(57)【要約】【課題】より応答性良く適切にタービンインペラの前後の圧力比を所望する圧力比に制御可能であり、検出手段（センサ）の数をより低減することができる内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】噴射量と内燃機関回転数から燃料流量を算出する燃料流量算出ステップ、吸入空気流量と燃料流量と大気圧からタービンインペラの上流側圧力を算出する上流側圧力算出ステップ、噴射量と吸入空気流量と燃料流量からタービンインペラの上流側温度を算出する上流側温度算出ステップ、燃料流量と吸入空気流量と上流側圧力と上流側温度からタービン流量を算出するタービン流量算出ステップ、タービン流量と圧力比・タービン流量特性から可変ノズルの開度量の上限閾値を算出する開度制限量算出ステップ、上限閾値以下の開度となるように可変ノズルの開度を制御する可変ノズル開度制限ステップ、を有する内燃機関の制御方法。【選択図】図２
2014043829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンインペラへの排気ガスの流速を制御可能な可変ノズルを有するターボ過給機を備えた内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関が吸入した吸入空気の流量である吸入空気流量と、
前記内燃機関への燃料の噴射量と、
前記内燃機関の回転数である内燃機関回転数と、
大気圧と、
予め記憶された前記タービンインペラの下流側の圧力に対する前記タービンインペラの上流側の圧力の比に応じたタービン流量が、前記可変ノズルの開度量に応じて設定された、圧力比・タービン流量特性と、を用いて、
前記噴射量と前記内燃機関回転数とに基づいて燃料流量を算出する燃料流量算出ステップと、
前記タービンインペラの上流側の圧力である上流側圧力を算出する上流側圧力算出ステップと、
前記タービンインペラの上流側の温度である上流側温度を算出する上流側温度算出ステップと、
前記タービン流量を算出するタービン流量算出ステップと、
前記タービン流量と、前記圧力比・タービン流量特性とに基づいて、前記タービンインペラの下流側の圧力に対する上流側の圧力の比が、所定比以下となるように、前記可変ノズルの開度量の上限閾値を算出する開度制限量算出ステップと、
前記上限閾値以下の開度となるように前記可変ノズルの開度を制御する可変ノズル開度制限ステップと、を有する、
内燃機関の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御方法であって、
前記上流側圧力算出ステップは、前記吸入空気流量と前記燃料流量と前記大気圧とに基づいて前記上流側圧力を算出し、
前記上流側温度算出ステップは、前記噴射量と前記吸入空気流量と前記燃料流量とに基づいて前記上流側温度を算出し、
前記タービン流量算出ステップは、前記燃料流量と前記吸入空気流量と前記上流側圧力と前記上流側温度とに基づいて前記タービン流量を算出する、
内燃機関の制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の制御方法であって、
前記タービンインペラの上流側の圧力を検出可能な圧力検出手段からの検出信号に基づいて前記上流側圧力を求める、
内燃機関の制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の制御方法であって、
前記タービンインペラの上流側の温度を検出可能な温度検出手段からの検出信号に基づいて前記上流側温度を求める、
内燃機関の制御方法。
【請求項５】
タービンインペラへの排気ガスの流速を制御可能な可変ノズルを有するターボ過給機を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記可変ノズルの開度を調整可能な開度調整手段と、
前記タービンインペラの下流側の圧力に対する前記タービンインペラの上流側の圧力の比に応じたタービン流量が前記可変ノズルの開度量に応じて設定された圧力比・タービン流量特性が記憶されている記憶手段と、
制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
吸入空気量検出手段からの検出信号に基づいて前記内燃機関が吸入した吸入空気の流量である吸入空気流量を検出し、
前記内燃機関に燃料を噴射するインジェクタへの噴射指令信号に基づいて前記内燃機関への燃料の噴射量を検出し、
内燃機関回転数検出手段からの検出信号に基づいて前記内燃機関の回転数である内燃機関回転数を検出し、
大気圧検出手段からの検出信号に基づいて大気圧を検出し、
前記噴射量と前記内燃機関回転数とに基づいて燃料流量を算出し、
前記タービンインペラの上流側の圧力である上流側圧力を算出し、
前記タービンインペラの上流側の温度である上流側温度を算出し、
前記タービン流量を算出し、
前記タービン流量と、前記圧力比・タービン流量特性とに基づいて、前記タービンインペラの下流側の圧力に対する上流側の圧力の比が、所定比以下となるように、前記可変ノズルの開度量の上限閾値を算出し、
前記開度調整手段を用いて前記上限閾値以下の開度となるように前記可変ノズルの開度を調整する、
内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記吸入空気流量と前記燃料流量と前記大気圧とに基づいて前記上流側圧力を算出し、
前記噴射量と前記吸入空気流量と前記燃料流量とに基づいて前記上流側温度を算出し、
前記燃料流量と前記吸入空気流量と前記上流側圧力と前記上流側温度とに基づいて前記タービン流量を算出する、
内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記制御手段は、前記タービンインペラの上流側の圧力を検出可能な圧力検出手段からの検出信号に基づいて前記上流側圧力を求める、
内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項５に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記制御手段は、前記タービンインペラの上流側の温度を検出可能な温度検出手段からの検出信号に基づいて前記上流側温度を求める、
内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンインペラへの排気ガスの流速を制御可能な可変ノズルを有するターボ過給機を備えた内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、可変ノズルを有するターボ過給機を備えた内燃機関が広く普及している。このような内燃機関では、可変ノズルの開度を制御することで、内燃機関の回転数が低い場合であっても適切な過給圧を得ることが可能であり、内燃機関の出力特性を向上させることができる。
なお、ターボ過給機を備えた内燃機関を非常に高負荷・高回転で運転すると、ターボ過給機のタービンインペラの寿命が短くなる場合がある。内燃機関を非常に高負荷・高回転で運転した場合に発生するタービンインペラの前後の大きな圧力差と、内燃機関の爆発工程毎に発生する排気の脈動と、によってタービンインペラの前後に応力が発生するためである。所定応力以上の応力を長時間受け続けるとタービンインペラの寿命が短くなる場合がある。
これを回避するためには、タービンインペラの前後の圧力比（タービン前圧力／タービン後圧力）が所定圧力比以下となるように制御すればよいことが知られている。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載された従来技術には、過給圧のフィードバック制御の改善のため、実過給圧と目標過給圧が一致するように目標上流側排気圧を算出する目標上流側排気圧算出部と、実上流側排気圧が目標上流側排気圧と一致するように目標前後排気圧力比を算出するとともに所定のタービンモデルに基づいて目標前後排気圧力比に対応するベーン開度（可変ノズル開度）を決定するベーン開度制御部と、を備える内燃機関の制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３１８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の内燃機関は、排気ガス中のＮＯｘを低減するためにＥＧＲ（排出ガス再循環装置）を備えている。
ここで、特許文献１に記載の従来技術では、タービンの上流側と下流側のそれぞれに圧力センサを設けており、タービンの上流側の圧力である実上流側排気圧を用いて目標前後排気圧力比を求めている。また、ＥＧＲをＯＦＦ状態からＯＮ状態にすると、可変ノズルの開度は瞬時に変化するが、ＥＧＲ量と実上流側排気圧はやや遅れて変化する。特許文献１に記載の従来技術では、この応答遅れによって、タービン前後の排気圧力比が短時間だけ許容値を超える可能性があり、タービンインペラの保護制御としては十分ではない。
また、特許文献１に記載の従来技術では、前後排気圧力比（実上流側排気圧／実下流側排気圧）を実際に求めて目標前後排気圧力比との偏差に応じた制御を行っており、実下流側排気圧が必要であるため、タービン下流側に圧力センサを必要としている。またタービン上流側に温度センサも必要としている。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より応答性良く適切にタービンインペラの前後の圧力比を所望する圧力比に制御可能であり、検出手段（センサ）の数をより低減することができる内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、タービンインペラへの排気ガスの流速を制御可能な可変ノズルを有するターボ過給機を備えた内燃機関の制御方法であって、前記内燃機関が吸入した吸入空気の流量である吸入空気流量と、前記内燃機関への燃料の噴射量と、前記内燃機関の回転数である内燃機関回転数と、大気圧と、予め記憶された前記タービンインペラの下流側の圧力に対する前記タービンインペラの上流側の圧力の比に応じたタービン流量が、前記可変ノズルの開度量に応じて設定された、圧力比・タービン流量特性と、を用いて、前記噴射量と前記内燃機関回転数とに基づいて燃料流量を算出する燃料流量算出ステップと、前記タービンインペラの上流側の圧力である上流側圧力を算出する上流側圧力算出ステップと、前記タービンインペラの上流側の温度である上流側温度を算出する上流側温度算出ステップと、前記タービン流量を算出するタービン流量算出ステップと、前記タービン流量と、前記圧力比・タービン流量特性とに基づいて、前記タービンインペラの下流側の圧力に対する上流側の圧力の比が、所定比以下となるように、前記可変ノズルの開度量の上限閾値を算出する開度制限量算出ステップと、前記上限閾値以下の開度となるように前記可変ノズルの開度を制御する可変ノズル開度制限ステップと、を有する、内燃機関の制御方法である。
【０００７】
この第１の発明によれば、より応答性良く適切にタービンインペラの前後の圧力比を所望する圧力比に制御することが可能な内燃機関の制御方法を提供することができる。
【０００８】
次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る内燃機関の制御方法であって、前記上流側圧力算出ステップは、前記吸入空気流量と前記燃料流量と前記大気圧とに基づいて前記上流側圧力を算出し、前記上流側温度算出ステップは、前記噴射量と前記吸入空気流量と前記燃料流量とに基づいて前記上流側温度を算出し、前記タービン流量算出ステップは、前記燃料流量と前記吸入空気流量と前記上流側圧力と前記上流側温度とに基づいて前記タービン流量を算出する、内燃機関の制御方法である。
【０００９】
この第２の発明によれば、上流側圧力を、圧力検出手段で検出することなく、吸入空気流量と燃料流量と大気圧を用いて算出する。なお、吸入空気流量は、例えばＥＧＲをＯＦＦ状態からＯＮ状態にした場合に、瞬時に変化し、タービンインペラの上流側の排気圧の変化に対して非常に応答性がよい。
また、タービンインペラの上流側に圧力検出手段は不要であり、タービンインペラの下流側にも圧力検出手段は不要である。またタービンインペラの上流側の温度検出手段も不要である。従って、検出手段（センサ）の数をより低減することができる。
【００１０】
次に、本発明の第３の発明は、上記第１の発明に係る内燃機関の制御方法であって、前記タービンインペラの上流側の圧力を検出可能な圧力検出手段からの検出信号に基づいて前記上流側圧力を求める、内燃機関の制御方法である。
【００１１】
この第３の発明によれば、タービンインペラの上流側の排気圧力を、算出して求めるのでなく、圧力検出手段からの検出信号に基づいて求めるので、より精度よくタービンインペラの上流側の排気圧力を求めることができる。
【００１２】
次に、本発明の第４の発明は、上記第１の発明に係る内燃機関の制御方法であって、前記タービンインペラの上流側の温度を検出可能な温度検出手段からの検出信号に基づいて前記上流側温度を求める、内燃機関の制御方法である。
【００１３】
この第４の発明によれば、タービンインペラの上流側の排気温度を、算出して求めるのでなく、温度検出手段からの検出信号に基づいて求めるので、より精度よくタービンインペラの上流側の排気温度を求めることができる。
【００１４】
次に、本発明の第５の発明は、タービンインペラへの排気ガスの流速を制御可能な可変ノズルを有するターボ過給機を備えた内燃機関の制御装置であって、前記可変ノズルの開度を調整可能な開度調整手段と、前記タービンインペラの下流側の圧力に対する前記タービンインペラの上流側の圧力の比に応じたタービン流量が前記可変ノズルの開度量に応じて設定された圧力比・タービン流量特性が記憶されている記憶手段と、制御手段と、を備えている。
そして前記制御手段は、吸入空気量検出手段からの検出信号に基づいて前記内燃機関が吸入した吸入空気の流量である吸入空気流量を検出し、前記内燃機関に燃料を噴射するインジェクタへの噴射指令信号に基づいて前記内燃機関への燃料の噴射量を検出し、内燃機関回転数検出手段からの検出信号に基づいて前記内燃機関の回転数である内燃機関回転数を検出し、大気圧検出手段からの検出信号に基づいて大気圧を検出する。
また、制御手段は、前記噴射量と前記内燃機関回転数とに基づいて燃料流量を算出し、前記タービンインペラの上流側の圧力である上流側圧力を算出し、前記タービンインペラの上流側の温度である上流側温度を算出し、タービン流量を算出し、前記タービン流量と、前記圧力比・タービン流量特性とに基づいて、前記タービンインペラの下流側の圧力に対する上流側の圧力の比が、所定比以下となるように、前記可変ノズルの開度量の上限閾値を算出し、前記開度調整手段を用いて前記上限閾値以下の開度となるように前記可変ノズルの開度を調整する。
【００１５】
この第５の発明によれば、より応答性良く適切にタービンインペラの前後の圧力比を所望する圧力比に制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供することができる。
【００１６】
次に、本発明の第６の発明は、上記第５の発明に係る内燃機関の制御装置であって、前記吸入空気流量と前記燃料流量と前記大気圧とに基づいて前記上流側圧力を算出し、前記噴射量と前記吸入空気流量と前記燃料流量とに基づいて前記上流側温度を算出し、前記燃料流量と前記吸入空気流量と前記上流側圧力と前記上流側温度とに基づいて前記タービン流量を算出する。
【００１７】
この第６の発明によれば、上流側圧力を、圧力検出手段で検出することなく、吸入空気流量と燃料流量と大気圧を用いて算出する。なお、吸入空気流量は、例えばＥＧＲをＯＦＦ状態からＯＮ状態にした場合に、瞬時に変化し、タービンインペラの上流側の排気圧の変化に対して非常に応答性がよい。
また、タービンインペラの上流側に圧力検出手段は不要であり、タービンインペラの下流側にも圧力検出手段は不要である。またタービンインペラの上流側の温度検出手段も不要である。従って、検出手段（センサ）の数をより低減することができる。
【００１８】
次に、本発明の第７の発明は、上記第５の発明に係る内燃機関の制御装置であって、前記制御手段は、前記タービンインペラの上流側の圧力を検出可能な圧力検出手段からの検出信号に基づいて前記上流側圧力を求める。
【００１９】
この第７の発明によれば、タービンインペラの上流側の排気圧力を、算出して求めるのでなく、圧力検出手段からの検出信号に基づいて求めるので、より精度よくタービンインペラの上流側の排気圧力を求めることができる。
【００２０】
次に、本発明の第８の発明は、上記第５の発明に係る内燃機関の制御装置であって、前記タービンインペラの上流側の温度を検出可能な温度検出手段からの検出信号に基づいて前記上流側温度を求める。
【００２１】
この第８の発明によれば、タービンインペラの上流側の排気温度を、算出して求めるのでなく、温度検出手段からの検出信号に基づいて求めるので、より精度よくタービンインペラの上流側の排気温度を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の内燃機関の制御方法を適用した内燃機関の概略構成を説明する図である。
【図２】内燃機関の制御方法を説明する制御ブロック図である。
【図３】図２に示した制御ブロック図の処理手順を説明するフローチャートである。
【図４】圧力比・タービン流量特性の例を説明するグラフである。
【図５】（Ａ）は従来の制御方法による圧力比と可変ノズル開度の実験結果を示すグラフであり、（Ｂ）は本実施の形態にて説明した制御方法による圧力比と可変ノズル開度の実験結果を示すグラフである。
【図６】本実施の形態にて説明した制御方法の効果を説明する実験結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。
●［制御対象の内燃機関の概略構成（図１）］
まず図１を用いて、制御対象の内燃機関の概略構成について説明する。本実施の形態の説明では、内燃機関の例として、エンジン１０（例えばディーゼルエンジン）を用いて説明する。
エンジン１０には、エンジン１０の各気筒４５Ａ〜４５Ｄへの吸入空気を導入する吸気管１１が接続されている。またエンジン１０には、各気筒４５Ａ〜４５Ｄからの排気が吐出される排気管１２が接続されている。
吸気管１１には過給圧検出手段２４が設けられており、制御手段５１は、過給圧検出手段２４からの検出信号に基づいて吸入空気の過給圧を検出可能である。
またエンジン１０には、内燃機関の回転数（例えばクランク軸の回転数）や回転角度（例えば各気筒の圧縮上死点タイミング）等を検出可能な回転検出手段２２が設けられており、制御手段５１は、回転検出手段２２からの検出信号に基づいてエンジン１０の回転数や回転角度等を検出することが可能である。
【００２４】
コモンレール４１には燃料タンク（図示省略）から燃料が供給され、コモンレール４１内の燃料は高圧に維持されて燃料配管４２Ａ〜４２Ｄを介してインジェクタ４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれに供給されている。
インジェクタ４３Ａ〜４３Ｄは、各気筒４５Ａ〜４５Ｄに対応させて設けられており、制御手段５１からの制御信号によって各気筒内に所定のタイミングで所定量の燃料を噴射する。
そして制御手段５１は、各種の検出手段等からの検出信号を取り込み、エンジン１０の運転状態を検出し、インジェクタ４３Ａ〜４３Ｄを駆動する制御信号を出力する。また制御手段５１は、自身がインジェクタ４３Ａ〜４３Ｄに出力した制御信号（噴射指令信号）によって、各気筒４５Ａ〜４５Ｄに供給した燃料量を検出することが可能である。
【００２５】
ターボ過給機３０は、コンプレッサインペラ３５Ａを有するコンプレッサ３５と、タービンインペラ３６Ａを有するタービン３６とを備えている。またタービン３６には、タービンインペラ３６Ａへの排気ガスの流速を制御可能な可変ノズル３３が設けられており、可変ノズル３３は、駆動手段３１によって開度が調整される。
制御手段５１は、開度調整手段５２を介して駆動手段３１に制御信号を出力して可変ノズル３３の開度を調整可能であり、開度検出手段３２からの検出信号に基づいて可変ノズル３３の開度を検出することが可能である。
またコンプレッサ３５には、吸気通路１１Ａと吸気管１１が接続されている。そしてコンプレッサ３５は、吸気通路１１Ａから吸入空気を吸入してコンプレッサインペラ３５Ａにて圧縮し、圧縮した吸入空気を吸気管１１に吐出することで過給する。
また吸気通路１１Ａには吸入空気の流量を検出可能な流量検出手段２１が設けられている。制御手段５１は、流量検出手段２１からの検出信号に基づいて、内燃機関１０が吸入した吸入空気の流量である吸入空気流量を検出することが可能である。
またタービン３６には、排気通路１２Ａと排気管１２が接続されている。排気管１２からの高温高圧の排気ガスは、タービン３６に導入されてタービンインペラ３６Ａ（及びコンプレッサインペラ３５Ａ）を回転駆動して排気通路１２Ａへと吐出される。
また排気管１２と吸気管１１とは、ＥＧＲ通路１３により連通され、ＥＧＲ通路に配設されたＥＧＲ弁１４を制御手段５１により制御することにより、排気管１２内の排気を吸気管１１に還流させることが可能である。
また制御手段５１は、自身等に設けられた大気圧検出手段２３からの検出信号に基づいて大気圧を検出することが可能である。
そして制御装置５０は、少なくとも、制御手段５１、開度調整手段５２、後述する記憶手段５３を有している。
【００２６】
●［本発明の制御方法の制御ブロック図と処理手順（図２、図３）］
内燃機関を非常に高負荷・高回転で運転すると、タービンインペラ３６Ａの前後に大きな圧力差が発生する。また、内燃機関の爆発工程毎には排気の脈動が発生する。この圧力差と排気脈動によって、タービンインペラ３６Ａの前後に応力が発生し、所定応力以上の応力を長時間受け続けるとタービンインペラ３６Ａの寿命が短くなる場合がある。
これを回避するために、図２に示す制御ブロック図、及び図３に示すフローチャートの処理によって、タービンインペラ３６Ａの前後の圧力比（タービン前圧力／タービン後圧力）が所定圧力比以下となるように可変ノズル３３の開度を制御する。
【００２７】
以下、図３に示すフローチャートの各ステップの処理を説明するとともに、各ステップに相当する図２における各制御ブロックを説明する。
なお、図２における制御ブロック５１Ｚは、可変ノズル３３の仮開度を算出する既存の制御ブロックである。本発明の内燃機関の制御方法は、可変ノズル３３の開度を算出する既存の制御ブロック５１Ｚに、図２に示す制御ブロック５１αを追加することで、可変ノズル３３の開度の上限閾値を設定し、タービンインペラ３６Ａの前後の圧力比（タービン前圧力／タービン後圧力）が所定圧力比以下となるように可変ノズル３３の開度を適切に制御するものである。
【００２８】
図３に示すフローチャートの処理は、所定タイミング（例えば数ｍｓ〜数１０ｍｓ等の所定時間間隔）で実行される。
ステップＳ１０にて、制御手段５１は、回転検出手段２２からの検出信号に基づいて内燃機関回転数を検出し、インジェクタ４３Ａ〜４３Ｄへの制御信号（噴射指令信号）に基づいて内燃機関への燃料の噴射量を検出し、流量検出手段２１からの検出信号に基づいて内燃機関が吸入した空気の流量である吸入空気流量を検出する。また、制御手段５１は、大気圧検出手段２３からの検出信号に基づいて大気圧を検出し、比重検出手段からの検出信号に基づいて燃料比重を検出または予め設定された燃料比重の値を読み出し、過給圧検出手段２４からの検出信号に基づいて過給圧を検出し、ステップＳ１１に進む。
なお、燃料比重は内燃機関の運転状態に応じて変化するものではなく、ほぼ一定の値であると考えられるので、所定燃料比重係数として扱うようにしてもよい。燃料比重を変数でなく所定燃料比重係数として扱う場合は、燃料比重を必要とする制御ブロックへ変数として入力する必要がないので、燃料比重を必要とする制御ブロックが予め燃料比重に相当する所定燃料比重係数を有していればよい。すなわち、燃料比重の入力を省略してもよい。
【００２９】
ステップＳ１１は、図２における制御ブロック５１Ａの処理であり、制御手段５１は、内燃機関回転数と噴射量と燃料比重（燃料比重は省略可）に基づいて単位時間当たりの燃料量である燃料流量Ｇｆ［ｇ／ｓ］を算出し、ステップＳ１２に進む。
なおステップＳ１１は燃料流量算出ステップに相当する。
ステップＳ１２は、図２における制御ブロック５１Ｃの処理であり、制御手段５１は、吸入空気流量と燃料流量Ｇｆと大気圧に基づいてタービンインペラ３６Ａの上流側の圧力である上流側圧力Ｐ４［ｋＰａ］を算出し、ステップＳ１３に進む。
なおステップＳ１２は上流側圧力算出ステップに相当する。
ステップＳ１３は、図２における制御ブロック５１Ｄの処理であり、制御手段５１は、吸入空気流量と燃料流量Ｇｆと噴射量と燃料比重（燃料比重は省略可）と過給圧（過給圧は省略可）に基づいてタービンインペラ３６Ａの上流側の温度である上流側温度Ｔ４［℃］を算出し、ステップＳ１４に進む。
なおステップＳ１３は上流側温度算出ステップに相当する。
【００３０】
ステップＳ１４は、図２における制御ブロック５１Ｂの処理であり、制御手段５１は、燃料流量Ｇｆと吸入空気流量に基づいて単位時間当たりの排ガス流量Ｇ４［ｇ／ｓ］を算出し、ステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５は、図２における制御ブロック５１Ｅの処理であり、制御手段５１は、排ガス流量Ｇ４と上流側圧力Ｐ４と上流側温度Ｔ４に基づいてタービン流量Ｑ４［ｃｍ2／ｓ］を算出し、ステップＳ１６に進む。
なおステップＳ１４及びステップＳ１５はタービン流量算出ステップに相当する。
【００３１】
ステップＳ１６は、図２における制御ブロック５１Ｆの処理であり、制御手段５１は、タービン流量Ｑ４と、記憶手段５３に記憶されている圧力比・タービン流量特性と、に基づいて可変ノズル３３の開度量の上限閾値を算出し、ステップＳ１７に進む。
なおステップＳ１６は開度制限量算出ステップに相当する。
また図４に圧力比・タービン流量特性の例を示す。記憶手段５３には、圧力比・タービン流量特性が予め記憶されている。図４に示すグラフにおいて、横軸は圧力比（タービンインペラ上流側圧力（Ｐ４）／タービンインペラ下流側圧力（Ｐ６））に設定されており、縦軸はタービン流量（Ｑ４）に設定されている。またグラフＫ１〜Ｋ５のそれぞれは、可変ノズル３３の開度がそれぞれ１００％（全閉状態）、７５％、５０％、２５％、０％（全開状態）の場合の特性を示している。
図４に示す圧力比・タービン流量特性を用いた場合、例えば圧力比を３．００以下にすることを所望し、ステップＳ１５にて算出したタービン流量がｑ１であった場合、可変ノズル３３の開度を７５％以下にすれば圧力比は３．００以下となることがわかる。従って、圧力比を３．００以下にすることを所望し、且つタービン流量がｑ１である場合、上限閾値は７５％である、と算出する。
【００３２】
ステップＳ１７は、図２における制御ブロック５１Ｇの処理であり、制御手段５１は、（既存の）制御ブロック５１Ｚに相当するステップにて算出した可変ノズル３３の仮開度と、ステップＳ１６にて算出した上限閾値とを比較し、小さい方の開度を最終開度として選択し、ステップＳ１８に進む。なお、（既存の）制御ブロック５１Ｚの処理内容については説明を省略する。
ステップＳ１８では、制御手段５１は、上限閾値以下の開度となるように選択された最終開度となるように開度調整手段５２を介して駆動手段３１に制御信号を出力し、可変ノズル３３の開度が最終開度となるように制御する。
なおステップＳ１７及びステップＳ１８は可変ノズル開度制限ステップに相当する。
【００３３】
以上の説明では、上流側圧力Ｐ４をステップＳ１２にて算出したが、タービンインペラ３６Ａの上流側の圧力を検出可能な圧力検出手段を設け、ステップＳ１２にて上流側圧力Ｐ４を算出する代わりに、圧力検出手段からの検出信号に基づいて上流側圧力Ｐ４を直接的に求めるようにしてもよい。
また以上の説明では、上流側温度Ｔ４をステップＳ１３にて算出したが、タービンインペラ３６Ａの上流側の温度を検出可能な温度検出手段を設け、ステップＳ１３にて上流側温度Ｔ４を算出する代わりに、温度検出手段からの検出信号に基づいて上流側温度Ｔ４を直接的に求めるようにしてもよい。
【００３４】
●［本実施の形態の内燃機関の制御方法による効果の例（図５、図６）］
次に図５、図６を用いて、本実施の形態にて説明した内燃機関の制御方法による効果の例について説明する。
図５（Ａ）は、従来の制御方法を用いた内燃機関にて、所定の運転モードにて内燃機関を運転した場合における、時間に対する圧力比（Ｐ４／Ｐ６＝タービン上流側圧力／タービン下流側圧力）の変化を示すグラフＧＡ１と、時間に対する可変ノズルの開度の変化を示すグラフＧＡ２である。
また図５（Ｂ）は、本実施の形態にて説明した制御方法にて、同一の運転モードにて内燃機関を運転した場合における、時間に対する圧力比（Ｐ４／Ｐ６＝タービン上流側圧力／タービン下流側圧力）の変化を示すグラフＧＢ１と、時間に対する可変ノズルの開度の変化を示すグラフＧＢ２である。
なお、どちらも、圧力比（Ｐ４／Ｐ６）が、Ｄｍａｘ以下（直線Ｌ１以下）となるように設定して実験している。また、可変ノズルの開度を示す縦軸は、上が全閉（１００％）を示し、下が全開（０％）を示している。
【００３５】
従来の制御方法である図５（Ａ）におけるグラフＧＡ１では、応答速度が遅いため、ＡＡ領域において圧力比（Ｐ４／Ｐ６）がＤｍａｘを超えてしまっている。ただし、圧力比（Ｐ４／Ｐ６）がＤｍａｘを超えている時間は短時間であり瞬時破壊を起こす値ではない。ただし、疲労破壊の観点からタービンインペラの寿命はＤｍａｘを超えている時間の積算値と関係があり、長期保証を考えると制約すべき値である。
従来の制御方法である図５（Ａ）におけるグラフＧＡ２において、ＡＢ領域において可変ノズルの開度をもう少し開く側に制御すれば、グラフＧＡ１におけるＡＡ領域をＤｍａｘ以下に抑えることができるはずであるが、応答速度が遅いため、期待する開度には制御されていない。
これに対して本実施の形態の制御方法である図５（Ｂ）におけるグラフＧＢ１では、ＢＡ領域において圧力比（Ｐ４／Ｐ６）が確実にＤｍａｘ以下となるように抑えられていることがわかる。
本実施の形態の制御方法である図５（Ｂ）におけるグラフＧＢ２を見ても、領域ＢＢにおいて可変ノズルの開度が、図５（Ａ）におけるグラフＧＡ２のＡＢ領域の開度よりも開く側に制御されている。なお図５（Ｂ）におけるグラフＧＢ３は、ステップＳ１６（制御ブロック５１Ｆ）にて求めた可変ノズルの上限閾値を示している。
このように、本実施の形態の制御方法は、従来の制御方法よりも応答性が大きく向上しているので、所望する圧力比（Ｐ４／Ｐ６）となるように迅速に可変ノズルの開度を適切な開度に制御できていることがわかる。
【００３６】
また図６（Ａ）は、所定の運転モードにて内燃機関を運転した場合における、時間に対する内燃機関回転数の変化を示すグラフＧＡ（本実施の形態）、ＨＡ（従来）である。
また図６（Ｂ）は、同一の運転モードにて内燃機関を運転した場合における、時間に対する内燃機関への燃料の噴射量の変化を示すグラフＧＢ（本実施の形態）、ＨＢ（従来）である。
また図６（Ｃ）は、同一の運転モードにて内燃機関を運転した場合における、時間に対する過給圧の変化を示すグラフＧＣ（本実施の形態）、ＨＣ（従来）である。
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、内燃機関回転数と燃料の噴射量とは、本実施の形態と従来との間でほとんど差が無く、走行性能としては同等である、といえる。
しかし、図６（Ｃ）に示す領域ＣＡでは、従来の制御方法であるグラフＨＣではピークが突出しており、過給圧のオーバーシュートが発生している。近年では吸気管１１が樹脂等で形成されている場合が多く、過給圧の上限値が設定されている。従って、過給圧のオーバーシュートがこの上限値を超えないように制御する必要がある。つまり、本実施の形態の制御方法は、従来と同じ走行性能を実現しつつ過給圧のオーバーシュートをより低減することができるので、適合限界をより上昇させることが可能であり、より好ましい制御方法であることがわかる。
また本実施の形態にて説明した内燃機関の制御方法では、タービン上流の圧力検出手段、タービン下流の圧力検出手段、タービン上流の温度検出手段、を省略することができるので、検出手段の数をより低減してより低コストで実現することができる。
【００３７】
以上、本実施の形態の説明では、内燃機関の制御方法について説明したが、この内燃機関の制御方法を実施するための装置である、内燃機関の制御装置５０を、以下のように構成することができる。
図１に示すように、制御装置５０は、タービンインペラへの排気ガスの流速を制御可能な可変ノズルを有するターボ過給機を備えた内燃機関を制御対象とする。
また制御装置５０は、可変ノズルの開度を調整可能な開度調整手段５２と、タービンインペラ３６Ａの下流側の圧力に対するタービンインペラ３６Ａの上流側の圧力の比に応じたタービン流量が可変ノズルの開度量に応じて設定された圧力比・タービン流量特性（図４参照）が記憶されている記憶手段５３と、制御手段５１と、を備えている。
制御手段５１は、図３に示すように、流量検出手段２１（吸入空気量検出手段に相当）からの検出信号に基づいて内燃機関が吸入した吸入空気の流量である吸入空気流量を検出し、内燃機関に燃料を噴射するインジェクタへの噴射指令信号に基づいて内燃機関への燃料の噴射量を検出し、回転検出手段２２（内燃機関回転数検出手段に相当）からの検出信号に基づいて内燃機関の回転数である内燃機関回転数を検出し、大気圧検出手段２３からの検出信号に基づいて大気圧を検出する。
そして制御手段５１は、図２及び図３に示すように、噴射量と内燃機関回転数とに基づいて燃料量である燃料流量を算出し、吸入空気流量と燃料流量と大気圧とに基づいてタービンインペラの上流側の圧力である上流側圧力を算出し、噴射量と吸入空気流量と燃料流量とに基づいてタービンインペラの上流側の温度である上流側温度を算出する。
また制御手段５１は、燃料流量と吸入空気流量と上流側圧力と上流側温度とに基づいてタービン流量を算出し、タービン流量と、圧力比・タービン流量特性とに基づいて、タービンインペラの下流側の圧力に対する上流側の圧力の比が、所定比以下となるように、可変ノズルの開度量の上限閾値を算出し、開度調整手段５２を用いて上限閾値以下の開度となるように可変ノズル３３の開度を調整する。
【００３８】
本発明の内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置は、本実施の形態で説明した処理、動作等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本発明の内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置を適用する対象制御システムは、図１の例に示すものに限定されず、可変ノズルを有するターボ過給機を備えた、種々の内燃機関に適用することが可能である。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３９】
１０      エンジン（内燃機関）
１１      吸気管
１２      排気管
２１      流量検出手段
２２      回転検出手段
２３      大気圧検出手段
２４      過給圧検出手段
３０      ターボ過給機
３１      駆動手段
３２      開度検出手段
３３      可変ノズル
３５      コンプレッサ
３５Ａ    コンプレッサインペラ
３６      タービン
３６Ａ    タービンインペラ
４１      コモンレール
４３Ａ〜４３Ｄ    インジェクタ
４５Ａ〜４５Ｄ    気筒
５０      制御装置
５１      制御手段
５２      開度調整手段
５３      記憶手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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