WO2007091542A1

WO2007091542A1 - Ｖ型ディーゼルエンジンの吸気制御装置

Info

Publication number: WO2007091542A1
Application number: PCT/JP2007/051986
Authority: WO
Inventors: Yoshiyasu Ito; Yuji Narita
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha; Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2007-08-16
Also published as: CN101379280B; US20090223477A1; CN101379280A; EP1983180A4; JP2007211646A; EP1983180A1; US7953540B2; EP1983180B1; JP4327805B2

Abstract

　Ｖ型ディーゼルエンジン１０の吸気通路は、両バンク１１Ｌ，１１Ｒに接続される一対の分配通路１９Ｌ，１９Ｒと、各分配通路１９Ｌ，１９Ｒを連通する集合通路１６と、集合通路１６から分岐して上流に向かって延びる一対の分岐通路１５Ｌ，１５Ｒとを備えている。過給圧変更機構５０Ｌ，５０Ｒ、吸気絞り弁５１Ｌ，５１Ｒ、排気調量弁５２Ｌ，５２Ｒは、分岐通路１５Ｌ，１５Ｒや導入通路１３Ｌ，１３Ｒに対応して設けられている。制御部４１は、それらのアクチュエータを共通の制御目標値に基づいて制御する。

Description

明細書

V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置

技術分野

[0001] 本発明は、 V型ディーゼルエンジンに供給される吸入空気の状態を制御する V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、車両に搭載されるディーゼルエンジンでは、高出カイ匕 '大排気量ィ匕に伴い気筒数が増加する傾向にある。例えば、 6気筒又は 8気筒ディーゼルエンジンの場合、エンジンルーム内のスペースの理由から、各気筒が V字に配列された V型エンジンが採用されることが多い。 V型エンジンでは、図 4に示すように、吸気通路 2の上流側の部分が共通化されている。一方、吸気通路 2の下流側の部分が分岐すると共に、一対のバンク 1L, 1Rにそれぞれ接続されている。このため、各気筒に吸入空気が分配される（例えば、特許文献 1等)。ここで、吸入空気量を調整する吸気絞り弁 3は、吸気通路 2の上流側の部分、即ち両バンク 1L, 1Rの共通部分に設けられる。従って、各バンク 1L, 1Rに供給される吸入空気の量は、一つの吸気絞り弁 3によって同時に調量される。

[0003] しかしながら、この構成の場合、排気量の大きいディーゼルエンジンでは、吸入空気量が広い範囲に亘つて変化する。そのため、両バンクに共通の吸気絞り弁によつて吸入空気量を広い範囲に亘り精度良く調整することは困難である。

[0004] 例えば、図 5に示すように、各バンク 1L, 1Rに対応する吸気通路を個々に設け、各吸気通路 2L, 2R内に吸気絞り弁 3L, 3Rを設けることが考えられる。この構成によれば、各吸気絞り弁 3L, 3Rによる吸入空気量の調整範囲は、両バンクに共通の吸気絞り弁に要求される吸入空気量の調整範囲の半分である。そのため、吸入空気量を精度良く調整できる。

特許文献 1：特開 2004— 124778号公報

発明の開示

[0005] し力しながら、各バンク 1L, 1Rに対応する吸気通路 2L, 2Rについて、長さや形状、或いは温度条件等を全て等しくすることは極めて困難である。そのため、各吸気通路 2L, 2Rの状況に応じて、各吸気絞り弁 3L, 3Rを制御する必要がある。その結果、各吸気絞り弁 3L, 3Rの各種制御のための構造が複雑化したり、演算負荷が増大したりする。

[0006] 吸気絞り弁を例に説明した力例えば、排気通路から吸気通路に再循環される排気の量を調整する外部排気再循環機構の排気調量弁や、過給機の過給圧を変更する過給圧変更機構等、 V型ディーゼルエンジンの吸気通路を流れる吸入空気の状態を変更する他のァクチユエータについても、上記の問題は概ね共通している。

[0007] 本発明の目的は、吸気通路に設けられた一対のァクチユエータによって吸入空気量の状態を精度良く変更でき、ァクチユエータの各種制御のための構造が複雑ィ匕せず、演算負荷の増大を抑制することのできる V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置を提供することにある。

[0008] 上記の課題を解決するために、本発明の第一の態様によれば、 V型ディーゼルェンジンの一対バンクに形成された各気筒に吸入空気を供給する吸気通路と、吸気通路を流れる吸入空気の状態を変更するァクチユエータと、ァクチユエータの動作を制御する制御手段とを備える V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置が提供される。吸気通路は、各バンクに接続される一対の接続部と、両接続部を連通する集合部と、集合部力分岐して上流に向けて延びる一対の分岐部とを含む。ァクチユエータは、各分岐部に対応して設けられ、制御手段は、各ァクチユエータを共通の制御目標値に基づいて制御する。

[0009] 上記のように構成すれば、ァクチユエータが吸気通路の分岐部に対応して設けられている。そのため、両バンクに共通のァクチユエータにより吸入空気量の状態を変更する構成と比較して、各ァクチユエータの作動可能な範囲を狭くすることができる。これにより、各ァクチユエータによって、吸入空気量の状態を精度良く変更できる。また、各ァクチユエータにより状態が変更された吸入空気は、吸気通路の集合部において一旦混合された後、各接続部を通じて各バンクに分配される。従って、各ァクチュエータを個々に制御する必要はない。つまり、各ァクチユエータを共通の制御目標値に基づいて制御できるため、各ァクチユエータの各種制御のための構造が複雑ィ匕したり、演算負荷が増大したりすることを抑制できる。吸入空気の状態には、例えば、吸入空気量の流量や圧力、温度の他、吸入空気中の排気再循環ガスの濃度や温度等が含まれる。

[0010] 上記の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置において、吸気通路を流れる吸入空気の状態を検出するセンサを更に備え、センサは、各分岐部に対応して設けられていることが好ましい。

[0011] 上記の構成によれば、センサが吸気通路の分岐部に対応して設けられている。このため、両バンクに共通のセンサにより吸入空気量の状態を検出する構成と比較して、各センサの検出可能な範囲を狭くすることができる。これにより、各センサによって吸入空気の状態を精度良く検出できる。

[0012] 上記の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置において、センサは、各分岐部に設けられた一対の吸入空気量センサを含み、制御手段は、各吸入空気量センサから取り込まれた検出値を平均化することにより、吸気通路を流れる吸入空気の量を算出することが好ましい。

[0013] 上記の構成によれば、各分岐部を流れる吸入空気に脈動が生じて各吸入空気量センサの検出値が異なる値を示す場合であっても、吸入空気量の算出値の変動が抑制されると共に、各分岐部から集合部、各接続部を介して各気筒に導入される吸入空気の量を精度良く算出できる。

[0014] 上記の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置において、制御手段は、平均化処理に先立ち、各吸入空気量センサ力もの検出値を平滑ィ匕処理することが好ま、。上記の構成によれば、吸入空気の脈動による影響を一層好適に抑制できる。

[0015] 上記の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置にお、て、制御手段は、制御目標値に基づヽて各ァクチユエータのフィードバック制御を実行することが好ま、。また、吸気制御装置は、各ァクチユエータの異常を判定する判定手段と、判定手段により両ァクチユエータの一方が異常であると判定されたとき他方のァクチユエータのフィードバック制御により吸入空気の状態が変更されることを制限する制限手段とを備えることが好ましい。

[0016] 上記の構成によれば、一方のァクチユエータが異常であると判定されたとき、他方のァクチユエータにより吸入空気の状態が変更されることを制限できる。このため、他方のァクチユエータに過大な負荷が作用することを抑制でき、また、他方のァクチュエータのみにより吸入空気の状態が変更されることで両バンクに状態の異なる吸入空気が供給されることも抑制できる。また、一方のァクチユエータに異常が検出されたときに他方のァクチユエータのフィードバック制御により吸入空気の状態が変更されることを禁止することは、吸入空気の状態が変更されることを制限することに含まれる。

[0017] 上記の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置において、 V型ディーゼルエンジンは、各分岐部に対応して設けられた一対の過給機を備え、更に、各過給器の過給圧を変更する一対の過給圧変更機構をァクチユエータとして含むことが好ましい。

[0018] 上記の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置にお、て、制限手段は、判定手段により両過給圧変更機構の一方が異常であると判定されたとき他方の過給圧変更機構のフィードバック制御を禁止して過給効率を最小にすることが好ましい。

[0019] 上記の構成によれば、一方の過給圧変更機構に異常が生じているとき、他方の過給圧変更機構が制御手段によりフィードバック制御されて過大な負荷が過給機に作用することを抑制できる。

[0020] 上記の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置にお、て、各気筒に接続された排気通路と各分岐部とを連通する一対の連通路に設けられ、連通路を介して各分岐部に再循環される排気の量を調整する一対の排気調量弁をァクチユエータとして含み、制限手段は、判定手段により両排気調量弁の一方が異常であると判定されたとき他方の排気調量弁のフィードバック制御を禁止して同排気調量弁を全閉にすることが好ましい。

[0021] 上記の構成によれば、外部排気再循環機構において、一方の排気調量弁に異常が生じているとき、他方の排気調量弁の開度が制御手段によりフィードバック制御されて過剰に大きくなることを回避できる。その結果、他方の排気調量弁が設けられた分岐部に多量の排気再循環ガスが導入されることを抑制できる。よって、各バンク〖こ排気再循環ガスの濃度が大きく異なる吸入空気が供給されることを抑制できる。

[0022] 上記の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置において、各分岐部に設けられ、各分岐部を通過する吸入空気の量を調整する一対の吸気絞り弁をァクチユエータとして含み、制限手段は、判定手段により両吸気絞り弁の一方が異常であると判定されたとき他方の吸気絞り弁のフィードバック制御を禁止して同吸気絞り弁を全開にすることが好ましい。

[0023] 上記の構成によれば、一方の吸気絞り弁に異常が生じている場合であっても、他方の吸気絞り弁を全開することにより、両バンクに供給される吸入空気の量を最大限確保することができる。従って、不完全燃焼によって排気中の粒子状物質が増大することを抑制できる。

[0024] 上記の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置において、集合部は、両バンクに共通のサージタンク力もなることが好まし、。

吸気通路に設けられるサージタンクの断面積を吸気通路の他の部分よりも大きくすることにより、吸気脈動を減少するために必要な容積が確保される。このため、両バンクに共通のサージタンクを集合部として利用することにより、一対の分岐部から集合部に流入する吸入空気を効果的に混合することができる。よって、集合部から一対の接続部に流入する吸入空気の量や性状を等しくすることができる。従って、機関回転速度の変動や排気性状の悪化等、各気筒に供給される吸入空気の量や性状が各バンクで異なることによる悪影響を小さくすることができる。また、各バンクに対応してサージタンクをそれぞれ備えた構成と比較して、吸気制御装置の大型化にも好適に対応することができる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]本実施形態のエンジン及びその吸気制御装置の構成を示す概略図。

[図 2]吸気制御装置の制御部、センサ及びァクチユエータの構成を示すブロック図。

[図 3]ァクチユエータのフィードバック制御を実行する際の手順を示すフローチャート

[図 4]従来の V型エンジンの吸気制御装置の構成を示す概略図。

[図 5]従来の V型エンジンの吸気制御装置の構成を示す概略図。

発明を実施するための最良の形態

[0026] [第 1実施形態]

本発明を V型 8気筒ディーゼルエンジンの吸気制御装置に具体ィ匕した第 1実施形態について図 1及び図 2を参照して説明する。

[0027] 図 1に示すように、エンジン 10は、一対のバンク 11L, 11Rを V字に配置した V型ェンジンである。各バンク 11L、 11Rには、 4つの気筒が設けられている。エンジン 10の吸気系は、エアクリーナ 12、一対のインタークーラ 14L, 14R、スロットルボディ 20、及び各バンク 11L, 11Rに対応する過給機 24L, 24Rからなる。各過給機 24L, 24 Rは、排気駆動式の過給機である。各過給機 24L, 24Rは、ロータ 27を有し、その口ータ 27の端部には、コンプレッサブレード 26及びタービンブレード 25が設けられている。コンプレッサブレード 26は、各インタークーラ 14L, 14Rとエアクリーナ 12とを接続する一対の導入通路 13L, 13Rの途中に配置されている。一方、タービンブレード 25は、各バンク 11L, 11Rの各気筒に接続された一対の排気通路 21L, 21Rの途中に配置されている。

[0028] 各過給機 24L, 24Rでは、各気筒から各排気通路 21L, 21Rに排出される排気のエネルギを利用して吸入空気の過給が行われる。即ち、各排気通路 21L, 21Rを流れる排気がタービンブレード 25に衝突してロータ 27が回転することにより、各導入通路 13L, 13Rを流れる吸入空気は、コンプレッサブレード 26により加圧されて力も各インタークーラ 14L, 14Rに吐出される。ここで、各導入通路 13L, 13Rの断面積や長さ、或いはコンプレッサブレード 26の位置はほぼ同じである。

[0029] また、各過給機 24L, 24Rは、過給圧変更機構 50L, 50Rを備えている。各過給圧変更機構 50L, 50Rは、タービンブレード 25に排気を吹き付けるためのノズルと、ノズルの開度を変更するモータ ( ヽずれも図示略)とを備えて!/ヽる。各過給圧変更機構 50L, 50Rにより、ノズルの開度が調節されて、過給圧が変更される。過給圧は、タービンブレード 25に衝突する排気の流速 (正確にはその運動量）によって変化する。そのため、機関運転状態に応じて排気の流速が変化すると、それに伴って過給圧も変化する。エンジン 10が低負荷低回転域で運転される場合、排気の流速が小さぐ口ータ 27の回転速度が低いため、過給圧は低くなる。一方、エンジン 10が高負荷高回転域で運転される場合、排気の流速が大きぐロータ 27の回転速度が高いため、過給圧は高くなる。

[0030] このため、エンジン 10が低負荷低回転域で運転される場合、過給圧変更機構 50L , 50Rは、ノズル開度を減少させてタービンブレード 25に衝突する排気の流速増大させること〖こより、過給圧及び過給応答性を上昇させる。一方、エンジン 10が高負荷高回転域で運転される場合、過給圧変更機構 50L, 50Rは、ノズル開度を増大させてタービンブレード 25に衝突する排気の流速を減少させることにより、ロータ 27の過回転や過大な過給圧を抑制する。

[0031] 過給機 24L, 24Rにより過給された吸入空気は、導入通路 13L, 13Rを通じてインタークーラ 14L, 14Rに供給される。過給機 24L, 24Rにより圧縮されて温度上昇した吸入空気は、インタークーラ 14L, 14Rによって冷却された後、スロットルボディ 20 に導入される。一対の過給機 24L, 24R、並びに過給圧変更機構 50L, 50Rについて、過給特性や過給圧の変更特性はほぼ同じである。また、両インタークーラ 14L, 14Rは、ほぼ同じ仕様で設計されたものである。

[0032] スロットルボディ 20は、一対の分岐通路 15L, 15R、各分岐通路 15L, 15Rに設けられた一対の吸気絞り弁 51L, 51R、並びに、各分岐通路 15L, 15Rの下流側に位置する集合通路 16を備えている。各インタークーラ 14L, 14Rからスロットルボディ 2 0に流入した吸入空気は、各分岐通路 15L, 15Rに略均等に分配された後、各吸気絞り弁 51L, 51Rを介して集合通路 16に導入される。集合通路 16は、両バンク 11L , 11Rに共通のサージタンクとして機能する。集合通路 16は、各分岐通路 15L, 15 Rよりも広い断面を有している。集合通路 16では、吸気脈動を減少するのに必要な容積が確保されている。

[0033] 従って、各吸気絞り弁 51L, 51Rから集合通路 16に流入する吸入空気の温度や圧力や脈動の状態等が異なる場合でも、集合通路 16で一旦混合されることにより、各吸気絞り弁 51L, 51Rから流入する吸入空気の状態の差異は解消され、略均質になる。ここでは、各分岐通路 15L, 15の流路断面積や通路長さ、吸気絞り弁 51L, 51R の位置はほぼ同じである。また、各吸気絞り弁 51L, 51Rの開閉速度や全開，全閉時における開度等もほぼ同じである。

[0034] 本実施形態では、図 1に示すように、スロットルボディ 20において、各分岐通路 15L , 15Rの上流側には、それらを連通する連通部分 Sが形成されている。インタークーラ 14L, 14Rから流出した吸入空気の一部は、分岐通路 15L, 15Rに分配される前に、この連通部分 sにおいて混合される。これにより、上述した吸入空気の状態の差異は、各分岐通路 15L, 15Rに分配される前にある程度解消される。各分岐通路 15 L, 15Rに流入する吸入空気の状態の差異が集合通路 16において解消されるのであれば、連通部分 Sを省略してもよい。本実施形態では、集合通路 16によって、各分岐通路 15L, 15Rの吸入空気が混合され、各分岐通路 15L, 15Rを流れる吸入空気の状態の差違が解消される。連通部分 Sにおける吸入空気の混合は補助的なものである。

[0035] また、集合通路 16には、一対の分配通路 19L, 19R (インテークマ-ホルド）が接続されている。両分配通路 19L, 19Rのうち一方の下流側は、図 1に示す左側のバンク 11Lの各気筒に向力つて分岐すると共に、同バンク 11の各気筒にそれぞれ接続されている。また、両分配通路 19L, 19Rのうち他方の下流側も、図 1に示す右側のバンク 11Rの各気筒に向力つて分岐すると共に、同バンク 11Rの各気筒にそれぞれ接続されている。各分配通路 19L, 19Rの流路断面積や通路長さや形状はほぼ同じである。従って、集合通路 16で均質に混合された吸入空気は、その状態を保ちながら、ほぼ等しい量で、各分配通路 19L, 19Rに導入される。各分配通路 19L, 19R に導入された吸入空気は、両バンク 11L, 11Rの各気筒に均等に分配される。

[0036] また、エンジン 10の吸気系には、排気通路 21L, 21Rを流れる排気の一部を各分岐通路 15L, 15Rに排気再循環 (EGR)させるための外部排気再循環機構が備えられている。外部排気再循環機構は、一対の再循環通路 17L, 17Rと、各再循環通路 17L, 17Rに設けられた一対の排気調量弁 52L, 52Rとを備えている。各再循環通路 17L, 17Rは、過給機 24L, 24Rの上流側に位置する排気通路 21L, 21Rと、吸気絞り弁 51L, 51Rの下流側に位置する分岐通路 15L, 15Rとを連通している。また、各排気調量弁 52L, 52Rは、再循環通路 17L, 17Rの最も下流側の位置、即ち、再循環通路 17L, 17Rと分岐通路 15L, 15Rとの接続部に設けられている。

[0037] この外部排気再循環機構では、各分岐通路 15L, 15Rにおいて吸気絞り弁 51L, 51Rの下流側で発生する吸気負圧を利用することにより、排気通路 21L, 21Rを流れる排気の一部力再循環通路 17L, 17Rを通じて分岐通路 15L, 15Rに戻る。また、排気調量弁 52L, 52Rは、モータ（図示略）により駆動される電磁駆動弁である。モータが駆動し、各排気調量弁 52L, 52Rの開度が変更されることにより、排気通路 21L, 21Rから分岐通路 15L, 15Rに戻される排気の量、即ち再循環ガスの量が調節される。

[0038] また、吸気絞り弁 51L, 51Rは、排気調量弁 52L, 52Rと同様に、モータ（図示略）によって駆動される電磁駆動弁である。モータが駆動し、各吸気絞り弁 51L, 51Rの開度が変更されることにより、各分岐通路 15L, 15Rから集合通路 16に導入される吸入空気の総量、即ち、同集合通路 16から分配通路 19L, 19Rを介して各気筒に分配される吸入空気の総量が調節される。

[0039] ディーゼルエンジン 10において、各吸気絞り弁 51L, 51Rによる吸入空気量は、排気中の粒子状物質 (PM)の増大を抑制するために調整される。即ち、燃料噴射量に対して吸入空気が過度に不足すると、燃料が不完全燃焼し、その結果、排気中の粒子状物質が増大する。このため、燃料噴射量等の機関運転状態に応じて所望の吸入空気量を確保するように、各吸気絞り弁 51L, 51Rの開度が調節される。

[0040] 各吸気絞り弁 51L, 51Rの開度調節は、吸入空気量の調整の他、外部排気再循環機構による排気の再循環を適切に行うために実施される。排気調量弁 52L, 52R の開度が固定されている場合、吸気絞り弁 51L, 51Rの開度を小さくすると、吸気絞り弁 51L, 51Rの下流側における負圧が増大する。その結果、排気通路 21L, 21R から分岐通路 15L, 15Rに再循環される再循環ガスの量が増大する。一方、吸気絞り弁 51L, 51Rの開度が大きくなると、負圧が減少し、その結果、再循環ガスの量が減少する。このように、排気の再循環量は、吸気絞り弁 51L, 51Rの開度に応じて変化する負圧と排気調量弁 52L, 52Rの開度とに基づいて変化する。本実施形態では、まず、排気中の粒子状物質が増大しない程度にまで吸気絞り弁 51L, 51Rの開度を小さくする。そして、十分な吸気負圧が確保される状況下で、排気調量弁 52L, 52 Rの開度を、過給圧や吸入空気量等の機関運転状態に応じてフィードバック制御を実行する。これにより、排気の再循環量は最適な量に調節される。

[0041] 図 2に示すように、エンジン 10は、吸気制御装置の各種処理を統括して実行する制御部 41を備えている。また、エンジン 10には、制御部 41の各種処理に際して必要になる機関運転状態情報を検出するセンサ 31L, 31R〜34L, 34R, 35〜37、並びに制御部 41を通じて駆動制御されるァクチユエータ 50L, 50R〜52L, 52Rが設けられている。制御部 41は、各種処理に必要なデータを記憶するメモリ 44、センサの検出信号を取り込むとともに必要に応じて同検出信号を AZD変換する入力回路 42 、並びにァクチユエータを駆動する駆動回路 43を備えている。本実施形態において、ァクチユエータは、吸気絞り弁 51L, 51R、排気調量弁 52L, 52R、或いは過給圧変更機構 50L, 50Rである。

[0042] 吸気絞り弁 51L, 51Rの近傍には、吸気絞り弁 51L, 51Rの開度を検出する開度センサ 32L, 32Rが設けられている。排気調量弁 52L, 52Rの内部には、排気調量弁 52L, 52Rの開度を検出する開度センサ 33L, 33Rが設けられている。更に、過給圧変更機構 50L, 50Rには、モータの回転角度に基づいてノズル開度を検出する開度センサ 34L, 34Rが設けられている。また、各導入通路 13L, 13Rにおいて、過給機 24L, 24Rよりも上流側の部分には、導入通路 13L, 13Rを流れる吸入空気の量を検出する吸入空気量センサ 31L, 31Rが設けられている。その他、エンジン 10 には、機関回転速度を検出する回転速度センサ 35、アクセル開度を検出するァクセル開度センサ 36、集合通路 16の吸気圧 (過給圧）を検出する吸気圧センサ 37が設けられている。

[0043] これらセンサは、制御部 41の入力回路 42に電気的に接続されている。制御部 41 には、入力回路 42を通じて、各センサの検出信号が取り込まれる。制御部 41は、各センサの検出信号に基づいて、吸気絞り弁 51L, 51R、排気調量弁 52L, 52R、過給圧変更機構 50L, 50R等の吸気系のァクチユエータの制御目標値を設定する。制御部 41は、設定された制御目標値に基づいて、ァクチユエータのフィードバック制御を実行する。

[0044] 以下、吸気系ァクチユエータのフィードバック制御を実行する際の処理手順について図 3を参照して説明する。この一連の処理は、制御部 41により所定の制御周期で実行される。

[0045] 図 3に示すように、まず、吸入空気の状態、即ち吸入空気量、排気再循環ガス量、及び過給圧を変更する各種ァクチユエータの制御目標値が算出される (ステップ S1 0)。具体的には、アクセル開度や機関回転速度等に基づいて吸気絞り弁 51L, 51Rの目標開度が算出される。吸入空気量が燃料噴射量に対して過度に不足すると、燃料が不完全燃焼して排気中の粒子状物質が増大する。一方、吸入空気量を増やすために吸気絞り弁 51L, 51Rの開度を大きくすると、負圧が減少して、機関運転状態に適する排気再循環の実行が困難になる。このため、吸気絞り弁 51L, 51Rの目標開度は、排気中の粒子状物質の量を無視でき、且つ、排気再循環を適切に実行できる負圧が確保される範囲に設定される。こうして設定される制御目標値は、各吸気絞り弁 51L, 51Rについて共通である。つまり、各吸気絞り弁 51L, 51Rは、共通の制御目標値に基づ!、てそれぞれ制御される。

[0046] 排気調量弁 52L, 52Rの目標開度は、機関運転状態に好適な量の排気が再循環されるように、アクセル開度、機関回転速度、過給圧、吸入空気量等に基づいて算出される。こうして算出される目標開度は、各排気調量弁 52L, 52Rについて共通である。つまり、各排気調量弁 52L, 52Rも、共通の制御目標値に基づいて制御される。また、過給圧変更機構 50L, 50Rの目標ノズル開度は、機関運転状態に好適な過給圧が得られるように、アクセル開度、機関回転速度、過給圧等に基づいて算出される。こうして算出された過給圧変更機構 50L, 50Rの目標ノズル開度は、各過給圧変更機構 50L, 50Rについて共通である。従って、各過給圧変更機構 50L, 50Rも、共通の制御目標値に基づ!、てそれぞれ制御される。

[0047] ところで、各導入通路 13L, 13Rには、吸入空気量センサ 31L, 31Rが設けられている。そのため、吸入空気量の検出値として、各吸入空気量センサ 31L, 31Rにより検出される二つの値が得られる。上述したように、各導入通路 13L, 13Rでは、流路断面積や通路長さがほぼ等しいため、基本的には、二つの検出値に大きな差は生じない。しかしながら、実際には、各気筒内で間欠的に爆発するため、過給機 24L, 24 Rのロータ 27の回転速度が変動し、それに起因する吸気脈動の影響によって、吸入空気量の検出値が異なることも多、。

[0048] そこで、本実施形態では、以下に示す演算式（1)及び (2)を用いて、各検出値を平滑化処理した後、演算式 (3)を用いて、得られた値の平均値 QAを算出する。例えば、排気調量弁 52L, 52Rの目標開度を吸入空気量に基づいて算出する際、算出された平均値 Q Aが吸入空気量の値として用いられる。

[0049] Ql(iト Ql(i)Zn+Ql(i— 1) * (n— l)Zn …（1)

Q2 (i) ^Q2 (i) /n+Q2 (i- 1) * (n-l)/n …（2)

QA^(Ql(i)+Q2(i))/2 ·'·(3)

演算式（1)及び（2)中の「Q1」は、吸入空気量センサ 31Lによる検出値を示し、「Q 2」は、吸入空気量センサ 31Rによる検出値を示す。添え字「(i)」、「(i— 1)」は、今回の制御周期での検出値、前回の制御周期での検出値をそれぞれ示す。また、「n」は平滑ィ匕度合を決定する定数（「1」以上の整数)である。定数 nが大きいほど、吸気脈動に起因した検出値の変動をより平滑ィ匕できるが、定数 nが過度に大きい場合、過渡運転時の吸入空気量の変化に対して検出値の応答性が低下する。このため、定数 n は、検出値の応答性や吸気脈動の大きさ等を総合的に考慮して決定される。

[0050] このようにして各ァクチユエータの制御目標値が算出されると、次に、各ァクチユエータの個体差を補償するため、制御目標値が補正される (ステップ Sll)。具体的には、以下の演算式 (4)及び（5)を用いて補正される。

[0051] 0tl^0t+Kl* Δ al · · · (4)

0t2^0t+K2* Δ α2 …（5)

演算式 (4)及び（5)中の「Δ α1」は、吸気絞り弁 51L, 51Rの実際の開度 Θ aと目標開度 Θ tとの間に生じる定常的な偏差（= Θ t- Θ a)を示す。「Δ «2」は、吸気絞り弁 51L, 51Rの実開度 Θ aと目標開度 Θ tとの間に生じる定常的な偏差（= Θ t~ Θ a )を示す。「K1」，「Κ2」はいずれも定数である。この補正により、各吸気絞り弁 51L, 51Rの目標開度 Θ tl, Θ t2が設定される。但し、この補正は、各吸気絞り弁 51L, 5 1Rの個体差の補償のために実施され、吸気絞り弁 51L, 51Rの目標開度の変更を意図していない。つまり、この補正により、各吸気絞り弁 51L, 51Rの開度がそれぞれ異なるように制御されるわけではない。以上、吸気絞り弁 51L, 51Rの目標開度の補正を例に説明してきたが、排気調量弁 52L, 52Rの目標開度や過給圧変更機構 50 L, 50Rの目標ノズル開度についても、同様に補正される。

[0052] ァクチユエータの個体差を補償するための補正が実施された後、制御部 41は、制御目標値と各センサにより検出される実際値とがー致するように、各ァクチユエータのフィードバック制御を実行する (ステップ SI 2)。従って、吸気絞り弁 51L, 51R及び排気調量弁 52L, 52Rの開度、過給圧変更機構 50L, 50Rのノズル開度は、設定された目標開度に近づくように徐々に変化する。これにより、吸入空気量、排気再循環量、過給圧等、吸入空気の状態が機関運転状態に応じて制御される。その結果、 PM や NOxの発生を抑えて排気性状を良好な状態に維持しつつ、良好な機関出力が得られる。

[0053] 本実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。

(1)吸気絞り弁 51L, 51R、外部排気再循環機構の排気調量弁 52L, 52R、並びに過給機 24L, 24Rの過給圧変更機構 50L, 50R等のァクチユエータは、吸気通路において集合通路 16よりも上流側の部分、即ち導入通路 13L, 13Rや分岐通路 15 L, 15Rに対応して設けられている。このため、両バンク 11L, 11Rに共通のァクチュエータにより吸入空気量の状態を変更する構成と比較して、各ァクチユエータの作動可能な範囲を狭くすることができる。これにより、各ァクチユエータによって、吸入空気量、排気再循環量、過給圧等の吸入空気量の状態を精度良く変更できる。また、各ァクチユエータにより状態が変更された吸入空気は、集合通路 16において一旦混合された後、各分配通路 19L, 19Rを通じて各バンク 11L, 11Rに分配される。従って、各ァクチユエータを個々に制御する必要はない。つまり、各ァクチユエータを共通の制御目標値に基づいて制御できるため、各ァクチユエータの各種制御のための構造が複雑ィ匕したり、演算負荷が増大したりすることを抑制できる。

[0054] (2)特に、各吸入空気量センサ 31L, 31Rが各導入通路 13L, 13Rに設けられている。このため、両バンク 11L, 11Rに共通のセンサにより吸入空気量を検出する構成と比較して、各吸入空気量センサ 31L, 31Rの検出可能な範囲を狭くすることができる。これにより、各吸入空気量センサ 31L, 31Rによって吸入空気量を精度良く検出できる。

[0055] (3)各吸入空気量センサ 31L, 31Rの検出値を平均化して、吸入空気の量を算出する。このため、各分岐通路 15L, 15Rを流れる吸入空気に脈動が生じる場合であつても、吸入空気量の算出値の変動が抑制されると共に、各分岐通路 15L, 15Rから集合通路 16及び各分配通路 19L, 19Rを介して各気筒に導入される吸入空気の量を精度良く算出できる。

[0056] (4)更に、吸入空気量の検出値の平均化に先立ち、各検出値を平滑化処理するため、吸気脈動による影響を一層好適に抑制できる。

(5)各分岐通路 15L, 15Rを連通する集合通路 16を両バンク 11L, 11Rに共通のサージタンクとして構成することで、集合通路 16の通路容積を大きくしている。このため、分岐通路 15L, 15Rから集合通路 16に流入する吸入空気はより効果的に混合される。よって、集合通路 16から各分配通路 19L, 19Rに流入する吸入空気の量やその性状がほぼ等しくなる。よって、機関回転速度の変動や排気性状の悪化等、各気筒に供給される吸入空気の量や性状が各バンク 11L, 11Rで異なることによる悪影響を小さくすることができる。また、各バンク 11L, 11Rに対応してサージタンクをそれぞれ備えた構成と比較して、吸気制御装置の大型化にも好適に対応することができる。

[第 2実施形態]

次に、第 2実施形態について説明する。第 1実施形態では、排気調量弁 52L, 52R 、過給圧変更機構 50L, 50R、吸気絞り弁 51L, 51R等のフィードバック制御を実行することにより、排気再循環量、過給圧、吸入空気量を機関運転状態に応じて適切な値に調節している。しかし、両排気調量弁 52L, 52Rの一方に異常が生じた場合、フィードバック制御が継続して実行されると、以下のような不都合が発生し得る。

[0057] 即ち、両排気調量弁 52L, 52Rのうち一方の開度が変更できなくなると、正常に動作している他方の排気調量弁の開度が過剰に大きくなる場合がある。この場合、両分岐通路 15L, 15Rの一方に多量の排気再循環ガスが導入され、両バンク 11L, 11 Rには、排気再循環ガスの濃度が大きく異なる吸入空気が供給されてしまう。同様に、両過給圧変更機構 50L, 50Rの一方に異常が生じた場合、正常に動作している他方の過給圧変更機構では、ロータ 27の過回転等が発生して、過大な負荷が過給機に作用してしまう。その他にも、両吸気絞り弁 51L, 51Rの一方に異常が生じた場合、正常に動作している他方の吸気絞り弁では、吸入空気量の要求値が大きく増大したとき、それに追従して開弁されず、吸入空気量が不足する。その結果、燃料の不完全燃焼により排気中の粒子状物質が増大する。 [0058] そこで、第 2実施形態では、上述したフィードバック制御に加えて、排気調量弁 52L , 52R、過給圧変更機構 50L, 50R、吸気絞り弁 51L, 51R等の各ァクチユエータの異常に対処するため、制御部 41によるフヱイルセーフ制御を実行するようにして、る気調量弁のフェイルセーフ制御]

フェイルセーフ制御では、まず、排気調量弁 52L, 52Rが異常である力否かが判定される。ここでは、以下に示す条件（1) , (2)の少なくとも一方が満たされているとき、排気調量弁 52L, 52Rの少なくとも一方が異常であると判定される。

[0059] (1)排気調量弁 52L, 52Rの目標開度と開度センサ 33L, 33Rにより検出される実開度との差が所定値以上である状態が所定時間 «続したとき

(2)各吸入空気量センサ 31L, 31Rにより検出される吸入空気量の 2つの検出値の差が所定値以上である状態が所定時間 «続したとき

両排気調量弁 52L, 52Rの一方に異常が生じた場合、分岐通路 15L, 15Rに再循環される排気の量が異なるため、各導入通路 13L, 13Rを流れる吸入空気の量も異なる。この状況は、上記の異常判定において、条件（2)に基づいて監視されている。従って、排気調量弁 52L, 52Rは動作している力例えば、排気調量弁 52L, 52R の開口部に異物が付着して正常な排気再循環が実行できない場合、条件 (2)が満たされないため、異常であると判定される。

[0060] 両排気調量弁 52L, 52Rの少なくとも一方が異常であると判定されると、両排気調量弁 52L, 52Rのフィードバック制御は停止され、両排気調量弁 52L, 52Rの目標開度が最小値に設定される。その結果、正常に動作している排気調量弁 52L, 52R は全閉される。これにより、両排気調量弁 52L, 52Rの一方のみがフィードバック制御されることで一方の排気調量弁の開度が過剰に大きくなることを回避できる。よって、両分岐通路 15L, 15Rの一方に多量の排気再循環ガスが導入されることを抑制できる。従って、両バンク 11L, 11Rに排気再循環ガスの濃度が大きく異なる吸入空気が供給されることを抑制できる。

[過給圧変更機構のフェイルセーフ制御]

フェイルセーフ制御では、まず、過給圧変更機構 50L, 50Rが異常であるカゝ否かが判定される。ここでは、以下に示す条件（1) , (2)の少なくとも一方が満たされているとき、過給圧変更機構 50L, 50Rの少なくとも一方が異常であると判定される。

[0061] (1)過給圧変更機構 50L, 50Rの目標ノズル開度と開度センサ 34L, 34Rにより検出される実ノズル開度との差が所定値以上である状態が所定時間継続したとき

両過給圧変更機構 50L, 50Rの一方に異常が生じた場合、各導入通路 13L, 13R を流れる吸入空気の量は異なる。この状況は、上記異常判定において、条件（2)に基づいて監視されている。従って、過給圧変更機構 50L, 50Rのノズルは正常に動作している力例えば、過給圧変更機構 50L, 50Rのノズルの開口部に異物が付着して正常な過給が実行できない場合も、条件 (2)が満たされないため、異常であると判定される。

[0062] 両過給圧変更機構 50L, 50Rの少なくとも一方が異常であると判定されると、両過給圧変更機構 50L, 50Rのフィードバック制御は停止され、両過給圧変更機構 50L , 50Rの目標ノズル開度は最大値に設定される。その結果、正常に動作している過給圧変更機構 50L, 50Rの過給効率が最小となる。これにより、過給圧変更機構 50 L, 50Rの一方のみがフィードバック制御されることで一方の過給圧変更機構に過大な負荷が作用することを回避できる。よって、ロータ 27の過回転や過給機 24L, 24R の損傷等を未然に回避できる。

[吸気絞り弁のフェイルセーフ制御]

フェイルセーフ制御では、まず、吸気絞り弁 51L, 51Rが異常である力否かが判定される。ここでは、以下に示す条件（1) , (2)の少なくとも一方が満たされているとき、吸気絞り弁 51L, 51Rの少なくとも一方が異常であると判定される。

[0063] (1)吸気絞り弁 51L, 51Rの目標開度と開度センサ 32L, 32Rにより検出される実開度との差が所定値以上である状態が所定時間 «続したとき

両吸気絞り弁 51L, 51Rの一方に異常が生じた場合、各導入通路 13L, 13Rを流れる吸入空気の量が異なる。この状況は、上記異常判定において、条件（2)に基づいて監視されている。従って、吸気絞り弁 51L, 51Rは動作している力吸気絞り弁 5 1L, 51Rの開口部に異物が付着して正常な排気再循環が実行できない場合も、条件 (2)が満たされないため、異常であると判定される。

[0064] 両吸気絞り弁 51L, 51Rの少なくとも一方が異常であると判定されたとき、両吸気絞り弁 51L, 51Rのフィードバック制御は停止され、両吸気絞り弁 51L, 51Rの目標開度は最大値に設定される。その結果、正常に動作している吸気絞り弁 51L, 51Rは全開されるため、エンジン 10に供給される吸入空気量が十分に確保される。これにより、不完全燃焼によって排気中の粒子状物質が増大することを回避できる。

[0065] また、吸気絞り弁 51L, 51Rに異常が生じて、吸入空気量の不足が懸念される場合、上述した処理に加え、両排気調量弁 52L, 52Rを全閉することにより、外部排気再循環機構による排気再循環が停止される。これにより、吸入空気量の不足が更に好適に抑制される。また、両分岐通路 15L, 15Rに異なる量の排気再循環ガスが導入されることも抑止される。よって、両バンク 11L, 11Rに排気再循環ガスの濃度が大きく異なる吸入空気が供給されることを抑制できる。

[0066] 上記の各実施形態は、以下のように変更してもよい。

•第 2実施形態において、過給圧変更機構 50L, 50R、吸気絞り弁 51L, 51R、排気調量弁 52L, 52Rについて、上記の 2つの条件（1) , (2)のいずれか一方が満たされているときに異常であると判定したが、その判定条件は、条件（1)のみ、或いは条件（2)であってもよい。

[0067] ·第 2実施形態では、過給圧変更機構 50L, 50R、吸気絞り弁 51L, 51R、排気調量弁 52L, 52Rの異常に対処するためフェイルセーフ制御を実行した力各ァクチュエータの異常に対処する各フェイルセーフ制御のうち少なくとも一つを実行するようにしてもよい。

[0068] ·吸入空気量の実際値の平均化処理に先立ち、各実際値を予め平滑化処理していたが、各導入通路 13L, 13Rにおいて吸気脈動が無視できる場合、平滑化処理を省略してもよい。また、この平滑化処理では、先の各演算式（1)に示す演算以外に、例えば、各種のハイパスフィルタを利用したフィルタリングや移動平均演算を行ってもよい。また、平均化処理でも、先の演算式 (3)に示す相加平均演算に代えて、例えば、相乗平均演算を行ってもよい。

[0069] ·過給機 24L, 24Rの過給圧変更機構 50L, 50Rとして、機関運転状態に応じてノズル開度を変更し、タービンホイールに吹き付けられる排気の流速を変更して過給圧を調整していたが、この種の過給圧変更機構に限定されない。また、過給機 24L, 24Rとして、排気駆動式に限らず、例えば、機関出力軸を利用して過給圧を変更する機構を備えたものを適用してもよい。

[0070] ，吸気絞り弁 51L, 51R、過給圧変更機構 50L, 50R、過給圧機構等の吸気系ァクチユエータのフィードバック制御を実行する例を説明してきたが、高い制御精度が得られるのであれば、例えば、それらのァクチユエータの一部又は全てをオープン制御するようにしてちょい。

[0071] ·上記の各種ァクチユエータでは、駆動源としてモータを用いていた力例えば、空気圧、油圧等、その他の駆動源を利用してもよい。

'エンジン 10は、各バンク 11L, 11Rに対応して 2つの過給機 24L, 24Rを備えていたが、両バンク 11L, 11Rのいずれか一方にのみ対応する過給機を備えたものであってもよい。

[0072] ·吸入空気の状態を検出するセンサとして、更に吸気温センサを各導入通路 13L, 13Rに対応して設けると共に、吸気温の検出値を吸入空気量の検出値と同様に演算処理することにより、吸気系の各種制御に利用してもよい。

[0073] ·過給圧変更機構 50L, 50Rの一方に異常が検出された場合、他方の過給圧変更機構のノズル開度を全開して吸入空気の過給を禁止していたが、例えば、過給を完全には禁止せず、過給圧の目標値を通常よりも低い値に設定して、過給を制限するようにしてもよい。また、排気再循環についても同様に、例えば、排気再循環を完全には禁止せず、排気再循環量の目標値を通常よりも少ない値に設定して、排気再循環を制限するようにしてもよい。また、ァクチユエータ (過給圧変更機構 50L, 50R、吸気絞り弁 51L, 51R、排気調量弁 52L, 52R)のいずれかが異常である場合、正常に動作して、るァクチユエータを継続して作動し、吸入空気量の調整や吸気圧の過給、排気再循環を実行してもよい。 [0074] ·例えば、再循環通路の排気再循環ガスを冷却する冷却装置を両バンク 11L, 11 Rに備え、冷却装置の冷却効率を調節して排気再循環ガスの温度を制御するェンジンの場合、同冷却装置を上記のァクチユエータと同様の方法により制御してもよ、。この場合、冷却装置は、吸気通路を流れる吸入空気の状態を変更するァクチユエ一タである。

[0075] '各分岐通路 15L, 15Rを連通する集合通路 16は両バンク 11L, 11Rに共通のサージタンクであった力この集合通路をサージタンクとは別に設けてもよい。

•本発明は、 8気筒 V型ディーゼルエンジン 10以外にも、例えば 6気筒以下、或いは 10気筒以上の V型ディーゼルエンジンに適用してもよい。

Claims

請求の範囲

[1] V型ディーゼルエンジンの一対バンクに形成された各気筒に吸入空気を供給する吸気通路と、前記吸気通路を流れる吸入空気の状態を変更するァクチユエータと、前記ァクチユエータの動作を制御する制御手段とを備える V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置において、

前記吸気通路は、前記各バンクに接続される一対の接続部と、両接続部を連通する集合部と、前記集合部から分岐して上流に向けて延びる一対の分岐部とを含み、前記ァクチユエータは、前記各分岐部に対応して設けられ、前記制御手段は、各ァクチユエータを共通の制御目標値に基づヽて制御することを特徴とする V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置。

[2] 請求項 1に記載の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置にお、て、

前記吸気通路を流れる吸入空気の状態を検出するセンサを更に備え、前記センサは、各分岐部に対応して設けられてヽることを特徴とする V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置。

[3] 請求項 2に記載の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置にお、て、

前記センサは、前記各分岐部に設けられた一対の吸入空気量センサを含み、前記制御手段は、各吸入空気量センサから取り込まれた検出値を平均化することにより、前記吸気通路を流れる吸入空気の量を算出することを特徴とする V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置。

[4] 請求項 3に記載の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置にお、て、

前記制御手段は、前記平均化処理に先立ち、各吸入空気量センサからの検出値を平滑ィ匕処理することを特徴とする V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置。

[5] 請求項 1〜4の、ずれか一項に記載の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置において、

前記制御手段は、前記制御目標値に基づいて前記各ァクチユエータをフィードバック帘 U御し、

前記各ァクチユエータの異常を判定する判定手段と、

前記判定手段により両ァクチユエータの一方が異常であると判定されたとき他方のァクチユエータのフィードバック制御により吸入空気の状態が変更されることを制限する制限手段とを更に備えることを特徴とする V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置

[6] 請求項 5に記載の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置にお、て、

前記 V型ディーゼルエンジンは、前記各分岐部に対応して設けられた一対の過給機を備え、更に、前記各過給器の過給圧を変更する一対の過給圧変更機構を前記ァクチユエータとして含むことを特徴とする V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置。

[7] 請求項 6に記載の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置にお、て、

前記制限手段は、前記判定手段により両過給圧変更機構の一方が異常であると判定されたとき他方の過給圧変更機構のフィードバック制御を禁止して過給効率を最小にすることを特徴とする V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置。

[8] 請求項 5に記載の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置にお、て、

前記各気筒に接続された排気通路と前記各分岐部とを連通する一対の連通路に設けられ、前記連通路を介して前記各分岐部に再循環される排気の量を調整する一対の排気調量弁を前記ァクチユエータとして含み、

前記制限手段は、前記判定手段により両排気調量弁の一方が異常であると判定されたとき他方の排気調量弁のフィードバック制御を禁止して同排気調量弁を全閉にすることを特徴とする V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置。

[9] 請求項 5に記載の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置にお、て、

前記各分岐部に設けられ、前記各分岐部を通過する吸入空気の量を調整する一対の吸気絞り弁を前記ァクチユエータとして含み、

前記制限手段は、前記判定手段により両吸気絞り弁の一方が異常であると判定されたとき他方の吸気絞り弁のフィードバック制御を禁止して同吸気絞り弁を全開にすることを特徴とする V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置。

[10] 請求項 1〜9のいずれか一項に記載の V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置において、

前記集合部は、両バンクに共通のサージタンク力もなることを特徴とする V型ディーゼルエンジンの吸気制御装置。