(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンに排ガスを導入する通路に設けられた開度を可変可能な可変部材と、
上記可変部材の開度を駆動操作する駆動操作手段と、
上記駆動操作手段による可変部材の操作量を検出する位置検出手段と、
過給圧を検出する過給圧検出手段と、
機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
上記位置検出手段及び上記過給圧検出手段の故障を検出する故障検出手段と、
上記運転状態検出手段の検出出力に基づき目標過給圧及び該目標過給圧と対応する上記可変部材の基本操作量を設定すると共に、上記故障検出手段にて位置検出手段及び上記過給圧検出手段の故障が共に検出されないときには、上記目標過給圧と上記過給圧検出手段の出力とから求めた操作量により上記基本操作量を補正して目標操作量を求め、上記可変部材の操作量を上記目標操作量とすべく上記駆動操作手段を上記位置検出手段の出力に基づきフィードバックし、上記位置検出手段の故障が検出されたときには、上記過給圧を上記目標過給圧とすべく上記駆動操作手段を過給圧検出手段の出力に基づきフィードバックし、上記過給圧検出手段の故障が検出されたときには、上記可変部材の操作量を上記基本操作量とすべく上記駆動操作手段を位置検出手段の出力に基づきフィードバックし、上記位置検出手段及び上記過給圧検出手段の故障が共に検出されたときには、上記可変部材を略最大開度とすべく上記駆動操作手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする可変ターボチャージャの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の運転状態に応じて可変翼（可動ベーン）を変更可能な可変ターボチャージャの制御装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
可動ベーンによりタービンへのガス流入速度及び流入角度を変更可能な可変ターボチャージャは、可動ベーンを適切に制御することで迅速なブースト圧（過給圧）の上昇が得られ、低速から高速の全域に渡ってトルク向上が図れるため、近年実用化が進んでいる。
【０００３】
例えば実公平４−３３３８４号公報に示されるように、この種の可変ターボチャージャの可動ベーンは、ダイヤフラム式のアクチュエータによりロッドを介して操作するように構成されており、バキュームポンプの負圧を利用してＤＵＴＹ制御された切換弁によりアクチュエータのダイヤフラム室内の圧力を調整し、可動ベーンを所定角度に変位させている。しかしながら、上述の構成においては、可動ベーンの開度を機関の運転状態に応じて３段階に切換制御するものとしかなっておらず、可動ベーンの操作位置を検出する手段もないことから、可動ベーンの操作位置をよりきめ細かく制御することはできないという問題がある。
【０００４】
このため、可動ベーンにポジションセンサを設け、そのセンサの出力信号から現在の可動ベーンの操作位置を検出し、その検出値に基づいて制御を行うことにより、ベーン開度の制御応答性を確保しながら、よりきめ細かい制御を行うことが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような手法を採った場合であっても、ポジションセンサが故障した場合に過給圧制御ができなくなり、制御不能に陥る虞があるという問題が生じる。
本発明の目的は、ポジションセンサの故障時にも制御不能に陥ることのない可変ターボチャージャの制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、タービンに排ガスを導入する通路に設けられた開度を可変可能な可変部材と、可変部材の開度を駆動操作する駆動操作手段と、駆動操作手段による可変部材の操作量を検出する位置検出手段と、過給圧を検出する過給圧検出手段と、機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、位置検出手段及び過給圧検出手段の故障を検出する故障検出手段と、運転状態検出手段の検出出力に基づき目標過給圧及び目標過給圧と対応する可変部材の基本操作量を設定すると共に、故障検出手段にて位置検出手段及び過給圧検出手段の故障が共に検出されないときには、目標過給圧と過給圧検出手段の出力とから求めた操作量により基本操作量を補正して目標操作量を求め、可変部材の操作量を目標操作量とすべく駆動操作手段を位置検出手段の出力に基づきフィードバックし、位置検出手段の故障が検出されたときには、過給圧を上記目標過給圧とすべく駆動操作手段を過給圧検出手段の出力に基づきフィードバックし、過給圧検出手段の故障が検出されたときには、可変部材の操作量を基本操作量とすべく駆動操作手段を位置検出手段の出力に基づきフィードバックし、位置検出手段及び過給圧検出手段の故障が共に検出されたときには、可変部材を略最大開度とすべく駆動操作手段を制御する制御手段とを備えた。
従って、位置検出手段及び過給圧検出手段の正常時には、位置検出手段及び過給圧検出手段の出力に基づくフィードバック制御により高い制御応答性と高い制御精度とを確保した上で、位置検出手段の故障時には、過給圧検出手段の出力をフィードバックすることで駆動操作手段の制御が継続され、過給圧検出手段の故障時には、位置検出手段の出力をフィードバックすることで駆動操作手段の制御が継続され、さらに位置検出手段及び過給圧検出手段の故障時には、可変部材を略最大開度とすることで過給圧の異常上昇が未然に防止される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をディーゼルエンジン用の可変ターボチャージャの制御装置に具体化した一実施例を説明する。
図１に示すように、エンジン１の吸気ポート２には吸気通路３が接続され、その吸気ポート２及び吸気通路３に案内されて吸入空気が各気筒の燃焼室４内に導入される。吸気通路３には、吸入空気を過給する可変ターボチャージャ（以下、単にターボチャージャという）５のコンプレッサ６、コンプレッサ６による圧縮で温度上昇した吸入空気を冷却するインタークーラ７、ソレノイド８にて開閉駆動される吸気絞り弁９、及びブースト圧ＰＢを検出する過給圧検出手段としてのブーストセンサ１０が設けられている。又、エンジン１には排気通路１３が接続され、燃焼室４内で圧縮着火されて燃焼後の排気ガスが排気通路１３を経て外部に排出される。排気通路１３には、前記コンプレッサ６と同軸上に結合されて、排気ガスにて回転駆動されるターボチャージャ５のタービン１５が設けられている。
【０００８】
ターボチャージャ５のタービン１５内には、タービンロータ１５ａを取り巻くように可変部材としての多数のベーン１６が配設され、これらのベーン１６は駆動操作手段としてのベーン調整アクチュエータ１７のロッド１８に連結されて（連結状態の図示は省略）一斉に開度を変更され、その結果、タービン導入ガス流速量が調整される。ロッド１８の操作位置Ｌは、ベーン調整アクチュエータ１７に取り付けられた位置検出手段としてのポジションセンサ１９にて検出される。ベーン調整アクチュエータ１７内において、ロッド１８はダイアフラム２０に連結され、このダイアフラム２０に区画されて負圧室２１が形成されている。負圧室２１内には圧縮ばね２２が配設されて、この圧縮ばね２２によりロッド１８は常に突出側に付勢されている。
【０００９】
ベーン調整アクチュエータ１７の負圧室２１には制御管路２３を介して駆動用ソレノイド２４が接続され、このソレノイド２４は、エンジン１により回転駆動されるバキュームポンプ２５側との接続、及び大気と連通するフィルタ２６側との接続をそれぞれ個別に制御できるように、２つのソレノイド弁が内蔵されている。
【００１０】
駆動用ソレノイド２４の励磁動作に応じて、ベーン調整アクチュエータ１７の負圧室２１内にはバキュームポンプ２５の負圧、又はフィルタ２６を介した大気圧が選択的に導入され、負圧導入時には圧縮ばね２２の付勢に抗してロッド１８が引込み側に操作され、大気圧導入時には圧縮ばね２２の付勢でロッド１８が突出側に操作され、それに応じて前記のようにベーン開度が調整される。又、駆動用ソレノイド２４の作動によりバキュームポンプ２５側及びフィルタ２６側が共に遮断されたときには、負圧室２１内への負圧や大気圧が遮断されるため、その時点のベーン開度が保持される。
【００１１】
又、吸気通路３と排気通路１３とはＥＧＲ通路２８により連結され、このＥＧＲ通路２８にはＥＧＲ弁２９が設けられている。
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ４０（エンジン制御ユニット）が設置されており、ターボチャージャ５のベーン開度制御を含めたエンジン１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ４０の入力側には、上述したブーストセンサ１０やポジションセンサ１９の他、エンジン回転数Ｎeを検出するエンジン回転数センサ４２、アクセル開度Ａccを検出するアクセル開度センサ４４等の各種センサから検出情報が入力し、ＥＣＵ４０は、これらの検出情報に基づいてベーン開度等を決定し、ベーン調整用アクチュエータ１７等を駆動制御する。尚、ＥＣＵ４０には、その入力側に図示しない多数のスイッチやセンサ類が接続する一方で、出力側にも各種警告灯や機器類等が接続している。
【００１２】
次に、上記のように構成された可変ターボチャージャの制御装置により行われるベーン開度の制御処理を説明する。以下に詳述するように、本実施例の制御装置ではブーストセンサ１０及びポジションセンサ１９の異常の有無に応じて、ベーン開度の制御内容を変更している。従って、各ケースを順次説明する。
まず、ブーストセンサ１０及びポジションセンサ１９が共に正常である場合を説明する。ＥＣＵ４０は図２に示すベーン操作量制御ルーチンを所定の制御インターバルで実行し、ステップＳ２でブーストセンサ１０の異常の有無を判定する。この判定は、例えば、ブースト圧の制御するためのパラメータである燃料噴射量Ｑやエンジン回転速度Ｎeに基づいて行われ、これらのパラメータの増大に伴って実際のブースト圧の上昇が推測されるにも拘わらず、ブーストセンサ１０にて検出されたブースト圧ＰＢが増加しない場合に、異常判定を下す。この場合、ブーストセンサ１０は正常であるため、ステップＳ２でＮＯ（否定）の判定を下してステップＳ４に移行する。
【００１３】
次いで、ステップＳ４でポジションセンサ１９の異常の有無を判定する。例えば、ベーン開度を調整すべくベーン調整アクチュエータ１７を作動させたにも拘わらず、ポジションセンサ１９にて検出されたロッド１８の操作位置Ｌが変化しない場合に、異常判定を下す。ポジションセンサ１９は正常であるため、ステップＳ４でＮＯの判定を下してステップＳ６に移行する。本実施例では、このステップＳ４の処理を実行するときのＥＣＵ４０が故障検出手段として機能する。
【００１４】
ＥＣＵ４０はステップＳ６で燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転速度Ｎeに基づいて目標ブースト圧ＰＢtgtを設定し、その後、ステップＳ８で同じく燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転速度Ｎeに基づいて、目標ブースト圧ＰＢtgtに実質的に対応したベーン基本操作量ＳFF（具体的には、ベーン調整アクチュエータ１７のロッド１８の操作量）を設定する。燃料噴射量Ｑはエンジン回転数Ｎeとアクセル開度Ａccとから算出されるものであるため、本実施例では、エンジン回転数センサ４２とアクセル開度センサ４４が運転状態検出手段として機能する。
【００１５】
次いで、ステップＳ１０で目標ブースト圧ＰＢtgtとブーストセンサ１０にて検出されたブースト圧ＰＢとの偏差に基づいてフィードバック量を決定し、ステップＳ１２でフィードバック量をロッド１８の操作量に変換する。その後、ステップＳ１４で、変換後のフィードバック量を用いて前記ステップＳ６で設定したベーン基本操作量ＳFFを補正して、目標ベーン操作量ＳFBを求め、ステップＳ１６でポジションセンサ１９が検出した現在のロッド操作位置Ｌと目標ベーン操作量ＳFBとが一致するように駆動用ソレノイド２４を切換制御して、ベーン調整アクチュエータ１７によりベーン開度を調整する。以上のステップＳ６乃至ステップＳ１６の処理を繰り返すことで、ロッド操作位置Ｌが目標ベーン操作量ＳFBにフィードバック制御され、実際のブースト圧が目標ブースト圧ＰＢtgtに制御される。
【００１６】
一方、ブーストセンサ１０の故障時には、ＥＣＵ４０は前記ステップＳ２の判定がＹＥＳ（肯定）となるためステップＳ１８に移行し、前記ステップＳ４と同様にポジションセンサ１９の異常の有無を判定する。この場合、ポジションセンサ１９は正常であるためＮＯの判定を下し、ステップＳ２０で、前記ステップＳ８と同様にベーン基本操作量ＳFFを設定する。その後、ステップＳ２２で、ポジションセンサ１９が検出した現在のロッド操作位置Ｌとベーン基本操作量ＳFFとが一致するように駆動用ソレノイド２４を切換制御する。
【００１７】
従って、この場合にはブースト圧ＰＢをフィードバックしないことから制御の精度は若干低下するものの、ベーン基本操作量ＳFFに基づいてベーン開度の制御は支障なく継続される。
又、ポジションセンサ１９の故障時には、ＥＣＵ４０は前記ステップＳ４の判定がＹＥＳとなるためステップＳ２４に移行し、前記ステップＳ６と同様に目標ブースト圧ＰＢtgtを設定する。次いで、ステップＳ２６で、前記ステップＳ１０と同様に目標ブースト圧ＰＢtgtとブーストセンサ１０にて検出されたブースト圧ＰＢとの偏差に基づいてフィードバック量を決定し、ステップＳ２８で、そのフィードバック量に基づいて駆動用ソレノイド２４を切換制御する。
【００１８】
このように、この場合には現在のロッド操作位置Ｌを検出不能なため、ベーン操作量ＳFBに基づいてベーン開度を直接的に制御することはできないが、制御の応答性が若干低下するものの、ブースト圧ＰＢのフィードバックによりベーン開度の制御は支障なく継続される。尚、本実施例では、ステップＳ６乃至ステップＳ１６の処理、及びステップＳ２４乃至ステップＳ２８の処理を実行するときのＥＣＵ４０が制御手段として機能する。
【００１９】
更に、ブーストセンサ１０及びポジションセンサ１９が共に異常の場合には、ＥＣＵ４０はステップＳ２及びステップＳ１８でＹＥＳの判定を下してステップＳ３０に移行し、駆動用ソレノイド２４を切換制御してベーン開度を最大に保持する。つまり、この場合には一切の検出情報が得られずにベーン開度を制御不能となるため、ベーン開度の拡大によりブースト圧の異常上昇を防止しているのである。
【００２０】
以上の制御の切換状態を図４に従って更に詳述する。尚、この図では、制御に用いる各種パラメータとセンサ類等とを同時に表しており、制御の切換は第１のスイッチ５１及び第２のスイッチ５２によって行われる。
ブーストセンサ１０及びポジションセンサ１９の正常時には、各スイッチ５１，５２は実線で示す切換状態にある。従って、目標ブースト圧ＰＢtgtとブーストセンサ１０が検出したブースト圧ＰＢとに基づいてフィードバック量が設定された後、ロッド操作量に変換したフィードバック量によりベーン基本操作量ＳFFが補正されて、ベーン操作量ＳFBが求められる。更に、ポジションセンサ１９が検出した現在のロッド操作位置Ｌに基づいて、ベーン操作量ＳFBによりベーン調整アクチュエータ１７が駆動制御されて、ターボチャージャ５のベーン開度が調整される。
【００２１】
又、ブーストセンサ１０の故障時には、第１のスイッチ５１が実線で示す状態に切換えられ、第２のスイッチ５２が破線で示す状態に切換えられる。従って、ロッド操作位置Ｌに基づいてベーン基本操作量ＳFFによりベーン調整アクチュエータ１７が駆動制御されて、ベーン開度が調整される。
更に、ポジションセンサ１９の故障時には、第２のスイッチ５２が破線で示す状態に切換えられる。従って、目標ブースト圧ＰＢtgtとブースト圧ＰＢとから決定したフィードバック量に基づいて、ベーン調整アクチュエータ１７が駆動制御され、ベーン開度が調整される。
【００２２】
以上詳述したように、本実施例の可変ターボチャージャの制御装置では、制御応答性と制御精度とを同時に確保できるし、ポジションセンサ１９が故障した場合であっても、ブーストセンサ１０にて検出されたブースト圧ＰＢのフィードバックによりベーン開度の制御を継続することができる。従って、例えば過給圧の異常上昇によるエンジン破損、或いは強制的なブースト圧の抑制（上記したブーストセンサ１０とポジションセンサ１９が共に故障したときの対策と同様に）によるドライバビリティの悪化等の種々の弊害を未然に防止して、適切なブースト圧の下で良好なエンジン特性を維持することができる。
【００２３】
以上で実施例の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、ディーゼルエンジン用の可変ターボチャージャの制御装置に具体化したが、エンジン１の種類をガソリンエンジンに変更したり、ターボチャージャ５の形式をツインスクロールタイプ等に変更しても、本発明を適用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の可変ターボチャージャの制御装置によれば、位置検出手段と過給圧検出手段の何れが故障した場合であっても、駆動操作手段の制御を継続して適切な過給圧の下で良好なエンジン特性を維持でき、さらに位置検出手段及び過給圧検出手段が共に故障した場合には、過給圧の異常上昇を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の可変ターボチャージャの制御装置を示す概略構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行するベーン操作量制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】ＥＣＵが実行するベーン操作量制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】センサ故障時のベーン開度制御の切換状態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０    ブーストセンサ（過給圧検出手段）
１５    タービン
１６    ベーン（可変部材）
１７    ベーン調整アクチュエータ（駆動操作手段）
１９    ポジションセンサ（位置検出手段）
４０    ＥＣＵ（故障検出手段、制御手段）
４２    エンジン回転数センサ（運転状態検出手段）
４４    アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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