可変過給機及び可変過給機の制御方法
【課題】
可変コンプレッサの容量を制御するようにした可変過給機及び可変過給機の制御方法において、制御装置の負荷を減少させつつ、様々な作動状態において効率の向上を可能とする。
【解決手段】制御装置により、過給機回転数、過給機入口温度及び標準温度に基づいて修正過給機回転数を算出し、過給機入口流量、過給機入口圧力及び標準圧力に基づいて修正吸入空気流量を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御する。
可変コンプレッサの容量を制御するようにした可変過給機及び可変過給機の制御方法において、制御装置の負荷を減少させつつ、様々な作動状態において効率の向上を可能とする。
【解決手段】制御装置により、過給機回転数、過給機入口温度及び標準温度に基づいて修正過給機回転数を算出し、過給機入口流量、過給機入口圧力及び標準圧力に基づいて修正吸入空気流量を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変過給機及び可変過給機の制御方法に関し、特に、コンプレッサの容量を制御するようにした可変過給機及び可変過給機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用エンジン等の車両用エンジンにおいて、排気ガスに含まれたエネルギを利用して過給を行うターボ形過給機が用いられている。この過給機は、排気マニホルド及び吸気マニホルドの上にそれぞれ配置され、軸によって互いに固定的に接続された二つの羽根車（タービン及びコンプレッサ）と、これら羽根車を囲んで配置された二つの渦巻き（volute）とを有して構成されている。
【０００３】
第一の羽根車(タービン)は、排気ガスから回転力を得て、この回転力を第二の羽根車(コンプレッサ)に伝える。第二の羽根車(コンプレッサ)は、吸気マニホルド中の空気を圧縮する。
【０００４】
このような過給機においては、タービン側の排気ガスの流れを制御し、タービンの回転数を制御して、過給圧力を制御するようにしたものが提案されている。例えば、タービンの回転数に影響を与える排気ガスの流れの速度をウエストゲート（wastegate）バルブによって調節するようにした過給機や、可変タービン（variable-geometry turbine(VGT)）、または、可変コンプレッサを備えた可変過給機などが提案されている。
【０００５】
ウエストゲートバルブは、タービンに向かう排気ガスの流量が減少しエンジンの作動状態として容認される圧力よりも高い過給圧力となるときに、圧力を適正値に制御すべく作動する。このウエストゲートバルブは、一般に、タービンと平行に配置され、エンジンを制御するための電子制御装置により制御することができる。
【０００６】
また、可変タービンを備えた可変過給機においては、タービンを囲んで配置された渦巻きは、アクチュエータにより、同時に方向付け可能であるように、リンク機構によって開閉可能となっている。アクチュエータは、ソレノイド負圧力バルブ、または、電動機によって構成され、例えば、エンジンを制御するための制御装置によって制御される。この可変過給機においては、可変翼の向きを修正することにより、吸気の流れを制御することが可能であり、エンジンの過給圧力を制御することができる。
【０００７】
可変コンプレッサを備えた可変過給機においては、低回転数及び低負荷の状況では、可変コンプレッサの可変翼は、最大閉止位置にセットされてエンジンに供給される空気の通過部分を減少させ、コンプレッサの推進力を増加させる。そして、高回転数の状況では、エンジンに供給される空気の通過部分を増加させ、コンプレッサの推進力を減少させる。このとき、タービンの回転数は減少し、エンジンの正確な動作に十分な回転数に収斂する。
【０００８】
特許文献１には、このような可変過給機において、可変翼位置の制御目標の決定を、「過給機入口流量」、「過給機入口圧力」、「過給機入口温度」、「過給機吐出圧力」、「過給機吐出温度」及び「エンジン回転数」から決定する技術が記載されている。この可変過給機においては、可変翼の位置は、「過給機の効率が最大となる位置」と、様々に変化する運転状態とに応じて、一意的に決定されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１２７１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載された可変過給機においては、可変翼の目標位置の設定に用いるパラメータが６つと多いため、制御装置（ＣＰＵ）の負荷が大きく、制御装置を簡素化することができない。
【００１１】
また、負荷回転時に燃料をカットすると、回転数の減少が僅かであるにも係わらず急激に空気流量が減少するので、可変翼の位置の制御が間に合わなくなってしまい、サージ領域に入ってしまい、異音が発生したり可変翼の破損が生ずるおそれがある。
【００１２】
そこで、本発明は、前述した実情に鑑みて提案されるものであって、可変コンプレッサの容量を制御するようにした可変過給機及び可変過給機の制御方法において、制御装置の負荷を減少させつつ、様々な作動状態において可変過給機の効率の向上が可能となされた可変過給機及び可変過給機の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明は、以下の構成を有するものである。
【００１４】
〔構成１〕
本発明に係る可変過給機は、コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機において、吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定する温度センサと、コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定する回転数取得手段と、過給機入口温度及び過給機回転数の測定結果が送られるとともにコンプレッサの容量を制御する制御装置とを備え、制御装置は、過給機回転数、過給機入口温度及び標準温度に基づいて修正過給機回転数を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御することを特徴とするものである。
【００１５】
〔構成２〕
本発明に係る可変過給機は、コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機において、吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ取り入れられた空気の質量流量である過給機入口流量を測定する流量計と、吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ取り入れられた空気の圧力である過給機入口圧力を測定する圧力センサと、吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定する温度センサと、コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定する回転数取得手段と、過給機入口流量、過給機入口圧力、過給機入口温度及び過給機回転数の測定結果が送られるとともに、コンプレッサの容量を制御する制御装置とを備え、制御装置は、過給機回転数、過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出するとともに、過給機入口流量、過給機入口圧力及び標準圧力に基づいて、修正吸入空気流量を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御することを特徴とするものである。
【００１６】
〔構成３〕
本発明に係る可変過給機の制御方法は、コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機の制御方法において、吸気マニホルドのコンプレッサより上流において取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定し、コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定し、過給機回転数、過給機入口温度及び標準温度に基づいて修正過給機回転数を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御することを特徴とするものである。
【００１７】
〔構成４〕
本発明に係る可変過給機の制御方法は、コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機の制御方法において、吸気マニホルドのコンプレッサより上流において取り入れられた空気の質量流量である過給機入口流量を測定し、吸気マニホルドのコンプレッサより上流において取り入れられた空気の圧力である過給機入口圧力を測定し、吸気マニホルドのコンプレッサより上流において取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定し、コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定し、過給機回転数、過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出するとともに、過給機入口流量、過給機入口圧力及び標準圧力に基づいて、修正吸入空気流量を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る可変過給機及び可変過給機の制御方法においては、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御するので、必要最小限のパラメータにより、安定したコンプレッサの容量の制御を行うことができ、制御装置の負荷が減少する。
【００１９】
また、従来の過給機においては、エンジンの急減速時には、サージ防止のために「リサーキュレーションバルブ」を開いて、過給機の吐出空気を過給機の入口に再循環させ、過給機を流れる空気の流量を増やし、サージ領域に作動点が移行するのを防止するようにしていたが、本発明においては、リサーキュレーションバルブ及びその駆動機構が不要となるので、装置構成の小型化、簡素化、コスト低減を実現することができる。
【００２０】
すなわち、本発明は、可変コンプレッサの容量を制御するようにした可変過給機及び可変過給機の制御方法において、制御装置の負荷を減少させつつ、様々な作動状態において可変過給機の効率の向上が可能となされた可変過給機及び可変過給機の制御方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る可変過給機の構成を示すブロック図である。
【図２】可変入口案内翼（VIGV）付き可変過給機の構成を示す断面図である。
【図３】可変入口案内翼（VIGV）付き過給機の構成を示す正面図である。
【図４】本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す二次元グラフである。
【図５】本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す三次元グラフである。
【図６】本発明に係る可変過給機における可変翼の制御を示すフローチャートである。
【図７】可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機の構成を示す断面図である。
【図８】可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機のコンプレッサの構成を示す断面図である。
【図９】（ａ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が０°の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が１０°の状態を示す正面図であり、（ｃ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が２０°の状態を示す正面図であり、（ｄ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が４０°の状態を示す正面図であり、（ｅ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が６０°の状態を示す正面図である。
【図１０】可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機の構成を示す断面図である。
【図１１】可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機の構成を示す正面図である。
【図１２】可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機における制御スケジュールを示す二次元グラフである。
【図１３】本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す二次元グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る可変過給機の構成を示すブロック図である。
【００２４】
本発明に係る可変過給機は、可変コンプレッサを備えた可変過給機である。この可変過給機は、図１に示すように、エンジン１０１から排気マニホルド１０２を経て排出される排ガスによって回転されるタービン１を備えている。タービン１は、排気マニホルド１０２の下流に配置される。
【００２５】
本発明に係る可変過給機における可変コンプレッサ２は、可変入口案内翼（Variable Inlet Guide Vane(VIGV)）を有するもの（可変入口案内翼（VIGV）付き過給機）や、可変ディフューザ翼（Variable Diffuser Vane(VDV)）を有するもの（可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機）など、種々の構成により、容量の制御が可能となっているものであればよい。
【００２６】
（１）可変入口案内翼（VIGV）付き過給機に適用した実施の形態
図２は、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機の構成を示す断面図である。
【００２７】
図３は、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機の構成を示す正面図である。
【００２８】
可変入口案内翼（VIGV）付き過給機のコンプレッサ２は、図２に示すように、コンプレッサインペラ５０の上流側で吸気が流れ込むハウジング１０と、ハウジング１０の内部流路２０の内周方向に沿って配置される複数枚の可変入口案内翼（ベーン）４０とを有して構成される。コンプレッサインペラ５０は、タービン１から回転力を得て、外部から吸気路を経てハウジング１０に流れ込む吸気を圧縮して、エンジン１０１に供給する。
【００２９】
ハウジング１０、可変入口案内翼４０、ベーン駆動機構４０Ａとにより、ベーン機構Ａが構成されている。ハウジング１０は、コンプレッサインペラ５０を配置するコンプレッサハウジング６０内に配置されている。
【００３０】
ベーン駆動機構４０Ａは、様々な形態をとりうるが、例えば図２、図３に示すように、回動軸１５、歯車１８、伝達部材１９、駆動手段２０、歯車２１によって構成される。ベーン駆動機構４０Ａは、可変入口案内翼４０を移動操作して「可変翼角度（ＶＩＧＶ角度）」を変化させ、第二の内部流路３０における吸気ガスの流れを制御して容量を制御することが可能であり、エンジンの過給圧力を制御することができる。
【００３１】
具体的に説明すると、回動軸１５は、可変入口案内翼４０が第二の内部流路３０で回動し得るように可変入口案内翼４０の一端に接続され、貫通孔１３に収納されている。
【００３２】
また、全ての回動軸１５の同軸上には、貫通孔１３に配置される歯車１８が備えられている。さらに、全ての回動軸１５のうちの一本には、コンプレッサハウジング６０の貫通孔１４に挿通する伝達部材１９が接続されている。伝達部材１９には、ハウジング１０の外部でアクチュエータ等の駆動手段２０が接続されている。また、環状の内部空間１３には、全ての回動軸１５の歯車１８に噛み合う環状の歯車２１が設置されており、駆動手段２０により可変入口案内翼４０に動力を伝える際には、伝達部材１９に接続された回動軸１５から可変入口案内翼４０へ動力を伝えるとともに、歯車２１及び他の回動軸１５等を介して他の可変入口案内翼４０へ動力を伝えるようにしている。
【００３３】
吸気は、コンプレッサ２の上流側の吸気路から、内部流路２０、３０を経て、コンプレッサインペラ５０の羽根の間を経て、ディフューザ７０、コンプレッサのスクロール流路（渦巻き）、吸気マニホルド１０３の順に通過して、エンジンに供給される。
【００３４】
この可変入口案内翼（VIGV）付き過給機において、低回転数及び低負荷の状況では、可変入口案内翼４０は、最大閉止位置にセットされてエンジン１０１に供給される空気の通過部分を減少させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を増加させる。そして、高回転数の状況では、エンジン１０１に供給される空気の通過部分を増加させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を減少させる。このとき、タービン１の回転数は減少し、エンジンの正確な動作に十分な回転数に収斂する。
【００３５】
また、この可変入口案内翼（VIGV）付き過給機においては、図１に示すように、流量計５、圧力センサ６及び温度センサ７が吸気路に沿ってコンプレッサインペラ５０の上流に設けられている。流量計５は、取り入れられた空気の質量流量（過給機入口流量（Ｗａ））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。圧力センサ６は、取り入れられた空気の圧力（過給機入口圧力（Ｐ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。温度センサ７は、取り入れられた空気の温度（過給機入口温度（Ｔ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００３６】
さらに、この可変入口案内翼（VIGV）付き過給機においては、回転数取得手段となる回転数センサ８が設けられている。回転数センサ８は、コンプレッサインペラ５０の回転数（Ｎｔ）を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００３７】
この可変過給機は、制御装置４が、本発明に係る可変過給機の制御方法を実行することにより、制御される。
【００３８】
本発明に係る可変過給機の制御方法においては、制御装置４は、過給機入口流量（Ｗａ）、過給機入口温度（Ｔ１）、過給機入口圧力（Ｐ１）及びコンプレッサインペラ５０の回転数（過給機回転数）（Ｎｔ）から決定される３次元マップに従って、コンプレッサインペラ５０の可変翼のスケジュールを決定する。なお、このスケジュールは、折れ線グラフや曲線グラフで示されるもののみならず、ステップ状に変化するスケジュールとしてもよい。
【００３９】
図４は、本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す二次元グラフである。
【００４０】
図５は、本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す三次元グラフである。
【００４１】
可変翼のスケジュールは、図４及び図５に示すように、Ｘ軸を「修正過給機回転数（Ｎｔｃ）」とし、Ｙ軸を「可変翼角度（ＶＩＧＶ角度）」とし、Ｚ軸を「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」として表すことができる（なお、図４においては、Ｚ軸は示されていない）。
【００４２】
「可変翼角度」については、図４に示すように、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類が用意されている。「通常スケジュール」は、過給機の効率を最大とすることを狙うものである。「急減速スケジュール」は、チョークに入らない範囲で、最大限可変翼の角度を閉じる方向に設定するものである。
【００４３】
これら「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の違いは、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」の違いに対応しているが、図５に示すように、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」を無段階に変化させるようにしてもよい。この場合には、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類に限定されるのではなく、これら２つのスケジュールの間の無段階のスケジュールを用いることができる。
【００４４】
このスケジュールにおいて、Ｐ０を標準圧力、Ｔ０を標準温度とし、圧力修正係数δ及び温度修正係数θを、以下のように定義する。
δ＝Ｐ１／Ｐ０
θ＝Ｔ１／Ｔ０
【００４５】
また、修正過給機回転数Ｎｔｃ及び修正吸入空気流量Ｗａｃを、以下のように定義する。
Ｎｔｃ＝√（Ｎｔ／θ）
Ｗａｃ＝｛√（Ｗａ×θ）｝／δ
【００４６】
この可変過給機においては、制御装置４は、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って可変入口案内翼（VIGV）付き過給機２の可変翼角度を制御する。また、制御装置４は、エンジンの急減速時など、従来の過給機においてはリサーキュレーションバルブを作動させていた運転状態においては、「急減速スケジュール」に従って、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機の可変翼角度を制御する。
【００４７】
図６は、本発明に係る可変過給機における可変翼の制御を示すフローチャートである。
【００４８】
すなわち、この可変過給機においては、図６に示すように、ステップｓｔ１において、上位ロジック／上位コントローラ（エンジンＥＣＵ等）より、スケジュール切替を行い、この切替信号Ｓを、図５に示す制御スケジュールにあてはめる。
【００４９】
また、ステップｓｔ２で、過給機回転数（Ｎｔ〔ｒｐｍ〕）を取得し、ステップｓｔ３で圧縮機入口温度（Ｔ１〔°ｋ〕）を取得し、ステップｓｔ４で標準温度（Ｔ０〔°ｋ〕）を取得しておく。ステップｓｔ８において、圧縮機入口温度（Ｔ１）及び標準温度（Ｔ０）から、温度修正係数（θ＝Ｔ１／Ｔ０）を算出する。そして、ステップｓｔ１０で、過給機回転数（Ｎｔ）及び温度修正係数（θ）から、修正過給機回転数（Ｎｔｃ＝Ｎｔ／√θ）を算出する。
【００５０】
そして、ステップｓｔ５で、圧縮機入口流量（Ｗａ〔ｋｇ／ｓ〕）を取得し、ステップｓｔ６で圧縮機入口圧力（Ｐ１〔Ｐａａｂｓ〕）を取得し、ステップｓｔ７で標準圧力（Ｐ０〔Ｐａａｂｓ〕）を取得しておく。ステップｓｔ９において、圧縮機入口圧力（Ｐ１）及び標準圧力（Ｐ０）から、圧力修正係数（δ＝Ｐ１／Ｐ０）を算出する。そして、ステップｓｔ１１で、温度修正係数（θ）、圧縮機入口流量（Ｗａ）及び圧力修正係数（δ）から、修正吸入空気流量（Ｗａｃ＝（Ｗａ√θ）／δ）を算出する。
【００５１】
そして、修正過給機回転数（Ｎｔｃ）及び修正吸入空気流量（Ｗａｃ）を図５に示す制御スケジュールにあてはめて、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機２の可変翼の制御値を決定する。
【００５２】
なお、本発明に係る可変過給機において、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機２の可変翼の制御には、エンジンＥＣＵとは別に、「可変過給機ＥＣＵ」として別のユニットを用いるようにしてもよい。この場合には、信号類は、エンジンＥＣＵを経由するなどして取得しても良い。
【００５３】
また、過給機にモータを内蔵させた「電動アシスト過給機（Electrically Assisted Turbocharger（ＥＡＴ）」として構成する場合には、回転数取得手段として回転数センサを設ける必要はなく、モータ制御装置を回転数取得手段として、モータ制御に用いる回転数を過給機回転数（Ｎｔ）として用いることができる。
【００５４】
また、制御装置は、ＥＡＴ用のＥＣＵと一体化することができ、さらに、タービン側可変機構（Variable Nozzle Vane等）の制御ユニットも含めて一体化した「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」という形態に構成することもできる。この場合には、上位ＥＣＵ（エンジンＥＣＵ）との通信を最小限に抑えることができ、上位ＥＣＵとの間の信号処理の負荷を低減することができる。「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」とした場合においても、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機２の可変翼位置の制御は、タービン側可変機構や、アシスト用モータの制御とは独立して行うことができる。このことにより、最大効率点での運転と、負荷急変動時における信頼性の確保とを両立することができる。
【００５５】
（２）可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機に適用した実施の形態
図７は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機の構成を示す断面図である。
【００５６】
可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機において、タービン１には、図７に示すように、同軸状に互いに固定的にコンプレッサインペラ５０が接続されている。このコンプレッサインペラ５０は、タービン１から回転力を得て、吸気マニホルド１０３を経てエンジン１０１に供給される空気を圧縮する。
【００５７】
コンプレッサ２は、コンプレッサインペラ５０、スクロール（渦巻き）流路１０３ａを備えている。スクロール流路１０３ａは、コンプレッサインペラ５０の周囲を囲むように設けられている。スクロール流路１０３ａの出口は、吸気マニホルド１０３の入口に接続されている。
【００５８】
図８は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機のコンプレッサ２の構成を示す断面図である。
【００５９】
可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機のディフューザ７０は、図８に示すように、アクチュエータ３により方向付け可能である複数の可変翼（可動ベーン）２ａによって開閉可能となっており、コンプレッサ２の容量の制御が可能となっている。
【００６０】
図９中の（ａ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が０°の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が１０°の状態を示す正面図であり、（ｃ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が２０°の状態を示す正面図であり、（ｄ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が４０°の状態を示す正面図であり、（ｅ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が６０°の状態を示す正面図である。
【００６１】
各可変翼２ａの「可変翼角度（ＶＤＶ角度）」が０°のときには、図９中の（ａ）に示すように、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機のディフューザ７０は、最も閉じた状態となる。「可変翼角度（ＶＤＶ角度）」が１０°、２０°、４０°と変化することにより、図９中の（ｂ）乃至（ｄ）に示すように、各可変翼２ａ同士の間隔が広くなってゆく。「可変翼角度（ＶＤＶ角度）」が６０°のときには、図９中の（ｅ）に示すように、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機のディフューザ７０は、最も開いた状態となる。
【００６２】
アクチュエータ３は、ソレノイド負圧力バルブ、または、電動機によって構成され、エンジンを制御するための制御装置４によって制御される。この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機においては、各可変翼２ａの向きを制御することにより、容量を変えて、吸気ガスの流れを制御することが可能であり、エンジンの過給圧力を制御することができる。
【００６３】
この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機において、低回転数及び低負荷の状況では、各可変翼２ａは、最大閉止位置にセットされてエンジン１０１に供給される空気の通過部分を減少させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を増加させる。そして、高回転数の状況では、エンジン１０１に供給される空気の通過部分を増加させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を減少させる。このとき、タービン１の回転数は減少し、エンジンの正確な動作に十分な回転数に収斂する。
【００６４】
また、この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機においては、図１に示すように、流量計５、圧力センサ６及び温度センサ７が吸気マニホルド１０３に沿って可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機２の上流に設けられている。流量計５は、取り入れられた空気の質量流量（過給機入口流量（Ｗａ））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。圧力センサ６は、取り入れられた空気の圧力（過給機入口圧力（Ｐ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。温度センサ７は、取り入れられた空気の温度（過給機入口温度（Ｔ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００６５】
さらに、この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機においては、回転数取得手段となる回転数センサ８が設けられている。回転数センサ８は、コンプレッサインペラ５０の回転数（Ｎｔ）を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００６６】
この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機２は、制御装置４が、本発明に係る可変過給機の制御方法を実行することにより、制御される。
【００６７】
本発明に係る可変過給機の制御方法においては、制御装置４は、過給機入口流量（Ｗａ）、過給機入口温度（Ｔ１）、過給機入口圧力（Ｐ１）及びコンプレッサインペラ５０の回転数（過給機回転数）（Ｎｔ）から決定される３次元マップに従って、可変翼２ａのスケジュールを決定する。なお、このスケジュールは、折れ線グラフや曲線グラフで示されるもののみならず、ステップ状に変化するスケジュールとしてもよい。
【００６８】
可変翼２ａのスケジュールは、前述した実施の形態と同様に、図４及び図５に示すように、Ｘ軸を「修正過給機回転数（Ｎｔｃ）」とし、Ｙ軸を「可変翼角度（ＶＤＶ角度）」とし、Ｚ軸を「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」として表すことができる（なお、図４においては、Ｚ軸は示されていない）。
【００６９】
「可変翼角度」については、図４に示すように、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類が用意されている。「通常スケジュール」は、過給機の効率を最大とすることを狙うものである。「急減速スケジュール」は、チョークに入らない範囲で、最大限可変翼の角度を閉じる方向に設定するものである。
【００７０】
これら「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の違いは、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」の違いに対応しているが、図５に示すように、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」を無段階に変化させるようにしてもよい。この場合には、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類に限定されるのではなく、これら２つのスケジュールの間の無段階のスケジュールを用いることができる。
【００７１】
このスケジュールにおいて、Ｐ０を標準圧力、Ｔ０を標準温度とし、圧力修正係数δ及び温度修正係数θを、以下のように定義する。
δ＝Ｐ１／Ｐ０
θ＝Ｔ１／Ｔ０
【００７２】
また、修正過給機回転数Ｎｔｃ及び修正吸入空気流量Ｗａｃを、以下のように定義する。
Ｎｔｃ＝√（Ｎｔ／θ）
Ｗａｃ＝｛√（Ｗａ×θ）｝／δ
【００７３】
この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機においては、制御装置４は、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って可変翼角度を制御する。また、制御装置４は、エンジンの急減速時など、従来の過給機においてはリサーキュレーションバルブを作動させていた運転状態においては、「急減速スケジュール」に従って、可変翼角度を制御する。
【００７４】
そして、この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機においても、前述した実施の形態と同様に、図６に示すフローチャートに従って、可変翼２ａの制御を行う。
【００７５】
また、過給機にモータを内蔵させた「電動アシスト過給機（Electrically Assisted Turbocharger（ＥＡＴ）」として構成する場合には、回転数取得手段として回転数センサを設ける必要はなく、モータ制御装置を回転数取得手段として、モータ制御に用いる回転数を過給機回転数（Ｎｔ）として用いることができる。
【００７６】
また、制御装置は、ＥＡＴ用のＥＣＵと一体化することができ、さらに、タービン側可変機構（Variable Nozzle Vane等）の制御ユニットも含めて一体化した「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」という形態に構成することもできる。この場合には、上位ＥＣＵ（エンジンＥＣＵ）との通信を最小限に抑えることができ、上位ＥＣＵとの間の信号処理の負荷を低減することができる。「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」とした場合においても、可変コンプレッサ２の翼位置の制御は、タービン側可変機構や、アシスト用モータの制御とは独立して行うことができる。このことにより、最大効率点での運転と、負荷急変動時における信頼性の確保とを両立することができる。
【００７７】
（３）可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機に適用した実施の形態
図１０は、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機の構成を示す断面図である。
【００７８】
図１１は、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機の構成を示す正面図である。
【００７９】
本発明は、図１０及び図１１に示すような、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機にも適用することができる。
【００８０】
可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２は、図１０中矢印Ａで示すように、アクチュエータ３により進退可能となされた複数の可動ブレード２ａによって、コンプレッサインペラ５０の周囲（ディフューザ７０）が開閉可能となっており、容量の制御が可能となっている。各可動ブレード２ａ同士の間はスリット２ｂとなっており、各可動ブレード２ａがコンプレッサインペラ５０の周囲に進入されたときには、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機のディフューザ７０は、最も閉じた状態（ベーンドディフューザ）となる。そして、各可動ブレード２ａがコンプレッサインペラ５０の周囲から退出したときには、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機のディフューザ７０は、最も開いた状態（ベーンレスディフューザ）となる。
【００８１】
アクチュエータ３は、ソレノイド負圧力バルブ、または、電動機によって構成され、エンジンを制御するための制御装置４によって制御される。この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２においては、各可動ブレード２ａの位置（進入量）を制御することにより、容量を変えて、吸気ガスの流れを制御することが可能であり、エンジンの過給圧力を制御することができる。
【００８２】
この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２において、低回転数及び低負荷の状況では、各可動ブレード２ａは、最大閉止位置にセットされてエンジン１０１に供給される空気の通過部分を減少させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を増加させる。そして、高回転数の状況では、エンジン１０１に供給される空気の通過部分を増加させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を減少させる。このとき、タービン１の回転数は減少し、エンジンの正確な動作に十分な回転数に収斂する。
【００８３】
また、この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２においては、図１に示すように、流量計５、圧力センサ６及び温度センサ７が吸気マニホルド１０３に沿って可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２の上流に設けられている。流量計５は、取り入れられた空気の質量流量（過給機入口流量（Ｗａ））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。圧力センサ６は、取り入れられた空気の圧力（過給機入口圧力（Ｐ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。温度センサ７は、取り入れられた空気の温度（過給機入口温度（Ｔ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００８４】
さらに、この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２においては、回転数取得手段となる回転数センサ８が設けられている。回転数センサ８は、コンプレッサインペラ５０の回転数（Ｎｔ）を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００８５】
この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２は、制御装置４が、本発明に係る可変過給機の制御方法を実行することにより、制御される。
【００８６】
本発明に係る可変過給機の制御方法においては、制御装置４は、過給機入口流量（Ｗａ）、過給機入口温度（Ｔ１）、過給機入口圧力（Ｐ１）及びコンプレッサインペラ５０の回転数（過給機回転数）（Ｎｔ）から決定される３次元マップに従って、可動ブレード２ａのスケジュールを決定する。なお、このスケジュールは、折れ線グラフや曲線グラフで示されるもののみならず、ステップ状に変化するスケジュールとしてもよい。
【００８７】
図１２は、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機における制御スケジュールを示す二次元グラフである。
【００８８】
可動ブレード２ａのスケジュールは、図１２に示すように、Ｘ軸を「修正過給機回転数（Ｎｔｃ）」とし、Ｙ軸を「可動ブレード位置（ベーンドディフューザ、または、ベーンレスディフューザ）」とし、Ｚ軸を「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」として表すことができる（なお、図１２においては、Ｚ軸は示されていない）。
【００８９】
「可動ブレード位置」については、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類が用意されている。「通常スケジュール」は、過給機の効率を最大とすることを狙うものである。「急減速スケジュール」は、チョークに入らない範囲で、最大限各可動ブレード２ａの位置を閉じる方向に設定するものである。
【００９０】
これら「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の違いは、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」の違いに対応しているが、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」を無段階に変化させるようにしてもよい。この場合には、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類に限定されるのではなく、これら２つのスケジュールの間の無段階のスケジュールを用いることができる。
【００９１】
このスケジュールにおいて、Ｐ０を標準圧力、Ｔ０を標準温度とし、圧力修正係数δ及び温度修正係数θを、以下のように定義する。
δ＝Ｐ１／Ｐ０
θ＝Ｔ１／Ｔ０
【００９２】
また、修正過給機回転数Ｎｔｃ及び修正吸入空気流量Ｗａｃを、以下のように定義する。
Ｎｔｃ＝√（Ｎｔ／θ）
Ｗａｃ＝｛√（Ｗａ×θ）｝／δ
【００９３】
この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２においては、制御装置４は、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って可動ブレードの位置を制御する。また、制御装置４は、エンジンの急減速時など、従来の過給機においてはリサーキュレーションバルブを作動させていた運転状態においては、「急減速スケジュール」に従って、可動ブレードの位置を制御する。
【００９４】
そして、この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２においても、前述した実施の形態と同様に、図６に示すフローチャートに従って、可動ブレード２ａの制御を行う。
【００９５】
また、過給機にモータを内蔵させた「電動アシスト過給機（Electrically Assisted Turbocharger（ＥＡＴ）」として構成する場合には、回転数取得手段として回転数センサを設ける必要はなく、モータ制御装置を回転数取得手段として、モータ制御に用いる回転数を過給機回転数（Ｎｔ）として用いることができる。
【００９６】
また、制御装置は、ＥＡＴ用のＥＣＵと一体化することができ、さらに、タービン側可変機構（Variable Nozzle Vane等）の制御ユニットも含めて一体化した「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」という形態に構成することもできる。この場合には、上位ＥＣＵ（エンジンＥＣＵ）との通信を最小限に抑えることができ、上位ＥＣＵとの間の信号処理の負荷を低減することができる。「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」とした場合においても、可変コンプレッサ２の翼位置の制御は、タービン側可変機構や、アシスト用モータの制御とは独立して行うことができる。このことにより、最大効率点での運転と、負荷急変動時における信頼性の確保とを両立することができる。
【００９７】
（４）他の実施の形態
本発明に係る可変過給機及び可変過給機の制御方法は、前述した各実施の形態のような３次元のスケジュールマップを用いることに限定されず、２次元のスケジュールマップを用いて制御を行うようにしてもよい。この場合には、必要な取得データは、過給機回転数Ｎｔと過給機入口温度Ｔ１のみでよく、圧力センサ６及び流量センサ５が不要となる。
【００９８】
図１３は、本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す二次元グラフである。
【００９９】
すなわち、可変翼角度（ＶＩＧＶ角度）、または、可変ディフューザ翼（ＶＤＶ角度）を制御するスケジュールとして、図１３に示すように、修正過給機回転数Ｎｔｃと可変翼角度（可変ディフューザ翼角度）との関係を定めた２次元のスケジュールマップを用いて、図６中のステップｓｔ１乃至ステップｓｔ４、ステップｓｔ８及びステップｓｔ１０に示すように、過給機回転数Ｎｔ及び過給機入口温度Ｔ１に基づいて制御を行う。前述した実施の形態と異なり、修正吸入空気流量Ｗａｃは制御に用いない。
【０１００】
そして、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の他に、数ステップのスケジュールを用いるようにする。例えば、「(1)急加速、(2)通常加速、(3)定常走行、(4)通常減速、(5)急減速」の５段階のスケジュールや、「(1)加速、(2)定常走行、(3)減速」の３段階のスケジュールを用いるようにする。
【０１０１】
これらスケジュールの切替は、上位ロジック／上位コントローラ（エンジンＥＣＵ等）より、スケジュールの切替信号Ｓを受け、指定のスケジュールになるように制御する。
【０１０２】
この場合には、前述した各実施の形態に比較して、制御に用いるパラメータが少ないので、信号処理数の削減によりＣＰＵのコストダウンが可能であり、通信パラメータ数を縮小することができるので、より安価なシステムを構築することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、可変過給機及び可変過給機の制御方法に適用され、特に、可変コンプレッサの容量を制御するようにした可変過給機及び可変過給機の制御方法に適用される。
【符号の説明】
【０１０４】
１ タービン
２ 可変コンプレッサ
１０１ エンジン
１０２ 排気マニホルド
１０３ 吸気マニホルド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変過給機及び可変過給機の制御方法に関し、特に、コンプレッサの容量を制御するようにした可変過給機及び可変過給機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用エンジン等の車両用エンジンにおいて、排気ガスに含まれたエネルギを利用して過給を行うターボ形過給機が用いられている。この過給機は、排気マニホルド及び吸気マニホルドの上にそれぞれ配置され、軸によって互いに固定的に接続された二つの羽根車（タービン及びコンプレッサ）と、これら羽根車を囲んで配置された二つの渦巻き（volute）とを有して構成されている。
【０００３】
第一の羽根車(タービン)は、排気ガスから回転力を得て、この回転力を第二の羽根車(コンプレッサ)に伝える。第二の羽根車(コンプレッサ)は、吸気マニホルド中の空気を圧縮する。
【０００４】
このような過給機においては、タービン側の排気ガスの流れを制御し、タービンの回転数を制御して、過給圧力を制御するようにしたものが提案されている。例えば、タービンの回転数に影響を与える排気ガスの流れの速度をウエストゲート（wastegate）バルブによって調節するようにした過給機や、可変タービン（variable-geometry turbine(VGT)）、または、可変コンプレッサを備えた可変過給機などが提案されている。
【０００５】
ウエストゲートバルブは、タービンに向かう排気ガスの流量が減少しエンジンの作動状態として容認される圧力よりも高い過給圧力となるときに、圧力を適正値に制御すべく作動する。このウエストゲートバルブは、一般に、タービンと平行に配置され、エンジンを制御するための電子制御装置により制御することができる。
【０００６】
また、可変タービンを備えた可変過給機においては、タービンを囲んで配置された渦巻きは、アクチュエータにより、同時に方向付け可能であるように、リンク機構によって開閉可能となっている。アクチュエータは、ソレノイド負圧力バルブ、または、電動機によって構成され、例えば、エンジンを制御するための制御装置によって制御される。この可変過給機においては、可変翼の向きを修正することにより、吸気の流れを制御することが可能であり、エンジンの過給圧力を制御することができる。
【０００７】
可変コンプレッサを備えた可変過給機においては、低回転数及び低負荷の状況では、可変コンプレッサの可変翼は、最大閉止位置にセットされてエンジンに供給される空気の通過部分を減少させ、コンプレッサの推進力を増加させる。そして、高回転数の状況では、エンジンに供給される空気の通過部分を増加させ、コンプレッサの推進力を減少させる。このとき、タービンの回転数は減少し、エンジンの正確な動作に十分な回転数に収斂する。
【０００８】
特許文献１には、このような可変過給機において、可変翼位置の制御目標の決定を、「過給機入口流量」、「過給機入口圧力」、「過給機入口温度」、「過給機吐出圧力」、「過給機吐出温度」及び「エンジン回転数」から決定する技術が記載されている。この可変過給機においては、可変翼の位置は、「過給機の効率が最大となる位置」と、様々に変化する運転状態とに応じて、一意的に決定されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１２７１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載された可変過給機においては、可変翼の目標位置の設定に用いるパラメータが６つと多いため、制御装置（ＣＰＵ）の負荷が大きく、制御装置を簡素化することができない。
【００１１】
また、負荷回転時に燃料をカットすると、回転数の減少が僅かであるにも係わらず急激に空気流量が減少するので、可変翼の位置の制御が間に合わなくなってしまい、サージ領域に入ってしまい、異音が発生したり可変翼の破損が生ずるおそれがある。
【００１２】
そこで、本発明は、前述した実情に鑑みて提案されるものであって、可変コンプレッサの容量を制御するようにした可変過給機及び可変過給機の制御方法において、制御装置の負荷を減少させつつ、様々な作動状態において可変過給機の効率の向上が可能となされた可変過給機及び可変過給機の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明は、以下の構成を有するものである。
【００１４】
〔構成１〕
本発明に係る可変過給機は、コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機において、吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定する温度センサと、コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定する回転数取得手段と、過給機入口温度及び過給機回転数の測定結果が送られるとともにコンプレッサの容量を制御する制御装置とを備え、制御装置は、過給機回転数、過給機入口温度及び標準温度に基づいて修正過給機回転数を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御することを特徴とするものである。
【００１５】
〔構成２〕
本発明に係る可変過給機は、コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機において、吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ取り入れられた空気の質量流量である過給機入口流量を測定する流量計と、吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ取り入れられた空気の圧力である過給機入口圧力を測定する圧力センサと、吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定する温度センサと、コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定する回転数取得手段と、過給機入口流量、過給機入口圧力、過給機入口温度及び過給機回転数の測定結果が送られるとともに、コンプレッサの容量を制御する制御装置とを備え、制御装置は、過給機回転数、過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出するとともに、過給機入口流量、過給機入口圧力及び標準圧力に基づいて、修正吸入空気流量を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御することを特徴とするものである。
【００１６】
〔構成３〕
本発明に係る可変過給機の制御方法は、コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機の制御方法において、吸気マニホルドのコンプレッサより上流において取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定し、コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定し、過給機回転数、過給機入口温度及び標準温度に基づいて修正過給機回転数を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御することを特徴とするものである。
【００１７】
〔構成４〕
本発明に係る可変過給機の制御方法は、コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機の制御方法において、吸気マニホルドのコンプレッサより上流において取り入れられた空気の質量流量である過給機入口流量を測定し、吸気マニホルドのコンプレッサより上流において取り入れられた空気の圧力である過給機入口圧力を測定し、吸気マニホルドのコンプレッサより上流において取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定し、コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定し、過給機回転数、過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出するとともに、過給機入口流量、過給機入口圧力及び標準圧力に基づいて、修正吸入空気流量を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る可変過給機及び可変過給機の制御方法においては、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御するので、必要最小限のパラメータにより、安定したコンプレッサの容量の制御を行うことができ、制御装置の負荷が減少する。
【００１９】
また、従来の過給機においては、エンジンの急減速時には、サージ防止のために「リサーキュレーションバルブ」を開いて、過給機の吐出空気を過給機の入口に再循環させ、過給機を流れる空気の流量を増やし、サージ領域に作動点が移行するのを防止するようにしていたが、本発明においては、リサーキュレーションバルブ及びその駆動機構が不要となるので、装置構成の小型化、簡素化、コスト低減を実現することができる。
【００２０】
すなわち、本発明は、可変コンプレッサの容量を制御するようにした可変過給機及び可変過給機の制御方法において、制御装置の負荷を減少させつつ、様々な作動状態において可変過給機の効率の向上が可能となされた可変過給機及び可変過給機の制御方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る可変過給機の構成を示すブロック図である。
【図２】可変入口案内翼（VIGV）付き可変過給機の構成を示す断面図である。
【図３】可変入口案内翼（VIGV）付き過給機の構成を示す正面図である。
【図４】本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す二次元グラフである。
【図５】本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す三次元グラフである。
【図６】本発明に係る可変過給機における可変翼の制御を示すフローチャートである。
【図７】可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機の構成を示す断面図である。
【図８】可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機のコンプレッサの構成を示す断面図である。
【図９】（ａ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が０°の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が１０°の状態を示す正面図であり、（ｃ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が２０°の状態を示す正面図であり、（ｄ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が４０°の状態を示す正面図であり、（ｅ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が６０°の状態を示す正面図である。
【図１０】可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機の構成を示す断面図である。
【図１１】可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機の構成を示す正面図である。
【図１２】可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機における制御スケジュールを示す二次元グラフである。
【図１３】本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す二次元グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る可変過給機の構成を示すブロック図である。
【００２４】
本発明に係る可変過給機は、可変コンプレッサを備えた可変過給機である。この可変過給機は、図１に示すように、エンジン１０１から排気マニホルド１０２を経て排出される排ガスによって回転されるタービン１を備えている。タービン１は、排気マニホルド１０２の下流に配置される。
【００２５】
本発明に係る可変過給機における可変コンプレッサ２は、可変入口案内翼（Variable Inlet Guide Vane(VIGV)）を有するもの（可変入口案内翼（VIGV）付き過給機）や、可変ディフューザ翼（Variable Diffuser Vane(VDV)）を有するもの（可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機）など、種々の構成により、容量の制御が可能となっているものであればよい。
【００２６】
（１）可変入口案内翼（VIGV）付き過給機に適用した実施の形態
図２は、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機の構成を示す断面図である。
【００２７】
図３は、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機の構成を示す正面図である。
【００２８】
可変入口案内翼（VIGV）付き過給機のコンプレッサ２は、図２に示すように、コンプレッサインペラ５０の上流側で吸気が流れ込むハウジング１０と、ハウジング１０の内部流路２０の内周方向に沿って配置される複数枚の可変入口案内翼（ベーン）４０とを有して構成される。コンプレッサインペラ５０は、タービン１から回転力を得て、外部から吸気路を経てハウジング１０に流れ込む吸気を圧縮して、エンジン１０１に供給する。
【００２９】
ハウジング１０、可変入口案内翼４０、ベーン駆動機構４０Ａとにより、ベーン機構Ａが構成されている。ハウジング１０は、コンプレッサインペラ５０を配置するコンプレッサハウジング６０内に配置されている。
【００３０】
ベーン駆動機構４０Ａは、様々な形態をとりうるが、例えば図２、図３に示すように、回動軸１５、歯車１８、伝達部材１９、駆動手段２０、歯車２１によって構成される。ベーン駆動機構４０Ａは、可変入口案内翼４０を移動操作して「可変翼角度（ＶＩＧＶ角度）」を変化させ、第二の内部流路３０における吸気ガスの流れを制御して容量を制御することが可能であり、エンジンの過給圧力を制御することができる。
【００３１】
具体的に説明すると、回動軸１５は、可変入口案内翼４０が第二の内部流路３０で回動し得るように可変入口案内翼４０の一端に接続され、貫通孔１３に収納されている。
【００３２】
また、全ての回動軸１５の同軸上には、貫通孔１３に配置される歯車１８が備えられている。さらに、全ての回動軸１５のうちの一本には、コンプレッサハウジング６０の貫通孔１４に挿通する伝達部材１９が接続されている。伝達部材１９には、ハウジング１０の外部でアクチュエータ等の駆動手段２０が接続されている。また、環状の内部空間１３には、全ての回動軸１５の歯車１８に噛み合う環状の歯車２１が設置されており、駆動手段２０により可変入口案内翼４０に動力を伝える際には、伝達部材１９に接続された回動軸１５から可変入口案内翼４０へ動力を伝えるとともに、歯車２１及び他の回動軸１５等を介して他の可変入口案内翼４０へ動力を伝えるようにしている。
【００３３】
吸気は、コンプレッサ２の上流側の吸気路から、内部流路２０、３０を経て、コンプレッサインペラ５０の羽根の間を経て、ディフューザ７０、コンプレッサのスクロール流路（渦巻き）、吸気マニホルド１０３の順に通過して、エンジンに供給される。
【００３４】
この可変入口案内翼（VIGV）付き過給機において、低回転数及び低負荷の状況では、可変入口案内翼４０は、最大閉止位置にセットされてエンジン１０１に供給される空気の通過部分を減少させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を増加させる。そして、高回転数の状況では、エンジン１０１に供給される空気の通過部分を増加させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を減少させる。このとき、タービン１の回転数は減少し、エンジンの正確な動作に十分な回転数に収斂する。
【００３５】
また、この可変入口案内翼（VIGV）付き過給機においては、図１に示すように、流量計５、圧力センサ６及び温度センサ７が吸気路に沿ってコンプレッサインペラ５０の上流に設けられている。流量計５は、取り入れられた空気の質量流量（過給機入口流量（Ｗａ））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。圧力センサ６は、取り入れられた空気の圧力（過給機入口圧力（Ｐ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。温度センサ７は、取り入れられた空気の温度（過給機入口温度（Ｔ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００３６】
さらに、この可変入口案内翼（VIGV）付き過給機においては、回転数取得手段となる回転数センサ８が設けられている。回転数センサ８は、コンプレッサインペラ５０の回転数（Ｎｔ）を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００３７】
この可変過給機は、制御装置４が、本発明に係る可変過給機の制御方法を実行することにより、制御される。
【００３８】
本発明に係る可変過給機の制御方法においては、制御装置４は、過給機入口流量（Ｗａ）、過給機入口温度（Ｔ１）、過給機入口圧力（Ｐ１）及びコンプレッサインペラ５０の回転数（過給機回転数）（Ｎｔ）から決定される３次元マップに従って、コンプレッサインペラ５０の可変翼のスケジュールを決定する。なお、このスケジュールは、折れ線グラフや曲線グラフで示されるもののみならず、ステップ状に変化するスケジュールとしてもよい。
【００３９】
図４は、本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す二次元グラフである。
【００４０】
図５は、本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す三次元グラフである。
【００４１】
可変翼のスケジュールは、図４及び図５に示すように、Ｘ軸を「修正過給機回転数（Ｎｔｃ）」とし、Ｙ軸を「可変翼角度（ＶＩＧＶ角度）」とし、Ｚ軸を「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」として表すことができる（なお、図４においては、Ｚ軸は示されていない）。
【００４２】
「可変翼角度」については、図４に示すように、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類が用意されている。「通常スケジュール」は、過給機の効率を最大とすることを狙うものである。「急減速スケジュール」は、チョークに入らない範囲で、最大限可変翼の角度を閉じる方向に設定するものである。
【００４３】
これら「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の違いは、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」の違いに対応しているが、図５に示すように、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」を無段階に変化させるようにしてもよい。この場合には、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類に限定されるのではなく、これら２つのスケジュールの間の無段階のスケジュールを用いることができる。
【００４４】
このスケジュールにおいて、Ｐ０を標準圧力、Ｔ０を標準温度とし、圧力修正係数δ及び温度修正係数θを、以下のように定義する。
δ＝Ｐ１／Ｐ０
θ＝Ｔ１／Ｔ０
【００４５】
また、修正過給機回転数Ｎｔｃ及び修正吸入空気流量Ｗａｃを、以下のように定義する。
Ｎｔｃ＝√（Ｎｔ／θ）
Ｗａｃ＝｛√（Ｗａ×θ）｝／δ
【００４６】
この可変過給機においては、制御装置４は、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って可変入口案内翼（VIGV）付き過給機２の可変翼角度を制御する。また、制御装置４は、エンジンの急減速時など、従来の過給機においてはリサーキュレーションバルブを作動させていた運転状態においては、「急減速スケジュール」に従って、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機の可変翼角度を制御する。
【００４７】
図６は、本発明に係る可変過給機における可変翼の制御を示すフローチャートである。
【００４８】
すなわち、この可変過給機においては、図６に示すように、ステップｓｔ１において、上位ロジック／上位コントローラ（エンジンＥＣＵ等）より、スケジュール切替を行い、この切替信号Ｓを、図５に示す制御スケジュールにあてはめる。
【００４９】
また、ステップｓｔ２で、過給機回転数（Ｎｔ〔ｒｐｍ〕）を取得し、ステップｓｔ３で圧縮機入口温度（Ｔ１〔°ｋ〕）を取得し、ステップｓｔ４で標準温度（Ｔ０〔°ｋ〕）を取得しておく。ステップｓｔ８において、圧縮機入口温度（Ｔ１）及び標準温度（Ｔ０）から、温度修正係数（θ＝Ｔ１／Ｔ０）を算出する。そして、ステップｓｔ１０で、過給機回転数（Ｎｔ）及び温度修正係数（θ）から、修正過給機回転数（Ｎｔｃ＝Ｎｔ／√θ）を算出する。
【００５０】
そして、ステップｓｔ５で、圧縮機入口流量（Ｗａ〔ｋｇ／ｓ〕）を取得し、ステップｓｔ６で圧縮機入口圧力（Ｐ１〔Ｐａａｂｓ〕）を取得し、ステップｓｔ７で標準圧力（Ｐ０〔Ｐａａｂｓ〕）を取得しておく。ステップｓｔ９において、圧縮機入口圧力（Ｐ１）及び標準圧力（Ｐ０）から、圧力修正係数（δ＝Ｐ１／Ｐ０）を算出する。そして、ステップｓｔ１１で、温度修正係数（θ）、圧縮機入口流量（Ｗａ）及び圧力修正係数（δ）から、修正吸入空気流量（Ｗａｃ＝（Ｗａ√θ）／δ）を算出する。
【００５１】
そして、修正過給機回転数（Ｎｔｃ）及び修正吸入空気流量（Ｗａｃ）を図５に示す制御スケジュールにあてはめて、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機２の可変翼の制御値を決定する。
【００５２】
なお、本発明に係る可変過給機において、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機２の可変翼の制御には、エンジンＥＣＵとは別に、「可変過給機ＥＣＵ」として別のユニットを用いるようにしてもよい。この場合には、信号類は、エンジンＥＣＵを経由するなどして取得しても良い。
【００５３】
また、過給機にモータを内蔵させた「電動アシスト過給機（Electrically Assisted Turbocharger（ＥＡＴ）」として構成する場合には、回転数取得手段として回転数センサを設ける必要はなく、モータ制御装置を回転数取得手段として、モータ制御に用いる回転数を過給機回転数（Ｎｔ）として用いることができる。
【００５４】
また、制御装置は、ＥＡＴ用のＥＣＵと一体化することができ、さらに、タービン側可変機構（Variable Nozzle Vane等）の制御ユニットも含めて一体化した「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」という形態に構成することもできる。この場合には、上位ＥＣＵ（エンジンＥＣＵ）との通信を最小限に抑えることができ、上位ＥＣＵとの間の信号処理の負荷を低減することができる。「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」とした場合においても、可変入口案内翼（VIGV）付き過給機２の可変翼位置の制御は、タービン側可変機構や、アシスト用モータの制御とは独立して行うことができる。このことにより、最大効率点での運転と、負荷急変動時における信頼性の確保とを両立することができる。
【００５５】
（２）可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機に適用した実施の形態
図７は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機の構成を示す断面図である。
【００５６】
可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機において、タービン１には、図７に示すように、同軸状に互いに固定的にコンプレッサインペラ５０が接続されている。このコンプレッサインペラ５０は、タービン１から回転力を得て、吸気マニホルド１０３を経てエンジン１０１に供給される空気を圧縮する。
【００５７】
コンプレッサ２は、コンプレッサインペラ５０、スクロール（渦巻き）流路１０３ａを備えている。スクロール流路１０３ａは、コンプレッサインペラ５０の周囲を囲むように設けられている。スクロール流路１０３ａの出口は、吸気マニホルド１０３の入口に接続されている。
【００５８】
図８は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機のコンプレッサ２の構成を示す断面図である。
【００５９】
可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機のディフューザ７０は、図８に示すように、アクチュエータ３により方向付け可能である複数の可変翼（可動ベーン）２ａによって開閉可能となっており、コンプレッサ２の容量の制御が可能となっている。
【００６０】
図９中の（ａ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が０°の状態を示す正面図であり、（ｂ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が１０°の状態を示す正面図であり、（ｃ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が２０°の状態を示す正面図であり、（ｄ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が４０°の状態を示す正面図であり、（ｅ）は、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機における可変翼角度が６０°の状態を示す正面図である。
【００６１】
各可変翼２ａの「可変翼角度（ＶＤＶ角度）」が０°のときには、図９中の（ａ）に示すように、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機のディフューザ７０は、最も閉じた状態となる。「可変翼角度（ＶＤＶ角度）」が１０°、２０°、４０°と変化することにより、図９中の（ｂ）乃至（ｄ）に示すように、各可変翼２ａ同士の間隔が広くなってゆく。「可変翼角度（ＶＤＶ角度）」が６０°のときには、図９中の（ｅ）に示すように、可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機のディフューザ７０は、最も開いた状態となる。
【００６２】
アクチュエータ３は、ソレノイド負圧力バルブ、または、電動機によって構成され、エンジンを制御するための制御装置４によって制御される。この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機においては、各可変翼２ａの向きを制御することにより、容量を変えて、吸気ガスの流れを制御することが可能であり、エンジンの過給圧力を制御することができる。
【００６３】
この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機において、低回転数及び低負荷の状況では、各可変翼２ａは、最大閉止位置にセットされてエンジン１０１に供給される空気の通過部分を減少させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を増加させる。そして、高回転数の状況では、エンジン１０１に供給される空気の通過部分を増加させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を減少させる。このとき、タービン１の回転数は減少し、エンジンの正確な動作に十分な回転数に収斂する。
【００６４】
また、この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機においては、図１に示すように、流量計５、圧力センサ６及び温度センサ７が吸気マニホルド１０３に沿って可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機２の上流に設けられている。流量計５は、取り入れられた空気の質量流量（過給機入口流量（Ｗａ））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。圧力センサ６は、取り入れられた空気の圧力（過給機入口圧力（Ｐ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。温度センサ７は、取り入れられた空気の温度（過給機入口温度（Ｔ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００６５】
さらに、この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機においては、回転数取得手段となる回転数センサ８が設けられている。回転数センサ８は、コンプレッサインペラ５０の回転数（Ｎｔ）を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００６６】
この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機２は、制御装置４が、本発明に係る可変過給機の制御方法を実行することにより、制御される。
【００６７】
本発明に係る可変過給機の制御方法においては、制御装置４は、過給機入口流量（Ｗａ）、過給機入口温度（Ｔ１）、過給機入口圧力（Ｐ１）及びコンプレッサインペラ５０の回転数（過給機回転数）（Ｎｔ）から決定される３次元マップに従って、可変翼２ａのスケジュールを決定する。なお、このスケジュールは、折れ線グラフや曲線グラフで示されるもののみならず、ステップ状に変化するスケジュールとしてもよい。
【００６８】
可変翼２ａのスケジュールは、前述した実施の形態と同様に、図４及び図５に示すように、Ｘ軸を「修正過給機回転数（Ｎｔｃ）」とし、Ｙ軸を「可変翼角度（ＶＤＶ角度）」とし、Ｚ軸を「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」として表すことができる（なお、図４においては、Ｚ軸は示されていない）。
【００６９】
「可変翼角度」については、図４に示すように、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類が用意されている。「通常スケジュール」は、過給機の効率を最大とすることを狙うものである。「急減速スケジュール」は、チョークに入らない範囲で、最大限可変翼の角度を閉じる方向に設定するものである。
【００７０】
これら「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の違いは、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」の違いに対応しているが、図５に示すように、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」を無段階に変化させるようにしてもよい。この場合には、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類に限定されるのではなく、これら２つのスケジュールの間の無段階のスケジュールを用いることができる。
【００７１】
このスケジュールにおいて、Ｐ０を標準圧力、Ｔ０を標準温度とし、圧力修正係数δ及び温度修正係数θを、以下のように定義する。
δ＝Ｐ１／Ｐ０
θ＝Ｔ１／Ｔ０
【００７２】
また、修正過給機回転数Ｎｔｃ及び修正吸入空気流量Ｗａｃを、以下のように定義する。
Ｎｔｃ＝√（Ｎｔ／θ）
Ｗａｃ＝｛√（Ｗａ×θ）｝／δ
【００７３】
この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機においては、制御装置４は、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って可変翼角度を制御する。また、制御装置４は、エンジンの急減速時など、従来の過給機においてはリサーキュレーションバルブを作動させていた運転状態においては、「急減速スケジュール」に従って、可変翼角度を制御する。
【００７４】
そして、この可変ディフューザ翼（VDV）付き過給機においても、前述した実施の形態と同様に、図６に示すフローチャートに従って、可変翼２ａの制御を行う。
【００７５】
また、過給機にモータを内蔵させた「電動アシスト過給機（Electrically Assisted Turbocharger（ＥＡＴ）」として構成する場合には、回転数取得手段として回転数センサを設ける必要はなく、モータ制御装置を回転数取得手段として、モータ制御に用いる回転数を過給機回転数（Ｎｔ）として用いることができる。
【００７６】
また、制御装置は、ＥＡＴ用のＥＣＵと一体化することができ、さらに、タービン側可変機構（Variable Nozzle Vane等）の制御ユニットも含めて一体化した「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」という形態に構成することもできる。この場合には、上位ＥＣＵ（エンジンＥＣＵ）との通信を最小限に抑えることができ、上位ＥＣＵとの間の信号処理の負荷を低減することができる。「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」とした場合においても、可変コンプレッサ２の翼位置の制御は、タービン側可変機構や、アシスト用モータの制御とは独立して行うことができる。このことにより、最大効率点での運転と、負荷急変動時における信頼性の確保とを両立することができる。
【００７７】
（３）可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機に適用した実施の形態
図１０は、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機の構成を示す断面図である。
【００７８】
図１１は、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機の構成を示す正面図である。
【００７９】
本発明は、図１０及び図１１に示すような、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機にも適用することができる。
【００８０】
可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２は、図１０中矢印Ａで示すように、アクチュエータ３により進退可能となされた複数の可動ブレード２ａによって、コンプレッサインペラ５０の周囲（ディフューザ７０）が開閉可能となっており、容量の制御が可能となっている。各可動ブレード２ａ同士の間はスリット２ｂとなっており、各可動ブレード２ａがコンプレッサインペラ５０の周囲に進入されたときには、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機のディフューザ７０は、最も閉じた状態（ベーンドディフューザ）となる。そして、各可動ブレード２ａがコンプレッサインペラ５０の周囲から退出したときには、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機のディフューザ７０は、最も開いた状態（ベーンレスディフューザ）となる。
【００８１】
アクチュエータ３は、ソレノイド負圧力バルブ、または、電動機によって構成され、エンジンを制御するための制御装置４によって制御される。この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２においては、各可動ブレード２ａの位置（進入量）を制御することにより、容量を変えて、吸気ガスの流れを制御することが可能であり、エンジンの過給圧力を制御することができる。
【００８２】
この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２において、低回転数及び低負荷の状況では、各可動ブレード２ａは、最大閉止位置にセットされてエンジン１０１に供給される空気の通過部分を減少させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を増加させる。そして、高回転数の状況では、エンジン１０１に供給される空気の通過部分を増加させ、コンプレッサインペラ５０の推進力を減少させる。このとき、タービン１の回転数は減少し、エンジンの正確な動作に十分な回転数に収斂する。
【００８３】
また、この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２においては、図１に示すように、流量計５、圧力センサ６及び温度センサ７が吸気マニホルド１０３に沿って可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２の上流に設けられている。流量計５は、取り入れられた空気の質量流量（過給機入口流量（Ｗａ））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。圧力センサ６は、取り入れられた空気の圧力（過給機入口圧力（Ｐ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。温度センサ７は、取り入れられた空気の温度（過給機入口温度（Ｔ１））を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００８４】
さらに、この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２においては、回転数取得手段となる回転数センサ８が設けられている。回転数センサ８は、コンプレッサインペラ５０の回転数（Ｎｔ）を測定し、測定結果を制御装置４に送る。
【００８５】
この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２は、制御装置４が、本発明に係る可変過給機の制御方法を実行することにより、制御される。
【００８６】
本発明に係る可変過給機の制御方法においては、制御装置４は、過給機入口流量（Ｗａ）、過給機入口温度（Ｔ１）、過給機入口圧力（Ｐ１）及びコンプレッサインペラ５０の回転数（過給機回転数）（Ｎｔ）から決定される３次元マップに従って、可動ブレード２ａのスケジュールを決定する。なお、このスケジュールは、折れ線グラフや曲線グラフで示されるもののみならず、ステップ状に変化するスケジュールとしてもよい。
【００８７】
図１２は、可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機における制御スケジュールを示す二次元グラフである。
【００８８】
可動ブレード２ａのスケジュールは、図１２に示すように、Ｘ軸を「修正過給機回転数（Ｎｔｃ）」とし、Ｙ軸を「可動ブレード位置（ベーンドディフューザ、または、ベーンレスディフューザ）」とし、Ｚ軸を「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」として表すことができる（なお、図１２においては、Ｚ軸は示されていない）。
【００８９】
「可動ブレード位置」については、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類が用意されている。「通常スケジュール」は、過給機の効率を最大とすることを狙うものである。「急減速スケジュール」は、チョークに入らない範囲で、最大限各可動ブレード２ａの位置を閉じる方向に設定するものである。
【００９０】
これら「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の違いは、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」の違いに対応しているが、「修正吸入空気流量（Ｗａｃ）」を無段階に変化させるようにしてもよい。この場合には、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の２種類に限定されるのではなく、これら２つのスケジュールの間の無段階のスケジュールを用いることができる。
【００９１】
このスケジュールにおいて、Ｐ０を標準圧力、Ｔ０を標準温度とし、圧力修正係数δ及び温度修正係数θを、以下のように定義する。
δ＝Ｐ１／Ｐ０
θ＝Ｔ１／Ｔ０
【００９２】
また、修正過給機回転数Ｎｔｃ及び修正吸入空気流量Ｗａｃを、以下のように定義する。
Ｎｔｃ＝√（Ｎｔ／θ）
Ｗａｃ＝｛√（Ｗａ×θ）｝／δ
【００９３】
この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２においては、制御装置４は、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って可動ブレードの位置を制御する。また、制御装置４は、エンジンの急減速時など、従来の過給機においてはリサーキュレーションバルブを作動させていた運転状態においては、「急減速スケジュール」に従って、可動ブレードの位置を制御する。
【００９４】
そして、この可変ディフューザ（スリットタイプ）付き過給機２においても、前述した実施の形態と同様に、図６に示すフローチャートに従って、可動ブレード２ａの制御を行う。
【００９５】
また、過給機にモータを内蔵させた「電動アシスト過給機（Electrically Assisted Turbocharger（ＥＡＴ）」として構成する場合には、回転数取得手段として回転数センサを設ける必要はなく、モータ制御装置を回転数取得手段として、モータ制御に用いる回転数を過給機回転数（Ｎｔ）として用いることができる。
【００９６】
また、制御装置は、ＥＡＴ用のＥＣＵと一体化することができ、さらに、タービン側可変機構（Variable Nozzle Vane等）の制御ユニットも含めて一体化した「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」という形態に構成することもできる。この場合には、上位ＥＣＵ（エンジンＥＣＵ）との通信を最小限に抑えることができ、上位ＥＣＵとの間の信号処理の負荷を低減することができる。「Ｔ／Ｃ−ＥＣＵ」とした場合においても、可変コンプレッサ２の翼位置の制御は、タービン側可変機構や、アシスト用モータの制御とは独立して行うことができる。このことにより、最大効率点での運転と、負荷急変動時における信頼性の確保とを両立することができる。
【００９７】
（４）他の実施の形態
本発明に係る可変過給機及び可変過給機の制御方法は、前述した各実施の形態のような３次元のスケジュールマップを用いることに限定されず、２次元のスケジュールマップを用いて制御を行うようにしてもよい。この場合には、必要な取得データは、過給機回転数Ｎｔと過給機入口温度Ｔ１のみでよく、圧力センサ６及び流量センサ５が不要となる。
【００９８】
図１３は、本発明に係る可変過給機における可変翼のスケジュールを示す二次元グラフである。
【００９９】
すなわち、可変翼角度（ＶＩＧＶ角度）、または、可変ディフューザ翼（ＶＤＶ角度）を制御するスケジュールとして、図１３に示すように、修正過給機回転数Ｎｔｃと可変翼角度（可変ディフューザ翼角度）との関係を定めた２次元のスケジュールマップを用いて、図６中のステップｓｔ１乃至ステップｓｔ４、ステップｓｔ８及びステップｓｔ１０に示すように、過給機回転数Ｎｔ及び過給機入口温度Ｔ１に基づいて制御を行う。前述した実施の形態と異なり、修正吸入空気流量Ｗａｃは制御に用いない。
【０１００】
そして、「通常スケジュール」及び「急減速スケジュール」の他に、数ステップのスケジュールを用いるようにする。例えば、「(1)急加速、(2)通常加速、(3)定常走行、(4)通常減速、(5)急減速」の５段階のスケジュールや、「(1)加速、(2)定常走行、(3)減速」の３段階のスケジュールを用いるようにする。
【０１０１】
これらスケジュールの切替は、上位ロジック／上位コントローラ（エンジンＥＣＵ等）より、スケジュールの切替信号Ｓを受け、指定のスケジュールになるように制御する。
【０１０２】
この場合には、前述した各実施の形態に比較して、制御に用いるパラメータが少ないので、信号処理数の削減によりＣＰＵのコストダウンが可能であり、通信パラメータ数を縮小することができるので、より安価なシステムを構築することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、可変過給機及び可変過給機の制御方法に適用され、特に、可変コンプレッサの容量を制御するようにした可変過給機及び可変過給機の制御方法に適用される。
【符号の説明】
【０１０４】
１ タービン
２ 可変コンプレッサ
１０１ エンジン
１０２ 排気マニホルド
１０３ 吸気マニホルド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機において、
吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ、取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定する温度センサと、
コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定する回転数取得手段と、
前記過給機入口温度及び前記過給機回転数の測定結果が送られるとともに、前記コンプレッサの容量を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記過給機回転数、前記過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御する
ことを特徴とする可変過給機。
【請求項２】
コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機において、
吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ、取り入れられた空気の質量流量である過給機入口流量を測定する流量計と、
吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ、取り入れられた空気の圧力である過給機入口圧力を測定する圧力センサと、
吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ、取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定する温度センサと、
コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定する回転数取得手段と、
前記過給機入口流量、前記過給機入口圧力、前記過給機入口温度及び前記過給機回転数の測定結果が送られるとともに、前記コンプレッサの容量を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記過給機回転数、前記過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出するとともに、前記過給機入口流量、前記過給機入口圧力及び標準圧力に基づいて、修正吸入空気流量を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御する
ことを特徴とする可変過給機。
【請求項３】
コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機の制御方法において、
吸気マニホルドのコンプレッサより上流において、取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定し、
コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定し、
前記過給機回転数、前記過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御する
ことを特徴とする可変過給機の制御方法。
【請求項４】
コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機の制御方法において、
吸気マニホルドのコンプレッサより上流において、取り入れられた空気の質量流量である過給機入口流量を測定し、
吸気マニホルドのコンプレッサより上流において、取り入れられた空気の圧力である過給機入口圧力を測定し、
吸気マニホルドのコンプレッサより上流において、取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定し、
コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定し、
前記過給機回転数、前記過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出するとともに、前記過給機入口流量、前記過給機入口圧力及び標準圧力に基づいて、修正吸入空気流量を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御する
ことを特徴とする可変過給機の制御方法。
【請求項１】
コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機において、
吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ、取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定する温度センサと、
コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定する回転数取得手段と、
前記過給機入口温度及び前記過給機回転数の測定結果が送られるとともに、前記コンプレッサの容量を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記過給機回転数、前記過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御する
ことを特徴とする可変過給機。
【請求項２】
コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機において、
吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ、取り入れられた空気の質量流量である過給機入口流量を測定する流量計と、
吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ、取り入れられた空気の圧力である過給機入口圧力を測定する圧力センサと、
吸気マニホルドに沿ってコンプレッサの上流に設けられ、取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定する温度センサと、
コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定する回転数取得手段と、
前記過給機入口流量、前記過給機入口圧力、前記過給機入口温度及び前記過給機回転数の測定結果が送られるとともに、前記コンプレッサの容量を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記過給機回転数、前記過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出するとともに、前記過給機入口流量、前記過給機入口圧力及び標準圧力に基づいて、修正吸入空気流量を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御する
ことを特徴とする可変過給機。
【請求項３】
コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機の制御方法において、
吸気マニホルドのコンプレッサより上流において、取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定し、
コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定し、
前記過給機回転数、前記過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御する
ことを特徴とする可変過給機の制御方法。
【請求項４】
コンプレッサの容量の制御によって過給圧力の制御が可能である可変過給機の制御方法において、
吸気マニホルドのコンプレッサより上流において、取り入れられた空気の質量流量である過給機入口流量を測定し、
吸気マニホルドのコンプレッサより上流において、取り入れられた空気の圧力である過給機入口圧力を測定し、
吸気マニホルドのコンプレッサより上流において、取り入れられた空気の温度である過給機入口温度を測定し、
コンプレッサの回転数である過給機回転数を測定し、
前記過給機回転数、前記過給機入口温度及び標準温度に基づいて、修正過給機回転数を算出するとともに、前記過給機入口流量、前記過給機入口圧力及び標準圧力に基づいて、修正吸入空気流量を算出し、エンジン急減速時を除く通常減速時は、「通常スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御し、エンジンの急減速時には、「急減速スケジュール」に従って、修正過給機回転数及び修正吸入空気流量に基づいてコンプレッサの容量を制御してチョークにはいらない範囲で「通常スケジュール」よりも過給圧力を下げる方向に制御する
ことを特徴とする可変過給機の制御方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−５２５０８（Ｐ２０１２−５２５０８Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７６９４（Ｐ２０１０−１９７６９４）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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