JP3818118B2

JP3818118B2 - 可変容量過給機の故障診断装置

Info

Publication number: JP3818118B2
Application number: JP2001313516A
Authority: JP
Inventors: 好之赤尾; 晋纐纈; 容市大垣
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2021-10-11
Also published as: DE10247428A1; KR100500357B1; US20030084886A1; KR20030030919A; US6694734B2; JP2003120304A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに装着されて過給圧を変更可能な可変容量過給機の異常を判定する可変容量過給機の故障診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの出力を向上させる手法として、エンジンに過給機（ターボチャージャ）を装着することが広く知られている。この過給機は、エンジンの排気エネルギを利用してコンプレッサを駆動することで吸気を圧縮し、この吸気の充填効率を高めて出力を向上させるものである。
【０００３】
そして、この過給機の一つとして、可変容量式の過給機が実用化されている。この可変容量式の過給機は、例えば、エンジン回転数に応じて排気通路の一部を開閉する切換バルブを設け、この切換バルブにより過給機のタービンへの排気流速を制御するものであり、エンジンの低回転時には、タービンへの流路の一部を閉塞することで、タービンに対する排気ガスの流速を高める一方、エンジンの高回転時には、タービンへの流路を全開することで、タービンを実質的に大容量化して排気ガスのエネルギを有効利用するものである。
【０００４】
ところが、このような可変容量式の過給機が故障した場合には、切換バルブによりタービンへの排気流速を制御することができなくなり、エンジンの低回転時には、急速に過給圧が上昇してノッキングが発生したり、エンジンの高回転時には、タービン上流の排気圧力が大きくなって残留ガスが多くなり、出力の低下や失火の可能性がある。
【０００５】
そのため、可変容量式の過給機の故障を検出して上記不具合を解決するものとして、例えば、実公平３−５２９８６号公報に開示されたものがある。この公報に開示された「過給機付エンジン」では、エンジンの正常運転状態におけるエンジン回転数に対応する過給圧を予め記憶しておき、エンジン回転数と過給圧を検出し、この検出したと過給圧と記憶した過給圧とを比較し、過給圧が異常に高くなったときには、切換バルブの故障であると判断している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、可変容量式の過給機では、正常に作動している過給機であっても、直前の運転条件の影響で過給圧の検出値が設定値と大きく異なることがあり、故障を誤判定する場合がある。即ち、可変容量式の過給機は切換バルブを開閉動作して排気通路を開閉するものであるから、過給機自体の慣性の影響で所定のタービン回転数の達するまで、つまり、所定の過給圧になるまで時間的な遅れが生じてしまい、この作動遅れにより検出した過給圧と設定値とが大きく相違してしまう。そして、上記した公報に開示されたように、エンジン回転数に対応する過給圧をマップとして記憶して複数の判定領域を設け、この判定領域間に切換バルブの開度指示にヒステリシスを設定した場合、直前の運転状態での切換バルブ開度の影響が大きくなり、更に時間的な遅れが生じてしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、可変容量過給機の異常を的確に検出して誤判定を防止することで故障判定精度の向上を図った可変容量過給機の故障診断装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の可変容量過給機の故障診断装置では、エンジンの排気通路に配設されるタービンへの排気流速に対する過給圧を変更可能な可変容量過給機を設けると共に、過給圧センサ、エンジン回転数センサ、エンジン負荷センサを設け、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて予め規定過給圧を所定の領域ごとに記憶手段に記憶すると共に、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて複数の判定領域が設定された判定マップを設け、この判定マップにおける複数の前記判定領域間に設けられた不感帯以外の領域で判定手段が過給圧センサにより検出された過給圧と記憶手段に記憶された規定過給圧とを比較して可変容量過給機の異常を判定するようにしている。
【００１１】
従って、判定マップの不感帯のない領域では、各領域間に設けたヒステリシス特性の影響がなく、所定の過給圧になるまでの時間的な遅れがほとんど生じることはなくなって適正な過給圧を検出することができ、過給圧と規定過給圧とにより可変容量過給機の異常を適正に判定することができる。
【００１２】
請求項２の発明の可変容量過給機の故障診断装置では、エンジン回転数が低回転領域で且つエンジン負荷が低負荷領域にあるとき、または、エンジン回転数が高回転領域で且つエンジン負荷が高負荷領域にあるときに可変容量過給機の異常を判定するようにしている。従って、エンジンの低回転・低負荷領域及び高回転領域・高負荷領域では、過給圧を制御する作動部材の作動方向が一方方向に規制されて慣性の影響が少なく、所定の過給圧になるまでの時間的な遅れがほとんど生じることはなくなって適正な過給圧を検出することができ、過給圧と規定過給圧とにより可変容量過給機の異常を適正に判定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１に本発明の一実施形態に係る可変容量過給機の故障診断装置の概略構成、図２に可変容量過給機の概略構成、図３に故障診断の判定領域マップ、図４に故障診断方法を表すフローチャートを示す。
【００１５】
本実施形態の可変容量過給機の故障診断装置において、図１に示すように、エンジン１１は、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型エンジンであり、シリンダヘッド１２には各気筒毎に点火プラグ１３が取付けられると共に、燃焼室１４内に噴射口が開口したインジェクタ１５が取付けられている。このインジェクタ１５には燃料パイプを介して燃料噴射ポンプ１６が接続されており、図示しない燃料タンク内の燃料が高燃圧で供給され、この燃料をインジェクタ１５から燃焼室１４内に向けて所望の燃圧で噴射することができる。また、エンジン１１のシリンダ１７にはピストン１８が上下に摺動自在に支持されている。
【００１６】
シリンダヘッド１２には燃焼室１４を臨む吸気ポート１９及び排気ポート２０が形成され、吸気ポート１９は吸気弁２１の駆動によって開閉され、排気ポート２０は排気弁２２の駆動によって開閉される。シリンダヘッド１２の上部には図示しない吸気側カムシャフト及び排気側のカムシャフトが回転自在に支持され、各カムシャフトの回転により吸気弁２１及び排気弁２２が駆動され、各ポート１９，２０を開閉することができる。そして、このエンジン１１にはエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ２３が設けられている。
【００１７】
この吸気ポート１９には吸気マニホールド２４、サージタンク２５を介して吸気管２６が接続され、吸気管２６の空気取入口にはエアクリーナ２７が取付けられている。また、吸気管２６にはスロットル弁２８が設けられると共に、スロットル弁２８の開度を検出するスロットルポジションセンサ２９が取付けられている。更に、吸気管２６にはインタークーラー３０が設けられている。
【００１８】
一方、排気ポート２０には排気マニホールド３１を介して排気管３２が接続され、この排気管３２には排気浄化触媒が３３が設けられており、その下流側には図示しないマフラーが取付けられている。
【００１９】
そして、このエンジン１１には可変容量式の過給機３４が設けられている。この可変容量式の過給機３４は、図１及び図２に示すように、コンプレッサ３５とタービン３６が同軸上に連結されてなり、タービン３６の周囲に多数のノズルベーン３７が等間隔でそれぞれ回動自在に配設され、各ノズルベーン３７が環状のリング３８により連結されている。負圧式アクチュエータ３９は負圧室４０にピストン４１が移動自在に支持され、駆動ロッド４２がリング３８に連結されている。従って、この負圧室４０の圧力を変更することで、その圧力状態に応じてピストン４１と共に駆動ロッド４２を移動し、リング３８を介して各ノズルベーン３７の角度を変更し、過給圧を調整することができる。そして、この負圧式アクチュエータ３９にはノズルベーン３７の角度（過給圧）を検出するストロークセンサ４３が装着されている。また、吸気管２６には過給機３４のコンプレッサ３５の下流側に位置して過給圧を検出する過給圧センサ４４が装着されている。
【００２０】
また、排気管３２の上流部と吸気管２６の下流部との間には排気を還流するＥＧＲ通路４５が設けられており、ＥＧＲコントロールバルブ４６の開閉動作によりＥＧＲ量を調整することができる。
【００２１】
車両には入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を有するＥＣＵ（電子コントロールユニット）４７が設けられており、このＥＣＵ４７によりエンジン１１を含めた総合的な制御が行われる。即ち、ＥＣＵ４７の入力側には、前述した各種センサ類２３，２９，４３，４４の他に、エンジン１１の負荷を検出するエンジン負荷センサとしての燃料噴射ポンプ１６の燃料噴射量を検出する噴射量センサ４８が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。一方、ＥＣＵ４７の出力側には、点火コイルを介して上述した点火プラグ１３やインジェクタ１５のドライバ等が接続されており、これら点火プラグ１３、インジェクタ１５のドライバ１５等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、インジェクタ１５から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ１３によって適正なタイミングで点火が実施される。
【００２２】
ところで、本実施形態では、エンジン１１に装着された可変容量式の過給機３４の異常を検出して故障と判定する故障診断機能を備えている。即ち、エンジン１１並びに過給機３４が正常状態で運転されているときに、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量ｑ（エンジン負荷）とに基づいて予め規定過給圧Ｐｂを求め、正常と判定する規定過給圧Ｐｂの範囲をメモリ（記憶手段）４９に記憶している。そして、ＥＣＵ（判定手段）４７は、過給圧センサ４４により検出された過給圧とメモリ４９に記憶された規定過給圧とを比較することで、過給機３４の異常を判定するようにしている。
【００２３】
そして、過給圧センサ４４により検出された過給圧には、過給機３４における各ノズルベーン３７の慣性力の影響による時間的な遅れが大きく作用することから、この影響を極力受けずに過給圧センサ４４が適正な過給圧を検出できるように、ＥＣＵ４７が検出過給圧と規定過給圧とを比較する判定条件を設定している。この場合、過給機３４の過給圧制御用作動部材としてのノズルベーン３７が最大作動位置（図２に二点鎖線で示す位置）あるいは最小作動位置（図２に実線で示す位置）にあるときを条件として、検出過給圧と規定過給圧とを比較して異常を判定するようにしている。ノズルベーン３７がこの２つの位置に停止するときに、その作動方向が一方方向（最大作動位置では閉から開方向、最小作動位置では開から閉方向）に規制されており、停止時に慣性力の影響を受けにくく、所定の過給圧になるまでの時間的な遅れが少ないため、適正な過給圧を検出できると共に、規定過給圧の範囲を狭くすることが可能となり、異常判定を高精度に行うことができる。
【００２４】
また、ノズルベーン３７の位置だけでなく、エンジン１１の運転状態を規定して判定を行っている。図３に示すように、エンジン回転数Ｎｅに対する燃料噴射量ｑのグラフを複数の領域に区画すると共に、各領域間に不感帯Ｆを設けてヒステリシス特性を与えた判定領域マップを作成する。この場合、エンジン１１の運転状態が判定領域を変更するとき、検出された過給圧はヒステリシスの影響を受けて時間的な遅れが生じることから、この影響を極力受けずに過給圧センサ４４が適正な過給圧を検出できるように、ＥＣＵ４７が検出過給圧と規定過給圧とを比較する判定条件を設定している。即ち、この判定領域マップにおける不感帯Ｆのない領域であって、エンジン回転数Ｎｅが低回転領域で且つ低負荷（少燃料噴射量）領域Ａにあるとき、エンジン回転数Ｎｅが高回転領域で且つ高負荷（多燃料噴射量）領域Ｂにあるときを条件として、検出過給圧と規定過給圧とを比較して異常を判定するようにしている。なお、この図３に示すマップにて、過給機の過回転を防止するために最大エンジン回転数Ｎｅ₄及び最大燃料噴射量ｑ₄が設定されている。
【００２５】
ここで、本実施形態の故障診断装置を用いた過給機３４の故障診断方法を図４のフローチャートに基づいて説明するが、ここでは、判定条件を過給機３４のノズルベーン３７が最大作動位置でエンジン１１の運転状態が判定領域Ａにあることとした場合について説明する。
【００２６】
図４のフローチャートに示すように、ステップＳ１１において、判定領域の変更があったかどうかを判定するが、エンジン１１の始動時は判定領域の変更があったとしてステップＳ１２に移行する。このステップＳ１２では、過給機３４の故障診断を行うための判定条件が成立したかどうかを判定する。この判定条件は以下に示すものである。
▲１▼イグニッションキースイッチがＯＮ
▲２▼排気浄化触媒が３３が再生中でない
▲３▼過給圧センサ４４が故障していない
▲４▼エンジン１１の運転状態が判定領域Ａにある
つまり、エンジン回転数Ｎｅ₁≦Ｎｅ≦Ｎｅ₂
燃料噴射量ｑ₁≦ｑ≦ｑ₂
▲５▼過給機３４のノズルベーン３７が最大作動位置にある
【００２７】
ステップＳ１２ではこの▲１▼〜▲５▼の条件が全て成立したときにステップＳ１３に移行して過給機３４の故障診断を行う。即ち、ステップＳ１３では、ＥＣＵ４７は、過給圧センサ４４が検出した過給圧Ｐｂと、メモリ４９にマップ化された規定過給圧とを比較することで、過給機３４の異常を判定するようにしている。この場合、メモリ４９には▲１▼〜▲５▼の条件が全て成立したときの最低過給圧Ｐｂ₁と最高過給圧Ｐｂ₂を規定しており、Ｐｂ₁≦Ｐｂ≦Ｐｂ₂の条件が成立すれば過給機３４は正常である判定し、この条件が成立しなければ過給機３４は異常であると判定する。
【００２８】
このステップＳ１３で過給機３４が異常と判定されたら、ステップＳ１４で異常判定の回数を加算（Ｃ＋１）し、過給機３４が正常と判定されたら、ステップＳ１５で異常判定の回数を減算（Ｃ＋１）する。そして、ステップＳ１６にて異常判定の回数Ｃが１０回以上あったかどうかを確認し、１０回未満であればステップＳ１１に戻る。
【００２９】
上述したステップＳ１１〜Ｓ１６までの処理を繰り返すが、判定領域Ａの変更があるまで、つまり、判定領域Ａから別の領域に行って再び判定領域Ａに戻るまで、ステップＳ１２以降の処理は行わない。このようにステップＳ１１〜Ｓ１６の処理を繰り返し行うことで、ステップＳ１６にて、異常判定回数Ｃが１０回以上となったら過給機３４の異常を判定して故障と診断し、ステップＳ１７にて警告灯（ＭＩＬ）を点灯し、ステップＳ１８にてコード記録を行う。
【００３０】
その後、過給機３４が故障と診断されたら、ＥＣＵ４７はＥＧＲコントロールバルブ４６の開閉してＥＧＲ量を調整することで、過給圧の上昇を防止などの処理を行う。
【００３１】
なお、上述した実施形態では、判定条件を過給機３４のノズルベーン３７が最大作動位置で且つエンジン１１の運転状態が判定領域Ａにあることとしたが、過給機３４のノズルベーン３７が最大作動位置とエンジン１１の運転状態が判定領域Ａのいずれか一方だけでもよい。また、判定条件を過給機３４のノズルベーン３７が最小作動位置、エンジン１１の運転状態が判定領域Ｂとしてもよく、上記全ての条件を加味してもよい。
【００３２】
また、上述の実施形態における図４のフローチャートに説明では、本発明の特徴が明確になるように、且つ、本実施形態の説明が簡素化されるように、ステップＳ１１にて判定領域の変更がないときには、判定領域が変更されるまで何もしないように構成したが、実際には、判定領域の変更がなくても、同一の判定領域内で連続して過給機３４の故障判定を行い、前回の判定結果と今回の判定結果が同じであれば異常判定の回数カウント（加算と減算）せず、前回の判定結果と今回の判定結果が異なればカウントするようにすることが望ましい。
【００３３】
このように本実施形態の可変容量過給機の故障診断装置にあっては、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量ｑ（エンジン負荷）とに基づいて予め規定過給圧を求め、この規定過給圧Ｐｂをメモリ４９に記憶し、ＥＣＵ４７は、過給機３４のノズルベーン３７が最大・最小位置で、且つ、エンジン１１の運転状態が低回転低負荷領域Ａ・高回転高負荷領域Ｂにあることを条件として、過給圧センサ４４により検出された過給圧と、メモリ４９に記憶された規定過給圧とを比較することで、過給機３４の異常を判定するようにしている。
【００３４】
従って、異常判定の条件を、過給機３４のノズルベーン３７が最大・最小位置にあるとき、エンジン１１の運転状態が低回転低負荷領域Ａ・高回転高負荷領域Ｂにあるときとしたことで、ノズルベーン３７の作動方向が一方方向に規制され、この位置に停止するときは過給圧機に慣性力の影響やヒステリシス特性の影響が少なく、所定の過給圧になるまでの時間的な遅れがほとんど生じずに適正な過給圧を検出し、過給圧と規定過給圧とにより可変容量過給機の異常を高精度に判定することができる。
【００３５】
また、過給機３４のノズルベーン３７が最大位置で、エンジン１１の運転状態が低回転低負荷領域Ａにある条件は、エンジン１１を始動した後のアイドル運転状態であり、過給機３４の異常判定を高い頻度で行うことができ、過給機３４の故障を的確に診断することができる。
【００３６】
なお、上述した実施形態では、判定領域マップにおける不感帯Ｆのない領域で、且つ、エンジン１１が低回転・低負荷領域Ａ、高回転・高負荷領域Ｂを判定領域に設定したが、判定領域マップにおけるその他の不感帯Ｆのない領域を判定領域に設定してもよい。
【００３７】
また、上述した実施形態では、エンジン負荷センサとして燃料噴射量を検出する噴射量センサ４８を用いたが、その他、スロットル開度、アクセル開度、筒内圧、平均有効圧を検出するセンサであってもよい。そして、可変容量過給機としては、タービン３６の周囲に多数のノズルベーン３７が配設されたタイプのものに限らず、排気通路の一部を開閉する切換バルブにより構成してもよく、本発明は可変容量過給機の形式に限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】
以上、実施形態をおいて詳細に説明したように請求項１の発明の可変容量過給機の故障診断装置によれば、エンジンの排気通路に配設されるタービンへの排気流速に対する過給圧を変更可能な可変容量過給機を設けると共に、過給圧センサ、エンジン回転数センサ、エンジン負荷センサを設け、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて予め規定過給圧を所定の領域ごとに記憶手段に記憶すると共に、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて複数の判定領域が設定された判定マップを設け、この判定マップにおける複数の前記判定領域間に設けられた不感帯以外の領域で判定手段が過給圧センサにより検出された過給圧と記憶手段に記憶された規定過給圧とを比較して可変容量過給機の異常を判定するようにしたので、不感帯のない領域では、各領域間に設けたヒステリシス特性の影響がなく、所定の過給圧になるまでの時間的な遅れがほとんど生じることはなくなって適正な過給圧を検出することができ、過給圧と規定過給圧とにより可変容量過給機の異常を適正に判定することができ、その結果、故障判定精度の向上を図ることができる。
【００４０】
請求項２の発明の可変容量過給機の故障診断装置によれば、エンジン回転数が低回転領域で且つエンジン負荷が低負荷領域にあるとき、または、エンジン回転数が高回転領域で且つエンジン負荷が高負荷領域にあるときに可変容量過給機の異常を判定するようにしたので、エンジンの低回転・低負荷領域及び高回転領域・高負荷領域では、過給圧を制御する作動部材の作動方向が一方方向に規制されて慣性の影響がなく、所定の過給圧になるまでの時間的な遅れがほとんど生じることはなくなって適正な過給圧を検出することができ、過給圧と規定過給圧とにより可変容量過給機の異常を適正に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変容量過給機の故障診断装置の概略構成図である。
【図２】可変容量過給機の概略構成図である。
【図３】故障診断の判定領域マップである。
【図４】故障診断方法をを表すフローチャートである。
【符号の説明】
１１エンジン
１６燃料噴射ポンプ
２３エンジン回転数センサ
２６吸気管
３２排気管
３４過給機
３５コンプレッサ
３６タービン
３７ノズルベーン（過給圧制御用作動部材）
３９負圧式アクチュエータ
４４過給圧センサ
４７電子制御ユニット、ＥＣＵ（判定手段）
４８噴射量センサ（エンジン負荷センサ）
４９メモリ（記憶手段）

Claims

エンジンの排気通路に配設されるタービンへの排気流速に対する過給圧を変更可能な可変容量過給機と、前記エンジンの過給圧を検出する過給圧センサと、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサと、前記エンジンの負荷を検出するエンジン負荷センサと、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて予め規定過給圧を記憶する記憶手段と、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて複数の判定領域が設定された判定マップと、該判定マップにおける複数の前記判定領域間に設けられた不感帯以外の領域で前記過給圧センサにより検出された過給圧と前記記憶手段に記憶された規定過給圧とを比較することで前記可変容量過給機の異常を判定する判定手段とを具えたことを特徴とする可変容量過給機の故障診断装置。
請求項１記載の可変容量過給機の故障診断装置において、前記判定手段は、前記エンジン回転数が低回転領域で且つ前記エンジン負荷が低負荷領域にあるとき、または、前記エンジン回転数が高回転領域で且つ前記エンジン負荷が高負荷領域にあるときに前記可変容量過給機の異常を判定することを特徴とする可変容量過給機の故障診断装置。