JP6090215B2

JP6090215B2 - ターボ過給機付エンジンの故障検出装置

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Publication number: JP6090215B2
Application number: JP2014056830A
Authority: JP
Inventors: 貴史西尾
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: JP2015178809A

Description

本発明は、実過給圧が目標過給圧になるようにウエストゲート弁の目標開度を設定する第１フィードバック制御を実行するとともに、ウエストゲート弁開度センサにより検出されるウエストゲート弁の開度が上記目標開度になるように、上記ウエストゲート弁を制御する第２フィードバック制御を実行する弁制御手段を備えた、ターボ過給機付エンジンの故障検出装置に関する技術分野に属する。

従来より、エンジンの排気通路に配設されたタービンと吸気通路に配設されたコンプレッサとを有するターボ過給機を備えたターボ過給機付エンジンはよく知られている。このようなターボ過給機付エンジンにおいて、ターボ過給機による過給状態を調整するために、エンジンの排気ガスを、上記タービンをバイパスして流すための排気バイパス通路を設け、該排気バイパス通路にウエストゲート弁を配設したものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、そのウエストゲート弁の開度を制御することにより、上記タービンに流れ込む排気流量を調整する。

上記特許文献１では、実過給圧が目標過給圧になるようにウエストゲート弁の目標開度を設定する第１フィードバック制御（過給圧フィードバック制御）を実行するとともに、ウエストゲート弁開度センサにより検出されるウエストゲート弁の開度が上記目標開度になるように、上記ウエストゲート弁を制御する第２フィードバック制御を実行するようにしている。

特開２００６−２７４８３４号公報

ところで、上記特許文献１のようなターボ過給機付エンジンにおいて、ウエストゲート弁開度センサが一定の値しか出力しなくなる（ウエストゲート弁開度センサによる検出値が変化しなくなる）ような異常状態になる場合がある。この場合、ウエストゲート弁開度センサの値だけでは、ウエストゲート弁開度センサ自体の故障（スタック故障と呼ばれる）であるのか、又は、ウエストゲート弁の故障（或る開度で固着する故障）であるのかが判別できない。例えば、ウエストゲート弁を駆動するモータの駆動電流をモニタするようにすれば、ウエストゲート弁の故障である場合には、その電流値が高くなることから、いずれの故障であるのか判別可能になる。しかし、モータの駆動電流をモニタするための特別な回路が必要になり、コストアップを招く。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウエストゲート弁開度センサによる検出値が変化しなくなった場合に、ウエストゲート弁及びウエストゲート弁開度センサのいずれの故障であるかを、特別な回路を設けることなく、簡単に判別できるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンの排気通路に配設されたタービンと吸気通路に配設されたコンプレッサとを有するターボ過給機と、上記エンジンの排気ガスを、上記タービンをバイパスして流すための排気バイパス通路と、該排気バイパス通路に設けられたウエストゲート弁と、上記コンプレッサにより過給された吸入空気の過給圧を検出する過給圧検出手段と、上記ウエストゲート弁の開度を検出するウエストゲート弁開度センサと、上記過給圧検出手段により検出される実過給圧が、上記エンジンの運転状態に応じて予め設定した目標過給圧になるように、上記ウエストゲート弁の目標開度を設定する第１フィードバック制御を実行するとともに、上記ウエストゲート弁開度センサにより検出されるウエストゲート弁の開度が上記目標開度になるように、上記ウエストゲート弁を制御する第２フィードバック制御を実行する弁制御手段とを備えた、ターボ過給機付エンジンの故障検出装置を対象として、上記弁制御手段は、上記ウエストゲート弁開度センサにより検出されるウエストゲート弁の開度が変化しなくなった場合において、該ウエストゲート弁開度センサによるウエストゲート弁の開度の上記目標開度に対する大小、上記第１フィードバック制御のフィードバック量、及び、上記第２フィードバック制御のフィードバック量に基づいて、上記ウエストゲート弁及び上記ウエストゲート弁開度センサのいずれの故障であるかを判定するように構成されている、という構成とした。

上記の構成により、ウエストゲート弁開度センサによる検出値が変化しなくなった場合に、ウエストゲート弁及びウエストゲート弁開度センサのいずれの故障であるかを判別することができる。

すなわち、例えば、エンジンの或る運転状態において、ウエストゲート弁開度センサによるウエストゲート弁の実開度が目標開度に対して大きいとして、この状況下では、第２フィードバック制御によりウエストゲート弁の開度を小さくしようとするが、ウエストゲート弁開度センサによるウエストゲート弁の開度は変化しない。これにより、第２フィードバック制御におけるウエストゲート弁の開度を小さくする側のフィードバック量が大きい状態（予め設定した設定量以上の状態）にあるとする。このとき、ウエストゲート弁開度センサが故障でありかつウエストゲート弁が正常である場合には、ウエストゲート弁が作動してその開度を小さくするため、実過給圧が上昇する。このため、第１フィードバック制御によりウエストゲート弁の開度を大きくしようとする。これにより、第１フィードバック制御における目標開度を大きくする側のフィードバック量が大きくなる（第１所定量以上となる）。一方、ウエストゲート弁開度センサが正常でありかつウエストゲート弁が故障である場合には、ウエストゲート弁が作動しないため、実過給圧は低いままとなる。このため、第１フィードバック制御によりウエストゲート弁の開度を小さくしようとする。これにより、第１フィードバック制御における目標開度を小さくする側のフィードバック量が大きくなる（第２所定量以上となる）。したがって、ウエストゲート弁開度センサによるウエストゲート弁の開度が目標開度に対して大きい状況下で、第２フィードバック制御におけるウエストゲート弁の開度を小さくする側のフィードバック量が設定量以上である場合に、第１フィードバック制御における目標開度を大きくする側のフィードバック量が第１所定量以上となれば、ウエストゲート弁開度センサが故障であると判定することができ、第１フィードバック制御における目標開度を小さくする側のフィードバック量が第２所定量以上となれば、ウエストゲート弁が故障であると判定することができる。

また、エンジンの或る運転状態において、ウエストゲート弁開度センサによるウエストゲート弁の開度が目標開度に対して小さいとして、その状況下では、第２フィードバック制御によりウエストゲート弁の開度を大きくしようとするが、ウエストゲート弁開度センサによるウエストゲート弁の開度は変化しない。これにより、第２フィードバック制御におけるウエストゲート弁の開度を大きくする側のフィードバック量が大きい状態（予め設定した基準量以上の状態）にあるとする。このとき、ウエストゲート弁開度センサが正常でありかつウエストゲート弁が故障である場合には、ウエストゲート弁が作動しないため、実過給圧は高いままとなる。このため、第１フィードバック制御によりウエストゲート弁の開度を大きくしようとする。これにより、第１フィードバック制御における目標開度を大きくする側のフィードバック量が大きくなる（第１所定量以上となる）。一方、ウエストゲート弁開度センサが故障でありかつウエストゲート弁が正常である場合には、ウエストゲート弁が作動してその開度を大きくするため、実過給圧が低下する。このため、第１フィードバック制御によりウエストゲート弁の開度を小さくしようとする。これにより、第１フィードバック制御における目標開度を小さくする側のフィードバック量が大きくなる（第２所定量以上となる）。したがって、ウエストゲート弁開度センサによるウエストゲート弁の開度が目標開度に対して小さい状況下で、第２フィードバック制御におけるウエストゲート弁の開度を大きくする側のフィードバック量が基準量以上である場合に、第１フィードバック制御における目標開度を大きくする側のフィードバック量が第１所定量以上となれば、ウエストゲート弁の故障であると判定することができ、第１フィードバック制御における目標開度を小さくする側のフィードバック量が第２所定量以上となれば、ウエストゲート弁開度センサが故障であると判定することができる。

よって、ウエストゲート弁開度センサによる検出値が変化しなくなった場合に、ウエストゲート弁及びウエストゲート弁開度センサのいずれの故障であるかを、特別な回路を設けることなく、簡単に判別することができる。

上記ターボ過給機付エンジンの故障検出装置において、上記設定量は、上記第２フィードバック制御において予め設定された、上記ウエストゲート弁の開度を大きくする側の最大フィードバック量であり、上記基準量は、上記第２フィードバック制御において予め設定された、上記ウエストゲート弁の開度を大きくする側の最大フィードバック量であり、上記第１所定量は、上記第１フィードバック制御において予め設定された、上記目標開度を大きくする側の最大フィードバック量であり、上記第２所定量は、上記第１フィードバック制御において予め設定された、上記目標開度を小さくする側の最大フィードバック量である、ことが好ましい。

このことにより、ウエストゲート弁及びウエストゲート弁開度センサのいずれの故障であるかをより確実に判定することができる。

以上説明したように、本発明のターボ過給機付エンジンの故障検出装置によると、ウエストゲート弁開度センサによる検出値が変化しなくなった場合に、ウエストゲート弁及びウエストゲート弁開度センサのいずれの故障であるかを、特別な回路を設けることなく、簡単に判別することができる。

本発明の実施形態に係る故障検出装置が適用されたターボ過給機付エンジンの概略構成を示す図である。排気カット弁及びウエストゲート弁の制御系の構成を示すブロック図である。エンジンの排気カット弁開運転領域及び閉運転領域を示す図である。コントロールユニットによるウエストゲート弁の開度の制御の構成を示すブロック図である。コントロールユニットによる排気カット弁及びウエストゲート弁の制御動作を示すフローチャートである。コントロールユニットによるウエストゲート弁／ウエストゲート弁開度センサの故障判定の制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る故障検出装置が適用されたターボ過給機付エンジン１（以下、単にエンジン１という）の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されたガソリンエンジンであって、複数の気筒２（図１では、１つのみ示す）が設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配設されたシリンダヘッド４とを有している。このエンジン１の各気筒２内には、シリンダヘッド４との間に燃焼室６を区画するピストン５が往復動可能にそれぞれ嵌挿されている。このピストン５は、コンロッド７を介して不図示のクランク軸と連結されている。このクランク軸には、該クランク軸の回転角度位置を検出するための検出板８が一体回転するように固定され、この検出板８の回転角度位置を検出することでエンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ９が設けられている。上記クランク軸は、シリンダブロック３の下側に設けられたクランクケース２５内に配設され、クランクケース２５の下側には、オイルパン２６が配設されている。

上記シリンダヘッド４には、各気筒２毎に吸気ポート１２及び排気ポート１３が形成されているとともに、これら吸気ポート１２及び排気ポート１３の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１４及び排気弁１５がそれぞれ配設されている。吸気弁１４は不図示の吸気弁駆動機構により、排気弁１５は不図示の排気弁駆動機構により、それぞれ駆動される。吸気弁１４及び排気弁１５は、それぞれ吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構により所定のタイミングで往復動して、それぞれ吸気ポート１２及び排気ポート１３を開閉し、気筒２内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、それぞれ、クランクシャフトに駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、これらのカムシャフトはクランクシャフトの回転と同期して回転する。また、少なくとも吸気弁駆動機構は、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は機械式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）を含んで構成されている。

また、シリンダヘッド４における各気筒２の中心軸上には、燃料を噴射するインジェクタ１７が設けられている。このインジェクタ１７は、その燃料噴射口が燃焼室６の天井面から該燃焼室６に臨むように配設されていて、圧縮行程上死点付近で燃焼室６に燃料を直接噴射供給するようになっている。

さらに、シリンダヘッド４には、図示を省略する点火プラグが配設されている。この点火プラグの先端部（電極）は、燃焼室６の天井部におけるインジェクタ１７の燃料噴射口の側方近傍に臨んでいる。そして、上記点火プラグは、所望の点火タイミングで火花を発生するようになされている。

上記エンジン１の一側の面には、各気筒２の吸気ポート１２に連通するように吸気通路３０が接続されている。この吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されており、このエアクリーナ３１で濾過した吸入空気が吸気通路３０及び吸気ポート１２を介して各気筒２の燃焼室６に供給される。

上記吸気通路３０におけるエアクリーナ３１の下流側近傍には、吸気通路３０に吸入された吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ３２が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３４が配設されている。このサージタンク３４よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒２毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒２の吸気ポート１２にそれぞれ接続されている。

さらに、上記吸気通路３０におけるエアフローセンサ３２とサージタンク３４との間には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが配設されている。このコンプレッサ２０ａの作動により吸入空気の過給を行う。

さらにまた、上記吸気通路３０におけるターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａとサージタンク３４との間には、上流側から順に、上記コンプレッサ２０ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、コンプレッサ２０ａによる吸入空気の過給圧を検出する過給圧検出センサ３６（過給圧検出手段）と、スロットル弁３７とが配設されている。このスロットル弁３７は、該スロットル弁３７の配設部分における吸気通路３０の断面積を変更することによって、上記各気筒２の燃焼室６への吸入空気量を調節する。

また、本実施形態では、吸気通路３０には、コンプレッサ２０ａをバイパスする吸気バイパス通路３８が設けられ、この吸気バイパス通路３８には、エアバイパス弁３９が設けられている。このエアバイパス弁３９は、通常、全閉状態にあるが、例えばスロットル弁３７が急激に閉じられたときに、吸気通路３０におけるスロットル弁３７よりも上流側で圧力の急上昇及びサージングが生じてコンプレッサ２０ａの回転が乱れることにより大きな音が発生するので、それを防止するためにエアバイパス弁３９が開けられる。

上記エンジン１の他側の面には、各気筒２の燃焼室６からの排気ガスを排出する排気通路４０が接続されている。この排気通路４０の上流側の部分は、各気筒２毎に分岐して排気ポート１３の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気マニホールドよりも下流側の排気通路４０に、上記ターボ過給機２０のタービン２０ｂが配設されている。このタービン２０ｂが排気ガス流により回転し、このタービン２０ｂの回転により、該タービン２０ｂと連結された上記コンプレッサ２０ａが作動する。

上記排気マニホールドよりも下流側でかつタービン２０ｂよりも上流側の排気通路４０は、第１通路４１と、第１通路４１よりも断面積が小さい第２通路４２とに分割された分割部４０ａとされている。第１通路４１の断面積と第２通路４２の断面積との和は、排気マニホールドよりも下流側でかつ分割部４０ａよりも上流側部分の排気通路４０の断面積と略同じである。

上記第１通路４１には、排気カット弁４３が設けられている。この排気カット弁４３は、排気カット弁モータ４３ａの駆動によって、上記第１通路４１を完全に閉じる閉状態と、完全に開く開状態とに切り換え可能に構成されている。これにより、排気通路４０における分割部４０ａ（つまりタービン２０ｂの手前）でエンジン１の排気ガスの流速を大小２段階に切り換えることができる。すなわち、排気カット弁４３の開状態では、分割部４０ａでの排気ガスの流速は、排気マニホールドよりも下流側でかつ分割部４０ａよりも上流側部分の排気通路４０での排気ガスの流速と略同じであるが、閉状態では、分割部４０ａ（第２通路４２）での排気ガスの流速は、開状態のときよりも大きく（速く）なる。

上記排気カット弁４３の構成については、図示を省略するが、排気カット弁駆動モータ４３ａにより直接駆動されてスライド移動するスライド部材と、このスライド部材のスライド移動に連動して第１通路４１に対して進退する弁本体と、上記スライド部材と上記弁本体とを連結するリンク機構と、上記スライド部材のスライド位置を検出する排気カット弁ポジションセンサ４３ｂとを有している。そして、後述のコントロールユニット１００が、上記排気カット弁ポジションセンサ４３ｂからの位置情報に基づいて排気カット弁駆動モータ４３ａを制御して、排気カット弁４３を開状態又は閉状態にする。このような構成では、排気カット弁４３を、開状態と閉状態との間の状態（中間の開度）にすることが可能であるが、本実施形態では、開状態又は閉状態にしかしない。尚、本実施形態では、排気カット弁４３を、排気カット弁駆動モータ４３ａにより駆動されるものとしたが、これに限るものではなく、例えばソレノイド弁としてもよい。この場合、排気カット弁ポジションセンサ４３ｂをなくすことができる。

上記排気通路４０には、エンジン１の排気ガス（本実施形態では、排気カット弁４３により流速が大又は小に切り換えられた排気ガス）を、タービン２０ｂをバイパスして流すための排気バイパス通路４６が設けられている。この排気バイパス通路４６の排気ガス流入側の端部（上流側の端部）は、排気通路４０における分割部４０ａとタービン２０ｂとの間の部分に接続され、排気ガス流出側の端部（下流側の端部）は、排気通路４０におけるタービン２０ｂの下流側であって後述の排気浄化装置５１の上流側に接続されている。尚、排気バイパス通路４６は、分割部４０ａ及びタービン２０ｂの両方をバイパスする（排気バイパス通路４６の上流側の端部が、排気通路４０における分割部４０ａの上流側の部分に接続される）ようにしてもよい。

排気バイパス通路４６の排気ガス流入側の端部には、ウエストゲート弁４７が設けられている。このウエストゲート弁４７の開度が０％（全閉）であるときには、排気カット弁４３により流速が切り換えられた排気ガスの全量がタービン２０ｂへと流れ、それ以外の開度であるときには、その開度に応じて、排気バイパス通路４６に流れる流量（つまりタービン２０ｂへ流れる流量）が変化する。すなわち、ウエストゲート弁４７の開度が大きいほど、排気バイパス通路４６に流れる流量が多くなり、タービン２０ｂへ流れる流量が少なくなる。尚、ウエストゲート弁４７は、排気バイパス通路４６の長さ方向のどこに設けられていてもよい。

ウエストゲート弁４７も、排気カット弁４３と同様の構成であり、ウエストゲート弁駆動モータ４７ａと、該ウエストゲート弁駆動モータ４７ａにより直接駆動されてスライド移動するスライド部材と、このスライド部材のスライド移動に連動して排気バイパス通路４６の排気ガス流入側の端部に対して進退する弁本体と、上記スライド部材と上記弁本体とを連結するリンク機構と、上記スライド部材のスライド位置を検出するウエストゲート弁開度センサ４７ｂ（ポジションセンサで構成される）とを有している。

排気通路４０におけるタービン２０ｂよりも下流側（排気バイパス通路４６の下流側の端部が接続される部分よりも下流側）には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置５１が配設されている。この排気浄化装置５１は、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持して排気ガス中のＣＯ及びＨＣを酸化する酸化触媒５２と、排気ガス中のＮＯｘを処理（トラップ）して、ＮＯｘが大気に排出されるのを抑制するリーンＮＯｘ触媒５３とを有している。リーンＮＯｘ触媒５３は、酸化触媒５２に対して下流側に離れて配設されている。

上記エンジン１は、その排気ガスの一部が排気通路４０から吸気通路３０に還流されるように、ＥＧＲ通路６０を備えている。このＥＧＲ通路６０は、排気通路４０における分割部４０ａの第１通路４１と、吸気通路３０におけるサージタンク３４よりも下流側の各独立通路とを接続する。ＥＧＲ通路６０には、内部を通過する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ６１と、ＥＧＲ通路６０の断面積を変更するＥＧＲ弁６２とが配設されている。このＥＧＲ弁６２により、ＥＧＲ通路６０による排気ガスの還流量が調節される。

また、エンジン１は、燃焼室６から漏れ出たブローバイガスを吸気通路３０に戻すための第１及び第２ベンチレーションホース６５，６６を備えている。第１ベンチレーションホース６５は、シリンダブロック２の下側のクランクケース２５とサージタンク３４とを接続し、第２ベンチレーションホース６６は、シリンダヘッド４の上部と吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とコンプレッサ２０ａとの間の部分とを接続している。第１ベンチレーションホース６５のクランクケース２５側の端部には、ブローバイガスをサージタンク３４側にしか流さないようにするためのチェックバルブ（図示せず）が設けられている。

図２に示すように、本実施形態では、排気カット弁４３（排気カット弁駆動モータ４３ａ）及びウエストゲート弁４７（ウエストゲート弁動モータ４７ａ）を制御する弁制御手段としてのコントロールユニット１００が設けられている。このコントロールユニット１００は、本実施形態では、エンジン１の作動全体を制御するものであるが、図２では、排気カット弁４３及びウエストゲート弁４７の制御系のみを記載している。

コントロールユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。

そして、コントロールユニット１００は、上記エンジン回転数センサ９、上記エアフローセンサ３２、上記過給圧検出センサ３６、上記排気カット弁ポジションセンサ４３ｂ、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂ、及び、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ７１からのセンサ値の信号を入力して、これら入力信号に基づいて、後述の如く、排気カット弁４３及びウエストゲート弁４７を制御する。

コントロールユニット１００は、エンジン１の運転領域に応じて排気カット弁４３を開状態又は閉状態に切り換える。具体的には、本実施形態では、図３に示すように、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１（例えば２０００ｒｐｍ）よりも大きい開運転領域では、排気カット弁４３を開状態にし、所定回転数Ｎ１以下の閉運転領域では、排気カット弁４３を閉状態にする。すなわち、排気ガス量の少ない閉運転領域（Ｎ１以下の低回転領域）では、第２通路４２のみからタービン２０ｂに排気ガスを供給することにより、分割部４０ａ（第２通路４２）での排気ガスの流速を速くして所要の過給効果を確保し、排気ガス量の多い開運転領域（Ｎ１よりも高回転領域）では、第１及び第２通路４１，４２からタービン２０ｂに排気ガスを供給することにより、排圧の上昇によるエンジン出力の低下を防止するようにしている。

また、コントロールユニット１００は、排気カット弁４３が開状態となる開運転領域及び閉状態となる閉運転領域のそれぞれで、過給圧検出センサ３６により検出される実過給圧が、エンジン１の運転状態に応じて予め設定した目標過給圧になるように、ウエストゲート弁４７の目標開度を設定する第１フィードバック制御（過給圧フィードバック制御）を実行するとともに、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂにより検出されるウエストゲート弁４７の開度（実開度）が上記目標開度になるように、ウエストゲート弁４７を制御する第２フィードバック制御（ポジションフィードバック制御）を実行する。したがって、コントロールユニット１００は、本発明の弁制御手段を構成することになる。

上記目標過給圧は、エンジン１の運転状態であるエンジン回転数及びエンジン負荷から、コントロールユニット１００の上記メモリに予め記憶しておいた第１マップに基づいて設定する。エンジン負荷は、エアフローセンサ３２等からの入力信号により求めることができる。尚、上記メモリには、上記第１マップとは別に、エンジン１の運転状態であるエンジン回転数及びエンジン負荷からウエストゲート弁４７の基本開度を設定するための第２マップが予め記憶されている。

図４は、コントロールユニット１００によるウエストゲート弁４７の開度の制御の構成を示すブロック図である。

エンジン回転数とエンジン負荷とから、上記第１マップに基づいて目標過給圧を設定するとともに、上記第２マップに基づいてウエストゲート弁４７の基本開度を設定する。そして、上記目標過給圧から、過給圧検出センサ３６により検出された実過給圧を引いた圧力値より第１フィードバック量（開度）を求める。上記目標過給圧から上記実過給圧を引いた圧力値が正の値であれば、上記第１フィードバック量は負の値とし、該圧力値が大きいほど第１フィードバック量の絶対値が大きくなる。但し、その第１フィードバック量の絶対値は、上記第１フィードバック制御において予め設定された閉じ側の最大フィードバック量で制限される。また、上記圧力値が負の値であれば、上記第１フィードバック量は正の値とし、該圧力値の絶対値が大きいほど第１フィードバック量が大きくなる。但し、その第１フィードバック量は、上記第１フィードバック制御において予め設定された開き側の最大フィードバック量（本実施形態では、上記閉じ側の最大フィードバック量と同じであるが、異なっていてもよい）で制限される。

続いて、上記第１フィードバック量でもって上記基本開度を補正して、ウエストゲート弁４７の目標開度を設定する。すなわち、上記基本開度に上記第１フィードバック量を加えて、目標開度を設定する。上記第１フィードバック量が正の値であるときには、ウエストゲート弁４７を開き側に補正し、負の値であるときには、閉じ側に補正することになる。

次いで、上記設定した目標開度から、ウエストゲート弁駆動モータ４７ａに印加する電圧のデューティ比（駆動デューティ比）を演算し、その駆動デューティ比でもってウエストゲート弁駆動モータ４７ａを駆動する。このとき、上記目標開度から、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂにより検出される開度（実開度）を引いた引算値に応じて、第２フィードバック量を算出して、その第２フィードバック量でもって上記駆動デューティ比を調整する。上記引算値が正の値であれば、ウエストゲート弁４７が開くようにウエストゲート弁駆動モータ４７ａを駆動し、上記引算値が大きいほど、開き側の第２フィードバック量を大きくして、ウエストゲート弁４７を開くための駆動デューティ比を大きくする。但し、その開き側の第２フィードバック量は、上記第２フィードバック制御において予め設定された開き側の最大フィードバック量で制限される。また、上記引算値が負の値であれば、ウエストゲート弁４７が閉じるようにウエストゲート弁駆動モータ４７ａを駆動し、上記引算値の絶対値が大きいほど、閉じ側の第２フィードバック量を大きくして、ウエストゲート弁４７を閉じるための駆動デューティ比を大きくする。但し、その閉じ側の第２フィードバック量は、上記第２フィードバック制御において予め設定された閉じ側の最大フィードバック量（本実施形態では、上記開き側の最大フィードバック量と同じであるが、異なっていてもよい）で制限される。一方、上記引算値（負の値である場合には、その絶対値）が小さいほど、開き側及び閉じ側の第２フィードバック量を小さくして駆動デューティ比を小さくし、上記実開度が上記目標開度に一致すれば、駆動デューティ比は０になり、ウエストゲート弁駆動モータ４７ａは停止することになる。

ここで、コントロールユニット１００による排気カット弁４３及びウエストゲート弁４７の制御動作について、図５のフローチャートにより説明する。

すなわち、最初のステップＳ１で、エンジン回転数センサ９、エアフローセンサ３２、過給圧検出センサ３６、排気カット弁ポジションセンサ４３ｂ、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂ、及び、アクセル開度センサ７１からのセンサ値を読み込む。

次のステップＳ２では、エアフローセンサ３２による吸入空気流量及びアクセル開度センサ７１によるアクセル開度よりエンジン負荷を求めて、エンジン回転数センサ９によるエンジン回転数と、上記求めたエンジン負荷とから目標過給圧を設定する。また、それらエンジン回転数とエンジン負荷とからウエストゲート弁４７の基本開度を設定する。

次のステップＳ３では、エンジン回転数の所定回転数Ｎ１に対する大小に応じて、排気カット弁４３を開状態又は閉状態に制御する。すなわち、開運転領域では排気カット弁４３を開状態にし、閉運転領域では排気カット弁４３を閉状態にする。

次のステップＳ４では、上記目標過給圧から、過給圧検出センサ３６により検出された実過給圧を引いた圧力値より第１フィードバック量（開度）を算出する。

次のステップＳ５では、その算出した第１フィードバック量に基づいて上記基本開度を補正して、ウエストゲート弁４７の目標開度を設定する。

次のステップＳ６では、上記設定した目標開度から、ウエストゲート弁駆動モータ４７ａへの駆動デューティ比を演算する。

次のステップＳ７では、上記目標開度から、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂにより検出される開度（実開度）を引いた引算値に応じて、第２フィードバック量を算出して、その第２フィードバック量でもって上記駆動デューティ比を調整する。

次のステップＳ８で、その調整した駆動デューティ比でもってウエストゲート弁駆動モータ４７ａを駆動し、しかる後、リターンする。

本実施形態では、上記コントロールユニット１００は、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂにより検出されるウエストゲート弁４７の開度が変化しなくなった場合において、該ウエストゲート弁開度センサ４７ｂによるウエストゲート弁４７の開度の上記目標開度に対する大小、上記第１フィードバック制御のフィードバック量（上記第１フィードバック量）、及び、上記第２フィードバック制御のフィードバック量（上記第２フィードバック量）に基づいて、ウエストゲート弁４７及びウエストゲート弁開度センサ４７ｂのいずれの故障であるかを判定するように構成されている。ウエストゲート弁４７の故障としては、該ウエストゲート弁４７の弁本体やリンク機構、ウエストゲート弁駆動モータ４７ａ等の不具合により或る開度で固着するような故障であり、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂの故障としては、一定の値しか出力しなくなるような、スタック故障と呼ばれる故障である。

ここで、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂにより検出されるウエストゲート弁４７の開度が変化しなくなった場合とは、本実施形態では、該開度が、上記目標開度とは異なる状態で、所定時間（異常がなければ、該開度が確実に変化するような時間）よりも長い間変化しない場合をいう。

具体的に、コントロールユニット１００は、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂにより検出されるウエストゲート弁４７の開度が変化しなくなった場合、表１のケース１〜４に応じて、ウエストゲート弁４７及びウエストゲート弁開度センサ４７ｂのいずれの故障であるかを判定する。

ケース１は、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂによるウエストゲート弁４７の実開度が上記目標開度に対して大きい（上記目標開度よりも開き側の開度である）第１状況下で、上記第２フィードバック制御におけるウエストゲート弁４７の開度を小さくする側の第２フィードバック量（閉じ側の第２フィードバック量）が、予め設定した設定量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記目標開度を大きくする側の第１フィードバック量（開き側の第１フィードバック量）が第１所定量以上である場合である。

上記第１状況下では、上記第２フィードバック制御によりウエストゲート弁４７の開度を小さくしようとするが、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂによるウエストゲート弁４７の開度は変化しない。これにより、上記第２フィードバック制御における上記閉じ側の第２フィードバック量が上記設定量以上の状態にあるとする。このとき、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂが故障でありかつウエストゲート弁４７が正常である場合には、ウエストゲート弁４７が作動してその開度を小さくするため、実過給圧が上昇する。このため、上記第１フィードバック制御によりウエストゲート弁４７の開度を大きくしようとする。これにより、上記第１フィードバック制御における上記開き側の第１フィードバック量が第１所定量以上となる。

したがって、コントロールユニット１００は、上記第１状況下で、上記第２フィードバック制御における上記ウエストゲート弁４７の開度を小さくする側の第２フィードバック量が上記設定量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記目標開度を大きくする側の第１フィードバック量が上記第１所定量以上である場合には、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂの故障であると判定する。

ケース２は、上記第１状況下で、上記第２フィードバック制御における上記閉じ側の第２フィードバック量が上記設定量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記目標開度を小さくする側の第１フィードバック量（閉じ側の第１フィードバック量）が第２所定量以上である場合である。

上記第１状況下で、上記第２フィードバック制御における上記閉じ側の第２フィードバック量が上記設定量以上であるときにおいて、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂが正常でありかつウエストゲート弁４７が故障である場合には、ウエストゲート弁４７が作動しないため、実過給圧は低いままとなる。このため、上記第１フィードバック制御によりウエストゲート弁４７の開度を小さくしようとする。これにより、上記第１フィードバック制御における上記閉じ側の第１フィードバック量（本実施形態では、負の値であるので、その絶対値とする（以下、同じ））が第２所定量以上となる。

したがって、コントロールユニット１００は、上記第１状況下で、上記第２フィードバック制御におけるウエストゲート弁４７の開度を小さくする側の第２フィードバック量が上記設定量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記目標開度を小さくする側の第１フィードバック量が第２所定量以上である場合には、ウエストゲート弁４７の故障であると判定する。

ケース３は、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂによるウエストゲート弁４７の実開度が上記目標開度に対して小さい（目標開度よりも閉じ側の開度である）第２状況下で、上記第２フィードバック制御におけるウエストゲート弁４７の開度を大きくする側の第２フィードバック量（開き側の第２フィードバック量）が、予め設定した基準量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記開き側の第１フィードバック量が上記第１所定量以上である場合である。

上記第２状況下では、上記第２フィードバック制御によりウエストゲート弁４７の開度を大きくしようとするが、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂによるウエストゲート弁４７の開度は変化しない。これにより、第２フィードバック制御における上記開き側の第２フィードバック量が上記基準量以上の状態にあるとする。このとき、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂが正常でありかつウエストゲート弁４７が故障である場合には、ウエストゲート弁４７が作動しないため、実過給圧は高いままとなる。このため、上記第１フィードバック制御によりウエストゲート弁４７の開度を大きくしようとする。これにより、上記第１フィードバック制御における上記開き側の第１フィードバック量が上記第１所定量以上となる。

したがって、コントロールユニット１００は、上記第２状況下で、上記第２フィードバック制御におけるウエストゲート弁４７の開度を大きくする側の第２フィードバック量が上記基準量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記目標開度を大きくする側の第１フィードバック量が上記第１所定量以上である場合には、ウエストゲート弁４７の故障であると判定する。

ケース４は、上記第２状況下で、上記第２フィードバック制御における上記開き側の第２フィードバック量が上記基準量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記閉じ側の第１フィードバック量が第２所定量以上である場合である。

上記第２状況下で、上記第２フィードバック制御における上記開き側の第２フィードバック量が上記基準量以上であるときにおいて、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂが故障でありかつウエストゲート弁４７が正常である場合には、ウエストゲート弁４７が作動してその開度を大きくするため、実過給圧が低下する。このため、上記第１フィードバック制御によりウエストゲート弁４７の開度を小さくしようとする。これにより、上記第１フィードバック制御における上記閉じ側の第１フィードバック量が上記第２所定量以上となる。したがって、コントロールユニット１００は、上記第２状況下で、上記第２フィードバック制御におけるウエストゲート弁４７の開度を大きくする側の第２フィードバック量が上記基準量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記目標開度を小さくする側の第１フィードバック量が上記第２所定量以上である場合には、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂの故障であると判定する。

上記設定量は、上記第２フィードバック制御において予め設定された上記閉じ側の最大フィードバック量に近い量であることが好ましく、該閉じ側の最大フィードバック量であることがより好ましい。上記設定量を上記閉じ側の最大フィードバック量に設定した場合、上記閉じ側の第２フィードバック量が上記設定量以上であるとは、上記記閉じ側の第２フィードバック量が上記閉じ側の最大フィードバック量であることを意味する。同様に、上記基準量は、上記第２フィードバック制御において予め設定された上記開き側の最大フィードバック量に近い量であることが好ましく、該開き側の最大フィードバック量であることがより好ましい。上記基準量を上記開き側の最大フィードバック量に設定した場合、上記開き側の第２フィードバック量が上記基準量以上であるとは、上記開き側の第２フィードバック量が上記開き側の最大フィードバック量であることを意味する。尚、本実施形態では、上記基準量は、上記設定量と同じであるが、異なっていてもよい。

また、上記第１所定量は、上記第１フィードバック制御において予め設定された上記開き側（上記目標開度を大きくする側）の最大フィードバック量に近い量であることが好ましく、該開き側の最大フィードバック量であることがより好ましい。上記第１所定量を上記開き側の最大フィードバック量に設定した場合、上記開き側の第１フィードバック量が上記第１所定量以上であるとは、上記開き側の第１フィードバック量が上記開き側の最大フィードバック量であることを意味する。同様に、上記第２所定量は、上記第１フィードバック制御において予め設定された上記閉じ側（上記目標開度を小さくする側）の最大フィードバック量に近い量であることが好ましく、該閉じ側の最大フィードバック量であることがより好ましい。上記第２所定量を上記閉じ側の最大フィードバック量に設定した場合、上記閉じ側の第１フィードバック量が上記第２所定量以上であるとは、上記閉じ側の第１フィードバック量が上記閉じ側の最大フィードバック量であることを意味する。尚、本実施形態では、上記第２所定量は、上記第１所定量と同じであるが、異なっていてもよい。

ここで、エンジン１の運転状態、及び、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂによるウエストゲート弁４７の実開度の値によっては、ウエストゲート弁４７又はウエストゲート弁開度センサ４７ｂが故障していたとしても、上記第１及び第２フィードバック量が、上記ケース１〜４のいずれにも当てはまらない場合があり、故障を検出できない場合があるが、エンジン１の運転状態は常に変化しており、遅かれ早かれ、故障を検出できるようになる。上記設定量（上記第２フィードバック制御における上記閉じ側の最大フィードバック量）、上記基準量（上記第２フィードバック制御における上記開き側の最大フィードバック量）、上記第１所定量（上記第１フィードバック制御における上記開き側の最大フィードバック量）及び上記第２所定量（上記第１フィードバック制御における上記閉じ側の最大フィードバック量）を適切に設定することで、検出できない運転状態の範囲を出来る限り狭くすることができる。

次に、上記コントロールユニット１００によるウエストゲート弁４７／ウエストゲート弁開度センサ４７ｂの故障判定の制御動作について、図６のフローチャートにより説明する。

最初のステップＳ２２で、上記実開度が上記目標開度と異なるか否かを判定する。このステップＳ２２の判定がＮＯであるときには、当該ステップＳ２２の動作を繰り返す一方、ステップＳ２２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２３に進む。

上記ステップＳ２３では、上記閉じ側の第２フィードバック量が上記設定量以上であるか否かを判定する。このステップＳ２３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２４に進む一方、ステップＳ２３の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２８に進む。

上記ステップＳ２４では、上記開き側の第１フィードバック量が上記第１所定量以上であるか否かを判定する。このステップＳ２４の判定がＹＥＳであるとき（つまり、上記ケース１の場合）には、ステップＳ２５に進んで、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂの故障であると判定し、しかる後に当該制御動作を終了する。一方、ステップＳ２４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２６に進む。

上記ステップＳ２６では、上記閉じ側の第１フィードバック量が上記第２所定量以上であるか否かを判定する。このステップＳ２６の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ２２に戻る一方、ステップＳ２６の判定がＹＥＳであるとき（つまり、上記ケース２の場合）には、ステップＳ２７に進んで、ウエストゲート弁４７の故障であると判定し、しかる後に当該制御動作を終了する。

上記ステップＳ２３の判定がＮＯであるときに進むステップＳ２８では、上記開き側の第２フィードバック量が上記基準量以上であるか否かを判定する。このステップＳ２８の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ２２に戻る一方、ステップＳ２８の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２９に進む。

上記ステップＳ２９では、上記開き側の第１フィードバック量が上記第１所定量以上であるか否かを判定する。このステップＳ２９の判定がＹＥＳであるとき（つまり、上記ケース３の場合）には、ステップＳ３０に進んで、ウエストゲート弁４７の故障であると判定し、しかる後に当該制御動作を終了する。一方、ステップＳ２９の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３１に進む。

上記ステップＳ３１では、上記閉じ側の第１フィードバック量が上記第２所定量以上であるか否かを判定する。このステップＳ３１の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ２２に戻る一方、ステップＳ３１の判定がＹＥＳであるとき（つまり、上記ケース４の場合）には、ステップＳ３２に進んで、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂの故障であると判定し、しかる後に当該制御動作を終了する。

したがって、本実施形態では、ウエストゲート弁開度センサ４７ｂによる検出値が変化しなくなった場合に、ウエストゲート弁４７及びウエストゲート弁開度センサ４７ｂのいずれの故障であるかを、特別な回路を設けることなく、簡単に判別することができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、排気通路４０に分割部４０ａを設け、この分割部４０ａの第１通路４１に排気カット弁４３を設けるようにしたが、これら分割部４０ａ及び排気カット弁４３がなくても、本発明を適用することができる。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、実過給圧が目標過給圧になるようにウエストゲート弁の目標開度を設定する第１フィードバック制御を実行するとともに、ウエストゲート弁開度センサにより検出されるウエストゲート弁の開度が上記目標開度になるように、上記ウエストゲート弁を制御する第２フィードバック制御を実行する弁制御手段を備えた、ターボ過給機付エンジンの故障検出装置に有用である。

１ターボ過給機付エンジン
２０ターボ過給機
２０ａコンプレッサ
２０ｂタービン
３６過給圧検出センサ（過給圧検出手段）
４６排気バイパス通路
４７ウエストゲート弁
４７ｂウエストゲート弁開度センサ
１００コントロールユニット（弁制御手段）

Claims

エンジンの排気通路に配設されたタービンと吸気通路に配設されたコンプレッサとを有するターボ過給機と、上記エンジンの排気ガスを、上記タービンをバイパスして流すための排気バイパス通路と、該排気バイパス通路に設けられたウエストゲート弁と、上記コンプレッサにより過給された吸入空気の過給圧を検出する過給圧検出手段と、上記ウエストゲート弁の開度を検出するウエストゲート弁開度センサと、上記過給圧検出手段により検出される実過給圧が、上記エンジンの運転状態に応じて予め設定した目標過給圧になるように、上記ウエストゲート弁の目標開度を設定する第１フィードバック制御を実行するとともに、上記ウエストゲート弁開度センサにより検出されるウエストゲート弁の開度が上記目標開度になるように、上記ウエストゲート弁を制御する第２フィードバック制御を実行する弁制御手段とを備えた、ターボ過給機付エンジンの故障検出装置であって、
上記弁制御手段は、上記ウエストゲート弁開度センサにより検出されるウエストゲート弁の開度が変化しなくなった場合において、該ウエストゲート弁開度センサによるウエストゲート弁の開度の上記目標開度に対する大小、上記第１フィードバック制御のフィードバック量、及び、上記第２フィードバック制御のフィードバック量に基づいて、上記ウエストゲート弁及び上記ウエストゲート弁開度センサのいずれの故障であるかを判定するように構成されていることを特徴とするターボ過給機付エンジンの故障検出装置。
請求項１記載のターボ過給機付エンジンの故障検出装置において、
上記弁制御手段は、上記ウエストゲート弁開度センサにより検出されるウエストゲート弁の開度が変化しなくなった場合において、該ウエストゲート弁開度センサによるウエストゲート弁の開度が上記目標開度に対して大きい状況下で、上記第２フィードバック制御における上記ウエストゲート弁の開度を小さくする側のフィードバック量が、予め設定した設定量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記目標開度を大きくする側のフィードバック量が第１所定量以上である場合には、上記ウエストゲート弁開度センサの故障であると判定する一方、上記状況下で、上記第２フィードバック制御における上記ウエストゲート弁の開度を小さくする側のフィードバック量が上記設定量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記目標開度を小さくする側のフィードバック量が第２所定量以上である場合には、上記ウエストゲート弁の故障であると判定するように構成されていることを特徴とするターボ過給機付エンジンの故障検出装置。
請求項１記載のターボ過給機付エンジンの故障検出装置において、
上記弁制御手段は、上記ウエストゲート弁開度センサにより検出されるウエストゲート弁の開度が変化しなくなった場合において、該ウエストゲート弁開度センサによるウエストゲート弁の開度が上記目標開度に対して小さい状況下で、上記第２フィードバック制御における上記ウエストゲート弁の開度を大きくする側のフィードバック量が、予め設定した基準量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記目標開度を大きくする側のフィードバック量が第１所定量以上である場合には、上記ウエストゲート弁の故障であると判定する一方、上記状況下で、上記第２フィードバック制御における上記ウエストゲート弁の開度を大きくする側のフィードバック量が上記基準量以上であり、かつ、上記第１フィードバック制御における上記目標開度を小さくする側のフィードバック量が第２所定量以上である場合には、上記ウエストゲート弁開度センサの故障であると判定するように構成されていることを特徴とするターボ過給機付エンジンの故障検出装置。
請求項２記載のターボ過給機付エンジンの故障検出装置において、
上記設定量は、上記第２フィードバック制御において予め設定された、上記ウエストゲート弁の開度を小さくする側の最大フィードバック量であり、
上記第１所定量は、上記第１フィードバック制御において予め設定された、上記目標開度を大きくする側の最大フィードバック量であり、
上記第２所定量は、上記第１フィードバック制御において予め設定された、上記目標開度を小さくする側の最大フィードバック量であることを特徴とするターボ過給機付エンジンの故障検出装置。
請求項３記載のターボ過給機付エンジンの故障検出装置において、
上記基準量は、上記第２フィードバック制御において予め設定された、上記ウエストゲート弁の開度を大きくする側の最大フィードバック量であり、
上記第１所定量は、上記第１フィードバック制御において予め設定された、上記目標開度を大きくする側の最大フィードバック量であり、
上記第２所定量は、上記第１フィードバック制御において予め設定された、上記目標開度を小さくする側の最大フィードバック量であることを特徴とするターボ過給機付エンジンの故障検出装置。