JP2009299505A

JP2009299505A - ターボチャージャの制御装置および制御方法

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Publication number: JP2009299505A
Application number: JP2008152058A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tsuji; 幸一辻
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: JP5051008B2

Abstract

【課題】過給圧の立ち上がりを通常よりも早める過渡制御の許可領域を適切に設定して、過給圧の過剰増加を抑制しつつ車両の動力性能を向上させる。
【解決手段】ＥＣＵは、エンジンと変速機とを備えた車両に搭載されるバリアブルノズル式ターボチャージャを制御する。ＥＣＵは、目標過給圧Ｐｔｒｇから実過給圧Ｐｉｎを減じた値がしきい値を超えている場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、自動変速機で形成されている変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）を算出し（Ｓ１０８）、エンジン回転数ＮＥがアイドル回転数よりも高く過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）よりも低いとき（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ノズルベーンの過渡制御を実行する（Ｓ１１４）。過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）は、各々が対応する変速ギヤ段における過給圧の立ち上がり特性に応じて設定される。
【選択図】図７

Description

本発明は、排気タービンの内部に形成された流路の有効面積を増減させる可変ノズルを備えるバリアブルノズル式ターボチャージャの制御に関し、特に、ノズルベーンの開度の制御に関する。

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、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過給圧の立ち上がりが遅れ、ターボチャージャによる過給は不十分なものとなる。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（以下、「バリアブルノズル」や「可変ノズル」ともいう）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。

しかし、エンジンが低回転領域にあるときに可変ノズルの開度を小さくして過給圧の立ち上がりを早めた場合であっても、このときのエンジンの負荷やエンジンに接続される変速段で形成される変速ギヤ段によっては、排気の圧力が吸気の圧力を上回り、エンジン出力が低下して加速性が悪化する場合がある。このような問題を解決する技術が、たとえば特開昭６３−２９０２６号公報（特許文献１）に開示されている。

特開昭６３−２９０２６号公報に開示された制御装置は、排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉する開閉部と、排気タービンの排気入口ノズルの面積を可変する排気入口ノズル面積可変部と、過給圧を検出する過給圧検出部と、検出された過給圧に応じて開閉部および排気入口ノズル面積可変部を制御する過給圧制御部と、を備えた可変容量型排気ターボチャージャ付内燃機関の過給圧を制御する。この制御装置は、内燃機関に接続された変速機のギヤ位置を検出するギヤ位置検出部と、検出された変速機のギヤ位置に応じて過給圧制御部に優先して開閉部もしくは排気入口ノズル面積可変部を制御するギヤ位置制御部とを含む。

特開昭６３−２９０２６号公報に開示された制御装置によると、排気入口ノズル面積を絞ることによって過給圧の立ち上がりを早めようとしているときに、排気圧力が急速に上昇すると過給効果による内燃機関の出力向上効果が得られないことを考慮して、排気圧力上昇の傾向を間接的に示すギヤ位置に応じて排気入口ノズル面積やバイパス排気量を制御する。そのため、排気圧力上昇による機関出力の低下を防止でき、良好な過給圧の立ち上がりを得て、内燃機関の加速性を向上させることができる。
特開昭６３−２９０２６号公報実開昭６２−２９４４５号公報

ところで、従来においては、過給圧の立ち上がりを通常よりも早める過渡制御の実行を許可するエンジン回転数の上限値（以下「許可上限値」ともいう）をすべての変速段に対して一律に設定していた。しかしながら、上述したバリアブルノズル式ターボチャージャによる過給圧の立ち上がり特性は、変速機で形成される変速段ごとに異なる。そのため、すべての変速段において過給圧の過剰増加を抑制する（ターボの信頼性を保証する）ためには、過給圧が急速に増加し始めるときのエンジン回転数が最も低い変速段に合わせて許可上限値を設定する必要がある。しかしながら、このように許可上限値を設定すると、他の変速段が形成されている場合においては、過渡制御の実行が不必要に制限されて過給圧の立ち上がりが最適とならず、車両の動力性能を的確に向上させることができない。

しかしながら、特開昭６３−２９０２６号公報には、許可上限値と変速段との関係について何ら言及されていない。実開昭６２−２９４４５号公報についても同様である。

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、過給圧の立ち上がりを通常よりも早める過渡制御の許可領域を適切に設定して、過給圧の過剰増加を抑制しつつ車両の動力性能を向上させることができるターボチャージャの制御装置および制御方法を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、エンジンと複数の変速段を有する変速機とを備えた車両に搭載されるターボチャージャを制御する。ターボチャージャは、アクチュエータによって開度が調整されるノズルと、ノズルによって導かれるエンジンの排気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てエンジンの吸気を圧縮するコンプレッサとを有する。制御装置は、複数の変速段にそれぞれ対応するように設定された複数の許可上限値を記憶するための記憶手段と、記憶手段に記憶された複数の許可上限値のうち、変速機で形成されている変速段に対応する許可上限値を選択するための選択手段と、エンジン回転数が選択手段によって選択された許可上限値を上限とする許可領域に含まれるか否かを判断するための判断手段と、吸気の過給圧を変化させる場合、判断手段によってエンジン回転数が許可領域に含まれると判断されたときは判断されないときに比べて、吸気の過給圧の変化速度が大きくなるように、ノズルの開度を調整するアクチュエータを制御するための制御手段とを含む。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、複数の許可上限値は、各々が対応する変速段におけるターボチャージャによる過給圧の立ち上がり特性に応じて設定される。

第３の発明に係る制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、第１のエンジン回転数で過給圧が急速に増加し始める第１の特性を有する第１の変速段に対応する第１の許可上限値は、第１のエンジン回転数よりも低い第２のエンジン回転数で過給圧が急速に増加し始める第２の特性を有する第２の変速段に対応する第２の許可上限値よりも大きい値に設定される。

第４の発明に係る制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、許可領域は、予め定められたアイドル回転数よりも高く、かつ選択された許可上限値よりも低い領域である。

第５の発明に係る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、制御手段は、過給圧を増加させる場合、エンジンの回転数が選択された許可上限値よりも高いときはノズルの開度を第１の開度に調整し、エンジンの回転数が選択された許可上限値よりも低いときは第１の開度よりも所定量小さい第２の開度に調整する。

第６の発明に係る制御装置は、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、エンジンの状態に基づいて、吸気の目標過給圧を算出するための算出手段をさらに含む。制御手段は、吸気の実過給圧を算出手段によって算出された目標過給圧に変化させる場合、エンジンの回転数が選択された許可上限値よりも低いときは高いときに比べて、実過給圧を急速に目標過給圧に変化させるように、ノズルの開度を調整する。

第７〜１２の発明に係る制御方法は、それぞれ第１〜６の発明に係る制御装置と同様の要件を備える。

本発明によれば、内燃機関の回転数が許可領域に含まれる場合に、過給圧の変化速度が大きくなるようにノズルの開度を調整する制御（過渡制御）が実行される。この許可領域の上限値が、複数の変速段にそれぞれ対応するように設定された複数の許可上限値のうち、変速機で形成されている変速段に対応する許可上限値に設定される。このようにすると、過渡制御の許可領域を変速段ごとに最適に設定することができる。そのため、過給圧の過剰増加を抑制しつつ車両の動力性能を向上させることができる。

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。

図１は、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た車両を概略的に示す図である。

エンジン本体５００は、インジェクタ（図示せず）から噴射された燃料と空気との混合気を、シリンダの燃焼室内で燃焼させる内燃機関である。燃焼によりシリンダ内のピストンが押し下げられて、クランクシャフトが回転させられる。

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、その吸入空気の流量ＧＡは、吸気絞り弁１３０によって調整される。

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およびウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）９００が設けられている。

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によって調整される。

自動変速機６００は、トルクコンバータ６１０を経由してエンジン本体５００に連結される。自動変速機６００は、前進走行ギヤ段（たとえば１速〜６速ギヤ段）および後進走行ギヤ段を形成することにより、クランクシャフトの回転数を所望の回転数に変速して、駆動輪（図示せず）に伝達する。なお、前進走行ギヤ段は、複数存在するのであれば、１速〜６速ギヤ段であることに限定されない。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０００には、エアフローメータ１１０、圧力センサ２２０、吸気管温度センサ２３０、酸素センサ２４０、水温センサ５１０、エンジン回転数センサ５２０、車速センサ８００２、ポジションスイッチ８００６、アクセル開度センサ８０１０、およびストロークセンサ８０１４からの各信号が入力される。

エアフローメータ１１０は、吸入空気量ＧＡを検出する。圧力センサ２２０は、実過給圧（吸気管の実際の圧力）Ｐｉｎを検出する。吸気管温度センサ２３０は、吸気管温度Ｔを検出する。酸素センサ２４０は、空気過剰率λを検出する。水温センサ５１０は、エンジン冷却水温度ＴＥを検出する。エンジン回転数センサ５２０は、エンジン回転数ＮＥを検出する。車速センサ８００２は、車速ＶＳを検出する。ポジションスイッチ８００６は、運転者によって操作されるシフトレバーの位置（シフトポジション）ＳＰを検出する。アクセル開度センサ８０１０は、アクセルペダルの開度（アクセル開度）ＡＣＣを検出する。ストロークセンサ８０１４は、ブレーキペダルのストローク量ＢＳを検出する。これらのセンサは、検出結果をＥＣＵ８０００に出力する。

ＥＣＵ８０００は、これらのセンサからの検出結果に基づいて、バリアブルノズルの開度を調整するようにアクチュエータ３７０を制御する。さらに、ＥＣＵ８０００は、エンジン本体５００のインジェクタを制御して燃料噴射量Ｑｆｉｎを調整したり、吸気絞り弁１３０を制御して吸入空気量ＧＡを調整したりする。

さらに、ＥＣＵ８０００は、シフトポジションＳＰに対応させて、自動変速機６００で形成される変速ギヤ段を自動制御する。ＥＣＵ８０００は、シフトポジションＳＰがＤ（ドライブ）ポジションに位置する場合、車速ＶＳとアクセル開度ＡＣＣとから決定される変速線に基づいて、１速〜６速ギヤ段のうちのいずれかの変速ギヤ段が形成されるように、自動変速機６００を制御する。また、ＥＣＵ８０００は、シフトポジションＳＰがＮ（ニュートラル）ポジションに位置する場合、自動変速機６００をニュートラル状態（動力を伝達しない状態）に制御する。

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の断面図を示す。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示す。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。

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によってリフト量が制御されるロッド３９２に連結されている。

ＥＣＵ８０００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（図３参照）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３４０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。

たとえば、エンジン低中速回転域においては、ノズル通路を絞り（ノズル開度を小さくし）排気ガスの流速を上げることにより、過給圧を増加させて、黒煙の低減およびトルクの向上を図る。一方、エンジン高速回転域においては、ノズル通路を開いて（ノズル開度を大きくし）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２に示すように、ＥＣＵ８０００は、ノズルベーン３６０の目標開度（以下、単に「目標開度」ともいう）Ｖに対応した開度指令信号を、アクチュエータドライバ３７２に出力する。アクチュエータドライバ３７２は、目標開度Ｖに応じたロッド３９２の目標リフト量（目標位置）を設定し、アクチュエータ３７０から入力されるロッド３９２の実際のリフト量が目標リフト量となるように、アクチュエータ３７０のモータに駆動電流を供給する。

図５に、ノズルベーン３６０の目標開度Ｖとロッド３９２のリフト量との関係を示す。図５に示すように、ロッド３９２のリフト量は、目標開度Ｖが所定値Ｖ（１）より大きい領域（図５におけるＶ（１）よりも左側の領域）において、目標開度Ｖを減少させる場合（ノズルベーン３６０を閉じる場合）と目標開度Ｖを増加させる場合（ノズルベーン３６０を開く場合）とで異なる値となる。

また、目標開度Ｖが所定値Ｖ（１）より小さい領域（図５におけるＶ（１）よりも右側の領域）、すなわちノズルベーン３６０を全閉するときの全閉開度Ｖｍｉｎから所定値Ｖ（１）までの領域においては、リフト量は最大値に維持される。なお、この領域では、実過給圧Ｐｉｎは変化しない。以下の説明において、所定値Ｖ（１）と全閉開度Ｖｍｉｎとの差を「ＶＮヒス量」とも記載する。

図６に、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ８０００の機能ブロック図を示す。ＥＣＵ８０００は、入力インターフェイス８１００と、演算処理部８２００と、記憶部８３００と、出力インターフェイス８４００とを含む。

入力インターフェイス８１００は、圧力センサ２２０からの実過給圧Ｐｉｎ、エンジン回転数センサ５２０からのエンジン回転数ＮＥ、車速センサ８００２からの車速ＶＳ、ポジションスイッチ８００６からのシフトポジションＳＰ、アクセル開度センサ８０１０からのアクセル開度ＡＣＣを受信して、演算処理部８２００に送信する。

記憶部８３００には、各種情報、プログラム、しきい値、マップ等が記憶され、必要に応じて演算処理部８２００からデータが読み出されたり、格納されたりする。

記憶部８３００には、過渡制御許可上限値マップが記憶されている。この過渡制御許可上限値マップには、ノズルベーン３６０の目標開度Ｖを過渡的に急速に減少させて実過給圧Ｐｉｎの立ち上がりを通常よりも早める制御（以下、「過渡制御」ともいう）を許可するエンジン回転域（以下、「過渡制御許可回転域」ともいう）の上限値が、変速ギヤ段ごとに記憶されている。すなわち、本実施の形態においては、１速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（１）、２速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（２）、３速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（３）、４速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（４）、５速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（５）、６速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（６）が記憶されている。

この過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）（ＮＥ（１）〜ＮＥ（６））は、各々が対応する変速ギヤ段における過給圧の立ち上がり特性（過給圧が急増し始めるときのエンジン回転数）に応じて設定される。具体的には、過給圧が急増し始めるエンジン回転数が高い変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値は、過給圧が急増し始めるエンジン回転数が低い変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値よりも、大きい値に設定される。

このように過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）を設定する理由は、過給圧の立ち上がり特性が変速ギヤ段ごとに異なることを考慮して、後述する過渡制御を許可するエンジン回転数域を変速ギヤ段ごとに最適に設定するためである。

演算処理部８２００は、目標過給圧算出部８２１０と、過渡状態判断部８２２０と、過渡制御許可判断部８２３０と、過渡制御部８２４０と、通常制御部８２５０とを含む。

目標過給圧算出部８２１０は、エンジン本体５００の状態（たとえば、エンジン回転数ＮＥ、実過給圧Ｐｉｎ、燃料噴射量Ｑｆｉｎなど）に基づいて、目標過給圧Ｐｔｒｇを算出する。

過渡状態判断部８２２０は、上述した過渡制御が必要な状態であるか否かを判断する。過渡状態判断部８２２０は、目標過給圧Ｐｔｒｇから実過給圧Ｐｉｎを減じた値がしきい値を超えているか否かを判断し、しきい値を超えている場合に過渡制御が必要な状態であると判断する。

過渡制御許可判断部８２３０は、上述した過渡制御の許可条件が成立しているか否かを判断する。過渡制御許可判断部８２３０は、自動変速機６００がニュートラル状態でないか否か、およびエンジン回転数ＮＥが上述した過渡制御許可回転域に含まれるか否かを判断し、自動変速機６００がニュートラル状態でなくかつエンジン回転数ＮＥが過渡制御許可回転域に含まれる場合に、過渡制御の許可条件が成立していると判断する。

過渡制御許可判断部８２３０は、記憶部８３００に記憶された過渡制御許可上限値マップを参照して、自動変速機６００で形成されている変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）を選択し、選択した過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）を過渡制御許可回転域の上限値に設定する。なお、過渡制御許可回転域の下限値は、アイドル回転数に設定される。すなわち、過渡制御許可回転域は、アイドル回転数よりも高くかつ過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）よりも低い領域である。

過渡制御部８２４０は、過渡制御許可判断部８２３０によってエンジン回転数ＮＥが上過渡制御許可回転域に含まれると判断された場合に、ノズルベーン３６０の過渡制御を実行する。具体的には、過渡制御部８２４０は、目標開度Ｖを通常目標開度ＶＲから所定量を減じた値（過渡目標開度ＶＴ）に設定し、過渡目標開度ＶＴに応じた開度指令信号をアクチュエータドライバ３７２に出力する。なお、通常目標開度ＶＲとは、通常制御を行なう場合（過渡制御を行なわない場合）のノズルベーン３６０の目標開度Ｖである。

通常制御部８２５０は、過渡制御許可判断部８２３０によってエンジン回転数ＮＥが上過渡制御許可回転域に含まれると判断されない場合に、ノズルベーン３６０の通常制御を実行する。具体的には、目標開度Ｖを通常目標開度ＶＲに設定し、通常目標開度ＶＲに応じた開度指令信号をアクチュエータドライバ３７２に出力する。

なお、本実施の形態において、目標過給圧算出部８２１０と、過渡状態判断部８２２０と、過渡制御許可判断部８２３０と、過渡制御部８２４０と、通常制御部８２５０は、いずれも演算処理部８２００であるＣＰＵが記憶部８３００に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両に搭載される。

図７を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ８０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ８０００は、エンジン本体５００の状態（たとえば、エンジン回転数ＮＥ、実過給圧Ｐｉｎ、燃料噴射量Ｑｆｉｎなど）に基づいて、目標過給圧Ｐｔｒｇを算出する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ８０００は、目標過給圧Ｐｔｒｇに基づいて、通常目標開度ＶＲを算出する。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ８０００は、目標過給圧Ｐｔｒｇから実過給圧Ｐｉｎを減じた値がしきい値を超えているか否かを判断する。なお、目標過給圧Ｐｔｒｇから実過給圧Ｐｉｎを減じた値がしきい値を超えている場合とは、上述したように、過渡的に目標開度Ｖを急速に減少させる必要がある場合である。目標過給圧Ｐｔｒｇから実過給圧Ｐｉｎを減じた値がしきい値を超えていると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。そうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１１６に移される。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ８０００は、自動変速機６００がニュートラル状態でないか否かを判断する。自動変速機６００がニュートラル状態でないと（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８に移される。自動変速機６００がニュートラル状態であると（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１１６に移される。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ８０００は、自動変速機６００で形成されている変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）を算出する。ＥＣＵ８０００は、上述したように、記憶部８３００に記憶された過渡制御許可上限値マップを参照して、変速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）を算出する。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ８０００は、エンジン回転数ＮＥが上述した過渡制御許可回転域に含まれるか否か（すなわち、エンジン回転数ＮＥが、アイドル回転数よりも高く過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）よりも低いか否か）を判断する。エンジン回転数ＮＥが過渡制御許可回転域に含まれると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。そうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１６に移される。

Ｓ１１２にて、ＥＣＵ８０００は、過渡目標開度ＶＴを算出する。ＥＣＵ８０００は、通常目標開度ＶＲから所定量を減じた値を、過渡目標開度ＶＴとして算出する。なお、この所定量は、たとえば、上述したＶＮヒス量（図５参照）に設定される。

Ｓ１１４にて、ＥＣＵ８０００は、ノズルベーン３６０の過渡制御を実行する。ＥＣＵ８０００は、ノズルベーン３６０の目標開度Ｖを過渡目標開度ＶＴに設定し、過渡目標開度ＶＴに応じた開度指令信号をアクチュエータドライバ３７２に出力する。

Ｓ１１６にて、ＥＣＵ８０００は、ノズルベーン３６０の通常制御を実行する。ＥＣＵ８０００は、ノズルベーン３６０の目標開度Ｖを通常目標開度ＶＲに設定し、通常目標開度ＶＲに応じた開度指令信号をアクチュエータドライバ３７２に出力する。

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制御装置であるＥＣＵ８０００により制御される実過給圧Ｐｉｎの変化について、図８を参照しつつ説明する。

Ｎ速ギヤ段で走行していた時刻ｔ１にて、図８に示すように、目標過給圧Ｐｔｒｇが急速に増加し始め、時刻ｔ２にて、目標過給圧Ｐｔｒｇから実過給圧Ｐｉｎを減じた値がしきい値を超えた場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）を想定する。

この場合、自動変速機６００がニュートラル状態でないので（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、過渡制御許可上限値マップを参照して、Ｎ速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）が算出される（Ｓ１０８）。

図８に示すように、時刻ｔ２におけるエンジン回転数ＮＥが過渡制御許可回転域（アイドル回転数よりも高く過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）よりも低い領域）に含まれるため（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ノズルベーン３６０の過渡制御の実行が開始される（Ｓ１１２、Ｓ１１４）。これにより、ノズルベーン３６０の目標開度Ｖが急速に減少され、実過給圧Ｐｉｎの立ち上がりが通常制御時（図８の二点鎖線参照）よりも早められる。

ここで、従来においては、過渡制御許可回転域の上限値が、変速段とは無関係に、過給圧が急増し始めるときのエンジン回転数が最も低い変速段に対応する許可上限値（図８のＮＥｍｉｎ）に一律に設定していた。そのため、Ｎ速ギヤ段が、過渡制御許可回転域の上限値をＮＥｍｉｎよりも増加させても過給圧が過剰増加しない変速段であっても、エンジン回転数ＮＥがＮＥｍｉｎに達した時刻ｔ３にて過渡制御が不必要に制限されていた。そのため、図８の一点鎖線に示すように、時刻ｔ３以降は、目標過給圧Ｐｔｒｇに対する実過給圧Ｐｉｎの追従性の向上が図られていない。

これに対し、本実施の形態においては、過渡制御許可回転域の上限値が変速ギヤ段ごとに設定される。すなわち、Ｎ速ギヤ段での走行中においては、過渡制御許可回転域の上限値が、Ｎ速ギヤ段に対応する過渡制御許可上限値ＮＥ（Ｎ）に設定される。これにより、時刻ｔ３においても過渡制御が不必要に制限されることなく過渡制御時間が長くなるので、時刻ｔ３以降も目標過給圧Ｐｔｒｇに対する実過給圧Ｐｉｎの追従性を向上させることができる。これにより、実過給圧Ｐｉｎを過剰増加させることなく、実過給圧Ｐｉｎが目標過給圧Ｐｔｒｇに達する時刻を、従来の時刻ｔ５から時刻ｔ４に短縮することができる。そのため、ターボの信頼性を保証しつつ車両の動力性能を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置によれば、エンジン回転数が過渡制御許可領域に含まれる場合に、実過給圧Ｐｉｎの立ち上がりを通常よりも早める過渡制御が実行される。この過渡制御許可領域の上限値が、変速機で形成されている変速ギヤ段ごとに設定される。これにより、過給圧の立ち上がり特性が変速ギヤ段ごとに異なることを考慮して、過渡制御の許可領域を変速段ごとに最適に設定することができる。そのため、過給圧の過剰増加を抑制しつつ、過渡制御許可領域の上限値を一律に設定する場合に比べて車両の動力性能を向上させることができる。

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。

バリアブルノズル式ターボチャージャの制御装置を備える車両の概略構成図である。バリアブルノズル式ターボチャージャの断面図である。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。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。ノズルベーンの目標開度Ｖとロッドのリフト量との関係を示す図である。バリアブルノズル式ターボチャージャの制御装置の機能ブロック図である。バリアブルノズル式ターボチャージャの制御装置であるＥＣＵの制御構造を示すフローチャートである。バリアブルノズル式ターボチャージャの制御装置によって制御される実過給圧Ｐｉｎのタイミングチャートである。

符号の説明

１００エアクリーナ、１１０エアフローメータ、１２０インタクーラ、１３０吸気絞り弁、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酸素センサ、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）、３７２アクチュエータドライバ、３８０ユニゾンリング、３８２駆動アーム、３９０リンク、３９２ロッド、５００エンジン本体、５１０温度センサ、５２０エンジン回転数センサ、６００自動変速機、６１０トルクコンバータ、７００触媒コンバータ、８００排気バイパス通路、９００ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）、８０００ＥＣＵ、８００２車速センサ、８００６ポジションスイッチ、８０１０アクセル開度センサ、８０１４ストロークセンサ、８１００入力インターフェイス、８２００演算処理部、８２１０目標過給圧算出部、８２２０過渡状態判断部、８２３０過渡制御許可判断部、８２４０過渡制御部、８２５０通常制御部、８３００記憶部、８４００出力インターフェイス。

Claims

エンジンと複数の変速段を有する変速機とを備えた車両に搭載されるターボチャージャの制御装置であって、前記ターボチャージャは、アクチュエータによって開度が調整されるノズルと、前記ノズルによって導かれる前記エンジンの排気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て前記エンジンの吸気を圧縮するコンプレッサとを有し、
前記制御装置は、
前記複数の変速段にそれぞれ対応するように設定された複数の許可上限値を記憶するための記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記複数の許可上限値のうち、前記変速機で形成されている変速段に対応する許可上限値を選択するための選択手段と、
エンジン回転数が前記選択手段によって選択された許可上限値を上限とする許可領域に含まれるか否かを判断するための判断手段と、
前記吸気の過給圧を変化させる場合、前記判断手段によって前記エンジン回転数が前記許可領域に含まれると判断されたときは判断されないときに比べて、前記吸気の過給圧の変化速度が大きくなるように、前記ノズルの開度を調整する前記アクチュエータを制御するための制御手段とを含む、ターボチャージャの制御装置。
前記複数の許可上限値は、各々が対応する変速段における前記ターボチャージャによる前記過給圧の立ち上がり特性に応じて設定される、請求項１に記載のターボチャージャの制御装置。
第１のエンジン回転数で前記過給圧が急速に増加し始める第１の特性を有する第１の変速段に対応する第１の許可上限値は、前記第１のエンジン回転数よりも低い第２のエンジン回転数で前記過給圧が急速に増加し始める第２の特性を有する第２の変速段に対応する第２の許可上限値よりも大きい値に設定される、請求項２に記載のターボチャージャの制御装置。
前記許可領域は、予め定められたアイドル回転数よりも高く、かつ前記選択された許可上限値よりも低い領域である、請求項１〜３のいずれかに記載のターボチャージャの制御装置。
前記制御手段は、前記過給圧を増加させる場合、前記エンジンの回転数が前記選択された許可上限値よりも高いときは前記ノズルの開度を第１の開度に調整し、前記エンジンの回転数が前記選択された許可上限値よりも低いときは前記第１の開度よりも所定量小さい第２の開度に調整する、請求項１〜４のいずれかに記載のターボチャージャの制御装置。
前記制御装置は、前記エンジンの状態に基づいて、前記吸気の目標過給圧を算出するための算出手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記吸気の実過給圧を前記算出手段によって算出された目標過給圧に変化させる場合、前記エンジンの回転数が前記選択された許可上限値よりも低いときは高いときに比べて、前記実過給圧を急速に前記目標過給圧に変化させるように、前記ノズルの開度を調整する、請求項１〜４のいずれかに記載のターボチャージャの制御装置。
エンジンと複数の変速段を有する変速機とを備えた車両に搭載されるターボチャージャを制御する制御装置が行なう制御方法であって、前記ターボチャージャは、アクチュエータによって開度が調整されるノズルと、前記ノズルによって導かれる前記エンジンの排気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て前記エンジンの吸気を圧縮するコンプレッサとを有し、
前記制御方法は、
前記複数の変速段にそれぞれ対応するように設定された複数の許可上限値を記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶された前記複数の許可上限値のうち、前記変速機で形成されている変速段に対応する許可上限値を選択する選択ステップと、
エンジン回転数が前記選択ステップで選択された許可上限値を上限とする許可領域に含まれるか否かを判断する判断ステップと、
前記吸気の過給圧を変化させる場合、前記判断ステップで前記エンジン回転数が前記許可領域に含まれると判断されたときは判断されないときに比べて、前記吸気の過給圧の変化速度が大きくなるように、前記ノズルの開度を調整する前記アクチュエータを制御する制御ステップとを含む、ターボチャージャの制御方法。
前記複数の許可上限値は、各々が対応する変速段における前記ターボチャージャによる前記過給圧の立ち上がり特性に応じて設定される、請求項７に記載のターボチャージャの制御方法。
第１のエンジン回転数で前記過給圧が急速に増加し始める第１の特性を有する第１の変速段に対応する第１の許可上限値は、前記第１のエンジン回転数よりも低い第２のエンジン回転数で前記過給圧が急速に増加し始める第２の特性を有する第２の変速段に対応する第２の許可上限値よりも大きい値に設定される、請求項８に記載のターボチャージャの制御方法。
前記許可領域は、予め定められたアイドル回転数よりも高く、かつ前記選択された許可上限値よりも低い領域である、請求項７〜９のいずれかに記載のターボチャージャの制御方法。
前記制御ステップは、前記過給圧を増加させる場合、前記エンジンの回転数が前記選択された許可上限値よりも高いときは前記ノズルの開度を第１の開度に調整し、前記エンジンの回転数が前記選択された許可上限値よりも低いときは前記第１の開度よりも所定量小さい第２の開度に調整する、請求項７〜１０のいずれかに記載のターボチャージャの制御方法。
前記制御方法は、前記エンジンの状態に基づいて、前記吸気の目標過給圧を算出する算出ステップをさらに含み、
前記制御ステップは、前記吸気の実過給圧を前記算出ステップで算出された目標過給圧に変化させる場合、前記エンジンの回転数が前記選択された許可上限値よりも低いときは高いときに比べて、前記実過給圧を急速に前記目標過給圧に変化させるように、前記ノズルの開度を調整する、請求項７〜１０のいずれかに記載のターボチャージャの制御方法。