JP2010151038A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、開度センサを使用しなくても、ウェイストゲートバルブの開度を容易に取得することを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０の排気通路１４には、ターボチャージャ２２の排気タービン２４をバイパスするバイパス通路２８と、バイパス通路２８を開，閉するウェイストゲートバルブ３０とを設ける。また、ウェイストゲートバルブ３０の下流側には、バルブの開弁時にバイパス通路２８から流出した排気ガスが接触する位置に排気温度センサ３６を設ける。そして、ＥＣＵ４０は、排気温度センサ３６の出力に基いてウェイストゲートバルブ３０の開度を推定し、その推定結果に応じてバルブの故障診断を行う。これにより、開度センサを使用しなくても、バルブ開度を容易に取得することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に好適に用いられる制御装置に関し、特に、ターボチャージャとウェイストゲートバルブとを備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００６−１４４６７１号公報）に開示されているように、ターボチャージャとウェイストゲートバルブとを備えた内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、ターボチャージャのコンプレッサの入口側において、吸入空気の温度または湿度を検出し、その検出結果に応じてウェイストゲートバルブの開度を制御する構成としている。これにより、従来技術では、運転時の環境に応じて空気過剰率や過給圧を適切に調整するようにしている。

特開２００６−１４４６７１号公報

ところで、上述した従来技術では、内燃機関の運転環境に応じてウェイストゲートバルブの開度を制御する構成としている。しかしながら、従来技術のシステム構成では、ウェイストゲートバルブが故障した場合に、これを検出することができないという問題がある。このため、従来技術では、ウェイストゲートバルブの故障により正常な制御が行われていない状態でも、これに気がつかずに内燃機関を運転し続ける虞れがある。

これに対し、例えばバルブの開度を検出する開度センサ等をシステムに搭載し、ウェイストゲートバルブの開度を監視することにより、故障を検出する構成も考えられる。しかし、この場合には、比較的高価な開度センサを使用することになるため、システムのコストアップを招くという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、開度センサを使用しなくても、ウェイストゲートバルブの開度を取得することができ、バルブの故障診断等を容易に実施することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

第１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボチャージャと、
前記排気タービンをバイパスする位置で前記排気通路に接続され、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を分流させるバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を開，閉することにより前記排気タービンを通過する排気ガスの流量を調整するウェイストゲートバルブと、
前記ウェイストゲートバルブが開弁したときに当該ウェイストゲートバルブを通過した排気ガスが接触する位置に設けられ、排気ガスの温度を検出する排気温度センサと、
前記排気温度センサの出力を用いて前記ウェイストゲートバルブのバルブ開度を推定するバルブ開度推定手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記バルブ開度推定手段は、前記排気温度センサの出力に基いて前記ウェイストゲートバルブの故障診断を行う構成としている。

第３の発明によると、前記バルブ開度推定手段は、前記ウェイストゲートバルブの開弁時に前記排気温度センサの出力に基いて取得した温度パラメータと、前記開弁時に得られるべき前記温度パラメータの目標値である判定パラメータとを比較し、当該比較結果に応じて前記バルブ開度を推定する構成としている。

第４の発明は、前記排気温度センサの位置を通過した排気ガスのエネルギに対応する投入エネルギを、前記排気温度センサの出力と排気流量とに基いて算出する投入エネルギ算出手段と、
前記ウェイストゲートバルブの開弁時に得られるべき前記投入エネルギの目標値を目標投入エネルギとして取得する目標投入エネルギ取得手段と、を備え、
前記温度パラメータは前記投入エネルギであり、前記判定パラメータは前記目標投入エネルギである構成としている。

第５の発明によると、前記投入エネルギ算出手段は、
前記排気温度センサの位置を通過した排気ガスの単位時間当りのエネルギを所定の積算時間にわたって積算するエネルギ積算手段と、
排気ガスの単位時間当りのエネルギに応じて前記積算時間を可変に設定する積算時間可変手段と、
を備える構成としている。

第６の発明によると、前記バルブ開度推定手段は、前記温度パラメータと前記判定パラメータとの偏差に応じて前記ウェイストゲートバルブの故障診断を行う構成としている。

第７の発明によると、前記バルブ開度推定手段は、前記温度パラメータと前記判定パラメータとの偏差が許容限度を超えた状態で所定の故障判定時間が経過したときに、前記ウェイストゲートバルブが故障したと診断する構成としている。

第１の発明によれば、ウェイストゲートバルブが開弁したときには、当該バルブを通過した排気ガスを排気温度センサに接触させることができる。このとき、排気温度センサに接触する排気ガスの量は、ウェイストゲートバルブのバルブ開度に応じて変化するから、センサ周辺の雰囲気温度はバルブ開度が反映されたものとなる。従って、バルブ開度推定手段は、排気温度センサの出力を用いてウェイストゲートバルブのバルブ開度を推定することができる。これにより、専用の開度センサ等を用いなくても、バルブ開度を制御パラメータとする各種の制御や、ウェイストゲートバルブの故障診断等を容易に行うことができる。

第２の発明によれば、ウェイストゲートバルブを開弁側に駆動しても、排気温度センサにより推定したバルブ開度が小さいときには、当該バルブが故障したと診断することができる。従って、バルブの故障時には、運転者等に故障を報知することができるから、適切な対処を促すことができ、システムの信頼性を高めることができる。また、故障診断用の排気温度センサは、ウェイストゲートバルブの下流側で排気通路に配置される。よって、排気温度を制御パラメータとする他の制御に対しても、排気温度センサを兼用することができる。これにより、システムの構造を簡略化し、コストダウンを図ることができる。

第３の発明によれば、ウェイストゲートバルブの開弁時には、実際のバルブ開度が排気温度として反映された温度パラメータを取得し、この温度パラメータを判定パラメータと比較することができる。これにより、判定パラメータに対応するバルブ開度を基準として、実際のバルブ開度を推定することができる。

第４の発明によれば、ウェイストゲートバルブの開弁時には、排気温度センサの出力と排気流量とに基いて、実際のバルブ開度が反映された投入エネルギを算出し、この投入エネルギを目標投入エネルギと比較することができる。これにより、目標投入エネルギに対応するバルブ開度を基準として、実際のバルブ開度を推定することができる。この場合、投入エネルギは、ある程度の時間にわたって排気ガスの熱エネルギを積算することにより算出される。このため、投入エネルギの算出時には、各種の外乱（例えば排気ガスの流れや排気温度の一時的な変動、センサ系統のノイズ等）が生じたとしても、この外乱が投入エネルギの積算値に与える影響を抑制することができる。つまり、バルブ開度の推定に投入エネルギを用いる構成とすれば、排気温度そのものを用いる場合と比較して、外乱に対するロバスト性を向上させることができ、推定処理の精度を高めることができる。

第５の発明によれば、排気ガスの熱エネルギを積算することにより投入エネルギを算出するときに、積算時間が足りない場合には、算出値にばらつきや誤差が生じ易くなる。一方、積算時間を必要以上に長くすれば、制御の応答性を無意味に悪化させることになる。これに対し、積算時間可変手段は、内燃機関の運転状態等に応じて積算時間を適切に設定することができる。従って、投入エネルギを必要最低限の時間で正確に算出することができる。

第６の発明によれば、ウェイストゲートバルブを開弁側に駆動しても、実際のバルブ開度が反映された投入エネルギと判定パラメータとの偏差が大きいときには、ウェイストゲートバルブが故障したと診断することができる。この場合、故障診断に投入エネルギを用いることにより、ロバスト性を向上させ、診断精度を高めることができる。

第７の発明によれば、バルブ開度推定手段は、温度パラメータが異常値となってから故障判定時間が経過したときに、ウェイストゲートバルブが故障したと診断することができる。これにより、例えばセンサ系統の誤差やノイズ、運転状態の急変等により温度パラメータが過渡的に異常値となった場合でも、誤診断を回避することができ、信頼性を高めることができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図８を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、ターボエンジンからなる内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、気筒内に吸入空気を吸込む吸気通路１２と、気筒から排出された排気ガスが流れる排気通路１４とを備えている。そして、内燃機関１０は、吸入空気と噴射燃料とを筒内で燃焼させ、排気通路１４から排気ガスを排出する。また、吸気通路１２には、吸気通路１２を開，閉することにより吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ１６と、吸入空気量を検出するエアフロメータ１８とが設けられている。一方、排気通路１４には、排気ガス中の未浄化成分を浄化する触媒２０が設けられている。

また、内燃機関１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ２２を備えている。ターボチャージャ２２は、触媒２０の上流側で排気通路１４に設けられた排気タービン２４と、吸気通路１２に設けられたコンプレッサ２６とを備えている。そして、ターボチャージャ２２は、排気タービン２４が排気圧を受けて回転すると、これに伴って回転するコンプレッサ２６が吸入空気を圧縮して気筒内に過給する。

さらに、内燃機関１０は、排気タービン２４をバイパス（迂回）する位置で排気通路１４に接続されたバイパス通路２８と、バイパス通路２８に設けられたウェイストゲートバルブ３０とを備えている。バイパス通路２８は、排気通路１４を流れる排気ガスの一部を分流させるものであり、排気タービン２４の上流側で排気通路１４から分岐し、排気タービン２４の下流側で排気通路１４に合流している。

ウェイストゲートバルブ３０は、後述のＥＣＵ４０により電磁駆動式のアクチュエータ（図示せず）等を介して駆動され、バイパス通路２８を開，閉するものである。ウェイストゲートバルブ３０によれば、そのバルブ開度に応じて排気通路１４を流れる排気ガスの一部をバイパス通路２８に分流させ、排気タービン２４を通過する排気ガスの流量（排気流量）を調整することができる。この場合、ウェイストゲートバルブ３０のバルブ開度は、ＥＣＵ４０により可変に設定されるもので、零（全閉位置）から最大開度までの範囲内で変化する。

さらに、本実施の形態のシステムは、回転センサ３２、水温センサ３４および排気温度センサ３６を含むセンサ系統と、内燃機関１０を運転制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０とを備えている。回転センサ３２は、内燃機関のクランク軸の回転に同期した信号を出力するもので、ＥＣＵ４０は、回転センサ３２の出力に基いて機関回転数を検出することができる。また、水温センサ３４は、内燃機関の冷却水温を検出し、その検出結果をＥＣＵ４０に出力する。排気温度センサ３６は、排気通路１４に設けられており、排気ガスの温度を検出するものであるが、その詳細については後述する。さらに、センサ系統には、前記エアフロメータ１８や、排気空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ等が含まれている。一方、内燃機関１０は、燃料噴射弁や点火プラグ、ウェイストゲートバルブ３０のアクチュエータ等を含む各種のアクチュエータを備えている。

そして、ＥＣＵ４０は、センサ系統により内燃機関の運転状態を検出しつつ、各アクチュエータを駆動することにより、内燃機関の運転状態を制御する。この運転制御には、ウェイストゲートバルブ３０の制御も含まれている。即ち、ＥＣＵ４０は、内燃機関の運転中にウェイストゲートバルブ３０を開，閉することにより、ターボチャージャ２２の過給圧や気筒内での空気過剰率等を運転状態に応じて適切に制御することができる。また、ＥＣＵ４０は、本実施の形態のバルブ開度推定手段を構成しており、上記運転制御には、後述の始動時バルブ制御とバルブ診断制御とが含まれている。

（本実施の形態の特徴）
次に、本実施の形態の特徴である排気タービン周辺の構造について説明する。まず、図２及び図３は、本発明の実施の形態１に適用されるターボチャージャ及びウェイストゲートバルブの一例を示す斜視図である。なお、図１は、システム構成を説明するために、ウェイストゲートバルブ３０をバイパス通路２８の途中に配置した模式図であり、図２及び図３は実際の配置例である。一方、図４及び図５は、図２及び図３の構造を模式的に示す説明図である。これらの図において、図２及び図４は、ウェイストゲートバルブが最大開度まで開いた状態を示している。また、図３及び図５は、ウェイストゲートバルブが中間開度まで開いた状態を示している。

上記各図に示すように、バイパス通路２８の流出口２８ａは、排気通路１４の伸張方向（図４中の矢印Ａ，Ｂ方向）に対して、排気タービン２４の流出口２４ａと並列に配置されている。そして、これらの流出口２４ａ，２８ａは、排気通路１４の下流側（即ち、流出口２４ａ，２８ａの下流側に配置された触媒２０）に向けて開口している。また、ウェイストゲートバルブ３０は、例えば板状のフラップ弁により構成され、バイパス通路２８の流出口２８ａを開，閉する位置に取付けられている。

一方、排気温度センサ３６は、図４に示すように、バイパス通路２８の流出口２８ａ（およびウェイストゲートバルブ３０）の下流側に配置されている。より詳しく述べると、排気温度センサ３６は、流出口２８ａから矢印Ｂ方向に流出した排気ガスが接触する位置、好ましくは、略円筒状をなす流出口２８ａの軸線上となる位置に設けられている。さらに言えば、排気温度センサ３６の位置は、後述の始動時バルブ制御によりウェイストゲートバルブ３０が最大開度まで開いたときに、当該バルブを通過した排気ガスが接触する位置としてもよい。そして、排気温度センサ３６は、流出口２８ａから流出した排気ガスの温度を検出し、その検出結果をＥＣＵ４０に出力する。これにより、ＥＣＵ４０は、後述するように、排気温度センサ３６の出力を用いてウェイストゲートバルブ３０のバルブ開度を推定することができる。

なお、流出口２８ａの開口端は、図４及び図５に示すように、流出口２８ａの軸線方向（矢印Ｂ方向）に対して斜めに傾斜させるのが好ましい。何故なら、本実施の形態では、始動時バルブ制御中にバイパス通路２８の排気流量を十分に確保するために、ウェイストゲートバルブ３０の最大開度を出来るだけ大きくしたいという要求がある。しかしながら、一般に、弁体が全閉位置から最大開度まで開くときの開弁量が９０°となるフラップ弁は、構造上の制約等により実現するのが難しい。これに対し、本実施の形態のように、流出口２８ａの開口端を傾斜させる構成とすれば、全閉位置から最大開度までの開弁量を９０°よりも小さくすることができ、このような開弁量をもつウェイストゲートバルブ３０を容易に実現することができる。

（始動時バルブ制御）
次に、ＥＣＵ４０による始動時バルブ制御について説明する。内燃機関の始動時には、排気熱により触媒２０を効率よく加熱し、触媒２０を出来るだけ早期に活性化させるのが好ましい。しかしながら、触媒２０の上流側には排気タービン２４が配置されているから、通常の排気経路では、排気タービン２４の位置で熱を奪われた排気ガスによって触媒２０を加熱することになり、暖機効率が低下する。

そこで、本実施の形態では、例えば図２及び図４に示すように、始動時にウェイストゲートバルブ３０を最大開度に保持し、多量の排気ガスをバイパス通路２８から触媒２０に直接供給する構成としている。これにより、排気タービン２４を迂回した高温の排気ガスを触媒２０に流入させることができ、触媒２０の暖機効率を向上させることができる。

（バルブ診断制御）
ウェイストゲートバルブ３０が故障している場合には、ＥＣＵ４０によりバルブ開度を最大化しようとしても、実際のバルブ開度が不足することがある。この場合には、始動時バルブ制御を実行しても、触媒２０の暖機が遅くなり、排気エミッションが悪化する虞れがある。そこで、ＥＣＵ４０は、前述した始動時バルブ制御を実行しつつ、ウェイストゲートバルブ３０の作動状態を診断するバルブ診断制御を行う構成としている。

バルブ診断制御では、排気温度センサ３６の出力を用いてウェイストゲートバルブ３０のバルブ開度を推定し、この推定結果に応じてウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行う。即ち、排気温度センサ３６の位置を通過する排気ガスの量（割合）は、ウェイストゲートバルブ３０のバルブ開度に応じて変化するので、センサ周囲の雰囲気温度もバルブ開度に応じて変化する。従って、排気温度とバルブ開度との間には相関関係があるので、排気温度に基いてバルブ開度を推定することができる。

以下、バルブ診断制御の具体的な内容について説明すると、まず、ＥＣＵ４０は、始動時バルブ制御の実行時、即ち、ウェイストゲートバルブ３０が最大開度まで開いているときに、排気温度センサ３６の出力に基いて投入エネルギＥ1を算出する。ここで、投入エネルギＥ1とは、排気温度センサ３６の出力（排気ガスの温度Ｔ）と、排気流量（≒エアフロメータ１８により検出した吸入空気量Ｇa）とに基いて、下記（１）式により算出される温度パラメータである。

Ｅ1＝∫(Ｇa×Ｔ)ｄt ・・・（１）

即ち、投入エネルギＥ1は、吸入空気量Ｇaと排気温度Ｔとの積を始動の開始時点から積算したものである。換言すれば、投入エネルギＥ1は、排気温度センサ３６の位置を通過した排気ガスの熱エネルギ（以下、排気エネルギと称す）の総量に対応している。

次に、ＥＣＵ４０は、ウェイストゲートバルブ３０が正常に開弁している場合に得られるべき投入エネルギの目標値である目標投入エネルギＥ2を取得する。この目標投入エネルギＥ2は、投入エネルギＥ1と比較するための判定パラメータとして機能する。図６は、始動開始から経過した時間と目標投入エネルギとの関係を示す特性線図である。この図中には、例えば水温Ｔwの具体値Ｔw1，Ｔw2，Ｔw3に応じて、それぞれ異なる３本の特性線が示されている。

図６に示すように、目標投入エネルギＥ2は、水温センサ３４により検出した水温Ｔwと、始動開始から経過した時間ｔとの関数ｆ(Ｔw,ｔ)として得ることができ、この関数ｆ(Ｔw,ｔ)は、例えば２次元のマップデータや関数式としてＥＣＵ４０に予め記憶されている。よって、ＥＣＵ４０は、下記（２）式により目標投入エネルギＥ2を取得することができる。なお、下記（２）式中のαは、投入エネルギＥ1と目標投入エネルギＥ2とのゲインを合わせるための係数である。

Ｅ2＝ｆ(Ｔw,ｔ)×α ・・・（２）

そして、ＥＣＵ４０は、投入エネルギＥ1と目標投入エネルギＥ2とを比較することにより、当該比較結果に応じてバルブ開度を推定する。具体的には、投入エネルギＥ1と目標投入エネルギＥ2との偏差（＝｜Ｅ1−Ｅ2｜）が所定の判定値を超えているか否かを判定する。この判定が不成立のときには、ウェイストゲートバルブ３０が所定のバルブ開度（最大開度）で開弁していると推定し、当該バルブの作動状態が正常であると診断する。

つまり、ウェイストゲートバルブ３０が正常に開弁している状態では、図４中の矢印Ｂに示すように、バイパス通路２８から流出した排気ガスの大部分が排気温度センサ３６の位置を通過する。この結果、実測された投入エネルギＥ1は、目標投入エネルギＥ2とほぼ一致することになり、両者の偏差は前記判定値以下の小さな値となる。なお、判定値は、エネルギＥ1，Ｅ2の算出誤差等により誤判定が生じない程度の大きさに設定されている。

一方、前記判定が成立したときには、正常なバルブ開度ではないと推定し、ウェイストゲートバルブ３０が故障していると診断する。即ち、ウェイストゲートバルブ３０が故障した場合には、例えば図５中の矢印Ｂ′に示すように、バイパス通路２８から流出した排気ガスの少なくとも一部が排気温度センサ３６と接触せずに流通するようになる。この結果、排気温度センサ３６により検出される温度Ｔが低下するので、投入エネルギＥ1は、目標投入エネルギＥ2よりも小さくなり、両者の偏差は前記判定値よりも増大する。従って、投入エネルギＥ1と目標投入エネルギＥ2とを比較することにより、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うことができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図７は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるバルブ診断制御のフロチャートである。図７に示すルーチンでは、まず、内燃機関の始動時であるか否かを判定し（ステップ１００）、始動時にのみステップ１０２に移行する。次に、ステップ１０２では、前述した方法により投入エネルギＥ1を算出する。この場合、投入エネルギＥ1の算出に用いる前記（１）式の積算処理は、始動開始からの経過時間が所定の積算時間t0に達するまで継続される（ステップ１０４）。

ここで、前記（１）式の積算処理では、排気温度センサ３６の位置を通過した排気ガスの単位時間当りのエネルギ（Ｇa×Ｔ）を積算し、投入エネルギＥ1を算出する。しかし、積算処理の実行時間が短い場合には、投入エネルギＥ1の算出値にばらつきや誤差が生じ易くなり、診断精度が低下する。このため、ステップ１０４では、投入エネルギＥ1を正確に算出するのに必要な最低限の時間を積算時間t0として設定し、この積算時間t0の間にわたって前記（１）式の積算処理を継続する。

また、図８は、単位時間当りの排気エネルギと積算時間との関係を示す特性線図である。この特性データはＥＣＵ４０に予め記憶されている。投入エネルギＥ1は、単位時間当りの排気エネルギ（Ｇa×Ｔ）が増大するほど、短い積算時間でも十分な大きさに到達する。即ち、単位時間当りの排気エネルギが大きくなるにつれて、投入エネルギＥ1を短時間で正確に算出することが可能となる。

このため、本実施の形態では、図８に示すように、単位時間当りの排気エネルギ（Ｇa×Ｔ）が増大するにつれて、積算時間t0を短くする構成としている。即ち、ステップ１０４では、まず、単位時間当りの排気エネルギ（Ｇa×Ｔ）に応じて、図８の特性データから積算時間t0を可変に設定する。そして、前記積算処理の実行時間が積算時間t0を越えた時点で、投入エネルギＥ1の算出を終了し、ステップ１０６に移行する。

次に、ステップ１０６では、まず、前述した方法により目標投入エネルギＥ2を取得する。そして、投入エネルギＥ1と目標投入エネルギＥ2との偏差が前記判定値（許容限度）を超えているか否かを判定する。ステップ１０６の判定成立時には、偏差が許容限度を超えた異常な状態となっているから、この異常な状態が所定の故障判定時間にわたって継続しているか否かを判定する（ステップ１０８）。そして、ステップ１０８の判定成立時には、ウェイストゲートバルブ３０の故障によりバルブ開度の異常が生じていると診断する（ステップ１１０）。

一方、ステップ１０６，１０８の何れかにおいて、判定が不成立のときには、投入エネルギＥ1と目標投入エネルギＥ2との偏差が許容限度に収まっているか、またはノイズ等の外乱によりステップ１０６の判定が一時的に成立したものと判断される。そこで、これらの場合には、ウェイストゲートバルブ３０のバルブ開度が正常であると診断する（ステップ１１２）。

以上、詳述したように、本実施の形態によれば、ウェイストゲートバルブ３０が開弁したときには、当該バルブを通過した排気ガスを排気温度センサ３６に接触させることができる。このとき、排気温度センサ３６に接触する排気ガスの量は、ウェイストゲートバルブ３０のバルブ開度に応じて変化するから、センサ周辺の雰囲気温度はバルブ開度が反映されたものとなる。従って、ＥＣＵ４０は、排気温度センサ３６の出力を用いてウェイストゲートバルブ３０のバルブ開度を推定することができる。これにより、専用の開度センサ等を用いなくても、バルブ開度を制御パラメータとする各種の制御や、ウェイストゲートバルブの故障診断等を容易に行うことができる。

また、上記故障診断では、排気温度センサ３６の出力と排気流量とに基いて、実際のバルブ開度が反映された投入エネルギＥ1を算出し、この投入エネルギＥ1を目標投入エネルギＥ2と比較することができる。これにより、目標投入エネルギＥ2に対応するバルブ開度を基準として、実際のバルブ開度を推定することができる。そして、ウェイストゲートバルブ３０を開弁側に駆動しても、実際のバルブ開度（投入エネルギＥ1）と目標投入エネルギＥ2との偏差が大きいときには、当該バルブが故障したと診断することができる。従って、バルブの故障時には、運転者等に故障を報知することができるから、適切な対処を促すことができ、システムの信頼性を高めることができる。しかも、本実施の形態によれば、排気温度を制御パラメータとする他の制御に対しても、故障診断用の排気温度センサ３６を兼用することができるので、システムの構造を簡略化し、コストダウンを図ることができる。

また、投入エネルギＥ1は、ある程度の時間にわたって排気ガスの熱エネルギを積算することにより算出される。このため、投入エネルギの算出時には、各種の外乱（例えば排気ガスの流れや排気温度の一時的な変動、センサ系統のノイズ等）が生じたとしても、この外乱が投入エネルギＥ1の積算値に与える影響を抑制することができる。つまり、バルブ開度の推定に投入エネルギＥ1を用いる構成とすれば、排気温度そのものを用いる場合と比較して、外乱に対するロバスト性を向上させることができ、推定処理の精度を高めることができる。

また、投入エネルギＥ1を算出するときに、積算時間t0が足りない場合には、算出値にばらつきや誤差が生じ易くなる。一方、積算時間t0を必要以上に長くすれば、制御の応答性を無意味に悪化させることになる。これに対し、本実施の形態では、単位時間当りの排気エネルギ（Ｇa×Ｔ）が大きいほど、積算時間t0を短く設定しているので、内燃機関の運転状態等に応じて積算時間t0を適切に設定することができる。従って、投入エネルギＥ1を必要最低限の時間で正確に算出することができる。

さらに、本実施の形態では、図８中のステップ１０８に示すように、偏差が異常値となってから故障判定時間が経過したときに、ウェイストゲートバルブが故障したと診断することができる。これにより、例えばセンサ系統の誤差やノイズ、運転状態の急変等により投入エネルギＥ1が過渡的に異常値となった場合でも、誤診断を回避することができ、信頼性を高めることができる。

実施の形態２．
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、前記実施の形態１とほぼ同様の構成（図１乃至図５）を採用している。しかし、本実施の形態では、実施の形態１の内容に加えて、バルブ診断制御以外の用途でもウェイストゲートバルブのバルブ開度を推定する構成としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態２の特徴］
本実施の形態では、ウェイストゲートバルブ３０のバルブ開度が零から最大開度までの範囲で任意の開度に制御されるときに、排気温度センサ３６の出力に基いてバルブ開度を推定的に検出する制御（バルブ開度検出制御）を実行する。図９は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行されるバルブ開度検出制御のフロチャートである。図９に示すルーチンは、実施の形態１の始動時バルブ制御とバルブ診断制御とが終了した後に実行される。以下、図９を参照しつつ、バルブ開度検出制御について説明する。

まず、ＥＣＵ４０は、内燃機関の機関回転数、負荷率、水温Ｔw及び目標バルブ開度θaを取得する（ステップ２００）。ここで、負荷率は、一般的に知られているように、機関回転数、吸入空気量等に基いて算出される。また、目標バルブ開度θaとは、任意の制御によりウェイストゲートバルブ３０のバルブ開度が増減されるときに、当該制御によりバルブ開度の目標値として設定されるものである。

次に、ステップ２０２では、前記機関回転数、負荷率、水温Ｔw及び目標バルブ開度θaをパラメータとして、ＥＣＵ４０に予め記憶されたマップデータ（図示せず）を参照することにより、目標排気温度Ｔaを算出する。目標排気温度Ｔaとは、ステップ２００で取得した各種のパラメータに対応する特定の運転状態において、排気温度センサ３６により検出されるべき排気温度である。即ち、排気温度は、少なくとも機関回転数、負荷率、水温Ｔw及び目標バルブ開度θaの値に応じて変化する。従って、前記マップデータは、これらのパラメータの組合わせに応じて目標排気温度Ｔaを決定することが可能な多次元のマップデータとなっている。

次に、ステップ２０４では、排気温度センサ３６により実際の排気温度Ｔを検出し、ステップ２０６では、この実排気温度Ｔと目標排気温度Ｔaとの偏差である排気温度偏差ΔＴ（＝Ｔ−Ｔa）を算出する。ここで、ウェイストゲートバルブ３０の実際のバルブ開度θと、目標バルブ開度θaとの偏差をバルブ開度偏差Δθ（＝θ−θa）とした場合に、本願発明者は、排気温度偏差ΔＴとバルブ開度偏差Δθとの間に相関関係があることを見出した。図１０は、本発明の実施の形態２において、排気温度偏差とバルブ開度偏差との関係を示す特性線図である。この特性線図は、マップデータや関数式としてＥＣＵ４０に予め記憶されている。

そこで、ステップ２０８では、図１０に示すマップデータを参照することにより、排気温度偏差ΔＴに基いてバルブ開度偏差Δθを取得する。そして、ステップ２１０では、バルブ開度偏差Δθと目標バルブ開度θaとに基いて、現在のバルブ開度θ（＝Δθ＋θa）を算出する。このように、本実施の形態によれば、ウェイストゲートバルブ３０のバルブ開度を検出する開度センサ等を用いなくても、排気温度センサ３６の出力に基いて任意のバルブ開度θを推定的に検出することができる。

なお、前記実施の形態では、図７中のステップ１０２が投入エネルギ算出手段の具体例を示し、図６の特性線図が目標投入エネルギ取得手段の具体例を示している。また、図７中のステップ１０４がエネルギ積算手段の具体例を示し、図８の特性線図が積算時間可変手段の具体例を示している。

また、実施の形態では、フラップ弁からなるウェイストゲートバルブ３０を、バイパス通路２８の流出側開口端である流出口２８ａに取付ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、ウェイストゲートバルブをバタフライ弁等により構成し、これをバイパス通路２８の途中に設ける構成としてもよい。

また、実施の形態１では、温度パラメータとして投入エネルギを用い、判定パラメータとして目標投入エネルギを用いる構成とした。しかし、本発明は、これらのエネルギ以外の物理量を温度パラメータや判定パラメータとして用いる構成としてもよい。具体例を挙げれば、温度パラメータとして排気温度センサ３６により検出した排気温度をそのまま使用し、判定パラメータとして排気温度の目標値（目標温度）を用いることにより、前記排気温度と目標温度とを比較してバルブ開度を推定する構成としてもよい。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 本発明の実施の形態１に適用されるターボチャージャ及びウェイストゲートバルブの一例を示す斜視図である。 ウェイストゲートバルブが中間開度まで開いた状態を示す斜視図である。 図２の状態を模式的に示す説明図である。 図３の状態を模式的に示す説明図である。 始動開始から経過した時間と目標投入エネルギとの関係を示す特性線図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるバルブ診断制御のフロチャートである。 単位時間当りの排気エネルギと積算時間との関係を示す特性線図である。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行されるバルブ開度検出制御のフロチャートである。 本発明の実施の形態２において、排気温度偏差とバルブ開度偏差との関係を示す特性線図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ スロットルバルブ
１８ エアフロメータ
２０ 触媒
２２ ターボチャージャ
２４ 排気タービン
２６ コンプレッサ
２８ バイパス通路
２４ａ，２８ａ 流出口
３０ ウェイストゲートバルブ
３２ 回転センサ
３４ 水温センサ
３６ 排気温度センサ
４０ ＥＣＵ（バルブ開度推定手段）
Ｅ1 投入エネルギ（温度パラメータ）
Ｅ2 目標投入エネルギ（判定パラメータ）
t0 積算時間

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボチャージャと、
   前記排気タービンをバイパスする位置で前記排気通路に接続され、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を分流させるバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を開，閉することにより前記排気タービンを通過する排気ガスの流量を調整するウェイストゲートバルブと、
   前記ウェイストゲートバルブが開弁したときに当該ウェイストゲートバルブを通過した排気ガスが接触する位置に設けられ、排気ガスの温度を検出する排気温度センサと、
   前記排気温度センサの出力を用いて前記ウェイストゲートバルブのバルブ開度を推定するバルブ開度推定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記バルブ開度推定手段は、前記排気温度センサの出力に基いて前記ウェイストゲートバルブの故障診断を行う構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記バルブ開度推定手段は、前記ウェイストゲートバルブの開弁時に前記排気温度センサの出力に基いて取得した温度パラメータと、前記開弁時に得られるべき前記温度パラメータの目標値である判定パラメータとを比較し、当該比較結果に応じて前記バルブ開度を推定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記排気温度センサの位置を通過した排気ガスのエネルギに対応する投入エネルギを、前記排気温度センサの出力と排気流量とに基いて算出する投入エネルギ算出手段と、
   前記ウェイストゲートバルブの開弁時に得られるべき前記投入エネルギの目標値を目標投入エネルギとして取得する目標投入エネルギ取得手段と、を備え、
   前記温度パラメータは前記投入エネルギであり、前記判定パラメータは前記目標投入エネルギである請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記投入エネルギ算出手段は、
   前記排気温度センサの位置を通過した排気ガスの単位時間当りのエネルギを所定の積算時間にわたって積算するエネルギ積算手段と、
   排気ガスの単位時間当りのエネルギに応じて前記積算時間を可変に設定する積算時間可変手段と、
   を備えてなる請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記バルブ開度推定手段は、前記温度パラメータと前記判定パラメータとの偏差に応じて前記ウェイストゲートバルブの故障診断を行う構成としてなる請求項３乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記バルブ開度推定手段は、前記温度パラメータと前記判定パラメータとの偏差が許容限度を超えた状態で所定の故障判定時間が経過したときに、前記ウェイストゲートバルブが故障したと診断する構成としてなる請求項３乃至６のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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