(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンの排気入口に配設された可変ノズルベーンの開度を変更することにより該タービンに流入する該排気の流速を調整してターボチャージャの過給性能を制御する可変ノズルベーン付きターボチャージャの制御装置であって、
該可変ノズルベーンを駆動して該可変ノズルベーンの開度を変更するアクチュエータと、
該可変ノズルベーンの開度が目標開度となるように該アクチュエータへのエアの供給及び該アクチュエータからのエアの排出を調整するソレノイドバルブと、
該アクチュエータへのエア供給時間を計測するエア供給時間計測手段と、
該アクチュエータの実働位置を検出する位置検出手段と、
該エア供給時間計測手段により計測された該エア供給時間が、該目標開度に応じて設定される異常判定時間を越えた場合にエア供給系に異常が生じたおそれがあると判定して、該エア供給時間が該異常判定時間に到達してから所定時間経過後に、該位置検出手段により検出された該アクチュエータの実働位置が、所定時間以内に該目標開度に応じて設定される異常判定位置に到達していない場合にエア供給系に異常が生じたと判定する異常判定を行なう異常判定手段と、
該異常判定手段により該エア供給系に異常が生じていると判定された場合には、該ソレノイドバルブの作動を制御して該エアの供給を中止する異常時エア供給中止手段とをそなえて構成されている
ことを特徴とする、可変ノズルベーン付き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、可変ノズルベーンの開度を変更することにより、流入する排気の流速を調整してターボチャージャの過給性能を制御する、可変ノズルベーン付きターボチャージャの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車（以下、車両とも言う）等のエンジンでは、排気ガスのエネルギを利用して過給を行なうターボチャージャ（過給機）が広く用いられている。このような過給機の一つとしては、排気タービンの周囲に配設された複数のノズル翼（ノズルベーン）の開度（以下、ベーン開度とも言う）を可変とした可変ノズルベーン付きターボチャージャ（以下、単にターボチャージャとも言う）が実用化されている。可変ノズルベーン付きターボチャージャは、各ノズルベーンを連結するリング状の連結部材をアクチュエータにより回転駆動させることにより、一斉にノズルベーンの角度を変更し、これにより、ノズルベーンの各相互間の隙間を変更して（即ちベーン開度を変更して）排気タービンに流入する排気ガス流速を調整し、エンジンの負荷状態等に応じて最適な過給を行なえるようになっている。
【０００３】
このようなアクチュエータとしては例えばエア駆動式のものが用いられる。このようなエア駆動式のアクチュエータには、エア供給路及びエア排出路が接続されており、これらのエア供給路及びエア排出路に介装されたソレノイドバルブの作動を制御することにより、アクチュエータへのエアの供給及びアクチュエータからのエアの排出を行なって、アクチュエータの作動制御、つまり、可変ノズルベーンの開度制御が行なわれる。
【０００４】
なお、可変ノズルベーンの開度制御はフィードバック制御であり、また、エア供給源には、車両に搭載されたエアタンクが使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の従来技術では、エア供給系統でエア洩れが起きた場合、エアタンク圧（エア圧）が低下してしまい、アクチュエータだけでなく車両に搭載されエアを必要とする他の機器にエアを供給できなくなってしまう虞がある。つまり、ノズルベーンの開度制御はフィードバック制御であり、このため、エア洩れが特にひどいような場合には、ベーン開度が目標開度に到達しないためにアクチュエータへエアが供給され続けることになる。エアタンクには、車両に搭載されたエアコンプレッサによりエアが補充されるようになっているが、このようにアクチュエータにより継続してエアが消費されると、かかるエアコンプレッサによる補充が追いつかず、エアタンク圧が低下してしまうのである。
【０００６】
ところで、特開平４−１０１０４３号公報には、デューティ駆動されるソレノイドバルブの状態を一定時間毎に監視し、同一状態が所定時間以上継続するような場合には、ソレノイドバルブが故障状態にあると判定する技術が開示されているが、このような技術では、単にソレノイドバルブの故障検出を目的とするものであり、エア洩れを検出できるものではなかった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、アクチュエータへのエア供給系におけるエア洩れを検出できるとともに、エア洩れを検出した場合には、アクチュエータへのエアの供給を停止してエア洩れ及びエア圧の低下を防止できるようにした、可変ノズルベーン付き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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の可変ノズルベーン付きターボチャージャの制御装置では、可変ノズルベーンの開度を変更するアクチュエータへのエア供給時間が、エア供給時間計測手段により計測されるとともに、可変ノズルベーンの開度を変更するアクチュエータの実働位置が、位置検出手段により検出される。そして、上記のエア供給時間が、可変ノズルベーンの目標開度に応じて設定される異常判定時間を越えた場合に、異常判定手段により、エア供給系に異常が生じているおそれがあると判定され、エア供給時間が異常判定時間に到達してから所定時間経過後に、上記のアクチュエータの実働位置が、所定時間以内に可変ノズルベーン目標開度に応じて設定される異常判定位置に到達していない場合には、異常判定手段により、エア供給系に異常が生じていると判定され、異常時エア供給中止手段により、ソレノイドバルブの作動が制御されてアクチュエータへのエアの供給が中断される。
【００１０】
【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について説明する。図１〜図３は本発明の一実施形態としての可変ノズルベーン付きターボチャージャ（以下、単にターボチャージャともいう）の制御装置について示す図である。
図２に示すように、本実施形態にかかるターボチャージャ１は、図示しないエンジンの排気通路に介装されたタービン１Ａと吸気通路に介装されたコンプレッサ（図示省略）とをそなえており、タービン１Ａは、タービンハウジング２と、タービンハウジング２内に配設されるタービン本体３と、タービン本体３の上流側に設けられるとともにタービン本体３の軸心線を中心に環状に且つ均等の間隔で配設された複数のノズルベーン４とをそなえて構成されている。
【００１１】
タービン本体３は、ロータ軸３Ａを介して図示しないコンプレッサに接続されており、このコンプレッサは、タービン本体３により回転駆動されて吸気通路内の空気を圧縮するようになっている。
また、各ノズルベーン４には、ノズル軸５が固設されており、各ノズルベーン４は、ノズル軸５を介して、環状支持部材６Ａ，６Ｂにより回動自在に両側を支持されている。また、ノズル軸５の環状支持部材６Ｂ側の端部５Ｂは、環状支持部材６Ｂを貫通してリンク７の一端７Ａに固設されている。さらに、リンク７の他端７Ｂは、リンク８の一端８Ａに回動自在に軸支されており、又、リンク８の他端８Ｂは、駆動リング９に回動自在に接続されている。
【００１２】
駆動リング９は、タービン本体３の軸心線を中心に回動自在にタービンハウジング２に取り付けられ、又、駆動リング９には、駆動ピン９Ａが突設されている。そして、ターボチャージャ１にはエアを駆動源としたアクチュエータ１０（図１参照、図２では図示略）がそなえられており、このアクチュエータ１０により、図示しない伝達機構及び駆動ピン９Ａを介して駆動リング９を回動させることにより、各ノズルベーン４の傾斜角度を一斉に変更してノズルベーン４の各相互間の隙間を調節することができるようになっている。
【００１３】
つまり、アクチュエータ１０で駆動リング９を図２中に矢印Ｘ１で示す方向に回動させることにより、リンク７，８を介して、各ノズルベーン４が、一斉にノズル軸５を中心に図２中で時計回り回転駆動され、これにより、各ノズルベーン４の各相互間が広がってベーン開度を大きくすることができ、同様に、アクチュエータ１０で駆動リング９を図２中に矢印Ｘ２で示す方向に回動させることにより、ベーン開度を小さくすることができるようになっているのである。
【００１４】
ここで、図１を用いて、アクチュエータ１０へのエア供給系及びアクチュエータ１０の制御系について説明する。なお、アクチュエータ１０は、上述したように、図２に示すような駆動ピン９Ａや駆動リング９等を介して、複数のノズルベーン４を一斉に傾斜させるようになっているが、図１では、便宜的にアクチュエータ１０の駆動軸１０Ａがリンク７に接続されリンク７及びノズル軸５を介して１つのノズルベーン４を駆動するような構成として示している。
【００１５】
アクチュエータ１０の駆動軸１０Ａは縮退する方向（図１中で上方向）に例えばバネ等により付勢力が与えられている。また、アクチュエータ１０には、車両に搭載されたエアタンク１３から、配管１１を介してエア（圧縮空気）が供給されるようになっており、この配管１１にはソレノイドバルブ１２が介装されている。ここで、ソレノイドバルブ１２は、具体的には２つのソレノイドバルブ１２Ａ，１２Ｂから構成されており、一方のソレノイドバルブ（ブーストソレノイド）１２Ａは、エアタンク１３とアクチュエータ１０との間のエア供給状態を制御すべく設けられ、また、他方のソレノイドバルブ（ベントソレノイド）１２Ｂは、大気とアクチュエータ１０との間のエア排出状態を制御すべく設けられている。
【００１６】
また、これらのソレノイドバルブ１２Ａ，１２Ｂは、何れも制御手段としてのＥＣＵ２０に接続されており、ソレノイドバルブ１２ＡはＥＣＵ２０から制御指令がオンされると開弁し、ソレノイドバルブ１２ＢはＥＣＵ２０から制御指令がオフされると開弁するようになっている。そして、ＥＣＵ２０からブーストソレノイド１２Ａへの制御指令がオンされると、ブーストソレノイド１２Ａが開弁してエアタンク１３に接続された配管１１Ａとアクチュエータ１０に接続された配管１１Ｂとが連通状態となり、エアタンク１３からアクチュエータ１０にエアが供給され、一方、ＥＣＵ２０からベントソレノイド１２Ｂへの制御指令がオフされると、ベントソレノイド１２Ｂが開弁してソレノイドバルブ１２内に設けられた排出通路１１Ｃとアクチュエータ１０に接続された配管１１Ｂとが連通状態となり、アクチュエータ１０内のエアが、排出通路１１Ｃを介して大気に排出されるようになっている。なお、エアタンク１３は、アクチュエータ１０だけでなく、この他のエアを必要とする各種装置（例えばブレーキシステム）にエアを供給するようになっている。
【００１７】
ＥＣＵ２０では、このようなソレノイドバルブ１２への制御指令を選択的に切り換えることにより、アクチュエータ１０の作動、ひいてはベーン開度を制御するようになっている。つまり、ブーストソレノイド１２Ａへの制御信号をオンとするとともにベントソレノイド１２Ｂへの制御信号をオンとすることにより、アクチュエータ１０内にエアが供給され、このエアに押圧されて、図１中に二点鎖線で示すように駆動軸１０Ａが伸長し、これによりノズルベーン４が閉方向に駆動されるようになっている。また、ブーストソレノイド１２Ａへの制御信号をオフとするとともにベントソレノイド１２Ｂへの制御信号をオフとすることにより、アクチュエータ１０内からエアが排出されて、図１中に実線で示すように駆動軸１０Ａが縮退し、これによりノズルベーン４が開くようになっている。また、ブーストソレノイド１２Ａへの制御信号をオンせず、且つ、ベントソレノイド１２Ｂへの制御信号をオフしなければ、アクチュエータ１０に接続された配管１１Ｂが、エアタンク１３に接続された配管１１Ａ及び排出通路１１Ｃの何れとも遮断された状態となって、エアによる押圧力が一定に保持され、これにより、駆動軸１０Ａの進退位置が保持されてベーン開度が維持されるようになっている。
【００１８】
なお、アクチュエータ１０にはポジションセンサ（位置検出手段）３１が付設されており、ポジションセンサ３１は、駆動軸１０Ａの実働位置（以下、ストローク量又はストローク位置とも言う）ＳVGを検出しこれをＥＣＵ２０に出力するようになっている。ＥＣＵ２０では、ポジションセンサ３１により駆動軸１０Ａの実働位置ＳVGを監視しながら、かかる実働位置ＳVGが、エンジンの運転状態によって設定されたノズルベーン４の目標開度に対応する目標位置と一致するようにフィードバック制御を行なうようになっている。
【００１９】
また、ＥＣＵ２０には、本発明の要部であるエア供給時間計測手段２１，エア洩れ判定手段（異常判定手段）２２及びエア供給中止手段（異常時エア供給中止手段）２３がそなえられており、ソレノイドバルブ１２とアクチュエータ１０との間のエア供給系にエア洩れが検出された場合には、ソレノイドバルブ１２の作動を制御してアクチュエータ１０へのエアの供給を停止し、これにより、かかるエア供給系のエア漏洩部とエアタンク１３とを遮断状態として、エアタンク１３から大気にエアが洩れてしまうことを防止できるようにしている。
【００２０】
エア供給時間計測手段２１は、アクチュエータ１０にエアが継続して供給されるエア供給時間ＴBを計測するようになっており、ソレノイドバルブ１２のブーストソレノイド１２Ａへの制御信号がオンとされてアクチュエータ１０へのエアの供給が開始されると同時にカウントを開始し、ブーストソレノイド１２Ａへの制御信号がオフとされてアクチュエータ１０へのエアの供給が停止されるとカウントを停止するようになっている。
【００２１】
また、エア洩れ判定手段２２は、ＥＣＵ２０により設定されるエア洩れ判定時間（異常判定時間）ＴL及びエア洩れ判定アクチュエータストローク量（異常判定位置，以下、エア洩れ判定位置とも言う）ＳL1，ＳL2に基づき、エア洩れ判定を行なうようになっている。つまり、先ず、エア供給時間計測手段２１により計測されたエア供給時間ＴBとエア洩れ判定時間ＴLとを比較してエア洩れ判定を行ない、ここでエア洩れの虞があると判定した場合には、さらに、ポジションセンサ３１により検出されたアクチュエータ駆動軸１０Ａの実働位置ＳVGと、エア洩れ判定位置ＳL1，ＳL2とを比較して、最終的なエア洩れ判定を行なうようになっている。
【００２２】
なお、エア洩れ判定時間ＴL及びエア洩れ判定位置ＳL1，ＳL2は、ＥＣＵ２０により、エンジンの運転状態に応じて設定されるベーン目標開度に対応して設定されるようになっている。つまり、エア洩れ判定時間ＴLは、エア供給系にエア漏れのない通常状態において、ベーン開度が目標開度に到達するのに要する時間に、所定値を加算して（つまり、ある程度の余裕を見込んで）設定され、同様に、エア洩れ判定位置ＳL1，ＳL2は、ベーン開制御が開始されてから所定時間経過後に本来到達すべき駆動軸１０Ａの実働位置に、所定値を減算して設定されるようになっている。
【００２３】
また、エア供給中止手段２３は、エア洩れ判定手段２２により、エア供給系にエア洩れが生じていると判定された場合に、ソレノイドバルブ１２のブーストソレノイド１２Ａへ制御信号をオフ且つベントソレノイド１２Ｂへの制御信号をオフとしてアクチュエータ１０へのエアの供給を停止するとともにアクチュエータ１０内の圧力を解放してベーン開度を全開とするようになっている。
【００２４】
本発明の一実施形態としての可変ノズルベーン付きターボチャージャの制御装置は上述のように構成されており、ノズルベーン４を閉方向に駆動すべくＥＣＵ２０からブーストソレノイド１２Ａ及びベントソレノイド１２Ｂへの制御信号がオンとされてアクチュエータ１０へのエア供給が行なわれていることを条件に、エア洩れの判定（検出）及びエア洩れの防止制御が行なわれる。このような制御は、例えば、図３に示すように行なわれる。
【００２５】
つまり、まず、ステップＳ１０で、ソレノイドバルブ１２のブーストソレノイド１２Ａへの制御信号がオンとなるのと同時にエア供給時間計測手段２１がエア供給時間ＴBの計測を開始し、このエア供給時間ＴBはエア洩れ判定手段２２に入力される。そして、ステップＳ２０で、エア洩れ判定時間ＴLがエア洩れ判定手段２２に入力され、エア洩れ判定手段２２は、エア洩れ判定時間ＴLとエア供給時間ＴBとの比較を行ない、エア供給時間ＴBが判定時間ＴLを越えた場合、即ち、エア洩れ判定時間ＴLを経過しても、ノズルベーン４が目標開度に到達しないためアクチュエータ１０にエアの供給が引き続き行なわれている場合には、ステップＳ３０に進み、エア洩れの虞があるとしてさらにステップＳ４０に進む。一方、エア供給時間ＴBがエア洩れ判定時間ＴLになる前にノズルベーン４が目標開度に到達すれば、ベーン開度制御はフィードバック制御なので、ソレノイドバルブ１２のブーストソレノイド１２Ａへ制御信号がオフとされて、ステップＳ３５に進み、エア洩れ検出制御が終了する。
【００２６】
そして、ステップＳ４０では、ポジションセンサ３１から、ストローク量（ストローク位置）ＳVG（以下、この時点でのストローク位置ＳVGを特にＳVG1と言う）がエア洩れ判定手段２２に入力され、また、ステップＳ５０で、エア洩れ判定位置（エア洩れ判定アクチュエータストローク量）ＳL1がエア洩れ判定手段２２に入力される。
【００２７】
そして、エア洩れ判定手段２２では、ストローク位置ＳVG1とエア洩れ判定位置ＳL1との比較が行なわれ、ストローク位置ＳVG1がエア洩れ判定位置ＳL1以下の場合には、ステップＳ６０に進むとともに、ステップＳ７０で、エア洩れのためにストローク駆動軸１０Ａが所定のストローク位置（エア洩れ判定位置）ＳL1に到達しなかったと判定されて、ステップＳ８０で、エア供給中止手段２３により、ブーストソレノイド１２Ａへの制御信号がオフ、ベントソレノイド１２Ｂへの制御信号がオフとされて、アクチュエータ１０へのエア供給が中止され、制御が終了する。
【００２８】
一方、ストローク位置ＳVG1がエア洩れ判定位置ＳL1よりも大きい場合には、ステップＳ１００に進む。この場合には、エア洩れ判定時間ＴLが経過してもノズルベーン４が目標開度に到達しなかったのは、エア洩れ以外の過渡的な要因（例えば、アクチュエータ駆動軸１０Ａの引っかかりによる瞬間的な停止）による可能性もあるとして、ステップＳ１１０に進み、エア洩れ判定位置（以下、エア洩れ再判定ストローク量と言う）ＳL2がエア洩れ判定手段２２に入力され、ステップＳ１２０で、ステップＳ４０で最初のストローク量判定が行なわれてから所定時間（再判定時間）Ｔ経過後にポジションセンサ３１からストローク位置ＳVG（以下、この時点でのストローク位置ＳVGを特にＳVG2と言う）がエア洩れ判定手段２２に入力される。
【００２９】
そして、ストローク位置ＳVG2からストローク位置ＳVG1を減算した値、即ち再判定時間Ｔにおけるストローク移動量ΔＳ（＝ＳVG2−ＳVG1）が、エア洩れ再判定ストローク量ＳL2以下の場合には、ステップＳ１３０からステップＳ７０に進み、エア洩れが生じているものと判定される。一方、ストローク移動量ΔＳがエア洩れ再判定ストローク量ＳL2よりも大きい場合には、ステップＳ４０に戻り、ポジションセンサ３１から、ストローク位置ＳVG1がエア洩れ判定手段２２に入力され、ステップＳ５０で、エア洩れ判定位置ＳL1がエア洩れ判定手段２２に再設定されてエア洩れ判定手段２２入力され、以降、上述の制御が繰り返される。このような制御は、エア洩れが生じていると判定されるか、或いは、ベーン開度が目標開度に到達して、ベーン開指令（ブーストソレノイド１２Ａへの制御信号）がオフとなるまで継続して行なわれる。
【００３０】
したがって、本可変ノズルベーン付きターボチャージャの制御装置によれば、上述のような簡素な構成でアクチュエータ１０とエアタンク１３との間のエア供給系のエア洩れを確実に検出することができ、又、エア洩れを検出した場合には、ソレノイドバルブ１２のブーストソレノイド１２Ａへ制御信号をオフ且つベントソレノイド１２Ｂへの制御信号をオフとして、アクチュエータ１０とエアタンク１３とを遮断状態とすることにより、アクチュエータ１０とソレノイドバルブ１２との間に漏洩部があった場合には、エアタンク１３から、この漏洩部を介してエアが洩れてしまうことを防止することができ、エアタンク１３内の圧力（エアタンク圧）低下を防止できる。また、これにより、車両に搭載されエアを必要とする他の機器にエアを安定して供給することができるという利点もある。また、上述の構成により、極めて低コストで本装置を提供することができる。
【００３１】
さらに、エア洩れ判定を、エア供給時間ＴBとエア洩れ判定時間ＴLとの比較による判定（図３中でステップＳ１０〜ステップＳ３５）、及び、アクチュエータ駆動軸１０Ａの実働位置ＳVGとエア洩れ判定位置ＳL1，ＳL2との比較による判定（図３中でステップＳ４０以降）の二段構成で行なっているため、精度良くエア洩れを検出することができるという利点もある。また、これにより、誤ってエア洩れと判定されてしまうことがなくなって、ターボチャージャ１の過給性能が不本意に抑制されてしまうようなことを防止できるという利点もある。
【００３３】
また、上述の実施形態では、エア供給時間ＴBがエア洩れ判定時間ＴLに到達するとすぐにストローク位置ＳVG1とエア洩れ判定位置ＳL1との比較によりエア洩れ判定（ストローク位置によるエア洩れ判定）を行なうようにしているが、エア供給時間ＴBがエア洩れ判定時間ＴLに到達してから所定時間経過後に、ストローク量によるエア洩れ判定を行なうように構成しても良い。この場合、エア洩れ判定が所定時間をおいて段階的に行なわれるので、アクチュエータ駆動軸１０Ａの瞬間的な停止が誤ってエア洩れと判定されてしまうことをさらに精度良く防止できるようになる。
【００３４】
また、インストルメントパネルにウォーニングランプを設け、エア洩れと判定された場合には、このウォーニングランプを点灯させて、ドライバにエア洩れを知らせるように構成しても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の可変ノズルベーン付きターボチャージャの制御装置では、アクチュエータへのエア供給時間が、異常判定時間を越えた場合に、異常判定手段によりエア供給系に異常が生じているおそれがあると判定され、エア供給時間が異常判定時間に到達してから所定時間経過後に、アクチュエータの実働位置が、所定時間以内に異常判定位置に到達していない場合には、異常判定手段によりエア供給系に異常（エア洩れ）が生じていると判定され、異常時エア供給中止手段によりソレノイドバルブの作動が制御されてアクチュエータへのエアの供給が中断される。したがって、アクチュエータへのエア供給系におけるエア洩れを低コストで且つ確実に検出できるとともに、エア洩れを検出した場合には、アクチュエータへのエアの供給を停止してエア洩れ及びエア圧の低下を防止できるという利点がある。
【００３６】
また、異常判定が所定時間をおいて段階的に行なわれるので、アクチュエータ駆動軸の瞬間的な停止が誤って異常判定されてしまうことをさらに精度良く防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる可変ノズルベーン付きターボチャージャの制御装置及びエア供給系の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる可変ノズルベーン付きターボチャージャの部分構成を示す斜視図であり、一部破断して示す図である。
【図３】本発明の一実施形態としての可変ノズルベーン付きターボチャージャの制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１  可変ノズルベーン付きターボチャージャ，ターボチャージャ
１Ａ  タービン
４  ノズルベーン
１０  アクチュエータ
１２  ソレノイドバルブ
２０  ＥＣＵ
２１  エア供給時間計測手段
２２  エア洩れ判定手段（異常判定手段）
２３  エア供給中止手段（異常時エア供給中止手段）
３１  ポジションセンサ（位置検出手段）
ＳVG，ＳVG1，ＳVG2  ストローク量，ストローク位置（実働位置）
ＴB  エア供給時間
ＴL  エア洩れ判定時間（異常判定時間）
ＳL1  エア洩れ判定アクチュエータストローク量，エア洩れ判定位置（異常判定位置）
ＳL2  エア洩れ再判定ストローク量，エア洩れ判定位置（異常判定位置）
【図１】
0003783492.tif 000002
【図２】
0003783492.tif 000003
【図３】
0003783492.tif 000004