JP2015094300A - Failure diagnostic device of internal combustion engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機付き内燃機関の故障診断装置に関するものである。 The present invention relates to a failure diagnosis device for an internal combustion engine with a supercharger.
過給機付き内燃機関のウェイストゲートバルブは、回転軸やバルブの固着、アクチュエータの動作不良、断線などによって開閉動作が不能となる可能性があるため、適切に開閉するかどうかの診断が行われる。ウェイストゲートバルブにロータリエンコーダなどの開度センサを設けると著しくコストアップすることから、過給機の下流に配置した温度センサを用いてウェイストゲートバルブの開閉動作の故障診断を行うことが提案されている(特許文献1)。この従来技術では、ウェイストゲートバルブの開度に応じて排気ガスの温度が変化する位置に温度センサを設け、ウェイストゲートバルブの開度に応じた基準排気温度を予め算出しておき、この基準値と検出値を比較することで、ウェイストゲートバルブの開閉動作に異常があるか否かを診断する。 A wastegate valve of an internal combustion engine with a supercharger may be unable to open and close due to sticking of a rotating shaft or valve, malfunction of an actuator, disconnection, etc. . Providing a waste gate valve with an opening sensor such as a rotary encoder significantly increases the cost, so it has been proposed to use a temperature sensor located downstream of the turbocharger to diagnose the failure of the opening and closing operation of the waste gate valve. (Patent Document 1). In this prior art, a temperature sensor is provided at a position where the temperature of the exhaust gas changes according to the opening degree of the waste gate valve, and a reference exhaust temperature corresponding to the opening degree of the waste gate valve is calculated in advance. And the detected value are compared to diagnose whether there is an abnormality in the opening / closing operation of the waste gate valve.
ところで、内燃機関の冷機始動時においては、ウェイストゲートバルブを全開して高温の排気ガスを排気浄化触媒に流し、触媒を活性化させることが必要とされる。しかしながら、上記従来技術では内燃機関の冷機始動時にウェイストゲートバルブの故障診断を実施しない構成であるため、仮に冷機始動時にウェイストゲートバルブが全閉位置で焼付き固着しているにも拘らずこれを放置すると、排気浄化触媒の活性化が遅れエミッション性能が低下するという問題がある。 By the way, at the time of cold start of the internal combustion engine, it is necessary to fully open the waste gate valve and to flow high-temperature exhaust gas to the exhaust purification catalyst to activate the catalyst. However, in the above prior art, the failure diagnosis of the waste gate valve is not performed at the time of cold start of the internal combustion engine, so even though the waste gate valve is seized and fixed in the fully closed position at the time of cold start, this is not the case. If left unattended, there is a problem that the activation of the exhaust purification catalyst is delayed and the emission performance is lowered.
本発明が解決しようとする課題は、内燃機関の冷機始動時にウェイストゲートバルブの開閉動作の故障診断を行うことで排気性能の低下を抑制できる過給機付き内燃機関の故障診断装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a fault diagnosis device for an internal combustion engine with a supercharger that can suppress a deterioration in exhaust performance by performing fault diagnosis of the opening / closing operation of a waste gate valve at the time of cold start of the internal combustion engine. It is.
本発明は、内燃機関の冷機始動時に、ウェイストゲートバルブと排気浄化触媒との間に設けた排気温度センサの出力に基づいてウェイストゲートバルブの開閉動作の故障診断を行うことによって上記課題を解決する。 The present invention solves the above problem by performing a failure diagnosis of the opening / closing operation of the waste gate valve based on the output of an exhaust temperature sensor provided between the waste gate valve and the exhaust purification catalyst when the internal combustion engine is cold. .
本発明によれば、内燃機関の冷機始動時にウェイストゲートバルブの開閉動作の故障診断を行うので、当該冷機始動時にウェイストゲートバルブが故障している場合は即座に注意喚起することができる。その結果、内燃機関の冷機始動時における排気性能の低下を抑制することができる。 According to the present invention, since the failure diagnosis of the opening / closing operation of the waste gate valve is performed at the time of cold start of the internal combustion engine, if the waste gate valve is broken at the time of cold start, it is possible to immediately call attention. As a result, it is possible to suppress a decrease in exhaust performance when the internal combustion engine is cold-started.
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る過給機付き内燃機関を示すブロック図であり、内燃機関1(エンジン)の吸気通路11には、エアーフィルタ12、吸入空気流量を検出するエアフローメータ13、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ14、およびコレクタ15が設けられている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an internal combustion engine with a supercharger according to an embodiment of the present invention. In an
スロットルバルブ14には、当該スロットルバルブ14の開度を検出するスロットルセンサと、第1スロットルバルブ14の開度をDCモータ等のアクチュエータにより制御することができるスロットルバルブ制御装置とが設けられている。このスロットルバルブ制御装置は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、コントロールユニット50からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ14の開度を電子制御する。
The
内燃機関1の各気筒の燃焼室16に臨ませて、燃料噴射バルブ17が設けられている。燃料噴射バルブ17は、コントロールユニット50において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、燃料ポンプ(不図示)から圧送されてプレッシャレギュレータ(不図示)により所定圧力に制御された燃料を燃焼室16内に直接噴射する。なお、本例の内燃機関1はこうした直噴式エンジンに限定されず、燃焼室16の近傍の吸気通路11に設けられた燃料噴射ポートに燃料噴射バルブ17からの燃料を噴射し、燃料と空気との混合気を燃焼室16に導入する内燃機関1でもよい。
A fuel injection valve 17 is provided facing the
点火プラグ20は、各気筒の燃焼室16に臨んで装着され、コントロールユニット50からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う。なお、本例の内燃機関1は火花点火式エンジンに限定されず、ディーゼルエンジンその他の圧縮着火式エンジンにも適用することができる。
The
一方、排気通路21には、排気を浄化するための排気浄化触媒24が設けられている。この排気浄化触媒24としては、ストイキ(理論空燃比,λ=1、空気重量/燃料重量=14.7)近傍において排気中の一酸化炭素COと炭化水素HCを酸化するとともに、窒素酸化物NOxの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中の一酸化炭素COと炭化水素HCの酸化を行う酸化触媒を用いることができる。
なお、図1において23はマフラである。
On the other hand, the
In FIG. 1,
本例の内燃機関1は過給機30を有する機関であり、図示する過給機30は、排気通路21に設けられたタービン32と、ロータシャフト33を介してタービン32に直結されたコンプレッサ34とを備え、排気ガスによりタービン32を回転させ、これにより回転するコンプレッサ34によって吸気を圧縮してコレクタ15へ送り込むものである。過給機30のタービン32側には、燃焼室16からの排気ガスの一部または全部が、タービン32を迂回して排気浄化触媒24に至る迂回通路35が設けられている。このタービン32及び迂回通路35の周囲を図2A及び図2Bに拡大して示す。図2Aはウェイストゲートバルブ31が迂回通路35を全閉した状態を示す拡大断面図、図2Bはウェイストゲートバルブ31が迂回通路35を全開した状態を示す拡大断面図である。
The internal combustion engine 1 of this example is an engine having a
迂回通路35の出口には、当該迂回通路35を通過する排気ガス量とタービン32を通過する排気ガス量との比を制御するウェイストゲートバルブ31が設けられている。そして、ウェイストゲートバルブ31は、内燃機関1の運転状態に応じた目標過給圧となるように、排気ガスの一部または全部を迂回通路35側へ逃がすように開閉制御する。すなわち、目標過給圧が大きい場合は、図2Aに示すようにウェイストゲートバルブ31の開度を小さくして、迂回通路35を通過する排気ガス量を少なくタービン32を通過する排気ガス量を多くする。逆に、目標過給圧が小さい場合は、図2Bに示すようにウェイストゲートバルブ31の開度を大きくして、迂回通路35を通過する排気ガス量を多くタービン32を通過する排気ガス量を少なくする。なお、ウェイストゲートバルブ31の開度とは、図2Aに示す迂回通路35の出口を閉塞した位置からの開度をいい、図2Bに示すように迂回通路35の出口を全開した状態に近づくほど開度が大きくなる。
A
ウェイストゲートバルブ31は、回転軸を中心に図2Aに示す全閉位置と図2Bに示す全開位置との間を開閉駆動する。このためのアクチュエータ36がウェイストゲートバルブ31に設けられている。そして、コントロールユニット50からの開閉指令はこのアクチュエータ36に対して出力される。なお、本例のウェイストゲートバルブ31には、ポジショニングセンサなど、その開度を専用で検出するバルブ開度センサは設けられていない。過給機30の過給圧の制御は、アクチュエータ36に内蔵されたモータの回転センサと、吸気通路11に設けられた過給圧センサ(コンプレッサ34前後の温度センサ25,26の検出値により過給圧を演算してもよい)により実行される。なお、排気通路21のタービン32の下流であって迂回通路35との合流部より上流側に、タービン32の下流の排気通路21を通過する排気ガス量を制御する排気シャットバルブを設けてもよい。
The
本例の内燃機関1にあっては、冷機始動時などのように排気浄化触媒24の温度が活性化温度に達していない場合には、図2Bに示すようにウェイストゲートバルブ31を全開にすることで高温の排気ガスを排気浄化触媒24に供給し、当該排気浄化触媒24を短時間で昇温させる。ウェイストゲートバルブ31は、高温の排気ガスに曝されて高温になり、また排気ガスには未燃ガスやPMなど種々の異物が含まれるため異物が付着し易く、これによりウェイストゲートバルブ31が焼付いて固着し、開閉動作不良になる可能性がある。この動作不良を含めた本例のウェイストゲートバルブ31の開閉動作の故障診断については後述する。
In the internal combustion engine 1 of this example, when the temperature of the
排気通路21のタービン32と排気浄化触媒24との間には、排気ガスの温度を検出してコントロールユニット50へ出力する排気温度センサ22が設けられている。この排気温度センサ22は、排気ガスの温度が高温となって排気浄化触媒24、エギゾーストマニホールド38、タービン32が損傷するのを抑制するために設けられ、所定温度以上の排気ガス温度を検出したら、コントロールユニット50から燃料噴射バルブ17に対して燃料を一時的に増量する指令信号が出力され、これにより排気ガス温度を適切な温度に戻す制御が実行される。
An
本例の内燃機関1では、この排気温度センサ22を共用し、ウェイストゲートバルブ31の開閉動作の故障診断を行うこととしている。このため、排気温度センサ22は、図2A及び図2Bに示すように、タービン32を通過した低温の排気ガスと迂回通路35を通過した高温の排気ガスの両者を検出できる排気通路21の位置に設けられている。なお、燃焼室16からエギゾーストマニホールド38を介して流下する排気ガスがタービン32を通過すると、当該タービン32に熱が吸収される。このため、図2Aに示すようにウェイストゲートバルブ31を全閉することでタービン32を通過した排気ガスの温度は、図2Bに示すようにウェイストゲートバルブ31を全開することで迂回通路35を通過した排気ガスの温度に比べて100〜150度の温度差が生じることが本発明者によって確認されている。
In the internal combustion engine 1 of this example, the
吸気通路11のコンプレッサ34の下流とスロットルバルブ14との間には、過給機30のコンプレッサ34によって圧縮されて高温となった吸気を冷却するインタークーラ36が設けられている。このインタークーラ36は空冷式または水冷式のいずれをも用いることができる。また、吸気通路11のコンプレッサ34の上流とインタークーラ36の下流との間には、インタークーラ36を迂回する還流通路70が設けられ、この還流通路70に還流バルブ71が設けられている。還流バルブ71はコントロールユニット50からの駆動信号に基づいて還流通路70を開閉し、たとえばアクセル開度がゼロになってスロットルバルブ14が閉じたときにコンプレッサ34で圧縮された吸気を、還流通路70を介して吸気通路11の上流に還流させる。
An
吸気通路11のコンプレッサ34の上流側と下流側には、それぞれ温度センサ25,26が設けられ、ここを通過する吸気温度をそれぞれ検出し、その検出信号をコントロールユニット50へ出力する。この2つの温度センサ25,26で検出される温度差ΔTは、過給機30により圧縮され昇温する前後の吸気温度の差であることから、タービン32の仕事量に相当する物理量とみなすことができる。なお、タービン32の仕事量を検出する手段として、温度センサ25,26に代えて、コンプレッサ34の上流及び下流に圧力センサを設け、コンプレッサ34前後の圧力差をタービン32の仕事量とみなしてもよい。さらに、これら温度センサ25,26および圧力センサに代えて、タービン32の回転数を検出する回転センサを設け、タービン32の回転数からタービン32の仕事量を演算してもよい。
内燃機関1のクランク軸にはクランク角センサ27が設けられ、コントロールユニット50は、クランク角センサ27から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又は、クランク基準角信号の周期を計測することで、エンジン回転速度Neを検出することができる。また、運転者により操作されるアクセルペダルには、その踏込み量に相当するアクセル開度を検出するアクセル開度センサ29が設けられ、その検出信号はコントロールユニット50へ出力される。さらに、内燃機関1の負荷に相当する駆動系のトルクを検出するトルクセンサ28が駆動系統に設けられ、その検出信号はコントロールユニット50へ出力される。また、内燃機関1の冷却ジャケットには、水温センサ39が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット内の冷却水温度を検出し、これをコントロールユニット50へ出力する。本例の水温センサ39は内燃機関1の冷機始動状態を検出する手段としても用いられる。
A crank angle sensor 27 is provided on the crankshaft of the internal combustion engine 1, and the
既述したように、各種センサ類13,14,22,25,26,27,28,29,39からの検出信号は、CPU,ROM,RAM,A/D変換器及び入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータからなるコントロールユニット50に入力され、当該コントロールユニット50は、センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて、スロットルバルブ14の開度を制御し、燃料噴射バルブ17を駆動して燃料噴射量を制御し、点火時期を設定して当該点火時期で点火プラグ20を点火させる制御を行う。
As described above, the detection signals from the
次にコントロールユニット50におけるウェイストゲートバルブ31の故障診断に関する制御手順を説明する。図3及び図4はコントロールユニット50による制御手順を示すフローチャート、図5及び図6は同じく制御時のタイムチャートであり図5は正常診断時、図6は異常診断時をそれぞれ示す。
Next, a control procedure relating to failure diagnosis of the
まずステップST1では、内燃機関1が駆動したか否かを判定する。本例のウェイストゲートバルブ31の故障診断は内燃機関1が駆動している間に実行される。内燃機関1の駆動は、たとえばコントロールユニット50に入力されるクランク角センサ27からの出力が所定の周期でON/OFFしているか否かにより判定することができる。内燃機関1が駆動している場合はステップST2へ進み、駆動していない場合は内燃機関1が駆動するまでステップST1を繰り返す。
First, in step ST1, it is determined whether or not the internal combustion engine 1 has been driven. The failure diagnosis of the
ステップST2では、内燃機関1が冷機始動状態であるか否かを判定する。内燃機関1の冷機始動状態の検出は、水温センサ39により検出されるエンジン冷却水の温度が所定値以下である場合に冷機始動状態であると判定し、所定値を超える場合は冷機始動状態ではないと判定する。なお、冷機始動状態の検出は水温センサ39によるエンジン冷却水の温度以外にも、たとえば排気浄化触媒24の温度を測定又は推定し、この触媒の温度が所定値以下である場合に冷機始動状態であると判定し、所定値を超える場合は冷機始動状態ではないと判定してもよい。内燃機関1が冷機始動状態である場合はステップST3へ進み、冷機始動状態でない場合はステップST14へ進む。
In step ST2, it is determined whether or not the internal combustion engine 1 is in a cold start state. The cold start state of the internal combustion engine 1 is detected when the temperature of the engine coolant detected by the
ステップST3では、ウェイストゲートバルブ(WGV)31を全開させる指令をアクチュエータ36に出力する。これにより、図2Bに示すよう迂回通路35の出口が開放されるのでエギゾーストマニホールド38から流下した排気ガスの大部分は迂回通路35を通過して排気浄化触媒24に流入することになる。既述したとおり迂回通路35を通過した排気ガスは、タービン32を通過した排気ガスに比べて100〜150度程度高温となっていることから、これを排気浄化触媒24に導入することで触媒の活性温度まで短時間で昇温することができる。なお、ここでいうウェイストゲートバルブ31の開度は全開にのみ限定されず、実質的に全開となる開度であればよい。
In step ST3, a command to fully open the waste gate valve (WGV) 31 is output to the
ステップST4では、予めコントロールユニット50内のメモリに記憶されている、ウェイストゲートバルブ31の全開時の第1基本排気温度T10を読み出す。この第1基本排気温度T10は、内燃機関1がスタートしてからたとえば20秒以内(いわゆるファーストアイドル運転状態)の排気ガス温度を予め測定し、これをメモリに記憶させたものである。
In step ST4, and is stored in advance in the memory of the
ステップST5では、エンジン回転速度Neが安定したか否かを判定する。エンジン回転速度の安定判定は、クランク角センサ27により検出される回転速度Neのばらつきが所定範囲内に収束したか否かにより判定することができる。図5及び図6のタイムチャートに示すように、エンジンスタートt0直後のエンジン回転速度は一旦急上昇してから安定領域に入り、エンジンスタートt0直後の期間(診断開始t1まで)では排気ガスの温度が安定せず、故障診断に適さないからである。エンジン回転速度が安定した場合はステップST6へ進み、安定していない場合はステップST4,5を繰り返す。 In step ST5, it is determined whether or not the engine rotation speed Ne is stable. The stability determination of the engine rotation speed can be determined based on whether or not the variation in the rotation speed Ne detected by the crank angle sensor 27 has converged within a predetermined range. 5 and as shown in the time chart of FIG. 6, the engine speed immediately after engine start t 0 enters the stable region from soaring Once engine start t 0 immediately after the period (until the start of diagnosis t 1) in the exhaust gas This is because the temperature is not stable and is not suitable for failure diagnosis. If the engine speed is stable, the process proceeds to step ST6, and if it is not stable, steps ST4 and 5 are repeated.
ステップST6では、排気温度センサ22によりタービン32と排気浄化触媒24との間の排気ガスの実際の温度T1を入力する。次いで、ステップST7では、ステップST4で読み出した第1基本排気温度T10を現在の運転状態に応じて補正し、第1推定排気温度T1eを算出する。運転状態に応じた第1推定排気温度の算出は、内燃機関1の回転速度Ne、点火プラグ20の点火時期、吸気量、燃料噴射バルブ17からの噴射燃料の空燃比、吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミング、内燃機関1の冷却水温度、吸気温度、外気温度及び排気温度センサ22の応答遅れ時間を考慮して行う。
In step ST6, and inputs the actual temperature T 1 of the exhaust gas between the by the
燃焼室16で燃焼した後の排気ガスは、内燃機関1の回転速度Neに応じて排気温度センサ22に至る時間が変動するので、燃焼室16からエギゾーストマニホールド38及び排気温度センサ22が設けられた位置までの排気通路21の体積とから第1基本排気温度T10を補正する。また、点火プラグ20の点火時期が遅角するほど燃焼終期の排気ガスが多く排気されるので点火時期を進角するのに比べて排気ガス温度が高くなる。この点火時期と排気ガス温度との関係によって第1基本排気温度T10を補正する。また、吸気量が多くなると燃焼エネルギが増加するので排気ガス温度が高くなり、噴射燃料の空燃比がストイキから外れると燃焼エネルギが減少するので排気ガス温度が低くなる。この吸気量と排気ガス温度及び空燃比と排気ガス温度との関係によって第1基本排気温度T10を補正する。同様に、吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングと排気ガス温度との関係、冷却水温度と排気ガス温度との関係、吸気温度と排気ガス温度との関係、外気温度と排気ガス温度との関係、排気温度センサ22の応答遅れ時間と排気ガス温度との関係なども予め実機実験やシミュレーションによって取得しておき、これらの関係に基づいて第1基本排気温度T10を補正する。以上のステップST7により、図5及び図6の最上段に点線で示す第1基本排気温度T10に対して補正を加えた第1推定排気温度T1e(一点鎖線)が算出される。
Since the exhaust gas after burning in the
ステップST8では、ステップST7で算出した第1推定排気温度T1eに対して上限値T1emaxと下限値T1eminを設定する。第1推定排気温度T1eに対する所定幅|T1emax−T1e|,|T1e−T1emin|は予め実機実験やシミュレーションによって取得しておく。図7は、ウェイストゲートバルブ31の全開指示時の実際の排気温度、第1推定排気温度及びその上限値・下限値の一例を示すグラフである。以上のステップによって第1推定排気温度T1eを中心とする第1基準温度範囲T1emax〜T1eminが設定されるので、ステップST9では、排気温度センサ22により検出された実際の排気温度T1がこの第1基準温度範囲内にあるか否かを判定する。実際の排気温度T1が第1基準温度範囲T1emax〜T1emin内にあればステップST10へ進み、なければステップST11へ進む。
In step ST8, an upper limit value T 1emax and a lower limit value T 1emin are set for the first estimated exhaust gas temperature T 1e calculated in step ST7. The predetermined widths | T 1emax −T 1e | and | T 1e −T 1emin | with respect to the first estimated exhaust gas temperature T 1e are acquired in advance by actual machine experiments and simulations. FIG. 7 is a graph showing an example of the actual exhaust temperature, the first estimated exhaust temperature, and the upper limit value / lower limit value when the
ステップST10では、ウェイストゲートバルブ31を全開することにより高温の排気ガスが排気温度センサ22により検出されたと判断し、ウェイストゲートバルブ31の全開近傍の開度における開閉動作は、焼付き固着などの不具合なく、正常に行われたと診断する。図5のタイムチャートにおいて診断開始t1以降に相当する。
In step ST10, it is determined that the exhaust
ステップST11では、実際の排気温度T1が第1基準温度範囲T1emax〜T1emin内にないので、第1基準温度範囲の下限値T1emin未満か否かを判定する。実際の排気温度T1が第1基準温度範囲の下限値T1emin未満である場合はステップST12へ進み、そうでない場合、すなわち実際の排気温度T1が第1基準温度範囲の上限値T1emaxを超える場合はステップST13へ進む。そして、ステップST12では、実際の排気温度T1が第1基準温度範囲の下限値T1emin未満であるので、ウェイストゲートバルブ31が全閉又はこれに近い閉塞状態で固着するなどの作動不良を起し、その結果、エギゾーストマニホールド38から流下した排気ガスはタービン32を通過したものと判断する。そして、ウェイストゲートバルブ31には、全閉近傍の開度における開閉動作に異常があると診断し、警告表示灯を点灯するなど所定の注意喚起を行う。図6のタイムチャートにおいて診断開始t1以降に相当する。
In step ST11, since the actual exhaust gas temperature T 1 is not within the first reference temperature range T 1emax ~T 1emin, determines whether less than the lower limit value T 1Emin the first reference temperature range. In fact when the exhaust gas temperature T 1 is less than the lower limit value T 1Emin the first reference temperature range, the process proceeds to step ST12, if not, that the actual exhaust temperature T 1 is the upper limit T 1Emax the first reference temperature range When exceeding, it progresses to step ST13. In step ST12, since the actual exhaust gas temperature T 1 is less than the lower limit value T 1Emin the first reference temperature range, the
これに対して、ステップST13では、実際の排気温度T1が第1基準温度範囲の上限値T1emaxを超える温度であるので、内燃機関1そのものが失火又は部分失火等により排気温度が異常に高温になったものと診断し、警告表示灯を点灯するなど所定の注意喚起を行う。 In contrast, in step ST13, since the actual exhaust gas temperature T 1 is is at a temperature exceeding the upper limit T 1Emax the first reference temperature range, high temperature exhaust temperature anomaly by the internal combustion engine 1 itself is misfiring or partial misfire It is diagnosed as having become, and a predetermined alert is given, such as turning on a warning indicator.
一方、図3のステップST2において内燃機関1が冷機始動状態ではなかった場合、すなわち暖機状態である場合にも、ウェイストゲートバルブ31の開閉動作の故障診断を行うことができる。内燃機関1が暖機状態である場合は、ステップST14にてウェイストゲートバルブ31を全閉させる指令をアクチュエータ36に出力する。これにより、図2Aに示すよう迂回通路35の出口が閉塞されるのでエギゾーストマニホールド38から流下した排気ガスの大部分はタービン32を通過して排気浄化触媒24に流入することになる。なお、ここでいうウェイストゲートバルブ31の開度は全閉にのみ限定されず、実質的に全閉となる開度であればよい。
On the other hand, even when the internal combustion engine 1 is not in the cold start state in step ST2 in FIG. 3, that is, when the internal combustion engine 1 is in the warm state, the failure diagnosis of the opening / closing operation of the
ステップST15では、予めコントロールユニット50内のメモリに記憶されている、ウェイストゲートバルブ31の全閉時の第2基本排気温度T20を読み出す。この第2基本排気温度T20は、内燃機関1が暖機状態でウェイストゲートバルブ31を全閉した状態の排気ガス温度を予め測定し、これをメモリに記憶させたものである。
In step ST15, and is stored in advance in the memory of the
ステップST16では、エンジン回転速度Neが安定したか否かを判定する。エンジン回転速度の安定判定は、クランク角センサ27により検出される回転速度Neのばらつきが所定範囲内に収束したか否かにより判定することができる。エンジン回転速度がばらついていると排気ガスの温度が安定せず、故障診断に適さないからである。エンジン回転速度が安定した場合はステップST17へ進み、安定していない場合はステップST15を繰り返す。 In step ST16, it is determined whether or not the engine rotation speed Ne is stable. The stability determination of the engine rotation speed can be determined based on whether or not the variation in the rotation speed Ne detected by the crank angle sensor 27 has converged within a predetermined range. This is because if the engine speed varies, the temperature of the exhaust gas is not stable and is not suitable for failure diagnosis. If the engine speed is stable, the process proceeds to step ST17. If the engine speed is not stable, step ST15 is repeated.
ステップST17では、排気温度センサ22によりタービン32と排気浄化触媒24との間の排気ガスの実際の温度T2を入力する。次いで、ステップST18では、ステップST15で読み出した第2基本排気温度T20を現在の運転状態に応じて補正し、第2推定排気温度T2eを算出する。運転状態に応じた第2推定排気温度の算出は、図3のステップST7と同様に、内燃機関1の回転速度Ne、点火プラグ20の点火時期、吸気量、燃料噴射バルブ17からの噴射燃料の空燃比、吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミング、内燃機関1の冷却水温度、吸気温度、外気温度及び排気温度センサ22の応答遅れ時間を考慮して行う。
In step ST17, inputs an actual temperature T 2 of the exhaust gas between the exhaust
ステップST19では、ステップST18で算出した第2推定排気温度T2eに対して上限値T2emaxと下限値T2eminを設定する。第2推定排気温度T2eに対する所定幅|T2emax−T2e|,|T2e−T2emin|は予め実機実験やシミュレーションによって取得しておく。図8は、ウェイストゲートバルブ31の全閉指示時の実際の排気温度、第2推定排気温度及びその上限値・下限値の一例を示すグラフである。以上のステップによって第2推定排気温度T2eを中心とする第2基準温度範囲T2emax〜T2eminが設定されるので、ステップST20では、排気温度センサ22により検出された実際の排気温度T2がこの第2基準温度範囲内にあるか否かを判定する。実際の排気温度T2が第2基準温度範囲T2emax〜T2emin内にあればステップST21へ進み、なければステップST22へ進む。
In step ST19, it sets the upper limit value T 2Emax and the lower limit value T 2Emin the second estimated exhaust gas temperature T 2e calculated in step ST18. The predetermined widths | T 2emax −T 2e | and | T 2e −T 2emin | with respect to the second estimated exhaust gas temperature T 2e are acquired in advance by actual machine experiments and simulations. FIG. 8 is a graph showing an example of the actual exhaust temperature, the second estimated exhaust temperature, and the upper limit value / lower limit value when the
ステップST21では、ウェイストゲートバルブ31を全閉することにより低温の排気ガスが排気温度センサ22により検出されたと判断し、ウェイストゲートバルブ31の全閉近傍の開度における開閉動作は、焼付き固着などの不具合なく、正常に行われたと診断する。
In step ST21, it is determined that the exhaust
ステップST22では、実際の排気温度T2が第2基準温度範囲T2emax〜T2emin内にないので、第2基準温度範囲の下限値T2emin未満か否かを判定する。実際の排気温度T2が第2基準温度範囲の下限値T2emin未満である場合はステップST23へ進み、そうでない場合、すなわち実際の排気温度T2が第2基準温度範囲の上限値T2emaxを超える場合はステップST24へ進む。そして、ステップST23では、実際の排気温度T2が第2基準温度範囲の下限値T2emin未満であるので、排気温度センサ22そのものが故障して低温の検出信号を出力しているものと診断する。そして、排気温度センサ22に故障がある旨の警告表示灯を点灯するなど所定の注意喚起を行う。
In step ST22, since the actual exhaust temperature T 2 is not within the second reference temperature range T 2emax ~T 2emin, determines whether less than the lower limit value T 2Emin the second reference temperature range. In fact when the exhaust temperature T 2 is less than the lower limit value T 2Emin the second reference temperature range, the process proceeds to step ST23, if not, that the actual exhaust temperature T 2 the upper limit T 2Emax the second reference temperature range When exceeding, it progresses to step ST24. In step ST23, since the actual exhaust temperature T 2 is less than the lower limit value T 2Emin the second reference temperature range, it is diagnosed as outputs a low-temperature detection signal failed those that exhaust
これに対して、ステップST24では、実際の排気温度T2が第2基準温度範囲の上限値T2emaxを超える温度であるので、内燃機関1そのものが失火又は部分失火等により排気温度が異常に高温になったか、あるいはウェイストゲートバルブ31が全開又はこれに近い開放状態で固着するなどの作動不良を起し、その結果、エギゾーストマニホールド38から流下した排気ガスは迂回通路35を通過したものと判断する。そして、ウェイストゲートバルブ31には全開近傍の開度における開閉動作に異常があるか又は内燃機関1そのものが失火又は部分失火等により排気温度が異常に高温になったものと診断し、警告表示灯を点灯するなど所定の注意喚起を行う。
In contrast, in step ST24, since the actual exhaust temperature T 2 is at a temperature above the upper limit T 2Emax the second reference temperature range, high temperature exhaust temperature anomaly by the internal combustion engine 1 itself is misfiring or partial misfire It is determined that the exhaust gas flowing down from the
以上のとおり、本例の過給機付き内燃機関の故障診断装置によれば、以下の効果を奏する。
(1)本例では、内燃機関1の冷機始動時にウェイストゲートバルブ31の開閉動作の故障診断を行うので、当該冷機始動時にウェイストゲートバルブ31が故障している場合は即座に注意喚起することができる。その結果、内燃機関1の冷機始動時における排気性能の低下を抑制することができる。特に、冷機始動時は排気浄化触媒24の昇温のためにウェイストゲートバルブ31を全開にする必要があるので、この期間を利用して故障を診断することができる。
As described above, according to the failure diagnosis apparatus for an internal combustion engine with a supercharger according to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In this example, since the failure diagnosis of the opening / closing operation of the
(2)本例において、内燃機関1の冷機始動状態をエンジン冷却水の水温により検出すれば、冷却水の温度降下は排気浄化触媒24の温度降下より遅いので、換言すれば、冷却水の温度が所定値より低ければ排気浄化触媒24は必ず非活性温度になっているので、排気浄化触媒24の冷機状態を精度よく検出することができる。
(2) In this example, if the cold start state of the internal combustion engine 1 is detected by the temperature of the engine cooling water, the temperature drop of the cooling water is slower than the temperature drop of the
(3)本例において、運転状態に応じた排気温度を推定し、これに基づいて第1基準温度範囲を設定し、この第1基準温度範囲と実温度とを比較するので、誤診断の発生を防止することができる。 (3) In this example, the exhaust temperature according to the operating state is estimated, the first reference temperature range is set based on this, and the first reference temperature range is compared with the actual temperature. Can be prevented.
(4)本例では、ウェイストゲートバルブ31を全開にすれば高温の排気ガスが検出されル一方、ウェイストゲートバルブ31を全閉にすれば低温の排気ガスが検出されるとの知見に基づいて、ウェイストゲートバルブ31の全開近傍及び全閉近傍における開閉動作の異常を診断する。そして、検出される排気ガスの実温度が高温側の第1基準温度範囲内にある場合には、ウェイストゲートバルブが正常に全開していると見做されるので、開弁側の開閉動作は正常であると診断することができる。これに対して、検出される排気ガスの実温度が第1基準温度範囲より低い場合には、ウェイストゲートバルブ31が開弁せずに閉弁状態で焼付き固着しているなど、ウェイストゲートバルブ31の閉弁側に何らかの不具合が生じているものと見做されるので、閉弁側の開閉動作は異常であると診断することができる。さらに、検出される排気ガスの実温度が高温側の第1基準温度範囲より高い場合には、もはやウェイストゲートバルブ31の故障ではないと見做されるので、内燃機関1の異常であると診断することができる。
(4) In this example, based on the knowledge that if the
(5)本例では、冷機始動状態以外の暖機状態においてもウェイストゲートバルブ31の故障を診断することができる。この診断についても、ウェイストゲートバルブ31を全開にすれば高温の排気ガスが検出されル一方、ウェイストゲートバルブ31を全閉にすれば低温の排気ガスが検出されるとの知見に基づいて、ウェイストゲートバルブ31の全開近傍及び全閉近傍における開閉動作の異常を診断する。そして、この場合はウェイストゲートバルブ31を全閉にした状態で、検出される排気ガスの実温度が低温側の排気ガスの第2基準温度範囲内にある場合には、ウェイストゲートバルブ31が正常に全閉していると見做されるので、ウェイストゲートバルブの閉弁側の開閉動作は正常であると診断することができる。これに対して、検出される排気ガスの実温度が低温側の第2基準温度範囲より低い場合には、もはやウェイストゲートバルブ31の故障ではないと見做されるので、排気温度センサ22の異常であると診断することができる。さらに、検出される排気ガスの実温度が低温側の第2基準温度範囲より高い場合には、ウェイストゲートバルブ31が正常に全閉せずに迂回通路35を流下して高温の排気ガスが検出されたか、あるいは内燃機関1の失火等により高温の排気ガスが検出されたかのいずれかであると見做されるので、ウェイストゲートバルブ31の開弁側の開閉動作の異常又は内燃機関1の異常であると診断することができる。
(5) In this example, a failure of the
上記水温センサ39は本発明に係る冷機始動検出手段に相当し、上記排気温度センサ22は本発明に係る排気温度検出手段に相当し、上記コントロールユニット50は本発明に係る診断手段に相当する。
The
1…内燃機関(エンジン)
11…吸気通路
12…エアーフィルタ
13…エアフローメータ
14…スロットルバルブ
15…コレクタ
16…燃焼室
17…燃料噴射バルブ
20…点火プラグ
21…排気通路
22…排気温度センサ
23…マフラ
24…排気浄化触媒
25…温度センサ
26…温度センサ
27…クランク角センサ
28…トルクセンサ
29…アクセル開度センサ
30…過給機
31…ウェイストゲートバルブ
32…タービン
33…ロータシャフト
34…コンプレッサ
35…迂回通路
36…アクチュエータ
37…インタークーラ
38…エギゾーストマニホールド
39…水温センサ
50…コントロールユニット(制御手段)
70…還流通路
71…還流バルブ
1 ... Internal combustion engine
DESCRIPTION OF
70 ...
Claims (11)
前記内燃機関が冷機始動状態であるか否かを検出する冷機始動検出手段と、
前記ウェイストゲートバルブと前記排気浄化触媒との間の前記排気通路に設けられ、排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段と、
前記冷機始動状態における前記排気ガスの温度に基づいて前記ウェイストゲートバルブの開閉動作の故障を診断する診断手段と、を備える過給機付き内燃機関の故障診断装置。 A cooler starter comprising a turbocharger provided in the exhaust passage and a compressor provided in the intake passage for supercharging intake air by exhaust pressure, and an exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage. In the internal combustion engine for controlling the opening of the waste gate valve in a state, in the internal combustion engine failure diagnosis device for diagnosing a failure of the waste gate valve,
Cold start detection means for detecting whether or not the internal combustion engine is in a cold start state;
An exhaust temperature detecting means provided in the exhaust passage between the waste gate valve and the exhaust purification catalyst for detecting the temperature of the exhaust gas;
A failure diagnosis apparatus for an internal combustion engine with a supercharger, comprising: diagnosis means for diagnosing a failure in the opening / closing operation of the waste gate valve based on a temperature of the exhaust gas in the cold start state.
前記冷却水の温度が所定値以下の場合に前記冷機始動状態であると検出する請求項1に記載の過給機付き内燃機関の故障診断装置。 The cold start detection means includes a water temperature sensor for detecting the temperature of the cooling water of the internal combustion engine,
The failure diagnosis device for an internal combustion engine with a supercharger according to claim 1, wherein when the temperature of the cooling water is equal to or lower than a predetermined value, it is detected that the engine is in the cold start state.
前記内燃機関の運転状態に基づいて推定排気温度を算出するとともに、前記推定排気温度に対して第1基準温度範囲を設定し、
前記排気温度検出手段により検出された排気ガスの実温度と前記第1基準温度範囲とを比較することにより前記ウェイストゲートバルブの開閉動作の故障を診断する請求項1又は2に記載の過給機付き内燃機関の故障診断装置。 The diagnostic means includes
Calculating an estimated exhaust temperature based on the operating state of the internal combustion engine, and setting a first reference temperature range for the estimated exhaust temperature;
3. The turbocharger according to claim 1, wherein a failure in the opening / closing operation of the waste gate valve is diagnosed by comparing an actual temperature of the exhaust gas detected by the exhaust temperature detecting means with the first reference temperature range. Fault diagnosis device for internal combustion engine with a valve.
前記冷機始動状態でない場合に前記ウェイストゲートバルブを閉弁する指令信号を出力し、
前記排気ガスの実温度が予め設定された排気ガスの第2基準温度範囲内にある場合に、前記ウェイストゲートバルブの閉弁側の開閉動作は正常であると診断する請求項3〜7のいずれか一項に記載の過給機付き内燃機関の故障診断装置。 The diagnostic means includes
Output a command signal to close the waste gate valve when not in the cold start state,
8. The diagnosis according to claim 3, wherein when the actual temperature of the exhaust gas is within a preset second reference temperature range of the exhaust gas, the opening / closing operation on the valve closing side of the waste gate valve is diagnosed as normal. The failure diagnosis device for an internal combustion engine with a supercharger according to claim 1.
前記内燃機関が冷機始動状態であるか否かを検出し、
前記内燃機関が冷機振動状態である場合に前記ウェイストゲートバルブを開弁し、この状態で前記ウェイストゲートバルブと前記排気浄化触媒との間の排気ガスの温度を検出し、
当該冷機始動状態における前記排気ガスの実温度が予め設定された排気ガスの第1基準温度範囲内である場合は前記ウェイストゲートバルブの開弁側の開閉動作は正常であると診断し、
前記冷機始動状態における前記排気ガスの実温度が前記第1基準温度範囲より低い場合は前記ウェイストゲートバルブの閉弁側の開閉動作は異常であると診断し、
前記冷機始動状態における前記排気ガスの実温度が前記第1基準温度範囲より高い場合は前記内燃機関が異常であると診断する過給機付き内燃機関の故障診断方法。 A cooler starter comprising a turbocharger provided in the exhaust passage and a compressor provided in the intake passage for supercharging intake air by exhaust pressure, and an exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage. In the internal combustion engine that controls the opening of the waste gate valve in a state, in the internal combustion engine failure diagnosis method for diagnosing a failure of the waste gate valve,
Detecting whether the internal combustion engine is in a cold start state,
When the internal combustion engine is in a cold machine vibration state, the waste gate valve is opened, and in this state, the temperature of the exhaust gas between the waste gate valve and the exhaust purification catalyst is detected,
When the actual temperature of the exhaust gas in the cold start state is within a preset first reference temperature range of the exhaust gas, the opening / closing operation on the valve opening side of the waste gate valve is diagnosed as normal,
When the actual temperature of the exhaust gas in the cold start state is lower than the first reference temperature range, it is diagnosed that the opening / closing operation on the valve closing side of the waste gate valve is abnormal,
A failure diagnosis method for a supercharged internal combustion engine that diagnoses that the internal combustion engine is abnormal when an actual temperature of the exhaust gas in the cold start state is higher than the first reference temperature range.
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