JP4505370B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の運転モードが切り換わる際に過給圧を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この制御装置は、ディーゼルエンジンに適用されたものである。このディーゼルエンジンには、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管に還流させるＥＧＲ装置が設けられ、排気管には、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材が設けられている。通常時には、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するリーン運転が行われ、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘを還元するために、空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に一時的に制御するリッチ運転が行われる。また、リッチ運転からリーン運転への切換時には、噴射燃料量を減少させるとともに、過給機による過給圧の上昇などによって、吸入空気量を増加させることで、リーン運転に適した目標空燃比を得るようにしている。

しかし、上記のように、リッチ運転からリーン運転への切換時に過給機により過給圧を上昇させる場合、過給圧は、実際にはすぐには上昇せず、遅れをもって上昇する。このため、この切換直後に、吸入空気量が不足し、実際の空燃比が目標空燃比よりもリッチ側にずれる結果、排ガス中のパティキュレート（以下「ＰＭ」という）が増大し、排ガス特性が悪化してしまう。

また、吸入空気量が不足するのに伴って、ＥＧＲガスの量が過大になることによって、失火が発生しやすくなり、ドライバビリティーの悪化を招く。また、このように、一旦、失火が生じると、排圧が低下するため、特に過給機がターボチャージャーの場合には、過給圧が上昇するのにさらに時間がかかり、上記のような事態が長く続いてしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、吸入空気量減量モードから吸入空気量増量モードに移行する際に、吸入空気を十分に供給でき、それにより、排ガス特性およびドライバビリティーを向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

特開２００３−９０２５０号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る内燃機関の制御装置１は、内燃機関３の燃焼室３ｃから排出された排ガスの一部を吸気系（実施形態における（以下、本項において同じ）吸気管４）にＥＧＲガスとして還流させるＥＧＲ手段（ＥＧＲ装置１４、ＥＣＵ２、ステップ１５）と、燃焼室３ｃに吸入される吸入空気を過給する過給手段（過給装置７）と、燃焼室３ｃに吸入される吸入空気量Ｑａｉｒを制御するための吸気絞り弁（スロットル弁１２）と、内燃機関３の運転モードを、吸気絞り弁により吸入空気量Ｑａｉｒを減量する吸入空気量減量モード、および吸入空気量減量モードよりも吸入空気量Ｑａｉｒを増量する吸入空気量増量モードのいずれかに決定する運転モード決定手段（ＥＣＵ２、ステップ３，５）と、吸入空気量減量モードの期間を減量モード期間として設定する減量モード期間設定手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、設定された減量モード期間が終了するのに伴って運転モードが吸入空気量減量モードから吸入空気量増量モードに移行するときに、吸気絞り弁によって吸入空気量Ｑａｉｒを増量する前に、過給手段による過給圧ＰＡＣＴを上昇させる過給圧上昇手段（ＥＣＵ２、ステップ３８，５４〜５８，６０，６１）と、吸入空気量Ｑａｉｒを検出する吸入空気量検出手段（エアフローセンサ３１）と、を備え、過給圧上昇手段は、検出された吸入空気量Ｑａｉｒが少ないときには、多いときよりも早いタイミングで過給圧ＰＡＣＴの上昇を開始する（ステップ３７、図７、ステップ３８）ことを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲ手段によって排ガスの一部を吸気系に還流させ、燃焼室に吸入される吸入空気を過給手段により過給するとともに、この吸入空気の量を吸気絞り弁により制御する。また、内燃機関の運転モードを、吸入空気量を減量する吸入空気量減量モード、および吸入空気量減量モードよりも吸入空気量を増量する吸入空気量増量モードのいずれかに、運転モード決定手段により決定する。さらに、吸入空気量減量モードの期間を減量モード期間として、減量モード期間設定手段により設定する。また、設定された減量モード期間が終了するのに伴って運転モードが吸入空気量減量モードから吸入空気量増量モードに移行するときに、吸気絞り弁による吸入空気量の増量前に、過給手段による過給圧を過給圧上昇手段により上昇させる。

このように、吸入空気量増量モードへの移行に伴う吸入空気量の増量前に過給圧をあらかじめ上昇させるので、吸入空気量増量モードの開始時に、十分な過給圧を確保でき、吸入空気を燃焼室に十分に供給することができる。したがって、吸入空気量増量モードの初期において、内燃機関に供給される混合気の空燃比が適正値からリッチ側にずれるのを防止でき、それにより、排ガス特性を向上させることができる。また、このように、吸入空気量増量モードの開始時から、吸入空気が十分に供給されることによって、ＥＧＲガスの量が過大になるのを防止でき、それにより、安定した燃焼状態を確保でき、ドライバビリティーを向上させることができる。
また、上述した構成によれば、吸入空気量増量モードへの移行時に、検出された吸入空気量が少ないときには、多いときよりも早いタイミングで過給圧を上昇させる。これにより、増量前の吸入空気量が少なく、増量すべき吸入空気量が多いほど、過給圧の上昇をより早く開始することによって、増量前の吸入空気量の大小に応じて、吸入空気量増量モードの初期に吸入空気を過不足なく供給することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明を適用した内燃機関３を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。

エンジン３のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４（吸気系）および排気管５がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が、燃焼室３ｃに臨むように取り付けられている。

インジェクタ６は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に順に接続されている。インジェクタ６の開弁時間および開閉弁タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量および噴射時期がそれぞれ制御される（図２参照）。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ３０ａが取り付けられており、このマグネットロータ３０ａとＭＲＥピックアップ３０ｂによって、クランク角センサ３０が構成されている。クランク角センサ３０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

吸気管４には、過給装置７（過給手段）が設けられており、過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。

過給機８は、吸気管４に設けられた回転自在のコンプレッサブレード８ａと、排気管５に設けられた回転自在のタービンブレード８ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン８ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード８ａ，８ｂを一体に連結するシャフト８ｄとを有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによりタービンブレード８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード８ａが回転駆動されることによって、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。

アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、各可変ベーン８ｃに機械的に連結されている。アクチュエータ９には、負圧ポンプから負圧供給通路（いずれも図示せず）を介して負圧が供給され、この負圧供給通路の途中にベーン開度制御弁１０が設けられている。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、供給される電流のデューティ比（以下「ＶＮＴデューティ比」という）ＶＮＴ＿ＤｕｔｙをＥＣＵ２で制御することにより、その開度が制御されることによって、アクチュエータ９への供給負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン８ｃの開度が変化することによって、過給圧が制御される。具体的には、ＶＮＴデューティ比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙが大きいほど、可変ベーン８ｃの開度がより小さくなり、過給圧がより大きくなる。

吸気管４の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ１１およびスロットル弁１２（吸気絞り弁）が設けられている。インタークーラ１１は、過給装置７の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁１２には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ１２ａが接続されている。スロットル弁１２の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、アクチュエータ１２ａに供給される電流のデューティ比（以下「ＴＨデューティ比」という）ＴＨ＿ＤｕｔｙをＥＣＵ２で制御することによって、制御される。具体的には、ＴＨデューティ比ＴＨ＿Ｄｕｔｙが大きいほど、スロットル弁開度ＴＨはより大きくなる。

また、吸気管４には、過給機８よりも上流側にエアフローセンサ３１（吸入空気量検出手段）が、インタークーラ１１とスロットル弁１２の間に過給圧センサ３２が、それぞれ設けられている。エアフローセンサ３１は吸入空気量Ｑａｉｒを検出し、過給圧センサ３２は吸気管４内の過給圧ＰＡＣＴを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、吸気管４の吸気マニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路４ｂとバイパス通路４ｃに仕切られており、これらの通路４ｂ，４ｃはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室３ｃに連通している。バイパス通路４ｃには、スワール装置１３が設けられており、このスワール装置１３は、スワール弁１３ａと、これを開閉するアクチュエータ１３ｂと、スワール制御弁１３ｃを備えている。スワール制御弁１３ｃの開度をＥＣＵ２で制御することにより、スワール弁１３ａの開度を変化させることによって、燃焼室３ｃ内に発生するスワールの強さが制御される。

また、エンジン３には、ＥＧＲ管１４ａおよびＥＧＲ制御弁１４ｂを有するＥＧＲ装置１４（ＥＧＲ手段）が設けられている。ＥＧＲ管１４ａは、吸気管４と排気管５の間に、具体的には、吸気マニホールド４ａの集合部のスワール通路４ｂと排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして還流し、それにより、燃焼室３ｃ内の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のＮＯｘが低減される。

ＥＧＲ制御弁１４ｂは、ＥＧＲ管１４ａに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、供給される電流のデューティ比（以下「ＥＧＲデューティ比」という）ＥＧＲ＿ＤｕｔｙをＥＣＵ２で制御することにより、そのバルブリフト量がリニアに制御されることによって、ＥＧＲガス量が制御される。具体的には、ＥＧＲデューティ比ＥＧＲ＿Ｄｕｔｙが大きいほど、バルブリフト量がより大きくなり、ＥＧＲガス量はより大きくなる。

また、ＥＧＲ装置１４にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１５が設けられており、ＥＧＲ冷却装置１５は、バイパス通路１５ａと、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂと、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ制御弁１４ｂよりも下流側に設けられたＥＧＲクーラ１５ｃを有している。バイパス通路１５ａは、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ制御弁１４ｂよりも下流側に、ＥＧＲクーラ１５ｃをバイパスするように設けられており、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂはバイパス通路１５ａの分岐部に取り付けられている。ＥＧＲ通路切替弁１５ｂは、ＥＣＵ２による制御によって、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ通路切替弁１５ｂよりも下流側の部分を、ＥＧＲ管１４ａ側とバイパス通路１５ａ側に選択的に切り替える。

以上により、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂがバイパス通路１５ａ側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、バイパス通路１５ａに通され、吸気管４に還流する。一方、逆側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ１５ｃで冷却された後、吸気管４に還流する。

また、排気管５の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、三元触媒１６およびＮＯｘ触媒１７が設けられている。三元触媒１６は、ストイキ雰囲気下において、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。ＮＯｘ触媒１７は、排ガス中の酸素濃度が高い場合（酸化雰囲気）において、排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、排ガス中の還元剤により、捕捉したＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。

さらに、排気管５の三元触媒１６の上流側には、ＬＡＦセンサ３３が設けられている。ＬＡＦセンサ３３は、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度ＶＬＡＦをリニアに検出する。ＥＣＵ２は、ＬＡＦセンサ３３で検出された酸素濃度ＶＬＡＦに基づいて、燃焼室３ｃで燃焼された実際の混合気の空燃比を表す実空燃比Ａ／ＦＡＣＴを算出する。ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ３４から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ３０〜３４からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、ＥＧＲガス量、スロットル弁開度ＴＨや過給圧ＰＡＣＴの制御を含むエンジン３の制御を実行する。また、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘの還元動作として、リッチ化を実行する。また、本実施形態では、ＥＣＵ２によって、ＥＧＲ手段、運転モード決定手段、減量モード期間設定手段および過給圧上昇手段が構成されている。

次に、図３を参照しながら、リッチ化の実行条件が成立しているか否かを判定する処理について説明する。本処理および後述する処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、リッチ化フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。

この答がＮＯのとき、すなわち、リッチ化の実行条件が成立していないときには、ＮＯｘ捕捉量ＱＮＯｘが判定値ＱＮＲＥＦよりも大きいか否かを判別する（ステップ２）。このＮＯｘ捕捉量ＱＮＯｘは、推定したＮＯｘ触媒１７が捕捉したＮＯｘの捕捉量であり、エンジン３の運転状態および運転時間に応じて推定される。上記ステップ２の答がＮＯで、ＱＮＯｘ≦ＱＮＲＥＦのときには、リッチ化の実行条件が成立していないとして、リッチ化フラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」にセットし（ステップ３）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ２の答がＹＥＳのときには、リッチタイマのタイマ値ｔｒｉｃｈを所定値ｔｒｉｃｈ＿ｉｎｉ（例えば５ｓｅｃ相当）にセットする（ステップ４）とともに、リッチ化の実行条件が成立したとして、リッチ化フラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」にセットし（ステップ５）、本処理を終了する。これに伴い、リッチ化が後述するように実行される。

このステップ５の実行により、前記ステップ１の答がＹＥＳとなり、その場合には、上記ステップ４でセットしたリッチタイマのタイマ値ｔｒｉｃｈをデクリメントし、このタイマ値ｔｒｉｃｈが０であるか否かを判別する（ステップ７）。この答がＮＯのときには、上記ステップ５を実行し、リッチ化を継続する。

一方、上記ステップ７の答がＹＥＳのとき、すなわち、リッチ化の開始後、所定値ｔｒｉｃｈ＿ｉｎｉに相当する時間が経過したときには、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘが十分に還元されたとして、前記ステップ３を実行し、リッチ化を終了する。以上のように、リッチ化は、所定値ｔｒｉｃｈ＿ｉｎｉに相当する時間にわたって実行される。また、その実行中には、燃料噴射量の制御により、実空燃比Ａ／ＦＡＣＴを理論空燃比よりもリッチ側に制御することによって、排ガスを還元状態に制御するとともに、後述するように、吸入空気量Ｑａｉｒを、リッチ化以外の通常運転時よりも小さな値に制御する。

次に、図４を参照しながら、ＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御処理について説明する。まず、ステップ１１では、リッチ化フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。

この答がＮＯで、リッチ化の実行条件が成立していないときには、通常運転用の目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄ＿ｌｅａｎを、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出する（ステップ１２）。なお、この要求トルクは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出される。次いで、目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄを、算出した通常運転用の目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄ＿ｌｅａｎに設定する（ステップ１３）。

次に、目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄから吸入空気量Ｑａｉｒを減算することによって、吸入空気量の偏差ＤＱａｉｒを算出し（ステップ１４）、算出した偏差ＤＱａｉｒに応じ、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって、ＥＧＲデューティー比ＥＧＲ＿Ｄｕｔｙを算出する（ステップ１５）。これにより、ＥＧＲガス量は、吸入空気量Ｑａｉｒが目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄになるように制御される。

一方、前記ステップ１１の答がＹＥＳで、リッチ化の実行条件が成立しているときには、リッチ化用の目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄ＿ｒｉｃｈを、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出する（ステップ１６）。このマップでは、リッチ化用の目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄ＿ｒｉｃｈは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクの全領域において、通常運転用の目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄ＿ｌｅａｎよりも小さな値に設定されている。次いで、目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄを、算出したリッチ化用の目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄ＿ｒｉｃｈに設定し（ステップ１７）、前記ステップ１４以降を実行する。以上により、リッチ化中では、吸入空気量Ｑａｉｒが通常運転時よりも小さな値に制御される。

次に、図５を参照しながら、スロットル弁開度ＴＨを制御するＴＨ制御処理について説明する。まず、ステップ２１では、リッチ化フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、リッチ化の実行条件が成立していないときには、通常運転用のＴＨデューティー比ＴＨ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎを、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出する（ステップ２２）。次いで、ＴＨデューティー比ＴＨ＿Ｄｕｔｙを、算出した通常運転用のＴＨデューティー比ＴＨ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎに設定し（ステップ２３）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ２１の答がＹＥＳで、リッチ化の実行条件が成立しているときには、リッチ化用のＴＨデューティー比ＴＨ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈを、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出する（ステップ２４）。このマップでは、リッチ化用のＴＨデューティー比ＴＨ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクの全領域において、通常運転用のＴＨデューティー比ＴＨ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎよりも小さな値に設定されており、それにより、スロットル弁開度ＴＨはより小さな値に制御される。次いで、ＴＨデューティー比ＴＨ＿Ｄｕｔｙを、算出したリッチ化用のＴＨデューティー比ＴＨ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈに設定し（ステップ２５）、本処理を終了する。以上のように、リッチ化中では、通常運転時と比較して、スロットル弁開度ＴＨがより小さな値に制御され、吸入空気量Ｑａｉｒがより小さな値に制御される。

次に、図６を参照しながら、過給圧ＰＡＣＴを制御する過給圧制御処理について説明する。まず、ステップ３１では、リッチ化フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、リッチ化の実行条件が成立していないときには、後述する復帰制御中フラグＦ＿ＡＤＤおよびリッチ化中フラグＦ＿ＲＩＣＨＯＮを「０」にセットする（ステップ３２）とともに、通常運転用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎを、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出する（ステップ３３）。次いで、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙを、算出した通常運転用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎに設定し（ステップ３４）、本処理を終了する。

一方、ステップ３１の答がＹＥＳで、リッチ化の実行条件が成立しているときには、リッチ化中フラグＦ＿ＲＩＣＨＯＮが「１」であるか否かを判別する（ステップ３５）。この答がＮＯのとき、すなわち、今回がリッチ化の実行条件が成立した後の最初のループであるときには、リッチ化中フラグＦ＿ＲＩＣＨＯＮを「１」にセットする（ステップ３６）。

次いで、吸入空気量Ｑａｉｒに基づき、図７に示すテーブルを検索することによって、しきい値ｔｒｅｆを算出し（ステップ３７）、ステップ３８に進む。このしきい値ｔｒｅｆは、後述する過給圧ＰＡＣＴの復帰制御処理を開始するタイミングを定めるためのものである。このテーブルでは、しきい値ｔｒｅｆは、吸入空気量Ｑａｉｒが小さいほど、より大きな値に設定されている。上記ステップ３６の実行により、上記ステップ３５の答がＹＥＳになり、その場合には、ステップ３６および３７をスキップし、ステップ３８に進む。

このステップ３８では、リッチタイマのタイマ値ｔｒｉｃｈがしきい値ｔｒｅｆ以下であるか否かを判別する。この答がＮＯのとき、すなわち、リッチ化の開始後、所定値ｔｒｉｃｈ＿ｉｎｉとしきい値ｔｒｅｆとの差に相当する時間が経過していないときには、リッチ化用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈを、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出する（ステップ３９）。このマップでは、リッチ化用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクの全領域において、通常運転用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎよりも小さな値に設定されており、それにより、可変ベーン８ｃの開度はより大きな値に制御され、過給圧ＰＡＣＴが小さな値に制御される。次いで、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙを、算出したリッチ化用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈに設定し（ステップ４０）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ３８の答がＹＥＳで、リッチ化の開始後、所定値ｔｒｉｃｈ＿ｉｎｉとしきい値ｔｒｅｆとの差に相当する時間が経過しているときには、復帰制御処理を実行し（ステップ４１）、本処理を終了する。

以上のように、リッチ化の開始後、所定値ｔｒｉｃｈ＿ｉｎｉとしきい値ｔｒｅｆとの差に相当する時間が経過する（ステップ３８：ＹＥＳ）までは、リッチ化用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈを用いた制御が行われ（ステップ３９，４０）、その後、復帰制御処理が実行される（ステップ４１）。前述したように、しきい値ｔｒｅｆは、リッチ化開始時の吸入空気量Ｑａｉｒが小さいほど、より大きな値に設定されているので、復帰制御処理の開始タイミングは、この吸入空気量Ｑａｉｒが小さいほど、より早いタイミングに設定される。

図８は、この復帰制御処理を示している。この処理は、リッチ化の終了に先立ち、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙを漸増させることによって、過給圧ＰＡＣＴを上昇させるものである。まず、ステップ５１では、復帰制御中フラグＦ＿ＡＤＤが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯのとき、すなわち、今回が復帰制御処理を開始した後の最初のループであるときには、前記ステップ３９と同様にして、リッチ化用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈを算出した（ステップ５２）後、前記ステップ３３と同様にして、通常運転用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎを算出する（ステップ５３）。次に、算出した通常運転用およびリッチ化用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎ，ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈの差を、デューティ偏差ＤＶＮＴとして算出する（ステップ５４）。

次に、吸入空気量Ｑａｉｒに基づき、図９に示すＫａｉｒテーブルを検索することによって、吸気補正係数Ｋａｉｒを算出する（ステップ５５）。この吸気補正係数Ｋａｉｒは、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙを漸増させる際の増加速度（傾き）を定めるものであり、このＫａｉｒテーブルでは、吸入空気量Ｑａｉｒが小さいほど、より小さな値に設定されている。これは、次の理由による。すなわち、可変ベーン８ｃを閉じた場合、過給圧ＰＡＣＴはすぐには上昇しないのに対し、排圧の急激な上昇によって、ＥＧＲガス量が急激に増大する傾向にある。このため、吸入空気量Ｑａｉｒが小さく、燃焼状態が不安定になりやすいときに、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙの増加速度を小さくし、可変ベーン８ｃを徐々に閉じることにより、ＥＧＲガス量の急激な増大を防止することによって、良好な燃焼状態を確保するためである。

次いで、目標噴射時期ΦＩＮＪに応じ、図１０に示すＫｉｎｊテーブルを検索することによって、噴射時期補正係数Ｋｉｎｊを算出する（ステップ５６）。この目標噴射時期ΦＩＮＪは噴射時期の目標値である。また、噴射時期補正係数Ｋｉｎｊは、吸気補正係数Ｋａｉｒと同様、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙを漸増させる際の傾きを定めるものであり、このＫｉｎｊテーブルでは、設定されている目標噴射時期ΦＩＮＪが遅角側にあるほど、より小さな値に設定されている。これは、目標噴射時期ΦＩＮＪが遅角側にあり、燃焼状態が不安定になりやすいときに、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙの増加速度を小さくすることにより、可変ベーン８ｃの閉じ操作によるＥＧＲガス量の急激な増大を防止することによって、良好な燃焼状態を確保するためである。

次に、ステップ５４で算出したデューティ偏差ＤＶＮＴに、ステップ５５および５６で算出した吸気補正係数Ｋａｉｒおよび噴射時期補正係数Ｋｉｎｊを乗算した値を、図６のステップ３７で算出したしきい値ｔｒｅｆで除算することによって、加算項ＶＡＤＤを算出する（ステップ５７）。次いで、前記ステップ５２で算出したリッチ化用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈを、前回値ＶＮＴ＿ＤｕｔｙＺとしてシフトし（ステップ５８）、復帰制御中フラグＦ＿ＡＤＤを「１」にセットする（ステップ５９）。次に、前回値ＶＮＴ＿ＤｕｔｙＺに、ステップ５７で算出した加算項ＶＡＤＤを加算することによって、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙを算出し（ステップ６０）、本処理を終了する。

上記ステップ５９の実行により、前記ステップ５１の答がＹＥＳとなり、その場合には、そのときのＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙを、前回値ＶＮＴ＿ＤｕｔｙＺとしてシフトし（ステップ６１）、上記ステップ６０を実行する。

以上のように、復帰制御処理では、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙへの加算項ＶＡＤＤの加算を、リッチ化が終了するまで（ステップ３１がＮＯになるまで）、繰り返し行う（ステップ６０）。これにより、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙを漸増させ、可変ベーン８ｃを徐々に閉じることによって、過給圧ＰＡＣＴを徐々に上昇させる。

図１１〜図１４は、本実施形態による制御装置１の動作例を比較例とともに示している。図１１および図１２に示す比較例は、リッチ化から通常運転への移行時に、上述した復帰制御処理を行わずに過給圧ＰＡＣＴを制御する点のみが本実施形態と異なっている。

図１１に示すように、比較例では、リッチ化が開始されると（時点ｔ１）、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙは、それまでの通常運転用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎから、より小さなリッチ化用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈに設定される。そして、この開始後、所定値ｔ＿ｉｎｉに相当する時間が経過し、リッチ化が終了した時点（時点ｔ２）で、通常運転用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎに戻される。

図１２は、このときの過給圧ＰＡＣＴなどの推移を示している。過給圧ＰＡＣＴは、その応答性が低いため、リッチ化の終了後、通常運転の開始時（時点ｔ２）にＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙを通常運転用の値ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎに戻しても、速やかには上昇せず、遅れをもって上昇する。これにより、通常運転の初期において、吸入空気量Ｑａｉｒは目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄを大きく下回り、その分、ＥＧＲガス量が増大する。また、この場合、通常運転の開始時に、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙが通常運転用の値ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｌｅａｎに設定されることにより、可変ベーン８ｃが急激に閉じることによって、排圧が急激に上昇し、このことによってもＥＧＲガス量が増大する。その結果、通常運転の初期において、失火が発生し、エンジン３のトルクＴＱが大きく低下している。

これに対して、図１３に示すように、本実施形態では、リッチ化の開始（時点ｔ３）後、所定値ｔ＿ｉｎｉとしきい値ｔｒｅｆとの差に相当する時間が経過するまで、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙは、リッチ化用のＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙ＿ｒｉｃｈに設定される。そして、この時間が経過したときに（時点ｔ４）、前述した復帰制御が開始され、それにより、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙは、リッチ化が終了するまで（時点ｔ５まで）、漸増する。

このように、通常運転が開始するのに先立ち、ＶＮＴデューティー比ＶＮＴ＿Ｄｕｔｙを漸増させることによって、図１４に示すように、過給圧ＰＡＣＴは、リッチ化が終了する前から上昇し始め、通常運転の開始時（ｔ５）にはすでに、比較的大きな値ＰＡＣＴαに達している。これにより、通常運転の初期において、吸入空気量Ｑａｉｒは、目標吸入空気量Ｑａｉｒ＿ｃｍｄを下回ることなく、これにほぼ収束している。また、過給圧ＰＡＣＴを上昇させる際に、可変ベーン８ｃを徐々に閉じるので、この閉じ操作に伴う排圧の急激な上昇、およびそれに起因するＥＧＲガス量の急激な増大も防止される。以上の結果、リッチ化から通常運転への移行時に、トルクＴＱの急激な落ち込みが生じておらず、安定したトルクＴＱが得られることが確認された。

以上のように、本実施形態によれば、リッチ化から通常運転への移行時に、吸入空気量Ｑａｉｒを増加させる前に、過給圧ＰＡＣＴをあらかじめ上昇させるので、通常運転の初期に、吸入空気を燃焼室３ｃに十分に供給することができる。したがって、排ガス特性およびドライバビリティーを向上させることができる。また、リッチ化開始時の吸入空気量Ｑａｉｒが小さいほど、より早いタイミングで過給圧ＰＡＣＴの上昇を開始するので、リッチ化中の吸入空気の大小に応じて、通常運転の初期に吸入空気を過不足なく供給することができる。また、過給圧ＰＡＣＴを上昇させる際に、可変ベーン８ｃを徐々に閉じるので、可変ベーン８ｃの閉じ操作に伴うＥＧＲガス量の急激な増大を防止でき、したがって、ドライバビリティーをさらに向上させることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、過給手段として、ターボチャ−ジャ式の過給装置７を用いたが、これに代えて、スーパーチャージャ式のものや電動コンプレッサ式のものを用いてもよい。また、過給圧ＰＡＣＴを変化させるための構成は、例示した可変ベーン８ｃに限らず、ウェイストゲート弁など、任意のものでよい。また、本実施形態では、吸入空気量減量モードは、ＮＯｘ捕捉材１７に捕捉されたＮＯｘを還元するリッチ化を目的として行われるものであるが、これに限らず、吸入空気量Ｑａｉｒを減量するものであれば、他の目的で行われるものでもよい。

さらに、実施形態では、吸気絞り弁として、スロットル弁１２を用いたが、これに代えて、またはこれとともに、吸入空気量Ｑａｉｒを制御するためのものであれば、他の適当な弁、例えばスワール弁１３ａを用いてもよい。また、実施形態は、車両に搭載されたディーゼルエンジンに本発明を適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外の各種のエンジン、例えば、ガソリンエンジンやクランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンに適用してもよいことはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による制御装置、およびこれを適用した内燃機関を概略的に示す図である。 本実施形態による制御装置を示す図である。 リッチ化の実行条件が成立しているか否かを判定する処理を示すフローチャートである。 ＥＧＲ制御処理を示すフローチャートである。 ＴＨ制御処理を示すフローチャートである。 過給圧制御処理を示すフローチャートである。 図６の処理で用いられるｔｒｅｆテーブルの一例を示す図である。 図６の処理における復帰制御処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図８の処理で用いられるＫａｉｒテーブルの一例を示す図である。 図８の処理で用いられるＫｉｎｊテーブルの一例を示す図である。 本実施形態の復帰制御処理を行わない場合の動作例を示す図である。 図１１の動作例によって得られる過給圧などの推移の一例を示す図である。 本実施形態による制御装置の動作例を示す図である。 図１３の動作例によって得られる過給圧などの推移の一例を示す図である。

符号の説明

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（ＥＧＲ手段、運転モード決定手段、減量モード期間設定手段、
過給圧上昇手段）
３ 内燃機関
３ｃ 燃焼室
４ 吸気管（吸気系）
７ 過給装置（過給手段）
１２ スロットル弁（吸気絞り弁）
１４ ＥＧＲ装置（ＥＧＲ手段）
３１ エアフローセンサ（吸入空気量検出手段）
Ｑａｉｒ 吸入空気量
ＰＡＣＴ 過給圧

Claims (1)

1. 内燃機関の燃焼室から排出された排ガスの一部を吸気系にＥＧＲガスとして還流させるＥＧＲ手段と、
   前記燃焼室に吸入される吸入空気を過給する過給手段と、
   前記燃焼室に吸入される吸入空気量を制御するための吸気絞り弁と、
   前記内燃機関の運転モードを、前記吸気絞り弁により前記吸入空気量を減量する吸入空気量減量モード、および当該吸入空気量減量モードよりも前記吸入空気量を増量する吸入空気量増量モードのいずれかに決定する運転モード決定手段と、
   前記吸入空気量減量モードの期間を減量モード期間として設定する減量モード期間設定手段と、
   当該設定された減量モード期間が終了するのに伴って前記運転モードが前記吸入空気量減量モードから前記吸入空気量増量モードに移行するときに、前記吸気絞り弁によって前記吸入空気量を増量する前に、前記過給手段による過給圧を上昇させる過給圧上昇手段と、
   前記吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、を備え、
   前記過給圧上昇手段は、前記検出された吸入空気量が少ないときには、多いときよりも早いタイミングで前記過給圧の上昇を開始することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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