JP2013181444A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置への演算負荷を低減させつつ、ターボセンサの作動不良を検出し得るエンジンの提供を目的とする。
【解決手段】エンジン１において、複数の気筒を有するエンジン本体１０と、吸気ライン２０と、排気ライン３０と、過給機４０と、前記過給機４０の回転数を検出するターボセンサ５１と、前記ターボセンサ５１からの信号に基づき前記過給機４０の回転数に相関のある前記エンジン本体１０の運転状態を制御する制御装置７０と、クランク軸５の回転角度を検出するクランク角センサ５２とを備え、前記制御装置７０は、前記クランク角センサ５２の検出信号に基づいて前記複数の気筒が上死点状態となるタイミングを認識すると共に、前記エンジン本体１０の一燃焼サイクル内であって且つ前記複数の気筒の何れもが上死点状態にならない非上死点タイミングにおいて前記ターボセンサ５１の断線判定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機を有するエンジンに関する。

過給機を有するエンジンにおいて、前記過給機の回転数を検出するターボセンサを備え、前記ターボセンサからの検出信号に基づいて前記過給機の回転数に相関のある前記エンジン本体の運転状態を制御することは、従来から種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

しかしながら、従来提案されているものは、前記ターボセンサが正常に作動していることを前提としており、前記ターボセンサの作動異常を考慮したものは存在しない。

特許４４７８９３１号公報 特許４３７５３６９号公報 特許４３０６７０３号公報

本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、過給機と前記過給機の回転数を検出するターボセンサと前記ターボセンサからの信号に基づきエンジン本体の運転状態を制御する制御装置とを備えたエンジンであって、前記制御装置への演算負荷を低減させつつ、前記ターボセンサの作動不良を検出し得るエンジンの提供を目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、複数の気筒を有するエンジン本体と、前記エンジン本体の燃焼室に吸入空気を導く吸気ラインと、前記燃焼室から排出される排気ガスの通路となる排気ラインと、前記排気ラインに介挿されたタービン及びタービンによって駆動される状態で前記吸気ラインに介挿されたコンプレッサを有する過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサからの信号に基づき前記過給機の回転数に相関のある前記エンジン本体の運転状態を制御する制御装置と、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサとを備えたエンジンであって、前記制御装置は、前記クランク角センサの検出信号に基づいて前記複数の気筒が上死点状態となるタイミングを認識すると共に、前記エンジン本体の一燃焼サイクル内であって且つ前記複数の気筒の何れもが上死点状態にならない非上死点タイミングにおいて前記ターボセンサの断線判定を行うエンジンを提供する。

好ましくは、前記クランク軸には、前記複数の気筒のうち基準となる基準気筒の上死点位置を示す上死点指標と、周方向に等間隔に配置された複数の検出子とが設けられ、前記制御装置は、前記クランク角センサが前記上死点指標を検出することによって検知される前記基準気筒の上死点位置に対応したクランク角と前記複数の気筒の気筒数とに従って、前記複数の気筒の上死点位置に対応したクランク角を認識すると共に、前記上死点指標を検出した時点からの前記クランク角センサによって検出される前記検出子の数量をカウントすることで前記基準気筒の上死点位置を基準とした現時点のクランク角を認識し、前記複数の気筒の上死点位置に対応したクランク角及び現時点のクランク角に基づいて前記非上死点タイミングを認識する。

好ましくは、前記制御装置は、直近に燃焼した気筒の上死点位置に対応したクランク角と次に燃焼する気筒の上死点位置に対応したクランク角との偏差をΔθとした場合に、現時点のクランク角が前記直近に燃焼した気筒の上死点位置に対応したクランク角からΔθ／２の範囲内において前記ターボセンサの断線判定を行う。

好ましくは、前記エンジン本体の運転状態に関する物理量を検出するエンジン状態検出センサが備えられ、前記制御装置は、前記エンジン状態検出センサによって検出される物理量に基づいて前記過給機の想定回転数を算出する為のエンジン運転状態／過給機相関データを有し、前記エンジン状態検出センサ及び前記相関データによって算出される想定過給機回転数と前記ターボセンサの検出信号によって得られる実測過給機回転数との比較によって、前記ターボセンサの断線判定を行う。

好ましくは、前記クランク角センサが前記エンジン状態検出センサとしても作用し、前記制御装置は、前記エンジン運転状態／過給機相関データとして、前記エンジン状態検出センサによって検出される前記エンジン本体の回転数と燃料噴射量とから前記過給機の想定回転数を算出するエンジン／過給機相関データを有し、前記エンジン状態検出センサからの信号及び前記エンジン／過給機相関データに基づいて得られる想定過給機回転数と前記ターボセンサからの信号に基づく実測過給機回転数との比較によって、前記ターボセンサの断線判定を行う。

好ましくは、所定の抵抗値を有する断線判定回路であって、前記制御装置及び前記ターボセンサと共働して閉回路を形成するように両者に対して電気的に接続された断線判定回路が備えられ、前記制御装置は、主電源ＯＮ状態で且つ前記エンジン本体が運転停止状態において、前記閉回路の抵抗値が所定抵抗値であるか否かに基づいて前記ターボセンサの断線判定を行えるように構成される。

好ましくは、前記制御装置は、前記ターボセンサの断線を検知した場合には、エラー信号を出力する。

好ましくは、前記制御装置は、前記過給機の回転数に相関のある前記エンジン本体の運転状態の制御として、前記過給機の回転数に基づいて前記複数の気筒への燃料噴射量を調整する燃料噴射量制御を行っており、非上死点タイミングにおける断線判定において前記ターボセンサの断線を検知した場合には、前記過給機の回転数に基づく燃料噴射量制御に代えて予め設定されている量の燃料を供給する。

好ましくは、前記エンジン本体の運転状態に関する物理量を検出するエンジン状態検出センサが備えられ、前記ターボセンサは、第１及び第２ターボセンサを含み、前記制御装置は、前記第１及び第２ターボセンサの一方の断線を検知した場合には、前記第１及び第２ターボセンサの他方の検出値と前記エンジン状態検出センサの検出値とに基づいて算出する算出回転数を、断線を検知した一方のターボセンサが検出した回転数として取り扱う。

好ましくは、前記エンジン本体の運転状態に関する物理量を検出するエンジン状態検出センサが備えられ、前記制御装置は、前記ターボセンサの検出値を一時的に記憶する記憶手段を有しており、前記ターボセンサの断線を検知した場合には、前記記憶手段に記憶されている断線検知前の最新の前記ターボセンサの検出値と前記エンジン状態検出センサの検出値とに基づいて算出される算出値を、前記ターボセンサの検出値として取り扱う。

本発明に係るエンジンによれば、前記制御装置に対する演算負荷を可及的に低減させつつ、前記ターボセンサの作動不良を有効に検出することができる。

本発明の一実施の形態に係るエンジンの概略構成図である。 前記エンジンにおけるターボセンサ及びクランク角センサの概略構成図である。 前記エンジンにおけるエンジン本体の出力回転の時系列検出子出力のグラフである。 前記エンジン本体における非上死点タイミングのグラフである。 前記エンジン本体が始動後の運転状態である場合における前記ターボセンサの断線判定処理のフローチャートである。 前記エンジン本体が運転停止状態である場合における前記ターボセンサの断線判定処理のフローチャートである。 前記ターボセンサが第１及び第２ターボセンサを含む場合における過給機の概略構成図である。（ａ）前記過給機が単一の過給機であり、前記第１及び第２ターボセンサが前記単一の過給機に設けられている状態を示す図である。（ｂ）前記過給機が第１及び第２過給機を備え、前記第１及び第２ターボセンサがそれぞれ前記第１及び第２過給機に設けられている状態を示す図である。

本発明に係るエンジンの好ましい実施形態について説明する。

図１に、本実施の形態に係るエンジン１の概略構成を示す。図２に、前記エンジンにおけるターボセンサ５１及びクランク角センサ５２の概略構成を示す。
図１及び図２に示すように、前記エンジン１は、複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４を有するエンジン本体１０と、前記エンジン本体１０の燃焼室１８に吸入空気を導く吸気ライン２０と、前記燃焼室１８から排出される排気ガスの通路となる排気ライン３０と、前記排気ライン３０に介挿されたタービン４１及び当該タービン４１によって駆動される状態で前記吸気ライン２０に介挿されたコンプレッサ４２を有する過給機４０と、前記過給機４０の回転数を検出する前記ターボセンサ５１と、前記ターボセンサ５１からの検出信号に基づき前記過給機４０の回転数に相関のある前記エンジン本体１０の運転状態を制御する制御装置７０と、クランク軸５の回転角度（以下、クランク角という）を検出する前記クランク角センサ５２とを備えている。

本実施の形態において、前記エンジン１は、４気筒ディーゼルエンジンであって、吸気、圧縮、膨張、排気の４行程を繰り返す４サイクルエンジンとされている。

前記エンジン本体１０は、前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４を形成するシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２と、前記シリンダヘッド１２に連結された吸気マニホールド１５及び排気マニホールド１６とを有している。前記シリンダブロック１１には、前記クランク軸５が回転自在に支持されている。

前記吸気ライン２０は、吸入空気流れ方向下流側の端部が前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４のそれぞれの燃焼室１８と連通するように前記吸気マニホールド１５に流体接続されている。
本実施の形態において、前記吸気ライン２０には、吸入空気流れ方向の上流側から下流側に向かって順に、エアーフィルタ２１、前記過給機４０のコンプレッサ４２が設けられている。

前記排気ライン３０は、排気ガス流れ方向上流側の端部が前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４のそれぞれの燃焼室１８と連通するように前記排気マニホールド１６に流体接続されている。
本実施の形態において、前記排気ライン３０には、排気ガス流れ方向の上流側から下流側に向かって順に、前記過給機４０のタービン４１、マフラ３１が設けられている。

前記過給機４０は、前記エンジン本体１０からの排気エネルギーを利用して吸入空気を前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４のそれぞれの燃焼室１８へ強制的に送り込むためのものである。
即ち、前記タービン４１は、前記エンジン本体１０の燃焼室１８から前記排気ライン３０を介して排出される排気ガスのエネルギーによって回転されるように構成されている。前記コンプレッサ４２は、前記タービン４１とともに回転するように当該タービン４１に回転軸４３を介して連結されている。

前記ターボセンサ５１は、前記制御装置７０に電気的に接続され、検出信号を当該制御装置７０に入力するように構成されている。
本実施の形態においては、前記ターボセンサ５１による検出信号を増幅して分周演算するアンプ６０が、前記ターボセンサ５１と前記制御装置７０との間に介挿されている。

前記クランク角センサ５２は、前記制御装置７０に電気的に接続され、検出信号を当該制御装置７０に入力するように構成されている。

前記制御装置７０は、演算部（ＣＰＵ）７１及び記憶部７２を有している。前記記憶部７２は、制御プログラムや制御データ等を記憶するＲＯＭ、設定値等を電源を切っても失われない状態で保存し且つ前記設定値等が書き換え可能とされたＥＥＰＲＯＭ、及び前記演算部による演算中に生成されるデータを一時的に保持するＲＡＭ等を有する。

前記制御装置７０は、前記クランク角センサ５２の検出信号に基づいて前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４が上死点（ＴＤＣ）状態となるタイミングを認識すると共に、前記エンジン本体１０の一燃焼サイクル内であって且つ前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の何れもが上死点状態にならない非上死点タイミングにおいて前記ターボセンサ５１の断線判定を行う。
詳しくは、前述の上死点とは圧縮上死点を指し、以下でも同様である。

上死点状態となるタイミングにおいては、前記制御装置７０は噴射時期及びバルブタイミング等の前記エンジン１の様々なタイミングを測定するため、非上死点タイミングと比べて高い演算負荷が当該制御装置７０にかかる状態となる。そこで、前述の通り非上死点タイミングにおいて、前記制御装置７０は前記ターボセンサ５１の断線判定を行うように構成されている。従って、前記制御装置７０に対する演算負荷を可及的に低減させつつ、前記ターボセンサ５１の作動不良を有効に検出することができる。

好ましくは、図２に示すように、前記クランク軸５には、前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４のうち基準となる基準気筒の上死点位置を示す上死点指標８１と、周方向に等間隔に配置された複数の検出子８２とが設けられる。そして、前記制御装置７０は、前記クランク角センサ５２が前記上死点指標８１を検出することによって検知される前記基準気筒の上死点位置に対応したクランク角と前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の気筒数とに従って、前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の上死点位置に対応したクランク角を認識すると共に、前記上死点指標８１を検出した時点からの前記クランク角センサ５２によって検出される前記検出子８２の数量をカウントすることで前記基準気筒の上死点位置を基準とした現時点のクランク角を認識し、前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の上死点位置に対応したクランク角及び現時点のクランク角に基づいて前記非上死点タイミングを認識する。

本実施の形態においては、前記基準気筒が前記第１気筒Ｎｏ．１とされ、前記上死点指標８１が当該第１気筒Ｎｏ．１の上死点位置を示すように構成されている。
前記複数の検出子８２は、前記クランク軸５に相対回転不能に外嵌された円盤状部材８３の外周部に径方向へ突出するように設けられている。本実施の形態においては、前記上死点指標８１は、図２に示すように前記複数の検出子８２の少なくとも一つが欠落された部分とされる。
当然ながら、前記上死点指標８１は、種々の形態をとり得る。例えば、前記上死点指標８１は、前記クランク軸５の外周面に形成される切欠き溝とされ得る。

そして、前記制御装置７０は、前記クランク角センサ５２による前記上死点指標８１の検出に基づいて前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点位置を認識する。ここで、前記制御装置７０には、予め気筒数が記憶されており、従って、前記制御装置７０は、前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点位置に基づき、クランク角に関する前記第２気筒Ｎｏ．２、前記第３気筒Ｎｏ．３、及び前記第４気筒Ｎｏ．４の上死点位置を認識する。
なお、一般的には、前記制御装置７０には、気筒数のみならず、爆発順序（この場合には、例えば、前記第１気筒Ｎｏ．１、前記第３気筒Ｎｏ．３、前記第４気筒Ｎｏ．４、前記第２気筒Ｎｏ．２の順序で爆発すること）も記憶されている。

図３に、前記エンジン１における前記エンジン本体１０の出力回転の時系列検出子出力のグラフを示す。
具体的には、図３に示すように、前記エンジン１は４気筒の４サイクルエンジンであることから、一燃焼サイクルの間に、前記クランク軸５が２回転する。そのため、前記第３気筒Ｎｏ．３、前記第４気筒Ｎｏ．４、及び前記第２気筒Ｎｏ．２のそれぞれの上死点位置が、前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点位置となる際のクランク角から１８０度間隔毎に順に位置することになる。

図４に、前記エンジン本体１０における一燃焼サイクルの間の非上死点タイミングＴａ（Ｔａ１〜Ｔａ４）のグラフを示す。
前記制御装置７０は、前記上死点指標８１を検出した時点からの前記クランク角センサ５２によって検出される前記検出子８２の数量をカウントすることで前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点位置を基準とした前記クランク軸５の現時点の回転位置を認識しており、この現時点の回転位置と認識されている前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４の上死点位置に対応したクランク角とに基づいて前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４が上死点状態にはならない非上死点タイミングＴａを把握し、この非上死点タイミングＴａ内において前記断線判定を行う。

本実施の形態においては、前記制御装置７０は、前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４のそれぞれの上死点の間の非上死点タイミングＴａで必ず断線判定を行うように構成されている。
具体的には、前記制御装置７０は、前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点と次に燃焼する前記第３気筒Ｎｏ．３の上死点と間の非上死点タイミングＴａ１で断線判定を行い、その後の、前記第３気筒Ｎｏ．３の上死点と次に燃焼する前記第４気筒Ｎｏ．４の上死点の間の非上死点タイミングＴａ２、前記第４気筒Ｎｏ．４の上死点と次に燃焼する前記第２気筒Ｎｏ．２の上死点の間の非上死点タイミングＴａ３、前記第２気筒Ｎｏ．２の上死点と次に燃焼する前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点の間の非上死点タイミングＴａ４にも断線判定を行うように構成されている。

他の実施の形態として、前記制御装置７０は一燃焼サイクルの間に一度だけ断線判定を行うように構成され得る。
具体的には、例えば、前記制御装置７０は、前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点と次に燃焼する前記第３気筒Ｎｏ．３の上死点と間の非上死点タイミングＴａ１で断線判定を行うが、その後の、前記第３気筒Ｎｏ．３の上死点と次に燃焼する前記第４気筒Ｎｏ．４の上死点の間の非上死点タイミングＴａ２、前記第４気筒Ｎｏ．４の上死点と次に燃焼する前記第２気筒Ｎｏ．２の上死点の間の非上死点タイミングＴａ３、前記第２気筒Ｎｏ．２の上死点と次に燃焼する前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点の間の非上死点タイミングＴａ４には断線判定を行わないように構成され得る。

なお、前記制御装置７０は、非上死点タイミングであれば、一燃焼サイクルの間に任意の回数だけ断線判定を行うように構成することも可能である。

好ましくは、前記制御装置７０は、直近に燃焼した気筒の上死点位置に対応したクランク角と次に燃焼する気筒の上死点位置に対応したクランク角との偏差をΔθとした場合に、現時点のクランク角が前記直近に燃焼した気筒の上死点位置に対応したクランク角からΔθ／２の範囲内において前記ターボセンサ５１の断線判定を行う。

本実施の形態においては、例えば、図３に示すように、直近に燃焼した前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点位置に対応したクランク角と次に燃焼する前記第３気筒Ｎｏ．３の上死点位置に対応したクランク角との偏差Δθが１８０度となることから、前記制御装置７０は、現時点のクランク角が前記直近に燃焼した前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点位置に対応したクランク角からΔθ／２に相当する９０度回転したクランク角になるまでの間に前記ターボセンサ５１の断線判定を行う。

図４で言えば、前記制御装置７０は、前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点と次に燃焼する前記第３気筒Ｎｏ．３の上死点と間の非上死点タイミングＴａ１で断線判定を行う場合、この非上死点タイミングＴａ１のうち、前記第１気筒Ｎｏ．１の上死点後からの略前半分に相当するタイミングＴｂにおいて前記ターボセンサ５１の断線判定を行う。

これにより、前記制御装置７０は、直近に燃焼した気筒の上死点と次に燃焼する気筒の上死点と間の非上死点タイミングで前記ターボセンサ５１の断線を検知した場合に、例えば予め前記記憶部７２に記憶された所定のプログラムに従って前記次に燃焼する気筒への燃料噴射量を調整する燃料噴射量制御を適切に行うことができる。

ここで、前記ターボセンサ５１の断線判定の具体的方法について説明する。

本実施の形態においては、前記エンジン１に、前記エンジン本体１０の運転状態に関する物理量を検出するエンジン状態検出センサが備えられる。そして、前記制御装置７０には、前記エンジン状態検出センサによって検出される物理量に基づいて前記過給機４０の想定回転数を算出する為のエンジン運転状態／過給機相関データが備えられ、前記制御装置７０は、前記エンジン状態検出センサ及び前記相関データによって算出される想定過給機回転数と前記ターボセンサ５１の検出信号によって得られる実測過給機回転数との比較によって、前記ターボセンサ５１の断線判定を行うように構成されている。

この場合、前記エンジン本体１０の運転状態に関する物理量は、例えば、前記エンジン１が適用される車輌の走行速度、前記車輌に備えられる変速装置の出力回転数、前記エンジン本体１０のブースト圧、前記エンジン本体１０の吸気温度、前記エンジン本体１０の吸気量、前記エンジン本体１０の排気温度、及び、前記エンジン本体１０の排気圧のうちの何れか１若しくは２以上の組み合わせとされ得る。
前記エンジン状態検出センサは、対応する前記エンジン本体１０の運転状態に関する物理量を検出することができるものであればよく、特に限定するものではない。

詳しくは、前記制御装置７０は、前記エンジン本体１０の始動後から、次のような流れで前記断線判定を行う。なお、前記制御装置７０は、例えばキースイッチ等の始動手段による操作信号が入力されると、前記エンジン本体１０の始動を認識する。
図５に、前記エンジン本体１０が始動後の運転状態である場合における前記ターボセンサ５１の断線判定処理のフローチャートを示す。

ステップ１１において、前記制御装置７０は、前記ターボセンサ５１による検出信号に基づいて前記過給機４０の実測過給機回転数を検知する。

ステップ１２おいて、前記制御装置７０は、前記エンジン状態検出センサによる検出信号に基づいて前記エンジン本体１０の運転状態に関する物理量を検知する。

ステップ１３において、前記制御装置７０は、検知された前記エンジン本体１０の運転状態に関する物理量を用いて前記エンジン運転状態／過給機相関データに基づき想定過給機回転数を算出する。なお、前記エンジン運転状態／過給機相関データは、予め前記制御装置７０の記憶部７２に記憶されている。

ステップ１４において、前記制御装置７０は、現時点が非上死点タイミングであるか否かを判定する。
前記制御装置７０は、現時点が非上死点タイミングでないと判定した場合、前記ステップ１１を繰り返す。
前記制御装置７０は、現時点が非上死点タイミングであると判定した場合、ステップ１５に移行する。

前記ステップ１５において、前記制御装置７０は、前記実測過給機回転数と前記想定過給機回転数とを比較し、前記ターボセンサ５１の断線判定を行う。この断線判定では、例えば、前記実測過給機回転数が前記想定過給機回転数に対する許容範囲内にあるか否かが判定される。
前記制御装置７０は、前記ターボセンサ５１の断線が発生していないと判定した場合、ステップ１７に移行する。
前記制御装置７０は、前記ターボセンサ５１の断線が発生していると判定した場合、ステップ１６に移行する。

前記ステップ１６において、前記制御装置７０は、所定制御を行う。なお、前記所定制御については後述する。

前記ステップ１７において、前記制御装置７０は、前記エンジン本体１０の運転が終了するか否かを判定する。
前記制御装置７０は、前記エンジン本体１０の運転が終了しないと判定した場合、前記ステップ１１に移行する。
前記制御装置７０は、前記エンジン本体１０の運転が終了すると判定した場合、前記断線判定の処理を終了する。

より好ましくは、前記クランク角センサ５２を前記エンジン状態検出センサの一つとして利用することができる。
この場合には、前記制御装置７０には、前記エンジン運転状態／過給機相関データとして、前記エンジン状態検出センサによって検出される前記エンジン本体１０の回転数と燃料噴射量（負荷）とから前記過給機４０の想定回転数を算出するエンジン／過給機相関データが備えられ、前記制御装置７０は、前記エンジン状態検出センサからの信号及び前記エンジン／過給機相関データに基づいて得られる想定過給機回転数と前記ターボセンサ５１からの信号に基づく実測過給機回転数との比較によって、前記ターボセンサ５１の断線判定を行う。

このように前記クランク角センサ５２を前記エンジン状態検出センサとしても利用する場合には、センサ数の増加を抑制しつつ、断線判定を行うことができる。

好ましくは、図２に示すように、前記エンジン１は、所定の抵抗値を有する断線判定回路９０であって、前記制御装置７０及び前記ターボセンサ５１と共働して閉回路を形成するように両者に対して電気的に接続された断線判定回路９０を備えることができる。そして、前記制御装置７０は、主電源がＯＮ状態で且つ前記エンジン本体１０が運転停止状態において、前記断線判定回路９０の抵抗値が所定抵抗値であるか否かに基づいて前記ターボセンサ５１の断線判定を行えるように構成される。

例えば、前記エンジン本体１０が運転停止状態である場合、前記制御装置７０は主電源がＯＮ状態とされることによって作動状態となった後、クランキングを開始させるためにセルモータを作動させる前の段階では、所定の時間間隔毎に前記ターボセンサ５１の断線判定を行うように構成され得る。この際、前述の所定抵抗値であるか否かは、例えば、前記断線判定回路９０に所定電圧を印可した際に流れる電流値が所定電流値であるか否かによって判断される。
図６に、前記エンジン本体１０が停止状態である場合における前記ターボセンサの断線判定処理のフローチャートを示す。

図６に示すように、ステップ２１において、前記制御装置７０は、作動状態になってから所定の時間が経過したか否かを判定する。
前記制御装置７０は、所定時間が経過していないと判定した場合、前記ステップ２１を繰り返す。
前記制御装置７０は、所定時間が経過したと判定した場合、ステップ２２に移行する。

ステップ２２において、前記制御装置７０は、前記断線判定回路９０に電圧を印加する。

ステップ２３において、前記制御装置７０は、電流計による検出信号に基づいて閉回路を流れる実測電流値を検知する。
なお、前記電流計は予め前記断線判定回路９０に介挿される。

ステップ２４において、前記制御装置７０は、前記実測電流値が所定電流値と一致するか否かを判断し、前記ターボセンサ５１の断線判定を行う。
前記制御装置７０は、前記実測電流値が所定電流値と一致するために、前記ターボセンサ５１の断線が発生していないと判定した場合、ステップ２６に移行する。
前記制御装置７０は、前記実測電流値が所定電流値と一致しないために、前記ターボセンサ５１の断線が発生していると判定した場合、ステップ２５に移行する。

前記ステップ２５において、前記制御装置７０は、エラー信号の出力等の所定制御を行う。

前記ステップ２６において、前記制御装置７０は、前記エンジン本体１０が始動したか否かを判定する。
前記制御装置７０は、前記エンジン本体１０が始動していないと判定した場合、前記ステップ２１に移行する。
前記制御装置７０は、前記エンジン本体１０が始動したと判定した場合、前記断線判定の処理を終了する。

なお、ここでは前記エンジン本体１０が停止状態である場合に前記制御装置７０が所定の時間間隔毎に前記ターボセンサ５１の断線判定を行う例について説明したが、前記エンジン本体１０が停止状態である場合に前記制御装置７０にスイッチ等による人為操作信号が入力される毎に、当該制御装置７０が前記ターボセンサ５１の断線判定を行うようにすることも可能である。

ここで、前記所定制御について説明する。

前記所定制御は、例えば、エラー信号の出力とされ得る。
即ち、前記制御装置７０は、前記ターボセンサ５１の断線を検知した場合には、エラー信号を出力する。
前記エラー信号には、エラーの発生、即ち前記ターボセンサ５１の断線の発生を使用者に視覚的、聴覚的又は触感的の少なくとも何れかで告知する為の信号が含まれる。

この場合、例えば、音、照明又は振動の少なくとも何れかを発する告知装置が前記エンジン１に備えられる。そして、前記制御装置７０は、前記ターボセンサ５１の断線を検知した場合に、前記告知装置が作動するようにエラー信号を当該告知装置に出力する構成とされる。
これにより、使用者は前記ターボセンサ５１の断線を即座に認識しやすくなる。

このエラー信号の出力に加えて、又は代えて、前記所定制御として、燃料噴射量の基本制御に対して変更を加えることも可能である。
即ち、前記制御装置７０は、前記過給機４０の回転数に相関のある前記エンジン本体１０の運転状態の制御として、前記過給機４０の回転数に基づいて前記複数の気筒Ｎｏ．１・Ｎｏ．２・Ｎｏ．３・Ｎｏ．４への燃料噴射量を調整する燃料噴射量制御を行っている。この状態で、非上死点タイミングにおける断線判定において前記ターボセンサ５１の断線を検知した場合には、前記過給機４０の回転数に基づく燃料噴射量制御に代えて予め設定されている量の燃料を供給するように燃料噴射量を変更する。

本実施の形態においては、前記予め設定されている量の燃料とは、前記エンジン本体１０が運転停止状態に近づくような、例えば当該エンジン本体１０の回転数が所定回転数よりも低下するような所定量の燃料とされる。こうして、前記制御装置７０は、非上死点タイミングにおける断線判定において前記ターボセンサ５１の断線を検知した場合には、前記エンジン本体１０を低速回転状態又は運転停止状態とするようなフェイルセーフ制御を実行するようになっている。

前記ターボセンサ５１が第１及び第２ターボセンサ５１ａ・５１ｂを有する場合において、前記制御装置７０は、前記第１及び第２ターボセンサ５１ａ・５１ｂのうち一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）の断線を検知した場合には、他方のターボセンサ５１ｂ（５１ａ）の検出値と前記エンジン状態検出センサの検出値とに基づいて算出する算出回転数を、断線を検知した前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）が検出した回転数として取り扱うように構成することができる。

前記ターボセンサ５１が前記第１及び第２ターボセンサ５１ａ・５１ｂを含む態様には、単一の過給機の回転数を前記第１及び第２ターボセンサ５１ａ・５１ｂによって検出する構成（図７（ａ））、並びに、第１及び第２過給機の回転数を前記第１及び第２ターボセンサ５１ａ・５１ｂによってそれぞれ検出する構成（図７（ｂ）及び（ｃ））が含まれる。

一実施の形態においては、図７（ａ）に示すように、前記第１及び第２ターボセンサ５１ａ・５１ｂが単一の過給機４０の回転数を検知するように設けられる。
前記制御装置７０は、前記第１及び第２ターボセンサ５１ａ・５１ｂのうち一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）の断線を検知した場合には、他方のターボセンサ５１ｂ（５１ａ）の検出値と前記エンジン状態検出センサの検出値とに基づいて、断線が検知された前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）が検出したと推定される回転数を算出する。そして、前記制御装置７０は、算出された前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）の回転数と、前記他方のターボセンサ５１ｂ（５１ａ）の検出値とに基づいて、前記過給機４０の回転数を得る。

これにより、前記制御装置７０は、前記過給機４０の回転数に相関のある前記エンジン本体１０の運転状態の制御を、その精度の低下を抑制しつつ実行することができる。

具体的には、例えば、前記制御装置７０は、断線が検知された前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）が検出したと推定される回転数を次のように算出する。
即ち、前記制御装置７０は、前記エンジン／過給機相関データに加えて、前記エンジン本体１０の回転数と燃料噴射量に基づいて前記吸気マニホールド１５の圧力を算出する為のエンジン／吸気マニホールド圧力相関データを有している。

前記制御装置７０は、前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）の断線を検知すると、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記エンジン本体１０の回転数と燃料噴射量を用いて前記エンジン／吸気マニホールド圧力相関データに基づき前記吸気マニホールド１５の想定圧力を算出すると共に、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記吸気マニホールド１５の実測圧力を得る。

前記吸気マニホールド１５の想定圧力と実測圧力との偏差が所定の範囲内にあれば、前記制御装置７０は、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記エンジン本体１０の回転数及び燃料噴射量を用いて前記エンジン／過給機相関データに基づき前記過給機４０の想定過給機回転数を算出し、この算出された想定過給機回転数を断線が検知された前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）が検出した回転数と推定する。

一方、前記吸気マニホールド１５の想定圧力と実測圧力との偏差が所定の範囲内になければ、前記制御装置７０は、前記吸気マニホールド１５の想定圧力と実測圧力との偏差の絶対値が燃料噴射量に基づいて設定される所定閾値以下か否かを判定する。

前記偏差の絶対値が所定閾値以下であれば、前記制御装置７０は、前記他方のターボセンサ５１ｂ（５１ａ）により検出された実測過給機回転数を前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記吸気マニホールド１５の実測圧力により修正し、修正された修正過給機回転数を断線が検知された前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）が検出した回転数と推定する。

他の実施の形態としては、図７（ｂ）に示すように、前記第１及び第２ターボセンサ５１ａ・５１ｂがそれぞれ第１及び第２過給機４０Ａ・４０Ｂに直列に設けられる。
前記制御装置７０は、前記第１及び第２ターボセンサ５１ａ・５１ｂうち一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）の断線を検知した場合には、他方のターボセンサ５１ｂ（５１ａ）の検出値と前記エンジン状態検出センサの検出値とに基づいて、断線が検知された前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）が検出したと推定される回転数を算出する。こうして、前記制御装置７０は、前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）側の前記過給機４０Ａ（４０Ｂ）の回転数を予測する。

これにより、前記制御装置７０は、前記第１及び第２過給機４０Ａ・４０Ｂの回転数に相関のある前記エンジン本体１０の運転状態の制御を、その精度の低下を抑制しつつ実行することができる。

具体的には、例えば、前記制御装置７０は断線が検知された前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）が検出したと推定される回転数を次のように算出する。
即ち、前記制御装置７０は、前記エンジン／過給機相関データ及び前記エンジン／吸気マニホールド圧力相関データに加えて、前記エンジン本体１０の回転数と燃料噴射量に基づいて前記エンジン本体１０の吸入空気量を算出する為のエンジン／吸入空気量相関データを有している。

前記制御装置７０は、高圧側過給機である前記第１過給機４０Ａに設けられた前記第１ターボセンサ５１ａの断線が検知された場合には、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記エンジン本体１０の回転数及び燃料噴射量を用いて前記エンジン／過給機相関データに基づき前記第１及び第２過給機４０Ａ・４０Ｂの想定過給機回転数をそれぞれ算出し、前記第１過給機４０Ａと前記第２過給機４０Ｂの回転数比を算出する。

そして、前記制御装置７０は、断線が検知されていない前記第２ターボセンサ５１ｂからの信号に基づく前記第２過給機４０Ｂの実測過給機回転数を得て、前記第２過給機４０Ｂの実測過給機回転数と前記回転数比とに基づき前記第１ターボセンサ５１ａが検出したと推定される前記第１過給機４０Ａの過給機回転数を算出する。

一方、前記制御装置７０は、低圧側過給機である前記第２過給機４０Ｂに設けられた前記第１ターボセンサ５１ｂの断線が検知された場合には、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記エンジン本体１０の回転数及び燃料噴射量を用いて前記エンジン／吸入空気量相関データに基づき想定吸入空気量を算出する。

前記制御装置７０は、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく実測大気圧及び前記吸気マニホールド１５の温度を得ると共に、断線が検知されていない前記一方のターボセンサ５１ａからの信号に基づく前記第１過給機４０Ａの実測過給機回転数を得て、前記第１過給機４０Ａの実測過給機回転数を実測大気圧及び前記吸気マニホールド１５の温度に基づいて修正する。

前記制御装置７０は、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記エンジン本体１０の回転数及び燃料噴射量を用いて前記エンジン／吸気マニホールド圧力相関データに基づき前記吸気マニホールド１５の想定圧力を算出すると共に、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記吸気マニホールド１５内の実測圧力を得る。

前記吸気マニホールド１５の想定圧力と実測圧力との偏差が所定の範囲内にあれば、前記制御装置７０は、前記第１過給機４０Ａの実測過給機回転数を修正して得られた修正過給機回転数に基づいて前記第１過給機４０Ａの流量を算出する。
なお、前記吸気マニホールド１５の想定圧力と実測圧力との偏差が所定の範囲内になければ、前記制御装置７０は前記第１過給機４０Ａ及び／又は前記第２過給機４０Ｂが故障したと判定し得る。

前記制御装置７０は、前記想定吸入空気量から前記第１過給機４０Ａの流量を引いた減算値を前記第２過給機４０Ｂの流量とし、この第２過給機４０Ｂの流量に基づいて前記第２過給機４０Ｂの第１想定過給機回転数を算出する。
また、前記制御装置７０は、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記エンジン本体１０の回転数及び燃料噴射量を用いて前記エンジン／過給機相関データに基づき前記第２過給機４０Ｂの第２想定過給機回転数を算出する。

前記第２過給機４０Ｂの第１想定過給機回転数と第２想定過給機回転数との偏差が所定閾値以下であれば、前記制御装置７０は、前記第１想定過給機回転数と前記第２想定過給機回転数との平均値、又は前記第１想定過給機回転数を断線が検知された前記第２ターボセンサ５１ｂが検出したと推定される前記第２過給機４０Ｂの過給機回転数と推定する。

前記第２過給機４０Ｂの第１想定過給機回転数と第２想定過給機回転数との偏差が前記所定閾値を超えていれば、前記制御装置７０は、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記エンジン本体１０の回転数及び燃料噴射量を用いて前記エンジン／過給機相関データに基づき前記第１過給機４０Ａの想定過給機回転数を算出する。

そして、前記第１過給機４０Ａの想定過給機回転数と前記修正過給機回転数との偏差の絶対値が所定閾値以下であれば、前記制御装置７０は、前記第２過給機４０Ｂの第１想定過給機回転数を断線が検知された前記第２ターボセンサ５１ｂが検出したと推定される前記第２過給機４０Ｂの過給機回転数とする。
なお、前記第１過給機４０Ａの想定過給機回転数と修正過給機回転数との偏差の絶対値が所定閾値を超えていれば、前記制御装置７０は、燃料噴射量が異常であると判定し得る。

なお、前記第２ターボセンサ５１ｂが検出したと推定される過給機回転数は、前述の前記高圧側過給機に設けられた前記第１ターボセンサ５１ａが検出したと推定される過給機回転数と同様にして算出することも可能であるが、前記エンジン本体１０の回転数が低回転域であれば高圧側過給機（前記第１過給機４０Ａ）の過給機回転数が安定しないことがあるため、本例ではより好ましい別の方法で算出している。

なお、ここでは前記第１及び第２過給機４０Ａ・４０Ｂが前記吸気ライン２０及び前記排気ライン３０を介して互いに直列に配置される例について説明したが、図７（ｃ）に示すように、前記第１及び第２過給機４０Ａ・４０Ｂを前記吸気ライン２０及び前記排気ライン３０を介して互いに並列に配置した場合でも、前記同様の方法で断線が検知された前記一方のターボセンサ５１ａ（５１ｂ）が検出したと推定される回転数を算出することが可能である。

好ましくは、前記制御装置７０には、前記ターボセンサ５１の検出値を一時的に記憶する記憶手段が備えられ、前記制御装置７０は、前記ターボセンサ５１の断線を検知した場合には、前記記憶手段に記憶されている断線検知前の最新の前記ターボセンサ５１の検出値と前記エンジン状態検出センサの検出値とに基づいて算出される算出値を、前記ターボセンサ５１の検出値として取り扱う。

本実施の形態においては、前記記憶手段は前記制御装置７０の記憶部７２とされており、前記ターボセンサ５１の検出値は当該記憶部７２に所定の時間間隔で更新されつつ一時的に記憶される。
そして、前記制御装置７０は、前記ターボセンサ５１の断線を検知した場合には、前記記憶部７２に記憶されている断線検知前の最新の前記ターボセンサ５１の検出値と断線検知後の前記エンジン状態検出センサの検出値とに基づいて算出値を算出し、前記ターボセンサ５１の検出値として取り扱う。こうして、前記制御装置７０は断線検知後に現時点における前記過給機４０の回転数を推定する。

これにより、前記制御装置７０は、前記過給機４０の回転数に相関のある前記エンジン本体１０の運転状態の制御を、その精度の低下を抑制しつつ実行することができる。

具体的には、例えば、前記制御装置７０は断線検知後に現時点における前記過給機４０の回転数を次のように推定する。
即ち、前記制御装置７０は、前記エンジン／過給機相関データ及び前記エンジン／吸気マニホールド圧力相関データを有している。

前記制御装置７０は、前記ターボセンサ５１の断線を検知すると、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記エンジン本体１０の回転数及び燃料噴射量を用いて前記エンジン／過給機相関データに基づき想定過給機回転数を算出し、この想定過給機回転数と断線検知前の最新の前記ターボセンサ５１の検出値との偏差を算出する。

前記偏差が所定の範囲内にあれば、前記制御装置７０は、断線検知後に前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく最新の前記エンジン本体１０の回転数及び燃料噴射量を用いて前記エンジン／吸気マニホールド圧力相関データに基づき前記吸気マニホールド１５の想定圧力を算出すると共に、前記エンジン状態検出センサからの信号に基づく前記吸気マニホールド１５の実測圧力を得る。

そして、前記吸気マニホールド１５の想定圧力と実測圧力との偏差の絶対値が所定閾値以下であれば、前記制御装置７０は、前記想定過給機回転数を現時点における前記過給機４０の回転数と推定する。

なお、前記各実施の形態においては、前記エンジン１として、過給機付きディーゼルエンジンを用いたが、燃焼室へ空気を強制的に送り込む過給機を備えるものであれば、ガソリンエンジンなどを用いることも可能である。

１ エンジン
５ クランク軸
１０ エンジン本体
１８ 燃焼室
２０ 吸気ライン
３０ 排気ライン
４０ 過給機
４１ タービン
４２ コンプレッサ
５１ ターボセンサ
５２ クランク角センサ
７０ 制御装置
７２ 記憶部
８１ 上死点指標
８２ 検出子
９０ 断線判定回路

Claims (10)

1. 複数の気筒を有するエンジン本体と、前記エンジン本体の燃焼室に吸入空気を導く吸気ラインと、前記燃焼室から排出される排気ガスの通路となる排気ラインと、前記排気ラインに介挿されたタービン及びタービンによって駆動される状態で前記吸気ラインに介挿されたコンプレッサを有する過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサからの信号に基づき前記過給機の回転数に相関のある前記エンジン本体の運転状態を制御する制御装置と、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサとを備えたエンジンであって、
   前記制御装置は、前記クランク角センサの検出信号に基づいて前記複数の気筒が上死点状態となるタイミングを認識すると共に、前記エンジン本体の一燃焼サイクル内であって且つ前記複数の気筒の何れもが上死点状態にならない非上死点タイミングにおいて前記ターボセンサの断線判定を行うことを特徴とするエンジン。
2. 前記クランク軸には、前記複数の気筒のうち基準となる基準気筒の上死点位置を示す上死点指標と、周方向に等間隔に配置された複数の検出子とが設けられ、
   前記制御装置は、前記クランク角センサが前記上死点指標を検出することによって検知される前記基準気筒の上死点位置に対応したクランク角と前記複数の気筒の気筒数とに従って、前記複数の気筒の上死点位置に対応したクランク角を認識すると共に、前記上死点指標を検出した時点からの前記クランク角センサによって検出される前記検出子の数量をカウントすることで前記基準気筒の上死点位置を基準とした現時点のクランク角を認識し、前記複数の気筒の上死点位置に対応したクランク角及び現時点のクランク角に基づいて前記非上死点タイミングを認識することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記制御装置は、直近に燃焼した気筒の上死点位置に対応したクランク角と次に燃焼する気筒の上死点位置に対応したクランク角との偏差をΔθとした場合に、現時点のクランク角が前記直近に燃焼した気筒の上死点位置に対応したクランク角からΔθ／２の範囲内において前記ターボセンサの断線判定を行うことを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
4. 前記エンジン本体の運転状態に関する物理量を検出するエンジン状態検出センサを備え、
   前記制御装置は、前記エンジン状態検出センサによって検出される物理量に基づいて前記過給機の想定回転数を算出する為のエンジン運転状態／過給機相関データを有し、前記エンジン状態検出センサ及び前記相関データによって算出される想定過給機回転数と前記ターボセンサの検出信号によって得られる実測過給機回転数との比較によって、前記ターボセンサの断線判定を行うことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のエンジン。
5. 前記クランク角センサが前記エンジン状態検出センサとしても作用し、
   前記制御装置は、前記エンジン運転状態／過給機相関データとして、前記エンジン状態検出センサによって検出される前記エンジン本体の回転数と燃料噴射量とから前記過給機の想定回転数を算出するエンジン／過給機相関データを有し、前記エンジン状態検出センサからの信号及び前記エンジン／過給機相関データに基づいて得られる想定過給機回転数と前記ターボセンサからの信号に基づく実測過給機回転数との比較によって、前記ターボセンサの断線判定を行うことを特徴とする請求項４に記載のエンジン。
6. 所定の抵抗値を有する断線判定回路であって、前記制御装置及び前記ターボセンサと共働して閉回路を形成するように両者に対して電気的に接続された断線判定回路を備え、
   前記制御装置は、主電源ＯＮ状態で且つ前記エンジン本体が運転停止状態において、前記断線判定回路の抵抗値が所定抵抗値であるか否かに基づいて前記ターボセンサの断線判定を行えるように構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のエンジン。
7. 前記制御装置は、前記ターボセンサの断線を検知した場合には、エラー信号を出力することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のエンジン。
8. 前記制御装置は、前記過給機の回転数に相関のある前記エンジン本体の運転状態の制御として、前記過給機の回転数に基づいて前記複数の気筒への燃料噴射量を調整する燃料噴射量制御を行っており、非上死点タイミングにおける断線判定において前記ターボセンサの断線を検知した場合には、前記過給機の回転数に基づく燃料噴射量制御に代えて予め設定されている量の燃料を供給することを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のエンジン。
9. 前記エンジン本体の運転状態に関する物理量を検出するエンジン状態検出センサを備え、
   前記ターボセンサは、第１及び第２ターボセンサを含み、
   前記制御装置は、前記第１及び第２ターボセンサの一方の断線を検知した場合には、前記第１及び第２ターボセンサの他方の検出値と前記エンジン状態検出センサの検出値とに基づいて算出する算出回転数を、断線を検知した一方のターボセンサが検出した回転数として取り扱うことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載のエンジン。
10. 前記エンジン本体の運転状態に関する物理量を検出するエンジン状態検出センサを備え、
    前記制御装置は、前記ターボセンサの検出値を一時的に記憶する記憶手段を有しており、前記ターボセンサの断線を検知した場合には、前記記憶手段に記憶されている断線検知前の最新の前記ターボセンサの検出値と前記エンジン状態検出センサの検出値とに基づいて算出される算出値を、前記ターボセンサの検出値として取り扱うことを特徴とする請求項１から９の何れかに記載のエンジン。

Images