JPH1162602A

JPH1162602A - 可変容量型ターボチャージャの制御装置

Info

Publication number: JPH1162602A
Application number: JP9227415A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kamoshita; 伸治鴨下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-08-09
Filing date: 1997-08-09
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】例えば、ディーゼルエンジンにあって低回転・
低負荷で運転される頻度の高くなる場合、排気ガス中の
煤が触媒表面に付着し、触媒浄化率や排気効率が低下す
る。こうした触媒の詰まり状態を解消することの可能な
可変容量型ターボチャージャの制御装置を提供する。【解決手段】ターボチャージャ35と触媒コンバータ100
とを接続する排気通路46に圧力センサ（背圧センサ）45
を設ける。エンジンの所定運転条件における同センサ45
の出力が所定値以上である場合、ＥＣＵ92は触媒に詰ま
りが発生したものと判断する。ＥＣＵ92はこの判断に基
づき過給圧を増加させるようターボチャージャ35のノズ
ルベーン74の開度を調整する。過給圧の増加に伴い高
温、高圧となった排気ガスにより、触媒表面の付着物を
除去する。

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ターボチャージャの制御装置に係
り、詳しくはターボチャージャに流入する排気ガスの容
量を可変とし、内燃機関の運転状態に応じてこれを制御
する可変容量型ターボチャージャの制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用ディーゼルエンジン等
の内燃機関においては、その出力向上のために燃焼室へ
充填される空気量を増加させることが望ましい。そこで
従来より、ピストンの移動に伴って燃焼室内に発生する
負圧で空気を燃焼室内に充填するだけでなく、その空気
を強制的に燃焼室内に送り込んで、同燃焼室への空気の
充填効率を高める過給システムが実用されている。こう
した過給システムの一例として、内燃機関の排気通路を
流れる排気ガスを利用して、同機関の吸気通路を流れる
空気を強制的に燃焼室へと送り込むターボチャージャが
知られている。

【０００３】こうした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
へと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及びコンプレッサホイールは、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】さらに近年、タービンホイールに吹き付け
られる排気ガスの流量、流速等を可変制御することで、
内燃機関の運転状態に応じて過給圧を最適なものとする
可変容量型ターボチャージャが実用されるに至ってい
る。そして、このような可変容量型ターボチャージャと
して、例えば特開昭６１−２０７８２８号公報に記載の
可変ノズル型ターボチャージャが知られている。

【０００５】同公報に記載のターボチャージャは、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排気
ガス流路を備えている。そして、排気ガス流路は、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
に沿って形成されている。したがって、排気ガス流路を
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。このような排気ガス流路
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ごとに設置され、互いに同期した状
態で開閉動作する。

【０００６】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、隣り合うノズルベーン間の隙間の大きさ、すなわち
ノズルベーンの開度を変化させることで調整される。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
整を行うことで、タービンホイールの回転速度が調整さ
れる。そして、タービンホイールの回転速度が調整され
ることにより、燃焼室に強制的に供給される空気の量、
すなわち内燃機関の過給圧が調整される。

【０００７】また、上記ターボチャージャのノズルベー
ンは、内燃機関の実際の過給圧が同機関の運転状態に基
づき求められる過給圧目標値に追従するよう開閉動作さ
れる。すなわち、実際の過給圧が過給圧目標値よりも小
さい場合には、ノズルベーンの開度を小さくする。そし
て、ノズルベーンの開度を小さくすることで、実際の過
給圧を上昇させる。また、実際の過給圧が過給目標値よ
りも大きい場合には、ノズルベーンの開度を大きくす
る。そして、ノズルベーンの開度を大きくすることで、
実際の過給圧を低下させる。

【０００８】なお、内燃機関の運転状態に基づき設定さ
れる上記目標過給圧は、例えば同機関の低回転高負荷運
転時には大きく設定される。これは低回転高負荷時に
は、内燃機関の過給圧を高めて出力向上を図るためであ
る。一方、高回転低負荷時には、上記目標過給圧を小さ
く設定する。そしてノズルベーン開度を大きくすること
で、排気ガスの排出抵抗を低減している。このように目
標過給圧を設定することにより、内燃機関の出力向上と
燃焼室や排気通路内の過剰圧防止との両立を図ることが
できる。

【０００９】一方、内燃機関の排気通路には、触媒コン
バータが設けられている。この触媒コンバータは、触媒
内に排気ガスを通過させることで排気ガス中の有害成分
の低減を図るものである。

【００１０】これら触媒コンバータに使用される触媒と
しては一般に、三元触媒と酸化触媒とが使用されてい
る。三元触媒は排気ガス中の有害な成分である一酸化炭
素，炭化水素，窒素酸化物を酸化あるいは還元し、二酸
化炭素・水・窒素に変換するものである。こうした三元
触媒物質として、白金とロジウムとが使用されている。
一方、酸化触媒は排ガス中の有害な一酸化炭素や炭化水
素を酸化してそれぞれ二酸化炭素と水に変換するもので
ある。こうした酸化触媒物質としては、白金や白金パラ
ジウムが使用される。これらいずれの触媒物質も触媒作
用を活性化させるためには、ある程度触媒自体の温度を
高くする必要がある。

【００１１】こうした触媒コンバータは、触媒作用の効
率化のため、触媒と排気ガスとの接触面積を増大させる
構造となっている。このような構造の一例として、図９
（ａ）に示すような楕円形状や円形状のモノリス型触媒
コンバータが知られている。このモノリス型触媒コンバ
ータ１００は、断面略楕円形状や円形状のケース１０１
に収容されている。このケース１０１内部は、担体１０
２によって格子状に仕切られている。図９（ｂ）の拡大
図に示すように、この担体１０２の表面は前述の触媒物
質１０３によって被覆されている。また、この担体１０
２仕切られた空間は、排気ガスの流れ方向に貫通する多
数の貫通孔１０４となっている。この貫通孔１０４は、
一般にセルとよばれている。

【００１２】内燃機関より送られてきた排気ガスは、こ
の貫通孔１０４内を通過する。このとき、前記担体１０
２表面に被覆された触媒物質１０３の触媒作用によっ
て、排気ガス中の有害成分が清浄化される。

【００１３】この他にも、ペレット型触媒コンバータや
メタル型触媒コンバータが広く使用されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ディーゼル
エンジン等、排気ガス中に含まれる煤等が無視できない
内燃機関に搭載される触媒コンバータにあっては、同機
関が低回転あるいは低負荷で運転される頻度が高い場合
に、上記排気ガス中の煤等によってそのセルの挿通孔が
詰まるなどの不都合を生じることがある。

【００１５】すなわち、低回転、低負荷で運転する頻度
が高い場合、排気温度が低下した状態にあることが多い
ことから、排気ガス中に含まれる微粒子物質（以下ＰＭ
と表記する）成分の内、未燃オイルや未燃燃料（以下Ｓ
ＯＦと表記する）の含有率が高くなる傾向にある。しか
も、排気温度が低いとＳＯＦは完全に気化されずに排気
ガス中に霧状となって存在し、この霧状のＳＯＦが触媒
表面に付着すると、同付着したＳＯＦをバインダとして
排気ガス中の煤が触媒表面に付着しやすくなる。このよ
うな現象の繰り返しによって触媒表面に大量の煤が付着
すると、前記セルの挿通孔が塞がれ、上述した触媒の詰
まりが発生するようになる。

【００１６】そして、このような触媒の詰まりが発生す
ると、触媒の浄化率の低下によりエミッションが悪化す
るばかりでなく、排気ガスの流れが阻害されて排気効率
も低下するため、それに伴ってエンジン性能の低下も招
くようになる。

【００１７】なお、従来、例えば特開平４−３７０３２
７号公報に記載の「可変容量型ターボチャージャの制御
方法」などのように、可変容量型ターボチャージャの制
御により触媒の活性化を図る技術は知られているが、こ
うして発生する触媒の詰まりについては何らの対策も施
されていなかった。

【００１８】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、触媒の詰まりを自動的に解消
することの可能な可変容量型ターボチャージャの制御装
置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目標を達成するた
め、請求項１記載の発明では、内燃機関の排気系に設け
られる触媒コンバータの上流にあって同機関からの排気
ガス流に基づき作動することにより同機関の燃焼室に吸
入される空気の過給を行うとともに、前記排気ガスの流
入量を可変とする容量可変機構の操作を通じてその作動
量が制御される可変容量型ターボチャージャの制御装置
であって、前記触媒コンバータを構成する触媒の詰まり
状態を検出する詰まり状態検出手段と、前記検出される
触媒の詰まり状態に基づいて前記容量可変機構の操作量
を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするもの
である。

【００２０】同構成によれば、前記詰まり状態検出手段
により検出される触媒の詰まり状態に応じて可変容量型
ターボチャージャの作動量が適宜制御される。このた
め、触媒の詰まりによる不具合を好適に回避あるいは解
消するよう前記ターボチャージャが制御される。すなわ
ち、触媒の詰まりを回避あるいは解消する上で好適な排
気ガス量、排気ガス温度が正確に確保される。

【００２１】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
可変容量型ターボチャージャの制御装置において、前記
詰まり状態検出手段は、前記触媒コンバータ上流の圧力
を検出する圧力センサであり、前記制御手段は、内燃機
関の所定の運転状態における前記圧力センサの出力が所
定値以上となることに基づいて前記燃焼室に吸入される
空気の過給圧が増加する方向に前記容量可変機構の操作
量を制御するものであることを特徴とするものである。

【００２２】同構成によれば、触媒コンバータ上流の圧
力により触媒の詰まり状態が把握される。すなわち、触
媒の詰まりが発生すると、排気ガスの流れが阻害され、
排気通路内の排気ガスの圧力が高くなる。そのため、制
御手段は、内燃機関の所定運転状態における触媒コンバ
ータ上流の圧力が所定値以上の場合には触媒の詰まりが
発生したものと判断して、その定められた制御を実行す
る。

【００２３】請求項３記載の発明によれば、請求項２に
記載の可変容量型ターボチャージャの制御装置におい
て、前記制御手段は、前記圧力センサの出力が所定値以
上となることに基づく前記容量可変機構の操作量制御を
内燃機関の中回転数及び中負荷運転域において実行する
ことを特徴とするものである。

【００２４】同構成によれば、内燃機関の十分な排気ガ
ス量及び排気ガス温度が確保できて且つ、過給圧が過剰
とならない好適な運転域において上記制御が実行され
る。したがって、機関の信頼耐久性を損なうことなく、
安定した状態で触媒の詰まりを回避あるいは解消が実行
される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を自動車用のディー
ゼルエンジンに適用した一実施の形態を説明する。

【００２６】図１は、本実施の形態に係る可変容量型タ
ーボチャージャの制御装置が適用されたディーゼルエン
ジン及びその吸気・排気系の構成が示している。ディー
ゼルエンジン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ている。このピスト
ン１２は、コンロッド１３を介してディーゼルエンジン
１１の下部に設けられたクランクシャフト（出力軸）１
４に連結されている。そして、ピストン１２の往復運動
は、そのコンロッド１３によりクランクシャフト１４の
回転運動へと変換されるようになる。

【００２７】クランクシャフト１４にはシグナルロータ
１５が取り付けられている。このシグナルロータ１５の
外周面には、クランクシャフト１４の軸線を中心として
等角度ごとに複数の突起が設けられている。また、シグ
ナルロータ１５の側方には、この突起を検出して検出信
号を出力するクランクポジションセンサ１６が設けられ
ている。クランクシャフト１４が回転すると、シグナル
ロータ１５の各突起が順次クランクポジションセンサ１
６の側方を通過する。このとき同センサ１６からは、各
突起に対応したパルス状の検出信号が出力される。

【００２８】また、上記シリンダブロック１１ａの上端
にはシリンダヘッド１７が設けられている。このシリン
ダヘッド１７の内周側面とピストン１２の上端面とによ
って囲まれた空間により燃焼室１８が形成されている。
シリンダヘッド１７には、この燃焼室１８内に燃料を噴
射するための燃料噴射ノズル１８ａが設けられている。
さらに、このシリンダヘッド１７には、吸気ポート１９
及び排気ポート２０が燃焼室１８と連通するよう形成さ
れている。そして、これら吸気ポート１９及び排気ポー
ト２０には、それぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２
２が設けられている。

【００２９】また、シリンダヘッド１７上部には、吸気
バルブ２１及び排気バルブ２２を開閉駆動させるための
吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が設け
られている。これら吸気・排気カムシャフト２３，２４
は、図示しないタイミングベルトによってクランクシャ
フト１４に駆動連結されている。クランクシャフト１４
の回転はタイミングベルトによって伝達され、吸気・排
気カムシャフト２３，２４も回転する。吸気カムシャフ
ト２３の回転により吸気バルブ２１が開閉駆動されるこ
とで、吸気ポート１９と燃焼室１８とが連通・遮断され
るようになる。同様に、排気カムシャフト２４の回転に
より排気バルブ２２が開閉駆動されることで、排気ポー
ト２０と燃焼室１８とが連通・遮断されるようになる。

【００３０】上記吸気ポート１９及び排気ポート２０に
は、それぞれ吸気管３０及び排気管３１が接続されてい
る。この吸気ポート１９及び排気管３０内は吸気通路３
２となっている。同様に排気ポート２０及び排気管３１
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に接続されている。このターボチャージャ
３５は、吸気通路３２の下流側へと空気を加圧吐出する
ためのコンプレッサホイール３６と、排気通路３３を通
過する排気ガスの吹き付けにより回転するタービンホイ
ール３７が備えられている。これらコンプレッサホイー
ル３６及びタービンホイール３７は、ロータシャフト３
８により連結されており、これら両ホイール３６，３７
が一体回転するよう構成されている。

【００３１】吸気通路３２においてコンプレッサホイー
ル３６の上流側はエアクリーナ２５を介して外気へと開
口している。また、コンプレッサホイール３６の下流側
には、吸気通路を流れる空気を冷却するインタークーラ
２６が設けられている。さらに、このインタークーラ２
６の下流側には、スロットルバルブ３４が設けられてい
る。このスロットバルブ３４はアクセルペダル３４ａの
踏み込み操作に応じてその開度が調整される。この開度
調整により、燃焼室１８内に吸引される空気の量が調整
される。

【００３２】一方、ディーゼルエンジン１１のクランク
シャフト１４は、燃料噴射ポンプ４１のドライブシャフ
ト４１ａと駆動連結されている。この燃料噴射ポンプ４
１は、燃料ライン４２を介して前述の燃料噴射ノズル１
８ａに接続されている。また、燃料噴射ポンプ４１は、
クランクシャフト１４の回転がドライブシャフト４１ａ
に伝達されることで駆動される。燃料ポンプ４１は、図
示しない燃料タンクより燃料を吸引し、この燃料を燃料
噴射ノズル１８ａに向けて加圧吐出する。燃料噴射ノズ
ル１８ａは、燃料噴射ポンプ４１から送り込まれた燃料
の圧力により作動し、その燃料を燃焼室１８内に噴射す
る。

【００３３】さらに、燃料噴射ポンプ４１は、噴射ノズ
ル１８ａに向けて吐出される燃料の量を調整する電磁ス
ピル弁４３とその燃料の吐出開始時期を調整するタイマ
装置４４とを備えている。これら電磁スピル弁４３とタ
イマ装置４４とを調整することによって、燃焼室１８に
噴射される燃料の量とその噴射時期とを調整することが
できる。

【００３４】こうしたディーゼルエンジン１１にあって
は、その吸気行程においてピストン１２が下降すること
に伴い燃焼室１８内に負圧が発生する。この負圧により
燃焼室１８内には、吸気通路３２を通じて空気が吸入さ
れる。そして、燃料噴射ノズル１８ａより所定量の燃料
が燃焼室１８内に噴射される。その結果、燃焼室１８内
には、空気及び燃料が充填される。

【００３５】その後、ディーゼルエンジン１１の圧縮行
程において、ピストン１２が上昇することに伴い燃焼室
１８内の空気及び燃料が圧縮される。この圧縮により、
燃料が自然着火する。着火した燃料の爆発力により、ピ
ストン１２が下降する。このピストン１２の下降によ
り、エンジン１１は駆動力を得ることとなる。この燃料
の燃焼によって生じた排気ガスは、その後ピストン１２
の上昇に伴い排気通路３３へと排出される。

【００３６】こうして排気通路３３に排出された排気ガ
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。この排気ガスの吹き付けによりタービ
ンホイール３７は回転させられる。このタービンホイー
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、同コンプレッサホイール
３６も回転させられる。こうしてコンプレッサホイール
３６が回転すると、空気が加圧され、吸気通路３２の下
流に向かって強制的に送り出される。このことで、燃焼
室１８内に吸入される空気の量が増加する。燃焼室１８
内の空気の量が増加すると、同燃焼室１８内で燃焼可能
な燃料の量も増加する。そのため、燃焼噴射ノズル１８
ａから噴射される燃料の量を多くするよう調整すること
ができるようになる。こうして燃焼室１８内の燃料の充
填効率が上昇し、その結果エンジン１１の出力を向上せ
しめることができる。

【００３７】ところで、コンプレッサホイール３６によ
って加圧された空気は、圧縮されるためその温度が上昇
している。加えて、吸気通路３２を流れる際、吸気管３
０内壁との摩擦により該空気の温度はさらに上昇する。
この温度上昇により該空気は熱膨張するため、燃焼室１
８内に吸引される空気の量は実質的に減少してしまう。
こうして燃焼室１８内の燃料の充填効率が低下すること
を回避するため、コンプレッサホイル３６によって送り
出された空気は、インタークーラ２５にて冷却される。

【００３８】一方、タービンホイール３７に吹き付けら
れた排気ガスは、排気通路４６に送られる。この排気通
路４６には、同通路４６内の排気ガスの圧力、すなわち
背圧を検出する圧力センサ４５が設けられている。ま
た、同排気通路４６は触媒コンバータ１００に接続され
ている。

【００３９】この触媒コンバータ１００内部は、前述し
たように触媒が被覆された担体によって格子状に仕切ら
れている。排気ガスは、この担体表面に被覆された触媒
により有害成分を取り除かれた後、大気中に放出され
る。

【００４０】次に、上記ターボチャージャ３５の具体的
構成について詳細に説明する。図２は、ターボチャージ
ャ３５の側面断面構造を示している。このターボチャー
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
その軸心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（図中右側端）には、複数の羽３
６ａ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。一方、もう一方の端（図中左側端）には、
同様に複数の羽３７ａを備えた上記タービンホイール３
７が取り付けられている。

【００４１】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３６の外周を囲うようにコンプレッサ
ハウジング６２が取り付けられている。このコンプレッ
サハウジング６２において、センタハウジング６１の反
対側には、ロータシャフト３８の軸線を中心とした断面
円形状の吸気入口６２ａが開口している。空気は、この
吸気入口６２ａを通じてコンプレッサハウジング６２内
に導入される。また、同ハウジング６２内部には、コン
プレッサホイール３６の外周を渦巻き状に延びるコンプ
レッサ通路６４が形成されている。このコンプレッサ通
路６４は前述の吸気通路３２と連通している。吸気入口
６２ａより導入された空気は、コンプレッサホイール３
６が回転することで、同通路３２を介して燃焼室１８側
へと強制的に送り出される。

【００４２】一方、センタハウジング６１のもう一方の
端には、タービンホイール３７の外周を囲むように上記
のタービンハウジング６３が取り付けられている。この
タービンハウジング６３内には、タービンホイール３７
の外周を渦巻き状に延びるスクロール通路６６が形成さ
れている。このスクロール通路６６は、排気通路３３と
連通している。燃焼室１８から送り出された排気ガス
は、排気通路３３を介してスクロール通路６６に導入さ
れる。

【００４３】また、スクロール通路６６内周には、同通
路６６内の排気ガスをタービンホイール３７に送るため
の排気ガス流路６７が設けられている。この排気ガス流
路６７から送られた排気ガスがタービンホイール３７の
羽３７ａに吹き付けられることにより、同ホイール３７
はロータシャフト３８の軸線を中心として回転するよう
になる。なお、タービンホイール３７に吹き付けられた
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の反対側に設けられた排気出口６３ａから
前記触媒通路４６を介して触媒コンバータ１００へ送り
出される。

【００４４】次に、上記排気ガス流路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可
変とする可変ノズル機構７１について説明する。図３
（ａ）は同機構７１の側断面構造を、図３（ｂ）は同機
構７１の正面構造を示している。この可変ノズル機構７
１は、センタハウジング６１とタービンハウジング６３
との間に挟み込まれるように設けられている。図３
（ａ）に示されるように、可変ノズル機構７１はリング
形状をしたノズルバックプレート７２を備えている。こ
の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の円心を中心とした等角度ごとに設けられて
いる。これらの軸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。ま
た、これら軸７３の一端（図３（ａ）中の左側端）に
は、ノズルベーン７４が固定されている。また、軸７３
の他端には、同軸と直交してノズルバックプレート７２
外縁方向に延びる開閉レバー７５が設けられている。こ
の開閉レバー７５の先端は、二股に分岐した一対の狭持
部７５ａが形成されている。

【００４５】各開閉レバー７５とノズルバックプレート
７２との間に狭持されるように、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、円
心を中心として回転可能となっている。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ごとに複数
のピン７７が設けられている。これらピン７７は、上記
開閉レバー７５の狭持部７５ａの間に挟み込まれてお
り、同開閉レバー７５を回動可能に支持している。

【００４６】このリングプレート７６が円心を中心とし
て回動されると、各ピン７７は狭持部７５ａをその回動
方向へ押す。その結果、開閉レバー７５は軸７３を回動
させることとなる。この軸７３の回動に伴い各ノズルベ
ーン７４も同軸７３の軸線を中心として回動する。こう
した機構により、各ノズルベーン７４をそれぞれ同期し
た状態で回動させることができる。また、こうしたノズ
ルベーン７４の回動によって、隣り合うノズルベーン７
４間の隙間の大きさが調整される。

【００４７】以上説明した可変ノズル機構７１は、図示
しないボルトによりノズルバックプレート７２とタービ
ンハウジング６３とを締結することにより、図２に示さ
れる態様で固定される。こうして固定することで、前記
排気ガス流路６７内にノズルベーン７４が配置される。

【００４８】一方、前記リングプレート７６の外縁に
は、同プレート７６の回動中心軸と平行に延びる駆動ピ
ン８６が設けられている。この駆動ピン８６には、可変
ノズル機構７１を駆動するための駆動機構８２が図２に
示される態様で連結されている。

【００４９】図２に示すように、この駆動機構８２は、
センタハウジング６１に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（図中左側端）に
は、駆動レバー８４が固定されている。この駆動レバー
８４の先端は、前記駆動ピン８６が回動可能に連結され
ている。

【００５０】さらに、支軸８３の他端（図中右側端）に
は、アクチュエータ８７に連結された操作片８５が固定
されている。アクチュエータ８７の駆動により操作片８
５が操作されると、支軸８３が回動する。この支軸８３
の回動に伴い、駆動レバー８４も支軸８３を中心として
回動する。その結果、駆動レバー８４によってピン８６
が押され、リングプレート７６がその回動軸心を中心と
して回動することとなる。こうしてリングプレート７６
が回動することで、前記ノズルベーン７４が開閉駆動さ
れる。

【００５１】ノズルベーン７４の開閉駆動によりタービ
ンホイール３７に吹き付けられる排気ガスの流速が変化
し、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の回転速度が変化する。この回
転速度の変化により、コンプレッサホイール３６が送り
出す空気の量が変化する。したがって、ノズルベーン７
４の開閉を制御することにより燃焼室１８内に送り込ま
れる空気の過給量を調整することができる。

【００５２】次に、上記駆動機構８２を駆動するアクチ
ュエータ８７及びその駆動装置について説明する。図４
には、上記アクチュエータ８７及びその駆動装置の構成
が示されている。このアクチュエータ８７の内部は、ダ
イヤフラム８８によって負圧室８７ａと大気室８７ｂと
に区画されている。負圧室８７ａ内には、ダイヤフラム
８８と直交する方向に伸縮するコイルスプリング８８ａ
が設けられている。また、同負圧室８７ａは負圧通路８
９に接続されている。一方、大気室８７ｂの内部は、ア
クチュエータ８７の外部と連通して大気圧となってい
る。

【００５３】ダイヤフラム８８には、コイルスプリング
８８ａの伸縮方向へ延びてアクチュエータ８７の外部に
突出するロッド８８ｂが設けられている。このロッド８
８ｂは、上記ノズルベーン７４を開閉動作させるための
駆動機構８２に設けられた操作片８５（図２）に連結さ
れている。

【００５４】また、上記負圧通路８９は、バキュームポ
ンプ９１に接続されている。このバキュームポンプ９１
は、エンジン１１のクランクシャフト１４に駆動連結さ
れており、負圧通路８９内の負圧が一定値となるよう同
通路８９内の空気を吸引する。

【００５５】また、負圧通路８９の途中にはエレクトリ
ック・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶ
ＲＶ）９０が設けられている。このＥＶＲＶ９０は、図
示しない電磁ソレノイドを備えている。この電磁ソレノ
イドに供給される電流は、デューティ制御されており、
これによってＥＶＲＶ９０の開度が調整されるようにな
っている。

【００５６】ＥＶＲＶ９０の開度が調整されると、負圧
室８７ａからバキュームポンプ９１へ向けて吸引される
空気の量が調節される。このことで負圧室８７ａ内の圧
力と大気室８７ｂ内の圧力との間に差が生じる。ダイヤ
フラム８８は、両室８７ａ，８７ｂ間の圧力差とコイル
スプリング８８ａとがつり合う位置に変位する。この変
位により、ダイヤフラム８８に設けられたロッド８８ｂ
の突出位置が適宜に変更される。そして、ターボチャー
ジャ３５におけるノズルベーン７４の開度が適宜に調整
される。さらに、このようにノズルベーン７４の開度が
調節されることで、ターボチャージャ３５により燃焼室
１８（図１）へ強制的に送り込まれる空気の量、すなわ
ち燃焼室１８への空気の過給圧が調節されるようにな
る。

【００５７】次に、本実施の形態における制御装置の電
気的構成について、図５に基づいて説明する。この制御
装置は、燃料噴射時期、燃料噴射量及びアイドル回転数
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ＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡ
Ｍ９５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。

【００５８】ここで、ＲＯＭ９３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る。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。

【００５９】外部入力回路９８には、クランクポジショ
ンセンサ１６、圧力センサ４５等のエンジンの運転状態
を検出する検出装置が接続されている。一方、外部出力
回路９９には、電磁スピル弁４３、タイマ装置４４及び
ＥＶＲＶ９０等が接続されている。

【００６０】このように構成されたＥＣＵ９２は燃焼室
１８へ吸入される空気の量を求め、その吸入空気量に対
応した噴射量指令値を算出する。また、ＥＣＵ９２は、
クランクポジションセンサ１６及び図示しないカムポジ
ションセンサからの検出信号に基づきエンジン回転数Ｎ
Ｅやクランク角度を求め、そのエンジン回転数ＮＥやク
ランク角度から噴射時期目標値を算出する。そして、Ｅ
ＣＵ９２は、上記求めた噴射量指令値及び噴射時期目標
値に基づき電磁スピル弁４３及びタイマ装置４４を駆動
制御する。このことで、上記噴射量指令値に対応した燃
料量を噴射させるとともに、燃料の噴射時期を上記噴射
時期目標値に近づける。このように燃料噴射量及び燃料
噴射時期を制御することで、ディーゼルエンジン１１の
運転状態を良好に保つことができるようになる。

【００６１】次に、上記ノズルベーン７４の開度制御方
法について説明する。図６は、ノズルベーン７４の開度
を制御するためのノズルデューティ比指令値を決定する
ノズルデューティ比指令値決定ルーチンを示すフローチ
ャートである。この処理は、ＥＣＵ９２を通じて所定時
間ごとの時間割り込みにて実行される。

【００６２】同ルーチンにおいてＥＣＵ９２は、ステッ
プＳ１０１の処理として、クランクポジションセンサ１
６からの検出信号に基づき求められるエンジン回転数Ｎ
Ｅを取得する。さらに次のステップＳ１０２においてＥ
ＣＵ９２は、上記噴射量指令値等によって求められる燃
料噴射量ＱＦＩＮを取得する。

【００６３】次のステップＳ１０３においてＥＣＵ９２
は、これらエンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量ＱＦＩＮ
から仮のノズルディーティ比指令値ＤＮＴＭＰを算出す
る。この仮のノズルデューティ比指令値ＤＮＴＭＰを算
出する際には、例えば図７に示されるようなエンジン回
転数と燃料噴射量との２次元マップが使用される。ここ
で算出される仮のノズルデューティ指令値ＤＮＴＭＰ
は、エンジン回転数が高いほど、あるいは燃料噴射量が
多いほど、大きなデューティ比となるように設定されて
いる。

【００６４】そして、以下のステップＳ１０４，Ｓ１０
５で触媒詰まりの状態にあるか否かを判断する。ＥＣＵ
９２は、ステップＳ１０４の処理として、エンジン回転
数ＮＥが１２００ｒｐｍ以下であるか否かを判断する。
このとき、エンジン回転数ＮＥが１２００ｒｐｍを越え
る場合には、ＥＣＵ９２は触媒の詰まり状態の判断を行
わず、ステップＳ１０８に移行する。一方、１２００ｒ
ｐｍ以下であれば、次のステップＳ１０５で触媒詰まり
状態の判断を行う。

【００６５】触媒の詰まりが発生すると触媒コンバータ
１００を通過する排気ガスの通路が狭められるため、こ
こで排気ガスの流れが制限され、ターボチャージャ３５
と触媒コンバータ１００を連通する排気通路４６内の圧
力、すなわち背圧が上昇する。

【００６６】そこでＥＣＵ９２は、上記圧力センサ４５
の検出信号に基づき、ターボチャージャ３５と触媒コン
バータ１００とを連通する排気通路４６内の圧力（背
圧）Ｐｅｘを取得し、この背圧Ｐｅｘが所定値α以上で
あるか否かを判断する。ここで背圧Ｐｅｘがα以上であ
れば、ＥＣＵ９２は触媒の詰まりが発生しているものと
判断し、ステップＳ１０７においてデューティ比上乗せ
実行フラグＤＡをセットする。一方、背圧Ｐｅｘが所定
値α未満であれば、ＥＣＵ９２は触媒の詰まりが発生し
ていないものと判断して、ステップＳ１０６において上
記デューティ比上乗せ実行フラグＤＡをリセットする。

【００６７】なお、触媒の詰まり発生の判断の実行をエ
ンジン回転数ＮＥが１２００ｒｐｍ以下の場合に限るの
は、排気ガスの温度の低い低回転運転時ほど触媒の詰ま
りが発生しやすいことによる。

【００６８】上記各ステップＳ１０６，Ｓ１０７のいず
れかを経てステップＳ１１２に進むと、ＥＣＵ９２はＥ
ＶＲＶ９２の駆動用の最終ノズルデューティ比指令値Ｄ
ＮＦＩＮに上記仮のノズルデューティ比指令値ＤＮＴＭ
Ｐを代入する。その後ＥＣＵ９２は、この最終ノズルデ
ューティ比指令値ＤＮＦＩＮに基づきＥＶＲＶ９０を駆
動し、ターボチャージャ３５におけるノズルベーン７４
の開度を調整する。こうして、燃焼室１８に供給される
空気の過給圧が調整される。

【００６９】なお、本実施の形態におけるＥＶＲＶ９０
では、この最終ノズルデューティ比指令値ＤＮＦＩＮが
大きくなる程その開度も大きくなり、アクチュエータ８
７の負圧室８７ａの負圧が増加するよう構成されてい
る。したがって、このアクチュエータ８７によって駆動
される各ノズルベーン７４間の隙間の大きさ、すなわち
ノズルベーン７４の開度は小さくなり、燃焼室１８に供
給される空気の過給圧が増加する。この過給圧とノズル
デューティ比指令値との関係は、図８のグラフに示され
ている。

【００７０】この段階では触媒の詰まりが発生している
か否かに関わらず、先の図７に例示した２次元マップよ
り求められた仮のノズルデューティ比指令値ＤＮＴＭＰ
がそのまま最終ノズルデューティ比指令値ＤＮＦＩＮと
なる。すなわち、ＥＣＵ９２は触媒の詰まりの判定とそ
の判定結果の記憶を実行するだけであり、この段階では
触媒の詰まりに対する具体的なリアクションは行わな
い。

【００７１】一方、上記ステップＳ１０４においてエン
ジン回転数ＮＥが１２００ｒｐｍを越えると判断された
場合、ＥＣＵ９２は以下のステップＳ１０８〜Ｓ１１０
において最終ノズルデューティ比指令値ＤＮＦＩＮの上
乗せを行うか否かを判断する。

【００７２】すなわち、ＥＣＵ９２は、まずステップＳ
１０８において、先のステップＳ１０１において取得し
たエンジン回転数ＮＥが２４００ｒｐｍ以下であるか否
かを判断する。また、ＥＣＵ９２は、次のステップＳ１
０９で、先のステップＳ１０２において取得した燃料噴
射量ＱＦＩＮが１ストローク当たり４０立法ミリメート
ル以下であるか否かを判断する。さらにＥＣＵ９２は、
ステップＳ１１０で、上記ステップＳ１０５における触
媒詰まりの判定結果により設定されたデューティ比上乗
せ実行フラグＤＡがセットされているか否かを判断す
る。

【００７３】そして、これらステップＳ１０８〜Ｓ１１
０で判断される条件のいずれかが否である場合、ＥＣＵ
９２はそのままステップＳ１１２の処理に移行し、上記
ステップＳ１０３において算出された仮のノズルデュー
ティ比指令値ＤＮＴＭＰをそのまま最終ノズルデューテ
ィ比指令値ＤＮＦＩＮとする。すなわちこの場合には、
最終ノズルデューティ比指令値ＤＮＦＩＮの上乗せ処理
は行われない。

【００７４】他方、上記ステップＳ１０８〜Ｓ１１０の
条件の全てを満たしている場合、ＥＣＵ９２は次のステ
ップＳ１１１の処理に移行し、最終ノズルデューティ比
指令値ＤＮＦＩＮの上乗せ処理を実行する。このステッ
プＳ１１１において、ＥＣＵ９２は仮のノズルデューテ
ィ比指令値ＤＮＴＭＰに補正値βを加算している。そし
て次のステップＳ１１２において、ＥＣＵ９２は、この
補正値βを加算した仮のノズルデューティ比指令値ＤＮ
ＴＭＰを最終ノズルデューティ比指令値ＤＮＦＩＮとす
る。なお、この補正値βは、例えば図８に示される態様
で前記過給圧を高めるべく予め設定された所定の値であ
る。

【００７５】その後ＥＣＵ９２は、前述したようにこの
最終ノズルデューティ比指令値ＤＮＦＩＮに基づきノズ
ルベーン７４の開度を調整する。このとき、補正値βが
加算されていれば、最終ノズルデューティ比指令値ＤＮ
ＦＩＮは通常運転時よりも大きく設定され、図８に示す
ように、燃焼室１８に供給される空気の過給圧は通常運
転時よりも確実に上昇する。その結果、燃焼室１８内に
おける燃料の燃焼が促進され、同室１８から出される排
気ガスの量が増加し、また同排気ガスの温度も上昇す
る。

【００７６】こうして増加した排気ガスが触媒コンバー
タ１００内に流入すると、その吹き付けにより煤やＳＯ
Ｆ等の付着物の前記触媒１０３（図９）表面からの剥離
が促進される。また、触媒コンバータ１０１内に流入す
る排気ガスの温度が高くなると、これら煤やＳＯＦ等の
燃焼も促進される。その結果、触媒１０３表面の付着物
が除去され、触媒の詰まり状態も解消されるようにな
る。

【００７７】なお、本実施の形態にあって、上記の最終
ノズルデューティ比指令値ＤＮＦＩＮの上乗せ処理の実
行は、エンジン回転数ＮＥが１２００ｒｐｍを越え、且
つ２４００ｒｐｍ以下であり、さらに１ストローク当た
りの燃料噴射量が４０立方ミリメータ以下の場合に限定
するようになっている。

【００７８】これは、本実施の形態に係るディーゼルエ
ンジン１１の場合、エンジン回転数ＮＥが１２００ｒｐ
ｍの低回転運転時には過給圧を上昇させたとしても、触
媒の詰まり状態を解消させるほど十分な排気ガス量の増
加及び排気ガス温度の上昇が図れないためである。一
方、エンジン回転数ＮＥが２４００ｒｐｍを越える高回
転運転時、あるいは１ストローク当たりの燃料噴射量Ｑ
ＦＩＮが４０立方ミリメータを越える高負荷運転時にノ
ズルベーン７４の開度を閉じ側に作用させると、過給圧
が大幅に上昇し、それに伴い燃焼室１８内の圧力も大き
く増加し、エンジン１１の信頼耐久性を損なうおそれが
あるためである。したがって、ある程度排気ガス量が多
く、排気ガス温度も高い上記のような運転条件のときに
限って、触媒の詰まり状態を解消するための最終ノズル
デューティー比指令値ＤＮＦＩＮの上乗せ処理を実行す
ることとしている。

【００７９】以上詳述した本実施の形態に係る可変容量
型ターボチャージャの制御装置によって得られる効果に
ついて、以下に列挙する。・ノズルベーン７４の開度を適宜制御することで、排気
ガス量の増加、排気ガス温度の上昇を図り、それによっ
て触媒の詰まりを解消することができる。

【００８０】・触媒の詰まりの解消時には排気ガスの温
度を上昇させているため、触媒自体の温度も上昇してい
る。これにより触媒が活性化され、排気浄化効果を促進
することができる。

【００８１】・本実施の形態に係るディーゼルエンジン
１１の構成は、既存のターボチャージャ搭載のディーゼ
ルエンジンに圧力センサ４５を増設し、その制御用のプ
ログラムの一部を変更したものである。したがって、本
実施の形態に係る制御方法を容易に既存のエンジンにも
適用することができる。

【００８２】・本実施の形態では、触媒の詰まり状態を
解消するため過給圧の増加処理を、ある程度排気ガス量
が多く、排気ガス温度もある程度高くなる中程度の回転
数及び負荷での運転時に実行している。その結果、触媒
の詰まりの解消を最適な運転条件で実行することができ
る。

【００８３】・本実施の形態では、触媒の詰まりの解消
時に通常運転時よりも過給圧を増加させるようターボチ
ャージャ３５を制御している。したがって、触媒の詰ま
りの解消時といえども、エンジンの出力は低下しない。

【００８４】なお、本実施の形態は例えば以下のように
変更することもできる。・最終ノズルデューティ比指令値ＤＮＦＩＮの上乗せ処
理を実行すると同時に、燃焼室１８内への燃料噴射時期
を遅角するよう制御する。燃料噴射時期は、通常、燃費
や出力等のエンジン性能が最大となるよう調整されてい
る。これをエンジン性能がさほど低下しない範囲で遅角
とし、排気ガス温度が上昇するよう調整する。燃料噴射
時期を遅角とすると、エンジンの爆発工程がこの燃料噴
射時期の遅角による排気ガス温度上昇と、上記上乗せ処
理による過給圧の増加に伴う排気ガス温度上昇とが相ま
って、さらに排気ガス温度を高温とすることができる。
したがって、触媒の活性化及び付着物の燃焼がさらに促
進される。

【００８５】・本実施の形態では、上記上乗せ処理実行
時にノズルデューティ比指令値に加算される補正値βを
一定値としたが、エンジンの運転条件によりその値が適
宜に変更される変数としてもよい。例えば、比較的高負
荷・高回転での運転時にはその値を小さくし、低負荷・
低回転での運転時にはその値を大きくする。このように
することによりノズルデューティ比指令値の上乗せ処理
を実行できる条件の範囲を拡大することができる。

【００８６】・本実施の形態では、圧力センサ４５が検
出した背圧Ｐｅｘに基づいて触媒詰まり状態の判定を行
っていたが、これをその他の検出手段の検出結果に基づ
いて行うよう変更してもよい。例えば、触媒コンバータ
１００の下流側の排気通路内に流速検出装置を設け、こ
れによって検出される上記排気通路内を流れる排気ガス
の流速に基づき触媒の詰まり状態の判定を行う構成とし
てもよい。触媒に詰まりが発生すれば、触媒コンバータ
１００下流を流れる排気ガスの流速は遅くなるため、こ
うした手法によっても触媒詰まり状態を把握することが
可能となる。あるいは、触媒コンバータ１００の担体１
０２表面に正・負の電極を設け、担体１０２表面を流れ
る電流の変化により触媒詰まり状態を判定するようにし
てもよい。触媒１０４の表面に煤等が付着すると、電極
間の抵抗値が変化する。これにより触媒表面の状態を常
時把握することが可能となる。

【００８７】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、詰まり状
態検出手段により検出される触媒の詰まり状態に応じて
可変容量型ターボチャージャの作動量が適宜制御するこ
とで、触媒の詰まりによる不具合を好適に回避あるいは
解消することができる。

【００８８】特に、請求項２記載の発明では、触媒コン
バータ上流の圧力により触媒の詰まり状態を把握するこ
とができる。また、請求項３記載の発明によれば、内燃
機関の十分な排気ガス量及び排気ガス温度が確保できて
且つ、過給圧が過剰とならない好適な運転域において上
記制御を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態が適用されるディーゼルエン
ジンシステムを示す概略図。

【図２】同エンジンの可変容量型ターボチャージャの構
造を示す断面図。

【図３】同ターボチャージャの可変ノズル機構を示す断
面図及び平面図。

【図４】上記可変ノズル機構の駆動系を示す概略図。

【図５】上記可変ノズル機構のノズル開度制御装置の電
気的構成を示すプロック図。

【図６】ノズルベーンの開度制御手順を示すフローチャ
ート。

【図７】エンジン回転数及び噴射量に伴うＥＶＲＶ駆動
用のデューティ比指令値の推移を示すグラフ図。

【図８】ＥＶＲＶ駆動用のデューティ比指令値と過給圧
との関係を示すグラフ。

【図９】触媒コンバータの内部構造を示す断面図。

【符号の説明】

１１…ディーゼルエンジン、３５…ターボチャージャ、
４５…圧力センサ、４６…排気通路、７１…可変ノズル
機構、８２…駆動機構、８７…アクチュエータ、９０…
ＥＶＲＶ、９１…バキュームポンプ、９２…ＥＣＵ、１
００…触媒コンバータ、１０３…触媒。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に設けられる触媒コンバ
ータの上流にあって同機関からの排気ガス流に基づき作
動することにより同機関の燃焼室に吸入される空気の過
給を行うとともに、前記排気ガスの流入量を可変とする
容量可変機構の操作を通じてその作動量が制御される可
変容量型ターボチャージャの制御装置であって、前記触媒コンバータを構成する触媒の詰まり状態を検出
する詰まり状態検出手段と、前記検出される触媒の詰まり状態に基づいて前記容量可
変機構の操作量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする可変容量型ターボチャージャ
の制御装置。
【請求項２】前記詰まり状態検出手段は、前記触媒コン
バータ上流の圧力を検出する圧力センサであり、前記制御手段は、内燃機関の所定の運転状態における前
記圧力センサの出力が所定値以上となることに基づいて
前記燃焼室に吸入される空気の過給圧が増加する方向に
前記容量可変機構の操作量を制御するものである請求項
１記載の可変容量型ターボチャージャの制御装置。
【請求項３】請求項２に記載の可変容量型ターボチャー
ジャの制御装置において、前記制御手段は、前記圧力センサの出力が所定値以上と
なることに基づく前記容量可変機構の操作量制御を内燃
機関の中回転数及び中負荷運転域において実行すること
を特徴とする可変容量型ターボチャージャの制御装置。