(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ部に可変ディフューザを有するターボチャージャの制御装置であって、
エンジン回転数および過給圧のうちの少なくとも前記エンジン回転数との関係に基づいて前記可変ディフューザの目標ディフューザベーン開度を定めた関係情報を備え、当該関係情報に従ってサージ限界を超えない範囲内で前記目標ディフューザベーン開度を設定する目標開度設定手段と、
前記目標開度設定手段により設定された前記目標ディフューザベーン開度に従って制御するように前記可変ディフューザに指示する開度指令手段と、
を備え、
前記目標開度設定手段は、前記目標ディフューザベーン開度が閉じ側の値となるときは、開き側の値となるときに比して、隣接段の開度差がより小さくなるように前記目標ディフューザベーン開度を設定することを特徴とするターボチャージャの制御装置。
【請求項２】
コンプレッサ部に可変ディフューザを有するターボチャージャの制御装置であって、
エンジン回転数および過給圧のうちの少なくとも前記エンジン回転数との関係に基づいて前記可変ディフューザの目標ディフューザベーン開度を定めた関係情報を備え、当該関係情報に従ってサージ限界を超えない範囲内で前記目標ディフューザベーン開度を設定する目標開度設定手段と、
前記目標開度設定手段により設定された前記目標ディフューザベーン開度に従って制御するように前記可変ディフューザに指示する開度指令手段と、
を備え、
前記関係情報が前記エンジン回転数と前記過給圧との関係に基づいて設定されている場合において、
前記関係情報は、前記エンジン回転数が高くなるほど前記過給圧が大きくなるように、前記目標ディフューザベーン開度が一定となる値を設定していることを特徴とするターボチャージャの制御装置。
【請求項３】
コンプレッサ部に可変ディフューザを有するターボチャージャの制御装置であって、
エンジン回転数および過給圧のうちの少なくとも前記エンジン回転数との関係に基づいて前記可変ディフューザの目標ディフューザベーン開度を定めた関係情報を備え、当該関係情報に従ってサージ限界を超えない範囲内で前記目標ディフューザベーン開度を設定する目標開度設定手段と、
前記目標開度設定手段により設定された前記目標ディフューザベーン開度に従って制御するように前記可変ディフューザに指示する開度指令手段と、
を備え、
前記関係情報が前記エンジン回転数との関係に基づいて設定されている場合において、 前記関係情報は、内燃機関の負荷が最大負荷となる際の前記過給圧を基準として前記目標ディフューザベーン開度を設定していることを特徴とするターボチャージャの制御装置。
【請求項４】
コンプレッサ部に可変ディフューザを有するターボチャージャの制御装置であって、
エンジン回転数および過給圧のうちの少なくとも前記エンジン回転数との関係に基づいて前記可変ディフューザの目標ディフューザベーン開度を定めた関係情報を備え、当該関係情報に従ってサージ限界を超えない範囲内で前記目標ディフューザベーン開度を設定する目標開度設定手段と、
前記目標開度設定手段により設定された前記目標ディフューザベーン開度に従って制御するように前記可変ディフューザに指示する開度指令手段と、
を備え、
前記関係情報が前記エンジン回転数との関係に基づいて設定されている場合において、
前記関係情報は、内燃機関の過渡時には、定常時に比して前記目標ディフューザベーン開度を大きく設定していることを特徴とするターボチャージャの制御装置。
【請求項５】
前記関係情報が前記エンジン回転数と前記過給圧との関係に基づいて設定されている場合において、
前記関係情報は、前記エンジン回転数が高くなるほど前記過給圧が大きくなるように、前記目標ディフューザベーン開度が一定となる値を設定していることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャの制御装置。
【請求項６】
前記関係情報が前記エンジン回転数との関係に基づいて設定されている場合において、  前記関係情報は、内燃機関の負荷が最大負荷となる際の前記過給圧を基準として前記目標ディフューザベーン開度を設定していることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャの制御装置。
【請求項７】
前記関係情報が前記エンジン回転数との関係に基づいて設定されている場合において、
前記関係情報は、内燃機関の過渡時には、定常時に比して前記目標ディフューザベーン開度を大きく設定していることを特徴とする請求項１、３または６記載のターボチャージャの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ターボチャージャの制御装置に係り、特に、可変ディフューザを有する車両用ターボチャージャを制御する装置として好適なターボチャージャの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、可変ディフューザ等の過給圧を可変させる手段を有する過給機（ターボチャージャ）の制御方法が開示されている。この従来の制御方法は、可変ディフューザリング等の回転角度、過給機の回転数、ブロワ出口（コンプレッサ出口）の圧力および温度、ブロワ渦巻室外周壁面圧力と内周壁面圧力との差圧およびその外周壁面圧力、排気ガス入口温度、ディーゼルエンジンの回転数、並びに、燃料流量に基づいて、可変ディフューザ等の回転角度を制御するというものである。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２０５３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、上記従来の制御方法は、多数の制御パラメータを用いて可変ディフューザ等を制御している。このため、制御ロジックが複雑となり、制御の安定性が良くない。また、多数のセンサを備えておく必要が生ずるため、コストが嵩んでしまう。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、特別なセンサを必要とすることなく、低コストかつ制御安定性の優れたターボチャージャの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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、コンプレッサ部に可変ディフューザを有するターボチャージャの制御装置であって、
エンジン回転数および過給圧のうちの少なくとも前記エンジン回転数との関係に基づいて前記可変ディフューザの目標ディフューザベーン開度を定めた関係情報を備え、当該関係情報に従ってサージ限界を超えない範囲内で前記目標ディフューザベーン開度を設定する目標開度設定手段と、
前記目標開度設定手段により設定された前記目標ディフューザベーン開度に従って制御するように前記可変ディフューザに指示する開度指令手段と、
を備え、
前記目標開度設定手段は、前記目標ディフューザベーン開度が閉じ側の値となるときは、開き側の値となるときに比して、隣接段の開度差がより小さくなるように前記目標ディフューザベーン開度を設定することを特徴とする。
第２の発明は、上記の目的を達成するため、コンプレッサ部に可変ディフューザを有するターボチャージャの制御装置であって、
エンジン回転数および過給圧のうちの少なくとも前記エンジン回転数との関係に基づいて前記可変ディフューザの目標ディフューザベーン開度を定めた関係情報を備え、当該関係情報に従ってサージ限界を超えない範囲内で前記目標ディフューザベーン開度を設定する目標開度設定手段と、
前記目標開度設定手段により設定された前記目標ディフューザベーン開度に従って制御するように前記可変ディフューザに指示する開度指令手段と、
を備え、
前記関係情報が前記エンジン回転数と前記過給圧との関係に基づいて設定されている場合において、
前記関係情報は、前記エンジン回転数が高くなるほど前記過給圧が大きくなるように、前記目標ディフューザベーン開度が一定となる値を設定していることを特徴とする。
第３の発明は、上記の目的を達成するため、コンプレッサ部に可変ディフューザを有するターボチャージャの制御装置であって、
エンジン回転数および過給圧のうちの少なくとも前記エンジン回転数との関係に基づいて前記可変ディフューザの目標ディフューザベーン開度を定めた関係情報を備え、当該関係情報に従ってサージ限界を超えない範囲内で前記目標ディフューザベーン開度を設定する目標開度設定手段と、
前記目標開度設定手段により設定された前記目標ディフューザベーン開度に従って制御するように前記可変ディフューザに指示する開度指令手段と、
を備え、
前記関係情報が前記エンジン回転数との関係に基づいて設定されている場合において、 前記関係情報は、内燃機関の負荷が最大負荷となる際の前記過給圧を基準として前記目標ディフューザベーン開度を設定していることを特徴とする。
第４の発明は、上記の目的を達成するため、コンプレッサ部に可変ディフューザを有するターボチャージャの制御装置であって、
エンジン回転数および過給圧のうちの少なくとも前記エンジン回転数との関係に基づいて前記可変ディフューザの目標ディフューザベーン開度を定めた関係情報を備え、当該関係情報に従ってサージ限界を超えない範囲内で前記目標ディフューザベーン開度を設定する目標開度設定手段と、
前記目標開度設定手段により設定された前記目標ディフューザベーン開度に従って制御するように前記可変ディフューザに指示する開度指令手段と、
を備え、
前記関係情報が前記エンジン回転数との関係に基づいて設定されている場合において、
前記関係情報は、内燃機関の過渡時には、定常時に比して前記目標ディフューザベーン開度を大きく設定していることを特徴とする。
【０００８】
また、第５の発明は、第１の発明において、前記関係情報が前記エンジン回転数と前記過給圧との関係に基づいて設定されている場合において、
前記関係情報は、前記エンジン回転数が高くなるほど前記過給圧が大きくなるように、前記目標ディフューザベーン開度が一定となる値を設定していることを特徴とする。
【０００９】
また、第６の発明は、第１の発明において、前記関係情報が前記エンジン回転数との関係に基づいて設定されている場合において、  前記関係情報は、内燃機関の負荷が最大負荷となる際の前記過給圧を基準として前記目標ディフューザベーン開度を設定していることを特徴とする。
【００１０】
また、第７の発明は、第１、第３または第６の発明において、前記関係情報が前記エンジン回転数との関係に基づいて設定されている場合において、
前記関係情報は、内燃機関の過渡時には、定常時に比して前記目標ディフューザベーン開度を大きく設定していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、特別なセンサを必要とすることなしに、サージを回避させつつ、低コストかつ制御安定性の優れたシステムを実現することができる。ディフューザベーンの開度が閉じ側の値となるときは、サージ限界領域とターボ効率の高い領域とが近接する。本発明によれば、ディフューザベーンの開度が閉じ側の値となる領域において、目標ディフューザベーン開度が細かく制御されることにより、サージを回避させつつターボ効率を高く維持することができる。
第２の発明によれば、特別なセンサを必要とすることなしに、サージを回避させつつ、低コストかつ制御安定性の優れたシステムを実現することができる。また、本発明によれば、ターボチャージャの作動領域が常にサージ限界範囲内となるように、ディフューザベーン開度を制御することができる。
第３の発明によれば、特別なセンサを必要とすることなしに、サージを回避させつつ、低コストかつ制御安定性の優れたシステムを実現することができる。また、本発明によれば、過給圧を用いずにエンジン回転数のみに基づいて目標ディフューザベーン開度を設定する場合に、サージを完全に回避させることができる。
第４の発明によれば、特別なセンサを必要とすることなしに、サージを回避させつつ、低コストかつ制御安定性の優れたシステムを実現することができる。内燃機関が過渡状態にあるときは、定常状態にあるときに比して、ターボチャージャのコンプレッサを通過する空気流量が大きくなる。その結果、過渡時は、定常時に比してサージ限界を超えにくくなる。本発明によれば、過渡時の目標ディフューザベーン開度を、定常時に比して大きくすることで、ターボ効率の高い領域でターボチャージャを作動させることが可能となる。
【００１３】
第５の発明によれば、ターボチャージャの作動領域が常にサージ限界範囲内となるように、ディフューザベーン開度を制御することができる。
【００１４】
第６の発明によれば、過給圧を用いずにエンジン回転数のみに基づいて目標ディフューザベーン開度を設定する場合に、サージを完全に回避させることができる。
【００１５】
内燃機関が過渡状態にあるときは、定常状態にあるときに比して、ターボチャージャのコンプレッサを通過する空気流量が大きくなる。その結果、過渡時は、定常時に比してサージ限界を超えにくくなる。第７の発明によれば、過渡時の目標ディフューザベーン開度を、定常時に比して大きくすることで、ターボ効率の高い領域でターボチャージャを作動させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
[システム構成の説明]
図１は、本発明の実施の形態１における可変ディフューザ付きターボチャージャを備える内燃機関の概略構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、複数の気筒を有するディーゼル機関１０と、ディーゼル機関１０に空気を供給する吸気系と、ディーゼル機関１０から排気ガスを排出する排気系と、ディーゼル機関１０の運転を制御する制御系とを備えている。
【００１７】
ディーゼル機関１０の吸気系は、吸気マニホールド１２と、吸気マニホールド１２に接続される吸気管１４とを備えている。空気は大気中から吸気管１４に取り込まれ、吸気マニホールド１２を介して各気筒の燃焼室に分配される。吸気マニホールド１２には、吸気マニホールド１２内の圧力に応じた信号を出力する過給圧（吸気圧）センサ１６が配置されている。
図１に示すシステムは、可変ディフューザ付きターボチャージャ１８を備えている。吸気管１４の途中には、その可変ディフューザ付きターボチャージャ１８のコンプレッサハウジング２０が設けられている。
【００１８】
ディーゼル機関１０の排気系は、排気マニホールド２２と、排気マニホールド２２に接続される排気管２４とを備えている。ディーゼル機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド２２に集められ、排気マニホールド２２を介して排気管２４へ排出される。排気管２４の途中には、上述した可変ディフューザ付きターボチャージャ１８のタービンハウジング２６が設けられている。
【００１９】
ディーゼル機関１０の制御系は、ECU(Electronic Control Unit)２８を備えている。ECU２８には、上述した過給圧センサ１６に加え、エンジン回転数Neを検出するためのクランク角センサ３０、大気圧力を検出するための大気圧センサ３２、および大気温度を検出するための大気温度センサ３４などの各種センサが接続されている。また、ECU２８には、可変ディフューザ付きターボチャージャ１８のディフューザベーン４６（図２参照）を開閉駆動するためのアクチュエータ（図示省略）などの各種アクチュエータが接続されている。ECU２８は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムに従って各アクチュエータを駆動するようになっている。尚、図１において、P0は吸気管１４に取り込まれる大気の大気圧力P0を、P3は可変ディフューザ付きターボチャージャ１８のコンプレッサ出口圧力（過給圧）P3を、それぞれ示している。
【００２０】
次に、図２および図３を参照して、可変ディフューザ付きターボチャージャ１８の詳細な構造について説明する。
図２は、図１に示す可変ディフューザ付きターボチャージャ１８の全体構成を説明するための断面図である。尚、図２中に付された矢印は、吸気系を通過する空気、または排気系を通過する排気ガスの流れ方向を示している。
【００２１】
図２に示すように、タービンハウジング２６内には、排気管２４に排出される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるタービンホイール３６が配置されている。コンプレッサハウジング２０内には、連結軸３８によってタービンホイール３６と一体に連結されたコンプレッサインペラ４０が配置されている。連結軸３８は、図２において簡略化して表されたセンターハウジング４２に回転自在に支持されている。コンプレッサハウジング２０内の空気通路におけるコンプレッサインペラ４０の下流側には、可変ディフューザ４４が配置されている。
【００２２】
図３は、可変ディフューザ４４が組み込まれたコンプレッサ部の構成を説明するための図である。より具体的には、図３（Ａ）は、コンプレッサインペラ４０を、図２中のＡ矢視が示す方向から見た図であり、図３（Ｂ）は、コンプレッサインペラ４０を、図３（Ａ）に対する背面側から見た図である。図３（Ａ）に示すように、コンプレッサインペラ４０の外周には、可変ディフューザ４４のディフューザベーン４６が複数個配置されている。それぞれのディフューザベーン４６は、コンプレッサハウジング２０に固定されたドーナツ盤状のベースプレート４８に、回動軸５０を介して回動可能に取り付けられている。回動軸５０は、当該コンプレッサインペラ４０と同心状に等角度間隔で配置されている。
【００２３】
可変ディフューザ４４は、図３（Ｂ）に示すように、上記複数のディフューザベーン４６の開度を一斉に変更させるための構成を備えている。ベースプレート４８の背面（図３（Ｂ）で示す方向から見た面）には、内周側に複数の半円状の切欠部５２aを有するユニゾンリング５２が配置されている。また、ベースプレート４８の背面において、ディフューザベーン４６の回動軸５０には、従動アーム５４の一端が固定されている。
【００２４】
従動アーム５４の他端は、円状に形成されており、ユニゾンリング５２の切欠部５２aに係合されている。ユニゾンリング５２の内周は、ユニゾンリング５２がベースプレート４８に対して同心を保ちながら回動できるように、ベースプレート４８の背面側に付設された複数のガイドローラ５６によって案内されている。
【００２５】
ベースプレート４８の背面には、上記の回動軸５０とは別の回動軸５８が回動自在に取り付けられている。この回動軸５８には、駆動アーム６０の一端が固定されている。駆動アーム６０の他端は、従動アーム５４と同様に、円状に形成されており、ユニゾンリング５２の切欠部５２aに係合されている。また、可変ディフューザ４４は、駆動アーム６０を回転駆動するためのリンク機構６２を備えている。リンク機構６２の一端は回動軸５８に固定されており、その他端は既述したアクチュエータ（図示省略）に接続されている。
【００２６】
以上の構成によれば、ECU２８によってアクチュエータに駆動指令が与えられることにより、リンク機構６２が図３（Ｂ）中に示す矢印方向に駆動される。このリンク機構６２の運動は、駆動アーム６０の回転運動に変換される。駆動アーム６０が回転運動を行うと、ユニゾンリング５２が図３（Ｂ）中の矢印方向に回転操作されるようになる。そして、ユニゾンリング５２の回転運動が従動アーム５４を介して伝達されることにより、すべてのディフューザベーン４６の開度が一斉に変更される。このように、以上説明した構成によれば、ECU２８の駆動指令に基づいて、ディフューザベーン４６の開度を任意の開度に調整することが可能となる。
【００２７】
［可変ディフューザ付きターボチャージャの作動特性の説明］
図４は、大気圧力P0とコンプレッサ出口圧力P3との比である圧力比P3/P0と空気流量Ga-nomとの関係を示す図である。図４（Ａ）において、破線で示す波形はエンジン回転数Neが一定となるラインを示し、太線で示す波形はサージ限界を示すラインを示している。また、細線で示す波形はターボ回転数が一定となるライン（図４（Ａ）では特にターボ回転数の限界ライン）を示している。また、一点鎖線で示す波形はスモーク限界や排気温度等で決定されるディーゼル機関１０のフル（最大負荷時の）作動線を示している。尚、以下、本明細書中においてはディフューザベーン４６の開度を「VGC開度」と略することがある。
【００２８】
図４（Ａ）に示すディフューザベーン４６の各開度において、サージラインの右側の領域は、サージによる影響を受けずに安定してターボチャージャ１８を作動させることのできる領域に対応している。ただし、VGC開度を一定のままで空気流量Ga-nomを増大させていくと、空気流量Ga-nomは、やがてはチョーク流量（限界流量）に達することとなる。一方、サージラインの左側の領域は、サージによる影響でターボチャージャ１８の作動が不安定となる領域に対応している。図４（Ａ）で表される傾向によれば、エンジン回転数Neが一定であっても、圧力比P3/P0が高くなると、サージ限界に達することでターボチャージャ１８の作動が不安定になり易くなる。
【００２９】
図４（Ｂ）は、VGC開度の変化に対するターボ効率（得られた過給圧／ターボチャージャに与えられた仕事量）の変化を表している。すなわち、図４（Ｂ）中に破線で囲まれた閉曲線は、ターボチャージャ１８の効率等高線を示しており、より面積の小さい閉曲線ほど、よりターボ効率の高い領域を示すようになっている。図４（Ｂ）から判るように、可変ディフューザ付きターボチャージャ１８では、VGC開度に応じてターボ効率の高い領域が変化し、閉じ側のVGC開度であるときの方が、開き側のVGC開度であるときに比してターボ効率の高い領域が狭くなる。
【００３０】
より詳細に説明すると、図４（Ｂ）に示すように、VGC開度が閉じ側となる領域では、ターボ効率の高い領域がサージ限界を示すラインの近くに限られる。従って、VGC開度が閉じ側となり易い空気流量Ga-nomの小さな領域では、サージラインに近く、かつサージ限界を越えないように、目標VGC開度を精度良く制御する必要がある。また、VGC開度が開き側となる領域では、サージラインより空気流量Ga-nomが若干大きな側にターボ効率の最高効率点がある。従って、目標VGC開度に応じてサージラインとの相対関係を変更しないとターボ効率の良い作動を行うことができない。
【００３１】
そこで、本実施形態のシステムでは、上記図４を参照して説明した作動特性を有する可変ディフューザ付きターボチャージャ１８において、低コストな構成で、サージを確実に回避しながら良好なターボ効率が得られるようにVGC開度を制御することを目的としている。具体的には、以下の図５に示すルーチンの手法によって、エンジン回転数Neと過給圧P3とに基づいて目標VGC開度を設定することとした。
【００３２】
［実施の形態１における具体的処理］
図５は、本実施の形態１において、エンジン回転数Neと過給圧P3とに基づいて目標VGC開度を設定するためにECU２８が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定時間毎に周期的に実行されるものとする。図５に示すルーチンでは、先ず、エンジン回転数Neおよびインマニ（吸気マニホールド）圧力Pbが、それぞれクランク角センサ３０および過給圧センサ１６の出力に基づいて読み込まれる（ステップ１００）。尚、ここでは、以降のステップにおいて使用する過給圧（コンプレッサ出口圧力）P3の情報を得るために、ディーゼル機関１０において一般的に備えられている過給圧センサ１６を利用して、過給圧P3と一定の関係となるインマニ圧力Pbを取得することとしているが、これに限らず、コンプレッサ出口部に圧力センサを備えることとして、コンプレッサ出口圧力P3を直接取得するようにしてもよい。
【００３３】
次に、図６に示すデータマップを参照することで、エンジン回転数Neおよびインマニ圧力Pbに基づいて目標VGC開度が決定される（ステップ１０２）。より具体的には、このデータマップの参照時に各マップ値間の値は、近傍の２つのマップ値を補間することで取得される。このため、目標VGC開度が連続的に決定される。図６は、目標VGC開度を、エンジン回転数Neおよび過給圧P3（インマニ圧力Pb）との関係で定めたマップである。図６において、細線で示す直線はそれぞれVGC開度が一定となるラインを、太線で示す波形はディーゼル機関１０のフル（最大負荷時の）作動線を、それぞれ示している。
【００３４】
図６に示すマップでは、エンジン回転数Neが高くなるほど過給圧P3が高くなるように、言い換えれば、図６において右上がりの直線となるように、VGC開度が一定となる値が設定されている。また、図６に示すマップでは、目標VGC開度が閉じ側となる領域において、当該目標VGC開度が開き側となる領域に比して、目標VGCの開度調整がより細かくされるように、言い換えれば、隣接段の開度差がより小さくなるように、目標VGC開度の値が記憶されている。これを概念的に説明するために、図６においては、閉じ側において目標VGC開度が一定となる直線の本数が多くなるように表している。
次に、上記ステップ１０２において決定された目標VGC開度に基づいて、ECU２８から可変ディフューザ４４のアクチュエータに対して、VGC駆動信号が出力される（ステップ１０４）。
【００３５】
エンジン回転数Neが同じであっても、圧力比P3/P0が高くなるほど、ターボチャージャ１８の作動領域がサージによる不安定領域に入り易くなってしまう（図４参照）。このような場合には、サージ限界を越えて不安定領域となるのを回避するために、VGC開度を閉じ側に制御する必要がある。上述した図６に示すマップでは、エンジン回転数Neが高くなるほど過給圧P3が高くなるように、言い換えれば、図６において右上がりの直線となるように、VGC開度が一定となる値が設定されている。このような設定によれば、エンジン回転数Neが一定で過給圧P3が高くなる場合を考えたときに、過給圧P3が高くなるほど、目標VGC開度が閉じ側の値となるように設定することができる。つまり、上記図６に示すマップの設定によれば、ターボチャージャ１８の作動領域が常にサージ限界範囲内となるように、VGC開度を制御することができる。
【００３６】
また、VGC開度を閉じ側に制御すると、空気流量Ga-nomが小さい領域で発生するサージを防止する効果はある。しかしながら、上記図５を参照して説明したように、VGC開度が閉じ側となる領域では、ターボ効率の高い領域がサージラインに近くかつ狭い領域に限られる。その結果、閉じ側のVGC開度のままで空気流量Ga-nomを増やしていくと、急激なターボ効率の悪化がもたらされ、また、やがてはチョーク流量に達するため、空気流量Ga-nomをわずかしか増やせない。このため、目標VGC開度を開き側に制御する必要が生ずる。
【００３７】
上記図６に示すマップを利用した上記図５に示すルーチンによれば、閉じ側における目標VGC開度が開き側に比して細かく調整されることとなる。つまり、VGC開度が閉じ側となる領域において、空気流量Ga-nomの変化に対して、より頻繁に目標VGC開度が調整されることになる。その結果、サージライン近くのターボ効率の高い作動領域が維持されるように、VGC開度を制御することが可能となる。これにより、サージの回避と高ターボ効率の実現を両立させることができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、エンジン回転数Neおよび過給圧P3（インマニ圧力Pb）に基づいて目標VGC開度が制御されるため、一般的な構成を有する内燃機関に特別なセンサを追加する必要がないことと、シンプルな制御ロジックであることにより、低コストで安定性に優れたシステムで、サージを回避させつつターボ効率の高い領域を使用して、可変ディフューザ付きターボチャージャ１８を制御することができる。
【００３９】
ところで、上述した実施の形態１においては、図６に示す目標VGC開度取得用マップに定められた関係に従って、エンジン回転数Neおよび過給圧P3に対応する目標VGC開度を取得することとしているが、本発明における関係情報は、このようなマップに限定されるものではない。例えば、当該関係情報は、エンジン回転数Neおよび過給圧P3に対する目標VGC開度の関係を定めた関係式などであってもよい。
【００４０】
また、上述した実施の形態１においては、エンジン回転数Neおよび過給圧P3との関係で定めたマップに従って目標VGC開度を設定することとしているが、このような手法に限らず、以下の図７および図８を参照して示す手法を用いるようにしてもよい。図７は、そのような手法による制御を実現するために、ECU２８が上記図５に示すルーチンに代えて実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、先ず、エンジン回転数Neおよびインマニ圧力Pbに加え、大気圧力P0および大気温度Taが各センサの出力に基づいて取得される（ステップ２００）。
【００４１】
次に、エンジン回転数Neとインマニ圧力Pbの補正値が演算される（ステップ２０２）。具体的には、エンジン回転数Neの補正値は、Ne・(Ta)1/2/P0として算出され、インマニ圧力（過給圧）Pbの補正値は、Pb/P0として算出される。次いで、図８に示すデータマップを参照して、エンジン回転数Neの補正値とインマニ圧力（過給圧）Pbの補正値との関係に基づいて目標VGC開度が決定される（ステップ２０４）。図８に示すマップは、エンジン回転数Neおよびインマニ圧力Pb（過給圧P3）がそれぞれの補正値に置き換えられている点を除き、上記図６に示すマップと同様に設定されている。
【００４２】
次に、上記ステップ２０４において取得された目標VGC開度に基づいて、ECU２８から可変ディフューザ４４のアクチュエータに対して、VGC駆動信号が出力される（ステップ２０６）。
以上説明した図７に示すルーチンによれば、大気圧力P0および大気温度Taに基づく補正をも加えることで、上記図５に示すルーチンに比して更に精度良く可変ディフューザ付きターボチャージャ１８を制御することができる。
【００４３】
尚、上述した実施の形態１においては、ECU２８が上記ステップ１０２の実行時に参照する図６に示すマップが前記第１乃至第４の発明における「関係情報」に相当している。また、ECU２８が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１乃至第４の発明における「目標開度設定手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１乃至第４の発明における「開度指令手段」が、それぞれ実現されている。
【００４４】
実施の形態２．
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１乃至図３に示すハードウェア構成を用いて、ECU２８に図５に示すルーチンに代えて後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。尚、図１に示す構成においては、吸気マニホールド１２内の圧力Pb（過給圧P3）を取得するために過給圧センサ１６を備えているが、本実施形態のシステムを実現するという点においては、過給圧センサ１６を備えている必要はない。
【００４５】
［実施の形態２の特徴］
上述した実施の形態１のシステムでは、エンジン回転数Neと過給圧P3とに基づいて目標VGC開度を決定するようにしている。これに対し、本実施形態のシステムは、エンジン回転数Neのみに基づいて目標VGC開度を決定することにより、実施の形態１のシステムに比して更に低コストなシステム構成を用いて、可変ディフューザ付きターボチャージャ１８を制御することを特徴としている。
【００４６】
［実施の形態２における具体的処理］
図９は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてECU２８が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定時間毎に周期的に実行されるものとする。図９に示すルーチンでは、先ず、エンジン回転数Neが読み込まれる（ステップ３００）。次いで、エンジン回転上昇率Ne/dtが演算される（ステップ３０２）。
【００４７】
次に、エンジン回転上昇率Ne/dtの所定の基準値(Ne/dt)0が参照される（ステップ３０４）。当該基準値(Ne/dt)0は、ディーゼル機関１０の運転状態が定常状態にあるか過渡状態にあるかを判定するためのしきい値である。次いで、エンジン回転上昇率Ne/dtが基準値(Ne/dt)0以下であるか否かが判別される（ステップ３０６）。
【００４８】
上記ステップ３０６において、エンジン回転上昇率Ne/dt≦基準値(Ne/dt)0が成立すると判定された場合、すなわち、ディーゼル機関１０の現在の運転状態が定常状態にあると判断できる場合には、図１０に示すデータマップにおける定常時のマップ値を参照することで、エンジン回転数Neに基づいて目標VGC開度が決定される（ステップ３０８）。
【００４９】
図１０は、目標VGC開度を、エンジン回転数Neとの関係で定めたマップである。図１０において、実線で示す波形が定常時のマップ値の傾向を示している。図１０に示すマップにおける目標VGC開度は、各エンジン回転数Neにおいて、ディーゼル機関１０の負荷が最大負荷となる際の過給圧P3の値を基準として設定されている。言い換えれば、図１０に示すマップは、上記図６に示すマップにおけるディーゼル機関１０のフル作動線上の目標VGC開度を、エンジン回転数Neとの関係で定めたものである。このようなマップの設定によれば、目標VGC開度が各エンジン回転数Neにおける最も閉じ側の値に設定されることになるため、どのようなエンジン回転数Neであってもサージ限界を超えないように、各エンジン回転数Neにおける目標VGC開度を制御することができる。このため、過給圧センサ１６を備えていないシステムであっても、ディーゼル機関１０の運転領域に関係なく常にサージを回避させた状態でターボチャージャ１８を作動させることができる。
【００５０】
また、上記図１０に示すマップでは、低エンジン回転領域では、高エンジン回転領域に比して、エンジン回転数Neの増加に対して目標VGC開度がより大きく開き側の値に変更されるように設定されている。このような設定によれば、エンジン回転数Neの低い小空気流量領域、すなわち、VGC開度が閉じ側となる領域において、空気流量Ga-nomの変化に対して、より頻繁に目標VGC開度が調整されることになる。その結果、サージライン近くのターボ効率の高い作動領域が維持されるように、VGC開度を制御することが可能となる。これにより、サージの回避と高ターボ効率の実現を両立させることができる。
【００５１】
一方、上記ステップ３０６において、エンジン回転上昇率Ne/dt≦基準値(Ne/dt)0が不成立であると判定された場合、すなわち、ディーゼル機関１０の現在の運転状態が過渡状態にあると判断できる場合には、図１０に示すデータマップにおける過渡時のマップ値を参照することで、エンジン回転数Neに基づいて目標VGC開度が決定される（ステップ３１０）。すなわち、上記図１０に示すマップでは、過渡時の目標VGC開度の設定を、定常時の目標VGC開度の設定と異ならせている。
【００５２】
より具体的には、過渡時の目標VGC開度が、定常時の目標VGC開度に比して、より大きくなるように設定されている。過渡時には、ターボ回転数の上昇に遅れがあるのに加え、コンプレッサ下流の吸気管１４内を充填させる必要がある。このため、エンジン回転数Neが同じ場合において、過渡時には、定常時に比してコンプレッサを通過する空気流量Ga-nomが大きくなる。その結果、過渡時は、定常時に比してサージ限界を超えにくくなる。上記図１０に示すマップの設定によれば、過渡時の目標VGC開度を、定常時に比して大きくすることで、ターボ効率の高い領域でターボチャージャ１８を作動させることができる。
【００５３】
図９に示すルーチンでは、次いで、上記ステップ３０８または３１０において決定された目標VGC開度に基づいて、ECU２８から可変ディフューザ４４のアクチュエータに対して、VGC駆動信号が出力される（ステップ３１２）。
【００５４】
以上説明した図９に示すルーチンによれば、実施の形態１に比して更に安価なシステム構成を用いて、サージを完全に回避させながらターボ効率の良好なシステムを実現することができる。また、制御が簡素化されることにより、適合工数を削減できるとともにロバスト性にも優れたシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１における可変ディフューザ付きターボチャージャを備える内燃機関の概略構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す可変ディフューザ付きターボチャージャの全体構成を説明するための断面図である。
【図３】可変ディフューザが組み込まれたコンプレッサ部の構成を説明するための図である。
【図４】大気圧力P0とコンプレッサ出口圧力P3との比である圧力比P3/P0と空気流量Ga-nomとの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】図５に示すルーチン中で参照される目標VGC開度取得用マップである。
【図７】本発明の実施の形態１の変形例において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】図７に示すルーチン中で参照される目標VGC開度取得用マップである。
【図９】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１０】図９に示すルーチン中で参照される目標VGC開度取得用マップである。
【符号の説明】
【００５６】
１０  ディーゼル機関
１２  吸気マニホールド
１４  吸気管
１６  過給圧センサ
１８  可変ディフューザ付きターボチャージャ
２０  コンプレッサハウジング
２４  排気管
２６  タービンハウジング
２８  ECU(Electronic Control Unit)
３０  クランク角センサ
４０  コンプレッサインペラ
４４  可変ディフューザ
４６  ディフューザベーン
４８  ベースプレート
５２  ユニゾンリング
５４  従動アーム
６０  駆動アーム
６２  リンク機構
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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