JP2003328765A

JP2003328765A - ターボ過給機付エンジン

Info

Publication number: JP2003328765A
Application number: JP2002136325A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nameki; 稔行木
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】タービンスクロール部を複数の排気通路で構成
し、その一部の通路に該通路を開通、遮断する排気カッ
ト弁を設けたターボ過給機付エンジンにおいて、排気カ
ット弁の開閉機能の故障を素早く検出し、この故障状態
に応じた適切な制御を実行して、車両の走行性の確保
と、エンジンに対して過大な負荷が加えられることを有
効に防止する。【解決手段】制御装置は、排気カット弁について、故障
診断と、故障を検出した際のフェイルセーフの機能を有
し、故障診断の機能は、排気カット弁用アクチュエータ
に関する電気系の故障を判定する故障診断機能と排気カ
ット弁の作動故障を判定する機能の２つの故障診断機能
を有している。そして、故障状態に応じて、エンジン制
御のパラメータの変更や、燃料カット等のエンジン運転
状態の変更を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にタービンスク
ロール部が複数の排気通路で構成され、これら排気通路
の少なくとも１つの通路入口部に排気カット弁を備えた
ターボ過給機付エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ターボ過給機付エンジンに
は、例えば、特開昭６１−２７５５２８号公報に開示さ
れるように、タービンに排気ガスを供給する排気通路を
複数の独立した通路に分割し、その一部の通路に、該通
路を開通、遮断する排気カット弁を設けたものがある。
このようなターボ過給機付エンジンでは、排気ガス量の
少ないエンジンの運転領域では、排気カット弁を閉じて
一部の通路のみからタービンに排気ガスを供給すること
により、排気ガスの流速を高めて所要の過給効果を確保
し、また排気ガス量の多い運転領域では、排気カット弁
を開いて全ての通路から排気ガスをタービンに供給する
ことにより、排圧の上昇によるエンジン出力の低下を防
止することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなターボ過給機付エンジンでは、排気カット弁の開
閉機能に故障が発生した場合、上述のような制御ができ
なくなる。すなわち、排気ガス量の少ないエンジンの運
転領域であるにもかかわらず、排気カット弁が開いたま
まとなると、排気ガスの流速を高めることができなくな
り、効率的な過給効果が得られなくなってしまう。逆
に、排気ガス量の多い運転領域であるにもかかわらず、
排気カット弁が閉じたままになると、排圧の上昇による
エンジン出力の低下を招くと共に、エンジンに対して大
きな負荷をかけてターボ過給機等の破損を招く虞があ
る。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
タービンスクロール部を複数の排気通路で構成し、その
一部の通路に、該通路を開通、遮断する排気カット弁を
設けたターボ過給機付エンジンにおいて、たとえ、排気
カット弁の開閉機能に故障が生じても、これを素早く検
出し、この排気カット弁の故障状態に応じた適切なエン
ジン制御を実行させて、排気カット弁の故障時における
車両の走行性の確保と、エンジンに対して過大な負荷が
加えられることを有効に防止することができるターボ過
給機付エンジンを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の本発明によるターボ過給機付エンジン
は、ターボ過給機のタービンスクロール部を複数の排気
通路で構成し、該排気通路の少なくとも１つの通路入口
部に排気カット弁を備えたターボ過給機付エンジンにお
いて、上記排気カット弁の作動故障を判定する作動故障
判定手段と、上記排気カット弁を制御する電気系の故障
を判定する電気系故障判定手段との少なくともどちらか
の故障判定手段を備えたことを特徴としている。

【０００６】また、請求項２記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項１記載のターボ過給機付エ
ンジンにおいて、上記作動故障判定手段は、上記排気カ
ット弁を閉じる運転領域で、少なくともスロットル開度
と過給圧により、上記排気カット弁が開いている故障状
態の判定をすることを特徴としている。

【０００７】更に、請求項３記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項１又は請求項２記載のター
ボ過給機付エンジンにおいて、上記作動故障判定手段
は、上記排気カット弁を開く運転領域で、少なくともス
ロットル開度と過給圧により、上記排気カット弁が閉じ
ている故障状態の判定をすることを特徴としている。

【０００８】また、請求項４記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項１乃至請求項３の何れか１
つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記作動
故障判定手段と上記電気系故障判定手段の少なくともど
ちらかにより上記排気カット弁の作動故障を判定した際
は、正常時の空燃比と点火時期と過給圧の少なくとも１
つ以上の制御値を変更することを特徴としている。

【０００９】更に、請求項５記載の本発明によるターボ
過給機付エンジンは、請求項１乃至請求項４の何れか１
つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記作動
故障判定手段と上記電気系故障判定手段の少なくともど
ちらかにより上記排気カット弁の閉じている故障状態を
判定し、且つ、吸入空気量が予め設定した値を超えてい
ることを検出した際は、上記ターボ過給機に与える排気
エネルギを減少させる制御を実行することを特徴として
いる。

【００１０】すなわち、請求項１記載のターボ過給機付
エンジンは、ターボ過給機のタービンスクロール部を複
数の排気通路で構成し、該排気通路の少なくとも１つの
通路入口部に排気カット弁を備えたターボ過給機付エン
ジンにおいて、作動故障判定手段は排気カット弁の作動
故障を判定し、電気系故障判定手段は排気カット弁を制
御する電気系の故障を判定する。そして、上述の少なく
ともどちらかの故障手段を備えることにより、排気カッ
ト弁の開閉機能に故障が生じた場合、これを素早く検出
することができる。

【００１１】この際、作動故障判定手段は、具体的には
請求項２記載のように、排気カット弁を閉じる運転領域
で、少なくともスロットル開度と過給圧により、排気カ
ット弁が開いている故障状態の判定をする。

【００１２】また、作動故障判定手段は、具体的には請
求項３記載のように、排気カット弁を開く運転領域で、
少なくともスロットル開度と過給圧により、排気カット
弁が閉じている故障状態の判定をする。

【００１３】そして、作動故障判定手段と電気系故障判
定手段の少なくともどちらかにより排気カット弁の作動
故障を判定した際は、請求項４記載のように、正常時の
空燃比と点火時期と過給圧の少なくとも１つ以上の制御
値を変更し、排気カット弁の故障状態に応じた適切なエ
ンジン制御を実行する。

【００１４】また、作動故障判定手段と電気系故障判定
手段の少なくともどちらかにより排気カット弁の閉じて
いる故障状態を判定し、且つ、吸入空気量が予め設定し
た値を超えていることを検出した際は、請求項５記載の
ように、ターボ過給機に与える排気エネルギを減少させ
る制御を実行して、エンジンに対して過大な負荷が加え
られることを有効に防止する。

【００１５】

【実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図面に基
づいて説明する。図１乃至図９は本発明の実施の一形態
を示し、図１はターボ過給機付エンジンの全体構成説明
図、図２は電子制御系の回路構成図、図３はエンジン回
転数とエンジン負荷で設定する排気カット弁の開閉領域
の説明図、図４は排気カット弁の断線及びショート判定
の故障診断プログラムのフローチャート、図５は排気カ
ット弁の作動診断プログラムのフローチャート、図６は
排気カット弁の開時故障診断プログラムのフローチャー
ト、図７は排気カット弁の閉時故障診断プログラムのフ
ローチャート、図８は故障診断後のフェールセーフプロ
グラムのフローチャート、図９は正常時における過給圧
と故障時における過給圧の比較説明図である。

【００１６】先ず、本発明が適用されるターボ過給機付
エンジンの全体構成について、図１に従い説明する。同
図において符号１はターボ過給機付エンジン（以下「エ
ンジン」と略記する）であり、本形態においては水平対
向式４気筒ガソリンエンジンを示す。エンジン１のシリ
ンダブロック２の左右バンクにそれぞれシリンダヘッド
３を備え、燃焼室４、吸気ポート５、排気ポート６、点
火プラグ７、動弁機構（図示せず）等が設けられてい
る。

【００１７】排気系として、各排気ポート６に連通する
排気マニホルド９により排気が合流され、排気マニホル
ド９には排気管１０が接続されている。排気管１０に
は、ターボ過給機１１のタービン１１ａが介装され、そ
の下流に触媒１２、マフラ１３が配設されて大気に開放
される。すなわち、排気マニホルド９と排気管１０によ
り主排気通路が構成される。

【００１８】また、ターボ過給機１１をバイパスして排
気管１０のタービン１１ａ上流側から分岐して、タービ
ン１１ａ下流と触媒１２との間で排気管１０に合流する
排気バイパス通路１４が設けられている。

【００１９】ターボ過給機１１のタービンスクロール部
８は、第１の排気通路８ａと第２の排気通路８ｂの２つ
の排気通路に区画して構成されており、第１の排気通路
８ａの通路入口部には、この第１の排気通路８ａへの排
気ガスの流入を遮断自在な排気カット弁３０が、排気カ
ット弁用アクチュエータ２９と連接されて開閉自在に設
けられている。そして、この排気カット弁３０は、後述
するように、燃料噴射量、吸入空気量等で代表されるエ
ンジン負荷と、エンジン回転数とに応じて開閉制御され
る。

【００２０】一方、吸気系としては、エアクリーナ１５
に接続しレゾネータチャンバ１６を介装した吸気管１７
がターボ過給機１１のコンプレッサ１１ｂに連通され、
このコンプレッサからの吸気管１８がインタークーラ１
９に連通される。そして、インタークーラ１９からスロ
ットル弁２０を有するスロットルボディ２１を介してチ
ャンバ２２に連通され、チャンバ２２から吸気マニホル
ド２３を介して左右バンクの各気筒の吸気ポート５に連
通されている。

【００２１】また、アイドル制御系として、スロットル
弁２０をバイパスしてレゾネータチャンバ１６と吸気マ
ニホルド２３とを連通するバイパス通路２４に、アイド
ル制御弁（ＩＳＣ弁）２５と負圧で開く逆止弁２６とが
設けられ、アイドル時や減速時に吸入空気量を制御する
ようになっている。

【００２２】また、吸気マニホルド２３の各気筒におけ
る吸気ポート５直上流にインジェクタ２７が配設され、
更に、点火系として、各点火プラグ７毎にイグナイタ内
蔵イグニッションコイル２８からの点火信号が入力する
よう接続されている。

【００２３】ここで、排気制御系のターボ過給機１１に
関する制御について簡単に説明する。ターボ過給機１１
は、タービン１１ａに導入する排気エネルギによりコン
プレッサ１１ｂが回転駆動され、空気を吸入、加圧して
過給する。ターボ過給機１１のタービンスクロール部８
の第１の排気通路８ａの排気カット弁３０は、後述の制
御装置５０からのデューテイ信号等の制御信号によって
デューティソレノイド或いはステッピングモータで構成
する排気カット弁用アクチュエータ２９が作動されるこ
とにより、燃料噴射量、吸入空気量等で代表されるエン
ジン負荷と、エンジン回転数とに応じて、予め設定して
おいたマップに基づいて開閉制御される。この排気カッ
ト弁３０の開閉の基となるマップは、例えば、図３に示
すように、エンジン高負荷で高回転側の領域が排気カッ
ト弁３０を開く領域として設定され、エンジン低負荷で
低回転側の領域が排気カット弁３０を閉じる領域として
設定されている。すなわち、排気ガス量の少ないエンジ
ンの運転領域では、排気カット弁３０を閉じて一部の通
路のみからタービンに排気ガスを供給することにより、
排気ガスの流速を高めて所要の過給効果を確保する。一
方、排気ガス量の多い運転領域では、排気カット弁３０
を開いて全ての通路から排気ガスをタービンに供給する
ことにより、排圧の上昇によるエンジン出力の低下を防
止する制御が実行されるようになっている。

【００２４】また、排気バイパス通路１４には、排気バ
イパス通路１４を流れる排気流を制御可能な排気バイパ
ス弁用アクチュエータ３１を備えた排気バイパス弁３２
が配設されており、制御装置５０は、エンジン回転数、
吸入空気量、スロットル開度、大気圧、エンジン水温等
から予め設定しておいたマップ或いは演算式に基づいて
目標過給圧を演算し、実際の過給圧が目標過給圧となる
ように、デューテイ信号等の制御信号によって排気バイ
パス弁用アクチュエータ３１が作動されることにより、
排気バイパス弁３２がウエストゲート弁の如く開閉制御
される。

【００２５】また、本実施の形態においては、制御装置
５０は、特に、上述の排気カット弁３０について、故障
診断と、故障を検出した際のフェイルセーフの機能を有
している。

【００２６】故障診断の機能は、排気カット弁用アクチ
ュエータ２９に関する電気系の故障を判定する故障診断
機能（すなわち、電気系故障判定手段としての機能）と
排気カット弁３０の作動故障を判定する機能（すなわ
ち、作動故障判定手段としての機能）の２つの故障診断
機能を有している。

【００２７】ここで、電気系故障診断機能は、後述の故
障診断プログラムに従って、電気系のショートの有無と
断線の有無を判定する。

【００２８】また、作動故障診断機能は、後述の排気カ
ット弁３０の作動診断プログラムに従って、排気カット
弁３０の開閉領域を検出し、排気カット弁３０を開く運
転領域では、少なくともスロットル開度と過給圧によ
り、排気カット弁３０が閉じている故障状態の判定を、
後述の開時故障診断プログラムに従って判定する。逆
に、排気カット弁３０を閉じる運転領域では、少なくと
もスロットル開度と過給圧により、排気カット弁３０が
開いている故障状態の判定を後述の閉時故障診断プログ
ラムに従って判定する。

【００２９】また、フェイルセーフ機能は、電気系故障
診断機能、或いは、作動故障診断機能で排気カット弁３
０が開いている故障状態を検出した場合は、過給圧制御
を高吸入空気量時制御（予め設定しておいたマップ等に
より通常の過給圧制御に比較して排気バイパス弁３２を
閉じる方向に補正して制御）に変更する。そして、エン
ジン制御（空燃比制御や点火時期制御等）も高吸入空気
量時特性に変更して、車両の走行性を確保する。

【００３０】更に、電気系故障診断機能、或いは、作動
故障診断機能で排気カット弁３０が閉じている故障状態
を検出した場合は、過給圧制御を低吸入空気量時制御
（予め設定しておいたマップ等により通常の過給圧制御
に比較して排気バイパス弁３２を開く方向に補正して制
御）に変更する。そして、エンジン制御（空燃比制御や
点火時期制御等）も低吸入空気量時特性に変更して、車
両の走行性を確保する。この場合では、更に、吸入空気
量が予め設定した値を超えていることを検出した際は、
燃料カット等を行って、ターボ過給機１１に与える排気
エネルギを減少させる制御を実行し、排圧の上昇に伴う
ノッキングの発生や、コンプレッサの圧力比の上昇によ
るサージ現象の発生を防止する。尚、スロットル弁２０
が電子制御スロットル弁で構成されている場合には、こ
の電子制御スロットル弁を通常より閉じる方向に制御
し、吸入空気量を抑制するようにしても良い。

【００３１】次に、各種センサについて説明する。絶対
圧センサ３３が吸気管圧力／大気圧切換ソレノイド弁３
４によりスロットル弁２０下流の吸気管圧力（吸気マニ
ホルド２３内の吸気圧）と大気圧とを選択して検出する
よう設けられている。また、シリンダブロック２にノッ
クセンサ３５が取付けられると共に、左右両バンクを連
通する冷却水通路３６に冷却水温センサ３７が臨まさ
れ、排気管１０における排気バイパス通路１４の分岐部
上流にＯ２センサ３８が装着されている。さらに、スロ
ットル弁２０にスロットル開度センサ４０が連設され、
エアクリーナ１５の直下流に吸入空気量センサ４１が配
設されている。

【００３２】また、エンジン１のクランクシャフト４２
にクランクロータ４３が軸着され、このクランクロータ
４３の外周に電磁ピックアップ等からなるクランク角セ
ンサ４４が対設されている。さらに、動弁機構における
カムシャフト４５に連設するカムロータ４６に、電磁ピ
ックアップ等からなる気筒判別センサ４７が対設されて
いる。

【００３３】クランク角センサ４４、気筒判別センサ４
７は、それぞれクランクロータ４３、カムロータ４６に
所定間隔毎に形成された突起をエンジン運転に伴い検出
し、クランクパルス、気筒判別パルスを出力する。そし
て、制御装置５０において、クランクパルスの間隔時間
（突起の検出間隔）からエンジン回転数を算出すると共
に、点火時期及び燃料噴射時期等を演算し、さらに、ク
ランクパルス及び気筒判別パルスの入力パターンから気
筒判別を行う。

【００３４】次に、図２に基づき電子制御系の構成につ
いて説明する。制御装置（ＥＣＵ）５０は、ＣＰＵ５
１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、バックアップＲＡＭ５
４、カウンタ・タイマ群５５、及びＩ／０インターフェ
イス５６をバスラインを介して接続したマイクロコンピ
ュータを中心として構成され、各部に所定の安定化電源
を供給する定電圧回路５７、駆動回路５８、Ａ／Ｄ変換
器５９等の周辺回路を備えている。

【００３５】尚、カウンタ・タイマ群５５は、フリーラ
ンカウンタ、気筒判別センサ信号（気筒判別パルス）の
入力計数用カウンタ等の各種カウンタ、燃料噴射用タイ
マ、点火用タイマ、定期割込みを発生させるための定期
割込み用タイマ、及びシステム異常監視用のウオッチド
ッグタイマ等の各種タイマを便宜上総称するものであ
り、その他、各種のソフトウエアカウンタ・タイマを含
む。

【００３６】定電圧回路５７は、２回路のリレー接点を
有する電源リレー６０の第１のリレー接点を介してバッ
テリ６１に接続され、電源リレー６０は、そのリレーコ
イルの一端が接地され、リレーコイルの他端が駆動回路
５８に接続されている。尚、電源リレー６０の第２のリ
レー接点には、バッテリ６１から各アクチュエータに電
源を供給するための電源線が接続されている。バッテリ
６１には、イグニッションスイッチ６２の一端が接続さ
れ、このイグニッションスイッチ６２の他端がＩ／Ｏイ
ンターフェイス５６の入力ポートに接続されている。

【００３７】更に、定電圧回路５７は、直接、バッテリ
６１に接続され、バッテリ６１に接続されるイグニッシ
ョンスイッチ６２のＯＮがＩ／Ｏインターフェイス５６
の入力ポートで検出されて電源リレー６０の接点が閉と
なると、ＥＣＵ５０内の各部へ電源を供給する一方、イ
グニッションスイッチ６２のＯＮ，ＯＦＦに拘らず、常
時、バックアップＲＡＭ５４にバックアップ用の電源を
供給する。

【００３８】また、Ｉ／Ｏインターフェイス５６の入力
ポートには、ノックセンサ３５、クランク角センサ４
４、気筒判別センサ４７、車速センサ４８が接続されて
いる。更に、Ｉ／Ｏインターフェイス５６の入力ポート
には、Ａ／Ｄ変換器５９を介して吸入空気量センサ４
１、スロットル開度センサ４０、冷却水温センサ３７、
Ｏ２センサ３８、絶対圧センサ３３が接続されると共
に、バッテリ電圧ＶＢが入力されてモニタされる。

【００３９】一方、Ｉ／Ｏインターフェイス５６の出力
ポートには、ＩＳＣ弁２５、インジェクタ２７、排気カ
ット弁用アクチュエータ２９、排気バイパス弁用アクチ
ュエータ３１、吸気管圧力／大気圧切換ソレノイド弁３
４、及び、電源リレー６０のリレーコイルが駆動回路５
８を介して接続されると共に、イグナイタ内蔵イグニッ
ションコイル２８のイグナイタが接続されている。

【００４０】そして、イグニッションスイッチ６２がＯ
Ｎされると、電源リレー６０がＯＮし、定電圧回路５７
を介して各部に定電圧が供給され、ＥＣＵ５０が各種制
御を実行する。すなわち、ＥＣＵ５０においてＣＰＵ５
１が、ＲＯＭ５２に格納されている制御プログラムに基
づき、Ｉ／Ｏインターフェイス５６を介して各種センサ
からの検出信号を入力処理し、ＲＡＭ５３及びバックア
ップＲＡＭ５４に記憶されている各種データ、ＲＯＭ５
２に格納されている固定データに基づき、各種制御量を
演算する。

【００４１】そして、駆動回路５８を介して排気カット
弁用アクチュエータ２９、排気バイパス弁用アクチュエ
ータ３１にデューティ信号等の制御信号を出力して過給
圧制御を行い、演算した燃料噴射量を定める駆動パルス
幅信号を所定のタイミングで該当気筒のインジェクタ２
７に出力して燃料噴射制御を行い、また、所定のタイミ
ングでイグナイタに点火信号を出力して点火時期制御を
実行し、ＩＳＣ弁２５に制御信号を出力してアイドル回
転数制御等を実行する。

【００４２】以上の制御系において、ＥＣＵ５０による
排気制御系のターボ過給機１１に関する制御は、前述の
如く、予め設定しておいたマップに基づいて、エンジン
高負荷で高回転側の領域では排気カット弁３０を開くよ
うに制御し、エンジン低負荷で低回転側の領域では排気
カット弁３０を閉じるように制御する。この制御によ
り、排気ガス量の少ないエンジンの運転領域では、排気
カット弁３０を閉じて一部の通路のみからタービンに排
気ガスを供給することにより、排気ガスの流速を高めて
所要の過給効果を確保する。一方、排気ガス量の多い運
転領域では、排気カット弁３０を開いて全ての通路から
排気ガスをタービンに供給することにより、排圧の上昇
によるエンジン出力の低下を防止する制御が実行される
また、制御装置５０は、エンジン回転数、吸入空気量、
スロットル開度、大気圧、エンジン水温等から予め設定
しておいたマップ或いは演算式に基づいて目標過給圧を
演算し、実際の過給圧が目標過給圧となるように、排気
バイパス弁３２をウエストゲート弁の如く開閉制御す
る。

【００４３】そして、制御装置５０は、特に、排気カッ
ト弁３０について、この排気カット弁３０を作動させる
排気カット弁用アクチュエータ２９に関する電気系の故
障を判定する故障診断と、排気カット弁３０の作動故障
を判定する故障診断を実行し、これらの故障診断により
故障を検出した際には、フェイルセーフ機能を実行させ
る。

【００４４】以下、ＥＣＵ５０で実行される、排気カッ
ト弁３０に関しての故障診断機能とフェイルセーフ機能
について、図４〜図８のフローチャートで説明する。図
４に示すフローチャートは、排気カット弁３０を作動さ
せる排気カット弁用アクチュエータ２９に関する電気系
の故障を判定する（換言すれば、排気カット弁３０の断
線及びショートを判定する）故障診断プログラムのフロ
ーチャートで、まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）
１０１でイグニッションスイッチ６２がＯＮか判定し、
イグニッションスイッチ６２がＯＮの場合はＳ１０２に
進み、ＯＦＦの場合はそのままプログラムを抜ける。

【００４５】イグニッションスイッチ６２がＯＮでＳ１
０２に進むと、排気カット弁３０（排気カット弁用アク
チュエータ２９）がONされているか否か判定し、ＯＮさ
れている場合はＳ１０３に進む。

【００４６】Ｓ１０３に進むと、アクチュエータ２９の
出力端子電圧がＬｏｗレベルか否か判定される。尚、本
実施の形態では、正常であれば、ＯＮされている状態で
はアクチュエータ２９の出力端子電圧はＬｏｗレベルと
なり、ＯＦＦされている状態ではアクチュエータ２９の
出力端子電圧はＨｉｇｈレベルとなるように構成されて
いる。

【００４７】そして、Ｓ１０３の判定の結果、アクチュ
エータ２９の出力端子電圧がＬｏｗレベルであれば、正
常状態であるのでＳ１０４に進み、断線判定カウンタＮ
Ｇ１をクリア（ＮＧ１＝０）してＳ１０６に進む。逆
に、アクチュエータ２９の出力端子電圧がＬｏｗレベル
でなければ、正常状態ではないのでＳ１０５に進み、断
線判定カウンタＮＧ１をカウントアップ（ＮＧ１＝ＮＧ
１＋１）してＳ１０６に進む。

【００４８】次いで、Ｓ１０６では、断線判定カウンタ
ＮＧ１を調べ、この断線判定カウンタＮＧ１が設定値ｋ
ＮＧ１を超えた場合、すなわち、排気カット弁用アクチ
ュエータ２９がONされた状態ではアクチュエータ２９の
出力端子電圧がＬｏｗレベルでなければならないにもか
かわらず、出力端子電圧がＬｏｗレベルとはならない状
態が設定値ｋＮＧ１に対応する時間連続した場合はＳ１
０７に進み、断線と判定してプログラムを抜ける。逆
に、Ｓ１０６で、断線判定カウンタＮＧ１が設定値ｋＮ
Ｇ１を超えていなければＳ１０８に進んで、正常状態
（断線ＯＫ）と判定し、プログラムを抜ける。

【００４９】一方、Ｓ１０２の判定の結果、排気カット
弁３０（排気カット弁用アクチュエータ２９）がOＦＦ
されている場合はＳ１０９に進む。

【００５０】Ｓ１０９に進むと、アクチュエータ２９の
出力端子電圧がＨｉｇｈレベルか否か判定され、アクチ
ュエータ２９の出力端子電圧がＨｉｇｈレベルであれ
ば、正常状態であるのでＳ１１０に進み、ショート判定
カウンタＮＧ２をクリア（ＮＧ２＝０）してＳ１１２に
進む。逆に、アクチュエータ２９の出力端子電圧がＨｉ
ｇｈレベルでなければ、正常状態ではないのでＳ１１１
に進み、ショート判定カウンタＮＧ２をカウントアップ
（ＮＧ２＝ＮＧ２＋１）してＳ１１２に進む。

【００５１】次いで、Ｓ１１２では、ショート判定カウ
ンタＮＧ２を調べ、このショート判定カウンタＮＧ２が
設定値ｋＮＧ２を超えた場合、すなわち、排気カット弁
用アクチュエータ２９がOＦＦされた状態ではアクチュ
エータ２９の出力端子電圧がＨｉｇｈレベルでなければ
ならないにもかかわらず、出力端子電圧がＨｉｇｈレベ
ルとはならない状態が設定値ｋＮＧ２に対応する時間連
続した場合はＳ１１３に進み、ショートと判定してプロ
グラムを抜ける。逆に、Ｓ１１２で、ショート判定カウ
ンタＮＧ２が設定値ｋＮＧ２を超えていなければＳ１１
４に進み、正常状態（ショートＯＫ）と判定し、プログ
ラムを抜ける。

【００５２】こうして、本実施の形態では、排気カット
弁用アクチュエータ２９のＯＮ−ＯＦＦに応じて、出力
端子の実際の電圧を検出することにより排気カット弁３
０を作動させる排気カット弁用アクチュエータ２９に関
する電気系の故障（断線或いはショートの故障状態）を
判定するようになっている。そして、この判定結果を基
に、排気カット弁用アクチュエータ２９がショートし作
動し続けて、或いは、断線し作動しないで、排気カット
弁３０が閉じたままの状態か、或いは、開いたままの状
態かが判定可能になっている。

【００５３】次に、制御装置５０における排気カット弁
３０の作動故障を判定する機能について説明する。この
作動故障診断機能では、まず、図５に示す排気カット弁
の作動診断プログラムに従って、排気カット弁３０の開
閉領域を判定する。そして、この判定の結果、排気カッ
ト弁３０を開く運転領域では、排気カット弁３０が閉じ
ている故障状態の判定を、図６の排気カット弁の開時故
障診断プログラムに従って判定する。一方、排気カット
弁３０を閉じる運転領域では、排気カット弁３０が開い
ている故障状態の判定を、図７の排気カット弁の閉時故
障診断プログラムに従って判定する。

【００５４】すなわち、図５に示す排気カット弁の作動
診断プログラムでは、まず、Ｓ２０１で、制御装置５０
が、図３のマップを参照してエンジン負荷とエンジン回
転数とから、現在、排気カット弁３０を開く領域として
いるのか否か判定される。

【００５５】そして、このＳ２０１の判定の結果、排気
カット弁３０を開く領域としている場合は、Ｓ２０２に
進み、図６に示す排気カット弁の開時故障診断プログラ
ムを実行させる。逆に、Ｓ２０１の判定の結果、排気カ
ット弁３０を閉じる領域としている場合は、Ｓ２０３に
進み、図７に示す排気カット弁の閉時故障診断プログラ
ムを実行させる。

【００５６】Ｓ２０２で実行される排気カット弁の開時
故障診断プログラムは、図６のフローチャートに示すよ
うに、まず、Ｓ３０１で故障診断が実行可能な運転領域
にあるか否か判定される。これは、例えば、スロットル
開度、エンジン回転数、エンジン水温が、予め設定して
おいた値以上となった領域の場合に故障診断が実行可能
な領域と判定する。そして、このＳ３０１の判定の結
果、診断可能領域であると判定した場合はＳ３０２に進
み、診断可能領域ではないと判定した場合はプログラム
を抜ける。

【００５７】Ｓ３０２では、過給圧が、予め大気圧等に
応じて設定しておいた過給圧値ｂｓｔ３を超えているか
否か判定し、設定過給圧値ｂｓｔ３を超えている場合
は、ターボ過給機１１が正常に機能していると判定し、
Ｓ３０３に進んで、開時作動判定カウンタＮＧ３をクリ
ア（ＮＧ３＝０）してＳ３０５に進む。一方、過給圧が
設定過給圧値ｂｓｔ３以下の場合は、ターボ過給機１１
が正常ではないと判定し、Ｓ３０４に進んで、開時作動
判定カウンタＮＧ３をカウントアップ（ＮＧ３＝ＮＧ３
＋１）してＳ３０５に進む。

【００５８】すなわち、排気カット弁３０を開くべき領
域において排気カット弁３０が閉じた状態であると、図
９の一点破線で示すように、正常時過給圧に比べ、排圧
の上昇により、エンジン回転数が高くなっても過給圧は
低下してしまう。従って、この過給圧の低下を、設定過
給圧値ｂｓｔ３との比較で捉え故障を判定するのであ
る。

【００５９】次いで、Ｓ３０５では、開時作動判定カウ
ンタＮＧ３を調べ、この開時作動判定カウンタＮＧ３が
設定値ｋＮＧ３を超えた場合、すなわち、排気カット弁
３０を開くべき領域であるにもかかわらず閉じていると
判断できる状態が設定値ｋＮＧ３に対応する時間連続し
た場合はＳ３０６に進み、排気カット弁３０は閉故障と
判定してプログラムを抜ける。逆に、Ｓ３０５で、開時
作動判定カウンタＮＧ３が設定値ｋＮＧ３を超えていな
ければＳ３０７に進んで、正常状態と判定し、プログラ
ムを抜ける。

【００６０】Ｓ２０３で実行される排気カット弁の閉時
故障診断プログラムは、図７のフローチャートに示すよ
うに、まず、Ｓ４０１で故障診断が実行可能な運転領域
にあるか否か判定される。これは先の排気カット弁の開
時故障診断プログラムと同様に、例えば、スロットル開
度、エンジン回転数、エンジン水温が、予め設定してお
いた値以上となった領域の場合に故障診断が実行可能な
領域と判定する。そして、このＳ４０１の判定の結果、
診断可能領域であると判定した場合はＳ４０２に進み、
診断可能領域ではないと判定した場合はプログラムを抜
ける。

【００６１】Ｓ４０２では、過給圧が、予め大気圧等に
応じて設定しておいた過給圧値ｂｓｔ４を超えているか
否か判定し、設定過給圧値ｂｓｔ４を超えている場合
は、ターボ過給機１１が正常に機能していると判定し、
Ｓ４０３に進んで、閉時作動判定カウンタＮＧ４をクリ
ア（ＮＧ４＝０）してＳ４０５に進む。一方、過給圧が
設定過給圧値ｂｓｔ４以下の場合は、ターボ過給機１１
が正常ではないと判定し、Ｓ４０４に進んで、閉時作動
判定カウンタＮＧ４をカウントアップ（ＮＧ４＝ＮＧ４
＋１）してＳ４０５に進む。

【００６２】すなわち、排気カット弁３０を閉じるべき
領域において排気カット弁３０が開いた状態であると、
図９の破線で示すように、正常時過給圧に比べ、過給効
率が悪くなり過給圧は上昇しずらくなる。従って、この
過給圧の低下を、設定過給圧値ｂｓｔ４との比較で捉え
故障を判定するのである。

【００６３】次いで、Ｓ４０５では、閉時作動判定カウ
ンタＮＧ４を調べ、この閉時作動判定カウンタＮＧ４が
設定値ｋＮＧ４を超えた場合、すなわち、排気カット弁
３０を閉じるべき領域であるにもかかわらず開いている
と判断できる状態が設定値ｋＮＧ４に対応する時間連続
した場合はＳ４０６に進み、排気カット弁３０は開故障
と判定してプログラムを抜ける。逆に、Ｓ４０５で、閉
時作動判定カウンタＮＧ４が設定値ｋＮＧ４を超えてい
なければＳ４０７に進んで、正常状態と判定し、プログ
ラムを抜ける。

【００６４】次に、図８は、上述の排気カット弁用アク
チュエータ２９に関する電気系の故障診断と、排気カッ
ト弁３０の作動の故障診断の結果を踏まえて実行される
フェイルセーフプログラムのフローチャートである。

【００６５】まず、Ｓ５０１では、排気カット弁３０は
開故障（閉じているべき時に開いた状態の故障）か否か
判定し、開故障の場合はＳ５０２に進み、排気カット弁
３０開故障時の処理を実行して、プログラムを抜ける。

【００６６】この排気カット弁３０の開故障時処理は、
具体的には、過給圧制御を高吸入空気量時制御（予め設
定しておいたマップ等により通常の過給圧制御に比較し
て排気バイパス弁３２を閉じる方向に補正して制御）に
変更する。そして、エンジン制御（空燃比制御や点火時
期制御等）も高吸入空気量時特性に変更して、車両の走
行性を確保する。

【００６７】一方、排気カット弁３０が開故障ではない
場合は、Ｓ５０１からＳ５０３に進み、排気カット弁３
０は閉故障（開いているべき時に閉じた状態の故障）か
否か判定し、閉故障の場合はＳ５０４に進み、排気カッ
ト弁３０閉故障時の処理を実行し、排気カット弁３０が
閉故障では無い場合はＳ５０５に進んで、排気カット弁
３０の正常時処理、すなわち、通常の排気カット弁３０
の制御を実行してプログラムを抜ける。

【００６８】ここで、Ｓ５０４における排気カット弁３
０の閉故障時処理は、具体的には、過給圧制御を低吸入
空気量時制御（予め設定しておいたマップ等により通常
の過給圧制御に比較して排気バイパス弁３２を開く方向
に補正して制御）に変更する。そして、エンジン制御
（空燃比制御や点火時期制御等）も低吸入空気量時特性
に変更して、車両の走行性を確保する。

【００６９】この場合では、更に、吸入空気量が予め設
定した値を超えていることを検出した際は、燃料カット
等を行って、ターボ過給機１１に与える排気エネルギを
減少させる制御を実行し、排圧の上昇に伴うノッキング
の発生や、コンプレッサの圧力比の上昇によるサージ現
象の発生を防止する。尚、スロットル弁２０が電子制御
スロットル弁で構成されている場合には、この電子制御
スロットル弁を通常より閉じる方向に制御し、吸入空気
量を抑制するようにしても良い。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、タ
ービンスクロール部を複数の排気通路で構成し、その一
部の通路に、該通路を開通、遮断する排気カット弁を設
けたターボ過給機付エンジンにおいて、たとえ、排気カ
ット弁の開閉機能に故障が生じても、これを素早く検出
し、この排気カット弁の故障状態に応じた適切なエンジ
ン制御を実行させて、排気カット弁の故障時における車
両の走行性の確保と、エンジンに対して過大な負荷が加
えられることを有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ターボ過給機付エンジンの全体構成説明図

【図２】電子制御系の回路構成図

【図３】エンジン回転数とエンジン負荷で設定する排気
カット弁の開閉領域の説明図

【図４】排気カット弁の断線及びショート判定の故障診
断プログラムのフローチャート

【図５】排気カット弁の作動診断プログラムのフローチ
ャート

【図６】排気カット弁の開時故障診断プログラムのフロ
ーチャート

【図７】排気カット弁の閉時故障診断プログラムのフロ
ーチャート

【図８】故障診断後のフェールセーフプログラムのフロ
ーチャート

【図９】正常時における過給圧と故障時における過給圧
の比較説明図

【符号の説明】

１過給機付エンジン８タービンスクロール部８ａ第１の排気通路８ｂ第２の排気通路１０排気管１１ターボ過給機１１ａタービン２９排気カット弁用アクチュエータ３０排気カット弁５０制御装置（作動故障判定手段、電気系故障判定
手段）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｂ 37/18 Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｇ 37/22 23/00 ＮＦ０２Ｄ 9/04 Ｚ 23/00 Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｒ３０１ＥＦターム(参考） 3G004 AA01 BA03 DA24 EA01 3G005 EA04 EA15 FA23 FA24 GA03 GA07 GB24 GB28 GD13 GD14 GD17 GD18 GD28 GE01 GE09 GE10 HA02 HA04 HA05 HA19 JA02 JA05 JA24 JA31 JA39 JA42 JA45 JB22 JB25 3G065 AA09 CA01 FA03 GA01 GA04 GA05 GA09 GA10 GA11 GA16 GA41 3G092 AA01 AA18 BA02 BA04 BA09 DB03 DC03 DC12 DF02 DG07 EA02 FB03 FB04 FB05 FB06 HA01Z HA05Z HA06X HA06Z HA16X HA16Z HC05Z HD05Z HE03Z HE08Z HF21Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターボ過給機のタービンスクロール部を
複数の排気通路で構成し、該排気通路の少なくとも１つ
の通路入口部に排気カット弁を備えたターボ過給機付エ
ンジンにおいて、上記排気カット弁の作動故障を判定する作動故障判定手
段と、上記排気カット弁を制御する電気系の故障を判定する電
気系故障判定手段との少なくともどちらかの故障判定手
段を備えたことを特徴とするターボ過給機付エンジン。
【請求項２】上記作動故障判定手段は、上記排気カッ
ト弁を閉じる運転領域で、少なくともスロットル開度と
過給圧により、上記排気カット弁が開いている故障状態
の判定をすることを特徴とする請求項１記載のターボ過
給機付エンジン。
【請求項３】上記作動故障判定手段は、上記排気カッ
ト弁を開く運転領域で、少なくともスロットル開度と過
給圧により、上記排気カット弁が閉じている故障状態の
判定をすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
のターボ過給機付エンジン。
【請求項４】上記作動故障判定手段と上記電気系故障
判定手段の少なくともどちらかにより上記排気カット弁
の作動故障を判定した際は、正常時の空燃比と点火時期
と過給圧の少なくとも１つ以上の制御値を変更すること
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載
のターボ過給機付エンジン。
【請求項５】上記作動故障判定手段と上記電気系故障
判定手段の少なくともどちらかにより上記排気カット弁
の閉じている故障状態を判定し、且つ、吸入空気量が予
め設定した値を超えていることを検出した際は、上記タ
ーボ過給機に与える排気エネルギを減少させる制御を実
行することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか
１つに記載のターボ過給機付エンジン。