JPH03105022A - 可変容量ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利川分野］ 本発明は可変容量ターボチャージャにおける可変機楕の
制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、排気タービンに流入する排気ガスの流速及び圧
力を可変機構により可変ずることにより、エンジンに吸
入される空気の圧縮性を制御するようにした可変容量タ
ーボチャージャが知られている。この可変容量ターボチ
ャージャにおいては、時々刻々変化するエンジンの運転
状況に対応して、常に、可変Ｒ楕を最適な開度に制御す
る必要がある。

この可変ｆｉｌの制御としては、従来、エンジンの回転
数に基づいたステップ制御が一般的に行われていた。す
なわち、従来は、エンジンの回転数を検知し、その回転
数の大きさに尾じて２つのエアシリンダの作動状態を切
り換えることにより、可変機梢の開度を４段階にステｙ
プ制御していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の技術にあっては、加速時などにエ
ンジンの回転数が上昇すると、ブースト圧が未だ低いに
も拘らず、可変機横が大きく開くよう作動されることに
なる。そのため、ターボチャージャの回転が所定のブー
スト圧を得ることができる回転に達するまでには、比較
的長い時間を要し、この期間はＡ／Ｆ値が近い値となり
、これより燃費性及び加速応答性を十分に確保できず、
スモーク排出量も大きいものとなっていた．そこで、Ｐ
ＩＤ制御等を採用して可変Ｒ横の開度を連続的に制御す
ることも考えられるが、エンジンの運転状況は極めてダ
イナミックに変化するため、ＰＩＤ制御等の固定的な論
理による制御では、必ずしも運転状況に応じた最適な制
御を行うことはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、その目的とするところは、様々なエンジンの運転状況
に対しても、可変機構の開度を常に最適な開度に制御で
きる可変容量ターボチャージャの制御装置を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、排気タビンに流入
するエンジンの排気ガスを可変とするために可変機構の
開度を制御するようにした可変容址ターボチャージャの
制御装置であって、上記可変機構を連続的に駆動させ得
るアクチュエータと、上記エンジンの運転状況を知るた
めのセンサ群と、あるエンジンの運転状況に対して上記
可変機構の開度をいくらにすべきかというルールが「ｉ
ｆ・・・　ｔｈｅｎ・・・」形式で表現されて格納され
ている知識ベースと、上記センサ群からの検出出力と知
識ベース内のルールとに基づいてｉ適な可変機桶の開度
をファジィ推論するファジィ推論手段と、このファジィ
推論手段からの推論結果に基づいて上記アクチュエータ
を駆動制御する駆動手段とを備えたものである。

［作用］ したがって、本発明によれば、センサ群からの検出出力
と知識ベースに格納されたルールとに基づいて最適な可
変機構の開度をファジィ推論により求め、その推論結果
に基づいて可変機椹の開度を制御するため、様々なエン
ジンの運転状況に対しても常に最適な開度に可変機構が
制御される。

そのため、ブースト圧の追従性を高め、Ａ／Ｆ値の低下
時期を短縮して、燃費性及び加速応答性を高めると共に
、加速時のスモーク排出量を低減できる。

［実施例１ 次に、本発明の一実施例を添付図面に従って説明する。

第１図は一実施例にががるシステム横或が示されている
。第１図において１はインタークーラ付直接噴射ディー
ゼルエンジンであり、これに可変容量ターボチャージャ
２が装着されている。

可変容量ターボチャージャ２は第３図に示すように、排
気タービン３において排気ガス人口４がら流入する排気
カスを、スクロール５及びタービンホイール６に通して
排気カス出口７がら排出ずることによって、コンプレッ
サ８におけるコンブレッサホイール９を駆動し、吸入空
気人口１ｏから流入する吸入空気を圧縮して吸入空気出
口１１を通してエンジン１に供給するものである。この
可変容量ターボチャージャ２においては、タービンホイ
ール６に流入する排気ガスの流速及び圧力を変更するた
めに、スクロール５及びタービンホイール６間に複数の
ノズル１２が設けられている。

ノズル１２は、それぞれタービンハウジング１３に回動
自在に支承されると共に、それぞれリンク１ｉ［１４を
介して操作レバー１５に連結されており、操作レバー１
５を第３図の紙面に対して垂直方向に回動させることに
よってノズルｌ２の開度を変更できるようになっている
。

このノズル１２の駆動は、第２図に示すステッピングモ
ータ１６により行われる。すなわち、ステッピングモー
タ１６出力軸及びボビン（図示省略）間に巻回したワイ
ヤーケーブル１７を操作レバー１５に当接させており、
これにより、ノズル１２Ｉ７ｆＩ度を連続的に変更でき
るようになっている。

ステッピングモータ１６の駆動はコントローラｌ８によ
り行われる。

コントロ〜ラ１８は、「あいまいさＪを持ったルールに
より制御特性が表現されるファジィ制御理論に基づいて
エンジン１の運転状況に対する最適なノズル１２開度を
決定し、この間度に基づいてステッピングモータ１６の
駆動を制御するものである。そのため、第１図に示すよ
うに、センサｎ１つからの検出出力を取込む入力手段２
０，入力手段２０を介して入力された上記検出出力に対
してファジィ推論を施し最適なノズルｌ２の開度を決定
するためのマイクロプロセ・ｙサ２１，及びステッピン
グモータ１６を駆動するためのステ・ｙビングモータド
ライバ２２によって桶成されている。

Ｌ記センサ群１９は、ブースト圧センサ２３エンジン回
転数センサ２４，負荷センサとしての燃ｔ１噴射ポンプ
のラｙク位置センサ２５及びトランスミッション２６（
第２図参照）に取付けられた変速操作センサ２７を備え
、これらによって検出された検出出力Ｐｂ，Ｎｅ，Ｒｐ
，Ｇが入力手段２０によって取込まれている。

マイクロプロセッサ２１は、エンジン回転数Ｎｅ及びブ
ースト圧ｐｂをそれぞれ微分処理ずる手段２８，２９，
回転数Ｎｅ及びラック位置ＲＰから目標ブースト圧を求
める目標値設定手段３０及びこの目標ブースト圧と実際
のブースト圧ｐｂとの１ｆ４差Δｐｂを求める減算手段
３１を備え、結果的に、Ｒｐ，Ｎｅ，ｄＮｅ，ｄＰｂ，
Δｐｂの５つの変数を後述するファジィ推論手段３２へ
の入力変数として得ている。

マイクロプロセッサ２Ｊはさらにファジィ推論手段３２
，ルール選択千段３３，第１知識ベース３４及び第２知
識ベ−ス３５を備えている。

第１及び第２知識ベース３４、３５にはそれぞれ、ある
エンジン１の運転状況のときにノズル１２の開度をいか
に設定すればよいかという知識悄・川が、ＮＦ（前件部
）　　ＴＩＩＥＮ（後件部）Ｊで表現されるルール群と
して格納されている。ここで、各ルールの前件部には、
ファジィ推論千段３２に入力される上記変数の適合条件
をメンバシップ関数を用いて規定するよう記述され、ま
た、後件部には、そのルールが実行されたときのノズル
１２の最適開度が記述されている。こうして、第１及び
第２知識ベース３４．３５に格納される各ルル群は、第
４図に示すように３つのテーブルを有している。

本実施例では、第１知識ベース３４と第２知識ベース３
５とで、上記ルールにおける記述内容を変更している。

すなわち、通常の運転時に対して変速操作時には、エン
ジン回転が低下しターボチャージャ２の回転も低下して
、その後のエンジンの加速性が低下してしまうため、第
１知識ベース３４には、通常運転時のルール群が格納さ
れるのに対して、第２知識ベース３５には、変速操作時
にもターボチャージャ２の回転が低下しないようにノズ
ル１２の開度を決定ずるルール群が格納されている。

上記ルール選択千段３３には、変速操作センサ２７から
の変速中信号Ｇが入力手段２０を介して入力されており
、この信号Ｇに基づいて第１及び第２知識ベース３４．
３５のいずれが一方が選択される。

ファジィ推論千段３２では、このようにしてｊｘ釈され
た一方の知識ベース３４あるいは３５に格納されている
ルール群に、上述の５つの入力変数Ｒｐ，Ｎｅ，ｄＮｅ
，ｄＰｂ，Δｐｂの実測値つまり現時点でのエンジン１
の運転状況を適用してノズル１２のｉ適開度を推論し、
ステッピンクモタドライバ２２に出力する。

ところで、上記第１知識ベース３４がルール選択手段３
３により選択されたときには、ノズル１２の開度は２つ
のモードによって制御される。

第１のモードは、パートロード時においてノズル１２の
開度をオープンルーブ制御するモードであり、第２のモ
ードはフルロード時においてブースト圧に対するフィー
ドバック制御を行うモードである。したがって、上記通
常運転時のルール群は、これら２つのモードに対応して
、パートロード時のルール群とフルロード時のルール群
とに大別される。このうち、パートロード時のルール群
は、燃費効率を最大に保つことを１憂先的に考慮して、
常に最小燃ｔ４消費率が得られるようにノズル１２の開
度を決定するルールであり、他方、フルロド時のルール
群は、ブースト圧ｐｂの目標値への追従性を優先的に考
慮して、崗差Δｐｂを迅速に零とするようにノズル■２
の開度を決定ずるルルである。

これらバートロード時のルール群とフル口ード時のルー
ル群とは、格別に区別することなく第１知識ベース３４
内に格納されているか、ファジィ推論千段３２における
演算の結果としては、白動的にこの２つのモードが区別
されてノズルＩ２が制御されるようになっている．この
区別は、各モードに対応ずるルールが次のように記述さ
れることによって行われている。すなわち、フルロード
時のルールにおいては、ラック位置Ｒｐが所定値以下で
あるとき、そのＲＰのファジィ集合への適合度がＯ％と
なるように、メンバシンプ関数が設定され、また、パー
トロード時のルールにおいては、ＲＰが所定値以上であ
るとき、そのＲｐのファジイ集合への適合度がＯ％とな
るようにメンバシップ関数が設定されている。さらに、
上記２つのモードを区別して実行できるように、フルロ
ード時のルールとパートロード時のルールとでは推論結
果の出現する領域が相違するように、それぞれの後件部
が記述されている。

次に本実施例の作用について説明する。

エンジン１の運転状況は、常に、ブースト圧センサ２３
，エンジン回転数センサ２４，ラック位置センサ２５及
び変速操作センサ２７によって検出され、これらの検出
出力がコント口ーラ１８に入力されている。コントロー
ラ１８は第５図に示すフローに従って動作し、ステッピ
ングモータ１６を駆動制御する６すなわち、上記各セン
サ２３　　２４．２５．２７からの検出出力が、一定周
期毎に入力手段２０によりマイクロ１口セッサ２１に取
込まれ（ステップ１００）　，マイクロプロセッサ２１
内において目標値の演ｘ．ｍ分処理等が施されることに
よって（ステップ１１０），ラック位置ＲＰ，エンジン
回転数Ｎｅ，その微分値ｄＮｅ，ブースト圧の微分値ｄ
Ｐｂ，目標値に対するブースト圧ｐｂの偏差Δｐｂの５
つの変数がファジィ推論千段３２に入力される。その後
、入力手殴２０を介して入力された変速操作センサ２７
からの検出出力に基づいてルール選択千段３３では、変
速操作中か否かが判定され（ステップ１２（１），その
判定結果に応じて変速時のルール群と通常運転時のルー
ル群とのいずれか一方を選択する（ステップ１３０，ス
テ１プ１８０）。そして、ファジィ推論千段′３２にお
いて、このようにして選択された一方のルール群に上記
５つの入力変数Ｒｐ，Ｎｅ，ｄＮｅ，ｄＰｂ，Δｐｂを
適用し、ファジィ推論を行い（ステップ１４０Ｌこの推
論の結果として得られた最適なノズル１２の開度をステ
ッピングモタドライバ２２に出力する。ステッピンモー
タドライバ２２では、現時点でのノズル１２の開度が上
記の最適な開度に近づくようにステッピングモタ１６を
駆動するくステップ１５０）。

ところで、上記ステｙプ１４０における推論の処理は次
のようにして行われる．先ず、あるルールＲ１において
、入力変数（ラック位置）Ｒｐのメバシップ関数に対す
る適合度を求め、以後、その他の人力変数Ｎｅ，ｄＮｅ
，ΔＰｂ．ｄＰｂについても同様に適合度を求める。そ
して、これらの各入力変数に対ずる適合度に対してＩＰ
ｉｎ演算を施し、ルールＲｌが満たされる度合いを求め
る。その後、この様な処理を各ルールＲ２〜Ｒｎについ
て行い、得られた各ルールＲ１〜Ｒｎの満たされる度合
を合或し、その合成結果から重心位置を求め、最適なノ
ズル１２の開度としての推論結果を得る。

第６図及び第７図には、上記通常運転時のルル群が選択
され、このルール群と上記５つの入力変数とに基づいて
ファジィ推論がなされたときの様子を示す。

第６図はラック位置ＦＬｐが所定値以上のときの上記推
論の様子を示ず。この場合には、図示するように、フル
ロード時のルールＲ１〜Ｒｉ−１についてそれぞれ求め
られた度合のみ推論に対して有効となり、現時点でのノ
ズル１２の開度に対する相対開度がエリアＢに得られる
。また、第７図はランク位置Ｒｐが所定値以下のときの
上記推論の様子を示す。この場合には、図示するように
、バ−トロード時のルールＲｉ〜Ｒｎに対するそれぞれ
の度合のみ有効となり、ノズル１２の最適開度が絶対値
としてエリアＡに得られる。

したがって本実施例によれば、第１知識ベース３４に格
納されている「通常運転時にはノズルｌ２開度をいくら
にすべきか」というルール群に、ブースト圧センサ２３
，エンジン回転数センサ２４及びラック位置センサ２５
からの各検出出力を適用してファジィ推論を行い、この
推論結果に基づいてステッピンモータ１６を駆動するよ
うにしたため、ノズル１２の開度を常に最適な開度に制
御でき、Ａ／Ｆ値の低下時期を短縮して燃費性，加速応
答性及び加速時のスモーク排出性を改善できる。

また、本実施例によれば、第ｌ！ＫＪ識ベース３４に格
納されているルール群として、オープンルル制御を規定
するバートロード時のルール群とブス１へ圧に対するフ
ィードバック制御を規定するフルロード時のルール群と
を備え、これらに基づいてノズル１２開度を２つのモー
ドで制御するようにしたため、運転状況の変化が比較的
小さいバトロード時においては常に燃費を最大に保つよ
う運転でき、他方、急加速等が必要とされるフルロード
時においてはブースト圧を目標値に迅速に追従させて燃
費性，加速応答性を向上させて運転できる。もって、幅
広い運転状況に対してもノズル１２開度を安定して制御
できる。

また、本実施例によれば、通常運転時のルール群を格納
した第１知識ベース３４の他に、変速操作時のルール群
を格納した第２知識ベース３５を備え、変速操作時には
これに基づいてファジィ推論ずるようにしたため、変速
操作時にあってはタボチャージャ２の回転を低下させる
ことなく、排気性等を改善できる。この点からも、より
幅広い運転状況に対処できる。

また、本実施例によればノズル１２を連続制御するアク
チュエータとしてステッピングモータ１６を用いたため
、ノズルｌ２を迅速に駆動させることができる． なお、上記実施例においては、通常運転時のルル群とし
て、バートロード時のルール群とフルロード時のルール
群とを備えたが、いずれか一方であれば足り、両者のル
ール群を備えてなくてもよい。またバートロード時のル
ール群は燃費を最大に保つものとしたが、最大トルクを
得るものであってもよい。

また、上記実施例においては、ノズル１２を回動させる
形式の可変容量ターボチャージャ２について述べたが、
可変機構としては他の構成を備えたちのでもよい。

また、上記実施例においては、ステッピングモタ１６を
用いてノズル１２を回動させたが、ノズル１２を連続的
に駆動できるものであれば他のアクチュエータを用いて
もよい。

また、上記実施例においては、ディーゼルエンジンに適
用した例について述べたが、勿論、ガソリンエンジンに
も適用できるものである。但し、ディーゼルエンジンに
適用することは、今後のディーゼルエンジンに対する厳
しい排気ガス規制に対処する上で極めて有効である。

また、上記実方拒例におけるファジィ推論千段３２への
入力変数ら種々変更できるものである。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のごとく優れた効果を発
揮する。

ファジィ推論により求められた最適な開度に基づいて可
変機横を連続制御するため、幅広いエンジンの運転範囲
において、迅速に可変機構の開度を最適に制御でき、も
って、燃費性，加速応答性及び加速時の排気スモーク性
等を改首できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステム横或図、第２
図は一実施例がエンジンに適用された状態を示す概略梢
或図、第３図は可変容量タボヂャージャを示す正面断面
図、第４図は第１知識ベース及び第２知識ベースに格納
されるルール群の構成を示す図、第５図は一実施例の動
作を示すフローチャート図、第６図及び第７図は第１知
識ベースに格納されるルール群に基づいて実行されるフ
ァジィ推諭の様子を示す図である。 図中、■はエンジン、２は可変容量ターボチャージャ、
３は排気タービン、８はコンプレッサ、１２はノズル（
可変機構）、１６はステンピングモータ（アクチュエー
タ）、１９はセンサ群、２２はステｙピングモータドラ
イバ（駆動手段）、３２はファジィ推論手段、３４は第
１知識ベース、３５は第２知識ベースである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、排気タービンに流入するエンジンの排気ガスを可変
   とするために可変機構の開度を制御するようにした可変
   容量ターボチャージャの制御装置であって、上記可変機
   構を連続的に駆動させ得るアクチュエータと、上記エン
   ジンの運転状況を知るためのセンサ群と、あるエンジン
   の運転状況に対して上記可変機構の開度をいくらにずべ
   きかというルールが「ｉｆ・・・ｔｈｅｎ・・・」形式
   で表現されて格納されている知識ベースと、上記センサ
   群からの検出出力と知識ベース内のルールとに基づいて
   最適な可変機構の開度をファジィ推論するファジィ推論
   手段と、このファジィ推論手段からの推論結果に基づい
   て上記アクチュエータを駆動制御する駆動手段とを備え
   たことを特徴とする可変容量ターボチャージャの制御装
   置。