(57)【要約】【課題】  ターボチャージャの過給圧の応答遅れを考慮することで、その故障を精度良く検知するとともに故障検知を行う頻度を高める。【解決手段】  エンジン負荷ＱＣが所定値以上であり、加速状態判定手段Ｍ１がタービン２５ｂの加速状態を判定し、かつ過給圧制御状態判定手段Ｍ２がターボチャージャの過給圧制御手段（バイパスバルブ、ウエストゲートおよびバリアブルフラップ）が最大過給圧制御状態（閉弁状態）にあると判定したときに、つまり実過給圧πＣおよび収束値算出手段Ｍ４で算出した過給圧の収束値πＣ* から遅れ係数算出手段Ｍ５が算出したターボチャージャの遅れ係数αが該ターボチャージャについて固有の値を示すときに、その遅れ係数αに基づいて過給圧制御手段の故障を判定するので、エンジン負荷ＱＣが急激に変化して過給圧πＣの応答に遅れが生じているときでも高い故障検知精度を確保するとともに故障検知を行う頻度を高めることができる。【選択図】        図２
2008025529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（Ｅ）を過給するターボチャージャ（２５）と、
ターボチャージャ（２５）の下流の過給吸気通路（２１）の過給圧（πＣ）を制御する過給圧制御手段（２９，４２，４８）と、
エンジン負荷（ＱＣ）を検出するエンジン負荷検出手段（Ｓｃ）と、
過給吸気通路（２１）の過給圧（πＣ）を検出する過給圧検出手段（Ｓａ，Ｓｂ）と、を備えたエンジンの過給装置において、
エンジン負荷検出手段（Ｓｃ）で検出したエンジン負荷（ＱＣ）からタービン（２５ｂ）の加速状態を判定する加速状態判定手段（Ｍ１）と、
過給圧制御手段（２９，４２，４８）が過給吸気通路（２１）の過給圧（πＣ）を最大にする最大過給圧制御状態にあることを判定する過給圧制御状態判定手段（Ｍ２）と、
エンジン負荷検出手段（Ｓｃ）が所定値以上のエンジン負荷（ＱＣ）を検出し、加速状態判定手段（Ｍ１）がタービン（２５ｂ）の加速状態を判定し、過給圧制御状態判定手段（Ｍ２）が最大過給圧制御状態を判定したとき、過給圧制御手段（２９，４２，４８）の故障検知を許可する故障検知許可手段（Ｍ３）と、
故障検知許可手段（Ｍ３）が故障検知を許可したときに、エンジン負荷検出手段（Ｓｃ）で検出したエンジン負荷（ＱＣ）から過給圧の収束値（πＣ* ）を算出する収束値算出手段（Ｍ４）と、
過給圧検出手段（Ｓａ，Ｓｂ）で検出した過給圧（πＣ）および収束値算出手段（Ｍ４）で算出した過給圧の収束値（πＣ* ）からターボチャージャ（２５）の遅れ係数（α）を算出する遅れ係数算出手段（Ｍ５）と、
遅れ係数算出手段（Ｍ５）で算出した遅れ係数（α）に基づいて過給圧制御手段（２９，４２，４８）の故障を判定する故障判定手段（Ｍ６）と、
を備えたことを特徴とするエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置。    
【請求項２】
前記エンジン負荷検出手段（Ｓｃ）はエンジン（Ｅ）の吸入空気量（ＱＣ）に基づいてエンジン負荷を検出するとともに、
大気圧（ＰＡ）、吸気温（ＴＡ）、排気圧および排気温の少なくとも一つに応じて前記過給圧の収束値（πＣ* ）を補正する収束値補正手段（Ｍ７）を備えたことを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置。
【請求項３】
前記故障検知許可手段（Ｍ３）は、エンジン（Ｅ）の点火時期のリタード量（Δθ）が所定値以上のときに過給圧制御手段（２９，４２，４８）の故障検知を禁止することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを過給するターボチャージャと、ターボチャージャの下流の過給吸気通路の過給圧を制御する過給圧制御手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、過給吸気通路の過給圧を検出する過給圧検出手段とを備えたエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのターボチャージャが発生する過給圧を制御するノズルベーンの開度が最大位置あるいは最小位置にあり、かつエンジンが低回転低負荷領域あるいは高回転高負荷領域にあるときに、エンジン負荷に応じて予め設定した規定過給圧と過給圧センサで検出した実過給圧とを比較することで、ターボチャージャの異常を判定するものが、下記特許文献１により公知である。
【特許文献１】特開２００３−１２０３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、一般にターボチャージャにおいて、エンジン負荷に応じて予め設定した規定過給圧に対して、過給圧センサで検出した実過給圧にはタイムラグ（いわゆるターボラグ）が存在することが知られている。従って、上記従来のもののように、規定過給圧と実過給圧との比較に基づいてターボチャージャの故障を判定するものでは、エンジン負荷が急激に変化した場合に、ターボチャージャが正常であっても、実過給圧の応答のタイムラグにより規定過給圧との間に偏差が発生し、ターボチャージャが故障していると誤判定する可能性があった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ターボチャージャの過給圧の応答遅れを考慮することで、その故障を精度良く検知するとともに故障検知を行う頻度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンを過給するターボチャージャと、ターボチャージャの下流の過給吸気通路の過給圧を制御する過給圧制御手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、過給吸気通路の過給圧を検出する過給圧検出手段とを備えたエンジンの過給装置において、エンジン負荷検出手段で検出したエンジン負荷からタービンの加速状態を判定する加速状態判定手段と、過給圧制御手段が過給吸気通路の過給圧を最大にする最大過給圧制御状態にあることを判定する過給圧制御状態判定手段と、エンジン負荷検出手段が所定値以上のエンジン負荷を検出し、加速状態判定手段がタービンの加速状態を判定し、過給圧制御状態判定手段が最大過給圧制御状態を判定したとき、過給圧制御手段の故障検知を許可する故障検知許可手段と、故障検知許可手段が故障検知を許可したときに、エンジン負荷検出手段で検出したエンジン負荷から過給圧の収束値を算出する収束値算出手段と、過給圧検出手段で検出した過給圧および収束値算出手段で算出した過給圧の収束値からターボチャージャの遅れ係数を算出する遅れ係数算出手段と、遅れ係数算出手段で算出した遅れ係数に基づいて過給圧制御手段の故障を判定する故障判定手段とを備えたことを特徴とするエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置が提案される。
【０００６】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記エンジン負荷検出手段はエンジンの吸入空気量に基づいてエンジン負荷を検出するとともに、大気圧、吸気温、排気圧および排気温の少なくとも一つに応じて前記過給圧の収束値を補正する収束値補正手段を備えたことを特徴とするエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置が提案される
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記故障検知許可手段は、エンジンの点火時期のリタード量が所定値以上のときに過給圧制御手段の故障検知を禁止することを特徴とするエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置が提案される。
【０００７】
尚、実施の形態の第２吸気通路２１は本発明の過給吸気通路に対応し、実施の形態のエアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８は本発明の過給圧制御手段に対応し、実施の形態のエンジンの吸入空気量ＱＣは本発明のエンジン負荷に対応し、実施の形態のＰ３圧検出手段Ｓａおよび大気圧検出手段Ｓｂは本発明の過給圧検出手段に対応し、実施の形態の吸入空気量検出手段ＳＣは本発明のエンジン負荷検出手段に対応し、実施の形態の圧力比πＣは本発明の過給圧に対応し、実施の形態の到達すべき圧力比πＣ* は本発明の過給圧の収束値に対応する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の構成によれば、エンジン負荷が所定値以上であり、タービンが加速状態であり、かつターボチャージャの過給圧制御手段が最大過給圧制御状態にあるときに、つまり実過給圧および過給圧の収束値から算出したターボチャージャの遅れ係数が該ターボチャージャについて固有の値を示すときに、その遅れ係数に基づいて過給圧制御手段の故障を判定するので、エンジン負荷が急激に変化して過給圧の応答に遅れが生じているときでも高い故障検知精度を確保するとともに故障検知を行う頻度を高めることができる。
【０００９】
また請求項２の構成によれば、大気圧、吸気温、排気圧および排気温の少なくとも一つに応じて過給圧の収束値を補正するので、過給圧の収束値の算出精度が向上して故障検知の精度が高められる。
【００１０】
また請求項３の構成によれば、エンジンの点火時期がリタードされると、エンジン負荷に対する排気エネルギーが増加することから過給圧の収束値が変化してしまうが、リタード量が所定値以上のときに過給圧制御手段の故障検知を禁止することで、過給圧の収束値を精度良く算出できるようにして故障検知の精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図１８は本発明の実施の形態を示すもので、図１はターボチャージャを備えたエンジンの吸気系を示す図、図２はエアバイパスバルブの構造を示す図、図３はウエストゲートおよびバリアブルフラップの構造を示す図、図４は電子制御ユニットに入力される信号を示す図、図５は電子制御ユニットの機能のブロック図、図６は故障検知の手法の概略を示す図、図７は到達すべき圧力比πＣ* と実際の圧力比πＣとを示すグラフ、図８は圧力比πＣの算出間隔を示す図、図９は圧力比πＣの算出間隔によるばらつきを示す図、図１０はメインルーチンのフローチャート、図１１は運転状態検出ルーチンのフローチャート、図１２は故障検知許可判定ルーチンのフローチャート、図１３は故障判定ルーチンのフローチャート、図１４は吸入空気量ＱＣから到達すべき圧力比πＣ* を検索するマップ、図１５は大気圧ＰＡから大気圧補正係数を検索するマップ、図１６は吸気温ＴＡから吸気温補正係数を検索するマップ、図１７はエンジン回転数Ｎｅから閾値を検索するマップ、図１８は故障検知のタイムチャートである。
【００１３】
図１および図２に示すように、エンジンＥはシリンダブロック１１に設けたシリンダ１２に摺動自在に嵌合するピストン１３を備えており、ピストン１３の上面とシリンダヘッド１４の下面との間に形成された燃焼室１５に、吸気バルブ１６で開閉される吸気ポート１７と、排気バルブ１８で開閉される排気ポート１９とが連通する。吸気ポート１７には、吸気の流れ方向上流側から下流側に第１吸気通路２０、第２吸気通路２１および第３吸気通路２２が接続され、また排気ポート１９には排気通路２３が接続される。
【００１４】
第１吸気通路２０にはエアクリーナ２４が配置され、第１吸気通路２０と第２吸気通路２１との間にはターボチャージャ２５のコンプレッサ２５ａが配置され、第２吸気通路２１の上流部分２１ａと下流部分２１ｂとの間にはインタークーラー２６が配置され、第２吸気通路２１と第３吸気通路２３との間にはスロットルバルブ２７が配置される。また排気通路２３には前記ターボチャージャ２５のタービン２５ｂが配置される。
【００１５】
第１吸気通路２０の圧力をＰ１圧、第２吸気通路２１の上流部分２１ａの圧力をＰ２圧、第２吸気通路２１の下流部分２１ｂの圧力をＰ３圧、第３吸気通路２２の圧力をＰＢ圧と定義する。
【００１６】
エアクリーナ２４の下流の第１吸気通路２０と、インタークーラー２６およびスロットルバルブ２７に挟まれた第２吸気通路２１の下流部分２１ｂとがバイパス通路２８で接続されており、そのバイパス通路２８の中間部にエアバイパスバルブ２９が配置される。エアエアバイパスバルブ２９は、ダイヤフラム３０と、弁体３１と、両端がダイヤフラム３０および弁体３１に接続されたロッド３２と、ロッド３２を摺動自在に案内するガイド部材３３と、弁体３１が着座可能な弁座３４と、一側がダイヤフラム３０に臨む圧力室３５と、圧力室３５に配置されてダイヤフラム３０を下方（弁体３１が弁座３４に着座する方向）に付勢する弁ばね３６とを備える。
【００１７】
エアバイパスバルブ２９の開閉を制御するソレノイドバルブよりなる制御バルブ３７は、第１連通路３８を介して第２吸気通路２１の下流部分２１ｂに接続され、第２連通路３９を介して第３吸気通路２２に接続され、かつ第３連通路４０を介してエアバイパスバルブ２９の圧力室３５に連通する。
【００１８】
制御バルブ３７はスロットル開度に応じて切り換えられるもので、スロットルバルブ２７が開いているときには、第１連通路３８を第３連通路４０に連通させてエアバイパスバルブ２９の圧力室３５に第２吸気通路２１の下流部分２１ｂのＰ３圧を導入し、スロットルバルブ２７が閉じているときには、第２連通路３９を第３連通路４０に連通させてエアエアバイパスバルブ２９の圧力室３５に第３吸気通路２２のＰＢ圧を導入する。
【００１９】
制御バルブ３７が第２連通路３９を第３連通路４０に連通させてエアエアバイパスバルブ２９の圧力室３５に第３吸気通路２２のＰＢ圧を導入する条件は、
（ａ）スロットル開度がアイドル判定値以下（スロットル開度が全閉状態）
（ｂ）過給圧比が所定値以上（過大な過給状態）
（ｃ）スロットル開度の変化率が閉弁方向に所定値以上（スロットルバルブの急閉状態）の何れかである。
【００２０】
しかして、スロットルバルブ２７が開いているとき、つまりターボチャージャ２５が過給を行っているときには、前記圧力室３５に比較的に大きいＰ３圧が作用し、その下向きのＰ３圧が弁体３１を開弁方向に付勢する上向きのＰ３圧をキャンセルすることで、弁ばね３６の弾発力で弁体３１が弁座３４に着座してエアバイパスバルブ２９が閉弁する。その結果、ターボチャージャ２５が圧縮した吸気は効率的にエンジンＥのシリンダ１２に供給される。
【００２１】
スロットル開度の閉弁方向への変化率が所定値以上のとき（スロットルバルブ２７が急激に閉じられたとき）、前記制御バルブ３７により前記圧力室３５にＰＢ圧が導入される。このとき、第２吸気通路２１の吸入空気量が大きくてＰ３圧が高圧の状態であると、スロットルバルブ２７が急激に閉じられることによって第２吸気通路２１のＰ３圧は瞬間的に更なる高圧になるとともに、スロットルバルブ３７の下流のＰＢ圧は急激に低下することから、Ｐ３圧とＰＢ圧との圧力差が大きくなる。すると下向きのＰＢ圧と弁ばね３６の弾発力との合力が弁体３１を開弁方向に付勢するＰ３圧よりも小さくなり、エアバイパスバルブ２９が開弁する。
【００２２】
その結果、ターボチャージャ２５が圧縮した吸気は第２吸気通路２１からバイパス通路２８およびエアエアバイパスバルブ２９を介して第１吸気通路２０に戻されるため、ターボチャージャ２５のコンプレッサ２５ａおよびスロットルバルブ２７に挟まれた第２吸気通路２１の圧力が過大になるのを抑制し、サージングの発生を防止してコンプレッサ２５ａを保護することができる。
【００２３】
尚、エアバイパスバルブ２９は、上述したスロットルバルブ２７の閉弁時以外にも、ターボチャージャ２５の過給圧が所定値以上になった場合と、スロットルバルブ２７の開度が急激に減少した場合とにも開弁制御される。
【００２４】
図１および図３に示すように、排気通路２３には、そこを流れる排気ガスをターボチャージャ２５を迂回して直接排気ガス浄化触媒４１に逃がすためのウエストゲート４２が設けられており、ウエストゲート４２を開閉駆動するウエストゲート用アクチュエータ４３の作動を制御する制御バルブ４４は第４連通路４５を介して該ウエストゲート用アクチュエータ４３に連通し、第５連通路４６を介して第１吸気通路２０に連通し、第６連通路４７を介して第２吸気通路２１の上流部分２１ａに連通する。そして制御バルブ４４が第２吸気通路２１の上流部分２１ａの比較的に高圧のＰ２圧をウエストゲート用アクチュエータ４３に供給すると、ウエストゲート用アクチュエータ４３のダイヤフラム４３ａが作動してウエストゲート４２が開弁し、過給圧を目標過給圧に一致させるべく余剰の排気ガスがバイパス通路２３ａを介してターボチャージャ２５のタービン２５ｂを迂回する。
【００２５】
ターボチャージャ２５には、そのタービン２５ｂに供給される排気ガスの流路面積を変更して該排気ガスの流速を制御するためのバリアブルフラップ４８が設けられており、バリアブルフラップ４８を開閉駆動するバリアブルフラップ用アクチュエータ４９の作動を制御する制御バルブ５０は第７連通路５１を介して該バリアブルフラップ用アクチュエータ４９に連通し、第８連通路５２を介して第１吸気通路２０に連通し、第９連通路５３を介して第２吸気通路２１の上流部分２１ａに連通する。そして制御バルブ５０が第２吸気通路２１の上流部分２１ａの比較的に高圧のＰ２圧をバリアブルフラップ用アクチュエータ４９に供給すると、バリアブルフラップ用アクチュエータ４９のダイヤフラム４９ａが作動してバリアブルフラップ４８が開弁し、エンジンＥの低回転数領域での高トルクと高回転数領域での高出力とを両立させる。
【００２６】
図４に示すように、エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が閉弁しない開弁故障を検知する電子制御ユニットＵには、第２吸気通路２１の下流部分２１ｂのＰ３圧を検知するＰ３圧検出手段Ｓａと、大気圧ＰＡを検出する大気圧検出手段Ｓｂと、エアクリーナ２４の下流の第１吸気通路２０を通過する吸入空気量ＱＣを検出する吸入空気量検出手段Ｓｃと、第３吸気通路２２の吸気温ＴＡを検出する吸気温検出手段Ｓｄと、冷却水温ＴＷを検出する冷却水温検出手段Ｓｅと、エンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数検出手段Ｓｆと、エンジンＥの点火リタード量Δθを検出する点火リタード量検出手段Ｓｇとが接続される。また電子制御ユニットＵには、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の開閉指令が入力される。
【００２７】
図５に示すように、電子制御ユニットＵは、加速状態判定手段Ｍ１と、過給圧制御状態判定手段Ｍ２と、故障検知許可手段Ｍ３と、収束値算出手段Ｍ４と、遅れ係数算出手段Ｍ５と、故障判定手段Ｍ６と、収束値補正手段Ｍ７とを備える。
【００２８】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。
【００２９】
エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の何れかが開弁位置で固着する開弁故障が発生すると、所望の加給圧が得られなくなってターボチャージャ２５の機能が損なわれるため、その開弁故障を検知する必要がある。ターボチャージャ２５が作動するとき、そのコンプレッサ２５ａの前後の実際の圧力比πＣは、定常状態に移行した後に到達すべき圧力比πＣ* に対していわゆるターボラグにより一次遅れの関係になる。エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が全て閉弁していれば、前記遅れ係数αは一定であるが、エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が閉弁しない開弁故障が発生すると、前記遅れ係数αが変化する。
【００３０】
図２および図６から明らかなように、コンプレッサ２５ａの前後の圧力比πＣはπＣ＝Ｐ２／Ｐ１で与えられ、Ｐ２圧は第１吸気通路２１の上流部分２１ａの圧力であって、Ｐ３圧検出手段Ｓａにより検出した第１吸気通路２１の下流部分２１ｂのＰ３圧にインタークーラー２６の圧損を加算することで算出可能であり、またＰ１圧は大気圧検出手段Ｓｂにより検出した大気圧ＰＡからエアクリーナ２４の圧損を減算することで算出可能である。
【００３１】
また到達すべき圧力比πＣ* は吸入空気量検出手段Ｓｃで検出した吸入空気量ＱＣ、つまりターボチャージャ２５のコンプレッサ２５ａを通過する空気量からマップ検索により推定可能である。マップ検索により求めた到達すべき圧力比πＣ* は吸気温検出手段Ｓｄで検出した吸気温ＴＡおよび冷却水温検出手段Ｓｅで検出した冷却水温ＴＷに基づいて補正される。
【００３２】
そして実際の圧力比πＣと到達すべき圧力比πＣ* とから、故障判定を行うためのパラメータである遅れ係数αが算出される。
【００３３】
図７において、スロットル開度がステップ状に増加すると、それに応じてターボチャージャ２５のコンプレッサ２５ａを通過する吸入空気量ＱＣが次第に増加し、それと同傾向で到達すべき圧力比πＣ* も増加する。エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が全て正常に閉弁していれば、正常圧力比πＣは到達すべき圧力比πＣ* よりも僅かに遅れて増加するが、エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の少なくとも一つが故障して開弁したままになると、故障圧力比πＣは到達すべき圧力比πＣ* よりも大幅に遅れて増加するため、その遅れの程度の違い（前記遅れ係数α）から故障を検知することができる。
【００３４】
圧力比の今回値πＣ（ｎ）は、前回値πＣ（ｎ−１）、到達すべき圧力比πＣ* および遅れ係数α（瞬時値）を用いて、
πＣ（ｔ）＝α×πＣ* （ｔ−Δｔ）＋（１−α）×πＣ（ｔ−Δｔ）
で与えられる。この式を遅れ係数α（瞬時値）について解くと、
α＝｛πＣ（ｔ）−πＣ（ｔ−Δｔ）｝／｛πＣ* （ｔ−Δｔ）−πＣ（ｔ−Δｔ）｝が得られる。ここで、Δｔは今回値および前回値の算出の時間差である。Δｔが小さいと圧力比πＣの変化量が小さいために外乱の影響を受けやすくなり、Δｔが２００ｍｓｅｃ以上で分布が安定するため、実施の形態ではΔｔ＝２００ｍｓｅｃに設定している（図８および図９参照）。
【００３５】
圧力比πＣは到達すべき圧力比πＣ* 以上にはなり得ず、よって遅れ係数α（瞬時値）は１未満となる。また遅れ係数α（瞬時値）は負値になることはない。以上のことから、外乱の影響を防止するために０＜α＜１のリミット処理を行う。
【００３６】
遅れ係数α（瞬時値）を所定回数積算し、その積算値を前記所定回数で除算して遅れ係数α（平均値）を算出する。そして遅れ係数α（平均値）を閾値と比較し、遅れ係数α（平均値）≧閾値が成立すると、つまり圧力比πＣが到達すべき圧力比πＣ* に到達するのが遅れると、エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の何れかが閉弁せずに開弁する故障が発生したと判定する。
【００３７】
次に、上記作用を図１０〜図１３のフローチャートを参照して更に説明する。
【００３８】
先ず図１０に示すメインルーチンのステップＳ１でエンジンＥの運転状態検出、つまり故障検知に必要なデータの取得を行い、続くステップＳ２でターボチャージャ２５の故障検知許可判定を行うための所定の条件が成立しているか否かを判定し、続くステップＳ３でターボチャージャ２５の故障判定を行う。
【００３９】
次に、図１１に基づいて、前記図１０のステップＳ１（運転状態検出）のサブルーチンを説明する。
【００４０】
先ずステップＳ１１で吸入空気量検出手段ＳｃによりエンジンＥの吸入空気量ＱＣを検出する。続くステップＳ１２でコンプレッサ２５ａの前後の圧量比である圧力比πＣ＝Ｐ２／Ｐ１を算出する。Ｐ２圧は第１吸気通路２１の上流部分２１ａの圧力であり、第１吸気通路２１の下流部分２１ｂのＰ３圧にインタークーラー２６の圧損を加算することで算出可能である。またＰ１圧は大気圧ＰＡからエアクリーナ２４の圧損を減算することで算出可能である。
【００４１】
続くステップＳ１３で吸入空気量ＱＣの変化量である吸入空気量変化量ΔＱＣを、その今回値から前回値を減算した差分として算出する。続くステップＳ１４で前記吸入空気量ＱＣを図１４のマップに適用して到達すべき圧力比πＣ* を検索する。続くステップＳ１５で大気圧ＰＡを図１５のマップに適用して大気圧補正係数を検索し、ステップＳ１６で吸気温ＴＡを図１６のマップに適用して吸気温補正係数を検索する。そしてステップＳ１７で到達すべき圧力比πＣ* を大気圧補正係数および吸気温補正係数を用いて補正する。この補正は収束値補正手段Ｍ７（図５参照）により行われる。
【００４２】
次に、図１２に基づいて、前記図１０のステップＳ２（故障検知許可判定のサブルーチンを説明する。
【００４３】
先ずステップＳ２１で吸入空気量ＱＣの変化量である吸入空気量変化量ΔＱＣを所定値と比較し、吸入空気量変化量ΔＱＣが所定値以下であってターボチャージャ２５が減速している場合には、ステップＳ２７で減速時間判定タイマを初期化し、ステップＳ２８で故障検知許可フラグを「０」にリセットして故障検知を不許可にする。ターボチャージャ２５が減速状態にあるか加速状態にあるかの判定は加速状態判定手段Ｍ１（図５参照）により行われ、減速状態にある場合には故障検知許可手段Ｍ３（図５参照）が故障検知を不許可にする。
【００４４】
一方前記ステップＳ２１で吸入空気量変化量ΔＱＣが所定値を越えていてターボチャージャ２５が加速している場合には、ステップＳ２２で第２吸気通路２１の上流部分２１ａのＰ２圧と大気圧ＰＡとの差圧Ｐ２−ＰＡ、つまりウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８のアクチュエータ４３，４９を作動させるための作動圧を算出する。続くステップＳ２３でエンジン回転数検出手段Ｓｆで検出したエンジン回転数ＮＥを図１７のマップに適用して閾値をマップ検索し、その結果、ステップＳ２４で前記差圧Ｐ２−ＰＡが閾値以上であってウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８のアクチュエータ４３，４９が作動可能であるとき、ステップＳ２５でバリアブルフラップ４８への指令が開指令であるか、あるいはステップＳ２６でウエストゲート４２への指令が開指令であれば、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の少なくとも一方が開弁していて故障検知ができないため、ステップＳ２７およびステップＳ２８に移行して故障検知を不許可にする。
【００４５】
前記ステップＳ２４で前記差圧Ｐ２−ＰＡが閾値未満であってウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８のアクチュエータ４３，４９が作動不能であるとき、あるいは前記ステップＳ２４で前記差圧Ｐ２−ＰＡが閾値以上であってウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８のアクチュエータ４３，４９が作動可能であり、かつ前記ステップＳ２５でバリアブルフラップ４８への指令が閉指令であり、かつ前記ステップＳ２６でウエストゲート４２への指令が閉指令であれば、ウエストゲート４２およびバリアブルベーン４８が共に閉弁していると判定してステップＳ２９に移行する。
【００４６】
ウエストゲート４２およびバリアブルベーン４８が共に閉弁しているか否かの判定は、過給圧制御状態判定手段Ｍ２（図５参照）により行われる。
【００４７】
続くステップＳ２９で冷却水温検出手段Ｓｅで検出した冷却水温ＴＷが所定値未満であるか、ステップＳ３０で吸気温検出手段Ｓｄで検出した吸気温ＴＡが所定値未満であるか、ステップＳ３１で吸入空気量検出手段Ｓｃで検出して吸入空気量ＱＣが所定値未満であってターボチャージャ２５が加速状態にないか、ステップＳ３２で減速判定後経過時間タイマがタイムアップしていないか、ステップＳ３３で点火リタード量検出手段Ｓｇで検出した点火リタード量が所定値以上であれば、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の故障検知を行う条件が整っていないとし、ステップＳ３４に移行して故障検知を不許可にする。
【００４８】
その理由は、吸入空気量ＱＣが所定値未満の場合には、エンジンＥが低負荷状態にあってターボチャージャ２５の故障検知に不適切だからである。この判定は、過給圧制御状態判定手段Ｍ２（図５参照）により行われる。また減速判定後から所定時間が経過していないときは、ターボチャージャ２５の慣性により圧力比πＣが不安定になるからである。また点火リタード量が所定値以上のときは、エンジン負荷に対する排気エネルギーが増加することから到達すべき圧力比πＣ* が変化してしまうためである。
【００４９】
一方、前記ステップＳ２９で冷却水温ＴＷが所定値以上であり、前記ステップＳ３０で吸気温ＴＡが所定値以上であり、前記前記ステップＳ３１で吸入空気量ＱＣが所定値以上であってターボチャージャ２５が加速状態にあり、前記ステップＳ３２で減速判定後経過時間判定タイマがタイムアップしていており、かつ前記ステップＳ３３で点火リタード量が所定値以上であれば、ステップＳ３５でエアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の全てが閉弁して故障検知を行う条件が整っている判定して故障検知を許可する。
【００５０】
次に、図１３に基づいて、前記図１０のステップＳ３（故障判定）のサブルーチンを説  明する。
【００５１】
先ずステップＳ４１で遅れ係数α（瞬時値）を、
α＝｛πＣ（ｔ）−πＣ（ｔ−Δｔ）｝／｛πＣ* （ｔ−Δｔ）−πＣ（ｔ−Δｔ）｝により算出する。続くステップＳ４２で前記故障検知許可フラグが「１」にセットされていて故障検知が許可されていれば、ステップＳ４３で検知回数カウンタをインクリメントし、ステップＳ４４で遅れ係数α（瞬時値）を積算し、ステップＳ４５で遅れ係数α（積算値）を積算回数で除算して遅れ係数α（平均値）を算出する。この遅れ係数αの算出は、遅れ係数算出手段Ｍ５（図５参照）により行われる。
【００５２】
続くステップＳ４６で検知回数カウンタによりカウントした検知回数が所定値に達したときに、ステップＳ４７で遅れ係数α（平均値）が所定値以上であればステップＳ４８で故障判定を行い、遅れ係数α（平均値）が所定値未満であればステップＳ４９で正常判定を行う（図１８のタイムチャート参照）。この故障判定は故障判定手段Ｍ６（図５参照）により行われる。
【００５３】
以上のように、エンジン負荷（吸入空気量ＱＣ）が所定値以上であり、ターボチャージャ２５が加速状態であり、かつバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルベーン４８が閉弁してターボチャージャ２５が最大過給圧制御状態にあるときに、つまり実際の過給比πＣおよび到達すべき過給比πＣ* から算出したターボチャージャの遅れ係数αが該ターボチャージャ２５について固有の値を示すときに、その遅れ係数αに基づいてバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルベーン４８の開弁故障を判定するので、エンジン負荷が急激に変化して過給圧の応答に遅れが生じているときでも高い故障検知精度を確保することができる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００５５】
例えば、実施の形態では過給圧制御手段としてバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルベーン４８を例示したが、過給圧制御手段それに限定されるものではない。
【００５６】
また実施の形態ではエンジン負荷として吸気負圧ＱＣを例示したが、それに限定されるものではない。
【００５７】
また本発明の過給圧は実施の形態の圧力比πＣに限定されず、比で表されない過給圧であっても良い。
【００５８】
また大気圧ＰＡおよび吸気温ＴＰに応じて到達すべき過給比πＣ* を補正する代わりに、大気圧ＰＡ、吸気温ＴＰ、排気圧および排気温の少なくとも一つに応じて到達すべき過給比πＣ* を補正しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】ターボチャージャを備えたエンジンの吸気系を示す図
【図２】エアバイパスバルブの構造を示す図
【図３】ウエストゲートおよびバリアブルフラップの構造を示す図
【図４】電子制御ユニットに入力される信号を示す図
【図５】電子制御ユニットの機能のブロック図
【図６】故障検知の手法の概略を示す図
【図７】到達すべき圧力比πＣ* と実際の圧力比πＣとを示すグラフ
【図８】圧力比πＣの算出間隔を示す図
【図９】圧力比πＣの算出間隔によるばらつきを示す図
【図１０】メインルーチンのフローチャート
【図１１】運転状態検出ルーチンのフローチャート
【図１２】故障検知許可判定ルーチンのフローチャート
【図１３】故障判定ルーチンのフローチャート
【図１４】吸入空気量ＱＣから到達すべき圧力比πＣ* を検索するマップ
【図１５】大気圧ＰＡから大気圧補正係数を検索するマップ
【図１６】吸気温ＴＡから吸気温補正係数を検索するマップ
【図１７】エンジン回転数Ｎｅから閾値を検索するマップ
【図１８】故障検知のタイムチャート
【符号の説明】
【００６０】
２１        第２吸気通路（過給吸気通路）
２５        ターボチャージャ
２５ｂ      タービン
２９        エアバイパスバルブ（過給圧制御手段）
４２        ウエストゲート（過給圧制御手段）
４８        バリアブルフラップ（過給圧制御手段）
Ｅ          エンジン
Ｍ１        加速状態判定手段
Ｍ２        過給圧制御状態判定手段
Ｍ３        故障検知許可手段
Ｍ４        収束値算出手段
Ｍ５        遅れ係数算出手段
Ｍ６        故障判定手段
Ｍ７        収束値補正手段
ＰＡ        大気圧
ＱＣ        エンジンの吸入空気量（エンジン負荷）
Ｓａ        Ｐ３圧検出手段（過給圧検出手段）
Ｓｂ        大気圧検出手段（過給圧検出手段）
Ｓｃ        吸入空気量検出手段（エンジン負荷検出手段）
ＴＡ        吸気温
α          ターボチャージャの遅れ係数
Δθ        点火リタード量
πＣ        圧力比（過給圧）
πＣ*       到達すべき圧力比（過給圧の収束値）
【図１】
2008025529.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008025529.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008025529.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2008025529.tif 000017
【図１６】
2008025529.tif 000018
【図１７】
2008025529.tif 000019
【図１８】
2008025529.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月16日(2007.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを過給するターボチャージャと、ターボチャージャの下流の過給吸気通路の過給圧を制御する過給圧制御手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、過給吸気通路の過給圧を検出する過給圧検出手段とを備えたエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのターボチャージャが発生する過給圧を制御するノズルベーンの開度が最大位置あるいは最小位置にあり、かつエンジンが低回転低負荷領域あるいは高回転高負荷領域にあるときに、エンジン負荷に応じて予め設定した規定過給圧と過給圧センサで検出した実過給圧とを比較することで、ターボチャージャの異常を判定するものが、下記特許文献１により公知である。
【特許文献１】特開２００３−１２０３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、一般にターボチャージャにおいて、エンジン負荷に応じて予め設定した規定過給圧に対して、過給圧センサで検出した実過給圧にはタイムラグ（いわゆるターボラグ）が存在することが知られている。従って、上記従来のもののように、規定過給圧と実過給圧との比較に基づいてターボチャージャの故障を判定するものでは、エンジン負荷が急激に変化した場合に、ターボチャージャが正常であっても、実過給圧の応答のタイムラグにより規定過給圧との間に偏差が発生し、ターボチャージャが故障していると誤判定する可能性があった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ターボチャージャの過給圧の応答遅れを考慮することで、その故障を精度良く検知するとともに故障検知を行う頻度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンを過給するターボチャージャと、ターボチャージャの下流の過給吸気通路の過給圧を制御する過給圧制御手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、過給吸気通路の過給圧を検出する過給圧検出手段とを備えたエンジンの過給装置において、エンジン負荷検出手段で検出したエンジン負荷からタービンの加速状態を判定する加速状態判定手段と、過給圧制御手段が過給吸気通路の過給圧を最大にする最大過給圧制御状態にあることを判定する過給圧制御状態判定手段と、エンジン負荷検出手段が所定値以上のエンジン負荷を検出し、加速状態判定手段がタービンの加速状態を判定し、過給圧制御状態判定手段が最大過給圧制御状態を判定したとき、過給圧制御手段の故障検知を許可する故障検知許可手段と、故障検知許可手段が故障検知を許可したときに、エンジン負荷検出手段で検出したエンジン負荷から過給圧の収束値を算出する収束値算出手段と、過給圧検出手段で検出した過給圧および収束値算出手段で算出した過給圧の収束値からターボチャージャの遅れ係数を算出する遅れ係数算出手段と、遅れ係数算出手段で算出した遅れ係数に基づいて過給圧制御手段の故障を判定する故障判定手段とを備えたことを特徴とするエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置が提案される。
【０００６】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記エンジン負荷検出手段はエンジンの吸入空気量に基づいてエンジン負荷を検出するとともに、大気圧、吸気温、排気圧および排気温の少なくとも一つに応じて前記過給圧の収束値を補正する収束値補正手段を備えたことを特徴とするエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置が提案される
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記故障検知許可手段は、エンジンの点火時期のリタード量が所定値以上のときに過給圧制御手段の故障検知を禁止することを特徴とするエンジンの過給装置における過給圧制御手段の故障検知装置が提案される。
【０００７】
尚、実施の形態の第２吸気通路２１は本発明の過給吸気通路に対応し、実施の形態のエアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８は本発明の過給圧制御手段に対応し、実施の形態のエンジンの吸入空気量ＱＣは本発明のエンジン負荷に対応し、実施の形態のＰ３圧検出手段Ｓａおよび大気圧検出手段Ｓｂは本発明の過給圧検出手段に対応し、実施の形態の吸入空気量検出手段ＳＣは本発明のエンジン負荷検出手段に対応し、実施の形態の圧力比πＣは本発明の過給圧に対応し、実施の形態の到達すべき圧力比πＣ* は本発明の過給圧の収束値に対応する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の構成によれば、エンジン負荷が所定値以上であり、タービンが加速状態であり、かつターボチャージャの過給圧制御手段が最大過給圧制御状態にあるときに、つまり実過給圧および過給圧の収束値から算出したターボチャージャの遅れ係数が該ターボチャージャについて固有の値を示すときに、その遅れ係数に基づいて過給圧制御手段の故障を判定するので、エンジン負荷が急激に変化して過給圧の応答に遅れが生じているときでも高い故障検知精度を確保するとともに故障検知を行う頻度を高めることができる。
【０００９】
また請求項２の構成によれば、大気圧、吸気温、排気圧および排気温の少なくとも一つに応じて過給圧の収束値を補正するので、過給圧の収束値の算出精度が向上して故障検知の精度が高められる。
【００１０】
また請求項３の構成によれば、エンジンの点火時期がリタードされると、エンジン負荷に対する排気エネルギーが増加することから過給圧の収束値が変化してしまうが、リタード量が所定値以上のときに過給圧制御手段の故障検知を禁止することで、過給圧の収束値を精度良く算出できるようにして故障検知の精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図１８は本発明の実施の形態を示すもので、図１はターボチャージャを備えたエンジンの吸気系を示す図、図２はエアバイパスバルブの構造を示す図、図３はウエストゲートおよびバリアブルフラップの構造を示す図、図４は電子制御ユニットに入力される信号を示す図、図５は電子制御ユニットの機能のブロック図、図６は故障検知の手法の概略を示す図、図７は到達すべき圧力比πＣ* と実際の圧力比πＣとを示すグラフ、図８は圧力比πＣの算出間隔を示す図、図９は圧力比πＣの算出間隔によるばらつきを示す図、図１０はメインルーチンのフローチャート、図１１は運転状態検出ルーチンのフローチャート、図１２は故障検知許可判定ルーチンのフローチャート、図１３は故障判定ルーチンのフローチャート、図１４は吸入空気量ＱＣから到達すべき圧力比πＣ* を検索するマップ、図１５は大気圧ＰＡから大気圧補正係数を検索するマップ、図１６は吸気温ＴＡから吸気温補正係数を検索するマップ、図１７はエンジン回転数Ｎｅから閾値を検索するマップ、図１８は故障検知のタイムチャートである。
【００１３】
図１および図２に示すように、エンジンＥはシリンダブロック１１に設けたシリンダ１２に摺動自在に嵌合するピストン１３を備えており、ピストン１３の上面とシリンダヘッド１４の下面との間に形成された燃焼室１５に、吸気バルブ１６で開閉される吸気ポート１７と、排気バルブ１８で開閉される排気ポート１９とが連通する。吸気ポート１７には、吸気の流れ方向上流側から下流側に第１吸気通路２０、第２吸気通路２１および第３吸気通路２２が接続され、また排気ポート１９には排気通路２３が接続される。
【００１４】
第１吸気通路２０にはエアクリーナ２４が配置され、第１吸気通路２０と第２吸気通路２１との間にはターボチャージャ２５のコンプレッサ２５ａが配置され、第２吸気通路２１の上流部分２１ａと下流部分２１ｂとの間にはインタークーラー２６が配置され、第２吸気通路２１と第３吸気通路２３との間にはスロットルバルブ２７が配置される。また排気通路２３には前記ターボチャージャ２５のタービン２５ｂが配置される。
【００１５】
第１吸気通路２０の圧力をＰ１圧、第２吸気通路２１の上流部分２１ａの圧力をＰ２圧、第２吸気通路２１の下流部分２１ｂの圧力をＰ３圧、第３吸気通路２２の圧力をＰＢ圧と定義する。
【００１６】
エアクリーナ２４の下流の第１吸気通路２０と、インタークーラー２６およびスロットルバルブ２７に挟まれた第２吸気通路２１の下流部分２１ｂとがバイパス通路２８で接続されており、そのバイパス通路２８の中間部にエアバイパスバルブ２９が配置される。エアエアバイパスバルブ２９は、ダイヤフラム３０と、弁体３１と、両端がダイヤフラム３０および弁体３１に接続されたロッド３２と、ロッド３２を摺動自在に案内するガイド部材３３と、弁体３１が着座可能な弁座３４と、一側がダイヤフラム３０に臨む圧力室３５と、圧力室３５に配置されてダイヤフラム３０を下方（弁体３１が弁座３４に着座する方向）に付勢する弁ばね３６とを備える。
【００１７】
エアバイパスバルブ２９の開閉を制御するソレノイドバルブよりなる制御バルブ３７は、第１連通路３８を介して第２吸気通路２１の下流部分２１ｂに接続され、第２連通路３９を介して第３吸気通路２２に接続され、かつ第３連通路４０を介してエアバイパスバルブ２９の圧力室３５に連通する。
【００１８】
制御バルブ３７はスロットル開度に応じて切り換えられるもので、スロットルバルブ２７が開いているときには、第１連通路３８を第３連通路４０に連通させてエアバイパスバルブ２９の圧力室３５に第２吸気通路２１の下流部分２１ｂのＰ３圧を導入し、スロットルバルブ２７が閉じているときには、第２連通路３９を第３連通路４０に連通させてエアエアバイパスバルブ２９の圧力室３５に第３吸気通路２２のＰＢ圧を導入する。
【００１９】
制御バルブ３７が第２連通路３９を第３連通路４０に連通させてエアエアバイパスバルブ２９の圧力室３５に第３吸気通路２２のＰＢ圧を導入する条件は、
（ａ）スロットル開度がアイドル判定値以下（スロットル開度が全閉状態）
（ｂ）過給圧比が所定値以上（過大な過給状態）
（ｃ）スロットル開度の変化率が閉弁方向に所定値以上（スロットルバルブの急閉状態）の何れかである。
【００２０】
しかして、スロットルバルブ２７が開いているとき、つまりターボチャージャ２５が過給を行っているときには、前記圧力室３５に比較的に大きいＰ３圧が作用し、その下向きのＰ３圧が弁体３１を開弁方向に付勢する上向きのＰ３圧をキャンセルすることで、弁ばね３６の弾発力で弁体３１が弁座３４に着座してエアバイパスバルブ２９が閉弁する。その結果、ターボチャージャ２５が圧縮した吸気は効率的にエンジンＥのシリンダ１２に供給される。
【００２１】
スロットル開度の閉弁方向への変化率が所定値以上のとき（スロットルバルブ２７が急激に閉じられたとき）、前記制御バルブ３７により前記圧力室３５にＰＢ圧が導入される。このとき、第２吸気通路２１の吸入空気量が大きくてＰ３圧が高圧の状態であると、スロットルバルブ２７が急激に閉じられることによって第２吸気通路２１のＰ３圧は瞬間的に更なる高圧になるとともに、スロットルバルブ３７の下流のＰＢ圧は急激に低下することから、Ｐ３圧とＰＢ圧との圧力差が大きくなる。すると下向きのＰＢ圧と弁ばね３６の弾発力との合力が弁体３１を開弁方向に付勢するＰ３圧よりも小さくなり、エアバイパスバルブ２９が開弁する。
【００２２】
その結果、ターボチャージャ２５が圧縮した吸気は第２吸気通路２１からバイパス通路２８およびエアエアバイパスバルブ２９を介して第１吸気通路２０に戻されるため、ターボチャージャ２５のコンプレッサ２５ａおよびスロットルバルブ２７に挟まれた第２吸気通路２１の圧力が過大になるのを抑制し、サージングの発生を防止してコンプレッサ２５ａを保護することができる。
【００２３】
尚、エアバイパスバルブ２９は、上述したスロットルバルブ２７の閉弁時以外にも、ターボチャージャ２５の過給圧が所定値以上になった場合と、スロットルバルブ２７の開度が急激に減少した場合とにも開弁制御される。
【００２４】
図１および図３に示すように、排気通路２３には、そこを流れる排気ガスをターボチャージャ２５を迂回して直接排気ガス浄化触媒４１に逃がすためのウエストゲート４２が設けられており、ウエストゲート４２を開閉駆動するウエストゲート用アクチュエータ４３の作動を制御する制御バルブ４４は第４連通路４５を介して該ウエストゲート用アクチュエータ４３に連通し、第５連通路４６を介して第１吸気通路２０に連通し、第６連通路４７を介して第２吸気通路２１の上流部分２１ａに連通する。そして制御バルブ４４が第２吸気通路２１の上流部分２１ａの比較的に高圧のＰ２圧をウエストゲート用アクチュエータ４３に供給すると、ウエストゲート用アクチュエータ４３のダイヤフラム４３ａが作動してウエストゲート４２が開弁し、過給圧を目標過給圧に一致させるべく余剰の排気ガスがバイパス通路２３ａを介してターボチャージャ２５のタービン２５ｂを迂回する。
【００２５】
ターボチャージャ２５には、そのタービン２５ｂに供給される排気ガスの流路面積を変更して該排気ガスの流速を制御するためのバリアブルフラップ４８が設けられており、バリアブルフラップ４８を開閉駆動するバリアブルフラップ用アクチュエータ４９の作動を制御する制御バルブ５０は第７連通路５１を介して該バリアブルフラップ用アクチュエータ４９に連通し、第８連通路５２を介して第１吸気通路２０に連通し、第９連通路５３を介して第２吸気通路２１の上流部分２１ａに連通する。そして制御バルブ５０が第２吸気通路２１の上流部分２１ａの比較的に高圧のＰ２圧をバリアブルフラップ用アクチュエータ４９に供給すると、バリアブルフラップ用アクチュエータ４９のダイヤフラム４９ａが作動してバリアブルフラップ４８が開弁し、エンジンＥの低回転数領域での高トルクと高回転数領域での高出力とを両立させる。
【００２６】
図４に示すように、エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が閉弁しない開弁故障を検知する電子制御ユニットＵには、第２吸気通路２１の下流部分２１ｂのＰ３圧を検知するＰ３圧検出手段Ｓａと、大気圧ＰＡを検出する大気圧検出手段Ｓｂと、エアクリーナ２４の下流の第１吸気通路２０を通過する吸入空気量ＱＣを検出する吸入空気量検出手段Ｓｃと、第３吸気通路２２の吸気温ＴＡを検出する吸気温検出手段Ｓｄと、冷却水温ＴＷを検出する冷却水温検出手段Ｓｅと、エンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数検出手段Ｓｆと、エンジンＥの点火リタード量Δθを検出する点火リタード量検出手段Ｓｇとが接続される。また電子制御ユニットＵには、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の開閉指令が入力される。
【００２７】
図５に示すように、電子制御ユニットＵは、加速状態判定手段Ｍ１と、過給圧制御状態判定手段Ｍ２と、故障検知許可手段Ｍ３と、収束値算出手段Ｍ４と、遅れ係数算出手段Ｍ５と、故障判定手段Ｍ６と、収束値補正手段Ｍ７とを備える。
【００２８】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。
【００２９】
エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の何れかが開弁位置で固着する開弁故障が発生すると、所望の加給圧が得られなくなってターボチャージャ２５の機能が損なわれるため、その開弁故障を検知する必要がある。ターボチャージャ２５が作動するとき、そのコンプレッサ２５ａの前後の実際の圧力比πＣは、定常状態に移行した後に到達すべき圧力比πＣ* に対していわゆるターボラグにより一次遅れの関係になる。エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が全て閉弁していれば、前記遅れ係数αは一定であるが、エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が閉弁しない開弁故障が発生すると、前記遅れ係数αが変化する。
【００３０】
図２および図６から明らかなように、コンプレッサ２５ａの前後の圧力比πＣはπＣ＝Ｐ２／Ｐ１で与えられ、Ｐ２圧は第１吸気通路２１の上流部分２１ａの圧力であって、Ｐ３圧検出手段Ｓａにより検出した第１吸気通路２１の下流部分２１ｂのＰ３圧にインタークーラー２６の圧損を加算することで算出可能であり、またＰ１圧は大気圧検出手段Ｓｂにより検出した大気圧ＰＡからエアクリーナ２４の圧損を減算することで算出可能である。
【００３１】
また到達すべき圧力比πＣ* は吸入空気量検出手段Ｓｃで検出した吸入空気量ＱＣ、つまりターボチャージャ２５のコンプレッサ２５ａを通過する空気量からマップ検索により推定可能である。マップ検索により求めた到達すべき圧力比πＣ* は吸気温検出手段Ｓｄで検出した吸気温ＴＡおよび冷却水温検出手段Ｓｅで検出した冷却水温ＴＷに基づいて補正される。
【００３２】
そして実際の圧力比πＣと到達すべき圧力比πＣ* とから、故障判定を行うためのパラメータである遅れ係数αが算出される。
【００３３】
図７において、スロットル開度がステップ状に増加すると、それに応じてターボチャージャ２５のコンプレッサ２５ａを通過する吸入空気量ＱＣが次第に増加し、それと同傾向で到達すべき圧力比πＣ* も増加する。エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が全て正常に閉弁していれば、正常圧力比πＣは到達すべき圧力比πＣ* よりも僅かに遅れて増加するが、エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の少なくとも一つが故障して開弁したままになると、故障圧力比πＣは到達すべき圧力比πＣ* よりも大幅に遅れて増加するため、その遅れの程度の違い（前記遅れ係数α）から故障を検知することができる。
【００３４】
圧力比の今回値πＣ（ｎ）は、前回値πＣ（ｎ−１）、到達すべき圧力比πＣ* および遅れ係数α（瞬時値）を用いて、
πＣ（ｔ）＝α×πＣ* （ｔ−Δｔ）＋（１−α）×πＣ（ｔ−Δｔ）
で与えられる。この式を遅れ係数α（瞬時値）について解くと、
α＝｛πＣ（ｔ）−πＣ（ｔ−Δｔ）｝／｛πＣ* （ｔ−Δｔ）−πＣ（ｔ−Δｔ）｝が得られる。ここで、Δｔは今回値および前回値の算出の時間差である。Δｔが小さいと圧力比πＣの変化量が小さいために外乱の影響を受けやすくなり、Δｔが２００ｍｓｅｃ以上で分布が安定するため、実施の形態ではΔｔ＝２００ｍｓｅｃに設定している（図８および図９参照）。
【００３５】
圧力比πＣは到達すべき圧力比πＣ* 以上にはなり得ず、よって遅れ係数α（瞬時値）は１未満となる。また遅れ係数α（瞬時値）は負値になることはない。以上のことから、外乱の影響を防止するために０＜α＜１のリミット処理を行う。
【００３６】
遅れ係数α（瞬時値）を所定回数積算し、その積算値を前記所定回数で除算して遅れ係数α（平均値）を算出する。そして遅れ係数α（平均値）を閾値と比較し、遅れ係数α（平均値）≦閾値が成立すると、つまり圧力比πＣが到達すべき圧力比πＣ* に到達するのが遅れると、エアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の何れかが閉弁せずに開弁する故障が発生したと判定する。
【００３７】
次に、上記作用を図１０〜図１３のフローチャートを参照して更に説明する。
【００３８】
先ず図１０に示すメインルーチンのステップＳ１でエンジンＥの運転状態検出、つまり故障検知に必要なデータの取得を行い、続くステップＳ２でターボチャージャ２５の故障検知許可判定を行うための所定の条件が成立しているか否かを判定し、続くステップＳ３でターボチャージャ２５の故障判定を行う。
【００３９】
次に、図１１に基づいて、前記図１０のステップＳ１（運転状態検出）のサブルーチンを説明する。
【００４０】
先ずステップＳ１１で吸入空気量検出手段ＳｃによりエンジンＥの吸入空気量ＱＣを検出する。続くステップＳ１２でコンプレッサ２５ａの前後の圧力比である圧力比πＣ＝Ｐ２／Ｐ１を算出する。Ｐ２圧は第１吸気通路２１の上流部分２１ａの圧力であり、第１吸気通路２１の下流部分２１ｂのＰ３圧にインタークーラー２６の圧損を加算することで算出可能である。またＰ１圧は大気圧ＰＡからエアクリーナ２４の圧損を減算することで算出可能である。
【００４１】
続くステップＳ１３で吸入空気量ＱＣの変化量である吸入空気量変化量ΔＱＣを、その今回値から前回値を減算した差分として算出する。続くステップＳ１４で前記吸入空気量ＱＣを図１４のマップに適用して到達すべき圧力比πＣ* を検索する。続くステップＳ１５で大気圧ＰＡを図１５のマップに適用して大気圧補正係数を検索し、ステップＳ１６で吸気温ＴＡを図１６のマップに適用して吸気温補正係数を検索する。そしてステップＳ１７で到達すべき圧力比πＣ* を大気圧補正係数および吸気温補正係数を用いて補正する。この補正は収束値補正手段Ｍ７（図５参照）により行われる。
【００４２】
次に、図１２に基づいて、前記図１０のステップＳ２（故障検知許可判定のサブルーチンを説明する。
【００４３】
先ずステップＳ２１で吸入空気量ＱＣの変化量である吸入空気量変化量ΔＱＣを所定値と比較し、吸入空気量変化量ΔＱＣが所定値以下であってターボチャージャ２５が減速している場合には、ステップＳ２７で減速時間判定タイマを初期化し、ステップＳ２８で故障検知許可フラグを「０」にリセットして故障検知を不許可にする。ターボチャージャ２５が減速状態にあるか加速状態にあるかの判定は加速状態判定手段Ｍ１（図５参照）により行われ、減速状態にある場合には故障検知許可手段Ｍ３（図５参照）が故障検知を不許可にする。
【００４４】
一方前記ステップＳ２１で吸入空気量変化量ΔＱＣが所定値を越えていてターボチャージャ２５が加速している場合には、ステップＳ２２で第２吸気通路２１の上流部分２１ａのＰ２圧と大気圧ＰＡとの差圧Ｐ２−ＰＡ、つまりウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８のアクチュエータ４３，４９を作動させるための作動圧を算出する。続くステップＳ２３でエンジン回転数検出手段Ｓｆで検出したエンジン回転数ＮＥを図１７のマップに適用して閾値をマップ検索し、その結果、ステップＳ２４で前記差圧Ｐ２−ＰＡが閾値以上であってウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８のアクチュエータ４３，４９が作動可能であるとき、ステップＳ２５でバリアブルフラップ４８への指令が開指令であるか、あるいはステップＳ２６でウエストゲート４２への指令が開指令であれば、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の少なくとも一方が開弁していて故障検知ができないため、ステップＳ２７およびステップＳ２８に移行して故障検知を不許可にする。
【００４５】
前記ステップＳ２４で前記差圧Ｐ２−ＰＡが閾値未満であってウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８のアクチュエータ４３，４９が作動不能であるとき、あるいは前記ステップＳ２４で前記差圧Ｐ２−ＰＡが閾値以上であってウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８のアクチュエータ４３，４９が作動可能であり、かつ前記ステップＳ２５でバリアブルフラップ４８への指令が閉指令であり、かつ前記ステップＳ２６でウエストゲート４２への指令が閉指令であれば、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が共に閉弁していると判定してステップＳ２９に移行する。
【００４６】
ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が共に閉弁しているか否かの判定は、過給圧制御状態判定手段Ｍ２（図５参照）により行われる。
【００４７】
続くステップＳ２９で冷却水温検出手段Ｓｅで検出した冷却水温ＴＷが所定値未満であるか、ステップＳ３０で吸気温検出手段Ｓｄで検出した吸気温ＴＡが所定値未満であるか、ステップＳ３１で吸入空気量検出手段Ｓｃで検出して吸入空気量ＱＣが所定値未満であってターボチャージャ２５が加速状態にないか、ステップＳ３２で減速判定後経過時間タイマがタイムアップしていないか、ステップＳ３３で点火リタード量検出手段Ｓｇで検出した点火リタード量が所定値以上であれば、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の故障検知を行う条件が整っていないとし、ステップＳ３４に移行して故障検知を不許可にする。
【００４８】
その理由は、吸入空気量ＱＣが所定値未満の場合には、エンジンＥが低負荷状態にあってターボチャージャ２５の故障検知を実施する条件として不適切だからである。この判定は、過給圧制御状態判定手段Ｍ２（図５参照）により行われる。また減速判定後から所定時間が経過していないときは、ターボチャージャ２５の慣性により圧力比πＣが不安定になるからである。また点火リタード量が所定値以上のときは、エンジン負荷に対する排気エネルギーが増加することから到達すべき圧力比πＣ* が変化してしまうためである。
【００４９】
一方、前記ステップＳ２９で冷却水温ＴＷが所定値以上であり、前記ステップＳ３０で吸気温ＴＡが所定値以上であり、前記前記ステップＳ３１で吸入空気量ＱＣが所定値以上であってターボチャージャ２５が加速状態にあり、前記ステップＳ３２で減速判定後経過時間判定タイマがタイムアップしていており、かつ前記ステップＳ３３で点火リタード量が所定値以上であれば、ステップＳ３５でエアバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の全てが閉弁して故障検知を行う条件が整っている判定して故障検知を許可する。
【００５０】
次に、図１３に基づいて、前記図１０のステップＳ３（故障判定）のサブルーチンを説  明する。
【００５１】
先ずステップＳ４１で遅れ係数α（瞬時値）を、
α＝｛πＣ（ｔ）−πＣ（ｔ−Δｔ）｝／｛πＣ* （ｔ−Δｔ）−πＣ（ｔ−Δｔ）｝により算出する。続くステップＳ４２で前記故障検知許可フラグが「１」にセットされていて故障検知が許可されていれば、ステップＳ４３で検知回数カウンタをインクリメントし、ステップＳ４４で遅れ係数α（瞬時値）を積算し、ステップＳ４５で遅れ係数α（積算値）を積算回数で除算して遅れ係数α（平均値）を算出する。この遅れ係数αの算出は、遅れ係数算出手段Ｍ５（図５参照）により行われる。
【００５２】
続くステップＳ４６で検知回数カウンタによりカウントした検知回数が所定値に達したときに、ステップＳ４７で遅れ係数α（平均値）が所定値以上であればステップＳ４８で正常判定を行い、遅れ係数α（平均値）が所定値未満であればステップＳ４９で故障判定を行う（図１８のタイムチャート参照）。この故障判定は故障判定手段Ｍ６（図５参照）により行われる。
【００５３】
以上のように、エンジン負荷（吸入空気量ＱＣ）が所定値以上であり、ターボチャージャ２５が加速状態であり、かつバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８が閉弁してターボチャージャ２５が最大過給圧制御状態にあるときに、つまり実際の過給比πＣおよび到達すべき過給比πＣ* から算出したターボチャージャの遅れ係数αが該ターボチャージャ２５について固有の値を示すときに、その遅れ係数αに基づいてバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８の開弁故障を判定するので、エンジン負荷が急激に変化して過給圧の応答に遅れが生じているときでも高い故障検知精度を確保することができる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００５５】
例えば、実施の形態では過給圧制御手段としてバイパスバルブ２９、ウエストゲート４２およびバリアブルフラップ４８を例示したが、過給圧制御手段それに限定されるものではない。
【００５６】
また実施の形態ではエンジン負荷として吸気負圧ＱＣを例示したが、それに限定されるものではない。
【００５７】
また本発明の過給圧は実施の形態の圧力比πＣに限定されず、比で表されない過給圧であっても良い。
【００５８】
また大気圧ＰＡおよび吸気温ＴＰに応じて到達すべき過給比πＣ* を補正する代わりに、大気圧ＰＡ、吸気温ＴＰ、排気圧および排気温の少なくとも一つに応じて到達すべき過給比πＣ* を補正しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】ターボチャージャを備えたエンジンの吸気系を示す図
【図２】エアバイパスバルブの構造を示す図
【図３】ウエストゲートおよびバリアブルフラップの構造を示す図
【図４】電子制御ユニットに入力される信号を示す図
【図５】電子制御ユニットの機能のブロック図
【図６】故障検知の手法の概略を示す図
【図７】到達すべき圧力比πＣ* と実際の圧力比πＣとを示すグラフ
【図８】圧力比πＣの算出間隔を示す図
【図９】圧力比πＣの算出間隔によるばらつきを示す図
【図１０】メインルーチンのフローチャート
【図１１】運転状態検出ルーチンのフローチャート
【図１２】故障検知許可判定ルーチンのフローチャート
【図１３】故障判定ルーチンのフローチャート
【図１４】吸入空気量ＱＣから到達すべき圧力比πＣ* を検索するマップ
【図１５】大気圧ＰＡから大気圧補正係数を検索するマップ
【図１６】吸気温ＴＡから吸気温補正係数を検索するマップ
【図１７】エンジン回転数Ｎｅから閾値を検索するマップ
【図１８】故障検知のタイムチャート
【符号の説明】
【００６０】
２１        第２吸気通路（過給吸気通路）
２５        ターボチャージャ
２５ｂ      タービン
２９        エアバイパスバルブ（過給圧制御手段）
４２        ウエストゲート（過給圧制御手段）
４８        バリアブルフラップ（過給圧制御手段）
Ｅ          エンジン
Ｍ１        加速状態判定手段
Ｍ２        過給圧制御状態判定手段
Ｍ３        故障検知許可手段
Ｍ４        収束値算出手段
Ｍ５        遅れ係数算出手段
Ｍ６        故障判定手段
Ｍ７        収束値補正手段
ＰＡ        大気圧
ＱＣ        エンジンの吸入空気量（エンジン負荷）
Ｓａ        Ｐ３圧検出手段（過給圧検出手段）
Ｓｂ        大気圧検出手段（過給圧検出手段）
Ｓｃ        吸入空気量検出手段（エンジン負荷検出手段）
ＴＡ        吸気温
α          ターボチャージャの遅れ係数
Δθ        点火リタード量
πＣ        圧力比（過給圧）
πＣ*       到達すべき圧力比（過給圧の収束値）
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
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