JP2018162758A - 内燃機関の故障判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新たに圧力センサを設置することなく、バイパス弁が閉弁側で固着していることを検出する。
【解決手段】本発明の内燃機関の故障判定装置が適用される内燃機関は、電動コンプレッサとバイパス通路とバイパス弁と回転数センサとを備える。電動コンプレッサは、内燃機関の吸気通路に配置される。バイパス通路は、電動コンプレッサをバイパスする通路であり、吸気通路の電動コンプレッサより上流側と下流側とを接続する。バイパス弁は、バイパス通路に配置される。回転数センサは、電動コンプレッサの回転数を計測するためのセンサである。故障判定装置は、電動コンプレッサの回転数が、内燃機関の吸入空気量に応じて決定される基準回転数より大きい場合に、バイパス弁が閉弁側で固着していることを検出するように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関の故障判定装置に関する。更に具体的には電動コンプレッサと電動コンプレッサとをバイパスするバイパス通路とを備える内燃機関に適用され、バイパス通路に配置されたバイパス弁の故障を判定する故障判定装置に関する。

特許文献１には、ターボ過給機と電動過給機の電動コンプレッサとが吸気通路に直列に配置されるとともに、電動コンプレッサをバイパスするバイパス通路とバイパス弁とが配置された構成を有するシステムが開示されている。特許文献１のシステムでは、例えば、電動コンプレッサを作動させる作動域で異常が検出された場合には、電動コンプレッサのモータに供給される電力と電動コンプレッサの回転数との関係から、電動コンプレッサの回転数が正常であるか否かが判定される。そして、電動コンプレッサの回転数が正常と判定された場合には、検出された異常は、バイパス弁が全開状態で固着する故障によるものであると特定される。

特開２００５−２２０８９０号公報 特開２００７−２３１８２１号公報 特開２０１１−０９９３３８号公報

特許文献１の制御では異常検出に際しては、まずターボ過給機のコンプレッサと電動コンプレッサとの間の吸気管内の圧力である過給圧を検出する必要がある。従って、特許文献１の制御を実行するためには、電動コンプレッサの回転数を検出する回転数センサと、過給圧を検出する圧力センサとが必要である。

２つのセンサのうち、回転数センサは、電動コンプレッサの過回転防止や過給圧制御のために電動過給機自体に内蔵されている場合が多い。従って、バイパス弁の異常検出のためだけに、新たに回転数センサを設置する必要がない場合が多い。

一方、過給機を有する内燃機関でも、通常、空気量を調節するためにスロットバルブが設置される。この場合、筒内への吸入空気量を検出するための圧力センサは、スロットルバルブの下流に設置する必要がある。しかし、特許文献１において検出が必要となる過給圧は、スロットルバルブの上流側の圧力である。したがって、これを検出するため圧力センサは、スロットルバルブの下流側の圧力センサとは別に、スロットルバルブの上流側に設置される必要がある。しかし、製造コスト削減の観点からは、バイパス弁の固着検出のためだけに圧力センサを設置することは、好ましいことではない。

本発明は、上記課題を解決することを目的とし、新たに圧力センサを設置することなく、バイパス弁が閉弁側で固着していることを検出できるように改良された内燃機関の故障判定装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明は、内燃機関の故障判定装置であって、以下の構成を有している。即ち、本発明の内燃機関の故障判定装置は、電動コンプレッサとバイパス通路とバイパス弁と回転数センサとを備える内燃機関に適用される。電動コンプレッサは、内燃機関の吸気通路に配置される。バイパス通路は、電動コンプレッサをバイパスする通路であり、吸気通路の電動コンプレッサより上流側と下流側とを接続する。バイパス弁は、バイパス通路に配置される。回転数センサは、電動コンプレッサの回転数を計測するためのセンサである。

本発明の故障判定装置は、電動コンプレッサの回転数が、内燃機関の吸入空気量に応じて決定される基準回転数より大きい場合に、バイパス弁が閉弁側で固着していることを検出するように構成されている。

本発明の故障判定装置によれば、別途圧力センサを設置することなく、バイパス弁の閉弁側での固着を検出することができる。

本発明の実施の形態のシステムの全体構成を模式的に示す図である。 電動コンプレッサの非作動時における吸入空気量と電動コンプレッサの回転数との関係について説明するための図である。 実施の形態の制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
実施の形態．

図１は、本実施の形態のシステムの全体構成を模式的に示す図である。図１のシステムは、内燃機関本体２を備えている。内燃機関本体２には吸気通路４が接続されている。吸気通路４には、電動過給機の電動コンプレッサ１０が設置されている。図示を省略するが、電動コンプレッサ１０には電動コンプレッサ１０を作動させるためのモータが接続され、モータにはバッテリが接続されている。また、同様に図示を省略するが、電動過給機には、電動コンプレッサ１０の回転数を計測するための回転数センサが内蔵されている。

吸気通路４に並行して、電動コンプレッサ１０をバイパスするバイパス通路１４が設置されている。バイパス通路１４の上流側端部は、吸気通路４の電動コンプレッサ１０より吸気流れの上流側となる部分に連通し、下流側端部は、電動コンプレッサ１０より吸気の流れの下流側となる部分に連通している。バイパス通路１４には、バイパス弁であるＡＢＶ（Air Bypass Valve）１６が設置されている。ＡＢＶ１６は電磁弁であり、制御信号により閉弁又は任意の開度に開弁してバイパス通路１４に流通する空気量を調節するための弁である。

また、吸気通路４の、バイパス通路１４との下流側の合流部よりも吸気の流れの下流には、スロットルバルブ１８が設置されている。

上述した回転数センサを含む各種のセンサ及び各アクチュエータは、故障判定装置としての制御装置２０に電気的に接続されている。制御装置２０はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置２０は、内燃機関のシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述するＡＢＶ１６の固着を検出する制御を含む各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置２０は、各センサからの信号に基づいて各アクチュエータを操作することによって内燃機関を制御する。

制御装置２０は、電動過給機のモータにより電動コンプレッサ１０の駆動を制御する。制御装置２０は、内燃機関の運転領域が電動コンプレッサ１０を作動させる作動域にあるときに、所定のコンプレッサ回転数で電動コンプレッサ１０を駆動して吸入空気を過給する。一方、運転領域が電動コンプレッサ１０を非作動とする非作動域にあるとき、モータへの電力供給を停止して電動コンプレッサ１０を非作動状態とする。

同時に制御装置２０は、ＡＢＶ１６の開閉を制御する。運転領域が電動コンプレッサ１０の作動域にあるとき、ＡＢＶ１６は閉弁状態とされる。これにより吸入空気は電動コンプレッサ１０が配置されている吸気通路４の側を流れるように制御される。一方、運転領域が非作動域にあるとき、ＡＢＶ１６は開弁状態とされる。これにより吸入空気のほぼ全量が電動コンプレッサ１０をバイパスするバイパス通路１４の側を流れるように制御される。

更に、制御装置２０は、運転領域が非作動域にあるとき、ＡＢＶ１６が閉固着、即ち、ＡＢＶ１６が全閉又は目標開度に満たない中間開度の閉弁側で固着していることを検出するための制御を実行する。以下、具体的に説明する。

図２は、電動コンプレッサ１０が非作動である場合に吸入空気量と電動コンプレッサ１０の回転数を説明するための図であり、図２において実線ａは、ＡＢＶ１６が閉固着している場合を示し、実線ｂはＡＢＶ１６が異常なく開弁している場合を示している。

上述したように非作動域では、電動コンプレッサ１０は非作動状態とされるとともに、ＡＢＶ１６は全開とされる。従って非作動域では、ＡＢＶ１６が正常であれば、吸入空気のほぼ全量がバイパス通路１４側を通過して内燃機関本体２に供給される。従って、図２の実線ｂに示されるように、吸入空気量に対する電動コンプレッサ１０の回転数は小さなものとなる。

一方、ＡＢＶ１６が閉固着している場合、ＡＢＶ１６の全開時に比べて、電動コンプレッサ１０を通過する空気量が増加する。従って、図２の実線ａに示されるように、吸入空気量に対する電動コンプレッサ１０の回転数も増加する。

従って、非作動域における電動コンプレッサ１０の回転数を検出し、検出された回転数とＡＢＶ１６が正常な状態である場合の非作動域における電動コンプレッサ１０の回転数の範囲とを比較することで、ＡＢＶ１６が閉固着を起こしていることを検出することができる。

具体的な制御としては、運転領域が非作動域にある場合に、電動コンプレッサ１０の回転数を検出し、回転数が基準回転数より大きい場合に、ＡＢＶ１６の閉固着を検出する。ここで、基準回転数は、ＡＢＶ１６が正常に作動している場合における、非作動域での電動コンプレッサ１０の回転数の範囲の最大値付近の値に設定される。また、図２に示されるように、ＡＢＶ１６が正常である非作動域であっても、電動コンプレッサ１０の回転数は吸入空気量に応じて変化する。従って、基準回転数は、吸入空気量に応じた値とする。

具体的には、基準回転数と吸入空気量との関係を予め実験やシミュレーション等により求め、この関係を定めたマップ等を事前に作成する。このマップ等を制御装置２０に記憶しておき、実機における制御では、このマップを用いて吸入空気量に応じた基準回転数を設定するようにする。

図３は実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図３に示されるルーチンは所定の制御間隔で繰り返し実行されるルーチンである。

図３のルーチンでは、まず、ステップＳ２において、エンジンの回転速度及びスロットル等から算出された要求負荷に応じて運転領域が特定される。次に、ステップＳ４において運転領域が非作動域であるか否かが判別される。ステップＳ４において非作動域ではないと判別された場合には、ＡＢＶ１６の閉固着の判定は実行せず、今回の処理は一旦終了する。なお、この場合、別の制御ルーチンに従って電動コンプレッサ１０の制御が実行される。

一方、ステップＳ４において非作動域であると判別された場合、次にステップＳ６において、現在の電動コンプレッサ１０の回転数Ｎｃが検出される。次に、ステップＳ８において吸入空気量が算出され、ステップＳ１０において、吸入空気量に応じたマップに従って、基準回転数Ｎｍａｘが算出される。

次に、ステップＳ１２において、電動コンプレッサ１０の回転数Ｎｃが基準回転数Ｎｍａｘを超えているか否かが判別される。ステップＳ１２において回転数Ｎｃ＞基準回転数Ｎｍａｘであると判別された場合、ステップＳ１４に進み、ＡＢＶ１６の閉固着を示すフェイルフラグをＯＮとする。その後今回の処理は一旦終了する。

一方、ステップＳ１２において回転数Ｎｃが基準回転数Ｎｍａｘ以下であると判別された場合、ＡＢＶ１６は正常であると判定できるため、このまま今回の処理は終了する。

なお、ステップＳ１４においてフェイルフラグがＯＮとされた場合、例えば、別の制御ルーチンとして設定された故障時のプログラムが開始され、警告灯をＯＮとするなど、必要な対策が採られるようにする。

以上説明したように、本実施の形態の制御によれば、スロットルバルブの上流に別途圧力センサを設置することなく、電動コンプレッサ１０の回転数に基づいてＡＢＶ１６の閉固着を検出することができる。

また、ＡＢＶ１６の閉固着を判定するための閾値である基準回転数Ｎｍａｘを、吸入空気量に応じて設定する構成とすることで、電動コンプレッサ１０の回転数が、正常な範囲から外れているか否かを、より高い精度で判定することができる。従って、ＡＢＶ１６の全閉状態での固着だけでなく、中間開度での固着をも検出することができる。

しかしながら、これに限らず、基準回転数Ｎｍａｘを、適合により定められた固定値とする構成とすることもできる。この場合、基準回転数は例えば、ＡＢＶ１６が正常である場合の非作動域における電動コンプレッサ１０の最大回転数に基づいて決定することができる。これにより、吸入空気量に応じた基準回転数のマップを準備するための適合工数を減らすことができ、かつ、制御を単純化することができる。

また、ＡＢＶ１６は任意の開度に制御可能な電磁弁である場合について説明した。しかし、ＡＢＶとして、全開又は全閉のみが可能な弁を用いてもよい。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

２ 内燃機関本体
４ 吸気通路
１０ 電動コンプレッサ
１４ バイパス通路
１６ ＡＢＶ（バイパス弁）
１８ スロットルバルブ
２０ 制御装置

Claims (1)

1. 吸気通路に配置された電動コンプレッサと、
   前記吸気通路の前記電動コンプレッサより上流側と下流側とを接続し、前記電動コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路に配置されたバイパス弁と、
   前記電動コンプレッサの回転数を計測するための回転数センサと、
   を備える内燃機関に適用され、
   前記電動コンプレッサの回転数が、前記内燃機関の吸入空気量に応じて決定される基準回転数より大きい場合に、前記バイパス弁が閉弁側で固着していることを検出するように構成されている内燃機関の故障判定装置。

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