JP2009174363A - 可変容量型過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排ガスがタービンに向けて流れる際に通過する開口の面積を変更するベーンがアクチュエータにより駆動され、開口面積が調整され得る可変容量型過給機付き内燃機関に適用され、広い運転領域で開口面積の異常発生の有無を判定し得る制御装置の提供。
【解決手段】 この装置は、原則的にアクチュエータの作動位置を目標値に近づける通常制御を実行する。通常制御中に作動位置が第１位置から同位置よりも開口面積が大きい方向の第２位置に移動する場合にて、作動位置が第１、第２位置にある場合に開口面積Ａｅｑ０，Ａｅｑをそれぞれ算出する。差「Ａｅｑ−Ａｅｑ０」が基準値α以下である場合、開口面積の異常が発生していると判定されて、通常制御に代えて特殊制御が実行される。ここで、開口面積Ａｅｑは内燃機関の運転状態を表すパラメータが利用されて算出され得る。以上のことから、あらゆる運転領域にて開口面積の異常発生の有無が判定され得る。
【選択図】 図１７

Description

本発明は、内燃機関の排ガスのエネルギーによって駆動される可変容量型過給機（ターボチャージャ）付き内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の過給機は、一般に、内燃機関からの排ガスがタービン羽根車に向けて流れることで駆動されるようになっている。この種の過給機においては、上記排ガスが流れる際に通過する開口の開口面積を変更するもの（所謂可変容量型ターボチャージャ）が広く知られている。可変容量型ターボチャージャは、内燃機関の運転状態に応じて上記開口面積が変更され、排ガスの流速等が調整されるようになっている場合が多い。これにより、内燃機関の運転状態に応じた適切な過給がなされ得る。

この種の可変容量型ターボチャージャは、一般に、上記開口面積を変更する部材（例えば、バリアブルノズル等、以下、「開口面積変更部材」と称呼する。）と、開口面積変更部材を駆動するアクチュエータとを備えている。このアクチュエータの作動位置が変更されることで、上記開口面積の調整が達成される。

上述した開口面積変更部材と、アクチュエータとを備える可変容量型ターボチャージャにおいては、内燃機関の運転状態によって以下のような状態が発生することがある。その状態は、前記アクチュエータの前記作動位置が作動範囲における前記開口面積が小さい方向である第１方向の端から前記作動範囲における前記開口面積が大きい方向である第２方向の端まで移動する場合において、第１所定位置よりも前記第１方向の範囲では前記作動位置が移動しても前記開口面積が一定に維持されるとともに前記第１所定位置よりも前記第２方向の範囲では前記作動位置の移動に応じて前記開口面積が増大していき、前記作動位置が前記第２方向の端から前記第１方向の端まで移動する場合においては、前記作動範囲に亘って前記作動位置の移動に応じて前記開口面積が減少していく状態である。以下、この状態を「ヒステリシス発生状態」とも称呼する。

上記ヒステリシス発生状態では、所望の開口面積が得られず適切な過給が達成されないという事態が発生し得る。換言すれば、上記ヒステリシス発生状態は、上記開口面積の異常が発生している状態を表すものとなり得る。適切な過給を実行する観点から、上記開口面積の異常が発生しているか否かを正確に判定することが望まれている。このため、例えば、上記開口面積に相当する値（例えば、開口面積変更部材の位置）を直接的に検出するセンサを設けることが考えられる。上記センサの検出値に基づいて上記開口面積の異常が発生しているか否かを判定できるからである。ところが、この種のセンサを設置することは、過給機の製造コストの増大等を招くという問題がある。

以上のことを鑑み、特許文献１に記載の可変容量型ターボチャージャの異常判定方法では、以下のように上記開口面積の異常が発生しているか否かが判定される。この方法では、内燃機関がアイドル運転状態にある場合にて、実際の燃料噴射量と基準値との相違の程度が所定の程度よりも大きい場合に上記開口面積の異常が発生していると判定される。

これは、エンジン運転速度が一定である場合、実際の燃料噴射量の基準値からの偏移の程度が、実際の開口面積の基準開口面積からの偏移の程度を表す値となり得ることに基づく。また、アイドル運転状態が、エンジン運転速度が略一定となる状態として利用され得ることにも基づいている。これにより、開口面積を直接的に検出するセンサを用いることなく、上記開口面積の異常が発生しているか否かが判定され得る。
特開平１１−６２６０４号公報

ところで、上記特許文献１に記載の異常判定方法は、上述のようにアイドル運転状態にて上記開口面積の異常が発生しているか否かが判定されるようになっている。即ち、上記判定は、内燃機関の運転状態が小さい領域内にある場合にのみ実行され得る。従って、上記判定を実行し得る機会が小さいと考えられる。内燃機関に備えられる可変容量型ターボチャージャにおいては、上記判定が実行され得る内燃機関の運転状態の領域が大きくされることが望まれている。

従って、本発明の目的は、上記開口面積が変更され得る可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関に適用される制御装置であって、上記開口面積の異常が発生しているか否かが判定され得る内燃機関の運転状態の領域を大きくすることができる制御装置を提供することにある。

本発明に係る制御装置は、可変容量型過給機を備えた内燃機関に適用される。また、前記可変容量型過給機は、前記内燃機関の筒内に供給される燃料の燃焼により発生する排ガスのエネルギーにより回転駆動されるタービン羽根車と、前記タービン羽根車の回転により回転駆動されて前記筒内に吸入される空気を圧縮するコンプレッサ羽根車と、上記開口の開口面積を変更する開口面積変更部材と、前記開口面積変更部材を駆動して前記開口面積を調整するアクチュエータとを備える。

本発明に係る制御装置の特徴は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記アクチュエータの前記作動位置を制御する通常制御を実行するアクチュエータ制御手段と、少なくとも前記供給される燃料の量と前記吸入される空気の流量と前記開口よりも上流の排気通路での前記排ガスの圧力とに基づいて前記開口面積に相当する値を推定する開口面積推定手段と、前記通常制御の実行中に前記アクチュエータの前記作動位置が第１位置から前記第１位置と異なる第２位置へ移動する場合において前記作動位置が前記第１位置である場合に前記開口面積推定手段により推定される第１開口面積相当値と前記作動位置が前記第２位置である場合に前記開口面積推定手段により推定される第２開口面積相当値との差と前記開口面積の異常発生の有無の判定に使用される基準となる基準値との比較結果に基づいて前記開口面積の異常が発生しているか否かを判定する異常判定手段とを備えたことにある。

ここにおいて、「開口面積に相当する値」は、例えば、開口面積そのものの値、開口面積に相当する開口面積変更部材の姿勢（位置、方向等）を表す値等であって、これらに限定されない。

上記構成における前記開口面積推定手段により、内燃機関のあらゆる運転状態にて開口面積相当値が容易に推定され得る。即ち、内燃機関のあらゆる運転状態にて上記第１、第２開口面積相当値の差が容易に取得され得る。また、上記第１、第２開口面積相当値の差は、開口面積の異常の発生に応じて変化する値となり得る。従って、上記開口面積の異常が発生しているか否かを判定するには、上記第１、第２開口面積相当値の差と、基準値とを比較することが考えられる。

上記構成は係る知見に基づくものである。これによれば、例えば、内燃機関の運転状態がアイドル運転状態等の限られた状態のみならず、あらゆる運転状態にて上記判定が容易に実行され得る。即ち、上記開口面積の異常が発生しているか否かが判定され得る内燃機関の運転状態の領域を大きくすることができる。

この場合、例えば、前記開口面積推定手段が、前記燃料の量と、前記空気の流量と、前記排ガスの圧力とに基づいてタービン流量特性値を算出し、前記算出されたタービン流量特性値と、前記排ガスの圧力とに基づいて前記開口面積相当値を推定するように構成されてもよい。

前記開口面積相当値は、ターボチャージャ固有の特性値としての前記タービン流量特性値及び前記排ガスの圧力と相関関係を持ち得る。この相関関係は容易に求められ得る。従って、上記構成によれば、タービン流量特性値が利用されることで、より一層容易に開口面積相当値が推定され得る。この結果、上記開口面積の異常が発生しているか否かをより一層容易に判定することができる。

また、上記本発明に係る制御装置においては、前記可変容量型過給機が、上記ヒステリシス発生状態が前記内燃機関の運転状態によって発生し得るように構成されていて、前記異常判定手段が、前記アクチュエータの前記作動位置が前記第１位置から前記第１位置よりも前記第２方向の前記第２位置へ移動する場合において前記開口面積の異常が発生しているか否かを判定するように構成され、前記アクチュエータ制御手段が、前記異常が発生していると判定された場合前記通常制御に代えて前記アクチュエータの前記作動位置を前記第１所定位置よりも前記第２方向の第２所定位置まで移動させる特殊制御を実行した後前記通常制御を実行するように構成されることが好適である。

上記ヒステリシス発生状態が発生していると、アクチュエータの作動位置が第１方向から第２方向へ移動する場合（即ち、開口面積が増大していく方向へ移動する場合）、第１所定位置よりも第１方向の範囲に亘って開口面積が一定に維持される。また、第１所定位置よりも第２方向の範囲に亘っては作動位置の移動に応じて開口面積が増大していく。

一方、アクチュエータの作動位置が第２方向から第１方向へ移動する場合（即ち、開口面積が減少していく方向へ移動する場合）、作動範囲全域に亘って作動位置の移動に応じて開口面積が減少していく。これらのことから、アクチュエータの作動位置が第１方向から第２方向へ移動する場合に上記判定が実行される必要性が大きい。

他方、通常制御では、上記ヒステリシス発生状態が発生していないものとして、内燃機関の運転状態に応じてアクチュエータの作動位置を移動させる場合が多い。従って、上記ヒステリシス発生状態が発生しているときに、アクチュエータの作動位置を第１方向から第２方向へ移動させる場合には、通常制御が実行されることは好ましくない。この場合には、通常制御に代えて、アクチュエータの作動位置を第１所定位置よりも第２方向の第２所定位置まで強制的に移動させると好適である。

上記構成はかかる知見に基づくものである。これによれば、開口面積を増大させる要求に応じて、上記判定が適切になされ得る。また、上記ヒステリシス発生状態が発生しているときにアクチュエータの作動位置を第１方向から第２方向へ移動させる場合には、特殊制御が実行された後通常制御が実行され得る。従って、この場合、例えば、（通常制御にて）目標とする開口面積が、第１所定位置よりも第１方向（第２方向）の範囲内の作動位置に対応するものである場合、特殊制御によりアクチュエータの作動位置が一旦第２所定位置まで移動した後、上記目標とする開口面積に対応する作動位置まで第１方向（第２方向）へ移動し得る。これにより、上記ヒステリシス発生状態等の異常状態が発生する場合であっても、所望の過給の程度を得ることができる。

この場合、前記アクチュエータ制御手段が、前記特殊制御の実行中前記アクチュエータの前記作動位置の移動速度を最大に設定するように構成されることが好適である。

これによれば、特殊制御にてアクチュエータの作動位置が最大の移動速度をもって第２所定位置に移動し得る。即ち、上記異常が発生していると判定された場合に、開口面積が目標とする値に到達するまでにかかる時間が短くされ得る。この結果、上記ヒステリシス発生状態等の異常状態が発生する場合であっても、所望の過給の程度を迅速に得ることができる。

以下、本発明による可変容量型過給機付き内燃機関の制御装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る制御装置を内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、エンジン本体２０と、吸気系統３０と、排気系統４０と、ターボチャージャ５０とを備えている。

エンジン本体２０には、４つの気筒が直列に配置されている。各気筒の上部には、各気筒に向けて燃料を噴射する図示しない噴射弁が配設されている。各気筒での燃料の燃焼により発生したガスは各気筒から排出される。

吸気系統３０は、吸気管３１と、吸気管３１に連通したインテークマニホールド３２とを備えている。この吸気系統３０により、エンジン本体２０に空気が供給されるようになっている。

排気系統４０は、排気管４１と、排気管４１に連通したエキゾーストマニホールド４２とを備えている。この排気系統４０により、エンジン本体２０からの排ガスが外部に放出されるようになっている。

ターボチャージャ５０は、ハウジング５１を備えており、ハウジング５１には、コンプレッサホイール５２及びタービンホイール５３が収容されている。コンプレッサホイール５２及びタービンホイール５３は、タービンシャフト５４により同軸的、且つ、一体回転可能に接続されている。また、ハウジング５１には、コンプレッサホイール５２及びタービンホイール５３の外周をそれぞれ渦巻き状に囲うようにコンプレッサ通路５１ａ及びタービン通路５１ｂが形成されている。このコンプレッサ通路５１ａ及びタービン通路５１ｂは、吸気管３１及び排気管４１と連通するようになっている。これにより、タービンホイール５３は、排ガスのエネルギーにより回転駆動される。コンプレッサホイール５２は、タービンホイール５３の回転により回転駆動されて吸気通路の空気を圧縮する。

また、ターボチャージャ５０は、タービンホイール５３側に可変ノズル機構６０を備えている。この可変ノズル機構６０は、タービン通路５１ｂからタービンホイール５３に向けて流入する排ガスの流速を調整するようになっている。即ち、ターボチャージャ５０は、可変容量型ターボチャージャである。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ７１と、吸気圧力センサ７２と、上流側排気圧力センサ７３と、下流側排気圧力センサ７４と、運転速度センサ７５と、アクチュエータ作動位置センサ７６と、アクセル開度センサ７７とを備えている。

熱線式エアフローメータ７１は、コンプレッサホイール５２よりも上流の吸気通路に配設されていて、吸入される空気の単位時間あたりの空気流量Ｇａ（質量流量）を検出するようになっている。吸気圧力センサ７２は、コンプレッサホイール５２よりも下流であって、吸気管３１により構成される吸気通路に配設されている。吸気圧力センサ７２は、吸気管３１内のガスの圧力である吸気圧力Ｐｉｎを検出するようになっている。

上流側排気圧力センサ７３は、タービンホイール５３よりも上流であって、排気管４１により構成される排気通路に配設されている。上流側排気圧力センサ７３は、排気管４１内のガスの圧力である上流側排気圧力Ｐｅｘ１を検出するようになっている。下流側排気圧力センサ７４は、タービンホイール５３よりも下流の排気通路に配設されている。下流側排気圧力センサ７４は、タービンホイール５３よりも下流の排気通路におけるガスの圧力である下流側排気圧力Ｐｅｘ２を検出するようになっている。

また、運転速度センサ７５は、エンジン本体２０のクランクシャフトの回転速度から内燃機関１０の運転速度ＮＥを検出するようになっている。アクチュエータ作動位置センサ７６は、後述する可変ノズル機構６０のアクチュエータの作動位置を表す値ＶＮを検出するようになっている。アクセル開度センサ７７は、運転者によるアクセルペダル８１の操作量Ａｃｃｐを検出するようになっている。

更に、このシステムは、ＣＰＵ等から構成されるＥＣＵ（電気制御装置）９１を備えている。ＥＣＵ９１は、上記センサ７１〜７７と電気的に接続されている。また、ＥＣＵ９１は、ＣＰＵにセンサ７１〜７７からの信号を供給するとともに、ＣＰＵの指示に応じて可変ノズル機構６０のアクチュエータ等にそれぞれ駆動信号を送出する。

図２は、タービンホイール５３及び可変ノズル機構６０の正面図を示している。可変ノズル機構６０は、複数の翼状型ベーン６１を備えている。各ベーン６１は後述する支軸６２の一端にそれぞれ固定されていて、ベーン６１及び支軸６２は、タービンホイール５３の回転軸を中心としてタービンホイール５３を囲むように配設されている。このように、ベーン６１は、内燃機関１０からの排ガスがタービンホイール５３に向けて流れる際に、となりあうベーン６１により形成される開口を通過するようになっている。

ベーン６１は、図２の実線にて示す位置から破線にて示す位置まで回動可能となっている。ベーン６１が図２の実線にて示す位置にある場合に、開口面積代表値Ａｅｑが最小となる。一方、ベーン６１が図２の破線にて示す位置にある場合には、開口面積代表値Ａｅｑが最大となる。ここで、開口面積代表値Ａｅｑは、となりあうベーン６１の間隙（の最小値）にベーン６１の回動軸方向の長さを乗じた面積に、ベーン６１の個数を乗じた値に、タービンから流出する排ガスが通過する開口の開口面積を考慮した値である。この開口面積代表値Ａｅｑが前記開口面積相当値に対応する。

本例では、ベーン６１の全長（ベーン６１の上流端から後流端までの長さ）Ｌ１に対する、後縁長（ベーン６１の回動中心から後流端までの長さ）Ｌ２の割合（以下、この割合を「ピボット位置Ｌ２／Ｌ１」と称呼する。）が、後述するように５０％付近の値となるように、ベーン６１が構成されている。

図３は、タービンホイール５３及び可変ノズル機構６０の裏面図を示している。可変ノズル機構６０は、上述した支軸６２と、環状の第１プレート６３と、第１プレート６３よりも直径が大きい環状の第２プレート６４と、ノズルアーム６５とを備えている。

第１プレート６３は、タービンホイール５３と同軸的にハウジング５１に固定されている。第１プレート６３には、ベーン６１と同数の円柱状支軸６２が回動可能、且つ、等間隔に嵌合されている。即ち、各ベーン６１も支軸６２の回動に連動して回動可能となっている。各ベーン６１の回動中心は、各支軸６２の回動軸上にそれぞれ位置する。

第２プレート６４は、第１プレート６３及びタービンホイール５３と同軸的、且つ、第１プレート６３と相対回転可能に配置されている。第２プレート６４には、ベーン６１と同数の円柱状ピン６６が等間隔に固定されている。また、第２プレート６４には、円柱状の駆動ピン６７が固定されている。

ベーン６１と同数のノズルアーム６５は、その一端側が各支軸６２の他端にそれぞれ固定されている。即ち、各ノズルアーム６５も支軸６２の回動に連動して回動可能となっている。各ノズルアーム６５の回動中心は、各支軸６２の回動軸上にそれぞれ位置する。また、各ノズルアーム６５の他端側には、Ｙ字型の二股部６５ａがそれぞれ備えられている。各ノズルアーム６５の二股部６５ａの間には、ピン６６がそれぞれ挟み込まれている。

また、可変ノズル機構６０は、モータ６８と、駆動アーム６９とを備えている。モータ６８は、ハウジング５１に固定されている。駆動アーム６９は、その一端側がモータ６８の回転軸６８ａの一端に固定されている。モータ６８の回転軸６８ａの回動により、駆動アーム６９も回動可能となっている。駆動アーム６９の他端側には、Ｙ字型の二股部６９ａが備えられていて、駆動アーム６９の二股部６９ａの間には、駆動ピン６７が挟み込まれている。第２プレート６４、モータ６８、駆動アーム６９等により前記アクチュエータが構成されている。また、ベーン６１が前記開口面積変更部材の一部に対応する。

なお、本例では、駆動アーム６９の二股部６９ａと駆動ピン６７との間におけるバックラッシは、各ノズルアーム６５の二股部６５ａと各ピン６６との間におけるものに比して無視できるほど十分に小さいものとする。また、アクチュエータ作動位置センサ７６は、モータ６８の回転軸６８ａの回転位相を検出し、アクチュエータの作動位置を表す値ＶＮ（以下、「作動位置相当値ＶＮ」とも称呼する。）が取得されるようになっている。

上述のように構成された可変ノズル機構６０の作動の概略について説明する。本例では、原則的には、アクチュエータ作動位置センサ７６により検出される作動位置相当値ＶＮが、目標作動位置相当値ＶＮｔに近づくようにモータ６８が回転駆動される（ＰＩＤ制御される）。

例えば、モータ６８の回転軸６８ａが図３において反時計回りに回動すると、駆動アーム６９も一体的に反時計回りに回動する。即ち、駆動ピン６７は、駆動アーム６９の回動によりＡ方向へ押圧される。これにより、第２プレート６４は、第１プレート６３に対してＡ方向へ相対回転させられ、各ノズルアーム６５の二股部６５ａの一方側のピン当接部６５ａ１が、（ピン当接部６５ａ１とピン６６とが当接している場合）各ピン６６によりＡ方向へそれぞれ押圧される。従って、各ノズルアーム６５は、各支軸６２を回動中心として時計回りにそれぞれ回動される。この結果、各ベーン６１は、各ノズルアーム６５と一体的に時計回りにそれぞれ回動される。ピン当接部６５ａ１とピン６６とが当接している場合、モータ６８の回転軸６８ａの反時計回りの回動に連動して、開口面積代表値Ａｅｑは増大していく。

一方、モータ６８の回転軸６８ａが図３において時計回りに回動すると、駆動アーム６９も一体的に時計回りに回動する。即ち、駆動ピン６７は、駆動アーム６９の回動によりＢ方向へ押圧される。これにより、第２プレート６４は、第１プレート６３に対してＢ方向へ相対回転させられ、各ノズルアーム６５の二股部６５ａの他方側のピン当接部６５ａ２が、（ピン当接部６５ａ２とピン６６とが当接している場合）各ピン６６によりＢ方向へそれぞれ押圧される。従って、各ノズルアーム６５は、各支軸６２を回動中心として反時計回りにそれぞれ回動される。この結果、各ベーン６１は、各ノズルアーム６５と一体的に反時計回りにそれぞれ回動される。ピン当接部６５ａ２とピン６６とが当接している場合、モータ６８の回転軸６８ａの時計回りの回動に連動して、開口面積代表値Ａｅｑは減少していく。

このように、アクチュエータの作動位置が変更されることにより各ベーン６１がそれぞれ駆動され得る。そして、各ベーン６１がそれぞれ駆動されることにより、内燃機関１０からの排ガスがタービンホイール５３に向けて流れる際に通過する開口（即ち、開口面積代表値Ａｅｑ）が変更される。

本例では、駆動アーム６９（即ち、第２プレート６４の各ピン６６）は、図３の実線にて示す作動位置から１点鎖線の作動位置までの範囲内で作動位置が変更されるようになっている。図３の実線、及び１点鎖線にて示す作動位置に対応する作動位置相当値ＶＮは、「１００（％）」、及び「０（％）」であるものとする。即ち、作動位置相当値ＶＮが０〜１００の範囲内の値となるようモータ６８が駆動されるようになっている。ここで、ＶＮ＝１００及びＶＮ＝０である場合のアクチュエータの作動位置の状態を「全開状態」及び「全閉状態」とも称呼するものとする。

（ヒステリシス発生状態の発生原理）
上述のように構成されたターボチャージャ５０においては、内燃機関１０の運転状態によって、上記ヒステリシス発生状態が発生する場合がある。これは、各ノズルアーム６５の二股部６５ａと各ピン６６との間におけるバックラッシの存在により、アクチュエータの作動位置が変更されてもベーン６１が回動しない状態が発生することに基づく。

図４は、ピボット位置Ｌ２／Ｌ１と、ベーン６１に作用するモーメント、及びベーン６１を駆動するためのモータ６８の所要駆動力との関係を示したグラフである。これらのグラフは、排ガスの流量がある所定の流量（一定）である場合におけるものである。図４の１点鎖線は作動位置相当値ＶＮが「１００」である場合、また、図４の破線は作動位置相当値ＶＮが「０」である場合におけるベーン６１に作用するモーメントを示している。ここにおける「ベーン６１に作用するモーメント」は、排ガスがベーン６１にあたることにより発生するモーメントを意味している。

以下、図４に併せて、可変ノズル機構６０の拡大図である図５、及び図６も参照しながら、ピボット位置Ｌ２／Ｌ１が異なる場合における上記モーメントの作用について説明する。また、ベーン６１等の作動についても説明する。

図５に示すように、ピボット位置Ｌ２／Ｌ１が「９０（％）」となるようにベーン６１等が構成される場合を考える。この場合、ＶＮ＝０〜１００の範囲に亘って、排ガスの流れによりベーン６１に大きい開方向のモーメントが作用する。「開方向」は、上記開口面積代表値Ａｅｑが増大しようとする方向を意味するものとする。また、「閉方向」は、上記開口面積代表値Ａｅｑが減少しようとする方向を意味するものとする。

一方、支軸６２と、第１プレート６３との間には、上記開方向のモーメントと逆方向の摩擦トルクが発生する（図５の破線の矢印を参照）。この摩擦トルクは、円柱状支軸６２の側面と、同側面と接する第１プレート６３の面（以下、「支軸当接面６３ａ」とも称呼する。）との間における摺動抵抗に基づくものである。ここで、上記開方向のモーメントは上記摩擦トルクより大きい。

従って、第２プレート６４の作動位置がＡ方向へ移動する場合、ノズルアーム６５の二股部６５ａの一方側のピン当接部６５ａ１はピン６６を押圧する。これにより、ノズルアーム６５は、ピン６６のＡ方向の移動に追従しながら開方向へ回動していく。また、第２プレート６４の作動位置がＢ方向へ移動する場合、ピン６６は上記ピン当接部６５ａ１を押圧する。これにより、ノズルアーム６５は、ピン６６のＢ方向の移動に抗しながら閉方向へ回動していく。

次に、図６に示すように、ピボット位置Ｌ２／Ｌ１が「１０（％）」となるようにベーン６１等が構成される場合を考える。この場合、ＶＮ＝０〜１００の範囲に亘って、排ガスの流れによりベーン６１に大きい閉方向のモーメントが作用する。

一方、上述した摩擦トルクの発生と同様、支軸６２と、第１プレート６３との間には、上記閉方向のモーメントと逆方向の摩擦トルクが発生する（図６の破線の矢印を参照）。ここで、上記閉方向のモーメントは上記摩擦トルクより大きい。

従って、第２プレート６４の作動位置がＡ方向へ移動する場合、ピン６６はノズルアーム６５の二股部６５ａの他方側のピン当接部６５ａ２を押圧する。これにより、ノズルアーム６５は、ピン６６のＡ方向の移動に抗しながら開方向へ回動していく。また、第２プレート６４の作動位置がＢ方向へ移動する場合、上記ピン当接部６５ａ２はピン６６を押圧する。これにより、ノズルアーム６５は、ピン６６のＢ方向の移動に追従しながら閉方向へ回動していく。

このように、排ガスの流量が上記所定の流量である場合において、ピボット位置Ｌ２／Ｌ１が変化することでベーン６１に作用するモーメントが変化する。ベーン６１に作用するモーメントの変化の傾向は、排ガスの流量が一定の場合、ピボット位置Ｌ２／Ｌ１が大きいほど（Ｌ２／Ｌ１が「１００（％）」に近づくほど）開方向のモーメントが大きく、ピボット位置Ｌ２／Ｌ１が小さいほど（Ｌ２／Ｌ１が「０」に近づくほど）閉方向のモーメントが大きいものとなる（図４の１点鎖線及び破線を参照）

また、ピボット位置Ｌ２／Ｌ１が「９０（％）」（又は、「１０（％）」）である場合、第２プレート６４のＡ，Ｂ両方向の移動において、上記ピン当接部６５ａ１（又は、上記ピン当接部６５ａ２）とピン６６とが常に当接し得る。このため、上記ヒステリシス発生状態が発生し難い。他方、これらの場合、ベーン６１に作用するモーメントが大きいため、ベーン６１を駆動するためのモータ６８の所要駆動力が大きい（図４を参照）。

小さい所要駆動力をもってベーン６１の駆動を適切に実行する観点から、本例では、ピボット位置Ｌ２／Ｌ１が「５０（％）」近傍の値（＜５０（％））に設定されている。このようにピボット位置Ｌ２／Ｌ１が設定されることにより、上記ヒステリシス発生状態が発生し易くなる。以下、上記ヒステリシス発生状態の発生原理について、図４、及び図７〜図１４を参照しながら説明する。

再び図４を参照すると、ピボット位置Ｌ２／Ｌ１が上記「５０（％）」近傍の値に設定されている場合においては、作動位置相当値ＶＮが「１００」であるときのベーン６１に作用するモーメントが「ウィンドウ」の範囲内のものとなる。一方、作動位置相当値ＶＮが「０」であるときのベーン６１に作用するモーメントが「ウィンドウ」の範囲外のものとなる。ここで、上記「ウィンドウ」は、支軸６２の側面と、支軸当接面６３ａとの間における最大静止摩擦力に対応する摩擦トルクに相当する。以下に詳述するように、このことに起因して上記ヒステリシス発生状態が発生する。

図７〜図１３は、可変ノズル機構６０の拡大図を示している。図７〜図１１は、アクチュエータの作動位置が、位置Ｘ（ＶＮ＝１００）→位置Ｙ（０＜ＶＮ＜１００）→位置Ｚ（ＶＮ＝０）の順に移動する場合（図４を参照）におけるベーン６１等の一連の作動を示している。また、図１２及び図１３は、アクチュエータの作動位置が、位置Ｚ→位置Ｙ→位置Ｘの順に移動する場合におけるベーン６１等の一連の作動を示している。ここにおいて、位置Ｙは、ベーン６１に作用する開方向のモーメントが上記ウィンドウ範囲外の最小値である場合に対応する位置である。

加えて、図１４は、アクチュエータの作動位置が位置Ｘ→位置Ｙ→位置Ｚ→位置Ｙ→位置Ｘの順に移動する場合における、作動位置相当値ＶＮと開口面積代表値Ａｅｑとの関係を示したグラフである。位置Ｘ及び位置Ｙでの開口面積代表値Ａｅｑは、それぞれ値Ａｅｑ１及び値Ａｅｑ２（＞値Ａｅｑ１）であるものとする。以下、上記ヒステリシス発生状態の発生原理を説明するために、先ず、第２プレート６４の作動位置が、位置Ｘ→位置Ｙ→位置Ｚの順に移動する場合におけるベーン６１等の一連の作動について説明していく。

図７は、アクチュエータの作動位置が上記位置Ｘである場合におけるベーン６１等の構成を示している。この場合、ピン６６が二股部６５ａの一方側のピン当接部６５ａ１に当接している（詳細は後述する）。他方、ベーン６１には排ガスの流れにより閉方向の小さいモーメントが作用する。この閉方向のモーメントは、上記ウィンドウ範囲内のものとなる（図４の１点鎖線を参照）。従って、支軸６２の側面と、支軸当接面６３ａとの間には、この閉方向のモーメントと逆方向で同じ大きさの静摩擦トルクが発生する。

ここで、第２プレート６４の作動位置がＡ方向へ移動するものとする。ベーン６１に作用するモーメントと静摩擦トルクがつりあっているため、第２プレート６４及びピン６６（即ち、アクチュエータ）の作動位置が移動するにもかかわらず、ベーン６１、支軸６２及びノズルアーム６５は作動されない。

即ち、図８に示すように、Ａ方向へ移動していくアクチュエータの作動位置が、ピン６６が二股部６５ａの他方側のピン当接部６５ａ２に当接する位置Ｘ’に達するまで、ベーン６１等の位置はアクチュエータの作動位置が位置Ｘであるときの位置と同一の位置に維持される。そして、アクチュエータの作動位置が上記位置Ｘ’に達してから、ピン６６が上記ピン当接部６５ａ２をＡ方向へ押圧することでベーン６１等は開方向へ回動していく。

従って、図１４に示すように、位置Ｘ→位置Ｘ’の区間においては、アクチュエータの作動位置のＡ方向への移動にかかわらず開口面積代表値Ａｅｑが上記値Ａｅｑ１に維持される。そして、アクチュエータの作動位置が上記位置Ｘ’よりもＡ方向側へ移動していくのに応じて、開口面積代表値Ａｅｑは上記値Ａｅｑ１から増大していく。

図９は、アクチュエータの作動位置が上記位置Ｙである場合におけるベーン６１等の構成を示している。上記位置Ｘにあったアクチュエータの作動位置が上記位置Ｙまで移動する行程において、ベーン６１に作用するモーメントがゼロとなる位置を境にしてモーメントの作用方向が閉方向から開方向へ変化する（図４を参照）。

従って、アクチュエータの作動位置が上記位置Ｙに達すると、ベーン６１には開方向のモーメントが作用する。他方、支軸６２の側面と、支軸当接面６３ａとの間に、上記開方向のモーメントとは逆方向の摩擦トルクが発生する。上記開方向のモーメントは、上記ウインドウ範囲外の最小値である（図４の位置Ｙを参照）。従って、この開方向のモーメントは、支軸６２の側面と、支軸当接面６３ａとの間における最大静止摩擦力に対応する摩擦トルクよりも大きい。

このため、図１０に示すように、アクチュエータの作動位置が上記位置Ｙに達したときに、第２プレート６４（即ち、ピン６６）の作動から独立して、ベーン６１等は動摩擦トルクに抗しながら開方向へ所定角度だけ回動する。即ち、ピン６６と当接していた上記他方側のピン当接部６５ａ２がピン６６から離間してから（図１０の破線を参照）、上記一方側のピン当接部６５ａ１がピン６６に当接するまで、ベーン６１等は開方向へ回動する。ここで、上記位置Ｙに対応する作動位置相当値ＶＮを値ＶＮ＊とする。この値ＶＮ＊は、ターボチャージャ５０の設計諸元により決定され得る値である。

そして、アクチュエータの作動位置が位置Ｙに達してから、上記一方側のピン当接部６５ａ１がピン６６をＡ方向へ押圧することで、ベーン６１等はピン６６のＡ方向への移動に追従しながら開方向へ回動していく。

従って、図１４に示すように、アクチュエータの作動位置が位置Ｙに達したときに、上述のように第２プレート６４の作動から独立してベーン６１等が開方向へ回動するのに対応した分だけ、開口面積代表値Ａｅｑが増大する（図１４の破線の矢印を参照）。そして、アクチュエータの作動位置が上記位置ＹよりもＡ方向側へ移動していくのに応じて、開口面積代表値Ａｅｑは更に増大していく。

図１１は、アクチュエータの作動位置が上記位置Ｚである場合におけるベーン６１等の構成を示している。この場合も、ベーン６１には開方向の（作動位置が上記位置Ｙである場合よりも大きい）モーメントが作用する。この開方向のモーメントは、最大静止摩擦力に対応する摩擦トルクよりも大きい。このため、アクチュエータの作動位置が上記位置Ｚに達したとき、上記一方側のピン当接部６５ａ１のピン６６への当接が維持される。換言すれば、位置Ｙ→位置Ｚの区間においては、上記一方側のピン当接部６５ａ１がピン６６と常時当接する。

従って、図１４に示すように、位置Ｙ→位置Ｚの区間においては、アクチュエータの作動位置のＡ方向への移動に応じて、開口面積代表値Ａｅｑが上記値Ａｅｑ２まで増大する。以上が、アクチュエータの作動位置が位置Ｘ→位置Ｙ→位置Ｚの順に移動する場合における、ベーン６１等の一連の作動についての説明である。

次に、アクチュエータの作動位置が、位置Ｚ→位置Ｙ→位置Ｘの順に移動する場合におけるベーン６１等の一連の作動について説明していく。図１２は、図１１に対応するベーン６１等の構成を示した図である。この場合、上述したように上記一方側のピン当接部６５ａ１がピン６６に当接している。従って、この状態にて第２プレート６４（即ち、ピン６６）の作動位置がＢ方向へ移動していくと、ピン６６が上記ピン当接部６５ａ１をＢ方向へ押圧することで、ベーン６１等はピン６６のＢ方向への移動に抗しながら閉方向へ回動していく。

上記位置ＺからＢ方向へ移動していく第２プレート６４の作動位置は、上記位置Ｙを経て上記位置Ｘへ到達する。位置Ｚ→位置Ｙの区間において、上述したように開方向のモーメントが上記最大静止摩擦力に対応する摩擦トルクよりも大きい（図１０を参照）。従って、この区間においても、上記一方側のピン当接部６５ａ１のピン６６への当接が維持される。

そして、上記位置Ｙ→位置Ｘの区間においては、ベーン６１に作用するモーメントが上記ウィンドウ範囲内のものとなる。このため、第２プレート６４の作動から独立してベーン６１等が作動することなく、この区間においても上記一方側のピン当接部６５ａ１のピン６６への当接が維持される。また、この区間では、ベーン６１に作用するモーメントがゼロとなる位置を境にしてモーメントの作用方向が開方向から閉方向へ変化する（図４を参照）。

従って、図７に対応する図１３に示すように、上記一方側のピン当接部６５ａ１のピン６６への当接が維持された状態にて、アクチュエータの作動位置が上記位置Ｘに達する。このように、位置Ｚ→位置Ｘの区間においては、上記一方側のピン当接部６５ａ１がピン６６と常時当接する。

従って、図１４に示すように、位置Ｚ→位置Ｘの区間においては、アクチュエータの作動位置のＢ方向への移動に応じて、開口面積代表値Ａｅｑが上記値Ａｅｑ２から上記値Ａｅｑ１まで減少する。以上が、アクチュエータの作動位置が位置Ｚ→位置Ｙ→位置Ｘの順に移動する場合における、ベーン６１等の一連の作動についての説明である。

以上説明したように、アクチュエータ（即ち、第２プレート６４、モータ６８、駆動アーム６９等）の作動位置が、作動位置相当値ＶＮ＝１００に相当する位置（即ち、上記位置Ｘ）からＶＮ＝０に相当する位置（即ち、上記位置Ｚ）まで移動する場合において、ＶＮ＝ＶＮ＊に相当する位置（即ち、上記位置Ｙ）よりもＢ方向側の範囲（即ち、上記位置Ｘ→位置Ｘ’の区間）では作動位置がＡ方向へ移動しても開口面積代表値Ａｅｑが上記値Ａｅｑ１（一定）に維持される。また、ＶＮ＝ＶＮ＊に相当する位置よりもＡ方向側の範囲（即ち、上記位置Ｙ→位置Ｚの区間）では作動位置のＡ方向への移動に応じて開口面積代表値Ａｅｑが上記値Ａｅｑ２まで増大していく。

一方、アクチュエータの作動位置が、作動位置相当値ＶＮ＝０に相当する位置からＶＮ＝１００に相当する位置まで移動する場合においては、この作動範囲（即ち、上記位置Ｚ→位置Ｘの区間）に亘って、作動位置のＢ方向への移動に応じて開口面積代表値Ａｅｑが上記値Ａｅｑ２から上記値Ａｅｑ１まで減少していく。本例におけるターボチャージャ５０では、このようなヒステリシス発生状態が内燃機関１０の運転状態によって発生し得る（図１４を参照）。

ここにおいて、前記第１方向の端は、ＶＮ＝１００に相当する位置（上記位置Ｘ）に対応し、前記第２方向の端は、ＶＮ＝０に相当する位置（上記位置Ｚ）に対応する。また、前記第１所定位置は、ＶＮ＝ＶＮ＊に相当する位置（上記位置Ｙ）対応する。

このヒステリシス発生状態は、図４の１点鎖線にて示すモーメントが上記ウィンドウ範囲内のものとなり、且つ、図４の破線にて示すモーメントが上記ウィンドウ範囲外のものとなる場合に限って発生する。ここで、開方向（又は、閉方向）のモーメントは、排ガスの流量が大きいほどゼロから開方向（又は、閉方向）へより大きく乖離した値となる。

例えば、排ガス流量が大きい場合には、本例におけるピボット位置Ｌ２／Ｌ１での１点鎖線及び破線にて示すモーメントは、それぞれ上記ウインドウ範囲外のものとなり得る。即ち、排ガス流量が大きい場合には、本例のようにピボット位置Ｌ２／Ｌ１が５０％付近の値となるようベーン６１が設計されていても、ヒステリシス発生状態が発生しない。

なお、この場合には、アクチュエータの作動位置が上記位置Ｘであるときに閉方向のモーメントが摩擦トルクよりも大きいため、上記他方側のピン当接部６５ａ２とピン６６とが当接する状態となる（図７を参照）。従って、位置Ｘ、及び位置Ｚの両位置においてもバックラッシが存在しない状態となり、位置Ｘ→位置Ｚ（又は、位置Ｚ→位置Ｘ）の区間ではアクチュエータの作動位置のＡ方向（又は、Ｂ方向）への移動に応じて開口面積代表値Ａｅｑが増大していく（又は、減少していく）。

このように、内燃機関１０の運転状態（特に、排ガス流量の大きさ）によって、ヒステリシス発生状態が発生する場合と、発生しない場合がある。

（ヒステリシス発生状態が発生する場合の対処）
本例の制御装置は、原則的には、作動位置相当値ＶＮが目標作動位置相当値ＶＮｔに一致するように（近づくように）、モータ６８等に駆動指示をする。この目標作動位置相当値ＶＮｔは、上述したヒステリシス発生状態が発生していない状態にて、内燃機関１０の運転状態に応じて開口面積代表値Ａｅｑが目標とする値となるように予め適合された値である。

他方、上述のように構成されたターボチャージャ５０においては、内燃機関１０の運転状態によっては、上述したヒステリシス発生状態が発生し得る。このヒステリシス発生状態が発生している場合、例えば、図１４に示す上記位置Ｘ→位置Ｘ’の区間内にアクチュエータの作動位置が移動しても、目標とする開口面積代表値Ａｅｑを得ることができない場合がある。即ち、ヒステリシス発生状態が発生している場合、所望の過給の程度が得られない場合がある。このため、ヒステリシス発生状態が発生しているか否かが検出されることが好ましい。

従って、本例の制御装置は、ヒステリシス発生状態が発生しているか否かを判定する。また、ヒステリシス発生状態が発生していると判定された場合、開口面積代表値Ａｅｑが目標とする値となるように後述する特殊制御を実行する。以下、本例の制御装置の作動について、図１５〜図１７を参照しながら説明する。

図１５は、ヒステリシス発生状態が発生している場合における作動位置相当値ＶＮと開口面積代表値Ａｅｑとの関係を示したグラフである。この図１５は、上述した図１４に対応するものである。本例では、開口面積代表値Ａｅｑを、作動位置相当値ＶＮが「１００」である場合に対応する値Ａｅｑ１から増大させる場合における制御装置の作動を説明する。即ち、現時点における作動位置相当値ＶＮが「１００」（Ａｅｑ＝Ａｅｑ１）であるものとする。

<アクチュエータ制御>
ＥＣＵ９１のＣＰＵは、図１６にフローチャートにより示したアクチュエータ制御ルーチンを所定の間隔毎に繰り返し実行するようになっている。

従って、所定のタイミングが到来すると上記ＣＰＵはステップ１６００から処理を開始してステップ１６０５に進み、特殊制御フラグがＯｆｆであるか否かを判定する。この特殊制御フラグは、ヒステリシス発生状態が発生していると判定された場合にＯｆｆからＯｎに変更されるフラグであって、上記判定がなされるまではＯｆｆに設定されている。

現時点では、ヒステリシス発生状態が発生していると判定されていない。従って、上記ＣＰＵはステップ１６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６１０に進み、目標作動位置相当値ＶＮｔを決定する。

この目標作動位置相当値ＶＮｔは、現時点において運転速度センサ７５により検出される運転速度ＮＥ、現時点において決定されている（１回の吸気行程あたりの）燃料噴射量ｑｆｉｎの最新値等に基づいて決定される。また、燃料噴射量ｑｆｉｎは、運転速度ＮＥ、アクセル開度センサ７７により検出されるアクセルペダル８１の操作量Ａｃｃｐ等に基づいて決定される。より具体的には、例えば、アクセルペダル８１の操作量Ａｃｃｐが大きいほど目標作動位置相当値ＶＮｔがより小さい値に決定される。

次に、上記ＣＰＵはステップ１６１５に進んで、ステップ１６１０にて決定された目標作動位置相当値ＶＮｔから、現時点においてアクチュエータ作動位置センサ７６により検出される作動位置相当値ＶＮを減じることで作動位置相当値偏差ΔＶＮを求める。

次いで、上記ＣＰＵはステップ１６２０に進み、ステップ１６１５にて求められた作動位置相当値偏差ΔＶＮに基づいて通常制御を実行した後、ステップ１６９５に進んで本ルーチンの処理を一旦終了する。この通常制御では、作動位置相当値ＶＮが目標作動位置相当値ＶＮｔに一致するように（近づくように）、作動位置相当値偏差ΔＶＮに基づくモータ６８のＰＩＤ制御が実行される。作動位置相当値偏差ΔＶＮが負（又は、正）である場合、第２プレート６４が図１４のＡ方向（又は、Ｂ方向）へ移動するように制御される。また、作動位置相当値偏差ΔＶＮの絶対値が大きいほど（即ち、作動位置相当値ＶＮの目標作動位置相当値ＶＮｔからの偏移が大きいほど）、モータ６８の駆動速度がより大きい速度となるように制御される。

上述のように現時点では、作動位置相当値ＶＮが「１００」である。ここで、運転者によるアクセルペダル８１の操作により、操作量Ａｃｃｐが増大するものとする。本例では、これに応じて、上記目標作動位置相当値ＶＮｔが「１００」よりも小さく上記値ＶＮ＊よりも大きい値ＶＮｔ１に決定されるものとする。これにより、ステップ１６１５にて求められる作動位置相当値偏差ΔＶＮが負の値となり、通常制御によるアクチュエータのＡ方向への移動が開始される（図１５を参照）。なお、ヒステリシス発生状態が発生していない場合には、上記値ＶＮｔ１に対応する開口面積代表値Ａｅｑは値Ａｅｑｔ１になるものとする。

以降、上記特殊制御フラグがＯｆｆである限り、上記ＣＰＵはステップ１６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６０５，１６１０〜１６２０の処理を繰り返し実行する。

<ヒステリシス状態発生の検出>
ＥＣＵ９１のＣＰＵは、図１７にフローチャートにより示したヒステリシス発生状態検出ルーチンを所定の間隔毎に繰り返し実行するようになっている。

従って、所定のタイミングが到来すると上記ＣＰＵはステップ１７００から処理を開始してステップ１７０５に進み、第２プレート６４等が開方向（即ち、Ａ方向）へ移動しており、且つ、ヒステリシス発生状態が未判定であるか否かを判定する。ここにおいて、「ヒステリシス発生状態が未判定である」ことは、前回作動位置相当値ＶＮを目標作動位置相当値ＶＮｔに一致させる制御が完了してからヒステリシス発生状態が発生したか否かの判定が実行されていないことを意味する。

上記ＣＰＵがステップ１７０５にて「Ｙｅｓ」と判定する場合、上記ＣＰＵはステップ１７１０に進んで現時点がアクチュエータの開方向への移動が開始された直後であるか否かを判定する。一方、上記ＣＰＵがステップ１７０５にて「Ｎｏ」と判定する場合、上記ＣＰＵはステップ１７９５に直ちに進んで本ルーチンの処理を一旦終了する。

現時点は、アクチュエータの開方向への移動が開始された直後であるから、上記ＣＰＵはステップ１７０５，１７１０にて共に「Ｙｅｓ」と判定してステップ１７１５に進み、現時点における開口面積代表値Ａｅｑを算出する。

図１８は、圧力比Ｐｅｘ１／Ｐｅｘ２と、タービン流量特性値Ｑと、開口面積代表値Ａｅｑとの関係を示したグラフである。圧力比Ｐｅｘ１／Ｐｅｘ２と、タービン流量特性値Ｑと、図１８に示すグラフとを用いることで、開口面積代表値Ａｅｑが算出される。ここで、圧力比Ｐｅｘ１／Ｐｅｘ２は、現時点において上流側排気圧力センサ７３により検出される上流側排気圧力Ｐｅｘ１を、現時点において下流側排気圧力センサ７４により検出される下流側排気圧力Ｐｅｘ２で除して得られる値である。

また、タービン流量特性値Ｑは、下記(1)式と、現時点においてエアフローメータ７１により検出される空気流量Ｇａ（質量流量）と、燃料流量Ｇｆ（質量流量）と、排気温度Ｔｅｘと、上記検出される上流側排気圧力Ｐｅｘ１とに基づいて算出される。ここで、燃料流量Ｇｆは、下記(2)式に示すように上記決定される燃料噴射量ｑｆｉｎに上記検出される運転速度ＮＥを乗じて得られる値である。
Ｑ＝（（Ｇａ＋Ｇｆ）・√Ｔｅｘ）／Ｐｅｘ１ ・・・(1)
Ｇｆ＝ｑｆｉｎ・ＮＥ ・・・(2)

また、排気温度Ｔｅｘは、タービンホイール５３よりも上流の排気通路におけるガスの温度である。この排気温度Ｔｅｘは、図１９に示す燃空比ｑｆｉｎ／Ｍｃ及び運転速度ＮＥと、排気温度Ｔｅｘとの関係を規定するテーブルに基づいて決定される。ここで、燃空比ｑｆｉｎ／Ｍｃは、上記決定される燃料噴射量ｑｆｉｎを今回の吸気行程あたりに筒内に吸入される空気量（筒内吸入空気量）Ｍｃで除して得られる値である。また、この筒内吸入空気量Ｍｃは、上記検出される空気流量Ｇａ、上記検出される運転速度ＮＥ、及び現時点にて吸気圧力センサ７２により検出される吸気圧力Ｐｉｎに基づいて決定される。このテーブルによれば、燃空比ｑｆｉｎ／Ｍｃが大きいほど、又は、運転速度ＮＥが大きいほど、単位時間あたりの筒内での発熱量が大きくなることに起因して排気温度Ｔｅｘがより高い温度に決定される。

上述のように算出されるタービン流量特性値Ｑは、開口面積代表値Ａｅｑが一定である場合、圧力比Ｐｅｘ１／Ｐｅｘ２が大きいほどより大きくなる。また、タービン流量特性値Ｑは、圧力比Ｐｅｘ１／Ｐｅｘ２が一定である場合、開口面積代表値Ａｅｑが大きいほどより大きくなる（図１８を参照）。このような関係が用いられることで、開口面積代表値Ａｅｑは、圧力比Ｐｅｘ１／Ｐｅｘ２が大きいほど、又は、タービン流量特性値Ｑが大きいほどより大きい値に算出される。

次に、上記ＣＰＵはステップ１７２０に進んで、開口面積代表値の初期値Ａｅｑ０をステップ１７１５にて算出された開口面積代表値Ａｅｑに更新する。次いで、上記ＣＰＵはステップ１７２５に進みカウンタｎをゼロに設定した後、ステップ１７９５に進んで本ルーチンの処理を一旦終了する。

現時点は、作動位置相当値ＶＮが「１００」である状態からアクチュエータの開方向への移動が開始された直後である（図１５を参照）。従って、この場合、ステップ１７１５にて算出される開口面積代表値Ａｅｑ（即ち、ステップ１７２０にて更新される初期値Ａｅｑ０）は上記値Ａｅｑ１と略同一の値となる。

以降、上記ＣＰＵはステップ１７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１７３０に進んでカウンタｎをインクリメントするようになる。次に、上記ＣＰＵはステップ１７３５に進んで、カウンタｎがカウンタ目標値ｎｒｅｆ以上であるか否かを判定する。このカウンタ目標値ｎｒｅｆは、カウンタｎがカウンタ目標値ｎｒｅｆに達したときの作動位置相当値ＶＮが上記値ＶＮ＊よりも大きい値となるように設定される。

現時点は、カウンタｎがステップ１７２５にてゼロに設定された直後である。従って、上記ＣＰＵはステップ１７３５にて「Ｎｏ」と判定して直ちにステップ１７９５に進んで本ルーチンの処理を一旦終了する。

これ以降、上記ＣＰＵはステップ１７０５，１７１０，１７３０，１７３５の処理を繰り返し実行してカウンタｎがインクリメントされていく。他方、この処理が繰り返し実行されている間、アクチュエータは開方向（即ち、Ａ方向）へ移動していく。換言すれば、作動位置相当値ＶＮが「１００」から減少していく（図１５を参照）。

インクリメントされていくカウンタｎが上記カウンタ目標値ｎｒｅｆに達すると、減少していた作動位置相当値ＶＮが値ＶＮ１（ＶＮ＊＜ＶＮ１＜１００）に達する。これにより、上記処理を繰り返し実行していたＣＰＵはステップ１７３５に進んだときに「Ｙｅｓ」と判定してステップ１７４０に進み、現時点における開口面積代表値Ａｅｑを算出するようになる。このステップ１７４０における開口面積代表値Ａｅｑの算出方法は、上述したステップ１７１５におけるものと同じである。

次に、上記ＣＰＵはステップ１７４５に進んで、ステップ１７４０にて算出された開口面積代表値Ａｅｑからステップ１７２０にて更新された開口面積代表値の初期値Ａｅｑ０の最新値を減じた値が、基準値αよりも大きいか否かを判定する。

ここで、基準値αは、ヒステリシス発生状態におけるヒステリシス面積が適正範囲内の最大値となる場合において所定の作動位置相当値ＶＮ（本例では、上記値ＶＮ１）に対応する開口面積代表値Ａｅｑと、ヒステリシス面積が最大となる場合において上記所定の作動位置相当値ＶＮに対応する開口面積代表値Ａｅｑとの差である。また、上記ヒステリシス面積は、作動位置相当値ＶＮと開口面積代表値Ａｅｑとの関係において、作動位置相当値ＶＮが「１００」から「０」まで変化させ、更に「０」から「１００」まで変化させた場合における開口面積代表値Ａｅｑの変化の軌跡によって囲まれた部分の面積を意味する。

ステップ１７４５にて「Ｙｅｓ」と判定される場合、上記ＣＰＵはステップ１７９５に直ちに進んで本ルーチンの処理を一旦終了する。即ち、この場合、上記ヒステリシス発生状態は不発生であると判定され、特殊制御フラグがＯｆｆに維持される。従って、この場合には、これ以降も通常制御が実行されていく（図１５の破線にて示した丸印を参照）。

一方、ステップ１７４５にて「Ｎｏ」と判定される場合、上記ＣＰＵはステップ１７５０に進んで上記特殊制御フラグをＯｆｆからＯｎに変更・設定した後、ステップ１７９５に進む。即ち、この場合、上記ヒステリシス発生状態が発生していると判定される。

本例における内燃機関１０の運転状態は、作動位置相当値ＶＮが「１００」以下の所定範囲内（図１４の位置Ｘ→位置Ｘ’の区間に対応する範囲内）ではアクチュエータの作動位置が移動しても開口面積代表値Ａｅｑが上記値Ａｅｑ１に維持されるものとする。即ち、この運転状態では、作動位置相当値ＶＮが「１００」から上記値ＶＮ１に達したときの開口面積代表値Ａｅｑが上記値Ａｅｑ１となる（図１５を参照）。

従って、この場合、ステップ１７４０にて算出される開口面積代表値Ａｅｑが上記値Ａｅｑ１と略同一の値となる。このため、ステップ１７４５内における値「Ａｅｑ−Ａｅｑ０」は略ゼロ（＜α）となり、上記ヒステリシス発生状態が発生していると判定される。この結果、ステップ１７５０にて特殊制御フラグがＯｎに変更・設定される。

以降、上記ＣＰＵはステップ１７０５に進んだとき「Ｎｏ」と判定して直ちにステップ１７９５に進むようになる。この図１７のルーチンが前記異常判定手段の一部に対応し、ステップ１７１５及びステップ１７４０が前記開口面積推定手段の一部に対応する。また、作動位置相当値ＶＮが「１００」である場合の作動位置が前記第１位置に対応し、作動位置相当値ＶＮが上記値ＶＮ１である場合の作動位置が前記第２位置に対応する。加えて、ステップ１７１５及びステップ１７４０にて算出される開口面積代表値Ａｅｑが、前記第１開口面積相当値及び前記第２開口面積相当値に対応する。

一方、上述のように特殊制御フラグがＯｎに変更・設定されている。このため、図１６のルーチン処理を繰り返し実行していたＣＰＵは、ステップ１６０５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１６２５に進み、特殊制御フラグがＯｆｆからＯｎに変更された直後であるか否かを判定するようになる。

上記ＣＰＵはステップ１６２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６３０に進んで特殊制御の実行を開始する。この特殊制御では、現時点における作動位置相当値ＶＮの目標作動位置相当値ＶＮｔからの乖離の程度にかかわらず、作動位置相当値ＶＮが上記値ＶＮ＊よりも小さい値となるまでモータ６８にＡ方向の駆動指示がなされる。また、特殊制御においては、モータ６８の駆動速度が、変更し得る範囲内の最大速度、且つ、上述した通常制御（ＰＩＤ制御）における駆動速度の範囲の最大速度よりも大きい速度に設定される。即ち、アクチュエータの作動位置のＡ方向への移動速度が最大速度に設定される。

次に、上記ＣＰＵはステップ１６３５に進んで、現時点において作動位置相当値ＶＮが上記値ＶＮ＊から余裕値βを減じた値よりも小さいか否かを判定する。現時点は特殊制御が開始された直後であるため、上記ＣＰＵはステップ１６３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６９５に直ちに進んで本ルーチンの処理を一旦終了する。

以降、上記ＣＰＵはステップ１６０５，１６２５，１６３５にて「Ｎｏ」と判定する処理を繰り返し実行する。これにより、ヒステリシス発生状態が発生していると判定された時点以降、アクチュエータの作動位置はＡ方向へ最大速度をもって移動していく。換言すれば、作動位置相当値ＶＮが上記値ＶＮ１から最大の変化速度をもって減少していく（図１５を参照）。

減少していく作動位置相当値ＶＮが図１４の位置Ｘ’に対応する位置（図８を参照）に到達してからは、ピン６６が上記二股部６５ａの他方側のピン当接部６５ａ２を押圧することで、開口面積代表値Ａｅｑは上記値Ａｅｑ１から増大していく。そして、作動位置相当値ＶＮが上記値ＶＮ＊に達すると、図９及び図１０に示すように上記他方側のピン当接部６５ａ２に当接していたピン６６は、一方側のピン当接部６５ａ１に当接するようになる。

更に減少していく作動位置相当値ＶＮが値「ＶＮ＊−β」に達すると、上記処理を繰り返し実行していたＣＰＵはステップ１６３５に進んだときに「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６４０に進んで特殊制御の実行を終了する。そして、上記ＣＰＵはステップ１６４５に進んで特殊制御フラグをＯｎからＯｆｆに変更・設定した後、ステップ１６９５に進んで本ルーチンの処理を一旦終了する。この図１６のルーチンが前記アクチュエータ制御手段の一部に対応する。また、ＶＮ＝ＶＮ＊−βに相当する位置が前記第２所定位置に対応する。

以降、特殊制御フラグがＯｆｆに変更・設定されたため、上記ＣＰＵはステップ１６０５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６１０〜１６２０の処理を繰り返し実行する。即ち、通常制御が実行されていく。

これにより、正の値の作動位置相当値偏差ΔＶＮがゼロに近づくように、アクチュエータの作動位置が閉方向（即ち、Ｂ方向）へ移動していく。即ち、通常制御により、作動位置相当値ＶＮが値「ＶＮ＊−β」から値ＶＮｔ１へ向けて増大していく。ここで、上記Ｂ方向への移動が開始するとき、ピン６６は上記二股部６５ａの一方側のピン当接部６５ａ１に当接している。従って、作動位置相当値ＶＮの上記値「ＶＮ＊−β」からの増大に応じて開口面積代表値Ａｅｑが減少していく。そして、増大していく作動位置相当値ＶＮが上記値ＶＮｔ１に達すると、開口面積代表値Ａｅｑは上記値Ａｅｑｔ１に達し得る（図１５の白抜きの星印を参照）。

なお、仮に、目標作動位置相当値ＶＮｔが上記値ＶＮｔ１に代えて上記値ＶＮ＊−βよりも小さい値ＶＮｔ２に決定された場合にも、上述した作動と同様にヒステリシス発生状態が発生しているか否かの判定が実行される。ヒステリシス発生状態が発生していると判定さた場合、上述した作動と同様に特殊制御が実行されて、作動位置相当値ＶＮが上記値「ＶＮ＊−β」まで増大する。その後、通常制御が実行されて負の値の作動位置相当値偏差ΔＶＮがゼロに近づくように、アクチュエータの作動位置がＡ方向へ移動していく。

即ち、通常制御により、作動位置相当値ＶＮが値「ＶＮ＊−β」から値ＶＮｔ２へ向けて減少していく。従って、作動位置相当値ＶＮの上記値「ＶＮ＊−β」からの減少に応じて開口面積代表値Ａｅｑが増大していく。そして、減少していく作動位置相当値ＶＮが上記値ＶＮ２に達すると、開口面積代表値Ａｅｑは、上記値ＶＮｔ２に対応する開口面積代表値Ａｅｑである値Ａｅｑｔ２に達し得る（図１５の黒塗りの星印を参照）。

以上説明したように、本発明による可変容量型過給機付き内燃機関１０の制御装置の実施形態によれば、通常制御によりアクチュエータの作動位置がＡ方向へ移動する場合において、作動位置が所定位置であるときの開口面積代表値Ａｅｑ（初期値Ａｅｑ０）と、作動位置が上記所定位置よりもＡ方向側の位置であるときの開口面積代表値Ａｅｑとが算出される。そして、値「Ａｅｑ−Ａｅｑ０」が基準値αよりも小さい場合に、上記ヒステリシス発生状態が発生していると判定される。

この開口面積代表値Ａｅｑは、内燃機関１０の運転状態を表す所定のパラメータが用いられることで容易に算出（推定）され得る。従って、あらゆる運転状態にて上記ヒステリシス発生状態が発生しているか否かの判定が容易に実行され得る。即ち、上記判定がなされ得る内燃機関の運転状態の領域を大きくすることができる。

また、この装置は、上記ヒステリシス発生状態が発生していると判定された場合、通常制御に代えて、上述した特殊制御を実行する。これにより、作動位置相当値ＶＮが上記値ＶＮ＊よりも小さい値「ＶＮ＊−β」となるまでアクチュエータの作動位置が最大速度をもってＡ方向へ移動する。その後、この装置は、再び通常制御を実行する。

ここで、例えば、通常制御にて目標とする開口面積代表値Ａｅｑが、上記値ＶＮ＊よりも大きい範囲内の作動位置相当値ＶＮに対応するものである場合（図１５の上記値ＶＮｔ１及び値Ａｅｑｔ１を参照）であっても、特殊制御により作動位置相当値ＶＮが上記値「ＶＮ＊−β」に到達した後に、通常制御により作動位置相当値ＶＮが上記値ＶＮｔ１となるまでアクチュエータがＢ方向へ移動する。即ち、開口面積代表値Ａｅｑが上記値Ａｅｑｔ１に到達し得る。この結果、可変ノズル機構６０に上記ヒステリシス発生状態等の異常状態が発生する場合であっても、所望の過給の程度を得ることができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、開口面積代表値Ａｅｑの算出に上流側排気圧力Ｐｅｘ１を下流側排気圧力Ｐｅｘ２で除した圧力比Ｐｅｘ１／Ｐｅｘ２が用いられているが（図１８を参照）、これに代えて、上流側排気圧力Ｐｅｘ１を大気圧で除した値が用いられてもよい。これによれば、下流側排気圧力センサ７４を配設する必要がないため、より簡易な構成にて開口面積代表値Ａｅｑを算出することができる。

また、上記実施形態においては、タービン流量特性値Ｑの算出に用いられる排気温度Ｔｅｘが図１９に示すテーブルにて決定されているが、これに代えて、排気温度Ｔｅｘが空気流量Ｇａに基づいて求められてもよい。また、タービンホイール５３よりも上流の排気通路に排気温度を検出するセンサを配設し、排気温度Ｔｅｘが直接検出されてもよい。

加えて、上記実施形態においては、タービン流量特性値Ｑが算出され、算出されたタービン流量特性値Ｑと圧力比Ｐｅｘ１／Ｐｅｘ２とに基づいて開口面積代表値Ａｅｑが算出されているが、これに代えて、タービン流量特性値Ｑを算出することなく空気流量Ｇａと、燃料噴射量ｑｆｉｎと、上流側排気圧力Ｐｅｘ１とに基づいて開口面積代表値Ａｅｑが算出されてもよい。この場合、例えば、空気流量Ｇａと、燃料噴射量ｑｆｉｎと、上流側排気圧力Ｐｅｘ１と、開口面積代表値Ａｅｑとの関係を規定するテーブルを用いて開口面積代表値Ａｅｑが決定されたもよい。このテーブルは、空気流量Ｇａが大きいほど、また、燃料噴射量ｑｆｉｎが大きいほど開口面積代表値Ａｅｑがより大きい値に決定されるように構成される。

本発明の実施形態に係る制御装置を可変容量型過給機付き内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。 図１に示したターボチャージャのタービンホイール及び可変ノズル機構の正面図である。 図１に示したターボチャージャのタービンホイール及び可変ノズル機構の裏面図である。 可変容量型過給機のベーンにおけるピボット位置と、排ガスの流れによるベーンに作用するモーメント、及びモータの所要駆動力との関係を示した図である。 可変容量型過給機のベーンにおけるピボット位置が９０％である場合におけるベーンに作用するモーメントを説明するための図である。 可変容量型過給機のベーンにおけるピボット位置が１０％である場合におけるベーンに作用するモーメントを説明するための図である。 図３に示した可変ノズル機構のアクチュエータの作動位置が位置Ｘ→位置Ｙ→位置Ｚの順に開方向（Ａ方向）に移動していく行程（ベーン開行程）において、作動位置が位置Ｘである場合におけるベーン等の様子を説明するための図である。 ベーン開行程において、作動位置が位置Ｘと位置Ｙとの間の位置Ｘ’である場合におけるベーン等の様子を説明するための図である。 ベーン開行程において、作動位置が位置Ｙである場合におけるベーン等の様子を説明するための図である。 ベーン開行程において、作動位置が位置Ｙに達したときのベーン等の作動を説明するための図である。 ベーン開行程において、作動位置が位置Ｚである場合におけるベーン等の様子を説明するための図である。 図３に示した可変ノズル機構のアクチュエータの作動位置が位置Ｚ→位置Ｙ→位置Ｘの順に閉方向（Ｂ方向）に移動していく行程（ベーン閉行程）において、作動位置が位置Ｚである場合におけるベーン等の様子を説明するための図である。 ベーン閉行程において、作動位置が位置Ｘである場合におけるベーン等の様子を説明するための図である。 ベーン開行程及びベーン閉行程におけるアクチュエータ作動位置相当値と開口面積代表値との関係を示した図である。 図１に示した電気制御装置の制御によるアクチュエータ及びベーン等の作動を説明するための、アクチュエータ作動位置相当値と開口面積代表値との関係を示した図である。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するアクチュエータの作動位置を制御するためのルーチンを示したフローチャートである。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するヒステリシス発生状態を検出するためのルーチンを示したフローチャートである。 圧力比と、タービン流量特性値と、開口面積代表値との関係を示した図である。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが参照する燃空比及び運転速度と、排気温度との関係を規定したテーブルを示した図である。

符号の説明

１０…内燃機関、５０…ターボチャージャ、５２…コンプレッサホイール（コンプレッサ羽根車）、５０…タービンホイール（タービン羽根車）、６０…可変ノズル機構、６１…ベーン、６４…第２プレート、６８…モータ、６９…駆動アーム、９１…電気制御装置。

Claims (4)

1. 内燃機関の筒内に供給される燃料の燃焼により発生する排ガスのエネルギーにより回転駆動されるタービン羽根車と、
   前記タービン羽根車の回転により回転駆動されて前記筒内に吸入される空気を圧縮するコンプレッサ羽根車と、
   前記排ガスが前記タービン羽根車に向けて流れる際に通過する開口の開口面積を変更する開口面積変更部材と、
   作動位置を変更することで前記開口面積変更部材を駆動して前記開口面積を調整するアクチュエータと、
   を備えた可変容量型過給機を備えた内燃機関に適用され、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記アクチュエータの前記作動位置を制御する通常制御を実行するアクチュエータ制御手段と、
   少なくとも前記供給される燃料の量と、前記吸入される空気の流量と、前記開口よりも上流の排気通路での前記排ガスの圧力とに基づいて前記開口面積に相当する値を推定する開口面積推定手段と、
   前記通常制御の実行中に前記アクチュエータの前記作動位置が第１位置から前記第１位置と異なる第２位置へ移動する場合において、前記作動位置が前記第１位置である場合に前記開口面積推定手段により推定される第１開口面積相当値と前記作動位置が前記第２位置である場合に前記開口面積推定手段により推定される第２開口面積相当値との差と、前記開口面積の異常発生の有無の判定に使用される基準となる基準値との比較結果に基づいて前記開口面積の異常が発生しているか否かを判定する異常判定手段と、
   を備えた可変容量型過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の可変容量型過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記開口面積推定手段は、
   前記燃料の量と、前記空気の流量と、前記排ガスの圧力とに基づいてタービン流量特性値を算出し、前記算出されたタービン流量特性値と、前記排ガスの圧力とに基づいて前記開口面積相当値を推定するように構成された可変容量型過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の可変容量型過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記可変容量型過給機は、
   前記アクチュエータの前記作動位置が作動範囲における前記開口面積が小さい方向である第１方向の端から前記作動範囲における前記開口面積が大きい方向である第２方向の端まで移動する場合において、第１所定位置よりも前記第１方向の範囲では前記作動位置が移動しても前記開口面積が一定に維持されるとともに前記第１所定位置よりも前記第２方向の範囲では前記作動位置の移動に応じて前記開口面積が増大していき、前記作動位置が前記第２方向の端から前記第１方向の端まで移動する場合においては、前記作動範囲に亘って前記作動位置の移動に応じて前記開口面積が減少していく状態が、前記内燃機関の運転状態によって発生し得るように構成されていて、
   前記異常判定手段は、
   前記アクチュエータの前記作動位置が前記第１位置から前記第１位置よりも前記第２方向の前記第２位置へ移動する場合において前記開口面積の異常が発生しているか否かを判定するように構成され、
   前記アクチュエータ制御手段は、
   前記異常が発生していると判定された場合、前記通常制御に代えて、前記アクチュエータの前記作動位置を前記第１所定位置よりも前記第２方向の第２所定位置まで移動させる特殊制御を実行した後、前記通常制御を実行するように構成された可変容量型過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の可変容量型過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記アクチュエータ制御手段は、
   前記特殊制御の実行中、前記アクチュエータの前記作動位置の移動速度を最大に設定するように構成された可変容量型過給機付き内燃機関の制御装置。
   

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