JP5062081B2 - ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばタービン内の流路にノズルベーンを備える可変ノズル型のターボチャージャにおいて、ノズルベーンの切り替えを制御する制御装置の技術分野に関する。

この種の制御装置として、エンジン回転が停止してから、ノズルベーン（即ち、タービン内の流路の断面積を変更するための翼又は羽根）を閉じ側に制御することにより、ターボチャージャに起きる過回転を抑制するものがある（特許文献１参照）。更に、燃料成分によるノズルベーンへの固着が検知された場合に、強制的に全開状態から全閉状態まで開閉動作するようにノズルベーンを制御することにより、該固着を解消するものがある（特許文献２参照）。

他方、可変ノズル型でないターボチャージャを制御する制御装置として、例えばディーゼルエンジンにおいて、ドライバーの操作によりエンジン作動スイッチがオンからオフに切り替わった場合に、ターボチャージャを逆回転させ、吸気が逆流されることにより、エンジン本体の筒内圧力が低減すると共にポンピングロスが発生し、キーオフショックによる振動を抑制するものがある（特許文献３参照）。更に、例えば低圧段ターボチャージャ及び高圧段ターボチャージャを備える二段ターボエンジンにおいて、エンジンが停止状態である場合に、高圧段ターボチャージャの排気タービンを迂回する排気バイパス通路に設けられた排気バイパス弁を開弁状態に制御することにより、該排気バイパス弁における排気ガス中の排気微粒子の付着を抑制するものがある（特許文献４参照）。

特開２００３−１２９８５４号公報 特開２００７−１１３４２７号公報 特開２００８−５７３７８号公報 実開平２−６７０３５号公報

しかしながら、上述した特許文献１の制御装置によれば、エンジン回転が停止した後に燃料成分等の付着物の除去を行おうとすると、ノズルベーンが既に閉じ側にあるために、十分な排気が流動せず、ノズルベーンに付着した付着物を除去し難いという技術的問題点がある。また、上述した特許文献２の制御装置によれば、ノズルベーンの開閉動作は、必ずしもエンジン駆動時に実行されないので、最終的には、ノズルベーンへの付着物を完全に除去し得ないという技術的問題点がある。

他方、上述した特許文献３の制御装置では固着物の除去について触れられていない。更に、上述した特許文献４の制御装置によれば、排気バイパス通路の開弁により、排気が二方へ分散してしまうために、十分な排気が流動しない。このため、仮にこの制御装置を何らかの形で可変ノズル型のターボチャージャに適用したとしても、可変ノズルベーンに付着した付着物を除去し難いという技術的問題点がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、例えばノズルベーン等を有するノズル機構内に付着する、燃料成分或いは排気微粒子等の付着物を、効率的に或いは確実に除去可能なターボチャージャの制御装置を提供することを課題とする。

本発明に係るターボチャージャの制御装置は上記課題を解決するために、内燃機関からの排気系にタービンを有すると共に前記内燃機関の吸気系にコンプレッサを有するターボチャージャにおいて、前記タービンへの排気の流量を制御する制御装置であって、前記内燃機関から前記タービンへ流される排気の流量を変更すべく、前記流量が最大となる開き位置及び前記流量が零となる閉じ位置間で変位可能なノズル機構と、前記内燃機関を停止させる停止処理が要求された場合に、前記停止処理が完了される前に、前記開き位置へ又は前記閉じ位置より前記開き位置側へ変位するように前記ノズル機構を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記停止処理が完了した後に、前記閉じ位置へ変位するように前記ノズル機構を制御する。

本発明に係るターボチャージャの制御装置によれば、ターボチャージャは、例えばタービンブレードを含むタービンと、例えばコンプレッサブレードを含むコンプレッサとをタービンシャフトを介して接続している。該ターボチャージャは、内燃機関から排出された排気を受けて、タービンが回転されることに伴ってコンプレッサが回転されることにより、加圧された空気を内燃機関に送る。このようなターボチャージャに、流量を変更可能なノズル機構が備えられている。ここで「流量」とは、例えばタービン（具体的には、タービンブレード）に吹き出される排気量を意味する。このような流量は、具体的には、例えばノズルベーン或いはベーンを回動させたり、フラップの開度を大小したり、バルブを開閉すること等により、変更されてもよい。このような流量が可変のノズル機構には、例えば燃料成分、排気微粒子等の付着物が付着する。例えばノズルベーンであれば、その表面に付着物が付着し易い。

本発明では、例えば当該制御装置を搭載した車両が走行中に停止処理が要求された場合に、例えばＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により停止処理が完了される前に、例えばＣＰＵ及びメモリ等を備える制御手段によって、その制御下で、ノズル機構が開き位置又は開き位置側に変位される。ここで内燃機関における「停止処理」とは、例えば内燃機関の回転数を零にするための処理を意味する。典型的には、例えば吸入、圧縮、燃焼及び排気からなる４つの工程のうちの少なくとも１つの工程を停止させる処理であってもよい。このような停止処理が「完了される前」とは、例えば内燃機関の回転数が零になる前を意味する。具体的には、例えば上述した付着物を吹き飛ばすのに十分な排気（言い換えれば、流量）を見込める程度の回転数で走行される時であってもよい。「開き位置側」とは、例えば閉じ位置及び開き位置のちょうど中間から、開き位置までの間を意味する。具体的には、例えば完全に開き位置ではないが、閉じ位置と比較して、閉じ位置より開き位置から近い位置（即ち、開度）であってもよい。

このように、内燃機関において停止処理が完了される前に、少なくとも一時的に、ノズル機構を開き位置又は開き位置側に変位させることにより、内燃機関からの排気をノズル機構に流す。これにより、多量の排気を、ノズル機構の内部に付着した付着物に吹き付け、その付着物をノズル機構から剥がれ易くする。
また、本発明によれば、例えばＥＣＵにより停止処理が完了した後に、制御手段の制御下で、ノズル機構が閉じ位置に変位される。ここで停止処理が「完了した後」とは、例えば回転数が零となった以後、或いは内燃機関からの排気量が零となった以後等を意味する。これにより、閉じ位置へ変位させない場合と比較して、タービン及びコンプレッサの回転を逸早く停止させ、内燃機関の吸気系へ送られる吸気量を低減することが可能となる。よって、内燃機関の停止に伴い発生する振動を抑制することが可能となる。

以上の結果、ノズル機構の付着物を効率的に或いは確実に除去することが可能となる。

本発明に係るターボチャージャの制御装置の一態様では、前記ノズル機構は、前記排気の流路に配置され且つ前記排気の流量を変更するためのノズルベーンと、前記開き位置及び前記閉じ位置間で前記ノズルベーンを変位させることが可能な駆動手段とを備え、前記制御手段は、前記停止処理が要求された場合に、前記停止処理が完了される前に、前記ノズルベーンを前記開き位置又は前記開き位置側へ変位させるように前記駆動手段を制御する。

この態様によれば、例えば車両が走行中に停止処理が要求された場合に、停止処理が完了される前に、例えばアクアチュエータ等の駆動手段の制御下で、例えば楔型等のベーンを多数有するノズルベーンが開き位置又は開き位置側へ変位される。これにより、多量の排気をノズルベーンの内部に付着した付着物に吹き付け、その付着物をノズルベーンから剥がれ易くすることが可能となる。

本発明に係るターボチャージャの制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記停止処理が要求された場合に、前記停止処理が開始されるのに先立って、前記ノズル機構を前記開き位置又は前記開き位置側へ変位するように前記ノズル機構を制御する。

この態様では、例えば車両が走行中に停止処理が要求された場合に、停止処理が開始されるのに先立って、例えば駆動手段の制御下で、例えばノズルベーンが開き位置又は開き位置側へ変位される。ここで「停止処理が開始される」とは、例えば停止処理が要求されたのみならず、内燃機関又はターボチャージャにおいて、内燃機関の停止に向けての、実際の運転状態又は動作状態の変更が開始されることを意味する。即ち、「停止処理が開始されるのに先立って」とは、例えば要求のみされて実際の運転又は動作が行われていない時点にという意味である。「実際の運転又は動作」は、具体的には、例えば所定回転数以下での運転、所定の減速度以下での減速走行等であってもよい。これにより、停止処理の開始前に排出される多量の排気を、ノズルベーンの内部に付着した付着物に吹き付け、その付着物をノズルベーンからより剥がれ易くすることが可能となる。

この態様では、前記制御手段は、前記停止処理が要求された場合に、前記停止処理が開始されるのに先立って所定時間だけ継続して、前記ノズル機構を前記開き位置又は前記開き位置側へ変位するように前記ノズル機構を制御してもよい。

このように構成すれば、例えば車両が走行中に停止処理が要求された場合に、停止処理が開始されるのに先立って所定時間だけ継続して、例えば駆動手段の制御下で、例えばノズルベーンが開き位置又は開き位置側へ変位される。これにより、例えばノズルベーンの内部に付着した付着物に、多量の排気を所定時間継続して吹き付け、その付着物をノズルベーンから確実に剥がれ易くすることが可能となる。

本発明に係るターボチャージャの制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記停止処理を要求する旨の要求信号の内容又は有無に応じて、前記停止処理が要求されたか否かを判定する要求判定手段を備え、該要求判定手段により前記停止処理が要求されたと判定された場合に、前記開き位置又は前記開き位置側へ変位するように前記ノズル機構を制御する。

この態様によれば、例えば車両が走行中に、例えばＣＰＵ、及び通信装置等を備える要求判定手段によって、例えばＥＣＵ、内燃機関の部位等からの例えばコマンド等である要求信号の内容又は有無に応じて、停止処理が要求されたか否かが判定される。ここで「要求信号の内容」とは、例えば現行の回転数、減速度等を意味する。即ち、「要求信号の内容に応じて」とは、例えばこれら回転数、減速度等の現行値と、停止処理を要求する旨を示す予め設定された回転数、減速度等の閾値とを夫々比較した結果を意味する。この判定の結果として、例えば現行値が閾値より大きく又は小さく、停止処理が要求されたと判定された場合に、制御手段の制御下で、例えばノズルベーンが開き位置又は開き位置側へ変位される。これにより、停止処理が要求された直後に多量に排出されている排気を、ノズルベーンの内部に付着した付着物に吹き付け、その付着物をノズルベーンから効率的に除去することが可能となる。尚、要求判定手段は、制御手段の他に、例えばＥＣＵに備えられてもよい。この場合に、要求信号は、例えばＥＣＵ内で発生されてもよい。

この態様では、前記制御手段は、前記内燃機関が停止したことを示す一若しくは複数のセンサ出力又は一若しくは複数のパラメータに応じて、前記停止処理が完了したか否かを判定する完了判定手段を備え、該完了判定手段により前記停止処理が完了したと判定された場合に、前記閉じ位置へ変位するように前記ノズル機構を制御してもよい。

このように構成すれば、例えば車両が走行中に、例えばＣＰＵ、及び通信装置等を備える完了判定手段によって、例えばＥＣＵ、内燃機関の部位等からのセンサ出力又はパラメータに応じて、停止処理が完了されたか否かが判定される。ここで「センサ出力」とは、例えばセンサにより測定された回転数、減速度等の測定値を意味する。また、「パラメータ」とは、例えば内燃機関の制御に使用される制御パラメータを意味し、例えば走行速度、回転数等、又はそれらを示す変数を含んでいる。即ち、「センサ出力又はパラメータに応じて」とは、例えばこのようなセンサ出力又はパラメータと、内燃機関が停止した状態を示す予め設定された閾値等とを比較した結果を意味する。この判定の結果として、例えば測定値が閾値より大きい若しくは小さい又は零となり、停止処理が完了されたと判定された場合に、制御手段の制御下で、例えばノズルベーンが閉じ位置へ変位される。これにより、停止処理が完了された直後に、タービン及びコンプレッサの回転を迅速に停止させ、内燃機関の吸気系へ送られる吸気量をより低減することが可能となる。尚、完了判定手段は、制御手段の他に、例えばＥＣＵに備えられてもよい。

本発明に係るターボチャージャの制御装置の他の態様では、当該制御装置は、前記内燃機関と、前記内燃機関と共に又は前記内燃機関に代えて動力を出力する電動発電機を備えるハイブリッド自動車に搭載される。

この態様によれば、当該制御装置が搭載されたハイブリッド自動車では、例えば一定速度以上の走行で、内燃機関が駆動され、一定速度以下の走行で、例えばモータ等の電動発電機が駆動される。この場合に、内燃機関が停止された後に、電動発電機だけ駆動されることもあり、内燃機関の停止時期と、電動発電機（即ち、ハイブリッドシステム）の停止時期とは、必ずしも一致しない。このため、内燃機関における停止処理が要求された後に、ノズル機構を開き位置又は開き位置側に所定時間維持してから停止処理を実行するようにして、停止要求の直後に内燃機関が停止されなくても、駆動系の停止についてドライバーに違和感を感じさせない。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。

以下、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

先ず、実施形態に係るターボチャージャの制御装置の構成について図１を参照して説明する。ここに図１は、実施形態に係るターボチャージャを搭載したハイブリッド自動車の概要を示すブロック図である。

図１において、本実施形態に係るハイブリッド自動車１００は、動力系として、エンジン（内燃機関）１０、減速機構１１、モータジェネレータ１２、ターボチャージャ２０及びノズル機構２５を備えると共に、制御系としてＥＣＵ３０及びノズル制御部４０を備える。

エンジン１０は、不図示の動弁系、吸気系、燃料系、点火系及び排気系を備えており、ＥＣＵ３０の制御により一連の燃焼行程を実行し、出力軸を回転させる。この出力軸の回転は、ハイブリッド自動車１００が一定速以上で走行する場合に、減速機構１１を介して不図示の駆動輪に伝達される。エンジン１０には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。

モータジェネレータ１２は、不図示のバッテリに蓄電されている電力により、駆動される。モータジェネレータ１２の駆動力は、内燃機関１０の始動時、及びハイブリッド自動車１００が一定速以下で走行する場合に、減速機１１を介して駆動輪に伝達される。

ターボチャージャ２０は、タービン２１、コンプレッサ２２、及びタービンシャフト２３を備える。タービンシャフト２３は、タービン２１及びコンプレッサ２２を相互に接続している。タービン２１及びコンプレッサ２２は、複数のベーン（即ち、翼又は羽根）を夫々備える。

タービン２１は、排気通路３を流れる排気を受けて回転される。タービンシャフト２３は、タービン２１の回転力を、コンプレッサ２２に伝達する。コンプレッサ２２は、その回転力により回転され、空気を圧縮してエンジン１０へ送る。

ノズル機構２５は、ノズルべーン２６、及び駆動部２７を備える。ノズルベーン２６は、複数のべーンの集合体であって、タービン２１を取り囲むように配置されている。ノズルベーン２６は、駆動部２７により制御され、閉じ位置又は開き位置（若しくは開き位置側）に回動される。

駆動部２７は、本発明に係る「駆動手段」の一例として、直流モータを含んでいる。駆動部２７は、ノズル制御部４０からの閉じ信号又は開き信号を受けて、直流モータを駆動し、ノズルベーン２６を閉じ位置又は開き位置（若しくは開き位置側）に回動させる。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＡ／Ｄ変換器等を含んで構成され、エンジン１０の各部を総括的に制御する。ＥＣＵ３０は、要求検知部３１及び停止検知部３２を備える。

要求検知部３１は、当該ハイブリッド自動車１００の減速度が所定の減速度閾値より大きくなり、エンジン１０を停止させる停止処理が要求されていると判定した場合に、停止要求信号（即ち、本発明に係る「要求信号」の一例）をノズル制御部４０へ送信する。ＥＣＵ３０は、その送信から所定時間Ｔ０（即ち、本発明に係る「所定時間」の一例）が経過した時に、停止処理を実行する。停止検知部３２は、エンジン１０の回転数が零となり、停止処理が完了したと判定した場合に、停止完了信号をノズル制御部４０へ送信する。

ノズル制御部４０は、本発明に係る「制御手段」の一例として、ノズル機構２５の各部を制御して、タービン２２へ通じる排気通路３の断面積を切り替えるノズル制御処理を行う。ノズル制御部４０は、ノズル制御処理を実行するために、要求判定部４１及び停止判定部４２を備える。

要求判定部４１は、要求検知部３１からの停止要求信号を受信した場合に、ノズルベーン２６を開き位置又は開き位置側に回動する旨の開き信号を駆動部２７へ送信する。停止判定部４２は、停止検知部３２からの停止完了信号を受信した場合に、ノズルベーン２６を閉じ位置に回動する旨の閉じ信号を駆動部２７へ送信する。

次に、ノズル制御処理における内燃機関及びノズル機構の状態について図２を参照して説明する。ここに図２は、ノズル制御処理における内燃機関及びノズル機構の状態を時系列に示すグラフである。

図２において、横軸には、エンジン１０の「駆動時間」がとられ、縦軸には、「停止要求」、「ノズル位置」、「回転数」及び「排気流量」がとられている。

「停止要求」について、要求検知部３１により停止要求信号が発信された以後に、停止要求が「ＯＮ」になる。「ノズル位置」について、停止要求が「ＯＮ」に変わった場合に、駆動部２７によりノズルベーン２６が開き位置（即ち、全開位置）に向けて回動される。この回動が開始されてから時間Ｔ１が経過すると、駆動部２７によりノズルベーン２６が全開となる。「回転数」について、停止要求が「ＯＮ」に変わってから所定時間Ｔ０が経過して、ＥＣＵ３０によりエンジン１０を停止させる停止処理が実行される。この実行により、エンジン回転数が零に向けて徐々に減少される。「排気流量」について、停止要求が「ＯＮ」に変わり、時間Ｔ１が経過してノズル位置が「全開」となった場合に、排気流量が最大になる。また、停止要求が「ＯＮ」に変わってから所定時間Ｔ０が経過して、回転数が減少されることに対応して、排気流量も零に向けて徐々に減少される。
（ノズル制御処理）

次に、本実施形態に係る制御手段によるノズル制御処理について図３を参照して説明する。ここに図３は、本実施形態に係るノズル制御処理を示すフローチャートである。

図３において、先ず要求検知部３１及び要求判定部４１によって、エンジン１０に対する停止要求の有無が判定される（ステップＳ５１）。この判定の結果として、エンジン１０に対する停止要求が無い場合に（ステップＳ５１：ＮＯ）、ステップＳ５５の処理を行う。

一方、ステップＳ５１の判定の結果として、エンジン１０に対する停止要求が有る場合に（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、ノズル制御部４０及び駆動部２７によって、ノズルベーン２６が全開側（言い換えれば、開き位置側）に回動される（ステップＳ５２）。この回動により、未だ駆動されているエンジン１０から、高速且つ多量の排気がノズルベーン２６を流れ、ノズルベーン２６の付着物が除去される。この後に、所定時間Ｔ０が経過したか否かが判定される（ステップＳ５３）。この判定の結果として、所定時間Ｔ０が未だ経過していない場合に（ステップＳ５３：ＮＯ）、所定時間Ｔ０が経過するまで、ステップＳ５２の処理が継続される。

一方、ステップＳ５３の判定の結果として、所定時間Ｔ０経過した場合に（ステップＳ５３：ＹＥＳ）、エンジン１０の停止処理が開始される（ステップＳ５４）。この後、停止検知部３２及び停止判定部４１によって、ハイブリッド自動車１００のシステムに対する停止要求の有無（言い換えれば、エンジン１０における停止処理の完了）が判定される（ステップＳ５５）。この結果として、システムに対する停止要求が未だ無い（即ち、停止処理が未だ完了されない）場合に（ステップＳ５５：ＮＯ）、ステップＳ５１からＳ５４の処理が繰り返し行われる。

一方、ステップＳ５５の判定の結果として、システムに対する停止要求が有る（即ち、停止処理が完了された）場合に（ステップＳ５５：ＹＥＳ）、ノズル制御部４０及び駆動部２７によって、ノズルベーン２６が全閉に回動される（ステップＳ５６）。この回動により、タービン２２及びコンプレッサ２１の回転が停止され、エンジン１０の吸気系へ送られる吸気量が低減される。これにより、一連のノズル制御処理が終了される。

このように、本実施形態のノズル制御処理によれば、エンジン１０において停止処理が要求された場合に、その停止処理が開始されるのに先立って所定時間Ｔ０だけ、ノズルベーン２６を開き位置又は開き位置側に変位させることにより、エンジン１０からの多量の排気をノズルベーン２６に流すことが可能となる。これにより、多量な排気を、ノズルベーン２６の内部に付着した付着物に吹き付け、その付着物をノズルベーン２６から剥がれ易くする。よって、ノズルベーン２６の付着物を効率的に或いは確実に除去することが可能となる。

尚、本実施形態のノズル制御処理では、ステップＳ５２の処理により、ノズルベーン２６が全開側（即ち、開き位置側）に回動されるが、完全に全開（即ち、完全なる開き位置）に回動されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能である。

実施形態に係るターボチャージャの制御装置を示すブロック図である。 図１の内燃機関及びノズル機構の状態を時系列に示すグラフである。 実施形態に係るノズル制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関、２０…ターボチャージャ、２５…ノズル機構、２６…ノズルベーン、３０…ＥＣＵ、４０…ノズル制御部、１００…ハイブリッド自動車

Claims (4)

1. 内燃機関からの排気系にタービンを有すると共に前記内燃機関の吸気系にコンプレッサを有するターボチャージャにおいて、前記タービンへの排気の流量を制御する制御装置であって、
   前記内燃機関から前記タービンへ流される排気の流量を変更すべく、前記流量が最大となる開き位置及び前記流量が零となる閉じ位置間で変位可能なノズル機構と、
   前記内燃機関を停止させる停止処理が要求された場合に、前記停止処理が完了される前に、前記開き位置へ又は前記閉じ位置より前記開き位置側へ変位するように前記ノズル機構を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記停止処理が要求された場合に、前記停止処理が開始されるのに先立って所定時間だけ継続して、前記ノズル機構を前記開き位置又は前記開き位置側へ変位するように前記ノズル機構を制御すると共に、前記停止処理が完了した後に、前記閉じ位置へ変位するように前記ノズル機構を制御し、
   当該制御装置は、前記内燃機関と、前記内燃機関と共に又は前記内燃機関に代えて動力を出力する電動発電機とを備えるハイブリッド自動車に搭載される
   ことを特徴とするターボチャージャの制御装置。
2. 前記ノズル機構は、前記排気の流路に配置され且つ前記排気の流量を変更するためのノズルベーンと、前記開き位置及び前記閉じ位置間で前記ノズルベーンを変位させることが可能な駆動手段とを備え、
   前記制御手段は、前記停止処理が要求された場合に、前記停止処理が完了される前に、前記ノズルベーンを前記開き位置又は前記開き位置側へ変位させるように前記駆動手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャの制御装置。
3. 前記制御手段は、
   前記停止処理を要求する旨の要求信号の内容又は有無に応じて、前記停止処理が要求されたか否かを判定する要求判定手段を備え、
   該要求判定手段により前記停止処理が要求されたと判定された場合に、前記開き位置又は前記開き位置側へ変位するように前記ノズル機構を制御する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のターボチャージャの制御装置。
4. 前記制御手段は、
   前記内燃機関が停止したことを示す一若しくは複数のセンサ出力又は一若しくは複数のパラメータに応じて、前記停止処理が完了したか否かを判定する完了判定手段を備え、
   該完了判定手段により前記停止処理が完了したと判定された場合に、前記閉じ位置へ変位するように前記ノズル機構を制御する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のターボチャージャの制御装置。

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