JP4579097B2 - 過給器の異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に取り付けられた遠心過給器（ターボチャージャ）の異常を判定する技術に関する。

遠心過給器（ターボチャージャ）を備えた内燃機関の排気系には、タービンを迂回するバイパス通路や該バイパス通路を開閉するウェストゲートバルブ等が設けられている。このような構成において、ウェストゲートバルブの異常を過給圧（コンプレッサ下流の吸気圧）に基づいて判定する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
特開平７−２９３３０２号公報 特開平８−４５４３号公報 実公平５−１１３１６号公報

ところで、ウェストゲートバルブの異常が過給圧に反映されるのは、内燃機関の負荷が比較的高い運転領域となるため、そのような高負荷運転時にウェストゲートバルブの異常が判定されると、その時点で既にタービン回数が許容範囲を超えてしまっている可能性がある。

本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、遠心過給器に併設されたウェストゲートバルブの異常を判定する装置において、タービン回転数が許容範囲を越える前にウェストゲートバルブの異常を判定可能な技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の負荷が低い時にウェストゲートバルブの異常を判定することにより、タービン回転数が許容範囲から逸脱することを回避するようにした。

詳細には、本発明に係る過給器の異常判定装置は、内燃機関の排気通路において遠心過給器のタービン上流とタービン下流を連通させる排気側バイパス通路と、前記排気側バイパス通路に設けられたウェストゲートバルブと、前記内燃機関の負荷が所定負荷以下である時に前記ウェストゲートバルブの異常を判定する判定手段と、を備えるようにした。

このように構成された過給器の異常判定装置によれば、内燃機関が高負荷運転される前の低負荷運転時にウェストゲートバルブの異常判定が行われるため、タービン回転数が許容範囲を逸脱する前にウェストゲートバルブの異常を判定することができる。

ところで、内燃機関の負荷が低い時は、ウェストゲートバルブの開度が過給圧や排気圧に反映され難いため、従来技術のように過給圧をパラメータとした判定方法では正確な異常判定を行うことが困難である。

これに対し、本願の発明者らが鋭意の実験や検証を行った結果、内燃機関の負荷が低い時にウェストゲートバルブの開度が正常に変化すると、タービン回転数が高感度に変化することを見出した。

そこで、本発明に係る過給器の異常判定装置では、判定手段は、ウェストゲートバルブ
の開度を変化させるべく制御を行った時のタービン回転数の変化量を取得し、取得された変化量が基準量未満であればウェストゲートバルブが異常であると判定するようにしてもよい。

このような構成によれば、ウェストゲートバルブの開度が過給圧や排圧に反映され難い低負荷運転領域においても、タービン回転数をパラメータとしてウェストゲートバルブの異常を正確に判定することができる。

また、内燃機関の負荷が低い時はウェストゲートバルブの開度が変化させられても過給圧や排圧の変化が少ないため、異常判定が内燃機関の運転状態に及ぼす影響を少なくすることもできる。依って、内燃機関の運転者に意識させることなくウェストゲートバルブの異常判定を行うことが可能である。

尚、遠心過給器を備えた内燃機関の吸気通路には、遠心過給器のコンプレッサ下流とコンプレッサ上流を連通する吸気側バイパス通路、及び吸気側バイパス通路を開閉するエアバイパスバルブが配置される場合がある。

このような場合には、ウェストゲートバルブの異常判定に加え、エアバイパスバルブの異常判定も必要となる。エアバイパスバルブに異常が発生した場合には、内燃機関が高負荷運転状態にある時の過給圧が所定の範囲から逸脱するようになる。但し、内燃機関が高負荷運転状態にある時の過給圧は、エアバイパスバルブの異常に加え、ウェストゲートバルブの異常によっても変化する。このため、高負荷運転時の過給圧が所定の範囲から逸脱しているという条件だけでは、エアバイパスバルブが異常であると特定することは困難である。

これに対し、本発明に係る過給器の異常判定装置では、判定手段は、ウェストゲートバルブが正常であることを判定した後の内燃機関が高負荷運転された時に、コンプレッサ下流の吸気圧（過給圧）が所定の範囲から逸脱していればエアバイパスバルブが異常であると判定するようにしてもよい。

このような構成によれば、内燃機関の高負荷運転された時の過給圧の異常は、エアバイパスバルブの異常が要因であると特定することが可能となる。

本発明によれば、内燃機関の負荷が低い時にウェストゲートバルブの異常を判定可能となるため、タービン回転数が許容範囲を越える前にウェストゲートバルブの異常を検出することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１において、内燃機関１は、複数の気筒２を有する直列多気筒のエンジンである。

内燃機関１には、排気通路３と吸気通路４が接続されている。排気通路３の途中には、遠心過給器（ターボチャージャ）５のタービンハウジング５０が配置されている。排気通路３においてタービンハウジング５０より上流の部位と下流の部位は、排気側バイパス通路３０によって連通している。排気側バイパス通路３０の途中には、ウェストゲートバルブ３１が配置されている。

次に、吸気通路４の途中には、遠心過給器（ターボチャージャ）５のコンプレッサハウ
ジング５１が配置されている。吸気通路４においてコンプレッサハウジング５１より上流の部位と下流の部位は、吸気側バイパス通路４０によって連通している。吸気側バイパス通路４０の途中には、エアバイパスバルブ４１が配置されている。

遠心過給器（ターボチャージャ）５には、タービンホイール５００の回転数を検出する回転数センサ５２が取り付けられている。その際、回転数センサ５２がタービンハウジング５０に取り付けられると回転数センサ５２の耐熱性を向上させる必要があるため、コストの上昇等を招く可能性がある。そこで、タービンホイール５００とコンプレッサホイール５０１を連結するシャフト５０２の軸受部５３に回転数センサ５２を取り付け、前記シャフト５０２の回転数を検出するようにしてもよい。

吸気通路４においてコンプレッサハウジング５１より下流には、インタークーラ６が配置されている。インタークーラ６より下流の吸気通路４には、スロットル弁７が配置されている。スロットル弁７より下流の吸気通路４には、吸気圧センサ１１が取り付けられている。

また、内燃機関１には、ＥＣＵ８が併設されている。ＥＣＵ８は、クランクポジションセンサ９、アクセルポジションセンサ１０、吸気圧センサ１１、回転数センサ５２等の各種センサの出力信号に基づいて、スロットル弁７、ウェストゲートバルブ３１、エアバイパスバルブ４１を制御するとともに、ウェストゲートバルブ３１の異常判定処理やエアバイパスバルブ４１の異常判定処理を実行する。

以下、ウェストゲートバルブ３１及びエアバイパスバルブ４１の異常判定処理について図２及び図３に沿って説明する。図２はウェストゲートバルブ３１の異常判定ルーチンを示すフローチャートであり、図３はエアバイパスバルブ４１の異常判定ルーチンを示すフローチャートである。

先ず、図２の異常判定ルーチンでは、ＥＣＵ８は、Ｓ１０１においてクランクポジションセンサ９の出力信号に基づいて算出された機関回転数Ｎｅとアクセルポジションセンサ１０の出力信号（Ａｃｃｐ）を読み込む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ８は、内燃機関１が低回転・低負荷運転状態にあるか否か、すなわち、機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅｓ以下であり、且つ、アクセル開度Ａｃｃｐが所定開度Ａｃｃｐｓ以下であるか否かを判別する。

前記した所定回転数Ｎｅｓ及び所定開度Ａｃｃｐｓは、ウェストゲートバルブ３１が正常である時に該ウェストゲートバルブ３１の開度を変更しても過給圧や排圧が殆ど変化しない範囲で定められた値であり、予め実験的に求められた値である。

前記Ｓ１０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０３へ進み、ウェストゲートバルブ３１を強制的に全閉に制御する。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ８は、回転数センサ５２の出力信号（タービン回転数）Ｎｔ１を読み込む。尚、前記Ｓ１０２の制御が行われてからウェストゲートバルブ３１が実際に全閉となるまでには応答遅れが生じるため、ＥＣＵ８は、Ｓ１０２の実行終了時から応答遅れ時間が経過した後に回転数センサ５２の出力信号を読み込むことが好ましい。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０３で読み込まれたタービン回転数Ｎｔ１が所定回転数Ｎｔｓ１以上であるか否かを判別する。所定回転数Ｎｔｓ１は、ウェストゲートバ
ルブ３１が正常に全閉となった時のタービン回転数に相当する値であり、予め実験的に求められている値である。

前記Ｓ１０４において肯定判定された場合（Ｎｔ１≧Ｎｔｓ１）は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０６へ進み、ウェストゲートバルブ３１を強制的に全開に制御する。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ８は、回転数センサ５２の出力信号（タービン回転数）Ｎｔ２を読み込む。この場合も、前記Ｓ１０６の制御が行われてからウェストゲートバルブ３１が実際に全開となるまでには応答遅れが生じるため、ＥＣＵ８は、Ｓ１０６の実行終了時から応答遅れ時間が経過した後に回転数センサ５２の出力信号を読み込むものとする。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０７で読み込まれたタービン回転数Ｎｔ２が所定回転数Ｎｔｓ２以上であるか否かを判別する。所定回転数Ｎｔｓ２は、ウェストゲートバルブ３１が正常に全開となった時のタービン回転数に相当する値であり、予め実験的に求められている値である。

前記Ｓ１０８において肯定判定された場合（Ｎｔ２≦Ｎｔｓ２）は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０９へ進み、ウェストゲートバルブ３１が正常であると判定する。

一方、前記Ｓ１０５で否定判定された場合（Ｎｔ１＜Ｎｔｓ１）、又は前記Ｓ１０８において否定判定された場合（Ｎｔ２＞Ｎｔｓ２）は、ＥＣＵ８は、Ｓ１１０へ進み、ウェストゲートバルブ３１が異常であると判定する。

このようにＥＣＵ８が図２に示す異常判定ルーチンを実行することにより、内燃機関１が低回転・低負荷運転状態にある時にウェストゲートバルブ３１の異常を判定することが可能となる。このため、ウェストゲートバルブ３１に異常が発生している状態で内燃機関１が高回転・高負荷運転されることを回避することができ、以てタービン回転数が許容範囲を超えてしまうことも回避することができる。

更に、ウェストゲートバルブ３１が強制的に全開及び全閉に制御された時に、タービン回転数は高感度に変化するものの過給圧や排圧は殆ど変化しないため、異常判定処理の実行に起因したドライバビリティの低下も抑制することができる。

図４は、機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅｓ以下、且つアクセル開度Ａｃｃｐが所定開度Ａｃｃｐｓ以下となる条件下で正常なウェストゲートバルブ３１を全閉から全開へ動作させた時のタービン回転数Ｎｔ、過給圧Ｐｔ、及び排気圧（タービンハウジング５０より上流の排気圧）を計測した結果を示す図である。

図４に示すように、機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅｓ以下、且つアクセル開度Ａｃｃｐが所定開度Ａｃｃｐｓ以下の時にウェストゲートバルブ３１が全閉から全開へ動作すると、タービン回転数Ｎｔは大幅に低下するのに対し、過給圧Ｐｔ及び排気圧の低下量は極僅かとなる。

従って、本実施例の異常判定方法によれば、内燃機関１が低回転・低負荷運転状態にある時に、ドライバビリティの低下（過給圧や排圧の変化）を抑制しつつウェストゲートバルブ３１の異常を正確に判定することができる。

尚、前述した図２の異常判定ルーチンでは、ウェストゲートバルブ３１が全開に制御された時のタービン回転数Ｎｔ１が所定回転数Ｎｔｓ１以上であり、且つウェストゲートバルブ３１が全閉に制御された時のタービン回転数Ｎｔ２が所定回転数Ｎｔｓ２以下である
ことを条件にウェストゲートバルブ３１が正常であると判定しているが、ウェストゲートバルブ３１が全開に制御された時のタービン回転数Ｎｔ１とウェストゲートバルブ３１が全閉に制御された時のタービン回転数Ｎｔ２との差が所定量以上であることを条件にウェストゲートバルブ３１が正常であると判定するようにしてもよい。

次に、図３の異常判定ルーチンでは、ＥＣＵ８は、Ｓ２０１においてクランクポジションセンサ９の出力信号に基づいて算出された機関回転数Ｎｅとアクセルポジションセンサ１０の出力信号（Ａｃｃｐ）を読み込む。

Ｓ２０２では、ＥＣＵ８は、内燃機関１が高回転・高負荷運転状態にあるか否か、すなわち、機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅｔ以上であり、且つ、アクセル開度Ａｃｃｐが所定開度Ａｃｃｐｔ以上であるか否かを判別する。

前記した所定回転数Ｎｅｔ及び所定開度Ａｃｃｐｔは、エアバイパスバルブ４１の開度が高感度で過給圧に反映される範囲内で定められた値であり、予め実験的に求められた値である。

前記Ｓ２０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ２０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ２０３へ進み、前述した図２の異常判定ルーチンにおいてウェストゲートバルブ３１が正常であると判定されたか否かを判別する。

Ｓ２０３で否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ２０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ２０４へ進み、吸気圧センサ１１の出力信号（過給圧）Ｐｔを読み込む。

Ｓ２０５では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ２０４で読み込まれた過給圧Ｐｔが所定範囲内の値であるか否かを判別する。前記所定範囲は、ウェストゲートバルブ３１及びエアバイパスバルブ４１の双方が正常である時の過給圧が取り得る値の範囲であり、予め実験的に求められている。尚、ウェストゲートバルブ３１及びエアバイパスバルブ４１が正常である時の過給圧は、アクセル開度Ａｃｃｐや機関回転数Ｎｅに応じて変化するため、過給圧とアクセル開度Ａｃｃｐと機関回転数Ｎｅとの関係を予めマップ化しておいてもよい。

前記Ｓ２０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ２０６へ進み、エアバイパスバルブ４１が正常であると判定して本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ２０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ２０７へ進み、エアバイパスバルブ４１が異常であると判定して本ルーチンの実行を終了する。

図３の異常判定ルーチンによれば、ウェストゲートバルブが正常であることを判定した後の高回転・高負荷運転時における過給圧Ｐｔをパラメータとしてエアバイパスバルブ４１の異常を判定するため、エアバイパスバルブ４１の異常を正確に判定することが可能となる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 ウェストゲートバルブの異常判定ルーチンを示すフローチャートである。 エアバイパスバルブの異常判定ルーチンを示すフローチャートである。 低回転・低負荷運転時にウェストゲートバルブを全閉状態から全開状態へ動作させた場合のタービン回転数、過給圧、排気圧の挙動を示す図である。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・排気通路
４・・・・・吸気通路
５・・・・・遠心過給器（ターボチャージャ）
８・・・・・ＥＣＵ
１１・・・・吸気圧センサ
３０・・・・排気側バイパス通路
３１・・・・ウェストゲートバルブ
４０・・・・吸気側バイパス通路
４１・・・・エアバイパスバルブ
５０・・・・タービンハウジング
５１・・・・コンプレッサハウジング
５２・・・・回転数センサ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路において遠心過給機のタービン上流とタービン下流とを連通させる排気側バイパス通路と、
   前記排気側バイパス通路に設けられたウェストゲートバルブと、
   前記内燃機関の負荷が所定負荷以下である時に、前記ウェストゲートバルブの異常を判定する判定手段と、
   を備え、
   前記判定手段は、前記ウェストゲートバルブの開度を変化させるべく制御を行った時のタービン回転数の変化量を取得し、取得された変化量が基準量未満であれば前記ウェストゲートバルブが異常であると判定することを特徴とする過給器の異常判定装置。
2. 請求項１において、前記内燃機関の吸気通路において前記遠心過給器のコンプレッサ下流とコンプレッサ上流を連通する吸気側バイパス通路と、
   前記吸気側バイパス通路に設けられたエアバイパスバルブと、を更に備え、
   前記判定手段は、前記ウェストゲートバルブが正常であることを判定した後の前記内燃機関が高負荷運転された時に、前記コンプレッサ下流の吸気圧が所定の範囲から逸脱していれば前記エアバイパスバルブが異常であると判定することを特徴とする過給器の異常判定装置。
3. 請求項１又は２において、前記タービンの回転数を検出する回転数センサを更に備え、
   前記判定手段は、前記ウェストゲートバルブの開度を全開にすべく制御を行った時の前記回転数センサの検出値と、前記ウェストゲートバルブの開度を全閉にすべく制御を行った時の前記回転数センサの検出値と、の差が基準量未満であれば、前記ウェストゲートバルブが異常であると判定することを特徴とする過給機の異常判定装置。

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