JP6270894B2 - 制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エアバイパスバルブの閉故障を診断可能なエンジンの制御装置に関する。
従来、過給機を備えるエンジンでは、吸気流路に設けられたコンプレッサの下流側から上流側へ吸気を再循環するためのバイパス流路が設けられることが知られている。このバイパス流路にはバルブ(エアバイパスバルブ)が介装され、このバルブにより、バイパス流路が開閉される。
このエアバイパスバルブの閉故障を診断する方法として、過給中にスロットル弁を閉じたときに、吸気流路に吸気脈動が発生するか否かを調べる方法が知られている。(例えば、特許文献1)。
特開2008−25426号公報
エアバイパスバルブが閉故障したときに生じる上記した吸気脈動は、スロットル弁を閉じたときの過給圧によってその大きさが変化する。具体的には、過給圧が相対的に低い領域では、エアバイパスバルブに閉故障が生じていても、スロットル弁の上流側の過給圧が速やかに低下してしまうため、過給圧が高い領域に比べ吸気脈動が小さい。そのため、過給圧が相対的に低い領域(低過給領域)では、エアバイパスバルブの閉故障の診断精度が低下してしまうという課題があった。
そこで、本発明は、過給圧が相対的に低い領域でも、エアバイパスバルブの閉故障を精度よく診断できるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の制御装置は、エンジンの排気流路に設けられたタービンを迂回する流路を開閉するウエイストゲートバルブと、エンジンの吸気流路に設けられたコンプレッサを迂回する流路を開閉するエアバイパスバルブと、吸気流路におけるコンプレッサの下流側の圧力を測定する圧力測定部と、吸気流路に流入する空気量を測定する空気量測定部と、を備えたエンジンの制御装置であって、吸気流路に配置されたスロットル弁が閉鎖されるときに前記エアバイパスバルブを開くABV制御部と、スロットル弁が閉鎖されたときの空気量測定部で測定された空気量の変動に基づき、エアバイパスバルブの閉故障を診断する閉故障診断部と、スロットル弁が閉鎖されるとき、圧力測定部で測定された圧力が所定の圧力未満である場合にウエイストゲートバルブを閉鎖させるWGV制御部と、を備える。
また、本発明の制御装置は、エンジンの排気流路に設けられたタービンを迂回する流路を開閉するウエイストゲートバルブと、エンジンの吸気流路に設けられたコンプレッサを迂回する流路を開閉するエアバイパスバルブと、吸気流路におけるコンプレッサの下流側の圧力を測定する圧力測定部と、を備え、吸気流路に配置されたスロットル弁が閉鎖されるときにエアバイパスバルブを開くとともに、スロットル弁が閉鎖されたときの圧力測定部で測定された圧力の変動に基づき、エアバイパスバルブの閉故障を診断するエンジンの制御装置であって、スロットル弁が閉鎖されるとき、圧力測定部で測定された圧力が所定の圧力未満である場合はウエイストゲートバルブを閉鎖するウエイストゲートバルブ閉鎖制御を行ってエアバイパスバルブの閉故障を診断し、スロットル弁が閉鎖されるとき、圧力測定部で測定された圧力が所定の圧力未満でない場合はウエイストゲートバルブ閉鎖制御を行うことなくエアバイパスバルブの閉故障を診断する
また、所定の圧力は、エンジンの回転数が高いほど大きい値に設定されているとよい。
本発明によれば、過給圧が相対的に低い領域でも、エアバイパスバルブの閉故障を精度よく診断することができる。
エンジンの構成を示す概略図である。 圧力閾値とエンジン回転数との関係を示す説明図である。 実施例と比較例における吸気脈動の発生の様子を示すグラフである。 閉故障診断処理全体の流れを示すフローチャートである。 WGV全閉制御による閉故障診断処理の流れを示すフローチャートである。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は、エンジン1の構成を示す概略図である。図1に示すように、エンジン1は、クランクシャフト2を挟んで2つのシリンダブロック3にそれぞれ形成されたシリンダボア3aが対向して配された水平対向4気筒エンジンである。
シリンダブロック3には、クランクケース4が一体形成されるとともに、クランクケース4とは反対側にシリンダヘッド5が固定されている。クランクシャフト2は、クランクケース4によって形成されたクランク室6内に回転自在に支持される。
シリンダボア3aには、コンロッド7を介してクランクシャフト2に連結されたピストン8が摺動可能に収容されている。そして、エンジン1では、シリンダボア3aと、シリンダヘッド5と、ピストン8の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室9として形成される。
シリンダヘッド5には、吸気ポート10および排気ポート11が燃焼室9に連通するように形成される。吸気ポート10と燃焼室9との間には、吸気弁12の先端が位置し、排気ポート11と燃焼室9との間には、排気弁13の先端が位置している。
また、エンジン1では、シリンダヘッド5およびヘッドカバー14に囲まれたカム室内に、吸気弁用カム15および排気弁用カム16が設けられる。吸気弁用カム15は、吸気弁12の他端に当接されており、回転することで吸気弁12を軸方向に移動させる。これにより、吸気弁12は、吸気ポート10と燃焼室9との間を開閉する。排気弁用カム16は、排気弁13の他端に当接されており、回転することで排気弁13を軸方向に移動させる。これにより、排気弁13は、排気ポート11と燃焼室9との間を開閉する。
吸気ポート10の上流側には、インテークマニホールド17を含む吸気流路18が連通される。また、排気ポート11の下流側には、エキゾーストマニホールド19を含む排気流路20が連通される。各気筒の燃焼室9から排出された排気ガスは、排気ポート11を介してエキゾーストマニホールド19で集約され、過給機21に導かれる。
過給機21は、エキゾーストマニホールド19から排出される排気ガスによって回転するタービン21aと、タービン21aの回転動力によって回転するコンプレッサ21bとを含んで構成される。タービン21aとコンプレッサ21bとは、タービンシャフト21cによって接続され、一体回転する。
吸気流路18には、エアクリーナ22、コンプレッサ21b、インタークーラ23、および、スロットル弁24が上流側から順に設けられる。コンプレッサ21bは、エアクリーナ22で塵や埃などの不純物が除去された吸気を圧縮して吸気流路18に供給する。スロットル弁24は、不図示のアクチュエータによって開度が調整されることで、吸気流路18における吸気の流量を可変する。
インタークーラ23は、コンプレッサ21bで圧縮されて昇温した吸気を冷却し、冷却された吸気がインテークマニホールド17、吸気ポート10を介して燃焼室9に導かれる。そして、不図示のインジェクタから噴射された燃料と、燃焼室9に導かれた空気との混合気が、シリンダヘッド5に設けられた不図示の点火プラグによって所定のタイミングで点火されて燃焼される。かかる燃焼により、ピストン8がシリンダボア3a内で往復運動を行い、その往復運動が、コンロッド7を通じてクランクシャフト2の回転運動に変換される。また、燃焼により発生した排気ガスは、排気ポート11、エキゾーストマニホールド19を介してタービン21aに導かれ、タービン21aを回転させた後、排気流路20に設けられた触媒25で浄化され、マフラー26から車外へ排出される。
また、排気流路20には、タービン21aを迂回してタービン21aの上流側と下流側とを連通する排気バイパス流路27が設けられる。排気バイパス流路27には、ウエイストゲートバルブ28が介装され、ウエイストゲートバルブ28により、排気バイパス流路27が開閉される。
また、吸気流路18には、コンプレッサ21bを迂回してコンプレッサ21bの下流側と上流側とを連通するエアバイパス流路29が設けられる。エアバイパス流路29には、エアバイパスバルブ30が介装される。エアバイパスバルブ30は、通常は閉鎖されており、運転者がアクセルを放してスロットル弁24が閉鎖されるときに開かれる。なお、エアバイパスバルブ30を開くタイミングは、アクセルの開放に基づいて判断してもよいし、スロットル弁24の閉鎖に基づいて判断してもよい。
また、エンジン1には、圧力センサS1、S2およびエアフロセンサS3が設けられている。圧力センサS1は、インテークマニホールド17に付設され、インテークマニホールド17内の圧力を測定する。圧力センサS2は、吸気流路18におけるスロットル弁24の上流側に配置され、スロットル弁24の上流側の圧力を測定する。エアフロセンサS3は、エアクリーナ22の出口付近に配置され、吸気流路18に流入する空気量を測定する。圧力センサS1、S2およびエアフロセンサS3の測定値は、エンジン1の制御装置100に出力される。
制御装置100は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路で構成されている。制御装置100は、エンジン1を含む車両全体の動作を制御するほか、エアバイパスバルブ30が閉状態に固着する閉故障の発生有無を診断する閉故障診断処理を行う。エアバイパスバルブ30の閉故障診断処理は、スロットル弁24が閉鎖される度に実行される。
エアバイパスバルブ30の閉故障診断処理では、次のような特性を利用する。エアバイパスバルブ30に閉故障が生じていると、スロットル弁24が閉鎖されたときにコンプレッサ21bからスロットル弁24までの流路が閉塞される。この閉塞された流路内でコンプレッサ21bが動作することにより、吸気脈動が発生する。
吸気脈動は、吸気流路18内の圧力が相対的に高い領域(高過給領域)であれば、比較的大きな振幅で発生するため、エアバイパスバルブ30に閉故障が生じていることを容易に診断できる。しかし、吸気流路18内の圧力が相対的に低い領域(低過給領域)では、スロットル弁24の上流側の圧力の低下が早いため、吸気脈動の振幅が小さい。そのため、低過給領域では、高過給領域の場合と比べて、エアバイパスバルブ30に閉故障が生じているか否かの診断が難しい。
そこで、本実施形態では、スロットル弁24を閉鎖するときの過給領域が低過給領域である場合は、排気流路20の排気バイパス流路27に設けられたウエイストゲートバルブ28を閉鎖(全閉)し、タービン21aの回転数の低下を抑制する。すると、タービン21aと一体回転するコンプレッサ21bの回転数の低下も抑制される。その結果、吸気流路18におけるスロットル弁24の上流側の過給圧も維持される。こうして、低過給領域であっても、スロットル弁24の上流側に振幅の大きな吸気脈動を発生させやすくする。なお、ウエイストゲートバルブ28の開度は全閉に限らず、吸気脈動によって吸気系に過度な負担や騒音が生じないよう、過給圧等に応じて適宜調整してもよい。
制御装置100は、エアバイパスバルブ30の閉故障診断処理を実行する際、エアバイパスバルブ制御部102(以下、ABV制御部と称する)、過給領域判定部104、エアバイパスバルブ閉故障診断部106(以下、ABV閉故障診断部と称する)、ウエイストゲートバルブ制御部108(以下、WGV制御部と称する)として機能する。
ABV制御部102は、吸気流路18に配置されたスロットル弁24が閉鎖されるときに、エアバイパスバルブ30を開く。過給領域判定部104は、スロットル弁24が閉鎖されるときのコンプレッサ21bの下流側の過給圧(圧力)に基づき、スロットル弁24閉鎖時の過給領域を判定する。具体的には、過給領域判定部104は、スロットル弁24が閉鎖されるときのインテークマニホールド17内の過給圧を圧力センサS1から取得し、この過給圧が所定の圧力(以下、「圧力閾値」と称する)以上の高過給領域か、圧力閾値未満の低過給領域かを判定する。なお、圧力閾値については後述する。
ABV閉故障診断部106は、スロットル弁24が閉鎖されたときに吸気流路18におけるスロットル弁24の上流側で発生する吸気脈動に基づき、エアバイパスバルブ30に閉故障が生じているかを診断する。具体的には、ABV閉故障診断部106は、吸気脈動の振幅が所定の振幅(以下、「振幅閾値」と称する)以上であれば、エアバイパスバルブ30が閉故障していると診断し、吸気脈動の振幅が振幅閾値未満であれば、エアバイパスバルブ30は閉故障していないと診断する。
ここで、振幅閾値は、低過給領域において、これ以上の振幅の吸気脈動が発生すれば、エアバイパスバルブ30が閉故障していると判断できる吸気脈動の振幅値が設定される。この振幅閾値は、あらかじめ空気量とエンジン回転数に関連付けられたマップなどから導出される。
吸気脈動の具体的な測定方法としては、例えば、ウエイストゲートバルブ28を閉鎖したときの吸気流路18内の過給圧の変動を圧力センサS2で測定し、この過給圧の変動を吸気脈動とする。または、ウエイストゲートバルブ28を閉鎖したときの吸気流路18内の空気量の変動をエアフロセンサS3で測定し、この空気量の変動を吸気脈動としてもよい。
WGV制御部108は、スロットル弁24が閉鎖されるとき、過給領域判定部104において低過給領域であると判定された場合に、ウエイストゲートバルブ28を閉鎖する制御を行う。ウエイストゲートバルブ28を閉鎖することで、タービン21aの回転数低下が抑制される。こうして、吸気流路18内の過給圧の低下を抑え、吸気脈動を発生しやすくする。なお、過給領域判定部104において高過給領域であると判定された場合は、エアバイパスバルブ30の閉故障時にはウエイストゲートバルブ28を全閉せずとも振幅の大きな吸気脈動が発生するため、WGV制御部108はウエイストゲートバルブ28の制御を行わない。
(圧力閾値)
上記した圧力閾値は、エアバイパスバルブ30が閉故障している場合に、スロットル弁24の上流側の過給圧がこれ以上小さいと閉故障が生じているか否かの診断が困難とされる境界値が設定される。この圧力閾値は、通常、エンジン回転数が高いほど大きな値が設定され、あらかじめエンジン回転数に対応付けられたマップなどから導出される。
図2は、圧力閾値とエンジン回転数との関係を示す図である。図2において、縦軸はスロットル弁24を閉鎖したときの過給圧を示し、横軸はエンジン回転数を示す。
図2に示すように、エンジン回転数が高いほど、圧力閾値は大きい値に設定される。エンジン回転数が高いときにスロットル弁24を急閉すると、ポンプ損失が急激に増大し、車両が急激に減速する。このような現象を回避するため、エンジン回転数が高いときは、スロットル弁24を緩やかに閉じる制御が行われる。
スロットル弁24の閉動作が緩やかであると、スロットル弁24の上流側では吸気脈動が発生しにくくなる。そこで、本実施形態では、エンジン回転数が高い場合でも吸気脈動に基づくエアバイパスバルブ30の閉故障を精度良く診断できるよう、エンジン回転数が高いほど圧力閾値を大きく設定し、WGV閉での診断を行う領域を大きくする。
図3(a)は、低過給領域において、ウエイストゲートバルブ28を閉制御した場合(実施例)と閉制御しない場合(比較例)における吸気脈動の発生の様子を示すグラフ、図3(b)はウエイストゲートバルブ28の開度を示すグラフである。ここでは吸気脈動として、エアフロセンサS3で測定される空気量の変動を用いた例を示す。
図3からも分かるように、ウエイストゲートバルブ28を閉制御した場合では、閉制御しない場合よりも振幅の大きな吸気脈動が現れる。スロットル弁24を閉鎖した際にウエイストゲートバルブ28を閉制御(全閉)すると、排気バイパス流路27へ流れてタービン21aを迂回する排気ガスがなくなるため、タービン21aの回転数低下が抑制される。すると、タービン21aと一体回転するコンプレッサ21bの回転数の低下も抑制される。その結果、吸気流路18におけるスロットル弁24の上流側の過給圧も維持される。こうして、エアバイパスバルブ30が閉故障している場合には低過給領域であってもエアバイパスバルブ30の閉故障を診断するのに十分な大きさの吸気脈動を発生させることができ、エアバイパスバルブ30の閉故障を精度よく診断することができる。
次に、エアバイパスバルブ30の閉故障診断処理全体の流れについて、図4のフローチャートに基づき説明する。
まず、過給領域判定部104は、スロットル弁24が閉鎖されるときのコンプレッサ21bの下流側の圧力(過給圧)を圧力センサS1から取得する(ステップS200)。また、過給領域判定部104は、図2に示したエンジン回転数と圧力閾値との関係を示すマップを参照し、エンジン回転数に基づいて圧力閾値を設定する(ステップS202)。
そして、過給領域判定部104は、圧力センサS1から取得した圧力(過給圧)が、設定された圧力閾値未満であるか否かを判定する(ステップS204)。過給圧が圧力閾値未満であった場合(ステップS204におけるYES)、ステップS206に処理を移し、ウエイストゲートバルブ全閉制御によるエアバイパスバルブ30の閉故障診断を行う。
ステップS206のウエイストゲートバルブ全閉制御による閉故障診断の流れを図5のフローチャートに基づき説明する。
図5に示すように、まず、WGV制御部108は、ウエイストゲートバルブ28を全閉する制御を行う(ステップS220)。
次に、ABV閉故障診断部106は、ウエイストゲートバルブ28が全閉してから所定時間(例えば、1秒)の間に、スロットル弁24の上流側で発生する吸気脈動を取得する(ステップS222)。吸気脈動としては、例えば圧力センサS2で測定される過給圧の変動を用いてもよいし、あるいはエアフロセンサS3で測定される空気量の変動を用いてもよい。
次に、ABV閉故障診断部106は、ステップS222で取得した吸気脈動の振幅が、所定の脈動閾値以上であるか否かを判定する(ステップS224)。ABV閉故障診断部106は、吸気脈動の振幅が脈動閾値以上であれば(ステップS224におけるYES)、エアバイパスバルブ30に閉故障が生じていると診断し(ステップS226)、所定のエラーコードを制御装置100の記憶部にストアして(ステップS228)、ウエイストゲートバルブ全閉制御による診断を終了する。なお、吸気脈動の振幅が脈動閾値以上であるか否かの判定は、吸気脈動の振幅が上記した所定時間内において一定時間継続して脈動閾値以上であるか否かに基づいて行ってもよいし、脈動閾値以上の吸気脈動の振幅が上記した所定時間内に所定回数(1回以上)発生したか否かに基づいて行ってもよい。
一方、吸気脈動の振幅が脈動閾値未満であれば(ステップS224におけるNO)、ABV閉故障診断部106は、エアバイパスバルブ30に閉故障は生じていないと診断し(ステップS230)、ウエイストゲートバルブ全閉制御による診断を終了する。
図4に戻り、WGV制御部108は、ウエイストゲートバルブ28の閉制御を解除して通常制御に切り替え(ステップS208)、診断処理を終了する。
なお、ステップS204において、スロットル弁24閉鎖時の過給圧が圧力閾値未満でないと判定された場合は(ステップS204におけるNO)、ウエイストゲートバルブ28を全閉制御せず通常制御のままで診断を行う(ステップS210)。この場合の診断は、ABV閉故障診断部106が行ってもよいし、これとは別の診断部が既知の診断手法により診断してもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、ここでは本発明の制御装置を水平対向4気筒エンジンに適用した例を説明したが、本発明はこれに限らず、V型エンジンや直列エンジンにも適用することができる。また、過給機21の設置箇所も、エンジン1の鉛直下方側に限られず、鉛直上方側であってもよい。
また、ここでは圧力センサS1と圧力センサS2とを個別に設けた例を説明したが、これらはスロットル弁24の上流側に設けた圧力センサS2で併用してもよい。また、本発明の閉故障診断処理が適用されるエアバイパスバルブやウエイストゲートバルブは、オンオフバルブでもよいし、複数の中間的な開度を取りうる電制バルブであってもよい。
また、ここではエアバイパスバルブ30に閉故障が発生していると診断した場合に、制御装置100の記憶部に所定の故障コードをストアする例を説明したが、運転席のメインパネルに閉故障の発生を知らせる警告灯を表示させ、閉故障の発生を運転者に報知するようにしてもよい。
本発明は、エアバイパスバルブの閉故障を診断可能なエンジンの制御装置に利用できる。
1 エンジン
18 吸気流路
20 排気流路
21 過給機
21a タービン
21b コンプレッサ
24 スロットル弁
28 ウエイストゲートバルブ
30 エアバイパスバルブ
100 制御装置
102 ABV制御部
104 過給領域判定部
106 ABV閉故障診断部(閉故障診断部)
108 WGV制御部
S1、S2 圧力センサ(圧力測定部)
S3 エアフロセンサ(空気量測定部)

Claims (3)

  1. エンジンの排気流路に設けられたタービンを迂回する流路を開閉するウエイストゲートバルブと、
    前記エンジンの吸気流路に設けられたコンプレッサを迂回する流路を開閉するエアバイパスバルブと、
    前記吸気流路における前記コンプレッサの下流側の圧力を測定する圧力測定部と、
    前記吸気流路に流入する空気量を測定する空気量測定部と、
    を備えたエンジンの制御装置であって、
    前記吸気流路に配置されたスロットル弁が閉鎖されるときに前記エアバイパスバルブを開くABV制御部と、
    前記スロットル弁が閉鎖されたときの前記空気量測定部で測定された空気量の変動に基づき、前記エアバイパスバルブの閉故障を診断する閉故障診断部と、
    前記スロットル弁が閉鎖されるとき、前記圧力測定部で測定された圧力が所定の圧力未満である場合に前記ウエイストゲートバルブを閉鎖させるWGV制御部と、
    を備えることを特徴とする制御装置。
  2. エンジンの排気流路に設けられたタービンを迂回する流路を開閉するウエイストゲートバルブと、
    前記エンジンの吸気流路に設けられたコンプレッサを迂回する流路を開閉するエアバイパスバルブと、
    前記吸気流路における前記コンプレッサの下流側の圧力を測定する圧力測定部と、
    を備え、
    前記吸気流路に配置されたスロットル弁が閉鎖されるときに前記エアバイパスバルブを開くとともに、前記スロットル弁が閉鎖されたときの前記圧力測定部で測定された圧力の変動に基づき、前記エアバイパスバルブの閉故障を診断するエンジンの制御装置であって、
    前記スロットル弁が閉鎖されるとき、前記圧力測定部で測定された圧力が所定の圧力未満である場合は前記ウエイストゲートバルブを閉鎖するウエイストゲートバルブ閉鎖制御を行って前記エアバイパスバルブの閉故障を診断し、前記スロットル弁が閉鎖されるとき、前記圧力測定部で測定された圧力が前記所定の圧力未満でない場合は前記ウエイストゲートバルブ閉鎖制御を行うことなく前記エアバイパスバルブの閉故障を診断することを特徴とする制御装置。
  3. 前記所定の圧力は、前記エンジンの回転数が高いほど大きい値に設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の制御装置。
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