(57)【要約】【課題】可変ノズルベーンの位置制御動作の応答性を悪化させることなく、オーバーシュートの発生を抑制す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。【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、モータの回転数を検出する手段と、モータのマグネットが減磁した状態でもオーバーシュートが発生しないようにチューニングされたＰＩＤ制御処理によりモータの回転軸の回転角度を制御する手段と、検出された回転数が所定値以下であるか否かを判定する手段と、モータの回転数が所定値以下である場合に、ＰＩＤ制御処理に用いる微分項の値を削減するように指示する手段とを備えた。【選択図】図２
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【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回転数検出手段と、
前記モータのマグネットが減磁した状態でもオーバーシュートが発生しないようにチューニングされたＰＩＤ制御処理により前記モータの回転軸の回転角度を制御するＰＩＤ制御手段と、
前記回転数検出手段により検出された回転数が所定値以下であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記モータの回転数が前記所定値以下である場合に、前記ＰＩＤ制御手段に対して、微分項の値を削減するように指示する微分項調整手段と
を備えた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回転数検出手段を有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、
前記モータのマグネットが減磁した状態でもオーバーシュートが発生しないようにチューニングされたＰＩＤ制御処理により前記モータの回転軸の回転角度を制御するＰＩＤ制御ステップと、
前記回転数検出手段により検出された回転数が所定値以下であるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにより、前記モータの回転数が前記所定値以下である場合に、前記ＰＩＤ制御ステップに対して、微分項の値を削減するように指示する微分項調整ステップと
をコンピュータに行わせ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、電子制御アクチュエータの出力軸に外乱となる振動等が加わると出力軸の実位置は、外乱振幅に従い変化するので、電子制御回路部に於ける演算に用いる偏差も追従して振幅し、出力軸の振幅を増大させ最終的には制御が発散してしまうという問題を解決する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も知られている（例えば、特許文献２参照）。このターボチャージャーの可変ノズル制御装置は、出力軸に加わった振動がＰＩＤ演算部に入力されるが、角度センサからの実出力軸の角度信号と角度信号変換手段からの出力軸の目標角度信号とを比較して、出力軸の実角度信号が目標角度信号近傍に到達したと判断された場合、ＰＩＤ演算に用いる微分項利得を制限し、モータ駆動出力に与える振動成分の影響を低減するものである。
【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２００７−０８５２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、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は、自動車のエンジン近傍に取り付けられるため、温度が高い状態で駆動させなければならない。電子制御アクチュエータを高温環境下で動作させ続けていると、モータを構成するローターマグネットが減磁することによって、可変ノズルベーンの位置制御中にオーバーシュートが発生してしまうという問題がある。ローターのマグネットが減磁してしまうとブレーキ力が低下してモータ回転数が上がってしまうため、オーバーシュートしないようにマグネットの減磁を考慮したＰＩＤ制御のチューニングを実施する必要がある。
【０００８】
しかしながら、減磁を考慮したＰＩＤ制御のチューニングを行うと、正常時の可変ノズルベーンの位置制御動作の応答性が悪くなってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、可変ノズルベーンの位置制御動作の応答性を悪化させることなく、オーバーシュートの発生を抑制する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】
【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回転数検出手段と、前記モータのマグネットが減磁した状態でもオーバーシュートが発生しないようにチューニングされたＰＩＤ制御処理により前記モータの回転軸の回転角度を制御するＰＩＤ制御手段と、前記回転数検出手段により検出された回転数が所定値以下であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により、前記モータの回転数が前記所定値以下である場合に、前記ＰＩＤ制御手段に対して、微分項の値を削減するように指示する微分項調整手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
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回転数検出手段を有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、前記モータのマグネットが減磁した状態でもオーバーシュートが発生しないようにチューニングされたＰＩＤ制御処理により前記モータの回転軸の回転角度を制御するＰＩＤ制御ステップと、前記回転数検出手段により検出された回転数が所定値以下であるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにより、前記モータの回転数が前記所定値以下である場合に、前記ＰＩＤ制御ステップに対して、微分項の値を削減するように指示する微分項調整ステップとをコンピュータに行わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高温環境下で位置制御を行ったときに減磁が生じても、ブレーキ力を最適な状態に保てるので、オーバーシュートが発生することを防止することができるともに、モータが所定回転数以下の場合でも応答性をあげることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】図２に示すマイコン１３０の処理動作を示すフローチャートである。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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（以下、モータという）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。２２は、モータ１５の回転軸の回転角度を検出して出力する角度センサである。
【００１９】
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演算部であり、マグネットの減磁が発生してもオーバーシュートが発生しないように予めマグネットの減磁を考慮してＰＩＤ制御を行う場合に必要な駆動Ｄｕｔｙ値が出力されるようにチューニング（例えば、微分項の値を増加させてブレーキ能力を高くするなど）されている。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。
【００２０】
１３６は、角度センサ２２が出力する角度情報を入力して、モータ１５の回転軸の角速度を演算によって求めて出力するモータ角速度演算部である。１３７は、モータ角速度演算部１３６から出力される角速度情報を入力し、モータ１５の回転軸の角速度が所定値以下であるか否かを判定し、判定結果の情報を出力するモータ角速度判定部である。１３８は、モータ角速度判定部１３７から出力される判定結果の情報に基づいて、オーバーシュートが発生しないように、駆動Ｄｕｔｙ値を制御する制御信号を出力するオーバーシュート制御信号生成部である。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
次に、図３を参照して、図２に示すマイコン１３０が可変ノズルベーンの位置制御動作の応答性を悪化させることなく、オーバーシュートの発生を抑制する処理動作を説明する。まず、前述した基本動作によってエンジンＥＣＵ１１から出力される目標位置信号に基づいて、可変ノズルベーンの位置を制御するためにＰＩＤ制御動作が実行されて、ベーンの開度が目標位置に近づくように制御される。このとき、角度センサ２２は、モータ１５の回転軸の回転角度情報を出力する。モータ角速度演算部１３６は、角度センサ２２から出力される回転角度情報から現在のモータ１５の角速度を演算によって求める（ステップＳ１）。そして、モータ角速度演算部１３６は、求めた角速度情報をモータ角速度判定部１３７へ出力する。これを受けて、モータ角速度判定部１３７は、入力した角速度情報からモータの回転数の値に変換する。
【００２５】
次に、モータ角速度判定部１３７は、変換して得られたモータ回転数が、予め決められた判定値（例えば、１５００ｒｐｍ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。モータ角速度判定部１３７は、この判定の結果の情報をオーバーシュート制御信号生成部１３８へ出力する。オーバーシュート制御信号生成部１３８は、モータ回転数が判定値（１５００ｒｐｍ）以下であれば、駆動Ｄｕｔｙ値を求める際に用いる微分項（Ｄ項）を削減する指示の信号をモータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３へ出力する。これを受けて、モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３は、角度信号比較部１３２から出力する偏差情報に基づいて、駆動Ｄｕｔｙ値を演算によって求める場合に、例えば、微分項の値を１／４倍（０．２５倍）して、駆動Ｄｕｔｙ値を求め（ステップＳ４）、求めたＤｕｔｙ値をモータ駆動ロジック生成部１３４へ出力する。一方、モータ回転数が判定値以下でなければ、オーバーシュート制御信号生成部１３８は、微分項（Ｄ項）を削減する指示の信号を出力しない。したがって、モータ駆動Ｄｕｔｙ演算部１３３は、角度信号比較部１３２から出力する偏差情報に基づいて、駆動Ｄｕｔｙ値を演算によって求め（ステップＳ４）、求めたＤｕｔｙ値をモータ駆動ロジック生成部１３４へ出力する。
【００２６】
このように、モータ１５のロータが減磁した状態になってもオーバーシュートが発生しないようにＰＩＤ制御処理をチューニングした状態（微分項の値を増加させてブレーキ能力を高くするなど）で制御動作を行う場合に、正常時の応答性を改善するため、モータ１５の回転数を検出し、検出したモータ回転数が所定の回転数（１５００ｒｐｍ）以下である場合にブレーキ機能能力を示す微分項の比率を下げるようにしたため、オーバーシュートの発生を抑制するともに、正常時の応答性を悪化させることなく可変ノズルのベーンの位置制御を行うことが可能となる。特に、低いモータ回転数の場合に微分項の値を削減することで、目標位置への寄り付き（位置制御）が良くなるともに、モータ回転数が低くなったところに判定値（１５００ｒｐｍ）を定めることで、オーバーシュートが発生しないように位置制御を行うことが可能となる。これにより、高温環境下で位置制御を行ったときに減磁が生じても、ブレーキ力を最適な状態に保てるので、オーバーシュートが発生することを防止することができるともに、モータが所定回転数以下の場合でも応答性をあげることが可能になる。
【００２７】
なお、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。
【００２８】
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】
【００２９】
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・・・モータ角速度演算部、１３７・・・モータ角速度判定部部、１３８・・・オーバーシュート制御信号生成部、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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