JP6137496B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係わり、特に、ターボ過給機の過回転を防止するエンジンの制御装置に関する。

従来から、排気ガスによってタービンを回転させることによりコンプレッサを駆動して、吸気を過給するターボ過給機付きのエンジンが知られている。このようなターボ過給機では、運転状況などによっては過回転（言い換えると過過給、過排圧）が生じる場合があり、過回転が継続するとターボ過給機の破損等が生じてしまう。そのため、ターボ過給機の過回転を防止する種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ターボ過給機の過回転時に、燃料噴射量を減量する技術が提案されている。具体的には、特許文献１には、ブースト圧が設定値未満であっても、タービン回転数が設定値以上である場合には、燃料噴射量を減量する技術が提案されている。

特開平５−２８０３８５号公報

ところで、従来から、ターボ過給機として、可動式の複数のフラップ（言い換えると可動ベーン又はノズルベーン）をタービンの周囲に配設した可変ジオメトリーターボチャージャー（ＶＧＴ：Variable Geometry Turbocharger）が用いられており、エンジンの運転状態に応じた目標過給圧を実現するように、ターボ過給機のフラップ開度を変化させるフィードバック制御（過給圧フィードバック制御と呼ばれる制御であり、以下では適宜「過給圧Ｆ／Ｂ制御」と表記する。）が行われている。このような過給圧Ｆ／Ｂ制御を、上述したようなターボ過給機の過回転を防止するための燃料噴射量の減量時に実行すると、以下のような問題が生じる。

ターボ過給機の過回転時に、ターボ回転数を低下させるように燃料噴射量を減量すると、実過給圧が低下する。この際に過給圧Ｆ／Ｂ制御を実行していると、低下した実過給圧（具体的には目標過給圧未満に低下した実過給圧）を上昇させるように、つまり目標過給圧から乖離した実過給圧を目標過給圧に向けて上昇させるように、ターボ過給機のフラップ開度を閉じ側に変化させる制御が行われる。これにより、ターボ回転数が上昇してしまう。そのため、過給圧Ｆ／Ｂ制御は、ターボ過給機の過回転を防止すべく、ターボ回転数を低下させようとする燃料噴射量の減量とは相反する作用を生じさせることとなる。したがって、ターボ過給機の過回転を防止するために燃料噴射量を減量している際に、過給圧Ｆ／Ｂ制御を実行すると、ターボ過給機の過回転を適切に防止することができなくなってしまう。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、過給圧Ｆ／Ｂ制御によるターボ回転数の上昇を抑制して、燃料噴射量の減量によってターボ過給機の過回転を適切に防止することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンの制御装置であって、排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを備え、排気ガスによってタービンを回転させることによりコンプレッサを駆動して吸気を過給するターボ過給機であって、過給圧を調整可能な可動式のフラップを更に備えるターボ過給機と、エンジンの運転状態に基づいて目標過給圧を設定し、実過給圧がこの目標過給圧に設定されるように、ターボ過給機のフラップの開度であるフラップ開度を制御するフラップ制御手段と、ターボ過給機の回転数が第１所定値以上である場合に、エンジンに供給する燃料噴射量を減量する制御を行うと共に、フラップ制御手段によるフラップ開度の閉じ側への変化を制限する制御を行い、ターボ過給機の回転数を低下させるターボ回転数低下制御手段と、を有し、ターボ回転数低下制御手段は、燃料噴射量を減量した後に、フラップ制御手段によるフラップ開度の閉じ側への変化を制限する制御を行い、この制御の後に、フラップ開度を全開に設定する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、ターボ過給機の過回転が生じた場合に、燃料噴射量を減量する制御を行うと共に、目標過給圧を実現するように実行される過給圧制御（具体的には過給圧Ｆ／Ｂ制御）による、フラップ開度の閉じ側への変化を制限する制御を行うので、この過給圧制御によるターボ回転数の上昇を抑制して、燃料噴射量の減量によってターボ過給機の過回転を適切に防止することができる。
また、本発明においては、燃料噴射量を減量する制御、及びフラップ開度の閉じ側への変化を制限する制御を行った後に、フラップ開度を全開に設定するので、燃料噴射量の減量によってターボ過給機の過回転が解消されない場合であっても、フラップ開度を全開に設定することでターボ過給機の過回転を防止できるようになる。
他の観点では、本発明は、エンジンの制御装置であって、排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを備え、排気ガスによってタービンを回転させることによりコンプレッサを駆動して吸気を過給するターボ過給機であって、過給圧を調整可能な可動式のフラップを更に備えるターボ過給機と、エンジンの運転状態に基づいて目標過給圧を設定し、実過給圧がこの目標過給圧に設定されるように、ターボ過給機のフラップの開度であるフラップ開度を制御するフラップ制御手段と、ターボ過給機の回転数が第１所定値以上である場合に、エンジンに供給する燃料噴射量を減量する制御を行うと共に、フラップ制御手段によるフラップ開度の閉じ側への変化を制限する制御を行い、ターボ過給機の回転数を低下させるターボ回転数低下制御手段と、を有し、ターボ回転数低下制御手段による制御によってターボ過給機の回転数が第２所定値未満にまで低下した場合に、燃料噴射量の減量を停止して燃料噴射を復帰させる制御を行い、この制御の後に、フラップ制御手段による目標過給圧に基づいたフラップ開度の制御を再開させる復帰制御手段を更に有する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、ターボ回転数低下制御手段による制御によってターボ過給機の過回転が解消した場合に、燃料噴射を復帰させる制御を行い、この制御の後に目標過給圧を実現するための過給圧制御を再開するので、つまり、これらの制御を同時に復帰させずに順番に復帰させるので、復帰に伴うトルク変動や音の変化を適切に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、ターボ回転数低下制御手段は、ターボ過給機の回転数が第１所定値以上となった際に設定されていた開度にフラップ開度を固定する制御を行って、フラップ制御手段によるフラップ開度の閉じ側への変化を制限する。
このように構成された本発明においては、ターボ過給機の過回転が生じた際に設定されていた開度にフラップ開度を固定する制御を行うので、フラップ開度の閉じ側への変化を確実に制限することができ、ターボ回転数の上昇を効果的に抑制することができる。

本発明のエンジンの制御装置によれば、過給圧Ｆ／Ｂ制御によるターボ回転数の上昇を抑制して、燃料噴射量の減量によってターボ過給機の過回転を適切に防止することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態によるターボ過給機のタービン室を拡大した縦断面図である。 本発明の実施形態による高圧ＥＧＲ領域、低圧ＥＧＲ領域及び非ＥＧＲ領域の説明図である。 本発明の実施形態による基本制御を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によるターボ過回転防止制御におけるタイムチャートである。 本発明の実施形態によるターボ過回転防止制御フローを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。

＜システム構成＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。

図１に示すように、エンジンシステム２００は、主に、ディーゼルエンジンとしてのエンジンＥと、エンジンＥに吸気を供給する吸気系ＩＮと、エンジンＥに燃料を供給するための燃料供給系ＦＳと、エンジンＥの排気ガスを排出する排気系ＥＸと、エンジンシステム２００に関する各種の状態を検出するセンサ９９〜１２２と、エンジンシステム２００の制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０と、を有する。

まず、吸気系ＩＮは、吸気が通過する吸気通路１を有しており、この吸気通路１上には、上流側から順に、外部から導入された空気を浄化するエアクリーナ３と、通過する吸気を圧縮して吸気圧を上昇させる、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａと、通過する吸気流量を調整する吸気シャッター弁７と、通水された冷却水を用いて吸気を冷却する水冷式のインタークーラ８と、インタークーラ８に通水する冷却水の流量を制御する電動ウォータポンプ９と、インタークーラ８と電動ウォータポンプ９とを接続し、これらの間で冷却水を循環させる通路である冷却水通路１０と、エンジンＥに供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク１２と、が設けられている。
また、吸気系ＩＮにおいては、エアクリーナ３の直下流側の吸気通路１上には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０１と吸気温度を検出する吸気温度センサ１０２とが設けられ、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａには、このコンプレッサ５ａの回転数（ターボ回転数）を検出するターボ回転数センサ１０３が設けられ、吸気シャッター弁７には、この吸気シャッター弁７の開度を検出する吸気シャッター弁位置センサ１０５が設けられ、インタークーラ８の直下流側の吸気通路１上には、吸気温度を検出する吸気温度センサ１０６と吸気圧を検出する吸気圧センサ１０７とが設けられ、サージタンク１２には、吸気マニホールド温度センサ１０８が設けられている。これらの、吸気系ＩＮに設けられた各種センサ１０１〜１０８は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１０１〜Ｓ１０８をＥＣＵ６０に出力する。

次に、エンジンＥは、吸気通路１（詳しくは吸気マニホールド）から供給された吸気を燃焼室１７内に導入する吸気バルブ１５と、燃焼室１７に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２０と、始動時などでの着火を確保するための補助熱源としてのグロープラグ２１と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２３と、ピストン２３の往復運動により回転されるクランクシャフト２５と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路４１へ排出する排気バルブ２７と、を有する。更に、エンジンＥには、このエンジンＥの出力を利用して発電するオルタネータ２６が設けられている。
また、エンジンＥには、エンジンＥなどを冷却する冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１０９と、クランクシャフト２５のクランク角度を検出するクランク角センサ１１０と、油圧及び／又は油温を検出する油圧／油温センサ１１１と、オイルレベルを検出する光学式オイルレベルセンサ１１２と、が設けられている。これらの、エンジンＥに設けられた各種センサ１０９〜１１２は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１０９〜Ｓ１１２をＥＣＵ６０に出力する。

次に、燃料供給系ＦＳは、燃料を貯蔵する燃料タンク３０と、燃料タンク３０から燃料噴射弁２０に燃料を供給するための燃料供給通路３８とを有する。燃料供給通路３８には、上流側から順に、低圧燃料ポンプ３１と、高圧燃料ポンプ３３と、コモンレール３５とが設けられている。また、低圧燃料ポンプ３１には燃料ウォーマー３２が設けられ、高圧燃料ポンプ３３には燃圧レギュレータ３４が設けられ、コモンレール３５にはコモンレール減圧弁３６が設けられている。
また、燃料供給系ＦＳにおいては、高圧燃料ポンプ３３には、燃料温度を検出する燃料温度センサ１１４が設けられ、コモンレール３５には、燃圧を検出する燃圧センサ１１５が設けられている。これらの、燃料供給系ＦＳに設けられた各種センサ１１４、１１５は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１１４、Ｓ１１５をＥＣＵ６０に出力する。

次に、排気系ＥＸは、排気ガスが通過する排気通路４１を有しており、この排気通路４１上には、上流側から順に、通過する排気ガスによって回転され、この回転によって上記したようにコンプレッサ５ａを駆動する、ターボ過給機５のタービン５ｂと、排気ガスの浄化機能を有するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）４５及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel particulate filter）４６と、通過する排気流量を調整する排気シャッター弁４９と、が設けられている。ＤＯＣ４５は、排出ガス中の酸素を用いて炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などを酸化して水と二酸化炭素に変化させる触媒であり、ＤＰＦ４６は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するフィルタである。
また、排気系ＥＸにおいては、ターボ過給機５のタービン５ｂの上流側の排気通路４１上には、排気圧を検出する排気圧センサ１１６と排気温度を検出する排気温度センサ１１７とが設けられ、ＤＯＣ４５の直上流側及びＤＯＣ４５とＤＰＦ４６との間には、それぞれ、排気温度を検出する排気温度センサ１１８、１１９が設けられ、ＤＰＦ４６には、このＤＰＦ４６の上流側と下流側との排気圧の差を検出するＤＰＦ差圧センサ１２０が設けられ、ＤＰＦ４６の直下流側の排気通路４１上には、酸素濃度を検出するリニアＯ₂センサ１２１と排気温度を検出する排気温度センサ１２２とが設けられている。これらの、排気系ＥＸに設けられた各種センサ１１６〜１２２は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１１６〜Ｓ１２２をＥＣＵ６０に出力する。

更に、本実施形態では、ターボ過給機５は、排気エネルギーが低い低速回転時でも効率良く過給を行えるように小型に構成されていると共に、タービン５ｂの全周を囲むように複数の可動式のフラップ５ｃが設けられ、これらのフラップ５ｃによりタービン５ｂへの排気の流通断面積（ノズル断面積）を変化させるようにした可変ジオメトリーターボチャージャー（ＶＧＴ：Variable Geometry Turbocharger）として構成されている。例えば、フラップ５ｃは、ダイヤフラムに作用する負圧の大きさが電磁弁により調節され、アクチュエータによって回動される。また、そのようなアクチュエータの位置により、フラップ５ｃの開度（フラップ開度であり、以下では適宜「ＶＧＴ開度」と呼ぶ。）を検出するＶＧＴ開度センサ１０４が設けられている。このＶＧＴ開度センサ１０４は、検出したＶＧＴ開度に対応する検出信号Ｓ１０４をＥＣＵ６０に出力する。

ここで、図２を参照して、本発明の実施形態によるターボ過給機５のフラップ５ｃについて具体的に説明する。図２は、ターボ過給機５のタービン室を拡大した縦断面の構成を模式的に示す。
図２に示すように、タービンケーシング１５３内に形成されたタービン室１５３ａには、そのほぼ中央部に配置されたタービン５ｂの周囲を取り囲むように複数の可動式のフラップ５ｃ、５ｃ、…が配設され、各フラップ５ｃはタービン室１５３ａの一方の側壁を貫通する支軸１３１ａにより回動可能に支持されている。各フラップ５ｃは、それぞれ支軸５ｄの回りに図２の時計回りに回動して、相互に近接するように傾斜すると、各フラップ５ｃの相互間に形成されるノズル１５５、１５５、…の開度（ノズル断面積）が小さく絞られて、排気流量の少ないときでも高い過給効率を得ることができる。一方、各フラップ５ｃを上記と反対側に回動させて、相互に離反するように傾斜させれば、ノズル断面積が大きくなるので、排気流量の多いときでも通気抵抗を低減して、過給効率を高めることができる。
また、リング部材１５７は、リンク機構１５８を介してアクチュエータのロッド１６３に駆動連結されており、該アクチュエータの作動によりリング部材１５７を介して各フラップ５ｃが回動される。すなわち、リンク機構１５８は、一端部をリング部材１５７に回動可能に連結された連結ピン１５８ａと、該連結ピン１５８ａの他端部に一端部を回動可能に連結された連結板部材１５８ｂと、該連結板部材１５８ｂの他端部に連結されると共に、タービンケーシング１５３の外壁を貫通する柱状部材１５８ｃと、該柱状部材１５８ｃのタービンケーシング１５３外へ突出する突出端部に一端部を連結された連結板部材１５８ｄとからなり、該連結板部材１５８ｄの他端部が連結ピン（図示せず）によりアクチュエータのロッド１６３に回動可能に連結されている。

図１に戻ると、本実施形態によるエンジンシステム２００は、更に、高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８を有する。高圧ＥＧＲ装置４３は、ターボ過給機５のタービン５ｂの上流側の排気通路４１とターボ過給機５のコンプレッサ５ｂの下流側（詳しくはインタークーラ８の下流側）の吸気通路１とを接続する高圧ＥＧＲ通路４３ａと、高圧ＥＧＲ通路４３ａを通過させる排気ガスの流量を調整する高圧ＥＧＲバルブ４３ｂと、を有する。低圧ＥＧＲ装置４８は、ターボ過給機５のタービン５ｂの下流側（詳しくはＤＰＦ４６の下流側で且つ排気シャッター弁４９の上流側）の排気通路４１とターボ過給機５のコンプレッサ５ｂの上流側の吸気通路１とを接続する低圧ＥＧＲ通路４８ａと、低圧ＥＧＲ通路４８ａを通過する排気ガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ４８ｂと、低圧ＥＧＲ通路４８ａを通過させる排気ガスの流量を調整する低圧ＥＧＲバルブ４８ｃと、低圧ＥＧＲフィルタ４８ｄと、を有する。

高圧ＥＧＲ装置４３によって吸気系ＩＮに還流される排気ガス量（以下「高圧ＥＧＲガス量」と呼ぶ。）は、ターボ過給機５のタービン５ｂ上流側の排気圧と、吸気シャッター弁７の開度によって作り出される吸気圧と、高圧ＥＧＲバルブ４３ｂの開度とによって概ね決定される。また、低圧ＥＧＲ装置４８によって吸気系ＩＮに還流される排気ガス量（以下「低圧ＥＧＲガス量」と呼ぶ。）は、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａ上流側の吸気圧と、排気シャッター弁４９の開度によって作り出される排気圧と、低圧ＥＧＲバルブ４８ｃの開度とによって概ね決定される。

ここで、図３を参照して、本発明の実施形態において、高圧ＥＧＲ装置４３が作動されるエンジンＥの運転領域（以下では「高圧ＥＧＲ領域」と呼ぶ。）及び低圧ＥＧＲ装置４８が作動されるエンジンＥの運転領域（以下では「低圧ＥＧＲ領域」と呼ぶ。）について説明する。図３は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸に燃料噴射量（エンジン負荷に相当する）を示しており、高圧ＥＧＲ領域及び低圧ＥＧＲ領域を模式的に表している。
図３に示すように、低負荷・低回転数側に規定されたエンジンＥの運転領域Ｒ１（第１運転領域に相当する）は、高圧ＥＧＲ装置４３が作動される高圧ＥＧＲ領域であり、この高圧ＥＧＲ領域Ｒ１よりも高負荷・高回転数側に規定されたエンジンＥの運転領域Ｒ２（第２運転領域に相当する）は、低圧ＥＧＲ装置４８が作動される低圧ＥＧＲ領域である。より詳しくは、低圧ＥＧＲ領域Ｒ２内の一部の領域（高圧ＥＧＲ領域Ｒ１との境界付近の領域）では、低圧ＥＧＲ装置４８だけでなく、高圧ＥＧＲ装置４３も作動される、つまり高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８の併用領域となる。また、低圧ＥＧＲ領域Ｒ２よりも更に高負荷・高回転数側に規定されたエンジンＥの運転領域Ｒ３は、高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８のいずれも作動されない領域（以下では適宜「非ＥＧＲ領域」と呼ぶ。）である。

図１に戻ると、本実施形態によるＥＣＵ６０は、上述した各種センサ１０１〜１２２の検出信号Ｓ１０１〜Ｓ１２２に加えて、外気温を検出する外気温センサ９８、大気圧を検出する大気圧センサ９９、及びアクセルペダル９５の開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１００のそれぞれが出力した検出信号Ｓ９８〜Ｓ１００に基づいて、エンジンシステム２００内の構成要素に対する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ６０は、ターボ過給機５のタービン５ｂにおけるフラップ５ｃの開度（ＶＧＴ開度）を制御すべく、このフラップ５ｃを駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｓ１３０を出力する。また、ＥＣＵ６０は、吸気シャッター弁７の開度を制御すべく、吸気シャッター弁７を駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｓ１３１を出力する。また、ＥＣＵ６０は、インタークーラ８に供給する冷却水の流量を制御すべく、電動ウォータポンプ９に対して制御信号Ｓ１３２を出力する。また、ＥＣＵ６０は、エンジンＥの燃料噴射量などを制御すべく、燃料噴射弁２０に制御信号Ｓ１３３を出力する。また、ＥＣＵ６０は、オルタネータ２６、燃料ウォーマー３２、燃圧レギュレータ３４及びコモンレール減圧弁３６を制御すべく、これらのそれぞれに対して制御信号Ｓ１３４、Ｓ１３５、Ｓ１３６、Ｓ１３７を出力する。また、ＥＣＵ６０は、高圧ＥＧＲバルブ４３ｂの開度を制御すべく、高圧ＥＧＲバルブ４３ｂを駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｓ１３８を出力する。また、ＥＣＵ６０は、低圧ＥＧＲバルブ４８ｃの開度を制御すべく、低圧ＥＧＲバルブ４８ｃを駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｓ１３９を出力する。また、ＥＣＵ６０は、排気シャッター弁４９の開度を制御すべく、排気シャッター弁４９を駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｓ１４０を出力する。

＜基本制御＞
次に、図４を参照して、本発明の実施形態によるエンジンシステム２００において実施される基本制御について説明する。図４は、本発明の実施形態による基本制御を示すフローチャートである。このフローでは、要求噴射量などに応じた目標酸素濃度及び目標吸気温度を実現するための制御がなされる。また、このフローは、ＥＣＵ６０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１１では、ＥＣＵ６０は、上述した各種センサ９８〜１２２が出力した検出信号Ｓ９８〜Ｓ１２２のうちの少なくとも一以上を取得する。
次いで、ステップＳ１２では、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ１００が検出したアクセル開度（検出信号Ｓ１００に対応する）に基づいて、エンジンＥから出力させるべき目標トルクを設定する。
次いで、ステップＳ１３では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１２で設定した目標トルクと、エンジン回転数とに基づいて、燃料噴射弁２０から噴射させるべき要求噴射量を設定する。
次いで、ステップＳ１４では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１３で設定した要求噴射量と、エンジン回転数とに基づいて、燃料の噴射パターンと、燃圧と、目標酸素濃度と、目標吸気温度と、ＥＧＲ制御モード（高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８の両方又は一方を作動させるモード、或いは高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８のいずれも作動させないモード）とを設定する。
次いで、ステップＳ１５では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１４で設定した目標酸素濃度及び目標吸気温度を実現する状態量を設定する。例えば、この状態量には、高圧ＥＧＲ装置４３によって吸気系ＩＮに還流させる排気ガス量（高圧ＥＧＲガス量）や、低圧ＥＧＲ装置４８によって吸気系ＩＮに還流させる排気ガス量（低圧ＥＧＲガス量）や、ターボ過給機５による過給圧などが含まれる。
次いで、ステップＳ１６では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１５で設定した状態量に基づいて、エンジンシステム２００の各構成要素のそれぞれを駆動する各アクチュエータを制御する。この場合、ＥＣＵ６０は、状態量に応じた制限値や制限範囲を設定し、状態値が制限値や制限範囲による制限を遵守するような各アクチュエータの制御量を設定して制御を実行する。

＜ターボ過回転防止制御＞
以下では、本発明の実施形態による、ターボ過給機５の過回転を防止するための制御（ターボ過回転防止制御）について説明する。

最初に、本発明の実施形態においてＥＣＵ６０が行う制御の概要について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ６０は、エンジンＥの運転状態（具体的には燃料噴射量及びエンジン回転数）に基づいて目標過給圧を設定し、実過給圧がこの目標過給圧に設定されるように、ターボ過給機５のフラップ５ｃの開度（ＶＧＴ開度）を制御する。つまり、ＥＣＵ６０は、過給圧Ｆ／Ｂ制御を用いて、実過給圧を目標過給圧と比較しながら、目標過給圧が実現されるようにＶＧＴ開度を変化させる。典型的には、ＥＣＵ６０は、実過給圧が目標過給圧を下回っている場合には、ＶＧＴ開度を閉じ側に変化させる制御を行い、実過給圧が目標過給圧を上回っている場合には、ＶＧＴ開度を開き側に変化させる制御を行う。
また、本実施形態では、ＥＣＵ６０は、ターボ過給機５の過回転が生じた場合に、このターボ過給機５の過回転を防止するためのターボ過回転防止制御として、エンジンＥの燃焼室１７に供給する燃料噴射量を減量する制御（以下では適宜「噴射量減量制御」と呼ぶ。）を行うと共に、上記した過給圧Ｆ／Ｂ制御によるＶＧＴ開度の閉じ側への変化を制限する制御を行う。この場合、ＥＣＵ６０は、過給圧Ｆ／Ｂ制御の実行を停止することで、当該過給圧Ｆ／Ｂ制御によるＶＧＴ開度の閉じ側への変化を制限する。

このように、本実施形態において過給圧Ｆ／Ｂ制御の実行を停止する理由は以下の通りである。ターボ過給機５の過回転時に、ターボ回転数を低下させるべく、噴射量減量制御によって燃料噴射量を減量すると、実過給圧が低下する（特にエンジン回転数が大きい領域では実過給圧の低下が顕著となる）。この際に過給圧Ｆ／Ｂ制御を実行していると、低下した実過給圧（具体的には目標過給圧未満に低下した実過給圧）を上昇させるように、つまり目標過給圧から乖離した実過給圧を目標過給圧に向けて上昇させるように、ターボ過給機５におけるＶＧＴ開度を閉じ側に変化させる制御が行われる。これにより、ターボ回転数が上昇してしまう。そのため、過給圧Ｆ／Ｂ制御は、ターボ過給機５の過回転を防止すべく、ターボ回転数を低下させようとする噴射量減量制御とは相反する作用を生じさせることとなる。つまり、過給圧Ｆ／Ｂ制御は、噴射量減量制御と背反する制御となる。したがって、本実施形態では、ターボ過給機５の過回転が生じて、噴射量減量制御を実行する場合に、過給圧Ｆ／Ｂ制御の実行を停止することとした。

ここで、上述したようにターボ過給機５の過回転時に燃料噴射量を減量すると、排気エネルギー（排気温度）が低下することで、ターボ回転数を低下させることができ、ターボ過給機５の過回転を防止することが可能となる。ターボ過給機５におけるＶＧＴ開度を開き側に制御した場合にもターボ回転数を低下させることができるが、小型に構成されたターボ過給機５では、ＶＧＴ開度を開き側に制御してもターボ過給機５の過回転を適切に防止できない場合があり、また、ＶＧＴ開度の制御に対するターボ回転数の変化は遅れる傾向にある（つまりＶＧＴ開度の制御に対するターボ回転数の応答性が悪い）。これに対して、燃料噴射量を減量すると、速やかにターボ回転数を比較的大きく低下させることができる。また、燃料噴射量を減量した後の通常の燃料噴射の復帰（再開）も、ＶＧＴ開度の制御と比較して速やかに行うことができる。したがって、本実施形態では、ターボ過給機５の過回転を防止するために、噴射量減量制御によって燃料噴射量を減量する手法を採用することとした。

なお、ターボ過給機５の過回転が生じた際に、基本的には、ＶＧＴ開度は開き側に設定されている。具体的には、ＶＧＴ開度が、全開までまだ余裕がある開き側の開度に設定されている場合もあるし、ＶＧＴ開度が全開に設定されている場合もある。ＶＧＴ開度が全開に設定されていない場合には、ターボ過給機５の過回転を防止するためにＶＧＴ開度を全開に設定する制御を行うことも可能だが、上述したような理由から、本実施形態では、ＥＣＵ６０は、ＶＧＴ開度を全開に設定する制御を即座に行うことなく、過給圧Ｆ／Ｂ制御を停止してＶＧＴ開度の閉じ側への変化を制限するに止め、燃料噴射量を減量する噴射量減量制御を行う。そして、本実施形態では、ＥＣＵ６０は、そのように過給圧Ｆ／Ｂ制御を停止した状態で噴射量減量制御を行っても、ターボ過給機５の過回転が解消されない場合に、保護ロジックとして、ＶＧＴ開度を全開に設定する制御を行う。

以上述べたように、ＥＣＵ６０は、本発明における「フラップ制御手段」及び「ターボ回転数低下制御手段」として機能する。また、詳細は後述するが、ＥＣＵ６０は、本発明における「復帰制御手段」としても機能する。

次に、図５を参照して、本発明の実施形態によるターボ過回転防止制御におけるタイムチャートについて説明する。図５は、本発明の実施形態によるターボ過回転防止制御を実行した場合のタイムチャートの一例を示している。

図５では、ターボ過給機５の過回転が生じた場合に噴射量減量制御を実行した、本実施形態による結果と、このような本実施形態と比較するために、ターボ過給機５の過回転が生じた場合に噴射量減量制御を実行しなかった、比較例（以下では「第１比較例」と呼ぶ。）による結果と、を示す。また、図５に示す本実施形態による制御においては、ターボ過給機５の過回転が生じた場合に、噴射量減量制御に加えて、過給圧Ｆ／Ｂ制御の実行を停止するものとする。図５には、このような本実施形態と比較するために、ターボ過給機５の過回転が生じた場合に、噴射量減量制御を実行するが、過給圧Ｆ／Ｂ制御の実行を停止せずに、過給圧Ｆ／Ｂ制御を実行し続ける、比較例（以下では「第２比較例」と呼ぶ。）による結果も示す。

図５について具体的に説明する。図５は、横方向に時間を示し、上から順に、ターボ回転数、燃料噴射量、ＶＧＴ開度、過給圧を示している。具体的には、グラフＧ１１は、本実施形態によるターボ回転数の時間変化を示し、グラフＧ１２は、第１比較例によるターボ回転数の時間変化を示している。また、グラフＧ２１は、本実施形態による燃料噴射量の時間変化を示し、グラフＧ２２は、第１比較例による燃料噴射量の時間変化を示している。また、グラフＧ３１は、本実施形態によるＶＧＴ開度の時間変化を示し、グラフＧ３２は、第２比較例によるＶＧＴ開度の時間変化を示している。また、グラフＧ４１は、本実施形態による実過給圧の時間変化を示し、グラフＧ４２は、第２比較例による実過給圧の時間変化を示し、グラフＧ４３は、エンジンＥの運転状態（エンジン回転数や燃料噴射量など）に基づいて設定される目標過給圧の時間変化を示している。

時刻ｔ１において、ドライバからの加速要求により、アクセルペダル９５の開度（アクセル開度）が踏み込み方向に変化したものとする（図５では図示せず）。そのため、時刻ｔ１より、燃料噴射量が増量されると共に（グラフＧ２１、Ｇ２２参照）、過給圧Ｆ／Ｂ制御によって、目標過給圧が上昇されて（グラフＧ４３参照）、これに応じてＶＧＴ開度（グラフＧ３１、Ｇ３２参照）が制御されて、実過給圧（グラフＧ４１、Ｇ４２参照）及びターボ回転数（グラフＧ１１、Ｇ１２参照）が上昇していく。この後、時刻ｔ２において、ターボ回転数が所定値Ｔｈ１以上になる（グラフＧ１１、Ｇ１２参照）、つまりターボ過給機５の過回転が生じる。

第１比較例によれば、時刻ｔ２以降においても、時刻ｔ２で適用された燃料噴射量がほぼ維持される（グラフＧ２２参照）。そのため、時刻ｔ２以降も、ターボ回転数が上昇し続ける（グラフＧ１２参照）、つまり、ターボ回転数が所定値Ｔｈ１以上である状態が継続して、ターボ過給機５の過回転が解消しない。これに対して、本実施形態によれば、時刻ｔ２において、燃料噴射量を減量する噴射量減量制御が実行される（グラフＧ２１参照）。そのため、時刻ｔ２以降において、ターボ回転数が低下していく（グラフＧ１１参照）。この場合、ターボ回転数が所定値Ｔｈ１未満にまで低下して、ターボ過給機５の過回転が解消する。

他方で、第２比較例によれば、噴射量減量制御を実行するが、この噴射量減量制御による燃料噴射量の減量によって低下した実過給圧（グラフＧ４２参照）を目標過給圧（グラフＧ４３参照）にまで上昇させるように、過給圧Ｆ／Ｂ制御によって、ＶＧＴ開度が閉じ側に制御される（グラフＧ３２参照）。こうした場合、ターボ回転数が上昇することとなる（図５では図示せず）。これに対して、本実施形態によれば、噴射量減量制御を実行した場合に過給圧Ｆ／Ｂ制御を停止するので、ＶＧＴ開度がほぼ一定の開度に固定される（グラフＧ３１参照）、つまりＶＧＴ開度の閉じ側への変化が抑制される。この場合、実過給圧（グラフＧ４１参照）は目標過給圧（グラフＧ４３参照）から乖離する。このような本実施形態によれば、過給圧Ｆ／Ｂ制御によるターボ回転数の上昇が抑制されるので、上述した噴射量減量制御によってターボ回転数が効果的に低下されることとなる（グラフＧ１１参照）。
なお、ターボ回転数が所定値Ｔｈ１に達する時刻ｔ２では、本実施形態及び第２比較例の両方とも、ＶＧＴ開度がほぼ全開の開度になっているものとする（グラフＧ３１、Ｇ３２参照）。

次に、図６を参照して、本発明の実施形態によるターボ過回転防止制御の全体の流れについて具体的に説明する。図６は、本発明の実施形態によるターボ過回転防止制御フローを示すフローチャートである。このターボ過回転防止制御フローは、ＥＣＵ６０によって所定の周期で繰り返し実行される。
なお、このターボ過回転防止制御フローは、当該フローの実行開始時に、目標過給圧が実現されるようにＶＧＴ開度を変化させる過給圧Ｆ／Ｂ制御が実行されていることを前提としている。

ここで、ターボ過回転防止制御フローの概要について簡単に説明する。ターボ過回転防止制御フローでは、ＥＣＵ６０は、まず、ターボ回転数が第１所定値以上になった場合に、燃料噴射量を減量する噴射量減量制御を実行すると共に、過給圧Ｆ／Ｂ制御の実行を停止する。ＥＣＵ６０は、このような噴射量減量制御の実行及び過給圧Ｆ／Ｂ制御の実行の停止を、ターボ回転数が第２所定値未満になるまで継続する。そして、ＥＣＵ６０は、ターボ回転数が第２所定値未満になった場合に、噴射量減量制御を停止して通常の燃料噴射を復帰させる制御（以下では「噴射復帰制御」と呼ぶ。）を行い、この後に過給圧Ｆ／Ｂ制御を再開する。

図６のターボ過回転防止制御フローについて具体的に説明する。まず、ステップＳ２１において、ＥＣＵ６０は、ターボ回転数センサ１０３によって検出されたターボ過給機５のコンプレッサ５ａの回転数（ターボ回転数）が、第１所定値以上であるか否かを判定する。この第１所定値は、ターボ過給機５の過回転が生じているか否かを判定するための閾値であり、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの過回転に相当する回転数（例えばコンプレッサ５ａの破損等が生じ得る回転数）に基づいて設定される。例えば、第１所定値は、２５５０００回転／分に設定される。

ステップＳ２１の判定の結果、ターボ回転数が第１所定値以上であると判定されなかった場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、つまりターボ回転数が第１所定値未満である場合、処理は終了する。この場合には、ターボ過給機５の過回転が生じていないため、ＥＣＵ６０は、本実施形態によるターボ過回転防止制御を実行しない。

一方で、ターボ回転数が第１所定値以上であると判定された場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ６０は、エンジンＥの燃料噴射弁２０を制御することにより、ターボ回転数を低下させるべく、燃料噴射量を減量する噴射量減量制御を実行する。１つの例では、ＥＣＵ６０は、予め定めた所定の量だけ、燃料噴射量を減量する。他の例では、ＥＣＵ６０は、ターボ回転数が第１所定値を超えている度合いに応じて、燃料噴射量を減量する。

次いで、ステップＳ２３に進み、ＥＣＵ６０は、過給圧Ｆ／Ｂ制御によるターボ回転数の上昇を抑制すべく、つまり過給圧Ｆ／Ｂ制御と噴射量減量制御との背反を抑制すべく、過給圧Ｆ／Ｂ制御を停止する。この場合、ＥＣＵ６０は、過給圧Ｆ／Ｂ制御の実行を停止して、当該過給圧Ｆ／Ｂ制御によるＶＧＴ開度の閉じ側への変化を制限する。
１つの例では、ＥＣＵ６０は、過給圧Ｆ／Ｂ制御の実行を停止することで、ＶＧＴ開度の閉じ側への変化を禁止し、ＶＧＴ開度の開き側への変化については許容することとし、ＶＧＴ開度を制御する。この例では、ＥＣＵ６０は、ＶＧＴ開度を閉じ側には変化させないが、必要に応じて、ＶＧＴ開度を開き側に適宜変化させる。
他の例では、ＥＣＵ６０は、過給圧Ｆ／Ｂ制御の実行を停止して、ターボ過給機５の過回転が生じた際に設定されていた開度にＶＧＴ開度を固定する制御を行い、ＶＧＴ開度の閉じ側への変化を制限する。この例では、ＥＣＵ６０は、ＶＧＴ開度を固定して、ＶＧＴ開度を変化させない。

次いで、ステップＳ２４に進み、ＥＣＵ６０は、ターボ回転数センサ１０３によって検出されたターボ過給機５のコンプレッサ５ａの回転数（ターボ回転数）が第２所定値未満であるか否かを判定する。この第２所定値は、ターボ過給機５の過回転が解消したか否かを判定するための閾値であり、第１所定値と同様に、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの過回転に相当する回転数（例えばコンプレッサ５ａの破損等が生じ得る回転数）に基づいて設定される。例えば、第２所定値は、第１所定値よりも若干低い、２５００００回転／分に設定される。なお、第２所定値を第１所定値と異なる値に設定することに限定はされず、第２所定値を第１所定値と同じ値に設定してもよい。

ステップＳ２４の判定の結果、ターボ回転数が第２所定値未満であると判定されなかった場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、つまりターボ回転数が第２所定値以上である場合、処理はステップＳ２２に戻り、ＥＣＵ６０は、噴射量減量制御を再度実行して、燃料噴射量を更に減量する。例えば、ＥＣＵ６０は、前回に減量した後の燃料噴射量を更に所定量だけ減量する。そして、ＥＣＵ６０は、ステップＳ２３において、過給圧Ｆ／Ｂ制御を停止した状態を継続する。

ＥＣＵ６０は、このようにステップＳ２２〜Ｓ２４の処理を繰り返して、過給圧Ｆ／Ｂ制御を停止した状態で、ターボ回転数を第２所定値と比較しながら燃料噴射量を徐々に減量していく。その結果、燃料噴射量を所定量（例えば０）にまで減量しても、ターボ回転数が第２所定値未満にならない場合、つまりターボ過給機５の過回転が解消されない場合には、ＥＣＵ６０は、ＶＧＴ開度を全開に設定する制御を行う（噴射量減量制御の実行時にＶＧＴ開度が全開でないことが前提となる）。

一方で、ターボ回転数が第２所定値未満であると判定された場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、ステップＳ２５に進む。この場合にはターボ過給機５の過回転が生じていないため、ステップＳ２５において、ＥＣＵ６０は、噴射量減量制御を停止し、アクセル開度及びエンジン回転数などに応じた量の燃料を噴射する通常の燃料噴射を再開すべく、噴射復帰制御を実行する。この場合、ＥＣＵ６０は、乗員がトルクや音の変動を感じない程度の時間経過後に燃料噴射を復帰する。

次いで、ステップＳ２６において、ＥＣＵ６０は、エンジンＥの運転状態に応じた目標過給圧に実過給圧を設定するための過給圧Ｆ／Ｂ制御を再開する。つまり、ＥＣＵ６０は、エンジン回転数や燃料噴射量などに応じて目標過給圧を設定し、実過給圧を目標過給圧と比較しながら、目標過給圧が実現されるようにＶＧＴ開度を変化させる、過給圧Ｆ／Ｂ制御を再開する。

＜作用効果＞
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、ターボ過給機５の過回転が生じた場合に、燃料噴射量を減量する噴射量減量制御を行うと共に、過給圧Ｆ／Ｂ制御によるＶＧＴ開度の閉じ側への変化を制限する制御を行うので、過給圧Ｆ／Ｂ制御によるターボ回転数の上昇を抑制して、燃料噴射量の減量によってターボ過給機５の過回転を適切に防止することができる。
具体的には、本実施形態では、ターボ過給機５の過回転が生じた際に設定されていた開度にＶＧＴ開度を固定する制御を行うので、ＶＧＴ開度の閉じ側への変化を確実に制限することができ、ターボ回転数の上昇を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、噴射量減量制御及び過給圧Ｆ／Ｂ制御の停止を実行した後に、ＶＧＴ開度を全開に設定するので、噴射量減量制御によってターボ過給機５の過回転が解消されない場合であっても、ＶＧＴ開度を全開に設定することでターボ過給機５の過回転を防止できるようになる。

また、本実施形態によれば、ターボ過回転防止制御によってターボ過給機５の過回転が解消した場合に、噴射復帰制御を行い、この制御の後に過給圧Ｆ／Ｂ制御を再開するので、つまり噴射復帰制御及び過給圧Ｆ／Ｂ制御の再開を同時に実行せずに、噴射復帰制御、過給圧Ｆ／Ｂ制御の再開の順に実行するので、復帰に伴うトルク変動や音の変化を適切に抑制することができる。

１ 吸気通路
５ ターボ過給機
５ａ コンプレッサ
５ｂ タービン
５ｃ フラップ
２０ 燃料噴射弁
４１ 排気通路
４３ 高圧ＥＧＲ装置
４５ ＤＯＣ
４６ ＤＰＦ
４８ 低圧ＥＧＲ装置
６０ ＥＣＵ
２００ エンジンシステム
Ｅ エンジン

Claims (3)

1. エンジンの制御装置であって、
   排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを備え、排気ガスによって上記タービンを回転させることにより上記コンプレッサを駆動して吸気を過給するターボ過給機であって、過給圧を調整可能な可動式のフラップを更に備える上記ターボ過給機と、
   エンジンの運転状態に基づいて目標過給圧を設定し、実過給圧がこの目標過給圧に設定されるように、上記ターボ過給機のフラップの開度であるフラップ開度を制御するフラップ制御手段と、
   上記ターボ過給機の回転数が第１所定値以上である場合に、エンジンに供給する燃料噴射量を減量する制御を行うと共に、上記フラップ制御手段による上記フラップ開度の閉じ側への変化を制限する制御を行い、上記ターボ過給機の回転数を低下させるターボ回転数低下制御手段と、
   を有し、
   上記ターボ回転数低下制御手段は、上記燃料噴射量を減量した後に、上記フラップ制御手段による上記フラップ開度の閉じ側への変化を制限する制御を行い、この制御の後に、上記フラップ開度を全開に設定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. エンジンの制御装置であって、
   排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを備え、排気ガスによって上記タービンを回転させることにより上記コンプレッサを駆動して吸気を過給するターボ過給機であって、過給圧を調整可能な可動式のフラップを更に備える上記ターボ過給機と、
   エンジンの運転状態に基づいて目標過給圧を設定し、実過給圧がこの目標過給圧に設定されるように、上記ターボ過給機のフラップの開度であるフラップ開度を制御するフラップ制御手段と、
   上記ターボ過給機の回転数が第１所定値以上である場合に、エンジンに供給する燃料噴射量を減量する制御を行うと共に、上記フラップ制御手段による上記フラップ開度の閉じ側への変化を制限する制御を行い、上記ターボ過給機の回転数を低下させるターボ回転数低下制御手段と、
   を有し、
   上記ターボ回転数低下制御手段による制御によって上記ターボ過給機の回転数が第２所定値未満にまで低下した場合に、上記燃料噴射量の減量を停止して燃料噴射を復帰させる制御を行い、この制御の後に、上記フラップ制御手段による上記目標過給圧に基づいた上記フラップ開度の制御を再開させる復帰制御手段を更に有する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 上記ターボ回転数低下制御手段は、上記ターボ過給機の回転数が上記第１所定値以上となった際に設定されていた開度に上記フラップ開度を固定する制御を行って、上記フラップ制御手段による上記フラップ開度の閉じ側への変化を制限する、請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。

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