JP4204420B2 - 可変容量型ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段の上流側であって且つタービンホイールの上流側の排気ガスの流路面積を制御することで過給圧を調整する可変容量型ターボチャージャの制御装置に関する。

周知のように、ターボチャージャは、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイールと、同機関の吸気通路内の空気を強制的に燃焼室へと送り込むコンプレッサホイールとを備えている。これらタービンホイール及びコンプレッサホイールは、ロータシャフトを介して一体回転可能に連結されている。そして、タービンホイールに排気ガスが吹き付けられ同ホイールが回転すると、その回転はロータシャフトを介してコンプレッサホイールに伝達される。こうしてコンプレッサホイールが回転することにより、吸気通路内の空気が強制的に燃焼室に送り込まれるようになる。

さらに近年、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流量、流速等を可変制御することで、内燃機関の運転状態に応じて過給圧を最適なものとする可変容量型ターボチャージャが実用されるに至っている。こうした可変容量型ターボチャージャとしては、例えば可変ノズル型ターボチャージャがある。

この可変ノズル型ターボチャージャは、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスが通過する排気ガス流路を備えている。そして、排気ガス流路は、タービンホイールの外周を囲うように同ホイールの回転方向に沿って形成されている。したがって、排気ガス流路を通過した排気ガスは、タービンホイールの軸線へ向かって吹き付けられることになる。このような排気ガス流路には、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を可変とするための複数のノズルベーンが設けられている。これらノズルベーンは、タービンホイールの軸線を中心とする等角度ごとに設置され、互いに同期した状態で開閉動作する。

タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速は、上記ノズルベーンを同期して開閉動作させ、隣り合うノズルベーン間の隙間の大きさ、すなわちノズルベーンの開度を変化させることで調整される。こうしてノズルベーンを開閉させて上記排気ガスの流速調整を行うことで、タービンホイールの回転速度が調整される。そして、タービンホイールの回転速度が調整されることにより、内燃機関の過給圧が調整される。

一方、内燃機関の排気通路には、排気ガスを浄化する浄化手段が設けられている。ただし、ディーゼルエンジン等、排気ガス中に含まれる微粒子が無視できない内燃機関等にあっては、上記浄化手段につまりが生じるおそれがある。

そこで従来は、例えば下記特許文献１に見られるように、浄化手段につまりが発生したと判断されるときに過給圧を増加させる制御を行うものも提案されている。こうした制御をすることで、過給圧の増加に伴い高温、高圧となった排気ガスにより、浄化手段に付着した上記微粒子等を除去することができる。
特開平１１−６２６０２号公報

ところで、上記浄化装置につまりが生じると、ノズルベーンを閉弁側に制御したとしてもタービンホイールの上流側と下流側との間の圧力差を生じにくくなることから、同タービンホイールの回転速度が上昇しにくくなる。このため、例えば実際の過給圧を目標とする過給圧とすべくノズルベーンの開度をフィードバック制御すると、ノズルベーンの開度を閉弁側に過度に制御することにもなりかねない。そして、このようにノズルベーンの開度を閉弁側に過度に制御すると、上記浄化装置の上流側の圧力が過度に上昇し、内燃機関の信頼性を損なう等、様々な不都合が生じる懸念がある。

このように、内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段の上流側であって且つタービンホイールの上流側の排気ガスの流路面積を制御することで過給圧を調整する可変容量型ターボチャージャの制御装置は、浄化手段につまりが生じた際に様々な不都合が生じる懸念を有するものとなっていた。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段の上流側であって且つタービンホイールの上流側の排気ガスの流路面積を制御することで過給圧を調整するに際し、浄化手段につまりが生じた場合であれ、流路面積の制御をより適切に行うことにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段の上流側であって且つタービンホイールの上流側の排気ガスの流路面積を制御することで過給圧を調整する可変容量型ターボチャージャの制御装置において、前記浄化手段のつまり状態に応じて前記流路面積の縮小制御量の下限値を設定し、前記縮小制御量が前記下限値を下回るときに、当該縮小制御量を前記下限値と等しくすることでこれを制限する制限手段を備えることをその要旨とする。

上記構成では、浄化手段のつまり状態に応じて流路面積の縮小制御量の下限値を設定し、縮小制御量が下限値を下回るときに、縮小制御量を下限値と等しくすることでこれを制限するために、上記浄化手段の上流側の圧力の過度の上昇を好適に回避することができるようになる。したがって、上記構成によれば、浄化手段につまりが生じた場合であれ、流路面積の制御をより適切に行うができるようになる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、当該制御装置は、実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく前記流路面積をフィードバック制御するものであり、前記制限手段は、前記実際の過給圧と前記目標とする過給圧との乖離度に基づいて算出されるフィードバック補正量についての前記流路面積の縮小制御量を制限するものであることをその要旨とする。

浄化手段につまりが生じるとタービンホイールの上流側と下流側との圧力差が生じにくくなることから、同タービンホイールの回転速度が上昇しにくくなる。このため、実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく流路面積をフィードバック制御する際、実際の過給圧の目標とする過給圧に対する追従性が低下する。そして、このように実際の過給圧の目標する過給圧に対する追従性が低下すると、フィードバック補正量（の絶対値）が大きな値となりやすい。

この点、上記構成では、フィードバック補正量についての流路面積の縮小制御量を制限することで、流路面積を過度に縮小することによる浄化手段の上流側の圧力の過度の上昇を好適に回避することができるようになる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記フィードバック制御は、積分制御を含むものであり、前記制限する縮小制御量は、前記積分制御にかかる縮小制御量であることをその要旨とする。

実際の過給圧と目標とする過給圧との乖離度に基づいて流路面積を積分制御をする際、上記乖離度が速やかに解消されない場合、積分制御にかかるフィードバック補正量（の絶対値）が大きくなりやすい。

この点、上記構成によれば、積分制御にかかる縮小制御量を制限することで、浄化手段のつまりに起因して実際の過給圧の目標とする過給圧に対する追従性が低下した場合であれ、流路面積を過度に縮小制御することを好適に回避することができるようになる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、当該制御装置は、実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく前記流路面積をフィードバック制御するものであり、前記制限手段は、前記目標とする過給圧の設定態様を前記浄化手段のつまり状態に応じて制限することで前記流路面積の縮小制御量を制限するものであることをその要旨とする。

浄化手段につまりが生じるとタービンホイールの上流側と下流側との圧力差が生じにくくなることから、同タービンホイールの回転速度が上昇しにくくなる。このため、実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく流路面積をフィードバック制御する際、実際の過給圧の目標とする過給圧に対する追従性が低下する。そして、このように実際の過給圧の目標する過給圧に対する追従性が低下すると、浄化手段のつまりに起因した追従性の低下を補償すべく流路面積を過度に縮小制御しやすくなる。

この点、上記構成では、浄化手段のつまり状態に応じて目標とする過給圧の設定態様を制限することで、流路面積の過度の縮小制御がなされることを好適に回避することができるようになる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記縮小制御量に対する制限の設定態様を当該機関の運転状態に応じて可変とすることをその要旨とする。

浄化手段につまりが生じているときの流路面積の縮小制御が同浄化手段の上流側の圧力の上昇等に与える影響は内燃機関の運転状態に応じて異なる。
この点、上記構成によれば、縮小制御量に対する制限の設定態様を当該機関の運転状態に応じて可変とすることで、上記制限をより適切に設定することができるようになる。

請求項６記載の発明は、実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく、内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段の上流側であって且つタービンホイールの上流側の排気ガスの流路面積を制御する可変容量型ターボチャージャの制御装置において、前記浄化手段のつまりの度合いの上昇に伴う前記目標とする過給圧に対する前記実際の過給圧の追従性の低下を補償する補償手段を備えることをその要旨とする。

浄化手段につまりが生じるとタービンホイールの上流側と下流側との圧力差が生じにくくなることから、同タービンホイールの回転速度が上昇しにくくなる。このため、実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく流路面積を制御する際、実際の過給圧の目標とする過給圧に対する追従性が低下する。

この点、上記構成では、浄化手段のつまりの度合いの上昇に伴う目標とする過給圧に対する実際の過給圧の追従性の低下を補償することで、実際の過給圧を目標とする過給圧により適切に制御することができるようになる。したがって、上記構成によれば、浄化手段につまりが生じた場合であれ、流路面積の制御をより適切に行うことができるようになる。

なお、上記請求項６記載の発明は、請求項７記載の発明によるように、前記補償手段は、前記浄化手段のつまり状態に応じて前記流路面積の制御態様を変更するようにしてもよい。

ここで、流路面積の制御態様としては、例えばその上限ガード及び下限ガードの少なくとも一方を備えるものである場合には、これを変更するようにしてもよい。また、当該機関の運転状態に応じて流路面積についての基本となる値を設定するとともに、これをベースとしつつフィードバック等により最終的な流路面積の制御態様を決定するものにあっては、上記基本となる値を浄化手段のつまり状態に応じて補正するようにしてもよい。

上記請求項６記載の発明は、請求項８記載の発明によるように、当該制御装置は、実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく前記流路面積をフィードバック制御するものであり、前記補償手段は、前記浄化手段のつまり状態に応じて前記目標とする過給圧の設定態様を変更するようにしてもよい。

ここで、目標とする過給圧の設定態様の変更としては、例えば当該機関の運転状態に応じて目標過給圧についての基本となる値を設定するとともに、これをベースとしつつフィードバック等により最終的な目標過給圧を決定するものにあっては、上記基本となる値を浄化手段のつまり状態に応じて補正するようにしてもよい。また、目標過給圧の上限ガード及び下限ガードの少なくとも一方を備えるものである場合には、これを補正するようにしてもよい。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記浄化手段のつまり状態は、前記浄化手段の上流側と下流側との差圧を吸入空気量で除算することで定量化されることをその要旨とする。

浄化手段のつまり状態が一定であっても、浄化手段の上流側と下流側との差圧は、内燃機関の排気系に排出される排気ガス量に応じて変化する。
この点、上記構成では、浄化手段の上流側と下流側との差圧を吸入空気量で除算することで定量化することで、こうした実情を反映しつつ浄化手段のつまり状態をより適切に定量化することができるようになる。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記浄化手段は、前記排気ガスに含まれる微粒子を捕捉するフィルタを備えることをその要旨とする。

上記フィルタが微粒子を捕捉するに伴いつまりの度合いが増大する。
このため、上記構成によれば、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明の作用効果を好適に奏することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明にかかる可変容量型ターボチャージャの制御装置を、ディーゼルエンジンに設けられる可変ノズル型ターボチャージャの制御装置に適用した第１の実施形態について説明する。

図１は、上記可変ノズル型ターボチャージャの制御装置の概略構成を表すブロック図である。ディーゼルエンジン２は複数気筒、ここでは４気筒＃１，＃２，＃３，＃４からなる。各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は吸気マニホールド６を介してサージタンク８に連結されている。そしてサージタンク８は、吸気通路１０を介して、インタークーラ１２及び可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴのコンプレッサホイール６４の出口側に連結されている。コンプレッサホイール６４の入口側はエアクリーナ１４に連結されている。

なお、吸気通路１０のうち上記サージタンク８とインタークーラ１２との間には、モータ１５ａによって駆動されるスロットルバルブ１５が設けられており、このスロットルバルブ１５の近傍には同スロットルバルブ１５の開度を検出するスロットル開度センサ１６が設けられている。また、吸気通路１０のうち吸気マニホールド６とサージタンク８との間には、同吸気通路１０内の圧力を検出する吸気圧センサ１８が設けられている。更に、吸気通路１０のうちコンプレッサホイール６４の上流側であって且つエアクリーナ１４の下流側には吸入空気量を検出する吸気量センサ１９が設けられている。

また、上記各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は排気マニホールド２０及び排気通路２２を介して可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴのタービンホイール６０の入口側に連結され、タービンホイール６０の出口側には、排気ガスを浄化する３つの触媒が設けられている。

すなわち、最上流には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０が設けられている。このＮＯｘ吸蔵還元触媒３０により、ディーゼルエンジン２の通常の運転時において排気ガスが酸化雰囲気（リーン）にある時には、ＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。そして還元雰囲気（ストイキあるいはリッチ）ではＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘがＮＯとして離脱しＨＣやＣＯにより還元される。これによりＮＯｘの浄化を行っている。

そして中間には、排気フィルタ３２が設けられている。この排気フィルタ３２は、モノリス構造に形成された壁部を有するフィルタであって、この壁部の微小孔を排気ガスが通過するように構成されている。この排気フィルタ３２の表面にはＮＯｘ吸蔵還元触媒がコーティングされているため、前述したごとくにＮＯｘの浄化が行われる。更に、排気フィルタ３２の表面には排気ガス中のＰＭ（パティキュレートマター：微粒子）が捕捉されるので、酸化雰囲気ではＮＯｘ吸蔵時に発生する活性酸素によりＰＭの酸化が開始され、更に周囲の過剰酸素によりＰＭ全体が酸化される。還元雰囲気（ストイキあるいはリッチ）ではＮＯｘ吸蔵還元触媒から発生する大量の活性酸素によりＰＭの酸化が促進される。これよりＮＯｘの浄化とともに、ＰＭの浄化も実行している。

更に、最下流には酸化触媒３４が設けられており、ここではＨＣやＣＯが酸化されて浄化される。
上記排気フィルタ３２の上流側と下流側には差圧センサ３６の配管がそれぞれ設けられている。そして、差圧センサ３６による排気フィルタ３２の上下流での差圧の検出に基づき、排気フィルタ３２内部の目詰まりを把握するようにしている。

一方、上記排気通路２２とサージタンク８との間には、ＥＧＲ通路４０が設けられている。そして、ＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２や、ＥＧＲ弁４４が配置されている。このＥＧＲ弁４４の開度調節により排気通路２２側からサージタンク８側へのＥＧＲガス供給量の調節が可能となる。

上記各気筒＃１〜＃４に配置されて、各燃焼室４内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５０は、燃料供給管を介してコモンレールに連結されている。このコモンレール内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプから燃料が供給され、吐出量可変燃料ポンプからコモンレール内に供給された高圧燃料は各燃料供給管を介して各燃料噴射弁５０に分配供給される。

次に、上記可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴについて更に説明する。
可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴは、排気通路２２を流れる排気ガスによって回転するタービンホイール６０と、吸気通路１０に配置され、かつロータシャフト６２を介してタービンホイール６０に一体回転可能に連結されたコンプレッサホイール６４とを備えている。可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴでは、タービンホイール６０に排気ガスが吹付けられて同タービンホイール６０が回転する。この回転は、ロータシャフト６２を介してコンプレッサホイール６４に伝達される。その結果、ディーゼルエンジン２では、ピストンの移動にともなって燃焼室４内に発生する負圧によって空気が燃焼室４に送り込まれるだけでなく、その空気が可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴのコンプレッサホイール６４の回転によって強制的に燃焼室４に送り込まれる（過給される）。このようにして、燃焼室４への空気の充填効率が高められる。

また、可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴでは、タービンホイール６０の外周を囲うように、タービンホイール６０の回転方向に沿って排気ガス流路が形成されている。このため、排気ガスは排気ガス流路を通過し、タービンホイール６０の軸線に向かって吹付けられる。排気ガス流路には、弁機構からなる可変ノズル機構７１が設けられている。可変ノズル機構７１は開閉動作することで、排気ガス流路の排気ガスの流路面積を変更し、タービンホイール６０に吹付けられる排気ガスの流速を可変とする。このように排気ガスの流速を可変とすることで、タービンホイール６０の回転速度が調整され、ひいては燃焼室４に強制的に送り込まれる空気の量が調整される。

ここで、可変ノズル機構７１の構造について図２を用いて説明する。
図２（ａ）は可変ノズル機構７１の側断面構造を、図２（ｂ）は可変ノズル機構７１の正面構造を示している。図２（ａ）に示されるように、可変ノズル機構７１はリング形状をしたノズルバックプレート７２を備えている。このノズルバックプレート７２には、複数の軸７３がノズルバックプレート７２の円心を中心とした等角度ごとに設けられている。これらの軸７３は、ノズルバックプレート７２をその厚さ方向に貫通して回動可能に支持されている。また、これら軸７３の一端（図２（ａ）中の左側端）には、ノズルベーン７４が固定されている。また、軸７３の他端には、同軸と直交してノズルバックプレート７２外縁方向に延びる開閉レバー７５が設けられている。この開閉レバー７５の先端は、二股に分岐した一対の狭持部７５ａが形成されている。

各開閉レバー７５とノズルバックプレート７２との間に狭持されるように、環状のリングプレート７６が設けられている。このリングプレート７６は、円心を中心として回転可能となっている。また、リングプレート７６にはその円心を中心として等角度ごとに複数のピン７７が設けられている。これらピン７７は、上記開閉レバー７５の狭持部７５ａの間に挟み込まれており、同開閉レバー７５を回動可能に支持している。

このリングプレート７６が先の図１に示すアクチュエータ６８によって円心を中心として回動されると、各ピン７７は狭持部７５ａをその回動方向へ押す。その結果、開閉レバー７５は軸７３を回動させることとなる。この軸７３の回動に伴い各ノズルベーン７４も同軸７３の軸線を中心として回動する。こうした機構により、各ノズルベーン７４をそれぞれ同期した状態で回動させることができる。また、こうしたノズルベーン７４の回動によって、隣り合うノズルベーン７４間の隙間の大きさが調整される。

そして、例えばノズルベーン７４間の隙間が狭められるほど、上記排気ガスの流路面積が縮小され、タービンホイール６０に吹き付けられる排気ガスの流速が大きくなる。また、例えばノズルベーン７４間の隙間が拡大されるほど、上記排気ガスの流路面積が拡大され、タービンホイール６０に吹き付けられる排気ガスの流速が小さくなる。

次に、上記可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴの制御装置について説明する。
ＥＣＵ（電子制御ユニット）８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたディジタルコンピュータと、各装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そしてＥＣＵ８０は、上記差圧センサ３６やスロットル開度センサ１６、吸気圧センサ１８、吸気量センサ１９をはじめ、ディーゼルエンジン２のクランク軸の回転速度を検出する回転速度センサ８２やアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサ８４等、様々なセンサの検出信号を読み込んでいる。

そしてこれらの信号から得られるディーゼルエンジン２の運転状態に基づいて、ＥＣＵ８０は燃料噴射弁５０による燃料噴射時期制御や燃料噴射量制御を実行し、更にＥＧＲ弁４４の開度制御、モータ１５ａによるスロットルバルブ１５の制御、アクチュエータ６８を操作する処理等を実行する。例えば、ＥＧＲ率がエンジン負荷（または燃料噴射量）とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて設定される目標ＥＧＲ率となるようにスロットル開度センサ１６の信号から検出されるスロットル開度ＴＡとＥＧＲ開度（ＥＧＲ弁５６の開度）とが調節されるＥＧＲ制御が行われる。更にエンジン負荷（または燃料噴射量）とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて設定される目標吸入空気量（ディーゼルエンジン２の１回転当たりの目標値）となるようにＥＧＲ開度が調節される吸入空気量フィードバック制御が行われる。なお、ＥＧＲ制御に伴う燃焼モードとしては、通常燃焼モード、低温燃焼モードとの２種類の燃焼モードを実行する。ここで低温燃焼モードとは、大量のＥＧＲガスの導入により燃焼温度の上昇を緩慢にしてＮＯｘとスモークとを同時低減させる燃焼モードである。本実施の形態では低負荷で中高回転領域にて実行している。これ以外の燃焼モードが通常のＥＧＲ制御（ＥＧＲしない場合も含める）を実行する通常燃焼モードである。

ここで、上記ＥＣＵ８０によって行われる上記可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴの制御について説明する。
図３に、上記可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴを制御するに際して設定される目標過給圧ＡＰの算出にかかる処理の手順を示す。この処理は、上記ＥＣＵ８０によって所定の周期で繰り返し実行されるものである。

この一連の処理では、まずステップ１００において上記回転速度センサ８２によって検出されるディーゼルエンジン２の回転速度と、燃料噴射量とに基づいて目標過給圧ＡＰを算出する。この処理は、例えば回転速度及び燃料噴射量をマップ点とし目標過給圧ＡＰをマップ値とする２次元マップを用いて算出するようにすればよい。

続くステップ１１０〜１４０では、ステップ１００において算出した目標過給圧ＡＰをディーゼルエンジン２の信頼性の維持等の観点から許容される範囲内に制限する処理を行う。すなわち、ステップ１１０において目標過給圧ＡＰが上限値ＵＡＰよりも大きいと判断されると、ステップ１３０において目標過給圧ＡＰを上限値ＵＡＰと置き換える。また、ステップ１２０において目標過給圧ＡＰが下限値ＤＡＰよりも小さいと判断されると、ステップ１４０において目標過給圧ＡＰを下限値ＤＡＰと置き換える。

なお、ステップ１２０において目標過給圧ＡＰが下限値ＤＡＰ以上であると判断されたときや、ステップ１３０、１４０の処理が終了したときにはこの一連の処理を一旦終了する。

図４に、上記吸気圧センサ１８の検出値である実過給圧を目標過給圧とすべく、上記排気ガス流路の流路面積をフィードバック制御する処理の手順を示す。この処理は、上記ＥＣＵ８０によって所定の周期で繰り返し実行されるものである。

同図４に示す一連の処理では、まずステップ２００において上記回転速度センサ８２によって検出されるディーゼルエンジン２の回転速度と、燃料噴射量とに基づいて隣接するノズルベーン７４間の隙間の大きさ（以下、ノズルベーン７４の開度）のベース値ＢＶＮを算出する。ここでベース値、ディーゼルエンジン２の回転速度と燃料噴射量とに基づいて、上記吸気圧センサ１８によって検出される実過給圧を、予め定められている目標過給圧とするために必要であると想定される流路面積に対応する値である。ここでは、例えば回転速度及び燃料噴射量をマップ点とし、ノズルベーン７４のベース値ＢＶＮをマップ値とする２次元マップに基づいて上記ベース値ＢＶＮを算出するようにする。

続くステップ２１０では、目標過給圧と実過給圧との乖離度とに基づき上記ベース値ＢＶＮに対するフィードバック補正量を算出する。ここでは、上記フィードバック制御として、ＰＩＤ制御を想定しているため、目標過給圧と実過給圧との乖離度に基づいて比例項Ｐ、積分項Ｉ、微分項Ｄをそれぞれ算出する。

そして、ステップ２２０においては、上記ステップ２００にて算出されたベース値ＢＶＮに上記ステップ２１０において算出されたフィードバック補正量を加算することでノズルベーン７４の開度ＦＶＮを算出する。

続くステップ２３０〜２６０の処理では、ステップ２３０において算出したノズルベーン７４の開度ＦＶＮが、ディーゼルエンジン２の信頼性の観点等から許容し得る範囲内に納める処理を行う。すなわち、ステップ２３０においてノズルベーン７４の開度ＦＶＮが上限値ＵＶＮよりも大きいと判断されると、ステップ２４０においてノズルベーン７４の開度ＦＶＮを上限値ＵＶＮと置き換える。また、ステップ２５０においてノズルベーン７４の開度ＦＶＮが下限値ＤＶＮよりも小さいと判断されると、ステップ２６０においてノズルベーン７４の開度ＦＶＮを下限値ＤＶＮと置き換える。

なお、上記ステップ２５０においてノズルベーン７４の開度ＦＶＮが下限値ＤＶＮ以上であると判断されたときや、ステップ２４０、２６０の処理が終了したきにはこの一連の処理を一旦終了する。

上記態様にてノズルベーン７４の開度ＦＶＮが算出されると、これに基づいてノズルベーン７４を制御する。ただし、上記排気フィルタ３２にＰＭが捕捉されることでつまりが生じると、タービンホイール６０の上流側と下流側との圧力差が生じにくくなることから、同タービンホイール６０の回転速度が上昇しにくくなる。このため、実過給圧を目標過給圧とすべくノズルベーン７４の開度をフィードバック制御する際、実過給圧の目標過給圧に対する追従性が低下する。そして、このように実過給圧の目標過給圧に対する追従性が低下すると、フィードバック補正量（の絶対値）が大きな値となりやすい。特に積分項Ｉについては、図４に示す一連の処理の各周期毎に実過給圧と目標過給圧との乖離度に基づく値が積算されていくために、大きな値となりやすい。

そして、積分項Ｉの値が大きなものとなると、ノズルベーン７４の開度が過度に縮小制御され、排気通路２２のうちの排気フィルタ３２の上流側の圧力が過度に上昇することとなる。そして、このように排気フィルタ３２の上流側の圧力が過度に上昇すると、例えば排気バルブのバルブステムをシールするステムシール等にダメージを与えたり、過給圧が目標過給圧に対してオーバーシュートしたりする等、ディーゼルエンジン２の信頼性が低下する懸念がある。

そこで、本実施形態では、排気フィルタ３２のつまり状態に応じて積分項Ｉの下限値を制限するようにする。換言すれば、排気フィルタ３２のつまり状態に応じて積分項Ｉによるノズルベーン７４の開度の縮小制御量を制限するようにする。そしてこれにより、積分項Ｉに起因して、ノズルベーン７４の開度の過度の縮小制御の回避を図る。

ここで、上記ステップ２１０におけるフィードバック補正量の算出にかかる処理のうち、特に積分項の算出にかかる処理について図５を用いて更に詳述する。
図５は、本実施形態にかかる積分項の算出の処理手順を示すフローチャートである。この一連の処理は所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理においては、まずステップ３００において目標過給圧と実過給圧との乖離に基づき積分項Ｉを算出する。続くステップ３１０ではステップ３００において算出された積分項Ｉが上限ガード値ＵＧ以下であるか否かを判断する。ここで上限ガード値ＵＧは、先の図４に示した一回の処理において積分項Ｉによるノズルベーン７４の開度の拡大量として許容できる最大値に設定される。そして、上限ガード値ＵＧよりも大きいと判断されると、ステップ３２０において積分項Ｉを上限ガード値ＵＧに置き換える。

一方、ステップ３１０において積分項Ｉが正の値を有する上限ガード値ＵＧ以下であると判断されると、ステップ３３０に移行する。このステップ３３０においては、ステップ３００で算出された積分項Ｉが負の値を有する下限ガード値ＤＧ以上であるか否かを判断する。この下限ガード値ＤＧは、下限ガードベース値ＤＧＢと背圧項ＢＰと背圧補正項ＲＴとの積として算出される。ここで、下限ガードベース値ＤＧＢは、先の図４に示した一回の処理において積分項Ｉによるノズルベーン７４の開度の縮小量として許容できる最小値に設定され、本実施形態では、上限ガード値ＵＧとその絶対値が等しい負の値に設定されている。また、背圧項ＢＰは、上記排気フィルタ３２のつまり状態に基づいて下限ガード値ＤＧを補正するための補正項であり、正の値を有する。更に、背圧補正項ＲＴは、ディーゼルエンジン２の回転速度と燃料噴射量とに基づいて上記背圧項ＢＰによる下限ガード値ＤＧの補正量を補正するための補正項であり、正の値を有する。

そして、ステップ３３０において積分項Ｉが下限ガード値ＤＧよりも小さいと判断されると、ステップ３４０において積分項Ｉを下限ガード値ＤＧに置き換える。
なお、上記ステップ３３０において積分項Ｉが下限ガード値ＤＧ以上であると判断されたときや、ステップ３２０、３４０の処理が終了したときにはこの一連の処理を一旦終了する。

次に、上記背圧項ＢＰの算出にかかる処理手順について図６に基づいて説明する。図６は、上記ＥＣＵ８０にて所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理においては、まずステップ４００で上記差圧センサ３６の検出値ΔＰ（ｎ）を読み込む。また、ステップ４１０で上記吸気量センサ１９によって検出される吸入空気量Ｇ（ｎ）を読み込む。続くステップ４２０では、排気フィルタ３２のつまり状態を定量化したものである「つまり状態量ＲＱ（ｎ）」を算出する。このつまり状態量ＲＱ（ｎ）は、基本的には上記差圧センサ３６の検出値ΔＰ（ｎ）を上記吸入空気量で除算したものである。これは、排気フィルタ３２のつまり状態が一定であっても、上記検出値ΔＰ（ｎ）は、ディーゼルエンジン２の排気通路２２に排出される排気ガス量に応じて変化することを反映し、つまり状態をより適切に定量化するために行うものである。

更に、つまり状態量ＲＱ（ｎ）の算出に際しては、前回算出されたつまり状態量ＲＱ（ｎ−１）と今回の検出値Ｒ（ｎ）／Ｇ（ｎ）との加重平均処理であるいわゆるなまし処理を行う。これは、上記検出値ΔＰ（ｎ）や吸入空気量Ｇ（ｎ）の値がノイズの混入により急変することを等を考慮するためである。具体的には、前回算出されたつまり状態量ＲＱ（ｎ−１）に対する今回の検出値Ｒ（ｎ）／Ｇ（ｎ）の変化分に所定の重みαを乗算したものと、前回算出されたつまり状態量ＲＱ（ｎ−１）との和を今回のつまり状態量ＲＱ（ｎ）とする。なお、この所定の重みαは、「１」より小さいことが望ましい。

続くステップ４３０では、つまり状態量ＲＱ（ｎ）に基づいて上記背圧項ＢＰを算出する。ここでは、ＲＱ（ｎ）の値が大きいほど、換言すれば、つまりの度合いが大きいほど背圧項ＢＰを正の小さな値とすることで、ノズルベーン７４の開度の過度の縮小制御を抑制するようにする。

なお、ステップ４３０の処理が終了すると、この一連の処理を一旦終了する。
こうした態様にて積分項Ｉに起因したノズルベーン７４の開度の縮小制御量を制限することで、ノズルベーン７４の開度が過度に縮小制御されることを回避することができるようになる。しかも積分項Ｉに起因したノズルベーン７４の開度の縮小制御量のみを制限するために、可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴの制御にかかる適合については、基本的に排気フィルタ３２のつまり状態を考慮せずに行うことができる。したがって、例えば排気フィルタ３２を有しない可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴの制御にかかる適合値を既に取得している場合、基本的にはこれを流用しつつ積分項Ｉの下限ガード値ＤＧのみを変更するようにすることもできる。

ちなみに、こうした排気フィルタ３２を有しない可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴの制御にかかる適合値は、ディーゼルエンジン２の様々な運転状態においてその信頼性や制御性を確保することのできる値となっている。すなわち、例えば排気通路２２側からサージタンク８側へのＥＧＲガスの供給を停止することによるタービンホイール６０の上流側の圧力の急上昇や、加減速の繰り返しによる積分項Ｉの増大等に対してもディーゼルエンジン２の信頼性や制御性を確保することのできる値となっている。しかし、上記適合値は、排気フィルタ３２につまり生じた場合に想定される様々な事態を考慮した値とはなっていない。

これに対し、本実施形態によれば、積分項Ｉの下限ガード値ＤＧに背圧項ＢＰを設けるという簡易な変更にて、排気フィルタ３２を有する可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴの制御にかかる適合を行うことができる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）排気フィルタ３２のつまり状態に応じて積分項Ｉの下限値を制限するようにしたことで、積分項Ｉに起因したノズルベーン７４の開度の過度の縮小制御を回避することができる。

（２）差圧センサ３６の検出値ΔＰ（ｎ）を吸入空気量Ｇ（ｎ）で除算することで、つまり状態を定量化した。これにより、排気フィルタ３２のつまり状態が一定であっても、上記検出値ΔＰ（ｎ）は、ディーゼルエンジン２の排気通路２２に排出される排気ガス量に応じて変化することを反映してより適切な定量化をすることができるようになる。

（３）つまり状態量ＲＱ（ｎ）の算出に際して、前回算出されたつまり状態量ＲＱ（ｎ−１）と今回の検出値Ｒ（ｎ）／Ｇ（ｎ）との加重平均処理を行うことで、検出値ΔＰ（ｎ）や吸入空気量Ｇ（ｎ）へのノイズの混入の影響を好適に抑制することができるようになる。

（第２の実施形態）
以下、本発明にかかる可変容量型ターボチャージャの制御装置を、ディーゼルエンジンに設けられる可変ノズル型ターボチャージャの制御装置に適用した第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

上記実施形態では、排気フィルタ３２のつまり状態に応じて積分項Ｉの下限値を制限するようにして、ノズルベーン７４の開度の過度の縮小制御の回避を図った。これに対し、本実施形態では、上記目標過給圧ＡＰの値を上記つまり状態量ＲＱに基づいて制限することで、ノズルベーン７４の開度の過度の縮小制御の回避を図る。

図７に、本実施形態にかかる目標過給圧ＡＰの算出にかかる処理の手順を示す。この処理は、上記ＥＣＵ８０によって所定の周期で繰り返し実行される。
この一連の処理では、まずステップ５００において先の図３のステップ１００と同様にして目標過給圧ＡＰを算出する。続くステップ５１０では、上記ステップ５００において算出した目標過給圧ＡＰに過給圧補正項ＢＰＡＰ（ＲＱ）を乗算することで目標過給圧ＡＰを補正する。ちなみに、この過給圧補正項ＢＰＡＰ（ＲＱ）は、先の図６に示した処理と同様の処理によって算出されるつまり状態量ＲＱに基づいて設定されるものである。また、この過給圧補正項ＢＰＡＰ（ＲＱ）は、つまりの度合いが大きいほど小さな値に設定されている。換言すれば、つまりの度合いが大きいほど目標過給圧ＡＰの値が大きくなることを制限するような値に設定されている。

こうしてステップ５１０の処理が終了すると、ステップ５２０〜５５０の処理において、先の図３のステップ１１０〜１４０の処理と同様の処理を行う。
なお、こうして算出された目標過給圧ＡＰに実過給圧を一致させるような制御を先の図４に示す手順にて行う。ただし、この際、積分項Ｉの算出にかかる処理としては、先の図５に示す処理のうち下限ガード値ＤＧを背圧項ＢＰや背圧補正項ＲＴにて補正する処理は行わない。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（２）及び（３）の効果に加えて更に以下の効果が得られるようになる。
（４）目標過給圧ＡＰの値を上記つまり状態量ＲＱに基づいて制限することで、ノズルベーン７４の開度が過度に縮小制御されることを回避することができるようになる。

（第３の実施形態）
以下、本発明にかかる可変容量型ターボチャージャの制御装置を、ディーゼルエンジンに設けられる可変ノズル型ターボチャージャの制御装置に適用した第３の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、先の図４のステップ２００において算出されるノズルベーン７４の開度のベース値ＢＶＮを、つまり状態量ＲＱに基づいて補正する。
図８に、本実施形態にかかるノズルベーン７４の開度ＦＶＮの算出にかかる処理手順を示す。この処理は、上記ＥＣＵ８０によって所定の周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップ６００において先の図４のステップ２００と同様の処理によってノズルベーンの開度のベース値ＢＶＮを算出する。
続くステップ６１０においては上記つまり状態量ＲＱに基づいて上記ベース値ＢＶＮを補正する処理を行う。すなわち、ステップ６００において算出したベース値ＢＶＮにベース補正項ＢＰＶＮを乗算したものを新たなベース値ＢＶＮとする。

ここでベース補正項ＢＰＶＮの設定態様は、例えば以下のようにする。
（ア）ディーゼルエンジンの信頼性を確保すべくベース値ＢＶＮを補正する場合。
この場合、排気フィルタ３２のつまりの度合いが大きいほどベース補正項ＢＰＶＮが小さくなるようにする。換言すれば、排気フィルタ３２のつまりの度合いが大きいほどベース値ＢＶＮが小さくなるようにする。
（イ）排気フィルタ３２のつまり度合いの上昇に伴う目標過給圧に対する実過給圧の追従性の低下を補償する場合。

この場合、排気フィルタ３２のつまりの度合いが大きいほどベース補正項ＢＰＶＮが大きくなるようにする。換言すれば、排気フィルタ３２のつまりの度合いが大きいほどベース値ＢＶＮが大きくなるようにする。

なお、実際にはディーゼルエンジン２の運転状態等に応じて上記（ア）及び上記（イ）の双方を適宜用いた適合がなされることが望ましい。
こうしてベース値の補正がなされると、ステップ６２０〜６７０において先の図４のステップ２１０〜２６０と同様の処理を行う。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（２）及び（３）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
（５）排気フィルタ３２のつまりの度合いに応じてベース値ＢＶＮを補正することで、排気フィルタ３２のつまりの度合いを考慮してノズルベーン７４の開度をより適切に制御することができるようになる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
・内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段としては、上記排気フィルタ３２に限らない。

・実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく流路面積をフィードバック制御するものとしては、ＰＩＤ制御に限らない。
・実際の過給圧と目標とする過給圧との乖離度に基づいて算出されるフィードバック補正量についての流路面積の縮小制御量を制限するものとしては、上記第１の実施形態で例示したものに限らない。例えば比例項Ｐ等にかかる縮小制御量を制限してもよい。

・目標とする過給圧の設定態様を浄化手段のつまり状態に応じて制限することで流路面積の縮小制御量を制限するものとしては、上記第２の実施形態で例示するものに限らない。例えば先の図７における目標過給圧ＡＰの上限値ＵＡＰを、つまり状態量ＲＱに応じて補正するようにしてもよい。

・浄化手段のつまり状態に応じて流路面積の縮小制御量を制限する制限手段としては、上記第１〜第３の実施形態やその変形例で例示したものに限らない。
・浄化手段のつまり状態を、浄化手段の上流側と下流側との差圧を吸入空気量で除算することで定量化する手法としては、上記つまり状態量ＲＱを用いるものに限らない。例えば上記差圧に対する除算値である吸入空気量は、例えばサージタンク８の下流側の気体の流量に基づいて算出される値としてもよい。

・浄化手段のつまりの度合いの上昇に伴う目標とする過給圧に対する実際の過給圧の追従性の低下を補償すべく、浄化手段のつまり状態に応じて流路面積の制御態様を変更する補償手段としては、上記第３の実施形態で例示したものに限らない。例えば浄化手段のつまり状態に応じてフィードバックゲインを変更するものでもよい。

・浄化手段のつまりの度合いの上昇に伴う目標とする過給圧に対する実際の過給圧の追従性の低下を補償する補償手段としては、浄化手段のつまり状態に応じて流路面積の制御態様を変更するものに限らず、例えば浄化手段のつまり状態に応じて目標とする過給圧の設定態様を変更するものであってもよい。

・内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段の上流側であって且つタービンホイールの上流側の排気ガスの流路面積を制御することで過給圧を調整する可変容量型ターボチャージャの制御装置としては、上記可変ノズル型ターボチャージャＶＮＴの制御装置に限らない。

本発明にかかる可変容量型ターボチャージャの制御装置を可変ノズル型ターボチャージャの制御装置に適用した第１の実施形態の構成を示す図。 （ａ）（ｂ）上記可変ノズル型ターボチャージャの可変ノズル機構の構成を示す図。 同実施形態における目標過給圧の算出にかかる処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるノズルベーンの開度の算出にかかる処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態における積分項の算出にかかる処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態における背圧項の算出にかかる処理の手順を示すフローチャート。 第２の実施形態における目標過給圧の算出にかかる処理の手順を示すフローチャート。 第３の実施形態におけるノズルベーンの開度の算出にかかる処理の手順を示すフローチャート。

符号の説明

２…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、６…吸気マニホールド、８…サージタンク、１０…吸気通路、１２…インタークーラ、１４…エアクリーナ、１５…スロットルバルブ、１５ａ…モータ、１６…スロットル開度センサ、１８…吸気圧センサ、１９…吸気量センサ、２０…排気マニホールド、２２…排気通路、３０…ＮＯｘ吸蔵還元触媒、３２…排気フィルタ、３４…酸化触媒、３６…差圧センサ、４０…ＥＧＲ通路、４２…ＥＧＲクーラ、４４…ＥＧＲ弁、５０…燃料噴射弁、６０…タービンホイール、６２…ロータシャフト、６４…コンプレッサホイール、６８…アクチュエータ、７１…可変ノズル機構、７２…ノズルバックプレート、７３…軸、７４…ノズルベーン、７５…開閉レバー、７５ａ…狭持部、７６…リングプレート、７７…ピン、８０…ＥＣＵ、８２…回転速度センサ、８４…アクセルセンサ。

Claims (10)

1. 内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段の上流側であって且つタービンホイールの上流側の排気ガスの流路面積を制御することで過給圧を調整する可変容量型ターボチャージャの制御装置において、
   前記浄化手段のつまり状態に応じて前記流路面積の縮小制御量の下限値を設定し、前記縮小制御量が前記下限値を下回るときに、当該縮小制御量を前記下限値と等しくすることでこれを制限する制限手段を備える
   ことを特徴とする可変容量型ターボチャージャの制御装置。
2. 請求項１記載の可変容量型ターボチャージャの制御装置において、
   当該制御装置は、実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく前記流路面積をフィードバック制御するものであり、
   前記制限手段は、前記実際の過給圧と前記目標とする過給圧との乖離度に基づいて算出されるフィードバック補正量についての前記流路面積の縮小制御量を制限するものである
   ことを特徴とする可変容量型ターボチャージャの制御装置。
3. 前記フィードバック制御は、積分制御を含むものであり、
   前記制限する縮小制御量は、前記積分制御にかかる縮小制御量である
   請求項２記載の可変容量型ターボチャージャの制御装置。
4. 請求項１記載の可変容量型ターボチャージャの制御装置において、
   当該制御装置は、実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく前記流路面積をフィードバック制御するものであり、
   前記制限手段は、前記目標とする過給圧の設定態様を前記浄化手段のつまり状態に応じて制限することで前記流路面積の縮小制御量を制限するものである
   ことを特徴とする可変容量型ターボチャージャの制御装置。
5. 前記縮小制御量に対する制限の設定態様を当該機関の運転状態に応じて可変とする
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変容量型ターボチャージャの制御装置。
6. 実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく、内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段の上流側であって且つタービンホイールの上流側の排気ガスの流路面積を制御する可変容量型ターボチャージャの制御装置において、
   前記浄化手段のつまりの度合いの上昇に伴う前記目標とする過給圧に対する前記実際の過給圧の追従性の低下を補償する補償手段を備える
   ことを特徴とする可変容量型ターボチャージャの制御装置。
7. 前記補償手段は、前記浄化手段のつまり状態に応じて前記流路面積の制御態様を変更する
   請求項６記載の可変容量型ターボチャージャの制御装置。
8. 請求項６記載の可変容量型ターボチャージャの制御装置において、
   当該制御装置は、実際の過給圧を目標とする過給圧とすべく前記流路面積をフィードバック制御するものであり、
   前記補償手段は、前記浄化手段のつまり状態に応じて前記目標とする過給圧の設定態様を変更する
   ことを特徴とする可変容量型ターボチャージャの制御装置。
9. 前記浄化手段のつまり状態は、前記浄化手段の上流側と下流側との差圧を吸入空気量で除算することで定量化される
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の可変容量型ターボチャージャの制御装置。
10. 前記浄化手段は、前記排気ガスに含まれる微粒子を捕捉するフィルタを備える
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の可変容量型ターボチャージャの制御装置。

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