(57)【要約】      （修正有）【課題】可変ノズル式ターボチャージャとを備えたエンジンにおいて、ＥＧＲ領域において、適切な過給圧を実現する。【解決手段】エンジンＥＣＵはＥＧＲ作動領域であると、ＥＧＲ作動マップを選択するステップ（Ｓ１３０）と、ＥＧＲ作動マップに基づいて目標過給圧を決定するステップ（Ｓ１４０）と、目標過給圧を実現するノズル開度を算出するステップ（Ｓ１５０）と、ノズル弁のアクチュエータであるＤＣサーボモータへの制御信号を出力するステップ（Ｓ１６０）と、目標過給圧と実過給圧との偏差を検出するステップ（Ｓ１７０）と、平均偏差の算出が完了して（Ｓ１８０にてＹＥＳ）、平均偏差の絶対値が予め定められたしきい値よりも大きいと（Ｓ１９０にてＹＥＳ）、ＤＣサーボモータへの制御信号の補正量やＤＣサーボモータの位置センサのデータを補正するステップ（Ｓ２００）とを含むプログラムを実行する。【選択図】図８
2005180404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態に対応して開度の可変なノズルより導かれる排気ガスによって駆動されるタービンと前記タービンによって駆動され目標過給圧になるように吸気を圧縮するコンプレッサとを有するバリアブルノズル式ターボチャージャと、前記タービンより上流側の排気系と吸気系とをＥＧＲ弁を介して連結するとともに内燃機関の運転状態に応じてＥＧＲ量の目標値を設定して前記ＥＧＲ弁をフィードバック制御するＥＧＲ装置とを備えた内燃機関におけるバリアブルノズル式ターボチャージャの制御装置であって、
ＥＧＲ作動領域における、目標過給圧を算出するための算出手段と、
前記目標過給圧に対応するように、前記ノズルの開度を制御するアクチュエータを制御するための制御手段と、
実過給圧を検知するための検知手段と、
前記目標過給圧と検知された実過給圧との偏差に基づいて、前記ノズルの開度を補正するための補正手段とを含む、バリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置。
【請求項２】
前記算出手段は、内燃機関の回転数および内燃機関の負荷と目標過給圧との関係を規定した情報に基づいて、前記目標過給圧を算出するための手段を含む、請求項１に記載のバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記アクチュエータの位置センサについて補正するための手段を含む、請求項１または２に記載のバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記アクチュエータへの指令信号を補正するための手段を含む、請求項１または２に記載のバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記目標過給圧と検知された実過給圧との偏差の平均値に基づいて、前記ノズルの開度を補正するための手段を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記偏差の平均値の絶対値が予め定められた値よりも大きいと、前記ノズルの開度を補正するための手段を含む、請求項５に記載のバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリアブルノズル式ターボチャージャとＥＧＲ（排気ガス再循環：Exhaust Gas Recirculation）装置とを備えた内燃機関（エンジン）に関し、特に、バリアブルノズル式ターボチャージャの経時劣化等の影響を考慮して、バリアブルノズル式ターボチャージャを制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用内燃機関には自然吸気式エンジンと過給式エンジンとがある。過給機構としては、一般にターボチャージャと呼ばれる排気タービン駆動式のものと、一般にスーパチャージャと呼ばれる機械駆動式のものとが実用化されている。ターボチャージャは、排気ガスのエネルギでタービンを回転させ、それと直結したコンプレッサで吸入空気を圧縮してエンジンに供給するものである。ターボチャージャ付エンジンでは、過給圧が過度に大きくなるのを防ぐため、タービンに流入する排気ガスの一部をバイパスさせるウエイストゲートバルブ(waste gate valve)が通常設けられている。
【０００３】
ターボチャージャに異常が発生し、ウエイストゲートバルブが閉じられたままで運転を続けた場合には、エンジンを異常な運転状態におくことになるため、エンジンの損傷を招くおそれがある。そこで、ターボチャージャの異常検出に関する技術が種々提案されている。たとえば、コンプレッサ出力側のブースト圧（過給圧）とタービン入力側の排気ガス圧力とを検出し、ブースト圧が排気ガス圧力より設定値以上低くかつその状態が設定時間継続したときにターボチャージャの異常と判定する技術等がある。
【０００４】
ところで、エンジンが低速回転域にあるときには、排気ガスの流量が少ないため、ターボチャージャによる過給は不充分なものとなる。その対策として、タービンノズルの開度すなわち面積を小さくすることにより、タービンロータに与える運動エネルギを増大させるターボチャージャが開発されている。バリアブルノズル式ターボチャージャは、そのようなターボチャージャの一種であって、回動可能な複数のノズルベーンを設け、ノズルベーン間に形成されるタービンノズルよりタービンロータへとエンジンの排気ガスを導く際のタービンノズルの開度を変えることができるようにしたものである。このようなバリアブルノズル式ターボチャージャにおいては、運転状態に応じた最適な過給圧制御となるようにノズル開度が制御されている。
【０００５】
このとき、たとえば、アクセル開度（＝エンジン負荷）とエンジン回転数とにより決定される目標過給圧になるように、ノズル開度がフィードバック制御される。また、エンジン負荷とエンジン回転数とにより規定されたノズル開度マップを予め設定しておいて、そのマップからノズル開度を決定して、ノズル開度を変更するアクチュエータ（たとえば、ＤＣサーボモータ）でノズル開度を制御する。
【０００６】
また、エンジンには、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減を目的とするＥＧＲ装置が設けられることがある。このＥＧＲ装置においては、排気マニホールドと吸気マニホールドの間に、排気ガスを循環させるための通路を設け、そのガス再循環量を、その通路の途中に設けられたＥＧＲ弁によって調節する。排気マニホールドからＥＧＲ通路を通って吸気マニホールドへ適切な排気ガスが還流せしめられる。このとき、ＥＧＲ量の指標として、ＥＧＲ率が、ＥＧＲ率＝{ＥＧＲガス流量／（吸入空気流量＋ＥＧＲガス流量）}として定義され、このＥＧＲ率の目標値が、エンジン負荷とエンジン回転数とにより決定される。この目標ＥＧＲ率になるように、ＥＧＲ弁の開度がフィードバック制御される。
【０００７】
バリアブルノズル式ターボチャージャにおいて、あるノズル開度におけるノズルベーンの固着（以下、ノズルスティックという）等の異常を過給圧により検出するためには、全ての運転状態と各々のノズル開度に応じた設定値を設けなければならず、異常判断処理が非常に複雑になる。特開平１０−４７０７１号公報（特許文献１）は、バリアブルノズル式ターボチャージャおよびＥＧＲ装置を備えたエンジンにおいて、ノズルスティックによる異常を容易に検出することが可能なバリアブルノズル式ターボチャージャ異常検出装置を開示する。このバリアブルノズル式ターボチャージャ異常検出装置は、機関運転状態に応じて開度の可変なノズルより導かれる排気ガスによって駆動されるタービンとタービンによって駆動され吸気を圧縮するコンプレッサとを有するバリアブルノズル式ターボチャージャと、タービンより上流側の排気系と吸気系とをＥＧＲ弁を介して連結するとともに機関運転状態に応じてＥＧＲ量の目標値を設定してＥＧＲ弁をフィードバック制御するＥＧＲ装置とを備えた内燃機関において、バリアブルノズル式ターボチャージャの異常を検出する装置であって、ＥＧＲ量の実際値を検出するＥＧＲ量検出手段と、ＥＧＲ量検出手段によって検出されたＥＧＲ量実際値がＥＧＲ量目標値から所定値以上ずれたときにターボチャージャの異常であると判断する異常判断手段とを含む。
【０００８】
このバリアブルノズル式ターボチャージャ異常検出装置によると、バリアブルノズル式ターボチャージャにおいてノズルスティック等による異常が発生すると、タービンを流れる排気ガスの流量及び圧力が機関運転状態に適した値からずれてくる。ＥＧＲ量は、ＥＧＲ弁前後の圧力差、すなわち排気側ＥＧＲ通路の圧力と吸気側ＥＧＲ通路の圧力との差に応じた値となる。ここで、排気側ＥＧＲ通路の圧力とは排気ガス圧力のことである。従って、ＥＧＲ量のずれを監視することでノズルスティックを検出することができる。このバリアブルノズル式ターボチャージャ異常検出装置においては、ＥＧＲ量実際値の目標値からのずれを監視することにより、ターボチャージャの異常を容易に判断することが可能である。
【０００９】
また、バリアブルノズル式ターボチャージャにおいては、以下のような問題もある。バリアブルノズル式ターボチャージャを可動部のアクチュエータや過給機本体の構成部品（ユニゾンリング等）の製造時のバラツキ等の個体間の差、あるいは使用に伴う耐久性の劣化等の経年変化などによって過給圧は左右される、このため、過給圧を目標過給圧に制御するときに予め設定された操作量で制御すると過給圧の大きな変化を招く（同一の操作量を適用しても、本来ならばそれに対応して作動すべきアクチュエータ等の作動量が、個体間の差や経年変化に起因して異なったものになる）場合もある。このような場合であっても、過給圧のフィードバック制御を行なえば、これを解消することは可能である。すなわち、フィードバック制御は、目標過給圧と実際の過給圧との偏差を検出して、この偏差がなくなるように偏差に応じて操作量を決定して制御を行うものであるから、たとえアクチュエータ等個々のバラツキや経年変化などが生じていても、これらの影響はかかる制御において吸収され、補正されることになる。
【００１０】
しかしながら、このようなフィードバック制御においても、バリアブルノズル式ターボチャージャにおいて発生する様々な問題があり、特許文献２〜４にこれらについての技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−４７０７１号公報
【特許文献２】特開平１−２９０９２２号公報
【特許文献３】特開昭６０−２２８７２８号公報
【特許文献４】特開平１−１３９０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、バリアブルノズル式ターボチャージャにおいても、ＥＧＲ装置においても、フィードバック制御が行なわれる。しかしながら、同時に双方においてフィードバック制御することは極めて困難である。すなわち、バリアブルノズル式ターボチャージャにおいて、目標過給圧になるようにノズル開度がフィードバック制御され、その一方、ＥＧＲ装置側において、目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲ弁の開度が制御されることになる。バリアブルノズル式ターボチャージャのノズル開度を変化させると吸入空気量が変化して、前述した定義式からも明らかなようにＥＧＲ率も変化してしまう。この変化に対応してＥＧＲ弁をフィードバック制御すると、双方で相反する制御状態になる場合があり、これらのフィードバック制御を同時に行なうことは極めて現実的でない。
【００１２】
このような場合には、たとえば、ＥＧＲ領域（エンジン冷却水温が低温でない領域であって、バリアブルノズル式ターボチャージャおよびＥＧＲ装置の双方が制御される領域）においては、バリアブルノズル式ターボチャージャのノズル開度をマップから決定されるノズル開度となるようにオープンループ（フィードバック制御のように帰環ループを有しない）の制御が行なわれる。このとき、フィードバック制御されないので、バリアブルノズル式ターボチャージャのアクチュエータ等個々のバラツキや経年変化などが生じていても、これらの影響はフィードバック制御により吸収されることがない。
【００１３】
しかしなから、このような問題は、上述のいずれの特許文献においても解決することができない。すなわち、上記した特許文献２〜４はバリアブルノズル式ターボチャージャに関連はあってもＥＧＲ装置に関連なく、特許文献１は、バリアブルノズル式ターボチャージャおよびＥＧＲ装置に関連があっても、ノズルスティックによる異常を、フィードバック制御されているＥＧＲ量とＥＧＲ目標量とから検出しようとするものにすぎない。ＥＧＲ装置がフィードバック制御される領域において、バリアブルノズル式ターボチャージャがフィードバック制御されない状態においては、バリアブルノズル式ターボチャージャの構成部品のバラツキや経年変化などが生じていても、これらの影響を補正することができない。このため、バリアブルノズル式ターボチャージャの構成部品のバラツキや経年変化があると、マップから決定された過給圧とは異なる実過給圧である状態になる。たとえば、バリアブルノズル式ターボチャージャのノズルベーンアームとユニゾンリング等の摺動部に磨耗が生じた場合、ノズルベーン（可変ノズル）は、排気ガスの力により開き側にトルクを受ける。このため、可変ノズルの開度指令値に対するタービン流量は、経年による磨耗により多くなる。このため、タービン内の排気ガスの流速が下がりタービン回転数が下がり過給圧が低くなる。この結果、エンジンの排気性能や動力性能が所望の能力を発現しなくなる。
【００１４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＥＧＲ装置とバリアブルノズル式ターボチャージャとを備えた内燃機関において、ＥＧＲ領域において、適切な過給圧を実現することができるバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の発明に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置は、内燃機関の運転状態に対応して開度の可変なノズルより導かれる排気ガスによって駆動されるタービンとタービンによって駆動され目標過給圧になるように吸気を圧縮するコンプレッサとを有するバリアブルノズル式ターボチャージャと、タービンより上流側の排気系と吸気系とをＥＧＲ弁を介して連結するとともに内燃機関の運転状態に応じてＥＧＲ量の目標値を設定してＥＧＲ弁をフィードバック制御するＥＧＲ装置とを備えた内燃機関におけるバリアブルノズル式ターボチャージャを制御する。このバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置は、ＥＧＲ作動領域における、目標過給圧を算出するための算出手段と、目標過給圧に対応するように、ノズルの開度を制御するアクチュエータを制御するための制御手段と、実過給圧を検知するための検知手段と、目標過給圧と検知された実過給圧との偏差に基づいて、ノズルの開度を補正するための補正手段とを含む。
【００１６】
第１の発明によると、バリアブルノズル式ターボチャージャとＥＧＲ装置とを有する内燃機関において、ＥＧＲ作動領域においては、バリアブルノズル式ターボチャージャのノズル開度がフィードバック制御されない。ＥＧＲ作動領域における、内燃機関の回転数および内燃機関の負荷と目標過給圧との関係を規定した情報（マップ）に基づいて、目標過給圧を算出する。算出された目標過給圧になるように、ノズルの開度を制御するアクチュエータ（たとえば、ＤＣサーボモータ）が制御される。このとき、ＥＧＲ装置のフィードバック制御が行なわれているので、ノズルの開度はオープンループ制御になる。このような場合において、バリアブルノズル式ターボチャージャのノズルベーンアームとユニゾンリング等の摺動部に磨耗が生じていると、ノズルベーン（可変ノズル）は、排気ガスの力により開き側にトルクを受け、可変ノズルの開度指令値に対してタービン流量はより多くなる。すなわち、指令過給圧と実過給圧との間に偏差が発生する。フィードバック制御を行なっていないので、この偏差が残ったままの状態になる。検知手段により、たとえば予め定められた回数だけこの偏差をサンプリングして、その平均値（より詳しくは平均値の絶対値）が予め定められたしきい値よりも大きいと、補正手段によりノズルの開度が補正されて、実過給圧が目標過給圧に近づける。このとき、たとえば、ＤＣサーボモータのセンサの位置に関する情報が補正されたり、ＤＣサーボモータへの指令信号が補正される。これにより、フィードバック制御できずオープンループ制御されているＥＧＲ領域においても、バリアブルノズル式ターボチャージャの構成部品のバラツキや経年変化などが生じていた場合に、これらの影響を補正することができる。その結果、ＥＧＲ装置とバリアブルノズル式ターボチャージャとを備えた内燃機関において、ＥＧＲ領域において、適切な過給圧を実現することができるバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置を提供することができる。
【００１７】
第２の発明に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、算出手段は、内燃機関の回転数および内燃機関の負荷と目標過給圧との関係を規定した情報に基づいて、目標過給圧を算出するための手段を含む。
【００１８】
第２の発明によると、内燃機関の回転数（エンジン回転数）および内燃機関の負荷（噴射燃料量）と目標過給圧との関係を規定した３次元マップに基づいて、目標過給圧を算出して、その目標過給圧になるようにノズル開度を制御する。
【００１９】
第３の発明に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、補正手段は、アクチュエータの位置センサについて補正するための手段を含む。
【００２０】
第３の発明によると、補正手段によりノズルの開度を補正するためにアクチュエータの一例であるサーボモータのセンサの位置に関する情報が補正される。これにより、フィードバック制御できずオープンループ制御されているＥＧＲ領域においても、バリアブルノズル式ターボチャージャの構成部品のバラツキや経年変化などが生じていた場合に、これらの影響を補正することができる。
【００２１】
第４の発明に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、補正手段は、アクチュエータへの指令信号を補正するための手段を含む。
【００２２】
第４の発明によると、補正手段によりノズルの開度を補正するためにアクチュエータの一例であるサーボモータへの指令信号が補正される。これにより、フィードバック制御できずオープンループ制御されているＥＧＲ領域においても、バリアブルノズル式ターボチャージャの構成部品のバラツキや経年変化などが生じていた場合に、これらの影響を補正することができる。
【００２３】
第５の発明に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、補正手段は、目標過給圧と検知された実過給圧との偏差の平均値に基づいて、ノズルの開度を補正するための手段を含む。
【００２４】
第５の発明によると、補正手段によりノズル開度を補正する場合は、目標過給圧と検知された実過給圧との偏差の平均値が用いられる。そのため、実過給圧の一時的な誤検知による補正手段によりノズル開度を補正を回避できる。
【００２５】
第６の発明に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置においては、第５の発明の構成に加えて、補正手段は、偏差の平均値の絶対値が予め定められた値よりも大きいと、ノズルの開度を補正するための手段を含む。
【００２６】
第６の発明によると、補正手段によりノズル開度を補正する場合は、目標過給圧と検知された実過給圧との偏差の平均値の絶対値が予め定められたしきい値よりも大きいことが条件になる。そのため、実過給圧の一時的な誤検知による補正手段によりノズル開度を補正を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置を備えたディーゼルエンジンの一例を概略的に示す図である。バリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置は、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０００およびエンジンＥＣＵ１０００で実行されるプログラムにより実現される。
【００２９】
エンジン本体５００における燃焼に必要な空気は、エアクリーナ１００でろ過され、ターボチャージャ３００のコンプレッサ３２０で圧縮され、インタクーラ１２０で冷却され、吸気マニホールド１４０に導かれる。なお、その吸入空気流量ＧＡは、スロットル弁１３０によって調節されるとともに、エアフローメータ１１０によって検出される。また、吸気系には、吸気管圧力（ブースト圧）ＰＢを検出する吸気管圧力センサ２２０、吸気管温度ＴＢを検出する吸気管温度センサ２３０および空気過剰率λを検出するＯ２ センサ２４０が設けられている。また、エンジン本体５００にはエンジン冷却水の温度を検出する温度センサ５１０が設けられている。本実施の形態においては、Ｏ２ センサ２４０により検出された値を直接的に用いることはない。
【００３０】
吸気マニホールド１４０で、吸入空気は、エンジン本体５００の各気筒に分配される。各気筒において発生する排気ガスは、排気マニホールド１６０で集められ、次いでターボチャージャ３００のタービン３４０に通された後、最後に触媒コンバータ７００で浄化されて排出される。なお、ターボチャージャ３００による過度の過給効果を防止すべく、排気ガスがタービン３４０を迂回することができるように、排気バイパス通路８００およびウエイストゲートバルブ（ＷＧＶ）９００が設けられている。
【００３１】
ターボチャージャ３００のタービン３４０においては、タービンロータ（タービンホイール、タービンブレードなどとも呼ばれる）３５０が排気ガスにより回転せしめられる。コンプレッサ３２０のコンプレッサブレード３３０は、回転軸３１０によりタービンロータ３５０に接続されているため、タービンロータ３５０とともに回転して吸入空気を圧縮し、すなわち過給作用を奏する。タービン３４０には、後に詳細に説明するように、回動可能な複数のノズルベーン３６０が設けられており、ノズルベーン３６０間に形成されるタービンノズルの開度すなわち面積を変えることができるようになっている。そのため、そのタービンノズルは、バリアブルノズルと呼ばれる。バリアブルノズルの開度は、アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）３７０によって調節される。
【００３２】
また、このエンジンは、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減を目的とするＥＧＲ装置付きのエンジンであり、排気マニホールド１６０と吸気マニホールド１４０との間には、排気ガスを循環させるための通路１５０が設けられている。そのガス再循環量は、その通路の途中に設けられたＥＧＲ弁４３０によって調節される。ＥＧＲ弁４３０を駆動するアクチュエータ４００の内部は、ダイアフラム４１０によって負圧室４１２と大気圧室４１４とに仕切られている。負圧室４１２内にはスプリング４１６が内装されており、ＥＧＲ弁４３０と連結したダイアフラム４１０を閉弁側に付勢している。そして、負圧室４１２には、負圧制御弁４２０によって調整された負圧が導入されるようになっている。負圧が導入されると、その負圧の大きさに応じてＥＧＲ弁４３０がリフト駆動され、排気マニホールド１６０からＥＧＲ通路１５０を通って吸気マニホールド１４０へとリフト量に応じた排気ガスが還流せしめられ、ＥＧＲが達成される。
【００３３】
前述のように、ＥＧＲ量の指標として、ＥＧＲ率が、ＥＧＲ率＝｛ＥＧＲガス流量／（吸入空気流量＋ＥＧＲガス流量）｝として定義されている。そして、このＥＧＲ率の目標値が、エンジン負荷とエンジン回転数とによって予め決定されており、この目標ＥＧＲ率に従ってＥＧＲ弁４３０がフィードバック制御される。
【００３４】
エンジンＥＣＵ１０００には、エアフローメータ１１０、吸気管圧力センサ２２０、吸気管温度センサ２３０、Ｏ２ センサ２４０および温度センサ５１０からの各信号が入力され、それらの信号に基づいて、吸入空気流量ＧＡ、吸気管圧力（ブースト圧）ＰＢ、吸気管温度ＴＢ、空気過剰率λおよびエンジン冷却水温度ＴＥが検出される。そして、エンジンＥＣＵ１０００は、それらの検出データに基づいてバリアブルノズル用アクチュエータ３７０およびＥＧＲ用アクチュエータ４２０を制御する。さらに、エンジンＥＣＵ１０００は、エンジン本体５００へ噴射されるべき燃料の量を制御する。
【００３５】
図２に、バリアブルノズル式ターボチャージャであるターボチャージャ３００の断面図を、図３（Ａ）および（Ｂ）に、ターボチャージャ３００におけるノズルベーン３６０が開いた状態の図を、図４（Ａ）および（Ｂ）に、ターボチャージャ３００におけるノズルベーン３６０が閉じた状態の図を示す。
【００３６】
これらの図を参照して、ターボチャージャ３００のノズル開度制御について説明する。タービン３４０側に設けられたノズルベーン３６０が、ノズル開度制御の対象である。タービンロータ３５０に排気ガスを導くタービン入口のガス通路には、複数（本実施の形態では１３枚とする）の回動可能なノズルベーン３６０が設けられている。ノズルベーン３６０の間に形成されるバリアブルノズルの開度は、リンク３９０を介して駆動アーム３８２を回動せしめることによって調整されるようになっており、リンク３９０は、アクチュエータ３７０のロッド３９２に連結されている。アクチュエータ３７０は、たとえばＤＣサーボモータである。
【００３７】
エンジンＥＣＵ１０００により制御されるアクチュエータ３７０からの駆動力は、ロッド３９２、リンク３９０、ユニゾンリング３８０、駆動アーム３８２の順に伝達される。アクチュエータ３７０の作用により、ロッド３９２が伸縮する。ロッド３９２から伝達された駆動力によりユニゾンリング３８０が回転する。ユニゾンリング３８０の回転により駆動アーム３８２がＸ点を軸に回転すると、駆動アーム３８２の裏側に配置されたノズルベーン３６０は、同じくＸ点を中心に回転する。これにより、タービンに入力される排気ガスの流速や圧力を調整することができる。
【００３８】
エンジン低中速回転域においては、ノズル通路を絞り排気ガスの流速を上げることにより、過給圧の立ち上がり特性および過給圧を上げて、黒煙の低減およびトルクの向上を図る（図３（Ａ）および図３（Ｂ））。
【００３９】
エンジン高速回転域においては、ノズル通路を開いて排気圧力を下げることにより、燃費および出力の向上を図るとともにタービン３４０の過回転を防止する（図４（Ａ）および図４（Ｂ））。
【００４０】
さらに、ＥＧＲ装置が作動している領域においては、ＥＧＲ制御の安定化を図るためにノズル開度を調整する。このとき、予め定められたマップ（たとえばエンジン負荷とエンジン回転数とにより過給圧を定めるマップ）を用いて過給圧を決定して、その過給圧に対応するノズル開度になるように制御される（このとき、フィードバック制御されない）。ＥＧＲ停止時（たとえば、エンジン冷却水温が低いとき）には、エンジンの運転状態に応じた目標過給圧を算出して、吸気管圧力ＰＢを検出する吸気管圧力センサ２２０からの出力が目標過給圧になるようにノズル開度をフィードバック制御する。
【００４１】
このように、ノズル開度制御は、ＥＧＲ作動領域においてはマップに基づくオープンループ制御が行なわれ、ＥＧＲ非作動領域においてはフィードバック制御が行なわれる。
【００４２】
図５を参照して、エンジンＥＣＵ１０００のメモリに記憶される過給圧マップについて説明する。図５は、ＥＧＲ装置が非作動状態における過給圧マップである。図５に示すように、ＥＧＲ非作動状態における過給圧マップは、エンジン負荷（燃料噴射量）およびエンジン回転数と過給圧との関係を示す３次元マップにより表わされる。この図５に示す過給圧マップが用いられる場合は、ＥＧＲ装置が非作動の状態であって、エンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて目標過給圧が、この過給圧マップから算出され、その目標過給圧マップになるようにノズル回路がフィードバック制御される。
【００４３】
図６に、ＥＧＲ装置が作動状態における過給圧マップを示す。図５と同じように図６においても、エンジン負荷（燃料噴射量）およびエンジン回転数と過給圧との関係が３次元マップにより表わされる。図５および図６を参照すると、いずれの過給圧マップも同じような傾向を有するものの、その細部において過給圧の値が異なる。図６のＥＧＲ作動時における過給圧マップが用いられる場合は、ＥＧＲ装置が作動中であってＥＧＲ装置がＥＧＲ弁４３０をフィードバック制御している場合であり、ターボチャージャ３００のノズルベーン３６０の開度はオープンループ制御される。
【００４４】
また、図７に示すように、図６に示す過給圧マップの縦軸の過給圧の代わりにＥＧＲ率を用いるようにしてもよい。
【００４５】
図８を参照して、本実施の形態に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置を実現するエンジンＥＣＵ１０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００４６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ１０００は、エンジン回転数およびエンジン負荷を検出する。このとき、エンジン回転数センサや燃料噴射量センサから入力された情報に基づいて、エンジン回転数およびエンジン負荷が検出される。Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、温度センサ５１０から入力された情報に基づいて、エンジン冷却水温を検出する。Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲ作動領域であるか否かを判断する。この判断は、たとえば、Ｓ１１０にて検出されたエンジン冷却水温などに基づいて行なわれる。ＥＧＲ作動領域は、一般的には、エンジン冷却水の水温が低い場合にはＥＧＲ非作動領域となる。ＥＧＲ作動領域であると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ２３０へ移される。
【００４７】
Ｓ１３０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲ作動マップを選択する。このとき、図６に示すマップが選択される。Ｓ１４０にて、エンジンＥＣＵ１０００は目標過給圧を決定する。このとき、図６に示すマップを用いて、Ｓ１００にて検出したエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて目標過給圧が決定される。
【００４８】
Ｓ１５０にて、エンジンＥＣＵは、目標過給圧に対応するノズル開度を算出する。Ｓ１６０にて、ＥＣＵ１０００は、ノズルベーン３６０のアクチュエータ（ＤＣサーボモータ）３７０へ制御信号を出力する。このとき、Ｓ１５０にて算出したノズル開度を実現するようにＤＣサーボモータへの制御信号が出力される。Ｓ１７０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、目標過給圧と実過給圧との偏差を検出する。Ｓ１８０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、平均偏差の算出が完了したか否かを判断する。たとえば、予め定められたサンプリングタイム毎に偏差を検出し、その偏差がたとえば１０回検出されると偏差の平均値を算出し、平均偏差の算出が完了したと判断される。平均偏差の算出が完了すると（Ｓ１８０にてＹＥＳ）、処理はＳ１９０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１８０にてＮＯ）、処理はＳ１４０へ移される。
【００４９】
Ｓ１９０にて、エンジンＥＣＵは、｜平均偏差｜＞しきい値であるか否かを判断する。すなわち、Ｓ１８０にて算出された平均偏差の絶対値が予め定められたしきい値よりも大きいか否かが判断される。｜平均偏差｜＞しきい値であると（Ｓ１９０にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１９０にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００５０】
なお、Ｓ１８０およびＳ１９０における処理は、ＥＧＲ作動領域（Ｓ１２０にてＹＥＳ）の場合に行なうように説明しているが、本発明はこれに限定されない。ＥＧＲ非作動領域において、これらのＳ１８０およびＳ１９０における処理を行なう方が、より精度が高くなる可能性がある。すなわち、ＥＧＲ作動領域においては物理的にはこのようなＳ１８０およびＳ１９０の処理が可能であるにしてもＥＧＲ量の影響を受けるが、ＥＧＲ非作動領域においてはこのような影響を受けないためである。
【００５１】
Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＤＣサーボモータへの制御信号の補正量を算出する。この算出された制御信号の補正量は、次回のトリップ時におけるＳ１６０での処理に反映される。なお、Ｓ２００にてＤＣサーボモータへの制御信号の補正量を算出するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない、たとえば、ＤＣサーボモータの位置センサを平均偏差に対応する分だけ補正するようにしてもよい。
【００５２】
Ｓ２３０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ＥＧＲ非作動マップを選択する。このとき、図５に示すマップが選択される。Ｓ２４０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、目標過給圧を決定する。このとき、図５に示すマップに基づいてエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて目標過給圧が決定される。Ｓ２５０にて、Ｓ２４０にて決定された目標過給圧を実現するノズル開度が算出される。Ｓ２６０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、ターボチャージャ３００のノズルベーン３６０を動作させるアクチュエータ（ＤＣサーボモータ）３７０へ制御信号を出力する。
【００５３】
Ｓ２７０にて、エンジンＥＣＵ１０００は、目標過給圧と実過給圧との偏差を検出する。Ｓ３００にて、エンジンＥＣＵは、Ｓ２７０にて検出された偏差をゼロにするようにフィードバック制御を実行する。このとき、ＥＧＲ装置が非作動状態でありＥＧＲ装置がフィードバック制御を実行していないため、バリアブルノズル式ターボチャージャのノズルベーン３６０の開度がフィードバック制御される。
【００５４】
Ｓ４００にて、エンジンＥＣＵ１０００は、偏差による学習制御が必要であるか否かを判断する。すなわち、ＥＧＲ非作動状態においてノズルベーン３６０の開度をフィードバック制御を実行した結果、ターボチャージャ３００の構成部品の経時的な劣化によりフィードバック制御中における偏差が残存した場合などは、学習制御が必要であると判断される。学習制御が必要であると判断されると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ５００へ移される。もしそうでないと（Ｓ４００にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００５５】
Ｓ５００にて、エンジンＥＣＵ１０００は、フィードバック制御中における状態量（偏差）に基づいて、過給圧マップ（ＥＧＲ非作動）および過給圧マップ（ＥＧＲ作動）のマップを修正する。
【００５６】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置を実現するエンジンＥＣＵ１０００の動作について説明する。
【００５７】
エンジンが作動中であるときに、エンジン回転数およびエンジン負荷が検出される（Ｓ１００）。エンジン冷却水温が検出され（Ｓ１１０）、エンジン冷却水温やその他の条件に基づいて、ＥＧＲの作動領域であるか否かが判断される（Ｓ１２０）。ＥＧＲ作動領域でない場合には（Ｓ１２０にてＮＯ）、ＥＧＲ非作動マップ（図５）が選択される（Ｓ２３０）。この図５に示すマップに基づいて目標過給圧が決定され（Ｓ２４０）、ノズル開度が算出され（Ｓ２５０）、ＤＣサーボモータへ制御信号が出力される（Ｓ２６０）。ＤＣサーボモータはノズルベーン３６０のアクチュエータ３７０であって、エンジンＥＣＵ１０００から出力された制御信号に基づいてＤＣサーボモータが作動しノズルベーン３６０の開度が制御される。その開度に基づいて、ターボチャージャ３００が作動し吸気空気が圧縮されインタクーラ１２０を経由して吸気管圧力センサ２２０により実過給圧が検出される。目標過給圧と実過給圧との偏差が検出され（Ｓ２７０）、この偏差がゼロになるようにたとえばＰＩＤ制御によるフィードバック制御が実行される（Ｓ３００）。
【００５８】
フィードバック制御中において（Ｓ３００）、ターボチャージャ３００の構成部品に経時劣化等が発生しており、ＤＣサーボモータへの制御信号が正確であるにもかかわらずノズル開度が正しくなるように作動しない場合には、フィードバック制御における偏差などが残ることになる。この偏差を検知して、偏差による学習制御が必要であると判断されると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、図５および図６に示す過給圧マップが修正される。
【００５９】
一方、エンジン冷却水温などに基づいてＥＧＲ作動領域であると判断されると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、図６に示すＥＧＲ作動マップが選択される（Ｓ１３０）。図６に示す過給圧マップに基づいて目標過給圧が決定され（Ｓ１４０）、ノズル開度が算出される（Ｓ１５０）。Ｓ１５０にて算出されたノズル開度を実現するようにノズルベーン３６０のアクチュエータ３７０であるＤＣサーボモータへ制御信号がエンジンＥＣＵ１０００から出力される（Ｓ１６０）。
【００６０】
ＥＧＲが非作動状態のときと同様にして、目標過給圧と実過給圧との偏差が検出される（Ｓ１７０）。このような処理がたとえば１０回繰返し行なわれその偏差の平均値（平均偏差）が算出される。平均偏差の算出が完了すると（Ｓ１８０にてＹＥＳ）、平均偏差の絶対値が予め定められたしきい値よりも大きいか否かが判断される。予め定められた平均値よりも平均偏差の絶対値が大きいと（Ｓ１９０にてＹＥＳ）、たとえばターボチャージャ３００を構成する部品が劣化して、オープンループ制御における目標過給圧に対応するＤＣサーボモータへの制御信号を出力しても、所定のノズル開度になっていないことを示す。そのため、ＤＣサーボモータへの制御信号の補正量を算出し次回のトリップ時にその補正量を勘案してＤＣサーボモータへの制御信号を算出するようにしたり、ＤＣサーボモータの位置センサについてのデータを平均偏差に基づいて補正するようにしたりする（Ｓ２００）。
【００６１】
以上のようにして、本実施の形態に係るバリアブルノズル式ターボチャージャの制御装置によると、バリアブルノズル式ターボチャージャとＥＧＲ装置とを有するエンジンにおいて、ＥＧＲ作動領域においてはバリアブルノズル式ターボチャージャのノズル開度がフィードバック制御されないでオープンループ制御される。ＥＧＲ作動領域における、エンジンの回転数およびエンジン負荷と目標過給圧との関係を規定したマップに基づいて目標過給圧が算出される。算出された目標過給圧になるように、ターボチャージャのノズルの開度が制御される。このとき、アクチュエータとしてＤＣサーボモータが制御されることがある。このような場合、ＥＧＲ装置のフィードバック制御が行なわれているので、ノズルの開度はオープンループ制御となる。このような場合において、バリアブルノズル式ターボチャージャのノズルベーンアームとユニゾンリングとの摺動部に磨耗が生じていると、ノズルベーンは目標過給圧に対応する開度にならない。すなわち目標過給圧と実過給圧との間に偏差が発生することになる。フィードバック制御を行なっていないので、この偏差が残った状態のままになる。このような偏差が繰返し検出される場合にはこれらの偏差の平均値に基づいて、たとえば、ノズル開度が閉まりにくい場合には、より閉まるようにＤＣサーボモータへの制御信号を修正したり、ＤＣサーボモータの位置センサのデータを修正したりする。その結果、ＥＧＲ装置とバリアブルノズル式ターボチャージャとを備えたエンジンにおいては、ＥＧＲ領域において、適切な過給圧を実現することができる。
【００６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施の形態に係るバリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置を備えるエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】バリアブルノズル式ターボチャージャの断面図である。
【図３】バリアブルノズル式ターボチャージャの機能を説明するための図（その１）である。
【図４】バリアブルノズル式ターボチャージャの機能を説明するための図（その２）である。
【図５】過給圧マップ（ＥＧＲ非作動）を示す図である。
【図６】過給圧マップ（ＥＧＲ作動）を示す図である。
【図７】過給圧マップ（ＥＧＲ率）を示す図である。
【図８】バリアブルノズル式ターボチャージャ制御装置を実現するエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１００  エアクリーナ、１１０  エアフローメータ、１２０  インタクーラ、１３０  スロットル弁、１４０  吸気マニホールド、１５０  通路、１６０  排気マニホールド、２２０  吸気管圧力センサ、２３０  吸気管温度センサ、２４０  Ｏ２ センサ、３００  ターボチャージャ、３１０  回転軸、３２０  コンプレッサ、３３０  コンプレッサブレード、３４０  タービン、３５０  タービンロータ、３６０  ノズルベーン、３７０  アクチュエータ（ＤＣサーボモータ）、３８０  ユニゾンリング、３８２  駆動アーム、３９０  リンク、３９２  ロッド、４００  アクチュエータ、４１０  ダイアフラム、４１２  負圧室、４１４  大気圧室、４１６  スプリング、４３０  ＥＧＲ弁、５００  エンジン本体、５１０  温度センサ、７００  触媒コンバータ、８００  排気バイパス通路、９００  ウエイストゲートバルブ（ＷＧＶ）、１０００  エンジンＥＣＵ。
【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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