JP3166658B2 - 可変ノズル型ターボチャージャの異常判定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の過給シ
ステムに用いられる可変ノズル型ターボチャージャの異
常判定装置に係り、詳しくはタービンホイールに吹き付
けられる排気ガスの流速を可変とするためのノズルベー
ンの異常を判定する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジン等の内燃機関
においては、その出力向上のために燃焼室へ充填される
混合ガスの量を増やすことが好ましい。そこで従来は、
ピストンの移動に伴って燃焼室内に発生する負圧で混合
ガスを燃焼室に充填するだけでなく、その混合ガスを強
制的に燃焼室へ送り込んで、同燃焼室への混合ガスの充
填効率を高める過給システムが提案され、実用されてい
る。こうした過給システムには、内燃機関の吸気通路を
流れる空気を強制的に燃焼室へ送り込むための過給機と
して、例えば可変ノズル型のターボチャージャが設けら
れる。

【０００３】上記ターボチャージャは、内燃機関の排気
通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイー
ルと、同機関の吸気通路内の空気を強制的に燃焼室側へ
送り込むコンプレッサホイールとを備えている。これら
タービンホイールとコンプレッサホイールとは、ロータ
シャフトを介して一体回転可能に連結されている。そし
て、タービンホイールに排気ガスが吹き付けられて同ホ
イールが回転すると、その回転はロータシャフトを介し
てコンプレッサホイールに伝達される。こうしてコンプ
レッサホイールが回転することにより、吸気通路内の空
気が強制的に燃焼室に送り込まれるようになる。

【０００４】また、上記ターボチャージャには、タービ
ンホイールに吹き付けられる排気ガスが通過する導出流
路を備え、同通路はタービンホイールの外周を囲うよう
に同ホイールの回転方向に沿って形成される。従って、
導出流路を通過した排気ガスは、タービンホイールの軸
線へ向かって吹き付けられることになる。このような導
出流路には、タービンホイールに吹き付けられる排気ガ
スの流速を可変とするための複数のノズルベーンが設け
られている。これらノズルベーンは、タービンホイール
の軸線を中心とする等角度毎に位置し、互いに同期した
状態で開閉動作する。

【０００５】タービンホイールに吹き付けられる排気ガ
スの流速は、上記ノズルベーンを同期して開閉動作さ
せ、隣合うノズルベーン間の隙間の大きさを変化させる
ことによって調整される。こうしてノズルベーンを開閉
させて上記排気ガスの流速調整を行うことにより、ター
ビンホイール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。こうした
燃焼室への吸入空気量の調整を行うことにより、内燃機
関の出力向上と燃焼室内の過剰圧防止との両立が図られ
るようになる。

【０００６】ところで、このように構成されたターボチ
ャージャにおいては、ノズルベーンが熱変形したり同ノ
ズルベーンにカーボン等の付着物が付着したりして、そ
のノズルベーンが所定の位置で固着してしまう場合があ
る。そして、例えばノズルベーンが正常時よりも閉じ側
にて固着した場合には、タービンホイールに吹き付けら
れる排気ガスの流速が通常よりも速くなるため、タービ
ン及びコンプレッサホイールの回転速度が通常よりも速
くなって燃焼室内が過剰圧になるという問題がある。そ
こで従来では、ノズルベーンの異常判定装置を用いて、
同ノズルベーンにおける固着などの異常判定を行うよう
にしている。こうした異常判定装置としては、例えば実
開昭６２−１３８８３１号公報に記載されたものが知ら
れている。

【０００７】同公報に記載の異常判定装置は、コンプレ
ッサホイールよりも下流側に位置する内燃機関の吸気通
路内の圧力を検出する過給圧センサを備えている。そし
て、過給圧センサによって吸気通路内の圧力が通常より
も高くなることに基づき、ノズルベーンが正常時よりも
閉じ側にて固着されていることを判定する。このような
異常判定装置を用いることにより、ノズルにおける固着
などの異常を検出することができるようになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記異常判
定装置では、吸気通路内の圧力が通常よりも高くなるこ
とに基づきノズルベーンの異常を判定しているため、過
給圧センサを必ず設けなければならず、同センサを組み
付ける際の手間やコストが無視できないものとなってい
る。

【０００９】また、吸気通路内の圧力が通常よりも高く
なることに基づきノズルベーンの異常判定が行われるた
め、そのノズルベーンが正常時よりも開き側にて固着し
た場合などでは、同ノズルベーンの異常判定が行われな
い。即ち、ノズルベーンが開き側にて固着した場合では
吸気通路内の圧力が通常よりも高くなることはないた
め、異常判定装置はノズルベーンの異常判定を行うこと
がない。従って、ノズルベーンが正常時よりも開き側で
固着されたことに起因して吸気通路内の過給圧が下がっ
て内燃機関の出力が低下した場合に、その出力低下の原
因を特定しにくくなる。

【００１０】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、過給圧センサ等を設けずと
もノズルベーンの異常を判定することができ、ノズルベ
ーンが正常時よりも開き側で固着した場合などでも、そ
のノズルベーンの異常判定を行うことのできる可変ノズ
ル型ターボチャージャの異常判定装置を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、請求項１記載の発明では、内燃機関の排気ガスが吹
き付けられることにより回転するタービンホイールと、
同ホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を可変とす
るために開閉動作するノズルベーンとを備え、そのノズ
ルベーンの異常判定を行う可変ノズル型ターボチャージ
ャの異常判定装置において、内燃機関の機関回転数を検
出する回転数検出手段と、同機関のスロットルバルブが
全閉になったことを検出するスロットル全閉検出手段
と、前記スロットルバルブが全閉になった時点での同機
関の機関回転数よりも小さい値である目標回転数を設定
する目標回転数設定手段と、前記機関回転数が前記目標
回転数へと収束するまでの実際の収束時間を計測する実
収束時間計測手段と、前記機関回転数と前記目標回転数
とに基づき、前記ノズルベーン正常時の収束時間である
基準収束時間を算出する基準収束時間算出手段と、前記
前記基準収束時間に対する前記実際の収束時間に基づき
前記ノズルベーンの異常を判定する異常判定手段とを備
えた。

【００１２】同構成にあっては、内燃機関のスロットル
バルブが全閉になった時点での機関回転数が、目標回転
数設定手段によって設定された目標回転数まで収束する
のにかかる実際の収束時間が計測される。そして、基準
収束時間算出手段によって算出されたノズルベーン正常
時の収束時間である基準収束時間に対する上記実際の収
束時間に基づきノズルベーンの異常が判定される。従っ
て、過給圧センサ等を設けずとも、ノズルベーンの異常
を判定することができるようになる。

【００１３】請求項２記載の発明では、前記異常判定手
段は、前記実際の収束時間が前記基準収束時間よりも小
さいことに基づき前記ノズルベーンの正常時よりも閉じ
側での異常を判定し、前記実際の収束時間が前記基準収
束時間よりも大きいことに基づきノズルベーンの正常時
よりも開き側での異常を判定するものとした。

【００１４】同構成によれば、実際の収束時間と基準収
束時間との大小関係に基づき、ノズルベーンが正常時よ
りも閉じ側にて異常が発生しているのか、或いは正常時
よりも開き側にて異常が発生しているのか判定される。
従って、ノズルベーンが正常時よりも開き側にて固着し
た場合などでも、そのノズルベーンの異常判定を行うこ
とができるようになる。

【００１５】請求項３記載の発明では、前記異常判定手
段が前記ノズルベーンの異常を判定したとき、内燃機関
の運転をフェイルセーフするフェイルセーフ手段を更に
備えた。

【００１６】同構成によれば、ノズルベーンが異常であ
ると判定された場合には、フェイルセーフ手段により内
燃機関の運転がフェイルセーフされるため、ノズルベー
ンに異常が発生したときに、同機関を運転可能な状態に
保持して同機関の停止を防止することができるようにな
る。

【００１７】請求項４記載の発明では、前記フェイルセ
ーフ手段は、前記異常判定手段が前記ノズルベーンの正
常時よりも閉じ側での異常を判定したとき、内燃機関の
機関出力を低減させるようフェイルセーフを実行するも
のとした。

【００１８】同構成にあっては、正常時よりも閉じ側に
てノズルベーンの異常が発生すると、内燃機関の排気系
から排気ガスが排出されにくくなって同排気系にて過剰
圧が発生する。しかし、上記のようなノズルベーンの異
常時には、フェイルセーフ手段によって内燃機関の出力
低減が図られるため、同機関の排気系に生じる過剰圧は
抑制されるようになる。

【００１９】請求項５記載の発明では、前記内燃機関は
その排気系から排出される排気の一部を吸気系へ再循環
させる排気ガス再循環装置を更に備え、前記フェイルセ
ーフ手段は、前記異常判定装置が前記ノズルベーンの正
常時よりも閉じ側での異常を判定したとき、同機関の吸
気系へ再循環される排気ガスが減量若しくはカットされ
るよう前記排気ガス再循環装置を制御するものとした。

【００２０】同構成にあっては、正常時よりも閉じ側に
てノズルベーンの異常が発生すると、内燃機関の排気系
に過剰圧が発生するため、同排気系から吸気系へ再循環
される排気ガスの量が過度に多くなり、同機関から排出
される排気ガス中に黒煙が発生するなどしてエミッショ
ンが悪化する。しかし、上記のようなノズルベーンの異
常時には、内燃機関の吸気系へ再循環される排気ガスが
減量若しくはカットされるため、同機関のエミッション
悪化を抑制することができるようになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を自動用エンジンに
適用した一実施形態を図１〜図７に従って説明する。

【００２２】図１に示すように、エンジン１１のシリン
ダブロック１１ａにはピストン１２が往復移動可能に設
けられ、ピストン１２はコンロッド１３を介してエンジ
ン１１の出力軸であるクランクシャフト１４に連結され
ている。ピストン１２の往復移動は、このコンロッド１
３によりクランクシャフト１４の回転へと変換されるよ
うになっている。

【００２３】また、シリンダブロック１１ａには、エン
ジン１１の冷却水の温度を検出するための水温センサ１
１ｂが設けられている。シリンダブロック１１ａの上端
にはシリンダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド１
５とピストン１２との間には燃焼室１６が設けられてい
る。このシリンダヘッド１５には燃焼室１６と連通する
吸気ポート１７及び排気ポート１８が設けられ、それら
吸気ポート１７及び排気ポート１８には、それぞれ吸気
バルブ１９及び排気バルブ２０が設けられている。

【００２４】更に、シリンダヘッド１５には、吸気バル
ブ１９及び排気バルブ２０を開閉駆動するための吸気カ
ムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が回転可能に
支持されている。これら吸気及び排気カムシャフト２
１，２２はタイミングベルト（図示せず）を介してクラ
ンクシャフト１４に連結され、同ベルトによりクランク
シャフト１４の回転が吸気及び排気カムシャフト２１，
２２へ伝達されるようになっている。そして、吸気カム
シャフト２１が回転すると、吸気バルブ１９が開閉駆動
されて、吸気ポート１７と燃焼室１６とが連通・遮断さ
れる。また、排気カムシャフト２２が回転すると、排気
バルブ２０が開閉駆動されて、排気ポート１８と燃焼室
１６とが連通・遮断されるようになっている。

【００２５】吸気ポート１７及び排気ポート１８には、
それぞれ吸気管３０及び排気管３１が接続されている。
この吸気管３０内及び吸気ポート１７内は吸気通路３２
となっており、排気管３１内及び排気ポート１８内は排
気通路３３となっている。そして、吸気通路３２の上流
部及び排気通路３３の下流部は、それぞれターボチャー
ジャ３５に繋がっている。このターボチャージャ３５
は、吸気通路３２の下流側へ空気を送り出すためのコン
プレッサホイール３６と、排気通路３３を通過する排気
ガスによって回転するタービンホイール３７と、それら
ホイール３６，３７を一体回転可能に連結するロータシ
ャフト３８とを備えている。

【００２６】また、ターボチャージャ３５よりも下流側
の吸気通路３２及び排気通路３３は、排気ガス再循環
（ＥＧＲ）通路４１を介して連通している。このＥＧＲ
通路４１の途中には、開度調節用の電磁ソレノイド４２
ａを備えたＥＧＲバルブ４２が設けられている。ＥＧＲ
バルブ４２は電磁ソレノイド４２ａに対する印加電圧の
デューティ制御に基づいて開度調節され、その開度調節
により排気通路３３からＥＧＲ通路４１を介して吸気通
路３２へ再循環する排気ガスの量が調整されるようにな
る。

【００２７】一方、吸気管３０内の上流端には、スロッ
トルバルブ４６が設けられている。スロットルバルブ４
６の開度（スロットル開度）は、自動車の室内に設けら
れたアクセルペダル４７の踏込量（アクセル開度）に基
づき調節され、このスロットルバルブ４６の開度調節に
より燃焼室１６内へ吸入される空気の量が調節される。
また、上記アクセルペダル４７の近傍には全閉スイッチ
４７ａが設けられている。この全閉スイッチ４７ａは、
アクセル開度が「０」のとき、即ちスロットルバルブ４
６が全閉のときにオフ信号を出力する。

【００２８】更に、吸気通路３２には、スロットルバル
ブ４６を迂回して同バルブ４６の上流側と下流側とを連
通するバイパス通路４９が接続されている。このバイパ
ス通路４９には、同通路４９を流れる空気流量を調節す
るリニアソレノイド式のアイドル・スピード・コントロ
ール・バルブ（ＩＳＣＶ）４９ａが設けられている。そ
して、ＩＳＣＶ４９ａは電磁ソレノイド４９ｂに対する
印加電圧のデューティ制御に基づいて開度調節され、そ
の開度調節によりバイパス通路４９を流れる空気の量が
調節される。

【００２９】また、吸気管３０の下流端には、燃焼室１
６内へ向かって燃料を噴射するための燃料噴射弁５０が
設けられている。この燃料噴射弁５０は、吸気通路３２
内の空気が燃焼室１６へ吸入されるとき、燃焼室１６へ
向けて燃料を噴射し、燃料及び空気からなる混合ガスを
形成する。

【００３０】一方、シリンダヘッド１５には、点火プラ
グ５１が設けられている。そして、その点火プラグ５１
により燃焼室１６内に充填された混合ガスに対して点火
が行われると、混合ガスは爆発して排気ガスになり排気
通路３３へ送り出される。その点火プラグ５１は、エン
ジン１１に設けられたディストリビュータ５２に接続さ
れている。そして、ディストリビュータ５２には、エン
ジン１１の回転に連動して回転する図示しないロータ
と、そのロータの回転からエンジン１１の回転数ＮＥを
検出する回転数センサ５３とが設けられている。

【００３１】こうしたエンジン１１にあっては、その吸
気行程において、ピストン１２の下降により燃焼室１６
内に負圧が発生し、その負圧により燃焼室１６へ吸気通
路３２を介して空気が吸入される。また、燃料噴射弁５
０からは、燃焼室１６に吸入される空気の量に対応した
量の燃料が同燃焼室１６へ向かって噴射され、その結
果、燃焼室１６には空気と燃料とからなる混合ガスが充
填される。

【００３２】その後、エンジン１１の圧縮行程におい
て、ピストン１２の上昇により、燃焼室１６内の混合ガ
スは圧縮される。燃焼室１６内で圧縮された混合ガス
は、点火プラグ５１により点火されて爆発し、その爆発
力によってピストン１２が下降してエンジン１１は爆発
行程に移る。この爆発行程により、エンジン１１は駆動
力を得ることとなる。こうして燃焼室１６内で燃焼した
混合ガスは、エンジン１１の排気行程において、ピスト
ン１２の上昇により排気ガスとして排気通路３３へ排出
される。

【００３３】排気通路３３を通過する排気ガスの一部は
ＥＧＲ通路４１を介して吸気通路３２へ再循環され、こ
の排気ガス再循環量（ＥＧＲ量）の調節はＥＧＲ通路４
１に設けられたＥＧＲバルブ４２の開度調節によって行
われる。なお、こうした排気ガスの再循環を行うのは、
エンジン１１から排出された排気ガス中の窒素酸化物や
一酸化炭素などを低減させ、エンジン１１におけるエミ
ッションの向上を図るためである。

【００３４】更に、排気通路３３から吸気通路３２へ再
循環されなかった排気ガスは、ターボチャージャ３５の
タービンホイール３７に吹き付けられる。タービンホイ
ール３７は排気ガスの吹き付けによって回転し、同ホイ
ール３７の回転はロータシャフト３８を介してコンプレ
ッサホイール３６に伝達される。こうしてコンプレッサ
ホイール３６が回転すると、吸気通路３２の下流側へ向
かって空気が強制的に送り出されて燃焼室１６への吸入
空気量が増加し、ひいては燃焼室１６への混合ガスの充
填効率が向上することとなる。そしてその結果、エンジ
ン１１の出力が向上するようになる。

【００３５】一方、エンジン１１がアイドル状態のとき
には、アクセルペダル４７の踏込量が「０」になってロ
ットルバルブ４６が全閉になるため、燃焼室１６へ吸入
される空気はその大部分がパイパス通路４９を通過する
こととなる。従って、エンジン１１がアイドル状態の場
合には、ＩＳＣＶ４９ａを開度調節して燃焼室１６へ吸
入される空気の量を調節することにより、エンジン１１
のアイドル回転数ＮＥが調節されるようになる。そして
通常、エンジン１１のアイドル回転数ＮＥは、上記ＩＳ
ＣＶ４９ａの開度制御によって、予め定められた目標回
転数ＮＴＲＧとなるよう調整される。

【００３６】次に、上記ターボチャージャ３５の具体的
構成を、図２及び図３に基づいて詳しく説明する。図２
に示すように、ターボチャージャ３５は、センタハウジ
ング６１、コンプレッサハウジング６２及びタービンハ
ウジング６３を備えている。センタハウジング６１に
は、上記ロータシャフト３８がその軸線Ｌを中心に回転
可能に支持されている。このロータシャフト３８の一端
部（図中右端部）には、複数の羽根３６ａを備えた上記
コンプレッサホイール３６が取り付けられている。ま
た、ロータシャフト３８の他端部（図中左端部）には、
同じく複数の羽根３７ａを備えた上記タービンホイール
３７が取り付けられている。

【００３７】センタハウジング６１の一端側には、コン
プレッサホイール６２の外周を囲うように、しかも渦巻
き状に延びるかたちで上記コンプレッサハウジング６２
が取り付けられている。このようなコンプレッサハウジ
ング６２において、センタハウジング６１の反対側に位
置する部分には、エンジン１１の燃焼室１６（図１）に
供給される空気が導入される吸気入口６２ａが設けられ
ている。また、コンプレッサハウジング６２の内部に
は、同ハウジング６２と同じく渦巻き状に延びて吸気通
路３２（図１）と連通するコンプレッサ通路６４が設け
られている。更に、コンプレッサハウジング６２には、
吸気入口６２ａを介して同ハウジング６２内に導入され
た空気をコンプレッサ通路６４へ送り出すための送出通
路６５が設けられている。この送出通路６５は、コンプ
レッサ通路６４に沿って設けられている。そして、ロー
タシャフト３８の回転に基づきコンプレッサホイール３
６が軸線Ｌを中心に回転すると、空気が吸気入口６２
ａ、送出通路６５及びコンプレッサ通路６４を介して吸
気通路３２へ強制的に送り出されるようになる。

【００３８】一方、センタハウジング６１の他端側に
は、タービンホイール３７の外周を囲うように、しかも
渦巻き状に延びるかたちで上記タービンハウジング６３
が取り付けられている。そしてこのタービンハウジング
６３内には、同ハウジング６３と同じく渦巻き状に延び
るスクロール通路６６が設けられている。このスクロー
ル通路６６は、エンジン１１の排気通路３３（図１）と
連通し、燃焼室１６からの排気ガスが同排気通路３３を
介して送り込まれる。

【００３９】また、タービンハウジング６３内には、ス
クロール通路６６内の排気ガスをタービンホイール３７
へ向けて吹き付けるための導出流路６７が、そのスクロ
ール通路６６に沿って設けられている。この導出通路６
７からのタービンホイール３７への排気ガスの吹き付け
によって、タービンホイール３７が軸線Ｌを中心に回転
するようになる。なお、タービンホイール３７に吹き付
けられた後の排気ガスは、タービンハウジング６３にお
いてセンタハウジング６１と反対側に位置する部分に設
けられた排気出口６３ａを介して触媒（図示せず）へ送
り出される。

【００４０】次に、センタハウジング６１とタービンハ
ウジング６３との間に設けられて、上記導出流路６７を
介してタービンホイール３７に吹き付けられる排気ガス
の流速を調整する可変ノズル機構７１について、図３
（ａ），（ｂ）を参照して説明する。なお、図３（ａ）
は同機構７１の側断面図であり、図３（ｂ）は同機構７
１の正面図である。

【００４１】これら図３（ａ），（ｂ）に示すように、
可変ノズル機構３１は、リング状に形成されたノズルバ
ックプレート７２を備えている。ノズルバックプレート
７２には、複数の軸７３が同プレート７２の円心を中心
として等角度毎に設けられている。各軸７３は、ノズル
バックプレート７２をその厚さ方向に貫通して回動可能
に支持されている。これら軸７３の一端部（図３（ａ）
中の左端部）には、ノズルベーン７４が固定されてい
る。また、軸７３の他端部（図３（ｂ）中の右端部）に
は、同軸７３と直交してノズルバックプレート７２の外
縁部へ延びる開閉レバー７５が固定されている。開閉レ
バー７５の先端には二股に分岐した一対の挟持部７５ａ
が設けられている。

【００４２】各開閉レバー７５とノズルバックプレート
７２との間には、ノズルバックプレート７２と重なるよ
うに環状のリングプレート７６が設けられている。この
リングプレート７６は、その円心を中心に周方向へ回動
可能となっている。また、リングプレート７６にはその
円心を中心として等角度毎に複数のピン７７が設けられ
ており、それらピン７７が各開閉レバー７５の挟持部７
５ａ間に回動可能な状態で挟持されている。

【００４３】そして、リングプレート７６がその円心を
中心に回動されると、各ピン７７が各開閉レバー７５の
挟持部７５ａをリングプレート７６の回動方向へ押す。
その結果、それら開閉レバー７５は軸７３を回動させる
こととなり、軸７３の回動に伴い各ノズルベーン７４は
同軸７３を中心にして各々同期した状態で開閉動作す
る。また、隣合うノズルベーン７４間の隙間の大きさ
は、それらノズルベーン７４の同期した開閉動作に基づ
き変化する。

【００４４】上記構成の可変ノズル機構７１は、ノズル
バックプレート７２を図示しないボルトでタービンハウ
ジング６３に固定することで、図２に示すように同ハウ
ジング６３に取り付けられる。こうしてタービンハウジ
ング６３に取り付けられた可変ノズル機構７１は、セン
タハウジング６１とタービンハウジング６３との間に位
置することとなる。この状態において、リングプレート
７６の外縁部（図中下端部）には軸線Ｌと同方向へ延び
るピン８６が設けられ、そのピン８６には可変ノズル機
構７１を駆動するための駆動機構８２が連結される。

【００４５】駆動機構８２は、センタハウジング６１に
上記ピン８６と同方向へ延びた状態で回動可能に支持さ
れた支軸８３を備えている。この支軸８３の一端部（図
中左端部）には、上記ピン８６に対して回動可能に連結
された駆動レバー８４が固定されている。また、支軸８
３の他端部（図中右端部）には、図示しないアクチュエ
ータに連結された操作片８５が固定されている。

【００４６】そして、アクチュエータの駆動により操作
片８５が操作されて支軸８３が回動すると、支軸８３の
回動に伴い駆動レバー８４が支軸８３を中心に回動す
る。その結果、支軸８３によりピン８６を介してリング
プレート７６が周方向に押され、軸線Ｌを中心に回動す
ることとなる。このリングプレート７６の回動により、
隣合うノズルベーン７４間の隙間の大きさが調整され、
当該隙間の調整に基づきスクロール通路６６から導出流
路６７を介してタービンホイール３７へ吹き付けられる
排気ガスの流速が調節される。

【００４７】更に、タービンホイール３７へ吹き付けら
れる排気ガスの流速を調節することにより、タービンホ
イール３７、ロータシャフト３８及びコンプレッサホイ
ール３６の回転速度が適宜に調節され、ひいては燃焼室
１６（図１）へ強制的に送り込まれる空気の量が調節さ
れる。こうした燃焼室１６への吸入空気量の調整を行う
ことにより、エンジン１１の出力向上と燃焼室１６内の
過剰圧防止との両立が図られるようになる。

【００４８】次に、本実施形態におけるノズルベーン７
４の異常判定装置の電気的構成を図４に基づいて説明す
る。この異常判定装置は、点火時期制御、燃料噴射時期
制御、燃料噴射量制御及びアイドル回転数制御など、エ
ンジン１１の運転状態を制御するための電子制御ユニッ
ト（以下「ＥＣＵ」という）９２を備えている。このＥ
ＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及び
バックアップＲＡＭ９６等を備える論理演算回路として
構成されている。

【００４９】ここで、ＲＯＭ６２は各種制御プログラム
や、その各種制御プログラムを実行する際に参照される
マップ等が記憶されるメモリであり、ＣＰＵ９４はＲＯ
Ｍ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基づ
いて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ９
４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一
時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９６
はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶する
不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ
９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バス
９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路
９８及び外部出力回路９９と接続されている。

【００５０】外部入力回路９８には、水温センサ１１
ｂ、全閉スイッチ４７ａ、回転数センサ５３及びエアコ
ンスイッチ８０が接続されている。このエアコンスイッ
チ８０は、自動車に設けられたエアコン（図示せず）の
オン・オフに対応したオン・オフ信号を出力するもので
ある。一方、外部出力回路９９には、ＥＧＲバルブ４
２、ＩＳＣＶ４９ａ、燃料噴射弁５０、第１の警告灯８
８及び第２の警告灯８９が接続されている。この第１の
警告灯８８はノズルベーン７４が正常時よりも閉じ側に
て異常が発生した場合に点灯し、第２の警告灯８９はノ
ズルベーンが正常時よりも開き側にて異常が発生した場
合に点灯するものである。これら警告灯８８，８９は、
例えば自動車の計器パネル（図示せず）に設けられる。

【００５１】このように構成されたＥＣＵ９２は、上記
水温センサ１１ｂ及びエアコンスイッチ８０からの信
号、即ちエアコンのオン・オフ及びエンジン１１の冷却
水温に基づき、同エンジン１１におけるアイドル時の目
標回転数ＮＴＲＧを設定する。こうした目標回転数ＮＴ
ＲＧは、エアコンのオンのときや冷却水温が低いときに
は高めに設定される。これはエアコン用のコンプレッサ
を駆動するため、及び冷却水温が低いときのエンジン１
１の運転停止を防止するためである。そして、上記のよ
うにアイドル時の目標回転数ＮＴＲＧが設定されると、
ＥＣＵ９２は、エンジン１１がアイドル状態になったと
き、実際のエンジン回転数ＮＥが上記目標回転数ＮＴＲ
ＧとなるようＩＳＣＶ４９ａを開度制御する。

【００５２】次に、本実施形態におけるノズルベーン７
４の異常判定手順、及びノズルベーン７４の異常時にお
けるフェイルセーフ手順を図６及び図７に基づいて説明
する。図６及び図７は、上記ノズルベーン７４の異常判
定及び異常判定時のフェイルセーフを実行するための処
理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルー
チンは、ＥＣＵ９２を通じて所定時間毎の時間割り込み
にて実行される。

【００５３】同処理ルーチンにおいてＥＣＵ９２は、ス
テップＳ１０１の処理として、全閉スイッチ４７ａから
のオフ信号入力に基づきアクセル踏込量が「０（アクセ
ル全閉）」か否かを判断する。そして、上記ステップＳ
１０１でＮＯと判断された場合、即ちスロットルバルブ
４６が全閉でなくエンジン１１がアイドル状態でない場
合には、この処理ルーチンを一旦終了する。また、上記
ステップＳ１０１でＹＥＳと判断された場合、即ちスロ
ットルバルブ４６が全閉であってエンジン１１がアイド
ル状態となっている場合には、ステップＳ１０２に進
む。

【００５４】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０２の処理と
して、今回の全閉スイッチ４７ａからのオフ信号入力
が、前回の同スイッチ８０からのオフ信号入力と同じで
あるか否かを判断する。そして、ステップＳ１０２でＮ
Ｏと判断された場合、即ち今回初めてアクセル全閉とな
った場合には、ステップＳ１０３に進む。

【００５５】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３の処理と
して、エンジン回転数ＮＥとアイドル時の目標回転数Ｎ
ＴＲＧとを読み込む。続くステップＳ１０４においてＥ
ＣＵ９２は、ＲＯＭ９３に記憶されたマップ（図示せ
ず）を参照して、上記エンジン回転数ＮＥから目標回転
数ＮＴＲＧを減算した値（「ＮＥ−ＮＴＲＧ」）に基づ
き基準収束時間ＫＶＮＴを算出する。

【００５６】このように算出された基準収束時間ＫＶＮ
Ｔは、ターボチャージャ３５のノズルベーン７４が正常
な状態でアクセル全閉になったとき、上記エンジン回転
数ＮＥが目標回転数ＮＴＲＧまで収束するのに要する収
束時間と同じ値になる。また、上記マップは「ＮＥ−Ｎ
ＴＲＧ」と目標時間ＫＶＮＴとの関係を示すものであっ
て、同マップにおける目標時間ＫＶＮＴは「ＮＥ−ＮＴ
ＲＧ」の増加に比例して増加するような推移態様を示
す。

【００５７】続いてステップＳ１０４に進み、ＥＣＵ９
２は、カウンタＣのカウント値を「０」にリセットした
後、この処理ルーチンを一旦終了する。なお、カウンタ
Ｃは、アクセル全閉になってからの経過時間を示すもの
であって、ステップＳ１０４にて算出された基準収束時
間に対応するものである。

【００５８】一方、上記ステップＳ１０２でＹＥＳと判
断された場合、即ち今回全閉スイッチ４７ａからのオフ
信号入力が、前回の同スイッチ８０からのオフ信号入力
と同じである場合には、ステップＳ１０６に進む。ＥＣ
Ｕは、ステップＳ１０６の処理として、実際のエンジン
回転数ＮＥが目標回転数ＮＴＲＧと同じであるか否かを
判断する。そして、「ＮＴＲＧ＝ＮＥ」でない場合に
は、ステップＳ１０７に進む。ＥＣＵ９２は、ステップ
Ｓ１０７の処理として、上記カウンタＣの加算を行った
後、この処理ルーチンを一旦終了する。

【００５９】また、ステップＳ１０６において、「ＮＴ
ＲＧ＝ＮＥ」であると判断された場合にはステップＳ１
０８（図７）に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０８
の処理として、カウンタＣが基準収束時間ＫＶＮＴ以上
の値であるか否かを判断する。即ち、アクセル全閉にな
ってからエンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＴＲＧにな
るまでの実際の収束時間Ｔが、上記基準収束時間ＫＶＮ
Ｔ以上の値であるか否かを判断する。

【００６０】ここで、基準収束時間ＫＶＮＴとノズルベ
ーン７４の異常時における実際の収束時間Ｔとの関係を
図５のグラフに基づいて説明する。図５のグラフは、ア
クセル全閉後における時間経過に伴ったエンジン回転数
ＮＥの推移を示すものである。同図において、ノズルベ
ーン７４が正常な場合にアクセル全閉になると、エンジ
ン回転数ＮＥは図中実線で示すように低下して目標回転
数ＮＴＲＧへと収束する。この収束にかかる時間は基準
収束時間ＫＶＮＴと同じである。

【００６１】また、ノズルベーン７４が正常時よりも閉
じ側にて固着するなどの異常が発生した場合にアクセル
全閉になると、エンジン回転数ＮＥは図中破線で示すよ
うに低下して目標回転数ＮＴＲＧへと収束する。このと
きの実際の収束時間Ｔは、基準収束時間ＫＶＮＴよりも
小さくなる。これは上記のようなノズルベーン７４の異
常発生時には、隣合うノズルベーン７４間の隙間が正常
時よりも小さくなって排気ガスの排出抵抗が増大し、エ
ンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＴＲＧへと素早く収束
するためである。

【００６２】更に、ノズルベーン７４が正常時よりも開
き側にて固着するなどの異常が発生した場合にアクセル
全閉になると、エンジン回転数ＮＥは図中二点鎖線で示
すように低下して目標回転数ＮＴＲＧへと収束する。こ
のときの実際の収束時間Ｔは、基準収束時間ＫＶＮＴよ
りも大きくなる。これは上記のようなノズルベーン７４
の異常発生時には、隣合うノズルベーン７４間の隙間が
正常時よりも大きくなって排気ガスの排出抵抗が低減
し、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＴＲＧへと収束
するのに時間がかかるためである。

【００６３】従って、上記ステップＳ１０８でＮＯと判
断された場合、即ち実際の収束時間Ｔが基準収束時間Ｋ
ＶＮＴよりも小さい場合には、ノズルベーン７４が正常
時よりも閉じ側にて固着するなどの異常が発生した旨の
判定がなされ、ステップＳ１０９に進むことになる。Ｅ
ＣＵ９２は、ステップＳ１０９の処理として、ＥＧＲバ
ルブ４２駆動用のデューティ比ＤＥＦＩＮを「０％」に
設定する。こうして「ＤＥＦＩＮ＝０」とすることによ
りＥＧＲバルブ４２が閉じられ、排気通路３３から吸気
通路３２へと再循環する排気ガスがカットされる。

【００６４】一般に、上記のようなノズルベーン７４の
異常発生時には、隣合うノズルベーン７４間の隙間が正
常時よりも小さくなるため、排気通路３３内の圧力が高
くなって同通路３３から吸気通路３２へ再循環する排気
ガスの量が過度に多くなる。しかし、本実施形態では、
正常時よりも閉じ側にてノズルベーン７４の異常が発生
しても、再循環する排気ガスの過度な増大が上記排気ガ
スカットにより防止される。そのため、再循環する排気
ガスの過度な増大に起因して、エンジン１１から排出さ
れる排気ガス中に黒煙が発生するなどのエミッション悪
化を抑制することができるようになる。

【００６５】続いてＥＣＵ９２は、ステップＳ１１０の
処理として、正常時よりも閉じ側にてノズルベーン７４
に異常が発生した場合の燃料噴射量の下限ガード値ＱＦ
ＬＶＮよりも、エンジン１１における実際の最終燃料噴
射量ＱＦＩＮが小さくなるようにする。上記下限ガード
値ＱＦＬＶＮは、エンジン１１の出力を低減させて排気
通路３２内の過剰圧を抑制できるよう、最終燃料噴射量
ＱＦＩＮを通常時よりも小さくするためのものである。
なお、本実施形態の下限ガード値ＱＦＬＶＮは一定値と
なっている。

【００６６】ＥＣＵ９２は、続くステップＳ１１１の処
理として、第１の警告灯８８を点灯させ、正常時よりも
閉じ側にてノズルベーン７４の異常が発生したことを自
動車の運転者に知らせた後、この処理ルーチンを一旦終
了する。

【００６７】一方、ステップＳ１０８でＹＥＳと判断さ
れた場合、即ち上記実際の収束時間Ｔが基準収束時間Ｋ
ＶＮＴと同じか、或いは基準収束時間ＫＶＮＴよりも大
きい場合には、ステップＳ１１２に進む。ＥＣＵ９２
は、ステップＳ１１２の処理として、カウンタＣが基準
収束時間ＫＶＮＴと同じ値か否かを判断する。そして、
ステップＳ１１２で「Ｃ＝ＫＶＮＴ」であると判断され
た場合、即ち実際の収束時間Ｔが基準収束時間ＫＶＮＴ
と同じである場合には、ノズルベーン７４が正常である
旨の判定がなされてＥＣＵ９２はこの処理ルーチンを一
旦終了する。

【００６８】また、ステップＳ１１２で「Ｃ＝ＫＶＮ
Ｔ」でないと判断された場合、即ち実際の収束時間Ｔが
基準収束時間ＫＶＮＴよりも大きい場合には、正常時よ
りも開き側でノズルベーン７４の異常が発生した旨の判
定がなされ、ステップＳ１１３に進むことになる。ＥＣ
Ｕ９２は、ステップＳ１１３の処理として、第２の警告
灯８９を点灯させ、正常時よりも開き側にてノズルベー
ン７４の異常が発生したことを自動車の運転者に知らせ
た後、この処理ルーチンを一旦終了する。

【００６９】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、以下に示す効果が得られるようになる。 ・本実施形態では、アクセル全閉となってからエンジン
回転数ＮＥが目標回転数ＮＴＲＧに収束するまでの実際
の収束時間Ｔと、ノズルベーン７４が正常な状態での上
記収束時間と同じ値となる基準収束時間ＫＶＮＴとを比
較することにより、ノズルベーン７４の異常が判定され
る。従って、吸気通路３２内の圧力を検出する過給圧セ
ンサ等を設けずとも、ノズルベーン７４の異常を判定す
ることができるため、上記過給圧センサ等を組み付ける
際の手間やコストを省くことができる。

【００７０】・上記実際の収束時間Ｔが基準収束時間Ｋ
ＶＮＴよりも小さいときには、正常時よりも閉じ側にて
ノズルベーン７４が固着するなどの異常が発生している
との判定がなされる。また、上記実際の収束時間Ｔが基
準時間ＫＶＮＴよりも大きいときには、正常時よりも開
き側にてノズルベーン７４が固着するなどの異常が発生
しているとの判定がなされる。従って、正常時よりも閉
じ側にてノズルベーンの異常が発生したことしか検出す
ることができなかった従来と異なり、ノズルベーン７４
が正常時よりも開き側にて固着した場合などでも、その
ノズルベーン７４の異常を判定することができる。

【００７１】・正常時よりも閉じ側にてノズルベーン７
４の異常が発生した旨の判定がなされたとき、最終燃料
噴射量ＱＦＩＮが通常時よりも小さくされてエンジン１
１の出力低減が図られる。こうしたエンジン１１の出力
低減により、同エンジン１１の排気系に生じる過剰圧が
抑制され、その過剰圧によりコンロッド１３が変形した
り、ヘッドガスケット（図示せず）が破損したりするの
を防止することができる。

【００７２】・上記最終燃料噴射量ＱＦＩＮを通常より
も小さくしてエンジン１１の出力低減を図るようなフェ
イルセーフを行うことにより、ノズルベーン７４が正常
時よりも閉じ側にて異常になったとき、エンジン１１の
運転状態を保持して同エンジン１１の停止を防止するこ
とができる。

【００７３】・一般に、正常時よりも閉じ側にてノズル
ベーン７４の異常が発生した場合、エンジン１１の排気
通路３３内に過剰圧が発生するため、同排気通路３３か
ら吸気通路３２へ再循環される排気ガスの量が過度に多
くなり、エンジン１１から排出される排気ガス中に黒煙
が発生するなどしてエミッションが悪化する。しかし、
本実施形態では、上記のようなノズルベーン７４の異常
には、ＥＧＲバルブ４２駆動用のデューティ比を「０
％」にし、再循環される排気ガスをカットするため、エ
ンジン１１のエミッション悪化を抑制することができ
る。

【００７４】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。 ・正常時よりも閉じ側にてノズルベーン７４の異常が発
生した場合、排気通路３３から吸気通路３２へ再循環さ
れる排気ガスをカットするのに代えて、その再循環され
る排気ガスを減量するようにしてもよい。この場合、Ｅ
ＧＲバルブ４２駆動用のデューティ比ＤＥＦＩＮは、
「０％」にされるのではなく上記再循環される排気ガス
を減量するような値に設定される。この場合において
も、上記実施形態に準じた効果を得ることはできる。

【００７５】・本実施形態では、エンジン１１の最終燃
料噴射量ＱＦＩＮを通常よりも小さくするための下限ガ
ード値ＱＦＬＶＮを一定値としたが、この下限ガード値
ＱＦＬＶＮを実際の収束時間Ｔと基準収束時間ＫＶＮＴ
との差などに基づき可変としてもよい。この場合、正常
時よりも閉じ側にてノズルベーン７４の異常が発生した
場合、そのノズルベーンの異常発生位置に基づいて、一
層細かな上記最終燃料噴射量ＱＦＩＮの減量制御を行う
ことができる。

【００７６】・エンジン１１の最終燃料噴射量ＱＦＩＮ
を通常よりも小さくすることでエンジン１１の出力低減
を図る代わりに、燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時
期の内のすくなくとも一つを、エンジン１１の出力を抑
制する方向へ制御するようにしてもよい。

【００７７】・ノズルベーン７４が正常時よりも閉じ側
にて異常になった場合に最終燃料噴射量ＱＦＩＮを減量
するなどのフェイルセーフを実行するだけでなく、正常
時よりも開き側にて異常になった場合にもフェイルセー
フを実行するようにしてもよい。この場合、ノズルベー
ン７４に異常が発生したときのエンジン１１の運転状態
保持を一層好適に行うことができる。

【００７８】・本実施形態では、アクセル全閉になった
時点のエンジン回転数ＮＥがアイドル時の目標回転数Ｎ
ＴＲＧに収束するまでの実際の収束時間Ｔを測定した
が、そのアイドル時の目標回転数ＮＴＲＧ以外の目標回
転数を設定してもよい。例えばアイドル時の目標回転数
よりも高い値の目標回転数を設定し、その設定した目標
回転数へとエンジン回転数ＮＥが収束するまでの時間を
実際の収束時間Ｔとして測定してもよい。この場合、基
準収束時間ＫＶＮＴも上記目標回転数に対応して変更さ
れる。

【００７９】・本発明の異常判定装置をガソリンエンジ
ンに適用するのに代えて、ディーゼルエンジンに上記異
常判定装置を適用してもよい。

【００８０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、内燃機関
のスロットルバルブが全閉になった時点での機関回転数
が目標回転数まで収束するのにかかる実際の収束時間が
計測される。そして、基準収束時間算出手段によって算
出されたノズルベーン正常時の収束時間である基準収束
時間に対する上記実際の収束時間に基づきノズルベーン
の異常が判定される。従って、過給圧センサ等を設けず
とも、ノズルベーンの異常を判定することができる。

【００８１】請求項２記載の発明によれば、実際の収束
時間と基準収束時間との大小関係に基づき、ノズルベー
ンが正常時よりも閉じ側にて異常が発生しているのか、
或いは正常時よりも開き側にて異常が発生しているのか
判定される。従って、ノズルベーンが正常時よりも開き
側にて固着した場合などでも、そのノズルベーンの異常
判定を行うことができる。

【００８２】請求項３記載の発明によれば、ノズルベー
ンが異常であると判定された場合には、フェイルセーフ
手段により内燃機関の運転がフェイルセーフされるた
め、ノズルベーンに異常が発生したときに、同機関を運
転可能な状態に保持して同機関の停止を防止することが
できる。

【００８３】請求項４記載の発明によれば、正常時より
も閉じ側にてノズルベーンの異常が発生すると、内燃機
関の排気系から排気ガスが排出されにくくなって同排気
系にて過剰圧が発生するが、フェイルセーフ手段にて内
燃機関の出力低減が図られるため、同機関の排気系に生
じる過剰圧を抑制することができる。

【００８４】請求項５記載の発明によれば、正常時より
も閉じ側にてノズルベーンの異常が発生すると、内燃機
関の排気系に過剰圧が発生するため、同排気系から吸気
系へ再循環される排気ガスの量が過度に多くなり、同機
関から排出される排気ガス中に黒煙が発生するなどして
エミッションが悪化する。しかし、上記のようなノズル
ベーンの異常時には、内燃機関の吸気系へ再循環される
排気ガスが減量若しくはカットされるため、同機関のエ
ミッション悪化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の異常検出装置が適用されたエンジ
ン全体を示す概略断面図。

【図２】同エンジンに設けられたターボチャージャを示
す断面図。

【図３】同ターボチャージャにおけるノズルベーンを開
閉動作させるための可変ノズル機構を示す断面図及び正
面図。

【図４】上記異常検出装置の電気的構成を示すブロック
図。

【図５】ノズルベーン異常時におけるアクセル全閉後か
らの時間経過に伴うエンジン回転数の推移を示すタイム
チャート。

【図６】ノズルベーンの異常判定手順、及びノズルベー
ン異常時のフェイルセーフ手順を示すフローチャート。

【図７】ノズルベーンの異常判定手順、及びノズルベー
ン異常時のフェイルセーフ手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１１…エンジン、３２…吸気通路、３３…排気通路、３
５…ターボチャージャ、３７…タービンホイール、４２
…ＥＧＲバルブ、４２ａ…電磁ソレノイド、４７ａ…全
閉スイッチ、５０…燃料噴射弁、５３…回転数センサ、
７４…ノズルベーン、９２…電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気ガスが吹き付けられること
   により回転するタービンホイールと、同ホイールに吹き
   付けられる排気ガスの流速を可変とするために開閉動作
   するノズルベーンとを備え、そのノズルベーンの異常判
   定を行う可変ノズル型ターボチャージャの異常判定装置
   において、 内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、 同機関のスロットルバルブが全閉になったことを検出す
   るスロットル全閉検出手段と、 前記スロットルバルブが全閉になった時点での同機関の
   機関回転数よりも小さい値である目標回転数を設定する
   目標回転数設定手段と、 前記機関回転数が前記目標回転数へと収束するまでの実
   際の収束時間を計測する実収束時間計測手段と、 前記機関回転数と前記目標回転数とに基づき、前記ノズ
   ルベーン正常時の収束時間である基準収束時間を算出す
   る基準収束時間算出手段と、 前記基準収束時間に対する前記実際の収束時間に基づき
   前記ノズルベーンの異常の有無を判定する異常判定手段
   と、 を備えることを特徴とする可変ノズル型ターボチャージ
   ャの異常判定装置。
2. 【請求項２】前記異常判定手段は、前記実際の収束時間
   が前記基準収束時間よりも小さいことに基づき前記ノズ
   ルベーンの正常時よりも閉じ側での異常を判定し、前記
   実際の収束時間が前記基準収束時間よりも大きいことに
   基づき前記ノズルベーンの正常時よりも開き側での異常
   を判定する請求項１記載の可変ノズル型ターボチャージ
   ャの異常判定装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の可変ノズル型ターボ
   チャージャの異常判定装置において、 前記異常判定手段が前記ノズルベーンの異常を判定した
   とき、内燃機関の運転をフェイルセーフするフェイルセ
   ーフ手段を更に備えることを特徴とする可変ノズル型タ
   ーボチャージャの異常判定装置。
4. 【請求項４】前記フェイルセーフ手段は、前記異常判定
   手段が前記ノズルベーンの正常時よりも閉じ側での異常
   を判定したとき、内燃機関の機関出力を低減させるよう
   フェイルセーフを実行する請求項３記載の可変ノズル型
   ターボチャージャの異常判定装置。
5. 【請求項５】請求項３又は４記載の可変ノズル型ターボ
   チャージャの異常判定装置において、 前記内燃機関はその排気系から排出される排気の一部を
   吸気系へ再循環させる排気ガス再循環装置を更に備え、
   前記フェイルセーフ手段は、前記異常判定手段が前記ノ
   ズルベーンの正常時よりも閉じ側での異常を判定したと
   き、同機関の吸気系へ再循環される排気ガスが減量若し
   くはカットされるよう前記排気ガス再循環装置を制御す
   る請求項３又は４記載の可変ノズル型ターボチャージャ
   の異常判定装置。