(57)【要約】【課題】エアバイパスバルブとウエストゲートバルブとを備える過給機付き内燃機関において、エアバイパスバルブの異常をウエストゲートバルブの異常と区別して正確に検出する。【解決手段】過給圧が目標過給圧になるようにウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３８の操作量を決定するユニット１０４と、吸気通路１０における空気流量の計測値mafmを取得するエアフローメータ４２と、目標ダイアフラム圧Pdftを取得する算出部１０６と、過給圧センサ４４により得られた計測過給圧Picmと目標ダイアフラム圧Pdftとに基づいて、推定空気流量mafeを計算するユニット１１０と、計測過給圧Picmが閾値βよりも大きく且つ計測空気流量mafmと推定空気流量mafeとの差の大きさが閾値αよりも大きい状態が所定時間継続した場合に、エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）３６の異常を表す異常フラグを立てるユニット１１２と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられたタービンをバイパスして排気ガスを流すためのウエストゲートバルブと、前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサの下流側から上流側へ当該コンプレッサをバイパスして空気を再循環させるためのエアバイパスバルブと、を備え、過給圧が目標過給圧になるように前記ウエストゲートバルブを操作するように構成された過給機付きの内燃機関の制御装置において、
前記吸気通路における空気流量の計測値である計測空気流量を取得する手段と、
前記ウエストゲートバルブの目標開度と相関を有する目標開度相関値を取得する取得手段と、
過給圧センサにより得られた計測過給圧と前記目標開度相関値とに基づいて、推定空気流量を計算する計算手段と、
前記計測過給圧が第１の閾値よりも大きく、且つ前記計測空気流量と前記推定空気流量との差の大きさが第２の閾値よりも大きい状態が所定時間継続した場合に、前記エアバイパスバルブの異常を検出するエアバイパスバルブ異常検出手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ウエストゲートバルブは、ダイアフラム式のバルブであり、
前記取得手段は、前記目標開度を実現するための目標ダイアフラム圧を前記目標開度相関値として取得する手段であることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記計算手段は、前記目標開度相関値が前記ウエストゲートバルブの全閉状態に対応する値である場合に前記推定空気流量を計算することを特徴とする請求項１または２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記第２の閾値は、前記計測過給圧が大きいほど大きな値となるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記エアバイパスバルブの異常が検出された場合に、前記タービンの回転数を低下させるための制御を実行する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記ウエストゲートバルブの開度を開方向に操作する手段であることを特徴とする請求項５に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記内燃機関のスロットルを閉方向に操作する手段であることを特徴とする請求項５に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給圧が目標過給圧になるように過給圧制御用アクチュエータを操作する過給機付き内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、過給圧制御に関する異常を自己診断する機能を備えた制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００８−２５５２９号公報に開示されるように、ウエストゲートバルブ、エアバイパスバルブおよびバリアブルフラップといった過給圧制御に用いられるアクチュエータを備える過給機付き内燃機関が知られている。これらのアクチュエータの何れかに開弁位置で固着する開弁故障が発生すると、所望の過給圧が得られなくなって過給機の機能が損なわれてしまう。そこで、上記従来の装置では、コンプレッサ前後の圧力比が定常状態に移行した後に到達すべき圧力比となるまでの遅れ（遅れ係数）を算出し、この遅れ係数と異常判定値とを比較することによってこれらのアクチュエータの開弁故障の発生有無を検知することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術では、過給圧制御に用いられるアクチュエータの何れかに異常が発生したことを検知することはできるが、例えば、ウエストゲートバルブの異常とエアバイパスバルブの異常とを区別して検出することはできない。このため、ウエストゲートバルブに異常が起きている場合であっても、エアバイパスバルブの異常であると誤検出してしまうおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、エアバイパスバルブとウエストゲートバルブとを備える過給機付き内燃機関において、エアバイパスバルブの異常をウエストゲートバルブの異常と区別して正確に検出することのできる過給機付き内燃機関の制御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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に設けられたタービンをバイパスして排気ガスを流すためのウエストゲートバルブと、前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサの下流側から上流側へ当該コンプレッサをバイパスして空気を再循環させるためのエアバイパスバルブと、を備え、過給圧が目標過給圧になるように前記ウエストゲートバルブを操作するように構成された過給機付きの内燃機関の制御装置において、
前記吸気通路における空気流量の計測値である計測空気流量を取得する手段と、
前記ウエストゲートバルブの目標開度と相関を有する目標開度相関値を取得する取得手段と、
過給圧センサにより得られた計測過給圧と前記目標開度相関値とに基づいて、推定空気流量を計算する計算手段と、
前記計測過給圧が第１の閾値よりも大きく、且つ前記計測空気流量と前記推定空気流量との差の大きさが第２の閾値よりも大きい状態が所定時間継続した場合に、前記エアバイパスバルブの異常を検出するエアバイパスバルブ異常検出手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記ウエストゲートバルブは、ダイアフラム式のバルブであり、
前記取得手段は、前記目標開度を実現するための目標ダイアフラム圧を前記目標開度相関値として取得する手段であることを特徴としている。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記計算手段は、前記目標開度相関値が前記ウエストゲートバルブの全閉状態に対応する値である場合に前記推定空気流量を計算することを特徴としている。
【０００９】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記第２の閾値は、前記計測過給圧が大きいほど大きな値となるように設定されていることを特徴としている。
【００１０】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記エアバイパスバルブの異常が検出された場合に、前記タービンの回転数を低下させるための制御を実行する制御手段を更に備えることを特徴としている。
【００１１】
第６の発明は、第５の発明において、
前記制御手段は、前記ウエストゲートバルブの開度を開方向に操作する手段であることを特徴としている。
【００１２】
第７の発明は、第５の発明において、
前記制御手段は、前記内燃機関のスロットルを閉方向に操作する手段であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、過給圧センサにより得られた計測過給圧とウエストゲートバルブの目標開度の相関値とに基づいて推定空気流量が計算される。そして、計測過給圧が第１の閾値よりも大きく、且つ内燃機関の吸気通路における空気流量の計測値（計測空気流量）と推定空気流量との差の大きさが第２の閾値よりも大きい状態が所定時間継続した場合に、エアバイパスバルブの異常が検出される。ウエストゲートバルブが開状態で固着する開き故障が発生している場合には、エアバイパスバルブに開き故障が発生している場合に比して過給圧が上昇し難い傾向にある。このため、本発明によれば、計測過給圧が第１の閾値よりも大きい場合にエアバイパスバルブの異常を自己診断することにより、エアバイパスバルブの異常をウエストゲートバルブの異常と区別して正確に検出することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、ダイアフラム式のウエストゲートバルブにおいて、目標ダイアフラム圧を目標開度相関値として利用することができる。
【００１５】
第３の発明によれば、推定空気流量の計算は、目標開度相関値がウエストゲートバルブの全閉状態に対応する値である場合に行われる。このため、本発明によれば、目標開度相関値と推定空気流量との関係をより簡素化することができるので、より正確な推定空気流量を計算することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、第２の閾値は、計測過給圧が大きいほど大きな値として設定される。過給圧に対するエアバイパスバルブの全開時の空気流量は、全閉時の空気流量とほぼ線形の傾向にある。このため、本発明によれば、過給圧に応じた第２の閾値を設定することにより、過給圧によらずエアバイパスバルブの異常の自己診断を正確に行うことができる。
【００１７】
第５の発明によれば、エアバイパスバルブの異常が検出された場合に、タービンの回転数を低下させるための制御が実行される。このため、本発明によれば、達成可能な過給圧に対応するタービン回転数以上に回転数が上昇する事態を有効に抑止することが可能となる。
【００１８】
第６の発明によれば、ウエストゲートバルブを開方向に操作することにより、排気ガスの一部をタービンからバイパスさせてタービン回転数を簡易に低下させることができる。
【００１９】
第７の発明によれば、スロットルを閉方向に操作することにより、吸入空気量を制限してタービン回転数を簡易に低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る制御装置が用いられる過給機付き内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る過給機の過給特性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る制御装置によって実行される異常診断のためのルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００２２】
本実施の形態に係る制御装置が用いられる内燃機関（以下、「エンジン」とも称する）は、ウエストゲートバルブ（以下、「ＷＧＶ」とも称する）を有する過給エンジンであり、より詳しくは、スロットルによる空気量の調整によってトルクを制御することのできる４サイクルレシプロエンジンである。図１は、本実施の形態に係る制御装置が用いられる過給エンジンの構成を示す概略図である。本実施の形態に係る過給エンジンは、吸気通路１０に設けられたコンプレッサ３２と排気通路２０に設けられたタービン３４とからなるターボ過給機３０を備えている。吸気通路１０はエンジン本体２に取り付けられた吸気マニホールド１８に接続されている。吸気通路１０の入口にはエアクリーナ１２が設けられ、その下流であってコンプレッサ３２よりも上流には空気流量を計測するためのエアフローメータ４２が配置されている。吸気通路１０におけるコンプレッサ３２とスロットル１６との間にはインタークーラ１４が設けられている。インタークーラ１４の出口には、スロットル１６の上流部の圧力、すなわち、過給圧を計測するための過給圧センサ４４が取り付けられている。また、吸気通路１０には、コンプレッサ３２の下流側から上流側へコンプレッサ３２をバイパスして空気を再循環させるためのエアバイパスバルブ（以下、「ＡＢＶ」とも称する）３６が設けられている。このエアバイパスバルブ３６は、例えばスロットル１６の急閉時に開弁されることによりサージの発生を抑制してコンプレッサ３２を保護するためのものである。排気通路２０はエンジン本体２に取り付けられた排気マニホールド２２に接続されている。排気通路２０には、タービン３４をバイパスして排気ガスを流すためのウエストゲートバルブ３８が設けられている。このウエストゲートバルブ３８はＥ−ＶＲＶ（Electric Vacuum Regulating Valve）の駆動によってダイアフラム圧を制御することにより、任意の開度を実現するアクティブ制御対応のダイアフラム式のウエストゲートバルブである。
【００２３】
本実施の形態に係る制御装置は、過給エンジンを制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００の機能の一部として実現される。ＥＣＵ１００には、エアフローメータ４２や過給圧センサ４４の他にもスロットル開度センサ４６、エンジン回転数センサ４８、アクセル開度センサ５０等の各種のセンサから、エンジンの運転状態や運転条件に関する様々な情報や信号が入力される。ＥＣＵ１００は、それらの情報や信号に基づいてスロットル１６やウエストゲートバルブ３８等の各種のアクチュエータを操作する。
【００２４】
図２のブロック図は、本実施の形態に係る制御装置としてのＥＣＵ１００の構成を示している。図２に示す構成によれば、ＥＣＵ１００は、目標過給圧演算ユニット１０２と過給圧制御ユニット１０４と空気流量推定ユニット１１０と異常診断ユニット１１２とから構成されている。ただし、これらの要素１０２，１０４，１１０，１１２は、ＥＣＵ１００が有する種々の機能のうち過給圧制御と異常診断とに関する要素のみに着目して図で表現したものである。したがって、図２はＥＣＵ１００がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、ＥＣＵ１００は自動車用のコンピュータであって、各要素はメモリに記憶されたソフトウェアがＣＰＵで実行されたときに仮想的に実現される。
【００２５】
目標過給圧演算ユニット１０２は、過給圧制御のための目標過給圧Pictを演算する。目標過給圧Pictの演算には、エンジン回転数センサ４８によって計測されたエンジン回転数NEと、アクセル開度センサ５０によって計測されたアクセルペダル開度APとが用いられる。目標過給圧演算ユニット１０２はこれらの情報に基づいて目標空気量を決定し、目標空気量に応じて目標過給圧Pictを決定する。
【００２６】
過給圧制御ユニット１０４は、目標過給圧Pictを実現するためのウエストゲートバルブ３８の操作量を決定するためのものであり、目標ダイアフラム圧算出部１０６及び制御デューティ比算出部１０８から構成されている。目標ダイアフラム圧算出部１０６は目標過給圧Pictに基づいてウエストゲートバルブ３８の開度制御に用いる物理量としての目標ダイアフラム圧Pdftを決定する。尚、ここでは、過給エンジンにおける空気の挙動を物理的にモデル化した公知の物理モデルが用いられる。制御デューティ比算出部１０８は、目標ダイアフラム圧算出部１０６で算出された目標ダイアフラム圧Pdftに基づいて、ウエストゲートバルブ３８の操作量であるＥ−ＶＲＶの制御デューティ比Dvrvを決定する。
【００２７】
ＥＣＵ１００は、過給圧制御ユニット１０４で計算される各種パラメータのうち、目標ダイアフラム圧算出部１０６で算出された目標ダイアフラム圧Pdftをウエストゲートバルブ３８の開度相関値として取り出す。空気流量推定ユニット１１０は、目標ダイアフラム圧算出部１０６で算出された目標ダイアフラム圧Pdftと過給圧センサ４４により計測された計測過給圧Picmとに基づいて、エアバイパスバルブ３６が閉じているときの空気流量の推定値である推定空気流量mafeを算出する。推定空気流量mafeの算出は、例えば図３に示すような過給特性を利用して行なう。図３は、本発明の実施の形態１に係る過給機の過給特性を示す図である。この図に示すように、エアバイパスバルブ３６が閉じているときの過給圧に対する空気流量は、ダイアフラム圧の大きさに応じて異なる特性を有している。このため、ＥＣＵ１００は、図３に示すようなダイアフラム圧、過給圧、および空気流量の特性をマップ等により記憶しておくことで、目標ダイアフラム圧Pdftおよび計測過給圧Picmに対応する推定空気流量mafeを算出する。尚、ウエストゲートバルブ３８が開弁されている場合には、計測過給圧Picmに対応する推定空気流量mafeが一意的に定まらない場合がある。このため、空気流量推定ユニット１１０での推定空気流量mafeの算出は、ウエストゲートバルブ３８が閉弁されている状態を前提とすることが望ましい。
【００２８】
異常診断ユニット１１２は、過給圧制御に関係するデバイスであるエアバイパスバルブ３６の異常を診断する。エアバイパスバルブ３６に異常がある場合、異常診断ユニット１１２は異常フラグFLGを立てる（フラグFLGの値を１にする）。異常診断ユニット１１２による異常診断には、空気流量推定ユニット１１０で演算された推定空気流量mafe、過給圧センサ４４により計測された計測過給圧Picm、そして、エアフローメータ４２により計測された空気流量mafmが用いられる。以下、これらの情報を用いた異常診断の方法について図３を参照して説明する。
【００２９】
ＥＣＵ１００は過給圧制御ユニット１０４によって過給圧制御を行っているので、エアバイパスバルブ３６とウエストゲートバルブ３８が共に正常であるならば、エアフローメータ４２により計測された計測空気流量mafmは推定空気流量mafeにほぼ一致しているはずである。
【００３０】
しかしながら、ウエストゲートバルブ３８が何らかの異常により開弁状態で固着して指示開度通りに作動しなくなった場合、実際の過給圧を目標過給圧Pictに一致させることはできなくなる。その結果、実際の過給圧に相当する計測過給圧Picmは目標過給圧Pictに対して小さくなるため、推定空気流量mafeは計測空気流量mafmに対して小方向に乖離することになる。
【００３１】
また、エアバイパスバルブ３６が何らかの異常により開弁状態で固着した場合、コンプレッサ３２の下流側の空気がエアバイパスバルブ３６を通過して上流側へ再循環されてしまう。その結果、本来エアバイパスバルブ３６が閉弁されるべき運転条件では実際過給圧に相当する計測過給圧Picmは目標過給圧Pictに対して小さくなるため、推定空気流量mafeは計測空気流量mafmに対して小方向に乖離することになる。
【００３２】
以上の例から分かるように、エアバイパスバルブ３６とウエストゲートバルブ３８の何れかに異常が起きている場合には、計測空気流量mafmと推定空気流量mafeとの間で大きさに差が生じる。
【００３３】
ここで、図３に示すように、ウエストゲートバルブ３８の開度が大きいほど、すなわちダイアフラム圧（負圧）が小さいほど、空気流量に対する実際の過給圧は低い値となる。特に、ウエストゲートバルブ３８が全開に開弁している場合（例えば図３中のダイアフラム圧３０ｋＰａのライン）においては、空気流量が増加しても実際の過給圧はある圧力を超えて上昇しない。一方、エアバイパスバルブ３６が開弁している場合（例えば図３中の点線のライン）においては、エアバイパスバルブ３６が閉弁している場合よりも実際の過給圧が低下するものの、空気流量の増加に応じて実際の過給圧が上昇し続けている。
【００３４】
このようなことから、ウエストゲートバルブ３８が開弁しているときには到達しないがエアバイパスバルブ３６が開弁しているときには到達しうる過給圧の領域において、エアバイパスバルブ３６が閉弁している運転条件にもかかわらず計測空気流量mafmと推定空気流量mafeとの間で大きさに差が生じた場合に、エアバイパスバルブ３６が何らかの異常により開弁状態で固着していると判断することができる。
【００３５】
そこで、本実施の形態１に係る制御装置の異常診断ユニット１１２は、エンジンの定常状態において計測過給圧Picmが所定の閾値βよりも大きい場合において、エアバイパスバルブ３６が閉弁している運転条件での目標過給圧Pictを演算する。そして、計測過給圧Picmと当該目標過給圧Pictとの差の大きさが閾値αよりも大きい状態が所定時間継続した場合に、エアバイパスバルブ３６に開き故障があるとして異常フラグFLGの値を１にする。
【００３６】
閾値α，βの値は、エンジンの実機を用いた適合によって決定される。詳しくは、例えば図３に示すように、エアバイパスバルブ３６が閉弁しているときの空気流量と開弁しているときの空気流量との差の大きさは、過給圧が大きいほど大きくなる傾向にある。そこで、閾値αは過給圧が大きいほど大きな値となるように設定することが好ましい。これにより、計測過給圧Picmに応じた適切な閾値αを設定することができるので、自己診断の精度を高めることができる。
【００３７】
以上述べた異常診断の方法は、ＥＣＵ１００が図４のフローチャートに示すルーチンを実行することによって実施される。ＥＣＵ１００による異常診断ルーチンの実行は制御周期毎に行われる。異常診断ルーチンの最初のステップＳ１００では、定常状態であるか否か、および過給圧センサ４４によって計測された計測過給圧Picmが閾値β以上か否かが判定される。その判定結果が否定であるならば、ウエストゲートバルブ３８に異常が起きている可能性もあると判断することができる。よって、ステップＳ１００の判定結果が否定の場合、フラグFLGの値はゼロのまま保持される。
【００３８】
一方、上記ステップＳ１００の判定結果が肯定であるならば、ウエストゲートバルブ３８に異常が起きていないと判断することができる。この場合、ＥＣＵ１００による処理は次のステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、計測過給圧Picmと目標ダイアフラム圧Pdftとに基づいてエアバイパスバルブ３６の閉弁時における推定空気流量mafeが算出される。次に、ステップＳ１０４では、エアフローメータ４２により計測された空気流量mafmと上記ステップＳ１０２において算出された推定空気流量mafeとの差の大きさが閾値αより大きいか否かが判定される。その判定結果が否定であるならば、エアバイパスバルブ３６に異常は起きていないと判断することができる。よって、ステップＳ１０２の判定結果が否定の場合、フラグFLGの値はゼロのまま保持される。
【００３９】
一方、上記ステップＳ１０２の判定結果が肯定であるならば、エアバイパスバルブ３６が開いていると判断することができる。この場合、ＥＣＵ１００による処理はステップＳ１０６に進み、エアバイパスバルブ３６に異常が起きていることを表す異常フラグFLGの値が１にされる。
【００４０】
尚、フラグFLGが立った場合、ＥＣＵ１００はインストルメントパネルに設けられた異常を示すランプを点灯させるとともに、エアバイパスバルブ３６の異常を表す異常コードをメモリに記録する。記録された異常コードは車両の点検時に診断器によって読み出され、車両整備士は診断器に表示される異常コードを見てどこに異常が起きているのかを特定する。
【００４１】
また、フラグFLGが立った場合、エアバイパスバルブ３６からのエア漏れを抑制するために、過給圧を低下させるための制御が行われる。過給圧を低下させるための方法としては、例えば、ウエストゲートバルブ３８の開度を大きくしてターボ回転数を低下させる制御や、スロットル１６の開度を小さくして吸入空気量を制限することによりターボ回転数を低下させる制御を行うことができる。
【００４２】
その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、実施の形態１ではウエストゲートバルブ３８の開度相関値として目標ダイアフラム圧Pdftを用いることとしているが、制御デューティ比Dvrv等の他の開度相関値を用いることとしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
２  エンジン本体
１０  吸気通路
２０  排気通路
３０  ターボ過給機
３２  コンプレッサ
３４  タービン
３８  ウエストゲートバルブ
４２  エアフローメータ
４４  過給圧センサ
１００  ＥＣＵ（制御装置）
１０２  目標過給圧演算ユニット
１０４  過給圧制御ユニット
１０６  目標ダイアフラム圧算出部
１０８  制御デューティ比算出部
１１０  空気流量推定ユニット
１１２  異常診断ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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