーン２５０の開度を瞬時に開き側とする制御を行うこととした。

図４には、本実施例におけるタービン入口圧力オーバーシュート抑制ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ３５内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼動中にＥＣＵ３５によって所定期間毎に繰り返し実行される。

本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において機関回転数ＮＥが取得される。具体的には、図示しないクランクポジションセンサの出力信号を検出してＥＣＵ３５で演算されることで取得される。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。

Ｓ１０２においては、機関回転数の増加量に関連するパラメータであるＮＥｍｅｓを算出する。具体的には、以下の（１）〜（３）の数式によって算出する。
ΔＮＥ＝ＮＥｎｅｗ−ＮＥｏｌｄ・・・・・・・・（１）
ＮＥｓｉｓ＝ＮＥ−ＮＥｂａｓｅ・・・・・・・・（２）
ＮＥｍｅｓ＝ΔＮＥ×ＮＥｓｉｓ・・・・・・・・（３）
ここで、ＮＥｎｅｗとＮＥｏｌｄは、過渡前後の機関回転数をサンプリングするタイミングであり、ＮＥｎｅｗ−ＮＥｏｌｄの値は例えば８ｍｓｅｃである。また、ＮＥは機関回転数であり、ＮＥｂａｓｅは、タービン入口圧力がオーバーシュートする可能性が生じる基準となる機関回転数であり予め実験などによって定められる。ここでは、機関回転数ＮＥがＮＥｂａｓｅよりどの程度高い機関回転数かが問題となる。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３に進む。

Ｓ１０３においては、ＮＥｍｅｓが閾値ＮＥｍｅｓｍａｘより大きいか否かが判定され
る。このＮＥｍｅｓｍａｘは、ＮＥｍｅｓがこの閾値より大きい場合には、機関回転数の増加量が多いと判定されることから、ＥＧＲを行う領域からＥＧＲを行なわない領域に運転状態がある程度以上の加速度で移行したと判断される閾値である。

Ｓ１０３において否定判定された場合には、タービン入口圧力がオーバーシュートするおそれがないと判断されるので、本ルーチンを一旦終了する。一方、Ｓ１０３において肯定判定された場合には、タービン入口圧力がオーバーシュートするおそれがあると判断され、Ｓ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、タービン入口圧力のオーバーシュートを抑制するための、ノズルベーン２５０の開き量ＶＮｏｐ及び開き時間ＶＮｏｐｔが導出される。このＶＮｏｐ及びＶＮｏｐｔは、図５に示すように、ＮＥｂａｓｅ以上の範囲において機関回転数ＮＥとリニヤな関係になるように設定され、予めマップ化されている。そして、このステップにおいては、当該マップより、運転状態の過渡後の機関回転数ＮＥに対応するノズルベーン２５０の開き量ＶＮｏｐ及び開き時間ＶＮｏｐｔの値が読み出される。Ｓ１０４の処理が終了するとＳ１０５に進む。

Ｓ１０５においては、Ｓ１０４で導出されたＶＮｏｐ及びＶＮｏｐｔに基づいてノズルベーン２５０の開度が開き側に制御される。
具体的には、
ＶＮｆｉｎｆ＝ＶＮｆｉｎ−ＶＮｏｐ・・・・・・・（４）
により算出されるベーン開度ＶＮｆｉｎｆに、ＶＮｏｐｔの期間に亘りベーン開度が変更、維持された後、再度ＶＮｆｉｎにベーン開度を復帰させる。Ｓ１０５の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

図６には、本ルーチンを実行した場合の、内燃機関１の過渡時における、ノズルベーン２５０の開度ＶＮｆｉｎｆの値の変化を示している。この図においては、２回に亘って、内燃機関１の運転状態が、ＥＧＲ領域からＥＧＲ領域から抜けた領域まで移行している。その各々の移行において、ノズルベーン２５０の開度が変更されていることが分かる。

以上、説明したように、本実施例においては、内燃機関１の運転状態がＥＧＲ領域からＥＧＲ領域より抜けた領域に移行する際に、ノズルベーンの開度を所定期間に亘り開き側に制御するとともに燃料噴射量を減量することとした。

これにより、タービン入口圧力のオーバーシュートをより確実に抑制することができ、ターボチャージャ２０の他、内燃機関１や吸排気系の構成の信頼性が低下することを抑制できる。

なお、上記の過渡時ベーン開き制御が行われる際に、過給圧（ＰＩＭ）が目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）より高くなっている状態では、ＶＮｏｐをその際の開度より大きくしても過給圧不足の問題は生じないと言える。すなわち、そのような状態では、ＮＶｏｐをさらに大きく設定することが可能である。従って、本実施例においては、過渡時ベーン開き制御において過給圧（ＰＩＭ）が目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）より高くなっている状態では、過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差分が大きいほど、ＶＮｏｐが大きくなるようにしてもよい。

その際の、過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差分と、ＶＮｏｐとの関係の例を図７に示す。ＶＮｏｐは、図７（ａ）に示すように、過給圧（ＰＩＭ）が目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）より所定量以上高くなっている状態で、過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差分に対してリニヤな関係としてもよい。また、図７（ｂ）
に示すように、過給圧（ＰＩＭ）が目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）より所定量以上高くなっている状態で、過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差分に対して曲線的に増加する関係としても構わない。さらに、図７（ｃ）に示すように、過給圧（ＰＩＭ）が目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）より高くなった状態で、過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差分に対してリニヤな関係としてもよい。

そうすれば、過渡時ベーン開き制御においてノズルベーン２５０の開度を、過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差分に応じて可及的に大きな開度まで開弁することができる。その結果、より確実に、タービン入口圧力のオーバーシュートを抑制することができる。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）における所定量は、最適な効果が得られるように予め実験などによって求めてもよい。

また、過渡時ベーン開き制御においてノズルベーン２５０の開度を変更する際に、ノズルベーン２５０の作動に遅れやヒステリシスが生じている場合には、ノズルベーン２５０自体の駆動力が不足し、過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差が大きくなってしまうことが考えられる。これに対し、本実施例においては、過度時ベーン開き制御において、過給圧（ＰＩＭ）が目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）より所定量以上高くなっている状態では、過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差分が大きい程、ノズルベーン２５０の作動電圧を上昇させるようにしてもよい。

図８には、その場合の過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差分と、ＶＮ作動電圧との関係の例を示す。ここでＶＮｏｐは以下の数式で表すことができる。
ＶＮｏｐ＝ＶＮｏｐ１×ＶＮｏｐ２・・・・・・・・（５）
ここでＶＮｏｐ１は、ＶＮ作動電圧を変更する前の基準となるＶＮｏｐの値である。そして、ＶＮｏｐ２は、ＶＮ駆動電圧の上昇率である。

すなわち、図８に示すように、過給圧（ＰＩＭ）が目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）より所定量以上高くなるまでは、ＶＮｏｐ２＝１とし、過給圧（ＰＩＭ）がそれ以上高い場合には、ＶＮｏｐ２の値をリニヤに増加させるような関係としてもよい。

これによれば、ノズルベーン２５０の作動に遅れやヒステリシスが生じており、ノズルベーン２５０の作動が正常でない場合にも、より確実に、タービン入口圧力のオーバーシュートを抑制することができる。なお、図８における所定量についても、最適な効果が得られるように予め実験などによって求めてもよい。

次に、本発明における実施例２について説明する。本発明においては、過渡時ベーン開き制御におけるノズルベーン２５０の開弁動作に同期して燃料噴射量を減量させる例について説明する。

ここで、発明者らのさらなる鋭意研究によって、内燃機関１の運転状態の過渡時において、瞬時にノズルベーン２５０の開度を開き側に変化させる制御（過渡時ベーン開き制御）に加えて、この開度制御に同期して、燃料噴射弁３からの燃料噴射量を減量させることにより、より確実にタービン入口圧力のオーバーシュートを抑制できることが分かってきた。これは、タービン入口圧力のオーバーシュートは、急激に気筒２における燃焼条件が変化する際に発生し易いところ、燃料噴射量を減量させることにより、加速時の基本的な燃料噴射量の増加を抑えることができ、可変ノズル装置２５の応答性を向上させることができるからである。

そこで、本実施例においては、ＥＧＲ領域から、より高負荷側若しくはより高回転数側
の運転状態であって、ＥＧＲ領域を抜けた領域に運転状態が変化する場合に、ノズルベーン２５０の開度を瞬時に開き側とする制御（過渡時ベーン開き制御）を行うとともに、ノズルベーン２５０の開き制御に同期して、気筒２における燃料噴射量を減量させる制御を行うこととした。

図９には、本実施例におけるタービン入口圧力オーバーシュート抑制ルーチン２についてのフローチャートを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ３５内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼動中にＥＣＵ３５によって所定期間毎に繰り返し実行される。

本ルーチンにおけるＳ１０１〜Ｓ１０４までの処理は、実施例１で示したタービン入口圧力オーバーシュート抑制ルーチンと同等であるので、ここでは説明は省略する。本ルーチンにおいてＳ１０４の処理が終了するとＳ２０１に進む。

Ｓ２０１においては、タービン入口圧力のオーバーシュートを抑制するための、燃料噴射量の減量量Ｑｏｓ及び燃料噴射量の減量期間Ｑｏｓｔが導出される。このＱｏｓ及びＱｏｓｔも、図１０に示すように、ＮＥｂａｓｅ以上の範囲において機関回転数ＮＥとリニヤな関係になるように設定され、予めマップ化されている。そして、このステップにおいては、当該マップより、運転状態の変更後の機関回転数ＮＥに対応する燃料噴射量の減量量Ｑｏｓ及び燃料噴射量の減量期間Ｑｏｓｔの値が読み出される。Ｓ２０１の処理が終了するとＳ２０２に進む。

Ｓ２０２においては、Ｓ１０４で導出されたＶＮｏｐ及びＶＮｏｐｔに基づいてノズルベーン２５０の開度が開き側に制御されるとともに、Ｓ２０１で導出されたＱｏｓ及びＱｏｓｔに基づいて、燃料噴射量の減量が行われる。
具体的には、実施例１で説明したと同様、
ＶＮｆｉｎｆ＝ＶＮｆｉｎ−ＶＮｏｐ・・・・・・・（４）
により算出されるベーン開度ＶＮｆｉｎｆに、ＶＮｏｐｔの期間に亘りベーン開度が変更、維持された後、再度ＶＮｆｉｎにベーン開度を復帰させる。また、同様に、
Ｑｆｉｎｃ＝Ｑｆｉｎ−Ｑｏｓ・・・・・・・・・・（６）
により算出される燃料噴射量Ｑｆｉｎｃに、Ｑｏｓｔの期間に亘り燃料噴射量が変更、維持された後、再度Ｑｆｉｎに燃料噴射量を復帰させる。Ｓ２０２の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

図１１には、本ルーチンを実行した場合の、内燃機関１の過渡時における、ノズルベーン２５０の開度ＶＮｆｉｎｆと、燃料噴射量Ｑｆｉｎｃの値の変化を示している。この図においては、２回に亘って、内燃機関１の運転状態が、ＥＧＲ領域からＥＧＲ領域から抜けた領域まで移行している。その各々の移行において、ノズルベーン２５０の開度及び、燃料噴射量が変更されていることが分かる。

以上、説明したように、本実施例においては、内燃機関１の運転状態がＥＧＲ領域からＥＧＲ領域より抜けた領域に移行する際に、ノズルベーンの開度を所定期間に亘り開き側にする制御（過渡時ベーン開き制御）とともに燃料噴射量を減量することとした。

これにより、タービン入口圧力のオーバーシュートをより確実に抑制することができ、ターボチャージャ２０の他、内燃機関１や吸排気系の構成の信頼性が低下することを抑制できる。

なお、上記の実施例においては、過渡時ベーン開き制御若しくは、過度時ベーン開き制御と、それに同期して燃料噴射量を減量させる制御を実施しない場合に、タービン入口圧力のオーバーシュートが発生するおそれがあると判断される加速状態の例として、ＥＧＲ
が実施される領域からＥＧＲが実施されない領域へと移行する場合を挙げた。

ここで、このような加速状態の例としては、他に、過給圧が高い状態から燃料噴射量が増加する状態や、ノズルベーン開度のフィードバック制御において、ＰＩＤ制御の積分動作によってノズルベーンが閉じ側に維持されたまま加速される状態などを挙げることができる。

本発明の実施例に係る内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示した図である。 本発明の実施例に係る可変ノズル装置の概略構成を示した図である。 本発明の実施例においてタービン入口圧力にオーバーシュートが生じる可能性が高い過度状態について説明するためのグラフである。 本発明の実施例１に係るタービン入口圧力オーバーシュート抑制ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る機関回転数と、ベーン開き量及びベーン開き期間との関係を示すグラフである。 本発明の実施例１に係る過渡時における、ベーン開度の時間変化を示すグラフである。 本発明の実施例１に係る過渡時における、過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差分と、ベーン開き量との関係の例を示すグラフである。 本発明の実施例１に係る過渡時における、過給圧（ＰＩＭ）と目標過給圧（ＰＩＭＴＲＧ）との差分と、ＶＮ作動電圧との関係の例を示すグラフである。 本発明の実施例２に係るタービン入口圧力オーバーシュート抑制ルーチン２を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る機関回転数と、燃料噴射量の減量量及び燃料噴射量の減量期間との関係を示すグラフである。 本発明の実施例２に係る過渡時における、ベーン開度及び燃料噴射量の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
８・・・吸気枝管
９・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・ターボチャージャ
２１・・・コンプレッサハウジング
２２・・・タービンハウジング
２５・・・可変ノズル装置
２７・・・ＥＧＲ管
２８・・・ＥＧＲ弁
３０・・・排気浄化装置
３５・・・ＥＣＵ
２２０・・・タービンホイール
２５０・・・ノズルベーン
２５１・・・軸
２５２・・・ノズルプレート
２５３・・・アクチュエータ
２５４・・・ユニゾンリング

Claims (7)

1. 可変ノズル式過給機のノズルベーンの開度が内燃機関の運転状態に応じた目標開度となるように制御される内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の所定の過渡状態においては、
   前記ノズルベーンの開度を所定期間に亘り、前記目標開度より開き側に制御する過渡時ベーン開き制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記過渡時ベーン開き制御と同期して、前記内燃機関における燃料噴射量を減量させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記所定の過渡状態は、内燃機関の運転状態が、ＥＧＲが実施される領域からＥＧＲが実施されない領域へと移行する状態であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記過渡時ベーン開き制御における、ノズルベーンの開度の前記目標開度からの開き量は、前記内燃機関の過渡後の機関回転数が高いほど大きくなり、前記所定期間は、前記機関回転数が高いほど長くなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記過渡時ベーン開き制御と同期して、前記内燃機関における燃料噴射量を減量させる際の減量量は、前記内燃機関の過渡後の機関回転数が高いほど多くなり、減量期間は、前記機関回転数が高いほど長くなることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記過渡時ベーン開き制御中における前記内燃機関の過給圧が、目標の過給圧に対して高い場合には、ノズルベーンの開度の前記目標開度からの開き量をより大きくすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記過渡時ベーン開き制御と同期して、前記可変ノズル式過給機におけるノズルベーンの作動電圧を上昇させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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