JP6513440B2 - 可変容量型ターボチャージャーの制御装置 - Google Patents

Description

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。

従来から、ＮＯｘの低減や燃費の向上を図るために、エンジンの排気側から吸気側へ排気ガスの一部を還流させる排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が知られている。ＥＧＲが実行されるうえでは、吸気側の圧力よりも排気側の圧力が高い状態に維持されていることが必要とされる。そのため、例えば特許文献１では、可変容量型ターボチャージャーを備えたエンジンにおいて、吸気側の圧力が排気側の圧力よりも高くなりやすい高負荷状態においてもＥＧＲが可能となるように可変ノズルの開度が制御される技術が開示されている。

特開２００２−３３２８７９号公報

ところで、運転者からのトルク要求量が急激に低下すると燃料噴射量も急激に減少する。このとき、燃料噴射量の減少にともなって排気圧力が低下する一方、慣性によってターボチャージャーの高回転状態が維持されることで吸気側の圧力が高い状態に維持される。そのため、吸気側の圧力と排気側の圧力との差圧が小さくなり、ＥＧＲ弁を全開状態に制御したとしても目標とする量のＥＧＲガスを導入できなくなるおそれがあった。

本発明は、吸気側と排気側との間においてＥＧＲガスの導入に必要な差圧を確保することを可能にした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。

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、目標ＥＧＲ量をＥＧＲ弁の最大開口面積で除算することで前記ＥＧＲ弁におけるＥＧＲガスの単位流量を演算する単位流量演算部と、前記ＥＧＲガスと吸入空気とが混合した作動ガスの圧力であるブースト圧、および、前記ＥＧＲ弁に流入するＥＧＲガスの温度であるＥＧＲ温度ごとに二次係数を規定した二次係数データから前記二次係数を選択する二次係数選択部と、前記ＥＧＲ温度ごとに一次係数を規定した一次係数データから前記一次係数を選択する一次係数選択部と、前記単位流量をｘ、前記二次係数をａ、前記一次係数をｂ、前記ＥＧＲ弁にて必要な最小差圧をｙとするとき、演算式ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘにしたがって前記最小差圧を演算する最小差圧演算部と、前記ＥＧＲ弁にて前記最小差圧が生じるようにターボチャージャーに流入する排気ガスの目標圧力を設定する目標圧力設定部と、前記目標圧力に応じて前記ターボチャージャーの可変ノズルの開度を制御する制御部とを備える。

上記構成では、圧縮性流体の理論式に対して、ブースト圧、ＥＧＲ温度、最大開口面積、および、ＥＧＲ弁の流入するＥＧＲガスの圧力であるＥＧＲ圧力を設定することにより得られるシミュレーションの結果を多項式近似した演算式ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ、ならびに、該シミュレーションの結果から得られる上記演算式の二次係数および一次係数を用いる。上記構成によれば、ＥＧＲ弁が最大開口面積であっても目標ＥＧＲ量のＥＧＲガスが流れるように目標圧力が設定される。これにより、吸気側の圧力と排気側の圧力との間においてＥＧＲガスの導入に必要な差圧を確保することが可能である。

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、前記二次係数は、前記ＥＧＲ温度が同じであれば前記ブースト圧が低いほど値が大きい。
上記シミュレーションにおいてＥＧＲ圧力は、ブースト圧に最小差圧を加算した値である。そのため、ブースト圧が小さいほどＥＧＲ弁に流入するＥＧＲガスの密度が小さくなる。上記構成によれば、ＥＧＲガスの密度が小さいときほど値の大きな二次係数が選択される。これにより、最小差圧に対して影響力の大きい二次係数をＥＧＲガスの密度に応じて選択することができる。

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、前記二次係数は、前記ブースト圧が同じであれば前記ＥＧＲ温度が高いほど値が大きい。
ＥＧＲガスは、ＥＧＲ温度が高いほど密度が小さくなる。上記構成によれば、ＥＧＲガスの密度が小さいときほど値の大きな二次係数が選択される。これにより、最小差圧に対して影響力の大きい二次係数をＥＧＲガスの密度に応じて選択することができる。

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ＥＧＲ温度が低いほど前記一次係数が小さい。そのため、ＥＧＲガスの密度に応じて一次係数が選択される。
上記可変容量型ターボチャージャーの制御装置は、エンジン回転数および燃料噴射量ごとに基本膨張比を規定した基本膨張比データから前記基本膨張比を選択する基本膨張比選択部と、タービンの出口における排気ガスの圧力である出口圧力を演算する出口圧力演算部と、前記基本膨張比と前記出口圧力との乗算により基本目標圧力を演算する基本目標圧力演算部と、前記ＥＧＲ弁に流入する前記ＥＧＲガスの圧力損失を演算する圧力損失演算部と、前記ブースト圧、前記最小差圧、および、前記圧力損失を加算することにより必要目標圧力を演算する必要目標圧力演算部とをさらに備え、前記目標圧力設定部は、前記基本目標圧力および前記必要目標圧力の最大値を前記目標圧力に設定することが好ましい。

上記構成によれば、基本目標圧力が必要目標圧力よりも低いときには必要目標圧力が目標圧力に設定されることで、ＥＧＲガスの導入に必要な差圧が確保される。一方、必要目標圧力が基本目標圧力よりも低いときには基本目標圧力が目標圧力に設定されることで、ＥＧＲガスの導入に必要な差圧を確保しつつ、エンジンの運転状態に適した膨張比でターボチャージャーを駆動することができる。

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システムの概略構成を示す概略構成図。 可変容量型ターボチャージャーの制御装置の構成の一例を示すブロック図。 演算部が行う演算の一部を示す演算ブロック図。 基本膨張比データの一例を模式的に示すグラフ。 シミュレーションの結果の一例を示すグラフ。 二次係数データの一例を模式的に示すグラフ。 一次係数データの一例を模式的に示すグラフ。 変形例の構成を模式的に示す平面図。

図１〜図７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エンジンシステムの全体構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、エンジンシステムは、ディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０という。）を備える。エンジン１０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、インジェクター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。

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、上流側から順に、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７を構成するコンプレッサー１８、インタークーラー１９が設けられている。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、コンプレッサー１８に連結軸２１を介して連結され、ターボチャージャー１７を構成するタービン２２が設けられている。

エンジンシステムは、エキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６とを接続するＥＧＲ通路２５を備える。ＥＧＲ通路２５には、ＥＧＲクーラー２６が設けられ、ＥＧＲクーラー２６における吸気通路１６側には、ＥＧＲ通路２５の流路断面積を変更可能なＥＧＲ弁２７が設けられている。ＥＧＲ弁２７が開状態にあるとき、吸気通路１６には、ＥＧＲ通路２５を通じて排気ガスの一部がＥＧＲガスとして導入され、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。

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内の排気ガスの圧力であってタービン２２に流入する排気ガスの圧力である排気圧力Ｐｅｍ、および、タービン２２への排気ガスの流入量Ｇｔｉを調整する。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。

エンジンシステムは、各種センサーを備える。吸入空気量センサー３１は、吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の上流に位置し、コンプレッサー１８に流入する吸入空気の質量流量である吸入空気量Ｇａを検出する。ＥＧＲ圧力センサー３３およびＥＧＲ温度センサー３４は、ＥＧＲ通路２５におけるＥＧＲクーラー２６とＥＧＲ弁２７との間に位置する。ＥＧＲ圧力センサー３３は、ＥＧＲ弁２７に流入するＥＧＲガスの圧力であるＥＧＲ圧力Ｐｒを検出し、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Ｔｒを検出する。ブースト圧センサー３６は、吸気通路１６に対するＥＧＲ通路２５の接続部分とインテークマニホールド１４との間に位置し、作動ガスの圧力であるブースト圧Ｐｂを検出する。作動ガス温度センサー３７は、インテークマニホールド１４に取り付けられ、シリンダー１２に流入する作動ガスの温度である作動ガス温度Ｔｗｇを検出する。エンジン回転数センサー３８は、クランクシャフト３０の回転数であるエンジン回転数Ｎｅを検出する。可変ノズル開度センサー４０は、アクチュエーター２９の駆動量に基づき可変ノズル２８の開度であるノズル開度ＶＴａを検出する。上記各センサーは、検出した検出値を示す信号をＶＮＴ制御装置５０に出力する。

図２に示されるように、ＶＮＴ制御装置５０（以下、単に制御装置５０という。）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成された制御部５１を備える。制御部５１は、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基本膨張比データ７１等の各種データを格納する記憶部５４とを備える。また、制御装置５０は、アクチュエーター２９を駆動するノズル駆動部５５を備える。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排気圧力Ｐｅｍの目標圧力ｔＰｅｍを演算し、その目標圧力ｔＰｅｍが具現化されるように可変ノズル２８の開度を制御する。なお、制御装置５０には、大気圧センサー４１から大気圧Ｐａｔｍを示す信号、および、燃料噴射を制御する燃料噴射制御部４２から燃料噴射量Ｇｆを示す信号が入力される。また、制御装置５０には、ＥＧＲ弁２７の開度を制御するＥＧＲ制御部４３から目標ＥＧＲ量ｔＧｒを示す信号が入力される。この目標ＥＧＲ量ｔＧｒは、エンジン１０の運転状態に基づき、黒煙の発生やＮＯｘの発生等が抑えられる空気過剰率を具現化するＥＧＲ量である。

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、吸入空気量Ｇａ、ＥＧＲ圧力Ｐｒ、ＥＧＲ温度Ｔｒ、ブースト圧Ｐｂ、作動ガス温度Ｔｗｇ、エンジン回転数Ｎｅ、ノズル開度ＶＴａ、および、大気圧Ｐａｔｍを取得する。また、取得部５２は、燃料噴射制御部４２からの信号に基づいて燃料噴射量Ｇｆを取得し、ＥＧＲ制御部４３からの信号に基づいて目標ＥＧＲ量ｔＧｒを取得する。

演算部５３は、タービン２２に流入する排気ガスの温度である流入温度Ｔｔｉ、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、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を演算する第１演算部５３ａと、排気圧力Ｐｅｍの目標圧力ｔＰｅｍを演算する第２演算部５３ｂとを備える。また演算部５３は、これら流入温度Ｔｔｉ、流入量Ｇｔｉ、出口圧力Ｐｔｅ、目標圧力ｔＰｅｍを用いて、可変ノズル２８の目標開口面積ｔＡを演算する第３演算部５３ｃを備える。この目標圧力ｔＰｅｍは、ターボチャージャー１７を駆動するうえで非常に重要なパラメーターである。目標圧力ｔＰｅｍは、例えば、ＮＯｘおよびＰＭの低減、ターボチャージャー１７の過回転やサージングの抑制、ＥＧＲを行なう際のＥＧＲ弁２７における最小差圧の形成等、その目的に応じて最適値が異なるものである。

第３演算部５３ｃは、ベルヌーイの定理に基づく式（１）に各値を代入することにより目標開口面積ｔＡを演算する。第３演算部５３ｃは、「Ｔ１」に流入温度Ｔｔｉ、「Ｇ」に流入量Ｇｔｉ、「Ｐ２」に出口圧力Ｐｔｅ、「Ｐ１」に目標圧力ｔＰｅｍを代入することにより、その演算結果である「Ａ」として目標開口面積ｔＡを演算する。なお、式（１）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。

演算部５３は、式（１）から求めた目標開口面積ｔＡを具現化する目標ノズル開度ｔＶＴ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ｔＶＴ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、その指示開度ＶＴｃをノズル駆動部５５に出力する。

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。

図３に示すように、第１演算部５３ａは各種演算部を備える。作動ガス量演算部５６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。作動ガス量演算部５６は、状態方程式Ｐ×Ｖ＝Ｇｗｇ×Ｒ×Ｔに基づく所定の演算をブースト圧Ｐｂ、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン１０の排気量Ｄ、作動ガス温度Ｔｗｇ、気体定数Ｒを用いて行うことにより作動ガス量Ｇｗｇを演算する。

ＥＧＲ量演算部５７は、上記作動ガス量Ｇｗｇから吸入空気量Ｇａを減算することにより、ＥＧＲガスの質量流量であるＥＧＲ量Ｇｒを演算する。
ＥＧＲ率演算部５８は、ＥＧＲ量Ｇｒを作動ガス量Ｇｗｇで除算することによってＥＧＲ率η（＝Ｇｒ／Ｇｗｇ）を演算する。

流入温度演算部５９は、作動ガス量Ｇｗｇ、ＥＧＲ率η、燃料噴射制御部４２からの入力値である燃料噴射量Ｇｆ、および、記憶部５４に格納された流入温度データ６０に基づいて流入温度Ｔｔｉを演算する。流入温度データ６０は、予め行った実験等に基づいて、作動ガス量Ｇｗｇ、ＥＧＲ率η、および、燃料噴射量Ｇｆ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、流入温度演算部５９は、作動ガス量Ｇｗｇ、ＥＧＲ率η、および、燃料噴射量Ｇｆに応じた流入温度Ｔｔｉを流入温度データ６０から選択する。

流入量演算部６１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。流入量演算部６１は、吸入空気量Ｇａに燃料噴射量Ｇｆを加算することで流入量Ｇｔｉを演算する。

ＥＧＲ圧力損失演算部６２は、ＥＧＲ量Ｇｒ、および、記憶部５４に格納されたＥＧＲ通路データ６３に基づき、ＥＧＲ通路２５におけるＥＧＲガスの圧力損失ΔＰｒを演算する。ＥＧＲ通路データ６３は、予め行った実験等に基づいて、ＥＧＲ通路２５の入口からＥＧＲ圧力センサー３３までの間におけるＥＧＲガスの圧力損失ΔＰｒがＥＧＲ量Ｇｒごとに規定されたデータである。ＥＧＲ圧力損失演算部６２は、ＥＧＲ量Ｇｒに応じた圧力損失ΔＰｒをＥＧＲ通路データ６３から選択する。

排気圧力演算部６４は、ＥＧＲ圧力Ｐｒに圧力損失ΔＰｒを加算することにより排気圧力Ｐｅｍを演算する。
出口圧力演算部６５は、流入温度Ｔｔｉ、流入量Ｇｔｉ、大気圧Ｐａｔｍ、及び、記憶部５４に格納された排気通路データ６６に基づき出口圧力Ｐｔｅを演算する。排気通路データ６６は、予め行った実験等に基づきタービン２２の出口から大気への排出までに排気ガスに生じる圧力損失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ごとに規定されたデータである。出口圧力演算部６５は、流入量Ｇｔｉに応じた圧力損失ΔＰｅｐを排気通路データ６６から選択し、その選択した圧力損失ΔＰｅｐを大気圧Ｐａｔｍに加算することで出口圧力Ｐｔｅを演算する。このように出口圧力Ｐｔｅが演算により求められることで高温の排気ガスに晒されるセンサーの数を低減することができる。

第２演算部５３ｂは各種演算部を備える。基本膨張比選択部７０は、記憶部５４に格納された基本膨張比データ７１から、エンジン１０の運転状態に適した膨張比である基本膨張比πＳを選択する。そして基本目標圧力演算部７２は、出口圧力Ｐｔｅに対して基本膨張比πＳを乗算することにより、基本目標圧力ＰｅｍＳを演算する。

図４に示すように、基本膨張比データ７１は、予め行った実験等に基づいて、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇｆとをパラメーターとして基本膨張比πＳが一義的に規定されたデータである。基本膨張比πＳの各々は、エンジン１０の中回転域において、燃料噴射量Ｇｆが最大となる特定のエンジン回転数Ｎｅを有する。また、基本膨張比πＳの各々は、エンジン回転数Ｎｅが特定のエンジン回転数Ｎｅよりも低い領域ではエンジン回転数Ｎｅの減少とともに対応する燃料噴射量Ｇｆが減少し、また、特定のエンジン回転数Ｎｅよりも高い領域ではエンジン回転数Ｎｅの上昇とともに対応する燃料噴射量Ｇｆが減少する。これにより、エンジン１０の低回転域ではターボチャージャー１７のサージングが抑えられ、エンジン１０の高回転域ではターボチャージャー１７の過回転が抑えられる。

二次係数選択部７３は、記憶部５４に格納された二次係数データ７４から二次係数ａを選択する。また、一次係数選択部７５は、記憶部５４に格納された一次係数データ７６から一次係数ｂを選択する。

図５〜７を参照して、上記二次係数ａおよび一次係数ｂについて説明する。本発明者は、上記式（１）を用いて行ったシミュレーションの結果に基づいて二次係数ａおよび一次係数ｂを規定した。本発明者は、式（１）において、「Ａ」にＥＧＲ弁２７の最大開口面積Ａｍａｘを固定値として設定するとともに、「Ｐ１」にＥＧＲ圧力Ｐｒ、「Ｐ２」にブースト圧Ｐｂ、「Ｔ１」にＥＧＲ温度Ｔｒを変動値として設定した。そして、ＥＧＲ圧力Ｐｒ、ブースト圧Ｐｂ、ＥＧＲ温度Ｔｒに各種の値を代入してＥＧＲ演算量Ｇｒｃを得るとともに、ＥＧＲ弁２７における単位流量ｘ（＝Ｇｒｃ／Ａｍａｘ）とＥＧＲ弁２７における圧力差との関係を調べた。その結果の一例を図５に示す。

図５においては、ブースト圧Ｐｂは絶対圧で示されており、このブースト圧ＰｂおよびＥＧＲ温度Ｔｒを所定値に固定した状態でＥＧＲ圧力Ｐｒを変動させた場合のシミュレーションの結果（決定係数Ｒ^２≒１）を示している。ここで、「Ａ」がＥＧＲ弁２７の最大開口面積Ａｍａｘに設定されていることから、ＥＧＲ弁２７における圧力差は、ＥＧＲ演算量Ｇｒｃの分のＥＧＲガスを導入するために必要な圧力差の最小値（最小差圧ｙ）である。本発明者は、このシミュレーションの結果に基づき、最小差圧ｙと単位流量ｘとを関係を式（２）の多項式で近似し、二次係数ａおよび一次係数ｂについて調べた。
ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘ … （２）

そして、本発明者は、二次係数ａはブースト圧ＰｂおよびＥＧＲ温度Ｔｒごとに規定することが可能であること、また、一次係数ｂはブースト圧Ｐｂに拘わらずＥＧＲ温度Ｔｒごとに一定の値であることを見出した。

図６に示すように、二次係数データ７４は、ブースト圧ＰｂおよびＥＧＲ温度Ｔｒごとに二次係数ａを規定したデータである。また、図７に示すように、一次係数データ７６は、ＥＧＲ温度Ｔｒごとに一次係数ｂを規定したデータである。二次係数選択部７３は、ブースト圧ＰｂおよびＥＧＲ温度Ｔｒに応じた二次係数ａを二次係数データ７４から選択する。また、一次係数選択部７５は、ＥＧＲ温度Ｔｒに応じた一次係数ｂを一次係数データ７６から選択する。

単位流量演算部７８は、ＥＧＲ制御部４３からの目標ＥＧＲ量ｔＧｒをＥＧＲ弁２７の最大開口面積Ａｍａｘで除算することでＥＧＲ弁２７における単位流量ｘを演算する。なお、この最大開口面積Ａｍａｘは、制御装置５０のセットアップ時にＥＧＲ弁２７の種類に応じて設定される値である。

最小差圧演算部７９は、二次係数選択部７３の選択した二次係数ａ、一次係数選択部７５の選択した一次係数ｂ、単位流量演算部７８の演算した単位流量ｘ、これらを上記式（２）に代入することにより、ＥＧＲ弁２７における最小差圧ｙを演算する。

必要目標圧力演算部８０は、目標ＥＧＲ量ｔＧｒの分のＥＧＲガスを導入するうえで排気圧力Ｐｅｍに必要な圧力である必要目標圧力ＰｅｍＮを演算する。必要目標圧力演算部８０は、ブースト圧Ｐｂ、最小差圧ｙ、および、圧力損失ΔＰｒを加算することで必要目標圧力ＰｅｍＮを演算する。

目標圧力設定部８１は、基本目標圧力ＰｅｍＳおよび必要目標圧力ＰｅｍＮの最大値を目標圧力ｔＰｅｍに設定する。
第３演算部５３ｃは、このようにして演算された流入温度Ｔｔｉ、流入量Ｇｔｉ、出口圧力Ｐｔｅ、および、目標圧力ｔＰｅｍを式（１）に代入することにより、可変ノズル２８の目標開口面積ｔＡを演算する。

次に、上述した制御装置５０の作用について説明する。制御装置５０は、排気圧力Ｐｅｍが目標圧力ｔＰｅｍとなるように可変ノズル２８の開度を制御する。目標圧力ｔＰｅｍは、上記式（１）を用いたシミュレーションの結果に基づいて、ＥＧＲ弁２７における圧力差が最小差圧ｙ以上に設定される値である。この最小差圧ｙは、ＥＧＲ弁２７が最大開口面積Ａｍａｘに設定された場合に目標ＥＧＲ量ｔＧｒの分のＥＧＲガスを導入するのに必要な圧力差の最小値である。これにより、ＥＧＲ弁２７が最大開口面積Ａｍａｘに制御されたとしても、ブースト圧Ｐｂと排気圧力Ｐｅｍとの間において、目標ＥＧＲ量ｔＧｒの分のＥＧＲガスを吸気通路１６に導入するために必要な差圧を確保することができる。

上記実施形態のＶＮＴ制御装置５０によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）目標圧力ｔＰｅｍがＥＧＲ弁２７において最小差圧ｙを生じさせる圧力に設定されることから、ブースト圧Ｐｂと排気圧力Ｐｅｍとの間においてＥＧＲガスの導入に必要な差圧を確保することができる。

（２）ＥＧＲ弁２７に流入するＥＧＲガスの圧力は、ブースト圧Ｐｂに最小差圧ｙを加算した値である。そのため、ブースト圧Ｐｂが小さいほどＥＧＲ弁２７に流入するＥＧＲガスの密度が小さくなる。また、ＥＧＲガスは、温度が高いほど密度が小さくなる。この点、二次係数データ７４には、ＥＧＲ温度Ｔｒが同じであればブースト圧Ｐｂが低いほど値の大きな二次係数ａが規定され、ブースト圧Ｐｂが同じであればＥＧＲ温度Ｔｒが高いほど値の大きな二次係数ａが規定されている。これにより、最小差圧ｙに対して影響力の大きい二次係数ａをＥＧＲガスの密度に応じて選択することができる。

（３）二次係数ａは、ブースト圧ＰｂとＥＧＲ温度Ｔｒとに基づいて二次係数データ７４から選択することにより求められる。その結果、二次係数ａを求める際の演算を簡素化することができる。

（４）一次係数ｂは、ＥＧＲ温度Ｔｒに基づいて一次係数データ７６から選択することにより求められる。その結果、一次係数ｂを求める際の演算を簡素化することができる。また、一次係数ｂをＥＧＲガスの密度に応じて選択することができる。
（５）最小差圧ｙは、例えば、式（１）に対するブースト圧Ｐｂ、ＥＧＲ温度Ｔｒ、目標ＥＧＲ量ｔＧｒ、最大開口面積Ａｍａｘ等の代入によって求めることも可能である。しかし、演算が複雑であるばかりか可変ノズル２８を制御するたびに演算が必要となれば制御装置５０に対する負荷が大きくなる。この点、上記（２）〜（４）に記載したように簡単な演算で最小差圧ｙが求められることで制御装置５０の負荷を軽減することができる。

（６）制御装置５０は、基本目標圧力ＰｅｍＳおよび必要目標圧力ＰｅｍＮの最大値を目標圧力ｔＰｅｍに設定する。これにより、ＥＧＲガスの導入に必要な排気圧力Ｐｅｍを確保しつつ、エンジン１０の運転状態に応じた排気圧力Ｐｅｍが具現化される。

（７）最小差圧ｙについては、シミュレーションの結果を累乗近似ではなく、多項式近似で近似した。これにより、ｘ＝０、すなわちＥＧＲ弁２７を全閉状態に制御する場合にも特別な制御を行うことなく対応することが可能である。これにより、制御装置５０に対する負荷を軽減することができる。

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。
・基本膨張比は、エンジン１０の運転状態に適した膨張比であればよく、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇｆとによって選択されるものに限らず、例えば、エンジン回転数Ｎｅや燃料噴射量Ｇｆに加えて、燃料噴射量Ｇｆの変化量やアクセル開度の変化量等に基づいて選択されてもよい。

・制御装置５０は、必要目標圧力ＰｅｍＮ以上の値を目標圧力ｔＰｅｍに設定すればよい。そのため、制御装置５０は、必要目標圧力ＰｅｍＮを目標圧力ｔＰｅｍに設定し続けてもよいし、必要目標圧力ＰｅｍＮおよび基本目標圧力ＰｅｍＳに加えて、例えば過渡状態にあるエンジン１０についての目標圧力を演算し、これらのなかから目標圧力ｔＰｅｍを選択する構成であってもよい。

・燃料噴射量Ｇｆ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。また、ＥＧＲ弁２７の開度を制御するＥＧＲ制御部４３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。また、制御装置５０は、ＥＧＲ制御部４３の目標ＥＧＲ量ｔＧｒと同じ演算結果を得る目標ＥＧＲ量演算部を備えてもよい。

次に、上記実施形態及び変形例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（付記１）
一次側と二次側とを接続する接続部を流れる圧縮性流体の目標量に基づいて前記一次側の圧力を制御する圧力制御装置であって、
前記目標量を前記接続部の流路断面積で除算することで前記接続部における前記圧縮性流体の単位流量を演算する単位流量演算部と、
前記二次側の圧力、および、前記接続部に流入する前記圧縮性流体の温度ごとに二次係数を規定した二次係数データから前記二次係数を選択する二次係数選択部と、
前記圧縮性流体の温度ごとに一次係数を規定した一次係数データから前記一次係数を選択する一次係数選択部と、
前記単位流量をｘ、前記二次係数をａ、前記一次係数をｂ、前記接続部にて必要な最小差圧をｙとするとき、演算式ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘにしたがって前記最小差圧を演算する最小差圧演算部と、
前記二次側の圧力と前記最小差圧との加算値を下限値として前記一次側の目標圧力を設定する目標圧力設定部とを備える圧力制御装置。

上記実施形態と同様に、式（１）に対して、二次側の圧力、接続部に流入する圧縮性流体の温度、接続部の流路断面積、および、一次側の圧力を設定して得られた最小差圧のシミュレーションの結果を近似することで上記演算式ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘが得られる。そして、該シミュレーションの結果から上記演算式における二次係数ａおよび一次係数ｂが規定される。上記構成によれば、目標量の分の圧縮性流体が接続部を流れるように一次側の目標圧力が設定される。これにより、接続部を通過する圧縮性流体の流量を制御できる。

例えば、図８に示すように、供給対象８５とポンプやレギュレーター等の圧力調整機構８６とを接続する接続通路８７に接続部８８が設けられている場合、圧力制御装置９０は、圧力調整機構８６を制御することにより接続部８８に対する一次側の圧力Ｐ１１を制御する。圧力制御装置９０は、上述したシミュレーションの結果に基づく二次係数データおよび一次係数データを記憶部９１に保持しているとともに、温度センサー９２から一次側の温度Ｔ１１を取得し、圧力センサー９３から二次側の圧力Ｐ２２を取得する。そして、圧力制御装置９０は、一次側から二次側へと供給する圧縮性流体の目標流量、一次側の温度Ｔ１１、および、二次側の圧力Ｐ２２に基づいて二次係数ａおよび一次係数ｂを選択し、一次側の圧力Ｐ１１の目標値を演算する。圧力制御装置９０は、一次側の圧力Ｐ１１がその目標値となるように圧力調整機構８６を制御する。

１０…ディーゼルエンジン、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、１９…インタークーラー、２０…排気通路、２１…連結軸、２２…タービン、２５…ＥＧＲ通路、２６…ＥＧＲクーラー、２７…ＥＧＲ弁、２８…可変ノズル、２９…アクチュエーター、３１…吸入空気量センサー、３３…ＥＧＲ圧力センサー、３４…ＥＧＲ温度センサー、３６…ブースト圧センサー、３７…作動ガス温度センサー、３８…エンジン回転数センサー、４０…可変ノズル開度センサー、４１…大気圧センサー、４２…燃料噴射制御部、４３…ＥＧＲ制御部、５０…ＶＮＴ制御装置、５１…制御部、５２…取得部、５３…演算部、５３ａ…第１演算部、５３ｂ…第２演算部、５３ｃ…第３演算部、５４…記憶部、５５…ノズル駆動部、５６…作動ガス量演算部、５７…ＥＧＲ量演算部、５８…ＥＧＲ率演算部、５９…流入温度演算部、６０…流入温度データ、６１…流入量演算部、６２…ＥＧＲ圧力損失演算部、６３…ＥＧＲ通路データ、６４…排気圧力演算部、６５…出口圧力演算部、６６…排気通路データ、７０…基本膨張比選択部、７１…基本膨張比データ、７２…基本目標圧力演算部、７３…二次係数選択部、７４…二次係数データ、７５…一次係数選択部、７６…一次係数データ、７８…単位流量演算部、７９…最小差圧演算部、８０…必要目標圧力演算部、８１…目標圧力設定部、８５…供給対象、８６…圧力調整機構、８７…接続通路、８８…接続部、９０…圧力制御装置、９１…記憶部、９２…温度センサー、９３…圧力センサー。

Claims (5)

1. 目標ＥＧＲ量をＥＧＲ弁の最大開口面積で除算することで前記ＥＧＲ弁におけるＥＧＲガスの単位流量を演算する単位流量演算部と、
   前記ＥＧＲガスと吸入空気とが混合した作動ガスの圧力であるブースト圧、および、前記ＥＧＲ弁に流入するＥＧＲガスの温度であるＥＧＲ温度ごとに二次係数を規定した二次係数データから前記二次係数を選択する二次係数選択部と、
   前記ＥＧＲ温度ごとに一次係数を規定した一次係数データから前記一次係数を選択する一次係数選択部と、
   前記単位流量をｘ、前記二次係数をａ、前記一次係数をｂ、前記ＥＧＲ弁にて必要な最小差圧をｙとするとき、演算式ｙ＝ａｘ^２＋ｂｘにしたがって前記最小差圧を演算する最小差圧演算部と、
   前記ＥＧＲ弁にて前記最小差圧が生じるようにターボチャージャーに流入する排気ガスの目標圧力を設定する目標圧力設定部と、
   前記目標圧力に応じて前記ターボチャージャーの可変ノズルの開度を制御する制御部とを備える
   可変容量型ターボチャージャーの制御装置。
2. 前記二次係数は、前記ＥＧＲ温度が同じであれば前記ブースト圧が低いほど値が大きい
   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。
3. 前記二次係数は、前記ブースト圧が同じであれば前記ＥＧＲ温度が高いほど値が大きい
   請求項１または２に記載の可変容量型ターボチャージャーの制御装置。
4. 前記一次係数は、前記ＥＧＲ温度が低いほど値が大きい
   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。
5. エンジン回転数および燃料噴射量ごとに基本膨張比を規定した基本膨張比データから前記基本膨張比を選択する基本膨張比選択部と、
   タービンの出口における排気ガスの圧力である出口圧力を演算する出口圧力演算部と、
   前記基本膨張比と前記出口圧力との乗算により基本目標圧力を演算する基本目標圧力演算部と、
   前記ＥＧＲ弁に流入する前記ＥＧＲガスの圧力損失を演算する圧力損失演算部と、
   前記ブースト圧、前記最小差圧、および、前記圧力損失を加算することにより必要目標圧力を演算する必要目標圧力演算部とをさらに備え、
   前記目標圧力設定部は、前記基本目標圧力および前記必要目標圧力の最大値を前記目標圧力に設定する
   請求項１〜４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。

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