(57)【要約】【課題】タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止することができる過給機付エンジンの制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】燃料噴射弁から燃焼室に供給される燃料の噴射量を制御するためのＰＣＭは、過給圧センサによって検出された検出過給圧が第１所定過給圧以上であるときには、ノズルポジションセンサの検出結果から推定されるノズル開度とエンジン回転数センサによって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料噴射量を設定し、エンジンの１サイクルあたりの燃料の噴射量を、上記上限燃料噴射量以下に制限する燃料噴射量制限制御を実行する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機付エンジンの制御装置であって、
上記エンジンの燃焼室内に燃料を供給可能に構成された燃料噴射弁と、
上記エンジンの排気通路に設けられたタービンと上記エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、上記排気通路内を流れる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するターボ過給機であって、上記排気通路において、上記排気ガスの上記タービンへの入口通路における、該排気ガスの流路断面積を変更可能に構成された１つ又は複数の可動部材を有するターボ過給機と、
上記コンプレッサのよる吸気の過給圧を検出する過給圧検出手段と、
上記入口通路における、上記排気ガスの流路断面積を検出又は推定する流路断面積検出又は推定手段と、
上記エンジンの出力軸の回転角からエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
上記燃料噴射弁から上記燃焼室に供給される燃料の供給量を制御する燃料供給量制御手段と、
上記過給圧検出手段によって検出された検出過給圧が第１所定過給圧以上であるときに、上記流路断面積検出又は推定手段によって検出又は推定される上記流路断面積と、上記エンジン回転数検出手段によって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する上限燃料供給量設定手段と、を備え、
上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であるときに、上記エンジンの１サイクルあたりの燃料の供給量を、上記上限燃料供給量設定手段によって設定された上限燃料供給量以下に制限する燃料供給量制限制御を実行するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の過給機付エンジンの制御装置において、
上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が、上記第１所定過給圧よりも大きい値に設定された第２所定過給圧以上であるときには、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料の供給量を０にするように構成されていることを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の過給機付エンジンの制御装置において、
上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排気ガスの圧力を検出する排圧検出手段をさらに備え、
上記上限燃料供給量設定手段は、上記排圧検出手段によって検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧未満であるときであっても、上記流路断面積検出又は推定手段によって検出又は推定される上記流路断面積と上記エンジン回転数検出手段によって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定するように構成され、
上記燃料供給量制御手段は、上記排圧検出手段によって検出された上記検出排圧が上記所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧未満であるときであっても、上記燃料供給量制限制御を実行するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の過給機付エンジンの制御装置において、
上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上かつ上記第２所定過給圧未満であるときに、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧に対して高いほど、上記燃料の供給量を小さく設定するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。
【請求項５】
エンジンの燃焼室内に燃料を供給可能に構成された燃料噴射弁と、
上記エンジンの排気通路に設けられたタービンと上記エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、上記排気通路内を流れる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するターボ過給機であって、上記排気通路において、上記タービンへの上記排気ガスの入口通路における、該排気ガスの流路断面積を変更可能に構成された１つ又は複数の可動部材を有するターボ過給機とを備えた過給機付エンジンの制御方法であって、
上記コンプレッサのよる吸気の過給圧を検出する過給圧検出工程と、
上記入口通路における、上記排気ガスの流路断面積を検出又は推定する流路断面積検出又は推定工程と、
上記エンジンの出力軸の回転角からエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出工程と、
上記燃料噴射弁から上記燃焼室に供給される燃料の供給量を設定する燃料供給量設定工程と、
上記過給圧検出工程で検出された検出過給圧が、第１所定過給圧以上であるときに、上記流路断面積検出又は推定工程で上記検出又は推定された上記流路断面積と、上記エンジン回転数検出工程で検出されたエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する上限燃料供給量設定工程とを含み、
上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であるときには、上記エンジンの１サイクルあたりの燃料の噴射量を、上記上限燃料供給量設定工程で設定された上限燃料供給量以下に設定する工程であることを特徴とする過給機付エンジンの制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の過給機付エンジンの制御方法において、
上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が、上記第１所定過給圧よりも大きい値に設定された第２所定過給圧以上であるときには、上記燃料の供給量を０に設定する工程であることを特徴とする過給機付エンジンの制御方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の過給機付エンジンの制御方法において、
上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排気ガスの圧力を検出する排圧検出工程をさらに含み、
上記上限燃料供給量設定工程は、上記排圧検出工程で検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記所定過給圧未満であるときであっても、上記検出又は推定された上記流路断面積と、上記検出されたエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する工程であり、
上記燃料供給量設定工程は、上記排圧検出工程で検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧未満であるときであっても、上記エンジンの１サイクルあたりの燃料の供給量を上記上限燃料供給量以下に設定する工程であることを特徴とする過給機付エンジンの制御方法。
【請求項８】
請求項６に記載の過給機付エンジンの制御方法において、
上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上かつ上記第２所定過給圧未満であるときに、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧に対して高いほど、上記燃料の供給量を小さく設定する工程であることを特徴とする過給機付エンジンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付エンジンの制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、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、タービンへの排気ガスの入口通路における、排気ガスの流路断面積を調整するための複数の可動式ベーン（可動部材）を有するターボ過給機を備えたエンジンが知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載のターボ過給機は、上記コンプレッサによる過給圧が第１設定圧以上であるときに、該過給圧が低下するように上記可動式ベーンを開き側に作動させる信号を上記可動式ベーンのアクチュエータに送る第１過給圧低下制御手段と、上記コンプレッサによる過給圧が、上記第１設定圧よりも大きい値に設定された第２設定圧以上であるときに、上記可動式ベーンを上記第１過給圧低下制御手段よりも大きく開き側に作動させるように、上記アクチュエータに信号を送る第２過給圧低下制御手段と、上記コンプレッサによる過給圧が、上記第２設定圧よりも大きい値に設定された第３設定圧以上であるときに、エンジンへの燃料供給を中止させる燃料カット制御手段と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１３２４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、タービンへの入口通路における、排気ガスの流路断面積を調整するための１つ又は複数の可動部材を有するターボ過給機では、エンジンの燃焼室内で燃料を燃焼させた際に発生する煤が、上記可動部材に付着することによって、上記可動部材がタービンケーシング等に固着してしまうことがある。
【０００６】
流路断面積を小さく絞った状態で上記可動部材が固着すると、タービンを回転させるための排気エネルギーが高くなるため、タービンの回転数が、ターボ過給機自体を損傷させるような回転数まで上昇する可能性が高くなる。
【０００７】
特許文献１に記載のターボ過給機付エンジンでは、コンプレッサによる過給圧が第２過給圧以上であるときに、上記可動部材を出来る限り大きく開き側に作動させるように上記可動部材のアクチュエータに信号を送り、該信号を送った後でも、過給圧が低下せず第３過給圧以上になったときに、上記可動部材が固着したと判定して、エンジンへの燃料供給を中止させるようにしている。これにより、上記エンジンからの排圧が抑えられるため、タービンの回転数を下げることができ、ターボ過給機の損傷を防止することができる。
【０００８】
しかしながら、上記可動部材の固着の判定には一定時間が必要である。近年のターボ過給機は、小型化される傾向にあり、小型のターボ過給機は過給レスポンスが高いため、上記可動部材の固着の判定を行っている間に、ターボ過給機が損傷してしまうおそれがある。そのため、タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止するという観点からは、改良の余地がある。
【０００９】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止することができる過給機付エンジンの制御装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、過給機付エンジンの制御装置を対象として、上記エンジンの燃焼室内に燃料を供給可能に構成された燃料噴射弁と、上記エンジンの排気通路に設けられたタービンと上記エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、上記排気通路内を流れる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するターボ過給機であって、上記排気通路において、上記排気ガスの上記タービンへの入口通路における、該排気ガスの流路断面積を変更可能に構成された１つ又は複数の可動部材を有するターボ過給機と、上記コンプレッサのよる吸気の過給圧を検出する過給圧検出手段と、上記入口通路における、上記排気ガスの流路断面積を検出又は推定する流路断面積検出又は推定手段と、上記エンジンの出力軸の回転角からエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、上記燃料噴射弁から上記燃焼室に供給される燃料の供給量を制御する燃料供給量制御手段と、上記過給圧検出手段によって検出された検出過給圧が第１所定過給圧以上であるときに、上記流路断面積検出又は推定手段によって検出又は推定される上記流路断面積と、上記エンジン回転数検出手段によって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する上限燃料供給量設定手段と、を備え、上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であるときに、上記エンジンの１サイクルあたりの燃料の供給量を、上記上限燃料供給量設定手段によって設定された上限燃料供給量以下に制限する燃料供給量制限制御を実行するように構成されている、ものとした。
【００１１】
この構成によると、可動部材が固着状態であるか否かの判定を待つこと無く、検出過給圧が第１所定過給圧以上であるときに、燃料供給量制限制御が実行される。
【００１２】
すなわち、検出過給圧は、コンプレッサの回転数が高いほど高く、コンプレッサの回転数はタービンの回転数が高いほど高いため、検出過給圧が上昇しているということは、タービンの回転数が上昇していることを意味する。そのため、タービンの回転数が上昇して、検出過給圧が第１所定過給圧以上まで上昇したときに、タービンの回転数が、ターボ過給機自体を損傷させるような回転数まで上昇する可能性が高い（以下、タービンが過回転状態となる可能性が高いという）として、燃料供給量制限制御が実行する。この燃料供給量制限制御により、燃料の供給量を制限して、上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分（以下、排気上流部という）の排圧を低下させることができる。これにより、可動部材が固着状態であるか否かの判定の完了を待つこと無く、タービンが過回転状態となる可能性が高いときに、速やかに、タービンを回転させるための排気エネルギーを低下させて、タービンの回転数を低下させることができる。この結果、タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。
【００１３】
上記過給機付エンジンの制御装置において、上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が、上記第１所定過給圧よりも大きい値に設定された第２所定過給圧以上であるときには、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料供給量を０にするように構成されている、ことが望ましい。
【００１４】
すなわち、例えば、可動部材が、排気ガスの流路断面積が最小となるような位置で固着してしまうと、上記排気上流部内の排圧が急激に上昇するため、タービンが過回転状態となる可能性がさらに高くなる。このときには、燃焼室への燃料供給自体を一時的に停止させて、排気上流部内の排圧を一気に低下させることが望ましい。そこで、検出過給圧が第２所定過給圧以上であり、タービンが過回転状態となる可能性がさらに高いときには、燃料供給量を０にすることにより、上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排圧を急激に低下させる。これにより、一層、ターボ過給機の損傷を防止することができる。
【００１５】
上記過給機付エンジンの制御装置の一の実施形態では、上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排気ガスの圧力を検出する排圧検出手段をさらに備え、上記上限燃料供給量設定手段は、上記排圧検出手段によって検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧未満であるときであっても、上記流路断面積検出又は推定手段によって検出又は推定される上記流路断面積と上記エンジン回転数検出手段によって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定するように構成され、上記燃料供給量制御手段は、上記排圧検出手段によって検出された上記検出排圧が上記所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧未満であるときであっても、上記燃料供給量制限制御を実行するように構成されている。
【００１６】
上述したように、検出過給圧は、コンプレッサの回転数が高いほど高く、コンプレッサの回転数はタービンの回転数が高いほど高くなるため、検出過給圧が上記第１所定過給圧以上になったときに、タービンが過回転状態となる可能性が高いとして、燃料供給量制限制御を実行していれば、基本的には、タービンが過回転状態となることを抑制することができる。しかしながら、検出過給圧は、上記排気上流部内の排圧が上昇し、タービンの回転数が上がることによって上昇するものであるため、例えば、排気ガスの流量が多く、タービンの回転数が急激に上昇するおそれがあるときには、検出過給圧よりも上記排気上流部内の排圧に基づいて、燃料供給量制限制御を実行する方が、上記排気上流部内の排圧を、速やかに低下させる観点からは望ましい。
【００１７】
そこで、燃料供給量制御手段を、検出排圧が所定排圧以上であるときには、検出過給圧が第１所定過給圧未満であるときであっても、燃料供給量制限制御を実行するように構成する。これにより、検出過給圧は、未だ第１所定過給圧以上になっていないが、上記排気上流部の排圧は、タービンが過回転状態となる可能性が高い排圧まで上昇しているようなときに、タービンが過回転状態となることを抑制して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。
【００１８】
上記検出過給圧が上記第２所定過給圧以上であるときに、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料供給量を０にするように構成されている上記過給機付エンジンの制御装置の一実施形態では、上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上かつ上記第２所定過給圧未満であるときに、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧に対して高いほど、上記燃料の供給量を小さく設定するように構成されている。
【００１９】
この構成により、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、検出過給圧が第１所定過給圧に対して大きいほど、燃料供給量が小さくなるよう制御されるため、コンプレッサによる吸気の過給圧が第１所定過給圧に対して、高い側に大きく離れていたとしても、上記排気上流部内の排圧を速やかに低下させて、過給圧を低下させることができる。これにより、ターボ過給機の損傷をより防止することができる。
【００２０】
また、本発明の別の態様は過給機付きエンジンの制御方法の発明であり、この発明は、エンジンの燃焼室内に燃料を供給可能に構成された燃料噴射弁と、上記エンジンの排気通路に設けられたタービンと上記エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、上記排気通路内を流れる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するターボ過給機であって、上記排気通路において、上記タービンへの上記排気ガスの入口通路における、該排気ガスの流路断面積を変更可能に構成された１つ又は複数の可動部材を有するターボ過給機とを備えた過給機付エンジンの制御方法を対象として、上記コンプレッサのよる吸気の過給圧を検出する過給圧検出工程と、上記入口通路における、上記排気ガスの流路断面積を検出又は推定する流路断面積検出又は推定工程と、上記エンジンの出力軸の回転角からエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出工程と、上記燃料噴射弁から上記燃焼室に供給される燃料の供給量を設定する燃料供給量設定工程と、上記過給圧検出工程で検出された検出過給圧が、第１所定過給圧以上であるときに、上記流路断面積検出又は推定工程で上記検出又は推定された上記流路断面積と、上記エンジン回転数検出工程で検出されたエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する上限燃料供給量設定工程とを含み、上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であるときには、上記エンジンの１サイクルあたりの燃料の噴射量を、上記上限燃料供給量設定工程で設定された上限燃料供給量以下に設定する工程である、という構成とした。
【００２１】
この構成によると、タービンが過回転状態となる可能性が高いときには、燃料供給量設定工程において、燃料の供給量を制限して、上記排気上流部の排圧を速やかに低下させることができる。これにより、可動部材が固着状態であるか否かの判定の完了を待つこと無く、タービンが過回転状態となる可能性が高いときに、速やかに、タービンを回転させるための排気エネルギーを低下させて、タービンの回転数を低下させることができる。この結果、タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。
【００２２】
上記過給機付エンジンの制御方法において、上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が、上記第１所定過給圧よりも大きい値に設定された第２所定過給圧以上であるときには、上記燃料の供給量を０に設定する工程である、ことが望ましい。
【００２３】
この構成によると、検出過給圧が第２所定過給圧以上であり、タービンが過回転状態となる可能性がさらに高いときには、燃料供給量設定工程において、燃料供給量を０に設定することにより、上記排気上流部の排圧を急激に低下させることができる。これにより、一層、ターボ過給機の損傷を防止することができる。
【００２４】
上記過給機付エンジンの制御方法の一実施形態では、上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排気ガスの圧力を検出する排圧検出工程をさらに含み、上記上限燃料供給量設定工程は、上記排圧検出工程で検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記所定過給圧未満であるときであっても、上記検出又は推定された上記流路断面積と、上記検出されたエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する工程であり、上記燃料供給量設定工程は、上記排圧検出工程で検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧未満であるときであっても、上記エンジンの１サイクルあたりの燃料の供給量を上記上限燃料供給量以下に設定する工程である。
【００２５】
すなわち、検出過給圧は、上記排気上流部内の排圧が上昇し、タービンの回転数が上がることによって上昇するものであるため、例えば、排気ガスの流量が多く、タービンの回転数が急激に上昇するおそれがあるときには、燃料供給量設定工程において、検出過給圧よりも上記排気上流部内の排圧に基づいて、上記燃料の供給量を設定する方が、上記排気上流部内の排圧を、速やかに低下させる観点からは望ましい。
【００２６】
そこで、検出排圧が所定排圧以上であるときには、検出過給圧が第１所定過給圧未満であるときであっても、検出又は推定された流路断面積と、検出されたエンジン回転数とに基づいて上限燃料噴射量を設定して、エンジンの１サイクルあたりの燃料の噴射量を上記上限燃料噴射量以下に制限する。これにより、検出過給圧は、未だ第１所定過給圧以上になっていないが、上記排気上流部の排圧は、タービンが過回転状態となる可能性が高い排圧まで上昇しているようなときに、タービンが過回転状態となることを抑制して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。
【００２７】
上記燃料供給量設定工程が、上記検出過給圧が上記第２所定過給圧以上であるときには、上記燃料の供給量を０にする設定する工程である、過給機付エンジンの制御方法において、上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上かつ上記第２所定過給圧未満であるときに、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧に対して高いほど、上記燃料の供給量を小さく設定する工程である、ことが望ましい。
【００２８】
この構成により、上記燃料供給量設定工程において、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、検出過給圧が第１所定過給圧に対して大きいほど、燃料供給量が小さくなるよう制御されるため、コンプレッサによる吸気の過給圧が第１所定過給圧に対して、高い側に大きく離れていたとしても、上記排気上流部内の排圧を速やかに低下させて、過給圧を低下させることができる。これにより、ターボ過給機の損傷をより防止することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明の過給機付きエンジンの制御装置及び制御方法によると、可動部材が固着状態であるか否かに関わらず、検出過給圧が第１所定過給圧以上であるときに、流路断面積検出又は推定手段によって検出又は推定される上記流路断面積とエンジン回転数検出手段によって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量が設定され、エンジンの１サイクルあたりの燃料の供給量が上記上限燃料供給量以下に制限されるため、タービンの回転数が、ターボ過給機自体を損傷させるような回転数まで上昇する可能性が高いときに、可動部材が固着状態であるか否かの判定を待つことなく、上記燃料の供給量を制限して、上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排圧を低下させて、速やかに、タービンを回転させるための排気エネルギーを低下させることができる。この結果、タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置が適用されたエンジンシステムを示す概略図である。
【図２】ターボ過給機のタービン室を拡大した図である。
【図３】図２のIII-III線で切ったタービン室の断面図である。
【図４】エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図５】エンジン回転数及びノズル開度に基づいて上限燃料噴射量を決定するためのマップの一例である。
【図６】過給圧及び排圧に基づいて燃料噴射量を設定する際の処理動作を示すフローチャートである。
【図７】検出過給圧が第１所定過給圧以上となり、燃料噴射量が制限される際の、燃料噴射量及び過給圧の変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本実施形態に係る制御装置が適用されたエンジンシステム２００を示す。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から排出される排気ガスを、エンジンＥが搭載された車両の外部に排出するための排気系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複数のセンサとエンジンシステム２００の制御を行うパワートレインコントロールモジュール５０（図４参照、以下、Powertrain Control Moduleを省略してＰＣＭ５０という）と、を有している。
【００３３】
エンジンＥは、複数の気筒１６ａ（図１では１つのみを記載）を有する多気筒エンジンであって、上記複数の気筒１６ａが設けられたシリンダブロック１６と、このシリンダブロック１６上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１６の下側に配設され、エンジンＥの駆動系の潤滑に用いられる潤滑油が貯留されたオイルパン１８とを有している。エンジンＥの各気筒１６ａ内には、ピストン２３が気筒１６ａ内を往復運動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン２３の頂面と気筒１６ａの側壁とシリンダヘッド１４の下面とによって、燃焼室１７が気筒１６ａ毎に形成されている。
【００３４】
上記ピストン２３は、コンロッド２４を介して、エンジンＥの出力軸としてのクランクシャフト２５と連結されており、該クランクシャフト２５は、ピストン２３の往復運動によって回転される。
【００３５】
上記シリンダヘッド１４には、気筒１６ａ毎に吸気ポート１９及び排気ポート２９が形成されているとともに、これら吸気ポート１９及び排気ポート２９における燃焼室１７側の開口を開閉する吸気バルブ１５及び排気バルブ２７がそれぞれ配設されている。また、シリンダヘッド１４には、燃焼室１７内に燃料を供給可能に構成された燃料噴射弁２０と、エンジンＥの始動時等において、吸気と燃料との混合気への着火性を高めるためのグロープラグ２１とが気筒１６ａ毎にそれぞれ配設されている。
【００３６】
さらに、エンジンシステム２００には、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。
【００３７】
エンジンＥには、エンジンＥ等を冷却するための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の回転角からエンジンＥの回転数を検出するエンジン回転数センサ１１０（エンジン回転数検出手段）と、オイルパン２８内のオイルレベルを検出するための光学式オイルレベルセンサ１１１とが設けられている。
【００３８】
また、このエンジンＥは、その排気量を１．５リットル程度とした、比較的排気量の小さいエンジンとなるように構成されている。このエンジンＥは、比較的小型軽量であり且つ、機械抵抗が低く、燃費性能が高い。
【００３９】
吸気系ＩＮは、エンジンＥの各気筒１６ａの吸気ポート１９に連通する吸気通路１を有している。この吸気通路１の吸気上流側端部には、上記車両の外部から導入された吸気を濾過するエアクリーナー３が配設されている。一方、吸気通路１における吸気下流側端部の近傍部分には、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が配設されている。吸気通路１におけるサージタンク１２よりも吸気下流側の部分は、気筒１６ａ毎に分岐する吸気マニホールド（図示省略）によって構成されており、該吸気マニホールドにおける吸気下流側の端部が、各気筒１６ａの吸気ポート１９にそれぞれ接続されている。
【００４０】
吸気通路１におけるエアクリーナー３とサージタンク１２との間には、吸気上流側から吸気下流側に向かって順に、後述する低圧ＥＧＲ装置４８の低圧ＥＧＲ通路４８ａと吸気通路１との接続部と、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａと、各気筒１６ａの燃焼室１７への吸気の流量を調整するための吸気シャッター弁７と、上記コンプレッサ５ａにより過給された空気を冷却するインタークーラー８と、後述する高圧ＥＧＲ装置４３の高圧ＥＧＲ通路４３ａと吸気通路１との接続部とがそれぞれ配設されている。また、インタークーラー８には、冷却水が通る通路である冷却水通路１０を介して、インタークーラー８に通水する冷却水の流量を調整するウォーターポンプ９が接続されている。尚、インタークーラー８に通水する冷却水（つまり、冷却水通路１０を通る冷却水）は、エンジンＥから供給されるようになっている。
【００４１】
吸気系ＩＮにおいて、吸気通路１の、エアクリーナー３よりも吸気下流側かつコンプレッサ５ａよりも吸気上流側（厳密には、後述する低圧ＥＧＲ通路４８ａと吸気通路１との接続部よりも吸気上流側）の部分には、吸気量を検出するエアフローセンサ１０２とエアクリーナー３通過直後の吸気の温度を検出する第１吸気温度センサ１０３とが設けられている。また、吸気シャッター弁７には、該吸気シャッター弁７の開度を検出する吸気シャッター弁開度センサ１０５が設けられ、吸気通路１の、インタークーラー８よりも吸気下流側かつサージタンク１２よりも吸気上流側（厳密には、後述する高圧ＥＧＲ通路４３ａと吸気通路１との接続部よりも吸気上流側）の部分には、インタークーラー８を通過した直後の吸気の温度を検出する第２吸気温度センサ１０６とターボ過給機５のコンプレッサ５ａにより過給され、インタークーラー８を通過した後の吸気の過給圧を検出する過給圧センサ１０７（過給圧検出手段）とが設けられている。さらに、吸気通路１には、吸気通路１における上記吸気マニホールドの温度を検出する吸気マニホールド温度センサ１０８が設けられている。
【００４２】
燃料供給系ＦＳは、燃料を貯留する燃料タンク３０と、該燃料タンク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上には、上流側（燃料タンク３０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。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、燃圧レギュレーター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。燃料タンク３０に貯留された燃料は、低圧燃料ポンプ３１によって高圧燃料ポンプ３３に送られ、高圧燃料ポンプ３３に送られた燃料は、該高圧燃料ポンプ３３によってコモンレール３５に圧送される。コモンレール３５は、圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能であり、コモンレール３５に蓄えられた燃料は、燃料噴射弁２０が開弁することによって、燃料噴射弁２０の燃料噴射口から燃焼室１７に噴射（供給）される。尚、図示は省略しているが、燃料供給通路３８における、低圧燃料ポンプ３１と高圧燃料ポンプ３３との間の部分及び低圧燃料ポンプ３１と高圧燃料ポンプ３３との間の部分の少なくとも一方には、燃料タンク３０に貯留された燃料に含まれる異物等を除去するための燃料フィルタが設けられている。
【００４３】
また、燃料供給系ＦＳには、高圧燃料ポンプ３３に、燃料の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、該コモンレール３５内の燃料の圧力を検出する燃圧センサ１１５が設けられている。
【００４４】
排気系ＥＸは、排気ガスが通過する排気通路４１を有している。排気通路４１は、エンジンＥの各気筒１６ａの排気ポート２９と連通しており、エンジンＥと排気通路４１との接続部分は、気筒１６ａ毎に分岐して排気ポート２９の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールド（図示省略）によって構成されている。
【００４５】
排気通路４１における排気マニホールドよりも排気下流側には、排気上流側から順に、後述する高圧ＥＧＲ装置４３の高圧ＥＧＲ通路４３ａと排気通路４１との接続部と、排気通路４１を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コンプレッサ５ａを回転駆動する、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酸化触媒４５及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、Diesel particulate filterを省略してＤＰＦという）４６と、後述する低圧ＥＧＲ装置４８の低圧ＥＧＲ通路４８ａと排気通路４１との接続部と、上記車両外部に排出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。
【００４６】
酸化触媒４５は、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ２及びＨ２Ｏが生成する反応を促す触媒である。また、ＤＰＦ４６は、排気ガス中の煤等の微粒子を捕集して、該排気ガスを浄化するフィルタである。
【００４７】
排気系ＥＸにおいて、排気通路４１の、タービン５ｂよりも排気上流側の部分（以下、排気上流部４１ａという）には、該排気上流部４１ａにおける排気ガスの温度を検出する第１排気温度センサ１１６と、上記排気上流部４１ａにおける排気ガスの圧力（以下、単に排圧という）を検出する排圧センサ１１７（排圧検出手段）とが設けられている。また、排気通路４１の、タービン５ｂよりも排気下流側かつ酸化触媒４５よりも排気上流側の部分には、酸化触媒４５を通過する前の排気ガスの温度を検出する第２排気温度センサ１１８が設けられ、排気通路４１の、酸化触媒４５とＤＰＦ４６との間の部分には、酸化触媒４５の通過後かつＤＰＦ４６の通過前の排気ガスの温度を検出する第３排気温度センサ１１９が設けられ、ＤＰＦ４６には、該ＤＰＦ４６の排気上流側と排気下流側との排圧の差を検出するＤＰＦ差圧センサ１２０が設けられている。さらに、排気通路４１の、ＤＰＦ４６よりも排気下流側（厳密には、後述する低圧ＥＧＲ通路４８ａと排気通路４１との接続部よりも排気下流側）かつ排気シャッター弁４９よりも排気上流側の部分には、該部分における排気ガス中の酸素濃度を検出するリニアＯ２センサ１２１と、当該部分における排気ガスの温度を検出する第４排気温度センサ１２２とが設けられている。
【００４８】
本実施形態のエンジンシステム２００は、さらに、排気ガスの一部を吸気側に還流させるための装置として、高圧ＥＧＲ装置４３と低圧ＥＧＲ装置４８とを有している。高圧ＥＧＲ装置４３は、排気通路４１における上記排気マニホールドとターボ過給機５のタービン５ｂとの間の部分と、吸気通路１におけるインタークーラー８とサージタンク１２との間の部分とを接続する高圧ＥＧＲ通路４３ａと、該高圧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とを有しており、排気通路４１に排出された比較的高圧の排気ガスを吸気側に還流させる。一方、低圧ＥＧＲ装置４８は、排気通路４１におけるＤＰＦ４６と排気シャッター４９との間の部分と吸気通路１におけるエアクリーナー３とターボ過給機５のコンプレッサ５ａとの間の部分とを接続する低圧ＥＧＲ通路４８ａと、該低圧ＥＧＲ通路４８ａを通過する排気ガスを冷却するための低圧ＥＧＲガスクーラー４８ｂと、上記低圧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、上記低圧ＥＧＲ通路４８ａを通過させる排気ガスに含まれる煤等の混入物を捕集するための低圧ＥＧＲフィルタ４８ｄとを有しており、排気通路４１に排出された比較的低圧の排気ガスを吸気側に還流させる。
【００４９】
本実施形態のエンジンシステム２００に設けられたターボ過給機５は、タービン５ｂが低速で回転するときでも効率良く過給を行うことができるように小型に形成されているとともに、エンジンＥの運転状態に応じてタービン５ｂに流入する排気ガスの流路断面積を変化させることで、タービン５ｂに流入する排気ガスの流速を調整可能な可変容量型のターボ過給機（Variable Geometry Turbocharger：ＶＧＴ）として構成されている。タービン５ｂの入口、つまり排気通路４１におけるタービン５ｂの直上流部には、排気ガスの流路断面積を調整のための可動式ベーン５ｃが配設されている。
【００５０】
ここで、図２及び図３を参照しながら、ターボ過給機５のタービン５ｂ周辺の構造について説明する。
【００５１】
図２及び図３に示すように、タービン５ｂは、タービンケーシング１５３内に形成されたタービン室１５３ａの略中央部に配設されており、該タービン５ｂの周囲を取り囲むように複数の可動式ベーン５ｃが配設されている。各可動式ベーン５ｃは、図３に示すように、タービン室１５３ａの一方側の壁部（図３における可動式ベーン５ｃの右側の壁部）を貫通する支軸５ｄによって回動可能に支持されている。そして、可動式ベーン５ｃがそれぞれ支軸５ｄの周りに回動して（図２で時計回りに回動して）、相互に近接するように傾斜すると、可動式ベーン５ｃ相互間に形成されるノズル１５５の開度（ノズル断面積）が小さく絞られて、排気流量が少ないときでも、タービン５ｂを回転させるための排気エネルギーを高くすることができるため、高い過給効率が得られるようになる。一方で、可動式ベーン５ｃが上記とは反対側に回動して（図２で反時計回りに回動して）、相互に離反するように傾斜すると、ノズル断面積が大きくなり、排気流量の多いときでも通気抵抗を低減して、過給効率を高くすることができる。ノズル断面積は、排気ガスの流路断面積に相当する。
【００５２】
より詳しくは、図３に示すように、タービンケーシング１５３の内部には、タービン室１５３ａに対しタービン軸の延びる方向に隣接して、該タービン室１５３に対応するように環状の空洞部１５３ｂが形成されており、上記可動式ベーン５ｃの支軸５ｄは、それぞれ、上記空洞部１５３ｂとタービン室１５３ａとの間の隔壁を貫通して、該空洞部１５３ｂ内に突出している。この支軸５ｄの上記空洞部１５３ｂに突出した部分には、それぞれ馬蹄形状の連結部材１５６の基端部が取り付けられ、この各連結部材１５６の先端側に連結ピン１５６ａの一端部が摺動可能に取り付けられている。また、該連結ピン１５６ａの他端部は、可動式ベーン５ｃに対応するように空洞部１５３ｂの全周に亘って配置されたリング部材１５７に回動可能に固定されている。
【００５３】
リング部材１５７は、リンク機構１５８を介してアクチュエータ１６２（図４参照）のロッド１６３に駆動連結されている。詳しくは、図３に示すように、リンク機構１５８は、一端部がリング部材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第１連結板部材１５８ｂと、該第１連結板部材１５８ｂの他端部に連結されるとともに、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第２連結板状部材１５８ｄとからなり、該第２連結板状部材１５８ｄの他端部が、連結ピン１５３ｅによりアクチュエータ１６２のロッド１６３に回動可能に連結されている。そして、上記アクチュエータ１６２の作動により、ロット１６３が動作して、該動作がリンク機構１５８を介してリング部材１５７に伝達されて、リング部材１５７がタービン軸の軸線Ｘ周りに回動することで、可動式ベーン５ｃがそれぞれ支軸５ｄ周りに同期回動されるようになっている。すなわち、ノズル１５５の開度は、ロッド１６３の動作によって変更されるようになっている。
【００５４】
また、ターボ過給機５において、ロッド１６３の近傍位置には、ロッド１６３の位置を検出するノズルポジションセンサ１２３が設けられている。
【００５５】
上述のように構成されたエンジンシステム２００は、ＰＣＭ５０によって制御される。ＰＣＭ５０は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムやデータを格納するメモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。
【００５６】
ＰＣＭ５０には、図４に示すように、各種のセンサからの検出信号が入力される。センサとしては、例えば、上記車両の車速を検出する車速センサ１００と、上記車両のドライバによるアクセルペダルの踏み込み量（ドライバの操作によるアクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１０１と、エンジンＥの回転数を検出するエンジン回転数センサ１１０と、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａにより過給され、インタークーラー８を通過した後の吸気の過給圧を検出する過給圧センサ１０７と、排気上流部４１ａにおける排圧を検出する排圧センサ１１７と、ロッド１６３の位置を検出するノズルポジションセンサ１２３とである。
【００５７】
ＰＣＭ５０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジンＥや車両の状態を判定し、これに応じて燃料噴射弁２０及びロッド１６３を駆動させるアクチュエータ１６２を含む種々の装置（グロープラグ１９、及び、各種の弁（吸気シャッター弁７、排気シャッター弁４９、高圧ＥＧＲ弁４３ｂ、及び低圧ＥＧＲ弁４８ｃ））へ制御信号を出力する。
【００５８】
ＰＣＭ５０は、基本的には、上記車両のドライバが要求するトルク（以下、要求トルクという）に基づいて、エンジンＥの１サイクルあたりに燃焼室１７内に噴射する燃料の噴射量（以下、単に燃料噴射量という）を設定して、該設定された燃料噴射量だけ燃料噴射弁２０から燃焼室１７に燃料が噴射されるように、上記燃料噴射量に基づくパルス幅を有する信号を、上記燃料噴射弁２０に出力する。ＰＣＭ５０には、予め要求トルクに基づいて燃料噴射量を決定するためのマップが格納されており、ＰＣＭ５０は、要求トルクに基づいて燃料噴射量を設定するときには、上記マップに従って燃料噴射量を設定する。このことから、ＰＣＭ５０は燃料供給量制御手段を構成する。以下の説明において、要求トルクに基づいて設定された燃料噴射量を目標燃料噴射量という。尚、上記目標燃料噴射量は、後述する上限燃料噴射量（上限燃料供給量）に対して多くなることも少なくなることもある。また、上記要求トルクは、車速センサ１００、アクセル開度センサ１０１及びエンジン回転数センサ１１０の検出信号に基づいて決定される。
【００５９】
また、ＰＣＭ５０は、ノズルポジションセンサ１２３によって検出されたロッド１６３の位置から、ノズル１５５の開度、すなわち、タービン５ｂの入口通路における、排気ガスの流路断面積を推定する。すなわち、ＰＣＭ５０は流路断面積推定手段を構成する。尚、上記排気ガスの流路断面積を直接検出することが可能なセンサを設けて、上記排気ガスの流路断面積を検出するようにしてもよい。
【００６０】
さらに、ＰＣＭ５０は、排圧センサ１１７によって検出される検出排圧に基づいて、目標ノズル開度を設定し、ノズル開度が該目標ノズル開度になるようにアクチュエータ１６２を作動させ、ロッド１６３を駆動させて、適切な過給圧が得られつつ、タービン５ｂの回転数が、ターボ過給機５自体を損傷させるような回転数まで上昇しないように、ノズル開度を調整する。尚、以下の説明において、「回転数が、ターボ過給機５自体を損傷させるような回転数まで上昇した状態」のことを「過回転状態」という。
【００６１】
上述のように、ノズル開度を調整することによって、吸気の過給圧を応答性よく立ち上げて、燃焼効率の向上等を図りつつ、タービン５ｂが過回転状態となることを防止することができる。しかしながら、可動式ベーン５ｃが正常に作動しなくなった場合、タービン５ｂが過回転状態となる可能性がある。すなわち、図３に示すように、可動式ベーン５ｃとタービン室１５３ａの側壁部とのクリアランスは、極めて狭く形成されており、排気ガス中に含まれる煤などが可動式ベーン５ｃと上記側壁部との間の部分に堆積すると、可動式ベーン５ｃが、上記側壁部に固着した固着状態になってしまうことがある。特に、可動式ベーン５ｃが、閉じ側に位置している状態で固着してしまうと、タービン５ｂに作用する排気ガスの流速が異常に高くなり、タービン５ｂを回転させるための排気エネルギーが高くなるため、タービン５ｂが過回転状態となり、ターボ過給機５自体を損傷させてしまう可能性が高くなる。
【００６２】
このような、可動式ベーン５ｃの固着に対する対策として、コンプレッサ５ａによる吸気の過給圧を検出して、検出された過給圧が第１所定過給圧以上であるときに、可動式ベーン５ｃが固着状態であるか否かを判定して、可動式ベーン５ｃが固着状態であると判定された後に、燃焼室１７への燃料噴射量を減少させ、排気量を減少させることで、排気上流部４１ａ内の排圧を下げて、タービン５ｂの回転数の上昇を抑制するという方法がある。しかしながら、本実施形態のエンジンＥのように、比較的小型のエンジンでは、ターボ過給機５も小型であり、このような小型のターボ過給機５では、過給レスポンスが高いため、可動式ベーン５ｃが固着した後、可動式ベーン５ｃの固着判定を行っている間に、タービン５ｂが過回転状態になるおそれがある。
【００６３】
そこで、本実施形態では、ＰＣＭ５０は、過給圧センサ１０７によって検出された検出過給圧が第１所定過給圧以上であるときには、エンジン回転数センサ１１０によって検出される検出エンジン回転数と、ノズルポジションセンサ１２３によって検出される検出ノズル開度とに基づいて、上限燃料噴射量を設定し、固着判定がなされるよりも先に、上記燃料噴射量を、上記上限燃料噴射量以下に制限する燃料噴射量制限制御（燃料供給量制限制御）を実行する。ここで、上記第１所定過給圧は、可動式ベーン５ｃの開き側への応答遅れや、エンジンＥから排出される排気ガスの流量の増大等による、排圧の異常増大を検出するための閾値である。また、上記上限燃料噴射量は、排気上流部４１ａ内の排圧を下げて、コンプレッサ５ａによる吸気の過給圧を上記第１所定過給圧よりも小さい過給圧にすることが可能な燃料噴射量である。
【００６４】
以下、ＰＣＭ５０により実行される燃料噴射量制限制御について、具体的に説明する。
【００６５】
ＰＣＭ５０は、先ず、上記検出エンジン回転数と上記検出ノズル開度とに基づいて、上記上限燃料噴射量を設定する。ＰＣＭ５０には、図５に示すような上記上限燃料噴射量を決定するためのマップが予め格納されており、ＰＣＭ５０は該マップを読み込んで上記上限燃料噴射量を設定する。すなわち、ＰＣＭ５０は上限燃料供給量設定手段を構成する。
【００６６】
図５に示すように、ＰＣＭ５０は、上記検出エンジン回転数が同じであれば、上記検出ノズル開度が小さいほど上記上限燃料噴射量を小さい値に設定する。すなわち、ノズル開度が小さい状態では、排気上流部４１ａ内の排圧が上昇しやすく、タービン５ｂを回転させる排圧エネルギーが高くなりやすい。そのため、上記検出ノズル開度が小さいほど、上記上限燃料噴射量を減少させ、エンジンＥから排気通路４１に排出される排気ガスの流量を小さくして、排気上流部４１ａ内の排圧を下げるようにしている。また、ＰＣＭ５０は、排気ガスの流量が、タービン５ｂが過回転状態となり得ないような流量にしかならない程度にエンジン回転数が低い領域を除いて、上記検出ノズル開度が同じであれば、上記検出エンジン回転数が高いほど上記上限燃料噴射量を小さい値に設定する。すなわち、エンジン回転数が高い状態であれば、エンジンＥから排気通路４１に排出される排気ガスの流量が大きくなり、排気上流部４１ａ内の排圧が上昇しやすくなる。そのため、上記上限燃料噴射量を減少させ、エンジンＥから排気通路４１に排出される排気ガスの流量を小さくして、排気上流部４１ａ内の排圧を下げるようにしている。尚、図５に示すようなマップは、実験によって予め定められるものであり、ターボ過給機毎に異なるマップになり得るものである。
【００６７】
ＰＣＭ５０は、上記上限燃料噴射量を設定した後、上記検出過給圧と上記第１所定過給圧とを比較して、上記第１所定過給圧に対する上記検出過給圧の大きさに基づいて係数ＡＢＯを決定する。ＰＣＭ５０は、係数ＡＢＯを決定した後、上記上限燃料噴射量に上記係数ＡＢＯを乗じて、エンジン回転数、ノズル開度及び過給圧に基づいて定められる燃料噴射量である制限燃料噴射量を算出する。
【００６８】
次に、ＰＣＭ５０は、上記制限燃料噴射量と上記目標燃料噴射量とを比較して、上記制限燃料噴射量が上記目標燃料噴射量以下であるときには、上記制限燃料噴射量を、実際に燃焼室１７に噴射する燃料の噴射量（以下、最終燃料噴射量という）に設定する一方、上記制限燃料噴射量が上記目標燃料噴射量よりも大きいときには、上記目標燃料噴射量を最終燃料噴射量に設定する。
【００６９】
そして、ＰＣＭ５０は、上記燃料噴射量が、設定した最終燃料噴射量となるよう燃料噴射弁２０を作動させる。具体的には、燃料噴射弁２０から最終燃料噴射量だけ燃料が燃焼室１７に供給されるようなパルス幅を有する信号を、上記燃料噴射弁２０に出力する。
【００７０】
このように、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であるときに、燃料噴射量制限制御を実行することによって、エンジンＥから排気通路４１に排出される排気量が減少するため、排気上流部４１ａ内の排圧が減少する。これにより、タービン５ｂを回転させるための排気エネルギーが減少するため、タービン５ｂの回転数が上昇するのを抑えられる。この結果、可動式ベーン５ｃが閉じ側に位置した状態で固着したとしても、タービン５ｂが過回転状態となることを抑制して、ターボ過給機５の損傷を防止することができる。
【００７１】
しかしながら、例えば、可動式ベーン５ｃが、上記ノズル開度が最小となる位置で固着してしまうと、排気上流部４１ａ内の排圧が、タービン５ｂが過回転状態となるような排圧まで急激に上昇してしまうことがある。そのため、このときには、燃焼室１７への燃料供給自体を一時的に停止させて、排気上流部４１ａ内の排圧を一気に低下させることが望ましい。
【００７２】
そこで、本実施形態では、ＰＣＭ５０は、上記検出過給圧が、上記第１所定過給圧よりも高い値に設定された第２所定過給圧以上であるときには、最終燃料噴射量を０にするように構成されている。詳しくは、ＰＣＭ５０は、上記検出過給圧が上記第２所定過給圧以上であるときには、上記係数ＡＢＯを０にして、上記制限燃料噴射量を０にする。上記制限燃料噴射量が０になることにより、最終燃料噴射量が０に設定されて、燃料供給が一時的に停止されるため、エンジンＥからの排気ガスの流量を急激に減少させて、排気上流部４１ａ内の排圧を一気に低下させることができる。この結果、タービン５ｂを回転させるための排気エネルギーを減少させて、タービン５ｂが過回転状態になることを抑制して、ターボ過給機５の損傷を防止することができる。ここで、上記第２所定過給圧は、タービン５ｂが過回転状態となったときの過給圧よりも僅かに低い値に設定されており、ターボ過給機５の構成に基づいて設定される。
【００７３】
上述のように、係数ＡＢＯは、上記検出過給圧が上記第２所定過給圧であるときに０に設定されるようになっている。係数ＡＥＸは、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上かつ上記第２所定過給圧未満の範囲において、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧に対して高い程小さい値に設定される。具体的には、係数ＡＢＯは、検出過給圧が上記第１所定過給圧であるときを１として、上記第１所定過給圧から上記第２所定過給圧に近づくほど０に近い値に設定される。尚、上記検出過給圧が、上記第１所定過給圧と上記第２所定過給圧との間の値であるときの係数ＡＢＯは、エンジンＥとターボ過給機５との相互作用による過給圧の上昇及び低下を、予め実験によって検出することで定められており、ターボ過給機毎に異なる値に設定され得るものである。
【００７４】
尚、ＰＣＭ５０は、上述のような燃料噴射量制限制御を実行しつつ、可動式ベーン５ｃの固着判定についても同時進行で行っており、可動式ベーン５ｃが実際に固着しているか否かについても判定を行っている。該固着判定は、上記検出排圧に基づいて設定されたノズル１５５の上記目標ノズル開度に対する上記検出ノズル開度のずれ量が所定値以上である状態が、所定時間以上続いたか否か検出することによって行う。上記所定時間は３秒程度である。
【００７５】
ここで、検出過給圧は、コンプレッサ５ａの回転数が高いほど高く、コンプレッサ５ａの回転数はタービン５ｂの回転数が高いほど高いため、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であるときに燃料噴射量制限制御を実行していれば、タービン５ｂが過回転状態となることを抑制することができる。しかしながら、検出過給圧は、排気上流部４１ａ内の排圧が上昇し、タービン５ｂの回転数が上がることによって上昇するものであるため、例えば、エンジン回転数が高く、単位時間あたりの排気ガスの流量が多いときには、タービン５ｂの回転数が急激に上昇する。このように、タービン５ｂの回転数が急激に上昇する可能性がある場合には、検出過給圧よりも排気上流部４１ａ内の排圧に基づいて、上記燃料噴射量制限制御を実行する方が、排気上流部４１ａ内の排圧を、速やかに低下させる観点からは望ましい。
【００７６】
そこで、本実施形態では、ＰＣＭ５０は、排圧センサ１１７によって検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧未満であるときであっても上記燃料噴射量制限制御を実行するように構成されている。
【００７７】
具体的には、ＰＣＭ５０は、上記検出エンジン回転数と上記検出ノズル開度とに基づいて、上限燃料噴射量を設定した後、上記検出排圧と上記所定排圧とを比較して、係数ＡＥＸを設定する。次に、ＰＣＭ５０は、上記上限燃料噴射量に係数ＡＥＸを乗じて制限燃料噴射量を設定する。そして、ＰＣＭ５０は、上記制限燃料噴射量と上記目標燃料噴射量とを比較して、上記制限燃料噴射量が上記目標燃料噴射量以下であるときには、最終燃料噴射量を上記制限燃料噴射量に設定する一方、上記制限燃料噴射量が上記目標燃料噴射量よりも大きいときには、上記目標燃料噴射量を最終燃料噴射量に設定する。その後、ＰＣＭ５０は、上記燃料噴射量が、設定した最終燃料噴射量となるよう燃料噴射弁２０を作動させる。尚、係数ＡＥＸは、係数ＡＢＯと同様に、予め実験によって定められており、検出排圧が所定排圧に対して大きい程、小さい値に設定されるようになっている。また、係数ＡＥＸは、ターボ過給機毎に異なる値に設定され得るものである。
【００７８】
これにより、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧未満であるときであっても、上記検出排圧が上記所定排圧以上であり、タービン５ｂが過回転状態となる可能性が高いときには、燃料噴射量が制限されるため、タービン５ｂが過回転状態となることを抑制して、ターボ過給機５の損傷を防止することができる。
【００７９】
上述のように、ＰＣＭ５０による燃料噴射量制限制御は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であるという条件、及び、上記検出排圧が上記所定排圧以上であるという条件の少なくとも一方の条件が満たされたときに実行される。上記２つの条件が両方満たされたときには、ＰＣＭ５０は、上記検出過給圧及び上記検出排圧に基づいて、係数ＡＥＸと係数ＡＢＯとをそれぞれ設定し、燃料噴射量をより抑えることができる方の係数、すなわち、小さい方の係数を選択して、上記制限燃料噴射量を算出する。逆に、上記２つの条件の両方が満たされなかったときには、上記燃料噴射量制限制御は実行されない。
【００８０】
次に、燃料噴射量制限制御を実行する際のＰＣＭ５０の処理動作について、図６のフローチャートに基づいて説明する。尚、以下で説明するフローチャートは、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であるという条件、及び、上記検出排圧が上記所定排圧以上であるという条件の少なくとも一方の条件が満たされた後に実行されるフローチャートである。
【００８１】
最初のステップＳ１０１で、各種センサやスイッチからの入力信号を読み込み、次のステップＳ１０２で、上記ドライバの要求トルクに基づいて目標燃料噴射量を設定する。
【００８２】
続く、ステップＳ１０３では、検出エンジン回転数と検出ノズル開度とに基づいて上限燃料噴射量を設定する。
【００８３】
次のステップＳ１０４では、過給圧センサ１０７により、コンプレッサ５ａによる吸気の過給圧を検出して、次のステップＳ１０５で、係数ＡＢＯを設定する。尚、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上の排圧でないときには、係数ＡＢＯは無限大に設定される。
【００８４】
続く、ステップＳ１０６では、排圧センサ１１７により排圧を検出して、次のステップＳ１０７で、係数ＡＥＸを設定する。尚、上記排圧が上記所定排圧以上の排圧でないときには、係数ＡＥＸは無限大に設定される。
【００８５】
次のステップＳ１０８では、係数ＡＢＯと係数ＡＥＸとを比較して、小さい方の係数を選択する。尚、上述したように、このフローチャートは、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であるという条件、及び、上記検出排圧が上記所定排圧以上であるという条件の少なくとも一方の条件が満たされた後に実行されるものであるため、係数ＡＥＸ及び係数ＡＢＯの両方が無限大に設定されていることはなく、係数ＡＥＸ及び係数ＡＢＯの少なくとも一方は、０以上かつ１以下の値に設定されている。
【００８６】
続く、ステップＳ１０９では、上記ステップＳ１０８で選択した方の係数を、上記上限燃料噴射量に乗じて上記制限燃料噴射量を算出する。
【００８７】
次のステップＳ１１０では、上記目標燃料噴射量と上記制限燃料噴射量とを比較して、上記制限燃料噴射量が上記目標燃料噴射量以下であるか否かを判定する。上記ステップＳ１１０の判定がＮＯであるときにはステップＳ１１２に進む一方、上記ステップＳ１１０の判定がＹＥＳであるときにはステップＳ１１１に進む。
【００８８】
上記ステップＳ１１１では、上記制限燃料噴射量を最終燃料噴射量に設定する。ステップＳ１１１の後は、燃料噴射弁２０に、最終燃料噴射量（つまり、上記制限燃料噴射量）だけ燃料が噴射されるような出力信号（パルス信号）を送った後、リターンする。
【００８９】
一方、上記ステップＳ１１２では、上記目標燃料噴射量を最終燃料噴射量に設定する。ステップＳ１１２の後は、燃料噴射弁２０に、最終燃料噴射量（つまり、上記目標燃料噴射量）だけ燃料が噴射されるような出力信号（パルス信号）を送った後、リターンする。
【００９０】
ＰＣＭ５０は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であるという条件、かつ、上記検出排圧が上記所定排圧以上であるという条件の少なくとも一方の条件が満たされている間、エンジンＥの１サイクル毎に、上記フローチャートに基づいて上記燃料噴射量制限制御を行う。
【００９１】
次に、上述のように燃料噴射量制限制御を実行した場合の、過給圧及び燃料噴射量の変化について、図７を参照しながら説明する。過給圧のグラフに示している破線は、上記第１所定過給圧を表している。尚、図７に示す過給圧は、過給圧センサ１０７によって検出された検出過給圧である。また、図７は、該図７に示す時間範囲において、上記検出排圧が上記所定排圧未満の状態であるときのタイミングチャートを示している。
【００９２】
図７に示すように、ＰＣＭ５０は、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以下のときには、上記ドライバの要求トルクに基づいて設定された目標燃料噴射量で、燃料噴射弁２０から燃焼室１７へ燃料を噴射させる。そして、例えば時間ｔ１において、上記ドライバから加速要求があると、ＰＣＭ５０は燃料噴射量が多くなるように上記目標燃料噴射量を設定して、燃料噴射弁２０から燃焼室１７へ燃料を噴射させる。また、上記ドライバから加速要求があったことによって、エンジン回転数も上昇する。このとき、エンジンＥから排気上流部４１ａへの排気ガスの流量が増加するため、ＰＣＭ５０は、タービン５ｂが過回転状態となることを防ぐために、ノズル開度を大きくするように、アクチュエータ１６２を作動させる。
【００９３】
ここで、時間ｔ２において、可動式ベーン５ｃが固着状態になると、排気上流部４１ａ内の排圧が上昇して、タービン５ｂの回転数が上昇するため、コンプレッサ５ａの回転数も上昇し、上記検出過給圧が上昇していく。そして、時間ｔ３において、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上になると、ＰＣＭ５０は図６に示したフローチャートに基づいて、燃料噴射量制限制御を実行する。これにより、エンジンＥから排気上流部４１ａへの排気ガスの流量が減少するため、可動式ベーン５ｃが固着状態のままであっても排圧が低下し、タービン５ｂの回転数が低下して、コンプレッサ５ａの回転数が低下することで、上記検出過給圧が低下していく。
【００９４】
尚、図７では明確に示していないが、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧よりも小さくなったときには、ＰＣＭ５０は、上記燃料噴射量制限制御を停止させて、上記要求トルクに基づいて燃料噴射量を設定する（つまり、上記目標燃料噴射量を最終燃料噴射量に設定する）。そして、再び上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上になったときには、ＰＣＭ５０は、再び上記燃料噴射量制限制御を実行する。
【００９５】
また、ＰＣＭ５０は、時間ｔ３において、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上になったときに、固着判定を開始する。上述したように、該固着判定は、上記目標ノズル開度に対する上記検出ノズル開度のずれ量が所定値以上である状態が、所定時間以上続いたか否か検出することで行われる判定であるため、判定開始から判定終了までに、所定時間程度（約３秒）の時間がかかる。そのため、時間ｔ３から、所定時間程度の時間が経過した時間ｔ４において固着判定が終了する。
【００９６】
図７の過給圧のグラフには、上記燃料噴射量制限制御を実行せず、上記固着判定を行った後に燃料噴射量の制限を行う場合の過給圧の変化を一点鎖線で示している。図７の排圧のグラフから、上記燃料噴射量制限制御を実行しない場合、固着判定を行っている間も過給圧が上昇し続けることが分かる。このように、排圧が上昇し続けると、タービン５ｂが過回転状態となって、ターボ過給機５が損傷する可能性が高くなる。
【００９７】
したがって、本実施形態では、図７に示すように、可動式ベーン５ｃの固着判定が完了する前に、排気上流部４１ａ内の排圧を、タービン５ｂが過回転状態とならないような排圧まで低下させることができる。これにより、小型のターボ過給機など、過給レスポンスが高く、可動式ベーン５ｃの固着判定を行っている間に、タービンが過回転状態となる可能性が高いターボ過給機であっても、排気上流部４１ａ内の排圧を速やかに減少させて、タービンが過回転状態となることを抑制して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。
【００９８】
以上のように、本実施形態では、ＰＣＭ５０は、過給圧センサ１０７によって検出された検出過給圧が第１所定過給圧以上であるときには、エンジン回転数センサ１１０によって検出される検出エンジン回転数と、ノズルポジションセンサ１２３によって検出される検出ノズル開度とに基づいて、上限燃料噴射量を設定し、上記燃料噴射量を、上記上限燃料噴射量以下に制限する燃料噴射量制限制御を実行するように構成されているため、上記検出過給圧が上記第１所定過給圧以上であり、タービン５ｂが過回転状態となる可能性が高いときに、可動式ベーン５ｃが固着状態であるか否かの判定を待つことなく、速やかに、排気上流部４１ａ内の排圧を低下させて、タービン５ｂを回転させるための排気エネルギーを低下させることができる。この結果、タービン５ｂの回転数を適切に制御して、ターボ過給機５の損傷を防止することができる。
【００９９】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【０１００】
例えば、上述の実施形態では、ターボ過給機５は、タービン５ｂの周囲に複数の可動式ベーン５ｃが配置されるような構成であったが、これに限らず、タービンケーシング１５３内のタービン室１５３ａへの入口部分に、排気ガスの流路断面積を調整するための可動式のダンパーを１つだけ配置するような構成であってもよい。
【０１０１】
また、上述の実施形態では、ターボ過給機５は、比較的小型のターボ過給機であったが、これに限らず、小型のターボ過給機と比較して過給レスポンスが低い大型のターボ過給機であってもよい。
【０１０２】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、タービンへの入口通路における、排気ガスの流路断面積を調整するための可動部材を備えたターボ過給機を有する過給機付エンジンの制御装置及び制御方法として有用である。
【符号の説明】
【０１０４】
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    可動式ベーン（可動部材）
２０    燃料噴射弁
２５    クランクシャフト（エンジンの出力軸）
４１    排気通路
４１ａ  排気上流部（排気通路におけるタービンよりも排気上流側の部分）
５０    パワートレインコントロールモジュール（流路断面積検出手段、燃料供給量制御手段、上限燃料供給量設定手段）
１０７  過給圧センサ（過給圧検出手段）
１１０  エンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）
１１７  排圧センサ（排圧検出手段）
１２３  ノズルポジションセンサ
Ｅ      エンジン
【図１】
2018071531.tif 000003
【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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【図７】
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