特許 7489007 エンジンシステムおよび制御方法

(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】2024-05-15

(45)【発行日】2024-05-23

(54)【発明の名称】エンジンシステムおよび制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/24 20060101AFI20240516BHJP

   F02D 9/06 20060101ALI20240516BHJP

   F01D 17/16 20060101ALI20240516BHJP

   F02D 23/00 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

F02B37/24

F02D9/06 H

F01D17/16 E

F01D17/16 A

F02D23/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021088150

(22)【出願日】2021-05-26

(65)【公開番号】P2022181282

(43)【公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-08-10

(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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高井 祐

【審査官】北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１４１０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９６７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２７８０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３３１６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７１５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４１８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１５６６４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０５９８６８４４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３５３５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３７／２４

Ｆ０２Ｄ ９／０６

Ｆ０１Ｄ １７／１６

Ｆ０２Ｄ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンから排出された排気によって駆動されるタービンと、前記タービンへ流入する排気の流速をノズルの開度によって調整する可変ノズル機構とを含み、前記エンジンへの吸気を過給する過給機と、
前記可変ノズル機構を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記エンジンから前記タービンの入口までの間のタービン上流圧力の制限値を、前記エンジンまたは前記過給機の信頼性に関する少なくとも１つの制約条件を満たすよう算出し、
算出された前記制限値を用いて前記可変ノズル機構の開度の下限値を算出し、
前記可変ノズル機構の開度を下げることにより前記エンジンの回転速度を減速させるための条件が成立している場合に、算出された前記下限値を用いて前記可変ノズル機構の開度を制御し、
前記制約条件は、前記タービン上流圧力と前記エンジンの気筒内の圧力との差が、前記エンジンの信頼性に関する閾値である所定圧力を超えないとの条件を含む、エンジンシステム。

【請求項2】

エンジンから排出された排気によって駆動されるタービンと、前記タービンへ流入する排気の流速をノズルの開度によって調整する可変ノズル機構とを含み、前記エンジンへの吸気を過給する過給機と、
前記可変ノズル機構を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記エンジンから前記タービンの入口までの間のタービン上流圧力の制限値を、前記エンジンまたは前記過給機の信頼性に関する少なくとも１つの制約条件を満たすよう算出し、
算出された前記制限値を用いて前記可変ノズル機構の開度の下限値を算出し、
前記可変ノズル機構の開度を下げることにより前記エンジンの回転速度を減速させるための条件が成立している場合に、算出された前記下限値を用いて前記可変ノズル機構の開度を制御し、
前記制約条件は、前記タービンの出口以降のタービン下流圧力に対する前記タービン上流圧力の比率が、前記過給機の信頼性に関する閾値である所定値を超えないとの条件を含む、エンジンシステム。

【請求項3】

エンジンから排出された排気によって駆動されるタービンと、前記タービンへ流入する排気の流速をノズルの開度によって調整する可変ノズル機構とを含み、前記エンジンへの吸気を過給する過給機と、
前記可変ノズル機構を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記エンジンから前記タービンの入口までの間のタービン上流圧力の制限値を、前記エンジンまたは前記過給機の信頼性に関する少なくとも１つの制約条件を満たすよう算出し、
算出された前記制限値を用いて前記可変ノズル機構の開度の下限値を算出し、
前記可変ノズル機構の開度を下げることにより前記エンジンの回転速度を減速させるための条件が成立している場合に、算出された前記下限値を用いて前記可変ノズル機構の開度を制御し、
前記過給機は、さらに、前記エンジンへの吸気を過給するコンプレッサと、前記タービンの駆動力を前記コンプレッサに伝達する連結軸とを含み、
前記制約条件は、前記連結軸のスラスト軸受に掛かるスラスト荷重が、前記過給機の信頼性に関する閾値である所定荷重を超えないとの条件を含む、エンジンシステム。

【請求項4】

エンジンから排出された排気によって駆動されるタービンと、前記タービンへ流入する排気の流速をノズルの開度によって調整する可変ノズル機構とを含み、前記エンジンへの吸気を過給する過給機の前記可変ノズル機構を制御する制御装置による制御方法であって、
前記制御装置が、
前記エンジンから前記タービンの入口までの間のタービン上流圧力の制限値を、前記エンジンまたは前記過給機の信頼性に関する少なくとも１つの制約条件を満たすよう算出するステップと、
算出された前記制限値を用いて前記可変ノズル機構の開度の下限値を算出するステップと、
前記可変ノズル機構の開度を下げることにより前記エンジンの回転速度を減速させるための条件が成立している場合に、算出された前記下限値を用いて前記可変ノズル機構の開度を制御するステップとを含み、
前記制約条件は、前記タービン上流圧力と前記エンジンの気筒内の圧力との差が、前記エンジンの信頼性に関する閾値である所定圧力を超えないとの条件を含む、制御方法。

【請求項5】

エンジンから排出された排気によって駆動されるタービンと、前記タービンへ流入する排気の流速をノズルの開度によって調整する可変ノズル機構とを含み、前記エンジンへの吸気を過給する過給機の前記可変ノズル機構を制御する制御装置による制御方法であって、
前記制御装置が、
前記エンジンから前記タービンの入口までの間のタービン上流圧力の制限値を、前記エンジンまたは前記過給機の信頼性に関する少なくとも１つの制約条件を満たすよう算出するステップと、
算出された前記制限値を用いて前記可変ノズル機構の開度の下限値を算出するステップと、
前記可変ノズル機構の開度を下げることにより前記エンジンの回転速度を減速させるための条件が成立している場合に、算出された前記下限値を用いて前記可変ノズル機構の開度を制御するステップとを含み、
前記制約条件は、前記タービンの出口以降のタービン下流圧力に対する前記タービン上流圧力の比率が、前記過給機の信頼性に関する閾値である所定値を超えないとの条件を含む、制御方法。

【請求項6】

エンジンから排出された排気によって駆動されるタービンと、前記タービンへ流入する排気の流速をノズルの開度によって調整する可変ノズル機構とを含み、前記エンジンへの吸気を過給する過給機の前記可変ノズル機構を制御する制御装置による制御方法であって、
前記制御装置が、
前記エンジンから前記タービンの入口までの間のタービン上流圧力の制限値を、前記エンジンまたは前記過給機の信頼性に関する少なくとも１つの制約条件を満たすよう算出するステップと、
算出された前記制限値を用いて前記可変ノズル機構の開度の下限値を算出するステップと、
前記可変ノズル機構の開度を下げることにより前記エンジンの回転速度を減速させるための条件が成立している場合に、算出された前記下限値を用いて前記可変ノズル機構の開度を制御するステップとを含み、
前記過給機は、さらに、前記エンジンへの吸気を過給するコンプレッサと、前記タービンの駆動力を前記コンプレッサに伝達する連結軸とを含み、
前記制約条件は、前記連結軸のスラスト軸受に掛かるスラスト荷重が、前記過給機の信頼性に関する閾値である所定荷重を超えないとの条件を含む、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この開示は、エンジンシステムおよび制御方法に関し、特に、可変ノズル機構を含む過給機を備えるエンジンシステムおよび制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、大型車両において、減速力を増加させるため、排気ブレーキが用いられている。排気ブレーキにおいては、排気経路を閉塞させることによって、排気経路の圧力を上昇させ、エンジンのポンピングロスを増やすことで、減速力を増加させる。大型車両の多くでは、排気経路に排気バルブを設けることで排気経路の圧力を上昇させる排気ブレーキが採用されている（たとえば、特許文献１の図１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－３５３５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１のように排気バルブを設ける場合、コストが掛かるとともに、システムが複雑になる。

【0005】

この開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コストを抑えてシステムを複雑にすること無く排気を用いたブレーキの機能を備えることが可能なエンジンシステムおよび制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この開示に係るエンジンシステムは、エンジンから排出された排気によって駆動されるタービンと、タービンへ流入する排気の流速をノズルの開度によって調整する可変ノズル機構とを含み、エンジンへの吸気を過給する過給機と、可変ノズル機構を制御する制御装置とを備える。制御装置は、エンジンからタービンの入口までの間のタービン上流圧力の制限値を、エンジンまたは過給機の信頼性に関する少なくとも１つの制約条件を満たすよう算出し、算出された制限値を用いて可変ノズル機構の開度の下限値を算出し、可変ノズル機構の開度を下げることによりエンジンの回転速度を減速させるための条件が成立している場合に、算出された下限値を用いて可変ノズル機構の開度を制御する。

【0007】

好ましくは、制御装置は、複数の制約条件を満たすようそれぞれ算出される複数のタービン上流圧力のうちの最小値を、制限値として算出する。

【0008】

好ましくは、制約条件は、タービン上流圧力とエンジンの気筒内の圧力との差が、エンジンの信頼性に関する閾値である所定圧力を超えないとの制約条件を含む。

【0009】

好ましくは、制約条件は、タービンの出口以降のタービン下流圧力に対するタービン上流圧力の比率が、過給機の信頼性に関する閾値である所定値を超えないとの制約条件を含む。

【0010】

好ましくは、過給機は、さらに、エンジンへの吸気を過給するコンプレッサと、タービンの駆動力をコンプレッサに伝達する連結軸とを含み、制約条件は、連結軸のスラスト軸受に掛かるスラスト荷重が、過給機の信頼性に関する閾値である所定荷重を超えないとの制約条件を含む。

【0011】

この開示の他の局面によれば、制御方法は、エンジンから排出された排気によって駆動されるタービンと、タービンへ流入する排気の流速をノズルの開度によって調整する可変ノズル機構とを含み、エンジンへの吸気を過給する過給機の可変ノズル機構を制御する制御装置による制御方法である。制御方法は、制御装置が、エンジンからタービンの入口までの間のタービン上流圧力の制限値を、エンジンまたは過給機の信頼性に関する少なくとも１つの制約条件を満たすよう算出するステップと、算出された制限値を用いて可変ノズル機構の開度の下限値を算出するステップと、可変ノズル機構の開度を下げることによりエンジンの回転速度を減速させるための条件が成立している場合に、算出された下限値を用いて可変ノズル機構の開度を制御するステップとを含む。

【発明の効果】

【0012】

この開示によれば、排気を用いたブレーキの機能を備えるために新たな装置を設ける必要を無くすることができる。その結果、コストを抑えてシステムを複雑にすること無く排気を用いたブレーキの機能を備えることが可能なエンジンシステムおよび制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】この実施の形態に係る過給機を備えたエンジンシステムの概略構成を示す図である。

【図2】可変ノズル機構の構成の一例を示す第１の図である。

【図3】可変ノズル機構の構成の一例を示す第２の図である。

【図4】この実施の形態における排気ブレーキ制御処理の流れを示すフローチャートである。

【図5】この実施の形態のエンジン本体の排気ポートの周辺の構造の概略を示す図である。

【図6】可変ノズル機構における隣接するベーン間の有効開口面積μＡを説明するための図である。

【図7】可変ノズル機構における有効開口面積μＡと排気流量ｍとＶＮ開度との関係の一例を示す図である。

【図8】この実施の形態におけるＶＮ開度の制御による排気ブレーキによる各状態の変化を示すタイミングチャートである。

【図9】この実施の形態におけるエンジン回転速度ＮＥと目標減速度を得るために必要なフリクショントルクとの関係を示すグラフである。

【図10】この実施の形態におけるエンジン回転速度ＮＥごとの排気マニホールドの排気圧力Ｐ4とフリクショントルクとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返されない。

【0015】

［第１実施形態］
図１は、この実施の形態に係る過給機を備えたエンジンシステム１の概略構成を示す図である。本実施の形態において、エンジンシステム１は、たとえば、コモンレール式のディーゼルエンジンを含むエンジンシステムを一例として説明するが、その他の形式のエンジン（たとえば、ガソリンエンジン等）を含むエンジンシステムであってもよい。

【0016】

エンジンシステム１は、エンジン本体１０と、エアクリーナ２０と、インタークーラ２６と、吸気マニホールド２８と、過給機３０と、排気マニホールド５０と、排気処理装置５５と、排気再循環装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置と記載する）６０と、排気ブレーキスイッチ１０１と、エンジン回転速度センサ１０２と、エアフローメータ１０４と、過給圧センサ１０６と、外気温センサ１０８と、大気圧センサ１１０と、アクセル開度センサ１１２と、車速センサ１１４と、制御装置１００とを備える。

【0017】

エンジン本体１０は、気筒１２と、ピストン１４と、シリンダヘッド１７と、インジェクタ１６とを含む。エンジン本体１０は、直列型のエンジンであってもよいし、その他の気筒レイアウト（たとえば、Ｖ型あるいは水平対向型）のエンジンであってもよい。ピストン１４は、気筒１２内に上下往復動可能に介挿される。ピストン１４の頂部とシリンダヘッド１７と気筒１２とで囲まれた空間によって燃焼室が形成される。

【0018】

インジェクタ１６は、気筒１２の頂部のシリンダヘッド１７に設けられ、コモンレール（図示せず）に接続されている燃料噴射装置である。燃料タンク（図示せず）に貯留された燃料は、サプライポンプ（図示せず）によって所定圧まで加圧されてコモンレールへ供給される。コモンレールに供給された燃料はインジェクタ１６から所定のタイミングで噴射される。インジェクタ１６は、制御装置１００からの制御信号に応じて指令された燃料噴射量Ｑvを気筒１２内に供給する。

【0019】

エアクリーナ２０は、エンジン本体１０の外部から吸入される空気から異物を除去する。エアクリーナ２０には、第１吸気管２２の一方端が接続される。

【0020】

第１吸気管２２の他方端には、過給機３０のコンプレッサ３２の吸気流入口に接続される。コンプレッサ３２の吸気流出口には、第２吸気管２４の一方端が接続される。コンプレッサ３２は、第１吸気管２２から流通する空気を過給して第２吸気管２４に供給する。コンプレッサ３２の詳細な動作については後述する。

【0021】

第２吸気管２４の他方端には、インタークーラ２６の一方端が接続される。インタークーラ２６は、第２吸気管２４を流通する空気を冷却する空冷式あるいは水冷式の熱交換器である。

【0022】

インタークーラ２６の他方端には、第３吸気管２７の一方端が接続される。第３吸気管２７の他方端には、吸気マニホールド２８が接続される。吸気マニホールド２８は、エンジン本体１０の気筒１２の吸気ポート１１に連結される。第３吸気管２７の途中であって、後述するＥＧＲ装置６０との分岐点よりもインタークーラ２６側には、ディーゼルスロットル２５が設けられる。ディーゼルスロットル２５は、制御装置１００から制御信号に応じて吸気の流量を調整する。

【0023】

排気マニホールド５０は、エンジン本体１０の気筒１２の排気ポート１９に連結される。排気マニホールド５０には、第１排気管５２の一方端が接続される。第１排気管５２の他方端は、過給機３０のタービン３６の排気流入口に接続される。そのため、各気筒の排気ポート１９から排出される排気は、排気マニホールド５０および第１排気管５２を経由してタービン３６に供給される。

【0024】

タービン３６の排気流出口には、第２排気管５４の一方端が接続される。第２排気管５４の他方端には、酸化触媒５６とＰＭ（Particulate Matter）除去フィルタ５７とＳＣＲ触媒５８とを含む排気処理装置５５およびマフラー等が接続される。そのため、タービン３６の排気流出口から排出された排気は、第２排気管５４、排気処理装置５５およびマフラー等を経由して車外に排出される。

【0025】

第３吸気管２７（または吸気マニホールド２８）と第１排気管５２（または排気マニホールド５０）とは、エンジン本体１０の気筒１２を経由せずにＥＧＲ装置６０によって接続される。ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲバルブ６２と、ＥＧＲ通路６６と、ＥＧＲクーラ６３とを含む。ＥＧＲ通路６６は、第３吸気管２７（または吸気マニホールド２８）と第１排気管５２（または排気マニホールド５０）とを接続する。ＥＧＲバルブ６２およびＥＧＲクーラ６３は、ＥＧＲ通路６６の途中に設けられる。ＥＧＲクーラ６３は、ＥＧＲ通路６６を介して吸気側に流れるＥＧＲガスを冷却する空冷式あるいは水冷式の熱交換器である。

【0026】

ＥＧＲバルブ６２は、制御装置１００からの制御信号に応じて、ＥＧＲ通路６６を流通するＥＧＲガスの流量を調整する調整弁である。排気マニホールド５０内の排気がＥＧＲ装置６０を経由してＥＧＲガスとして吸気側に戻されることによって気筒１２内の燃焼温度が低下され、ＮＯｘの生成量が低減される。

【0027】

過給機３０は、コンプレッサ３２と、タービン３６と、可変ノズル機構４０と、アクチュエータ４４とを含む。コンプレッサ３２のハウジング内にはコンプレッサホイール３４が収納される。タービン３６のハウジング内にはタービンホイール３８が収納される。コンプレッサホイール３４とタービンホイール３８とは、連結軸４２によって連結され、一体的に回転する。連結軸４２のラジアル荷重は、浮動ブシュ軸受４６，４７によって支持される。連結軸４２のスラスト荷重は、スラスト軸受４５によって支持される。コンプレッサホイール３４は、タービンホイール３８に供給される排気の排気エネルギーによって回転駆動される。

【0028】

可変ノズル機構４０は、タービンホイール３８の回転軸を中心とした周囲の排気流入部に配置され、第１排気管５２から供給される排気をタービンホイール３８に導く複数のノズルベーン６７（図２参照）と、複数のノズルベーン６７の各々を回転させることによって隣接するノズルベーン６７の間の隙間（以下の説明においてこの隙間の大きさを「ＶＮ（ベーンノズル）開度」ともいう）を変化させるリンク機構７２とを含む。アクチュエータ４４は、制御装置１００からの動作指示に応じてリンク機構７２を動作させることによって、可変ノズル機構４０のＶＮ開度を変化させる。

【0029】

可変ノズル機構４０のＶＮ開度を変化させることによって、タービンホイール３８への排気流入部における排気の流路が絞られたり、拡げられたりする。これにより、タービンホイール３８に吹き付けられる排気の流速を変化させることができる。

【0030】

図２および図３は、それぞれ、可変ノズル機構４０の構成の一例を示す第１および第２の図である。図２は、図１において左方向から可変ノズル機構４０を見た図である。図３は、図１において右方向から可変ノズル機構４０を見た図である。可変ノズル機構４０の構成は、第１排気管５２からタービンホイール３８までの排気の流路を絞ることでタービンホイール３８に供給される排気の流速を変化させるものであればよく、特に、図２および図３に示される構成に限定されるものではない。

【0031】

図２および図３に示すように、可変ノズル機構４０は、タービンホイール３８の外周の排気流入部に配置された複数のノズルベーン６７と、複数の軸６８を回転中心として複数のノズルベーン６７をそれぞれ揺動可能に保持するノズルプレート６９と、各軸６８の端部に固定されたアーム７０を用いて軸６８を回転させるユニゾンリング７１とを含む。ユニゾンリング７１は、リンク機構７２を介してアクチュエータ４４の動作によって回転されるようになっており、リンク機構７２の回転軸７２ａの端部に固定されたアーム７２ｂを、アクチュエータ４４を用いて揺動させることで、アーム７２ｂと係合するユニゾンリング７１を回転させることができる。

【0032】

たとえば、図２に示されるように、アーム７２ｂをリンク機構７２によって矢印に示す方向に揺動させると、ユニゾンリング７１は、矢印に示す方向、すなわち、図２では反時計回り、図３では時計回りに回転する。さらに、このユニゾンリング７１の回転によって、各軸６８は、矢印に示す方向、すなわち、図２では反時計回り、図３では時計回りに回転される。したがって、ノズルベーン６７の開度は閉じ側（隣接する２つのノズルベーン６７の間の隙間が狭くなるように）に制御されることとなる。また、アーム７２ｂを矢印とは逆の方向に搖動させると、ノズルベーン６７の開度は開き側（隣接する２つのノズルベーン６７の間の隙間が拡がるように）に制御されることとなる。

【0033】

図１に戻って、エンジンシステム１の動作は、制御装置１００によって制御される。制御装置１００は、各種処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）およびＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むメモリと、外部との情報のやり取りを行なうための入出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。入力ポートには、上述したセンサ類（たとえば、エンジン回転速度センサ１０２、エアフローメータ１０４、過給圧センサ１０６、外気温センサ１０８、大気圧センサ１１０、アクセル開度センサ１１２および車速センサ１１４等）、ならびに、スイッチ類（たとえば、排気ブレーキスイッチ１０１等）が接続される。出力ポートには、制御対象となる機器（たとえば、インジェクタ１６、アクチュエータ４４およびＥＧＲバルブ６２等）が接続される。

【0034】

制御装置１００は、各センサ、各スイッチおよび各種機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジンシステム１が所望の運転状態となるように各種機器を制御する。なお、各種機器の制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。また、制御装置１００には、時間の計測を行うためのタイマ回路（図示せず）が内蔵されている。

【0035】

エンジン回転速度センサ１０２は、エンジン本体１０の出力軸であるクランクシャフトの回転速度をエンジン回転速度ＮＥとして検出する。エンジン回転速度センサ１０２は、検出したエンジン回転速度ＮＥを示す信号を制御装置１００に送信する。

【0036】

エアフローメータ１０４は、第１吸気管２２に導入される新気の流量（吸入空気量）Ｑinを検出する。エアフローメータ１０４は、検出した吸入空気量Ｑinを示す信号を制御装置１００に送信する。

【0037】

過給圧センサ１０６は、吸気マニホールド２８内の圧力を過給圧として検出する。過給圧センサ１０６は、検出された過給圧を示す信号を制御装置１００に送信する。

【0038】

外気温センサ１０８は、エンジンシステム１が搭載された車両の外気の温度を検出する。外気温センサ１０８は、検出した外気の温度を示す信号を制御装置１００に送信する。

【0039】

大気圧センサ１１０は、エンジンシステム１が搭載された車両の外気の圧力、つまり大気圧を検出する。大気圧センサ１１０は、検出した大気圧を示す信号を制御装置１００に送信する。

【0040】

アクセル開度センサ１１２は、アクセルペダルの操作量を検出する。アクセル開度センサ１１２は、検出したアクセルペダルの操作量を示す信号を制御装置１００に送信する。

【0041】

車速センサ１１４は、当該エンジンシステム１を搭載する車両の車速を検出する。車速センサ１１４は、検出した車速を示す信号を制御装置１００に送信する。

【0042】

排気ブレーキスイッチ１０１は、可変ノズル機構４０のＶＮ開度による排気ブレーキの機能をオン状態にするかオフ状態にするかを切替えるためのスイッチである。排気ブレーキスイッチ１０１は、切替えられたオン状態またはオフ状態を示す信号を制御装置１００に送信する。

【0043】

以上のような構成を有するエンジンシステム１において、制御装置１００は、エンジンシステム１の状態に基づいて可変ノズル機構４０を制御する。より具体的には、制御装置１００は、エンジン本体１０の状態（たとえば、エンジン回転速度ＮＥや燃料噴射量Ｑv）に基づいて可変ノズル機構４０のＶＮ開度の基本値を設定する。

【0044】

制御装置１００は、たとえば、エンジン回転速度ＮＥが低回転領域であって、かつ、負荷が低負荷領域である場合においては、タービンホイール３８に供給される排気の流速が速くなるように（すなわち、ＶＮ開度が小さくなるように）、基本値を設定する。

【0045】

一方、制御装置１００は、たとえば、エンジン回転速度ＮＥが高回転領域であって、かつ、負荷が高負荷領域である場合においては、タービンホイール３８に供給される排気の流速が遅くなるように（すなわち、ＶＮ開度が大きくなるように）、基本値を設定する。

【0046】

さらに、制御装置１００は、目標過給圧と実過給圧との差分を用いてＶＮ開度の補正量を算出する。制御装置１００は、たとえば、エンジン回転速度ＮＥと吸入空気量Ｑinと燃料噴射量Ｑv等を用いて目標過給圧を設定する。制御装置１００は、過給圧センサ１０６を用いて実過給圧を取得する。

【0047】

制御装置１００は、設定された基本値を補正量で補正した値をＶＮ開度の指令値として可変ノズル機構４０のアクチュエータ４４を制御するための制御信号を生成し、アクチュエータ４４に送信する。アクチュエータ４４は、受信した制御信号に基づいてＶＮ開度を変化させる。このように、エンジンシステム１の状態に基づいて可変ノズル機構４０のＶＮ開度を適切に調整することにより、過給機３０の過給圧を最適な過給圧に調整することができる。

【0048】

このような可変ノズル機構４０を有する過給機３０においては、エンジン保護のため排気マニホールド５０の圧力が圧力上限値を超えないように可変ノズル機構４０のＶＮ開度が制御される。すなわち、上述の基本値を補正量で補正した値にＶＮ開度の下限値が設定され、基本値を補正量で補正した値が下限値よりも小さい場合には、下限値をＶＮ開度の指令値として可変ノズル機構４０のアクチュエータ４４が制御されることになる。ＶＮ開度の下限値は、たとえば、排気流量の変動が少ない安定した状態であることを前提として、エンジン回転速度ＮＥと燃料噴射量Ｑvとを用いて設定される。

【0049】

［課題］
従来、大型車両において、減速力を増加させるため、排気ブレーキが用いられている。排気ブレーキにおいては、排気経路を閉塞させることによって、排気経路の圧力を上昇させ、エンジンのポンピングロスを増やすことで、減速力を増加させる。大型車両の多くでは、排気経路に排気バルブを設けることで排気経路の圧力を上昇させる排気ブレーキが採用されている。

【0050】

しかし、排気経路に排気バルブを設ける場合、コストが掛かるとともに、システムが複雑になる。

【0051】

［この開示での制御］
そこで、この開示においては、制御装置１００は、エンジン本体１０からタービン３６の入口までの間のタービン上流圧力の制限値を、エンジン本体１０または過給機３０の信頼性に関する少なくとも１つの制約条件を満たすよう算出し、算出された制限値を用いて可変ノズル機構４０のＶＮ開度の下限値を算出し、可変ノズル機構４０のＶＮ開度を下げることによりエンジン本体１０の回転速度ＮＥを減速させるための条件が成立している場合に、算出された下限値を用いて可変ノズル機構４０のＶＮ開度を制御する。これにより、排気を用いたブレーキの機能を備えるために新たな装置を設ける必要を無くすることができる。その結果、コストを抑えてシステムを複雑にすること無く排気を用いたブレーキの機能を備えることができる。

【0052】

以下、この開示の実施の形態での制御を説明する。図４は、この実施の形態における排気ブレーキ制御処理の流れを示すフローチャートである。この排気ブレーキ制御処理は、制御装置１００のＣＰＵによって、上位の処理から所定の制御周期ごとに呼出されて実行される。

【0053】

図４を参照して、まず、制御装置１００のＣＰＵは、排気ブレーキフラグがオフ状態であるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。排気ブレーキフラグは、可変ノズル機構４０のＶＮ開度による排気ブレーキの機能をオン状態としているかオフ状態としているかを示すフラグであり、排気ブレーキフラグがオン状態およびオフ状態である場合、それぞれ、排気ブレーキの機能がオン状態およびオフ状態であることを示す。

【0054】

排気ブレーキフラグがオフ状態である（ステップＳ１１０でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置１００のＣＰＵは、排気ブレーキスイッチ１０１からの信号に応じて、排気ブレーキスイッチ１０１がオン状態であるか否かを判断する（ステップＳ１１１）。

【0055】

排気ブレーキスイッチ１０１がオン状態である（ステップＳ１１１でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置１００のＣＰＵは、アクセル開度センサ１１２からの信号で示されるアクセルペダルの操作量からアクセルペダルがオフ状態であるか否かを判断する（ステップＳ１１２）。

【0056】

アクセルペダルがオフ状態である（ステップＳ１１２でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置１００のＣＰＵは、車速センサ１１４からの信号で示される車速Ｖが、排気ブレーキの機能をオン状態とさせることを可能とする閾値である速度ＶU以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１３）。

【0057】

車速Ｖが速度ＶU以上である（ステップＳ１１３でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置１００のＣＰＵは、排気ブレーキフラグをオン状態に切替える（ステップＳ１１４）。

【0058】

一方、排気ブレーキスイッチがオン状態でない（ステップＳ１１１でＮＯ）と判断した場合、アクセルペダルがオフ状態でない（ステップＳ１１２でＮＯ）と判断した場合、および、車速Ｖが速度ＶU以上でない（ステップＳ１１３でＮＯ）と判断した場合、制御装置１００のＣＰＵは、通常の方法でＶＮ開度を算出し（ステップＳ１１５）、算出したＶＮ開度となるようノズルベーン６７を制御する（ステップＳ１１６）。ステップＳ１１６の後、制御装置１００のＣＰＵは、実行する処理をこの排気ブレーキ制御処理の呼出元の上位の処理に戻す。

【0059】

ステップＳ１１４の後、制御装置１００のＣＰＵは、排気ブレーキフラグがオン状態であるか否かを判断する（ステップＳ１２１）。排気ブレーキフラグがオン状態である（ステップＳ１２１でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置１００のＣＰＵは、排気ブレーキスイッチ１０１からの信号に応じて、排気ブレーキスイッチ１０１がオン状態であるか否かを判断する（ステップＳ１２２）。

【0060】

排気ブレーキスイッチ１０１がオン状態である（ステップＳ１２２でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置１００のＣＰＵは、アクセル開度センサ１１２からの信号で示されるアクセルペダルの操作量からアクセルペダルがオフ状態であるか否かを判断する（ステップＳ１２３）。

【0061】

アクセルペダルがオフ状態である（ステップＳ１２３でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置１００のＣＰＵは、車速センサ１１４からの信号で示される車速Ｖが、排気ブレーキの機能のオン状態を維持する閾値である速度ＶL以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２４）。

【0062】

車速Ｖが速度ＶL以上である（ステップＳ１２４でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置１００のＣＰＵは、過給機３０またはエンジン本体１０の信頼性の観点から排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4の制限値である排気圧力Ｐ4rを算出する（ステップＳ１２５）。過給機３０またはエンジン本体１０の信頼性の観点から算出される排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4rについては後述する。

【0063】

次に、制御装置１００のＣＰＵは、排気圧力Ｐ4rに対応するノズル有効開口面積μＡを算出し（ステップＳ１２６）、排気圧力Ｐ4rに対応する可変ノズル機構４０のＶＮ開度の下限値を算出する（ステップＳ１２７）。ノズル有効開口面積μＡおよびＶＮ開度の下限値の算出方法については後述する。

【0064】

そして、制御装置１００のＣＰＵは、算出したＶＮ開度の下限値を用いてＶＮ開度を制御する（ステップＳ１２８）。具体的には、算出した下限値となるよう可変ノズル機構４０のＶＮ開度を制御する。その後、制御装置１００のＣＰＵは、実行する処理をこの排気ブレーキ制御処理の呼出元の上位の処理に戻す。

【0065】

一方、排気ブレーキスイッチがオン状態でなくなった（ステップＳ１２２でＮＯ）と判断した場合、アクセルペダルがオフ状態でなくなった（ステップＳ１２３でＮＯ）と判断した場合、および、車速Ｖが速度ＶL以上でなくなった（ステップＳ１２４でＮＯ）と判断した場合、制御装置１００のＣＰＵは、排気ブレーキフラグをオフ状態とする（ステップＳ１２９）。その後、制御装置１００のＣＰＵは、実行する処理をこの排気ブレーキ制御処理の呼出元の上位の処理に戻す。

【0066】

次に、上述の図４のステップＳ１２５における、過給機３０またはエンジン本体１０の信頼性の観点からの排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4rの算出について説明する。この実施形態においては、このような排気圧力Ｐ4rは、過給機３０またはエンジン本体１０の信頼性に関する３種類の制約条件をそれぞれ満たす圧力のうちの最小値である。

【0067】

１種類目の制約条件は、排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4とエンジン本体１０の気筒１２内の圧力Ｐsとの差が、エンジン本体１０の信頼性に関する所定圧力Ａを超えないとの制約条件、つまり、Ｐ4－Ｐs＜Ａを満たすとの制約条件である。

【0068】

図５は、この実施の形態のエンジン本体１０の排気ポート１９の周辺の構造の概略を示す図である。図５を参照して、エンジン本体１０は、筒状の排気ポート１９と、排気ポート１９の開口端に設けられた排気バルブ８０とを備える。

【0069】

排気ポート１９は、気筒１２内の排気ガスを排出するための排気経路である。排気ポート１９の内側を排気が通過する。

【0070】

排気ポート１９の一端のバルブシート取付部にバルブシート８２が設けられている。バルブシート８２は、排気バルブ８０のバルブヘッド８１と当接する。バルブシート８２は、排気バルブ８０が排気ポート１９の開口端を密閉するように排気ポート１９と排気バルブ８０との間に介在する。

【0071】

排気バルブ８０は、バルブステム８４を有する。バルブステム８４は直線状に延びており、一方端にバルブヘッド８１が設けられ、他方端は排気カム８６で押圧される。排気バルブ８０は、バルブステム８４が延びる方向に往復運動をする。

【0072】

バルブステムガイド８３は筒状であり、排気ポート１９を貫通するように設けられている。バルブステムガイド８３は、ステムガイド取付部に取り付けられる。バルブステムガイド８３の内周空間にバルブステム８４が嵌合している。バルブステムガイド８３とバルブステム８４との間に隙間が設けられており、バルブステム８４が往復運動をすることが可能である。

【0073】

バルブスプリング８５は、排気バルブ８０を閉じる方向へ付勢するための部材である。バルブスプリング８５の一端がシリンダヘッド１７に当接しており、他端がバルブステム８４に係合している。

【0074】

排気カム８６は、排気バルブ８０を駆動させるための部材である。排気カム８６は、バルブステム８４の端部を押圧する。バルブステム８４は、バルブスプリング８５により排気カム８６に近づく方向に押圧されている。排気カム８６が回転して排気カム８６の長径部がバルブステム８４を押圧すると図５で示すように排気バルブ８０が開いた状態となる一方、排気カム８６が回転して長径部がバルブステム８４を押圧しない状態となると排気バルブ８０が閉じた状態となる。

【0075】

ここで、通常は、気筒１２内の圧力Ｐsから排気マニホールド５０の内部の排気圧力Ｐ4を減算した圧力による力は、バルブヘッド８１を押し上げる方向に働き、排気バルブ８０が閉じているタイミングにおいては、バルブスプリング８５によるバルブヘッド８１を押し上げる方向の力も掛かるために、排気バルブ８０の閉じた状態が維持される。

【0076】

しかし、排気マニホールド５０の内部の排気圧力Ｐ4が異常に高くなり、排気圧力Ｐ4から気筒１２内の圧力Ｐsを減算した圧力による力が、バルブスプリング８５によるバルブヘッド８１を押し上げる力と比較して大きくなる場合がある。このような場合、排気カム８６によって排気バルブ８０が開けられるタイミングでなくても、排気バルブ８０が開いた状態となってしまう。この場合、排気カム８６による排気バルブ８０のリフト量よりも大きく排気バルブ８０が開いてしまうと、ピストン１４が上死点付近まで上がっていれば、排気バルブ８０のバルブヘッド８１がピストン１４の上面と当たることで、過剰な力が掛かった部品が破損してしまう虞がある。

【0077】

そこで、排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4とエンジン本体１０の気筒１２内の圧力Ｐsとの差が、排気バルブ８０が開いてしまう限界の値未満の所定圧力Ａを超えないとの制約条件、つまり、Ｐ4－Ｐs＜Ａを満たすとの制約条件を設けるようにする。これにより、排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4によって排気バルブ８０が開いてしまうことを回避でき、エンジン本体１０の信頼性を保つことができる。

【0078】

２種類目の制約条件は、過給機３０のタービン３６の排気流出口の下流の排気圧力Ｐ6に対するタービン３６の排気流入口の上流の排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4の比率である膨張比Ｐ4／Ｐ6が、過給機３０の信頼性に関する閾値Ｂを超えないとの制約条件、つまり、Ｐ4／Ｐ6＜Ｂを満たすとの制約条件である。膨張比Ｐ4／Ｐ6が大きいと、過給機３０のタービン３６のタービンホイール３８のインペラの周辺の部分に過負荷が掛かる。

【0079】

そこで、膨張比Ｐ4／Ｐ6が、過給機３０の信頼性に関する閾値Ｂを超えないとの制約条件を設けるようにする。これにより、過給機３０のタービン３６のタービンホイール３８のインペラの周辺の部分に過負荷が掛かることを回避でき、過給機３０の信頼性を保つことができる。

【0080】

３種類目の制約条件は、連結軸４２のスラスト軸受４５に掛かるスラスト荷重Ｆthが、過給機３０の信頼性に関する閾値である所定荷重Ｃを超えないとの制約条件、つまり、Ｆth＜Ｃを満たすとの制約条件である。スラスト荷重Ｆthは、排気マニホールド５０（タービン３６の排気流入口であってもよい）の排気圧力Ｐ4および排気流出口の排気圧力Ｐ6ならびにコンプレッサ３２の吸気流入口の吸気圧力Ｐ0および吸気流出口の吸気圧力Ｐ3等を用いた力学的な計算で算出可能である。スラスト荷重Ｆthが過大であると、過給機３０のスラスト軸受４５の周辺の部品に過負荷が掛かり、摩耗等が生じる。

【0081】

そこで、スラスト荷重Ｆthが、過給機３０の信頼性に関する所定荷重Ｃを超えないとの制約条件を設けるようにする。これにより、過給機３０のスラスト軸受４５の周辺の部品に過負荷が掛かることを回避でき、過給機３０の信頼性を保つことができる。

【0082】

これらの３種類の制約条件を満たす排気圧力Ｐ4のうちの最小値が、過給機３０またはエンジン本体１０の信頼性の観点から算出される排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4rとして算出される。

【0083】

次に、上述の図４のステップＳ１２６およびステップＳ１２７における、排気圧力Ｐ4rに対応する可変ノズル機構４０のノズル有効開口面積μＡおよびＶＮ開度の算出について説明する。

【0084】

図６は、可変ノズル機構４０における隣接するベーン間の有効開口面積μＡを説明するための図である。図６に示すように、ノズルベーン６７ａと隣接するノズルベーン６７ｂとの間に隙間には、図６の実線に示す直線を一辺とする方形の開口部が形成される。可変ノズル機構４０の各ベーン間には、同様の開口部が形成される。この各ベーン間の開口部の面積の総和によって開口面積が示される。可変ノズル機構４０の有効開口面積は、この各ベーン間の開口部の面積の総和Ａと、可変ノズル機構４０における排気の流れやすさを示す係数μとの積によって示される。この有効開口面積μＡは、以下の式（１）を用いて推定することができる。

【0085】

【数1】

【0086】

ここで、「ａ」および「ｂ」は、所定の係数を示す。「Ｒ」は、ガス定数を示す。「ｍ」は、排気マニホールド５０からの排気流量を示す。排気流量ｍは、たとえば、吸入空気量Ｑinを用いて算出される気筒１２内のガス量と、燃料噴射量Ｑvとを用いて推定される。

【0087】

さらに「Ｔ4」は、排気マニホールド５０内の排気温度を示す。排気温度Ｔ4は、たとえば、エンジン回転速度ＮＥと、吸気温度と、水温と、燃料噴射量Ｑvおよび噴射時期等の燃焼パラメータと、吸入空気量Ｑinと、吸気マニホールド２８の温度と、気筒１２内のガス量とを用いて推定される。吸気温度、水温および吸気マニホールド２８の温度は、たとえば、図示しないセンサ等を用いて検出される。

【0088】

「Ｐ6」は、過給機３０から第２排気管５４に流出する排気の圧力を示す。排気圧力Ｐ6は、たとえば、大気圧と、ＰＭ除去フィルタ５７の前後差圧と、ＳＣＲ触媒５８の圧損値とを用いて推定される。大気圧およびＰＭ除去フィルタ５７の前後差圧は、たとえば、図示しないセンサ等を用いて検出される。

【0089】

なお、排気温度Ｔ4および排気圧力Ｐ6は、それぞれ所定の計算モデルが予め実験的あるいは設計的に構築され、上記したそれぞれのパラメータを入力することによってそれらの推定値および上限値が算出される。

【0090】

上述の式（１）は、たとえば、可変ノズル機構４０の隣接するノズルベーン６７の開度と、ノズルベーン６７の上流および下流の温度と圧力と排気流量とからエネルギー保存の法則や運動量保存の法則等を用いて導かれる関係式から導出される。このような関係式は、周知の技術を用いて導出されるためその詳細な説明は行なわない。

【0091】

図４のステップＳ１２６において、上述の式（１）のＰ4に、図４のステップＳ１２５で算出されたＰ4rが代入されてμＡが算出される。つまり、算出されるμＡは、過給機３０またはエンジン本体１０の信頼性の観点から算出される排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4rに対応する値である。次いで、図４のステップＳ１２７において、ステップＳ１２６で算出されたＰ4rに対応するμＡから、Ｐ4rに対応するＶＮ開度の下限値が算出される。

【0092】

図７は、可変ノズル機構４０における有効開口面積μＡと排気流量ｍとＶＮ開度との関係の一例を示す図である。図７の太実線ＬＮ１、一点鎖線ＬＮ２、二点鎖線ＬＮ３、細線ＬＮ４および破線ＬＮ５の各々は、排気流量ｍ毎にとり得る有効開口面積μＡとＶＮ開度との関係を示す。太実線ＬＮ１～破線ＬＮ５のうち太実線ＬＮ１における排気流量ｍが最も小さく、破線ＬＮ５における排気流量ｍが最も大きい。排気流量ｍは、太実線ＬＮ１、一点鎖線ＬＮ２、二点鎖線ＬＮ３、細線ＬＮ４および破線ＬＮ５の順序で大きくなっているものとする。

【0093】

また、太実線ＬＮ１～破線ＬＮ５のうち破線ＬＮ５は、排気流量がＦ（０）である場合の有効開口面積μＡとＶＮ開度との関係を示し、細線ＬＮ４は、排気流量がＦ（０）の半分の流量（Ｆ（０）×０．５）である場合の有効開口面積μＡとＶＮ開度との関係を示している。

【0094】

たとえば、排気流量ｍがＦ（０）であって、かつ、有効開口面積μＡがＳ（０）である場合には（図７のＡ点参照）、Ｖ（０）がＶＮ開度として特定されることになる。これに対して、排気流量ｍがＦ（０）の半分の流量になる場合を想定する。なお、説明の便宜上、有効開口面積μＡ以外のパラメータに関しては、同一であるものとする。この場合、排気流量ｍがＦ（０）の半分の流量になると、式（１）から明らかなとおり有効開口面積μＡも半分の値になることから（図７のＢ点参照）、Ｖ（０）よりも閉じ側のＶ（１）がＶＮ開度として特定されることになる。このように、排気流量ｍが少なくなるほど、対応するＶＮ開度は小さくなる。

【0095】

図４のステップＳ１２７において、図７のグラフで示される関係が用いられて、ステップＳ１２６で算出されたμＡに対応するＶＮ開度が特定される。つまり、特定されるＶＮ開度は、過給機３０またはエンジン本体１０の信頼性の観点から算出される排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4rに対応する値である。

【0096】

図８は、この実施の形態におけるＶＮ開度の制御による排気ブレーキによる各状態の変化を示すタイミングチャートである。図８を参照して、図８（Ａ）から図８（Ｇ）のグラフにおいて、二点鎖線は、排気ブレーキのためのＶＮ開度の制御が無い場合を示し、実線は、排気ブレーキのためのＶＮ開度の制御が有る場合を示す。

【0097】

排気ブレーキのためのＶＮ開度の制御が無い場合、まず、図８（Ａ）で示されるように、時刻ｔ1において、アクセル開度が０とされると、図８（Ｆ）の二点鎖線で示されるようにＶＮ開度が全開に近い状態まで開かれることで、図８（Ｅ）の二点鎖線で示されるように排気マニホールド５０の側の排気圧力Ｐ4が下がる。

【0098】

また、エンジン本体１０で燃焼が行われなくなるので、ブレーキペダルが操作されていない状態であっても、図８（Ｄ）の二点鎖線で示されるように、エンジン本体１０のポンピングロスなどの各部の作用による抗力によって、いわゆる、エンジンブレーキが掛かる。

【0099】

これにより、図８（Ｃ）の二点鎖線で示されるように、エンジン本体１０の回転速度が徐々に低下することで、図８（Ｄ）の二点鎖線で示されるように、車速が徐々に低下する。また、エンジン本体１０で燃焼が行われなくなくなるので、図８（Ｇ）で示されるように、排気マニホールド５０内の排気温度Ｔ4が徐々に低下する。

【0100】

一方、排気ブレーキのためのＶＮ開度の制御が有る場合、排気ブレーキスイッチ１０１がオン状態であり、図８（Ｂ）の実線で示されるように車速がＶU以上であれば、時刻ｔ1において、アクセル開度が０とされると、図４のステップＳ１１１からステップＳ１１４およびステップＳ１２１からステップＳ１２８が実行されることによって、過給機３０またはエンジン本体１０の信頼性の観点から算出された過給機３０の排気マニホールド５０の排気圧力Ｐ4の制限値である排気圧力Ｐ4rに対応するＶＮ開度の下限値が算出される。

【0101】

図８（Ｆ）の実線で示されるように、算出されたＶＮ開度の下限値となるようにＶＮ開度が制御されることによって、図８（Ｅ）の実線で示されるように、排気マニホールド５０の排気圧力Ｐ4が、制限値を超えないようにしつつ、図８（Ｄ）の実線で示されるように、ＶＮ開度の制御による排気ブレーキによりフリクショントルクを大きくすることができる。

【0102】

これにより、排気ブレーキのためのＶＮ開度の制御が無い場合と比較して、図８（Ｃ）の実線で示されるように、エンジン本体１０の回転速度が大きく低下することで、図８（Ｄ）の実線で示されるように、車速が大きく低下する。

【0103】

時刻ｔ2において、車速がＶLまで下がると、図４のステップＳ１２４およびステップＳ１２９が実行されることによって、排気ブレーキのためのＶＮ開度の制御が終了する。これにより、図８（Ｆ）の実線で示されるように、排気ブレーキのためのＶＮ開度の制御が無い場合の二点鎖線で示されるＶＮ開度に移行する。

【0104】

また、図８（Ｅ）および図８（Ｄ）の実線で示されるように、排気圧力Ｐ4およびフリクショントルクも、排気ブレーキのためのＶＮ開度の制御が無い場合の二点鎖線で示される値に移行する。これにより、図８（Ｃ）および図８（Ｂ）の実線で示されるように、エンジン本体１０の回転速度および車速の低下が緩やかになる。

【0105】

［第２実施形態］
前述した第１実施形態においては、車両の減速度に目標値は設けないようにした。第２実施形態においては、車両の減速度に目標値を設けるようにする。

【0106】

図９は、この実施の形態におけるエンジン回転速度ＮＥと目標減速度を得るために必要なフリクショントルクとの関係を示すグラフである。図９を参照して、このグラフの関係を用いて、そのときのエンジン回転速度ＮＥに対応する、目標減速度を得るために必要なフリクショントルクを特定することができる。

【0107】

図１０は、この実施の形態におけるエンジン回転速度ＮＥごとの排気マニホールド５０の排気圧力Ｐ4とフリクショントルクとの関係を示すグラフである。図１０を参照して、フリクショントルクは、排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4に比例する。このグラフの関係を用いて、そのときのエンジン回転速度ＮＥおよび図９のグラフの関係を用いて特定された目標のフリクショントルクに対応する、排気マニホールド５０の目標排気圧力Ｐ4tを特定することができる。

【0108】

この目標排気圧力Ｐ4tが図４のステップＳ１２５で算出したＰ4r以下である場合、このＰ4tに対応するＶＮ開度に制御することで、目標減速度を発生させることができる。なお、この目標排気圧力Ｐ4tがＰ4rを超える場合、図４のステップＳ１２７およびステップＳ１２８で示したように、Ｐ4rに対応する下限値となるようＶＮ開度を制御する。

【0109】

［変形例］
（１） 前述した実施の形態においては、排気圧力Ｐ4が、排気マニホールド５０内の排気の圧力であることとした。しかし、これに限定されず、排気圧力Ｐ4は、エンジン本体１０の排気ポート１９から過給機３０のタービン３６の排気流入口までの間の排気経路のうちのいずれかの部分の圧力であればよい。

【0110】

（２） 前述した実施の形態においては、ＶＮ開度がステップＳ１２７で算出された下限値となるようにＶＮ開度を制御するようにした。しかし、これに限定されず、ステップＳ１２７で算出された下限値を用いてＶＮ開度を制御するのであれば、他の制御方法であってもよく、たとえば、ＶＮ開度が下限値を下回らないように制御するようにしてもよい。

【0111】

（３） 前述した実施の形態においては、図４のステップＳ１２５において信頼性の観点からの排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4rは、過給機３０またはエンジン本体１０の信頼性に関する３種類の制約条件をそれぞれ満たす圧力のうちの最小値であることとした。しかし、これに限定されず、なお、過給機３０またはエンジン本体１０の信頼性に関する制約条件は、３種類に限定されず、少なくとも１種類であればよく、上述した制約条件と異なる制約条件が含まれていてもよい。

【0112】

（４） 前述した実施の形態においては、図４のステップＳ１２５からステップＳ１２７で算出された排気圧力Ｐ4r、ノズル有効開口面積μＡ、および、ＶＮ開度の下限値などの制御のために算出される値をそのまま用いるようにした。しかし、これに限定されず、排気圧力Ｐ4r、ノズル有効開口面積μＡ、および、ＶＮ開度の下限値などの制御のために算出される値として、エンジンシステム１の各部品の製造バラツキおよびエンジンシステム１における制御のバラツキなどを考慮した値を用いてもよい。

【0113】

（５） 前述した開示を、エンジンシステム１の開示と捉えることができるし、過給機３０の開示と捉えることができるし、エンジンシステム１または過給機３０の制御装置の開示と捉えることができるし、エンジンシステム１または過給機３０の制御装置による制御方法または制御プログラムの開示と捉えることができる。

【0114】

［まとめ］
（１） 図１から図３で示したように、エンジンシステム１は、エンジン本体１０から排出された排気によって駆動されるタービン３６と、タービン３６へ流入する排気の流速をノズルの開度によって調整する可変ノズル機構４０とを含み、エンジン本体１０への吸気を過給する過給機３０と、可変ノズル機構４０を制御する制御装置１００とを備える。

【0115】

図４で示したように、制御装置１００は、エンジン本体１０からタービン３６の入口までの間の排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4の制限値である排気圧力Ｐ4rを、エンジン本体１０または過給機３０の信頼性に関する少なくとも１つの制約条件を満たすよう算出し（たとえば、図４のステップＳ１２５）、算出された排気圧力Ｐ4rを用いて可変ノズル機構４０のＶＮ開度の下限値を算出し（図４のステップＳ１２６，ステップＳ１２７）、可変ノズル機構４０のＶＮ開度を下げることによりエンジン本体１０の回転速度ＮＥを減速させるための条件が成立している場合（たとえば、図４のステップＳ１２１からステップＳ１２４の条件が成立している場合）に、算出された下限値を用いて可変ノズル機構４０のＶＮ開度を制御する（たとえば、図４のステップＳ１２８）。

【0116】

これにより、排気を用いたブレーキの機能を備えるために新たな装置を設ける必要を無くすることができる。その結果、コストを抑えてシステムを複雑にすること無く排気を用いたブレーキの機能を備えることができる。また、排気を用いたブレーキによる減速度を、エンジン本体１０または過給機３０の信頼性に関する限界まで上げることができる。また、外気温、気圧および排気マニホールド５０内の排気温度などの運転状況による指標によらず、一定の減速度を維持することができるため、ユーザの期待に対して過不足ない減速度を達成できる。

【0117】

（２） 図４および図５で示したように、制御装置１００は、複数の制約条件を満たすようそれぞれ算出される複数の排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4のうちの最小値を、制限値として算出する（たとえば、図４のステップＳ１２５）ようにしてもよい。

【0118】

（３） 図４および図５で示したように、制約条件は、排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4とエンジン本体１０の気筒１２内の圧力Ｐsとの差が、エンジン本体１０の信頼性に関する閾値である所定圧力Ａを超えないとの制約条件を含むようにしてもよい。

【0119】

これにより、排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4によって排気バルブ８０が開いてしまうことを回避でき、エンジン本体１０の信頼性を保つことができる。

【0120】

（４） 図４で示したように、制約条件は、タービン３６の排気流出口以降のタービン下流の排気圧力Ｐ6に対する排気マニホールド５０内の排気圧力Ｐ4の比率Ｐ4／Ｐ6が、過給機３０の信頼性に関する所定の閾値Ｂを超えないとの制約条件を含む（たとえば、図４のステップＳ１２５）ようにしてもよい。

【0121】

これにより、過給機３０のタービン３６のタービンホイール３８のインペラの周辺の部分に過負荷が掛かることを回避でき、過給機３０の信頼性を保つことができる。

【0122】

（５） 図１で示したように、過給機３０は、さらに、エンジン本体１０への吸気を過給するコンプレッサ３２と、タービン３６の駆動力をコンプレッサ３２に伝達する連結軸４２とを含む。図４で示したように、制約条件は、連結軸４２のスラスト軸受４５に掛かるスラスト荷重が、過給機３０の信頼性に関する閾値である所定荷重Ｃを超えないとの制約条件を含む（たとえば、図４のステップＳ１２５）ようにしてもよい。

【0123】

これにより、過給機３０のスラスト軸受４５の周辺の部品に過負荷が掛かることを回避でき、過給機３０の信頼性を保つことができる。

【0124】

今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0125】

１ エンジンシステム、１０ エンジン本体、１１ 吸気ポート、１２ 気筒、１４ ピストン、１６ インジェクタ、１７ シリンダヘッド、１９ 排気ポート、２０ エアクリーナ、２２ 第１吸気管、２４ 第２吸気管、２５ ディーゼルスロットル、２６ インタークーラ、２７ 第３吸気管、２８ 吸気マニホールド、３０ 過給機、３２ コンプレッサ、３４ コンプレッサホイール、３６ タービン、３８ タービンホイール、４０ 可変ノズル機構、４２ 連結軸、４４ アクチュエータ、４５ スラスト軸受、４６，４７ 浮動ブシュ軸受、５０ 排気マニホールド、５２ 第１排気管、５４ 第２排気管、５５ 排気処理装置、５６ 酸化触媒、５７ ＰＭ除去フィルタ、５８ ＳＣＲ触媒、６０ ＥＧＲ装置、６２ ＥＧＲバルブ、６３ ＥＧＲクーラ、６６ ＥＧＲ通路、６７，６７ａ，６７ｂ ノズルベーン、６８ 軸、６９ ノズルプレート、７０，７２ｂ アーム、７１ ユニゾンリング、７２ リンク機構、７２ａ 回転軸、８０ 排気バルブ、８１ バルブヘッド、８２ バルブシート、８３ バルブステムガイド、８４ バルブステム、８５ バルブスプリング、８６ 排気カム、１００ 制御装置、１０１ 排気ブレーキスイッチ、１０２ 回転速度センサ、１０４ エアフローメータ、１０６ 過給圧センサ、１０８ 外気温センサ、１１０ 大気圧センサ、１１２ アクセル開度センサ、１１４ 車速センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】