JP6453122B2 - 可変容量型ターボチャージャーの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量型ターボチャージャーの制御装置に関する。

従来から、ディーゼルエンジンには、排気ガスに含まれるＮＯｘを低減させるべく、排気ガスの一部を吸気通路に導入する排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が搭載されている（例えば、特許文献１を参照）。ＥＧＲ装置は、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁を備え、ＥＧＲ弁の開度の制御によって吸気通路へのＥＧＲガスの導入量を調整する。ＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ制御装置は、例えば、エンジン回転速度及び燃料噴射量に基づく吸入空気の目標空気量と、吸入空気の実測値である実吸入空気量との偏差に基づくフィードバック制御を行うことでＥＧＲガスの導入量を調整し、エンジンの吸入空気量を制御する。これにより、エンジンには、吸入空気とＥＧＲガスとが混合した作動ガスが供給される。

また、ＥＧＲが実行されるうえでは、吸気側の圧力よりも排気側の圧力が高いことが必要とされる。そのため、特許文献１では、排気側の圧力が吸気側の圧力よりも高くなるように可変容量型ターボチャージャーの可変ノズルの開度が制御されている。

特開２００２−３３２８７９号公報

ところで、ディーゼルエンジンにおいては、作動ガス中のＥＧＲガスが多くなるほどＮＯｘの排出量が低減する。一方、作動ガス中の吸入空気が多くなるほど粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の排出量が低減する。このようにＮＯｘと粒子状物質は、一方を低減させると他方が増加するというトレードオフの関係にある。そのため、ＮＯｘおよび粒子状物質の双方を低減することが可能な技術が望まれている。

本発明は、ＮＯｘおよび粒子状物質の低減を可能にした可変容量型ターボチャージャーの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する可変容量型ターボチャージャーの制御装置は、タービンに流入する排気ガスの一部を吸気通路に還流するとともに、エンジンの吸入空気量が目標空気量となるようにＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ装置を備えたエンジンシステムに適用される可変容量型ターボチャージャーの制御装置であって、前記タービンに流入する排気ガスの基本目標圧力を演算する基本目標圧力演算部と、前記エンジンが吸入する作動ガス量を演算する作動ガス量演算部と、前記作動ガス量の目標量である目標作動ガス量を演算する目標作動ガス量演算部と、前記目標作動ガス量と前記作動ガス量との偏差に応じて前記基本目標圧力の補正値を演算する補正値演算部と、前記基本目標圧力を前記補正値で補正した値を目標圧力に設定する目標圧力設定部と、前記タービンに流入する排気ガスの圧力が前記目標圧力となるように可変ノズルの開度を制御する制御部とを備え、前記補正値演算部は、前記目標作動ガス量が前記作動ガス量よりも多いときに前記基本目標圧力を高める前記補正値を演算する。

上記構成によれば、目標作動ガス量が作動ガス量よりも多いときには目標圧力が基本目標圧力よりも高い値に設定される。そのため、タービンに流入する排気ガスの圧力が高くなることから、ＥＧＲガスの圧力が高められるとともにターボチャージャーの仕事量が増えることで過給後の吸入空気の圧力が高められる。これにより、作動ガスの圧力が高められることでエンジンの吸入可能な作動ガス量が多くなる。また、吸入空気量はＥＧＲ装置によって目標空気量に制御される。その結果、燃焼に必要な空気量を確保しつつＥＧＲ率を高めることができることから、ＮＯｘおよび粒子状物質の低減を図ることができる。

上記可変容量型ターボチャージャーの制御装置において、前記目標作動ガス量演算部は、前記目標空気量とＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率とを用いて前記目標作動ガス量を演算することが可能である。
上記可変容量型ターボチャージャーの制御装置は、エンジン回転数および燃料噴射量ごとに前記目標ＥＧＲ率を規定した目標ＥＧＲ率データから前記目標ＥＧＲ率を選択する目標ＥＧＲ率選択部と、前記エンジン回転数および前記燃料噴射量ごとに前記目標空気量を規定した目標空気量データから前記目標空気量を選択する目標空気量選択部とを備えることが好ましい。

上記構成によれば、目標ＥＧＲ率データから選択した目標ＥＧＲ率と目標空気量データから選択した目標空気量とを用いて目標作動ガス量が演算される。これにより、目標ＥＧＲ率および目標空気量の演算が簡素化されることで、結果として、目標作動ガス量の演算を簡素化することができる。

上記可変容量型ターボチャージャーの制御装置は、エンジン回転数および燃料噴射量ごとに基本膨張比を規定した基本膨張比データから前記基本膨張比を選択する基本膨張比選択部と、前記タービンの出口における圧力である出口圧力を演算する出口圧力演算部とを備え、前記基本目標圧力演算部は、前記基本膨張比に前記出口圧力を乗算することにより前記基本目標圧力を演算することが好ましい。

上記構成によれば、基本膨張比データから選択した基本膨張比と出口圧力演算部の演算した出口圧力とを乗算することにより基本目標圧力が演算される。これにより、基本目標圧力の演算を簡素化することができる。

可変容量型ターボチャージャーの制御装置の一実施形態が搭載されるエンジンシステムの概略構成を示す概略構成図。 可変容量型ターボチャージャーの制御装置の構成の一例を示すブロック図。 演算部が行う演算の一部を示す演算ブロック図。 基本膨張比データの一例を模式的に示すグラフ。 目標ＥＧＲ率データの一例を模式的に示すグラフ。 目標空気量データの一例を模式的に示すグラフ。 作動ガスにおけるＥＧＲガス量および吸入空気量の割合の変化の一例を示すグラフであって、実施例は基本目標圧力を補正値で補正した圧力を目標圧力に設定した場合を示し、比較例は基本目標圧力を目標圧力に設定した場合を示す。

図１〜図７を参照して、可変容量型ターボチャージャーの制御装置を具体化した一実施形態について説明する。まず、可変容量型ターボチャージャーが搭載されるエンジンシステムの全体構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、エンジンシステムは、ディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０という。）を備える。エンジン１０のシリンダーブロック１１には、一列に並んだ４つのシリンダー１２が形成されている。各シリンダー１２には、インジェクター１３から燃料が噴射される。シリンダーブロック１１には、各シリンダー１２に吸入空気を供給するためのインテークマニホールド１４と、各シリンダー１２からの排気ガスが流入するエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。

インテークマニホールド１４に接続される吸気通路１６には、上流側から順に、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７を構成するコンプレッサー１８、インタークーラー１９が設けられている。エキゾーストマニホールド１５に接続される排気通路２０には、コンプレッサー１８に連結軸２１を介して連結され、ターボチャージャー１７を構成するタービン２２が設けられている。

エンジンシステムは、ＥＧＲ装置２３を備える。ＥＧＲ装置２３は、エキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６とを接続するＥＧＲ通路２５を備える。ＥＧＲ通路２５には、ＥＧＲクーラー２６が設けられ、ＥＧＲクーラー２６における吸気通路１６側には、ＥＧＲ通路２５の流路断面積を変更可能なＥＧＲ弁２７が設けられている。ＥＧＲ弁２７の開度は、ＥＧＲ制御装置２４によって制御される。ＥＧＲ弁２７が開状態にあるとき、吸気通路１６には、ＥＧＲ通路２５を通じてタービン２２に流入する排気ガスの一部がＥＧＲガスとして導入され、シリンダー１２には、排気ガスと吸入空気との混合気体である作動ガスが供給される。

ターボチャージャー１７は、タービン２２に可変ノズル２８が配設された可変容量型ターボチャージャー（ＶＮＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｔｕｒｂｏ）である。可変ノズル２８は、ステッピングモーターを備えたアクチュエーター２９の駆動により開度が変更されることで、エキゾーストマニホールド１５内の排気ガスの圧力であってタービン２２に流入する排気ガスの圧力である排気圧力Ｐｅｍ、および、タービン２２への排気ガスの流入量Ｇｔｉを調整する。可変ノズル２８の開度は、可変容量型ターボチャージャーの制御装置であるＶＮＴ制御装置５０によって制御される。

エンジンシステムは、各種センサーを備える。吸入空気量センサー３１は、吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の上流に位置し、コンプレッサー１８に流入する吸入空気の質量流量である吸入空気量Ｇａを検出する。ＥＧＲ圧力センサー３３およびＥＧＲ温度センサー３４は、ＥＧＲ通路２５におけるＥＧＲクーラー２６とＥＧＲ弁２７との間に位置する。ＥＧＲ圧力センサー３３は、ＥＧＲ弁２７に流入するＥＧＲガスの圧力であるＥＧＲ圧力Ｐｒを検出し、ＥＧＲ温度センサー３４は、ＥＧＲ弁２７に流入するＥＧＲガスの温度であるＥＧＲ温度Ｔｒを検出する。ブースト圧センサー３６は、吸気通路１６に対するＥＧＲ通路２５の接続部分とインテークマニホールド１４との間に位置し、作動ガスの圧力であるブースト圧Ｐｂを検出する。作動ガス温度センサー３７は、インテークマニホールド１４に取り付けられ、シリンダー１２に流入する作動ガスの温度である作動ガス温度Ｔｗｇを検出する。エンジン回転数センサー３８は、クランクシャフト３０の回転数であるエンジン回転数Ｎｅを検出する。可変ノズル開度センサー４０は、アクチュエーター２９の駆動量に基づき可変ノズル２８の開度であるノズル開度ＶＴａを検出する。上記各センサーは、検出した検出値を示す信号をＶＮＴ制御装置５０に出力する。

なお、ＥＧＲ制御装置２４は、エンジン回転数センサー３８の検出したエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射制御部４２の出力する燃料噴射量Ｇｆとに基づき吸入空気の目標空気量ｔＧａを設定する。ＥＧＲ制御装置２４は、後述する目標空気量データ７６と同じデータを用いて目標空気量ｔＧａを設定する。目標空気量ｔＧａは、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｇｆのもとでエンジン１０を駆動した場合に粒子状物質（以下、ＰＭという。）の発生が抑えられる空気量である。ＥＧＲ制御装置２４は、目標空気量ｔＧａと吸入空気量センサー３１の検出した吸入空気量Ｇａとの偏差に基づくフィードバック制御により、吸入空気量Ｇａが目標空気量ｔＧａとなるようにＥＧＲ弁２７の開度を制御する。

図２に示すように、ＶＮＴ制御装置５０（以下、単に制御装置５０という。）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成された制御部５１を備える。制御部５１は、外部からの信号を取得する取得部５２と、各種演算を行う演算部５３と、各種制御プログラムや基本膨張比データ７１等の各種データを格納する記憶部５４とを備える。また、制御装置５０は、アクチュエーター２９を駆動するノズル駆動部５５を備える。制御部５１は、記憶部５４に格納された各種制御プログラムに従って、取得部５２が取得した信号と記憶部５４に格納された各種データとを用いて排気圧力Ｐｅｍの目標圧力ｔＰｅｍを演算し、その目標圧力ｔＰｅｍが具現化されるように可変ノズル２８の開度を制御する。なお、制御装置５０には、大気圧センサー４１から大気圧Ｐａｔｍを示す信号、および、燃料噴射を制御する燃料噴射制御部４２から燃料噴射量Ｇｆを示す信号が入力される。

取得部５２は、上述の各種センサーが出力した信号に基づいて、吸入空気量Ｇａ、ＥＧＲ圧力Ｐｒ、ＥＧＲ温度Ｔｒ、ブースト圧Ｐｂ、作動ガス温度Ｔｗｇ、エンジン回転数Ｎｅ、ノズル開度ＶＴａ、および、大気圧Ｐａｔｍを取得する。また、取得部５２は、燃料噴射制御部４２からの信号に基づいて燃料噴射量Ｇｆを取得する。

演算部５３は、タービン２２に流入する排気ガスの温度である流入温度Ｔｔｉ、タービン２２に流入する排気ガスの質量流量である流入量Ｇｔｉ、タービン２２の出口における排気ガスの圧力である出口圧力Ｐｔｅを演算する第１演算部５３ａと、排気圧力Ｐｅｍの目標圧力ｔＰｅｍを演算する第２演算部５３ｂとを備える。また演算部５３は、これら流入温度Ｔｔｉ、流入量Ｇｔｉ、出口圧力Ｐｔｅ、目標圧力ｔＰｅｍを用いて、可変ノズル２８の目標開口面積ｔＡを演算する第３演算部５３ｃを備える。この目標圧力ｔＰｅｍは、ターボチャージャー１７を駆動するうえで非常に重要なパラメーターである。目標圧力ｔＰｅｍは、例えば、ＮＯｘおよびＰＭの低減、ターボチャージャー１７の過回転やサージングの抑制、ＥＧＲを行なう際のＥＧＲ弁２７における最小差圧の形成等、その目的に応じて最適値が異なるものである。

第３演算部５３ｃは、ベルヌーイの定理に基づく式（１）に各値を代入することにより目標開口面積ｔＡを演算する。第３演算部５３ｃは、「Ｔ１」に流入温度Ｔｔｉ、「Ｇ」に流入量Ｇｔｉ、「Ｐ２」に出口圧力Ｐｔｅ、「Ｐ１」に目標圧力ｔＰｅｍを代入することにより、その演算結果である「Ａ」として目標開口面積ｔＡを演算する。なお、式（１）において、κは排気ガスの比熱比であり、Ｒは気体定数である。

演算部５３は、式（１）から求めた目標開口面積ｔＡを具現化する目標ノズル開度ｔＶＴを演算し、可変ノズル２８の開度をノズル開度ＶＴａから目標ノズル開度ｔＶＴに変更するために必要な開度である指示開度ＶＴｃを演算する。演算部５３は、その指示開度ＶＴｃをノズル駆動部５５に出力する。

ノズル駆動部５５は、演算部５３から入力された指示開度ＶＴｃの分だけ可変ノズル２８の開度を変更するための駆動信号を生成し、その生成した駆動信号をアクチュエーター２９に出力する。

図３に示すように、第１演算部５３ａは各種演算部を備える。作動ガス量演算部５６は、シリンダー１２に供給される作動ガスの質量流量である作動ガス量Ｇｗｇを演算する。作動ガス量演算部５６は、状態方程式Ｐ×Ｖ＝Ｇｗｇ×Ｒ×Ｔに基づく所定の演算をブースト圧Ｐｂ、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン１０の排気量Ｄ、作動ガス温度Ｔｗｇ、気体定数Ｒを用いて行うことにより作動ガス量Ｇｗｇを演算する。

ＥＧＲ量演算部５７は、上記作動ガス量Ｇｗｇから吸入空気量Ｇａを減算することにより、ＥＧＲガスの質量流量であるＥＧＲ量Ｇｒを演算する。
ＥＧＲ率演算部５８は、ＥＧＲ量Ｇｒを作動ガス量Ｇｗｇで除算することによりＥＧＲ率η（＝Ｇｒ／Ｇｗｇ）を演算する。

流入温度演算部５９は、作動ガス量Ｇｗｇ、ＥＧＲ率η、燃料噴射制御部４２からの入力値である燃料噴射量Ｇｆ、および、記憶部５４に格納された流入温度データ６０に基づいて流入温度Ｔｔｉを演算する。流入温度データ６０は、予め行った実験等に基づいて、作動ガス量Ｇｗｇ、ＥＧＲ率η、および、燃料噴射量Ｇｆをパラメーターとして排気ガスの温度が一義的に規定されたデータである。そして、流入温度演算部５９は、作動ガス量Ｇｗｇ、ＥＧＲ率η、および、燃料噴射量Ｇｆに応じた流入温度Ｔｔｉを流入温度データ６０から選択する。

流入量演算部６１は、タービン２２に流入する排気ガスの質量流量である流入量Ｇｔｉを演算する。流入量演算部６１は、吸入空気量Ｇａに燃料噴射量Ｇｆを加算することで流入量Ｇｔｉを演算する。

ＥＧＲ圧力損失演算部６２は、ＥＧＲ量Ｇｒ、および、記憶部５４に格納されたＥＧＲ通路データ６３に基づき、ＥＧＲ通路２５におけるＥＧＲガスの圧力損失ΔＰｒを演算する。ＥＧＲ通路データ６３は、予め行った実験等に基づいて、ＥＧＲ通路２５の入口からＥＧＲ圧力センサー３３までの間におけるＥＧＲガスの圧力損失ΔＰｒがＥＧＲ量Ｇｒごとに規定されたデータである。ＥＧＲ圧力損失演算部６２は、ＥＧＲ量Ｇｒに応じた圧力損失ΔＰｒをＥＧＲ通路データ６３から選択する。

排気圧力演算部６４は、ＥＧＲ圧力Ｐｒに圧力損失ΔＰｒを加算することによりエキゾーストマニホールド１５内の圧力である排気圧力Ｐｅｍ（＝Ｐｒ＋ΔＰｒ）を演算する。
出口圧力演算部６５は、流入温度Ｔｔｉ、流入量Ｇｔｉ、大気圧Ｐａｔｍ、及び、記憶部５４に格納された排気通路データ６６に基づき出口圧力Ｐｔｅを演算する。排気通路データ６６は、予め行った実験等に基づきタービン２２の出口から大気への排出までに排気ガスに生じる圧力損失ΔＰｅｐがタービン２２への流入量Ｇｔｉに基づく体積流量であるＧｔｉ×（Ｔｔｉ＾１／２）／Ｐｅｍごとに規定されたデータである。出口圧力演算部６５は、流入量Ｇｔｉに応じた圧力損失ΔＰｅｐを排気通路データ６６から選択し、その選択した圧力損失ΔＰｅｐを大気圧Ｐａｔｍに加算することで出口圧力Ｐｔｅを演算する。このように出口圧力Ｐｔｅが演算により求められることで高温の排気ガスに晒されるセンサーの数を低減することができる。

第２演算部５３ｂは各種演算部を備える。基本膨張比選択部７０は、記憶部５４に格納された基本膨張比データ７１から、エンジン１０の運転状態に適した膨張比である基本膨張比πＳを選択する。

図４に示すように、基本膨張比データ７１は、予め行った実験等に基づいて、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇｆとをパラメーターとして基本膨張比πＳが一義的に規定されたデータである。基本膨張比πＳの各々は、エンジン１０の中回転域において、燃料噴射量Ｇｆが最大となる特定のエンジン回転数Ｎｅを有する。また、基本膨張比πＳの各々は、エンジン回転数Ｎｅが特定のエンジン回転数Ｎｅよりも低い領域ではエンジン回転数Ｎｅの減少とともに対応する燃料噴射量Ｇｆが減少し、また、特定のエンジン回転数Ｎｅよりも高い領域ではエンジン回転数Ｎｅの上昇とともに対応する燃料噴射量Ｇｆが減少する。これにより、エンジン１０の低回転域ではターボチャージャー１７のサージングが抑えられ、エンジン１０の高回転域ではターボチャージャー１７の過回転が抑えられる。

基本目標圧力演算部７２は、出口圧力Ｐｔｅに対して基本膨張比πＳを乗算することにより、基本目標圧力ＰｅｍＳを演算する。
目標ＥＧＲ率選択部７３は、記憶部５４に格納された目標ＥＧＲ率データ７４からエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｇｆに応じたＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率ｔηを選択する。

図５に示すように、目標ＥＧＲ率データ７４は、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｇｆごとに目標ＥＧＲ率ｔηを規定したデータである。エンジン回転数Ｎｅは、エンジン１０の吸入可能な作動ガス量を示すパラメーターである。燃料噴射量Ｇｆは、エンジン１０に必要な空気量を示すパラメーターである。この目標ＥＧＲ率ｔηは、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づき規定されるＥＧＲ率であって、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｇｆのもとでエンジン１０を駆動する場合に、目標空気量ｔＧａの空気がエンジン１０に供給される場合にＮＯｘの発生が抑えられるＥＧＲ率である。

目標ＥＧＲ率データ７４において、燃料噴射量Ｇｆの各々は、エンジン１０の中回転域に目標ＥＧＲ率ｔηの最大値を有する。中回転域は、例えばエンジン１０のセッティングに応じて規定される領域であり、他の回転域よりも使用頻度が高い回転域である。また、燃料噴射量Ｇｆの各々には、該最大値に対応するエンジン回転数Ｎｅとの差が大きいほど、低い値の目標ＥＧＲ率ｔηが規定されている。すなわち、目標ＥＧＲ率データ７４には、使用頻度の高い中回転域にてＥＧＲ率を高める目標ＥＧＲ率ｔηが規定されている。

また、目標ＥＧＲ率データ７４において、エンジン回転数Ｎｅの各々には、燃料噴射量Ｇｆが多いほど低い値の目標ＥＧＲ率ｔηが規定されている。すなわち、目標ＥＧＲ率データ７４には、エンジン回転数Ｎｅが同じであれば、燃料噴射量Ｇｆが多いほどエンジン１０に供給される空気量が多くなる目標ＥＧＲ率ｔηが規定されている。

目標空気量選択部７５は、記憶部５４に格納された目標空気量データ７６からエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｇｆに応じた目標空気量ｔＧａを選択する。
図６に示すように目標空気量データ７６は、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｇｆごとに目標空気量ｔＧａを規定したデータである。目標空気量ｔＧａは、エンジン１０に対して予め行った実験やシミュレーションの結果に基づき規定され、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｇｆのもとでエンジン１０を駆動した場合にＰＭの発生が抑えられる空気量である。目標空気量ｔＧａは、燃料噴射量Ｇｆが同じであればエンジン回転数Ｎｅが高いほど大きく、エンジン回転数Ｎｅが同じであれば燃料噴射量Ｇｆが多いほど大きい。

なお、ＥＧＲ制御装置２４は、上記目標空気量データ７６と同じデータを用いて目標空気量ｔＧａを求めている。すなわち、目標空気量選択部７５による目標空気量ｔＧａとＥＧＲ制御装置２４による目標空気量は同じ値である。ＥＧＲ制御装置２４は、目標空気量ｔＧａが供給されるようにＥＧＲ弁２７の開度を制御する。

目標作動ガス量演算部７９は、目標ＥＧＲ率ｔηと目標空気量ｔＧａとに基づいて目標作動ガス量ｔＧｗｇ（＝ｔＧａ／（１−ｔη））を演算する。
補正値演算部８０は、目標作動ガス量ｔＧｗｇに対する作動ガス量Ｇｗｇの偏差ΔＧｗｇ（＝ｔＧｗｇ−Ｇｗｇ）に基づいて基本目標圧力ＰｅｍＳの補正値ＣＶを演算する。補正値演算部８０は、例えば、偏差ΔＧｗｇに対して比例ゲインＫｐ（＞０）を乗算した第１補正値と、偏差ΔＧｗｇの積算値に対して積分ゲインＫｉ（＞０）を乗算した第２補正値との加算値を補正値ＣＶとして演算する。補正値演算部８０は、目標作動ガス量ｔＧｗｇが作動ガス量Ｇｗｇよりも多いときには基本目標圧力ＰｅｍＳを高くする補正値ＣＶを演算し、目標作動ガス量ｔＧｗｇが作動ガス量Ｇｗｇよりも少ないときには基本目標圧力ＰｅｍＳを低くする補正値ＣＶを演算する。

目標圧力設定部８１は、基本目標圧力ＰｅｍＳに対して補正値ＣＶを加算した値を目標圧力ｔＰｅｍに設定する。
第３演算部５３ｃは、このようにして演算された流入温度Ｔｔｉ、流入量Ｇｔｉ、出口圧力Ｐｔｅ、および、目標圧力ｔＰｅｍを式（１）に代入することにより、可変ノズル２８の目標開口面積ｔＡを演算する。

図７を参照して、上述した制御装置５０の作用について説明する。
上述した制御装置５０は、目標作動ガス量ｔＧｗｇと作動ガス量Ｇｗｇとの偏差ΔＧｗｇに基づき補正値ＣＶを演算し、その補正値ＣＶを用いて基本目標圧力ＰｅｍＳを補正した圧力を目標圧力ｔＰｅｍに設定する。

ここで、例えば、タービン２２の下流に位置するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）にＰＭが過剰に堆積している場合、タービン２２の下流では、排気通路データ６６に規定された圧力損失ΔＰｅｐよりも大きな圧力損失が生じる。この場合、実際の出口圧力Ｐｔｅは、出口圧力演算部６５の演算した出口圧力Ｐｔｅよりも大きくなる。そのため、出口圧力Ｐｔｅの演算値を用いて演算した基本目標圧力ＰｅｍＳを目標圧力ｔＰｅｍとして可変ノズル２８を制御したとしても、タービン２２における実際の膨張比が基本膨張比πＳよりも小さくなることでターボチャージャー１７の仕事量が減少する。これにより、過給後の吸入空気は、その圧力が低くなるとともに圧力低下にともない密度が小さくなる。そのため、ＥＧＲ装置２３は、目標空気量ｔＧａの分の空気をエンジン１０に供給するために、吸入空気の体積流量Ｑａを高めるべくＥＧＲ弁２７を閉弁方向に制御してＥＧＲ量Ｇｒを少なくする。その結果、ＥＧＲ率ηが低下してＮＯｘが発生しやすくなるばかりか、ブースト圧Ｐｂの低下により目標空気量ｔＧａと吸入空気量Ｇａとの誤差が大きくなるおそれがある。

すなわち、吸入空気量Ｇａが目標空気量ｔＧａとなるようにＥＧＲ弁２７を制御するＥＧＲ装置２３を備えたエンジンシステムにおいては、目標作動ガス量ｔＧｗｇと作動ガス量Ｇｗｇとの偏差ΔＧｗｇは、ターボチャージャー１７の仕事量の過不足を示す。制御装置５０は、この偏差ΔＧｗｇに基づく補正値ＣＶで基本目標圧力ＰｅｍＳを補正した圧力を目標圧力ｔＰｅｍに設定することでターボチャージャー１７の仕事量を適正化する。

そのため、図７に示すように、目標作動ガス量ｔＧｗｇが作動ガス量Ｇｗｇよりも多いときに目標圧力ｔＰｅｍが基本目標圧力ＰｅｍＳよりも高い値に設定されると、排気圧力Ｐｅｍが高められてターボチャージャー１７の仕事量が増えるとともにＥＧＲガスの圧力も高くなる。これにより、過給後の吸入空気の圧力が高められるとともに、ＥＧＲ弁２７の閉弁方向への制御が抑えられてＥＧＲ量Ｇｒが多くなる。その結果、ブースト圧Ｐｂが高くなることでエンジン１０に供給される作動ガス量Ｇｗｇが多くなり、目標空気量ｔＧａおよび目標ＥＧＲ率ｔηの作動ガスをエンジン１０に供給することが可能となる。

上記実施形態の制御装置５０によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）制御装置５０は、目標作動ガス量ｔＧｗｇが作動ガス量Ｇｗｇよりも多いときに目標圧力ｔＰｅｍを高めることで、目標空気量ｔＧａおよび目標ＥＧＲ率ｔηの作動ガスをエンジン１０に供給する。これにより、燃料の燃焼に必要な空気量を確保しつつＥＧＲ率ηが高められることから、ＮＯｘおよびＰＭの低減を図ることができる。

（２）制御装置５０は、目標ＥＧＲ率データ７４から選択された目標ＥＧＲ率ｔηと目標空気量データ７６から選択された目標空気量ｔＧａとに基づいて目標作動ガス量ｔＧｗｇを演算する。こうした構成によれば、目標ＥＧＲ率ｔηおよび目標空気量ｔＧａの演算が簡素化されることで、結果として、目標作動ガス量ｔＧｗｇの演算が簡素化される。

（３）基本膨張比選択部７０は、基本膨張比データ７１から選択した基本膨張比πＳと出口圧力演算部６５の演算した出口圧力Ｐｔｅとを乗算することにより基本目標圧力ＰｅｍＳを演算する。これにより、基本目標圧力ＰｅｍＳの演算を簡素化することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・基本膨張比は、エンジン１０の運転状態に適した膨張比であればよく、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇｆとによって選択されるものに限らず、例えば、エンジン回転数Ｎｅや燃料噴射量Ｇｆに加えて、燃料噴射量Ｇｆの変化量やアクセル開度の変化量等に基づいて選択されてもよい。

・ＥＧＲ制御装置２４が目標空気量ｔＧａを演算することから、制御装置５０は、目標空気量ｔＧａを示す信号がＥＧＲ制御装置２４から入力されることにより目標空気量ｔＧａを取得してもよい。また、制御装置５０は、燃料噴射量Ｇｆとエンジン１０の運転状態に基づく空気過剰率λの目標値である目標過剰率ｔλとに基づいて目標空気量ｔＧａを演算してもよい。この場合、制御装置５０は、目標過剰率ｔλを演算したＥＧＲ制御装置２４から目標過剰率ｔλを示す信号が入力されることにより目標過剰率ｔλを取得してもよい。すなわち、制御装置５０は、ＥＧＲ制御装置２４と同じ値の目標空気量ｔＧａを求めればよく、目標空気量ｔＧａを求めるためのパラメーターがＥＧＲ制御装置２４から入力されることにより構成のさらなる簡素化を図ることができる。

・ＥＧＲ制御装置２４が目標ＥＧＲ率ｔηを演算する場合、制御装置５０は、目標ＥＧＲ率ｔηを示す信号がＥＧＲ制御装置２４から入力されることで目標ＥＧＲ率ｔηを取得してもよい。これにより、制御装置５０の構成をさらなる簡素化を図ることができる。

・制御装置５０は、目標作動ガス量ｔＧｗｇが作動ガス量Ｇｗｇよりも多いときに補正値ＣＶを演算すればよい。そのため、制御装置５０は、目標作動ガス量ｔＧｗｇが作動ガス量Ｇｗｇ以下のときには補正値ＣＶを０としてもよい。

・燃料噴射量Ｇｆを制御する燃料噴射制御部とＶＮＴ制御装置５０は同一の制御装置に組み込まれてもよい。また、ＥＧＲ弁２７の開度を制御するＥＧＲ制御装置２４とＶＮＴ制御装置５０は同一の制御装置に組み込まれてもよい。

１０…ディーゼルエンジン、１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、１９…インタークーラー、２０…排気通路、２１…連結軸、２２…タービン、２３…ＥＧＲ装置、２４…ＥＧＲ制御装置、２５…ＥＧＲ通路、２６…ＥＧＲクーラー、２７…ＥＧＲ弁、２８…可変ノズル、２９…アクチュエーター、３０…クランクシャフト、３１…吸入空気量センサー、３３…ＥＧＲ圧力センサー、３４…ＥＧＲ温度センサー、３６…ブースト圧センサー、３７…作動ガス温度センサー、３８…エンジン回転数センサー、４０…可変ノズル開度センサー、４１…大気圧センサー、４２…燃料噴射制御部、５０…ＶＮＴ制御装置、５０…制御装置、５１…制御部、５２…取得部、５３…演算部、５３ａ…第１演算部、５３ｂ…第２演算部、５３ｃ…第３演算部、５４…記憶部、５５…ノズル駆動部、５６…作動ガス量演算部、５７…ＥＧＲ量演算部、５８…ＥＧＲ率演算部、５９…流入温度演算部、６０…流入温度データ、６１…流入量演算部、６２…ＥＧＲ圧力損失演算部、６３…ＥＧＲ通路データ、６４…排気圧力演算部、６５…出口圧力演算部、６６…排気通路データ、７０…基本膨張比選択部、７１…基本膨張比データ、７２…基本目標圧力演算部、７３…目標ＥＧＲ率選択部、７４…目標ＥＧＲ率データ、７５…目標空気量選択部、７６…目標空気量データ、７９…目標作動ガス量演算部、８０…補正値演算部、８１…目標圧力設定部。

Claims (4)

1. タービンに流入する排気ガスの一部を吸気通路に還流するとともに、エンジンの吸入空気量が目標空気量となるようにＥＧＲ弁の開度を制御するＥＧＲ装置を備えたエンジンシステムに適用される可変容量型ターボチャージャーの制御装置であって、
   前記タービンに流入する排気ガスの基本目標圧力を演算する基本目標圧力演算部と、
   前記エンジンが吸入する作動ガス量を演算する作動ガス量演算部と、
   前記作動ガス量の目標量である目標作動ガス量を演算する目標作動ガス量演算部と、
   前記目標作動ガス量と前記作動ガス量との偏差に応じて前記基本目標圧力の補正値を演算する補正値演算部と、
   前記基本目標圧力を前記補正値で補正した値を目標圧力に設定する目標圧力設定部と、
   前記タービンに流入する排気ガスの圧力が前記目標圧力となるように可変ノズルの開度を制御する制御部とを備え、
   前記補正値演算部は、前記目標作動ガス量が前記作動ガス量よりも多いときに前記基本目標圧力を高める前記補正値を演算する
   可変容量型ターボチャージャーの制御装置。
2. 前記目標作動ガス量演算部は、前記目標空気量とＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率とを用いて前記目標作動ガス量を演算する
   請求項１に記載の可変容量型ターボチャージャーの制御装置。
3. エンジン回転数および燃料噴射量ごとに前記目標ＥＧＲ率を規定した目標ＥＧＲ率データから前記目標ＥＧＲ率を選択する目標ＥＧＲ率選択部と、
   前記エンジン回転数および前記燃料噴射量ごとに前記目標空気量を規定した目標空気量データから前記目標空気量を選択する目標空気量選択部とを備える
   請求項２に記載の可変容量型ターボチャージャーの制御装置。
4. エンジン回転数および燃料噴射量ごとに基本膨張比を規定した基本膨張比データから前記基本膨張比を選択する基本膨張比選択部と、
   前記タービンの出口における圧力である出口圧力を演算する出口圧力演算部とを備え、
   前記基本目標圧力演算部は、前記基本膨張比に前記出口圧力を乗算することにより前記基本目標圧力を演算する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の可変容量型ターボチャージャーの制御装置。

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