(57)【要約】【課題】ターボチャージャーの過回転を抑えることが可能な可変容量型ターボチャージャーの制御装置を提供する。【解決手段】ＶＮＴ制御装置５０は、エンジンの運転状態とターボチャージャーの運転状態とに関する情報を取得し、その情報に基づいて、排気圧力が目標圧力となるように可変ノズルの開度を制御する。ＶＮＴ制御装置５０は、排気圧力の目標値として、エンジンの運転状態に基づく基本圧力、及び、ターボチャージャーの運転状態に基づく制限圧力を演算し、それら基本圧力と制限圧力とのうちの小さい方を目標圧力に設定する。ＶＮＴ制御装置５０は、タービン回転数毎に膨張比が規定された第１膨張比データ６６から、タービン回転数に応じて選択した膨張比とタービンの出口圧力とを乗算することで制限圧力を演算する。第１膨張比データ６６には、許容回転数よりも大きいタービン回転数にはタービン回転数が高いほど低い値の膨張比が規定されている。【選択図】図２
2015206300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エキゾーストマニホールド内の圧力である排気圧力の目標圧力の設定を繰り返して、前記排気圧力が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、
前記目標圧力の候補である基本圧力を、エンジンの運転状態に関する情報に基づいて演算する基本圧力演算部と、
前記目標圧力の候補である制限圧力を、ターボチャージャーの運転状態に関する情報であるタービン回転数に基づいて演算する制限圧力演算部と、を備え、
前記制限圧力演算部は、タービンにおける膨張比が予め前記タービン回転数毎に規定された膨張比データを備え、今回の前記タービン回転数に規定された前記膨張比を前記膨張比データから選択し、前記選択された前記膨張比に前記タービンの出口圧力を乗算して前記制限圧力を演算し、前記膨張比データでは、前記タービン回転数が許容回転数よりも大きい範囲において前記タービン回転数が高いほど前記膨張比が低く、
前記制御部は、前記基本圧力が前記制限圧力以下の場合に前記基本圧力を前記目標圧力に設定し、前記基本圧力が前記制限圧力より高い場合に前記制限圧力を前記目標圧力に設定する
可変容量型ターボチャージャーの制御装置。
【請求項２】
前記膨張比データは、
前記膨張比の選択に際して基準とされる大気圧である基準大気圧に対応付けられた基準膨張比と、前記基準大気圧よりも低い大気圧に対応付けられた低圧膨張比であって、前記基準膨張比よりも小さい値である前記低圧膨張比とを、前記タービン回転数ごとに予め規定し、
前記制限圧力演算部は、
前記タービン回転数と前記大気圧とに対応する前記膨張比を前記膨張比データから選択する
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。
【請求項３】
前記膨張比データは、前記タービン回転数毎に１つの前記膨張比が規定された複数のデータから構成され、
前記基準大気圧は、所定の範囲を有する圧力値であり、
前記複数のデータは、
前記基準大気圧に対応する基準データと、
前記基準大気圧よりも低い大気圧に対応する低圧データと、
前記基準大気圧よりも高い大気圧に対応する高圧データと、を含む
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。
【請求項４】
前記制限圧力演算部が第１制限圧力演算部であり、
前記制限圧力が第１制限圧力であり、
前記膨張比データが第１膨張比データであり、
前記第１膨張比データから選択される前記膨張比が第１膨張比であり、
前記目標圧力の候補である第２制限圧力を、前記ターボチャージャーの運転状態に関する情報である吸入空気量に基づいて演算する第２制限圧力演算部をさらに備え、
前記第２制限圧力演算部は、
前記膨張比が予め前記吸入空気量毎に規定された第２膨張比データを備え、今回の前記吸入空気量に規定された前記膨張比を第２膨張比として前記第２膨張比データから選択し、前記選択された前記第２膨張比に前記タービンの出口圧力を乗算して前記第２制限圧力を演算し、
前記制御部は、
前記基本圧力、前記第１制限圧力、および、前記第２制限圧力のうちで最も小さい値を前記目標圧力に設定する
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。
【請求項５】
前記第２膨張比データは、
前記第２膨張比の選択に際して基準とされる大気圧である第２基準大気圧に対応付けられた第２基準膨張比と、前記第２基準大気圧よりも低い大気圧に対応付けられた第２低圧膨張比であって、前記第２基準膨張比よりも小さい値である前記第２低圧膨張比とを、前記タービン回転数ごとに予め規定し、
前記第２制限圧力演算部は、
今回の前記吸入空気量と前記大気圧とに対応する前記第２膨張比を前記第２膨張比データから選択する
請求項４に記載の可変容量型ターボチャージャーの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１に記載されるように、エンジンに備えられるターボチャージャーとして、タービンに流入する排気ガスの流速を変更可能な可変容量型ターボチャージャーが知られている。特許文献１の可変容量型ターボチャージャーでは、エンジンの運転状態に基づいて過給圧の目標値を設定し、その設定した目標値となるように可変ノズルの開度を制御している。具体的には、エンジンの回転数と燃料噴射量とに基づいて設定される目標過給圧とセンサーにより取得した実際の過給圧とが比較され、その比較された結果に応じて可変ノズルの開度が制御されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３１６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ターボチャージャーでは、ターボチャージャーの回転数であるタービン回転数が高すぎる過回転が生じると、ターボチャージャーの構成部品に対する機械的な負荷が増大してしまう。
【０００５】
本発明は、ターボチャージャーの過回転を抑えることが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、エキゾーストマニホールド内の圧力である排気圧力の目標圧力の設定を繰り返して、前記排気圧力が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、前記目標圧力の候補である基本圧力を、エンジンの運転状態に関する情報に基づいて演算する基本圧力演算部と、前記目標圧力の候補である制限圧力を、ターボチャージャーの運転状態に関する情報であるタービン回転数に基づいて演算する制限圧力演算部と、を備え、前記制限圧力演算部は、タービンにおける膨張比が予め前記タービン回転数毎に規定された膨張比データを備え、今回の前記タービン回転数に規定された前記膨張比を前記膨張比データから選択し、前記選択された前記膨張比に前記タービンの出口圧力を乗算して前記制限圧力を演算し、前記膨張比データでは、前記タービン回転数が許容回転数よりも大きい範囲において前記タービン回転数が高いほど前記膨張比が低く、前記制御部は、前記基本圧力が前記制限圧力以下の場合に前記基本圧力を前記目標圧力に設定し、前記基本圧力が前記制限圧力より高い場合に前記制限圧力を前記目標圧力に設定する。
【０００７】
上記構成によれば、基本圧力が制限圧力よりも高い場合には目標圧力に制限圧力が設定される。これにより、タービンに付与されるエネルギーが制限され、タービン回転数の上昇が抑えられる。その結果、ターボチャージャーの過回転が抑えられる。
【０００８】
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、前記膨張比データは、前記膨張比の選択に際して基準とされる大気圧である基準大気圧に対応付けられた基準膨張比と、前記基準大気圧よりも低い大気圧に対応付けられた低圧膨張比であって、前記基準膨張比よりも小さい値である前記低圧膨張比とを、前記タービン回転数ごとに予め規定し、前記制限圧力演算部は、前記タービン回転数と前記大気圧とに対応する前記膨張比を前記膨張比データから選択することが好ましい。
【０００９】
空気の密度は、大気圧が低いときほど低くなる。そのため、ターボチャージャーは、大気圧が低いときほどタービン回転数が上昇しやすい。上記構成によれば、大気圧に起因してタービン回転数の上昇しやすいときに制限圧力を低くすることが可能である。すなわち、タービン回転数の上昇のしやすさに応じて制限圧力を変更することが可能である。
【００１０】
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、前記膨張比データは、前記タービン回転数毎に１つの前記膨張比が規定された複数のデータから構成され、前記基準大気圧は、所定の範囲を有する圧力値であり、前記複数のデータは、前記基準大気圧に対応する基準データと、前記基準大気圧よりも低い大気圧に対応する低圧データと、前記基準大気圧よりも高い大気圧に対応する高圧データと、を含むことが好ましい。
上記構成によれば、膨張比データが大気圧に応じた３つのデータで構成されることから、大気圧に応じた膨張比の設定を可能にしつつ、膨張比データの構成を簡素化できる。
【００１１】
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、前記制限圧力演算部が第１制限圧力演算部であり、前記制限圧力が第１制限圧力であり、前記膨張比データが第１膨張比データであり、前記第１膨張比データから選択される前記膨張比が第１膨張比であり、前記目標圧力の候補である第２制限圧力を、前記ターボチャージャーの運転状態に関する情報である吸入空気量に基づいて演算する第２制限圧力演算部をさらに備え、前記第２制限圧力演算部は、前記膨張比が予め前記吸入空気量毎に規定された第２膨張比データを備え、今回の前記吸入空気量に規定された前記膨張比を第２膨張比として前記第２膨張比データから選択し、前記選択された前記第２膨張比に前記タービンの出口圧力を乗算して前記第２制限圧力を演算し、前記制御部は、前記基本圧力、前記第１制限圧力、および、前記第２制限圧力のうちで最も小さい値を前記目標圧力に設定することが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば、吸入空気量に応じてタービンに付与されるエネルギーを制限することができる。その結果、吸入空気量が少なく、且つ、コンプレッサーにおける圧力比が大きいときに生じやすいサージングを抑えることができる。
【００１３】
上記可変容量型ターボチャージャーの制御装置にて、前記第２膨張比データは、前記第２膨張比の選択に際して基準とされる大気圧である第２基準大気圧に対応付けられた第２基準膨張比と、前記第２基準大気圧よりも低い大気圧に対応付けられた第２低圧膨張比であって、前記第２基準膨張比よりも小さい値である前記第２低圧膨張比とを、前記タービン回転数ごとに予め規定し、前記第２制限圧力演算部は、今回の前記吸入空気量と前記大気圧とに対応する前記第２膨張比を前記第２膨張比データから選択することが好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、大気圧が基準大気圧よりも低いとき、すなわちタービン回転数が上昇しやすくコンプレッサーにおける圧力比が大きくなりやすいときには、第２基準膨張比よりも低い第２低圧膨張比に基づいて第２制限圧力が演算される。その結果、サージングがさらに抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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の概略構成を示す概略構成図である。
【図２】可変容量型ターボチャージャーの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】目標圧力の演算ブロック図である。
【図４】第１膨張比データを構成するデータを模式的に示すグラフであり、（ａ）は第１基準データを示すグラフ、（ｂ）は第１低圧データを示すグラフ、（ｃ）は第１高圧データを示すグラフである。
【図５】第２膨張比データを構成するデータを模式的に示すグラフであり、（ａ）は第２基準データを示すグラフ、（ｂ）は第２低圧データを示すグラフ、（ｃ）は第２高圧データを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜図５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ディーゼルエンジンの全体構成について、図１を参照して説明する。
【００１７】
［ディーゼルエンジン１０］
図１が示すように、ディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０という。）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。
【００１８】
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、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７のコンプレッサー１８、インタークーラー１９が取り付けられている。
【００１９】
一方、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、上述したコンプレッサー１８に連結軸２１を介して連結されるタービン２２が取り付けられている。エキゾーストマニホールド１５には、吸気通路１６に接続されて排気ガスの一部を吸気通路１６に導入するＥＧＲ通路２５が接続されている。
【００２０】
ＥＧＲ通路２５には、ＥＧＲクーラー２６が取り付けられている。ＥＧＲクーラー２６の下流側には、ＥＧＲ通路２５の流路断面積を変更可能なＥＧＲ弁２７が取り付けられている。ＥＧＲ弁２７の開度は、図示されないＥＧＲ制御装置によって制御される。吸気通路１６には、ＥＧＲ弁２７が開状態にあるときにＥＧＲ通路２５を通じて排気ガスの一部が導入され、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。なお、以下では、ＥＧＲ通路２５を流れる排気ガスをＥＧＲガスという。
【００２１】
コンプレッサー１８とタービン２２とで構成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内の圧力である排気圧力及びタービン２２への排気ガスの流入量を調整する。この可変ノズル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。
【００２２】
エンジン１０には、エンジン１０の運転状態及びターボチャージャー１７の運転状態の少なくとも一方に関する情報を検出し、その検出値を示す信号をＶＮＴ制御装置５０に出力する各種センサーが備えられている。例えば、ＥＧＲ通路２５には、ＥＧＲクーラー２６の下流側且つＥＧＲ弁２７の上流側にＥＧＲ圧力センサー３１とＥＧＲ温度センサー３４とが取り付けられている。ＥＧＲ圧力センサー３１は、ＥＧＲ弁２７に流入するＥＧＲガスの圧力であるＥＧＲ圧力Ｐｅｇｒを検出する。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Ｔｅｇを検出する。
【００２３】
吸気通路１６には、吸気通路１６とＥＧＲ通路２５との接続部分よりも下流側に作動ガスの圧力であるブースト圧Ｐｂを検出するブースト圧センサー３２が取り付けられている。吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の上流側には、吸気通路１６を流れる吸入空気の体積流量である吸入空気量Ｑａを検出する吸入空気量センサー３６が取り付けられている。インテークマニホールド１４には、シリンダー１２に流入する直前の作動ガスの温度である吸気温度Ｔｉｎを検出する吸気温度センサー３５が取り付けられている。
【００２４】
また、エンジン１０には、クランクシャフト２４の回転数であるエンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサー３７と、ターボチャージャー１７の連結軸２１の回転数であるタービン回転数Ｎｔを検出するタービン回転数センサー３８とが備えられている。
【００２５】
［ＶＮＴ制御装置５０］
図２〜図５を参照してＶＮＴ制御装置５０の構成を説明する。
図２に示されるように、ＶＮＴ制御装置５０の制御部５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されており、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各種データが格納される記憶部５４と、アクチュエーター２９を駆動するノズル駆動部５５とを備えている。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可変ノズル２８の駆動処理を実行する。
【００２６】
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、ＥＧＲ圧力Ｐｅｇｒ、ブースト圧Ｐｂ、ＥＧＲ温度Ｔｅｇ、吸気温度Ｔｉｎ、吸入空気量Ｑａ、タービン回転数Ｎｔ、エンジン回転数Ｎｅを取得する。また、取得部５２は、燃料噴射量を制御する燃料噴射制御部３９から燃料噴射量Ｑｆを取得し、ＥＧＲ弁２７の開度を検出するＥＧＲ弁開度センサー４０からＥＧＲ弁２７の開度であるＥＧＲ弁開度ＶＴｅｇｒを取得する。また、取得部５２は、可変ノズル２８の開度を検出する可変ノズル開度センサー４１から可変ノズル２８の開度であるノズル開度ＶＴａを取得する。取得部５２は、大気圧を検出する大気圧センサー４２から大気圧の圧力値である大気圧Ｐａｔｍを取得する。
【００２７】
演算部５３は、取得部５２が取得した各種の検出値を用いて、可変ノズル２８の開口面積の目標値である目標開口面積Ａｔを演算する。そして、演算部５３は、目標開口面積Ａｔを具現化する目標ノズル開度ＶＴｔ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ＶＴｔ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、演算した指示開度ＶＴｃをノズル駆動部５５に出力する。
【００２８】
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。
【００２９】
以下、演算部５３が演算する各種の値、及び、その演算方法の一例について説明する。なお、以下において、κは排気ガスの比熱比であり、Ｒは気体定数である。
［目標開口面積Ａｔ］
演算部５３は、ベルヌーイの定理に基づく式（１）に下記の値を適用することにより、可変ノズル２８の目標開口面積Ａｔを演算する。
【数１】
2015206300.tif 000003
Ｇ  ：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
Ｐ１：エキゾーストマニホールド１５内の排気ガスの圧力である排気圧力Ｐｅｍの目標圧力Ｐｅｍｔ
Ｐ２：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
Ｔ１：タービンに流入する排気ガスの温度である流入温度Ｔｔｉ
Ａ  ：可変ノズル２８の目標開口面積Ａｔ
【００３０】
［作動ガス量Ｇｗｇ］
演算部５３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。演算部５３は、状態方程式Ｐ×Ｖ＝Ｇｗｇ×Ｒ×Ｔに対して以下に示す値を代入することで作動ガス量Ｇｗｇを演算する。
Ｐ：吸気圧力Ｐｗｇ
Ｖ：エンジン回転数Ｎｅとエンジン１０の排気量Ｄとの乗算値
Ｔ：吸気温度Ｔｉｎ
【００３１】
［ＥＧＲ量Ｇｅｇ］
演算部５３は、上記式（１）に各種センサーからの検出値を適用することによりＥＧＲガスの質量流量であるＥＧＲ量Ｇｅｇを演算する。
Ｇ  ：ＥＧＲ量Ｇｅｇ
Ｐ１：ＥＧＲ圧力Ｐｅｇｒ
Ｐ２：ブースト圧Ｐｂ
Ｔ１：ＥＧＲ温度Ｔｅｇ
Ａ  ：ＥＧＲ弁開度ＶＴｅｇｒに基づくＥＧＲ弁２７の開口面積Ａｅｇ
【００３２】
［ＥＧＲ率η］
演算部５３は、ＥＧＲ量Ｇｅｇを作動ガス量Ｇｗｇで除算することによってＥＧＲ率η（＝Ｇｅｇ／Ｇｗｇ）を演算する。
【００３３】
［排気圧力Ｐｅｍ］
演算部５３は、記憶部５４に格納されているＥＧＲ通路データ５６に基づいて排気圧力Ｐｅｍを演算する。ＥＧＲ通路データ５６は、ＥＧＲ通路２５の入口からＥＧＲ圧力センサー３１までの間におけるＥＧＲガスの圧力損失値ΔＰｅｇｒがＥＧＲ量Ｇｅｇ毎に規定されたデータである。演算部５３は、ＥＧＲ量Ｇｅｇに応じた圧力損失値ΔＰｅｇｒをＥＧＲ通路データ５６から読み出して、その読み出した圧力損失値をＥＧＲ圧力Ｐｅｇｒに加算することで排気圧力Ｐｅｍを演算する。
【００３４】
［流入温度Ｔｔｉ］
演算部５３は、作動ガス量Ｇｗｇ、ＥＧＲ率η、燃料噴射制御部３９からの入力値である燃料噴射量Ｑｆ、及び、記憶部５４に格納された温度データ５７に基づいて流入温度Ｔｔｉを演算する。この際に、温度データ５７は、作動ガス量Ｇｗｇ、ＥＧＲ率η、及び、燃料噴射量Ｑｆ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、演算部５３は、作動ガス量Ｇｗｇ、ＥＧＲ率η、及び、燃料噴射量Ｑｆに応じた温度を温度データ５７から読み出すことによって流入温度Ｔｔｉを演算する。
【００３５】
［流入量Ｇｔｉ］
演算部５３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。演算部５３は、作動ガス量ＧｗｇからＥＧＲ量Ｇｅｇを減算することにより排気ガスの流入量Ｇｔｉ（＝Ｇｗｇ−Ｇｅｇ）を演算する。
【００３６】
［出口圧力Ｐｔｅ］
演算部５３は、流入量Ｇｔｉ、大気圧センサー４２の検出値である大気圧Ｐａｔｍ、及び記憶部５４に格納された排気通路データ５８に基づいて、出口圧力Ｐｔｅを演算する。排気通路データ５８は、タービン２２の出口から大気中に排出されるまでの間に排気ガスに生じる圧力損失値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毎に規定されたデータである。演算部５３は、流入量Ｇｔｉに応じた圧力損失値ΔＰｅｐを排気通路データ５８から読み出して、その読み出した圧力損失値ΔＰｅｐを大気圧Ｐａｔｍに加算することで出口圧力Ｐｔｅを演算する。
【００３７】
［目標圧力Ｐｅｍｔ］
図３に示されるように、演算部５３は、排気圧力Ｐｅｍの目標圧力Ｐｅｍｔを演算する。演算部５３は、エンジン１０の運転状態に基づく目標圧力である基本圧力ＰｅｍＳを演算する基本圧力演算部５９と、タービン回転数Ｎｔに基づく目標圧力である第１制限圧力Ｐｅｍ１を演算する第１制限圧力演算部６０と、吸入空気量Ｑａに基づく目標圧力である第２制限圧力Ｐｅｍ２を演算する第２制限圧力演算部６１とを備える。また、演算部５３は、基本圧力ＰｅｍＳ、第１制限圧力Ｐｅｍ１、第２制限圧力Ｐｅｍ２のうちで最も小さい値を目標圧力Ｐｅｍｔとして選択する目標圧力選択部６３を備える。
【００３８】
基本圧力演算部５９は、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとに基づいて基本圧力ＰｅｍＳを演算する。基本圧力ＰｅｍＳは、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとに適したブースト圧を具現化する排気圧力Ｐｅｍである。
【００３９】
第１制限圧力演算部６０は、タービン２２における膨張比である第１膨張比π１を演算する第１膨張比演算部６４と、第１膨張比π１に対して出口圧力Ｐｔｅを乗算する第１乗算部６５とを備える。第１膨張比演算部６４は、タービン回転数Ｎｔ、大気圧Ｐａｔｍ、及び、記憶部５４に格納された第１膨張比データ６６、これらに基づいて第１膨張比π１を演算する。第１乗算部６５は、第１膨張比π１と出口圧力Ｐｔｅとの乗算結果を第１制限圧力Ｐｅｍ１として目標圧力選択部６３に出力する。
【００４０】
第２制限圧力演算部６１は、タービン２２における膨張比である第２膨張比π２を演算する第２膨張比演算部６７と、第２膨張比π２に対して出口圧力Ｐｔｅを乗算する第２乗算部６８とを備える。第２膨張比演算部６７は、吸入空気量Ｑａ、大気圧Ｐａｔｍ、及び、記憶部５４に格納された第２膨張比データ６９、これらに基づいて第２膨張比π２を演算する。第２乗算部６８は、第２膨張比π２と出口圧力Ｐｔｅとの乗算結果を第２制限圧力Ｐｅｍ２として目標圧力選択部６３に出力する。
【００４１】
［第１膨張比データ６６］
図４に示されるように、第１膨張比データ６６には、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づき、タービン回転数Ｎｔ毎にターボチャージャーの過回転を抑える膨張比である第１膨張比π１が規定されている。第１膨張比データ６６は、大気圧Ｐａｔｍに応じた３つのデータ、第１基準データ７０、第１低圧データ７１、第１高圧データ７２で構成されている。
【００４２】
図４（ａ）に示されるように、第１基準データ７０は、大気圧Ｐａｔｍが所定の第１基準範囲に含まれる場合に選択されるデータであり、タービン回転数Ｎｔの各々に第１基準膨張比π１Ｓが規定されている。第１基準膨張比π１Ｓには、基準回転数Ｎｔ１以下の範囲に最大膨張比πｍａｘが規定され、基準回転数Ｎｔ１よりも高い範囲にタービン回転数Ｎｔが高くなるほど低くなる値が規定されている。
【００４３】
なお、大気圧Ｐａｔｍが基準範囲に含まれる場合、通常、エンジン１０の運転状態が過渡状態であったとしても、タービン回転数Ｎｔは基準回転数Ｎｔ１以下の範囲で推移し、且つ、膨張比は最大膨張比πｍａｘ以下の値で推移する。
【００４４】
図４（ｂ）に示されるように、第１低圧データ７１は、大気圧Ｐａｔｍが上記第１基準範囲よりも低い場合に選択されるデータであり、タービン回転数Ｎｔの各々に第１低圧膨張比π１Ｌが規定されている。第１低圧膨張比π１Ｌには、上記基準回転数Ｎｔ１よりも低い低圧回転数Ｎｔ２以下の範囲に最大膨張比πｍａｘが規定され、低圧回転数Ｎｔ２よりも高い範囲に、第１基準膨張比π１Ｓよりも低く、且つ、タービン回転数Ｎｔが高くなるほど低くなる値が規定されている。
【００４５】
図４（ｃ）に示されるように、第１高圧データ７２は、大気圧Ｐａｔｍが上記第１基準範囲よりも高い場合に選択されるデータであり、タービン回転数Ｎｔの各々に第１高圧膨張比π１Ｈが規定されている。第１高圧膨張比π１Ｈは、上記基準回転数Ｎｔ１よりも高い高圧回転数Ｎｔ３以下の範囲に最大膨張比πｍａｘが規定され、高圧回転数Ｎｔ３よりも高い範囲に、第１基準膨張比π１Ｓよりも高く、且つ、タービン回転数Ｎｔが高くなるほど低くなる値が規定されている。
【００４６】
なお、高圧回転数Ｎｔ３には、タービン２２の許容回転数以下のタービン回転数Ｎｔが設定される。すなわち、第１膨張比データ６６に規定された第１膨張比π１は、同じ大気圧であれば、タービン回転数Ｎｔが許容回転数よりも高い範囲ではタービン回転数Ｎｔが高いほど低い値となる。また、許容回転数は、ターボチャージャーが過回転と判断されるタービン回転数よりも若干低い値であってもよいし、ターボチャージャーが過回転と判断されるタービン回転数そのものであってもよい。
【００４７】
また、第１基準データ７０に関し、基準回転数Ｎｔ１、並びに、基準回転数Ｎｔ１よりも高いタービン回転数Ｎｔにおける第１基準膨張比π１Ｓは、例えばコンプレッサー１８の周速やタービン２２の周速に基づいて規定されることが好ましい。第１低圧データ７１、及び、第１高圧データ７２についても同様である。
【００４８】
［第２膨張比データ６９］
ここで、ターボチャージャーでは、コンプレッサー１８が空転するサージングが生じることがある。サージングが生じている期間は、コンプレッサー１８が回転したとしても吸入空気の過給が行われないばかりか吸入空気が逆流してしまうこともある。また、ターボチャージャー１７に振動が生じることもある。そのため、サージングが生じるとターボチャージャーの構成部品に対する機械的な負荷が増大してしまう。
【００４９】
サージングは、吸入空気量Ｑａが少なく、且つ、コンプレッサー１８の出口圧力とコンプレッサー１８の入口圧力との比である圧力比が高いときに生じやすい。また、タービン２２に与えられるエネルギーが高くなるほど上記圧力比が高くなりやすいことから、サージングは、タービン２２における膨張比が高いときほど生じやすい。
【００５０】
図５に示されるように、第２膨張比データ６９は、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づき、吸入空気量Ｑａ毎にサージングを抑える膨張比である第２膨張比π２が規定されたデータである。第２膨張比データ６９は、大気圧Ｐａｔｍに応じた３つのデータ、第２基準データ７３、第２低圧データ７４、第２高圧データ７５で構成されている。
【００５１】
図５（ａ）が示すように、第２基準データ７３は、大気圧Ｐａｔｍが所定の第２基準範囲に含まれる場合に選択されるデータであり、吸入空気量Ｑａの各々に第２基準膨張比π２Ｓが規定されている。第２基準膨張比π２Ｓには、吸入空気量Ｑａ１Ｌ以下の範囲に最小膨張比πｍｉｎが規定され、吸入空気量Ｑａ１Ｌよりも高く、且つ、吸入空気量Ｑａ１Ｈ以下の範囲では吸入空気量Ｑａが高いほど高い値が規定されている。第２基準膨張比π２Ｓには、吸入空気量Ｑａ１Ｈよりも高い範囲に最大膨張比πｍａｘが規定されている。
【００５２】
図５（ｂ）に示されるように、第２低圧データ７４は、大気圧Ｐａｔｍが上記第２基準範囲よりも低い場合に選択されるデータであり、吸入空気量Ｑａ毎に第２低圧膨張比π２Ｌが規定されている。第２低圧膨張比π２Ｌには、上記吸入空気量Ｑａ１Ｌよりも高い吸入空気量Ｑａ２Ｌ以下の範囲に最小膨張比πｍｉｎが規定されている。第２低圧膨張比π２Ｌには、吸入空気量Ｑａ２Ｌよりも高く、且つ、吸入空気量Ｑａ１Ｈよりも高い吸入空気量Ｑａ２Ｈ以下の範囲に、第２基準膨張比π２Ｓよりも低く、且つ、吸入空気量Ｑａが高くなるほど高くなる値が規定されている。第２低圧膨張比π２Ｌには、吸入空気量Ｑａ２Ｈよりも高い範囲に最大膨張比πｍａｘが規定されている。
【００５３】
図５（ｃ）に示されるように、第２高圧データ７５は、大気圧Ｐａｔｍが上記第２基準範囲よりも高い場合に選択されるデータであり、吸入空気量Ｑａ毎に第２高圧膨張比π２Ｈが規定されている。第２高圧膨張比π２Ｈには、上記吸入空気量Ｑａ１Ｌよりも低い吸入空気量Ｑａ３Ｌ以下の範囲に最小膨張比πｍｉｎが規定されている。第２高圧膨張比π２Ｈには、吸入空気量Ｑａ３Ｌよりも高く、且つ、吸入空気量Ｑａ１Ｈよりも低い吸入空気量Ｑａ３Ｈ以下の範囲に、第２基準膨張比π２Ｓよりも高く、且つ、吸入空気量Ｑａが高くなるほど高くなる値が規定されている。
【００５４】
［作用］
次に、上述したＶＮＴ制御装置５０の作用について説明する。ＶＮＴ制御装置５０は、排気圧力Ｐｅｍが目標圧力Ｐｅｍｔとなるように可変ノズル２８の開度を制御する。目標圧力Ｐｅｍｔは、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆに基づく基本圧力ＰｅｍＳ、ターボチャージャー１７の過回転が抑えられる第１制限圧力Ｐｅｍ１、ターボチャージャー１７のサージングが抑えられる第２制限圧力Ｐｅｍ２のうちの最も小さい値である。
【００５５】
すなわち、目標圧力Ｐｅｍｔは、第１制限圧力Ｐｅｍ１以下の値であり、且つ、第２制限圧力Ｐｅｍ２以下の値であることから、ターボチャージャー１７の過回転とサージングとが抑えられる圧力である。そのため、例えば目標圧力Ｐｅｍｔとして基本圧力ＰｅｍＳが選択されたときには、ターボチャージャー１７の過回転とサージングとを抑えつつ、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとに適した排気圧力Ｐｅｍが具現化される。
【００５６】
上記実施形態のＶＮＴ制御装置５０によれば、以下に示す作用効果が得られる。
（１）目標圧力Ｐｅｍｔが第１制限圧力Ｐｅｍ１以下に設定されることから、ターボチャージャー１７の過回転が抑えられる。
【００５７】
（２）許容回転数よりも高い範囲には、タービン回転数Ｎｔが高くなるほどより小さくなる値の第１膨張比π１に規定されている。その結果、ターボチャージャー１７の過回転がさらに抑えられる。
【００５８】
（３）大気圧Ｐａｔｍが低いときは空気の密度が低いため、コンプレッサー１８の回転に対する空気の抵抗が小さく、タービン回転数Ｎｔが上昇しやすい。この点、上記構成によれば、第１膨張比データ６６には、１つのタービン回転数Ｎｔに対して大気圧Ｐａｔｍに応じた複数の第１膨張比π１が規定されている。その結果、大気圧Ｐａｔｍに応じた第１膨張比π１が選択されることでターボチャージャー１７の過回転がさらに抑えられる。
【００５９】
（４）第１膨張比データ６６が大気圧に応じた３つのデータ、第１基準データ７０、第１低圧データ７１、第１高圧データ７２で構成される。これにより、大気圧Ｐａｔｍに応じた第１膨張比π１の選択を具現化しつつ、第１膨張比データ６６の構成及び演算部５３による演算を簡素化できる。
【００６０】
（５）目標圧力Ｐｅｍｔが第２制限圧力Ｐｅｍ２以下に設定されることから、ターボチャージャー１７のサージングが抑えられる。
（６）大気圧Ｐａｔｍが低いときはタービン回転数Ｎｔが上昇しやすい。すなわち、上記圧力比は、大気圧Ｐａｔｍが低いときほど高くなりやすい。この点、上記構成によれば、第２膨張比データ６９には、１つの吸入空気量Ｑａに対して大気圧Ｐａｔｍに応じた複数の第２膨張比π２が規定されている。その結果、大気圧Ｐａｔｍに応じた第２膨張比π２が選択されることでターボチャージャーのサージングがさらに抑えられる。
【００６１】
（７）第２膨張比データ６９が大気圧に応じた３つのデータ、第２基準データ７３、第２低圧データ７４、第２高圧データ７５で構成される。これにより、大気圧Ｐａｔｍに応じた第２膨張比π２の選択を具現化しつつ、第２膨張比データ６９の構成及び演算部５３による演算を簡素化できる。
【００６２】
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。
・演算部５３は、第１膨張比π１及び第２膨張比π２のうちの小さい値を選択し、その選択した膨張比に出口圧力Ｐｔｅを乗算した値を目標圧力選択部６３に出力するようにしてもよい。こうした構成によれば、上記実施形態よりも膨張比に対する出口圧力Ｐｔｅの乗算回数が少なくなり、演算部５３による演算をさらに簡素化できる。
【００６３】
・第２膨張比データ６９は、大気圧Ｐａｔｍに関わらず、１つの吸入空気量Ｑａに対して１つの第２膨張比π２が規定されたデータであってもよい。これによれば、第２膨張比データ６９の構成、及び、演算部５３による演算をさらに簡素化できる。
【００６４】
・第２膨張比データ６９が複数のデータで構成される場合、その複数のデータは、大気圧Ｐａｔｍに応じた４以上のデータであってもよい。この構成によれば、大気圧Ｐａｔｍに応じた第２制限圧力Ｐｅｍ２の精度が高まる。
【００６５】
・演算部５３は、ターボチャージャーの過回転を抑えるうえでは、第２制限圧力演算部６１が割愛された構成であってもよい。すなわち、演算部５３は、基本圧力ＰｅｍＳ及び第１制限圧力Ｐｅｍ１のうちの小さい値を目標圧力Ｐｅｍｔに選択する構成でもよい。
【００６６】
・第１膨張比データ６６は、大気圧Ｐａｔｍに関わらず、１つのタービン回転数Ｎｔに対して１つの第１膨張比π１が規定されたデータであってもよい。こうした構成によれば、第１膨張比データ６６の構成、及び、演算部５３による演算をさらに簡素化できる。
【００６７】
・第１膨張比データ６６が複数のデータで構成される場合、その複数のデータは、大気圧Ｐａｔｍに応じた４以上のデータであってもよい。この構成によれば、大気圧Ｐａｔｍに応じた第１制限圧力Ｐｅｍ１の精度が高まる。
【００６８】
・第１基準範囲と第２基準範囲は、同じ範囲であってもよいし、互いに異なる範囲であってもよい。
・基本圧力ＰｅｍＳは、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆに基づいて演算されるものに限られるものではない。基本圧力ＰｅｍＳは、エンジン１０の運転状態に関する情報から選択される情報に基づいて演算されればよく、例えば、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ、アクセル開度ＡＣＣ、吸気圧力Ｐｗｇ等に基づいて演算されてもよい。
【００６９】
・出口圧力Ｐｔｅは、当該出口圧力Ｐｔｅを検出する出口圧力センサーの検出値であってもよい。こうした構成によれば、第１制限圧力Ｐｅｍ１、及び、第２制限圧力Ｐｅｍ２の精度が高まる。
・燃料噴射量Ｑｆ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。
【符号の説明】
【００７０】
１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、２１…連結軸、２２…タービン、２８…可変ノズル、２９…アクチュエーター、４１…可変ノズル開度センサー、４２…大気圧センサー、５０…ＶＮＴ制御装置、５１…制御部、５２…取得部、５３…演算部、５４…記憶部、５５…ノズル駆動部、５６…ＥＧＲ通路データ、５７…温度データ、５８…排気通路データ、５９…基本圧力演算部、６０…第１制限圧力演算部、６１…第２制限圧力演算部、６３…目標圧力選択部、６４…第１膨張比演算部、６５…第１乗算部、６６…第１膨張比データ、６７…第２膨張比演算部、６８…第２乗算部、６９…第２膨張比データ、７０…第１基準データ、７１…第１低圧データ、７２…第１高圧データ、７３…第２基準データ、７４…第２低圧データ、７５…第２高圧データ。
【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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