ターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置
【課題】アクチュエータの操作により過給圧を能動的に制御可能なターボ過給機付きディーゼルエンジンにおいて、過渡運転時にＥＧＲ率の制御性が低下しないような過給圧制御を行う。
【解決手段】本制御装置は、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて過給圧の第１の目標値を算出する。そして、過給圧センサの信号から算出した実過給圧を第１の目標値（定常目標値）に近づけるようにフィードバック制御によってアクチュエータを操作する。ただし、実排気圧と実過給圧との差圧が所定の差圧基準より小さい場合のみ、実排気圧との差圧が差圧基準と同じかそれよりも大きい第２の目標値（過渡目標値）を設定する。そして、第２の目標値が設定されている場合は、フィードバック制御の目標値を第１の目標値から第２の目標値に変更する。また、実排気圧と実過給圧との差圧が差圧基準より小さい場合は、目標ＥＧＲ率をエンジンの運転条件から決定した値よりも低い値に変更する。
【解決手段】本制御装置は、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて過給圧の第１の目標値を算出する。そして、過給圧センサの信号から算出した実過給圧を第１の目標値（定常目標値）に近づけるようにフィードバック制御によってアクチュエータを操作する。ただし、実排気圧と実過給圧との差圧が所定の差圧基準より小さい場合のみ、実排気圧との差圧が差圧基準と同じかそれよりも大きい第２の目標値（過渡目標値）を設定する。そして、第２の目標値が設定されている場合は、フィードバック制御の目標値を第１の目標値から第２の目標値に変更する。また、実排気圧と実過給圧との差圧が差圧基準より小さい場合は、目標ＥＧＲ率をエンジンの運転条件から決定した値よりも低い値に変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用のターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置に関し、特に、アクチュエータによるタービン回転数の制御によって過給圧を能動的に制御可能なターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変ノズルを有する可変容量ターボ過給機付きディーゼルエンジンでは、可変ノズルの開度によるタービン回転数の制御によって過給圧を能動的に制御することができる。そして、このようなターボ過給機付きディーゼルエンジンでは、エンジン回転数と燃料噴射量とから目標過給圧を決定し、過給圧センサの信号から算出される実過給圧が目標過給圧になるようにフィードバック制御によって可変ノズルを操作することができる。
【０００３】
ところで、ターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御においては、アクチュエータの操作量やエンジンの状態量に関してハード上の或いは制御上の様々な制約が存在している。それらの制約が満たされない場合、ハードの破損や制御性能の低下が生じるおそれがある。そして、それらの制約のうちの少なくとも一部は過給圧制御に関係することから、上記のフィードバック制御において用いられる目標過給圧は、それら制約とエンジンの応答性能とを同時に満たすことのできる値に設定されている。
【０００４】
ただし、エンジン回転数ごと及び燃料噴射量ごとに目標過給圧を定める適合作業は、エンジンの定常運転下で行われるのが一般的である。エンジン回転数が上昇しているときのような過渡運転下も含めると適合作業に要する工数が膨大になってしまう。また、全ての過渡運転条件を想定して漏れなく目標過給圧の適合を行うことには無理がある。このため、エンジンが過渡運転下にあるときは、過給圧制御に関連する一部の制約が満たされなくなるおそれがある。そのような制約の１つがＥＧＲ率の制御性に関する制約である。ＥＧＲ装置による排気ガスの再循環は排気圧と過給圧との差圧を利用して行われる。その差圧が過小な場合、或いは、逆差圧が発生している場合には、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率の制御ができなくなる。このため、フィードバック制御で用いる目標過給圧は、一定のＥＧＲ率の制御性が保たれるように適合される。ところが、目標過給圧はエンジンの定常運転時で適合されたものであるため、エンジンが過渡運転下にある場合には、排気圧と過給圧とのバランスが崩れることによってＥＧＲ率の制御性が低下してしまうおそれがある。よって、可変ノズルによって過給圧のフィードバック制御を行う場合には、過渡運転時においてＥＧＲ率の制御性が低下しないような何らかの対策が必要である。
【０００５】
しかし、現在のところ、ターボ過給機付きディーゼルエンジンの過渡運転時にＥＧＲ率の制御性が低下することについて着目し、それを回避することのできる発明を提案している文献は見つかっていない。
【０００６】
なお、過渡運転時の過給圧制御に関する発明を開示する文献としては、特開２０１０−１８５４１５号公報を挙げることができる。この公報には、オープンループ制御によって可変ノズルの開度を制御するものにおいて、加速時に生じうる過給圧のオーバーシュートを回避できるようにした過給圧制御の発明が開示されている。この公報に開示された発明によれば、定常運転時には、エンジン回転速度と燃料噴射量とに基づいて目標吸入空気量が算出され、目標吸入空気量に基づいて可変ノズルの目標開度が決められる。一方、加速時には、目標過給圧と実際の過給圧との偏差に基づいて目標吸入空気量偏差が算出され、目標吸入空気量偏差を吸入空気量に加算したものが過給機制御目標吸入空気量として算出される。そして、過給機制御目標吸入空気量に基づいて可変ノズルの目標開度が決められる。しかし、目標吸入空気量偏差のマップ値は適合によって定められるものであるから、適合作業に膨大な工数を要するという問題はこの公報に開示された発明も無関係ではない。また、適合作業時には想定していなかった過渡運転条件のもとでは、過給圧を適切に制御できずにオーバーシュートさせてしまう可能性がある。つまり、上記公報に開示された発明は過渡運転時に発生する問題の解決策として必ずしも有効であるとは言えない。よって、この発明を前述のＥＧＲ率の制御性に関する問題の解決策として応用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１８５４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、アクチュエータの操作により過給圧を能動的に制御可能なターボ過給機付きディーゼルエンジンにおいて、過渡運転時にＥＧＲ率の制御性が低下しないような過給圧制御を行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を達成するために、本発明に係るターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置は、以下の動作を行うように構成される。
【００１０】
本発明の１つの形態によれば、本制御装置は、過給圧センサの信号からエンジンの実過給圧を算出するとともに、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて過給圧の第１の目標値を算出する。そして、実過給圧を第１の目標値に近づけるようにフィードバック制御によって過給圧制御用のアクチュエータを操作する。過給圧制御用のアクチュエータには可変容量ターボ過給機の可変ノズルやウエストゲートバルブが含まれる。本制御装置による上記の動作は、定常運転時か過渡運転時かに関係なく行われる動作である。つまり、エンジンの運転状態を積極的に判定し、エンジンの運転状態が定常運転か過渡運転かで目標値を切り替えることはしない。ただし、次に説明する第２の目標値が設定されている場合のみ、本制御装置は、フィードバック制御の目標値を第１の目標値から第２の目標値に変更する。
【００１１】
本制御装置は、実排気圧と実過給圧との差圧が所定の差圧基準より小さい場合、過給圧の第２の目標値を設定する。実排気圧は排気圧センサの信号から算出される。差圧基準はＥＧＲ率の制御性が保障される差圧の値である。本制御装置によれば、過給圧の第２の目標値は、実排気圧との差圧が差圧基準と同じかそれよりも大きい値とされる。
【００１２】
本発明のより好ましい形態によれば、本制御装置は、上述の動作を行うことに加えて、各種の計測値から算出した実ＥＧＲ率をエンジンの運転条件から決定した目標ＥＧＲ率に近づけるようにフィードバック制御によってＥＧＲ装置を操作する。本制御装置によるこの動作は、定常運転時か過渡運転時かに関係なく行われる動作である。ただし、実排気圧と実過給圧との差圧が差圧基準より小さい場合、本制御装置は、目標ＥＧＲ率をエンジンの運転条件から決定した値よりも低い値に変更する。好ましくは、目標ＥＧＲ率を実ＥＧＲ率と同じ値に変更する。ＥＧＲ率のフィードバック制御において余計な積分値が溜め込まれないようにするためである。
【発明の効果】
【００１３】
本制御装置が以上のように動作することにより、過渡運転時において実排気圧と実過給圧との差圧を十分に確保してＥＧＲ率の制御性が低下するのを防ぐことができる。また、通常はエンジン回転速度と燃料噴射量とから決まる第１の目標値を使用し、所定の条件が満たされた場合にのみ上記の第２の目標値に変更することによれば、過渡運転条件ごとに膨大な工数の適合作業を行わなくて済み、また、どのような過渡運転条件下でもＥＧＲ率の制御性を保障することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態としてのエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御装置により実行される過給圧制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態の制御装置により実行される定常目標値の算出のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の制御装置により実行される過渡目標値の算出のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の制御装置により実行されるフィードバック制御の目標値の決定のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の制御装置による制御結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態としてのエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態のエンジンは、ターボ過給機付きのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）である。エンジンの本体２には４つの気筒が直列に備えられ、気筒ごとにインジェクタ８が設けられている。エンジン本体２には吸気マニホールド４と排気マニホールド６が取り付けられている。吸気マニホールド４にはエアクリーナ２０から取り込まれた新気が流れる吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０にはターボ過給機のコンプレッサ１４が取り付けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４の下流にはディーゼルスロットル２４が設けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４とディーゼルスロットル２４との間にはインタークーラ２２が備えられている。排気マニホールド６にはエンジン本体２から出た排気ガスを大気中に放出するための排気通路１２が接続されている。排気通路１２にはターボ過給機のタービン１６が取り付けられている。本実施の形態のターボ過給機は可変容量型であって、タービン１６には可変ノズル１８が備えられている。排気通路１２においてタービン１６の下流には排気ガスを浄化するための触媒装置２６が設けられている。
【００１７】
本実施の形態のエンジンは、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、吸気通路１０におけるディーゼルスロットル２４の下流の位置と排気マニホールド６とをＥＧＲ通路３０によって接続している。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲ弁３２が設けられている。ＥＧＲ通路３０においてＥＧＲ弁３２の排気側にはＥＧＲクーラ３４が備えられている。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲクーラ３４をバイパスするバイパス通路３６が設けられている。ＥＧＲ通路３０とバイパス通路３６が合流する箇所には、排気ガスが流れる方向を切り替えるバイパス弁３８が設けられている。
【００１８】
本実施の形態のエンジンシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備える。ＥＣＵ５０は、エンジンシステム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ５０は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサはエンジンシステムの各所に取り付けられている。例えば、吸気通路１０には、エアクリーナ２０の下流にエアフローメータ５８が取り付けられ、インタークーラ２２の出口付近には吸気温センサ６０が取り付けられ、ディーゼルスロットルの下流には過給圧センサ５４が取り付けられている。また、排気マニホールド６には排気圧センサ５６が取り付けられている。さらに、クランク軸の回転を検出する回転数センサ５２や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ６２なども取り付けられている。ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、可変ノズル１８、インジェクタ８、ＥＧＲ弁３２、ディーゼルスロットル２４などが含まれている。なお、ＥＣＵ５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００１９】
ＥＣＵ５０により実行されるエンジン制御には過給圧制御とＥＧＲ制御とが含まれる。本実施の形態の過給圧制御では、過給圧センサ５４の信号から算出された実過給圧が目標過給圧になるようにフィードバック制御によって可変ノズル１８が操作される。ＥＧＲ制御では、各種センサの信号から算出された実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるようにフィードバック制御によってＥＧＲ弁３２が操作される。本発明の実施にあたっては、過給圧制御におけるフィードバック制御の具体的な方法に関する限定はない。同様に、ＥＧＲ制御におけるフィードバック制御の具体的な方法に関する限定もない。本実施の形態では、過給圧制御とＥＧＲ制御の両方において、実際値と目標値との差分に基づくＰＩＤ制御が行われているものとする。本実施の形態で実行される過給圧制御は目標過給圧の決定方法に特徴を有し、ＥＧＲ制御は目標ＥＧＲ率の決定方法に特徴を有している。以下、これらについてフローチャートを用いて説明する。
【００２０】
図２のフローチャートは、本実施の形態でＥＣＵ５０により実行される過給圧制御のためのルーチンを示している。このルーチンではＥＧＲ制御も併せて行われる。過給圧制御のルーチンは、定常目標値を算出するステップＳ１と、過渡目標値を算出するステップＳ２と、最終的にフィードバック制御で用いる目標値（ＦＢ制御目標値）を決定するステップＳ３とから構成される。各ステップでは、それぞれ図３、図４及び図５のフローチャートに示すサブルーチンが実行される。
【００２１】
図３のフローチャートは、過給圧制御ルーチンのステップＳ１で実行されるサブルーチンを示している。このサブルーチンでは、過給圧とＥＧＲ率のそれぞれについて定常目標値が算出される。定常目標値とは、エンジンの定常運転下で適合されたデータを用いて決定される目標値を意味する。
【００２２】
このサブルーチンのステップＳ１０１では、回転数センサ５２の信号からエンジン回転数が計測される。ステップＳ１０２では、アクセル開度センサ６２の信号から得られたアクセル開度に応じて燃料噴射量が算出される。ステップＳ１０３では、過給圧センサ５４の信号から実過給圧が算出される。なお、以降の説明では、実過給圧を“pim”と表記する場合がある。ステップＳ１０４では、エアフローメータ５８の信号から実新気量が算出される。実新気量とは実際に気筒内に吸入される新気の量である。ステップＳ１０５では、過給圧センサ５４及び吸気温センサ６０の各信号並びに実新気量から実ＥＧＲ率が算出される。以上のステップの処理は、定常目標値の算出に必要なデータを得るための処理である。したがって、各ステップの順番は適宜変更することもできる。
【００２３】
定常目標値の算出はステップＳ１０６及びステップＳ１０７で行われる。ステップＳ１０６では、エンジン回転数と燃料噴射量とを引数とするマップより目標の過給圧が算出される。このステップで算出される目標過給圧は、エンジンの定常運転下で適合された目標値、すなわち、過給圧の定常目標値である。また、本発明における過給圧の第１の目標値でもある。定常目標値の算出に用いるマップは、エンジン回転数と燃料噴射量とをそれぞれ一定ずつ変化させながら定常運転下で試験して得られた適合データに基づき作成されている。なお、以降の説明では、過給圧の定常目標値を“pimtrgst”と表記する場合がある。ステップＳ１０７では、新気量に基づいて目標のＥＧＲ率が算出される。新気量と目標ＥＧＲ率との関係は、ＥＧＲ率がスモークを発生させない限界を超えない範囲内で、気筒内に吸入される空気の酸素濃度が狙いの値になるように決定されている。このステップで算出される目標ＥＧＲ率は、エンジンの定常運転下で適合された目標値、すなわち、ＥＧＲ率の定常目標値である。なお、狙いの吸入空気酸素濃度を実現する値とスモーク限界となる値との双方が算出され、どちらか小さい値がこの目標ＥＧＲ率として設定されるようになっていてもよい。以降の説明では、ＥＧＲ率の定常目標値を基本目標値“egrtrgst”と表記する場合がある。
【００２４】
図４のフローチャートは、過給圧制御ルーチンのステップＳ２で実行されるサブルーチンを示している。このサブルーチンでは過給圧の過渡目標値が算出される。過渡目標値とは、エンジンの過渡運転時に満たされる可能性のある所定の条件に関し、その条件が満たされた場合にのみ設定される目標値である。また、本発明における過給圧の第２の目標値でもある。過給圧制御ルーチンのステップＳ１で算出される過給圧の定常目標値は、エンジンが定常運転下にある場合を前提にしている。このため、加速時や減速時のような過渡運転時には、過給圧制御に関連する何らかの制約が満たされなくなる場合がある。本実施の形態の過給圧制御において特に問題としているのは、ＥＧＲ率の制御性に関する制約である。より詳しくは、排気圧と過給圧との差圧を十分に確保してＥＧＲ率の制御性を保障するための制約である。このサブルーチンでは、ＥＧＲ率の制御に関する制約が満たされなくなることを所定の条件が満たされているかどうかで予測する。そして、制約が満たされなくなることが予測される場合にのみ、その制約を確実に満たすことができる過給圧の目標値を過渡目標値として算出する。
【００２５】
このサブルーチンのステップＳ２０１では、排気圧センサ５６の信号から算出された実排気圧“P4”と過給圧センサ５４の信号から算出された実過給圧“pim”との差圧が算出される。そして、その差圧が所定の差圧基準“[P4-pim]C”より小さいかどうか判定される。実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が十分であることは、ＥＧＲ制御における重要な要件である。ＥＧＲ制御では実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるようにフィードバック制御によってＥＧＲ弁３２の開度が変更されるが、ＥＧＲ弁３２の前後における差圧が十分でない場合には、いくらＥＧＲ弁３２を操作してもＥＧＲ率を制御することができない。上記の差圧基準“[P4-pim]C”は正の値であって、ＥＧＲ弁３２によるＥＧＲ率の制御性が保障される差圧の値に設定されている。よって、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が“[P4-pim]C”より小さい場合には、ＥＧＲ率の制御性を保障できるだけの十分な差圧を確保できなくなるおそれがある。そこで、ステップＳ２０１の条件が満たされた場合はステップＳ２０２の処理が行われる。ステップＳ２０２では、排気圧センサ５６の信号から算出された実排気圧“P4”から差圧基準“[P4-pim]C”を差し引いた値が過給圧の過渡目標値“pimtrgk3”として設定される。また、過渡目標値が設定されたことを示すフラグｋ３の値が“１”にセットされる。
【００２６】
次のステップＳ２０３、Ｓ２０４及びＳ２０５の処理はＥＧＲ制御のための処理である。まず、ステップＳ２０３では、フラグｋ３の値が１かどうか判定される。フラグｋ３の値が１にセットされている状況では、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が差圧基準“[P4-pim]C”よりも小さくなっている。このような状況ではＥＧＲ弁２４を上限まで開いても目標ＥＧＲ率まで実ＥＧＲ率を上昇させることができない。その結果、フィードバック制御のＩ動作による積分値が溜め込まれてしまい、その後に差圧が十分な値まで回復したときのＥＧＲ弁２４の動作に遅れを生じさせてしまう。そこで、フラグｋ３の値が“１”にセットされている場合は、ステップＳ２０４において目標ＥＧＲ率“egrtrg”の値は実ＥＧＲ率“egr”と同じ値に変更される。これによれば、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との間に差が生じた状態が続くことはなくなり、フィードバック制御において余計な積分値が溜め込まれることもなくなる。一方、フラグｋ３の値が“０”になっている場合は、ＥＧＲ率の制御性が保障される十分な差圧が確保されている。この場合、ステップＳ２０５の処理が選択されて目標ＥＧＲ率“egrtrg”の値は基本目標値“egrtrgst”に維持される。
【００２７】
図５のフローチャートは、過給圧制御ルーチンのステップＳ３で実行されるサブルーチンを示している。このサブルーチンの最初のステップＳ３０１では、フラグｋ３の値が“１”にセットされているかどうか判定される。フラグｋ３の値が“１”であることは過給圧の過渡目標値が設定されていることを意味し、フラグｋ３の値が“０”であることは過渡目標値が設定されていないことを意味する。よって、フラグｋ３の値が“０”であるならば、ステップＳ３０３の処理が選択され、ステップＳ１で算出された過給圧の定常目標値“pimtrgst”がそのままＦＢ制御目標値“pimtrg”として決定される。しかし、フラグｋ３の値が“１”であるならば、ステップＳ３０２の処理が選択され、ステップＳ２で算出された過給圧の過渡目標値“pimtrgk3”がＦＢ制御目標値“pimtrg”として決定される。つまり、定常目標値から過渡目標値へ一時的なＦＢ制御目標値の変更が行われる。
【００２８】
以上説明した過給圧制御ルーチンがＥＣＵ５０により実行されることで、過渡運転時において実排気圧と実過給圧との差圧を十分に確保してＥＧＲ率の制御性が低下するのを防ぐことができる。この効果は図６を用いて説明することができる。図６には減速時の過給圧制御に関して２つの制御結果が示されている。制御結果（Ａ）は、常に定常目標値のみを用いて過給圧制御を行った結果、つまり、過渡目標値の設定を行わなかった場合の制御結果である。一方、制御結果（Ｂ）は、本実施の形態の過給圧制御によって過渡目標値が設定された場合の制御結果である。各制御結果の上から１番目のチャートは、過給圧のＦＢ制御目標値“pimtrg”と実過給圧“pim”の時間による変化を示している。破線で示すのがＦＢ制御目標値“pimtrg”の時間による変化であり、実線で示すのが実過給圧“pim”の時間による変化である。２番目のチャートは、実排気圧“P4”の時間による変化を示している。３番目のチャートは、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧の時間による変化を示している。４番目のチャートは、ＥＧＲ弁２４の開度の時間による変化を示している。そして、５番目のチャートは、目標ＥＧＲ率“egrtrg”と実ＥＧＲ率“egr”の時間による変化を示している。破線で示すのが目標ＥＧＲ率“egrtrg”の時間による変化であり、実線で示すのが実ＥＧＲ率“egr”の時間による変化である。
【００２９】
まず、制御結果（Ａ）から見ると、ＦＢ制御目標値“pimtrg”は一定の変化率で低下せしめられている。そして、それに追従するように実過給圧“pim”が低下している。また、実排気圧“P4”は実過給圧“pim”の低下に呼応するように低下している。ＦＢ制御目標値“pimtrg”の低下は減速時の燃料噴射量の減量に合わせて行われるものであり、実過給圧“pim”の低下は過給圧フィードバック制御によって達成される。また、実排気圧“P4”の低下は燃料噴射量の減量と過給圧フィードバック制御により可変ノズル１８が開かれることによって達成される。制御結果（Ａ）では、実過給圧“pim”と実排気圧“P4”がともに低下していく過程において両者の差圧は小さくなり、前述の差圧基準“[P4-pim]C”を下回る状態が暫くの間続いている。差圧は排気ガスを再循環させる駆動力であるため、それが弱まっている状況ではＥＧＲ量を最大限に確保するためにＥＧＲ弁２４は上限まで開かれる。しかし、差圧があまりに小さい場合には、ＥＧＲ弁２４が上限まで開かれていても排気ガスは吸気側にはあまり流れない。このため、ＥＧＲ弁２４は上限まで開かれたまま、目標ＥＧＲ率“egrtrg”に対して実ＥＧＲ率“egr”が不足した状態が続くことになる。また、目標ＥＧＲ率“egrtrg”と実ＥＧＲ率“egr”との間には差が生じた状態が続くことで、ＥＧＲ率フィードバック制御のＩ動作による積分値が溜まってしまう。その結果、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が回復してＥＧＲガスが流れるようになったとき、実ＥＧＲ率“egr”の目標ＥＧＲ率“egrtrg”に対するオーバーシュートが生じてしまう。
【００３０】
これに対して制御結果（Ｂ）では、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が差圧基準“[P4-pim]C”よりも小さくなった場合、ＦＢ制御目標値“pimtrgk”は実排気圧“P4”から差圧基準“[P4-pim]C”を差し引いた過渡目標値に変更される。つまり、現在の実排気圧“P4”のもとでＥＧＲ率の制御性を保障できるだけの過給圧が得られる値に変更される。このようにＦＢ制御目標値“pimtrgk”が過渡目標値に変更されることで、実過給圧“pim”の低下が促される。このとき実排気圧“P4”も同時に低下するが、その変化量は実過給圧“pim”の変化量よりも小さい。よって、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧は拡大し、再び差圧基準“[P4-pim]C”を超える値まで回復するようになる。差圧が差圧基準“[P4-pim]C”を超えていればＥＧＲ弁２４が上限まで開かれることはなくなり、ＥＧＲ弁２４の開度の調整によって実ＥＧＲ率“egr”を目標ＥＧＲ率“egrtrg”に合わせることができるようになる。つまり、ＥＧＲ率の制御性が保障される。また、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が差圧基準“[P4-pim]C”よりも小さくなっている間、目標ＥＧＲ率“egrtrg”は実ＥＧＲ率“egr”に合わせられるので、Ｉ動作による積分値が溜まることは避けられる。
【００３１】
ところで、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、第２の目標値である過渡目標値は、実排気圧との差圧が差圧基準よりも大きい値であってもよい。つまり、過給圧を大きく下げることによって実排気圧と実過給圧との差圧を差圧基準以上まで回復することができればよい。少なくとも差圧基準以上の差圧が確保されるようになっていれば、過渡運転時におけるＥＧＲ率の制御性の低下を防ぐことができる。
【００３２】
また、実排気圧と実過給圧との差圧が差圧基準よりも小さい場合、目標ＥＧＲ率を実過給圧を含むエンジンの運転状態から決定した値よりも低い値に変更することでもよい。目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との差が小さくなれば、その分、Ｉ動作による積分値の増大を抑えることができる。実排気圧と実過給圧との差圧がゼロに近く、ＥＧＲガスがほとんど流れていない状況であれば、目標ＥＧＲ率の値をゼロに変更こともできる。
【００３３】
過給圧制御用アクチュエータとしては、可変ノズルの他にもウエストゲートバルブを用いることができる。ただし、その場合のウエストゲートバルブは、開度を連続的に或いは多段階に変化させることが可能なものであることが望ましい。
【符号の説明】
【００３４】
２ エンジン本体
４ 吸気マニホールド
６ 排気マニホールド
８ インジェクタ
１０ 吸気通路
１２ 排気通路
１４ コンプレッサ
１６ タービン
１８ 可変ノズル
３０ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
５０ ＥＣＵ
５２ 回転数センサ
５４ 過給圧センサ
５６ 排気圧センサ
５８ エアフローメータ
６０ 吸気温センサ
６２ アクセル開度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用のターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置に関し、特に、アクチュエータによるタービン回転数の制御によって過給圧を能動的に制御可能なターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変ノズルを有する可変容量ターボ過給機付きディーゼルエンジンでは、可変ノズルの開度によるタービン回転数の制御によって過給圧を能動的に制御することができる。そして、このようなターボ過給機付きディーゼルエンジンでは、エンジン回転数と燃料噴射量とから目標過給圧を決定し、過給圧センサの信号から算出される実過給圧が目標過給圧になるようにフィードバック制御によって可変ノズルを操作することができる。
【０００３】
ところで、ターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御においては、アクチュエータの操作量やエンジンの状態量に関してハード上の或いは制御上の様々な制約が存在している。それらの制約が満たされない場合、ハードの破損や制御性能の低下が生じるおそれがある。そして、それらの制約のうちの少なくとも一部は過給圧制御に関係することから、上記のフィードバック制御において用いられる目標過給圧は、それら制約とエンジンの応答性能とを同時に満たすことのできる値に設定されている。
【０００４】
ただし、エンジン回転数ごと及び燃料噴射量ごとに目標過給圧を定める適合作業は、エンジンの定常運転下で行われるのが一般的である。エンジン回転数が上昇しているときのような過渡運転下も含めると適合作業に要する工数が膨大になってしまう。また、全ての過渡運転条件を想定して漏れなく目標過給圧の適合を行うことには無理がある。このため、エンジンが過渡運転下にあるときは、過給圧制御に関連する一部の制約が満たされなくなるおそれがある。そのような制約の１つがＥＧＲ率の制御性に関する制約である。ＥＧＲ装置による排気ガスの再循環は排気圧と過給圧との差圧を利用して行われる。その差圧が過小な場合、或いは、逆差圧が発生している場合には、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率の制御ができなくなる。このため、フィードバック制御で用いる目標過給圧は、一定のＥＧＲ率の制御性が保たれるように適合される。ところが、目標過給圧はエンジンの定常運転時で適合されたものであるため、エンジンが過渡運転下にある場合には、排気圧と過給圧とのバランスが崩れることによってＥＧＲ率の制御性が低下してしまうおそれがある。よって、可変ノズルによって過給圧のフィードバック制御を行う場合には、過渡運転時においてＥＧＲ率の制御性が低下しないような何らかの対策が必要である。
【０００５】
しかし、現在のところ、ターボ過給機付きディーゼルエンジンの過渡運転時にＥＧＲ率の制御性が低下することについて着目し、それを回避することのできる発明を提案している文献は見つかっていない。
【０００６】
なお、過渡運転時の過給圧制御に関する発明を開示する文献としては、特開２０１０−１８５４１５号公報を挙げることができる。この公報には、オープンループ制御によって可変ノズルの開度を制御するものにおいて、加速時に生じうる過給圧のオーバーシュートを回避できるようにした過給圧制御の発明が開示されている。この公報に開示された発明によれば、定常運転時には、エンジン回転速度と燃料噴射量とに基づいて目標吸入空気量が算出され、目標吸入空気量に基づいて可変ノズルの目標開度が決められる。一方、加速時には、目標過給圧と実際の過給圧との偏差に基づいて目標吸入空気量偏差が算出され、目標吸入空気量偏差を吸入空気量に加算したものが過給機制御目標吸入空気量として算出される。そして、過給機制御目標吸入空気量に基づいて可変ノズルの目標開度が決められる。しかし、目標吸入空気量偏差のマップ値は適合によって定められるものであるから、適合作業に膨大な工数を要するという問題はこの公報に開示された発明も無関係ではない。また、適合作業時には想定していなかった過渡運転条件のもとでは、過給圧を適切に制御できずにオーバーシュートさせてしまう可能性がある。つまり、上記公報に開示された発明は過渡運転時に発生する問題の解決策として必ずしも有効であるとは言えない。よって、この発明を前述のＥＧＲ率の制御性に関する問題の解決策として応用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１８５４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、アクチュエータの操作により過給圧を能動的に制御可能なターボ過給機付きディーゼルエンジンにおいて、過渡運転時にＥＧＲ率の制御性が低下しないような過給圧制御を行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を達成するために、本発明に係るターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置は、以下の動作を行うように構成される。
【００１０】
本発明の１つの形態によれば、本制御装置は、過給圧センサの信号からエンジンの実過給圧を算出するとともに、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて過給圧の第１の目標値を算出する。そして、実過給圧を第１の目標値に近づけるようにフィードバック制御によって過給圧制御用のアクチュエータを操作する。過給圧制御用のアクチュエータには可変容量ターボ過給機の可変ノズルやウエストゲートバルブが含まれる。本制御装置による上記の動作は、定常運転時か過渡運転時かに関係なく行われる動作である。つまり、エンジンの運転状態を積極的に判定し、エンジンの運転状態が定常運転か過渡運転かで目標値を切り替えることはしない。ただし、次に説明する第２の目標値が設定されている場合のみ、本制御装置は、フィードバック制御の目標値を第１の目標値から第２の目標値に変更する。
【００１１】
本制御装置は、実排気圧と実過給圧との差圧が所定の差圧基準より小さい場合、過給圧の第２の目標値を設定する。実排気圧は排気圧センサの信号から算出される。差圧基準はＥＧＲ率の制御性が保障される差圧の値である。本制御装置によれば、過給圧の第２の目標値は、実排気圧との差圧が差圧基準と同じかそれよりも大きい値とされる。
【００１２】
本発明のより好ましい形態によれば、本制御装置は、上述の動作を行うことに加えて、各種の計測値から算出した実ＥＧＲ率をエンジンの運転条件から決定した目標ＥＧＲ率に近づけるようにフィードバック制御によってＥＧＲ装置を操作する。本制御装置によるこの動作は、定常運転時か過渡運転時かに関係なく行われる動作である。ただし、実排気圧と実過給圧との差圧が差圧基準より小さい場合、本制御装置は、目標ＥＧＲ率をエンジンの運転条件から決定した値よりも低い値に変更する。好ましくは、目標ＥＧＲ率を実ＥＧＲ率と同じ値に変更する。ＥＧＲ率のフィードバック制御において余計な積分値が溜め込まれないようにするためである。
【発明の効果】
【００１３】
本制御装置が以上のように動作することにより、過渡運転時において実排気圧と実過給圧との差圧を十分に確保してＥＧＲ率の制御性が低下するのを防ぐことができる。また、通常はエンジン回転速度と燃料噴射量とから決まる第１の目標値を使用し、所定の条件が満たされた場合にのみ上記の第２の目標値に変更することによれば、過渡運転条件ごとに膨大な工数の適合作業を行わなくて済み、また、どのような過渡運転条件下でもＥＧＲ率の制御性を保障することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態としてのエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御装置により実行される過給圧制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態の制御装置により実行される定常目標値の算出のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の制御装置により実行される過渡目標値の算出のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の制御装置により実行されるフィードバック制御の目標値の決定のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の制御装置による制御結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態としてのエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態のエンジンは、ターボ過給機付きのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）である。エンジンの本体２には４つの気筒が直列に備えられ、気筒ごとにインジェクタ８が設けられている。エンジン本体２には吸気マニホールド４と排気マニホールド６が取り付けられている。吸気マニホールド４にはエアクリーナ２０から取り込まれた新気が流れる吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０にはターボ過給機のコンプレッサ１４が取り付けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４の下流にはディーゼルスロットル２４が設けられている。吸気通路１０においてコンプレッサ１４とディーゼルスロットル２４との間にはインタークーラ２２が備えられている。排気マニホールド６にはエンジン本体２から出た排気ガスを大気中に放出するための排気通路１２が接続されている。排気通路１２にはターボ過給機のタービン１６が取り付けられている。本実施の形態のターボ過給機は可変容量型であって、タービン１６には可変ノズル１８が備えられている。排気通路１２においてタービン１６の下流には排気ガスを浄化するための触媒装置２６が設けられている。
【００１７】
本実施の形態のエンジンは、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、吸気通路１０におけるディーゼルスロットル２４の下流の位置と排気マニホールド６とをＥＧＲ通路３０によって接続している。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲ弁３２が設けられている。ＥＧＲ通路３０においてＥＧＲ弁３２の排気側にはＥＧＲクーラ３４が備えられている。ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲクーラ３４をバイパスするバイパス通路３６が設けられている。ＥＧＲ通路３０とバイパス通路３６が合流する箇所には、排気ガスが流れる方向を切り替えるバイパス弁３８が設けられている。
【００１８】
本実施の形態のエンジンシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備える。ＥＣＵ５０は、エンジンシステム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ５０は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサはエンジンシステムの各所に取り付けられている。例えば、吸気通路１０には、エアクリーナ２０の下流にエアフローメータ５８が取り付けられ、インタークーラ２２の出口付近には吸気温センサ６０が取り付けられ、ディーゼルスロットルの下流には過給圧センサ５４が取り付けられている。また、排気マニホールド６には排気圧センサ５６が取り付けられている。さらに、クランク軸の回転を検出する回転数センサ５２や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ６２なども取り付けられている。ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、可変ノズル１８、インジェクタ８、ＥＧＲ弁３２、ディーゼルスロットル２４などが含まれている。なお、ＥＣＵ５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００１９】
ＥＣＵ５０により実行されるエンジン制御には過給圧制御とＥＧＲ制御とが含まれる。本実施の形態の過給圧制御では、過給圧センサ５４の信号から算出された実過給圧が目標過給圧になるようにフィードバック制御によって可変ノズル１８が操作される。ＥＧＲ制御では、各種センサの信号から算出された実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるようにフィードバック制御によってＥＧＲ弁３２が操作される。本発明の実施にあたっては、過給圧制御におけるフィードバック制御の具体的な方法に関する限定はない。同様に、ＥＧＲ制御におけるフィードバック制御の具体的な方法に関する限定もない。本実施の形態では、過給圧制御とＥＧＲ制御の両方において、実際値と目標値との差分に基づくＰＩＤ制御が行われているものとする。本実施の形態で実行される過給圧制御は目標過給圧の決定方法に特徴を有し、ＥＧＲ制御は目標ＥＧＲ率の決定方法に特徴を有している。以下、これらについてフローチャートを用いて説明する。
【００２０】
図２のフローチャートは、本実施の形態でＥＣＵ５０により実行される過給圧制御のためのルーチンを示している。このルーチンではＥＧＲ制御も併せて行われる。過給圧制御のルーチンは、定常目標値を算出するステップＳ１と、過渡目標値を算出するステップＳ２と、最終的にフィードバック制御で用いる目標値（ＦＢ制御目標値）を決定するステップＳ３とから構成される。各ステップでは、それぞれ図３、図４及び図５のフローチャートに示すサブルーチンが実行される。
【００２１】
図３のフローチャートは、過給圧制御ルーチンのステップＳ１で実行されるサブルーチンを示している。このサブルーチンでは、過給圧とＥＧＲ率のそれぞれについて定常目標値が算出される。定常目標値とは、エンジンの定常運転下で適合されたデータを用いて決定される目標値を意味する。
【００２２】
このサブルーチンのステップＳ１０１では、回転数センサ５２の信号からエンジン回転数が計測される。ステップＳ１０２では、アクセル開度センサ６２の信号から得られたアクセル開度に応じて燃料噴射量が算出される。ステップＳ１０３では、過給圧センサ５４の信号から実過給圧が算出される。なお、以降の説明では、実過給圧を“pim”と表記する場合がある。ステップＳ１０４では、エアフローメータ５８の信号から実新気量が算出される。実新気量とは実際に気筒内に吸入される新気の量である。ステップＳ１０５では、過給圧センサ５４及び吸気温センサ６０の各信号並びに実新気量から実ＥＧＲ率が算出される。以上のステップの処理は、定常目標値の算出に必要なデータを得るための処理である。したがって、各ステップの順番は適宜変更することもできる。
【００２３】
定常目標値の算出はステップＳ１０６及びステップＳ１０７で行われる。ステップＳ１０６では、エンジン回転数と燃料噴射量とを引数とするマップより目標の過給圧が算出される。このステップで算出される目標過給圧は、エンジンの定常運転下で適合された目標値、すなわち、過給圧の定常目標値である。また、本発明における過給圧の第１の目標値でもある。定常目標値の算出に用いるマップは、エンジン回転数と燃料噴射量とをそれぞれ一定ずつ変化させながら定常運転下で試験して得られた適合データに基づき作成されている。なお、以降の説明では、過給圧の定常目標値を“pimtrgst”と表記する場合がある。ステップＳ１０７では、新気量に基づいて目標のＥＧＲ率が算出される。新気量と目標ＥＧＲ率との関係は、ＥＧＲ率がスモークを発生させない限界を超えない範囲内で、気筒内に吸入される空気の酸素濃度が狙いの値になるように決定されている。このステップで算出される目標ＥＧＲ率は、エンジンの定常運転下で適合された目標値、すなわち、ＥＧＲ率の定常目標値である。なお、狙いの吸入空気酸素濃度を実現する値とスモーク限界となる値との双方が算出され、どちらか小さい値がこの目標ＥＧＲ率として設定されるようになっていてもよい。以降の説明では、ＥＧＲ率の定常目標値を基本目標値“egrtrgst”と表記する場合がある。
【００２４】
図４のフローチャートは、過給圧制御ルーチンのステップＳ２で実行されるサブルーチンを示している。このサブルーチンでは過給圧の過渡目標値が算出される。過渡目標値とは、エンジンの過渡運転時に満たされる可能性のある所定の条件に関し、その条件が満たされた場合にのみ設定される目標値である。また、本発明における過給圧の第２の目標値でもある。過給圧制御ルーチンのステップＳ１で算出される過給圧の定常目標値は、エンジンが定常運転下にある場合を前提にしている。このため、加速時や減速時のような過渡運転時には、過給圧制御に関連する何らかの制約が満たされなくなる場合がある。本実施の形態の過給圧制御において特に問題としているのは、ＥＧＲ率の制御性に関する制約である。より詳しくは、排気圧と過給圧との差圧を十分に確保してＥＧＲ率の制御性を保障するための制約である。このサブルーチンでは、ＥＧＲ率の制御に関する制約が満たされなくなることを所定の条件が満たされているかどうかで予測する。そして、制約が満たされなくなることが予測される場合にのみ、その制約を確実に満たすことができる過給圧の目標値を過渡目標値として算出する。
【００２５】
このサブルーチンのステップＳ２０１では、排気圧センサ５６の信号から算出された実排気圧“P4”と過給圧センサ５４の信号から算出された実過給圧“pim”との差圧が算出される。そして、その差圧が所定の差圧基準“[P4-pim]C”より小さいかどうか判定される。実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が十分であることは、ＥＧＲ制御における重要な要件である。ＥＧＲ制御では実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるようにフィードバック制御によってＥＧＲ弁３２の開度が変更されるが、ＥＧＲ弁３２の前後における差圧が十分でない場合には、いくらＥＧＲ弁３２を操作してもＥＧＲ率を制御することができない。上記の差圧基準“[P4-pim]C”は正の値であって、ＥＧＲ弁３２によるＥＧＲ率の制御性が保障される差圧の値に設定されている。よって、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が“[P4-pim]C”より小さい場合には、ＥＧＲ率の制御性を保障できるだけの十分な差圧を確保できなくなるおそれがある。そこで、ステップＳ２０１の条件が満たされた場合はステップＳ２０２の処理が行われる。ステップＳ２０２では、排気圧センサ５６の信号から算出された実排気圧“P4”から差圧基準“[P4-pim]C”を差し引いた値が過給圧の過渡目標値“pimtrgk3”として設定される。また、過渡目標値が設定されたことを示すフラグｋ３の値が“１”にセットされる。
【００２６】
次のステップＳ２０３、Ｓ２０４及びＳ２０５の処理はＥＧＲ制御のための処理である。まず、ステップＳ２０３では、フラグｋ３の値が１かどうか判定される。フラグｋ３の値が１にセットされている状況では、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が差圧基準“[P4-pim]C”よりも小さくなっている。このような状況ではＥＧＲ弁２４を上限まで開いても目標ＥＧＲ率まで実ＥＧＲ率を上昇させることができない。その結果、フィードバック制御のＩ動作による積分値が溜め込まれてしまい、その後に差圧が十分な値まで回復したときのＥＧＲ弁２４の動作に遅れを生じさせてしまう。そこで、フラグｋ３の値が“１”にセットされている場合は、ステップＳ２０４において目標ＥＧＲ率“egrtrg”の値は実ＥＧＲ率“egr”と同じ値に変更される。これによれば、目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との間に差が生じた状態が続くことはなくなり、フィードバック制御において余計な積分値が溜め込まれることもなくなる。一方、フラグｋ３の値が“０”になっている場合は、ＥＧＲ率の制御性が保障される十分な差圧が確保されている。この場合、ステップＳ２０５の処理が選択されて目標ＥＧＲ率“egrtrg”の値は基本目標値“egrtrgst”に維持される。
【００２７】
図５のフローチャートは、過給圧制御ルーチンのステップＳ３で実行されるサブルーチンを示している。このサブルーチンの最初のステップＳ３０１では、フラグｋ３の値が“１”にセットされているかどうか判定される。フラグｋ３の値が“１”であることは過給圧の過渡目標値が設定されていることを意味し、フラグｋ３の値が“０”であることは過渡目標値が設定されていないことを意味する。よって、フラグｋ３の値が“０”であるならば、ステップＳ３０３の処理が選択され、ステップＳ１で算出された過給圧の定常目標値“pimtrgst”がそのままＦＢ制御目標値“pimtrg”として決定される。しかし、フラグｋ３の値が“１”であるならば、ステップＳ３０２の処理が選択され、ステップＳ２で算出された過給圧の過渡目標値“pimtrgk3”がＦＢ制御目標値“pimtrg”として決定される。つまり、定常目標値から過渡目標値へ一時的なＦＢ制御目標値の変更が行われる。
【００２８】
以上説明した過給圧制御ルーチンがＥＣＵ５０により実行されることで、過渡運転時において実排気圧と実過給圧との差圧を十分に確保してＥＧＲ率の制御性が低下するのを防ぐことができる。この効果は図６を用いて説明することができる。図６には減速時の過給圧制御に関して２つの制御結果が示されている。制御結果（Ａ）は、常に定常目標値のみを用いて過給圧制御を行った結果、つまり、過渡目標値の設定を行わなかった場合の制御結果である。一方、制御結果（Ｂ）は、本実施の形態の過給圧制御によって過渡目標値が設定された場合の制御結果である。各制御結果の上から１番目のチャートは、過給圧のＦＢ制御目標値“pimtrg”と実過給圧“pim”の時間による変化を示している。破線で示すのがＦＢ制御目標値“pimtrg”の時間による変化であり、実線で示すのが実過給圧“pim”の時間による変化である。２番目のチャートは、実排気圧“P4”の時間による変化を示している。３番目のチャートは、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧の時間による変化を示している。４番目のチャートは、ＥＧＲ弁２４の開度の時間による変化を示している。そして、５番目のチャートは、目標ＥＧＲ率“egrtrg”と実ＥＧＲ率“egr”の時間による変化を示している。破線で示すのが目標ＥＧＲ率“egrtrg”の時間による変化であり、実線で示すのが実ＥＧＲ率“egr”の時間による変化である。
【００２９】
まず、制御結果（Ａ）から見ると、ＦＢ制御目標値“pimtrg”は一定の変化率で低下せしめられている。そして、それに追従するように実過給圧“pim”が低下している。また、実排気圧“P4”は実過給圧“pim”の低下に呼応するように低下している。ＦＢ制御目標値“pimtrg”の低下は減速時の燃料噴射量の減量に合わせて行われるものであり、実過給圧“pim”の低下は過給圧フィードバック制御によって達成される。また、実排気圧“P4”の低下は燃料噴射量の減量と過給圧フィードバック制御により可変ノズル１８が開かれることによって達成される。制御結果（Ａ）では、実過給圧“pim”と実排気圧“P4”がともに低下していく過程において両者の差圧は小さくなり、前述の差圧基準“[P4-pim]C”を下回る状態が暫くの間続いている。差圧は排気ガスを再循環させる駆動力であるため、それが弱まっている状況ではＥＧＲ量を最大限に確保するためにＥＧＲ弁２４は上限まで開かれる。しかし、差圧があまりに小さい場合には、ＥＧＲ弁２４が上限まで開かれていても排気ガスは吸気側にはあまり流れない。このため、ＥＧＲ弁２４は上限まで開かれたまま、目標ＥＧＲ率“egrtrg”に対して実ＥＧＲ率“egr”が不足した状態が続くことになる。また、目標ＥＧＲ率“egrtrg”と実ＥＧＲ率“egr”との間には差が生じた状態が続くことで、ＥＧＲ率フィードバック制御のＩ動作による積分値が溜まってしまう。その結果、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が回復してＥＧＲガスが流れるようになったとき、実ＥＧＲ率“egr”の目標ＥＧＲ率“egrtrg”に対するオーバーシュートが生じてしまう。
【００３０】
これに対して制御結果（Ｂ）では、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が差圧基準“[P4-pim]C”よりも小さくなった場合、ＦＢ制御目標値“pimtrgk”は実排気圧“P4”から差圧基準“[P4-pim]C”を差し引いた過渡目標値に変更される。つまり、現在の実排気圧“P4”のもとでＥＧＲ率の制御性を保障できるだけの過給圧が得られる値に変更される。このようにＦＢ制御目標値“pimtrgk”が過渡目標値に変更されることで、実過給圧“pim”の低下が促される。このとき実排気圧“P4”も同時に低下するが、その変化量は実過給圧“pim”の変化量よりも小さい。よって、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧は拡大し、再び差圧基準“[P4-pim]C”を超える値まで回復するようになる。差圧が差圧基準“[P4-pim]C”を超えていればＥＧＲ弁２４が上限まで開かれることはなくなり、ＥＧＲ弁２４の開度の調整によって実ＥＧＲ率“egr”を目標ＥＧＲ率“egrtrg”に合わせることができるようになる。つまり、ＥＧＲ率の制御性が保障される。また、実排気圧“P4”と実過給圧“pim”との差圧が差圧基準“[P4-pim]C”よりも小さくなっている間、目標ＥＧＲ率“egrtrg”は実ＥＧＲ率“egr”に合わせられるので、Ｉ動作による積分値が溜まることは避けられる。
【００３１】
ところで、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、第２の目標値である過渡目標値は、実排気圧との差圧が差圧基準よりも大きい値であってもよい。つまり、過給圧を大きく下げることによって実排気圧と実過給圧との差圧を差圧基準以上まで回復することができればよい。少なくとも差圧基準以上の差圧が確保されるようになっていれば、過渡運転時におけるＥＧＲ率の制御性の低下を防ぐことができる。
【００３２】
また、実排気圧と実過給圧との差圧が差圧基準よりも小さい場合、目標ＥＧＲ率を実過給圧を含むエンジンの運転状態から決定した値よりも低い値に変更することでもよい。目標ＥＧＲ率と実ＥＧＲ率との差が小さくなれば、その分、Ｉ動作による積分値の増大を抑えることができる。実排気圧と実過給圧との差圧がゼロに近く、ＥＧＲガスがほとんど流れていない状況であれば、目標ＥＧＲ率の値をゼロに変更こともできる。
【００３３】
過給圧制御用アクチュエータとしては、可変ノズルの他にもウエストゲートバルブを用いることができる。ただし、その場合のウエストゲートバルブは、開度を連続的に或いは多段階に変化させることが可能なものであることが望ましい。
【符号の説明】
【００３４】
２ エンジン本体
４ 吸気マニホールド
６ 排気マニホールド
８ インジェクタ
１０ 吸気通路
１２ 排気通路
１４ コンプレッサ
１６ タービン
１８ 可変ノズル
３０ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
５０ ＥＣＵ
５２ 回転数センサ
５４ 過給圧センサ
５６ 排気圧センサ
５８ エアフローメータ
６０ 吸気温センサ
６２ アクセル開度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路から吸気通路へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えた、アクチュエータの操作により過給圧を能動的に制御可能なターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置において、
過給圧センサの信号から前記エンジンの実過給圧を算出する手段と、
エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて過給圧の第１の目標値を算出する手段と、
前記実過給圧を前記第１の目標値に近づけるようにフィードバック制御によって前記アクチュエータを操作する手段と、
排気圧センサの信号から前記エンジンの実排気圧を算出する手段と、
前記実排気圧と前記実過給圧との差圧が所定の差圧基準より小さい場合、前記実排気圧との差圧が前記差圧基準と同じかそれよりも大きい第２の目標値を設定する手段と、
前記第２の目標値が設定されている場合、前記フィードバック制御の目標値を前記第１の目標値から前記第２の目標値に変更する手段と、
を備えることを特徴とするターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
各種の計測値から算出した実ＥＧＲ率を前記エンジンの運転条件から決定した目標ＥＧＲ率に近づけるようにフィードバック制御によって前記ＥＧＲ装置を操作する手段と、
前記実排気圧と前記実過給圧との差圧が前記差圧基準より小さい場合、前記目標ＥＧＲ率を前記エンジンの運転条件から決定した値よりも低い値に変更する手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項１】
排気通路から吸気通路へ排気ガスを再循環させるＥＧＲ装置を備えた、アクチュエータの操作により過給圧を能動的に制御可能なターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置において、
過給圧センサの信号から前記エンジンの実過給圧を算出する手段と、
エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて過給圧の第１の目標値を算出する手段と、
前記実過給圧を前記第１の目標値に近づけるようにフィードバック制御によって前記アクチュエータを操作する手段と、
排気圧センサの信号から前記エンジンの実排気圧を算出する手段と、
前記実排気圧と前記実過給圧との差圧が所定の差圧基準より小さい場合、前記実排気圧との差圧が前記差圧基準と同じかそれよりも大きい第２の目標値を設定する手段と、
前記第２の目標値が設定されている場合、前記フィードバック制御の目標値を前記第１の目標値から前記第２の目標値に変更する手段と、
を備えることを特徴とするターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
各種の計測値から算出した実ＥＧＲ率を前記エンジンの運転条件から決定した目標ＥＧＲ率に近づけるようにフィードバック制御によって前記ＥＧＲ装置を操作する手段と、
前記実排気圧と前記実過給圧との差圧が前記差圧基準より小さい場合、前記目標ＥＧＲ率を前記エンジンの運転条件から決定した値よりも低い値に変更する手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９６３７１（Ｐ２０１３−９６３７１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２５２５（Ｐ２０１１−２４２５２５）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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