JP2006009794A - 内燃機関の運転方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の給気管内のコンプレッサーのスライド式内気循環弁の診断を、そのために給気管内にエアマス計を必要とすることなしに可能にする、内燃機関の運転方法及び装置を提供する
【解決手段】 内燃機関の運転方法において、内燃機関（１）への給気管（１０）の構成要素（５）を通した圧力差が測定され、脈動性の圧力差が検出されたときに、エラーが感知される。内燃機関の運転装置は、内燃機関（１）への給気管（１０）の構成要素（５）を通した圧力差を測定する圧力差センサ（５５）と、脈動性の圧力差が検出されるとエラーを感知する検出手段（１４０）とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関を運転するための方法及び装置に関する。

給気管内でスロットルバルブを閉じると排気ガスターボチャージャーのコンプレッサーを迂回するバイパス弁、いわゆるスライド式内気循環弁が開かれる、排気ガスターボチャージャーを備えた内燃機関が知られている。これによって、空気流量（エアマス）が少なく且つコンプレッサーの圧縮率が高いときに、ポンピング運転となることが防止される。ポンピング運転の際には、排気ガスターボチャージャーのタービンの案内羽根の上の気流が途切れて、過給圧が低下し、その後改めて立ち上げられる。この過程が繰り返される。その際に生じる軸荷重や騒音が、上記のスライド式内気循環弁の開弁によって避けられる。何故なら、開弁すると回路内に強い気流が流れるからである。スライド式内気循環弁が開かれるべき時点で、内燃機関の給気管内のエアマス計によって脈動性のエアマス流を測定すると、スライド式内気循環弁のエラー、即ちスライド式内気循環弁が作動不良で開かないということが感知される。

本発明の課題は、内燃機関の給気管内のコンプレッサーのスライド式内気循環弁の診断を、そのために給気管内にエアマス計を必要とすることなしに可能にする、内燃機関の運転方法及び装置を提供することである。

本発明によれば、内燃機関の運転方法において、内燃機関への給気管の構成要素を通した圧力差が測定され、脈動性の圧力差が検出されたときに、エラーが感知され、これによって、内燃機関の給気管内での望ましくないポンピングが、エアマス流を調べること無しに、従ってエアマス計が無くとも、感知される。

また、本発明によれば、内燃機関の運転装置は、内燃機関への給気管の構成要素を通した圧力差を測定する圧力差センサと、脈動性の圧力差が検出されるとエラーを感知する検出手段とを備えている。

本発明によれば、更に有利な拡張及び改良が可能となる。

給気管を通して内燃機関に供給される空気がコンプレッサーによって圧縮され、その際コンプレッサーへのバイパス路内のバイパス弁がコンプレッサーポンピングを避けるために制御されると特に有利であり、又バイパス弁が開かれるべき時点に、構成要素を通って生じた脈動性の圧力差が検出されると、バイパス弁のエラーが検出される。このようにすることによって、バイパス弁のエラーに基づく望ましくないコンプレッサーポンピングを、従ってバイパス弁のエラーを、極めて簡単に、又内燃機関へのエアマス流を調べること無しに、また給気管内でエアマス計を使用すること無しに、感知することができる。

内燃機関の給気管内の望ましくないポンピングは、給気管の構成要素を通って生じた圧力差を上方および下方の閾値と比較し、且つその際に予め定められた時間内に上方および下方の閾値を超える回数がそれぞれ予め定められた値を超えたときに、エラーが感知されるようにすると、とりわけ簡単に感知される。

望ましくないコンプレッサーポンピングに関する信頼性のあるエラー感知のためには、バイパス弁の開弁制御の開始と共に、上方および下方の閾値を超えた回数をカウントするカウンタがリセットされ、且つ予め定められた時間を調節するためのタイマーがスタートされるようにすると、有利である。

本発明の一つの実施例が図面に示されており、以下で詳しく説明される。
図１には内燃機関が参照符号１で示されているが、この内燃機関は、例えば火花点火機関として或いはディーゼルエンジンとして構成することができる。但しディーゼルエンジンの場合には、一般に、ポンピングが発生する程強く絞りを絞られることはない。それ故以下の説明では、例としてこの内燃機関１は、火花点火機関として構成されているものと想定する。内燃機関（火花点火機関）１は、それぞれ燃焼室を含んでいる一つ又は複数のシリンダを有するシリンダブロック１１０を含んでいる。図１には、代表してシリンダブロック１１０の一つのシリンダの燃焼室が略示されている。この燃焼室には、図１には示されていないインレット弁を通して、以下給気管とも呼ばれる給気ダクト１０から新気が送り込まれる。その際、給気管１０内のこの新気の流れの方向が、図１では矢印によって示されている。そこで、新気は、先ず給気管１０内のエアフィルタ５によってインテークエアの中に含まれている埃が除去される。差圧センサ５５は、給気管１０内のエアフィルタ５の入口と出口との間に生じる圧力差を測定し、測定結果をエンジン制御装置２０へ伝える。そのような差圧センサは、当業者には既に十分に知られている。給気管１０内のエアフィルタ５の下流には、コンプレッサー４５が配置されており、該コンプレッサーは火花点火機関１に送り込まれる新気をできる限り、予め定められた基準過給圧力へ圧縮する。給気管１０内のコンプレッサー１０の下流には、出力調節要素或いは制御要素１５（本実施例ではスロットルバルブとして作られている）が配置されている。スロットルバルブ１５もまた、エンジン制御装置２０によって制御される。そこで以下の説明では、例としてこの火花点火機関１が自動車の駆動のために用いられており、その際ドライバーは、図１には示されていないアクセルペダルに対してドライバーの意思を伝えることができ、このドライバーの意思は、エンジン制御装置２０によってスロットルバルブ１５の開度のための基準値に変換される。次いでエンジン制御装置１５は、スロットルバルブ１５に指示して予め定められたこの開度に調節する。このようにして、燃焼室に送り込まれた、圧縮され且つ場合によっては絞られた新気は、燃料噴射弁６０によって燃料と混合される。その際、図１によれば、燃料は、燃料噴射弁６０を通じて直接燃焼室内に噴射される。代わりの手法として、燃料はまた、既にスロットルバルブ１５の上流又は下流で給気管１０の中へ噴射されることもできる。その際には、燃料噴射弁６０も、例えば予め定められた空気／燃料混合比を維持するために、エンジン制御装置２０によって制御される。このようにして、形成された空気／燃料混合気は、点火プラグ６５によって点火される。点火プラグ６５もまた、例えば適切な点火時期を実現するために、エンジン制御装置２０によって制御することができる。適切な点火時期は、例えば、調節すべき予備トルクという観点から、或いは火花点火機関１の排気ガスダクト内に場合によっては備えられている触媒装置の加温という観点から、定められる。燃焼室内での空気／燃料混合気の燃焼の際に発生する排気ガスは、図１には示されていない排気弁を通して排気ガスダクト７０へ排出される。排気ガスダクト７０内における排気ガスの流れの方向は、図１では同じく矢印によって示されている。排気ガスダクト７０内には、図１によればタービン７５が配置されており、該タービンは、排気ガスダクト７０内の排気ガス流によって駆動される。タービン７５は、シャフト８０を介して、火花点火機関１に供給される新気を圧縮するためのコンプレッサー４５を駆動する。本実施例では、コンプレッサー４５、タービン７５、及びタービンシャフト８０は、排気ガスターボチャージャーを構成している。

図１において、スロットルバルブ１５とエンジン制御装置２０との間の双方矢印は、位置のフィードバックも行われる、即ちスロットルバルブ１５の領域内の、例えばポテンショメータの形態をした測定装置が、スロットルバルブ１５の位置を測定してエンジン制御装置２０へフィードバックする、ということを意味している。この測定値は、αｄｋとして示されている。差圧センサ５５によって求められた、エアフィルタ５を通して生じた圧力差は、ｄｐｌｕｆｉとして示されている。排気ガスターボチャージャーのタービン７５の回りのバイパスの制御は、図１には説明を容易にするために描かれていないが、当業者には周知の手法で行うことができる。

コンプレッサー４５の周りには、エンジン制御装置２０によって制御されるバイパス弁１１５を備えたバイパス路１２０が配置されている。バイパス弁１１５は、スライド式内気循環弁とも呼ばれる。コンプレッサーポンピングを避けるためのバイパス弁１１５の開弁は、通常、スロットルバルブ１５を閉じる際に行われる。その際には、スロットルバルブ１５が、スロットルバルブ１５の予め定められた開度を表している、予め定められた位置αｄｋ０に到達したときにスロットルバルブが閉じられる場合には、エンジン制御装置２０がバイパス弁１１５を制御して予め定められた開度迄開弁させるようにすることができる。しかしながら、一般的には、ドライバーの意思から計算された基準過給圧が周囲圧力よりも低いときには、スライド式内気循環弁は衝撃的に全開となる。その際には、スロットルバルブ１５の様々な位置は、バイパス弁１１５の様々な開度に割り当てることができる。その際、スロットルバルブ１５が閉じられて行くのに伴って、バイパス弁１１５は開かれて行く。バイパス弁１１５は、予め定められた閾値αｄｋｓよりも大きな位置αｄｋでは、完全に閉じられているようにすることができる。次いで、予め定められた閾値αｄｋｓよりも小さな位置αｄｋでは、バイパス弁１１５の開度は、スロットルバルブ１５の開きが小さくなるのに伴って大きくなって行く。代わりの手法として、バイパス弁１１５は、予め定められた閾値αｄｋｓよりも小さな全ての位置αｄｋで、全開となるようにすることができる。その際には、予め定められた閾値αｄｋｓは、好ましくはスロットルバルブ１５の予め定められた位置αｄｋ０に等しくすることができる。エンジン制御装置２０が、バイパス弁１１５を、弁が閉じた位置から、それ故スロットルバルブ１５の開度が減少して行く場合には位置αｄｋｓに到達したときに、開弁制御すると、エンジン制御装置２０でビットＢ＿ｓｕｖがセットされる。バイパス弁１１５が完全に閉じられると、ビットＢ＿ｓｕｖはリセットされる。

次いで、図２には本発明に基づく方法と本発明に基づく装置が検出ユニット１４０の機能図に基づいて詳しく説明されている。この機能図は、ソフトウェアおよび／またはハードウェアとして、エンジン制御装置２０に配置し或いは装備することができる。その際には、差圧センサ５５によって測定された圧力差ｄｐｌｕｆｉが、第一の比較器２５と第二の比較器３０に送られる。この圧力差ｄｐｌｕｆｉが予め定められた上方の閾値Ｓｏの上方にあると、第一の比較器２５がフランク（パルス）を生成し、該フランクが後続の第一のフランク検出器３５によって検出される。その後に配置されている第一のカウンタ１２５は、第一の比較器２５の出力端で第一のフランク検出器３５によって検出されたフランクをカウントする。その際、この第一のカウンタ１２５は、例えば加算器として構成することができ、その合計は、出力値に基づいて第一のフランク検出器３５によってフランクが検出される毎に１だけ引き上げられる。第三の比較器では、第一のカウンタ１２５の出力端で検出されたフランクのその時の合計が予め定められた限界値Ｓｚを超えているかどうかがチェックされる。限界値Ｓｚを超えている場合には、第三の比較器５０の出力がセットされる。この出力は、入力値としてＡＮＤゲート９０に送り込まれる。圧力差ｄｐｌｕｆｉは更に、第二の比較器３０にも送られ、圧力差ｄｐｌｕｆｉが予め定められた下方の閾値Ｓｕを下回っていると、第二の比較器３０の出力端にフランクが生成される。第二の比較器３０の出力端のフランクは、それぞれ後続の第二のフランク検出器４０によって検出される。第二のフランク検出器４０の後には第二のカウンタ１３０が続いているが、該カウンタは、第一のカウンタ１２５と同様に構成することができ、第二のフランク検出器４０によって検出されたフランクをカウントし或いは積算する。その時に、第二のカウンタ１３０の出力端に出力されている第二のフランク検出器４０によって検出されたフランクの合計或いは数が第四の比較器８５に送られ、そこで予め定められた限界値Ｓｚと比較される。第二のフランク検出器４０によって検出されたフランクの数が予め定められた限界値Ｓｚを超えている場合には、第四の比較器８５の出力がセットされる。この出力は、ＡＮＤゲート９０のもう一つの入力値として用いられる。

検出ユニット１４０には更に、ビットＢ＿ｓｕｖが送り込まれる。該ビットは、一方では入力値としてタイマー１３５に送り込まれるが、このタイマーは、例えば単安定マルチバイブレータとして構成することができ、予め定められた時定数Ｔ０を持っている。ビットＢ＿ｓｕｖがセットされると、それ故バイパス弁１１５が完全に閉じられた状態から開かれると、タイマー１３５がスタートされ、タイマー１３５の出力がリセットされた状態からセットされた状態へ移行する。予め定められた時定数Ｔ０の経過後、タイマー１３５の出力は再びリセットされる。タイマー１３５の出力は、第三の入力値としてＡＮＤゲート９０へ送られる。ビットＢ＿ｓｕｖは更に、第三のフランク検出器９５へ送り込まれる。第三のフランク検出器９５が、ビットＢ＿ｓｕｖのセットの際に現れるような立上がりフランクを検出すると、フランク検出器９５は、第一のカウンタ１２５のリセット入力と第二のカウンタ１３０のリセット入力とをトリガしてそれぞれ出力値ゼロにし、次いでそこから、ビットＢ＿ｓｕｖのセットから生じる第一のフランク検出器３５或いは第二のフランク検出器４０のフランクが加えられる。ＡＮＤゲート９０の三つの全ての入力がセットされると、ＡＮＤゲート９０の出力のエラービットＥ＿ｓｕｖもまたセットされて、バイパス弁１１５のエラー、即ちバイパス弁１１５が望ましいように開かれないということが表示される。それによって引き起こされるコンプレッサーポンピングは、時定数Ｔ０によって設定されている時間の間に、圧力差ｄｐｌｕｆｉによる上方の閾値Ｓｏを超える回数と下方の閾値Ｓｕを下回る回数が、それぞれ予め定められた限界値Ｓｚよりも大きいということによって感知される。その際、上方の閾値Ｓｏ、下方の閾値Ｓｕ、限界値Ｓｚ、及び時定数Ｔ０は、例えば試験台で、コンプレッサーポンピングが先に説明されたように明らかに且つ確実に感知され、コンプレッサーポンピングの発生の際に、エラービットＥ＿ｓｕｖがセットされるように、適用される。第三の比較器５０及び第四の比較器８５の出力の一つが、時定数Ｔ０によって定められている時間の経過の後でリセットされたままに留まっている場合には、コンプレッサーポンピングは感知されず、またＡＮＤゲート９０の出力、またそれと共にエラービットＥ＿ｓｕｖもリセットされたままに留まっているので、バイパス弁１１５のエラーは感知されない。その場合には、バイパス弁１１５はエラーなしで作動している。

タイマー１３５及びタイマーの予め定められた時定数Ｔ０によって、上方の閾値Ｓｏと下方の閾値Ｓｕの閾値を超える回数の評価が、予め定められた時定数Ｔ０によって定められた時間に限定される。ＡＮＤゲート９０の出力、またそれと共にエラービットＥ＿ｓｕｖのセットによって警告ランプ或いは警告信号が起動され、また場合によっては内燃機関１の非常時措置が導入されることがあり、最終的には内燃機関１もスイッチオフされることがある。しかしながら、このようなことは一般的には起こらない。何故なら、開かないスライド循環弁は単に音響的に障害となるだけであり（ポンピングは耳に聞こえる騒音を引き起こす）、またコンプレッサーの軸負荷が高められるが、これはコンプレッサーにとって一般に許容できるからである。

予め定められた時定数Ｔ０によって定められた時間内に、圧力差ｄｐｌｕｆｉによる、予め定められた上の閾値Ｓｏを超える回数も、また圧力差ｄｐｌｕｆｉによる、予め定められた下方の閾値Ｓｕを下回る回数も、予め定められた限界値Ｓｚを超えている場合には、これによって、圧力差ｄｐｌｕｆｉが、望ましくないことであるが、脈動をしているということが感知され、エラービットＥ＿ｓｕｖがセットされる。その場合には、予め定められた上方の閾値Ｓｏは、予め定められた下方の閾値Ｓｕよりも大きく選ばれるべきである。

この圧力差ｄｐｌｕｆｉが、バイパス弁１１５が開かれるべき時点で、先に述べられたように望ましくないことであるが脈動している場合には、バイパス弁１１５にエラーが発生し、バイパス弁１１５が望ましいように開かず、又そのためにコンプレッサーポンピング、即ち望ましくない脈動性の圧力差という事態となる。本発明に基づく検出ユニット１４０による先に説明された本発明に基づく検出方法によれば、ビットＢ＿ｓｕｖのセットの後、それ故エンジン制御装置２０によるバイパス弁１１５の開弁制御の後、時定数Ｔ０によって定められた時間内に、この望ましくないコンプレッサーポンピングが起こっているか否か、即ちバイパス弁１１５が故障して望ましいようには開かない、それ故全く開かないか或いは不十分にしか開かない、ということが確認される。これによって、予め定められた時定数Ｔ０によって定められた時間内に、また従って少なくとも、バイパス弁１１５が開くべき、即ち開かれるべき時点で、エアフィルタ５を通って生じた望ましくない脈動性の圧力差が、望ましくないコンプレッサーポンピング、また従って故障して望ましいようには開かないバイパス弁１１５に基づいて検出される。スロットルバルブ１４の開度を引下げたときに予め与えられていた閾値αｄｋｓが到達されたときには、先に説明されたように、バイパス弁１１５は完全に閉じられた位置から開かれるべきである。或いはまた、予め定められた閾値αｄｋｓによって定められているスロットルバルブ１５の開度の代わりに、予め定められたエアマス流を用いることができる。即ちスロットルバルブ１５の開度を引下げたときに予め定められたエアマス流が到達されたときには、バイパス弁１１５が開かれるべきである。その際、エアマス流は、それがエアマス計を用いて測定されない限り、当業者に知られている手法で、内燃機関１の運転パラメータから、例えば吸気管圧に基づいてモデル化されることができ、その際に、吸気管圧は、図１には図を見易くするために描かれていない吸気管圧力センサ（スロットルバルブ１５とシリンダブロック１１０との間の吸気管１０の中に配置されている）によって測定することができる。

圧力差ｄｐｌｕｆｉは、エアフィルタ５を通してではなく、給気管１０の別の構成要素を通して、例えばチャージエアクーラー（インタークーラー）を通して、測定することもできる。

内燃機関の略図である。 本発明に基づく方法及び本発明に基づく装置を説明するための機能図である。

符号の説明

１…内燃機関
５…エアフィルタ
１０…給気管
１５…スロットルバルブ
２０…エンジン制御装置
４５…コンプレッサー
５５…差圧センサ
６０…燃料噴射弁
６５…点火プラグ
７０…排気ガスダクト
７５…タービン
８０…タービンシャフト
１１０…シリンダブロック
１１５…バイパス弁
１２０…バイパス路
ｄｐｌｕｆｉ…エアフィルタを通した圧力差
Ｂ＿ｓｕｖ…ビット
αｄｋ…スロットルバルブの位置
２５，３０，５０，８５…比較器
３５，４０…フランク検出器
９０…ＡＮＤゲート
１２５，１３０…カウンタ
１３５…タイマー（モノフロップ）
１４０…検出ユニット
Ｓｏ…上方の閾値、
Ｓｕ…下方の閾値
Ｔ０…時定数
Ｓｚ…限界値
Ｅ＿ｓｕｖ…エラービット

Claims (7)

1. 内燃機関（１）への給気管（１０）の構成要素（５）を通した圧力差が測定されること、及び
   脈動性の圧力差が検出されたときに、エラーが感知されること、
   を特徴とする内燃機関の運転方法。
2. 内燃機関（１）に給気管（１０）を通して供給される空気がコンプレッサー（４５）によって圧縮され、その際コンプレッサー（４５）へのバイパス路（１２０）におけるバイパス弁（１１５）がコンプレッサーポンピングを避けるために制御されること、及び
   バイパス弁（１１５）が開かれるべき時点で、構成要素（５）を通した脈動性の圧力差が検出されたときに、バイパス弁（１１５）のエラーが検出されること、
   を特徴とする請求項１に記載の運転方法。
3. 内燃機関（１）への給気管（１０）が少なくとも予め定められた値まで絞られたときに、バイパス弁（１１５）が開くように制御されることを特徴とする請求項２に記載の運転方法。
4. 前記予め定められた値が、予め定められたエアマス流、或いは内燃機関（１）への給気管（１０）を調節する、給気管（１０）内の調節要素（１５）、特にスロットルバルブの予め定められた開度であることを特徴とする請求項３に記載の運転方法。
5. 給気管（１０）の構成要素（５）を通した圧力差が、上方および下方の閾値と比較されること、及び
   予め定められた時間の間における上方および下方の閾値を超える回数が、それぞれ予め定められた値を超えるときに、エラーが感知されること、
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の運転方法。
6. バイパス弁（１１５）を開く制御の開始と共に、上方および下方の閾値を超える回数をカウントするカウンタ（１２５、１３０）がリセットされ、且つ予め定められた時間を調整するためのクロック（１３５）がスタートされることを特徴とする請求項５に記載の運転方法。
7. 内燃機関（１）への給気管（１０）の構成要素（５）を通した圧力差を測定する圧力差センサ（５５）と、
   脈動性の圧力差が検出されるとエラーを感知する検出手段（１４０）と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の運転装置。

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