JP6414582B2 - エンジンの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量型ターボ過給機を備えたエンジンの制御方法及び制御装置に関する。

過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒や尿素ＳＣＲシステム等の後処理装置を用いることなくＮＯ_Ｘの排出量を低減するため、大量のＥＧＲガスを燃焼室に導入することが知られている。大量のＥＧＲガスを導入することによって、燃焼室における酸素濃度を低減させると共に燃焼を緩慢にさせて、燃焼温度の低減を図り、燃焼室におけるＮＯ_Ｘの生成が抑制される。

この場合、大量のＥＧＲガスは、過給機のタービン上流側の排気通路から該過給機のコンプレッサ下流側の吸気通路を連通する高圧ＥＧＲ通路と、タービン下流側の排気通路からコンプレッサ上流側の吸気通路を連通する低圧ＥＧＲ通路とを介して、供給されるようになっている。このようなディーゼルエンジンでは、一般に、低負荷時には高圧ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが導入され、高負荷時には低圧ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが導入される。

低圧ＥＧＲ通路は燃焼室に至るまでの経路が長いため、低圧ＥＧＲ通路を介してのＥＧＲガス流量の調整には応答遅れが生じやすい。この応答遅れを補うため、可変容量型ターボ過給機（ＶＧターボ：Variable Geometry Turbocharger）による過給圧制御によって、燃焼室における酸素濃度を管理することが知られている。

ＶＧターボは、タービンホイールに供給される排気ガスの流路面積（ノズル面積）を拡縮可能なノズルベーンを有し、例えば低速時にノズル面積を縮小することにより排気ガスの流速を早めてタービンホイールの回転上昇を早め、高速時にノズル面積を拡大することによりタービンホイールの回転上昇を抑制することを可能にしている。すなわち、ノズルベーンを開閉することにより過給圧を応答性よく調整できるようになっている。

ノズルベーンは、アクチュエータによって所望の目標開度に開閉駆動されるようになっているが、開閉動作に異常が生じる場合がある。例えば、ノズルベーンには、排気ガスから受ける排気圧の影響により開閉動作に、目標開度に対する応答遅れ（渋りとも呼ぶ）が生じる場合がある。特に、ノズルベーンが閉側に位置する場合、排気圧が増大するため、ノズルベーンの応答遅れが発生しやすい。また、ノズルベーンの摺動部に燃焼生成物等の異物が噛み込んだ場合、ノズルベーンは開閉不能になり固着してしまう。

このように、ノズルベーンの開動動作に異常が生じた場合には、過給圧を応答性よく調整できなくなり、排気ガス性能が悪化することになる。特に、ノズルベーンが固着した場合、例えば、開側において固着すると低速時において過給圧を上昇させ難くなり、閉側において固着すると高速時において排気圧及び過給圧が異常に高くなると共にターボが過回転状態となってしまい、エンジン本体及び過給機が損傷してしまう虞がある。

ノズルベーンの固着判定をする方法として、特許文献１には、ノズルベーンの実開度と目標開度との偏差が所定値以下である状態が所定時間以上、継続したときに、ノズルベーンが非固着状態であると判定することが開示されている。

特開２０１１−８０４３３号公報

従来、ＶＧターボは、中排気量（例えば２Ｌクラス）以上のディーゼルエンジンに主に採用されていたが、近年、小排気量ディーゼルエンジン（例えば１．５Ｌクラス）にも採用されている。小排気量ディーゼルエンジンの場合、特に低速時において、排気ガス流量の少なさに起因してＶＧターボであっても過給レスポンスの向上が十分でない場合がある。このため、タービン軸のイナーシャを低減させることによって、過給レスポンスを向上させることが行われている。

しかしながら、タービン軸のイナーシャを低減させることによって、ターボ回転数が過回転状態になりやすくなる。特に、ノズルベーンに応答遅れが生じ又は固着状態となっている場合には、ターボ回転数は短時間で過回転状態となってしまう虞がある。このため、ターボが過回転状態になる前にノズルベーンの固着判定を行うには、特許文献１によるノズルベーンの固着判定の所定時間を短くする必要がある。しかしながら、この場合、ノズルベーンの開動に応答遅れによる一時的な応答遅れが生じている場合まで、常にノズルベーンが固着していると誤判定される虞がある。すなわち、ノズルベーンの一時的な応答遅れを故障判定することなく解消させる一方で、ノズルベーンの固着又は過度な応答遅れは適切に検知することによって、過給機の故障を適切に判定する必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ノズルベーンの一時的な応答遅れを解消させると共に、ノズルベーンの固着又は過度な応答遅れを適切に検出することによって、過給機の故障を適切に判定できる、エンジンの制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。

本願の請求項１に記載の、本発明の一態様は、タービンに供給される排気ガスの流路面積を可変可能なノズルベーンを有する可変容量型過給機を備えた、エンジンの制御方法であって、前記エンジンの運転状態に応じて、前記ノズルベーンの目標開度と前記エンジンに供給される燃料の目標噴射量とを設定する工程と、前記ノズルベーンの開度を前記目標開度に制御する工程と、前記ノズルベーンの実開度と前記目標開度との差であるノズル偏差がノズル偏差閾値以上になると前記エンジンへの燃料供給を制限する工程と、前記エンジンへの燃料供給を制限した状態で、前記ノズル偏差が前記ノズル偏差閾値以上である状態が所定時間、継続していることを故障判定条件として、前記過給機が故障していると判定する工程と、を有する、ことを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のエンジンの制御方法であって、前記故障判定条件には、更に、前記過給機の上流側の排気圧が排気圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、が含まれる、ことを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は２に記載のエンジンの制御方法であって、前記故障判定条件には、更に、過給圧が過給圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、が含まれる、ことを特徴としている。

また、請求項４に記載の、本発明の他の態様は、タービンに供給される排気ガスの流路面積を可変可能なノズルベーンを有する可変容量型過給機を備えたエンジンの制御方法であって、前記エンジンの運転状態に応じて、前記ノズルベーンの目標開度と前記エンジンに供給される燃料の目標噴射量とを設定する工程と、前記ノズルベーンの開度を前記目標開度に制御する工程と、前記過給機の上流側の排気圧が排気圧閾値以上、又は過給圧が過給圧閾値以上になると前記エンジンへの燃料供給を制限する工程と、前記エンジンへの燃料供給を制限した状態で、前記排気圧が前記排気圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、又は前記過給圧が前記過給圧閾値以上である状態が所定時間、継続していることを、故障判定条件として、前記過給機が故障していると判定する工程と、を有する、ことを特徴としている。

また、請求項５に記載の、本発明の更なる他の態様は、タービンに供給される排気ガスの流路面積を可変可能なノズルベーンを有する可変容量型過給機を備えた、エンジンの制御装置であって、前記エンジンの運転状態に応じて、前記ノズルベーンの目標開度と前記エンジンに供給される燃料の目標噴射量とを設定する目標設定部と、前記ノズルベーンの開度を前記目標開度に制御するノズルベーン制御部と、前記ノズルベーンの実開度と前記目標開度との差であるノズル偏差がノズル偏差閾値以上になると前記エンジンへの燃料供給を制限するように燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御部と、前記エンジンへの燃料供給を制限した状態で、前記ノズル偏差が前記ノズル偏差閾値以上である状態が所定期間、継続していることを故障判定条件として、前記過給機が故障していると判定する故障判定部と、を有する、ことを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明は、前記請求項５に記載のエンジンの制御装置であって、前記故障判定条件には、更に、前記過給機の上流側の排気圧が排気圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、が含まれる、ことを特徴としている。

また、請求項７に記載の発明は、前記請求項５又は６に記載のエンジンの制御装置であって、前記故障判定条件には、更に、過給圧が過給圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、が含まれる、ことを特徴としている。

また、請求項８に記載の、本発明の更なる他の態様は、タービンに供給される排気ガスの流路面積を可変可能なノズルベーンを有する可変容量型過給機を備えたエンジンの制御装置であって、前記エンジンの運転状態に応じて、前記ノズルベーンの目標開度と前記エンジンに供給される燃料の目標噴射量とを設定する目標設定部と、前記ノズルベーンの開度を前記目標開度に制御するノズルベーン制御部と、前記過給機の上流側の排気圧が排気圧閾値以上、又は過給圧が過給圧閾値以上になると前記エンジンへの燃料供給を制限するように燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御部と、前記エンジンへの燃料供給を制限した状態で、前記排気圧が前記排気圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、又は前記過給圧が前記過給圧閾値以上である状態が所定時間、継続していることを、故障判定条件として、前記過給機が故障していると判定する故障判定部と、を有する、ことを特徴としている。

前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、請求項１に記載の発明によれば、ノズル偏差がノズル偏差閾値以上である場合に、まずは燃料噴射量を制限することによってノズルベーンに作用する排気ガスの流量を制限し、これによってノズル偏差の解消を試みる。燃料噴射量の制限によってもノズル偏差が所定期間の間にノズル偏差閾値を下回らない場合に、初めて過給機が故障していると判定する。

したがって、燃料噴射量の制限にもかかわらず、ノズル偏差がノズル偏差閾値以上である状態が所定時間、継続している場合にノズルベーンが固着しているとして過給機が故障していると判定する一方で、ノズル偏差が一時的にノズル偏差閾値以上となる場合、すなわちノズルベーンに一時的な応答遅れが生じている場合には、燃料噴射量の制限によってノズルベーンの応答遅れの解消又は低減が期待できるので、この場合に過給機が故障していると誤判定されることが抑制される。すなわち、ノズルベーンの一時的な応答遅れを解消させつつも、ノズルベーンの固着又は過度な応答遅れを適切に検出することができるので、過給機の故障判定を適切に行える。

また、請求項２に記載の発明によれば、故障判定条件に過給機上流側の排気圧を加えることによって、過給機が故障しているか否かをより適切に判定できる。

例えば、加速直後においてノズルベーンの目標開度を閉側から開側へ制御する場合にノズルベーンの応答遅れによりノズル偏差はノズル偏差閾値以上になりやすく、ノズルベーンが固着していない場合であっても過給機が故障していると誤判定される虞がある。一方、過給機上流の排気圧は加速直後には排気圧閾値以上になっていないので、過給機上流側の排気圧に基づいて判定することによって、加速直後において過給機が故障していると誤判定されることを防止できる。

また、請求項３に記載の発明によれば、故障判定条件に過給圧を加えることによって、過給機が故障しているか否かをより適切に判定できる。

例えば、加速直後においてノズルベーンの目標開度を閉側から開側へ制御する場合にノズルベーンの応答遅れによりノズル偏差はノズル偏差閾値以上になりやすく、ノズルベーンが固着していない場合であっても過給機が故障していると誤判定される虞がある。一方、過給圧は加速直後には過給圧閾値以上になっていないので、過給圧に基づいて判定することによって、加速直後において過給機が故障していると誤判定されることを防止できる。

また、請求項４に記載の発明によれば、過給機上流側の排気圧又は過給圧が閾値以上である場合に、まずは燃料噴射量を制限することによってノズルベーンに作用する排気ガスの流量を制限し、これによって過給機上流側の排気圧又は過給圧の低減を試みる。燃料噴射量の制限によっても過給機上流側の排気圧又は過給圧が所定期間の間に閾値を下回らない場合に、初めて過給機が故障していると判定する。

したがって、燃料噴射量の制限にもかかわらず、過給機上流側の排気圧又は過給圧が閾値以上である状態が所定時間、継続している場合には過給機が故障していると判定できる一方で、過給機上流側の排気圧又は過給圧が一時的に閾値以上となる場合にまで過給機が故障していると誤判定することを防止できる。すなわち、一時的な過給機上流側の排気圧又は過給圧の増大と所定時間にわたる過給機上流側の排気圧又は過給圧の増大とを区別することによって、過給機が故障しているか否か適切に判定できる。

また、請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果が、エンジンの制御装置において実現される。

また、請求項６に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果が、エンジンの制御装置において実現される。

また、請求項７に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果が、エンジンの制御装置において実現される。

また、請求項８に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果が、エンジンの制御装置において実現される。

すなわち、本発明に係るエンジンの制御方法及び制御装置によれば、ノズルベーンの一時的な応答遅れを解消させると共に、ノズルベーンの固着又は過度な応答遅れを適切に検出することによって、過給機の故障を適切に判定できる。

本発明の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 ターボ過給機のタービン室を拡大した縦断面図である。 ＥＧＲの作動領域の説明図である。 エンジンシステムの基本制御を示すフローチャートである。 ターボ過給機の制御システムの概略構成を示すブロック図である。 ターボ過給機のノズルベーンの故障判断制御を示すフローチャートである。 ガード燃料値を設定するサブルーチンを示すフローチャートである。 図６の故障判定の変形例を示すフローチャートである。 図６の故障判定の他の変形例を示すフローチャートである。 図６の故障判定の更なる変形例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置について説明する。

＜システム構成＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。

図１に示すように、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の排気ガスを排出する排気系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センサ９９〜１２２と、エンジンシステム２００の制御を行うＥＣＵ（制御装置：Electronic Control Unit）６０と、を有する。

まず、吸気系ＩＮは、吸気が通過する吸気通路１を有しており、この吸気通路１上には、上流側から順に、外部から導入された空気を浄化するエアクリーナ３と、通過する吸気を圧縮して吸気圧を上昇させる、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａ（コンプレッサホイール）と、通過する吸気流量を調整する吸気シャッター弁７と、通水された冷却水を用いて吸気を冷却する水冷式のインタークーラ８と、インタークーラ８に通水する冷却水の流量を制御する電動ウォータポンプ９と、インタークーラ８と電動ウォータポンプ９とを接続し、これらの間で冷却水を循環させる通路である冷却水通路１０と、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と、が設けられている。
また、吸気系ＩＮにおいては、エアクリーナ３の直下流側の吸気通路１上には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０１と吸気温度を検出する吸気温度センサ１０２とが設けられ、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａには、このコンプレッサ５ａの回転数（ターボ回転数）を検出するターボ回転数センサ１０３が設けられ、吸気シャッター弁７には、この吸気シャッター弁７の開度を検出する吸気シャッター弁位置センサ１０５が設けられ、インタークーラ８の直下流側の吸気通路１上には、吸気温度を検出する吸気温度センサ１０６と吸気圧を検出する吸気圧センサ１０７とが設けられ、サージタンク１２には、吸気マニホールド温度センサ１０８が設けられている。これらの、吸気系ＩＮに設けられた各センサ１０１〜１０８は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｄ１０１〜Ｄ１０８をＥＣＵ６０に出力する。

次に、エンジンＥは、吸気通路１（詳しくは吸気マニホールド）から供給された吸気を燃焼室１７内に導入する吸気バルブ１５と、燃焼室１７に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２０と、始動時などでの着火を確保するための補助熱源としてのグロープラグ２１と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２３と、ピストン２３の往復運動により回転されるクランクシャフト２５と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路４１へ排出する排気バルブ２７と、を有する。更に、エンジンＥには、このエンジン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。
また、エンジンＥには、エンジンＥなどを冷却する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のクランク角度を検出するクランク角センサ１１０と、油圧及び／又は油温を検出する油圧／油温センサ１１１と、オイルレベルを検出する光学式オイルレベルセンサ１１２と、が設けられている。これらの、エンジンＥに設けられた各センサ１０９〜１１２は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｄ１０９〜Ｄ１１２をＥＣＵ６０に出力する。

次に、燃料供給系ＦＳは、燃料を貯蔵する燃料タンク３０と、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には、上流側から順に、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。また、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。
また、燃料供給系ＦＳにおいては、高圧燃料ポンプ３３には、燃料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には、燃圧を検出する燃圧センサ１１５が設けられている。これらの、燃料供給系ＦＳに設けられた各センサ１１４、１１５は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｄ１１４、Ｄ１１５をＥＣＵ６０に出力する。

次に、排気系ＥＸは、排気ガスが通過する排気通路４１を有しており、この排気通路４１上には、上流側から順に、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したようにコンプレッサ５ａを駆動する、ターボ過給機５のタービン５ｂ（タービンホイール）と、排気ガスの浄化機能を有するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）４５及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel particulate filter）４６と、通過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。ＤＯＣ４５は、排出ガス中の酸素を用いて炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などを酸化して水と二酸化炭素に変化させる触媒であり、ＤＰＦ４６は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するフィルタである。
また、排気系ＥＸにおいては、ターボ過給機５のタービン５ｂの上流側の排気通路４１上には、排気圧を検出する排気圧センサ１１６と排気温度を検出する排気温度センサ１１７とが設けられ、ＤＯＣ４５の直上流側及びＤＯＣ４５とＤＰＦ４６との間には、それぞれ、排気温度を検出する排気温度センサ１１８、１１９が設けられ、ＤＰＦ４６には、このＤＰＦ４６の上流側と下流側との排気圧の差を検出するＤＰＦ差圧センサ１２０が設けられ、ＤＰＦ４６の直下流側の排気通路４１上には、酸素濃度を検出するリニアＯ２センサ１２１と排気温度を検出する排気温度センサ１２２とが設けられている。これらの、排気系ＥＸに設けられた各センサ１１６〜１２２は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｄ１１６〜Ｄ１２２をＥＣＵ６０に出力する。

更に、本実施形態では、ターボ過給機５は、排気エネルギーが低い低速回転時でも効率良く過給を行えるように小型に構成されていると共に、タービン５ｂの全周を囲むように複数の可動式のノズルベーン５ｃが設けられ、これらのノズルベーン５ｃによりタービン５ｂへの排気の流通断面積（ノズル断面積）を変化させるようにした容量可変型ターボ過給機（ＶＧターボ：Variable Geometry Turbocharger）として構成されている。例えば、ノズルベーン５ｃは、ダイヤフラムに作用する負圧の大きさが電磁弁により調節されるアクチュエータによって回動される。また、そのようなアクチュエータの位置により、ノズルベーン５ｃの開度を検出するノズルベーン開度センサ１０４が設けられている。このノズルベーン開度センサ１０４は、検出したノズルベーン開度に対応する検出信号Ｄ１０４をＥＣＵ６０に出力する。

ここで、図２を参照して、本発明の実施形態によるターボ過給機５のノズルベーン５ｃについて具体的に説明する。図２は、ターボ過給機５のタービン室を拡大した縦断面の構成を模式的に示す。
図２に示すように、タービンケーシング１５３内に形成されたタービン室１５３ａには、そのほぼ中央部に配置されたタービン５ｂの周囲を取り囲むように複数の可動式のノズルベーン５ｃ、５ｃ、…が配設され、各ノズルベーン５ｃはタービン室１５３ａの一方の側壁を貫通する支軸５ｄにより回動可能に支持されている。各ノズルベーン５ｃは、それぞれ支軸５ｄの回りに図２の時計回りに回動して、相互に近接するように傾斜すると、各ノズルベーン５ｃの相互間に形成されるノズル１５５、１５５、…の開度（ノズル断面積）が小さく絞られて、排気流量の少ないときでも高い過給効率を得ることができる。一方、各ノズルベーン５ｃを上記と反対側に回動させて、相互に離反するように傾斜させれば、ノズル断面積が大きくなるので、排気流量の多いときでも通気抵抗を低減して、過給効率を高めることができる。
また、リング部材１５７は、リンク機構１５８を介してアクチュエータのロッド１６３に駆動連結されており、該アクチュエータの作動によりリング部材１５７を介して各ノズルベーン５ｃが回動される。すなわち、リンク機構１５８は、一端部をリング部材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連結板部材１５８ｂと、該連結板部材１５８ｂの他端部に連結されると共に、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連結板部材１５８ｄとからなり、該連結板部材１５８ｄの他端部が連結ピン（図示せず）によりアクチュエータのロッド１６３に回動可能に連結されている。

図１に戻ると、本実施形態によるエンジンシステム２００は、更に、高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８を有する。高圧ＥＧＲ装置４３は、ターボ過給機５のタービン５ｂの上流側の排気通路４１とターボ過給機５のコンプレッサ５ａの下流側（詳しくはインタークーラ８の下流側）の吸気通路１とを接続する高圧ＥＧＲ通路４３ａと、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、を有する。低圧ＥＧＲ装置４８は、ターボ過給機５のタービン５ｂの下流側（詳しくはＤＰＦ４６の下流側で且つ排気シャッター弁４９の上流側）の排気通路４１とターボ過給機５のコンプレッサ５ａの上流側の吸気通路１とを接続する低圧ＥＧＲ通路４８ａと、低圧ＥＧＲ通路４８ａを通過する排気ガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ４８ｂと、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、低圧ＥＧＲフィルタ４８ｄと、を有する。

高圧ＥＧＲ装置４３によって吸気系ＩＮに還流される排気ガス量（以下「高圧ＥＧＲガス量」と呼ぶ。）は、ターボ過給機５のタービン５ｂ上流側の排気圧と、吸気シャッター弁７の開度によって作り出される吸気圧と、高圧ＥＧＲバルブ４３ｂの開度とによって概ね決定される。また、低圧ＥＧＲ装置４８によって吸気系ＩＮに還流される排気ガス量（以下「低圧ＥＧＲガス量」と呼ぶ。）は、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａ上流側の吸気圧と、排気シャッター弁４９の開度によって作り出される排気圧と、低圧ＥＧＲバルブ４８ｃの開度とによって概ね決定される。

ここで、図３を参照して、本発明の実施形態において、高圧ＥＧＲ装置４３が作動されるエンジンＥの運転領域（以下では「高圧ＥＧＲ領域」と呼ぶ。）及び低圧ＥＧＲ装置４８が作動されるエンジンＥの運転領域（以下では「低圧ＥＧＲ領域」と呼ぶ。）について説明する。図３は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸に燃料噴射量（エンジン負荷に相当する）を示しており、高圧ＥＧＲ領域及び低圧ＥＧＲ領域を模式的に表している。
図３に示すように、低負荷・低回転数側に規定されたエンジンＥの運転領域Ｒ１（第１運転領域に相当する）は、高圧ＥＧＲ装置４３が作動される高圧ＥＧＲ領域であり、この高圧ＥＧＲ領域Ｒ１よりも高負荷・高回転数側に規定されたエンジンＥの運転領域Ｒ２（第２運転領域に相当する）は、低圧ＥＧＲ装置４８が作動される低圧ＥＧＲ領域である。より詳しくは、低圧ＥＧＲ領域Ｒ２内の一部の領域（高圧ＥＧＲ領域Ｒ１との境界付近の領域）では、低圧ＥＧＲ装置４８だけでなく、高圧ＥＧＲ装置４３も作動される、つまり高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８の併用領域となる。また、低圧ＥＧＲ領域Ｒ２よりも更に高負荷・高回転数側に規定されたエンジンＥの運転領域Ｒ３は、高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８のいずれも作動されない領域（以下では適宜「非ＥＧＲ領域」と呼ぶ。）である。

図１に戻ると、本実施形態によるＥＣＵ６０は、上述した各センサ１０１〜１２２の検出信号Ｄ１０１〜Ｄ１２２に加えて、外気温を検出する外気温センサ９８、大気圧を検出する大気圧センサ９９、及びアクセルペダル９５の開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１００のそれぞれが出力した検出信号Ｄ９８〜Ｄ１００に基づいて、エンジンシステム２００内の構成要素に対する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ６０は、ターボ過給機５のタービン５ｂにおけるノズルベーン５ｃの開度を制御すべく、このノズルベーン５ｃを駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｃ１３０を出力する。また、ＥＣＵ６０は、吸気シャッター弁７の開度を制御すべく、吸気シャッター弁７を駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｃ１３１を出力する。また、ＥＣＵ６０は、インタークーラ８に供給する冷却水の流量を制御すべく、電動ウォータポンプ９に対して制御信号Ｃ１３２を出力する。また、ＥＣＵ６０は、エンジンＥの燃料噴射量などを制御すべく、燃料噴射弁２０に制御信号Ｃ１３３を出力する。また、ＥＣＵ６０は、オルタネータ２６、燃料ウォーマー３２、燃圧レギュレータ３４及びコモンレール減圧弁３６を制御すべく、これらのそれぞれに対して制御信号Ｃ１３４、Ｃ１３５、Ｃ１３６、Ｃ１３７を出力する。また、ＥＣＵ６０は、高圧ＥＧＲバルブ４３ｂの開度を制御すべく、高圧ＥＧＲバルブ４３ｂを駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｃ１３８を出力する。また、ＥＣＵ６０は、低圧ＥＧＲバルブ４８ｃの開度を制御すべく、低圧ＥＧＲバルブ４８ｃを駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｃ１３９を出力する。また、ＥＣＵ６０は、排気シャッター弁４９の開度を制御すべく、排気シャッター弁４９を駆動するアクチュエータ（不図示）に対して制御信号Ｃ１４０を出力する。

＜基本制御＞
次に、図４を参照して、本発明の実施形態によるエンジンシステム２００において実施される基本制御について説明する。図４は、本発明の実施形態による基本制御を示すフローチャートである。このフローでは、要求噴射量などに応じた目標酸素濃度及び目標吸気温度を実現するための制御がなされる。また、このフローは、ＥＣＵ６０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１１では、ＥＣＵ６０は、上述した各センサ９８〜１２２が出力した検出信号Ｄ９８〜Ｄ１２２のうちの少なくとも一以上を取得する。
次いで、ステップＳ１２では、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ１００が検出したアクセル開度に基づいて、エンジンＥから出力させるべき目標トルクを設定する。
次いで、ステップＳ１３では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１２で設定した目標トルクと、エンジン回転数とに基づいて、燃料噴射弁２０から噴射させるべき要求噴射量（Ｄ要求Ｑ）を設定する。
次いで、ステップＳ１４では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１３で設定した要求噴射量と、エンジン回転数とに基づいて、燃料の噴射パターンと、燃圧と、目標酸素濃度と、目標吸気温度と、ＥＧＲ制御モード（高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８の両方又は一方を作動させるモード、或いは高圧ＥＧＲ装置４３及び低圧ＥＧＲ装置４８のいずれも作動させないモード）とを設定する。
次いで、ステップＳ１５では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１４で設定した目標酸素濃度及び目標吸気温度を実現する状態量を設定する。例えば、この状態量には、高圧ＥＧＲ装置４３によって吸気系ＩＮに還流させる排気ガス量（高圧ＥＧＲガス量）や、低圧ＥＧＲ装置４８によって吸気系ＩＮに還流させる排気ガス量（低圧ＥＧＲガス量）や、ターボ過給機５による過給圧などが含まれる。
次いで、ステップＳ１６では、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１５で設定した状態量に基づいて、エンジンシステム２００の各構成要素のそれぞれを駆動する各アクチュエータを制御する。この場合、ＥＣＵ６０は、状態量に応じた制限値や制限範囲を設定し、状態値が制限値や制限範囲による制限を遵守するような各アクチュエータの制御量を設定して制御を実行する。

＜ターボ過回転防止制御及びフェールセーフ制御＞
以下では、本発明の実施形態による、ターボ過給機５のノズルベーン５ｃの一時的な応答遅れを抑制しつつノズルベーン５ｃの固着判定を適正に行い、ターボ回転数が過回転状態となることを防止するための制御（ターボ過回転防止制御）について説明する。また、併せて、ターボ過給機５又はエンジンＥに異常が発生した場合に、エンジンＥ及びターボ過給機５をフェールセーフモードで運転させる制御（フェールセーフ制御）について説明する。

最初に、本発明の実施形態においてＥＣＵ６０が行う制御の概要について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ６０は、エンジンＥの運転状態（具体的には燃料噴射量及びエンジン回転数）に基づいて目標過給圧を設定し、実過給圧がこの目標過給圧に設定されるように、ターボ過給機５のノズルベーン５ｃの目標開度を設定し、ノズルベーン５ｃを目標開度に制御する。つまり、ＥＣＵ６０は、過給圧Ｆ／Ｂ制御を用いて、実過給圧を目標過給圧と比較しながら、目標過給圧が実現されるようにノズルベーン５ｃの目標開度を変化させる。典型的には、ＥＣＵ６０は、実過給圧が目標過給圧を下回っている場合には、ノズルベーン５ｃの目標開度を閉じ側に変化させる制御を行い、実過給圧が目標過給圧を上回っている場合には、ノズルベーン５ｃの目標開度を開き側に変化させる制御を行う。

ここで、本実施形態では、ＥＣＵ６０は、ノズルベーン５ｃの実開度と目標開度との差であるノズル偏差が所定値以上である場合に、燃料噴射量を減量する制御（以下では適宜「噴射量低減制御」と呼ぶ）を行うと共に、上記した過給圧Ｆ／Ｂ制御によるノズルベーン５ｃの目標開度の閉じ側への変化を制限する制御を行う。次いで、ＥＣＵ６０は、ノズル偏差が所定値以上である状態が所定時間継続していることを故障判定条件として、ノズルベーンが固着又は過度に応答遅れにより故障していると判定する。

更に、ＥＣＵ６０は、ターボ過給機５の上流側の排気圧が所定値以上である場合に、エンジンＥをフェールセーフモードに移行させて、エンジンＥに供給される新気量及び燃料噴射量を制限する。これにより、エンジンＥの燃焼室１７における燃焼を制限して、ターボ過給機５に供給される排気ガスエネルギを低減することによって排気圧の低減を図る。

図５は、ターボ過回転防止制御及びフェールセーフ制御を実行するための制御システムのブロック図である。図５に示されるように、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ１００、ノズルベーン開度センサ１０４、排気圧センサ１１６、排気温センサ１１７、吸気圧センサ１０７からの検出信号に基づいて、ノズルベーン５ｃ、燃料噴射弁２０、吸気シャッター弁７、及び警告灯表示部９６を制御する。

ＥＣＵ６０は、ノズルベーン５ｃ、燃料噴射弁２０、及び吸気シャッター弁７の制御目標となる状態量を設定する目標設定部として、ノズルベーン目標開度設定部６１、目標噴射量設定部６２、及び吸気シャッター弁目標開度設定部６３を有している。

ノズルベーン目標開度設定部６１は、上述されたようにアクセル開度センサ１００が検出したアクセル開度に基づいて設定された目標トルクを実現するのに必要な目標過給圧が得られるように、エンジンＥの運転状態にしたがってノズルベーン５ｃの目標ノズル開度を設定する。目標噴射量設定部６２は、目標トルクを実現するのに要する燃料噴射量を目標燃料噴射量（Ｄ要求Ｑ）として設定する。吸気シャッター弁目標開度設定部６３は、高圧ＥＧＲ通路４３ａを介して供給されるＥＧＲガス流量を調整するように、吸気通路１における吸気圧を調整するべく吸気シャッター弁７の目標開度を設定する。

また、ＥＣＵ６０は、ノズルベーン５ｃ、燃料噴射弁２０、及び吸気シャッター弁７をそれぞれ制御する制御部として、ノズルベーン制御部６４、燃料噴射弁制御部６５、及び吸気シャッター弁制御部６６を有している。

ノズルベーン制御部６４は、ノズルベーン目標開度設定部６１によって設定された目標ノズル開度にノズルベーン５ｃを制御する。

燃料噴射弁制御部６５は、燃料噴射弁２０から噴射される燃料噴射量ＦＰをＤ要求Ｑに制御する。また、後述するように、ノズル偏差判定部６７によってノズル偏差が所定値以上であることが判定された場合、燃料噴射量ＦＰをＤ要求Ｑよりも減少させ又は制限する。更に、フェールセーフモードにおいて、燃料噴射量ＦＰを更に減少させ又は制限する。

吸気シャッター弁制御部６６は、吸気シャッター弁７の開度を、吸気シャッター弁目標開度設定部６３によって設定された目標開度に制御する。また、フェールセーフモードにおいて、吸気シャッター弁７の開度を目標開度よりも減少させ又は制限し、これによって燃焼室１７に供給される吸気量を減少させる。

また、ＥＣＵ６０は、ターボ過給機５及びエンジンＥの異常を判定する異常判定部として、ノズル偏差判定部６７、排気圧判定部６８、排気温判定部６９、過給圧判定部７０、及びノズルベーン故障判定部７１を有している。

ノズル偏差判定部６７は、ノズルベーン開度センサ１０４が検出したノズルベーン５ｃの実開度に基づいて、ノズルベーン５ｃの実開度と目標ノズル開度との差であるノズル偏差を算出し、該ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ以上であるか否かを判定する。ノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴは、目標ノズル開度に対するノズルベーン５ｃの応答遅れ及び固着を検出するための閾値であり、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ以上であることが判定された場合、フラグ１を「１」に設定すると共に、ＥＣＵ６０のメモリに記憶されたノズルベーン故障判定用の変数Ｃを１つ増加（カウントアップ）させる。

ノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴは、例えば、ノズルベーン５ｃの全閉から全開位置に至る全開閉ストローク量の略５０％に設定されており、これにより、ノズルベーン５ｃ応答遅れを精度よく検出できる。ノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴが、全開閉ストローク量の５０％未満に設定されている場合、過度にノズルベーン５ｃの応答遅れを検出してしまうことになる一方で、５０％より大きくすると、ノズルベーン５ｃの応答遅れの検出に漏れが生じやすい。

排気圧判定部６８は、排気圧センサ１１６が検出した排気圧に基づいて、ターボ過給機５の上流側の排気通路４１の排気圧であるＴＣ排気圧が、ＴＣ排気圧第１閾値Ｐ_ＥＸ１より低いか否かを判定する。ＴＣ排気圧第１閾値Ｐ_ＥＸ１は、ノズルベーン５ｃの開側への応答遅れや、エンジンＥから排出される排気ガス流量の増大等による、排気圧の異常増大を検出するための閾値である。排気圧判定部６８は、ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第１閾値Ｐ_ＥＸ１以上であることを判定した場合、フラグ２を「１」に設定すると共に、エンジンＥをフェールセーフモードに移行させる。

また、排気圧判定部６８は、フラグ２が「１」に設定された後、ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２より低いか否かを判定する。ＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２は、排気圧の異常増大が解消されたことを検出するための閾値であり、ＴＣ排気圧第１閾値Ｐ_ＥＸ１よりも低く設定されている。

排気温判定部６９は、フラグ２が「１」に設定された後、ターボ過給機５の上流側の排気通路４１の排気温であるＴＣ排気温がＴＣ排気温閾値Ｔ_ＥＸより低いか否かを判定する。ＴＣ排気温Ｔ_ＥＸは、排気圧の異常増大による排気温の増大を検出するためのものである。

フラグ２が「１」に設定された後、ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２より低下し、且つ、ＴＣ排気温がＴＣ排気温閾値Ｔ_ＥＸより低下したことが判定された場合、排気圧判定部６８は、フラグ２を「１」から「０」に設定し、フェールセーフモードを解除する。

過給圧判定部７０は、吸気通路１に設けられた吸気圧センサ１０７が検出した吸気圧に基づいて、コンプレッサ５ａの下流側（より具体的にはインタークーラ８の下流側）の吸気通路１における吸気圧である過給圧が、過給圧第１閾値Ｐ_ＢＳＴ１より高いか否かを判定する。過給圧第１閾値Ｐ_ＢＳＴ１は、ノズルベーン５ｃの開側への応答遅れや、エンジンＥから排出される排気ガス流量の異常増大等に起因した、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａから吐出される吸気圧の異常上昇を検出するための閾値である。

ノズルベーン故障判定部７１は、変数Ｃが、ノズルベーン故障判定閾値ＣＭＩＬより小さいか否か判定し、変数Ｃがノズルベーン故障判定閾値ＣＭＩＬ以上である場合に、ノズルベーン５ｃが故障していると判定する。この場合、ＥＣＵ６０のメモリに故障記録をサービスコードとして記憶させて、後のサービス時に確認できるようにしてもよく、警告灯表示部９６に故障表示灯（ＭＩＬ：Malfunction Indicator Lamp)を点灯させて、運転者にターボ過給機５の故障を報知するようにしてもよい。

図６は、上述したターボ過回転防止制御及びフェールセーフ制御におけるＥＣＵ６０の処理サイクルの流れを示すフローチャートである。本処理サイクルは、ＥＣＵ６０により、所定の周期で繰り返し実行される。まず、ステップＳ１１０において、フラグ２が「０」であるか否か判定される。フラグ２は、上述したように、ターボ過給機５の上流側の排気圧がＴＣ排気圧第１閾値Ｐ_ＥＸ１以上である場合に「１」に設定されるものである。

フラグ２が「０」である場合、すなわちエンジンＥがフェールセーフモードで運転されていない場合、ノズル偏差判定部６７によって、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ以上であるか否か判定される（ステップＳ１２０）。この判定がＹＥＳの場合、フラグ１が「１」であるか否か判定される（ステップＳ１３０）。フラグ１が「１」でない場合、フラグ１は「１」に設定される（ステップＳ１３１）。ステップＳ１３０がＹＥＳの場合、又はステップＳ１３１の後、変数Ｃが１つ増加される（ステップＳ１４０）。

次に、ノズルベーン故障判定部７１によって、変数Ｃがノズルベーン故障判定閾値ＣＭＩＬより小さいか否か判定される（ステップＳ１５０）。ここで、上述したように、本処理サイクルは所定の周期で繰り返し実行されるので、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ以上である場合、処理サイクルごとに変数Ｃは１つずつ増加されることになる。そして、ある処理サイクルにおいて、変数ＣがＣＭＩＬになった場合、すなわちステップＳ１５０における判定がＮＯである場合、ノズルベーン故障判定部７１は、ノズルベーン５ｃが固着していると判定する（ステップＳ１５１）。

一方、ある処理において、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴを下回った場合、すなわち、ステップＳ１２０がＮＯである場合、フラグ１が「１」であるか否か判定され（ステップＳ１２１）、この判定がＹＥＳの場合、フラグ１が「１」から「０」に設定されて（ステップＳ１２２）、次いで変数Ｃが０にリセットされる（ステップＳ１２３）。

すなわち、ステップＳ１５０における、変数Ｃがノズルベーン故障判定閾値ＣＭＩＬより小さいか否かの判定は、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ以上である状態が継続している場合に実行され、ノズルベーン故障判定閾値ＣＭＩＬに対応する数の処理サイクルにわたって、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ以上である場合に、変数Ｃがノズルベーン故障判定閾値ＣＭＩＬ以上となり、この場合ステップＳ１５１において、ノズルベーン５ｃが故障していると判定なされる。換言すれば、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴを超過している状態が、処理サイクルの数に対応する時間、継続している場合に、ノズルベーン故障判定部７１は、ノズルベーン５ｃが故障（目標開度に対する過度の応答遅れ、固着等）していると判定する。

なお、ノズルベーン故障判定閾値ＣＭＩＬは、ノズルベーン５ｃが固着している場合に、ターボ回転数が過回転とならないような時間を確保可能な、処理サイクル数に対応する値に設定されている。

ステップＳ１５０がＹＥＳの場合、又はステップＳ１５１の後、排気圧判定部６８は、ターボ過給機５の上流側の排気通路４１の排気圧であるＴＣ排気圧が、ＴＣ排気圧第１閾値Ｐ_ＥＸ１より小さいか否か判定する（ステップＳ１６０）。この判定がＹＥＳの場合、燃料噴射弁制御部６５は、運転状態に基づいて、Ｄ要求Ｑよりも減少され又は制限された燃料噴射量であるガードＱを算出する（ステップＳ１７０）。

ガードＱは、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ以上である場合に算出されるものである。燃料噴射量ＦＰを、ガードＱに設定することによって、ターボ過給機５に供給される排気ガスエネルギが低減され、これによってノズルベーン５ｃの応答遅れが抑制されるようになっている。

図７は、ガードＱを算出するための処理（ステップＳ１７０）を示すサブルーチンである。この処理においては、ガードＱは、ターボ回転数（ＴＣ回転数）に基づくガードＱＭＡＸ_ＮＴと、ＴＣ排気圧に基づくガードＱＭＡＸ_ＰＥＸと、過給圧に基づくガードＱＭＡＸ_ＰＢＳＴとを含む、複数のガードＱが算出される。この他、燃焼室に供給される空気量に基づいて最低限必要な空気過剰率を確保できる上限燃料噴射量としてガードＱも算出してもよい。

まず、ＴＣ回転数に基づくガードＱＭＡＸ_ＮＴが算出される。ステップＳ１７０−１において、ＴＣ回転数がＴＣ回転数閾値Ｎ_ＴＣより大きいか否か判定される。ＴＣ回転数閾値Ｎ_ＴＣは、ターボ過給機の物理的（強度上）な許容回転数に対して、制御上の余裕代を考慮して設定された閾値である。ＴＣ回転数がＴＣ回転数閾値Ｎ_ＴＣ以上である場合、ガードＱＭＡＸ_ＮＴは、現在のエンジン回転数、ＴＣ回転数、及びノズルベーン５ｃの実開度を考慮して、ＴＣ回転数がターボ回転数閾値Ｎ_ＴＣを下回るように設定される（ステップＳ１７０−２）。具体的には、ガードＱＭＡＸ_ＮＴは、現在のＴＣ回転数とＴＣ回転数閾値Ｎ_ＴＣとの差及び、該差の変化速度及び変化加速度に基づいてＦ／Ｂ制御により算出される。

ステップＳ１７０−１の判定がＮＯである場合、ガードＱＭＡＸ_ＮＴは無限量であるＱ_ＩＮＦに設定される（ステップＳ１７０−３）。この場合、ＱＭＡＸ_ＮＴは実質的に制限されないことになる。

次いで、ＴＣ排気圧に基づくガードＱＭＡＸ_ＰＥＸが算出される。ステップＳ１７０−４において、ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２より大きいか否か判定される。ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２より大きい場合、ガードＱＭＡＸ_ＰＥＸは、現在のエンジン回転数、ＴＣ排気圧、及びノズルベーン５ｃの実開度を考慮して、ＴＣ排気圧がターボ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２を下回るように設定される（ステップＳ１７０−５）。具体的には、ガードＱＭＡＸ_ＰＥＸは、現在のＴＣ排気圧とＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２との差及び、該差の変化速度及び変化加速度に基づいてＦ／Ｂ制御により算出される。

ステップＳ１７０−４の判定がＮＯである場合、ＱＭＡＸ_ＰＥＸは、無限量であるＱ_ＩＮＦに設定される（ステップＳ１７０−６）。この場合、ＱＭＡＸ_ＰＥＸは実質的に制限されないことになる。

次いで、過給圧に基づくガードＱＭＡＸ_ＰＢＳＴが算出される。ステップＳ１７０−７において、過給圧が過給圧第１閾値Ｐ_ＢＳＴ１より大きいか否か判定される。過給圧が過給圧第１閾値Ｐ_ＢＳＴ１より大きい場合、ガードＱＭＡＸ_ＰＢＳＴは、現在のエンジン回転数、過給圧、及びノズルベーン５ｃの実開度を考慮して、過給圧が過給圧第１閾値Ｐ_ＢＳＴ１を下回るように設定される（ステップＳ１７０−８）。具体的には、ガードＱＭＡＸ_ＰＢＳＴは、現在の過給圧と過給圧第１閾値Ｐ_ＢＳＴ１との差及び、該差の変化速度及び変化加速度に基づいて、Ｆ／Ｂ制御により算出される。

ステップＳ１７０−７の判定がＮＯである場合、ＱＭＡＸ_ＰＢＳＴは、無限量であるＱ_ＩＮＦに設定される（ステップＳ１７０−９）。この場合、ＱＭＡＸ_ＰＢＳＴは実質的に制限されないことになる。

次いで、ステップＳ１７０−１０において、ガードＱＭＡＸ_ＮＴ、ガードＱＭＡＸ_ＰＥＸ、及びガードＱＭＡＸ_ＰＢＳＴのうち最小値のものが、ガードＱとして選択される。

図６に戻って、ステップＳ１８０において、ガードＱが、要求トルクに基づくＤ要求Ｑより小さいか否か判定される。この判定がＹＥＳである場合、燃料噴射量ＦＰはガードＱに設定される（ステップＳ１９０）。一方、この判定がＮＯである場合、燃料噴射量ＦＰはＤ要求Ｑに設定される（ステップＳ１２４）。また、ステップＳ１２０において、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ未満であると判定された場合にも、最終的にステップＳ１２４に進み燃料噴射量ＦＰがＤ要求Ｑに設定される。

この場合、Ｄ要求Ｑが直前の状態量を維持又は直前の状態量以上となる場合には、ガードＱはＤ要求Ｑよりも小さくなるので、ステップＳ１９０において燃料噴射量ＦＰとしてＤ要求Ｑが選択される。一方、アクセル開度の減少等によりＤ要求ＱがガードＱを下回る場合には、燃料噴射量ＦＰとしてＤ要求Ｑが選択される。したがって、ステップＳ１２４及びステップＳ１９０において、Ｄ要求Ｑ又はガードＱが選択される場合のいずれであっても、燃料噴射量ＦＰは、ガードＱ以下に制限されることになるので、燃料噴射量ＦＰは減少する。

また、ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第１閾値Ｐ_ＥＸ１以上である場合（ステップＳ１６０の判定がＮＯ）、フラグ２が「１」であるか否か判定されて（ステップＳ１６１）、エンジンＥがフェールセーフモードに移行される。フラグ２が「１」でない場合、フラグ２は「１」に設定される（ステップＳ１６２）。ステップＳ１６１がＹＥＳの場合、又はステップＳ１６２の後、エンジン回転数ＮＥが、エンジン回転数閾値ＮＥ１以上であるか否か判定される（ステップＳ１６３）。

この判定結果がＮＯである場合、すなわちエンジン回転数ＮＥがエンジン回転数閾値ＮＥ１未満である場合、吸気シャッター弁制御部６６は吸気シャッター弁７の開度を第１制限開度ＴＰ１に制する（ステップＳ１６４）。次いで、燃料噴射弁制御部６５は、燃料噴射量ＦＰをＱ_ＩＤＬＥに制限する（ステップＳ１６５）。ここで、第１制限開度ＴＰ１は、低速走行を可能とする程度に吸気量を制限するための開度である。同様に、Ｑ_ＩＤＬＥは、低速走行を可能とする程度に燃料噴射量を制限するものである。すなわち、エンジン回転数ＮＥがエンジン回転数閾値ＮＥ１以下である場合には、エンジンＥは低速走行が可能な出力に制限される。

例えば、エンジン回転数閾値ＮＥ１は１，５００ｒｐｍであり、第１制限開度ＴＰ１及びＱ_ＩＤＬＥは、アイドル相当の空気量を可能とする吸気シャッター弁７の開度及び燃料噴射量である。

ステップＳ１６３の判定がＹＥＳである場合、すなわちエンジン回転数ＮＥがエンジン回転数閾値ＮＥ１以上である場合、吸気シャッター弁制御部６６は吸気シャッター弁７の開度を第１制限開度ＴＰ１よりも閉側に設定された第２制限開度ＴＰ２に制御する（ステップＳ１６６）。次いで、燃料噴射弁制御部６５は、燃料噴射量ＦＰをＱ_ＩＤＬＥよりも低減されたＱ０に制限する（ステップＳ１６７）。ここで、第２制限開度ＴＰ２は、略全閉であり、エンジンＥが停止しない程度に吸気量を制限するものである。同様に、Ｑ０は、燃料噴射量を略ゼロに制限（燃料カット）するものである。

すなわち、エンジン回転数ＮＥがエンジン回転数閾値ＮＥ１以上である場合には、エンジンＥは燃焼室１７における燃焼が行われないように、吸気量及び燃料噴射量が制限されるのでエンジン回転数を可及的速やかに低下させることができると共に、ターボ過給機５へ供給される排気ガスエネルギを限りなく低減させることができる。このようにして、フェールセーフモードにおいては、エンジン回転数ＮＥをエンジン回転数閾値ＮＥ１以下に低減させつつ、低速走行が可能な程度の出力に制限されるようになっている。

フェールセーフモードの解除条件を説明すると、ステップＳ１１０においてＮＯ判定、すなわちフラグ２が「１」でありフェールセーフモード中であると判定された場合、排気温判定部６９は、ＴＣ排気温がＴＣ排気温閾値Ｔ_ＥＸより低いか否か判定する（ステップＳ１１１）。この判定がＹＥＳである場合、排気圧判定部６８は、ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２より低いか否か判定する（ステップＳ１１２）。

この判定がＹＥＳである場合、排気圧判定部６８は、フラグ２を「１」から「０」に設定し（ステップＳ１１３）、吸気シャッター弁制御部６６は、吸気シャッター弁７の開度の制限を解除する（ステップＳ１１４）。これによって、フェールセーフモードが解除され、ステップＳ１２０に進む。一方、ステップＳ１１１又はステップＳ１１２において、ＴＣ排気温及びＴＣ排気圧のいずれか一方が、それぞれの閾値Ｔ_ＥＸ又はＰ_ＥＸ２より高い場合、フェールセーフモードが継続され、ステップＳ１６１に進む。

すなわち、本処理サイクルにおいては、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴより大きい場合に、燃料噴射量ＦＰは、ガードＱに制限されて、ターボ過給機５に供給される排気ガスエネルギが減少することになり、ノズルベーン５ｃに生じ得る応答遅れが解消され得る。また、ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第１閾値Ｐ_ＥＸ１以上である場合、フェールセーフモードに移行され、この場合、エンジン回転数ＮＥをエンジン回転数閾値ＮＥ１以下に低下させるように、燃料噴射量及び吸気シャッター弁７の開度が制限され、エンジン回転数ＮＥがエンジン回転数閾値ＮＥ１より低くなった場合には、低速走行可能な出力を確保するようになっている。

上記説明したＥＣＵ６０においてなされる処理サイクルによれば、次の効果が発揮される。

（１）ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ以上である場合に、まずは燃料噴射量ＦＰをガードＱ以下に制限することによってノズルベーン５ｃに作用する排気ガスの流量を制限し、これによってノズル偏差の解消を試みる。燃料噴射量ＦＰの制限によってもノズル偏差が所定期間の間にノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴを下回らない場合に、ノズルベーン５ｃの固着又は過度な応答遅れが生じているとして、ターボ過給機５が故障していると判定する。

したがって、燃料噴射量ＦＰの制限にもかかわらず、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ以上である状態が所定時間、継続している場合にノズルベーン５ｃが固着又は過度に応答遅れしているとしてターボ過給機５が故障していると判定する一方で、ノズル偏差が一時的にノズル偏差Ｄ_ＶＧＴ以上となる場合、すなわちノズルベーン５ｃに一時的な応答遅れが生じている場合には、燃料噴射量ＦＰの制限によってノズルベーン５ｃの応答遅れの解消又は低減が期待できるので、この場合にターボ過給機５が故障していると誤判定されることが抑制される。すなわち、ノズルベーン５ｃの一時的な応答遅れを解消させつつも、ノズルベーン５ｃの固着又は過度な応答遅れを適切に検出することができるので、ターボ過給機５の故障判定を適切に行える。

（２）ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴ以上である場合においてＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第１閾値Ｐ_ＥＸ１以上であるとき、吸気シャッター弁７の開度を制限することによって、エンジンＥに供給される吸気量を制限することができ、これによって、燃焼室１７に存在する燃料の有無によらずエンジンＥにおける燃焼を可及的速やかに抑制できる。この結果、ターボ過給機５に供給される排気ガスエネルギが減少し、これにより、ＴＣ排気圧が低減されると共にノズル偏差が低減されるので、ターボ過給機５の過回転が抑制される。

したがって、エンジンＥへの燃料供給を制限（カット）したにもかかわらず、燃焼室１７に燃料（例えば潤滑油の流入）が存在する場合であっても、吸気量を制限することによって燃焼室における酸素を減少させることで、燃焼を可及的速やかに抑制できる。これによって、ターボ過給機５に供給される排気ガスエネルギが低減されるので、排気圧及び過給圧が低減されると共にターボ過給機５の過回転が抑制される。

（３）エンジンＥの回転数がエンジン回転数閾値ＮＥ１以上である場合に、吸気シャッター弁７を略全閉に制御することによって、燃焼室１７に供給される吸気が遮断されることになり、エンジンＥの回転数を可及的速やかに低減させることができる。これによって、ターボ過給機５に供給される排気ガスエネルギが低減されるので、排気圧及び過給圧が低減されると共にターボ過給機５の過回転が抑制される。

（４）エンジンＥの回転数がエンジン回転数閾値ＮＥ１未満である場合には、燃焼室１７に供給される吸気量を制限することによって、エンジンＥを、低速走行が可能な出力に維持できる。また、エンジンＥの回転数はエンジン回転数閾値ＮＥ１未満であるので、ターボ過給機５に供給される排気ガスエネルギの増大が抑制され、ターボ過給機５の排気圧及び過給圧の増大を抑制できると共にターボ過給機５の過回転が抑制される。

（５）ＴＣ排気温が排気温閾値Ｔ_ＥＸを下回った場合には、ターボ過給機５に供給される排気ガスエネルギが低減されるので、ＴＣ排気圧、過給圧及びターボ回転数それぞれが低下することになる。したがって、この場合、エンジンＥに供給される吸気量を制限する必要がなく、吸気シャッター弁７の開度制限を解除することによって、エンジンＥを速やかに通常運転に復帰させることができる。

（６）ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２を下回った場合には、ターボ過給機５に供給される排気ガスエネルギが低減されるので、ＴＣ排気圧、過給圧及びターボ回転数それぞれが低下することになる。したがって、この場合、エンジンＥに供給される吸気量を制限する必要がなく、吸気シャッター弁７の開度制限を解除することによって、エンジンＥを速やかに通常運転に復帰させることができる。

上記実施形態では、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴより大きい場合に、ノズルベーン５ｃに応答遅れが生じていると判定しているが（ステップＳ１２０）、これに加えて、図８Ａにおいて抜粋したフローチャートに示されるように、ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２より大きいか否か、及び／又は、過給圧が過給圧第１閾値Ｐ_ＢＳＴ１より大きいか否か判定するようにしてもよい（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）。

これによって、故障判定条件にＴＣ排気圧及び／又は過給圧を加えることによって、ターボ過給機５が故障しているか否かをより適切に判定できる。

例えば、加速直後においてノズルベーン５ｃの目標開度を閉側から開側へ制御する場合にノズルベーン５ｃの一時的な応答遅れによりノズル偏差はノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴになりやすく、ノズルベーン５ｃが固着していない場合であってもターボ過給機５が故障していると誤判定される虞がある。一方、ＴＣ排気圧及び過給圧は加速直後には所定値以上になっていないので、排気圧及び／又は過給圧に基づいて判定することによって、加速直後においてターボ過給機５が故障していると誤判定されることを防止できる。

また、図８Ｂにおいて抜粋したフローチャートに示すように、ノズル偏差の判定に換えて、ＴＣ排気圧又は過給圧が所定より大きいか否か判定するようにしてもよい。すなわち、ＴＣ排気圧又は過給圧が所定値より大きいと判定された場合には、ノズルベーン５ｃが目標開度より閉側に位置していることが想定されるので、ノズル偏差の判定（ステップＳ１２０）に換えて、ＴＣ排気圧及び過給圧を判定するようにしてもよい（ステップＳ２１１、Ｓ２１２）。

これによって、ＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２以上である場合、又は過給圧が過給圧第１閾値Ｐ_ＢＳＴ１以上である場合に、まずは燃料噴射量を制限することによってノズルベーン５ｃに作用する排気ガスの流量を制限し、これによってＴＣ排気圧又は過給圧の低減を試みる。燃料噴射量の制限によってもＴＣ排気圧又は過給圧が所定期間の間に前記閾値を下回らない場合に、初めてターボ過給機５が故障していると判定する。

したがって、燃料噴射量の制限にもかかわらず、ＴＣ排気圧又は過給圧がＴＣ排気圧第２閾値Ｐ_ＥＸ２以上である状態が所定時間、継続している場合にはターボ過給機５が故障していると判定できる一方で、ＴＣ排気圧又は過給圧が一時的に前記閾値以上なる場合にまでターボ過給機５が故障していると誤判定することを防止できる。すなわち、一時的なＴＣ排気圧又は過給圧の増大と所定時間にわたるＴＣ排気圧又は過給圧の増大とを区別することによって、ターボ過給機５が故障しているか否か適切に判定できる。

また、上記実施形態では、ノズル偏差がノズル偏差閾値Ｄ_ＶＧＴより大きい状態が所定時間、継続している場合に、ノズルベーン５ｃが固着していると判定しているが、このほか、ＴＣ排気圧、過給圧が、所定値より大きい場合に、故障判定するようにしてもよい。図９に示されるように、まずステップＳ３００において、排気圧判定部６８はＴＣ排気圧がＴＣ排気圧第１閾値Ｐ_ＥＸ１より高いか否か判定する。この判定がＮＯである場合、過給圧判定部７０は過給圧が過給圧第２閾値Ｐ_ＢＳＴ２より高いか否か判定する（ステップＳ３１０）。過給圧第２閾値Ｐ_ＢＳＴ２は、過給圧の異常増大を検出するための閾値であり、過給圧第１閾値Ｐ_ＢＳＴ１よりも高く設定されている。

ステップＳ３００又はステップＳ３１０の何れかにおいて、ＹＥＳ判定された場合、ノズルベーン５ｃが固着又は過度に応答遅れが生じていると判定し、フラグ３を「１」に設定する（ステップＳ３４０）。更に、ＥＣＵ６０のメモリに故障記録をサービスコードとして記憶させて（ステップＳ３５０）、後のサービス時に確認できるようにしてもよく、警告灯表示部９６を作動させて、ノズルベーン５ｃが故障していることを乗員に報知する（ステップＳ３６０）。この場合、フラグ３が「１」である場合に、フェールセーフモードに移行させるようにしてもよい。

フェールセーフモードからの復帰を説明すると、ＴＣ排気圧及び過給圧がそれぞれ、閾値より低くなった場合、すなわちステップＳ３００及びＳ３１０においてＮＯ判定された場合に、フラグ３が「１」であると判定された（ステップＳ３２０）後、排気温判定部６９は、ＴＣ排気温がＴＣ排気温閾値Ｔ_ＥＸより高いか否か判定する（ステップＳ３３０）。この判定がＹＥＳである場合、ステップＳ３４０に進みフェールセーフモードが継続される一方で、この判定がＮＯである場合、ステップＳ３７０に進み、フラグ３が「１」から「０」に設定され、フェールセーフモードが終了する。

以上説明したように、本発明に係るエンジンの制御方法及び制御装置によれば、ノズルベーンの一時的な応答遅れを解消させると共に、ノズルベーンの固着又は過度な応答遅れを適切に検出することによって、過給機の故障を適切に判定できるので、この種の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。

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 ノズルベーン
７ 吸気シャッター弁
２０ 燃料噴射弁
４１ 排気通路
６０ ＥＣＵ
Ｅ エンジン
Ｄ_ＶＧＴ ノズル偏差閾値
Ｐ_ＥＸ１ ＴＣ排気圧第１閾値
Ｐ_ＥＸ２ ＴＣ排気圧第２閾値
Ｔ_ＥＸ ＴＣ排気温閾値
Ｐ_ＢＳＴ１ 過給圧第１閾値
Ｐ_ＢＳＴ２ 過給圧第２閾値

Claims (8)

1. タービンに供給される排気ガスの流路面積を可変可能なノズルベーンを有する可変容量型過給機を備えた、エンジンの制御方法であって、
   前記エンジンの運転状態に応じて、前記ノズルベーンの目標開度と前記エンジンに供給される燃料の目標噴射量とを設定する工程と、
   前記ノズルベーンの開度を前記目標開度に制御する工程と、
   前記ノズルベーンの実開度と前記目標開度との差であるノズル偏差がノズル偏差閾値以上になると前記エンジンへの燃料供給を制限する工程と、
   前記エンジンへの燃料供給を制限した状態で、前記ノズル偏差が前記ノズル偏差閾値以上である状態が所定時間、継続していることを故障判定条件として、前記過給機が故障していると判定する工程と、
   を有するエンジンの制御方法。
2. 前記故障判定条件には、更に、前記過給機の上流側の排気圧が排気圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、が含まれる、
   請求項１に記載のエンジンの制御方法。
3. 前記故障判定条件には、更に、過給圧が過給圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、が含まれる、
   請求項１又は２に記載のエンジンの制御方法。
4. タービンに供給される排気ガスの流路面積を可変可能なノズルベーンを有する可変容量型過給機を備えたエンジンの制御方法であって、
   前記エンジンの運転状態に応じて、前記ノズルベーンの目標開度と前記エンジンに供給される燃料の目標噴射量とを設定する工程と、
   前記ノズルベーンの開度を前記目標開度に制御する工程と、
   前記過給機の上流側の排気圧が排気圧閾値以上、又は過給圧が過給圧閾値以上になると前記エンジンへの燃料供給を制限する工程と、
   前記エンジンへの燃料供給を制限した状態で、前記排気圧が前記排気圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、又は前記過給圧が前記過給圧閾値以上である状態が所定時間、継続していることを、故障判定条件として、前記過給機が故障していると判定する工程と、
   を有するエンジンの制御方法。
5. タービンに供給される排気ガスの流路面積を可変可能なノズルベーンを有する可変容量型過給機を備えた、エンジンの制御装置であって、
   前記エンジンの運転状態に応じて、前記ノズルベーンの目標開度と前記エンジンに供給される燃料の目標噴射量とを設定する目標設定部と、
   前記ノズルベーンの開度を前記目標開度に制御するノズルベーン制御部と、
   前記ノズルベーンの実開度と前記目標開度との差であるノズル偏差がノズル偏差閾値以上になると前記エンジンへの燃料供給を制限するように燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御部と、
   前記エンジンへの燃料供給を制限した状態で、前記ノズル偏差が前記ノズル偏差閾値以上である状態が所定期間、継続していることを故障判定条件として、前記過給機が故障していると判定する故障判定部と、
   を有するエンジンの制御装置。
6. 前記故障判定条件には、更に、前記過給機の上流側の排気圧が排気圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、が含まれる、
   請求項５に記載のエンジンの制御装置。
7. 前記故障判定条件には、更に、過給圧が過給圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、が含まれる、
   請求項５又は６に記載のエンジンの制御装置。
8. タービンに供給される排気ガスの流路面積を可変可能なノズルベーンを有する可変容量型過給機を備えたエンジンの制御装置であって、
   前記エンジンの運転状態に応じて、前記ノズルベーンの目標開度と前記エンジンに供給される燃料の目標噴射量とを設定する目標設定部と、
   前記ノズルベーンの開度を前記目標開度に制御するノズルベーン制御部と、
   前記過給機の上流側の排気圧が排気圧閾値以上、又は過給圧が過給圧閾値以上になると前記エンジンへの燃料供給を制限するように燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御部と、
   前記エンジンへの燃料供給を制限した状態で、前記排気圧が前記排気圧閾値以上である状態が所定時間、継続していること、又は前記過給圧が前記過給圧閾値以上である状態が所定時間、継続していることを、故障判定条件として、前記過給機が故障していると判定する故障判定部と、
   を有するエンジンの制御装置。

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