特許 6784325 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6784325

(24)【登録日】2020年10月27日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/18 20060101AFI20201102BHJP

   F02B 37/24 20060101ALI20201102BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/18 M

   F02B37/24

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-513124(P2019-513124)

(86)(22)【出願日】2017年4月19日

(86)【国際出願番号】JP2017015663

(87)【国際公開番号】WO2018193532

(87)【国際公開日】20181025

【審査請求日】2019年8月19日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】木村 容康

【審査官】 小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】 独国特許出願公開第１０２００７０２５０７７（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３３／００−４１／１０

Ｆ０２Ｄ １３／００−２８／００、４３／００−４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸気通路に配置されるコンプレッサと、排気通路に配置される排気タービンと、を有するターボ過給機と、
上記排気タービンに導かれる排気ガスの一部を該排気タービンの下流側にバイパスさせることが可能なウエストゲート弁と、
上記排気タービンに導かれる排気ガス量を調整可能な排気調整機構と、を備えた内燃機関の制御方法において、
機関負荷又は空燃比が変化し、吸入空気量を変化させる際、上記ウエストゲート弁と上記排気調整機構のうち、上記排気タービンにおいてその時点で熱エネルギーを効率良く回収できる方を優先的に制御し、
機関負荷が上昇し、吸入空気量を増加させる際、上記ウエストゲート弁の閉弁制御を優先的に実施する内燃機関の制御方法。

【請求項2】

機関負荷が上昇し、吸入空気量を増加させる際、上記排気調整機構は、上記ウエストゲート弁が全閉状態となってから開度を小さくする制御を開始する請求項１に記載の内燃機関の制御方法。

【請求項3】

吸気通路に配置されるコンプレッサと、排気通路に配置される排気タービンと、を有するターボ過給機と、
上記排気タービンに導かれる排気ガスの一部を該排気タービンの下流側にバイパスさせることが可能なウエストゲート弁と、
上記排気タービンに導かれる排気ガス量を調整可能な排気調整機構と、を備えた内燃機関の制御方法において、
機関負荷又は空燃比が変化し、吸入空気量を変化させる際、上記ウエストゲート弁と上記排気調整機構のうち、上記排気タービンにおいてその時点で熱エネルギーを効率良く回収できる方を優先的に制御し、
機関負荷が低下し、吸入空気量を減少させる際、上記排気調整機構の開度を大きくする制御を優先的に実施する内燃機関の制御方法。

【請求項4】

機関負荷が低下し、吸入空気量を減少させる際、上記ウエストゲート弁は、上記排気調整機構の開度が全開状態となってから開弁制御を開始する請求項３に記載の内燃機関の制御方法。

【請求項5】

吸気通路に配置されるコンプレッサと、排気通路に配置される排気タービンと、を有するターボ過給機と、
上記排気タービンに導かれる排気ガスの一部を該排気タービンの下流側にバイパスさせることが可能なウエストゲート弁と、
上記排気タービンに導かれる排気ガス量を調整可能な排気調整機構と、を備えた内燃機関の制御方法において、
機関負荷又は空燃比が変化し、吸入空気量を変化させる際、上記ウエストゲート弁と上記排気調整機構のうち、上記排気タービンにおいてその時点で熱エネルギーを効率良く回収できる方を優先的に制御し、
空燃比がリーン側となるよう吸入空気量を増加させる際、上記ウエストゲート弁の閉弁制御を優先的に実施する内燃機関の制御方法。

【請求項6】

空燃比がリーン側となるよう吸入空気量を増加させる際、上記排気調整機構は、上記ウエストゲート弁が全閉状態となってから開度を小さくする制御を開始する請求項５に記載の内燃機関の制御方法。

【請求項7】

吸気通路に配置されるコンプレッサと、排気通路に配置される排気タービンと、を有するターボ過給機と、
上記排気タービンに導かれる排気ガスの一部を該排気タービンの下流側にバイパスさせることが可能なウエストゲート弁と、
上記排気タービンに導かれる排気ガス量を調整可能な排気調整機構と、を備えた内燃機関の制御方法において、
機関負荷又は空燃比が変化し、吸入空気量を変化させる際、上記ウエストゲート弁と上記排気調整機構のうち、上記排気タービンにおいてその時点で熱エネルギーを効率良く回収できる方を優先的に制御し、
空燃比がリッチ側となるよう吸入空気量を減少させる際、上記排気調整機構の開度を大きくする制御を優先的に実施する内燃機関の制御方法。

【請求項8】

空燃比がリッチ側となるよう吸入空気量を減少させる際、上記ウエストゲート弁は、上記排気調整機構が全開状態となってから開弁制御を開始する請求項７に記載の内燃機関の制御方法。

【請求項9】

吸気通路に配置されるコンプレッサと、排気通路に配置される排気タービンと、を有するターボ過給機と、
上記排気タービンに導かれる排気ガスの一部を該排気タービンの下流側にバイパスさせることが可能なウエストゲート弁と、
上記排気タービンに導かれる排気ガス量を調整可能な排気調整機構と、を備えた内燃機関の制御装置において、
機関負荷又は空燃比が変化し、吸入空気量を変化させる際、上記ウエストゲート弁と上記排気調整機構のうち、上記排気タービンにおいてその時点で熱エネルギーを効率良く回収できる方を優先的に制御する制御部を有し、
上記制御部は、機関負荷が上昇し、吸入空気量を増加させる際、上記ウエストゲート弁の閉弁制御を優先的に実施する内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターボ過給機を備えた内燃機関の制御方法及び制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、排気タービンの羽根角（ノズル開度）を調整することにより過給状態を調整な可変ノズル式のターボ過給機と、ターボ過給機の排気タービンに導かれる排気ガスの一部を排気タービンの下流側にバイパスさせるウエストゲート弁と、を備えた内燃機関が開示されている。

【0003】

この特許文献１においては、過渡時において、排気タービンのノズル開度やウエストゲート弁の弁開度を制御することが開示されている。

【0004】

しかしながら、内燃機関の吸入空気量を変化させるような過渡時において、ウエストゲート弁とターボ過給機の可変ノズルとを効率的に制御することに関して十分な検討がなされておらず、更なる改善の余地がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−３０３３３０号公報

【発明の概要】

【0006】

本発明の内燃機関の制御方法は、吸入空気量を変化させる際、ターボ過給機の排気タービンに導かれる排気ガスの一部を該排気タービンの下流側にバイパスさせることが可能なウエストゲート弁と、上記排気タービンに導かれる排気ガス量を調整可能な排気調整機構とのうち、その時点で熱エネルギーを効率良く回収できる方を優先的に制御する。

【0007】

本発明によれば、熱エネルギーを効率良く過給圧の仕事として回収することができる。そのため、ポンプロスが低減され、内燃機関の燃費性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る内燃機関の制御装置の概略構成を模式的に示した説明図。

【図2】機関負荷が上昇し、吸入空気量を増加させる際のウエストゲート弁と可変ノズルの動作の一例を示すタイミングチャート。

【図3】機関負荷が上昇し、吸入空気量を増加させる際のウエストゲート弁と可変ノズルの制御の流れを示すフローチャート。

【図4】機関負荷が低下し、吸入空気量を減少させる際のウエストゲート弁と可変ノズルの動作の一例を示すタイミングチャート。

【図5】機関負荷が低下し、吸入空気量を減少させる際のウエストゲート弁と可変ノズルの制御の流れを示すフローチャート。

【図6】空燃比がリーンとなるよう吸入空気量を増加させる際のウエストゲート弁と可変ノズルの動作の一例を示すタイミングチャート。

【図7】空燃比がリーンとなるよう吸入空気量を増加させ際のウエストゲート弁と可変ノズルの制御の流れを示すフローチャート。

【図8】空燃比がリッチとなるよう吸入空気量を減少させる際のウエストゲート弁と可変ノズルの動作の一例を示すタイミングチャート。

【図9】空燃比がリッチとなるよう吸入空気量を減少させる際のウエストゲート弁と可変ノズルの制御の流れを示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【0010】

図１は、本発明に係る内燃機関１の制御装置の概略構成を模式的に示した説明図である。図１は、本発明に係る内燃機関１の制御方法が適用可能なものである。

【0011】

この内燃機関１は、例えば筒内直噴型の構成であり、シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁（図示せず）を気筒毎に有している。

【0012】

内燃機関１は、駆動源として自動車等の車両に搭載されるものであって、吸気通路２と排気通路３とを有している。

【0013】

内燃機関１に接続された吸気通路２には、吸気中の異物を捕集するエアクリーナ４と、吸入空気量を検出するエアフローメータ５と、吸入空気量を調整する電動のスロットル弁６と、が設けられている。エアフローメータ５は、スロットル弁６の上流側に配置されている。エアフローメータ５は、温度センサを内蔵したものであって、吸気導入口の吸気温度を検出可能となっている。エアクリーナ４は、エアフローメータ５の上流側に配置されている。吸気通路２は、内燃機関１が収容されたエンジンルーム内に位置している。

【0014】

内燃機関１に接続された排気通路３には、三元触媒等の上流側排気触媒７と、ＮＯｘトラップ触媒等の下流側排気触媒８と、排気音を低減する消音用のマフラー９と、が設けられている。下流側排気触媒８は、上流側排気触媒７の下流側に配置されている。マフラー９は、下流側排気触媒８の下流側に配置されている。

【0015】

また、この内燃機関１は、吸気通路２に設けられたコンプレッサ１１と排気通路３に設けられた排気タービン１２とを同軸上に備えたターボ過給機１０を有している。コンプレッサ１１は、スロットル弁６の上流側で、かつエアフローメータ５よりも下流側に配置されている。排気タービン１２は、上流側排気触媒７よりも上流側に配置されている。このターボ過給機１０は、排気タービン１２の入口側開口部つまりスクロール入口に、ターボ過給機１０の容量を調整する可変ノズル１３を備えた容量可変型の構成となっている。すなわち、可変ノズル１３のノズル開度を小さくした状態では、低速域のような排気流量の少ない条件に適した小容量の特性となり、可変ノズル１３のノズル開度を大きくした状態では、高速域のような排気流量の多い条件に適した大容量の特性となる。可変ノズル１３は、例えは、制御圧力（制御負圧）に応動するダイヤフラム式のアクチュエータ１４によって駆動されている。上記制御圧力は、デューティ制御される圧力制御弁１５を介して生成される。

【0016】

圧力制御弁１５は、制御部としてのコントロールユニット１６によって制御される。つまり、ターボ過給機１０の可変ノズル１３は、コントロールユニット１６によって制御される。可変ノズル１３は、ターボ過給機１０の排気タービン１２に導かれる排気ガス量を調整可能な排気調整機構に相当するものであって、内燃機関１の過給圧を制御可能なものである。

【0017】

コントロールユニット１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。

【0018】

また、吸気通路２には、スロットル弁６の下流側に、コンプレッサ１１により圧縮（加圧）された吸気を冷却し、充填効率を良くするインタクーラ１７が設けられている。

【0019】

インタクーラ１７は、インタクーラ用のラジエータ（インタクーラ用ラジエータ）１８及び電動ポンプ１９とともにインタクーラ用冷却経路（サブ冷却経路）２０に配置されている。インタクーラ１７には、ラジエータ１８によって冷却された冷媒（冷却水）が供給可能となっている。

【0020】

インタクーラ用冷却経路２０は、経路内を冷媒が循環可能となるように構成されている。インタクーラ用冷却経路２０は、内燃機関１のシリンダブロック２１を冷却する冷却水が循環する図示しないメイン冷却経路とは独立した冷却経路である。

【0021】

ラジエータ１８は、インタクーラ用冷却経路２０内の冷媒を外気との熱交換で冷却する。

【0022】

電動ポンプ１９は、駆動することによってラジエータ１８とインタクーラ１７との間で冷媒を矢印Ａ方向に循環させるものである。

【0023】

排気通路３には、排気タービン１２を迂回して排気タービン１２の上流側と下流側とを接続する排気バイパス通路２２が接続されている。排気バイパス通路２２の下流側端は、上流側排気触媒７よりも上流側の位置で排気通路３に接続されている。排気バイパス通路２２には、排気バイパス通路２２内の排気流量を制御する電動のウエストゲート弁２３が配置されている。ウエストゲート弁２３は、排気タービン１２に導かれる排気ガスの一部を排気タービン１２の下流側にバイパスさせることが可能であり、内燃機関１の過給圧を制御可能なものである。ウエストゲート弁２３の弁開度は、コントロールユニット１６によって制御される。

【0024】

また、内燃機関１は、排気通路３から排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路２へ導入（還流）する排気還流（ＥＧＲ）が実施可能なものであって、排気通路３から分岐して吸気通路２に接続されたＥＧＲ通路２４を有している。ＥＧＲ通路２４は、その一端が上流側排気触媒７と下流側排気触媒８との間の位置で排気通路３に接続され、その他端がエアフローメータ５の下流側となりコンプレッサ１１の上流側となる位置で吸気通路２に接続されている。このＥＧＲ通路２４には、ＥＧＲ通路２４内のＥＧＲガスの流量を制御する電動のＥＧＲ弁２５と、ＥＧＲガスを冷却可能なＥＧＲクーラ２６と、が設けられている。ＥＧＲ弁２５の開閉動作は、コントロールユニット１６によって制御される。

【0025】

コントロールユニット１６には、上述したエアフローメータ５の検出信号のほか、クランクシャフト（図示せず）のクランク角を検出するクランク角センサ２７、アクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ２８、コンプレッサ１１の下流側の吸気圧（過給圧）を検出する過給圧センサ２９、上流側排気触媒７の上流側の排気空燃比を検出する空燃比センサ３０、上流側排気触媒７の下流側の排気空燃比を検出する酸素センサ３１等のセンサ類の検出信号が入力されている。

【0026】

クランク角センサ２７は、内燃機関１の機関回転数を検出可能なものである。

【0027】

空燃比センサ３０は、排気空燃比に応じたほぼリニアな出力特性を有するいわゆる広域型空燃比センサである。酸素センサ３１は、理論空燃比付近の狭い範囲で出力電圧がＯＮ／ＯＦＦ（リッチ、リーン）的に変化して、空燃比のリッチ、リーンのみを検知するセンサである。

【0028】

内燃機関１の運転状態が変化し、内燃機関１の吸入空気量を変化させる際には、スロットル弁６の弁開度を制御するとともに、ウエストゲート弁２３と可変ノズル１３のうち、その時点で熱エネルギーを効率良く過給圧の仕事として回収できる方を優先的に制御する。これにより、ポンプロスが低減され、内燃機関の燃費性能を向上させることができる。

【0029】

図２は、機関負荷（内燃機関１の負荷）が上昇し、吸入空気量を増加させる際のウエストゲート弁２３と可変ノズル１３の動作の一例を示すタイミングチャートである。図２中に実線で示す特性線Ｌｗは、ウエストゲート弁２３の弁開度を示し、図２中に破線で示す特性線Ｌｎは、可変ノズル１３のノズル開度を示している。

【0030】

上記機関負荷が上昇し、目標過給圧が上昇して吸入空気量を増加させる際には、ウエストゲート弁２３の閉弁制御を可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御（開度を小さくする制御）よりも優先的に実施する。上記目標過給圧は、例えば、内燃機関１の運転状態に応じて設定される。

【0031】

詳述すると、図２においては、時刻ｔ０から上記機関負荷が上昇し、上記目標過給圧が上昇して内燃機関１の吸入空気量を増加させている。そのため、図２においては、時刻ｔ０からウエストゲート弁２３の閉弁制御が開始される。そして、図２の時刻ｔ１においてウエストゲート弁２３が全閉状態となると、この時刻ｔ１から可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御が開始される。可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御は、ウエストゲート弁２３が全閉状態となっても過給圧センサ２９で検出される過給圧が上記目標過給圧に達しない場合に実施される。

【0032】

なお、図２においては、時刻ｔ０のタイミングで、運転状態が無過給域から過給域に変化している。内燃機関１が過給域であるか無過給域であるかは、例えば、上記機関負荷と機関回転速度から判定可能である。また、図２においては、時刻ｔ０までウエストゲート弁２３の弁開度及び可変ノズル１３のノズル開度がいずれも全開（最大）状態となっている。そして、図２においては、時刻ｔ２のタイミングで、過給圧が上記目標過給圧となり、可変ノズル１３のノズル開度が全閉（最小）となっている。

【0033】

ウエストゲート弁２３の閉弁制御（ウエストゲート弁閉弁制御）は、ウエストゲート弁２３の弁開度を現在の開度から閉方向に変更する制御である。可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御は、可変ノズル１３のノズル開度を現在の開度から小さくする方向に変更する制御である。

【0034】

図３は、上記機関負荷が上昇し、吸入空気量を増加させる際のウエストゲート弁２３と可変ノズル１３の制御の流れを示すフローチャートである。図３に示す制御は、コントロールユニット１６によって実施される。

【0035】

ステップＳ１１では、アクセルＯＮとなったか否かを判定する。例えば、運転者がアクセルペダルを踏み込む操作を行った際にアクセルＯＮと判定される。アクセルＯＮであればステップＳ１３へ進み、アクセルＯＮでなければ今回のルーチンを終了する。

【0036】

ステップＳ１２では、過給圧が上記目標過給圧となるようにウエストゲート弁２３の閉弁制御を実施し、吸入空気量を増加させる。

【0037】

ステップＳ１３では、コンプレッサ１１の下流側の吸気圧（過給圧）が上記目標過過給圧まで上昇したか否かを判定する。過給圧が上記目標過給圧よりも低ければ、ステップＳ１３からステップＳ１４へ進む。過給圧が上記目標過給圧となっていれば、ウエストゲート弁２３の閉弁制御を終了し（ウエストゲート弁２３の弁開度を現在の開度で維持し）、今回のルーチンを終了する。

【0038】

ステップＳ１４では、ウエストゲート弁２３が全閉状態であるか否かを判定する。ウエストゲート弁２３が全閉状態でなければステップＳ１２に進み、ウエストゲート弁２３の閉弁制御を継続する。ウエストゲート弁２３が全閉状態であればステップＳ１５に進む。ウエストゲート弁２３の実際の弁開度は、例えばセンサを設けて検出してもよいし、ウエストゲート弁２３の上流側と下流側の圧力から推定してもよい。

【0039】

ステップＳ１５では、過給圧が上記目標過給圧となるように可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御を実施し、吸入空気量を増加させる。つまり、ウエストゲート弁２３が全閉状態となっても過給圧が上記目標過給圧に達しない場合、可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御を実施する。

【0040】

ステップＳ１６では、コンプレッサ１１の下流側の吸気圧（過給圧）が上記目標過給圧まで上昇したか否かを判定する。過給圧が上記目標過給圧よりも低ければ、ステップＳ１６からステップＳ１７へ進む。過給圧が上記目標過給圧となっていれば、可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御を終了し（可変ノズル１３のノズル開度を現在の開度で維持し）、今回のルーチンを終了する。

【0041】

ステップＳ１７では、可変ノズル１３のノズル開度が全閉（最小）状態であるか否かを判定する。可変ノズル１３のノズル開度が全閉（最小）状態でなければステップＳ１５に進み、可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御を継続する。可変ノズル１３のノズル開度が全閉（最小）状態であれば、今回のルーチンを終了する。可変ノズル１３の実際のノズル開度は、例えばセンサを設けて検出してもよいし、排気タービン１２の上流側と下流側の圧力から推定してもよい。

【0042】

ウエストゲート弁２３が閉弁状態のときは、ウエストゲート弁２３が開弁状態のときに比べて熱エネルギーを効率良く過給圧の仕事として回収できる。これは、ウエストゲート弁２３が開弁している状態で可変ノズル１３のノズル開度を小さくて圧力エネルギーを上げようとしても、ウエストゲート弁２３で圧力を逃がしてしまうからである。

【0043】

そのため、上記機関負荷の上昇により吸入空気量を増加させるに際に、ターボ過給機１０の可変ノズル１３よりもウエストゲート弁２３を優先して動かすことで、ポンプロスが低減され、内燃機関１の燃費性能を向上させることができる。

【0044】

図４は、上記機関負荷が低下し、吸入空気量を減少させる際のウエストゲート弁２３と可変ノズル１３の動作の一例を示すタイミングチャートである。図４中に実線で示す特性線Ｌｗは、ウエストゲート弁２３の弁開度を示し、図４中に破線で示す特性線Ｌｎは、可変ノズル１３のノズル開度を示している。

【0045】

上記機関負荷が低下し、目標過給圧が低下して吸入空気量を減少させる際には、可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御（開度を大きくする制御）をウエストゲート弁２３の開弁制御よりも優先的に実施する。

【0046】

詳述すると、図４においては、時刻ｔ０のタイミングから上記機関負荷が低下し、上記目標過給圧が低下して内燃機関１の吸入空気量を減少させている。そのため、図４においては、時刻ｔ０から可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御が開始される。そして、図４の時刻ｔ１において可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態となると、この時刻ｔ１からウエストゲート弁２３の開弁制御が開始される。ウエストゲート弁２３の開弁制御は、可変ノズル１３が全開状態となっても過給圧が上記目標過給圧より高い場合に実施される。

【0047】

なお、図４においては、時刻ｔ０において、ウエストゲート弁２３の弁開度及び可変ノズル１３のノズル開度がいずれも全閉（最小）状態となっている。また、図４においては、時刻ｔ２のタイミングで、過給圧が上記目標過給圧となり、ウエストゲート弁２３の弁開度が全開となっている。

【0048】

ウエストゲート弁２３の開弁制御（ウエストゲート弁開弁制御）は、ウエストゲート弁２３の弁開度を現在の開度から開方向に変更する制御である。可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御は、可変ノズル１３のノズル開度を現在の開度から大きくする方向に変更する制御である。

【0049】

図５は、上記機関負荷が低下し、吸入空気量を減少させる際のウエストゲート弁２３と可変ノズル１３の制御の流れを示すフローチャートである。図５に示す制御は、コントロールユニット１６によって実施される。

【0050】

ステップＳ２１では、アクセルＯＦＦとなったか否かを判定する。例えば、運転者がアクセルペダルを戻す操作を行った際にアクセルＯＦＦと判定される。アクセルＯＦＦであればステップＳ２２へ進み、アクセルＯＦＦでなければ今回のルーチンを終了する。

【0051】

ステップＳ２２では、過給圧が上記目標過給圧となるように可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御を実施し、吸入空気量を減少させる。

【0052】

ステップＳ２３では、コンプレッサ１１の下流側の吸気圧（過給圧）が上記目標過給圧まで低下したか否かを判定する。過給圧が上記目標過給圧よりも高ければ、ステップＳ２３からステップＳ２４へ進む。過給圧が上記目標過給圧となっていれば、可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御を終了し（可変ノズル１３のノズル開度を現在の開度で維持し）、今回のルーチンを終了する。

【0053】

ステップＳ２４では、可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態であるか否かを判定する。可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態でなければステップＳ２２に進み、可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御を継続する。可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態であればステップＳ２５に進む。

【0054】

ステップＳ２５では、過給圧が上記目標過給圧となるようにウエストゲート弁２３の開弁制御を実施し、吸入空気量を減少させる。つまり、可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態になっても過給圧が上記目標過給圧に達しない場合、ウエストゲート弁２３の開弁制御を実施する。

【0055】

ステップＳ２６では、コンプレッサ１１の下流側の吸気圧（過給圧）が上記目標過給圧に達したか否かを判定する。過給圧が上記目標過給圧よりも高ければ、ステップＳ２６からステップＳ２７へ進む。過給圧が上記目標過給圧となっていれば、ウエストゲート弁２３の開弁制御を終了し（ウエストゲート弁２３の弁開度を現在の開度で維持し）、今回のルーチンを終了する。

【0056】

ステップＳ２７では、ウエストゲート弁２３が全開状態であるか否かを判定する。ウエストゲート弁２３が全開状態でなければステップＳ２５に進み、ウエストゲート弁２３の開弁制御を継続する。ウエストゲート弁２３が全開状態であれば、今回のルーチンを終了する。

【0057】

可変ノズル１３のノズル開度が閉じぎみの状態では、熱エネルギーを効率良く過給圧の仕事として回収できない。

【0058】

そのため、上記機関負荷の低下により吸入空気量を減少させる際に、ウエストゲート弁よりもターボ過給機１０の可変ノズル１３を優先して動かすことで、ポンプロスが低減され、内燃機関１の燃費性能を向上させることができる。

【0059】

図６は、空燃比がリーンとなるよう吸入空気量を増加させる際のウエストゲート弁２３と可変ノズル１３の動作の一例を示すタイミングチャートである。図６中に実線で示す特性線Ｌｗは、ウエストゲート弁２３の弁開度を示し、図６中に破線で示す特性線Ｌｎは、可変ノズル１３のノズル開度を示している。

【0060】

内燃機関１の運転状態が変化し、空燃比をリーン側に変化させるために吸入空気量を増加させる際には、ウエストゲート弁２３の閉弁制御を可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御（開度を小さくする制御）よりも優先的に実施する。

【0061】

詳述すると、図６においては、時刻ｔ０から目標空燃比がリーン側に変化し、内燃機関１の吸入空気量を増加させている。そのため、図６においては、時刻ｔ０からウエストゲート弁２３の閉弁制御が開始される。そして、図６の時刻ｔ１においてウエストゲート弁２３が全閉状態となると、この時刻ｔ１から可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御が開始される。可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御は、ウエストゲート弁２３が全閉状態となっても空燃比が目標空燃比に達しない場合に実施される。空燃比は、例えば、空燃比センサ３０の検出値から推定される。上記目標空燃比は、例えば、内燃機関１の運転状態に応じて設定される。

【0062】

なお、図６においては、時刻ｔ０において、ウエストゲート弁２３の弁開度及び可変ノズル１３のノズル開度がいずれも全開（最大）状態となっている。また、図６においては、時刻ｔ２のタイミングで、空燃比が上記目標空燃比になり、可変ノズル１３のノズル開度が全閉（最小）となっている。

【0063】

図７は、空燃比がリーンとなるよう吸入空気量を増加させる際のウエストゲート弁２３と可変ノズル１３の制御の流れを示すフローチャートである。図７に示す制御は、コントロールユニット１６によって実施される。

【0064】

ステップＳ３１では、上記目標空燃比がリーン側に変化したか否かを判定する。上記目標空燃比がリーン側に変化した場合には、ステップＳ３２へ進み、そうでなければ、今回のルーチンを終了する。

【0065】

ステップＳ３２では、空燃比が上記目標空燃比となるようにウエストゲート弁２３の閉弁制御を実施し、吸入空気量を増加させる。

【0066】

ステップＳ３３では、空燃比が上記目標空燃比に達したか否かを判定する。換言すれば、空気過剰率が目標値に達したか否かを判定する。空燃比が目標空燃比に達していなければ、ステップＳ３３からステップＳ３４へ進む。すなわち、空気過剰率が目標値に達していなければ、ステップＳ３３からステップＳ３４へ進む。空気過剰率は、例えば、空燃比センサ３０の検出値から推定される。空燃比が上記目標空燃比となっていれば、ウエストゲート弁２３の閉弁制御を終了し（ウエストゲート弁２３の弁開度を現在の開度で維持し）、今回のルーチンを終了する。

【0067】

ステップＳ３４では、ウエストゲート弁２３が全閉状態であるか否かを判定する。ウエストゲート弁２３が全閉状態でなければステップＳ３２に進み、ウエストゲート弁２３の閉弁制御を継続する。ウエストゲート弁２３が全閉状態であればステップＳ３５に進む。ウエストゲート弁２３の実際の弁開度は、例えばセンサを設けて検出してもよいし、ウエストゲート弁２３の上流側と下流側の圧力から推定してもよい。

【0068】

ステップＳ３５では、空燃比が上記目標空燃比となるように可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御を実施し、吸入空気量を増加させる。つまり、ウエストゲート弁２３が全閉状態となっても空燃比が上記目標空燃比に達しない場合、可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御を実施する。

【0069】

ステップＳ３６では、空燃比が上記目標空燃比に達したか否かを判定する。空燃比が目標空燃比に達していなければ、ステップＳ３６からステップＳ３７へ進む。すなわち、空気過剰率が目標値に達していなければ、ステップＳ３６からステップＳ３７へ進む。空燃比が上記目標空燃比になっていれば、可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御を終了し（可変ノズル１３のノズル開度を現在の開度で維持し）、今回のルーチンを終了する。

【0070】

ステップＳ３７では、可変ノズル１３のノズル開度が全閉（最小）状態であるか否かを判定する。可変ノズル１３のノズル開度が全閉（最小）状態でなければステップＳ３５に進み、可変ノズル１３のノズル開度を小さくする制御を継続する。可変ノズル１３のノズル開度が全閉（最小）状態であれば、今回のルーチンを終了する。可変ノズル１３の実際のノズル開度は、例えばセンサを設けて検出してもよいし、排気タービン１２の上流側と下流側の圧力から推定してもよい。

【0071】

ウエストゲート弁２３が閉弁状態のときは、ウエストゲート弁２３が開弁状態のときに比べて熱エネルギーを効率良く過給圧の仕事として回収できる。これは、ウエストゲート弁２３が開弁している状態で可変ノズル１３のノズル開度を小さくて圧力エネルギーを上げようとしても、ウエストゲート弁２３で圧力を逃がしてしまうからである。

【0072】

そのため、空燃比がリーンとなるよう吸入空気量を増加させる際に、ターボ過給機１０の可変ノズル１３よりもウエストゲート弁２３を優先して動かすことで、ポンプロスが低減され、内燃機関１の燃費性能を向上させることができる。

【0073】

図８は、空燃比がリッチとなるよう吸入空気量を減少させる際のウエストゲート弁２３と可変ノズル１３の動作の一例を示すタイミングチャートである。図８中に実線で示す特性線Ｌｗは、ウエストゲート弁２３の弁開度を示し、図８中に破線で示す特性線Ｌｎは、可変ノズル１３のノズル開度を示している。

【0074】

内燃機関１の運転状態が変化し、空燃比をリッチ側に変化させるために吸入空気量を減少させる際には、可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御（開度を大きくする制御）をウエストゲート弁２３の開弁制御よりも優先的に実施する。

【0075】

詳述すると、図８においては、時刻ｔ０から目標空燃比がリッチ側に変化し、内燃機関１の吸入空気量を減少させている。そのため、図８においては、時刻ｔ０から可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御が開始される。そして、図８の時刻ｔ１において可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態となると、この時刻ｔ１からウエストゲート弁２３の開弁制御が開始される。ウエストゲート弁２３の開弁制御は、可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態となっても空燃比が上記目標空燃比に達しない場合に実施される。

【0076】

なお、図８においては、時刻ｔ０において、ウエストゲート弁２３の弁開度及び可変ノズル１３のノズル開度がいずれも全閉（最小）状態となっている。また、図８においては、時刻ｔ２のタイミングで、空燃比が上記目標空燃比になり、ウエストゲート弁２３の弁開度が全開となっている。

【0077】

図９は、空燃比がリッチとなるよう吸入空気量を減少させる際のウエストゲート弁２３と可変ノズル１３の制御の流れを示すフローチャートである。図９に示す制御は、コントロールユニット１６によって実施される。

【0078】

ステップＳ４１では、上記目標空燃比がリッチ側に変化したか否かを判定する。上記目標空燃比がリッチ側に変化した場合には、ステップＳ４２へ進み、そうでなければ、今回のルーチンを終了する。

【0079】

ステップＳ４２では、空燃比が上記目標空燃比となるように可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御を実施し、吸入空気量を減少させる。

【0080】

ステップＳ４３では、空燃比が上記目標空燃比に達したか否かを判定する。換言すれば、空気過剰率が目標値に達したか否かを判定する。空燃比が目標空燃比に達していなければ、ステップＳ４３からステップＳ４４へ進む。すなわち、空気過剰率が目標値に達していなければ、ステップＳ４３からステップＳ４４へ進む。空燃比が上記目標空燃比となっていれば、可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御を終了し（可変ノズル１３のノズル開度を現在の開度で維持し）、今回のルーチンを終了する。

【0081】

ステップＳ４４では、可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態であるか否かを判定する。可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態でなければステップＳ４２に進み、可変ノズル１３のノズル開度を大きくする制御を継続する。可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態であればステップＳ４５に進む。

【0082】

ステップＳ４５では、空燃比が上記目標空燃比となるようにウエストゲート弁２３の開弁制御を実施し、吸入空気量を減少させる。つまり、可変ノズル１３のノズル開度が全開（最大）状態となっても空燃比が上記目標空燃比に達しない場合、ウエストゲート弁２３の開弁制御を実施する。

【0083】

ステップＳ４６では、空燃比が上記目標空燃比に達したか否かを判定する。空燃比が目標空燃比に達していなければ、ステップＳ４６からステップＳ４７へ進む。すなわち、空気過剰率が目標値に達していなければ、ステップＳ４６からステップＳ４７へ進む。空燃比が上記目標空燃比となっていれば、ウエストゲート弁２３の開弁制御を終了し（ウエストゲート弁２３の弁開度を現在の開度で維持し）、今回のルーチンを終了する。

【0084】

ステップＳ４７では、ウエストゲート弁２３が全開状態であるか否かを判定する。ウエストゲート弁２３が全開状態でなければステップＳ４５に進み、ウエストゲート弁２３の開弁制御を継続する。ウエストゲート弁２３が全開状態であれば、今回のルーチンを終了する。

【0085】

可変ノズル１３のノズル開度が閉じぎみの状態では、熱エネルギーを効率良く過給圧の仕事として回収できない。

【0086】

そのため、空燃比がリッチとなるよう吸入空気量を減少させる際には、ウエストゲート弁２３よりもターボ過給機１０の可変ノズル１３を優先して動かすことで、ポンプロスが低減され、内燃機関１の燃費性能を向上させることができる。

【0087】

なお、上述した実施例においては、排気タービン１２に導かれる排気ガス量が可変ノズル１３によって調整可能となっているが、可変ノズル１３に換えて排気タービン１２の上流側の通路断面積（流路断面積）を変更する流量制御弁を設けて排気調整機構とすることも可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】