JP2013256895A - エアバイパスバルブの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く異常診断を実施することのできるエアバイパスバルブの異常診断装置を提供する。
【解決手段】過給機付内燃機関のコンプレッサのエアバイパス通路に、エアバイパスバルブが設けられる。第１ガス通路は、エアバイパス通路と並列にコンプレッサをバイパスするように、一端が吸気通路のコンプレッサ下流と接続し他端が吸気通路のコンプレッサ上流と接続し、途中にエゼクタと、エゼクタ流量調整弁とを備える。第２ガス通路は、一端が第１ガス通路の途中に、他端がブローバイガス源と接続する。吸気通路における過給圧を検出可能な過給圧センサを備える。エゼクタ流量調整弁は、第１ガス通路に設けられ、開度変更可能なものである。エアバイパスバルブを開状態と閉状態とで切り替えたときの過給圧の変化量と、エゼクタ流量調整弁を開状態と閉状態とで切り替えたときの過給圧の変化量と、の間の比に基づいて、エアバイパスバルブの異常診断を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、エアバイパスバルブの異常診断装置に関する。

従来、例えば、特開２００７−７７８９７号公報に開示されているように、内燃機関に設けられたエアバイパスバルブの異常診断装置が知られている。当該公報にかかるエンジンは、吸気管にスロットルバルブを備えており、スロットルバルブ上流側にターボチャージャのコンプレッサが備えられている。エアバイパス通路が、コンプレッサ（インペラ）を挟んで吸気管上流部と下流部との間に設けられている。エアバイパス通路には、エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）が設けられている。当該公報においては、制御装置（ＥＣＵ）は、所定の作動条件が成立する場合にエアバイパスバルブを開放制御し、スロットル上流圧の挙動に基づいてエアバイパスバルブの異常が生じているかどうかを判定することとしている。

特開２００７−７７８９７号公報

上記従来の技術は、エアバイパスバルブの異常判定をエアバイパスバルブ開に伴う過給圧変化によって行うものである。スロットル上流圧の挙動に基づいてエアバイパスバルブの異常が生じているかどうかを判定しており、過給圧センサを用いるなどした過給圧計測が行われる。精度向上の観点から、過給圧センサで過給圧を検出するとともに、その検出値を補正することも考えられる。その補正は、エアフローメータや、大気圧センサの出力に基づいて行われる。

しかしながら、このようなセンサ機器には機差ばらつきや劣化が不可避的に発生する。また、コンプレッサ等の構成の個体差もある。これらの機差ばらつきや劣化により、上記の過給圧検出値の補正後の値にもばらつき影響が重畳してしまう。このようなばらつき影響に起因して、過給圧変化に依拠したエアバイパスバルブ異常判定の精度が悪化してしまうという問題があった。

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、精度良く異常診断を実施することのできるエアバイパスバルブの異常診断装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、エアバイパスバルブの異常診断装置であって、
過給機付内燃機関のコンプレッサをバイパスするように吸気通路に接続したエアバイパス通路に設けられたエアバイパスバルブの異常を診断する装置であって、
前記吸気通路に備えられ、前記エアバイパス通路と並列に前記コンプレッサをバイパスするように、一端が前記吸気通路の前記コンプレッサ下流と接続し他端が前記吸気通路の前記コンプレッサ上流と接続した第１ガス通路と、
一端が前記第１ガス通路の途中に接続し、他端が前記内燃機関のブローバイガス源と接続した第２ガス通路と、
前記第１ガス通路と前記第２ガス通路の合流部に設けられ、前記ブローバイガスを前記第１ガス通路および前記第２ガス通路を介して前記吸気通路へと導くエゼクタと、
前記第１ガス通路に設けられ、開度変更可能なエゼクタ流量調整弁と、
前記吸気通路における過給圧を検出可能な過給圧検出手段と、
前記エアバイパスバルブの開度変更に伴う過給圧の変化量と前記エゼクタ流量調整弁の開度変更に伴う過給圧の変化量との間の比に基づいて、前記エアバイパスバルブの異常診断を行う異常診断手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記第１ガス通路は、前記エゼクタと前記吸気通路の前記コンプレッサ上流との間を繋ぐコンプレッサ上流側部分と、前記エゼクタと前記吸気通路の前記コンプレッサ下流との間を繋ぐコンプレッサ下流側部分と、を含み、
前記エゼクタ流量調整弁は、前記コンプレッサ下流側部分に設けられたことを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記異常診断手段は、
前記エゼクタ流量調整弁の開度を固定した状態で、前記エアバイパスバルブを開状態としたときの過給圧の値と前記エアバイパスバルブを閉状態としたときの過給圧の値の差分である第１差分を算出する手段と、
前記エアバイパスバルブの開度を固定した状態で、前記エゼクタ流量調整弁を開状態としたときの過給圧の値と前記エゼクタ流量調整弁を閉状態としたときの過給圧の値の差分である第２差分を算出する手段と、
前記第１差分と前記第２差分の比が所定値以下であるか否かに基づいて、前記エアバイパスバルブの異常診断を行う手段と、
を含むことを特徴とする。

第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか１つにおいて、
前記過給機付内燃機関は、スロットル、可変動弁装置、およびウェイストゲートバルブを含み、
前記異常診断手段による異常診断の実施中は、スロットル、可変動弁装置、ウェイストゲートバルブの少なくとも１つの装置のアクチュエータの動作を禁止するように当該装置に制御信号を与える手段を、さらに備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、過給圧変化量の比に基づきエアバイパスバルブの異常診断を精度良く行うことができる。すなわち、エアバイパス通路と第１ガス通路の双方は、ともにコンプレッサをバイパスするように吸気通路に接続した通路である。このため、エアバイパスバルブとエゼクタ流量調整弁のそれぞれの開度変更にともなう過給圧変化には、相関がある。これらの過給圧変化量の比に基づくことで、エアバイパスバルブの異常診断を精度良く行うことができる。

第２の発明によれば、正圧のコンプレッサ下流側にエゼクタ流量調整弁が配置されているので、エゼクタ流量調整弁を閉じた場合であっても、負圧のコンプレッサ上流側からエゼクタを介して第２ガス通路までの経路が確保される。これにより、第１の発明にかかる異常診断においてエゼクタ流量調整弁を閉じたときも、ブローバイガスの供給を継続することができる。

第３の発明によれば、エゼクタ流量調整弁とエアバイパスバルブそれぞれについての開度変更および過給圧変化量取得を個別独立に行うことで、検出精度をよりいっそう確保することができる。

第４の発明によれば、過給圧に影響を与えるアクチュエータの動作を禁止するように制御を行うことができ、検出精度を確保することができる。

本発明の実施の形態にかかるエアバイパスバルブの異常診断装置の構成を、これが適用される内燃機関（エンジン１０）の構成とともに示す図である。 本発明の実施の形態にかかるエアバイパスバルブの異常診断装置の異常診断動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかるエアバイパスバルブの異常診断装置において、ＥＣＵ８０が実行するルーチンのフローチャートである。 実施の形態１の変形例を示す図である。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるエアバイパスバルブの異常診断装置の構成を、これが適用される内燃機関（エンジン１０）の構成とともに示す図である。実施の形態にかかるエアバイパスバルブの異常診断装置は、エンジン１０に対して適用される。エンジン１０は、車両搭載用の複数の気筒を備えるエンジンであり、実施の形態では直列４気筒式の火花点火式エンジンである。エンジン１０は、ターボチャージャ７０を備える過給内燃機関である。図示しないが、エンジン１０の各気筒には、吸気バルブ、排気バルブ、点火プラグ、燃料噴射弁、ピストン等の燃焼に必要な基本構成が設けられている。

エンジン１０の各気筒の吸気ポートは、図示しない吸気マニホールドを介して吸気通路２０に接続している。吸気通路２０は、吸気通路上流部２０ａを有している。ターボチャージャ７０はコンプレッサ７０ａおよびタービン７０ｂを備えており、吸気通路２０におけるコンプレッサ７０ａより上流部分が吸気通路上流部２０ａである。吸気通路上流部２０ａは、エアクリーナ３０と連通している。

吸気通路上流部２０ａには、エアクリーナ３０側から下流に向けて、エアフローメータ３２、吸気温度センサ３４が順次設けられている。吸気通路２０には、上流（コンプレッサ７０ａ側）から下流（エンジン１０側）に向けて、コンプレッサ後温度センサ４４、過給圧センサ４２、スロットル３６、サージタンク圧センサ３８、温度センサ４０が順次設けられている。これらのセンサの出力端子はＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０の入力端子と接続しており、ＥＣＵ８０はエンジン１０の運転状態にかかわる各種センシング量を入手することができる。

実施の形態にかかるエアバイパスバルブの異常診断装置は、エアバイパス通路２４およびエアバイパスバルブ４６を備えている。エアバイパス通路２４は、コンプレッサ７０ａをバイパスするように設けられたガス通路で、一端が吸気通路２０におけるコンプレッサ７０ａ上流部（つまり吸気通路上流部２０ａ）と接続し、他端が吸気通路２０におけるコンプレッサ７０ａ下流部と接続している。エアバイパスバルブ４６は、ＥＣＵ８０と接続して制御信号に基づく開閉駆動が可能な電動式のものである。

実施の形態にかかるエアバイパスバルブの異常診断装置が適用される内燃機関は、エゼクタシステムを用いたクランクケース換気システムを備えている。すなわち、ＮＡエンジンでは、スロットル後の負圧を利用してクランクケースを換気する構成とされるが、過給エンジンではスロットル後の圧力が正圧となる運転条件がある。その運転条件ではＮＡエンジンと同じ構成ではクランクケースを換気できない。そこで、エゼクタシステムを用いて負圧を作りクランクケースを換気するシステムが実施の形態には搭載されている。

具体的には、実施の形態のエゼクタシステムは、エゼクタ本体４８、エゼクタ流量調整弁５０、コンプレッサ上流側ガス通路５２、コンプレッサ下流側ガス通路５３、ブローバイガス通路５４、および逆止弁５６、５８を備えている。コンプレッサ上流側ガス通路５２の一端は吸気通路上流部２０ａに接続し、その他端はエゼクタ本体４８と接続している。コンプレッサ下流側ガス通路５３の一端は吸気通路２０のコンプレッサ７０ａ下流部に接続し、その他端はエゼクタ本体４８と接続している。コンプレッサ上流側ガス通路５２、エゼクタ本体４８、およびコンプレッサ下流側ガス通路５３の連通により構成されるガス通路は、エアバイパス通路２４と並行にコンプレッサ７０ａをバイパスする。

ブローバイガス通路５４の一端はエゼクタ本体４８と接続し、その他端は、逆止弁５６および逆止弁５８を介して、エンジン１０のブローバイガス源（クランクケースあるいはヘッドカバー）に接続している。このような構成において、エゼクタ本体４８の作用により、ブローバイガスが吸気通路上流部２０ａに導入される。すなわち、コンプレッサ下流側ガス通路５３の正圧ガスがエゼクタ本体４８における駆動ガスとなる。ブローバイガスが、ブローバイガス通路５４を経由して吸込ガスとしてエゼクタ本体４８に吸込まれる。ブローバイガスが吐出ガスの一部としてコンプレッサ上流側ガス通路５２を介して吸気通路上流部２０ａに導入される。

エゼクタ流量調整弁５０は、コンプレッサ下流側ガス通路５３に設けられている。エゼクタ流量調整弁５０はＥＣＵ８０と接続し電子制御により開度変更が可能なバルブであり、その開度変更によりエゼクタ本体４８によるガス流量を調節することができる。

エンジン１０の各気筒の排気ポートは、図示しない排気マニホールドでまとめられ、排気通路６０を通じて、タービン７０ｂへと導かれる。タービン７０ｂ下流にはさらに排気通路６２が連通し、図示しない触媒、マフラーと連通する。タービン７０ｂをバイパスするウェイストゲート６４、およびウェイストゲートバルブ６８が設けられている。排気通路６２には排気ガスの空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ６６が設けられている。

ＥＣＵ８０は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを備えており、上記の各種センサおよび各構成のアクチュエータと接続している。図示しないが、実施の形態のシステムは、クランク角センサを備えている。クランク角センサは、クランク軸の回転に同期した信号を出力するもので、ＥＣＵ８０は、この出力に基づいてエンジン回転数（機関回転数）及びクランク角を検出することができる。

センサ系統には、上述の各種センサに加えて、車両やエンジンの制御に必要な各種のセンサが含まれており、これらのセンサはＥＣＵ８０の入力側に接続されている。必要な各種のセンサには、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、カムシャフトの回転角を検出するカム角センサ等が含まれる。ＥＣＵ５０の出力側には、スロットル３６、燃料噴射弁、点火プラグ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

ＥＣＵ８０は、エンジン１０の運転情報をセンサ系統により検出し、その検出結果に基づ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、クランク角センサの出力に基づいてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローメータ３２により吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基づいてエンジンの負荷（負荷率）を算出する。そして、クランク角に基づいて燃料噴射時期や点火時期を決定し、これらの時期が到来したときには、燃料噴射弁や点火プラグを駆動する。これにより、筒内で混合気を燃焼させ、エンジンを運転することができる。

図２は、本発明の実施の形態にかかるエアバイパスバルブの異常診断装置の異常診断動作を説明するための図である。図２（ａ）は、エゼクタ流量調整弁５０開閉時の過給圧変化代Ａを示す。図２（ｂ）は、エアバイパスバルブ４６開閉時の過給圧変化代Ｂを示す。実施の形態では、ＥＣＵ８０は、エアバイパスバルブを開状態と閉状態とで切り替えたときの過給圧の変化量と、エゼクタ流量調整弁を開状態と閉状態とで切り替えたときの過給圧の変化量と、の間の比に基づいて、エアバイパスバルブの異常診断を行う処理を実行することができる。

実施の形態によれば、過給圧変化量の比に基づきエアバイパスバルブ４６の異常診断を精度良く行うことができる。すなわち、エアバイパス通路２４とエゼクタ本体４８側通路（コンプレッサ上流側ガス通路５２およびコンプレッサ下流側ガス通路５３）の双方は、ともにコンプレッサ７０ａをバイパスするように吸気通路２０に接続した通路である。このため、エアバイパスバルブ４６とエゼクタ流量調整弁５０のそれぞれの開閉にともなう過給圧変化には、相関がある。この相関関係を利用することで、エゼクタ流量調整弁５０の開度変化時の圧力変化代からエアバイパスバルブ４６開度変化時の圧力変化代の補正を行うことができる。つまり、両者の比を取ることで、ばらつき成分を小さくすることができ、異常診断の精度が向上する。

スロットル上流圧の挙動に基づいてエアバイパスバルブの異常が生じているかどうかを判定するにあたっては、過給圧センサを用いるなどした過給圧計測が行われる。精度向上の観点から、過給圧センサで過給圧を検出するとともに、その検出値を補正することも考えられる。その補正は、エアフローメータや、大気圧センサの出力に基づいて行われる。しかしながら、このようなセンサ機器には機差ばらつきや劣化が不可避的に発生する。また、コンプレッサ等の構成の個体差もある。これらの機差ばらつきや劣化により、上記の過給圧検出値の補正後の値にもばらつき影響が重畳してしまう。
この点、実施の形態によれば、ばらつき影響を小さくすることができ、異常診断の精度を向上することができる。

実施の形態によれば、正圧のコンプレッサ下流側にエゼクタ流量調整弁５０が配置されているので、エゼクタ流量調整弁５０を閉じた場合であっても、負圧のコンプレッサ上流側からエゼクタ本体４８を介してブローバイガス通路５４までの経路が確保される。つまり、エゼクタ流量調整弁５０を閉じていても、クランクケース等のブローバイガス源はコンプレッサ７０ａ前の吸気通路上流部２０ａとはつながっているので、クランクケースが正圧の場合には吸気通路上流部２０ａにブローバイガスを戻すことができるからである。これにより、実施の形態にかかる異常診断においてエゼクタ流量調整弁５０を閉じたときも、ブローバイガスの供給を継続することができる。
ただし、本発明がこれに限られるものではなく、変形例として図４に示すようにコンプレッサ上流側ガス通路５２にエゼクタ流量調整弁５０を備えるものであってもよい。

実施の形態では、異常診断の実施中は、スロットル３６、可変動弁装置（ＶＶＴ）、ウェイストゲートバルブ６８などのアクチュエータを、固定するようにＥＣＵ８０が制御信号を発することが好ましい。これらのアクチュエータは、過給圧に影響を与えるからである。

図３は、本発明の実施の形態にかかるエアバイパスバルブの異常診断装置において、ＥＣＵ８０が実行するルーチンのフローチャートである。
図３のルーチンでは、先ず、エンジン１０が過給域で運転されているか否かが判定される（ステップＳ１０６）。過給域ではないと判定された場合には、今回のルーチンが終了する。
ステップＳ１０６の条件が成立している場合には、次に、ドライバ要求トルクの変化代が所定値以下であるか否かが判定される（ステップＳ１０８）。所定値以下ではないと判定された場合は、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ１０８の条件が成立している場合には、次に、スロットル等のアクチュエータの動作を固定するように、ＥＣＵ８０が制御信号を変更する（ステップＳ１１０）。

次に、エゼクタ流量調整弁５０を、検査開度（全閉）まで操作し、操作完了後、元の位置に復帰させる（ステップＳ１１２）。このとき、過給圧センサ４２による過給圧検出が行われる。
次に、前ステップにおけるエゼクタ流量調整弁５０の操作に応じた過給圧変化代（操作前後における過給圧の差分）を、変化代Ａとして算出する（ステップＳ１１４）。

次に、エアバイパスバルブ４６を検査開度（全閉）まで操作し、操作完了後、元の位置に復帰させる（ステップＳ１１６）。このとき、過給圧センサ４２による過給圧検出が行われる。
次に、前ステップにおけるエアバイパスバルブ４６の操作に応じた過給圧変化代（操作前後における過給圧の差分）を、変化代Ｂとして算出する（ステップＳ１１８）。

次に、変化代Ａおよび変化代Ｂの比であるＢ／Ａの値が算出される（ステップＳ１２０）。
続いて、Ｂ／Ａの値が一定値（所定値）以下であるか否かの判定がおこなわれる（ステップＳ１２２）。エアバイパスバルブ４６の故障時には、過給圧変化代Ｂが小さくなる。これは、開故障も閉故障でも過給圧変化代は小さくなる。その結果、故障時においては、Ｂ／Ａの値が小さくなる。一定値以下である場合は、エアバイパスバルブ４６に異常（故障）があると判定される（ステップＳ１２４）。一定値以下でなければ、エアバイパスバルブ４６は正常であると判定される（ステップＳ１２６）。その後、今回のルーチンが終了する。
この一定値（所定値）は、エアバイパス通路２４、コンプレッサ上流側ガス通路５２等の設計値やエアバイパスバルブ４６およびエゼクタ流量調整弁５０の仕様に基づく計算を行ったり、あらかじめ実験等を行ったりすることにより決定し、ＥＣＵ８０に記憶しておけばよい。

なお、ステップＳ１１２、Ｓ１１４の過程で、エアバイパスバルブ４６の開度は所定値に固定または全閉じとしてもよい。また、ステップＳ１１６、Ｓ１１８の過程で、エゼクタ流量調整弁５０の開度は所定値に固定または全閉じとしてもよい。

１０ エンジン
２０ 吸気通路
２０ａ 吸気通路上流部
２４ エアバイパス通路
３０ エアクリーナ
３２ エアフローメータ
３４ 吸気温度センサ
３６ スロットル
３８ サージタンク圧センサ
４０ 温度センサ
４２ 過給圧センサ
４４ コンプレッサ後温度センサ
４６ エアバイパスバルブ
４８ エゼクタ本体
５０ エゼクタ流量調整弁
５２ コンプレッサ上流側ガス通路
５３ コンプレッサ下流側ガス通路
５４ ブローバイガス通路
５６ 逆止弁
５８ 逆止弁
６０ 排気通路
６２ 排気通路
６４ ウェイストゲート
６６ Ａ／Ｆセンサ
６８ ウェイストゲートバルブ
７０ ターボチャージャ
７０ａ コンプレッサ
７０ｂ タービン

Claims (4)

1. 過給機付内燃機関のコンプレッサをバイパスするように吸気通路に接続したエアバイパス通路に設けられたエアバイパスバルブの異常を診断する装置であって、
   前記吸気通路に備えられ、前記エアバイパス通路と並列に前記コンプレッサをバイパスするように、一端が前記吸気通路の前記コンプレッサ下流と接続し他端が前記吸気通路の前記コンプレッサ上流と接続した第１ガス通路と、
   一端が前記第１ガス通路の途中に接続し、他端が前記内燃機関のブローバイガス源と接続した第２ガス通路と、
   前記第１ガス通路と前記第２ガス通路の合流部に設けられ、前記ブローバイガスを前記第１ガス通路および前記第２ガス通路を介して前記吸気通路へと導くエゼクタと、
   前記第１ガス通路に設けられ、開度変更可能なエゼクタ流量調整弁と、
   前記吸気通路における過給圧を検出可能な過給圧検出手段と、
   前記エアバイパスバルブの開度変更に伴う過給圧の変化量と前記エゼクタ流量調整弁の開度変更に伴う過給圧の変化量との間の比に基づいて、前記エアバイパスバルブの異常診断を行う異常診断手段と、
   を備えることを特徴とするエアバイパスバルブの異常診断装置。
2. 前記第１ガス通路は、前記エゼクタと前記吸気通路の前記コンプレッサ上流との間を繋ぐコンプレッサ上流側部分と、前記エゼクタと前記吸気通路の前記コンプレッサ下流との間を繋ぐコンプレッサ下流側部分と、を含み、
   前記エゼクタ流量調整弁は、前記コンプレッサ下流側部分に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のエアバイパスバルブの異常診断装置。
3. 前記異常診断手段は、
   前記エゼクタ流量調整弁の開度を固定した状態で、前記エアバイパスバルブを開状態としたときの過給圧の値と前記エアバイパスバルブを閉状態としたときの過給圧の値の差分である第１差分を算出する手段と、
   前記エアバイパスバルブの開度を固定した状態で、前記エゼクタ流量調整弁を開状態としたときの過給圧の値と前記エゼクタ流量調整弁を閉状態としたときの過給圧の値の差分である第２差分を算出する手段と、
   前記第１差分と前記第２差分の比が所定値以下であるか否かに基づいて、前記エアバイパスバルブの異常診断を行う手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエアバイパスバルブの異常診断装置。
4. 前記過給機付内燃機関は、スロットル、可変動弁装置、およびウェイストゲートバルブを含み、
   前記異常診断手段による異常診断の実施中は、スロットル、可変動弁装置、ウェイストゲートバルブの少なくとも１つの装置のアクチュエータの動作を禁止するように当該装置に制御信号を与える手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエアバイパスバルブの異常診断装置。

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