WO2012032597A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2012032597A1
WO2012032597A1 PCT/JP2010/065262 JP2010065262W WO2012032597A1 WO 2012032597 A1 WO2012032597 A1 WO 2012032597A1 JP 2010065262 W JP2010065262 W JP 2010065262W WO 2012032597 A1 WO2012032597 A1 WO 2012032597A1
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supercharging pressure
compressor
vane
pressure
intake
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孝祐 山本
昭寿 岩田
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine provided with a supercharger, and more particularly to the technical field of a control device for an internal combustion engine capable of detecting an abnormality of the supercharger.
  • a turbocharger in which a variable nozzle ring is provided at an exhaust gas inlet of a turbine, an inlet guide vane is provided at the blower inlet, and a diffuser ring is provided at the impeller outlet (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 2 the presence or absence of vane sticking in this type of supercharging pressure adjustment mechanism provided in the exhaust passage is determined based on the error between the normal supercharging pressure and the actual supercharging pressure. Techniques to do this are disclosed. Similarly, regarding the determination of the vane sticking on the exhaust side, for example, in Patent Document 3, when controlling the actual supercharging amount to be close to the target supercharging amount, a reference value calculated corresponding to the target supercharging amount is disclosed. Also disclosed is a technique for determining the presence or absence of the vane sticking based on whether or not the difference between the actual command value and the actual command value is within a preset range.
  • the conventional technical idea including the technical ideas disclosed in the above-mentioned various patent documents includes an increase in cost for a supercharger having a configuration in which the opening degree is variable on both the exhaust side and the intake side.
  • the exhaust side is provided with a VNT (Variable Nozzle : Turbine: variable nozzle turbine) and the intake side is provided with a VGC (Variable Geometry Compressor: variable geometry compressor).
  • VNT Very Nozzle : Turbine: variable nozzle turbine
  • VGC Very Geometry Compressor: variable geometry compressor
  • a supercharger such as a supercharger in which a supercharging pressure adjusting vane mechanism is provided on both the intake side and the exhaust side, it is possible to accurately distinguish between the vane fixation of the intake side vane mechanism and the vane fixation of the exhaust side vane mechanism. It is an object of the present invention to provide a control device for a possible internal combustion engine.
  • an internal combustion engine control apparatus is installed in an exhaust passage and has a turbine having an exhaust-side movable vane mechanism capable of adjusting an exhaust pressure according to an open / closed state, and the intake passage.
  • a turbocharger having a compressor having an intake side movable vane mechanism capable of adjusting an air flow rate according to an open / close state in the diffuser portion, and an actual supercharging pressure of the supercharger can be detected downstream of the compressor
  • An internal combustion engine comprising a detecting means, wherein the detected supercharging pressure over time is detected during a period when the target supercharging pressure change speed of the supercharger is equal to or greater than a predetermined value.
  • an “internal combustion engine” is a concept that encompasses an engine that can convert combustion energy of fuel into kinetic energy and take it out as power, for example, fuel type, fuel combustion mode, number of cylinders, cylinders
  • the practical aspects such as the arrangement, ignition mode, fuel supply mode, valve system configuration or intake / exhaust system configuration are not limited in any way as long as the supercharger according to the present invention is provided.
  • the control device for an internal combustion engine is a device for controlling such an internal combustion engine.
  • CPUs Central Processing Unit
  • MPU Micro Processing Unit
  • ECU Electronic Control Unit
  • various storage means such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a buffer memory, a flash memory, and the like may be incorporated or attached as necessary.
  • the “supercharger” is a supercharging means provided with a turbine such as a VNT having an exhaust side movable vane mechanism in an exhaust passage and a compressor such as a VGC having an intake side movable vane mechanism in an intake passage.
  • a turbine such as a VNT having an exhaust side movable vane mechanism in an exhaust passage
  • a compressor such as a VGC having an intake side movable vane mechanism in an intake passage.
  • the “vane mechanism” on both the exhaust side and the intake side preferably means a plurality of vanes for making the flow area of the working fluid flow path variable, an opening / closing mechanism for opening and closing the vane, and the A drive device or the like that applies a drive force to the opening / closing mechanism may be included.
  • the internal combustion engine according to the present invention includes detection means such as a supercharging pressure sensor (pressure sensor) capable of detecting the pressure of the intake air on the downstream side of the compressor, that is, the actual supercharging pressure of the supercharger.
  • the downstream side means the cylinder side, and the detection means is laid, for example, on the compressor outlet or the vicinity thereof, on the upstream side or downstream side of the intercooler, on the upstream or downstream side of the throttle valve, or on the intake manifold.
  • This detecting means is of a nature that can naturally be provided in an internal combustion engine equipped with a supercharger.
  • the time transition specifying means specifies the detected time transition of the actual boost pressure in the period.
  • “specific” related to the time transition specifying means is a concept encompassing detection, calculation, derivation, identification, estimation, selection or acquisition, etc., and is not limited to its practical aspect, and is referred to for control. It is meant to be determined as a possible value.
  • the period according to the present invention is the change rate of the target supercharging pressure of the supercharger (the change amount per unit time, and if the reference unit time is defined, that is, the change amount is replaced. May be a period when the value is equal to or greater than a predetermined value. As a preferred form, this period may coincide with a period in which the vehicle equipped with the internal combustion engine actually needs to be accelerated, but conceptually, the vehicle is not necessarily in an accelerated state or requires acceleration. You don't have to. In other words, the above-described period is a period in which the target supercharging pressure changes (increases) to such an extent that the abnormality determination of the supercharger based on the time transition of the actual supercharging pressure can maintain significance. Therefore, the “predetermined value” related to the period may be a value having a property that can be set in advance experimentally, empirically, theoretically, or based on simulation or the like.
  • the “time transition of the actual boost pressure” is not the actual boost pressure at one point in time series, but the change mode, the change state of the actual boost pressure defined quantitatively in a finite time range, Or a change characteristic etc. are meant. That is, the “time transition of the actual supercharging pressure” means, for example, the actual supercharging pressure or other control amount, physical quantity, or index value corresponding to the actual supercharging pressure one-to-one, one-to-many, many-to-one, or many-to-many. Although the practical aspects such as the amount of change, the rate of change or the time required for the change can vary widely, it is of a nature that requires at least some past actual supercharging pressure to define. The time transition of the actual supercharging pressure defined with the relationship with the past actual supercharging pressure plays an important role in the present invention.
  • the determination means determines an abnormality of at least one of the turbine and the compressor based on the time transition of the specified actual supercharging pressure.
  • determining an abnormality includes at least a binary determination of whether or not an abnormality is present, and classifying the state in stages between a normal state and an abnormal state, or This is intended to include the finer classification of the occurrence location of the above.
  • both the intake side movable vane mechanism and the exhaust side movable vane mechanism are similar in that the actual boost pressure is affected when the vane is fixed, only the actual boost pressure at one point in time series is obtained. As you can see, in fact it is not possible to determine which of these has caused vane sticking.
  • the time transition of the actual boost pressure is a characteristic of the actual boost pressure that is quantitatively defined in a constant or indefinite time range from the past to the present.
  • the changes that occur when the vanes are fixed are different. For example, when vane sticking occurs in the exhaust side movable vane mechanism, the actual supercharging pressure converges to a convergence value less than the target supercharging pressure after following the target supercharging pressure to some extent, but the intake side movable vane mechanism When vane sticking occurs, the actual supercharging pressure decreases rapidly due to choking (flow-path blockage) in the compressor after following the target supercharging pressure to some extent.
  • the control apparatus for an internal combustion engine it is detected whether or not vane sticking occurs in the intake side movable vane mechanism and the exhaust side movable vane mechanism based on the time transition of the actual supercharging pressure.
  • turbocharger when the turbocharger is actually controlled after the abnormality is detected or when the vehicle is evacuated, it is possible to take an appropriate measure according to the determination result of the determination means.
  • the detection means for giving the detection result of the actual supercharging pressure necessary for the abnormality determination is not specially installed for the abnormality determination. Therefore, according to the present invention, it is possible to make a good abnormality determination without an increase in cost and a deterioration in vehicle mountability by effectively using an old apparatus configuration without requiring new capital investment. It becomes.
  • the determination means determines an abnormality in at least one of the turbine (exhaust-side movable vane mechanism belongs to the turbine) and the compressor (intake-side movable vane mechanism belongs to the compressor). That is, the determination means may determine only one of the abnormalities (preferably both), but in view of the clear separation as described above, only one of the abnormalities is determined. Even if it is determined, the reliability regarding the determined abnormality (for example, presence or absence of abnormality) is clearly ensured.
  • the abnormality determined by the determining means is a vane sticking in each vane mechanism as a preferred embodiment, in particular, a vane sticking on the closing side (that is, sticking on the closing side with respect to the target opening degree). But is not necessarily limited to that).
  • it is intended to include various abnormalities that can occur in the supercharger, such as turbine blade damage, compressor impeller damage, shaft bearing wear or seizure, or gas leakage in the intake passage.
  • the present invention relates to a supercharger including both an exhaust side movable vane mechanism and an intake side movable vane mechanism.
  • the change mode of the actual supercharging pressure in a finite time range from the past to the present is Focusing on the differences between when the vane is fixed on the intake side movable vane mechanism and when the vane is fixed on the exhaust side movable vane mechanism.
  • Quantitative index of such a change mode With the technical idea that abnormality is determined based on the time transition of the actual supercharging pressure that does not have to be a standardized value, the accuracy of each vane mechanism can be increased without increasing costs or deteriorating vehicle mounting properties. This makes it possible to detect abnormal abnormalities.
  • the time transition specifying means reduces the detected actual boost pressure with respect to the detected peak value of the actual boost pressure.
  • the determination means determines that the compressor is abnormal when the specified decrease amount is equal to or greater than a predetermined value.
  • the amount of decrease with respect to the peak value of the actual supercharging in the period is specified as the time transition.
  • the actual supercharging pressure is rapidly increased by the start of choking in the compressor after the sticking has occurred or after an appropriate time has elapsed. descend. That is, the amount of decrease from the peak value increases corresponding to the elapsed time from the time of occurrence of vane sticking, one-to-one, one-to-many, many-to-one, or many-to-many. Therefore, it is possible to accurately determine that the compressor including the intake side movable vane mechanism is abnormal based on the amount of decrease.
  • the predetermined value provided for comparison with the amount of decrease is made as much as possible while excluding false detection of vane fixation based on, for example, experimentally, empirically, theoretically, or simulation.
  • the determination means starts the abnormality determination of the compressor when the detected actual supercharging pressure tends to decrease during the period
  • the control device for the internal combustion engine provides the determination means.
  • the determination mode of whether or not there is a tendency to decrease is not particularly limited.
  • the supercharger may fall into a kind of overspeed state.
  • Such an over-rotation state can accelerate the burn-in and wear of the supercharger to shorten its life, and can also affect the power performance of a vehicle equipped with an internal combustion engine.
  • the opening change prohibiting means is movable from the exhaustive side from a preventive standpoint in such a judgment period corresponding to a kind of gray zone (a period in which the possibility that the compressor is abnormal can be considered to be so high that it cannot be ignored).
  • the vane mechanism opening degree changing operation is prohibited (in addition, from the viewpoint of stopping the progress of the abnormality of the supercharger, it may include a mode in which the operation is remarkably restricted within a range in which safety is ensured). is there.
  • the opening change prohibiting means the opening change operation of the exhaust side movable vane mechanism is prohibited during the judgment period, so that even if the compressor is actually abnormal, an unnecessary load can be applied to the compressor. As a result, the turbocharger can be suitably protected.
  • the time transition specifying means specifies a change amount of the actual supercharging pressure in a predetermined period as the time transition, and the determination means is the detected When the actual supercharging pressure is less than the target supercharging pressure and the specified change amount is less than a predetermined value, it is determined that the turbine is abnormal.
  • the change amount of the actual supercharging pressure in the predetermined period is specified as the time transition.
  • the actual supercharging pressure becomes constant or substantially constant. Therefore, except for the case where the actual supercharging pressure follows the target supercharging pressure almost coincidentally, it is determined that the turbine is abnormal during the period when the actual supercharging pressure is constant or substantially constant. Can be reduced.
  • the “predetermined period” is a period necessary for making a determination that the turbine is abnormal, and the length thereof is, for example, when the exhaust-side movable vane mechanism is operating normally.
  • the specified change amount can be considered to change to a predetermined value or more, it may be defined in advance experimentally, empirically, theoretically, or based on simulation or the like.
  • the “predetermined value” used for comparison with the specified amount of change is a value with which the actual supercharging pressure can be determined to be constant or substantially constant. It can be determined in consideration of the relationship with the predetermined period, theoretically or based on simulation or the like.
  • the “predetermined period” related to the identification of the change amount and the “predetermined value” to be used for comparison with the change amount may have a certain correlation. That is, if the predetermined period is relatively long (short), the predetermined value of the change amount can be relatively large (small) accordingly. By utilizing such a relationship, it may be possible to ensure the determination accuracy related to the abnormality determination even when there is a time restriction in the determination of the abnormality.
  • the time transition specifying means specifies a deviation of the detected actual supercharging pressure with respect to the target supercharging pressure as the time transition, and the determining means When it is determined that the compressor is abnormal, it further determines the location of occurrence of abnormality in the compressor based on the air flow rate and the specified deviation.
  • the decrease in the actual supercharging pressure during the above period includes, for example, turbine blade damage, compressor impeller damage, shaft bearing wear or seizure, or gas in the intake passage. It may be caused by other abnormalities that may occur in the supercharger such as leakage (excluding vane sticking of the exhaust side movable vane mechanism as described above).
  • the compressor in making a determination that the compressor is abnormal, it is a deviation as a time transition (a deviation between the target supercharging pressure and the actual supercharging pressure.
  • the air flow rate of the compressor can be diverted from sensor values of various sensors normally provided in the internal combustion engine, such as an air flow meter.
  • a new configuration is used for classifying this kind of abnormal part. There is no cost increase due to the addition of elements.
  • the determination means determines at least whether or not the intake side movable vane mechanism is stuck on the closed side.
  • the opening degree of the intake side movable vane is specified based on the front-rear pressure ratio of the compressor and the air flow rate.
  • the vane opening at that time is specified by the opening specifying means.
  • various sensors normally provided in the internal combustion engine for example, provided on the upstream side of the air flow meter or the compressor
  • the sensor value of the intake air pressure sensor (the intake air pressure upstream of the compressor is typically atmospheric pressure) can be referred to. There is no need to attach a special sensor for the purpose of abnormality determination.
  • the vane opening when the vane opening is specified, at least one of the actual supercharging pressure and the air flow rate is corrected by the correcting means according to the specified opening.
  • the operating condition of the internal combustion engine is limited to an operating region where no choking occurs at the specified vane opening. Therefore, it is possible to operate the supercharger as efficiently as possible within the allowable range at that time by effectively utilizing the effectiveness of the determination means capable of accurately determining the abnormality of the supercharger. . As a result, a suitable retreat traveling (fail-safe traveling) of the vehicle is also possible.
  • the correction of the actual supercharging pressure may be performed, for example, by adjusting the vane opening degree of the normal exhaust-side movable vane mechanism or by exhaust bypass using a wastegate valve. Further, the correction of the air flow rate may be performed by adjusting the opening degree of the throttle valve, intake bypass by the intake bypass valve, or the like. At this time, the actual supercharging pressure and the air flow rate may be corrected in a coordinated manner.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram conceptually showing a configuration of an engine system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram conceptually showing a configuration of intake side vanes in the engine system of FIG. 1. It is the figure which represented notionally the relationship between the air flow rate Qc and the pressure ratio Rp. 2 is a flowchart of abnormality determination control executed by an ECU in the engine system of FIG. It is a figure which illustrates 1 hour transition of the supercharging pressure P3 in the execution period of the abnormality determination control of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a one-hour transition of a supercharging pressure change rate P3 ′ during the execution period of the abnormality determination control of FIG. 5.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram conceptually showing the configuration of the engine system 10.
  • an engine system 10 is mounted on a vehicle (not shown) and includes an ECU 100 and an engine 200.
  • the ECU 100 is an electronic control unit that includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like, and is configured to be able to control the entire operation of the engine 200. It is an example of a “control device for an internal combustion engine”.
  • the ECU 100 is configured to be able to execute abnormality determination control described later according to a control program stored in the ROM.
  • the ECU 100 is an integrated electronic control unit configured to function as an example of the “time transition specifying unit” and the “determination unit” according to the present invention, and all the operations related to these units are executed by the ECU 100. It is configured to be. However, the physical, mechanical, and electrical configurations of each of the units according to the present invention are not limited to this. For example, each of these units includes a plurality of ECUs, various processing units, various controllers, a microcomputer device, and the like. It may be configured as various computer systems.
  • Engine 200 is an in-line four-cylinder diesel engine that is an example of an “internal combustion engine” according to the present invention that uses light oil as fuel.
  • the outline of the engine 200 will be described.
  • the engine 200 has a configuration in which four cylinders 202 are arranged in parallel with a cylinder block 201. In each cylinder, air is sucked in the intake stroke, and fuel is injected into the cylinder. The atomized fuel and the intake air are agitated and mixed in the compression stroke to become an air-fuel mixture, and are combusted by self-ignition near the compression end.
  • the combustion energy accompanying this combustion is converted into kinetic energy by driving a crankshaft (not shown) via a piston and a connecting rod (not shown).
  • the rotation of the crankshaft is transmitted to drive wheels of a vehicle on which the engine system 10 is mounted, and the vehicle can travel.
  • Exhaust gas discharged from each cylinder in the exhaust stroke is collected in the exhaust manifold 203 and guided to an exhaust pipe 204 connected to the exhaust manifold 203.
  • the engine 200 includes a turbocharger 300, and the exhaust gas guided to the exhaust pipe 204 supplies exhaust heat energy to the turbine blade 302 of the turbocharger 300, and then a downstream catalytic device (not shown). ). Details of the turbocharger 300 will be described later.
  • the intake air is compressed by the rotation of the compressor impeller 307 constituting the turbocharger 300 and is supplied to the intercooler 206 installed on the downstream side of the compressor impeller 307.
  • the intercooler 206 is a cooling device for cooling the intake air after compression to improve the supercharging efficiency.
  • a throttle valve 207 is installed on the downstream side of the intercooler 206 in the intake pipe 205.
  • the throttle valve 207 is a valve that adjusts the intake air according to the open / close state, and is configured to be controlled by an actuator electrically connected to the ECU 100. That is, the throttle valve 207 constitutes a part of a so-called electronically controlled throttle device.
  • the intake pipe 205 is connected to the intake manifold 208 on the downstream side of the throttle valve 207.
  • the intake manifold 208 is connected to an intake port corresponding to each cylinder formed in the cylinder block 201.
  • the intake air guided to the intake manifold 208 is mixed with the gasoline injected in a mist form at the intake port, and as described above, the intake air is sucked into the cylinder when the intake valve (not shown) in each cylinder is opened.
  • the diesel engine is used.
  • the internal combustion engine according to the present invention may be, for example, a gasoline engine or uses an alcohol mixed fuel. It may be an engine.
  • the engine 200 collects exhaust heat, rotationally drives the turbine blade, compresses the intake air to a pressure higher than the atmospheric pressure using a compressor impeller that rotates integrally with the turbine blade, and supplies the compressed air to the downstream side (that is, excessive pressure).
  • the turbocharger 300 is an example of a “supercharger” according to the present invention.
  • the turbocharger 300 includes a VNT including a turbine housing 301, a turbine blade 302, a nozzle vane 303, and a variable nozzle actuator 304 (variable nozzle turbine, hereinafter, the term “VNT” is used when appropriate).
  • VNT variable nozzle turbine
  • the turbine housing 301 is a housing that houses the turbine blade 302 and the nozzle vane 303.
  • the turbine blade 302 is a rotor blade made of metal or ceramic that is configured to be rotatable around the turbo rotation shaft 305 by the pressure of the exhaust gas led to the exhaust pipe 204 (that is, the exhaust pressure).
  • the nozzle vane 303 is a blade-like member that is installed in the turbine housing 301 at an equal interval so as to surround the turbine blade 302 in an inlet portion corresponding to an inlet of exhaust to the turbine blade 302.
  • Each of these nozzle vanes 303 can be rotated at the same time around the predetermined rotation axis by a link-type rotation mechanism (not shown) within the inlet portion, and the exhaust pipe 204, the turbine blade 302, It is possible to change the communication area. More specifically, the communication area is minimum when the opening degree of the nozzle vane 303 is 0 ° (fully closed), and is maximized when the nozzle vane 303 is 90 ° (fully open).
  • the turbine 302 can be efficiently driven by controlling the nozzle vane 303 to the closed side in a light load region where the displacement is relatively small. It becomes possible.
  • the link type rotation mechanism for rotating the nozzle vane 303 is driven by the driving force supplied from the variable nozzle actuator (VNA) 304.
  • VNA variable nozzle actuator
  • the variable nozzle actuator 304 is electrically connected to the ECU 100, and the open / close state of the nozzle vane 303 is controlled by the ECU 100 according to the operating conditions of the engine 200.
  • the control aspect of the nozzle vane 303 may be a well-known thing, The detail is abbreviate
  • the nozzle vane 303 is controlled to the closed side in the light load region, and the exhaust gas regulating action by the nozzle vane 303 is not necessary in the high load region, so an increase in engine back pressure is avoided. Therefore, the nozzle vane 303 is controlled to the opening side.
  • variable nozzle mechanism including the nozzle vane 303 and the variable nozzle actuator 304 is an example of the “exhaust side movable vane mechanism” according to the present invention.
  • the turbocharger 300 includes a VGC (variable geometry compressor; hereinafter, the term “VGC” is used when appropriate), which includes a compressor housing 306, a compressor impeller 307, a diffuser vane 308, and a variable diffuser actuator 309. Prepare.
  • VGC variable geometry compressor
  • the compressor housing 306 is a housing that houses the compressor impeller 307 and the diffuser vane 308.
  • the compressor impeller 307 is configured so that air sucked into the intake pipe 205 from the outside via an air cleaner can be pumped and supplied to the downstream side by the pressure generated by the rotation accompanying the rotation of the turbine blade 302. A so-called supercharging is realized by the pumping effect of the intake air.
  • a plurality of diffuser vanes 308 are disposed at equal intervals so as to surround the compressor impeller 307 in a diffuser section that adjusts the flow velocity of intake air supplied via the compressor impeller 307 in the compressor housing 306 and extracts pressure energy. It is a shaped member. Each of these diffuser vanes 308 can be rotated at the same time in the diffuser portion around a predetermined rotation axis by a link-type rotation mechanism (not shown), and the compressor impeller 307 in the intake pipe 205 according to the open / close state thereof. It is possible to change the communication area between the side and the intercooler 206 side. More specifically, the communication area is minimum when the opening degree of the diffuser vane 308 is 0 ° (fully closed) and is maximized when it is 90 ° (fully open).
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the compressor impeller 307 viewed from the diffuser portion.
  • the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
  • FIG. 2A corresponds to the case where the diffuser vane 308 is fully closed (opening degree 0 °)
  • FIG. 2B corresponds to the case where the diffuser vane 308 is fully open (opening degree 90 °). It corresponds to the case of.
  • the flow path of the intake air that has passed through the compressor impeller 307 is most greatly throttled.
  • the diffuser vane 308 is in a fully open state, the flow path is hardly restricted.
  • the supercharging efficiency can be improved by controlling the diffuser vane 308 to the closed side in a light load region where the supercharging effect is relatively small. Is possible.
  • the vane opening degree of the diffuser vane 308 kept constant, the air flow rate reaches the choke flow rate at which choking occurs, and there is a high possibility that choking will occur.
  • the diffuser vane 308 opens stepwise or continuously, that is, the vane opening degree is changed in a stepwise or continuous manner with a shift from light load operation to high load operation (generally unambiguous with increase in supercharging pressure).
  • the drive is controlled to increase.
  • the configuration of the nozzle vane 303 described above is conceptually the same as that of the diffuser vane 308 shown in FIG.
  • variable diffuser actuator 309 is electrically connected to the ECU 100, and the open / close state of the diffuser vane 308 is controlled by the ECU 100 according to the operating conditions of the engine 200.
  • the control mode of the diffuser vane 308 may be a known one, and the details thereof are omitted here. However, qualitatively, in the light load region, the diffuser vane 308 is controlled to the closed side as described above, and in the high load region, the diffuser vane 308 is used to prevent a decrease in supercharging pressure due to choking (flow passage blockage). Controlled on the open side.
  • variable diffuser mechanism including the diffuser vane 308 and the variable diffuser actuator 309 is an example of the “intake side movable vane mechanism” according to the present invention.
  • the engine system 10 includes an air flow meter 209, an intake pressure sensor 210, a supercharging pressure sensor 211, an intake manifold pressure sensor 212, and an intake manifold intake air temperature sensor 213.
  • the air flow meter 209 is a sensor that can detect the air flow rate Qc, which is the amount of intake air sucked from the outside.
  • the air flow meter 209 is electrically connected to the ECU 100, and the detected air flow rate Qc is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite period.
  • the intake pressure sensor 210 is a sensor installed on the downstream side of the air flow meter 209 and capable of detecting the intake pressure P0 (substantially equivalent to atmospheric pressure) as the pressure of the intake air.
  • the intake pressure sensor 210 is electrically connected to the ECU 100, and the detected intake pressure P0 is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite period.
  • the supercharging pressure sensor 211 is a sensor installed between the VGC and the intercooler 206 and capable of detecting the supercharging pressure P3.
  • the supercharging pressure sensor 211 is electrically connected to the ECU 100, and the detected supercharging pressure P3 is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite period.
  • the intake manifold pressure sensor 212 is a sensor installed in the intake manifold 208 and capable of detecting the intake manifold pressure Pim, which is the pressure in the intake manifold.
  • the intake manifold pressure sensor 212 is electrically connected to the ECU 100, and the detected intake manifold pressure Pim is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite period.
  • the intake manifold intake air temperature sensor 213 is a sensor installed in the intake manifold 208 and capable of detecting the intake manifold intake air temperature Tim, which is the temperature of the intake air in the intake manifold.
  • the intake manifold intake air temperature sensor 213 is electrically connected to the ECU 100, and the detected intake manifold intake air temperature Tim is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite period.
  • the horizontal axis represents the air flow rate Qc, and the vertical axis represents the pressure ratio Rp.
  • FIG. 3 shows a surge limit line Sg (see a thin solid line) and a turbo limit line Tb (see a thin broken line) corresponding to two types of diffuser vane openings Adfs for convenience.
  • the surge limit line Sg and the turbo limit line Tb corresponding to the relatively small, that is, the closing side diffuser vane opening Adfscl are the surge limit line Sgcl and the turbo limit line Tbcl shown in the figure, respectively, and are relatively large.
  • Both lines corresponding to the open side diffuser vane opening Adfsop are a surge limit line Sgop and a turbo limit line Tbop, respectively.
  • the diffuser vane 308 has a configuration in which the diffuser vane opening degree Adfs can be continuously changed.
  • a large number of surge limits originally corresponding to a large number of diffuser vane opening degree Adfs are present.
  • Line Sg and turbo limit line Tb may be defined.
  • the diffuser vane 308 is binary between the closing diffuser vane opening Adfscl and the opening diffuser vane opening Adfsop. The description will be continued assuming that
  • the surge limit line Sg is a line that defines the surge limit of the VGC (variable geometry compressor) that constitutes the turbocharger 300.
  • the surge limit line Sg is a region on the smaller air amount side (left side in the figure) than the surge limit line Sg or a high pressure ratio. It means that the region on the side (upper side in the figure) is a surge region. In the surge region, surging as a resonance phenomenon occurs in the compressor impeller 307, and the supercharging efficiency of the turbocharger 300 is extremely reduced.
  • the turbo limit line Tb is a line that defines the limit of the turbine rotational speed of the VNT (variable nozzle turbine) that constitutes the turbocharger 300.
  • the turbocharger 300 has a larger air amount side than the turbo limit line Tb (in the drawing). It means that it cannot operate in the area on the right side) or the area on the high pressure ratio side (upper side in the figure).
  • the air flow rate Qc gradually increases, and when the turbo limit line Tb is reached, the pressure ratio Rp rapidly decreases. This is because even if an attempt is made to increase the air flow rate Qc beyond the turbo limit line Tb, the flow passage is blocked by the diffuser vane 308, so-called choking, and the supercharging pressure is rapidly reduced.
  • the actual operation region of the turbocharger 300 is limited to a region sandwiched between the surge limit line Sg and the turbo boundary line Tb.
  • the target boost pressure Ptg of the turbocharger 300 is set based on the required load (or target intake air amount) of the engine 200 that can be determined according to the engine speed Ne, the accelerator opening degree Ta, and the like. Is done. Therefore, when the driver makes an acceleration request, for example, by depressing the accelerator pedal, the target boost pressure Ptg tends to increase.
  • the supercharging pressure P3 that is the actual supercharging pressure of the turbocharger 300 is controlled so as to follow the target supercharging pressure Ptg.
  • the nozzle vane opening degree Anzl of the VNT is driven and controlled on the valve closing side, or an exhaust bypass valve and an intake bypass valve are separately provided, these are controlled on the valve closing side.
  • the diffuser vane opening degree Adfs is fixed, as described above, choking occurs in a high load region (that is, a region where the air flow rate Qc is large). Therefore, mainly during the acceleration request period in which the difference from the target boost pressure Ptg increases, the diffuser vane 308 is also driven and controlled to the valve opening side at an appropriate timing.
  • FIG. 3 shows the switching operation point mc (see a black circle).
  • the switching operating point mc crosses the surge limit line Sg (that is, Sgop in this case) corresponding to the diffuser vane opening after the transition (that is, the open side Adfsop in this case) to the high load side. It is set near the point in time. This is because, as the diffuser vane opening is smaller, the high efficiency region where the turbo efficiency (supercharging pressure with respect to the work applied to the turbocharger 300) is higher approaches the surge limit line. This is because when the opening of the diffuser vane opening is already selected, efficient supercharging can be realized.
  • the operating region of the turbocharger 300 changes to a relatively high load region defined by the surge limit line Sgop and the turbo limit line Tbop.
  • the boost pressure P3 can be satisfactorily followed with respect to the increase in Ptg.
  • the turbocharger 300 operates according to a normal operation line indicated by a thick solid line in the drawing.
  • the diffuser vane opening degree Adfs is continuously switched, basically, as shown in FIG. 3, at the switching operation point corresponding to the opening degree on the opening side from the present time, the diffuser vane opening degree Adfs are sequentially selected, and the efficient operation of the turbocharger 300 is ensured.
  • the diffuser vane opening degree Adfs remains Adfscl even at the switching operation point mc, and the operation line of the turbocharger 300 becomes as shown by a thick broken line in the drawing. That is, as the air flow rate Qc increases, the pressure ratio Rp starts to rapidly decrease due to choking from the time when the operating point of the turbocharger 300 reaches the turbo limit line Tbcl. As a result, there is a possibility that the operating point enters the choking region surrounded by the broken line frame CK shown in the figure.
  • the vane opening side sticking generated on the VNT side and the vane closing side sticking generated on the VGC side are accurately separated. .
  • FIG. 4 is a flowchart of the abnormality determination control.
  • the ECU 100 calculates a change amount ⁇ Ptg of the target supercharging pressure of the turbocharger 300 (step S101).
  • the change amount ⁇ Ptg is calculated every predetermined period, and the change amount ⁇ Ptg in step S101 is equivalent to the change rate of the target boost pressure.
  • the calculated change amount ⁇ Ptg is an example of the “target boost pressure change speed” according to the present invention.
  • the ECU 100 acquires sensor values at predetermined intervals from various sensors provided in the engine system 10. Therefore, the ECU 100 always knows the air flow rate Qc, the intake pressure P0, the supercharging pressure P3, the intake manifold intake pressure Pim, and the intake manifold intake temperature Tim.
  • the ECU100 determines whether or not the calculated change amount ⁇ Ptg is larger than a predetermined value A (step S102).
  • the predetermined value A is a value that defines whether or not the vehicle is in an acceleration state that can sufficiently perform the abnormality determination, and is a fixed value stored in advance in the ROM.
  • the abnormality determination control since the abnormality determination control according to the present embodiment performs abnormality determination based on the time transition of the actual supercharging pressure, the target supercharging pressure Ptg is unchanged from the original level or similar to that level. Therefore, it is difficult to ensure the accuracy of determination related to abnormality determination. In other words, the abnormality determination control can be executed whenever the vehicle is in a sufficiently accelerated state.
  • the predetermined value A is a value in a range that can be sufficiently taken on a daily basis, and in that sense, the abnormality determination opportunity is sufficiently secured.
  • step S102 When the change amount ⁇ Ptg is equal to or less than the predetermined value A (step S102: NO), the process is returned to step S101, and a series of processes is repeated.
  • step S102: YES when the change amount ⁇ Ptg is larger than the predetermined value A (step S102: YES), that is, when the abnormality determination condition is satisfied, the ECU 100 determines whether or not the boost pressure P3 is less than the target boost pressure Ptg. Is determined (step S103).
  • the supercharging pressure P3 is equal to or higher than the target supercharging pressure Ptg (step S103: NO)
  • the ECU 100 deletes a peak value P3pk described later from the memory (step S107), returns the process to step S101, and performs a series of processes. repeat.
  • target boost pressure increase period a period in which the target boost pressure change amount ⁇ Ptg is larger than the predetermined value A.
  • the ECU 100 acquires the peak value P3pk of the supercharging pressure P3 and stores it in a memory (for example, RAM) (step S104).
  • the peak value P3pk of the supercharging pressure P3 is a peak value that the supercharging pressure P3 takes in the process of following the target supercharging pressure Ptg during the target supercharging pressure increasing period, and the supercharging pressure P3 is the target supercharging.
  • the value is basically updated to the value of the boost pressure P3 at that time.
  • the peak value P3pk is not updated (if it is equal to the previous value, it may or may not be updated).
  • the ECU 100 determines whether or not a peak deviation (that is, P3pk ⁇ P3), which is a deviation between the acquired peak value P3pk and the latest supercharging pressure P3, is larger than a predetermined value B (step S105). Will be described later.
  • a peak deviation that is, P3pk ⁇ P3
  • P3pk ⁇ P3 a peak deviation between the acquired peak value P3pk and the latest supercharging pressure P3
  • step S105 when the peak deviation is equal to or less than the predetermined value B (step S105: NO), the ECU 100 determines whether or not the supercharging pressure P3 is constant (step S108).
  • “constant” means that the deviation between the current value and the previous value of the supercharging pressure P3 is within the reference value.
  • step S108: NO the ECU 100 returns the process to step S101 and repeats a series of processes.
  • the conditions at which step S108 branches to the “NO” side include a case where the supercharging pressure P3 continues to follow the target supercharging pressure Ptg and a case where the peak deviation of the supercharging pressure P3 is still predetermined. The case where the value is B or less is included.
  • step S108 When the supercharging pressure P3 is constant (step S108: YES), the ECU 100 determines whether or not the period during which the supercharging pressure P3 is constant continues for a predetermined period (step S109). When the period during which the supercharging pressure P3 is constant is less than the predetermined period (step S109: NO), the ECU 100 returns the process to step S101 and repeats a series of processes.
  • step S109 When the supercharging pressure P3 is constant for a predetermined period or longer (step S109: YES), the ECU 100 determines that the nozzle vane 303 of the VNT is open-side stuck (step S110).
  • step S106 or step S110 is executed, that is, when VGC closed-side sticking or VNT open-side sticking is detected, the abnormality determination control ends. Further, when the turbocharger 300 is normal and the supercharging pressure P3 follows the target supercharging pressure Ptg within a range where there is no problem, the abnormality determination control is always looped between corresponding steps.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a one-hour transition of the supercharging pressure P3 during the execution period of the abnormality determination control.
  • the vertical axis represents the target boost pressure Ptg and the boost pressure P3 (that is, the pressure value), and the horizontal axis represents time.
  • the amount of change in the target boost pressure Ptg exceeds the predetermined value A, and update processing for the peak value P3pk of the boost pressure P3 is started.
  • the time transition of the target supercharging pressure Ptg is the illustrated PRF_Ptg (see the one-dot chain line)
  • the turbocharger 300 is normal
  • the time transition of the supercharging pressure P3 is as illustrated in the PRF_P31 (see the two-dot chain line). . That is, the supercharging pressure P3 follows the target supercharging pressure Ptg with a certain time delay, temporarily overshoots, and then converges to the target supercharging pressure Ptg.
  • the operating point of the turbocharger 300 (in short, the air flow rate Qc) reaches a value defined by the turbo limit line Tb, mild choking starts and the supercharging pressure P3 starts to decrease rapidly.
  • the peak value P3pk of the supercharging pressure P3 is determined at a certain time.
  • the predetermined value B is reduced to a value corresponding to a time point earlier in time series than a time point at which severe choking that cannot be ignored in practice occurs (for example, time T3 in the drawing). It is formulated in advance as a value that specifies whether or not.
  • the actual boost pressure P3 when the nozzle vane 303 of the VNT is in the open side fixed state, the actual boost pressure P3 similarly stops following the target boost pressure Ptg.
  • the actual supercharging pressure P3 does not decrease for the closed-side fixing of the nozzle vane 303. That is, even if the nozzle vane 303 is stuck to the open side, the exhaust gas supply to the turbine blade 302 is only limited, and the supercharging pressure P3 does not greatly decrease from the already reached supercharging pressure. is there. Therefore, if the time transition is used as a criterion, it is possible to accurately separate the open side fixing of the nozzle vane 303 and the close side fixing of the diffuser vane 308.
  • the time transition of the supercharging pressure P3 during the target supercharging pressure increase period is completely different between the closing side fixing of the nozzle vane 303 and the opening side fixing of the diffuser vane 308. Focusing on the different points, the detection value of the sensor inherent in the engine system 10 is used, without causing problems such as an increase in cost, deterioration in vehicle mountability, and an increase in control load, and accurately. Abnormality can be determined.
  • the diffuser vane 308 is fixed on the closed side based on the peak deviation (an example of “time transition of the actual supercharging pressure” according to the present invention) that is the amount of decrease in the supercharging pressure P3 from the peak value P3pk.
  • the determination criterion for the determination is not limited to the peak deviation, and other indicators can be applied.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a one-hour transition of the supercharging pressure change rate P3 ′ during the target supercharging pressure increase period
  • FIG. 7 similarly shows the supercharging pressure change rate during the target supercharging pressure increase period. It is a figure which illustrates other time transition of P3 '.
  • the same reference numerals are given to portions overlapping each other, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • the supercharging pressure change rate P3 ' is a time change rate of the supercharging pressure P3, and is equal to the change amount if the calculation period is constant.
  • the "time transition of the actual supercharging pressure" according to the present invention can be defined as follows.
  • the target boost pressure Ptg starts to change at time T4.
  • the period in which the supercharging pressure change rate P3 'takes a positive value is a period in which the supercharging pressure P3 is increasing, and it can be determined that choking has not yet occurred.
  • the supercharging pressure P3 starts to decrease from the peak value P3pk if compared to the above-described embodiment.
  • the detected time value is determined according to the present invention. It can be used as an example of “time transition of supercharging pressure”. For example, as shown in the figure, it can be determined that the diffuser vane 308 is in the closed-side stuck state at time T6 when the time value reaches a reference value ⁇ T (which can be experimentally determined in advance). .
  • FIG. 7 illustrates the time transition of the supercharging pressure change rate P3 ′ similar to FIG. 6, but the abnormality determination is started at time T7, and the supercharging pressure change rate P3 ′ reaches the reference value C. It may be determined that the diffuser vane 308 is in the closed-side stuck state at the time T8. At this time, the supercharging pressure change rate P3 ′ is continuously monitored after time T7, and it is clear that reaching the reference value C at time T8 is not temporary. That is, such a determination mode is also an example of the determination using the “time transition of the actual supercharging pressure” according to the present invention, which correlates with the past supercharging pressure behavior.
  • the determination on the closed-side sticking of the diffuser vane 308 is performed based on the amount of decrease (peak deviation) when the supercharging pressure P3 decreases from the peak value P3pk.
  • the decrease in the supply pressure from the peak value may occur for reasons other than the adhesion of the diffuser vane 308 on the closed side. That is, although it is possible to isolate the cause between the nozzle vane 303 and the diffuser vane 308 as described above, from the viewpoint of performing a finer abnormality determination, the abnormality determination control according to the first embodiment has a slight amount. There is no room for improvement.
  • FIG. 8 is a flowchart of the abnormality determination control.
  • the same reference numerals are given to the same portions as those in FIG. 4, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • step S104 when the peak value P3pk is stored (step S104), the ECU 100 stores the peak value Qcpk of the air flow rate Qc while appropriately updating it (step S201).
  • the concept of the peak value related to the air flow rate Qc is the same as that of the supercharging pressure P3.
  • step S105 when the peak deviation is larger than the predetermined value B in step S105 (step S105: YES), the ECU 100 calculates the peak deviation (that is, Qcpk ⁇ Qc) of the air flow rate Qc, and the calculated peak deviation is It is determined whether or not it is equal to or less than a predetermined value D (step S202).
  • the ECU 100 determines that the air flow deviation (ie, Qim ⁇ Qc), which is the deviation between the intake manifold air flow Qim and the air flow Qc, is less than or equal to the predetermined value E. It is determined whether or not (step S203).
  • the air density is calculated from the sensor values of the intake manifold pressure Qim and the intake manifold intake temperature Tim, and secondly, the calculated air density and the engine of the engine 200 are calculated. It is calculated by performing arithmetic processing based on the rotational speed Ne, the displacement of the engine 200, and the volumetric efficiency of the engine 200. Note that the detailed calculation formula of the intake manifold air flow rate Qim is irrelevant to the gist of the present embodiment, and is omitted here.
  • step S203 determines that the diffuser vane 308 is in the closed side fixing state (step S106).
  • the air detected by the air flow meter 209 has a peak deviation of the air flow rate Qc that is equal to or less than the predetermined value D.
  • the difference between the flow rate Qc and the air flow rate Qim of the intake manifold 208 (air flow rate deviation) is equal to or less than a predetermined value E is a criterion for closing the diffuser vane 308 on the closed side.
  • step S202: NO when the peak deviation of the air flow rate Qc is larger than the predetermined value D in step S202 (step S202: NO), the ECU 100 performs an abnormality determination indicating that the turbocharger 300 has a hardware failure (step S205).
  • step S203: NO when the air flow rate deviation is larger than the predetermined value E in step S203 (step S203: NO), the ECU 100 performs an abnormality determination that intake air leakage occurs downstream of the VGC (step S204).
  • a hole is formed in the pipe wall, a seal leak occurs at the connecting portion of the intake pipes via a coupler, a flange, or the like, or a hose is disconnected in a part of the intake passage
  • a coupler for example, if there is an intake air leak in the intake pipe 205 downstream of the VGC, the air flow deviation becomes large between the intake manifold 208 and the intake pipe 205 upstream of the VGC.
  • an appropriate value that can be accurately determined for intake air leakage is set as the predetermined value E in advance, experimentally, empirically, theoretically, or based on simulation or the like, In the first embodiment, it is possible to accurately determine that the decrease in the supercharging pressure P3 caused by the closing-side sticking of the diffuser vane 308 is caused by intake air leakage.
  • a hardware abnormality of the turbocharger 300 having a larger scale than the movable vane mechanism has occurred, such as breakage, damage or damage of the turbine blade 302, bearing seizure of the turbo rotating shaft 304, or breakage, damage or damage of the compressor impeller 307.
  • the compressor impeller 307 is not normally driven to rotate, so the air flow rate Qc decreases almost instantaneously when this type of abnormality occurs. Therefore, the air flow rate Qc that should not decrease from the peak value Qcpk during the target boost pressure increase period decreases.
  • an appropriate value that can be accurately determined for hardware abnormality of the turbocharger 300 while avoiding erroneous determination is set as the predetermined value D in advance experimentally, empirically, theoretically, or based on simulation or the like. If this is the case, the decrease in the supercharging pressure P3 caused by the closed-side adherence of the diffuser vane 308 in the first embodiment may be caused by the more serious hardware failure of the turbocharger 300. This makes it possible to make a correct determination.
  • the portion related to the abnormality determination of the turbocharger 300 has been discussed. However, in view of the fact that an accurate abnormality determination related to the turbocharger 300 is possible, a corresponding fail-safe measure is taken. Can also have practical implications.
  • the ECU 100 functions as an example of the “opening specifying means” and the “correction means” according to the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart of the fail safe control.
  • the ECU 100 determines whether or not it is determined that the diffuser vane 308 is closed-side stuck (step S301). Such determination can be made easily by taking appropriate measures, such as setting an appropriate flag when determining whether the diffuser vane 308 is closed, in the abnormality determination control according to the first or second embodiment described above. It is.
  • step S301 NO
  • the ECU 100 proceeds to step S301 until step S301 branches to the “YES” side, that is, until the diffuser vane 308 is closed. This process is repeated.
  • the ECU 100 estimates the diffuser vane opening degree Adfs (step S302). At this time, the ECU 100 estimates the diffuser vane opening degree Adfs based on the supercharging pressure P3 and the air flow rate Qc at that time.
  • the relationship between the diffuser vane opening degree Adfs, the supercharging pressure P3 (or pressure ratio Rp) and the air flow rate Qc is as illustrated in FIG. (Although only two types are illustrated in FIG. 3, a plurality of openings are actually set as described above), and the opening corresponding to the supercharging pressure P3 and the air flow rate Qc at that time is selected.
  • the diffuser vane opening degree Adfs is preferably estimated by appropriately interpolating.
  • the ECU 100 refers to the restriction map stored in advance in the ROM, and acquires the pressure ratio Rp (or the supercharging pressure P3) and the restriction value of the air flow rate Qc (step). 303). When these limit values are acquired, the ECU 100 limits the operation of the turbocharger 300 based on the acquired limit values (step S304). The fail safe control is executed in this way.
  • FIG. 10 is a schematic diagram conceptually showing the restriction map.
  • the vertical axis represents the pressure ratio Rp
  • the horizontal axis represents the air flow rate Qc.
  • the ROM stores in advance a limit value map in which the limit line shown in FIG. 10 is digitized.
  • the ECU 100 determines the turbocharger 300 according to the limit line corresponding to the estimated diffuser vane opening Adfs. Limit operation. More specifically, the ECU 100 prohibits the operation of the turbocharger 300 on the high load side (the side on which Qc increases) and the high boost pressure side (the side on which Rp increases) from the corresponding limit line.
  • the ECU 100 prohibits the operation of the turbocharger 300 on the high load side (the side on which Qc increases) and the high boost pressure side (the side on which Rp increases) from the corresponding limit line.
  • drive control of the exhaust bypass valve may be performed, and when an intake bypass valve is provided on the intake side, The drive control of the intake bypass valve may be performed, or the fuel injection amount in the engine 200 may be limited.
  • the operation of the turbocharger 300 can be limited according to the diffuser vane opening degree Adfs at the time of fixing. For this reason, it is possible to operate the turbocharger 300 as efficiently as possible within an allowable range while reliably preventing the occurrence of choking due to the closing-side fixing of the diffuser vane 308. That is, a suitable fail safe is realized.
  • FIG. 11 is another schematic diagram of the restriction map
  • FIG. 12 is yet another schematic diagram of the restriction map.
  • the operation permission area of the turbocharger 300 is shown as a hatching area.
  • This operation permission region is, for example, one operating point of the turbocharger 300 defined by the air flow rate Qc and the pressure ratio Rp when the diffuser base 308 is determined to be closed on the closed side in the first or second embodiment. It is a rectangular area as a vertex.
  • FIG. 11 shows a case where this operating point is the illustrated operating point M1 (Qc1, Rp1).
  • the allowable maximum value (that is, the limit value) of the air flow rate Qc is Qc1
  • the allowable maximum value (that is, the limit value) of the pressure ratio Rp is Rp1.
  • the turbocharger 300 is permitted to operate only in an operation region (that is, an operation permission region) that is less than or equal to the allowable maximum value.
  • the ROM stores a restriction map in which the relationship shown in FIG. 11 is digitized.
  • the operation permission area of the turbocharger 300 is shown as a hatching area on the coordinate plane in which the supercharging pressure P3 and the air flow rate Qc are arranged on the vertical axis and the horizontal axis, respectively.
  • This operation permission region is, for example, one operating point of the turbocharger 300 defined by the air flow rate Qc and the pressure ratio Rp when the diffuser base 308 is determined to be closed on the closed side in the first or second embodiment. It is a rectangular area as a vertex.
  • FIG. 12 shows a case where this operating point is the illustrated operating point M2 (Qc1, P3B).
  • the allowable maximum value (ie, limit value) of the air flow rate Qc is Qc1
  • the allowable maximum value (ie, limit value) of the supercharging pressure P3 is P3B.
  • the turbocharger 300 is permitted to operate only in an operation region (that is, an operation permission region) that is less than or equal to the allowable maximum value.
  • the ROM stores a restriction map in which the relationship shown in FIG. 12 is digitized.
  • FIG. 13 is a flowchart of the abnormality determination control according to the fourth embodiment.
  • the same reference numerals are given to the same portions as those in FIG. 8, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • step S401 when the storage of the air flow rate Qcpk in step S201 is started (step S201), the ECU 100 determines whether or not the supercharging pressure P3 tends to decrease (step S401).
  • “decreasing tendency” means that the supercharging pressure P3 is less than the previous detected value, but from the viewpoint of more flexible operation, the deviation from the previous value is a sensor detection error equivalent value. It may mean the above.
  • step S402 the operation restriction of the VNT means a measure for prohibiting the change of the opening degree of the nozzle vane 303 provided in the VNT. That is, in step S402, the nozzle vane opening degree Anzl, which is the opening degree of the nozzle vane 303, is held at the value at that time.
  • the operation according to step S402 is an example of the operation of the “opening angle change prohibiting means” according to the present invention.
  • step S105 when the operation restriction of VNT is started, the process proceeds to step S105.
  • step S105 when the peak deviation of supercharging pressure P3 is B or less (step S105: NO), the process returns to step S401. In other words, as long as the decreasing tendency of the supercharging pressure P3 continues, the operation restriction of the VNT is also continued.
  • step S105 If the peak deviation of the supercharging pressure P3 exceeds B in the process in which the decreasing tendency of the supercharging pressure P3 continues (step S105: YES), the processing after step S202 described in the second embodiment is executed.
  • the VNT operation restriction is released.
  • the turbocharger 300 does not function normally, so it is desirable to take some fail-safe measures. VNT operational restrictions may be reinitiated or continued as part of this type of fail-safe measure.
  • step S401 NO
  • step S401: NO the supercharging pressure P3 is increasing or stagnating to follow the target supercharging pressure Ptg.
  • the ECU 100 cancels the operation restriction of the VNT, assuming that there is a low possibility that at least an intake-side abnormality has occurred (step 403).
  • the process proceeds to step S108.
  • the VNT nozzle vane 303 is opened in the determination period as a period from when the actual supercharging pressure P3 shows a tendency to decrease to when some abnormality determination is completed. Change is prohibited. Therefore, during such a determination period, the turbocharger 300 is prevented from falling into an overspeed state by, for example, driving the nozzle vane 303 to the valve closing side under the normal control mode of the VNT. Accordingly, the turbocharger 300 can be suitably protected.
  • this determination period is a period during which the abnormality determination of the VGC is executed, and it is a period corresponding to the gray zone, that is, the VGC is not necessarily abnormal.
  • the operation of the VNT is not limited.
  • the determination period is a short period as an absolute value on the real time axis.
  • step S401 may branch to the “NO” side even if the VNT operation restriction is started. As a result, the operation restriction of the VNT is immediately released. Therefore, no problem occurs in actual operation of the turbocharger 300.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and the control of the internal combustion engine accompanying such a change.
  • the apparatus is also included in the technical scope of the present invention.
  • the present invention can be applied to an internal combustion engine including a supercharger having a supercharging pressure adjusting vane mechanism on the intake side and the exhaust side.

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Abstract

吸気側及び排気側双方に過給圧調整用のベーン機構を設けた過給器において正確な異常判定を実現する。 排気通路(204)に設置され且つ開閉状態に応じて排気圧を調整可能な排気側可動ベーン機構(303、304)を有するタービンと、吸気通路(205)に設置され且つディフューザ部に開閉状態に応じて空気流量を調整可能な吸気側可動ベーン機構(308、309)を有するコンプレッサとを備えた過給器(300)と、コンプレッサ下流側において過給器の実過給圧を検出可能な検出手段(211)とを備えた内燃機関(200)を制御する装置(100)は、過給器の目標過給圧の変化速度が所定値以上となる期間において、実過給圧の時間推移を特定する時間推移特定手段と、特定された時間推移に基づいてタービン及びコンプレッサのうち少なくとも一方の異常を判定する判定手段とを具備する。

Description

内燃機関の制御装置
 本発明は、過給器を備えた内燃機関に係り、特に当該過給器の異常を検出可能な内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
 タービンの排気ガス入り口に可変ノズルリングを設けると共に、そのブロワ入り口にインレットガイドベーンを設け、その羽根車出口にディフューザリングを備えた過給器が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
 一方、特許文献2には、正常時の過給圧と実際の過給圧との誤差に基づいて、排気通路に備えられたこの種の過給圧調整用の機構におけるベーン固着の有無を判定する技術が開示されている。また、同様に排気側のベーン固着の判定に関し、例えば特許文献3には、実過給量を目標過給量に近づけるように制御する際、目標過給量に対応して算出された基準値と実指令値との差が予め設定された範囲内にあるか否かに基づいて、当該ベーン固着の有無を判定する技術も開示されている。
 尚、圧力比と流量とに基づいて可変ディフューザの開度を求める構成も開示されている(例えば、特許文献4参照)。
 また、過給器のフェールセーフを図る観点からは、ターボ過給器の故障が判定された場合に電動コンプレッサの作動を停止させ、内燃機関の運転状態を、機関出力が制限される退避モードに切り替える技術も開示されている(例えば、特許文献5参照)。
特開昭61-205330号公報 特開2005-315163号公報 特開2005-273568号公報 特開平9-079178号公報 特開2006-188989号公報
 特許文献1に開示されるような、排気側と吸気側とに夫々過給圧の調整を行うためのベーン機構を備えた過給器においては、排気側のベーン固着も吸気側のベーン固着も、実過給圧の振る舞いが正常時と変化する点については同様である。従って、この種の過給器においてベーン固着の有無を判定するにあたって、上記特許文献2又は3に開示されるが如き、その時点での目標過給圧と実過給圧との偏差に対応する物理量、制御量或いは指標値等を用いたとしても、排気側と吸気側のいずれでベーン固着が生じているのかについては、実は全く切り分けることができない。
 ここで、ベーン固着を検出するだけでよければ、排気側及び吸気側に夫々ベーン開度を検出可能なセンサを設けることも考えられるが、コスト或いは車両搭載性等、一般的な車両開発の制約に鑑みると、故障検出に特化した検出手段を別途設置するのは困難である。
 即ち、上記各種特許文献に開示される技術思想を含む旧来の技術思想には、排気側及び吸気側の双方に開度が可変なベーン機構を設けた構成を有する過給器について、コストの増加や車両搭載性の悪化を伴うことなく精細な故障検出を行うことが実質的に不可能であるという技術的問題点がある。また、このような問題点を有することにより、この種の過給器を搭載する内燃機関を実際に運用するにあたって的確な対策を講じることも困難であり、必然的にこの種の故障発生時において内燃機関の性能低下の度合いが大きくなり易い。
 本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、排気側にVNT(Variable Nozzle Turbine:可変ノズルタービン)を、吸気側にVGC(Variable Geometry Compressor:可変ジオメトリコンプレッサ)を夫々備えた過給器等、吸気側及び排気側双方に過給圧調整用のベーン機構を設けた過給器において、吸気側ベーン機構のベーン固着と排気側ベーン機構のベーン固着とを正確に切り分けることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
 上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気通路に設置され且つ開閉状態に応じて排気圧を調整可能な排気側可動ベーン機構を有するタービンと、吸気通路に設置され且つディフューザ部に開閉状態に応じて空気流量を調整可能な吸気側可動ベーン機構を有するコンプレッサとを備えた過給器と、前記コンプレッサ下流側において前記過給器の実過給圧を検出可能な検出手段とを備えた内燃機関を制御する装置であって、前記過給器の目標過給圧の変化速度が所定値以上となる期間において、前記検出された実過給圧の時間推移を特定する時間推移特定手段と、該特定された時間推移に基づいて前記タービン及び前記コンプレッサのうち少なくとも一方の異常を判定する判定手段とを具備することを特徴とする。
 本発明において、「内燃機関」とは、燃料の燃焼エネルギを運動エネルギに変換して動力として取り出すことが可能な機関を包括する概念であり、例えば燃料種別、燃料の燃焼形態、気筒数、気筒配列、着火態様、燃料の供給態様、動弁系の構成或いは吸排気系の構成等、その実践的態様は、本発明に係る過給器を備える限りにおいて如何様にも限定されない趣旨である。
 本発明に係る内燃機関の制御装置は、このような内燃機関を制御する装置であって、例えば、一又は複数のCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、ECU(Electronic Control Unit)、各種プロセッサ又は各種コントローラ等の実践的態様を採り得る。尚、これらには必要に応じて更にROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等が内蔵又は付設されていてもよい。
 本発明に係る「過給器」とは、排気側可動ベーン機構を有するVNT等のタービンを排気通路に、また吸気側可動ベーン機構を有するVGC等のコンプレッサを吸気通路に夫々備えた過給手段である。尚、排気側吸気側共々、「ベーン機構」とは、好適には、作動流体の流路に係る流路面積を可変とするための複数のベーン、当該ベーンを開閉させるための開閉機構及び当該開閉機構に駆動力を与える駆動装置等を包含し得る。
 尚、本発明に係る内燃機関は、このコンプレッサ下流側における吸気の圧力、即ち過給器の実過給圧を検出可能な、過給圧センサ(圧力センサ)等の検出手段を備える。下流側とは、即ち、気筒側であって、検出手段は、例えばコンプレッサ出口若しくはその近傍、インタークーラの上流側若しくは下流側、スロットルバルブの上下流側又は吸気マニホールド等に敷設される。この検出手段は、過給器を備えた内燃機関においては当然備わり得る性質のものである。
 本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、時間推移特定手段が、上記期間において、この検出された実過給圧の時間推移を特定する。尚、時間推移特定手段に係る「特定」とは、検出、算出、導出、同定、推定、選択又は取得等を包括する概念であって、その実践的態様についての限定を伴わず、制御上参照し得る値として確定させることを意味するものである。
 ここで、本発明に係る上記期間は、過給器の目標過給圧の変化速度(単位時間当たりの変化量であり、基準となる単位時間が規定されていれば、即ち、変化量と置き換えてもよい)が所定値以上となる期間である。この期間は、好適な一形態としては、内燃機関を搭載する車両が実際に加速を必要とする期間と合致する場合もあるが、概念的には、必ずしも車両が加速状態にある或いは加速を要求している必要はない。上記期間は、即ち、実過給圧の時間推移に基づいた過給器の異常判定が有意性を保ち得る程度に目標過給圧が変化している(増加している)期間である。従って、上記期間に係る「所定値」とは、例えば、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて設定され得る性質の値であってよい。
 一方、「実過給圧の時間推移」とは、時系列上の一時点における実過給圧ではなく、有限の時間範囲において定量的に規定された実過給圧の変化態様、変化状態、或いは変化特性等を意味する。即ち、「実過給圧の時間推移」とは、例えば、実過給圧又は実過給圧と一対一、一対多、多対一若しくは多対多に対応する他の制御量、物理量若しくは指標値の変化量、変化率或いは変化に要した時間等、その実践的態様は多岐にわたり得るものの、定義するために少なくとも何らかの形で過去の実過給圧を必要とする性質のものである。この過去の実過給圧との関係性を伴って規定される実過給圧の時間推移は、本発明において重要な役割を担うものである。
 即ち、本発明に係る内燃機関の制御装置において、判定手段は、この特定された実過給圧の時間推移に基づいてタービン及びコンプレッサのうち少なくとも一方の異常を判定する。尚、「異常を判定する」とは、少なくとも異常であるか否かを二値的に判定することを含み、正常状態と異常状態との間で段階的に状態を分類することや、或いは異常の発生箇所をより精細に分類すること等を包含する趣旨である。
 ここで、吸気側可動ベーン機構及び排気側可動ベーン機構は、双方ともベーン固着時に実過給圧に影響が出る点については同類であるから、時系列上の一時点における実過給圧だけを参照したところで、実はこれらのいずれがベーン固着を生じているかを確定させることはできない。
 一方、実過給圧の時間推移は、過去から現在にわたる一定又は不定の時間範囲で定量的に規定された実過給圧の特性であり、吸気側可動ベーン機構と排気側可動ベーン機構とで、ベーン固着時に生じる変化が異なったものとなる。例えば、排気側可動ベーン機構にベーン固着が生じた場合、実過給圧は、ある程度まで目標過給圧に追従した後に目標過給圧未満の収束値に収束するが、吸気側可動ベーン機構にベーン固着が生じた場合、実過給圧は、ある程度まで目標過給圧に追従した後に、コンプレッサにチョーキング(流路閉塞)が生じるため急激に減少する。
 従って、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、実過給圧の時間推移に基づいて、吸気側可動ベーン機構及び排気側可動ベーン機構にベーン固着が生じているか否かを検出することができるのは勿論、ベーン固着が生じているとしてそれが吸気側可動ベーン機構で生じているのか排気側可動ベーン機構で生じているのかを正確に切り分けることができるのである。
 また、異常検出後に過給器を実制御する上で、或いは車両を退避走行させる上で、判定手段の判定結果に応じた的確な措置を講じることが可能となるのである。
 更に、この際、異常判定に必要な実過給圧の検出結果を与える検出手段は、異常判定のために特化して設置されたものではない。従って、本発明によれば、新たな設備投資を必要とすることなく、旧来の装置構成を有効に利用し、コストの増加や車両搭載性の悪化を伴わない良好な異常判定を行うことが可能となるのである。
 尚、判定手段は、タービン(排気側可動ベーン機構はタービンに属する)及びコンプレッサ(吸気側可動ベーン機構はコンプレッサに属する)のうち少なくとも一方の異常を判定する。即ち、判定手段は、いずれか一方のみの異常を判定してもよい(好適には、両方である)が、上記した如き明確な切り分けがなされる点に鑑みれば、いずれか一方のみの異常が判定されるとしても、判定された異常(例えば、異常の有無)に関する信頼性は明確に担保される。
 尚、判定手段により判定される異常とは、好適な一形態として各ベーン機構におけるベーン固着、特にベーンの閉じ側固着(即ち、目標とする開度よりも閉じ側で固着することであり、必ずしも全閉状態での固着に限定されない)を含むが、必ずしもそれのみに限定されない。例えば、タービンブレードの破損、コンプレッサインペラの破損、シャフトの軸受部分の磨耗や焼付き、或いは吸気通路におけるガス漏洩等、過給器に生じ得る各種の異常を含む趣旨である。
 総括すると、本発明は、排気側可動ベーン機構及び吸気側可動ベーン機構の双方を備えた過給器において、(1)過去から現在に至る有限の時間範囲における実過給圧の変化態様が、吸気側可動ベーン機構のベーン固着時と、排気側可動ベーン機構のベーン固着時とで相異なる点に着眼し、(2)このような変化態様の定量的指標(尚、指標と言っても必ずしも規格化された値でなくてよい)となる実過給圧の時間推移に基づいて異常を判定する旨の技術思想により、コストの増加や車両搭載性の悪化を伴うことなく各ベーン機構の正確な異常検出を可能としたものである。従って、ある時刻の実過給圧と目標過給圧との関係性のみをもって異常の判定を実現しようとする如何なる技術思想に対しても、また、異常判定を目的としてベーン開度を検出するためのセンサを別途付加する構成に対しても、本発明は明らかに有利に構成される。
 本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記時間推移特定手段は、前記時間推移として、前記検出された実過給圧のピーク値に対する前記検出された実過給圧の低下量を特定し、前記判定手段は、該特定された低下量が所定値以上である場合に前記コンプレッサが異常であると判定する。
 この態様によれば、時間推移として上記期間における実過給のピーク値に対する低下量が特定される。先述したように、吸気側の可動ベーン機構にベーン固着が生じた場合、固着が生じた時点或いはそれより相応の時間経過を経た後に、コンプレッサにおけるチョーキングが始まることによって、実過給圧は急速に低下する。即ち、ピーク値からの低下量は、ベーン固着の発生時点からの経過時間と一対一、一対多、多対一又は多対多に対応して増加する。従って、当該低下量に基づいて、吸気側可動ベーン機構を含むコンプレッサが異常である旨を正確に判定することが可能となる。
 また、この際、当該低下量との比較に供される所定値を、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいてベーン固着の誤検出を排除しつつ可及的速やかにベーン固着を検出し得るように定めておく等の措置を講じることによって、チョーキングが重度に進行しないうちに異常判定を行うことが可能となり、判定されたコンプレッサの異常に対応する的確な措置、例えば、タービン回転速度を低下させる或いは吸入空気量を低下させる等の措置を講じる時間的猶予を好適に獲得することも可能となる。
 尚、この態様では、前記判定手段は、前記期間において前記検出された実過給圧が減少傾向にある場合に、前記コンプレッサの異常判定を開始し、前記内燃機関の制御装置は、前記判定手段が前記コンプレッサの異常判定を実行している判定期間において前記排気側可動ベーン機構における開度変更を禁止する開度変更禁止手段を更に具備してもよい。
 実過給のピーク値に対する低下量に基づいてコンプレッサの異常を判定する場合、可及的迅速にコンプレッサの異常を検出する観点から言えば、検出された実過給圧が減少傾向である旨をもって異常判定を開始するのが望ましい(減少傾向であるか否かの判定態様を特に限定するものではない)。
 一方、実際にコンプレッサが異常である場合、このようにコンプレッサの異常判定が開始されから、実際にコンプレッサが異常であるとの判定が下されるまでの判定期間については、コンプレッサが異常であるにもかかわらず、過給器の実践的運用上何らの制約も存在しないことになる。
 然るに、コンプレッサ側に何らかの異常が生じている状態において、例えば排気側可動ベーン機構の動作が何ら制限されない場合、過給器は一種の過回転状態に陥る可能性がある。このような過回転状態は、過給器の焼き付きや磨耗等を促進してその寿命を短縮化し得ると共に、内燃機関を搭載する車両の動力性能にも影響を与え得る。
 開度変更禁止手段は、このような、一種のグレーゾーン(コンプレッサが異常である可能性が無視し得ない程度に高いとみなし得る期間)に相当する判定期間において、予防的見地から排気側可動ベーン機構の開度変更動作を禁止する(尚、過給器の異常の進行を食い止める観点から言えば、安全性が確保された範囲内で、その動作を著しく制限する態様も含み得る)ものである。
 開度変更禁止手段によれば、判定期間中は、排気側可動ベーン機構の開度変更動作が禁止されるので、コンプレッサが実際に異常であったとしてもコンプレッサに無用な負荷が加わることを可及的に防止し、もって過給器の好適な保護を図ることができる。
 本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記時間推移特定手段は、前記時間推移として、所定期間における前記実過給圧の変化量を特定し、前記判定手段は、前記検出された実過給圧が前記目標過給圧未満であると共に、前記特定された変化量が所定値未満である場合に、前記タービンが異常であると判定する。
 この態様によれば、時間推移として、所定期間における実過給圧の変化量が特定される。ここで、上記期間において排気側の可動ベーン機構にベーン固着が生じた場合、先述したように、実過給圧は一定又は略一定となる。従って、実過給圧が目標過給圧と殆ど一致して追従している場合を除けば、上記期間において実過給圧が一定又は略一定であることをもって、タービンが異常である旨の判定を下すことが可能となる。
 ここで、「所定期間」とは、タービンが異常である旨の判定を下すために必要な期間であって、その長さは、例えば、排気側可動ベーン機構が正常に稼動している場合であれば特定された変化量が所定値以上に変化するとみなし得る時間等として、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて規定されていてもよい。
 一方、特定された変化量との比較に供される「所定値」とは、実過給圧が一定又は略一定であると判定し得る値であって、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、上記所定期間との関係性を考慮して定められ得る。
 尚、変化量の特定に係る「所定期間」と変化量との比較に供すべき「所定値」とは、ある種の相関を有し得る。即ち、所定期間が相対的に長ければ(短ければ)、変化量の所定値はそれに応じて相対的に大きく(小さく)なり得る。このような関係性を利用すれば、異常の判定に時間的制約が存在する場合であっても、異常判定に係る判定精度を確保することが可能となり得る。
 本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記時間推移特定手段は、前記時間推移として、前記目標過給圧に対する前記検出された実過給圧の偏差を特定し、前記判定手段は、前記コンプレッサが異常であると判定された場合において、前記空気流量及び前記特定された偏差に基づいて前記コンプレッサにおける異常の発生箇所を更に判定する。
 上記期間における実過給圧の低下は、吸気側可動ベーン機構のベーン固着以外にも、例えば、タービンブレードの破損、コンプレッサインペラの破損、シャフトの軸受部分の磨耗や焼付き、或いは吸気通路におけるガス漏洩等、過給器に生じ得る他の異常(既に述べたように、排気側可動ベーン機構のベーン固着は除く)によって生じ得る。
 ここで、吸気側可動ベーン機構のベーン固着と、他の異常との間には、コンプレッサ前後での空気流量に相違がある。即ち、コンプレッサ下流において吸気漏洩が生じている場合、コンプレッサ上流における空気流量と、コンプレッサ下流(例えば、吸気マニホールド付近)における空気流量との差が拡大するが、吸気側可動ベーン機構のベーン固着では、このような拡大は生じない。また、コンプレッサインペラ、タービンブレード或いはベアリング等に異常が生じている場合、元よりコンプレッサが正常に作動しなくなるため、コンプレッサの空気流量は、コンプレッサ上下流隔てなく瞬時に低下するが、吸気側可動ベーン機構のベーン固着では、このような空気流量の瞬時の低下は発生しない。
 従って、コンプレッサが異常である旨の判定を下すにあたって、時間推移としての偏差(目標過給圧と実過給圧との偏差であり、広義には、上述した態様における、ピーク値に対する低下量も含まれる)に加え、コンプレッサの空気流量を参照することによって、更にその異常発生箇所の正確な分類が可能となる。この際、コンプレッサの空気流量は、例えばエアフローメータ等、内燃機関に通常備わり得る各種のセンサのセンサ値を流用可能であり、好適には、この種の異常個所の分類をなすにあたって、新規な構成要素の追加によるコストの増加は生じない。
 コンプレッサにおける異常の発生箇所を判定可能な本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記判定手段は、少なくとも前記吸気側可動ベーン機構の閉じ側固着の有無を判定する。
 この態様によれば、異常の発生箇所の判定を経た結果として、少なくとも吸気側可動ベーン機構におけるベーンの閉じ側固着の有無が判定されるため、より正確に吸気側可動ベーン機構の閉じ側固着を検出することが可能となり、コンプレッサのみならず過給器全体に影響を与えるチョーキングを防止、抑制又は緩和することが可能となる。
 尚、この態様では、前記吸気側可動ベーン機構の閉じ側固着が発生したと判定された場合に、前記コンプレッサの前後圧力比と前記空気流量とに基づいて前記吸気側可動ベーンの開度を特定する開度特定手段と、前記特定された開度に応じて前記実過給圧及び空気流量のうち少なくとも一方を補正する補正手段とを更に具備してもよい。
 この場合、吸気側可動ベーン機構の閉じ側固着が検出された場合に、開度特定手段により、その時点でのベーン開度が特定される。ここで、開度特定手段がベーン開度を特定するにあたって参照するコンプレッサの前後圧力比及び空気流量としては、内燃機関に通常備わり得る各種のセンサ(例えば、エアフローメータやコンプレッサ上流側に設けられた吸気圧センサ(尚、コンプレッサ上流側の吸気圧とは、典型的には大気圧である)のセンサ値を参照することができる。即ち、この態様においても、内燃機関には、過給器の異常判定を目的として特別にセンサを付設する必要は生じない。
 一方、ベーン開度が特定されると、補正手段により実過給圧及び空気流量のうち少なくとも一方が、この特定された開度に応じて補正される。好適には、内燃機関の運転条件が、特定されたベーン開度でチョーキングの生じない運転領域に制限される。従って、過給器の異常判定を正確に行い得る判定手段の効能を有効に利用して、過給器を、その時点での許容範囲で可及的に高効率に作動させることが可能となる。その結果、車両の好適な退避走行(フェールセーフ走行)もまた可能となる。
 尚、実過給圧の補正は、例えば、正常である排気側可動ベーン機構のベーン開度調整やウェストゲート弁による排気バイパス等により行ってもよい。また、空気流量の補正は、スロットル弁の開度調整や吸気バイパス弁による吸気バイパス等により行ってもよい。この際、実過給圧と空気流量とは、相互に協調的に補正されてもよい。
 本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
本発明の第1実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。 図1のエンジンシステムにおける吸気側ベーンの構成を概念的に表してなる概略構成図である。 空気流量Qcと圧力比Rpとの関係を概念的に表した図である。 図1のエンジンシステムにおいてECUにより実行される異常判定制御のフローチャートである 図5の異常判定制御の実行期間における過給圧P3の一時間推移を例示する図である。 図5の異常判定制御の実行期間における過給圧変化率P3’の一時間推移を例示する図である。 図5の異常判定制御の実行期間における過給圧変化率P3’の他の時間推移を例示する図である。 本発明の第2実施形態に係る異常判定制御のフローチャートである。 本発明の第3実施形態に係るフェールセーフ制御のフローチャートである。 図10の制御において参照される制限マップの模式図である。 図10の制御において参照される制限マップの他の模式図である。 図10の制御において参照される制限マップの他の模式図である。 本発明の第4実施形態に係る異常判定制御のフローチャートである。
<発明の実施形態>
 以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
<第1実施形態>
 <実施形態の構成>
 始めに、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るエンジンシステム10の構成について一部その動作を交えて説明する。ここに、図1は、エンジンシステム10の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
 図1において、エンジンシステム10は、図示せぬ車両に搭載され、ECU100及びエンジン200を備える。
 ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等を備え、エンジン200の動作全体を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。ECU100は、ROMに格納された制御プログラムに従って、後述する異常判定制御を実行可能に構成されている。
 尚、ECU100は、本発明に係る「時間推移特定手段」及び「判定手段」の一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てECU100によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のECU、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
 エンジン200は、軽油を燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列4気筒ディーゼルエンジンである。エンジン200の概略について説明すると、エンジン200は、シリンダブロック201に4本の気筒202が並列した構成を有している。各気筒内部においては、吸入行程において空気が吸入され、気筒内に燃料が噴射される。噴霧燃料と吸入空気は、圧縮行程において攪拌混合され混合気となり、圧縮端付近で自着火することにより燃焼する。
 この燃焼に伴う燃焼エネルギは、不図示のピストン及びコネクティングロッドを介してクランクシャフト(不図示)を駆動することにより運動エネルギに変換される。このクランクシャフトの回転は、エンジンシステム10を搭載する車両の駆動輪に伝達され、当該車両の走行が可能となる。
 排気行程において各気筒から排出される排気は、排気マニホールド203に集約され、排気マニホールド203に接続された排気管204に導かれる。ここで、エンジン200は、ターボチャージャ300を備えており、排気管204に導かれた排気は、このターボチャージャ300のタービンブレード302に排気熱エネルギを供与した後、下流側の触媒装置(不図示)に導かれる構成となっている。尚、ターボチャージャ300の詳細については後述する。
 一方、吸気管205には、不図示のエアクリーナを介して外界から空気が吸入される。この吸入空気は、ターボチャージャ300を構成するコンプレッサインペラ307の回転により圧縮され、コンプレッサインペラ307の下流側に設置されたインタークーラ206へ供給される。インタークーラ206は、圧縮後の吸入空気を冷却して過給効率を向上させるための冷却装置である。
 吸気管205におけるインタークーラ206の下流側には、スロットル弁207が設置されている。スロットル弁207は、開閉状態に応じて吸入空気を調量する弁であり、ECU100と電気的に接続されたアクチュエータにより、その開閉状態が制御される構成となっている。即ち、スロットル弁207は、所謂電子制御スロットル装置の一部を構築している。
 吸気管205は、スロットル弁207の下流側において吸気マニホールド208に連結されている。吸気マニホールド208は、シリンダブロック201内に形成された各気筒に対応する吸気ポートに接続されている。吸気マニホールド208に導かれた吸入空気は、この吸気ポートにおいて霧状に噴射されるガソリンと混合され、先に述べたように、各気筒における不図示の吸気弁の開弁時に気筒内に吸入される。
 尚、本実施形態では、ディーゼルエンジンとしたが、これは本発明に係る内燃機関の一例に過ぎず、本発明に係る内燃機関は、例えばガソリンエンジンであってもよいし、アルコール混合燃料を使用するエンジンであってもよい。
 エンジン200は、排気熱を回収してタービンブレードを回転駆動し、当該タービンブレードと一体に回転するコンプレッサインペラを利用して吸入空気を大気圧以上に圧縮して下流側に供給する(即ち、過給する)ことが可能な、本発明に係る「過給器」の一例たるターボチャージャ300を備える。
 ターボチャージャ300は、タービンハウジング301、タービンブレード302、ノズルベーン303及び可変ノズル用アクチュエータ304を含むVNT(可変ノズルタービン、以下、これらを総称する場合には適宜「VNT」なる文言を使用する)を備える。
 タービンハウジング301は、タービンブレード302及びノズルベーン303を収容する筐体である。
 タービンブレード302は、排気管204に導かれた排気の圧力(即ち、排気圧)によりターボ回転軸305を中心として回転可能に構成された、金属製或いはセラミック製の回転翼車である。
 ノズルベーン303は、タービンハウジング301においてタービンブレード302に対する排気の入り口に相当するインレット部に、タービンブレード302を囲むように等間隔で複数設置された、羽根状部材である。これらノズルベーン303の各々は、不図示のリンク式回動機構により所定の回転軸を中心として当該インレット部内で一斉に回動可能であり、その開閉状態に応じて、排気管204とタービンブレード302との連通面積を変化させることが可能である。より具体的には、当該連通面積は、ノズルベーン303の開度が0°(全閉)の状態において最小となり、90°(全開)の状態において最大となる。
 ここで、連通面積が小さくなれば排気の流速が高まるため、排気量が比較的小さい軽負荷領域においては、このノズルベーン303を閉じ側に制御することによって、効率的にタービン302を駆動することが可能となる。
 ノズルベーン303を回動させるリンク式回動機構は、可変ノズル用アクチュエータ(VNA)304から供給される駆動力により駆動される。この可変ノズル用アクチュエータ304は、ECU100と電気的に接続されており、ノズルベーン303の開閉状態は、エンジン200の運転条件に応じてECU100により制御される構成となっている。尚、ノズルベーン303の制御態様は、公知のものであってよく、ここではその詳細を省略する。但し、定性的には、軽負荷領域においては先述したようにノズルベーン303は閉じ側に制御され、高負荷領域においてはノズルベーン303による排気の調速作用は必要ないため、エンジン背圧の上昇を避けるべくノズルベーン303は開き側に制御される。
 尚、ノズルベーン303及び可変ノズル用アクチュエータ304を含む可変ノズル機構は、本発明に係る「排気側可動ベーン機構」の一例である。
 ターボチャージャ300は、コンプレッサハウジング306、コンプレッサインペラ307、ディフューザベーン308及び可変ディフューザ用アクチュエータ309を含むVGC(可変ジオメトリコンプレッサ、以下、これらを総称する場合には適宜「VGC」なる文言を使用する)を備える。
 コンプレッサハウジング306は、コンプレッサインペラ307及びディフューザベーン308を収容する筐体である。
 コンプレッサインペラ307は、エアクリーナを介して外界から吸気管205に吸入された空気を、タービンブレード302の回転に伴う回転により生じる圧力により下流側へ圧送供給可能に構成されており、このコンプレッサインペラ307による吸入空気の圧送効果により、所謂過給が実現される構成となっている。
 ディフューザベーン308は、コンプレッサハウジング306においてコンプレッサインペラ307を介して供給される吸入空気の流速を調整して圧力エネルギを取り出すディフューザ部に、コンプレッサインペラ307を囲むように等間隔で複数設置された、羽根状部材である。これらディフューザベーン308の各々は、不図示のリンク式回動機構により所定の回転軸を中心として当該ディフューザ部内で一斉に回動可能であり、その開閉状態に応じて、吸気管205におけるコンプレッサインペラ307側とインタークーラ206側との連通面積を変化させることが可能である。より具体的には、当該連通面積は、ディフューザベーン308の開度が0°(全閉)の状態において最小となり、90°(全開)の状態において最大となる。
 ここで、図2を参照し、ディフューザベーン308の構成について説明する。ここに、図2は、ディフューザ部からコンプレッサインペラ307の方向を見た概略平面図である。尚、同図において、図1と重複する箇所には、同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
 図2において、図2(a)は、ディフューザベーン308が全閉(開度0°)である場合に対応しており、図2(b)は、ディフューザベーン308が全開(開度90°)である場合に対応している。図示するように、ディフューザベーン308が全閉状態を採る場合、コンプレッサインペラ307を通過した吸入空気の流路は最も大きく絞られる。反対に、ディフューザベーン308が全開状態を採る場合、当該流路は殆ど絞られることがない。
 流路の連通面積が小さくなれば吸入空気の流速が高まるため、過給効果が比較的小さい軽負荷領域においては、このディフューザベーン308を閉じ側に制御することによって、過給効率を向上させることが可能となる。一方、ディフューザベーン308のベーン開度を一定に維持したまま過給を行うと、空気流量が、チョーキングが発生するチョーク流量に到達してチョーキングを生じる可能性が高くなる。そのため、ディフューザベーン308は、軽負荷運転から高負荷運転への移行(概ね、過給圧の上昇と一義的である)に伴って、段階的に或いは連続的に開き側、即ちベーン開度が増大する側へ駆動制御される。
 尚、先に述べたノズルベーン303の構成も、概念的には図2に示したディフューザベーン308と同様である。
 図1に戻り、ディフューザベーン308を回動させるリンク式回動機構は、可変ディフューザ用アクチュエータ(VDA)309から供給される駆動力により駆動される。この可変ディフューザ用アクチュエータ309は、ECU100と電気的に接続されており、ディフューザベーン308の開閉状態は、エンジン200の運転条件に応じてECU100により制御される構成となっている。尚、ディフューザベーン308の制御態様は、公知のものであってよく、ここではその詳細を省略する。但し、定性的には、軽負荷領域においては先述したようにディフューザベーン308は閉じ側に制御され、高負荷領域においてはチョーキング(流路閉塞)による過給圧の低下を防ぐためにディフューザベーン308は開き側に制御される。
 尚、ディフューザベーン308及び可変ディフューザ用アクチュエータ309を含む可変ディフューザ機構は、本発明に係る「吸気側可動ベーン機構」の一例である。
 一方、エンジンシステム10は、エアフローメータ209、吸気圧センサ210、過給圧センサ211、インマニ圧センサ212及びインマニ吸気温センサ213を備える。
 エアフローメータ209は、外界から吸入される吸入空気の量たる空気流量Qcを検出可能なセンサである。エアフローメータ209は、ECU100と電気的に接続されており、検出された空気流量Qcは、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
 吸気圧センサ210は、エアフローメータ209の下流側に設置された、吸入空気の圧力たる吸気圧P0(実質的に大気圧相当値である)を検出可能なセンサである。吸気圧センサ210は、ECU100と電気的に接続されており、検出された吸気圧P0は、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
 過給圧センサ211は、VGCとインタークーラ206との間に設置された、過給圧P3を検出可能なセンサである。過給圧センサ211は、ECU100と電気的に接続されており、検出された過給圧P3は、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
 インマニ圧センサ212は、吸気マニホールド208に設置された、吸気マニホールド内の圧力たるインマニ圧Pimを検出可能なセンサである。インマニ圧センサ212は、ECU100と電気的に接続されており、検出されたインマニ圧Pimは、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
 インマニ吸気温センサ213は、吸気マニホールド208に設置された、吸気マニホールド内の吸入空気の温度たるインマニ吸気温Timを検出可能なセンサである。インマニ吸気温センサ213は、ECU100と電気的に接続されており、検出されたインマニ吸気温Timは、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
 <実施形態の動作>
 続いて、本実施形態の動作について説明する。
  <ターボチャージャ300の駆動制御>
 始めに、図3を参照し、ターボチャージャ300の動作特性について説明する。ここに、図3は、空気流量Qcと圧力比Rp(Rp=P3/P0)との関係を概念的に説明する図である。
 図3において、横軸には空気流量Qcが、縦軸には圧力比Rpが夫々表されている。
 図3には、便宜的に二種類のディフューザベーン開度Adfsに対応するサージ限界線Sg(細い実線参照)及びターボ限界線Tb(細い破線参照)が示される。相対的に小さい、即ち、閉じ側のディフューザベーン開度Adfsclに対応するサージ限界線Sg及びターボ限界線Tbが、夫々図示サージ限界線Sgcl及びターボ限界線Tbclであり、相対的に大きい、即ち、開き側のディフューザベーン開度Adfsopに対応する両線が、夫々サージ限界線Sgop及びターボ限界線Tbopである。
 尚、ディフューザベーン308は、ディフューザベーン開度Adfsが連続的に変化し得る構成となっており、図3の座標空間上には、本来、多数のディフューザベーン開度Adfsに対応する多数のサージ限界線Sg及びターボ限界線Tbが規定され得る。但し、それら全ての図示は図面の煩雑化を招くため、本実施形態においては、ディフューザベーン308が、閉じ側のディフューザベーン開度Adfsclと開き側のディフューザベーン開度Adfsopとの間で二値的に切り替えられるものとして説明を継続する。
 サージ限界線Sgとは、ターボチャージャ300を構成するVGC(可変ジオメトリコンプレッサ)のサージ限界を規定する線であり、サージ限界線Sgよりも小空気量側(図中左側)の領域或いは高圧力比側(図中上側)の領域がサージ領域であることを意味する。サージ領域においては、コンプレッサインペラ307に共振現象としてのサージングが生じて、ターボチャージャ300の過給効率が極端に低下する。
 ターボ限界線Tbとは、ターボチャージャ300を構成するVNT(可変ノズルタービン)のタービン回転速度の限界を規定する線であり、ターボチャージャ300が、ターボ限界線Tbよりも大空気量側(図中右側)の領域或いは高圧力比側(図中上側)の領域では作動できないことを意味する。別言すると、過給が進行する過程において空気流量Qcが徐々に増加し、ターボ限界線Tbに到達すると、圧力比Rpは急激に低下する。これは、ターボ限界線Tbを超えて空気流量Qcを増加させようとしても、ディフューザベーン308による流路閉塞、所謂チョーキングが生じて過給圧が急激に低下することによる。
 従って、あるディフューザベーン開度Adfsが与えられた場合に、ターボチャージャ300の実作動領域は、サージ限界線Sgとターボ境界線Tbとによって挟まれた領域に限定される。
 一方、本実施形態において、ターボチャージャ300の目標過給圧Ptgは、機関回転速度Ne及びアクセル開度Ta等に応じて定まり得るエンジン200の要求負荷(或いは、目標吸入空気量)に基づいて設定される。従って、ドライバがアクセルペダルを踏み増しする等して車両に加速要求が生じた場合、目標過給圧Ptgは増加する傾向となる。
 他方、ターボチャージャ300の実過給圧たる過給圧P3は、目標過給圧Ptgに追従するように制御される。この際、例えば、VNTのノズルベーン開度Anzlが閉弁側に駆動制御され、或いは排気バイパス弁や吸気バイパス弁が別途備わる構成においては、これらが閉弁側に制御される。
 ここで、ディフューザベーン開度Adfsが固定されたままだと、先に述べたように、高負荷領域(即ち、空気流量Qcが大である領域)においてチョーキングが生じてしまう。このため、目標過給圧Ptgとの差が増加する、主として加速要求期間においては、的確なタイミングでディフューザベーン308もまた開弁側に駆動制御される。
 図3には、その切り替え動作点mc(黒丸参照)が示される。本実施形態において、切り替え動作点mcは、移行後のディフューザベーン開度(即ち、この場合、開き側のAdfsop)に対応するサージ限界線Sg(即ち、この場合、Sgop)を高負荷側に横切った時点近傍に設定される。これは、ディフューザベーン開度が小さい程、ターボ効率(ターボチャージャ300に付与される仕事量に対する過給圧)が高い高効率領域がサージ限界線に近付くためであり、開き側のディフューザベーン開度を選択可能となった時点においては、既に開き側のディフューザベーン開度を選択した方が、効率的な過給が実現できるためである。
 切り替え動作点mcにおいてディフューザベーン開度Adfsが切り替えられると、ターボチャージャ300の作動領域はサージ限界線Sgopとターボ限界線Tbopとによって規定される相対的高負荷領域に変化するため、目標過給圧Ptgの増加に対し、過給圧P3を良好に追従させることが可能となる。その結果、ターボチャージャ300が正常である場合、ターボチャージャ300は、図中太い実線で示される正常時動作線に従って作動する。
 尚、ディフューザベーン開度Adfsが連続的に切り替えられる場合であっても、基本的に図3に示したように、現時点よりも開き側の開度に対応する切り替え動作点において、ディフューザベーン開度Adfsが順次選択され、ターボチャージャ300の効率的動作が担保される。
 ここで、ディフューザベーン308に閉じ側固着(即ち、要求開度よりも閉じ側で生じる固着)が生じた場合を考える。再び図3を参照すると、この場合、切り替え動作点mcにおいてもディフューザベーン開度AdfsはAdfsclのままであり、ターボチャージャ300の動作線は、図中太い破線で示すようになる。即ち、空気流量Qcの増加に伴いターボチャージャ300の動作点がターボ限界線Tbclに到達した時点から、チョーキングにより圧力比Rpが急激に減少し始める。その結果、動作点が、図示破線枠CKで囲まれたチョーキング領域に突入する可能性がある。
 ところで、過給圧P3の低下だけを見れば、実はVNTのノズルベーン303が開き側固着した場合にも生じ得る。従って、単にその時点の過給圧P3だけを参照しても、ノズルベーン303の開き側固着とディフューザベーン308の閉じ側固着とを切り分けることができない。これらの切り分けが出来ないと、ターボチャージャ300の実践的運用形態を、安全側に整合させるよりないから、ターボチャージャ300の動作を最適化することが難しくなる。
 そこで、本実施形態では、ECU100が異常判定制御を実行することにより、ターボチャージャ300において、VNT側で生じたベーンの開き側固着とVGC側で生じたベーンの閉じ側固着とが正確に切り分けられる。
  <異常判定制御の詳細>
 次に、図4を参照し、ECU100により実行される異常判定制御の詳細について説明する。ここに、図4は、異常判定制御のフローチャートである。
 図4において、ECU100は、ターボチャージャ300の目標過給圧の変化量ΔPtgを算出する(ステップS101)。尚、変化量ΔPtgの算出は、所定周期毎に実行されており、ステップS101における変化量ΔPtgとは、即ち、目標過給圧の変化速度と等価である。算出された変化量ΔPtgは、本発明に係る「目標過給圧の変化速度」の一例である。
 尚、ECU100は、エンジンシステム10に備わる各種センサから、所定周期でセンサ値を取得している。従って、空気流量Qc、吸気圧P0、過給圧P3、インマニ吸気圧Pim及びインマニ吸気温Timは、ECU100が常時把握している。
 ECU100は、算出された変化量ΔPtgが所定値Aよりも大きいか否かを判別する(ステップS102)。ここで、所定値Aは、車両が異常判定を十分に行い得る程度の加速状態にあるか否かを規定する値であり、予めROMに格納された固定値である。後述するように、本実施形態に係る異常判定制御は、実過給圧の時間推移に基づいた異常判定を行うため、目標過給圧Ptgが元より不変又はそれに類する程度に一定している場合には、異常判定に係る判定精度が担保され難いのである。逆に言えば、異常判定制御は、車両が十分な加速状態にある場合には、いつでも実行することができる。所定値Aは、日常的に十分採り得る範囲の値であり、その意味において、異常の判定機会は十分に担保されている。
 変化量ΔPtgが所定値A以下である場合(ステップS102:NO)、処理はステップS101に戻され、一連の処理が繰り返される。一方、変化量ΔPtgが所定値Aよりも大きい場合(ステップS102:YES)、即ち、異常の判定条件が満たされる場合、ECU100は、過給圧P3が、目標過給圧Ptg未満であるか否かを判別する(ステップS103)。過給圧P3が目標過給圧Ptg以上である場合(ステップS103:NO)、ECU100は、後述するピーク値P3pkをメモリから消去し(ステップS107)、処理をステップS101に戻して一連の処理を繰り返す。
 尚、これ以降、目標過給圧の変化量ΔPtgが所定値Aよりも大きい期間を適宜「目標過給圧上昇期間」と称することとする。
 過給圧P3が目標過給圧Ptg未満である場合(ステップS102:YES)、ECU100は、過給圧P3のピーク値P3pkを取得し、メモリ(例えば、RAM)に格納する(ステップS104)。ここで、過給圧P3のピーク値P3pkとは、目標過給圧上昇期間に目標過給圧Ptgに追従する過程において過給圧P3が採るピーク値であり、過給圧P3が目標過給圧Ptgに追従すべく目標過給圧期間において上昇を続けている場合には、基本的にその時点の過給圧P3の値に更新される。一方、過給圧P3が前回値未満である場合、ピーク値P3pkは更新されない(前回値と等しい場合には、更新されてもされなくてもよい)。
 ECU100は、取得したピーク値P3pkと最新の過給圧P3との偏差たるピーク偏差(即ち、P3pk-P3)が所定値Bよりも大きいか否かを判別する(ステップS105)尚、所定値Bについては後述する。ピーク偏差が所定値Bよりも大きい場合(ステップS105:YES)、ECU100は、VGCのディフューザベーン308が閉じ側固着であると判定する(ステップS106)。
 一方、ピーク偏差が所定値B以下である場合(ステップS105:NO)、ECU100は、過給圧P3が一定であるか否かを判別する(ステップS108)。尚、「一定である」とは、過給圧P3の今回値と前回値との偏差が基準値内に収まっていることを意味する。過給圧P3が一定でない場合(ステップS108:NO)、ECU100は、ステップS101に処理を戻し、一連の処理を繰り返す。尚、ステップS108が「NO」側に分岐する条件には、過給圧P3が目標過給圧Ptgへ追従し続けている場合と、過給圧P3が低下しているもののピーク偏差が未だ所定値B以下である場合とが含まれる。
 過給圧P3が一定である場合(ステップS108:YES)、ECU100は、過給圧P3が一定である期間が所定期間継続したか否かを判別する(ステップS109)。過給圧P3が一定である期間が所定期間未満の長さである場合(ステップS109:NO)、ECU100は、処理をステップS101に戻し一連の処理を繰り返す。
 過給圧P3が所定期間以上一定である場合(ステップS109:YES)、ECU100は、VNTのノズルベーン303が開き側固着であると判定する(ステップS110)。ステップS106又はステップS110が実行されると、即ち、VGCの閉じ側固着又はVNTの開き側固着が検出されると、異常判定制御は終了する。また、ターボチャージャ300が正常であり、過給圧P3が目標過給圧Ptgに問題無い範囲で追従している場合には、異常判定制御は、対応するステップ間で常時ループ処理される。
 ここで、図5を参照し、異常判定制御に係るディフューザベーン308の閉じ側固着及びノズルベーン303の開き側固着の判定に係る判定原理について説明する。ここに、図5は、異常判定制御の実行期間における過給圧P3の一時間推移を例示する図である。
 図5において、縦軸は目標過給圧Ptg及び過給圧P3(即ち、圧力値である)であり、横軸は時刻である。時刻T1において、目標過給圧Ptgの変化量が所定値Aを超え、過給圧P3のピーク値P3pkの更新処理が開始されるものとする。
 目標過給圧Ptgの時間推移が図示PRF_Ptg(一点鎖線参照)である場合、ターボチャージャ300が正常であれば、過給圧P3の時間推移は、図示PRF_P31(二点鎖線参照)のようになる。即ち、過給圧P3は、目標過給圧Ptgに対し、一定の時間遅延を伴って追従し、一時的にオーバシュートした後、目標過給圧Ptgに収束する。
 ところが、VGCのディフューザベーン308に閉じ側固着が生じている場合、先に述べたように切り替え動作点におけるディフューザベーン308の開度切り替えが完了しないために、切り替え動作点以降、過給圧P3の時間推移は、図示PRF_P32(実線参照)の如く、徐々に正常時のものから乖離する。
 そして、ターボチャージャ300の動作点(端的には、空気流量Qc)が、ターボ限界線Tbで規定される値に達すると、軽度のチョーキングが始まり、過給圧P3が急激に減少し始める。その結果、ある時刻において、過給圧P3のピーク値P3pkが確定する。
 ここで、このような過給圧P3の急下降を放置すれば、図示破線で示すように、チョーキングは更に進行し、過給圧P3は極度に低下してしまう。そこで、異常判定制御では、ピーク値P3pkからの低下量たるピーク偏差が所定値Bに達した(図5において、過給圧P3がP3Aに達した)時刻T2(図示白丸に相当する時点)において、ディフューザベーン308が閉じ側固着状態であると判定するのである。このように、所定値Bとは、過給圧P3が、実践上無視し得ない重度のチョーキングが生じる時点(例えば、図示時刻T3)よりも時系列上前の時点に相当する値まで低下したか否かを規定する値として事前に策定される。
 一方、図示は省略するが、VNTのノズルベーン303が開き側固着状態である場合、同じく実過給圧P3は目標過給圧Ptgに対する追従を停止する。ところが、このような一時点における過給圧でなく、有限の時間範囲における時間推移としてみると、ノズルベーン303の閉じ側固着に対しては、実過給圧P3は低下しない。即ち、ノズルベーン303に開き側固着が生じたとしても、タービンブレード302への排気供給が制限されるのみであって、過給圧P3が、既に到達した過給圧から大きく低下することはないのである。従って、時間推移を判定基準とすれば、ノズルベーン303の開き側固着とディフューザベーン308の閉じ側固着とを正確に切り分けることが可能となるのである。
 以上説明したように、本実施形態に係る異常判定制御によれば、ノズルベーン303の閉じ側固着とディフューザベーン308の開き側固着とでは目標過給圧上昇期間における過給圧P3の時間推移が全く異なる点に着眼し、エンジンシステム10に元来備わるセンサの検出値を利用して、コストの増加、車両搭載性の悪化及び制御負荷の増大といった問題を生じることなく、且つ正確にターボチャージャ300の異常を判定することができるのである。
 尚、本実施形態においては、ピーク値P3pkからの過給圧P3の低下量たるピーク偏差(本発明に係る「実過給圧の時間推移」の一例)に基づいてディフューザベーン308の閉じ側固着に係る判定を行っているが、当該判定に係る判定基準としては、ピーク偏差に限らず他の指標も適用可能である。
 ここで、図6及び図7を参照し、他の判定基準について説明する。ここに、図6は、目標過給圧上昇期間における過給圧変化率P3’の一時間推移を例示する図であり、図7は、同様に目標過給圧上昇期間における過給圧変化率P3’の他の時間推移を例示する図である。尚、これらの図において相互に重複する箇所には、同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
 図6において、過給圧変化率P3’とは、過給圧P3の時間変化率であり、算定期間が一定であれば、即ち変化量に等しい。ここで、このように過給圧変化率P3’を利用する場合、本発明に係る「実過給圧の時間推移」を以下のように定義することができる。
 即ち、時刻T4において目標過給圧Ptgの変化が始まったとする。過給圧変化率P3’が正値を採る期間は、過給圧P3が上昇している期間であり、未だチョーキングが生じていないと判断することが可能である。一方、過給圧変化率P3’が負値を採り始める時刻T5において、過給圧P3は上述の実施形態になぞらえるならば、ピーク値P3pkから減少し始める。
 ここで、時刻T4において時間計測を開始し、過給圧変化率P3’が連続的に負値を採る期間の長さ(即ち、時間)を検出すると、この検出された時間値は、本発明に係る「過給圧の時間推移」の一例として利用することができる。例えば、図示のように、当該時間値が基準値ΔT(予め実験的に定められ得る)に達した時刻T6をもって、ディフューザベーン308が閉じ側固着状態である旨の判定を下すことが可能である。
 一方、図7には、図6と同様の過給圧変化率P3’の時間推移が例示されるが、時刻T7において異常判定を開始し、過給圧変化率P3’が基準値Cに到達した時刻T8をもってディフューザベーン308が閉じ側固着状態であるとの判定を行ってもよい。この際、時刻T7以降、過給圧変化率P3’の監視は継続されており、時刻T8における基準値Cへの到達が一時的でないことは明らかである。即ち、このような判定態様もまた、過去の過給圧の振る舞いと相関する、本発明に係る「実過給圧の時間推移」を利用する判定の一例となる。
<第2実施形態>
 上述した第1実施形態では、過給圧P3がピーク値P3pkから低下した際の低下量(ピーク偏差)に基づいて、ディフューザベーン308の閉じ側固着に係る判定を行ったが、この種の過給圧のピーク値からの低下は、ディフューザベーン308の閉じ側固着以外を理由としても生じ得る。即ち、ノズルベーン303とディフューザベーン308との間で原因の切り分けを行うことは上述の如く可能であるものの、より精細な異常判定を行う観点からは、第1実施形態に係る異常判定制御に若干の改善の余地がない訳ではない。
 ここで、図8を参照し、本発明の第2実施形態に係る異常判定制御について説明する。ここに、図8は、異常判定制御のフローチャートである。尚、同図において、図4と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
 図8において、ピーク値P3pkを記憶すると(ステップS104)、ECU100は、空気流量Qcのピーク値Qcpkを適宜更新しつつ記憶する(ステップS201)。尚、空気流量Qcに係るピーク値の概念は、過給圧P3の場合と同様である。
 一方、ステップS105において、ピーク偏差が所定値Bよりも大きい場合(ステップS105:YES)、ECU100は、空気流量Qcのピーク偏差(即ち、Qcpk-Qc)を算出すると共に、算出されたピーク偏差が所定値D以下であるか否かを判別する(ステップS202)。ピーク偏差が所定値D以下である場合(ステップS202:YES)、ECU100は、更に、インマニ空気流量Qimと空気流量Qcとの偏差である空気流量偏差(即ち、Qim-Qc)が所定値E以下であるか否かを判別する(ステップS203)。
 ここで、吸気マニホールド208における空気流量Qimは、第1に、インマニ圧Qim及びインマニ吸気温Timの各センサ値から空気密度を計算し、第2に、計算された空気密度と、エンジン200の機関回転速度Neと、エンジン200の排気量と、エンジン200の体積効率とに基づいた演算処理を行うことにより算出される。尚、インマニ空気流量Qimの詳細な算出式は、本実施形態の要旨と無関係であるので、ここでは割愛することとする。
 空気流量偏差が所定値E以下である場合(ステップS203:YES)、ECU100は、ディフューザベーン308が閉じ側固着状態である旨の判定を行う(ステップS106)。
 このように、本実施形態では、過給圧P3のピーク偏差が所定値Bよりも大きいことに加えて、空気流量Qcのピーク偏差が所定値D以下であり且つエアフローメータ209により検出される空気流量Qcと吸気マニホールド208の空気流量Qimとの差(空気流量偏差)が所定値E以下であることが、ディフューザベーン308の閉じ側固着に係る判定基準となっている。
 一方、ステップS202において、空気流量Qcのピーク偏差が所定値Dよりも大きい場合(ステップS202:NO)、ECU100は、ターボチャージャ300のハードウェア故障である旨の異常判定を行う(ステップS205)。他方、ステップS203において、空気流量偏差が所定値Eよりも大きい場合(ステップS203:NO)、ECU100は、VGCよりも下流側で吸気漏洩が生じている旨の異常判定を行う(ステップS204)。
 より具体的に説明すると、例えば管壁部に穴が開いている、カップラやフランジ等を介した吸気管同士の連結部位においてシール漏れが生じている、或いは吸気通路の一部でホース抜けが発生している等の理由により、VGCよりも下流側の吸気管205で吸気漏洩が生じている場合、吸気マニホールド208とVGC上流側の吸気管205との間で空気流量の偏差が大きくなる。従って、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、誤判定を回避しつつ吸気漏れについては的確に判定し得る適切な値を所定値Eとして設定しておけば、第1実施形態においてディフューザベーン308の閉じ側固着が原因とされた過給圧P3の低下が、吸気漏洩に端を発するものであるとの正確な判定が可能となるのである。
 また、タービンブレード302の破損、損傷又は損壊、ターボ回転軸304のベアリング焼き付き、或いはコンプレッサインペラ307の破損、損傷又は損壊等、可動ベーン機構よりも規模の大きなターボチャージャ300のハードウェア異常が生じている場合、いずれにせよコンプレッサインペラ307は正常に回転駆動されないから、この種の異常が発生した時点で殆ど瞬時に空気流量Qcは低下する。従って、目標過給圧上昇期間において本来ピーク値Qcpkから低下するはずのない空気流量Qcが低下する。従って、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、誤判定を回避しつつターボチャージャ300のハードウェア異常については的確に判定し得る適切な値を所定値Dとして設定しておけば、第1実施形態においてディフューザベーン308の閉じ側固着が原因とされた過給圧P3の低下が、より深刻なターボチャージャ300のハードウェア故障に端を発するものであるとの正確な判定が可能となるのである。
<第3実施形態>
 上述の各実施形態においては、ターボチャージャ300の異常判定に係る部分が論じられたが、ターボチャージャ300に関する正確な異常判定が可能である点に鑑みれば、それに対応するフェールセーフ措置を講じることにも実践上の意義が生じ得る。
 ここで、本発明の第3実施形態として、ディフューザベーン308の閉じ側固着が生じた場合の措置について説明する。係る措置は、ECU100により実行されるフェールセーフ制御により好適に運用される。尚、第3実施形態において、ECU100は、本発明に係る「開度特定手段」及び「補正手段」の一例として機能する。
 ここで、図9を参照し、本発明の第3実施形態に係るフェールセーフ制御の詳細について説明する。ここに、図9は、フェールセーフ制御のフローチャートである。
 図9において、ECU100は、ディフューザベーン308に閉じ側固着が生じている旨の判定がなされているか否かを判別する(ステップS301)。係る判別は、例えば、上述の第1又は第2実施形態に係る異常判定制御において、ディフューザベーン308の閉じ側固着判定時に然るべきフラグを設定する等の措置を講じておくことにより、容易にして可能である。
 ディフューザベーン308の閉じ側固着が生じていない場合(ステップS301:NO)、ECU100は、ステップS301が「YES」側に分岐するまで、即ち、ディフューザベーン308に閉じ側固着が生じるまで、ステップS301に係る処理を繰り返す。
 一方、ディフューザベーン308に閉じ側固着が生じた場合(ステップS301:YES),ECU100は、ディフューザベーン開度Adfsを推定する(ステップS302)。この際、ECU100は、その時点の過給圧P3と空気流量Qcとに基づいてディフューザベーン開度Adfsを推定する。尚、ディフューザベーン開度Adfsと過給圧P3(或いは、圧力比Rp)及び空気流量Qcとの関係は、既に図3に例示したようなものであり、複数のディフューザベーン開度Adfsの中から(図3には二種類しか例示されないが、既に述べたように実際には複数の開度が設定される)、その時点の過給圧P3及び空気流量Qcに対応する開度を選択する、或いは適宜補間すること等によって、ディフューザベーン開度Adfsは好適に推定される。
 ディフューザベーン開度Adfsが推定されると、ECU100は、予めROMに格納された制限マップを参照し、圧力比Rp(或いは過給圧P3でもよい)及び空気流量Qcの制限値を取得する(ステップ303)。これらの制限値を取得すると、ECU100は、取得した制限値に基づいてターボチャージャ300の動作を制限する(ステップS304)。フェールセーフ制御は、このように実行される。
 ここで、図10を参照し、制限マップの詳細について説明する。ここに、図10は、制限マップを概念的に表してなる模式図である。
 図10において、縦軸には圧力比Rpが、横軸には空気流量Qcが表されている。係る座標平面上において、制限値は、ディフューザベーン開度Adfs毎に制限ラインPRF_TBi(i=1,2,3,4)として表される。
 ROMには、予め図10に示される制限ラインを数値化した制限値マップが格納されており、ECU100は、ステップS304において、推定されたディフューザベーン開度Adfsに対応する制限ラインに従ってターボチャージャ300の動作を制限する。より具体的には、ECU100は、該当する制限ラインよりも高負荷側(Qcが大きくなる側)及び高過給圧側(Rpが大きくなる側)でのターボチャージャ300の動作を禁止する。ターボチャージャ300の動作を制限するにあたっては、排気側に排気バイパス弁が備わる場合には、当該排気バイパス弁の駆動制御を行ってもよいし、吸気側に吸気バイパス弁が備わる場合には、当該吸気バイパス弁の駆動制御を行ってもよいし、或いはエンジン200における燃料噴射量の制限を行ってもよい。
 このように、第3実施形態によれば、ディフューザベーン308の閉じ側固着が判定された場合に、固着時のディフューザベーン開度Adfsに応じてターボチャージャ300の動作を制限することができる。このため、ディフューザベーン308の閉じ側固着によるチョーキングの発生を確実に防止しつつ、許容される範囲については最大限に効率的にターボチャージャ300を稼働させることができる。即ち、好適なフェールセーフが実現されるのである。
 尚、制限マップとしては、図10に示される以外にも考えられる。ここで、図11及び図12を参照し、制限マップの他の態様について説明する。ここに、図11は、制限マップの他の模式図であり、図12は、制限マップの更に他の模式図である。
 図11において、縦軸及び横軸に夫々圧力比Rp及び空気流量Qcを配してなる座標平面上で、ターボチャージャ300の作動許可領域は、ハッチング領域として示される。この作動許可領域は、例えば第1或いは第2実施形態等においてディフューザベー308の閉じ側固着判定がなされた時点での空気流量Qcと圧力比Rpとによって規定されるターボチャージャ300の一動作点を頂点とする矩形領域である。
 図11には、この動作点が、図示動作点M1(Qc1,Rp1)である場合が示される。この場合、空気流量Qcの許容最大値(即ち、制限値)はQc1であり、圧力比Rpの許容最大値(即ち、制限値)はRp1である。ターボチャージャ300は、これら許容最大値以下の動作領域(即ち、作動許可領域)でのみ作動が許可される。尚、ROMには、図11に示す関係が数値化された制限マップが格納される。
 このように制限マップを設定した場合、その時点での圧力比Rp及び空気流量Qcを最大値として動作制限が与えられるため、図10に例示されるように推定値の介在を必要とする動作制限よりも安全側での運用が可能となる。
 図12において、縦軸及び横軸に夫々過給圧P3及び空気流量Qcを配してなる座標平面上で、ターボチャージャ300の作動許可領域は、ハッチング領域として示される。この作動許可領域は、例えば第1或いは第2実施形態等においてディフューザベー308の閉じ側固着判定がなされた時点での空気流量Qcと圧力比Rpとによって規定されるターボチャージャ300の一動作点を頂点とする矩形領域である。
 図12には、この動作点が、図示動作点M2(Qc1,P3B)である場合が示される。この場合、空気流量Qcの許容最大値(即ち、制限値)はQc1であり、過給圧P3の許容最大値(即ち、制限値)はP3Bである。ターボチャージャ300は、これら許容最大値以下の動作領域(即ち、作動許可領域)でのみ作動が許可される。尚、ROMには、図12に示す関係が数値化された制限マップが格納される。
 このように制限マップを設定した場合、その時点での過給圧P3及び空気流量Qcを最大値として動作制限が与えられるため、図10に例示されるように推定値の介在を必要とする動作制限よりも安全側での運用が可能となる。
<第4実施形態>
 次に、図13を参照し、第1及び第2実施形態に係る異常判定制御と較べてターボチャージャ300をより好適に保護し得る本発明の第4実施形態に係る異常判定制御について説明する。ここに、図13は、第4実施形態に係る異常判定制御のフローチャートである。尚、同図において、図8と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
 図13において、ステップS201における空気流量Qcpkの記憶を開始すると(ステップS201)、ECU100は、過給圧P3が低下傾向にあるか否かを判別する(ステップS401)。ここで、「低下傾向」とは、過給圧P3が前回の検出値未満であることを意味するが、より柔軟な運用を図る観点からは、前回値との偏差がセンサの検出誤差相当値以上であることを意味してもよい。
 過給圧P3が低下傾向にある場合(ステップS401:NO)、ECU100は、VNTの動作制限を開始する(ステップS402)。ここで、VNTの動作制限とは、VNTに備わるノズルベーン303の開度変更を禁止する措置を意味する。即ち、ステップS402においては、ノズルベーン303の開度たるノズルベーン開度Anzlが、その時点の値に保持される。尚、ステップS402に係る動作は、本発明に係る「開度変更禁止手段」の動作の一例である。
 VNTの動作制限が開始されると、処理はステップS105に移行する。ステップS105において、過給圧P3のピーク偏差がB以下である場合(ステップS105:NO)、処理は、ステップS401に戻される。即ち、過給圧P3の低下傾向が継続している限り、VNTの動作制限もまた継続される。
 過給圧P3の低下傾向が継続する過程において、過給圧P3のピーク偏差がBを超えると(ステップS105:YES)、第2実施形態で説明した、ステップS202以降の処理が実行される。ここで、ステップS106、S204又はS205のいずれかにおいて何らかの異常判定が完了すると、VNTの動作制限は解除される。但し、これらの場合、結局のところターボチャージャ300は正常に機能しないため、何らかのフェールセーフ措置が講じられるのが望ましい。VNTの動作制限は、この種のフェールセーフ措置の一環として、再度開始或いは継続されてもよい。
 一方、ステップS401において、過給圧P3が低下傾向にない場合(ステップS401:NO)、即ち、過給圧P3が目標過給圧Ptgに追従すべく上昇中か、或いは停滞中である場合、ECU100は、少なくとも吸気側の異常が生じている可能性は低いものとして、VNTの動作制限を解除する(ステップ403)。VNTの動作制限が解除されると、処理はステップS108に移行する。
 このように、第4実施形態に係る異常判定制御においては、実過給圧P3が低下傾向を示した時点から何らかの異常判定が完了するまでの期間としての判定期間において、VNTのノズルベーン303の開度変更が禁止される。従って、係る判定期間中に、VNTの通常の制御態様の下でノズルベーン303がより閉弁側へ駆動されること等によって、ターボチャージャ300が過回転状態に陥る事態が防止される。従って、ターボチャージャ300の保護を好適に図ることができる。
 尚、無論この判定期間は、VGCの異常判定を実行している期間であって、VGCが必ずしも異常でない言わばグレーゾーンに相当する期間である。然るに、この期間においてVNTの動作が制限されずに、例えば、ノズルベーン開度Anzlがより閉弁側に制御され、ターボチャージャ300の回転上昇が促された場合、真にVGCが異常状態である場合には、ターボチャージャ300が過回転状態となって好ましくない。一方で、判定期間は、実時間軸上の絶対値としては短い期間であって、このような期間についてVNTの動作を制限したところで、実践上動力性能に与える影響は無視し得るのである。
 また、一時的なVGCの動作渋り等によって過給圧P3が一時的に低下傾向を示すような場合には、VNTの動作制限が開始されても、ステップS401が「NO」側に分岐することによって速やかにVNTの動作制限は解除される。従って、ターボチャージャ300の実運用上、何らの問題も生じない。
 本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
 本発明は、吸気側と排気側とに過給圧調整用のベーン機構を備えた過給器を備えた内燃機関に適用可能である。
 10…エンジンシステム、100…ECU、200…エンジン、202…気筒、204…排気管、205…吸気管、302…タービンブレード、303…ノズルベーン、
307…コンプレッサインペラ、308…ディフューザベーン。

Claims (7)

  1.  排気通路に設置され且つ開閉状態に応じて排気圧を調整可能な排気側可動ベーン機構を有するタービンと、吸気通路に設置され且つディフューザ部に開閉状態に応じて空気流量を調整可能な吸気側可動ベーン機構を有するコンプレッサとを備えた過給器と、
     前記コンプレッサ下流側において前記過給器の実過給圧を検出可能な検出手段と
     を備えた内燃機関を制御する装置であって、
     前記過給器の目標過給圧の変化速度が所定値以上となる期間において、前記検出された実過給圧の時間推移を特定する時間推移特定手段と、
     該特定された時間推移に基づいて前記タービン及び前記コンプレッサのうち少なくとも一方の異常を判定する判定手段と
     を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2.  前記時間推移特定手段は、前記時間推移として、前記検出された実過給圧のピーク値に対する前記検出された実過給圧の低下量を特定し、
     前記判定手段は、該特定された低下量が所定値以上である場合に前記コンプレッサが異常であると判定する
     ことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の内燃機関の制御装置。
  3.  前記判定手段は、前記期間において前記検出された実過給圧が減少傾向にある場合に、前記コンプレッサの異常判定を開始し、
     前記内燃機関の制御装置は、
     前記判定手段が前記コンプレッサの異常判定を実行している判定期間において前記排気側可動ベーン機構における開度変更を禁止する開度変更禁止手段を更に具備する
     ことを特徴とする請求の範囲第2項に記載の内燃機関の制御装置。
  4.  前記時間推移特定手段は、前記時間推移として、所定期間における前記実過給圧の変化量を特定し、
     前記判定手段は、前記検出された実過給圧が前記目標過給圧未満であると共に、前記特定された変化量が所定値未満である場合に、前記タービンが異常であると判定する
     ことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の内燃機関の制御装置。
  5.  前記時間推移特定手段は、前記時間推移として、前記目標過給圧に対する前記検出された実過給圧の偏差を特定し、
     前記判定手段は、前記コンプレッサが異常であると判定された場合において、前記空気流量及び前記特定された偏差に基づいて前記コンプレッサにおける異常の発生箇所を更に判定する
     ことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の内燃機関の制御装置。
  6.  前記判定手段は、少なくとも前記吸気側可動ベーン機構の閉じ側固着の有無を判定する
     ことを特徴とする請求の範囲第5項に記載の内燃機関の制御装置。
  7.  前記吸気側可動ベーン機構の閉じ側固着が発生したと判定された場合に、前記コンプレッサの前後圧力比と前記空気流量とに基づいて前記吸気側可動ベーンの開度を特定する開度特定手段と、
     前記特定された開度に応じて前記実過給圧及び空気流量のうち少なくとも一方を補正する補正手段と
     を更に具備する
     ことを特徴とする請求の範囲第6項に記載の内燃機関の制御装置。
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