(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気タービンの内部に設けられた可変ノズルと、前記可変ノズルを内燃機関の運転状態に応じた開度に制御する通常開閉手段と、を備える可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置において、
内燃機関が一定の状態を維持しつつ運転する場合に前記可変ノズルを強制的に開閉する強制開閉手段を備えることを特徴とする可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置において、
前記可変ノズルの開閉頻度を演算する開閉頻度演算手段を備え、
前記強制開閉手段により開閉される可変ノズルの開閉領域を、前記開閉頻度に応じて変化させることを特徴とする可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置において、
前記強制開閉手段により前記可変ノズルが開閉される場合に、前記可変ノズルの開閉に応じて、該内燃機関に供給される空気量および燃料噴射量を増減させる供給量増減手段を備えることを特徴とする可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置において、
前記可変ノズルの開閉に応じて変化するパラメータを検出するパラメータ検出手段と、
前記パラメータに基づいて前記可変ノズルのスティック異常を検出するスティック異常検出手段と、
を備えることを特徴とする可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置に係り、特に、排気タービンの内部に形成された流路の有効面積を増減させる可変ノズルを備える可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平１０−１９６３８１号に開示される如く、可変ノズル型ターボチャージャを搭載した内燃機関が知られている。かかるターボチャージャは、排気タービンの内部に形成された流路の有効面積を増減させる可変ノズルを備えている。可変ノズルは、排気ガスの流量が多量となる高負荷・高回転領域において流路の有効面積が大きくなるように制御される。また、可変ノズルは、排気ガスの流量が少ない低負荷・低回転領域においては流路の有効面積が小さくなるように制御される。可変ノズルが上記の如く制御されると、高負荷・高回転領域において内燃機関の背圧が不当に高圧となることが防止されると共に、低負荷・低回転領域において吸気通路に十分な過給圧が確保される。従って、上記従来の内燃機関によれば、低負荷・低回転領域から高負荷・高回転領域にわたって優れた応答性と高い効率とを実現することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば渋滞時や暖機運転中等により内燃機関の運転状態が所定の状態に維持される場合には、可変ノズルの開度は所定角度に維持される。可変ノズルの開度が長時間所定角度に維持されると、排気ガス中のカーボンが可変ノズル等の可動部近傍に堆積し易くなることで、可変ノズルが何れかの状態に固定される異常、すなわち、スティック異常が生ずる場合がある。可変ノズルのスティック異常は、可変ノズルが排気タービン内部の流路の有効面積を小さくした状態でスティックする異常（以下、この異常を閉側スティック異常と称す）と、可変ノズルがかかる流路の有効面積を大きくした状態でスティックする異常（以下、この異常を開側スティック異常と称す）とに区別される。
【０００４】
可変ノズルに閉側スティック異常が生じると、多量の排気ガスが排出された場合に背圧が過大となり、内燃機関の出力が低下すると共に、内燃機関の破損を招くおそれがある。また、可変ノズルに開側スティック異常が生じると、低負荷・低回転領域において吸気通路に大きな過給圧が確保されなくなり、内燃機関の応答性が低下するおそれがある。従って、可変ノズルを備える可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関において、上記の不都合を解決するためには、可変ノズルのスティック異常の発生を確実に防止することが重要である。しかし、上記従来の内燃機関は、可変ノズルのスティック異常を検出するものの、スティック異常の発生を防止することについては何ら考慮されていない。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、可変ノズルのスティック異常の発生を確実に防止することが可能な可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、排気タービンの内部に設けられた可変ノズルと、前記可変ノズルを内燃機関の運転状態に応じた開度に制御する通常開閉手段と、を備える可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置において、
内燃機関が一定の状態を維持しつつ運転する場合に前記可変ノズルを強制的に開閉する強制開閉手段を備えることを特徴とする可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置により達成される。
【０００７】
本発明において、内燃機関は、排気タービンの内部に可変ノズルが設けられた可変ノズル型ターボチャージャを備えている。可変ノズルは、通常時は内燃機関の運転状態に応じた開度に制御される。内燃機関が一定の状態を維持しつつ運転する状況下では、通常、可変ノズルの開度は所定開度に維持される。可変ノズルが所定開度に維持されると、排気ガス中のカーボンが可変ノズルの周囲に堆積し易くなり、可変ノズルにスティック異常が生じるおそれがある。本発明において、可変ノズルは、内燃機関が一定の状態を維持しつつ運転する場合でも強制的に開閉駆動されることで、可変ノズルの周囲にカーボンが堆積することがなく、可変ノズルにスティック異常が生じるのを確実に防止することができる。
【０００８】
上記の目的は、請求項２に記載する如く、請求項１記載の可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置において、
前記可変ノズルの開閉頻度を演算する開閉頻度演算手段を備え、
前記強制開閉手段により開閉される前記可変ノズルの開閉領域を、前記開閉頻度に応じて変化させることを特徴とする可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置により達成される。
【０００９】
本発明において、可変ノズルが中立位置から全開位置に向けて開弁する頻度（以下、開弁頻度と称す）、および、可変ノズルが中立位置から全閉位置に向けて閉弁する頻度（以下、閉弁頻度と称す）が演算される。閉弁頻度が少なく、かつ、開弁頻度が多い場合には、可変ノズルの閉弁側で堆積するカーボンが開弁側で堆積するカーボンに比して多量となる。この場合は、可変ノズルを強制的に中立位置から全開位置に向けて開弁させる必要はない。また、開弁頻度が少なく、かつ、閉弁頻度が多い場合には、可変ノズルの開弁側で堆積するカーボンが閉弁側で堆積するカーボンに比して多量となる。この場合は、可変ノズルを強制的に中立位置から全閉位置に向けて閉弁させる必要はない。
【００１０】
本発明において、強制開閉手段により開閉される可変ノズルの開度領域は、可変ノズルの開閉頻度に応じて変化される。すなわち、強制開閉手段は、開弁頻度が多く、閉弁頻度が少ない場合は、可変ノズルを、中立位置から全開位置に向けて開弁させることなく、中立位置と全閉位置との間で駆動させる。また、閉弁頻度が多く、開弁頻度が少ない場合は、可変ノズルを、中立位置から全閉位置に向けて閉弁させることなく、中立位置と全開位置との間で駆動させる。このため、内燃機関が所定の運転状態に維持される場合でも、可変ノズルにスティック異常が生じるのを確実に防止することができる。
【００１１】
また、可変ノズルの駆動が所定の領域内に制限されると、可変ノズルの開閉に伴って生じる内燃機関の回転変動が抑制される。従って、本発明によれば、可変ノズルにスティック異常が生じるのを防止するために実行する可変ノズルの駆動を、内燃機関の運転状態を安定化させつつ、実行することができる。
上記の目的は、請求項３に記載する如く、請求項１記載の可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置において、
前記強制開閉手段により前記可変ノズルが開閉される場合に、前記可変ノズルの開閉に応じて、該内燃機関に供給される空気量および燃料噴射量を増減させる供給量増減手段を備えることを特徴とする可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置により達成される。
【００１２】
本発明において、強制開閉手段が可変ノズルを開閉する場合、可変ノズルの開閉に伴って過給圧が変化し、内燃機関に供給される空気量および燃料噴射量が変化する。この場合、内燃機関に回転変動が生じ、内燃機関の運転状態が不安定なものとなってしまう。本発明においては、可変ノズルの開閉に応じて、吸入空気量および燃料噴射量が通常時に比して増減される。すなわち、強制開閉手段が可変ノズルを開閉する場合でも内燃機関に回転変動が生じないように吸入空気量および燃料噴射量が調整される。このため、可変ノズルが開閉される場合でも、内燃機関に回転変動が生じることが抑制され、内燃機関の運転状態を安定化させることができる。
【００１３】
また、請求項４に記載する如く、請求項１記載の可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置において、
前記可変ノズルの開閉に応じて変化するパラメータを検出するパラメータ検出手段と、
前記パラメータに基づいて前記可変ノズルのスティック異常を検出するスティック異常検出手段と、
を備えることを特徴とする可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関の制御装置は、可変ノズルのスティック異常を検出するうえで有効である。
【００１４】
本発明において、可変ノズルが正常に機能する場合には、パラメータは可変ノズルの開閉に応じた適正な値に維持される。一方、可変ノズルにスティック異常が生じると、パラメータは適正な値から逸脱する。本発明において、可変ノズルの開閉に応じて変化するパラメータが検出される。パラメータが可変ノズルの開閉に応じた適正な値から逸脱した場合に、可変ノズルにスティック異常が発生していると判断される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関１０のシステム構成図を示す。本実施例において、内燃機関１０は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１２を備えており、ＥＣＵ１２により制御される。
【００１６】
内燃機関１０は、シリンダブロック１４を備えている。シリンダブロック１４の内部には、ピストン１６、コンロッド１８、および、クランクシャフト２０が収納されている。シリンダブロック１４の壁面には、クランクシャフト２０の回転角に応じた信号を出力するクランク角センサ２２が配設されている。クランク角センサ２２の出力信号は、ＥＣＵ１２に供給されている。ＥＣＵ１２は、クランク角センサ２２の出力信号に基づいて、機関回転数ＮＥを検出する。
【００１７】
シリンダブロック１４の上方には、シリンダヘッド２４が配設されている。内燃機関１０の内部には、シリンダブロック１４、ピストン１６、および、シリンダヘッド２４に囲まれる燃焼室２６が形成されている。シリンダヘッド２４には、燃焼室２６に開口する吸気通路２８および排気通路３０が形成されている。シリンダヘッド２４には、吸気通路２８と燃焼室２６との導通状態を切り換える吸気弁３２、および、排気通路３０と燃焼室２６との導通状態を切り換える排気弁３４が収納されている。吸気通路２８には、吸気通路２８の内圧（以下、過給圧ＰB と称す）に応じた信号をＥＣＵ１２に出力する過給圧センサ３６が配設されている。ＥＣＵ１２は、過給圧センサ３６の出力信号に基づいて過給圧ＰB を検出する。
【００１８】
吸気通路２８の内部には、アクセル操作に応じた開度に開弁されるスロットルバルブ３８が配設されている。スロットルバルブ３８は、燃焼室２６に供給される吸入空気の空気量を可変する機能を有している。スロットルバルブ３８の近傍には、スロットルバルブ３８の開度に応じた信号をＥＣＵ１２に出力するスロットルポジションセンサ４０が配設されている。ＥＣＵ１２は、スロットルポジションセンサ４０の出力信号に基づいてスロットル開度θを検出し、またスロットル開度θに基づいて内燃機関１０の負荷を推定する。
【００１９】
吸気通路２８には、吸入空気を冷却するインタークーラ４２が配設されている。インタークーラ４２の上流側には、可変ノズル型ターボチャージャ（以下、単にターボチャージャと称す）４４のコンプレッサ４６が連通している。また、コンプレッサ４６の上流側には、エアクリーナ４８が連通している。コンプレッサ４６は、内燃機関１０の運転中に、エアクリーナ４８で濾過された空気を吸気通路２８に過給する。
【００２０】
内燃機関１０の排気通路３０には、ターボチャージャ４４の排気タービン５０が連通している。排気タービン５０には、触媒コンバータ（図示せず）およびマフラ（図示せず）が連通している。コンプレッサ４６は、排気タービン５０の内部を流通する排気ガスのエネルギを利用して、エアクリーナ４８から導いた空気を吸気通路２８へ過給する。排気通路２８から排気タービン５０に流入した排気ガスは、排気タービン５０の内部に形成された流路を通って触媒コンバータへ流出する。
【００２１】
また、排気通路３０には、ターボチャージャ４４の排気タービン５０をバイパスするバイパス通路５２が連通している。バイパス通路５２には、排気タービン５の入口側と出口側との導通状態を切り換えるウェイストゲートバルブ（以下、ＷＧバルブと称す）５４が設けられている。ＷＧバルブ５４は、吸気通路２８の過給圧ＰB が所定値を越えた場合に開弁され、排気タービン５０の過回転を防止する機能を有している。ＷＧバルブ５４には、ＷＧバルブアクチュエータ５６を介してバキューム・スイッチング・バルブ（以下、ＶＳＶと称す）５８が連結されている。
【００２２】
ＶＳＶ５８には、ＥＣＵ１２が接続されている。ＥＣＵ１２は、ＷＧバルブ５４が内燃機関１０の運転状態に応じた適当な開度となるように、ＶＳＶ５８に対して適当なデューティー比を有する駆動信号を供給する。ＶＳＶ５８は、ＷＧバルブ５４が、ＥＣＵ１２から供給された駆動信号に応じた開度に制御されるように、所定の負圧を動力源としてＷＧバルブアクチュエータ５６に対して負圧を供給する。ＷＧバルブ５４は、ＷＧバルブアクチュエータ５６の作動状態に応じた開度に制御される。
【００２３】
内燃機関１０が低負荷・低回転で運転している状況下で排気タービン５０の内部に形成された流路が大きな有効面積を有している場合、コンプレッサ４６の作動によって吸気通路２８に適当な過給圧を確保するためには、多量の排気ガスを排気タービン５０に導く必要がある。しかし、内燃機関１０が低負荷・低回転で運転している状況下で多量の排気ガスを排気タービン５０に導くことは困難である。かかる状況下で吸気通路２８に適当な過給圧を確保するためには、排気タービン５０への流路の有効面積を小さくし、排気タービン５０に流入する排気ガスの速度を大きくすることが有効である。
【００２４】
一方、内燃機関１０が高負荷・高回転で運転している状況下で、すなわち、多量の排気ガスが発生している状況下で排気タービン５０の内部に形成された流路の有効面積が小さいと、排気タービン５０の上流側の圧力、すなわち、内燃機関１０の背圧が不当に昇圧され、内燃機関１０の出力が低下する事態が生じてしまう。このため、内燃機関１０が高負荷・高回転で運転している状況下では、排気タービン５０への流路の有効面積を大きくし、排気ガスを速やかに大気中へ放出することが有効である。
【００２５】
ターボチャージャ４４の排気タービン５０には、可変ノズル６０が複数設けられている。可変ノズル６０は、排気タービン５０の内部に形成される流路の有効面積を可変する機能を有している。可変ノズル６０には、負圧アクチュエータ６２を介してバキューム・レギュレーティング・バルブ（以下、ＶＲＶと称す）６４が連結されている。ＥＣＵ１２は、可変ノズル６０が内燃機関１０の運転状態に応じた適当な開度となるように、ＶＲＶ６４に対して制御信号を供給する。ＶＲＶ６４は、ＥＣＵ１２から供給された制御信号に応じた開度に可変ノズル６０が制御されるように、バユームポンプ６６から供給される負圧を動力源として負圧アクチュエータ６２に対して負圧を供給する。可変ノズル６０は、負圧アクチュエータ６２の作動状態に応じた開度に制御される。
【００２６】
ＥＣＵ１２には、ハンドブレーキスイッチ６８、および、シフトポジションセンサ６９が接続されている。ハンドブレーキスイッチ６８は、ハンドブレーキの近傍に配設されており、常態でオフ状態を維持し、ハンドブレーキが操作された場合にオン信号を出力する。また、シフトポジションセンサ６９は、トランスミッションの変速比を切り換えるＡＴレンジの位置に応じた信号を出力する。ＥＣＵ１２は、これらの出力信号に基づいて、ハンドブレーキが操作されているか否かを判別すると共に、ＡＴレンジがパーキング位置にあるか否かを判別する。また、ＥＣＵ１２は、内燃機関１０が備える各種センサにより検出された機関回転数ＮＥ、スロットル開度θ、過給圧ＰB 等に基づいて、通常時に噴射すべき燃料噴射量Ｑを演算する。
【００２７】
図２は、ターボチャージャ４４に設けられた可変ノズル６０の動作を説明するための図を示す。図２に示す如く、可変ノズル６０は、翼状型の部材で構成されており、支軸７０の一端に固定されている。支軸７０は、ターボチャージャ４４のハウジングに固定されたノズルプレート７２に回動可能に挿入されている。支軸７０の他端には、ノズルアーム７４が固定されている。ノズルアーム７４は、はぼＹ字型に構成された部材であり、支軸７０が固定された固定部７４ａと、Ｙ字型の二股部７４ｂとを備えている。ノズルアーム７４は、二股部７４ｂが、駆動リング７６に固定されたピン７８に係合するように構成されている。駆動リング７６は、環状のプレートにより構成された部材であり、ノズルアーム７４に対して回動可能に構成されている。
【００２８】
駆動リング７６には、ストッパピン８０が固定されている。ストッパピン８０は、駆動リング７６の回動を所定範囲内に規制する役割を有している。駆動リング７６には、また、駆動ピン８２が固定されている。駆動ピン８２には、駆動アーム８４が係合している。駆動アーム８４は、負圧アクチュエータ６２の作動軸８６に連結されている。
【００２９】
上記の構成において、ＶＲＶ６４から負圧アクチュエータ６２に対して大きな負圧が供給されると、負圧アクチュエータ６２が作動することによって、駆動アーム８４が図２における反時計方向回りに回転する。駆動アーム８４が反時計方向回りに回転すると、駆動リング７６がノズルプレート７２に対して同方向回りに回転し、ノズルアーム７４の二股部７４ｂが駆動ピン７８に反時計方向に押圧される。この場合、ノズルアーム７４が支軸７０を中心にして反時計方向回りに回転し、可変ノズル６０も同方向回りに回転する。かかる場合には、可変ノズル６０が隣り合う可変ノズルと接近する状態が、すなわち、可変ノズル６０の閉弁状態が実現される。
【００３０】
本実施例において、排気ガスは、排気通路３０から排出された後、図２に示す破線矢印Ｘの方向に向かって排気タービン５０に流入する。このため、可変ノズル６０が閉弁されると、排気ガスを排気タービン５０に導く流路の有効面積が小さくなり、排気ガスが排気タービン５０に流入し難くなる。かかる状態では、排気タービン５０に流入する排気ガスの速度が大きくなり、排気タービン５０の回転速度が増大する。
【００３１】
可変ノズル６０が閉弁した状態で、負圧アクチュエータ６２に供給される負圧が減少すると、駆動アーム８４および駆動リング７６が図２における時計方向回りに回転する。この場合、ノズルアーム７４の二股部７４ｂが駆動ピン７８に時計方向に押圧されることで、ノズルアーム７４は支軸７０を中心にして時計方向回りに回転し、可変ノズル６０も同方向に回転する。かかる場合には、可変ノズル６０が隣り合う可変ノズルから離間した状態が、すなわち、可変ノズル６０が開弁した状態が実現される。可変ノズル６０が開弁されると、排気ガスを排気タービン５０に導く流路の有効面積が大きくなり、排気ガスが排気タービン５０に流入し易くなる。
【００３２】
ところで、渋滞中や暖機運転中等によって内燃機関１０が一定の運転状態を維持しつつ運転する場合には、可変ノズル６０は所定の開度に維持される。内燃機関１０が運転する状況下で可変ノズル６０が所定開度に維持される状態が長時間継続すると、排気ガス中のカーボンが可変ノズル６０の可動部近傍に、具体的には、可変ノズル６０とターボチャージャ４４のハウジングとの間や可変ノズル６０とノズルプレート７２との間、あるいは、駆動リング７６とノズルプレート７２との間等に堆積する場合がある。かかる位置にカーボンが堆積すると、可変ノズル６０にスティック異常が生じ、可変ノズル６０を所望の開度に制御することができないおそれがある。
【００３３】
可変ノズル６０のスティック異常の発生を防止するためには、内燃機関１０が一定の状態を維持しつつ運転する状況下で、可変ノズル６０の開度を長時間同一の開度に維持しないこと、すなわち、可変ノズル６０を全開位置と全閉位置との間の全領域にわたって強制的に駆動することが望ましい。可変ノズル６０が長時間同一開度に維持されなければ、可変ノズル６０の駆動によって、可変ノズル６０の近傍に排気ガス中のカーボンが堆積することがなくなり、また、カーボンが堆積している場合でもかかるカーボンを除去することが可能となる。従って、上記の手法によれば、可変ノズル６０にスティック異常が生ずるのを防止することが可能となる。
【００３４】
図３は、可変ノズル６０にスティック異常が発生するのを防止すべく、本実施例においてＥＣＵ１２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図３に示すルーチンは、所定時間ごとに起動される定時割り込みルーチンである。図３に示すルーチンが起動されると、まず、ステップ１００の処理が実行される。
【００３５】
ステップ１００では、ハンドブレーキスイッチ６８の出力信号、および、シフトポジションセンサ６９の出力信号に基づいて、ハンドブレーキが操作されており、かつ、ＡＴレンジがパーキング位置にあるか否かが判別される。かかる条件が成立しない場合は、車両が発進する可能性があると判断できる。車両が走行する状況下で可変ノズル６０が強制的に駆動されると、内燃機関１０の過給圧を所望の圧力に制御することが困難となる。このため、上記の条件が成立しない場合には、可変ノズル６０の強制的な駆動を行わないことが適切である。従って、上記の条件が成立しないと判別された場合は、次にステップ１０４の処理が実行される。一方、上記の条件が成立する場合は、車両の停止が継続すると判断できる。かかる場合は、可変ノズル６０の強制的な駆動を行っても上記の不都合は生じない。従って、上記の条件が成立すると判別された場合は、次にステップ１０２の処理が実行される。
【００３６】
ステップ１０２では、クランク角センサ２２の出力信号から検出された機関回転数ＮＥと、スロットルポジションセンサの出力信号から検出されたスロットル開度θとの関係に基づいて、内燃機関１０がアイドル状態であるか否かが判別される。内燃機関１０がアイドル状態でない場合は、内燃機関１０の回転数が変動していると判断できる。かかる場合には可変ノズル６０の強制的な駆動を行うことは適切ではない。従って、内燃機関１０がアイドル状態でないと判別された場合にも、次にステップ１０４の処理が実行される。
【００３７】
ステップ１０４では、可変ノズル６０を通常どおりに制御する処理が実行される。具体的には、可変ノズル６０が内燃機関１０の運転状態に応じた開度に制御されるように、ＶＲＶ６４に対して制御信号が供給される。本ステップ１０４の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
上記ステップ１０２において、内燃機関１０がアイドル状態である場合は、内燃機関１０は所定の状態を維持しつつ運転し、可変ノズル６０が所定の開度を維持していると判断できる。かかる場合には、可変ノズル６０の近傍にカーボンが堆積するのを阻止する必要がある。従って、内燃機関１０がアイドル状態であると判別された場合は、次にステップ１０６の処理が実行される。
【００３８】
ステップ１０６では、可変ノズル６０を強制的に駆動する処理が実行される。具体的には、可変ノズル６０が全開位置と全閉位置との間の全領域にわたって所定時間ごとに繰り返し駆動されるようにＶＲＶ６４に対して制御信号が供給される。本ステップ１０６の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
上記の処理によれば、車両が停車中であり、かつ、内燃機関１０がアイドル状態である場合に、可変ノズル６０を強制的に全閉位置と全開位置との間の全領域にわたって駆動させることができる。このように可変ノズル６０が駆動されると、可変ノズル６０が何れかの状態で固定されることがなく、内燃機関１０が一定の状態を維持しつつ運転する状況下においても、可変ノズル６０の近傍にカーボンが堆積することが防止される。このため、本実施例によれば、可変ノズル６０に開側スティック異常および閉側スティック異常が生じることを確実に防止することができる。
【００３９】
従って、本実施例の内燃機関１０によれば、多量の排気ガスが排出される状況下でも背圧が過大となることがなく、内燃機関１０の出力低下を抑制することができると共に、部品の破損を防止することができる。また、低負荷・低回転領域においては吸気通路２８に大きな過給圧を確保することが可能となり、内燃機関１０の応答性が低下するのを防止することができる。
【００４０】
ところで、可変ノズル６０が駆動されると、排気タービン５０の内部に形成された流路の有効面積が所定時間ごとに大きく増減する。内燃機関１０がアイドル状態である場合に流路の有効面積が大きく増減すると、内燃機関１０から排出される排気ガスの量が一定量であるにもかかわらず、内燃機関１０の背圧が大きく増減し、その結果、排気タービンに流入する排気ガスの速度が大きく増減してしまう。
【００４１】
可変ノズル６０が強制的に駆動されている状況下で、排気タービンに流入する排気ガスの速度が大きくなると、コンプレッサ４６の作動により、過給圧ＰB が所望の値に比して大きくなり、内燃機関１０に供給される吸入空気の量が多量となる。吸入空気量は、過給圧ＰB に基づいて推定されると共に、燃料噴射量は、推定された吸入空気量に対して適正な空燃比が得られるように決定される。このため、上記の状況下で過給圧ＰB が大きくなると、燃料噴射量が吸入空気量に応じて多くなり、内燃機関１０が高速で回転することになる。
【００４２】
一方、上記の状況下で、排気タービンに流入する排気ガスの速度が小さくなると、過給圧ＰB が所望の値に比して小さくなり、吸入空気量が少量となる。この場合は、燃料噴射量も吸入空気量に応じて少量となり、内燃機関１０が低速で回転することになる。従って、可変ノズル６０が強制的に駆動される場合には、内燃機関１０に回転変動が生じ、内燃機関１０の運転状態が不安定なものとなってしまう。
【００４３】
内燃機関１０の運転状態を安定なものとするためには、過給圧ＰB が大きい場合は、スロットルバルブ３８を閉弁することにより内燃機関１０への吸入空気量を少量とすると共に、燃料噴射量Ｑを減量補正することが適切である。また、過給圧ＰB が小さい場合は、スロットルバルブ３８を開弁することにより吸入空気量を多量とすると共に、燃料噴射量Ｑを増量補正することが適切である。かかる手法によれば、吸入空気量および燃料噴射量が可変ノズル６０の強制的な駆動と同期して適宜増減されることで、可変ノズル６０が駆動される場合でも内燃機関の回転変動を防止することが可能となる。
【００４４】
図４は、上記の手法を用いて内燃機関１０の回転変動の発生を防止すべく、ＥＣＵ１２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図４に示すルーチンは、所定時間ごとに起動される定時割り込みルーチンである。図４に示すルーチンが起動されると、まずステップ１１０の処理が実行される。
ステップ１１０では、クランク角センサ２２の出力信号、スロットルポジションセンサ４０の出力信号、および、過給圧センサ３６に出力信号に基づいて、機関回転数ＮＥ、スロットル開度θ、および、過給圧ＰB が検出される。
【００４５】
ステップ１１２では、上記ステップ１１０で検出された各種データに基づいて、通常時に噴射すべき燃料噴射量Ｑが演算される。
ステップ１１４では、可変ノズル６０のスティック異常を防止すべく、可変ノズル６０が強制的に駆動されているか否かが判別される。その結果、可変ノズル６０が強制的に駆動されていないと判別された場合は、何ら処理が進行されることなく今回のルーチンが終了される。この場合は、上記ステップ１１２で演算された燃料噴射量Ｑが内燃機関１０に供給される。一方、可変ノズル６０が強制的に駆動されていると判別された場合は、次に、ステップ１１６の処理が実行される。
【００４６】
ステップ１１６では、過給圧ＰB が所定値Ｐupshを越えているか否かが判別される。尚、所定値Ｐupshは、内燃機関１０に回転変動が生じていないと判断される圧力のうちの最大圧力である。ＰB ＞Ｐupshが成立する場合は、過給圧ＰB が不当に高圧となっていると判断できる。従って、ＰB ＞Ｐupshが成立すると判別された場合は、次にステップ１１８の処理が実行される。
【００４７】
ステップ１１８では、スロットルバルブ３８を閉弁し、かつ、燃料噴射量Ｑを減量補正する処理が実行される。本ステップ１１８の処理が実行されると、内燃機関１０に供給される吸入空気量および燃料噴射量が少量となる。この場合、過給圧ＰB が大きいことに起因して内燃機関１０が高速で回転することが防止される。本ステップ１１８の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
【００４８】
上記ステップ１１６において、ＰB ＞Ｐupshが成立しないと判別された場合は、次にステップ１２０の処理が実行される。
ステップ１２０では、過給圧ＰB が所定値Ｐdwshを下回ったか否かが判別される。尚、所定値Ｐdwshは、内燃機関１０に回転変動が生じていないと判断される圧力のうちの最小圧力である。ＰB ＜Ｐdwshが成立しない場合は、過給圧ＰB が所定の領域内に維持されていると判断でき、内燃機関１０に回転変動が生じていないと判断できる。従って、ＰB ＜Ｐdwshが成立しないと判別された場合は、以後、何ら処理が進められることなく、今回のルーチンが終了される。一方、ＰB ＜Ｐdwshが成立する場合は、過給圧ＰB が不当に低圧となっていると判断できる。従って、ＰB ＜Ｐdwshが成立すると判別された場合は、次にステップ１２２の処理が実行される。
【００４９】
ステップ１２２では、スロットルバルブ３８を開弁し、かつ、燃料噴射量Ｑを増量補正する処理が実行される。本ステップ１２２の処理が実行されると、内燃機関１０に供給される吸入空気量および燃料噴射量が多くなる。この場合、過給圧ＰB が小さいことに起因して内燃機関１０が低速で回転することが防止される。本ステップ１２２の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
【００５０】
上記の処理によれば、可変ノズル６０の駆動によって生じる内燃機関１０の回転変動を防止することができる。このため、本実施例によれば、可変ノズル６０が強制的に駆動されている場合でも、内燃機関１０の回転を常に安定した状態に維持することができる。従って、本実施例の内燃機関１０によれば、可変ノズル６０のスティック異常を防止する処理が実行されている場合でも、車両乗員が内燃機関１０の回転変動による違和感を感じることがなくなる。
【００５１】
ところで、可変ノズル６０にスティック異常が生じた場合には、かかる異常を速やかに車両乗員に認識させる必要がある。可変ノズルは、通常時は内燃機関１０の運転状態に応じた開度に制御され、内燃機関１０がアイドル状態である場合に強制的に駆動される。内燃機関１０がアイドル状態である場合には、内燃機関１０から排出される排気ガスの量は一定である。このため、可変ノズル６０が強制的に駆動される状況下でターボチャージャ４４が正常である場合、すなわち、可変ノズル６０の開度が適正に変化する場合には、内燃機関１０の過給圧ＰB は可変ノズル６０の駆動に応じて適正に増減する。この場合、過給圧ＰB の最大値および最小値は、それぞれ所定の範囲内に維持される。一方、可変ノズル６０が強制的に駆動される状況下で可変ノズル６０の開度が適正に変化しない場合には、過給圧ＰB の最大値および最小値が所定の範囲から逸脱する。
【００５２】
図５は、内燃機関１０が一定の運転状態を維持する状況下で可変ノズル６０の駆動に応じて変化する過給圧ＰB の一例を表した図を示す。図５に示す如く、時刻ｔ1 において、過給圧ＰB の最小値ＰBdw が許容範囲から高圧側にシフトしている。この場合は、可変ノズル６０が開弁方向に向けて適正に開弁されず、可変ノズル６０に閉側スティック異常が生じていると判断できる。また、時刻ｔ2 において、過給圧ＰB の最大値ＰBup が許容範囲から低圧側にシフトしている。かかる場合は、可変ノズル６０が閉弁方向に向けて適正に閉弁されず、可変ノズル６０に開側スティック異常が生じていると判断できる。
【００５３】
従って、可変ノズル６０が強制的に駆動される状況下において、過給圧ＰB の最大値および最小値が所定の範囲から逸脱するか否かを判別することにより、可変ノズル６０のスティック異常の有無を判断することが可能となる。
図６は、可変ノズル６０のスティック異常を検出すべくＥＣＵ１２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図６に示すルーチンは、所定時間ごとに起動される定時割り込みルーチンである。図６に示すルーチンが起動されると、まずステップ１２０の処理が実行される。
【００５４】
ステップ１３０では、可変ノズル６０のスティック異常を防止すべく可変ノズル６０が強制的に駆動されているか否かが判別される。その結果、可変ノズル６０が強制的に駆動されていないと判別された場合は、何ら処理が進行されることなく今回のルーチンが終了される。一方、可変ノズル６０が強制的に駆動されていると判別された場合は、次にステップ１３２の処理が実行される。
【００５５】
ステップ１３２では、過給圧ＰB の微分値ΔＰB が“０”であるか否か、具体的には、前回の処理サイクルから今回の処理サイクルにかけて過給圧ＰB が変化したか否かが判別される。ΔＰB ＝０が成立しない場合は、過給圧ＰB が増加傾向または減少傾向を示していると判断できる。かかる場合は、過給圧ＰB の最大値ＰBup または最小値ＰBdw を検出することは不可能である。従って、ΔＰB ＝０が成立しないと判別された場合は、何ら処理が進められることなく今回のルーチンは終了される。一方、ΔＰB ＝０が成立する場合は、過給圧ＰB が一定の圧力に維持されていると判断できる。かかる場合は、過給圧ＰB の最大値ＰBup または最小値ＰBdw を検出することが可能となる。従って、ΔＰB ＝０が成立すると判別された場合は、次にステップ１３４の処理が実行される。
【００５６】
ステップ１３４では、上記ステップ１３２の条件が成立する際の過給圧ＰB が、その最大値ＰBup または最小値ＰBdw として認識される。尚、ＥＣＵ１２は、常時過給圧ＰB を検出しており、上記ステップ１３２が成立する以前の過給圧ＰB を記憶している。このため、本ステップ１３４が実行されれば、過給圧ＰB の最大値ＰBup と最小値ＰBdw とを区別することができる。
【００５７】
ステップ１３６では、過給圧ＰB の最大値ＰBup が、所定値Ｐup1 以上であり、所定値Ｐup2 以下であるか否か、あるいは、過給圧ＰB の最小値ＰBdw が、所定値Ｐdw1 以上であり、所定値Ｐdw2 以下であるか否かが判別される。尚、所定値Ｐup1 ，Ｐup2 は、内燃機関１０がアイドル状態である状況下で可変ノズル６０が全開位置から全閉位置にかけて駆動される場合に許容される過給圧ＰB の最大値ＰBup の下限値および上限値である。また、所定値Ｐdw1 ，Ｐdw2 は、同様の場合に許容される過給圧ＰB の最小値ＰBdw の下限値および上限値である。
【００５８】
Ｐup1 ≦ＰBup ≦Ｐup2 が成立する場合、あるいは、Ｐdw1 ≦ＰBdw ≦Ｐdw2 が成立する場合は、可変ノズル６０の開度が適正に変化していると判断できる。従って、かかる判別がなされた場合は、今回のルーチンは終了される。一方、Ｐup1 ≦ＰBup ≦Ｐup2 が成立せず、かつ、Ｐdw1 ≦ＰBdw ≦Ｐdw2 が成立しない場合は、可変ノズル６０の開度が適正に変化していないと判断できる。従って、かかる判別がなされた場合は、次にステップ１３８の処理が実行される。
【００５９】
ステップ１３８では、可変ノズル６０にスティック異常が生じていると認識される。本ステップ１３８でスティック異常が認識されると、ＥＣＵ１２は、車両乗員に対してかかる異常を警報する。本ステップ１３８の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
上記の処理によれば、可変ノズル６０の駆動に伴って変化する過給圧ＰB に基づいて、可変ノズル６０にスティック異常が生じているか否かを正確に判断することができる。このため、本実施例によれば、車両乗員に可変ノズル６０のスティック異常を認識させることが可能となる。尚、本実施例においては、過給圧ＰB に基づいて可変ノズル６０のスティック異常の有無を判断することとしているが、例えば内燃機関１０の回転数や内燃機関１０からの排気ガス量等に基づいて判断することとしてもよい。
【００６０】
尚、上記の実施例においては、過給圧ＰBが請求項４記載の「パラメータ」に相当していると共に、ＥＣＵ１２が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより請求項１記載の「通常開閉手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより請求項１記載の「強制開閉手段」が、上記ステップ１１８または１２２の処理を実行することにより請求項３記載の「供給量増減手段」が、過給圧センサ３６の出力信号に基づいて過給圧ＰBを検出することにより請求項４記載の「パラメータ検出手段」が、上記ステップ１３８の処理を実行することにより請求項４記載の「スティック異常検出手段」が、それぞれ実現されている。
【００６１】
ところで、上記の実施例においては、所定の条件が成立する場合に可変ノズル６０を全閉位置と全開位置との間の全領域にわたって駆動することで、可変ノズル６０にスティック異常が生じるのを防止することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変ノズル６０を所定範囲内で駆動することにより、スティック異常の発生を防止することとしてもよい。
【００６２】
次に、図７を参照して、本発明の第２実施例について説明する。本実施例のシステムは、上記図１に示す内燃機関１０において、ＥＣＵ１２に、図３に示すルーチンに代えて図７に示すルーチンを実行させることにより実現される。
上述した第１実施例では、可変ノズル６０にスティック異常が生じるのを防止すべく、所定の条件が成立する場合に可変ノズル６０を全閉位置と全開位置との間の全領域にわたって強制的に駆動させる。しかし、内燃機関１０の背圧の上昇を防止すべく通常時に可変ノズル６０が中立位置と全開位置との間（以下、この間を開弁側と称す）で頻繁に駆動されている場合には、可変ノズル６０の開弁側にカーボンが堆積することはなく、所定の条件が成立する状況下において可変ノズル６０を開弁側で駆動させる必要はない。また、適当な過給圧を確保すべく通常時に可変ノズル６０が中立位置と全閉位置との間（以下、この間を閉弁側と称す）で頻繁に駆動されている場合には、可変ノズル６０の閉弁側にカーボンが堆積することはなく、可変ノズル６０を閉弁側で駆動させる必要はない。
【００６３】
このように、内燃機関１０において所定の条件が成立する状況下でも、可変ノズル６０を全閉位置と全開位置との間の全領域にわたって駆動させる必要がない場合がある。本実施例のシステムは、所定の場合に、可変ノズル６０の駆動を所定の範囲内に限定して行う点に特徴を有している。以下、その特徴部について説明する。
【００６４】
図７は、可変ノズル６０にスティック異常が生じるのを防止すべく、本実施例においてＥＣＵ１２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図７に示すルーチンは、所定時間ごとに起動される定時割り込みルーチンである。尚、図７において、上記図３に示すステップと同一の処理を実行するステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。すなわち、図７に示すルーチンにおいては、ステップ１０２で内燃機関１０がアイドル運転状態であると判別されると、次にステップ１４０の処理が実行される。
【００６５】
ステップ１４０では、所定時間内に可変ノズル６０が開弁側で駆動された頻度Ｃopenが所定値Ｃ0 以上であるか否かが判別される。尚、所定値Ｃ0 は、可変ノズル６０の近傍にカーボンが堆積しないと判断できる可変ノズル６０の最小頻度である。Ｃopen≧Ｃ0 が成立しない場合は、可変ノズル６０が開弁側で頻繁には駆動されていないと判断できる。この場合は、可変ノズル６０の開弁側でのスティック異常を防止すべく、可変ノズル６０を開弁側で強制的に駆動する必要がある。従って、Ｃopen≧Ｃ0 が成立しないと判別された場合は、次にステップ１４２の処理が実行される。
【００６６】
ステップ１４２では、所定時間内に可変ノズル６０が閉弁側で駆動された頻度Ｃclose が所定値Ｃ0 以上であるか否かが判別される。Ｃclose ≧Ｃ0 が成立しない場合は、可変ノズル６０が閉弁側で頻繁には駆動されていないと判断できる。この場合は、可変ノズル６０の閉弁側でのスティック異常を防止すべく、可変ノズル６０を閉弁側で強制的に駆動する必要がある。従って、Ｃclose ≧Ｃ0 が成立しないと判別された場合は、次にステップ１４４の処理が実行される。一方、Ｃclose ≧Ｃ0 が成立する場合は、可変ノズル６０が頻繁に閉弁されていると判断でき、可変ノズル６０を閉弁側で強制的に駆動する必要はない。従って、Ｃclose ≧Ｃ0 が成立すると判別された場合は、次にステップ１４６の処理が実行される。
【００６７】
ステップ１４４では、可変ノズル６０を全開位置と全閉位置との間の全領域で駆動する処理が実行される。本ステップ１４４の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
ステップ１４６では、可変ノズル６０を開弁側で駆動する処理が実行される。本ステップ１４６の処理が実行されると、可変ノズル６０は、閉弁側で駆動されることはなく、開弁側で駆動されることになる。本ステップ１４６の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
【００６８】
上記ステップ１４０において、Ｃopen≧Ｃ0 が成立すると判別された場合は、次にステップ１４８の処理が実行される。
ステップ１４８では、上記ステップ１４２の処理と同様の処理が実行される。その結果、Ｃclose ≧Ｃ0 が成立する場合は、可変ノズル６０が開弁側と閉弁側とで共に頻繁に駆動されていると判断できる。この場合は、可変ノズル６０を全開位置と全閉位置との間の全領域にわたって駆動することが適切である。従って、本ステップ１４８でＣclose ≧Ｃ0 が成立すると判別された場合は、上記ステップ１４４の処理が実行される。一方、Ｃclose ≧Ｃ0 が成立しない場合は、可変ノズル６０を閉弁側で強制的に駆動する必要がある。従って、本ステップ１４８でＣclose ≧Ｃ0 が成立しないと判別された場合は、次にステップ１５０の処理が実行される。
【００６９】
ステップ１５０では、可変ノズル６０を閉弁側で駆動する処理が実行される。本ステップ１５０の処理が実行されると、可変ノズル６０は、開弁側で駆動されることはなく、閉弁側で駆動されることになる。本ステップ１５０の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
上記の処理によれば、可変ノズル６０にスティック異常が発生するのを防止すべく実行する可変ノズル６０の駆動を、可変ノズル６０の通常時の開閉頻度を考慮して、開弁側でのみ又は閉弁側でのみ行うことができる。すなわち、可変ノズル６０は、通常時に閉弁側で頻繁に駆動されている場合には、所定状況下で開弁側で駆動される。また、通常時に開弁側で頻繁に駆動されている場合には、所定状況下で閉弁側で駆動される。
【００７０】
このため、本実施例によれば、可変ノズル６０が、通常時に駆動が比較的行われない領域で駆動されることで、かかる領域にカーボンが堆積することが防止され、可変ノズル６０に開側スティック異常および閉側スティック異常が生じるのを確実に防止することができる。従って、本実施例においても、上記第１実施例と同様の効果を得ることが可能となる。
【００７１】
また、本実施例においては、可変ノズル６０の駆動が所定領域内に制限されることにより、可変ノズル６０の駆動に伴う内燃機関１０の回転変動を抑制することが可能となる。従って、本実施例によれば、内燃機関１０の運転状態を安定なものとすることができ、車両乗員が内燃機関１０の回転変動による違和感を感じることがなくなる。
【００７２】
尚、上記の実施例においては、ＥＣＵ１２が、所定時間内にＶＲＶ６４に供給する制御信号の供給頻度を演算することにより請求項２記載の「開閉頻度演算手段」が実現されている。
ところで、上記第１および第２実施例においては、ハンドブレーキがオン状態にあり、ＡＴレンジがパーキング状態にあり、かつ、内燃機関１０がアイドル状態にある場合に、可変ノズル６０を強制的に駆動することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、車両が渋滞等の微小な速度で走行する場合やエンジンキーがオフ状態になった場合に可変ノズル６０を駆動することとしてもよいし、また、上記の条件が成立する状況下で所定時間だけ可変ノズル６０を駆動することとしてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、可変ノズルにスティック異常が生じるのを確実に防止することができる。
請求項２記載の発明によれば、可変ノズルにスティック異常が生じるのを防止すべく実行される可変ノズルの開閉領域が制限されることで、可変ノズルの開閉に伴って生じる内燃機関の回転変動を抑制することができる。
【００７４】
請求項３記載の発明によれば、内燃機関に供給される空気量および燃料噴射量が調整されることで、可変ノズルの開閉に伴って生じる内燃機関の回転変動を抑制することができる。
また、請求項４記載の発明によれば、可変ノズルの開閉に伴って変化するパラメータに基づいて、可変ノズルにスティック異常が生じたか否かを正確に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である可変ノズル型ターボチャージャを搭載する内燃機関のシステム構成図である。
【図２】本実施例が搭載するターボチャージャに設けられた可変ノズルの動作を説明するための図である。
【図３】本実施例の内燃機関において実行されるスティック異常発生防止ルーチンの一例のフローチャートである。
【図４】本実施例の内燃機関において実行される燃料噴射量演算ルーチンの一例のフローチャートである。
【図５】内燃機関が一定の運転状態を維持する状況下で可変ノズルの駆動に応じて変化する過給圧ＰB の一例を表した図である。
【図６】本実施例の内燃機関において実行されるスティック異常検出ルーチンの一例のフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施例の内燃機関において実行されるスティック異常発生防止ルーチンの一例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  内燃機関
１２  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４４  可変ノズル型ターボチャージャ（ターボチャージャ）
５０  排気タービン
６０  可変ノズル
【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】
0003711780.tif 000006
【図６】
0003711780.tif 000007
【図７】
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