JP2005226501A - 電動機付過給機を有する内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、電動機付過給機において、吸気通路を切り替える弁（切替弁や開閉弁）の故障を的確に判断することのできる内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関１の吸気通路２上に配設された過給機２９と、過給機２９を電動駆動する電動機２９ａと、過給機２９をバイパスするように吸気通路２に両端が接続されたバイパス路２４と、バイパス路２４を開閉する開閉弁２５とを有する電動過給手段、過給機２９下流側における吸気通路２内圧力を検出する圧力検出手段１９、圧力検出手段１９の検出圧力値に基づいて、電動過給手段による過給状態の所期過給状態からの乖離度合いを取得する乖離度合取得手段１６、及び、取得された乖離度合いが所定の乖離度合い以上である場合に、開閉弁２５が故障していると判断する故障判断手段１６を備えていることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸気通路上に電動機で駆動される過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。

エンジン（内燃機関）の吸気通路上に電動機で駆動する過給機を配設し、この過給機による過給によって高出力（あるいは、低燃費）を得ようとする試みは以前から常用されている。［特許文献１］にも同様な内燃機関が記載されている。［特許文献１］に記載の内燃機関においては、吸気通路を一旦分岐された後に再度合流されている。そして、一方の分岐通路上に電動機付の過給機が配設されている。さらに、過給機が配設された分岐通路を開放（他方の分岐路は遮断）・遮断（他方の分岐路は開放）する切替弁も配設されている。
特表２００１−５１８５９０号公報

上述した［特許文献１］に記載の内燃機関においては、切替弁の故障を検出することについては何らの配慮もなされていない。このため、切替弁の故障時に適切な対応を取ることができない。従って、本発明の目的は、電動機付過給機において、吸気通路を切り替える弁（切替弁や開閉弁）の故障を的確に判断することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、車両に搭載された内燃機関の吸気通路上に配設された過給機と、過給機を電動駆動する電動機と、過給機をバイパスするように吸気通路に両端が接続されたバイパス路と、バイパス路を開閉する開閉弁とを有する電動過給手段、過給機の下流側における吸気通路内の圧力を検出する圧力検出手段、圧力検出手段によって検出された圧力値に基づいて、電動過給手段による過給状態の所期過給状態からの乖離度合いを取得する乖離度合取得手段、及び、乖離度合取得手段によって取得された乖離度合いが過給不足側に所定乖離度合い以上である場合に、開閉弁が故障していると判断する故障判断手段を備えていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、吸気通路上における過給機の下流側に配設された下流側過給機、内燃機関の目標吸気圧を算出する目標吸気圧算出手段、及び、圧力検出手段によって検出された圧力値と目標吸気圧算出手段によって算出された目標吸気圧との偏差に基づいて下流側過給機による過給状態を変更する可変過給機構をさらに備えており、圧力検出手段が、下流側過給機の下流側における吸気通路内の圧力を検出し、故障判断手段が、可変過給機構による過給状態変更に伴う制御量が所定制御量以上である場合に、開閉弁が故障していると判断することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、故障判断手段が、電動過給手段による過給状態が所期過給状態に対して過給不足側に所定乖離度合い以上乖離し、かつ、機関回転数が高回転域にある場合には開閉弁が閉弁状態で固着していると判断し、電動過給手段による過給状態が所期過給状態に対して過給不足側に所定乖離度合い以上乖離し、かつ、機関回転数が低回転域にある場合には開閉弁が開弁状態で固着していると判断することを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、故障判断手段が、可変過給機構による過給増加側への過給状態変更に伴う制御量が所定量以上である場合には開閉弁が開弁状態で固着していると判断し、過給減少側への過給状態変更に伴う制御量が所定量以上である場合には開閉弁が閉弁状態で固着していると判断することを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、可変過給機構による制御量を所定範囲に制限する制限手段、及び、故障判断手段によって開閉弁が閉側で固着していると予測又は判断された場合に制限手段による制限を緩和する制限緩和手段をさらに備えていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置において、故障診断手段によって開閉弁が開弁状態で固着していると判断された場合に電動機が所定期間以上連続駆動されることを禁止する駆動禁止手段をさらに備えていることを特徴としている。

請求項１に記載の内燃機関の制御装置によれば、吸気通路内の圧力（吸気圧，過給圧）に基づいて、実際の過給状態が所期の過給状態に比べてどの程度乖離しているか（乖離度合い）を取得し、この乖離度合いが過給不足側に所定値以上であるときに開閉弁が故障であると判断する。このようにすることによって、開閉弁の故障を的確に検出でき、的確な対応を取ることが可能となる。なお、乖離度合いは、吸気通路内の圧力値に基づいて決定される値であれば、どのような値であっても良い。例えば、検出した吸気圧と目標吸気圧との差を乖離度合いとして採用しても良い。ここでの過給機の例として、コンプレッサホイールを電動機で駆動するものや、電動機を用いて吸気を圧送するいわゆるスーパーチャージャーや、ターボチャージャのタービン・コンプレッサホイールに電動機を組み込んだものなどを挙げることができる。

請求項２に記載の内燃機関の制御装置は、上流側の電動機過給機に加えて下流側にも過給機を備えており、下流側過給機は過給状態を可変制御するための機構（可変過給機構）備えている。圧力検出手段は下流側過給機の下流側の吸気通路内圧力を検出し、可変過給機構の制御量（上述した乖離度合いに相当）が過給増加側に所定量以上である場合に、開閉弁が故障であると判断する。吸気通路内圧力に基づいて決定される可変過給機構の制御量によって故障を判断することで、的確に故障を検出することができる。下流側過給機がターボチャージャであり、可変過給機構がバリアブルノズル機構である場合などを一例として挙げることができる。また、可変過給機構の一例として、電子制御式のウェイストゲートバルブなども挙げることができる。

請求項３に記載の内燃機関の制御装置によれば、単に開閉弁が故障していることだけを検出するのではなく、乖離度合いが過給不足側に所定値以上となるのが高回転域においてか低回転域においてかに基づいて、開閉弁の故障モードも特定することができる。また、請求項４に記載の内燃機関の制御装置によれば、単に開閉弁が故障していることだけを検出するのではなく、可変過給機構の制御量変化が過給増加側に所定量以上となるのが高回転域においてか低回転域においてかに基づいて、開閉弁の故障モードも特定することができる。

請求項５に記載の内燃機関の制御装置によれば、制限手段によって可変過給機構による制御量を所定範囲に制限することで過給過剰を抑制する。しかし、開閉弁が閉側で固着していると予測又は判断される場合には、制限された範囲内では十分な過給効果を得られない場合が生じ得るため、制限を緩和して的確な過給状態の実現を可能にする。

請求項６に記載の内燃機関の制御装置によれば、開閉弁が開弁状態で固着していると判断された場合には、電動機を駆動して過給を行ってもバイパス路を介して逆流が生じ、所期の過給状態が実現し得ない状況になる可能性がある。このような状況となると、電動機は駆動され続けてしまうため、開閉弁が開弁状態で固着されていると判断される場合は、電動機の所定期間以上の連続駆動を禁止して、エネルギーの無駄遣いを抑制すると共に電動機の劣化を防止する。なお、所定期間は即時であっても良い。

本発明の制御装置の第一実施形態について以下に説明する。本実施形態の制御装置を有するエンジン１を図１に示す。本実施形態で説明するエンジン１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として図１に示されている。

エンジン１においては、吸気通路２を通して外気が吸入空気として取り込まれ、この吸入空気がシリンダ３の直前でインジェクタ４から噴射された燃料とを混合されて混合気とされる。混合気は、シリンダ３内に吸入され、ピストン５によって圧縮された後に点火プラグ６で着火されて燃焼する。このとき燃焼によってシリンダ内の圧力は上昇し、これをピストン５及びコネクティングロッドを介して出力として取り出している。シリンダ３の内部と吸気通路２との間は、吸気バルブ７によって開閉される。燃焼後の排気ガスは排気通路８に排気される。シリンダ３の内部と排気通路８との間は、排気バルブ９によって開閉される。吸気通路２上には、上流側からエアクリーナ１０、エアフロメータ２０、モータ（電動機）２９ａ付過給機２９、ターボチャージャ（下流側過給機）１１、インタークーラー１２、スロットルバルブ１３などが配置されている。過給機２９は、電動過給手段として機能している。

エアクリーナ１０は、吸入空気中のゴミや塵などを取り除くフィルタである。本実施形態のエアフロメータ２０は、ホットワイヤ式のものであり、吸入空気量を質量流量として検出するものである。モータ２９ａ付の過給機２９は、モータ２９ａを電気エネルギーで過給することで過給を行う過給機である。過給機２９においては、コンプレッサホイールの回転軸が出力軸となるように上述したモータ２９ａが組み込まれている。モータ２９ａを駆動することで、過給を行うことが可能である。

また、モータ２９ａは、吸気エネルギーを用いて発電する発電機としても機能し得るもので、モータと発電機の機能を備えているためにモータジェネレータと呼ばれることもある。モータ２９ａは、コンプレッサホイールの回転軸に固定されたロータと、その周囲に配置されたステータとを主たる構成部分として有している。過給機２９の下流側に配置されたターボチャージャ１１は、そのコンプレッサホイールを吸気通路２上に配置させ、そのタービンホイールを排気通路８上に配置させており、排気流を利用して過給を行う通常のターボチャージャである。

ターボチャージャ１１は、可変過給機構としてバリアブルノズル機構１１ａを備えている。バリアブルノズル機構１１ａは、タービンホイールの外側に配置された複数のベーンを有しており、ベーンの角度を変えることでタービンにあたる排気流の流速を変えることで過給状況を可変制御する機構である。このベーンの開度（バリアブルノズル開度）を閉じる側に制御すると、タービンにあたる排気流の流速が増して過給効果が増強される。

吸気通路２上のターボチャージャ１１の下流側には、過給機２９やターボチャージャ１１による過給で圧力上昇に伴って温度が上昇した吸入空気の温度を下げる空冷式インタークーラー１２が配されている。インタークーラー１２によって吸入空気の温度を下げ、充填効率を向上させる。インタークーラー１２の下流側には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ１３が配されている。

本実施形態のスロットルバルブ１３は、いわゆる電子制御式スロットルバルブであり、アクセルペダル１４の操作量（アクセル開度ＴＡ）をアクセルポジションセンサ１５で検出し、この検出結果と他の情報量とに基づいて、後述する電子式コントロールユニット（ＥＣＵ）１６によってスロットルバルブ１３の開度が決定される。スロットルバルブ１３は、これに付随して配設されたスロットルモータ１７によって開閉される。また、スロットルバルブ１３に付随して、その開度を検出するスロットルポジションセンサ１８も配設されている。スロットルバルブ１３の下流側のサージタンク内には、吸気通路２内の圧力（過給圧・吸気圧）を検出する圧力センサ（圧力検出手段）１９が配設されている。なお、吸気通路２内の圧力（過給圧・吸気圧）は、インテークマニホールド部などで検出しても良い。

一方、排気通路８上には、ターボチャージャ１１の下流側に排気ガスを浄化する排気浄化触媒２３が取り付けられている。また、エンジン１のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサ２６が取り付けられている。クランクポジションセンサ２６は、クランクポジションの位置変化からエンジン回転数Ｎｅを検出することもできる。上述したセンサ・アクチュエータ類はＥＣＵ１６に接続されており、その検出結果をＥＣＵ１６に送出するか、あるいは、ＥＣＵ１６からの信号で制御されている。ＥＣＵ１６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる電子制御ユニットである。

ＥＣＵ１６には上述したモータ２９ａのコントローラ２１も接続されており、ＥＣＵ１６とコントローラ２１とが強調してモータ２９ａを制御している。なお、コントローラ２１は、モータ２９ａの回転数を検出することもできる。コントローラ２１には、モータ２９ａに供給する電気エネルギーを蓄えているバッテリ２２も接続されている。バッテリ２２はＥＣＵ１６とも接続されており、その電圧がＥＣＵ１６によって監視されている。上述したようにモータ２９ａによる回生発電が可能であり、モータ２９ａにおいて発電された電力はコントローラ２１を介してバッテリ２２に蓄えられる。ＥＣＵ１６は、乖離度合取得手段・故障判断手段・目標吸気圧算出手段・制限手段・制限緩和手段として機能している。コントローラ２１は、ＥＣＵ１６と共に駆動禁止手段として機能している。

上述した過給機２９をバイパスするように、吸気側バイパス路２４が設けられている。この吸気側バイパス路２４上には、吸気側バイパス路２４を開閉するバルブ（開閉弁）２５が配設されている。本実施形態のバルブ２５は、電磁バルブであるが吸気側バイパス路２４の開放・遮断ができれば、スロットルタイプのバルブであっても構わない。また、バルブ２５の開閉をＤＵＴＹ制御可能なものとすれば、ＤＵＴＹ比によって流量を調節する事も可能である。バルブ２５の動作はＥＣＵ１６からの信号に基づいて電気的に制御される。バルブ２５を全開とすれば、過給機２９のコンプレッサホイールが吸気抵抗となっていれば、吸入空気は吸気抵抗のない（あるいは、少ない）吸気側バイパス路２４を通って吸入空気が下流側に流れる。

また、上述したターボチャージャ１１の排気側のタービンホイールをバイパスするように、排気側バイパス路２７が設けられており、この排気側バイパス路２７上にはウェイストゲートバルブ２８が配設されている。通常のウェイストゲートバルブは、ターボチャージャのコンプレッサホイール下流側の圧力が高くなり過ぎると、その圧力によって開かれ、排気流がタービンをバイパスするようにするためのものである。これによって、過給の過剰状態を回避する。本実施形態のウェイストゲートバルブ２８は、電子制御式のものであり、ＥＣＵ１６からの指令によって開閉される。

次に、上述した制御装置におけるバルブ２５の故障診断制御について説明する。この制御のフローチャートを図２及び図３に示す。図２及び図３に示されるフローチャートの制御は繰り返し実行されている。まず、モータ２９ａの駆動禁止フラグが０（駆動許可）であるか否かを判定する（ステップ２００）。フラグが１で駆動が禁止されている場合は、図２及び図３のフローチャートの制御を終える。一方、フラグが０でモータ２９ａの駆動が禁止されていない場合は、クランクポジションセンサ２６によってエンジン回転数Ｎｅを検出すると共に、エンジン負荷を検出する（ステップ２０５）。なお、エンジン負荷は、エアフロメータ２０によって検出される吸入空気量とスロットルポジションセンサ１８によって検出されるスロットル開度から求められる。

次いで、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷に基づいて、予め実験などによって作成されてＥＣＵ１６のＲＯＭ内に格納されたマップに基づいて、モータ２９ａへの駆動指令値が決定され、モータ２９ａに対して出力される（ステップ２１０）。駆動指令値は、例えば、供給電力量（電流値）やモータ２９ａの回転数として与えられる。上述したマップの一例を図４に示す。モータ２９ａ付の過給機２９は、ターボチャージャ１１によっては十分な過給効果が得られない低中負荷域での過給を補償することが主たる目的であり、エンジン回転数が低く、エンジン負荷が低いほどモータ２９ａへの電力供給量は多くなる。一方、エンジン回転数が高く、エンジン負荷が高くなると、ターボチャージャ１１による過給効果が十分に得られ、反対にモータ２９ａの容量が不足してくるため、モータ２９ａへの電力供給量は少なくされる。上流側の過給機２９は、この指令値に基づいて過給を開始する。

また、同様に、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷に基づいて、予め実験などによって作成されてＥＣＵ１６のＲＯＭ内に格納されたマップに基づいて、バリアブルノズル機構１１ａの制御量となる大気圧補正標準バリアブルノズル開度ＶＮ0が決定され、バリアブルノズル機構１１ａに対してバリアブルノズル開度指令値ＶＮとして出力される（ステップ２１５）。上述したマップの一例を図５に示す。上述したように、ターボチャージャ１１では、低中負荷域では十分な過給効果が得られにくい。このため、エンジン回転数が低く、エンジン負荷が低いほど大気圧補正標準バリアブルノズル開度ＶＮ0を小さく（閉側に）設定し、タービン部に流入する排気流速を高めて過給効果の向上を図る。一方、エンジン回転数が高く、エンジン負荷が高くなると十分な流速・流量の排気流が確保できるため、過剰な過給を防止しつつ最適な過給効果を得るために、大気圧補正標準バリアブルノズル開度ＶＮ0は徐々に大きく（開側に）設定される。

なお、この大気圧補正標準バリアブルノズル開度ＶＮ0は、図示されない大気圧センサによって検出された大気圧によって補正が行われたものである。また、エンジン負荷に代えて、アクセルポジションセンサ１５によってアクセル開度ＴＡを用いても良い。ステップ２１５の後、バリアブルノズル開度をＶＮ0とすることによって得られると期待される吸気（過給）圧Ｐdを求める（ステップ２２０）。ここでは、この所期吸気（過給）圧Ｐdは大気圧補正標準バリアブルノズル開度ＶＮ0の関数ｆ（ＶＮ0）として求められる。

ステップ２２０の後、今度は圧力センサ１９によって、実際の吸気（過給）圧Ｐ1を検出する（ステップ２２５）。次いで、所期吸気圧Ｐdと実吸気圧Ｐ1との差に基づいて、バリアブルノズル開度ＶＮの補正量ＶＮcを算出する（ステップ２３０）。ここでは、この補正量ＶＮcは上述した差（Ｐd−Ｐ1）の関数ｆ（Ｐd−Ｐ1）として求められる。バリアブルノズル開度ＶＮの制御量は、ＶＮ0＋ＶＮcとなる。差（Ｐd−Ｐ1）の大きさが大きいほど、補正量ＶＮcの大きさは大きくなる。差（Ｐd−Ｐ1）の大きさが小さく、実吸気圧Ｐ1が所期吸気圧Ｐdに近い値であるときは、補正量ＶＮcの大きさは小さくなる。

ステップ２３０の後、まず、補正後のバリアブルノズル開度（ＶＮ0＋ＶＮc）が負の値となっているかどうかを判定する（ステップ２３５）。バリアブルノズル開度ＶＮの最小開度は０であるため、この場合はＶＮcを０−ＶＮ0とする（ステップ２４０）。これによって、ＶＮ0＋ＶＮc＝ＶＮ0＋（０−ＶＮ0）＝０となり、バリアブルノズル開度ＶＮは最小開度である０に設定される。一方、ステップ２３０が否定される場合は、今度は補正後のバリアブルノズル開度（ＶＮ0＋ＶＮc）が１００を超えているかどうかを判定する（ステップ２４５）。バリアブルノズル開度ＶＮの最大開度は１００であるため、この場合はＶＮcを１００−ＶＮ0とする（ステップ２５０）。これによって、ＶＮ0＋ＶＮc＝ＶＮ0＋（１００−ＶＮ0）＝１００となり、バリアブルノズル開度ＶＮは最大開度である１００に設定される。このようにして、補正量ＶＮcの値を変更することでバリアブルノズル開度ＶＮの上下限値がガードされる。

ステップ２４５が否定される場合は、補正後のバリアブルノズル開度（ＶＮ0＋ＶＮc）は０と１００との間にあるので、その値を保持する。ステップ２４０、２５０やステップ２４５の否定後、今度は補正量ＶＮc自体の下限をガードするため、補正量ＶＮcが下限ガード値Ｇu未満であるかどうかを判定する（ステップ２５５）。この下限ガード値Ｇuは、バリアブルノズル１１ａの閉側への過剰な補正が行われて過給過剰とならないようにするため、あるいは、ターボチャージャ１１が許容回転数を超えて回転されることを抑止するためのものである。ただし、補正を行っても所期の過給圧に達しない場合など、下限ガード値Ｇuは状況に応じて可変制御される。下限ガード値Ｇuの初期値は、例えば−１０である。

ステップ２５５が否定され、補正量ＶＮcが下限ガード値Ｇu以上である場合は、補正量ＶＮcが下限ガード値Ｇuを下回るほど小さくない、即ち、過給増加要求が大きくないと判断できるため、バルブ２５は正常に機能していると判断できる（ステップ２６０）。この場合は、図２及び図３のフローチャートの制御を一旦終了する。一方、補正量ＶＮcが下限ガード値Ｇu未満である場合は、補正量ＶＮcを下限ガード値Ｇuでガード（補正量ＶＮcに下限ガード値Ｇuを代入）する（ステップ２６５）。ステップ２４０，２５０で変更後のＶＮcが下限ガード値Ｇu未満である場合も、補正量ＶＮcは下限ガード値Ｇuに変更される。

そして、カウンタＣｇがインクリメント（カウントアップ）される（ステップ２７０）。このカウンタＣｇは、補正量ＶＮcが下限値をオーバーするような状況がどの程度持続しているかをカウントするものである。言い換えれば、バリアブルノズル開度ＶＮを補正する補正量ＶＮcが下限ガード値Ｇu（バリアブルノズル１１ａを閉じる側に補正する限界値）に貼り付いているような状況であるか否かをこのカウンタＣｇで監視している。ステップ２７０の後、カウンタＣｇが所定値Ｃｇ0を超えているか、即ち、所定値Ｃｇ0で規定される期間を超えて補正量ＶＮcが下限ガード値Ｇuをオーバーするような状況が続いているか否かを判定する（ステップ２７５）。

ステップ２７５が否定される場合は、図２及び図３のフローチャートの制御を一旦終える。一方、カウンタＣｇが所定値Ｃｇ0を超えている場合は、過給が不足しており、ターボチャージャ１１のバリアブルノズル１１ａによって過給を増加させようとしている状況が継続していると判断できる。即ち、エンジン１の出力トルクが所望のトルクよりも低下しており、さらなる出力増強が要求されている状況であると判断でき、これは、バルブ２５が故障しているからであると判断できる。この場合は、バルブ２５の故障モードを判別するべく、まず、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ0以下であるか否かを判定する（ステップ２８０）。なお、ここで改めてクランクポジションセンサ２６によってエンジン回転数Ｎｅを再検出することが好ましい。

本実施形態においては、ターボチャージャ１１の上流側にモータ２９ａ付の過給機２９が配設されている。ターボチャージャ１１による過給だけだと低中回転域（低中負荷域）でのターボラグが顕著になりやすい。そこで、このような低中回転域（低中負荷域）ではモータ２９ａを駆動して出力を補償し、低回転〜高回転域（低負荷域〜高負荷域）までの全域にわたって良好な出力を得ようとしている。このとき、低中回転域（低中負荷域）では、バルブ２５を閉じて過給機２９によって過給した吸気流がバイパス路２４によって上流側に吹き返すのを防止し、過給効果が確実に得られるような制御がなされる。一方、この場合は、過給機２９の容量は低中回転域（低中負荷域）を補償するために容量が制限されており、高回転域（高負荷域）では容量不足によってかえって吸気抵抗となる。そこで、高回転域（高負荷域）では、バルブ２５を開いてバイパス路２４を開放し、吸気が過給機２９をバイパスしてターボチャージャ１１による過給効果が確実に得られるような制御がなされる。

上述したように、ステップ２７５が肯定される場合は、トルクの低下が持続しており、バイパス路２４上のバルブ２５が故障していると判断できる。この場合は、故障モードを判断するため、上述したようにステップ２８０においてエンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ0以下であるか否かを判定する。故障モードとしては、バルブ２５が開状態で固着する場合と閉状態で固着する場合とがある。バルブ２５が全開又は全開に近い状態で固着すると、低中回転域ではバイパス路２４による上流側への過給吹き返しが発生し、本来得られるはずのトルクに対してトルク低下が発生する。しかし、高回転域では吸気が過給機２９をバイパスできるので特に問題とはならない。一方、バルブ２５が全閉又は全閉に近い状態で固着すると、低中回転域ではバイパス路２４による上流側への過給吹き返しが防止されるため特に問題とはならない。しかし、高回転域では吸気が過給機２９をバイパスできず、本来得られるはずのトルクに対してトルク低下が発生する。

ステップ２８０における所定回転数Ｎｅ0は、低中速回転域か高回転域かを判断する基準となる閾値として設定されている。ステップ２８０が肯定される場合は、低中回転域でトルク低下が生じていると判断されるため、この場合は、バルブ２５が開状態で故障していると判断できる（ステップ２８５）。開状態の固着による故障（開フェイル）の場合は、ここで、カウンタＣｆがインクリメント（カウントアップ）される（ステップ２９０）。このカウンタＣｇは、開フェイルの状況がどの程度持続しているかをカウントするものである。ステップ２９０の後、カウンタＣｆが所定値Ｃｆ0を超えているか否かを判定する（ステップ２９５）。

開フェイルの状態が所定期間以上継続しているようであれば、モータ２９ａを駆動しても吸気が上流側に吹き返して過給圧が所望の過給圧まで達しないで駆動され続けてしまう可能性が高い。このため、ステップ２９５が肯定される場合は、モータ２９ａの駆動を禁止することを示す１をモータ駆動禁止フラグに設定する（ステップ３００）。ステップ２９５が否定される場合は、モータ駆動禁止フラグに１は設定されずに図２及び図３のフローチャートの制御を終了する。ただし、開フェイルが継続するようであれば、いずれステップ２９５が否定されるようになる。

一方、ステップ２８０が否定される場合は、高回転域で過給低下が生じていると判断されるため、この場合は、バルブ２５が閉状態で故障していると判断できる（ステップ３０５）。閉状態の固着による故障（閉フェイル）の場合は、高回転域でのターボチャージャ１１による過給効果向上を図るため、バリアブルノズル１１ａの制限を緩和する。具体的には、上述した補正量ＶＮcの下限ガード値Ｇuをさらに小さくし、バリアブルノズル１１ａの開度がより小さい値をとることができるできるようにする。ここでは、Ｇu−２０を新たな現在の下限ガード値Ｇuとする（ステップ３１０）。

なお、ここでは、閉フェイル時のみバリアブルノズル１１ａの制御制限を緩和した。これは、閉フェイルであれば高回転域のターボチャージャ１１による過給効果向上が期待できるからである。一方、開フェイル時は低中回転域でのトルク不足であり、バリアブルノズル１１ａの制御制限を緩和してもターボチャージャ１１による過給効果向上の利益は高回転域ほどではないと思われる。しかし、開フェイル時にもバリアブルノズル１１ａの制御制限を緩和しても構わない。この場合の制御例を図６に示す。図６に示されるフローチャートは、図３に代わるものであり、制御前半部は図２に示されるステップ２００〜ステップ２５０である。また、図６のフローチャート中、図３のフローチャートと同じ内容のステップには同一のステップ番号を付してある。

この制御では、ステップ２７５が肯定され、所定値Ｃｇ0で規定される期間を超えて補正量ＶＮcが下限ガード値Ｇuをオーバーするような状況が続いていると判断された場合に、Ｇu−２０を新たな現在の下限ガード値Ｇuとしている（ステップ３１５）。このように、トルク不足が生じていると判断された時点でバリアブルノズル１１ａの制御制限をすぐに緩和して、バリアブルノズル１１ａによるトルク向上を図っても良い。さらに、この実施形態では、この下限ガード値Ｇuの値を利用して、故障状態をより詳しく分類している。即ち、ステップ３１５の後、上述したステップ２８０が実行されるが、その後にこの下限ガード値Ｇuが−８０以下であるか否かを判定する（ステップ３２０，３３５）。

まず、ステップ２８０が肯定され、低中回転域でトルク低下が生じている場合について説明する。この場合は、ステップ３２０において、下限ガード値Ｇuが−８０以下であるか否かが判定される。補正量ＶＮcは、０から１００の間の値を取るバリアブルノズル開度ＶＮを補正するための値であり、その取り得る範囲は−１００から１００の間である。その補正量ＶＮcの下限をガードする下限ガード値Ｇuが−８０以下であるということは閉側への補正がかなり必要な状態であることを意味する。このため、ステップ３２０が肯定される場合は、バリアブルノズル開度ＶＮの閉側への緩和がかなり行われているにもかかわらず低中回転域で十分な過給効果が得られていない状況であると判断できる。このような場合は、開フェイルであっても、バルブ２５が全開状態で固着する全開フェイルであると判定する（ステップ３２５）。

一方、ステップ３２０が否定される場合は、全開状態ではないが開フェイルであると判定する（ステップ３３０）。なお、全開フェイルであっても、下限ガード値Ｇuが−８０以下に更新されるまではステップ３３０によって単なる開フェイルであると判断される。そして、この実施形態では、全開フェイルのときのみ上述したカウンタＣｆに基づくモータ２９ａの駆動禁止フラグの設定がなされ、単なる開フェイル時にはモータ２９ａの駆動禁止は行われない。このようにして、特にモータ２９ａによる電力消費が顕著なときのみモータ２９ａの駆動を禁止するようにしても良い。

次に、ステップ２８０が否定され、高回転域でトルク低下が生じている場合について説明する。この場合も同様に、ステップ３３５において、下限ガード値Ｇuが−８０以下であるか否かが判定される。上述したように、下限ガード値Ｇuが−８０以下であるということは閉側への補正がかなり必要な状態であることを意味する。このため、ステップ３３５が肯定される場合は、バリアブルノズル開度ＶＮの閉側への緩和がかなり行われているにもかかわらず高回転域で十分な過給効果が得られていない状況であると判断できる。このような場合は、閉フェイルであっても、バルブ２５が全閉状態で固着する全閉フェイルであると判定する（ステップ３４０）。

一方、ステップ３３５が否定される場合は、全閉状態ではないが閉フェイルであると判定する（ステップ３４５）。なお、全閉フェイルであっても、下限ガード値Ｇuが−８０以下に更新されるまではステップ３４０によって単なる閉フェイルであると判断される。この実施形態では、バルブ２５の閉側の故障が予測される場合に予めバリアブルノズル１１ａの制御制限が緩和されている。即ち、この実施形態では、バルブ２５の閉側又は開側の故障が予測される場合には、故障モードを判断（確定）する以前にバリアブルノズル１１ａの制御制限を緩和しており、このようにしても構わない。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態の図１相当図を図７に示す。なお、図１の実施形態と同一又は同等の構成部位には同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。図１の実施形態のエンジン１は、主として、低中回転域の過給をモータ２９ａ付の過給機２９によって行い、高回転域の過給をターボチャージャ１１によって行うという考えで構成されていた。このため、過給機２９の容量は低中速域の過給を目的とした容量のものが選定された。これに対して本実施形態は、吸気通路２上に一つの過給機３０のみが配されている。この過給機３０は、モータ３０ａを内蔵したものである。

本実施形態のエンジン１は高回転型のチューニングが施された仕様となっており、高回転域ではバイパス路２４を用いた自然吸気エンジンとして機能させる。一方、エンジン１が高回転仕様であるため、低中回転域でのトルクが細いため、これを過給機３０による過給によって補っている。このため、本実施形態の場合は、過給機３０の容量やモータ３０ａの性能は、主として低中回転域での性能を重視したものとして選定される。

本実施形態の制御装置におけるバルブ２５の故障診断制御について説明する。この制御のフローチャートを図８に示す。図８に示されるフローチャートの制御は繰り返し実行されている。まず、モータ３０ａの駆動禁止フラグが０（駆動許可）であるか否かを判定する（ステップ７００）。フラグが１で駆動が禁止されている場合は、図８のフローチャートの制御を終える。一方、フラグが０でモータ３０ａの駆動が禁止されていない場合は、クランクポジションセンサ２６によってエンジン回転数Ｎｅを検出すると共に、エンジン負荷を検出する（ステップ７０５）。次いで、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷に基づいて、予め実験などによって作成されてＥＣＵ１６のＲＯＭ内に格納されたマップに基づいて、モータ３０ａへの駆動指令値ｉが決定され、モータ３０ａに対して出力される（ステップ７１０：図４参照）。過給機３０は、この指令値に基づいて過給を開始する。

ステップ７１０の後、過給機３０を駆動することによって得られると期待される吸気（過給）圧Ｐdを求める（ステップ７１５）。ここでは、この所期吸気（過給）圧Ｐdはモータ３０ａへの指令値ｉの関数ｆ（ｉ）として求められる。ステップ７１５の後、圧力センサ１９によって実吸気（過給）圧Ｐ1を検出し（ステップ７２０）、所期吸気圧Ｐdと実吸気圧Ｐ1との差（Ｐd−Ｐ1）が所定値α（正の値）を超えているかを判定する（ステップ７２５）。即ち、ここでは、過給機３０による過給状態を実吸気圧Ｐ1として検出し、所期過給状態を所期吸気圧Ｐdで代表しており、両者の間の乖離度合いを差（Ｐd−Ｐ1）で表している。

この乖離度合い［差（Ｐd−Ｐ1）］が所定値αより大きいということは、所期吸気圧Ｐdに対して実吸気圧Ｐ1が低い側に乖離している状況であり、バルブ２５の故障によってトルク不足が生じている状況であると判断できる。反対に、乖離度合い［差（Ｐd−Ｐ1）］が所定値α以下であれば、所期吸気圧Ｐdに対して実吸気圧Ｐ1は近傍にあり、バルブ２５は正常であると判断される（ステップ７３０）。ステップ７２５が否定される場合は、バルブ２５の故障モードを判別するべく、まず、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ0以下であるか否かを判定する（ステップ７３５）。なお、ここで改めてクランクポジションセンサ２６によってエンジン回転数Ｎｅを再検出することが好ましい。

この場合は、バルブ２５の故障モードを判別するべく、まず、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ0以下であるか否かを判定する（ステップ２８０）。なお、ここで改めてクランクポジションセンサ２６によってエンジン回転数Ｎｅを再検出することが好ましい。本実施形態のエンジン１は、上述したように高回転型のチューニングが施されており、低中回転域のトルク不足を過給機３０による過給で補償している。このため、バルブ２５が全開又は全開に近い状態で固着すると、低中回転域ではバイパス路２４による上流側への過給吹き返しが発生し、本来得られるはずのトルクに対してトルク低下が発生する。しかし、高回転域では吸気が過給機３０をバイパスできるので特に問題とはならない。一方、バルブ２５が全閉又は全閉に近い状態で固着すると、低中回転域ではバイパス路２４による上流側への過給吹き返しが防止されるため特に問題とはならない。しかし、高回転域では吸気が過給機３０をバイパスできず、本来得られるはずのトルクに対してトルク低下が発生する。

ステップ７３５が肯定される場合は、低中回転域で過給低下が生じていると判断されるため、この場合は、バルブ２５が開状態で故障していると判断できる（ステップ７４０）。開状態の固着による故障（開フェイル）の場合は、ここで、カウンタＣがインクリメント（カウントアップ）される（ステップ７４５）。このカウンタＣは、開フェイルの状況がどの程度持続しているかをカウントするものである。ステップ７４５の後、カウンタＣが所定値Ｃ0を超えているか否かを判定する（ステップ７５０）。開フェイルの状態が所定期間以上継続しているようであれば、モータ３０ａを駆動しても吸気が上流側に吹き返して過給圧が所望の過給圧まで達しないで駆動され続けてしまう可能性が高い。このため、ステップ７５０が肯定される場合は、モータ３０ａの駆動を禁止することを示す１をモータ駆動禁止フラグに設定する（ステップ７５５）。

ステップ７５０が否定される場合は、モータ駆動禁止フラグに１は設定されずに図８のフローチャートの制御を終了する。ただし、開フェイルが継続するようであれば、いずれステップ７５０が否定されるようになる。一方、ステップ７３５が否定される場合は、高回転域で過給低下が生じていると判断されるため、この場合は、バルブ２５が閉状態で故障していると判断できる（ステップ７６０）。このように、モータ３０ａ付の過給機３０単独で利用される場合でも、バイパス路２４を開閉するバルブ２５の故障を判定することができる。

なお、本実施形態においては、高回転型エンジン１と低中回転域のトルクを補償する過給機３０とが組み合わせて用いられた。しかし、過給機３０の容量やモータ３０ａの性能を、低回転域（低負荷）から高回転域（高負荷）までバランス良く過給できるものとして選定してもよい。ただし、アイドリング時など、モータ３０ａを駆動させる必要のない状況があるので、このような場合には、バイパス路２４によって吸気をバイパスさせ、電気エネルギーの消費を抑えることとなる。あるいは、低中回転域ではバイパス路２４を用いた自然吸気エンジンとして利用し、高負荷・高回転域にのみモータ３０ａを駆動して過給を行って高出力を得るようにしても良い。この場合は、過給機３０の容量やモータ３０ａの性能は、主として高負荷・高回転域での性能を重視したものとして選定される。

これらの場合においても、各運転状態における吸気圧に基づいて、バルブ２５の故障が判断される。モータ３０ａが駆動され、かつ、バルブ２５が閉じられている運転状態でトルク低下があれば、バルブ２５の開フェイルであると判断できる。また、モータ３０ａの容量にもよるが、モータ３０ａの容量不足が生じるときにバルブ２５が開かれる運転状態でトルク低下があれば、バルブ２５の閉フェイルであると判断できる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、バルブ２５、２７が開閉ＤＵＴＹ比を制御されることで流量を調節するものであった。しかし、これらのバルブを、スロットルバルブ１３などのようにＤＵＴＹ制御ではなく、開度量を調節することで流量を調節するようなものであっても良い。

また、上述した図１の実施形態においては、可変過給機構としてバリアブルノズル１１ａを用いた制御例について説明した。しかし、可変過給機構としては、電子制御式のウェイストゲートバルブ２８を用いることも可能である（この場合、バリアブルノズル１１ａが存在しなくても良い）。上述した図１の実施形態におけるウェイストゲートバルブ２８は電子制御式であるため、その開度を調節することで過給圧（過給状況）を制御することができる。例えば、ウェイストゲートバルブ２８の開度をＤＵＴＹ信号によって制御することができる。

ウェイストゲートバルブ２８の開度を開いて、排気流がターボチャージャ１１をバイパスするようにすれば、過給効果を減じることができる。反対に、ウェイストゲートバルブ２８の開度を閉じれば、排気流による過給効果を減じることなく利用することができる（増加させることができる）。このように、可変過給機構として電子制御式のウェイストゲートバルブ２８を用い、その作動量（ウェイストゲートバルブ２８開度：上述した実施形態のバリアブルノズル開度ＶＮに相当）に基づいて制御を行うことも可能である。

本発明の制御装置の一実施形態を有する内燃機関（エンジン）の構成を示す構成図である。 本発明の制御装置の一実施形態による故障診断制御のフローチャート（前半部）である。 本発明の制御装置の一実施形態による故障診断制御のフローチャート（後半部）である。 モータへの指示値を決定する際に用いるマップである。 大気圧補正標準バリアブルノズル開度ＶＮ0を決定する際に用いるマップである。 故障診断制御の他の例のフローチャート（後半部）である。 本発明の制御装置の他の実施形態を有する内燃機関（エンジン）の構成を示す構成図である。 本発明の制御装置の他の実施形態による故障診断制御のフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン（内燃機関）、２…吸気通路、３…シリンダ、４…インジェクタ、５…ピストン、６…点火プラグ、７…吸気バルブ、８…排気通路、９…排気バルブ、１０…エアクリーナ、１１…ターボチャージャ（下流側過給機）、１１ａ…バリアブルノズル（可変過給機構）、１３…スロットルバルブ、１４…アクセルペダル、１５…アクセルポジションセンサ、１６…ＥＣＵ（乖離度合取得手段：故障判断手段：目標吸気圧算出手段：制限手段：制限緩和手段：駆動禁止手段）、１９…圧力センサ（圧力検出手段）、２１…コントローラ、２４…吸気側バイパス路、２５…バルブ（開閉弁）、２６…クランクポジションセンサ、２７…排気側バイパス路、２８…バルブ、２９，３０…過給機（電動過給手段）、２９ａ，３０ａ…モータ（電動機）。

Claims (6)

1. 車両に搭載された内燃機関の吸気通路上に配設された過給機と、前記過給機を電動駆動する電動機と、前記過給機をバイパスするように前記吸気通路に両端が接続されたバイパス路と、前記バイパス路を開閉する開閉弁とを有する電動過給手段、
   前記過給機の下流側における前記吸気通路内の圧力を検出する圧力検出手段、
   前記圧力検出手段によって検出された圧力値に基づいて、前記電動過給手段による過給状態の所期過給状態からの乖離度合いを取得する乖離度合取得手段、及び、
   前記乖離度合取得手段によって取得された乖離度合いが過給不足側に所定乖離度合い以上である場合に、前記開閉弁が故障していると判断する故障判断手段を備えていることを特徴とする電動機付過給機を有する内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気通路上における前記過給機の下流側に配設された下流側過給機、前記内燃機関の目標吸気圧を算出する目標吸気圧算出手段、及び、前記圧力検出手段によって検出された圧力値と前記目標吸気圧算出手段によって算出された目標吸気圧との偏差に基づいて前記下流側過給機による過給状態を変更する可変過給機構をさらに備えており、
   前記圧力検出手段が、前記下流側過給機の下流側における前記吸気通路内の圧力を検出し、前記故障判断手段が、前記可変過給機構による過給状態変更に伴う制御量が所定制御量以上である場合に、前記開閉弁が故障していると判断することを特徴とする請求項１に記載の電動機付過給機を有する内燃機関の制御装置。
3. 前記故障判断手段が、電動過給手段による過給状態が所期過給状態に対して過給不足側に所定乖離度合い以上乖離し、かつ、機関回転数が高回転域にある場合には前記開閉弁が閉弁状態で固着していると判断し、前記電動過給手段による過給状態が所期過給状態に対して過給不足側に所定乖離度合い以上乖離し、かつ、機関回転数が低回転域にある場合には前記開閉弁が開弁状態で固着していると判断することを特徴とする請求項２に記載の電動機付過給機を有する内燃機関の制御装置。
4. 前記故障判断手段が、前記可変過給機構による過給増加側への過給状態変更に伴う制御量が所定量以上であり、かつ、機関回転数が高回転域にある場合には前記開閉弁が閉弁状態で固着していると判断し、前記可変過給機構による過給増加側への過給状態変更に伴う制御量が所定量以上であり、かつ、機関回転数が低回転域にある場合には前記開閉弁が開弁状態で固着していると判断することを特徴とする請求項２に記載の電動機付過給機を有する内燃機関の制御装置。
5. 前記可変過給機構による制御量を所定範囲に制限する制限手段、及び、前記故障判断手段によって前記開閉弁が閉弁状態で固着していると判断された場合に前記制限手段による制限を緩和する制限緩和手段をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の電動機付過給機を有する内燃機関の制御装置。
6. 前記故障診断手段によって前記開閉弁が開弁状態で固着していると判断された場合に前記電動機が所定期間以上連続駆動されることを禁止する駆動禁止手段をさらに備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電動機付過給機を有する内燃機関の制御装置。

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