(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向ピストン型エンジン用の診断システムであって、前記エンジンは、ピストン制御される排気ポート（５６）と吸気ポート（５４）とをそのそれぞれの端部付近に有する少なくとも１つのシリンダ（５０）と、前記エンジンの少なくとも１つの吸気ポートに給気を供給するための給気チャネル（２２５）と、前記対向ピストン型エンジンの前記ピストン制御される吸気ポートへ圧縮給気を供給するための前記給気チャネル内の入口（２１３）及び出口（２１４）を有するスーパーチャージャ（２１０）とを含む、診断システムにおいて、
前記給気チャネル内のスーパーチャージャ入口給気圧（Ｐｉｎ）を示す第１の信号を生成するための第１のガス圧センサ（２５２）と、
前記給気チャネル内のスーパーチャージャ出口給気圧（Ｐｏｕｔ）を示す第２の信号を生成するための第２のガス圧センサ（２５４）と、
前記第１及び第２のガス圧センサとデータ信号通信を行うエンジン制御ユニット（２４０）であって、
前記スーパーチャージャー入口給気圧を分母とし、前記スーパーチャージャ出口給気圧を分子としたスーパーチャージャ圧力比（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）に基づいて第１のスーパーチャージャ質量流量値を決定し（６０４）、
前記給気チャネル内への質量空気流量の値に基づいて第２のスーパーチャージャ質量流量値を決定し（６０８）、
前記第１及び第２のスーパーチャージャ質量流量値を比較して、質量流量比較値を決定し（６１０）、
前記質量流量比較値が質量流量性能指標を満たす場合には、前記質量流量比較値を、前記スーパーチャージャが前記対向ピストン型エンジンの前記ピストン制御される吸気ポートに圧縮給気を供給するように動作できるという診断結論と相関させ（６１２）、そうでなければ、
前記質量流量比較値を、前記スーパーチャージャが前記対向ピストン型エンジンの前記ピストン制御される吸気ポートに圧縮給気を供給するように動作できないという診断結論と相関させる（６１６）、
ことによって前記スーパーチャージャの動作を診断するようにプログラムされる、エンジン制御ユニット（２４０）と、
を備えることを特徴とする診断システム。
【請求項２】
前記対向ピストン型エンジンは、前記スーパーチャージャ出口（２１４）の下流側の前記給気チャネルと流体連通するスーパーチャージャバイパスバルブ（２３１）と、バイパスバルブ位置センサ（２３６）とを更に含み、前記エンジン制御ユニット（２４０）は、
バルブ有効面積に基づいて第１のバイパスバルブ位置を決定し（７０６）、
前記バイパスバルブ位置センサによって与えられる第２のバイパスバルブ位置を決定し（７０８）、
前記第１及び第２のバイパスバルブ位置を比較して、バイパスバルブ位置比較値を決定し（７０９）、
前記バイパスバルブ位置比較値がバイパスバルブ性能指標を満たす場合には、前記バイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブ位置センサが前記バイパスバルブ位置の表示を与えるように動作できるという診断結論と相関させ（７１０）、そうでなければ、
前記バイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブ位置センサが前記バイパスバルブ位置の表示を与えるように動作できないという診断結論と相関させる（７１４）、
ことによって前記スーパーチャージャバイパスバルブ位置センサの動作を診断するようにプログラムされる、請求項１に記載の診断システム。
【請求項３】
前記エンジン制御ユニットは、
バイパスバルブ制御信号及びバイパスバルブアクチュエータ電流のうちの一方に基づいて第３のバイパスバルブ位置を決定し（７１２）、
前記バイパスバルブ位置の測定値に基づいて第４のバイパスバルブ位置を決定し、
前記第３及び第４のバイパスバルブ位置を比較して、第２のバイパスバルブ位置比較値を決定し（７１８）、
前記第２のバイパスバルブ位置比較値が第２のバイパスバルブ性能指標を満たす場合には、前記第２のバイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブが前記給気チャネルから給気を分路するように動作できるという診断結論と相関させ（７２０）、そうでなければ、
前記第２のバイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブ位置センサが前記給気チャネルから給気を分路するように動作できないという診断結論と相関させる、
ことによって前記スーパーチャージャバイパスバルブの動作を診断するように更にプログラムされる、請求項２に記載の診断システム。
【請求項４】
前記対向ピストン型エンジンは、前記スーパーチャージャ出口（２１４）の下流側の前記給気チャネルと流体連通するスーパーチャージャバイパスバルブ（２３１）を更に含み、前記エンジン制御ユニット（２４０）は、
命じられた位置信号及びバイパスバルブアクチュエータ電流のうちの一方に基づいて第１のバイパスバルブ位置を決定し（７１２）、
前記バイパスバルブ位置の測定値に基づいて第２のバイパスバルブ位置を決定し、
前記第１及び第２のバイパスバルブ位置を比較して、バイパスバルブ位置比較値を決定し（７１８）、
前記バイパスバルブ位置比較値がバイパスバルブ性能指標を満たす場合には、前記バイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブが前記給気チャネルから給気を分路するように動作できるという診断結論と相関させ（７２０）、そうでなければ、
前記バイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブ位置センサが前記給気チャネルから給気を分路するように動作できないという診断結論と相関させる（７２２）、
ことによって前記スーパーチャージャバイパスバルブの動作を診断するように更にプログラムされる、請求項１に記載の診断システム。
【請求項５】
前記エンジンは、前記スーパーチャージャ（２１０）を駆動するように結合されるスーパーチャージャ変速ドライブ（２１２）を更に含み、前記エンジン制御ユニット（２４０）は、
前記スーパーチャージャ変速ドライブの第１の速度比設定で第１のスーパーチャージャ圧力比（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）を決定し（８０８）、
前記スーパーチャージャ変速ドライブの第２の速度比設定で第２のスーパーチャージャ圧力比（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）を決定し（８１０）、
前記第１及び第２のスーパーチャージャ圧力比を比較して、スーパーチャージャ圧力比比較値を決定し（８１４）、
前記スーパーチャージャ圧力比比較値がスーパーチャージャ圧力比性能指標を満たす場合には、前記スーパーチャージャ圧力比比較値を、前記スーパーチャージャ変速ドライブが前記スーパーチャージャを駆動するように動作できるという診断結論と相関させ（８１６）、そうでなければ、
前記スーパーチャージャ圧力比比較値を、前記スーパーチャージャ変速ドライブが前記スーパーチャージャを駆動するように動作できないという診断結論と相関させる、
ことによって前記スーパーチャージャー変速ドライブの動作の障害を検出するようにプログラムされる、請求項１に記載の診断システム。
【請求項６】
前記エンジンは、前記スーパーチャージャを駆動するように結合されるスーパーチャージャ変速ドライブを更に含み、前記エンジン制御ユニットは、
前記スーパーチャージャ変速ドライブの第１の速度比設定で第１のスーパーチャージャバイパスバルブ設定を決定し、
前記スーパーチャージャ変速ドライブの第２の速度比設定で第２のスーパーチャージャバイパスバルブ設定を決定し、
前記第１及び第２のスーパーチャージャバイパスバルブ設定を比較して、スーパーチャージャバイパスバルブ設定比較値を決定し、
前記スーパーチャージャバイパスバルブ設定比較値がスーパーチャージャバイパスバルブ性能指標を満たす場合には、前記スーパーチャージャバイパスバルブ設定比較値を、前記スーパーチャージャ変速ドライブが前記スーパーチャージャを駆動するように動作できるという診断結論と相関させ、そうでなければ、
前記スーパーチャージャバイパスバルブ設定比較値を、前記スーパーチャージャ変速ドライブが前記スーパーチャージャを駆動するように動作できないという診断結論と相関させる、
ことによって前記スーパーチャージャ変速ドライブの動作の障害を検出するように更にプログラムされる、請求項１に記載の診断システム。
【請求項７】
前記対向ピストン型エンジンがＥＧＲチャネル（２３０）を更に含み、前記第２のスーパーチャージャ質量流量値を決定する（６０８）ことは、前記給気チャネル内への質量空気流量の値を前記ＥＧＲチャネル内の質量排気流量の値と組み合わせることを含む請求項１から６のいずれか一項に記載の診断システム。
【請求項８】
対向ピストン型エンジンの空気処理システム障害のオンボード診断のための方法であって、前記エンジンは、ピストン制御される排気ポート（１５６）と吸気ポート（１５４）とをそのそれぞれの端部付近に有する少なくとも１つのシリンダ（５０）と、前記エンジンの少なくとも１つの吸気ポートに給気を供給するための給気チャネル（２２５）と、前記対向ピストン型エンジンの前記ピストン制御される吸気ポートへ圧縮給気を供給するための前記給気チャネル内の入口（２１３）及び出口（２１４）を有するスーパーチャージャ（２１０）とを含み、該方法は、
前記スーパーチャージャ入口の上流側に第１のガス圧センサ（２５２）を設けるとともに、前記スーパーチャージャ出口の下流側に第２のガス圧センサ（２５４）を設けることと、
前記第１のガス圧センサを用いて前記給気チャネル内のスーパーチャージャ入口給気圧（Ｐｉｎ）を決定することと、
前記第２のガス圧センサを用いて前記給気チャネル内のスーパーチャージャ出口給気圧（Ｐｏｕｔ）を決定することと、
前記スーパーチャージャー入口給気圧を分母とし、前記スーパーチャージャ出口給気圧を分子としたスーパーチャージャ圧力比（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）に基づいて第１のスーパーチャージャ質量流量値を決定すること（６０４）と、
前記給気チャネル内への質量空気流量の値に基づいて第２のスーパーチャージャ質量流量値を決定すること（６０８）と、
前記第１及び第２のスーパーチャージャ質量流量値を比較して、質量流量比較値を決定すること（６１０）と、
前記質量流量比較値が質量流量性能指標を満たす場合には、前記質量流量比較値を、前記スーパーチャージャが前記対向ピストン型エンジンの前記ピストン制御される吸気ポートに圧縮給気を供給するように動作できるという診断結論と相関させること（６１２）と、そうでなければ、
前記質量流量比較値を、前記スーパーチャージャが前記対向ピストン型エンジンの前記ピストン制御される吸気ポートに圧縮給気を供給するように動作できないという診断結論と相関させること（６１６）と、
によって特徴付けられる方法。
【請求項９】
前記対向ピストン型エンジンは、前記スーパーチャージャ出口の下流側の前記給気チャネルと流体連通するスーパーチャージャバイパスバルブと、バイパスバルブ位置センサとを更に含み、
前記方法は、
バイパスバルブ有効面積に基づいて第１のバイパスバルブ位置を決定することと、
前記バイパスバルブ位置センサによって与えられる第２のバイパスバルブ位置を決定することと、
前記第１及び第２のバイパスバルブ位置を比較して、バイパスバルブ位置比較値を決定することと、
前記バイパスバルブ位置比較値がバイパスバルブ性能指標を満たす場合には、前記バイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブ位置センサが前記バイパスバルブ位置の表示を与えるように動作できるという診断結論と相関させることと、そうでなければ、
前記バイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブ位置センサが前記バイパスバルブ位置の表示を与えるように動作できないという診断結論と相関させることと、
によって、前記スーパーチャージャバイパスバルブの動作の障害を診断することを更に含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記スーパーチャージャバイパスバルブの動作の障害を診断することは、
バイパスバルブ位置制御信号及びバイパスバルブアクチュエータ電流のうちの一方に基づいて第３のバイパスバルブ位置を決定することと、
前記バイパスバルブ位置の測定値に基づいて第４のバイパスバルブ位置を決定することと、
前記第３及び第４のバイパスバルブ位置を比較して、第２のバイパスバルブ位置比較値を決定することと、
前記第２のバイパスバルブ位置比較値が第２のバイパスバルブ性能指標を満たす場合には、前記第２のバイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブが前記給気チャネルから給気を分路するように動作できるという診断結論と相関させることと、そうでなければ、
前記第２のバイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブ位置センサが前記給気チャネルから給気を分路するように動作できないという診断結論と相関させることと、
を更に含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記対向ピストン型エンジンは、前記スーパーチャージャ出口の下流側の前記給気チャネルと流体連通するスーパーチャージャバイパスバルブを更に含み、前記スーパーチャージャバイパスバルブの動作の障害を診断することは
バイパスバルブ位置制御信号及びバイパスバルブアクチュエータ電流のうちの一方に基づいて第１のバイパスバルブ位置を決定することと、
前記バイパスバルブ位置の測定値に基づいて第２のバイパスバルブ位置を決定することと、
前記第１及び第２のバイパスバルブ位置を比較して、バイパスバルブ位置比較値を決定することと、
前記バイパスバルブ位置比較値がバイパスバルブ性能指標を満たす場合には、前記バイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブが前記給気チャネルから給気を分路するように動作できるという診断結論と相関させることと、そうでなければ、
前記バイパスバルブ位置比較値を、前記バイパスバルブ位置センサが前記給気チャネルから給気を分路するように動作できないという診断結論と相関させることと、
を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記エンジンは、前記スーパーチャージャを駆動するように結合されるスーパーチャージャ変速ドライブを更に含み、前記スーパーチャージャ変速ドライブの動作の障害を診断することは、
前記スーパーチャージャ変速ドライブの第１の速度比設定で第１のスーパーチャージャ圧力比を決定することと、
前記スーパーチャージャ変速ドライブの第２の速度比設定で第２のスーパーチャージャ圧力比を決定することと、
前記第１及び第２のスーパーチャージャ圧力比を比較して、スーパーチャージャ圧力比比較値を決定することと、
前記スーパーチャージャ圧力比比較値がスーパーチャージャ圧力比性能指標を満たす場合には、前記スーパーチャージャ圧力比比較値を、前記スーパーチャージャ変速ドライブが前記スーパーチャージャを駆動するように動作できるという診断結論と相関させることと、そうでなければ、
前記スーパーチャージャ圧力比比較値を、前記スーパーチャージャ変速ドライブが前記スーパーチャージャを駆動するように動作できないという診断結論と相関させることと、
を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記エンジンは、前記スーパーチャージャを駆動するように結合されるスーパーチャージャ変速ドライブを更に含み、
前記方法は、
前記スーパーチャージャ変速ドライブの第１の速度比設定で第１のスーパーチャージャバイパスバルブ設定を決定することと、
前記スーパーチャージャ変速ドライブの第２の速度比設定で第２のスーパーチャージャバイパスバルブ設定を決定することと、
前記第１及び第２のスーパーチャージャバイパスバルブ設定を比較して、スーパーチャージャバイパスバルブ設定比較値を決定することと、
前記スーパーチャージャバイパスバルブ設定比較値が前記スーパーチャージャ変速ドライブ性能指標を満たす場合には、前記スーパーチャージャバイパスバルブ設定比較値を、前記スーパーチャージャ変速ドライブが前記スーパーチャージャを駆動するように動作できるという診断結論と相関させることと、そうでなければ、
前記スーパーチャージャバイパスバルブ設定比較値を、前記スーパーチャージャ変速ドライブが前記スーパーチャージャを駆動するように動作できないという診断結論と相関させることと、
によって、前記スーパーチャージャ変速ドライブの動作の障害を診断することを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記対向ピストン型エンジンがＥＧＲチャネルを更に含み、前記第２のスーパーチャージャ質量流量値を決定することは、前記給気チャネル内への質量空気流量の値を前記ＥＧＲチャネル内の質量排気流量の値と組み合わせることを含む請求項８から１３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
この出願は、２０１３年６月２５日に出願された共有の米国特許出願第１３／９２６，３６０号、２０１３年８月２３日に出願された共有の米国特許出願第１３／９７４，８８３号、及び、２０１３年８月２３日に出願された共有の米国特許出願第１３／９７４，９３５号の主題に関連する主題を含む。
【０００２】
この分野は、内燃機関、特に２サイクルの対向ピストン型エンジンである。より具体的には、この分野は、スーパーチャージャが適切に機能しているかどうかを決定するためのスーパーチャージャを備える対向ピストン型エンジンの空気処理システムのオンボード診断モニタリングに関する。また、この分野は、スーパーチャージャ動作と関連する対向ピストン型空気処理要素の診断モニタリングも含む。
【背景技術】
【０００３】
２サイクルエンジンは、クランクシャフトの完全な１回転とクランクシャフトに接続されるピストンの２つの行程とを伴う動作のサイクルを完了する内燃機関である。行程は、一般的には、圧縮行程及び爆発行程として示される。２サイクルエンジンの１つの例は、シリンダの中心軸に沿う両方向の往復運動のために２つのピストンが１つのシリンダのボア内に配置される対向ピストン型エンジンである。各ピストンは、それがシリンダの一端に最も近い下死点（ＢＣ）位置と、それが一端から最も遠い上死点（ＴＣ）位置との間で移動する。シリンダは、それぞれのＢＣピストン位置に近いシリンダ側壁に形成されるポートを有する。対向する各ピストンは、ポートのうちの一方を制御し、それにより、ピストンがそのＢＣ位置に移動する際にポートを開くとともに、ピストンがＢＣからそのＴＣ位置へ向けて移動する際にポートを閉じる。ポートのうちの一方は、ボア内へ給気（時として「掃気」と呼ばれる）を流入させる役目を果たし、他方のポートは、ボアから出る燃焼生成物のための通路をもたらす。これらのポートはそれぞれ「吸気」ポート及び「排気」ポートと称される（ある説明では、吸気ポートが「空気」ポート又は「掃気」ポートと称される）。ユニフロー掃気対向ピストン型エンジンでは、排ガスがその排気ポートから流出する際に加圧給気がその吸気ポートを通じてシリンダに入り、したがって、ガスは単一方向（「ユニフロー」）（吸気ポートから排気ポートへ）でシリンダを流通する。
【０００４】
図１を参照すると、２サイクル内燃機関は、少なくとも１つのポート付きシリンダ５０を有する対向ピストン型エンジン１０の状態で具現化される。例えば、エンジンは、１つのポート付きシリンダ、２つのポート付きシリンダ、３つのポート付きシリンダ、又は、４つ以上のポート付きシリンダを有してもよい。各ポート付きシリンダ５０は、ボア５２と、シリンダ壁のそれぞれの端部に形成され又は機械加工される長手方向に離間された吸気ポート５４及び排気ポート５６とを有する。吸気ポート５４及び排気ポート５６のそれぞれは１つ以上の周方向の開口配列を含み、この配列内では、隣接する開口が中実ブリッジによって離間される。ある説明では、各開口が「ポート」と称されるが、そのような「ポート」の周方向配列の構成は、図１に示されるポート構成と異ならない。ピストン６０、６２が、それらの端面６１、６３を互いに対向させた状態で、それぞれのシリンダのボア５２内に摺動可能に配置される。ピストン６０の動きは吸気ポート５４の動作を制御する。ピストン６２の動きは排気ポート５６の動作を制御する。したがって、ポート５４、５６は「ピストン制御ポート」と称される。排気ポートを制御するピストン６０（「排気ピストン」）は、クランクシャフト７１に結合される。エンジンの吸気ポートを制御するピストン６２（「吸気ピストン）」）は、クランクシャフト７２に結合される。
【０００５】
ピストン６０、６２がそれぞれのＴＣ位置に近づくにつれて、端面６１、６３間のボア５２内に燃焼室が画定される。燃料は、シリンダ５０の側壁を貫通する開口内に位置される少なくとも１つの燃料注入ノズル７０を介して燃焼室内へ直接に注入される。燃料は、吸気ポート５４を介して流入される給気と混合する。混合物が端面間で圧縮されるにつれて、混合物が燃料を点火させる温度に達する。場合によっては、点火がスパークプラグ又はグロープラグによって補助されてもよい。次に燃焼が起こる。
【０００６】
エンジン１０は、エンジン１０へ供給される給気及びエンジン１０によって生成される排ガスの輸送を管理する空気処理システム８０を含む。代表的な空気処理システム構成は、給気サブシステム及び排気サブシステムを含む。給気サブシステムは、空気を受けて圧縮するとともに、圧縮空気をエンジンの１又は複数の吸気ポートへ送出する給気チャネルを含む。１つ以上の圧縮段階が与えられてもよい。例えば、給気サブシステムは、タービン駆動の圧縮機及びスーパーチャージャの一方又は両方を備えてもよい。給気チャネルは、一般に、給気（又は給気を含むガスの混合物）をエンジンの１又は複数の吸気ポートへ送出する前に受けて冷却するように結合される少なくとも１つの空気冷却器を含む。排気サブシステムは、エンジンの排気ポートからの排気生成物を他の排気構成要素への送出のために輸送する排気チャネルを含む。
【０００７】
対向ピストン型エンジン用の典型的な空気処理システムが図１に示される。空気処理システム８０は、タービン１２１と圧縮機１２２とを有するターボチャージャ１２０を備えてもよく、タービン１２１及び圧縮機１２２は共通のシャフト１２３上で回転する。タービン１２１は排気サブシステムに結合され、また、圧縮機１２２は給気サブシステムに結合される。ターボチャージャ１２０は、排気ポート５６から出て１又は複数の排気ポート５６から直接に排気チャネル１２４へ流れ込む或いは１又は複数の排気ポート５６を通じて出力される排ガスを収集する排気マニホールド１２５又は排気プレナム又はチェストから排気チャネル１２４へ流れ込む排ガスからエネルギーを引き出す。これに関連して、タービン１２１は、それを通過する排ガスによって回転される。これが圧縮機１２２を回転させ、それにより、圧縮機は、新鮮な空気を圧縮することによって給気を生成する。圧縮機１２２によって出力される給気は、給気チャネル１２６を通じて冷却器１２７へと流れ、そこから、スーパーチャージャ１１０により吸気ポートへと圧送される。スーパーチャージャ１１０によって圧縮される給気は、１又は複数の吸気ポート５４へ供給するために冷却器１２９を介して吸気マニホールド１３０又は吸気プレナム又はチェストへ出力され得る。ある場合には、排気生成物は、望ましくない排出量を減らす目的で排ガス再循環（ＥＧＲ）チャネル１３１を介して給気チャネルへと再循環されてもよい。
【０００８】
対向ピストン型エンジンには、エンジン制御メカナイゼーション（エンジン全体にわたって関連するセンサ、アクチュエータ、及び、他の機械に結合される１つ以上の電子制御ユニットを含むコンピュータベースのシステム）が設けられており、このメカナイゼーションは、空気処理システム、燃料システム、冷却システム、及び、他のシステムを含む様々なエンジンシステムの動作を管理する。空気処理システムを管理するエンジン制御要素は、総称して、「空気処理制御メカナイゼーション」と称される。
【０００９】
２サイクル対向ピストン型エンジンのための空気処理システムでは、スーパーチャージャがいくつかの重要な機能を果たす。例えば、スーパーチャージャは、シリンダを通じてユニフロー掃気を推し進めるためにプラスの給気圧を供給する。加えて、スーパーチャージャは、エンジンが加速するときにブースト（増大した空気圧）を送出する。更に、スーパーチャージャは、ＥＧＲチャネルを通じて再循環排気生成物を圧送するために使用される場合がある。多くの場合、スーパーチャージャは、対向ピストン型エンジンにおける空気処理システムの重要な構成要素のうちの１つである。スーパーチャージャ性能の低下は、エンジンの排出量、一般的性能、及び、耐久性に重大な悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１０】
明らかに、スーパーチャージャの性能を監視及び診断して、その性能が許容限界を下回るときに明確な表示を提供することが重要である。したがって、スーパーチャージャが正しく動作していることを確認できるとともに、スーパーチャージャ動作で起こり得る障害を診断して報告できる対向ピストン型エンジン用の空気処理制御メカナイゼーションの必要性がある。
【００１１】
スーパーチャージャの最適な動作は、スーパーチャージャによって出力される給気の圧力の調節を可能にする付加的な要素を必要とする場合がある。これに関して、スーパーチャージャのインペラは、該インペラがクランクシャフトとは独立に回転できないように直接駆動要素によってクランクシャフトに結合される場合が多い。スーパーチャージャとクランクシャフトとの間の固定関係は、ブースト（スーパーチャージャによって圧縮される給気）の柔軟性に欠けた不正確な調整をもたらす。そのような条件下でブースト圧を調節して給気処理においてより高い精度を得るために、バイパスバルブが、エンジン動作に応じて随時にスーパーチャージャにより生成されるブースト空気の圧力を調整するべく、スーパーチャージャ出口の下流側の給気チャネルと流体連通して設けられる。他の場合において、スーパーチャージャは、スーパーチャージャの速度をクランクシャフトとは独立に制御できるようにする変速機を有する変速ドライブによって駆動される場合がある。
【００１２】
ある場合には、スーパーチャージャ性能の明らかな低下は、スーパーチャージャ動作を制御又は調節する要素の性能不良に起因し得る。例えば、固着したスーパーチャージャバイパスバルブ又は障害のあるバイパスバルブアクチュエータは、欠陥があるベルトを有するスーパーチャージャの性能と区別できない態様で空気処理システムのブースト応答を損なう可能性がある。他の場合において、劣化した変速機を有する変速スーパーチャージャドライブは、欠陥があるロータを有するスーパーチャージャの場合に起こり得るようなブースト圧変動を引き起こす可能性がある。
【００１３】
明らかに、スーパーチャージャ動作を制御又は調節する要素の性能を継続的に監視及び診断するとともに、そのような要素の性能が許容限界を下回る場合に適切な措置を講じることが重要である。したがって、スーパーチャージャ動作に影響を与える空気処理システム要素が正しく動作していることを確認できるとともに、それらの要素の動作で起こり得る障害を診断して報告できる対向ピストン型エンジン用の空気処理制御メカナイゼーションの必要性がある。
【発明の概要】
【００１４】
したがって、スーパーチャージャを監視するとともに所望の供給量の圧縮給気をエンジンの吸気ポートへ送出しないようにする障害を検出する診断を、スーパーチャージャを備える対向ピストン型エンジンのための空気処理システムの制御メカナイゼーションに組み入れることが有利である。
【００１５】
スーパーチャージャ動作を制御又は調節する要素を監視できるとともにスーパーチャージャに所望の供給量の圧縮給気をエンジンに送出させないようにする要素の障害を検出できる能力をそのような診断に投じることが更に望ましい。
【００１６】
ある場合には、スーパーチャージャ並びにスーパーチャージャバイパスバルブ及びスーパーチャージャ変速ドライブのうちの一方又は両方を監視してスーパーチャージャが所望の供給量の圧縮給気をエンジンの吸気ポートに送出しないようにする障害を検出する診断を、対向ピストン型エンジン用の空気処理システムの制御メカナイゼーションに組み入れることが望ましい。
【００１７】
２サイクル対向ピストン型エンジンには、スーパーチャージャを有する空気処理システムの動作を含むエンジン動作を監視して管理するエンジン制御メカナイゼーションが備えられる。１つの態様によれば、空気処理制御機構は、スーパーチャージャが正しく動作していることを確認するための診断システムを含む。診断システムは、スーパーチャージャ動作で起こり得る障害を診断して報告する。好ましくは、診断システムはオンボード診断装置である。
【００１８】
他の態様によれば、空気処理制御機構は、スーパーチャージャ動作を監視するとともにスーパーチャージャが所望の供給量の加圧給気を対向ピストン型エンジンの吸気ポートに送出しないようにする障害を報告する診断方法を実行する。好ましくは、診断方法は、オンボード診断システムによって行なわれる。
【００１９】
更に他の態様によれば、空気処理制御機構は、スーパーチャージャとスーパーチャージャバイパスバルブ及びスーパーチャージャ変速ドライブのうちの一方とが正しく動作していることを確認するための診断システム及び該システムにより実行される方法を含む。好ましくは、診断システムがオンボード診断装置である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下に記載される図面は、以下の開示で論じられる原理及び実施例を例示することを意図している。これらの図面は、必ずしも原寸に比例していない。
【００２１】
【図１】空気処理システムを備える対向ピストン型エンジンの図であり、「従来技術」の標示が適切に付されている。
【００２２】
【図２】制御メカナイゼーションを備える２サイクル対向ピストン型エンジンの空気処理システムの概略図であり、制御メカナイゼーションは、スーパーチャージャの動作を監視するための診断システムを含み、この診断システムによって空気処理システムはオンボード診断能力を備える。
【００２３】
【図３】図２の空気処理システムと共に使用され得るオンボード診断システムの概略図である。
【００２４】
【図４】図２の空気処理システムと共に使用され得るオンボード診断プロセスのフロー図である。
【００２５】
【図５】図２の空気処理システムがオンボード診断測定値及び／又は推定値を監視されるべき要素により予期される応答と関連付けるためのオンボード診断で使用され得るテーブルの概略図である。
【００２６】
【図６】図２の空気処理システムと共に使用され得るオンボードスーパーチャージャ診断プロセスのフロー図である。
【００２７】
【図７】図２の空気処理システムと共に使用され得るオンボードスーパーチャージャバイパスバルブ診断プロセスのフロー図である。
【００２８】
【図８】図２の空気処理システムと共に使用され得る第１のオンボードスーパーチャージャ変速ドライブ診断プロセスのフロー図である。
【００２９】
【図９】図２の空気処理システムと共に使用され得る第２のオンボードスーパーチャージャ変速ドライブ診断プロセスのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
対向ピストン型エンジン空気処理システム：図１によって例示されるエンジンなどの２サイクル対向ピストン型エンジン２０１のための空気処理システム２００が図２に概略的に示される。空気処理システム２００は、ドライブユニット２１２から入力回転動力を受けるスーパーチャージャ２１０を含む。図は、スーパーチャージャ２１０とは別個にドライブユニット２１２を示すが、これは、これらの要素を単一ユニットに統合する選択肢を排除しようとするものではない。スーパーチャージャ２１０は入口２１３及び出口２１４を含む。
【００３１】
空気処理システム２００は、タービン２２１と圧縮機２２２とを有するターボチャージャ２２０も含むことが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。タービン２２１は排気チャネル２２４に結合され、また、圧縮機２２２は給気チャネル２２５に結合される。タービン２２１は、エンジンの排気ポート１５６から排出されて排気チャネル２２４を通じて輸送される排ガスによって回転される。これが圧縮機２２２を回転させ、それにより、圧縮機は、給気チャネルに流入する入口空気を圧縮することによって給気を生成する。圧縮機２２２によって出力される圧縮された給気は、給気チャネル２２５を通じて冷却器２２７へ輸送される。この形態において、スーパーチャージャ２１０は、空気処理システム２００内で（圧縮機２２２に続く）第２の圧縮段階を構成する。いかなる場合でも、スーパーチャージャ２１０は給気チャネル内の空気を圧縮して、圧縮された給気（時として「ブースト」と呼ばれる）を対向ピストン型エンジンの吸気ポート１５４へ供給する。場合によっては、スーパーチャージャ２１０の出力を冷却するために冷却器２２９が設けられてもよい。随意的には、空気処理システムは、排気チャネル２２４からＥＧＲ混合器２２６を介して給気チャネル２２５へ排気生成物を輸送するためにＥＧＲ分岐部２３０を含んでもよい。
【００３２】
空気処理システムのガス輸送形態の制御はメカナイゼーションによって実施され、メカナイゼーションは、プログラムされたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）２４０と、ＥＣＵで実行される空気処理プロセスと、空気処理バルブ及び関連するアクチュエータと、スーパーチャージャ２１０と、エンジンセンサとを含む。空気処理システム制御は、可変バルブの設定によって行なわれる。これに関して、例えば、スーパーチャージャバイパスバルブ２３１は、スーパーチャージャ２１０により生成される給気をバイパスチャネル２３２を通じて流出させて、給気圧を調節し、吸気ポート１５４でのサージを抑制する。ＥＧＲバルブ２３３（図１の１３８に対応）は、排出量の制御のためにＥＧＲ分岐部２３０を介して給気チャネル２２５へ輸送される排ガスの量を調整する。ウェイストゲートバルブ２３５が、空気処理システム内の圧力サージからターボチャージャ構成要素を保護するために、タービン２２１付近の排ガスを分路する。背圧バルブ２３７が、始動中にエンジンを迅速に暖めるためにタービン出口での排気圧を調整する。高速で正確な自動運転のためには、空気処理システムにおけるこれら及び他のバルブが連続的に可変の設定で高速コンピュータ制御デバイスであることが好ましい。ＥＣＵ２４０は、ＥＣＵが発する制御信号に応じてバルブを作動させるアクチュエータ（図示せず）と制御的に通信している。
【００３３】
ＥＣＵ２４０は、様々な空気処理センサによって空気処理システムの動作状態を監視する。これに関して、例えば、スーパーチャージャの吸気圧及び出口給気圧は、ガス圧センサ２５２、２５４のそれぞれを用いて測定される。給気サブシステム内への空気質量流量はセンサ２５５によって測定され、ＥＧＲチャネル内の排気質量流量はセンサ２５６によって測定され、また、スーパーチャージャ入口２１３でのガス温度はガス温度センサ２５７によって測定される。この明細書の目的のため、これら及び他のセンサは、物理的測定機器及び／又は仮想システムを備えてもよい。図に示されるセンサ位置は、測定パラメータ値を物理的計器により測定される場合に得られ得る空気処理システム内の場所を示す。
【００３４】
殆どの場合、スーパーチャージャ２１０は、その動作に必要な回転動力を得るために、通常はクランクシャフト駆動の駆動装置を介してエンジンに直接に結合される。これらの場合、スーパーチャージャの速度はエンジンの速度に依存する。ある場合には、給気制御のより大きな柔軟性及び精度を得るために、スーパーチャージャの速度をエンジン速度とは無関係に変えることができることが望ましく、それにより、空気処理動作を改善して、最適なエンジン性能の達成に寄与し得る。例えば、急速な加速が必要とされる際の低いエンジン速度では、スーパーチャージャのより速い回転が、エンジンクランクシャフトに対する従来の結合により得られるよりも高いブーストレベルをもたらす。したがって、ドライブ２１２には、空気処理制御メカナイゼーションの命令下で、クランクシャフトとは無関係に連続的速度で、又は漸増的速度で、可変速度で、スーパーチャージャを駆動することができるようにする変速機が設けられる場合がある。これらの事例のうちのいくつかにおいては、スーパーチャージャバイパスバルブ２３１が冗長であってもよい。すなわち、変速ドライブによって与えられるスーパーチャージャ速度の変動が大きければ大きいほど、ブースト圧を調節するために必要なバイパスバルブが少なくなると思われる。
【００３５】
しかしながら、限られた数の速度（例えば２つの速度）を与えるようにドライブユニットが構成される場合があり、また、ブースト圧の制御の柔軟性がスーパーチャージャバイパスバルブの動作を必要とする場合がある。そのような事例が本開示で扱われる。
【００３６】
図２及び図３を参照すると、ＥＣＵ２４０は、様々なエンジンセンサによって測定されるエンジン状態に応じて、現在のエンジン動作状態によって必要とされる空気処理システムのガス輸送形態を構成するべく空気処理制御プロセスを実行する。空気処理制御プロセスは、エンジン動作中に連続的に実行される１つ以上の空気処理プロセス２４２と、エンジンが動作するにつれて反復的に実行される１つ以上の診断プロセス２４４とを含む。エンジンが組み立てられて例えば車両又は船舶にいつでも設置できる状態にある或いは既に設置されており、ＥＣＵ２４０及びそれが実行する診断を含む制御プロセスが利用可能又は設置物に位置付けられている限りにおいて、制御及び診断は「オンボード」であると見なされる。オンボード診断（「ＯＢＤ」）は、情報及び／又はトラブルコード、或いは、エンジン構成要素及びシステムの操作性又は非操作性に関する視覚的表示及び／又は可聴表示を与える報告機能を含む。
【００３７】
ＥＣＵ２４０は、マイクロプロセッサ、関連するプログラム記憶装置、プログラムメモリ、及び、データ記憶装置を伴って構成される。ＥＣＵが様々な制御プロセス及び診断プロセスを行なうことができるようにするコードは、プログラム記憶装置に存在する。ＥＣＵと関連する又はＥＣＵにあるインタフェース電子機器は、入力データ信号をフォーマットして、出力制御信号及び情報信号を生成するとともに、センサ、アクチュエータ、ディスプレイ、インジケータ、及び、他の周辺機器とＥＣＵとを接続する。
【００３８】
ＥＣＵ２４０は、空気処理システム及び燃料注入システムの制御のためのプロセスを含む様々なエンジンシステム制御プロセスを実行する。そのようなプロセスは、開ループ及び／又は閉ループの空気処理プロセスを含んでもよい。これらのプロセスは、対向ピストン型エンジンの空気処理システムの動作と関連する制御パラメータの値を使用して、制御パラメータ値に基づいて空気処理要素を制御するための様々な手順を実行する。ＥＣＵ２４０は、センサ測定、テーブルルックアップ、計算、推定、及び、プログラム表示を含むいくつかの手段のうちの任意の１つ以上によって制御パラメータ値を得てもよい。以下の明細書における任意の特定のデータ取得手段の説明は、単なる例示のためにすぎず、任意の代替手段を排除する、放棄する、又は、あきらめることを意図するものではない。ＥＣＵ２４０は、センサからデータ信号入力を受信するレジスタ２４５と、アクチュエータに伝えられる制御信号に変換されるコマンドを記憶するレジスタ２４７とを含む。このタイプの対向ピストン型空気処理制御メカナイゼーションの一例については、「Ａｉｒ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｏｒ  Ｏｐｐｏｓｅｄ−Ｐｉｓｔｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｕｎｉｆｌｏｗ  Ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ（ユニフロー掃気を伴う対向ピストン型エンジンのための空気処理制御）」に関して２０１３年６月２５日に出願された共有の米国特許出願第１３／９２６，３６０号（米国特許第９，２０６，７５１号）を参照されたい。
【００３９】
この開示の１つの態様によれば、図２のシステム２００などの空気処理システムを管理するための制御メカナイゼーションは、スーパーチャージャ２１０が正しく機能していることを確認するためにオンボード診断システムを含む。診断システムは、スーパーチャージャで及びスーパーチャージャ性能と関連する空気処理要素で起こり得る障害を診断して報告する。図３のように、診断システムは、ＥＣＵ２４０、ガス圧センサ２５２、２５４、並びに、ＥＣＵ２４０にある１つ以上の診断プロセス２４４及び関連するデータテーブル２４９を含む。診断結果及び／又は障害は、１つ以上のＯＢＤ障害表示を出力させるＯＢＤモニタ２６２を介して診断制御プロセスによって報告される。このような障害表示は、インジケータライト及びアイコン、診断コード、並びに、情報読み出しのうちの１つ以上を含んでもよい。センサ２５２は、スーパーチャージャ入口２１３付近で、スーパーチャージャの上流側の給気チャネル内の給気の圧力を測定する。センサ２５４は、スーパーチャージャ出口２１４付近で、スーパーチャージャの下流側の給気チャネル内の圧力を測定する。
【００４０】
スーパーチャージャ及び関連する構成要素のためのオンボード診断：スーパーチャージャの構成及び動作は従来どおりである。ドライブユニットは、一般的にはクランクシャフトのうちの１つから得られる機械的な入力ドライブを受け、それに応じて出力ドライブを生成する。出力ドライブは、スーパーチャージャの入力シャフトに結合されるとともに、スーパーチャージャの圧縮機構の１つ以上の要素を回転させる。図３のように、何らかの入力圧（Ｐｉｎ）で圧縮機構へ供給される空気は圧縮され（加圧され）、また、圧縮空気は、何らかの出力圧（Ｐｏｕｔ）でスーパーチャージャ（ＳＣ）２１０によって出力される。ガス圧センサ２５２はＰｉｎを測定し、ガス圧センサ２５４はＰｏｕｔを測定する。エンジン性能をその動作範囲全体にわたって最適化するために、スーパーチャージャによって出力される圧縮給気の流量を変えることによって空気処理システムの動作を制御することが有用である。給気流量は、その入力がスーパーチャージャ出口２１４の下流側の給気チャネル２２５と流体連通しているバイパスチャネル２３２によって変えることができる。バイパスチャネル２３２にバイパスバルブ２３１を設けることにより、スーパーチャージャ出口２１４の下流側の給気圧を調節することができる。
【００４１】
図２、図３及び図４を参照すると、初期空気処理診断プロセス４００は、エンジン空気処理性能が予期されるパラメータ値内にあるかどうかを決定する。具体的には、プロセス４００は、スーパーチャージャ性能を監視して評価し、ある場合には、プロセスは、バイパスバルブ２３１及び／又はドライブ２１２などのスーパーチャージャ動作と直ちに関連する空気処理要素の性能の監視及び評価も行なう。プロセス４００は、空気処理センサの動作の妥当性を決定することによって状態４０２から始まる。状態４０２において、センサ動作は、給気サブシステム内への空気質量流量に関してチェックされ（センサ２５５）、ＥＧＲチャネル内の排ガス質量流量に関してチェックされ（センサ２５６）、並びに、スーパーチャージャ吸気圧及び出口圧に関してチェックされ（センサ２５２、２５４のそれぞれ）、また、他の測定値に関するセンサ動作もチェックされる。空気流センサが有効なデータ信号を生成しているかどうかを決定するために、状態４０４でチェックが行なわれる。センサの不具合は、任意の更なる診断が無効となるため、状態４１０で診断プロセス４００を停止させる。センサデータ信号が有効であると決定されれば、オンボードスーパーチャージャ診断プロセス、スーパーチャージャバイパスバルブ診断プロセス、及び、スーパーチャージャ変速ドライブ診断プロセスのうちの１つ以上が状態４０６で実行されて、これらの空気処理システム要素がそれぞれの設定された動作パラメータ値の範囲内で機能しているかどうかが決定される。これらのＯＢＤプロセスは、何らかの好ましい順序で、同時に、又は、重なり合う態様で実行されてもよい。更に、これらのＯＢＤプロセスは、別個のルーチン又は交互的なルーチンを備えてもよい。状態４０８において、これらの要素がそれぞれの設計パラメータ内で動作していれば、診断プロセス４００は完了されて状態４１０で停止される。しかしながら、任意の診断プロセスが障害を示す場合、ＯＢＤモニタが状態４１２で起動され、ＯＢＤモニタは、状態４１３でＯＢＤ障害表示の出力をもたらす。障害又は空気処理システム不具合が十分に深刻であれば、空気処理制御システムがエンジンを停止させる場合がある。
【００４２】
スーパーチャージャ診断プロセス：図２及び図３に関連して、また、エンジンがターボチャージャ及びＥＧＲ分岐部を備えると仮定して、混合器２２６は、圧縮機２２２から出る給気と再循環排気とを混合させる。したがって、ＥＧＲにより、スーパーチャージャ２１０内へのガスの質量流量は、センサ２５５によって測定される給気チャネル内への質量空気流量と、センサ２５６によって測定されるＥＧＲチャネルを通過する再循環排気の質量流量とを含む。混合物は、スーパーチャージャ２１０によって更に圧縮される。スーパーチャージャ性能が許容限界を下回れば、空気処理システムは、所望量の給気をエンジンに供給することができず、したがって、性能要件を満たさなくなる場合がある。そのため、スーパーチャージャの動作を評価するためのＯＢＤプロセスを行なうことが有用である。
【００４３】
ここで図３を参照すると、スーパーチャージャ２１０を通過するガス（給気）の体積流量は、スーパーチャージャ速度（ＲＰＭＳＣ）とスーパーチャージャ２１０の両端間の圧力比（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）との関数である。この関係は、新たなスーパーチャージャに関してマッピングされるとともに、第１及び第２のパラメータ（ＰＡＲ１及びＰＡＲ２のそれぞれ）の値によって指標付けされる図５に示される形態を有する２次元ルックアップテーブル（ＳＣ性能テーブル）としてＥＣＵ２４０に記憶され得る。スーパーチャージャ診断プロセスにおいては、ＳＣ性能テーブル中のスーパーチャージャを通過する体積流量の値が、スーパーチャージャ速度（ＲＰＭＳＣ）と圧力比（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）とによって指標付けされる。スーパーチャージャの速度は、クランクシャフト又は変速ドライブなどのスーパーチャージャ入力ドライブの供給源から速度センサ（図示せず）によって従来のように得ることができる。その後、スーパーチャージャ入口圧（Ｐｉｎ）とスーパーチャージャ温度（温度センサ２５７によって測定されるＴｉｎ）とから計算されるスーパーチャージャ入口密度をＳＣ性能テーブルから得られるスーパーチャージャ体積流量の値と乗じることによって第１のスーパーチャージャ質量流量値（Ｗｓｃ１、ｋｇ／ｓ）を計算することができる。スーパーチャージャバイパスバルブ２３１を閉じた状態で、第２のスーパーチャージャ質量流量値（Ｗｓｃ２、単位はｋｇ／ｓ）が得られる。第２の質量流量値は、質量空気流量センサによって測定される空気処理システム内への空気の質量流量（Ｗａｉｒ、ｋｇ／ｓ）に基づく。空気処理システムがＥＧＲを含まなければ、Ｗｓｃ２＝Ｗａｉｒである。空気処理システムがＥＧＲを含む場合、スーパーチャージャ内への質量流量は、質量空気流量センサ及びＥＧＲ質量流量センサの出力（Ｗｅｇｒ、ｋｇ／ｓ）を加算することによって得られ、したがって、Ｗｓｃ２＝Ｗａｉｒ＋Ｗｅｇｒである。スーパーチャージャバイパスバルブ２３１が完全に閉じられると、第１のスーパーチャージャ質量流量値Ｗｓｃ１は、第２のスーパーチャージャ質量流量値Ｗｓｃ２の較正範囲内になければならない。スーパーチャージャの性能が低下する場合、スーパーチャージャマップを用いて得られる流量は、Ｗａｉｒに基づいて計算される総質量流量よりも高くなる。スーパーチャージャの性能が低下するにつれて、この差は所定の限界Ｌ１に達するまで増大する。
【００４４】
図６は、図２の空気処理システムと共に及び／又はプロセス４００の状態４０６中に使用され得るオンボードスーパーチャージャ診断プロセス６００の１つの実施形態を示す。状態６０２では、スーパーチャージャバイパスバルブ２３１の設定が決定される。バルブが閉じられれば、プロセスが状態６０４へ移行し、そうでなければ、バルブが状態６０６で閉じられ、プロセスが状態６０４へ移行する。状態６０４では、質量流量値ＷＳＣ１が決定され、その後、状態６０８において第２の質量流量値ＷＳＣ２が決定される。その後、プロセス６００が状態６１０へ移行し、この状態６１０では、比較値が得られた後、（Ｗｓｃ１−Ｗｓｃ２）＞Ｌ１によって決定されるような所定の性能限界Ｌ１により規定される質量流量性能指標を比較値が満たすかどうかに関して決定が行なわれる。限界Ｌ１を超えなければ、スーパーチャージャは仕様内で機能しており、また、状態６１２において、診断プロセスは、比較値を、スーパーチャージャが圧縮給気を対向ピストン型エンジンのピストン制御される吸気ポートへ供給するように動作できるという診断結論と相関させる。その後、プロセスは、他のＯＢＤプロセスが実行される状態６１４へ移行する。限界を超える場合には、スーパーチャージャ性能が低下しており、診断プロセスは、状態６１６において、比較値を、スーパーチャージャが圧縮給気を対向ピストン型エンジンのピストン制御される吸気ポートへ供給するように動作できないという診断結論と相関させ、また、プロセス６００が状態６１４へ移行し、この状態では、ＯＢＤモニタが起動されて、スーパーチャージャ性能障害表示が出力される。プロセスは状態６１８で停止する。
【００４５】
状態６１４から、ＥＣＵ２４０は、全体の空気処理制御方式にしたがって他の診断プロセスを実行する。例えば、ＥＣＵ２４０は、スーパーチャージャバイパスバルブ診断プロセス及び／又はスーパーチャージャ変速ドライブ診断プロセスを実行してもよい。
【００４６】
スーパーチャージャバイパスバルブ診断プロセス：図２及び図３に関連して、スーパーチャージャ２１０により吸気ポート１５４に与えられる給気圧の上昇は、スーパーチャージャバイパスバルブ２３１の開放（位置）を調整することによって制御される。好ましくは、スーパーチャージャバイパスバルブ２３１は、ＥＣＵ２４０の制御下で電気機械アクチュエータ２３４によって作動される。これに関して、ＥＣＵ２４０は、インタフェース電子機器によってバイパスバルブアクチュエータ２３４に伝えられる制御信号に変換されるバイパスバルブ設定コマンド（ＢＶ＿ＳＥＴ）を生成する。例えば、制御信号がパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を備えてもよく、このパルス幅変調信号により、バイパスバルブアクチュエータ２３４は、給気がバルブを通過しない全閉位置と全開位置との間の範囲内の位置にバイパスバルブ２３１を設定する。好ましくは、位置センサ２３６がバルブの現在の設定を示す信号を生成する。バイパスバルブ性能が許容限界を下回れば、空気処理システムは、所望量の給気及び再循環排気をエンジンに供給することができず、したがって、排出量要件を満たさない場合がある。その結果、スーパーチャージャバイパスバルブの作動を評価するためのＯＢＤプロセスを行なうことが有用である。
【００４７】
以下の議論では、空気処理パラメータが以下の表記（「ＳＣ」はスーパーチャージャを示す）によって表わされる。
ＷＳＣ＿ｖａｌｖｅ  ＝バイパスバルブを通過する質量流量（ｋｇ／ｓ）
ＷＳＣ＿ｔａｂｌｅ  ＝ＳＣ性能テーブルから推定されるＳＣを通過する質量流量（ｋｇ／ｓ）
Ｗａｉｒ  ＝空気処理システム内への新鮮な空気の質量流量（ｋｇ／ｓ）
Ｗｅｇｒ  ＝給気サブシステム内へのＥＧＲの質量流量（ｋｇ／ｓ）
Ａｅｆｆ  ＝バルブ開放に基づくバイパスバルブの有効流れ面積（ｍ２）
ＢＶｓｅｔ  ＝バイパスバルブの現在の開放設定
θｖａｌｖｅ＝バイパスバルブ開放割合（現在の開放設定／最大開放設定）
Ｐｏｕｔ  ＝ＳＣ出口圧（Ｐａ）
Ｐｉｎ  ＝ＳＣ入口圧（Ｐａ）
Ｔｏｕｔ  ＝ＳＣ入口温度（Ｋ）
Ｃｄ  ＝バイパスバルブのための吐出係数
γ＝ＳＣを通過する給気の定圧及び定容比熱の比
【００４８】
スーパーチャージャを通過する給気の質量流量ＷＳＣは、スーパーチャージャ診断プロセスの説明で記載されたようなＳＣ性能テーブルから得られる体積流量値を使用して決定される。バイパスバルブ診断プロセスにおいては、このパラメータ値がＷＳＣ＿ｔａｂｌｅとして示される。バイパスバルブが使用されているときに、すなわち、バイパスバルブが完全に閉じられていない場合には、バイパスバルブを通過する質量流量を以下のように計算することができる。
ＷＳＣ＿ｖａｌｖｅ＝ＷＳＣ＿ｔａｂｌｅ−Ｗａｉｒ（ＥＧＲなし）。
ＷＳＣ＿ｖａｌｖｅ＝ＷＳＣ＿ｔａｂｌｅ−Ｗａｉｒ−Ｗｅｇｒ（ＥＧＲあり）。
【００４９】
ＷＳＣ＿ｖａｌｖｅに基づき、バルブをオリフィスとしてモデル化することによって、例えば以下の式によって、有効バイパスバルブの流路直径を計算することができる。
【数１】
0006646669.tif 000002
【００５０】
バイパスバルブにおける吐出係数Ｃｄは、実験的な検査によって経験的に得ることができ、また、その係数値をＥＣＵメモリに記憶することができる。その後、バイパスバルブ診断プロセスの実行中に、バルブ位置を有効面積にマッピングするルックアップテーブルに基づき、有効バルブ面積をバルブ位置へ変換することができる。
【数２】
0006646669.tif 000003
【００５１】
その後、モデル化されたバルブ位置が、センサ２３６からの測定されたバルブ位置（ＢＶｓｅｔ）と比較される。その差が許容限界よりも大きければ、バイパスバルブに関する障害が検出され、ＯＢＤ要件を満たすために適切な措置を講じることができる。
【００５２】
センサ２３６を用いて障害が検出されなければ、次のステップは、もしあればバイパスバルブの（例えば、固着したバルブに起因する）動作の悪化を決定することである。この課題を達成するために、命じられた制御信号バルブ（例えば、ＰＷＭパルス幅）が、以下のように、テーブルルックアップに基づいて予期されるバルブ位置に変換される。
【数３】
0006646669.tif 000004
【００５３】
推定バルブ位置が測定バルブ位置と許容限界を超えて異なる場合には、バイパスバルブに関する障害を設定して、適切な処置を講じることができる。
【００５４】
バイパスバルブアクチュエータ２３４が（ＥＣＵ２４０の内部の）電流測定能力を有してもよく、この場合、バイパスバルブアクチュエータ２３４によって引き出される電流に基づいてバイパスバルブ位置を推定できることに留意すべきである。これは、障害のあるアクチュエータ及び／又は配線欠陥に起因するスーパーチャージャ関連の障害を効果的に検出する。
【００５５】
図７は、図２の空気処理システムと共に及び／又はプロセス４００の状態４０６中に使用され得るオンボードスーパーチャージャバイパスバルブ診断プロセス７００の１つの実施形態を示す。プロセス７００は、状態７０２から始まり、バイパスバルブ質量流量ＷＳＣ＿ｖａｌｖｅの推定が行なわれる状態７０４に進む。その後、状態７０６において、Ａｅｆｆに基づく第１のバイパスバルブ位置が推定される。状態７０８では、センサ２３６により与えられる測定値から第２のバイパスバルブ位置が決定される。状態７０９では、バイパスバルブ位置比較値を定めるために第１のバイパスバルブ位置と第２のバイパスバルブ位置とが比較され、その後、比較値が所定の性能限界Ｌ２によって規定されるバイパスバルブ位置指標を満たすかどうかに関して決定が行なわれる。限界Ｌ２を超えなければ、バイパスバルブ位置センサが仕様内で機能しており、診断プロセスは、状態７１０において、比較値を、バイパスバルブ位置センサ２３６がバイパスバルブ位置を与えるように動作できるという診断結論と相関させる。その後、プロセスは状態７１２へと続く。そうではなく、バイパスバルブ位置比較値がＬ２を超える場合、プロセス７００は、状態７１４において、バイパスバルブ位置センサ２３６に障害があると決定し、比較値を、バイパスバルブ位置センサがバイパスバルブ位置を与えるように動作できないという診断結論と相関させる。ＯＢＤモニタが起動されて、スーパーチャージャバイパスバルブ性能障害表示が出力される。その後、プロセス７００は状態７１６で停止する。
【００５６】
プロセス７００が状態７１２に移行する場合には、アクチュエータ制御信号（例えば、ＰＷＭ信号）又はバイパスバルブアクチュエータ２３４によって引き出される電流に基づいて第３のバイパスバルブ位置が決定される。状態７１８では、第２のバイパスバルブ位置比較値を定めるために、センサ２３６によって与えられる測定値（第１のバイパスバルブ位置が使用されてもよく、又は、新たな測定が行なわれてもよい）から決定される第３のバイパスバルブ位置と第４のバイパスバルブ位置とが比較される。比較値が所定の性能限界Ｌ３により規定されるバイパスバルブ位置指標を満たす場合（限界Ｌ３を超えない場合）には、バイパスバルブアクチュエータ２３４が仕様内で機能しており、また、状態７２０において、診断プロセス７００は、比較値を、バイパスバルブアクチュエータ２３４が給気を給気チャネルから分路するように動作できるという診断結論と相関させる。その後、プロセスは状態７１６で終了する。そうではなく、第２のバイパスバルブ位置比較値がＬ３を超える場合、プロセス７００は、状態７２２において、バイパスバルブアクチュエータ２３４に障害があると決定して、比較値を、バイパスバルブが給気を給気チャネルから分路するように動作できないという診断結論と相関させ、その場合には、ＯＢＤモニタが起動されて、スーパーチャージャバイパスバルブ位置センサ性能障害表示が出力される。その後、プロセスは状態７１６で終了する。
【００５７】
第１の変速ドライブ診断プロセス：空気処理制御メカナイゼーションの開ループ又は閉ループ管理下で補助変速機を介した独立変速動作を行なうためにスーパーチャージャが設けられてもよい。そのような構成は、「バリエータ」とも呼ばれる無段変速機（ＣＶＴ）を含んでもよい。また、この構成は、「多段」変速機とも呼ばれる段階的可変変速機を網羅することもでき、その１つの例は、Ａｎｔｏｎｏｖ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｌｔｄ．の二段スーパーチャージャである。いずれの場合にも、ドライブが「変速ドライブ」と称される。
【００５８】
変速ドライブの動作の不具合は、出力レベル及び排出量レベルに関してエンジンの性能にかなりの影響を及ぼし得る。例えば、変速ドライブが所望の高速設定に移行できない場合、高い空気流量要件を満たすことができず、貧弱な燃焼がもたらされ、それにより、煤生成の増大及び他の望ましくない排気排出量につながる可能性がある。一方、変速ドライブが低い負荷条件下でスーパーチャージャの速度を低下させることができない場合には、エンジン破損を引き起こす場合がある過剰なブーストが生じる可能性がある。その結果、スーパーチャージャ変速ドライブの動作を評価するためのＯＢＤプロセスを行なうことが有用である。
【００５９】
動作時、変速ドライブは、入力速度（例えばＲＰＭｉｎ）で機械的入力ドライブを受けるとともに、出力速度（例えば、ＲＰＭｏｕｔ）で機械的出力ドライブを与える。出力ドライブは、スーパーチャージャの入力シャフトに結合されるとともに、スーパーチャージャの圧縮機構の１つ以上の要素を回転させ、そのため、ドライブの出力速度（ＲＰＭｏｕｔ）は効果的にスーパーチャージャの速度である。何らかの入力圧（Ｐｉｎ）で圧縮機構へ供給される空気は圧縮され（加圧され）、また、圧縮空気は、何らかの出力圧（Ｐｏｕｔ）でスーパーチャージャによって出力される。入力圧に対する出力圧の圧力比（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）は、スーパーチャージャの入力シャフトの速度を変えることによって変化される。エンジン性能をその動作範囲全体にわたって最適化するために、スーパーチャージャの圧力比を変えることによって空気処理システムの動作を制御することが有用である。これは、変速ドライブの駆動比（ＤＲ＝ＲＰＭｏｕｔ／ＲＰＭｉｎ）を変えることによって行なわれる。変速ドライブの構成に応じて、駆動比を連続的に又は離散的に増大して変えることができる。
【００６０】
図２及び図３を参照すると、図示の空気処理システム２００では、ドライブ２１２が変速ドライブとして構成されてもよい。変速ドライブ２１２は、ＥＣＵ２４０の制御下で電気機械アクチュエータ２１５によって駆動されてもよい。これに関して、ＥＣＵコマンド（ＶＡＲ＿ＳＰ＿ＲＡＴ＿ＳＥＴ）は、インタフェース電子機器によって、アクチュエータ２１５に結合される制御信号、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換される。この制御形態により、変速ドライブ２１２の駆動比（ＤＲ）を設定することができ、それにより、クランクシャフト速度とは無関係にスーパーチャージャの速度を可変制御することができる。図では変速ドライブ２１２とアクチュエータ２１５とが別個の要素として示されるが、これは、それらが単一のユニットに統合されてもよいため、限定しようとするものではない。
【００６１】
スーパーチャージャ変速ドライブ性能診断は、駆動比Δ（ＤＲ）の変化によりもたらされるスーパーチャージャ速度の変化に応じて起こるスーパーチャージャ２１０の両端間の圧力比Δ（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）の変化を比較する。駆動比は、変速ドライブ２１２に伝えられる制御信号によって変えられる。変速ドライブ２１２が正しく動作していれば、診断ルーチン中の駆動比の変化は、圧力比の対応する変化を引き起こす。変速ドライブ２１２の動作に障害があれば、駆動比の変化は、圧力比の変化を殆ど又は全く引き起こさない。圧力比は、ガス圧センサ２５２、２５４によってそれぞれ示されるスーパーチャージャ２１０の入口圧と出口圧との間の差に留意することによって測定されてもよい。空気処理システムがバイパスバルブ２３１も含む場合には、変速ドライブ診断プロセスが実行される際に、バルブが所定の較正可能な状態に保持される。
【００６２】
図８は、図２の空気処理システムと共に及び／又はプロセス４００の状態４０６中に使用され得るオンボードスーパーチャージャ変速ドライブ診断プロセス８００の１つの実施形態を示す。プロセス８００は、エンジンがアイドリング動作モードにある間に実行されるのが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。プロセス８００は状態８０２から始まる。状態８０４において、エンジンがスーパーチャージャバイパスバルブを含む場合には、プロセスが状態８０６を経て移行し、状態８０６において、バイパスバルブ２３１は、それが完全に開放していない所定の較正可能な状態に設定される。（バイパスバルブが完全に開放していれば、スーパーチャージャの両端間の圧力比は、変速ドライブの設定ごとにほぼ１になり、また、意味のある診断結果を得ることができない）。無論、バイパスバルブがない場合には状態８０４、８０６を完全に省くことができ、その場合、プロセス８００は状態８０２から状態８０８へと直接に進む。状態８０８では、変速ドライブ２１２が第１の駆動比（ＤＲ１）に設定されて、第１のスーパーチャージャ圧力比ＰＲ１の計算が行なわれる。その後、状態８１０において、空気処理バルブ設定（例えば、バイパス、ウェイストゲート、背圧、ＥＧＲ）を維持しつつ、プロセス８００は、変速ドライブを第２の駆動比（ＤＲ２）に、例えばより高い駆動比に設定して、第２のスーパーチャージャ圧力比ＰＲ２が得られる状態８１２に移行する。状態８１４では、変速ドライブ比較値を定めるために第１の圧力比ＰＲ１と第２の圧力比ＰＲ２とが比較され、その後、比較値が所定の性能限界Ｌ４により規定される変速ドライブ指標を満たすかどうかに関して決定が行なわれる。限界Ｌ４を超えれば、変速ドライブは仕様内で機能しており、また、診断プロセス８００は、状態８１６において、比較値を、変速ドライブ２１２がスーパーチャージャ２１０を駆動するように動作できるという診断結論と相関させる。プロセスは状態８１８で終了する。そうではなく、変速ドライブ比較値がＬ４を超えなければ、プロセス８００は、状態８２０において、変速ドライブ２１２に障害があると決定して、比較値を、変速ドライブがスーパーチャージャを駆動するように動作できないという診断結論と相関させる。ＯＢＤモニタが起動されて、変速ドライブ性能障害表示がアクティブになる。プロセスは状態８１８で終了する。
【００６３】
第２の変速ドライブ診断プロセス：空気処理システムがスーパーチャージャバイパスバルブ及び変速ドライブの両方を利用してスーパーチャージャの動作を制御するいくつかの事例では、変速ドライブ２１２のアクチュエータ２１５の障害を検出するために第２のスーパーチャージャ変速ドライブ性能オンボード診断が有用な場合がある。図３を参照すると、この診断プロセスは、空気処理制御メカナイゼーション制御ルーチン２４２がバイパスバルブ２３１の設定を制御する閉ループプロセスを含むことを想定する。これに関して、定常状態のエンジン動作状態中、閉ループプロセスは、バイパスバルブ２３１によってスーパーチャージャ２１０の両端間の圧力比を何らかの所定の値（ＢＶ＿ＳＥＴ）に維持する。駆動比が変えられると、スーパーチャージャ速度が変化する。エンジンへの命じられた同じ空気流量供給を維持するため、スーパーチャージャバイパスバルブ位置（ＢＶ＿ＳＥＴ）が閉ループプロセスによって変えられる。例えば、より高い駆動比に向かう場合、バイパスバルブ２３１は、エンジンを通る同じ必要な空気流量を維持するためにより多く開放される。
【００６４】
図９は、図２の空気処理システムと共に及び／又はプロセス４００の状態４０６中に使用され得るオンボードスーパーチャージャ変速ドライブ診断プロセス９００の第２の実施形態を示す。この実施形態は、スーパーチャージャ変速ドライブ及びスーパーチャージャバイパスバルブの両方の存在を想定している。このプロセスは状態９０２で開始される。状態９０４において、エンジンは、駆動比をＤＲ１に維持するととともにバイパスバルブ設定（ＶＳ）をＶＳ１に維持する閉ループプロセスの制御の下、何らかの定常状態で作動している。状態９０６において、プロセス９００は、コマンド設定ＶＡＲ＿ＳＰ＿ＲＡＴ＿ＳＥＴを変えることによって駆動比を他の値ＤＲ２に変更（好ましくは増加）させる。状態９０８において、閉ループ制御プロセスは、圧力比の変化を検出して、バイパスバルブ設定をＶＳ２に変えることによって補償しようとする。プロセス９００が状態９１０に移行し、この状態では、バイパスバルブ設定比較値が得られ、その後、比較値が（ＶＳ２−ＶＳ１）＞Ｌ５によって決定される所定の性能限界Ｌ５により規定されるバイパスバルブ性能指標を満たすかどうかに関して決定が行なわれる。限界Ｌ５を超える場合には、スーパーチャージャ変速ドライブが仕様内で機能しており、また、診断プロセスは、比較値を、スーパーチャージャ変速ドライブが動作できるという診断結論と相関させる。その後、プロセス９００は状態９１４で停止する。限界を超えなければ、変速ドライブ性能が低下しており、診断プロセスは、状態９１６において、比較値を、変速ドライブがスーパーチャージャを駆動するように動作できないという診断結論と相関させ、その場合、ＯＢＤモニタが起動されて、変速ドライブ障害表示が出力される。
【００６５】
この開示は、対向ピストン型エンジンの空気処理システムのための特定のオンボード診断実施形態について説明するが、これらの実施形態は、この開示の基本を成す原理の一例として単に記載されるにすぎない。したがって、実施形態は、いかなる限定的な意味においても考慮されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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