JP3796966B2 - 内燃機関の過給制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量を可変に制御する可変容量ターボ過給機を搭載した内燃機関において、機関冷却水温度に関連した過給機の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気の流動エネルギによりタービン及び該タービンに連結したコンプレッサを駆動し、吸気圧力を加圧して過給する内燃機関のターボ過給機において、タービンの入口面積を可変に制御できる可変容量ターボ過給機が知られ、このものでは、機関の運転条件に応じてタービン入口面積の絞り量を制御することにより適切な過給状態に制御できる（特開昭５８−１７６４１７号公報等参照) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼル機関で前記可変容量ターボ過給機を備える場合、吸気温度上昇時に空気密度低下による吸入空気量の減少を抑制するため、過給圧を上昇する制御を行うと、高回転高負荷域等で機関冷却水温度（以下適宜水温と略す) が過度に上昇してしまうことがあった。即ち、過給圧を上昇させるために過給機の絞り量を大きくすると排圧の上昇によってポンピングロスが増大するため燃費が悪化し、そのため燃料が増量補正されると共に該燃料の増量に応じて吸入空気量も増量されるため、燃焼温度が上昇し、水温を上昇させるものである。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、水温状態に応じて可変容量ターボ過給機を制御することにより、水温の過度の上昇を抑制しつつ適切な過給性能が得られるようにした内燃機関の過給制御装置を提供することを目的する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に係る発明は、図１に示すように、
過給状態を可変に制御する可変容量ターボ過給機を搭載した内燃機関の過給制御装置において、
機関の冷却水温度を検出する水温検出手段と、
検出された機関冷却水温度に基づいて前記過給機の制御量を補正する過給制御量補正手段と、を備え、
前記過給制御量補正手段は、過給機の制御量を機関冷却水温度の増大に応じて過給圧減少方向に補正している間に、機関冷却水温度の上昇速度が所定値以下に低下したときに、該制御量を所定期間クランプすることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、
過給状態を可変に制御する可変容量ターボ過給機を搭載した内燃機関の過給制御装置において、
機関の冷却水温度を検出する水温検出手段と、
検出された機関冷却水温度に基づいて前記過給機の制御量を補正する過給制御量補正手段と、を備え、
前記過給制御量補正手段は、過給機の制御量を機関冷却水温度の増大に応じて過給圧減少方向に補正している間に、機関冷却水温度が上限設定温度以上となったときに、該制御量を所定期間クランプすることを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、
機関冷却水温度が下限設定温度以下に低下したとき、前記制御量のクランプを終了することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に係る発明は、
前記下限設定温度は、外気温度によって可変に設定されることを特徴とする。
また、請求項５に係る発明は、
前記制御量のクランプは、予め設定された時間行われることを特徴とする。
また、請求項６に係る発明は、
前記制御量のクランプ終了後、該制御量を機関冷却水温度に対する補正無しの値に徐々に近づけるランプ制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項７に係る発明は、
前記過給機は、所定の条件で吸入空気量又は過給圧を目標値に近づけるようにフィードバック制御され、前記過給制御量補正手段は、前記フィードバック制御時に前記目標値を補正することを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によると、
【発明の効果】
請求項１に係る発明によると、
過給機の制御量の水温に応じた過給圧減少方向への補正を継続すると水温の上昇速度が徐々に減少する。このまま補正を継続すると水温はピークに達した後下がり始めるが、補正により水温の低下に応じて過給機の制御量を増大させると、水温の減少が鈍り高水温状態に維持される期間が延びてしまう。そこで、水温の上昇速度が所定値以下に低下したときに、十分に過給圧減少方向に補正された制御量で所定期間クランプすることにより、水温の減少を促進し、高水温状態から短時間で脱却して低水温状態にある時間割合を増大することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明によると、
水温に応じた過給機制御量の補正後、水温が上限設定温度以上となったときに、過給圧減少方向に補正された制御量で所定期間クランプすることにより、水温の減少を促進し、高水温状態から短時間で脱却して低水温状態にある時間割合を増大することができる。なお、吸気温度条件等によって過給機制御量の補正後の水温のピーク値は異なるため、ピーク値が低い場合でもクランプ制御がなされるためには、上限設定温度を低めに設定する必要があるが、外気温度等に基づいて上限設定温度を十分ピーク値に近づけるように可変に設定するようにしてもよい。
【００１３】
請求項３に係る発明によると、
過給圧減少方向に補正された制御量でクランプすることにより、水温を減少させ、下限設定温度以下に低下するまでクランプを継続することにより、十分な期間低水温状態に維持することができ、また、必要以上の期間クランプすることなく運転状態に応じた通常制御へ復帰させることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明によると、
前記下限設定温度を、外気温度によって可変に設定することにより、より適切なクランプ期間に制御することができる。
請求項５に係る発明によると、
クランプ期間を時間で設定することにより、簡易な制御となる。
【００１５】
請求項６に係る発明によると、
前記制御量のクランプ終了後は、水温に対する補正無しの値として運転状態に応じた通常制御に復帰させる必要があるが、急激に復帰させると吸入空気量の急変によって運転性が悪化する。そこで、ランプ制御によって運転性の悪化を抑制しつつ徐々に通常制御に復帰させることができる。
【００１６】
請求項７に係る発明によると、
過給機の制御量に対して水温に応じた補正を行っても、直ぐに吸入空気量又は過給圧が反応するわけではなく、また、過給機の制御量のオープン制御値を直接補正することは、通常制御に影響を与えるので、吸入空気量又は過給圧の目標値を水温で補正することでフィードバック制御によって過給機の制御量を補正する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図２は、可変容量ターボ過給機を搭載した本発明に係るディーゼル機関の概略構成を示す。図において、機関１の排気通路２にタービン部４Ａを介在させ、吸気通路３にコンプレッサ部４Ｂを介在させた可変容量ターボ過給機４が搭載されている。該可変容量ターボ過給機４は、タービン部４Ａのタービン入口面積を可変に絞る可動ベーンを備えており、該可動ベーンの絞り量をアクチュエータ５によって制御することにより、過給圧を増減制御できるようになっている。即ち、前記アクチュエータ５は、ダイアフラム式の負圧アクチュエータによって構成され、真空ポンプ６によって発生し、一方向弁７を介してリザーバタンク８内に蓄圧された負圧を、吸気通路３に装着されたエアクリーナ９からの大気圧によって希釈する割合をデューティ制御弁１０でデューティ制御することにより、前記アクチュエータ５に供給される負圧を制御する。そして、前記デューティ制御弁１０の制御デューティ値を増加すると、大気圧の導入割合が減少してアクチュエータ５への供給負圧が増大し、過給機４の可動ベーンの絞り量が増大（タービン入口面積が減少) して排気流速が増大し過給圧が増大するようになっている。また、前記制御デューティ値を減少すると、前記とは逆に大気圧の導入割合が増大してアクチュエータ５への供給負圧が減少し、可動ベーンの絞り量が減少して排気流速が減少し過給圧が減少するようになっている。前記コンプレッサ４Ｂで過給された吸気は、インタークーラ１１を介して冷却されて機関１に吸入される。
【００１８】
また、前記排気通路２と吸気通路３とが、ＥＧＲ通路１２を介して接続されており、該ＥＧＲ通路１２の途中にＥＧＲ弁１３が設けられている。該ＥＧＲ弁13は、ステップモータ等で構成される図示しないアクチュエータにより全閉位置から全開位置まで略連続的に開度が制御される。
前記過給機４制御用のデューティ制御弁１０及びＥＧＲ弁１３を制御するコントロールユニット１４は、入出力回路及びメモリを備えたマイクロコンピュータによって構成され、本発明に係る各種演算手段の機能を有している。コントロールユニット１４には、燃料噴射量や燃料噴射時期を決定するための基本的な運転状態パラメータとして、機関回転速度Ｎ及び負荷代表値としての燃料噴射量Ｔｐが入力されるが、これらはデューティ制御弁１０の制御デューティ値つまり過給機４の絞り制御量や目標ＥＧＲ率の決定及びその補正などにも用いられる。また、前記絞り制御量の補正のため大気圧センサ１５からの大気圧Ｐａ、目標ＥＧＲ率の補正のため水温センサ１６からの冷却水温度Ｔｗがそれぞれ入力され、さらに、吸入空気量（過給状態を含む) のフィードバック制御のためにエアフロメータ１７からの吸入空気量ＱＡＣが入力される。
【００１９】
図３は、前記可変容量ターボ過給機４の制御ブロック図を示す。概要を説明すると、デューティ制御弁１０のフィードフォワード制御量を算出する一方、目標吸入空気量の算出と実際の吸入空気量の検出を行い、フィードバック制御禁止領域では、前記フィードフォワード制御量に基づいてデューティ制御弁１０をデューティ制御することにより、過給機４の絞り制御をオープン制御とする。また、フィードバック制御領域では、前記目標吸入空気量と実際の吸入空気量とを比較してフィードバック補正量を算出し、フィードフォワード制御量とフィードバック補正量とに基づいてデューティ制御弁１０をデューティ制御することにより、過給機４の絞り制御をフィードバック制御とする。ここで、大気圧補正，過渡補正，目標ＥＧＲ率補正に対応した補正を併用すると共に、本発明に係る構成として、水温に基づいて目標吸入空気量の補正（高水温時目標吸入空気量補正演算) を行い、フィードバック制御時に水温に応じて過給機の制御量を補正し、水温の上昇を抑制する構成としている。
【００２０】
次に、各ブロックの動作を、図４以下に示すフローチャートに従って説明する。
図４，図５は、目標吸入空気量演算ルーチンのフローを示す。
ステップ（図ではＳと記す。以下同様) １では、機関回転速度Ｎと負荷代表値としての燃料噴射量Ｔｐに基づいて、マップからの検索等により目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ１を演算する。ここで、該吸入空気量ＱＣＳＳＰ１は、同一の運転状態で後述するように設定される目標ＥＧＲ率でＥＧＲ率を行うことを考慮して設定される。
【００２１】
ステップ２では、前記大気圧センサ１３によって検出された大気圧Ｐａと燃料噴射量Ｔｐとに基づいて、マップからの検索等により大気圧補正係数ＡＤＦ１を演算する。該大気圧補正係数ＡＤＦ１は、高地等では大気圧の低下により空気密度が減少するため、同一の目標吸入空気量では高負荷域での過給圧が増大し過ぎるのでその補正のために設定される。
【００２２】
ステップ３では、機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとに基づいてマップからの検索等により、目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭを演算する。
ステップ４では、前記水温センサ１４によって検出される冷却水温Ｔｗに基づいて、前記目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭに対する第１補正量ＫＥＧＲ１を演算する。
該第１補正量ＫＥＧＲ１は、一般に機関の低温条件ほどＮＯｘが発生しにくく、また、ＥＧＲにより発生量が増大するカーボンによりシリンダ壁が摩耗しやすくなることを考慮してＥＧＲ量を減少させる特性を持たせて設定される。この第１補正量ＫＥＧＲ１としては、他に燃料噴射時期、大気圧による補正などを算入するようにしてもよい。
【００２３】
ステップ５では、前記第１補正量ＫＥＧＲ１によるＥＧＲ率の変化に伴う吸入空気量の変化に対する補正を行うため、まず、シリンダへの総吸入ガス量（吸入空気量＋ＥＧＲガス量) を一定とした条件で、吸入空気量の変化率としての基本補正量Ａを、前記目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭと第１補正量ＫＥＧＲ１とに基づいて次式により算出する。但し、ＥＧＲ率の設定の相違に応じて２通りに算出される。
【００２４】
▲１▼ ＥＧＲ率がＥＧＲガス量／吸入空気量として設定される場合は、
Ａ＝（１＋ＭＥＧＲＭ) ／（ＫＥＧＲ１×ＭＥＧＲＭ＋１)
▲２▼ＥＧＲ率がＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量) として設定される場合は、
Ａ＝（１−ＫＥＧＲ１×ＭＥＧＲＭ) ／（１−ＭＥＧＲＭ)
実際には、ＥＧＲ率が変化すると、シリンダへの総吸入ガス量自体が変化するが少なくとも燃焼悪化等の無い範囲でＥＧＲを用いている運転範囲では、ＥＧＲ率の変化割合に対して一定の傾向を持つ。
【００２５】
このため、ステップ６では、前記第１補正量ＫＥＧＲ１に基づいて、ＥＧＲ率の変化に伴う体積効率変化に応じた吸入空気量の補正係数（体積効率補正係数) ＣＱＡＣＣを、マップからの検索等により演算する。
ステップ７では、前記基本補正量Ａと体積効率補正係数ＣＱＡＣＣとに基づいて、吸入空気量の補正量Ｚを次式により演算する。
【００２６】
Ｚ＝Ａ×ＣＱＡＣＣ
ステップ８では、目標吸入空気量補正係数ＶＮＥＧＲ２を、前記Ｚの関数ｆ（Ｚ) として演算する。
ステップ９では、前記目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ１を、ステップ８で算出した目標吸入空気量補正係数ＶＮＥＧＲ２に基づいて、次式のように補正し、補正後の吸入空気量ＱＣＳＳＰ１Ａを算出する。
【００２７】
ＱＣＳＳＰ１Ａ＝ＱＣＳＳＰ１×ＡＤＦ１×ＶＮＥＧＲ２
ステップ１０では、前記大気圧センサ１３によって検出された大気圧Ｐａと機関回転速度Ｎとに基づいて、マップからの検索等により目標吸入空気量制限値ＱＣＳＭＡＸを演算する。該目標吸入空気量制限値ＱＣＳＭＡＸは、高地等で大気圧の低下によりタービンの入口圧力と出口圧力の差圧の減少によって過給機の回転が過剰に増大することを制限するため設定される。
【００２８】
ステップ１１では、前記ステップ９で演算した補正後吸入空気量ＱＣＳＳＰ１Ａを、前記目標吸入空気量制限値ＱＣＳＭＡＸで制限した制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸを、補正後吸入空気量ＱＣＳＳＰ１Ａと目標吸入空気量制限値ＱＣＳＭＡＸとの小さい方を選択することにより求める。
次いで、本発明に係る高水温補正制御に移行する。以下、図１０を参照して説明する。
【００２９】
ステップ１２では、水温Ｔｗが補正開始水温である第１の設定値Ｔｗ１を超えているかを判定し、第１の設定値Ｔｗ１以下の場合は、水温による補正を行わないようにするため、ステップ１６へ進んで、最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２を１にセットし、ステップ１７で該最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２（＝１) を前記制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸに乗じた値、つまり制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸを、そのまま補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２として算出する。
【００３０】
同様に、ステップ１３で機関回転速度Ｎが第１の設定値Ｎ１を超えているか、ステップ１４で燃料噴射量Ｔｐが第１の設定値Ｔｐ１を超えているか、ステップ１５で水温の変化速度ΔＴｗが第１の設定値Ｄｔｗ１を超えているかを順次判定し、これら判定のいずれかが不成立（ＮＯ) である場合もステップ１６，ステップ１７へ進んで、水温による補正を行うことなく、前記制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸを、そのまま補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２として設定する。
【００３１】
そして、これらステップ１２〜ステップ１５の全ての条件が成立したとき、即ち、高水温，高回転高負荷時であって、かつ、水温の上昇速度が大きい場合は、水温が過度に上昇しやすい条件であるので、ステップ１８へ進み、水温による過給機制御量の補正を行う。
ステップ１８では、水温Ｔｗに基づいて高水温補正係数ＨＩＷＱ１をマップからの検索等により算出する。該高水温補正係数ＨＩＷＱ１は、水温が高いときほど、小さい値に設定されている。
【００３２】
ステップ１９では、水温Ｔｗの上昇変化率ΔＴｗが第２の設定値Ｄｔｗ２（≪Ｄｔｗ１) 以下に減少したかを判定する。
上昇変化率ΔＴｗが第２の設定値Ｄｔｗ２を超えているときは、ステップ２０へ進み、最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２を前記ＨＩＷＱ１にセットした後、ステップ１７へ進み、最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２（＝ＨＩＷＱ１) を前記制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸに乗じた値を、補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２として算出する。
【００３３】
このようにして、水温補正係数により目標吸入空気量を減少補正することにより、実際の吸入空気量を減少させるように過給機４の制御量が過給圧減少方向にフィードバック補正される結果、図１０に示すように、水温の上昇変化率ΔＴｗが減少し始める。
そして、前記のように水温の上昇変化率ΔＴｗが減少していって、水温Ｔｗが略ピークとなる状態でΔＴｗが前記第２の設定値Ｄｔｗ２以下となってステップ１９の判定が成立し、ステップ２１へ進む。
【００３４】
ステップ２１では、最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２を前回設定された値ＨＩＷＱ２（ｎ−１) と等しい値に維持し、ステップ２２へ進んで、該最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２を、前記制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸに乗じた値を補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２として算出する。このように、最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２をクランプすることにより、補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２が実質的にクランプされる。
【００３５】
このようにして目標吸入空気量が十分減少補正されたところでクランプすることにより、実際の吸入空気量及び過給圧（吸気圧) も十分減少した値に略一定にクランプされるので、水温は減少し続ける（図１０参照) 。
そして、ステップ２３で水温Ｔｗが第２の設定値Ｔｗ２（＜Ｔｗ１) 以下に減少したかを判定し、第２の設定値Ｔｗ２を超えている間は、前記クランプ状態を継続する。
【００３６】
前記クランプによる水温の減少により、ステップ２３で水温が第２の設定値Ｔｗ２以下に減少したと判定されると、十分水温Ｔｗが減少して一応水温補正が必要な耐熱条件を脱したと判断し、図１０に示すように、徐々に水温補正を解除していくランプ処理を行う。
即ち、ステップ２４では、水温補正係数の修正量であるランプ値Ｌを、単位時間当たりの修正量Ｌｈにステップ２４の判定成立後の経過時間ｔを乗じることによって演算する。
【００３７】
次いでステップ２５へ進み、最高水温補正係数ＨＩＷＱ２を、ＨＩＷＱ１に前記ランプ値Ｌを加算した値で修正する。
ステップ２６では、前記修正された最高水温補正係数ＨＩＷＱ２に前記制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸを乗じることにより、補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２を算出する。
【００３８】
ステップ２７では、前記最高水温補正係数ＨＩＷＱ２が水温補正無しの値である１になったかを判定し、１になるまでの間はステップ２４に戻ってランプ処理を継続し、１になった後は、ランプ処理を停止して水温補正無しの補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２に維持する。
次に、過給機４の過給制御用のデューティ制御弁８の基本デューティ値を演算するルーチンを、図６，図７のフローチャートに従って説明する。
【００３９】
ステップ３１で機関回転速度Ｎの増大変化量ΔＮ［＝（Ｎnew −Ｎold ) ］が設定値ＤＮ１以上かを判定し、ステップ３２で吸入空気量の増大変化量ΔＱＡＶＮＴ［＝（ＱＡＶＮＴnew −ＱＡＶＮＴold ) ］が設定値ＤＱ１以上かを判定し、いずれかが不成立（ＮＯ) の場合は、ステップ３３を経てステップ３４へ進み、機関回転速度Ｎと燃料噴射量Ｔｐとに基づいてマップからの検索等により、可変容量ターボ過給機（ＶＮＴ) ４の可動ベーンの基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１（＝デューティ制御弁８の基本デューティ値) をｆ１（Ｎ，Ｔｐ) として演算する。
【００４０】
また、ステップ３１及びステップ３２の判定がいずれも成立（ＹＥＳ) した場合、つまり機関回転速度Ｎ，吸入空気量ＱＡＶＮＴ共に大きく増大中で過給機４の回転が過度に増大して過給圧が過度に増大しやすい条件のときは、ステップ35へ進んで機関回転速度Ｎ，燃料噴射量Ｔｐに基づいてマップからの検索等により、基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１をｆ２（Ｎ，Ｔｐ) として演算する。ここで、該ｆ２（Ｎ，Ｔｐ) は、同一の（Ｎ，Ｔｐ) 条件での前記ｆ１（Ｎ，Ｔｐ) の値より小さい値に設定され、これにより、過給圧機４の可動ベーン開度を大きくして回転上昇を抑制し、過給圧の上昇を抑制する。
【００４１】
この状態から、ステップ３１又はステップ３２の判定のいずれかが不成立に転じると、ステップ３３で前回基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１がｆ２（Ｎ，Ｔｐ) として演算されたか否かの判定によりステップ３６へ進み、不成立に転じてからの経過時間Ｔｄが設定されたディレイ時間Ｔ１に達するまでは、ステップ３５へ進んで基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１が２がｆ２（Ｎ，Ｔｐ) として演算され続ける。
【００４２】
前記経過時間Ｔｄがディレイ時間Ｔ１に達すると、ステップ３７へ進み、Ｔ１に達してからの経過時間ＴＬが設定されたランプ時間Ｔ２に達するまでは、ステップ３８へ進んで基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１が次式により演算される。
ＤＵＴＢ１＝ｆ２（Ｎ，Ｔｐ) ＋Ｌｄ×ＴＬ
ここで、Ｌｄは経過時間ＴＬに乗じられるランプ係数であり、これにより、基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１は経過時間ＴＬの増大と共に所定の傾きで徐々に変化して同一（Ｎ，Ｔｐ) 条件でのｆ１（Ｎ，Ｔｐ) に近づけられる。
【００４３】
前記経過時間ＴＬがランプ時間Ｔ２に達した後は、ステップ３４へ進み、基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１がｆ１（Ｎ，Ｔｐ) として演算される。
即ち、基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１を、定常的な運転条件ではｆ１（Ｎ，Ｔｐ) で設定し、過給圧が上昇しやすい過渡的な条件になったときにｆ２（Ｎ，Ｔｐ) に切り換えて増大補正して設定し、該過渡的な条件から外れた後も所定のディレイ時間Ｔｄはｆ２（Ｎ，Ｔｐ) による設定を継続し、その後徐々に所定量Ｌｄずつ増加して設定しながら（Ｌｄは正の値) 、ｆ１（Ｎ，Ｔｐ) での設定に戻すようにするものであり、過渡条件での回転上昇防止操作は応答性良く速やかに行うが、戻し操作は徐々に行うことによりハンチングを防止する。
【００４４】
このようにして基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１を演算した後、ステップ３９では、大気圧Ｐａに基づいて、デューティ値の大気圧補正量ＡＤＦ２を演算する。これは、前記大気圧補正係数ＡＤＦ１と同様の理由で高地等で空気密度低下により過給圧が増大するのを抑制するため、過給機４のフィードフォワード制御量である基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１を補正するものである。
【００４５】
ステップ４１以降では、目標ＥＧＲ率の変化に対する補正を行う。該補正も前記大気圧補正と同様、フィードフォワード制御量である基本開度ＤＵＴＢ１を補正するものである。
ステップ４１〜ステップ４５は、前記目標吸入空気量演算ルーチンにおけるステップ４〜ステップ７と同様にして、目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲ，第１補正量ＫＥＧＲ１，基本補正量Ａ，体積効率補正係数ＣＱＡＣＣ，吸入空気量補正量Ｚが順次演算される。
【００４６】
そして、ステップ４６で、前記吸入空気量補正量Ｚに応じた過給機４の制御補正量としてデューティ値補正量ＶＥＧＲ［＝ｆ２（Ｚ) ］を演算する。
ステップ４７では、前記基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１を、前記大気圧補正量ＡＤＦ２及びデューティ値補正量ＶＥＧＲによって次式のように補正して、補正後デューティ値ＤＵＴＢ２を演算する。
【００４７】
ＤＵＴＢ２＝ＤＵＴＢ１×ＡＤＦ２×ＶＥＧＲ
次に、最終出力デューティ値の演算ルーチンを、図８，図９のフローチャートに従って説明する。
ステップ５１では、Ｐ（比例) 分、Ｉ（積分) 分を用いた過給機４のフィードバック制御におけるデューティ補正量ＤＵＴＳを、前記最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２と、エアフロメータ１５により検出された実際の吸入空気量ＱＡＶＮＴとの偏差（＝ＱＣＳＳＰ２−ＱＡＶＮＴ) に基づいて演算する。
【００４８】
ステップ５２では、吸入空気量の増大変化量ΔＱＡＶＮＴに基づいてＤＴ１制御デューティ補正量ＤＵＴＤＴを演算する。これは、吸入空気量の増大変化が大きいと過給圧が目標値より過度に上昇してしまうので、過給機４のベーン開度を増大補正するためのデューティ値補正量として設定される。
ステップ５３では、機関回転速度Ｎの増大変化量ΔＮが設定値ＤＮ２以上かを判定し、ステップ５４で吸入空気量の増大変化量ΔＱＡＶＮＴが設定値ＤＱ２以上かを判定し、両判定共に成立（ＹＥＳ) した場合は、過給機が過度に回転上昇しやすい急加速運転状態であるため、ステップ５５へ進んで前記ＤＴ１制御デューティ補正量ＤＵＴＤＴを用いて、最終的に出力されるデューティ値ＬＡＤＵＴＹを次式にように演算する。
【００４９】
ＬＡＤＵＴＹ＝ＤＵＴＢ２−ＤＵＴＤＴ
即ち、ＤＴ１制御デューティ補正量ＤＵＴＤＴで過給機４の開度を増大補正することより、過給機４の過度の回転上昇を早めに抑制できる。
この状態から、吸入空気量の増大変化量ΔＱＡＶＮＴについては設定値ＤＱ２未満になった場合は、ステップ５３からステップ５６へ進み、吸入空気量ＱＡＶＮＴが目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２に対して所定レベルＱＣＳＳＰＡ未満の偏差となるまで接近したかを判定し、接近した場合は、ステップ５７へ進んで吸入空気量の増大変化量ΔＱＡＶＮＴが設定値ＤＱ３（＜ＤＱ２) 以上あるかを判定し、設定値ＤＱ３以上あると判定された場合は、ステップ５５へ進んでＤＴ１制御デューティ補正量ＤＵＴＤＴによって過給機のベーン開度を増大する補正を行い、オーバーシュートを抑制しつつ速やかに目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２に近づけるようにする。
【００５０】
ステップ５３で機関回転速度Ｎの増大変化量ΔＮ［＝（Ｎnew −Ｎold ) ］が設定値ＤＮ２未満になったと判定された場合、又は、ステップ５６，ステップ５７のいずれかが不成立の場合は、ステップ５８へ進み過給制御の吸入空気量検出に基づくフィードバックを禁止する領域を判定するため、該禁止領域境界における燃料噴射量Ｔｍを機関回転速度Ｎの関数ｆ（Ｎ) として演算する。
【００５１】
ステップ５９で、燃料噴射量Ｔｐが前記燃料噴射量Ｔｍ以下であるフィードバック禁止領域であるかを判定する。
そして、ステップ５９でフィードバック禁止領域であると判定された場合は、ステップ６０へ進み、前記基本デューティ値演算ルーチンで求めた補正後デューティ値ＤＵＴＢ２を、そのまま最終出力デューティ値ＬＡＤＵＴＹとして出力する。
【００５２】
また、ステップ５９でフィードバック禁止領域でないと判定された場合は、ステップ６１へ進み、前記補正後デューティ値ＤＵＴＢ２にステップ６１で求めたフィードバック補正量としてのＰＩ制御デューティ補正量ＤＵＴＳを加算した値を、最終出力デューティ値ＬＡＤＵＴＹとして出力する。
このようにすれば、水温が上昇しやすい条件で、水温に応じて目標吸入空気量を補正することにより、吸入空気量，過給圧の上昇を抑制して水温の過度の上昇を抑制できる。
【００５３】
また、水温の上昇速度が所定値以下に低下したときに、十分に過給圧減少方向に補正された制御量で所定期間クランプすることにより、水温の減少を促進し、高水温状態から短時間で脱却して低水温状態にある時間割合を増大することができ、再度水温が上昇する耐熱条件に移行しにくくすることができる。
なお、クランプの開始を水温の上昇速度で判定する代わりに、上限設定温度を設定し、該上限設定温度以上となったときに、クランプを開始する構成とすることもできる。但し、この場合は、吸気温度条件等によって過給機制御量の補正後の水温のピーク値は異なるため、ピーク値が低い場合でもクランプ制御がなされるためには、上限設定温度を低めに設定する必要がある。したがって、外気温度等に基づいて上限設定温度を十分ピーク値に近づけるように可変に設定するのがよい。
【００５４】
また、クランプを終了させる水温（下限設定温度) を外気温度によって可変に設定する構成として、より適切なクランプ期間に制御することもできる。
但し、簡易的には、クランプを予め設定した時間行うようにしてもよい。
また、前記クランプの終了後は、前記ランプ処理を行って徐々に水温に対する補正無しの制御量に近づけて運転状態に応じた通常制御に復帰させるようにしたため、吸入空気量，過給圧を徐々に変化させて運転性の悪化を抑制しつつ徐々に通常制御に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施の形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上の実施の形態の過給機の制御ブロック図。
【図４】同上の過給機制御における目標吸入空気量演算ルーチンの前段を示すフローチャート。
【図５】同じく目標吸入空気量演算ルーチンの後段を示すフローチャート。
【図６】基本デューティ値演算ルーチンの前段を示すフローチャート。
【図７】同じく基本デューティ値演算ルーチンの後段を示すフローチャート。
【図８】同じく最終出力デューティ値の演算ルーチンの前段を示すフローチャート。
【図９】同じく最終出力デューティ値の演算ルーチンの後段を示すフローチャート。
【図１０】本発明に係る制御時の各種状態量の変化を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ ディーゼル機関
４ 可変容量ターボ過給機
５ アクチュエータ
１０ デューティ制御弁
１４ コントロールユニット
１６ 水温センサ
１７ エアフロメータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量を可変に制御する可変容量ターボ過給機を搭載した内燃機関において、機関冷却水温度に関連した過給機の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気の流動エネルギによりタービン及び該タービンに連結したコンプレッサを駆動し、吸気圧力を加圧して過給する内燃機関のターボ過給機において、タービンの入口面積を可変に制御できる可変容量ターボ過給機が知られ、このものでは、機関の運転条件に応じてタービン入口面積の絞り量を制御することにより適切な過給状態に制御できる（特開昭５８−１７６４１７号公報等参照) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼル機関で前記可変容量ターボ過給機を備える場合、吸気温度上昇時に空気密度低下による吸入空気量の減少を抑制するため、過給圧を上昇する制御を行うと、高回転高負荷域等で機関冷却水温度（以下適宜水温と略す) が過度に上昇してしまうことがあった。即ち、過給圧を上昇させるために過給機の絞り量を大きくすると排圧の上昇によってポンピングロスが増大するため燃費が悪化し、そのため燃料が増量補正されると共に該燃料の増量に応じて吸入空気量も増量されるため、燃焼温度が上昇し、水温を上昇させるものである。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、水温状態に応じて可変容量ターボ過給機を制御することにより、水温の過度の上昇を抑制しつつ適切な過給性能が得られるようにした内燃機関の過給制御装置を提供することを目的する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に係る発明は、図１に示すように、
過給状態を可変に制御する可変容量ターボ過給機を搭載した内燃機関の過給制御装置において、
機関の冷却水温度を検出する水温検出手段と、
検出された機関冷却水温度に基づいて前記過給機の制御量を補正する過給制御量補正手段と、を備え、
前記過給制御量補正手段は、過給機の制御量を機関冷却水温度の増大に応じて過給圧減少方向に補正している間に、機関冷却水温度の上昇速度が所定値以下に低下したときに、該制御量を所定期間クランプすることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、
過給状態を可変に制御する可変容量ターボ過給機を搭載した内燃機関の過給制御装置において、
機関の冷却水温度を検出する水温検出手段と、
検出された機関冷却水温度に基づいて前記過給機の制御量を補正する過給制御量補正手段と、を備え、
前記過給制御量補正手段は、過給機の制御量を機関冷却水温度の増大に応じて過給圧減少方向に補正している間に、機関冷却水温度が上限設定温度以上となったときに、該制御量を所定期間クランプすることを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、
機関冷却水温度が下限設定温度以下に低下したとき、前記制御量のクランプを終了することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に係る発明は、
前記下限設定温度は、外気温度によって可変に設定されることを特徴とする。
また、請求項５に係る発明は、
前記制御量のクランプは、予め設定された時間行われることを特徴とする。
また、請求項６に係る発明は、
前記制御量のクランプ終了後、該制御量を機関冷却水温度に対する補正無しの値に徐々に近づけるランプ制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項７に係る発明は、
前記過給機は、所定の条件で吸入空気量又は過給圧を目標値に近づけるようにフィードバック制御され、前記過給制御量補正手段は、前記フィードバック制御時に前記目標値を補正することを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によると、
【発明の効果】
請求項１に係る発明によると、
過給機の制御量の水温に応じた過給圧減少方向への補正を継続すると水温の上昇速度が徐々に減少する。このまま補正を継続すると水温はピークに達した後下がり始めるが、補正により水温の低下に応じて過給機の制御量を増大させると、水温の減少が鈍り高水温状態に維持される期間が延びてしまう。そこで、水温の上昇速度が所定値以下に低下したときに、十分に過給圧減少方向に補正された制御量で所定期間クランプすることにより、水温の減少を促進し、高水温状態から短時間で脱却して低水温状態にある時間割合を増大することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明によると、
水温に応じた過給機制御量の補正後、水温が上限設定温度以上となったときに、過給圧減少方向に補正された制御量で所定期間クランプすることにより、水温の減少を促進し、高水温状態から短時間で脱却して低水温状態にある時間割合を増大することができる。なお、吸気温度条件等によって過給機制御量の補正後の水温のピーク値は異なるため、ピーク値が低い場合でもクランプ制御がなされるためには、上限設定温度を低めに設定する必要があるが、外気温度等に基づいて上限設定温度を十分ピーク値に近づけるように可変に設定するようにしてもよい。
【００１３】
請求項３に係る発明によると、
過給圧減少方向に補正された制御量でクランプすることにより、水温を減少させ、下限設定温度以下に低下するまでクランプを継続することにより、十分な期間低水温状態に維持することができ、また、必要以上の期間クランプすることなく運転状態に応じた通常制御へ復帰させることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明によると、
前記下限設定温度を、外気温度によって可変に設定することにより、より適切なクランプ期間に制御することができる。
請求項５に係る発明によると、
クランプ期間を時間で設定することにより、簡易な制御となる。
【００１５】
請求項６に係る発明によると、
前記制御量のクランプ終了後は、水温に対する補正無しの値として運転状態に応じた通常制御に復帰させる必要があるが、急激に復帰させると吸入空気量の急変によって運転性が悪化する。そこで、ランプ制御によって運転性の悪化を抑制しつつ徐々に通常制御に復帰させることができる。
【００１６】
請求項７に係る発明によると、
過給機の制御量に対して水温に応じた補正を行っても、直ぐに吸入空気量又は過給圧が反応するわけではなく、また、過給機の制御量のオープン制御値を直接補正することは、通常制御に影響を与えるので、吸入空気量又は過給圧の目標値を水温で補正することでフィードバック制御によって過給機の制御量を補正する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図２は、可変容量ターボ過給機を搭載した本発明に係るディーゼル機関の概略構成を示す。図において、機関１の排気通路２にタービン部４Ａを介在させ、吸気通路３にコンプレッサ部４Ｂを介在させた可変容量ターボ過給機４が搭載されている。該可変容量ターボ過給機４は、タービン部４Ａのタービン入口面積を可変に絞る可動ベーンを備えており、該可動ベーンの絞り量をアクチュエータ５によって制御することにより、過給圧を増減制御できるようになっている。即ち、前記アクチュエータ５は、ダイアフラム式の負圧アクチュエータによって構成され、真空ポンプ６によって発生し、一方向弁７を介してリザーバタンク８内に蓄圧された負圧を、吸気通路３に装着されたエアクリーナ９からの大気圧によって希釈する割合をデューティ制御弁１０でデューティ制御することにより、前記アクチュエータ５に供給される負圧を制御する。そして、前記デューティ制御弁１０の制御デューティ値を増加すると、大気圧の導入割合が減少してアクチュエータ５への供給負圧が増大し、過給機４の可動ベーンの絞り量が増大（タービン入口面積が減少) して排気流速が増大し過給圧が増大するようになっている。また、前記制御デューティ値を減少すると、前記とは逆に大気圧の導入割合が増大してアクチュエータ５への供給負圧が減少し、可動ベーンの絞り量が減少して排気流速が減少し過給圧が減少するようになっている。前記コンプレッサ４Ｂで過給された吸気は、インタークーラ１１を介して冷却されて機関１に吸入される。
【００１８】
また、前記排気通路２と吸気通路３とが、ＥＧＲ通路１２を介して接続されており、該ＥＧＲ通路１２の途中にＥＧＲ弁１３が設けられている。該ＥＧＲ弁13は、ステップモータ等で構成される図示しないアクチュエータにより全閉位置から全開位置まで略連続的に開度が制御される。
前記過給機４制御用のデューティ制御弁１０及びＥＧＲ弁１３を制御するコントロールユニット１４は、入出力回路及びメモリを備えたマイクロコンピュータによって構成され、本発明に係る各種演算手段の機能を有している。コントロールユニット１４には、燃料噴射量や燃料噴射時期を決定するための基本的な運転状態パラメータとして、機関回転速度Ｎ及び負荷代表値としての燃料噴射量Ｔｐが入力されるが、これらはデューティ制御弁１０の制御デューティ値つまり過給機４の絞り制御量や目標ＥＧＲ率の決定及びその補正などにも用いられる。また、前記絞り制御量の補正のため大気圧センサ１５からの大気圧Ｐａ、目標ＥＧＲ率の補正のため水温センサ１６からの冷却水温度Ｔｗがそれぞれ入力され、さらに、吸入空気量（過給状態を含む) のフィードバック制御のためにエアフロメータ１７からの吸入空気量ＱＡＣが入力される。
【００１９】
図３は、前記可変容量ターボ過給機４の制御ブロック図を示す。概要を説明すると、デューティ制御弁１０のフィードフォワード制御量を算出する一方、目標吸入空気量の算出と実際の吸入空気量の検出を行い、フィードバック制御禁止領域では、前記フィードフォワード制御量に基づいてデューティ制御弁１０をデューティ制御することにより、過給機４の絞り制御をオープン制御とする。また、フィードバック制御領域では、前記目標吸入空気量と実際の吸入空気量とを比較してフィードバック補正量を算出し、フィードフォワード制御量とフィードバック補正量とに基づいてデューティ制御弁１０をデューティ制御することにより、過給機４の絞り制御をフィードバック制御とする。ここで、大気圧補正，過渡補正，目標ＥＧＲ率補正に対応した補正を併用すると共に、本発明に係る構成として、水温に基づいて目標吸入空気量の補正（高水温時目標吸入空気量補正演算) を行い、フィードバック制御時に水温に応じて過給機の制御量を補正し、水温の上昇を抑制する構成としている。
【００２０】
次に、各ブロックの動作を、図４以下に示すフローチャートに従って説明する。
図４，図５は、目標吸入空気量演算ルーチンのフローを示す。
ステップ（図ではＳと記す。以下同様) １では、機関回転速度Ｎと負荷代表値としての燃料噴射量Ｔｐに基づいて、マップからの検索等により目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ１を演算する。ここで、該吸入空気量ＱＣＳＳＰ１は、同一の運転状態で後述するように設定される目標ＥＧＲ率でＥＧＲ率を行うことを考慮して設定される。
【００２１】
ステップ２では、前記大気圧センサ１３によって検出された大気圧Ｐａと燃料噴射量Ｔｐとに基づいて、マップからの検索等により大気圧補正係数ＡＤＦ１を演算する。該大気圧補正係数ＡＤＦ１は、高地等では大気圧の低下により空気密度が減少するため、同一の目標吸入空気量では高負荷域での過給圧が増大し過ぎるのでその補正のために設定される。
【００２２】
ステップ３では、機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとに基づいてマップからの検索等により、目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭを演算する。
ステップ４では、前記水温センサ１４によって検出される冷却水温Ｔｗに基づいて、前記目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭに対する第１補正量ＫＥＧＲ１を演算する。
該第１補正量ＫＥＧＲ１は、一般に機関の低温条件ほどＮＯｘが発生しにくく、また、ＥＧＲにより発生量が増大するカーボンによりシリンダ壁が摩耗しやすくなることを考慮してＥＧＲ量を減少させる特性を持たせて設定される。この第１補正量ＫＥＧＲ１としては、他に燃料噴射時期、大気圧による補正などを算入するようにしてもよい。
【００２３】
ステップ５では、前記第１補正量ＫＥＧＲ１によるＥＧＲ率の変化に伴う吸入空気量の変化に対する補正を行うため、まず、シリンダへの総吸入ガス量（吸入空気量＋ＥＧＲガス量) を一定とした条件で、吸入空気量の変化率としての基本補正量Ａを、前記目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲＭと第１補正量ＫＥＧＲ１とに基づいて次式により算出する。但し、ＥＧＲ率の設定の相違に応じて２通りに算出される。
【００２４】
▲１▼ ＥＧＲ率がＥＧＲガス量／吸入空気量として設定される場合は、
Ａ＝（１＋ＭＥＧＲＭ) ／（ＫＥＧＲ１×ＭＥＧＲＭ＋１)
▲２▼ＥＧＲ率がＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量) として設定される場合は、
Ａ＝（１−ＫＥＧＲ１×ＭＥＧＲＭ) ／（１−ＭＥＧＲＭ)
実際には、ＥＧＲ率が変化すると、シリンダへの総吸入ガス量自体が変化するが少なくとも燃焼悪化等の無い範囲でＥＧＲを用いている運転範囲では、ＥＧＲ率の変化割合に対して一定の傾向を持つ。
【００２５】
このため、ステップ６では、前記第１補正量ＫＥＧＲ１に基づいて、ＥＧＲ率の変化に伴う体積効率変化に応じた吸入空気量の補正係数（体積効率補正係数) ＣＱＡＣＣを、マップからの検索等により演算する。
ステップ７では、前記基本補正量Ａと体積効率補正係数ＣＱＡＣＣとに基づいて、吸入空気量の補正量Ｚを次式により演算する。
【００２６】
Ｚ＝Ａ×ＣＱＡＣＣ
ステップ８では、目標吸入空気量補正係数ＶＮＥＧＲ２を、前記Ｚの関数ｆ（Ｚ) として演算する。
ステップ９では、前記目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ１を、ステップ８で算出した目標吸入空気量補正係数ＶＮＥＧＲ２に基づいて、次式のように補正し、補正後の吸入空気量ＱＣＳＳＰ１Ａを算出する。
【００２７】
ＱＣＳＳＰ１Ａ＝ＱＣＳＳＰ１×ＡＤＦ１×ＶＮＥＧＲ２
ステップ１０では、前記大気圧センサ１３によって検出された大気圧Ｐａと機関回転速度Ｎとに基づいて、マップからの検索等により目標吸入空気量制限値ＱＣＳＭＡＸを演算する。該目標吸入空気量制限値ＱＣＳＭＡＸは、高地等で大気圧の低下によりタービンの入口圧力と出口圧力の差圧の減少によって過給機の回転が過剰に増大することを制限するため設定される。
【００２８】
ステップ１１では、前記ステップ９で演算した補正後吸入空気量ＱＣＳＳＰ１Ａを、前記目標吸入空気量制限値ＱＣＳＭＡＸで制限した制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸを、補正後吸入空気量ＱＣＳＳＰ１Ａと目標吸入空気量制限値ＱＣＳＭＡＸとの小さい方を選択することにより求める。
次いで、本発明に係る高水温補正制御に移行する。以下、図１０を参照して説明する。
【００２９】
ステップ１２では、水温Ｔｗが補正開始水温である第１の設定値Ｔｗ１を超えているかを判定し、第１の設定値Ｔｗ１以下の場合は、水温による補正を行わないようにするため、ステップ１６へ進んで、最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２を１にセットし、ステップ１７で該最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２（＝１) を前記制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸに乗じた値、つまり制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸを、そのまま補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２として算出する。
【００３０】
同様に、ステップ１３で機関回転速度Ｎが第１の設定値Ｎ１を超えているか、ステップ１４で燃料噴射量Ｔｐが第１の設定値Ｔｐ１を超えているか、ステップ１５で水温の変化速度ΔＴｗが第１の設定値Ｄｔｗ１を超えているかを順次判定し、これら判定のいずれかが不成立（ＮＯ) である場合もステップ１６，ステップ１７へ進んで、水温による補正を行うことなく、前記制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸを、そのまま補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２として設定する。
【００３１】
そして、これらステップ１２〜ステップ１５の全ての条件が成立したとき、即ち、高水温，高回転高負荷時であって、かつ、水温の上昇速度が大きい場合は、水温が過度に上昇しやすい条件であるので、ステップ１８へ進み、水温による過給機制御量の補正を行う。
ステップ１８では、水温Ｔｗに基づいて高水温補正係数ＨＩＷＱ１をマップからの検索等により算出する。該高水温補正係数ＨＩＷＱ１は、水温が高いときほど、小さい値に設定されている。
【００３２】
ステップ１９では、水温Ｔｗの上昇変化率ΔＴｗが第２の設定値Ｄｔｗ２（≪Ｄｔｗ１) 以下に減少したかを判定する。
上昇変化率ΔＴｗが第２の設定値Ｄｔｗ２を超えているときは、ステップ２０へ進み、最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２を前記ＨＩＷＱ１にセットした後、ステップ１７へ進み、最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２（＝ＨＩＷＱ１) を前記制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸに乗じた値を、補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２として算出する。
【００３３】
このようにして、水温補正係数により目標吸入空気量を減少補正することにより、実際の吸入空気量を減少させるように過給機４の制御量が過給圧減少方向にフィードバック補正される結果、図１０に示すように、水温の上昇変化率ΔＴｗが減少し始める。
そして、前記のように水温の上昇変化率ΔＴｗが減少していって、水温Ｔｗが略ピークとなる状態でΔＴｗが前記第２の設定値Ｄｔｗ２以下となってステップ１９の判定が成立し、ステップ２１へ進む。
【００３４】
ステップ２１では、最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２を前回設定された値ＨＩＷＱ２（ｎ−１) と等しい値に維持し、ステップ２２へ進んで、該最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２を、前記制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸに乗じた値を補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２として算出する。このように、最終高水温補正係数ＨＩＷＱ２をクランプすることにより、補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２が実質的にクランプされる。
【００３５】
このようにして目標吸入空気量が十分減少補正されたところでクランプすることにより、実際の吸入空気量及び過給圧（吸気圧) も十分減少した値に略一定にクランプされるので、水温は減少し続ける（図１０参照) 。
そして、ステップ２３で水温Ｔｗが第２の設定値Ｔｗ２（＜Ｔｗ１) 以下に減少したかを判定し、第２の設定値Ｔｗ２を超えている間は、前記クランプ状態を継続する。
【００３６】
前記クランプによる水温の減少により、ステップ２３で水温が第２の設定値Ｔｗ２以下に減少したと判定されると、十分水温Ｔｗが減少して一応水温補正が必要な耐熱条件を脱したと判断し、図１０に示すように、徐々に水温補正を解除していくランプ処理を行う。
即ち、ステップ２４では、水温補正係数の修正量であるランプ値Ｌを、単位時間当たりの修正量Ｌｈにステップ２４の判定成立後の経過時間ｔを乗じることによって演算する。
【００３７】
次いでステップ２５へ進み、最高水温補正係数ＨＩＷＱ２を、ＨＩＷＱ１に前記ランプ値Ｌを加算した値で修正する。
ステップ２６では、前記修正された最高水温補正係数ＨＩＷＱ２に前記制限後目標吸入空気量ＱＣＳＳＰＭＸを乗じることにより、補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２を算出する。
【００３８】
ステップ２７では、前記最高水温補正係数ＨＩＷＱ２が水温補正無しの値である１になったかを判定し、１になるまでの間はステップ２４に戻ってランプ処理を継続し、１になった後は、ランプ処理を停止して水温補正無しの補正後最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２に維持する。
次に、過給機４の過給制御用のデューティ制御弁８の基本デューティ値を演算するルーチンを、図６，図７のフローチャートに従って説明する。
【００３９】
ステップ３１で機関回転速度Ｎの増大変化量ΔＮ［＝（Ｎnew −Ｎold ) ］が設定値ＤＮ１以上かを判定し、ステップ３２で吸入空気量の増大変化量ΔＱＡＶＮＴ［＝（ＱＡＶＮＴnew −ＱＡＶＮＴold ) ］が設定値ＤＱ１以上かを判定し、いずれかが不成立（ＮＯ) の場合は、ステップ３３を経てステップ３４へ進み、機関回転速度Ｎと燃料噴射量Ｔｐとに基づいてマップからの検索等により、可変容量ターボ過給機（ＶＮＴ) ４の可動ベーンの基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１（＝デューティ制御弁８の基本デューティ値) をｆ１（Ｎ，Ｔｐ) として演算する。
【００４０】
また、ステップ３１及びステップ３２の判定がいずれも成立（ＹＥＳ) した場合、つまり機関回転速度Ｎ，吸入空気量ＱＡＶＮＴ共に大きく増大中で過給機４の回転が過度に増大して過給圧が過度に増大しやすい条件のときは、ステップ35へ進んで機関回転速度Ｎ，燃料噴射量Ｔｐに基づいてマップからの検索等により、基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１をｆ２（Ｎ，Ｔｐ) として演算する。ここで、該ｆ２（Ｎ，Ｔｐ) は、同一の（Ｎ，Ｔｐ) 条件での前記ｆ１（Ｎ，Ｔｐ) の値より小さい値に設定され、これにより、過給圧機４の可動ベーン開度を大きくして回転上昇を抑制し、過給圧の上昇を抑制する。
【００４１】
この状態から、ステップ３１又はステップ３２の判定のいずれかが不成立に転じると、ステップ３３で前回基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１がｆ２（Ｎ，Ｔｐ) として演算されたか否かの判定によりステップ３６へ進み、不成立に転じてからの経過時間Ｔｄが設定されたディレイ時間Ｔ１に達するまでは、ステップ３５へ進んで基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１が２がｆ２（Ｎ，Ｔｐ) として演算され続ける。
【００４２】
前記経過時間Ｔｄがディレイ時間Ｔ１に達すると、ステップ３７へ進み、Ｔ１に達してからの経過時間ＴＬが設定されたランプ時間Ｔ２に達するまでは、ステップ３８へ進んで基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１が次式により演算される。
ＤＵＴＢ１＝ｆ２（Ｎ，Ｔｐ) ＋Ｌｄ×ＴＬ
ここで、Ｌｄは経過時間ＴＬに乗じられるランプ係数であり、これにより、基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１は経過時間ＴＬの増大と共に所定の傾きで徐々に変化して同一（Ｎ，Ｔｐ) 条件でのｆ１（Ｎ，Ｔｐ) に近づけられる。
【００４３】
前記経過時間ＴＬがランプ時間Ｔ２に達した後は、ステップ３４へ進み、基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１がｆ１（Ｎ，Ｔｐ) として演算される。
即ち、基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１を、定常的な運転条件ではｆ１（Ｎ，Ｔｐ) で設定し、過給圧が上昇しやすい過渡的な条件になったときにｆ２（Ｎ，Ｔｐ) に切り換えて増大補正して設定し、該過渡的な条件から外れた後も所定のディレイ時間Ｔｄはｆ２（Ｎ，Ｔｐ) による設定を継続し、その後徐々に所定量Ｌｄずつ増加して設定しながら（Ｌｄは正の値) 、ｆ１（Ｎ，Ｔｐ) での設定に戻すようにするものであり、過渡条件での回転上昇防止操作は応答性良く速やかに行うが、戻し操作は徐々に行うことによりハンチングを防止する。
【００４４】
このようにして基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１を演算した後、ステップ３９では、大気圧Ｐａに基づいて、デューティ値の大気圧補正量ＡＤＦ２を演算する。これは、前記大気圧補正係数ＡＤＦ１と同様の理由で高地等で空気密度低下により過給圧が増大するのを抑制するため、過給機４のフィードフォワード制御量である基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１を補正するものである。
【００４５】
ステップ４１以降では、目標ＥＧＲ率の変化に対する補正を行う。該補正も前記大気圧補正と同様、フィードフォワード制御量である基本開度ＤＵＴＢ１を補正するものである。
ステップ４１〜ステップ４５は、前記目標吸入空気量演算ルーチンにおけるステップ４〜ステップ７と同様にして、目標ＥＧＲ率ＭＥＧＲ，第１補正量ＫＥＧＲ１，基本補正量Ａ，体積効率補正係数ＣＱＡＣＣ，吸入空気量補正量Ｚが順次演算される。
【００４６】
そして、ステップ４６で、前記吸入空気量補正量Ｚに応じた過給機４の制御補正量としてデューティ値補正量ＶＥＧＲ［＝ｆ２（Ｚ) ］を演算する。
ステップ４７では、前記基本ＶＮＴ開度ＤＵＴＢ１を、前記大気圧補正量ＡＤＦ２及びデューティ値補正量ＶＥＧＲによって次式のように補正して、補正後デューティ値ＤＵＴＢ２を演算する。
【００４７】
ＤＵＴＢ２＝ＤＵＴＢ１×ＡＤＦ２×ＶＥＧＲ
次に、最終出力デューティ値の演算ルーチンを、図８，図９のフローチャートに従って説明する。
ステップ５１では、Ｐ（比例) 分、Ｉ（積分) 分を用いた過給機４のフィードバック制御におけるデューティ補正量ＤＵＴＳを、前記最終目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２と、エアフロメータ１５により検出された実際の吸入空気量ＱＡＶＮＴとの偏差（＝ＱＣＳＳＰ２−ＱＡＶＮＴ) に基づいて演算する。
【００４８】
ステップ５２では、吸入空気量の増大変化量ΔＱＡＶＮＴに基づいてＤＴ１制御デューティ補正量ＤＵＴＤＴを演算する。これは、吸入空気量の増大変化が大きいと過給圧が目標値より過度に上昇してしまうので、過給機４のベーン開度を増大補正するためのデューティ値補正量として設定される。
ステップ５３では、機関回転速度Ｎの増大変化量ΔＮが設定値ＤＮ２以上かを判定し、ステップ５４で吸入空気量の増大変化量ΔＱＡＶＮＴが設定値ＤＱ２以上かを判定し、両判定共に成立（ＹＥＳ) した場合は、過給機が過度に回転上昇しやすい急加速運転状態であるため、ステップ５５へ進んで前記ＤＴ１制御デューティ補正量ＤＵＴＤＴを用いて、最終的に出力されるデューティ値ＬＡＤＵＴＹを次式にように演算する。
【００４９】
ＬＡＤＵＴＹ＝ＤＵＴＢ２−ＤＵＴＤＴ
即ち、ＤＴ１制御デューティ補正量ＤＵＴＤＴで過給機４の開度を増大補正することより、過給機４の過度の回転上昇を早めに抑制できる。
この状態から、吸入空気量の増大変化量ΔＱＡＶＮＴについては設定値ＤＱ２未満になった場合は、ステップ５３からステップ５６へ進み、吸入空気量ＱＡＶＮＴが目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２に対して所定レベルＱＣＳＳＰＡ未満の偏差となるまで接近したかを判定し、接近した場合は、ステップ５７へ進んで吸入空気量の増大変化量ΔＱＡＶＮＴが設定値ＤＱ３（＜ＤＱ２) 以上あるかを判定し、設定値ＤＱ３以上あると判定された場合は、ステップ５５へ進んでＤＴ１制御デューティ補正量ＤＵＴＤＴによって過給機のベーン開度を増大する補正を行い、オーバーシュートを抑制しつつ速やかに目標吸入空気量ＱＣＳＳＰ２に近づけるようにする。
【００５０】
ステップ５３で機関回転速度Ｎの増大変化量ΔＮ［＝（Ｎnew −Ｎold ) ］が設定値ＤＮ２未満になったと判定された場合、又は、ステップ５６，ステップ５７のいずれかが不成立の場合は、ステップ５８へ進み過給制御の吸入空気量検出に基づくフィードバックを禁止する領域を判定するため、該禁止領域境界における燃料噴射量Ｔｍを機関回転速度Ｎの関数ｆ（Ｎ) として演算する。
【００５１】
ステップ５９で、燃料噴射量Ｔｐが前記燃料噴射量Ｔｍ以下であるフィードバック禁止領域であるかを判定する。
そして、ステップ５９でフィードバック禁止領域であると判定された場合は、ステップ６０へ進み、前記基本デューティ値演算ルーチンで求めた補正後デューティ値ＤＵＴＢ２を、そのまま最終出力デューティ値ＬＡＤＵＴＹとして出力する。
【００５２】
また、ステップ５９でフィードバック禁止領域でないと判定された場合は、ステップ６１へ進み、前記補正後デューティ値ＤＵＴＢ２にステップ６１で求めたフィードバック補正量としてのＰＩ制御デューティ補正量ＤＵＴＳを加算した値を、最終出力デューティ値ＬＡＤＵＴＹとして出力する。
このようにすれば、水温が上昇しやすい条件で、水温に応じて目標吸入空気量を補正することにより、吸入空気量，過給圧の上昇を抑制して水温の過度の上昇を抑制できる。
【００５３】
また、水温の上昇速度が所定値以下に低下したときに、十分に過給圧減少方向に補正された制御量で所定期間クランプすることにより、水温の減少を促進し、高水温状態から短時間で脱却して低水温状態にある時間割合を増大することができ、再度水温が上昇する耐熱条件に移行しにくくすることができる。
なお、クランプの開始を水温の上昇速度で判定する代わりに、上限設定温度を設定し、該上限設定温度以上となったときに、クランプを開始する構成とすることもできる。但し、この場合は、吸気温度条件等によって過給機制御量の補正後の水温のピーク値は異なるため、ピーク値が低い場合でもクランプ制御がなされるためには、上限設定温度を低めに設定する必要がある。したがって、外気温度等に基づいて上限設定温度を十分ピーク値に近づけるように可変に設定するのがよい。
【００５４】
また、クランプを終了させる水温（下限設定温度) を外気温度によって可変に設定する構成として、より適切なクランプ期間に制御することもできる。
但し、簡易的には、クランプを予め設定した時間行うようにしてもよい。
また、前記クランプの終了後は、前記ランプ処理を行って徐々に水温に対する補正無しの制御量に近づけて運転状態に応じた通常制御に復帰させるようにしたため、吸入空気量，過給圧を徐々に変化させて運転性の悪化を抑制しつつ徐々に通常制御に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施の形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上の実施の形態の過給機の制御ブロック図。
【図４】同上の過給機制御における目標吸入空気量演算ルーチンの前段を示すフローチャート。
【図５】同じく目標吸入空気量演算ルーチンの後段を示すフローチャート。
【図６】基本デューティ値演算ルーチンの前段を示すフローチャート。
【図７】同じく基本デューティ値演算ルーチンの後段を示すフローチャート。
【図８】同じく最終出力デューティ値の演算ルーチンの前段を示すフローチャート。
【図９】同じく最終出力デューティ値の演算ルーチンの後段を示すフローチャート。
【図１０】本発明に係る制御時の各種状態量の変化を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ ディーゼル機関
４ 可変容量ターボ過給機
５ アクチュエータ
１０ デューティ制御弁
１４ コントロールユニット
１６ 水温センサ
１７ エアフロメータ
Claims (7)
- 過給状態を可変に制御する可変容量ターボ過給機を搭載した内燃機関の過給制御装置において、
機関の冷却水温度を検出する水温検出手段と、
検出された機関冷却水温度に基づいて前記過給機の制御量を補正する過給制御量補正手段と、を備え、
前記過給制御量補正手段は、過給機の制御量を機関冷却水温度の増大に応じて過給圧減少方向に補正している間に、機関冷却水温度の上昇速度が所定値以下に低下したときに、該制御量を所定期間クランプすることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。 - 過給状態を可変に制御する可変容量ターボ過給機を搭載した内燃機関の過給制御装置において、
機関の冷却水温度を検出する水温検出手段と、
検出された機関冷却水温度に基づいて前記過給機の制御量を補正する過給制御量補正手段と、を備え、
前記過給制御量補正手段は、過給機の制御量を機関冷却水温度の増大に応じて過給圧減少方向に補正している間に、機関冷却水温度が上限設定温度以上となったときに、該制御量を所定期間クランプすることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。 - 機関冷却水温度が下限設定温度以下に低下したとき、前記制御量のクランプを終了することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の過給制御装置。
- 前記下限設定温度は、外気温度によって可変に設定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の過給制御装置。
- 前記制御量のクランプは、予め設定された時間行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の過給制御装置。
- 前記制御量のクランプ終了後、該制御量を機関冷却水温度に対する補正無しの値に徐々に近づけるランプ制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置。
- 前記過給機は、所定の条件で吸入空気量又は過給圧を目標値に近づけるようにフィードバック制御され、前記過給制御量補正手段は、前記フィードバック制御時に前記目標値を補正することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の過給制御装置。
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