JPWO2012063359A1 - ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

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Abstract

タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを備え、それらノズルベーンによって排気ガスの流れを調整する可変ノズルベーン機構と、そのノズルベーン機構を駆動するアクチュエータを備えたターボチャージャにおいて、車両走行中でエンジンが停止している間、可変ノズルベーン機構の可動部材をノズルベーンの可動範囲を規制するストッパに突き当てる制御を継続することで、車両走行時のエンジン停止中に可変ノズルベーン機構を構成するリンクやロッド等が磨耗することを防止する。

Description

本発明は、ハイブリッド車両等に搭載されるターボチャージャの制御装置に関し、さらに詳しくは、可変ノズルベーン式のターボチャージャの制御装置に関する。
車両に搭載されるエンジン（内燃機関）には、排気エネルギを利用したターボチャージャ（過給機）が装備されている。ターボチャージャは、一般に、エンジン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、吸気通路内の空気を強制的にエンジンの燃焼室へと送り込むコンプレッサインペラと、これらタービンホイールとコンプレッサインペラとを連結する連結シャフトとを備えている。このような構造のターボチャージャにおいて、タービンホイールに排気ガスが吹き付けられて当該タービンホイールが回転すると、その回転が連結シャフトを介してコンプレッサインペラに伝達される。このようにしてコンプレッサインペラが回転することによって吸気通路内の空気が強制的に燃焼室に送り込まれる。
ターボチャージャの一種として、タービンホイール側を可変容量化した可変ノズルベーン式ターボチャージャが知られている。可変ノズルベーン式ターボチャージャは、例えばタービンハウジングの排気ガス流路に配置され、その排気ガス流路の流路面積を可変とする複数のノズルベーン（可動ベーンとも呼ばれる）を有する可変ノズルベーン機構（ＶＮ機構）と、それらノズルベーンに変位（回転）を与えるアクチュエータ（モータ式アクチュエータ）などを備えており、ノズルベーンの開度を変更して、互いに隣り合うノズルベーン間の流路面積（スロート面積）を変化させることにより、タービンホイールに向けて導入される排気ガスの流速を調整する。このようにして排気ガスの流速調整を行うことにより、タービンホイール及びコンプレッサインペラの回転速度を調整して、エンジンの燃焼室に導入される空気の圧力を調整することができる。そして、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、エンジンの出力向上と燃焼室内の異常燃焼防止との両立が可能になる。また、この種の可変ノズルベーン式ターボチャージャにおいては、ノズルベーンの可動範囲つまり閉じ側の位置と開き側の位置とをそれぞれ規制するストッパが設けられている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特開２００３−１２９８５３号公報 特開２００３−１２９８５４号公報 特開２０１０−０２５０５４号公報
ところで、エンジンと電動機とを走行用駆動力源とするハイブリッド車両では、エンジン走行中に所定のエンジン停止条件が成立した場合には、エンジンを停止させて電動機のみの動力で駆動輪を駆動している。このようにエンジン停止状態で走行すると、車両の走行振動によって、可変ノズルベーン機構の構成部材であるリンクやロッド等が磨耗する場合がある。すなわち、モータ駆動式の可変ノズルベーン式ターボチャージャの制御では、通常、エンジン停止後は電動モータには通電を行っておらず、リンクやロッド等には荷重かからない状態（拘束されない状態）となっている。このため、可変ノズルベーン機構に外部からの振動（走行による振動等）が加わると、リンクやロッド等とこれらに嵌合している部材とが容易に摺動（遊び部分の摺動）するので磨耗が生じる場合がある。そして、このような磨耗が進行すると過給圧制御に異常をきたすことが懸念される。
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、車両に搭載される可変ノズルベーン式ターボチャージャにおいて、車両走行時のエンジン停止中に、リンクやロッド等の可変ノズルベーン機構の構成部材が磨耗することを防止することが可能な制御の実現を目的とする。
本発明は、車両に搭載のエンジンの排気通路に設けられたタービンホイールと、エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、前記タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、それら複数のノズルベーンによって排気の流れを調整する可変ノズルベーン機構と、前記ノズルベーン機構を駆動するアクチュエータを備えたターボチャージャの制御装置を前提としている。そして、このようなターボチャージャの制御装置において、車両走行中で前記エンジンが停止している間、前記可変ノズルベーン機構の可動部材（例えば駆動リンク）を機械的ストッパに突き当てる制御を継続することを技術的特徴としている。
ここで、本発明において車両走行中の「エンジン停止」には、エンジン回転数が「０」の場合（ピストン停止している状態）のほか、エンジン駆動停止状態（フューエルカット状態）でピストンが動いていても、例えば吸気バルブ及び排気バルブがともに「閉」である等によってエンジンの燃焼室から排気系（ノズルベーン）に気体が流れない場合も含まれる。
上記機械的ストッパの具体的な例として、ノズルベーンの可動範囲を規制するストッパを挙げることができる。この場合、車両走行中でエンジンが停止している間において、ノズルベーンの閉じ側の位置を規制する全閉ストッパに可変ノズルベーン機構の可動部材（駆動リンク等）を突き当てるようにしてもよいし、ノズルベーンの開き側の位置を規制する全開ストッパに可変ノズルベーン機構の可動部材（開閉アーム等）を突き当てるようにしてもよい。
また、本発明の具体的な構成として、可変ノズルベーン機構を駆動するアクチュエータは電動モータを備えたモータ式アクチュエータであって、車両走行中でエンジンが停止している間、電動モータへの通電を継続して上記突き当て制御を継続するという構成を挙げることができる。
次に、本発明の作用について述べる。まず、機械的ストッパ（例えばノズルベーンの可動範囲を規制するストッパ）に、可変ノズルベーン機構の可動部材（例えば駆動リンク等）を所定の荷重で突き当てると、可変ノズルベーン機構のリンクやロッド等の摺動部の遊び分（がた分）が詰まって、リンクやロッド等が荷重（具体的には電動モータの駆動力）によって拘束される。つまり、ストッパへの突き当て制御を行うことにより、車両走行時の振動が可変ノズルベーン機構に作用してもリンクやロッド等とこれらに嵌合する部材とが摺動することを防止することができる。そして、このようなストッパへの突き当て制御（以下、「ＶＮ突き当て制御」ともいう）を、車両走行中でエンジンが停止している間において継続することにより、車両走行時のエンジン停止中に、可変ノズルベーン機構を構成するリンクやロッド等が磨耗することを抑制することができる。
なお、本発明において、車両走行中にストッパへの突き当て制御を継続する期間の一例として、エンジン停止要求（例えばエンジン停止フラグＯＮ）に応じてエンジンが停止してから、エンジン始動要求（例えばエンジン始動フラグＯＮ）があるまでの期間を挙げることができる。
ここで、モータ式アクチュエータを用いる場合、上記ＶＮ突き当て制御時において、電動モータはフルパワーで駆動する必要はない。つまり、リンクやロッド等の可変ノズルベーン機構の構成部材を十分に拘束できる荷重を確保できる程度のモータパワーであればよい。そのＶＮ突き当て制御時のモータパワーについて説明する。
まず、車両走行時の振動が可変ノズルベーン機構に作用しても、リンクやロッド等が摺動（遊び部分での摺動）しないで拘束することが可能なモータ荷重の下限値を、予め実験・シミュレーション等によって計測しておく。そして、その計測したモータ荷重の下限値に所定量のマージンを加えた値をモータ目標パワー（目標モータパワー＝モータ荷重下限値＋マージン）とし、このモータ目標パワーが得られるように電動モータの通電制御を行えばよい。その電動モータの通電制御の一例として、上記フルパワーよりも小さいモータ目標パワー（例えばフルパワーの５０％程度）が得られるように、電動モータに流れる電流を制限する（車載バッテリから電動モータに供給される電力の電圧はほぼ一定）、という方法を挙げることができる。
そして、このようなモータパワー制御を行うことで、ＶＮ突き当て制御の継続時における電力消費を抑制することができる。また、モータ負荷が過大となることを回避することができ、電動モータの寿命低下を抑制することができる。
本発明によれば、車両走行中でエンジンが停止している間、可変ノズルベーン機構の突き当て制御を継続するので、車両走行時のエンジン停止中に、リンクやロッド等の可変ノズルベーン機構の構成部材が磨耗することを防止することができる。
本発明を適用するターボチャージャが搭載される車両の一例を示す概略構成図である。 エンジンに装備されるターボチャージャの一例を示す概略構成図である。 エンジンに装備されるターボチャージャの一例を示す縦断面図である。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの外側から見た図である。なお、図４ではノズルベーンが開き側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの内側から見た図である。なお、図５ではノズルベーンが開き側にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの外側から見た図である。なお、図６ではノズルベーンが全閉位置にある状態を示している。 可変ノズルベーン機構をターボチャージャの内側から見た図である。なお、図７ではノズルベーンが全閉位置にある状態を示している。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 車両走行中でエンジンが停止したときに実行する制御の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明を適用するハイブリッド車両の一例を示す概略構成図である。
この例のハイブリッド車両ＨＶは、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式のハイブリッド車両であって、エンジン１、主に発電機として機能する第１モータジェネレータＭＧ１、主に電動機（モータ）として機能する第２モータジェネレータＭＧ２、動力分割機構３、リダクション機構４、カウンタドライブギヤ５１、カウンタドリブンギヤ５２、ファイナルリングギヤ５３、デファレンシャル装置５４、駆動輪６、及び、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００などを備えている。
なお、ＥＣＵ２００は、例えば、ハイブリッドＥＣＵ、エンジンＥＣＵ、バッテリＥＣＵなどによって構成されており、これらのＥＣＵが互いに通信可能に接続されている。
次に、エンジン１、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、動力分割機構３、リダクション機構４、及び、ＥＣＵ２００の各部について以下に説明する。
−エンジン−
エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する公知の動力装置であって、吸気通路１１に設けられたスロットルバルブ１３のスロットル開度（吸気空気量）、燃料噴射量などの運転状態を制御できるように構成されている。エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１０の回転数（エンジン回転数）はエンジン回転数センサ８１によって検出される。また、この例のエンジン１にはターボチャージャ１００（図２参照）が装備されている。ターボチャージャ１００の構成については後述する。なお、スロットルバルブ１３はスロットルモータ１４にて開閉駆動される。また、スロットルバルブ１３の開度はスロットル開度センサ８３によって検出される。
エンジン１の出力は、クランクシャフト１０及びダンパ２を介してインプットシャフト２１に伝達される。ダンパ２は、例えばコイルスプリング式トランスアクスルダンパであってエンジン１のトルク変動を吸収する。なお、インプットシャフト２１の他端部にはオイルポンプ２２が連結されており、インプットシャフト２１の回転トルクの供給を受けてオイルポンプ２２が作動する。
−モータジェネレータ−
第１モータジェネレータＭＧ１は、インプットシャフト２１に対して回転自在に支持された永久磁石からなるロータＭＧ１Ｒと、３相巻線が巻回されたステータＭＧ１Ｓとを備えた交流同期発電機であって、発電機として機能するとともに電動機（モータ）としても機能する。また、第２モータジェネレータＭＧ２も同様に、インプットシャフト２１に対して回転自在に支持された永久磁石からなるロータＭＧ２Ｒと、３相巻線が巻回されたステータＭＧ２Ｓとを備えた交流同期発電機であって、電動機（モータ）として機能するとともに発電機としても機能する。
図８に示すように、第１モータジェネレータＭＧ１及び第２モータジェネレータＭＧ２は、それぞれインバータ３００を介してＨＶバッテリ（蓄電装置）４００に接続されている。インバータ３００はＥＣＵ２００によって制御され、そのインバータ３００の制御により各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回生または力行（アシスト）が設定される。その際の回生電力はＨＶバッテリ４００にインバータ３００を介して充電される。また、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動用電力はＨＶバッテリ４００からインバータ３００を介して供給される。
−動力分割機構−
動力分割機構３は、図１に示すように、複数の歯車要素の中心で自転する外歯歯車のサンギヤＳ３と、サンギヤＳ３に外接しながらその周辺を自転しつつ公転する外歯歯車のピニオンギヤＰ３と、ピニオンギヤＰ３と噛み合うように中空環状に形成された内歯歯車のリングギヤＲ３と、ピニオンギヤＰ３を支持するとともに、このピニオンギヤＰ３の公転を通じて自転するプラネタリキャリアＣＡ３とを有する遊星歯車機構によって構成されている。プラネタリキャリアＣＡ３はエンジン１側のインプットシャフト２１に回転一体に連結されている。サンギヤＳ３は、第１モータジェネレータＭＧ１のロータＭＧ１Ｒに回転一体に連結されている。
この動力分割機構３は、エンジン１及び第２モータジェネレータＭＧ２の少なくとも一方の駆動力を、カウンタドライブギヤ５１、カウンタドリブンギヤ５２、ファイナルリングギヤ５３及びデファレンシャル装置５４を介して左右の駆動輪６に伝達する。
−リダクション機構−
リダクション機構４は、図１に示すように、複数の歯車要素の中心で自転する外歯歯車のサンギヤＳ４と、キャリア（トランスアクスルケース）ＣＡ４に回転自在に支持され、サンギヤＳ４に外接しながら自転する外歯歯車のピニオンギヤＰ４と、ピニオンギヤＰ４と噛み合うように中空環状に形成された内歯歯車のリングギヤＲ４とを有する遊星歯車機構によって構成されている。リダクション機構４のリングギヤＲ４と、上記動力分割機構３のリングギヤＲ３と、カウンタドライブギヤ５１とは互いに一体となっている。また、サンギヤＳ４は第２モータジェネレータＭＧ２のロータＭＧ２Ｒと回転一体に連結されている。
このリダクション機構４は、エンジン１及び第２モータジェネレータＭＧ２の少なくとも一方の駆動力を適宜の減速比で減速する。減速された動力は、カウンタドライブギヤ５１、カウンタドリブンギヤ５２、ファイナルリングギヤ５３及びデファレンシャル装置５４を介して駆動輪６に伝達される。
−ターボチャージャ−
次に、エンジン１に装備されるターボチャージャ１００について図２及び図３を参照して説明する。
この例のターボチャージャ１００は、排気通路１２に配置されたタービンホイール１０１、吸気通路１１に配置されたコンプレッサインペラ１０２、及び、これらタービンホイール１０１とコンプレッサインペラ１０２とを一体に連結する連結シャフト１０３などによって構成されており、排気通路１２に配置のタービンホイール１０１が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路１１に配置のコンプレッサインペラ１０２が回転する。そして、コンプレッサインペラ１０２の回転により吸入空気が過給され、エンジン１の各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。
なお、タービンホイール１０１はタービンハウジング１１１内に収容されており、コンプレッサインペラ１０２はコンプレッサハウジング１１２内に収容されている。また、連結シャフト１０３を支持するフローティングベアリング１０４，１０４はセンターハウジング１１３内に収容されており、このセンターハウジング１１３の両側に上記タービンハウジング１１１とコンプレッサハウジング１１２とが取り付けられている。
この例のターボチャージャ１００は、可変ノズル式ターボチャージャ（ＶＮＴ）であって、タービンホイール１０１側に可変ノズルベーン機構１２０が設けられており、この可変ノズルベーン機構１２０の開度（ＶＮ開度）を調整することによってエンジン１の過給圧を調整することができる。可変ノズルベーン機構１２０について図２〜図７を参照して説明する。
可変ノズルベーン機構１２０は、ターボチャージャ１００のタービンハウジング１１１とセンターハウジング１１３との間に形成されたリンク室１１４に配設されている。
可変ノズルベーン機構１２０は、環状のユニゾンリング１２２と、このユニゾンリング１２２の内周側に位置し、ユニゾンリング１２２に一部が係合する複数の開閉アーム１２３・・１２３と、その各開閉アーム１２３を駆動するためのメインアーム１２４と、各開閉アーム１２３に連結され、各ノズルベーン１２１を駆動するためのベーンシャフト１２５と、各ベーンシャフト１２５を保持するノズルプレート１２６とを備えている。
可変ノズルベーン機構１２０は、等間隔に配設された複数（例えば１２枚）のノズルベーン１２１・・１２１の回動角度（回動姿勢）を調整するための機構である。それら複数のノズルベーン１２１・・１２１はタービンホイール１０１の外周側に配置されている。各ノズルベーン１２１は、ノズルプレート１２６上に配置されており、ベーンシャフト１２５を中心として所定の角度だけ回動することが可能となっている。
可変ノズルベーン機構１２０は、メインアーム１２４に連結される駆動リンク１２７を所定の角度だけ回動させることにより、その回動力がメインアーム１２４、ユニゾンリング１２２及び各開閉アーム１２３を介して各ノズルベーン１２１に伝達され、各ノズルベーン１２１が連動して回動する。具体的には、駆動リンク１２７は、駆動シャフト１２８を中心に回動可能となっている。駆動シャフト１２８は、駆動リンク１２７及びメインアーム１２４と回動一体に連結されている。そして、駆動リンク１２７の回動にともなって駆動シャフト１２８が回動すると、この回動力がメインアーム１２４に伝達される。メインアーム１２４の内周側端部は駆動シャフト１２８に固定されている。メインアーム１２４の外周側端部はユニゾンリング１２２に係合しており、上記駆動シャフト１２８を中心としてメインアーム１２４が回動すると、その回動力がユニゾンリング１２２に伝達される。
ユニゾンリング１２２の内周面には、各開閉アーム１２３の外周側端部が嵌まり合っており、ユニゾンリング１２２が回動すると、この回動力が各開閉アーム１２３に伝達される。具体的には、ユニゾンリング１２２はノズルプレート１２６に対して周方向に摺動可能に配設されている。このユニゾンリング１２２の内周縁に設けられた複数の凹部１２２ａに、メインアーム１２４及び各開閉アーム１２３の外周側端部が嵌め合わされており、ユニゾンリング１２２の回転力が各開閉アーム１２３に伝達される。
なお、上記ノズルプレート１２６はタービンハウジング１１１に固定されている。ノズルプレート１２６にはピン１２６ａ（図４及び６参照）が差し込まれており、このピン１２６ａにはローラ１２６ｂが嵌め合わされている。ローラ１２６ｂはユニゾンリング１２２の内周面をガイドする。これにより、ユニゾンリング１２２はローラ１２６ｂに保持されて所定方向に回動することが可能となっている。
各開閉アーム１２３は、ベーンシャフト１２５を中心に回動可能となっている。各ベーンシャフト１２５はノズルプレート１２６に回転自在に支持されており、これらベーンシャフト１２５により、開閉アーム１２３と上記ノズルベーン１２１とが回動一体に連結されている。そして、ユニゾンリング１２２の回動にともなって各開閉アーム１２３が回動すると、この回動が各ベーンシャフト１２５に伝達される。これにより、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５及び開閉アーム１２３とともに回動する。
上記タービンホイール１０１を収容しているタービンハウジング１１１にはタービンハウジング渦室１１１ａが設けられており、このタービンハウジング渦室１１１ａに排気ガスが供給され、その排気ガスの流れによってタービンホイール１０１がする。この際、上述したように各ノズルベーン１２１の回動位置が調整されて、その回動角度を設定することにより、タービンハウジング渦室１１１ａからタービンホイール１０１へ向かう排気の流量及び流速を調整することができる。これにより、過給性能を調整することが可能になり、例えば、エンジン１の低回転時にノズルベーン１２１同士の間の流路面積（スロート面積）を減少させるように各ノズルベーン１２１回動位置（変位）を調整すれば、排気ガスの流速が増加して、エンジン低速域から高い過給圧を得ることが可能になる。
上記可変ノズルベーン機構１２０の駆動リンク１２７はロッド１２９に接続されている。このロッド１２９は棒状部材であり、ＶＮアクチュエータ１４０に連結されている。ＶＮアクチュエータ１４０は、電動モータ（ＤＣモータ）１４１と、この電動モータ１４１の回転を直線運動に変換して上記ロッド１２９に伝達する変換機構（例えば、ウォームギヤ及びこのウォームギヤに噛み合うウォームホイールを有するギヤ機構等：図示せず）とを備えている。
図２に示すように、ＶＮアクチュエータ１４０はＶＮコントローラ１５０によって駆動制御される。ＶＮコントローラ１５０は、ＥＣＵ２００から供給される信号（例えばノズルベーン開度指令値など）に応じて、ＶＮアクチュエータ１４０の電動モータ１４１の通電制御を行う。ＶＮコントローラ１５０には、ノズルベーン１２１の位置（開度）を検出するノズル位置センサ１４２の出力信号が入力される。また、ＶＮコントローラ１５０には電動モータ１４１の電流値を検出する電流検出センサ１５１が設けられている。なお、電動モータ１４１には補機バッテリ５００からの電力が供給される。
そして、ＥＣＵ２００からの信号（開度指令値等）に応じて、ＶＮコントローラ１５０がＶＮアクチュエータ１４０の電動モータ１４１の通電制御（回転駆動）を行い、その電動モータ１４１の回転力が上記回転機構を介してロッド１２９に伝わり、このロッド１２９の移動（進退移動）に伴って駆動リンク１２７が回動することにより、各ノズルベーン１２１が回動（変位）する。
具体的には、図４に示すように、ロッド１２９を図中矢印Ｘ１方向に引くことで（ロッド１２９の後退）、ユニゾンリング１２２が図中矢印Ｙ１方向に回動し、図５に示すように、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５を中心に図中反時計回り方向（Ｙ１方向）に回動してノズルベーン開度（ＶＮ開度）が大きく設定される。
一方、図６に示すように、ロッド１２９を図中矢印Ｘ２方向に押すことで（ロッド１２９の前進）、ユニゾンリング１２２が図中矢印Ｙ２方向に回動し、図７に示すように、各ノズルベーン１２１がベーンシャフト１２５を中心に図中時計回り方向（Ｙ２方向）に回動してノズルベーン開度（ＶＮ開度）が小さく設定される。
ここで、この例の可変ノズルベーン機構１２０において、ノズルベーン１２１の可動範囲（開閉範囲）は全閉ストッパ１３１及び全開ストッパ１３２によって規制される。
全閉ストッパ１３１は、図４及び図６に示すように、駆動リンク１２７に対向する位置に配置されており、この全閉ストッパ１３１に駆動リンク１２７が当たることにより、ノズルベーン１２１の閉じ側の位置（全閉位置）が規制される。
全開ストッパ１３２は、図４及び図６に示すように、円環状のノズルプレート１２６の３箇所（回転対称となる位置）に設けられている。これら全開ストッパ１３２は、互いに隣り合う開閉アーム１２３の間に位置している。そして、ノズルベーン１２１が開き側に最大限に回動（変位）したときに各開閉アーム１２３がそれぞれ対応する全開ストッパ１３２に当たって、ノズルベーン１２１の開き側の位置（全開位置）が規制される。
なお、可変ノズルベーン式ターボチャージャ１００が搭載された車両においては、可変ノズルベーン機構１２０の全閉位置の学習制御が実行されている。具体的には、例えば、エンジン停止時などにおいて、駆動リンク１２７（ノズルベーン１２１）を上記全閉ストッパ１３１に突き当て、その突き当てた位置つまり基準位置（機械的全閉位置）での開度指令値を、制御上全閉位置の開度指令値（１００％）よりも閉じ側の値（例えば開度指令値＝１０５％）とするという学習を行っている。そして、通常のエンジン運転時におけるノズルベーン１２１の開度制御（ＮＶ制御）においては、エンジン運転状態に応じて開度指令値を０％〜１００％（１００％：制御上全閉位置）の範囲内で調整してＮＶ開度を制御している。
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、エンジン１及び２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を協調して制御する電子制御装置であって、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びバックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら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ている。ＣＰＵは、ＲＯＭ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、ＲＡＭはＣＰＵ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ＲＡＭはエンジン１の停止時などにおいて、保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
ＥＣＵ２００には、図８に示すように、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１０の回転数（エンジン回転数）を検出するエンジン回転数センサ８１、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ８２、スロットル開度センサ８３、吸入空気の流量（吸入空気量）を検出するエアフロメータ８４、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ８５、エンジン１の冷却水の温度（冷却水温）を検出する水温センサ８６、及び、車両の速度を検出する車速センサ８７などが接続されており、これらの各センサからの信号がＥＣＵ２００に入力される。また、ＥＣＵ２００には、エンジン１のスロットルバルブ１３を開閉駆動するスロットルモータ１４、燃料噴射装置１５、及び、ＶＮコントローラ１５０（ＶＮアクチュエータ１４０）などが接続されている。
そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１のスロットル開度制御（吸入空気量制御）、及び、燃料噴射量制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ２００は後述する「ＶＮ制御」を実行する。
また、ＥＣＵ２００は、ＨＶバッテリ４００を管理するために、ＨＶバッテリ用の電流センサ（図示せず）にて検出された充放電電流の積算値や、バッテリ温度センサにて検出されたバッテリ温度などに基づいて、ＨＶバッテリ４００の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）や、ＨＶバッテリ４００の入力制限Ｗｉｎ及び出力制限Ｗｏｕｔなどを演算する。
さらに、ＥＣＵ２００にはインバータ３００が接続されている。インバータ３００は、例えば、ＥＣＵ２００からの指令信号に応じてＨＶバッテリ４００からの直流電流を、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する電流に変換する一方、エンジン１の動力により第１モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電流、及び、回生ブレーキにより第２モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電流を、ＨＶバッテリ４００を充電するための直流電流に変換する。また、インバータ３００は、第１モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電流を走行状態に応じて、第２モータジェネレータＭＧ２の駆動用電力として供給する。
ここで、この例のハイブリッド車両においては、エンジン走行（第２モータジェネレータＭＧ２によるアシスト走行も含む場合もある）時やモータ走行（第２モータジェネレータＭＧ２による走行）時において、所定条件が成立した場合にエンジン１を自動的に停止・始動させる間欠運転が実行される。
具体的には、エンジン走行時において、ＥＣＵ２００は、例えば、エンジン１の冷却水温が所定温度（例えば５５℃〜６５℃）以上であり、ＨＶバッテリ４００の充電状態ＳＯＣが所定の管理領域内にあり、かつ、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に応じた要求パワー（駆動輪出力）が所定値（例えば２ｋＷ〜１０ｋＷ）以下である場合に、エンジン停止条件が成立したと判定する（エンジン停止フラグＯＮ）。エンジン停止条件が成立すると、エンジン１への燃料供給を停止（フューエルカット）してエンジン１を停止することによってモータ走行へと移行する。なお、この例のハイブリッド車両では、モータ走行時にエンジン１を完全停止（エンジン回転数＝０）することができる。
また、モータ走行時において、ＥＣＵ２００は、例えば、「アクセルペダルの踏み増し」によって第２モータジェネレータＭＧ２の定格出力を超える要求パワーが要求された場合、また、ＨＶバッテリ４００の充電状態ＳＯＣが低下して第１電動機ＭＧ１にて発電を行う必要がある場合に、エンジン始動条件が成立したと判定する（エンジン始動フラグＯＮ）。エンジン始動条件が成立すると、フューエルカットを中止（エンジン１への燃料供給開始）するとともに、第１モータジェネレータＭＧ１によるクランキングを行ってエンジン１を始動する。
−ＶＮ制御−
次に、車両走行中におけるエンジン停止時の可変ノズルベーン機構１２０の制御（ＶＮ制御）について説明する。
まず、従来制御では、エンジン停止時にＶＮ開度を制御上全閉位置（開度指令値：１００％）に設定している。また、上述した全閉位置学習を行う際には、エンジン停止時に駆動リンク１２７（ノズルベーン１２１）を全閉ストッパ１３１に突き当てているが、いずれの場合も、処理が終了した時点でＶＮアクチュエータ１４０の電動モータ１４１への通電は停止しており、エンジン停止後は電動モータ１４１への通電は行っていない。
ここで、ハイブリッド車両においては、上述したように、エンジン走行中にエンジン停止条件が成立したときには、フューエルカットを行ってエンジン１を停止してモータ走行に移行しているが、エンジン停止状態で走行すると、車両走行時の振動によって、可変ノズルベーン機構１２０の構成部材である駆動リンク１２７やロッド１２９等が磨耗する場合がある。すなわち、従来制御では、上記したように、エンジン停止後は電動モータ１４１には通電を行っていないため、駆動リンク１２７やロッド１２９等の部材には荷重かからない状態（拘束されない状態）となっている。そのため、可変ノズルベーン機構１２０に外部からの振動（走行による振動等）が加わると、駆動リンク１２７やロッド１２９等とこれらに嵌合している部材とが容易に摺動（遊び部分の摺動）するので磨耗が生じる場合がある。そして、このような磨耗が進行すると過給圧制御に異常をきたすことが懸念される。
なお、ノズルベーン１２１の可動範囲（開度指令値０％〜１００％）においても、駆動リンク１２７やロッド１２９等の可変ノズルベーン機構１２０の構成部材は摺動可能な状態となるが、エンジン運転中は、ノズルベーン１２１に向かって排気ガスが流れており、その排気ガスの風圧つまりノズルベーン１２１に作用する荷重によって駆動リンク１２７やロッド１２９等が拘束されるので摺動磨耗の問題は生じることはない。
そして、この例では、以上のような問題点を考慮し、車両走行中でエンジン１が停止している間において、可変ノズルベーン機構１２０の可動部材を機械的ストッパに突き当てる制御を継続することで、駆動リンク１２７やロッド１２９等のノズルベーン機構１２０の構成部材の磨耗を抑制することを技術的特徴としている。
その具体的な制御（ＶＮ制御）について、図９のフローチャートを参照して説明する。図９のフローチャートはＥＣＵ２００において実行される。
まず、ステップＳＴ１０１において、車両走行中に「エンジン停止フラグＯＮ」になったか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０１の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（車両走行中に「エンジン停止フラグＯＮ」である場合）は、上述したように、フューエルカットを行ってエンジン１を停止する。なお、車両走行中であるか否かの判定は車速センサ８７の出力信号に基づいて行う。
次に、ステップ１０２においてエンジン１が停止した否かを判定する。具体的には、エンジン回転数センサ８１の出力信号から算出されるエンジン回転数が「０」になった時点でエンジン停止と判定する。なお、エンジンが停止したか否かの判定は、例えばエンジン回転数が「０」に近い状態で、駆動リンク１２７（ノズルベーン１２１）の全閉ストッパ１３１への突き当て（ＶＮ突き当て）を行ってもターボチャージャ１００の回転上昇が生じない値（エンジン回転数）よりも、エンジン回転数（検出値）が小さい値になったときに「エンジン停止」と判定するようにしてもよい。
上記ステップＳＴ１０２の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点で、ステップＳＴ１０３において、ＶＮコントローラ１５０の電動モータ１４１への通電を行って（通電制御については後述する）、ノズルベーン１２１を閉じ側に変位（回動）させて上記全閉ストッパ１３１に駆動リンク１２７（ノズルベーン１２１）を突き当てる（ＮＶ突き当て制御）。このステップＳＴ１０３のＶＮ突き当て制御は、エンジン始動フラグがＯＮになるまで継続して行い、「エンジン始動フラグＯＮ」となった時点つまりステップＳＴ１０４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点で、電動モータ１４１に開き側の電流（ＶＮ突き当て制御とは逆向きの電流）を流して、ノズルベーン１２１を上記した制御上全閉位置まで開く（ステップＳＴ１０５）。
そして、その後に、フューエルカットを中止（エンジン１への燃料供給開始）するとともに、第１モータジェネレータＭＧ１によるクランキングを行ってエンジン１を始動して通常制御を実行する（ステップＳＴ１０６〜ＳＴ１０７）。具体的には、エンジン運転状態に応じて開度指令値を０％〜１００％（１００％：制御上全閉位置）の範囲内で調整してＮＶ開度を制御する。
以上のように、この例のＶＮ制御によれば、車両走行中にエンジン停止したときには、駆動リンク１２７（ノズルベーン１２１）を全閉ストッパ１３１に突き当てているので、可変ノズルベーン機構１２０の駆動リンク１２７やロッド１２９等の摺動部の遊び分（がた分）が詰まって、駆動リンク１２７やロッド１２９等が電動モータ１４１の駆動力によって拘束される。つまり、ストッパへの突き当て制御を行うことにより、車両走行時の振動が可変ノズルベーン機構１２０に作用しても、駆動リンク１２７やロッド１２９等とこれらに嵌合する部材とが摺動することを防止することができる。そして、このようなＶＮ突き当て制御を、車両走行中でエンジン１が停止している間において継続することにより、車両走行時のエンジン停止中に、駆動リンク１２７やロッド１２９等の可変ノズルベーン機構１２０の構成部材が磨耗することを防止することができる。
ここで、上記ステップＳＴ１０３のＶＮ突き当て制御時において、電動モータ１４１はフルパワーで駆動する必要はない。つまり、駆動リンク１２７やロッド１２９等の可変ノズルベーン機構１２０の構成部材を十分に拘束できる荷重を確保できる程度のモータパワーであればよい。そのＶＮ突き当て制御時のモータパワーについて説明する。
まず、車両走行時の振動が可変ノズルベーン機構１２０に作用しても、駆動リンク１２７やロッド１２９等が摺動（遊び部分での摺動）しないで拘束することが可能なモータ荷重の下限値を予め実験・シミュレーション等によって計測しておく。そして、その計測したモータ荷重の下限値に所定量のマージンを加えた値をモータ目標パワー（目標モータパワー＝モータ荷重下限値＋マージン）とし、このモータ目標パワーが得られるように電動モータ１４１の通電制御を行えばよい。
電動モータ１４１の通電制御の一例として、上記フルパワーよりも小さいモータ目標パワー（例えばフルパワーの５０％程度）が得られるように、ＶＮコントローラ１５０に設けた電流検出センサ１５１の出力信号に基づいて、電動モータ１４１に流れる電流を制限する（補機バッテリ５００から電動モータ１４１に供給される電力の電圧はほぼ一定）、という方法を挙げることができる。そして、このようなモータパワー制御を行うことで、ＶＮ突き当て制御の継続時における電力消費を抑制することができる。また、モータ負荷が過大となることを回避することができ、電動モータ１４１の寿命低下を抑制することができる。
−他の実施形態−
以上の例では、車両走行中でエンジンが停止している間、駆動リンク１２７（ノズルベーン１２１）を全閉ストッパ１３１に突き当てる制御（ＶＮ突き当て制御）を実行しているが、これに替えて、車両走行中でエンジンが停止している間、開閉アーム１２３（ノズルベーン１２１）を全開ストッパ１３２に突き当てる制御を継続することにより、駆動リンク１２７やロッド１２９等の可変ノズルベーン機構１２０の構成部材をモータ荷重で拘束するようにしてもよい。
以上の例では、ＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）型車両に装備のターボチャージャの制御（ＶＮ制御）に本発明を適用した例を示したが、これに限られることなく、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）型車両や、４輪駆動車に装備のターボチャージャの制御（ＶＮ制御）にも本発明を適用することができる。
また、ハイブリッド車両のトランスアクスルについても、図１に示す形態に限られることなく、例えば摩擦係合要素の係合・開放により変速を行う変速機能が付加されたトランスアクスルなど、他の任意の形態のトランスアクスルが搭載されたハイブリッド車両に装備のターボチャージャの制御（ＶＮ制御）にも本発明を適用することができる。
以上の例では、第１モータジェネレータ及び第２モータジェネレータの２つの電動機が搭載されたハイブリッド車両の制御に本発明を適用した例を示したが、１つの電動機もしくは３つ以上の電動機が搭載されたハイブリッド車両に装備のターボチャージャの制御（ＶＮ制御）にも本発明を適用することができる。
以上の例では、車両走行中にエンジンが停止してエンジン回転数が「０」となる（ピストンが停止する）システムのハイブリッド車両に装備のターボチャージャの制御（ＶＮ制御）に本発明を適用した例を示したが、これに限られることなく、車両走行中のエンジン駆動停止時にピストンが動くシステムであっても、吸気バルブ及び排気バルブをともに閉じることにより、排気系（ノズルベーン）に排気ガスが流れないシステムのハイブリッド車両に装備のターボチャージャの制御（ＶＮ制御）にも本発明は適用可能である。また、コンベンショナル車両であっても、エンジン停止後、しばらくの間、車両走行状態が継続される車両に装備のターボチャージャの制御（ＶＮ制御）にも本発明は適用可能である。
なお、本発明において、可変ノズルベーン機構を駆動するアクチュエータとして、電動モータを駆動源とするモータ式アクチュエータのほか、例えば負圧式や油圧式のアクチュエータを用いてもよい。
本発明は、ハイブリッド車両などに搭載されるターボチャージャの制御装置に利用可能であり、さらに詳しくは、可変ノズルベーン式ターボチャージャの制御装置に有効に利用することができる。
１ エンジン
１２ 排気通路
８１ エンジン回転数センサ
８７ 車速センサ
１００ ターボチャージャ（可変ノズルベーン式ターボチャージャ）
１０１ タービンホイール
１０２ コンプレッサインペラ
１２０ 可変ノズルベーン機構
１２１ ノズルベーン
１２７ 駆動リンク
１２８ 駆動シャフト
１２９ ロッド
１３１ 全閉ストッパ（機械的ストッパ）
１３２ 全開ストッパ（機械的ストッパ）
１４０ ＶＮアクチュエータ
１４１ 電動モータ
１５０ ＶＮコントローラ
１５１ 電流検出センサ
２００ ＥＣＵ
５００ 補機バッテリ

Claims (5)

  1. 車両に搭載のエンジンの排気通路に設けられたタービンホイールと、エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、前記タービンホイールの外周側に設けられた複数のノズルベーンを有し、それら複数のノズルベーンによって排気の流れを調整する可変ノズルベーン機構と、前記ノズルベーン機構を駆動するアクチュエータを備えたターボチャージャの制御装置であって、
    車両走行中で前記エンジンが停止している間、前記可変ノズルベーン機構の可動部材を機械的ストッパに突き当てる制御を継続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記載のターボチャージャの制御装置において、
    前記機械的ストッパは、前記ノズルベーンの可動範囲を規制するストッパである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または２記載のターボチャージャの制御装置において、
    前記可変ノズルベーン機構を駆動するアクチュエータは、電動モータを備えたモータ式アクチュエータであって、車両走行中で前記エンジンが停止している間、前記電動モータへの通電を継続して前記突き当て制御を継続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記載のターボチャージャの制御装置において、
    前記突き当て制御時に電動モータに流れる電流を制限する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１〜４のいずれか１つに記載のターボチャージャの制御装置において、
    エンジン停止要求に応じて前記エンジンが停止してからエンジン始動要求があるまでの間において前記突き当て制御を継続する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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