(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気通路に設けられるコンプレッサと、エンジンの排気通路に設けられエンジンの運転状態に応じて排気通路を流れる排気流量を変更可能なタービンからなるターボチャージャーの異常判定装置において、
前記排気通路中の排気の一部を吸気通路に戻すＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁とを有し、
前記ＥＧＲ通路と吸気通路の合流部よりも上流側で、且つ吸気を冷却するエアクーラーよりも上流側で、前記コンプレッサの下流側の吸気温度を検出するコンプレッサ出口温度センサを設け、
エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて前記ターボチャージャーが正常である場合における前記コンプレッサ出口温度センサを設けた位置での通常吸気温度を求める温度算出部と、
前記ＥＧＲ弁が開いている場合に、前記温度算出部で求めた前記通常吸気温度と、コンプレッサ出口温度センサにより検出された吸気温度との差が、予め設定した規定値よりも大きい場合に、前記ターボチャージャーが異常であると判断する異常判定部と、を設けたことを特徴とするターボチャージャーの異常判定装置。
【請求項２】
前記吸気通路上に吸気マニホールドを有し、
前記吸気マニホールド内の温度を検出するインマニ温度センサを有し、
前記ＥＧＲ弁が閉じている場合に、前記異常判定部では、ターボチャージャーに異常がない場合におけるエンジン回転数と燃料噴射量と通常インマニ温度との関係を示したマップを用いて求めた通常インマニ温度と、前記インマニ温度センサにより検出したインマニ温度との差が、予め設定した規定値よりも大きい場合に、前記ターボチャージャーが異常であると判定することを特徴とする請求項１記載のターボチャージャーの異常判定装置。
【請求項３】
前記異常判定部は、前記ＥＧＲ弁が閉じている場合に、前記コンプレッサ出口温度センサと前記インマニ温度センサとを用いて、前記ターボチャージャーと前記エアクーラーとの異常を判断することを特徴とする請求項２記載のターボチャージャーの異常判定装置。
【請求項４】
前記異常判定部は、前記エンジン回転数と燃料噴射量とから規定の定点であるかを判定し、規定の定点である場合に前記温度算出部で求めた前記通常吸気温度と前記コンプレッサ出口温度センサにより検出された吸気温度とを比較することを特徴とする請求項１記載のターボチャージャーの異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路を流れる排気流量を変更可能なタービンを有する所謂可変ターボチャージャーの異常判定装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
吸入空気を強制的に機関燃焼室内に送り込むことにより充填効率を高める過給システムとして、排気圧及び排気流量を利用するターボチャージャーが知られている。このターボチャージャーにおいては、その過給圧を回転数、負荷等の機関の運転状態に応じて調整することが望ましい。
【０００３】
そこで、タービンホイールに排気を供給する通路の断面積を変更するベーン（以下、可変ターボベーンと称する）を設け、該可変ターボベーンの角度を調整することにより前記断面積を変化させて排気流量を変更して、過給圧を調整するターボチャージャー（以下、可変ターボチャージャーと称する）が知られており、実用化がされている。
【０００４】
このような可変ターボチャージャーでは、機関の運転状態に応じて目標過給圧を設定し、該目標過給圧となるように可変ターボベーン角を調整している。
【０００５】
しかしながら、このような可変ターボチャージャーでは、可変ターボベーン角を目標過給圧になるように予め設定された角度に調整しても、可変ターボベーンの経年劣化や異常などの原因により、目標過給圧と実際の過給圧（以下、実過給圧と称する）のずれが生じることがある。
【０００６】
そこで、前記ずれの対策として、特許文献１にはフィードバック制御を行い、目標過給圧と実過給圧のずれに基づいてターボチャージャーの経年劣化等の異常を判定することができる技術が開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、機関の運転状態が過渡変化した場合には、目標過給圧の変化に対して実過給圧が追従できない場合があり、誤判定する可能性がある。
【０００８】
そこで、特許文献２には、機関の運転状態に基づいて推定された排気圧自体が閾値よりも低いときには、実過給圧が目標過給圧を上回ってもターボチャージャー異常の判定がしにくいようにした技術が開示されている。また、該技術においては、閾値は吸入空気量と燃料噴射量についても設け、吸入空気量や燃料噴射量が閾値よりも低い場合にはターボチャージャー以上の判定がされにくいようにしている。特許文献２に開示された技術により、機関の運転が過渡変化した場合においてもターボチャージャーの異常についての誤判定が起こりにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１９６３８１号公報
【特許文献２】特開２００６−２９１８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示された技術においては、特許文献１に開示された技術と同様にフィードバック制御の制御量である過給圧に基づいてターボチャージャーの異常を判定するものである。
【００１１】
そのため、特許文献１、２に開示された技術においては何れも、フィードバック制御に係る機構に異常があっても、フィードバック制御に係る異常かターボチャージャーの異常か判別できない可能性がある。
【００１２】
従って、本発明は従来技術の問題点に鑑み、フィードバック制御の制御量である過給圧を使用することなく、可変ターボベーンを有する可変ターボチャージャーの異常を判定することができるターボチャージャーの異常判定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明においては、エンジンの吸気通路に設けられるコンプレッサと、エンジンの排気通路に設けられエンジンの運転状態に応じて排気通路を流れる排気流量を変更可能なタービンからなるターボチャージャーの異常判定装置において、前記排気通路中の排気の一部を吸気通路に戻すＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ弁とを有し、前記ＥＧＲ通路と吸気通路の合流部よりも上流側で、且つ吸気を冷却するエアクーラーよりも上流側で、前記コンプレッサの下流側の吸気温度を検出するコンプレッサ出口温度センサを設け、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて前記ターボチャージャーが正常である場合における前記コンプレッサ出口温度センサを設けた位置での通常吸気温度を求める温度算出部と、前記ＥＧＲ弁が開いている場合に、前記温度算出部で求めた前記通常吸気温度と、コンプレッサ出口温度センサにより検出された吸気温度との差が、予め設定した規定値よりも大きい場合に、前記ターボチャージャーが異常であると判断する異常判定部と、を設けたことを特徴とする。
【００１４】
これにより、コンプレッサ出口温度センサによる吸気温度に基づいてターボチャージャーの異常を判定するため、フィードバック制御の制御量である過給圧を使用することなく、可変ターボベーンを有する可変ターボチャージャーの異常を判定することができるターボチャージャーの異常判定が可能となる。
【００１５】
また、前記排気通路中の排気の一部を吸気通路に戻すＥＧＲ通路を有し、前記コンプレッサ出口温度センサを、前記ＥＧＲ通路と吸気通路の合流部よりも上流側且つ前記コンプレッサよりも下流側に設ける。
【００１６】
前記合流部よりも上流側且つ前記コンプレッサよりも下流側に設けることで、ＥＧＲガスの温度・圧力・流量の影響を受けない位置での吸気温度に基づいてターボチャージャーの異常を判定することができる。そのため、ＥＧＲ通路を設けた場合においても、ＥＧＲの影響を取り除く複雑な計算等が必要なく、簡単に発明の実施が可能となる。
【００１７】
また、前記吸気通路上であって前記合流部よりも上流側且つコンプレッサよりも下流側に吸気を冷却するエアクーラーを有し、前記コンプレッサ出口温度センサを前記エアクーラーよりも上流側に設ける。
【００１８】
これにより、吸気通路にはエアクーラーが設けられる場合においても、エアクーラーの影響を受けない位置での吸気温度に基づいてターボチャージャーの異常を判定することができる。
【００１９】
また、前記吸気通路上に吸気マニホールドを有し、前記吸気マニホールド内の温度を検出するインマニ温度センサを有し、前記ＥＧＲ弁が閉じている場合に、前記異常判定部では、ターボチャージャーに異常がない場合におけるエンジン回転数と燃料噴射量と通常インマニ温度との関係を示したマップを用いて求めた通常インマニ温度と、前記インマニ温度センサにより検出したインマニ温度との差が、予め設定した規定値よりも大きい場合に、前記ターボチャージャーが異常であると判定するとよい。
一般的に、吸気マニホールドにはインマニ温度センサが設けられている。従って、インマニ温度センサを前記吸気温度センサとして使用することにより、ハード面では新たな機器を追加する必要がなく安価に発明の実施が可能となる。
【００２０】
また、前記異常判定部は、前記ＥＧＲ弁が閉じている場合に、前記コンプレッサ出口温度センサと前記インマニ温度センサとを用いて、前記ターボチャージャーと前記エアクーラーとの異常を判断するとよい。
すなわち、前記吸気通路上であって前記吸気マニホールドよりも上流側且つコンプレッサよりも下流側に吸気を冷却するエアクーラーを有し、前記コンプレッサ出口温度センサを、前記インマニ温度センサに加えて、前記エアクーラーよりも上流側且つ前記コンプレッサよりも下流側に設けるとよい。
【００２１】
エアクーラーを設けた場合、インマニ温度センサによる検出値はターボチャージャーの異常に加えて、エアクーラーの異常の影響も受ける。そこで、インマニ温度センサに加えて、エアクーラーよりも上流側且つコンプレッサよりも下流側の前記コンプレッサ出口温度センサにさらに温度センサを加えることで、ターボチャージャーの異常及びエアクーラーの異常それぞれを区別して判断することができる。
また、前記異常判定部は、前記エンジン回転数と燃料噴射量とから規定の定点であるかを判定し、規定の定点である場合に前記温度算出部で求めた前記通常吸気温度と前記コンプレッサ出口温度センサにより検出された吸気温度とを比較するとよい。ターボチャージャーの異常をより正確に判断することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、フィードバック制御の制御量である過給圧を使用することなく、可変ターボベーンを有する可変ターボチャージャーの異常を判定することができるターボチャージャーの異常判定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１に係るエンジン周辺の構成図である。
【図２】実施形態１におけるターボチャージャー１０の異常判定に関するフローチャートである。
【図３】実施形態１におけるターボチャージャー１０の異常判定に関する別の例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例】
【００２５】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るエンジン周辺の構成図である。
エンジン２には、吸気弁３２及び吸気マニホールド４を介して給気通路６が接続されるとともに、排気弁３４を介して排気通路８が接続されており、吸気マニホールド４にはその内部の温度を検出するインマニ温度センサ４０が設けられている。さらに、エンジン２には、コモンレール３６に蓄圧された高圧燃料をエンジン２内に噴射する噴射手段３８が設けられている。
【００２６】
吸気通路６には、ターボチャージャー１０のコンプレッサ１０ａが設けられている。コンプレッサ１０ａは後述するタービン１０ｂに同軸駆動されるものである。吸気通路６のコンプレッサ１０ａよりも下流側には吸気通路４を流れる吸気と大気で熱交換を行うエアクーラー１２が設けられ、さらにエアクーラー１２の下流側にはスロットルバルブ１４が設けられている。なお１５はコンプレッサ１０ａに供給される吸気流量を検知するエアフローメーターである。さらに、本実施例に特徴的な構成として、吸気通路６内であってコンプレッサ１０ａの下流側の温度を検出するコンプレッサ出口温度センサ４２が設けられている。
【００２７】
排気通路８には、ターボチャージャー１０のタービン１０ｂが設けられている。タービン１０ｂは、エンジン２からの排気ガスにより駆動されるものである。また、タービン１０ｂは、そのタービンホイールに排気通路８の断面積を変更する可変ターボベーンが設けられており、該可変ターボベーンの角度を調整することにより前記断面積を変化させて排気流量を変更できるように構成されている。なお、２６は前記可変ターボベーンの角度を調整可能なアクチュエーターである。
【００２８】
また、排気通路８にはタービン１０ｂをバイパスするタービンバイパスライン２２が設けられており、タービンバイパスライン２２にはタービンバイパスラインを流れる排気ガス流量を調整するウエストゲートバルブ２４が設けられている。なお、２８はウエストゲートバルブ２４の開度を調整可能なアクチュエーターである。ここで、本実施例においてはウエストゲートバルブ２４が設けられているが、発明の実施に関してはウエストゲートバルブ２４の有無は特に関係はなく、ウエストゲートバルブ２４が設けられていなくても発明の実施は可能である。
【００２９】
また、排気通路８には、排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気側へ再循環させるＥＧＲ通路１６が接続されている。ＥＧＲ通路１６には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー１８と、ＥＧＲ通路１６を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁２０が設けられている。
【００３０】
また、エンジンを総合的に制御する制御装置５０が設けられている。制御装置５０には、エンジン回転数センサ５２、アクセル開度センサ５４などの検出結果が入力される。そして、制御装置５０は、入力されたエンジン回転数やアクセル開度などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量や噴射時期などの最適値を演算し、噴射手段３８を制御可能となっている。さらに、制御装置５０はＥＧＲ弁２０の開度を調整することができる。さらにまた、制御装置５０は、アクチュエーター２６を制御して、タービン１０ｂの可変ノズルベーンの角度を調整することができるようになっている。
【００３１】
加えて、制御装置５０は、タービン１０ｂ如いてはターボチャージャー１０の異常を判定できるようになっている。
以下、制御装置５０によるターボチャージャー１０の異常判定について説明する。
【００３２】
図２は、実施形態１におけるターボチャージャー１０の異常判定に関するフローチャートである。なお、図２はＥＧＲ弁２０が開いている状態における異常判定に関するフローチャートである。
ステップＳ１で、制御装置５０では、エンジン回転数センサ５２による機関回転数の検出値が入力されるとともに、噴射手段３８により噴射した燃料量の制御装置５０による指令値が入力される。
ステップＳ１が終了するとステップＳ２に進む。
【００３３】
ステップＳ２では、制御装置５０内の温度算出部５６にてマップを用いて通常コンプレッサ出口温度を出力する。
ここで、前記マップとは、ターボチャージャー１０に異常がない場合における機関回転数と燃料噴射量と通常コンプレッサ温度との関係を示したマップである。該マップは、当該エンジン２、ターボタージャー１０において、ターボチャージャー１０に異常がないときに予め実験的に作成しておくものである。
また、前記通常コンプレッサ出口温度とは、ターボチャージャー１０に異常がない場合における運転状態（機関回転数、燃料噴射量）に対応するコンプレッサ温度であり、当該エンジン２、ターボチャージャー１０において実験的に求めることができる値である。
ステップＳ２が終了するとステップＳ３に進む。
【００３４】
ステップＳ３では、制御装置５０内の異常判定部５７にてステップＳ２で出力した通常コンプレッサ出口温度と、コンプレッサ出口温度センサ４２によって検出された温度とを比較する。
【００３５】
ステップＳ４では、引き続き異常判定部５７にて、ステップＳ３による比較の結果、誤差が５％未満であれば異常はなく、誤差が５％以上であればターボチャージャーの経年劣化又は異常と判断する。
ここで、ステップＳ３による比較とは、通常コンプレッサ出口温度に対するコンプレッサ出口温度センサ４２によって検出されたコンプレッサ出口温度のずれを求めることである。
なお、前記５％とは実施例において用いたターボチャージャーが異常と判断するか否かの規定値であり、エンジン、ターボチャージャーの性能等により適宜決定することができる値である。
【００３６】
本実施例においては、コンプレッサ１０ａの出口にコンプレッサ出口温度センサ４２を設け、コンプレッサ出口温度を用いてターボチャージャーの異常を判断している。コンプレッサ１０ａ出口は、ＥＧＲガスが合流する前であるためＥＧＲガスの影響を考慮する必要がなく、さらにエアクーラー１２の上流側であるためエアクーラー１２の異常等も考慮する必要がない。しかも、ハード面においては温度センサ４２を１つ追加するだけで既存のシステムに対しても発明を適用することができるため、安価でしかも簡単に発明の実施をすることができる。
【００３７】
なお、コンプレッサ出口温度センサ４２を設けずに、一般的に設けられているインマニ温度センサ４０を用いて同様にターボチャージャー１０の異常を判断することも可能である。しかしこの場合、吸気マニホールド４内では、吸気流量がＥＧＲガスと混ざるので（吸気総量に相当）、ＥＧＲバルブ２０の健全性を含めたＥＧＲガスの影響を切り分けて吸気マニホールド内の温度傾向をマップ化する必要がある。しかし吸気総量の推定にばらつきの可能性があるインマニ圧（過給圧と同等）も用いるので、前記切り分けは困難である。従って、ＥＧＲ通路１６を使用する場合には、コンプレッサ出口温度を用いてターボチャージャー１０の異常判断をすることが正確に異常判断をする上で好ましい。
【００３８】
さらに、ターボチャージャー１０の異常をより正確に判断するため、条件を追加することができる。
図３は、実施形態１におけるターボチャージャー１０の異常判定に関する別の例のフローチャートである。
図３において、ステップＳ１１は図２におけるステップＳ１と同じであるので説明を省略する。
【００３９】
ステップＳ１２では、温度算出部５６にて、ステップＳ１１で取り込んだ機関回転数と燃料噴射量が規定の定点であるか否か判定する。さらに、必要に応じてステップＳ１１において噴射手段３８からの噴射時期も取り込み、定格負荷における噴射パターンとずれていないか判定することもできる。
【００４０】
該判定により特に異常がなければ、ステップＳ１１で取り込んだ機関回転数と燃料噴射量を用いてマップにより通常コンプレッサ出口温度を出力する。通常コンプレッサ出口温度の出力は図２におけるステップＳ１２と同じである。
【００４１】
以降、ステップＳ１３及びステップＳ１４は、図２におけるステップＳ３及びステップＳ４と同じである。
【００４２】
図３に示したフローチャートにより、ターボチャージャー１０の異常をより正確に判断することができる。
【００４３】
（実施形態２）
次に、ＥＧＲバルブ２０を閉じている場合、又は図１においてＥＧＲ通路１６がない場合にターボチャージャー１０の異常判定について説明する。なお、実施形態２において、エンジン周辺の構成図は図１を援用し、その説明を省略する。
また、この場合の異常判定に関するフローチャートについては、「コンプレッサ出口温度」を「インマニ温度」と置き換えると図２及び図３と同様であるため、図示は省略する。ここでインマニ温度とは、吸気マニホールド４内の温度を意味し、インマニ温度計４０によって検出可能な温度である。
【００４４】
即ち、ＥＧＲバルブ２０を閉じている場合、又は図１においてＥＧＲ通路１６がない場合におけるターボチャージャー１０の異常判定においては、ターボチャージャー１０に異常がない場合における機関回転数と燃料噴射量と通常インマニ温度との関係を示したマップを用いて求めた通常インマニ温度と、インマニ温度計４０により検出したインマニ温度とを比較し、その誤差が５％以上であるか否かによりターボチャージャー１０の異常を判定するものである。
【００４５】
この場合、吸気通路６上の吸気流量がＥＧＲガスと混ざることはないので、インマニ温度はＥＧＲガスの影響を受けない。
従って、インマニ温度を用いてターボチャージャー１０の異常の判断が可能である。
【００４６】
なお、この場合、インマニ温度はターボチャージャー１０のみならずエアクーラー１２の影響も受けるため、ステップＳ４で異常と判断した場合、ターボチャージャー１０又はエアクーラー１２の異常と判断する。
【００４７】
実施形態２によれば、インマニ温度を用いてターボチャージャー１０の異常を判断することができるため、コンプレッサ出口温度センサ４２を使用する必要がない。そのため、特にＥＧＲ通路１６を設けない場合においては、コンプレッサ出口温度センサ４２を設ける必要がなく、ハード面においては機器を追加することなく発明の実施が可能であり、安価でしかも簡単に発明の実施が可能である。
【００４８】
なお、ＥＧＲ通路１６を設け、ＥＧＲバルブ２０を閉じて運転する場合には、実施形態１において説明したコンプレッサ出口温度と、実施形態２において説明したインマニ温度との何れを用いてもターボチャージャー１０の異常の判断が可能である。
【００４９】
また、ＥＧＲ通路１６を設けない、又はＥＧＲ通路１６は設けているがＥＧＲバルブ２０を閉じて運転する場合、実施形態１で説明したコンプレッサ出口温度と、実施形態２で説明したインマニ温度の両方を組み合わせて異常の判断を行うこともできる。
この場合、ターボチャージャー１０が異常である場合にはコンプレッサ出口温度及びインマニ温度の両方で異常の判断がなされる。また、ターボチャージャー１０が正常であるがエアクーラー１２が異常である場合にはコンプレッサ出口温度では正常の判断がされるが、インマニ温度では異常の判断がされる。即ち、ターボチャージャー１０とエアクーラー１２の何れが異常であるか区別して判断することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
フィードバック制御の制御量である過給圧を使用することなく、可変ターボベーンを有する可変ターボチャージャーの異常を判定することができるターボチャージャーの異常判定装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
２  エンジン
４  吸気マニホールド
６  吸気通路
８  排気通路
１０  ターボチャージャー
１０ａ  タービン
１０ｂ  コンプレッサ
１２  エアクーラー
１６  ＥＧＲ通路
４０  インマニ温度センサ
５０  制御装置
５６  温度算出部
５７  異常判定部
【図１】
0005496057.tif 000002
【図２】
0005496057.tif 000003
【図３】
0005496057.tif 000004