(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の過給を行う過給機と、過給圧を低下させる過給圧低下機構と、を備える過給システムにおいて、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、
前記過給圧を検出する過給圧検出部と、
前記過給圧低下機構による前記過給圧の低下が指令されていない状態で、前記吸入空気量が増加されたときの、前記過給圧の上昇の開始から終了までの期間における前記吸入空気量の積算値を前記吸入空気量検出部の検出結果に基づき演算するとともに、前記期間における前記過給圧の上昇量であるピーク過給圧を前記過給圧検出部の検出結果から取得し、前記吸入空気量の積算値と前記ピーク過給圧とに基づいて当該過給システムの異常の有無を判定する異常判定部と、
を備えることを特徴とする過給システム。
【請求項２】
前記異常判定部は、前記ピーク過給圧が高いときには、同ピーク過給圧が低いときに比して大きい値となるように判定値を設定するとともに、前記吸入空気量の積算値がその判定値よりも大きい場合、当該過給システムに異常があると判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の過給システム。
【請求項３】
前記異常判定部は、前記吸入空気量の積算値が大きいときには、同積算値が小さいときに比して大きい値となるように判定値を設定するとともに、前記ピーク過給圧がその判定値よりも小さい場合、当該過給システムに異常があると判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の過給システム。
【請求項４】
前記異常判定部は、前記過給圧の上昇の開始時における前記吸入空気量の検出値を同検出値の現在の値から減算した値を、前記期間において積算した値として、前記吸入空気量の積算値を演算する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の過給システム。
【請求項５】
前記過給機は、前記内燃機関の排気通路に設置されてその内部を流れる排気の流勢により動作するタービンによって、同内燃機関の吸気通路に設置されたコンプレッサーを駆動することで過給を行う排気タービン式過給機であり、
前記過給圧低下機構は、前記タービンを迂回して排気を流すバイパス通路に設置されて、そのバイパス通路の排気の通過を全閉時に遮断するとともに開弁に応じて許容するウェイストゲートバルブである、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給システム。
【請求項６】
前記過給機は、前記内燃機関の吸気通路に設置されたコンプレッサーを同内燃機関の動力により駆動して過給を行う機械式過給機であり、
前記過給圧低下機構は、前記内燃機関の吸気通路における前記コンプレッサーの下流側の部分に設けられて、その部分を流れる吸気の一部を開弁に応じて外部に排出するとともに、全閉時にその排出を遮断するリリーフバルブである、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給システム。
【請求項７】
内燃機関の吸気通路を流れる吸気を加圧して同内燃機関の燃焼室に送る過給機と、その過給機により前記燃焼室に送られる吸気の圧力である過給圧を低下させる過給圧低下機構とを備える過給システムの異常の有無を診断する方法であって、
前記過給圧低下機構による前記過給圧の低下が指令されていない状態で吸入空気量が増加されたときの、前記過給圧の上昇の開始から終了までの期間における前記吸入空気量の積算値を求めるとともに、上記期間における過給圧の上昇量であるピーク過給圧とその吸入空気量の積算値との関係に基づいて、前記過給システムの異常の有無を判定する、
ことを特徴とする過給システムの診断方法。
【請求項８】
前記異常の有無の判定は、前記吸入空気量の積算値が、前記ピーク過給圧から想定される正常時の値に対してプラス側に乖離している場合、異常有りと判定することで行われる、
ことを特徴とする請求項７に記載の過給システムの診断方法。
【請求項９】
前記異常の有無の判定は、前記ピーク過給圧が、前記吸入空気量の積算値から想定される正常時の値に対してマイナス側に乖離している場合、異常有りと判定することで行われる、
ことを特徴とする請求項７に記載の過給システムの診断方法。
【請求項１０】
前記異常の有無の判定に用いられる前記吸入空気量の積算値として、前記過給圧の上昇の開始時からの前記吸入空気量の増加量の積算値を用いる、
ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の過給システムの診断方法。
【請求項１１】
当該診断方法は、前記内燃機関の排気通路に設置されてその内部を流れる排気の流勢により動作するタービンによって、同内燃機関の吸気通路に設置されたコンプレッサーを駆動することで過給を行う排気タービン式過給機を前記過給機として備えるとともに、前記タービンを迂回して排気を流すバイパス通路に設置されて、そのバイパス通路の排気の通過を、全閉時に遮断するとともに開弁に応じて許容するウェイストゲートバルブを前記過給圧低下機構として備える過給システムに適用される、
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の過給システムの診断方法。
【請求項１２】
当該診断方法は、前記内燃機関の吸気通路に設置されたコンプレッサーを同内燃機関の動力により駆動して過給を行う機械式過給機を前記過給機として備え、前記内燃機関の吸気通路における前記コンプレッサーの下流側の部分に設けられて、その部分を流れる吸気の一部を開弁に応じて外部に排出するとともに、全閉時にその排出を遮断するリリーフバルブを前記過給圧低下機構として備える過給システムに適用される、
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の過給システムの診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給システムおよび過給システムの診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に適用される過給システムとして、排気エネルギーを利用して過給を行う過給システム、いわゆるターボチャージャーがある。この種の過給システムは、内燃機関の吸気通路に設置されて、同吸気通路を流れる吸気を加圧して内燃機関の燃焼室に吐出するコンプレッサーと、内燃機関の排気通路に設置されて、同排気通路を流れる排気の流勢により動作してコンプレッサーを駆動するタービンとを備える。さらに、この種の過給システムには、その過給動作を能動的に制御するため、タービンを迂回して排気を流すバイパス通路と、そのバイパス通路を通る排気の流れを全閉時に遮断するとともに開弁に応じて許容するウェイストゲートバルブと、を備えたものもある。
【０００３】
そして従来、ウェイストゲートバルブの固着等の異常の有無を診断するための技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。同文献では、過給時と非過給時の過給圧を比較し、それらの過給圧の差が正常時に想定される値よりも小さい場合に固着ありと判定することで、ウェイストゲートバルブの固着の有無を診断している。
【０００４】
また、過給システムとしては、内燃機関の動力で動作して過給を行うスーパーチャージャーもある。そして、この種の過給システムにおいて、吸気通路におけるスーパーチャージャーの下流の部分にリリーフバルブを備え、過給圧が高くなり過ぎた場合にそのリリーフバルブを開いて吸気の一部を逃がすことで、過給圧を降下させるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−００４５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ウェイストゲートバルブの異常の一つに、全閉位置から若干開弁側に寄った位置で同バルブが固着して完全に閉まらなくなる、微小開度固着と言われる異常がある。こうした微小開度固着時にも、ある程度までは過給圧が高まるため、上記従来における過給圧に基づく診断では、十分な精度で検出できない虞がある。
【０００７】
また、上記スーパーチャージャーのリリーフバルブも微小開度固着することがある。こうしたリリーフバルブの微小開度固着時にも、ある程度までは過給圧が上昇するため、やはり上記従来における過給圧に基づく診断では、診断精度の確保は難しい。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、過給圧に現れる変化が比較的小さい異常についても、好適に診断することのできる過給システムおよび過給システムの診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する過給システムは、内燃機関の過給を行う過給機と、過給圧を低下させる過給圧低下機構と、当該過給システムの異常の有無を判定する異常判定部と、を備える。異常判定部は、内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出部と、過給圧を検出する過給圧検出部と、過給圧低下機構による過給圧の低下が指令されていない状態で、吸入空気量が増加されたときの、過給圧の上昇の開始から終了までの期間における吸入空気量の積算値を吸入空気量検出部の検出結果に基づき演算する。また、異常判定部は、上記期間における過給圧の上昇量であるピーク過給圧を過給圧検出部の検出結果から取得する。そして、異常判定部は、それら吸入空気量の積算値とピーク過給圧とに基づいて当該過給システムの異常の有無を判定する。
【００１０】
吸入空気量の増加に応じて過給圧が上昇されるときの、過給圧の上昇の開始から終了までの期間における吸入空気量の積算値と、その期間の過給圧の上昇量、すなわちピーク過給圧とには相関がある。異常により、過給圧低下機構による過給圧の低下が本来行われない状況で、過給圧の低下がなされると、吸入空気量の積算値とピーク過給圧との関係が変化する。このときの異常に伴う過給圧の低下量が少なくても、これらの関係には比較的大きな変化が現れる。したがって、吸入空気量の積算値とピーク過給圧とに基づいて異常の有無を判定すれば、過給圧に現れる変化が比較的小さい異常についても、好適に診断することができる。
【００１１】
異常判定部による異常の有無の判定は、例えば、ピーク過給圧が高いときには、同ピーク過給圧が低いときに比して大きい値となるように判定値を設定するとともに、吸入空気量の積算値がその判定値よりも大きい場合、当該過給システムに異常があると判定することで行うことができる。また、異常判定部による異常の有無の判定は、吸入空気量の積算値が大きいときには、同積算値が小さいときに比して大きい値となるように判定値を設定するとともに、ピーク過給圧がその判定値よりも小さい場合、当該過給システムに異常があると判定することでも行うことができる。
【００１２】
なお、ピーク過給圧は、吸入空気量そのものの積算値よりも、過給圧の上昇開始時からの同吸入空気量の増加量、すなわち過給圧の上昇の開始時における吸入空気量の検出値を同検出値の現在の値から減算した値、の積算値により高い相関を示す。そのため、異常判定部が、過給圧の上昇の開始時における吸気流量の検出値を同検出値の現在の値から減算した値を、上記期間において積算した値として、吸気流量の積算値を演算するようにすれば、診断をより高い精度で行うことが可能となる。
【００１３】
ところで、過給システムとしては、内燃機関の排気通路に設置されてその内部を流れる排気の流勢により動作するタービンによって、同内燃機関の吸気通路に設置されたコンプレッサーを駆動することで過給を行う排気タービン式過給機を上記過給機として備え、タービンを迂回して排気を流すバイパス通路に設置されて、そのバイパス通路の排気の通過を全閉時に遮断するとともに開弁に応じて許容するウェイストゲートバルブを上記過給圧低下機構として備えるシステムがある。こうした過給システムでは、排気からタービンが受け取ったエネルギーにより、コンプレッサーの過給動作が行われる。タービンが排気から受け取るエネルギーは、排気の流量に、ひいては吸入空気量に相関する。ここで、ウェイストゲートバルブが本来全閉とされる状況で開弁していると、タービンを通過する排気の流量が減って、その分、コンプレッサーの過給動作のエネルギーが減少して、吸入空気量の積算値から想定される値よりも過給圧の上昇量が少なくなる。したがって、吸入空気量の積算値とピーク過給圧とに基づき、ウェイストゲートバルブの微小開度固着を好適に診断することが可能となる。
【００１４】
また、過給システムとしては、内燃機関の吸気通路に設置されたコンプレッサーを同内燃機関の動力により駆動して過給を行う機械式過給機を上記過給機として備え、内燃機関の吸気通路におけるコンプレッサーの下流側の部分に設けられて、その部分を流れる吸気の一部を開弁に応じて外部に排出するとともに、全閉時にその排出を遮断するリリーフバルブを上記過給圧低下機構とし備えるシステムもある。こうした過給システムでは、リリーフバルブが開弁すると、コンプレッサーによる過給後の吸気の一部が外部に排出されて過給圧が低下する。そのため、リリーフバルブが本来全閉とされる状況で開弁していると、吸入空気量の積算値から想定される値よりも過給圧の上昇量が少なくなる。したがって、吸入空気量の積算値とピーク過給圧とに基づき、リリーフバルブの微小開度固着を好適に診断することが可能となる。
【００１５】
一方、上記課題を解決する過給システムの診断方法は、内燃機関の吸気通路を流れる吸気を加圧して同内燃機関の燃焼室に送る過給機と、その過給機により前記燃焼室に送られる吸気の圧力である過給圧を低下させる過給圧低下機構とを備える過給システムに適用される。そして、同診断方法では、過給圧低下機構による過給圧の低下が指令されていない状態で、吸入空気量が増加されたときの、過給圧の上昇の開始から終了までの期間における吸入空気量の積算値が求められる。そして、上記期間における過給圧の上昇量であるピーク過給圧と、その求めた吸入空気量の積算値との関係に基づいて、過給システムの異常の有無が判定される。
【００１６】
吸入空気量の増加に応じて過給圧が上昇されるときの、過給圧の上昇の開始から終了までの期間における吸入空気量の積算値と、その期間の過給圧の上昇量、すなわちピーク過給圧とには相関がある。異常により、過給圧低下機構による過給圧の低下が本来行われない状況で、過給圧の低下がなされると、吸入空気量の積算値とピーク過給圧との関係が変化する。このときの異常に伴う過給圧の低下量が少なくても、これらの関係には比較的大きな変化が現れる。したがって、吸入空気量の積算値とピーク過給圧との関係に基づいて異常の有無を判定すれば、過給圧に現れる変化が比較的小さい異常についても、好適に診断することができる。
【００１７】
この場合の異常の有無の判定は、例えば、吸入空気量の積算値が、ピーク過給圧から想定される正常時の値に対してプラス側に乖離している場合、異常有りと判定することで行うことができる。また、この場合の異常の有無の判定は、ピーク過給圧が、吸入空気量の積算値から想定される正常時の値に対してマイナス側に乖離している場合、異常有りと判定することでも行うことができる。
【００１８】
なお、ピーク過給圧は、吸入空気量そのものの積算値よりも、過給圧の上昇開始時からの同吸入空気量の増加量の積算値により高い相関を示す。そのため、異常の有無の判定に用いる吸入空気量の積算値として、過給圧の上昇の開始時からの吸入空気量の増加量の積算値を用いるようにすれば、診断をより高い精度で行うことが可能となる。
【００１９】
ところで、過給システムとしては、内燃機関の排気通路に設置されてその内部を流れる排気の流勢により動作するタービンによって、同内燃機関の吸気通路に設置されたコンプレッサーを駆動することで過給を行う排気タービン式過給機を上記過給機として備え、タービンを迂回して排気を流すバイパス通路に設置されて、そのバイパス通路の排気の通過を全閉時に遮断するとともに開弁に応じて許容するウェイストゲートバルブを上記過給圧低下機構として備えるシステムがある。こうした過給システムでは、排気からタービンが受け取ったエネルギーにより、コンプレッサーの過給動作が行われる。タービンが排気から受け取るエネルギーは、排気の流量に、ひいては吸入空気量に相関する。ここで、ウェイストゲートバルブが本来全閉とされる状況で開弁していると、タービンを通過する排気の流量が減って、その分、コンプレッサーの過給動作のエネルギーが減少して、吸入空気量の積算値から想定される値よりも過給圧の上昇量が少なくなる。したがって、吸入空気量の積算値とピーク過給圧との関係に基づく異常の有無の判定を行えば、ウェイストゲートバルブの微小開度固着を好適に診断することが可能となる。
【００２０】
また、過給システムとしては、内燃機関の吸気通路に設置されたコンプレッサーを同内燃機関の動力により駆動して過給を行う機械式過給機を上記過給機として備え、内燃機関の吸気通路におけるコンプレッサーの下流側の部分に設けられて、その部分を流れる吸気の一部を開弁に応じて外部に排出するとともに、全閉時にその排出を遮断するリリーフバルブを上記過給圧低下機構とし備えるシステムもある。こうした過給システムでは、リリーフバルブが開弁すると、コンプレッサーによる過給後の吸気の一部が外部に排出されて過給圧が低下する。そのため、リリーフバルブが本来全閉とされる状況で開弁していると、吸入空気量の積算値から想定される値よりも過給圧の上昇量が少なくなる。したがって、吸入空気量の積算値とピーク過給圧との関係に基づく異常の有無の判定を行えば、リリーフバルブの微小開度固着を好適に診断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態にかかる過給システムの構成を模式的に示す略図。
【図２】同実施形態におけるエネルギーの動きを示すモデル図。
【図３】同実施形態の過給システムの正常時におけるスロットル開度、吸入空気量および過給圧の推移を示すタイムチャート。
【図４】同実施形態の過給システムの微小開度固着時におけるスロットル開度、吸入空気量および過給圧の推移を示すタイムチャート。
【図５】同過給システムにおける正常時および微小開度固着時の空気量積算値およびピーク過給圧の測定結果をプロットしたグラフ。
【図６】同過給システムで実行される診断処理ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【図７】同診断処理ルーチンで演算される判定値とピーク過給圧との関係を示すグラフ。
【図８】第２実施形態の過給システムおよびその診断方法における、診断処理ルーチンの処理手順の一部を示すフローチャート。
【図９】同診断処理ルーチンで演算される判定値と空気量積算値との関係を示すグラフ。
【図１０】第３実施形態にかかる過給システムの構成を模式的に示す略図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１実施形態）
以下、過給システムおよび過給システムの診断方法の第１実施形態を、図１〜図７を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の過給システムは、内燃機関１０の吸気通路１１に設置されたコンプレッサー３０と、同内燃機関１０の排気通路１２に設置されたタービン３１とを備える排気タービン式過給機を有する。コンプレッサー３０とタービン３１とは、機械的に連結されており、排気の流勢よるタービン３１の動作に連動して、コンプレッサー３０が駆動され、過給動作を行うよう構成されている。
【００２４】
内燃機関１０の吸気通路１１におけるコンプレッサー３０の上流側の部分には、吸気を浄化するエアクリーナー１３と、同吸気通路１１を通過する吸気の流量（吸入空気量ＧＡ）を検出する吸気流量検出部としてのエアフローメーター１４とが設定されている。一方、吸気通路１１におけるエアフローメーター１４の下流側の部分には、上流側から順に、吸気を冷却するインタークーラー１５、過給圧Ｐを検出する過給圧検出部としての過給圧センサー１６、吸入空気量ＧＡを調整するスロットルバルブ１７、吸気の脈動を抑えるための容積部であるサージタンク１８が設けられている。なお、過給圧センサー１６は、吸気通路１１におけるコンプレッサー３０とスロットルバルブ１７との間の部分の吸気の絶対圧と大気圧との差圧を過給圧Ｐとして検出するよう構成されている。
【００２５】
また、内燃機関１０には、その燃焼室２０に対する吸気通路１１の接続部である吸気ポート１９に、その吸気ポート１９を流れる吸気中に燃焼を噴射するポートインジェクター２２が設置されている。また、燃焼室２０には、その内部に燃料を噴射する筒内インジェクター２３と、その内部に導入された混合気を火花着火する点火プラグ２１が設置されている。そして、燃焼室２０には、排気ポート２４を介して、上記タービン３１が設置された排気通路１２が接続されている。
【００２６】
また、過給システムは、過給圧低下機構としてのウェイストゲートバルブ３５を備える。ウェイストゲートバルブ３５は、排気通路１２におけるタービン３１の上流側の部分とその下流側の部分とを繋ぐように設けられたバイパス通路３４に設置されている。そして、ウェイストゲートバルブ３５は、その全閉時にバイパス通路３４を塞いで、同バイパス通路３４の排気の通過を遮断し、開弁に応じてその通過を許容する。
【００２７】
ウェイストゲートバルブ３５は、負圧駆動式のダイアフラム３６に連結されている。そして、そのダイアフラム３６に導入された負圧の大きさにより、ウェイストゲートバルブ３５の開度が変更されるようになっている。ダイアフラム３６は、負圧調整バルブ３８を介して負圧ポンプ３７に接続されている。負圧ポンプ３７は、内燃機関１０のカムシャフト（図示略）の回転により動作して負圧を発生する。この内燃機関１０では、負圧ポンプ３７として、ベーンタイプの機械式ポンプが採用されている。また、負圧調整バルブ３８は、通電制御に応じて、ダイアフラム３６に導入される負圧の大きさを調整する電磁弁とされている。
【００２８】
こうした過給システムが設けられた内燃機関１０は、電子制御ユニット３９により制御されている。電子制御ユニット３９は、機関制御のための各種演算処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータが記憶された読み取り専用メモリー（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶する書き込み可能メモリー（ＲＡＭ）を備える。
【００２９】
電子制御ユニット３９には、上述のエアフローメーター１４、過給圧センサー１６に加え、スロットルバルブ１７の開度（スロットル開度ＴＡ）を検出するスロットルセンサー４０などの、内燃機関１０の運転状態を検出する各種センサーの検出信号が入力されている。また、電子制御ユニット３９には、大気圧を検出する大気圧センサー４１が内蔵されている。なお、この過給システムでは、負圧調整バルブ３８の通電制御も、この電子制御ユニット３９により行われている。なお、電子制御ユニット３９は、内燃機関１０の制御装置としての機能に加え、過給システムの異常の有無を判定する異常判定部としての機能も兼ね備えている。
【００３０】
こうした電子制御ユニット３９は、過給システムの異常診断として、ウェイストゲートバルブ３５の微小開度固着の診断を行っている。微小開度固着は、全閉位置から若干開弁側に寄った位置でウェイストゲートバルブ３５が固着して完全に閉まらなくなる異常である。なお、ここでは、ウェイストゲートバルブ３５の開度（ＷＧＶ開度）を全閉位置からの開弁角度（全開時のＷＧＶ開度＝９０°）で表した場合の、ＷＧＶ開度が５°未満の位置での固着を微小開度固着としている。
【００３１】
微小開度固着時には、ウェイストゲートバルブ３５が完全に閉じず、若干の排気がバイパス通路３４を漏れ流れる。そのため、タービン３１を通過する排気の流量はその分減少する。ただし、その減少の量は僅かなため、過給圧や吸入空気量の変化として現れる影響は限られたものとなる。本実施形態では、こうした微小開度固着についても、精度良く検出可能な診断方法を採用している。以下、本実施形態における、こうしたウェイストゲートバルブ３５の微小開度固着の診断方法について説明する。
【００３２】
図２に示すように、この過給システムでは、通過する排気からタービン３１が受け取ったエネルギーＥｉにより、コンプレッサー３０の過給動作が行われる。タービン３１が排気から受け取るエネルギーＥｉは、同タービン３１を通過する排気の流量（タービン通過排気流量Ｑｔ）に正の相関を有する。ここでウェイストゲートバルブ３５が全閉となっていれば、タービン通過排気流量Ｑｔは、燃焼室２０から排出される排気の総流量（総排気流量Ｑｅ）と等しくなる（Ｑｔ＝Ｑｅ）。
【００３３】
一方、総排気流量Ｑｅは、燃焼室２０に流入する吸気の流量（シリンダー流入空気量Ｑｉ）に、ひいては吸入空気量ＧＡに相関を有する。よって、ウェイストゲートバルブ３５の全閉時におけるコンプレッサー３０の過給動作のエネルギーＥｏは、吸入空気量ＧＡに相関があると言える。
【００３４】
これに対して、ウェイストゲートバルブ３５に微小開度固着が発生した場合、閉じ切らないウェイストゲートバルブ３５を通って、若干の排気がバイパス通路３４を流れる。タービン通過排気流量Ｑｔは、このときバイパス通路３４の排気流量（漏れ流量Ｑｌ）分、総排気流量Ｑｅよりも少なくなる（Ｑｔ＝Ｑｅ−Ｑｌ）。すなわち、このときのコンプレッサー３０の過給動作のエネルギーＥｏは、吸入空気量ＧＡから想定される値よりも若干小さくなる。
【００３５】
なお、より厳密には、コンプレッサー３０の過給動作には、摩擦抵抗などによる損失があるため、コンプレッサー３０の過給動作のエネルギーＥｏは、排気からタービン３１が受け取ったエネルギーＥｉよりも小さくなる。そうしたエネルギーの損失量（＝Ｅｉ−Ｅｏ）は、コンプレッサー３０が過給動作を開始したときの吸入空気量ＧＡに応じた値となる。よって、コンプレッサー３０の過給動作のエネルギーＥｏは、過給動作開始時からの吸入空気量ＧＡの増加量に、より高い相関を示す。
【００３６】
図３は、ウェイストゲートバルブ３５が正常に機能しているときの内燃機関１０の加速時におけるスロットル開度ＴＡ、吸入空気量ＧＡおよび過給圧Ｐの推移を示す。
同図の時刻ｔ０において、スロットル開度ＴＡが「０」から増大されると、その後、吸入空気量ＧＡが徐々に増加される。
【００３７】
一方、過給圧Ｐの上昇は、下記（イ）〜（ホ）の各過程を経た後に開始される。これらの過程の移行には、吸気や排気の搬送遅れを伴う。そのため、過給圧Ｐの上昇の開始は、吸入空気量ＧＡの増加が開始されてから、しばらく経ってからとなる。
（イ）スロットル開度ＴＡの増加に伴う吸入空気量ＧＡの増加。
（ロ）吸入空気量ＧＡの増加に伴うシリンダー流入空気量の増加。
（ハ）シリンダー流入空気量の増加に伴う燃焼室２０の排気排出量（総排気流量Ｑｅ）の増加。
（ニ）総排気流量Ｑｅの増加の増加に伴うタービン通過排気流量Ｑｔの増加。
（ホ）タービン通過排気流量Ｑｔの増加に伴う、タービン３１の動作量の、ひいてはコンプレッサー３０の過給動作量の増加。
【００３８】
なお、こうした過給開始までの応答遅れ時間には、大きなばらつきがあり、その予測は困難である。そこで、本実施形態では、過給圧Ｐが既定の過給開始圧Ｐｓ以上となったときを、過給の開始時（過給圧Ｐの上昇の開始時）と見なすこととしている。ちなみに、過給開始圧Ｐｓは、ウェイストゲートバルブ３５が全開となっているときの過給圧Ｐの最大値よりも若干高い圧力に設定されている。
【００３９】
過給が開始されると、その後、しばらくは、過給圧Ｐの上昇によるシリンダー流入空気量の増加→タービン通過排気流量Ｑｔの増加→コンプレッサー３０の過給動作量の増加→過給圧Ｐの更なる上昇、といったサイクルの繰り返しにより、吸入空気量ＧＡおよび過給圧Ｐが上昇していく。ただし、それらの上昇は、やがて飽和して、吸入空気量ＧＡおよび過給圧Ｐが一定の値に落ち着くようになる。なお、以下では、このときの、すなわち上昇が終了したときの過給圧Ｐをピーク過給圧Ｐｆと記載する。
【００４０】
上述のように、コンプレッサー３０の過給動作のエネルギーＥｏは、過給開始時からの吸気流量の増加量に相関する。ここで、過給圧Ｐが過給開始圧Ｐｓを超えた同図の時刻ｔ１における吸入空気量ＧＡを、過給開始時の吸気流量と見なすこととする。この場合、その時刻ｔ１から過給圧Ｐがピーク過給圧Ｐｆに達する時刻ｔ３までの期間、すなわち過給圧Ｐの上昇の開始から終了までの期間におけるコンプレッサー３０の過給動作のエネルギーＥｏの総量は、同図にハッチングで示される領域の面積に相当することになる。なお、コンプレッサー３０の過給動作のエネルギーＥｏは、過給圧Ｐの上昇に費やされることから、上記エネルギーＥｏの総量は、上記期間における過給圧Ｐの上昇量、すなわちピーク過給圧Ｐｆに相関することになる。
【００４１】
この領域の面積は、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間における、過給圧Ｐの上昇の開始時からの吸入空気量ＧＡの増加量の積算値である。以下では、こうした積算値を、空気量積算値ＴＧＡと記載する。
【００４２】
図４は、ウェイストゲートバルブ３５に微小開度固着が発生した場合の、内燃機関１０の加速時におけるスロットル開度ＴＡ、吸入空気量ＧＡおよび過給圧Ｐの推移を示す。同図には、図３に示した正常時における過給圧Ｐの推移が破線で併せ示されている。なお、実際には、微小開度固着の影響は吸入空気量ＧＡにも現れるが、ここでは簡単のため、吸入空気量ＧＡは図３に示した正常時の場合と同様に推移するものとする。
【００４３】
上述したように、微小開度固着の発生時には、タービン通過排気流量Ｑｔが総排気流量Ｑｅよりも少なくなる。そのため、コンプレッサー３０の過給動作のエネルギーＥｏは、吸入空気量ＧＡ（過給圧Ｐの上昇開始時からの吸入空気量ＧＡの増加量）から想定される値よりも小さくなる。したがって、このときのピーク過給圧Ｐｆは、空気量積算値ＴＧＡが同じでも、正常時より小さくなる。別の言い方をすれば、ピーク過給圧Ｐｆが同じ場合の空気量積算値ＴＧＡは、正常時よりも、微小開度固着時の方が大きくなる。
【００４４】
図５のグラフは、正常時、微小開度固着時における空気量積算値ＴＧＡおよびピーク過給圧Ｐｆの測定結果をプロットしたものである。このグラフに示されるように、ピーク過給圧Ｐｆがある程度よりも大きい領域では、正常時と微小開度固着時とでは測定結果の分布範囲に明確な違いがある。同図には、それらの分布範囲の境界線が二点鎖線で示されている。空気量積算値ＴＧＡおよびピーク過給圧Ｐｆを測定し、同グラフにプロットしたときに、その測定結果がその境界線のいずれの側に位置するかにより、微小開度固着の発生の有無を確認することができる。
【００４５】
このように、ピーク過給圧Ｐｆと空気量積算値ＴＧＡとの関係を見ることで、微小開度固着の有無を診断することが可能となる。そこで、本実施形態では、ウェイストゲートバルブ３５の全閉が指令された状態で、内燃機関１０が加速されたとき、すなわち吸気流量が増加されたときの、空気量積算値ＴＧＡとピーク過給圧Ｐｆとの関係に基づいて、過給システムの異常の有無を判定するようにしている。
【００４６】
図６は、そうした診断のため実行される診断処理ルーチンのフローチャートを示している。同ルーチンの処理は、内燃機関１０の運転中に、電子制御ユニット３９により、既定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００４７】
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、診断完了フラグがクリア（ＯＦＦ）されているか否かが判定される。ここで、診断完了フラグがクリアされていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０３に処理が進められ、セット（ＯＮ）されていれば（ＮＯ）、ステップＳ１０１に処理が進められる。
【００４８】
ステップＳ１０１に処理が進められると、そのステップＳ１０１において、診断の前提条件が成立しているか否かが判定される。前提条件は、ウェイストゲートバルブ３５の全閉が指令されていること、内燃機関１０の加速開始時であること、などの要件がすべて満たされるときに成立する。ウェイストゲートバルブ３５の全閉が指令されているか否かは、例えば負圧調整バルブ３８の通電量が全閉時の値となっているか否かで判定される。また、内燃機関１０の加速開始時であるか否かは、例えばスロットル開度ＴＡ、あるいはアクセルペダルの踏み込み量が、直前に「０」からある値以上に増大されたか否かで判定される。なお、内燃機関１０の吸気温や冷却水温、外気温、大気圧などに基づく要件を前提条件に含め、診断を実行するそれらの値の範囲を限定することで、診断精度をより高くすることが可能である。
【００４９】
ここで、前提条件が不成立であれば（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、前提条件が成立していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０２において、診断完了フラグをクリア（ＯＦＦ）した後、ステップＳ１０３に処理が進められる。
【００５０】
ステップＳ１０３に処理が進められると、そのステップＳ１０３において、積算完了フラグがセット（ＯＮ）されているか否かが判定される。ここで、積算完了フラグがセットされていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０４に処理が進められ、クリア（ＯＦＦ）されていれば（ＮＯ）、ステップＳ１０７に処理が進められる。
【００５１】
ステップＳ１０４に処理が進められると、そのステップＳ１０４において、過給圧Ｐが上述の過給開始圧Ｐｓ以上となっているか否かが、すなわち過給圧Ｐの上昇が開始されたか否かが判定される。ここで、過給圧Ｐが過給開始圧Ｐｓ以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０５に処理が進められ、そうでなければ（ＮＯ）、すなわち未だ過給が開始されていなければ、そのまま今回の処理が終了される。
【００５２】
ステップＳ１０５に処理が進められると、エアフローメーター１４による、現在の吸入空気量ＧＡの検出値が基準空気量Ｇｂの値に設定される。そして、続くステップＳ１０６において、積算完了フラグがクリア（ＯＦＦ）されるとともに、空気量積算値ＴＧＡが「０」にリセットされる。そしてその後、ステップＳ１０７に処理が進められる。
【００５３】
ステップＳ１０７に処理が進められると、そのステップＳ１０７において、空気量積算値ＴＧＡの更新が行われる。空気量積算値ＴＧＡの更新は、現在の吸入空気量ＧＡの検出値から基準空気量Ｇｂを減算した値（ＧＡ−Ｇｂ）を、それまでの空気量積算値ＴＧＡの値に加算することで行われる。
【００５４】
続いて、ステップＳ１０８において、今回の内燃機関１０の加速における過給圧Ｐの上昇が終了したか否かが判定される。この判定は、例えば吸入空気量ＧＡの上昇率が「０」近傍、または負の値となった状態が規定時間以上継続しているか否かにより行われる。ここで、過給圧Ｐの上昇が終了していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０９に処理が進められ、その上昇が未だ継続していれば（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００５５】
ステップＳ１０９に処理が進められると、過給圧センサー１６による、現在の過給圧Ｐの検出値がピーク過給圧Ｐｆの値に設定される。さらに、このステップＳ１０９では、積算完了フラグおよび診断完了フラグがそれぞれセット（ＯＮ）される。
【００５６】
続いて、ステップＳ１１０において、ピーク過給圧Ｐｆに基づいて、判定値αが設定される。このときの判定値αは、過給システムが正常であることを前提としてそのときのピーク過給圧Ｐｆから想定される空気量積算値ＴＧＡの値の範囲の下限値よりも若干小さい値となるように設定される。
【００５７】
図７は、このときの判定値αの設定に用いられる演算マップの一例における、ピーク過給圧Ｐｆと判定値αとの関係を示す。なお、この演算マップは、電子制御ユニット３９のＲＯＭに予め記憶されている。同図に示すように、判定値αは、ピーク過給圧Ｐｆが高いときには、同ピーク過給圧Ｐｆが低いときに比して、大きい値に設定される。
【００５８】
判定値αが設定されると、次のステップＳ１１１において、空気量積算値ＴＧＡがその判定値αよりも大きいか否かが判定される。そして、空気量積算値ＴＧＡが判定値αよりも大きければ（ＹＥＳ）、ステップＳ１１２において、過給システムに異常があると判定される。一方、空気量積算値ＴＧＡが判定値α以下であれば（ＮＯ）、ステップＳ１１３において、過給システムに異常がないと判定される。そして、判定後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００５９】
以上の診断処理ルーチンの実行結果によれば、以下のように診断が行われる。
診断の前提条件が成立するまでは、診断完了フラグおよび積算完了フラグが共にセット（ＯＮ）されている。このときの本ルーチンでは、診断にかかる具体的な処理は特に行われない。
【００６０】
ウェイストゲートバルブ３５の全閉指令がなされた状態で内燃機関１０の加速が開始され、前提条件が成立すると、診断完了フラグがクリア（ＯＦＦ）される。内燃機関１０の加速の開始に応じた吸入空気量ＧＡの増加の開始後、過給の応答遅れの期間が経過して、過給圧Ｐの上昇が開始されると、過給圧Ｐが過給開始圧Ｐｓを超えて、積算完了フラグがクリア（ＯＦＦ）される。また、このときには、そのときのエアフローメーター１４による吸入空気量ＧＡの検出値が基準空気量Ｇｂに設定される。そして、この時点から、吸入空気量ＧＡの積算が、より詳しくは、そのときのエアフローメーター１４による吸入空気量ＧＡの検出値から基準空気量Ｇｂを減算した値の積算が開始される。
【００６１】
その後、今回の内燃機関１０の加速における過給圧Ｐの上昇が終了すると、そのときの過給圧センサー１６による過給圧Ｐの検出値がピーク過給圧Ｐｆに設定される。そして、そのピーク過給圧Ｐｆに基づき判定値αが設定される。このときの判定値αは、過給システムが正常であることを前提としてそのときのピーク過給圧Ｐｆから想定される空気量積算値ＴＧＡの値の範囲の下限値よりも若干小さい値となるように設定される。そして、そのときの空気量積算値ＴＧＡがその判定値αよりも大きいか否かにより、過給システムの異常の有無が判定される。
【００６２】
ここで、過給システムが正常であれば、そのときの空気量積算値ＴＧＡはそのときのピーク過給圧Ｐｆから想定される値の範囲内の値となる。そのため、このときの空気量積算値ＴＧＡは、判定値α以下となり、異常なしと判定される。
【００６３】
一方、ウェイストゲートバルブ３５の微小開度固着時には、同ウェイストゲートバルブ３５から排気の一部が漏れ流れて、タービン３１を通らなくなるため、吸入空気量ＧＡから想定される量よりもタービン通過排気流量Ｑｔが少なくなる。そのため、このときのピーク過給圧Ｐｆは、空気量積算値ＴＧＡから想定される値まで高まらない。すなわち、このときの空気量積算値ＴＧＡは、ピーク過給圧Ｐｆから想定される値よりも大きくなっている。よって、このときには、判定値αよりも空気量積算値ＴＧＡが大きい値となり、異常ありと判定されるようになる。
【００６４】
以上説明した本実施形態の過給システムおよびその診断方法によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、ウェイストゲートバルブ３５の全閉が指令された状態で、吸気流量が増加されたときの、過給圧Ｐの上昇の開始から終了までの期間における吸気流量の積算値に相当する空気量積算値ＴＧＡを求めている。そして、上昇終了時の過給圧であるピーク過給圧Ｐｆとその空気量積算値ＴＧＡとの関係に基づいて、過給システムの異常の有無を判定している。ウェイストゲートバルブ３５の微小開度固着時には、タービン３１を通過する排気の流量が吸気流量から想定される流量よりも少なくなり、上記期間の過給圧Ｐの上昇量がその期間の吸気流量の積算値から想定される量よりも小さくなる。そのため、ピーク過給圧Ｐｆとその空気量積算値ＴＧＡとの関係に基づくことで、ウェイストゲートバルブ３５の微小開度固着の有無を高い精度で検出することが可能となる。
【００６５】
（２）吸気流量そのものの積算値よりも、ピーク過給圧Ｐｆとの相関が高い、過給圧Ｐの上昇開始時からの吸気流量（吸入空気量ＧＡ）の増加量の積算値を判定に使用しているため、より高い精度での診断が可能である。
【００６６】
（第２実施形態）
次に、過給システムおよび過給システムの診断方法の第２実施形態を、図８および図９を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態および下記第３実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６７】
第１実施形態では、ピーク過給圧Ｐｆに基づき設定された判定値αと空気量積算値ＴＧＡとを比較することで異常の有無を判定していた。これに対して本実施形態では、空気量積算値ＴＧＡから判定値を求め、その判定値とピーク過給圧Ｐｆとを比較することで、そうした判定を行うようにしている。
【００６８】
図８に、そうした場合の図６の診断処理ルーチンの変更部分を示す。この場合、図６の診断処理ルーチンにおけるステップＳ１１０およびステップＳ１１１の処理の代わりに、以下のステップＳ１１０’およびステップＳ１１１’の処理が行われる。
【００６９】
同図のステップＳ１１０’の処理は、図６のステップＳ１０９の処理後に実施される。このステップＳ１１０’では、空気量積算値ＴＧＡに基づく判定値βの設定が行われる。このときの判定値βは、過給システムが正常であることを前提としてそのときの空気量積算値ＴＧＡから想定されるピーク過給圧Ｐｆの値の範囲の上限値よりも若干大きい値となるように設定される。
【００７０】
図９は、このときの判定値βの設定に用いられる演算マップの一例における、空気量積算値ＴＧＡと判定値βとの関係を示す。なお、この演算マップは、電子制御ユニット３９のＲＯＭに予め記憶されている。同図に示すように、判定値βは、空気量積算値ＴＧＡが大きいときには、同空気量積算値ＴＧＡが小さいときよりも小さい値に設定される。
【００７１】
判定値βが設定されると、次のステップＳ１１１’において、ピーク過給圧Ｐｆがその判定値βよりも小さいか否かが判定される。そして、ピーク過給圧Ｐｆが判定値βよりも小さければ（ＹＥＳ）、ステップＳ１１２において、過給システムに異常があると判定される。一方、ピーク過給圧Ｐｆが判定値β以上であれば（ＮＯ）、ステップＳ１１３において、過給システムに異常がないと判定される。そして、判定後、今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、こうした場合にも、第１実施形態の場合と同様に、過給システムの異常の有無を判定することが可能である。
【００７２】
（第３実施形態）
上記実施形態の診断方法は、機械式過給機を備える過給システムにも適用することができる。
【００７３】
図１０は、機械式過給機を備える過給システムの一例を示す。機械式過給システムは、内燃機関１０の吸気通路１１に設置されたコンプレッサー５０を備える。コンプレッサー５０は、内燃機関１０の出力軸であるクランクシャフト５１に駆動連結されており、内燃機関１０の動力により駆動されて過給を行うよう構成されている。
【００７４】
内燃機関１０の吸気通路１１におけるコンプレッサー５０の上流側の部分には、その最上流部から下流側に向けて順に、エアクリーナー１３、エアフローメーター１４、スロットルバルブ１７が設置されている。また、吸気通路１１におけるコンプレッサー５０の下流側の部分には、吸気を冷却するインタークーラー１５、過給圧センサー１６が設置されている。
【００７５】
さらに、吸気通路１１におけるコンプレッサー５０の下流側の部分には、リリーフバルブ５２が設置されてもいる。リリーフバルブ５２は、常閉式の逆止弁として構成されており、吸気通路１１における同バルブの設置部分の吸気圧が一定値を超えるときに開弁して、吸気の一部を外部に排出する。これにより、リリーフバルブ５２は、過給圧が高くなり過ぎたときに過給圧を低下させる過給圧低下機構として機能する。
【００７６】
こうした過給システムのリリーフバルブ５２にも、微小開度固着が発生することがある。すなわち、リリーフバルブ５２が全閉位置から若干開弁側に寄った位置で固着して完全に閉まらなくなることがある。こうした場合、リリーフバルブ５２が本来全閉となる状況においても、同リリーフバルブ５２を通じて若干の吸気が漏れ出てしまうため、過給圧が本来よりも若干低下する。そのため、リリーフバルブ５２の微小開度固着時にも、ウェイストゲートバルブ３５の微小開度固着時と同様に、空気量積算値ＴＧＡとピーク過給圧Ｐｆとの関係に変化が生じるようになる。したがって、上記実施形態の診断方法を用いることで、機械式過給機を備える過給システムにおけるリリーフバルブ５２の微小開度固着を好適に診断することが可能となる。なお、この場合にも、エアフローメーター１４の検出する吸入空気量ＧＡに基づき空気量積算値ＴＧＡを演算することが可能であるが、ピーク過給圧Ｐｆと相関があるのは、厳密にはコンプレッサー５０に流入する吸気の流量である。
【００７７】
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、過給圧Ｐが既定値（過給開始圧Ｐｓ）以上となったことをもって過給圧Ｐの上昇の開始を判定していたが、その判定を他の方法で行うようにしてもよい。例えば、過給圧Ｐの変化率や吸入空気量ＧＡの変化率、加速開始からの経過時間に基づいてそうした判定を行うことも可能である。
【００７８】
・上記実施形態では、吸入空気量ＧＡの上昇率に基づいて、過給圧Ｐの上昇の終了を判定していたが、その判定を他の方法で行うようにしてもよい。例えば、過給圧Ｐの変化率や過給開始からの経過時間に基づいてそうした判定を行うことも可能である。
【００７９】
・上記実施形態では、過給圧Ｐの上昇開始時の吸入空気量ＧＡからの増加量の積算値として空気量積算値ＴＧＡを演算していたが、吸入空気量ＧＡそのものの積算値として空気量積算値ＴＧＡを演算するようにしてもよい。
【００８０】
・燃料蒸気のパージ処理システムや排気再循環システムを搭載する内燃機関では、燃焼室２０に流入する吸気流量がエアフローメーター１４による吸入空気量ＧＡの検出値よりも多くなることがある。そうした内燃機関に設けられる過給システムの場合、途中合流するガスの流量を吸入空気量ＧＡに加算した値を用いて、空気量積算値ＴＧＡを演算すれば、より高い精度での診断が可能となる。
【００８１】
・燃焼室２０に流入する吸気流量をエアフローメーター１４による吸入空気量ＧＡの検出値以外から求めるようにしてもよい。例えば、過給圧Ｐと機関回転速度に基づく演算により、燃焼室２０に流入する吸気流量を求めることも可能である。
【００８２】
・上記実施形態では、過給圧センサー１６は、吸気通路１１におけるコンプレッサー３０の下流側の部分の吸気の絶対圧と大気圧との差圧を過給圧Ｐとして検出していたが、上記部分の吸気の絶対圧を検出するセンサーを用いるようにしてもよい。そうした場合にも、別途検出した大気圧を、その検出値から引いた値を過給圧Ｐとして求めれば、上記実施形態の場合と同様に診断を行える。また、そうした絶対圧をそのまま過給圧Ｐとして用いて診断を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…排気通路、１３…エアクリーナー、１４…エアフローメーター（吸入空気量検出部）、１５…インタークーラー、１６…過給圧センサー（過給圧検出部）、１７…スロットルバルブ、１８…サージタンク、１９…吸気ポート、２０…燃焼室、２１…点火プラグ、２２…ポートインジェクター、２３…筒内インジェクター、２４…排気ポート、３０…コンプレッサー（排気タービン式過給機）、３１…タービン（排気タービン式過給機）、３４…バイパス通路、３５…ウェイストゲートバルブ（過給圧低下機構）、３６…ダイアフラム、３７…負圧ポンプ、３８…負圧調整バルブ、３９…電子制御ユニット（異常判定部）、４０…スロットルセンサー、４１…大気圧センサー、５０…コンプレッサー（機械式過給機）、５１…クランクシャフト、５２…リリーフバルブ（過給圧低下機構）。
【図１】
0006044601.tif 000002
【図２】
0006044601.tif 000003
【図３】
0006044601.tif 000004
【図４】
0006044601.tif 000005
【図５】
0006044601.tif 000006
【図６】
0006044601.tif 000007
【図７】
0006044601.tif 000008
【図８】
0006044601.tif 000009
【図９】
0006044601.tif 000010
【図１０】
0006044601.tif 000011