JP2009185684A - Failure diagnostic device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、並列に配置された2つの過給機を有する内燃機関の故障診断装置に関し、特に一方の過給機の出口圧力に基づいて故障診断を行う装置に関する。 The present invention relates to a failure diagnosis device for an internal combustion engine having two superchargers arranged in parallel, and more particularly to a device that performs failure diagnosis based on the outlet pressure of one of the superchargers.
並列に配置された第1、第2過給機を有する内燃機関が提案されている。かかる内燃機関では、運転状態に応じて第2過給機が過給に使用されず第1過給機が過給に使用されるシングルターボモードと、第1、第2過給機が過給に使用されるツインターボモードとが切り替えて使用される。この内燃機関では、ツインターボモードとシングルターボモードとを切り替えるために、吸気切替バルブなどの制御バルブが設けられる。これらの制御バルブの開閉動作が適正に行われなければ目標とする過給圧が得られないばかりでなく、内燃機関を破損させるおそれがある。このため、制御バルブの故障診断など、内燃機関の異常を判定する装置が必要とされている。 An internal combustion engine having first and second superchargers arranged in parallel has been proposed. In such an internal combustion engine, a single turbo mode in which the second supercharger is not used for supercharging and the first supercharger is used for supercharging according to the operating state, and the first and second superchargers are supercharged. It is used by switching to the twin turbo mode. In this internal combustion engine, a control valve such as an intake switching valve is provided to switch between the twin turbo mode and the single turbo mode. If these control valves are not properly opened and closed, the target boost pressure cannot be obtained, and the internal combustion engine may be damaged. For this reason, there is a need for an apparatus for determining abnormality of the internal combustion engine, such as failure diagnosis of a control valve.
特許文献1は、2つの過給機を有する内燃機関において、差圧センサを使い、吸気切替バルブの上流と下流との差圧に基づいて、吸気切替バルブなどの制御バルブについての故障の有無を診断する装置を開示する。
しかしながら、特許文献1の装置における差圧センサを使った故障診断では、どの制御バルブが故障しているかを特定することは出来ない。このため、制御バルブの故障が判明した後、別の手段を使ってどの制御バルブが故障しているかを特定する必要がある。 However, in the failure diagnosis using the differential pressure sensor in the apparatus of Patent Document 1, it is not possible to specify which control valve has failed. For this reason, after the failure of the control valve is found, it is necessary to identify which control valve has failed using another means.
したがって本発明の目的は、2つの過給機を有する内燃機関において、異常箇所を特定する故障診断装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a failure diagnosis device for identifying an abnormal point in an internal combustion engine having two superchargers.
本発明に係る内燃機関の故障診断装置は、並列に配置された第1、第2過給機と、第2過給機に連結された吸気通路に設けられた吸気切替バルブと、第2過給機に連結された排気通路に設けられた排気切替バルブと、第2過給機のコンプレッサの出口と第1過給機のコンプレッサの入口とを接続する吸気バイパス通路に設けられた吸気バイパスバルブとを有し、第1、第2過給機が過給に使用されるツインターボモードと第2過給機が前記過給に使用されず第1過給機が過給に使用されるシングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブと、第2過給機のコンプレッサの下流であって吸気切替バルブの上流に設けられた、第2過給機のコンプレッサの出口圧力を検出するコンプレッサ出口側圧力センサとを備え、シングルターボモードにおいては、排気切替バルブと吸気切替バルブは閉弁状態にされ、吸気バイパスバルブは開弁状態にされ、シングルターボモードにおいて、制御バルブのうち少なくとも1つの制御バルブについて、開動作または閉動作の少なくとも一方を行わせた時の出口圧力に基づいて、またはシングルターボモードにおける出口圧力と大気圧との関係と吸気切替バルブの下流圧力とに基づいて、制御バルブの1つについての故障診断が行われる。 An internal combustion engine failure diagnosis apparatus according to the present invention includes first and second superchargers arranged in parallel, an intake air switching valve provided in an intake passage connected to the second supercharger, and a second supercharger. An intake air bypass valve provided in an intake air bypass passage connecting an exhaust gas switching valve provided in an exhaust passage connected to the charger and an outlet of the compressor of the second supercharger and an inlet of the compressor of the first supercharger Single turbo mode in which the first and second superchargers are used for supercharging and the second supercharger is not used for supercharging and the first supercharger is used for supercharging A control valve used for switching between the turbo mode and a compressor for detecting an outlet pressure of the compressor of the second supercharger, which is provided downstream of the compressor of the second supercharger and upstream of the intake air switching valve With a pressure sensor on the outlet side. In the Bo mode, the exhaust switching valve and the intake switching valve are closed, the intake bypass valve is opened, and in the single turbo mode, at least one control valve of the control valves is opened or closed. Fault diagnosis for one of the control valves is performed based on the outlet pressure when at least one of them is performed, or based on the relationship between the outlet pressure and the atmospheric pressure in the single turbo mode and the downstream pressure of the intake air switching valve. Is called.
シングルターボモードにおいて、制御バルブの開閉状態を変化させると、変化させた制御バルブに対応して第2過給機のコンプレッサの出口圧力が変動する。かかる出口圧力の挙動に基づいて、故障が生じた制御バルブを特定することが可能になる。また、シングルターボモードにおける第2過給機のコンプレッサの出口圧力と大気圧との関係や、インマニ圧力など吸気切替バルブの下流圧力の状態は、制御バルブの正常動作時と異常時とで異なる。このため、かかる関係などに基づいて、故障が生じた制御バルブを特定することが可能になる。 When the open / close state of the control valve is changed in the single turbo mode, the outlet pressure of the compressor of the second supercharger varies corresponding to the changed control valve. Based on the behavior of the outlet pressure, it becomes possible to identify the control valve in which the failure has occurred. Further, the relationship between the outlet pressure of the compressor of the second supercharger and the atmospheric pressure in the single turbo mode, and the state of the downstream pressure of the intake switching valve such as the intake manifold pressure are different between when the control valve is operating normally and when it is abnormal. For this reason, it becomes possible to identify the control valve in which a failure has occurred based on such a relationship.
好ましくは、シングルターボモードにおいて、吸気バイパスバルブが閉弁状態にする指示を受ける前と後における出口圧力と大気圧との関係に基づいて、吸気バイパスバルブの故障診断が行われる。 Preferably, in the single turbo mode, the failure diagnosis of the intake bypass valve is performed based on the relationship between the outlet pressure and the atmospheric pressure before and after receiving an instruction to close the intake bypass valve.
シングルターボモードにおいては、第2過給機のコンプレッサの出口圧力が大気圧と同等である。その後吸気バイパスバルブを閉弁させることにより出口圧力が上昇し大気圧よりも大きくなる。このため、かかる状態における出口圧力の挙動に基づいて、吸気バイパスバルブの故障診断を行うことが可能になる。 In the single turbo mode, the outlet pressure of the compressor of the second supercharger is equal to the atmospheric pressure. Thereafter, by closing the intake bypass valve, the outlet pressure rises and becomes greater than the atmospheric pressure. Therefore, failure diagnosis of the intake bypass valve can be performed based on the behavior of the outlet pressure in such a state.
また、好ましくは、シングルターボモードにおいて、吸気バイパスバルブが閉弁状態にする指示を受け且つ吸気切替バルブが開閉する指示を受ける前の出口圧力と大気圧との関係と、及びかかる指示を受けた後における出口圧力と吸気切替バルブの下流圧力との関係とに基づいて、吸気切替バルブの故障診断が行われる。 Preferably, in the single turbo mode, an instruction is received for the intake bypass valve to be closed, and the relationship between the outlet pressure and the atmospheric pressure before receiving the instruction for opening and closing the intake switching valve, and the instruction is received. Failure diagnosis of the intake air switching valve is performed based on the relationship between the outlet pressure later and the downstream pressure of the intake air switching valve.
シングルターボモードにおいては、第2過給機のコンプレッサの出口圧力が大気圧と同等である。その後吸気バイパスバルブを閉弁し吸気切替バルブを開閉させることにより出口圧力が瞬間的に大気圧よりも高く吸気切替バルブの下流圧力よりも小さい状態になる。かかる状態における出口圧力の挙動に基づいて、吸気切替バルブの故障診断を行うことが可能になる。 In the single turbo mode, the outlet pressure of the compressor of the second supercharger is equal to the atmospheric pressure. Thereafter, by closing the intake bypass valve and opening and closing the intake switching valve, the outlet pressure instantaneously becomes higher than atmospheric pressure and lower than the downstream pressure of the intake switching valve. Based on the behavior of the outlet pressure in such a state, it is possible to perform failure diagnosis of the intake air switching valve.
また、好ましくは、制御バルブは、吸気切替バルブの上流と下流とを連通する吸気リード通路に設けられた吸気リードバルブを有し、シングルターボモードにおいて、吸気バイパスバルブが閉弁状態にする指示を受け且つ排気切替バルブが開弁状態にする指示を受けた後における出口圧力の挙動に基づいて、吸気リードバルブの故障診断が行われる。 Preferably, the control valve has an intake reed valve provided in an intake reed passage communicating between the upstream and downstream of the intake switching valve, and in the single turbo mode, instructs the intake bypass valve to be closed. A failure diagnosis of the intake reed valve is performed based on the behavior of the outlet pressure after receiving the instruction to make the exhaust switching valve open.
シングルターボモードにおいて、吸気バイパスバルブを閉弁させ排気切替バルブを開弁させると出口圧力が上昇する。出口圧力が吸気切替バルブの下流圧力よりも所定量だけ大きくなると吸気リードバルブが開弁して一旦出口圧力が一定状態になる。その後また上昇する。かかる状態における出口圧力の挙動に基づいて、吸気リードバルブの故障診断を行うことが可能になる。 In the single turbo mode, the outlet pressure rises when the intake bypass valve is closed and the exhaust gas switching valve is opened. When the outlet pressure becomes larger than the downstream pressure of the intake air switching valve by a predetermined amount, the intake reed valve opens and the outlet pressure once becomes constant. Then rise again. Based on the behavior of the outlet pressure in such a state, it is possible to perform failure diagnosis of the intake reed valve.
また、好ましくは、シングルターボモードにおいて、出口圧力と大気圧との関係と、吸気切替バルブの下流圧力の目標値と実行値との関係とに基づいて、排気切替バルブの故障診断が行われる。 Preferably, in the single turbo mode, the failure diagnosis of the exhaust gas switching valve is performed based on the relationship between the outlet pressure and the atmospheric pressure and the relationship between the target value and the execution value of the downstream pressure of the intake air switching valve.
シングルターボモードにおいて、大気圧とコンプレッサ出口圧力との関係、及び吸気切替バルブ下流の圧力の目標値と実行値との関係は、排気切替バルブの正常動作時と異常時とで異なる。このため、これらに基づいて排気切替バルブの故障診断を行うことが可能になる。 In the single turbo mode, the relationship between the atmospheric pressure and the compressor outlet pressure, and the relationship between the target value and the execution value of the pressure downstream of the intake air switching valve are different between when the exhaust gas switching valve is operating normally and when it is abnormal. For this reason, it becomes possible to perform failure diagnosis of the exhaust gas switching valve based on these.
以上のように本発明によれば、2つの過給機を有する内燃機関において、異常箇所を特定する故障診断装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a failure diagnosis device that identifies an abnormal point in an internal combustion engine having two superchargers.
以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。内燃機関1は、制御部5、第1、第2過給機13a、13b、エンジン本体30、コンプレッサ入口側吸気通路51、コンプレッサ出口側吸気通路52、吸気マニホールド55、タービン入口側排気通路72、及びタービン出口側排気通路73を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The internal combustion engine 1 includes a
制御部5は、CPU、制御プログラムを格納したROM、及び各種データを格納するRAM等を有し、コンプレッサ出口側圧力センサ15等の各種センサからの信号が入力され、また、吸気切替バルブ19等に制御信号を出力して内燃機関1を含む車両の各部を制御する。制御部5は、特に、コンプレッサ出口側圧力センサ15によって検出される第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2などに基づいて、ツインターボモードと、シングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブ(吸気バイパスバルブ17、吸気切替バルブ19、吸気リードバルブ21、及び排気切替バルブ31)の故障診断を行う。
The
また、制御部5は、大気圧P1を検出する大気圧センサ6を内蔵する。本実施形態では、大気圧P1が、吸気バイパスバルブ17、吸気切替バルブ19、及び吸気リードバルブ21の故障診断に用いられる。ただし、大気圧P1の検出は、大気圧センサ6に代えて、コンプレッサ入口側吸気通路51上に設けられた圧力センサ(不図示)を用いてもよい。
Moreover, the
内燃機関1の運転中、エンジン本体30の各シリンダーの燃焼室には、コンプレッサ入口側吸気通路51、コンプレッサ出口側吸気通路52、及び吸気マニホールド55を介して、空気が吸入される(図1の実線矢印参照)。インジェクタから噴射された燃料は、吸入された空気と混ざって混合気を形成する。制御部5からの点火信号に基づく点火プラグの点火によって、混合気は燃焼する。混合気の燃焼による爆発力に応じたピストンの往復運動により、クランクシャフト(不図示)が回転する。燃焼により発生した排気ガスは、排気マニホールド71、タービン入口側排気通路72、及びタービン出口側排気通路73を介して排出される(図1の破線矢印参照)。
During the operation of the internal combustion engine 1, air is sucked into the combustion chamber of each cylinder of the
次に、第1、第2過給機13a、13bを中心に、内燃機関1の各部の構成を説明する。第1、第2過給機13a、13bは、並列に配列され、第1過給機13aが主ターボチャージャーの役割を果たし、第2過給機13bが副ターボチャージャーの役割を果たす。第1過給機13aは、低吸入空気量域から高吸入空気量域までで作動し、第2過給機13bは、低吸入空気量域で停止する。従って、低吸入空気量域では、第2過給機13bが過給に使用されず第1過給機13aが過給に使用されるシングルターボモードで運転が行われ、高吸入空気量域では、第1、第2過給機13a、13bが過給に使用されるツインターボモードで運転が行われる。
Next, the configuration of each part of the internal combustion engine 1 will be described focusing on the first and
第1過給機13aは、第1タービン13a1、及び第1コンプレッサ13a2を有し、第2過給機13bは、第2タービン13b1、及び第2コンプレッサ13b2を有する。第1、第2タービン13a1、13b1の入口側は、排気マニホールド71に連通されたタービン入口側排気通路72と接続する。第1、第2タービン13a1、13b1の出口側は、排気ガス浄化触媒(不図示)に連通されたタービン出口側排気通路73と接続する。
The
第1、第2コンプレッサ13a2、13b2の入口側は、コンプレッサ入口側吸気通路51と接続する。コンプレッサ入口側吸気通路51には、エアクリーナ11、エアクリーナを流れた空気量、即ち全吸入空気量を検出するエアフローメータ12が設けられる。第1、第2コンプレッサ13a2、13b2の出口側は、吸気マニホールド55に連通されたコンプレッサ出口側吸気通路52と接続する。コンプレッサ出口側吸気通路52には、インタークーラ23、及びスロットルバルブ25が設けられる。
The inlet sides of the first and
ツインターボモードとシングルターボモードとの切り替え、すなわち第2過給機13bの作動と停止の切り替えを行うために、タービン入口側排気通路72の第2タービン13b1の入口側に、第2タービン13b1への排気ガスの流れの遮断と開放との切り替えを行う排気切替バルブ31が設けられ、コンプレッサ出口側吸気通路52の第2コンプレッサ13b2の出口側に、第2コンプレッサ13b2から吸気マニホールド55への空気の流れの遮断と開放との切り替えを行う吸気切替バルブ19が設けられる。
In order to switch between the twin turbo mode and the single turbo mode, that is, to switch between the operation and stop of the second supercharger 13b, the turbine inlet
シングルターボモードからツインターボモードへの切り替えを円滑に行うため、コンプレッサ出口側吸気通路52上であって第2コンプレッサ13b2の出口と吸気切替バルブ19との間と、コンプレッサ入口側吸気通路51の第1コンプレッサ13a2の入口側とを連通する吸気バイパス通路53が設けられる。吸気バイパス通路53には、空気の流れの遮断と開放との切り替えを行う吸気バイパスバルブ17が設けられる。
In order to smoothly switch from the single turbo mode to the twin turbo mode, on the compressor outlet
シングルターボモードの場合には、吸気切替バルブ19、及び排気切替バルブ31の両方が閉弁するが、吸気バイパスバルブ17は開弁し、これにより第1過給機13aが作動して、第2過給機13bは停止する。ツインターボモードの場合には、吸気切替バルブ19、及び排気切替バルブ31の両方が開弁するが、吸気バイパスバルブ17は閉弁し、これにより第1、第2過給機13a、13bが作動する。
In the single turbo mode, both the intake
吸気切替バルブ19の上流と下流とを連通する吸気リード通路(吸気切替バルブ19のバイパス通路)54には、圧力差に応じて開閉する吸気リードバルブ21が設けられる。すなわち、吸気切替バルブ19の閉弁時において、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が、第1コンプレッサ13a2の出口圧力(≒インマニ圧力P3)よりも所定量だけ大きくなった場合に、開弁し、空気が吸気リードバルブ21を介して上流側から下流側に流れる。
An
吸気バイパス通路53、及び吸気リード通路54は、コンプレッサ入口側吸気通路51、及びコンプレッサ出口側吸気通路52に比べて細めに設定される。
The
シングルターボモードからツインターボモードへ運転状態が切り替えられる時は、まず排気切替バルブ31が閉弁状態から開弁状態にされ、その後吸気バイパスバルブ17の開弁状態と吸気切替バルブ19の閉弁状態を保った状態で徐々に第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が第2コンプレッサ13b2のサージを回避しながら上昇し、その後吸気バイパスバルブ17が閉弁状態にされるとともに吸気リードバルブ21が開弁する。その後、吸気切替バルブ19が閉弁状態から開弁状態にされる。吸気切替バルブ19が開弁状態にされると、吸気リードバルブ21は閉弁する。
When the operating state is switched from the single turbo mode to the twin turbo mode, the exhaust
コンプレッサ出口側吸気通路52上であって、第2過給機13bの第2コンプレッサ13b2の下流であって吸気切替バルブ19の上流には、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2を検出するコンプレッサ出口側圧力センサ15が設けられる。本実施形態では、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が、ツインターボモードと、シングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブ、すなわち吸気バイパスバルブ17、吸気切替バルブ19、吸気リードバルブ21、及び排気切替バルブ31の故障診断に用いられる。
On the compressor outlet
また、吸気マニホールド55内には、吸気マニホールド55内の圧力、すなわちインマニ圧力P3を検出するインマニ圧力センサ27が設けられる。本実施形態では、インマニ圧力P3が、吸気切替バルブ19、及び排気切替バルブ31の故障診断に用いられる。
An intake
なお、本実施形態では、吸気切替バルブ19などの故障診断のために内燃機関1の吸気マニホールド55内に通常備えられているインマニ圧力センサ27が使用される形態を説明するが、コンプレッサ出口側吸気通路52上で且つ吸気切替バルブ19の下流に配置された別の圧力センサを吸気切替バルブ19などの故障診断のために用いる形態であってもよい。
In the present embodiment, a mode in which the intake
次に、吸気バイパスバルブ17の故障診断の詳細について、図2のフローチャートを用いて説明する。吸気バイパスバルブ17の故障診断は、シングルターボモードで内燃機関1が運転されている間に行われる。吸気バイパスバルブ17の故障診断は、1回に限定されない。
Next, details of the failure diagnosis of the
シングルターボモードを条件としたのは、閉弁状態にある排気切替バルブ31における排気ガスのガス漏れ量を多くし、ステップS33における吸気バイパスバルブ17が正常に閉弁した場合に、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が速く上昇し、出口圧力P2と大気圧P1との差異が大きくなるようにして、故障の有無を確認しやすくするためである。
The condition of the single turbo mode is that the second compressor 13b2 is used when the amount of exhaust gas leaked from the
吸気バイパスバルブ17の故障診断が開始される前の時点では、シングルターボモードで運転されているため、排気切替バルブ31は閉弁状態、吸気切替バルブ19は閉弁状態、及び吸気バイパスバルブ17は開弁状態にされている。これらの制御バルブが正常な開閉状態になっている場合は、コンプレッサ入口側吸気通路51とコンプレッサ出口側吸気通路52との間は、吸気バイパス通路53を介して、空気が流れる状態にある。従って、大気圧P1と出口圧力P2とは等しい状態、すなわち大気圧P1と出口圧力P2との差異がほとんど無い状態にある。
Before the failure diagnosis of the
吸気バイパスバルブ17の故障診断が開始されると、ステップS31で、制御部5は、大気圧P1と第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2とが等しい状態にあるか否か、具体的には、大気圧P1と出口圧力P2との差異がほとんど無い状態にあるか否かを判断する。
When the failure diagnosis of the
等しくない場合は、シングルターボモードで運転を行うための排気切替バルブ31の閉弁動作、吸気切替バルブ19の閉弁動作、及び吸気バイパスバルブ17の開弁動作の少なくとも1つが正しく機能していないとして、ステップS32に進められる。等しい場合は、ステップS33に進められる。
If they are not equal, at least one of the closing operation of the exhaust
ステップS32で、制御部5は、シングルターボモードで運転を行うための排気切替バルブ31の閉弁動作、吸気切替バルブ19の閉弁動作、及び吸気バイパスバルブ17の開弁動作の少なくとも1つに異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気バイパスバルブ17の故障診断を終了する。
In step S32, the
ステップS33で、吸気バイパスバルブ17を閉弁状態にする指示に関する制御信号が、吸気バイパスバルブ17に出力される。かかる制御信号に基づいて、吸気バイパスバルブ17が正常に動作した場合は、コンプレッサ出口側吸気通路52、及び吸気バイパス通路53における空気の流れが遮断される。ただし、排気切替バルブ31が閉弁されているものの、排気切替バルブ31のガス漏れにより一部の排気ガスが第2タービン13b1に流入するため、第2コンプレッサ13b2が回転し、第2コンプレッサ13b2に空気が流入する。このため、第2コンプレッサ13b2に流入した空気が、第2コンプレッサ13b2と吸気バイパスバルブ17と吸気切替バルブ19との間の通路内に押し込められ、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が上昇し、大気圧P1よりも大きくなる。
In step S <b> 33, a control signal related to an instruction to close the
ステップS34で、制御部5は、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が、大気圧P1よりも大きいか否かを判断する。
In step S34, the
大きくない場合は、吸気バイパスバルブ17が、ステップS33で出力された制御信号に従って、閉弁しておらず、コンプレッサ入口側吸気通路51とコンプレッサ出口側吸気通路52との間は、吸気バイパス通路53を介して、空気が流れる状態にあるとして、ステップS36に進められる。大きい場合はステップS35に進められる。
If not, the
ステップS35で、制御部5は、吸気バイパスバルブ17の開閉動作が正常であると判定し、各制御バルブをシングルターボモードにおける開閉状態に戻した後、吸気バイパスバルブ17の故障診断を終了する。ステップS36で、制御部5は、吸気バイパスバルブ17の閉弁動作に異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気バイパスバルブ17の故障診断を終了する。
In step S35, the
これにより、吸気バイパスバルブ17に開閉状態を監視する開度センサなどを設けることなく、吸気バイパスバルブ17の故障診断を行うことが可能になる。なお、ステップS31〜S36までの制御は、第2過給機13bが過給に使用されないシングルターボモードで行われる上、数秒程度で完了出来るため、吸気バイパスバルブ17の開閉動作が、内燃機関1の運転状態に与える影響は小さい。
As a result, failure diagnosis of the
また、吸気バイパスバルブ17の故障診断における、吸気バイパスバルブ17の開閉指示手順、及び他のバルブの開閉状態は、検出感度の観点などから上述の形態が望ましいが、これに限られるものではなく、他の手順などであっても、吸気バイパスバルブ17が閉弁状態にする指示を受けた時の出口圧力P2の挙動などに基づいて、吸気バイパスバルブ17の故障診断を行うことが可能である。
In addition, in the failure diagnosis of the
次に、吸気切替バルブ19の故障診断の詳細について、図3のフローチャートを用いて説明する。吸気切替バルブ19の故障診断は、シングルターボモードで内燃機関1が運転されている間に行われる。吸気切替バルブ19の故障診断は、1回に限定されない。
Next, details of the failure diagnosis of the intake
シングルターボモードを条件としたのは、第1過給機13aにおいて適度に過給が行われ、吸気切替バルブ19の下流圧力、すなわちインマニ圧力P3が高められた状態にし、ステップS53における吸気切替バルブ19の開閉動作が故障している場合の、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2とインマニ圧力P3との差異が大きくなるようにして、故障の有無を確認しやすくするためである。
The condition for the single turbo mode is that the
吸気切替バルブ19の故障診断が開始される前の時点では、シングルターボモードで運転されているため、排気切替バルブ31は閉弁状態、吸気切替バルブ19は閉弁状態、及び吸気バイパスバルブ17は開弁状態にされている。これらの制御バルブが正常な開閉状態になっている場合は、コンプレッサ入口側吸気通路51とコンプレッサ出口側吸気通路52との間は、吸気バイパス通路53を介して、空気が流れる状態にある。従って、大気圧P1と出口圧力P2とは等しい状態、すなわち大気圧P1と出口圧力P2との差異がほとんど無い状態にある。
Before the failure diagnosis of the
吸気切替バルブ19の故障診断が開始されると、ステップS51で、制御部5は、大気圧P1と第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2とが等しい状態にあるか否か、具体的には、大気圧P1と出口圧力P2との差異がほとんど無い状態にあるか否かを判断する。
When the failure diagnosis of the intake
等しくない場合は、シングルターボモードを行うための排気切替バルブ31の閉弁動作、吸気切替バルブ19の閉弁動作、及び吸気バイパスバルブ17の開弁動作の少なくとも1つが正しく機能していないとして、ステップS52に進められる。等しい場合は、ステップS53に進められる。
If they are not equal, it is assumed that at least one of the closing operation of the exhaust
ステップS52で、制御部5は、シングルターボモードを行うための排気切替バルブ31の閉弁動作、吸気切替バルブ19の閉弁動作、及び吸気バイパスバルブ17の開弁動作の少なくとも1つに異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気切替バルブ19の故障診断を終了する。
In step S52, the
ステップS53で、吸気バイパスバルブ17を閉弁状態にし、且つ吸気切替バルブ19をパルス的に開閉する指示、すなわち開弁状態にした後、瞬時に(0.5秒程度経過後に)閉弁状態にする指示に関する制御信号が、吸気バイパスバルブ17などに出力される。かかる制御信号に基づいて、吸気切替バルブ19などが正常に動作した場合は、吸気バイパス通路53における空気の流れが遮断される。また、コンプレッサ出口側吸気通路52における空気の流れは、吸気切替バルブ19が開弁状態になった瞬間以外は遮断される。吸気切替バルブ19が開弁状態になった瞬間は、コンプレッサ出口側吸気通路52において、第2コンプレッサ13b2の出口と吸気マニホールド55との間は空気が流れる状態になるため、高い圧力状態にある吸気マニホールド55側から、低い圧力状態にある第2コンプレッサ13b2の出口に空気が逆流し、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2は、大気圧P1よりも高くインマニ圧力P3よりも小さい状態になる(P1<P2<P3)。
In step S53, after the
ステップS54で、制御部5は、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が、瞬間的に大気圧P1よりも高くインマニ圧力P3よりも小さい状態になったか否かを判断する。
In step S54, the
第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が、瞬間的に大気圧P1よりも高くインマニ圧力P3よりも小さい状態になっていない場合は、吸気切替バルブ19が、ステップS53で出力された制御信号に従って、瞬間的に開閉動作を行っておらず、第2コンプレッサ13b2の出口と吸気マニホールド55との間は瞬間的に空気が流れる状態になっていないとして、ステップS56に進められる。第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が、瞬間的に大気圧P1よりも高くインマニ圧力P3よりも小さい状態になっている場合はステップS55に進められる。
When the outlet pressure P2 of the second compressor 13b2 is not instantaneously higher than the atmospheric pressure P1 and lower than the intake manifold pressure P3, the intake
ステップS55で、制御部5は、吸気切替バルブ19の開閉動作が正常であると判定し、各制御バルブをシングルターボモードにおける開閉状態に戻した後、吸気切替バルブ19の故障診断を終了する。ステップS56で、制御部5は、吸気切替バルブ19の開閉動作に異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気切替バルブ19の故障診断を終了する。
In step S55, the
これにより、吸気切替バルブ19に開弁状態と閉弁状態とを監視する開度センサなどを設けることなく、吸気切替バルブ19の故障診断を行うことが可能になる。なお、ステップS51〜S56までの制御は、第2過給機13bが過給に使用されないシングルターボモードで行われる上、数秒程度で完了出来るため、吸気切替バルブ19の開閉動作が、内燃機関1の運転状態に与える影響は小さい。特に、ステップS53において、吸気切替バルブ19が開弁状態にされるが、開弁状態は瞬間的なものであるため、内燃機関1の運転状態に与える影響は小さい。
This makes it possible to perform failure diagnosis of the intake
また、吸気切替バルブ19の故障診断における、吸気切替バルブ19の開閉指示手順、及び他のバルブの開閉状態は、検出感度の観点などから上述の形態が望ましいが、これに限られるものではなく、他の手順などであっても、吸気切替バルブ19を開閉する指示を受けた時の出口圧力P2の挙動などに基づいて、吸気切替バルブ19の故障診断を行うことが可能である。
In addition, in the failure diagnosis of the intake
次に、吸気リードバルブ21の故障診断の詳細について、図4のフローチャートを用いて説明する。吸気リードバルブ21の故障診断は、シングルターボモードで内燃機関1が運転されている間に行われる。吸気リードバルブ21の故障診断は、1回に限定されない。
Next, details of the failure diagnosis of the
シングルターボモードを条件としたのは、適度な排気ガスの流量を確保し、ステップS72において排気切替バルブ31が開弁状態にされても、運転に支障をきたさない程度に第1タービン13a1に排気ガスが流れ、第1過給機13aにおいて適度に過給が行われるようにすること、及びステップS72において排気切替バルブ31が開弁状態にされた時に、第2タービン13b1に出来るだけ多くの排気ガスが流れるようにし、ステップS73における出口圧力P2の挙動確認に必要な時間を短くするためである。
The condition of the single turbo mode is that an appropriate exhaust gas flow rate is ensured and the first turbine 13a1 is exhausted to the extent that it does not hinder the operation even if the exhaust
吸気リードバルブ21の故障診断が開始される前の時点では、シングルターボモードで運転されているため、排気切替バルブ31は閉弁状態、吸気切替バルブ19は閉弁状態、及び吸気バイパスバルブ17は開弁状態にされている。これらの制御バルブが正常な開閉状態になっている場合は、コンプレッサ入口側吸気通路51とコンプレッサ出口側吸気通路52との間は、吸気バイパス通路53を介して、空気が流れる状態にある。従って、大気圧P1と出口圧力P2とは等しい状態、すなわち大気圧P1と出口圧力P2との差異がほとんど無い状態にある。
Before the failure diagnosis of the
吸気バイパスバルブ17の故障診断が開始されると、ステップS71で、吸気バイパスバルブ17を閉弁状態にする指示に関する制御信号が、吸気バイパスバルブ17に出力される。ステップS72で、排気切替バルブ31を所定時間(1秒間程度)だけ開弁状態にする指示に関する制御信号が、排気切替バルブ31に出力される。なお、排気切替バルブ31が閉弁と開弁以外の中程度の開度に調整出来る場合には、ステップS72において全開状態にせず、所定の開度にしてもよい。排気切替バルブ31を全開状態にすると、排気ガスの半分近くが第2タービン13b1に流入するため、シングルターボモードでの運転のために第1過給機13aが必要とする排気ガスを確保出来なくなるおそれがあるためである。
When the failure diagnosis of the
これらの制御信号に基づいて、吸気バイパスバルブ17などが正常に動作し、且つ吸気リードバルブ21が正常に機能した場合は、コンプレッサ出口側吸気通路52、及び吸気バイパス通路53における空気の流れが遮断される。ただし、排気ガスの一部が第2タービン13b1を流れるため、第2コンプレッサ13b2が回転し、第2コンプレッサ13b2に空気が流入する。このため、第2コンプレッサ13b2に流入した空気が、第2コンプレッサ13b2と吸気バイパスバルブ17と吸気切替バルブ19との間の通路内に押し込まれ、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が上昇する。その後、出口圧力P2が、吸気リードバルブ21の下流側の圧力、すなわち第1コンプレッサ13a2の出口圧力やインマニ圧力P3よりも所定量以上に大きくなると、吸気リードバルブ21が開弁し、空気が吸気リードバルブ21を介して、第2コンプレッサ13b2の出口から、吸気マニホールド55に流入する。このため、吸気リードバルブ21の開弁後、一旦、出口圧力P2は上昇も下降もしない一定状態が維持される。但し、吸気リード通路54は、コンプレッサ出口側吸気通路52に比べて細いため、吸気リードバルブ21を介して、第2コンプレッサ13b2に流入した空気を吸気リードバルブ21の下流に逃し切れない。このため、その後出口圧力P2は上昇する。
Based on these control signals, when the
ステップ73で、制御部5は、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2が、上昇し、次に一定状態が維持され、その後再び上昇する挙動がみられるか否かを判断する。かかる挙動がみられない場合は、吸気リードバルブ21の開閉動作が正しく機能していないとして、ステップS75に進められる。
In
ステップS74で、制御部5は、吸気リードバルブ21の開閉動作が正常であると判定し、各制御バルブをシングルターボモードにおける開閉状態に戻した後、吸気リードバルブ21の故障診断を終了する。ステップS75で、制御部5は、吸気リードバルブ21の開閉動作に異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気リードバルブ21の故障診断を終了する。
In step S74, the
これにより、吸気リードバルブ21に開弁状態と閉弁状態とを監視する開度センサなどを設けることなく、吸気リードバルブ21の故障診断を行うことが可能になる。なお、ステップS71〜S75までの制御は、第2過給機13bが過給に使用されないシングルターボモードで行われる上、数秒程度で完了出来るため、吸気リードバルブ21の開閉動作が、内燃機関1の運転状態に与える影響は小さい。
As a result, it is possible to perform failure diagnosis of the
なお、吸気リードバルブ21の故障診断における、吸気リードバルブ21を開閉動作させるために行う他の制御バルブの開閉指示手順、及び他の制御バルブの開閉状態は、検出感度の観点などから上述の形態が望ましいが、これに限られるものではなく、他の手順などであっても、吸気リードバルブ21を開閉動作させるための制御バルブの動作指示を受けた時の第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2の挙動に基づいて、吸気リードバルブ21の故障診断を行うことが可能である。
It should be noted that, in the failure diagnosis of the
次に、排気切替バルブ31の故障診断の詳細について、図5のフローチャートを用いて説明する。排気切替バルブ31の故障診断は、シングルターボモードで内燃機関1が運転されている間に行われる。または、所定時間ごとに行われる形態であってもよい。
Next, details of the failure diagnosis of the exhaust
排気切替バルブ31の故障診断は、シングルターボモードで運転されている時に行われるため、排気切替バルブ31は閉弁状態、吸気切替バルブ19は閉弁状態、及び吸気バイパスバルブ17は開弁状態にされている。これらの制御バルブが正常な開閉状態になっている場合は、コンプレッサ入口側吸気通路51とコンプレッサ出口側吸気通路52との間は、吸気バイパス通路53を介して、空気が流れる状態にある。従って、大気圧P1と出口圧力P2とは等しい状態、すなわち出口圧力P2と大気圧P1との差異がほとんど無い状態にある。
Since the failure diagnosis of the exhaust
内燃機関1がシングルターボモードにされると、ステップS81で、制御部5は、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2と大気圧P1との差異が第1圧力差閾値P11以上であり、且つ目標インマニ圧力P3’とインマニ圧力P3との差異が第2圧力差閾値P12以上であるか否かを判断する。目標インマニ圧力P3’は、内燃機関1の運転状態に応じて設定される値であり、内燃機関1が正常に機能している場合には、目標インマニ圧力P3’と、インマニ圧力P3とは同じ値、すなわち目標インマニ圧P3’とインマニ圧力P3との差異がほとんど無い状態になる。
When the internal combustion engine 1 is set to the single turbo mode, in step S81, the
第1圧力差閾値P11、及び第2圧力差閾値P12は、シングルターボモードにおいて、排気切替バルブ31の開閉動作に異常が存在する場合に想定される出口圧力P2と大気圧P1との差異や、目標インマニ圧力P3’とインマニ圧力P3との差異に対応する値が設定される。
The first pressure difference threshold value P11 and the second pressure difference threshold value P12 are the difference between the outlet pressure P2 and the atmospheric pressure P1 that are assumed when there is an abnormality in the opening / closing operation of the exhaust
ステップS81における少なくとも一方の条件を満たさない場合は、ステップS81が繰り返し行われる。ステップS81における両方の条件を満たす場合には、ステップS82に進められる。 If at least one of the conditions in step S81 is not satisfied, step S81 is repeated. When both conditions in step S81 are satisfied, the process proceeds to step S82.
ステップS82で、制御部5は、第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2と大気圧P1との差異が第1圧力差閾値P11以上であり、且つ目標インマニ圧力P3’とインマニ圧力P3との差異が第2圧力差閾値P12以上である状態が一定時間経過したか否かを判断する。運転状態の変化により、短期的に、出口圧力P2と大気圧P1との差異が第1圧力差閾値P11以上、で且つ目標インマニ圧P3’とインマニ圧力P3との差異が第2圧力差閾値P12以上になる場合が起こり得るため、本実施形態では、かかる状態が一定時間経過したか否かによって、排気切替バルブ31の開閉動作に異常が存在することを判断する。一定時間経過するまでに、かかる状態が解消した場合は、ステップS81に戻され、排気切替バルブ31の故障診断が繰り返し行われる。一定時間経過した場合は、ステップS83に進められる。ステップS83で、制御部5は、排気切替バルブ31の開閉動作に異常が存在する、すなわち正常な閉弁状態にされていないと判定し、フェールセーフモードにした後、排気切替バルブ31の故障診断を終了する。
In step S82, the
これにより、排気切替バルブ31に開閉状態とを監視する開度センサなどを設けることなく、排気切替バルブ31の故障診断を行うことが可能になる。また、本実施形態における排気切替バルブ31の故障診断は、排気切替バルブ31などの開閉状態をシングルターボモードにおける開閉状態に保ったまま行えるため、運転に支障をきたすことなく、シングルターボモードで運転されている状態で常時行うことが出来る。
This makes it possible to perform failure diagnosis of the exhaust
また、本実施形態における、排気切替バルブ31の故障診断、吸気切替バルブ19の故障診断、吸気バイパスバルブ17の故障診断、及び吸気リードバルブ21の故障診断を、シングルターボモードにおいて、順次繰り返して行うことにより、排気切替バルブ31、吸気切替バルブ19、吸気バイパスバルブ17、及び吸気リードバルブ21のうち1つが故障した場合に、他の制御バルブが故障するまでに、かかる故障を発見することが出来る。
Further, the failure diagnosis of the exhaust
本実施形態では、大気圧センサ6で得られた大気圧P1、コンプレッサ出口側圧力センサ15で得られた第2コンプレッサ13b2の出口圧力P2、及びインマニ圧力センサ27で得られたインマニ圧力P3に基づいて、内燃機関1の異常判定、すなわちツインターボモードとシングルターボモードとを切り替えるために使用される吸気バイパスバルブ17、吸気切替バルブ19、吸気リードバルブ21、及び排気切替バルブ31の故障診断を行うことが可能になる。
In this embodiment, based on the atmospheric pressure P1 obtained by the atmospheric pressure sensor 6, the outlet pressure P2 of the second compressor 13b2 obtained by the compressor
なお、インマニ圧力センサ27は、過給機を搭載する内燃機関に通常備えられるものである。また、大気圧センサ6は、制御部5に通常内蔵されるものである。このため、本実施形態では、コンプレッサ出口側圧力センサ15を新たに追加するだけで、内燃機関1の異常判定を行うことが可能になるため、かかる異常判定のために装置を複雑にすることはない。特に、故障診断を行うバルブのそれぞれに開度センサを設けて、故障診断を行う形態に比べて、ワイヤーハーネスや回路を簡素化出来るメリットを有する。
The intake
また、それぞれの制御バルブについて、異なる条件下での出口圧力P2の挙動を確認することにより、故障したバルブの特定を行うことも可能になるため、故障に対する修理が容易に行えるメリットを有する。 Further, by checking the behavior of the outlet pressure P2 under different conditions for each control valve, it becomes possible to identify the failed valve, so that there is an advantage that repair for the failure can be easily performed.
1 内燃機関
5 制御部
6 大気圧センサ
11 エアクリーナ
12 エアフローメータ
13a、13b 第1、第2過給機
13a1、13b1 第1、第2タービン
13a2、13b2 第1、第2コンプレッサ
15 コンプレッサ出口側圧力センサ
17 吸気バイパスバルブ
19 吸気切替バルブ
21 吸気リードバルブ
23 インタークーラ
25 スロットルバルブ
27 インマニ圧力センサ
30 エンジン本体
31 排気切替バルブ
51 コンプレッサ入口側吸気通路
52 コンプレッサ出口側吸気通路
53 吸気バイパス通路
54 吸気リード通路
55 吸気マニホールド
71 排気マニホールド
72 タービン入口側排気通路
73 タービン出口側排気通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記第2過給機に連結された吸気通路に設けられた吸気切替バルブと、前記第2過給機に連結された排気通路に設けられた排気切替バルブと、前記第2過給機のコンプレッサの出口と前記第1過給機のコンプレッサの入口とを接続する吸気バイパス通路に設けられた吸気バイパスバルブとを有し、前記第1、第2過給機が過給に使用されるツインターボモードと前記第2過給機が前記過給に使用されず前記第1過給機が前記過給に使用されるシングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブと、
前記第2過給機のコンプレッサの下流であって前記吸気切替バルブの上流に設けられた、前記第2過給機のコンプレッサの出口圧力を検出するコンプレッサ出口側圧力センサとを備え、
前記シングルターボモードにおいては、前記排気切替バルブと前記吸気切替バルブは閉弁状態にされ、前記吸気バイパスバルブは開弁状態にされ、
前記シングルターボモードにおいて、前記制御バルブのうち少なくとも1つの制御バルブについて、開動作または閉動作の少なくとも一方を行わせた時の前記出口圧力に基づいて、または前記シングルターボモードにおける前記出口圧力と大気圧との関係と前記吸気切替バルブの下流圧力とに基づいて、前記制御バルブの1つについての故障診断が行われることを特徴とする内燃機関の故障診断装置。 First and second superchargers arranged in parallel;
An intake switching valve provided in an intake passage connected to the second supercharger, an exhaust switching valve provided in an exhaust passage connected to the second supercharger, and a compressor of the second supercharger And a turbocharger in which the first and second superchargers are used for supercharging. The twin turbocharger has an intake bypass valve provided in an intake bypass passage that connects an outlet of the compressor and an inlet of a compressor of the first supercharger. A control valve used to switch between a mode and a single turbo mode in which the second supercharger is not used for the supercharging and the first supercharger is used for the supercharging;
A compressor outlet-side pressure sensor for detecting an outlet pressure of the compressor of the second supercharger, which is provided downstream of the compressor of the second supercharger and upstream of the intake air switching valve;
In the single turbo mode, the exhaust switching valve and the intake switching valve are closed, and the intake bypass valve is opened.
In the single turbo mode, at least one of the control valves is based on the outlet pressure when at least one of the opening operation and the closing operation is performed, or the outlet pressure in the single turbo mode is large. A failure diagnosis apparatus for an internal combustion engine, wherein a failure diagnosis for one of the control valves is performed based on a relationship with an atmospheric pressure and a downstream pressure of the intake air switching valve.
前記シングルターボモードにおいて、前記吸気バイパスバルブが閉弁状態にする指示を受け且つ前記排気切替バルブが開弁状態にする指示を受けた後における前記出口圧力の挙動に基づいて、前記吸気リードバルブの故障診断が行われることを特徴とする請求項1に記載の故障診断装置。 The control valve has an intake reed valve provided in an intake reed passage communicating the upstream and downstream of the intake switching valve;
In the single turbo mode, based on the behavior of the outlet pressure after receiving an instruction to close the intake bypass valve and an instruction to open the exhaust switching valve, The failure diagnosis apparatus according to claim 1, wherein failure diagnosis is performed.
In the single turbo mode, failure diagnosis of the exhaust gas switching valve is performed based on the relationship between the outlet pressure and the atmospheric pressure and the relationship between the target value and the execution value of the downstream pressure of the intake air switching valve. A failure diagnosis device for an internal combustion engine characterized by the above.
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