(57)【要約】  【課題】ターボチャージャを備えた内燃機関から排出される気体に含まれる不要物質を除去する排気ガス浄化装置の目詰まりを、排気通路に設けた圧力センサにより検出すると、圧力センサの異常時にターボチャージャが過剰に回転することがある。  【解決手段】実際の過給圧が目標過給圧に収束するようにフィードバック制御される容量変更機構を有する可変容量型ターボチャージャを備えるとともに、排気通路に取り付けられて排出される気体に含まれる不要物質を除去する排気ガス浄化装置を備えてなる内燃機関において、実際の過給圧が目標過給圧より低い場合には過給圧が高くなるように容量変更機構の制御量を増加するものであって、実際の過給圧を高くするように前記制御量を増加した場合に増加した制御量が所定値を上回ることにより排気ガス浄化装置の異常を判定する。【選択図】図２
2006170166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実際の過給圧が目標過給圧に収束するようにフィードバック制御される容量変更機構を有する可変容量型ターボチャージャを備えるとともに、排気通路に取り付けられて排出される気体に含まれる不要物質を除去する排気ガス浄化装置を備えてなる内燃機関において、実際の過給圧が目標過給圧より低い場合には過給圧が高くなるように容量変更機構の制御量を増加するものであって、
実際の過給圧を高くするように前記制御量を増加した場合に増加した制御量が所定値を上回ることにより排気ガス浄化装置の異常を判定する内燃機関の排気ガス浄化装置の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として車両に搭載される内燃機関において、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる不要物質を除去するための排気ガス浄化装置における詰まりなどの異常を検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関であるエンジンから排出される排気ガスによりタービンを駆動し、タービンが回転することにより回転して吸入空気を過給するコンプレッサを備えてなるターボチャージャにおいて例えば、タービンに導入される排気ガスを調整することにより、過給気圧を調整し得るものが知られている。また、タービンから排出される排気ガスに含まれる不要物質を除去するための排気ガス浄化装置として例えば、触媒装置や排気ガス中の微粒子を捕獲するためのフィルタを備えるものが知られている。
【０００３】
このようなターボチャージャを装備するとともに排気ガス浄化装置を備えるものでは、排気ガス浄化装置であるフィルタが、排気ガス中の微粒子により目詰まりすることがある。このようなフィルタの目詰まりを検出するものとして例えば、特許公報１に記載のもののように、排気通路に設けた圧力センサで検出した背圧と、ターボチャージャからの加圧吸気路に設けた流量計で検出した吸気流量とに基づいて、フィルタの目詰まりを判定するものが知られている。
【０００４】
また、このような目詰まりを、回転数が所定回転以下、かつ背圧が高い場合に判定し、目詰まりを判定した場合には、可変容量型ターボチャージャにおける容量変更機構の操作量を制御して、過給圧を増加させ、高温高圧となった排気ガスにより排気ガス浄化装置内に付着した付着物を除去するものが知られている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−７０５３６号公報
【特許文献２】特開平１１−６２６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料噴射方式のエンジンでは、燃料噴射量を制御するために吸気圧を計測する圧力センサあるいは吸入空気量を計測するための圧力センサを標準的に備えるものであるが、排気系の圧力を計測するための圧力センサは、エンジンの運転状態を制御するための必須の構成部品ではないため、上述のようにフィルタや触媒の目詰まりを判定するための圧力センサとして専用のものとなる。
【０００６】
このような圧力センサを用いることは、部品代が増加するとともにその取付に要する工程が増えることになり、製造コストを上昇させるものとなる。また、このような圧力センサが故障した場合、フィルタや触媒の目詰まりを精度よく検出することができなくなり、目詰まりによってタービンが過剰に回転して故障する場合が生じた。
【０００７】
本発明は、以上のような不具合を解消するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置の異常検出方法は、実際の過給圧が目標過給圧に収束するようにフィードバック制御される容量変更機構を有する可変容量型ターボチャージャを備えるとともに、排気通路に取り付けられて排出される気体に含まれる不要物質を除去する排気ガス浄化装置を備えてなる内燃機関において、実際の過給圧が目標過給圧より低い場合には過給圧が高くなるように容量変更機構の制御量を増加するものであって、実際の過給圧を高くするように前記制御量を増加した場合に増加した制御量が所定値を上回ることにより排気ガス浄化装置の異常を判定することを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、フィードバック制御において、実際の過給圧を高くするように容量変更機構の制御量を増加するが、増加させた制御量が所定値を上回る場合には、排気ガス浄化装置の異常を判定する。すなわち、排気ガス浄化装置の異常例えば、排気ガス浄化装置が目詰まりを起こしている場合、可変容量型ターボチャージャの背圧が上昇する。このように背圧が上昇することにより、可変容量型ターボチャージャの回転数が上昇しにくくなり、実際の過給圧が目標過給圧を下回るようになる。この結果、実際の過給圧を上げるように容量変更機構の制御量を増加させる制御を行うが、背圧が上昇しているために制御量を増加させても実際の過給圧が目標過給圧に到達し難くなっている。したがって、このような制御量の増加状態を判定することにより、可変容量型ターボチャージャの背圧を推定して、排気ガス浄化装置の異常を判定するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上説明したような構成であるので、容量変更機構の制御状態から可変容量型ターボチャージャの背圧を推定でき、この背圧を圧力センサにより測定する必要がなくなり、排気ガス浄化装置の異常例えば目詰まりを判定することができる。したがって、背圧を測定するための圧力センサの費用及びその圧力センサを取り付けるための工程が不要になるので、製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に概略的に示したエンジン１００は自動車用のディーゼルエンジンで、容量変更機構を有する可変容量型ターボチャージャＶＮＴ（以下、ターボチャージャと称する）を備えている。ターボチャージャＶＮＴ自体は、この分野で広く知られているものを用いることができる。ターボチャージャＶＮＴは、タービンＴＢと、タービンＴＢを収納するタービンハウジングＴＢＨと、コンプレッサＣＰと、コンプレッサＣＰを収納するコンプレッサハウジングＣＰＨと、タービンＴＢとコンプレッサＣＰとを連結する回転軸ＳＨを回動可能に支持するセンタハウジングＳＨＨと、過給圧を制御するための容量変更機構ＮＶＭとを基本的に備えるものである。
【００１３】
この実施形態における容量変更機構ＮＶＭは、タービンハウジングＴＢＨとセンタハウジングＳＨＨとの間に挟み込まれるように設けられるものである。具体的には、容量変更機構ＮＶＭは、タービンＴＢの外周近傍にタービンＴＢの回転軸線を中心として等角度で回動可能に取り付けられる複数のノズルベーンＮＶを有するもので、ノズルベーンＮＶの角度を制御する、つまりノズルベーンＮＶの開度（以下、ベーン開度と称する）を制御することにより、タービンＴＢに吹き付けられる排気ガスの流速を制御してタービンＴＢの回転、したがって過給圧を制御するものである。排気ガスの流速は、ベーン開度が大きくなる程速くなるもので、ノズルベーンＮＶを閉成してベーン開度を大きくするほど過給圧を高くする（上げる）ことができる。
【００１４】
ターボチャージャＮＶＴのタービンハウジングＴＢＨは、排気ガスがタービンＴＢに吹き付けられるようにエンジン１００の排気通路１と連通しており、またコンプレッサハウジングＣＰＨはコンプレッサＣＰにより空気を圧縮してエンジン１００に供給するようにエンジン１００の吸気通路２と連通している。また、タービンハウジングＴＢＨに設けられる排気出口ＴＢＨＯは、排気通路１を介して排気ガス浄化装置である触媒３に連通している。さらにコンプレッサハウジングＣＰＨに設けられる吸気入口ＣＰＨＩは、エアフィルタＡＦに連通している。
【００１５】
吸気通路２のコンプレッサハウジングＣＰＨより下流には、吸入空気量を調整するスロットル弁４が設けてある。また、シリンダヘッド５には、燃焼室６内に燃料を噴射するための燃料噴射弁７が設けてある。
【００１６】
また、この実施形態のエンジン１００においては、排気ガスの一部を吸入空気に混合するための、排気ガス還流装置（図示しない）が設けてある。排気ガス還流装置自体は、この分野でよく知られた構成のものであってよく、排気ポートと吸気ポートとに連通する還流通路に、還流する排気ガスの量を調整する制御弁が設けてあるもので、エンジン１００が定常運転状態にある場合に制御弁を開成して排気ガスを吸入空気に混合するものである。
【００１７】
このようなエンジン１００に対して、エンジン１００の運転状態を検出するために、コンプレッサハウジングＣＰＨとスロットル弁４との間の吸気通路２には、過給圧を検出するための過給圧センサ８が取り付けてある。過給圧センサ８から出力される過給圧信号ａは電子制御装置１０に入力される。
【００１８】
電子制御装置１０は、中央演算処理装置１１と、記憶装置１２と、入力インターフェース１３と、出力インターフェース１４とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。入力インターフェース１３には、過給圧信号ａが入力されるとともに、エンジン回転数ＮＥを検出する回転数センサ２０から出力されるエンジン回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ２１から出力される車速信号ｃ、スロットル弁４の開閉状態を検出するためのスロットルセンサ２２から出力されるスロットル開度信号ｄ、エンジン１００の温度として例えば冷却水温を検出するための水温センサ２３から出力される水温信号ｅ、大気圧を検出するための大気圧センサ２４から出力される大気圧信号ｆなどが入力される。一方、出力インターフェース１４からは、燃料噴射ポンプ（図示しない）に対して噴射する燃料量及びその燃料の吐出開始時期を制御するための燃料噴射信号ｆが出力されるようになっている。
【００１９】
この電子制御装置１０には、実際の過給圧が目標過給圧に収束するようにフィードバック制御するプログラムが格納してあり、実際の過給圧が目標過給圧より低い場合には過給圧が高くなるように容量変更機構ＮＶＭの制御量を増加するように容量変更機構ＮＶＭを制御するものである。これに加えて、容量変更機構ＮＶＭをフィードバック制御する場合に、実際の過給圧を高くするように容量変更機構ＮＶＭの制御量を増加した場合に増加した制御量が所定値を上回ることにより排気ガス浄化装置である触媒３の異常を判定する異常判定プログラムが格納してある。
【００２０】
図２を参照して、異常判定プログラムによる制御手順を説明する。
【００２１】
ステップＳ１において、ターボチャージャＶＮＴの過給圧制御のためのフィードバック制御を実行中か否かを判定する。この過給気圧のフィードバック制御は、運転中の実際の過給圧が運転状態に応じて設定される目標過給圧となるように、ターボチャージャＮＶＴのタービンＴＢにおけるベーン開度を調整するものである。目標過給圧はエンジン１００の運転状態に応じて設定されるもので、具体的にはエンジン回転数ＮＥが低いほど、またエンジン１００の負荷が大きいほど大きく設定され、高回転低負荷の運転状態にあっては小さく設定されるものである。そして、過給圧センサ８から出力される過給圧信号ａに基づいて検出されたエンジン１００が運転中の実際の過給圧が、その時の運転状態に応じて設定した目標過給圧を下回っている場合は、ターボチャージャＮＶＴの容量変更機構ＮＶＭを制御してベーン開度を大きくしてタービンＴＢにあたる排気ガスの流速を速くして、実際の過給圧を目標過給圧に近似させるものである。
【００２２】
ステップＳ１でターボチャージャＮＶＴのフィードバック制御を実行していると判定した場合はステップＳ２に進み、水温センサ２３からの水温信号ｅに基づいて検出された冷却水温度が所定温度ＫＴＨＷ以上か否かを判定する。所定温度ＫＴＨＷは、暖機運転の完了を判定する温度に設定するもので、このステップＳ２により暖機運転完了後の運転状態であることを判定する。
【００２３】
ステップＳ２において暖機運転が完了していると判定した場合はステップＳ３に進み、エンジン１００を運転している場所の気圧つまり車両が走行している場所の大気圧が所定気圧ＫＰａ以上か否かを判定する。例えば車両が大気圧の低い高地を走行している場合、通常、容量変更機構ＶＮＭにおけるノズルベーンＮＶは、大気圧が低くなることで空気の充填効率が低下することに応じて、平地走行時にフィードバック制御を行っている際のベーン開度より閉じた開度に制御されるものである。このため、このように平地での標準的なベーン開度から開度を補正している場合は、エンジン１００の運転状態が安定しない場合があるので、このステップＳ３においては、その状態を判定するものである。
【００２４】
ステップＳ３においてその時点の大気圧が所定気圧ＫＰａ以下であると判定した場合はステップＳ４に進み、排気ガス還流装置の制御弁が閉じているか、つまり排気還流動作（ＥＧＲ）を停止しているか否かを判定する。通常、排気ガス還流動作は、アイドル回転数から中速のエンジン回転数ＮＥ（例えば３０００ｒｐｍ）にかけての回転数においてエンジン１００を運転している場合に実行されるものである。このような運転状態においては比較的エンジン回転数ＮＥが低く排気ガス温度も低いので、触媒３が目詰まりしてもエンジン１００が受ける損傷が小さい。これに反して、排気ガス還流動作を停止している場合は、触媒３が目詰まりしているとエンジン１００が損傷する確率が高くなるので、目詰まりを的確に判定する必要が生じてくる。このステップＳ４においては、このようなエンジン１００の運転状態を判定するものである。
【００２５】
そして、ステップＳ４において排気還流動作を停止している運転状態であると判定した場合にはステップＳ５に進み、回転数センサ２０からの回転数信号ｂに基づいて検出されたエンジン回転数ＮＥが下限値ＫＮＥＭＩと上限値ＫＮＥＭＸとにより設定される所定範囲内であるか否かを判定する。このステップＳ５におけるエンジン回転数ＮＥの判定は、エンジン１００が安定している運転状態であるか否かを判定するもので、例えば２０００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍの所定範囲内であるなら、エンジン１００は安定しているものと判定するものである。
【００２６】
ステップＳ５でエンジン回転数ＮＥが所定範囲内であると判定した場合にはステップＳ６に進み、車速が一定である運転状態が所定時間ＫＳＰＩを上回って続いたか否かを判定する。すなわち、ステップＳ５においては、車速が一定な運転状態が継続する場合にその経過時間を計時し、計時した経過時間が判定のための所定時間ＫＳＰＩを上回ることにより負荷が安定している運転状態であることを判定するものである。このように、負荷が安定している運転状態では、目標過給圧が変化しないため、ターボチャージャＮＶＴをフィードバック制御している状態において、ベーン開度に変化がないものとなる。また、エンジン回転数ＮＥが高い場合では、排気ガスの排出量が多く、流速が速くしかもその温度が高いので、ベーン開度を大きく（絞る）ことなく実際の過給圧を目標過給圧に近似させることが可能である。
【００２７】
ステップＳ６において負荷が安定している運転状態であることを検出した場合はステップＳ７に進み、この時点のベーン開度が所定開度ＫＶＮを上回るか否かを判定する。すなわち、触媒３が目詰まりを起こしている場合、タービンハウジングＴＢＨの排気出口ＴＢＨＯから排出される排気ガスは、目詰まりにより排出しにくくなる。この結果、触媒３に目詰まりが生じていない、上述のステップＳ２からステップＳ６における条件を満たす運転状態でのベーン開度によっては、目標過給圧とはならないため、フィードバック制御により目標過給圧にすべくノズルベーンＮＶを閉成するものである。そしてそのようにノズルベーンＮＶを閉成して、ノズルベーンＮＶの制御量であるベーン開度が、上記した所定開度ＫＶＮを上回る場合は、触媒３が目詰まりをしていると判定するものである。
【００２８】
ステップＳ７においてベーン開度が条件を満たした場合はステップＳ８に進み、触媒３が目詰まりしているとの判定結果に基づいて、目詰まり判定フラグをセットする。これに対して、ステップＳ１〜ステップＳ７においてそれぞれ、上述とは異なる判定（それぞれのステップに示される条件を満たさない場合で、フローチャートにおいてＮｏとなる判定）をした場合には、ステップＳ９に進み、触媒３は目詰まりしていないと判定するものである。
【００２９】
以上の構成において、ターボチャージャＮＶＴの作動をフィードバック制御していない場合、エンジン１００が暖機運転中である場合、大気圧が所定気圧ＫＰａより低く例えば高地を走行している場合、排気ガス還流制御を行っている場合、エンジン１００が設定された回転数範囲外で回転している場合、エンジン１００の負荷が安定していない場合（ステップＳ１〜ステップＳ６において「Ｎｏ」と判定する場合）、及びベーン開度が所定開度ＫＶＮ以下の場合は、触媒３は目詰まりを判定しない。
【００３０】
一方、ターボチャージャＮＶＴの作動をフィードバック制御しており、エンジン１００が暖機運転後であり、大気圧が所定気圧ＫＰａより高く平地を走行しており、排気ガス還流制御を行っておらず、エンジン１００が設定された回転数範囲内で回転しており、車速が一定である運転状態で所定時間ＫＰＳＩを上回って走行し、かつベーン開度が所定開度ＫＶＮを上回る場合は、触媒３の目詰まりを判定して、目詰まり判定フラグをセットする。そして、例えば、警告ランプあるいは警告音により運転者に触媒３の目詰まりを報知するものである。
【００３１】
このように、容量変更機構ＮＶＭのノズルベーンＮＶの制御量であるベーン開度の変化に基づいて実質的にターボチャージャＮＶＴの背圧を推定しているので、この背圧を計測するための圧力センサを使用することなく触媒３の目詰まりを判定することができる。したがって、そのような圧力センサに要する費用を削減することができるとともに、製造工程における圧力センサの取付工程を削減することができ、全体として製造コストを削減することができる。
【００３２】
また、この実施形態にあっては、上述したように、ステップＳ１〜ステップＳ６において限定する運転状態において触媒３の目詰まりを判定するので、判定精度を高くすることができる。しかも、そのようなエンジン１００の運転状態において触媒３が目詰まりを起こすことでターボチャージャＮＶＴが異常になり、その結果エンジン１００が損傷すると言った不具合を確実に防止することができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体模式図。
【図２】同実施形態における制御プログラムの概略手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３６】
１…排気通路
２…吸気通路
３…触媒
１０…電子制御装置
１１…中央演算処理装置
１２…記憶装置
１３…入力インターフェース
１４…出力インターフェース
ＶＮＴ…可変容量型ターボチャージャ
【図１】
2006170166.tif 000003
【図２】
2006170166.tif 000004