JP4826590B2 - 内燃機関の故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、並列に配置された２つの過給機を有する内燃機関の故障診断装置に関し、特に一方の過給機の出口圧力に基づいて故障診断を行う装置に関する。

並列に配置された第１、第２過給機を有する内燃機関が提案されている。かかる内燃機関では、運転状態に応じて第２過給機が過給に使用されず第１過給機が過給に使用されるシングルターボモードと、第１、第２過給機が過給に使用されるツインターボモードとが切り替えて使用される。この内燃機関では、ツインターボモードとシングルターボモードとを切り替えるために、吸気切替バルブなどの制御バルブが設けられる。これらの制御バルブの開閉動作が適正に行われなければ目標とする過給圧が得られないばかりでなく、内燃機関を破損させるおそれがある。このため、制御バルブの故障診断など、内燃機関の異常を判定する装置が必要とされている。

特許文献１は、２つの過給機を有する内燃機関において、差圧センサを使い、吸気切替バルブの上流と下流との差圧に基づいて、吸気切替バルブなどの制御バルブについての故障の有無を診断する装置を開示する。
特許第３１５７３５０号公報

しかしながら、特許文献１の装置における差圧センサを使った故障診断では、どの制御バルブが故障しているかを特定することは出来ない。このため、制御バルブの故障が判明した後、別の手段を使ってどの制御バルブが故障しているかを特定する必要がある。

したがって本発明の目的は、２つの過給機を有する内燃機関において、異常箇所を特定する故障診断装置を提供することである。

本発明に係る内燃機関の故障診断装置は、並列に配置された第１、第２過給機と、第２過給機に連結された吸気通路に設けられた吸気切替バルブと、第２過給機に連結された排気通路に設けられた排気切替バルブと、第２過給機のコンプレッサの出口と第１過給機のコンプレッサの入口とを接続する吸気バイパス通路に設けられた吸気バイパスバルブとを有し、第１、第２過給機が過給に使用されるツインターボモードと第２過給機が前記過給に使用されず第１過給機が過給に使用されるシングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブと、第２過給機のコンプレッサの下流であって吸気切替バルブの上流に設けられた、第２過給機のコンプレッサの出口圧力を検出するコンプレッサ出口側圧力センサとを備え、シングルターボモードにおいては、排気切替バルブと吸気切替バルブは閉弁状態にされ、吸気バイパスバルブは開弁状態にされ、シングルターボモードにおいて、制御バルブのうち少なくとも１つの制御バルブについて、開動作または閉動作の少なくとも一方を行わせた時の出口圧力に基づいて、またはシングルターボモードにおける出口圧力と大気圧との関係と吸気切替バルブの下流圧力とに基づいて、制御バルブの１つについての故障診断が行われる。

シングルターボモードにおいて、制御バルブの開閉状態を変化させると、変化させた制御バルブに対応して第２過給機のコンプレッサの出口圧力が変動する。かかる出口圧力の挙動に基づいて、故障が生じた制御バルブを特定することが可能になる。また、シングルターボモードにおける第２過給機のコンプレッサの出口圧力と大気圧との関係や、インマニ圧力など吸気切替バルブの下流圧力の状態は、制御バルブの正常動作時と異常時とで異なる。このため、かかる関係などに基づいて、故障が生じた制御バルブを特定することが可能になる。

好ましくは、シングルターボモードにおいて、吸気バイパスバルブが閉弁状態にする指示を受ける前と後における出口圧力と大気圧との関係に基づいて、吸気バイパスバルブの故障診断が行われる。

シングルターボモードにおいては、第２過給機のコンプレッサの出口圧力が大気圧と同等である。その後吸気バイパスバルブを閉弁させることにより出口圧力が上昇し大気圧よりも大きくなる。このため、かかる状態における出口圧力の挙動に基づいて、吸気バイパスバルブの故障診断を行うことが可能になる。

また、好ましくは、シングルターボモードにおいて、吸気バイパスバルブが閉弁状態にする指示を受け且つ吸気切替バルブが開閉する指示を受ける前の出口圧力と大気圧との関係と、及びかかる指示を受けた後における出口圧力と吸気切替バルブの下流圧力との関係とに基づいて、吸気切替バルブの故障診断が行われる。

シングルターボモードにおいては、第２過給機のコンプレッサの出口圧力が大気圧と同等である。その後吸気バイパスバルブを閉弁し吸気切替バルブを開閉させることにより出口圧力が瞬間的に大気圧よりも高く吸気切替バルブの下流圧力よりも小さい状態になる。かかる状態における出口圧力の挙動に基づいて、吸気切替バルブの故障診断を行うことが可能になる。

また、好ましくは、制御バルブは、吸気切替バルブの上流と下流とを連通する吸気リード通路に設けられた吸気リードバルブを有し、シングルターボモードにおいて、吸気バイパスバルブが閉弁状態にする指示を受け且つ排気切替バルブが開弁状態にする指示を受けた後における出口圧力の挙動に基づいて、吸気リードバルブの故障診断が行われる。

シングルターボモードにおいて、吸気バイパスバルブを閉弁させ排気切替バルブを開弁させると出口圧力が上昇する。出口圧力が吸気切替バルブの下流圧力よりも所定量だけ大きくなると吸気リードバルブが開弁して一旦出口圧力が一定状態になる。その後また上昇する。かかる状態における出口圧力の挙動に基づいて、吸気リードバルブの故障診断を行うことが可能になる。

また、好ましくは、シングルターボモードにおいて、出口圧力と大気圧との関係と、吸気切替バルブの下流圧力の目標値と実行値との関係とに基づいて、排気切替バルブの故障診断が行われる。

シングルターボモードにおいて、大気圧とコンプレッサ出口圧力との関係、及び吸気切替バルブ下流の圧力の目標値と実行値との関係は、排気切替バルブの正常動作時と異常時とで異なる。このため、これらに基づいて排気切替バルブの故障診断を行うことが可能になる。

以上のように本発明によれば、２つの過給機を有する内燃機関において、異常箇所を特定する故障診断装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。内燃機関１は、制御部５、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂ、エンジン本体３０、コンプレッサ入口側吸気通路５１、コンプレッサ出口側吸気通路５２、吸気マニホールド５５、タービン入口側排気通路７２、及びタービン出口側排気通路７３を備える。

制御部５は、ＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、及び各種データを格納するＲＡＭ等を有し、コンプレッサ出口側圧力センサ１５等の各種センサからの信号が入力され、また、吸気切替バルブ１９等に制御信号を出力して内燃機関１を含む車両の各部を制御する。制御部５は、特に、コンプレッサ出口側圧力センサ１５によって検出される第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２などに基づいて、ツインターボモードと、シングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブ（吸気バイパスバルブ１７、吸気切替バルブ１９、吸気リードバルブ２１、及び排気切替バルブ３１）の故障診断を行う。

また、制御部５は、大気圧Ｐ１を検出する大気圧センサ６を内蔵する。本実施形態では、大気圧Ｐ１が、吸気バイパスバルブ１７、吸気切替バルブ１９、及び吸気リードバルブ２１の故障診断に用いられる。ただし、大気圧Ｐ１の検出は、大気圧センサ６に代えて、コンプレッサ入口側吸気通路５１上に設けられた圧力センサ（不図示）を用いてもよい。

内燃機関１の運転中、エンジン本体３０の各シリンダーの燃焼室には、コンプレッサ入口側吸気通路５１、コンプレッサ出口側吸気通路５２、及び吸気マニホールド５５を介して、空気が吸入される（図１の実線矢印参照）。インジェクタから噴射された燃料は、吸入された空気と混ざって混合気を形成する。制御部５からの点火信号に基づく点火プラグの点火によって、混合気は燃焼する。混合気の燃焼による爆発力に応じたピストンの往復運動により、クランクシャフト（不図示）が回転する。燃焼により発生した排気ガスは、排気マニホールド７１、タービン入口側排気通路７２、及びタービン出口側排気通路７３を介して排出される（図１の破線矢印参照）。

次に、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂを中心に、内燃機関１の各部の構成を説明する。第１、第２過給機１３ａ、１３ｂは、並列に配列され、第１過給機１３ａが主ターボチャージャーの役割を果たし、第２過給機１３ｂが副ターボチャージャーの役割を果たす。第１過給機１３ａは、低吸入空気量域から高吸入空気量域までで作動し、第２過給機１３ｂは、低吸入空気量域で停止する。従って、低吸入空気量域では、第２過給機１３ｂが過給に使用されず第１過給機１３ａが過給に使用されるシングルターボモードで運転が行われ、高吸入空気量域では、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂが過給に使用されるツインターボモードで運転が行われる。

第１過給機１３ａは、第１タービン１３ａ１、及び第１コンプレッサ１３ａ２を有し、第２過給機１３ｂは、第２タービン１３ｂ１、及び第２コンプレッサ１３ｂ２を有する。第１、第２タービン１３ａ１、１３ｂ１の入口側は、排気マニホールド７１に連通されたタービン入口側排気通路７２と接続する。第１、第２タービン１３ａ１、１３ｂ１の出口側は、排気ガス浄化触媒（不図示）に連通されたタービン出口側排気通路７３と接続する。

第１、第２コンプレッサ１３ａ２、１３ｂ２の入口側は、コンプレッサ入口側吸気通路５１と接続する。コンプレッサ入口側吸気通路５１には、エアクリーナ１１、エアクリーナを流れた空気量、即ち全吸入空気量を検出するエアフローメータ１２が設けられる。第１、第２コンプレッサ１３ａ２、１３ｂ２の出口側は、吸気マニホールド５５に連通されたコンプレッサ出口側吸気通路５２と接続する。コンプレッサ出口側吸気通路５２には、インタークーラ２３、及びスロットルバルブ２５が設けられる。

ツインターボモードとシングルターボモードとの切り替え、すなわち第２過給機１３ｂの作動と停止の切り替えを行うために、タービン入口側排気通路７２の第２タービン１３ｂ１の入口側に、第２タービン１３ｂ１への排気ガスの流れの遮断と開放との切り替えを行う排気切替バルブ３１が設けられ、コンプレッサ出口側吸気通路５２の第２コンプレッサ１３ｂ２の出口側に、第２コンプレッサ１３ｂ２から吸気マニホールド５５への空気の流れの遮断と開放との切り替えを行う吸気切替バルブ１９が設けられる。

シングルターボモードからツインターボモードへの切り替えを円滑に行うため、コンプレッサ出口側吸気通路５２上であって第２コンプレッサ１３ｂ２の出口と吸気切替バルブ１９との間と、コンプレッサ入口側吸気通路５１の第１コンプレッサ１３ａ２の入口側とを連通する吸気バイパス通路５３が設けられる。吸気バイパス通路５３には、空気の流れの遮断と開放との切り替えを行う吸気バイパスバルブ１７が設けられる。

シングルターボモードの場合には、吸気切替バルブ１９、及び排気切替バルブ３１の両方が閉弁するが、吸気バイパスバルブ１７は開弁し、これにより第１過給機１３ａが作動して、第２過給機１３ｂは停止する。ツインターボモードの場合には、吸気切替バルブ１９、及び排気切替バルブ３１の両方が開弁するが、吸気バイパスバルブ１７は閉弁し、これにより第１、第２過給機１３ａ、１３ｂが作動する。

吸気切替バルブ１９の上流と下流とを連通する吸気リード通路（吸気切替バルブ１９のバイパス通路）５４には、圧力差に応じて開閉する吸気リードバルブ２１が設けられる。すなわち、吸気切替バルブ１９の閉弁時において、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が、第１コンプレッサ１３ａ２の出口圧力（≒インマニ圧力Ｐ３）よりも所定量だけ大きくなった場合に、開弁し、空気が吸気リードバルブ２１を介して上流側から下流側に流れる。

吸気バイパス通路５３、及び吸気リード通路５４は、コンプレッサ入口側吸気通路５１、及びコンプレッサ出口側吸気通路５２に比べて細めに設定される。

シングルターボモードからツインターボモードへ運転状態が切り替えられる時は、まず排気切替バルブ３１が閉弁状態から開弁状態にされ、その後吸気バイパスバルブ１７の開弁状態と吸気切替バルブ１９の閉弁状態を保った状態で徐々に第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が第２コンプレッサ１３ｂ２のサージを回避しながら上昇し、その後吸気バイパスバルブ１７が閉弁状態にされるとともに吸気リードバルブ２１が開弁する。その後、吸気切替バルブ１９が閉弁状態から開弁状態にされる。吸気切替バルブ１９が開弁状態にされると、吸気リードバルブ２１は閉弁する。

コンプレッサ出口側吸気通路５２上であって、第２過給機１３ｂの第２コンプレッサ１３ｂ２の下流であって吸気切替バルブ１９の上流には、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２を検出するコンプレッサ出口側圧力センサ１５が設けられる。本実施形態では、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が、ツインターボモードと、シングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブ、すなわち吸気バイパスバルブ１７、吸気切替バルブ１９、吸気リードバルブ２１、及び排気切替バルブ３１の故障診断に用いられる。

また、吸気マニホールド５５内には、吸気マニホールド５５内の圧力、すなわちインマニ圧力Ｐ３を検出するインマニ圧力センサ２７が設けられる。本実施形態では、インマニ圧力Ｐ３が、吸気切替バルブ１９、及び排気切替バルブ３１の故障診断に用いられる。

なお、本実施形態では、吸気切替バルブ１９などの故障診断のために内燃機関１の吸気マニホールド５５内に通常備えられているインマニ圧力センサ２７が使用される形態を説明するが、コンプレッサ出口側吸気通路５２上で且つ吸気切替バルブ１９の下流に配置された別の圧力センサを吸気切替バルブ１９などの故障診断のために用いる形態であってもよい。

次に、吸気バイパスバルブ１７の故障診断の詳細について、図２のフローチャートを用いて説明する。吸気バイパスバルブ１７の故障診断は、シングルターボモードで内燃機関１が運転されている間に行われる。吸気バイパスバルブ１７の故障診断は、１回に限定されない。

シングルターボモードを条件としたのは、閉弁状態にある排気切替バルブ３１における排気ガスのガス漏れ量を多くし、ステップＳ３３における吸気バイパスバルブ１７が正常に閉弁した場合に、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が速く上昇し、出口圧力Ｐ２と大気圧Ｐ１との差異が大きくなるようにして、故障の有無を確認しやすくするためである。

吸気バイパスバルブ１７の故障診断が開始される前の時点では、シングルターボモードで運転されているため、排気切替バルブ３１は閉弁状態、吸気切替バルブ１９は閉弁状態、及び吸気バイパスバルブ１７は開弁状態にされている。これらの制御バルブが正常な開閉状態になっている場合は、コンプレッサ入口側吸気通路５１とコンプレッサ出口側吸気通路５２との間は、吸気バイパス通路５３を介して、空気が流れる状態にある。従って、大気圧Ｐ１と出口圧力Ｐ２とは等しい状態、すなわち大気圧Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差異がほとんど無い状態にある。

吸気バイパスバルブ１７の故障診断が開始されると、ステップＳ３１で、制御部５は、大気圧Ｐ１と第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２とが等しい状態にあるか否か、具体的には、大気圧Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差異がほとんど無い状態にあるか否かを判断する。

等しくない場合は、シングルターボモードで運転を行うための排気切替バルブ３１の閉弁動作、吸気切替バルブ１９の閉弁動作、及び吸気バイパスバルブ１７の開弁動作の少なくとも１つが正しく機能していないとして、ステップＳ３２に進められる。等しい場合は、ステップＳ３３に進められる。

ステップＳ３２で、制御部５は、シングルターボモードで運転を行うための排気切替バルブ３１の閉弁動作、吸気切替バルブ１９の閉弁動作、及び吸気バイパスバルブ１７の開弁動作の少なくとも１つに異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気バイパスバルブ１７の故障診断を終了する。

ステップＳ３３で、吸気バイパスバルブ１７を閉弁状態にする指示に関する制御信号が、吸気バイパスバルブ１７に出力される。かかる制御信号に基づいて、吸気バイパスバルブ１７が正常に動作した場合は、コンプレッサ出口側吸気通路５２、及び吸気バイパス通路５３における空気の流れが遮断される。ただし、排気切替バルブ３１が閉弁されているものの、排気切替バルブ３１のガス漏れにより一部の排気ガスが第２タービン１３ｂ１に流入するため、第２コンプレッサ１３ｂ２が回転し、第２コンプレッサ１３ｂ２に空気が流入する。このため、第２コンプレッサ１３ｂ２に流入した空気が、第２コンプレッサ１３ｂ２と吸気バイパスバルブ１７と吸気切替バルブ１９との間の通路内に押し込められ、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が上昇し、大気圧Ｐ１よりも大きくなる。

ステップＳ３４で、制御部５は、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が、大気圧Ｐ１よりも大きいか否かを判断する。

大きくない場合は、吸気バイパスバルブ１７が、ステップＳ３３で出力された制御信号に従って、閉弁しておらず、コンプレッサ入口側吸気通路５１とコンプレッサ出口側吸気通路５２との間は、吸気バイパス通路５３を介して、空気が流れる状態にあるとして、ステップＳ３６に進められる。大きい場合はステップＳ３５に進められる。

ステップＳ３５で、制御部５は、吸気バイパスバルブ１７の開閉動作が正常であると判定し、各制御バルブをシングルターボモードにおける開閉状態に戻した後、吸気バイパスバルブ１７の故障診断を終了する。ステップＳ３６で、制御部５は、吸気バイパスバルブ１７の閉弁動作に異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気バイパスバルブ１７の故障診断を終了する。

これにより、吸気バイパスバルブ１７に開閉状態を監視する開度センサなどを設けることなく、吸気バイパスバルブ１７の故障診断を行うことが可能になる。なお、ステップＳ３１〜Ｓ３６までの制御は、第２過給機１３ｂが過給に使用されないシングルターボモードで行われる上、数秒程度で完了出来るため、吸気バイパスバルブ１７の開閉動作が、内燃機関１の運転状態に与える影響は小さい。

また、吸気バイパスバルブ１７の故障診断における、吸気バイパスバルブ１７の開閉指示手順、及び他のバルブの開閉状態は、検出感度の観点などから上述の形態が望ましいが、これに限られるものではなく、他の手順などであっても、吸気バイパスバルブ１７が閉弁状態にする指示を受けた時の出口圧力Ｐ２の挙動などに基づいて、吸気バイパスバルブ１７の故障診断を行うことが可能である。

次に、吸気切替バルブ１９の故障診断の詳細について、図３のフローチャートを用いて説明する。吸気切替バルブ１９の故障診断は、シングルターボモードで内燃機関１が運転されている間に行われる。吸気切替バルブ１９の故障診断は、１回に限定されない。

シングルターボモードを条件としたのは、第１過給機１３ａにおいて適度に過給が行われ、吸気切替バルブ１９の下流圧力、すなわちインマニ圧力Ｐ３が高められた状態にし、ステップＳ５３における吸気切替バルブ１９の開閉動作が故障している場合の、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２とインマニ圧力Ｐ３との差異が大きくなるようにして、故障の有無を確認しやすくするためである。

吸気切替バルブ１９の故障診断が開始される前の時点では、シングルターボモードで運転されているため、排気切替バルブ３１は閉弁状態、吸気切替バルブ１９は閉弁状態、及び吸気バイパスバルブ１７は開弁状態にされている。これらの制御バルブが正常な開閉状態になっている場合は、コンプレッサ入口側吸気通路５１とコンプレッサ出口側吸気通路５２との間は、吸気バイパス通路５３を介して、空気が流れる状態にある。従って、大気圧Ｐ１と出口圧力Ｐ２とは等しい状態、すなわち大気圧Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差異がほとんど無い状態にある。

吸気切替バルブ１９の故障診断が開始されると、ステップＳ５１で、制御部５は、大気圧Ｐ１と第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２とが等しい状態にあるか否か、具体的には、大気圧Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差異がほとんど無い状態にあるか否かを判断する。

等しくない場合は、シングルターボモードを行うための排気切替バルブ３１の閉弁動作、吸気切替バルブ１９の閉弁動作、及び吸気バイパスバルブ１７の開弁動作の少なくとも１つが正しく機能していないとして、ステップＳ５２に進められる。等しい場合は、ステップＳ５３に進められる。

ステップＳ５２で、制御部５は、シングルターボモードを行うための排気切替バルブ３１の閉弁動作、吸気切替バルブ１９の閉弁動作、及び吸気バイパスバルブ１７の開弁動作の少なくとも１つに異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気切替バルブ１９の故障診断を終了する。

ステップＳ５３で、吸気バイパスバルブ１７を閉弁状態にし、且つ吸気切替バルブ１９をパルス的に開閉する指示、すなわち開弁状態にした後、瞬時に（０．５秒程度経過後に）閉弁状態にする指示に関する制御信号が、吸気バイパスバルブ１７などに出力される。かかる制御信号に基づいて、吸気切替バルブ１９などが正常に動作した場合は、吸気バイパス通路５３における空気の流れが遮断される。また、コンプレッサ出口側吸気通路５２における空気の流れは、吸気切替バルブ１９が開弁状態になった瞬間以外は遮断される。吸気切替バルブ１９が開弁状態になった瞬間は、コンプレッサ出口側吸気通路５２において、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口と吸気マニホールド５５との間は空気が流れる状態になるため、高い圧力状態にある吸気マニホールド５５側から、低い圧力状態にある第２コンプレッサ１３ｂ２の出口に空気が逆流し、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２は、大気圧Ｐ１よりも高くインマニ圧力Ｐ３よりも小さい状態になる（Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３）。

ステップＳ５４で、制御部５は、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が、瞬間的に大気圧Ｐ１よりも高くインマニ圧力Ｐ３よりも小さい状態になったか否かを判断する。

第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が、瞬間的に大気圧Ｐ１よりも高くインマニ圧力Ｐ３よりも小さい状態になっていない場合は、吸気切替バルブ１９が、ステップＳ５３で出力された制御信号に従って、瞬間的に開閉動作を行っておらず、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口と吸気マニホールド５５との間は瞬間的に空気が流れる状態になっていないとして、ステップＳ５６に進められる。第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が、瞬間的に大気圧Ｐ１よりも高くインマニ圧力Ｐ３よりも小さい状態になっている場合はステップＳ５５に進められる。

ステップＳ５５で、制御部５は、吸気切替バルブ１９の開閉動作が正常であると判定し、各制御バルブをシングルターボモードにおける開閉状態に戻した後、吸気切替バルブ１９の故障診断を終了する。ステップＳ５６で、制御部５は、吸気切替バルブ１９の開閉動作に異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気切替バルブ１９の故障診断を終了する。

これにより、吸気切替バルブ１９に開弁状態と閉弁状態とを監視する開度センサなどを設けることなく、吸気切替バルブ１９の故障診断を行うことが可能になる。なお、ステップＳ５１〜Ｓ５６までの制御は、第２過給機１３ｂが過給に使用されないシングルターボモードで行われる上、数秒程度で完了出来るため、吸気切替バルブ１９の開閉動作が、内燃機関１の運転状態に与える影響は小さい。特に、ステップＳ５３において、吸気切替バルブ１９が開弁状態にされるが、開弁状態は瞬間的なものであるため、内燃機関１の運転状態に与える影響は小さい。

また、吸気切替バルブ１９の故障診断における、吸気切替バルブ１９の開閉指示手順、及び他のバルブの開閉状態は、検出感度の観点などから上述の形態が望ましいが、これに限られるものではなく、他の手順などであっても、吸気切替バルブ１９を開閉する指示を受けた時の出口圧力Ｐ２の挙動などに基づいて、吸気切替バルブ１９の故障診断を行うことが可能である。

次に、吸気リードバルブ２１の故障診断の詳細について、図４のフローチャートを用いて説明する。吸気リードバルブ２１の故障診断は、シングルターボモードで内燃機関１が運転されている間に行われる。吸気リードバルブ２１の故障診断は、１回に限定されない。

シングルターボモードを条件としたのは、適度な排気ガスの流量を確保し、ステップＳ７２において排気切替バルブ３１が開弁状態にされても、運転に支障をきたさない程度に第１タービン１３ａ１に排気ガスが流れ、第１過給機１３ａにおいて適度に過給が行われるようにすること、及びステップＳ７２において排気切替バルブ３１が開弁状態にされた時に、第２タービン１３ｂ１に出来るだけ多くの排気ガスが流れるようにし、ステップＳ７３における出口圧力Ｐ２の挙動確認に必要な時間を短くするためである。

吸気リードバルブ２１の故障診断が開始される前の時点では、シングルターボモードで運転されているため、排気切替バルブ３１は閉弁状態、吸気切替バルブ１９は閉弁状態、及び吸気バイパスバルブ１７は開弁状態にされている。これらの制御バルブが正常な開閉状態になっている場合は、コンプレッサ入口側吸気通路５１とコンプレッサ出口側吸気通路５２との間は、吸気バイパス通路５３を介して、空気が流れる状態にある。従って、大気圧Ｐ１と出口圧力Ｐ２とは等しい状態、すなわち大気圧Ｐ１と出口圧力Ｐ２との差異がほとんど無い状態にある。

吸気リードバルブ２１の故障診断が開始されると、ステップＳ７１で、吸気バイパスバルブ１７を閉弁状態にする指示に関する制御信号が、吸気バイパスバルブ１７に出力される。ステップＳ７２で、排気切替バルブ３１を所定時間（１秒間程度）だけ開弁状態にする指示に関する制御信号が、排気切替バルブ３１に出力される。なお、排気切替バルブ３１が閉弁と開弁以外の中程度の開度に調整出来る場合には、ステップＳ７２において全開状態にせず、所定の開度にしてもよい。排気切替バルブ３１を全開状態にすると、排気ガスの半分近くが第２タービン１３ｂ１に流入するため、シングルターボモードでの運転のために第１過給機１３ａが必要とする排気ガスを確保出来なくなるおそれがあるためである。

これらの制御信号に基づいて、吸気バイパスバルブ１７などが正常に動作し、且つ吸気リードバルブ２１が正常に機能した場合は、コンプレッサ出口側吸気通路５２、及び吸気バイパス通路５３における空気の流れが遮断される。ただし、排気ガスの一部が第２タービン１３ｂ１を流れるため、第２コンプレッサ１３ｂ２が回転し、第２コンプレッサ１３ｂ２に空気が流入する。このため、第２コンプレッサ１３ｂ２に流入した空気が、第２コンプレッサ１３ｂ２と吸気バイパスバルブ１７と吸気切替バルブ１９との間の通路内に押し込まれ、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が上昇する。その後、出口圧力Ｐ２が、吸気リードバルブ２１の下流側の圧力、すなわち第１コンプレッサ１３ａ２の出口圧力やインマニ圧力Ｐ３よりも所定量以上に大きくなると、吸気リードバルブ２１が開弁し、空気が吸気リードバルブ２１を介して、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口から、吸気マニホールド５５に流入する。このため、吸気リードバルブ２１の開弁後、一旦、出口圧力Ｐ２は上昇も下降もしない一定状態が維持される。但し、吸気リード通路５４は、コンプレッサ出口側吸気通路５２に比べて細いため、吸気リードバルブ２１を介して、第２コンプレッサ１３ｂ２に流入した空気を吸気リードバルブ２１の下流に逃し切れない。このため、その後出口圧力Ｐ２は上昇する。

ステップ７３で、制御部５は、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２が、上昇し、次に一定状態が維持され、その後再び上昇する挙動がみられるか否かを判断する。かかる挙動がみられない場合は、吸気リードバルブ２１の開閉動作が正しく機能していないとして、ステップＳ７５に進められる。

ステップＳ７４で、制御部５は、吸気リードバルブ２１の開閉動作が正常であると判定し、各制御バルブをシングルターボモードにおける開閉状態に戻した後、吸気リードバルブ２１の故障診断を終了する。ステップＳ７５で、制御部５は、吸気リードバルブ２１の開閉動作に異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気リードバルブ２１の故障診断を終了する。

これにより、吸気リードバルブ２１に開弁状態と閉弁状態とを監視する開度センサなどを設けることなく、吸気リードバルブ２１の故障診断を行うことが可能になる。なお、ステップＳ７１〜Ｓ７５までの制御は、第２過給機１３ｂが過給に使用されないシングルターボモードで行われる上、数秒程度で完了出来るため、吸気リードバルブ２１の開閉動作が、内燃機関１の運転状態に与える影響は小さい。

なお、吸気リードバルブ２１の故障診断における、吸気リードバルブ２１を開閉動作させるために行う他の制御バルブの開閉指示手順、及び他の制御バルブの開閉状態は、検出感度の観点などから上述の形態が望ましいが、これに限られるものではなく、他の手順などであっても、吸気リードバルブ２１を開閉動作させるための制御バルブの動作指示を受けた時の第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２の挙動に基づいて、吸気リードバルブ２１の故障診断を行うことが可能である。

次に、排気切替バルブ３１の故障診断の詳細について、図５のフローチャートを用いて説明する。排気切替バルブ３１の故障診断は、シングルターボモードで内燃機関１が運転されている間に行われる。または、所定時間ごとに行われる形態であってもよい。

排気切替バルブ３１の故障診断は、シングルターボモードで運転されている時に行われるため、排気切替バルブ３１は閉弁状態、吸気切替バルブ１９は閉弁状態、及び吸気バイパスバルブ１７は開弁状態にされている。これらの制御バルブが正常な開閉状態になっている場合は、コンプレッサ入口側吸気通路５１とコンプレッサ出口側吸気通路５２との間は、吸気バイパス通路５３を介して、空気が流れる状態にある。従って、大気圧Ｐ１と出口圧力Ｐ２とは等しい状態、すなわち出口圧力Ｐ２と大気圧Ｐ１との差異がほとんど無い状態にある。

内燃機関１がシングルターボモードにされると、ステップＳ８１で、制御部５は、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２と大気圧Ｐ１との差異が第１圧力差閾値Ｐ１１以上であり、且つ目標インマニ圧力Ｐ３’とインマニ圧力Ｐ３との差異が第２圧力差閾値Ｐ１２以上であるか否かを判断する。目標インマニ圧力Ｐ３’は、内燃機関１の運転状態に応じて設定される値であり、内燃機関１が正常に機能している場合には、目標インマニ圧力Ｐ３’と、インマニ圧力Ｐ３とは同じ値、すなわち目標インマニ圧Ｐ３’とインマニ圧力Ｐ３との差異がほとんど無い状態になる。

第１圧力差閾値Ｐ１１、及び第２圧力差閾値Ｐ１２は、シングルターボモードにおいて、排気切替バルブ３１の開閉動作に異常が存在する場合に想定される出口圧力Ｐ２と大気圧Ｐ１との差異や、目標インマニ圧力Ｐ３’とインマニ圧力Ｐ３との差異に対応する値が設定される。

ステップＳ８１における少なくとも一方の条件を満たさない場合は、ステップＳ８１が繰り返し行われる。ステップＳ８１における両方の条件を満たす場合には、ステップＳ８２に進められる。

ステップＳ８２で、制御部５は、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２と大気圧Ｐ１との差異が第１圧力差閾値Ｐ１１以上であり、且つ目標インマニ圧力Ｐ３’とインマニ圧力Ｐ３との差異が第２圧力差閾値Ｐ１２以上である状態が一定時間経過したか否かを判断する。運転状態の変化により、短期的に、出口圧力Ｐ２と大気圧Ｐ１との差異が第１圧力差閾値Ｐ１１以上、で且つ目標インマニ圧Ｐ３’とインマニ圧力Ｐ３との差異が第２圧力差閾値Ｐ１２以上になる場合が起こり得るため、本実施形態では、かかる状態が一定時間経過したか否かによって、排気切替バルブ３１の開閉動作に異常が存在することを判断する。一定時間経過するまでに、かかる状態が解消した場合は、ステップＳ８１に戻され、排気切替バルブ３１の故障診断が繰り返し行われる。一定時間経過した場合は、ステップＳ８３に進められる。ステップＳ８３で、制御部５は、排気切替バルブ３１の開閉動作に異常が存在する、すなわち正常な閉弁状態にされていないと判定し、フェールセーフモードにした後、排気切替バルブ３１の故障診断を終了する。

これにより、排気切替バルブ３１に開閉状態とを監視する開度センサなどを設けることなく、排気切替バルブ３１の故障診断を行うことが可能になる。また、本実施形態における排気切替バルブ３１の故障診断は、排気切替バルブ３１などの開閉状態をシングルターボモードにおける開閉状態に保ったまま行えるため、運転に支障をきたすことなく、シングルターボモードで運転されている状態で常時行うことが出来る。

また、本実施形態における、排気切替バルブ３１の故障診断、吸気切替バルブ１９の故障診断、吸気バイパスバルブ１７の故障診断、及び吸気リードバルブ２１の故障診断を、シングルターボモードにおいて、順次繰り返して行うことにより、排気切替バルブ３１、吸気切替バルブ１９、吸気バイパスバルブ１７、及び吸気リードバルブ２１のうち１つが故障した場合に、他の制御バルブが故障するまでに、かかる故障を発見することが出来る。

本実施形態では、大気圧センサ６で得られた大気圧Ｐ１、コンプレッサ出口側圧力センサ１５で得られた第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力Ｐ２、及びインマニ圧力センサ２７で得られたインマニ圧力Ｐ３に基づいて、内燃機関１の異常判定、すなわちツインターボモードとシングルターボモードとを切り替えるために使用される吸気バイパスバルブ１７、吸気切替バルブ１９、吸気リードバルブ２１、及び排気切替バルブ３１の故障診断を行うことが可能になる。

なお、インマニ圧力センサ２７は、過給機を搭載する内燃機関に通常備えられるものである。また、大気圧センサ６は、制御部５に通常内蔵されるものである。このため、本実施形態では、コンプレッサ出口側圧力センサ１５を新たに追加するだけで、内燃機関１の異常判定を行うことが可能になるため、かかる異常判定のために装置を複雑にすることはない。特に、故障診断を行うバルブのそれぞれに開度センサを設けて、故障診断を行う形態に比べて、ワイヤーハーネスや回路を簡素化出来るメリットを有する。

また、それぞれの制御バルブについて、異なる条件下での出口圧力Ｐ２の挙動を確認することにより、故障したバルブの特定を行うことも可能になるため、故障に対する修理が容易に行えるメリットを有する。

本実施形態における内燃機関の構成図である。 吸気バイパスバルブの故障診断の手順を示すフローチャートである。 吸気切替バルブの故障診断の手順を示すフローチャートである。 吸気リードバルブの故障診断の手順を示すフローチャートである。 排気切替バルブの故障診断の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
５ 制御部
６ 大気圧センサ
１１ エアクリーナ
１２ エアフローメータ
１３ａ、１３ｂ 第１、第２過給機
１３ａ１、１３ｂ１ 第１、第２タービン
１３ａ２、１３ｂ２ 第１、第２コンプレッサ
１５ コンプレッサ出口側圧力センサ
１７ 吸気バイパスバルブ
１９ 吸気切替バルブ
２１ 吸気リードバルブ
２３ インタークーラ
２５ スロットルバルブ
２７ インマニ圧力センサ
３０ エンジン本体
３１ 排気切替バルブ
５１ コンプレッサ入口側吸気通路
５２ コンプレッサ出口側吸気通路
５３ 吸気バイパス通路
５４ 吸気リード通路
５５ 吸気マニホールド
７１ 排気マニホールド
７２ タービン入口側排気通路
７３ タービン出口側排気通路

Claims (3)

1. 並列に配置された第１、第２過給機と、
   前記第２過給機に連結された吸気通路に設けられた吸気切替バルブと、
   前記第２過給機に連結された排気通路に設けられた排気切替バルブと、
   前記第２過給機のコンプレッサの出口と前記第１過給機のコンプレッサの入口とを接続する吸気バイパス通路に設けられた吸気バイパスバルブと、
   を有し、前記第１、第２過給機が過給に使用されるツインターボモードと前記第２過給機が前記過給に使用されず前記第１過給機が前記過給に使用されるシングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブと、
   前記第２過給機のコンプレッサの下流であって前記吸気切替バルブの上流に設けられた、前記第２過給機のコンプレッサの出口圧力を検出するコンプレッサ出口側圧力センサと、
   大気圧を検出する手段と、
   前記排気切替バルブと前記吸気切替バルブを閉弁状態とし、前記吸気バイパスバルブを開弁状態として、前記第１過給機だけが過給に使用されるシングルターボモードを実現する手段と、
   前記シングルターボモードにおいて、前記大気圧と前記出口圧力とが等しい等圧状態にあるか否かを判定する手段と、
   前記等圧状態が判定された場合に、前記吸気バイパスバルブに閉弁指示を発する第１指示手段と、
   前記第１指示手段による指示の後に、前記出口圧力が前記大気圧よりも大きいか否かに基づいて、前記吸気バイパスバルブの故障診断を行うバイパスバルブ診断手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の故障診断装置。
2. 前記吸気切替バルブの下流圧力を検出する手段と、
   前記シングルターボモードにおいて、前記吸気バイパスバルブに閉弁指示を、前記吸気切替バルブに開閉指示を、それぞれ発する第２指示手段と、
   前記バイパスバルブ診断手段によって前記吸気バイパスバルブが正常であると判断されていることを前提として、前記第２指示手段による指示の後に、前記出口圧力が前記大気圧よりも大きく、かつ、前記下流圧力よりも小さいか否かに基づいて、前記吸気切替バルブの故障を診断する吸気切替バルブ診断手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
3. 前記吸気切替バルブの上流と下流とを連通する吸気リード通路に設けられ、前記第２過給機のコンプレッサの出口圧力が、前記第１過給機のコンプレッサの出口圧力よりも所定量だけ大きくなった場合に開弁する吸気リードバルブと、
   前記シングルターボモードにおいて、前記吸気バイパスバルブに閉弁指示を、前記排気切替バルブに開弁指示を、それぞれ発する第３指示手段と、
   前記バイパスバルブ診断手段によって前記吸気バイパスバルブが正常であると判断されていることを前提として、前記第３指示手段による指示の後に、前記第２過給機の出口圧力が一旦上昇した場合に、次いで、当該出口圧力が、一定状態に維持された後再び上昇するか否かに基づいて、前記吸気リードバルブの故障を診断するリードバルブ診断手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の故障診断装置。

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