JPWO2012073365A1 - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

可変ノズルベーン式ターボチャージャを備えた内燃機関において、加速時にタービンハウジングから触媒までの排気ガス通過空間における空間共鳴域に到達した際に、ノズルベーンを通過する排気ガスの流速（ＶＮ通過流速）を大きくすることで、上記空間共鳴域を速やかに通過できるようにする。また、減速時に上記空間共鳴域に到達した際にはＶＮ通過流速を小さくすること上記空間共鳴域を速やかに通過できるようにする。このような制御により、ノズルベーン後端で発生する圧力脈動の周波数が空間共鳴域で増幅される時間を短くすることができ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関し、さらに詳しくは、可変ノズルベーン式過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。

車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）には、排気エネルギを利用した過給機（以下、ターボチャージャともいう）が装備されている。ターボチャージャは、一般に、エンジンの排気通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイールと、吸気通路内の空気を強制的にエンジンの燃焼室へと送り込むコンプレッサインペラと、これらタービンホイールとコンプレッサインペラとを連結する連結シャフトとを備えている。このような構造のターボチャージャにおいては、排気通路に配置のタービンホイールが排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路に配置のコンプレッサインペラが回転することによって吸入空気が過給され、エンジンの各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。

車両に搭載されるターボチャージャとしては、排気エネルギに対する過給圧調整を可能とした可変ノズルベーン式ターボチャージャが主流となってきている。

可変ノズルベーン式ターボチャージャは、例えば、タービンハウジングの排気ガス流路に配置され、その排気ガス流路の流路面積を可変とする複数のノズルベーン（可動ベーンとも呼ばれる）を有する可変ノズルベーン機構（ＶＮ機構）と、それらノズルベーンに変位（回転）を与えるアクチュエータ（モータ式アクチュエータ）などを備えており、ノズルベーンの開度を変更して、互いに隣り合うノズルベーン間の流路面積（スロート面積）を変化させることにより、タービンホイールに向けて導入される排気ガスの流速を調整する（例えば、特許文献１及び２参照）。このようにして排気ガスの流速調整を行うことにより、タービンホイール及びコンプレッサインペラの回転速度を調整して、エンジンの燃焼室に導入される空気の圧力を調整することができる。

そして、このような可変ノズルベーン式ターボチャージャでは、排気エネルギにおける過給圧の調整自由度が大きくなるので、加速性に繋がるトルク応答性の向上や、出力・燃費（燃料消費率）・エミッションに対する適合の自由度向上などの利点がある。なお、可変ノズルベーン式ターボチャージャはディーゼルエンジンのみでなく、ガソリンエンジンにも採用されつつある。

特開２００９−２９９５０５号公報 特開２００３−１２９８５３号公報 特開２００９−２８１１４４号公報

ターボチャージャに可変ノズルベーン機構を設けた場合、ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が大きくなると、ノズルベーンの後流に排気ガスの乱れが発生する。排気ガス乱れの代表的なものはランキン渦である。ランキン渦はノズルベーンの後端で発生し、排気ガスの流速に比例した周波数成分を有する圧力脈動となることが判っている。つまり、ランキン渦の渦放周波数ｆは、理論式［ｆ＝Ｓｔ＊Ｕ／Ｄ Ｓｔ：ストロハル数（定数）、Ｕ：流速、Ｄ：後流の幅］の関係を満足しているので、そのランキン渦によって生じる圧力脈動は、ノズルベーンを通過する排気ガスの流速に比例した周波数成分を有する。そして、そのような圧力脈動の周波数が、タービンハウジング内の空間及び排気管（タービンハウジング〜触媒の排気ガス通路）内の空間の空間共鳴にて増幅されると、車両排気管を通じて排気口からの吐出音となってしまい、その異音が問題となる。

ここで、上記したような圧力脈動の問題を回避するために、増幅要因となるタービンハウジングや触媒系の空間共鳴の周波数をコントロールしようとしても、過給効率・エミッション・搭載要件等の制約からハード設計の自由度は低いので、異音発生を抑制することは難しい。また、空間共鳴の周波数を変更しても、圧力脈動は上記したように排気ガスの流速に比例した周波数成分を有するため、変更した空間共鳴の周波数帯での脈動の増幅（共鳴）を避けることができない。

さらに、車両排気管に吸音構造を追加することも考えられるが、搭載要件・見栄え・コスト等の制約から、１つの異音現象についての対策の自由度は低い。なお、車両排気管から吐出した音に対して車両対策を施しても、車外での音の問題（特に、停車中のレーシング（高速空転）時の異音発生の問題）が残る。

以上のような理由から、ノズルベーン後端で発生する圧力脈動に起因する異音を抑制するには、可変ノズルベーン機構の上流のエンジン（ターボチャージャ）側での対策が必要になるが、その技術は確立されていないのが現状である。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、可変ノズルベーン式の過給機付き内燃機関の制御装置において、ノズルベーン後端で生じる圧力脈動に起因する異音を抑制することが可能な制御を実現することを目的とする。

本発明は、吸気通路に配置されたスロットルバルブと、吸気通路に設けられたコンプレッサインペラ及び排気通路に設けられたタービンホイールを有する過給機と、前記タービンホイールよりも上流側の排気通路と前記コンプレッサインペラよりも下流側の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられ、前記排気通路から前記吸気通路に環流する排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブと、前記過給機のタービンハウジングの下流側の排気通路に設けられた触媒とを備えているとともに、前記過給機として、タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構を備えた可変ノズルベーン式の過給機が装備された内燃機関の制御装置を前提としている。

そして、このような過給機付き内燃機関の制御装置において、加速時または減速時に、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が、前記過給機のタービンハウジングから触媒までの排気ガス通過空間における空間共鳴域に入る流速に到達した際に、当該ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が前記空間共鳴域の外の流速となるように、前記スロットルバルブの開度、前記ＥＧＲバルブの開度、前記ノズルベーンの開度のいずれか１つまたは複数の開度を調整して前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を制御する流速制御手段を備えていることを技術的特徴としている。

本発明によれば、ノズルベーン後端で発生する圧力脈動の周波数と、ノズルベーンを通過する排気ガスの流速（ノズルベーン後端の流速）とが比例する点を利用し、加速時または減速時（内燃機関の加速時または減速時）に、ノズルベーンを通過する排気ガスの流速（以下、ＶＮ通過流速ともいう）が上記空間共鳴域に入る流速に到達した際に、当該ＶＮ通過流速が空間共鳴域の外の流速となるように、スロットルバルブの開度、ＥＧＲバルブの開度、ノズルベーンの開度のいずれか１つまたは複数の開度を制御して、ＶＮ通過流速を変更（ＶＮ通過流速を大きくする側またはＶＮ通過流速を小さくする側に変更）しているので、空間共鳴域を速やかに通過することができる。これによって、ノズルベーン後端で発生する圧力脈動の周波数が空間共鳴域で増幅される時間を短くすることができ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。しかも、加速時または減速時において空間共鳴域を通過する間の短時間だけ、ＶＮ通過流速を変更するだけよいので、要求過給圧（空気量）を確保しつつ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。

本発明の具体的な構成として、ＶＮ通過流速を、ターボチャージャのタービンホイール（ノズルベーン）に向かう排気ガスの流量に関係するパラメータである、過給圧（空気量）、吸気温、燃料噴射量（燃焼ガス量）、スロットルバルブの開度、ＥＧＲバルブの開度及びノズルベーンの開度に基づいて推定する。そして、その推定ＶＮ通過流速が上記空間共鳴域に入る流速に到達した際に、当該ＶＮ通過流速が空間共鳴域の外の流速となるように、スロットルバルブの開度、ＥＧＲバルブの開度、ノズルベーンの開度のいずれか１つまたは複数の開度を調整してＶＮ通過流速を変更する、という構成を挙げることができる。なお、減速時（アクセルＯＦＦ時）にはフューエルカット状態になるので、上記燃料噴射量（燃焼ガス量）は「０」として扱う。

本発明の具体的な制御について以下に説明する。

まず、加速時に、ＶＮ通過流速が上記空間共鳴域に入る流速（例えば、図９に示すＡ点の流速ｖｎａ）に到達した場合、スロットルバルブの開度、ＥＧＲバルブの開度、ノズルベーンの開度を制御してＶＮ通過流速を通常制御（目標過給圧を確保する制御）時よりも大きくする。このように、加速時に、空間共鳴域に到達した際に、ＶＮ通過流速を通常制御時よりも大きくすることで、空間共鳴域を抜ける流速（図９に示すＢ点の流速ｖｎｂ）に速やかに移行することができるので、空間共鳴域（図９に示すＡ〜Ｂ区間）を短時間で通過することができる。

この場合、ＥＧＲバルブの開度を閉じ側の所定値に設定したうえで、ノズルベーンの開度を閉じる側に制御することによりＶＮ通過流速を大きくする。具体的には、ＥＧＲバルブの開度を、適切なエミッションを確保できる範囲内で可能な限り小さな値（閉じ側の開度）に設定したうえで、ノズルベーンの開度を、ドライバビリティ等を考慮して可能な限り閉じ側の値に設定することによって、ＶＮ通過流速を通常制御時よりも大きくする。このような設定を行えば、エミッション及びドライバビリティの低下を招くことなく、加速時に上記空間共鳴域を短時間で通過できるようになる。

ここで、加速時において、上述の如く、ＥＧＲバルブの開度及びノズルベーンの開度を閉じ側に設定すると、ターボ回転数上昇により過給圧が過大となる可能性がある。この点を考慮し、ＶＮ通過流速が空間共鳴域内の流速である間、スロットルバルブの開度を調整（閉じ側に調整）して、過給圧の過度な上昇を制限（ガード）するようにしてもよい。

また、加速時の具体的な制御として、ＶＮ通過流速が上記空間共鳴域に入る流速に到達した時点から所定時間が経過するまでの間、上記ＶＮ通過流速を通常制御（目標過給圧を確保する制御）時よりも大きくする制御を継続し、所定時間が経過した時点で通常制御に戻すという制御を挙げることができる。

上記所定時間は、加速時においてＶＮ通過流速が通常制御時よりも大きい場合に、空間共鳴域を通過（図９に示す空間共鳴域Ｒａの区間Ａ〜Ｂを通過）するのに必要な時間であって、実験・シミュレーション等によって適合した値を設定する。このような設定により、空間共鳴域を確実に通過した後に通常制御に戻すことができるので、圧力脈動に起因する異音の発生を確実に抑制することができる。

また、このようにしてＶＮ通過流速を大きくする制御を終了するタイミング、つまり、空間共鳴域の通過後に通常制御に戻すタイミングを時間で管理することにより、空間共鳴域を通過したことを判定することなく、ＥＧＲバルブ開度やノズルベーンの開度等を通常制御の開度に戻すことができる。

次に、減速時の具体的な制御について説明する。

まず、減速時に、ＶＮ通過流速が上記空間共鳴域に入る流速（例えば、図９に示すＢ点の流速ｖｎｂ）に到達した場合、スロットルバルブの開度、ＥＧＲバルブの開度、ノズルベーンの開度のいずれか１つまたは複数の開度を制御してＶＮ通過流速を通常制御（目標過給圧を確保する制御）時よりも小さくする。このように、減速時に、空間共鳴域に到達した際に、ＶＮ通過流速を通常制御時よりも小さくすることで、空間共鳴域を抜ける流速（図９に示すＡ点の流速ｖｎａ）に速やかに移行することができるので、空間共鳴域（図９に示すＢ〜Ａ区間）を短時間で通過することができる。

この場合、ＥＧＲバルブの開度を開き側の所定値に設定したうえで、前記ノズルベーンの開度を開く側に制御することによりＶＮ通過流速を小さくする。具体的には、ＥＧＲバルブの開度を、適切なエミッションを確保できる範囲内で可能な限り大きな値（開き側の開度）に設定したうえで、ノズルベーンの開度を、ドライバビリティ等を考慮して可能な限り開き側の値に設定することによって、ＶＮ通過流速を通常制御時よりも小さくする。このような設定を行えば、エミッション及びドライバビリティの低下を招くことなく、上記空間共鳴域を短時間で通過できるようになる。

また、減速時の具体的な制御として、ＶＮ通過流速が上記空間共鳴域に入る流速に到達した時点から所定時間が経過するまでの間、上記ＶＮ通過流速を通常制御（目標過給圧を確保する制御）時よりも小さくする制御を継続し、所定時間が経過した時点で通常制御に戻すという制御を挙げることができる。

上記所定時間は、減速時においてＶＮ通過流速が通常制御時よりも小さい場合に、空間共鳴域を通過（図９に示す空間共鳴域Ｒａの区間Ｂ〜Ａを通過）するのに必要な時間であって、実験・シミュレーション等によって適合した値を設定する。このような設定により、空間共鳴域を確実に通過した後に通常制御に戻すことができるので、圧力脈動に起因する異音の発生を確実に抑制することができる。

また、このようにして、減速時において、ＶＮ通過流速を小さくした制御を終了するタイミング、つまり、空間共鳴域の通過後に通常制御に戻すタイミングを時間で管理することにより、空間共鳴域を通過したことを判定することなく、ＥＧＲバルブ開度やノズルベーンの開度等を通常制御に戻すことができる。

本発明の他の具体的な手段として、加速時または減速時（内燃機関の加速時または減速時）に、ノズルベーンを通過する排気ガスの流速（ＶＮ通過流速）に比例する圧力脈動の周波数が、過給機のタービンハウジングから触媒までの排気ガス通過空間における空間共鳴域に入る周波数に到達した際に、当該圧力脈動周波数が上記空間共鳴域から外れるように、スロットルバルブの開度、ＥＧＲバルブの開度、ノズルベーンの開度のいずれか１または複数を調整してノズルベーンを通過する排気ガスの流速を制御する、という構成を挙げることができる。

このような制御においても、加速時または減速時に上記空間共鳴域を速やかに通過することができる。これによってノズルベーン後端で発生する圧力脈動の周波数が空間共鳴域で増幅される時間を短くすることができ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。しかも、加速時または減速時において空間共鳴域を通過する間の短時間だけ、ＶＮ通過流速を変更するだけよいので、要求過給圧（空気量）を確保しつつ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。

ここで、この制御おいても、上述した制御と同様に、加速時に、圧力脈動の周波数が空間共鳴域に入る周波数に到達した場合、ＥＧＲバルブの開度を閉じ側の所定値に設定したうえで、ノズルベーンの開度を閉じる側に制御することによりＶＮ通過流速を通常制御時よりも大きくするという制御を行う。また、減速時に、圧力脈動の周波数が空間共鳴域に入る周波数に到達した場合、ＥＧＲバルブの開度を開き側の所定値に設定したうえで、ノズルベーンの開度を開く側に制御することによりＶＮ通過流速を通常制御時よりも小さくするという制御を行う。

なお、この制御において、加速時または減速時に空間共鳴域に到達した際の制御、例えばスロットルバルブの開度、ＥＧＲバルブの開度、ノズルベーンの開度などの制御については、上記説明で列記した各種手法を適用することができる。

本発明の他の具体的な手段として、吸気通路に配置されたスロットルバルブと、吸気通路に設けられたコンプレッサインペラ及び排気通路に設けられたタービンホイールを有する過給機と、前記過給機のタービンハウジングの下流側の排気通路に設けられた触媒とを備えているとともに、前記過給機として、タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構を備えた可変ノズルベーン式過給機が装備された内燃機関の制御装置において、加速時または減速時（内燃機関の加速時または減速時）に、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が、前記過給機のタービンハウジングから触媒までの排気ガス通過空間における空間共鳴域に入る流速に到達した際に、当該ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が前記空間共鳴域の外の流速となるように、前記スロットルバルブの開度または前記ノズルベーンの開度のいずれか一方または両方の開度を調整して前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を制御する、という構成を挙げることができる。

このような制御においても、加速時または減速時に上記空間共鳴域を速やかに通過することができる。これによってノズルベーン後端で発生する圧力脈動の周波数が空間共鳴域で増幅される時間を短くすることができ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。しかも、加速時または減速時において空間共鳴域を通過する間の短時間だけ、ＶＮ通過流速を変更するだけよいので、要求過給圧（空気量）を確保しつつ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。

また、他の具体的な手段として、吸気通路に配置されたスロットルバルブと、吸気通路に設けられたコンプレッサインペラ及び排気通路に設けられたタービンホイールを有する過給機と、前記過給機のタービンハウジングの下流側の排気通路に設けられた触媒とを備えているとともに、前記過給機として、タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構を備えた可変ノズルベーン式過給機が装備された内燃機関の制御装置において、加速時または減速時（内燃機関の加速時または減速時）に、ノズルベーンを通過する排気ガスの流速（ＶＮ通過流速）に比例する圧力脈動の周波数が、過給機のタービンハウジングから触媒までの排気ガス通過空間における空間共鳴域に入る周波数に到達した際に、当該圧力脈動周波数が上記空間共鳴域から外れるように、前記スロットルバルブの開度または前記ノズルベーンの開度のいずれか一方または両方の開度を調整してノズルベーンを通過する排気ガスの流速を制御する、という構成を挙げることができる。

このような制御においても、加速時または減速時に上記空間共鳴域を速やかに通過することができる。これによってノズルベーン後端で発生する圧力脈動の周波数が空間共鳴域で増幅される時間を短くすることができ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。しかも、加速時または減速時において空間共鳴域を通過する間の短時間だけ、ＶＮ通過流速を変更するだけよいので、要求過給圧（空気量）を確保しつつ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。

本発明によれば、内燃機関（過給機）側の制御で、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。

本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。 エンジンに装備されるターボチャージャの一例を示す縦断面図である。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの外側から見た図である。なお、図３ではノズルベーンが開き側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの内側から見た図である。なお、図４ではノズルベーンが開き側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの外側から見た図である。なお、図５ではノズルベーンが閉じ側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの内側から見た図である。なお、図６ではノズルベーンが閉じ側にある状態を示している。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 ノズルベーンを通過する排気ガスの流れを模式的に示す図である。 ノズルベーン後端で発生する圧力脈動及び空間共鳴域を模式的に示す図である。 加速時のＶＮ通過流速制御の一例を示すフローチャートである。 減速時のＶＮ通過流速制御の一例を示すフローチャートである。 ＥＧＲバルブ開度（加速時）を算出するマップの一例を示す図である。 ＥＧＲバルブ開度（減速時）を算出するマップの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジン−
本発明を適用するエンジン（内燃機関）の概略構成について図１を参照して説明する。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。

図１に示すエンジン１は、筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンであって、その各気筒を構成するシリンダブロック１ａ内には上下方向に往復動するピストン１ｃが設けられている。ピストン１ｃはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。エンジン１のクランクシャフト１５は、変速機（図示せず）に連結されており、エンジン１からの動力を変速機を介して車両の駆動輪（図示せず）に伝達することができる。

クランクシャフト１５にはシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には複数の突起（歯）１７ａ・・１７ａが等角度ごとに設けられている。シグナルロータ１７の側方近傍にはエンジン回転数センサ（クランクポジションセンサ）２５が配置されている。エンジン回転数センサ２５は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の突起１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

エンジン１のシリンダブロック１ａにはエンジン冷却水温を検出する水温センサ２１が配置されている。また、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが設けられており、このシリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間に燃焼室１ｄが形成されている。

エンジン１のシリンダブロック１ａの下側には、エンジンオイルを貯留するオイルパン１８が設けられている。このオイルパン１８に貯留されたエンジンオイルは、エンジン１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナを介してオイルポンプによって汲み上げられ、さらにオイルフィルタで浄化された後に、ピストン１ｃ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などに供給され、各部の潤滑・冷却等に使用される。

エンジン１のシリンダヘッド１ｂには、エンジン１の燃焼室１ｄ内に燃料を直接噴射するためのインジェクタ２が設けられている。インジェクタ２にはコモンレール（蓄圧室）３が接続されており、インジェクタ２が開弁状態となっている間、コモンレール３内の燃料がインジェクタ２から燃焼室１ｄ内に噴射される。

コモンレール３には、このコモンレール３内の高圧燃料の圧力（レール圧）を検出するためのレール圧センサ２４が配置されている。コモンレール３には燃料ポンプであるサプライポンプ４が接続されている。

サプライポンプ４は、エンジン１のクランクシャフト１５の回転力よって駆動される。このサプライポンプ４の駆動により燃料タンク４０から燃料をコモンレール３に供給し、インジェクタ２を所定のタイミングで開弁することによってエンジン１の各気筒の燃焼室１ｄ内に燃料が噴射される。この噴射された燃料は燃焼室１ｄ内で燃焼され排気ガスとなって排気される。なお、インジェクタ２の開弁タイミング（噴射期間）は、後述するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。

エンジン１の燃焼室１ｄには吸気通路１１と排気通路１２が接続されている。吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。

また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの各回転によって行われる。

吸気通路１１には、エアクリーナ（図示せず）、吸入空気量（新規空気量）を検出するエアフロメータ２２、後述するターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１１２、ターボチャージャ１００での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ７、吸気温センサ２３、スロットルバルブ６、及び、インテークマニホールド１１ａ内の圧力（過給圧）を検出するインマニ圧センサ（過給圧センサ）２８などが配置されている。

スロットルバルブ６は、インタークーラ７（ターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２）の下流側（吸入空気流れの下流側）の吸気通路１１に配置されている。スロットルバルブ６は電子制御式のバルブであって、スロットルモータ６０によって開度が調整される。スロットルバルブ６の開度（スロットル開度）はスロットル開度センサ２６によって検出される。この例のスロットルバルブ６は、運転者のアクセルペダル操作とは独立してスロットル開度を電子的に制御することが可能である。

排気通路１２には、前段のＳ／Ｃ触媒（スタート触媒）８１と、後段のＵ／Ｆ触媒（アンダーフロア触媒）８２とが配置されている。Ｓ／Ｃ触媒８１は、例えば、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などを浄化可能な三元触媒によって構成されている。また、Ｕ／Ｆ触媒８２は、例えば、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するとともに、吸蔵しているＮＯｘを還元する機能を有するＮＯｘ触媒（例えば、ＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒）によって構成される。

−ターボチャージャ−
エンジン１には、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ（過給機）１００が装備されている。

ターボチャージャ１００は、図１及び図２に示すように、排気通路１２に配置されたタービンホイール１０１、吸気通路１１に配置されたコンプレッサインペラ１０２、及び、これらタービンホイール１０１とコンプレッサインペラ１０２とを一体に連結する連結シャフト１０３などによって構成されており、排気通路１２に配置のタービンホイール１０１が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路１１に配置のコンプレッサインペラ１０２が回転する。そして、コンプレッサインペラ１０２の回転により吸入空気が過給され、エンジン１の各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。

なお、タービンホイール１０１はタービンハウジング１１１内に収容されており、コンプレッサインペラ１０２はコンプレッサハウジング１１２内に収容されている。また、連結シャフト１０３を支持するフローティングベアリング１０４，１０４はセンターハウジング１１３内に収容されており、このセンターハウジング１１３の両側に上記タービンハウジング１１１とコンプレッサハウジング１１２とが取り付けられている。

この例のターボチャージャ１００は、可変ノズル式ターボチャージャ（ＶＮＴ）であって、タービンホイール１０１側に可変ノズルベーン機構１２０が設けられており、この可変ノズルベーン機構１２０の開度（以下、ＶＮ開度ともいう）を調整することによってエンジン１の過給圧を調整することができる。可変ノズルベーン機構１２０の詳細については後述する。

−ＥＧＲ装置−
また、エンジン１にはＥＧＲ装置５が装備されている。ＥＧＲ装置５は、吸入空気に排気ガスの一部を導入することで、燃焼室１ｄ内の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させる装置である。

ＥＧＲ装置５は、図１に示すように、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１よりも上流側（排気ガス流れの上流）の排気通路１２と、インタークーラ７（ターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２）の下流側（吸入空気流れの下流側）の吸気通路１１とを連通するＥＧＲ通路５１、このＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲ触媒（例えば、酸化触媒）５２、ＥＧＲクーラ５３、及び、ＥＧＲバルブ５４などによって構成されている。そして、このような構成のＥＧＲ装置５において、ＥＧＲバルブ５４の開度を調整することにより、ＥＧＲ率［ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋吸入空気量（新規空気量））（％）］を変更することができ、排気通路１２から吸気通路１１に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。

なお、ＥＧＲ装置５には、ＥＧＲクーラ５３をバイパスするＥＧＲバイパス通路及びＥＧＲバイパス切替バルブを設けておいてもよい。

−可変ノズルベーン機構
次に、ターボチャージャ１００の可変ノズルベーン機構１２０について図１〜図６を参照して説明する。

この例の可変ノズルベーン機構１２０は、ターボチャージャ１００のタービンハウジング１１１とセンターハウジング１１３との間に形成されたリンク室１１４に配設されている。

可変ノズルベーン機構１２０は、環状のユニゾンリング１２２と、このユニゾンリング１２２の内周側に位置し、ユニゾンリング１２２に一部が係合する複数の開閉アーム１２３・・１２３と、その各開閉アーム１２３を駆動するためのメインアーム１２４と、各開閉アーム１２３に連結され、各ノズルベーン１２１を駆動するためのベーンシャフト１２５と、各ベーンシャフト１２５を保持するノズルプレート１２６とを備えている。

可変ノズルベーン機構１２０は、等間隔に配設された複数（例えば１２枚）のノズルベーン１２１・・１２１の回動角度（回動姿勢）を調整するための機構である。それら複数のノズルベーン１２１・・１２１はタービンホイール１０１の外周側に配置されている。各ノズルベーン１２１は、ノズルプレート１２６上に配置されており、ベーンシャフト１２５を中心として所定の角度だけ回動することが可能となっている。

可変ノズルベーン機構１２０は、メインアーム１２４に連結される駆動リンク１２７を所定の角度だけ回動させることにより、その回動力がメインアーム１２４、ユニゾンリング１２２及び各開閉アーム１２３を介して各ノズルベーン１２１に伝達され、各ノズルベーン１２１が連動して回動する。

具体的には、駆動リンク１２７は、駆動シャフト１２８を中心に回動可能となっている。駆動シャフト１２８は、駆動リンク１２７及びメインアーム１２４と回動一体に連結されている。そして、駆動リンク１２７の回動にともなって駆動シャフト１２８が回動すると、この回動力がメインアーム１２４に伝達される。メインアーム１２４の内周側端部は駆動シャフト１２８に固定されている。メインアーム１２４の外周側端部はユニゾンリング１２２に係合しており、上記駆動シャフト１２８を中心としてメインアーム１２４が回動すると、その回動力がユニゾンリング１２２に伝達される。

ユニゾンリング１２２の内周面には、各開閉アーム１２３の外周側端部が嵌まり合っており、ユニゾンリング１２２が回動すると、この回動力が各開閉アーム１２３に伝達される。具体的には、ユニゾンリング１２２はノズルプレート１２６に対して周方向に摺動可能に配設されており、このユニゾンリング１２２の内周縁に設けられた複数の凹部１２２ａに、メインアーム１２４及び各開閉アーム１２３の外周側端部が嵌め合わされており、ユニゾンリング１２２の回転力が各開閉アーム１２３に伝達される。

上記ノズルプレート１２６はタービンハウジング１１１に固定されている。ノズルプレート１２６にはピン１２６ａ（図３及び５参照）が差し込まれており、このピン１２６ａにはローラ１２６ｂが嵌め合わされている。ローラ１２６ｂはユニゾンリング１２２の内周面をガイドする。これにより、ユニゾンリング１２２はローラ１２６ｂに保持されて所定方向に回動することが可能となっている。

また、上記各開閉アーム１２３は、ベーンシャフト１２５を中心に回動可能となっている。各ベーンシャフト１２５はノズルプレート１２６に回転自在に支持されており、これらベーンシャフト１２５により、開閉アーム１２３と上記ノズルベーン１２１とが回動一体に連結されている。そして、ユニゾンリング１２２の回動にともなって各開閉アーム１２３が回動すると、この回動が各ベーンシャフト１２５に伝達される。これにより、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５及び開閉アーム１２３とともに回動する。

上記タービンホイール１０１を収容しているタービンハウジング１１１にはタービンハウジング渦室１１１ａが設けられており、このタービンハウジング渦室１１１ａに排気ガスが供給され、その排気ガスの流れによってタービンホイール１０１がする。この際、上述したように、各ノズルベーン１２１の回動位置が調整されて、その回動角度を設定することにより、タービンハウジング渦室１１１ａからタービンホイール１０１へ向かう排気の流量及び流速を調整することができる。これによって、過給性能を調整することが可能になり、例えば、エンジン１の低回転時にノズルベーン１２１同士の間の流路面積（スロート面積）を減少させるように各ノズルベーン１２１回動位置（変位）を調整すれば、排気ガスの流速が増加して、エンジン低速域から高い過給圧を得ることが可能になる。

上記可変ノズルベーン機構１２０の駆動リンク１２７はロッド１２９に接続されている。このロッド１２９は棒状部材であって、ＶＮアクチュエータ１４０に連結されている。ＶＮアクチュエータ１４０は、電動モータ（ＤＣモータ）１４１と、この電動モータ１４１の回転を直線運動に変換して上記ロッド１２９に伝達する変換機構（例えば、ウォームギヤ及びこのウォームギヤに噛み合うウォームホイールを有するギヤ機構等：図示せず）とを備えている。

ＶＮアクチュエータ１４０はＥＣＵ２００によって駆動制御される。ＥＣＵ２００は、例えば、エンジン運転状態から要求されるノズルベーン開度要求値などに応じて電動モータ１４１の通電制御を行う。なお、電動モータ１４１には車載バッテリ（図示せず）からの電力が供給される。

そして、電動モータ１４１の通電制御（回転駆動）により、電動モータ１４１が回転すると、その回転力が上記回転機構を介してロッド１２９に伝わり、このロッド１２９の移動（前進・後退）に伴って駆動リンク１２７が回動することにより、各ノズルベーン１２１が回動（変位）する。

具体的には、図３に示すように、ロッド１２９を図中矢印Ｘ１方向に引くことで（ロッド１２９の後退）、ユニゾンリング１２２が図中矢印Ｙ１方向に回動し、図４に示すように、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５を中心に図中反時計回り方向（Ｙ１方向）に回動してノズルベーン開度（ＶＮ開度）が大きく設定される。

一方、図５に示すように、ロッド１２９を図中矢印Ｘ２方向に押すことで（ロッド１２９の前進）、ユニゾンリング１２２が図中矢印Ｙ２方向に回動し、図６に示すように、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５を中心に図中時計回り方向（Ｙ２方向）に回動してノズルベーン開度（ＶＮ開度）が小さく設定される。

以上のエンジン１、ターボチャージャ１００のＶＮアクチュエータ１４０（電動モータ１４１）、スロットルバルブ６を開閉駆動するスロットルモータ６０、及び、ＥＧＲバルブ５４などの各部はＥＣＵ２００によって制御される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、図７に示すように、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及びバックアップＲＡＭ２０４などを備えている。

ＲＯＭ２０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及びバックアップＲＡＭ２０４は、バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５及び出力インターフェース２０６と接続されている。

入力インターフェース２０５には、水温センサ２１、エアフロメータ２２、吸気温センサ２３、レール圧センサ２４、エンジン回転数センサ２５、スロットルバルブ６の開度を検出するスロットル開度センサ２６、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２７、インマニ圧センサ（過給圧センサ）２８、及び、車速センサ２９などが接続されている。

出力インターフェース２０６には、インジェクタ２、スロットルバルブ６のスロットルモータ６０、ＥＧＲバルブ５４、及び、ターボチャージャ１００の可変ノズルベーン機構１２０の開度を調整するＶＮアクチュエータ１４０（電動モータ１４１）などが接続されている。

ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１のスロットルバルブ６の開度制御、燃料噴射量・噴射時期制御（インジェクタ２の開閉制御）、及び、ＥＧＲ制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ２００は、下記の「ＶＮ通過流速制御」を実行する。

以上のＥＣＵ２００により実行されるプログラムによって本発明の過給機付きエンジン（内燃機関）の制御装置が実現される。

−ＶＮ通過流速の制御−
まず、ノズルベーン１２１を通過する排気ガスの流速（ＶＮ通過流速）について説明する。

ターボチャージャ１００に可変ノズルベーン機構１２０を設けた場合、図８に示すように、排気ガスはノズルベーン１２１を通過してタービンホイール１０１に向けて流れる。上述したように、ノズルベーン１２１を通過する排気ガスの流速が大きくなると、ノズルベーン１２１の後流に排気ガスの乱れが発生する。排気ガス乱れの代表的なものはランキン渦である。

ランキン渦はノズルベーン後端で発生し、排気ガスの流速に比例した周波数成分を有する圧力脈動となることが判っている。つまり、ランキン渦の渦放周波数ｆは、理論式［ｆ＝Ｓｔ＊Ｕ／Ｄ Ｓｔ：ストロハル数（定数）、Ｕ：流速、Ｄ：後流の幅］の関係を満足しているので、そのランキン渦によって生じる圧力脈動は、ノズルベーン１２１を通過する排気ガスの流速（ノズルベーン後端の流速）に比例した周波数成分を有する。そして、そのような圧力脈動の周波数が、タービンハウジング１１１内の空間及び排気管１２ａ（タービンハウジング〜触媒の排気ガス通路）内の空間の空間共鳴にて増幅されると、車両排気管を通じて排気口からの吐出音となってしまい、その異音が問題となる。

なお、ノズルベーン１２１の後端で発生する圧力脈動の周波数とＶＮ通過流速とが比例することについては、本発明の発明者の実験・シミュレーション等によっても確認できている。

具体的には、図２〜図６に示す可変ノズルベーン機構１２０を備えたターボチャージャ（ＶＮＴ）１００において、ターボ回転数を同一（タービンホイール１０１へのガス流量を同一）として、［サンプルＳ１：ＶＮ開度をある開度値に設定した場合］と、［サンプルＳ２：上記［サンプルＳ１］に対してＶＮ開度を変更して、ノズルベーン間の流路面積（スロート面積）を１／２に設定した場合（ＶＮ通過流速が［サンプルＳ１］の２倍の場合）］とについて、ノズルベーン１２１の後端で発生する圧力脈動の周波数を調査（計測）したところ、［サンプルＳ２］の場合の周波数が、［サンプルＳ１］の場合の周波数のほぼ２倍になること、つまり、圧力脈動の周波数はノズルベーンを通過する排気ガスの流速（ノズルベーン後端の流速）に比例することが確認できた。

そして、この例では、以上のような問題点を考慮し、上記ノズルベーン後端で発生する圧力脈動の周波数とＶＮ通過流速とが比例する点を利用して、加速時または減速時に、ＶＮ通過流速が、タービンハウジング１１１からＳ／Ｃ触媒８１までの排気ガス通過空間における空間共鳴域（図９参照）に入る流速に到達した際に、当該ＶＮ通過流速が上記空間共鳴域の外の流速となるように、スロットルバルブ６の開度（以下、スロットル開度ともいう）、ＥＧＲバルブ５４の開度（以下、ＥＧＲバルブ開度ともいう）、ＶＮ開度を調整してＶＮ通過流速を制御することによって、ノズルベーン１２１の後端で生じる圧力脈動に起因する異音を抑制することを技術的特徴としている。

その具体的なＶＮ通過流速制御の例について以下に説明する。

＜空間共鳴域＞
この例のＶＮ通過流速制御に用いる空間共鳴域について説明する。

まず、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）を用いて、対象とするエンジン１について、ターボチャージャ１００のタービンハウジング１１１内部の空間形状、及び、そのタービンハウジング１１１の出口からＳ／Ｃ触媒８１までの排気管１２ａ（Ｓ／Ｃ触媒８１のケーシング８１ｂ内の空間の一部（ケーシング８１ｂの入口から触媒本体８１ａまでの空間）を含む：図１参照）の空間形状を特定し、［タービンハウジング〜触媒］の空間共鳴を評価して共鳴周波数を求める。そして、その結果を基に図９に示す空間共鳴域Ｒａを特定する。ここで、空間共鳴域Ｒａの周波数帯域（Ａ〜Ｂ区間）は、ノズルベーン１２１の後端で生じる圧力脈動の周波数が空間共鳴にて増幅された場合に、異音として感じる周波数域を考慮して経験的に適合した範囲（例えば、６００Ｈｚ〜１ｋＨｚ）とする。

そして、このようにして特定した空間共鳴域Ｒａの下限側（周波数が低い側）の流速値（Ａ点の流速ｖｎａ）と、空間共鳴域Ｒａの上限側（周波数が高い側）の流速値（Ｂ点の流速ｖｎｂ）とを求めておく。具体的には、空間共鳴域Ｒａの下限の周波数（例えば６００Ｈｚ）を用いて、上記したランキン渦の理論式［ｆ＝Ｓｔ＊Ｕ／Ｄ Ｓｔ：ストロハル数（定数）、Ｕ：流速、Ｄ：後流の幅］からＡ点の流速ｖｎａを算出する。また、同様にして、空間共鳴域Ｒａの上限の周波数（例えば１ｋＨｚ）を用いてランキン渦の理論式からＢ点の流速ｖｎｂを算出する。これらＡ点の流速ｖｎａ及びＢ点の流速ｖｎｂはＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２内に記憶しておく。

なお、上記空間共鳴域Ｒａについては、エンジン実機を用いた実験等によって［タービンハウジング〜触媒］の空間共鳴の周波数を取得して空間共鳴域Ｒａを特定するようにしてもよい。

＜加速時のＶＮ通過流速制御＞
次に、加速時のＶＮ通過流速制御について、図１０のフローチャートを参照して説明する。図１０の制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返して実行される。

まず、ステップＳＴ１０１において、エンジン１の加速時であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０１の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（加速時である場合）はステップＳＴ１０２に進む。

なお、エンジン１が加速時であるか否かの判定は、例えば、車両走行中等において、アクセルペダルが踏み込まれて、アクセル開度センサ２７にて検出されるアクセル開度が所定以上になったとき（または、アクセル開度の変化率（上昇率）が所定値以上になったとき）に「加速時」であると判定するようにすればよい。

ステップＳＴ１０２では、上記した空間共鳴域Ｒａの下限側の流速ｖｎａ（図９のＡ点の流速）を読み込む。

次に、ステップＳＴ１０３においてＶＮ通過流速を推定する。具体的には、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１（ノズルベーン１２１）に向かう排気ガスの流量に関係するパラメータである、過給圧（空気量）、吸気温、燃料噴射量（燃焼ガス量）、スロットル開度、ＥＧＲバルブ開度、及び、ＶＮ開度に基づいて、予め実験・シミュレーション等によって適合された推定マップを用いてＶＮ通過流速を推定する。ここで、ＶＮ通過流速推定に用いるパラメータのうち、過給圧及び吸気温については、それぞれ、インマニ圧センサ（過給圧センサ）２８及び吸気温センサ２３の各出力信号から算出する。また、燃料噴射量、スロットル開度、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度については、いずれも指令値（要求値）から求める。

このステップＳＴ１０３のＶＮ通過流速の推定処理は、ステップＳＴ１０４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）になるまで、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返して実行される。つまり、ＶＮ通過流速の推定値は順次更新されていく。

次に、ステップＳＴ１０４において、上記ステップＳＴ１０３で推定した推定ＶＮ通過流速が上記空間共鳴域Ｒａの下限側の流速ｖｎａ（図９のＡ点の流速）に到達したか否かを判定する。その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合は通常制御を継続する（ステップＳＴ１０８）。ここで、通常制御は、目標過給圧（空気量）を確保するための制御であって、例えば、現状のエンジン１の運転状態に基づいて、燃費・エミッション等を考慮したマップ（通常制御時のマップ）を参照して、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を調整する制御である。なお、スロットル開度については、暖機後に一定の開度（例えば「全開」）に設定される。

そして、ステップＳＴ１０４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となったときに、空間共鳴域Ｒａから外すためのＥＧＲバルブ開度、ＶＮ開度、スロットル開度を演算する（ステップＳＴ１０５）。その具体的な例について説明する。

まず、ＥＧＲバルブ開度については図１２に示すマップを用いて算出する。図１２のＥＧＲバルブ開度マップは、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃとをパラメータとして、エミッション等を考慮して実験・シミュレーション等によって適合した値（ＥＧＲバルブ開度：Ｖｅｇｒａ）をマップ化したものであって、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２内に記憶されている。図１２のマップの各値（Ｖｅｇｒａ）は、通常制御時のマップよりも閉じ側の値であって、適切なエミッションを確保できる範囲内で可能な限り小さな値が設定されている。

ＶＮ開度については、上記演算によりＥＧＲバルブ開度（閉じ側の所定値）を決定したうえで、ドライバビリティ等を考慮して可能な限り閉じ側の値とする。このＶＮ開度についても、上記したＥＧＲバルブ開度の演算と同様に、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＡｃｃとをパラメータとするＶＮ開度マップを用いて算出するようにしてもよい。

スロットル開度については、通常制御時と同じ値（例えば「全開」）としておいてもよい。また、上記したようにＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度をともに閉じる側に設定するので、ターボ回転数上昇により過給圧が過大となる場合がある点を考慮し、その過給圧の過度な上昇を制限（ガード）できる開度（閉じ側の開度）としておいてもよい。

次に、ステップＳＴ１０６において、上記ステップＳＴ１０５で求めたＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度（スロットル開度も含む場合もある）に基づいて、ＥＧＲバルブ５４及びＶＮコントローラ１４０の電動モータ１４１の各駆動（スロットルモータ６０の駆動を含む場合もある）を制御して、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を閉じ側に変更することによってＶＮ通過流速を通常制御時よりも大きくする。

ステップＳＴ１０７では、上記ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を閉じ側に変更した後の経過時間が所定時間Δｔに達したか否かを判定する。この所定時間Δｔは、加速時にＶＮ通過流速を通常制御時よりも大きくした場合（空間共鳴域Ｒａの通過時間を短くした場合）に、図９に示す空間共鳴域Ｒａの区間Ａ〜Ｂを通過するに必要な時間であって、実験・シミュレーション等によって適合した値（例えば、０．５ｓｅｃ）が設定される。

上記ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を閉じ側に変更した後の経過時間が所定時間Δｔに達しておらず、ステップＳＴ１０７の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合には、この経過時間が所定時間Δｔに達するまで待機する。そして、ステップＳＴ１０７の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点、つまり、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を閉じ側に変更した後の経過時間が所定時間Δｔに達した時点で、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度（スロットル開度も含む場合もある）を通常制御時の開度つまり目標過給圧を確保するための開度に戻す（ステップＳＴ１０８）。

以上のように、この例の制御によれば、エンジン１の加速時に、ＶＮ通過流速が空間共鳴域Ｒａの流速（ｖｎａ）に到達した際に、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を閉じ側に変更（スロットル開度の変更も含む場合もある）してＶＮ通過流速を通常制御時よりも大きくしているので、空間共鳴域Ｒａを抜ける流速つまり図９に示すＢ点の流速ｖｎｂに速やかに移行することができ、空間共鳴域Ｒａ（図９に示すＡ〜Ｂ区間）を短時間で通過することができる。

これによって、ノズルベーン１２１の後端で発生する圧力脈動の周波数が空間共鳴域で増幅される時間を短くすることができ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。しかも、加速過程において空間共鳴域Ｒａを通過する間の短時間だけ、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を閉じ側に変更するだけでよいので、要求過給圧（空気量）を確保しつつ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。

なお、この例の制御では、空間共鳴域Ｒａを通過した後に通常制御に戻すタイミングを時間Δｔで管理しているが、空間共鳴域Ｒａを通過したこと（図９に示すＢ点に達したこと）を判定して通常制御に戻すようにしてもよい。

ここで、以上の図１０に示す制御では、エンジン１の加速時に、ＶＮ通過流速（推定値）が空間共鳴域Ｒａに入る流速ｖｎａ（図９のＡ点の流速）に到達した際に、ＶＮ通過流速を大きくする制御を行っているが、エンジン１の加速時に、ＶＮ通過流速に比例する圧力脈動の周波数が空間共鳴域Ｒａに入る周波数に到達した際に、ＶＮ通過流速を大きくする制御を行うようにしてもよい。

この場合、エンジン１の加速時に、上記図１０のステップＳＴ１０３と同じ処理にてＶＮ通過流速を推定し、その推定ＶＮ通過流速を用いて上記したランキン渦の理論式［ｆ＝Ｓｔ＊Ｕ／Ｄ］から圧力脈動の周波数を逐次演算する。そして、その圧力脈動の周波数（演算値）が図９に示す空間共鳴域Ｒａに入る周波数に到達した際に、例えば、ＥＧＲバルブ５４及びＶＮコントローラ１４０の電動モータ１４１の各駆動を制御して、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を閉じ側に変更することによってＶＮ通過流速を通常制御時よりも大きくするという制御を行えばよい。

なお、この場合も、圧力脈動の周波数が上記空間共鳴域Ｒａに入る周波数に到達した時点から所定時間Δｔが経過するまでの間、上記ＶＮ通過流速を通常制御（目標過給圧を確保する制御）時よりも大きくする制御を継続し、所定時間でΔｔが経過した時点で通常制御に戻すようにすればよい。

＜減速時のＶＮ通過流速制御＞
次に、減速時のＶＮ通過流速制御について、図１１のフローチャートを参照して説明する。図１１の制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返して実行される。

まず、ステップＳＴ２０１において、エンジン１の減速時であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ２０１の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（減速時である場合）はステップＳＴ２０２に進む。なお、ステップＳＴ２０１において、アクセルＯＦＦ（アクセル開度センサ２７の出力信号から得られるアクセル開度が「０」）である場合に「減速時」と判定する。

ステップＳＴ２０２では、上記した空間共鳴域Ｒａの上限側の流速ｖｎｂ（図９のＢ点の流速）を読み込む。

次に、ステップＳＴ２０３においてＶＮ通過流速を推定する。具体的には、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１（ノズルベーン１２１）に向かう排気ガスの流量に関係するパラメータである、過給圧（空気量）、吸気温、スロットル開度、ＥＧＲバルブ開度、及び、ＶＮ開度に基づいて、予め実験・シミュレーション等によって適合された推定マップを用いてＶＮ通過流速を推定する。ここで、ＶＮ通過流速推定に用いるパラメータのうち、過給圧及び吸気温についてはそれぞれ上記インマニ圧センサ（過給圧センサ）２８及び吸気温センサ２３の各出力信号から算出する。また、スロットル開度、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度については、いずれも指令値（要求値）から求める。なお、減速時（アクセルＯＦＦ時）にはフューエルカット状態であるので、ステップＳＴ２０３でのＶＮ通過流速の推定処理においては、燃料噴射量（燃焼ガス量）＝０として扱う。

このステップＳＴ２０３のＶＮ通過流速の推定処理は、ステップＳＴ２０４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）になるまで、所定時間（例えば数ｍｓｅｃ）ごとに繰り返して行われる。つまり、ＶＮ通過流速の推定値は順次更新されていく。

次に、ステップＳＴ２０４において、上記ステップＳＴ２０３で推定した推定ＶＮ通過流速が上記空間共鳴域Ｒａの上限側の流速ｖｎｂ（図９のＢ点の流速）に到達したか否かを判定する。その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合は通常制御を継続する（ステップＳＴ２０８）。ここで、通常制御は、目標過給圧（空気量）を確保するための制御であって、例えば、現状のエンジン１の運転状態に基づいて、燃費・エミッション等を考慮したマップ（通常制御時のマップ）を参照して、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を調整する制御である。なお、スロットル開度については、暖機後に一定の開度（例えば「全開」）に設定される。

そして、ステップＳＴ２０４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となったときに、空間共鳴域Ｒａから外すためのＥＧＲバルブ開度、ＶＮ開度、スロットル開度を演算する（ステップＳＴ２０５）。その具体的な例について説明する。

まず、ＥＧＲバルブ開度については図１３に示すマップを用いて算出する。図１３のＥＧＲバルブ開度マップは、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃとをパラメータとして、エミッション等を考慮して実験・シミュレーション等によって適合した値（ＥＧＲバルブ開度：Ｖｅｇｒｂ）をマップ化したものであって、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２内に記憶されている。図１３のマップの各値（Ｖｅｇｒｂ）は、通常制御時のマップよりも開き側の値であって、適切なエミッションを確保できる範囲内で可能な限り大きな値が設定されている。

ＶＮ開度については、上記演算によりＥＧＲバルブ開度（開き側の所定値）を決定したうえで、ドライバビリティ等を考慮して可能な限り開き側の値とする。このＶＮ開度についても、上記したＥＧＲバルブ開度の演算と同様に、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＡｃｃとをパラメータとするＶＮ開度マップを用いて算出するようにしてもよい。

なお、減速時の場合、スロットル開度については、通常制御時と同じ値（例えば「全開」）としておく。

次に、ステップＳＴ２０６において、上記ステップＳＴ２０５で求めたＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度に基づいてＥＧＲバルブ５４及びＶＮコントローラ１４０の電動モータ１４１の各駆動を制御して、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を通常制御時よりも開き側に変更することによってＶＮ通過流速を通常制御時よりも小さくする。

ステップＳＴ２０７では、上記ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を開き側に変更した後の経過時間が所定時間Δｔに達したか否かを判定する。この所定時間Δｔは、減速時にＶＮ通過流速を通常制御時よりも小さくした場合（空間共鳴域Ｒａの通過時間を短くした場合）に、図９に示す空間共鳴域Ｒａの区間Ｂ〜Ａを通過するのに必要な時間であって、実験・シミュレーション等によって適合した値（例えば、０．５ｓｅｃ）が設定される。

上記ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を開き側に変更した後の経過時間が所定時間Δｔに達しておらず、ステップＳＴ２０７の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合には、この経過時間が所定時間Δｔに達するまで待機する。そして、ステップＳＴ２０７の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点、つまり、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を開き側に変更した後の経過時間が所定時間Δｔに達した時点で、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を通常制御時の開度に戻す（ステップＳＴ２０８）。

以上のように、この例の制御によれば、エンジン１の減速時に、ＶＮ通過流速が空間共鳴域Ｒａの流速（ｖｎｂ）に到達した際に、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を開き側に変更してＶＮ通過流速を通常制御時よりも小さくしているので、空間共鳴域Ｒａを抜ける流速つまり図９のＡ点の流速ｖｎａに速やかに移行することができ、空間共鳴域（図９に示すＢ〜Ａ区間）を短時間で通過することができる。

これによって、ノズルベーン１２１の後端で発生する圧力脈動の周波数が空間共鳴域で増幅される時間を短くすることができ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。しかも、減速過程において空間共鳴域を通過する間の短時間だけ、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を開き側に変更するだけでよいので、要求過給圧（空気量）を確保しつつ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。

なお、この例の制御では、空間共鳴域Ｒａを通過した後に通常制御に戻すタイミングを時間Δｔで管理しているが、空間共鳴域Ｒａを通過したこと（図９に示すＡ点に達したこと）を判定して通常制御に戻すようにしてもよい。

ここで、以上の図１１に示す制御では、エンジン１の減速時に、ＶＮ通過流速（推定値）が空間共鳴域Ｒａに入る流速ｖｎｂ（図９のＢ点の流速）に到達した際に、ＶＮ通過流速を小さくする制御を行っているが、エンジン１の減速時に、ＶＮ通過流速に比例する圧力脈動の周波数が空間共鳴域Ｒａに入る周波数に到達した際に、ＶＮ通過流速を小さくする制御を行うようにしてもよい。

この場合、エンジン１の減速時に、上記図１１のステップＳＴ２０３と同じ処理にてＶＮ通過流速を推定し、その推定ＶＮ通過流速を用いて上記したランキン渦の理論式［ｆ＝Ｓｔ＊Ｕ／Ｄ］から圧力脈動の周波数を逐次演算する。そして、その圧力脈動の周波数（演算値）が図９に示す空間共鳴域Ｒａに入る周波数に到達した際に、例えば、ＥＧＲバルブ５４及びＶＮコントローラ１４０の電動モータ１４１の各駆動を制御して、ＥＧＲバルブ開度及びＶＮ開度を開き側に変更することによってＶＮ通過流速を通常制御時よりも小さくするという制御を行えばよい。

なお、この場合も、圧力脈動の周波数が上記空間共鳴域Ｒａに入る周波数に到達した時点から所定時間Δｔが経過するまでの間、上記ＶＮ通過流速を通常制御（目標過給圧を確保する制御）時よりも小さくする制御を継続し、所定時間でΔｔが経過した時点で通常制御に戻すようにすればよい。

＜加速時・減速時の他のＶＮ通過流速制御＞
次に、加速時・減速時のＶＮ通過流速制御の他の例について以下に説明する。

（ｉ）対象とするエンジン１の実機について実験等を行って、ＶＮ通過流速（圧力脈動の周波数）が、図９に示す空間共鳴域Ｒａに入る運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、負荷（アクセル開度Ａｃｃ）、変速機のギヤ段）を取得しておく。

（ｉｉ）エンジン１の加速時に、上記運転条件が空間共鳴域Ｒａに入った際に、その空間共鳴域Ｒａから外すためのＶＮ通過流速を実現するＥＧＲバルブ開度、ＶＮ開度、スロットル開度の各開度（通常制御時よりも閉じ側の開度）を、実験・シミュレーション等によって適合してＶＮ通過流速算出マップを作成しておく。

（ｉｉｉ）エンジン１の減速時に、上記運転条件が空間共鳴域Ｒａに入った際に、その空間共鳴域Ｒａから外すためのＶＮ通過流速を実現するＥＧＲバルブ開度、ＶＮ開度、スロットル開度の各開度（通常制御時よりも開き側の開度）を、実験・シミュレーション等によって適合してＶＮ通過流速算出マップを作成しておく。

そして、エンジン１の加速時に、実際の運転状態（エンジン回転数Ｎｅ、負荷（アクセル開度Ａｃｃ）、変速機のギヤ段）が空間共鳴域Ｒａに到達した際に、上記ＶＮ通過流速算出マップ（加速時用）に基づいて、ＥＧＲバルブ開度、ＶＮ開度、スロットル開度を算出し、その算出した各開度に基づいて、ＥＧＲバルブ５４、ノズルベーン１２１の開度（電動モータ１４１）、スロットルモータ６０を制御してＶＮ通過流速を通常制御時よりも大きくすることにより、空間共鳴域Ｒａを短時間で通過できるようにする。

また、エンジン１の減速時に、実際の運転状態（エンジン回転数Ｎｅ、負荷（アクセル開度Ａｃｃ）、変速機のギヤ段）が空間共鳴域Ｒａに入った際に、上記ＶＮ通過流速算出マップ（減速時用）に基づいて、ＥＧＲバルブ開度、ＶＮ開度、スロットル開度を算出し、その算出した各開度に基づいて、ＥＧＲバルブ５４、ノズルベーン１２１の開度（電動モータ１４１）、スロットルモータ６０を制御してＶＮ通過流速を通常制御時よりも小さくすることにより、空間共鳴域Ｒａを短時間で通過できるようにする。

このように、この例の制御においても、ノズルベーン後端で発生する圧力脈動の周波数が空間共鳴域で増幅される時間を短くすることができ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。しかも、加速時または減速時において空間共鳴域を通過する間の短時間だけ、ＶＮ通過流速を変更するだけでよいので、要求過給圧（空気量）を確保しつつ、圧力脈動に起因する異音の発生を抑制することができる。

−他の実施形態−
以上の例では、コモンレール式筒内直噴型多気筒（４気筒）ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限られることなく、例えば６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用可能である。

また、以上の例では、ディーゼルエンジンの制御の例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、可変ノズルベーン式ターボチャージャを備えたガソリンエンジンの制御にも本発明は適用可能である。

以上の例では、ＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）が装備された内燃機関（ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等）に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られることなく、ＥＧＲ装置を備えていない過給機付き内燃機関（可変ノズルベーン式ターボチャージャ付きエンジン）の制御にも本発明は適用可能である。

なお、本発明において、可変ノズルベーン機構を駆動するアクチュエータとして、電動モータを駆動源とするモータ式アクチュエータのほか、例えば負圧式や油圧式のアクチュエータを用いてもよい。

本発明は、可変ノズルベーン式過給機を備えた内燃機関（エンジン）の制御に利用可能であり、さらに詳しくは、ノズルベーン後端で生じる圧力脈動に起因する異音を抑制する制御に有効に利用することができる。

１ エンジン
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
５ ＥＧＲ装置
５４ ＥＧＲバルブ
６ スロットルバルブ
６０ スロットルモータ
２３ 吸気温センサ
２５ エンジン回転数センサ
２６ スロットル開度センサ
２７ アクセル開度センサ
２８ インマニセンサ（過給圧センサ）
１００ ターボチャージャ（可変ノズルベーン式ターボチャージャ）
１０１ タービンホイール
１０２ コンプレッサインペラ
１２０ 可変ノズルベーン機構
１２１ ノズルベーン
１４０ ＶＮアクチュエータ
１４１ 電動モータ
２００ ＥＣＵ

Claims (12)

1. 吸気通路に配置されたスロットルバルブと、
   前記吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構とを備えた過給機と、
   前記タービンホイールよりも上流側の排気通路と前記コンプレッサインペラよりも下流側の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられ、前記排気通路から前記吸気通路に環流する排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブと、
   前記過給機のタービンハウジングの下流側の排気通路に設けられた触媒と、
   を備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
   加速時または減速時に、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が、前記過給機のタービンハウジングから触媒までの排気ガス通過空間における空間共鳴域に入る流速に到達した際に、当該ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が前記空間共鳴域の外の流速となるように、前記スロットルバルブの開度、前記ＥＧＲバルブの開度、前記ノズルベーンの開度のいずれか１つまたは複数の開度を調整して前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を制御する流速制御手段を備えていることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記流速制御手段は、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を、過給圧、吸気温度、燃料噴射量、前記スロットルバルブの開度、前記ＥＧＲバルブの開度、及び、前記ノズルベーンの開度に基づいて推定し、その推定流速が前記空間共鳴域に入る流速に到達した際に、当該ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が前記空間共鳴域の外の流速となるように、前記スロットルバルブの開度、前記ＥＧＲバルブの開度、前記ノズルベーンの開度のいずれか１つまたは複数の開度を制御することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記流速制御手段は、加速時に、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が前記空間共鳴域に入る流速に到達した際に、前記スロットルバルブの開度、前記ＥＧＲバルブの開度、前記ノズルベーンの開度のいずれか１つまたは複数の開度を制御して前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を大きくすることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 請求項３記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記ＥＧＲバルブの開度を閉じ側の所定値に設定したうえで、前記ノズルベーンの開度を閉じる側に制御することにより、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を大きくすることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
5. 請求項３または４記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が前記空間共鳴域内の流速である間、前記スロットルバルブの開度を調整して過給圧の上昇を制限することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
6. 請求項３、４または５記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   加速時に、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が前記空間共鳴域に入る流速に到達した時点から所定時間が経過するまでの間、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を大きくする制御を継続することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
7. 請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記流速制御手段は、減速時に、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が前記空間共鳴域に入る流速に到達した際に、前記スロットルバルブの開度、前記ＥＧＲバルブの開度、前記ノズルベーンの開度のいずれか１つまたは複数の開度を制御して前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を小さくすることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
8. 請求項７記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記ＥＧＲバルブの開度を開き側の所定値に設定したうえで、前記ノズルベーンの開度を開く側に制御することにより、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を小さくすることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
9. 請求項７または８記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   減速時に、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が前記空間共鳴域に入る流速に到達した時点から所定時間が経過するまでの間、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を小さくする制御を継続することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
10. 吸気通路に配置されたスロットルバルブと、
    前記吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構とを備えた過給機と、
    前記タービンホイールよりも上流側の排気通路と前記コンプレッサインペラよりも下流側の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられ、前記排気通路から前記吸気通路に環流する排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブと、
    前記過給機のタービンハウジングの下流側の排気通路に設けられた触媒と、
    を備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
    加速時または減速時に、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速に比例する圧力脈動の周波数が、前記過給機のタービンハウジングから触媒までの排気ガス通過空間における空間共鳴域に入る周波数に到達した際に、当該圧力脈動周波数が前記空間共鳴域から外れるように、前記スロットルバルブの開度、前記ＥＧＲバルブの開度、前記ノズルベーンの開度のいずれか１つまたは複数の開度を調整して前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を制御する流速制御手段を備えていることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
11. 吸気通路に配置されたスロットルバルブと、
    前記吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構とを備えた過給機と、
    前記過給機のタービンハウジングの下流側の排気通路に設けられた触媒と、
    を備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
    加速時または減速時に、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が、前記過給機のタービンハウジングから触媒までの排気ガス通過空間における空間共鳴域に入る流速に到達した際に、当該ノズルベーンを通過する排気ガスの流速が前記空間共鳴域の外の流速となるように、前記スロットルバルブの開度または前記ノズルベーンの開度のいずれか一方または両方の開度を調整して前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を制御する流速制御手段を備えていることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
12. 吸気通路に配置されたスロットルバルブと、
    前記吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、前記ノズルベーンの開度を変更することによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構とを備えた過給機と、
    前記過給機のタービンハウジングの下流側の排気通路に設けられた触媒と、
    を備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
    加速時または減速時に、前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速に比例する圧力脈動の周波数が、前記過給機のタービンハウジングから触媒までの排気ガス通過空間における空間共鳴域に入る周波数に到達した際に、当該圧力脈動周波数が前記空間共鳴域から外れるように、前記スロットルバルブの開度または前記ノズルベーンの開度のいずれか一方または両方の開度を調整して前記ノズルベーンを通過する排気ガスの流速を制御する流速制御手段を備えていることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。

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