JP4250824B2 - ターボ過給機付エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載されるターボ過給機付エンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平５−８６８８０号公報に示されるように、ターボ過給機のタービンに対して排気流通面積を変化させる可変ノズル（可変翼）を設けるとともに、この可変ノズルの開度を調節して過給圧を制御するコントローラを備え、このコントローラにより、予め設定したマップからエンジンの運転状態に応じて求めた目標過給圧と過給圧センサにより検出した実過給圧とを比較して、実過給圧が目標過給圧になるように可変ノズルの開度を調節するフィードバック制御を行うようにしたターボ過給機付エンジンの制御装置が知られている。
【０００３】
この装置によると、予め運転状態に応じて適正な目標過給圧を設定しておくことにより、エンジンの出力性能向上及びＮＯｘ低減に有利なように過給圧を制御することができる。
【０００４】
また、この種のエンジンにおいて、排気通路のタービン上流から排気還流弁を介して吸気通路へ排気ガスを還流させる排気還流装置を設け、運転状態に応じて排気還流弁を制御することは従来から行われており、例えばディーゼルエンジンにおいては、要求負荷等に応じて燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する一方、ＮＯｘを低減しつつスモークの発生を抑制すべく空気過剰率（空燃比）の目標値を定め、実際の空気過剰率が目標値となるように上記ＥＧＲ弁をフィードバック制御するようにしたもの等が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のこの種の装置では、上記のような可変ノズルの制御及び排気還流弁の制御が行われている運転状態からのエンジンの減速時、とくに燃料供給状態のエンジン減速時に、一時的に空燃比のリーン化及びエミッションの悪化（ＮＯｘの増加）を招き易いという問題がある。
【０００６】
すなわち、実過給圧と目標過給圧との比較に基づく可変ノズルのフィードバック制御が行われるとともに適当な排気還流量が得られるように排気還流弁が制御されている状態でアクセル開度が小さくされて減速状態となると、エンジン負荷の低下に応じて目標過給圧が低下し、それに応じて実過給圧を引き下げるべく可変ノズルの開度が大きくされることにより、タービン上流の排気圧力が低下する。このように排気圧力が低下すると、排気還流弁が減速前と同じ開度であっても、排気還流通路両端の圧力差が小さくなることで排気還流量が減少し、それに伴ってエンジンに吸入される新気量が増加する。
【０００７】
そして、減速時にも運転状態に応じた燃料の供給が行われている場合に、上記のような排気還流量の減少及び新気量の増加により、空燃比がリーン化するとともにＮＯｘが増加する傾向が生じる。なお、空燃比を目標空燃比とするように排気還流弁のフィードバック制御が行われていても、その制御には応答遅れがあるため、減速過渡時の一時的な排気還流量の減少及び新気量の増加とそれによる空燃比のリーン化やＮＯｘの増加を充分に抑制することが困難である。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、エンジン減速時に一時的に排気還流量が減少する傾向を是正して、空燃比のリーン化やＮＯｘの増大を防止することができるターボ過給機付エンジンの制御装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、排気通路にターボ過給機のタービンへの排気流通面積を変化させる排気流通面積可変手段を備えるとともに、排気通路のタービン上流から排気還流弁を介して吸気通路へ排気ガスを還流させる排気還流装置と、エンジン負荷に対応して燃料供給量が制御される燃料供給手段とを備えたターボ過給機付エンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段により検出された運転状態に応じて上記排気流通面積可変手段及び排気還流弁を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、実過給圧と、要求負荷に対応して設定される目標過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように上記排気流通面積可変手段をフィードバック制御する手段と、過給及び排気ガスの還流が行われている運転領域において上記排気流通面積可変手段のフィードバック制御が行われている状態からエンジンが減速される所定エンジン減速時に、上記排気還流弁を少なくとも部分的に開くように制御するとともに、一時的に上記フィードバック制御を停止して、上記排気流通面積可変手段をタービンへの排気流通面積が減速直前の状態よりも減少するように制御した後に上記フィードバック制御による制御状態に戻す減速時制御手段とを含んでいることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、上記所定減速時に、一時的にタービンへの排気流通面積が減少するように排気流通面積可変手段が制御されることでタービン上流の排気圧力が高められ、これにより排気還流が促進される。従って、減速時に一時的に排気還流量が減少し空燃比がリーン化するという傾向が是正される。
【００１１】
この発明において、上記減速時制御手段による制御は、上記燃料供給手段から燃料が供給される状態のエンジン減速時に行われるようにすること（請求項２）が有効である。すなわち、このような燃料供給状態での減速時に、従来のような制御では一時的に排気還流量の減少に伴い空燃比がリーン化し、ＮＯｘが増加するという傾向が生じるのに対し、本発明の装置によりこの傾向が是正されることとなる。
また、上記排気流通面積可変手段は、例えば、タービンの周囲にノズルを形成してそのノズル開口面積を可変とする可変翼を備えるものであり、このような構成の排気流通面積可変手段を採用する場合に、上記減速時制御手段は、所定エンジン減速時に、排気還流弁を少なくとも部分的に開くとともに、可変翼の開度を一時的に小さくするように制御するようになっていればよい（請求項３）。このように可変翼の開度が小さくされることでタービン上流の排気圧力が高められることとなる。
【００１５】
また、請求項４にかかる発明は、ターボ過給機のタービンへの排気流通面積を変化させる排気流通面積可変手段と、排気通路のタービン上流から排気還流弁を介して吸気通路へ排気ガスを還流させる排気還流装置と、エンジン負荷に対応して燃料供給量が制御される燃料供給手段とを備えたターボ過給機付エンジンにおいて、吸気圧力状態を検出する吸気圧力検出手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段により検出された運転状態に応じて上記排気流通面積可変手段及び排気還流弁を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、上記吸気圧力検出手段により検出される実過給圧と要求負荷に対応して設定される目標過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように排気流通面積可変手段をフィードバック制御する手段と、過給及び排気ガスの還流が行われる運転領域において上記排気流通面積可変手段のフィードバック制御が行われている状態からエンジンが減速される所定エンジン減速時に、排気還流弁を少なくとも部分的に開くように制御するとともに、運転状態の変化に応じた上記目標過給圧の変化をなますように演算処理しつつ、この演算処理した値と実過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように排気流通面積可変手段をフィードバック制御することにより、上記排気流通面積を減速直前の状態よりも減少させる制御減速時制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、所定減速時に、目標過給圧の変化をなますように演算処理した値と実過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように排気流通面積可変手段がフィードバック制御されることにより、減速時に急変する目標過給圧と実過給圧との偏差に応じてフィードバック制御する場合のように排気流通面積の増大とそれに伴う排気圧力の低下を招くような制御が行われることがなく、一時的な排気還流量減少の傾向が抑制されることとなる。
【００１７】
請求項４の発明においても、上記減速時制御手段による制御は、上記燃料供給手段から燃料が供給される状態のエンジン減速時に行われるようにすること（請求項５）により、このような燃料供給状態での減速時のＥＧＲ量の減少及び空燃比のリーン化によるエンジン減速時のＮＯｘ増大が、有効に防止される。
【００１８】
また、上記の各請求項に記載の発明において、制御手段は、減速時制御手段による制御が行われた後の再加速時に排気還流弁を閉弁するように制御すること（請求項６）が好ましい。このようにすると、再加速時に、排気エネルギーが排気還流通路に逃がされることなくタービンに与えられて過給作用が高められるとともに、排気還流の停止に伴なって新気量が増加し、これらの作用で新気の充填効率が高められて加速性が向上する。
【００１９】
また、上記制御手段は、排気ガスの還流を行うべき運転領域で、空燃比が目標空燃比となるように排気還流弁を制御すること（請求項７）が好ましい。
【００２０】
このようにすると、排気還流領域では、ＮＯｘ及びスモークをともに低減できる適正空燃比を保つように排気還流量を制御することができ、定常時等にこのような制御を行いつつ、減速時に一時的にＮＯｘが増加する傾向を是正することができる。
【００２１】
また、吸気通路における排気還流通路接続部より上流に吸気絞り弁を備えるとともに、上記制御手段は所定減速時に上記吸気絞り弁を閉じるように制御すること（請求項８）が好ましい。このようにすると、所定減速時に、吸気絞り弁が絞られてその下流の圧力が低くされることで排気還流が促進されるとともに新気の導入が制限され、空燃比のリーン化を抑制する作用が高められる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る制御装置を備えたターボ過給機付エンジンの実施形態を示している。図示のエンジンはディーゼルエンジンであり、そのエンジン本体１には吸気通路２及び排気通路３が接続されている。また、このエンジンにはターボ過給機５が装備され、このターボ過給機５は、吸気通路２に設けられたコンプレッサ６と、コンプレッサ６を排気エネルギーにより駆動するために排気通路３に設けられたタービン７とを備えるとともに、後述のような可変翼８を具備している。さらにこのエンジンには、排気通路３と吸気通路２とを連通するＥＧＲ通路１１と、このＥＧＲ通路１１に介設されたＥＧＲ弁（排気還流弁）１２とを有するＥＧＲ装置（排気還流装置）が設けられている。
【００２３】
エンジン各部の構造を具体的に説明すると、エンジン本体１の各シリンダ１４には燃焼室内に燃料を噴射する多噴口の燃料噴射弁（燃料供給手段）１５が配設されている。これらの燃料噴射弁１５の燃料入口側は分配通路１６を介してコモンレール（共通管）１７に接続され、このコモンレール１７が燃料噴射ポンプ１８に接続されており、燃料噴射ポンプ１８から送給された燃料がコモンレール１７で蓄圧された上で各燃料噴射弁１５に送られるようになっている。各燃料噴射弁１５は、制御信号に応じて燃料噴射時間及び噴射時期の制御が可能な構造となっている。各燃料噴射弁１５の燃料出口側はリターン通路１９に接続されている。
【００２４】
上記吸気通路２には、その上流側から順にエアフローセンサ（吸入空気量検出手段）２１と、ターボ過給機５のコンプレッサ６と、インタークーラ２２と、吸気絞り弁２３と、サージタンク２４とが配設されるとともに、サージタンク２４に吸気圧力センサ（吸気圧力検出手段）２５が設けられている。
【００２５】
上記吸気絞り弁２３は、特定運転領域でＥＧＲ導入促進等のため吸気通路２を絞るものであり、負圧応動式のアクチュエータ２３ａにより駆動されるようになっている。このアクチュエータ２３ａは電磁弁２６Ａを介してバキュームポンプ２７に接続されており、上記電磁弁２６Ａがデューティ制御されることでアクチュエータ２３ａに対する負圧と大気圧との導入割合が調整され、これにより吸気絞り弁２３の開度が制御されるようになっている。
【００２６】
また、上記排気通路３には、ターボ過給機５のタービン７と、触媒コンバータ２８とが配設されている。
【００２７】
上記ターボ過給機５は、図２に示すようにタービン７の周囲にノズルを形成する多数の可変翼８を備えたＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）からなっている。すなわち、このターボ過給機５（以下、ＶＧＴ５と呼ぶ）は、可変翼８の角度調節により、図２（ａ）に示す全閉（流通面積最小）から図２（ｂ）に示す全開（流通面積最大）までにわたり可変翼８の開度つまりノズル開口面積（タービンへの排気流通面積）が可変となり、これによってタービン効率が制御されるように構成されている。
【００２８】
図１中に示すように上記可変翼８は負圧応動式のアクチュエータ８ａにより駆動され、このアクチュエータ８ａは電磁弁２６Ｂを介してバキュームポンプ２７に接続されている。そして、上記電磁弁２６Ｂがデューティ制御されることでアクチュエータ８ａに対する負圧と大気圧との導入割合が調整され、これによりＶＧＴ５の可変翼開度が制御されるようになっている。
【００２９】
また、上記ＥＧＲ通路１１は、その一端部が排気通路３におけるタービン７の上流側、例えば排気マニフォールドの集合部に接続されるとともに、他端部が上記吸気通路２における吸気絞り弁２３の下流側、例えばサージタンク２４もしくはその上流に接続されている。このＥＧＲ通路１１にはＥＧＲクーラー（還流ガス冷却手段）２９とＥＧＲ弁１２が介設されている。上記ＥＧＲクーラー２９は、ＥＧＲ通路１１を通る還流排気ガスを冷却するもので、例えばエンジン冷却水が導かれる水冷式となっている。
【００３０】
上記ＥＧＲ弁１２は、デューティ制御可能な電磁弁２６Ｃを介してバキュームポンプ２７に接続され、上記電磁弁２６Ｃがデューティ制御されることでＥＧＲ弁１２の負圧室に対する負圧と大気圧との導入割合が調整され、これによりＥＧＲ弁１２の開度が制御されるようになっている。
【００３１】
上記燃料噴射弁１５及び上記各電磁弁２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにはコントロールユニット（ＥＣＵ）３０から制御信号が出力される。このＥＣＵ３０には、上記エアフローセンサ２１及び吸気圧力センサ２５からの信号が入力され、さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３１、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ３２、上記コモンレール１７内の燃料圧力を検出するコモンレール圧力センサ３３等からの信号も入力されるようになっている。
【００３２】
そして、上記ＥＣＵ３０から燃料噴射弁１５に出力される制御信号により燃料噴射弁１５からの燃料噴射量（燃料供給量）及び噴射時期が制御され、また電磁弁２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに出力される制御信号（デューティ信号）により吸気絞り弁２３、ＶＧＴ５の可変翼８及びＥＧＲ弁１２がそれぞれ制御されるようになっている。
【００３３】
上記ＥＣＵ３０は、図３に示すように、目標トルク設定手段３５と、この目標トルク設定手段３５により設定される目標トルク等に基づいて燃料噴射弁１５の燃料噴射量の設定、制御を行う噴射量設定手段３６及び噴射量制御手段３７とを有し、さらに、運転状態検出手段４８と、この運転状態検出手段４８により検出される運転状態に応じてＶＧＴ５の可変翼８及びＥＧＲ弁１２を制御する制御手段４０を有している。
【００３４】
上記目標トルク設定手段３５は、アクセル開度センサ３１によって検出されたアクセル開度Ａｃｃｅｌと、エンジン回転数検出手段３８によってクランク角信号の周期の計測等により検出されたエンジン回転数Ｎｅとに基づき、予め設定されたマップからエンジンの目標トルクＴｒｑｓｏｌを読み出すようになっている。
【００３５】
上記噴射量設定手段３６は、目標トルクＴｒｑｓｏｌとエンジン回転数Ｎｅ等に基づき、予め設定されたマップから目標燃料噴射量Ｆｓｏｌを読み出すようになっており、噴射量制御手段３７は、目標燃料噴射量Ｆｓｏｌと燃料圧力等に基づき、燃料噴射弁１５の励磁時間を調節することにより、燃料噴射量を制御するように構成されている。
【００３６】
また、上記制御手段４０は、ＥＧＲ制御手段４１及びＶＧＴ制御手段４２を含むとともに、減速時制御手段として減速時ＶＧＴ開度演算手段４３を含んでいる。
【００３７】
ＥＧＲ弁制御手段４１は、少なくとも部分負荷領域での定常運転時に、空燃比が空燃比設定手段４５で設定される目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌとなるように、ＥＧＲ弁１２をフィードバック制御する。すなわち、フィードバック制御時には、目標空燃比設定手段４５により上記目標トルクＴｒｑｓｏｌとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて予め設定されたマップから目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌが読み出され、この目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌと上記目標燃料噴射量Ｆｓｏｌとに基づき、目標新気量演算手段４６によりエンジン本体１の燃焼室に吸入される新気の目標新気量ＦＡｓｏｌが演算され、この目標新気量ＦＡｓｏｌの演算値とエアフローセンサ２１で検出された実新気量ＦＡｉｒとがＥＧＲ制御手段４１に入力される。
【００３８】
そして、ＥＧＲ制御手段４１により、目標新気量ＦＡｓｏｌと実新気量ＦＡｉｒとの偏差に応じた制御信号（デューティ信号）がＥＧＲ弁駆動用の電磁弁２６Ｃに出力されることにより、上記偏差をなくすようにＥＧＲ弁１２の開度がフィードバック制御される。このような制御を以下にエアフローフィードバック制御と呼ぶ。
【００３９】
ＶＧＴ制御手段４２は、少なくとも部分負荷領域での定常運転時に、過給圧が目標過給圧設定手段４７で設定される目標過給圧となるように、ＶＧＴ５の可変翼８をフィードバック制御する。すなわち、目標過給圧設定手段４７により上記目標トルクＴｒｑｓｏｌとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて予め設定されたマップから目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌが読み出され、この目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌと吸気圧力センサ２４で検出された実過給圧ＢｓｔとがＶＧＴ制御手段４２に入力される。そして、ＶＧＴ制御手段４２により、上記実過給圧Ｂｓｔと目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌとの偏差に応じた制御信号（デューティ信号）がＶＧＴ駆動用の電磁弁２６Ｂに出力されることにより、上記偏差をなくすように可変翼８の開度がフィードバック制御される。このような制御を以下に過給圧フィードバック制御と呼ぶ。
【００４０】
上記エアフローフィードバック制御及び過給圧フィードバック制御は、少なくとも部分負荷領域での定常運転時に行われ、例えば、アイドル運転領域及び高負荷運転領域を除く運転領域で、減速時以外に行われる。なお、アイドル運転領域及び高負荷運転領域では運転状態に応じたオープン制御が行われ、例えばアイドル運転領域では、ＶＧＴ５の可変翼８が全閉とされるとともにＥＧＲ弁１２が全開とされ、また、高負荷領域では、ＥＧＲによるエンジン出力の低下を避けるためＥＧＲ弁１２が閉じられるとともに、ＶＧＴ５の制御として高負荷低回転領域では過給効率を高めるため可変翼８が全閉とされ、排気流量の多い高負荷高回転領域ではサージング防止のため可変翼８が全開とされ、高負荷中回転領域では回転数上昇に応じて可変翼８の開度が大きくされる。
【００４１】
また、減速時には、過給圧フィードバック制御が停止されて、減速時ＶＧＴ開度演算手段４３により、予め設定された減速時用のＶＧＴ開度マップから減速時の運転状態に応じた開度が演算され、その開度に対応したデューティ信号がＶＧＴ制御手段４２を介してＶＧＴ駆動用の電磁弁２６Ｂに出力される。なお、ＥＧＲ弁１２は減速時に少なくとも部分的に開いた状態とされ、例えばオープン制御で一定開度に保持されるか、定常時と同様にエアフローフィードバック制御で開度が調整される。
【００４２】
上記制御手段４０による制御の一例を図４のフローチャートによって説明する。
【００４３】
このフローチャートの処理がスタートすると、まずステップＳ１でエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃｅｌ、燃料噴射量等の信号が読み込まれ、続いてステップＳ２でエンジン回転数Ｎｅが設定回転数より低いエンジン低回転乃至中回転領域か否かが判定される。エンジン回転数Ｎｅが設定回転数より低い場合は、さらにステップＳ３でエンジン減速状態か否かが判定される。この場合、例えば減速判定フラッグがセットされているか否かが調べられ、この減速判定フラッグは、アクセル開度Ａｃｃｅｌもしくは目標トルクの減少率が所定値以上となったときにセットされ、その後、加速状態となった場合、後記ステップＳ９で実過給圧が目標過給圧以下となったことが判定された場合、あるいは所定時間が経過した場合等にクリアされる。
【００４４】
ステップＳ２，Ｓ３でエンジン回転数Ｎｅが設定回転数より低い領域においてエンジン減速状態と判定された場合には、ステップＳ4〜Ｓ８の減速時の制御が行われる。
【００４５】
すなわち、減速時のＥＧＲ弁１２の制御としてはＥＧＲ弁１２が部分開とされ（ステップＳ４）、例えば、予め設定されたマップから運転状態に応じて読み出された開度、または減速直前のエアフローフィードバック制御により与えられた開度に保持される。あるいは減速状態でもエアフローフィードバック制御が続けられることによりＥＧＲ弁１２の開度が調節されるようにしてもよい。
【００４６】
また、減速時のＶＧＴ５の制御としては、ＶＧＴ５の過給圧フィードバック制御が停止され（ステップＳ５）、予め設定されたＶＧＴ開度マップから、運転状態に応じて減速時のＶＧＴ開度が演算される（ステップＳ６，Ｓ７）。この場合、減速時のＶＧＴ開度は減速前の開度と比べて小さくなるように設定されている。そして、演算された減速時ＶＧＴ開度に対応する制御デューティがＶＧＴ用電磁弁２６Ｂに出力される。
【００４７】
次にステップＳ９で、吸気圧力センサ２５で検出される実過給圧が目標過給圧設定手段４７で設定される目標過給圧よりも大きいか否かが判定され、実過給圧が目標過給圧よりも大きいときは、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜Ｓ９の処理が繰り返されることにより減速時の制御が持続される。
【００４８】
実過給圧が目標過給圧以下となったことが判定されると、ステップＳ１０でＶＧＴの過給圧フィードバック制御が再開され、定常時の制御に戻される。
【００４９】
なお、上記ステップＳ２でエンジン回転数が設定回転数以上であることを判定した場合や、ステップＳ３で減速時以外であることを判定した場合は、ステップＳ１１〜Ｓ１５で運転状態に応じた定常時のＥＧＲ弁１２及びＶＧＴ５の制御が行われる。フィードバック制御領域であれば、ＥＧＲ弁１２の制御（ステップＳ１１）としてエアフローフィードバック制御が行われるとともに、ＶＧＴ５の制御として、目標過給圧の演算（ステップＳ１２）及び実過給圧の読み込み（ステップＳ１３）が行われ、これら目標過給圧と実過給圧の偏差に応じてＶＧＴ制御デューティが演算され（ステップＳ１４）、その制御デューティが出力される（ステップＳ１５）。
【００５０】
以上のような当実施形態の装置によると、過給及び排気還流が行われている状態からの減速時に、アクセル開度、過給圧、ＶＧＴ開度（ＶＧＴ５の可変翼８の開度）、吸入空気量（新気量）及びＥＧＲ弁開度は図５に実線で示すように変化する。また、減速時に当実施形態のような制御を行わずに定常時と同様の過給圧フィードバック制御を行うようにした場合はＶＧＴ開度及び吸入空気量が二点鎖線で示すように変化する。
【００５１】
すなわち、ＶＧＴ５の過給圧フィードバック制御が行われるとともにＥＧＲ弁１２が制御されて排気還流が行われている状態からアクセル開度が小さくされて減速状態となったとき、要求負荷の低下（アクセル開度の減少）に応じて急激に目標過給圧が低下して、減速開始直後は実過給圧より目標過給圧の方が低くなる。このため、上記減速時に過給圧フィードバック制御が続行されたとすると、図５中の二点鎖線のように、実過給圧を引き下げるべくＶＧＴ開度が大きくなる方向に制御され、それに伴いタービン上流の排気圧力が低下してＥＧＲ通路に作用する排気側と吸気側の圧力差が小さくなることによりＥＧＲ量が減少するので、過給圧は低下するものの吸入空気量（新気量）は一時的に増加する。従って、減速時にも運転状態に応じた燃料の供給が行われている場合に、新気量の増加により空燃比がリーン化して、ＮＯｘ浄化性能が悪くなり、これとＥＧＲ量の減少とにより、減速開始直後に一時的にＮＯｘ排出量の増加を招く。
【００５２】
この場合、エアフローフィードバック制御が行われれば、新気量の増加に応じてＥＧＲ弁１２の開度が大きくなるように制御されるが、この制御には応答遅れがあるため、上記のような減速開始直後の一時的なＥＧＲ量の減少、新気量の増加とそれによるＮＯｘの増大を解消し得ない。
【００５３】
これに対し、当実施形態の装置では、減速時に過給圧フィードバック制御が停止されて、一時的にＶＧＴ開度が減速直前より小さい開度に保持されることにより、タービン上流の排気圧力が高められ、充分なＥＧＲ量が確保されて、吸入空気量（新気量）が速やかに減少する。従って、減速開始直後にもＥＧＲ量の増加や空燃比のリーン化を招くことがなく、ＮＯｘ排出量を低く抑えることができることとなる。
【００５４】
さらに、このようにＶＧＴ開度が小さくされると、過給効率が高められて過給圧の低下が抑制されることにより、減速直後に再加速が行われた場合の加速レスポンスの向上にも有利となる。
【００５５】
そして、減速開始後に、実過給圧が低下して目標過給圧よりも低くなれば、ＶＧＴ５の過給圧フィードバック制御が再開される。つまり、実過給圧及び吸入空気量が充分に低下して安定する状態になれば、過給圧フィードバック制御により実過給圧が目標過給圧に追従して変化するようにＶＧＴ開度が制御され、それとともにエアフローフィードバック制御でＥＧＲ弁１２の開度が制御されることにより、ＮＯｘ及びスモークが低減されるようにＥＧＲ量及び吸入空気量が適正に調節されることとなる。
【００５６】
図６は制御手段４０による制御の別の例をフローチャートで示している。このフローチャートにおいて、ステップＳ２１での各種信号の入力、ステップＳ２２での設定回転数より低いか否かの判定、設定回転数より低い場合のステップＳ２３でのエンジン減速状態か否かの判定は、図４のステップＳ１〜Ｓ３と同様である。
【００５７】
エンジン回転数Ｎｅが設定回転数より低い領域においてエンジン減速状態と判定された場合には、ステップＳ２4〜Ｓ２８の減速時の制御が行われる。
【００５８】
すなわち、減速時のＥＧＲ弁１２の制御としてはＥＧＲ弁１２がオープン制御またはエアフローフィードバック制御により部分開とされる（ステップＳ２４）。また、減速時のＶＧＴ５の制御としては、目標過給圧の１次遅れが演算されることにより、目標過給圧の変化をなますように演算処理される（ステップＳ２５）とともに、吸気圧力センサから実過給圧が読み込まれ（ステップＳ２６）、上記目標過給圧の１次遅れ演算値と実過給圧との偏差をなくすようにフィードバック制御すべく、この偏差に応じてＶＧＴ制御デューティが演算され（ステップＳ２７）、この制御デューティがＶＧＴ駆動用の電磁弁２６Ｂに出力される（ステップＳ２８）。
【００５９】
次にステップＳ２９で、減速開始から所定時間が経過したか否かが判定され、その判定がＮＯのときはステップＳ２３に戻り、ステップＳ２３〜Ｓ２９の処理が繰り返されることにより減速時の制御が持続される。
【００６０】
ステップＳ２９の判定がＹＥＳとなると、ステップＳ３０で目標過給圧の１次遅れ演算が停止されて、通常の制御状態に戻される。
【００６１】
なお、上記ステップＳ２２でエンジン回転数が設定回転数以上であることを判定した場合や、ステップＳ２３で減速時以外であることを判定した場合は、ステップＳ３１〜Ｓ３４で運転状態に応じたＶＧＴ５の制御が行われる。すなわち、フィードバック制御領域であれば、ＶＧＴ５の制御として、目標過給圧の演算（ステップＳ３１）及び実過給圧の読み込み（ステップＳ３２）が行われ、これらの偏差に応じてＶＧＴ制御デューティが演算され（ステップＳ３３）、その制御デューティが出力される（ステップＳ３４）。
【００６２】
さらにこの場合に、ステップＳ３５でエンジンが加速状態となったか否かが判定され、加速状態となればＥＧＲ弁１２が閉じられる（ステップＳ３６）。加速状態でなければ、定常運転時のＥＧＲ弁１２の制御が行われ（ステップＳ３７）、例えばエアフローフィードバック制御によりＥＧＲ弁１２の開度が調節される。
【００６３】
以上のような当実施形態の装置によると、過給及び排気還流が行われている状態からの減速時に、アクセル開度、過給圧、ＶＧＴ開度（ＶＧＴ５の可変翼８の開度）及びＥＧＲ弁開度は図７に示すように変化する。
【００６４】
すなわち、アクセル開度が小さくされて減速状態となったとき、要求負荷の低下（アクセル開度の減少）に応じた目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌの変化をなました値である１次遅れ演算値Ｂｓｔｓｏｌ´が求められる。そして、減速時に燃料噴射量の減少により排気エネルギーが低下することで実過給圧Ｂｓｔも低下するが、この実過給圧Ｂｓｔの低下と比べて目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌの低下が急激であるのに対し、上記１次遅れ演算値Ｂｓｔｓｏｌ´の低下は緩慢である。
【００６５】
この１次遅れ演算値Ｂｓｔｓｏｌ´と実過給圧Ｂｓｔとの偏差に応じて過給圧フィードバック制御が行われることにより、ＶＧＴ開度は減速前の開度と比べて小さくなる。
【００６６】
従って、この制御によっても、減速時の一時的なＥＧＲ量の減少及び吸入空気量の増大が避けられ、減速時の運転状態に応じた燃料供給が行われている状態での減速時に、ＥＧＲ量の減少及び空燃比のリーン化によるＮＯｘの増大を生じることが防止されることとなる。
【００６７】
また、減速開始後に所定時間が経過したときや再加速が行われた場合等には上記１次遅れ演算が停止されて通常は過給圧フィードバック制御等の制御手段に戻されるが、特に加速時にはＥＧＲ弁１２が閉じられることで加速性が高められる。つまり、ＥＧＲ弁１２が閉じられると、排気エネルギーがＥＧＲ通路１１に逃がされることなくタービン７に与えられて過給作用が高められるとともに、ＥＧＲの停止に伴なって新気量が増加することにより、新気の充填効率が高められることとなる。
【００６８】
本発明の装置における制御手段等の構成は以上の実施形態に限定されず、種々変更可能である。
【００６９】
例えば、図４に示す制御例及び図６に示す制御例ではエンジン回転数が設定回転数より低い領域での減速時に所定の減速時制御（ステップＳ４〜Ｓ８の制御またはステップＳ２４〜Ｓ２８の制御）を行うようにしているが、高回転領域での減速時にも同様の減速時制御を行うようにしてもよい。
【００７０】
また、図４示す制御例及び図６に示す制御例では、吸気絞り弁２３の制御については示していないが、これらの制御に加えて、所定減速時に吸気絞り弁２３を閉じるように制御してもよい。このようにすると、所定減速時に、吸気絞り弁２３より下流のＥＧＲ通路接続部分の圧力が低下することがでＥＧＲの導入が促進され、かつ、新気の流入が制限されることにより、減速時の一時的なＥＧＲ量の減少及び空燃比のリーン化を是正する作用が、さらに高められる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のターボ過給機付エンジンの制御装置は、過給及び排気ガスの還流が行われている運転領域にある状態からエンジンが減速される所定エンジン減速時に、排気還流弁を少なくとも部分的に開くように制御するとともに、排気流通面積可変手段を一時的にタービンへの排気流通面積が減少するように制御しているため、上記所定減速時に一時的にタービン上流の排気圧力を高めて排気還流を促進し、排気還流量減少及び新気量増加の傾向を是正することができる。
【００７２】
従って、とくに燃料供給状態の減速時に、排気還流量減少及び空燃比のリーン化によるＮＯｘの増大を防止することができ、減速時のエミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を備えたターボ過給機付エンジンの実施形態を示す概略図である。
【図２】過給機の一例としてのＶＧＴにおける可変翼配設部分の構造の模式図である。
【図３】エンジンのコントロールユニットの具体的構成を示すブロック図である。
【図４】減速時におけるＶＧＴ等の制御の一例を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す制御による場合の減速時のアクセル開度、過給圧、ＶＧＴ開度、吸入空気量及びＥＧＲ開度の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図６】減速時におけるＶＧＴ等の制御の別の例を示すフローチャートである。
【図７】図６に示す制御による場合の減速時のアクセル開度、過給圧、ＶＧＴ開度及びＥＧＲ開度の時間的変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン本体
５ ターボ過給機
８ 可変翼
１１ ＥＧＲ通路
１２ ＥＧＲ弁
１５ 燃料噴射弁
２３ 吸気絞り弁
２５ 吸気圧力センサ
３０ コントロールユニット
４０ 制御手段
４１ ＥＧＲ制御手段
４２ ＶＧＴ制御手段
４３ 減速時ＶＧＴ開度演算手段
４８ 運転状態検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載されるターボ過給機付エンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平５−８６８８０号公報に示されるように、ターボ過給機のタービンに対して排気流通面積を変化させる可変ノズル（可変翼）を設けるとともに、この可変ノズルの開度を調節して過給圧を制御するコントローラを備え、このコントローラにより、予め設定したマップからエンジンの運転状態に応じて求めた目標過給圧と過給圧センサにより検出した実過給圧とを比較して、実過給圧が目標過給圧になるように可変ノズルの開度を調節するフィードバック制御を行うようにしたターボ過給機付エンジンの制御装置が知られている。
【０００３】
この装置によると、予め運転状態に応じて適正な目標過給圧を設定しておくことにより、エンジンの出力性能向上及びＮＯｘ低減に有利なように過給圧を制御することができる。
【０００４】
また、この種のエンジンにおいて、排気通路のタービン上流から排気還流弁を介して吸気通路へ排気ガスを還流させる排気還流装置を設け、運転状態に応じて排気還流弁を制御することは従来から行われており、例えばディーゼルエンジンにおいては、要求負荷等に応じて燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する一方、ＮＯｘを低減しつつスモークの発生を抑制すべく空気過剰率（空燃比）の目標値を定め、実際の空気過剰率が目標値となるように上記ＥＧＲ弁をフィードバック制御するようにしたもの等が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のこの種の装置では、上記のような可変ノズルの制御及び排気還流弁の制御が行われている運転状態からのエンジンの減速時、とくに燃料供給状態のエンジン減速時に、一時的に空燃比のリーン化及びエミッションの悪化（ＮＯｘの増加）を招き易いという問題がある。
【０００６】
すなわち、実過給圧と目標過給圧との比較に基づく可変ノズルのフィードバック制御が行われるとともに適当な排気還流量が得られるように排気還流弁が制御されている状態でアクセル開度が小さくされて減速状態となると、エンジン負荷の低下に応じて目標過給圧が低下し、それに応じて実過給圧を引き下げるべく可変ノズルの開度が大きくされることにより、タービン上流の排気圧力が低下する。このように排気圧力が低下すると、排気還流弁が減速前と同じ開度であっても、排気還流通路両端の圧力差が小さくなることで排気還流量が減少し、それに伴ってエンジンに吸入される新気量が増加する。
【０００７】
そして、減速時にも運転状態に応じた燃料の供給が行われている場合に、上記のような排気還流量の減少及び新気量の増加により、空燃比がリーン化するとともにＮＯｘが増加する傾向が生じる。なお、空燃比を目標空燃比とするように排気還流弁のフィードバック制御が行われていても、その制御には応答遅れがあるため、減速過渡時の一時的な排気還流量の減少及び新気量の増加とそれによる空燃比のリーン化やＮＯｘの増加を充分に抑制することが困難である。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、エンジン減速時に一時的に排気還流量が減少する傾向を是正して、空燃比のリーン化やＮＯｘの増大を防止することができるターボ過給機付エンジンの制御装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、排気通路にターボ過給機のタービンへの排気流通面積を変化させる排気流通面積可変手段を備えるとともに、排気通路のタービン上流から排気還流弁を介して吸気通路へ排気ガスを還流させる排気還流装置と、エンジン負荷に対応して燃料供給量が制御される燃料供給手段とを備えたターボ過給機付エンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段により検出された運転状態に応じて上記排気流通面積可変手段及び排気還流弁を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、実過給圧と、要求負荷に対応して設定される目標過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように上記排気流通面積可変手段をフィードバック制御する手段と、過給及び排気ガスの還流が行われている運転領域において上記排気流通面積可変手段のフィードバック制御が行われている状態からエンジンが減速される所定エンジン減速時に、上記排気還流弁を少なくとも部分的に開くように制御するとともに、一時的に上記フィードバック制御を停止して、上記排気流通面積可変手段をタービンへの排気流通面積が減速直前の状態よりも減少するように制御した後に上記フィードバック制御による制御状態に戻す減速時制御手段とを含んでいることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、上記所定減速時に、一時的にタービンへの排気流通面積が減少するように排気流通面積可変手段が制御されることでタービン上流の排気圧力が高められ、これにより排気還流が促進される。従って、減速時に一時的に排気還流量が減少し空燃比がリーン化するという傾向が是正される。
【００１１】
この発明において、上記減速時制御手段による制御は、上記燃料供給手段から燃料が供給される状態のエンジン減速時に行われるようにすること（請求項２）が有効である。すなわち、このような燃料供給状態での減速時に、従来のような制御では一時的に排気還流量の減少に伴い空燃比がリーン化し、ＮＯｘが増加するという傾向が生じるのに対し、本発明の装置によりこの傾向が是正されることとなる。
また、上記排気流通面積可変手段は、例えば、タービンの周囲にノズルを形成してそのノズル開口面積を可変とする可変翼を備えるものであり、このような構成の排気流通面積可変手段を採用する場合に、上記減速時制御手段は、所定エンジン減速時に、排気還流弁を少なくとも部分的に開くとともに、可変翼の開度を一時的に小さくするように制御するようになっていればよい（請求項３）。このように可変翼の開度が小さくされることでタービン上流の排気圧力が高められることとなる。
【００１５】
また、請求項４にかかる発明は、ターボ過給機のタービンへの排気流通面積を変化させる排気流通面積可変手段と、排気通路のタービン上流から排気還流弁を介して吸気通路へ排気ガスを還流させる排気還流装置と、エンジン負荷に対応して燃料供給量が制御される燃料供給手段とを備えたターボ過給機付エンジンにおいて、吸気圧力状態を検出する吸気圧力検出手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段により検出された運転状態に応じて上記排気流通面積可変手段及び排気還流弁を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、上記吸気圧力検出手段により検出される実過給圧と要求負荷に対応して設定される目標過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように排気流通面積可変手段をフィードバック制御する手段と、過給及び排気ガスの還流が行われる運転領域において上記排気流通面積可変手段のフィードバック制御が行われている状態からエンジンが減速される所定エンジン減速時に、排気還流弁を少なくとも部分的に開くように制御するとともに、運転状態の変化に応じた上記目標過給圧の変化をなますように演算処理しつつ、この演算処理した値と実過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように排気流通面積可変手段をフィードバック制御することにより、上記排気流通面積を減速直前の状態よりも減少させる制御減速時制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、所定減速時に、目標過給圧の変化をなますように演算処理した値と実過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように排気流通面積可変手段がフィードバック制御されることにより、減速時に急変する目標過給圧と実過給圧との偏差に応じてフィードバック制御する場合のように排気流通面積の増大とそれに伴う排気圧力の低下を招くような制御が行われることがなく、一時的な排気還流量減少の傾向が抑制されることとなる。
【００１７】
請求項４の発明においても、上記減速時制御手段による制御は、上記燃料供給手段から燃料が供給される状態のエンジン減速時に行われるようにすること（請求項５）により、このような燃料供給状態での減速時のＥＧＲ量の減少及び空燃比のリーン化によるエンジン減速時のＮＯｘ増大が、有効に防止される。
【００１８】
また、上記の各請求項に記載の発明において、制御手段は、減速時制御手段による制御が行われた後の再加速時に排気還流弁を閉弁するように制御すること（請求項６）が好ましい。このようにすると、再加速時に、排気エネルギーが排気還流通路に逃がされることなくタービンに与えられて過給作用が高められるとともに、排気還流の停止に伴なって新気量が増加し、これらの作用で新気の充填効率が高められて加速性が向上する。
【００１９】
また、上記制御手段は、排気ガスの還流を行うべき運転領域で、空燃比が目標空燃比となるように排気還流弁を制御すること（請求項７）が好ましい。
【００２０】
このようにすると、排気還流領域では、ＮＯｘ及びスモークをともに低減できる適正空燃比を保つように排気還流量を制御することができ、定常時等にこのような制御を行いつつ、減速時に一時的にＮＯｘが増加する傾向を是正することができる。
【００２１】
また、吸気通路における排気還流通路接続部より上流に吸気絞り弁を備えるとともに、上記制御手段は所定減速時に上記吸気絞り弁を閉じるように制御すること（請求項８）が好ましい。このようにすると、所定減速時に、吸気絞り弁が絞られてその下流の圧力が低くされることで排気還流が促進されるとともに新気の導入が制限され、空燃比のリーン化を抑制する作用が高められる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る制御装置を備えたターボ過給機付エンジンの実施形態を示している。図示のエンジンはディーゼルエンジンであり、そのエンジン本体１には吸気通路２及び排気通路３が接続されている。また、このエンジンにはターボ過給機５が装備され、このターボ過給機５は、吸気通路２に設けられたコンプレッサ６と、コンプレッサ６を排気エネルギーにより駆動するために排気通路３に設けられたタービン７とを備えるとともに、後述のような可変翼８を具備している。さらにこのエンジンには、排気通路３と吸気通路２とを連通するＥＧＲ通路１１と、このＥＧＲ通路１１に介設されたＥＧＲ弁（排気還流弁）１２とを有するＥＧＲ装置（排気還流装置）が設けられている。
【００２３】
エンジン各部の構造を具体的に説明すると、エンジン本体１の各シリンダ１４には燃焼室内に燃料を噴射する多噴口の燃料噴射弁（燃料供給手段）１５が配設されている。これらの燃料噴射弁１５の燃料入口側は分配通路１６を介してコモンレール（共通管）１７に接続され、このコモンレール１７が燃料噴射ポンプ１８に接続されており、燃料噴射ポンプ１８から送給された燃料がコモンレール１７で蓄圧された上で各燃料噴射弁１５に送られるようになっている。各燃料噴射弁１５は、制御信号に応じて燃料噴射時間及び噴射時期の制御が可能な構造となっている。各燃料噴射弁１５の燃料出口側はリターン通路１９に接続されている。
【００２４】
上記吸気通路２には、その上流側から順にエアフローセンサ（吸入空気量検出手段）２１と、ターボ過給機５のコンプレッサ６と、インタークーラ２２と、吸気絞り弁２３と、サージタンク２４とが配設されるとともに、サージタンク２４に吸気圧力センサ（吸気圧力検出手段）２５が設けられている。
【００２５】
上記吸気絞り弁２３は、特定運転領域でＥＧＲ導入促進等のため吸気通路２を絞るものであり、負圧応動式のアクチュエータ２３ａにより駆動されるようになっている。このアクチュエータ２３ａは電磁弁２６Ａを介してバキュームポンプ２７に接続されており、上記電磁弁２６Ａがデューティ制御されることでアクチュエータ２３ａに対する負圧と大気圧との導入割合が調整され、これにより吸気絞り弁２３の開度が制御されるようになっている。
【００２６】
また、上記排気通路３には、ターボ過給機５のタービン７と、触媒コンバータ２８とが配設されている。
【００２７】
上記ターボ過給機５は、図２に示すようにタービン７の周囲にノズルを形成する多数の可変翼８を備えたＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）からなっている。すなわち、このターボ過給機５（以下、ＶＧＴ５と呼ぶ）は、可変翼８の角度調節により、図２（ａ）に示す全閉（流通面積最小）から図２（ｂ）に示す全開（流通面積最大）までにわたり可変翼８の開度つまりノズル開口面積（タービンへの排気流通面積）が可変となり、これによってタービン効率が制御されるように構成されている。
【００２８】
図１中に示すように上記可変翼８は負圧応動式のアクチュエータ８ａにより駆動され、このアクチュエータ８ａは電磁弁２６Ｂを介してバキュームポンプ２７に接続されている。そして、上記電磁弁２６Ｂがデューティ制御されることでアクチュエータ８ａに対する負圧と大気圧との導入割合が調整され、これによりＶＧＴ５の可変翼開度が制御されるようになっている。
【００２９】
また、上記ＥＧＲ通路１１は、その一端部が排気通路３におけるタービン７の上流側、例えば排気マニフォールドの集合部に接続されるとともに、他端部が上記吸気通路２における吸気絞り弁２３の下流側、例えばサージタンク２４もしくはその上流に接続されている。このＥＧＲ通路１１にはＥＧＲクーラー（還流ガス冷却手段）２９とＥＧＲ弁１２が介設されている。上記ＥＧＲクーラー２９は、ＥＧＲ通路１１を通る還流排気ガスを冷却するもので、例えばエンジン冷却水が導かれる水冷式となっている。
【００３０】
上記ＥＧＲ弁１２は、デューティ制御可能な電磁弁２６Ｃを介してバキュームポンプ２７に接続され、上記電磁弁２６Ｃがデューティ制御されることでＥＧＲ弁１２の負圧室に対する負圧と大気圧との導入割合が調整され、これによりＥＧＲ弁１２の開度が制御されるようになっている。
【００３１】
上記燃料噴射弁１５及び上記各電磁弁２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにはコントロールユニット（ＥＣＵ）３０から制御信号が出力される。このＥＣＵ３０には、上記エアフローセンサ２１及び吸気圧力センサ２５からの信号が入力され、さらに、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３１、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ３２、上記コモンレール１７内の燃料圧力を検出するコモンレール圧力センサ３３等からの信号も入力されるようになっている。
【００３２】
そして、上記ＥＣＵ３０から燃料噴射弁１５に出力される制御信号により燃料噴射弁１５からの燃料噴射量（燃料供給量）及び噴射時期が制御され、また電磁弁２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに出力される制御信号（デューティ信号）により吸気絞り弁２３、ＶＧＴ５の可変翼８及びＥＧＲ弁１２がそれぞれ制御されるようになっている。
【００３３】
上記ＥＣＵ３０は、図３に示すように、目標トルク設定手段３５と、この目標トルク設定手段３５により設定される目標トルク等に基づいて燃料噴射弁１５の燃料噴射量の設定、制御を行う噴射量設定手段３６及び噴射量制御手段３７とを有し、さらに、運転状態検出手段４８と、この運転状態検出手段４８により検出される運転状態に応じてＶＧＴ５の可変翼８及びＥＧＲ弁１２を制御する制御手段４０を有している。
【００３４】
上記目標トルク設定手段３５は、アクセル開度センサ３１によって検出されたアクセル開度Ａｃｃｅｌと、エンジン回転数検出手段３８によってクランク角信号の周期の計測等により検出されたエンジン回転数Ｎｅとに基づき、予め設定されたマップからエンジンの目標トルクＴｒｑｓｏｌを読み出すようになっている。
【００３５】
上記噴射量設定手段３６は、目標トルクＴｒｑｓｏｌとエンジン回転数Ｎｅ等に基づき、予め設定されたマップから目標燃料噴射量Ｆｓｏｌを読み出すようになっており、噴射量制御手段３７は、目標燃料噴射量Ｆｓｏｌと燃料圧力等に基づき、燃料噴射弁１５の励磁時間を調節することにより、燃料噴射量を制御するように構成されている。
【００３６】
また、上記制御手段４０は、ＥＧＲ制御手段４１及びＶＧＴ制御手段４２を含むとともに、減速時制御手段として減速時ＶＧＴ開度演算手段４３を含んでいる。
【００３７】
ＥＧＲ弁制御手段４１は、少なくとも部分負荷領域での定常運転時に、空燃比が空燃比設定手段４５で設定される目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌとなるように、ＥＧＲ弁１２をフィードバック制御する。すなわち、フィードバック制御時には、目標空燃比設定手段４５により上記目標トルクＴｒｑｓｏｌとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて予め設定されたマップから目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌが読み出され、この目標空燃比Ａ／Ｆｓｏｌと上記目標燃料噴射量Ｆｓｏｌとに基づき、目標新気量演算手段４６によりエンジン本体１の燃焼室に吸入される新気の目標新気量ＦＡｓｏｌが演算され、この目標新気量ＦＡｓｏｌの演算値とエアフローセンサ２１で検出された実新気量ＦＡｉｒとがＥＧＲ制御手段４１に入力される。
【００３８】
そして、ＥＧＲ制御手段４１により、目標新気量ＦＡｓｏｌと実新気量ＦＡｉｒとの偏差に応じた制御信号（デューティ信号）がＥＧＲ弁駆動用の電磁弁２６Ｃに出力されることにより、上記偏差をなくすようにＥＧＲ弁１２の開度がフィードバック制御される。このような制御を以下にエアフローフィードバック制御と呼ぶ。
【００３９】
ＶＧＴ制御手段４２は、少なくとも部分負荷領域での定常運転時に、過給圧が目標過給圧設定手段４７で設定される目標過給圧となるように、ＶＧＴ５の可変翼８をフィードバック制御する。すなわち、目標過給圧設定手段４７により上記目標トルクＴｒｑｓｏｌとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて予め設定されたマップから目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌが読み出され、この目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌと吸気圧力センサ２４で検出された実過給圧ＢｓｔとがＶＧＴ制御手段４２に入力される。そして、ＶＧＴ制御手段４２により、上記実過給圧Ｂｓｔと目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌとの偏差に応じた制御信号（デューティ信号）がＶＧＴ駆動用の電磁弁２６Ｂに出力されることにより、上記偏差をなくすように可変翼８の開度がフィードバック制御される。このような制御を以下に過給圧フィードバック制御と呼ぶ。
【００４０】
上記エアフローフィードバック制御及び過給圧フィードバック制御は、少なくとも部分負荷領域での定常運転時に行われ、例えば、アイドル運転領域及び高負荷運転領域を除く運転領域で、減速時以外に行われる。なお、アイドル運転領域及び高負荷運転領域では運転状態に応じたオープン制御が行われ、例えばアイドル運転領域では、ＶＧＴ５の可変翼８が全閉とされるとともにＥＧＲ弁１２が全開とされ、また、高負荷領域では、ＥＧＲによるエンジン出力の低下を避けるためＥＧＲ弁１２が閉じられるとともに、ＶＧＴ５の制御として高負荷低回転領域では過給効率を高めるため可変翼８が全閉とされ、排気流量の多い高負荷高回転領域ではサージング防止のため可変翼８が全開とされ、高負荷中回転領域では回転数上昇に応じて可変翼８の開度が大きくされる。
【００４１】
また、減速時には、過給圧フィードバック制御が停止されて、減速時ＶＧＴ開度演算手段４３により、予め設定された減速時用のＶＧＴ開度マップから減速時の運転状態に応じた開度が演算され、その開度に対応したデューティ信号がＶＧＴ制御手段４２を介してＶＧＴ駆動用の電磁弁２６Ｂに出力される。なお、ＥＧＲ弁１２は減速時に少なくとも部分的に開いた状態とされ、例えばオープン制御で一定開度に保持されるか、定常時と同様にエアフローフィードバック制御で開度が調整される。
【００４２】
上記制御手段４０による制御の一例を図４のフローチャートによって説明する。
【００４３】
このフローチャートの処理がスタートすると、まずステップＳ１でエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃｅｌ、燃料噴射量等の信号が読み込まれ、続いてステップＳ２でエンジン回転数Ｎｅが設定回転数より低いエンジン低回転乃至中回転領域か否かが判定される。エンジン回転数Ｎｅが設定回転数より低い場合は、さらにステップＳ３でエンジン減速状態か否かが判定される。この場合、例えば減速判定フラッグがセットされているか否かが調べられ、この減速判定フラッグは、アクセル開度Ａｃｃｅｌもしくは目標トルクの減少率が所定値以上となったときにセットされ、その後、加速状態となった場合、後記ステップＳ９で実過給圧が目標過給圧以下となったことが判定された場合、あるいは所定時間が経過した場合等にクリアされる。
【００４４】
ステップＳ２，Ｓ３でエンジン回転数Ｎｅが設定回転数より低い領域においてエンジン減速状態と判定された場合には、ステップＳ4〜Ｓ８の減速時の制御が行われる。
【００４５】
すなわち、減速時のＥＧＲ弁１２の制御としてはＥＧＲ弁１２が部分開とされ（ステップＳ４）、例えば、予め設定されたマップから運転状態に応じて読み出された開度、または減速直前のエアフローフィードバック制御により与えられた開度に保持される。あるいは減速状態でもエアフローフィードバック制御が続けられることによりＥＧＲ弁１２の開度が調節されるようにしてもよい。
【００４６】
また、減速時のＶＧＴ５の制御としては、ＶＧＴ５の過給圧フィードバック制御が停止され（ステップＳ５）、予め設定されたＶＧＴ開度マップから、運転状態に応じて減速時のＶＧＴ開度が演算される（ステップＳ６，Ｓ７）。この場合、減速時のＶＧＴ開度は減速前の開度と比べて小さくなるように設定されている。そして、演算された減速時ＶＧＴ開度に対応する制御デューティがＶＧＴ用電磁弁２６Ｂに出力される。
【００４７】
次にステップＳ９で、吸気圧力センサ２５で検出される実過給圧が目標過給圧設定手段４７で設定される目標過給圧よりも大きいか否かが判定され、実過給圧が目標過給圧よりも大きいときは、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜Ｓ９の処理が繰り返されることにより減速時の制御が持続される。
【００４８】
実過給圧が目標過給圧以下となったことが判定されると、ステップＳ１０でＶＧＴの過給圧フィードバック制御が再開され、定常時の制御に戻される。
【００４９】
なお、上記ステップＳ２でエンジン回転数が設定回転数以上であることを判定した場合や、ステップＳ３で減速時以外であることを判定した場合は、ステップＳ１１〜Ｓ１５で運転状態に応じた定常時のＥＧＲ弁１２及びＶＧＴ５の制御が行われる。フィードバック制御領域であれば、ＥＧＲ弁１２の制御（ステップＳ１１）としてエアフローフィードバック制御が行われるとともに、ＶＧＴ５の制御として、目標過給圧の演算（ステップＳ１２）及び実過給圧の読み込み（ステップＳ１３）が行われ、これら目標過給圧と実過給圧の偏差に応じてＶＧＴ制御デューティが演算され（ステップＳ１４）、その制御デューティが出力される（ステップＳ１５）。
【００５０】
以上のような当実施形態の装置によると、過給及び排気還流が行われている状態からの減速時に、アクセル開度、過給圧、ＶＧＴ開度（ＶＧＴ５の可変翼８の開度）、吸入空気量（新気量）及びＥＧＲ弁開度は図５に実線で示すように変化する。また、減速時に当実施形態のような制御を行わずに定常時と同様の過給圧フィードバック制御を行うようにした場合はＶＧＴ開度及び吸入空気量が二点鎖線で示すように変化する。
【００５１】
すなわち、ＶＧＴ５の過給圧フィードバック制御が行われるとともにＥＧＲ弁１２が制御されて排気還流が行われている状態からアクセル開度が小さくされて減速状態となったとき、要求負荷の低下（アクセル開度の減少）に応じて急激に目標過給圧が低下して、減速開始直後は実過給圧より目標過給圧の方が低くなる。このため、上記減速時に過給圧フィードバック制御が続行されたとすると、図５中の二点鎖線のように、実過給圧を引き下げるべくＶＧＴ開度が大きくなる方向に制御され、それに伴いタービン上流の排気圧力が低下してＥＧＲ通路に作用する排気側と吸気側の圧力差が小さくなることによりＥＧＲ量が減少するので、過給圧は低下するものの吸入空気量（新気量）は一時的に増加する。従って、減速時にも運転状態に応じた燃料の供給が行われている場合に、新気量の増加により空燃比がリーン化して、ＮＯｘ浄化性能が悪くなり、これとＥＧＲ量の減少とにより、減速開始直後に一時的にＮＯｘ排出量の増加を招く。
【００５２】
この場合、エアフローフィードバック制御が行われれば、新気量の増加に応じてＥＧＲ弁１２の開度が大きくなるように制御されるが、この制御には応答遅れがあるため、上記のような減速開始直後の一時的なＥＧＲ量の減少、新気量の増加とそれによるＮＯｘの増大を解消し得ない。
【００５３】
これに対し、当実施形態の装置では、減速時に過給圧フィードバック制御が停止されて、一時的にＶＧＴ開度が減速直前より小さい開度に保持されることにより、タービン上流の排気圧力が高められ、充分なＥＧＲ量が確保されて、吸入空気量（新気量）が速やかに減少する。従って、減速開始直後にもＥＧＲ量の増加や空燃比のリーン化を招くことがなく、ＮＯｘ排出量を低く抑えることができることとなる。
【００５４】
さらに、このようにＶＧＴ開度が小さくされると、過給効率が高められて過給圧の低下が抑制されることにより、減速直後に再加速が行われた場合の加速レスポンスの向上にも有利となる。
【００５５】
そして、減速開始後に、実過給圧が低下して目標過給圧よりも低くなれば、ＶＧＴ５の過給圧フィードバック制御が再開される。つまり、実過給圧及び吸入空気量が充分に低下して安定する状態になれば、過給圧フィードバック制御により実過給圧が目標過給圧に追従して変化するようにＶＧＴ開度が制御され、それとともにエアフローフィードバック制御でＥＧＲ弁１２の開度が制御されることにより、ＮＯｘ及びスモークが低減されるようにＥＧＲ量及び吸入空気量が適正に調節されることとなる。
【００５６】
図６は制御手段４０による制御の別の例をフローチャートで示している。このフローチャートにおいて、ステップＳ２１での各種信号の入力、ステップＳ２２での設定回転数より低いか否かの判定、設定回転数より低い場合のステップＳ２３でのエンジン減速状態か否かの判定は、図４のステップＳ１〜Ｓ３と同様である。
【００５７】
エンジン回転数Ｎｅが設定回転数より低い領域においてエンジン減速状態と判定された場合には、ステップＳ２4〜Ｓ２８の減速時の制御が行われる。
【００５８】
すなわち、減速時のＥＧＲ弁１２の制御としてはＥＧＲ弁１２がオープン制御またはエアフローフィードバック制御により部分開とされる（ステップＳ２４）。また、減速時のＶＧＴ５の制御としては、目標過給圧の１次遅れが演算されることにより、目標過給圧の変化をなますように演算処理される（ステップＳ２５）とともに、吸気圧力センサから実過給圧が読み込まれ（ステップＳ２６）、上記目標過給圧の１次遅れ演算値と実過給圧との偏差をなくすようにフィードバック制御すべく、この偏差に応じてＶＧＴ制御デューティが演算され（ステップＳ２７）、この制御デューティがＶＧＴ駆動用の電磁弁２６Ｂに出力される（ステップＳ２８）。
【００５９】
次にステップＳ２９で、減速開始から所定時間が経過したか否かが判定され、その判定がＮＯのときはステップＳ２３に戻り、ステップＳ２３〜Ｓ２９の処理が繰り返されることにより減速時の制御が持続される。
【００６０】
ステップＳ２９の判定がＹＥＳとなると、ステップＳ３０で目標過給圧の１次遅れ演算が停止されて、通常の制御状態に戻される。
【００６１】
なお、上記ステップＳ２２でエンジン回転数が設定回転数以上であることを判定した場合や、ステップＳ２３で減速時以外であることを判定した場合は、ステップＳ３１〜Ｓ３４で運転状態に応じたＶＧＴ５の制御が行われる。すなわち、フィードバック制御領域であれば、ＶＧＴ５の制御として、目標過給圧の演算（ステップＳ３１）及び実過給圧の読み込み（ステップＳ３２）が行われ、これらの偏差に応じてＶＧＴ制御デューティが演算され（ステップＳ３３）、その制御デューティが出力される（ステップＳ３４）。
【００６２】
さらにこの場合に、ステップＳ３５でエンジンが加速状態となったか否かが判定され、加速状態となればＥＧＲ弁１２が閉じられる（ステップＳ３６）。加速状態でなければ、定常運転時のＥＧＲ弁１２の制御が行われ（ステップＳ３７）、例えばエアフローフィードバック制御によりＥＧＲ弁１２の開度が調節される。
【００６３】
以上のような当実施形態の装置によると、過給及び排気還流が行われている状態からの減速時に、アクセル開度、過給圧、ＶＧＴ開度（ＶＧＴ５の可変翼８の開度）及びＥＧＲ弁開度は図７に示すように変化する。
【００６４】
すなわち、アクセル開度が小さくされて減速状態となったとき、要求負荷の低下（アクセル開度の減少）に応じた目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌの変化をなました値である１次遅れ演算値Ｂｓｔｓｏｌ´が求められる。そして、減速時に燃料噴射量の減少により排気エネルギーが低下することで実過給圧Ｂｓｔも低下するが、この実過給圧Ｂｓｔの低下と比べて目標過給圧Ｂｓｔｓｏｌの低下が急激であるのに対し、上記１次遅れ演算値Ｂｓｔｓｏｌ´の低下は緩慢である。
【００６５】
この１次遅れ演算値Ｂｓｔｓｏｌ´と実過給圧Ｂｓｔとの偏差に応じて過給圧フィードバック制御が行われることにより、ＶＧＴ開度は減速前の開度と比べて小さくなる。
【００６６】
従って、この制御によっても、減速時の一時的なＥＧＲ量の減少及び吸入空気量の増大が避けられ、減速時の運転状態に応じた燃料供給が行われている状態での減速時に、ＥＧＲ量の減少及び空燃比のリーン化によるＮＯｘの増大を生じることが防止されることとなる。
【００６７】
また、減速開始後に所定時間が経過したときや再加速が行われた場合等には上記１次遅れ演算が停止されて通常は過給圧フィードバック制御等の制御手段に戻されるが、特に加速時にはＥＧＲ弁１２が閉じられることで加速性が高められる。つまり、ＥＧＲ弁１２が閉じられると、排気エネルギーがＥＧＲ通路１１に逃がされることなくタービン７に与えられて過給作用が高められるとともに、ＥＧＲの停止に伴なって新気量が増加することにより、新気の充填効率が高められることとなる。
【００６８】
本発明の装置における制御手段等の構成は以上の実施形態に限定されず、種々変更可能である。
【００６９】
例えば、図４に示す制御例及び図６に示す制御例ではエンジン回転数が設定回転数より低い領域での減速時に所定の減速時制御（ステップＳ４〜Ｓ８の制御またはステップＳ２４〜Ｓ２８の制御）を行うようにしているが、高回転領域での減速時にも同様の減速時制御を行うようにしてもよい。
【００７０】
また、図４示す制御例及び図６に示す制御例では、吸気絞り弁２３の制御については示していないが、これらの制御に加えて、所定減速時に吸気絞り弁２３を閉じるように制御してもよい。このようにすると、所定減速時に、吸気絞り弁２３より下流のＥＧＲ通路接続部分の圧力が低下することがでＥＧＲの導入が促進され、かつ、新気の流入が制限されることにより、減速時の一時的なＥＧＲ量の減少及び空燃比のリーン化を是正する作用が、さらに高められる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のターボ過給機付エンジンの制御装置は、過給及び排気ガスの還流が行われている運転領域にある状態からエンジンが減速される所定エンジン減速時に、排気還流弁を少なくとも部分的に開くように制御するとともに、排気流通面積可変手段を一時的にタービンへの排気流通面積が減少するように制御しているため、上記所定減速時に一時的にタービン上流の排気圧力を高めて排気還流を促進し、排気還流量減少及び新気量増加の傾向を是正することができる。
【００７２】
従って、とくに燃料供給状態の減速時に、排気還流量減少及び空燃比のリーン化によるＮＯｘの増大を防止することができ、減速時のエミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を備えたターボ過給機付エンジンの実施形態を示す概略図である。
【図２】過給機の一例としてのＶＧＴにおける可変翼配設部分の構造の模式図である。
【図３】エンジンのコントロールユニットの具体的構成を示すブロック図である。
【図４】減速時におけるＶＧＴ等の制御の一例を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す制御による場合の減速時のアクセル開度、過給圧、ＶＧＴ開度、吸入空気量及びＥＧＲ開度の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図６】減速時におけるＶＧＴ等の制御の別の例を示すフローチャートである。
【図７】図６に示す制御による場合の減速時のアクセル開度、過給圧、ＶＧＴ開度及びＥＧＲ開度の時間的変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン本体
５ ターボ過給機
８ 可変翼
１１ ＥＧＲ通路
１２ ＥＧＲ弁
１５ 燃料噴射弁
２３ 吸気絞り弁
２５ 吸気圧力センサ
３０ コントロールユニット
４０ 制御手段
４１ ＥＧＲ制御手段
４２ ＶＧＴ制御手段
４３ 減速時ＶＧＴ開度演算手段
４８ 運転状態検出手段
Claims (8)
- 排気通路にターボ過給機のタービンへの排気流通面積を変化させる排気流通面積可変手段を備えるとともに、排気通路のタービン上流から排気還流弁を介して吸気通路へ排気ガスを還流させる排気還流装置と、エンジン負荷に対応して燃料供給量が制御される燃料供給手段とを備えたターボ過給機付エンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段により検出された運転状態に応じて上記排気流通面積可変手段及び排気還流弁を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、実過給圧と、要求負荷に対応して設定される目標過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように上記排気流通面積可変手段をフィードバック制御する手段と、過給及び排気ガスの還流が行われている運転領域において上記排気流通面積可変手段のフィードバック制御が行われている状態からエンジンが減速される所定エンジン減速時に、上記排気還流弁を少なくとも部分的に開くように制御するとともに、一時的に上記フィードバック制御を停止して、上記排気流通面積可変手段をタービンへの排気流通面積が減速直前の状態よりも減少するように制御した後に上記フィードバック制御による制御状態に戻す減速時制御手段とを含んでいることを特徴とするターボ過給機付エンジンの制御装置。
- 上記減速時制御手段による制御は、上記燃料供給手段から燃料が供給される状態のエンジン減速時に行われることを特徴とする請求項１記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
- 排気流通面積可変手段は、タービンの周囲にノズルを形成してそのノズル開口面積を可変とする可変翼を備え、上記減速時制御手段は、所定エンジン減速時に、排気還流弁を少なくとも部分的に開くとともに、可変翼の開度を一時的に小さくするように制御することを特徴とする請求項１又は２記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
- ターボ過給機のタービンへの排気流通面積を変化させる排気流通面積可変手段と、排気通路のタービン上流から排気還流弁を介して吸気通路へ排気ガスを還流させる排気還流装置と、エンジン負荷に対応して燃料供給量が制御される燃料供給手段とを備えたターボ過給機付エンジンにおいて、吸気圧力状態を検出する吸気圧力検出手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段により検出された運転状態に応じて上記排気流通面積可変手段及び排気還流弁を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、上記吸気圧力検出手段により検出される実過給圧と要求負荷に対応して設定される目標過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように排気流通面積可変手段をフィードバック制御する手段と、過給及び排気ガスの還流が行われる運転領域において上記排気流通面積可変手段のフィードバック制御が行われている状態からエンジンが減速される所定エンジン減速時に、排気還流弁を少なくとも部分的に開くように制御するとともに、運転状態の変化に応じた上記目標過給圧の変化をなますように演算処理しつつ、この演算処理した値と実過給圧とに基づいて両者の偏差をなくすように排気流通面積可変手段をフィードバック制御することにより、上記排気流通面積を減速直前の状態よりも減少させる制御減速時制御手段とを含むことを特徴とするターボ過給機付エンジンの制御装置。
- 上記減速時制御手段による制御は、上記燃料供給手段から燃料が供給される状態のエンジン減速時に行われることを特徴とする請求項４記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
- 上記制御手段は、減速時制御手段による制御が行われた後の再加速時に排気還流弁を閉弁するように制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
- 上記制御手段は、排気ガスの還流を行うべき運転領域で、空燃比が目標空燃比となるように排気還流弁を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
- 吸気通路における排気還流通路接続部より上流に吸気絞り弁を備えるとともに、上記制御手段は所定減速時に上記吸気絞り弁を閉じるように制御することを特 徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
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