(57)【要約】【課題】可変ノズルの全開または全閉位置の検出を精度良く行う。【解決手段】可変ノズルを持つターボチャージャーを備えたエンジンの駆動を制御するエンジン制御装置からの制御信号に基づいてモータの回転軸の回転角度を制御することにより可変ノズルのベーンの開度を制御するために、モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、モータ回転数検出手段により検出されるモータの回転数が、所定の目標回転数になるように、モータに供給する電流量を制御する供給電流制御手段とを備え、供給電流制御手段は、初期化動作を実施して可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる位置を求める際に、目標回転数に達するまでの間は、供給電流制御手段により電流量を制御し、目標回転数に達した後は、モータに供給する電流量を一定に保持して供給することにより、可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる直前のモータの回転数を一定にする。【選択図】図２
2010223035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変ノズルを持つターボチャージャーを備えたエンジンの駆動を制御するエンジン制御装置からの制御信号に基づいてモータの回転軸の回転角度を制御することにより前記可変ノズルのベーンの開度を制御する電子制御アクチュエータを備えたターボチャージャーの可変ノズル制御装置であって、
前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
前記モータ回転数検出手段により検出される前記モータの回転数が、所定の目標回転数になるように、前記モータに供給する電流量を制御する供給電流制御手段とを備え、
前記供給電流制御手段は、初期化動作を実施して前記可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる位置を求める際に、前記目標回転数に達するまでの間は、前記供給電流制御手段により前記電流量を制御し、前記目標回転数に達した後は、前記モータに供給する電流量を一定に保持して供給することにより、前記可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる直前の前記モータの回転数を一定にすることを特徴とするターボチャージャーの可変ノズル制御装置。
【請求項２】
可変ノズルを持つターボチャージャーを備えたエンジンの駆動を制御するエンジン制御装置からの制御信号に基づいてモータの回転軸の回転角度を制御することにより前記可変ノズルのベーンの開度を制御するために、前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段を備える電子制御アクチュエータを備えたターボチャージャーの可変ノズル制御装置上で動作する可変ノズル制御プログラムであって、
前記モータ回転数検出手段により検出される前記モータの回転数が、所定の目標回転数になるように、前記モータに供給する電流量を制御する供給電流制御ステップをコンピュータに行わせ、
前記供給電流制御ステップは、初期化動作を実施して前記可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる位置を求める際に、前記目標回転数に達するまでの間は、前記供給電流制御手段により前記電流量を制御し、前記目標回転数に達した後は、前記モータに供給する電流量を一定に保持して供給することにより、前記可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる直前の前記モータの回転数を一定にすることを特徴とする可変ノズル制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に搭載されたターボチャージャーの可変ノズルのベーンの開度をエンジン制御装置からの制御信号によって、電子制御アクチュエータで制御するターボチャージャーの可変ノズル制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術に於ける一例としては特許文献１に開示された内燃機関の可変ノズルターボチャージャー制御装置が知られている。図４は、従来技術による可変ノズルターボチャージャー制御装置の構成を示す図である。図４において、１はターボチャージャーであって、センターハウジング、コンプレッサハウジング及びタービンハウジングを備えている。ターボチャージャー１には、空気が導入される吸気入口１ａと、ターボチャージャー１によって圧縮された空気をエンジン２に供給する圧縮空気供給孔１ｂとが設けられ、更に、エンジン２から排気が供給される排気ガス吸入口１ｃと、排気ガスを排出する排出口１ｄとが設けられている。ターボチャージャー１内に備えられた可変ノズル（図示せず）は、センターハウジングとタービンハウジングとの間に配設されている。
【０００３】
３はステッピングモータであり、このステッピングモータ３の駆動により操作片４が操作され、可変ノズルに備えたリングプレートを同方向に押圧し、相互の可変ノズルのベーン間の隙間の大きさを調整し、タービンホイールへ吹き付けられる排気ガスの流速が調節される。５はエンジンのＥＣＵ（電子制御ユニット）であり、エンジンに設けられた各種のセンサの検出出力を入力し、これらの検出出力に基づいて、エンジンの運転状態を識別してステッピングモータ３を駆動制御し、これによって、可変ノズルの各ノズルのベーンの開度を開閉制御し、タービンホイールへ吹き付けられる排気ガスの流速を調節し、併せて、燃焼のために強制的に送り込まれる空気の量も調整される。６はラジエターであり、エンジン２に接続され、エンジン２の冷却水が該ラジエター６を循環して冷却される。
【０００４】
この従来技術によれば、内燃機関の可変ノズルターボチャージャー制御装置の異常発生時又は冷間始動時、若しくはアイドル時には、可変ノズルの全開位置を可変ノズルの初期位置として設定することにより全開位置近傍での各ノズルベーンの位置制御を行なうことができる。
【０００５】
また、ターボチャージャーの可変ノズル制御装置おいて、可変ノズルのベーンの通常作動領域以外の作動角範囲にあるノズルリング表面には煤が固着又は滞留することがあり、この煤を除去するため、イグニションスイッチのオフによるエンジンの停止に基づくエンジンＥＣＵからのステータス指示情報により当該可変ノズルのベーンの全作動領域に於いて全閉位置を少なくとも１回経由して全開位置までベーンを動作させて、いわゆる煤ばらいを実行することができる可変ノズル制御装置も知られている。（例えば、特許文献２参照）。この煤ばらいを行う動作をワイピング動作という。ワイピング動作は、イグニッションキーがＯＦＦになると、エンジンＥＣＵからワイピング指令が出力される。これを受けて、可変ノズルのベーンが全閉側の機械的ストッパに突き当たるまで動作させ、その後、全開側の機械的ストッパに突き当たるまで動作させて止まる。このワイピング動作が終了すると、電源ＯＦＦ許可信号が出力されて可変ノズル制御装置の電源がＯＦＦになる。この動作によって、エンジンの停止後に煤ばらいを実行することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１０７７３８号公報
【特許文献２】特開２００４−２９３５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に示すターボチャージャーの可変ノズル制御装置にあっては、イグニッションキーＯＮまたはＯＦＦ時に行うワイピング動作を含む初期化動作において、モータ駆動Ｄｕｔｙ値（供給電流）を一定にして可変ノズルのベーンを機械的ストッパに突き当て、ストッパ位置の判定を行っているため、モータに対する電圧や温度、負荷などの外部環境変化により、ストッパ突き当て時のモータ速度が変化してしまう。図５に示すように、モータに対して供給するモータ駆動Ｄｕｔｙ値（供給電流）が一定であると、モータに対する負荷が小さい場合は、モータに対する負荷が大きい場合に比べて、モータの実際の回転数が大きくなり、機械的ストッパに突き当たる直前のモータ回転速度が異なってしまう。モータに対する外部環境変化によって、可変ノズルのベーンが機械的ストッパに突き当たる直前のモータ回転速度が異なると、全開及び全閉位置を決定するためのストッパ位置の検出が正確に行えないという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、可変ノズルの全開または全閉位置の検出を精度良く行うことができるターボチャージャーの可変ノズル制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、可変ノズルを持つターボチャージャーを備えたエンジンの駆動を制御するエンジン制御装置からの制御信号に基づいてモータの回転軸の回転角度を制御することにより前記ターボチャージャーが備える可変ノズルのベーンの開度を制御する電子制御アクチュエータを備えたターボチャージャーの可変ノズル制御装置であって、前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、前記モータ回転数検出手段により検出される前記モータの回転数が、所定の目標回転数になるように、前記モータに供給する電流量を制御する供給電流制御手段とを備え、前記供給電流制御手段は、初期化動作を実施して前記可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる位置を求める際に、前記目標回転数に達するまでの間は、前記供給電流制御手段により前記電流量を制御し、前記目標回転数に達した後は、前記モータに供給する電流量を一定に保持して供給することにより、前記可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる直前の前記モータの回転数を一定にすることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、可変ノズルを持つターボチャージャーを備えたエンジンの駆動を制御するエンジン制御装置からの制御信号に基づいてモータの回転軸の回転角度を制御することにより前記ターボチャージャーが備える可変ノズルのベーンの開度を制御するために、前記モータの回転数を検出するモータ回転数検出手段を備える電子制御アクチュエータを備えたターボチャージャーの可変ノズル制御装置上で動作する可変ノズル制御プログラムであって、前記モータ回転数検出手段により検出される前記モータの回転数が、所定の目標回転数になるように、前記モータに供給する電流量を制御する供給電流制御ステップをコンピュータに行わせ、前記供給電流制御ステップは、初期化動作を実施して前記可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる位置を求める際に、前記目標回転数に達するまでの間は、前記供給電流制御手段により前記電流量を制御し、前記目標回転数に達した後は、前記モータに供給する電流量を一定に保持して供給することにより、前記可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる直前の前記モータの回転数を一定にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可変ノズルのベーンがストッパに突き当たる直前のモータ回転数を一定にしたため、可変ノズルの全開または全閉位置の検出を精度良く行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す電子制御アクチュエータ１３の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】初期化動作時のモータ回転数の変化を示す説明図である。
【図４】ターボチャージャーの可変ノズル制御装置の従来例を示す構成図である。
【図５】従来技術による初期化動作時のモータ回転数の変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態によるターボチャージャーの可変ノズル制御装置を説明する。図１は同実施形態の構成を示す構成図である。この図において、８はターボチャージャーであって、エンジンへの吸入空気を過給するシステムであり、コンプレッサホイールを有するコンプレッサ及び該コンプレッサと同軸上にロータシャフトにより結合されて、排気ガスにて回転駆動される該ターボチャージャー８のタービンホイールを有するタービンが設けられている。該ターボチャージャー８の空気通路７にはエンジンの吸入空気の吸気圧力、つまり、ブースト圧を検出する圧力センサ９をホース１０を介して接続している。また、ターボチャージャー８のタービン内には、タービンホイールを取巻くように、可変ノズル部材が配置されている。可変ノズル部材には、ノズル内を流れる流体の流量を制御するために、開閉するベーンが備えられている。可変ノズル制御装置は、このベーンの開閉を制御するものである。
【００１４】
１１はエンジンＥＣＵであって、エンジンに設けられた各種センサ、例えばエンジン水温を検出するための水温センサ、エンジンの回転数を検出するためのものであって、一定のクランク角度毎にパルス信号を出力する回転数センサ、エアフローメーターによる吸入空気量やドライバーのアクセルペダルの踏込み操作量を検出して負荷量を算出するアクセルセンサから、それぞれ水温信号、回転信号及び負荷信号の検出出力を導入する。なお、図１には示していないが、その他、排気ガスの酸素濃度に応じて異なる電圧信号を出力する酸素センサ、エンジン燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサを備えることもある。
【００１５】
電子制御アクチュエータ１３は、制御信号線を介してエンジンＥＣＵ１１に接続されている。エンジンＥＣＵ１１は、検出出力に基づいてエンジンの運転状態を識別して、制御信号線を介して、電子制御アクチュエータ１３を駆動制御する。電子制御アクチュエータ1３は、レバー１９及びロッド２０を連結しており、その動作により、ターボチャージャー８に備えたベーンの開閉を制御するために、各ベーンに連結されたベーン操作片２１の動作を制御する。
【００１６】
なお、電子制御アクチュエータ１３は、例えば、ターボチャージャー８に取付けられる。また、電子制御アクチュエータ１３の構成を図１、図２を参照して説明するに際して、電子制御アクチュエータ１３が普通に有する公知の機能・構成については、本発明の説明に直接関わりがない限り、その説明及び構成の図示を省略する。
【００１７】
次に、図２を参照して、図１に示す電子制御アクチュエータ１３の詳細な構成を説明する。図２は、図１に示す電子制御アクチュエータ１３の詳細な構成を示すブロック図である。図２において、１３０は、電子制御アクチュエータ１３の動作を統括して制御するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）である。１４は、マイコン１３０から出力する駆動信号に基づいて、ステッピングモータ（以下、モータという）１５を駆動するモータドライバである。モータ１５は、モータドライバ１４から出力する信号に基づいて回転角度が制御されるステッピングモータである。１６は、モータ１５の回転軸に接続され、モータの回転軸を減速するギヤである。１７は、ギヤ１６によって減速された出力軸である。１８は、出力軸１７の回転角度を検出して出力する角度センサである。角度センサ１８の出力は、マイコン１３０へ入力する。
【００１８】
１３１は、エンジンＥＣＵ１１から出力されるベーンの目標位置（開度）信号を入力し、この目標位置信号をマイコン１３０内で扱う角度信号に変換して出力する角度信号変換部である。１３２は、角度信号変換部１３１が出力する目標位置の角度信号と、角度センサ１８が出力する角度信号（現在のベーンの角度（開度））とを比較して、比較結果信号を出力する角度信号比較部である。１３３は、角度信号比較部１３２が出力する比較結果信号を入力して、モータに与えるべき信号のデューティ比を演算によって求めて出力するモータ駆動Ｄｕｔｙ演算部である。１３４は、モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３が出力するデューティ比の信号を入力して、モータに与えるべきロジック信号を求めて出力するモータ駆動ロジック生成部である。１３５は、角度センサ１８が出力する角度信号をエンジンＥＣＵ１１へ送信するための通信信号に変換して出力する通信信号変換部である。通信信号変換部１３５が出力する角度の情報が現在のベーンの実位置情報となる。１３６は、モータ１５の回転数を検出して、回転数の値を出力するモータ回転数検出部である。１３７は、所定時間の計時を行うタイマである。モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３は、タイマ１３７により計時した所定時間内に出力された駆動Ｄｕｔｙ値を平均し、所定時間経過後は、平均化した駆動Ｄｕｔｙ値を出力する。
【００１９】
次に、図２を参照して、図２に示す電子制御アクチュエータ１３の基本動作を説明する。エンジンＥＣＵ１１から目標位置信号が出力されると、角度信号変換部１３１は、目標位置信号をマイコン１３０内で扱う角度信号に変換して出力する。角度信号比較部１３２は、角度信号変換部１３１が出力する目標位置の角度信号と、角度センサ１８が出力する角度信号（現在のベーンの角度）とを比較して、現在のベーンの角度を目標位置にするべくモータ駆動のデューティを演算によって求めて出力する。これを受けて、モータ駆動ロジック生成部１３４は、モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３が出力するデューティの信号を入力して、モータドライバ１４に与えるべきロジック信号（モータ駆動信号）を求めて出力する。
【００２０】
モータドライバ１４は、モータ駆動ロジック生成部１３４から出力されるモータ駆動信号に基づいてモータ１５を駆動する。モータの回転軸は、ギヤ１６によって減速されて、出力軸１７に伝達する。出力軸１７の回転運動は、レバー１９、ロッド２０を介して、ベーン操作片２１へ伝達する。ベーン操作片２１が、出力軸１７と連動して動作することにより、ノズルベーンの開閉制御動作が行われることになる。一方、角度センサ１８が検出した出力軸１７の回転角度の情報は、通信信号変換部１３５を経由して、エンジンＥＣＵ１１へ通知される。エンジンＥＣＵ１１は、この出力軸の回転角度（ノズルベーンの開度）情報を参照して、ターボチャージャー８の動作の制御を行う。
【００２１】
このように、角度センサ１８により可変ノズルのベーンに連結された出力軸１７の回転角度を検出して出力軸１７の実角度信号を出力し、角度信号変換部１３１によりエンジンＥＣＵ１１からの可変ノズルのベーンの開度指示（目標位置信号）を出力軸１７の目標角度信号に変換し、この両信号を比較して該両信号の差に応じて、出力軸１７の回転角度を制御することにより、可変ノズルのベーンが目標位置になるように制御されることになる。
【００２２】
次に、図３を参照して、図２に示すマイコン１３０がワイピング動作を含む初期化動作を実施する制御動作を説明する。図３は、初期化動作時のモータ回転数の変化を示す説明図である。まず、モータの目標回転数情報を含む初期化指令を受けると、モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３は、モータ回転数検出部１３６が出力するモータ１５の回転数情報を読み込み、目標回転数（例えば、１５００ｒｐｍ）と現在回転数（モータ回転数検出部１３６の出力値）との偏差をＰＩ（比例・積分）演算した値に基づきモータ駆動ロジック生成部１３４に出力するべき駆動Ｄｕｔｙ値を求め、求めた駆動Ｄｕｔｙ値をモータ駆動ロジック生成部１３４へ出力する。この動作は、タイマ１３７が出力する計時情報を参照して、所定時間（例えば、２００ｍｓ）続行する。この動作により、モータの回転数は、モータ加速期間を経て、目標回転数近傍に達することになる。ただし、モータ１５の負荷等の外部環境変化に応じて、モータ回転数検出部１３６が出力する値が、目標回転数に達するまでの時間が異なる。図３に示すように、例えば、負荷が小さい場合は、一度目標回転数を超えた後に、徐々に目標回転数に収束する。一方、負荷が大きい場合は、徐々に回転数が増加して目標回転数に収束する。
【００２３】
次に、モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３は、タイマ１３７が計時する計時情報を参照して、所定時間（モータ１５が停止状態から目標回転数に達して、安定するまでの時間であり、例えば、２００ｍｓである）経過した時点で、自身が出力したＤｕｔｙ値の平均値を求め、求めた平均Ｄｕｔｙ値をモータ駆動ロジック生成部１３４へ出力する。これにより、モータ１５は一定回転数で回転することになり、時間が経過すると可変ノズルのベーンが機械的ストッパに突き当たって、モータ１５の回転数は０になる。モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３は、モータ回転数検出部１３６は出力するモータ回転数の値が０になった時点で、Ｄｕｔｙ値の出力を停止する。そして、モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３は、モータ１５の回転方向を逆転させて、可変ノズルのベーンが他方の機械的ストッパに突き当たるまでＤｕｔｙ値を出力する。このとき、モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３は、前述した動作と同様の動作によって他方の機械的ストッパに突き当たるまでＤｕｔｙ値を出力する。
【００２４】
このように、現在のモータ回転速度を検出するモータ回転数検出部１３６を設けるとともに、目標回転数を保持するために必要なモータ供給電流を算出するために、ＰＩ演算によるモータ駆動Ｄｕｔｙ値を算出して出力し、モータ回転数が安定した後は、一定回転数を保持するようにしたため、電子制御アクチュエータ１３の外部環境が変化してもモータ回転数を一定に保つように駆動することができる。これにより、可変ノズルのベーンが機械的ストッパに突き当たる直前のモータ回転数を一定にすることができ、モータ１５の初期化動作時の外部環境が初期化動作毎に異なったとしても正確なストッパ位置（全開位置と全閉位置）の検出を行うことができる。
【００２５】
なお、前述した説明においては、図３に示す駆動制御動作を初期化動作中に行う例を説明したが、図３に示す駆動制御動作は、可変ノズル制御装置の電源が「入」になった時点から電源が「切」になるまでの間のどのタイミングで行うようにしてもよい。
【００２６】
また、図２に示すマイコン１３０の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより可変ノズル制御処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００２７】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１１・・・エンジンＥＣＵ、１３・・・電子制御アクチュエータ、１３０・・・マイクロコンピュータ（マイコン）、１３１・・・角度信号変換部、１３２・・・角度信号比較部、１３３・・・モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部、１３４・・・モータ駆動ロジック生成部、１３５・・・通信信号変換部、１３６・・・モータ回転数検出部、１３７・・・タイマ、１３８・・・Ｄｕｔｙ保持部、１４・・・モータドライバ、１５・・・モータ、１６・・・ギヤ、１７・・・出力軸、１８・・・角度センサ、１９・・・レバー、２０・・・ロッド、２１・・・ベーン操作片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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