JP2003328841A - ターボチャージドエンジンの診断システム - Google Patents

ターボチャージドエンジンの診断システム

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JP2003328841A
JP2003328841A JP2003128430A JP2003128430A JP2003328841A JP 2003328841 A JP2003328841 A JP 2003328841A JP 2003128430 A JP2003128430 A JP 2003128430A JP 2003128430 A JP2003128430 A JP 2003128430A JP 2003328841 A JP2003328841 A JP 2003328841A
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Evan E Jacobson
イー．ヤコブソン イワン
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターボチャージドエンジンの診断システムを
提供する。 【解決手段】 複数のセンサから受信したデータに応じ
てエンジンの動作を制御するように操作可能なエンジン
制御モジュール（ＥＣＭ）を有するターボチャージドエ
ンジンにおける動作を診断する方法、システムおよび機
械可読記憶媒体が開示されている。動作時において、動
作中の圧縮機効率と圧縮機速度の範囲を画定する圧縮機
マップおよび動作中のタービン効率とタービン速度の範
囲を画定するタービンマップに対応するデータを、方
法、システムおよび機械可読記憶媒体が格納する。次
に、方法、システムおよび装置は、複数のセンサから選
択されたセンサより受信したデータおよびメモリに記憶
されたデータを使用して動作パラメータに対する予測値
を決定し、複数のセンサから選択されたセンサより受信
したデータを使用して動作パラメータに対する実際値を
決定し、および実際値と予測値の間の差が所定値より大
きい場合、動作異常信号を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボチャージャ
の診断システムに関し、特にターボチャージドエンジン
の性能異常を診断するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一定の動作条件下では、内燃機関のター
ボチャージャは全エンジン効率を向上し、出力の増大、
特に車両加速時に出力増大を促す。動作中、半径方向流
入タービンは、エンジンの排気ガスによって駆動され
る。次に、タービンは遠心圧縮機を駆動し、これがエン
ジンに供給される吸気圧を増大する。吸気の密度が増大
すると、燃焼反応を促進して結果的に出力の増大を促
す。
【０００３】ターボチャージャが適切に機能しないとき
は、タービン効率は低下することとなり、エンジンの動
作は不安定になり、極端な場合にはエンジンの損傷も起
こり得る。従って、エンジン設計者はエンジン性能に影
響を与える前に問題点を確認する目的で、ターボチャー
ジャの作動を厳密に監視することに特に関心を払ってき
た。タービンに関連するタービンマップ、又は圧縮機に
関連する圧縮機マップの左右の境界（例えばそれぞれサ
ージング線と閉塞線）に対してターボチャージャの性能
を評価することは知られている。これらの線は共に、タ
ーボチャージャ又は圧縮機の望ましい動作のための境界
を画定する。圧縮機マップとタービンマップはそれぞ
れ、圧縮機およびタービンの同一の情報（即ち効率と速
度）を示している。何れか一方の構成部材に基づいてタ
ーボチャージャ性能を監視すれば、同一の結果を導くは
ずである。例えば、Ｗａｎｇに付与された特許文献１に
は、圧縮機性能が圧縮機動作マップのサージング領域お
よび閉塞領域と比較されるターボチャージャの圧縮機診
断システムが開示されている。圧縮機性能データがサー
ジング領域又は閉塞領域の一方に含まれると、性能異常
信号が発生される。しかしながら、サージング状態およ
び閉塞状態を克服することは、エンジン性能と燃費に影
響を及ぼすこともある。サージング領域と閉塞領域の間
の面積が、特に流入量が増大するに伴い、十分大きくな
ることが問題を悪化させる。従って、ターボチャージャ
の効率は急低下して不具合を示すことがあるが、これに
も拘わらずターボチャージャ性能がサージング線と閉塞
線の間に存在し続けることもある。このような総体的規
模でターボチャージャ性能を監視することは、過去にお
いては適当であったが、最新の内燃機関においてエンジ
ン性能に影響を与え、又は相当の損傷を起こす前にター
ボチャージャの異常を確定する為には最早十分ではな
い。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，２９８，７１８号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】更に、過去において、
圧縮機の動作異常条件の確定は、エンジン全体に配置さ
れたセンサからのデータを使用して行われた。故障セン
サが原因でデータが疑わしい場合、異常が誤診断される
か、又は単に見過ごされることとなる。従って、ターボ
チャージャの異常の存在を決定するために使用される情
報を検証することが重要である。ターボチャージャの性
能の正確な測定を行うターボチャージャ診断システムお
よび方法を有することも同様に重要である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】複数のセンサから受信し
たデータに応じてエンジンの動作を制御するように操作
可能なエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）を有するター
ボチャージドエンジンにおける動作診断方法が開示され
ている。動作中、本方法は、動作中の圧縮機効率および
圧縮機速度の範囲を画定する圧縮機マップと、動作中の
タービン効率およびタービン速度の範囲を画定するター
ビンマップとに対応するデータを格納する。次に、本方
法は、複数のセンサから選択されたセンサより受信した
データおよびメモリ内に蓄積されたデータを使用して動
作パラメータの予測値を決定し、複数のセンサから選択
されたセンサより受信したデータを使用して動作パラメ
ータの実際値を決定し、さらに、実際値と予測値の差が
予定値より大きい場合、動作異常信号を発生する。装置
と機械可読媒体とが又、開示された方法を実行するため
に提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の原理の理解を促進するた
めに、図面に図示された実施形態が次に参照され、それ
らを説明するために特定の言葉が使用される。しかしな
がら、それらによって本発明の範囲を制限する意図では
ないことは理解されるであろう。本発明は、図示された
装置および説明された方法において如何なる代替および
更なる修正を含み、および本発明が関連する当業者に通
常生じ得る本発明原理の別の用途を含んでいる。
【０００８】図１を参照するに、本発明はエンジン１０
２を監視し制御するように調節されている。図１に示さ
れるように、エンジン１０２は吸気システム１１４、排
気システム１１６、燃焼システム１１７およびターボチ
ャージャ１１８を具備する。吸気システム１１４は典型
的に空気フィルタまたはクリーナー１２８、後部冷却器
１２６および吸気マニホールド１２２を含んでいる。排
気システム１１６は典型的に排気マニホールド１２０お
よびマフラー１２４を含んでいる。燃焼システム１１７
は典型的に当業界で知られているピストンおよび燃焼室
のような素子を含むが、自由ピストンおよびロータリエ
ンジン設計も含む。
【０００９】ターボチャージャ１１８は圧縮機１３０、
タービン１３２、およびシャフト１３４を含む。圧縮機
１３０は、後部冷却器１２６と空気フィルタ１２８との
間で吸気システム１１４の中に連結されている。タービ
ン１３２は、排気マニホールド１２０とマフラー１２４
の間で排気システム１１６の中へ連結されている。シャ
フト１３４は圧縮機１３０をタービン１３２に連結して
いる。空気は吸気システム１１４を介して圧縮機１３０
内に吸い込まれ、吸気マニホールド１２２によって燃焼
システム１１７に供給される。エンジンからの排気ガス
は排気マニホールド１２０を通過して、当業者に良く知
られるように、タービン１３２を駆動する。
【００１０】エンジン１０２は、これに制限はされない
が次のような種々の動作パラメータを検知するように操
作可能な複数のセンサ（図示されない）を典型的に含ん
でいる。即ち大気圧、入口雰囲気温度、吸気マニホール
ド温度／圧力、パイロット量、噴射継続時間、エンジン
速度、エンジンへの燃料供給速度、エンジンへ供給され
る空燃比、燃料量、オイル圧、油温、および排気温度。
ターボチャージャ１１８は、圧縮機の出口温度／圧力、
タービン入口温度／圧力、およびブースト圧を検知する
ためのセンサを含んでいる。センサは全て、当業界で知
られている種々な設計のものでよい。
【００１１】エンジン１０２の動作は、図２に示される
ようにエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）２０２によっ
て管理される。センサ出力信号２１０は、エンジン１０
２からＥＣＭ２０２へ伝達される。次に、ＥＣＭ２０２
は、センサ出力信号に応じて制御信号２２０を発生す
る。一度発生されると、エンジンの動作を制御するため
に制御信号２２０は次にＥＣＭ２０２からエンジン１０
２へ送信される。
【００１２】図３を参照するに、一例示的実施形態にお
いて行われるステップの高次の流れ図が示されている。
図示されるように、システム３００は、ＥＣＭ２０２に
よって受信されたセンサのデータが正確かを決定する合
理性テストを先ず行う（ステップ３０５）。合理性テス
トの実施例が以下により詳しく説明される。少なくとも
一つの合理性テストが失敗すると（ステップ３１０）、
処理はステップ３１５へ移り、診断メッセージが出力さ
れる。合理性テストが成功すれば、処理はステップ３２
０に移り、そこで本システムがターボチャージャ１１８
を監視する。ターボチャージャが適切に作動していれば
（ステップ３２５）、処理が続く（ステップ３３５）。
ターボチャージャが適切に作動していなければ、診断メ
ッセージが出力される（ステップ３３０）。
【００１３】図４を参照するに、図３のステップ３０５
において記載された合理性テストの典型的実施例を実施
するためのより詳しい流れ図が示されている。示される
ように、実施される第１の合理性テストは、タービン温
度差合理性テスト（４１０）である。テストが成功すれ
ば、処理はステップ４２０に移る。さもなければ、診断
ルーチン又はエラーメッセージが呼び出される。ステッ
プ４２０において、本発明は圧縮機の温度差合理性テス
トを実施する。テストが成功すれば、処理はステップ４
３０に移る。さもなければ、診断ルーチン又はエラーメ
ッセージが呼び出される。ステップ４３０は、タービン
／圧縮機組合せの速度差合理性テストを行う。タービン
１３０と圧縮機１３２は共通シャフト１３４を有するの
で、その相対速度は所定の誤差限界内に含まれるはずで
ある。ステップ４３０からの値が許容範囲に無ければ、
診断ルーチンが呼び出される。その値が所定の誤差限界
内にあれば、処理はステップ４４０に移り、そこでター
ビン／圧縮機組合せの出力差合理性テストが行われる。
タービン／圧縮機組合せの出力差合理性テストが成功し
なければ（ステップ４４０）、診断ルーチン又はエラー
メッセージが呼び出される。上述したソフトウェアの流
れは例示目的のみに使用される。流れは最初の合理性テ
ストから最後の合理性テストへ直列的に連続し、合理性
テストの順序は変更できる。ある場合には、後半のテス
トは前半のテストで得られる値に依存することもある。
従って、テストが失敗した場合、センサが故障又はデー
タが疑わしいと考えられ、制御は通常の流れから外れ、
「故障」ループ（図示されない）に進んでエラー／診断
メッセージステップに入る。記載されたある種の合理性
テストの順序が変更され、幾つかのテストが削除されて
別の合理性テストが代替実施形態に加えられることが考
えられる。
【００１４】次に図５を参照するに、本発明の一例示的
実施形態による図４のステップ４１０に記載されたター
ビン温度差合理性テストを行うための典型的方法のステ
ップを詳細流れ図に示されている。環境特性を備えた特
定のエンジンが種々の動作特性を決定するために開示さ
れているが（例えば、ブースト圧、エンジン速度、入口
マニホールド温度および燃料量は容積効率を決定するた
めに使用される）、当業者に知られた他の適当な方法も
使用できる。タービン温度差を評価するために、ブース
ト圧、入口絞りおよび測定大気圧が使用されて圧縮機圧
力比（ステップ５０５）を決定する。一例示的実施形態
において、圧縮機圧力比は種々の値から計算され、さら
に別の例示的実施形態では、圧縮機圧力比は参照表から
決定される。処理は次にステップ５１０に進み、ここで
ブースト圧、エンジン速度、入口マニホールド温度およ
び燃料量が容積効率を計算するために使用される。ステ
ップ５１５において、容積効率、エンジン速度、入口マ
ニホールド温度およびブースト圧が空気の質量流量を計
算するために使用され、これは入口雰囲気温度や大気圧
と共に空気の修正質量流量値を計算するために使用され
る（ステップ５２０）。
【００１５】処理は次にステップ５２５へ移り、そこで
修正空気質量流量と圧縮機圧力比とが、予測圧縮機速度
および予測圧縮機効率とを計算するために使用される。
一例示的実施形態において、予測圧縮機速度および予測
圧縮機効率とは、メモリ内に格納された圧縮機マップを
利用し、先に計算された圧縮機圧力比および修正空気質
量流量の値を使用し、圧縮機速度および圧縮機効率の実
験値をメモリから検索することによって決定される。
【００１６】ステップ５３０において、大気圧、排気絞
りおよび排気マニホールド圧力がタービン圧力比を計算
するために使用される。次に、処理はステップ５３５に
移り、そこで修正空気質量流量と燃料量が排気質量流量
を計算するために使用される。排気の質量流量は、修正
排気質量流量を計算するために排気マニホールド温度お
よび排気マニホールド圧力に組み合わされて使用される
（ステップ５４０）。修正排気質量流量は次に、タービ
ン効率とタービン速度を計算するために圧力比と共に使
用される（ステップ５４５）。一例示的実施形態におい
て、予測タービン効率と予測タービン速度は、メモリ内
に格納されたタービンマップを利用し、先に計算された
タービン圧力比と修正排気質量流量の値を使用し、ター
ビン速度とタービン効率の実験値をメモリから検索する
ことにより決定される。
【００１７】次にステップ５５０において、等エントロ
ピースタック温度とタービン膨張比が予測排気マニホー
ルド温度を計算するために使用され、これは次にタービ
ン効率および等エントロピースタック温度と一緒に予測
スタック温度を計算するために使用される（ステップ５
５５）。予測スタック温度と予測排気マニホールド温度
は、ステップ５６０においてタービン温度差を査定する
ために使用される。処理は次にステップ５６５に進み、
そこでエンジン速度、燃料量、ブースト圧および入口マ
ニホールド温度が第２の査定タービン温度差を計算する
ために使用される。評価タービン温度差の絶対値は、次
にステップ５７０で計算される。処理はさらにステップ
５７５に進み、ここでその絶対値がタービン温度差の誤
差限界と比較される。絶対値が限界を越える場合、エラ
ーが宣言されおよび／又は診断ルーチンが呼び出される
（ステップ５８０）。絶対値が限界を越えない場合、処
理は続く。
【００１８】図６を参照するに、図４のステップ４２０
に示された圧縮機温度差合理性テストを実施するための
典型的方法のステップを詳細流れ図に示されている。こ
のテストにおいて、入口雰囲気温度と圧縮機圧力比が、
等エントロピー圧縮機出口温度を計算するために使用さ
れる（ステップ６１０）。処理は次にステップ６２０に
移り、ここで等エントロピー圧縮機出口温度、入口雰囲
気温度および圧縮機効率が、予測圧縮機出口温度を決定
するために使用され、これは入口雰囲気温度と共に圧縮
機温度差を査定するために使用される（ステップ６３
０）。エンジン速度、燃料量、ブースト圧、および入口
マニホールド温度はステップ６４０において圧縮機温度
差の第２査定のために使用される。ステップ６５０にお
いて、査定圧縮機温度差の差の絶対値が計算される。絶
対値はステップ６６０において圧縮機温度差の誤差限界
と対比される。絶対値が限界を越える場合、エラーが宣
言され、および／又は診断ルーチンが呼び出される（ス
テップ６７０）。絶対値が限界を越えない場合、処理が
続く。
【００１９】開示された実施形態によって行われる次の
合理性テストは、速度合理性テストである。計算された
圧縮機およびタービン速度は、ホイールが共通シャフト
１３４を有しているので、互いに許容マージン内に含ま
れるはずである。図７を参照するに、図４のステップ４
３０において示されたタービン／圧縮機速度差合理性テ
ストを行うための典型的方法のステップを詳細流れ図に
示されている。図７において、圧縮機速度およびタービ
ン速度の所定値の差の絶対値が先ず演算される（ステッ
プ７１０）。処理は次にステップ７２０に移り、ここで
絶対値がターボチャージャ速度差の誤差限界を超過して
いるかが測定される。限界を超過していない場合、故障
は存在しない。絶対値が限界を越える場合、処理はステ
ップ７３０に移り、ここでターボチャージャのハードウ
ェア速度センサが利用されているかを決定するテストを
行う。この情報は、どの速度センサが故障しているかを
決定するために使用される。ターボチャージャのハード
ウェア速度センサが使用される場合、ハードウェアセン
サの診断ルーチンが行われる（ステップ７４０）。それ
以外は、処理はステップ７５０に移り、ここで圧縮機と
タービンの診断が行われる。
【００２０】最初の３つの診断テストが完了した後に、
関連センサの１つに問題があるかを決定するために、典
型的方法で圧縮機出力およびタービン出力をテストす
る。図８を参照するに、図４のステップ４４０に示され
た典型的タービン／圧縮機出力差合理性テストを実施す
るためのステップを表す詳細流れ図が示されている。ス
テップ８１０において、空気質量流量、圧縮機出口温
度、入口雰囲気温度および空気の比熱が圧縮機出力を演
算するために使用される。処理は次にステップ８１５に
進み、ここで空気質量流量と燃料が排気の比熱を計算す
るために使用される。次に、排気の質量流量、排気マニ
ホールド温度、スタック温度および排気の比熱がタービ
ン出力を計算するために使用される（ステップ８２
０）。エンジン１０２が過渡状態又は定常状態で動作し
ているかを決定するために、ステップ８２５において、
速度と燃料が使用される。エンジン１０２が定常状態で
あれば、処理はステップ８３０に移り、ここでタービン
出力と圧縮機出力との差の絶対値が計算される。絶対値
が出力の誤差限界を越える場合（ステップ８３５）、処
理はステップ８５５に進み、診断が呼び出される。絶対
値が限界を越えない場合、故障は無いと決定され（ステ
ップ８５０）、処理が終了する。エンジン１０２が過渡
状態であれば（ステップ８２５）、処理はステップ８４
０へ進み、ここで慣性、圧縮機出力履歴およびタービン
出力履歴が、現在値が計画値に適合するかを決定するた
めに使用される。適合しない場合、診断が行われる（ス
テップ８４５）。現在値が誤差限界内の計画値に適合す
れば、故障は無いと決定され（ステップ８５０）、処理
が終了する。
【００２１】エンジン１０２は１つ以上のハードウェア
センサ（例えば、空気質量流量、入口雰囲気温度（ＩＡ
Ｔ）、ターボ速度、入口マニホールド圧力／温度、圧縮
機出口圧力／温度、圧縮機圧力差、入口絞り、タービン
圧力差、排気絞り、排気スタック温度、および排気マニ
ホールド温度等）を有し、その結果、予測値又は計算値
は別のセンサ合理性テストとしてハードウェアセンサか
らの出力値と比較することが出来る。より具体的には、
エンジン１０２がハードウェア圧力差センサを有する場
合、そのフィードバックは予測圧力差と比較することが
出来る。２つの値が誤差の所定マージン内にあれば、そ
のハードウェアセンサ値を使用して良い。２つの値が誤
差のある所定マージン内になければ、予測圧力差値は使
用でき、ハードウェアセンサが故障しているかを決定す
るために更に詳しく審査される。この同じ実施例が、他
のセンサにも同様に適用される。例えば、入口雰囲気温
度（ＩＡＴ）のハードウェアセンサがエンジン１０２の
中にあれば、そのフィードバックはターボ速度、圧縮機
出力などをより正確に計算するために使用される。
【００２２】他の実施において、人工ニューラルネット
ワーク（ＡＮＮ）モデルが既述された方法で演算された
１つ以上の値を逆算するために使用される。より具体的
には、ＡＮＮは、十分な訓練データが入手可能なときに
エンジントルク、排気温度、ターボ速度等の値を演算す
るために使用される。これらの演算は、値を確認し又は
故障センサを隔離するために、以前に説明された計算と
対比される。訓練データが使用できないその操作シナリ
オにおいて、行われた計算をＡＮＮからの出力値と比較
することは、いずれか一方のシステム単独よりもより正
確であることを証明する。
【００２３】前述の合理性テストの各々が成功すると、
システム３００における制御がターボチャージャの動作
評価のためにステップ３２０（図３）に進む。ターボチ
ャージャ内の圧縮機の作動挙動が、ターボチャージャに
関連する「圧縮機マップ」によってグラフで示され、そ
の中で圧力比（入口圧力で除算した圧縮機出口圧力）が
垂直軸にプロットされ、流量が水平軸でプロットされて
いる。図９を参照するに、圧縮機効率値と圧縮機速度と
が交差する圧縮比対空気流量によって表されたターボチ
ャージャの圧縮機素子の性能を表すマップ９００が示さ
れている。典型的なターボチャージャのタービン素子の
性能を示す同様のマップが又存在し、使用され得る。図
示されるように、マップ９００は、サージング線９１
０、閉塞線９２０、速度線９３０、および効率線９４０
からなる。サージング線９１０は基本的に圧縮機入口で
の空気流の「失速」を表している。余りに小さい容積流
と余りに高い圧縮比があると、圧縮機ホイールのブレー
ド吸込側から流れが剥離し、排出過程が妨げられること
となる。正の容積流量によって安定した圧力比が確立さ
れるまで、圧縮機を通る空気流は戻され、圧力が再び蓄
積され、サイクルが繰り返される。この流れ不安定性
は、実質的に一定の周波数で連続し、その結果生ずる挙
動は、「サージングング」として知られている。閉塞線
９２０は、例えば圧縮機入口における断面によって制限
される遠心圧縮機最大容積流量を表す。圧縮機入口又は
他の位置における流速が音速に達すると、更なる流速増
加は生じず、閉塞が発生する。サージング線９１０と閉
塞線９２０の境界内で、圧縮機１３０は複数の速度（速
度線９３０で表現）と効率（効率線９４０で表現）のど
れにおいても作動する。図示されるように、圧縮機効率
の範囲は、複数の速度線９３０を横切って延長する楕円
形の範囲として示される。
【００２４】（産業上の利用性）所与の出力がエンジン
に必要とされると、燃料供給や空気流量を変更すること
は直接的な選択ではないが、他の制御パラメータを変更
することによって生ずる。電子ウエストゲートがあれ
ば、ウエストゲートの設定が調節できる（例えば、圧縮
機がサージングに近いほど空気流が小さければウエスト
ゲートを閉じ、或いは圧縮機が閉塞線に近寄りすぎて動
作していればウエストゲートを開く）。エンジンに使用
するための圧縮機およびタービンの適当な選択は、サー
ジング又は閉塞に近い動作が、エンジンシステムに故障
を生じたかを示すようにすべきであり、そのような状態
と切り離してエンジンを制御する考慮は必要ではない。
形態的に可変なターボチャージャの羽根位置は、ターボ
チャージャの動作状態も同様に制御するように調節され
ることができる。
【００２５】ニューラルネットワークと組み合わせて、
コンピュータベースのモデルを使用してエンジンセンサ
配置の開示された熱力学的分析は、一般動作条件、個別
故障条件および複合故障条件の実時間診断が望ましいと
きに幅広い種類のエンジン分析用途にとって有用であ
る。既述されたシステムの一つの態様は、熱力学的モデ
ル化とＥＣＭに格納された圧縮機およびタービンのマッ
プ情報を使用して、排気マニホールド（タービン入口）
温度および排気スタック（タービン出口）温度を予測す
ることが出来ることである。これらの量は低コスト／高
信頼性／迅速応答性のセンサで計測することは困難で、
仮想センサをより魅力的なものとしている。センサから
粒子を離脱させる結果を招くセンサ欠陥は、タービンを
通り、これに損傷させる物質を生じることが多いため、
記載された概念は、タービンの上流側にセンサを配置す
ることによって憂慮を無くす。
【００２６】記載されたシステムの別の態様は、１つ以
上の仮想センサの出力に基づいてハードウェアセンサを
評価できることである。２つの値が誤差の所定マージン
内にあれば、ハードウェアセンサのフィードバックが使
用できる。２つの値が誤差の所定マージン内になけれ
ば、予測値が使用され、ハードウェアセンサに故障があ
るかないかを更に審査される。実際値と予測値の差が所
定値、所定時間を越えるか、或いは、所定経過時間にわ
たり連続して起これば、ハードウェアセンサは解除され
る。エンジンの動作は予測値に基づいて制御される。
【００２７】記載されたシステムの更に別の態様は、動
作条件を検知し、検知された値を実験値と対比し、比較
に基づいて初期値とニューラルネットワークの重み付け
とを更新できることである。記載されたシステムの可能
な利点は、保証の削減と排気規制法の適合である。エン
ジン装システムを更に精密に監視すると、排気のより狭
義な開発を可能とし、エンドユーザーのためにより良い
燃費を可能とする。更には、記載されたシステムの効果
的な実行が起こり得る潜在的な損傷を即座に識別し、こ
れによってエンジン製造業者に対するかなりの保証請求
を削減する。
【００２８】本発明は、図面および既述の詳細で、具体
的に例示され且つ説明されたが、これらは性質におい
て、例示的であって制限的ではない。例示的実施形態の
みが図示され説明されたが、本発明の精神内で生ずる全
ての変更および修正は、保護されることが望ましいと理
解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の態様を使用しうるエンジンの概略線図
である。
【図２】エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）およびエン
ジンの線図である。
【図３】本発明の例示的実施形態の一般操作を示す流れ
図である。
【図４】本発明の例示的実施形態に従って合理性テスト
を実施するためのアルゴリズムの流れ図である。
【図５】本発明の例示的実施形態に従ってタービン温度
差の合理性テストを実施するためのアルゴリズムの流れ
図である。
【図６】本発明の例示的実施形態に従って圧縮機温度差
の合理性テストを実施するためのアルゴリズムの流れ図
である。
【図７】本発明の例示的実施形態に従ってタービン／圧
縮機温度差の合理性テストを実施するためのアルゴリズ
ムの流れ図である。
【図８】本発明の例示的実施形態に従ってタービン／圧
縮機出力差の合理性テストを実施するためのアルゴリズ
ムの流れ図である。
【図９】典型的なターボチャージャの圧縮機素子の性能
を示すグラフである。
【符号の説明】
１０２ エンジン １１４ 吸気システム １１６ 排気システム １１７ 燃焼システム １１８ ターボチャージャ １２０ 排気マニホールド １２２ 吸気マニホールド １２４ マフラー １２６ 後部冷却器 １２８ 空気フィルタ又はクリーナー １３０ 圧縮機 １３２ タービン １３４ シャフト ２０２ エンジン制御モジュール（ＥＣＭ） ２１０ センサ出力信号 ２２０ 制御信号 ３００ ソフトウェアシステム ３０５ ステップ−合理性テストを実施 ３１０ ステップ−決定：全合理性テスト合格 ３１５ ステップ−診断メッセージを出力 ３２０ ステップ−ターボチャージャを監視 ３２５ ステップ−決定：異常検出 ３３０ ステップ−診断メッセージを出力 ４１０ ステップ−タービン温度差合理性テストを実施 ４２０ ステップ−圧縮機温度差合理性テストを実施 ４３０ ステップ−タービン／圧縮機温度差合理性テス
トを実施 ４４０ ステップ−タービン／圧縮機出力差合理性テス
トを実施 ５０５ ステップ−圧縮機圧力比を計算 ５１０ ステップ−容積効率を計算 ５１５ ステップ−空気質量流量を計算 ５２０ ステップ−修正空気質量流量を計算 ５２５ ステップ−圧縮機速度および圧縮機効率を計算 ５３０ ステップ−タービン圧力比を計算 ５３５ ステップ−排気質量流量を計算 ５４０ ステップ−修正排気質量流量を計算 ５４５ ステップ−タービン速度およびタービン効率を
計算 ５５０ ステップ−排気マニホールド温度を計算 ５５５ ステップ−予測スタック温度を計算 ５６０ ステップ−タービン温度差を査定 ５６５ ステップ−第２の査定タービン温度差を計算 ５７０ ステップ−査定タービン温度差の絶対値を計算 ５７５ ステップ−決定：差の絶対値は誤差限界より小 ５８０ ステップ−診断又は誤差ルーチンを呼び出し ６１０ ステップ−等エントロピー圧縮機出口温度を計
算 ６２０ ステップ−予測圧縮機出口温度を決定 ６３０ ステップ−予測圧縮機温度差を評価 ６４０ ステップ−圧縮機温度差の第２評価を計算 ６５０ ステップ−評価圧縮機温度差の絶対値を計算 ６６０ ステップ−決定：差の絶対値は誤差限界より小 ６７０ ステップ−診断又は誤差ルーチンを呼び出し ７１０ ステップ−圧縮機速度とタービン速度の差の絶
対値を計算 ７２０ ステップ−決定：差の絶対値はターボチャージ
ャ速度の誤差限界より大 ７３０ ステップ−決定：ハードウェアターボチャージ
ャ速度センサは利用されているか ７４０ ステップ−ハードウェアセンサの診断を実施 ７５０ ステップ−圧縮機とタービンの診断を実施 ８１０ ステップ−圧縮機出力を計算 ８１５ ステップ−排気の比熱を計算 ８２０ ステップ−タービン出力を計算 ８２５ ステップ−決定：エンジンは過渡状態 ８３０ ステップ−タービン出力と圧縮機出力の差の絶
対値を計算 ８３５ ステップ−決定：値は誤差限界を越える ８４０ ステップ−決定：現在値は計画値に適合するか ８４５ ステップ−診断を実施 ８５０ ステップ−故障無し ８５５ ステップ−診断を実施 ９００ 圧縮機マップ ９１０ サージング線 ９２０ 閉塞線 ９３０ 圧縮機速度 ９４０ 圧縮機効率
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イワン イー．ヤコブソン アメリカ合衆国 61615 イリノイ州 ピ オリア ウエスト オーチャード レーン 1124 Ｆターム(参考） 3G005 EA16 FA23 GE09 JA14 JA16 JA24 JA40 JA45 JB05 3G084 AA00 BA33 CA00 DA27 DA28 EB17 FA02 FA12 FA13 FA26 FA33 3G092 AA18 DB03 EA08 EC05 EC09 FB06 HA04Z HA05Z HA16Y HA16Z HB01Z HD01Y HD01Z HE01Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のセンサから受信されたデータに応
    じてエンジンの動作を制御するように操作可能なエンジ
    ン制御モジュール（ＥＣＭ）を有するターボチャージド
    エンジンを診断する操作方法であって、 動作中の圧縮機効率と圧縮機速度の範囲を画定する圧縮
    機マップ、および動作中のタービン効率とタービン速度
    の範囲を画定するタービンマップに対応するデータをメ
    モリ内に格納するステップと、 複数のセンサから選択されたセンサより受信したデータ
    並びに圧縮機マップおよびタービンマップの少なくとも
    一つを使用して動作パラメータに対する予測値を決定す
    るステップと、 複数のセンサから選択されたセンサより受信したデータ
    を使用して動作パラメータに対する実際値を決定するス
    テップと、 実際値と予測値の間の差が所定値より大きい場合、動作
    異常信号を発生するステップと、からなる方法。
  2. 【請求項２】 複数のセンサから受信されたデータに応
    じてエンジンの動作を制御するように操作可能なエンジ
    ン制御モジュール（ＥＣＭ）を有するターボチャージド
    エンジンを診断する操作方法であって、 動作中の圧縮機効率と圧縮機速度の範囲を画定する圧縮
    機マップ、および動作中のタービン効率とタービン速度
    の範囲を画定するタービンマップに対応するデータをメ
    モリ内に格納するステップと、 少なくとも第２のハードウェアセンサから受信したデー
    タ並びに圧縮機マップおよびタービンマップの少なくと
    も一つを使用して第１のハードウェアセンサによって測
    定された動作パラメータに対する予測値を決定するステ
    ップと、 第１のハードウェアセンサから受信したデータを使用し
    て動作パラメータに対する実際値を決定するステップと
    からなる方法。
  3. 【請求項３】 人工ニューラルネットワーク（ＡＮＮ）
    から受信したデータを使用して第１のハードウェアセン
    サにより測定された動作パラメータに対する予測値を決
    定するステップと、 第１のハードウェアセンサから受信したデータを使用し
    て動作パラメータに対する実際値を決定するステップ
    と、 実際値と予測値の差が所定値より小さい場合、人工ニュ
    ーラルネットワークを訓練するために実際値を使用する
    ステップと、からなる人工ニューラルネットワークを訓
    練する方法。
  4. 【請求項４】 機械が実施可能な指示をそこに蓄積して
    いる機械可読記憶媒体であって、前記指示の実施が、 動作中の圧縮機効率と圧縮機速度の範囲を画定する圧縮
    機マップ、および、動作中のタービン効率とタービン速
    度の範囲を画定するタービンマップに対応するデータを
    メモリ内に格納するステップと、 複数のセンサから選択されたセンサより受信したデータ
    並びに圧縮機マップおよびタービンマップの少なくとも
    一つを使用して動作パラメータに対する予測値を決定す
    るステップと、 複数のセンサから選択されたセンサより受信したデータ
    を使用して動作パラメータに対する実際値を決定ステッ
    プと、 実際値と予測値の間の差が所定値より大きい場合、動作
    異常信号を発生するステップと、からなり、 複数のセンサから受信されたデータに応じてエンジンの
    動作を制御するように操作可能なエンジン制御モジュー
    ルを有するターボチャージドエンジン内の動作異常を診
    断する方法を遂行するように調整される、機械可読記憶
    媒体。
  5. 【請求項５】 複数のセンサから受信されたデータに応
    じてエンジンの動作を制御するように操作可能なエンジ
    ン制御モジュールを有するターボチャージドエンジンに
    おける動作異常を診断する装置であって、 動作中の圧縮機効率と圧縮機速度の範囲を画定する圧縮
    機マップ、および、動作中のタービン効率とタービン速
    度の範囲を画定するタービンマップに対応するデータを
    含むメモリを備えたマイクロプロセッサと、 少なくとも第２のハードウェアセンサから受信されたデ
    ータ並びに圧縮機マップおよびタービンマップの少なく
    とも一つを使用して、第１のハードウェアセンサによっ
    て測定された動作パラメータに対する予測値を決定する
    ように構成されたモジュールと、 第１のハードウェアセンサから受信したデータを使用し
    て動作パラメータに対する実際値を決定するように構成
    されたモジュールと、 実際値と予測値の差が所定値よりも大きい場合、動作異
    常信号を発生するように構成されたモジュールと、 実際値と予測値の差が所定時間に所定値を越えるか、又
    は所定時間経過にわたり連続して生じる場合、第１のハ
    ードウェアセンサを解除するように構成されたモジュー
    ルと、 予測値に基づいてエンジンの動作を制御するように構成
    されたモジュールと、を備える装置。
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