可変ターボ過給機の制御装置及びその制御方法
【課題】ノズル部が破損することを抑制しつつ、ノズル部を速やかに全閉状態に制御すること。
【解決手段】コントローラが、油圧サーボバルブの制御量がオーバーシュートしても排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しないように、排気導入壁１２の現在位置に応じた目標値より小さい制御目標位置を用いて油圧サーボバルブの制御量を出力する。これにより、短時間で排気導入壁１２の位置を全閉位置１００［％］に制御し、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御できる。また、排気導入壁１２が排気導入壁１３に強く衝突することによって、ノズル部１１が破損することを防止できる。
【解決手段】コントローラが、油圧サーボバルブの制御量がオーバーシュートしても排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しないように、排気導入壁１２の現在位置に応じた目標値より小さい制御目標位置を用いて油圧サーボバルブの制御量を出力する。これにより、短時間で排気導入壁１２の位置を全閉位置１００［％］に制御し、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御できる。また、排気導入壁１２が排気導入壁１３に強く衝突することによって、ノズル部１１が破損することを防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変ターボ過給機の制御装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気タービンに排気ガスを供給するノズル部の開口面積を調整可能な可変ターボ過給機が知られている。この可変ターボ過給機によれば、排気ガスの流量が少ないエンジンの低回転速度域では、ノズル部の開口面積を小さくすることによって排気タービンに供給される排気ガスの流速を速めることにより、排気タービンに連結されている給気コンプレッサの過給能力を上げることができる。
【０００３】
このような可変ターボ過給機では、ノズル部の開口面積は、ノズル部を構成している互いに対向する一対の排気導入壁のうち、一方の排気導入壁を他方の排気導入壁に対し近接／離間させることにより、調整される。また、一方の排気導入壁は、油圧サーボバルブの開度を制御することによって油圧ピストンを往復運動させることにより、他方の排気導入壁に対し近接／離間される。
【０００４】
このため、一方の排気導入壁を他方の排気導入壁に接触させることによってノズル部を全閉状態にする場合には、油圧サーボバルブの制御量が目標値に対しオーバーシュートすることによって、一方の排気導入壁が他方の排気導入壁に大きな力で衝突し、ノズル部が破損する可能性がある。
【０００５】
このような背景から、油圧サーボバルブの開度をフィードバック制御する際、油圧サーボバルブの制御量と目標値との偏差を所定のレベル範囲に制限することによって、他方の排気導入壁に衝突しても問題がない一定速度で一方の排気導入壁を全閉位置に近づける油圧サーボバルブの制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３０３５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ディーゼルエンジンは、通常運転時はもとより、始動時，急加速時，高負荷時等の動作時に粒子状物質（以下、ＰＭと表記）を排出する。このＰＭは、燃料が不完全燃焼することによって発生するススと、燃料や潤滑油の未燃焼成分である有機可溶性成分と、を含む公害原因物質である。このため、ディーゼルエンジンを駆動源とする車両には、排気ガス中に含まれるＰＭ量を低減するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと表記）と呼ばれるフィルター装置が搭載されている。
【０００８】
このＤＰＦが搭載された車両では、ＤＰＦ内部に堆積したＰＭを燃焼させる再生処理が実行される。この再生処理には、ディーゼルエンジンの負荷が高い時に排出される高温の排気ガスによってＰＭが自然に燃焼する自然再生処理と、ディーゼルエンジンの負荷及び回転数が低い時にＤＰＦにドージング燃料を供給してＰＭを強制的に燃焼させる強制再生処理と、が含まれる。このような再生処理を適宜実行することにより、ＤＰＦ内部にＰＭが過剰に堆積することによって排気ガスの圧力が上昇し、サージングや排気抵抗の悪化による効率の低下等の不具合が発生することを抑制できる。
【０００９】
ＤＰＦの強制再生処理を実行する場合、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度が所定温度以上であることが求められる。その理由は、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度が所定温度未満である場合には、ＤＰＦに供給されるドージング燃料が不完全燃焼することによって、ススが排出される原因となるためである。このため、可変ターボ過給機が搭載されている車両においてＤＰＦの強制再生処理を実行する場合であって、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度が所定温度未満である場合には、ノズル部を速やかに全閉状態に制御し、可変ターボ過給機をバイパスする迂回路を介して高温の排気ガスをＤＰＦに供給することによって、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度を上昇させる必要がある。
【００１０】
特に車両が建設機械である場合には、ブーム，アーム，バケット，ブレード等の作業機が作動し、エンジン負荷が変動することにより、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度が所定温度未満になる。従って、可変ターボ過給機が搭載されている建設機械が作動している時にＤＰＦの強制再生処理を実行する場合には、ノズル部を速やかに全閉状態に制御し、可変ターボ過給機をバイパスする迂回路を介して高温の排気ガスをＤＰＦに供給することによって、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度を上昇させる必要がある。
【００１１】
しかしながら、既に述べたように、特許文献１記載の油圧サーボバルブの制御装置では、ノズル部を構成する一方の排気導入壁は、他方の排気導入壁に衝突しても問題がない一定速度で全閉位置に近づくために、ノズル部を速やかに全閉状態に制御することができない。このため、特許文献１記載の油圧サーボバルブの制御装置によれば、ＤＰＦの強制再生処理を実行するためにノズル部を全閉状態に制御する際、ノズル部が破損することは抑制できるが、ドージング燃料が不完全燃焼することによってススが排出されるおそれがある。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気導入路が破損することを抑制しつつ、排気導入路を速やかに全閉状態に制御可能な可変ターボ過給機の制御装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る可変ターボ過給機の制御装置は、油圧サーボバルブを作動させることによって、可変ターボ過給機の排気導入路に設けられた排気導入部材を移動させることにより、排気導入路の開口面積を制御する可変ターボ過給機の制御装置において、排気導入部材の現在位置を検出する検出器と、検出器によって検出された排気導入部材の現在位置をフィードバックすることによって油圧サーボバルブの制御量を調整するコントローラと、を備え、コントローラが、排気導入路を閉める場合に、油圧サーボバルブの制御量がオーバーシュートしても排気導入部材の位置が排気導入路を閉める全閉位置にならないように、排気導入部材の現在位置に応じた目標値より小さい制御目標位置を用いて油圧サーボバルブの制御量を出力する。
【００１４】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る可変ターボ過給機の制御方法は、油圧サーボバルブを作動させることによって、可変ターボ過給機の排気導入路に設けられた排気導入部材を移動させることにより、排気導入路の開口面積を制御する可変ターボ過給機の制御方法において、排気導入部材の現在位置を検出する検出ステップと、検出ステップにおいて検出された排気導入部材の現在位置をフィードバックすることによって油圧サーボバルブの制御量を調整する調整ステップと、を含み、調整ステップは、排気導入路を閉める場合に、油圧サーボバルブの制御量がオーバーシュートしても排気導入部材の位置が排気導入路を閉める全閉位置にならないように、排気導入部材の現在位置に応じた目標値より小さい制御目標位置を用いて油圧サーボバルブの制御量を出力するステップを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る可変ターボ過給機の制御装置及びその制御方法によれば、排気導入部材は、その位置に応じて変化する油圧サーボバルブの制御量が目標値からオーバーシュートしても排気導入部材の位置が排気導入路を閉める全閉位置にならない速度で全閉位置に制御されるので、排気導入路が破損することを抑制しつつ、排気導入路を速やかに全閉状態に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である可変ターボ過給機の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、スライド機構の構成を示す図であり、図１におけるII矢視図である。
【図３】図３は、スライド機構の要部の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、スライド機構と油圧サーボ駆動装置との連結部の構成を示す斜視図である。
【図５】図５は、油圧サーボ駆動装置の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、油圧サーボ駆動装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、図６に示すコントローラの内部構成を示す機能ブロック図である。
【図８】図８は、図７に示す目標位置制限部の内部構成を示す機能ブロック図である。
【図９】図９は、目標位置テーブルの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、図９に示す目標位置テーブルをグラフ化した図である。
【図１１】図１１は、本実施形態における排気導入壁の位置の表記方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、図９に示す目標位置テーブルの変形例を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す目標位置テーブルをグラフ化した図である。
【図１４】図１４は、排気導入壁の現在位置が全開位置０［％］である時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８０［％］，（ｃ）７０［％］に設定した場合における、時間経過に伴う排気導入壁の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【図１５】図１５は、排気導入壁の現在位置が位置４０［％］にある時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８２［％］に設定した場合における時間経過に伴う排気導入壁の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【図１６】図１６は、排気導入壁の現在位置が位置６０［％］にある時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８８［％］に設定した場合における時間経過に伴う排気導入壁の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【図１７】図１７は、コントローラによる全閉制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、従来技術及び本実施形態の可変ターボ過給機の制御方法を用いた場合における、ノズル部を速やかに全閉状態に制御する際の排気導入壁の現在位置と目標位置との経時変化を示す図である。
【図１９】図１９は、本実施形態の可変ターボ過給機の制御方法を用いた場合における、ノズル部を速やかに全閉状態に制御する必要がない際の（ａ）電磁比例弁に対する電流指令値と（ｂ）排気導入壁の位置との経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である可変ターボ過給機の構成及びその動作について説明する。なお、本実施形態では、可変ターボ過給機は、ディーゼルエンジンを駆動源として用いる建設機械に搭載されているものとし、また、建設機械は、モータ，シリンダ等のアクチュエータやステアリング機構等の作業機を備えるものとする。
【００１８】
〔可変ターボ過給機の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である可変ターボ過給機の構成について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態である可変ターボ過給機の構成を示す断面図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である可変ターボ過給機１は、図の左側及び右側にそれぞれ給気コンプレッサ及び排気タービンを備えた構成になっており、図示しないディーゼルエンジンの本体に設けられている。なお、給気コンプレッサ側の構成は、本願発明の出願時点で既に公知であるので、以下ではその詳細な説明を省略する。
【００２０】
排気タービン側のタービンハウジング２内には、タービンホイール３が収容されている。給気コンプレッサ側のコンプレッサハウジング４内には、コンプレッサインペラ５が収容されている。タービンホイール３にはシャフト６が一体に設けられ、シャフト６の先端にはコンプレッサインペラ５が取り付けられている。シャフト６は、センターハウジング７に回転自在に支持されている。
【００２１】
タービンハウジング２には、ディーゼルエンジンからの排気ガスを導入するボリュート状の排気導入路１０が設けられている。排気導入路１０には、ノズル部１１が周方向に連続して設けられている。ノズル部１１は、互いに対向する一対の排気導入壁１２，１３によって形成されている。
【００２２】
ノズル部１１から噴出された排気ガスは、タービンホイール３を回転させた後、排気出口１４から排気され、図示しないＤＰＦに導かれる。タービンホイール３の回転は、シャフト６を介してコンプレッサインペラ５に伝達され、コンプレッサインペラ５の回転によって給気が圧縮過給される。図示しないＤＰＦは、排気ガス中に含まれるＰＭの量を低減した後、排気ガスを外気に排出する。
【００２３】
排気導入壁１２は、断面コの字形状で環状とされた可動リング１５の側面１６によって形成されている。可動リング１５は、センターハウジング７に設けられた環状の収容室１７内に収容されている。可動リング１５の側面１６には、複数のノズルベーン１８が等周間隔で取り付けられている。複数のノズルベーン１８は、他方の排気導入壁１３側に向けて突出している。
【００２４】
排気導入壁１３には、凹部１９が周方向に連続して設けられ、凹部１９内に各ノズルベーン１８の先端側が収容される。このような構造においては、後述するスライド機構２０によって可動リング１５を往復運動させることによって排気導入壁１２を排気導入壁１３に対し近接／離間させることにより、ノズル部１１の開口面積を調整する。ノズル部１１及び排気導入壁１２はそれぞれ、本発明に係る排気導入路及び排気導入部材として機能する。
【００２５】
〔スライド機構の構成〕
次に、図２，図３を参照して、スライド機構２０の構成について説明する。図２は、スライド機構２０の構成を示す図であり、図１におけるII矢視図である。図３は、スライド機構２０の要部の構成を示す断面図である。
【００２６】
図２，図３に示すように、スライド機構２０は、センターハウジング７の下部側に挿通された駆動シャフト２１を備える。駆動シャフト２１の途中位置には、上方に向かって円弧状に延設された一対のアーム２２，２２が固定されている。各アーム２２の先端側には、水平方向外側に突出したピン２３が取り付けられ、ピン２３にはスライダ２４が嵌め込まれている。スライダ２４は、シャフト６に対して平行に配設された支持ロッド２５の基端側の摺動溝２６に摺動自在に嵌合している。
【００２７】
支持ロッド２５の先端部は、可動リング１５の裏面側に接合されている。駆動シャフト２１は、その端部に設けられたアーム２７を介して油圧サーボ駆動装置３０によって回転駆動される。このような構造では、駆動シャフト２１が回転するのに応じて、アーム２２がシャフト６の軸方向に沿って揺動し、支持ロッド２５が移動する。そして、支持ロッド２５が移動するのに応じて、可動リング１５が移動し、排気導入壁１２が排気導入壁１３に対して近接／離間する。
【００２８】
〔油圧サーボ駆動装置の構成〕
次に、図４，図５を参照して、油圧サーボ駆動装置３０の構成について説明する。
図４は、スライド機構２０と油圧サーボ駆動装置３０との連結部の構成を示す斜視図である。図５は、油圧サーボ駆動装置３０の構成を示す断面図である。
【００２９】
図４，図５に示すように、油圧サーボ駆動装置３０は、油圧ピストン３１を上下方向に往復運動させることによってアーム２７を介して駆動シャフト２１を回転させる構造になっている。このため、油圧ピストン３１の外周には、軸方向に対して直交した摺動溝３２が設けられている。また、アーム２７には、摺動溝３２側に突出したピン２８が設けられている。そして、このピン２８にスライダ２９が嵌め込まれ、スライダ２９が摺動溝３２に摺動自在に嵌合している。このような構成では、油圧ピストン３１が上下動するのに応じて、スライダ２９が上下動すると共に摺動溝３２に沿って摺動する。このスライダ２９の動きとピン２８の回動とによりアーム２７の円弧動が許容され、アーム２７が回転し、駆動シャフト２１が回転する。
【００３０】
油圧サーボ駆動装置３０は、油圧ピストン３１，ハウジング３３，及びパイロットスプール３４を備え、ハウジング３３の開口部３３Ａ周りをシールするＯリング７０を介して可変ターボ過給機１のセンターハウジング７に取り付けられている。ハウジング３３は、一部に開口部３３Ａを有し、油圧ピストン３１を摺動自在に収容する。パイロットスプール３４は、油圧ピストン３１の軸方向に貫通したセンターホール３５内に収容され、パイロット圧によって軸方向に摺動する。
【００３１】
ハウジング３３の外形形状は角柱状とされ、ハウジング３３の内部には上下方向に貫通する円筒状のシリンダ空間３６が設けられている。シリンダ空間３６内には油圧ピストン３１が収容されている。シリンダ空間３６の上下端側はＯリング７１，７２を介して閉塞部材３７，３８によって密閉されている。ハウジング３３の開口部３３Ａに対応した位置には、駆動シャフト２１と油圧ピストン３１との連結部３９が設けられている。従って、開口部３３Ａの大きさは、油圧ピストン３１及びスライダ２９の摺動量を考慮して設定されている。
【００３２】
ハウジング３３の開口部３３Ａとは反対側の側面には、コントローラ１００によって制御される電磁比例弁８０からのパイロット圧を供給するパイロットポート４１，図示しない昇圧ポンプからの圧油を供給するポンプポート４２，及び圧油を戻すドレインポート４３が設けられている。電磁比例弁８０及び図示しない昇圧ポンプは、可変ターボ過給機１が搭載される同一のディーゼルのエンジン本体に設置されている。
【００３３】
シリンダ空間３６は、油圧ピストン３１が摺動する部分と、その上方部分とが仕切部材４４によって仕切られている。仕切部材４４は、シリンダ空間３６の内周面に設けられた段差部分に当接し、当接部分の近傍には仕切部材４４で仕切られた空間をシールするためのＯリング７３が設けられている。仕切部材４４には下方に垂下した筒部４５が設けられ、この筒部４５が油圧ピストン３１のセンターホール３５の上方側に入り込んでいる。そして、仕切部材４４で仕切られた上方の空間がパイロット油圧室４６とされ、パイロット油圧室４６とパイロットポート４１とが連通している。
【００３４】
仕切部材４４で仕切られた下方の空間は、仕切部材４４と油圧ピストン３１の上端面との間に形成される第１油圧室４７となっている。つまり、パイロット油圧室４６は、第１油圧室４７に対して軸方向の外側、すなわち本実施形態では上側にずれており、この配置によって油圧サーボ駆動装置３０が大径化することを抑制している。油圧ピストン３１の下端面と下側の閉塞部材３８との間には、第２油圧室４８が形成されている。
【００３５】
油圧ピストン３１には、センターホール３５とハウジング３３のポンプポート４２とを連通させて、ポンプからの圧油をセンターホール３５内に流入させるプレッシャ油路５１が設けられている。プレッシャ油路５１の外周側は、径方向に対向して形成された溝部分に開口しており、溝部分が所定の上下寸法を有することにより、油圧ピストン３１のストローク内でプレッシャ油路５１とポンプポート４２とが常時連通することになる。
【００３６】
油圧ピストン３１には、センターホール３５とハウジング３３のドレインポート４３とを連通させて、センターホール３５内の圧油をタンクに戻すリターン油路５２が設けられている。リターン油路５２の外周側は、油圧ピストン３１の外周に形成された溝部分に開口しており、油圧ピストン３１のストローク内ではやはりリターン油路５２とドレインポート４３とが常時連通する。本実施形態では、油圧ピストン３１と駆動シャフト２１との連結部３９が、丁度リターン油路５２の反対側に対応した位置に設けられていることになり、プレッシャ油路５１に対して軸方向下側にずれて位置している。
【００３７】
油圧ピストン３１には、センターホール３５と上方の第１油圧室４７とを連通させる第１ピストン油路５３、及びセンターホール３５と下方の第２油圧室４８とを連通させる第２ピストン油路５４が設けられている。第１ピストン油路５３のセンタ−ホール３５側の開口部分は、プレッシャ油路５１の開口部分よりも下方に位置し、第２ピストン油路５４のセンターホール３５側の開口部分は、プレッシャ油路５１の開口部分よりも上方に位置している。第１及び第２ピストン油路５３，５４はそれぞれ、プレッシャ油路５１及びリターン油路５２に連通しない位置に設けられている。
【００３８】
センターホール３５の下方側は、当接部材５５が油圧ピストン３１にＯリング７４を介して螺設されることで密閉されている。油圧ピストン３１は、当接部材５５を介して閉塞部材３８に当接し、当接した位置が油圧ピストン３１の最下位置となる。第２油圧室４８内において、閉塞部材３８と当接部材５５との間にはコイルばね５６が配置され、油圧ピストン３１の上方側への移動をアシストしている。これにより、図示しない昇圧ポンプの故障等によって油圧サーボ駆動装置３０に繋がる配管内の圧油がなくなった時でも、コイルばね５６のばね力によって可変ターボ過給機１のノズル部１１の開度が全開状態に維持されるようになっている。
【００３９】
パイロットスプール３４は、略中央部分に第１及び第２のスプールランド６１，６２を備える。パイロットスプール３４の内部には、下方に開口したリターン油路６３が設けられている。第１スプールランド６１の上側の溝部分とリターン油路６３とは連通し、第２スプールランド６２の下側の溝部分とリターン油路６３とは同様に連通している。また、リターン油路６３の下側が開口していることにより、リターン油路６３，リターン油路５２，及びドレインポート４３が連通している。
【００４０】
パイロットスプール３４は、仕切部材４４の筒部４５を通して油圧ピストン３１のセンターホール３５内を上下に摺動可能であり、その上端部分はパイロット油圧室４６内に配置された保持部材６４に螺合保持されている。パイロット油圧室４６内において、保持部材６４はコイルバばね６５によって上方に付勢されている。パイロットスプール３４は、コイルばね６５の付勢力に抗するパイロット圧の加圧によって下方に移動し、パイロット圧油の減圧によってコイルばね６５の付勢力で上方へ移動する。
【００４１】
保持部材６４には、移動部材８１が螺合保持されている。移動部材８１は、閉塞部材３７を挿通することができるように配置されている。磁力センサ８２は、閉塞部材３７に固定された筐体８３に設けられている。移動部材８１は、筐体８３内を移動することができるように配置されている。磁力センサ８２は、非接触で磁力を検出可能なホールＩＣを想定し、移動部材８１の軸長手方向の所定箇所には磁石８１ａが設けられている。磁気センサ８２は、本発明に係る排気導入部材の現在位置を検出する検出器として機能する。
【００４２】
磁力センサ８２によって検出される磁力の大きさは、移動部材８１の移動に応じて変化する。従って、磁力センサ８２によって検出される磁力の大きさを位置に変換することによって、移動部材８１の位置を検出することができる。移動部材８１は、保持部材６４を介してパイロットスプール３４と一緒に移動する。そして、パイロットスプール３４の動きに追従して油圧ピストン３１が移動する。このため、磁力センサ８２によって油圧ピストン３１の位置、すなわち排気導入壁１２の位置を検出することができる。
【００４３】
〔油圧サーボ駆動装置の動作〕
次に、再び図５を参照して、油圧サーボ駆動装置３０の動作について説明する。
【００４４】
図５は、コイルばね６５の付勢力を超えるパイロット圧が加圧されることでパイロットスプール３４及び油圧ピストン３１の両方が最下位置にある状態を示している。この状態の時には、パイロットスプール３４の下端は、当接部材５５の上側に当接している。また、当接部材５５の下端は、閉塞部材３８に当接している。さらに、この位置では、パイロットスプール３４の上側の第１スプールランド６１は第２ピストン油路５４の上側開口部に対して下方にずれている。これにより、第２ピストン油路５４はリターン油路６３を介してリターン油路５２に連通し、第２油圧室４８内の圧油がドレインされている。一方、第２スプールランド６２は第１ピストン油路５３の下側開口部に対して下方にずれており、プレッシャ油路５１と第１ピストン油路５３とが連通している。このため、プレッシャ油路５１及び第１ピストン油路５３を介して第１油圧室４７に圧油が供給される。
【００４５】
この図５に示す状態から、パイロット油圧室４６内の圧油を所定のパイロット圧に減圧すると、パイロットスプール３４がパイロット圧に応じた力とコイルばね６５のばね力とが釣り合う位置まで上昇する。これに伴い、第１スプールランド６１は、第２ピストン油路５４の上側開口部に対し上方にずれる。このため、第２ピストン油路５４とプレッシャ油路５１とが連通し、第２油圧室４８に圧油が供給される。この動作と同時に、第２スプールランド６２は第１ピストン油路５３の上側開口部に対し上方にずれる。このため、第１ピストン油路５３とリターン油路６３とが連通し、第１油圧室４７にあった圧油の一部がドレインされる。これにより、油圧ピストン３１は、パイロットスプール３４に追従するように上昇する。油圧ピストン３１の上昇作動は、第１，第２スプールランド６１，６２によって第１，第２ピストン油路５３，５４が閉じられた時点で終了する。油圧ピストン３１は、パイロットスプール３４の停止位置に応じた位置で同様に停止する。
【００４６】
パイロット圧が完全に抜かれると、保持部材６４の上端がパイロット油圧室４６の天井面に当接した状態になるまでパイロットスプール３４が上方に移動する。この移動に追従して油圧ピストン３１が作動し、その上端が仕切部材４４に当接するまで上昇する。このようにしてパイロットスプール３４及び油圧ピストン３１が共に最上位置まで移動すると、第２油圧室４８内に圧油が充満した状態で第１，第２ピストン油路５３，５４がそれぞれ、第１，第２スプールランド６１，６２によって閉じられる。
【００４７】
油圧ピストン３１を再度下方の所定位置まで移動させる場合には、パイロット圧を供給してパイロットスプール３４を所定位置まで下降させる。これにより、第２ピストン油路５４が再度リターン油路６３と連通し、第２油圧室４８内の圧油の一部がドレインされ、油圧ピストン３１が下降する。この下降動作は、第１，第２スプールランド６１，６２によって第１，第２ピストン油路５３，５４が閉じられた時点で終了し、油圧ピストン３１はパイロットスプール３４の停止位置に応じた位置で同様に停止する。
【００４８】
以上のように、パイロット圧を低下させるのに応じて、パイロットスプール３４が油圧ピストン３１に対して上昇し、その動きに追従して油圧ピストン３１も上昇する。また、パイロット圧を上昇させるのに応じて、パイロットスプール３４が油圧ピストン３１に対して下降し、その動きに追従して油圧ピストン３１も下降する。
【００４９】
〔制御系の構成〕
次に、図６乃至図８を参照して、油圧サーボ駆動装置３０の制御装置の構成について説明する。
【００５０】
図６は、油圧サーボ駆動装置３０の制御装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、油圧サーボ駆動装置３０の制御装置は、コントローラ１００を備える。コントローラ１００は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，入出力回路等を含むマイクロコンピュータによって実現される。マイクロコンピュータのＲＯＭ内には、制御プログラムと、後述する目標上限値テーブルとが予め記憶されている。
【００５１】
コントローラ１００内のＣＰＵは、ＲＯＭ内に格納されている制御プログラムをＲＡＭ内にロードし、ＲＡＭ内にロードされた制御プログラムを実行することによって、油圧ピストン３１を介してノズル部１１の開度を制御する。具体的には、コントローラ１００は、磁力センサ８２によって検出された磁力の大きさをフィードバック信号として、フィードバック信号に従って電磁比例弁８０の開度を制御する電気信号を比例制御することにより、油圧ピストン３１の位置を目標位置に制御する。これにより、排気導入壁１３に対して排気導入壁１２が近接／離間し、ノズル部１１の開度を目標開度に制御することができる。
【００５２】
図７は、図６に示すコントローラ１００の構成を示す機能ブロック図である。図７に示すように、コントローラ１００は、車両状態判別部１１０，目標位置設定部１２０，検出部１３０，目標位置制限部１４０，及び調節／操作部１５０を備える。車両状態判別部１１０は、速度段センサ１１１と、作業機センサ１１２と、ＤＰＦ再生指示ボタン１１３と、に接続されている。
【００５３】
速度段センサ１１１は、建設機械のトランスミッションの位置を検出し、検出された位置を示す信号を車両状態判別部１１０に入力する。作業機センサ１１２は、建設機械の作業機を操作する作業機レバーの操作量を検出し、検出された操作量を示す信号を車両状態判別部１１０に入力する。ＤＰＦ再生指示ボタン１１３は、ＤＰＦの強制再生処理の実行を指示されるのに応じて、ＤＰＦの強制再生処理の実行が指示されたことを示すＤＰＦ再生指示フラグがオンになったことを示す信号を車両状態判別部１１０に入力する。
【００５４】
車両状態判別部１１０は、速度段センサ１１１，作業機センサ１１２，及びＤＰＦ再生指示ボタン１１３からの信号に基づいて建設機械の状態を判別し、判別結果を示す制御信号を目標位置設定部１２０に出力する。具体的には、車両状態判別部１１０は、速度段センサ１１１，作業機センサ１１２，及びＤＰＦ再生指示ボタン１１３からの信号に基づいて、ＤＰＦ再生指示フラグがオンになっているか否か及び建設機械が作動中であるか否かを判別し、判別結果を示す制御信号を目標位置設定部１２０に出力する。速度段センサ１１１，作業機センサ１１２，及びＤＰＦ再生指示ボタン１１３は、本発明に係る速度段検出部，作業機検出部，及びＤＰＦ再生指示部として機能する。
【００５５】
目標位置設定部１２０は、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の目標位置、すなわちノズル部１１の開度を設定する。検出部１３０は、磁力センサ８２によって検出される磁力の大きさに基づいて油圧ピストン３１の位置を特定し、特定された油圧ピストン３１の位置に基づいて排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の現在位置を算出する。検出部１３０は、算出された排気導入壁１２の位置情報を目標位置制限部１４０に出力する。
【００５６】
目標位置制限部１４０は、目標位置設定部１２０により設定された目標位置と検出部１３０により算出された現在位置とに基づいて排気導入壁１２の制御目標位置を決定し、決定した制御目標位置を調節／操作部１５０に出力する。調節／操作部１５０は、目標位置制限部１４０によって決定された制御目標位置に向けて排気導入壁１２が排気導入壁１３へ近接／離間するように電磁比例弁８０の開度を制御する電気信号を出力する。
【００５７】
図８は、図７に示す目標位置制限部１４０の構成を示す機能ブロック図である。図８に示すように、目標位置制限部１４０は、目標位置テーブル記憶部１４１，目標位置演算処理部１４２，及び最小値選択部１４３を備える。目標位置テーブル記憶部１４１は、排気導入壁１２を排気導入壁１３に近接させる方向、すなわちノズル部１１を閉じる方向に制御する際の、排気導入壁１２の現在位置と目標位置との関係を示す目標位置テーブルを記憶する。目標位置テーブルの詳細については後述する。
【００５８】
目標位置演算処理部１４２は、目標位置テーブル記憶部１４１に記憶されている目標位置テーブルを参照して、検出部１３０により検出された排気導入壁１２の現在位置に対応する目標位置を抽出する。最小値選択部１４３は、目標位置設定部１２０により設定された排気導入壁１２の目標位置と目標位置演算処理部１４２によって抽出された排気導入壁１２の目標位置とのうち、値が小さい方、すなわちノズル部１１の開度が大きい方の目標位置を排気導入壁１２の制御目標位置として出力する。
【００５９】
〔目標位置テーブルの構成〕
次に、図９乃至図１１を参照して、目標位置テーブル記憶部１４１に記憶される目標位置テーブルの構成について説明する。図９は、目標位置テーブルの一例を示す図である。図１０は、図９に示す目標位置テーブルをグラフ化した図である。図１１は、本実施形態における排気導入壁１２の位置の表記方法を説明するための図である。
【００６０】
図９及び図１０に示すように、目標位置テーブルは、排気導入壁１２の目標位置を排気導入壁１２の現在位置毎に記述した構成になっている。本実施形態では、排気導入壁１２の位置は、図１１に示すように、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の接近度合［％］、すなわち排気導入壁１２によってノズル部１１が閉じている割合［％］により表現されている。すなわち、ノズル部１１が全開状態である時は、排気導入壁１２の位置は０［％］と表され、ノズル部１１が全閉状態である時には、排気導入壁１２の位置は１００［％］と表される。なお本実施形態では、排気導入壁１２の位置をノズル部１１の開度によって表現したが、本発明はこの表記方法に限定されることはなく、例えば座標値等により排気導入壁１２の位置を表現してもよい。
【００６１】
図９及び図１０に示す各目標位置は、対応する現在位置から目標位置に向けて排気導入壁１２を移動させた際、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートした場合であっても、排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない大きさの最大値に設定されている。各目標位置の設定方法については後述する。また排気導入壁１２の現在位置が全閉位置１００［％］から所定の範囲内にある時、目標位置は全閉位置１００［％］に設定されている。本実施形態では、排気導入壁１２の現在位置が９０［％］以上である時を所定の範囲として、目標位置が全閉位置１００［％］に設定されているが、所定の範囲は適宜設定可能である。
【００６２】
排気導入壁１２の現在位置が全閉位置１００［％］から所定の範囲内にある時（本実施形態では、排気導入壁１２の現在位置が９０［％］以上であり、且つ、制御を継続している時）に目標位置を全閉位置１００［％］に設定した理由には以下の２つの理由がある。第１の理由は、現在位置から全閉位置１００［％］に向けて排気導入壁１２を移動させた際、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートした場合であっても、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の衝突度合いが小さく、破損の恐れがないためである。第２の理由は、排気導入壁１２の現在位置が全閉位置１００［％］から所定の範囲内の目標位置についても、他の目標位置と同様、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートすることによって排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない大きさに設定した場合には、排気導入壁１２が排気導入壁１３にゆっくりと近づくようになり、応答速度が遅くなるためである。従って、目標上限位置を全閉位置１００［％］とする所定の範囲は、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の衝突度合いと応答速度とを考慮して設定される。
【００６３】
上述の通り、本実施形態では、排気導入壁１２の現在位置が全閉位置１００［％］から所定の範囲内にある時に目標位置を全閉位置１００［％］に設定したが、応答速度が多少遅くなることが許容できるのであれば、図１２，図１３に示すように、全ての目標位置を、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートすることによって排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない大きさの最大値に設定するようにしてもよい。
【００６４】
〔目標位置の設定方法〕
次に、図１４乃至図１６を参照して、幾つかの具体例に基づいて目標位置テーブルにおける目標位置の設定方法を説明する。
【００６５】
上述の通り、排気導入壁１２の目標位置は、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートした場合であっても、排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない大きさの最大値に設定される。但し、この最大値は、排気導入壁１２の現在位置に応じて変化する。そこで、以下では、排気導入壁１２の現在位置が０［％］，４０［％］，及び６０［％］である場合について、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートした場合であっても、排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない大きさの最大値を算出する。
【００６６】
図１４は、排気導入壁１２の現在位置が全開位置０［％］である時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８０［％］，（ｃ）７０［％］に設定した場合における、時間経過に伴う排気導入壁１２の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【００６７】
図１４（ａ）に示すように、目標位置を全閉位置１００［％］に設定した場合、時刻Ｔ＝Ｔ１の時に、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートし、排気導入壁１２が排気導入壁１３に衝突する。また、図１４（ｂ）に示すように、目標位置を位置８０［％］に設定した場合も同様に、時刻Ｔ＝Ｔ２の時に、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートし、排気導入壁１２が排気導入壁１３に衝突する。これに対して、図１４（ｃ）に示すように、目標位置を位置７０［％］に設定した場合には、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートしても、排気導入壁１２は排気導入壁１３に接触することなく目標位置である位置７０［％］に制御される。
【００６８】
以上のことから、排気導入壁１２の現在位置が全開位置０［％］である時には、目標位置を７０［％］に設定することによって、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の接触を抑制しつつ、排気導入壁１２の位置を速やかに全閉位置に近づけることができるという知見が得られる。
【００６９】
図１５は、排気導入壁１２の現在位置が位置４０［％］にある時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８２［％］に設定した場合における時間経過に伴う排気導入壁１２の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【００７０】
図１５（ａ）に示すように、目標位置を全閉位置１００［％］に設定した場合、時刻Ｔ＝Ｔ３の時に、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートし、排気導入壁１２が排気導入壁１３に衝突する。これに対して、図１５（ｂ）に示すように、目標位置を位置８２［％］に設定した場合には、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートしても、排気導入壁１２は排気導入壁１３に接触することなく目標位置である位置８２［％］に制御される。
【００７１】
以上のことから、排気導入壁１２の現在位置が位置４０［％］にある時には、目標位置を８２［％］に設定することによって、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の接触を抑制しつつ、排気導入壁１２の位置を速やかに全閉位置に近づけることができるという知見が得られる。
【００７２】
図１６は、排気導入壁１２の現在位置が位置６０［％］にある時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８８［％］に設定した場合における時間経過に伴う排気導入壁１２の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【００７３】
図１６（ａ）に示すように、目標位置を全閉位置１００［％］に設定した場合、時刻Ｔ＝Ｔ４の時に、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標位置に対してオーバーシュートし、排気導入壁１２が排気導入壁１３に衝突する。これに対して、図１６（ｂ）に示すように、目標位置を位置８８［％］に設定した場合には、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標位置に対してオーバーシュートしても、排気導入壁１２は排気導入壁１３に接触することなく目標位置である位置８８［％］に制御される。
【００７４】
以上のことから、排気導入壁１２の現在位置が位置６０［％］にある時には、目標位置を８８［％］に設定することによって、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の接触を抑制しつつ、排気導入壁１２の位置を全閉位置に近づけることができるという知見が得られる。
【００７５】
以上のように、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートすることによって排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない目標位置の最大値に排気導入壁１２の目標位置を設定することによって、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の接触を抑制しつつ、排気導入壁１２の位置を速やかに全閉位置に近づけることができる。
【００７６】
〔全閉制御処理〕
このような構成を有する可変ターボ過給機１では、コントローラ１００が以下に示す全閉制御処理を実行することにより、ノズル部１１が破損することを抑制しつつ、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する。以下、図１７に示すフローチャートを参照して、コントローラ１００による全閉制御処理の流れについて説明する。
【００７７】
コントローラ１００による全閉制御処理は、可変ターボ過給機１が搭載された建設機械のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられたタイミングで開始となり、全閉制御処理はステップＳ１の処理に進む。この全閉制御処理は、建設機械のイグニッションスイッチがオン状態である間、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００７８】
ステップＳ１の処理では、コントローラ１００の車両状態判別部１１０が、ＤＰＦ再生指示ボタン１１３からの入力信号に基づいてＤＰＦ再生指示フラグがオン状態になっているか否かを判別する。判別の結果、ＤＰＦ再生指示フラグがオン状態である場合、コントローラ１００は、ＤＰＦの強制再生処理が指示されたと判断し、全閉制御処理をステップＳ２の処理に進める。一方、ＤＰＦ再生指示フラグがオフ状態である場合には、コントローラ１００は、ＤＰＦの強制再生処理が指示されていないと判断し、全閉制御処理を終了する。
【００７９】
ステップＳ２の処理では、図７に示すように、コントローラ１００の車両状態判別部１１０が、建設機械が作動中であるか否かを判別する。具体的には、コントローラ１００は、速度段センサ１１１及び作業機センサ１１２からの入力信号に基づいて、建設機械のトランスミッションの位置が走行位置にあるか否か、又は、作業機レバーが操作中であるか否かを判別する。そして、建設機械のトランスミッションの位置が走行位置にあり、又は、作業機レバーが操作中である場合、コントローラ１００は、建設機械は作動中であると判定する。一方、建設機械のトランスミッションの位置がパーキング位置にあり、且つ、作業機レバーが中立位置にあり操作されていない場合、コントローラ１００は、建設機械は作動中でないと判定する。判別の結果、建設機械が作動中である場合、コントローラ１００は、ドージング燃料が不完全燃焼することによってススが排出されることを抑制するためにノズル部１１を速やかに全閉状態にする必要があると判断し、全閉制御処理をステップＳ３の処理に進める。一方、建設機械が作動中でない場合には、コントローラ１００は、ノズル部１１を速やかに全閉状態にする必要がないと判断し、全閉制御処理をステップＳ７の処理に進める。
【００８０】
ステップＳ３の処理では、コントローラ１００の検出部１３０が、排気導入壁１２の現在位置[％]を検出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、全閉制御処理はステップＳ４の処理に進む。
【００８１】
ステップＳ４の処理では、コントローラ１００の目標位置制限部１４０の中の目標位置演算処理部１４２が、目標位置テーブルからステップＳ３の処理により検出された排気導入壁１２の現在位置に対応する目標位置のデータを取得する。また、コントローラ１００は、目標位置設定部１２０として機能することにより、排気導入壁１２の目標位置を全閉位置１００［％］に設定する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、全閉制御処理はステップＳ５の処理に進む。
【００８２】
ステップＳ５の処理では、コントローラ１００の目標位置制限部１４０の中の最小値選択部１４３が、目標位置演算処理部１４２により取得された排気導入壁１２の目標位置と目標位置設定部１２０により設定された排気導入壁１２の目標位置との間で値が小さい方、すなわちノズル部１１の開度が大きい方の排気導入壁１２の位置を制御目標位置に決定する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、全閉制御処理はステップＳ６の処理に進む。
【００８３】
ステップＳ６の処理では、コントローラ１００の調節／操作部１５０が、目標位置制限部１４０によって決定された制御目標位置に向けて排気導入壁１２が移動するように電磁比例弁８０に対し電流指令値を出力してパイロット圧を制御する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、一連の全閉制御処理は終了する。
【００８４】
一方、ステップＳ７の処理では、建設機械のトランスミッションの位置がパーキング位置にあり、且つ、作業機レバーが中立位置にある場合、図７に示すように、コントローラ１００が、前回の全閉制御処理において電磁比例弁８０に対して出力した電流指令値Ｉ’に所定の増分電流ΔＩ（＞０）を加えた値を電磁比例弁８０に対して出力する電流指令値Ｉとして算出する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、全閉制御処理はステップＳ８の処理に進む。
【００８５】
ステップＳ８の処理では、図７に示すように、コントローラ１００が、ステップＳ７の処理によって算出された電流指令値Ｉがノズル部１１を全閉状態に制御する際の最大電流指令値Ｉｍａｘ以上であるか否かを判別する。判別の結果、電流指令値Ｉが最大電流指令値Ｉｍａｘ以上である場合、コントローラ１００は、全閉制御処理をステップＳ９の処理に進める。一方、電流指令値Ｉが最大電流指令値Ｉｍａｘ未満である場合には、コントローラ１００は、全閉制御処理をステップＳ１０の処理に進める。
【００８６】
ステップ９の処理では、コントローラ１００が、最大電流指令値Ｉｍａｘを電磁比例弁８０に出力する。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、一連の全閉制御処理は終了する。
【００８７】
ステップＳ１０の処理では、コントローラ１００が、ステップＳ７の処理によって算出された電流指令値Ｉを電磁比例弁８０に出力する。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、一連の全閉制御処理は終了する。
【００８８】
最後に、図１８及び図１９を参照して、本実施形態の可変ターボ過給機１の制御方法により得られる効果について説明する。
【００８９】
図１８は、従来技術及び本実施形態の可変ターボ過給機１の制御方法を用いた場合における、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する際の排気導入壁１２の現在位置と目標位置との経時変化を示す図である。また、図１９は、本実施形態の可変ターボ過給機１の制御方法を用いた場合における、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する必要がない際の（ａ）電磁比例弁８０に対する電流指令値Ｉと（ｂ）排気導入壁１２の位置との経時変化を示す図である。
【００９０】
なお、図１８中、符号Ｌ１は、本実施形態の可変ターボ過給機１の制御方法における排気導入壁１２の制御目標位置の時間変化を示す曲線である。符号Ｌ２は、図９，図１０に示す目標位置テーブルを用いた際の排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線である。符号Ｌ３は、図１２，図１３に示す目標位置テーブルを用いた際の排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線である。符号Ｌ４は、従来技術における排気導入壁１２の制御目標位置の時間変化を示す曲線である。符号Ｌ５は、従来技術における排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線である。なお、曲線Ｌ３に対応する制御目標位置の時間変化を示す曲線は、排気導入壁１２の現在位置が全閉位置から所定範囲内にある時だけ制御目標位置が曲線Ｌ１に示す制御目標位置の値と異なるだけであるので、図示を省略した。
【００９１】
従来技術は、ノズル部１１を全閉状態に制御する際に排気導入壁１２が排気導入壁１３に強く衝突することを避けるために、油圧サーボバルブの実開度と目標開度との偏差を所定のレベル範囲に制限する。従って、従来技術では、排気導入壁１２の制御目標位置は、図１８中の曲線Ｌ４に示すように、線形的に変化し、排気導入壁１２は、図１８中の曲線Ｌ５に示すように、排気導入壁１３に衝突しても問題がない一定速度で全閉位置１００［％］に制御される。このため、従来技術によれば、ＤＰＦの強制再生処理を実行する際に排気ガスの温度が所定温度未満である場合、すなわちノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する必要性がある場合、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御することができず、ドージング燃料が不完全燃焼することによってススが排出されるおそれがある。
【００９２】
これに対して、本実施形態の可変ターボ過給機１の制御方法では、上述の通り、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する必要性がある場合、コントローラ１００が、図１８中の曲線Ｌ１に示すように、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートしても排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない目標位置の最大値に目標位置を制御する。そして、このような制御方法によれば、図１８中の曲線Ｌ２（図９，図１０に示す目標位置テーブルを用いた際の排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線）及び曲線Ｌ３（図１２，図１３に示す目標位置テーブルを用いた際の排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線）と曲線Ｌ５との比較から明らかなように、従来技術よりも短時間で排気導入壁１２の位置を全閉位置１００［％］に制御し、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御することができる。また、排気導入壁１２の目標位置は、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートしても排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない目標位置の最大値に設計されているので、排気導入壁１２が排気導入壁１３に強く衝突することによって、ノズル部１１が破損することを防止できる。
【００９３】
一方、建設機械のトランスミッションの位置がパーキング位置にあり、且つ、作業機レバーが中立位置にある場合、、つまりノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する必要がない場合には、コントローラ１００は、図１９（ａ）に示すように電磁比例弁８０に対する電流指令値Ｉを所定の増分ΔＩ／ΔＴ（ΔＴ：制御周期）で変化させることにより、図１９（ｂ）に示すように排気導入壁１２の現在位置に関係なく排気導入壁１２を排気導入壁１３に衝突しても問題がない一定速度で全閉位置１００［％］に制御するので、排気導入壁１２が排気導入壁１３に強く衝突することによって、ノズル部１１が破損することを防止できる。なお、この場合、排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線は、例えば図１８に示す曲線Ｌ５のようになる。
【００９４】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、上記実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態では、建設機械が作動中である場合にノズル部１１を速やかに全閉状態に制御したが、建設機械が作動中であるか否かに関係なく、ＤＰＦの強制再生処理を実行する場合には常にノズル部１１を速やかに全閉状態に制御するようにしてもよい。また、本実施形態は、排気導入壁１２が排気導入壁１３に接近する方向、すなわちノズル部１１を全閉状態に制御する場合において、排気導入壁１２が排気導入壁１１に強く衝突することを抑制しつつノズル部１１を速やかに全閉状態に制御するものであった。しかしながら、本発明の技術思想は、ノズル部１１を全閉状態に制御する場合の制御に限定されることはなく、排気導入壁１２が排気導入壁１３から離間する方向、すなわちノズル部１１を全開状態に制御する場合において、可動リング１５が収容室１７の壁面に強く衝突することを抑制しつつノズル部１１を速やかに全開状態に制御する場合にも適用することができる。このように、上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は、全て本発明の範疇に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、可変ターボ過給機のノズル部を全閉状態に制御する可変ターボ過給機の制御装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１ 可変ターボ過給機
１０ 排気導入路
１１ ノズル部
１２，１３ 排気導入壁
３０ 油圧サーボ駆動装置
３１ 油圧ピストン
８０ 電磁比例弁
８１ 移動部材
８１ａ 磁石
８２ 磁力センサ
１００ コントローラ
１１０ 車両状態判別部
１１１ 速度段センサ
１１２ 作業機センサ
１１３ ＤＰＦ再生指示ボタン
１２０ 目標位置設定部
１３０ 検出部
１４０ 目標位置制限部
１４１ 目標位置テーブル記憶部
１４２ 目標位置演算処理部
１４３ 最小位置選択部
１５０ 調節／操作部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変ターボ過給機の制御装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気タービンに排気ガスを供給するノズル部の開口面積を調整可能な可変ターボ過給機が知られている。この可変ターボ過給機によれば、排気ガスの流量が少ないエンジンの低回転速度域では、ノズル部の開口面積を小さくすることによって排気タービンに供給される排気ガスの流速を速めることにより、排気タービンに連結されている給気コンプレッサの過給能力を上げることができる。
【０００３】
このような可変ターボ過給機では、ノズル部の開口面積は、ノズル部を構成している互いに対向する一対の排気導入壁のうち、一方の排気導入壁を他方の排気導入壁に対し近接／離間させることにより、調整される。また、一方の排気導入壁は、油圧サーボバルブの開度を制御することによって油圧ピストンを往復運動させることにより、他方の排気導入壁に対し近接／離間される。
【０００４】
このため、一方の排気導入壁を他方の排気導入壁に接触させることによってノズル部を全閉状態にする場合には、油圧サーボバルブの制御量が目標値に対しオーバーシュートすることによって、一方の排気導入壁が他方の排気導入壁に大きな力で衝突し、ノズル部が破損する可能性がある。
【０００５】
このような背景から、油圧サーボバルブの開度をフィードバック制御する際、油圧サーボバルブの制御量と目標値との偏差を所定のレベル範囲に制限することによって、他方の排気導入壁に衝突しても問題がない一定速度で一方の排気導入壁を全閉位置に近づける油圧サーボバルブの制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３０３５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ディーゼルエンジンは、通常運転時はもとより、始動時，急加速時，高負荷時等の動作時に粒子状物質（以下、ＰＭと表記）を排出する。このＰＭは、燃料が不完全燃焼することによって発生するススと、燃料や潤滑油の未燃焼成分である有機可溶性成分と、を含む公害原因物質である。このため、ディーゼルエンジンを駆動源とする車両には、排気ガス中に含まれるＰＭ量を低減するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと表記）と呼ばれるフィルター装置が搭載されている。
【０００８】
このＤＰＦが搭載された車両では、ＤＰＦ内部に堆積したＰＭを燃焼させる再生処理が実行される。この再生処理には、ディーゼルエンジンの負荷が高い時に排出される高温の排気ガスによってＰＭが自然に燃焼する自然再生処理と、ディーゼルエンジンの負荷及び回転数が低い時にＤＰＦにドージング燃料を供給してＰＭを強制的に燃焼させる強制再生処理と、が含まれる。このような再生処理を適宜実行することにより、ＤＰＦ内部にＰＭが過剰に堆積することによって排気ガスの圧力が上昇し、サージングや排気抵抗の悪化による効率の低下等の不具合が発生することを抑制できる。
【０００９】
ＤＰＦの強制再生処理を実行する場合、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度が所定温度以上であることが求められる。その理由は、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度が所定温度未満である場合には、ＤＰＦに供給されるドージング燃料が不完全燃焼することによって、ススが排出される原因となるためである。このため、可変ターボ過給機が搭載されている車両においてＤＰＦの強制再生処理を実行する場合であって、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度が所定温度未満である場合には、ノズル部を速やかに全閉状態に制御し、可変ターボ過給機をバイパスする迂回路を介して高温の排気ガスをＤＰＦに供給することによって、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度を上昇させる必要がある。
【００１０】
特に車両が建設機械である場合には、ブーム，アーム，バケット，ブレード等の作業機が作動し、エンジン負荷が変動することにより、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度が所定温度未満になる。従って、可変ターボ過給機が搭載されている建設機械が作動している時にＤＰＦの強制再生処理を実行する場合には、ノズル部を速やかに全閉状態に制御し、可変ターボ過給機をバイパスする迂回路を介して高温の排気ガスをＤＰＦに供給することによって、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度を上昇させる必要がある。
【００１１】
しかしながら、既に述べたように、特許文献１記載の油圧サーボバルブの制御装置では、ノズル部を構成する一方の排気導入壁は、他方の排気導入壁に衝突しても問題がない一定速度で全閉位置に近づくために、ノズル部を速やかに全閉状態に制御することができない。このため、特許文献１記載の油圧サーボバルブの制御装置によれば、ＤＰＦの強制再生処理を実行するためにノズル部を全閉状態に制御する際、ノズル部が破損することは抑制できるが、ドージング燃料が不完全燃焼することによってススが排出されるおそれがある。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気導入路が破損することを抑制しつつ、排気導入路を速やかに全閉状態に制御可能な可変ターボ過給機の制御装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る可変ターボ過給機の制御装置は、油圧サーボバルブを作動させることによって、可変ターボ過給機の排気導入路に設けられた排気導入部材を移動させることにより、排気導入路の開口面積を制御する可変ターボ過給機の制御装置において、排気導入部材の現在位置を検出する検出器と、検出器によって検出された排気導入部材の現在位置をフィードバックすることによって油圧サーボバルブの制御量を調整するコントローラと、を備え、コントローラが、排気導入路を閉める場合に、油圧サーボバルブの制御量がオーバーシュートしても排気導入部材の位置が排気導入路を閉める全閉位置にならないように、排気導入部材の現在位置に応じた目標値より小さい制御目標位置を用いて油圧サーボバルブの制御量を出力する。
【００１４】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る可変ターボ過給機の制御方法は、油圧サーボバルブを作動させることによって、可変ターボ過給機の排気導入路に設けられた排気導入部材を移動させることにより、排気導入路の開口面積を制御する可変ターボ過給機の制御方法において、排気導入部材の現在位置を検出する検出ステップと、検出ステップにおいて検出された排気導入部材の現在位置をフィードバックすることによって油圧サーボバルブの制御量を調整する調整ステップと、を含み、調整ステップは、排気導入路を閉める場合に、油圧サーボバルブの制御量がオーバーシュートしても排気導入部材の位置が排気導入路を閉める全閉位置にならないように、排気導入部材の現在位置に応じた目標値より小さい制御目標位置を用いて油圧サーボバルブの制御量を出力するステップを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る可変ターボ過給機の制御装置及びその制御方法によれば、排気導入部材は、その位置に応じて変化する油圧サーボバルブの制御量が目標値からオーバーシュートしても排気導入部材の位置が排気導入路を閉める全閉位置にならない速度で全閉位置に制御されるので、排気導入路が破損することを抑制しつつ、排気導入路を速やかに全閉状態に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である可変ターボ過給機の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、スライド機構の構成を示す図であり、図１におけるII矢視図である。
【図３】図３は、スライド機構の要部の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、スライド機構と油圧サーボ駆動装置との連結部の構成を示す斜視図である。
【図５】図５は、油圧サーボ駆動装置の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、油圧サーボ駆動装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、図６に示すコントローラの内部構成を示す機能ブロック図である。
【図８】図８は、図７に示す目標位置制限部の内部構成を示す機能ブロック図である。
【図９】図９は、目標位置テーブルの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、図９に示す目標位置テーブルをグラフ化した図である。
【図１１】図１１は、本実施形態における排気導入壁の位置の表記方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、図９に示す目標位置テーブルの変形例を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す目標位置テーブルをグラフ化した図である。
【図１４】図１４は、排気導入壁の現在位置が全開位置０［％］である時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８０［％］，（ｃ）７０［％］に設定した場合における、時間経過に伴う排気導入壁の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【図１５】図１５は、排気導入壁の現在位置が位置４０［％］にある時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８２［％］に設定した場合における時間経過に伴う排気導入壁の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【図１６】図１６は、排気導入壁の現在位置が位置６０［％］にある時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８８［％］に設定した場合における時間経過に伴う排気導入壁の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【図１７】図１７は、コントローラによる全閉制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、従来技術及び本実施形態の可変ターボ過給機の制御方法を用いた場合における、ノズル部を速やかに全閉状態に制御する際の排気導入壁の現在位置と目標位置との経時変化を示す図である。
【図１９】図１９は、本実施形態の可変ターボ過給機の制御方法を用いた場合における、ノズル部を速やかに全閉状態に制御する必要がない際の（ａ）電磁比例弁に対する電流指令値と（ｂ）排気導入壁の位置との経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である可変ターボ過給機の構成及びその動作について説明する。なお、本実施形態では、可変ターボ過給機は、ディーゼルエンジンを駆動源として用いる建設機械に搭載されているものとし、また、建設機械は、モータ，シリンダ等のアクチュエータやステアリング機構等の作業機を備えるものとする。
【００１８】
〔可変ターボ過給機の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である可変ターボ過給機の構成について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態である可変ターボ過給機の構成を示す断面図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である可変ターボ過給機１は、図の左側及び右側にそれぞれ給気コンプレッサ及び排気タービンを備えた構成になっており、図示しないディーゼルエンジンの本体に設けられている。なお、給気コンプレッサ側の構成は、本願発明の出願時点で既に公知であるので、以下ではその詳細な説明を省略する。
【００２０】
排気タービン側のタービンハウジング２内には、タービンホイール３が収容されている。給気コンプレッサ側のコンプレッサハウジング４内には、コンプレッサインペラ５が収容されている。タービンホイール３にはシャフト６が一体に設けられ、シャフト６の先端にはコンプレッサインペラ５が取り付けられている。シャフト６は、センターハウジング７に回転自在に支持されている。
【００２１】
タービンハウジング２には、ディーゼルエンジンからの排気ガスを導入するボリュート状の排気導入路１０が設けられている。排気導入路１０には、ノズル部１１が周方向に連続して設けられている。ノズル部１１は、互いに対向する一対の排気導入壁１２，１３によって形成されている。
【００２２】
ノズル部１１から噴出された排気ガスは、タービンホイール３を回転させた後、排気出口１４から排気され、図示しないＤＰＦに導かれる。タービンホイール３の回転は、シャフト６を介してコンプレッサインペラ５に伝達され、コンプレッサインペラ５の回転によって給気が圧縮過給される。図示しないＤＰＦは、排気ガス中に含まれるＰＭの量を低減した後、排気ガスを外気に排出する。
【００２３】
排気導入壁１２は、断面コの字形状で環状とされた可動リング１５の側面１６によって形成されている。可動リング１５は、センターハウジング７に設けられた環状の収容室１７内に収容されている。可動リング１５の側面１６には、複数のノズルベーン１８が等周間隔で取り付けられている。複数のノズルベーン１８は、他方の排気導入壁１３側に向けて突出している。
【００２４】
排気導入壁１３には、凹部１９が周方向に連続して設けられ、凹部１９内に各ノズルベーン１８の先端側が収容される。このような構造においては、後述するスライド機構２０によって可動リング１５を往復運動させることによって排気導入壁１２を排気導入壁１３に対し近接／離間させることにより、ノズル部１１の開口面積を調整する。ノズル部１１及び排気導入壁１２はそれぞれ、本発明に係る排気導入路及び排気導入部材として機能する。
【００２５】
〔スライド機構の構成〕
次に、図２，図３を参照して、スライド機構２０の構成について説明する。図２は、スライド機構２０の構成を示す図であり、図１におけるII矢視図である。図３は、スライド機構２０の要部の構成を示す断面図である。
【００２６】
図２，図３に示すように、スライド機構２０は、センターハウジング７の下部側に挿通された駆動シャフト２１を備える。駆動シャフト２１の途中位置には、上方に向かって円弧状に延設された一対のアーム２２，２２が固定されている。各アーム２２の先端側には、水平方向外側に突出したピン２３が取り付けられ、ピン２３にはスライダ２４が嵌め込まれている。スライダ２４は、シャフト６に対して平行に配設された支持ロッド２５の基端側の摺動溝２６に摺動自在に嵌合している。
【００２７】
支持ロッド２５の先端部は、可動リング１５の裏面側に接合されている。駆動シャフト２１は、その端部に設けられたアーム２７を介して油圧サーボ駆動装置３０によって回転駆動される。このような構造では、駆動シャフト２１が回転するのに応じて、アーム２２がシャフト６の軸方向に沿って揺動し、支持ロッド２５が移動する。そして、支持ロッド２５が移動するのに応じて、可動リング１５が移動し、排気導入壁１２が排気導入壁１３に対して近接／離間する。
【００２８】
〔油圧サーボ駆動装置の構成〕
次に、図４，図５を参照して、油圧サーボ駆動装置３０の構成について説明する。
図４は、スライド機構２０と油圧サーボ駆動装置３０との連結部の構成を示す斜視図である。図５は、油圧サーボ駆動装置３０の構成を示す断面図である。
【００２９】
図４，図５に示すように、油圧サーボ駆動装置３０は、油圧ピストン３１を上下方向に往復運動させることによってアーム２７を介して駆動シャフト２１を回転させる構造になっている。このため、油圧ピストン３１の外周には、軸方向に対して直交した摺動溝３２が設けられている。また、アーム２７には、摺動溝３２側に突出したピン２８が設けられている。そして、このピン２８にスライダ２９が嵌め込まれ、スライダ２９が摺動溝３２に摺動自在に嵌合している。このような構成では、油圧ピストン３１が上下動するのに応じて、スライダ２９が上下動すると共に摺動溝３２に沿って摺動する。このスライダ２９の動きとピン２８の回動とによりアーム２７の円弧動が許容され、アーム２７が回転し、駆動シャフト２１が回転する。
【００３０】
油圧サーボ駆動装置３０は、油圧ピストン３１，ハウジング３３，及びパイロットスプール３４を備え、ハウジング３３の開口部３３Ａ周りをシールするＯリング７０を介して可変ターボ過給機１のセンターハウジング７に取り付けられている。ハウジング３３は、一部に開口部３３Ａを有し、油圧ピストン３１を摺動自在に収容する。パイロットスプール３４は、油圧ピストン３１の軸方向に貫通したセンターホール３５内に収容され、パイロット圧によって軸方向に摺動する。
【００３１】
ハウジング３３の外形形状は角柱状とされ、ハウジング３３の内部には上下方向に貫通する円筒状のシリンダ空間３６が設けられている。シリンダ空間３６内には油圧ピストン３１が収容されている。シリンダ空間３６の上下端側はＯリング７１，７２を介して閉塞部材３７，３８によって密閉されている。ハウジング３３の開口部３３Ａに対応した位置には、駆動シャフト２１と油圧ピストン３１との連結部３９が設けられている。従って、開口部３３Ａの大きさは、油圧ピストン３１及びスライダ２９の摺動量を考慮して設定されている。
【００３２】
ハウジング３３の開口部３３Ａとは反対側の側面には、コントローラ１００によって制御される電磁比例弁８０からのパイロット圧を供給するパイロットポート４１，図示しない昇圧ポンプからの圧油を供給するポンプポート４２，及び圧油を戻すドレインポート４３が設けられている。電磁比例弁８０及び図示しない昇圧ポンプは、可変ターボ過給機１が搭載される同一のディーゼルのエンジン本体に設置されている。
【００３３】
シリンダ空間３６は、油圧ピストン３１が摺動する部分と、その上方部分とが仕切部材４４によって仕切られている。仕切部材４４は、シリンダ空間３６の内周面に設けられた段差部分に当接し、当接部分の近傍には仕切部材４４で仕切られた空間をシールするためのＯリング７３が設けられている。仕切部材４４には下方に垂下した筒部４５が設けられ、この筒部４５が油圧ピストン３１のセンターホール３５の上方側に入り込んでいる。そして、仕切部材４４で仕切られた上方の空間がパイロット油圧室４６とされ、パイロット油圧室４６とパイロットポート４１とが連通している。
【００３４】
仕切部材４４で仕切られた下方の空間は、仕切部材４４と油圧ピストン３１の上端面との間に形成される第１油圧室４７となっている。つまり、パイロット油圧室４６は、第１油圧室４７に対して軸方向の外側、すなわち本実施形態では上側にずれており、この配置によって油圧サーボ駆動装置３０が大径化することを抑制している。油圧ピストン３１の下端面と下側の閉塞部材３８との間には、第２油圧室４８が形成されている。
【００３５】
油圧ピストン３１には、センターホール３５とハウジング３３のポンプポート４２とを連通させて、ポンプからの圧油をセンターホール３５内に流入させるプレッシャ油路５１が設けられている。プレッシャ油路５１の外周側は、径方向に対向して形成された溝部分に開口しており、溝部分が所定の上下寸法を有することにより、油圧ピストン３１のストローク内でプレッシャ油路５１とポンプポート４２とが常時連通することになる。
【００３６】
油圧ピストン３１には、センターホール３５とハウジング３３のドレインポート４３とを連通させて、センターホール３５内の圧油をタンクに戻すリターン油路５２が設けられている。リターン油路５２の外周側は、油圧ピストン３１の外周に形成された溝部分に開口しており、油圧ピストン３１のストローク内ではやはりリターン油路５２とドレインポート４３とが常時連通する。本実施形態では、油圧ピストン３１と駆動シャフト２１との連結部３９が、丁度リターン油路５２の反対側に対応した位置に設けられていることになり、プレッシャ油路５１に対して軸方向下側にずれて位置している。
【００３７】
油圧ピストン３１には、センターホール３５と上方の第１油圧室４７とを連通させる第１ピストン油路５３、及びセンターホール３５と下方の第２油圧室４８とを連通させる第２ピストン油路５４が設けられている。第１ピストン油路５３のセンタ−ホール３５側の開口部分は、プレッシャ油路５１の開口部分よりも下方に位置し、第２ピストン油路５４のセンターホール３５側の開口部分は、プレッシャ油路５１の開口部分よりも上方に位置している。第１及び第２ピストン油路５３，５４はそれぞれ、プレッシャ油路５１及びリターン油路５２に連通しない位置に設けられている。
【００３８】
センターホール３５の下方側は、当接部材５５が油圧ピストン３１にＯリング７４を介して螺設されることで密閉されている。油圧ピストン３１は、当接部材５５を介して閉塞部材３８に当接し、当接した位置が油圧ピストン３１の最下位置となる。第２油圧室４８内において、閉塞部材３８と当接部材５５との間にはコイルばね５６が配置され、油圧ピストン３１の上方側への移動をアシストしている。これにより、図示しない昇圧ポンプの故障等によって油圧サーボ駆動装置３０に繋がる配管内の圧油がなくなった時でも、コイルばね５６のばね力によって可変ターボ過給機１のノズル部１１の開度が全開状態に維持されるようになっている。
【００３９】
パイロットスプール３４は、略中央部分に第１及び第２のスプールランド６１，６２を備える。パイロットスプール３４の内部には、下方に開口したリターン油路６３が設けられている。第１スプールランド６１の上側の溝部分とリターン油路６３とは連通し、第２スプールランド６２の下側の溝部分とリターン油路６３とは同様に連通している。また、リターン油路６３の下側が開口していることにより、リターン油路６３，リターン油路５２，及びドレインポート４３が連通している。
【００４０】
パイロットスプール３４は、仕切部材４４の筒部４５を通して油圧ピストン３１のセンターホール３５内を上下に摺動可能であり、その上端部分はパイロット油圧室４６内に配置された保持部材６４に螺合保持されている。パイロット油圧室４６内において、保持部材６４はコイルバばね６５によって上方に付勢されている。パイロットスプール３４は、コイルばね６５の付勢力に抗するパイロット圧の加圧によって下方に移動し、パイロット圧油の減圧によってコイルばね６５の付勢力で上方へ移動する。
【００４１】
保持部材６４には、移動部材８１が螺合保持されている。移動部材８１は、閉塞部材３７を挿通することができるように配置されている。磁力センサ８２は、閉塞部材３７に固定された筐体８３に設けられている。移動部材８１は、筐体８３内を移動することができるように配置されている。磁力センサ８２は、非接触で磁力を検出可能なホールＩＣを想定し、移動部材８１の軸長手方向の所定箇所には磁石８１ａが設けられている。磁気センサ８２は、本発明に係る排気導入部材の現在位置を検出する検出器として機能する。
【００４２】
磁力センサ８２によって検出される磁力の大きさは、移動部材８１の移動に応じて変化する。従って、磁力センサ８２によって検出される磁力の大きさを位置に変換することによって、移動部材８１の位置を検出することができる。移動部材８１は、保持部材６４を介してパイロットスプール３４と一緒に移動する。そして、パイロットスプール３４の動きに追従して油圧ピストン３１が移動する。このため、磁力センサ８２によって油圧ピストン３１の位置、すなわち排気導入壁１２の位置を検出することができる。
【００４３】
〔油圧サーボ駆動装置の動作〕
次に、再び図５を参照して、油圧サーボ駆動装置３０の動作について説明する。
【００４４】
図５は、コイルばね６５の付勢力を超えるパイロット圧が加圧されることでパイロットスプール３４及び油圧ピストン３１の両方が最下位置にある状態を示している。この状態の時には、パイロットスプール３４の下端は、当接部材５５の上側に当接している。また、当接部材５５の下端は、閉塞部材３８に当接している。さらに、この位置では、パイロットスプール３４の上側の第１スプールランド６１は第２ピストン油路５４の上側開口部に対して下方にずれている。これにより、第２ピストン油路５４はリターン油路６３を介してリターン油路５２に連通し、第２油圧室４８内の圧油がドレインされている。一方、第２スプールランド６２は第１ピストン油路５３の下側開口部に対して下方にずれており、プレッシャ油路５１と第１ピストン油路５３とが連通している。このため、プレッシャ油路５１及び第１ピストン油路５３を介して第１油圧室４７に圧油が供給される。
【００４５】
この図５に示す状態から、パイロット油圧室４６内の圧油を所定のパイロット圧に減圧すると、パイロットスプール３４がパイロット圧に応じた力とコイルばね６５のばね力とが釣り合う位置まで上昇する。これに伴い、第１スプールランド６１は、第２ピストン油路５４の上側開口部に対し上方にずれる。このため、第２ピストン油路５４とプレッシャ油路５１とが連通し、第２油圧室４８に圧油が供給される。この動作と同時に、第２スプールランド６２は第１ピストン油路５３の上側開口部に対し上方にずれる。このため、第１ピストン油路５３とリターン油路６３とが連通し、第１油圧室４７にあった圧油の一部がドレインされる。これにより、油圧ピストン３１は、パイロットスプール３４に追従するように上昇する。油圧ピストン３１の上昇作動は、第１，第２スプールランド６１，６２によって第１，第２ピストン油路５３，５４が閉じられた時点で終了する。油圧ピストン３１は、パイロットスプール３４の停止位置に応じた位置で同様に停止する。
【００４６】
パイロット圧が完全に抜かれると、保持部材６４の上端がパイロット油圧室４６の天井面に当接した状態になるまでパイロットスプール３４が上方に移動する。この移動に追従して油圧ピストン３１が作動し、その上端が仕切部材４４に当接するまで上昇する。このようにしてパイロットスプール３４及び油圧ピストン３１が共に最上位置まで移動すると、第２油圧室４８内に圧油が充満した状態で第１，第２ピストン油路５３，５４がそれぞれ、第１，第２スプールランド６１，６２によって閉じられる。
【００４７】
油圧ピストン３１を再度下方の所定位置まで移動させる場合には、パイロット圧を供給してパイロットスプール３４を所定位置まで下降させる。これにより、第２ピストン油路５４が再度リターン油路６３と連通し、第２油圧室４８内の圧油の一部がドレインされ、油圧ピストン３１が下降する。この下降動作は、第１，第２スプールランド６１，６２によって第１，第２ピストン油路５３，５４が閉じられた時点で終了し、油圧ピストン３１はパイロットスプール３４の停止位置に応じた位置で同様に停止する。
【００４８】
以上のように、パイロット圧を低下させるのに応じて、パイロットスプール３４が油圧ピストン３１に対して上昇し、その動きに追従して油圧ピストン３１も上昇する。また、パイロット圧を上昇させるのに応じて、パイロットスプール３４が油圧ピストン３１に対して下降し、その動きに追従して油圧ピストン３１も下降する。
【００４９】
〔制御系の構成〕
次に、図６乃至図８を参照して、油圧サーボ駆動装置３０の制御装置の構成について説明する。
【００５０】
図６は、油圧サーボ駆動装置３０の制御装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、油圧サーボ駆動装置３０の制御装置は、コントローラ１００を備える。コントローラ１００は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，入出力回路等を含むマイクロコンピュータによって実現される。マイクロコンピュータのＲＯＭ内には、制御プログラムと、後述する目標上限値テーブルとが予め記憶されている。
【００５１】
コントローラ１００内のＣＰＵは、ＲＯＭ内に格納されている制御プログラムをＲＡＭ内にロードし、ＲＡＭ内にロードされた制御プログラムを実行することによって、油圧ピストン３１を介してノズル部１１の開度を制御する。具体的には、コントローラ１００は、磁力センサ８２によって検出された磁力の大きさをフィードバック信号として、フィードバック信号に従って電磁比例弁８０の開度を制御する電気信号を比例制御することにより、油圧ピストン３１の位置を目標位置に制御する。これにより、排気導入壁１３に対して排気導入壁１２が近接／離間し、ノズル部１１の開度を目標開度に制御することができる。
【００５２】
図７は、図６に示すコントローラ１００の構成を示す機能ブロック図である。図７に示すように、コントローラ１００は、車両状態判別部１１０，目標位置設定部１２０，検出部１３０，目標位置制限部１４０，及び調節／操作部１５０を備える。車両状態判別部１１０は、速度段センサ１１１と、作業機センサ１１２と、ＤＰＦ再生指示ボタン１１３と、に接続されている。
【００５３】
速度段センサ１１１は、建設機械のトランスミッションの位置を検出し、検出された位置を示す信号を車両状態判別部１１０に入力する。作業機センサ１１２は、建設機械の作業機を操作する作業機レバーの操作量を検出し、検出された操作量を示す信号を車両状態判別部１１０に入力する。ＤＰＦ再生指示ボタン１１３は、ＤＰＦの強制再生処理の実行を指示されるのに応じて、ＤＰＦの強制再生処理の実行が指示されたことを示すＤＰＦ再生指示フラグがオンになったことを示す信号を車両状態判別部１１０に入力する。
【００５４】
車両状態判別部１１０は、速度段センサ１１１，作業機センサ１１２，及びＤＰＦ再生指示ボタン１１３からの信号に基づいて建設機械の状態を判別し、判別結果を示す制御信号を目標位置設定部１２０に出力する。具体的には、車両状態判別部１１０は、速度段センサ１１１，作業機センサ１１２，及びＤＰＦ再生指示ボタン１１３からの信号に基づいて、ＤＰＦ再生指示フラグがオンになっているか否か及び建設機械が作動中であるか否かを判別し、判別結果を示す制御信号を目標位置設定部１２０に出力する。速度段センサ１１１，作業機センサ１１２，及びＤＰＦ再生指示ボタン１１３は、本発明に係る速度段検出部，作業機検出部，及びＤＰＦ再生指示部として機能する。
【００５５】
目標位置設定部１２０は、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の目標位置、すなわちノズル部１１の開度を設定する。検出部１３０は、磁力センサ８２によって検出される磁力の大きさに基づいて油圧ピストン３１の位置を特定し、特定された油圧ピストン３１の位置に基づいて排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の現在位置を算出する。検出部１３０は、算出された排気導入壁１２の位置情報を目標位置制限部１４０に出力する。
【００５６】
目標位置制限部１４０は、目標位置設定部１２０により設定された目標位置と検出部１３０により算出された現在位置とに基づいて排気導入壁１２の制御目標位置を決定し、決定した制御目標位置を調節／操作部１５０に出力する。調節／操作部１５０は、目標位置制限部１４０によって決定された制御目標位置に向けて排気導入壁１２が排気導入壁１３へ近接／離間するように電磁比例弁８０の開度を制御する電気信号を出力する。
【００５７】
図８は、図７に示す目標位置制限部１４０の構成を示す機能ブロック図である。図８に示すように、目標位置制限部１４０は、目標位置テーブル記憶部１４１，目標位置演算処理部１４２，及び最小値選択部１４３を備える。目標位置テーブル記憶部１４１は、排気導入壁１２を排気導入壁１３に近接させる方向、すなわちノズル部１１を閉じる方向に制御する際の、排気導入壁１２の現在位置と目標位置との関係を示す目標位置テーブルを記憶する。目標位置テーブルの詳細については後述する。
【００５８】
目標位置演算処理部１４２は、目標位置テーブル記憶部１４１に記憶されている目標位置テーブルを参照して、検出部１３０により検出された排気導入壁１２の現在位置に対応する目標位置を抽出する。最小値選択部１４３は、目標位置設定部１２０により設定された排気導入壁１２の目標位置と目標位置演算処理部１４２によって抽出された排気導入壁１２の目標位置とのうち、値が小さい方、すなわちノズル部１１の開度が大きい方の目標位置を排気導入壁１２の制御目標位置として出力する。
【００５９】
〔目標位置テーブルの構成〕
次に、図９乃至図１１を参照して、目標位置テーブル記憶部１４１に記憶される目標位置テーブルの構成について説明する。図９は、目標位置テーブルの一例を示す図である。図１０は、図９に示す目標位置テーブルをグラフ化した図である。図１１は、本実施形態における排気導入壁１２の位置の表記方法を説明するための図である。
【００６０】
図９及び図１０に示すように、目標位置テーブルは、排気導入壁１２の目標位置を排気導入壁１２の現在位置毎に記述した構成になっている。本実施形態では、排気導入壁１２の位置は、図１１に示すように、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の接近度合［％］、すなわち排気導入壁１２によってノズル部１１が閉じている割合［％］により表現されている。すなわち、ノズル部１１が全開状態である時は、排気導入壁１２の位置は０［％］と表され、ノズル部１１が全閉状態である時には、排気導入壁１２の位置は１００［％］と表される。なお本実施形態では、排気導入壁１２の位置をノズル部１１の開度によって表現したが、本発明はこの表記方法に限定されることはなく、例えば座標値等により排気導入壁１２の位置を表現してもよい。
【００６１】
図９及び図１０に示す各目標位置は、対応する現在位置から目標位置に向けて排気導入壁１２を移動させた際、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートした場合であっても、排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない大きさの最大値に設定されている。各目標位置の設定方法については後述する。また排気導入壁１２の現在位置が全閉位置１００［％］から所定の範囲内にある時、目標位置は全閉位置１００［％］に設定されている。本実施形態では、排気導入壁１２の現在位置が９０［％］以上である時を所定の範囲として、目標位置が全閉位置１００［％］に設定されているが、所定の範囲は適宜設定可能である。
【００６２】
排気導入壁１２の現在位置が全閉位置１００［％］から所定の範囲内にある時（本実施形態では、排気導入壁１２の現在位置が９０［％］以上であり、且つ、制御を継続している時）に目標位置を全閉位置１００［％］に設定した理由には以下の２つの理由がある。第１の理由は、現在位置から全閉位置１００［％］に向けて排気導入壁１２を移動させた際、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートした場合であっても、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の衝突度合いが小さく、破損の恐れがないためである。第２の理由は、排気導入壁１２の現在位置が全閉位置１００［％］から所定の範囲内の目標位置についても、他の目標位置と同様、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートすることによって排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない大きさに設定した場合には、排気導入壁１２が排気導入壁１３にゆっくりと近づくようになり、応答速度が遅くなるためである。従って、目標上限位置を全閉位置１００［％］とする所定の範囲は、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の衝突度合いと応答速度とを考慮して設定される。
【００６３】
上述の通り、本実施形態では、排気導入壁１２の現在位置が全閉位置１００［％］から所定の範囲内にある時に目標位置を全閉位置１００［％］に設定したが、応答速度が多少遅くなることが許容できるのであれば、図１２，図１３に示すように、全ての目標位置を、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートすることによって排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない大きさの最大値に設定するようにしてもよい。
【００６４】
〔目標位置の設定方法〕
次に、図１４乃至図１６を参照して、幾つかの具体例に基づいて目標位置テーブルにおける目標位置の設定方法を説明する。
【００６５】
上述の通り、排気導入壁１２の目標位置は、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートした場合であっても、排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない大きさの最大値に設定される。但し、この最大値は、排気導入壁１２の現在位置に応じて変化する。そこで、以下では、排気導入壁１２の現在位置が０［％］，４０［％］，及び６０［％］である場合について、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートした場合であっても、排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない大きさの最大値を算出する。
【００６６】
図１４は、排気導入壁１２の現在位置が全開位置０［％］である時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８０［％］，（ｃ）７０［％］に設定した場合における、時間経過に伴う排気導入壁１２の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【００６７】
図１４（ａ）に示すように、目標位置を全閉位置１００［％］に設定した場合、時刻Ｔ＝Ｔ１の時に、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートし、排気導入壁１２が排気導入壁１３に衝突する。また、図１４（ｂ）に示すように、目標位置を位置８０［％］に設定した場合も同様に、時刻Ｔ＝Ｔ２の時に、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートし、排気導入壁１２が排気導入壁１３に衝突する。これに対して、図１４（ｃ）に示すように、目標位置を位置７０［％］に設定した場合には、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートしても、排気導入壁１２は排気導入壁１３に接触することなく目標位置である位置７０［％］に制御される。
【００６８】
以上のことから、排気導入壁１２の現在位置が全開位置０［％］である時には、目標位置を７０［％］に設定することによって、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の接触を抑制しつつ、排気導入壁１２の位置を速やかに全閉位置に近づけることができるという知見が得られる。
【００６９】
図１５は、排気導入壁１２の現在位置が位置４０［％］にある時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８２［％］に設定した場合における時間経過に伴う排気導入壁１２の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【００７０】
図１５（ａ）に示すように、目標位置を全閉位置１００［％］に設定した場合、時刻Ｔ＝Ｔ３の時に、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートし、排気導入壁１２が排気導入壁１３に衝突する。これに対して、図１５（ｂ）に示すように、目標位置を位置８２［％］に設定した場合には、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートしても、排気導入壁１２は排気導入壁１３に接触することなく目標位置である位置８２［％］に制御される。
【００７１】
以上のことから、排気導入壁１２の現在位置が位置４０［％］にある時には、目標位置を８２［％］に設定することによって、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の接触を抑制しつつ、排気導入壁１２の位置を速やかに全閉位置に近づけることができるという知見が得られる。
【００７２】
図１６は、排気導入壁１２の現在位置が位置６０［％］にある時に目標位置を（ａ）１００［％］，（ｂ）８８［％］に設定した場合における時間経過に伴う排気導入壁１２の位置の変化を示すシミュレーション波形図である。
【００７３】
図１６（ａ）に示すように、目標位置を全閉位置１００［％］に設定した場合、時刻Ｔ＝Ｔ４の時に、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標位置に対してオーバーシュートし、排気導入壁１２が排気導入壁１３に衝突する。これに対して、図１６（ｂ）に示すように、目標位置を位置８８［％］に設定した場合には、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標位置に対してオーバーシュートしても、排気導入壁１２は排気導入壁１３に接触することなく目標位置である位置８８［％］に制御される。
【００７４】
以上のことから、排気導入壁１２の現在位置が位置６０［％］にある時には、目標位置を８８［％］に設定することによって、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の接触を抑制しつつ、排気導入壁１２の位置を全閉位置に近づけることができるという知見が得られる。
【００７５】
以上のように、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値からオーバーシュートすることによって排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない目標位置の最大値に排気導入壁１２の目標位置を設定することによって、排気導入壁１３に対する排気導入壁１２の接触を抑制しつつ、排気導入壁１２の位置を速やかに全閉位置に近づけることができる。
【００７６】
〔全閉制御処理〕
このような構成を有する可変ターボ過給機１では、コントローラ１００が以下に示す全閉制御処理を実行することにより、ノズル部１１が破損することを抑制しつつ、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する。以下、図１７に示すフローチャートを参照して、コントローラ１００による全閉制御処理の流れについて説明する。
【００７７】
コントローラ１００による全閉制御処理は、可変ターボ過給機１が搭載された建設機械のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられたタイミングで開始となり、全閉制御処理はステップＳ１の処理に進む。この全閉制御処理は、建設機械のイグニッションスイッチがオン状態である間、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００７８】
ステップＳ１の処理では、コントローラ１００の車両状態判別部１１０が、ＤＰＦ再生指示ボタン１１３からの入力信号に基づいてＤＰＦ再生指示フラグがオン状態になっているか否かを判別する。判別の結果、ＤＰＦ再生指示フラグがオン状態である場合、コントローラ１００は、ＤＰＦの強制再生処理が指示されたと判断し、全閉制御処理をステップＳ２の処理に進める。一方、ＤＰＦ再生指示フラグがオフ状態である場合には、コントローラ１００は、ＤＰＦの強制再生処理が指示されていないと判断し、全閉制御処理を終了する。
【００７９】
ステップＳ２の処理では、図７に示すように、コントローラ１００の車両状態判別部１１０が、建設機械が作動中であるか否かを判別する。具体的には、コントローラ１００は、速度段センサ１１１及び作業機センサ１１２からの入力信号に基づいて、建設機械のトランスミッションの位置が走行位置にあるか否か、又は、作業機レバーが操作中であるか否かを判別する。そして、建設機械のトランスミッションの位置が走行位置にあり、又は、作業機レバーが操作中である場合、コントローラ１００は、建設機械は作動中であると判定する。一方、建設機械のトランスミッションの位置がパーキング位置にあり、且つ、作業機レバーが中立位置にあり操作されていない場合、コントローラ１００は、建設機械は作動中でないと判定する。判別の結果、建設機械が作動中である場合、コントローラ１００は、ドージング燃料が不完全燃焼することによってススが排出されることを抑制するためにノズル部１１を速やかに全閉状態にする必要があると判断し、全閉制御処理をステップＳ３の処理に進める。一方、建設機械が作動中でない場合には、コントローラ１００は、ノズル部１１を速やかに全閉状態にする必要がないと判断し、全閉制御処理をステップＳ７の処理に進める。
【００８０】
ステップＳ３の処理では、コントローラ１００の検出部１３０が、排気導入壁１２の現在位置[％]を検出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、全閉制御処理はステップＳ４の処理に進む。
【００８１】
ステップＳ４の処理では、コントローラ１００の目標位置制限部１４０の中の目標位置演算処理部１４２が、目標位置テーブルからステップＳ３の処理により検出された排気導入壁１２の現在位置に対応する目標位置のデータを取得する。また、コントローラ１００は、目標位置設定部１２０として機能することにより、排気導入壁１２の目標位置を全閉位置１００［％］に設定する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、全閉制御処理はステップＳ５の処理に進む。
【００８２】
ステップＳ５の処理では、コントローラ１００の目標位置制限部１４０の中の最小値選択部１４３が、目標位置演算処理部１４２により取得された排気導入壁１２の目標位置と目標位置設定部１２０により設定された排気導入壁１２の目標位置との間で値が小さい方、すなわちノズル部１１の開度が大きい方の排気導入壁１２の位置を制御目標位置に決定する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、全閉制御処理はステップＳ６の処理に進む。
【００８３】
ステップＳ６の処理では、コントローラ１００の調節／操作部１５０が、目標位置制限部１４０によって決定された制御目標位置に向けて排気導入壁１２が移動するように電磁比例弁８０に対し電流指令値を出力してパイロット圧を制御する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、一連の全閉制御処理は終了する。
【００８４】
一方、ステップＳ７の処理では、建設機械のトランスミッションの位置がパーキング位置にあり、且つ、作業機レバーが中立位置にある場合、図７に示すように、コントローラ１００が、前回の全閉制御処理において電磁比例弁８０に対して出力した電流指令値Ｉ’に所定の増分電流ΔＩ（＞０）を加えた値を電磁比例弁８０に対して出力する電流指令値Ｉとして算出する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、全閉制御処理はステップＳ８の処理に進む。
【００８５】
ステップＳ８の処理では、図７に示すように、コントローラ１００が、ステップＳ７の処理によって算出された電流指令値Ｉがノズル部１１を全閉状態に制御する際の最大電流指令値Ｉｍａｘ以上であるか否かを判別する。判別の結果、電流指令値Ｉが最大電流指令値Ｉｍａｘ以上である場合、コントローラ１００は、全閉制御処理をステップＳ９の処理に進める。一方、電流指令値Ｉが最大電流指令値Ｉｍａｘ未満である場合には、コントローラ１００は、全閉制御処理をステップＳ１０の処理に進める。
【００８６】
ステップ９の処理では、コントローラ１００が、最大電流指令値Ｉｍａｘを電磁比例弁８０に出力する。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、一連の全閉制御処理は終了する。
【００８７】
ステップＳ１０の処理では、コントローラ１００が、ステップＳ７の処理によって算出された電流指令値Ｉを電磁比例弁８０に出力する。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、一連の全閉制御処理は終了する。
【００８８】
最後に、図１８及び図１９を参照して、本実施形態の可変ターボ過給機１の制御方法により得られる効果について説明する。
【００８９】
図１８は、従来技術及び本実施形態の可変ターボ過給機１の制御方法を用いた場合における、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する際の排気導入壁１２の現在位置と目標位置との経時変化を示す図である。また、図１９は、本実施形態の可変ターボ過給機１の制御方法を用いた場合における、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する必要がない際の（ａ）電磁比例弁８０に対する電流指令値Ｉと（ｂ）排気導入壁１２の位置との経時変化を示す図である。
【００９０】
なお、図１８中、符号Ｌ１は、本実施形態の可変ターボ過給機１の制御方法における排気導入壁１２の制御目標位置の時間変化を示す曲線である。符号Ｌ２は、図９，図１０に示す目標位置テーブルを用いた際の排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線である。符号Ｌ３は、図１２，図１３に示す目標位置テーブルを用いた際の排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線である。符号Ｌ４は、従来技術における排気導入壁１２の制御目標位置の時間変化を示す曲線である。符号Ｌ５は、従来技術における排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線である。なお、曲線Ｌ３に対応する制御目標位置の時間変化を示す曲線は、排気導入壁１２の現在位置が全閉位置から所定範囲内にある時だけ制御目標位置が曲線Ｌ１に示す制御目標位置の値と異なるだけであるので、図示を省略した。
【００９１】
従来技術は、ノズル部１１を全閉状態に制御する際に排気導入壁１２が排気導入壁１３に強く衝突することを避けるために、油圧サーボバルブの実開度と目標開度との偏差を所定のレベル範囲に制限する。従って、従来技術では、排気導入壁１２の制御目標位置は、図１８中の曲線Ｌ４に示すように、線形的に変化し、排気導入壁１２は、図１８中の曲線Ｌ５に示すように、排気導入壁１３に衝突しても問題がない一定速度で全閉位置１００［％］に制御される。このため、従来技術によれば、ＤＰＦの強制再生処理を実行する際に排気ガスの温度が所定温度未満である場合、すなわちノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する必要性がある場合、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御することができず、ドージング燃料が不完全燃焼することによってススが排出されるおそれがある。
【００９２】
これに対して、本実施形態の可変ターボ過給機１の制御方法では、上述の通り、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する必要性がある場合、コントローラ１００が、図１８中の曲線Ｌ１に示すように、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートしても排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない目標位置の最大値に目標位置を制御する。そして、このような制御方法によれば、図１８中の曲線Ｌ２（図９，図１０に示す目標位置テーブルを用いた際の排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線）及び曲線Ｌ３（図１２，図１３に示す目標位置テーブルを用いた際の排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線）と曲線Ｌ５との比較から明らかなように、従来技術よりも短時間で排気導入壁１２の位置を全閉位置１００［％］に制御し、ノズル部１１を速やかに全閉状態に制御することができる。また、排気導入壁１２の目標位置は、油圧サーボ駆動装置３０の制御量が目標値に対してオーバーシュートしても排気導入壁１２が排気導入壁１３に接触しない目標位置の最大値に設計されているので、排気導入壁１２が排気導入壁１３に強く衝突することによって、ノズル部１１が破損することを防止できる。
【００９３】
一方、建設機械のトランスミッションの位置がパーキング位置にあり、且つ、作業機レバーが中立位置にある場合、、つまりノズル部１１を速やかに全閉状態に制御する必要がない場合には、コントローラ１００は、図１９（ａ）に示すように電磁比例弁８０に対する電流指令値Ｉを所定の増分ΔＩ／ΔＴ（ΔＴ：制御周期）で変化させることにより、図１９（ｂ）に示すように排気導入壁１２の現在位置に関係なく排気導入壁１２を排気導入壁１３に衝突しても問題がない一定速度で全閉位置１００［％］に制御するので、排気導入壁１２が排気導入壁１３に強く衝突することによって、ノズル部１１が破損することを防止できる。なお、この場合、排気導入壁１２の位置の時間変化を示す曲線は、例えば図１８に示す曲線Ｌ５のようになる。
【００９４】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、上記実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態では、建設機械が作動中である場合にノズル部１１を速やかに全閉状態に制御したが、建設機械が作動中であるか否かに関係なく、ＤＰＦの強制再生処理を実行する場合には常にノズル部１１を速やかに全閉状態に制御するようにしてもよい。また、本実施形態は、排気導入壁１２が排気導入壁１３に接近する方向、すなわちノズル部１１を全閉状態に制御する場合において、排気導入壁１２が排気導入壁１１に強く衝突することを抑制しつつノズル部１１を速やかに全閉状態に制御するものであった。しかしながら、本発明の技術思想は、ノズル部１１を全閉状態に制御する場合の制御に限定されることはなく、排気導入壁１２が排気導入壁１３から離間する方向、すなわちノズル部１１を全開状態に制御する場合において、可動リング１５が収容室１７の壁面に強く衝突することを抑制しつつノズル部１１を速やかに全開状態に制御する場合にも適用することができる。このように、上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は、全て本発明の範疇に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、可変ターボ過給機のノズル部を全閉状態に制御する可変ターボ過給機の制御装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１ 可変ターボ過給機
１０ 排気導入路
１１ ノズル部
１２，１３ 排気導入壁
３０ 油圧サーボ駆動装置
３１ 油圧ピストン
８０ 電磁比例弁
８１ 移動部材
８１ａ 磁石
８２ 磁力センサ
１００ コントローラ
１１０ 車両状態判別部
１１１ 速度段センサ
１１２ 作業機センサ
１１３ ＤＰＦ再生指示ボタン
１２０ 目標位置設定部
１３０ 検出部
１４０ 目標位置制限部
１４１ 目標位置テーブル記憶部
１４２ 目標位置演算処理部
１４３ 最小位置選択部
１５０ 調節／操作部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧サーボバルブを作動させることによって、可変ターボ過給機の排気導入路に設けられた排気導入部材を移動させることにより、排気導入路の開口面積を制御する可変ターボ過給機の制御装置において、
前記排気導入部材の現在位置を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された排気導入部材の現在位置をフィードバックすることによって前記油圧サーボバルブの制御量を調整するコントローラと、を備え、
前記コントローラが、排気導入路を閉める場合に、油圧サーボバルブの制御量がオーバーシュートしても排気導入部材の位置が排気導入路を閉める全閉位置にならないように、前記排気導入部材の現在位置に応じた目標値より小さい制御目標位置を用いて前記油圧サーボバルブの制御量を出力すること
を特徴とする可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項２】
前記排気導入部材の現在位置が前記全閉位置から所定範囲内にある場合、前記排気導入部材の制御目標位置を前記全閉位置に設定することを特徴とする請求項１に記載の可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項３】
ディーゼルエンジンから排出された排出ガスに含まれる粒子状物質の量を低減するディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生処理の実行を指示するＤＰＦ再生指示部を備え、
前記ＤＰＦ再生指示部によってディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生処理の実行が指示された場合、前記フィードバック制御を実行すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項４】
前記ディーゼルエンジンを駆動源とする建設機械のトランスミッションの位置を検出する速度段検出部と、
前記建設機械の作業機の操作量を検出する作業機検出部と、を備え、
前記速度段検出部及び前記作業機検出部の検出結果に基づいて、前記トランスミッションの位置が走行位置にある場合、又は、前記作業機が操作中である場合、前記フィードバック制御を実行すること
を特徴とする請求項３に記載の可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項５】
前記速度段検出部及び前記作業機検出部の検出結果に基づいて、前記トランスミッションの位置がパーキング位置にあり、且つ、前記作業機が中立位置にある場合、前記排気導入部材を一定速度で前記全閉位置に制御することを特徴とする請求項４に記載の可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項６】
前記油圧サーボバルブの制御量が目標値からオーバーシュートしても前記排気導入部材の位置が前記排気導入路を閉める全閉位置にならない前記排気導入部材の位置と前記排気導入部材の制御目標位置との関係を示すテーブルを有し、前記排気導入路を閉める場合、該テーブルに基づいて前記排気導入部材の現在位置に応じて前記排気導入部材の制御目標位置をフィードバック制御することを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１つに記載の可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項７】
油圧サーボバルブを作動させることによって、可変ターボ過給機の排気導入路に設けられた排気導入部材を移動させることにより、排気導入路の開口面積を制御する可変ターボ過給機の制御方法において、
前記排気導入部材の現在位置を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出された排気導入部材の現在位置をフィードバックすることによって前記油圧サーボバルブの制御量を調整する調整ステップと、を含み、
前記調整ステップは、排気導入路を閉める場合に、油圧サーボバルブの制御量がオーバーシュートしても排気導入部材の位置が排気導入路を閉める全閉位置にならないように、前記排気導入部材の現在位置に応じた目標値より小さい制御目標位置を用いて前記油圧サーボバルブの制御量を出力するステップを含むこと
を特徴とする可変ターボ過給機の制御方法。
【請求項１】
油圧サーボバルブを作動させることによって、可変ターボ過給機の排気導入路に設けられた排気導入部材を移動させることにより、排気導入路の開口面積を制御する可変ターボ過給機の制御装置において、
前記排気導入部材の現在位置を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された排気導入部材の現在位置をフィードバックすることによって前記油圧サーボバルブの制御量を調整するコントローラと、を備え、
前記コントローラが、排気導入路を閉める場合に、油圧サーボバルブの制御量がオーバーシュートしても排気導入部材の位置が排気導入路を閉める全閉位置にならないように、前記排気導入部材の現在位置に応じた目標値より小さい制御目標位置を用いて前記油圧サーボバルブの制御量を出力すること
を特徴とする可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項２】
前記排気導入部材の現在位置が前記全閉位置から所定範囲内にある場合、前記排気導入部材の制御目標位置を前記全閉位置に設定することを特徴とする請求項１に記載の可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項３】
ディーゼルエンジンから排出された排出ガスに含まれる粒子状物質の量を低減するディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生処理の実行を指示するＤＰＦ再生指示部を備え、
前記ＤＰＦ再生指示部によってディーゼルパティキュレートフィルタの強制再生処理の実行が指示された場合、前記フィードバック制御を実行すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項４】
前記ディーゼルエンジンを駆動源とする建設機械のトランスミッションの位置を検出する速度段検出部と、
前記建設機械の作業機の操作量を検出する作業機検出部と、を備え、
前記速度段検出部及び前記作業機検出部の検出結果に基づいて、前記トランスミッションの位置が走行位置にある場合、又は、前記作業機が操作中である場合、前記フィードバック制御を実行すること
を特徴とする請求項３に記載の可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項５】
前記速度段検出部及び前記作業機検出部の検出結果に基づいて、前記トランスミッションの位置がパーキング位置にあり、且つ、前記作業機が中立位置にある場合、前記排気導入部材を一定速度で前記全閉位置に制御することを特徴とする請求項４に記載の可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項６】
前記油圧サーボバルブの制御量が目標値からオーバーシュートしても前記排気導入部材の位置が前記排気導入路を閉める全閉位置にならない前記排気導入部材の位置と前記排気導入部材の制御目標位置との関係を示すテーブルを有し、前記排気導入路を閉める場合、該テーブルに基づいて前記排気導入部材の現在位置に応じて前記排気導入部材の制御目標位置をフィードバック制御することを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか１つに記載の可変ターボ過給機の制御装置。
【請求項７】
油圧サーボバルブを作動させることによって、可変ターボ過給機の排気導入路に設けられた排気導入部材を移動させることにより、排気導入路の開口面積を制御する可変ターボ過給機の制御方法において、
前記排気導入部材の現在位置を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出された排気導入部材の現在位置をフィードバックすることによって前記油圧サーボバルブの制御量を調整する調整ステップと、を含み、
前記調整ステップは、排気導入路を閉める場合に、油圧サーボバルブの制御量がオーバーシュートしても排気導入部材の位置が排気導入路を閉める全閉位置にならないように、前記排気導入部材の現在位置に応じた目標値より小さい制御目標位置を用いて前記油圧サーボバルブの制御量を出力するステップを含むこと
を特徴とする可変ターボ過給機の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１６９２０８（Ｐ２０１１−１６９２０８Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３２８５４（Ｐ２０１０−３２８５４）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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