JP2005344729A - Charging pressure control device for internal combustion engine and its method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide reasonable charging pressure control technology for suitably controlling a variable vane corresponding to the operated condition of an internal combustion engine which has the variable vane for controlling the charging pressure of air in an intake passage. <P>SOLUTION: A diesel engine 10 has a variable capacity turbocharger 30 mounted as a charging pressure control means for controlling the charging pressure of air. The variable capacity turbocharger 30 has the variable vane 36 to be opened/closed for varying the flow rate of exhaust gas in a turbine 32. The variable vane 36 is controlled corresponding to the opening of an EGR valve 50 as well as operated conditions including an engine speed N, a fuel injection amount Q, an engine water temperature Tw, charging pressure Pb, atmospheric pressure Pa, and an atmospheric temperature Ta. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の排気径路の過給圧を制御する過給圧制御技術に係り、詳しくは可変容量ターボチャージャを備えた内燃機関に好適な過給圧制御技術に関する。   The present invention relates to a supercharging pressure control technique for controlling the supercharging pressure of an exhaust path of an internal combustion engine, and more particularly to a supercharging pressure control technique suitable for an internal combustion engine equipped with a variable capacity turbocharger.

従来、例えば特開平８−２７０４５４号公報には、車載用内燃機関において、排気径路側のタービン内に可変ベーンを備えた可変容量ターボチャージャと、排気径路と吸気径路とが循環径路および該径路に設けられた排気循環バルブ（ＥＧＲバルブ）を介して接続された排気循環装置が搭載されたものが開示されている。この内燃機関の可変容量ターボチャージャは、可変ベーンの開度を変えることで排気径路側のガスの圧力を変化させるように構成されている。例えば、可変ベーンの開度を小さくすることで排気径路側のガスの圧力を高圧化させ、可変ベーンの開度を大きくすることで排気径路側のガスの圧力を低圧下させることができる。また、この内燃機関の排気循環装置は、循環径路の排気循環バルブを介して排気径路側のガスの一部を排気循環バルブの上下流の差圧（圧力差）に基いて吸気径路側へ循環させることで、内燃機関の燃焼室内における燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制するように構成されている。
そして、上記構成において、可変ベーンおよび排気循環バルブを制御することで、内燃機関の負荷に応じて定められた適切な排気循環量が得られるように構成されている。また、吸気径路の過給圧を所望の圧力に制御する場合には、いわゆるフィードバック制御により目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいて、実過給圧を目標過給圧に近づけるべく可変ベーンの開度を制御するように構成されている。 Conventionally, for example, in JP-A-8-270454, in an in-vehicle internal combustion engine, a variable capacity turbocharger provided with a variable vane in a turbine on an exhaust path side, an exhaust path and an intake path are connected to a circulation path and the path. An apparatus in which an exhaust gas circulation device connected via an exhaust gas circulation valve (EGR valve) provided is mounted is disclosed. The variable capacity turbocharger of the internal combustion engine is configured to change the pressure of the gas on the exhaust path side by changing the opening of the variable vane. For example, the pressure of the gas on the exhaust path can be increased by decreasing the opening of the variable vane, and the pressure of the gas on the exhaust path can be decreased by increasing the opening of the variable vane. In addition, the exhaust gas circulation device of the internal combustion engine circulates a part of the gas on the exhaust path side to the intake path side based on the differential pressure (pressure difference) upstream and downstream of the exhaust circulation valve via the exhaust circulation valve of the circulation path. By doing so, the combustion temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine is lowered, and the generation of nitrogen oxides (NOx) is suppressed.
In the above configuration, an appropriate exhaust circulation amount determined according to the load of the internal combustion engine can be obtained by controlling the variable vane and the exhaust circulation valve. Further, when controlling the supercharging pressure of the intake passage to a desired pressure, the actual supercharging pressure is brought close to the target supercharging pressure based on a deviation between the target supercharging pressure and the actual supercharging pressure by so-called feedback control. The opening degree of the variable vane is controlled as much as possible.

上記構成の内燃機関は、可変ベーンの開度を制御することで内燃機関の負荷に応じて定められた適切な排気循環量を得ることができるという点において極めて有効である。
しかしながら、上記のような構成の内燃機関は、実際の過給圧（実過給圧）を目標過給圧に近づけるべく可変ベーンの開度を操作する過程（過渡時）において、排気循環バルブの上流圧が該バルブの下流圧に先んじて上昇する。そして、この際、排気循環バルブの上下流の差圧（圧力差）が上昇し、の差圧上昇に伴って循環径路を通過する排気循環量が過大となり、排気系からの黒煙の放出をもたらすという問題があった。また、可変容量ターボチャージャにおけるタービン回転数を、例えば、エンジン水温、大気圧、大気温度等の外乱に対応して好適に制御する技術は確立していなかった。さらに、可変ベーンのフィードバック制御に際し、可変ベーンの開度を内燃機関の負荷に応じて好適に制御する技術は確立していなかった。 The internal combustion engine having the above configuration is extremely effective in that an appropriate exhaust gas circulation amount determined according to the load of the internal combustion engine can be obtained by controlling the opening of the variable vane.
However, in the internal combustion engine having the above-described configuration, in the process of manipulating the opening degree of the variable vane so as to bring the actual supercharging pressure (actual supercharging pressure) closer to the target supercharging pressure (during a transient state), The upstream pressure rises prior to the downstream pressure of the valve. At this time, the differential pressure (pressure difference) between the upstream and downstream of the exhaust circulation valve increases, and as the differential pressure increases, the amount of exhaust circulation passing through the circulation path becomes excessive, and black smoke is released from the exhaust system. There was a problem of bringing. Moreover, the technique which controls suitably the turbine rotation speed in a variable capacity | capacitance turbocharger corresponding to disturbances, such as engine water temperature, atmospheric pressure, atmospheric temperature, has not been established. Furthermore, a technique for suitably controlling the opening degree of the variable vane according to the load of the internal combustion engine has not been established in the feedback control of the variable vane.

そこで、本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸気径路の空気の過給圧を制御する可変ベーンを備えた内燃機関において、該可変ベーンを内燃機関の運転状況に応じて好適に制御することができる合理的な過給圧制御技術を提供することである。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine having a variable vane for controlling a supercharging pressure of air in an intake passage, and the variable vane. Is to provide a reasonable supercharging pressure control technology capable of suitably controlling the engine according to the operating condition of the internal combustion engine.

前記課題を解決するために、本発明の内燃機関の過給圧制御装置は、請求項１〜５に記載の通りに構成されている。また、本発明の内燃機関の過給圧制御方法は、請求項６〜１０の通りである。
ここで、請求項１、また他の請求項及び発明の詳細な説明に記載した用語については特に限定的要件を加えない限り以下のように解釈する。
（１）「内燃機関」には、ディーゼルエンジン、ガソリン用エンジン等各種のエンジン類がこれに含まれる。 In order to solve the above problems, the supercharging pressure control device for an internal combustion engine of the present invention is configured as described in claims 1 to 5. Moreover, the supercharging pressure control method for an internal combustion engine of the present invention is as described in claims 6 to 10.
Here, the terms described in claim 1, other claims and the detailed description of the invention are interpreted as follows unless particularly limited requirements are added.
(1) “Internal combustion engine” includes various engines such as diesel engines and gasoline engines.

請求項１に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、コンプレッサによって内燃機関へ供給される空気の過給圧は可変ベーンによって調節される。また、この可変ベーンは、排気ガスの排気循環量の調節時に、排気循環量調節バルブの排気循環量が安定するように、内燃機関の回転数、負荷、または目標過給圧に応じて制御される。この可変ベーンの制御範囲（作動範囲）は、排気循環量調節バルブの開度に応じて制限される。このように構成すれば、排気ガスの排気循環量の調節時に、過剰な排気ガスが排気循環径路を流れるのを抑制することができる。また、排気ガスの排気循環量の調節時に、過給圧が過剰に上昇するのを抑制することができる。
従って、請求項１に記載の内燃機関の過給圧制御装置によれば、排気循環量調節バルブの開度に応じて可変ベーンを制御し、空気の過給圧を調節することで、過給圧調節機能と排気循環量調節機能の両方を備えた内燃機関において、過給圧のきめ細かな制御が可能となる。 The supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the supercharging pressure of air supplied to the internal combustion engine by the compressor is adjusted by a variable vane. The variable vane is controlled according to the rotational speed of the internal combustion engine, the load, or the target supercharging pressure so that the exhaust gas circulation amount of the exhaust gas circulation amount adjustment valve is stabilized when adjusting the exhaust gas circulation amount. The The control range (operation range) of this variable vane is limited according to the opening degree of the exhaust circulation amount adjusting valve. If comprised in this way, when adjusting the exhaust gas circulation amount of exhaust gas, it can suppress that excess exhaust gas flows through an exhaust gas circulation path. Further, it is possible to suppress an excessive increase in the supercharging pressure when adjusting the exhaust gas circulation amount.
Therefore, according to the supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to claim 1, the supercharging pressure is controlled by controlling the variable vane according to the opening degree of the exhaust gas circulation control valve and adjusting the supercharging pressure of the air. In an internal combustion engine having both a pressure adjustment function and an exhaust gas circulation amount adjustment function, it is possible to finely control the supercharging pressure.

また、請求項２に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、可変ベーンの閉じ側の開度に制限値が設定されている。すなわち、可変ベーンの開度は目標過給圧に応じて設定されるが、上記制限値により、可変ベーンが制限値以上は閉止されないようになっている。
従って、請求項２に記載の内燃機関の過給圧制御装置によれば、例えば、実際の過給圧（実過給圧）を目標過給圧に近づけるべく可変ベーンを制御する過渡時において、過剰な排気ガスが排気循環径路を流れるのを抑制し、排気系からの黒煙の放出を極力抑えることができる。また、過給圧の過剰な上昇を抑制し、タービン回転数のオーバーシュートを防止することができる。 In the supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to claim 2, a limit value is set for the opening degree of the variable vane on the closing side. That is, the opening degree of the variable vane is set according to the target supercharging pressure, but the variable vane is prevented from closing when the variable vane exceeds the limit value.
Therefore, according to the supercharging pressure control apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, for example, in a transient state where the variable vane is controlled to bring the actual supercharging pressure (actual supercharging pressure) closer to the target supercharging pressure. It is possible to suppress excessive exhaust gas from flowing through the exhaust circulation path and to suppress the emission of black smoke from the exhaust system as much as possible. Further, an excessive increase in the supercharging pressure can be suppressed, and an overshoot of the turbine speed can be prevented.

また、請求項３に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、可変ベーンの開き側の開度に制限値が設定されている。すなわち、可変ベーンの開度は排気循環量調節バルブの開度に応じて設定され、しかも可変ベーンが制限値以上は開放されないようになっている。
従って、請求項３に記載の内燃機関の過給圧制御装置によれば、可変ベーンの開き側の制限値を設けることで、加速時の応答性（過給圧上昇スピード）を向上させ、再加速性を向上させることができる。 In the supercharging pressure control apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, a limit value is set for the opening degree of the variable vane on the opening side. That is, the opening degree of the variable vane is set in accordance with the opening degree of the exhaust circulation amount adjusting valve, and the variable vane is not opened beyond the limit value.
Therefore, according to the supercharging pressure control apparatus for an internal combustion engine according to the third aspect, by providing the limit value on the opening side of the variable vane, the responsiveness at the time of acceleration (supercharging pressure increasing speed) is improved, and Acceleration can be improved.

また、請求項４に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、コンプレッサによって内燃機関へ供給される空気の過給圧は可変ベーンによって調節される。また、この可変ベーンは、内燃機関の運転状態に基づいて求められた基本目標過給圧と最大目標過給圧実際とを比較し、実際の空気の過給圧が、基本目標過給圧および最大目標過給圧のうちの小さい方の過給圧に近づくように制御される。
例えば、基本目標過給圧を、大気圧、内燃機関における水温、大気温度等の外乱に応じて補正し目標過給圧の最大ガードを変更する際、従来は、これに合わせて内燃機関の低負荷域での目標過給圧も変更され、例えば補正前の目標過給圧よりも低下する場合があった。これに対し本発明では、内燃機関の低負荷域での目標過給圧を補正前と変更することなく、目標過給圧の最大ガードを変更することができる。従って、例えば大気圧、内燃機関における水温、大気温度等の外乱に対し、内燃機関低負荷域での目標過給圧を低下させることなくタービンの過回転、内燃機関の筒内圧の過大上昇を防止することができ、内燃機関およびタービンの保護を図ることができる。 Further, in the supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to claim 4, the supercharging pressure of the air supplied to the internal combustion engine by the compressor is adjusted by a variable vane. The variable vane compares the basic target boost pressure obtained based on the operating state of the internal combustion engine with the maximum target boost pressure actual, and the actual air boost pressure Control is performed so as to approach the smaller one of the maximum target boost pressures.
For example, when changing the maximum target supercharging pressure guard by correcting the basic target supercharging pressure according to disturbances such as atmospheric pressure, water temperature in the internal combustion engine, atmospheric temperature, etc., conventionally, The target boost pressure in the load range is also changed, and for example, it may be lower than the target boost pressure before correction. On the other hand, in the present invention, the maximum guard for the target boost pressure can be changed without changing the target boost pressure in the low load region of the internal combustion engine to that before correction. Therefore, for example, due to disturbances such as atmospheric pressure, water temperature in the internal combustion engine, atmospheric temperature, etc., it is possible to prevent excessive rotation of the turbine and excessive increase in the in-cylinder pressure of the internal combustion engine without reducing the target boost pressure in the low load region of the internal combustion engine. The internal combustion engine and the turbine can be protected.

また、請求項５に記載の内燃機関の過給圧制御装置において、コンプレッサによって内燃機関へ供給される空気の過給圧は可変ベーンによって調節され、この可変ベーンはフィードバック制御される。また、内燃機関のエンジン回転数と過給圧に応じて、可変ベーンのフィードバック制御量を規定するゲインが変更される。なお、この過給圧にかえて、内燃機関の負荷あるいはタービン回転数を用いることもできる。
従って、請求項５に記載の内燃機関の過給圧制御装置によれば、可変ベーンのフィードバック制御は内燃機関の状態に応じた最適値に補正されるため、例えば、タービンの過回転を防止することができ、フィードバック制御量が固定値で規定される場合に比して、より好適な過給圧制御を実現することができる。 Further, in the supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to claim 5, the supercharging pressure of the air supplied to the internal combustion engine by the compressor is adjusted by a variable vane, and the variable vane is feedback controlled. Further, the gain that defines the feedback control amount of the variable vane is changed according to the engine speed and the supercharging pressure of the internal combustion engine. Instead of this supercharging pressure, the load of the internal combustion engine or the turbine speed can be used.
Therefore, according to the supercharging pressure control apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, since the feedback control of the variable vane is corrected to an optimum value according to the state of the internal combustion engine, for example, over-rotation of the turbine is prevented. As compared with the case where the feedback control amount is defined by a fixed value, more preferable supercharging pressure control can be realized.

請求項６に記載の内燃機関の過給圧制御方法によれば、コンプレッサによって内燃機関へ供給される空気の過給圧は可変ベーンによって調節される。また、この可変ベーンは、排気ガスの排気循環量の調節時に、排気循環量調節バルブの排気循環量が安定するように、内燃機関の回転数、負荷、または目標過給圧に応じて制御される。この可変ベーンの制御範囲（作動範囲）は、排気循環量調節バルブの開度に応じて制限される。これにより、排気ガスの排気循環量の調節時に、過剰な排気ガスが排気循環径路を流れるのを抑制することができる。また、排気ガスの排気循環量の調節時に、過給圧が過剰に上昇するのを抑制することができる。
従って、排気循環量調節バルブの開度に応じて可変ベーンを制御し、空気の過給圧を調節することで、過給圧調節機能と排気循環量調節機能の両方を備えた内燃機関において、過給圧のきめ細かな制御が可能となる。 According to the supercharging pressure control method for an internal combustion engine according to claim 6, the supercharging pressure of the air supplied to the internal combustion engine by the compressor is adjusted by the variable vane. The variable vane is controlled according to the rotational speed of the internal combustion engine, the load, or the target supercharging pressure so that the exhaust gas circulation amount of the exhaust gas circulation amount adjustment valve is stabilized when adjusting the exhaust gas circulation amount. The The control range (operation range) of this variable vane is limited according to the opening degree of the exhaust circulation amount adjusting valve. Accordingly, it is possible to suppress excessive exhaust gas from flowing through the exhaust circulation path when adjusting the exhaust gas circulation amount. Further, it is possible to suppress an excessive increase in the supercharging pressure when adjusting the exhaust gas circulation amount.
Therefore, in an internal combustion engine having both a supercharging pressure adjustment function and an exhaust circulation amount adjustment function by controlling the variable vane according to the opening degree of the exhaust circulation amount adjustment valve and adjusting the air supercharging pressure, Fine control of the supercharging pressure becomes possible.

また、請求項７に記載の内燃機関の過給圧制御方法によれば、可変ベーンの閉じ側の開度に制限値が設定されている。すなわち、上記制限値により、可変ベーンが制限値以上は閉止されないようにしている。
従って、例えば、実際の過給圧（実過給圧）を目標過給圧に近づけるべく可変ベーンを制御する過渡時において、過剰な排気ガスが排気循環径路を流れるのを抑制し、排気系からの黒煙の放出を極力抑えることができる。また、過給圧の過剰な上昇を抑制し、タービン回転数のオーバーシュートを防止することができる。 According to the supercharging pressure control method for an internal combustion engine according to claim 7, a limit value is set for the opening degree of the variable vane on the closing side. That is, the above limit value prevents the variable vane from closing when the limit value is exceeded.
Therefore, for example, in a transient state in which the variable vane is controlled to bring the actual supercharging pressure (actual supercharging pressure) close to the target supercharging pressure, it is possible to suppress excessive exhaust gas from flowing through the exhaust circulation path. The emission of black smoke can be suppressed as much as possible. Further, an excessive increase in the supercharging pressure can be suppressed, and an overshoot of the turbine speed can be prevented.

また、請求項８に記載の内燃機関の過給圧制御方法によれば、可変ベーンの開き側の開度に制限値が設定されている。すなわち、可変ベーンの開度を排気循環量調節バルブの開度に応じて設定し、しかも可変ベーンが制限値以上は開放されないようにしている。
従って、可変ベーンの開き側の制限値を設けることで、加速時の応答性（過給圧上昇スピード）を向上させ、再加速性を向上させることができる。 According to the supercharging pressure control method for an internal combustion engine according to claim 8, a limit value is set for the opening degree of the variable vane on the open side. That is, the opening degree of the variable vane is set according to the opening degree of the exhaust circulation amount adjusting valve, and the variable vane is not opened beyond the limit value.
Therefore, by providing the limit value on the opening side of the variable vane, it is possible to improve the responsiveness at the time of acceleration (supercharging pressure increase speed) and improve the reacceleration performance.

また、請求項９に記載の内燃機関の過給圧制御方法によれば、コンプレッサによって内燃機関へ供給される空気の過給圧は可変ベーンによって調節される。また、この可変ベーンは、内燃機関の運転状態に基づいて求められた基本目標過給圧と最大目標過給圧実際とを比較し、実際の空気の過給圧が、基本目標過給圧および最大目標過給圧のうちの小さい方の過給圧に近づくように制御される。
例えば、基本目標過給圧を、大気圧、内燃機関における水温、大気温度等の外乱に応じて補正し目標過給圧の最大ガードを変更する際、従来は、これに合わせて内燃機関の低負荷域での目標過給圧も変更され、例えば補正前の目標過給圧よりも低下する場合があった。これに対し本発明では、内燃機関の低負荷域での目標過給圧を補正前と変更することなく、目標過給圧の最大ガードを変更することができる。従って、例えば大気圧、内燃機関における水温、大気温度等の外乱に対し、内燃機関低負荷域での目標過給圧を低下させることなくタービンの過回転、内燃機関の筒内圧の過大上昇を防止することができ、内燃機関およびタービンの保護を図ることができる。 According to the supercharging pressure control method for an internal combustion engine according to claim 9, the supercharging pressure of the air supplied to the internal combustion engine by the compressor is adjusted by the variable vane. The variable vane compares the basic target boost pressure obtained based on the operating state of the internal combustion engine with the maximum target boost pressure actual, and the actual air boost pressure Control is performed so as to approach the smaller one of the maximum target boost pressures.
For example, when changing the maximum target supercharging pressure guard by correcting the basic target supercharging pressure according to disturbances such as atmospheric pressure, water temperature in the internal combustion engine, atmospheric temperature, etc., conventionally, The target boost pressure in the load range is also changed, and for example, it may be lower than the target boost pressure before correction. On the other hand, in the present invention, the maximum guard for the target boost pressure can be changed without changing the target boost pressure in the low load region of the internal combustion engine to that before correction. Therefore, for example, due to disturbances such as atmospheric pressure, water temperature in the internal combustion engine, atmospheric temperature, etc., it is possible to prevent excessive rotation of the turbine and excessive increase in the in-cylinder pressure of the internal combustion engine without reducing the target boost pressure in the low load region of the internal combustion engine. The internal combustion engine and the turbine can be protected.

また、請求項１０に記載の内燃機関の過給圧制御方法によれば、コンプレッサによって内燃機関へ供給される空気の過給圧は可変ベーンによって調節され、この可変ベーンはフィードバック制御される。また、内燃機関のエンジン回転数と過給圧に応じて、可変ベーンのフィードバック制御量を規定するゲインが変更される。なお、この過給圧にかえて、内燃機関の負荷あるいはタービン回転数を用いることもできる。
従って、可変ベーンのフィードバック制御を内燃機関の状態に応じた最適値に補正することができ、例えば、タービンの過回転を防止することができ、フィードバック制御量が固定値で規定される場合に比して、より好適な過給圧制御を実現することができる。 According to the supercharging pressure control method for an internal combustion engine according to claim 10, the supercharging pressure of the air supplied to the internal combustion engine by the compressor is adjusted by the variable vane, and the variable vane is feedback-controlled. Further, the gain that defines the feedback control amount of the variable vane is changed according to the engine speed and the supercharging pressure of the internal combustion engine. Instead of this supercharging pressure, the load of the internal combustion engine or the turbine speed can be used.
Therefore, the feedback control of the variable vane can be corrected to the optimum value according to the state of the internal combustion engine, for example, it is possible to prevent the turbine from over-rotating, and compared with the case where the feedback control amount is defined by a fixed value. Thus, more preferable supercharging pressure control can be realized.

以上説明したように、本発明によれば、吸気径路の空気の過給圧を制御する可変ベーンを備えた内燃機関において、該可変ベーンを内燃機関の運転状況に応じて好適に制御することができる合理的な過給圧制御技術を実現することができる。   As described above, according to the present invention, in an internal combustion engine having a variable vane for controlling the supercharging pressure of air in the intake passage, the variable vane can be suitably controlled according to the operating condition of the internal combustion engine. Possible rational boost pressure control technology can be realized.

以下に、本発明における一実施の形態の内燃機関の過給圧制御装置について図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態では、可変容量ターボチャージャおよび排気循環装置を搭載した自動車のディーゼルエンジンにおいて、排気循環装置の排気循環バルブ開度に基いて可変容量ターボチャージャを制御する場合について説明するものである。   An internal combustion engine supercharging pressure control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, a description will be given of a case where a variable capacity turbocharger is controlled based on an exhaust circulation valve opening degree of an exhaust circulation device in a diesel engine of an automobile equipped with a variable capacity turbocharger and an exhaust circulation device. is there.

まず、本発明における一実施の形態の内燃機関の構成等について説明する。ここで、図１は本発明におけるディーゼルエンジンの要部構成図である。
図１に示すように、本発明における内燃機関としてのディーゼルエンジン１０には、排気ポートに連通する排気径路２０、吸気ポートに連通する吸気径路２２が接続されている。また、ディーゼルエンジン１０の燃焼室１２には燃料噴射ノズル１４が設置され、アクセルペタルの踏込量に対応した量の燃料が燃料噴射ノズル１４から燃焼室１２へ向けて噴射される。また、ディーゼルエンジン１０には、過給圧調節手段としての可変容量ターボチャージャ３０が搭載されている。この可変容量ターボチャージャ３０は、排気径路２０に設けられたタービン３２、吸気径路２２に設けられたコンプレッサ３４等を備え、タービン３２に生じる回転トルクを駆動源としてコンプレッサ３４を駆動させ、空気をディーゼルエンジン１０の吸気径路２２へ圧送するように構成されている。従って、ディーゼルエンジン１０から排気径路２０に排気ガスが排出されると、その排気ガスの圧力に応じた回転トルクがコンプレッサ３４に付与され、このコンプレッサ３４の駆動により所定圧力（過給圧）の空気がディーゼルエンジン１０の吸気系に過給される。 First, the configuration and the like of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention are described. Here, FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a diesel engine according to the present invention.
As shown in FIG. 1, an exhaust passage 20 that communicates with an exhaust port and an intake passage 22 that communicates with an intake port are connected to a diesel engine 10 as an internal combustion engine in the present invention. A fuel injection nozzle 14 is installed in the combustion chamber 12 of the diesel engine 10, and an amount of fuel corresponding to the amount of accelerator pedal depression is injected from the fuel injection nozzle 14 toward the combustion chamber 12. The diesel engine 10 is equipped with a variable capacity turbocharger 30 as supercharging pressure adjusting means. The variable capacity turbocharger 30 includes a turbine 32 provided in the exhaust passage 20, a compressor 34 provided in the intake passage 22, and the like, and the compressor 34 is driven using the rotational torque generated in the turbine 32 as a drive source. The engine 10 is configured to be pumped to the intake path 22. Therefore, when the exhaust gas is discharged from the diesel engine 10 to the exhaust path 20, a rotational torque corresponding to the pressure of the exhaust gas is applied to the compressor 34, and the air of a predetermined pressure (supercharging pressure) is driven by the compressor 34. Is supercharged in the intake system of the diesel engine 10.

また、可変容量ターボチャージャ３０においてタービン３２の内部には、タービン３２内の排気ガスの流速を可変とすべく開閉動作する可変ベーン３６が設けられている。この可変ベーン３６は、ロータ（図示省略）の外周に沿って複数配設され、アクチュエータ４０によって作動するように構成されている。また、アクチュエータ４０はＶＲＶ（バキューム・レギュレーティング・バルブ）４２を介して負圧源としてのバキュームポンプ（図示省略）に接続され、このバキュームポンプから導かれた負圧をＶＲＶ４２で調整することで、可変ベーン３６は開き側あるいは閉じ側へ作動する。そして、可変ベーン３６が開き側あるいは閉じ側へ作動することでロータとの間隔が変化し、可変ベーン３６の開度（以下、「ＶＮ開度」という）が変更される。従って、これによりタービン３２を通過する排気ガスの流速が調節されるとともに、吸気径路２２の過給圧が変化する。例えば、可変ベーン３６を閉じ側へ作動させることで、コンプレッサ３４の駆動力は上昇し、従ってより高い過給圧を得ることができる。一方、可変ベーン３６を開き側へ作動させることで、コンプレッサ３４の駆動力は低下し、従って過給圧は低下する。   In the variable capacity turbocharger 30, a variable vane 36 that opens and closes to make the flow rate of the exhaust gas in the turbine 32 variable is provided inside the turbine 32. A plurality of variable vanes 36 are arranged along the outer periphery of a rotor (not shown), and are configured to be operated by an actuator 40. The actuator 40 is connected to a vacuum pump (not shown) as a negative pressure source via a VRV (vacuum regulating valve) 42, and the negative pressure introduced from the vacuum pump is adjusted by the VRV 42. The variable vane 36 operates to open or close. Then, when the variable vane 36 is operated to open or close, the distance from the rotor changes, and the opening of the variable vane 36 (hereinafter referred to as “VN opening”) is changed. Accordingly, this adjusts the flow rate of the exhaust gas passing through the turbine 32 and changes the supercharging pressure of the intake path 22. For example, by operating the variable vane 36 to the closing side, the driving force of the compressor 34 increases, and thus a higher supercharging pressure can be obtained. On the other hand, by operating the variable vane 36 to the open side, the driving force of the compressor 34 is reduced, and therefore the supercharging pressure is reduced.

排気径路２０のタービン３２の上流側と、吸気径路２２のコンプレッサ３４の下流側との間には、排気径路２０と吸気径路２２とを連通する排気循環径路２４が設けられている。そして、この排気循環径路２４には、該径路２４の連通状態を制御する排気循環バルブ（以下、「ＥＧＲバルブ」という）５０が設けられている。このＥＧＲバルブ５０は、アクチェエータ（図示省略）によって開き側あるいは閉じ側へ作動するように構成され、例えば開弁状態において排気径路２０の排気ガスの一部が排気循環径路２４を介して吸気径路２２へ循環される。一方、ＥＧＲバルブ５０の閉弁状態において、排気径路２０の排気ガスは排気循環径路２４を介して吸気径路２２へ循環されない。   Between the upstream side of the turbine 32 in the exhaust path 20 and the downstream side of the compressor 34 in the intake path 22, an exhaust circulation path 24 that connects the exhaust path 20 and the intake path 22 is provided. The exhaust circulation path 24 is provided with an exhaust circulation valve (hereinafter referred to as “EGR valve”) 50 for controlling the communication state of the path 24. The EGR valve 50 is configured to be operated to an opening side or a closing side by an actuator (not shown). For example, a part of the exhaust gas in the exhaust path 20 is opened via the exhaust circulation path 24 in the valve open state. It is circulated to. On the other hand, when the EGR valve 50 is closed, the exhaust gas in the exhaust passage 20 is not circulated to the intake passage 22 via the exhaust circulation passage 24.

なお、本実施の形態では、ディーゼルエンジン１０の負荷、運転条件等を検出する各種の検出手段が設けられている。すなわち、ディーゼルエンジン１０には、エンジンの回転数Ｎを検出するエンジン回転数センサ６０、エンジンにおける水温Ｔｗを検出するエンジン水温センサ６２が設置されている。
また、吸気径路２２のコンプレッサ３４下流には、ＶＳＶ（バキューム・スイッチング・バルブ）４４を介して過給圧・大気圧センサ６４が設置され、この過給圧・大気圧センサ６４は、ＶＳＶ４４を切替えることで、エンジンの過給圧Ｐｂ、あるいは大気圧Ｐａを検出することができるように構成されている。
また、吸気径路２２のコンプレッサ３４上流には、大気温度Ｔａを検出する大気温度センサ６８が設置されている。
そして、上述したエンジン回転数センサ６０、エンジン水温センサ６２、過給圧・大気圧センサ６４、大気温度センサ６８は、いずれも電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０に接続され、各センサで検知されたデータはＥＣＵ７０へ入力（ＩＮＰＵＴ）される。そして、これら入力データに基づいて、可変ベーン３６およびＥＧＲバルブ５０へ制御信号が出力（ＯＵＴＰＵＴ）される。 In the present embodiment, various detection means for detecting the load, operating conditions and the like of the diesel engine 10 are provided. That is, the diesel engine 10 is provided with an engine speed sensor 60 that detects the engine speed N and an engine water temperature sensor 62 that detects the water temperature Tw in the engine.
Further, a supercharging pressure / atmospheric pressure sensor 64 is installed via a VSV (vacuum switching valve) 44 downstream of the compressor 34 in the intake passage 22, and the supercharging pressure / atmospheric pressure sensor 64 switches the VSV 44. Thus, the engine supercharging pressure Pb or the atmospheric pressure Pa can be detected.
An air temperature sensor 68 that detects the air temperature Ta is installed upstream of the compressor 34 in the intake passage 22.
The engine speed sensor 60, the engine water temperature sensor 62, the supercharging pressure / atmospheric pressure sensor 64, and the atmospheric temperature sensor 68 described above are all connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 70. The data detected at (1) is input (INPUT) to the ECU 70. Based on these input data, a control signal is outputted (OUTPUT) to the variable vane 36 and the EGR valve 50.

次に、上記構成のディーゼルエンジン１０における過給圧制御方法について、図１および図２〜図１０を参照しながら説明する。ここで、図２および図３は、ＶＮ開度制御処理を示すフローチャートである。図４は目標ＶＮ開度算出処理における算出方法を示す図である。図５はエンジン負荷と目標過給圧との相関を示すグラフである。図６はＥＧＲバルブ全閉時におけるＶＮ最大開度を示すマップである。また、図７はＥＧＲバルブ全開時におけるＶＮ最大開度を示すマップである。また、図８は基本ＶＮ開度を示すマップである。また、図９はＥＧＲバルブ開度とＶＮ最大開度との相関を示すグラフである。また、図１０はエンジン回転数とＶＮ最小開度との相関を示すグラフである。
なお、ここでは可変容量ターボチャージャ３０の可変ベーン３６の目標ＶＮ開度を算出し、この算出結果に基づいて可変ベーン３６のＶＮ開度が所望の値となるようにアクチュエータ４０を制御する場合について説明する。 Next, a supercharging pressure control method in the diesel engine 10 having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 1 and 2 to 10. 2 and 3 are flowcharts showing the VN opening degree control process. FIG. 4 is a diagram showing a calculation method in the target VN opening calculation process. FIG. 5 is a graph showing the correlation between the engine load and the target boost pressure. FIG. 6 is a map showing the maximum VN opening when the EGR valve is fully closed. FIG. 7 is a map showing the maximum VN opening when the EGR valve is fully opened. FIG. 8 is a map showing the basic VN opening. FIG. 9 is a graph showing the correlation between the EGR valve opening and the VN maximum opening. FIG. 10 is a graph showing the correlation between the engine speed and the minimum VN opening.
Here, the target VN opening degree of the variable vane 36 of the variable capacity turbocharger 30 is calculated, and the actuator 40 is controlled based on the calculation result so that the VN opening degree of the variable vane 36 becomes a desired value. explain.

可変容量ターボチャージャ３０の可変ベーン３６を制御する場合は、図２に示すＶＮ開度制御処理にしたがって、エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、エンジン水温Ｔｗ、過給圧Ｐｂ、大気圧Ｐａ、大気温度Ｔａ、ＥＧＲバルブ開度係数Ｅｃの検出を行う〔ステップＳ１０〕。なお、燃料噴射量ＱはＥＣＵ７０から噴射ノズルの制御量データとして読み込まれ、ＥＧＲバルブ開度係数ＥｃはＥＣＵ７０からＥＧＲバルブ５０作動用のアクチュエータ４０の制御量データとして読み込まれる。ＥＧＲバルブ開度係数Ｅｃは、ＥＧＲバルブ５０の開度に応じて例えば０〜１（全閉時が０で全開時が１）に設定することができる。
次に、これら検出データに基づいて可変ベーン３６の目標ＶＮ開度を算出する目標ＶＮ開度算出処理を行い〔ステップＳ２０〕、算出した目標ＶＮ開度に応じてアクチュエータ４０を制御し、可変ベーン３６のＶＮ開度を所定の値に設定する〔ステップＳ３０〕。
すなわち、本実施の形態では、可変ベーン３６の開度を、エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、エンジン水温Ｔｗ、過給圧Ｐｂ、大気圧Ｐａ、大気温度Ｔａ等の運転条件のみならず、ＥＧＲバルブ５０の開度に応じて設定するように構成されている。 When the variable vane 36 of the variable capacity turbocharger 30 is controlled, the engine speed N, fuel injection amount Q, engine water temperature Tw, supercharging pressure Pb, atmospheric pressure Pa, Atmospheric temperature Ta and EGR valve opening coefficient Ec are detected [step S10]. The fuel injection amount Q is read from the ECU 70 as control amount data for the injection nozzle, and the EGR valve opening coefficient Ec is read from the ECU 70 as control amount data for the actuator 40 for operating the EGR valve 50. The EGR valve opening coefficient Ec can be set to 0 to 1 (0 when fully closed and 1 when fully opened) according to the opening of the EGR valve 50, for example.
Next, a target VN opening degree calculation process for calculating the target VN opening degree of the variable vane 36 is performed based on the detected data [Step S20], and the actuator 40 is controlled according to the calculated target VN opening degree so that the variable vane opening degree is obtained. The VN opening 36 is set to a predetermined value [step S30].
That is, in the present embodiment, the opening degree of the variable vane 36 is determined not only by operating conditions such as the engine speed N, the fuel injection amount Q, the engine water temperature Tw, the supercharging pressure Pb, the atmospheric pressure Pa, the atmospheric temperature Ta, The EGR valve 50 is configured to be set according to the opening degree.

図３に示す目標ＶＮ開度算出処理では、可変ベーン３６の目標ＶＮ開度を図４に示す算出式（１）〜（１３）を用いて算出する。なお、（１）式〜（１３）式において、所定のマップに基づくマップ関数をｆ１〜ｆ７，ｈ１，ｈ２，ｇ１〜ｇ３としている。
まず、図３中のステップＳ２１によって、目標過給圧Ｐｔの算出を行う。この目標過給圧Ｐｔは、図４中の（４）式にしたがって、基本目標過給圧Ｐｂ１と最大目標過給圧Ｐｂ３との最小値により設定される。なお、基本目標過給圧Ｐｂ１は、エンジン回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑから定められたマップによって設定され（図４中の（１）式参照）、最大目標過給圧Ｐｂ３は、基本目標過給圧Ｐｂ１における最大値（最大ガード）である基本最大目標過給圧Ｐｂ２（図４中の（２）式参照）を大気圧Ｐａ、エンジン水温Ｔｗ、大気温度Ｔａに基づいて補正することによって設定される（図４中の（３）式参照）。ここで、この目標過給圧Ｐｔの算出について、図５を参照しながらさらに詳細に説明する。 In the target VN opening calculation process shown in FIG. 3, the target VN opening of the variable vane 36 is calculated using calculation formulas (1) to (13) shown in FIG. In the equations (1) to (13), the map functions based on a predetermined map are f1 to f7, h1, h2, and g1 to g3.
First, the target boost pressure Pt is calculated in step S21 in FIG. This target supercharging pressure Pt is set by the minimum value of the basic target supercharging pressure Pb1 and the maximum target supercharging pressure Pb3 according to the equation (4) in FIG. Note that the basic target boost pressure Pb1 is set by a map determined from the engine speed N and the fuel injection amount Q (see equation (1) in FIG. 4), and the maximum target boost pressure Pb3 is the basic target boost pressure Pb3. Set by correcting the basic maximum target boost pressure Pb2 (see equation (2) in FIG. 4), which is the maximum value (maximum guard) in the supply pressure Pb1, based on the atmospheric pressure Pa, the engine water temperature Tw, and the atmospheric temperature Ta. (Refer to equation (3) in FIG. 4). Here, the calculation of the target boost pressure Pt will be described in more detail with reference to FIG.

図５に示すように、エンジン負荷（エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ）と目標過給圧との相関によって、図中の細実線（一部太実線）で示す基本目標過給圧Ｐｂ１が設定される。また、この基本目標過給圧Ｐｂ１においてエンジン負荷が１００％より大きい領域は、タービン３２の回転数制限、エンジンの筒内圧制限の観点から、基本目標過給圧Ｐｂ１の最大ガードとなる基本最大目標過給圧Ｐｂ２が設定される。そして、この基本目標過給圧Ｐｂ１および基本最大目標過給圧Ｐｂ２に基づいて、大気圧Ｐａ、エンジン水温Ｔｗ、大気温度Ｔａに応じた補正がなされ、その結果として補正後の目標過給圧Ｐｔが設定される。
従来、このような補正を行う場合は、例えば、１００％負荷での目標過給圧が最大目標過給圧Ｐｂと一致するように基本目標過給圧Ｐｂ１を図中の右方向へ平行移動することで、図中の一点鎖線で示すような目標過給圧の設定がなされていた。このような設定によれば、１００％負荷時において目標過給圧が最大ガードを遵守することができる一方、エンジン低負荷域での目標過給圧が補正前の設定値よりも下回ることになる。これに対し、本実施の形態では、大気圧Ｐａ、エンジン水温Ｔｗ、大気温度Ｔａに基づく補正によって最大ガードを最大目標過給圧Ｐｂ３とする場合には、図中の太実線で示すように、基本目標過給圧Ｐｂ１と最大目標過給圧Ｐｂ３との最小値を目標過給圧Ｐｔに設定するように構成されている。これにより、エンジン低負荷域での目標過給圧の設定値を下げることなく最大ガードのみを最大目標過給圧Ｐｂ３に設定することができる。
この結果、本実施の形態によれば、例えば大気圧Ｐａ、エンジン水温Ｔｗ、大気温度Ｔａ等の外乱に対し、エンジン低負荷域での目標過給圧を低下させることなくタービン３２の過回転、エンジンの筒内圧の過大上昇を防止することができ、ディーゼルエンジン１０および可変容量ターボチャージャ３０の保護を図ることができる。 As shown in FIG. 5, the basic target boost pressure Pb1 indicated by a thin solid line (partially thick solid line) in the figure is obtained by the correlation between the engine load (engine speed N, fuel injection amount Q) and the target boost pressure. Is set. Further, in the basic target boost pressure Pb1, the region where the engine load is larger than 100% is the basic maximum target that is the maximum guard of the basic target boost pressure Pb1 from the viewpoint of limiting the rotational speed of the turbine 32 and limiting the in-cylinder pressure of the engine. A supercharging pressure Pb2 is set. Based on the basic target supercharging pressure Pb1 and the basic maximum target supercharging pressure Pb2, correction according to the atmospheric pressure Pa, the engine water temperature Tw, and the atmospheric temperature Ta is performed. As a result, the corrected target supercharging pressure Pt is corrected. Is set.
Conventionally, when such correction is performed, for example, the basic target boost pressure Pb1 is translated in the right direction in the figure so that the target boost pressure at 100% load coincides with the maximum target boost pressure Pb. Thus, the target boost pressure as shown by the one-dot chain line in the figure has been set. According to such a setting, the target boost pressure can comply with the maximum guard at 100% load, while the target boost pressure in the engine low load range is lower than the set value before correction. . On the other hand, in the present embodiment, when the maximum guard is set to the maximum target boost pressure Pb3 by correction based on the atmospheric pressure Pa, the engine water temperature Tw, and the atmospheric temperature Ta, as shown by the thick solid line in the figure, The minimum value of the basic target boost pressure Pb1 and the maximum target boost pressure Pb3 is set to the target boost pressure Pt. Thereby, only the maximum guard can be set to the maximum target boost pressure Pb3 without lowering the set value of the target boost pressure in the engine low load range.
As a result, according to the present embodiment, for example, over-rotation of the turbine 32 without lowering the target supercharging pressure in the engine low load region against disturbances such as atmospheric pressure Pa, engine water temperature Tw, atmospheric temperature Ta, etc. An excessive increase in the in-cylinder pressure of the engine can be prevented, and the diesel engine 10 and the variable capacity turbocharger 30 can be protected.

次に、図３中のステップＳ２２によって、開き側のＶＮ最小開度Ｖｉの算出を行う。このＶＮ最小開度Ｖｉは、図４中の（５）式にしたがって、エンジン回転数Ｎから定められたマップによって設定される（図１０参照）。図１０に示すように、本実施の形態ではエンジン回転数Ｎ（ｒｐｍ）とＶＮ最小開度Ｖｉ（％）との相関において、図中の実線で示す制限値を設け、この制限値の図中上側を使用領域に設定している。なお、この図において、ＶＮ最小開度Ｖｉの０（％）が可変ベーン３６の全開時であり、１００（％）が可変ベーン３６の全閉時である。
このように、可変ベーン３６の開き側のＶＮ最小開度Ｖｉに制限値を設けることで、アクセルペタルのオフ時には、過給残りがあるため目標過給圧より実際の過給圧（実過給圧）が高くなり、従ってＶＮ開度は開き側に制御されるが、可変ベーン３６の開き側の制限値を設けることで、再加速時の過給立ち上がりを促進し再加速性を確保することができる。 Next, the open side VN minimum opening degree Vi is calculated in step S22 in FIG. This VN minimum opening degree Vi is set by a map determined from the engine speed N according to the equation (5) in FIG. 4 (see FIG. 10). As shown in FIG. 10, in the present embodiment, in the correlation between the engine speed N (rpm) and the VN minimum opening degree Vi (%), a limit value indicated by a solid line in the figure is provided, The upper side is set as the use area. In this figure, 0 (%) of the VN minimum opening degree Vi is when the variable vane 36 is fully opened, and 100 (%) is when the variable vane 36 is fully closed.
In this way, by providing a limit value for the VN minimum opening Vi on the opening side of the variable vane 36, when the accelerator petal is turned off, there is a supercharging remaining, so that the actual supercharging pressure (actual supercharging is higher than the target supercharging pressure). Therefore, the VN opening degree is controlled to the opening side, but by providing a limit value on the opening side of the variable vane 36, it is possible to promote the supercharging rise at the time of reacceleration and ensure the reacceleration performance. Can do.

次に、図３中のステップＳ２３によって、閉じ側のＶＮ最大開度Ｖａの算出を行う。このＶＮ最大開度Ｖａは、図４中の（６）式〜（１０）式にしたがって設定される。すなわち、ＥＧＲバルブ５０が全閉時におけるＶＮ最大開度Ｖａ１と、ＥＧＲバルブ５０が全開時におけるＶＮ最大開度Ｖａ２を求め（図４中の（６）式および（７）式参照）、ＥＧＲバルブ係数Ｅｃ基づいてＥＧＲバルブ５０が所定の開度におけるＶＮ最大開度Ｖａを算出するものである（図４中の（１０）式参照）。
ここで、ＶＮ最大開度Ｖａ１およびＶａ２は、いずれもエンジン回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑから定められたマップによって設定される（図６および図７参照）。図６および図７に示すように、エンジン回転数Ｎ（ｒｐｍ）と燃料噴射量Ｑ（ｍｍ3／ｓｔ）とに応じてＶＮ最大開度Ｖａ１（％）およびＶａ２（％）が設定される。なお、図６および図７において、１００（％）の線が可変ベーン３６の全閉時である。
また、過給圧補正係数Ｐｆは、エンジン回転数Ｎおよび目標過給圧Ｐｔと実際の過給圧Ｐｂとの偏差である過給圧偏差Ｐｄ（図４中の（８）式参照）から定められたマップによって設定される（図４中の（９）式参照）。 Next, at step S23 in FIG. 3, the VN maximum opening degree Va on the closing side is calculated. This VN maximum opening degree Va is set according to equations (6) to (10) in FIG. That is, the VN maximum opening degree Va1 when the EGR valve 50 is fully closed and the VN maximum opening degree Va2 when the EGR valve 50 is fully open are obtained (see the expressions (6) and (7) in FIG. 4), and the EGR valve Based on the coefficient Ec, the EGR valve 50 calculates the VN maximum opening degree Va at a predetermined opening degree (see equation (10) in FIG. 4).
Here, the VN maximum opening Va1 and Va2 are both set by a map determined from the engine speed N and the fuel injection amount Q (see FIGS. 6 and 7). As shown in FIGS. 6 and 7, the VN maximum opening degrees Va1 (%) and Va2 (%) are set according to the engine speed N (rpm) and the fuel injection amount Q (mm 3 / st). 6 and 7, the line 100 (%) is when the variable vane 36 is fully closed.
The supercharging pressure correction coefficient Pf is determined from the supercharging pressure deviation Pd (see equation (8) in FIG. 4) which is the deviation between the engine speed N and the target supercharging pressure Pt and the actual supercharging pressure Pb. It is set by the map obtained (see equation (9) in FIG. 4).

その結果、ＥＧＲバルブ開度（％）とＶＮ最大開度Ｖａ（％）との間に図９に示すような相関が得られ、この相関において、図中の実線で示す制限値を設け、この制限値の図中下側を使用領域に設定している。なお、この図において、ＶＮ最大開度Ｖａの０（％）が可変ベーン３６の全開時であり、１００（％）が可変ベーン３６の全閉時である。また、ＥＧＲバルブ開度の０（％）が全閉時であり、１００（％）が全開時である。
このように、可変ベーン３６の閉じ側のＶＮ最大開度Ｖａに制限値を設けることで、実際の過給圧（実過給圧）を目標過給圧に近づけるべく可変ベーン３６を制御する過渡時において、過剰な排気ガスが排気循環径路２４を流れるのを抑制し、排気系からの黒煙の放出を極力抑えることができる。また、可変ベーン３６の閉じ側の制限値を設けることで、例えばＥＧＲバルブ５０が全閉状態の場合に、過給圧の過剰な上昇を抑制しタービン３２の回転数のオーバーシュートを防止することができる。 As a result, a correlation as shown in FIG. 9 is obtained between the EGR valve opening (%) and the VN maximum opening Va (%). In this correlation, a limit value indicated by a solid line in the figure is provided, The lower side of the limit value in the figure is set as the use area. In this figure, 0 (%) of the VN maximum opening degree Va is when the variable vane 36 is fully opened, and 100 (%) is when the variable vane 36 is fully closed. Moreover, 0 (%) of the EGR valve opening is when fully closed, and 100 (%) is when fully open.
In this way, by providing a limit value for the VN maximum opening degree Va on the closing side of the variable vane 36, the transient for controlling the variable vane 36 to bring the actual supercharging pressure (actual supercharging pressure) closer to the target supercharging pressure. At this time, it is possible to suppress excessive exhaust gas from flowing through the exhaust gas circulation path 24 and to suppress the emission of black smoke from the exhaust system as much as possible. Further, by providing a limit value on the closing side of the variable vane 36, for example, when the EGR valve 50 is in a fully closed state, an excessive increase in the supercharging pressure is suppressed and an overshoot of the rotational speed of the turbine 32 is prevented. Can do.

次に、図３中のステップＳ２４によって、本発明のおけるフィードバック制御量としてのＶＮ開度フィードバック量Ｖｃの算出を行う。このＶＮ開度フィードバック量Ｖｃは、図４中の（１１）式で示されるように、積分項（第１項）、比例項（第２項）、微分項（第３項）を加算することで求めることができ、各項はエンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、目標過給圧Ｐｔ、実際の過給圧Ｐｂから定められたマップによって設定される。なお、比例項（第２項）のゲインおよび微分項（第３項）のゲインは、係数ｇ２（Ｎ，Ｑ）およびｇ３（Ｎ，Ｑ）の値に応じて変更されるように構成されている。而して、エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、目標過給圧Ｐｔ、実際の過給圧Ｐｂが変化する際に、ＶＮ開度フィードバック量Ｖｃはディーゼルエンジン１０の運転状況（エンジン負荷、タービン回転数、過給圧）に応じた最適値に補正される。この補正により、例えば、タービン３２の過回転を防止することができ、比例項や微分項のゲインが固定値で規定される場合に比して、より好適な過給圧制御を実現することができる。   Next, in step S24 in FIG. 3, a VN opening feedback amount Vc as a feedback control amount in the present invention is calculated. The VN opening feedback amount Vc is obtained by adding an integral term (first term), a proportional term (second term), and a derivative term (third term) as shown by the equation (11) in FIG. Each term is set by a map determined from the engine speed N, the fuel injection amount Q, the target boost pressure Pt, and the actual boost pressure Pb. The gain of the proportional term (second term) and the gain of the derivative term (third term) are configured to be changed according to the values of the coefficients g2 (N, Q) and g3 (N, Q). Yes. Thus, when the engine speed N, the fuel injection amount Q, the target boost pressure Pt, and the actual boost pressure Pb change, the VN opening feedback amount Vc is determined based on the operating condition of the diesel engine 10 (engine load, turbine It is corrected to the optimum value according to the rotation speed and supercharging pressure. By this correction, for example, it is possible to prevent the turbine 32 from over-rotating, and it is possible to realize more preferable supercharging pressure control as compared with the case where the gains of the proportional term and the differential term are defined by fixed values. it can.

次に、図３中のステップＳ２５によって、基本ＶＮ開度Ｖｂの算出を行う（図４中の（１２）式参照）。この基本ＶＮ開度Ｖｂは、エンジン回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑから定められたマップによって設定される（図８参照）。図８に示すように、エンジン回転数Ｎ（ｒｐｍ）と燃料噴射量Ｑ（ｍｍ3／ｓｔ）とに応じて、基本ＶＮ開度Ｖｂ（％）が設定される。なお、この図において、１００（％）の線が可変ベーン３６の全閉時である。   Next, the basic VN opening degree Vb is calculated in step S25 in FIG. 3 (see equation (12) in FIG. 4). The basic VN opening Vb is set by a map determined from the engine speed N and the fuel injection amount Q (see FIG. 8). As shown in FIG. 8, the basic VN opening Vb (%) is set according to the engine speed N (rpm) and the fuel injection amount Q (mm 3 / st). In this figure, the 100% line is when the variable vane 36 is fully closed.

そして最後に、図３中のステップＳ２６によって、目標ＶＮ開度Ｖｔの算出を行う。この目標ＶＮ開度Ｖｔは、ステップＳ２２〜ステップＳ２５において算出された、ＶＮ最小開度Ｖｉ、ＶＮ最大開度Ｖａ、ＶＮ開度フィードバック量Ｖｃ、基本ＶＮ開度Ｖｂの基づいて設定される（図４中の（１３）式参照）。すなわち、まず、ＶＮ最小開度Ｖｉと、基本ＶＮ開度ＶｂにＶＮ開度フィードバック量Ｖｃを加算したものとを比較し大きい方の開度を選択し、更にこの開度とＶＮ最大開度Ｖａと比較し小さい方の開度を目標ＶＮ開度Ｖｔとする。   Finally, the target VN opening degree Vt is calculated in step S26 in FIG. The target VN opening Vt is set based on the VN minimum opening Vi, the VN maximum opening Va, the VN opening feedback amount Vc, and the basic VN opening Vb calculated in steps S22 to S25 (FIG. (Refer to formula (13) in 4). That is, first, a larger opening is selected by comparing the VN minimum opening Vi and the basic VN opening Vb plus the VN opening feedback amount Vc, and this opening and the VN maximum opening Va are selected. The smaller opening is set as the target VN opening Vt.

以上のように構成した本実施の形態の内燃機関の過給圧制御装置および過給圧制御方法によれば、ＥＧＲバルブ５０の開度に応じて可変ベーン３６を制御し、空気の過給圧を調節することで、過給圧調節機能と排気循環量調節機能の両方を備えたディーゼルエンジン１０において、過給圧のきめ細かな制御が可能となる。また、可変ベーン３６の閉じ側のＶＮ最大開度Ｖａに制限値を設けることで、実際の過給圧（実過給圧）を目標過給圧に近づけるべく可変ベーン３６を制御する過渡時において、過剰な排気ガスが排気循環径路２４を流れるのを抑制し、排気系からの黒煙の放出を極力抑えることができる。また、可変ベーン３６の閉じ側の制限値を設けることで、例えばＥＧＲバルブ５０が全閉状態の場合に、過給圧の過剰な上昇を抑制しタービン３２の回転数のオーバーシュートを防止することができる。また、可変ベーン３６の開き側の制限値を設けることで、再加速時の過給立ち上がりを促進し再加速性を確保することができる。
また、本実施の形態によれば、例えば大気圧Ｐａ、エンジン水温Ｔｗ、大気温度Ｔａ等の外乱に対し、エンジン低負荷域での目標過給圧を低下させることなくタービン３２の過回転、エンジンの筒内圧の過大上昇を防止することができ、ディーゼルエンジン１０および可変容量ターボチャージャ３０の保護を図ることができる。
また、本実施の形態によれば、ＶＮ開度フィードバック量Ｖｃをディーゼルエンジン１０の運転状況（エンジン負荷、タービン回転数、過給圧）に応じた可変とすることで、例えば、タービン３２の過回転を防止することができる。 According to the supercharging pressure control device and supercharging pressure control method of the internal combustion engine of the present embodiment configured as described above, the variable vane 36 is controlled according to the opening degree of the EGR valve 50, and the supercharging pressure of air In the diesel engine 10 that has both the supercharging pressure adjustment function and the exhaust gas circulation amount adjustment function, fine control of the supercharging pressure is possible. Further, by providing a limit value for the VN maximum opening degree Va on the closing side of the variable vane 36, at the time of controlling the variable vane 36 to bring the actual supercharging pressure (actual supercharging pressure) closer to the target supercharging pressure. Therefore, it is possible to suppress the excessive exhaust gas from flowing through the exhaust circulation path 24 and to suppress the release of black smoke from the exhaust system as much as possible. Further, by providing a limit value on the closing side of the variable vane 36, for example, when the EGR valve 50 is in a fully closed state, an excessive increase in the supercharging pressure is suppressed and an overshoot of the rotational speed of the turbine 32 is prevented. Can do. Further, by providing a limit value on the opening side of the variable vane 36, it is possible to promote the supercharging start-up at the time of reacceleration and to ensure the reacceleration performance.
Further, according to the present embodiment, for example, the turbine 32 can be over-rotated without lowering the target supercharging pressure in the engine low load region against disturbances such as atmospheric pressure Pa, engine water temperature Tw, and atmospheric temperature Ta. Therefore, it is possible to prevent the diesel engine 10 and the variable displacement turbocharger 30 from being protected.
Further, according to the present embodiment, by making the VN opening feedback amount Vc variable according to the operation state of the diesel engine 10 (engine load, turbine rotational speed, supercharging pressure), for example, the excess of the turbine 32 Rotation can be prevented.

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
上記実施の形態では、ディーゼルエンジン１０における過給圧制御技術について記載したが、ディーゼルエンジン以外の各種のエンジンに本発明を適用することもできる。例えば、ガソリンエンジンの中でも比較的未燃成分の排出量の多いリーンバーンエンジンに本発明を適用することができる。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, A various application and deformation | transformation can be considered. For example, each of the following embodiments to which the above embodiment is applied can be implemented.
Although the supercharging pressure control technology in the diesel engine 10 has been described in the above embodiment, the present invention can also be applied to various engines other than the diesel engine. For example, the present invention can be applied to a lean burn engine that emits a relatively large amount of unburned components among gasoline engines.

本発明におけるディーゼルエンジンの要部構成図である。It is a principal part block diagram of the diesel engine in this invention. ＶＮ開度制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a VN opening degree control process. ＶＮ開度制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a VN opening degree control process. 目標ＶＮ開度算出処理における算出方法を示す図である。It is a figure which shows the calculation method in the target VN opening calculation process. エンジン負荷と目標過給圧との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with an engine load and a target supercharging pressure. ＥＧＲバルブ全閉時におけるＶＮ最大開度を示すマップである。It is a map which shows the VN maximum opening degree at the time of an EGR valve fully closed. ＥＧＲバルブ全開時におけるＶＮ最大開度を示すマップである。It is a map which shows the VN maximum opening degree at the time of EGR valve full open. 基本ＶＮ開度を示すマップである。It is a map which shows a basic VN opening degree. ＥＧＲバルブ開度とＶＮ最大開度との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with an EGR valve opening and a VN maximum opening. エンジン回転数とＶＮ最小開度との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with an engine speed and the minimum VN opening degree.

符号の説明Explanation of symbols

１０…ディーゼルエンジン（内燃機関）
１４…燃料噴射ノズル
２０…排気径路
２２…吸気径路
２４…排気循環径路
３０…可変容量ターボチャージャ
３２…タービン
３４…コンプレッサ
３６…可変ベーン
５０…ＥＧＲバルブ
６０…エンジン回転数センサ
６２…エンジン水温センサ
６４…過給圧・大気圧センサ
６８…大気温度センサ
７０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）

10 ... Diesel engine (internal combustion engine)
14 ... Fuel injection nozzle 20 ... Exhaust path 22 ... Intake path 24 ... Exhaust circulation path 30 ... Variable capacity turbocharger 32 ... Turbine 34 ... Compressor 36 ... Variable vane 50 ... EGR valve 60 ... Engine speed sensor 62 ... Engine water temperature sensor 64 ... Supercharging pressure / atmospheric pressure sensor 68 ... Atmospheric temperature sensor 70 ... Electronic control unit (ECU)

Claims (10)

内燃機関において該機関の排気径路に設けられたタービンと、前記タービンを駆動させる排気ガスの流速を可変とすべく該タービン内において開閉動作する可変ベーンと、吸気径路に設けられ前記タービンの駆動トルクに応じて内燃機関へ空気を供給するコンプレッサと、前記排気径路から排出される排気を前記吸気径路へ循環させる排気循環径路と、該排気循環径路における排気循環量を調節すべく開閉動作する排気循環量調節バルブとを有する内燃機関の過給圧制御装置であって、
前記可変ベーンは、前記排気循環量調節バルブの開度に応じて作動範囲制御されるように構成されていることを特徴とする過給圧制御装置。 In an internal combustion engine, a turbine provided in an exhaust path of the engine, a variable vane that opens and closes in the turbine to make a flow rate of exhaust gas that drives the turbine, and a driving torque of the turbine provided in an intake path A compressor for supplying air to the internal combustion engine in response to the exhaust, an exhaust circulation path for circulating the exhaust discharged from the exhaust path to the intake path, and an exhaust circulation that opens and closes to adjust an exhaust circulation amount in the exhaust circulation path A supercharging pressure control device for an internal combustion engine having a quantity adjustment valve,
2. The supercharging pressure control device according to claim 1, wherein the variable vane is configured such that an operating range is controlled in accordance with an opening degree of the exhaust circulation amount adjusting valve. 請求項１に記載した内燃機関の過給圧制御装置であって、前記可変ベーンの少なくとも閉じ側の開度に制限値が設定されるように構成されていることを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。   2. The supercharging pressure control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a limit value is set to at least a closing side opening of the variable vane. Supply pressure control device. 請求項２に記載した内燃機関の過給圧制御装置であって、更に、前記可変ベーンの開き側の開度に制限値が設定されるように構成されていることを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。   The supercharging pressure control device for an internal combustion engine according to claim 2, further comprising a limit value set for the opening of the variable vane on the open side. Supercharging pressure control device. 内燃機関において、排気径路に設けられたタービンと、前記タービンを駆動させる排気ガスの流速を可変とすべく該タービン内において開閉動作する可変ベーンと、吸気径路に設けられ前記タービンの駆動トルクに応じて内燃機関へ空気を供給するコンプレッサとを有する内燃機関の過給圧制御装置であって、
前記可変ベーンは、実際の空気の過給圧が、前記内燃機関の運転状態に基づいて求められた基本目標過給圧および最大目標過給圧のうちの小さい方の過給圧に近づくように制御されることを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。 In an internal combustion engine, a turbine provided in an exhaust path, a variable vane that opens and closes in the turbine to change the flow rate of exhaust gas that drives the turbine, and an intake path that is provided according to the driving torque of the turbine. A supercharging pressure control device for an internal combustion engine having a compressor for supplying air to the internal combustion engine,
The variable vane is such that the actual air supercharging pressure approaches the smaller supercharging pressure of the basic target supercharging pressure and the maximum target supercharging pressure determined based on the operating state of the internal combustion engine. A supercharging pressure control device for an internal combustion engine, which is controlled. 内燃機関において、排気径路に設けられたタービンと、前記タービンを駆動させる排気ガスの流速を可変とすべく該タービン内において開閉動作する可変ベーンと、吸気径路に設けられ前記タービンの駆動トルクに応じて内燃機関へ空気を供給するコンプレッサとを有し、前記可変ベーンをフィードバック制御することで、実際の空気の過給圧を前記内燃機関の運転状態に基づいて求められた目標過給圧に近づける内燃機関の過給圧制御装置であって、
前記可変ベーンのフィードバック制御量を規定するゲインは、前記内燃機関の過給圧に応じて可変とされていることを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。 In an internal combustion engine, a turbine provided in an exhaust path, a variable vane that opens and closes in the turbine to change the flow rate of exhaust gas that drives the turbine, and an intake path that is provided according to the driving torque of the turbine. A compressor for supplying air to the internal combustion engine, and feedback-controlling the variable vanes to bring the actual air supercharging pressure closer to the target supercharging pressure determined based on the operating state of the internal combustion engine A supercharging pressure control device for an internal combustion engine,
A boost pressure control device for an internal combustion engine, wherein a gain that defines a feedback control amount of the variable vane is variable according to a boost pressure of the internal combustion engine. 内燃機関において該機関の排気径路に設けられたタービンと、前記タービンを駆動させる排気ガスの流速を可変とすべく該タービン内において開閉動作する可変ベーンと、吸気径路に設けられ前記タービンの駆動トルクに応じて内燃機関へ空気を供給するコンプレッサと、前記排気径路から排出される排気を前記吸気径路へ循環させる排気循環径路と、該排気循環径路における排気循環量を調節すべく開閉動作する排気循環量調節バルブとを設け、
前記排気循環量調節バルブの開度に応じて前記可変ベーンを作動範囲制御し、前記内燃機関へ供給される空気の過給圧を制御することを特徴とする内燃機関の過給圧制御方法。 In an internal combustion engine, a turbine provided in an exhaust path of the engine, a variable vane that opens and closes in the turbine to make a flow rate of exhaust gas that drives the turbine, and a driving torque of the turbine provided in an intake path A compressor for supplying air to the internal combustion engine in response to the exhaust, an exhaust circulation path for circulating the exhaust discharged from the exhaust path to the intake path, and an exhaust circulation that opens and closes to adjust an exhaust circulation amount in the exhaust circulation path With a volume control valve,
A supercharging pressure control method for an internal combustion engine, wherein an operating range of the variable vane is controlled according to an opening degree of the exhaust circulation amount adjusting valve to control a supercharging pressure of air supplied to the internal combustion engine. 請求項６に記載した内燃機関の過給圧制御方法であって、前記可変ベーンの少なくとも閉じ側の開度に制限値を設け、この制限値内において前記排気循環量調節バルブの開度に応じた前記可変ベーンの開度を設定し、前記内燃機関へ供給される空気の過給圧を制御することを特徴とする内燃機関の過給圧制御方法。   The supercharging pressure control method for an internal combustion engine according to claim 6, wherein a limit value is provided for at least a closing side opening of the variable vane, and the opening amount of the exhaust circulation amount adjusting valve is set within the limit value. A method for controlling the supercharging pressure of an internal combustion engine, comprising setting an opening degree of the variable vane and controlling a supercharging pressure of air supplied to the internal combustion engine. 請求項７に記載した内燃機関の過給圧制御方法であって、更に、前記可変ベーンの開き側の開度に制限値を設け、前記閉じ側および開き側の制限値内において前記可変ベーンの開度を設定し、前記内燃機関へ供給される空気の過給圧を制御することを特徴とする内燃機関の過給圧制御方法。   The supercharging pressure control method for an internal combustion engine according to claim 7, further comprising providing a limit value for the opening on the opening side of the variable vane, and within the limit values on the closing side and the opening side. A supercharging pressure control method for an internal combustion engine, wherein an opening degree is set and a supercharging pressure of air supplied to the internal combustion engine is controlled. 内燃機関において、排気径路に設けられたタービンと、前記タービンを駆動させる排気ガスの流速を可変とすべく該タービン内において開閉動作する可変ベーンと、吸気径路に設けられ前記タービンの駆動トルクに応じて内燃機関へ空気を供給するコンプレッサとを設け、
前記内燃機関の運転状態に基づいて基本目標過給圧および最大目標過給圧を求め、これらのうちの小さい方の過給圧を目標過給圧とし、実際の空気の過給圧が前記目標過給圧に近づくように前記可変ベーンを制御することを特徴とする内燃機関の過給圧制御方法。 In an internal combustion engine, a turbine provided in an exhaust path, a variable vane that opens and closes in the turbine to change the flow rate of exhaust gas that drives the turbine, and an intake path that is provided according to the driving torque of the turbine. And a compressor for supplying air to the internal combustion engine,
The basic target boost pressure and the maximum target boost pressure are obtained based on the operating state of the internal combustion engine, and the smaller one of these is set as the target boost pressure, and the actual air boost pressure is the target boost pressure. A supercharging pressure control method for an internal combustion engine, wherein the variable vane is controlled to approach a supercharging pressure. 内燃機関において、排気径路に設けられたタービンと、前記タービンを駆動させる排気ガスの流速を可変とすべく該タービン内において開閉動作する可変ベーンと、吸気径路に設けられ前記タービンの駆動トルクに応じて内燃機関へ空気を供給するコンプレッサとを設け、
前記内燃機関の運転状態に基づいて目標過給圧を求め、実際の空気の過給圧を前記目標過給圧に近づけるべく前記可変ベーンをフィードバック制御する内燃機関の過給圧制御方法であって、
前記内燃機関の過給圧に応じて前記可変ベーンのフィードバック制御量を規定するゲインを求め、該ゲインに基いて前記可変ベーンを制御することを特徴とする内燃機関の過給圧制御方法。

In an internal combustion engine, a turbine provided in an exhaust path, a variable vane that opens and closes in the turbine to change the flow rate of exhaust gas that drives the turbine, and an intake path that is provided according to the driving torque of the turbine. And a compressor for supplying air to the internal combustion engine,
A supercharging pressure control method for an internal combustion engine that obtains a target supercharging pressure based on an operating state of the internal combustion engine and feedback-controls the variable vane so as to bring an actual air supercharging pressure close to the target supercharging pressure. ,
A supercharging pressure control method for an internal combustion engine, wherein a gain that defines a feedback control amount of the variable vane is obtained according to a supercharging pressure of the internal combustion engine, and the variable vane is controlled based on the gain.

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