JP2016205350A - 可変ノズル制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変ノズルの開度がメカ全閉の状態においてノズル開閉機構を全閉ストッパに確実に突き当てることができると共に、全閉ストッパの摩耗を防ぐことができる可変ノズル制御装置を提供する。【解決手段】可変ノズル制御装置３０は、可変ノズル２４を開閉させるノズル開閉機構３１を駆動する駆動モータ３２と、ノズル開閉機構３１と当接し、可変ノズル２４のメカ全閉の位置を規定する全閉ストッパ３３と、ＥＣＵ４２とを備え、ＥＣＵ４２は、可変ノズル２４の開度が制御全閉となるように駆動モータ３２を制御する第１制御部４３と、ノズル開閉機構３１を全閉ストッパ３３に突き当てることで可変ノズル２４の開度がメカ全閉となるように駆動モータ３２を制御する第２制御部４４とを有し、第２制御部４４は、予め決められた突き当て用駆動指令値を駆動モータ３２に供給して、ノズル開閉機構３１を全閉ストッパ３３に突き当てる。【選択図】図２

Description

本発明は、可変ノズル制御装置に関する。

例えばディーゼルエンジンは、エンジン本体と、このエンジン本体に接続された吸気管及び排気管と、排気管に接続され、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦと、可変容量式のターボチャージャとを備えている。ターボチャージャは、吸気管に配置されたコンプレッサと、排気管に配置されたタービンとを有している。タービンは、タービンインペラと、このタービンインペラの周囲に配置され、排気ガスの流速を調整する複数の可変ノズルとを有している。

このようなディーゼルエンジンにおいて、ＤＰＦのＰＭ再生を行うときは、ＤＰＦの床温を上げるために、例えば燃料添加弁より排気ガス中に燃料を添加する。燃料の添加が可能な条件としては、排気ガスの温度が一定値以上であることが要求される。その理由は、排気管に液滴で溜まった添加燃料が白煙として放出されることを防止するためである。排気ガスの温度を上げるために、ＰＭ再生時は筒内の燃焼モードをＰＭ再生燃焼モードに切り替える。ＰＭ再生燃焼モードでは、筒内の噴射燃料を多くするために、通常燃焼に対してターボチャージャのポンピングロスを増加させることがある。ポンピングロスを増加させるためには、ターボチャージャの可変ノズルの開度を全閉とする。具体的には、可変ノズルの全閉位置としては、通常の使用範囲である制御全閉と、この制御全閉よりも更に閉じ側に位置し、可変ノズルと接続されたリンクが全閉ストッパに突き当たる状態のメカ全閉とがある。ポンピングロスを増加させるためには、可変ノズルの開度をメカ全閉とする。

可変ノズルのメカ全閉を使用する可変ノズル制御装置としては、例えば特許文献１に記載されている装置が知られている。特許文献１に記載の可変ノズル制御装置では、排気温の昇温モードに突入すると、可変ノズルを閉じ側に制御するように駆動モータを駆動し、可変ノズルの開度が所定開度以下になったときに、可変ノズルの閉じ速度を低下させ、その後に可変ノズルと接続されたメインアームがストッパ部材に突き当たる突き当て位置に達したときに、駆動モータの駆動を停止する。

特開２０１４−４３７７９号公報

しかしながら、上記従来技術においては、可変ノズルの開度をフィードバック制御している。このため、可変ノズルの開度をメインアーム（ノズル開閉機構）がストッパ部材（全閉ストッパ）に突き当たるメカ全閉にするように駆動モータを制御したにも関わらず、開度センサのばらつき又は温度特性等によって、実際にはノズル開閉機構が全閉ストッパに当たっていないことがある。ノズル開閉機構が全閉ストッパに当たっていないと、ターボチャージャのポンピングロスのポテンシャルを十分に生かしきれない。また、ノズル開閉機構が全閉ストッパに突き当たるときに、ノズル開閉機構の微少な振動により全閉ストッパが摩耗することがある。全閉ストッパが摩耗すると、メカ全閉の位置がずれるため、ターボチャージャの性能が経時劣化する可能性がある。

本発明の目的は、可変ノズルの開度がメカ全閉の状態においてノズル開閉機構を全閉ストッパに確実に突き当てることができると共に、全閉ストッパの摩耗を防ぐことができる可変ノズル制御装置を提供することである。

本発明の一態様は、エンジンに搭載されたターボチャージャの可変ノズルの開度を制御する可変ノズル制御装置において、可変ノズルを開閉させるノズル開閉機構と、ノズル開閉機構を駆動する駆動モータと、ノズル開閉機構と当接し、可変ノズルのメカ全閉の位置を規定する全閉ストッパと、可変ノズルの開度がメカ全閉となるように駆動モータを制御するモータ制御部とを備え、モータ制御部は、可変ノズルの開度がノズル開閉機構が全閉ストッパに当接する手前の制御全閉となるように駆動モータを制御する第１制御部と、可変ノズルの開度が制御全閉となってから所定時間を経過した後、ノズル開閉機構を全閉ストッパに突き当てることで可変ノズルの開度がメカ全閉となるように駆動モータを制御する第２制御部とを有し、第２制御部は、予め決められた突き当て用駆動指令値を駆動モータに供給して、ノズル開閉機構を全閉ストッパに突き当てることを特徴とする。

このような可変ノズル制御装置においては、可変ノズルの開度が制御全閉の状態から、ノズル開閉機構を全閉ストッパに突き当てることで可変ノズルの開度をメカ全閉にすることにより、可変ノズルの開度がメカ全閉の状態においてノズル開閉機構を全閉ストッパに確実に突き当てることができる。また、可変ノズルの開度のフィードバック制御では、ノズル開閉機構と全閉ストッパとの接触及び非接触が繰り返され、ノズル開閉機構が全閉ストッパに触れる際にエンジンの振動により全閉ストッパの磨耗が進行するような弱い接触状態が生じる。しかし、予め決められた突き当て用駆動指令値を駆動モータに供給して、ノズル開閉機構を全閉ストッパに突き当てることにより、ノズル開閉機構が確実に全閉ストッパに突き当たる。従って、全閉ストッパの磨耗が進行するような弱い接触状態が回避されるため、全閉ストッパの摩耗を防ぐことができる。さらに、可変ノズルの開度が制御全閉となってから所定時間を経過した後に、ノズル開閉機構を全閉ストッパに突き当てることにより、可変ノズルの開度が制御全閉より開いた位置からノズル開閉機構を全閉ストッパに突き当てる場合に比べて、ノズル開閉機構が全閉ストッパに突き当たった際の衝撃荷重を抑制することができる。従って、ノズル開閉機構の最弱部位の寿命低下を防止することができる。

モータ制御部は、アイドル状態が所定時間継続したときに、可変ノズルの開度がメカ全閉となるように駆動モータを制御してもよい。この場合には、ノズル開閉機構を全閉ストッパに突き当てる時期が、アイドル状態が所定時間継続したときに限定されることになる。従って、ノズル開閉機構が全閉ストッパに突き当たる回数を減少させることができる。

モータ制御部は、ノズル開閉機構が全閉ストッパに突き当たった後、可変ノズルの開度をメカ全閉に保持するように駆動モータを制御する第３制御部を有し、第３制御部は、突き当て用駆動指令値よりも小さい保持用駆動指令値を駆動モータに供給して、可変ノズルの開度をメカ全閉に保持してもよい。この場合には、保持用駆動指令値は突き当て用駆動指令値よりも小さいため、ノズル開閉機構の各部品に過大な負担を与えることなく、継続的に駆動モータを駆動してノズル開閉機構を全閉ストッパに押し当て続けることができる。これにより、エンジンの振動による全閉ストッパの摩耗を更に防ぐことができる。

第３制御部は、エンジンの回転数が第１所定値以下であり且つエンジンの負荷が第２所定値以下であるときは、可変ノズルの開度をメカ全閉に保持する状態を継続するように駆動モータを制御し、エンジンの回転数が第１所定値以下であり且つエンジンの負荷が第２所定値以下であるという条件を満たさないときは、可変ノズルの開度をメカ全閉に保持する状態を解除するように駆動モータを制御してもよい。この場合には、エンジンの回転数が第１所定値よりも大きい、及びエンジンの負荷が第２所定値よりも大きいという条件を一つでも満たさないと、可変ノズルの開度をメカ全閉に保持する状態が解除されないため、ノズル開閉機構が全閉ストッパに突き当たる回数を減少させることができる。

本発明によれば、可変ノズルの開度がメカ全閉の状態においてノズル開閉機構を全閉ストッパに確実に突き当てることができると共に、全閉ストッパの摩耗を防ぐことができる可変ノズル制御装置が提供される。

一実施形態に係る可変ノズル制御装置を含むディーゼルエンジンを示す概略構成図である。 一実施形態に係る可変ノズル制御装置を示す構成図である。 ＥＣＵにより実行される可変ノズル全閉制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。 駆動モータの駆動電流値と可変ノズルの開度との関係を示すグラフである。 他の実施形態に係る可変ノズル制御装置においてＥＣＵにより実行される可変ノズル全閉制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、一実施形態に係る可変ノズル制御装置を含むディーゼルエンジンを示す概略構成図である。同図において、ディーゼルエンジン１は、車両に搭載された４気筒直列ディーゼルエンジンである。

ディーゼルエンジン（以下、単にエンジン）１は、エンジン本体２を備えている。エンジン本体２は、４つのシリンダ３と、各シリンダ３内部の燃焼室４に燃料を噴射する４つのインジェクタ（燃料噴射弁）５とを有している。各インジェクタ５には、コモンレール６が接続されている。コモンレール６は、各インジェクタ５に供給される高圧燃料を貯留する。

また、エンジン１は、エンジン本体２にインテークマニホールド７を介して接続され、燃焼室４に空気を吸入するための吸気通路８と、エンジン本体２にエキゾーストマニホールド９を介して接続され、燃焼室４において燃焼された後の排気ガスを排出するための排気通路１０とを備えている。

吸気通路８には、上流側から下流側に向けてエアクリーナー１１、インタークーラー１２及びスロットルバルブ１３が配設されている。排気通路１０には、上流側から下流側に向けて酸化触媒（図示せず）及び触媒付きのディーゼル排気微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）１４が配設されている。ＤＰＦ１４は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集することにより、排気ガスからＰＭを取り除く。

エキゾーストマニホールド９には、ＤＰＦ１４に溜まったＰＭを燃焼して除去（再生）するために、排気ガス中に燃料を添加する燃料添加弁１５が配設されている。なお、燃料添加弁１５は、排気通路１０に配設されていてもよい。

また、エンジン１は、燃焼室４において燃焼された後の排気ガスの一部を排気再循環（ＥＧＲ）ガスとして燃焼室４内に還流するＥＧＲユニット１６を備えている。ＥＧＲユニット１６は、吸気通路８とエキゾーストマニホールド９とを接続するＥＧＲ通路１７と、このＥＧＲ通路１７に配設され、エキゾーストマニホールド９から吸気通路８へのＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ１８と、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲバルブ１８よりも上流側に配設され、ＥＧＲ通路１７を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１９とを有している。

さらに、エンジン１は、可変容量式のターボチャージャ２０を備えている。ターボチャージャ２０は、排気通路１０における酸化触媒（図示せず）よりも上流側に配設されたタービン２１と、吸気通路８におけるエアクリーナー１１とインタークーラー１２との間に配設されたコンプレッサ２２とを有している。

タービン２１は、図２に示されるように、タービンホイール２３と、このタービンホイール２３の周囲に等間隔で配置され、排気ガスの流速を調整する複数の可変ノズル２４とを有している。可変ノズル２４は、円環状のノズルプレート２５にノズル軸部２６を介して回動可能に取り付けられている。

図１に戻り、コンプレッサ２２は、コンプレッサインペラ２７を有している。タービンホイール２３とコンプレッサインペラ２７とは、タービンシャフト２８により連結されている。

燃焼室４から排出された排気ガスがエキゾーストマニホールド９及び排気通路１０を通ってタービン２１に導入されると、排気ガスのエネルギーによってタービンホイール２３が回転する。そして、タービンシャフト２８を介してタービンホイール２３と一体化されたコンプレッサインペラ２７が回転し、そのコンプレッサインペラ２７の回転によって圧縮された吸入空気がコンプレッサ２２から吸気通路８及びインテークマニホールド７を通って燃焼室４に供給される。

ここで、ＤＰＦ１４のＰＭ再生を行うときは、燃料添加弁１５より排気ガス中に燃料を添加する。このとき、排気ガスの温度を上げる必要があるため、通常燃焼時に比べてインジェクタ５から噴射される燃料を多くする。インジェクタ５からの燃料噴射量を増やす手段の一つとしては、ターボチャージャ２０の可変ノズル２４の開度を閉じることで、ポンピングロスを増大させることが挙げられる。

そこで、本実施形態では、エンジン１は、図２に示されるように、各可変ノズル２４の開度を制御する可変ノズル制御装置３０を更に備えている。可変ノズル制御装置３０は、可変ノズル２４を開閉させるノズル開閉機構３１と、このノズル開閉機構３１を駆動する駆動モータ３２と、ノズル開閉機構３１と当接し、可変ノズル２４のメカ全閉（後述）の位置を規定する全閉ストッパ３３とを有している。

ノズル開閉機構３１は、リンク３４と、このリンク３４と接続されたモータギヤ３５とを有している。モータギヤ３５は、駆動モータ３２の出力軸３２ａに取り付けられたウォーム３６と、このウォーム３６と螺合するウォームホイール３７とから構成されている。リンク３４の一端部は、ウォームホイール３７に連結されている。リンク３４の他端部は、各ノズル軸部２６と一体化されたリング体（図示せず）に連結されている。駆動モータ３２が回転駆動されると、駆動モータ３２の回転がモータギヤ３５及びリンク３４を介して各ノズル軸部２６に伝達され、各可変ノズル２４が開閉動作する。

リンク３４の一部品を構成するロッド３４ａの一端が全閉ストッパ３３に当接すると、各可変ノズル２４の開度がメカ全閉となる。メカ全閉は、通常の可変ノズル２４の使用範囲における全閉位置（制御全閉）よりも更に閉じた状態である。つまり、制御全閉は、ノズル開閉機構３１が全閉ストッパ３３に当接する手前の全閉位置である。なお、図２中の実線が可変ノズル２４のメカ全閉状態を示し、図２中の２点鎖線が可変ノズル２４の制御全閉状態を示している。

また、可変ノズル制御装置３０は、アクセル開度センサ３８と、車速センサ３９と、回転数センサ４０と、角度センサ４１と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４２とを有している。アクセル開度センサ３８は、車両のアクセル開度をエンジン負荷として検出する。車速センサ３９は、車両の車速を検出する。回転数センサ４０は、エンジン本体２の回転数（エンジン回転数）を検出する。角度センサ４１は、可変ノズル２４の角度を検出する。

ＥＣＵ４２は、駆動モータ３２を制御するモータ制御部を構成している。ＥＣＵ４２は、第１制御部４３と、第２制御部４４と、第３制御部４５とを有している。第１制御部４３は、アクセル開度センサ３８、車速センサ３９及び角度センサ４１の検出値に基づいて、可変ノズル２４の開度が設定値になるように駆動モータ３２を制御すると共に、可変ノズル２４の開度が制御全閉になるように駆動モータ３２を制御する。

第２制御部４４は、アクセル開度センサ３８及び車速センサ３９の検出値に基づいて、ノズル開閉機構３１のリンク３４を全閉ストッパ３３に突き当てることで可変ノズル２４の開度がメカ全閉となるように駆動モータ３２を制御する。

第３制御部４５は、アクセル開度センサ３８及び車速センサ３９の検出値に基づいて、ノズル開閉機構３１のリンク３４が全閉ストッパに突き当たった後、可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持するように駆動モータ３２を制御する。

図３は、ＥＣＵ４２により実行される可変ノズル全閉制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。

図３において、ＥＣＵ４２は、まずＰＭ再生中であり且つアイドル安定状態であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。ＰＭ再生制御を開始するか否かの判断は、例えばエンジン１の運転状態によりＤＰＦ１４に溜まったＰＭの重量を積算し、その積算結果からＰＭがＤＰＦ１４中に所定量以上堆積しているか、或いはＤＰＦ１４の上流側及び下流側の差圧を計測し、その計測結果からＰＭがＤＰＦ１４中に所定量以上堆積しているかどうかを推定することにより行われる。ＰＭ再生制御が開始された場合、ＤＰＦ１４に溜まったＰＭの重量がゼロまたは略ゼロになるまで、ＰＭ再生制御が継続される。アイドル安定状態とは、アイドル状態が所定時間（例えば１秒程度）継続した状態をいう。アイドル状態であるか否かの判断は、アクセル開度センサ３８及び車速センサ３９の検出値に基づいて行われる。具体的には、アクセル開度がゼロであると共に車速がゼロまたはゼロに近い状態がアイドル状態と判定される。

ＥＣＵ４２は、手順Ｓ１０１でＰＭ再生中であり且つアイドル安定状態であるという条件を満たさないと判断されたときは、可変ノズル２４の全閉制御を実施せずに、通常の可変ノズル２４の開度制御を実施し（手順Ｓ１０２）、手順Ｓ１０１に戻る。

ＥＣＵ４２は、手順Ｓ１０１でＰＭ再生中であり且つアイドル安定状態であるという条件を満たすと判断されたときは、可変ノズル２４の開度が制御全閉に達したかどうかを判断する（手順Ｓ１０３）。可変ノズル２４の開度が制御全閉に達していないときは、可変ノズル２４の開度が制御全閉となるように駆動モータ３２を制御し（手順Ｓ１０４）、手順Ｓ１０１に戻る。

具体的には、ＥＣＵ４２は、角度センサ４１の検出値に基づいて可変ノズル２４の実開度を求め、可変ノズル２４の実開度が目標開度（制御全閉）となるような駆動電流値を算出し、その駆動電流値を駆動モータ３２に供給する。つまり、ＥＣＵ４２は、可変ノズル２４の開度のフィードバック制御を行う。このため、図４（ｂ）に示されるように、可変ノズル２４は徐々に閉じていき、時刻ｔ_１になると可変ノズル２４の開度が制御全閉に達する。このとき、駆動モータ３２に供給される駆動電流値（モータ駆動電流値）は、図４（ａ）に示されるように、時刻ｔ_１になるまでは変動し、時刻ｔ_１になった後はゼロまたは略ゼロとなる。

ＥＣＵ４２は、手順Ｓ１０３で可変ノズル２４の開度が制御全閉に達したと判断されたときは、可変ノズル２４の開度が制御全閉に達してから所定時間が経過したかどうかを判断する（手順Ｓ１０５）。所定時間は、可変ノズル２４の開度が制御全閉で安定するような時間である。

ＥＣＵ４２は、可変ノズル２４の開度が制御全閉に達してから所定時間が経過したときは、駆動モータ３２に供給される駆動電流値が突き当て用駆動指令値Ａ（後述）以上である状態が所定時間（例えば１秒程度）継続しているかどうかを判断する（手順Ｓ１０６）。所定時間は、可変ノズル２４の開度が確実にメカ全閉となるように予め設定される。

ＥＣＵ４２は、駆動モータ３２に供給される駆動電流値が突き当て用駆動指令値Ａ以上である状態が所定時間継続している条件を満たしていないときは、ノズル開閉機構３１のリンク３４を全閉ストッパ３３に突き当てることで可変ノズル２４の開度がメカ全閉となるように駆動モータ３２を制御し（手順Ｓ１０７）、手順Ｓ１０１に戻る。このとき、駆動モータ３２に供給される駆動電流値は、突き当て用駆動指令値Ａである。

具体的には、ＥＣＵ４２は、図４（ａ）に示されるように、駆動電流値として予め決められた一定の突き当て用駆動指令値Ａを駆動モータ３２に供給して、リンク３４を全閉ストッパ３３に突き当てる。つまり、本手順では、可変ノズル２４の開度のフィードバック制御は使用しない。ここでいう一定は、微少な変動を含んでいる。駆動モータ３２に供給される駆動電流値が大きくなると、駆動モータ３２の駆動力が大きくなるため、リンク３４が全閉ストッパ３３に突き当たる時の衝撃荷重が大きくなる。突き当て用駆動指令値Ａは、リンク３４が全閉ストッパ３３に突き当たっても、全閉ストッパ３３、リンク３４及びモータギヤ３５が破損せず、更に駆動モータ３２の発熱限界を超えない程度の値に設定されている。このような突き当て用駆動指令値Ａを駆動モータ３２に供給することで、図４（ｂ）に示されるように、時刻ｔ_２〜ｔ_３において可変ノズル２４の開度が制御全閉から急激にメカ全閉に達する。

手順Ｓ１０６で駆動モータ３２に供給される駆動電流値が突き当て用駆動指令値Ａ以上である状態が所定時間継続している条件を満たすときは、可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持するように駆動モータ３２を制御し（手順Ｓ１０８）、手順Ｓ１０１に戻る。

具体的には、ＥＣＵ４２は、図４（ａ）に示されるように、駆動電流値として予め決められた一定の保持用駆動指令値Ｂを駆動モータ３２に供給して、可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持する。つまり、本手順でも、可変ノズル２４の開度のフィードバック制御は使用しない。ここでいう一定も、微少な変動を含んでいる。保持用駆動指令値Ｂは、突き当て用駆動指令値Ａよりも小さい。このため、この時の駆動モータ３２の駆動力は、リンク３４を全閉ストッパ３３に突き当てる時のときの駆動モータ３２の駆動力よりも小さい。このような保持用駆動指令値Ｂを駆動モータ３２に供給することで、図４（ｂ）に示されるように、可変ノズル２４の開度がメカ全閉に保持される。

可変ノズル２４の開度がメカ全閉に保持された状態において、ＰＭ再生中でなくなったとき又はアイドル安定状態でなくなったときは、可変ノズル２４の全閉制御が解除される。

以上において、第１制御部４３は、手順Ｓ１０１〜Ｓ１０４を実行する。第２制御部４４は、手順Ｓ１０１，Ｓ１０３，Ｓ１０５〜Ｓ１０７を実行する。第３制御部４５は、手順Ｓ１０１，Ｓ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０８を実行する。

以上のように本実施形態においては、まず可変ノズル２４の開度が制御全閉となるように駆動モータ３２を制御した後、ノズル開閉機構３１を全閉ストッパ３３に突き当てることで可変ノズル２４の開度がメカ全閉となるように駆動モータ３２を制御する。これにより、可変ノズル２４の開度がメカ全閉の状態においてノズル開閉機構３１を全閉ストッパ３３に確実に突き当てることができる。その結果、ターボチャージャ２０のポンピングロスを増大させて、インジェクタ５からの燃料噴射量を多くすることができる。このため、排気ガスの温度を燃料添加可能温度まで上昇させて、ＰＭ再生性能を向上させることができる。従って、ＰＭ再生時間を短縮し、燃費の向上を図ることが可能となる。

また、可変ノズル２４の開度のフィードバック制御では、ノズル開閉機構３１と全閉ストッパ３３との接触及び非接触が繰り返され、ノズル開閉機構３１が全閉ストッパ３３に触れる際にエンジン本体２の振動により全閉ストッパ３３の磨耗が進行するような弱い接触状態が生じる。しかし、本実施形態では、予め決められた突き当て用駆動指令値Ａを駆動モータ３２に供給して、ノズル開閉機構３１を全閉ストッパ３３に突き当てることにより、ノズル開閉機構３１が確実に全閉ストッパ３３に突き当たる。従って、全閉ストッパ３３の磨耗が進行するような弱い接触状態が回避されるため、全閉ストッパ３３の摩耗を防ぐことができる。その結果、メカ全閉の位置がずれることによるターボチャージャ２０の性能の経時劣化を防ぐことが可能となる。

さらに、本実施形態では、可変ノズル２４の開度を制御全閉にしてから所定時間を経過した後に、ノズル開閉機構３１を全閉ストッパ３３に突き当てるので、ノズル開閉機構３１の移動による慣性力が極めて小さくなり、可変ノズル２４の開度が制御全閉より開いた位置からノズル開閉機構３１を全閉ストッパ３３に突き当てる場合に比べて、ノズル開閉機構３１が全閉ストッパ３３に突き当たった際の衝撃荷重を抑制することができる。従って、モータギヤ３５の破損に対する信頼性を担保することができる。このため、例えばコスト削減のために、樹脂製のモータギヤ３５を使用することが可能となる。この場合には、ノズル開閉機構３１の最弱部位である樹脂製のモータギヤ３５の寿命低下を防止することができる。

また、本実施形態では、アイドル状態が所定時間継続したときに、可変ノズル２４の開度がメカ全閉となるように駆動モータ３２を制御するので、ノズル開閉機構３１を全閉ストッパ３３に突き当てる時期は、アイドル状態が所定時間継続したときに限定されることになる。従って、定常的な軽負荷時及び一時的な軽負荷時の何れにもノズル開閉機構３１を全閉ストッパ３３に突き当てる場合に比べて、ノズル開閉機構３１が全閉ストッパ３３に突き当たる回数を減少させることができる。その結果、ノズル開閉機構３１の寿命を長くすることが可能となる。また、燃料添加が可能な運転領域がアイドル状態まで拡大するため、ＰＭ再生性能を更に向上させることができる。

さらに、本実施形態では、ノズル開閉機構３１が全閉ストッパ３３に突き当たった後、可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持するように駆動モータ３２を制御する。このとき、突き当て用駆動指令値Ａよりも小さい保持用駆動指令値Ｂを駆動モータ３２に供給して、可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持するので、ノズル開閉機構３１の各部品に過大な負担を与えることなく、継続的に駆動モータ３２を駆動してノズル開閉機構３１を全閉ストッパ３３に押し当て続けることができる。これにより、エンジン本体２の振動による全閉ストッパ３３の摩耗を更に防ぐことができる。

図５は、他の実施形態に係る可変ノズル制御装置においてＥＣＵにより実行される可変ノズル全閉制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。なお、図３に示すフローチャートと同じ手順には、同じ符号を付している。

図５において、ＥＣＵ４２は、手順Ｓ１０１でＰＭ再生中であり且つアイドル安定状態であるという条件を満たさないと判断されたときは、ＰＭ再生中であり且つ可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持する制御が実行中であり且つ軽負荷運転状態であるかどうかを判断する（手順Ｓ１１０）。

軽負荷運転状態とは、アイドル状態よりも負荷が高い状態であり、エンジン回転数が予め決められた回転数用閾値（第１所定値）以下であり且つエンジン負荷が予め決められた負荷用閾値（第２所定値）以下である状態をいう。回転数用閾値及び負荷用閾値は、例えば可変ノズル２４の開度を制御全閉よりも大きくしたときに燃料添加が可能な最小排気温度（例えば３５０℃程度）に対応する値に設定されている。具体的には、軽負荷運転状態は、例えばオートマチックトランスミッション車のＤレンジ、またはマニュアルトランスミッション車の１速ギヤまたは２速ギヤでアクセルペダルを離して走行する状態（アイドルウォーク）、或いは緩い下り坂をアクセルペダルを離して走行する状態等である。

ＰＭ再生中であり且つ可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持する制御が実行中であり且つ軽負荷運転状態であるという条件を満たさないときは、通常の可変ノズル２４の開度制御を実施する(手順Ｓ１０２)。

ＰＭ再生中であり且つ可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持する制御が実行中であり且つ軽負荷運転状態であるという条件を満たすときは、可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持するように駆動モータ３２を制御する（手順Ｓ１０８）。

このような制御処理手順により、ＥＣＵ４２は、エンジン回転数が第１所定値以下であり且つエンジン負荷が第２所定値以下であるときは、可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持する状態を継続するように駆動モータ３２を制御し、エンジン回転数が第１所定値以下であり且つエンジン負荷が第２所定値以下であるという条件を満たさないときは、可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持する状態を解除するように駆動モータ３２を制御することになる。

なお、第３制御部４５（図２参照）は、手順Ｓ１０１，Ｓ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０８に加え、手順Ｓ１１０を実行する。

このように本実施形態においては、エンジン回転数が回転数用閾値よりも大きい、及びエンジン負荷が負荷用閾値よりも大きいという条件を一つでも満たさないと、可変ノズル２４の開度をメカ全閉に保持する状態が解除されない。従って、アイドル安定状態から一時的に軽負荷運転状態となっても、可変ノズル２４の全閉制御が解除されることは無く、可変ノズル２４の開度がメカ全閉に保持された状態が継続する。これにより、ノズル開閉機構３１が全閉ストッパ３３に突き当たる回数を更に減少させることができる。また、軽負荷運転状態でも、排気ガスの温度を燃料添加可能温度に保つことが可能となるため、ＰＭ再生性能を更に向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、ＤＰＦ１４の床温を上げてＰＭ再生を行うために、燃料添加弁１５より排気ガス中に燃料を添加しているが、排気ガス中に燃料を添加する代わりに、インジェクタ５により燃料のポスト噴射を行うことでＤＰＦ１４の床温を上げてもよい。この場合にも、ＰＭ再生時間を短縮することができる。従って、燃料によるエンジンオイルの希釈が抑えられ、エンジン１の信頼性を向上させることが可能となる。

また、上記実施形態では、駆動モータ３２に駆動電流を供給して駆動モータ３２を制御しているが、駆動モータ３２に駆動Dutyを供給して駆動モータ３２を制御してもよい。

さらに、上記実施形態の可変ノズル制御装置３０は、ＤＰＦ１４を備えたディーゼルエンジン１に適用されているが、本発明は、可変ノズルを有するターボチャージャを備えたエンジンであれば適用可能である。

１…ディーゼルエンジン、２０…ターボチャージャ、２４…可変ノズル、３０…可変ノズル制御装置、３１…ノズル開閉機構、３２…駆動モータ、３３…全閉ストッパ、４２…ＥＣＵ（モータ制御部）、４３…第１制御部、４４…第２制御部、４５…第３制御部。

Claims (4)

1. エンジンに搭載されたターボチャージャの可変ノズルの開度を制御する可変ノズル制御装置において、
   前記可変ノズルを開閉させるノズル開閉機構と、
   前記ノズル開閉機構を駆動する駆動モータと、
   前記ノズル開閉機構と当接し、前記可変ノズルのメカ全閉の位置を規定する全閉ストッパと、
   前記可変ノズルの開度が前記メカ全閉となるように前記駆動モータを制御するモータ制御部とを備え、
   前記モータ制御部は、前記可変ノズルの開度が前記ノズル開閉機構が前記全閉ストッパに当接する手前の制御全閉となるように前記駆動モータを制御する第１制御部と、前記可変ノズルの開度が前記制御全閉となってから所定時間を経過した後、前記ノズル開閉機構を前記全閉ストッパに突き当てることで前記可変ノズルの開度が前記メカ全閉となるように前記駆動モータを制御する第２制御部とを有し、
   前記第２制御部は、予め決められた突き当て用駆動指令値を前記駆動モータに供給して、前記ノズル開閉機構を前記全閉ストッパに突き当てることを特徴とする可変ノズル制御装置。
2. 前記モータ制御部は、アイドル状態が所定時間継続したときに、前記可変ノズルの開度が前記メカ全閉となるように前記駆動モータを制御することを特徴とする請求項１記載の可変ノズル制御装置。
3. 前記モータ制御部は、前記ノズル開閉機構が前記全閉ストッパに突き当たった後、前記可変ノズルの開度を前記メカ全閉に保持するように前記駆動モータを制御する第３制御部を有し、
   前記第３制御部は、前記突き当て用駆動指令値よりも小さい保持用駆動指令値を前記駆動モータに供給して、前記可変ノズルの開度を前記メカ全閉に保持することを特徴とする請求項１または２記載の可変ノズル制御装置。
4. 前記第３制御部は、前記エンジンの回転数が第１所定値以下であり且つ前記エンジンの負荷が第２所定値以下であるときは、前記可変ノズルの開度を前記メカ全閉に保持する状態を継続するように前記駆動モータを制御し、前記エンジンの回転数が第１所定値以下であり且つ前記エンジンの負荷が第２所定値以下であるという条件を満たさないときは、前記可変ノズルの開度を前記メカ全閉に保持する状態を解除するように前記駆動モータを制御することを特徴とする請求項３記載の可変ノズル制御装置。

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