JP4713147B2

JP4713147B2 - エンジンの制御装置

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Publication number: JP4713147B2
Application number: JP2004377517A
Authority: JP
Inventors: 暁白河; 康隆石橋; 光轟木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: EP1674698A2; EP1674698B1; US20060137660A1; CN100436777C; EP1674698A3; US7296561B2; CN1796741A; JP2006183558A

Description

本発明は、過給機を備えるエンジンの制御に関し、特に、減速時の制御に関する。

エンジンの出力を向上させるための装置として、排気通路中に設けたタービンによって駆動するターボ過給機が知られている。

ターボ過給機のコンプレッサの効率は、周知のようにコンプレッサの上下流の圧力比とコンプレッサを通過するガス流量をパラメータとして表すことができる。圧力比がガス流量に対応する適正な圧力比の範囲（正常運転域）から外れて異常運転域に入ると、サージング、チョーキングあるいはタービン過回転といった望ましくない現象が生じるため、異常運転域に入らないようにコンプレッサの運転点を定めなければならない。

しかしながら、ターボ過給機が自動車用エンジンと組み合わせて用いられる場合には、アクセルペダル開度の急激な変化に伴って過渡的にコンプレッサの運転点が異常運転域に突入するすることがあり、一時的ではあってもコンプレッサの異常運転が生じる。

例えば、高速定常運転時にアクセルペダルを戻して急減速した場合には、燃料噴射量が減量され排気流量が急激に小さくなる。このとき、コンプレッサの運転点がサージングが生じる異常運転域に突入することがある。

サージングを防止するための技術として、特許文献１にはコンプレッサの上下流をバイパスするバイパス通路を設け、サージ発生領域では、コンプレッサを通過した吸気の一部をバイパス通路を通してコンプレッサ上流に戻し、コンプレッサの上流側の圧力を上昇、そして下流側の圧力を低下させて、コンプレッサ上下流の圧力比を小さくする技術が開示されている。
実開平６−６９３３１号

ところで、排気性能を向上させる技術として、排気通路に触媒等の排気後処理装置を、吸気通路に吸気絞り手段をそれぞれ設けて、エンジンに導入される吸入空気の空気過剰率を運転状態に応じて制御することや、排気通路と吸気通路とを連通する配管（ＥＧＲ配管）とＥＧＲ配管の流量を制御するＥＧＲ弁とを設けて、排気の一部を運転状態に応じた量だけ吸気通路に還流させるＥＧＲ装置が知られている。

ＥＧＲ装置においては、排気通路と吸気通路との差圧によって排気が吸気通路へ導出され、運転状態が低負荷側に移行するに伴いＥＧＲ量を多くするようにＥＧＲ弁の開度が調整される。ところが、通常走行状態からのアクセルオフによる燃料カットを伴う減速時においては、排圧が減速開始とともに低下するのでＥＧＲ配管中をＥＧＲガスが逆流し、これがタービンへ流入してサージ騒音を発生するおそれがある。

しかしながら、特許文献１では、ＥＧＲ装置や排気後処理装置等についての記載はなく、当然上記サージ騒音を防止する技術手段についての記載もない。

そこで、本発明では、ＥＧＲ配管および排気後処理装置を備える場合の、燃料カットを伴う減速時のサージングを防止することを目的とする。

本発明のエンジンの制御装置は、エンジンの排気エネルギでタービンが駆動され、吸気を圧縮するコンプレッサを回転させるターボ過給機であって、該ターボ過給機がタービンのジオメトリを変え得るジオメトリ可変機構を備える可変容量ターボ過給機と、前記エンジンの排気通路に介装され排気を浄化するＮＯｘトラップ触媒もしくはＤＰＦの少なくともいずれか一方と、前記排気通路と前記エンジンの吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の流路断面を調節するＥＧＲ弁と、前記吸気通路に設けた吸気絞り弁と、車両の減速を検知する手段と、前記車両の減速を検知し、かつ所定の条件を満足する期間中は燃料噴射をカットして燃料カット制御を行う燃料カット制御手段と、を備え、前記燃料カット制御実行中であって、前記吸気絞り弁を閉弁するときは、前記ターボ過給機の容量が大きくなる方向にジオメトリを変更し、かつ、ＥＧＲガスの逆流によるサージ騒音を防止するために、燃料カット開始時に前記ＥＧＲ弁を閉弁し、前記タービン上流の排圧が車両の減速開始にともなって低下してコンプレッサ下流の吸気圧より低くなってから再び吸気圧より高くなるまでの差圧逆転期間が終了するタイミングで、前記ＥＧＲ弁を開弁し、前記ターボ過給機の容量が小さくなる方向にジオメトリを変更し、前記吸気絞り弁は前記差圧逆転期間の終了後も前記燃料カット制御終了時までは閉弁したままにする。

本発明によれば、車両減速期間中にＥＧＲ弁を閉弁するので、減速期間中の燃料カット制御により排圧が急激に低下してＥＧＲ通路をＥＧＲガスが逆流したり、排圧が吸気圧より低下したときにＥＧＲ通路を通して吸入新気が吸気通路から排気通路へ流入することがない。これにより、減速期間中のサージング、サージ騒音を防止することができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態のエンジン（ディーゼルエンジン）の概略構成を示している。

１はエンジン、２は排気通路、３は吸気通路、４は排気通路２と吸気通路３とを連通するＥＧＲ通路、５は後述するターボ過給機のコンプレッサに圧縮されて高温となった吸入空気を冷却するためのインタークーラである。

ＥＧＲ通路４には圧力制御弁（図示せず）からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備える。圧力制御弁はエンジンコントローラ３１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。

エンジン１には燃料供給手段としてのコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク（図示せず）、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられるノズル１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は蓄圧室１６にいったん蓄えられたあと、蓄圧室１６の高圧燃料が気筒数分のノズル１７に分配される。

ノズル１７（燃料噴射弁）は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に介装される三方弁（図示せず）が介装されている。三方弁（電磁弁）のＯＦＦ時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁がＯＮ状態になると針弁が上昇してノズル先端の噴口より燃料が噴射される。つまり三方弁のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、また、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。

ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に、排気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン２２と、吸気を圧縮するコンプレッサ２３とを同軸で連結した可変容量ターボ過給機２１を備える。タービン２２のスクロール入口に、アクチュエータ２５により駆動される可変ノズル２４（ジオメトリ可変機構）が設けられ、エンジンコントローラ３１により、可変ノズル２４は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側ではタービン２２に導入される排気の流速を高めるノズル開度（傾動状態）に、高回転速度域では排気を抵抗なくタービン２２に導入させるノズル開度（全開状態）に制御する。

上記のアクチュエータ２５は、制御圧力に応動して可変ノズル２４を駆動するダイヤフラムアクチュエータ２６と、このダイヤフラムアクチュエータ２６への制御圧力を調整する圧力制御弁（図示せず）とからなり、可変ノズル２４の実開度が目標ノズル開度となるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁に出力される。

アクセルセンサ３２、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ３３、水温センサ３４、エアフローメータ３５、過給圧センサ３６からの信号が入力されるエンジンコントローラ３１では、これらの信号に基づいて、車両の減速を検知し（車両の減速検知手段）、また、目標ＥＧＲ率と目標過給圧とが得られるようにＥＧＲ制御と過給圧制御を協調して行う。具体的な制御方法については、本発明と直接関係ないので説明を省略する。また、アクセルオフでの減速時に所定条件を満たした場合には、燃料噴射量を減量するいわゆる燃料カット制御を行う。そして、エンジン回転速度もしくは車速が所定値まで低下した場合には燃料カット制御を終了する（燃料カットリカバー）。

一方、タービン２２下流の排気通路２にＮＯｘトラップ触媒２９、排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２８をからなる排気後処理装置を備える。

ここで、ＮＯｘトラップ触媒２９は、リーン燃焼時に排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）をトラップし、ストイキ燃焼時やリッチ燃焼時にトラップしていたＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するものである。

通常運転時（リーン燃焼）にトラップされたＮＯｘが許容範囲の限界まで達したときには、トラップされたＮＯｘを還元浄化するために、エンジンコントローラ３１では所定の排気温度が確保できる領域になると、リッチ燃焼となるように空気過剰率を制御する（リッチスパイク）。

また、排気中に微量に含まれるＳＯｘ（硫黄酸化物）によりＮＯｘトラップ触媒２９が被毒されるので、ＳＯｘが許容範囲の限界まで堆積したと判定したときにはこのＳＯｘがＮＯｘトラップ触媒より脱離し得る温度に排気温度を高めるため、ほぼストイキ燃焼となるように空気過剰率を制御する（硫黄被毒解除）。

なお、排気中のＰＭがＤＰＦ２８に許容範囲の限界まで堆積したと判定したとき、トラップしたＰＭを燃焼させるいわゆるＤＰＦ再生を行うが、その前段階として、堆積したＰＭが燃焼し得る温度である３００度前後まで排気温度を高めるため、空燃比がややリーンとなるように空気過剰率を設定している（昇温）。

このように、ＮＯｘトラップ触媒２９にトラップされるＮＯｘの還元（以下、単に「ＮＯｘ還元」という）とＮＯｘトラップ触媒２９へのＳＯｘによる被毒の解除（以下、単に「硫黄被毒解除」という）のためにリッチ燃焼を得る必要があり、要求に応じてリーン燃焼からリッチ燃焼やストイキ燃焼へ切換えるのであるが、過給機２１だけではリッチ燃焼やストイキ燃焼が得られない場合があるので、図１に示すようにコレクタ３ａのすぐ上流の吸気通路３に、圧力制御弁（図示せず）からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のアクチュエータ１９により駆動される吸気絞り弁１８を設けている。アクチュエータ１９の構成はＥＧＲ弁６と同様であり、吸気絞り弁１８用の圧力制御弁もエンジンコントローラ３１からのデューティ制御信号により駆動される。

この他にも、ＰＭが多量に堆積し、かつＤＰＦベッド温度が高温の状態でＤＰＦ再生を開始すると、ＰＭが急速に燃焼することによりＤＰＦが過熱し、溶損するおそれがあるので、これを防止するために酸素供給量を適切に制御することによってＰＭの燃焼を緩やかにする制御（以下、単に「溶損防止」という）があり、この制御時にもリッチ燃焼となるように空気過剰率を制御する。

なお、目標新気量が得られるように排気タービン２２の可変ノズル２４の開度と吸気絞り弁１８の開度とを制御する方法には、過給機２１によっては目標新気量が得られない領域（例えば、アイドル近くの低負荷域）でのみ吸気絞り弁１８を制御する方法や運転領域に関係なく可変ノズル開度と吸気絞り弁開度とを同時に制御する方法とがあるが、いずれの方法でも構わない。また、ＥＧＲ装置を吸入空気量調整手段として用いることもできる。

また、ＮＯｘ還元、硫黄被毒解除、ＤＰＦ再生、昇温、溶損防止のための運転を行うのは所定の条件が成立したときだけであるので、これらを行うための運転をまとめて条件運転とし、これに対してリーン運転を行う運転を通常運転として区別すれば、通常運転から条件運転への移行やその逆の移行のさせ方は、様々なものが公知となっており、本実施形態では、例えば特開２００３−３３６５２０号に記載の制御と同様に行うこととする。

ところで、本実施形態では、燃料噴射量の減量を伴う減速時には、ＥＧＲ弁６、吸気絞り弁１８、可変ノズル２４、燃料噴射量について以下の制御を行う。

図２は本実施形態の制御をブロック図に示したものである。

排気後処理判定部４０では、運転状態が通常運転であるか条件運転であるかの判定を行う。ここでは、通常運転をＳｔａｔｅ１、条件運転のうちＮＯｘ還元をＳｔａｔｅ２、昇温をＳｔａｔｅ３、硫黄被毒解除をＳｔａｔｅ４、ＤＰＦ再生をＳｔａｔｅ５、溶損防止をＳｔａｔｅ６とし、現在の運転状態のＳｔａｔｅ番号がされる。そして入力されたＳｔａｔｅ番号がＳｔａｔｅ１であれば通常運転、Ｓｔａｔｅ２〜６であれば条件運転と判定する。

目標吸気絞り比演算部４１では、運転状態に応じて定まる目標吸気絞り比ＴＱＨＯが入力され、これをヒステリシスの影響を考慮して処理して目標吸気絞り比ＴＱＨＯＡを演算する。

吸気絞り比演算部４２では、エアフローメータ３５で検出した吸入空気量ＱＡＳＯが入力され、これに応じた吸気絞り比ＴＱＨＯＢが演算される。具体的には、図１０に示すマップを吸入空気量ＱＡＳＯで検索する。図１０は吸入空気量ＱＡＳＯに対してコンプレッサ２３がサージングを発生し得る吸気絞り比をマップ化したものであり、図中のサージラインを超える吸気絞り比ではサージングが発生するおそれがある。

絞り比判定部４４では、目標吸気絞り比ＴＱＨＯＡ、吸気絞り比ＴＱＨＯＢを比較し、目標吸気絞り比ＴＱＨＯＡが大きければＴｒｕｅ、小さければＦａｕｌｔと判定する。

タイマ作動判定部４３では、排気後処理判定部４０での判定結果がＳｔａｔｅ２〜６、かつ絞り比判定部４４での判定結果がＴｒｕｅであれば、タイマー４７に起動指令を出力する。

吸気絞り動作時間演算部４５では、入力された吸気量ＱＡＳＯに基づいて吸気絞り弁１８の動作要求（吸気絞り要求）に対する遅れ時間Ｙを演算する。具体的には、図３に示す遅れ時間−吸気量マップを、入力された吸気量ＱＡＳＯから検索して求める。ここで求めた遅れ時間Ｙはスイッチ４６に出力される。なお、ここで求めた遅れ時間Ｙは燃料カット制御を実行する時間に相当する。

アクセル開度変化量演算部５４では、アクセルセンサ３２の検出値に基づいてアクセル開度の変化量ΔＡＰＯを演算する。ここで求めたアクセル開度ΔＡＰＯは減速判定部５４５および加速判定部５６に出力され、それぞれ予め設定した判定基準と比較して減速要求、加速要求の有無を判定し、判定結果を減速要求確認部５７または加速要求確認部５８に出力する。

また、燃料噴射量演算部６３では、ノズル１７から噴射する目標燃料噴射量の変化量ΔＱｆを演算する。この目標燃料噴射量の変化量ΔＱｆは減速判定部６４、加速判定部６５に出力され、減速判定部５５、加速判定部５６と同様に予め設定した判定基準値と比較して、減速要求、加速要求の有無を減速要求確認部５７、加速要求確認部５８に出力する。

減速要求確認部５７では、少なくとも減速判定部５５、６４のいずれか一方で減速要求があった場合には後述するタイマー５３およびタイマー６２に作動信号を出力し、タイマー５３、６２がそれぞれ起動する。

加速要求確認部５８では、加速判定部５６、６５の少なくともいずれか一方で加速要求があった場合にスイッチ４６、５１、６１に作動信号を出力する。

可変ノズル動作時間演算部６０では、入力された車速ＶＳＰに基づいて可変ノズル２４の動作要求に対する遅れ時間Ｙ３を演算する。具体的には、図４に示す遅れ時間−車速ＶＳＰマップを入力された車速ＶＳＰで検索して求める。求められた遅れ時間Ｙ３はスイッチ６１に出力される。

ＥＧＲ弁動作時間演算部５０では、入力されるＤＰＦ入口温度に基づいてＥＧＲ弁６の動作要求に対する遅れ時間Ｙ２を演算する。具体的には、図５に示す遅れ時間−ＤＰＦ入口温度マップを入力されたＤＰＦ入口温度で検索して求める。求められた遅れ時間Ｙ２はスイッチ５１に出力される。

スイッチ４６、５１、６１では、加速要求確認部５８から作動信号が入力された場合には、遅れ時間Ｙ、Ｙ２、Ｙ３をキャンセルする。加速要求確認部５８から作動信号が入力されない場合には、遅れ時間Ｙをスイッチ４６からタイマー４７へ、遅れ時間Ｙ２をタイマー５２へ、遅れ時間Ｙ３をタイマー６２に出力する。

タイマー４７は、タイマー作動判定部４３からのタイマ作動信号およびスイッチ４６からの遅れ時間Ｙが入力されると起動し、吸気絞り要求Ｆ_ＤＥＣ_ＴＶＯＩＮＩを遅れ時間Ｙだけ遅れ処理する。また、燃料カット判定部４８では燃料噴射量がゼロか否か、つまり燃料カット中であるか否かについて判定する。そして、燃料カット中でなければ吸気絞り要求Ｆ_ＤＥＣ_ＴＶＯＩＮＩ＝Ｆ_ＤＥＣ_ＴＶＯとし、燃料カット中であれば、吸気絞り要求判定部４９で吸気絞り要求Ｆ_ＤＥＣ_ＴＶＯ＝０、つまり吸気絞り弁１８を全閉にするよう吸気絞り要求を出力する。

タイマー５２は、減速要求が入力されると起動し、ＥＧＲ弁動作要求Ｆ_ＤＥＣ_ＥＧＲを遅れ時間Ｙ２だけ遅れ処理する。

タイマー６２は、減速要求が入力されると起動し、サージ防止要求Ｆ_ＤＥＣを遅れ時間Ｙ３だけ遅れ処理する。

上記のように本実施形態では、減速時に運転状態に応じて、吸気絞り動作要求やＥＧＲ動作要求を出して吸気絞り弁１８やＥＧＲ弁６の動作に遅れ時間を与えたり、サージ防止要求を出して後述するように燃料噴射量や可変ノズル２４の開度の制御を行う。

以下、ＥＧＲ弁６、吸気絞り弁１８、燃料噴射量、可変ノズル２４のそれぞれの制御について説明する。

ＥＧＲ弁６の制御について図６を参照して説明する。図６はＥＧＲ弁６の制御をブロック図に示したものである。

目標ＥＧＲ演算部７０では、運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率を演算する。要求判定部７１ではＥＧＲ動作要求Ｆ_ＤＥＣ_ＥＧＲまたはサージ防止要求Ｆ_ＤＥＣのいずれかが出されているか否かを判定する。要求がない場合は目標ＥＧＲ率演算部で求めた目標ＥＧＲ率を、要求がある場合はスイッチ７２を切換えてＥＧＲを中止する旨の信号「ゼロ」をフィードフォワード制御部７３に出力する。すなわち、ＥＧＲ動作要求Ｆ_ＤＥＣ_ＥＧＲまたはサージ防止要求Ｆ_ＤＥＣのいずれかが出されている場合には、ＥＧＲ弁６を閉弁することになる。

フィードフォワード制御部７３では入力された目標ＥＧＲ率に基づいてＥＧＲ弁６の開度等の演算を行う。フィードバック制御部７４では、運転状態から定まる目標吸入空気量とエアフローメータ３５で検出した実吸入空気量の差に基づいてフィードバック制御量を演算し、演算結果を加算部７５にてフィードフォワード制御部７３の演算結果にフィードバックする。ＥＧＲ弁駆動制御部７６では、加算部７５で得られた演算結果に基づいてＥＧＲ弁６を駆動する手段（例えばステップモータ等）の制御を行う。このように目標ＥＧＲ率から定まるＥＧＲ弁開度に、目標吸入空気量と実吸入空気量との差をフィードバックするので、より精度の高い制御を行うことができる。

吸気絞り弁１８の制御について図７を参照して説明する。図７は吸気絞り弁１８の制御をブロック図に示したものである。

目標絞り比演算部８０では、排気後処理の運転状態等に応じて吸気絞り弁１８の目標絞り比を演算する。

サージ防止用目標絞り比演算部８１では、エンジン１の回転速度に基づいてコンプレッサ２３のサージングを防止するための吸気絞り比を演算する。具体的には図１３に示すマップをエンジン回転速度で検索する。なお、図１３は縦軸に吸気絞り比、横軸にエンジン回転速度をとったマップである。

スイッチ８２では、吸気絞り動作要求Ｆ_ＤＥＣ_ＴＶＯが出されている場合にはサージ防止用絞り比を、そうでない場合には目標絞り比演算部８０で算出した吸気絞り比を選択し、これに基づいて吸気絞り弁制御部８３で吸気絞り弁１８の駆動を制御する。

燃料噴射量の制御について図８を参照して説明する。図８は燃料噴射量の制御をブロック図に示したものである。

なまし時間演算部９０で、エンジン回転速度および吸気絞り比に基づいて、燃料噴射開始から目標燃料噴射量に達するまでに設けるなまし時間を演算する。具体的には、図１１に示すような、縦軸になまし時間の逆数ＴＣＤＥＣ_ＱＦ、横軸にエンジン回転数Ｎｅをとって吸気絞り弁１８の開度を割り付けたマップを、エンジン回転速度および吸気絞り比で検索して得られるなまし時間の逆数ＴＣＤＥＣ_ＱＦから、なまし時間を演算する。なお、吸気絞り比が大きくなるほどなまし時間は長くなっている。

減算部９１では、目標噴射量からアイドル運転時の燃料噴射量（アイドル回転補正噴射量）を減じる。これは、アイドル運転時の燃料噴射量は運転状態の変化によらず略一定だからである。

なまし処理部９２では、減算部で算出した噴射量を前述したなまし時間に基づいてなまし処理する。そして、加算部９３でアイドル回転補正噴射量を加算したものを修正目標噴射量とする。

燃料噴射制御部９４では、修正目標噴射量に基づいて燃料噴射制御を行う。

可変ノズル２４の開度制御について図９を参照して説明する。図９は可変ノズル２４の開度の制御をブロック図に示したものである。

目標ノズル開度演算部１００では、エンジン１の実排気量ＱＥＸＨに基づいて、通常走行状態と仮定した場合の目標ノズル開度を演算する。

サージ防止開度演算部１０１では、実排気量ＱＥＸＨに基づいてサージ防止用の目標ノズル開度を演算する。

目標ノズル開度と実排気量ＱＥＸＨの関係は、図１２のマップに示すようになる。図１２は縦軸にノズル開度、横軸に実排気量ＱＥＸＨをとったものであり、図中実線がサージ防止用、点線が通常走行状態の開度特性である。図に示すように、サージ防止用の目標ノズル開度は通常運転時の目標ノズル開度に比べて、低排気流量時にタービン容量が大きくなるよう設定されている。

スイッチ１０２ではサージ防止要求Ｆ_ＤＥＣが出されている場合にはサージ防止用開度を、それ以外の場合は目標ノズル開度演算部１００で求めたノズル開度を選択する。

フィードフォワード制御部１０３では、可変ノズル２４の開度をスイッチ１０２で選択されたノズル開度にするための演算を行う。フィードバック制御部１０４では、目標圧力比と実圧力比との差を演算し、これをノズル開度の制御にフィードバックするための演算を行う。

可変ノズル制御部１０５では、フィードフォワード制御部１０３での演算にフィードバック制御部１０４での演算結果を加算したものに基づいて可変ノズル２４の開度制御を行う。

次に、上記の制御による作用について図１４を参照して説明する。図１４は本実施形態の制御を実行した場合の、ＥＧＲ弁６、吸気絞り弁１８、可変ノズル２４のそれぞれの開度の変化、燃料噴射量の変化について示したタイムチャートである。なお、図中最下段に示した排圧の変化を表すグラフにおいて、実線は本実施形態を実行してなまし時間を設けた場合、点線は燃料カット開始時になまし時間を設けない場合を表す。

定速走行状態からｔ０でアクセルペダルを閉じて減速状態へ移行すると、車速やエンジン回転速度等の所定の条件を満たしている場合には、燃費向上等の目的で燃料噴射を停止する、いわゆる燃料カット制御を行う。燃料カット制御は、エンジン回転速度が所定回転まで低下した場合や、車速が所定速度まで低下した場合等のように燃料カット条件を満たさなくなったときに解除されて燃料噴射を再開する。ここでは、燃料カット制御終了時をｔ４とする。燃料カット制御終了後は、燃料噴射再開時のショック等を防止するためのリカバリ制御を経て（ｔ４〜ｔ５）、アイドル運転制御（ＩＳＣ）を行う。リカバリ制御、ＩＳＣについては、本発明と直接関係ないので、説明を省略する。

燃料カット制御を開始すると、筒内で燃焼が行われなくなるため排圧が低下し始める。これに対して吸気圧は、吸気流れやコンプレッサ２３の慣性等があるため、排圧の低下よりも遅れて低下し始める。これにより、燃料カット制御中に排圧が吸気圧よりも低くなる期間（差圧逆転期間）が生じる。なお、なまし時間を設けない場合は、燃料カット制御開始とともに排圧が急激に低下し、ｔ１〜ｔ３差圧が逆転している。これに対して本実施形態では、燃料噴射量がゼロになるまでになまし時間を設けたので、排圧の低下が緩やかになる。なお、ｔ０〜ｔ３を差圧逆転期間とする。

ＥＧＲ弁６は、燃料カット制御開始時（ｔ０）に閉弁し、差圧逆転期間終了時（ｔ３）に開弁する。ｔ０〜ｔ３が図２のＥＧＲ弁動作時間演算部５０で求めた遅れ時間Ｙ２に相当する。

可変ノズル２４は燃料カット制御開始時（ｔ０）に開方向に制御され、差圧逆転期間終了時（ｔ３）に閉弁する。ｔ０〜ｔ３が図２の可変ノズル動作時間演算部６０で求めた遅れ時間Ｙ３に相当する。

吸気絞り弁１８は、燃料カット制御開始時（ｔ０）に閉弁し、燃料カット制御終了時（ｔ４）に開弁する。ｔ０〜ｔ４が図２の吸気絞り動作時間演算部４５で求めた遅れ時間Ｙに相当する。

本実施形態の効果を以下にまとめる。

燃料カット制御開始とともにＥＧＲ弁６を閉弁するので、排気がＥＧＲ通路４へ分岐することなくすべてタービン２２へ流入することになる。したがってタービン２２の回転速度の急激な低下を抑制できるので、コンプレッサ２３を通過するガス流量が急激に低下することによって生じるサージングを防止できる。

燃料カット制御開始に伴ってＥＧＲ弁６を閉弁するので、燃料カット制御開始によって低下した排圧が吸気圧より低くなる差圧逆転期間中に、ＥＧＲ通路４を通して吸気通路３から排気通路２へ吸入新気が流れることを防止できる。これにより、排気後処理装置２８、２９に過剰な酸素が供給されることを防止して、酸素濃度の上昇により触媒反応が過度に活性化してＮＯｘトラップ触媒２８が過剰に昇温することを防止できる。また、排圧の急激な低下によってＥＧＲ通路４を流れていたＥＧＲガスが逆流することがなくなるので、逆流したＥＧＲガスがタービン２２に流入することによって発生するサージ騒音を防止することができる。

燃料カット制御開始に伴って吸気絞り弁１８を閉弁するので、排気通路２を流れるガス流量が減少する。燃料カット制御中は排気通路２へ流入するガスは燃焼していないため低温であるので、排気後処理装置２８、２９は冷却されることになるが、排気通路２のガス流量を低減することにより、排気後処理装置２８、２９が過冷却されて浄化効率が低下することを防止できる。

また、可変ノズル２４を燃料カット制御開始とともに開方向へ制御している。可変容量ターボ過給機２１のコンプレッサ２３の効率は、図１５に示すように、横軸に修正流量Ｑ＊（コンプレッサを通過する吸気量）を、縦軸に圧力比（コンプレッサの上下流の圧力比）をとって表される。周知のように吸気を圧縮するコンプレッサ２３は、網が消した部分（正常運転域）の外側の領域（異常運転域）で運転すると、サージング、チョーキング、タービン２２の過回転といった望ましくない現象が生じるため、異常運転域に入らないようにコンプレッサ２３の運転点を定めなければならない。例えば、燃料カット制御を伴う急減速時には、排圧が急激に低下するのでタービン２２の回転速度、つまりコンプレッサ２３の回転速度が急激に低下し、修正流量Ｑ＊が減少する。また、圧力比は修正流量Ｑ＊に比べて低下速度が緩やかである。したがって、運転点は図１５中左方へ移動し、異常運転域に飛び込むことがある。これを防止するために、一般的には排気流量が減少してもコンプレッサ２３の回転速度を維持するように、可変ノズル２４の開度を小さくするよう制御される。ところが、吸気絞り弁６を閉じる場合には、コンプレッサ２３の回転速度を維持するとコンプレッサ２３下流の圧力が上昇、つまり圧力比が増大して異常運転域に飛び込む場合がある。

そこで、本実施形態のように可変ノズル２４の開度を燃料カット制御開始とともに大きくするよう制御することによって、コンプレッサ２３の回転速度を低下させ、サージングの発生を防止できる。

吸気絞り弁１８は差圧逆転期間（ｔ０〜ｔ３）が終了した後も燃料カット制御終了まで閉弁したままとし、また差圧逆転期間終了時にＥＧＲ弁６を開、可変ノズル２４を閉とするので、吸気絞り弁１８開弁時に吸気圧が急激に上昇してサージングが発生することを防止できる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、排気後処理付きのディーゼルエンジンに適用可能である。

本実施形態のシステム図である。減速時における過給圧制御とＥＧＲ制御の協調制御のブロック図である。吸気絞り弁の動作遅れ時間マップである。可変ノズルの動作遅れ時間マップである。ＥＧＲ弁の動作遅れ時間マップである。ＥＧＲ弁駆動制御のブロック図である。吸気絞り弁制御のブロック図である。燃料噴射量制御のブロック図である。可変ノズル制御のブロック図である。目標吸気絞り比マップである。なまし時間マップである。可変ノズル開度特性マップである。サージ防止用目標吸気絞り比マップである。本実施形態の制御を説明するためのタイムチャートである。ターボ過給機のコンプレッサ効率マップである。

符号の説明

１エンジン
２排気通路
３吸気通路
４ＥＧＲ通路
５インタークーラ
６ＥＧＲ弁
１０コモンレール式燃料噴射装置
１４サプライポンプ
１６コモンレール（蓄圧室）
１７ノズル
１８吸気絞り弁
２１可変容量ターボ過給機
２２タービン
２３コンプレッサ
２４可変ノズル（ジオメトリ可変機構）
２５アクチュエータ
２８ＮＯｘトラップ触媒
２９ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
３１エンジンコントローラ
３２アクセルセンサ
３４水温センサ
３５エアフローメータ
３６過給圧センサ

Claims

エンジンの排気エネルギでタービンが駆動され、吸気を圧縮するコンプレッサを回転させるターボ過給機であって、該ターボ過給機がタービンのジオメトリを変え得るジオメトリ可変機構を備える可変容量ターボ過給機と、
前記エンジンの排気通路に介装され排気を浄化するＮＯｘトラップ触媒もしくはＤＰＦの少なくともいずれか一方と、前記排気通路と前記エンジンの吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の流路断面を調節するＥＧＲ弁と、
前記吸気通路に設けた吸気絞り弁と、
車両の減速を検知する手段と、
前記車両の減速を検知し、かつ所定の条件を満足する期間中は燃料噴射をカットして燃料カット制御を行う燃料カット制御手段と、を備え、
前記燃料カット制御実行中であって、前記吸気絞り弁を閉弁するときは、前記ターボ過給機の容量が大きくなる方向にジオメトリを変更し、かつ、ＥＧＲガスの逆流によるサージ騒音を防止するために、燃料カット開始時に前記ＥＧＲ弁を閉弁し、
前記タービン上流の排圧が車両の減速開始にともなって低下してコンプレッサ下流の吸気圧より低くなってから再び吸気圧より高くなるまでの差圧逆転期間が終了するタイミングで、前記ＥＧＲ弁を開弁し、前記ターボ過給機の容量が小さくなる方向にジオメトリを変更し、
前記吸気絞り弁は前記差圧逆転期間の終了後も前記燃料カット制御終了時までは閉弁したままにすることを特徴とするエンジンの制御装置。
前記燃料カット制御手段は、
前記燃料カット制御の開始に伴い噴射量を減量し、遅れ時間をもって燃料カットに移行する請求項１に記載のエンジンの制御装置。