(57)【要約】【課題】  ディフューザのジオメトリを変更する際のエンジントルクの変動を抑制することができるターボチャージャの制御方法を提供する。【解決手段】  車両用エンジンの運転状態に応じてターボチャージャのコンプレッサの空気流量および圧力比の特性ポイントが切替ラインを横切る際に、各可変ディフューザのジオメトリである翼角がα＝０°の若干開いた初期状態とα＝３５°の全開状態との間で一斉に変更される。その際、切替ライン上では、各可変ディフューザの翼角の変更前後におけるコンプレッサの回転数、空気流量および圧力比が一致しているため、各可変ディフューザのジオメトリの変更の際のエンジントルクの変動が抑制される。【選択図】  図６
2006169985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサに可変ジオメトリのディフューザを備えた車両用のターボチャージャの制御方法であって、前記可変ディフューザのジオメトリを変更する際、前記コンプレッサの回転数、空気流量および圧力比が前記ジオメトリの変更前後で一致する条件のもとにジオメトリを変更することを特徴とするターボチャージャの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用のターボチャージャの制御方法に関し、詳しくは、コンプレッサに備えられたディフューザのジオメトリを変更する際の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用のターボチャージャとして、エンジンの低回転数域での過給圧を高めるために、コンプレッサの入口側に可変ジオメトリの可変ガイドベーンを備えたターボチャージャ（例えば特許文献１参照）や、コンプレッサの出口側に可変ジオメトリの可変ディフューザ体を備えたターボチャージャ（例えば特許文献２参照）が従来一般に知られている。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載のターボチャージャにおいて、コンプレッサの入口側に配置された可変ガイドベーンは、エンジンの低回転数域では、過給圧を高めるように吸入空気を予旋回させつつコンプレッサの羽根車に流入させている。
【０００４】
一方、特許文献２に記載のターボチャージャにおいて、コンプレッサの出口側に配置された可変ディフューザ体は、タービンの入口側に配置された可変ノズル体と連結されて回転自在となっている。
【特許文献１】特開平１１−８２０３６号公報（段落番号３１、図２）
【特許文献２】特開平２００１−１１５８４８号公報（要約書、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１または２に記載されたようなターボチャージャでは、可変ガイドベーンまたは可変ディフューザ体のジオメトリが変更される際にコンプレッサの空気流量および過給圧が急激に変化し、車両のエンジントルクが大きく変動する恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明は、ディフューザのジオメトリを変更する際のエンジントルクの変動を抑制することができるターボチャージャの制御方法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】
【０００７】
本発明に係るターボチャージャの制御方法は、コンプレッサに可変ジオメトリのディフューザを備えた車両用のターボチャージャの制御方法であって、可変ディフューザのジオメトリを変更する際、コンプレッサジオメトリの変更前後で一致する条件のもとにジオメトリを変更することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るターボチャージャの制御方法では、コンプレッサの回転数、空気流量および圧力比が可変ディフューザのジオメトリの変更前後で一致するため、可変ディフューザのジオメトリの変更の際のエンジントルクの変動が抑制される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るターボチャージャの制御方法によれば、コンプレッサの回転数、空気流量および圧力比が可変ディフューザのジオメトリの変更前後で一致するため、可変ディフューザのジオメトリの変更の際のエンジントルクの変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係るターボチャージャの制御方法の実施の形態を説明する。参照する図面において、図１は一実施形態に係るターボチャージャの制御方法が適用されるターボチャージャの概略構成を示す断面図、図２は図１に示した可変ディフューザの全開状態を示すベースプレートの正面図、図３は図１に示した可変ディフューザの全閉状態を示すベースプレートの正面図、図４は図２に示したベースプレートの背面図である。
【００１１】
一実施形態に係るターボチャージャの制御方法は、例えば図１に示すような構造のターボチャージャ１に適用される。このターボチャージャ１は、図示しない車両用エンジンの排気系の途中に介設されるタービンハウジング２と、吸入系の途中に介設されるコンプレッサハウジング３と、両者を接続するセンターハウジング（ベアリングハウジング）４とを備えている。
【００１２】
タービンハウジング２内には排気系を流通する排気ガスにより回転駆動されるタービンホイール５が収容され、コンプレッサハウジング３内には吸入系の空気を大気圧以上に加圧して過給するコンプレッサインペラ６が収容されている。タービンホイール５とコンプレッサインペラ６とは一体に回転するようにシャフト７を介して連結されており、このシャフト７は図示しないフローティングベアリングを介してセンターハウジング４に回転自在に支持されている。
【００１３】
ここで、コンプレッサの出口側、すなわち、コンプレッサインペラ６の基端部外周からコンプレッサハウジング３内のスクロール流路３Ａに向かう空気流路には、エンジンの低回転数域での過給圧を高めるための可変ジオメトリのディフューザとして、断面形状が翼形に形成された複数の可変ディフューザ８が配置されている。各可変ディフューザ８は、コンプレッサハウジング３内のセンターハウジング４側に固定されたドーナツ盤状のベースプレート９を支持部材としてその正面側に配置されている。
【００１４】
図２および図３に示すように、ベースプレート９には、これを貫通して回動自在な複数の回動支軸１０がベースプレート９と同心状に等角度間隔で配列されている。そして、ベースプレート９の正面側に突出する各回動支軸１０の一端部には、各可変ディフューザ８の尖った端部付近が固定されている。
【００１５】
図４に示すように、ベースプレート９の背面側に突出する各回動支軸１０の他端部には、各可変ディフューザ８の翼角を変更操作するための従動アーム１１の基端部がそれぞれ固定されている。そして、これらの従動アーム１１の周囲には、各従動アーム１１を一斉に回動操作して各可変ディフューザ８の翼角を一斉に同角度づつ変更操作するためのユニゾンリング１２が配置されている。
【００１６】
ユニゾンリング１２は、その内周がベースプレート９の背面側に付設された複数のガイドローラ１３に案内されており、ベースプレート９と同心状に回動自在に支持されている。このユニゾンリング１２の内周には、半円状断面の複数の係止凹部１２Ａが等角度間隔で形成されており、これらの係止凹部１２Ａには、各従動アーム１１の半円状断面に形成された先端部がそれぞれ係合している。
【００１７】
ユニゾンリング１２は、例えばコンプレッサハウジング３（図１参照）に付設された図示しない駆動モータの回転運動がリンク機構１４を介して伝達されることにより回動操作される。このリンク機構１４は、ベースプレート９に回動自在に支持されてその背面側に突出する回動支軸１４Ａと、この回動支軸１４Ａに基端部が固定された駆動アーム１４Ｂとを備えている。そして、この駆動アーム１４Ｂの半円状断面に形成された先端部がユニゾンリング１２の内周に形成された半円状断面の係止凹部１２Ｂに係合しており、図示しない駆動モータが正転、逆転すると、リンク機構１４を介してユニゾンリング１２が矢印方向に回動操作され、各可変ディフューザ８の翼角が一斉に同角度づつ変更操作されるようになっている。
【００１８】
ここで、図１に示したターボチャージャ１において、コンプレッサハウジング３内を流通する空気流量と、コンプレッサハウジング３の入口側の流入空気圧に対する出口側の流出空気圧の比である圧力比との関係特性は、例えば図５のグラフに示すように、コンプレッサインペラ６（コンプレッサ）の回転数に応じて変化すると共に、各可変ディフューザ８のジオメトリである翼角αに応じて変化する。
【００１９】
図５のグラフに点線で示す特性ラインは、各可変ディフューザ８が図２に示すように全閉状態（翼角α＝−１３°）より若干開いている初期状態（翼角α＝０°）での空気流量と圧力比との関係特性をコンプレッサの回転数をパラメータとして示しており、また、図５のグラフに実線で示す特性ラインは、各可変ディフューザ８が図３に示すように翼角α＝３５°で全開している状態での関係特性をコンプレッサの回転数をパラメータとして示している。
【００２０】
図５に示すように、各可変ディフューザ８の翼角α＝０°における点線で示したサージラインは、翼角α＝３５°における実線で示したサージラインより空気流量の少ない側に存在しており、エンジンの低回転数域での過給圧を高めるのに好適な特性となっている。そして、コンプレッサの各回転数において、点線で示した翼角α＝０°の特性ラインと、実線で示した翼角α＝３５°の特性ラインとは、黒丸で示したポイントで交差している。すなわち、この交差ポイントにおいては、コンプレッサの回転数、空気流量および圧力比が一致している。
【００２１】
そこで、一実施形態のターボチャージャの制御方法においては、図６のグラフに示すように、図５に黒丸で示した各ポイントを結ぶ線を切替ラインとして、コンプレッサの空気流量および圧力比が切替ラインを横切る際に各可変ディフューザ８のジオメトリである翼角αをα＝０°とα＝３５°との間で一斉に変更する。換言すれば、コンプレッサの空気流量および圧力比に対応する領域が切替ラインの左側の閉領域にある場合には、各可変ディフューザ８の翼角αをα＝０°とし、切替ラインの左右側の開領域にある場合には、各可変ディフューザ８の翼角αをα＝３５°とするように翼角αを制御する。
【００２２】
このような制御方法を実現するため、前述した駆動モータの回転を制御してユニゾンリング１２を所望方向に所定角度だけ回動操作するジオメトリ変更手段が設けられている。
【００２３】
また、このジオメトリ変更手段に検出信号を出力するセンサ群として、図１に示したコンプレッサハウジング３内を流通する空気の質量流量を計測するエアフローセンサ（熱式空気質量流量センサ）と、コンプレッサハウジング３の入口側の空気圧を計測する入口側エア圧力センサと、コンプレッサハウジング３の出口側の空気圧を計測する出口側エア圧力センサと、コンプレッサハウジング３の入口側の空気温度を計測する入口側エア温度センサとがコンプレッサハウジング３に付設されている。
【００２４】
図７に示すように、前述したジオメトリ変更手段２０は、前述したエアフローセンサ２１、入口側エア圧力センサ２２、出口側エア圧力センサ２３および入口側エア温度センサ２４からそれぞれ検出信号を入力し、その検出信号に基づく所定の駆動信号をモータ駆動回路２５に出力することで、駆動モータ２６の回転を制御する。
【００２５】
ジオメトリ変更手段２０は、車両に搭載されている図示しないＥＣＵ（Electric Control Unit）等のマイクロコンピュータのハードウェアおよびソフトウェアを利用して構成されている。このジオメトリ変更手段２０は、エアフローセンサ２１、入口側エア圧力センサ２２、出口側エア圧力センサ２３、入口側エア温度センサ２４およびモータ駆動回路２５との間の入出力インターフェースＩ／ＯおよびＡ／Ｄコンバータの他、プログラムおよびデータを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、入力データ等を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等をハードウェアとして備えている。
【００２６】
ここで、ジオメトリ変更手段２０には、コンプレッサ圧力比算出部２０Ａ、ジオメトリ変更部２０Ｂ、データマップ２０Ｃ、駆動信号出力部２０Ｄがソフトウェアとして構成されている。そして、データマップ２０Ｃには、図６に示した切替ラインが２次元マップとして記憶されている。
【００２７】
コンプレッサ圧力比算出部２０Ａは、入口側エア圧力センサ２２、出口側エア圧力センサ２３および入口側エア温度センサ２４からそれぞれ入力される検出信号に基づき、温度補正されたコンプレッサの圧力比（Ｐout／Ｐin）を算出し、その圧力比（Ｐout／Ｐin）の信号をジオメトリ変更部２０Ｂに出力する。
【００２８】
ジオメトリ変更部２０Ｂは、コンプレッサ圧力比算出部２０Ａから入力されるコンプレッサの圧力比（Ｐout／Ｐin）の信号と、エアフローセンサ２１から入力されるコンプレッサの空気流量の検出信号に基づき、データマップ２０Ｃをルックアップしてコンプレッサの空気流量および圧力比に対応する領域が図６の切替ラインより左側の閉領域（α＝０°）であるか否かを判定し、その判定信号を駆動信号出力部２０Ｄに出力する。
【００２９】
駆動信号出力部２０Ｄは、ジオメトリ変更部２０Ｂから入力される判定信号に基づき、コンプレッサの空気流量および圧力比に対応する領域が図６の切替ラインより左側の閉領域である場合には、各可変ディフューザ８の翼角αをα＝０°とするための駆動信号（α＝０°）をモータ駆動回路２５に出力し、コンプレッサの空気流量および圧力比に対応する領域が図６の切替ラインより右側の開領域である場合には、各可変ディフューザ８の翼角αをα＝３５°とするための駆動信号（α＝３５°）をモータ駆動回路２５に出力する。
【００３０】
モータ駆動回路２５は、入力される駆動信号（α＝０°）または駆動信号（α＝３５°）に応じ、各可変ディフューザ８の翼角αをα＝０°の全閉状態（図２参照）またはα＝３５°の全開状態（図３参照）とするように駆動モータ２６の回転方向および回転量を制御する。
【００３１】
このようなジオメトリ変更手段２０により、一実施形態のターボチャージャの制御方法は、図８に示すフローチャートの処理手順に沿って実行される。まず、図示しない車両用のエンジンの運転に伴ない、入口側エア圧力センサ２２、出口側エア圧力センサ２３および入口側エア温度センサ２４の検出信号がそれぞれジオメトリ変更手段２０のコンプレッサ圧力比算出部２０Ａに入力される（Ｓ１〜Ｓ３）。
【００３２】
次のステップＳ４では、コンプレッサ圧力比算出部２０Ａにより、温度補正されたコンプレッサの圧力比（Ｐout／Ｐin）が算出され、その圧力比（Ｐout／Ｐin）の算出信号がジオメトリ変更部２０Ｂに入力される。続くステップＳ５では、エアフローセンサ２１からジオメトリ変更部２０Ｂにコンプレッサの空気流量の検出信号が入力される。
【００３３】
続いてジオメトリ変更部２０Ｂにより、データマップ２０Ｃのデータ（図６参照）がルックアップされ（Ｓ６）、信号入力されたコンプレッサの空気流量および圧力比に対応する領域が図６の切替ラインより左側の閉領域（α＝０°）であるか否かが判定される（Ｓ７）。そして、その判定結果がジオメトリ変更部２０Ｂから駆動信号出力部２０Ｄに出力される。
【００３４】
ここで、ステップＳ７の判定結果がＹＥＳであれば、各可変ディフューザ８の翼角αをα＝０°とするための駆動信号（α＝０°）が駆動信号出力部２０Ｄからモータ駆動回路２５に出力される（Ｓ８）。一方、ステップＳ７の判定結果がＮＯであれば、各可変ディフューザ８の翼角αをα＝３５°とするための駆動信号（α＝３５°）が駆動信号出力部２０Ｄからモータ駆動回路２５に出力される（Ｓ８）。その結果、モータ駆動回路２５が各可変ディフューザ８の翼角αをα＝０°の若干開いた初期状態（図２参照）またはα＝３５°の全開状態（図３参照）とするように駆動モータ２６の回転方向および回転量を制御する。
【００３５】
このようなジオメトリ変更手段２０による一連の処理手順により、一実施形態のターボチャージャの制御方法では、図示しない車両用エンジンの運転に伴ないターボチャージャ１が作動している状態において、コンプレッサの空気流量および圧力比に対応する領域が図６の切替ラインより左側の閉領域（α＝０°）である場合には、各可変ディフューザ８の翼角αがα＝０°の初期状態（図２参照）に制御され、図６の切替ラインより右側の開領域（α＝３５°）である場合には、各可変ディフューザ８の翼角αがα＝３５°の全開状態（図３参照）に制御される。
【００３６】
すなわち、一実施形態のターボチャージャの制御方法では、車両用エンジンの運転状態に応じてコンプレッサの空気流量および圧力比の特性ポイントが図６のグラフに示す切替ラインを横切る際に、各可変ディフューザ８のジオメトリである翼角αがα＝０°の初期状態（図２参照）とα＝３５°の全開状態（図３参照）との間で一斉に変更される。
【００３７】
ここで、図６のグラフに示す切替ライン上では、コンプレッサの回転数、空気流量および圧力比が一致しているため、一実施形態のターボチャージャの制御方法によれば、可変ディフューザ８のジオメトリ（翼角α）を変更する際の車両用エンジンのトルクの変動を抑制することができる。
【００３８】
本発明のターボチャージャの制御方法は、一実施形態に限定されるものではない。例えば、各可変ディフューザ８の初期状態の翼角αは、α＝０°に限らず、適宜変更することができ、また、全開状態の翼角αは、α＝３５°に限らず、適宜変更することができる。
【００３９】
また、各可変ディフューザ８の翼角αは、初期状態と全開状態との２つの翼角αに切り替えるように構成されているが、初期状態と全開状態との間で複数段階に切り替えるように構成されていてもよいし、連続的に切り替えるように構成されていてもよい。
【００４０】
さらに、各可変ディフューザ８の翼角αを切り替えるためのアクチュエータは、駆動モータ２６に限らず、車両用エンジンの吸入負圧で作動する負圧アクチュエータに変更することができる。
【００４１】
なお、コンプレッサハウジング３の入口側の流入空気圧は、エアフローセンサ２１が検出する空気流量から推定することができ、この場合には、入口側エア圧力センサ２２を省略することができる。
【００４２】
また、コンプレッサハウジング３の出口側の流出空気圧は、図示しない車両用エンジンに設けられている吸入管圧力センサの検出信号から推定することができ、この場合には、出口側エア圧力センサ２３を省略することができる。
【００４３】
さらに、コンプレッサハウジング３の入口側の空気温度は、図示しない車両用エンジン設けられている吸入空気温センサの検出信号から推定することができ、この場合には、入口側エア温度センサ２４を省略することができる。
【００４４】
ここで、図６のグラフに示した切替ラインは、図５のグラフに示した関係特性、すなわち、コンプレッサの回転数をパラメータとする空気流量と圧力比との関係特性に基づいて設定したが、コンプレッサの空気流量をパラメータとする圧力比と回転数との関係特性に基づいて設定してもよいし、あるいは、コンプレッサの圧力比をパラメータとする回転数と空気流量との関係特性に基づいて設定してもよい。
【００４５】
これらの場合、コンプレッサの回転数は、専用の回転センサにより検出することができるが、ターボチャージャ１のシャフト７の回転を電動モータによりアシストするように構成した電動アシストターボチャージャにあっては、アシスト用の電動モータの回転数信号によりコンプレッサの回転数を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係るターボチャージャの制御方法が適用されるターボチャージャの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した可変ディフューザの若干開いた初期状態を示すベースプレートの正面図である。
【図３】図１に示した可変ディフューザの全開状態を示すベースプレートの正面図である。
【図４】図２に示したベースプレートの背面図である。
【図５】図１に示した可変ディフューザの初期状態および全開状態に対応するコンプレッサの空気流量と圧力比との関係をコンプレッサの回転数をパラメータとして示すグラフである。
【図６】図５に示した可変ディフューザのジオメトリ変更の切替ラインを抽出して示すグラフである。
【図７】一実施形態に係るターボチャージャの制御方法を実現するジオメトリ変更手段のブロック構成図である。
【図８】一実施形態に係るターボチャージャの制御方法の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１    ターボチャージャ
３    コンプレッサハウジング
６    コンプレッサインペラ
８    可変ディフューザ
９    ベースプレート
１０    回動支軸
１１    従動アーム
１２    ユニゾンリング
１３    ガイドローラ
１４    リンク機構
２０    ジオメトリ変更手段
２１    エアフローセンサ
２２    入口側エア圧力センサ
２３    出口側エア圧力センサ
２４    入口側エア温度センサ
２５    モータ駆動回路
２６    駆動モータ
【図１】
2006169985.tif 000003
【図２】
2006169985.tif 000004
【図３】
2006169985.tif 000005
【図４】
2006169985.tif 000006
【図５】
2006169985.tif 000007
【図６】
2006169985.tif 000008
【図７】
2006169985.tif 000009
【図８】
2006169985.tif 000010