JP2020067016A - 内燃機関の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】過給機およびＥＧＲ装置を有するエンジンにおいて、過給機が故障することを抑制しつつ、ＥＧＲガス量に応じた適切な過給圧を設定する。【解決手段】制御システムは、過給機およびＥＧＲ装置を有するエンジンを制御する。過給機は、エンジンから排出される排気によって作動するタービンと、タービンの作動によって内燃機関に吸入される空気を過給するコンプレッサと、タービンを作動させる排気の流速を変化させる流速ノズル装置とを含む。ＥＧＲ装置は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気経路に還流させるための還流路と、ＥＧＲガスの量を調整するように構成されたＥＧＲバルブとを含む。制御システムは、過給機による過給圧が上限目標過給圧を超えないように流速ノズル装置を制御するように構成された制御装置を備える。制御装置は、ＥＧＲガスの量が低下することに応じて、上限目標過給圧を低下させる。【選択図】図６

Description

本開示は、過給機および排気再循環装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置とも記載する）を有する内燃機関の制御システムに関する。

特開２００２−４７９４２号公報（特許文献１）には、過給機を有する内燃機関の制御システムが開示されている。過給機には、内燃機関から排出される排気によって作動するタービンと、タービンの作動によって内燃機関に吸入される空気を過給するコンプレッサと、タービンを作動させる排気の流速を変化させる可変ノズル機構とが備えられる。制御システムは、過給機によって過給された後の吸気圧（過給圧）が予め定められた上限過給圧（一定値）を超えないように可変ノズル機構を制御するように構成される。

特開２００２−４７９４２号公報

内燃機関のなかには、過給機に加えて、排気経路内の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気経路に還流させるためのＥＧＲ装置を有するものが存在する。過給機およびＥＧＲ装置を有する従来の内燃機関においては、排気の一部を吸気経路に還流するＥＧＲ装置の使用が特定の運転条件に限られていたため、ＥＧＲ装置を使用した状態を基本として、過給機が故障することがない過給圧の上限値である上限過給圧が予め一定値に決められていた。

ところで、昨今の環境規制の高まりにより、全負荷（高負荷）運転においてもＥＧＲ装置を使用することが求められている。このため、全負荷運転でＥＧＲ装置を使用した状態、すなわち、全負荷運転でＥＧＲガスを導入した状態を基本として上限過給圧を設定することが考えられる。しかしながら、たとえば内燃機関が高地環境下や高温環境下で運転されるなど内燃機関の運転環境条件が変化すると、煤の排出抑制などといった他の制約条件に基づいてＥＧＲガス量が減らされる場合がある。このとき、仮に、全負荷運転でＥＧＲガスが導入された状態を基本として上限過給圧が一定値に設定されていると、過給機が故障してしまうおそれがある。具体的には、内燃機関に吸入される空気量とＥＧＲガス量との合計（以下「全体ガス量」ともいう）は過給圧によって変化し、空気量は過給機の回転数によって変化する。そのため、内燃機関の目標過給圧を上限過給圧としている状況において、ＥＧＲガス量が低下しているにも関わらず上限過給圧が一定値に維持されると、ＥＧＲガス量の低下分だけ過給機の回転数を増加させて空気量を増加させることになる。過給機の回転数を増加させたことによって過給機の回転数が構造の限界回転数を超える場合があり、このような状況では過給機の故障が懸念される。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、過給機およびＥＧＲ装置を有する内燃機関において、過給機が故障することを抑制しつつ、ＥＧＲガス量に応じた適切な過給圧を設定することである。

（１） 本開示による制御システムは、過給機および排気再循環装置を有する内燃機関の制御システムである。過給機は、内燃機関から排出される排気によって作動するタービンと、タービンの作動によって内燃機関に吸入される空気を過給するコンプレッサと、タービンを作動させる排気の流速を変化させる流速可変装置とを含む。排気再循環装置は、内燃機関の排気経路内の排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関の吸気経路に還流させるための還流路と、還流路から吸気経路に還流されるＥＧＲガスの量を調整するように構成されたＥＧＲバルブとを含む。制御システムは、過給機による過給圧が上限目標過給圧を超えないように流速可変装置を制御するように構成された制御装置を備える。制御装置は、還流路から吸気経路に還流されるＥＧＲガスの量が低下することに応じて、上限目標過給圧を低下させる。

上記システムによれば、ＥＧＲガス量が低下すると、上限目標過給圧が低下される。これにより、ＥＧＲガス量の低下に応じて全体ガス量を低下させることが可能になる。そのため、上限目標過給圧を一定値に維持する場合（すなわち全体ガス量を低下しない場合）に比べて、空気量を増加させ難くして、過給機の回転数が過剰に増加することを抑制することができる。その結果、過給機およびＥＧＲ装置を有する内燃機関において、過給機が故障することを抑制しつつ、ＥＧＲガス量に応じた適切な過給圧を設定することができる。

（２） ある形態においては、制御装置は、吸気経路内における新気の量とＥＧＲガスの量との合計に対するＥＧＲガスの量の割合を示すＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率を所定の最小値から上限値までの範囲内で設定し、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるようにＥＧＲバルブを制御する。制御装置は、ＥＧＲ率が最小値である時の第１上限目標過給圧と、ＥＧＲ率が上限値である時の第２上限目標過給圧と、目標ＥＧＲ率とを用いて、上限目標過給圧を設定する。

上記形態においては、ＥＧＲ率が最小値である時の第１上限目標過給圧と、ＥＧＲ率が上限値である時の第２上限目標過給圧とを用いて、上限目標過給圧を設定することができる。

（３） ある形態においては、制御システムは、内燃機関の回転速度と、第１上限目標過給圧と、第２上限目標過給圧との対応関係を規定する対応情報を予め記憶する記憶装置をさらに備える。制御装置は、記憶装置に記憶された対応情報を参照して、内燃機関の回転速度に対応する第１上限目標過給圧および第２上限目標過給圧を算出し、算出された第１上限目標過給圧および第２上限目標過給圧と、目標ＥＧＲ率とを用いて、上限目標過給圧を設定する。

上記形態においては、上限目標過給圧の設定に用いられる第１上限目標過給圧および第２上限目標過給圧を、内燃機関の回転速度に応じて設定することができる。

本開示によれば、過給機およびＥＧＲ装置を有する内燃機関において、過給機が故障することを抑制しつつ、ＥＧＲガス量に応じた適切な過給圧を設定することができる。

エンジンおよびその制御システムの概略構成を示す図である。 可変ノズル機構の構成の一例を示す図である。 制御装置がＥＧＲバルブを制御する場合に実行する処理の概要の一例を示すフローチャートである。 制御装置が過給圧を制御する場合に実行する処理の概要の一例を示すフローチャートである。 全体ガス量と、空気量と、ＥＧＲガス量と、ＥＧＲ率との関係を模式的に示す図である。 ＥＧＲ率と、目標上限過給圧Ｐｍａｘと、空気量と、ターボ回転数との対応関係の一例を示す図である。 制御装置が上限目標過給圧Ｐｍａｘを設定する場合に実行する処理の概要の一例を示すフローチャートである。 上限目標過給圧Ｐｍａｘの設定手法の一例を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返されない。

図１は、本実施の形態に係るエンジン１およびその制御システムの概略構成を示す図である。本実施の形態において、エンジン１は、たとえば、コモンレール式のディーゼルエンジンを一例として説明するが、その他の形式のエンジン（たとえば、ガソリンエンジン等）であってもよい。

エンジン（内燃機関）１は、エンジン本体１０と、エアクリーナ２０と、インタークーラ２６と、吸気マニホールド２８と、過給機３０と、排気マニホールド５０と、排気処理装置５５と、ＥＧＲ装置（排気再循環装置）６０と、エンジン回転数センサ１０２と、エアフローメータ１０４と、過給圧センサ１０６と、制御装置２００とを備える。

エンジン本体１０は、気筒１２と、インジェクタ１６とを含む。エンジン１は、直列型のエンジンであってもよいし、その他の気筒レイアウト（たとえば、Ｖ型あるいは水平型）のエンジンであってもよい。

インジェクタ１６は、気筒１２の頂部に設けられ、コモンレール（図示せず）に接続されている燃料噴射装置である。燃料タンク（図示せず）に貯留された燃料は、サプライポンプ（図示せず）によって所定圧まで加圧されてコモンレールへ供給される。コモンレールに供給された燃料はインジェクタ１６から所定のタイミングで噴射される。インジェクタ１６は、制御装置２００からの制御信号に応じて指令された燃料噴射量Ｑｖを気筒１２内に供給する。

エアクリーナ２０は、エンジン１の外部から吸入される空気から異物を除去する。エアクリーナ２０には、第１吸気管２２の一方端が接続される。

第１吸気管２２の他方端には、過給機３０のコンプレッサ３２の吸気流入口に接続される。コンプレッサ３２の吸気流出口には、第２吸気管２４の一方端が接続される。コンプレッサ３２は、第１吸気管２２から流通する空気を過給して第２吸気管２４に供給する。コンプレッサ３２の詳細な動作については後述する。

第２吸気管２４の他方端には、インタークーラ２６の一方端が接続される。インタークーラ２６は、第２吸気管２４を流通する空気を冷却する空冷式あるいは水冷式の熱交換器である。

インタークーラ２６の他方端には、第３吸気管２７の一方端が接続される。第３吸気管２７の他方端には、吸気マニホールド２８が接続される。吸気マニホールド２８は、エンジン本体１０の気筒１２の吸気ポートに連結される。第３吸気管２７の途中であって、後述するＥＧＲ６０との分岐点よりもインタークーラ２６側には、ディーゼルスロットル２５が設けられる。ディーゼルスロットル２５は、制御装置２００から制御信号に応じて吸気の流量を調整する。

排気マニホールド５０は、エンジン本体１０の気筒１２の排気ポートに連結される。排気マニホールド５０には、第１排気管５２の一方端が接続される。第１排気管５２の他方端は、過給機３０のタービン３６の排気流入口に接続される。そのため、各気筒の排気ポートから排出される排気は、排気マニホールド５０および第１排気管５２を経由してタービン３６に供給される。

タービン３６の排気流出口には、第２排気管５４の一方端が接続される。第２排気管５４の他方端には、酸化触媒５６とＰＭ（Particulate Matter）除去フィルタ５７とＳＣＲ触媒５８とを含む排気処理装置５５およびマフラー等が接続される。そのため、タービン３６の排気流出口から排出された排気は、第２排気管５４、排気処理装置５５およびマフラー等を経由して車外に排出される。

第３吸気管２７と排気マニホールド５０とは、エンジン本体１０の気筒１２を経由せずにＥＧＲ装置６０によって接続される。ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲバルブ６２と、ＥＧＲ通路（還流路）６６とを含む。ＥＧＲ通路６６は、第３吸気管２７と排気マニホールド５０とを接続する。ＥＧＲバルブ６２は、ＥＧＲ通路６６の途中に設けられる。

ＥＧＲバルブ６２は、制御装置２００からの制御信号に応じて、ＥＧＲ通路６６を流通するＥＧＲガスの流量を調整する調整弁である。排気マニホールド５０（排気経路）内の排気がＥＧＲ装置６０を経由してＥＧＲガスとして吸気マニホールド２８（吸気経路）側に戻されることによって気筒１２内の燃焼温度が低下され、ＮＯｘの生成量が低減される。

過給機３０は、コンプレッサ３２と、タービン３６と、可変ノズル機構（流速可変装置）４０と、アクチュエータ４４とを含む。コンプレッサ３２のハウジング内にはコンプレッサホイール３４が収納され、タービン３６のハウジング内にはタービンホイール３８が収納される。コンプレッサホイール３４とタービンホイール３８とは、連結軸４２によって連結され、一体的に回転する。そのため、コンプレッサホイール３４は、タービンホイール３８に供給される排気の排気エネルギーによって回転駆動される。

可変ノズル機構４０は、タービンホイール３８の回転軸を中心とした周囲の排気流入部に配置され、第１排気管５２から供給される排気をタービンホイール３８に導く複数のベーン（図２参照）と、複数のベーンの各々を回転させることによって隣接するベーン間の隙間（以下の説明においてこの隙間の大きさをベーン開度として記載する）を変化させるリンク機構とを含む。アクチュエータ４４は、制御装置２００からの動作指示に応じてリンク機構を動作させることによって、可変ノズル機構４０のベーン開度を変化させる。

可変ノズル機構４０のベーン開度を変化させることによって、タービンホイール３８への排気流入部における排気の流路が絞られたり、拡げられたりする。これにより、タービンホイール３８に吹き付けられる排気の流速を変化させることができる。

図２は、可変ノズル機構４０の構成の一例を示す図である。図２（ａ）は、図１において左方向から可変ノズル機構４０を見た図である。図２（ｂ）は、図１において右方向から可変ノズル機構４０を見た図である。可変ノズル機構４０の構成は、第１排気管５２からタービンホイール３８までの排気の流路を絞ることでタービンホイール３８に供給される排気の流速を変化させるものであればよく、特に、図２に示される構成に限定されるものではない。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、可変ノズル機構４０は、タービンホイール３８の外周の排気流入部に配置された複数のノズルベーン６７と、複数の軸６８を回転中心として複数のノズルベーン６７をそれぞれ揺動可能に保持するノズルプレート６９と、各軸６８の端部に固定されたアーム７０を用いて軸６８を回転させるユニゾンリング７１とを含む。ユニゾンリング７１は、リンク機構７２を介してアクチュエータ４４の動作によって回転されるようになっており、リンク機構７２の回転軸７２ａの端部に固定されたアーム７２ｂを、アクチュエータ４４を用いて揺動させることで、アーム７２ｂと係合するユニゾンリング７１を回転させることができる。

たとえば、図２（ａ）に示されるように、アーム７２ｂをリンク機構７２によって矢印に示す方向に揺動させると、ユニゾンリング７１は、矢印に示す方向、すなわち、図２（ａ）では反時計回り、図２（ｂ）では時計回りに回転する。さらに、このユニゾンリング７１の回転によって、各軸６８は、矢印に示す方向、すなわち、図２（ａ）では反時計回り、図２（ｂ）では時計回りに回転される。したがって、ノズルベーン６７の開度は閉じ側（隣接する２つのノズルベーンの間の隙間が狭くなるように）に制御されることとなる。また、アーム７２ｂを矢印とは逆の方向に搖動させると、ノズルベーン６７の開度は開き側（隣接する２つのノズルベーンの間の隙間が拡がるように）に制御されることとなる。

図１に戻って、エンジン回転数センサ１０２は、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転数（回転速度）をエンジン回転数ＮＥとして検出する。エンジン回転数センサ１０２は、検出したエンジン回転数ＮＥを示す信号を制御装置２００に送信する。

エアフローメータ１０４は、第１吸気管２２に導入される新気の流量（吸入空気量）Ｑｉｎを検出する。エアフローメータ１０４は、検出した吸入空気量Ｑｉｎを示す信号を制御装置２００に送信する。

過給圧センサ１０６は、吸気マニホールド２８内の圧力を過給圧として検出する。過給圧センサ１０６は、検出された過給圧を示す信号を制御装置２００に送信する。

制御装置２００は、エンジン１の動作を制御する。制御装置２００は、各種処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１と、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）およびＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むメモリ（記憶装置）２０２と、外部との情報のやり取りを行なうための入・出力ポート（図示せず）とを含む。入力ポートには、上述したセンサ類（たとえば、エンジン回転数センサ１０２、エアフローメータ１０４および過給圧センサ１０６等）が接続される。出力ポートには、制御対象となる機器（たとえば、インジェクタ１６、アクチュエータ４４およびＥＧＲバルブ６２等）が接続される。

制御装置２００は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１が所望の運転状態となるように各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

＜ＥＧＲバルブの制御＞
制御装置２００は、エンジン１の運転状況に基づいて目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇを設定し、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ＥｔａｇとなるようにＥＧＲバルブ６２を制御する。目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇは、吸気マニホルド２０内のＥＧＲ率（吸気マニホルド２０内における新気の量と燃焼後のＥＧＲガス量との合計に対する燃焼後のＥＧＲガス量の割合）の目標値である。

図３は、制御装置２００がＥＧＲバルブ６２を制御する場合に実行する処理の概要の一例を示すフローチャートである。

制御装置２００は、エンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷（燃料噴射量）および運転環境条件などに基づいて、目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇを設定する（ステップＳ２）。運転環境条件には、大気圧、吸気温、外気温、エンジン水温などが含まれる。これらの運転環境条件は、図示しないセンサ（大気圧センサ、吸気温センサ、外気温センサ、エンジン水温センサなど）によって検出することができる。

たとえば、吸気温が高い場合、あるいは大気圧が低い高地を走行する場合、空気密度が低く空気量が不足気味となり煤が生じ得るため、制御装置２００は、煤の発生を抑制するために目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇを低下させる。また、外気温が低い場合、ＥＧＲガス中の硫黄成分を含んだ凝縮水が燃料インジェクタに付着して燃料インジェクタの故障の要因となり得るため、制御装置２００は、目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇを低下させる。

本実施の形態において、ＥＧＲ率の最小値Ｅｍｉｎは０％であり、ＥＧＲ率の上限値Ｅｍａｘはエンジン回転数ＮＥに応じて設定される。なお、ＥＧＲ率の上限値Ｅｍａｘは、エンジン回転数ＮＥに応じては変動しない固定値（たとえば５０％）であってもよい。

制御装置２００は、目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇを、最小値Ｅｍｉｎ（＝０％）から上限値Ｅｍａｘまでの範囲内で設定する。ステップＳ２で設定された目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇは、メモリ２０２に記憶される。

次いで、制御装置２００は、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ＥｔａｇとなるようにＥＧＲバルブ６２を制御する（ステップＳ４）。ＥＧＲバルブ６２の制御は、フィードフォワード制御であってもよいし、フィードバック制御であってもよい。

ＥＧＲバルブ６２をフィードバック制御する場合、制御装置２００は、過給圧センサ１０６によって検出された過給圧から吸気マニホルド２０内における全体ガス量（新気量と燃焼後のＥＧＲガス量との合計）を算出するとともに、エアフローメータ１０４によって検出された吸入空気量Ｑｉｎから吸気マニホルド２０内における空気量（新気量）を算出する。そして、制御装置２００は、算出された全体ガス量および空気量（新気量）から現在のＥＧＲ率を算出し、算出された現在のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ＥｔａｇとなるようにＥＧＲバルブ６２の開度をフィードバック制御する。

＜過給圧の制御＞
制御装置２００は、エンジン１の運転状況に基づいて目標過給圧Ｐｔａｇを設定し、過給圧センサ１０６によって検出された過給圧が目標過給圧Ｐｔａｇになるように、可変ノズル機構４０のベーン開度を制御する。

図４は、制御装置２００が過給圧を制御する場合に実行する処理の概要の一例を示すフローチャートである。

制御装置２００は、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷（燃料噴射量）に基づいて、基本目標過給圧Ｐｂａｓｅを設定する（ステップＳ１０）。たとえば、制御装置２００は、エンジン回転数ＮＥと、エンジン負荷と、基本目標過給圧Ｐｂａｓｅとの対応関係を規定するマップを参照して、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷に対応する基本目標過給圧Ｐｂａｓｅを設定する。

なお、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷に基づいて設定された基本目標過給圧Ｐｂａｓｅを、運転環境条件に応じて補正するようにしてもよい。たとえば、大気圧が低い高地では、過給圧を上げるように基本目標過給圧Ｐｂａｓｅを増加補正するようにしてもよい。

次いで、制御装置２００は、目標過給圧Ｐｔａｇの上限値である「上限目標過給圧Ｐｍａｘ」を設定する（ステップＳ２０）。上限目標過給圧Ｐｍａｘの設定手法については、後に詳述する。

次いで、制御装置２００は、ステップＳ１０で設定された基本目標過給圧ＰｂａｓｅとステップＳ２０で設定された上限目標過給圧Ｐｍａｘとのうちの、どちらか小さい方を、目標過給圧Ｐｔａｇに設定する（ステップＳ３０）。すなわち、基本目標過給圧Ｐｂａｓｅが上限目標過給圧Ｐｍａｘ未満である場合には、基本目標過給圧Ｐｂａｓｅが目標過給圧Ｐｔａｇに設定され、基本目標過給圧Ｐｂａｓｅが上限目標過給圧Ｐｍａｘ以上である場合には、上限目標過給圧Ｐｍａｘが目標過給圧Ｐｔａｇに設定される。

次いで、制御装置２００は、過給圧が目標過給圧Ｐｔａｇとなるように可変ノズル機構４０のベーン開度を制御する。ベーン開度の制御は、フィードフォワード制御であってもよいし、フィードバック制御であってもよい。ベーン開度をフィードバック制御する場合、制御装置２００は、過給圧センサ１０６によって検出された過給圧が目標過給圧Ｐｔａｇとなるように可変ノズル機構４０のベーン開度をフィードバック制御する。

＜上限目標過給圧Ｐｍａｘの設定＞
図５は、吸気マニホルド２０内に吸入される全体ガス量と、空気量（新気量）と、ＥＧＲガス量（燃焼後の排ガス量）と、ＥＧＲ率との関係を模式的に示す図である。なお、全体ガス量は、空気量とＥＧＲガス量との合計である。

全体ガス量は、過給圧によって変化し、過給圧が高いほど多くなる。空気量（新気量）は、過給機３０のコンプレッサ３２およびタービン３６の回転速度（以下「ターボ回転数」ともいう）によって変化し、ターボ回転数が大きいほど多くなる。ＥＧＲガス量（燃焼後の排ガス量）は、ＥＧＲバルブ６２の開度の制御に用いられるＥＧＲ率によって変化し、ＥＧＲ率が高いほど多くなる。

このように、全体ガス量（空気量とＥＧＲガス量との合計）は過給圧によって変化するところ、空気量はターボ回転数によって変化し、ＥＧＲガス量はＥＧＲ率によって変化する。そのため、たとえば運転環境条件の変化などに起因してＥＧＲ率を低下させた場合には、ＥＧＲガス量が低下するため、仮に全体ガス量（すなわち過給圧）を一定に維持しようとすると、ＥＧＲガス量の低下分だけ空気量（すなわちターボ回転数）を増加させる必要がある。

本実施の形態による過給機３０においては、ＥＧＲ率が上限値Ｅｍａｘであり（すなわちＥＧＲガス量が上限量であり）、かつ全体ガス量が予め定められた最大量である（すなわち過給圧が予め定められた最大過給圧である）ときの空気量が吸気マニホルド２０内に供給されるときのターボ回転数が、過給機３０のハード性能を保証可能な限界となる限界回転数付近になるように設計されている。

たとえば過給圧が目標上限過給圧Ｐｍａｘに維持されている状況でＥＧＲ率が上限値Ｅｍａｘよりも低下した場合において、仮に目標上限過給圧Ｐｍａｘを最大過給圧付近の値に維持する（すなわち全体ガス量を最大量に維持する）と、ＥＧＲガス量（ＥＧＲ率）の低下分だけ、ターボ回転数を増加させて空気量を増加させる必要がある。その結果、ターボ回転数が限界回転数を超えてしまい、過給機３０が故障することが懸念される。

そこで、本実施の形態による制御装置２００は、運転環境条件の変化などに起因してＥＧＲ率を低下させた場合には、ＥＧＲ率の低下に応じて目標上限過給圧Ｐｍａｘを低下させる。これにより、ＥＧＲガス量の低下分だけ、全体ガス量を低下させることができ、空気量を増加させる必要がなくなる。その結果、ターボ回転数が限界回転数を超えて過給機３０が故障することを抑制しつつ、ＥＧＲガス量に応じた適切な過給圧（目標過給圧Ｐｔａｇ）を設定することができる。

図６は、本実施の形態によるＥＧＲ率と、目標上限過給圧Ｐｍａｘと、空気量と、ターボ回転数との対応関係の一例を示す図である。図６において、横軸はＥＧＲ率を示し、縦軸は、上から順に、目標上限過給圧Ｐｍａｘ、空気量、ターボ回転数を示す。なお、図６には、エンジン回転数ＮＥが一定である場合が示される。

ＥＧＲ率は、最小値Ｅｍｉｎ（＝０％）から上限値Ｅｍａｘまでの範囲内で調整される。目標上限過給圧Ｐｍａｘは、図６に示すように、ＥＧＲ率が上限値Ｅｍａｘである時には第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２に設定され、ＥＧＲ率の低下に応じて徐々に低下され、ＥＧＲ率が最小値Ｅｍｉｎ（＝０％）である時には第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１（Ｐｍａｘ１＜Ｐｍａｘ２）に設定される。

このように、本実施の形態による制御装置２００は、ＥＧＲ率の低下に応じて目標上限過給圧Ｐｍａｘを低下させる。これにより、ＥＧＲ率の低下によるＥＧＲガス量の低下分だけ、全体ガス量を低下させることができる。これにより、空気量を増加させる必要がなくなるため、ターボ回転数が限界回転数を超えてしまうことを抑制することができる。すなわち、図６の破線に示すように、仮にＥＧＲ率が低下しているにも関わらず目標上限過給圧Ｐｍａｘを第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２に維持すると、ＥＧＲ率の低下によるＥＧＲガス量の低下分だけ空気量を増加させる必要があり、その結果、ターボ回転数が限界回転数を超えてしまうことになる。しかしながら、本実施の形態においては、このような問題を解消することができる。

本実施の形態においては、ＥＧＲ率が上限値Ｅｍａｘである時の第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２と、ＥＧＲ率が最小値Ｅｍｉｎ（＝０％）である時の第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１とが、エンジン回転数ＮＥ毎に設定される。具体的には、エンジン回転数ＮＥと、第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１と、第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２との対応関係を規定するマップ（対応情報）が、制御装置２００のメモリ（記憶装置）２０２に予め記憶されている。そして、制御装置２００は、メモリ２０２に記憶されたマップを参照して、エンジン回転数センサ１０２によって検出されたエンジン回転数ＮＥに対応する第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１および第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２を算出する。そして、制御装置２００は、算出された第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１および第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２と、目標ＥＧＲ率とを用いて、上限目標過給圧Ｐｍａｘを設定する。

図７は、制御装置２００が上限目標過給圧Ｐｍａｘを設定する場合に実行する処理の概要の一例を示すフローチャートである。

制御装置２００は、制御装置２００は、メモリ２０２に記憶されたマップを参照して、エンジン回転数センサ１０２によって検出された現在のエンジン回転数ＮＥに対応する、第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１（ＥＧＲ率が最小値Ｅｍｉｎである時の上限目標過給圧Ｐｍａｘ）、および第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２（ＥＧＲ率が上限値Ｅｍａｘである時の上限目標過給圧Ｐｍａｘ）を算出する（ステップＳ２１）。

次いで、制御装置２００は、エンジン回転数センサ１０２によって検出された現在のエンジン回転数ＮＥに対応するＥＧＲ率の上限値Ｅｍａｘを算出する（ステップＳ２２）。

次いで、制御装置２００は、現在の目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇを取得する（ステップＳ２３）。具体的には、制御装置２００は、図３のステップＳ２で設定されてメモリ２０２に記憶されている目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇを読み出す。

次いで、制御装置２００は、第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１、第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２、ＥＧＲ率の上限値Ｅｍａｘ、および目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇに基づいて、上限目標過給圧Ｐｍａｘを設定する（ステップＳ２４）。

図８は、上限目標過給圧Ｐｍａｘの設定手法の一例を説明するための図である。図８には、ＥＧＲ率の低下に応じて上限目標過給圧Ｐｍａｘを直線的に低下させる例が示されている。この場合には、上限目標過給圧Ｐｍａｘと第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１との差分を幾何学的に（Ｐｍａｘ２−Ｐｍａｘ１）×Ｅｔａｇ／Ｅｍａｘと表すことができるため、制御装置２００は、上限目標過給圧Ｐｍａｘを下記の式（１）を用いて算出することができる。

Ｐｍａｘ＝Ｐｍａｘ１＋（Ｐｍａｘ２−Ｐｍａｘ１）×Ｅｔａｇ／Ｅｍａｘ…（１）
このように、第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１と第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２との間を直線的に補間することによって、上限目標過給圧Ｐｍａｘを算出することができる。

なお、上述の図８には第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１と第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２との間を直線的に補間する例を示したが、第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１と第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２との間を曲線的に補間するようにしてもよい。たとえば、式（１）を用いて直線的に補間して求めた上限目標過給圧に、目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇの大きさに応じた補正係数を乗じることによって、第１上限目標過給圧Ｐｍａｘ１と第２上限目標過給圧Ｐｍａｘ２との間を曲線的に補間することができる。

また、ＥＧＲ率毎に上限目標過給圧Ｐｍａｘを規定した情報を予めメモリ２０２に記憶しておき、この情報を参照して目標ＥＧＲ率Ｅｔａｇに対応する上限目標過給圧Ｐｍａｘを算出するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態による制御装置２００は、運転環境条件の変化などに起因してＥＧＲ率を低下させた場合には、ＥＧＲ率の低下に応じて目標上限過給圧Ｐｍａｘを低下させる。これにより、ＥＧＲガス量の低下分だけ、空気量を増加させるのではなく、全体ガス量を低下させることができる。その結果、ＥＧＲ率の低下によってターボ回転数が増加して限界回転数を超えて過給機３０が故障してしまうことを抑制しつつ、ＥＧＲガス量に応じた適切な過給圧（目標過給圧Ｐｔａｇ）を設定することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ エンジン、１０ エンジン本体、１２ 気筒、１６ インジェクタ、２０ エアクリーナ、２２ 第１吸気管、２４ 第２吸気管、２５ ディーゼルスロットル、２６ インタークーラ、２７ 第３吸気管、２８ 吸気マニホールド、３０ 過給機、３２ コンプレッサ、３４ コンプレッサホイール、３６ タービン、３８ タービンホイール、４０ 可変ノズル機構、４２ 連結軸、４４ アクチュエータ、５０ 排気マニホールド、５２ 第１排気管、５４ 第２排気管、５５ 排気処理装置、５６ 酸化触媒、５７ 除去フィルタ、５８ 触媒、６０ ＥＧＲ装置、６２ ＥＧＲバルブ、６６ ＥＧＲ通路、６７ ノズルベーン、６８ 軸、６９ ノズルプレート、７０，７２ｂ アーム、７１ ユニゾンリング、７２ リンク機構、７２ａ 回転軸、１０２ エンジン回転数センサ、１０４ エアフローメータ、１０６ 過給圧センサ、２００ 制御装置、２０１ ＣＰＵ、２０２ メモリ。

Claims (3)

1. 過給機および排気再循環装置を有する内燃機関の制御システムであって、
   前記過給機は、
   前記内燃機関から排出される排気によって作動するタービンと、
   前記タービンの作動によって前記内燃機関に吸入される空気を過給するコンプレッサと、
   前記タービンを作動させる前記排気の流速を変化させる流速可変装置とを含み、
   前記排気再循環装置は、
   前記内燃機関の排気経路内の排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気経路に還流させるための還流路と、
   前記還流路から前記吸気経路に還流される前記ＥＧＲガスの量を調整するように構成されたＥＧＲバルブとを含み、
   前記制御システムは、前記過給機による過給圧が上限目標過給圧を超えないように前記流速可変装置を制御するように構成された制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記還流路から前記吸気経路に還流される前記ＥＧＲガスの量が低下することに応じて、前記上限目標過給圧を低下させる、内燃機関の制御システム。
2. 前記制御装置は、前記吸気経路内における新気の量と前記ＥＧＲガスの量との合計に対する前記ＥＧＲガスの量の割合を示すＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率を所定の最小値から上限値までの範囲内で設定し、前記ＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率となるように前記ＥＧＲバルブを制御し、
   前記制御装置は、前記ＥＧＲ率が前記最小値である時の第１上限目標過給圧と、前記ＥＧＲ率が前記上限値である時の第２上限目標過給圧と、前記目標ＥＧＲ率とを用いて、前記上限目標過給圧を設定する、請求項１に記載の内燃機関の制御システム。
3. 前記制御システムは、前記内燃機関の回転速度と、前記第１上限目標過給圧と、前記第２上限目標過給圧との対応関係を規定する対応情報を予め記憶する記憶装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記記憶装置に記憶された前記対応情報を参照して、前記内燃機関の回転速度に対応する前記第１上限目標過給圧および前記第２上限目標過給圧を算出し、
   算出された前記第１上限目標過給圧および前記第２上限目標過給圧と、前記目標ＥＧＲ率とを用いて、前記上限目標過給圧を設定する、請求項２に記載の内燃機関の制御システム。

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