(57)【要約】【課題】過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来るとともに、通信遅れの影響を回避して過給圧を迅速に制御すること。【解決手段】エンジン（２）に圧縮した吸気を供給するための過給システムの制御装置（１０）において、制御装置は、エンジン信号入力部（１０Ａ１）およびエンジンの運転状態を制御するエンジン制御部（１０Ａ２）を有するエンジンコントローラ（１０Ａ）と、ターボ信号入力部（１０Ｂ１）および過給器（３）の目標過給圧に対応するターボ制御指令値を演算するターボ制御指令値演算部（１０Ｂ２ａ）を含むターボ制御部（１０Ｂ２）を有するターボコントローラ（１０Ｂ）と、を備え、ターボ制御指令値演算部で演算されたターボ制御指令値を過給圧制御手段に出力することで、過給器の過給圧が目標過給圧となるように過給圧制御手段が制御される。【選択図】図１
2015108329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに圧縮した吸気を供給するための過給システムの制御装置において、
前記過給システムは、
前記エンジンに供給する吸気を圧縮する過給器と、
前記過給器の過給圧を制御する過給圧制御手段と、
前記過給圧制御手段を制御する制御装置と、からなり、
前記制御装置は、
前記エンジンの運転状態に関する各種のセンサ信号が入力されるエンジン信号入力部、および該エンジン信号入力部に入力されるセンサ信号に基づいて、前記エンジンの運転状態を制御するエンジン制御部、を有するエンジンコントローラと、
前記エンジンの運転状態に関する各種のセンサ信号の内、少なくとも前記過給器の運転状態に関するセンサ信号が入力されるターボ信号入力部、および前記過給器の目標過給圧に対応するターボ制御指令値を演算するターボ制御指令値演算部を含むターボ制御部、を有する、前記エンジンコントローラとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボコントローラと、を備え、
前記ターボ制御指令値演算部で演算された前記ターボ制御指令値を前記過給圧制御手段に出力することで、前記過給器の過給圧が前記目標過給圧となるように前記過給圧制御手段が制御される、
過給システムの制御装置。
【請求項２】
前記ターボ制御部は、前記ターボ信号入力部に入力されるセンサ信号に基づいて前記過給器のマージンを演算するマージン演算部を含み、
前記エンジン制御部は、前記マージン演算部で演算されるマージンと予め規定されるマージン閾値とを比較するサージ・過回転許可判定部を含み、
前記マージンが前記マージン閾値を下回る場合は、前記マージンが前記マージン閾値を上回る場合と比べて、前記過給器の過給圧が前記目標過給圧となるまでの応答時間が長くなるように構成される、
請求項１に記載の過給システムの制御装置。
【請求項３】
前記マージン閾値は、前記過給器の目標過給圧と実際の過給圧との偏差、又は目標燃料噴射量と実際の燃料噴射量との偏差、に基づいて規定される、
請求項２に記載の過給システムの制御装置。
【請求項４】
前記エンジンコントローラのエンジン制御部は、２以上の過給圧制御モードの中から選択される１つの過給圧制御モードを認識する過給圧制御モード指示判定部を含み、
前記ターボ制御指令値演算部は、前記過給器の目標過給圧と実際の過給圧との偏差、および予め定められる制御ゲインに基づいて前記ターボ制御指令値をフィードバック制御するとともに、前記過給圧制御モード指示判定部において認識される一つの過給圧制御モードに応じて前記制御ゲインを異ならしめるように構成される、
請求項１に記載の過給システムの制御装置。
【請求項５】
前記過給器が、前記エンジンからの排気エネルギーによって回転駆動する前記エンジンの排気管路に配置されたタービンと、該タービンと同軸駆動する前記エンジンの吸気管路に配置されたコンプレッサと、前記タービンに流れ込む前記排気ガスの流れを制御する可変制御機構と、を有する可変型ターボチャージャからなり、
前記制御装置が、前記可変制御機構を調整して前記タービンに流れ込む前記排気ガスの流れを制御することで前記過給器の過給圧を制御するように構成される、
請求項１に記載の過給システムの制御装置。
【請求項６】
前記過給器が、前記エンジンからの排気エネルギーによって回転駆動する前記エンジンの排気管路に配置されたタービンと、該タービンと同軸駆動する前記エンジンの吸気管路に配置されたコンプレッサと、を有するターボチャージャからなり、
前記エンジンの排気管路には前記タービンを迂回するバイパス管路が接続され、該バイパス管路にはウェイストゲートバルブが設けられ、
前記制御装置が、前記ウェイストゲートバルブのバルブ開度を調整することで前記過給器の過給圧を制御するように構成される、
請求項１に記載の過給システムの制御装置。
【請求項７】
前記過給器が、前記エンジンからの排気エネルギーによって回転駆動する前記エンジンの排気管路に配置されたタービンと、該タービンと同軸駆動する前記エンジンの吸気管路に配置されたコンプレッサと、前記タービンに流れ込む前記排気ガスの流れを制御する可変制御機構と、を有する可変型ターボチャージャからなり、
前記エンジンの排気管路には前記タービンを迂回するバイパス管路が接続され、該バイパス管路にはウェイストゲートバルブが設けられ、
前記制御装置が、前記可変制御機構を調整して前記タービンに流れ込む前記排気ガスの流れを制御することで前記過給器の過給圧を制御するとともに、前記ウェイストゲートバルブのバルブ開度を調整することで前記過給器の過給圧を制御するように構成される、
請求項１に記載の過給システムの制御装置。
【請求項８】
前記可変制御機構による過給圧制御は、前記ウェイストゲートバルブによる過給圧制御よりも制御応答性が高くなるように構成される、
請求項７に記載の過給システムの制御装置。
【請求項９】
前記過給器が、
前記エンジンから排出される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動する、前記エンジンの排気管路に配置されたタービン、および該タービンと同軸駆動する前記エンジンの吸気管路に配置されたコンプレッサ、を有するターボチャージャと、
前記ターボチャージャのコンプレッサに対して上下流の何れかに配置された電動コンプレッサ、該電動コンプレッサを回転駆動させるモータ、および該モータの回転数を制御する回転数制御手段、を有する電動ターボチャージャと、からなり、
前記エンジンの排気管路には、前記タービンを迂回するバイパス管路が接続され、前記バイパス管路にはウェイストゲートバルブが設けられており、
前記制御装置が、前記ウェイストゲートバルブのバルブ開度を調整することで、前記ターボチャージャの過給圧を制御するとともに、前記回転数制御手段で前記モータの回転数を制御することで、前記電動ターボチャージャの過給圧を制御するように構成される、
請求項１に記載の過給システムの制御装置。
【請求項１０】
前記過給器が、
前記エンジンから排出される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動する、前記エンジンの排気管路に配置された高圧段タービン、および該高圧段タービンと同軸駆動する前記エンジンの吸気管路に配置された高圧段コンプレッサ、を有する高圧段ターボチャージャと、
前記排気管路における前記高圧段タービンよりも下流側に配置された低圧段タービン、および該低圧段タービンと同軸駆動する、前記吸気管路における前記高圧段コンプレッサよりも上流側に配置された低圧段コンプレッサ、を有する低圧段ターボチャージャと、からなり、
前記エンジンの排気管路には、前記高圧段タービンを迂回する高圧段バイパス管路、および前記低圧段タービンを迂回する低圧段バイパス管路、が夫々接続され、前記高圧段バイス管路には高圧段ウェイストゲートバルブが設けられ、前記低圧段バイパス管路には低圧段ウェイストゲートバルブが設けられており、
前記制御装置が、前記高圧段ウェイストゲートバルブ、および前記低圧段ウェイストゲートバルブのバルブ開度を夫々調整することで、前記高圧段ターボチャージャおよび前記低圧段ターボチャージャの過給圧を夫々制御するように構成される、
請求項１に記載の過給システムの制御装置。
【請求項１１】
前記過給器が、
前記エンジンから排出される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動する、前記エンジンの排気管路に配置された高圧段タービン、および該高圧段タービンと同軸駆動する前記エンジンの吸気管路に配置された高圧段コンプレッサ、を有する高圧段ターボチャージャと、
前記排気管路における前記高圧段タービンよりも下流側に配置された低圧段タービン、および該低圧段タービンと同軸駆動する、前記吸気管路における前記高圧段コンプレッサよりも上流側に配置された低圧段コンプレッサ、を有する低圧段ターボチャージャと、からなり、
前記高圧段ターボチャージャおよび前記低圧段ターボチャージャの少なくともいずれか一方は、前記高圧段タービンおよび前記低圧段タービンに流れ込む前記排気ガスの流れを制御する可変制御機構を有する可変型ターボチャージャからなり、
前記制御装置が、前記高圧段ターボチャージャおよび前記低圧段ターボチャージャの少なくともいずれか一方の可変制御機構を調整して前記排気ガスの流れを制御することで、前記高圧段ターボチャージャおよび前記低圧段ターボチャージャの少なくともいずれか一方の過給圧を制御するように構成される、
請求項１に記載の過給システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジンに圧縮した吸気を供給するための過給システムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの出力を向上させる技術として、過給器によって吸気を圧縮し、この圧縮した吸気をエンジンに供給する方法（過給）が知られており、自動車用エンジン等において広く用いられている。過給器はその運転状態により、過渡的にサージングや過回転などの異常運転状態となることがある。これらの異常運転は機器の破損に繋がる恐れがあるため、極力防止する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、ターボ過給器の制御装置として、ターボ過給器の運転状態からサージングの発生を予測し、サージングの発生直前にウェイストゲートバルブを開弁してタービンに流れる排気ガスの流量を低下させることで、サージングを抑制する発明が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、過給制御装置として、コンプレッサの下流側から上流側に向かって吸気を還流させるコンプレッサバイパスバルブを設置し、サージングの発生が予測される場合には、該バイパスバルブを開弁して吸気を還流させることで、サージングを抑制する発明が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、可変容量ターボチャージャの制御装置として、ターボチャージャの過回転時に、ノズルベーンの翼角度をノズル面積が最大となるように変化させることで過回転を抑制する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７８９７号公報
【特許文献２】特開２００６−２０７５０６号公報
【特許文献３】特開平５−２８０３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、昨今のエンジンの高度化に伴い、エンジンコントローラの制御ロジックやハードウェアは複雑化の一途をたどっている。このような背景の下、上述した特許文献１−３に開示されている技術では、サージングを防止する機能をエンジンコントローラ上に実装しているため、エンジンコントローラの制御ロジックやハードウェア構成が益々複雑化するとの問題がある。さらに、サージングのような変化の速い過渡現象を複雑な制御ロジックやハードウェア構成を有するエンジンコントローラで制御する場合には、その通信遅れが問題となる可能性がある。
【０００８】
本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来るとともに、通信遅れの影響を回避して過給圧を迅速に制御することが出来る、過給システムの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の少なくとも一つの実施形態は、
エンジンに圧縮した吸気を供給するための過給システムの制御装置において、
前記過給システムは、
前記エンジンに供給する吸気を圧縮する過給器と、
前記過給器の過給圧を制御する過給圧制御手段と、
前記過給圧制御手段を制御する制御装置と、からなり、
前記制御装置は、
前記エンジンの運転状態に関する各種のセンサ信号が入力されるエンジン信号入力部、および該エンジン信号入力部に入力されるセンサ信号に基づいて、前記エンジンの運転状態を制御するエンジン制御部、を有するエンジンコントローラと、
前記エンジンの運転状態に関する各種のセンサ信号の内、少なくとも前記過給器の運転状態に関するセンサ信号が入力されるターボ信号入力部、および前記過給器の目標過給圧に対応するターボ制御指令値を演算するターボ制御指令値演算部を含むターボ制御部、を有する、前記エンジンコントローラとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボコントローラと、を備え、
前記ターボ制御指令値演算部で演算された前記ターボ制御指令値を前記過給圧制御手段に出力することで、前記過給器の過給圧が前記目標過給圧となるように前記過給圧制御手段が制御される。
【００１０】
上記過給システムの制御装置は、エンジンコントローラとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボコントローラを備える。このターボコントローラは、複数の機器類の制御を同時に行うエンジンコントローラとは異なり、基本的に過給器の制御だけを行うコントローラである。よって、このターボコントローラのターボ制御部においてターボ制御指令値を演算し、該ターボ制御指令値を過給圧制御手段へと出力することで、過給圧制御手段の制御に関してはエンジンコントローラと通信する必要がないことから、エンジンコントローラとの通信遅れの影響を回避して過給圧を迅速に制御することが出来る。
【００１１】
幾つかの実施形態では、上記ターボ制御部は、ターボ信号入力部に入力されるセンサ信号に基づいて過給器のマージンを演算するマージン演算部を含み、上記エンジン制御部は、マージン演算部で演算されるマージンと予め規定されるマージン閾値とを比較するサージ・過回転許可判定部を含み、マージンがマージン閾値を下回る場合は、マージンがマージン閾値を上回る場合と比べて、過給器の過給圧が目標過給圧となるまでの応答時間が長くなるように構成される。
【００１２】
このような実施形態によれば、サージングに対する余裕を表す指標であるマージン（サージマージン）がマージン閾値を下回る場合には、マージンがマージン閾値を上回る場合よりも過給器の過給圧が目標過給圧となるまでの応答時間が長くなるように構成される。このため、マージンがマージン閾値を下回るようなサージングに対して余裕がない状態においてサージングの発生が回避され、過給器の異常運転を抑制することが出来る。
【００１３】
上記実施形態において、マージン閾値は、過給器の目標過給圧と実際の過給圧との偏差、又は目標燃料噴射量と実際の燃料噴射量との偏差、に基づいて規定される。
【００１４】
このような実施形態によれば、例えば目標過給圧と実際の過給圧との偏差が大きい場合や目標燃料噴射量と実際の燃料噴射量との偏差が大きい場合にはマージン閾値を高めに設定し、偏差が小さい場合にはマージン閾値を低めに設定することで、実際のエンジン運転状態に即した適切なマージン閾値を設定することが出来る。
【００１５】
幾つかの実施形態では、上記エンジンコントローラのエンジン制御部は、２以上の過給圧制御モードの中から選択される１つの過給圧制御モードを認識する過給圧制御モード指示判定部を含み、上記ターボ制御指令値演算部は、過給器の目標過給圧と実際の過給圧との偏差、および予め定められる制御ゲインに基づいてターボ制御指令値をフィードバック制御するとともに、過給圧制御モード指示判定部において認識される一つの過給圧制御モードに応じて制御ゲインを異ならしめるように構成される。
【００１６】
このような実施形態によれば、過給圧制御モードに応じて制御ゲインを異ならしめることで、選択される過給圧制御モードに対応した過給圧制御を行うことが出来る。
例えば、過給圧制御モードとして、いち早く目標過給圧に到達するようにレスポンス性を重視した過給圧制御を行なうレスポンス重視モード、燃費効率を重視した過給圧制御を行う効率重視モード、および両者の中間的な過給圧制御を行う標準モード、の３つの過給圧制御モードがある場合において、レスポンス重視モード＞標準モード＞効率重視モードの順番で制御ゲインを高く設定することで、選択される過給圧制御モードに対応した過給圧の制御を行うことが出来る。
【００１７】
幾つかの実施形態では、上記過給器が、エンジンからの排気エネルギーによって回転駆動するエンジンの排気管路に配置されたタービンと、該タービンと同軸駆動するエンジンの吸気管路に配置されたコンプレッサと、タービンに流れ込む排気ガスの流れを制御する可変制御機構と、を有する可変型ターボチャージャからなり、上記制御装置が、可変制御機構を調整してタービンに流れ込む排気ガスの流れを制御することで過給器の過給圧を制御するように構成される。
【００１８】
このような実施形態によれば、過給圧制御手段としての可変制御機構を調整してタービンに流れ込む排気ガスの流れを制御することで過給器の過給圧を制御し、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来る。
【００１９】
幾つかの実施形態では、上記過給器が、エンジンからの排気エネルギーによって回転駆動するエンジンの排気管路に配置されたタービンと、該タービンと同軸駆動するエンジンの吸気管路に配置されたコンプレッサと、を有するターボチャージャからなり、上記エンジンの排気管路にはタービンを迂回するバイパス管路が接続され、該バイパス管路にはウェイストゲートバルブが設けられ、上記制御装置が、ウェイストゲートバルブのバルブ開度を調整することで過給器の過給圧を制御するように構成される。
【００２０】
このような実施形態によれば、過給圧制御手段としてのウェイストゲートバルブのバルブ開度を調整することで過給器の過給圧を制御し、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来る。
【００２１】
幾つかの実施形態では、上記過給器が、エンジンからの排気エネルギーによって回転駆動するエンジンの排気管路に配置されたタービンと、該タービンと同軸駆動するエンジンの吸気管路に配置されたコンプレッサと、タービンに流れ込む排気ガスの流れを制御する可変制御機構と、を有する可変型ターボチャージャからなり、上記エンジンの排気管路にはタービンを迂回するバイパス管路が接続され、該バイパス管路にはウェイストゲートバルブが設けられ、上記制御装置が、可変制御機構を調整してタービンに流れ込む排気ガスの流れを制御することで過給器の過給圧を制御するとともに、ウェイストゲートバルブのバルブ開度を調整することで前記過給器の過給圧を制御するように構成される。
【００２２】
このような実施形態によれば、過給圧制御手段としての可変制御機構およびウェイストゲートバルブ各々のＶＧ開度およびＷＧバルブ開度を調整することで過給器の過給圧を制御し、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来る。
また上記実施形態において、上記可変制御機構による過給圧制御を、ウェイストゲートバルブによる過給圧制御よりも制御応答性が高くなるように構成することで、効率よく且つ広範囲に渡って過給圧を制御することが出来る。
【００２３】
幾つかの実施形態では、上記過給器が、エンジンから排出される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動する、エンジンの排気管路に配置されたタービン、および該タービンと同軸駆動するエンジンの吸気管路に配置されたコンプレッサ、を有するターボチャージャと、ターボチャージャのコンプレッサに対して上下流の何れかに配置された電動コンプレッサ、該電動コンプレッサを回転駆動させるモータ、および該モータの回転数を制御する回転数制御手段、を有する電動ターボチャージャと、からなり、上記エンジンの排気管路には、タービンを迂回するバイパス管路が接続され、バイパス管路にはウェイストゲートバルブが設けられており、上記制御装置が、ウェイストゲートバルブのバルブ開度を調整することで、ターボチャージャの過給圧を制御するとともに、回転数制御手段でモータの回転数を制御することで、電動ターボチャージャの過給圧を制御するように構成される。
【００２４】
このような実施形態によれば、ターボチャージャと電動ターボチャージャとを備える所謂二段過給システムにおいて、ターボチャージャに対する過給圧制御手段であるウェイストゲートバルブのバルブ開度を調整し、電動ターボチャージャに対する過給圧制御手段である回転数制御手段でモータの回転数を制御することで、ターボチャージャおよび電動ターボチャージャの過給圧を夫々制御し、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来る。
【００２５】
幾つかの実施形態では、上記過給器が、エンジンから排出される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動する、エンジンの排気管路に配置された高圧段タービン、および該高圧段タービンと同軸駆動するエンジンの吸気管路に配置された高圧段コンプレッサ、を有する高圧段ターボチャージャと、排気管路における高圧段タービンよりも下流側に配置された低圧段タービン、および該低圧段タービンと同軸駆動する、吸気管路における高圧段コンプレッサよりも上流側に配置された低圧段コンプレッサ、を有する低圧段ターボチャージャと、からなり、上記エンジンの排気管路には、高圧段タービンを迂回する高圧段バイパス管路、および低圧段タービンを迂回する低圧段バイパス管路、が夫々接続され、高圧段バイス管路には高圧段ウェイストゲートバルブが設けられ、低圧段バイパス管路には低圧段ウェイストゲートバルブが設けられており、上記制御装置が、高圧段ウェイストゲートバルブ、および低圧段ウェイストゲートバルブのバルブ開度を夫々調整することで、高圧段ターボチャージャおよび低圧段ターボチャージャの過給圧を夫々制御するように構成される。
【００２６】
このような実施形態によれば、高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャを備える所謂二段過給システムにおいて、高圧段ターボチャージャに対する過給圧制御手段である高圧段ウェイストゲートバルブ、および低圧段ターボチャージャに対する過給圧制御手段である低圧段ウェイストゲートバルブ、の夫々バルブ開度を調整することで、高圧段ターボチャージャおよび低圧段ターボチャージャの過給圧を制御し、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来る。
【００２７】
幾つかの実施形態では、上記過給器が、エンジンから排出される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動する、エンジンの排気管路に配置された高圧段タービン、および該高圧段タービンと同軸駆動するエンジンの吸気管路に配置された高圧段コンプレッサ、を有する高圧段ターボチャージャと、上記排気管路における高圧段タービンよりも下流側に配置された低圧段タービン、および該低圧段タービンと同軸駆動する、吸気管路における高圧段コンプレッサよりも上流側に配置された低圧段コンプレッサ、を有する低圧段ターボチャージャと、からなり、上記高圧段ターボチャージャおよび低圧段ターボチャージャの少なくともいずれか一方は、高圧段タービンおよび低圧段タービンに流れ込む排気ガスの流れを制御する可変制御機構を有する可変型ターボチャージャからなり、上記制御装置が、高圧段ターボチャージャおよび低圧段ターボチャージャの少なくともいずれか一方の可変制御機構を調整して排気ガスの流れを制御することで、高圧段ターボチャージャおよび低圧段ターボチャージャの少なくともいずれか一方の過給圧を制御するように構成される。
【００２８】
このような実施形態によれば、高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャを備える所謂二段過給システムにおいて、高圧段ターボチャージャに対する過給圧制御手段である高圧段ターボチャージャの可変制御機構、および低圧段ターボチャージャに対する過給圧制御手段である低圧段ターボチャージャの可変制御機構、の少なくともいずれか一方を調整することで、高圧段ターボチャージャおよび低圧段ターボチャージャの少なくともいずれか一方の過給圧を制御し、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来る。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来るとともに、通信遅れの影響を回避して過給圧を迅速に制御することが出来る、過給システムの制御装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用されるエンジンシステムの全体構成を示した図である。
【図２】エンジンＥＣＵの機能を説明するためのブロック図である。
【図３】ターボＥＣＵの機能を説明するためのブロック図である。
【図４】エンジンＥＣＵの制御ロジックを説明するためのブロック図である。
【図５】ターボＥＣＵの制御ロジックを説明するためのブロック図である。
【図６】第１実施形態における過給圧制御手段の制御フロー図である。
【図７】マージン閾値の算出ロジックを説明するためのブロック図である。
【図８】過給圧制御モードを説明するためのコンプレッサ特性図である。
【図９】サージ圧力マージンの演算ロジックを説明するための図である。
【図１０】回転数マージンの演算ロジックを説明するための図である。
【図１１】排温マージンの演算ロジックを説明するための図である。
【図１２】本発明の第２実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用されるエンジンシステムの全体構成を示した図である。
【図１３】第２実施形態におけるターボＥＣＵの制御ロジックの一の実施例を説明するためのブロック図である。
【図１４Ａ】第２実施形態におけるターボＥＣＵの制御ロジックの他の実施例を説明するためのブロック図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａにおける制御ロジックを説明するための図である。
【図１５】第２実施形態における過給圧制御手段の制御フロー図である。
【図１６】本発明の第３実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用されるエンジンシステムの全体構成を示した図である。
【図１７】第３実施形態におけるターボＥＣＵの制御ロジックを説明するためのブロック図である。
【図１８】第３実施形態における過給圧制御手段の制御フロー図である。
【図１９】本発明の第４実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用されるエンジンシステムの全体構成を示した図である。
【図２０】本発明の第４実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用されるエンジンシステムの全体構成を示した図である。
【図２１】第４実施形態における過給圧制御手段の制御フロー図である。
【図２２】第５実施形態における他の過給圧制御手段の制御フロー図である。
【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、図面に基づいて詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００３２】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用されるエンジンシステムの全体構成を示した図である。
図１に示す本実施形態のエンジンシステム１において、不図示のエアクリーナを介して吸気管路４に導入された空気（吸気）は、ターボチャージャ３（過給器）のコンプレッサ３ａに流入する。ターボチャージャ３は、吸気管路４に配置されたコンプレッサ３ａと、排気管路６に配置されたタービン３ｂと、コンプレッサ３ａとタービン３ｂとを連結するロータ３ｃとからなる。そして、エンジン２から排出される排気ガスの排気エネルギーによってタービン３ｂが回転駆動し、これに伴ってコンプレッサ３ａが同軸駆動することで、コンプレッサ３ａに流入した吸気が圧縮される。
【００３３】
コンプレッサ３ａで圧縮された吸気は、インタークーラ８で冷却され、スロットルバルブ７でその吸気量が調整される。そして、不図示のインジェクタから噴射される燃料と予混合された後、エンジン２の各燃焼室２ａに供給される。燃焼室２ａ内に供給された予混合気は、不図示の点火プラグによって着火され、燃焼室２ａ内で燃焼・膨張する。そして、燃焼室２ａ内で生成された排気ガスが、排気管路６へと排出される。排気管路６に排出された排気ガスは、上述したターボチャージャ３のタービン３ｂに流入し、タービン３ｂを回転駆動させる。
【００３４】
本実施形態のターボチャージャ３は、タービン３ｂに流れ込む排気ガスの流れを制御する可変制御機構３ｄを有する可変型ターボチャージャとして構成されている。
そして、可変制御機構３ｄを調整してタービン３ｂに流れ込む排気ガスの流れを制御することで、タービン３ｂおよびこれと同軸駆動するコンプレッサ３ａの回転数を制御し、これによりターボチャージャ３の過給圧を制御するように構成されている。
【００３５】
すなわち本実施形態では、可変制御機構３ｄが、コンプレッサ３ａで圧縮される吸気の過給圧を制御する過給圧制御手段に相当する。このようなターボチャージャ３の一例としては、タービン３ｂの外周側に回動自在に配置された複数のノズルベーンからなる可変ノズル機構３ｄを有する所謂ＶＧターボチャージャや、タービン３ｂの入口部にタービンに流れ込む排気ガスの流れ方向を変化させる機構３ｄを有する所謂ＶＦターボチャージャが挙げられる。
【００３６】
可変制御機構３ｄは、制御装置１０によって制御される。本実施形態の過給システムは、上述したターボチャージャ３、ターボチャージャ３の可変制御機構３ｄ、および該制御装置１０から構成される。
制御装置１０は、エンジンＥＣＵ１０Ａ（エンジンコントローラ）およびターボＥＣＵ１０Ｂ（ターボコントローラ）からなる。エンジンＥＣＵ１０ＡおよびターボＥＣＵ１０Ｂの各々は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなり、互いに別体として構成されたマイクロコンピュータからなる。
【００３７】
図２は、エンジンＥＣＵの機能を説明するためのブロック図である。図２に示したように、エンジンＥＣＵ１０Ａは、エンジンの運転状態に関する各種のセンサ信号が入力されるエンジン信号入力部１０Ａ１、エンジンの運転状態等を制御するためのエンジン制御部１０Ａ２、およびエンジン制御部１０Ａ２で演算された各種機器類の制御指令値等を出力するためのエンジン信号出力部１０Ａ３、からなる。
【００３８】
図３はターボＥＣＵの機能を説明するためのブロック図である。図３に示したように、ターボＥＣＵ１０Ｂは、エンジンの運転状態に関する各種のセンサ信号の内、少なくともターボチャージャ３の運転状態に関するセンサ信号が入力されるターボ信号入力部１０Ｂ１、後述するターボチャージャ３のマージン等を演算するターボ制御部１０Ｂ２、およびターボ制御部１０Ｂ２で演算されたマージン等を出力するターボ信号出力部１０Ｂ３、からなる。
【００３９】
エンジンＥＣＵ１０Ａのエンジン信号入力部１０Ａ１には、図２に示すように、エンジンの運転状態に関する各種のセンサ信号として、回転数センサ２０で検出されたエンジン回転数、不図示のアクセルポジションセンサで検出されたアクセル信号、空燃比センサ２１で検出された空燃比、圧力センサ２２で検出された過給圧、エアフロメータ２３で検出された吸気流量、排気ガスを浄化するための不図示の触媒装置から送信される触媒温度などの触媒情報、ノックセンサ２４で検出されたノックセンサ信号、排温センサ２５で検出された排気温度が入力される。さらに、ターボＥＣＵ１０Ｂで演算されるサージ圧力マージン、回転数マージン、および排温マージンが入力される。
ここでサージ圧力マージンとは、サージングに対する余裕を表す指標である。回転数マージンとは、ターボチャージャ３の過回転に対する余裕を表す指標である。なお、両者ともにサージングに関係する指標であることから、本明細書では両者をまとめてマージン（サージマージン）と呼ぶ。また、排温マージンとは、ターボチャージャ３の許容温度に対する余裕を表す指標である。
【００４０】
エンジンＥＣＵ１０Ａのエンジン制御部１０Ａ２は、ターボチャージャ３の目標過給圧を演算する目標過給圧演算部１０Ａ２ａ、ターボチャージャ３の可変制御機構３ｄに対する制御を許可するサージ・過回転許可判定部１０Ａ２ｂ、２以上の過給圧制御モードの中から選択される１つの過給圧制御モードを認識する過給圧制御モード指示判定部１０Ａ２ｃ、および可変バルブタイミング、スロットル開度、燃料噴射量等の各種機器類に対するエンジン制御指令値を演算するエンジン制御指令値演算部１０Ａ２ｄ、を含む。
【００４１】
図４は、エンジンＥＣＵの制御ロジックを説明するためのブロック図である。
図４に示したように、目標過給圧演算部１０Ａ２ａでは、エンジン回転数およびアクセル信号と、エンジン回転数およびアクセル信号に対応した目標過給圧が設定された目標過給圧マップＭ１とから目標過給圧を演算する。演算された目標過給圧は、エンジン信号出力部１０Ａ３からターボＥＣＵ１０Ｂへと出力される。なお、図示しないが、ターボＥＣＵ１０Ｂ自身が目標過給圧マップＭ１を搭載し、ターボＥＣＵ１０Ｂにおいて目標過給圧を演算するように構成してもよい。
【００４２】
サージ・過回転許可判定部１０Ａ２では、図４に示したように、ターボＥＣＵ１０Ｂかで演算されるサージ圧力マージンおよび回転数マージン等のマージンと、予め規定されているマージン閾値とを比較する。そして、サージ圧力マージンや回転数マージン等のマージンがマージン閾値を下回っている場合には、サージ・過回転回避許可に関する信号がターボＥＣＵ１０に送信される。ターボＥＣＵ１０Ｂは、エンジンＥＣＵ１０Ａからサージ・過回転回避許可に関する信号を受信すると、マージンがマージン閾値を上回っている場合と比べて、ターボチャージャ３の過給圧が目標過給圧となるまでの応答時間が長くなるような制御を行う。この制御は、例えば、後述するフィードバック制御手段３２におけるフィードバック制御において、マージンがマージン閾値を下回っている場合（ターボＥＣＵ１０Ｂがサージ・過回転回避許可に関する信号を受信した場合）には、マージンがマージン閾値を上回っている場合と比べて、フィードバック制御の制御ゲインを小さくすることなどで行われる。
【００４３】
また、上述したマージン閾値は予め一定値として規定してもよいが、以下に示すように、エンジンの運転状態に応じて都度算出するようにしてもよい。
すなわち、図７（ａ）に示したように、ターボチャージャ３の目標過給圧と実際の過給圧との偏差を加減算器４１で算出し、この偏差を入力とするマージン閾値マップＭ５に基づいてマージン閾値を算出するように構成してもよい。また、図７（ｂ）に示したように、エンジン２の目標燃料噴射量と実際の燃料噴射量との偏差を加減算器４２で算出し、この偏差を入力とするマージン閾値マップＭ７に基づいてマージン閾値を算出するように構成してもよい。この場合の目標燃料噴射量は、アクセル信号を入力とする目標燃料噴射量マップＭ６に基づいて算出することが出来る。このような構成によれば、例えば目標過給圧と実際の過給圧との偏差が大きい場合や目標燃料噴射量と実際の燃料噴射量との偏差が大きい場合にはマージン閾値を高めに設定し、偏差が小さい場合にはマージン閾値を低めに設定することで、実際のエンジン運転状態に即した適切なマージン閾値を設定することが出来る。
【００４４】
過給圧制御モード指示判定部１０Ａ２ｃは、図４に示したように、２以上の過給圧制御モードの中から選択される１つの過給圧制御モードを認識するとともに、該認識した過給圧制御モードをターボＥＣＵ１０Ｂに送信する。過給圧制御モードの選択は、例えばドライブモードスイッチ等を操作することで運転者が任意に選択することが出来るように構成される。
【００４５】
図８は、過給圧制御モードを説明するためのコンプレッサ特性図である。縦軸にコンプレッサ前後の圧力比、横軸に吸気流量を示している。
過給圧制御モードとして、例えば、いち早く目標過給圧に到達するようにレスポンス性を重視した過給圧制御を行なうレスポンス重視モード、燃費効率を重視した過給圧制御を行う効率重視モード、および両者の中間的な過給圧制御を行う標準モード、の３つの過給圧制御モードを設定することが出来る。これら３つの過給圧制御モードは、後述するターボ制御指令値演算部１０Ｂ２によって、現在の過給圧に対応するポイントＳから目標過給圧に対応するポイントＧに到達するまでに通過する作動点が夫々異なるように制御される。また、いずれの過給圧制御モードにおいても、その圧力比がサージ圧力ラインを超えないように制御される。
【００４６】
エンジン制御指令値演算部１０Ａ２ｄでは、図４に示すように、エンジン回転数、アクセル信号、および過給圧から、吸排気バルブのバルブタイミングやバルブリフト量に関する可変バルブタイミング・リフト量指令値を演算する。また、アクセル信号と、アクセル信号に対応したスロットル開度カーブが設定されたスロットル開度マップＭ２とからスロットル開度指令値を演算する。
【００４７】
またエンジン制御指令値演算部１０Ａ２ｄでは、図４に示すように、エンジン回転数、アクセル信号、吸気流量、空燃比、触媒情報、およびノックセンサ信号などから、以下に示すように、燃料噴射量指令値を演算する。
すなわち、エンジン回転数およびアクセル信号と、エンジン回転数およびアクセル信号に対応した目標空燃比が設定された目標空燃比ベースマップＭ３とから、目標空燃比ベース値を演算する。そして、この目標空燃比ベース値を、過給圧制御、触媒制御、およびノック制御の各々を考慮して補正することで目標空燃比を演算する。そして、この目標空燃比と空燃比センサ２１で検出される空燃比とから目標空燃比に制御するのに必要な燃料噴射量を演算する。そして、この演算した燃料噴射量に対し、後述する排温マージンに基づいて燃料噴射量を減量補正することで燃料噴射量指令値を演算する。減量補正は、例えば排温マージンが予め規定されるマージン閾値を下回った場合に行われる。なお、目標空燃比および空燃比に替えて、目標酸素濃度および酸素濃度を用いてもよい。
【００４８】
これら演算されたエンジン制御指令値は、エンジン信号出力部１０Ａ３から各種機器類に出力される。
【００４９】
ターボＥＣＵ１０Ｂのターボ信号入力部１０Ｂ１には、図３に示すように、少なくともターボチャージャ３の運転状態に関するセンサ信号として、上述した各種センサ類より、エンジン回転数、アクセル信号、ターボ回転数、過給圧、吸気流量、排気温度が入力される。なお、これらのセンサ信号は、各種センサ類から直接入力されても良く、エンジンＥＣＵ１０Ａを介して入力されても良い。さらに、ターボＥＣＵ１０Ｂのターボ信号入力部１０Ｂ１には、エンジンＥＣＵ１０Ａで演算された目標過給圧が入力される。
【００５０】
これらエンジンＥＣＵ１０Ａ、ターボＥＣＵ１０Ｂ、各種のセンサ類、および各種機器類等は、ＣＡＮを介して通信可能に接続されている。
【００５１】
ターボＥＣＵ１０Ｂのターボ制御部１０Ｂ２は、ターボチャージャ３の目標過給圧に対応するターボ制御指令値を演算するターボ制御指令値演算部１０Ｂ２ａ、サージ圧力マージンおよび回転数マージン等のマージンを演算するマージン演算部１０Ｂ２ｂ、および排温マージンを演算する排温マージン演算部１０Ｂ２ｃ、を含む。
【００５２】
図５は、ターボＥＣＵの制御ロジックを説明するためのブロック図である。
ターボ制御指令値演算部１０Ｂ２ａでは、図５に示したように、目標過給圧と実際の過給圧との偏差を加減算器３１で算出する。そして算出した偏差と予め定められる制御ゲインとに基づき、フィードバック制御手段３２においてＶＧ開度指令値を演算する。またこの際、エンジン回転数およびアクセル信号を入力とするフィードフォワードマップＭ４で算出された値をフィードバック制御手段３２で演算されたＶＧ開度指令値に加算することで、制御の応答性を高めることが出来る。そして、加算器３３で算出されたＶＧ開度指令値と実際のＶＧ開度との偏差を加減算器３４で算出し、算出した偏差に基づいて、ＶＧ開度を制御するためのＰＷＭ信号をフィードバック制御手段３５によって生成する。
【００５３】
また、上記フィードバック制御手段３２におけるフィードバック制御において、上述した過給圧制御モード指示判定部１０Ａ２ｃにおいて認識される一つの過給圧制御モードに応じて制御ゲインを異ならしめることで、選択される過給圧制御モードに対応した過給圧制御を行うことが出来る。例えば、上述したレスポンス重視モード、効率重視モード、標準モード、の３つの過給圧制御モードにおいて、レスポンス重視モード＞標準モード＞効率重視モードの順番で制御ゲインが高くなるように設定することで、選択される過給圧制御モードに対応した過給圧の制御を行うことが可能となる。
【００５４】
図９は、サージ圧力マージンの演算ロジックを説明するための図、図１０は、回転数マージンの演算ロジックを説明するための図である。
マージン演算部１０Ｂ２ｂでは、図９に示した演算ロジックに従ってサージ圧力マージンを演算する。サージ圧力マージンの演算は、先ずサージ圧力マップＭ８に吸気流量を入力してサージ圧力比を算出し、これに大気圧を乗じてサージ圧力を演算する。このサージ圧力は、サージングが発生する限界圧力を意味するものである。そして、この算出されたサージ圧力と、圧力センサ２２で検出された過給圧より、下記式（１）で表されるサージ圧力マージンが演算される。
サージ圧力マージン（％）＝（サージ圧力−過給圧）／サージ圧力×１００  ・・・（１）
【００５５】
このように、サージ圧力に対する該サージ圧力と過給圧との差分の比としてサージ圧力マージンを規定することで、上述したサージ・過回転回避許可判定において、サージングの発生を確実に防止しつつ、精度良く過給圧制御手段を制御することが出来る。
【００５６】
またマージン演算部１０Ｂ２ｂでは、図１０に示した演算ロジックに従って回転数マージンを演算する。回転数マージンは、最大許容回転数マージンと定常回転数許容時間マージンの何れか小さい方として演算される。ここで最大許容回転数マージンとは、ターボチャージャ３が許容し得る最大許容回転数に対するマージンを意味し、下記式（２）のとおり表される。
最大許容回転数マージン（％）＝（最大許容回転数−ターボ回転数）／最大許容回転数×１００  ・・・（２）
【００５７】
これに対して定常回転数許容時間マージンとは、ターボチャージャ３のターボ回転数が、最大許容回転数は超えないものの定常許容回転数を継続して上回る、図１０（ａ）に示す経過時間（定常許容回転数以上経過時間）、および定常許容回転数を継続して上回ることが許容される限界時間である最大許容継続時間、とから下記式（３）のとおり表される。
定常回転数許容時間マージン（％）＝（最大許容継続時間−定常回転数以上経過時間）／最大許容継続時間×１００  ・・・（３）
【００５８】
このように規定される回転数マージンをマージンに含めることで、上述したサージ・過回転回避許可判定において、サージングとともにターボチャージャ３の過回転も防止することが出来る。また、最大許容回転数マージンと定常回転数許容時間マージンの何れか小さい方として回転数マージンを規定することで、ターボチャージャ３は最大許容回転数を超えることはないものの、定常許容回転数（ターボチャージャ３の定格回転数）を一時的に超過することは許容される。これにより、ターボチャージャ３の性能が最大限に発揮されるような制御を行うことが出来る。
【００５９】
図１１は、排温マージンの演算ロジックを説明するための図である。
排温マージン演算部１０Ｂ２ｃでは、図１１に示した演算ロジックに従って排温マージンを演算する。排温マージンは、最高許容温度マージンと定常温度許容時間マージンの何れか小さい方として演算される。最高許容温度マージンンとは、ターボチャージャ３のタービン３ｂが許容し得る最高許容温度に対するマージンを意味し、下記式（４）のとおり表される。
最高許容温度マージン（％）＝（最高許容温度−排気温度）／最高許容温度×１００・・・（４）
【００６０】
これに対して定常温度許容時間マージンとは、ターボチャージャ３のタービン３ｂが最高許容温度は超えないものの定常許容温度を継続して上回る、図１１（ａ）に示す経過時間（定常許容温度以上経過時間）、および定常許容温度を継続して上回ることが許容される限界時間である最大許容継続時間、とから下記式（５）のとおり表される。
定常温度許容時間マージン（％）＝（最高許容継続時間−定常許容温度以上経過時間）／最大許容継続時間×１００  ・・・（５）
【００６１】
このように排温マージンを規定することで、排気温度が高くなり過ぎることによってターボチャージャ３のタービン３ｂが損傷するのを防止することが出来る。また、最高許容温度マージンと定常温度許容時間マージンの何れか小さい方として排温マージンを規定することで、タービン３ｂは最高許容温度を超えることはないものの、定常許容温度（タービン３ｂの定格温度）を一時的に超過することは許容される。これにより、エンジン２の性能が最大限に発揮されるような制御を行うことが出来る。
【００６２】
図６は、第１実施形態における過給圧制御手段の制御フロー図である。
図６に示したように、エンジンＥＣＵ１０Ａにあっては、上述した各種のセンサ信号を読み込んだ後（ステップＥ１）、目標過給圧および可変バルブタイミング、スロットル開度、燃料噴射量等の各種機器類に対するエンジン制御指令値を演算する。また、ターボＥＣＵ１０Ｂから送信されるサージ圧力マージン、回転数マージンに基づいてターボチャージャ３の可変制御機構３ｄに対する制御の許可・不許可（サージ・過回転回避許可）を判定する。さらに、選択された一つの過給圧制御モードを認識する。これら目標過給圧、サージ・過回転回避許可に関する信号、過給圧制御モードは、ターボＥＣＵ１０Ｂに送信される（ステップＥ２）。
【００６３】
またターボＥＣＵ１０Ｂにあっては、上記エンジンＥＣＵ１０Ａにおける制御と並行して、上述した各種のセンサ信号を読み込んだ後（ステップＴ１）、サージ圧力マージンおよび回転数マージン等のマージン、並びに排温マージンを演算する（ステップＴ２）。そして、演算したサージ圧力マージン、過回転マージン、および排温マージンの各マージン値をエンジンＥＣＵ１０Ａに出力する。また、ターボＥＣＵ１０Ｂは、エンジンＥＣＵ１０Ａから送信される目標過給圧に基づき、上述した図５に示す制御ロジックに従って、ＶＧ開度指令値を演算する（Ｔ３）。この際、上述したように、選択される過給圧制御モードに対応したターボ作動点が演算されるように制御ゲインが設定される。そして最後に、可変制御機構３ｄのＶＧ開度をＶＧ開度指令値に一致させるようにフィードバック制御を行う（Ｔ４）。
【００６４】
このように構成される本実施形態の過給システムの制御装置１０は、上述したように、エンジンＥＣＵ１０Ａとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボＥＣＵ１０Ｂを備えている。このターボＥＣＵ１０Ｂは、燃料噴射装置、吸排気弁、点火装置、触媒装置等々の複数の機器類の制御を同時に行うエンジンＥＣＵ１０Ａとは異なり、基本的にターボチャージャ３の可変制御機構３ｄの制御だけを行うコントローラである。よって、このターボＥＣＵ１０Ｂのターボ制御部１０Ｂ２においてＶＧ開度指令値（ターボ制御指令値）を演算し、該ＶＧ開度指令値をターボチャージャ３の可変制御機構３ｄ（過給圧制御手段）へと出力することで、可変制御機構３ｄの制御に関してはエンジンＥＣＵ１０Ａと通信する必要がないことから、エンジン１０Ａとの通信遅れの影響を回避して過給圧を迅速に制御することが出来るようになっている。
【００６５】
また、本実施形態の過給システムの制御装置１０は、上述したように、マージンがマージン閾値を下回る場合には、マージンがマージン閾値を上回る場合よりもターボチャージャ３の過給圧が目標過給圧となるまでの応答時間が長くなるように構成される。このため、マージンがマージン閾値を下回るようなサージングに対して余裕がない状態においてサージングの発生が回避され、ターボチャージャ３の異常運転を抑制することが出来るようになっている。また、エンジンＥＣＵ１０Ａとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボＥＣＵ１０Ｂにおいてマージンを演算することで、エンジンＥＣＵ１０Ａでマージンを演算する場合と比べて、マージンの演算を高速且つ精度良く行うことが出来るようになっている。
【００６６】
＜第２実施形態＞
図１２は、本発明の第２実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用されるエンジンシステムの全体構成を示した図である。本実施形態のエンジンシステム１ａは、バイパス管路１４およびウェイストゲートバルブ１２を備えている点を除いて、基本的には図１に示した実施形態のエンジンシステム１と同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６７】
図１２に示したように、バイパス管路１４は、ターボチャージャ３のタービン３ｂを迂回するようにして排気管路６に接続している。そして、バイパス管路１４にはウェイストゲートバルブ１２が設けられており、このウェイストゲートバルブ１２の開度を調整することで、タービン３ｂに流れる排気ガスの流量と、バイパス管路１４を流れる排気ガスの流量を制御することが出来る。タービン３ｂに流れる排気ガスの流量を制御することで、タービン３ｂおよびこれと同軸駆動するコンプレッサ３ａの回転数を制御することが出来る。
すなわち、本実施形態では、上述した可変制御機構３ｄ、およびウェイストゲートバルブ１２の両方が、コンプレッサ３ａで圧縮される吸気の過給圧を制御する過給圧制御手段に相当する。このウェイストゲートバルブ１２のＷＧバルブ開度は、可変制御機構３ｄのＶＧ開度と同様、制御装置１０によって制御される。なお、ウェイストゲートバルブ１２だけを制御する場合は、ターボチャージャ３は可変制御機構３ｄを備えていなくともよい。
【００６８】
図１３および図１４Ａ，Ｂ  は、第２実施形態におけるターボＥＣＵの制御ロジックを説明するためのブロック図であり、図１３は、ウェイストゲートバルブ１２だけを制御する場合の制御ロジック、図１４Ａは、ウェイストゲートバルブ１２と可変制御機構３ｄの両方を制御する場合の制御ロジックを夫々示した図である。また、図１４Ｂは、図１４Ａにおける制御ロジックを説明するための図である。
【００６９】
図１３に示す制御ロジックでは、先ず目標過給圧と実際の過給圧との偏差を加減算器５１で算出する。そして算出した偏差と予め定められる制御ゲインとに基づき、フィードバック制御手段５２においてＷＧバルブ開度指令値を演算する。そして、演算されたＷＧバルブ開度指令値と実際のＷＧバルブ開度との偏差を加減算器５３で算出し、算出した偏差に基づいて、ＷＧバルブ開度を制御するためのＰＷＭ信号をフィードバック制御手段５４によって生成する。
【００７０】
図１４Ａに示す制御ロジックは、図中上側に記載するＶＧ開度の制御ロジック（Ａ）と、図中下側に記載するＷＧバルブ開度の制御ロジック（Ｂ）とに大別される。
ＶＧ開度の制御ロジック（Ａ）では、先ず目標過給圧と実際の過給圧との偏差を加減算器５５で算出する。そして算出した偏差と予め定められる制御ゲインとに基づき、フィードバック制御手段５６においてＶＧ開度指令値を演算する。またこの際、エンジン回転数およびアクセル信号を入力とするフィードフォワードマップＭ９で算出された値をフィードバック制御手段５６で演算されたＶＧ開度指令値に加算することで、制御の応答性を高めることが出来る。そして、加算器５７で算出されたＶＧ開度指令値をリミッタ５８またはリミッタ６３に出力する。リミッタ５８およびリミッタ６３は、リミッタ付の線形化テーブルとなっており、図１４Ｂに示したように、θ≧−１では、ＷＧバルブ開度はリミッタ下限に固定されてＶＧ開度だけが変化し、θ＜−１では、ＶＧバルブ開度がリミッタ下限に固定されてＷＧバルブ開度だけが変化するようになっている。そして、通常の使用範囲（θ≧−１）では、ＷＧバルブ開度がリミッタ下限に固定され、ＶＧ開度を制御することで過給圧の制御が行われる。この場合は、加算器５７で算出されたＶＧ開度指令値がリミッタ５８から加算器５９に出力される。そして、リミッタ５８から出力されたＶＧ開度指令値と実際のＶＧ開度との偏差を加減算器５９で算出し、算出した偏差に基づいて、ＶＧ開度を制御するためのＰＷＭ信号をフィードバック制御手段６０によって生成する。
【００７１】
一方、ＷＧバルブ開度の制御ロジック（Ｂ）では、先ず目標過給圧と実際の過給圧との偏差を加減算器６１で算出する。そして算出した偏差と予め定められる制御ゲインとに基づき、フィードバック制御手段６２においてＷＧバルブ開度指令値を演算し、演算処理器６４に出力する。また、過給圧が目標過給圧よりも非常に高い場合（θ＜−１）では、ＶＧ開度がリミッタ下限に固定され、ＷＧバルブ開度を制御することで過給圧の制御が行われる。この場合は、加算器５７で算出されたＶＧ開度指令値がリミッタ６３から演算処理器６４に出力される。
【００７２】
演算処理器６４は、リミッタ６３からの出力値に相当するＷＧバルブ開度指令値を演算する。そして、この演算したＷＧバルブ開度指令値と、フィードバック制御手段６２から出力されたＷＧバルブ開度指令値の何れか大きい方をＷＧバルブ開度指令値として加減算器６５に出力する。リミッタ６３からＶＧ開度指令値が入力されない場合は、加減算器６５への出力は行われない。そして、演算処理器６４から出力されたＷＧバルブ開度指令値と実際のＷＧバルブ開度との偏差を加減算器６５で算出し、算出した偏差に基づいて、ＷＧバルブ開度を制御するためのＰＷＭ信号をフィードバック制御手段６６によって生成する。
【００７３】
ここで、可変制御機構３ｄによる過給圧制御は、ウェイストゲートバルブ１２による過給圧制御よりも制御応答性が高くなるように構成される。すなわち、図１４に示した制御ロジックにおいて、ＶＧ開度の制御ロジック（Ａ）におけるフィードバック制御手段５６は、ＷＧバルブ開度の制御ロジック（Ｂ）におけるフィードバック制御手段６２よりも大きい制御ゲインが設定されている。しかも、ＶＧ開度の制御ロジック（Ａ）は、フィードフォワードマップＭ９からの出力値がフィードバック制御手段５６で演算されたＶＧ開度指令値に加算されるようになっており、さらに制御応答性が高くなっている。
【００７４】
なお、図１３、図１４に示す制御ロジックにおいて、ＷＧバルブ開度指令値の演算は、目標排気圧と実際の排気圧との偏差からフィードバック制御により行うようにしてもよい。コンプレッサ側にバイパス管路が設けられていないエンジンシステムでは、過給圧と排気圧との間に高い相関があり、ウェイストゲートバルブ１２で排気圧を制御することで過給圧を目標過給圧に制御することが出来る。ここで目標排気圧は、目標過給圧に対応する値として設定される。実際の排気圧は、排気管路６のバイパス管路１４の分岐位置の下流側に配置される圧力センサ２６で検出される。
【００７５】
図１５は、第２実施形態における過給圧制御手段の制御フロー図である。本フロー図は、上述した第１実施形態における制御フロー図とほぼ同様の内容となっているが、ステップＴ３において、ＶＧ開度指令値だけでなくＷＧバルブ開度指令値も演算する点、およびステップＴ４において、ＶＧ開度だけでなくＷＧバルブ開度も制御する点が、上述した第１実施形態と異なっている。
【００７６】
このような実施形態によれば、過給圧制御手段としての可変制御機構３ｄおよびウェイストゲートバルブ１２の各々のＶＧ開度およびＷＧバルブ開度を調整することでターボチャージャ３の過給圧を制御し、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来るようになっている。
また上述したように、可変制御機構３ｄによる過給圧制御を、ウェイストゲートバルブ１２による過給圧制御よりも制御応答性が高くなるように構成することで、効率よく且つ広範囲に渡って過給圧を制御することが出来るようになっている。
【００７７】
＜第３実施形態＞
図１６は、本発明の第３実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用されるエンジンシステムの全体構成を示した図である。本実施形態のエンジンシステム１ｂは、電動ターボチャージャ５および吸気側バイパス管路１８を備えている点を除いて、基本的に上述した実施形態のエンジンシステムと同様の構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７８】
図１６に示したように、電動ターボチャージャ５は、ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａの下流側の吸気管路４に配置された電動コンプレッサ５ａと、この電動コンプレッサ５ａを回転駆動させるモータ５ｂと、電動コンプレッサ５ａとモータ５ｂとを連結するロータ５ｃと、モータ５ｂの回転数を制御するインバータ５ｄ（回転数制御手段）とからなる。そして、モータ５ｂによって電動コンプレッサ５ａを回転駆動させることで、電動コンプレッサ５ａに流入する吸気を圧縮するように構成されている。すなわち本実施形態では、エンジン２に供給する吸気を圧縮する過給器が、ターボチャージャ３と電動ターボチャージャ５とから構成されている。
【００７９】
吸気側バイパス管路１８は、電動ターボチャージャ５の電動コンプレッサ５ａを迂回するようにして吸気管路４に接続している。また、吸気側バイパス管路１８にはバイパスバルブ１６が設けられており、このバイパスバルブ１６を開閉操作することで、電動コンプレッサ５ａに吸気を流入させるか否かを制御している。
すなわち本実施形態では、上述したウェイストゲートバルブ１２がコンプレッサ３ａの過給圧を制御する過給圧制御手段に相当する。また、上述したインバータ５ｄが電動コンプレッサ５ａの過給圧を制御する過給圧制御手段に相当する。このインバータ５ｄおよびバイパスバルブ１６は、ウェイストゲートバルブ１２のＷＧバルブ開度と同様、制御装置１０によって制御される。
【００８０】
図１７は、第３実施形態におけるターボＥＣＵの制御ロジックを説明するためのブロック図である。なお、ターボＥＣＵ１０Ｂでは、インバータ５ｄに対する電動コンプレッサ指令値、バイパスバルブ１６に対する開閉指令値の他に、ウェイストゲートバルブ１２に対するＷＧバルブ開度指令値も演算される。しかしながら、このＷＧバルブ開度指令値の演算ロジックは、図１３に示した制御ロジックと同様であるため、図１７の説明からは省略する。
【００８１】
図１７に示す制御ロジックでは、先ず目標過給圧と実際の過給圧との偏差を加減算器６７で算出する。そして算出した偏差と予め定められる制御ゲインとに基づき、フィードバック制御手段６８において電動コンプレッサ指令値（回転数）を演算する。そして、フィードバック制御手段６８で演算された電動コンプレッサ指令値をスイッチ６９に出力する。スイッチ６９は、スイッチがＯｎの時にはフィードバック制御手段６８から出力された電動コンプレッサ指令値を加減算器７０に出力する。スイッチがＯｆｆのときには、フィードバック制御手段６８から出力された電動コンプレッサ指令値を加減算器７０に出力しない（出力ゼロ）。このスイッチのＯｎ／Ｏｆｆは、モータ５ｂに供給される電圧（バッテリー電圧）に応じて切り替えられる。モータの作動に必要な規定以上の電圧がモータ５ｂに供給されている状態ではスイッチＯｎ、それ未満の電圧しか供給されていない状態ではスイッチＯｆｆとなるように構成される。そして、スイッチ７０から出力された電動コンプレッサ指令値と電動コンプレッサフィードバック値との偏差を加減算器７０で算出し、算出した偏差に基づいて、電動コンプレッサ回転数を制御するためのＰＷＭ信号をフィードバック制御手段７１によって生成する。
【００８２】
また、図１７に示す制御ロジックでは、バイパスバルブ１６に対する開閉指令値も生成される。バイパスバルブ１６は、電動ターボチャージャ５が作動する時は全閉に、電動ターボチャージャ５が作動しない時には全開になるように制御される。
【００８３】
図１８は、第３実施形態における過給圧制御手段の制御フロー図である。本フロー図は、上述した第１、２実施形態における制御フロー図とほぼ同様の内容となっているが、ステップＴ３において、ＷＧバルブ開度指令値だけでなく電動コンプレッサ指令値も演算する点、およびステップＴ４において、ＷＧバルブ開度だけでなく電動コンプレッサ回転数も制御する点が、上述した第１、２実施形態と異なっている。
【００８４】
このような実施形態によれば、ターボチャージャ３と電動ターボチャージャ５とを備える所謂二段過給システムにおいて、ターボチャージャ３に対する過給圧制御手段であるウェイストゲートバルブ１２のＷＧバルブ開度を調整し、電動ターボチャージャ５に対する過給圧制御手段であるインバータ５ｄ（回転数制御手段）でモータ５ｂの回転数を制御することで、ターボチャージャ３および電動ターボチャージャ５の過給圧を夫々制御し、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来るようになっている。
【００８５】
なお、上記実施形態では、電動ターボチャージャ５を高圧段側に配置していたが、ターボチャージャ３と電動ターボチャージャ５の位置を入れ替え、電動ターボチャージャ５を低圧段側に配置しても良い。また、本実施形態のターボチャージャ３を、可変制御機構３ｄを有する可変型ターボチャージャとして構成し、上述した第２実施形態と組み合わせても良いものである。
【００８６】
＜第４実施形態＞
図１９および図２０は、本発明の第４実施形態にかかる過給システムの制御装置が適用されるエンジンシステムの全体構成を示した図である。本実施形態のエンジンシステム１ｃおよび１ｄは、高圧段ターボチャージャ３Ａと低圧段ターボチャージャ３Ｂを備える所謂二段過給システムとなっている点、および排気管路６を流れる排気ガスの一部を吸気管路４に還流させるＥＧＲシステムを備える点を除いて、基本的に上述した実施形態のエンジンシステムと同様の構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８７】
図１９および図２０に示したように、高圧段ターボチャージャ３Ａは、排気管路６に配置された高圧段タービン３Ａｂと、吸気管路４に配置された高圧段コンプレッサ３Ａａとを有する。両者はロータ３Ａｃによって連結され、同軸駆動するようになっている。低圧段ターボチャージャ３Ｂは、高圧段タービン３Ａｂよりも排気管路６の下流側に配置された低圧段タービン３Ｂｂと、高圧段コンプレッサ３Ａａよりも吸気管路４の上流側に配置された低圧段コンプレッサ３Ｂａとを有する。両者はロータ３Ｂｃによって連結され、同軸駆動するようになっている。
【００８８】
排気管路６には、高圧段タービン３Ａｂを迂回する高圧段バイパス管路１４Ａ、および低圧段タービン３Ｂｂを迂回する低圧段バイパス管路１４Ｂが夫々接続されている。そして、高圧段バイパス管路１４Ａには高圧段ウェイストゲートバルブ１２Ａが設けられ、低圧段バイパス管路１４Ｂには低圧段ウェイストゲートバルブ１２Ｂが設けられている。
【００８９】
吸気管路４には、高圧段コンプレッサ３Ａａを迂回する吸気側バイパス管路１８が接続されており、この吸気側バイパス管路１８にはバイパスバルブ１６が設けられている。このバイパスバルブ１６は、高圧段ターボチャージャ３Ａによる過給を行う場合は全閉に制御され、高圧段ターボチャージャ３Ａによる過給を行わない場合は全開に制御される。このバイパスバルブ１６の開閉制御は、上述したターボＥＣＵ１０Ｂによって制御される。また、高圧段コンプレッサ３Ａａおよび低圧段コンプレッサ３Ｂａの各々の吐出側には、高圧段コンプレッサ３Ａａおよび低圧段コンプレッサ３Ｂａの各々の過給圧を検出するために圧力センサ２２Ａ、２２Ｂが夫々設置されている。
【００９０】
図１９に示したエンジンシステム１ｃでは、上述したＥＧＲシステムは、高圧段タービン３Ａｂの上流側の排気管路６と、高圧段コンプレッサ３Ａａの下流側の吸気管路４とを接続する高圧ＥＧＲ管路２８Ａとからなる。この高圧ＥＧＲ管路２８Ａには、高圧ＥＧＲクーラ２９Ａおよび高圧ＥＧＲバルブ３０Ａが夫々設けられており、高圧ＥＧＲバルブ３０Ａの開度を調整することで、吸気側に還流する排気ガスの流量が制御される。この高圧ＥＧＲバルブ３０Ａのバルブ開度は、上述したターボＥＣＵ１０Ｂによって制御される。この所謂高圧ＥＧＲシステムにより、エンジンシステム１ｂにおいて、燃焼室２ａの燃焼温度を抑え、効果的にＮＯｘを抑制することが出来るようになっている。
【００９１】
図２０に示したエンジンシステム１ｄでは、上述したＥＧＲシステムは、低圧段タービン３Ｂｂの下流側の排気管路６と、低圧段コンプレッサ３Ｂａの上流側の吸気管路４とを接続する低圧ＥＧＲ管路２８Ｂからなる。この低圧ＥＧＲ管路２８Ｂには、低圧ＥＧＲクーラ２９Ｂおよび低圧ＥＧＲバルブ３０Ｂが夫々設けられており、低圧ＥＧＲバルブ３０Ｂの開度を調整することで、吸気側に還流する排気ガスの流量が制御される。この低圧ＥＧＲバルブ３０Ｂのバルブ開度は、上述したターボＥＣＵ１０Ｂによって制御される。この所謂低圧ＥＧＲシステムにより、エンジンシステム１ｄにおいて、燃焼室２ａの燃焼温度を抑え、効果的にＮＯｘを抑制することが出来るようになっている。
【００９２】
そして本実施形態では、高圧段ウェイストゲートバルブ１２Ａおよび低圧段ウェイストゲートバルブ１２Ｂともに、そのＷＧバルブ開度を夫々調整することで、高圧段ターボチャージャ３Ａおよび低圧段ターボチャージャ３Ｂの過給圧を夫々制御するように構成されている。高圧段ウェイストゲートバルブ１２Ａおよび低圧段ウェイストゲートバルブ１２ＢのＷＧバルブ開度指令値は、上述した図１３に示した制御ロジックに基づいて夫々演算される。
【００９３】
図２１は、第４実施形態における過給圧制御手段の制御フロー図である。本フロー図は、上述した第１〜３実施形態における制御フロー図とほぼ同様の内容となっているが、ステップＴ３において、高圧段ＷＧバルブ開度指令値および低圧段ＷＧバルブ開度指令値を演算する点、およびステップＴ４において、高圧段ＷＧバルブ開度だけでなく低圧段ＷＧバルブ開度も制御する点が、上述した第１〜３実施形態と異なっている。
【００９４】
このような実施形態によれば、高圧段ターボチャージャ３Ａと低圧段ターボチャージャ３Ｂを備える所謂二段過給システムにおいて、高圧段ターボチャージャ３Ａに対する過給圧制御手段である高圧段ウェイストゲートバルブ１２Ａ、および低圧段ターボチャージャ３Ｂに対する過給圧制御手段である低圧段ウェイストゲートバルブ１２Ｂ、の夫々ＷＧバルブ開度を調整することで、高圧段ターボチャージャ３Ａおよび低圧段ターボチャージャ３Ｂの過給圧を制御し、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来る。
【００９５】
なお、上記実施形態では、エンジンシステム１ｃは高圧段ＥＧＲシステムだけ、エンジンシステム１ｄは低圧段ＥＧＲシステムだけを夫々備えていたが、本発明のエンジンシステムは、高圧段ＥＧＲシステムと低圧段ＥＧＲシステムの両方を備えていてもよい。また、バイパスバルブ１６、高圧ＥＧＲバルブ３０Ａ、および低圧ＥＧＲバルブ３０Ｂを制御すると過給圧にも影響が及ぶ。このため、上述した高圧段ウェイストゲートバルブ１２Ａおよび低圧段ウェイストゲートバルブ１２Ｂに加えて、これらバイパスバルブ１６、高圧ＥＧＲバルブ３０Ａ、および低圧ＥＧＲバルブ３０Ｂを過給圧制御手段として利用してもよいものである。
【００９６】
＜第５実施形態＞  
本実施形態のエンジンシステムは、図１９および図２０に示したエンジンシステム１ｃ、１ｄと同様の構成を有しており、その詳細な説明を省略する。
【００９７】
本実施形態では、高圧段ターボチャージャ３Ａの可変制御機構３Ａｄおよび低圧段ターボチャージャ３Ｂの可変制御機構３ＢｄのＶＧ開度を夫々調整することで、高圧段ターボチャージャ３Ａおよび低圧段ターボチャージャ３Ｂの過給圧を夫々制御するように構成されている。高圧段ターボチャージャ３Ａの可変制御機構３Ａｄおよび低圧段ターボチャージャ３Ｂの可変制御機構３ＢｄのＶＧ開度指令値は、上述した図５に示した制御ロジックに基づいて夫々演算される。
【００９８】
図２２は、第５実施形態における過給圧制御手段の制御フロー図である。本フロー図は、上述した第４実施形態における制御フロー図とほぼ同様の内容となっているが、ステップＴ３において、高圧段ターボチャージャ３Ａの可変制御機構３ＡｄのＶＧ開度指令値および低圧段ターボチャージャ３Ｂの可変制御機構３ＢｄのＶＧ開度指令値を演算する点、およびステップＴ４において、高圧段ターボチャージャ３Ａの可変制御機構３ＡｄのＶＧ開度と、低圧段ターボチャージャ３Ｂの可変制御機構３ＢｄのＶＧ開度を制御する点が、上述した第４実施形態と異なっている。なお、本実施形態において、必ずしも高圧段ターボチャージャ３Ａの可変制御機構３Ａｄおよび低圧段ターボチャージャ３Ｂの可変制御機構３Ｂｄの両方のＶＧ開度を制御する必要はなく、少なくともいずれか一方のＶＧ開度を制御すればよい。
【００９９】
このような実施形態によれば、高圧段ターボチャージャ３Ａと低圧段ターボチャージャ３Ｂを備える所謂二段過給システムにおいて、高圧段ターボチャージャ３Ａに対する過給圧制御手段である高圧段ターボチャージ３Ａャの可変制御機構３Ａｄ、および低圧段ターボチャージャ３Ｂに対する過給圧制御手段である低圧段ターボチャージャ３Ｂの可変制御機構３Ｂｄ、の少なくともいずれか一方を調整することで、高圧段ターボチャージャ３Ａおよび低圧段ターボチャージャ３Ｂの少なくともいずれか一方の過給圧を制御し、過給圧の急激な変動を抑えながらサージングの発生を未然に防止することが出来る。
【０１００】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明の少なくとも一実施形態は、エンジンに圧縮した吸気を供給するための過給システムの制御装置として、自動車用、舶用、産業等用のエンジンにおいて好適に用いることが出来る。
【符号の説明】
【０１０２】
１、１ａ〜１ｄ        エンジンシステム、
２                    エンジン
２ａ                  燃焼室
３                    ターボチャージャ
３ａ                  コンプレッサ
３ｂ                  タービン
３ｃ                  ロータ
３ｄ                  可変制御機構
３Ａ                  高圧段ターボチャージャ
３Ａａ                高圧段コンプレッサ
３Ａｂ                高圧段タービン
３Ａｃ                ロータ
３Ａｄ                可変制御機構
３Ｂ                  低圧段ターボチャージャ
３Ｂａ                低圧段コンプレッサ
３Ｂｂ                低圧段タービン
３Ｂｃ                ロータ
３Ｂｄ                可変制御機構
４                    吸気管路
５                    電動ターボチャージャ
５ａ                  電動コンプレッサ
５ｂ                  モータ
５ｃ                  ロータ
５ｄ                  インバータ（回転数制御手段）
６                    排気管路
８                    インタークーラ
１０                  制御装置
１０Ａ                エンジンＥＣＵ
１０Ｂ                ターボＥＣＵ
１２                  ウェイストゲートバルブ
１２Ａ                高圧段ウェイストゲートバルブ
１２Ｂ                低圧段ウェイストゲートバルブ
１４                  バイパス管路
１４Ａ                高圧段バイパス管路
１４Ｂ                低圧段バイパス管路
１６                  バイパスバルブ
１８                  吸気側バイパス管路
２０                  回転数センサ
２１                  空燃比センサ
２２、２２Ａ、２２Ｂ  圧力センサ
２３                  エアフロメータ
２４                  ノックセンサ
２５                  排温センサ
２６                  圧力センサ
２８Ａ                高圧ＥＧＲ管路
２８Ｂ                低圧ＥＧＲ管路
２９Ａ                高圧ＥＧＲクーラ
２９Ｂ                低圧ＥＧＲクーラ
３０Ａ                高圧ＥＧＲバルブ
３０Ｂ                低圧ＥＧＲバルブ
【図１】
2015108329.tif 000003
【図２】
2015108329.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015108329.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2015108329.tif 000015
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
2015108329.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
2015108329.tif 000021
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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