特許 7444126 内燃機関システムの制御装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-27

(45)【発行日】2024-03-06

(54)【発明の名称】内燃機関システムの制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 23/00 20060101AFI20240228BHJP

   F02B 37/12 20060101ALI20240228BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20240228BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20240228BHJP

   F02M 26/05 20160101ALI20240228BHJP

【ＦＩ】

F02D23/00 J

F02B37/12 302Z

F02D43/00 301J

F02D43/00 301N

F02D43/00 301R

F02D45/00 364E

F02M26/05

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021062945

(22)【出願日】2021-04-01

(65)【公開番号】P2022158204

(43)【公開日】2022-10-17

【審査請求日】2023-07-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110000394

【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉瀧 慎一郎

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－１０９２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０３６９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０９０５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３２７４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０１３９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５７７９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３７／１２

Ｆ０２Ｄ ２３／００

Ｆ０２Ｄ ４１／００－４５／００

Ｆ０２Ｍ ２６／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関システムの制御装置であって、
前記内燃機関システムは、
内燃機関と、
前記内燃機関の排気経路に一方端が接続され、前記内燃機関の吸気経路に他方端が接続され、前記内燃機関からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気経路へ戻すＥＧＲ配管と、
前記ＥＧＲ配管の開度を調整可能なＥＧＲ弁と、
前記排気経路に接続された前記ＥＧＲ配管よりも前記排気経路の下流側に配置されたタービンを用いて前記内燃機関の吸気を過給するターボ過給機と、
前記ターボ過給機による吸気の過給圧を調整可能な過給圧調整装置と、
前記内燃機関に燃料を噴射するインジェクタと、
前記過給圧調整装置と前記ＥＧＲ弁と前記インジェクタを制御する前記制御装置と、
を有しており、
前記制御装置は、
前記内燃機関の運転状態を検出し、検出した前記運転状態に基づいた目標過給圧を設定し、前記過給圧が前記目標過給圧に近づくように前記過給圧調整装置の制御関連量である目標過給圧制御関連量を求める、目標過給圧制御関連量算出部と、
前記ＥＧＲ弁を開いて前記ＥＧＲ配管を介して排気ガスの一部を前記ＥＧＲガスとして前記排気経路から前記吸気経路に戻す場合、前記ＥＧＲ配管が接続されている前記排気経路の個所における排気ガスの圧力のほうが、前記ＥＧＲ配管が接続されている前記吸気経路の個所における吸気の圧力よりも高くなるように、前記内燃機関の前記運転状態に応じて、前記過給圧調整装置の制御関連量であるＥＧＲ担保制御関連量を求める、ＥＧＲ担保制御関連量算出部と、
前記目標過給圧制御関連量と前記ＥＧＲ担保制御関連量に基づいた最終過給圧制御関連量を求め、前記最終過給圧制御関連量に基づいて前記過給圧調整装置を制御する、過給圧調整装置制御部と、
前記内燃機関の前記運転状態に基づいて、前記内燃機関のシリンダ内に充填される吸気量である総吸気量に対するＥＧＲガス量であるＥＧＲ率の目標である目標ＥＧＲ率を設定し、前記ＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率に近づくように前記ＥＧＲ弁の開度を制御する、ＥＧＲ弁制御部と、
前記内燃機関の前記運転状態に基づいて、前記インジェクタから噴射した燃料が着火する時期の目標である目標着火時期を設定し、前記目標着火時期で着火するように前記インジェクタからの燃料噴射時期を制御する、燃料噴射時期制御部と、
を有しており、
前記制御装置は、さらに、
実際の前記過給圧である実過給圧が前記目標過給圧よりも所定圧力以上高い場合に、実際の前記ＥＧＲ率である実ＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率よりも高くなるように前記ＥＧＲガス量を増量させるとともに、前記目標着火時期よりも進角した位置で着火するように前記燃料噴射時期を進角させる、吸気・燃料協調制御部を有している、
内燃機関システムの制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の内燃機関システムの制御装置であって、
前記制御装置は、
前記吸気・燃料協調制御部にて、前記実過給圧が前記目標過給圧よりも前記所定圧力以上高い場合に前記ＥＧＲガス量を増量させるＥＧＲガス増加量を求める際、
前記運転状態に応じた目標吸気状態として、前記目標過給圧と前記目標ＥＧＲ率と前記内燃機関のシリンダ容量とに基づいて、前記シリンダ内に充填される総吸気量である目標総吸気量から前記ＥＧＲガス量の目標である目標ＥＧＲガス量を除いた新気量の目標である目標新気量を求め、
前記目標吸気状態に対して実際の吸気状態である実吸気状態として、前記実過給圧と前記目標ＥＧＲ率と前記シリンダ容量とに基づいて、前記シリンダ内に充填される実際の前記新気量である実新気量を求め、
前記実新気量と前記目標新気量との差分を前記ＥＧＲガス増加量とする、
内燃機関システムの制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載の内燃機関システムの制御装置であって、
前記制御装置は、
前記吸気・燃料協調制御部にて、前記実過給圧が前記目標過給圧よりも前記所定圧力以上高い場合に前記燃料噴射時期を進角させる際、
前記ＥＧＲガス増加量に基づいて着火時期補正量を求め、前記目標着火時期を前記着火時期補正量にて進角する側に補正した着火時期で着火するように前記燃料噴射時期を進角させる、
内燃機関システムの制御装置。

【請求項4】

請求項２に記載の内燃機関システムの制御装置であって、
前記制御装置は、
前記吸気・燃料協調制御部にて、前記実過給圧が前記目標過給圧よりも前記所定圧力以上高い場合に前記燃料噴射時期を進角させる際、
前記ＥＧＲガス増加量に応じたＮＯｘ減少量を求め、
前記ＮＯｘ減少量以下のＮＯｘ増加量となるように前記目標着火時期に対する着火時期補正量を求め、前記目標着火時期を前記着火時期補正量にて進角する側に補正した着火時期で着火するように前記燃料噴射時期を進角させる、
内燃機関システムの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターボ過給機と、排気ガスの一部を排気経路から吸気経路へ再循環させるＥＧＲシステムとを有する内燃機関システムを制御する、内燃機関システムの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、内燃機関を搭載した車両は、排気ガス中のＮＯｘをより低減するために、排気ガスの一部を吸気経路へ再循環し、燃焼温度を低下させてＮＯｘ発生量を低減させるＥＧＲシステムを搭載している。一般的なＥＧＲシステムは、排気マニホルドと吸気マニホルドを連通するＥＧＲ配管を有し、ＥＧＲ配管に設けたＥＧＲ弁を用いてＥＧＲ配管の開度を調整してＥＧＲガス流量を調整することで、排気ガスの一部を吸気経路へ再循環させている。

【0003】

過給機を有していない自然吸気の内燃機関では、吸気マニホルド内の圧力は大気圧よりも低い負圧であり、排気マニホルド内の圧力は大気圧よりも高い正圧であるので、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ配管内を排気マニホルドの側から吸気マニホルドの側へと問題なく流れる。しかし、過給機を有する内燃機関では、吸気マニホルド内の圧力が大気圧よりも高い正圧となる場合があるので、ＥＧＲガスが排気マニホルドの側から吸気マニホルドの側へと流れない場合がある。ＥＧＲシステムの制御性を担保させるためには、ＥＧＲガスを再循環可能な一定以上のＥＧＲ前後差圧（排気マニホルド内圧力と吸気マニホルド内圧力の圧力差）が必要である。そしてＥＧＲ前後差圧を担保させるためには、ターボ過給機の可変ノズルの閉度（またはウエストゲートバルブの閉度）を適切な閉度に調整する必要がある（可変ノズルの閉度（またはウエストゲートバルブの閉度）を大きく（開度を小さく）するほど、排気抵抗が増加して排気マニホルド内の圧力が上昇する）。

【0004】

例えば特許文献１に記載のターボチャージャの制御装置では、可変ノズルの開度（閉度）の変化に対して過給圧がほとんど変化しない無過給域（主に、アイドル回転数などの低回転・低負荷の領域）において、ＥＧＲの制御性を担保可能となるように可変ノズルの開度（閉度）を適切に調整している。これにより、内燃機関の無過給域において、ＥＧＲの制御性を担保している（ＥＧＲガスを再循環可能な一定以上のＥＧＲ前後差圧を保障している）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－１５７７９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載のターボチャージャの制御装置では、アイドリング回転数での定常状態（無過給域の定常状態）、アイドリング回転数よりも高い回転数での定常状態（過給域の定常状態）、にてＥＧＲガスを再循環可能な一定以上のＥＧＲの前後差圧を保障できるようにしている。また近年では、回転数（及び過給圧）が変動している過渡状態（過給域の過渡状態及び無過給域の過渡状態）であっても（すなわち、どのような運転状態であっても）、ＥＧＲガスを再循環可能な一定以上のＥＧＲの前後差圧を保障できるように開発が進められている。

【0007】

このように、ＮＯｘ発生量を低減させるため、一定以上のＥＧＲの前後差圧を保障（ＥＧＲの制御性を担保）できるように可変ノズルの閉度（またはウエストゲートバルブの閉度）を制御すると、例えば実際の過給圧が目標過給圧よりも高いにもかかわらず、さらに可変ノズルの閉度（またはウエストゲートバルブの閉度）を閉じる側に制御する必要が発生する場合があり、その場合は実際の過給圧がさらに上昇する。この場合は排気マニホルド内の排気の圧力が上昇するので、ピストンのポンプロスが増加し、燃費がやや悪化する場合がある。例えば、従来よりも高効率のターボチャージャを用いて、従来よりも低い排気マニホルド内圧力で目標過給圧を得ることができても、ＥＧＲの制御性を担保するために、要求される排気マニホルド内圧力の上昇量がさらに大きくなり、ピストンのポンプロスがさらに増加し、燃費がさらに悪化してしまう場合がある。

【0008】

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、ＥＧＲガスを再循環可能な一定以上のＥＧＲの前後差圧の保障に伴う燃費の悪化を抑制することができる、内燃機関システムの制御装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明の第１の発明は、内燃機関システムの制御装置であって、前記内燃機関システムは、内燃機関と、前記内燃機関の排気経路に一方端が接続され、前記内燃機関の吸気経路に他方端が接続され、前記内燃機関からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気経路へ戻すＥＧＲ配管と、前記ＥＧＲ配管の開度を調整可能なＥＧＲ弁と、前記排気経路に接続された前記ＥＧＲ配管よりも前記排気経路の下流側に配置されたタービンを用いて前記内燃機関の吸気を過給するターボ過給機と、前記ターボ過給機による吸気の過給圧を調整可能な過給圧調整装置と、前記内燃機関に燃料を噴射するインジェクタと、前記過給圧調整装置と前記ＥＧＲ弁と前記インジェクタを制御する前記制御装置と、を有している。そして前記制御装置は、前記内燃機関の運転状態を検出し、検出した前記運転状態に基づいた目標過給圧を設定し、前記過給圧が前記目標過給圧に近づくように前記過給圧調整装置の制御関連量である目標過給圧制御関連量を求める、目標過給圧制御関連量算出部と、前記ＥＧＲ弁を開いて前記ＥＧＲ配管を介して排気ガスの一部を前記ＥＧＲガスとして前記排気経路から前記吸気経路に戻す場合、前記ＥＧＲ配管が接続されている前記排気経路の個所における排気ガスの圧力のほうが、前記ＥＧＲ配管が接続されている前記吸気経路の個所における吸気の圧力よりも高くなるように、前記内燃機関の前記運転状態に応じて、前記過給圧調整装置の制御関連量であるＥＧＲ担保制御関連量を求める、ＥＧＲ担保制御関連量算出部と、前記目標過給圧制御関連量と前記ＥＧＲ担保制御関連量に基づいた最終過給圧制御関連量を求め、前記最終過給圧制御関連量に基づいて前記過給圧調整装置を制御する、過給圧調整装置制御部と、前記内燃機関の前記運転状態に基づいて、前記内燃機関のシリンダ内に充填される吸気量である総吸気量に対するＥＧＲガス量であるＥＧＲ率の目標である目標ＥＧＲ率を設定し、前記ＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率に近づくように前記ＥＧＲ弁の開度を制御する、ＥＧＲ弁制御部と、前記内燃機関の前記運転状態に基づいて、前記インジェクタから噴射した燃料が着火する時期の目標である目標着火時期を設定し、前記目標着火時期で着火するように前記インジェクタからの燃料噴射時期を制御する、燃料噴射時期制御部と、を有している。そして前記制御装置は、さらに、実際の前記過給圧である実過給圧が前記目標過給圧よりも所定圧力以上高い場合に、実際の前記ＥＧＲ率である実ＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率よりも高くなるように前記ＥＧＲガス量を増量させるとともに、前記目標着火時期よりも進角した位置で着火するように前記燃料噴射時期を進角させる、吸気・燃料協調制御部を有している、内燃機関システムの制御装置である。

【0010】

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る内燃機関システムの制御装置であって、前記制御装置は、前記吸気・燃料協調制御部にて、前記実過給圧が前記目標過給圧よりも前記所定圧力以上高い場合に前記ＥＧＲガス量を増量させるＥＧＲガス増加量を求める際、前記運転状態に応じた目標吸気状態として、前記目標過給圧と前記目標ＥＧＲ率と前記内燃機関のシリンダ容量とに基づいて、前記シリンダ内に充填される総吸気量である目標総吸気量から前記ＥＧＲガス量の目標である目標ＥＧＲガス量を除いた新気量の目標である目標新気量を求め、前記目標吸気状態に対して実際の吸気状態である実吸気状態として、前記実過給圧と前記目標ＥＧＲ率と前記シリンダ容量とに基づいて、前記シリンダ内に充填される実際の前記新気量である実新気量を求め、前記実新気量と前記目標新気量との差分を前記ＥＧＲガス増加量とする、内燃機関システムの制御装置である。

【0011】

次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係る内燃機関システムの制御装置であって、前記制御装置は、前記吸気・燃料協調制御部にて、前記実過給圧が前記目標過給圧よりも前記所定圧力以上高い場合に前記燃料噴射時期を進角させる際、前記ＥＧＲガス増加量に基づいて着火時期補正量を求め、前記目標着火時期を前記着火時期補正量にて進角する側に補正した着火時期で着火するように前記燃料噴射時期を進角させる、内燃機関システムの制御装置である。

【0012】

次に、本発明の第４の発明は、上記第２の発明に係る内燃機関システムの制御装置であって、前記制御装置は、前記吸気・燃料協調制御部にて、前記実過給圧が前記目標過給圧よりも前記所定圧力以上高い場合に前記燃料噴射時期を進角させる際、前記ＥＧＲガス増加量に応じたＮＯｘ減少量を求め、前記ＮＯｘ減少量以下のＮＯｘ増加量となるように前記目標着火時期に対する着火時期補正量を求め、前記目標着火時期を前記着火時期補正量にて進角する側に補正した着火時期で着火するように前記燃料噴射時期を進角させる、内燃機関システムの制御装置である。

【発明の効果】

【0013】

一般的に、ＥＧＲガス量（またはＥＧＲ率）をより増量すると、燃焼温度がより低下し、ＮＯｘ発生量がより減少する傾向にある。また、燃料の着火時期をより進角させると、出力トルクはより上昇するが、燃焼温度がより上昇し、ＮＯｘ発生量がより増加する傾向にある。また、空燃比をより小さくすると（よりリッチにすると）、スモークの発生量がより増加する傾向にある。

【0014】

第１の発明によれば、制御装置は、目標過給圧制御量算出部、ＥＧＲ担保制御量算出部、過給圧調整装置制御部にてＥＧＲの制御性を担保するとともに、ＥＧＲ弁制御部にて実際のＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近づける。また制御装置は、燃料の着火時期が目標着火時期となるように燃料噴射時期を制御している。この場合、ＥＧＲの制御性を担保するために、実際の過給圧である実過給圧が、目標過給圧よりも高くなる場合があり、その場合は上述したようにピストンのポンプロスが増加し、燃費がやや悪化する場合がある。実過給圧が目標過給圧よりも所定圧力以上高い過剰過給状態の場合には、目標とする新気よりもより多くの新気を吸気しており、空燃比は目標空燃比よりもリーンとなっているはずである。従って、過剰過給状態では、スモークは目標量よりも低減されている。また過剰過給状態であってもＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率に近づけているので、ＮＯｘ発生量は目標量とされている。そこで、空燃比を目標空燃比に近づけるようにＥＧＲガス量を増量する。すると、スモークの発生量は目標量に近づき、ＮＯｘ発生量は目標量よりも低減する。そして燃料の着火時期を目標着火時期よりも進角させると、出力トルクは増加するが、ＮＯｘ発生量も増加する。しかし、増加したＮＯｘ発生量はＥＧＲガス量の増量によるＮＯｘ低減量で相殺される。以上より、スモーク発生量、ＮＯｘ発生量を、目標に対して増加させることなく、出力トルクを増加させることができるので、燃費の悪化を抑制することができる。

【0015】

第２の発明によれば、実過給圧が目標過給圧よりも所定圧力以上高い過剰過給状態の場合において、適切なＥＧＲガス増加量を求めることができる。

【0016】

第３の発明によれば、ＥＧＲガス増加量に応じた（ＥＧＲガス増加に伴うＮＯｘ低減量に応じた）適切な着火時期補正量を求めることができる。

【0017】

第４の発明によれば、ＥＧＲガス増加に伴うＮＯｘ低減量に応じた、適切な着火時期補正量を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】内燃機関システム全体の概略構成の例を説明する図である。

【図2】［過給圧調整装置の制御］の処理手順の例を説明するフローチャートである。

【図3】［吸気・燃料協調制御］の処理手順の例を説明するフローチャートである。

【図4】図３に示すフローチャートの［目標吸気状態を算出］の詳細を説明するフローチャートである。

【図5】図３に示すフローチャートの［協調前の実吸気状態を算出］の詳細を説明するフローチャートである。

【図6】図３に示すフローチャートの［協調後の実吸気状態を算出］の詳細を説明するフローチャートである。

【図7】［ＥＧＲ弁の制御］の処理手順の例を説明するフローチャートである

【図8】［燃料噴射開始時期の算出］の処理手順の例を説明するフローチャートである。

【図9】所定圧力特性の例を説明する図である。

【図10】ＥＧＲ率補正量・着火時期補正量特性の例を説明する図である。

【図11】目標吸気状態、吸気・燃料協調制御による協調前の実吸気状態、吸気・燃料協調制御による協調後の実吸気状態、を説明する図である。

【図12】ＥＧＲ率・ＮＯｘ排出量特性の例を説明する図である。

【図13】燃料着火時期・ＮＯｘ排出量特性の例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

●［内燃機関システム１の概略構成の例（図１）］
以下に本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。まず図１を用いて、内燃機関システム１の概略構成の例について説明する。本実施の形態の説明では、内燃機関の例として、車両に搭載された内燃機関１０（例えばディーゼルエンジン）を用いて説明する。

【0020】

以下、システム全体について、吸気側から排気側に向かって順に説明する。吸気管１１Ａの流入側には、エアクリーナ（図示省略）、吸気流量検出装置２１（例えば、吸気流量センサ）が設けられている。吸気流量検出装置２１は、内燃機関１０が吸入した空気の流量に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。また吸気流量検出装置２１には、吸気温度検出装置２８Ａ（例えば、吸気温度センサ）、大気圧検出装置２３（例えば、大気圧センサ）が設けられている。吸気温度検出装置２８Ａは、吸気流量検出装置２１を通過する吸気の温度に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。大気圧検出装置２３は、周囲の大気圧に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。

【0021】

吸気管１１Ａの流出側はコンプレッサ３５の流入側に接続され、コンプレッサ３５の流出側は吸気管１１Ｂの流入側に接続されている。ターボ過給機３０のコンプレッサ３５は、排気ガスのエネルギーによって回転駆動されるタービン３６にて回転駆動され、吸気管１１Ａから流入された吸気を吸気管１１Ｂに圧送することで過給する。

【0022】

コンプレッサ３５の上流側となる吸気管１１Ａには、コンプレッサ上流圧力検出装置２４Ａ（例えば圧力センサ）が設けられている。コンプレッサ上流圧力検出装置２４Ａは、吸気管１１Ａ内の吸気の圧力に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。コンプレッサ３５の下流側となる吸気管１１Ｂ（吸気管１１Ｂにおけるコンプレッサ３５とインタークーラ１６との間の位置）には、コンプレッサ下流圧力検出装置２４Ｂ（例えば圧力センサ）が設けられている。コンプレッサ下流圧力検出装置２４Ｂは、吸気管１１Ｂ内の吸気の圧力に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。

【0023】

吸気管１１Ｂには、上流側にインタークーラ１６が配置され、インタークーラ１６よりも下流側にスロットル装置４７が配置されている。インタークーラ１６は、コンプレッサ下流圧力検出装置２４Ｂよりも下流側に配置されている。インタークーラ１６とスロットル装置４７との間には、吸気温度検出装置２８Ｂ（例えば、吸気温度センサ）が設けられている。吸気温度検出装置２８Ｂは、インタークーラ１６にて温度が低下された吸気の温度に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。

【0024】

スロットル装置４７は、制御装置５０からの制御信号に基づいて吸気管１１Ｂの開度を調整するスロットルバルブ４７Ｖを駆動し、吸気流量を調整可能である。制御装置５０は、運転状態に応じて求めた目標スロットル開度に基づいて、スロットル装置４７に制御信号を出力してスロットルバルブ４７Ｖの開度を調整可能である。

【0025】

アクセルペダル踏込量検出装置２５は、例えばアクセルペダル踏込角度センサであり、アクセルペダルに設けられている。制御装置５０は、アクセルペダル踏込量検出装置２５からの検出信号に基づいて、運転者によるアクセルペダルの踏込量を検出することが可能である。

【0026】

吸気管１１Ｂの流出側は吸気マニホルド１１Ｃの流入側に接続されており、吸気マニホルド１１Ｃの流出側は内燃機関１０の流入側に接続されている。また吸気管１１Ｂにおけるスロットル装置４７よりも下流側には（吸気マニホルド１１Ｃには）、吸気マニホルド圧力検出装置２４Ｃ（例えば圧力センサ）が設けられており、ＥＧＲ配管１３の流出側が接続されている。吸気マニホルド圧力検出装置２４Ｃは、吸気マニホルド１１Ｃに流入する直前の吸気の圧力（過給圧）に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。またＥＧＲ配管１３の流出側（吸気管１１Ｂとの接続部）からは、ＥＧＲ配管１３の流入側（排気管１２Ｂとの接続部）から流入してきたＥＧＲガスが、吸気管１１Ｂ内に吐出される。ＥＧＲ配管１３は、排気経路に一方端が接続され、吸気経路に他方端が接続されている。

【0027】

内燃機関１０は複数のシリンダ４５Ａ～４５Ｄ（気筒）を有しており、インジェクタ４３Ａ～４３Ｄが、それぞれのシリンダに設けられている。インジェクタ４３Ａ～４３Ｄには、コモンレール４１と燃料配管４２Ａ～４２Ｄを介して燃料が供給されており、インジェクタ４３Ａ～４３Ｄは、制御装置５０からの制御信号によって駆動され、それぞれのシリンダ４５Ａ～４５Ｄ内に燃料を噴射する。コモンレール４１には、燃料圧力検出装置７３が設けられており、燃料ポンプ７２によって目標燃料圧力に調整された燃料が充填されている。制御装置５０は、燃料圧力検出装置７３を用いて検出した燃料圧力が目標燃料圧力に近づくように燃料ポンプ７２を制御する。

【0028】

内燃機関１０には、クランク角度検出装置２２Ａ、カム角度検出装置２２Ｂ、クーラント温度検出装置２８Ｃ等が設けられている。クランク角度検出装置２２Ａは、例えば回転センサであり、内燃機関１０のクランクシャフトの回転角度に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。カム角度検出装置２２Ｂは、例えば回転センサであり、内燃機関１０のカムシャフトの回転角度に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。制御装置５０は、クランク角度検出装置２２Ａとカム角度検出装置２２Ｂからの検出信号に基づいて、各シリンダの工程及び回転角度等を検出することができる。またクーラント温度検出装置２８Ｃは、例えば温度センサであり、内燃機関１０内に循環されている冷却用クーラントの温度に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。

【0029】

内燃機関１０の排気側には排気マニホルド１２Ａの流入側が接続され、排気マニホルド１２Ａの流出側には排気管１２Ｂの流入側が接続されている。排気管１２Ｂの流出側はタービン３６の流入側に接続され、タービン３６の流出側は排気管１２Ｃの流入側に接続されている。

【0030】

排気管１２Ｂの上流側には、ＥＧＲ配管１３の流入側が接続されている。ＥＧＲ配管１３は、ＥＧＲ流路に相当しており、排気管１２Ｂと吸気管１１Ｂとを連通し、排気管１２Ｂの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管１１Ｂに還流させる（排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気に戻す）ことが可能である。またＥＧＲ配管１３には、ＥＧＲクーラ１５、ＥＧＲ弁１４が設けられている。制御装置５０は、ＥＧＲ弁１４の開度を調整することで、ＥＧＲ配管１３内を流れるＥＧＲガスの流量を調整可能である。

【0031】

また排気管１２Ｂにおける上流側には（排気マニホルド１２Ａには）、排気マニホルド圧力検出装置２６Ｃ（例えば圧力センサ）が設けられている。排気マニホルド圧力検出装置２６Ｃは、排気マニホルド１２Ａ内の排気の圧力に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。

【0032】

排気管１２Ｂには、排気温度検出装置２９が設けられている。排気温度検出装置２９は、例えば排気温度センサであり、排気温度に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。

【0033】

排気管１２Ｂの流出側はタービン３６の流入側に接続され、タービン３６の流出側は排気管１２Ｃの流入側に接続されている。タービン３６には、タービン３６へ導く排気ガスの流速を制御可能な（タービンへと排気ガスを導く流路の閉度に関連する閉度関連量を調整可能な）可変ノズル３３が設けられており、可変ノズル３３（過給圧調整装置に相当）は、ノズル駆動装置３１によって閉度（開度）が調整される。制御装置５０は、ノズル閉度検出装置３２（例えば、ノズル閉度センサ）からの検出信号と目標ノズル閉度（開度）に基づいて、ノズル駆動装置３１に制御信号を出力して可変ノズル３３の閉度（開度）を調整することで過給圧を調整可能である。なおタービン３６は、排気経路に接続されたＥＧＲ配管１３よりも排気の下流側に配置されている。

【0034】

タービン３６の上流側となる排気管１２Ｂには、タービン上流圧力検出装置２６Ａ（例えば圧力センサ）が設けられている。タービン上流圧力検出装置２６Ａは、排気管１２Ｂ内の排気の圧力に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。タービン３６の下流側となる排気管１２Ｃには、タービン下流圧力検出装置２６Ｂ（例えば圧力センサ）が設けられている。タービン下流圧力検出装置２６Ｂは、排気管１２Ｃ内の排気の圧力に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。

【0035】

排気管１２Ｃの流出側には排気浄化装置６１が接続されている。例えば内燃機関１０がディーゼルエンジンの場合、排気浄化装置６１には、酸化触媒、微粒子捕集フィルタ、選択式還元触媒等が含まれている。

【0036】

車速検出装置２７は、例えば車両速度検出センサであり、車両の車輪等に設けられている。車速検出装置２７は、車両の車輪の回転速度に応じた検出信号を制御装置５０に出力する。

【0037】

制御装置５０は、ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５２、記憶装置５３、タイマ５４等を有している。制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、上述した種々の検出装置からの検出信号が入力され、上述した種々のアクチュエータへの制御信号を出力する。なお、制御装置５０の入出力は、上記の検出装置やアクチュエータに限定されるものではない。また、各部の温度や圧力等はセンサを搭載せずに推定計算により算出しても良い。制御装置５０は、上記の検出装置を含めた各種の検出装置からの検出信号に基づいて内燃機関１０の運転状態を検出可能であり、運転状態に基づいて上記のアクチュエータを含む各種のアクチュエータを制御する。記憶装置５３は、例えばＦｌａｓｈ－ＲＯＭ等の記憶装置であり、内燃機関の制御や自己診断等を実行するためのプログラムやデータ等が記憶されている。また制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、目標過給圧制御関連量算出部５１Ａ、ＥＧＲ担保制御関連量算出部５１Ｂ、過給圧調整装置制御部５１Ｃ、ＥＧＲ弁制御部５１Ｄ、燃料噴射時期制御部５１Ｅ、吸気・燃料協調制御部５１Ｆ等を有しているが、これらの詳細については後述する。

【0038】

制御装置５０は、内燃機関１０の運転状態に基づいて、ＥＧＲ率等を算出し、算出したＥＧＲ率等に基づいてＥＧＲ弁１４の開度を調整し、排気管１２Ｂ（排気マニホルド１２Ａ）からＥＧＲ配管１３、ＥＧＲクーラ１５、ＥＧＲ弁１４を経由させて、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管１１Ｂ（吸気マニホルド１１Ｃ）へ再循環させる。なお、このとき、ＥＧＲ配管１３の上流側（排気マニホルド１２Ａの側）の圧力と、ＥＧＲ配管１３の下流側（吸気マニホルド１１Ｃの側）の圧力と、の圧力差であるＥＧＲ前後差圧が所定差圧以上でなければ、ＥＧＲガスは再循環しない。過給機を有する内燃機関システムでは、過給状態によっては、ＥＧＲ前後差圧が所定差圧未満となる場合が有るので、制御装置５０には、これを回避する「ＥＧＲの制御性を担保する処理」が含まれている。

【0039】

●［制御装置５０の処理手順（図２～図８）］
次に図２～図８に示すフローチャート等を用いて、制御装置５０の各処理の例を順に説明する。

【0040】

●［過給圧調整装置の制御（図２）］
制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、例えば所定時間間隔（数［ｍｓ］～数１０［ｍｓ］間隔）にて、図２に示す［過給圧調整装置の制御］を起動し、ステップＳ０１０に処理を進める。なお図２に示す［過給圧調整装置の制御］には、ＥＧＲ配管１３の上流側の圧力と、ＥＧＲ配管１３の下流側の圧力と、の圧力差であるＥＧＲ前後差圧を所定差圧以上とすることで「ＥＧＲの制御性を担保する処理」が含まれている。

【0041】

ステップＳ０１０にて制御装置５０は、内燃機関の運転状態に基づいて目標過給圧を算出し、ステップＳ０２０へ処理を進める。なお、内燃機関の運転状態には、上述した各種の検出装置を用いて検出した流量、温度、圧力、回転数等や、各種のアクチュエータの動作状態等があり、制御装置５０は、図示省略した別の処理にて運転状態を検出（取得）している。

【0042】

ステップＳ０２０にて制御装置５０は、吸気マニホルド圧力検出装置２４Ｃを用いて検出した過給圧が目標過給圧に近づくようにするための可変ノズル３３の目標閉度である第１目標ノズル閉度を、運転状態に基づいたマップ等を用いて算出し、ステップＳ０３０へ処理を進める。なおステップＳ０２０の処理は既存の処理であるので、詳細な説明は省略する。

【0043】

ステップＳ０３０にて制御装置５０は、ＥＧＲの制御性を担保するための（ＥＧＲ前後差圧を所定圧力差以上とするための）可変ノズル３３の目標閉度である第２目標ノズル閉度を、運転状態に基づいたマップ等を用いて算出し、ステップＳ０４０へ処理を進める。なお、ステップＳ０３０の処理は既存の処理であるので、詳細な説明は省略する。

【0044】

ステップＳ０４０にて制御装置５０は、第１目標ノズル閉度が第１目標ノズル閉度以上であるか否かを判定する。制御装置５０は、第１目標ノズル閉度が第２目標ノズル閉度以上である場合（Ｙｅｓ）はステップＳ０５０Ａへ処理を進め、第１目標ノズル閉度が第２目標ノズル閉度未満である場合（Ｎｏ）はステップＳ０５０Ｂへ処理を進める。

【0045】

ステップＳ０５０Ａへ処理を進めた場合、制御装置５０は、第１目標ノズル閉度を最終目標ノズル閉度に代入して記憶し、ステップＳ０６０へ処理を進める。

【0046】

ステップＳ０５０Ｂへ処理を進めた場合、制御装置５０は、第２目標ノズル閉度を最終目標ノズル閉度に代入して記憶し、ステップＳ０６０へ処理を進める。ステップＳ０４０、Ｓ０５０Ａ、Ｓ０５０Ｂにて、第１目標ノズル閉度と第２目標ノズル閉度の大きいほうを最終目標ノズル閉度にすることで「ＥＧＲの制御性が担保」されている。

【0047】

ステップＳ０６０へ処理を進めた場合、制御装置５０は、可変ノズル３３の（実際の）ノズル閉度が最終目標ノズル閉度に近づくように、ノズル駆動装置（過給圧調整装置）をフィードバック制御して、図２に示す処理を終了する。

【0048】

なおステップＳ０１０、Ｓ０２０の処理を実行している制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、検出した運転状態に基づいた目標過給圧を設定し、過給圧が目標過給圧に近づくように過給圧調整装置の制御関連量である目標過給圧制御関連量（この場合、第１目標ノズル閉度）を求める、目標過給圧制御関連量算出部５１Ａ（図１参照）に相当している。

【0049】

またステップＳ０３０の処理を実行している制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、ＥＧＲ弁を開いてＥＧＲ配管を介して排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気経路（排気マニホルド１２Ａ、排気管１２Ｂ）から吸気経路（吸気マニホルド１１Ｃ、吸気管１１Ｂ）へ戻す場合、ＥＧＲ配管が接続されている排気経路の個所における排気ガスの圧力のほうが、ＥＧＲ配管が接続されている吸気経路の個所における吸気の圧力よりも高くなるように（ＥＧＲ前後差圧が所定差圧以上となるように）、内燃機関の運転状態に応じて、過給圧調整装置の制御関連量であるＥＧＲ担保制御関連量（この場合、第２目標ノズル閉度）を求める、ＥＧＲ担保制御関連量算出部５１Ｂ（図１参照）に相当している。

【0050】

またステップＳ０４０、Ｓ０５０Ａ、Ｓ０５０Ｂ、Ｓ０６０の処理を実行している制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、目標過給圧制御関連量（この場合、第１目標ノズル閉度）と、ＥＧＲ担保制御関連量（この場合、第２目標ノズル閉度）に基づいた最終過給圧制御関連量（この場合、最終目標ノズル閉度）を求め、最終過給圧制御関連量に基づいて過給圧調整装置を制御する、過給圧調整装置制御部５１Ｃ（図１参照）に相当している。

【0051】

●［吸気・燃料協調制御（図３）］
制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、例えば所定時間間隔（数［ｍｓ］～数１０［ｍｓ］間隔）にて、図３に示す［吸気・燃料協調制御］を起動し、ステップＳ１１０に処理を進める。

【0052】

ステップＳ１１０にて制御装置５０は、運転状態に応じた所定圧力を算出してステップＳ１２０へ処理を進める。例えば制御装置５０の記憶装置５３には、図９に示す所定圧力特性が記憶されている。所定圧力特性には、内燃機関の回転数（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３・・）と、燃料噴射量（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３・・）に応じた、所定圧力（Ｐ１１、Ｐ１２・・）が、実際の車両を用いた実験やシミュレーション等に基づいて設定されている。なお、所定圧力は、図９の例に示すマップ等に限定されず、一定値とされていてもよいし、回転数や燃料噴射量に限らず、他の運転状態に応じて設定されていてもよい。

【0053】

ステップＳ１２０にて制御装置５０は、「実際の過給圧である実過給圧－目標過給圧」が所定圧力以上であるか否かを判定する。制御装置５０は、「実過給圧－目標過給圧」が所定圧力以上である場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１３０へ処理を進め、「実過給圧－目標過給圧」が所定圧力未満である場合（Ｎｏ）はステップＳ１６０Ｂへ処理を進める。

【0054】

ステップＳ１３０へ処理を進めた場合、制御装置５０は、［目標吸気状態を算出］する処理を実行してステップＳ１４０へ処理を進める。なお［目標吸気状態を算出］する処理（図４）の詳細については後述する。

【0055】

ステップＳ１４０にて制御装置５０は、［協調前の実吸気状態を算出］する処理を実行してステップＳ１５０へ処理を進める。なお［協調前の実吸気状態を算出］する処理（図５）の詳細については後述する。

【0056】

ステップＳ１５０にて制御装置５０は、［協調後の実吸気状態を算出］する処理を実行してステップＳ１６０Ａへ処理を進める。なお［協調後の実吸気状態を算出］する処理（図６）の詳細については後述する。

【0057】

ステップＳ１６０Ａにて制御装置５０は、ステップＳ１５０にて求めた協調後実ＥＧＲ率から、目標ＥＧＲ率（後述する［ＥＧＲ弁の制御］にて算出）を減算した値をＥＧＲ率補正量に代入して記憶する。また制御装置５０は、ＥＧＲ率補正量に基づいて着火時期補正量を算出して記憶し、図３に示す処理を終了する。例えば制御装置５０の記憶装置５３には、図１０に示すＥＧＲ率補正量・着火時期補正量特性が記憶されており、制御装置５０は、ＥＧＲ率補正量・着火時期補正量特性とＥＧＲ率補正量に基づいて着火時期補正量を算出する。

【0058】

ステップＳ１６０Ｂへ処理を進めた場合、制御装置５０は、ＥＧＲ率補正量を０（ゼロ）に初期化し、着火時期補正量を０（ゼロ）に初期化し、図３に示す処理を終了する。

【0059】

●［目標吸気状態を算出（図４、図１１）］
次に図４を用いて、図３に示すフローチャートのステップＳ１３０の［目標吸気状態を算出］する処理の詳細を説明する。図３に示すフローチャートのステップＳ１３０の処理を実行する際、制御装置５０は、図４に示すステップＳ２１０へ処理を進める。図４に示す［目標吸気状態を算出］する処理は、図１１に示す［目標吸気状態］の各値を求める処理である。

【0060】

［目標吸気状態］は、現在の運転状態に対して、出力トルク、ＮＯｘ発生量、スモーク発生量等が、狙った値となるようにするための吸気状態であり、実際の車両を使った実験やシミュレーション等にて予め決められている。［目標吸気状態］では、運転状態に応じて、狙った出力トルクを得るための目標燃料噴射量Ｑｖ１及び目標着火時期、狙ったスモーク発生量とするための目標新気量Ｇｎ１（目標空燃比にするための目標新気量Ｇｎ１）、狙ったＮＯｘ発生量とするための目標ＥＧＲ率及び目標着火時期、が設定されている。なお、一般的に、ＮＯｘ発生量は、ＥＧＲ率の増加に伴って減少し、燃料着火時期の進角に伴って増加する傾向にある。また出力トルクは、燃料着火時期の進角に伴って増加する傾向にある。またスモーク発生量は、空燃比を大きくしていく（リーンにしていく）に伴って減少する傾向にある。

【0061】

［目標吸気状態］は、その時点の運転状態において、（実際の）過給圧＝目標過給圧、（実際の）ＥＧＲ率＝目標ＥＧＲ率、（実際の）燃料噴射量＝目標燃料噴射量Ｑｖ１、（実際の）空燃比＝目標空燃比、（実際の）燃料着火時期＝目標着火時期、が実現できている場合の吸気状態である。なお、シリンダ容量Ｃ１は、予めわかっており、記憶装置５３に記憶されている。

【0062】

制御装置５０は、運転状態を検出すると、運転状態に応じて、目標過給圧（図２の処理にて算出）、目標ＥＧＲ率（図７の処理にて算出）、目標燃料噴射量Ｑｖ１（図示省略）、目標着火時期（図８の処理にて算出）、をそれぞれ設定（算出）する。従って、図１１に示す［目標吸気状態］において、制御装置５０は、残りの目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１、目標新気量Ｇｎ１、目標空燃比、を算出する。

【0063】

ステップＳ２１０にて制御装置５０は、予め設定されたシリンダ容量Ｃ１、図２のステップＳ０１０にて求めた目標過給圧、後述する図７のステップＳ５１０にて求めた目標ＥＧＲ率、に基づいて、目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１、目標新気量Ｇｎ１、を算出して記憶し、ステップＳ２２０へ処理を進める。

【0064】

制御装置５０は、図１１の［シリンダ容量］、［目標吸気状態］に示すように、シリンダ容量Ｃ１と、目標過給圧を用いて、シリンダ内の総吸気量である目標総吸気量Ｇ１（目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１＋目標新気量Ｇｎ１）を算出する。そして制御装置５０は、目標総吸気量Ｇ１（目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１＋目標新気量Ｇｎ１）と、目標ＥＧＲ率を用いて、目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１を算出し、目標新気量Ｇｎ１を算出する。目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１＝目標総吸気量Ｇ１＊目標ＥＧＲ率であり、目標新気量Ｇｎ１＝目標総吸気量Ｇ１－目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１である。

【0065】

ステップＳ２２０にて制御装置５０は、目標新気量Ｇｎ１、目標燃料噴射量Ｑｖ１、に基づいて目標空燃比を算出して記憶し、図４に示す処理を終了して図３に示すステップＳ１４０へ処理を戻す。

【0066】

制御装置５０は、目標新気量Ｇｎ１と、目標燃料噴射量Ｑｖ１を用いて目標空燃比を算出する。目標空燃比＝目標新気量Ｇｎ１／目標燃料噴射量Ｑｖ１である。

【0067】

以上より、［目標吸気状態］となっている場合では、図１１に示すように、総吸気量＝目標総吸気量Ｇ１、過給圧＝目標過給圧、ＥＧＲ率＝目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１／（目標新気量Ｇｎ１＋目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１）＝目標ＥＧＲ率、ＥＧＲガス量＝目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１、新気量＝目標新気量Ｇｎ１、燃料噴射量＝目標燃料噴射量Ｑｖ１、空燃比＝目標新気量Ｇｎ１／目標燃料噴射量Ｑｖ１＝目標空燃比、燃料着火時期＝目標着火時期、となっており、各値は上述したようにわかっている。

【0068】

●［協調前の実吸気状態を算出（図５、図１１）］
次に図５を用いて、図３に示すフローチャートのステップＳ１４０の［協調前の実吸気状態を算出］する処理の詳細を説明する。図３に示すフローチャートのステップＳ１４０の処理を実行する際、制御装置５０は、図５に示すステップＳ３１０へ処理を進める。図５に示す［協調前の実吸気状態を算出］する処理は、図１１に示す［協調前の実吸気状態］の各値を求める処理である。

【0069】

図１１に示すように、［協調前の実吸気状態］は、過給圧＝目標過給圧である［目標吸気状態］に対して、ＥＧＲの制御性を担保するために可変ノズルの閉度を大きくして排気マニホルド内の圧力を上昇させた結果、実際の過給圧が目標過給圧よりも高くなった状態（実過給圧－目標過給圧≧所定圧力）であり、図３に示す［吸気・燃料協調制御］を実行する前の状態である。

【0070】

［協調前の実吸気状態］では、図１１に記載しているように、協調前実ＥＧＲ率＝目標ＥＧＲ率、燃料噴射量＝目標燃料噴射量Ｑｖ１、燃料着火時期＝目標着火時期、である。しかし、過給圧＞目標過給圧であるので、協調前総吸気量Ｇ２＞目標総吸気量Ｇ１、協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２＞目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１、協調前実新気量Ｇｎ２＞目標新気量Ｇｎ１、であり、協調前実空燃比＝協調前実新気量Ｇｎ２／目標燃料噴射量Ｑｖ１＞目標空燃比、である。

【0071】

図１１に示す［協調前の実吸気状態］では、過給圧＝実過給圧、協調前実ＥＧＲ率＝目標ＥＧＲ率である。［協調前の実吸気状態］では、［目標吸気状態］に対して、協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２＞目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１であるが、協調前実ＥＧＲ率＝目標ＥＧＲ率であるので、ＥＧＲ率に応じたＮＯｘ発生量は［目標吸気状態］と同等である。また協調前実新気量Ｇｎ２＞目標新気量Ｇｎ１であるので、協調前実空燃比＞目標空燃比であり、スモーク発生量は［目標吸気状態］よりも低減されている。また、燃料噴射量＝目標燃料噴射量Ｑｖ１、燃料着火時期＝目標着火時期、である点は［目標吸気状態］と同じであるので、燃料着火時期に応じたＮＯｘ発生量は［目標吸気状態］と同等である。しかし、ＥＧＲの制御性を担保するために可変ノズルの閉度をより大きくして（この結果、過給圧が目標過給圧よりも高くなる）排気マニホルド内の圧力を上昇させているので、ピストンのポンプロスが増加し、出力トルクは［目標吸気状態］よりもやや低減され、燃費はやや悪化している場合がある。

【0072】

［協調前の実吸気状態］では、（実際の）過給圧（＞目標過給圧）、協調前実ＥＧＲ率（＝目標ＥＧＲ率）、燃料噴射量（＝目標燃料噴射量Ｑｖ１）、燃料着火時期（＝目標着火時期）は、すでにわかっている。従って、図１１に示す［協調前の実吸気状態］において、制御装置５０は、残りの協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２、協調前実新気量Ｇｎ２、協調前実空燃比、を算出する。

【0073】

ステップＳ３１０にて制御装置５０は、予め設定されたシリンダ容量Ｃ１、実際の過給圧、後述する図７のステップＳ５１０にて求めた目標ＥＧＲ率、に基づいて、協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２、協調前実新気量Ｇｎ２、を算出して記憶し、ステップＳ３２０へ処理を進める。

【0074】

制御装置５０は、図１１の［シリンダ容量］、［協調前の実新気状態］に示すように、シリンダ容量Ｃ１と実過給圧を用いて、シリンダ内の総吸気量である協調前総吸気量Ｇ２（協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２＋協調前実新気量Ｇｎ２）を算出する。そして制御装置５０は、協調前総吸気量Ｇ２（協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２＋協調前実新気量Ｇｎ２）と、目標ＥＧＲ率を用いて、協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２を算出し、協調前実新気量Ｇｎ２を算出する。協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２＝協調前総吸気量Ｇ２＊目標ＥＧＲ率であり、協調前実新気量Ｇｎ２＝協調前総吸気量Ｇ２－協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２である。なお、吸気流量検出装置２１を用いて検出した吸気量と内燃機関の回転数等に基づいて協調前実新気量Ｇｎ２を求めてもよい。

【0075】

ステップＳ３２０にて制御装置５０は、協調前実新気量Ｇｎ２、目標燃料噴射量Ｑｖ１、に基づいて協調前実空燃比を算出して記憶し、図５に示す処理を終了して図３に示すステップＳ１５０へ処理を戻す。

【0076】

制御装置５０は、協調前実新気量Ｇｎ２と、目標燃料噴射量Ｑｖ１を用いて協調前実空燃比を算出する。協調前実空燃比＝協調前実新気量Ｇｎ２／目標燃料噴射量Ｑｖ１（＞目標空燃比）である。

【0077】

以上より、［協調前の実吸気状態］となっている場合では、図１１に示すように、総吸気量＝協調前総吸気量Ｇ２＞目標総吸気量Ｇ１、過給圧＝実過給圧＞目標過給圧、協調前実ＥＧＲ率＝協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２／（協調前実新気量Ｇｎ２＋協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２）＝目標ＥＧＲ率、協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２＞目標ＥＧＲガス量Ｇｅ１、協調前実新気量Ｇｎ２＞目標新気量Ｇｎ１、燃料噴射量＝目標燃料噴射量Ｑｖ１、協調前実空燃比＝協調前実新気量Ｇｎ２／目標燃料噴射量Ｑｖ１＞目標空燃比、燃料着火時期＝目標着火時期、となっており、各値は上述したようにわかっている。

【0078】

●［協調後の実吸気状態を算出（図６、図１１）］
次に図６を用いて、図３に示すフローチャートのステップＳ１５０の［協調後の実吸気状態を算出］する処理の詳細を説明する。図３に示すフローチャートのステップＳ１５０の処理を実行する際、制御装置５０は、図６に示すステップＳ４１０へ処理を進める。図６に示す［協調後の実吸気状態を算出］する処理は、図１１に示す［協調後の実吸気状態］の各値を求める処理である。

【0079】

図１１に示すように、［協調後の実吸気状態］は［協調前の実吸気状態］に対して、過給圧＝実過給圧＞目標過給圧、は同じであり、協調後総吸気量Ｇ３＝協調前総吸気量Ｇ２であり総吸気量は同じであり、燃料噴射量＝目標燃料噴射量Ｑｖ１、であることは同じである。しかし、協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３＞協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２、協調後実新気量Ｇｎ３＝目標新気量Ｇｎ１＜協調前実新気量Ｇｎ２、である点が相違している。

【0080】

この相違点により、［協調後の実吸気状態］は［協調前の実吸気状態］に対して、協調後実ＥＧＲ率＝協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３／（目標新気量Ｇｎ１＋協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３）＝「目標ＥＧＲ率＋ＥＧＲ率補正量」＞目標ＥＧＲ率、とされている。また、［協調後の実吸気状態］は［協調前の実吸気状態］に対して、燃料噴射量＝目標燃料噴射量Ｑｖ１、である点は同じであるが、燃料着火時期＝「目標着火時期－着火時期補正量」とされて、［協調前の実吸気状態］よりも進角されている。なお、協調後実空燃比＝目標空燃比である。

【0081】

［協調後の実吸気状態］は、ＥＧＲの制御性を担保するために可変ノズルの閉度を大きくして排気マニホルド内の圧力を上昇させた結果、実際の過給圧が目標過給圧よりも高くなった［協調前の実吸気状態］に対して、図３に示す［吸気・燃料協調制御］を実行した後の状態である。

【0082】

［協調後の実吸気状態］では、図１１に記載しているように、協調後実ＥＧＲ率＝「目標ＥＧＲ率＋ＥＧＲ率補正量」＞目標ＥＧＲ率、燃料噴射量＝目標燃料噴射量Ｑｖ１、燃料着火時期＝目標着火時期－着火時期補正量（目標着火時期よりも進角）、である。そして、協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３＞実ＥＧＲガス量Ｇｅ２、協調後実新気量Ｇｎ３＝目標新気量Ｇｎ１＜協調前実新気量Ｇｎ２、であるので、空燃比＝協調後実新気量Ｇｎ３／目標燃料噴射量Ｑｖ１＝目標新気量Ｇｎ１／目標燃料噴射量Ｑｖ１＝目標空燃比、である。

【0083】

図１１に示す［協調後の実吸気状態］では、［協調前の実吸気状態］に対して、協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３＞協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２であり、協調後実ＥＧＲ率＝「目標ＥＧＲ率＋ＥＧＲ率補正量」＞目標ＥＧＲ率であるので、ＥＧＲ率に応じたＮＯｘ発生量は［協調前の実吸気状態］よりも低減されている。また協調後実新気量Ｇｎ３＝目標新気量Ｇｎ１であるので、空燃比＝目標空燃比であり、スモーク発生量は［目標吸気状態］と同等とされている。また、燃料噴射量＝目標燃料噴射量Ｑｖ１、である点は同じであるが、燃料着火時期＝目標着火時期－着火時期補正量、にて進角されており、燃料着火時期に応じたＮＯｘ発生量は［協調前の実吸気状態］よりも増加するが、協調後実ＥＧＲ率＞目標ＥＧＲ率によるＮＯｘ発生量の減少によって相殺されている（ＮＯｘ増加量は、ＮＯｘ減少量以下であればよい）。そして、燃料着火時期を進角させているので、出力トルクは［協調前の実吸気状態］よりも増加され、燃費の悪化が抑制されている。

【0084】

［協調後の実吸気状態］では、（実際の）過給圧（＞目標過給圧）、協調後実新気量Ｇｎ３（＝目標新気量Ｇｎ１）、燃料噴射量（＝目標燃料噴射量Ｑｖ１）は、すでにわかっている。従って、図１１に示す［協調後の実吸気状態］において、制御装置５０は、協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３、協調後実ＥＧＲ率、協調後実空燃比、を算出する。

【0085】

ステップＳ４１０にて制御装置５０は、予め設定されたシリンダ容量Ｃ１、実際の過給圧、上述した図４のステップＳ２１０にて求めた目標新気量Ｇｎ１（＝協調後実新気量Ｇｎ３）、に基づいて、協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３、協調後実ＥＧＲ率、を算出して記憶し、ステップＳ４２０へ処理を進める。

【0086】

制御装置５０は、図１１の［シリンダ容量］、［協調後の実新気状態］に示すように、シリンダ容量Ｃ１と実過給圧を用いて、シリンダ内の総吸気量である協調後総吸気量Ｇ３（協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３＋協調後実新気量Ｇｎ３）を算出する。そして制御装置５０は、協調後総吸気量Ｇ３（協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３＋協調後実新気量Ｇｎ３）と、協調後実新気量Ｇｎ３＝目標新気量Ｇｎ１を用いて、協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３を算出し、協調後実ＥＧＲ率を算出する。協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３＝協調後総吸気量Ｇ３－目標新気量Ｇｎ１であり、協調後実ＥＧＲ率＝協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３／（目標新気量Ｇｎ１＋協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３）である。

【0087】

ステップＳ４２０にて制御装置５０は、協調後実新気量Ｇｎ３（＝目標新気量Ｇｎ１）、目標燃料噴射量Ｑｖ１、に基づいて協調後実空燃比（＝目標空燃比）を算出して記憶し、図６に示す処理を終了して図３に示すステップＳ１６０Ａへ処理を戻す。

【0088】

制御装置５０は、協調後実新気量Ｇｎ３＝目標新気量Ｇｎ１と、目標燃料噴射量Ｑｖ１を用いて協調後実空燃比を算出する。協調後実空燃比＝協調後実新気量Ｇｎ３／目標燃料噴射量Ｑｖ１＝目標新気量Ｇｎ１／目標燃料噴射量Ｑｖ１＝目標空燃比である。

【0089】

以上より、［協調後の実吸気状態］となっている場合では、図１１に示すように、総吸気量＝協調後総吸気量Ｇ３＝協調前総吸気量Ｇ２、過給圧＝実過給圧＞目標過給圧、協調後実ＥＧＲ率＝協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３／（目標新気量Ｇｎ１＋協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３）＝「目標ＥＧＲ率＋ＥＧＲ率補正量」＞目標ＥＧＲ率、協調後実ＥＧＲガス量Ｇｅ３＞協調前実ＥＧＲガス量Ｇｅ２、協調後実新気量Ｇｎ３＝目標新気量Ｇｎ１、燃料噴射量＝目標燃料噴射量Ｑｖ１、協調後実空燃比＝目標新気量Ｇｎ１／目標燃料噴射量Ｑｖ１＝目標空燃比、燃料着火時期＝目標着火時期－着火時期補正量、となっており、ＥＧＲ率補正量と着火時期補正量を除いて、各値は上述したようにわかっている。なお、ＥＧＲ率補正量と着火時期補正量については、図３に示すステップＳ１６０Ａにて制御装置５０が算出する。

【0090】

●［ＥＧＲ弁の制御（図７）］
制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、例えば所定時間間隔（数［ｍｓ］～数１０［ｍｓ］間隔）にて、図７に示す［ＥＧＲ弁の制御］を起動し、ステップＳ５１０に処理を進める。図７に示す［ＥＧＲ弁の制御］には、図３に示す［吸気・燃料協調制御］にて算出した「ＥＧＲ率補正量」を用いた吸気・燃料協調制御の一部が含まれている。

【0091】

ステップＳ５１０にて制御装置５０は、運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率を算出し、ステップＳ５２０へ処理を進める。なお、目標ＥＧＲ率の算出は既存の処理であるので、詳細は省略する。

【0092】

ステップＳ５２０にて制御装置５０は、目標ＥＧＲ率にＥＧＲ率補正量を加算して、最終目標ＥＧＲ率を算出して記憶し、ステップＳ５３０へ処理を進める。

【0093】

ステップＳ５３０にて制御装置５０は、吸気流量検出装置２１を用いて検出した吸気量、吸気マニホルド圧力検出装置２４Ｃを用いて検出した過給圧、シリンダ容量、等に基づいて実際のＥＧＲ率である実ＥＧＲ率を算出して記憶し、ステップＳ５４０へ処理を進める。

【0094】

ステップＳ５４０にて制御装置５０は、実ＥＧＲ率が最終目標ＥＧＲ率に近づくようにＥＧＲ弁の開度をフィードバック制御して、図７に示す処理を終了する。

【0095】

図７に示す処理を実行している制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、内燃機関の運転状態に基づいて、内燃機関のシリンダ内に充填される吸気量である総吸気量に対するＥＧＲガス量であるＥＧＲ率の目標である目標ＥＧＲ率を設定し、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に近づくようにＥＧＲ弁の開度を制御する、ＥＧＲ弁制御部５１Ｄ（図１参照）に相当している。

【0096】

●［燃料噴射開始時期の算出（図８）］
制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、例えば所定クランク角度タイミングにて、図８に示す［燃料噴射開始時期の算出］を起動し、ステップＳ６１０に処理を進める。図８に示す［燃料噴射開始時期の算出］には、図３に示す［吸気・燃料協調制御］にて算出した「着火時期補正量」を用いた吸気・燃料協調制御の一部が含まれている。

【0097】

ステップＳ６１０にて制御装置５０は、運転状態に基づいて目標着火時期を算出し、ステップＳ６２０へ処理を進める。なお、目標着火時期の算出は既存の処理であるので、詳細は省略する。

【0098】

ステップＳ６２０にて制御装置５０は、目標着火時期から着火時期補正量を減算して最終目標着火時期を算出して記憶し、ステップＳ６３０へ処理を進める。

【0099】

ステップＳ６３０にて制御装置５０は、最終目標着火時期で燃料が着火するように、運転状態に基づいて燃料噴射開始時期を算出し、当該燃料噴射開始時期から燃料噴射を開始するように制御し、図８に示す処理を終了する。なお当該処理は既存の処理であるので、詳細は省略する。

【0100】

図８の処理を実行している制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、内燃機関の運転状態に基づいてインジェクタから噴射した燃料が着火する時期の目標である目標着火時期を設定し、目標着火時期で着火するようにインジェクタからの燃料噴射時期を制御する、燃料噴射時期制御部５１Ｅに相当している。

【0101】

また、図３の処理、図７のステップＳ５２０、図８のステップＳ６２０、の処理を実行している制御装置５０（ＣＰＵ５１）は、実際の過給圧である実過給圧が目標過給圧よりも所定圧力以上高い場合に、実際のＥＧＲ率である実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも高くなるようにＥＧＲガス量を増量させるとともに、目標着火時期よりも進角した位置で着火するように燃料噴射開始時期を進角させる、吸気・燃料協調制御部５１Ｆ（図１参照）に相当している。なお、図１１に示すように、ＥＧＲガス増加量＝協調前実新気量Ｇｎ２－協調後実新気量Ｇｎ３＝協調前実新気量Ｇｎ２－目標新気量Ｇｎ１（協調前実新気量Ｇｎ２と目標新気量Ｇｎ１との差分）、である。

【0102】

●［着火時期補正量を求める別の方法（図１２、図１３）］
次に図１２、図１３を用いて、着火時期補正量を求める別の方法について説明する。上述した図３のステップＳ１６０Ａでは、図１０に示すＥＧＲ率補正量・着火時期補正量特性と、ＥＧＲ率補正量を用いて、ＥＧＲ率の増量によるＮＯｘ発生量の減少分で相殺できるＮＯｘ発生量の増量分となる着火時期補正量を求めたが、以下の手順で着火時期補正量を求めてもよい。

【0103】

記憶装置５３には、図１２に示すＥＧＲ率・ＮＯｘ排出量特性と、図１３に示す燃料着火時期・ＮＯｘ排出量特性が記憶されている。ＥＧＲ率・ＮＯｘ排出量特性は、図１２に示すように、ＥＧＲ率を増加させていくとＮＯｘ排出量が減少していくことを示している。また燃料着火時期・ＮＯｘ排出量特性は、図１３に示すように、燃料着火時期を進角させていくとＮＯｘ排出量が増加していくことを示している。

【0104】

ステップＳ１６０Ａにて制御装置５０は、ＥＧＲ率補正量を求めた後、図１２に示すＥＧＲ率・ＮＯｘ排出量特性と目標ＥＧＲ率を用いて、目標ＥＧＲ率の場合のＮＯｘ排出量（ＱＮ１）を求める。そして制御装置５０は、図１２に示すＥＧＲ率・ＮＯｘ排出量特性と協調後実ＥＧＲ率を用いて、協調後実ＥＧＲ率の場合のＮＯｘ排出量（ＱＮ３）を求める。そして制御装置５０は、目標ＥＧＲ率の場合のＮＯｘ排出量（ＱＮ１）から協調後実ＥＧＲ率の場合のＮＯｘ排出量（ＱＮ３）を減算したＮＯｘ排出量の減量分であるΔＱＮを求める。

【0105】

次に制御装置５０は、図１３に示す燃料着火時期・ＮＯｘ排出量特性と目標着火時期を用いて、目標着火時期の場合のＮＯｘ排出量（ＱＴ１）を求める。そして制御装置５０は、図１３に示す燃料着火時期・ＮＯｘ排出量特性と、上記のΔＱＮを用いて、ＮＯｘ排出量がＱＴ１よりもΔＱＮだけ大きいＱＴ３となる燃料着火時期を、協調後着火時期とする。そして制御装置５０は、目標着火時期－協調後着火時期を着火時期補正量とする（着火時期補正量＝目標着火時期－協調後着火時期）。つまり、ＥＧＲ率の増量によるＮＯｘ発生量の減少分＝着火時期の進角によるＮＯｘ発生量の増加分、としてＮＯｘ発生量を相殺する（ＮＯｘ増加量は、ＮＯｘ減少量以下であればよい）。

【0106】

以上に説明したように、本実施の形態にて説明した吸気・燃料協調制御では、図１１に示す［協調前の実吸気状態］を［協調後の実吸気状態］にすることで、協調後実ＥＧＲ率＝目標ＥＧＲ率＋ＥＧＲ率補正量、としてＥＧＲ率を増加させてＮＯｘ発生量を減少させる。それと同時に燃料着火時期＝目標着火時期－着火時期補正量、として燃料着火時期を進角させてＮＯｘ発生量を増加させるが発生トルクを増加させる。なお、燃料着火時期の進角によるＮＯｘ発生量の増加分は、ＥＧＲ率の増加によるＮＯｘ発生量の減少分にて相殺させる。また、スモークの発生量については、［協調後の実吸気状態］の協調後実空燃比＝目標空燃比、であるので、［目標吸気状態］と同等である。従って、［協調前の実吸気状態］で燃費がやや悪化する場合であっても、［協調後の実吸気状態］にすることで、排気ガスの状態を悪化させることなく発生トルクを増加させ、燃費の悪化を抑制することができる。

【0107】

本発明の内燃機関システムの制御装置５０は、本実施の形態で説明した構成、処理手順等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。

【0108】

また、本発明の内燃機関システムの制御装置は、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンにも適用することが可能である。

【0109】

本実施の形態の説明では、過給圧調整装置として、可変ノズル３３、ノズル駆動装置３１、ノズル閉度検出装置３２を有する例を説明したが、これらの代わりに、タービン３６をバイパスする排気バイパス通路と、排気バイパス通路の閉度を調整するウエストゲートバルブにて過給圧調整装置を構成してもよい。

【0110】

また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（より小さい）（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。

【符号の説明】

【0111】

１ 内燃機関システム
１０ 内燃機関
１１Ａ、１１Ｂ 吸気管
１１Ｃ 吸気マニホルド
１２Ａ 排気マニホルド
１２Ｂ、１２Ｃ 排気管
１３ ＥＧＲ配管
１４ ＥＧＲ弁
１５ ＥＧＲクーラ
１６ インタークーラ
２１ 吸気流量検出装置
２２Ａ クランク角度検出装置
２２Ｂ カム角度検出装置
２３ 大気圧検出装置
２４Ａ コンプレッサ上流圧力検出装置
２４Ｂ コンプレッサ下流圧力検出装置
２４Ｃ 吸気マニホルド圧力検出装置
２５ アクセルペダル踏込量検出装置
２６Ａ タービン上流圧力検出装置
２６Ｂ タービン下流圧力検出装置
２６Ｃ 排気マニホルド圧力検出装置
２７ 車速検出装置
２８Ａ、２８Ｂ 吸気温度検出装置
２８Ｃ クーラント温度検出装置
２９ 排気温度検出装置
３０ ターボ過給機
３１ ノズル駆動装置
３２ ノズル閉度検出装置
３３ 可変ノズル（過給圧調整装置）
３５ コンプレッサ
３６ タービン
４１ コモンレール
４３Ａ～４３Ｄ インジェクタ
４５Ａ～４５Ｄ シリンダ
４７ スロットル装置
４７Ｓ スロットル開度検出手段
４７Ｖ スロットルバルブ
５０ 制御装置
５１ ＣＰＵ
５１Ａ 目標過給圧制御関連量算出部
５１Ｂ ＥＧＲ担保制御関連量算出部
５１Ｃ 過給圧調整装置制御部
５１Ｄ ＥＧＲ弁制御部
５１Ｅ 燃料噴射時期制御部
５１Ｆ 吸気・燃料協調制御部
５３ 記憶装置
６１ 排気浄化装置
７２ 燃料ポンプ
７３ 燃料圧力検出装置
Ｃ１ シリンダ容量
Ｇ１ 目標総吸気量
Ｇ２ 協調前総吸気量
Ｇ３ 協調後総吸気量
Ｇｅ１ 目標ＥＧＲガス量
Ｇｅ２ 協調前実ＥＧＲガス量
Ｇｅ３ 協調後実ＥＧＲガス量
Ｇｎ１ 目標新気量
Ｇｎ２ 協調前実新気量
Ｇｎ３ 協調後実新気量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】