JP2012502221A - 車上診断方法及び車上診断システム - Google Patents

Abstract

本発明は、車両内の給気の漏れを検出する車上診断方法に関し、前記車両において、空気は、可変配置を有するタービン（５０）によって圧縮されて、燃焼エンジン（２０）に送り込まれる。前記方法は、前記エンジン（２０）に燃料を供給せずに、前記エンジン（２０）に圧縮空気を送るステップと、前記可変配置タービン（５４）の現在の羽根の配置からブースト圧を推定するステップと、実際のブースト圧（１０４）を測定するステップと、前記推定されたブースト圧と、前記測定されたブースト圧（１０４）とを比較するステップとによって実行される。
【選択図】図１

Description

本発明は、独立請求項の前文に係る車上診断方法、及び車上診断方法に対応したシステムに関する。

法的な要望に加え、アフターマーケットの要望が、車両内の装置の障害を検出するためのより高度な車上診断法（ＯＢＤ：Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）の開発を推進していることが知られている。

この技術分野では、燃焼機関の給気システムにおける給気の漏れを検出するために、例えば、給気マニホールド圧のモデル値と実測値とを比較することが知られている。実測値がモデル値よりも低い場合に漏れの存在が検知される。このモデルは、エンジン回転数、タービン速度、エンジントルク、燃料噴射量、可変配置タービンのアクチュエータの位置、前進角、噴射装置のニードル開口圧力など、いくつかの既知の変数に基づいて設定できる。前進角及び噴射装置のニードル開口圧力については、エンジン制御方針が決定した後はその計量値が変化しないため、前述のモデルから除外されることが多い。また、給気の圧力と上記の変数との関係を特定することは非常に困難である。

本発明の目的は、燃焼機関の給気システム内の漏れを検出するための車上診断方法を提供することである。また、本発明は、車上診断方法を実行するシステムを提供することも目的とする。本発明の更に他の目的は、給気マニホールド圧センサ及びＶＧＴ位置センサの少なくともいずれかの障害を検出することである。

上記の目的は、独立請求項の特徴によって達成される。他の請求項及び本明細書には、本発明の有利な実施形態が開示される。

空気が、可変配置を有するタービン（ＶＧＴ）によって圧縮されて燃焼機関に送られる燃焼機関において、給気の漏れを検出する車上診断用方法を提案する。圧縮された空気は、駆動中、例えば、エンジンがクランク軸に対して負のトルクを生成しているときに、エンジンへの燃料供給を行わずにエンジン内に送り込まれる。ブースト圧は、可変配置タービンの現在の羽根の配置から推定される。実際のブースト圧が測定され、推定されたブースト圧は、実測されたブースト圧と比較される。

ＶＧＴが搭載されたエンジンは、エンジンの給気マニホールドの圧力を制御する機能を有する。給気の漏れが存在する場合、この制御機能が低下する。通常のエンジン動作中は、エンジンの制御方針に影響を与える多数の要因が存在するが、多くの不確実性も共に存在する。これら各種の要因の中でも特に、燃料の量及びタイミングは、給気の圧力に大きな影響を及ぼす。有利な点として、本発明は、エンジン制御方針とは独立した漏れ検出方法を実現できる。燃料を供給せずにエンジン内に圧縮空気を供給することによって、燃料の量と燃料の供給タイミングのいずれについても分析で考慮する必要がなくなるため、エンジン制御方針に最も大きく影響する要因を排除できる。

より少ない検査及び最適化しか必要としないという利点がある。考慮すべき未知数が減るため、より正確な決定を行うことができる。車上診断が簡略化され、開発、最適化、検査、及び実証確認が容易になる。

可変配置ターボ過給機（ＶＧＴ）は、一般に、動作状態が変化したときに、ターボの有効なアスペクト比（Ａ／Ｒ比）を変更できるように設計されたターボ過給機である。ＶＧＴは、タービンブレードに向かう排気流の方向を制御できる可動羽根を有する。羽根の角度は、アクチュエータを介して調整される。この羽根の角度は、エンジン回転速度の全範囲で変化してタービンの挙動を最適化する。

低いエンジン回転数における最適なアスペクト比は、高いエンジン回転数での最適アスペクト比とは異なっている。アスペクト比が大き過ぎると、ターボは、低回転数においてブースト圧力を生成できなくなる。アスペクト比が小さ過ぎると、ターボは、高回転数においてエンジンを詰まらせて、排気マニホールド圧の上昇、ポンプ損失の増大、及び動力出力の大幅な低下を招く。エンジンの加速時にタービンのハウジング配置を変更することによって、ターボのアスペクト比を最適な状態に維持できる。このため、ＶＧＴは、遅れ量が最も小さく、ブースト圧力閾が低く、より高いエンジン回転数において非常に効率的である。この技術分野で知られる一般的な実装例は、タービンの入口近くでタービンハウジング内に設けられる、空力的に形成された複数の羽根一式である。これらの羽根が移動したときに、羽根の先端部同士の間の領域が変化することによって、可変アスペクト比が得られる。これらの羽根は、隔膜アクチュエータで制御することができ、この隔膜アクチュエータはウェイストゲートと同様であってよい。これに代えて、電気サーボ駆動式羽根のアクチュエータを利用することもできる。

本発明の好ましい展開によれば、実測ブースト圧と推定ブースト圧の差が所定の値よりも大きい場合に、漏れが存在すると判定できる。有利な点として、圧力センサなど、本方法に用いられる構成要素の既知の許容範囲を考慮できる。実測ブースト圧と推定ブースト圧の差が、該構成要素の許容範囲の平均値よりも大きい場合に、推定ブースト圧の適切な推定を行うことができる。

本発明の好ましい展開によれば、推定ブースト圧は、エンジンのエンジンブレーキが動作状態にある間に特定できる。

エンジンブレーキは、エネルギを必要とする内燃機関の圧縮行程を利用して、エネルギを放散させて、車両の減速を行う動作である。圧縮制動は、この同じ機構の一般的な法律用語である。大型のトラックは、排気ブレーキと呼ばれる装置を利用して、エンジンブレーキの制動効力を大きくすることができる。

エンジン内の圧縮処理は、車両の前進運動量と、エンジンのフライホイールの角運動量とによって駆動される。運転者がシフトダウンして、アクセルペダルを押さずに高い角速度（又はＲＰＭ）でエンジンを回転させると、エンジンは、車両の運動エネルギからのエネルギを変換して燃料空気混合気の温度を上昇させる。この高温の気体が車両から排気されると、エンジン構成要素から空気に熱が伝達される。このエネルギ変換が生じるのは、ほとんどの４行程内燃機関では、膨張から有用な機械的エネルギを得るために、点火前に燃料空気混合気の圧縮を必要とするためである。ディーゼルエンジンは、断熱式であり、スパークプラグを備えておらず、圧縮中に給気に伝達されたエネルギを利用して、燃料の噴射時に直接混合気を点火する。

エンジンブレーキは、変速装置のタイプに関わりなく、ハイブリッド式以外の内燃機関を備えるあらゆる車両において常に有効である。エンジンブレーキは、ブレーキの摩耗を受動的に低減すると共に、運転者が車両の制御を維持することを支援する。エンジンブレーキは、足がアクセルから離れており、変速装置がニュートラルの位置でなく、クラッチが噛み合い、且つフリーホイールが係合していないときに常に有効状態にある。これは、エンジン抵抗と呼ばれることも多い。

本発明の好ましい展開によれば、タービンの実際の羽根の配置は、タービンの羽根の配置を変化させるアクチュエータの位置を監視することによって特定できる。

有利な構成として、エンジンブレーキ段階において、給気システム内の空気の漏れは、ＶＧＴアクチュエータの位置を監視することによって検出できる。ブースト圧は、アクチュエータの位置から推定できる。システムの動力学によって異なるが、一次の状態空間モデルを利用できる。この状態空間モデルは、ターボの効率、及びシステムの他の物理パラメータから導出できる。ただし、異なるアクチュエータ位置についてのサンプルを取得して、給気の圧力と相関させるという数値的方法がより一般的に利用される。推定されたブースト圧と実測されたブースト圧との比較により、給気に漏れが存在するかどうかが判明する。

本発明の好ましい展開によれば、実測ブースト圧は、実際のエンジン回転数とタービン速度の少なくともいずれかに基づいて特定できる。このように特定することで、本方法の精度を改善できる。エンジン回転数とタービン速度の少なくともいずれかを考慮することは、動的モードにおいて特に有利である。タービン速度は、漏れが存在する場合に、ブースト圧よりも素早く反応する。ブースト圧は、定常状態、例えば、エンジン制御ユニットによって要求されるブースト圧に達するまで緩やかに変化する。タービン速度を考慮に入れることは、動的システムにとって有利である。実際のブースト圧の測定及び推定をより迅速に行うことができる。好ましくは、少なくとも実測ブースト圧は、エンジンを通る実際の空気流量から取得できる。空気流量はエンジン回転数によって異なる。給気に漏れが存在すると、空気流量が変化し、エンジン回転数はこの変化に感応する。空気流量は、ブースト圧と相関がある。

本発明の他の態様によれば、先行する方法ステップの１つに係る、車上診断方法に対応したシステムが提案され、このシステムには、可変配置タービンの現在の羽根配置から推定ブースト圧を特定し、この推定ブースト圧と実測ブースト圧とを比較する計算ユニットが設けられる。計算ユニットは、エンジン制御ユニット、又は適切な車両制御ユニットに統合できる。

更に、コンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムも提案され、コンピュータプログラムコードは、コンピュータプログラムがプログラム可能なマイクロコンピュータ上で実行されたときに、前述した方法ステップのうちの１つに係る車上診断方法を実行する、又は車上診断方法に用いるように構成される。コンピュータプログラムは、インターネットに接続されたコンピュータ上で実行されたときに、制御ユニット、又はその構成要素の１つにダウンロードされるように構成できることが好ましい。車上診断の好ましい方法は、車両に配設された制御ユニットにおいて容易に実施できる。

また、コンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータプログラム製品が提案され、このコンピュータプログラム製品は、先行する車上診断方法のステップの１つに従って、コンピュータ上で本方法に用いるプログラムコードを含む。コンピュータプログラム製品は、車両の制御ユニットにおいて実施できることが好ましい。

本発明は、前述した目的、他の目的、及び利点と共に、実施形態についての下記の詳細な説明から最も明瞭に理解されるが、その実施形態に限定されるものではない。実施形態を模式的に示した図は次のとおりである。
可変配置タービンを搭載した好ましいエンジンを示す図である。 正常に動作している、図１のエンジンの給気システムにおけるＶＧＴ位置（図２ａ）、ブースト圧（図２ｂ）、及び制動要求（図２ｃ）を示す一連の特性曲線である。 給気システム内に漏れが存在する、図１のエンジンに対応するＶＧＴ位置（図３ａ）、ブースト圧（図３ｂ）、及び制動要求（図３ｃ）を示す一連の特性曲線である。

図面において、同一又は類似の要素は、同一の参照番号で示す。図面は、単に模式的に示したものであり、本発明の具体的なパラメータを描写することを意図したものではない。また、図面は、本発明の一般的な実施形態を示すことのみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではない。

図１に、可変配置タービン５４を含むターボ過給機５０が搭載された車両（図示せず）のエンジン２０を模式的に示す。空気は、空気管３２及び３４を通ってエンジン２０の給気マニホールド２２に送られる。空気管３２には、エアフィルタ３０が設けられる。空気管３２と３４の間には、ターボ過給機５０のコンプレッサ５２が配設される。給気冷却器３６は、空気管３４内に配設される。圧縮された空気は、空気管３４から給気冷却器３６を通って、給気マニホールド２２内に送られる。

エンジン２０には、例えば、ＥＧＲシステムが設けられており、エンジン２０の排気マニホールド２４からの排気は、ＥＧＲ冷却器４０内に送られる。空気管４２が冷却された排気をＥＧＲ混合室４４に供給すると、そこで、排気は給気冷却器３６からの給気と混合される。ＥＧＲアクチュエータ４６は、ＥＧＲ冷却器４０及びＥＧＲシステムに、エンジン２０の動作状態に応じてより多く又はより少ない排気ガスを送る。

ＥＧＲ冷却器４０を迂回できる排気は、ターボ過給機５０のタービン５４に送られ、排気管６０を通って防音器／消音器及び排気後処理システム６２の少なくともいずれかに案内される。排気後処理システム６２には、１つ以上の触媒、及び粒子フィルタ等（図示せず）が設けられてもよい。

給気の圧力は、給気冷却器３６とＥＧＲ混合室４４の間で空気管３４に連結される圧力センサ３８を用いて測定できる。エンジン２０のクランク軸（図示せず）に取り付けられるクランク速度センサ２６をエンジン２０に搭載して、エンジン２０の回転数を提示してもよい。

ターボ過給機５０には、タービンの回転速度を検出するターボ速度センサ５６と、任意の構成である位置センサ５８とが設けられる。任意構成の位置センサ５８は、羽根が閉じた位置、又はほぼ閉じた位置にあり空気通過量が最小の第１位置から、羽根が最大限開いた位置にあり空気通過量が最大の第２位置まで、タービン内で羽根（図示せず）の位置を変化させるアクチュエータ（図示せず）の位置を検出する。

図２ａ〜図２ｃは、給気に漏れが存在しない場合について、エンジン２０がエンジンブレーキモードで動作している間の時間の関数として、位置センサ５８によって検出されたＶＧＴ位置の動き（図２ａの曲線１００）、ブースト圧要求１０２と比較して示す、圧力センサ４０によって検出された実測ブースト圧の動き（図２ｂの曲線１０４）、及び制動要求の動き（図２ｃの曲線１０８）を示す。

アクチュエータの実際の位置は、羽根の最大開放位置に対するパーセンテージとして提示され、この位置は、例えば、最小位置と最大位置の間で羽根を移動するアクチュエータの位置から読み取ることができる。アクチュエータの位置は、ブースト圧１０４と相関する。例えば、２８０ｋＰａの要求ブースト圧については、例示するシステムにおけるアクチュエータの位置は、羽根が４８％開いた状態に対応する。本例に示した数値は、システムの振る舞いを明瞭にすることのみを目的としたものである。

ブースト圧１０４とブースト圧要求１０２とが定常状態に達するためにはある程度の時間が必要である。必要とされる移行時間は、構成要素を保護すると共に、より自然で快適な制動挙動を取るためのものである。例えば、ブースト圧要求１０２は、移行領域１０６において、低い値から上昇して２８０ｋＰａの定常状態に至る。実測ブースト圧力１０４は、最初に大きな振れを示した後、ブースト圧要求１０２とほぼ同時の上昇を示す。この大きな振れは、制御機能の較正不良の影響である。

エンジンブレーキのための制動要求１０８は約９０％である。最大ブレーキ性能を基準としたこのパラメータは、車両の要求関数から取得される。この要求関数は、運転者が移動できるエンジンブレーキレバーの位置に応じて異なり、複数の異なる制動要求量に設定できる。

エンジンブレーキの最中に、燃料はエンジン２０内に噴射されない。

これらの曲線は、エンジン２０に固有であり、エンジン２０の特性を示す。このような特性曲線は、既知であり、エンジン制御方針を提供する制御ユニットで利用できるマップに格納される。エンジン制御方針は、このような特性曲線に基づく。

図３ａ〜図３ｃに、給気に漏れが存在する場合の動きを示す。図３ａ〜図３ｃは、エンジン２０がエンジンブレーキモードで動作している間の時間の関数として、位置センサ５８によって検出されたＶＧＴ位置の動き（図３ａの曲線１００）、ブースト圧要求１０２と比較して示す、圧力センサ４０によって検出された実測ブースト圧の動き（図３ｂの曲線１０４）、及び制動要求の動き（図３ｃの曲線１０８）を示す。

見て分かるように、アクチュエータの位置は、給気冷却器３６の下流の空気管３４内の１２ｍｍの漏れの例についての図３ａでは、図２ａの４８％から３２％に変化している。

同様に、図３ｂの実測ブースト圧１０４は、移行領域１０６において、図２ｂのブースト圧１０４をかなり下回る。

制動要求１０８は、ブースト圧１０４の移行領域１０６の始めに顕著な段差を示す。

本発明によれば、圧縮空気は、特に、エンジンブレーキ中に、エンジン２０への燃料供給を伴わずにエンジン２０に送り込まれる。エンジンが駆動しており、且つ燃料が噴射される予定の状態において、エンジンに圧縮空気を送ることも可能である。この状態は、エンジンの温度を上昇させることに利用できる。ブースト圧は、好ましくは、羽根を移動するアクチュエータの位置を検出することによって、可変配置タービン５４の現在の羽根の配置から推定される。推定されたブースト圧は、測定された実際のブースト圧１０４と比較される。

推定ブースト圧と実測ブースト圧１０４とを比較することによって、推定圧力差を検出できる。給気が漏れている場合、推定ブースト圧は、実測ブースト圧１０４を大きく上回ることになる。従って、実測ブースト圧１０４と推定ブースト圧の差が、所定の値、例えば、位置センサ５８と圧力センサ４０の少なくともいずれかの平均許容値よりも大きい場合に、漏れや故障したセンサが存在すると判断できる。

有利であるのは、好ましい本方法を利用すると、車両内の給気の漏れの車上診断にわずか数秒しかかからないことである。当技術分野で知られている方法よりも正確で、且つ、分析により少ないパラメータしか必要としない車上診断方法が好ましく提供される。

Claims (10)

1. 車両内の給気の漏れを検出する車上診断方法であって、前記車両において、空気は、可変配置を有するタービン（５０）によって圧縮されて、燃焼エンジン（２０）に送り込まれ、前記方法において、
   前記エンジン（２０）に燃料を供給せずに、前記エンジン（２０）に圧縮空気を送るステップと、
   前記可変配置タービン（５４）の現在の羽根の配置からブースト圧を推定するステップと、
   実際のブースト圧（１０４）を測定するステップと、
   前記推定されたブースト圧と、前記測定されたブースト圧（１０４）とを比較するステップとが実行される方法。
2. 前記測定されたブースト圧（１０４）と前記推定されたブースト圧の差が所定の値より大きい場合に、漏れが存在すると判定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記推定されたブースト圧は、前記エンジン（２０）のエンジンブレーキが動作している状態にある間に特定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記タービン（５４）の羽根の配置を変えるアクチュエータの位置を監視することによって、前記タービン（５４）の実際の羽根の配置を特定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記エンジン（２０）を通る実際の空気流量から、少なくとも前記測定されたブースト圧（１０４）を導出することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車上診断方法に対応したシステムであって、可変配置タービン（５４）の現在の羽根の配置から推定ブースト圧を特定して、推定ブースト圧と実測されたブースト圧（１０４）とを比較する計算ユニット（７０）が設けられる、システム。
7. 請求項６に記載のシステムを含む車両。
8. コンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムコードは、前記コンピュータプログラムがプログラム可能なマイクロコンピュータ上で実行されたときに、請求項１〜６のいずれか１項に係る方法を実行する、又は前記方法に利用するように構成される、コンピュータプログラム。
9. インターネットに接続されたコンピュータ上で実行されたときに、制御ユニット又はその構成要素の１つにダウンロードされるように構成される、請求項８に記載のコンピュータプログラム。
10. コンピュータ可読媒体に格納され、コンピュータ上で、請求項１〜６のいずれか１項に係る方法に利用するプログラムコードを含む、コンピュータプログラム製品。

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