JP2007056843A - Abnormality determination device for supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に取り付けられた遠心過給器(ターボチャージャ)の異常を判定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for determining an abnormality of a centrifugal supercharger (turbocharger) attached to an internal combustion engine.
遠心過給器(ターボチャージャ)を備えた内燃機関の排気系には、タービンを迂回するバイパス通路や該バイパス通路を開閉するウェストゲートバルブ等が設けられている。このような構成において、ウェストゲートバルブの異常を過給圧(コンプレッサ下流の吸気圧)に基づいて判定する技術が提案されている(たとえば、特許文献1を参照)。
ところで、ウェストゲートバルブの異常が過給圧に反映されるのは、内燃機関の負荷が比較的高い運転領域となるため、そのような高負荷運転時にウェストゲートバルブの異常が判定されると、その時点で既にタービン回数が許容範囲を超えてしまっている可能性がある。 By the way, the abnormality of the wastegate valve is reflected in the supercharging pressure because the internal combustion engine load is in a relatively high operating region, so when the malfunction of the wastegate valve is determined during such high load operation, At that time, the number of turbines may have already exceeded the allowable range.
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、遠心過給器に併設されたウェストゲートバルブの異常を判定する装置において、タービン回転数が許容範囲を越える前にウェストゲートバルブの異常を判定可能な技術の提供にある。 The present invention has been made in view of the various circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide an apparatus for determining an abnormality of a wastegate valve provided in the centrifugal supercharger, in which the turbine rotational speed is within an allowable range. It is to provide a technology that can determine the abnormality of the wastegate valve before crossing.
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の負荷が低い時にウェストゲートバルブの異常を判定することにより、タービン回転数が許容範囲から逸脱することを回避するようにした。 In order to solve the above-described problems, the present invention avoids the turbine rotational speed from deviating from the allowable range by determining abnormality of the wastegate valve when the load of the internal combustion engine is low.
詳細には、本発明に係る過給器の異常判定装置は、内燃機関の排気通路において遠心過給器のタービン上流とタービン下流を連通させる排気側バイパス通路と、前記排気側バイパス通路に設けられたウェストゲートバルブと、前記内燃機関の負荷が所定負荷以下である時に前記ウェストゲートバルブの異常を判定する判定手段と、を備えるようにした。 In detail, the abnormality determination device for a supercharger according to the present invention is provided in an exhaust side bypass passage for communicating a turbine upstream and a turbine downstream of a centrifugal supercharger in an exhaust passage of an internal combustion engine, and the exhaust side bypass passage. A wastegate valve, and a judging means for judging an abnormality of the wastegate valve when the load of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined load.
このように構成された過給器の異常判定装置によれば、内燃機関が高負荷運転される前の低負荷運転時にウェストゲートバルブの異常判定が行われるため、タービン回転数が許容範囲を逸脱する前にウェストゲートバルブの異常を判定することができる。 According to the abnormality determination device for a supercharger configured in this way, the abnormality of the wastegate valve is determined at the time of low load operation before the internal combustion engine is operated at high load. It is possible to determine the abnormality of the wastegate valve before starting.
ところで、内燃機関の負荷が低い時は、ウェストゲートバルブの開度が過給圧や排気圧に反映され難いため、従来技術のように過給圧をパラメータとした判定方法では正確な異常判定を行うことが困難である。 By the way, when the load of the internal combustion engine is low, the opening degree of the wastegate valve is difficult to be reflected in the supercharging pressure or the exhaust pressure. Therefore, the determination method using the supercharging pressure as a parameter as in the prior art makes accurate abnormality determination. Difficult to do.
これに対し、本願の発明者らが鋭意の実験や検証を行った結果、内燃機関の負荷が低い時にウェストゲートバルブの開度が正常に変化すると、タービン回転数が高感度に変化することを見出した。 On the other hand, the inventors of the present application have conducted extensive experiments and verifications. As a result, when the opening of the wastegate valve changes normally when the load on the internal combustion engine is low, the turbine speed changes with high sensitivity. I found it.
そこで、本発明に係る過給器の異常判定装置では、判定手段は、ウェストゲートバルブ
の開度を変化させるべく制御を行った時のタービン回転数の変化量を取得し、取得された変化量が基準量未満であればウェストゲートバルブが異常であると判定するようにしてもよい。
Therefore, in the abnormality determination device for a supercharger according to the present invention, the determination means acquires the amount of change in turbine speed when control is performed to change the opening of the wastegate valve, and the amount of change acquired If is less than the reference amount, it may be determined that the wastegate valve is abnormal.
このような構成によれば、ウェストゲートバルブの開度が過給圧や排圧に反映され難い低負荷運転領域においても、タービン回転数をパラメータとしてウェストゲートバルブの異常を正確に判定することができる。 According to such a configuration, it is possible to accurately determine the abnormality of the wastegate valve using the turbine speed as a parameter even in a low load operation region in which the opening degree of the wastegate valve is not easily reflected in the supercharging pressure or the exhaust pressure. it can.
また、内燃機関の負荷が低い時はウェストゲートバルブの開度が変化させられても過給圧や排圧の変化が少ないため、異常判定が内燃機関の運転状態に及ぼす影響を少なくすることもできる。依って、内燃機関の運転者に意識させることなくウェストゲートバルブの異常判定を行うことが可能である。 In addition, when the load on the internal combustion engine is low, even if the opening degree of the wastegate valve is changed, there is little change in the boost pressure or exhaust pressure, so the influence of abnormality determination on the operating state of the internal combustion engine can be reduced. it can. Therefore, it is possible to determine the abnormality of the wastegate valve without making the driver of the internal combustion engine aware of it.
尚、遠心過給器を備えた内燃機関の吸気通路には、遠心過給器のコンプレッサ下流とコンプレッサ上流を連通する吸気側バイパス通路、及び吸気側バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブが配置される場合がある。 Note that an intake side bypass passage that communicates the compressor downstream and the compressor upstream of the centrifugal supercharger and an air bypass valve that opens and closes the intake side bypass passage are disposed in the intake passage of the internal combustion engine including the centrifugal supercharger. There is a case.
このような場合には、ウェストゲートバルブの異常判定に加え、エアバイパスバルブの異常判定も必要となる。エアバイパスバルブに異常が発生した場合には、内燃機関が高負荷運転状態にある時の過給圧が所定の範囲から逸脱するようになる。但し、内燃機関が高負荷運転状態にある時の過給圧は、エアバイパスバルブの異常に加え、ウェストゲートバルブの異常によっても変化する。このため、高負荷運転時の過給圧が所定の範囲から逸脱しているという条件だけでは、エアバイパスバルブが異常であると特定することは困難である。 In such a case, an abnormality determination of the air bypass valve is required in addition to the abnormality determination of the wastegate valve. When an abnormality occurs in the air bypass valve, the supercharging pressure when the internal combustion engine is in a high load operation state deviates from a predetermined range. However, the supercharging pressure when the internal combustion engine is in a high-load operation state varies depending on the abnormality of the wastegate valve in addition to the abnormality of the air bypass valve. For this reason, it is difficult to specify that the air bypass valve is abnormal only under the condition that the supercharging pressure during high-load operation deviates from a predetermined range.
これに対し、本発明に係る過給器の異常判定装置では、判定手段は、ウェストゲートバルブが正常であることを判定した後の内燃機関が高負荷運転された時に、コンプレッサ下流の吸気圧(過給圧)が所定の範囲から逸脱していればエアバイパスバルブが異常であると判定するようにしてもよい。 On the other hand, in the abnormality determination device for a supercharger according to the present invention, when the internal combustion engine is operated at a high load after it is determined that the wastegate valve is normal, the intake pressure ( If the (supercharging pressure) deviates from a predetermined range, it may be determined that the air bypass valve is abnormal.
このような構成によれば、内燃機関の高負荷運転された時の過給圧の異常は、エアバイパスバルブの異常が要因であると特定することが可能となる。 According to such a configuration, it is possible to specify that the abnormality of the supercharging pressure when the internal combustion engine is operated at a high load is caused by the abnormality of the air bypass valve.
本発明によれば、内燃機関の負荷が低い時にウェストゲートバルブの異常を判定可能となるため、タービン回転数が許容範囲を越える前にウェストゲートバルブの異常を検出することができる。 According to the present invention, it is possible to determine the abnormality of the wastegate valve when the load of the internal combustion engine is low. Therefore, the abnormality of the wastegate valve can be detected before the turbine rotation speed exceeds the allowable range.
以下、本発明の具体的な実施形態について図1〜図3に基づいて説明する。図1は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図1において、内燃機関1は、複数の気筒2を有する直列多気筒のエンジンである。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied. In FIG. 1, an internal combustion engine 1 is an in-line multi-cylinder engine having a plurality of cylinders 2.
内燃機関1には、排気通路3と吸気通路4が接続されている。排気通路3の途中には、遠心過給器(ターボチャージャ)5のタービンハウジング50が配置されている。排気通路3においてタービンハウジング50より上流の部位と下流の部位は、排気側バイパス通路30によって連通している。排気側バイパス通路30の途中には、ウェストゲートバルブ31が配置されている。
An exhaust passage 3 and an
次に、吸気通路4の途中には、遠心過給器(ターボチャージャ)5のコンプレッサハウ
ジング51が配置されている。吸気通路4においてコンプレッサハウジング51より上流の部位と下流の部位は、吸気側バイパス通路40によって連通している。吸気側バイパス通路40の途中には、エアバイパスバルブ41が配置されている。
Next, a compressor housing 51 of a centrifugal supercharger (turbocharger) 5 is disposed in the
遠心過給器(ターボチャージャ)5には、タービンホイール500の回転数を検出する回転数センサ52が取り付けられている。その際、回転数センサ52がタービンハウジング50に取り付けられると回転数センサ52の耐熱性を向上させる必要があるため、コストの上昇等を招く可能性がある。そこで、タービンホイール500とコンプレッサホイール501を連結するシャフト502の軸受部53に回転数センサ52を取り付け、前記シャフト502の回転数を検出するようにしてもよい。
The centrifugal supercharger (turbocharger) 5 is provided with a rotational speed sensor 52 that detects the rotational speed of the
吸気通路4においてコンプレッサハウジング51より下流には、インタークーラ6が配置されている。インタークーラ6より下流の吸気通路4には、スロットル弁7が配置されている。スロットル弁7より下流の吸気通路4には、吸気圧センサ11が取り付けられている。
An intercooler 6 is disposed downstream of the compressor housing 51 in the
また、内燃機関1には、ECU8が併設されている。ECU8は、クランクポジションセンサ9、アクセルポジションセンサ10、吸気圧センサ11、回転数センサ52等の各種センサの出力信号に基づいて、スロットル弁7、ウェストゲートバルブ31、エアバイパスバルブ41を制御するとともに、ウェストゲートバルブ31の異常判定処理やエアバイパスバルブ41の異常判定処理を実行する。
The internal combustion engine 1 is also provided with an ECU 8. The ECU 8 controls the throttle valve 7, the
以下、ウェストゲートバルブ31及びエアバイパスバルブ41の異常判定処理について図2及び図3に沿って説明する。図2はウェストゲートバルブ31の異常判定ルーチンを示すフローチャートであり、図3はエアバイパスバルブ41の異常判定ルーチンを示すフローチャートである。
Hereinafter, abnormality determination processing of the
先ず、図2の異常判定ルーチンでは、ECU8は、S101においてクランクポジションセンサ9の出力信号に基づいて算出された機関回転数Neとアクセルポジションセンサ10の出力信号(Accp)を読み込む。 First, in the abnormality determination routine of FIG. 2, the ECU 8 reads the engine speed Ne calculated based on the output signal of the crank position sensor 9 and the output signal (Accp) of the accelerator position sensor 10 in S101.
S102では、ECU8は、内燃機関1が低回転・低負荷運転状態にあるか否か、すなわち、機関回転数Neが所定回転数Nes以下であり、且つ、アクセル開度Accpが所定開度Accps以下であるか否かを判別する。 In S102, the ECU 8 determines whether or not the internal combustion engine 1 is in a low speed / low load operation state, that is, the engine speed Ne is equal to or lower than the predetermined speed Nes, and the accelerator opening Accp is equal to or lower than the predetermined opening Acps. It is determined whether or not.
前記した所定回転数Nes及び所定開度Accpsは、ウェストゲートバルブ31が正常である時に該ウェストゲートバルブ31の開度を変更しても過給圧や排圧が殆ど変化しない範囲で定められた値であり、予め実験的に求められた値である。
The predetermined rotation speed Nes and the predetermined opening degree Acps are determined within a range in which the supercharging pressure and the exhaust pressure hardly change even when the opening degree of the
前記S102において否定判定された場合は、ECU8は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記S102において肯定判定された場合は、ECU8は、S103へ進み、ウェストゲートバルブ31を強制的に全閉に制御する。
If a negative determination is made in S102, the ECU 8 ends the execution of this routine. On the other hand, if an affirmative determination is made in S102, the ECU 8 proceeds to S103 and controls the
S103では、ECU8は、回転数センサ52の出力信号(タービン回転数)Nt1を読み込む。尚、前記S102の制御が行われてからウェストゲートバルブ31が実際に全閉となるまでには応答遅れが生じるため、ECU8は、S102の実行終了時から応答遅れ時間が経過した後に回転数センサ52の出力信号を読み込むことが好ましい。
In S103, the ECU 8 reads the output signal (turbine rotational speed) Nt1 of the rotational speed sensor 52. Since the response delay occurs until the
S104では、ECU8は、前記S103で読み込まれたタービン回転数Nt1が所定回転数Nts1以上であるか否かを判別する。所定回転数Nts1は、ウェストゲートバ
ルブ31が正常に全閉となった時のタービン回転数に相当する値であり、予め実験的に求められている値である。
In S104, the ECU 8 determines whether or not the turbine rotational speed Nt1 read in S103 is equal to or higher than a predetermined rotational speed Nts1. The predetermined rotational speed Nts1 is a value corresponding to the turbine rotational speed when the
前記S104において肯定判定された場合(Nt1≧Nts1)は、ECU8は、S106へ進み、ウェストゲートバルブ31を強制的に全開に制御する。
If an affirmative determination is made in S104 (Nt1 ≧ Nts1), the ECU 8 proceeds to S106 and controls the
S107では、ECU8は、回転数センサ52の出力信号(タービン回転数)Nt2を読み込む。この場合も、前記S106の制御が行われてからウェストゲートバルブ31が実際に全開となるまでには応答遅れが生じるため、ECU8は、S106の実行終了時から応答遅れ時間が経過した後に回転数センサ52の出力信号を読み込むものとする。
In S107, the ECU 8 reads an output signal (turbine rotational speed) Nt2 of the rotational speed sensor 52. Also in this case, since a response delay occurs until the
S108では、ECU8は、前記S107で読み込まれたタービン回転数Nt2が所定回転数Nts2以上であるか否かを判別する。所定回転数Nts2は、ウェストゲートバルブ31が正常に全開となった時のタービン回転数に相当する値であり、予め実験的に求められている値である。
In S108, the ECU 8 determines whether or not the turbine rotational speed Nt2 read in S107 is equal to or higher than a predetermined rotational speed Nts2. The predetermined rotation speed Nts2 is a value corresponding to the turbine rotation speed when the
前記S108において肯定判定された場合(Nt2≦Nts2)は、ECU8は、S109へ進み、ウェストゲートバルブ31が正常であると判定する。
If an affirmative determination is made in S108 (Nt2 ≦ Nts2), the ECU 8 proceeds to S109 and determines that the
一方、前記S105で否定判定された場合(Nt1<Nts1)、又は前記S108において否定判定された場合(Nt2>Nts2)は、ECU8は、S110へ進み、ウェストゲートバルブ31が異常であると判定する。
On the other hand, if a negative determination is made in S105 (Nt1 <Nts1) or a negative determination in S108 (Nt2> Nts2), the ECU 8 proceeds to S110 and determines that the
このようにECU8が図2に示す異常判定ルーチンを実行することにより、内燃機関1が低回転・低負荷運転状態にある時にウェストゲートバルブ31の異常を判定することが可能となる。このため、ウェストゲートバルブ31に異常が発生している状態で内燃機関1が高回転・高負荷運転されることを回避することができ、以てタービン回転数が許容範囲を超えてしまうことも回避することができる。
As described above, the ECU 8 executes the abnormality determination routine shown in FIG. 2, whereby it is possible to determine the abnormality of the
更に、ウェストゲートバルブ31が強制的に全開及び全閉に制御された時に、タービン回転数は高感度に変化するものの過給圧や排圧は殆ど変化しないため、異常判定処理の実行に起因したドライバビリティの低下も抑制することができる。
Furthermore, when the
図4は、機関回転数Neが所定回転数Nes以下、且つアクセル開度Accpが所定開度Accps以下となる条件下で正常なウェストゲートバルブ31を全閉から全開へ動作させた時のタービン回転数Nt、過給圧Pt、及び排気圧(タービンハウジング50より上流の排気圧)を計測した結果を示す図である。
FIG. 4 shows the turbine rotation when the
図4に示すように、機関回転数Neが所定回転数Nes以下、且つアクセル開度Accpが所定開度Accps以下の時にウェストゲートバルブ31が全閉から全開へ動作すると、タービン回転数Ntは大幅に低下するのに対し、過給圧Pt及び排気圧の低下量は極僅かとなる。
As shown in FIG. 4, when the
従って、本実施例の異常判定方法によれば、内燃機関1が低回転・低負荷運転状態にある時に、ドライバビリティの低下(過給圧や排圧の変化)を抑制しつつウェストゲートバルブ31の異常を正確に判定することができる。
Therefore, according to the abnormality determination method of the present embodiment, when the internal combustion engine 1 is in the low rotation / low load operation state, the
尚、前述した図2の異常判定ルーチンでは、ウェストゲートバルブ31が全開に制御された時のタービン回転数Nt1が所定回転数Nts1以上であり、且つウェストゲートバルブ31が全閉に制御された時のタービン回転数Nt2が所定回転数Nts2以下である
ことを条件にウェストゲートバルブ31が正常であると判定しているが、ウェストゲートバルブ31が全開に制御された時のタービン回転数Nt1とウェストゲートバルブ31が全閉に制御された時のタービン回転数Nt2との差が所定量以上であることを条件にウェストゲートバルブ31が正常であると判定するようにしてもよい。
In the above-described abnormality determination routine of FIG. 2, when the turbine rotational speed Nt1 when the
次に、図3の異常判定ルーチンでは、ECU8は、S201においてクランクポジションセンサ9の出力信号に基づいて算出された機関回転数Neとアクセルポジションセンサ10の出力信号(Accp)を読み込む。 Next, in the abnormality determination routine of FIG. 3, the ECU 8 reads the engine speed Ne calculated based on the output signal of the crank position sensor 9 and the output signal (Accp) of the accelerator position sensor 10 in S201.
S202では、ECU8は、内燃機関1が高回転・高負荷運転状態にあるか否か、すなわち、機関回転数Neが所定回転数Net以上であり、且つ、アクセル開度Accpが所定開度Accpt以上であるか否かを判別する。 In S202, the ECU 8 determines whether or not the internal combustion engine 1 is in a high speed / high load operation state, that is, the engine speed Ne is equal to or higher than the predetermined speed Net and the accelerator opening degree Accp is equal to or higher than the predetermined opening degree Acpt. It is determined whether or not.
前記した所定回転数Net及び所定開度Accptは、エアバイパスバルブ41の開度が高感度で過給圧に反映される範囲内で定められた値であり、予め実験的に求められた値である。
The predetermined rotational speed Net and the predetermined opening degree Acpt are values determined within a range in which the opening degree of the
前記S202において否定判定された場合は、ECU8は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記S202において肯定判定された場合は、ECU8は、S203へ進み、前述した図2の異常判定ルーチンにおいてウェストゲートバルブ31が正常であると判定されたか否かを判別する。
If a negative determination is made in S202, the ECU 8 ends the execution of this routine. On the other hand, if an affirmative determination is made in S202, the ECU 8 proceeds to S203, and determines whether or not the
S203で否定判定された場合は、ECU8は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記S203において肯定判定された場合は、ECU8は、S204へ進み、吸気圧センサ11の出力信号(過給圧)Ptを読み込む。 If a negative determination is made in S203, the ECU 8 ends the execution of this routine. On the other hand, if an affirmative determination is made in S203, the ECU 8 proceeds to S204 and reads the output signal (supercharging pressure) Pt of the intake pressure sensor 11.
S205では、ECU8は、前記S204で読み込まれた過給圧Ptが所定範囲内の値であるか否かを判別する。前記所定範囲は、ウェストゲートバルブ31及びエアバイパスバルブ41の双方が正常である時の過給圧が取り得る値の範囲であり、予め実験的に求められている。尚、ウェストゲートバルブ31及びエアバイパスバルブ41が正常である時の過給圧は、アクセル開度Accpや機関回転数Neに応じて変化するため、過給圧とアクセル開度Accpと機関回転数Neとの関係を予めマップ化しておいてもよい。
In S205, the ECU 8 determines whether or not the supercharging pressure Pt read in S204 is a value within a predetermined range. The predetermined range is a range of values that can be taken by the supercharging pressure when both the
前記S205において肯定判定された場合は、ECU8は、S206へ進み、エアバイパスバルブ41が正常であると判定して本ルーチンの実行を終了する。一方、前記S205において否定判定された場合は、ECU8は、S207へ進み、エアバイパスバルブ41が異常であると判定して本ルーチンの実行を終了する。
If an affirmative determination is made in S205, the ECU 8 proceeds to S206, determines that the
図3の異常判定ルーチンによれば、ウェストゲートバルブが正常であることを判定した後の高回転・高負荷運転時における過給圧Ptをパラメータとしてエアバイパスバルブ41の異常を判定するため、エアバイパスバルブ41の異常を正確に判定することが可能となる。
According to the abnormality determination routine of FIG. 3, in order to determine the abnormality of the
1・・・・・内燃機関
2・・・・・気筒
3・・・・・排気通路
4・・・・・吸気通路
5・・・・・遠心過給器(ターボチャージャ)
8・・・・・ECU
11・・・・吸気圧センサ
30・・・・排気側バイパス通路
31・・・・ウェストゲートバルブ
40・・・・吸気側バイパス通路
41・・・・エアバイパスバルブ
50・・・・タービンハウジング
51・・・・コンプレッサハウジング
52・・・・回転数センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 2 ... Cylinder 3 ...
8 ... ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ....
Claims (3)
前記排気側バイパス通路に設けられたウェストゲートバルブと、
前記内燃機関の負荷が所定負荷以下である時に、前記ウェストゲートバルブの異常を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする過給器の異常判定装置。 An exhaust-side bypass passage that connects the turbine upstream and downstream of the centrifugal supercharger in the exhaust passage of the internal combustion engine;
A wastegate valve provided in the exhaust-side bypass passage;
When the load of the internal combustion engine is equal to or less than a predetermined load, determination means for determining an abnormality of the wastegate valve;
An abnormality determination device for a supercharger comprising:
前記吸気側バイパス通路に設けられたエアバイパスバルブと、を更に備え、
前記判定手段は、前記ウェストゲートバルブが正常であることを判定した後の前記内燃機関が高負荷運転された時に、前記コンプレッサ下流の吸気圧が所定の範囲から逸脱していれば前記エアバイパスバルブが異常であると判定することを特徴とする過給器の異常判定装置。 In Claim 1 or 2, in the intake passage of the internal combustion engine, an intake side bypass passage communicating the compressor downstream and the compressor upstream of the centrifugal supercharger,
An air bypass valve provided in the intake side bypass passage,
When the internal combustion engine is operated at a high load after it is determined that the wastegate valve is normal, the determination means is the air bypass valve if the intake pressure downstream of the compressor deviates from a predetermined range. Is determined to be abnormal, a supercharger abnormality determination device.
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