JP2007332882A - 内燃機関の異常判定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 内燃機関の異常判定装置は、ターボチャージャ36の状態をモデル化して表すターボチャージャモデル式に実測された所定の変数を適用することによりコンプレッサ36aを通過するガスの流量(コンプレッサ通過ガス流量)を推定する。異常判定装置は、エアフローメータ51により実際に測定されたコンプレッサ通過ガス流量と前記推定されたコンプレッサ通過ガス流量との差に応じた値の絶対値が異常判定閾値より大きいと判定したとき、エアフローメータ及び吸気通路を構成する部材の何れかに異常が発生したと判定する。
【選択図】 図1
Description
前記コンプレッサ通過ガス流量以外の所定の変数を実測するとともに同ターボチャージャの状態をモデル化して表すターボチャージャモデル式に同実測された変数を適用することにより同コンプレッサ通過ガス流量を推定するコンプレッサ通過ガス流量推定手段と、
前記実際に測定されたコンプレッサ通過ガス流量と前記推定されたコンプレッサ通過ガス流量との差に応じた値であるガス流量乖離指標値の絶対値が異常判定閾値より大きいか否かを判定するとともに同ガス流量乖離指標値の絶対値が同異常判定閾値より大きいと判定されたときに前記エアフローメータ及び前記吸気通路を構成する部材の何れかに異常が発生したと判定する異常判定手段と、
を備えている。
前記推定されたコンプレッサ通過ガス流量が前記実際に測定されたコンプレッサ通過ガス流量よりも大きいか否かを判定し、前記ガス流量乖離指標値の絶対値が前記異常判定閾値より大きいと判定され且つ同推定されたコンプレッサ通過ガス流量が同実際に測定されたコンプレッサ通過ガス流量よりも大きいと判定されたとき、前記エアフローメータに異常が発生したと判定するように構成されることが好適であり、同時に前記吸気通路を構成する部材には異常が発生していないと判定するように構成されることが更に好適である。
前記第2空気漏れ部面積算出手段は、前記内燃機関の回転速度が前記第1回転速度範囲よりも大きい第2回転速度範囲内にあるとき前記実ガス流量が前記第2範囲内にあると判定するように構成されることができる。
内燃機関10は、エンジン本体20、エンジン本体20の各気筒の燃焼室にガスを導入するための吸気系統30及びエンジン本体20からの排ガスを放出するための排気系統40を含んでいる。異常判定装置及びターボチャージャ状態量推定装置の機能は、電気制御装置50により実現される。
コンプレッサ流入ガス温度センサ53は、コンプレッサ36a入口部近傍の吸気管(吸気通路を構成する部材)33に配設されている。コンプレッサ流入ガス温度センサ53は、コンプレッサ36aに流入するガスの温度(コンプレッサ流入ガス温度、コンプレッサ入口部ガス温度)を検出し、同コンプレッサ流入ガス温度を表す信号T0を発生するようになっている。
タービン流入ガス温度センサ55は、タービン36b入口部近傍の排気管(排気通路を構成する部材)42に配設されている。タービン流入ガス温度センサ55は、タービン36bに流入するガスの温度(タービン流入ガス温度、タービン入口部ガス温度)を検出し、同タービン流入ガス温度を表す信号T4を発生するようになっている。
タービン流出ガス圧力センサ56は、タービン36b出口部近傍の排気管(排気通路を構成する部材)42に配設されている。タービン流出ガス圧力センサ56は、タービン36bから流出するガスの圧力(タービン流出ガス圧力、タービン出口部ガス圧力)を検出し、同タービン流出ガス圧力を表す信号P6を発生するようになっている。
アクセルペダル操作量センサ58は、アクセルペダルAPの操作量を検出し、アクセル操作量を表す信号Accpを発生するようになっている。
エンジン回転速度センサ59は、内燃機関10の回転速度を検出し、同エンジン回転速度NEを表す信号を発生するようになっている。
先ず、異常判定装置の作動について説明する。CPUは図3にフローチャートにより示した異常判定値取得ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUはステップ300から処理を開始し、ステップ305にてエンジン回転速度NEが過給可能速度閾値N0以上であり且つ第1回転速度閾値N1以下であるか否か(エンジン回転速度NEが第1回転速度範囲内にあるか否か)を判定する。過給可能速度閾値N0は、エンジン回転速度NEが過給可能速度閾値N0以上であるとき、ターボチャージャ36によって過給が実質的に行われる回転速度に設定されている。第1回転速度閾値N1は、過給可能速度閾値N0より大きい中低速回転速度に対応した値に設定されている。つまり、第1回転速度範囲は、過給可能な中低速回転速度範囲である。
ステップ520:下記の(3)式に基いて第1の空気漏れ部面積A1を取得する。このステップ520は、第1空気漏れ部面積算出手段に対応するステップである。
ステップ545:下記の(4)式に基いて第2の空気漏れ部面積A2を取得する。ステップ545は、第2空気漏れ部面積算出手段に対応している。この場合においても、吸気通路を構成している部材に開口部が生じているのであれば、その開口部から流出する空気の流速はサチュレートとしている(チョーク状態にある)と仮定できる。従って、(4)式は、上記(3)式と同様、そのような場合における開口部の面積を求める一般式である。
次に、ターボチャージャの状態量推定装置によるターボチャージャ状態量の推定原理について説明する。ターボチャージャの状態量推定装置は、コンプレッサ通過ガス流量Ga以外の変数を実測するとともに、ターボチャージャ36の状態をモデル化して表す複数のターボチャージャモデル式に同実測された変数を適用することにより同コンプレッサ通過ガス流量Gaを推定するコンプレッサ通過ガス流量推定手段を構成している。
エネルギーバランス計算部M1は、(5)式により表されるターボチャージャ36に関するエネルギー保存則を使用する。(5)式は、タービン36bが排気から受け取るエネルギー(タービン取得エネルギー)Ltは、コンプレッサ36aが吸気(コンプレッサ36aを通過するガス)に与えるエネルギー(コンプレッサ付与エネルギー)Lcと、タービンシャフト36cとその軸受との間の摩擦損失等のターボチャージャ36の損失エネルギーLmと、ターボチャージャ慣性エネルギーLiと、の和に等しいというエネルギーバランスを表す式(エネルギーバランス式)である。(5)式は、ターボチャージャモデル式の一つである。
質量保存計算部M2は、(6)式により表されるターボチャージャ36を通過するガスについての質量保存則に基づく式を使用する。即ち、(6)式は、タービン36bを通過するガスの流量(タービン通過ガス流量)G4は、コンプレッサ通過ガス流量Gaと内燃機関10に単位時間あたりに与えられた燃料噴射量(燃料供給量)Qinjとの和に等しいという質量保存則に基づく式(質量保存式)である。(6)式は、ターボチャージャモデル式の一つである。
コンプレッサ状態量計算部M3は、下記の入力値と(7)式〜(14)式により表される数式とを用いて、下記の出力値を推定する。
コンプレッサ流入ガス圧力P0(センサ検出値)
コンプレッサ流入ガス温度T0(センサ検出値)
コンプレッサ通過ガス流量Ga(質量保存計算部M2による推定値)
ターボチャージャ回転速度Nt(仮定値:結果的に推定値となる。)
(出力値:推定値)
コンプレッサ流出ガス圧力P3
コンプレッサ流出ガス温度T3
コンプレッサが吸気に与えるエネルギーLc
タービン状態量計算部M4は、下記の入力値と(16)式〜(21)式により表される数式とを用いて、下記の出力値を推定する。(16)式〜(21)式は、ターボチャージャモデル式の一つである。
タービン流入ガス圧力P4(センサ検出値)
タービン流入ガス温度T4(センサ検出値)
タービン流出ガス圧力P6(センサ検出値)
バリアブルノズル開度VN(センサ検出値)
ターボチャージャ回転速度Nt(仮定値:結果的に推定値となる。)
(出力値:推定値)
タービン通過ガス流量G4
タービン流出ガス温度T6
タービンが排気から受け取るエネルギー(タービン取得エネルギー)Lt
ターボチャージャ慣性エネルギー計算部M5は、慣性エネルギー式である(23)式に基づいてターボチャージャ慣性エネルギーLiを推定する。(23)式の関数 funcLi は、ターボチャージャ回転速度Ntとターボチャージャ回転速度Ntの時間微分値(dNt/dt)とを変数としてターボチャージャ慣性エネルギーLiを求める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル(マップ)として電気制御装置50のROM内に格納されている。本明細書においては、(23)式のように変換テーブルを用いてある値を取得する場合も、「ある値を式を用いて求める」と表現している。(23)式は、ターボチャージャモデル式の一つである。
損失エネルギー計算部M6は、損失エネルギー式である(24)式に基づいてその他の損失エネルギーLmを推定する。(24)式の関数 funcLm は、ターボチャージャ回転速度Ntを変数としてその他の損失エネルギーLmを求める関数であって、ここでは実験により予め定められた変換テーブル(マップ)として電気制御装置50のROM内に格納されている。なお、関数 funcLm は、例えば、funcLm=km・Ntn(km, nは定数)のように数式により表された関数であってもよい。(24)式は、ターボチャージャモデル式の一つである。
次に、このターボチャージャ状態量推定装置の実際の作動について、図9乃至図11を参照しながら説明する。
ステップ1010:(17)式に従って値N1を求める。
ステップ1015:(16)式に従って値Q4を求める。
ステップ1020:(18)式に従ってタービン通過ガス流量G4を求める。
ステップ1025:(19)式に従ってタービン効率ηtを求める。
ステップ1030:(20)式に従ってタービン流出ガス温度T6を求める。
ステップ1035:(21)式に従ってタービンが排気から受け取るエネルギー(タービン取得エネルギー)Ltを求める。
ステップ1040:以上により算出されたタービン通過ガス流量G4、タービン流出ガス温度T6及びタービン取得エネルギーLtをRAMの所定領域に格納する。なお、CPUは、上記ステップで使用又は算出した他の値もRAMの所定領域に格納しておく。
ステップ1110:(10)式及び(11)式に従って値θ0及び値δ0を算出する。
ステップ1115:(9)式に従って値N0を求める。
ステップ1120:(8)式に従って値Gnを求める。
ステップ1125:(7)式に従ってコンプレッサ流出ガス圧力P3を求める。
ステップ1135:(13)式に従ってコンプレッサ流出ガス温度T3を求める。
ステップ1140:(14)式に従ってコンプレッサ付与エネルギーLcを求める。
ステップ1145:以上により算出されたコンプレッサ流出ガス圧力P3、コンプレッサ流出ガス温度T3及びコンプレッサ付与エネルギーLcをRAMの所定領域に格納する。なお、CPUは、上記ステップで使用又は算出した他の値もRAMの所定領域に格納しておく。
損失エネルギー式は、前記ターボチャージャ回転速度に基づいてターボチャージャの損失エネルギーを求めるための式である。
Claims (4)
- 内燃機関の吸気通路を構成する部材に介装されたコンプレッサと同内燃機関の排気通路を構成する部材に介装されたタービンとを有するターボチャージャと、前記コンプレッサを通過するガスの流量であるコンプレッサ通過ガス流量を実際に測定するエアフローメータと、を備え、前記内燃機関に異常が発生しているか否かを判定する内燃機関の異常判定装置であって、
前記コンプレッサ通過ガス流量以外の所定の変数を実測するとともに同ターボチャージャの状態をモデル化して表すターボチャージャモデル式に同実測された変数を適用することにより同コンプレッサ通過ガス流量を推定するコンプレッサ通過ガス流量推定手段と、
前記実際に測定されたコンプレッサ通過ガス流量と前記推定されたコンプレッサ通過ガス流量との差に応じた値であるガス流量乖離指標値の絶対値が異常判定閾値より大きいか否かを判定するとともに同ガス流量乖離指標値の絶対値が同異常判定閾値より大きいと判定されたときに前記エアフローメータ及び前記吸気通路を構成する部材の何れかに異常が発生したと判定する異常判定手段と、
を備えた内燃機関の異常判定装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の異常判定装置において、
前記異常判定手段は、
前記推定されたコンプレッサ通過ガス流量が前記実際に測定されたコンプレッサ通過ガス流量よりも大きいか否かを判定し、前記ガス流量乖離指標値の絶対値が前記異常判定閾値より大きいと判定され且つ同推定されたコンプレッサ通過ガス流量が同実際に測定されたコンプレッサ通過ガス流量よりも大きいと判定されたとき、前記エアフローメータに異常が発生したと判定するように構成された内燃機関の異常判定装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の異常判定装置において、
前記異常判定手段は、
前記機関に実際に供給されているガスの流量である実ガス流量が第1範囲内にあるか否かを判定するとともに同実ガス流量が同第1範囲内にあると判定されるとき前記吸気通路を構成する部材のうち前記コンプレッサ下流位置において同吸気通路を構成する部材に発生した同吸気通路内と同吸気通路外とを連通する空気漏れ部の面積を第1空気漏れ部面積として取得する第1空気漏れ部面積算出手段と、
前記実ガス流量が前記第1範囲よりも大きい第2範囲内にあるか否かを判定するとともに同実ガス流量が同第2範囲内にあると判定されるとき前記コンプレッサ下流位置において同吸気通路を構成する部材に発生した同吸気通路内と同吸気通路外とを連通する空気漏れ部の面積を第2空気漏れ部面積として取得する第2空気漏れ部面積算出手段と、
前記取得された第1空気漏れ部面積と前記取得された第2空気漏れ部面積との差に応じた値である漏れ部面積乖離指標値の絶対値が所定値より小さいか否かを判定し、同漏れ部面積乖離指標値の絶対値が同所定値より小さいと判定されたとき前記吸気通路を構成する部材に異常が発生し且つ前記エアフローメータには異常が発生していないと判定し、同漏れ部面積乖離指標値の絶対値が同所定値より大きいと判定されたとき同エアフローメータに異常が発生し且つ前記吸気通路を構成する部材には異常が発生していないと判定する異常箇所特定手段と、
を含む内燃機関の異常判定装置。 - 請求項3に記載の内燃機関の異常判定装置において、
前記第1空気漏れ部面積算出手段は、前記内燃機関の回転速度が第1回転速度範囲内にあるとき前記実ガス流量が前記第1範囲内にあると判定するように構成され、
前記第2空気漏れ部面積算出手段は、前記内燃機関の回転速度が前記第1回転速度範囲よりも大きい第2回転速度範囲内にあるとき前記実ガス流量が前記第2範囲内にあると判定するように構成された内燃機関の異常判定装置。
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