JP6795933B2 - ターボ回転数制御装置およびターボ回転数制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、ターボチャージャの回転数を制御するターボ回転数制御装置およびその方法に関する。

エンジン（内燃機関）の出力を向上させる方法として、ターボチャージャ等の過給機により吸入空気を増大させる方法が知られており、自動車用エンジンなどで広く用いられている。また、エンジンの運転状態に適した過給圧に制御することを目的として、ＶＧ(Variable Geometry)ターボチャージャやＷＧバルブ(WasteGate)付きターボチャージャなどの可変機構を有するターボチャージャの採用が増えている。このようなターボチャージャの課題の一つとして、ドライバからの加速要求から実際に過給圧が立ち上がるまでに生じる過給遅れ（ターボラグ）がある。ターボチャージャは、エンジンの排ガスのエネルギーでタービンを回転させることにより、タービンと同軸で連結されたコンプレッサを回転させて過給する。ところが、ドライバからの加速要求により排ガスのエネルギーが増大してもタービンの回転数はその重量のためにすぐには上昇しないことから過給遅れは生じるものであり、過給遅れの低減はドライバビリティの向上の面で重要となる。

このようなターボチャージャの過給遅れを低減するための制御の一つとして、筒内噴射式火花点火エンジンにおいて、エンジンの１燃焼サイクルで噴射する燃料を複数に分割し、分割した燃料を多段階で噴射する手法がある。この手法によって行われる排ガスの昇温を通して排気エネルギーを増加させることができ、過給の立ち上がりを早めることが可能となる（特許文献１〜２）。例えば、特許文献１では、アクセルペダルの踏込量とエンジン回転数から目標トルクを決定し、目標トルクと計測した吸入空気量から目標燃料噴射量を決定している。そして、吸気行程中または圧縮行程中と膨張行程中とに燃料（目標燃料噴射量）を分割して噴射する分割噴射制御を行っている。この膨張行程中に噴射された燃料の燃焼により燃焼室内の燃焼期間を膨張行程期間の終期まで延長することで、燃焼室から排出される排ガスの昇温を図っている。なお、膨張行程中に２回目噴射を行うことから、吸気行程中における１回目噴射での噴射量は少なくなることも記載されている。

また、特許文献２でも同様に、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて目標トルクを決定し、この目標トルクと実吸入空気量とに基づいて目標燃料噴射量を決定している。そして、加速前期に、吸気行程から点火時期にかけての範囲で燃料を分割して噴射する制御を実行している。圧縮行程の中期以降に後期側の燃料が噴射されることにより、エンジンの排ガス温度を上昇させている。

特許第３９８４４６３号 特許第３６８０５６８号

特許文献１〜２には、排ガスの昇温のための分割噴射の噴射量をどのように決定するかの開示はない。ここで、排ガスの昇温を行うための分割噴射による燃料噴射量が過剰になると、上記の１回目噴射（出力を生むための噴射）による燃料が減少されるためにエンジンの出力の低下が生じるおそれがあると共に、燃費の悪化や、シリンダ内に付着した燃料によるエンジンオイルの希釈が生じるおそれがある。このため、分割噴射による燃料の噴射量を適切に制御することが重要である。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、圧縮工程での燃料噴射による燃費の悪化、エンジンオイルの希釈などを抑制しつつ、ターボチャージャの過給遅れを低減することが可能なターボ回転数制御装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るターボ回転数制御装置は、
圧縮工程で噴射するメイン燃料噴射と共に膨張行程で噴射する後段燃料噴射が可能なエンジンが有するターボチャージャの実ターボ回転数を制御するターボ回転数制御装置であって、
前記ターボチャージャの目標ターボ回転数を前記エンジンの運転状態に基づいて決定する目標ターボ回転数決定部と、
前記実ターボ回転数を取得する実ターボ回転数取得部と、
車両が加速時であるか否かを判定する加速判定部と、
前記車両が加速時であると判定された場合に、前記メイン燃料噴射によって前記目標ターボ回転数に向けて上昇する前記実ターボ回転数の上昇速度が増加するように、前記目標ターボ回転数と前記実ターボ回転数との偏差に基づいて前記後段燃料噴射の噴射量を決定する後段燃料噴射量決定部と、を備える。

上記（１）の構成によれば、ターボ回転数制御装置は、車両の加速時を判定すると、ターボチャージャの運転時の目標ターボ回転数と実際の回転数（実ターボ回転数）との偏差に基づいて、膨張行程で噴射すべき後段燃料噴射の噴射量を決定する。これによって、後段燃料噴射によって必要以上の過剰の燃料が噴射されることがないように後段燃料噴射の噴射量を適切に決定することができるので、後段燃料噴射による過剰な燃料噴射により燃費の悪化や、エンジンのシリンダ内に付着する燃料により生じるエンジンオイルの希釈などを抑制しつつ、ターボチャージャの過給遅れ（ターボラグ）を低減することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記後段燃料噴射量決定部は、前記目標ターボ回転数から前記実ターボ回転数を減算して得られる前記偏差が大きくなるに従って多くなるように前記後段燃料噴射の噴射量を決定する。
上記（２）の構成によれば、簡易な演算により、迅速に偏差を取得することができるとともに、後段噴射量を適切に決定することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（２）の構成において、
前記加速判定部は、前記実ターボ回転数が前記目標ターボ回転数よりも小さい場合に前記車両が加速時であると判定する。

実ターボ回転数が目標ターボ回転数よりも小さい状態（過給遅れ）は、主として車両の加速時に発生する。したがって、上記（３）の構成によれば、実ターボ回転数と目標ターボ回転数とに基づいて、車両が加速時であるか否かを判定することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の構成において、
前記メイン燃料噴射の噴射量はアクセル開度に基づいて決定される。

アクセル開度は、要求されるエンジンの出力に関する信号である。すなわち、メイン燃料噴射の噴射量がアクセル開度に基づいて決定されるということは、要求されるエンジンの出力は、基本的にメイン燃料噴射によって全て賄われることを意味している。したがって、上記（４）の構成によれば、エンジンの出力を低下させることなく、過給遅れを低減することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の構成において、
前記エンジンは、ディーゼルエンジンであり、
前記ターボ回転数制御装置は、前記メイン燃料噴射の噴射タイミングを遅角側に補正するためのメイン噴射タイミング補正量を前記偏差に応じて決定するメイン燃焼時期補正部を、さらに備える。

メイン燃料噴射の噴射タイミングを遅角（リタード）すると、遅角した分だけ排ガス温度を上昇させることができる。したがって、上記（５）の構成によれば、後段燃料噴射に加えて、メイン燃料噴射の噴射タイミングをリタードすることで、排ガス温度をさらに上昇させることができる。なお、この場合、メイン燃料噴射の噴射タイミングをリタードすることによりエンジンの出力は低下する。しかしながら、後段燃料噴射による燃焼によってもエンジンの出力は増加するため、これによってエンジンの出力の低下を補うことができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の構成において、
前記エンジンは、ガソリン直噴エンジンであり、
前記ターボ回転数制御装置は、前記偏差に応じて、前記メイン燃料噴射の点火タイミングを遅角側に補正するためのメイン点火タイミング補正量を算出するメイン燃焼時期補正部を、さらに備える。
上記（６）の構成によれば、後段燃料噴射によって燃料が噴射された場合に、メイン燃料噴射に対する点火タイミングが遅角（リタード）される。後段燃料噴射による燃焼によって生じるエンジンの出力の増分によって、メイン燃料噴射に対する点火タイミングを一時的にリタードさせることにより生じるエンジンの出力の低下を補いつつ、メイン燃料噴射に対する点火タイミングのリタードおよび後段燃料噴射によって、排ガス温度を上昇させることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の構成において、
前記エンジンは、前記実ターボ回転数を計測可能なターボ回転数センサを有しており、
前記実ターボ回転数取得部は、前記ターボ回転数センサによって計測された前記実ターボ回転数が入力されることにより、前記実ターボ回転数を取得する。
上記（７）の構成によれば、エンジンが備えるターボ回転数センサを利用することにより、実ターボ回転数を容易に取得することができる。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係るターボ回転数制御方法は、
圧縮工程で噴射するメイン燃料噴射と共に膨張行程で噴射する後段燃料噴射が可能なエンジンが有するターボチャージャの実ターボ回転数を制御するターボ回転数制御方法であって、
前記ターボチャージャの目標ターボ回転数を前記エンジンの運転状態に基づいて決定する目標ターボ回転数決定ステップと、
前記実ターボ回転数を取得する実ターボ回転数取得ステップと、
車両が加速時であるか否かを判定する加速判定ステップと、
前記車両が加速時であると判定された場合に、前記メイン燃料噴射によって前記目標ターボ回転数に向けて上昇する前記実ターボ回転数の上昇速度が増加するように、前記目標ターボ回転数と前記実ターボ回転数との偏差に基づいて前記後段燃料噴射の噴射量を決定する後段燃料噴射量決定ステップと、を備える。

上記（８）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、圧縮工程での燃料噴射による燃費の悪化、エンジンオイルの希釈などを抑制しつつ、ターボチャージャの過給遅れを低減することが可能なターボ回転数制御装置が提供される。

本発明の一実施形態に係るターボ回転数制御装置を備えるエンジンを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るターボ回転数制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るターボ回転数制御方法を示すフロー図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るターボ回転数制御装置３を備えるエンジン１を概略的に示す図である。図２は、本発明の一実施形態に係るターボ回転数制御装置３の構成を示すブロック図である。また、図３は、本発明の一実施形態に係るターボ回転数制御方法を示すフロー図である。図１〜図３に示される実施形態のエンジン１（エンジンシステム）は、例えば車両などに搭載されたディーゼルエンジンであり、エンジン本体４におけるシリンダ４１とピストン４２の上面とによって画定される燃焼室４３内への燃料供給はコモンレールシステム７（ＣＲＳ）により行われている。コモンレールシステム７では、燃料タンク（不図示）に貯留された燃料を高圧ポンプ７２で高圧状態にしてコモンレール７３に貯留しており、コモンレール７３に貯留された高圧燃料をインジェクタ７１から噴射することにより、エンジン本体４の燃焼室４３に燃料を供給する。他の幾つかの実施形態では、エンジン１はガソリン直噴エンジンあっても良く、この場合にも、インジェクタ７１は燃焼室４３に直接燃料を噴射する。なお、エンジン１は、自動車、トラック、バス、船舶、産業用エンジン等の様々な分野に適用可能である。

また、エンジン１は、エンジン１の燃焼サイクルにおける圧縮工程で噴射するメイン燃料噴射Ｉｍに加えて、膨張行程で噴射する後段燃料噴射Ｉｓが可能に構成されている。つまり、エンジン１は１燃焼サイクルにおいて多段階で燃料を噴射することが可能に構成されており、エンジン１を制御するエンジン制御装置１２（ＥＣＵ：電子制御装置）がインジェクタ７１からの燃料噴射量や噴射タイミングを制御する燃焼制御を実行する（燃焼制御部１３）。上記のメイン燃料噴射Ｉｍは、エンジン１の出力を得るために圧縮工程で行われる燃料噴射である。図１〜図３に示される実施形態では、図１に示されるように、アクセル開度センサ８３といったアクセル開度検出手段の検出値などに基づいてアクセルペダル１５の操作量（アクセル開度Ａｃ）が検出されている。そして、エンジン制御装置１２（燃焼制御部１３）は、入力されたアクセル開度Ａｃに基づいてメイン燃料噴射Ｉｍによって噴射される噴射量（以下、メイン噴射量Ｆｍ）を決定し、圧縮工程の所定のタイミングで噴射する。他方、上記の後段燃料噴射Ｉｓは、排ガスを昇温するために膨張行程で噴射する燃料噴射である。この後段燃料噴射Ｉｓによって噴射される噴射量（以下、後段噴射量Ｆｓ）は、後述するようにターボ回転数制御装置３によって決定されるように構成されている。そして、エンジン制御装置１２（燃焼制御部１３）は、ターボ回転数制御装置３から入力された後段噴射量Ｆｓを膨張工程の所定のタイミングで噴射する。なお、圧縮工程や膨張行程などの燃焼サイクルにおける各工程は、クランク角θを検出可能なクランク角センサ８４といったクランク角検出手段の検出値から判定可能であり、本実施形態では、エンジン制御装置１２は不図示のクランク角θの近傍に設けられたクランク角センサ８４に接続されている（図１参照）。

そして、エンジン１は、図１に示されるように、ターボチャージャ２と、ターボ回転数制御装置３とを備える。まず、ターボチャージャ２について説明する。
ターボチャージャ２は、エンジン本体４の燃焼室４３から排出される排ガスによって回転するタービン２Ｔ及びタービン２Ｔによって回転駆動するコンプレッサ２Ｃを有する（図１参照）。より詳細には、エンジン１の吸気通路５に設置されたコンプレッサ２Ｃと、エンジン１の排気通路６に設置されたタービン２Ｔとが回転軸２Ｓで連結されている。そして、エンジン本体４の燃焼室４３から排出される排ガスが排気通路６を通って外部に向けて流れる際にタービン２Ｔを回転させることにより、タービン２Ｔと同軸で結合されたコンプレッサ２Ｃが回転し、吸気通路５を流れる吸気を圧縮する。

図１〜図３に示される実施形態では、図示されるように、吸気通路５は、吸気の取り入れ口である不図示の吸気ダクトとコンプレッサ２Ｃの入口（吸気流入口）とを連通する上流側吸気通路５１、および、コンプレッサ２Ｃの出口（吸気排出口）とエンジン本体４の吸気ポート４４とを連通する下流側吸気通路５２から形成されている。つまり、吸気ダクト（不図示）から吸入された空気（吸気）はエンジン本体４の燃焼室４３に向けて上流側吸気通路５１、下流側吸気通路５２の順に吸気通路５を流れる。上流側吸気通路５１を流れる際には、吸気は、上流側吸気通路５１に設けられたエアクリーナ５４を通過することよって吸気に含まれる塵や埃などの異物が除去された後、コンプレッサ２Ｃを入口から出口へと通過する際に圧縮される。また、コンプレッサ２Ｃにより圧縮された吸気は、下流側吸気通路５２を燃焼室４３に向けて流れる際に、下流側吸気通路５２に設けられた、冷却により吸気密度を高めるためのインタークーラ５５、スロットルバルブ５６を順に通過し、燃焼室４３に入ることになる。

他方、排気通路６は、エンジン本体４の排気ポート４５とタービン２Ｔの入口（排気流入口）とを連通する上流側排気通路６１と、タービン２Ｔの出口（排気排出口）と外部とを連通する下流側排気通路６２とから形成されている。そして、燃焼室４３での燃焼により生じた排ガス（燃焼ガス）は、外部に向けて上流側排気通路６１、下流側排気通路６２の順に排気通路６を流れる。排気通路６の上流側排気通路６１を通過した排ガスは、タービン２Ｔを入口から出口へと通過する際にタービン２Ｔを回転させる。その後、下流側排気通路６２を通って外部に向けて流れていくことになる。

また、図１〜図３に示される実施形態では、ターボチャージャ２は、ＶＧ(Variable Geometry)ターボチャージャ（可変容量型ターボチャージャ）となっている。ＶＧターボチャージャは、タービン２Ｔ（タービン動翼）へ流入する排ガスの流速を調整可能な可変ノズル機構２３を有している。そして、エンジン１の運転状態に合わせて可変ノズル機構２３のノズル開度を調整し、タービン動翼へ向かう排ガス圧力を調整することにより、過給圧を最適条件にコントロールする。具体的には、周知なように、エンジン１の低回転時にはノズル開度を小さくして排ガス圧力を高め、逆に、エンジン１の高回転時にはノズル開度を大きくする。なお、他の幾つかの実施形態では、ターボチャージャ２は、不図示のウエストゲート弁（Wastegate Valve）を備えるウエストゲート弁付きターボチャージャであっても良い。ウエストゲート弁（不図示）は可変ノズル機構２３と共に備えられても良い。エンジン１の運転状態は、例えば、後述するエンジン１の回転数（ｒｐｍ。以下、エンジン回転数Ｎｅという。）、アクセル開度Ａｃ（％）で監視されても良い。また、コンプレッサ２Ｃによる過給圧（ブースト圧）を検出するために、ブースト圧センサ８５といったブースト圧検出手段が下流側吸気通路５２に設置されている。その他、コンプレッサ２Ｃの入口の圧力（入口圧力）を検出可能な入口圧力センサ８６といった入口圧力検出手段と、コンプレッサ２Ｃへ流入する吸気量を検出可能な吸気量センサ８７といった吸気量検出手段とが上流側吸気通路５１に設置されており、コンプレッサ２Ｃの運転点を、入口圧力に対する出口圧力の圧力比（出口圧力／入口圧力）および吸気量により検出するように構成されている。

次に、ターボ回転数制御装置３について説明する。ターボ回転数制御装置３は、エンジン１が備えるターボチャージャ２の運転時の回転数であるターボ回転数を制御する。ターボ回転数制御装置３はＥＣＵ（電子制御装置）で構成されている。つまり、ターボ回転数制御装置３はコンピュータで構成されており、図示しないＣＰＵ（プロセッサ）や、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリＭ（記憶装置）を備えている。そして、主記憶装置にロードされたプログラムの命令に従ってＣＰＵが動作（データの演算など）することで、後述するようなターボ回転数制御装置３が備える各機能部を実現する。図１〜図３に示される実施形態では、ターボ回転数制御装置３は、同じくＥＣＵであるエンジン制御装置１２の一機能部として実装されている。ただし、この実施形態には限定されず、他の幾つかの実施形態では、ターボ回転数制御装置３は、エンジン制御装置１２とは別体のＥＣＵに実装されると共に、エンジン制御装置１２と通信可能に接続されていても良い。

以下、ターボ回転数制御装置３について、図２〜図３を用いて詳細に説明する。図２に示されるように、ターボ回転数制御装置３は、目標ターボ回転数決定部３１と、実ターボ回転数取得部３２と、加速判定部３３と、後段燃料噴射量決定部３４と、を備える。これらのターボ回転数制御装置３が備える各機能部について、順番に説明する。

目標ターボ回転数決定部３１は、ターボチャージャ２の目標ターボ回転数Ｎｏをエンジン１の運転状態に基づいて決定する。図１〜図３に示される実施形態では、目標ターボ回転数決定部３１は、エンジン１の運転状態をエンジン回転数Ｎｅと、メイン燃料噴射Ｉｍによって噴射されるメイン噴射量Ｆｍとから、ターボチャージャ２の目標ターボ回転数Ｎｏを決定（演算）している。このため、目標ターボ回転数決定部３１には、エンジン回転数Ｎｅを取得するために、エンジン回転数Ｎｅを検出可能な上記のクランク角センサ８４に接続されている。また、目標ターボ回転数決定部３１は、メイン噴射量Ｆｍをエンジン制御装置１２（燃焼制御部１３）から入力されることにより、取得している。そして、目標ターボ回転数決定部３１は、エンジン回転数Ｎｅとメイン噴射量Ｆｍとターボチャージャ２の目標ターボ回転数Ｎｏとの関係を示す目標ターボ回転数マップＭｏを備えており、この目標ターボ回転数マップＭｏを用いて、入力されたエンジン回転数Ｎｅおよびメイン噴射量Ｆｍから目標ターボ回転数Ｎｏを算出することにより、目標ターボ回転数Ｎｏを決定している。

実ターボ回転数取得部３２は、実ターボ回転数Ｎｔを取得する。図１〜図３に示される実施形態では、図１に示されるように、エンジン１は、実ターボ回転数Ｎｔを計測可能なターボ回転数センサ８１を備えている。そして、実ターボ回転数取得部３２は、ターボ回転数センサ８１に接続されており、ターボ回転数センサ８１によって計測された実ターボ回転数Ｎｔが入力されることにより、実ターボ回転数Ｎｔを取得する。ターボ回転数センサ８１は、例えば、回転軸２Ｓの回転数（回転速度）を計測する。他の幾つかの実施形態では、実ターボ回転数取得部３２は実ターボ回転数Ｎｔを推定により取得しても良く、例えば、タービン２Ｔの回転数などを推定することにより実ターボ回転数Ｎｔを取得しても良い。

加速判定部３３は、車両が加速時であるか否かを判定する。図１〜図３に示される実施形態では、加速判定部３３は、上述した目標ターボ回転数決定部３１と実ターボ回転数取得部３２とにそれぞれ接続されており、例えば後述するように、目標ターボ回転数決定部３１から入力されるターボチャージャ２の目標ターボ回転数Ｎｏと、実ターボ回転数取得部３２から入力される実ターボ回転数Ｎｔとに基づいて、車両が加速時であるか否かを判定している。ただし、本実施形態には限定されず、加速判定部３３は、他の方法により車両が加速時であるか否かを判定しても良い。例えば、他の幾つかの実施形態では、アクセル開度Ａｃとエンジン１の運転状態（エンジン回転数Ｎｅなど）から算出可能な目標トルクと、エンジンの運転状態（スロットルバルブ５６の開度やエンジン回転数Ｎｅ）から算出可能な実トルクとの偏差の大きさに基づいて、車両が加速時であるか否かを判定しても良い。あるいは、その他の幾つかの実施形態では、加速判定部３３は、車両が加速しているか否かを検出可能な加速検出手段（例えば、加速度センサ）を用いて、車両が加速時であるか否かを判定しても良い。このようにして加速判定部３３によって判定された車両が加速時か否かの判定結果（以下、単に判定結果という。）は後段燃料噴射量決定部３４に入力されるように構成される。

後段燃料噴射量決定部３４は、上述した加速判定部３３によって車両が加速時であると判定された場合に、メイン燃料噴射Ｉｍによって目標ターボ回転数Ｎｏに向けて上昇する実ターボ回転数Ｎｔの上昇速度が増加するように、目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとの偏差Ｄ（以下、単に偏差Ｄという。）に基づいて後段燃料噴射の噴射量を決定する。換言すれば、上記の偏差Ｄは、目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとの一致度合を示す指標である。例えば、目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとが一致している場合を原点（例えば、０）とすれば、目標ターボ回転数Ｎｏよりも実ターボ回転数Ｎｔが小さいほど偏差Ｄは正（プラス）の方向に大きくなり、目標ターボ回転数Ｎｏよりも実ターボ回転数Ｎｔが大きいほど偏差Ｄは負（マイナス）の方向に大きくなる。

図１〜図３に示される実施形態では、後段燃料噴射量決定部３４は加速判定部３３に接続されており、加速判定部３３は、上記の判定結果として、目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとの偏差Ｄを後段燃料噴射量決定部３４に入力するように構成されている。また、後段燃料噴射量決定部３４は、偏差Ｄと後段燃料噴射Ｉｓの後段噴射量Ｆｓとの関係を示す後段噴射量決定マップＭｆを備えており、後段噴射量決定マップＭｆを用いて偏差Ｄから後段噴射量Ｆｓを算出することにより、後段噴射量Ｆｓを取得するよう構成されている。そして、決定された後段噴射量Ｆｓはエンジン制御装置１２（燃焼制御部１３）に入力される。エンジン制御装置１２は、後段噴射量Ｆｓが０より大きい場合には、圧縮工程における所定のタイミングで後段燃料噴射Ｉｓを実行し、後段噴射量Ｆｓだけ燃料を燃焼室４３に噴射する。なお、後段燃料噴射Ｉｓは、１回以上の燃料噴射により構成されていても良い。また、後段噴射量決定マップＭｆはメモリＭ（不揮発性）に格納される。ただし、本実施形態に限定されず、他の幾つかの実施形態では、後段燃料噴射量決定部３４には、目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとがそれぞれ入力され、加速判定部３３による車両の加速時との判定結果が入力されると、後段燃料噴射量決定部３４が偏差Ｄを演算しても良い。

ここで、後段噴射量決定マップＭｆなどによって決められる後段噴射量Ｆｓについて説明する。目標ターボ回転数Ｎｏが実ターボ回転数Ｎｔより大きいほど、より大きな過給遅れが生じている判断することが可能であるため、目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとの偏差Ｄが大きいほど後段噴射量Ｆｓを多くすることにより、排ガスのより迅速な昇温を図ることが可能となる。ただし、後段燃料噴射Ｉｓは、上述した通り、エンジン１の出力を得るためではなく、排ガスの昇温を主目的とするものである。よって、後段噴射量Ｆｓが過剰になると、過給遅れの低減を図ることが可能である反面、後段燃料噴射Ｉｓによる燃費の悪化や、過剰な燃料がシリンダ４１内に付着してエンジンオイルの希釈が生じるおそれがある。このため、後段噴射量Ｆｓに応じて、排ガスの昇温度合やターボチャージャ２の回転数の上昇度合がどのように変化するかを予め実験等により取得し、燃費の悪化やエンジンオイルの希釈などを抑制しつつ、ターボチャージャの過給遅れの低減が可能なように、上記の偏差Ｄの各々の値に応じた後段噴射量Ｆｓが決められる。こうして決められた偏差Ｄと後段噴射量Ｆｓとの関係が、後段噴射量決定マップＭｆとなる。

図３を用いて、ターボ回転数制御装置３が実行するターボ回転数制御方法を説明する。図３に示されるように、ターボ回転数制御方法は、ターボチャージャ２の目標ターボ回転数Ｎｏをエンジン１の運転状態に基づいて決定する目標ターボ回転数決定ステップと（Ｓ１）、実ターボ回転数Ｎｔを取得する実ターボ回転数取得ステップ（Ｓ２）と、車両が加速時であるか否かを判定する加速判定ステップ（Ｓ３）と、車両の加速時が判定された場合に、メイン燃料噴射Ｉｍによって目標ターボ回転数Ｎｏに向けて上昇する実ターボ回転数Ｎｔの上昇速度が増加するように、目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとの偏差Ｄに基づいて後段燃料噴射Ｉｓの噴射量（後段噴射量Ｆｓ）を決定する後段燃料噴射量決定ステップ（Ｓ４〜Ｓ５）と、を備える。図３に各ステップに沿って、ターボ回転数制御方法を説明する。

図３のステップＳ１において、ターボ回転数制御装置３は、目標ターボ回転数決定ステップを実行することによって、目標ターボ回転数Ｎｏを決定する。本ステップＳ１は、上述した目標ターボ回転数決定部３１に対応する処理を実行するステップとなる。ステップＳ２において、実ターボ回転数取得ステップを実行することによって、実ターボ回転数Ｎｔを取得する。本ステップＳ２は、上述した実ターボ回転数取得部３２に対応する処理を実行するステップとなる。後述するように、実ターボ回転数Ｎｔはターボ回転数センサ８１を用いて計測することにより決定しても良いし、推定により決定しても良い。

ステップＳ３において、加速判定ステップを実行することによって、車両が加速時であるか否かを判定する。本ステップＳ３は、上述した加速判定部３３に対応する処理を実行するステップとなる。後述するように、実ターボ回転数Ｎｔが目標ターボ回転数Ｎｏよりも小さい場合に車両が加速時であると判定しても良い。そして、ステップＳ３の判定により車両が加速時にあると判定すると、ステップＳ４においてＹｅｓとなり、ステップＳ５に進む。ステップＳ５において後段燃料噴射量決定ステップを実行することによって、偏差Ｄに基づいて後段噴射量Ｆｓを決定する。本ステップＳ５は、上述した後段燃料噴射量決定部３４に対応する処理を実行するステップとなる。上述したように、後段噴射量決定マップＭｆを用いて、後段噴射量Ｆｓを決定しても良い。なお、上記のステップＳ４と共に、後述するメイン燃焼時期補正部３６が実行する処理をメイン燃焼時期補正ステップ（不図示の例えばステップＳ６）として、実行しても良い。決定された後段噴射量Ｆｓやメイン燃焼時期補量（後述するメイン噴射タイミング補正量Ｃｔやメイン点火タイミング補正量Ｃｉ）は、エンジン制御装置１２の燃焼制御部１３に入力される。一方、上記のステップＳ３の判定により車両が加速時でないと判定すると、ステップＳ４においてＮｏとなり、本フローを終了する。

上記の構成によれば、ターボ回転数制御装置３は、車両の加速時を判定すると、ターボチャージャ２の運転時の目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとの偏差Ｄに基づいて、膨張行程で噴射すべき後段燃料噴射Ｉｓの噴射量（後段噴射量Ｆｓ）を決定する。これによって、後段燃料噴射Ｉｓによって必要以上の過剰の燃料が噴射されることがないように後段噴射量Ｆｓを適切に決定することができるので、後段燃料噴射Ｉｓによる過剰な燃料噴射により燃費の悪化や、エンジン本体４のシリンダ４１内に付着する燃料により生じるエンジンオイルの希釈などを抑制しつつ、ターボチャージャ２の過給遅れ（ターボラグ）を低減することができる。

また、幾つかの実施形態では、図２に示されるように、後段燃料噴射量決定部３４は、目標ターボ回転数Ｎｏから実ターボ回転数Ｎｔを減算して得られる偏差Ｄが大きくなるに従って多くなるように後段燃料噴射Ｉｓの噴射量（後段噴射量Ｆｓ）を決定しても良い。これによって、簡易な演算により、迅速に上記の偏差Ｄを取得することができるとともに、後段噴射量Ｆｓを適切に決定することができる。ただし、上記の偏差Ｄの算出方法は、この方法に限定されない。要するに、偏差Ｄは、目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとの値の違い（特に、目標ターボ回転数Ｎｏ＞実ターボ回転数Ｎｔとなる状況）を定量的に判定するための物であるため、これが達成可能なあらゆる方法により、偏差Ｄを算出することが可能である。例えば、他の幾つかの実施形態では、目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとの比（例えば、目標ターボ回転数Ｎｏ÷実ターボ回転数Ｎｔ）などの他の演算によって、上記の偏差Ｄを算出しても良い。

また、幾つかの実施形態では、図２に示されるように、加速判定部３３は、実ターボ回転数Ｎｔが目標ターボ回転数Ｎｏよりも小さい場合に車両が加速時であると判定しても良い。つまり、実ターボ回転数Ｎｔ＜目標ターボ回転数Ｎｏという関係が成立した場合に、加速判定部３３は車両が加速時であると判定する。すなわち、車両の加速時などにおいて過給遅れ（ターボラグ）が発生すると、目標ターボ回転数Ｎｏに対して実ターボ回転数Ｎｔが遅れて立ち上がることになる。つまり、過給遅れが生じると、目標ターボ回転数Ｎｏが実ターボ回転数Ｎｔよりも大きくなっている状況が生じることから、目標ターボ回転数Ｎｏと実ターボ回転数Ｎｔとの一致度合（偏差Ｄ）を監視することにより、車両が加速時であるか否かの判定が可能である。このため、加速判定部３３は、目標ターボ回転数Ｎｏが実ターボ回転数Ｎｔより大きい場合を検出すると、車両が加速時であると判定する。また、加速判定部３３は、偏差Ｄを判定結果として、後段燃料噴射量決定部３４に入力するよう構成されても良い。この場合には、後段燃料噴射量決定部３４は、加速判定部３３から入力された偏差Ｄを後段噴射量決定マップＭｆ（関数）に入力することにより、後段噴射量Ｆｓを取得する。

実ターボ回転数が目標ターボ回転数よりも小さい状態（過給遅れ）は、主として車両の加速時に発生する。したがって、上記の構成によれば、実ターボ回転数Ｎｔと目標ターボ回転数Ｎｏとに基づいて、車両が加速時であるか否かを判定することができる。

また、幾つかの実施形態では、メイン燃料噴射Ｉｍの噴射量（メイン噴射量Ｆｍ）はアクセル開度Ａｃに基づいて決定されても良い。つまり、本実施形態におけるエンジン１では、アクセル開度Ａｃに基づいて決定されたメイン噴射量Ｆｍと、メイン噴射量Ｆｍとは別に追加で噴射される後段噴射量Ｆｓとが、エンジン１の１燃焼サイクルにおいて噴射される。

すなわち、アクセル開度Ａｃは、要求されるエンジン１の出力に関する信号である。すなわち、メイン燃料噴射Ｉｍの噴射量（メイン噴射量Ｆｍ）がアクセル開度Ａｃに基づいて決定されるということは、要求されるエンジン１の出力は、基本的にメイン燃料噴射Ｉｍによって全て賄われることを意味している。したがって、上記の構成によれば、エンジン１の出力を低下させることなく、過給遅れを低減することができる。なお、他の幾つかの実施形態では、アクセル開度Ａｃに基づいて決められた燃料噴射量をメイン燃料噴射Ｉｍと後段燃料噴射Ｉｓとで分割することにより、多段階に燃料噴射しても良い。

また、幾つかの実施形態では、図１に示されるように、エンジン１はディーゼルエンジンである。この場合において、ターボ回転数制御装置３は、図２に示されるように、メイン燃料噴射Ｉｍの噴射タイミングを遅角側に補正するためのメイン噴射タイミング補正量Ｃｔを上述した偏差Ｄに応じて決定するメイン燃焼時期補正部３５を、さらに備えていても良い。図１〜図３に示される実施形態では、メイン燃焼時期補正部３５は加速判定部３３に接続されており、加速判定部３３による判定結果（図１〜図３の実施形態では偏差Ｄ）が入力されるように構成されている。また、ターボ回転数制御装置３は、偏差Ｄとメイン噴射タイミング補正量Ｃｔとの関係を示すメイン噴射タイミング補正マップＭｔを備えており、メイン燃焼時期補正部３５は、メイン噴射タイミング補正マップＭｔを用いて、偏差Ｄからメイン噴射タイミング補正量Ｃｔを決定（演算）するように構成されている。こうして決定されたメイン噴射タイミング補正量Ｃｔはエンジン制御装置１２（燃焼制御部１３）に入力されるように構成されており、エンジン制御装置１２は、メイン燃料噴射Ｉｍの噴射タイミングの遅角量としてメイン噴射タイミング補正量Ｃｔを用いる。なお、メイン噴射タイミング補正マップＭｔはメモリＭに格納される。また、メイン噴射タイミング補正マップＭｔも実験などを通して決定される。

また、メイン噴射タイミング補正マップＭｔは、幾つかの実施形態では、偏差Ｄが所定値以上（第１閾値Ｖ１以上）の場合にメイン噴射タイミング補正量Ｃｔが０よりも大きくなるように構成されていても良い。つまり、過給遅れの程度を第１閾値Ｖ１で判断し、過給遅れの程度が第１閾値Ｖ１よりも大きいと判断した場合には（偏差Ｄ＞第１閾値Ｖ１）、メイン燃料噴射Ｉｍを遅角（リタード）する。メイン燃料噴射Ｉｍを遅角することによって、メイン燃料噴射Ｉｍによる排ガスの昇温を図ることが可能である。これによって、メイン燃料噴射Ｉｍおよび後段燃料噴射Ｉｓの両方によって排ガスの昇温を図ることができるので、ターボチャージャ２の回転数をより迅速に上昇させることができる。この場合、メイン燃料噴射Ｉｍの遅角することにより、メイン燃料噴射Ｉｍによって生じるエンジン１の出力の低下分は存在するものの、後段燃料噴射Ｉｓによって得られるエンジン１の出力の増加分がある。このため、この後段燃料噴射Ｉｓによるエンジン１の出力の増加分により、メイン燃料噴射Ｉｍの遅角によるエンジン１の出力の低下を抑制しつつ、メイン燃料噴射Ｉｍおよび後段燃料噴射Ｉｓによる排ガスの昇温による過給遅れの低減を行うことができる。

すなわち、メイン燃料噴射の噴射タイミングを遅角（リタード）すると、遅角した分だけ排ガス温度を上昇させることができる。したがって、上記の構成によれば、後段燃料噴射Ｉｓに加えて、メイン燃料噴射Ｉｍの噴射タイミングをリタードすることで、排ガス温度をさらに上昇させることができる。なお、この場合、メイン燃料噴射Ｉｍの噴射タイミングをリタードすることによりエンジン１の出力は低下する。しかしながら、後段燃料噴射Ｉｓによる燃焼によってもエンジン１の出力は増加するため、これによってエンジン１の出力の低下を補うことができる。換言すれば、後段燃料噴射Ｉｓによる燃焼によって生じるエンジン１の出力の増分によって、メイン燃料噴射Ｉｍの噴射タイミングを一時的にリタードさせることにより生じるエンジン１の出力の低下を補いつつ、メイン燃料噴射Ｉｍの噴射タイミングのリタードおよび後段燃料噴射Ｉｓによって、排ガス温度を上昇させることができる。

また、幾つかの実施形態では、エンジン１はガソリン直噴エンジンである。すなわち、エンジン本体４には、燃焼室４３内の混合気を着火するための不図示の点火プラグが設置されていると共に、エンジン制御装置１２（燃焼制御部１３）によって点火プラグが制御されることで、所定のタイミングで燃料が着火される。この場合において、ターボ回転数制御装置３は、上述した偏差Ｄに応じて、メイン燃料噴射Ｉｍの点火タイミングを遅角側に補正するためのメイン点火タイミング補正量Ｃｉを算出するメイン燃焼時期補正部３６を、さらに備えていても良い。本実施形態では、メイン燃焼時期補正部３６は加速判定部３３に接続されており、加速判定部３３による判定結果（図１〜図３の実施形態では偏差Ｄ）が入力されるように構成されている。また、ターボ回転数制御装置３は、偏差Ｄとメイン点火タイミング補正量Ｃｉとの関係を示す点火タイミング補正マップＭｉを備えており、メイン燃焼時期補正部３６は、点火タイミング補正マップＭｉを用いて、偏差Ｄからメイン点火タイミング補正量Ｃｉを決定（演算）するように構成されている。こうして決定されたメイン点火タイミング補正量Ｃｉはエンジン制御装置１２（燃焼制御部１３）に入力されるように構成されており、エンジン制御装置１２は、メイン燃料噴射Ｉｍによって噴射された燃料の点火タイミングの遅角量としてメイン点火タイミング補正量Ｃｉを用いる。なお、点火タイミング補正マップＭｉはメモリＭに格納される。また、点火タイミング補正マップＭｉも実験などを通して決定される。

また、点火タイミング補正マップＭｉは、幾つかの実施形態では、偏差Ｄが所定値以上（第２閾値Ｖ２以上）の場合にメイン点火タイミング補正量Ｃｉが０よりも大きくなるように構成されていても良い。つまり、過給遅れの程度を第２閾値Ｖ２で判断し、過給遅れの程度が第２閾値Ｖ２よりも大きいと判断した場合には（偏差Ｄ＞第２閾値Ｖ２）、メイン燃料噴射Ｉｍにより噴射された燃料の点火タイミングを遅角（リタード）することによって、メイン燃料噴射Ｉｍによる排ガスの昇温を図るように構成されている。これによって、上記のメイン燃焼時期補正部３５と同様の効果を奏する。

また、幾つかの実施形態では、ターボ回転数制御装置３は、上述したディーゼルエンジンにおけるメイン燃焼時期補正部３５、あるいは、ガソリン直噴エンジンにおけるメイン燃焼時期補正部３６と共に、または、これらに代えて、車両が加速時であると判定された場合に、例えば後段燃料噴射Ｉｓの実行回数を増加させるなど、燃焼制御に用いられるパラメータを補正する加速時補正部３７を備えていても良い。後段燃料噴射Ｉｓの実行回数を増加させることで、すなわち、後段燃料噴射量決定部３４で決定された後段燃料噴射量を複数回に分けて噴射することで、後段燃料噴射による燃焼性を向上させることが出来、より効果的に排ガス温度を上昇させることができる。例えば、図２に示されるように、加速時補正部３７は加速判定部３３から偏差Ｄが入力されるように構成されていても良く、加速時補正マップＭｘを用いることにより、偏差Ｄに基づいて補正するパラメータの補正量（ｘ）を算出しても良い。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ エンジン
１２ エンジン制御装置（ＥＣＵ）
１３ 燃焼制御部
１５ アクセルペダル
２ ターボチャージャ
２Ｃ コンプレッサ
２Ｓ 回転軸
２Ｔ タービン
２３ 可変ノズル機構
３ ターボ回転数制御装置
３１ 目標ターボ回転数決定部
３２ 実ターボ回転数取得部
３３ 加速判定部
３４ 後段燃料噴射量決定部
３５ メイン燃焼時期補正部（ディーゼルエンジン）
３６ メイン燃焼時期補正部（ガソリン直噴エンジン）
３７ 加速時補正部
４ エンジン本体
４１ シリンダ
４２ ピストン
４３ 燃焼室
４４ 吸気ポート
４５ 排気ポート
５ 吸気通路
５１ 上流側吸気通路
５２ 下流側吸気通路
５４ エアクリーナ
５５ インタークーラ
５６ スロットルバルブ
６ 排気通路
６１ 上流側排気通路
６２ 下流側排気通路
７ コモンレールシステム
７１ インジェクタ
７２ 高圧ポンプ
７３ コモンレール
８１ ターボ回転数センサ
８３ アクセル開度センサ
８４ クランク角センサ
８５ ブースト圧センサ
８６ 入口圧力センサ
８７ 吸気量センサ

Ｉｍ メイン燃料噴射
Ｆｍ メイン噴射量
Ｉｓ 後段燃料噴射
Ｆｓ 後段噴射量
Ｎｏ 目標ターボ回転数
Ｎｔ 実ターボ回転数
Ｄ 目標ターボ回転数と実ターボ回転数との偏差
Ｍｆ 後段噴射量決定マップ
Ｍｘ 加速時補正マップ

θ クランク角
Ｎｅ エンジン回転数
Ａｃ アクセル開度
Ｍｏ 目標ターボ回転数マップ
Ｍｔ メイン噴射タイミング補正マップ
Ｃｔ メイン噴射タイミング補正量
Ｖ１ 第１閾値
Ｍｉ 点火タイミング補正マップ
Ｃｉ メイン点火タイミング補正量
Ｖ２ 第２閾値
Ｍ メモリ

Claims (8)

1. 圧縮工程で噴射するメイン燃料噴射と共に膨張行程で噴射する後段燃料噴射が可能なディーゼルエンジンが有するターボチャージャの実ターボ回転数を制御するターボ回転数制御装置であって、
   前記ターボチャージャの目標ターボ回転数を前記ディーゼルエンジンの運転状態に基づいて決定する目標ターボ回転数決定部と、
   前記実ターボ回転数を取得する実ターボ回転数取得部と、
   車両が加速時であるか否かを判定する加速判定部と、
   前記車両が加速時であると判定された場合に、前記メイン燃料噴射によって前記目標ターボ回転数に向けて上昇する前記実ターボ回転数の上昇速度が増加するように、前記目標ターボ回転数と前記実ターボ回転数との偏差に基づいて前記後段燃料噴射の噴射量を決定する後段燃料噴射量決定部と、
   前記メイン燃料噴射の噴射タイミングを遅角側に補正するためのメイン噴射タイミング補正量を前記偏差に応じて決定するメイン燃焼時期補正部と、を備えることを特徴とするターボ回転数制御装置。
2. 圧縮工程で噴射するメイン燃料噴射と共に膨張行程で噴射する後段燃料噴射が可能なガソリン直噴エンジンが有するターボチャージャの実ターボ回転数を制御するターボ回転数制御装置であって、
   前記ターボチャージャの目標ターボ回転数を前記ガソリン直噴エンジンの運転状態に基づいて決定する目標ターボ回転数決定部と、
   前記実ターボ回転数を取得する実ターボ回転数取得部と、
   車両が加速時であるか否かを判定する加速判定部と、
   前記車両が加速時であると判定された場合に、前記メイン燃料噴射によって前記目標ターボ回転数に向けて上昇する前記実ターボ回転数の上昇速度が増加するように、前記目標ターボ回転数と前記実ターボ回転数との偏差に基づいて前記後段燃料噴射の噴射量を決定する後段燃料噴射量決定部と、
   前記偏差に応じて、前記メイン燃料噴射の点火タイミングを遅角側に補正するためのメイン点火タイミング補正量を算出するメイン燃焼時期補正部と、を備えることを特徴とするターボ回転数制御装置。
3. 前記後段燃料噴射量決定部は、前記目標ターボ回転数から前記実ターボ回転数を減算して得られる前記偏差が大きくなるに従って多くなるように前記後段燃料噴射の噴射量を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ回転数制御装置。
4. 前記加速判定部は、前記実ターボ回転数が前記目標ターボ回転数よりも小さい場合に前記車両が加速時であると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボ回転数制御装置。
5. 前記メイン燃料噴射の噴射量はアクセル開度に基づいて決定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のターボ回転数制御装置。
6. 前記ディーゼルエンジン又は前記ガソリン直噴エンジンは、前記実ターボ回転数を計測可能なターボ回転数センサを有しており、
   前記実ターボ回転数取得部は、前記ターボ回転数センサによって計測された前記実ターボ回転数が入力されることにより、前記実ターボ回転数を取得することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のターボ回転数制御装置。
7. 圧縮工程で噴射するメイン燃料噴射と共に膨張行程で噴射する後段燃料噴射が可能なディーゼルエンジンが有するターボチャージャの実ターボ回転数を制御するターボ回転数制御方法であって、
   前記ターボチャージャの目標ターボ回転数を前記ディーゼルエンジンの運転状態に基づいて決定する目標ターボ回転数決定ステップと、
   前記実ターボ回転数を取得する実ターボ回転数取得ステップと、
   車両が加速時であるか否かを判定する加速判定ステップと、
   前記車両が加速時であると判定された場合に、前記メイン燃料噴射によって前記目標ターボ回転数に向けて上昇する前記実ターボ回転数の上昇速度が増加するように、前記目標ターボ回転数と前記実ターボ回転数との偏差に基づいて前記後段燃料噴射の噴射量を決定する後段燃料噴射量決定ステップと、
   前記メイン燃料噴射の噴射タイミングを遅角側に補正するためのメイン噴射タイミング補正量を前記偏差に応じて決定するメイン燃焼時期補正ステップと、を備えるターボ回転数制御方法。
8. 圧縮工程で噴射するメイン燃料噴射と共に膨張行程で噴射する後段燃料噴射が可能なガソリン直噴エンジンが有するターボチャージャの実ターボ回転数を制御するターボ回転数制御方法であって、
   前記ターボチャージャの目標ターボ回転数を前記ガソリン直噴エンジンの運転状態に基づいて決定する目標ターボ回転数決定ステップと、
   前記実ターボ回転数を取得する実ターボ回転数取得ステップと、
   車両が加速時であるか否かを判定する加速判定ステップと、
   前記車両が加速時であると判定された場合に、前記メイン燃料噴射によって前記目標ターボ回転数に向けて上昇する前記実ターボ回転数の上昇速度が増加するように、前記目標ターボ回転数と前記実ターボ回転数との偏差に基づいて前記後段燃料噴射の噴射量を決定する後段燃料噴射量決定ステップと、
   前記偏差に応じて、前記メイン燃料噴射の点火タイミングを遅角側に補正するためのメイン点火タイミング補正量を算出するメイン燃焼時期補正ステップと、を備えるターボ回転数制御方法。

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