JP6187227B2 - 可変容量型過給機及び可変容量型過給機用コントローラ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに供給される空気を過給する可変容量型過給機とそのコントローラに係り、詳しくは、タービンインペラ外周に配置された可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータの動作が制御される可変容量型過給機とそのコントローラに関する。

過給機（ターボチャージャ）は、エンジンの排気ガスでタービンを回転駆動し、タービンと機械的に連結されたコンプレッサで吸入空気を圧縮して、加圧された空気をエンジンに供給し、エンジンの性能を向上させる装置である。

ターボチャージャ用のタービンは、一般的にラジアルタービンであり、ラジアルタービンの外周に排気ガスを供給するために、スクロールが用いられる。スクロールは、エンジンからの排気ガスの流れを旋回流にしてタービンインペラの外周に一様に分配する渦巻室である。

上述したターボチャージャは、スクロールの流路形状により旋回流速が決まり、低流量ではその流速が不足するため、タービンが高負荷で稼動できる排気ガスの流量範囲が狭い問題点がある。

そこで、ターボチャージャに供給可能な排気ガスの流量範囲を拡大するための可変容量型過給機が既に提案されている。ここで、可変容量型過給機とは、タービンの排気ガス流入部等、タービンインペラの外周に配置された複数のベーンを可動にして、排気ガスが低流量である場合にその流速をベーン開度の調整により高めることができるようにしたものである。

そして、各ベーンはリンク機構を介してアクチュエータに接続されており、アクチュエータの動作によってリンク機構を介して各ベーンが連動して開閉される。

ところで、可変容量型過給機を寒冷地で使用すると、エンジン停止中に排気ガス中に含まれる水分、あるいは、洗車時や降雨時に外部から侵入する水分がリンク機構周辺に溜まって凍結する可能性がある。この場合、エンジン始動時にリンク機構を無理に動作させようとアクチュエータの駆動トルクを大きくしていくことで、リンク機構を含むベーンの開度調整機構が損傷する恐れがある。

そこで、本出願人は、タービンハウジングの下部に水の貯留溝と排水孔を設けることを提案した（例えば、特許文献１）。このような構成を採用することにより、可変ノズルベーンのリンク機構が凍結するのを避けるようにすることができる。

特開２０１２−１０２６６０号公報

本発明は、エンジンの停止中にタービンハウジング内に溜まった水分が、可変ノズルベーンのリンク機構を含むノズルベーンの開度調整機構の周辺において凍結してしまっても、開度調整機構が損傷するのを避けるようにすることができる、可変容量型過給機と可変容量型過給機用のコントローラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載した本発明の可変容量型過給機用コントローラは、
エンジンに供給される空気を過給する可変容量型過給機のタービンインペラ外周に配置された可変ノズルベーンの開度調整機構のアクチュエータによる動作を、前記エンジンの駆動を制御するエンジンコントロールユニットからの指令に基づいて制御する可変容量型過給機用のコントローラにおいて、
前記コントローラによる前記アクチュエータの動作制御の開始を判定する開始判定部と、
前記アクチュエータの駆動トルクを制御するトルク制御部と、
前記開始判定部の判定結果に基づき、前記コントローラによる前記アクチュエータの動作制御の開始から一定時間経過までの開始期間において、前記トルク制御部により前記駆動トルクの上限を制限した状態で、前記開度調整機構の凍結状態を判定する凍結判定部と、
前記開始判定部の判定結果に基づき、前記開始期間の終了後に、前記開度調整機構の動作不良を検出する動作不良検出部と、
前記開度調整機構の動作不良を検出した場合に、前記エンジンコントロールユニットに前記開度調整機構の動作エラーを通知するエラー通知部と、
を備えることを特徴とする。

可変容量型過給機の可変ノズルベーンの開度調整機構のアクチュエータによる動作にエラーが生じると、一般的に、そのことがエンジンコントロールユニットに通知される。そして、エラー通知を受けたエンジンコントロールユニットは、適宜フェールセーフの制御を行うようになる。

これに対し、請求項１に記載した本発明の可変容量型過給機用コントローラでは、コントローラによるアクチュエータの動作制御の開始から一定時間が経過するまでの開始期間において、アクチュエータの駆動トルクの上限を低く制限した状態で、開度調整機構の凍結状態の判定処理が行われ、その後に、ノズルベーンの開度調整機構の動作不良の検出処理が行われる。

ここで、開始期間の長さ、つまり一定時間の長さは、トルク制御部により制限された上限以下の駆動トルクでアクチュエータが開度調整機構を動作させることで、タービンハウジング内に溜まった水分による開度調整機構の凍結を解消させるのに必要な時間以上の長さに設定される。なお、開始期間（一定時間）の長さは、駆動可変容量型過給機の仕様や使用環境等の条件に応じて、計算や実験結果に基づいて決定することができる。

また、開始期間中に制限されるアクチュエータの駆動トルクの上限は、開始期間中以外のアクチュエータの駆動トルクの上限よりも低い値に制限される。具体的には、開始期間中の制限された駆動トルクの上限は、タービンハウジング内に溜まった水分によって凍結した状態で開度調整機構をアクチュエータにより駆動しても開度調整機構に損傷が生じないトルクかそれ未満のトルクに設定される。この上限も、駆動可変容量型過給機の仕様や使用環境等の条件に応じて、計算や実験結果に基づいて決定することができる。

このため、エンジンを始動する時点で、エンジンの停止中にタービンハウジング内に溜まった水分により開度調整機構が凍結している場合は、エンジンの始動の直後から、排気ガスの熱でタービンハウジング内の凍結した水分が溶かされて蒸発する。これにより凍結が解消された開度調整機構は正常に動作するようになるので、アクチュエータが凍結したままの開度調整機構を無理に動作させようとして損傷させるのを避けることができる。

一方、ベーンやリンク機構の動作性の低下が原因で開度調整機構に動作エラーが生じた場合は、開度調整機構の凍結状態の判定処理が行われている間に、可変容量型過給機のノズルベーンやその開度調整機構にエンジンの排気ガスを通過させても、動作エラーが解消しない。このため、凍結状態の判定処理の後に開始される開度調整機構の動作不良の検出処理において、開度調整機構の動作エラーがエンジンコントロールユニットに通知される。なお、開度調整機構に生じた動作エラーがエンジンコントロールユニットに通知された場合のコントローラによるアクチュエータの動作制御は、エンジンコントロールユニットからの指令に基づいて行われる。

したがって、エンジンの停止中にタービンハウジング内に溜まった水分が、可変ノズルベーンのリンク機構を含むノズルベーンの開度調整機構の周辺において凍結してしまっても、開度調整機構が損傷するのを避けるようにすることができる。

また、請求項２に記載した本発明の可変容量型過給機用コントローラは、請求項１に記載した本発明の可変容量型過給機用コントローラにおいて、前記凍結判定部は、前記開始期間中に前記開度調整機構の動作状態を検出する動作状態検出部と、前記開始期間中において、前記動作状態が正常状態でないことを検出した後に、前記エンジンの排気ガスにより前記開度調整機構を加熱する凍結解消処理を行う凍結解消処理部とを有しており、前記動作不良検出部は、前記動作状態が正常状態であることを検出した後と、前記開始期間の終了後に、前記開度調整機構の動作不良を検出することを特徴とする。

請求項２に記載した本発明の可変容量型過給機用コントローラによれば、請求項１に記載した本発明の可変容量型過給機用コントローラにおいて、コントローラによるアクチュエータの動作制御の開始から一定時間が経過するまでの開始期間中において、開度調整機構の動作状態が正常状態でないときに、開度調整機構が凍結状態であるものと仮定して、エンジンの排気ガスの熱を利用した開度調整機構の凍結解消処理が行われる。

このため、エンジンの停止中にタービンハウジング内に溜まった水分により開度調整機構が凍結して動作エラーが発生した場合に、エンジンコントロールユニットの指令に応じた開度に可変ノズルベーンを調整できる状態にいち早く復帰できるようにすることができる。

さらに、上記目的を達成するため請求項３に記載した本発明の可変容量型過給機は、タービンインペラ外周に配置された可変ノズルベーンの開度調整機構のアクチュエータの動作が、エンジンの駆動を制御するエンジンコントロールユニットからの指令に基づいてコントローラにより制御される可変容量型過給機であって、前記コントローラとして用いられる請求項１又は２記載の可変容量形過給機用コントローラのトルク制御部によって、前記アクチュエータの駆動トルクが制御されることを特徴とする。

請求項３に記載した本発明の可変容量型過給機によれば、請求項１又は２記載の可変容量形過給機用コントローラのトルク制御部によって、アクチュエータの駆動トルクが制御される。このため、エンジンの停止中にタービンハウジング内に溜まった水分が、可変ノズルベーンのリンク機構を含むノズルベーンの開度調整機構の周辺において凍結してしまっても、開度調整機構が損傷するのを避けるようにすることができる。

本発明によれば、エンジンの停止中にタービンハウジング内に溜まった水分が、可変ノズルベーンのリンク機構を含むノズルベーンの開度調整機構の周辺において凍結してしまっても、開度調整機構が損傷するのを避けるようにすることができる。

本発明の一実施形態に係るコントローラによって可変ノズルベーンの開度調整機構のアクチュエータによる動作を制御する容量可変型過給機の概略構成を示す説明図である。 図１の制御装置で行う開度調整機構の動作制御手順を示すフローチャートである。 図１の制御装置で行う開度調整機構の動作制御手順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説明する。まず、図１の説明図を参照して、本発明の一実施形態に係るコントローラとこれによって可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータの動作を制御する容量可変型過給機の概略構成を説明する。

なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

図１に示す本実施形態の過給機（ターボーチャージャ）１は、請求項中の可変容量型過給機に相当するもので、排気ガスが供給されるタービンインペラ２と、タービンインペラ２の外周にこれを囲むように、排気ガスが流通するガス流路３に配置された複数のノズルベーン４（請求項中の可変ノズルベーンに相当）と、ノズルベーン４のそれぞれを所定軸回りに回転可能に支持する支持機構５と、支持機構５に支持されたノズルベーン４を所定軸回りに回転する（開閉駆動する）アクチュエータユニット６と、アクチュエータユニット６の駆動を制御するアクチュエータコントロールユニット８（請求項中の可変容量型過給機用コントローラに相当）とを備えている。

アクチュエータコントロールユニット８は、不図示の車両に設けられてエンジンの動作を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０に、ＣＡＮ（Controller Area Network ）２０を介して接続されている。アクチュエータコントロールユニット８は、車両のイグニッション（ＩＧＮ）スイッチがオンであるときに、不図示のバッテリからの動作用電源が供給されて作動する。

また、ＩＧＮスイッチがＳＴＡＲＴポジションとなり、不図示のセルモータによりエンジンが始動されると、ＩＧＮスイッチがオフされてエンジンが停止するまで、アクチュエータコントロールユニット８には、ノズルベーン４の目標開度の指令信号等がＥＣＵ３０から周期的に入力される。一方、不図示のエンジンが作動している間、アクチュエータコントロールユニット８からは、アクチュエータユニット６によるノズルベーン４の開閉駆動のエラー通知信号等がＥＣＵ３０に対して出力される。

なお、アクチュエータコントロールユニット８には、時間を計測可能なタイマーＩＣ９と、過給機１の動作に関する各種情報を記憶した記憶装置１０とがローカル接続されている。

本実施形態においては、過給機１には、例えば特開２０００−２６５８４６号公報に開示されているように、エンジンからの排気ガスが供給される。過給機１は、タービンインペラ２を収容するタービンハウジング（図示せず）を備えており、ガス流路３は、タービンハウジングとタービンインペラ２との間において、タービンインペラ２を囲むように環状に形成されている。エンジンからの排気ガスは、ハウジングに形成された導入口を介して、ガス流路３に供給される。過給機１のタービンインペラ２には、ガス流路３を介して、エンジンからの排気ガスが供給される。

タービンインペラ２は、エンジンから供給される排気ガスによって回転し、そのタービンインペラ２に一端が連結された軸部材Ｊを回転させる。軸部材Ｊの中間部は、タービンハウジングに連設されたベアリングハウジングにおいて軸受部材（図示せず）により回転可能に軸支されている。軸部材Ｊの他端は、圧縮機（図示せず）のコンプレッサインペラ（図示せず）に連結されている。

コンプレッサインペラは、ベアリングハウジングに連設されたコンプレッサハウジング（図示せず）に収容されており、軸部材Ｊが回転してコンプレッサハウジング内でコンプレッサインペラが回転することによって、圧縮機が作動する。圧縮機は、気体を圧縮可能であり、圧縮機のコンプレッサインペラによって圧縮された高圧の気体は、エンジンに供給される。本実施形態においては、軸部材ＪはＸ軸とほぼ平行に延在している。

ノズルベーン４は、タービンインペラ２を囲むように、排気ガスが流通するガス流路３に複数配置されている。ノズルベーン４のそれぞれは、支持軸５１を回転中心として回転可能であり、回転することによって、排気ガスが流通するガス流路３の大きさ（有効面積）を調整可能である。すなわち、本実施形態の過給機１は、タービンインペラ２を囲むようにガス流路３に配置され、そのガス流路３の大きさを調整するために可動な複数のノズルベーン４を備えた、いわゆるマルチベーン方式の過給機である。本実施形態においては、支持軸５１はＸ軸とほぼ平行であり、ノズルベーン４のそれぞれは、Ｘ軸とほぼ平行な支持軸５１を回転中心として回転（傾斜）する（図１中、矢印Ｋ１参照）。

支持機構５は、ノズルベーン４に接続された支持軸５１と、支持軸５１を回転可能に支持する支持プレート５２とを備えている。ノズルベーン４は、支持軸５１の一端に固定されている。支持プレート５２は、タービンインペラ２を囲むように、過給機１のハウジングに固定されている。支持軸５１は、支持プレート５２に形成された孔の内側に、回転可能に配置されている。

アクチュエータユニット６は、支持軸５１にその一端が接続されたアーム部材６１と、アーム部材６１の他端に形成された開口（凹部）６１Ｋの内側に配置され、その開口６１Ｋの内側で可動なジョイント部材６２と、ジョイント部材６２を支持する駆動プレート（駆動リング）６３と、駆動プレート６３を移動可能なアクチュエータ６４とを備えている。

アーム部材６１は、支持軸５１の他端に固定されている。アーム部材６１は、ＹＺ平面内（支持軸５１によって形成されるノズルベーン４の回転軸とほぼ垂直な平面内）において、略Ｙ字状であり、支持軸５１に固定された固定部６１Ａと、軸部材Ｊに対して固定部６１Ａよりも離れた位置に配置され、開口（凹部）６１Ｋが形成された二股部６１Ｂとを含む。

駆動プレート６３は、支持プレート５２をガイドとして環状に形成されている。駆動プレート６３は、アーム部材６１に対して可動である。駆動プレート６３は、タービンインペラ２とほぼ同心に配置されており、Ｘ軸とほぼ平行な軸部材Ｊを回転中心として回転（傾斜）可能である。

ジョイント部材６２は、駆動プレート６３に固定されており、アーム部材６１の開口６１Ｋの内側に配置される。本実施形態においては、ジョイント部材６２は、ＹＺ平面内（支持軸５１によって形成されるノズルベーン４の回転軸とほぼ垂直な平面内）において矩形状（長方形状、又は正方形状）である。

また、アクチュエータユニット６は、アクチュエータ６４に接続された作動軸６５と、作動軸６５に駆動レバー６６を介して接続されたアーム部材６７と、駆動プレート６３の所定位置に固定され、アーム部材６７に形成された開口６７Ｋの内側に配置されるジョイント部材６８とを備えている。

本実施形態においては、アクチュエータ６４は、回転モータ（図示せず）を含む。アクチュエータコントロールユニット８は、所定の電力供給装置からアクチュエータ６４に電力を供給することによって、そのアクチュエータ６４を駆動する。回転モータを含むアクチュエータ６４が駆動することによって、作動軸６５が移動する。本実施形態においては、アクチュエータ６４が駆動することによって、作動軸６５が、Ｚ軸方向に移動する（図１中、矢印Ｋ２参照）。

アクチュエータ６４が作動し、作動軸６５が移動することによって、アーム部材６７が、回転軸６９を回転中心としてθＸ方向に回転（傾斜）し、そのアーム部材６７の回転（移動）に伴って、駆動プレート６３が、支持プレート５２に対して、軸部材Ｊを回転中心として回転（傾斜）する（図１中、矢印Ｋ３、Ｋ４参照）。

ジョイント部材６２は駆動プレート６３に接続されており、アクチュエータ６４によって駆動プレート６３が軸部材Ｊを回転中心としてθＸ方向に回転すると、その駆動プレート６３の回転に伴って、ジョイント部材６２が駆動プレート６３と一緒に、軸部材Ｊを回転中心としてθＸ方向に移動する。ジョイント部材６２がθＸ方向に移動すると、アーム部材６１の二股部６１Ｂは、ジョイント部材６２に押されて、θＸ方向に移動する。アーム部材６１の回転中心は支持軸５１であり、ジョイント部材６２の移動に伴って、アーム部材６１は、支持軸５１を回転中心としてθＸ方向に回転（傾斜）する。

上述のように、ノズルベーン４は支持軸５１の一端に固定され、アーム部材６１は支持軸５１の他端に固定されており、ノズルベーン４と支持軸５１とアーム部材６１とは一体である。したがって、アーム部材６１が回転すると、そのアーム部材６１の回転に伴って、支持軸５１がアーム部材６１と一緒に、θＸ方向に回転するとともに、その支持軸５１の回転に伴って、ノズルベーン４が支持軸５１と一緒に、支持軸５１を回転中心としてθＸ方向に回転（傾斜）する。

このように、アクチュエータコントロールユニット８は、アクチュエータ６４を駆動することによって、駆動プレート６３、ジョイント部材６２、及びアーム部材６１を介して、ノズルベーン４を、支持軸５１を回転中心として、θＸ方向に回転（傾斜）することができる。したがって、本実施形態においては、支持機構５と、アクチュエータユニット６のアーム部材６１、ジョイント部材６２、及び、駆動プレート６３とによって、各ノズルベーン４をリンクして開度調整可能とする開度調整機構が構成されている。

本実施形態においては、駆動プレート６３の回転方向（θＸ方向）におけるジョイント部材６２の外側面６２Ｓと、そのジョイント部材６２の外側面６２Ｓと対向するアーム部材６１の開口６１Ｋの内側面６１Ｔとは、ほぼ平行である。そして、ジョイント部材６２がθＸ方向に移動すると、アーム部材６１の開口６１Ｋの内側面６１Ｔがジョイント部材６２の外側面６２Ｓに押され、アーム部材６１の二股部６１ＢがθＸ方向に移動する。

ジョイント部材６２の外側面６２Ｓとアーム部材６１の開口６１Ｋの内側面６１Ｔとがほぼ平行であるので、ジョイント部材６２の外側面６２Ｓと、アーム部材６１の開口６１Ｋの内側面６１Ｔとの接触面積が大きくなる。これにより、駆動プレート６３の回転方向（θＸ方向）に関して、ジョイント部材６２からアーム部材６１に対して力を良好に伝達することができる。

また、本実施形態においては、アクチュエータユニット６は、アーム部材６７の回転を所定範囲内に規制するためのストッパ部材７０を備えている。本実施形態においては、ストッパ部材７０は、ハウジングの所定位置に固定されており、例えば、ノズルベーン４の全開位置と全閉位置とにおいて、アーム部材６７が各ストッパ部材７０に当接する。

アクチュエータ６４は、ノズルベーン４の開度（回転位置）を検出する検出装置（図示せず）を内蔵している。この検出装置は、ノズルベーン４のゼロ点から回転モータの回転量及び回転方向を累積することで、ノズルベーン４の開度（回転位置）を検出する。

ノズルベーン４のゼロ位置は、例えば、エンジン停止時にアクチュエータユニット６により強制移動される全開位置とすることができる。回転モータの回転量及び回転方向は、例えば、回転モータの出力軸に連結されたエンコーダが出力するエンコーダパルスから、マイクロコンピュータ等を用いて検出することができる。

また、検出装置は、回転モータがステッピングモータである場合は、回転モータの回転中に非励磁状態の励磁コイルに発生する誘導起電力から、マイクロコンピュータ等を用いて回転モータの回転量及び回転方向を検出することもできる。

検出装置が検出したノズルベーン４の開度（回転位置）は、アクチュエータ６４からアクチュエータコントロールユニット８に通知される。

アクチュエータ６４は、不図示のエンジンの始動や停止がＥＣＵ３０からアクチュエータコントロールユニット８に通知された場合に、アクチュエータコントロールユニット８の制御により、イニシャライズ動作を行う。イニシャライズ動作では、アクチュエータ６４は、ノズルベーン４の全開位置に対応するストッパ部材７０にアーム部材６７が当接して回転しなくなるまで回転モータを回転させる。そして、アクチュエータ６４は、回転モータの回転停止を検出装置により検出し、そのときの制御上のノズルベーン４の開閉位置をゼロ点（全開位置）にリセットする。

アクチュエータコントロールユニット８は、ＥＣＵ３０からノズルベーン４の目標開度の指令が入力されると、アクチュエータ６４の検出装置が検出したノズルベーン４の開度（回転位置）と目標開度とから、回転モータの回転方向及び回転量を決定し、決定した回転方向及び回転量で回転モータを回転させるための駆動信号をアクチュエータ６４に出力する。

なお、ＥＣＵ３０が指令するノズルベーン４の制御上の目標開度の分解能と、アクチュエータ６４の回転モータが実際に調整するノズルベーン４の開度の分解能とは異なる。そこで、アクチュエータコントロールユニット８は、記憶装置１０に記憶されたテーブルを用いて、ＥＣＵ３０から指令された制御上の目標開度の分解能を、回転モータの回転により実現されるノズルベーン４の実際の開度の分解能に変換し、これを、アクチュエータ６４に出力する。

次に、過給機１の動作の一例について説明する。ここで、以下の説明においては、各部材が、図中、Ｙ軸からＺ軸へ向かう向き（−Ｘ方向から各部材を見た場合、時計回り）への回転方向を適宜、＋θＸ方向、と称し、その逆方向（−Ｘ方向から各部材を見た場合、反時計回り）を適宜、−θＸ方向、と称する。

アクチュエータコントロールユニット８は、例えば、駆動プレート６３が＋θＸ方向に回転するように、アクチュエータ６４を駆動する（図１中、矢印Ｋ３参照）。支持プレート５２に対して駆動プレート６３が＋θＸ方向に回転すると、ジョイント部材６２がアーム部材６１の二股部６１Ｂを＋θＸ方向に移動する。アーム部材６１の二股部６１Ｂが＋θＸ方向に移動すると、そのアーム部材６１が支持軸５１を回転中心として＋θＸ方向に回転し、ノズルベーン４も＋θＸ方向に回転する。ノズルベーン４のそれぞれが＋θＸ方向に回転することによって、互いに隣り合うノズルベーン４どうしが離れ、ガス流路３の大きさ（有効面積）が大きくなる。

一方、アクチュエータコントロールユニット８は、駆動プレート６３が−θＸ方向に回転するように、アクチュエータ６４を駆動する（図１中、矢印Ｋ４参照）。支持プレート５２に対して駆動プレート６３が−θＸ方向に回転すると、ジョイント部材６２がアーム部材６１の二股部６１Ｂを−θＸ方向に移動する。アーム部材６１の二股部６１Ｂが−θＸ方向に移動すると、そのアーム部材６１が支持軸５１を回転中心として−θＸ方向に回転し、ノズルベーン４も−θＸ方向に回転する。ノズルベーン４のそれぞれが−θＸ方向に回転することによって、互いに隣り合うノズルベーン４どうしが近づき、ガス流路３の大きさ（有効面積）が小さくなる。

本実施形態においては、エンジンからの排気ガスは、ガス流路３を介して、図１中、破線矢印Ｆで示す方向に流れ、タービンインペラ２に供給される。ノズルベーン４によってガス流路３の有効面積が大きくなると、排気ガスはタービンインペラ２に流入し易くなる。一方、ノズルベーン４によってガス流路３の有効面積が小さくなると、排気ガスはタービンインペラ２に流入し難くなる。

アクチュエータコントロールユニット８は、例えばエンジンの回転数等、エンジンの運転状態に応じて、ガス流路３に配置されているノズルベーン４のそれぞれを支持軸５１を回転中心として回転し、タービンインペラ２に供給される排気ガスが流通するガス流路３の大きさ（有効面積）を調整する。例えば、アクチュエータコントロールユニット８は、排気ガスの流量が多くなる高負荷・高回転領域において、ガス流路３の有効面積を大きくするように、ノズルベーン４を＋θＸ方向に回転させる。一方、アクチュエータコントロールユニット８は、排気ガスの流量が少なくなる低負荷・低回転領域において、ガス流路３の有効面積を小さくするように、ノズルベーン４を−θＸ方向に回転させる。

ところで、過給機１のタービンハウジング内には、エンジンの停止中に、排気ガス中の水分が結露して溜まったり、洗車時や降雨時に外部から侵入した水分が溜まったりすることがある。そして、過給機１を例えば寒冷地で使用すると、タービンハウジング内の水分が凍結して、例えば駆動プレート６３が、アクチュエータユニット６のアクチュエータ６４の回転モータを動かしても回転できない状態に固定される等、水分の凍結により開度調整機構の部分が動かなくなる可能性がある。

この凍結した水分は、例えば、タービンハウジングに高温の排気ガスを導入し続ければ、やがてその温度により溶かすことができる。そこで、本実施形態では、不図示のエンジンの始動から暫くの間は、アクチュエータ６４によってノズルベーン４が回転できなくても、水分の凍結による動作不良か、それとも、機構的な障害による動作不良かを確認する動作が行われるような制御を、アクチュエータコントロールユニット８に行わせるようにした。

以下、アクチュエータコントロールユニット８が行うアクチュエータ６４の動作制御手順の概要を、過給機１を搭載した車両において発生する事象を交えて、図２及び図３のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、図２に示すステップＳ１乃至ステップＳ１１において、初期設定が行われる。この初期設定では、具体的には、不図示の車両においてＫｅｙ−ＯＮされて（ステップＳ１）、アクチュエータコントロールユニット８に対する給電（通電）が開始されると（ステップＳ３）、アクチュエータコントロールユニット８は、イニシャライズ動作を行わせるためにアクチュエータユニット６のアクチュエータ（電動Ａｃｔ）６４に対する通電を開始する（ステップＳ５）。

なお、本実施形態においては、車両のＫｅｙ−ＯＮ、即ち、車両のＩＧＮスイッチのＯＮやアクセサリ（ＡＣＣ）スイッチのＯＮを、アクチュエータコントロールユニット８によるアクチュエータ６４の動作制御の開始時点としている。しかし、過給機１の仕様や使用環境等の条件等に応じて、車両のＫｅｙ−ＯＮ以外の任意の時点を、アクチュエータコントロールユニット８によるアクチュエータ６４の動作制御の開始時点としてもよい。例えば、エンジンの始動時点やエンジン回転数が一定値に達したことの検出時等を、アクチュエータコントロールユニット８によるアクチュエータ６４の動作制御の開始時点とすることもできる。

また、アクチュエータコントロールユニット８は、タイマーＩＣ９を用いてエンジン（Ｅｎｇ）始動直後判定カウンタのカウントを開始する（ステップＳ７）。その後、イニシャライズ動作が完了（イニシャライズ成立）すると（ステップＳ９）、ＥＣＵ３０からの指令に基づいて、ノズルベーン４をアクチュエータ６４により目標開度に回転させる制御を開始する（ステップＳ１１）。

次に、アクチュエータコントロールユニット８は、アクチュエータ６４の動作を制御するモードを凍結判定制御モードとする。凍結判定制御モードでは、アクチュエータコントロールユニット８は、ＥＣＵ３０からの指令ではなく自身で決定した内容でアクチュエータ６４の動作を制御する。

そして、図２に示すステップＳ１３乃至ステップＳ２３の凍結判定制御モードにおいては、開度調整機構の凍結判定が行われる。この凍結判定では、まず、前半のステップＳ１３乃至ステップＳ１７において、開度調整機構の動作状態の検出が行われ、検出された動作状態が正常状態でなかった場合に、後半のステップＳ１９乃至ステップＳ２３において、その原因が開度調整機構の凍結であると仮定して、凍結状態の解消処理が行われる。

そして、前半の開度調整機構の動作状態の検出処理では、具体的には、アクチュエータコントロールユニット８は、まず、エンジン（Ｅｎｇ）始動直後判定カウンタでカウントしている時間が、判定カウント時間に達したか否かを確認する（ステップＳ１３）。このカウンタがカウントする時間は、ステップＳ１におけるＫｅｙ−ＯＮ（アクチュエータコントロールユニット８によるアクチュエータ６４の動作制御の開始）からの経過時間である。

なお、判定カウント時間は、後半に行う凍結状態の解消処理において、開度調整機構の凍結を解消するのに必要な時間以上の長さに設定される。この判定カウント時間の長さは、過給機１の仕様や使用環境等の条件に応じて、計算や実験結果に基づいて決定することができる。

判定カウント時間に達した場合は（ステップＳ１３でＹＥＳ）、後述するステップＳ２５に移行し、達していない場合は（ステップＳ１３でＮＯ）、アクチュエータ６４の駆動トルクを、開度調整機構を通常動作させるときの駆動トルクに設定し、その駆動トルクでアクチュエータ６４を動作させる（ステップＳ１５）。

なお、アクチュエータ６４の駆動トルクは、例えば、図２のステップＳ１５に示すように、アクチュエータ６４に印加する電圧をスイッチング信号で制御し、スイッチング信号の周期に対するオン又はオフ時間の比（デューティー比）を調整することで、任意の値に設定することができる。

続いて、アクチュエータコントロールユニット８は、アクチュエータ６４の検出装置の検出結果から、判定カウント時間よりも短い判定期間の間にノズルベーン４が目標開度に追従（到達）したか否かを確認する（ステップＳ１７）。

ここで、判定期間は、各ノズルベーン４が目標開度に到達するまでに要する所要時間に、若干のマージンを加えた時間に設定される。また、目標開度までの所要時間は、ステップＳ１５で設定したデューティー比の通電によりアクチュエータ６４が開度調整機構を介して各ノズルベーン４を回転させた場合の、目標開度への到達に要した時間とする。

そして、判定期間の間にノズルベーン４が目標開度に追従した場合は（ステップＳ１７でＹＥＳ）、ステップＳ２５に処理を移行し、追従していない場合は（ステップＳ１７でＮＯ）、アクチュエータコントロールユニット８は、ステップＳ１９以降の凍結状態の解消処理に進む。

ステップＳ１９では、アクチュエータコントロールユニット８は、アクチュエータ６４の駆動トルク（例えば、アクチュエータ６４に対する通電のデューティー比）について、ステップＳ１５で設定した通常動作時の駆動トルクよりも低い値の上限を設定する。つまり、凍結状態の解消処理（ステップＳ１９〜ステップＳ２３）におけるアクチュエータ６４の駆動トルクの上限（開始期間中以外のアクチュエータの駆動トルクの上限）を、通常動作時の駆動トルク（の上限）よりも低い値に制限する。そして、凍結解消動作をアクチュエータ６４に行わせる。

ここで、通常動作時の駆動トルクよりも低い値に上限を制限するアクチュエータ６４の駆動トルク（例えば、アクチュエータ６４に対する通電のデューティー比）は、仮に開度調整機構が動かない動作不良状態であったとしても、開度調整機構の各部に損傷が生じない程度の値に設定される。このアクチュエータ６４の駆動トルクの上限は、過給機１の仕様や使用環境等の条件に応じて、計算や実験結果に基づいて決定することができる。

ステップＳ１９においてアクチュエータ６４に行わせる凍結解消動作とは、アクチュエータ６４の検出装置の検出結果から、ノズルベーン４が一定時間内（例えば、１秒）に一定量回転したことが確認できるようになるまで、アクチュエータ６４によりノズルベーン４を全開方向と全閉方向とに交互に回転させる動作である。この動作により発生する振動等の影響を受けて、開度調整機構の凍結状態の解消が促進される。

そして、アクチュエータコントロールユニット８は、エンジン（Ｅｎｇ）始動直後判定カウンタでカウントしている時間が、判定カウント時間に達したか否かを確認する（ステップＳ２１）。達した場合は（ステップＳ２１でＹＥＳ）、開度調整機構が凍結状態でないと判定して凍結状態の解消処理を終了し、ステップＳ２５以降の通常処理に移行する。

一方、判定カウント時間に達していない場合は（ステップＳ２１でＮＯ）、アクチュエータコントロールユニット８は、アクチュエータ６４の検出装置の検出結果から、ノズルベーン４が目標開度に追従（到達）したか否かを確認する（ステップＳ２３）。ここでの判定期間も、ステップＳ１７における判定期間と同じ時間とすることができる。

そして、判定期間の間にノズルベーン４が目標開度に追従した場合は（ステップＳ２３でＹＥＳ）、開度調整機構の凍結状態が溶解により解消したものとして、ステップＳ２５以降の通常処理に移行する。また、追従していない場合は（ステップＳ２３でＮＯ）、開度調整機構の凍結状態の解消処理を引き続き実行するために、ステップＳ１９にリターンする。

以上に説明したステップＳ１９乃至ステップＳ２３において、凍結状態の解消処理を行っている間、過給機１のノズルベーン４やその開度調整機構部分を、不図示のエンジンからの排気ガスが通過する。したがって、開度調整機構が凍結状態にある場合は、ステップＳ１９乃至ステップＳ２３において、排気ガスの熱によって凍結状態の解消が図られることになる。

図３に示すステップＳ２５以降の通常処理では、開度調整機構の動作不良の検出とその通知の各処理を行う。具体的には、ステップＳ２５において、アクチュエータコントロールユニット８は、タイマーＩＣ９を用いたエンジン（Ｅｎｇ）始動直後判定カウンタにおけるエンジン始動からの時間のカウントを終了して、エンジン始動から判定カウント時間が経過したか否かの判定を終了（ＯＦＦ）する。続いて、アクチュエータ６４の動作を制御するモードを凍結判定制御モードから通常制御モードに移行する（ステップＳ２７）。

通常制御モードでは、アクチュエータコントロールユニット８は、ノズルベーン４の開度調整機構が凍結状態でないものとして、ＥＣＵ３０からの指令に基づいてアクチュエータ６４の動作を制御する。

詳しくは、アクチュエータコントロールユニット８は、通常制御モードにおいて、ＥＣＵ３０からの目標開度とアクチュエータ６４の検出装置の検出結果から、アクチュエータ６４の回転モータの回転方向及び回転量を決定し、決定した回転方向及び回転量で回転モータを回転させるための駆動信号をアクチュエータ６４に出力する。なお、通常制御モードへの移行時には、アクチュエータ６４の駆動トルクがデフォルトの値に設定される。

そして、アクチュエータコントロールユニット８は、アクチュエータ６４の動作が正常でないと判断するために、判定期間の間にノズルベーン４が目標開度に追従したか否かを確認する（ステップＳ２９）。判定期間の間にノズルベーン４が目標開度に追従（到達）した場合は、アクチュエータコントロールユニット８は、ステップＳ２９をリピートする。

一方、判定期間の間にノズルベーン４が目標開度に追従（到達）しなかった場合は（ステップＳ２９でＮＯ）、アクチュエータ６４の動作に異常が検出された（動作不良を検出した）ものとして、ＥＣＵ３０に過給機１のエラー通知を行い（ステップＳ３１）、一連の処理を終了する。

以上の説明からも明らかなように、本実施形態では、図２のフローチャートにおけるステップＳ１が、アクチュエータコントロールユニット８によるアクチュエータ６４の動作制御の開始を判定する処理に対応する。また、本実施形態では、ステップＳ１３乃至ステップＳ２３が、開度調整機構の凍結状態を判定する処理に対応する。このうち、ステップＳ１３乃至ステップＳ１７が、開度調整機構の動作状態を検出する処理に対応し、ステップＳ１９乃至ステップＳ２３が、開度調整機構の凍結解消処理に対応する。

また、本実施形態では、図３のフローチャートにおけるステップＳ２９が、開度調整機構の動作不良を検出する処理に対応し、ステップＳ３１が、開度調整機構の動作エラーを通知する処理に対応する。

さらに、図２のステップＳ１５及びステップＳ１９の記載からも明らかなように、本実施形態では、アクチュエータコントロールユニット８がアクチュエータ６４の駆動トルクを制御している。

したがって、本実施形態では、請求項中の開始判定部、トルク制御部、凍結判定部、動作不良検出部、エラー通知部、動作状態検出部、及び、凍結解消処理部が、アクチュエータコントロールユニット８によって構成されている。

以上に説明した本実施形態のアクチュエータコントロールユニット８では、通常処理において開度調整機構の動作不良の検出が行われる。そして、動作不良が検出されると、そのことがアクチュエータコントロールユニット８からＥＣＵ３０にエラー通知として通知される。エラー通知を受けたＥＣＵ３０は、例えばエンジンの燃焼室に噴射される燃料をカットする等のフェールセーフの制御を行う。

また、通常処理に移行する前のエンジン始動直後（アクチュエータコントロールユニット８によるアクチュエータ６４の動作制御の開始期間）において、アクチュエータコントロールユニット８は、ノズルベーン４の開度調整機構のアクチュエータ６４（の回転モータ）による動作状態が正常状態でないと判定した場合（判定期間の間にノズルベーン４が目標開度に追従（到達）しない場合）に、開度調整機構の凍結解消処理を行う。

このため、エンジンの始動直後に、開度調整機構の動作状態が正常状態でないと判定され、その原因が、エンジンの停止中にタービンハウジング内に溜まった水分により開度調整機構が凍結しているからである場合は、排気ガスの熱によりタービンハウジング内の凍結した水分を溶かして蒸発させることができる。よって、アクチュエータ６４が凍結したままの開度調整機構を無理に動作させようとして損傷させるのを避けることができる。

一方、ノズルベーン４やそのリンク機構の動作性の低下が原因で開度調整機構に動作エラーが生じた場合は、開度調整機構の凍結状態の解消処理（図２のステップＳ１９乃至ステップＳ２３）が行われている間に、ノズルベーン４や開度調整機構にエンジンの排気ガスを通過させても、動作エラーが解消しない。このため、通常処理（図３のステップＳ２５以降）に移行して開度調整機構の動作不良の検出処理（図３のステップＳ２９）の結果を受けて、開度調整機構の動作エラーがアクチュエータコントロールユニット８からＥＣＵ３０に通知される。

したがって、エンジンの停止中にタービンハウジング内に溜まった水分が、ノズルベーン４の開度調整機構の周辺において凍結してしまっても、開度調整機構が損傷するのを避けるようにすることができる。

なお、本実施形態では、図２のステップＳ１７において、エンジンの始動直後にノズルベーン４が判定期間中に目標開度に追従（到達）しない場合は、開度調整機構の凍結状態の解消を促進するために、図２のステップＳ１９において、アクチュエータ６４の駆動トルクの上限を通常動作時の駆動トルクよりも低い値に制限して凍結解消動作をアクチュエータ６４に実行させる構成とした。

しかし、タービンインペラ２に供給されたエンジンの排気ガスの熱が、タービンインペラ２から開度調整機構やその周辺の部分にそれらの凍結状態を緩和あるいは解消させるのに足りる熱量で伝わる構造であるならば、図２のステップＳ１９において、凍結解消動作をアクチュエータ６４に実行させなくてもよい。

その場合は、凍結解消動作をアクチュエータ６４に実行させる代わりに、図２のステップＳ１９において、例えば、一定時間放置した後に再度、ノズルベーン４が判定期間中に目標開度に追従したか否かを確認するようにしてもよい。

また、タービンインペラ２から開度調整機構やその周辺の部分に、開度調整機構やその周辺の部分の凍結状態を緩和あるいは解消させるのに足りる熱量の熱が伝わる構造であるか否かに関係なく、図２のステップＳ１７においてノズルベーン４が目標開度に追従（到達）しないときに、図２のステップＳ１９においてアクチュエータ６４に凍結解消動作を実行させる構成を省略するようにしてもよい。

さらに、上述した凍結解消動作を行う場合、アクチュエータ６４の駆動トルクの上限を通常動作時の駆動トルクよりも低い値に制限して凍結解消動作をアクチュエータ６４に実行させる時間は、一定であってもよく、例えば凍結解消動作を繰り返す場合は、凍結解消を積極的に図るために、繰り返し回数が増すにつれて実行時間を長くするようにしてもよい。

また、凍結解消動作をアクチュエータ６４に実行させる際のアクチュエータ６４の駆動トルクは、通常よりも低い一定の値であってもよく、例えば凍結解消動作を繰り返す場合は、凍結解消を積極的に図るために、繰り返し回数が増すにつれて駆動トルクを許容範囲内で高くする等、駆動トルクを変化させるようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、アクチュエータ６４の動作に異常が検出された（動作不良を検出した）際のＥＣＵ３０に対する過給機１のエラー通知を、図３のステップＳ２７においてアクチュエータコントロールユニット８の制御モードが凍結判定制御モードから通常制御モードに移行した後に行う構成とした。しかし、ＥＣＵ３０に対する過給機１のエラー通知は、アクチュエータコントロールユニット８の制御モードが凍結判定制御モードである間に行ってもよい。

その場合は、例えば、図２のステップＳ２１で、エンジン（Ｅｎｇ）始動直後判定カウンタでカウントしている時間が判定カウント時間に達した場合（ＹＥＳ）に、アクチュエータ６４の動作に異常が検出された（動作不良を検出した）ものとして、ＥＣＵ３０に過給機１のエラー通知を行えばよい。

また、本実施形態で説明した通常制御モードは、アクチュエータコントロールユニット８の制御モードの一つとして存在しても存在しなくてもよい。したがって、アクチュエータコントロールユニット８の制御モードが凍結判定制御モードである間に、ＥＣＵ３０に対する過給機１のエラー通知を行う場合、凍結判定制御モードの終了後にアクチュエータコントロールユニット８の制御モードは、凍結判定制御モードから通常制御モードとは内容が異なる他の制御モードに移行してもよい。

その場合にも、凍結判定制御モードにおけるアクチュエータ６４の駆動トルクの上限は、凍結判定制御モードから移行する他の制御モードにおけるアクチュエータ６４の駆動トルクの上限（開始期間中以外のアクチュエータの駆動トルクの上限）よりも低い値に設定される。

１ 過給機
２ タービンインペラ
３ ガス流路
４ ノズルベーン
５ 支持機構
６ アクチュエータユニット
８ アクチュエータコントロールユニット
９ タイマーＩＣ
１０ 記憶装置
２０ ＣＡＮ（Controller Area Network ）
３０ エンジンコントロールユニット
５１ 支持軸
５２ 支持プレート
６１ アーム部材
６１Ａ 固定部
６１Ｂ 二股部
６１Ｋ 開口
６１Ｔ 内側面
６２ ジョイント部材
６２Ｓ 外側面
６３ 駆動プレート
６４ アクチュエータ
６５ 作動軸
６６ 駆動レバー
６７ アーム部材
６７Ｋ 開口
６８ ジョイント部材
６９ 回転軸
７０ ストッパ部材
Ｊ 軸部材

Claims (3)

1. エンジンに供給される空気を過給する可変容量型過給機のタービンインペラ外周に配置された可変ノズルベーンの開度調整機構のアクチュエータによる動作を、前記エンジンの駆動を制御するエンジンコントロールユニットからの指令に基づいて制御する可変容量型過給機用のコントローラにおいて、
   前記コントローラによる前記アクチュエータの動作制御の開始を判定する開始判定部と、
   前記アクチュエータの駆動トルクを制御するトルク制御部と、
   前記開始判定部の判定結果に基づき、前記コントローラによる前記アクチュエータの動作制御の開始から一定時間経過までの開始期間において、前記トルク制御部により前記駆動トルクの上限を制限した状態で、前記開度調整機構の凍結状態を判定する凍結判定部と、
   前記開始判定部の判定結果に基づき、前記開始期間の終了後に、前記開度調整機構の動作不良を検出する動作不良検出部と、
   前記開度調整機構の動作不良を検出した場合に、前記エンジンコントロールユニットに前記開度調整機構の動作エラーを通知するエラー通知部と、
   を備えることを特徴とする可変容量型過給機用コントローラ。
2. 前記凍結判定部は、前記開始期間中に前記開度調整機構の動作状態を検出する動作状態検出部と、前記開始期間中において、前記動作状態が正常状態でないことを検出した後に、前記エンジンの排気ガスにより前記開度調整機構を加熱する凍結解消処理を行う凍結解消処理部とを有しており、前記動作不良検出部は、前記動作状態が正常状態であることを検出した後と、前記開始期間の終了後に、前記開度調整機構の動作不良を検出することを特徴とする請求項１記載の可変容量型過給機用コントローラ。
3. タービンインペラ外周に配置された可変ノズルベーンの開度調整機構のアクチュエータの動作が、エンジンの駆動を制御するエンジンコントロールユニットからの指令に基づいてコントローラにより制御される可変容量型過給機であって、
   前記コントローラとして用いられる請求項１又は２記載の可変容量形過給機用コントローラのトルク制御部によって、前記アクチュエータの駆動トルクが制御される、
   ことを特徴とする可変容量型過給機。

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