JP4373955B2 - ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャの制御装置に関する。

内燃機関（エンジンともいう。）の性能を向上させる一手段として、エンジン本体より排出される排気ガスのエネルギーを活用して、吸気通路に配置されたコンプレッサを駆動することにより、過給を行なう排気式ターボいわゆるターボチャージャがある。
このようなターボチャージャの一般的な構造は、排気通路及び吸気通路を備えたハウジング内に、排気通路内に配置されるタービンと吸気通路内に配置されるコンプレッサとを１本のロータシャフトで連結したロータを備えている。そして、可変ベーン式ターボチャージャは、エンジン本体より排気通路に排出された排気ガスがタービンを回転させることでコンプレッサが回転して、エンジン本体の燃焼室に送り込む空気（吸入空気）の量を増加させ、いわゆる過給を行なうことで、エンジンの出力を高めるようになっている。また、タービンの外周外側に配置された可変ベーンを開閉制御することで、タービンに当たる排気ガスの流速を変化させ、ロータの回転を制御しており、例えば過給圧の上限を制限している。

ところで、乗用車などの小型エンジンに搭載されるターボチャージャは、エンジンに隣接して配置されており、一般的にエンジンオイルを潤滑油として利用している。このため、エンジンオイルの劣化が進むと、エンジンオイルの酸化、エンジンオイルに金属粉やカーボン等の不純物の増加等が生じることが知られている。
また、ターボチャージャの高速回転するロータシャフトの潤滑面は、前記したエンジンオイルの劣化の影響を受けることにより摩耗しやすい。このため、例えば、特許文献１では、オイル劣化時におけるターボチャージャのロータシャフトの潤滑面の摩耗を抑制するために、ウェストゲートバルブを制御することにより、オイル劣化時において過給圧の上限値を低下させることが提案されている。
また、特許文献２ではオイルポンプの下流に配置されるオイルフィルタのオイル浄化性能を向上させる技術が提案されている。また、特許文献３ではエンジン各部に供給されるエンジンオイルに劣化を防止する添加剤を補充する技術が提案されている。

実開昭６１−１６２５４１号公報 特開平０３−２９００１２号公報 特開平１１−０２２４４２号公報

近年、エンジンの高出力化、或いは、ターボチャージャの高回転化にともない、劣化したオイルが高温になることによるターボチャージャのコンプレッサのオイルコーキングの発生が問題となっている。
乗用車用のエンジンでは、エンジン本体の燃焼室内よりピストンとシリンダとの間の隙間を通ってクランクケース内に漏れ出した不完全燃焼ガスいわゆるブローバイガスを、エンジンの吸気通路に導入することにより、燃焼室で燃焼させて処理している。また、クランクケース内は、エンジン本体の各部を潤滑したオイルを、エンジン本体の底部にあるオイルパン内へ戻すための戻し通路でもあり、オイルが多量に存在している。このため、ブローバイガスにオイルが混入しているため、そのブローバイガスを吸気通路に導入する前において、バッフルプレートを備えたＰＣＶルームに経由させてオイルの分離を行なっているが、少量のオイルはブローバイガス中に残留する。

また、ターボチャージャを搭載したエンジンでは、コンプレッサの下流側における吸気通路内は正圧になるため、ブローバイガスの導入が難しい。したがって、ブローバイガスは、コンプレッサの上流側で吸気通路内に導入されている。
また、エンジンの側面等に隣接して配置されるターボチャージャは、エンジンの熱を受けると共に、自身の高回転での運転条件によっては、かなり高温になる。そして、劣化したオイルは、高温の条件下で、粘性が増したり、あるいは固化しやすくなったりする。このため、オイルが劣化した条件下で、ターボチャージャが高温になっていると、ブローバイガスに混入しているオイルが、その高温の影響を受ける。また、ターボチャージャの構造上、コンプレッサの出口付近で空気の流速が幾分落ちるため、コンプレッサのディフューザ部にオイルが付着しやすく、それによってオイルコーキングが発生する。

したがって、従来では、劣化したオイルでも、コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングを起こさないように、オイルの劣化の有無やターボチャージャの温度に関係なく、過給圧を制限しているのが現状である。
しかし、これでは、コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングを発生するまでに、オイルが劣化していない未劣化状態あるいはターボチャージャの温度が上昇していない低温状態においても、過給圧が過度に制限されてしまうため、ターボチャージャの性能を有効に活用することができないという問題があった。

なお、前記特許文献１は、オイル劣化時においてウェストゲートバルブを制御することにより過給圧の上限値を低下させるものではあるが、オイルの劣化状態のみに基づいて過給圧を制限するものである。このため、コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングを発生する温度にターボチャージャが上昇していない低温状態において、過給圧が制限されてしまうことにより、ターボチャージャの性能を有効に活用することができない。

本発明が解決しようとする課題は、コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングを防止しながらも、過給圧の過度の制限を回避することによりターボチャージャの性能を有効に活用することのできるターボチャージャの制御装置を提供することにある。

前記した課題は、特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とするターボチャージャの制御装置により解決することができる。
すなわち、特許請求の範囲の請求項１にかかるターボチャージャの制御装置によると、基本目標過給圧設定手段が設定する基本目標過給圧Ｐｂ１と、最大目標過給圧設定手段が設定する最大目標過給圧Ｐｂ３と、オイル劣化時目標過給圧設定手段が設定するオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４のうち、より小さな値を最終目標過給圧Ｐｔとして選択する。したがって、オイル劣化時目標過給圧設定手段が、オイル劣化にともなうコンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングの発生条件に基づいてオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４を設定する。このため、オイル劣化にともなうコンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングが発生する条件下において、オイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４が、基本目標過給圧Ｐｂ１及び最大目標過給圧Ｐｂ３よりも小さな値（「最小値」ともいう。）となって、最終目標過給圧Ｐｔとして選択されることにより過給圧が制限される。これによって、コンプレッサの温度上昇が抑制されるため、コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングを防止あるいは低減することができる。なお、ここでいう「回転数変更手段」には、可変ベーン、ウェストゲートバルブ等が相当する。

また、オイル劣化にともなうコンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングが発生しないとき、例えばオイルが劣化していない未劣化状態では、過給圧を制限しない。さらに、オイル劣化時でも、例えば、ターボチャージャの温度（「ターボの温度」ともいう。）がコンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキング（単に、「オイルコーキング」ともいう。）が発生しない低温状態においては、過給圧が過度に制限されない。このため、オイル劣化時でも、ターボチャージャが低温状態であれば、車両の低速運転状態からの加速時、エンジン始動直後の加速時等において、ターボチャージャの加速性能を有効に活用することができる。
よって、コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングを防止あるいは低減しながらも、過給圧の過度の制限を回避することによりターボチャージャの性能を有効に活用することができる。

また、特許請求の範囲の請求項２にかかるターボチャージャの制御装置によると、ターボチャージャに備えた可変ベーンを、最終目標過給圧Ｐｔに応じて開閉制御するものである。したがって、最終目標過給圧Ｐｔを可変ベーンの開度に反映させることで、ＶＮ（バリアブルノズル）式、可変容量式等と呼ばれる可変ベーン式ターボチャージャにおいても、コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングを防止あるいは低減しながらも、過給圧の過度の制限を回避することによりターボチャージャの性能を有効に活用することができる。

なお、前記特許文献１のように、ウェストゲートバルブの開放により、タービンを通過する排気ガスの流量（排気流量という。）を減少させた場合でも過給圧を制限することができる。しかし、タービンを通過する排気流量によらず、ターボ回転数（ロータの回転数が相当する。）が決まるために、ターボ回転数を適確に制御することができない。
これに対し、可変ベーン式ターボチャージャは、タービンの周りに配置された可変ベーンの開閉角度を制御することで、タービンに当たる排気ガスの位置と流速を制御し、排気流量の増減によらず、ターボ回転数を変化させることができる。したがって、可変ベーン式ターボチャージャによると、ウェストゲートバルブによる過給圧制御に比べて、例えばエンジンが低回転で排気流量が少ない状態でも、最終目標過給圧Ｐｔに応じて可変ベーンを開閉制御することにより、ターボ回転数を適確に制御することができる。

また、特許請求の範囲の請求項３にかかるターボチャージャの制御装置によると、オイル劣化時目標過給圧設定手段は、オイル劣化にともなうコンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングの発生条件の１つとして、ターボチャージャの温度に基づいてオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４を設定する。このため、オイル劣化時であっても、ターボチャージャの温度の条件を満たさないときは、過給圧が過度に制限されないため、ターボチャージャの温度がコンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングが発生しない低温状態であれば、車両の低速運転状態からの加速時、エンジン始動直後の加速時等において、ターボチャージャの加速性能を有効に活用することができる。

また、特許請求の範囲の請求項４にかかるターボチャージャの制御装置によると、ターボ温度推定手段が、エンジン回転数に基づいてターボチャージャの温度を推定する。このため、ターボチャージャの温度を検出するための温度センサを不要とすることができる。

また、特許請求の範囲の請求項５にかかるターボチャージャの制御装置によると、ターボチャージャのコンプレッサ部に設置した温度センサにより、ターボチャージャの温度を検出することにより、ターボチャージャのコンプレッサ部の温度を直接的に検出することができる。

また、特許請求の範囲の請求項６にかかるターボチャージャの制御装置によると、目標過給圧設定手段が設定する目標過給圧と、オイル劣化時目標過給圧設定手段が設定するオイル劣化時目標過給圧のうち、より小さな値を最終目標過給圧として選択する。したがって、オイル劣化時目標過給圧設定手段が、ターボの温度に基づいてオイル劣化時目標過給圧を設定する。このため、オイル劣化時目標過給圧が、目標過給圧よりも小さな値となって、最終目標過給圧として選択されることにより過給圧が制限される。これによって、コンプレッサの温度上昇が抑制されるため、コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングを防止あるいは低減することができる。なお、ここでいう「回転数変更手段」には、可変ベーン、ウェストゲートバルブ等が相当する。また、「エンジン本体の要求条件」とは、エンジン本体側の都合で決まる条件である。

また、オイル劣化にともなうコンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングが発生しないとき、例えばオイルが劣化していない未劣化状態では、過給圧を制限しない。さらに、オイル劣化時でも、例えば、ターボチャージャの温度がコンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングが発生しない低温状態においては、過給圧が過度に制限されない。このため、オイル劣化時でも、ターボチャージャが低温状態であれば、車両の低速運転状態からの加速時、エンジン始動直後の加速時等において、ターボチャージャの加速性能を有効に活用することができる。
よって、コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングを防止あるいは低減しながらも、過給圧の過度の制限を回避することによりターボチャージャの性能を有効に活用することができる。

また、特許請求の範囲の請求項７にかかるターボチャージャの制御装置によると、目標過給圧設定手段は、基本目標過給圧設定手段が設定する基本目標過給圧と、最大目標過給圧設定手段が設定する最大目標過給圧のうち、より小さな値を目標過給圧として設定する。

また、特許請求の範囲の請求項８にかかるターボチャージャの制御装置によると、オイル劣化時目標過給圧設定手段が、オイルコーキングが発生する条件に基づいてオイル劣化時目標過給圧を設定する。

本発明のターボチャージャの制御装置によれば、コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングを防止あるいは低減しながらも、過給圧の過度の制限を回避することによりターボチャージャの性能を有効に活用することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について実施例を参照して説明する。

本発明の一実施例を説明する。なお、本実施例では、自動車用ディーゼルエンジンにおいて、排気循環装置の排気循環バルブ開度に基づいて可変ベーン式ターボチャージャを制御する場合について説明するものである。
まず、本発明における一実施例の内燃機関の構成等について説明する。図１は、ディーゼルエンジンの要部構成図である。
図１に示すように、ディーゼルエンジンのエンジン本体１０には、排気ポートに連通する排気通路２０、吸気ポートに連通する吸気通路２２が接続されている。また、エンジン本体１０の燃焼室１２には、燃料噴射ノズル１４が設置されている。アクセルペタル（図示省略）の踏込量に対応した量の燃料が、燃料噴射ノズル１４から燃焼室１２内へ向けて噴射される。

前記エンジン本体１０には、過給圧調節手段としての可変ベーン式ターボチャージャ３０が搭載されている。このターボチャージャ３０は、排気通路２０及び吸気通路２２の一部を構成する排気通路２０（同一符号を付す。）及び吸気通路２２（同一符号を付す。）を備えたハウジング（図示省略）内に、排気通路２０内に配置されるタービン３２と吸気通路２２内に配置されるコンプレッサ３４とを１本のロータシャフト３５で連結したロータ（符号省略）を備えている。
そして、可変ベーン式ターボチャージャ３０は、エンジン本体１０より排気通路２０に排出された排気ガスがタービン３２を回転させることでコンプレッサ３４が回転して、エンジン本体１０の燃焼室１２に送り込む空気の量を増加させて、吸気通路２２への過給を行なうことで、エンジンの出力を高める。すなわち、エンジン本体１０から排気通路２０に排気ガスが排出されると、その排気ガスのエネルギーによりタービン３２が駆動され、そのタービン３２に連結されたコンプレッサ３４をも回転させる。コンプレッサ３４の駆動により、多量の空気がコンプレッサ３４の下流側の吸気通路２２に送り込まれ、コンプレッサ３４の下流側の圧力（過給圧）が上昇する。

前記可変ベーン式ターボチャージャ３０において、タービン３２側のハウジング内部には、タービン３２内の排気ガスの流速を可変とすべく開閉動作する可変ベーン３６が設けられている。可変ベーン３６は、ロータ（図示省略）の外周に沿って複数配設されており、アクチュエータ４０によって作動されるように構成されている。アクチュエータ４０は、ＶＲＶ（バキューム・レギュレーティング・バルブ）４２を介して負圧源としてのバキュームポンプ（図示省略）に接続されている。バキュームポンプから導かれた負圧をＶＲＶ４２により調整することで、アクチュエータ４０を作動させることにより、可変ベーン３６が開き側あるいは閉じ側へ作動される。

前記可変ベーン３６が開き側あるいは閉じ側へ作動することで、可変ベーン３６の開度（以下、「ＶＮ開度」という）が変更される。これにより、タービン３２を通過する排気ガスの流速が調節されるとともに、吸気通路２２の過給圧が変化する。例えば、可変ベーン３６を閉じ側へ作動させることで、コンプレッサ３４の駆動力が上昇して、より高い過給圧を得ることができる。また、可変ベーン３６を開き側へ作動させることで、コンプレッサ３４の駆動力が低下して、過給圧を低下することができる。

前記エンジン本体１０の燃焼室１２内よりピストン１６とシリンダ１７との間の隙間を通ってクランクケース内に漏れ出した不完全燃焼ガスいわゆるブローバイガスは、ブローバイガス通路２６を通じて、コンプレッサ３４の上流側における吸気通路２２に導入されることにより、燃焼室１２で燃焼されて処理される。なお、ブローバイガスは、図示しないが、吸気通路２２に導入する前において、バッフルプレートを備えたＰＣＶルームを経由させてオイルの分離が行なわれる。

前記タービン３２の上流側における排気通路２０と、前記コンプレッサ３４の下流側における吸気通路２２との間は、排気循環通路２４によって連通されている。排気循環通路２４には、該通路２４の連通状態を制御する排気循環バルブ（以下、「ＥＧＲバルブ」という）５０が設けられている。ＥＧＲバルブ５０は、アクチェエータ（図示省略）によって、開き側あるいは閉じ側へ作動される。例えば、ＥＧＲバルブ５０の開弁状態においては、排気通路２０の排気ガスの一部が排気循環通路２４を介して吸気通路２２へ循環される。また、ＥＧＲバルブ５０の閉弁状態においては、排気循環通路２４を通じての排気ガスの循環が停止される。

なお、前記エンジン本体１０には、該本体１０の負荷、運転条件等を検出する各種の検出手段が設けられている。すなわち、エンジン本体１０には、エンジンの回転数Ｎを検出するエンジン回転数センサ６０、エンジンにおける水温Ｔｗを検出するエンジン水温センサ６２等が配置されている。また、コンプレッサ３４の下流側における吸気通路２２には、ＶＳＶ（バキューム・スイッチング・バルブ）４４を介して過給圧・大気圧センサ６４が設置されている。過給圧・大気圧センサ６４は、ＶＳＶ４４を切替えることで、エンジンの過給圧Ｐｂあるいは大気圧Ｐａを検出する。また、コンプレッサ３４の上流側における吸気通路２２には、大気温度Ｔａを検出する大気温度センサ６８が配置されている。

前記したエンジン回転数センサ６０、エンジン水温センサ６２、過給圧・大気圧センサ６４、大気温度センサ６８は、いずれも電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０に接続されており、各センサで検知されたデータがＥＣＵ７０へ入力（ＩＮＰＵＴ）される。また、ＥＣＵ７０は、前記各センサからの入力データに基づいて、ＶＲＶ４２およびＥＧＲバルブ５０へ制御信号が出力（ＯＵＴＰＵＴ）する。なお、ＥＣＵは、本明細書でいう「制御装置」を構成している。

また、本実施例において、オイルの劣化度を検出する手段としては、例えば、自動車の走行距離Ｍから間接的に検出する手段をものとする。この場合、オイル交換がなされたときには、オイルの劣化度を検出する手段における走行距離Ｍをリセットする。

次に、前記ＥＣＵ７０の割り込み処理で実行される最終目標過給圧Ｐｔの算出について説明する。なお、ＥＣＵ７０は、最終目標過給圧Ｐｔに基づいてＶＲＶ４２及びＥＧＲバルブ５０を駆動制御するものであり、基本目標過給圧設定手段と最大目標過給圧設定手段とオイル劣化時目標過給圧設定手段とターボ温度推定手段とを備えている。

前記基本目標過給圧設定手段は、ディーゼルエンジンの運転状態に基づいて、基本目標過給圧Ｐｂ１を設定する。基本目標過給圧設定手段によって設定される基本目標過給圧Ｐｂ１は、エンジン回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑから定められたマップによって設定される（図５中の（１）式参照。）。そして、基本目標過給圧Ｐｂ１は、エンジン負荷（エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ）と目標過給圧との相関によって設定されている（図３中、線Ｌ１参照。）。また、基本目標過給圧Ｐｂ１において、エンジン負荷が１００％より大きい領域は、タービン３２の回転数制限、エンジンの筒内圧制限の観点から、基本目標過給圧Ｐｂ１の最大ガードとなる基本最大目標過給圧Ｐｂ２が設定される（図３中、線Ｌ２参照。）。

前記最大目標過給圧設定手段は、ディーゼルエンジンのエンジン回転数に基づいて、過給圧の上限値である最大目標過給圧Ｐｂ３を設定する（図３中、線Ｌ３参照。）。この最大目標過給圧Ｐｂ３は、基本目標過給圧Ｐｂ１における最大値（最大ガード）である基本最大目標過給圧Ｐｂ２（図５中の（２）式参照。）を、大気圧Ｐａ、エンジン水温Ｔｗ、大気温度Ｔａに基づいて補正することによって設定される（図５中の（３）式参照。）。

ちなみに、従来、このような補正を行なう場合は、例えば、１００％負荷での目標過給圧が最大目標過給圧Ｐｂ３と一致するように、基本目標過給圧Ｐｂ１を図中の右方向へ平行移動することにより、図３中の線Ｌ５で示すような目標過給圧の設定がなされていた。そして、このような設定によれば、１００％負荷時において目標過給圧が最大ガードを遵守することができる一方、エンジン低負荷域での目標過給圧が補正前の設定値よりも下回ることになる。
これに対し、本実施例では、大気圧Ｐａ、エンジン水温Ｔｗ、大気温度Ｔａに基づく補正によって、図３中の線Ｌ４で示すように、基本目標過給圧Ｐｂ１と最大目標過給圧Ｐｂ３の何れか最小値を最終目標過給圧Ｐｔとすることが可能であり、エンジン低負荷域での目標過給圧の設定値を下げることなく、最大ガードのみを最大目標過給圧Ｐｂ３に設定することができる。この結果、例えば、大気圧Ｐａ、エンジン水温Ｔｗ、大気温度Ｔａ等の外乱に対し、エンジン低負荷域での目標過給圧を低下させることなく、タービン３２の過回転、エンジンの筒内圧の過大上昇を防止することができ、ディーゼルエンジンのエンジン本体１０および可変ベーン式ターボチャージャ３０の保護を図ることができる。なお、図３中の線Ｌ４で示した最終目標過給圧Ｐｔは、説明の都合上、オイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４（後述する。）を加味していない。

前記オイル劣化時目標過給圧設定手段は、オイル劣化にともなう前記コンプレッサ３４（図１参照。）のディフューザ部でのオイルコーキングの発生条件に基づいて、オイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４を設定する（図５中の（４）式参照。）。オイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４は、オイル劣化にともなうコンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングの発生条件は、自動車の走行距離Ｍから間接的に検出されたオイル劣化度（オイル劣化判定値）と、ターボ温度推定手段によりエンジン回転数に基づいて推定されたターボチャージャ３０の温度Ｔｂとから設定されている。このオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４は、自動車の走行距離Ｍから間接的に検出されたオイル劣化度だけを見た場合は、オイル劣化のない新油時における最大値から次第に劣化していくにしたがって低下する。また、オイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４は、ターボチャージャ３０の温度Ｔｂだけを見た場合は、低温時における最大値からエンジンの運転にともない次第に上昇していくにしたがって低下する。そして、オイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４は、オイル劣化度と温度Ｔｂとから、オイル劣化にともなうコンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングの発生条件に応じた所定値となるように設定されている。なお、ターボ温度推定手段により推定するターボチャージャ３０の温度Ｔｂとしては、コンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングが発生しやすいコンプレッサ３４の出口温度とすることが望ましい。

前記ＥＣＵ７０は、図２に示すように、前記基本目標過給圧設定手段が設定する基本目標過給圧Ｐｂ１と、前記最大目標過給圧設定手段が設定する最大目標過給圧Ｐｂ３と、前記オイル劣化時目標過給圧設定手段が設定するオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４のうちの最小値（ｍｉｎ（Ｐｂ１、Ｐｂ３、Ｐｂ４））を最終目標過給圧Ｐｔとして選択する（図５中の（５）式参照。）する。そして、ＥＣＵ７０は、その最終目標過給圧Ｐｔに基づいてＶＲＶ４２を駆動制御する。

前記したターボチャージャ３０の制御装置において、例えばオイルが劣化していない未劣化状態では、オイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４が、基本目標過給圧Ｐｂ１及び／又は最大目標過給圧Ｐｂ３よりも大きいため、基本目標過給圧Ｐｂ１又は最大目標過給圧Ｐｂ３のいずれかの最小値（ｍｉｎ）をとる。したがって、最終目標過給圧Ｐｔは、目標過給圧Ｐｂ１又はＰｂ３の最小値（ｍｉｎ）となって、通常の過給圧制御が行なわれる。

ところで、オイル劣化が進行していき、オイル劣化にともなうコンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングが発生する条件下になると、オイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４が、基本目標過給圧Ｐｂ１及び最大目標過給圧Ｐｂ３よりも最小値となって、最終目標過給圧Ｐｔとして選択されることにより過給圧が制限される。すなわち、可変ベーン３６が、通常よりも所定量開かれることにより過給圧が低下される。これによって、コンプレッサ３４の回転が抑制されることにより、コンプレッサ３４の温度Ｔｂの上昇が抑制されるため、コンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングを防止あるいは低減することができる。

さらに、オイル劣化時でも、例えば、ターボチャージャ３０の温度Ｔｂがコンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングが発生しない低温状態においては、オイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４が、基本目標過給圧Ｐｂ１及び／又は最大目標過給圧Ｐｂ３よりも大きいため、基本目標過給圧Ｐｂ１又は最大目標過給圧Ｐｂ３のいずれかの最小値（ｍｉｎ）を最終目標過給圧Ｐｔとしてとる。したがって、通常の過給圧制御が行なわれるため、過給圧が過度に制限されない。このため、オイル劣化時でも、ターボチャージャ３０が低温状態であれば、車両の低速運転状態からの加速時、エンジン始動直後の加速時等において、ターボチャージャ３０の加速性能を有効に活用することができる。

次に、前記ＥＣＵ７０によって、前記最終目標過給圧Ｐｔに基づいて、ＶＲＶ４２を介して可変ベーン式ターボチャージャ３０の可変ベーン３６の目標ＶＮ開度を算出し、この算出結果に基づいて可変ベーン３６のＶＮ開度が所望の値となるように、ＶＲＶ４２を制御するＶＮ開度制御処理について、図４及び図５を参照して説明する。
図４に示すように、まず、ステップＳ１０において、エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、エンジン水温Ｔｗ、過給圧Ｐｂ、大気圧Ｐａ、大気温度Ｔａ、ＥＧＲバルブ開度係数Ｅｃ、新オイル給油後の走行距離Ｍの検出を行なう。なお、燃料噴射量Ｑは、ＥＣＵ７０から噴射ノズルの制御量データとして読み込まれる。また、ＥＧＲバルブ開度係数Ｅｃは、ＥＣＵ７０からＥＧＲバルブ５０の制御量データとして読み込まれる。ＥＧＲバルブ開度係数Ｅｃは、ＥＧＲバルブ５０の開度に応じて例えば０〜１（全閉時が０で全開時が１）に設定することができる。

次に、これら検出データに基づいて、図４中のステップＳ１１において、最終目標過給圧Ｐｔの算出を行なう。この最終目標過給圧Ｐｔは、図５中の（１）〜（５）式にしたがって、基本目標過給圧Ｐｂ１と最大目標過給圧Ｐｂ３とオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４との最小値により設定される。
次に、図４中のステップＳ１２によって、開き側のＶＮ最小開度Ｖｉの算出を行なう。このＶＮ最小開度Ｖｉは、図５中の（６）式にしたがって、エンジン回転数Ｎから定められたマップ（図示省略）によって設定される。

次に、図４中のステップＳ１３によって、閉じ側のＶＮ最大開度Ｖａの算出を行なう。このＶＮ最大開度Ｖａは、図５中の（７）式〜（１１）式にしたがって設定される。すなわち、ＥＧＲバルブ５０が全閉時におけるＶＮ最大開度Ｖａ１と、ＥＧＲバルブ５０が全開時におけるＶＮ最大開度Ｖａ２を求め（図４中の（７）式および（８）式参照。）、ＥＧＲバルブ開度係数Ｅｃに基づいてＥＧＲバルブ５０が所定の開度におけるＶＮ最大開度Ｖａを算出するものである（図４中の（１１）式参照。）。なお、過給圧補正係数Ｐｆは、エンジン回転数Ｎおよび最終目標過給圧Ｐｔと実際の過給圧Ｐｂとの偏差である過給圧偏差Ｐｄ（図４中の（９）式参照。）から定められたマップによって設定される（図４中の（１０）式参照。）。

次に、図４中のステップＳ１４によって、ＶＮ開度フィードバック量Ｖｃの算出を行なう。このＶＮ開度フィードバック量Ｖｃは、図４中の（１２）式で示されるように、比例項（第１項）、積分項（第２項）、微分項（第３項）を加算することで求めることができ、各項はエンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、最終目標過給圧Ｐｔ、実際の過給圧Ｐｂから定められたマップによって設定される。なお、ｇ２（Ｎ，Ｑ），ｇ３（Ｎ，Ｑ）は、係数である。しかして、エンジン回転数Ｎ、燃料噴射量Ｑ、最終目標過給圧Ｐｔ、実際の過給圧Ｐｂが変化する際に、ＶＮ開度フィードバック量Ｖｃは、ディーゼルエンジンのエンジン本体１０の運転状況（エンジン負荷、タービン３２回転数、過給圧）に応じた最適値に補正される。
次に、図４中のステップＳ１５によって、基本ＶＮ開度Ｖｂの算出を行なう（図５中の（１３）式参照。）。この基本ＶＮ開度Ｖｂ（％）は、エンジン回転数Ｎおよび燃料噴射量Ｑから定められたマップ（図示省略）によって設定される。

次に、図４中のステップＳ１６によって、目標ＶＮ開度Ｖｔの算出を行なう。この目標ＶＮ開度Ｖｔは、ステップＳ１２〜ステップＳ１５において算出された、ＶＮ最小開度Ｖｉ、ＶＮ最大開度Ｖａ、ＶＮ開度フィードバック量Ｖｃ、基本ＶＮ開度Ｖｂの基づいて設定される（図４中の（１４）式参照。）。すなわち、まず、ＶＮ最小開度Ｖｉと、基本ＶＮ開度ＶｂにＶＮ開度フィードバック量Ｖｃを加算したものとを比較し大きい方の開度を選択し、更にこの開度とＶＮ最大開度Ｖａと比較し小さい方の開度を目標ＶＮ開度Ｖｔとする。この目標ＶＮ開度Ｖｔに基づいて、ＶＲＶ４を駆動してアクチュエータ４０を操作することによって、可変ベーン３６の開度調整をする。この可変ベーン３６が閉方向に作動されると、タービン３２に当たる排気ガス速度が増して、コンプレッサ３４の回転が増速され、過給圧Ｐｂが高くなる。また、可変ベーン３６が開方向に作動されると、タービン３２に当たる排気ガス速度が減少し、コンプレッサ３４の回転が減速して、過給圧Ｐｂが低くなる。このように、可変ベーン３６の開閉制御によって、過給圧Ｐｂを最終目標過給圧Ｐｔにすることができる。

上記したターボチャージャ３０の制御装置によると、オイル劣化にともなうコンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングが発生する条件下において、オイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４が、基本目標過給圧Ｐｂ１及び最大目標過給圧Ｐｂ３よりも最小値となって、最終目標過給圧Ｐｔとして選択されることにより過給圧が制限される。これによって、コンプレッサ３４の温度Ｔｂの上昇が抑制されるため、コンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングを防止あるいは低減することができる。
また、オイル劣化にともなうコンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングが発生しないとき、例えばオイルが劣化していない未劣化状態では、過給圧を制限しない。さらに、オイル劣化時でも、例えば、ターボチャージャ３０の温度Ｔｂがコンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングが発生しない低温状態においては、過給圧が過度に制限されない。このため、オイル劣化時でも、ターボチャージャ３０が低温状態であれば、車両の低速運転状態からの加速時、エンジン始動直後の加速時等において、ターボチャージャ３０の加速性能を有効に活用することができる。
よって、コンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングを防止あるいは低減しながらも、過給圧の過度の制限を回避することによりターボチャージャ３０の性能を有効に活用することができる。

また、ターボチャージャ３０に備えた可変ベーンを、最終目標過給圧Ｐｔに応じて開閉制御するものである。したがって、最終目標過給圧Ｐｔを可変ベーン３６の開度に反映させることで、可変ベーン式ターボチャージャ３０においても、コンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングを防止あるいは低減しながらも、過給圧の過度の制限を回避することによりターボチャージャ３０の性能を有効に活用することができる。

なお、前記特許文献１のように、ウェストゲートバルブの開放により、タービン３２を通過する排気ガスの流量（排気流量という。）を減少させた場合でも過給圧を制限することができる。しかし、可変ベーン式ターボチャージャ３０では、排気流量が少なくとも、可変ベーンを開閉制御することによりターボ回転数を上昇させることができるため、タービンを通過する排気流量の制御は、有効ではない。上記したターボチャージャ３０の制御装置では、最終目標過給圧Ｐｔに応じて可変ベーンを開閉制御することにより、ターボ回転数を適確に制御することができる。

また、オイル劣化時目標過給圧設定手段は、オイル劣化にともなうコンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングの発生条件の１つとして、ターボチャージャ３０の温度Ｔｂに基づいてオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４を設定する。このため、オイル劣化時であっても、ターボチャージャ３０の温度Ｔｂの条件を満たさないときは、過給圧が過度に制限されないため、ターボチャージャ３０の温度Ｔｂがコンプレッサ３４のディフューザ部でのオイルコーキングが発生しない低温状態であれば、車両の低速運転状態からの加速時、エンジン始動直後の加速時等において、ターボチャージャ３０の加速性能を有効に活用することができる。

また、ターボ温度推定手段が、エンジン回転数Ｎに基づいてターボチャージャ３０の温度Ｔｂを推定する。このため、ターボチャージャ３０の温度Ｔｂを検出するための温度Ｔｂセンサを不要とすることができる。

また、ターボチャージャ３０のコンプレッサ部（コンプレッサ３４の周辺のハウジング部）に設置した温度センサにより、ターボチャージャ３０の温度Ｔｂを検出することもできる。この場合、ターボチャージャ３０のコンプレッサ部の温度Ｔｂを直接的に検出することができる。なお、温度センサは、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３４の出口温度を検出するように配置するとよい。

次に、オイル劣化度を検出する手段として、例えば、光学的にオイルの透明度を測定して、その汚染度からオイル劣化度Ｄを検出する場合には、検出するオイル劣化度Ｄが劣化状態か否かの境界付近で変動することが予測される。そのため、一時的に劣化状態となっても、次の検出値ではオイルが劣化していないと判断されることがある。そこで、オイル劣化度Ｄを測定するにあたって、図６に示すようなオイル劣化度の平均値処理を行なうことによって、オイル劣化度Ｄを適正に判断することができる。

電源投入時において、ＥＣＵ７０は、メモリＤ（ｊ）の初期化を実行するとともに、サンプル数ｎを設定する。また、ＥＣＵ７０は、Δ時間毎に、オイル劣化度Ｄを検出し、平均値のサンプル数をｎとする。
まず、ステップＳ２０において、Ｄ（ｊ＋１）＝Ｄ（ｊ）（ｊ＝（Ｎ−１）〜２）を実行する。この処理は、Ｄ（ｎ−１）のデータをＤ（ｎ）に、Ｄ（ｎ−２）のデータをＤ（ｎ−１）に書き込むことであり、記憶エリアをシフトする。次に、ステップＳ２１において、オイル劣化度Ｄ（ａ）を読み込むと共に、その劣化度Ｄ（ａ）をＤ（１）に記憶する。次に、ステップＳ２２において、「Ｄ（ｊ）、ｊ＝１〜ｎ」の総和を算出し、サンプル数ｎで割ると、劣化度の平均値Ｄｍが算出される。
以上によって、オイル劣化度Ｄの平均値Ｄｍが算出される。この平均値Ｄｍは、オイル劣化度Ｄのノイズ等によるばらつきを緩和することができ、前記図２における走行距離Ｍに代わるオイル劣化度（オイル劣化判定値）として用いることができる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明は、可変ベーン式ターボチャージャ３０に限らず、排気通路２０に設けたバイパス通路を開閉するウェストゲートバルブを備えたターボチャージャにも適用することができる。また、本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンにも適用することができる。また、本発明は、排気循環通路２４及びＥＧＲバルブ５０（図１参照。）を備えていない内燃機関にも適用することができる。また、オイルの劣化度を検出する手段は、走行距離Ｍを検出する方法、光学的にオイルの透明度を測定してその汚染度からオイル劣化度を検出するものの他、電気化学的にオイルのアルカリ度からオイル劣化度を検出する方法、オイルの粘度からオイル劣化度を検出する方法、エンジン回転数の積算値からオイル劣化度を検出する方法等を採用することができる。また、ターボチャージャ３０の温度Ｔｂは、オイル温度、あるいは、エンジン水温等とも関連しているので、これらの温度からも推定することができる。また、基本目標過給圧設定手段が設定する基本目標過給圧Ｐｂ１と、最大目標過給圧設定手段が設定する最大目標過給圧Ｐｂ３と、オイル劣化時目標過給圧設定手段が設定するオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４のうち、より小さな値を最終目標過給圧Ｐｔとして選択する際の演算方法は、前記実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

本発明の実施例にかかるディーゼルエンジンの要部構成図である。 ＥＣＵの制御ブロック図である。 エンジン負荷と目標過給圧との相関を示すグラフである。 ＶＮ開度制御処理を示すフローチャートである。 目標ＶＮ開度制御処理における算出方法を示す図である。 オイル劣化度の平均値処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…エンジン本体
２０…排気通路
２２…吸気通路
３０…可変ベーン式ターボチャージャ
３２…タービン
３４…コンプレッサ
３６…可変ベーン
６０…エンジン回転数センサ
７０…ＥＣＵ（制御手段、電子制御ユニット）

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンと、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられかつ前記タービンの駆動トルクに応じて内燃機関へ空気を供給するコンプレッサと、
   前記タービンを通過する排気ガスの流量又は流速を変化させることで、コンプレッサの回転数を変更する回転数変更手段と、
   を備えるターボチャージャの制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて基本目標過給圧Ｐｂ１を設定する基本目標過給圧設定手段と、
   前記内燃機関のエンジン回転数に基づいて過給圧の上限値である最大目標過給圧Ｐｂ３を設定する最大目標過給圧設定手段と、
   オイル劣化にともなう前記コンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングの発生条件に基づいてオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４を設定するオイル劣化時目標過給圧設定手段と
   を備え、
   前記基本目標過給圧設定手段が設定する基本目標過給圧Ｐｂ１と、前記最大目標過給圧設定手段が設定する最大目標過給圧Ｐｂ３と、前記オイル劣化時目標過給圧設定手段が設定するオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４のうち、より小さな値を最終目標過給圧Ｐｔとして選択する
   ことを特徴とするターボチャージャの制御装置。
2. 請求項１に記載のターボチャージャの制御装置であって、
   前記ターボチャージャは、前記タービンを駆動する排気ガスの流速を可変とする可変ベーンを備える可変ベーン式ターボチャージャであり、
   前記可変ベーンを、前記最終目標過給圧Ｐｔに応じて開閉制御する構成とした
   ことを特徴とするターボチャージャの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のターボチャージャの制御装置であって、
   前記オイル劣化時目標過給圧設定手段は、オイル劣化にともなうコンプレッサのディフューザ部でのオイルコーキングの発生条件の１つとして、ターボチャージャの温度に基づいてオイル劣化時目標過給圧Ｐｂ４を設定することを特徴とするターボチャージャの制御装置。
4. 請求項３に記載のターボチャージャの制御装置であって、
   前記ターボチャージャの温度を、前記エンジン回転数に基づいて推定するターボ温度推定手段を備えたことを特徴とするターボチャージャの制御装置。
5. 請求項３に記載のターボチャージャの制御装置であって、
   前記ターボチャージャの温度を、前記ターボチャージャのコンプレッサ部に設置した温度センサにより検出することを特徴とするターボチャージャの制御装置。
6. 内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気で回転駆動されるタービンと、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられ、前記タービンに連結されることで吸入空気の過給を行なうコンプレッサと、
   前記タービンを通過する排気ガスの流量又は流速を変化させることで、コンプレッサの回転数を変更する回転数変更手段と、
   を備えるターボチャージャの制御装置であって、
   エンジン本体の要求条件に基づき目標過給圧を設定する目標過給圧設定手段と、
   少なくともターボの温度に基づきオイル劣化時目標過給圧を設定するオイル劣化時目標過給圧設定手段と、
   を備え、
   前記目標過給圧と、前記オイル劣化時目標過給圧のうち、より小さな値を最終目標過給圧として選択する
   ことを特徴とするターボチャージャの制御装置。
7. 請求項６に記載のターボチャージャの制御装置であって、
   前記目標過給圧設定手段は、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて基本目標過給圧を設定する基本目標過給圧設定手段と、
   前記内燃機関のエンジン回転数に基づいて過給圧の上限値である最大目標過給圧を設定する最大目標過給圧設定手段と、
   よりなり、
   前記基本目標過給圧と前記最大目標過給圧のうち、より小さな値を目標過給圧として設定する
   ことを特徴とするターボチャージャの制御装置。
8. 請求項６及び７に記載のターボチャージャの制御装置であって、
   前記オイル劣化時目標過給圧設定手段は、オイルコーキングの発生条件に基づいてオイル劣化時目標過給圧の設定を行なう
   ことを特徴とするターボチャージャの制御装置。
   
   

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