JP2018131973A - 可変型ターボチャージャ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンの周辺に設けるセンサ数の低減を図り、装置構成を簡素化できる可変型ターボチャージャ装置を提供すること。【解決手段】可変型ターボチャージャ装置１０は、エンジン１１からの排ガスによって回転されるタービン１２と、タービン１２と同軸回転されてエンジン１１への吸気を過給するコンプレッサ１３と、タービン１２への排ガス量を調整する可変ノズルベーン機構１５と、可変ノズルベーン機構１５の開度を制御する制御装置１６とを備え、制御装置１６は、タービン１２の入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度及び出口排ガス圧力Ｐ２の中から少なくとも３つの値を測定し、これら測定した３つの値と、可変ノズルベーン機構１５の開度指令値ＶＧ＊と、タービン１２の回転数Ｎｔと、に基づいて、残りの１つの値を演算する演算ユニット３１を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ＶＧ（Variable Geometry）タービンを備える可変型ターボチャージャ装置に関する。

一般に、エンジンからの排ガス量を調整する可変ノズルベーン機構を設けたＶＧタービンと、このＶＧタービンと同軸回転されてエンジンへの吸気を過給するコンプレッサと、を備えた可変型ターボチャージャ装置が知られている。この種の可変型ターボチャージャ装置ではハードウェアの高度化に伴い、制御システムが複雑化している。このため、制御システムのパラメータとして、ＶＧタービン周辺の状態量が多数モニタリングされている。

ところで、上記した状態量をモニタリングするには、ＶＧタービンの周辺に多数のセンサを設ける必要があり、装置構成が煩雑化すると共に製造コストが上昇する。また、これらのセンサが故障した場合、状態量のモニタリングが不安定となり、制御システムの誤動作が生じるおそれがある。

この種の問題を解決するために、従来、ウエストゲートバルブを備えるターボチャージャにおいて、ウエストゲートバルブの位置により、タービンの出口排ガス温度（状態量）を推定する技術が開示されている。

米国特許出願公開第２０１５／００９６２９５号明細書

しかしながら、従来の技術は、ウエストゲートバルブを備えるターボチャージャに限定する技術であり、ＶＧタービンを備えた可変型ターボチャージャ装置に適用することはできなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、タービンの周辺に設けるセンサ数の低減を図り、装置構成を簡素化できる可変型ターボチャージャ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る可変型ターボチャージャ装置は、エンジンからの排ガスによって回転されるタービンと、タービンと同軸回転されてエンジンへの吸気を過給するコンプレッサと、タービンへの排ガス量を調整する可変ノズルベーン機構と、可変ノズルベーン機構の開度を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、タービンの入口排ガス温度、入口排ガス圧力、出口排ガス温度及び出口排ガス圧力の中から少なくとも３つの値を測定し、これら測定した３つの値と、可変ノズルベーン機構の開度と、タービンの回転数と、に基づいて、残りの１つの値を演算する演算制御部を備える。

この構成によれば、演算制御部は、入口排ガス温度、入口排ガス圧力、出口排ガス温度及び出口排ガス圧力の中から少なくとも３つの値を測定し、これら測定した３つの値と、可変ノズルベーン機構の開度と、タービンの回転数と、に基づいて、残りの１つの値を演算するため、この演算された値を測定するためのセンサを設ける必要がなく、タービンの周辺に設けるセンサ数の低減を図り、装置構成を簡素化することができる。

この構成において、演算制御部は、タービンの入口排ガス温度または出口排ガス温度の値を演算する構成としてもよい。この構成よれば、圧力センサよりも応答性の低い温度センサの数を低減できるため、制御性の向上を図ることができる。

また、タービンの入口排ガス温度、入口排ガス圧力、出口排ガス温度及び出口排ガス圧力の測定値がそれぞれ正常範囲内にあるか否かを判別する測定値判別部を備え、演算制御部は、これら測定値のいずれか１つが正常範囲内にないと判別した場合、正常範囲内にある３つの測定値から残りの１つの値を演算する構成としてもよい。この構成によれば、例えば、入口排ガス圧力、出口排ガス温度及び出口排ガス圧力を測定するセンサのいずれかが故障した場合であっても、演算された値を用いることにより、安定した制御動作を実現できる。

また、タービンは、エンジンに直列に接続された第１タービン及び第２タービンを備え、可変ノズルベーン機構は、第１タービンへの排ガス量を調整する第１可変ノズルベーン機構と、第２タービンへの排ガス量を調整する第２可変ノズルベーン機構とを備え、演算制御部は、第１タービンの入口排ガス温度及び入口排ガス圧力と、第１タービンと第２タービンとの間の中間排ガス温度及び中間排ガス圧力と、第２タービンの出口排ガス温度及び出口排ガス圧力の中から少なくとも４つの値を測定し、これら測定した４つの値と、第１可変ノズルベーン機構及び第２可変ノズルベーン機構の各開度と、第１タービン及び第２タービンの各回転数と、に基づいて、残りの２つの値を演算する構成としてもよい。

また、本発明に係る可変型ターボチャージャ装置は、エンジンからの排ガスによって回転されるタービンと、タービンと同軸回転されてエンジンへの吸気を過給するコンプレッサと、タービンへの排ガス量を調整する可変ノズルベーン機構と、可変ノズルベーン機構の開度を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、タービンの入口排ガス温度の変化量、入口排ガス圧力の変化量、出口排ガス温度の変化量及び出口排ガス圧力の変化量の中から少なくとも３つの変化量を測定し、これら測定した３つの変化量と、可変ノズルベーン機構の開度変化量と、タービンの回転数の変化量と、に基づいて、残りの１つの変化量を演算する演算制御部を備えることを特徴とする。

この構成において、演算された変化量が所定の正常範囲内にない場合、異常を発する報知部を備えた構成としてもよい。

本発明にかかる可変型ターボチャージャ装置は、タービンの入口排ガス温度、入口排ガス圧力、出口排ガス温度及び出口排ガス圧力の中から少なくとも３つの値を測定し、これら測定した３つの値と、可変ノズルベーン機構の開度と、タービンの回転数と、に基づいて、残りの１つの値を演算する演算制御部を備えるため、この演算された値を測定するためのセンサを設ける必要がなく、タービンの周辺に設けるセンサ数の低減を図り、装置構成を簡素化することができる。

図１は、第１実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の概略構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の制御装置を示すブロック図である。 図３は、第２実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の概略構成を示す図である。 図４は、第２実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の制御装置を示すブロック図である。 図５は、第３実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の概略構成を示す図である。 図６は、第３実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の制御装置を示すブロック図である。 図７は、センサの測定値を判別する際の動作手順を示すフローチャートである。 図８は、第４実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の制御装置を示すブロック図である。 図９は、第４実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の動作手順を示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の概略構成を示す図である。図２は、第１実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の制御装置を示すブロック図である。可変型ターボチャージャ装置１０は、図１に示すように、エンジン１１の排気管路２１に配置されたタービン１２と、該エンジン１１の吸気管路２２に配置されたコンプレッサ１３と、タービン１２及びコンプレッサ１３を連結するロータ１４とを備える。

エンジン１１から排出される排ガスは、排気管路２１を通じて、タービン１２に流入し、このタービン１２を回転駆動する。このタービン１２の回転に伴ってコンプレッサ１３が同軸回転することにより、吸気管路２２を通じてコンプレッサ１３に流入した空気が圧縮されてエンジン１１への吸気を過給する。

本構成では、タービン１２は、このタービン１２に流入する排ガス量を調整する可変ノズルベーン機構１５を備えた可変容量（ＶＧ：Variable Geometry）型のタービンとして構成されている。このタービン１２は、可変ノズルベーン機構１５の開度を調整することにより、該タービン１２に流入する排ガス量が調整されるため、タービン１２及びコンプレッサ１３の回転数が制御され、エンジン１１への過給圧を制御できるように構成されている。

可変型ターボチャージャ装置１０は、可変ノズルベーン機構１５の開度を制御する制御装置１６と、タービン１２の入口排ガス温度Ｔ１を測定する入口温度センサ２４と、タービン１２の入口排ガス圧力Ｐ１を測定する入口圧力センサ２５と、タービン１２の出口排ガス圧力Ｐ２を測定する出口圧力センサ２７と、タービン１２の回転数Ｎｔを測定する回転数センサ２８とを備える。これら入口温度センサ２４と入口圧力センサ２５は、タービン１２の入口（上流）側における排気管路２１に設けられている。出口圧力センサ２７は、タービン１２の出口（下流）側における排気管路２１に設けられている。回転数センサ２８は、タービン１２のケーシング内に設けられている。入口温度センサ２４、入口圧力センサ２５、出口圧力センサ２７及び回転数センサ２８は、制御装置１６に接続され、各センサがそれぞれ測定した値は制御装置１６に入力される。

制御装置１６は、図２に示すように、信号処理ユニット３０と、演算ユニット（演算制御部）３１と、制御ユニット３２とを備える。信号処理ユニット３０は、上記した各センサが測定した測定信号が入力される。信号処理ユニット３０は、入力された信号から特定の周波数成分を抽出したり、ノイズを除去したりする処理を行うフィルタ３４と、このフィルタ３４で処理された信号を変換処理する信号変換部３５とを備える。この信号変換部３５は、各センサから入力された電圧信号を物理量に変換する。これにより、変換された物理量（測定値）を用いて各種の制御が実行される。

制御ユニット３２は、エンジン１１及び可変型ターボチャージャ装置１０の動作全般を制御する。この制御ユニット３２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）等を備えて構成されたマイクロコンピュータからなる。制御ユニット３２は、信号処理ユニット３０及び演算ユニット３１から入力された値に基づいて、各種機器類の制御指令値（例えば、エンジンの軸トルクＴｑ＊、エンジンの燃焼噴射量Ｆｕｅｌ＊、開度指令値ＶＧ＊等）を出力する。

エンジンの軸トルクＴｑ＊、エンジンの燃焼噴射量Ｆｕｅｌ＊は、エンジン１１に伝達されて、エンジン１１の出力を制御する。また、開度指令値ＶＧ＊は、タービン１２の可変ノズルベーン機構１５に伝達され、この可変ノズルベーン機構１５の開度を制御する。

演算ユニット３１は、タービン１２の入口排ガス温度Ｔ１と、入口排ガス圧力Ｐ１と、出口排ガス圧力Ｐ２と、可変ノズルベーン機構１５の開度指令値ＶＧ＊と、タービン１２の回転数Ｎｔと、に基づいて、タービン１２の出口排ガス温度Ｔ２を演算する。これにより、タービン１２の出口排ガス温度Ｔ２を測定する出口温度センサを設ける必要がなくなるため、装置構成が簡素化すると共に製造コストの低減を図ることができる。

演算ユニット３１は、例えば、タービン１２の入口排ガス温度Ｔ１と、入口排ガス圧力Ｐ１と、出口排ガス圧力Ｐ２と、可変ノズルベーン機構１５の開度指令値ＶＧ＊と、タービン１２の回転数Ｎｔとから出口排ガス温度Ｔ２を演算するための関数式（１）を記憶しており、この関数式（１）に各センサの測定値を入れることにより、出口排ガス温度Ｔ２を演算する。

Ｔ２＝Ｔ１×ｆ（Ｐ２／Ｐ１,Ｎｔ,ＶＧ＊） （１）

一般に、可変ノズルベーン機構１５の開度を開度指令値ＶＧ＊に基づき制御すると、実際の開度と開度指令値ＶＧ＊が示す開度との偏差は小さく、応答性が高いことが判明している。このため、例えば、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス圧力Ｐ２、タービン１２の回転数Ｎｔ及び出口排ガス温度Ｔ２の関係を、異なる複数の開度指令値ＶＧ＊ごとに予め関数式として求めておき、開度指令値ＶＧ＊が設定された場合に、この開度指令値ＶＧ＊に相当する関数式を読み出し、この関数式に基づいて、出口排ガス温度Ｔ２を演算する。

この構成では、開度指令値ＶＧ＊ごとに予め求めておいた関数式を用いるため、演算された出口排ガス温度Ｔ２と実際の値との偏差を抑えることができ、出口排ガス温度Ｔ２を正確に演算することができる。

また、タービン１２の性能マップ（性能試験結果など）が事前に判明している場合には、この性能マップに入口排ガス温度Ｔ１、出口排ガス温度Ｔ２の値を加味した参照テーブルを作成し、この参照テーブルに基づいて、タービン１２の出口排ガス温度Ｔ２を演算する構成としてもよい。さらに、タービン１２の性能マップが不明の場合には、例えば、タービン１２の最大ガス流量を事前に計測し、開度指令値ＶＧ＊に基づく実際のタービン１２のガス流量を算出し、このガス流量、入口排ガス温度Ｔ１、出口排ガス温度Ｔ２の関係式を立てておく。そして、この関係式に基づいて、タービン１２の出口排ガス温度Ｔ２を演算する構成としてもよい。

温度センサは、圧力センサに比べて、応答性の低い傾向にあり、温度測定時の実際の温度と、測定温度との間に測定遅れが生じる場合がある。本実施形態では、出口排ガス温度Ｔ２を演算することにより、温度センサを１つ削減することができるため、応答性を高めて制御性の向上を図っている。また、出口排ガス温度Ｔ２は、比較的変動が少なく安定しているため、出口排ガス温度Ｔ２を演算して求めた場合の精度を高めることができる。

本実施形態では、演算ユニット３１は、タービン１２の入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス圧力Ｐ２に基づいて、タービン１２の出口排ガス温度Ｔ２を演算しているが、これに限るものではなく、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度Ｔ２、及び出口排ガス圧力Ｐ２の中から１つの値を演算で求める構成としてもよい。例えば、入口排ガス温度Ｔ１は、出口排ガス温度Ｔ２よりも高いため、入口温度センサを削減することで、高温環境下におけるセンサのメンテナンス作業を低減することができる。また、圧力センサは、温度センサよりも高コストであるため、入口圧力センサまたは出口圧力センサを削減することにより、製造コストをより低減することができる。この場合、上記した関数式（１）と同様に、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス圧力Ｐ２をそれぞれ演算するための各関数式が演算ユニット３１に記憶されている。

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の概略構成を示す図である。図４は、第２実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の制御装置を示すブロック図である。この第２実施形態では、可変型ターボチャージャ装置１０Ａは、いわゆる二段型のターボチャージャ装置である点で第１実施形態と構成を異にする。第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

可変型ターボチャージャ装置１０Ａは、図３に示すように、エンジン１１の排気管路２１に直列に設けられた高圧段タービン（第１タービン）１２Ａ及び低圧段タービン（第２タービン）１２Ｂと、エンジン１１の吸気管路２２に直列に設けられた高圧段コンプレッサ（第１コンプレッサ）１３Ａ及び低圧段コンプレッサ（第２コンプレッサ）１３Ｂと、を備える。高圧段タービン１２Ａと高圧段コンプレッサ１３Ａとは高圧段ロータ１４Ａにより連結され、低圧段タービン１２Ｂと低圧段コンプレッサ１３Ｂとは低圧段ロータ１４Ｂにより連結される。

高圧段タービン１２Ａは、この高圧段タービン１２Ａに流入する排ガス量を調整する高圧段可変ノズルベーン機構（第１可変ノズルベーン機構）１５Ａを備え、低圧段タービン１２Ｂは、この低圧段タービン１２Ｂに流入する排ガス量を調整する低圧段可変ノズルベーン機構（第２可変ノズルベーン機構）１５Ｂを備える。

本実施形態では、可変型ターボチャージャ装置１０Ａは、高圧段可変ノズルベーン機構１５Ａ及び低圧段可変ノズルベーン機構１５Ｂの開度をそれぞれ制御する制御装置１６Ａを備える。また、可変型ターボチャージャ装置１０Ａは、高圧段タービン１２Ａの入口排ガス温度Ｔ１を測定する入口温度センサ４０と、高圧段タービン１２Ａの入口排ガス圧力Ｐ１を測定する入口圧力センサ４１と、高圧段タービン１２Ａと低圧段タービン１２Ｂとの間の中間排ガス圧力Ｐ２ａを測定する中間圧力センサ４２と、高圧段タービン１２Ａの回転数Ｎｔ１を測定する高圧段回転数センサ４３とを備える。また、可変型ターボチャージャ装置１０Ａは、低圧段タービン１２Ｂの出口排ガス圧力Ｐ３を測定する出口圧力センサ４４と、低圧段タービン１２Ｂの回転数Ｎｔ２を測定する低圧段回転数センサ４５とを備える。

入口温度センサ４０と入口圧力センサ４１は、高圧段タービン１２Ａの入口（上流）側における排気管路２１に設けられている。中間圧力センサ４２は、高圧段タービン１２Ａと低圧段タービン１２Ｂとの間の排気管路２１に設けられている。出口圧力センサ４４は、低圧段タービン１２Ｂの出口（下流）側における排気管路２１に設けられている。高圧段回転数センサ４３及び低圧段回転数センサ４５は、それぞれ、高圧段タービン１２Ａ及び低圧段タービン１２Ｂのケーシング内に設けられている。入口温度センサ４０、入口圧力センサ４１、中間圧力センサ４２、高圧段回転数センサ４３、出口圧力センサ４４及び低圧段回転数センサ４５は、制御装置１６Ａに接続され、各センサがそれぞれ測定した値は制御装置１６Ａに入力される。

制御装置１６Ａは、図４に示すように、信号処理ユニット３０と、演算ユニット（演算制御部）３１Ａと、制御ユニット３２とを備える。制御ユニット３２は、信号処理ユニット３０及び演算ユニット３１Ａから入力された値に基づいて、高圧段可変ノズルベーン機構１５Ａ及び低圧段可変ノズルベーン機構１５Ｂの開度をそれぞれ制御する高圧段開度指令値ＶＧ１＊、低圧段開度指令値ＶＧ２＊を出力する。

演算ユニット３１Ａは、高圧段タービン１２Ａの入口排ガス温度Ｔ１と、入口排ガス圧力Ｐ１と、中間排ガス圧力Ｐ２ａと、高圧段可変ノズルベーン機構１５Ａの高圧段開度指令値ＶＧ１＊と、高圧段タービン１２Ａの回転数Ｎｔ１と、に基づいて、高圧段タービン１２Ａと低圧段タービン１２Ｂとの間の中間排ガス温度Ｔ２ａを演算する。演算ユニット３１Ａは、上記した第１実施形態と同様に、例えば、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、中間排ガス圧力Ｐ２ａ、高圧段開度指令値ＶＧ１＊及び回転数Ｎｔ１から中間排ガス温度Ｔ２ａを演算するための関数式（２）を記憶しており、この関数式（２）に各センサの測定値を入れることにより、中間排ガス温度Ｔ２ａを演算する。

また、演算ユニット３１Ａは、この演算した中間排ガス温度Ｔ２ａと、中間排ガス圧力Ｐ２ａと、低圧段可変ノズルベーン機構１５Ｂの低圧段開度指令値ＶＧ２＊と、低圧段タービン１２Ｂの回転数Ｎｔ２と、に基づいて、低圧段タービン１２Ｂの出口排ガス温度Ｔ３を演算する。演算ユニット３１Ａは、例えば、中間排ガス温度Ｔ２ａ、中間排ガス圧力Ｐ２ａ、出口排ガス圧力Ｐ３、低圧段開度指令値ＶＧ２＊、回転数Ｎｔ２、から出口排ガス温度Ｔ３を演算するための関数式（３）を記憶しており、この関数式（３）に各センサの測定値を入れることにより、出口排ガス温度Ｔ３を演算する。

Ｔ２ａ＝Ｔ１×ｆ１（Ｐ２ａ／Ｐ１,Ｎｔ１,ＶＧ１＊） （２）
Ｔ３＝Ｔ２ａ×ｆ２（Ｐ３／Ｐ２ａ,Ｎｔ２,ＶＧ２＊） （３）

本実施形態によれば、中間排ガス温度Ｔ２ａ及び出口排ガス温度Ｔ３を測定する中間温度センサ及び出口温度センサを設ける必要がなくなり、応答性の低い温度センサを１つに削減した装置構成を実現できる。

本実施形態では、演算ユニット３１Ａは、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、中間排ガス圧力Ｐ２ａ、出口排ガス圧力Ｐ３に基づいて、中間排ガス温度Ｔ２ａ及び出口排ガス温度Ｔ３を演算しているが、これに限るものではなく、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、中間排ガス温度Ｔ２ａ、中間排ガス圧力Ｐ２ａ、出口排ガス温度Ｔ３及び出口排ガス圧力Ｐ３の中から２つの値を演算で求める構成としてもよい。この場合にも、各値を演算するための関数式が演算ユニット３１Ａに記憶されている。

［第３実施形態］
図５は、第３実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の概略構成を示す図である。図６は、第３実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の制御装置を示すブロック図である。この第３実施形態では、可変型ターボチャージャ装置１０Ｂは、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度Ｔ２、及び出口排ガス圧力Ｐ２をすべて測定し、これら測定値がそれぞれ正常範囲内にあるか否かを判別する測定値判別部を備えている点で第１実施形態と構成を異にする。第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

可変型ターボチャージャ装置１０Ｂは、図５に示すように、可変ノズルベーン機構１５の開度を制御する制御装置１６Ｂと、タービン１２の入口排ガス温度Ｔ１を測定する入口温度センサ２４と、タービン１２の入口排ガス圧力Ｐ１を測定する入口圧力センサ２５と、タービン１２の出口排ガス温度Ｔ２を測定する出口温度センサ２６と、タービン１２の出口排ガス圧力Ｐ２を測定する出口圧力センサ２７と、タービン１２の回転数Ｎｔを測定する回転数センサ２８とを備える。これら入口温度センサ２４と入口圧力センサ２５は、タービン１２の入口（上流）側における排気管路２１に設けられている。出口温度センサ２６と出口圧力センサ２７は、タービン１２の出口（下流）側における排気管路２１に設けられている。回転数センサ２８は、タービン１２のケーシング内に設けられている。入口温度センサ２４、入口圧力センサ２５、出口温度センサ２６、出口圧力センサ２７及び回転数センサ２８は、制御装置１６Ｂに接続され、各センサがそれぞれ測定した値は制御装置１６Ｂに入力される。

制御装置１６Ｂは、図６に示すように、信号処理ユニット３０から送られた各センサの測定値を監視し、この測定値が正常範囲内にあるか否かを判別する測定値判別ユニット（測定値判別部）３６を備える。測定値判別ユニット３６は、例えば、各センサからの信号が入力されていない場合には、センサの故障などによって正常な測定ができていないとして、正常範囲内にはないと判別する。また、測定値判別ユニット３６は、例えば、タービン１２（可変ノズルベーン機構１５）の運転状態に応じた正常範囲を示すテーブルをセンサごとに有しており、測定値を参照テーブルと比較することで正常範囲内にあるか否かを判別してもよい。

次に、制御装置１６Ｂの動作について説明する。図７は、センサの測定値を判別する際の動作手順を示すフローチャートである。まず、測定値判別ユニット３６は、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度Ｔ２、出口排ガス圧力Ｐ２を取得する（ステップＳ１）。この場合、可変ノズルベーン機構１５の開度指令値ＶＧ＊、タービン１２の回転数Ｎｔを取得してもよい。次に、測定値判別ユニット３６は、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度Ｔ２、出口排ガス圧力Ｐ２の測定値がそれぞれ正常範囲内あるか否かを判別する（ステップＳ２）。

ステップＳ２の判別において、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度Ｔ２、出口排ガス圧力Ｐ２の測定値がすべて正常範囲内にある場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）には、そのまま処理を終了して、各センサの測定値に基づいて処理制御を行う工程に移行する。また、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度Ｔ２、出口排ガス圧力Ｐ２の測定値の少なくとも１つが正常範囲内にない場合（ステップＳ２；Ｎｏ）には、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度Ｔ２、出口排ガス圧力Ｐ２の測定値のうち、１つが正常範囲外にあるか否かを判別する（ステップＳ３）。

ステップＳ３の判別において、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度Ｔ２、出口排ガス圧力Ｐ２の測定値のうち、少なくとも２つが正常範囲外にない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）には、これら測定値の２つ以上が正常範囲を逸脱しているため、異常（ステップＳ４）と判別して処理を終了する。この場合、安全性を考慮し、可変型ターボチャージャ装置１０Ｂは運転停止することが好ましい。

ステップＳ３の判別において、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度Ｔ２、出口排ガス圧力Ｐ２の測定値のうち、１つが正常範囲外である場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、演算ユニット３１は、正常範囲内にある３つの測定値から残りの１つの値を演算する。例えば、タービン１２の出口排ガス温度Ｔ２の測定値が参照テーブルに規定された正常範囲から逸脱している場合には、この測定された出口排ガス温度Ｔ２を除外する。そして、演算ユニット３１は、タービン１２の入口排ガス温度Ｔ１と、入口排ガス圧力Ｐ１と、出口排ガス圧力Ｐ２と、可変ノズルベーン機構１５の開度指令値ＶＧ＊と、タービン１２の回転数Ｎｔとから出口排ガス温度Ｔ２´を演算する（ステップＳ５）。

この場合、演算ユニット３１は、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス圧力Ｐ２、開度指令値ＶＧ＊、回転数Ｎｔから出口排ガス温度Ｔ２´を演算するための関数式（４）を記憶しており、この関数式（４）に各センサの測定値を入れることにより、出口排ガス温度Ｔ２´を演算する。

Ｔ２´＝Ｔ１×ｆ（Ｐ２／Ｐ１,Ｎｔ,ＶＧ＊） （４）

制御ユニット３２は、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス圧力Ｐ２と共に、演算された出口排ガス温度Ｔ２´に基づいて、可変型ターボチャージャ装置１０Ｂの処理制御を実行し（ステップＳ６）、処理を終了する。

本実施形態によれが、例えば、センサの故障により正常な測定ができなくなった場合であっても、演算ユニット３１が他のセンサの測定値に基づいて、故障したセンサの測定値を補足する。このため、演算により補足された値を用いることにより、安定した制御動作を実現できる。また、可変型ターボチャージャ装置では、温度を監視することで、排ガス温度が所定温度以上に上昇する温度異常を防止している。本実施形態では、出口温度センサ２６の故障または測定異常が生じた場合に、出口排ガス温度Ｔ２´を演算することで安全をより高度に保障することができる。

本実施形態では、演算ユニット３１は、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス圧力Ｐ２に基づいて、出口排ガス温度Ｔ２´を演算しているが、これに限るものではなく、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス温度Ｔ２及び出口排ガス圧力Ｐ２のいずれか１つの測定値が正常範囲内に無い場合には、正常範囲内にある３つの測定値から残りの１つの値を求めることができる。この場合、各値を演算するための関数式が演算ユニット３１に記憶されている。

また、本実施形態の構成を第２実施形態の二段型のターボチャージャ装置に適用し、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、中間排ガス温度Ｔ２ａ、中間排ガス圧力Ｐ２ａ、出口排ガス温度Ｔ３及び出口排ガス圧力Ｐ３の測定値のいずれか１つが正常範囲内に無い場合には、正常範囲内にある５つの測定値から残りの１つの値を求めてもよい。

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の制御装置を示すブロック図である。この第４実施形態では、制御装置の構成が異なり、他の構成については第１実施系形態と同一であるため、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

第４実施形態では、制御装置１６Ｃの演算ユニット３１Ｃは、タービン１２の入口排ガス温度Ｔ１の変化量ΔＴ１、入口排ガス圧力Ｐ１の変化量ΔＰ１及び出口排ガス圧力Ｐ２の変化量ΔＰ２を測定し、これら３つの変化量ΔＴ１，ΔＰ１，ΔＰ２と、タービン１２の回転数Ｎｔの変化量ΔＮｔと、可変ノズルベーン機構１５の開度変化量ΔＶＧ＊と、に基づいて、出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２を演算している。これら変化量は、各センサが測定した測定値の時間変化量である。

また、制御装置１６Ｃは、制御ユニット３２の制御下、異常が生じた旨を報知する報知ユニット（報知部）３７を備えている。

次に、制御装置１６Ｃの動作について説明する。図９は、第４実施形態に係る可変型ターボチャージャ装置の動作手順を示すフローチャートである。まず、演算ユニット３１Ｃは、入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス圧力Ｐ２、タービン１２の回転数Ｎｔ及び可変ノズルベーン機構１５の開度指令値ＶＧ＊を定期的に取得する（ステップＳ１１）。そして、取得した入口排ガス温度Ｔ１、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス圧力Ｐ２、タービン１２の回転数Ｎｔ、開度指令値ＶＧ＊の測定値の変化量をそれぞれ算出する（ステップＳ１２）。具体的には、時間Ａにおける入口排ガス温度Ｔ１Ａと時間Ｂにおける入口排ガス温度Ｔ１Ｂとに基づき、入口排ガス温度Ｔ１の変化量ΔＴ１（Ｔ１Ｂ−Ｔ１Ａ）を算出する。この時間Ａと時間Ｂとの間の間隔は、例えば１〜数秒程度に設定されるが、適宜変更することができる。同様に、入口排ガス圧力Ｐ１、出口排ガス圧力Ｐ２、タービン１２の回転数Ｎｔ、開度指令値ＶＧ＊についても、同一の時間間隔に基づき、入口排ガス圧力Ｐ１の変化量ΔＰ１、出口排ガス圧力Ｐ２の変化量ΔＰ２、タービン１２の回転数Ｎｔの変化量ΔＮｔ、及び、可変ノズルベーン機構１５の開度変化量ΔＶＧ＊を算出する。

次に、演算ユニット３１Ｃは、タービン１２の入口排ガス温度Ｔ１の変化量ΔＴ１、入口排ガス圧力Ｐ１の変化量ΔＰ１、出口排ガス圧力Ｐ２の変化量ΔＰ２、回転数Ｎｔの変化量ΔＮｔ及び可変ノズルベーン機構１５の開度変化量ΔＶＧ＊に基づいて、出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２を演算する（ステップＳ１３）。これにより、上記した第１実施形態と同様に、タービン１２の出口排ガス温度Ｔ２を測定する出口温度センサを設ける必要がなくなるため、装置構成が簡素化すると共に製造コストの低減を図ることができる。

演算ユニット３１Ｃは、例えば、入口排ガス温度Ｔ１の変化量ΔＴ１、入口排ガス圧力Ｐ１の変化量ΔＰ１、出口排ガス圧力Ｐ２の変化量ΔＰ２、回転数Ｎｔの変化量ΔＮｔ及び開度変化量ΔＶＧ＊に基づいて、出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２を演算するための関数式（５）を記憶しており、この関数式（５）に各変化量を入れることにより、出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２を演算する。

ΔＴ２＝ｆ（ΔＴ１，Δ（Ｐ２／Ｐ１），ΔＮｔ,ΔＶＧ＊） （５）

本実施形態では、可変型ターボチャージャ装置１０Ｃにおける状態量の変化に基づいて、出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２を求めている。すなわち、測定瞬時値だけでなく、測定値の動的性を含めて演算しているため、演算した値の精度が高まり制御性の向上を図ることができる。また、変化量を演算しているため、例えば、関数式や参照テーブルのデータ量を低減することができ、少ないデータでも変化量を演算することができる。

次に、演算ユニット３１Ｃは、演算した出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２が正常範囲内にあるか否かを判別する（ステップＳ１４）。具体的には、予め設定した所定時間における温度変化が正常範囲を超えており、急激に変動しているか否かを判別する。

ステップＳ１４の判別において、出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２が正常範囲内にない場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）には、報知ユニット３７が異常を発報し（ステップＳ１５）処理を終了する。この場合、変化量ΔＴ２の値が、連続して正常範囲を逸脱した場合に、異常を発報することにより、外乱による誤測定等の影響を低減できる。

一方、ステップＳ１４の判別において、出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２が正常範囲内にある場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）には、制御ユニット３２は、入口排ガス温度Ｔ１の変化量ΔＴ１、入口排ガス圧力Ｐ１の変化量ΔＰ１、出口排ガス圧力Ｐ２の変化量ΔＰ２と共に、演算された出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２に基づいて、可変型ターボチャージャ装置１０Ｃの処理制御を実行し（ステップＳ１６）、処理を終了する。

本実施形態では、演算ユニット３１Ｃは、入口排ガス温度Ｔ１の変化量ΔＴ１、入口排ガス圧力Ｐ１の変化量ΔＰ１、出口排ガス圧力Ｐ２の変化量ΔＰ２に基づいて、出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２を演算しているが、これに限るものではなく、入口排ガス温度Ｔ１の変化量ΔＴ１、入口排ガス圧力Ｐ１の変化量ΔＰ１、出口排ガス温度Ｔ２の変化量ΔＴ２及び出口排ガス圧力Ｐ２の変化量ΔＰ２の中から１つの変化量を演算で求める構成としてもよい。この場合、上記した関数式（５）と同様に、各変化量をそれぞれ演算するための各関数式が演算ユニット３１Ｃに記憶されている。また、本実施形態の構成を第２実施形態の二段型のターボチャージャ装置に適用してもよい。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 可変型ターボチャージャ装置
１１ エンジン
１２ タービン
１２Ａ 高圧段タービン
１２Ｂ 低圧段タービン
１３ コンプレッサ
１５ 可変ノズルベーン機構
１５Ａ 高圧段可変ノズルベーン機構
１５Ｂ 低圧段可変ノズルベーン機構
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ 制御装置
２１ 排気管路
２２ 吸気管路
２４、４０ 入口温度センサ
２５、４１ 入口圧力センサ
２６ 出口温度センサ
２７、４４ 出口圧力センサ
２８ 回転数センサ
３０ 信号処理ユニット
３１、３１Ａ、３１Ｃ 演算ユニット（演算制御部）
３２ 制御ユニット
３６ 測定値判別ユニット（測定値判定部）
３７ 報知ユニット（報知部）
４２ 中間圧力センサ
４３ 高圧段回転数センサ
４５ 低圧段回転数センサ

Claims (6)

1. エンジンからの排ガスによって回転されるタービンと、
   前記タービンと同軸回転されて前記エンジンへの吸気を過給するコンプレッサと、
   前記タービンへの排ガス量を調整する可変ノズルベーン機構と、
   前記可変ノズルベーン機構の開度を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記タービンの入口排ガス温度、入口排ガス圧力、出口排ガス温度及び出口排ガス圧力の中から少なくとも３つの値を測定し、これら測定した３つの値と、前記可変ノズルベーン機構の開度と、前記タービンの回転数と、に基づいて、残りの１つの値を演算する演算制御部を備えることを特徴とする可変型ターボチャージャ装置。
2. 前記演算制御部は、前記タービンの入口排ガス温度または出口排ガス温度の値を演算することを特徴とする請求項１に記載の可変型ターボチャージャ装置。
3. 前記タービンの入口排ガス温度、入口排ガス圧力、出口排ガス温度及び出口排ガス圧力の測定値がそれぞれ正常範囲内にあるか否かを判別する測定値判別部を備え、
   前記演算制御部は、前記測定値のいずれか１つが正常範囲内にないと判別した場合、正常範囲内にある３つの測定値から残りの１つの値を演算することを特徴とする請求項１に記載の可変型ターボチャージャ装置。
4. 前記タービンは、前記エンジンに直列に接続された第１タービン及び第２タービンを備え、前記可変ノズルベーン機構は、前記第１タービンへの排ガス量を調整する第１可変ノズルベーン機構と、前記第２タービンへの排ガス量を調整する第２可変ノズルベーン機構とを備え、
   前記演算制御部は、前記第１タービンの入口排ガス温度及び入口排ガス圧力と、前記第１タービンと前記第２タービンとの間の中間排ガス温度及び中間排ガス圧力と、前記第２タービンの出口排ガス温度及び出口排ガス圧力の中から少なくとも４つの値を測定し、これら測定した４つの値と、前記第１可変ノズルベーン機構及び第２可変ノズルベーン機構の各開度と、前記第１タービン及び前記第２タービンの各回転数と、に基づいて、残りの２つの値を演算することを特徴とする請求項１に記載の可変型ターボチャージャ装置。
5. エンジンからの排ガスによって回転されるタービンと、
   前記タービンと同軸回転されて前記エンジンへの吸気を過給するコンプレッサと、
   前記タービンへの排ガス量を調整する可変ノズルベーン機構と、
   前記可変ノズルベーン機構の開度を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記タービンの入口排ガス温度の変化量、入口排ガス圧力の変化量、出口排ガス温度の変化量及び出口排ガス圧力の変化量の中から少なくとも３つの変化量を測定し、これら測定した３つの変化量と、前記可変ノズルベーン機構の開度変化量と、前記タービンの回転数の変化量と、に基づいて、残りの１つの変化量を演算する演算制御部を備えることを特徴とする可変型ターボチャージャ装置。
6. 演算された変化量が所定の正常範囲内にない場合、異常を発する報知部を備えたことを特徴とする請求項５に記載の可変型ターボチャージャ装置。

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