(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気を過給するコンプレッサを備えたターボ回転体を有する過給機と、
上記ターボ回転体のターボ回転数を検出するターボ回転数検出手段と、を有し、
このターボ回転数検出手段は、上記ターボ回転体の周方向に等間隔毎に設けられた複数のブレードが通過する際の信号を検出することにより、上記ターボ回転数を検出するものであって、
更に上記ターボ回転体のブレードの歯数が少なくなる形態の歯欠け異常を上記信号に基づいて判定する異常判定手段を有し、
上記異常判定手段は、予め設定及び記憶されている歯欠け時の圧力比と上記ターボ回転数の特性と、現在の圧力比と上記ターボ回転数の特性と、を比較することにより、上記歯欠け異常を判定することを特徴とする過給機を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
吸気を過給するコンプレッサを備えたターボ回転体を有する過給機と、
上記ターボ回転体のターボ回転数を検出するターボ回転数検出手段と、を有し、
このターボ回転数検出手段は、上記ターボ回転体の周方向に等間隔毎に設けられた複数のブレードが通過する際の信号を検出することにより、上記ターボ回転数を検出するものであって、
更に上記ターボ回転体のブレードの歯数が少なくなる形態の歯欠け異常を上記信号に基づいて判定する異常判定手段を有し、
減少した歯数に応じて複数の歯欠け時の圧力比と上記ターボ回転数の特性が予め設定及び記憶されており、
上記異常判定手段は、上記複数の歯欠け時の圧力比とターボ回転数の特性と、現在の圧力比と上記ターボ回転数の特性と、を比較することにより、減少したタービンの歯数を特定することを特徴とする過給機を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記異常判定手段により歯欠け異常と判定された場合、減少したタービンの歯数に応じて、上記ターボ回転数を低下させて運転を行なうフェールセーフ制御手段を有することを特徴とする請求項２に記載の過給機を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記異常判定手段により歯欠け異常と判定された場合、過給圧もしくは上記ターボ回転数を低下させて運転を行なうフェールセーフ制御手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の過給機を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記異常判定手段により歯欠け異常ではなく、上記ターボ回転数検出手段の異常と判定された場合には、上記フェールセーフ制御手段と異なるフェールセーフ制御を実行する第２のフェールセーフ制御手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の過給機を備えた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、過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気を過給する過給機には、例えば特許文献１に記載のように、タービンやコンプレッサを含むターボ回転体のターボ回転数を検出するターボセンサが設けられる。ターボ回転体には、周方向に間欠的に複数のブレード（羽根）が設けられ、ターボセンサは、複数のブレードが通過する際の信号を検出することによりターボ回転数を検出する。
【０００３】
このターボセンサの出力等に基づいて、過給機の圧力制御や、内燃機関の燃料噴射量の種々の制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなターボ回転体では、ブレードの一部が破損するなどの理由により、ブレードの歯数が減少する形態の、いわゆる歯欠け異常を生じるおそれがある。このような歯欠け異常を生じた場合、ターボ回転体が異常振動を生じたり、ターボ回転体の更なる破損を招くおそれがあるために、過給機を停止するか、あるいはターボ回転数を速やかに低下させる必要がある。
【０００６】
一方、過給機の異常・故障の形態としては、このような歯欠け異常の他にも、ターボセンサ側の故障等も含まれる。このようなターボセンサ側の異常等の場合にも、上述した歯欠け異常の場合と同様に、ターボ回転数を低下させたり過給機を停止すると、必要以上に動力性能を低下させることとなり、ドライバビリティの低下を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ターボ回転体に設けられた複数のブレードの歯数が少なくなる形態の、いわゆる歯欠け異常を判定・識別し、適切なフェールセーフ処理を実施し得る新規なターボ過給機を備えた内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明に係る過給機を備えた内燃機関の制御装置は、吸気を過給するコンプレッサを備えたターボ回転体を有する過給機と、上記ターボ回転体のターボ回転数を検出するターボ回転数検出手段と、を有している。このターボ回転数検出手段は、上記ターボ回転体の周方向に等間隔毎に設けられた複数のブレードが通過する際の信号を検出することにより、上記ターボ回転数を検出するものである。そして、上記信号に基づいて、上記ターボ回転体のブレードの歯数が少なくなる形態の、いわゆる歯欠け異常を判定・識別する。具体的には、予め設定及び記憶されている歯欠け時の圧力比と上記ターボ回転数の特性と、現在の圧力比と上記ターボ回転数の特性と、を比較することにより、上記歯欠け異常を判定したり、上記複数の歯欠け時の圧力比とターボ回転数の特性と、現在の圧力比と上記ターボ回転数の特性と、を比較することにより、減少したタービンの歯数を特定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ターボ回転体のブレードの歯数が少なくなる歯欠け異常を判定・識別することができるために、例えばセンサ側の故障と分離して、適切なフェールセーフ処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例に係る過給機を備えた内燃機関の制御装置を示す構成図。
【図２】コンプレッサのタービン及びターボ回転数センサを簡略的に示す構成図。
【図３】正常時（Ａ）と１歯欠け時（Ｂ）とのターボ回転数センサのパルス信号を示す特性図。
【図４】本実施例の制御の流れを示すフローチャート。
【図５】正常時Ｌ１，１歯欠け時Ｌ２，及び２歯欠け時におけるターボ回転数と圧力比の特性を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図示実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る過給機を備えた内燃機関の制御装置を示す構成図である。この内燃機関１０は、Ｖ型多気筒内燃機関であり、左右バンクのシリンダ１１にそれぞれピストン１２が摺動可能に嵌合している。ターボ式の過給機１３は、排気通路３０に設けられたタービン１４と、吸気通路２０に設けられたコンプレッサ１５と、がターボ軸１６により同軸上に連結されており、排気エネルギーによりタービン１４が回転すると、コンプレッサ１５が回転駆動されて過給が行なわれる。これらタービン１４，コンプレッサ１５及びターボ軸１６が、一体的に回転するターボ回転体１７を構成している。排気通路３０にはタービン１４をバイパスするバイパス通路１８にウエイストゲートバルブ１９が設けられ、このウエイストゲートバルブ１９を後述する制御部４０により開閉制御することにより、過給圧が制御される。
【００１２】
吸気通路２０には、上流側より順に、吸気中の異物を捕集するエアーフィルタ２１と、吸入空気量を検出するエアーフローメータ２２と、上記のコンプレッサ１５と、吸気を冷却するインタークーラ２３と、コンプレッサ１５よりも下流の過給圧（吸気圧力）を検出する過給圧センサ２７と、吸気量を調整するスロットルバルブ２４と、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２５と、吸気ポートを開閉する吸気弁２６と、等が設けられている。
【００１３】
排気通路３０には、燃焼室寄りの上流側より順に、排気ポートを開閉する排気弁３１と、上記のタービン１４と、三元触媒等の２つの触媒３２，３３と、等が設けられ、上流側の触媒３２の前後に、空燃比センサ３４と酸素センサ３５とが設けられている。過給機１３には、ターボ回転体１７のターボ回転数（回転速度）を検出するターボ回転数検出手段として、コンプレッサ１５の回転数を検出するターボ回転数センサ３６が設けられている。
【００１４】
制御部４０は、燃料噴射弁２５による燃料噴射制御や点火装置４１による点火時期制御等の各種の機関制御処理を記憶及び実行するものであり、例えば空燃比センサ３４の検出信号に基づいて空燃比フィードバック制御を行なう。
【００１５】
図２は、ターボ回転数センサ３６の構造を簡略的に示している。ターボ回転体１７のコンプレッサ１５には、複数（この例では８枚）のブレード３７が周方向に等間隔置きに設けられている。ターボ回転数センサ３６は、複数のブレード３７が通過する際のパルス信号を検出し、制御部４０へ出力する。ここでターボ回転数センサ３６は、例えば磁気センサや渦電流センサを用い、ブレード３７に対向させて設置することで複数のブレード３７が通過する際の電流変化や磁気変化を検出することによりブレード３７の通過を検出する。なお、ターボ回転数センサ３６が検出する信号は一般的には波型となるが、ここでは制御部４０による演算を簡略にするためにパルス状の信号に変換して制御部に入力される構成を取っている。波型の波形を直接制御部４０に入力する構成でも良い。制御部４０は、このパルス信号を積算して、ターボ回転数を算出する回転検出手段と、後述するブレード３７の歯数が少なくなる形態の、いわゆる歯欠け異常を判定・識別する異常判定手段とを備える。
【００１６】
図３は、ブレード３７の歯数（この例では８枚）が減少していない正常時（Ａ）と、ブレード３７の歯数が１歯だけ減少している１歯欠け時（Ｂ）と、におけるターボ回転数センサ３６から出力されるパルス信号特性を示している。同図に示すように正常時の歯数Ｃｎ（この例では８個）分のパルス信号を検出すると、ターボ回転体１７が１回転したと判断される。しかしながら、１歯欠け時の検知時間Ｔ２は、正常時の検知時間Ｔ１に比して歯欠け分だけ長くなり、結果としてターボ回転数が低く検出されることとなる。
【００１７】
ここで、後述するように歯欠け異常の際に歯が減少したこと、さらには減少した歯数を特定することができれば、歯欠け分によるターボ回転数の低下を見越した形で、実際のターボ回転数ＴＲＥＶｘを求めることが可能となる。
【００１８】
つまり、歯欠け時に検知されるターボ回転数ＴＲＥＶｘは、下式（１）で表される。
ＴＲＥＶｘ＝（Ｃｎ−Ｃｘ）／Ｃｎ×ＴＲＥＶｎ…（１）
Ｃｎ：正常時の歯数
Ｃｘ：欠損した歯数
ＴＲＥＶｎ：正常時のターボ回転数。
【００１９】
図４は、本実施例に係る制御の流れを示すフローチャートであり、本ルーチンは上記制御部４０により所定期間毎に繰り返し実行される。
【００２０】
ステップＳ１１では、ターボ回転数の検出許可条件を読み込む。ステップＳ１２では、ターボ回転数の検出許可条件が成立しているか否かを判定する。例えば、非過給領域や加速・減速の過渡状態のときには検出許可条件が不成立となり、定常的な過給状態のときに検出許可条件が成立する。
【００２１】
ステップＳ１３では、過給圧センサ２７の検出信号に基づいて、圧力比（コンプレッサ１５の吐出圧力と吸入圧力の比）を読み込む。ステップＳ１４では、ターボ回転数センサ３６によりターボ回転数を読み込む。
【００２２】
ステップＳ１５では、ターボ回転数と圧力比に基づいて、現在の圧力比に応じたターボ回転数の特性が、正常時の特性と近似しているか否かを判定する。この判定は、予め設定及び記憶され図５に示すような正常時の特性Ｌ１と比較することにより行なわれる。現在の特性が正常時の特性Ｌ１に近い場合（例えば、両者の差が所定値以下の場合）には、正常であると判定して、ステップＳ１６へ進み、正常時の目標過給圧又は目標ターボ回転数を算出する。この際、例えば過給機を停止させる必要がある場合には、目標ターボ回転数を「０」に設定する。
【００２３】
一方、現在の特性が正常時の特性Ｌ１に近似していない場合（例えば、両者の差が所定値を超えている場合）、ステップＳ１５からステップＳ１７へ進み、現在の圧力比に対するターボ回転数の特性が、ブレード３７の歯数が１歯だけ少ない１歯欠け時の特性に近似しているか否かを判定する。この判定は、予め設定及び記憶され図５に示すような１歯欠け時の特性Ｌ２と比較することにより行なわれる。上述したように、１歯欠け時の特性Ｌ２は正常時の特性Ｌ１に比して同じ圧力比で比較した場合にはターボ回転数が低くなる。
【００２４】
現在の特性が１歯欠け時の特性Ｌ２に近い場合（例えば、両者の差が所定値以下の場合）には、１歯欠け状態であると判定して、ステップＳ１７からステップＳ１８へ進んでフェールセーフモードへと移行し、１歯欠け時の目標過給圧もしくは目標ターボ回転数を算出する。この１歯欠け時の目標過給圧もしくは目標ターボ回転数は、歯欠けに起因する異常振動等を生じることのないように、正常時の目標過給圧もしくは目標ターボ回転数よりも低く設定される（第一のフェールセーフ制御手段）。また、必要に応じて１歯欠け状態であることを警告灯や警告音により搭乗者に報知する。なお、例えばターボ回転数をフィードバック制御する場合、実際の１歯欠け時のターボ回転数ＴＲＥＶｘは上述した（１）式を用いて求められる。
【００２５】
ステップＳ１７において現在の特性が１歯欠け時の特性ではない（例えば、両者の差が所定値を超えている場合）には、ステップＳ１９へ進み、現在の圧力比に対するターボ回転数の特性が、ブレード３７の歯数が２歯だけ少ない２歯欠け時の特性に近似しているか否かを判定する。この判定は、予め設定及び記憶され図５に示すような２歯欠け時の特性Ｌ３と比較することにより行なわれる。同図に示すように、２歯欠け時の特性Ｌ３では、１歯欠け時の特性Ｌ２に比して更にターボ回転数が低くなる。
【００２６】
現在の特性が２歯欠け時の特性Ｌ３に近い場合（例えば、両者の差が所定値以下の場合）には、２歯欠け状態であると判定して、ステップＳ１９からステップＳ２０へ進んでフェールセーフモードへと移行し、２歯欠け時の目標過給圧もしくは目標ターボ回転数を算出する。この２歯欠け時の目標過給圧もしくは目標ターボ回転数は、異常振動等を生じることのないように、１歯欠け時の目標過給圧もしくは目標ターボ回転数よりも更に低く設定される（第一のフェールセーフ制御手段）。また、必要に応じて２歯欠け状態であることを警告灯や警告音により搭乗者に報知する。なお、例えばターボ回転数をフィードバック制御する場合、実際の２歯欠け時のターボ回転数ＴＲＥＶｘは上述した（１）式を用いて求められる。
【００２７】
ステップＳ２０において現在の特性が２歯欠け時の特性に近似していないと判定された場合には、ステップＳ２１へ進み、歯欠け異常とは異なる理由、例えばターボ回転数センサ３６の異常等による過給機の異常であると判定し、これに応じたフェールセーフ処理を実施する（第二のフェールセーフ制御手段）。
この際の目標過給圧もしくは目標ターボ回転数は、例えば、正常時よりも低く抑えられるものの、１歯欠け時よりも高く設定される。つまりターボ回転体やブレードに異常がなく、過給器自体は正常と判定された場合、単に制御性の問題であり、前述の過給圧センサ２７を主体とした制御（過給圧制御）に切り替えて運転を継続することが可能である。ただし、この場合はターボ回転数の検出ができないため、高精度なターボ回転体の回転数制御はできないので、ターボ回転が高回転となりうる過給圧が高い運転などは避けるもののそれ以外の運転領域では通常に近い目標過給圧とするなどの歯欠け時とは異なる制御を行うこととなる。また、必要に応じて、過給機の異常であることを警告灯や警告音により搭乗者に報知する。
【００２８】
なお、この実施例では、実質的に３歯以上欠けることが極めて少ないケースであるために、簡易的に１歯欠けと２歯欠けの２つの歯欠け異常のみを判別するようにしているが、３歯以上の歯欠けがある程度の確率で生じ得るような場合には、３歯以上の歯欠け異常を判定するようにしても良い。
【００２９】
以上のように本実施例では、ターボ回転数に基づいてターボ回転体１７のブレード３７の歯数が少なくなる形態の歯欠け異常を判定・識別できるようにしたので、例えばターボ回転数センサ３６の故障のように、ターボ過給機自体の運転に支障を生じることのない軽微な異常と、ターボ回転数や過給圧を低下もしくは過給機を停止させる必要のある歯欠け異常と、を分離・区別することができる。このために、歯欠け時には目標過給圧や目標ターボ回転数を低下させる（あるいは、過給機を停止させる）などの適切なフェールセーフ処理を実施して、ターボ回転体１７の異常振動等を抑制して安全性を確保しつつ、例えばターボ回転数センサ３６の一時的な不具合・故障のような軽微な異常の場合に、ターボ回転数を必要以上に低下させたり過給機を停止させることがなく、動力性能の低下を最小限に抑制することができる。
【００３０】
特に本実施例では、１歯欠け時の特性や２歯欠け時の特性を予め設定・記憶しておき、これらの特性と現在の特性とを比較することにより、歯欠け異常の際に、減少した歯数をも精度良く特定することができる。従って、減少した歯数に応じた形でフェールセーフ処理を適切に実施することができる。つまり、歯欠けの数が多くなるほど、ターボ回転数もしくは過給圧の低下分を大きく設定することで、異常振動等の発生を適切かつ確実に抑制し、過給機の耐久性・信頼性を向上することができる。
【００３１】
更に、上述した（１）式を用いることにより、歯欠け時にも歯欠けした分のターボ回転数の低下を見越した形で、現在のターボ回転数ＴＲＥＶｘを精度良く求めることができる。従って、歯欠け時であっても精度良くターボ回転数をフィードバック制御することが可能となる。
【符号の説明】
【００３２】
１０…内燃機関
１３…ターボ過給機
１４…タービン
１５…コンプレッサ
１６…ターボ軸
１７…ターボ回転体
３６…ターボ回転数センサ（ターボ回転数検出手段）
４０…制御部
【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】
0006361357.tif 000006