(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変ノズル型ターボチャージャを用いて内燃機関の吸気通路内の空気を加圧して燃焼室内へ送り込むようにした過給システムにおける過給圧制御方法において、前記吸気通路内の実過給圧を検出し、検出された実過給圧に基づいて過給圧状態を２段階で評価し、各段階に応じて過給圧を低下又は上昇させるための障害時制御を行うようにした過給圧制御方法であって、
前記２段階の評価の内容が、前記実過給圧が第１の所定値Ｐ１を所定時間Ｔ１以上越えた回数がＭ回に達した場合の１段目エラー状態、及び前記１段目エラー状態が確定した状態でさらに前記実過給圧が第２の所定値Ｐ２を所定時間Ｔ２以上越えた回数がＮ回に達した場合の２段目エラー状態であることを特徴とする過給圧制御方法。
【請求項２】
Ｐ２＝Ｐ１、Ｔ２＝Ｔ１、Ｍ＝Ｎであることを特徴とする請求項１記載の過給圧制御方法。
【請求項３】
前記１段目エラー状態が確定した場合に前記可変ノズル型ターボチャージャのノズルベーン開度を所定量だけ過給圧が小さく又は大きくなる方向に補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載の過給圧制御方法。
【請求項４】
前記２段目エラー状態が確定した場合に前記可変ノズル型ターボチャージャのノズルベーンを全解放するようにしたことを特徴とする請求項１記載の過給圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可動ベーン間の隙間を段階的又は連続的に変更することにより過給圧を加減できるようにした例えばＶＧ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）ターボチャージャを用いて内燃機関の吸気側において適切な過給圧を得ることができるようにした過給圧制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の出力向上のため、ターボチャージャを用いて内燃機関の吸気通路を流れる空気を強制的に燃焼室内へ送り込むようにした過給システムが従来から広く採用されてきている。
【０００３】
このような過給システムに使用されるターボチャージャとして可変ノズル型のターボチャージャが公知である。このターボチャージャは、内燃機関の排気ガスによって回転するタービンホイールと吸気通路内の空気を燃焼室側へ送り込むコンプレッサホイールとを備え、タービンホイールに排気ガスが作用してタービンホイールが回転するとその回転はロータシャフトを介してコンプレッサホイールに伝達されてコンプレッサホイールが回転し、吸気通路内の空気を強制的に燃焼室に送り込むことができる構成となっている。
【０００４】
そして、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を可変とするため、排気ガスの導出流路には、タービンホイールの軸線を中心とする等角度毎に位置し互いに同期した状態で開閉動作する複数のノズルベーンが設けられており、隣合うノズルベーン間の隙間の大きさを変化させることによって排気ガスの流速調整を行って燃焼室への吸入空気量の調整を行うことができるようになっている。
【０００５】
上述の如く構成されたＶＧターボチャージャを用いて吸気通路内の空気を強制的に燃焼室内へ送り込む場合、従来においては、例えば車両の走行条件に合わせたノズルベーン開度が得られるようコンピュータを用いた制御システムが採用されており、これにより内燃機関の全回転域に至って低燃費及び高トルクを実現している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如くコンピュータを用いた制御システムを採用したとしても、何等かの理由でノズルベーンが熱変形したり、ノズルベーンに異物が付着するなどしてノズルベーンの開度調節が正常に行えなくなった場合には、燃焼室内が過剰な過給圧状態又は逆に過給圧低下状態になるという問題点を有していた。このため従来においては、例えば、実過給圧が所定の過剰圧エラー判定値を越えている状態が予め定められた時間以上継続した場合に異常動作と判定し、ノズルベーンを全解放して過給圧が最も低くなる状態とし、内燃機関の保護を図っている。
【０００７】
しかし、過給圧が異常となって上述の如きノズルベーン全解放制御を行うことになるような場合には、過給圧が過剰になってしまう程に機関出力が要求されている運転状況下にあることが殆どであるので、このような状況下においてノズルベーン全解放制御を行うと、これによる機関出力の急激な低下が生じた場合に車両が急減速状態になるなど別の問題を新たに生じさせる虞がある。
【０００８】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができるようにした過給圧制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明によれば、可変ノズル型ターボチャージャを用いて内燃機関の吸気通路内の空気を加圧して燃焼室内へ送り込むようにした過給システムにおける過給圧制御方法において、前記吸気通路内の実過給圧を検出し、検出された実過給圧に基づいて過給圧状態を２段階で評価し、各段階に応じて過給圧を低下又は上昇させるための障害時制御を行うようにしたことを特徴とする過給圧制御方法が提案される。
【００１０】
そして、このような過給圧制御方法において、前記２段階の評価の内容が、前記実過給圧が第１の所定値Ｐ１を所定時間Ｔ１以上越えた回数がＭ回に達した場合の１段目エラー状態、及び前記１段目エラー状態が確定した状態でさらに前記実過給圧が第２の所定値Ｐ２を所定時間Ｔ２以上越えた回数がＮ回に達した場合の２段目エラー状態である過給圧制御方法が提案される。
【００１１】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、Ｐ２＝Ｐ１、Ｔ２＝Ｔ１、Ｍ＝Ｎである過給圧制御方法が提案される。
【００１２】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、前記１段目エラー状態が確定した場合に前記可変ノズル型ターボチャージャのノズルベーン開度を所定量だけ過給圧が小さく又は大きくなる方向に補正するようにした過給圧制御方法が提案される。
【００１３】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明において、前記２段目エラー状態が確定した場合に前記可変ノズル型ターボチャージャのノズルベーンを全解放するようにした過給圧制御方法が提案される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００１５】
図１には、本発明により過給圧が制御されるように構成された内燃機関用過給システムの実施の形態の一例が示されている。過給システム１は、内燃機関２の吸気通路３内の空気をターボチャージャ４によって強制的にその燃焼室（図示せず）へ送り込むためのものである。
【００１６】
ターボチャージャ４は、内燃機関の排気ガスによって回転するタービンホイールと吸気通路内の空気を燃焼室側へ送り込むコンプレッサホイールとを備え、タービンホイールに排気ガスが作用してタービンホイールが回転するとその回転はロータシャフトを介してコンプレッサホイールに伝達されてコンプレッサホイールが回転し、吸気通路３内の空気を強制的に内燃機関２の燃焼室に送り込むことができる構成となっている。
【００１７】
タービンホイールには互いに同期した状態で開閉動作する複数のノズルベーンが設けられており、隣合うノズルベーン間の隙間の大きさを変化させることによって排気ガスの流速調整を行うことにより、燃焼室への吸入空気量の調整を行うことができるようになっている。なお、ターボチャージャ４の上述の構成それ自体は例えばＶＧターボチャージャとして公知であるから、図１ではターボチャージャ４の詳細構成を図示するのを省略する。
【００１８】
内燃機関２のその時々の運転状態に応じて適切な過給圧が得られるようターボチャージャ４の複数のノズルベーンの開度を制御するため、過給システム１はベーン開度演算部５を有している。ベーン開度演算部５は、内燃機関２の運転状態を示す複数の運転状態信号Ｙ１〜Ｙｎ及び吸気通路３に設けられたブースト圧センサＢＳによって検出された実過給圧Ｐａを示す実過給圧信号ＳＰａに応答してノズルベーンのその時の運転条件に見合った開度θを演算し、その演算結果を示すベーン開度信号Ｓθを出力する
【００１９】
ベーン開度信号Ｓθは切換スイッチ部６に送られ、切換スイッチ部６において後述の如くしてベーン開度信号Ｓθが選択された場合、ベーン開度信号Ｓθはベーン開度調整部７に送られる。ベーン開度調整部７は切換スイッチ部６からの信号に従ってターボチャージャ４のノズルベーンの開度を設定するためのものであり、切換スイッチ部６によってベーン開度信号Ｓθが選択されると、ベーン開度調整部７はターボチャージャ４のノズルベーンがベーン開度信号Ｓθによって示される開度θとなるようにターボチャージャ４の調整を行う。
【００２０】
過給システム１は、以上のように、ベーン開度演算部５によって演算された内燃機関２の運転状態に見合ったノズルベーンの開度、すなわち過給圧、が得られるようにターボチャージャ４の運転を制御する基本構成を有している。
【００２１】
ターボチャージャ４にノズルベーン調節不良等の不具合が生じたりするなどして吸気通路３内の過給圧が異常値となる過剰過給圧状態が発生した場合、これに適切に対処することができるようにするため、実過給圧信号ＳＰａに応答して作動するエラー判定部８が設けられている。
【００２２】
エラー判定部８は、過剰過給圧状態が発生した場合、その過剰過給圧状態がベーン開度信号Ｓθによって示されるベーンノズルの開度θを所定量だけ小さくして過給圧を若干低下させれば済む１段目エラー状態、又は該１段目エラー状態下において過剰過給圧状態が更に進みベーンノズルの開度を全解放にして過給圧を最も小さくした運転状態とする２段目エラー状態のいずれであるかを判別する２段階評価機能を有している。
【００２３】
エラー判定部８は、過給圧が正常、１段目エラー状態、２段目エラー状態のいずれの状態にあるのかを判定し、その判定結果を示す判定信号ＳＤを出力する。
【００２４】
符号９で示されるのは、ベーン開度信号Ｓθに応答しベーン開度信号Ｓθによって示されているベーンノズルの開度θよりも所定値Δθだけ小さい開度（θ−Δθ）を演算し、この演算結果を示す補正信号ＳＡを出力する補正演算部９であり、符号１０で示されるのは、ターボチャージャ４のベーンノズルを全解放して過給圧を最も小さくするためのベーンノズルの開度θＺを示す全解放信号ＳＢを出力する全解放信号発生部である。
【００２５】
補正信号ＳＡ及び全解放信号ＳＢは、ベーン開度信号Ｓθが入力されている切換スイッチ部６に入力されており、切換スイッチ部６において判定信号ＳＤの内容に従ってこれら３つの入力信号のうちの１つが選択され、選択された信号がベーン開度調整部７に送られる。切換スイッチ部６においては、判定信号ＳＤの内容が過給圧正常を示す場合には切換条件がａとなってベーン開度信号Ｓθが選択され、判定信号ＳＤの内容が１段目エラー状態を示す場合には切換条件がｂとなって補正信号ＳＡが選択され、判定信号ＳＤの内容が２段目エラー状態を示す場合には切換条件がｃとなって全解放信号ＳＢが選択される。
【００２６】
次に、図２を参照して、エラー判定部８の動作について説明する。図２のモード遷移図において、２１は過剰過給圧ではないと判定されている状態に入っていることを示す過剰過給圧判定なしモード、２２は１段目エラーになっているか否かを判定するための１段目エラー判定モード、２３は１段目エラー判定モード２２において１段目エラーが確定した状態において２段目エラーになっているか否かを判定するための２段目エラー判定モード、２４は２段目エラー判定モード２３において２段目エラーが確定された状態に入っていることを示す過剰過給圧エラーモードである。
【００２７】
図２において〔Ｘ〕／ｘの表記は、モード遷移条件〔Ｘ〕が成立したときに切換スイッチ部６における３つの切換条件ａ〜ｃのうちの１つであるｘが選ばれることを意味する。したがって、例えば〔Ｅ〕／ａとの表記は、２段目エラー判定モード２３において条件〔Ｅ〕が成立すると、１段目エラー判定モード２２に移ると共に切換スイッチ部６の切換条件がａとなり、ベーン開度信号Ｓθがベーン開度調整部７に送られることを意味している。
【００２８】
図２に示したモード遷移条件〔Ａ〕〜〔Ｆ〕の内容は以下の通りである。
〔Ａ〕ブースト圧センサー正常  かつ  エンジン回転数が所定範囲内
〔Ｂ〕〔Ａ〕の条件が不成立
〔Ｃ〕所定過給圧Ｐ１を所定時間Ｔ１越えた回数が所定回数Ｍ発生
〔Ｄ〕〔Ａ〕の条件が不成立
〔Ｅ〕所定過給圧Ｐ１以下になった時の目標ベーン位置を記憶し、この値と目標ベーン開度が異なった時
〔Ｆ〕所定過給圧Ｐ２を所定時間Ｔ２越えた回数が所定回数Ｎ発生
ここで、Ｐ１＝Ｐ２、Ｔ１＝Ｔ２、Ｍ＝Ｎとすることは任意であり、システムの仕様に応じてこれらの条件を適宜に選択することができるのは勿論である。したがって、特に言及していない場合にはＰ１＝Ｐ２、Ｔ１＝Ｔ２、Ｍ＝Ｎの場合を含むものとする。
【００２９】
過剰過給圧判定なしモード２１においては、切換スイッチ部６においてベーン開度信号Ｓθが選択されており、〔Ａ〕の条件が成立すると１段目エラー判定モード２２に入る。ここで〔Ｂ〕の条件が成立すると過剰過給圧判定なしモード２１に戻り、一方〔Ｃ〕の条件が成立すると１段目エラー状態の判定が確定し、切換スイッチ部６において補正信号ＳＡを選択するための判定信号ＳＤが出力され、２段目エラー判定モード２３に入る。この結果、ノズルベーンの開度はベーン開度演算部５において決定された開度よりΔθだけ小さい開度とされ、過給圧を若干低下させる。
【００３０】
２段目エラー判定モード２３で〔Ｄ〕の条件が成立すると１段目エラー状態が始動したと判定されると共に過剰過給圧判定なしモード２１に戻り、エラー判定部８から切換スイッチ部６においてベーン開度信号Ｓθを選択するための判定信号ＳＤが出力される。一方、〔Ｅ〕の条件が成立すると１段目エラー判定モード２２に戻り、エラー判定部８から切換スイッチ部６においてベーン開度信号Ｓθを選択するための判定信号ＳＤが出力され、再び１段目エラー判定を行うモードとなる。
【００３１】
２段目エラー判定モード２３において〔Ｆ〕の条件が成立すると、２段目エラーと判定され、エラー判定部８から切換スイッチ部６において全解放信号ＳＢを選択するための判定信号ＳＤが出力され、過剰過給圧エラーモード２４に入ることとなる。ここでは、ターボチャージャ４のノズルベーンの開度が最も小さくなって過給圧は最も低い状態とされる。
【００３２】
過給システム１は以上のように構成されているので、切換スイッチ部６によって過給圧が上昇して過剰となった場合、エラー判定部８において２段階で評価される。若し過剰上昇の度合が比較的小さく１段目エラーと判定された場合には、この判定に基づいて、エラー判定部８から判定信号ＳＤが出力され、ノズルベーンの開度がベーン開度演算部５において演算された最適開度を示す判定信号ＳＤに代えて、これよりも小さい開度値を示す補正信号ＳＡが切換スイッチ部６において選択され、内燃機関２に対する過給圧の値が所定の最適値よりも少しだけ小さい値とされる。これにより、内燃機関２は過剰過給圧状態に陥ることなく運転を続けることができる。なお、１段目エラー状態が解消されれば、再びベーン開度信号Ｓθによりノズルベーンの開度が制御される過剰過給圧判定なしモード２１に戻る。
【００３３】
１段目エラー状態に入った場合には２段目エラー判定モード２３に入り、ここで２段目エラー判定が行われる。そして、過剰上昇の度合が比較的大きく２段目エラー状態であると判定されると、エラー判定部８からの判定信号ＳＤにより切換スイッチ部６で全解放信号ＳＢが選択され、ターボチャージャ４のノズルベーンの開度が最小とされ、内燃機関２に対する過給圧は最も低い値とされる。この結果、内燃機関２が過剰過給圧状態で運転されるのを回避することができる。
【００３４】
このように、過給圧の過剰状態を２段階で評価し、各段階に対応して過給圧低減を図るようにしたので、一時的に機関を高出力で運転することが必要な場合において過剰過給圧の発生により機関出力を急激に低下させることがないので、安定した出力を得ることができるようになる。すなわち、このような場合、過剰過給圧は短時間で終了するので、先ず１段目エラーと判定されて過給圧を少し低下させて内燃機関２を運転すれば、過剰過給圧状態が解消され、以後通常の過給圧運転状態に戻すことができる。この結果、急加速等による一時的な過剰過給圧状態が生じた場合、過給圧を一時的に少し下げるだけで済み、短期間の急加速状態が生じても安定した出力で内燃機関２を運転することができる。
【００３５】
そして、１段目エラーの状態においてもなお過剰過給圧が解消されない場合には２段目エラー状態と判定され、これによりはじめて過給圧を最小にして異常運転状態を回避し、内燃機関２の保護を図ることができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、過剰過給圧時の対応を記載したが、過給圧が所定値よりも低下する異常状態の場合にも本発明を適用することができる。この場合は、第１の所定値Ｐ１と第２の所定値Ｐ２の大小関係の設定値を反転させ、実過給圧が第１の所定値Ｐ１より低くなる状態が所定時間Ｔ１以上継続した回数がＭ回に達した場合に１段目エラー状態と判定し、１段目エラー状態が確定した状態でさらに実過給圧が第２の所定値Ｐ２より低くなる状態が所定時間Ｔ２以上継続した回数がＮ回に達した場合に２段目エラー状態であると判定し、各段階に対応して過給圧の上昇を図るようにすればよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、過給圧状態が生じた場合にこれを２段階で評価し、各段階に対応して過給圧低減又は上昇を図るようにしたので、例えば一時的に機関を高出力で運転することが必要な場合において過剰過給圧の発生により機関出力を急激に低下させることがないので、安定した出力を得ることが可能である。そして、１段目エラーの状態においてもなお過給圧異常が解消されない場合には２段目エラー状態と判定され、これによりはじめて過給圧を最小又は最大にして異常運転状態を回避すれば、内燃機関の保護又は良好な運転を達成することができる。このように、内燃機関の全回転域で最適な過給圧を維持することができると共に、内燃機関を異常な過給圧状態から有効に保護するなどして、内燃機関の運転特性を著しく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関用過給システムの実施の形態の一例を示す機能的ブロック図。
【図２】図１のエラー判定部の動作を説明するためのモード遷移図。
【符号の説明】
１  過給システム
２  内燃機関
３  吸気通路
４  ターボチャージャ
５  ベーン開度演算部
６  切換スイッチ部
７  ベーン開度調整部
８  エラー判定部
９  補正演算部
１０  全解放信号発生部
２１  過剰過給圧判定なしモード
２２  １段目エラー判定モード
２３  ２段目エラー判定モード
２４  過剰過給圧エラーモード
ＢＳ  ブースト圧センサ
Ｐａ  実過給圧
ＳＡ  補正信号
ＳＢ  全解放信号
ＳＤ  判定信号
ＳＰａ  実過給圧信号
Ｓθ  ベーン開度信号
Ｙ１〜Ｙｎ  運転状態信号
【図１】
0004096144.tif 000002
【図２】
0004096144.tif 000003