JP2011190778A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、簡単な構成でウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）の開度や故障を検出することを目的とする。
【解決手段】エンジン１０は、過給圧を制御するためのＷＧＶ３０と、ＷＧＶ３０の下流側で排気温を検出する排気温センサ３８とを備える。排気温センサ３８は、ＷＧＶ３０の開度が大きくなるほど、排気温の検出値が増大する位置に配置する。ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３０の開度が特定の開度となるように制御した状態で、排気温センサ３８の検出値を前記特定の開度に対応する判定値と比較し、ＷＧＶ３０の故障を検出する。これにより、ＷＧＶ用の開度センサ等を搭載しなくても、排気温の検出値に基いてＷＧＶ３０の開度や故障の有無を容易に検出することができる。従って、システムのコストアップを抑制しつつ、信頼性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、過給圧を制御するウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）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２００９−２８７４０９号公報）に開示されているように、ＷＧＶ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、ＷＧＶの下流側に排気温センサを設け、このセンサにより排気ガスの温度（排気温）を検出する構成としている。そして、排気温が過度に上昇した場合には、制御により排気温を低下させ、部品の過熱等を防止するようにしている。また、従来技術では、排気温センサの劣化診断を行う構成としている。具体的には、まず、アイドル状態でＷＧＶを開弁させることにより、排気温センサの周囲に排気ガスを流通させる。そして、この状態で検出した実際の排気温と、実験等により予め求めておいたアイドル状態での排気温とを比較することにより、センサが劣化しているか否かを診断する。
特開２００９−２８７４０９号公報
ところで、上述した従来技術では、ＷＧＶを開弁させた状態で、排気温センサの劣化診断を行う構成としている。しかしながら、従来技術では、ＷＧＶに故障が生じることを想定していない上に、ＷＧＶに故障が生じた場合には、排気温センサの劣化診断も実行不能となるため、ＷＧＶを含めてシステムの故障診断機能に改善の余地があった。
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、簡単な構成によってＷＧＶの故障を確実に検出することができ、コストアップを抑制しつつ、信頼性を向上させ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タービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機と、
前記過給機のタービンをバイパスして流れる排気ガスの量を調整することが可能な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の開度を制御するバルブ制御手段と、
前記ウェイストゲートバルブの下流側で排気温を検出するセンサであって、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きくなるほど、前記排気温の検出値が増大する位置に配置された排気温センサと、
前記バルブ制御手段により前記ウェイストゲートバルブが特定の開度となるように制御した状態で、前記排気温センサの検出値に基いて前記ウェイストゲートバルブの故障を検出する故障検出手段と、
を備えることを特徴とする。
第２の発明は、前記ウェイストゲートバルブの開度が全閉近傍となるように制御した状態で、前記排気温センサの検出値を全閉時検出値として取得する第１の検出値取得手段と、
前記ウェイストゲートバルブの開度が全開近傍となるように制御した状態で、前記排気温センサの検出値を全開時検出値として取得する第２の検出値取得手段と、を備え、
前記故障検出手段は、少なくとも前記全閉時検出値と前記全開時検出値とに基いて前記故障の検出を行う構成としている。
第３の発明によると、前記故障検出手段は、
前記ウェイストゲートバルブの開度が全閉近傍である場合に得られるべき所定の検出値である全閉時基準値と、前記全閉時検出値とに基いて前記ウェイストゲートバルブの閉弁動作が正常であるか否かを判定する閉弁動作判定手段と、
前記閉弁動作判定手段により前記閉弁動作が正常であると判定された後に、前記全閉時検出値と前記全開時検出値との差分に基いて前記ウェイストゲートバルブの開弁動作が正常であるか否かを判定する開弁動作判定手段と、
を備える構成としている。
第４の発明は、内燃機関の運転状態に基いて前記全閉時基準値を可変に設定する基準値設定手段を備える構成としている。
第５の発明は、内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段により検出した筒内圧に基いて前記排気温センサの検出値を補正する補正手段と、
を備える構成としている。
第６の発明は、内燃機関の運転状態が前記故障の検出を行うのに適した状態であるか否かを判定する運転状態判定手段を備える構成としている。
第１の発明によれば、排気温センサの配置を工夫することにより、その検出値をＷＧＶの開度に応じて増大させることができる。これにより、ＷＧＶの開度と排気温センサの検出値との間に所定の関係を設定することができるので、この関係をデータとして保持することにより、排気温センサの検出値に基いてＷＧＶの開度を検出することができる。従って、故障検出手段は、ＷＧＶが特定の開度となるように制御した状態で、例えば排気温センサの検出値を前記特定の開度に対応する判定値と比較することにより、ＷＧＶの故障を容易に検出することができる。これにより、ＷＧＶ用の開度センサ等が不要となるので、システムのコストアップを抑制しつつ、信頼性を向上させることができる。
第２の発明によれば、故障検出手段は、全閉及び全開からなる２つの開度の検出値に基いて故障を検出することができ、故障の検出精度を高めることができる。特に、固着等の故障が発生し易い全閉及び全開という開度での故障検出を重点的に行うことができる。また、ＷＧＶの作動範囲の両端で取得した検出値を用いることにより、任意の中間開度で発生した故障の情報を検出値に反映させることができ、作動範囲全体の故障を高感度に検出することができる。
第３の発明によれば、閉弁動作判定手段は、ＷＧＶの閉弁動作が正常であるか否かを判定することができる。また、開弁動作判定手段は、ＷＧＶの開弁動作が正常であるか否かを判定することができる。従って、ＷＧＶの閉弁異常（開故障）と開弁異常（閉故障）とをそれぞれ識別可能な状態で検出することができる。これにより、故障の情報を詳細に得ることができ、例えば故障の種類に応じて適切な対策を行うことができる。
第４の発明によれば、基準値設定手段は、内燃機関の運転状態に基いて全閉時基準値を適切な値に設定することができる。これにより、運転状態の変化による故障の誤検出等を防止することができる。
第５の発明によれば、補正手段は、排気温センサの検出値に誤差が生じた場合でも、筒内圧に基いて誤差を補正することができ、検出値の精度を高めることができる。従って、故障の誤検出等を防止し、故障時の制御を正確に行うことができる。
第６の発明によれば、運転状態判定手段は、内燃機関の運転状態が故障検出に適した状態であるか否かを判定することができる。これにより、故障検出に適した運転状態が実現されている場合にのみ、故障検出手段を作動させることができ、故障検出を安定的に行うことができる。
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。 過給機、ウェイストゲートバルブ、排気温センサ等の配置を示す排気系統の外観図である。 ウェイストゲートバルブの開度と排気温センサの検出値との関係を示す特性線図である。 エンジン回転数及び負荷に基いて全閉時基準値を設定するためのマップデータである。 車速に基いて全閉時基準値を設定するためのマップデータである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。 本発明の実施の形態２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２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。 ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。 ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。 本発明の実施の形態３において、全開時検出値に基いてウェイストゲートバルブの故障時開度を検出するためのマップデータである。 本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図６を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。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。なお、図１は、全体構成を説明し易いように模式的に示したものであり、後述のＷＧＶ３０、排気温センサ３８等の位置関係は、必ずしも正確ではない。
本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えており、エンジン１０の各気筒には、燃料噴射弁、吸気バルブ、排気バルブ（何れも図示せず）等がそれぞれ設けられている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１２と、各気筒から排気ガスを排出する排気通路１４とを備えている。吸気通路１２には、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、インタークーラ１８とが設けられており、排気通路１４には、排気ガスを浄化する触媒２０が設けられている。
また、エンジン１０には、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機２２が搭載されており、過給機２２は、排気通路１４に設けられたタービン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。過給機２２の作動時には、タービン２４が排気圧を受けて回転することによりコンプレッサ２６を駆動し、これによりコンプレッサ２６は、吸入空気を高い圧力（過給圧）に圧縮した状態で各気筒に過給する。また、エンジン１０は、タービン２４をバイパスするように排気通路１４に設けられたバイパス通路２８と、バイパス通路２８を流れる排気ガスの量を調整するウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）３０とを備えている。なお、吸気通路１２には、コンプレッサ２６をバイパスして吸入空気を流通させる電磁駆動式のエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）３２が設けられている。
また、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ３４、吸気圧センサ３６、排気温センサ３８、車速センサ４０等を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。クランク角センサ３４は、エンジン１０のクランク軸の回転に同期した信号を出力するもので、ＥＣＵ５０は、この出力に基いてエンジン回転数及びクランク角を検出することができる。吸気圧センサ３６は、吸入空気の圧力を吸気圧（または過給圧）として検出するもので、ＥＣＵ５０は、この吸気圧に基いてエンジン１０の吸入空気量を算出し、また過給機２２の作動状態を検出することができる。なお、吸入空気量は、エアフローセンサ等の流量検出装置により検出してもよい。また、排気温センサ３８は、ＷＧＶ３０の下流側で排気温を検出するもので、その詳細については後述する。さらに、車速センサ４０は、エンジン１０が搭載された車両の走行速度を車速Ｓとして検出する。
また、センサ系統には、前述したセンサ３４〜４０に加えて、車両やエンジンの制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ１６、ＷＧＶ３０、ＡＢＶ３２、燃料噴射弁等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
そして、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転情報をセンサ系統により検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ３４の出力に基いてエンジン回転数ＮＥとクランク角とを検出し、吸気圧センサ３６の出力に基いて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数ＮＥ等に基いてエンジンの負荷（負荷率）ＫＬを算出し、クランク角の検出値に基いて燃料噴射時期等を決定する。そして、吸入空気量、負荷ＫＬ等に基いて燃料噴射量を算出し、前記燃料噴射時期が到来したときに燃料噴射弁を駆動する。また、ＥＣＵ５０は、例えば排気温、吸気圧（過給圧）等に基いてＷＧＶ３０を駆動し、過給圧を適切な範囲に制御する過給圧制御を実行する。
[実施の形態１の特徴]
次に、図２及び図３を参照しつつ、本実施の形態における排気温センサ３８の配置及び出力特性について説明する。まず、図２は、過給機、ウェイストゲートバルブ、排気温センサ等の配置を示す排気系統の外観図である。なお、図２では、過給機２２のうちタービン２４側の部位だけを図示している。この図に示すように、過給機２２、バイパス通路２８及びＷＧＶ３０は、一体型のユニットとして組立てられている。
ＷＧＶ３０は、例えばバイパス通路２８の開口端に揺動可能に配置された板状の弁体と、この弁体を駆動するアクチュエータ（図示せず）とを備えており、ＥＣＵ５０からアクチュエータに入力される制御信号に応じて開度が制御される。この制御により、ＷＧＶ３０の開度は、バイパス通路２８を閉塞する全閉位置と、バイパス通路２８をほぼ完全に開通させる全開位置との間で変化する。そして、過給圧制御では、ＷＧＶ３０の開度を大きくするほど、バイパス通路２８を流れる排気ガスの量が増大するので、タービン２４を駆動する排気圧が低下し、吸入空気の過給圧が低下する構成となっている。なお、ＷＧＶ３０のアクチュエータとしては、例えば電磁駆動式のソレノイドや、電動式、機械式、油圧式または空圧式のモータ等が用いられる。また、図２に示す一例では、ＷＧＶ３０がバイパス通路２８の開口端から４５°程度の角度をもって斜めに離間した状態が全開位置となるように設定されている。
一方、排気温センサ３８は、例えばサーミスタ素子を用いた一般的な温度センサにより構成されており、ＷＧＶ３０の下流側で排気通路１４の壁面に取付けられている。排気温センサ３８の出力は、排気温の変化に対して正または負の相関をもって変化する。ＥＣＵ５０には、これらの相関をデータ化した温度変換マップが予め記憶されている。従って、ＥＣＵ５０は、排気温センサ３８の出力に基いて温度変換マップを参照することにより、センサの出力を温度の検出値に変換し、排気温を検出することができる。
また、本実施の形態では、例えばＷＧＶ３０の開度が大きくなるにつれて、排気温センサ３８と接触する排気ガスの量が増大するように、センサの取付位置が予め調整されている。この結果、排気温センサ３８による排気温の検出値は、図３に示すように、ＷＧＶ３０の開度に応じて増大する構成となっている。図３は、ウェイストゲートバルブの開度と排気温センサの検出値との関係を示す特性線図である。この図に示すデータは、ＷＧＶ３０の開度が大きくなるほど、排気温センサ３８の検出値が増大する様子を示している。上述した取付位置では、ＷＧＶ３０の開度が大きくなるほど、多量の排気ガスから排気温センサ３８に熱が伝わるようになるので、図３に示す特性を実現することができる。
また、図３に示す特性は、エンジンの運転領域毎に異なるので、ＥＣＵ５０には、各運転領域における特性がマップデータ等として予め記憶されている。従って、ＥＣＵ５０は、例えばエンジンの運転情報に基いて運転領域を特定し、この運転領域と、排気温センサ３８の検出値とに基いて前記マップデータを参照することにより、ＷＧＶ３０の開度を検出することができる。一方、排気温センサ３８の検出値は、実際の排気温によっても変化する。このため、ＥＣＵ５０には、例えば排気温センサ３８の検出値をＷＧＶ３０の開度に応じて補正するための補正マップが予め記憶されている。これにより、ＥＣＵ５０は、センサの検出値をＷＧＶ３０の開度に応じて補正し、正確な排気温を得ることができる。
また、上述した検出処理を正確に行うためには、ＷＧＶ３０及び排気温センサ３８が正常に作動していることが前提となる。このため、ＥＣＵ５０は、排気温センサ３８の短絡、断線等を検出する故障診断機能を備えている。この故障診断機能は、例えばＥＣＵの自己診断機能（OBD：On-board diagnostics）の一部として一般的に知られているものである。また、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３０の故障を検出するために、以下に述べる故障検出制御を実行する。
［ＷＧＶの故障検出制御］
（実行条件）
まず、故障検出制御の実行条件について説明する。本実施の形態では、下記の条件（１）〜（４）が全て成立する場合に、故障検出制御を実行する構成としている。
（１）エンジン回転数ＮＥが、低回転領域に対応する所定の範囲αNE〜βNE内である（αNE＜ＮＥ＜βNE）。
（２）エンジン負荷ＫＬが、低負荷領域に対応する所定の範囲αKL〜βKL内である（αKL＜ＫＬ＜βKL）。
（３）車速Ｓが、低車速状態に対応する所定の範囲αs〜βs内である（αs＜Ｓ＜βs）。
（４）排気温センサ３８に断線等の故障が生じていない。
これらの条件は、エンジン及び車両の運転状態が故障検出制御を行うのに適した状態であるか否かを判定するものである。また、上記の条件（１）〜（３）は、低回転、低負荷及び一定車速（停車を含む）で、かつ過給領域外となる所定の定常運転領域を規定するための条件である。この定常運転領域では、ＷＧＶ３０の開度と排気温センサ３８の検出値とが図３に示す特性を満たすように、両者を対応させることができる。また、各条件の判定値αNE，βNE，αKL，βKL，αs，βsは、実験等により容易に求められるもので、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。さらに、上記の条件（４）は、ＥＣＵ５０の故障診断機能により判定される。
なお、これらの条件（１）〜（４）は、本実施の形態に示す一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。また、以下の説明では、条件（１）〜（４）をまとめて「故障検出制御の実行条件」と称するものとする。従って、故障検出制御の実行条件は、条件（１）〜（４）が全て満たされた場合に成立し、何れかの条件が満たされない場合には不成立となる。この実行条件を設定することにより、前述の定常運転領域だけで故障検出制御を安定的に行うことができる。そして、故障検出制御では、上記実行条件が成立した場合に、まず、ＷＧＶ３０が特定の開度となるように制御する。そして、この状態で、排気温センサ３８の検出値を前記特定の開度に対応する所定の判定値Ａ，Ｂと比較することにより、ＷＧＶ３０の故障を検出する。故障検出制御には、以下に述べる閉弁動作判定処理と、開弁動作判定処理とが含まれている。
（閉弁動作判定処理）
閉弁動作判定処理は、ＷＧＶ３０が正常に全閉するか否かを判定するものである。この判定処理では、まず、ＷＧＶ３０に対して全閉用の制御信号を出力し、ＷＧＶ３０の開度が前記特定の開度である全閉近傍となるように制御する。そして、この状態における排気温センサ３８の検出値を全閉時検出値ethtcclとして読込む。また、後述の方法により全閉時基準値kthtcgalを設定し、全閉時検出値と全閉時基準値との差分（｜ethtccl−kthtcgal｜）を絶対値として算出する。ここで、全閉時基準値kthtcgalとは、ＷＧＶ３０の開度が全閉近傍である場合に、排気温センサ３８の出力に基いて得られるべき所定の検出値であり、実験等により容易に求めることができる。また、「全閉近傍」という用語は、ＷＧＶ３０の開度が零となる真の全閉位置と、全閉位置の近傍であっても排気温センサ３８の検出値からみて実質的に全閉位置とみなされる微小な開度とを含むものとする。
全閉時基準値kthtcgalは、前記実行条件が成立する定常運転領域においても、エンジンや車両の運転状態に応じて変化する。このため、ＥＣＵ５０には、図４に示すマップデータが予め記憶されている。図４は、エンジン回転数及び負荷に基いて全閉時基準値を設定するためのマップデータである。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数ＮＥと負荷ＫＬとに基いて、図４のマップデータを参照することにより、全閉時基準値kthtcgalを適切な値に設定することができる。なお、図４に示すマップデータは、例えば手動変速機（ＭＴ）を搭載した車両に適用されるものである。自動変速機（ＡＴ）を搭載した車両では、図５に示すマップデータを使用し、車速に基いて全閉時基準値kthtcgalを設定する構成としてもよい。なお、図５は、車速に基いて全閉時基準値を設定するためのマップデータである。
ＷＧＶ３０が制御信号に応じて正常に全閉していれば、全閉時検出値ethtcclは、全閉時基準値kthtcgalとほぼ等しくなるので、前記差分（｜ethtccl−kthtcgal｜）は零になるか、または出力誤差が反映された程度の小さな値となる。このため、閉弁動作判定処理では、全閉時基準値kthtcgalに対して出力誤差程度のずれを許容する値に設定された判定値Ａを用いて、差分（｜ethtccl−kthtcgal｜）が判定値Ａ未満であるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ＷＧＶ３０の閉弁動作が正常であると判定する。また、差分（｜ethtccl−kthtcgal｜）が判定値Ａ以上である場合には、全閉用の制御信号を出力したにも拘らず、何らかの異常によりＷＧＶ３０が全閉していないことになる。そこで、この場合には、ＷＧＶ３０が全閉しない故障（開故障）が生じたものと判定する。
（開弁動作判定処理）
開弁動作判定処理は、上記の閉弁動作判定処理により閉弁動作が正常であると判定された後に、ＷＧＶ３０が正常に全開するか否かを判定するものである。この判定処理では、まず、ＷＧＶ３０に対して全開用の制御信号を出力し、ＷＧＶ３０の開度が前記特定の開度である全開近傍に保持されるようにする。そして、この状態における排気温センサ３８の検出値を全開時検出値ethtcopとして読込み、この全開時検出値と全閉時検出値との差分（｜ethtcop−ethtccl｜）を絶対値として算出する。なお、「全開近傍」という用語は、真の全開位置の他に、排気温センサ３８の検出値からみて実質的に全開位置とみなされる開度も含むものとする。
ここで、全閉時検出値ethtcclが正常値であることは、閉弁動作判定処理により判明している。従って、ＷＧＶ３０が制御信号に応じて正常に全開していれば、前記差分（｜ethtcop−ethtccl｜）は、全開時に得られるべき所定の検出値と全閉時基準値kthtcgalとの差分に対応した所定値と一致するか、またはこの所定値に出力誤差が反映された程度の値となる。このため、開弁動作判定処理では、前記所定値に対して出力誤差程度のずれを許容する値に設定された判定値Ｂを用いて、差分（｜ethtcop−ethtccl｜）が判定値Ｂよりも大きいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ＷＧＶ３０の閉弁動作が正常であると判定する。また、差分（｜ethtcop−ethtccl｜）が判定値Ｂ以下である場合には、全開用の制御信号を出力したにも拘らず、全開時検出値ethtcopが正常な全開状態に対応する基準値よりも小さいので、ＷＧＶ３０が全開していないことになる。そこで、この場合には、ＷＧＶ３０が全開しない故障（閉故障）が生じたものと判定する。
このように、本実施の形態によれば、排気温センサ３８の配置を工夫することにより、その検出値をＷＧＶ３０の開度に応じて増大させることができる。これにより、ＷＧＶ３０の開度と排気温センサ３８の検出値との間に所定の関係を設定することができるので、この関係をデータとして保持することにより、排気温センサ３８の検出値に基いてＷＧＶ３０の開度を検出することができる。従って、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３０が特定の開度（全閉及び全開）となるように制御した状態で、排気温センサ３８の検出値を前記特定の開度に対応する判定値Ａ，Ｂと比較することにより、ＷＧＶ３０の故障を容易に検出することができる。これにより、ＷＧＶ３０用の開度センサ等が不要となるので、システムのコストアップを抑制しつつ、信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態では、全閉及び全開からなる２つの開度の検出値に基いて故障を検出することができ、故障の検出精度を高めることができる。特に、固着等の故障が発生し易い全閉及び全開という開度での故障検出を重点的に行うことができる。また、ＷＧＶ３０の作動範囲の両端で取得した検出値を用いることにより、任意の中間開度で発生した故障の情報を検出値に反映させることができ、作動範囲全体の故障を高感度に検出することができる。
さらに、閉弁動作判定処理によれば、ＷＧＶ３０の閉弁動作が正常であるか否かを判定することができる。また、開弁動作判定処理によれば、ＷＧＶ３０の開弁動作が正常であるか否かを判定することができる。従って、ＷＧＶ３０の閉弁異常（開故障）と開弁異常（閉故障）とをそれぞれ識別可能な状態で検出することができる。これにより、故障の情報を詳細に得ることができ、例えば故障の種類に応じて適切な対策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６は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行される。図４に示すルーチンでは、まず、エンジン回転数ＮＥ、負荷ＫＬ、車速Ｓ、排気温センサ３８の検出値等の読込みまたは算出を行う（ステップ１００）。次に、前述した故障検出制御の実行条件が成立するか否かを判定し、この判定が不成立の場合には、そのまま終了する（ステップ１０２）。
故障検出制御の実行条件が成立した場合には、まず、ＷＧＶ３０の開度が全閉近傍となるように制御信号を出力する（ステップ１０４）。次に、エンジン回転数ＮＥ及び負荷ＫＬに基いて図４のマップデータを参照することにより、全閉時基準値kthtcgalを設定する（ステップ１０６）。また、全閉時検出値ethtcclを読込む（ステップ１０８）。次に、ＷＧＶ３０の開度が全開近傍となるように制御信号を出力する（ステップ１１０）。そして、全開時検出値ethtcopを読込む（ステップ１１２）。
次の処理では、全閉時検出値ethtcclと全閉時基準値kthtcgalとの差分（｜ethtccl−kthtcgal｜）を算出し、この差分が判定値Ａ未満であるか否かを判定する（ステップ１１４）。また、全閉時検出値ethtcclと全開時検出値ethtcopとの差分を算出し、この差分が判定値Ｂよりも大きいか否かを判定する（ステップ１１６）。ステップ１１４，１１６が何れも成立した場合には、ＷＧＶ３０が正常であると判定する（ステップ１１８）。また、ステップ１１４が不成立の場合には、ＷＧＶ３０が開故障していると判定する（ステップ１２０）。また、ステップ１１４が成立し、ステップ１１６が不成立の場合には、ＷＧＶ３０が閉故障していると判定する（ステップ１２２）。この場合には、ＷＧＶの故障を報知する警報手段（例えば、ＭＩＬ等）を作動させる構成としてもよい。
なお、上述した実施の形態１では、図６中のステップ１０４，１１０が請求項１におけるバルブ制御手段の具体例を示している。また、ステップ１０４〜１２２は、請求項１〜３における故障検出手段の具体例、ステップ１０８は、請求項２における第１の検出値取得手段の具体例、ステップ１１２は、請求項２における第２の検出値取得手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、ステップ１１４は、請求項３における閉弁動作判定手段の具体例、ステップ１１６は、請求項３における開弁動作判定手段の具体例、ステップ１０６は、請求項４における基準値設定手段の具体例、ステップ１０２は、請求項６における運転状態判定手段をそれぞれ示している。
実施の形態２．
次に、図７乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、筒内圧に基いて排気温センサの検出値を補正する構成としており、この点で前記実施の形態１と構成が異なっている。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］
図７は、本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための全体構成図である。この図に示すように、本実施の形態のシステムは、実施の形態１とほぼ同様に構成されている。しかし、エンジン１０には、各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサ６０が搭載されており（１気筒のみ図示）、筒内圧センサ６０は、本実施の形態の筒内圧検出手段を構成している。また、ＥＣＵ５０は、実施の形態１と同様の故障検出制御を実行するが、これに加えて、筒内圧に基いて排気温センサ３８の検出値のずれを学習する学習制御と、学習結果に基いて前記検出値を補正する補正制御とを実行する。
（学習制御）
排気温センサ３８の検出値には、各種の要因により誤差が生じることがある。誤差要因の一例を挙げれば、外気温などの環境要因、エンジンの個体差、気筒間の特性ばらつき、排気温センサ３８の個体差、センサ出力のドリフト等である。このため、学習制御では、筒内圧センサ６０により検出した筒内圧に基いて排気温を推定し、この推定値と実際の検出値とのずれ量（誤差）を補正量として学習する。
より具体的に述べると、筒内圧には混合気の燃焼状態が反映されるので、筒内から排出された直後の排気ガスの温度と、筒内圧との間には一定の相関がある。また、筒内から排出された排気ガスは、排気通路１４やタービン２４等の周辺構造物に放熱しながら、排気温センサ３８の位置に到達する。このため、排気直後の排気温と、センサ位置での排気温との間には、周辺構造物の熱容量等に応じて定まる一定の相関がある。ＥＣＵ５０には、これら２つの相関データ、即ち、筒内圧に基いて排気直後の排気温を算出するためのデータと、排気直後の排気温に基いてセンサ位置での排気温を算出するためのデータとが予め記憶されている。これらのデータは、例えばＷＧＶ３０が全開状態であることを前提として、実験や理論計算等により求められている。
そして、学習制御では、所定の学習条件が成立しているときに、上述した相関データに基いて、筒内圧から排気直後の排気温を算出し、更にセンサ位置での排気温推定値ethcpsを算出する。また、例えばＷＧＶ３０の開度を全開近傍に制御した状態で、排気温センサ３８の検出値（全開時検出値ethtcop）を読込み、この検出値と排気温ethcpsとの差（ethcps−ethtcop）を補正量ethtcfbとして算出する。この補正量ethtcfbは、ＥＣＵ５０に搭載された不揮発性のメモリ等に学習値として記憶される。なお、上述した学習条件とは、前述した故障検出制御の実行条件に加えて、筒内圧センサ６０が正常に作動していること、である。筒内圧センサ６０が正常であるか否かは、ＥＣＵ５０の故障診断機能により判定される。
（補正制御）
補正制御では、まず、故障検出制御が実行されるときに、ＥＣＵ５０のメモリから補正量ethtcfbの学習値を読込む。そして、排気温センサ３８の検出値を読込む毎に、この検出値を前記補正量ethtcfbに基いて補正する。この構成によれば、排気温センサ３８の検出値に誤差が生じた場合でも、筒内圧に基いて誤差を補正することができ、検出値の精度を高めることができる。従って、故障検出制御では、故障の誤検出等を防止し、制御を正確に行うことができる。また、前記検出値に基いてＷＧＶ３０の開度を検出する場合にも、検出精度を向上させることができる。
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図８乃至図１０は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。これらの図に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行されるものとする。最初に、図８に示すルーチンについて説明すると、このルーチンでは、まず、ステップ２００〜２０８において、実施の形態１（図４）のステップ１００〜１０８と同様の処理を実行する。
次の処理では、学習制御（図９）により得られた補正量ethtcfbの学習値を読込み（ステップ２１０）、この学習値を全閉時検出値ethtcclに加算することにより、全閉時検出値ethtcclを補正する（ステップ２１２）。これにより、補正後の全閉時検出値ethtccl2を得ることができる。そして、補正後の全閉時検出値ethtccl2と、全閉時基準値kthtcgalとの差分（｜ethtccl2−kthtcgal｜）を算出し、この差分が判定値Ａ未満であるか否かを判定する（ステップ２１４）。この判定が不成立の場合には、実施の形態１と同様に、開故障と判定する（ステップ２１６）。
次の処理では、ステップ２１８〜２２８において、実施の形態１とほぼ同様の開弁動作判定処理を実行する。この場合にも、ステップ２２２では、全開時検出値ethtcopを補正量ethtcfbにより補正し、補正後の全開時検出値ethtcop2を算出する。そして、ステップ２２４では、補正された全開時検出値と全閉時検出値との差分（｜ethtcop2−ethtccl2｜）が判定値Ｂよりも大きいか否かを判定する。これにより、ＷＧＶ３０が正常であるか、または閉故障であるかを判定することができる（ステップ２２６，２２８）。
次に、図９を参照して、学習制御について説明する。なお、図９に示すルーチンは、図８に示すルーチンと独立に繰返し実行されるものとする。図９に示すルーチンでは、まず、前述した学習条件が成立したか否かを判定し、不成立の場合には、学習制御を終了する（ステップ３００）。学習条件が成立した場合には、排気温推定制御（図１０）により排気温推定値ethcpsを算出する（ステップ３０２）。また、排気温センサ３８の全開時検出値ethtcopを読込む（ステップ３０４）。そして、排気温推定値と全開時検出値の差分（ethcps−ethtcop）を補正量ethtcfbとして算出し、これを記憶する（ステップ３０６）。
次に、図１０を参照して、排気温推定制御について説明する。なお、図１０に示すルーチンは、図９中のステップ３０２で実行されるものである。図１０に示すルーチンでは、まず、筒内圧センサ６０により検出された筒内圧を読込み、この筒内圧に基いて排気直後の排気温を算出する（ステップ４００，４０２）。そして、排気直後の排気温に基いてセンサ位置での排気温推定値ethcpsを算出し、リターンする（ステップ４０４）。
このように構成される本実施の形態でも、実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、筒内圧センサ６０を併用することにより、排気温センサ３８の検出値を補正し、誤差要因の影響を排除することができ、システムの信頼性を向上させることができる。また、学習制御により補正量ethtcfbを予め取得しておくことができるので、補正制御を早期に開始することができる。
なお、上述した実施の形態２では、図８中のステップ２０４，２１８が請求項１におけるバルブ制御手段の具体例を示している。また、ステップ２０４〜２２８は、請求項１〜３における故障検出手段の具体例、ステップ２０８は、請求項２における第１の検出値取得手段の具体例、ステップ２２０は、請求項２における第２の検出値取得手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、ステップ２１４は、請求項３における閉弁動作判定手段の具体例、ステップ２２４は、請求項３における開弁動作判定手段の具体例、ステップ２０６は、請求項４における基準値設定手段の具体例、ステップ２０２は、請求項６における運転状態判定手段をそれぞれ示している。また、ステップ２１０，２１２，２２２及び図９，図１０は、補正手段の具体例を示している。
実施の形態３．
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態２（図７，図８）とほぼ同様の構成及び制御を採用している。さらに、本実施の形態では、ＷＧＶが閉故障であると判定された場合に、排気温に基いてＷＧＶの開度を推定する構成としており、この点で前記実施の形態２と構成が異なっている。なお、本実施の形態では、実施の形態２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３の特徴］
実施の形態１，２で述べたように、ＷＧＶ３０の閉故障（全開しない故障）が生じた場合には、全開時検出値ethtcop，ethtcop2が正常な全開状態に対応する基準値よりも小さくなる。この場合、ＷＧＶ３０は、ある中間開度で止まっていると考えられるが、この中間開度が許容限度よりも小さいと、運転状態によっては排気エミッションが悪化する虞れがある。そこで、本実施の形態では、故障時開度判定制御を実行する構成としている。
（故障時開度判定制御）
この判定制御では、まず、開弁動作判定処理により閉故障と判定した場合に、全開時検出値ethtcop，ethtcop2に基いてＷＧＶ３０の開度（以下、故障時開度と称する）ewgdegを検出する。そして、故障時開度ewgdegが前記許容限度に対応する所定の判定値Ｃ未満である場合には、ＭＩＬ等の警報手段を作動させ、運転者に故障を報知する。図１１は、本発明の実施の形態３において、全開時検出値に基いてウェイストゲートバルブの故障時開度を検出するためのマップデータである。このマップデータは、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。従って、ＥＣＵ５０は、全開時検出値ethtcop，ethtcop2に基いて前記マップデータを参照することにより、故障時開度ewgdegを検出することができる。
［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
図１２は、本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、実施の形態２の図９及び図１０に示すルーチンと一緒に使用され、内燃機関の運転中に繰返し実行されるものとする。図１２に示すルーチンでは、まず、ステップ５００〜５２６において、実施の形態２（図８）のステップ２００〜２２６と同様の処理を実行する。
上記処理において、ステップ５２４の判定が不成立の場合には、全開時検出値ethtcop2に基いて図１１のマップデータを参照し、故障時開度ewgdegを検出する（ステップ５２８）。そして、故障時開度ewgdegが前記判定値Ｃ未満であるか否かを判定し（ステップ５３０）、この判定成立時には、ＭＩＬを点灯させる（ステップ５３２）。また、ステップ５３０の判定が不成立の場合には、ＷＧＶ３０の閉故障が生じているものの、排気エミッションが悪化する虞れはないと判断し、閉故障の判定だけを行う（ステップ５３４）。
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１，２とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、閉故障が発生した場合に、故障時開度判定制御を実行する構成としたので、故障発生時に更に排気エミッションが悪化するのを回避することができ、故障の度合いに応じて適切に対処することができる。
なお、上述した実施の形態３では、図１２中のステップ５０４，５１８が請求項１におけるバルブ制御手段の具体例を示している。また、ステップ５０４〜５３４は、請求項１〜３における故障検出手段の具体例、ステップ５０８は、請求項２における第１の検出値取得手段の具体例、ステップ５２０は、請求項２における第２の検出値取得手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、ステップ５１４は、請求項３における閉弁動作判定手段の具体例、ステップ５２４は、請求項３における開弁動作判定手段の具体例、ステップ５０６は、請求項４における基準値設定手段の具体例、ステップ５０２は、請求項６における運転状態判定手段をそれぞれ示している。また、ステップ５１０，５１２，５２２は、補正手段の具体例を示している。
また、実施の形態３では、実施の形態２に対して故障時開度判定制御を追加する構成としたが、本発明はこれに限らず、実施の形態１に対して故障時開度判定制御を追加する構成としてもよい。
また、実施の形態では、故障検出制御を行う特定の開度として、全閉及び全開を用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、全閉及び全開以外の中間開度を特定の開度として用いる構成としてもよい。
１０ エンジン（内燃機関）
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ スロットルバルブ
１８ インタークーラ
２０ 触媒
２２ 過給機
２４ タービン
２６ コンプレッサ
２８ バイパス通路
３０ ウェイストゲートバルブ
３２ エアバイパスバルブ
３４ クランク角センサ
３６ 吸気圧センサ
３８ 排気温センサ
４０ 車速センサ
５０ ＥＣＵ
６０ 筒内圧センサ（筒内圧検出手段）

Claims (6)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機と、
    前記過給機のタービンをバイパスして流れる排気ガスの量を調整することが可能な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の開度を制御するバルブ制御手段と、
    前記ウェイストゲートバルブの下流側で排気温を検出するセンサであって、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きくなるほど、前記排気温の検出値が増大する位置に配置された排気温センサと、
    前記バルブ制御手段により前記ウェイストゲートバルブが特定の開度となるように制御した状態で、前記排気温センサの検出値に基いて前記ウェイストゲートバルブの故障を検出する故障検出手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記ウェイストゲートバルブの開度が全閉近傍となるように制御した状態で、前記排気温センサの検出値を全閉時検出値として取得する第１の検出値取得手段と、
    前記ウェイストゲートバルブの開度が全開近傍となるように制御した状態で、前記排気温センサの検出値を全開時検出値として取得する第２の検出値取得手段と、を備え、
    前記故障検出手段は、少なくとも前記全閉時検出値と前記全開時検出値とに基いて前記故障の検出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. 前記故障検出手段は、
    前記ウェイストゲートバルブの開度が全閉近傍である場合に得られるべき所定の検出値である全閉時基準値と、前記全閉時検出値とに基いて前記ウェイストゲートバルブの閉弁動作が正常であるか否かを判定する閉弁動作判定手段と、
    前記閉弁動作判定手段により前記閉弁動作が正常であると判定された後に、前記全閉時検出値と前記全開時検出値との差分に基いて前記ウェイストゲートバルブの開弁動作が正常であるか否かを判定する開弁動作判定手段と、
    を備えてなる請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 内燃機関の運転状態に基いて前記全閉時基準値を可変に設定する基準値設定手段を備えてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
    前記筒内圧検出手段により検出した筒内圧に基いて前記排気温センサの検出値を補正する補正手段と、
    を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 内燃機関の運転状態が前記故障の検出を行うのに適した状態であるか否かを判定する運転状態判定手段を備えてなる請求項１乃至５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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