JP4110766B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用等の内燃機関には、機関運転状態を変更すべく動作される駆動装置が設けられている。こうした駆動装置としては、例えば可変ノズル型ターボチャージャの可変ノズル装置があげられる。
【０００３】
上記可変ノズル装置は、ターボチャージャのタービンホイールへと内燃機関の排気を吹き付けるための排気経路に設けられたノズルベーンと、同排気経路の排気流通面積を変更すべくノズルベーンを開閉動作させるアクチュエータとを備えている。そして、上記排気流通面積の変更によってタービンホイールに吹き付けられる排気の流速を可変とすることで、ターボチャージャの回転速度が変更され、内燃機関の過給圧（吸気圧）が調整される。こうした可変ノズル装置は、内燃機関を制御すべく自動車に搭載された電子制御装置によって制御される。
【０００４】
しかし、上記のように過給圧に基づいて異常発生の有無を判断する場合、実際の異常発生から同異常の影響が過給圧に現れるのに時間がかかるといった問題や、検出できる異常がノズルベーンの固着に限られるといった問題がある。そのため、例えば、以下に示す［１］の対策により異常検出に要する時間を短縮したり、［２］〜［４］の対策により検出できる異常の種類を多くしたりすることも考えられる。
【０００５】
［１］異常検出に要する時間を短縮するためにノズルベーンの位置（開度）を検出するノズル位置センサ等を設け、同センサからの検出信号に基づき異常発生の有無を判断する
［２］アクチュエータの動作状態をモニタして異常発生の有無を判断する
［３］ノズル開度センサからの検出信号のレベルが通常の範囲から外れているか否かに基づき、ノズル開度センサについての異常発生の有無を判断する
［４］ノズル開度センサの検出信号から求められる実際のノズル開度と、電子制御装置によって求められるノズル開度の指令値とに基づき、ノズル開度を指令値に近づけるためのフィードバック制御についての異常発生の有無を判断する
この場合、電子制御装置にて実際のノズルベーンの位置、アクチュエータの動作状態、及びノズル開度の指令値等から上記各種異常の検出を行い、その検出結果に基づき電子制御装置側で異常の種類を判別することで、同異常の種類毎に適切な内燃機関のフェイルセーフを行うことが可能になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の場合には電子制御装置で各種異常を検出するとともに、その検出された異常の種類の判別が行われることから、それらの処理が複雑化して電子制御装置の負荷が高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関を制御する電子制御装置とは別に可変ノズル装置を制御するコントローラを設け、各種の異常を検出・判別するための処理の実行に伴い、電子制御装置の負荷が高くなるのを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関を制御する電子制御装置と、同機関の運転状態を変更すべくターボチャージャのタービンホイールに吹き付けられる排気の流速を可変とする可変ノズル装置と、前記電子制御装置から通信により指令を受けて前記可変ノズル装置を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、各種の異常を検出し、前記機関への影響の大きい異常と同影響の小さい異常とに大別し、この大別された異常に応じた信号を前記電子制御装置に出力するとともに、同異常を検出したとき、前記排気の流速が低下する側に前記可変ノズル装置を制御し、前記電子制御装置は、前記機関への影響の大きい異常に応じた信号に基づきアクセル踏込量を所定のガード値で上限ガードする第１のフェイルセーフを実行し、同機関への影響の小さい異常に応じた信号に基づき前記アクセル踏込量を前記所定のガード値よりも大きいガード値で上限ガードする第２のフェイルセーフを実行するものとした。
【０００９】
上記構成によれば、コントローラ側で各種の異常が検出されるとともに、その異常が前記機関への影響の大きい異常と同影響の小さい異常とに大別され、大別された異常に対応した信号がコントローラから電子制御装置に出力される。そして、これらの信号に応じて電子制御装置側での異常判別が行われ、当該判別結果が例えば上記異常に応じた適切な態様での内燃機関のフェイルセーフを実行したりするときに用いられる。上記のようにコントローラ側で異常検出が行われることにより、電子制御装置側で異常検出が行われる場合のように同異常を検出するための処理の実行に伴い電子制御装置の負荷が高くなるのを抑制することができる。更に、異常発生時にコントローラから電子制御装置へと出力される信号は大別された異常に応じた信号だけであることから、その信号の種類が過度に多くなって同信号を入出力する際の処理が複雑になったり、異常を判別する処理が複雑になったりして電子制御装置の負荷が高くなるのも抑制することができる。
また、コントローラは、異常を検出したとき、前記排気の流速が低下する側に前記可変ノズル装置を制御するため、異常の発生に伴いターボチャージャの過回転が生じるのを抑制することができる。
【００１３】
また、上記構成によれば、内燃機関への影響の大きい異常に対応した信号がコントローラから出力された場合にはアクセル踏込量を所定のガード値で上限ガードする第１のフェイルセーフが実行され、同機関への影響の小さい異常に対応した信号がコントローラから出力された場合には前記アクセル踏込量を前記所定のガード値よりも大きいガード値で上限ガードする小さい第２のフェイルセーフが実行される。従って、各種異常に応じて的確な内燃機関のフェイルセーフを行いつつ、同フェイルセーフによる機関出力の低下など機関運転への影響を低く抑えることができる。
【００１４】
なお、第２のフェイルセーフとしては、その実行に伴う機関出力の低下など内燃機関への影響が最小限にとどめられるものとすることが好ましい。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記コントローラは、内燃機関への影響が大である異常と当該影響が小である異常との両方が検出されたとき、同機関への影響の大きい異常に応じた信号を出力するものとした。
【００１５】
上記構成によれば、内燃機関への影響が大である異常と当該影響が小である異常との両方が検出されたとき、同機関への影響の大きい異常に応じた信号がコントローラから出力されるため、その信号に基づき第１のフェイルセーフが実行され、上記各異常に対し適切な対処を施すことができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を可変ノズル型ターボチャージャを備える車載用ディーゼルエンジンに適用した一実施形態について図１〜図８を参照して説明する。
【００１９】
図１に示されるように、エンジン１における吸気通路２の上流部分、及び排気通路３の下流部分は、それぞれターボチャージャ４に繋がっている。このターボチャージャ４は、吸気通路２の下流側へ空気を送り出すためのコンプレッサホイール５と、排気通路３を通過する排気の吹き付けに基づいて回転するタービンホイール６とを備えている。そして、タービンホイール６が回転すると、それと一体にコンプレッサホイール５が回転し、これによりエンジン１の吸入空気量が増加して同エンジン１の出力を向上させることが可能となる。
【００２０】
ターボチャージャ４には、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速を可変とし、ターボチャージャ４の回転速度を変更するための可変ノズル装置７が設けられている。この可変ノズル装置７は、タービンホイール６に排気を吹き付けるための排気経路上に設けられた可変ノズル機構７ａと、同機構７ａを動作させるアクチュエータである直流（ＤＣ）モータ９とを備えている。
【００２１】
この可変ノズル機構７ａは、上記排気経路の排気流通面積を変更すべく開閉動作する弁機構であって、その排気流通面積の変更によってタービンホイール６に吹き付けられる排気の流速を可変とするものである。即ち、可変ノズル機構７ａには、ＤＣモータ９によって開閉動作させられるノズルベーン１０が設けられており、同ノズルベーン１０の開閉によって上記排気の流速が変更される。このように排気の流速を可変とすることで、ターボチャージャ４の回転速度が変更され、エンジン１の過給圧（吸気圧）が調整されるようになる。
【００２２】
なお、ノズルベーン１０を閉じ側に変位させた場合には、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速が大となり、ターボチャージャ４の回転速度は高くなってエンジン１の過給圧は上昇する。また、ノズルベーン１０を開き側に変位させると、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速が小となり、ターボチャージャ４の回転速度は低くなってエンジン１の過給圧は低下するようになる。
【００２３】
ここで、可変ノズル機構７ａの詳細な構造について図２及び図３を参照して説明する。なお、図２は可変ノズル機構７ａをコンプレッサホイール５側（図１の上側）から見た正面図であり、図３は図２の可変ノズル機構７ａを矢印Ａ−Ａ方向から見た側断面図である。
【００２４】
これら図２及び図３に示されるように、可変ノズル機構７ａは、リング状に形成されたノズルバックプレート２１を備えている。ノズルバックプレート２１には、複数の軸２２が同プレート２１の円心を中心として等角度毎に設けられている。各軸２２は、ノズルバックプレート２１をその厚さ方向に貫通して回動可能に支持されている。これら軸２２の一端部（図３の下端部）には、ノズルベーン１０が固定されている。また、軸２２の他端部（図３の上端部）には、同軸２２と直交してノズルバックプレート２１の外縁部へ延びる開閉レバー２３が固定されている。
【００２５】
各開閉レバー２３とノズルバックプレート２１との間には、ノズルバックプレート２１と重なるように環状のリングプレート２４が設けられている。このリングプレート２４は、ＤＣモータ９の駆動に基づき周方向に回動するようになっている。また、リングプレート２４には、その円心を中心として等角度毎に複数のピン２５が設けられている。それらピン２５は、各開閉レバー２３に対して回動可能に連結されている。
【００２６】
そして、ＤＣモータ９の駆動によりリングプレート２４がその円心を中心に回動すると、各ピン２５が各開閉レバー２３をリングプレート２４の回動方向へ押す。その結果、それら開閉レバー２３は軸２２を回動させることとなり、軸２２の回動に伴い各ノズルベーン１０は同軸２２を中心にして各々同期した状態で開閉動作する。こうした隣合うノズルベーン１０の開閉動作に基づき、各ノズルベーン１０間の隙間の大きさ、即ちタービンホイール６に排気を吹き付けるための排気経路の排気流通面積が変化し、同排気の流速が可変とされるようになる。
【００２７】
次に、本実施形態におけるエンジン１の制御装置の電気的構成について図１を参照して説明する。
この制御装置は、エンジン１を制御するエンジン用電子制御装置（エンジンＥＣＵ）１２を備えている。エンジンＥＣＵ１２には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ１３からの信号、及び、アクセルペダル１５の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ１６からの信号が入力される。エンジンＥＣＵ１２は、エンジン１の運転制御の一つとして、エンジン１の燃料噴射制御を実行する。
【００２８】
この燃料噴射量制御は、エンジン回転速度ＮＥ及びアクセル踏込量ＡＣＣＰ等から求められる燃料噴射量の指令値に基づき燃料噴射弁１４を駆動制御し、当該指令値に対応した量の燃料を燃料噴射弁１４から噴射させることで実現される。このように燃料噴射量を制御することにより、エンジン１の出力トルクが調整されるようになる。
【００２９】
一方、エンジンＥＣＵ１２に接続されたコントローラ８には、ノズルベーン１０の位置を検出するノズル位置センサ１１からの信号が入力されるとともに、ＤＣモータ９の電流値を検出する電流検出回路８ａが設けられている。そして、コントローラ８は、エンジンＥＣＵ１２から通信により指令を受けてＤＣモータ９を駆動し、ノズルベーン１０の開度を制御する。
【００３０】
こうしたノズルベーン１０の開度制御では、まずエンジンＥＣＵ１２でエンジン１の運転状態に基づきノズルベーン１０の開度指令値が算出され、この開度指令値に対応した信号がコントローラ８に出力される。コントローラ８は、ノズル位置センサ１１の検出信号から求められる実際のノズル開度が、エンジンＥＣＵ１２からの指令として入力された開度指令値に近づくよう、ＤＣモータ９を駆動制御する。以上のようにして、ノズルベーン１０の開度を開度指令値に近づけるためのフィードバック制御が行われるようになる。
【００３１】
ところで、上記のような可変ノズル装置７が設けられたエンジン１においては、ノズルベーン１０の固着、ＤＣモータ９の固着、上記フィードバック制御の異常、及びノズル位置センサ１１の異常といった各種の異常が発生する可能性がある。更に、エンジンＥＣＵ１２とは別に可変ノズル装置７（ＤＣモータ９）を制御するコントローラ８が設けられていることから、上記各種異常に加えてエンジンＥＣＵ１２からコントローラ８への通信を行う際の通信異常といった特有の異常も発生する。
【００３２】
これら各種異常の検出はコントローラ８側で行うことが可能である。このように各種異常の検出をコントローラ８側で行うことにより、その異常検出がエンジンＥＣＵ１２側で行われる場合のように同ＥＣＵ１２の負荷が高くなるのを抑制することができる。また、異常検出に要する時間も短くできる。
【００３３】
上記各種異常を検出したときには、例えば異常の種類に応じて異なった態様で適切なエンジン１のフェイルセーフを行うといった対策を講じることが重要である。そして、こうした異常の種類に応じた適切なフェイルセーフを行うためには各種異常の種類に対応した信号を各々コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力し、当該信号に基づいてエンジンＥＣＵ１２側で異常の種類を判別することが考えられる。しかし、この場合には各種異常に対応する信号の種類が多くなって同信号を入出力する際の処理が複雑になったり、同信号から異常の種類を判別する処理が複雑になったりしてエンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなる。
【００３４】
そこで本実施形態では、コントローラ８側で各種異常を検出するとともに、その異常を例えばエンジン１への影響が大きい異常と同影響が小さい異常との二種類など程度毎に大別する。更に、この大別された異常に応じた信号をコントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力し、エンジンＥＣＵ１２で上記信号が上記二種類の異常のうちのいずれに応じたものであるかを判別する。そして、エンジン１への影響が大きい異常に対応した信号である場合には、同エンジン１の保護を最優先としたフェイルセーフを実行する。また、エンジン１への影響が小さい異常に対応した信号である場合には、上記フェイルセーフよりもエンジン１への影響が小さいフェイルセーフ、例えばエンジン１の出力への影響が最小限にとどめられるフェイルセーフを実行する。
【００３５】
このようにすれば、異常発生時にコントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される信号は、大別された異常に応じた二種類の信号のいずれかだけになる。そのため、異常発生時にコントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される信号の種類が過度に多くなって同信号を入出力する際の処理が複雑になったり、同信号に基づいて異常を判別する処理が複雑になったりしてエンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなるのを抑制することができる。
【００３６】
また、エンジン１への影響が大きい異常の発生と同影響が小さい異常の発生とに対して、上記のように各々異なる態様での適切なフェイルセーフが実行される。そのため、異常の種類に応じて的確なフェイルセーフを行いつつ、同フェイルセーフによるエンジン出力の低下などエンジン運転への影響を低く抑えることができる。
【００３７】
次に、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２への通信態様について図４を参照して説明する。
コントローラ８は、エンジンＥＣＵ１２にオン（Ｈｉ）信号又はオフ（Ｌｏ）信号を出力するものであり、所定期間（本実施形態では３２ｍｓ）中にエンジンＥＣＵ１２に出力される信号おけるオン信号の割合（以下、デューティ比という）を０％、２０％、４０％、６０％、８０％、１００％のうちのいずれかに変更可能となっている。なお、図４において（ａ）〜（ｆ）は、それぞれデューティ比が０％、２０％、４０％、６０％、８０％、１００％であるときにエンジンＥＣＵ１２に入力される信号の状態を示すものである。
【００３８】
コントローラ８は、通常時には図４（ｃ）に示されるようにデューティ比が４０％となる信号をエンジンＥＣＵ１２に出力し、エンジン停止時等にノズルベーン１０が全閉位置に突き当てられたときには図４（ｄ）に示されるようにデューティ比が６０％となる信号をエンジンＥＣＵ１２に出力する。従って、上述した各種異常が発生していないときには、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２にはデューティ比が４０％若しくは６０％となる信号が出力されることとなる。
【００３９】
一方、ノズルベーン１０の固着、ＤＣモータ９の固着、及びフィードバック制御の異常等がコントローラ８側で検出されたときには、それらの異常がエンジン１への影響の大きい異常として大別される。そして、コントローラ８は、当該異常に対応した信号として、図４（ｅ）に示されるようにデューティ比が８０％となる信号をエンジンＥＣＵ１２に出力する。上記ノズルベーン１０の固着やＤＣモータ９の固着といった異常については、ＤＣモータ９の電流値が所定値（例えば数アンペア）以上になることに基づき検出される。また、フィードバック制御の異常については、実際のノズル開度と開度指令値との差が過度に大となることや、実際のノズル開度が目標値（開度指令値）に達するのに所定時間以上かかることに基づき検出される。
【００４０】
一方、ノズル位置センサ１１の異常やエンジンＥＣＵ１２からコントローラ８への通信異常等がコントローラ８側で検出されたときには、それらの異常がエンジン１への影響の小さい異常として大別される。そして、コントローラ８は、当該異常に対応した信号として、図４（ｂ）に示されるようにデューティ比が２０％となる信号をエンジンＥＣＵ１２に出力する。上記ノズル位置センサ１１の異常については、同センサ１１からの検出信号のレベルが通常の範囲から外れていることや、同センサ１１からの検出信号に基づき求められる実際のノズル開度と目標値（開度指令値）との差が所定値以上になることに基づき検出される。また、エンジンＥＣＵ１２からコントローラ８への通信異常については、エンジンＥＣＵ１２からコントローラ８に出力される信号がオン（Ｈｉ）又はオフ（Ｌｏ）に固定されていることに基づき検出される。
【００４１】
なお、エンジン１への影響の大きい異常と同影響の小さい異常との両方が検出された場合、コントローラ８は、同影響の大きい異常に対応した信号として、デューティ比８０％となる信号をエンジンＥＣＵ１２に出力する。
【００４２】
更に、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に信号を出力するための信号線が断線したり、それら両者の間で短絡が生じたりすることもある。この場合、エンジンＥＣＵ１２に入力される信号が図４（ａ）に示される状態（断線）となったり、図４（ｆ）に示される状態（短絡）となったりする。
【００４３】
次に、エンジンＥＣＵ１２に入力された信号が、デューティ比８０％の信号であってエンジン１への影響の大きい異常に対応したものであるか、或いはデューティ比２０％の信号であってエンジン１への影響の小さい異常に対応したものであるかを判別する手順について、異常判別ルーチンを示す図５及び図６のフローチャートを参照して説明する。この異常判別ルーチンは、エンジンＥＣＵ１２を通じて所定時間（本実施形態では４ｍｓ）毎の時間割り込みにて実行される。
【００４４】
異常判別ルーチンにおいては、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号のデューティ比を判別するに際し、３２ｍｓ毎という一定期間毎に当該判別が開始されることとなる。この判別の開始タイミングは、コントローラ８がエンジンＥＣＵ１２に異常等に対応した信号を出力するときであって同信号をオフ（Ｌｏ）信号からオン（Ｈｉ）信号に切り換えるタイミング（図４のＴ０）に対応している。
【００４５】
上記３２ｍｓという一定期間中において、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号がオン信号であるか、あるいはオフ信号であるかの判定が４ｍｓ経過毎に合計八回行われる（Ｓ１０１：図５）。続いて、ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１での判定結果を用いて、オン信号からオフ信号への切り換えが有ったか否かが判断される。
【００４６】
このステップＳ１０２で肯定判定がなされると、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号が、エンジン１への影響の小さい異常に対応したもの（デューティ比２０％）であるか、或いは同影響の大きい異常に対応したもの（デューティ比８０％）であるかの判別が行われる（Ｓ１０３〜Ｓ１０６）。また、ステップＳ１０２で否定判定がなされると、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に信号を出力するための信号線が断線していないかどうか、或いはそれら両者の間で短絡が生じていないかどうかの判断が行われる（Ｓ１０７〜Ｓ１１０：図６）。
【００４７】
以下、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６の処理と、ステップＳ１０７〜Ｓ１１０の処理とを個別に説明する。
［Ｓ１０３〜Ｓ１０６の処理］
ステップＳ１０３では、今回のオン信号かオフ信号かの判定は、上述した３２ｍｓ毎に開始される判別の開始後における二回目の判定（図４のタイミングＴ１での判定）であるか否かが判断される（Ｓ１０３）。ここで肯定判定であれば、一回目の判定と二回目の判定との間でオン信号からオフ信号への切り換えが有ったことになり、コントローラ８がエンジンＥＣＵ１２に出力した信号は図４（ｂ）に示されるデューティ比２０％の信号である旨判断される（Ｓ１０４）。この場合、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号は、デューティ比２０％の信号であることから、エンジン１への影響の小さい異常に対応したものとして判別される。
【００４８】
一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされると、今回のオン信号かオフ信号かの判定は、３２ｍｓ毎に開始される判別の開始後における七回目の判定（図４のタイミングＴ２）であるか否かが判断される（Ｓ１０５）。ここで肯定判定であれば、六回目の判定と七回目の判定との間でオン信号からオフ信号への切り換えが有ったことになり、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力された信号は図４（ｅ）に示されるデューティ比８０％の信号である旨判断される（Ｓ１０６）。この場合、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号は、デューティ比８０％の信号であることから、エンジン１への影響の大きい異常に対応したものとして判別される。
【００４９】
上記のように異常発生時の信号として、デューティ比が２０％の信号と８０％の信号との二種類だけが用いられる場合、エンジンＥＣＵ１２に入力された信号のデューティ比を判別するために同ＥＣＵ１２の負荷が過度に高くなることはなくなる。これは、異常発生時の信号の種類（デューティ比の種類）が少ない場合には、オン信号からオフ信号に切り換えがあったとき、判別開始（図４のＴ０）後において何回目のオン・オフ信号判定が行われているかに基づき上記デューティ比を判別することが可能なためである。
【００５０】
仮に、異常発生時の信号の種類（デューティ比の種類）が多くなって、異常に対応する各信号のデューティ比を近い値にせざるを得なくなると、上記のような仕方では当該デューティ比の判別を行うことができなくなる。即ち、例えばデューティ比が１５％の信号と２０％の信号とでは、図７に実線（１５％）及び破線（２０％）で示されるように、共に３２ｍｓ毎の判別の開始（Ｔ０）後におけるオンオフ信号判定の一回目（４ｍｓ経過時点）と二回目（８ｍｓ経過時点）の間でオン信号からオフ信号への切り換えが生じることとなる。従って、上記一回目の判定と二回目の判定との間でオン信号からオフ信号への切り換えがあった旨判断することはできても、デューティ比が２０％であるのか１５％であるのかは判別できないことから、このときには当該判別を行うための別の処理を割り込み処理として実行しなければならなくなる。
【００５１】
このように、異常発生時の信号の種類（デューティ比の種類）が多くなると、上記のような割り込み処理が多く行われることから、それに伴いエンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなるという問題も無視できなくなる。しかし、異常発生時の信号として、本実施形態のようにデューティ比が２０％の信号と８０％の信号との二種類だけを用いるようにすれば、当該デューティ比を判別するためにエンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなるという上記の不具合を回避することができる。
【００５２】
［Ｓ１０７〜Ｓ１１０の処理］
ステップＳ１０７（図６）では、３２ｍｓ毎に開始される判別の開始後におけるオン・オフ信号判定の七回目と八回目とで共にオン信号であるか否かが判断される（Ｓ１０７）。ここで肯定判定であれば、３２ｍｓという判別期間中においてオン信号のままであったことになり、上記デューティ比が１００％である旨判断され（Ｓ１０８）、コントローラ８とエンジンＥＣＵ１２との間で短絡が生じている旨判断される。
【００５３】
一方、ステップＳ１０７で否定判定がなされると、３２ｍｓ毎に開始される判別の開始後における一回目のオン・オフ信号判定でオフ信号であるか否かが判断される（Ｓ１０９）。ここで肯定判定であれば、３２ｍｓという判別期間中においてオフ信号のままであることになり、上記デューティ比が０％である旨判断され（Ｓ１１０）、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に信号を出力するための信号線が断線している旨判断される。
【００５４】
次に、上記異常の発生時に行われるエンジン１のフェイルセーフの実行手順について図８を参照して説明する。図８は、上記異常の種類に応じて異なった態様の適切なフェイルセーフを実行するためのフェイルセーフ実行ルーチンを示すフローチャートである。このフェイルセーフ実行ルーチンは、エンジンＥＣＵ１２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００５５】
フェイルセーフ実行ルーチンにおいて、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号のデューティ比が８０％であれば、ステップＳ２０１，Ｓ２０２で共に肯定判定がなされ、上記信号がエンジン１への影響の大きい異常に対応したものである旨判断される。この場合、エンジン１の燃料噴射量の指令値を算出するのに用いられるアクセル踏込量ＡＣＣＰがガード値ａで上限ガードされる（Ｓ２０３）。これにより、エンジン１における燃料噴射量の増加が抑制され、同エンジン１を保護できる程度にエンジン出力を抑えるフェイルセーフが行われるようになる。なお、上記ガード値ａは、エンジン１を保護するのに適した値、例えば１２％に設定される。
【００５６】
一方、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号のデューティ比が２０％であれば、ステップＳ２０１で否定判定がなされるとともに、ステップＳ２０４で肯定判定がなされ、上記信号がエンジン１への影響の小さい異常に対応したものである旨判断される。この場合、アクセル踏込量ＡＣＣＰが上記ガード値ａよりも大きい値であるガード値ｂで上限ガードされる（Ｓ２０５）。これにより、エンジン１における燃料噴射量の増加が抑制され、エンジン１の出力低下という影響について上記フェイルセーフよりも影響の小さいフェイルセーフが行われるようになる。なお、上記ガード値ｂは、例えばエンジン１の出力低下という影響を最小限に抑えるのに適した値、例えば２５％に設定される。
【００５７】
上記いずれのフェイルセーフの実行時にもエンジンＥＣＵ１２からコントローラ８へとノズルベーン１０の全開指令がなされ（Ｓ２０６）、コントローラ８によるＤＣモータ９の駆動制御を通じてノズルベーン１０が駆動可能な場合には全開位置に変位させられる。このノズルベーン１０の開き側への変位により、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速が低下させられる。このため、異常の発生に伴いターボチャージャ４に過回転が生じることを抑制し、極力通常に近い状態でのエンジン運転を行えるようにすることができる。
【００５８】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ノズルベーン１０の固着、ＤＣモータ９の固着、フィードバック制御の異常、ノズル位置センサ１１の異常、及び、エンジンＥＣＵ１２からコントローラ８への通信異常といった各種異常の検出は、コントローラ８側で行われることとなる。このため、上記各種異常の検出がエンジンＥＣＵ１２側で行われる場合のように、エンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなるのを抑制することができる。
【００５９】
（２）コントローラ８側で検出された各種異常は、エンジン１への影響の大きい異常と同影響の小さい異常との二種類など程度毎に大別され、大別された異常に対応した信号がコントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される。即ち、エンジン１への影響の大きい異常の発生時にはデューティ比８０％の信号がエンジンＥＣＵ１２に出力され、エンジン１への影響の小さい異常の発生時にはデューティ比２０％の信号がエンジンＥＣＵ１２に出力される。そして、エンジンＥＣＵ１２では、コントローラ８からの信号のデューティ比が８０％であるか、或いは２０％であるかに基づき、エンジン１への影響の大きい異常が発生しているのか、或いは同影響の小さい異常が発生しているのかが判別される。このように、異常発生時にコントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される信号としては、デューティ比８０％の信号とデューティ比２０％の信号との二種類だけとされることから、その信号の種類が過度に多くなって同信号を入出力する際の処理が複雑になったり、同信号に基づいて異常を判別する処理が複雑になったりしてエンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなるのを抑制することができる。また、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される信号は異常時及び正常時を含めて数種類程度に抑えられるため、エンジンＥＣＵ１２側での異常・正常等の状態を判別を簡素な仕様で実現することができる。
【００６０】
（３）上記信号のデューティ比が８０％であってエンジン１への影響が大きい異常が発生している旨判断されると、アクセル踏込量ＡＣＣＰがガード値ａ（１２％）で上限ガードされ、燃料噴射量の増加が抑制されるようになる。これにより、エンジン１を保護できる程度にエンジン出力が抑えられ、エンジン１の保護を目的としたフェイルセーフがなされることとなる。一方、上記信号のデューティ比が２０％であってエンジン１への影響が小さい異常が発生している旨判断されると、アクセル踏込量ＡＣＣＰがガード値ｂ（２５％）で上限ガードされ、燃料噴射量の増加が抑制されるようになる。これにより、エンジン出力の低下という影響について上記フェイルセーフよりも影響の小さいフェイルセーフがなされることとなる。このようにエンジン１への影響が大きい異常の発生と同影響が小さい異常の発生とに対して、上記のように各々異なる態様での適切なフェイルセーフが実行される。そのため、異常の程度に応じて的確なフェイルセーフを行いつつ、同フェイルセーフによるエンジン出力の低下などエンジン運転への影響を低く抑えることができる。
【００６１】
（４）コントローラ８は、エンジン１への影響の大きい異常と同影響の小さい異常との両方が検出された場合、同影響の大きい異常に対応した信号としてデューティ比８０％の信号をエンジンＥＣＵ１２に出力する。そのため、上記のような異常発生状況のときにエンジン１の保護を目的としたフェイルセーフが行われ、上記各異常に対して適切な対処を施すことができるようになる。
【００６２】
（５）コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される信号のデューティ比が２０％又は８０％であって異常が発生している旨判断されるとき、ノズルベーン１０が可動状態にあれば全開位置まで開き側に変位させられる。これにより、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速を低下させてターボチャージャ４の過回転を抑制し、上記異常の発生時であっても極力通常に近い状態でのエンジン運転を行えるようにすることができる。
【００６３】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・異常が発生したときにノズルベーン１０を開き側（全開位置）へと変位させたが、必ずしも全開位置まで変位させる必要はなく、ある程度開き側の位置まで変位させるだけにとどめてもよい。
【００６４】
・異常が発生したとき、必ずしも上記のようにノズルベーン１０を開き側に変位させる必要はない。
・エンジン１のフェイルセーフとしてアクセルポジションセンサ１６の検出信号から求められるアクセル踏込量ＡＣＣＰを上限ガードするようにしたが、同上限ガードのためのガード値ａ，ｂを適宜変更してもよい。
【００６５】
・発生した異常をコントローラ８にて二種類に大別したが、この大別する種類の数を上記実施形態の場合よりも多少多くし、その種類に応じた信号をエンジンＥＣＵ１２に出力するようにしてもよい。
【００６６】
・本発明をガソリンエンジンに適用してもよい。この場合、エンジンのフェイルセーフとしては、例えば燃料カットを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のエンジンに設けられた可変ノズル型ターボチャージャ、及びその可変ノズル機構を駆動制御する制御装置の全体構成を示す略図。
【図２】可変ノズル機構の詳細構造を示す正面図。
【図３】図２の可変ノズル機構を矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図。
【図４】コントローラからエンジンＥＣＵへの信号の出力態様を示すタイムチャート。
【図５】エンジンＥＣＵにて行われる異常判別の手順を示すフローチャート。
【図６】エンジンＥＣＵにて行われる異常判別の手順を示すフローチャート。
【図７】コントローラからエンジンＥＣＵへの信号の出力態様を示すタイムチャート。
【図８】フェイルセーフの実行手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、４…ターボチャージャ、６…タービンホイール、７…可変ノズル装置、７ａ…可変ノズル機構、８…コントローラ、８ａ…電流検出回路、９…直流（ＤＣ）モータ、１０…ノズルベーン、１１…ノズル位置センサ、１２…エンジンＥＣＵ、１３…回転速度センサ、１４…燃料噴射弁、１６…アクセルポジションセンサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用等の内燃機関には、機関運転状態を変更すべく動作される駆動装置が設けられている。こうした駆動装置としては、例えば可変ノズル型ターボチャージャの可変ノズル装置があげられる。
【０００３】
上記可変ノズル装置は、ターボチャージャのタービンホイールへと内燃機関の排気を吹き付けるための排気経路に設けられたノズルベーンと、同排気経路の排気流通面積を変更すべくノズルベーンを開閉動作させるアクチュエータとを備えている。そして、上記排気流通面積の変更によってタービンホイールに吹き付けられる排気の流速を可変とすることで、ターボチャージャの回転速度が変更され、内燃機関の過給圧（吸気圧）が調整される。こうした可変ノズル装置は、内燃機関を制御すべく自動車に搭載された電子制御装置によって制御される。
【０００４】
しかし、上記のように過給圧に基づいて異常発生の有無を判断する場合、実際の異常発生から同異常の影響が過給圧に現れるのに時間がかかるといった問題や、検出できる異常がノズルベーンの固着に限られるといった問題がある。そのため、例えば、以下に示す［１］の対策により異常検出に要する時間を短縮したり、［２］〜［４］の対策により検出できる異常の種類を多くしたりすることも考えられる。
【０００５】
［１］異常検出に要する時間を短縮するためにノズルベーンの位置（開度）を検出するノズル位置センサ等を設け、同センサからの検出信号に基づき異常発生の有無を判断する
［２］アクチュエータの動作状態をモニタして異常発生の有無を判断する
［３］ノズル開度センサからの検出信号のレベルが通常の範囲から外れているか否かに基づき、ノズル開度センサについての異常発生の有無を判断する
［４］ノズル開度センサの検出信号から求められる実際のノズル開度と、電子制御装置によって求められるノズル開度の指令値とに基づき、ノズル開度を指令値に近づけるためのフィードバック制御についての異常発生の有無を判断する
この場合、電子制御装置にて実際のノズルベーンの位置、アクチュエータの動作状態、及びノズル開度の指令値等から上記各種異常の検出を行い、その検出結果に基づき電子制御装置側で異常の種類を判別することで、同異常の種類毎に適切な内燃機関のフェイルセーフを行うことが可能になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の場合には電子制御装置で各種異常を検出するとともに、その検出された異常の種類の判別が行われることから、それらの処理が複雑化して電子制御装置の負荷が高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関を制御する電子制御装置とは別に可変ノズル装置を制御するコントローラを設け、各種の異常を検出・判別するための処理の実行に伴い、電子制御装置の負荷が高くなるのを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関を制御する電子制御装置と、同機関の運転状態を変更すべくターボチャージャのタービンホイールに吹き付けられる排気の流速を可変とする可変ノズル装置と、前記電子制御装置から通信により指令を受けて前記可変ノズル装置を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、各種の異常を検出し、前記機関への影響の大きい異常と同影響の小さい異常とに大別し、この大別された異常に応じた信号を前記電子制御装置に出力するとともに、同異常を検出したとき、前記排気の流速が低下する側に前記可変ノズル装置を制御し、前記電子制御装置は、前記機関への影響の大きい異常に応じた信号に基づきアクセル踏込量を所定のガード値で上限ガードする第１のフェイルセーフを実行し、同機関への影響の小さい異常に応じた信号に基づき前記アクセル踏込量を前記所定のガード値よりも大きいガード値で上限ガードする第２のフェイルセーフを実行するものとした。
【０００９】
上記構成によれば、コントローラ側で各種の異常が検出されるとともに、その異常が前記機関への影響の大きい異常と同影響の小さい異常とに大別され、大別された異常に対応した信号がコントローラから電子制御装置に出力される。そして、これらの信号に応じて電子制御装置側での異常判別が行われ、当該判別結果が例えば上記異常に応じた適切な態様での内燃機関のフェイルセーフを実行したりするときに用いられる。上記のようにコントローラ側で異常検出が行われることにより、電子制御装置側で異常検出が行われる場合のように同異常を検出するための処理の実行に伴い電子制御装置の負荷が高くなるのを抑制することができる。更に、異常発生時にコントローラから電子制御装置へと出力される信号は大別された異常に応じた信号だけであることから、その信号の種類が過度に多くなって同信号を入出力する際の処理が複雑になったり、異常を判別する処理が複雑になったりして電子制御装置の負荷が高くなるのも抑制することができる。
また、コントローラは、異常を検出したとき、前記排気の流速が低下する側に前記可変ノズル装置を制御するため、異常の発生に伴いターボチャージャの過回転が生じるのを抑制することができる。
【００１３】
また、上記構成によれば、内燃機関への影響の大きい異常に対応した信号がコントローラから出力された場合にはアクセル踏込量を所定のガード値で上限ガードする第１のフェイルセーフが実行され、同機関への影響の小さい異常に対応した信号がコントローラから出力された場合には前記アクセル踏込量を前記所定のガード値よりも大きいガード値で上限ガードする小さい第２のフェイルセーフが実行される。従って、各種異常に応じて的確な内燃機関のフェイルセーフを行いつつ、同フェイルセーフによる機関出力の低下など機関運転への影響を低く抑えることができる。
【００１４】
なお、第２のフェイルセーフとしては、その実行に伴う機関出力の低下など内燃機関への影響が最小限にとどめられるものとすることが好ましい。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記コントローラは、内燃機関への影響が大である異常と当該影響が小である異常との両方が検出されたとき、同機関への影響の大きい異常に応じた信号を出力するものとした。
【００１５】
上記構成によれば、内燃機関への影響が大である異常と当該影響が小である異常との両方が検出されたとき、同機関への影響の大きい異常に応じた信号がコントローラから出力されるため、その信号に基づき第１のフェイルセーフが実行され、上記各異常に対し適切な対処を施すことができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を可変ノズル型ターボチャージャを備える車載用ディーゼルエンジンに適用した一実施形態について図１〜図８を参照して説明する。
【００１９】
図１に示されるように、エンジン１における吸気通路２の上流部分、及び排気通路３の下流部分は、それぞれターボチャージャ４に繋がっている。このターボチャージャ４は、吸気通路２の下流側へ空気を送り出すためのコンプレッサホイール５と、排気通路３を通過する排気の吹き付けに基づいて回転するタービンホイール６とを備えている。そして、タービンホイール６が回転すると、それと一体にコンプレッサホイール５が回転し、これによりエンジン１の吸入空気量が増加して同エンジン１の出力を向上させることが可能となる。
【００２０】
ターボチャージャ４には、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速を可変とし、ターボチャージャ４の回転速度を変更するための可変ノズル装置７が設けられている。この可変ノズル装置７は、タービンホイール６に排気を吹き付けるための排気経路上に設けられた可変ノズル機構７ａと、同機構７ａを動作させるアクチュエータである直流（ＤＣ）モータ９とを備えている。
【００２１】
この可変ノズル機構７ａは、上記排気経路の排気流通面積を変更すべく開閉動作する弁機構であって、その排気流通面積の変更によってタービンホイール６に吹き付けられる排気の流速を可変とするものである。即ち、可変ノズル機構７ａには、ＤＣモータ９によって開閉動作させられるノズルベーン１０が設けられており、同ノズルベーン１０の開閉によって上記排気の流速が変更される。このように排気の流速を可変とすることで、ターボチャージャ４の回転速度が変更され、エンジン１の過給圧（吸気圧）が調整されるようになる。
【００２２】
なお、ノズルベーン１０を閉じ側に変位させた場合には、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速が大となり、ターボチャージャ４の回転速度は高くなってエンジン１の過給圧は上昇する。また、ノズルベーン１０を開き側に変位させると、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速が小となり、ターボチャージャ４の回転速度は低くなってエンジン１の過給圧は低下するようになる。
【００２３】
ここで、可変ノズル機構７ａの詳細な構造について図２及び図３を参照して説明する。なお、図２は可変ノズル機構７ａをコンプレッサホイール５側（図１の上側）から見た正面図であり、図３は図２の可変ノズル機構７ａを矢印Ａ−Ａ方向から見た側断面図である。
【００２４】
これら図２及び図３に示されるように、可変ノズル機構７ａは、リング状に形成されたノズルバックプレート２１を備えている。ノズルバックプレート２１には、複数の軸２２が同プレート２１の円心を中心として等角度毎に設けられている。各軸２２は、ノズルバックプレート２１をその厚さ方向に貫通して回動可能に支持されている。これら軸２２の一端部（図３の下端部）には、ノズルベーン１０が固定されている。また、軸２２の他端部（図３の上端部）には、同軸２２と直交してノズルバックプレート２１の外縁部へ延びる開閉レバー２３が固定されている。
【００２５】
各開閉レバー２３とノズルバックプレート２１との間には、ノズルバックプレート２１と重なるように環状のリングプレート２４が設けられている。このリングプレート２４は、ＤＣモータ９の駆動に基づき周方向に回動するようになっている。また、リングプレート２４には、その円心を中心として等角度毎に複数のピン２５が設けられている。それらピン２５は、各開閉レバー２３に対して回動可能に連結されている。
【００２６】
そして、ＤＣモータ９の駆動によりリングプレート２４がその円心を中心に回動すると、各ピン２５が各開閉レバー２３をリングプレート２４の回動方向へ押す。その結果、それら開閉レバー２３は軸２２を回動させることとなり、軸２２の回動に伴い各ノズルベーン１０は同軸２２を中心にして各々同期した状態で開閉動作する。こうした隣合うノズルベーン１０の開閉動作に基づき、各ノズルベーン１０間の隙間の大きさ、即ちタービンホイール６に排気を吹き付けるための排気経路の排気流通面積が変化し、同排気の流速が可変とされるようになる。
【００２７】
次に、本実施形態におけるエンジン１の制御装置の電気的構成について図１を参照して説明する。
この制御装置は、エンジン１を制御するエンジン用電子制御装置（エンジンＥＣＵ）１２を備えている。エンジンＥＣＵ１２には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ１３からの信号、及び、アクセルペダル１５の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ１６からの信号が入力される。エンジンＥＣＵ１２は、エンジン１の運転制御の一つとして、エンジン１の燃料噴射制御を実行する。
【００２８】
この燃料噴射量制御は、エンジン回転速度ＮＥ及びアクセル踏込量ＡＣＣＰ等から求められる燃料噴射量の指令値に基づき燃料噴射弁１４を駆動制御し、当該指令値に対応した量の燃料を燃料噴射弁１４から噴射させることで実現される。このように燃料噴射量を制御することにより、エンジン１の出力トルクが調整されるようになる。
【００２９】
一方、エンジンＥＣＵ１２に接続されたコントローラ８には、ノズルベーン１０の位置を検出するノズル位置センサ１１からの信号が入力されるとともに、ＤＣモータ９の電流値を検出する電流検出回路８ａが設けられている。そして、コントローラ８は、エンジンＥＣＵ１２から通信により指令を受けてＤＣモータ９を駆動し、ノズルベーン１０の開度を制御する。
【００３０】
こうしたノズルベーン１０の開度制御では、まずエンジンＥＣＵ１２でエンジン１の運転状態に基づきノズルベーン１０の開度指令値が算出され、この開度指令値に対応した信号がコントローラ８に出力される。コントローラ８は、ノズル位置センサ１１の検出信号から求められる実際のノズル開度が、エンジンＥＣＵ１２からの指令として入力された開度指令値に近づくよう、ＤＣモータ９を駆動制御する。以上のようにして、ノズルベーン１０の開度を開度指令値に近づけるためのフィードバック制御が行われるようになる。
【００３１】
ところで、上記のような可変ノズル装置７が設けられたエンジン１においては、ノズルベーン１０の固着、ＤＣモータ９の固着、上記フィードバック制御の異常、及びノズル位置センサ１１の異常といった各種の異常が発生する可能性がある。更に、エンジンＥＣＵ１２とは別に可変ノズル装置７（ＤＣモータ９）を制御するコントローラ８が設けられていることから、上記各種異常に加えてエンジンＥＣＵ１２からコントローラ８への通信を行う際の通信異常といった特有の異常も発生する。
【００３２】
これら各種異常の検出はコントローラ８側で行うことが可能である。このように各種異常の検出をコントローラ８側で行うことにより、その異常検出がエンジンＥＣＵ１２側で行われる場合のように同ＥＣＵ１２の負荷が高くなるのを抑制することができる。また、異常検出に要する時間も短くできる。
【００３３】
上記各種異常を検出したときには、例えば異常の種類に応じて異なった態様で適切なエンジン１のフェイルセーフを行うといった対策を講じることが重要である。そして、こうした異常の種類に応じた適切なフェイルセーフを行うためには各種異常の種類に対応した信号を各々コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力し、当該信号に基づいてエンジンＥＣＵ１２側で異常の種類を判別することが考えられる。しかし、この場合には各種異常に対応する信号の種類が多くなって同信号を入出力する際の処理が複雑になったり、同信号から異常の種類を判別する処理が複雑になったりしてエンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなる。
【００３４】
そこで本実施形態では、コントローラ８側で各種異常を検出するとともに、その異常を例えばエンジン１への影響が大きい異常と同影響が小さい異常との二種類など程度毎に大別する。更に、この大別された異常に応じた信号をコントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力し、エンジンＥＣＵ１２で上記信号が上記二種類の異常のうちのいずれに応じたものであるかを判別する。そして、エンジン１への影響が大きい異常に対応した信号である場合には、同エンジン１の保護を最優先としたフェイルセーフを実行する。また、エンジン１への影響が小さい異常に対応した信号である場合には、上記フェイルセーフよりもエンジン１への影響が小さいフェイルセーフ、例えばエンジン１の出力への影響が最小限にとどめられるフェイルセーフを実行する。
【００３５】
このようにすれば、異常発生時にコントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される信号は、大別された異常に応じた二種類の信号のいずれかだけになる。そのため、異常発生時にコントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される信号の種類が過度に多くなって同信号を入出力する際の処理が複雑になったり、同信号に基づいて異常を判別する処理が複雑になったりしてエンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなるのを抑制することができる。
【００３６】
また、エンジン１への影響が大きい異常の発生と同影響が小さい異常の発生とに対して、上記のように各々異なる態様での適切なフェイルセーフが実行される。そのため、異常の種類に応じて的確なフェイルセーフを行いつつ、同フェイルセーフによるエンジン出力の低下などエンジン運転への影響を低く抑えることができる。
【００３７】
次に、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２への通信態様について図４を参照して説明する。
コントローラ８は、エンジンＥＣＵ１２にオン（Ｈｉ）信号又はオフ（Ｌｏ）信号を出力するものであり、所定期間（本実施形態では３２ｍｓ）中にエンジンＥＣＵ１２に出力される信号おけるオン信号の割合（以下、デューティ比という）を０％、２０％、４０％、６０％、８０％、１００％のうちのいずれかに変更可能となっている。なお、図４において（ａ）〜（ｆ）は、それぞれデューティ比が０％、２０％、４０％、６０％、８０％、１００％であるときにエンジンＥＣＵ１２に入力される信号の状態を示すものである。
【００３８】
コントローラ８は、通常時には図４（ｃ）に示されるようにデューティ比が４０％となる信号をエンジンＥＣＵ１２に出力し、エンジン停止時等にノズルベーン１０が全閉位置に突き当てられたときには図４（ｄ）に示されるようにデューティ比が６０％となる信号をエンジンＥＣＵ１２に出力する。従って、上述した各種異常が発生していないときには、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２にはデューティ比が４０％若しくは６０％となる信号が出力されることとなる。
【００３９】
一方、ノズルベーン１０の固着、ＤＣモータ９の固着、及びフィードバック制御の異常等がコントローラ８側で検出されたときには、それらの異常がエンジン１への影響の大きい異常として大別される。そして、コントローラ８は、当該異常に対応した信号として、図４（ｅ）に示されるようにデューティ比が８０％となる信号をエンジンＥＣＵ１２に出力する。上記ノズルベーン１０の固着やＤＣモータ９の固着といった異常については、ＤＣモータ９の電流値が所定値（例えば数アンペア）以上になることに基づき検出される。また、フィードバック制御の異常については、実際のノズル開度と開度指令値との差が過度に大となることや、実際のノズル開度が目標値（開度指令値）に達するのに所定時間以上かかることに基づき検出される。
【００４０】
一方、ノズル位置センサ１１の異常やエンジンＥＣＵ１２からコントローラ８への通信異常等がコントローラ８側で検出されたときには、それらの異常がエンジン１への影響の小さい異常として大別される。そして、コントローラ８は、当該異常に対応した信号として、図４（ｂ）に示されるようにデューティ比が２０％となる信号をエンジンＥＣＵ１２に出力する。上記ノズル位置センサ１１の異常については、同センサ１１からの検出信号のレベルが通常の範囲から外れていることや、同センサ１１からの検出信号に基づき求められる実際のノズル開度と目標値（開度指令値）との差が所定値以上になることに基づき検出される。また、エンジンＥＣＵ１２からコントローラ８への通信異常については、エンジンＥＣＵ１２からコントローラ８に出力される信号がオン（Ｈｉ）又はオフ（Ｌｏ）に固定されていることに基づき検出される。
【００４１】
なお、エンジン１への影響の大きい異常と同影響の小さい異常との両方が検出された場合、コントローラ８は、同影響の大きい異常に対応した信号として、デューティ比８０％となる信号をエンジンＥＣＵ１２に出力する。
【００４２】
更に、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に信号を出力するための信号線が断線したり、それら両者の間で短絡が生じたりすることもある。この場合、エンジンＥＣＵ１２に入力される信号が図４（ａ）に示される状態（断線）となったり、図４（ｆ）に示される状態（短絡）となったりする。
【００４３】
次に、エンジンＥＣＵ１２に入力された信号が、デューティ比８０％の信号であってエンジン１への影響の大きい異常に対応したものであるか、或いはデューティ比２０％の信号であってエンジン１への影響の小さい異常に対応したものであるかを判別する手順について、異常判別ルーチンを示す図５及び図６のフローチャートを参照して説明する。この異常判別ルーチンは、エンジンＥＣＵ１２を通じて所定時間（本実施形態では４ｍｓ）毎の時間割り込みにて実行される。
【００４４】
異常判別ルーチンにおいては、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号のデューティ比を判別するに際し、３２ｍｓ毎という一定期間毎に当該判別が開始されることとなる。この判別の開始タイミングは、コントローラ８がエンジンＥＣＵ１２に異常等に対応した信号を出力するときであって同信号をオフ（Ｌｏ）信号からオン（Ｈｉ）信号に切り換えるタイミング（図４のＴ０）に対応している。
【００４５】
上記３２ｍｓという一定期間中において、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号がオン信号であるか、あるいはオフ信号であるかの判定が４ｍｓ経過毎に合計八回行われる（Ｓ１０１：図５）。続いて、ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１での判定結果を用いて、オン信号からオフ信号への切り換えが有ったか否かが判断される。
【００４６】
このステップＳ１０２で肯定判定がなされると、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号が、エンジン１への影響の小さい異常に対応したもの（デューティ比２０％）であるか、或いは同影響の大きい異常に対応したもの（デューティ比８０％）であるかの判別が行われる（Ｓ１０３〜Ｓ１０６）。また、ステップＳ１０２で否定判定がなされると、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に信号を出力するための信号線が断線していないかどうか、或いはそれら両者の間で短絡が生じていないかどうかの判断が行われる（Ｓ１０７〜Ｓ１１０：図６）。
【００４７】
以下、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６の処理と、ステップＳ１０７〜Ｓ１１０の処理とを個別に説明する。
［Ｓ１０３〜Ｓ１０６の処理］
ステップＳ１０３では、今回のオン信号かオフ信号かの判定は、上述した３２ｍｓ毎に開始される判別の開始後における二回目の判定（図４のタイミングＴ１での判定）であるか否かが判断される（Ｓ１０３）。ここで肯定判定であれば、一回目の判定と二回目の判定との間でオン信号からオフ信号への切り換えが有ったことになり、コントローラ８がエンジンＥＣＵ１２に出力した信号は図４（ｂ）に示されるデューティ比２０％の信号である旨判断される（Ｓ１０４）。この場合、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号は、デューティ比２０％の信号であることから、エンジン１への影響の小さい異常に対応したものとして判別される。
【００４８】
一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされると、今回のオン信号かオフ信号かの判定は、３２ｍｓ毎に開始される判別の開始後における七回目の判定（図４のタイミングＴ２）であるか否かが判断される（Ｓ１０５）。ここで肯定判定であれば、六回目の判定と七回目の判定との間でオン信号からオフ信号への切り換えが有ったことになり、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力された信号は図４（ｅ）に示されるデューティ比８０％の信号である旨判断される（Ｓ１０６）。この場合、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号は、デューティ比８０％の信号であることから、エンジン１への影響の大きい異常に対応したものとして判別される。
【００４９】
上記のように異常発生時の信号として、デューティ比が２０％の信号と８０％の信号との二種類だけが用いられる場合、エンジンＥＣＵ１２に入力された信号のデューティ比を判別するために同ＥＣＵ１２の負荷が過度に高くなることはなくなる。これは、異常発生時の信号の種類（デューティ比の種類）が少ない場合には、オン信号からオフ信号に切り換えがあったとき、判別開始（図４のＴ０）後において何回目のオン・オフ信号判定が行われているかに基づき上記デューティ比を判別することが可能なためである。
【００５０】
仮に、異常発生時の信号の種類（デューティ比の種類）が多くなって、異常に対応する各信号のデューティ比を近い値にせざるを得なくなると、上記のような仕方では当該デューティ比の判別を行うことができなくなる。即ち、例えばデューティ比が１５％の信号と２０％の信号とでは、図７に実線（１５％）及び破線（２０％）で示されるように、共に３２ｍｓ毎の判別の開始（Ｔ０）後におけるオンオフ信号判定の一回目（４ｍｓ経過時点）と二回目（８ｍｓ経過時点）の間でオン信号からオフ信号への切り換えが生じることとなる。従って、上記一回目の判定と二回目の判定との間でオン信号からオフ信号への切り換えがあった旨判断することはできても、デューティ比が２０％であるのか１５％であるのかは判別できないことから、このときには当該判別を行うための別の処理を割り込み処理として実行しなければならなくなる。
【００５１】
このように、異常発生時の信号の種類（デューティ比の種類）が多くなると、上記のような割り込み処理が多く行われることから、それに伴いエンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなるという問題も無視できなくなる。しかし、異常発生時の信号として、本実施形態のようにデューティ比が２０％の信号と８０％の信号との二種類だけを用いるようにすれば、当該デューティ比を判別するためにエンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなるという上記の不具合を回避することができる。
【００５２】
［Ｓ１０７〜Ｓ１１０の処理］
ステップＳ１０７（図６）では、３２ｍｓ毎に開始される判別の開始後におけるオン・オフ信号判定の七回目と八回目とで共にオン信号であるか否かが判断される（Ｓ１０７）。ここで肯定判定であれば、３２ｍｓという判別期間中においてオン信号のままであったことになり、上記デューティ比が１００％である旨判断され（Ｓ１０８）、コントローラ８とエンジンＥＣＵ１２との間で短絡が生じている旨判断される。
【００５３】
一方、ステップＳ１０７で否定判定がなされると、３２ｍｓ毎に開始される判別の開始後における一回目のオン・オフ信号判定でオフ信号であるか否かが判断される（Ｓ１０９）。ここで肯定判定であれば、３２ｍｓという判別期間中においてオフ信号のままであることになり、上記デューティ比が０％である旨判断され（Ｓ１１０）、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に信号を出力するための信号線が断線している旨判断される。
【００５４】
次に、上記異常の発生時に行われるエンジン１のフェイルセーフの実行手順について図８を参照して説明する。図８は、上記異常の種類に応じて異なった態様の適切なフェイルセーフを実行するためのフェイルセーフ実行ルーチンを示すフローチャートである。このフェイルセーフ実行ルーチンは、エンジンＥＣＵ１２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００５５】
フェイルセーフ実行ルーチンにおいて、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号のデューティ比が８０％であれば、ステップＳ２０１，Ｓ２０２で共に肯定判定がなされ、上記信号がエンジン１への影響の大きい異常に対応したものである旨判断される。この場合、エンジン１の燃料噴射量の指令値を算出するのに用いられるアクセル踏込量ＡＣＣＰがガード値ａで上限ガードされる（Ｓ２０３）。これにより、エンジン１における燃料噴射量の増加が抑制され、同エンジン１を保護できる程度にエンジン出力を抑えるフェイルセーフが行われるようになる。なお、上記ガード値ａは、エンジン１を保護するのに適した値、例えば１２％に設定される。
【００５６】
一方、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に入力される信号のデューティ比が２０％であれば、ステップＳ２０１で否定判定がなされるとともに、ステップＳ２０４で肯定判定がなされ、上記信号がエンジン１への影響の小さい異常に対応したものである旨判断される。この場合、アクセル踏込量ＡＣＣＰが上記ガード値ａよりも大きい値であるガード値ｂで上限ガードされる（Ｓ２０５）。これにより、エンジン１における燃料噴射量の増加が抑制され、エンジン１の出力低下という影響について上記フェイルセーフよりも影響の小さいフェイルセーフが行われるようになる。なお、上記ガード値ｂは、例えばエンジン１の出力低下という影響を最小限に抑えるのに適した値、例えば２５％に設定される。
【００５７】
上記いずれのフェイルセーフの実行時にもエンジンＥＣＵ１２からコントローラ８へとノズルベーン１０の全開指令がなされ（Ｓ２０６）、コントローラ８によるＤＣモータ９の駆動制御を通じてノズルベーン１０が駆動可能な場合には全開位置に変位させられる。このノズルベーン１０の開き側への変位により、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速が低下させられる。このため、異常の発生に伴いターボチャージャ４に過回転が生じることを抑制し、極力通常に近い状態でのエンジン運転を行えるようにすることができる。
【００５８】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ノズルベーン１０の固着、ＤＣモータ９の固着、フィードバック制御の異常、ノズル位置センサ１１の異常、及び、エンジンＥＣＵ１２からコントローラ８への通信異常といった各種異常の検出は、コントローラ８側で行われることとなる。このため、上記各種異常の検出がエンジンＥＣＵ１２側で行われる場合のように、エンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなるのを抑制することができる。
【００５９】
（２）コントローラ８側で検出された各種異常は、エンジン１への影響の大きい異常と同影響の小さい異常との二種類など程度毎に大別され、大別された異常に対応した信号がコントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される。即ち、エンジン１への影響の大きい異常の発生時にはデューティ比８０％の信号がエンジンＥＣＵ１２に出力され、エンジン１への影響の小さい異常の発生時にはデューティ比２０％の信号がエンジンＥＣＵ１２に出力される。そして、エンジンＥＣＵ１２では、コントローラ８からの信号のデューティ比が８０％であるか、或いは２０％であるかに基づき、エンジン１への影響の大きい異常が発生しているのか、或いは同影響の小さい異常が発生しているのかが判別される。このように、異常発生時にコントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される信号としては、デューティ比８０％の信号とデューティ比２０％の信号との二種類だけとされることから、その信号の種類が過度に多くなって同信号を入出力する際の処理が複雑になったり、同信号に基づいて異常を判別する処理が複雑になったりしてエンジンＥＣＵ１２の負荷が高くなるのを抑制することができる。また、コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される信号は異常時及び正常時を含めて数種類程度に抑えられるため、エンジンＥＣＵ１２側での異常・正常等の状態を判別を簡素な仕様で実現することができる。
【００６０】
（３）上記信号のデューティ比が８０％であってエンジン１への影響が大きい異常が発生している旨判断されると、アクセル踏込量ＡＣＣＰがガード値ａ（１２％）で上限ガードされ、燃料噴射量の増加が抑制されるようになる。これにより、エンジン１を保護できる程度にエンジン出力が抑えられ、エンジン１の保護を目的としたフェイルセーフがなされることとなる。一方、上記信号のデューティ比が２０％であってエンジン１への影響が小さい異常が発生している旨判断されると、アクセル踏込量ＡＣＣＰがガード値ｂ（２５％）で上限ガードされ、燃料噴射量の増加が抑制されるようになる。これにより、エンジン出力の低下という影響について上記フェイルセーフよりも影響の小さいフェイルセーフがなされることとなる。このようにエンジン１への影響が大きい異常の発生と同影響が小さい異常の発生とに対して、上記のように各々異なる態様での適切なフェイルセーフが実行される。そのため、異常の程度に応じて的確なフェイルセーフを行いつつ、同フェイルセーフによるエンジン出力の低下などエンジン運転への影響を低く抑えることができる。
【００６１】
（４）コントローラ８は、エンジン１への影響の大きい異常と同影響の小さい異常との両方が検出された場合、同影響の大きい異常に対応した信号としてデューティ比８０％の信号をエンジンＥＣＵ１２に出力する。そのため、上記のような異常発生状況のときにエンジン１の保護を目的としたフェイルセーフが行われ、上記各異常に対して適切な対処を施すことができるようになる。
【００６２】
（５）コントローラ８からエンジンＥＣＵ１２に出力される信号のデューティ比が２０％又は８０％であって異常が発生している旨判断されるとき、ノズルベーン１０が可動状態にあれば全開位置まで開き側に変位させられる。これにより、タービンホイール６に吹き付けられる排気の流速を低下させてターボチャージャ４の過回転を抑制し、上記異常の発生時であっても極力通常に近い状態でのエンジン運転を行えるようにすることができる。
【００６３】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・異常が発生したときにノズルベーン１０を開き側（全開位置）へと変位させたが、必ずしも全開位置まで変位させる必要はなく、ある程度開き側の位置まで変位させるだけにとどめてもよい。
【００６４】
・異常が発生したとき、必ずしも上記のようにノズルベーン１０を開き側に変位させる必要はない。
・エンジン１のフェイルセーフとしてアクセルポジションセンサ１６の検出信号から求められるアクセル踏込量ＡＣＣＰを上限ガードするようにしたが、同上限ガードのためのガード値ａ，ｂを適宜変更してもよい。
【００６５】
・発生した異常をコントローラ８にて二種類に大別したが、この大別する種類の数を上記実施形態の場合よりも多少多くし、その種類に応じた信号をエンジンＥＣＵ１２に出力するようにしてもよい。
【００６６】
・本発明をガソリンエンジンに適用してもよい。この場合、エンジンのフェイルセーフとしては、例えば燃料カットを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のエンジンに設けられた可変ノズル型ターボチャージャ、及びその可変ノズル機構を駆動制御する制御装置の全体構成を示す略図。
【図２】可変ノズル機構の詳細構造を示す正面図。
【図３】図２の可変ノズル機構を矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図。
【図４】コントローラからエンジンＥＣＵへの信号の出力態様を示すタイムチャート。
【図５】エンジンＥＣＵにて行われる異常判別の手順を示すフローチャート。
【図６】エンジンＥＣＵにて行われる異常判別の手順を示すフローチャート。
【図７】コントローラからエンジンＥＣＵへの信号の出力態様を示すタイムチャート。
【図８】フェイルセーフの実行手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、４…ターボチャージャ、６…タービンホイール、７…可変ノズル装置、７ａ…可変ノズル機構、８…コントローラ、８ａ…電流検出回路、９…直流（ＤＣ）モータ、１０…ノズルベーン、１１…ノズル位置センサ、１２…エンジンＥＣＵ、１３…回転速度センサ、１４…燃料噴射弁、１６…アクセルポジションセンサ。
Claims (2)
- 内燃機関を制御する電子制御装置と、同機関の運転状態を変更すべくターボチャージャのタービンホイールに吹き付けられる排気の流速を可変とする可変ノズル装置と、前記電子制御装置から通信により指令を受けて前記可変ノズル装置を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、各種の異常を検出し、前記機関への影響の大きい異常と同影響の小さい異常とに大別し、この大別された異常に応じた信号を前記電子制御装置に出力するとともに、同異常を検出したとき、前記排気の流速が低下する側に前記可変ノズル装置を制御し、
前記電子制御装置は、前記機関への影響の大きい異常に応じた信号に基づきアクセル踏込量を所定のガード値で上限ガードする第１のフェイルセーフを実行し、同機関への影響の小さい異常に応じた信号に基づき前記アクセル踏込量を前記所定のガード値よりも大きいガード値で上限ガードする第２のフェイルセーフを実行する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記コントローラは、内燃機関への影響が大である異常と当該影響が小である異常との両方が検出されたとき、同機関への影響の大きい異常に応じた信号を出力する
請求項１記載の内燃機関の制御装置。
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