JP5051301B2 - 内燃機関の制御弁異常判定装置 - Google Patents
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Description
前記第2タービンは、前記排気通路の前記第1タービンよりも下流側に配設される。これにより、第2タービンは、その第2タービンに導入される排ガスのエネルギによって駆動される。前記第2コンプレッサは、前記吸気通路の前記第1コンプレッサよりも上流側に配設される。前記第2コンプレッサは、前記第2タービンが駆動されることによって駆動されるようになっている。これにより、第2コンプレッサは、第2コンプレッサに導入される空気を圧縮する。即ち、前記第1過給機と前記第2過給機とは、直列に接続されている。
過給圧相当値取得手段と、制御弁異常判定手段と、を備える。
前記第1コンプレッサよりも下流側の吸気通路内の空気の圧力が大きくなるにつれて大きくなる「過給圧相当値」を取得するようになっている。
(1)前記機関が前記所定の運転領域において運転されていることを少なくとも条件の一つとして含む「異常判定条件」が成立している期間において、前記取得される過給圧相当値を「第1の値」として取得し、
(2)その第1の値を取得した時点以降の第1時点にて、前記第1制御弁の開度が「その第1の値を取得した時点における開度である第1開度」とは異なる「第2開度」に一致するように同第1制御弁を作動させ、
(3)その第1時点から所定時間が経過した後の第2時点において取得される過給圧相当値を「第2の値」として取得する、
ようになっている。
(4)(a)前記第2開度が前記第1開度よりも大きく且つ前記第2の値が前記第1の値よりも大きいとき、又は、(b)前記第2開度が前記第1開度よりも小さく且つ前記第2の値が前記第1の値よりも小さいとき、「前記第2制御弁が異常である」旨の判定を行うようになっている。
第1制御弁は、上述したように、一端が第1タービンよりも上流側において排気通路に接続されるとともに他端が第1タービンと第2タービンとの間において排気通路に接続される第1通路部に設けられている。そのため、第1制御弁の開度が増大すると、第1通路部を通過する排ガスの流量が大きくなる。よって、このとき、第1タービンに導入される排ガスのエネルギは減少し、且つ、第2タービンに導入される排ガスのエネルギは増大する。
制御弁異常判定手段は、
「前記第2の値と前記第1の値との差の絶対値」が第1制御弁異常判定閾値よりも小さいとき「前記第1制御弁が異常である」と判定するように構成されることが好適である。
「前記第1制御弁が異常である」と判定した場合、「前記第2制御弁は正常である」と「推定」するように構成され得る。
「弁体」と、前記弁体が着座する「着座部」と、前記弁体を前記着座部に向けて付勢する「付勢手段」と、を備える制御弁を採用することができる。具体的に述べると、この制御弁は、「前記第2通路部の同第2制御弁よりも上流側の空気の圧力が同第2制御弁よりも下流側の空気の圧力よりも所定圧力以上大きくない」とき、同弁体が同付勢手段の付勢力によって「同着座部に着座する第1位置」に移動せしめられることにより「同第2通路部を遮断する」ように構成され得る。更に、この制御弁は、「同第2通路部の同第2制御弁よりも上流側の空気の圧力が同第2制御弁よりも下流側の空気の圧力よりも前記所定圧力以上大きい」とき、同弁体が同付勢手段の付勢力に抗して「前記第1位置と異なる第2位置」に移動せしめられることにより「同第2通路部の流路面積を増大する」ように構成され得る。
所定の回動軸周りに回動可能な弁体を備えた制御弁(所謂、バタフライ弁)を採用することもできる。具体的に述べると、この制御弁は、前記弁体が第1回動位置にあるとき前記第2通路部を完全に閉じるように構成され得る。一方、この制御弁は、前記弁体が前記第1回動位置とは異なる第2回動位置に向かって回動することにより、前記第2通路部の流路面積を増大するように構成され得る。
前記第1制御弁が「指示信号に応答して前記第1通路部の流路面積を変更するように同第1制御弁の開度を変更する第1制御弁駆動手段」を含み、
図2は、本発明の制御装置が採用する機関回転速度と燃料噴射量とターボモードとの関係を示す概略図である。
図3は、本発明の実施形態に係る制御装置が適用された内燃機関における吸気及び排気の流路の一例を示す概略図である。
図4は、図3に示す内燃機関において排気切替弁の開度の変化に対する過給圧の変化を示すタイムチャートである。
図5は、本発明の実施形態に係る制御装置が適用された内燃機関における吸気及び排気の流路の他の例を示す概略図である。
図6は、図5に示す内燃機関において排気切替弁の開度の変化に対する過給圧の変化を示すタイムチャートである。
図7は、本発明の実施形態に係る制御装置が適用された内燃機関において排気切替弁の開度の変化に対する過給圧の変化を示す他のタイムチャートである。
図8は、本発明の実施形態に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。
図9は、本発明の実施形態に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。
図10は、本発明の実施形態に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。
図11は、本発明の制御装置が適用される内燃機関が採用することができる吸気切替弁の構造の一例を示す模式図である。
<装置の概要>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る制御弁異常判定装置(以下、「第1装置」とも称呼する。)を内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。機関10は、4気筒ディーゼル機関である。
次いで、上述したように構成された第1装置の作動の概要について説明する。
第1装置は、機関10の運転状態に応じ、過給装置60(高圧段過給機61及び低圧段過給機62)の作動形態を表す「ターボモード」を決定する。更に、第1装置は、所定の異常判定条件が成立したとき、排気切替弁66の開度を所定の「判定用開度」に変更する指示信号を排気切替弁アクチュエータ66aに送る。
次いで、本発明の具体的な作動についての説明を行う前に、第1装置に採用されているターボモード、及び、その決定方法について説明する。
第1装置は、図2(A)に示すように、「機関回転速度NEと、燃料噴射量Qと、ターボモードと、の関係を予め定めたターボモードテーブルMapTurbo(NE,Q)」をROM82に格納している。図2(A)の図中に示される「1」乃至「4」の数字は、それぞれターボモードの番号を示す。また、図2(A)の図中に示される「HP+LP」は高圧段過給機61と低圧段過給機62との双方を作動させることを示し、「LP」は低圧段過給機62を優先的に作動させることを示す。
次いで、第1装置における制御弁の異常判定方法について説明する。
第1装置は、高圧段過給機61が主として過給するような運転領域において機関10が運転されているとき、「吸気切替弁64及び排気切替弁66」の何れかが異常であるか否かの判定を行う。ここで、高圧段過給機61が主として過給するような運転領域は、上述したターボモード1及びターボモード2の運転領域と実質的に一致する。
第1装置は、機関10が「高圧段過給機61が主として過給するような運転領域」内において運転されているとき、排気切替弁66(実際には、排気切替弁アクチュエータ66a)に対してその開度を「減少」させる指示(開度減少指示)を与え、その開度減少指示が与えられる前の時点における過給圧と、その開度減少指示が与えられた後の時点における過給圧と、を比較する。
更に、第1装置は、機関10が「高圧段過給機61が主として過給するような運転領域」内において運転されているとき、排気切替弁66(実際には、排気切替弁アクチュエータ66a)に対してその開度を「増大」させる指示(開度増大指示)を与え、その開度増大指示が与えられる前の時点における過給圧と、その開度増大指示が与えられた後の時点における過給圧と、を比較する。
(場合1)排気切替弁66及び吸気切替弁64の双方が正常に作動している場合
(場合2)吸気切替弁64が異常であり、排気切替弁66は正常である場合
(場合3)排気切替弁66が異常であり、吸気切替弁64は正常である場合
(場合1)排気切替弁66及び吸気切替弁64の双方が正常に作動している場合
機関10がターボモード2にて運転されているとき、高圧段コンプレッサ61a及び低圧段コンプレッサ62aの双方が、高圧段コンプレッサ61a及び低圧段コンプレッサ62aのそれぞれに導入される空気を圧縮して排出するように排気切替弁66及び吸気切替弁64が作動される。より具体的に述べると、図2(B)に示したように、ターボモード2においては、吸気切替弁(ACV)64は「全閉」状態となるように制御されており、排気切替弁(ECV)66は「開」状態となるように制御されている。
次いで、吸気切替弁64及び排気切替弁66のうちの「吸気切替弁64」が異常である場合について、図5を参照しながら説明する。上述したように、機関10がターボモード2にて運転されているとき、吸気切替弁64が正常に作動している場合、吸気切替弁64は「全閉」状態となるはずである。従って、ここでは、「吸気切替弁64が絞り効果を発揮しない程度以上にまで開いた状態(例えば、「全開」状態)となるような異常が発生した」と仮定して説明を続ける。以下、この状態を「開異常状態」と称呼する。
次いで、吸気切替弁64及び排気切替弁66のうちの「排気切替弁66」が異常である場合について説明する。ここでは、機関10がターボモード2にて運転されている期間において、排気切替弁66が固着する等の理由によって「排気切替弁66が作動することができない異常が発生した」と仮定して説明を続ける。ターボモード2において、高圧段過給機61及び低圧段過給機62は上記「場合1」と同様に作動している。
以下、第1装置の実際の作動について説明する。
CPU81は、所定時間が経過する毎に図8にフローチャートによって示した「異常判定ルーチン」を実行するようになっている。
(条件2)流量(吸入空気流量)Gaが所定の流量閾値Gath以下である。
(条件3)機関10の要求トルクが閾値要求トルク以下である(機関10が減速運転されている。)。
いま、排気切替弁66及び吸気切替弁64の双方が正常であると仮定する。この場合、上述したように、判定用過給圧Pim1と基準過給圧Pim0との差の絶対値は閾値過給圧Pimth以上となる。
次に、排気切替弁66が異常であり、排気切替弁66に対して排気切替弁66の開度を変更する指示が与えられた場合であっても排気切替弁66の開度が変化しない場合について説明する。この場合、上述したように、排気切替弁66の開度を変更する指示を排気切替弁アクチュエータ66aに与えても過給圧Pimは変化しないから、判定用過給圧Pim1と基準過給圧Pim0との差の絶対値は閾値過給圧Pimthよりも小さくなる。
次に、吸気切替弁64が異常(上記開異常状態)となっている場合について説明する。この場合、上述したように、排気切替弁66の開度Oecvが減少させられると過給圧Pimは減少し、増大させられると過給圧Pimは増大する。従って、第2開度Oecv2が第1開度Oecv1よりも小さい場合には判定用過給圧Pim1は基準過給圧Pim0よりも小さくなり、第2開度Oecv2が第1開度Oecv1よりも大きい場合には判定用過給圧Pim1は基準過給圧Pim0よりも大きくなる。
内燃機関10の排気通路42に配設される第1タービン61bと、同機関10の吸気通路32に配設されるとともに同排気通路を流れる排ガスによって同第1タービン61bが駆動されることによって駆動される第1コンプレッサ61aと、を備える第1過給機61と、
前記第1タービン61bよりも前記排気通路42の下流側に配設される第2タービン62bと、前記第1コンプレッサ61aよりも前記吸気通路32の上流側に配設されるとともに前記排ガスによって同第2タービン62bが駆動されることによって駆動される第2コンプレッサ62aと、を備える第2過給機62と、
一端が前記第1タービン61bよりも上流側において前記排気通路42に接続されるとともに他端が同第1タービン61bと前記第2タービン62bとの間において同排気通路42に接続される第1通路部(高圧段タービンバイパス通路部)65と、
前記第1通路部65に配設されるともにその開度Oecvに応じて同第1通路部65の流路面積を変更する第1制御弁(排気切替弁)66と、
一端が前記第1コンプレッサ61aと前記第2コンプレッサ62aとの間において前記吸気通路32に接続されるとともに他端が同第1コンプレッサ61aよりも下流側において同吸気通路32に接続される第2通路部(高圧段コンプレッサバイパス通路部)63と、
前記第2通路部63に配設されるとともにその開度に応じて同第2通路部63の流路面積を変更する第2制御弁(吸気切替弁)64と、
を備え、前記機関10が所定の運転領域にて運転されているとき少なくとも前記第1コンプレッサ61aが同第1コンプレッサ61aに導入される空気を圧縮して排出するように、前記第1制御弁66及び前記第2制御弁64が作動させられるように構成された内燃機関10に適用される。
前記第1コンプレッサ61aよりも下流側の前記吸気通路32内の空気の圧力が大きくなるにつれて大きくなる過給圧相当値(本例においては、過給圧Pim)を取得する過給圧相当値取得手段(図8のステップ815及びステップ825)と、
前記機関10が前記所定の運転領域において運転されていることを少なくとも条件の一つとして含む異常判定条件が成立している期間(図8のステップ805にて「Yes」と判定される期間)において、前記取得される過給圧相当値(過給圧Pim)を第1の値Pim0として取得し、同第1の値Pim0を取得した時点以降の第1時点にて前記第1制御弁66の開度を、同第1の値を取得した時点における開度である第1開度とは異なる第2開度(本例においては、全開)に一致させ、同第1時点から所定時間が経過した後の第2時点における同取得される過給圧相当値(過給圧Pim)を第2の値Pim1として取得し、
前記第2開度(全開)が前記第1開度よりも大きく且つ前記第2の値Pim1が前記第1の値Pim0よりも大きいとき、又は、前記第2開度が前記第1開度よりも小さく且つ前記第2の値Pim1が前記第1の値Pim0よりも小さいとき、前記第2制御弁64が異常である旨の判定を行う制御弁異常判定手段(図8のルーチンを参照。)と、を備えるように構成される。
前記過給圧相当値取得手段(図8のステップ815及びステップ825)は、前記過給圧相当値として前記第1コンプレッサよりも下流側の吸気通路内の空気の圧力である「過給圧Pim」を取得するように構成されている。
制御弁異常判定手段(図8のルーチンを参照。)は、
前記第2の値Pim1と前記第1の値Pim0との差の絶対値が第1制御弁異常判定閾値Pimthよりも小さいとき(図8のステップ830にて「No」と判定されるとき)前記第1制御弁64が異常であると判定するように構成されている。
制御弁異常判定手段(図8のルーチンを参照。)は、
前記第1制御弁64が異常であると判定した場合、前記第2制御弁66は正常であると推定する(図8のステップ860にて排気切替弁異常判定フラグXECVの値を「1」に設定すると同時に、ステップ865にて吸気切替弁異常判定フラグXACVの値を「0」に設定する)ように構成されている。
前記第1制御弁66は、指示信号に応答して前記第1通路部65の流路面積を変更するように同第1制御弁66の開度を変更する第1制御弁駆動手段(排気切替弁アクチュエータ66a)を含み、
前記異常判定条件は、少なくとも前記機関に対する要求トルクが所定トルク以下である減速状態にて前記機関が運転されている場合に成立するように構成されている(上記条件3を参照。)。
Claims (9)
- 内燃機関の排気通路に配設される第1タービンと、同機関の吸気通路に配設されるとともに同排気通路を流れる排ガスによって同第1タービンが駆動されることによって駆動される第1コンプレッサと、を備える第1過給機と、
前記第1タービンよりも前記排気通路の下流側に配設される第2タービンと、前記第1コンプレッサよりも前記吸気通路の上流側に配設されるとともに前記排ガスによって同第2タービンが駆動されることによって駆動される第2コンプレッサと、を備える第2過給機と、
一端が前記第1タービンよりも上流側において前記排気通路に接続されるとともに他端が同第1タービンと前記第2タービンとの間において同排気通路に接続される第1通路部と、
前記第1通路部に配設されるとともにその開度に応じて同第1通路部の流路面積を変更する第1制御弁と、
一端が前記第1コンプレッサと前記第2コンプレッサとの間において前記吸気通路に接続されるとともに他端が同第1コンプレッサよりも下流側において同吸気通路に接続される第2通路部と、
前記第2通路部に配設されるとともにその開度に応じて同第2通路部の流路面積を変更する第2制御弁と、
を備え、前記機関が所定の運転領域にて運転されているとき、前記第1コンプレッサおよび前記第2コンプレッサのうちの少なくとも前記第1コンプレッサが同第1コンプレッサに導入される空気を圧縮して排出するように、前記第1制御弁及び前記第2制御弁が作動させられるように構成された内燃機関に適用され、
前記第1コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路内の空気の圧力が大きくなるにつれて大きくなる過給圧相当値を取得する過給圧相当値取得手段と、
前記機関が前記所定の運転領域において運転されていることを少なくとも条件の一つとして含む異常判定条件が成立している期間において、前記取得される過給圧相当値を第1の値として取得し、同第1の値を取得した時点以降の第1時点にて前記第1制御弁の開度が同第1の値を取得した時点における開度である第1開度とは異なる第2開度に一致するように同第1制御弁を作動させ、同第1時点から所定時間が経過した後の第2時点における同取得される過給圧相当値を第2の値として取得し、
前記第2開度が前記第1開度よりも大きく且つ前記第2の値が前記第1の値よりも大きいとき、又は、前記第2開度が前記第1開度よりも小さく且つ前記第2の値が前記第1の値よりも小さいとき、前記第2制御弁が異常である旨の判定を行う制御弁異常判定手段と、
を備えた内燃機関の制御弁異常判定装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御弁異常判定装置において、
前記過給圧相当値取得手段は、前記過給圧相当値として前記第1コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路内の空気の圧力である過給圧を取得するように構成された制御弁異常判定装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御弁異常判定装置において、
前記過給圧相当値取得手段は、前記過給圧相当値として前記機関に導入される空気の量である新気量を取得するように構成された制御弁異常判定装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の制御弁異常判定装置において、
制御弁異常判定手段は、
前記第2の値と前記第1の値との差の絶対値が第1制御弁異常判定閾値よりも小さいとき前記第1制御弁が異常であると判定するように構成された制御弁異常判定装置。 - 請求項4に記載の内燃機関の制御弁異常判定装置において、
制御弁異常判定手段は、
前記第1制御弁が異常であると判定した場合、前記第2制御弁は正常であると推定するように構成された制御弁異常判定装置。 - 請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の内燃機関の制御弁異常判定装置において、
前記第2制御弁は、前記機関が前記所定の運転領域にて運転されているとき前記第2通路部を遮断するように作動させられることを特徴とする制御弁異常判定装置。 - 請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の内燃機関の制御弁異常判定装置において、
前記第2制御弁は、弁体と、前記弁体が着座する着座部と、前記弁体を前記着座部に向けて付勢する付勢手段と、を備え、前記第2通路部の同第2制御弁よりも上流側の空気の圧力が同第2制御弁よりも下流側の空気の圧力よりも所定圧力以上大きくないとき同弁体が同付勢手段の付勢力によって同着座部に着座する第1位置に移動せしめられることにより同第2通路部を遮断し、同第2通路部の同第2制御弁よりも上流側の空気の圧力が同第2制御弁よりも下流側の空気の圧力よりも前記所定圧力以上大きいとき同弁体が同付勢手段の付勢力に抗して前記第1位置と異なる第2位置に移動せしめられることにより同第2通路部の流路面積を増大するように構成された弁である制御弁異常判定装置。 - 請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の内燃機関の制御弁異常判定装置において、
前記第1制御弁は、指示信号に応答して前記第1通路部の流路面積を変更するように同第1制御弁の開度を変更する第1制御弁駆動手段を含み、
前記制御弁異常判定手段は、前記第1制御弁駆動手段に前記指示信号を送出することにより前記第1制御弁の開度を変更するように構成された、
制御弁異常判定装置。 - 請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の内燃機関の制御弁異常判定装置において、
前記異常判定条件は、前記機関に対する要求トルクが所定トルク以下である減速状態にて前記機関が運転されているという要件が少なくとも満たされる場合に成立する条件である制御弁異常判定装置。
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