JP2006046246A - ターボ過給機の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変容量ターボ過給機の異常診断を正確に行うことが可能なターボ過給機の異常診断装置を提供する。
【解決手段】可変容量ターボ過給機２１において、車両の減速時に可変ノズル２４を全閉の位置に固定して可変ノズル２４の異常診断を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明はターボ過給機の異常診断装置に関するものである。

内燃機関の出力向上及び排気規制物質低減のため、ターボチャージャを用いて内燃機関の吸気通路を流れる空気を強制的に燃焼室へ送り込むようにした過給システムにおいて、内燃機関の回転数及び負荷に応じてタービンのノズルベーン（可変容量機構）の開度を変え、内燃機関への過給圧を変更し、適切な吸入空気量を内燃機関へ供給する可変ノズル型ターボチャージャ（可変容量ターボ過給機）が知られている。

しかし、この可変ノズル型ターボチャージャは、何かの理由で熱変形あるいは異物付着などによりノズルベーンの開度調整が正常に行えなくなった場合に過剰な過給による内燃機関の耐久性低下、逆に過給圧低下による動力性能の低下、排気規制物質の増加などの問題が生じる。

従来、ノズルベーンの診断方法としてコンプレッサによって過給された実過給圧を検出し、実過給圧が予め設定された過給圧よりも高く（低く）なった時間と回数を検出し、その回数が所定回数となった場合にノズルベーンに異常が発生したと判断するものが、特許文献１に開示されている。
特開２００１−３５５４５４号公報

しかし、上記の発明では、内燃機関の或る運転状態に応じてノズルベーン開度での実過給圧が所定過給圧を超えた時間が所定回数に達するとノズルベーンに異常が発生したと診断している。つまり複数の運転状態に対してそれぞれ実過給圧が所定過給圧を超えた時間とその回数をカウントし、回数が所定回数に達したか否かによってノズルベーンの異常判定を行うので、ノズルベーンに異常が発生しているか否かを判定する頻度が少なくなるといった問題点がある。

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、使用頻度が高く、可変容量ターボ過給機の運転状態が比較的安定している減速時にノズルベーンの異常診断を行うことで、異常診断を行う頻度を多くし、ノズルベーンの異常診断を正確に行うことを目的とする。

本発明ではタービンへの排気ガス供給容量を変え得る可変容量機構を備える可変容量ターボ過給機を備えたターボ過給機の異常診断装置において、車両の減速時に可変容量機構を所定位置に設定して可変容量ターボ過給機の異常を検出する異常検出手段を備える。

本発明によると、車両の走行中に使用頻度が高く、内燃機関の運転状態が比較的安定している減速時にターボ過給機の異常判定を行うので、異常診断の頻度を多くし、ノズルベーンの異常診断を正確に行うことができる。

本発明の実施形態の構成を図１の概略図を用いて説明する。この実施形態はディーゼルエンジン（以下、エンジン）１を搭載した車両について説明するが、ディーゼルエンジンを搭載した車両に限定するものではない。

１はエンジン、２は排気通路、３は吸気通路であり、エンジン１に接続する排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４が設けられ、ＥＧＲ通路４の途中には、圧力制御弁（図示しない）からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備えている。圧力制御弁は、エンジンコントローラ３１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。

エンジン１はコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク（図示しない）、サプライポンプ１４、蓄圧室（コモンレール）１６、気筒毎に設けられるノズル１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は蓄圧室１６にいったん蓄えられたあと、蓄圧室１６の高圧燃料が気筒数分のノズル１７に分配される。

ノズル１７（燃料噴射弁）は、詳しくは図示しないが、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に介装される三方弁（図示しない）が介装されている。三方弁（電磁弁）のＯＦＦ時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁がＯＮ状態になると針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり三方弁のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであればＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。また、減速時には所定の条件を満たすとエンジン１の燃費を向上するために三方弁をＯＦＦとしてノズル１７からの燃料噴射量をゼロとする。

ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に、排気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン２２と吸気を圧縮するコンプレッサ２３とを同軸で連結した可変容量ターボ過給機２１を備える。タービン２２のスクロール入口に、アクチュエータ２５により駆動される可変ノズル２４（可変容量機構）が設けられ、エンジンコントローラ３１により、可変ノズル２４は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側ではタービン２２に導入される排気の流速を高めるノズル開度（絞り状態）に、高回転速度側では排気を抵抗なくタービン２２に導入させるノズル開度（全開状態）に制御する。

上記のアクチュエータ２５は、制御圧力に応動して可変ノズル２６を駆動するダイヤフラムアクチュエータ２６と、このダイヤフラムアクチュエータ２６への制御圧力を調整する圧力制御弁２７とからなり、可変ノズル２４の実開度が目標ノズル開度となるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁２７に出力される。

また、排気通路２には可変容量ターボ過給機２１の下流にエンジン１から排出された排出ガス中の煤を捕集するフィルタ２８を備える。フィルタ２８に捕集された煤が所定値以上になると排気ガス温度を上昇させて燃焼する（フィルタ再生処理）が、その方法としては吸気通路３に設けた吸気絞弁１８によってエンジン１に供給される吸気を絞り、ポンピングロスを増大させ、ノズル１７から燃料噴射量を通常時よりも多くすることで、排気温度を上昇させたり、ノズル１７からのメイン噴射のタイミングを遅らせ、またはメイン噴射後にポスト噴射を行い排気温度を上昇させる方法などがある。なお、通常時には吸気絞弁１８は所定の位置で固定されている。

アクセルセンサ３２、エンジン回転速度とクランク角度を検出する回転速度センサ３３、水温センサ３４、エアフローメータ３５、過給圧センサ（過給圧検出手段）３６、温度センサ３７からの信号が入力されるエンジンコントローラ３１では、これらの信号に基づいて目標ＥＧＲ率と目標過給圧とが得られるようにＥＧＲ制御と過給圧制御を協調して行う一方、可変容量ターボ２１の可変ノズル２４の異常診断を行う。

ここで、この実施形態の可変ノズル２４の異常判断制御（異常検出手段）について図２のフローチャートを用いて説明する。ここでは車両が減速を開始したものとする。ただし、減速判定はアクセルセンサ３２や回転速度センサ３３などの信号に基づいて行われる。またこのフローチャートは減速中に所定時間毎に行うものとする。

ステップＳ１００では、回転速度センサ３３によってエンジン回転速度Ｎｅを検出する。

ステップＳ１０１では、ノズル１７からの燃料噴射量Ｑを検出する。この燃料噴射量Ｑは三方弁のＯＮ時間によって算出する。

ステップＳ１０２では、エンジン回転速度Ｎｅを予め設定された異常診断回転速度Ｎｅ１とＮｅ２と比較する。異常診断回転速度Ｎｅ１はこの実施形態で可変ノズル２４の異常判断を行う下限エンジン回転速度であり、異常診断回転速度Ｎｅ２はこの実施形態で可変ノズル２４の異常判断を行う上限エンジン回転速度である。そしてエンジン回転速度Ｎｅが、
Ｎｅ１＜Ｎｅ＜Ｎｅ２ 式（１）
を満たしているか、つまりエンジン回転速度Ｎｅが可変ノズル２４の異常診断を行うための異常診断回転速度内にあるかどうか判断する。さらに燃料噴射量Ｑがゼロ、つまりフューエルカットを行っているかどうか判断する。そしてエンジン回転速度Ｎｅが式（１）の条件を満たしており、かつ燃料噴射量Ｑがゼロの場合には、ステップＳ１０３に進み可変ノズル２４の異常判断を行い、それ以外の場合にはステップＳ１０８へ進む。エンジン回転速度Ｎｅが式（１）を満たしている場合には、エンジン回転速度Ｎｅが変化した場合でも、タービン２２の回転速度がさほど変化しない。つまりコンプレッサ２３による過給圧Ｐがさほど変化せずに過給圧Ｐを安定的に検出することができる。

車両の減速時にエンジン回転速度Ｎｅが決められた異常診断回転速度内であり、かつノズル１７から燃料噴射を行っていない場合に、可変ノズル２４の異常診断を行うことでＥＧＲ及び吸気スロットルなどの外乱による影響を少なくし、可変ノズル２４の異常判断を正確に行うことができる。

ステップＳ１０３では、可変ノズル２４のノズル開度を全閉状態に固定する。ノズル開度を全閉状態に固定することで可変容量ターボ過給機２１の過給圧を安定させ、可変ノズル２４の異常判断を正確に行うことができる。なお、可変容量ターボ過給機２１の吸入空気流量をがノズル開度が全閉となる状態で検査及び調整している場合には、可変ノズル２４の異常判断をより正確に行うことができる。

ステップＳ１０４では、可変ノズル２４のノズル開度を全閉状態に固定した場合のコンプレッサ２３によって過給された空気の過給圧Ｐを過給圧センサ３６によって検出する。

ステップＳ１０５では、温度センサ３７によって過給された空気の吸気温度Ｔを検出し、図３に示すマップから過給圧の温度補正係数ｋを算出する。図３のマップは吸気温度Ｔと温度補正係数ｋの関係を示したマップであり、吸気温度Ｔが高くなると温度補正係数ｋは小さくなる。そして、ステップＳ１０４で検出した過給圧Ｐに温度補正係数ｋを掛けて補正過給圧Ｐ＊を算出する。吸気温度Ｔから算出する温度補正係数ｋにより、過給圧Ｐに補正を施すことで、温度に依存しない安定した補正過給圧Ｐ＊を算出し、可変ノズル２４の異常判断を正確に行うことができる。

ステップＳ１０６では、補正過給圧Ｐ＊を予め設定された異常診断過給圧Ｐ１とＰ２と比較する。異常診断過給圧Ｐ１は予め実験によって求められ、可変ノズル２４を全閉としたときに熱変形などにより通常の過給圧よりも低くなった場合の下限過給圧であり、補正過給圧Ｐ＊が異常診断過給圧Ｐ１よりも低くなると可変ノズル２４に異常が生じている。また、異常診断過給圧Ｐ２は予め実験によって求められ、可変ノズル２４が熱変形、または異物付着などにより通常の過給圧よりも高くなった場合の上限過給圧であり、補正過給圧Ｐ＊が異常診断過給圧Ｐ２よりも高くなると可変ノズル２４に異常が生じている。ここでは補正過給圧Ｐ＊が、
Ｐ１＜Ｐ＊＜Ｐ２ 式（２）
を満たしているか、すなわち補正過給圧Ｐ＊が異常診断過給圧Ｐ１と異常診断過給圧Ｐ２の範囲（正常圧力範囲）内にあるかどうか判断する。補正過給圧Ｐ＊が式（２）を満たす場合には可変ノズル２４が正常であると判断してステップＳ１０７へ進み、補正過給圧Ｐ＊が式（２）を満たさない場合には可変ノズル２４に異常が発生している可能性があると判断してステップＳ１０９へ進む（ステップＳ１０６が過給圧比較手段を構成する）。

ステップＳ１０７では後述する時間積算カウンタｔをゼロにリセットして終了する。

ステップＳ１０６で可変ノズル２４に異常の可能性があると判断されるとＳ１０９において、時間積算カウンタｔの加算を行う。なお、時間積算カウンタｔがゼロではない場合、つまり以前のサイクルで時間積算カウンタｔがカウントされている場合には、以前のサイクルでカウントされた時間積算カウンタｔに加算を行う。これによって減速中に十分に可変ノズル２４の異常判断を行うことができなかった場合でも、次回の減速時にステップＳ１０６で式（２）を満たさないと判断された場合に、以前の時間積算カウンタｔに加算することで、可変ノズル２４の異常判断を正確に行うことができる（ステップＳ１０６が時間積算手段を構成する）。

ステップＳ１１０では、時間積算カウンタｔと予め設定した異常判断時間ｔ１と比較して、時間積算カウンタｔが異常判断時間ｔ１以上である場合にはステップＳ１１１へ進み、時間積算カウンタｔが異常判断時間ｔ１よりも小さい場合には今回のサイクルを終了する。なお、時間積算カウンタｔが異常判断時間ｔ１よりも小さい場合には時間積算カウンタｔの値を保持する。今回のサイクルでステップＳ１０６で式（２）を満たさずにステップＳ１０９へ進んだ場合でも、次回のサイクルにおいてステップＳ１０６で式（２）を満たした場合には、可変ノズル２４は正常であると判断し、ステップＳ１０７へ進む。すなわちステップＳ１０６において判定誤差によってステップＳ１０９へ進む場合があるが、閾値である異常判断時間ｔ１を設けることで、判定誤差による可変ノズル２４の異常診断の誤診断を防ぐことができる（ステップＳ１１０が異常判断手段を構成する）。

ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０にて時間積算カウンタｔが異常判断時間ｔ１以上となった、つまりステップＳ１０６おいて連続して補正過給圧Ｐ＊が式（２）を満たしていないと判定されたので、可変ノズル２４に異常が生じていると判断し、運転パネルなどに異常を示す警告灯を点灯させ、ノズル１７からの燃料噴射量を制限する。

ステップＳ１０２において条件を満たさない、つまり異常診断を行わない場合にはステップＳ１０８において時間積算カウンタｔを保持し終了する。これによって次回以降のサイクルでステップ１０２で条件を満たした場合に以前に加算した時間積算カウンタｔに新たに加算を開始することで、可変ノズル２４の異常を早期に発見することができる（ステップＳ１０８が積算時間記憶手段を構成する）。

以上の制御によって、車両の減速時に可変ノズル２４の異常診断を行うことで、可変ノズル２４の異常診断を正確に行うことができる。

なお、ステップＳ１０３で可変ノズル２４のノズル開度を全閉状態としたが、全閉状態以外のノズル開度としてもよい。

本発明の実施形態の効果について説明する。

車両の減速中にはエンジン回転速度Ｎｅが減少してもタービン２２は慣性により回り続けるので、タービン２２の回転速度、つまりコンプレッサ２３による過給圧の変動が少なくなる。そのため、本発明の実施形態では市場の走行パターンで使用頻度が高く、可変容量ターボ過給機２１が安定している車両の減速時に可変ノズル２４を固定し、可変ノズル２４の異常診断を行うことで、異常診断の頻度を多くし、正確な異常診断を行うことができる。また、減速時には可変ノズル２４を固定して可変ノズル２４の異常診断を行っても、運転性へのはね返りが少ないので、運転者の不快感を与えずに可変ノズル２４の異常診断を行うことができる。

可変ノズル２４の異常診断時に、補正過給圧Ｐ＊が異常診断過給圧Ｐ１と異常診断過給圧Ｐ２の範囲を超える時間を時間積算カウンタｔによって加算し、時間積算カウンタｔが異常判断時間ｔ１よりも長くなった場合に可変ノズル２４に異常が発生していると判断するので、例えば判定誤差によって式（２）を満たした場合に時間積算カウンタｔのカウントを開始しても、次回のサイクルで補正過給圧Ｐ＊が式（２）を満たさない場合には、時間積算カウンタｔの積算を中止し、ゼロリセットを行うので可変ノズル２４の異常診断の誤診断を防ぐことができる。

また、時間積算カウンタｔを積算中に式（１）を満たさずに車両の減速が終了した場合には、今回の時間積算カウンタｔを記憶し、次回の減速時に積算した時間積算カウンタｔに加算することで、可変ノズル２４に異常がある場合には早期に発見することができる。

過給圧センサ３６によって検出する過給圧と可変ノズル２４を全閉とした場合の正常圧力範囲とを比較し、可変ノズル２４の異常判断を行うので、簡易な異常診断装置で正確に行うことができる。

可変ノズル２４の異常判断をノズル１７からのフューエルカット時に行うことで、ＥＧＲ及び吸気スロットル等による過給圧への外乱を抑制し、可変ノズル２４の異常診断を正確に行うことができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

可変容量ターボ過給機を備えた車両などに利用することができる。

本発明の構成を示す概略図である。 本発明の可変ノズルの異常判断を行うフローチャートである。 本発明の吸気温度と温度補正係数の関係を示したマップである。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
１７ ノズル
２１ 可変容量ターボ過給機
２２ タービン
２３ コンプレッサ
２４ 可変ノズル（可変容量機構）
３３ エンジン回転速度センサ
３６ 過給圧センサ（過給圧検出手段）
３７ 温度センサ

Claims (6)

1. タービンへの排気ガス供給容量を変え得る可変容量機構を備える可変容量ターボ過給機を備えたターボ過給機の異常検出装置において、
   車両の減速時に前記可変容量機構を所定位置に設定し、かつその時の過給圧に基づいて前記可変容量ターボ過給機の異常を検出する異常検出手段を備えたことを特徴とするターボ過給機の異常診断装置。
2. 前記異常検出手段は、
   前記可変容量ターボ過給機による過給圧を検出する過給圧検出手段と、
   前記所定位置に基づいて設定された正常圧力範囲と前記過給圧を比較する過給圧比較手段と、
   前記過給圧が前記正常圧力範囲にない場合に、異常時間を積算する時間積算手段と、
   前記時間積算手段による積算時間が異常判断時間を超えた場合に前記可変容量ターボ過給機に異常が発生していると判断する異常判断手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のターボ過給機の異常診断装置。
3. 前記時間積算手段は、
   前記積算時間を記憶する積算時間記憶手段を備え、
   前記積算時間が前記異常判断時間を超える前に前記車両の減速が終了した場合には、次回の減速時に記憶された前記積算時間に加算することを特徴とする請求項２に記載のターボ過給機の異常診断装置。
4. 前記正常圧力範囲は前記所定値での下限過給圧と上限過給圧の間の圧力であることを特徴とする請求項２または３に記載のターボ過給機の異常診断装置。
5. 前記所定位置は前記可変容量機構が全閉位置であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のターボ過給機の異常診断装置。
6. 前記可変容量ターボ過給機の異常検出は前記車両のエンジンへのフューエルカット時に行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のターボ過給機の異常診断装置。

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