JP2009174396A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルベーンの開度を調節可能なターボユニットの故障判定の精度を向上できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンＥＣＵは、アクセル開度が全開であると判断したならば（ステップＳ１１）、ＶＮ開度ＶＮｆｉｎ、吸入空気量Ｇａ、燃料流量Ｇｆ、タービン入口ガス温度Ｔ４およびタービン入口圧力Ｐ４を取得し（ステップＳ１２）、タービン容量Ｑ４を算出する（ステップＳ１３）。そして、ＶＮ開度ＶＮｆｉｎとタービン容量Ｑ４とに基づいて、故障判定を実行し（ステップＳ１４）、故障であると判定したならば、ノズルベーンを全開にし、ＭＩＬを点灯する（ステップＳ１５）。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、ターボユニットを備えた車両に搭載される内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関により駆動される車両においては、内燃機関の出力を増大させるためのターボユニットを搭載したものがあり、このターボユニットは、内燃機関から流入する排気から排気エネルギーを取得するタービン部と、タービン部により取得された排気エネルギーにより内燃機関に供給される吸気を過給するコンプレッサ部とによって構成されている。このような車両においては、ターボユニットにより過給される吸気の過給圧を制御するための制御装置を備えている。

この種の制御装置として、内燃機関から排出されターボユニットのタービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を可変とする開度可変手段としてのノズルベーンの開度を調節することにより吸気の過給圧を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された従来の制御装置は、車両の低速走行時においては、ノズルベーンの開度を閉じ側にすることにより排気ガスの流速を速め、過給圧の立ち上がり特性および過給圧を向上させ、黒煙の低減およびトルクの向上を図るようになっている。また、車両の中速および高速走行時においては、ノズルベーンの開度を開状態にすることにより、内燃機関から排出される排気ガスの圧力を下げ、燃費および出力特性の向上を図るとともに、タービンホイールの過回転を防止するようになっている。

このような従来の制御装置においては、内燃機関に供給される吸気の過給圧を吸気経路上に設けられたブースト圧センサによって測定するようになっており、測定された過給圧に応じてノズルベーンの開度を調節することにより、車両の走行状態に応じて常に最適な過給圧が発生するよう制御していた。

また、従来の制御装置の中には、過給圧に応じたノズルベーンの開度の補正量に応じてタービン部に異常が発生しているか否かを判定するようなものもあり、このような制御装置においては、ノズルベーンの補正量が所定の閾値を超えた場合には、ノズルベーンなどタービン部に異常が発生したと判断するようになっていた。
特開２００１−３５５４５４号公報

しかしながら、上述のような特許文献１に記載の従来の制御装置にあっては、検出された過給圧に基づいてノズルベーンの異常を判断するようになっているため、タービン部の上流における排気ガス洩れなどタービン部に異常が発生していても、例えば、ノズルベーンの開度が小さい場合には過給圧が維持される場合があり、タービン部の異常にもかかわらず過給圧が異常値を示さず、結果として、ターボユニットの故障を精度よく検出できないという問題があった。

また、ノズルベーンの開度の補正量に基づいてタービン部に異常が発生しているか否かを判定する従来の制御装置にあっては、エンジンの吸排気圧損ばらつきやエンジンの経時劣化などに起因する補正量の誤差を加味して異常か否かを判定しなければならないため、ノズルベーンの開度の補正量に対する異常判定の際の閾値を誤差の分だけ緩やかに設定せざるを得なかった。したがって、このような制御装置においても、ノズルベーンに異常が発生しているにもかかわらず、異常と判定されないことがあり、結果として、ターボユニットの故障を精度よく検出できないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ノズルベーンの開度を調節可能なターボユニットの故障判定の精度を向上できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記目的達成のため、（１）ターボユニットのタービン部に設置された開度可変手段の開度を調節することにより、内燃機関から前記タービン部に流れ込む排気の流速を変更し前記内燃機関へ流入する吸気の過給圧を制御する内燃機関の制御装置であって、前記開度可変手段の開度を測定する開度測定手段と、前記吸気の吸気量を測定する吸気量測定手段と、前記内燃機関に流入する燃料の流量を算出する燃料流量算出手段と、前記タービン部に流れ込む排気の温度を測定する温度測定手段と、前記タービン部に流れ込む排気の圧力を測定する圧力測定手段と、前記吸気量、前記燃料の流量、前記排気の温度および前記排気の圧力に基づいて前記タービン部のタービン容量を算出する容量算出手段と、算出された前記タービン容量が、前記開度可変手段の開度に応じて予め定められた閾値のうち、前記開度測定手段により測定された開度に応じた閾値を超えている場合には前記ターボユニットが故障していると判定する故障判定手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、タービン部のタービン特性を表すタービン容量に基づいてターボユニットの故障を判定するので、過給圧に基づいた従来のターボユニットの故障判定と比較して、故障の判定精度を向上することができる。また、測定誤差が大きく影響を及ぼす開度可変手段の開度をタービン容量の算出に用いないので、測定誤差の影響を加味してターボユニットに対する異常判定の判定基準を緩やかに設定せざるを得ない従来の故障判定と比較して、異常判定をより厳密に行うことが可能となり、故障判定の精度を向上させることができる。

また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（２）前記圧力測定手段が、前記内燃機関と前記タービン部とを接続する排気経路内の排気の圧力の測定値に基づいて前記排気の圧力を測定することを特徴とする。

この構成により、タービン部に流れ込む排気の圧力を直接測定することができるので、算出されるタービン容量の精度を向上させることができ、ターボユニットの故障判定を従来と比較してより正確に行うことができる。

また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（３）前記圧力測定手段が、前記内燃機関に流入する吸気の過給圧の測定値に基づいて前記排気の圧力を推定することを特徴とする。

この構成により、タービン部に流れ込む排気の圧力を検出するための高価な検出手段を必要とせず、過給圧を検出するための廉価の検出手段から入力される測定値に基づいてタービン容量を算出できるので、制御装置を低コストで実現できる。

また、上記（１）から（３）に記載の内燃機関の制御装置において、（４）前記故障判定手段により前記ターボユニットが故障していると判定された場合には、前記開度可変手段の開度を全開にするよう前記開度可変手段を制御することを特徴とする。

この構成により、ターボユニットに故障が発生していると判定された場合には、開度可変手段の開度を全開にすることができるので、ターボユニットの故障に起因した過給圧の異常な上昇を防止でき、内燃機関を保護することが可能となる。

本発明によれば、ノズルベーンの開度を調節可能なターボユニットの故障判定の精度を向上できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両を模式的に示す概略構成図である。図２は、本実施の形態に係るターボユニットの断面図である。

車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、エンジン２に取付けられるターボユニット７とを備えている。エンジン２は四気筒のディーゼルエンジンにより構成されており、四つのシリンダ３を備えている。なお、エンジン２の出力調整は主として燃料噴射量によって制御されるようになっている。

各シリンダ３には吸気通路４および排気通路５が接続されている。吸気通路４上には、上流側からエアフローメータ６、後述するターボユニット７のコンプレッサ部７ｂ、インタークーラ８、およびスロットルバルブ９が配設されている。エアフローメータ６は、エンジン２に流入する空気量を測定するようになっている。コンプレッサ部７ｂは、後述するタービン部７ａから伝達されるエネルギーにより、吸気通路４に流入した空気を過給するようになっている。インタークーラ８は、ターボユニット７による過給による圧力上昇に伴って温度上昇した吸入空気の温度を下げ、吸入空気の密度を上げるためのものである。スロットルバルブ９は、後述するＥＧＲ制御のために吸入空気量を調節してＥＧＲ率を調節するために利用される。

排気通路５上には、ターボユニット７のタービン部７ａ、ＮＳＲ（ＮＯｘ ｓｔｒａｇｅ−ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｃａｔａｌｙｓｔ）触媒１０、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｃａｔａｌｙｓｔ）触媒１１、酸化触媒１２が配設されている。タービン部７ａは、後述するように、エンジン２から排出された排気ガスのエネルギーを回転エネルギーに変換し、タービン部７ａに伝達するようになっている。ＮＳＲ触媒１０は、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比がリッチになった時に吸蔵していたＮＯｘを還元させて排気ガス中のＮＯｘの浄化を行うようになっている。

ＤＰＮＲ触媒１１は、排気ガス中の粒子状物質ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集し、排気ガス中のＮＯｘと同時に浄化するものである。このとき、ＰＭは酸化燃焼され、ＮＯｘは還元されるようになっている。また、酸化触媒１２は、排気ガス中のＣＯやＨＣ（炭化水素）を酸化して浄化するようになっている。

排気通路５には、ＮＳＲ触媒１０の上流側とＤＰＮＲ触媒１１の下流側との差圧を検出するための図示しない差圧センサが、ＮＳＲ触媒１０の上流側とＤＰＮＲ触媒１１の下流側で対応する位置に配設されている。差圧センサは、ＤＰＮＲ触媒１１のＰＭによる目詰まりを検出するようになっている。さらに、ＮＳＲ触媒１０の上流側およびＤＰＮＲ触媒１１の下流側には、排気温センサ１４がそれぞれ配設されている。さらに、酸化触媒１２の上流側には、空燃比センサ１５が配設されている。空燃比センサ１５は、排気空燃比をリニアに検出するようになっている。

排気通路５と吸気通路４とは、排気ガスを還流させるＥＧＲ通路１６によって接続されている。ＥＧＲ通路１６には、還流排気ガス量（ＥＧＲ量）を調節するためのＥＧＲバルブ１７が設けられている。ＥＧＲバルブ１７の排気通路５側には、還流排気ガスの温度を下げて還流排気ガスの密度を上げるためのＥＧＲクーラ１８が配設されている。このＥＧＲ機構によって排気ガスを還流させることにより、ＮＯｘの排出量を低減させるようになっている。

また、各シリンダ３には、インジェクタ２０がそれぞれ設置されている。各インジェクタ２０は、一つのコモンレール２１に接続されており、このコモンレール２１から供給された燃料をシリンダ３内に噴射するようになっている。コモンレール２１は、燃料送出部２２に接続されている。燃料送出部２２は、コモンレール内の燃料を高圧にするためのポンプなどにより構成されており、燃料送出部２２には、排気通路５上に燃料を添加する排気用インジェクタ２３が接続されている。排気用インジェクタ２３は、各シリンダ３の排気ポートが一つにまとめられた箇所に配設されている。

排気用インジェクタ２３は、ＤＰＮＲ触媒１１におけるＰＭ燃焼促進のために排気ガス中に燃料成分を添加するようになっている。排気用インジェクタ２３によって排気ガスに燃料を添加してＰＭの燃焼を促進する場合には、添加燃料は排気ガスと十分に混ざり合うとともに、十分に霧化することが好ましい。したがって、燃焼後の排気ガス中に添加される燃料成分は、できるだけ上流側の排気ガス温度が高い位置で排気ガスに添加され、かつ、ターボユニット７の後述するタービンホイール６１で十分に撹拌されることが好ましい。このため、本実施の形態に係る排気用インジェクタ２３は、ターボユニット７の上流に配設されている。

車両１は、さらに、ターボユニット７の後述するタービン部７ａに供給される排気ガスの圧力を検出するタービン入口圧力センサ２５と、排気ガスの温度を検出するタービン入口ガス温度センサ２６とを備えており、タービン入口圧力センサ２５およびタービン入口ガス温度センサ２６は、ターボユニット７のタービン部７ａとエンジン２との間の排気通路５に配置されている。

車両１は、さらに、ターボユニット７の後述するノズルベーン６７の開度を検出するためのＶＮ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ）開度センサ２８と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ２９と、を備えている。アクセル開度センサ２９は、例えば、ホール素子を用いた電子式のポジションセンサにより構成されており、図示しないアクセルペダルが運転者により操作されると、アクセルペダルの位置が示すアクセル開度を表す信号を、後述するエンジンＥＣＵ２４に出力するようになっている。

また、車両１は、スロットルバルブ９の開度を検出するためのスロットル開度センサ３１と、吸気通路４内の気圧を検出するための吸気圧センサ３２と、コモンレール２１内の燃料の圧力を検出するためのコモンレール圧力センサ３３と、図示しないクランクシャフトのポジションに基づいてエンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ３４と、車速を検出するための車速センサ３５と、を備えている。

車両１は、さらに、エンジン２を電気的に制御するためのエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２４を備えている。エンジンＥＣＵ２４は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ)、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）および入出力インターフェースを有している。ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、エンジン２の出力制御などを実行するようになっている。

ここで、エンジンＥＣＵ２４は、エアフローメータ６から吸入空気量Ｇａを表す信号を取得することにより吸入空気量Ｇａを測定するようになっている。したがって、エンジンＥＣＵ２４は、本発明に係る吸気量測定手段を構成している。また、エンジンＥＣＵ２４は、タービン入口圧力センサ２５からタービン入口圧力Ｐ４を表す信号を取得することによりタービン入口圧力Ｐ４を測定するようになっている。したがって、エンジンＥＣＵ２４は、本発明に係る圧力測定手段を構成している。

また、エンジンＥＣＵ２４は、タービン入口ガス温度センサ２６からタービン入口ガス温度Ｔ４を表す信号を取得することにより、タービン入口ガス温度Ｔ４を測定するようになっている。したがって、エンジンＥＣＵ２４は、本発明に係る温度測定手段を構成している。また、エンジンＥＣＵ２４は、ＶＮ開度センサ２８からＶＮ開度ＶＮｆｉｎを表す信号を取得することにより、ノズルベーン６７のＶＮ開度ＶＮｆｉｎを測定するようになっている。したがって、エンジンＥＣＵ２４は、本発明に係る開度測定手段を構成している。

さらに、エンジンＥＣＵ２４は、スロットル開度センサ３１および吸気圧センサ３２と接続されており、これらのセンサからスロットル開度や吸気圧（過給圧）を表す信号を取得するようになっている。

さらに、エンジンＥＣＵ２４は、アクセル開度センサ２９およびエンジン回転数センサ３４からアクセル開度およびエンジン回転数Ｎｅを表す信号をそれぞれ取得し、ＲＯＭに記憶されているＭＡＰから、アクセル開度およびエンジン回転数に対応する燃料流量Ｇｆを取得するとともに、燃料流量Ｇｆに応じたコモンレール内の燃料圧力の目標値を算出するようになっている。また、エンジンＥＣＵ２４は、コモンレール圧力センサ３３からコモンレール２１内の実際の燃料圧力を表す信号を取得し、目標値との差に応じてコモンレール内の燃料圧力を調整するようになっている。したがって、エンジンＥＣＵ２４は、本発明に係る燃料流量算出手段を構成している。

また、エンジンＥＣＵ２４は、後述するノズルベーン６７の開度をＶＮドライバ３７を介して制御するようになっている。ここで、ＶＮドライバ３７は、エンジンＥＣＵ２４から入力した信号に基づいて図示しないＤＣモータを駆動するようになっている。このＤＣモータの駆動力は、図示しないモータロッド、後述するリンク７２、ユニゾンリング７１などを介してノズルベーン６７に伝達し、ノズルベーン６７の開度が変わるようになっている。

また、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないＥＤＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｒｉｖｅｒ Ｕｎｉｔ）と接続されており、ＥＤＵを介して各インジェクタ２０の電磁弁に信号を送信し、各インジェクタ２０に燃料を噴射させるようになっている。
さらに、エンジンＥＣＵ２４は、後述するように、本発明に係る容量算出手段および故障判定手段を構成している。

次に、図２を参照しつつターボユニット７について説明する。

ターボユニット７の内部には、両端にコンプレッサホイール６０およびタービンホイール６１を有する回転軸６２が配置されている。回転軸６２は、センターハウジング６３に収納されており、フルフロートタイプの一対のベアリング６４を介してセンターハウジング６３に回転可能に保持されている。コンプレッサホイール６０は、センターハウジング６３の一端に結合されたコンプレッサハウジング６５に収納されている。なお、コンプレッサハウジング６５は、複数の部材６５ａ、６５ｂおよび６５ｃによって構成されている。また、タービンホイール６１は、センターハウジング６３の他端に結合されたタービンハウジング６６に収納されている。センターハウジング６３、コンプレッサハウジング６５、および、タービンハウジング６６は、ターボユニット７のハウジングを構成している。

また、タービンハウジング６６のセンターハウジング６３寄りには、可変ノズル機構が配設されている。可変ノズル機構は、タービンホイール６１への排気流入部に配置された複数のノズルベーン６７と、ノズルベーン６７を軸６８を介して揺動可能に保持するノズルプレート６９と、各軸６８の端部に固定されたアーム７０を介して軸６８を回転させるユニゾンリング７１と、を有している。ユニゾンリング７１が回転されると、ユニゾンリング７１と係合しているアーム７０が軸６８を中心にして揺動され、軸６８の回動によってノズルベーン６７の開度が変わる。ユニゾンリング７１は、リンク７２を介してターボユニット７の外部から回転されるようになっており、リンク７２の回動軸７２ａの端部に固定されたアーム７２ｂを外部から揺動させることで、アーム７２ｂと係合するユニゾンリング７１を回転させることができる。

ここで、上記の可変ノズル機構、タービンホイール６１およびタービンハウジング６６は、タービン部７ａを構成している。
また、本実施の形態に係るノズルベーン６７は、本発明に係る開度可変手段を構成している。

図３は、可変ノズル機構を示す側面図であり、（ａ）は図２中左方より可変ノズル機構を見た図、（ｂ）は図２中右方より可変ノズル機構を見た図である。

エンジンＥＣＵ２４（図１参照）は、上述した各センサから入力された信号に基づき、目標とするノズルベーン６７の開度を算出すると、ＶＮドライバ３７（図１参照）にノズルベーン６７の開度を表す制御信号を送信する。この制御信号に応じて、図示しないＤＣモータのモータロッドが作動するようになっている。このモータロッドから伝達される駆動力により、ユニゾンリング７１が回転し、ノズルベーン６７の開度が変わるようになっている。

例えば、図３に示されるように、アーム７２ｂがリンク７２（図２参照）によって矢印に示す方向に揺動させると、ユニゾンリング７１は、矢印に示す方向、すなわち図３（ａ）では反時計回り、図３（ｂ）では時計回りに回転する。さらに、このユニゾンリング７１の回転によって、各軸６８は、矢印に示す方向、すなわち図３（ａ）では反時計回り、図３（ｂ）では時計回りに回転される。したがって、ノズルベーン６７の開度は閉じ側に制御されることとなる。

図２に戻り、センターハウジング６３には、回転軸６２の焼き付きを防止するために、ベアリング６４近傍を冷却するウォータジャケット（冷却液循環路）７３が形成されている。さらに、このウォータジャケット７３と上述したベアリング機構（およびタービンホイール６１）との間には、断熱層としての気体室７４が形成されている。気体室７４は、センターハウジング６３のタービンハウジング６６側の表面と、センターハウジング６３およびタービンハウジング６６の間に挟み込まれたシュラウドプレート７５との間に形成されている。

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するエンジンＥＣＵの特徴的な構成について、図１および図２を参照して説明する。

エンジン２の制御装置を構成するエンジンＥＣＵ２４は、車両１の運転者によって図示しないエンジンキーがＯＮにされると、ノズルベーン６７の開閉制御の精度を高めるための初期制御を行うようになっている。具体的には、ノズルベーン６７を閉じ側の図示しないストッパに突き当てることにより、ノズルベーン６７の基準開度が常に一定となるよう突き当て制御を実行するようになっている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ノズルベーン６７を閉じ側と開き側との間で繰り返し摺動させることにより、ノズルベーン６７の摺動抵抗を低減させるようになっている。

また、エンジンＥＣＵ２４は、ターボユニット７の故障を判定するための故障判定処理を実行するようになっている。この故障判定処理において、エンジンＥＣＵ２４は、アクセル開度センサ２９から入力された信号に基づき、アクセル開度が全開であると判断すると、ＶＮ開度センサ２８、エアフローメータ６およびタービン入口ガス温度センサ２６から、ＶＮ開度ＶＮｆｉｎ、吸入空気量Ｇａおよびタービン入口ガス温度Ｔ４をそれぞれ取得するようになっている。また、エンジンＥＣＵ２４は、タービン入口圧力センサ２５から入力した信号に基づき、タービン入口圧力Ｐ４を測定するようになっている。

さらに、エンジンＥＣＵ２４は、アクセル開度センサ２９およびエンジン回転数センサ３４からアクセル開度およびエンジン回転数を表す信号をそれぞれ取得し、ＲＯＭに記憶されているＭＡＰから、アクセル開度およびエンジン回転数に対応する燃料流量Ｇｆを算出するようになっている。

エンジンＥＣＵ２４は、算出したこれらの値と、以下の式（１）とに基づいて、タービン部７ａのタービン特性としてのタービン容量Ｑ４を算出するようになっている。

Ｑ４ ≡ （Ｇａ ＋ Ｇｆ） ＊ Ｔ４^１／２ ／ Ｐ４ （１）
したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ２４は、本発明に係る容量算出手段を構成している。

また、エンジンＥＣＵ２４は、ターボユニット７の故障を判定するための故障判定マップをＲＯＭに記憶している。

図４は、ＮＧ領域を定義した故障判定マップを示す図である。
図４に示すように、故障判定マップは、所定の膨張比におけるノズルベーン６７（図２参照）の開度（ＶＮ開度）ＶＮｆｉｎとタービン容量Ｑ４との対応を表したものであり、あるＶＮ開度ＶＮｆｉｎに対するＱ４の値が許容レベル７８を超えている領域がＮＧ領域と定義されている。ここで、膨張比は、例えば１．２や１．５などの値が用いられる。

通常の走行時において、ターボユニット７（図１参照）に故障が発生していない場合には、ノズルベーン６７（図２参照）の開度ＶＮｆｉｎとタービン容量Ｑ４との関係は、正常レベル７７の近傍に位置する。これに対し、例えば、ノズルベーン６７（図２参照）に変形が生じたり、タービンハウジング６６（図２参照）に亀裂や変形が生じたりすることにより排気ガス洩れが発生すると、上記の式（１）におけるＰ４の値は小さくなる一方、Ｇａ＋Ｇｆの測定値はタービン部７ａに実際に流れ込む排気ガスの流量よりも排気ガス洩れ分だけ大きい値となっている。したがって、ノズルベーン６７（図２参照）の開度ＶＮｆｉｎを一定とした場合におけるタービン容量Ｑ４の上記式（１）に基づく計算値が正常時と比較して増加し、結果として故障判定マップ上における許容レベル７８側に移動することとなる。

したがって、エンジンＥＣＵ２４は、故障判定処理の実行において、ノズルベーン６７の開度ＶＮｆｉｎを取得するとともに、タービン容量Ｑ４を算出し、故障判定マップに基づいて、ノズルベーン６７の開度ＶＮｆｉｎに対するタービン容量Ｑ４が許容レベル７８を超えているか否かを判断するようになっている。エンジンＥＣＵ２４は、タービン容量Ｑ４が許容レベル７８を超えていると判断した場合には、ターボユニット７に故障が発生していると判定するようになっている。
したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ２４は、本発明に係る故障判定手段を構成している。

ここで、ＮＧ領域は、ターボユニット７（図１参照）の故障による過給圧の異常な上昇からエンジン２（図１参照）を保護するためにＶＮ開度を全開にすべきであるとみなされる領域であり、予め実験的な測定などにより定められている。

図１および図２に戻り、エンジンＥＣＵ２４は、ターボユニット７に故障が発生していると判定した場合には、過給圧が過度に高くなりエンジン２の性能を劣化させることがないよう、ノズルベーン６７を全開にし過給圧を低下させるようになっている。

また、エンジンＥＣＵ２４は、ＯＢＤ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）のＭＩＬ（Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ Ｌａｍｐ）と接続されており、ターボユニット７に故障が発生していると判定した場合には、ＭＩＬを点灯するようになっている。

図５は、本実施の形態に係る故障判定処理を説明するためのフローチャートである。

なお、以下の処理は、エンジンＥＣＵ２４を構成するＣＰＵによって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵによって処理可能なプログラムを実現する。

エンジンＥＣＵ２４は、まず、アクセル開度センサから入力された信号に基づいて、アクセル開度が全開であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。
エンジンＥＣＵ２４は、アクセル開度が全開であると判断したならば（ステップＳ１１でＹｅｓ）、ＶＮ開度ＶＮｆｉｎ、吸入空気量Ｇａ、燃料流量Ｇｆ、タービン入口ガス温度Ｔ４およびタービン入口圧力Ｐ４を取得する（ステップＳ１２）。

具体的には、エンジンＥＣＵ２４は、ＶＮ開度センサ２８からＶＮ開度ＶＮｆｉｎを取得する。また、吸気通路４に吸入される吸入空気量Ｇａをエアフローメータ６から取得する。また、タービンホイール６１に供給される排気ガスの温度を表すタービン入口ガス温度Ｔ４をタービン入口ガス温度センサ２６から取得する。また、タービンホイール６１に供給される排気ガスの圧力を表すタービン入口圧力Ｐ４をタービン入口圧力センサ２５から取得する。

また、エンジンＥＣＵ２４は、アクセル開度センサ２９およびエンジン回転数センサ３４からアクセル開度およびエンジン回転数を表す信号をそれぞれ取得し、ＲＯＭに記憶されているＭＡＰから、アクセル開度およびエンジン回転数に対応する燃料流量Ｇｆを取得する。

一方、エンジンＥＣＵ２４は、アクセル開度が全開でないと判断したならば（ステップＳ１１でＮｏ）、Ｒｅｔｕｒｎに進む。

次に、エンジンＥＣＵ２４は、タービン容量Ｑ４を算出する。具体的には、エンジンＥＣＵ２４は、ステップＳ１２で取得した吸入空気量Ｇａ、燃料流量Ｇｆ、タービン入口ガス温度Ｔ４およびタービン入口圧力Ｐ４と、上記の式（１）とに基づいて、タービン容量Ｑ４を算出する（ステップＳ１３）。
次に、エンジンＥＣＵ２４は、ターボユニット７が故障（ＮＧ）しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。

具体的には、エンジンＥＣＵ２４は、ステップＳ１３において算出したタービン容量Ｑ４、ステップＳ１２において取得したＶＮ開度ＶＮｆｉｎおよび故障判定マップに基づき、タービン容量Ｑ４がＮＧ領域に入っているか否かを判定する。エンジンＥＣＵ２４は、タービン容量Ｑ４がＮＧ領域に入っており、ターボユニット７に故障が発生していると判定した場合には（ステップＳ１４でＹｅｓ）、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５において、エンジンＥＣＵ２４は、ＶＮドライバ３７を介して、ノズルベーン６７が全開になるよう制御するとともに、ＭＩＬの点灯を行う。

一方、タービン容量Ｑ４がＮＧ領域に入っておらず、ターボユニット７に故障が発生していないと判定した場合には（ステップＳ１４でＮｏ）、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６において、エンジンＥＣＵ２４は、車両１の車速やエンジン２に対する要求トルクに応じた開度制御、およびＥＧＲ制御との協調制御など、ノズルベーン６７の開度に対する通常制御を実行する。

以上のように、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置においては、タービン部７ａのタービン特性を表すタービン容量Ｑ４に基づいてターボユニット７の故障を判定するので、過給圧に基づいた従来のターボユニットの故障判定と比較して、ターボユニット７に対する故障の判定精度を向上することができる。また、測定誤差が大きく影響を及ぼすノズルベーン６７の開度ＶＮｆｉｎをタービン容量Ｑ４の算出に用いないので、測定誤差の影響を加味してターボユニット７に対する異常判定の判定基準を緩やかに設定せざるを得ない従来の故障判定と比較して、異常判定をより厳密に行うことが可能となり、故障判定の精度を向上させることができる。

また、タービン入口圧力センサ２５から入力される信号に基づいてタービン入口圧力Ｐ４を測定する場合には、タービンホイール６１に流れ込む排気の圧力を直接測定することができるので、算出されるタービン容量Ｑ４の精度を向上させることができ、ターボユニット７の故障判定を従来と比較してより正確に行うことができる。

また、吸気圧センサ３２から入力される信号を用いて一定の条件下でタービン入口圧力Ｐ４を推定する場合には、タービンホイール６１に流れ込む排気の圧力を検出するための高価なタービン入口圧力センサ２５を必要とせず、過給圧を検出するための廉価の吸気圧センサ３２から入力される測定値に応じてタービン容量Ｑ４を算出できるので、制御装置を低コストで実現できる。

また、ターボユニット７に故障が発生していると判定された場合には、ノズルベーン６７の開度ＶＮｆｉｎを全開にすることができるので、ターボユニット７の故障に起因した過給圧の異常な上昇を防止でき、エンジン２を保護することが可能となる。

また、タービン容量Ｑ４の算出にノズルベーン６７の開度ＶＮｆｉｎが用いられず、また、故障判定マップにおいて開度ＶＮｆｉｎの変化に対するタービン容量Ｑ４の許容レベル７８の変化が小さいので、上記の突き当て制御が不良であったり、ＶＮ開度センサ２８の測定精度が低下することにより、エンジンＥＣＵ２４がＶＮ開度センサ２８から取得したノズルベーン６７の開度ＶＮｆｉｎと実際のノズルベーン６７の開度との間に誤差が生じていたとしても、故障判定に与える影響が小さい。したがって、故障判定の精度を高めることが可能となる。

なお、以上の説明においては、エンジンＥＣＵ２４が、タービン入口圧力センサ２５から入力された信号に基づいて、タービン入口圧力Ｐ４を算出する場合について説明した。しかしながら、エンジンＥＣＵ２４が、吸気通路４に設置された吸気圧センサ３２から入力された信号に基づいて、タービン入口圧力Ｐ４を算出するようにしてもよい。

この場合、エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２の全負荷状態など、タービン入口圧力Ｐ４と吸気圧とが略線形な関係を有する場合にのみ、上記の故障判定処理を実行するようにする。
また、以上の説明においては、エンジン２が四気筒の場合について説明したが、これに限定されず、エンジン２が六気筒などいかなる気筒数により構成されていてもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、ターボユニットの故障判定の精度を向上できるという効果を奏するものであり、ターボユニットを備えた車両に搭載される内燃機関の制御装置に有用である。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両を模式的に示す概略構成図である。 本実施の形態に係るターボユニットの断面図である。 本実施の形態に係る可変ノズル機構を示す側面図である。 ＮＧ領域を定義した故障判定マップを示す図である。 本実施の形態に係る故障判定処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
４ 吸気通路
５ 排気通路
６ エアフローメータ
７ ターボユニット
７ａ タービン部
７ｂ コンプレッサ部
９ スロットルバルブ
２４ エンジンＥＣＵ（制御装置、開度測定手段、吸気量測定手段、燃料流量算出手段、温度測定手段、圧力測定手段、容量算出手段、故障判定手段）
２５ タービン入口圧力センサ
２６ タービン入口ガス温度センサ
２８ ＶＮ開度センサ
２９ アクセル開度センサ
３１ スロットル開度センサ
３２ 吸気圧センサ
３３ コモンレール圧力センサ
３４ エンジン回転数センサ
３５ 車速センサ
３７ ＶＮドライバ
６０ コンプレッサホイール
６１ タービンホイール
６２ 回転軸
６３ センターハウジング
６５ コンプレッサハウジング
６６ タービンハウジング
６７ ノズルベーン（開度可変手段）
６８ 軸
６９ ノズルプレート
７０ アーム
７１ ユニゾンリング
７２ リンク
７２ａ 回動軸
７２ｂ アーム

Claims (4)

1. ターボユニットのタービン部に設置された開度可変手段の開度を調節することにより、内燃機関から前記タービン部に流れ込む排気の流速を変更し前記内燃機関へ流入する吸気の過給圧を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記開度可変手段の開度を測定する開度測定手段と、
   前記吸気の吸気量を測定する吸気量測定手段と、
   前記内燃機関に流入する燃料の流量を算出する燃料流量算出手段と、
   前記タービン部に流れ込む排気の温度を測定する温度測定手段と、
   前記タービン部に流れ込む排気の圧力を測定する圧力測定手段と、
   前記吸気量、前記燃料の流量、前記排気の温度および前記排気の圧力に基づいて前記タービン部のタービン容量を算出する容量算出手段と、
   算出された前記タービン容量が、前記開度可変手段の開度に応じて予め定められた閾値のうち、前記開度測定手段により測定された開度に応じた閾値を超えている場合には前記ターボユニットが故障していると判定する故障判定手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記圧力測定手段が、前記内燃機関と前記タービン部とを接続する排気経路内の排気の圧力の測定値に基づいて前記排気の圧力を測定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記圧力測定手段が、前記内燃機関に流入する吸気の過給圧の測定値に基づいて前記排気の圧力を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記故障判定手段により前記ターボユニットが故障していると判定された場合には、前記開度可変手段の開度を全開にするよう前記開度可変手段を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の制御装置。

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