(57)【要約】【課題】ポジションセンサを備えない場合であっても、ターボチャージャの応答遅れを検出することができるターボ応答遅れ検出方法を提供すること。【解決手段】排気タービン２１に流入する排ガスの流量を制御するノズルベーン２２を含むターボチャージャ２と、エアタンク５３から供給される圧縮空気の制御圧力によりノズルベーン２２の開度を制御するアクチュエータ５１と、アクチュエータ５１に供給される圧縮空気の制御圧力を調整するソレノイドバルブ５２と、エンジン１の回転数と負荷とに従ってアクチュエータ５１の目標作動位置Ｘを設定する目標位置設定手段と、エンジン１のブースト圧Ｐを検出するブースト圧センサ３３と、を備え、制御圧力を変化させたときのブースト圧Ｐの変化に基づいてターボチャージャ２の応答遅れを検出する。【選択図】図１
2019044601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気タービンに流入する排ガスの流量を制御するノズルベーンを含むターボチャージャと、
エアタンクから供給される圧縮空気の制御圧力により前記ノズルベーンの開度を制御するアクチュエータと、
前記アクチュエータに供給される前記圧縮空気の前記制御圧力を調整するソレノイドバルブと、
エンジンの回転数と負荷とに従って前記アクチュエータの目標作動位置を設定する目標位置設定手段と、
前記エンジンのブースト圧を検出するブースト圧検出手段と、を備え、
前記制御圧力を変化させたときの前記ブースト圧の変化に基づいて前記ターボチャージャの応答遅れを検出する、ターボチャージャの応答遅れ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変ノズルベーン式のターボチャージャの応答遅れを検出する検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのパワーアップ技術の１つにターボチャージャがある。この種のターボチャージャは、エンジンの排気を利用して過給機を駆動して吸入気を圧縮し、これによってエンジンに対する吸入気の充填効率を高めるものである。例えば、特許文献１には、エンジン回転数に対する排気の流路を調整して過給機の駆動量を制御することにより、ターボ効率を向上させる可変ノズルベーン式のターボチャージャ、所謂ＶＧターボ（ＶＧ：Variable Geometry）が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されたＶＧターボは、より詳しくは、ターボチャージャが備える排気タービンのタービンブレードの周囲に等間隔に対向配置されたノズルベーンの角度（開度）を、その周囲に設けた環状リングの回動位置調整によって可変し、これによって排気タービンに流入するエンジンからの排気の速度（流量）を制御するものである。尚、上記環状リングの回動位置の調整は、当該環状リングに連結されたロッドを備えた、例えばエアシリンダからなるアクチュエータを駆動することによって行われている。ここで、上記したアクチュエータの実作動位置は、ターボチャージャが備えるポジションセンサにより検出され、目標作動位置に対する公差範囲内となるようにフィードバック制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５１４６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のようなノズルベーンの開度を制御する制御機構に故障が生じると、ロッドの実作動位置が目標作動位置に到達しない場合や、到達するまでに想定以上の時間がかかる場合が起こり得るため、このような異変をターボチャージャの応答遅れとして検出する必要がある。しかしながら、上記のようなＶＧターボの中には、ポジションセンサを備えることなく、アクチュエータの制御量とノズルベーンの開度との対応関係に基づくフィードフォーワード制御によってロッドを変位させるタイプのターボチャージャがある。そのため、ポジションセンサを備えないＶＧターボでは、アクチュエータの実作動位置を特定することができず、ターボチャージャの応答遅れを検出できない虞が生じる。また、ＶＧターボに新たにポジションセンサを追加する場合には、ポジションセンサのコストに加え、ＶＧターボ自体の設計変更に伴う製造コストの上昇を招来する虞が生じる。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ポジションセンサを備えない場合であっても、ターボチャージャの応答遅れを検出することができるターボ応答遅れ検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、本発明に係るターボチャージャの応答遅れ検出方法は、排気タービンに流入する排ガスの流量を制御するノズルベーンを含むターボチャージャと、エアタンクから供給される圧縮空気の制御圧力により前記ノズルベーンの開度を制御するアクチュエータと、前記アクチュエータに供給される前記圧縮空気の前記制御圧力を調整するソレノイドバルブと、エンジンの回転数と負荷とに従って前記アクチュエータの目標作動位置を設定する目標位置設定手段と、前記エンジンのブースト圧を検出するブースト圧検出手段と、を備え、前記制御圧力を変化させたときの前記ブースト圧の変化に基づいて前記ターボチャージャの応答遅れを検出する。
【０００８】
目標位置設定手段がアクチュエータの目標作動位置を設定すると、ソレノイドバルブは、エアタンクからアクチュエータへ供給される圧縮空気の制御圧力を調整する。このとき、アクチュエータは、ノズルベーンの開度を制御することにより、ターボチャージャの排気タービンに流入する排ガスの流量を制御する。それによって、ターボチャージャは、排気タービンの回転数の制御を通してターボ効率を向上させることができる。ここで、ターボチャージャの回転数が変化した場合、エンジンに供給される空気のブースト圧に変化が生じたことをブースト圧検出手段により検出することができる。そのため、ソレノイドバルブに対する制御圧力を変化させたときのブースト圧の変化の速さに基づいて、ターボチャージャの応答遅れを検出することができる。従って、本発明に係る応答遅れ検出方法によれば、ポジションセンサを備えない場合であっても、ターボチャージャの応答遅れを検出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、ポジションセンサを備えない場合であっても、ターボチャージャの応答遅れを検出することができるターボ応答遅れ検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】車両のエンジン周辺機構を示す構成図である。
【図２】ターボ応答を模式的に示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。
【００１２】
図１は、車両のエンジン周辺機構を示す構成図であり、車両に搭載されるエンジン１、及びその吸排気に係る構成を示すシステム構成図である。本システムは、エンジン１、ターボチャージャ２、吸気経路３、排気経路４、ＶＧ制御機構５、及びエンジンＥＣＵ６を備える。
【００１３】
エンジン１は、本実施形態においては４気筒のディーゼルエンジンであり、コモンレール１１、インジェクタ１２、吸気マニホールド１３、排気マニホールド１４、ＥＧＲ通路１５、及びＥＧＲ弁１６を備える。
【００１４】
コモンレール１１は、各気筒共通の高圧蓄圧室であり、図示しない燃料噴射ポンプから供給される高圧燃料としての軽油を一時的に貯蔵する。インジェクタ１２は、コモンレール１１に貯蔵された高圧燃料をそれぞれの気筒内に噴射する。吸気マニホールド１３は、エンジン１の内部へ空気を送り込む配管であり、４つの気筒内に空気を分配する。排気マニホールド１４は、エンジン１の外部へ空気を送り出す配管であり、４つの気筒内の空気を集約する。ＥＧＲ通路１５は、吸気マニホールド１３と排気マニホールド１４とを連通する空気の通路である。ＥＧＲ通路１５は、排気マニホールド１４から送り出される空気の一部を吸気マニホールド１３に送り出すことにより排気再循環（Exhaust Gas Recirculation）を行い、排気ガスに含まれる窒素酸化物の低減や燃費向上のために設けられる。ＥＧＲ弁１６は、排気マニホールド１４から吸気マニホールド１３へ送り出す空気量を調整すると共に、空気の逆流を防止する弁機構である。
【００１５】
ターボチャージャ２は、吸気タービン２０、排気タービン２１、及びノズルベーン２２を備える。
【００１６】
吸気タービン２０は、エンジン１へ空気を送り込む吸気経路３の途中に設けられる風車であり、高速で回転することにより、導入される空気を圧縮してエンジン１へ供給する。排気タービン２１は、排気マニホールド１４から送り出される排ガスの流動によって高速で回転する羽根車であり、共通の回転軸を有する吸気タービン２０に回転トルクを発生させる。すなわち、吸気タービン２０は、排ガスが生み出す排気タービン２１の動力により回転して、エンジン１に送り込む空気を増加させる。ノズルベーン２２は、排気タービン２１の図示しないタービンブレードの周囲に配置され、開度の調整により排ガスの流路を変化させることによって、排気マニホールド１４から流入する排ガスの流量を制御する。ここで、ノズルベーン２２は、後述するロッド５０に連結され、ロッド５０の変位によって開度が制御される。
【００１７】
吸気経路３は、外気から空気を取り込んでエンジン１へ供給する空気の流路であり、エアフィルタ３０、エアフローセンサ３１、インタークーラ３２、及び「ブースト圧検出手段」としてのブースト圧センサ３３を含む。
【００１８】
エアフィルタ３０は、外気から吸気経路３へ取り込んだ空気から塵や埃などの不純物を取り除くことにより、エンジン１へ送り込む空気を浄化するフィルターである。エアフローセンサ３１は、エンジン１へ送り込む空気の流量を計測するセンサである。インタークーラ３２は、吸気タービン２０において急激に圧縮されることにより温度上昇した空気を冷却し、エンジン１へ送り込まれる空気の密度低下を抑制する。ブースト圧センサ３３は、吸気マニホールド１３へ供給される空気の圧力、すなわちブースト圧を計測するセンサである。
【００１９】
排気経路４は、エンジン１が排出する排ガスを浄化して外気へ放出する流路であり、排気絞り弁４０、排気後処理ユニット４１、及び図示しないマフラを含む。
【００２０】
排気絞り弁４０は、排気マニホールド１４から排気タービン２１を介して送り出される排ガスの排気流量を制御するための弁機構である。排気後処理ユニット４１は、酸化触媒及びＤＰＦ（Diesel Particulate Filter：ディーゼル微粒子捕集フィルター）を収容し、排ガスに含まれるＰＭ（Particulate Matter）を捕集することにより排ガスを浄化する。排気後処理ユニット４１を通過した排ガスは、図示しないマフラにより騒音が低減され、車両の外部に排出される。
【００２１】
ＶＧ制御機構５は、ターボチャージャ２におけるノズルベーン２２の開度を制御する機構であり、ロッド５０、アクチュエータ５１、ソレノイドバルブ５２、エアタンク５３を含む。
【００２２】
ロッド５０は、一端がノズルベーン２２に連結され、長さ方向に変位することによりノズルベーン２２の開度を制御する部材である。アクチュエータ５１は、ロッド５０の他端に連結され、圧縮空気が供給されることにより、当該圧縮空気の制御圧力に応じてロッド５０を変位させる動力変換機構である。ソレノイドバルブ５２は、エンジンＥＣＵ６からの制御信号に基づいて、アクチュエータ５１へ供給する圧縮空気の制御圧力を調整するバルブ機構である。エアタンク５３は、アクチュエータ５１を駆動するための圧縮空気の供給源である。すなわち、ＶＧ制御機構５は、アクチュエータ５１の目標作動位置に係る制御信号をエンジンＥＣＵ６から受信し、ソレノイドバルブ５２が圧縮空気を当該目標作動位置に対応する制御圧力に調整してアクチュエータ５１を駆動させることにより、ロッド５０を変位させてノズルベーン２２の開度を制御する。
【００２３】
エンジンＥＣＵ６（Electronic Control Unit）は、ＣＰＵ、メモリ、及びタイマカウンタなどから構成され、エンジン１及びエンジン周辺機構に係るシステム全体の駆動制御を行う制御装置である。エンジンＥＣＵ６は、エンジン１の各気筒におけるインジェクタ１２、ＥＧＲ弁１６、排気絞り弁４０、及びソレノイドバルブ５２に接続され、これらの各デバイスを制御する。
【００２４】
また、エンジンＥＣＵ６は、上記のように車両の様々な制御を行うと共に、エンジン１及びエンジン周辺機構に係るシステムに搭載された各種センサ情報を取得する。例えば、エンジンＥＣＵ６は、エアフローセンサ３１及びブースト圧センサ３３の他、エンジン１の回転数、燃料噴射量、ターボチャージャ２の回転数を計測する各種センサ（図示せず）からの計測値を取得し、当該計測値に基づいてエンジン１の制御を最適化する。具体的には、エンジンＥＣＵ６は、エンジン１の回転数と要求される負荷とに従って、ターボチャージャ２の駆動量を制御すべく、アクチュエータ５１の目標作動位置Ｘを設定し、制御信号としてソレノイドバルブ５２に送信する（目標位置設定手段）。
【００２５】
次に、ターボチャージャ２の応答遅れを検出する方法について説明する。図２は、ターボ応答を模式的に示すタイミングチャートである。より具体的には、図２（Ａ）は、エンジンＥＣＵ６からソレノイドバルブ５２へ出力される制御信号であり、アクチュエータ５１の目標作動位置Ｘの変化を示している。また、図２（Ｂ）は、目標作動位置Ｘの変化に対するブースト圧センサ３３の計測値、すなわちエンジン１へ供給される空気のブースト圧Ｐの時間変化を示している。
【００２６】
エンジンＥＣＵ６は、ソレノイドバルブ５２へ出力する制御信号を変化させることにより、ターボチャージャ２の駆動量を制御する。ここでは、エンジンＥＣＵ６は、図２（Ａ）に示すように、時刻ｔ１においてアクチュエータ５１の目標作動位置ＸをＸ１からＸ２へ変化させ、排気タービン２１を通る排ガスの流量を制限するものとする。
【００２７】
時刻ｔ１においてソレノイドバルブ５２に入力される制御信号が変化すると、エアタンク５３からアクチュエータ５１へ供給される空気の制御圧力が上昇し、アクチュエータ５１をＸ２に向けて変位させる。これにより、ロッド５０を介してノズルベーン２２の開度が制限されてターボチャージャ２の回転数が上昇し、エンジン１へ供給される空気の流量が増加する。そのため、ターボ応答が正常である場合には、ブースト圧Ｐは、図２（Ｂ）の圧力Ｐ１として示すように、時刻ｔ１から所定時間後の時刻ｔ２において圧力上昇を開始する。そして、ブースト圧Ｐが事前に設定した圧力閾値ｔｈを時刻ｔ３において比較的速やかに超えることになる。
【００２８】
これに対し、ターボ応答に異常が生じた場合には、図２（Ｂ）の圧力Ｐ２として示すように、ブースト圧Ｐの上昇速度が遅く、圧力閾値ｔｈを超えるまでに時刻ｔ４までの時間を要することになる。また、ターボチャージャ２又はＶＧ制御機構５が故障により機能しなくなった場合には、図２（Ｂ）の圧力Ｐ３として示すように、ブースト圧Ｐが圧力閾値ｔｈを超えないことになる。
【００２９】
このように、エンジンＥＣＵ６は、ソレノイドバルブ５２に制御信号を出力する時刻を基準として、ブースト圧Ｐが圧力閾値ｔｈに達する時刻までに要する経過時間をカウントすることにより、ターボ応答に遅れが生じているか否かを検出することができる。従って、本発明に係る応答遅れ検出方法によれば、ターボチャージャ２がポジションセンサを備えない場合であっても、ターボチャージャ２の応答遅れを検出することができる。
【００３０】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態においては、ブースト圧Ｐの変化によりターボチャージャ２の応答遅れを検出する方法を例示したが、図１に示すエアフローセンサ３１が計測する空気流量によっても同様の方法により、ターボチャージャ２の応答遅れを検出することができる。また、ブースト圧センサ３３及びエアフローセンサ３１のそれぞれの計測値を組み合わせて、ターボチャージャ２の応答遅れを検出してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  エンジン
２  ターボチャージャ
２１  排気タービン
２２  ノズルベーン
３３  ブースト圧センサ
５１  アクチュエータ
５２  ソレノイドバルブ
５３  エアタンク
【図１】
2019044601.tif 000003
【図２】
2019044601.tif 000004