JP2003227343A - 可変ノズルターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジン始動時に誤った開度が開度制御の基準
開度として設定されるのを抑制する。 【解決手段】エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣ
Ｕ）４６は、ノズルベーン２９の目標開度に対応した開
度指令値を算出する。また、エンジン始動のためのバッ
テリ１５からの電力供給開始時には、ノズル開度センサ
５２によって検出されたノズルベーン２９のノズル開度
を開度指令値の初期値として算出する。ターボコントロ
ーラ５１は、電力供給開始時のノズル開度センサ５２に
よるノズル開度を基準開度として設定し、これを基準と
し、ノズル開度が目標開度となるように開度指令値に従
ってＤＣモータ３４を制御する。さらに、エンジンＥＣ
Ｕ４６は電力供給開始後、ターボコントローラ５１での
基準開度がリセットされ得る状況を推定し、推定期間中
は前記初期値を開度指令値として保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンホイール
に吹付けられる排気ガスの経路に可変ノズルを備え、そ
の可変ノズルの開度を変更して排気ガスの流速を調整す
るようにした可変ノズルターボチャージャの制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両に搭載されたエンジンの出
力を向上させるためには、燃焼室に充填される空気の量
を増やすことが望ましい。そこで、ピストンの移動にと
もなって燃焼室内に発生する負圧を利用して空気を燃焼
室に送り込むだけでなく、その空気を強制的に燃焼室に
送り込んで、燃焼室への空気の充填効率を高めるように
した過給機が種々実用化されている。この過給機の一形
態として可変ノズルターボチャージャがある。

【０００３】このタイプのターボチャージャでは、ター
ビンホイールに吹付けられる排気ガスの経路に可変ノズ
ル機構が設けられている。そして、アクチュエータによ
って可変ノズル機構のノズルベーンが開閉され、タービ
ンホイールに吹付けられる排気ガスの流速が変化する。
その結果、タービンホイールの回転速度が調整され、燃
焼室に強制的に送り込まれる空気の量、ひいては過給圧
（吸気圧）が調整される。

【０００４】アクチュエータは、コントローラの中央処
理装置（ＣＰＵ）によって駆動制御される。この制御に
際しては、例えば、ノズルベーンの開度が開度センサに
よって検出される。また、ノズルベーンの目標開度に対
応した開度指令値が算出される。例えば、エンジンを始
動させるために、運転者によりイグニション（ＩＧ）ス
イッチがオン操作されると、ノズルベーンを全閉にする
ための開度指令値が算出される。また、前記操作に応じ
てバッテリから電力の供給が開始されると、そのときの
ノズル開度に対応した値が開度指令値の初期値として算
出される。

【０００５】さらに、コントローラが不揮発性のメモリ
を備えていない場合、電力供給が開始される毎に、開度
センサによるノズル開度が基準開度として設定される。
このようなノズルベーンの基準開度の設定に関する技術
は、例えば、特開２００１−１０７７３８公報に記載さ
れている。そして、基準開度を基準として、開度センサ
によるノズル開度が目標開度となるように、開度指令値
に従ってアクチュエータが駆動制御される。その結果、
エンジン停止時にはノズルベーンが全閉にされ、次回の
エンジン始動時には全閉が開度指令値及び基準開度とし
て設定される。そして、この基準開度が基準とされてノ
ズル開度の制御が行われる。なお、前記のように基準開
度を基準とした制御を行うのは、開度センサのばらつき
等による影響を少なくするためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、極低温時等
において、図８（ａ）に示すように、エンジン始動のた
めにイグニションスイッチがオンされた場合（タイミン
グｔ１）、図８（ｂ）に示すように、スタータが作動
（オン）している期間（タイミングｔ２〜ｔ１０）に
は、スタータで多くの電力が消費される。これは、前記
の状況下では、エンジンオイルの粘度が高くクランク軸
を回転させるのにスタータに大きな力が要求されるから
である。また、図８（ｃ）に示すように、クランク軸の
回転速度（エンジン回転速度ＮＥ）は、例えば、燃焼サ
イクルにおける圧縮行程では低下し、爆発・燃焼行程で
は上昇する。このエンジン回転速度ＮＥの変動にともな
い、スタータに要求される力が変化し、電力消費量（電
圧降下）も変化する。

【０００７】従って、極低温等でのエンジン始動時に
は、コントローラに供給される電圧も変動する。これに
合せて、図８（ｄ）に示すように、コントローラの中央
処理装置（ＣＰＵ）への電圧も変動する。そして、この
電圧の変動が原因でＣＰＵがリセットされる場合があ
る。リセットは、電圧が低下して所定値Ｖ１以下になる
と（タイミングｔ３，ｔ５，ｔ７）ＣＰＵが動作を停止
し、再び電圧が所定値Ｖ１を越えると（タイミングｔ
４，ｔ６，ｔ８）ＣＰＵが動作を復帰する現象である。

【０００８】ＣＰＵはリセットされると、そのときの開
度センサによるノズル開度を読込み、これを基準開度と
して設定する。これは、前述したように、一旦設定され
た基準開度を、ＣＰＵの動作停止後に保持する手段（不
揮発性メモリ）がないからである。そのため、開度指令
値がエンジンの運転状態（例えばエンジン水温）に応じ
て変化し、初期値とは異なる値となっている状態でＣＰ
Ｕがリセットされると、そのときのノズル開度が基準開
度として設定される。その結果、ＣＰＵがリセットされ
る毎に基準位置が変わってしまうという問題がある。

【０００９】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、エンジン始動時に誤った開
度が開度制御の基準開度として設定されるのを抑制する
ことのできる可変ノズルターボチャージャの制御装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。請求
項１に記載の発明では、可変ノズルの開度変更により、
エンジンからタービンホイールに吹付けられる排気ガス
の流速を調整する可変ノズルターボチャージャと、前記
可変ノズルのノズル開度を検出する開度検出手段と、前
記可変ノズルの目標開度に対応した開度指令値を算出す
るとともに、前記エンジン始動のための電源からの電力
供給開始時には、そのときのノズル開度に対応した値を
開度指令値の初期値とする指令値算出手段と、前記電力
供給開始時の前記開度検出手段によるノズル開度を基準
開度として設定する基準開度設定手段と、前記基準開度
設定手段による基準開度を基準とし、前記開度検出手段
によるノズル開度が前記目標開度となるように、前記指
令値算出手段による開度指令値に従って前記可変ノズル
を制御する制御手段とを備える可変ノズルターボチャー
ジャの制御装置において、前記電力供給開始後、前記基
準開度設定手段による基準開度がリセットされ得る状況
を推定し、推定期間中は前記初期値を開度指令値として
保持する保持手段を備えている。

【００１１】上記の構成によれば、指令値算出手段で
は、可変ノズルの目標開度に対応した開度指令値が算出
される。特に、エンジン始動のために電源から電力供給
が開始されたときには、そのときのノズル開度に対応し
た値が開度指令値の初期値とされる。また、基準開度設
定手段では、電力供給開始時に開度検出手段によって検
出されたノズル開度が基準開度として設定される。すな
わち、開度指令値の初期値に対応した値が基準開度とさ
れる。そして、制御手段では、基準開度が基準とされ、
ノズル開度が目標開度となるように、開度指令値に従っ
て可変ノズルが制御される。この制御によって可変ノズ
ルの開度が変更され、エンジンから排出されてタービン
ホイールに吹付けられる排気ガスの流速が調整される。

【００１２】ところで、電源からの電力供給が開始され
た後、その電力量の変動が原因で、基準開度設定手段に
よって設定された基準開度がリセットされる場合があ
る。しかし、請求項１に記載の発明では、保持手段によ
り、電力供給開始後、基準開度がリセットされ得る状況
が推定される。そして、この状況が推定される期間中
は、初期値が開度指令値として保持される。その結果、
推定期間中は、可変ノズルは電力供給開始時の開度に保
持される。従って、前記のようにリセットされると、基
準開度設定手段において、そのときのノズル開度が基準
開度として設定されるが、電力供給開始時の開度が再度
設定されることとなる。このようにして、エンジン始動
時に、誤った開度が開度制御の基準開度として設定され
るのを抑制することが可能となる。

【００１３】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記可変ノズルターボチャージャ
は、前記可変ノズルが全閉となったときに接触するスト
ッパをさらに備えており、前記指令値算出手段は、前記
エンジンを停止させるための操作に応じて前記可変ノズ
ルを全閉とするための開度指令値を算出する。

【００１４】上記の構成によれば、エンジンを停止させ
るための操作が行われると、その操作に応じて指令値算
出手段では、可変ノズルを全閉とするための開度指令値
が算出される。この開度指令値に従って可変ノズルが制
御されることで、同可変ノズルがストッパに突当たるま
で作動する。ストッパに突当たったところで閉じ側への
作動が機械的に規制され、可変ノズルが止まる。このと
き可変ノズルは全閉状態となっているため、次回、エン
ジン始動のために電力供給が開始される場合にも、可変
ノズルは初期状態として全閉になっている。これにとも
ない、全閉が開度指令値の初期値及び基準開度とされ
る。前述したように電力供給開始時には、常に可変ノズ
ルがストッパに突当たった状態（全閉状態）となってい
ることから、得られる開度指令値の初期値及び基準開度
は精度の高いものとなる。

【００１５】加えて、ノズル開度の変化に対する排気ガ
スの流速や過給圧の変化の度合は、開き側よりも閉じ側
の方が大きい。別の表現をすると、ノズル開度にばらつ
きがあった場合、流速や過給圧は開き側の領域よりも閉
じ側の領域において大きく影響を受ける。この点につい
て、請求項２に記載の発明では、全閉が基準開度として
設定される。このため、開き側で基準開度が設定された
場合にはノズル開度がわずかにずれただけで流速や過給
圧にきな影響を及ぼすおそれがあるが、全閉を基準開度
とすることでこのような影響を小さくすることが可能と
なる。

【００１６】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
２に記載の発明において、前記保持手段は、前記エンジ
ンの出力軸の回転速度が所定値よりも低いとき前記基準
開度がリセットされ得る状況であると推定する。

【００１７】ここで、エンジンの回転速度と、電圧低下
による基準開度のリセットとの間には一定の関係がある
と考えられる。例えば、エンジン始動に際し、エンジン
の出力軸を強制的に回転駆動するスタータが設けられて
いる場合、極低温時等では、エンジンのオイルの粘度が
高い。このことから、出力軸を回転させるためにスター
タに要求される力が大きく、多くの電力が消費される。
このときには出力軸の回転速度（エンジン回転速度）も
低い。また、エンジン回転速度は、燃焼サイクルの圧縮
行程では低下し、爆発・燃焼行程では上昇する。このた
め、前記エンジン回転速度の変動にともないスタータに
要求される力及び電力消費量が変化する。その結果、電
源の電圧が変化し、基準開度設定手段に供給される電力
供給量が変化してリセットが起こる場合がある。

【００１８】これらの観点から、請求項３に記載の発明
では、エンジン回転速度が所定値よりも低いとき、基準
開度がリセットされ得る状況にあると保持手段によって
推定される。そして、この推定期間には、前述したよう
に初期値が開度指令値として保持される。このため、前
述した請求項１又は２に記載の発明の効果をより確実な
ものとすることができる。

【００１９】請求項４に記載の発明では、請求項１〜３
のいずれか１つに記載の発明において、前記指令値算出
手段は、前記電源から電力が供給されている状態で前記
エンジンが停止しているとき、前回の開度指令値を今回
の開度指令値として保持する。

【００２０】上記の構成によれば、指令値算出手段で
は、電源から電力が供給されている状態でエンジンが停
止したとき、すなわちエンジンストールが起きたとき、
前回の開度指令値が今回の開度指令値として保持され
る。従って、エンジン始動中にエンジンストールが発生
した場合には、初期値が今回の開度指令値とされること
となり、誤ってエンジン始動後の通常運転時と同様にし
て開度指令値が算出されるのを抑制することが可能とな
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態について、図１〜図７に従って説明する。

【００２２】図１に示すように、車両には、原動機とし
てエンジン１１が搭載されている。エンジン１１では、
その外部の空気が吸入空気として吸気通路１２を通り、
燃焼室に取込まれる。また、燃料噴射弁から供給された
燃料が燃焼室内で燃焼される。そして、燃焼にともない
発生したエネルギーによって、出力軸であるクランク軸
１３が回転駆動される。燃焼により生じたガス（排気ガ
ス）は、排気通路１４を通ってエンジン１１の外部に排
出される。

【００２３】また、車両には、各種電気機器の電源とし
てバッテリ１５が搭載されている。各種電気機器には、
後述するエンジンＥＣＵ４６やターボコントローラ５１
も含まれている。バッテリ１５から各種電気機器への電
力の供給・停止は、運転者によるイグニションスイッチ
１６の操作に応じて行われる。イグニションスイッチ１
６は、周知のようにオフ位置とオン位置、同オン位置と
スタート位置との間を移動自在とされている。そして、
基本的にはイグニションスイッチ１６がオン位置に操作
されている間は、各種電気機器に電力が供給される。

【００２４】さらに、車両には、エンジン１１の始動装
置としてスタータ１７が設けられている。スタータ１７
もまたバッテリ１５を電源とした電気機器である。そし
て、イグニションスイッチ１６がオン位置からスタート
位置に操作されている間は、バッテリ１５からスタータ
１７に電力が供給される。この電力供給に応じてスター
タ１７では、スタータモータ１８の駆動ギヤ（ピニオ
ン）１９がフライホイール２１の周囲のリングギヤに噛
み合い、クランク軸１３を強制的に回転させる。

【００２５】エンジン１１には、過給機の一形態である
可変ノズルターボチャージャ２２が設けられている。可
変ノズルターボチャージャ２２は、排気通路１４を流れ
る排気ガスによって回転するタービンホイール２３と、
吸気通路１２に配置され、かつロータシャフト２５を介
してタービンホイール２３に一体回転可能に連結された
コンプレッサホイール２４とを備えている。可変ノズル
ターボチャージャ２２では、タービンホイール２３に排
気ガスが吹付けられて同ホイール２３が回転する。この
回転は、ロータシャフト２５を介してコンプレッサホイ
ール２４に伝達される。その結果、エンジン１１では、
ピストンの移動にともなって燃焼室内に発生する負圧に
よって空気が燃焼室に送り込まれるだけでなく、その空
気が可変ノズルターボチャージャ２２のコンプレッサホ
イール２４の回転によって強制的に燃焼室に送り込まれ
る（過給される）。このようにして、燃焼室への空気の
充填効率が高められる。

【００２６】また、可変ノズルターボチャージャ２２で
は、タービンホイール２３の外周を囲うように、そのホ
イール２３の回転方向に沿って排気ガス経路が形成され
ている。このため、排気ガスは排気ガス経路を通過し、
タービンホイール２３の軸線に向かって吹付けられる。
排気ガス経路には、弁機構からなる可変ノズル機構２６
が設けられている。可変ノズル機構２６は開閉動作する
ことで、排気ガス経路の排気ガス流通面積を変更し、タ
ービンホイール２３に吹付けられる排気ガスの流速を可
変とする。このように可変とすることで、タービンホイ
ール２３の回転速度が調整され、ひいては燃焼室に強制
的に送り込まれる空気の量が調整される。

【００２７】次に、可変ノズル機構２６の構造について
図２及び図３を参照して説明する。なお、図２は、可変
ノズル機構２６をコンプレッサホイール２４側（図１の
上側）から見た正面図であり、図３は図２のＸ−Ｘ線断
面図である。図３中、可変ノズル機構２６の中心付近に
ついては図示が省略されている。

【００２８】これら図２及び図３に示すように、可変ノ
ズル機構２６は、リング状のノズルバックプレート２７
を備えている。ノズルバックプレート２７には、複数の
軸２８が、同プレート２７の円心Ｏを中心として略等角
度毎に設けられている。各軸２８は、ノズルバックプレ
ート２７に回動可能に挿通されている。各軸２８につい
て、ノズルバックプレート２７から露出する一方の端部
（図３の下端部）には、可変ノズルとしてノズルベーン
２９が固定されている。また、各軸２８について、ノズ
ルバックプレート２７から露出する他方の端部（図３の
上端部）には開閉レバー３１が固定されている。各開閉
レバー３１は、軸２８と直交してノズルバックプレート
２７の外縁部に延びている。各開閉レバー３１の先端部
には、二股状に分岐した一対の挟持部３１ａが形成され
ている。

【００２９】各開閉レバー３１とノズルバックプレート
２７との間には、そのノズルバックプレート２７に重な
った状態でリングプレート３２が配置されている。リン
グプレート３２には、リンク機構３３等の伝達手段を介
して直流（ＤＣ）モータ３４が駆動連結されている（図
１参照）。ＤＣモータ３４は、リングプレート３２を周
方向に回動させるためのアクチュエータとして用いられ
ている。リングプレート３２には、円心Ｏを中心として
略等角度毎に複数のピン３５が固定されている。各ピン
３５は、前述した開閉レバー３１の挟持部３１ａによっ
て回動可能に挟持されている。このようにして、全ノズ
ルベーン２９は、軸２８、開閉レバー３１及びピン３５
を介して共通のリングプレート３２に連結されている。

【００３０】そのため、ＤＣモータ３４によってリング
プレート３２が円心Ｏを中心に回動されると、各ピン３
５も同方向へ変位する。この変位により、各ピン３５が
各開閉レバー３１の挟持部３１ａをリングプレート３２
の回動方向へ押す。この押圧に応じて、各開閉レバー３
１が軸２８を中心とし、その軸２８と一体となって回動
する。この回動にともない、各ノズルベーン２９が軸２
８を中心にして各々同期した状態で開閉動作する。これ
にともない、隣合うノズルベーン２９間の隙間が、各ノ
ズルベーン２９の回動角度（開度）に応じた大きさとな
り、排気ガス経路を介してタービンホイール２３に吹付
けられる排気ガスの流速が調整される。例えば、ノズル
ベーン２９が閉じ側に回動すると、タービンホイール２
３に吹付けられる排気ガスの流速が大となる。反対に、
ノズルベーン２９が開き側に回動すると、タービンホイ
ール２３に吹付けられる排気ガスの流速が小となる。

【００３１】各ノズルベーン２９の開閉範囲は、ノズル
バックプレート２７に設けられたストッパ３６によって
決められる。図２ではストッパ３６が３つ設けられてい
るが、この数は適宜変更可能である。ストッパ３６は、
図４に示すように、隣合う開閉レバー３１の間に位置し
ている。そして、ノズルベーン２９を最大限に開き側に
回動させると、隣合う開閉レバー３１の一方（図４では
下方）が、実線で示すようにストッパ３６に突当てられ
る。また、ノズルベーン２９を最大限に閉じ側に回動さ
せると、隣合う開閉レバー３１の他方（図４では上方）
が、二点鎖線で示すようにストッパ３６に突当てられ
る。このようにストッパ３６によって制限された開閉範
囲内で、ノズルベーン２９の開度制御が行われる。

【００３２】図１に示すように、車両には、エンジン１
１の運転状態を検出するために各種センサ４１〜４３が
設けられている。例えば、クランク軸１３の近傍には、
同軸１３が所定角度回転する毎にパルス信号を出力する
クランク角センサ４１が配置されている。このパルス信
号は、クランク軸１３の時間当りの回転数であるエンジ
ン回転速度ＮＥの検出に用いられる。シリンダブロック
には、冷却水の温度である冷却水温を検出する水温セン
サ４２が取付けられている。アクセルペダルの近傍に
は、運転者による同ペダルの踏込み量であるアクセル開
度を検出するアクセル開度センサ４３が配置されてい
る。

【００３３】また、これらのセンサ４１〜４３の検出値
等に基づき、エンジン１１の各部の作動を制御する手段
として、車両にはエンジン電子制御ユニット（以下「エ
ンジンＥＣＵ」という）４６が設けられている。エンジ
ンＥＣＵ４６は、メインリレー４７及びイグニションス
イッチ１６を介してバッテリ１５に接続されている。メ
インリレー４７は、接点４８と、この接点４８を開閉制
御するための励磁コイル４９とを備えている。

【００３４】エンジンＥＣＵ４６は、マイクロコンピュ
ータを中心として構成されている。エンジンＥＣＵ４６
では、中央処理装置（ＣＰＵ）が前記各種センサ４１〜
４３の検出値等に基づき、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）
に記憶されている制御プログラムや初期データに従って
演算処理を行い、その演算結果に基づいて各種制御を実
行する。ＣＰＵによる演算結果は、ランダムアクセスメ
モリ（ＲＡＭ）において一時的に記憶される。さらに、
エンジンＥＣＵ４６は、不揮発性メモリからなるバック
アップＲＡＭを備えている。バックアップＲＡＭは、エ
ンジンＥＣＵ４６に対する電力供給が停止された後に
も、前記ＲＡＭ内の各種データを保持するために、バッ
テリ１５によってバックアップされている。

【００３５】エンジンＥＣＵ４６は、前記各種制御とし
て、例えばイグニションスイッチ１６の操作に応じてメ
インリレー４７を制御することにより、エンジンＥＣＵ
４６自身への電力供給を制御する。具体的には、イグニ
ションスイッチ１６がオン位置へ操作されると、メイン
リレー４７の励磁コイル４９を励磁する。この励磁によ
り接点４８が閉成され、エンジンＥＣＵ４６にはバッテ
リ１５から電力が供給される。一方、イグニションスイ
ッチ１６がオフ位置へ操作されると、所定の条件（例え
ばエンジン停止に係る各種制御が終わること）が満たさ
れた後に励磁コイル４９を消磁する。その結果、イグニ
ションスイッチ１６のオフ後もしばらくはエンジンＥＣ
Ｕ４６に電力が供給される。その後、接点４８が開成さ
れ、バッテリ１５からエンジンＥＣＵ４６への電力供給
が停止される。なお、エンジン停止に係る制御には、後
述するノズルベーン２９を全閉にするためのＤＣモータ
３４の制御が含まれている。

【００３６】また、エンジンＥＣＵ４６は燃料噴射制御
を実行する。この燃料噴射制御では、燃料噴射弁から噴
射される燃料の量及び噴射時期を、クランク角センサ４
１によるエンジン回転速度ＮＥ、アクセル開度センサ４
３によるアクセル開度、水温センサ４２による冷却水温
等に基づき決定する。そして、クランク角センサ４１の
出力信号が燃料噴射開始時期と一致した時点で、燃料噴
射弁への通電を開始する。この開始時点から、前記燃料
噴射量に対応した燃料噴射時間が経過した時点で通電を
停止する。

【００３７】また、エンジンＥＣＵ４６は、開度指令値
を算出する手段として機能する。すなわち、エンジンＥ
ＣＵ４６はノズルベーン２９の目標開度として、０〜１
１０％の間で開度指令値を算出し出力する。開度指令値
は、ノズルベーン２９を開き側に制御しようとするほど
０％寄りの値とされ、ノズルベーン２９を閉じ側に制御
しようとするほど１００％寄りの値とされる。開度指令
値１００％では、開閉レバー３１がストッパ３６から若
干離間し、開度指令値１１０％では、開閉レバー３１が
ストッパ３６に付当てられ、ノズルベーン２９が全閉と
なる。

【００３８】なお、エンジン運転時には、０〜１００％
の間の値が開度指令値として算出及び出力される。ま
た、エンジン停止のためにイグニションスイッチ１６が
オフ位置に操作された場合には、１１０％が開度指令値
として算出及び出力される。１１０％は、全閉突当ての
実行を指令するために、０〜１００％の開度指令とは別
の、開度と直接比例しない指令値である。

【００３９】さらに、前記エンジンＥＣＵ４６とは別に
ターボコントローラ５１が、ノズルベーン２９の開度を
直接制御するための手段として設けられている。ターボ
コントローラ５１は、前記メインリレー４７を介してバ
ッテリ１５に接続されている。また、ターボコントロー
ラ５１はエンジンＥＣＵ４６に接続されており、同ＥＣ
Ｕ４６から通信により前記開度指令値を受信する。ま
た、ターボコントローラ５１には、可変ノズル（ノズル
ベーン２９）の開度を検出する開度検出手段として、ノ
ズル開度センサ５２が接続されている。ターボコントロ
ーラ５１は、ＣＰＵ５０、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えている
点でエンジンＥＣＵ４６と共通するが、コスト削減等を
意図して、バックアップメモリ等の不揮発性メモリを備
えていない点でエンジンＥＣＵ４６と異なっている。

【００４０】ここで、ターボコントローラ５１のＣＰＵ
５０は、供給される電圧が所定値を上回った場合に正常
に動作し、所定値Ｖ１以下になると一旦動作を止める。
そして、ＣＰＵ５０は、電圧が再び所定値Ｖ１を上回る
と動作を再開する。この現象はＣＰＵ５０のリセットと
呼ばれる。同様の現象はエンジンＥＣＵ４６のＣＰＵで
も起こる。

【００４１】ターボコントローラ５１は、エンジンＥＣ
Ｕ４６から受信した開度指令値と、ノズル開度センサ５
２の検出値とに基づきＤＣモータ３４を駆動制御し、ノ
ズルベーン２９の開度を制御する。なお、エンジン停止
のためにイグニションスイッチ１６がオフ位置に操作さ
れた場合には、前述したように１１０％の開度指令値を
受信する。このことから、開閉レバー３１がストッパ３
６に突当てられるまでノズルベーン２９が回動される。
開閉レバー３１がストッパ３６に突当たったところで、
ノズルベーン２９は止まる。この状態では、ノズルベー
ン２９は全閉となる。

【００４２】ところで、ターボコントローラ５１に不揮
発性メモリが設けられていない本実施形態では、エンジ
ン停止時等、ターボコントローラ５１への電力供給が停
止されているときに基準開度についての情報を記憶して
おく手段がない。このため、エンジン１１の始動に際し
バッテリ１５から電力が供給される毎に基準開度を設定
することが要求される。

【００４３】これに対しては、ターボコントローラ５１
が基準開度を設定する手段として機能する。すなわち、
前述したように、エンジン停止時において、開度指令値
を１００％よりも閉じ側の値（１１０％）とすることに
より、開閉レバー３１がストッパ３６に突当たるまでノ
ズルベーン２９を閉じ側に回動させている。従って、次
回のエンジン始動時に設定される基準開度は、開閉レバ
ー３１がストッパ３６に突当てられたときのノズルベー
ン２９の開度、すなわち全閉となる。そのため、エンジ
ン始動直後から前記基準開度をもとにノズルベーン２９
を精度よく回動させることが可能となる。

【００４４】次に、前記のように構成された本実施形態
の作用について説明する。図６のフローチャートは、エ
ンジンＥＣＵ４６が実行する各処理のうち、開度指令値
を算出するためのルーチンを示している。エンジンＥＣ
Ｕ４６は、このルーチンを、イグニションスイッチ１６
がオン位置に操作されて、バッテリ１５から電力が供給
されている期間において、所定のタイミング、例えば所
定時間毎に実行する。

【００４５】エンジンＥＣＵ４６は、まずステップ１１
０において、開度指令値の初期値が既に設定されている
かどうかを判定する。別の表現をすると、イグニション
スイッチ１６のオン位置への操作に応じて電力供給が開
始されて最初（初回）の制御周期であるかどうかを判定
する。この判定条件が満たされていないと、ステップ１
２０において、全閉に対応する開度指令値（１００％）
を、開度指令値の初期値として設定しＲＡＭに記憶す
る。そして、この開度指令値をターボコントローラ５１
に送信した後、開度指令値算出ルーチンを一旦終了す
る。

【００４６】これに対し、ステップ１１０の判定条件が
満たされていると、すなわち、既に開度指令値の初期値
が設定されていると、ステップ１３０へ移行する。ステ
ップ１３０では、イグニションスイッチ１６がオン位置
に操作されており、かつエンジンストールが発生してい
るかどうかを判定する。ここで、エンジンストールの発
生の有無は、クランク角センサ４１の信号に基づき判定
される。詳しくは、クランク角センサ４１から一定期間
（例えば０．５秒間）にわたりパルス信号が出力されて
いない場合、クランク軸１３が回転していないと考えら
れることから、エンジンストールが発生していると判定
される。

【００４７】ステップ１３０の判定条件が満たされてい
ないと、すなわちエンジン１１が運転されていると、ス
テップ１４０，１６０において、そのときの状況が、電
圧低下によりＣＰＵ５０がリセットされ得る状況である
かどうかを判定（推定）する。

【００４８】このような状況は、エンジン始動時、特に
極低温での始動時に起こりやすいと考えられる。詳しく
は、スタータ１７が作動している期間（クランキング期
間）には、スタータ１７で多くの電力が消費される。こ
れは、エンジンオイルの粘度が高くクランク軸１３を回
転させるのにスタータ１７に大きな力が要求されるから
である。また、エンジン回転速度ＮＥは、例えば、燃焼
サイクルにおける圧縮行程では低下し、爆発・燃焼行程
では上昇する。このエンジン回転速度ＮＥの変動にとも
ない、スタータ１７に要求される力が変化し、電力消費
量も変化する。従って、極低温等でのエンジン始動時に
は、ターボコントローラ５１に供給される電力も変動す
る。これに合せてＣＰＵ５０に供給される電圧も変動す
る。エンジン回転速度ＮＥがある値αを下回ると、電圧
が、ＣＰＵ５０のリセットが起き得る値（所定値Ｖ１）
よりも低くなる。値αは実験により求めることができ、
例えば３００回転／分が挙げられる。

【００４９】上記の点を考慮して、ステップ１４０で
は、まずクランキング中かどうかを判定する。詳しく
は、イグニションスイッチ１６のオン位置からスタート
位置への操作に応じてスタータ１７が作動（オン）して
いるかどうかを判定する。この判定条件が満たされてい
ると、ステップ１６０において、始動時用マップを参照
して開度指令値を算出する。この開度指令値は、可変ノ
ズルの目標開度に相当するものである。図５に示すよう
に、始動時用マップには、エンジン回転速度ＮＥと開度
指令値との関係が実験等により予め規定されている。具
体的には、前述した値α（３００回転／分）よりも若干
高い値が規定値βとして設定されている。そして、エン
ジン回転速度ＮＥが、この規定値βよりも低い領域で
は、ＣＰＵ５０がリセットされ得る状況であると考えら
れることから、開度指令値はエンジン回転速度ＮＥにか
かわらず、全閉に対応する値（１００％）に設定されて
いる。また、エンジン回転速度ＮＥが規定値β以上の領
域では、開度指令値はエンジン回転速度ＮＥが高くなる
につれて徐々に開き側の値となるように設定されてい
る。従って、同領域では、開度指令値はエンジン回転速
度ＮＥの上昇に従って減少する。

【００５０】そして、そのときのエンジン回転速度ＮＥ
に対応する開度指令値を前記始動時用マップから割出す
と、その開度指令値をターボコントローラ５１に送信
し、開度指令値算出ルーチンを一旦終了する。

【００５１】前述したステップ１４０の判定条件が満た
されていない（スタータオフ）場合には、ステップ１８
０において、通常運転時用の開度指令値を算出する。例
えば、エンジン回転速度ＮＥ、燃料噴射量等に基づき、
所定のマップ、所定の演算式等に従って開度指令値を求
める。そして、この開度指令値をターボコントローラ５
１に送信した後、開度指令値算出ルーチンを一旦終了す
る。

【００５２】また、ステップ１３０の判定条件が満たさ
れている場合、すなわち、電力が供給されている状態で
エンジンストールが発生している場合には、ステップ１
９０へ移行する。ここで、エンジンストール中であって
もターボコントローラ５１には電力が供給されているた
め、前回の開度指令値はＲＡＭに記憶されている。この
ことから、前回の開度指令値を今回の開度指令値として
保持する。なお、仮に開度指令値算出ルーチンにおい
て、ステップ１３０，１９０の処理が設けられていない
とすると、エンジンストール中に、ステップ１８０の処
理が行われて、誤って通常運転時用の開度指令値が求め
られ、開度制御に支障を来すおそれがある。ステップ１
３０，１９０の処理は、この不具合の発生を防止するた
めに設けられている。そして、ステップ１９０では、前
記のようにして保持した開度指令値をターボコントロー
ラ５１に送信し、その後、開度指令値算出ルーチンを一
旦終了する。

【００５３】一方、図示はしないが、ターボコントロー
ラ５１のＣＰＵ５０は、前述したようにバッテリ１５か
ら電力供給が開始されたときにノズル開度センサ５２の
検出値（ノズル開度）を読込み、これを基準開度として
設定する。そして、この基準開度を基準とし、ノズル開
度センサ５２によるノズル開度が目標開度となるよう
に、前記エンジンＥＣＵ４６から送信された開度指令値
に従ってＤＣモータ３４を駆動制御する。

【００５４】前述したようにエンジンＥＣＵ４６及びタ
ーボコントローラ５１によりＤＣモータ３４が制御され
ると、ノズル開度等は例えば図７に示すように変化す
る。図７では、先に図８において説明したものと同様
に、タイミングｔ１でイグニションスイッチ１６がオフ
位置からオン位置に操作されている。また、タイミング
ｔ２〜ｔ１０の期間では、さらにイグニションスイッチ
１６がスタート位置に操作されている。

【００５５】タイミングｔ１でのイグニションスイッチ
１６のオン操作により、メインリレー４７の励磁コイル
４９が励磁され、接点４８が閉成される。この閉成によ
り、エンジンＥＣＵ４６及びターボコントローラ５１の
両者に対し、バッテリ１５からの電力供給が開始され
る。エンジンＥＣＵ４６では開度指令値算出ルーチンが
開始されるが、最初の制御周期では未だ開度指令値の初
期値が設定されていない。このため、ステップ１１０→
１２０→リターンの順に処理が行われ、開度指令値の初
期値として全閉に対応する値（１００％）が設定され
る。また、ターボコントローラ５１では電力供給開始と
ともにノズル開度センサ５２の検出値が読込まれ、基準
開度として設定される。ここで、前回のエンジン停止時
にノズルベーン２９が全閉にされていることから、電力
供給開始時にはノズルベーン２９は全閉となっている。
このため、全閉に対応する値（１００％）が基準開度と
して設定される。

【００５６】開度指令値算出ルーチンの次回の制御周期
では、既に開度指令値の初期値が設定されていることか
ら、ステップ１１０→１３０の順に処理が行われる。こ
こで、電力供給開始後、未だスタータ１７がオン（作
動）されていないため、エンジンストール状態と判定さ
れ、ステップ１３０の処理を経た後ステップ１９０→リ
ターンの順に処理が行われる。ステップ１９０では前回
値である全閉（１００％）が開度指令値として設定され
る。従って、ノズルベーン２９は全閉状態を保持する。

【００５７】タイミングｔ２〜ｔ１０にわたってイグニ
ションスイッチ１６がスタート位置に操作されると、ス
タータ１７に電力が供給され、クランク軸１３が強制的
に駆動されてクランキングが行われる。この駆動によ
り、エンジン回転速度ＮＥが図７（ｃ）に示すように徐
々に上昇する。このとき、開度指令値算出ルーチンで
は、ステップ１１０→１３０→１４０→１６０→リター
ンの順に処理が行われる。上昇途中のエンジン回転速度
ＮＥが規定値βよりも低いと、ＣＰＵ５０がリセットさ
れ得る状況であると推定され、全閉（１００％）が開度
指令値として算出され送信される。この開度指令値に従
ってＤＣモータ３４が制御されることで、ノズルベーン
２９は全閉状態に保たれる。

【００５８】ここで、エンジン１１の始動が極低温等の
低温環境下で行われているとすると、ステップ１４０の
判定条件が満たされ、かつエンジン回転速度ＮＥが規定
値βよりも低くなる期間（タイミングｔ２〜ｔ９）が存
在し得る。この期間には、図７（ｃ）に示すようにエン
ジン回転速度ＮＥが変動しながら上昇する。これにとも
ないターボコントローラ５１に供給される電圧が変動す
る。この変動により電圧が所定値Ｖ１以下になると（タ
イミングｔ３，ｔ５，ｔ７）、ＣＰＵ５０が動作を停止
し、再び所定値Ｖ１を上回ると（タイミングｔ４，ｔ
６，ｔ８）、動作を再開する。このようにＣＰＵ５０が
リセットされると、ターボコントローラ５１は、そのと
きのノズル開度センサ５２によるノズル開度を読込み、
これを基準開度として設定する。しかし、前述したよう
に全閉に対応した値（１００％）が開度指令値として算
出され、ノズルベーン２９が全閉状態となっている。こ
のため、全閉が基準開度として設定されることになる。

【００５９】そして、タイミングｔ９でエンジン回転速
度ＮＥが規定値β以上になると、図５の始動時用マップ
に従い、そのエンジン回転速度ＮＥに応じた開度指令値
が算出され、この値に従ってＤＣモータ３４が制御され
る。その結果、図７（ｅ）に示すように、タイミングｔ
９〜ｔ１０の期間ではノズル開度が若干開き側に変化す
る。

【００６０】さらに、タイミングｔ１０でスタータ１７
がオフされると、クランキングが終わってエンジン１１
が通常の運転状態となる。開度指令値算出ルーチンで
は、ステップ１４０の処理が満たされなくなる。このた
め、ステップ１１０→１３０→１４０→１８０→リター
ンの順に処理が行われる。エンジン回転速度ＮＥ、燃料
噴射量等に基づき開度指令値が算出される。従って、こ
の開度指令値に従ってＤＣモータ３４が制御されること
で、ノズルベーン２９の開度はそのときの運転状態に応
じた開度に変化する。

【００６１】以上詳述した本実施形態によれば、次の効
果が得られる。 （１）エンジンＥＣＵ４６は、イグニションスイッチ１
６の操作にともなうバッテリ１５からの電力供給開始
後、基準開度がリセットされ得る状況を推定している
（ステップ１４０，１６０）。そして、この状況を推定
している期間中は、初期値を開度指令値として保持する
ようにしている（ステップ１６０）。このようにエンジ
ンＥＣＵ４６は保持手段として機能する。その結果、推
定期間中は、ノズルベーン２９は電力供給開始時の開度
に保持される。従って、ＣＰＵ５０がリセットされる
と、そのときのノズル開度が基準開度として設定される
が、電力供給開始時の開度が再度設定されることとな
る。このようにして、エンジン始動時に、誤った開度が
開度制御の基準開度として設定されるのを抑制すること
ができる。

【００６２】（２）エンジン１１を停止させるためにイ
グニションスイッチ１６がオフ位置に操作されると、エ
ンジンＥＣＵ４６はその操作に応じて、ノズルベーン２
９を全閉にするための開度指令値（１１０％）を算出す
るようにしている。そのため、この開度指令値に従って
ＤＣモータ３４が制御されることで、開閉レバー３１が
ストッパ３６に突当たるまで作動する。ストッパ３６に
突当たったところで、開閉レバー３１のそれ以上閉じ側
への作動が機械的に規制され、同開閉レバー３１が止ま
る。このときノズルベーン２９は全閉状態となっている
ため、次回、エンジン始動のために電力供給が開始され
る場合にも、ノズルベーン２９は初期状態として全閉に
なっている。これにともない、全閉が開度指令値の初期
値及び基準開度として設定される。前述したように電力
供給開始時には、開閉レバー３１がストッパ３６に突当
たってノズルベーン２９が全閉状態となっていることか
ら、得られる開度指令値の初期値及び基準開度は精度の
高いものとなる。

【００６３】（３）ノズル開度の変化に対する排気ガス
の流速や過給圧の変化の度合（感度）は、ノズルベーン
２９の開き側よりも閉じ側の方が大きい。別の表現をす
ると、ノズル開度にばらつきがあった場合、流速や過給
圧は開き側の領域よりも閉じ側の領域において大きく影
響を受ける。この点について、本実施形態では、全閉を
基準開度として設定している。このため、感度の大きな
領域から離れた開き側で基準開度が設定された場合に
は、ノズル開度がわずかにずれただけで流速、過給圧等
に比較的大きな影響を及ぼし、精度上不利である。しか
し、全閉を基準開度とすることでこのような影響を小さ
くすることができる。

【００６４】（４）エンジン回転速度ＮＥとＣＰＵ５０
のリセットとの間に相関関係が見られることに着目し、
エンジン回転速度ＮＥがある値αよりも低いと、ＣＰＵ
５０がリセットされ得る状況であると推定している。そ
して、この推定期間には、前述したように初期値を開度
指令値として保持している。このため、上記（１）〜
（３）の効果をより確実なものとすることができる。

【００６５】（５）バッテリ１５から電力が供給されて
いる状態でエンジンストールが起きたとき、前回の開度
指令値を今回の開度指令値として保持している（ステッ
プ１３０，１９０）。従って、エンジン始動中にエンジ
ンストールが発生した場合には、初期値が今回の開度指
令値とされることとなり、誤ってエンジン始動後の通常
運転時と同様にして開度指令値が算出されるのを抑制す
ることができる。

【００６６】なお、本発明は次に示す別の実施形態に具
体化することができる。 ・開度指令値算出ルーチンのステップ１６０における規
定値βを、電圧低下によりＣＰＵ５０のリセットが起こ
り得るエンジン回転速度ＮＥと同じ値αに設定してもよ
い。

【００６７】・開度指令値算出ルーチンのステップ１６
０の処理を以下のように変更してもよい。エンジン回転
速度ＮＥが規定値βよりも低いかどうかを判定する。こ
の判定条件が満たされている（ＮＥ＜β）の場合には、
ステップ１２０で設定された初期値を保持し、これを開
度指令値としてターボコントローラ５１に送信する。ま
た、前記判定条件が満たされていない場合（ＮＥ≧β）
には、ステップ１８０へ移行する。このようにすると、
図５の始動時用マップが不要となる。

【００６８】・ＣＰＵ５０がリセットされ得る状況を把
握する手段として、前記実施形態でのエンジン回転速度
ＮＥに代えて、バッテリ１５の電圧、外気温等を用いて
もよい。前者の場合、バッテリ電圧がある値以下になる
とＣＰＵ５０が動作を停止し、その値を上回ると動作を
復帰することから、この値とバッテリ電圧との比較結果
に基づきリセットされ得る状況であるかどうかを判定す
ることが可能である。また、後者の場合、外気温が低く
なると、エンジンオイルの粘度が高くなってスタータ１
７で消費する電力量が増大する。これにともないバッテ
リ電圧が低下し、ターボコントローラ５１への電力供給
量が減少して、リセットの原因となる。従って、所定の
値と外気温との比較結果に基づきリセットされ得る状況
であるかどうかを判定することができる。そのほかに
も、エンジンオイルの温度、粘度等に基づきリセットさ
れ得る状況を判定してもよい。さらに、前述した各種条
件を組合わせ、これらが全て成立した場合にリセットさ
れ得る状況であると推定してもよい。

【００６９】・可変ノズル機構２６を駆動するアクチュ
エータとしては、ＤＣモータ３４以外にも、トルクモー
タ、ロータリソレノイド等が用いられてもよい。 ・エンジン１１を停止させるためにイグニションスイッ
チ１６がオフ位置へ操作された場合、その操作に応じて
ノズルベーン２９を全開にするための開度指令値を算出
するようにしてもよい。この場合、エンジン停止にとも
ないノズルベーン２９が全開とされ、次回のエンジン始
動に際しては、ノズルベーン２９が全開した状態で開度
制御が開始されることとなる。

【００７０】・本発明は、ターボコントローラ５１が不
揮発性のメモリを備えていない場合に特に有用である
が、不揮発性のメモリを備えている場合にも適用可能で
ある。その他、前記各実施形態から把握できる技術的思
想について、それらの効果とともに記載する。

【００７１】（Ａ）請求項１又は２に記載の可変ノズル
ターボチャージャの制御装置において、前記保持手段
は、前記電源の電圧が所定値よりも低いとき前記基準開
度がリセットされ得る状況であると推定する。

【００７２】（Ｂ）請求項１又は２に記載の可変ノズル
ターボチャージャの制御装置において、前記保持手段
は、前記エンジンの周囲の温度が所定値よりも低いとき
前記基準開度がリセットされ得る状況であると推定す
る。

【００７３】電源の電圧、又はエンジン周囲の温度（外
気温）と基準開度のリセットとの間にはそれぞれ相関関
係が見られる。このことから、上記（Ａ）における電源
の電圧、又は（Ｂ）における温度に基づいても、基準開
度がリセットされ得る状況を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態についてその構成を示す略
図。

【図２】可変ノズル機構の正面図。

【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図。

【図４】可変ノズル機構の開閉レバーがストッパに突当
てられる様子を示す部分拡大図。

【図５】始動時用マップのマップ構造を示す略図。

【図６】開度指令値を算出する手順を示すフローチャー
ト。

【図７】ノズル開度等の変動態様を示すタイミングチャ
ート。

【図８】従来技術におけるノズル開度等の変動態様を示
すタイミングチャート。

【符号の説明】

１１…エンジン、１３…クランク軸（出力軸）、１５…
バッテリ（電源）、２２…可変ノズルターボチャージ
ャ、２３…タービンホイール、２９…ノズルベーン（可
変ノズル）、３６…ストッパ、４６…エンジンＥＣＵ、
５１…ターボコントローラ、５２…ノズル開度センサ
（開度検出手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｑ (72)発明者 小林 和千男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 成田 裕二 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機内 Ｆターム(参考） 3G005 EA04 EA15 EA16 FA24 GA04 GB24 GC08 GD07 GE08 GE09 JA39 JB22 JB25 3G084 BA08 CA01 CA07 DA07 DA25 EB24 EC01 EC03 FA00 FA03 FA33 FA36 3G301 HA01 HA11 JA03 KA01 KA28 LA00 ND42 NE16 PD00Z PE01Z PF16Z PG01Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変ノズルの開度変更により、エンジンか
   らタービンホイールに吹付けられる排気ガスの流速を調
   整する可変ノズルターボチャージャと、 前記可変ノズルのノズル開度を検出する開度検出手段
   と、 前記可変ノズルの目標開度に対応した開度指令値を算出
   するとともに、前記エンジン始動のための電源からの電
   力供給開始時には、そのときのノズル開度に対応した値
   を開度指令値の初期値とする指令値算出手段と、 前記電力供給開始時の前記開度検出手段によるノズル開
   度を基準開度として設定する基準開度設定手段と、 前記基準開度設定手段による基準開度を基準とし、前記
   開度検出手段によるノズル開度が前記目標開度となるよ
   うに、前記指令値算出手段による開度指令値に従って前
   記可変ノズルを制御する制御手段とを備える可変ノズル
   ターボチャージャの制御装置において、 前記電力供給開始後、前記基準開度設定手段による基準
   開度がリセットされ得る状況を推定し、推定期間中は前
   記初期値を開度指令値として保持する保持手段を備える
   ことを特徴とする可変ノズルターボチャージャの制御装
   置。
2. 【請求項２】前記可変ノズルターボチャージャは、前記
   可変ノズルが全閉となったときに接触するストッパをさ
   らに備えており、前記指令値算出手段は、前記エンジン
   を停止させるための操作に応じて前記可変ノズルを全閉
   とするための開度指令値を算出する請求項１に記載の可
   変ノズルターボチャージャの制御装置。
3. 【請求項３】前記保持手段は、前記エンジンの出力軸の
   回転速度が所定値よりも低いとき前記基準開度がリセッ
   トされ得る状況であると推定する請求項１又は２に記載
   の可変ノズルターボチャージャの制御装置。
4. 【請求項４】前記指令値算出手段は、前記電源から電力
   が供給されている状態で前記エンジンが停止していると
   き、前回の開度指令値を今回の開度指令値として保持す
   る請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変ノズルター
   ボチャージャの制御装置。