JP2007023816A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は内燃機関の制御装置に関し、ターボ過給機の過給圧のオーバーシュートを確実に抑制することを目的とする。
【解決手段】 ターボ過給機の回転を助勢する電動機には、回転数センサが組み込まれている。この回転数センサにより、実ターボ回転数を検出する。そして、検出された実ターボ回転数が目標ターボ回転数を超えているか否かを判別することにより、ターボ過給機の過回転を検知する（ステップ１０６）。ターボ過給機の過回転が検知された場合には、電動機を逆駆動する（ステップ１０８）。電動機が逆駆動されると、電動機の発生する制動トルクにより、ターボ回転数が低下する。その結果、過給圧のオーバーシュートが抑制される。
【選択図】 図３

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ターボ過給機を備えた内燃機関を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。

特開２００４−９２４７１号公報には、可変ノズル型ターボ過給機と、排気ガスの一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置とを備えた内燃機関システムが開示されている。可変ノズル型ターボ過給機は、可変ノズルを開閉することにより、過給圧を調整することができる。ＥＧＲ装置は、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設置されたＥＧＲ弁とを備えている。この場合、ＥＧＲ通路の排気側端部は、ターボ過給機のタービンの上流に接続され、ＥＧＲ通路の吸気側端部は、ターボ過給機のコンプレッサの下流に接続される。

上記公報に開示されたシステムでは、過給圧がフィードバック制御される。すなわち、目標過給圧と、吸気圧センサで検出される実過給圧との偏差に基づいて、可変ノズルが開閉される。また、ＥＧＲ弁の開度が調整されることにより、ＥＧＲ率が制御される。

特開２００４−９２４７１号公報 特開２００３−２３９７５５号公報 特開２００４−３０８４８７号公報

上述したようなシステムでは、一般に、低回転軽中負荷域ではＥＧＲが実行され、高回転高負荷域ではＥＧＲが禁止される。このため、車両加速時などには、ＥＧＲ実行状態からＥＧＲ禁止状態へ移行するべく、ＥＧＲ弁が急激に閉じられることがある。ＥＧＲ弁が急激に閉じられると、排気マニホールド内の圧力が急上昇し、ターボ過給機のタービン入口の圧力も急上昇する。その結果、ターボ過給機の回転数が急上昇し易くなる。ターボ過給機の回転数が急上昇すると、過給圧がオーバーシュート（上がり過ぎ）し易い。過給圧がオーバーシュートした場合には、上述した過給圧フィードバック制御により、可変ノズルが開かれて、過給圧が抑制される。

しかしながら、ターボ過給機の回転数が急上昇してから、吸気圧センサで検出される実過給圧が上昇するまでには、タイムラグがある。このため、オーバーシュートした過給圧を抑制するフィードバック制御は、遅れ易い。この制御遅れの存在により、過給圧のオーバーシュート幅が大きくなり易いという問題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ターボ過給機の過給圧のオーバーシュートを確実に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
ターボ過給機と、
前記ターボ過給機の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記ターボ回転数検出手段により検出された実ターボ回転数に基づいて、前記ターボ過給機の過回転を検知する過回転検知手段と、
前記過回転検知手段により前記ターボ過給機の過回転が検知された場合に、前記ターボ過給機の回転数を抑える過回転抑止手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記過回転抑止手段は、
前記ターボ過給機に伴って回転する電動機と、
前記ターボ過給機の過回転が検知された場合に、前記電動機が制動トルクを発生する状態になるように前記電動機を制御する電動機制御手段とを含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記過回転抑止手段は、
前記ターボ過給機のタービンに吹き付けられる排気ガスの流速を可変とすべく開閉動作する可変ノズルと、
前記ターボ過給機の過回転が検知された場合に、前記可変ノズルの開度を増大させる開度増大手段とを含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、回転数検出手段によって検出される実ターボ回転数に基づいて、ターボ過給機の過回転を検知する。これにより、過給圧センサの出力に頼って判断する場合と比べて、過給圧のオーバーシュートをより早い時点で検知することができる。そして、この発明によれば、ターボ過給機の過回転が検知された場合には、ターボ回転数が抑制され、過給圧が低減される。よって、この発明によれば、過給圧がオーバーシュートし易い状況下でも、過給圧が大幅にオーバーシュートすることを確実に回避することができる。その結果、過大な過給圧によるターボ過給機や吸気系の破損を確実に防止することができる。また、この発明によれば、過給圧がオーバーシュートし易い状況下でも、過給圧を精度良く制御することができる。

第２の発明においては、ターボ過給機の回転を助勢する電動機が設けられている。第２の発明によれば、ターボ過給機の過回転が検知された場合に、この電動機をブレーキとして機能させることができる。これにより、ターボ過給機の過回転をより迅速に解消することができる。このため、過給圧のオーバーシュート幅を更に小さくすることができる。

第３の発明によれば、ターボ過給機の回転を助勢するための電動機を備えないハードウェア構成の場合でも、上記効果を達成することができる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、複数の気筒（図１では４つの気筒）を有するディーゼル機関２と、ディーゼル機関２に燃料を供給する燃料供給系と、ディーゼル機関２に空気を供給する吸気系と、ディーゼル機関２から排気ガスを排出する排気系と、ディーゼル機関２の運転を制御する制御系とを備えている。

ディーゼル機関２の燃料供給系には、燃料を燃焼室内に直接噴射するための筒内インジェクタ３２が備えられる。筒内インジェクタ３２は気筒毎に設けられ、それぞれコモンレール３４に接続されている。つまり、ディーゼル機関２は、コモンレール式のディーゼル機関である。図示しない燃料タンクに貯留された燃料は、サプライポンプ３６によって汲み上げられ、所定の燃圧まで圧縮されてコモンレール３４へ供給される。サプライポンプ３６は、図では省略するが、低圧ポンプと高圧ポンプとからなっている。

ディーゼル機関２の排気系には、排気マニホールド６と、排気マニホールド６に接続される排気管１０が備えられる。ディーゼル機関２の各気筒から排出される排気ガスは排気マニホールド６に集められ、排気マニホールド６を介して排気管１０へ排出される。排気管１０の途中には、触媒容器３０が設けられている。触媒容器３０内には、ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、或いはＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）等の触媒が配置される。

ディーゼル機関２の吸気系には、吸気マニホールド４と、吸気マニホールド４に接続される吸気管８が備えられる。空気は大気中から吸気管８に取り込まれ、吸気マニホールド４を介して各気筒の燃焼室に分配される。吸気管８の入口には、エアクリーナ１２が取り付けられている。エアクリーナ１２の下流近傍には、吸気管８に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７６が設けられている。また、吸気マニホールド４の上流には、吸気絞り弁２２が設けられている。

エアフローメータ７６から吸気絞り弁２２に至る吸気管８の途中には、可変ノズル型のターボ過給機１４のコンプレッサ１４ａが設けられている。ターボ過給機１４は、コンプレッサ１４ａと、タービン１４ｂと、可変ノズル１４ｃとを有している。タービン１４ｂは、前述の排気系において、排気マニホールド６から触媒容器３０に至る排気管１０の途中に設けられている。コンプレッサ１４ａとタービン１４ｂとは連結軸によって一体に連結され、コンプレッサ１４ａはタービン１４ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。

可変ノズル１４ｃは、開閉動作可能になっている。可変ノズル１４ｃの開度を小さくすると、タービン１４ｂの入口面積が小さくなり、タービン１４ｂに吹き付けられる排気ガスの流速を速くすることができる。その結果、コンプレッサ１４ａおよびタービン１４ｂの回転数（以下、「ターボ回転数」と称する）が上昇するので、過給圧を上昇させることができる。

逆に、可変ノズル１４ｃの開度を大きくすると、タービン１４ｂの入口面積が大きくなり、タービン１４ｂに吹き付けられる排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ターボ回転数が降下するので、過給圧を低下させることができる。

コンプレッサ１４ａとタービン１４ｂとの間には、電動機１５が配置されている。コンプレッサ１４ａとタービン１４ｂとの連結軸は電動機１５のロータにもなっている。すなわち、コンプレッサ１４ａおよびタービン１４ｂと、電動機１５のロータとは、一体となって回転する。よって、電動機１５を作動させることで、コンプレッサ１４ａを強制駆動することができる。

電動機１５には、電動機１５のロータの回転数（回転速度）を検出する回転数センサ１６が組み込まれている。回転数センサ１６は、電動機１５のロータが所定回転角だけ回転する毎に、Hi出力とLo出力を反転させるセンサである。回転数センサ１６の出力によれば、電動機１５のロータの回転数を検出することができる。電動機１５のロータの回転数は、ターボ回転数に等しい。従って、回転数センサ１６の出力によれば、実ターボ回転数TREV［rpm］を検出することができる。

コンプレッサ１４ａの下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ１７が設けられている。インタークーラ１７の下流には、コンプレッサ１４ａを通過した空気の圧力、すなわち、過給圧に応じた信号を出力する過給圧センサ（吸気圧センサ）７４が配置されている。

コンプレッサ１４ａからインタークーラ１７に至る吸気管８の途中には、バイパス管５０の一端が接続されている。この接続部には、空気の流路を切替える切替弁１８が配置されている。バイパス管５０の他端は、吸気管８におけるコンプレッサ１４ａの上流側に接続されている。切替弁１８を操作してバイパス管５０の入口を開くことで、コンプレッサ１４ａにより圧縮された空気の一部は再びコンプレッサ１４ａの入口側に戻される。ターボ過給機１４のサージが生じ易い運転状態のとき、コンプレッサ１４ａを出た空気の一部を、バイパス管５０を通してコンプレッサ１４ａの入口側に戻すことにより、サージを防止することができる。

また、吸気絞り弁２２から吸気マニホールド４に至る吸気管８の途中には、ＥＧＲ管２４の一端が接続されている。ＥＧＲ管２４の他端は、排気マニホールド６に接続されている。本システムでは、排気ガスの一部を、ＥＧＲ管２４を通して吸気管８に導入することができる。ＥＧＲ管２４を通って吸気管８に導入される排気ガスのことを、以下、「ＥＧＲガス」と称する。ＥＧＲ管２４の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２６が設けられている。ＥＧＲ管２４におけるＥＧＲクーラ２６の下流には、ＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）を制御するためのＥＧＲ弁２８が設けられている。空気に比較して比熱が高く酸素量の少ないＥＧＲガスを吸気管８に導入することで、筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの生成量を低減することができる。

ディーゼル機関２の制御系には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０と、モータコントローラ６０とが備えられる。モータコントローラ６０は、ＥＣＵ７０からの指令に基づいて、電動機１５への通電状態を制御する。電動機１５への電力は、バッテリ６２から供給される。ＥＣＵ７０は、本システム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ７０の出力側には、モータコントローラ６０の他、可変ノズル１４ｃ，筒内インジェクタ３２，吸気絞り弁２２，ＥＧＲ弁２８，切替弁１８等の種々のアクチュエータが接続され、ＥＣＵ７０の入力側には、回転数センサ１６，エアフローメータ７６，過給圧センサ７４の他、アクセル開度センサ７２やクランク角センサ７８等の種々のセンサ類が接続されている。アクセル開度センサ７２は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に応じた信号を出力するセンサであり、クランク角センサ７８は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力するセンサである。クランク角センサ７８の出力によれば、機関回転数NE［rpm］などを検出することができる。ＥＣＵ７０には、これらの機器やセンサ以外にも複数の機器やセンサが接続されているが、ここではその説明は省略する。ＥＣＵ７０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。

以下、本実施形態のシステムの動作の概要について説明する。
［過給圧フィードバック制御］
本実施形態のシステムにおいては、次のようにして、過給圧のフィードバック制御が行われる。ＥＣＵ７０は、機関回転数NE、アクセル開度ACCP［％］などの所定のパラメータと、目標過給圧PIMTRG［kPa］との関係を定めたマップを記憶している。このマップを参照して、現在の運転状態に応じた目標過給圧PIMTRGが算出される。この目標過給圧PIMTRGと、過給圧センサ７４により検出される実過給圧PIM［kPa］との偏差がゼロに近づくように、可変ノズル１４ｃの開度が制御される。

また、本実施形態では、必要に応じて、電動機１５を作動させてターボ過給機１４の回転を助勢する。これにより、排気エネルギが小さい低回転域などにおいても、十分な過給圧を実現することができる。

［ＥＧＲ制御］
図２は、本実施形態における、ＥＧＲ ＯＮ領域とＥＧＲ ＯＦＦ領域との関係を示すマップである。本実施形態では、このマップに示されるように、機関回転数NEおよび機関トルクが所定の範囲内にある軽中負荷運転領域は、ＥＧＲが実行されるＥＧＲ ＯＮ領域とされる。これに対し、高負荷運転領域は、ＥＧＲが禁止されるＥＧＲ ＯＦＦ領域とされる。

ＥＧＲ ＯＮ領域においては、筒内に吸入される吸気に占めるＥＧＲガスの比率、すなわちＥＧＲ率のフィードバック制御が次のようにして行われる。ＥＣＵ７０は、機関回転数NE、機関負荷、吸入空気量GAなどの所定のパラメータと、目標ＥＧＲ率EGRTRG［％］との関係を定めたマップを記憶している。このマップを参照して、現在の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率EGRTRGが算出される。また、排気管１０に設けられた空燃比センサ（図示せず）によって検出される排気空燃比と、エアフローメータ７６によって検出される吸入空気量GAとに基づいて、実ＥＧＲ率EGR［％］が算出される。そして、上記目標ＥＧＲ率EGRTRGと、実ＥＧＲ率EGRとの偏差がゼロに近づくように、ＥＧＲ弁２８の開度が調整される。

［実施の形態１の動作の特徴］
本実施形態のようなシステムでは、車両加速時や登坂時のような過渡状態のときには、ＥＧＲ ＯＮ領域からＥＧＲ ＯＦＦ領域へと移行する場合がある（図２中の斜めの矢印参照）。ＥＧＲ ＯＮ領域からＥＧＲ ＯＦＦ領域へ移行すると、ＥＧＲ弁２８が急激に閉じられるので、排気マニホールド６内の圧力が急上昇し易く、タービン１４ｂの入口の圧力も急上昇し易い。タービン１４ｂ入口の圧力が急上昇した場合には、ターボ回転数が急上昇して過回転になり易く、ひいては過給圧がオーバーシュートし易い。

過給圧センサ７４によって過給圧のオーバーシュートが検出された場合には、上述した過給圧フィードバック制御により、可変ノズル１４ｃが開かれて、過給圧が抑制される。

しかしながら、一般に、コンプレッサ１４ａの出口と、過給圧センサ７４との間には、インタークーラ１７などが設置されている。すなわち、過給圧センサ７４は、コンプレッサ１４ａの出口から離れた位置にある。このため、ターボ過給機１４の過回転が発生してから、過給圧のオーバーシュートが過給圧センサ７４で検出されるまでには、タイムラグがある。その結果、可変ノズル１４ｃの開き制御は、遅れがちになる。可変ノズル１４ｃの開き制御が遅れた場合には、過給圧が目標を大きく超えてしまい易い。

このような問題を解決するため、本実施形態では、回転数センサ１６で検出される実ターボ回転数TREVに基づいて、ターボ過給機１４の過回転を検知することとした。これにより、過給圧フィードバック制御のみの場合と比べて、過給圧のオーバーシュートを、より早い時点で検知することができる。そして、ターボ過給機１４の過回転が検知された場合には、電動機１５を逆駆動して、ターボ過給機１４の回転にブレーキをかけることとした。

電動機１５の逆駆動とは、電動機１５が逆回転方向のトルク（制動トルク）を発揮するように、電動機１５に駆動電圧を印加することである。電動機１５を逆駆動ことにより、ターボ過給機１４の回転に対して、強力な制動力が作用する。その結果、ターボ回転数を迅速に降下させることができ、ひいては過給圧を迅速に適正値まで低下させることができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図３は、上述したターボ過給機１４の過回転抑制機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に周期的に実行されるものとする。また、ＥＣＵ７０は、他のルーチンにおいて、上述した過給圧フィードバック制御およびＥＧＲ制御を行っている。

図３に示すルーチンによれば、まず、ディーゼル機関２の運転状態および制御状態を表す各種のパラメータが取得される（ステップ１００）。これらのパラメータは、既述した各種センサの出力に基づいて、あるいは、他のルーチン中の処理における算出結果に基づいて、取得することができる。

上記ステップ１００においては、具体的には、機関回転数NE、アクセル開度ACCP、燃料噴射量QFINC［mm³/st］、ベースＥＧＲ開度指令値PEGBSE［％］、ＥＧＲ開度フィードバック項PEGFB［％］、ＥＧＲ開度指令値PEGFIN［％］（PEGFIN＝PEGBSE＋PEGFB）、ＥＧＲ率目標値EGRTRG、実ＥＧＲ率EGR、ベースＶＮ開度指令値PVNBSE［％］、ＶＮ開度フィードバック項PVNFB［％］、ＶＮ開度指令値PVNFIN［％］（PVNFIN＝PVNBSE＋PVNFB）、実過給圧PIM、目標過給圧PIMTRG、実ターボ回転数TREV、および目標ターボ回転数TREVTRG［rpm］が取得される。ここで、「ＶＮ」とは、可変ノズル１４ｃのことである。

上記ステップ１００において、目標ターボ回転数TREVTRGは、次のようにして取得される。ＥＣＵ７０は、機関回転数NE、アクセル開度ACCPなどの所定のパラメータと、目標ターボ回転数TREVTRGとの関係を定めたマップを記憶している。このマップを参照して、現在の運転状態に応じた目標ターボ回転数TREVTRGが算出される。

次に、ディーゼル機関２の運転状態が過渡状態にあるか否か、および、ＥＧＲ ＯＮ領域からＥＧＲ ＯＦＦ領域へ移行したか否か、が判定される（ステップ１０２）。過渡状態とは、加速時や登坂時のように、大出力が要求され、機関回転数NEあるいは機関負荷が増大側に変化している状態のことである。

上記ステップ１０２においては、実過給圧PIMが目標過給圧PIMTRGに未だ達しておらず、かつ、アクセルペダルの踏み込みが維持または増大されている場合に、過渡状態であると判断される。具体的には、下記の二つの不等式の成立が認められた場合に、過渡状態であると判定される。
PIM＜PIMTRG ・・・（１）
ACCP(N)＋α＞ACCP(N-1) ・・・（２）
ただし、上記（２）式中、αは、アクセル開度ヒステリシスの大きさを表す所定値である。また、Nは、図３に示すルーチンの実行サイクル数を示す。

また、上記ステップ１０２においては、ＥＧＲ率目標値EGRTRGが０％になった場合、すなわち、下記式の成立が認められた場合に、ＥＧＲ ＯＮ領域からＥＧＲ ＯＦＦ領域へ移行したと判断される。
EGRTRG＝０ ・・・（３）

上記ステップ１０２において、上記（１）〜（３）式の少なくとも一つが不成立である場合には、過給圧がオーバーシュートし易い状態ではないと判断できる。この場合には、今回の処理サイクルが終了される。そして、通常の過給圧フィードバック制御が継続される。

一方、上記（１）〜（３）式がすべて成立している場合には、過給圧がオーバーシュートし易い状態であると判断できる。この場合には、まず、可変ノズル１４ｃの開度が、上記ステップ１０２の過渡状態判定の直前の値に固定される（ステップ１０４）。すなわち、可変ノズル１４ｃの開度が、ステップ１００で取得されたＶＮ開度指令値PVNFINの値に固定される。

ＥＧＲの実行中に可変ノズル１４ｃが閉じられたと仮定すると、排気マニホールド６内の圧力が上昇して、ＥＧＲ量が増大する結果、スモークが発生し易くなる。これに対し、上記ステップ１０４の処理によれば、可変ノズル１４ｃの開きが禁止されるので、スモークの発生を確実に防止することができる。

上記の処理が行われている間には、ＥＧＲ率目標値EGRTRGが０になっているので、ＥＧＲ制御により、ＥＧＲ弁２８が閉じられる。すなわち、上記ステップ１０４の処理と相前後して、ＥＧＲ弁２８が全閉とされる。

図３に示すルーチンでは、次に、ターボ過給機１４の過回転の有無が判定される（ステップ１０６）。具体的には、回転数センサ１６により検出された実ターボ回転数TREVが目標ターボ回転数TREVTRGを超えているか否か、すなわちTREV＞TREVTRGの成否が判断される。

上記ステップ１０６において、TREV＞TREVTRGの不成立が認められた場合には、ターボ過給機１４の過回転は発生していないと判定される。この場合には、過給圧がオーバーシュートするおそれは今のところないと判断できる。今回の処理サイクルが終了される。そして、通常の過給圧フィードバック制御が継続される。

一方、TREV＞TREVTRGの成立が認められた場合には、ターボ過給機１４の過回転が発生していると判定される。この場合には、ターボ回転数がこのまま上昇し続けると過給圧がオーバーシュートする、と判断できる。そこで、ターボ回転数を抑制するべく、電動機１５の逆駆動が開始される（ステップ１０８）。これにより、電動機１５が制動トルクを発揮し、ターボ過給機１４の回転にブレーキがかけられる。その結果、ターボ回転数が低下し、ひいては過給圧が低下していく。

図３に示すルーチンでは、次に、ターボ過給機１４の過回転が解消されたか否か、および、アクセルペダルが戻されたか否かが判定される（ステップ１１０）。具体的には、下記の二つの式の成否が判定される。
TREV＝TREVTRG ・・・（４）
ACCP(N)＋β＞ACCP(N-1) ・・・（５）
ただし、上記（５）式中、βは、アクセル開度ヒステリシスの大きさを表す所定値である。

上記ステップ１１０において上記（４）式および（５）式の少なくとも一方の成立が認められるまでは、ターボ回転数の抑制、つまり電動機１５の逆駆動が継続される。換言すれば、上記ステップ１１０において上記（４）式の成立が認められた場合、つまりターボ過給機１４の過回転が解消された場合には、過給圧がオーバーシュートするおそれがなくなったと判断できるので、電動機１５の逆駆動が停止される（ステップ１１２）。また、上記ステップ１１０において上記（５）式の成立が認められた場合、つまりアクセルペダルが戻された場合も、過給圧がオーバーシュートするおそれがなくなったと判断できるので、電動機１５の逆駆動が停止される（ステップ１１２）。

以上説明したルーチンによれば、過給圧のオーバーシュートを早い時点で検知して、ターボ回転数を低下させることができる。このため、過給圧が大幅にオーバーシュートすることを確実に回避することができる。よって、過大な過給圧が原因となってターボ過給機１４や吸気系が破損するのを確実に防止することができる。更に、過給圧がオーバーシュートし易い状況下でも、過給圧を精度良く制御することができる。

また、以上説明したルーチンによれば、ＥＧＲ弁２８が閉じた後すぐにターボ過給機１４の回転にブレーキをかけるのではなく、ステップ１０６においてターボ過給機１４の過回転が認められた後に、ターボ過給機１４の回転にブレーキをかけることとしている。このため、アクセルペダルの踏み込みが緩やかで、過給圧のオーバーシュートが発生しないような状況下では、ターボ過給機１４の回転にブレーキをかけるのを回避することができる。

ところで、上述した実施の形態１では、ターボ過給機１４の過回転を抑制する方法として、電動機１５を逆駆動することとしているが、本発明では、このような方法に限定されるものではない。例えば、電動機１５によって回生制動する方法、すなわち、電動機１５を発電機として機能させ、発電された電力でバッテリ６２を充電する方法によって、ターボ過給機１４の過回転を抑制することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、上記ステップ１０２の条件が満たされた状況下でのみ、すなわち、過渡状態であって、かつＥＧＲ ＯＮ領域からＥＧＲ ＯＦＦ領域へ切り替わった状況下でのみ、ターボ過給機１４の過回転抑制制御を行うこととしているが、本発明では、より広い状況下でターボ過給機１４の過回転抑制制御を行ってもよい。

また、上述した実施の形態１では、ディーゼル機関２の制御装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、ガソリン機関等の火花点火機関の制御装置にも適用することができる。

また、上述した実施の形態１においては、回転数センサ１６が前記第１の発明における「回転数検出手段」に相当している。また、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「過回転検知手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「過回転抑止手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０およびモータコントローラ６０が上記ステップ１０８の処理によって電動機１５を逆駆動状態とすることにより、前記第２の発明における「電動機制御手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に、図３に示すルーチンに代えて後述する図４に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
既述したように、実施の形態１では、電動機１５を逆駆動する方法によって、ターボ過給機１４の過回転を抑制している。この方法に代えて、本実施形態では、可変ノズル１４ｃの開度を増大させる方法を採用することとした。可変ノズル１４ｃの開度を大きくすれば、タービン１４ｂに吹き付けられる排気ガスの流速が遅くなるので、ターボ回転数を低下させることができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に周期的に実行されるものとする。また、図４において、図３に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図４に示すルーチンによれば、ステップ１０６の、ターボ過給機１４の過回転の判定までは、上記実施の形態１と同様の制御を行う。そして、ステップ１０６において、実ターボ回転数TREVが目標ターボ回転数TREVTRGを超えていることが認められた場合には、可変ノズル１４ｃの開度を増大する処理が行われる（ステップ１２０）。すなわち、可変ノズル１４ｃを、ステップ１０４で固定された開度より大きい開度まで開く処理が行われる。この処理により、タービン１４ｂに吹き付けられる排気ガスの流速が遅くなるので、ターボ回転数が低下し、ひいては過給圧が低下していく。

図４に示すルーチンでは、次に、ターボ過給機１４の過回転が解消されたか否か、および、アクセルペダルが戻されたか否かが判定される（ステップ１１０）。ターボ過給機１４の過回転が解消されておらず、かつ、アクセルペダルが戻されていない間は、可変ノズル１４ｃの開き状態が維持される。そして、ターボ過給機１４の過回転が解消された場合、あるいは、アクセルペダルが戻された場合には、可変ノズル１４ｃの開度が上記ステップ１２０の処理を行う前の開度に戻される（ステップ１２２）。

以上説明したルーチンによれば、過給圧のオーバーシュートを早い時点で検知して、ターボ回転数を低下させることができる。このため、実施の形態１と同様の効果が得られる。

ところで、上述した実施の形態２は、図１に示すハードウェア構成を前提として説明したが、本実施形態は、電動機１５を備えないハードウェア構成、つまり、通常の可変ノズル型ターボ過給機を用いるハードウェア構成に対しても適用することができる。その場合には、可変ノズル型ターボ過給機に、ターボ回転数を検出する回転数センサを設ければよい。

なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「過回転抑止手段」および前記第３の発明における「開度増大手段」が実現されている。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明における過回転抑止手段がターボ回転数を抑制する方法は、電動機１５に制動トルクを発揮させる方法や、可変ノズル１４ｃを開く方法に限定されるものではない。例えば、切替弁１８を操作してバイパス管５０の入口を開き、コンプレッサ１４ａにより圧縮された空気の一部を、バイパス管５０を通してコンプレッサ１４ａの入口側に戻す方法によっても、ターボ回転数を低下させることができる。過回転抑止手段は、この方法でターボ回転数を抑制してもよい。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１における、ＥＧＲ ＯＮ領域とＥＧＲ ＯＦＦ領域との関係を示すマップである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

２ ディーゼル機関
４ 吸気マニホールド
６ 排気マニホールド
８ 吸気管
１０ 排気管
１２ エアクリーナ
１４ ターボ過給機
１４ａ コンプレッサ
１４ｂ タービン
１４ｃ 可変ノズル
１５ 電動機
１６ 回転数センサ
１７ インタークーラ
１８ 切替弁
２２ 吸気絞り弁
２４ ＥＧＲ管
２６ ＥＧＲクーラ
２８ ＥＧＲ弁
３０ 触媒容器
３２ 筒内インジェクタ
３４ コモンレール
３６ サプライポンプ
５０ バイパス管
６０ モータコントローラ
６２ バッテリ
７０ ＥＣＵ
７２ アクセル開度センサ
７４ 過給圧センサ
７６ エアフローメータ
７８ クランク角センサ

Claims (3)

1. ターボ過給機と、
   前記ターボ過給機の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記ターボ回転数検出手段により検出された実ターボ回転数に基づいて、前記ターボ過給機の過回転を検知する過回転検知手段と、
   前記過回転検知手段により前記ターボ過給機の過回転が検知された場合に、前記ターボ過給機の回転数を抑える過回転抑止手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記過回転抑止手段は、
   前記ターボ過給機に伴って回転する電動機と、
   前記ターボ過給機の過回転が検知された場合に、前記電動機が制動トルクを発生する状態になるように前記電動機を制御する電動機制御手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記過回転抑止手段は、
   前記ターボ過給機のタービンに吹き付けられる排気ガスの流速を可変とすべく開閉動作する可変ノズルと、
   前記ターボ過給機の過回転が検知された場合に、前記可変ノズルの開度を増大させる開度増大手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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