(57)【要約】【解決手段】排ガスをエンジン排気５８からエンジン吸気６９に逸らすための排気再循環システム６６、６８や可変形状ターボチャージャ５２の故障を診断するためのシステム及び方法。このシステム及び方法は、エンジン１２がブースト制御モードかＥＧＲ制御モードで動作中かを判定し、ＥＧＲ流量を現在の制御モードに対応する閾値と比較し、その閾値に基づく許容動作範囲の外にＥＧＲ流量が第１の予め定めた期間継続している場合に故障を生成し、故障が第２の予め定めた期間継続する場合はブースト制御モードで動作する。このシステム及び方法は、ＥＧＲ流量が最小閾値より小さい場合にＥＧＲ故障を生成する。ブースト制御モードで動作しているとき、このシステム及び方法は、ＥＧＲ質量流量が最大流量を超えた場合にＥＧＲ故障を生成し、ターボブースト圧力が要求ブースト圧力の許容動作範囲内にない場合にＶＧＴ故障を生成する。【選択図】図１
2004527684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気からエンジン吸気へ排気を逸らせるために協働する排気再循環及び可変形状ターボチャージャを有する内燃機関のコンポーネント故障を診断する方法であって、
上記エンジンがブースト制御モードで動作中かＥＧＲ制御モードで動作中かを判定し、
ＥＧＲ流量を上記現在の制御モードに対応する閾値と比較し、
上記ＥＧＲ流量が上記閾値に基づく許容動作範囲の外に第１の予め定めた期間継続している場合に、故障を生成する、
方法。
【請求項２】
前記故障が第２の予め定めた期間継続している場合にブースト制御モードで動作するステップを更に有する、請求項１の方法。
【請求項３】
前記エンジンは前記ＥＧＲ制御モードで動作し、前記閾値は最小ＥＧＲ流量に対応し、前記比較するステップは、前記ＥＧＲ流量が前記閾値を越えるかどうかを判定するステップを含み、前記方法は、
前記ＥＧＲ流量が要求ＥＧＲ流量の許容動作範囲内にあるかどうかを判定するステップを更に有し、
前記故障を生成するステップは、前記ＥＧＲ流量が前記許容動作範囲の外にあってしかも前記最小閾値を越えている場合にＶＧＴ故障を生成するステップを含む、
請求項１の方法。
【請求項４】
前記故障を生成するステップは、前記ＥＧＲ流量が前記最小閾値よりも小さい場合にＥＧＲ故障を生成するステップを含む、請求項３の方法。
【請求項５】
前記エンジンは前記ＥＧＲ制御モードで動作し、前記閾値は最小ＥＧＲ流量に対応し、前記比較するステップは、前記ＥＧＲ流量が前記閾値を越えるかどうかを判定するステップを含み、前記方法は、
前記ＥＧＲ流量が要求ＥＧＲ流量の許容動作範囲内かどうかを判定するステップを更に含み、
前記故障を生成するステップは、前記ＥＧＲ流量が前記最小ＥＧＲ流量閾値未満の場合にＥＧＲ故障を生成するステップを含む、
請求項１の方法。
【請求項６】
前記故障を生成するステップは、前記ＥＧＲ流量が前記最小ＥＧＲ流量閾値よりも大きく且つ前記許容動作範囲の外である場合に、ＶＧＴ故障を生成するステップを含む、請求項５の方法。
【請求項７】
前記ＶＧＴ故障は、ＶＧＴ翼が指令に応答していないことを示す、請求項６の方法。
【請求項８】
前記ＥＧＲ故障は、ＥＧＲ弁が動作不能であることを示す、請求項５の方法。
【請求項９】
エンジン排気からエンジン吸気へ排気を逸らせるために協働する排気再循環及び可変形状ターボチャージャを有する内燃機関のコンポーネント故障を診断するためにコンピュータによって実行可能な命令を表す記憶されたデータを有するコンピュータ読取り可能記憶媒体であって、
上記エンジンがブースト制御モードで動作中かＥＧＲ制御モードで動作中かを判定する命令と、
ＥＧＲ流量を上記現在の制御モードに対応する閾値と比較する命令と、
上記ＥＧＲ流量が上記閾値に基づく許容動作範囲の外に第１の予め定めた期間継続している場合に、故障を生成する命令と、
上記故障が第２の予め定めた期間継続している場合にブースト制御モードで動作する命令と、
を有する、コンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１０】
前記エンジンは前記ＥＧＲ制御モードで動作し、前記閾値は最小ＥＧＲ流量に対応し、前記比較する命令は、前記ＥＧＲ流量が前記閾値を越えるかどうかを判定する命令を含み、前記コンピュータ読取り可能記憶媒体は、
前記ＥＧＲ流量が要求ＥＧＲ流量の許容動作範囲内にあるかどうかを判定する命令を更に有し、
前記故障を生成する命令は、前記ＥＧＲ流量が前記許容動作範囲の外にあってしかも前記最小閾値を越えている場合にＶＧＴ故障を生成する命令を含む、
請求項９のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１１】
前記故障を生成する命令は、前記ＥＧＲ流量が前記最小閾値よりも小さい場合にＥＧＲ故障を生成する命令を含む、請求項１０のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１２】
前記エンジンは前記ＥＧＲ制御モードで動作し、前記閾値は最小ＥＧＲ流量に対応し、前記比較する命令は、前記ＥＧＲ流量が前記閾値を越えるかどうかを判定する命令を含み、前記コンピュータ読取り可能記憶媒体は、
前記ＥＧＲ流量が要求ＥＧＲ流量の許容動作範囲内かどうかを判定する命令を更に含み、
前記故障を生成する命令は、前記ＥＧＲ流量が前記最小ＥＧＲ流量閾値未満の場合にＥＧＲ故障を生成する命令を含む、
請求項９のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１３】
前記故障を生成する命令は、前記ＥＧＲ流量が前記最小ＥＧＲ流量閾値よりも大きく且つ前記許容動作範囲の外である場合に、ＶＧＴ故障を生成する命令を含む、請求項１２のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１４】
前記ＶＧＴ故障は、ＶＧＴ翼が指令に従って応答していないことを示す、請求項１３のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１５】
前記ＥＧＲ故障は、ＥＧＲ弁が動作不能であることを示す、請求項１２のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１６】
内燃機関のコンポーネント故障を診断するシステムであって、
エンジン排気からエンジン吸気へ排気を逸らせるための排気再循環弁を含む排気再循環回路と、
ＥＧＲ流量を表す再循環された排気の少なくとも一つのパラメータを測定するＥＧＲセンサと、
指令信号に応じて少なくとも一つのターボチャージャ動作パラメータを変えるように制御可能なターボチャージャと、
上記排気再循環弁及びターボチャージャと連絡している制御器であって、ブースト制御モードかＥＧＲ制御モードかで動作していることを判定し、現在の制御モードに対応する閾値とＥＧＲ流量とを比較し、上記ＥＧＲ流量が、上記閾値に基づく許容動作範囲の外に第１の予め定めた期間継続してある場合に、故障を生成する制御器と、
を有するシステム。
【請求項１７】
前記制御器は、前記エンジンが前記ＥＧＲ制御モードで動作しているかどうかを判定し、前記閾値は最小ＥＧＲ流量に対応し、前記制御器は、前記ＥＧＲ流量が前記閾値を越えるかどうかを判定し、前記ＥＧＲ流量が要求ＥＧＲ流量の許容動作範囲内にあるかどうかを判定し、前記ＥＧＲ流量が前記許容動作範囲の外にあってしかも前記最小閾値を越えている場合に、ＶＧＴ故障を生成する、請求項１６のシステム。
【請求項１８】
前記制御器は、前記ＥＧＲ流量が前記最小閾値よりも小さい場合にＥＧＲ故障を生成する、請求項１６のシステム。
【請求項１９】
上記制御器は、前記エンジンは前記ＥＧＲ制御モードで動作し、前記閾値は最小ＥＧＲ流量に対応し、前記ＥＧＲ流量が前記閾値を越えるかどうかを判定し、前記ＥＧＲ流量が要求ＥＧＲ流量の許容動作範囲を越えるかどうかを判定し、前記ＥＧＲ流量が前記最小ＥＧＲ流量閾値未満の場合にＥＧＲ故障を生成する、請求項１６のシステム。
【請求項２０】
前記故障を生成するステップは、前記ＥＧＲ流量が前記最小ＥＧＲ流量閾値よりも大きく且つ前記許容動作範囲の外である場合に、ＶＧＴ故障を生成するステップを含む、請求項１６のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関内の相互に関係するコンポーネント故障の診断のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの内燃機関、特にディーゼルエンジンは、性能改善のために、シリンダ給気の酸素密度を高めるためのターボチャージャを有する。ターボチャージャは、タービンを動作させるために排ガスを使用し、このタービンが、吸気を圧縮するための圧縮機を駆動する。可変形状ターボチャージャ（ＶＧＴ）は、可変ノズルターボチャージャ（ＶＮＴ）を含み、従来のターボチャージャで可能なエンジン動作範囲よりも広い範囲でターボチャージャ特性を修正するのに使用される。現在の動作条件に合う適当なターボブースト圧力、及び、運転手が要求するトルクを提供するために、可動吸気又は排気翼（ＶＮＴ）又は可動タービン側壁を使用することができる。
【０００３】
エンジンシリンダ内の最高燃焼温度を下げることによって窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出を減らすことに関連して、排気再循環（ＥＧＲ）が有効なことが知られている。典型的なＥＧＲシステムは、エンジン排気マニホルドからエンジン吸気マニホルドにエンジン排気を通らせるＥＧＲ弁を有する。これは、ガスを排気から吸気に流すために、排気マニホルドと給気マニホルドの間の差圧を必要とする。典型的な自然吸気エンジンは、吸気で真空を作り出し、かなり高めの排気圧力を有し、それによって、いかなる要求ＥＧＲ量でも容易に流すことができる。ターボチャージャ付きエンジンでは、排ガスを圧縮された吸気に導くためにの充分な差圧を与えるために、追加の背圧が要求されることもある。背圧を制御する一つの方法は、ＶＮＴ又はＶＧＴの形状を変更することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、ＥＧＲに関連する利益を得るためには、ＥＧＲシステムコンポーネント及びＶＧＴシステムコンポーネントの両方が適切な動作秩序(working order)になければならない。しかし、システムは相互に関連しているので、ＥＧＲシステムに関連するコンポーネント動作不良と、ＶＧＴシステムに関連するコンポーネント動作不良とを識別するのが困難な場合がある。これにより、故障が起きたときに、サービス保守要員が故障修理する上で余分な時間がかかることになりうる。更に、生成された特定の故障コードに関連して低い信頼性レベルがある場合は、是正のエンジン／車両制御を適切に実施するのが更に困難である。
【０００５】
本発明の一つの目的は、ＥＧＲシステム及び／又はＶＧＴシステムに関係するコンポーネント不良又は故障を診断するためのシステム及び方法を提供することにある。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、ＥＧＲ又はＶＧＴシステムコンポーネントの動作不良に関係する故障に応じて内燃機関を制御するシステム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の、上記及びその他の目的、特徴及び効果を達成する上で、エンジン排気からエンジン吸気へ排気を逸らせるための排気再循環及び可変形状ターボチャージャを有する内燃機関のコンポーネント故障を診断するシステム及び方法は、エンジンがブースト制御モードで動作中かＥＧＲ制御モードで動作中かを判定し、ＥＧＲ流量を上記現在の制御モードに対応する閾値と比較し、ＥＧＲ流量が上記閾値に基づく許容動作範囲の外に第１の予め定めた期間継続している場合に、故障を生成し、故障が第２の予め定めた期間継続している場合にブースト制御モードで動作する。一つの実施形態で、このシステム及び方法は、最小ＥＧＲ流量に対応する閾値を持つＥＧＲ制御モードで動作し、ＥＧＲ流量が閾値を越えるかどうかを判定する。次いで、このシステム及び方法は、ＥＧＲ流量が要求ＥＧＲ流量の許容動作範囲かどうかを判定し、ＥＧＲ流量が許容動作範囲の外で、且つ最小閾値を越えている場合に、ＶＧＴ故障を生成する。同様に、このシステム及び方法は、ＥＧＲ流量が最小閾値未満の場合にＥＧＲ故障を生成する。ブースト制御モードで動作しているときに、このシステム及び方法は、ＥＧＲ質量流量が最大流量を超えた場合に、ＥＧＲ故障を生成し、ターボブースト圧力が要求ブースト圧力の許容動作範囲の外にある場合に、ＶＧＴ故障を生成する。
【０００８】
本発明には多くの利点がある。例えば、本発明は、相互に関係する複数のエンジンコンポーネントのより正確で信頼性の高い診断及び制御のためのシステム及び方法を提供する。特に、本発明は、ＶＧＴ及びＥＧＲに関係する故障を識別し、適切な故障コードを動作し、且つ／又はそれに従ってエンジン制御を変更する方法を提供する。より正確な故障コードは、サービス保守要員が故障修理をし、問題の根本原因を是正するために必要な時間を短縮できる。更に、故障に基づいて、エンジン制御を調整することができ、これにより、不良化又は損傷したコンポーネントの影響を改善できる。
【０００９】
本発明の、上記の特徴や利点及びその他の特徴や利点は、本発明を実施する上で、添付図面を参照して以下のベストモードの詳細な説明から明らかである。
【最も好ましい発明の実施形態】
【００１０】
図１において、内燃機関とこれに関連する制御システム及びサブシステムが全体で符号１０で示されている。システム１０はエンジン１２を含み、エンジン１２は複数のシリンダを有し、各シリンダは燃料噴射器からの供給を受ける。好ましい実施形態では、エンジン１２は、高負荷ディーゼルエンジン等の圧縮点火内燃機関である。噴射器は、既知の方法で燃料供給から圧縮燃料を受け入れる。種々のセンサが、入力ポート２４を通じて制御器２２と電気的につながっている。好ましくは、制御器２２は、データ・制御バス３０を通じて種々のコンピュータ読取り可能記憶媒体２８につながったマイクロプロセッサ２６を含む。コンピュータ読取り可能記憶媒体２８は、読取り専用メモリ３２、ランダムアクセスメモリ３４、不揮発性ランダムアクセスメモリ３６としての機能を持つ多数の既知のデバイスのうちのどれを含んでいてもよい。
【００１１】
コンピュータ読取り可能記憶媒体２８は、可変流量排気再循環（ＥＧＲ）弁６６及び可変形状ターボチャージャ５２を含む内燃機関を制御する方法を実施するために制御器２２によって実行されうる命令を記憶している。プログラム命令は、車両及び／又はエンジンの種々のシステムやサブシステムの制御をするようにマイクロプロセッサ２６内の制御器２２によって実行される。更に、他のいくつものロジックユニット５０を実行することによって種々の命令を実行するようにしてもよい。入力ポート２４は、種々のセンサから信号を受信し、制御器２２は出力ポート３８に信号を生成し、その信号は種々のエンジン及び／又は車両のコンポーネントへ向けられる。
【００１２】
データ、診断及びプログラミングインタフェース４４は、プラグ４６を介して制御器２２に選択的に接続されてそれらの間の情報交換に供されてもよい。インタフェース４４は、コンフィギュレーション設定、校正変数、ＥＧＲやＶＧＴ制御等のための指令等の、コンピュータ読取り可能記憶媒体２８内の値を変更するのに使用できる。
【００１３】
動作において、制御器２２は、種々のエンジン／車両センサから信号を受信して、エンジンを制御するために、ハードウェア及び／又はソフトウェアに埋め込まれた制御ロジックを実行する。好ましい実施形態では、制御器２２は、米国ミシガン州デトロイト市のデトロイトディーゼル社(Detroit Diesel Corporation)から購入可能なＤＤＥＣ制御器である。この制御器のその他の種々の特徴は、デトロイトディーゼル社に譲渡された多数の米国特許に詳細に述べられている。制御ロジックは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの組合せの何れでも実行可能である。更に、制御ロジックは、制御器２２のほか、制御器２２と連動する車両の種々のシステム及びサブシステムによっても実行可能である。更に、好ましい実施形態では、制御器２２はマイクロプロセッサ２６を有するが、本発明に沿ってエンジンを制御するために、多数の既知のプログラミング及び処理の技術又はストラテジのいずれをも利用できる。
【００１４】
引き続き図１において、制御器２２は、排気再循環弁６６及び可変形状ターボチャージャ５２を制御することによってエンジン性能を高める。可変形状ターボチャージャ５２は、共通のシャフト５７に取り付けられたタービン５４と圧縮機５６とを有する。エンジン排ガスの圧力によってタービンが回され、タービンは圧縮機を駆動する。回転する圧縮機がターボブースト圧力を生成し、この圧力が、燃焼中のパワーを増大させる。
【００１５】
可変形状又は可変ノズルのターボチャージャは、ロータグループに加えて複数の可動コンポーネントを有する。これらの可動コンポーネントは、排ガスがエンジンから流出するタービンステージの一つ又は複数の面積を変えることによって、及び／又は排ガスがタービンに入る又はタービンから出ていくときの角度を変えることによって、ターボチャージャ形状を変化させることができる。ターボチャージャ形状に応じて、ターボチャージャがエンジンへ供給するターボブースト圧力の量が変化する。可変形状ターボチャージャは、種々の動作条件に基づいて、ターボブースト圧力の大きさを変えるように電子的に制御されるようにもできる。
【００１６】
典型的な可変形状ターボチャージャ内で、タービンハウジングはエンジンに対して大きめにできていて、空気流が所望のレベルにまで絞り込まれる。可変形状ターボチャージャには数種類のデザインがある。一つのデザインでは、可変入口ノズルが複数の可変翼のカスケードを有し、その可変翼が回動可能であって、それによって、空気流れがタービンホイールに入る所での面積と角度を変えることができる。他のデザインでは、ターボチャージャは、タービンハウジングの実効断面積を変える可動側壁を有する。本発明の実施形態は、可変形状ターボチャージャとしていかなる特定の構造にも限定されないことがわかる。即ち、ここで使用されるＶＧＴ又はＶＮＴという言葉は、上述の例を含み、又、調節ウェーストゲート弁(modulated waste gate valve)を含むあらゆる制御可能な空気加圧装置を意味する。
【００１７】
排気再循環システムは、排ガスのうちの計量された部分(metered portion)を選択的に吸気マニホルド６９に導く。ＥＧＲシステムは、流入する燃料供給を希釈し、最高燃焼温度を下げて、燃焼中に生成される窒素酸化物の排出量を低下させる。再循環される排ガスの量は、ＥＧＲ弁６６及びＶＧＴ５２によって制御される。本発明によれば、ＥＧＲ弁は、制御器２２によって電子的に制御される可変流量弁である。可変形状ターボチャージャの形状も、制御器２２によって電子的に制御される。制御可能なＥＧＲ弁の構造としては多数種類のものが可能であるが、本発明の実施形態は、いかなる特定のＥＧＲ弁の構造にも限定されない。同様に、制御器が弁を通る質量流量を決定できるようにする温度センサ及び差圧センサを含めて、ＥＧＲ回路の監視及び制御に使用されうる種々のセンサを使用してもよい。更に、排気流路の種々の部分で種々のセンサ構造を採用することによって、制御器２２が、排気システムを通じた種々の流れの質量流量を決定できることがわかる。これらの流れには、ＥＧＲシステムを通る流れ、圧縮機を通る流れ等、個々の用途に応じてその他の流れが含まれる。
【００１８】
実施形態によっては、圧縮機５６から来る給気を冷却するために冷却器６２を提供するのが望ましいかもしれない。同様に、実施形態によっては、エンジン１２の吸気マニホルドへの再導入の前にＥＧＲシステムを通る流れを冷却し、最高燃焼温度を更に下げ、窒素酸化物の生成をさらに減らすために、冷却器６８を提供するのが望ましいかもしれない。
【００１９】
本発明の実施形態は、種々のエンジン状態を表す種々の入力を処理し、そしてＥＧＲ指令信号及びＶＧＴ指令信号を提供する制御ロジックを含む。ＥＧＲ指令信号は、通路６４を通るガス流を制御するために可変流量ＥＧＲ弁６６のポジションを指令し、ＶＧＴ指令信号は、通路６０を通るガス流を制御するためにＶＧＴ５２の形状を指令する。本発明の好ましい実施形態では、図２に最もよく示されるように、ＥＧＲ及びＶＧＴの指令信号を決定するために種々の技術が利用される。
【００２０】
図２において、ブロック図８０は、高められたエンジン特性及び改善された放出制御を提供するために制御器２２によって実行される指令を含む制御ロジックの機能を示す。本発明の実施形態は、高負荷ディーゼルエンジンの放出を改善するために特に有用である。本発明によれば、排ガスの一部を給気に混ぜるＥＧＲ技術の使用が、窒素酸化物(NOx)の放出量を減少させる。その一方で、燃料経済への影響を最小にし、耐久性を改善する。ターボチャージを伴うディーゼルエンジンでは、ＥＧＲ流れを排気から吸気マニホルドへ駆動するために必要な背圧は、可変形状ターボチャージャによって提供される。ＥＧＲ流量の制御は、ＶＧＴの形状の変化（例えば、翼ポジションの変化）、ＥＧＲ弁ポジションの変化、そして好ましくはそれらの組合せにより達成される。好ましい実施形態では、採用された制御方法の結果、ＥＧＲとＶＧＴのシステムの間の相互作用が既存のシステムの能力を超える。
【００２１】
本発明には、個別に又は組み合わせて利用できる種々の態様がある。好ましい実施形態では、ＥＧＲ弁及びＶＧＴは、同時に且つ連続的に制御される。本発明の好ましい実施形態では、ＥＧＲ／ＶＧＴ制御器の設定ポイントとして、化学種(chemical species)（Ｏ2、Ｎ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）の、吸気マニホルドの望ましい組成を利用する。これらの化学種の実際の量は、好ましくは、単純化した燃焼モデルから計算される。
【００２２】
引き続いて図２において、ここに示す実施形態では、運転者のアクセルポジションセンサ入力及びエンジン速度（ｒｐｍ）入力は、ブロック８２で受け入れられる。ブロック８２は、エンジントルク要求を決定するためにルックアップテーブルを使用する。エンジントルク要求は、一つの燃料量を示し、その燃料量は、ここで具体的に説明しないエンジン制御の他の面（例えばシリンダバランス）に対して調整されうる。更に、図２は一つの好ましい実施形態を示しているが、ここに示した制御ストラテジの種々の態様が具体的に必要なわけではない。ブロック８４で、一方向２次フィルタが、トルク要求に対して幾らかの遅延を加える。遅延は、エンジン制御の比較的遅い空気流れの態様が、エンジン制御の比較的速いトルク要求応答の態様に追いつくために、追加される。ブロック８６で、エンジン速度とフィルタされたトルク要求が受信され、他のエンジン条件と共に処理され、要求される燃料噴射のタイミング、量、レール圧力が出力される。これらのファクタは、符号８８に示す燃料配送を制御する。
【００２３】
ブロック９０で、エンジン吸気に必要な化学組成が決定される。必要な組成は、化学種（Ｎ2、Ｏ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）で規定される。噴射制御ブロック８６からブロック９０に、サイクル当たりの燃料が提供され、ブロック９０はブロック８６に、サイクル当たり燃料制限を提供する（例えば、空気流量が小さい条件では、燃料が制限されるかもしれない）。ブロック９２で、ＥＧＲシステム及びターボチャージングシステムのための実際の流れの値、空気／燃料比、及び吸気ガスの化学組成が計算される。計算は、単純化された燃焼モデルとエンジンセンサ入力とに基づいている。ブロック９０における必要な又は設定されたポイント値は、ルックアップテーブルの５対以内に含まれる値の内挿に基づいている。第１のテーブル（９４，９８）は安定化されたターボチャージャブースト圧力に対応し、第２のテーブル（９６，１００）はゼロターボチャージャブースト圧力に対応する。即ち、第１のテーブルは燃料当たり（サイクル当たり）最大空気量に対応する一方、第２のテーブルは、燃料当たり最小空気量に対応する。種々の計測から決定された現在の燃料当たり空気量に基づいて、要求値は、具体的な動作値(operating value)について二つのテーブルの間を内挿して求められる。
【００２４】
例えば、要求される二酸化炭素と空気の値は、テーブル９４及び９６の間の内挿を用いて決定される。これらのテーブルは、それぞれが二つのルックアップテーブルを表し、一つのテーブルはＣＯ2について、一つのテーブルは酸素量／サイクルについてのものである。同様に、タイミングパラメータ、量及びレール圧力についての要求値が、（燃料当り空気量に基づいて）テーブル９８と１００の間の内挿によって決定される。（ブロック９８とブロック１００はそれぞれ、３個のテーブルを表す。）本発明の好ましい実施形態によれば、ブロック９０における（内挿によって計算された）要求値をそれぞれの最小値／最大値テーブル（それぞれ、９６、１００及び９４、９８）以内に達成するために、制御器２２は、ＶＧＴ及びＥＧＲ弁の動作を調節する。
【００２５】
更に、ブロック９０で要求二酸化炭素量１１０が決定される。ブロック９２から、実際の二酸化炭素量が推定される。これらの量は、サイクル当たりの質量で表されるのが望ましいことが理解できる。加算器１１４は、要求二酸化炭素量１１０を実際の二酸化炭素量１１２と比較して、二酸化炭素誤差信号を決定する。ＥＧＲ弁１２２は、この誤差信号に基づいて、ＥＧＲポンプ指令信号により制御される。好ましくは、要求ＥＧＲ流量及び要求二酸化炭素量を達成するために、比例／積分／微分制御器１１６（又は好ましくは、例えばスミス・プレディクタ(Smith predictor)等の非線型補償タームを伴って）等の制御器が、ＥＧＲ弁ポジションを調整する。更に、好ましい実施形態では、トルク要求の急な変化の影響を減らすことによって、過渡応答を改善するために、ブロック１２０内にＥＧＲループゲイン正規化が含まれている。
【００２６】
ループゲイン正規化の後に、図３に更に詳しく示すように、過渡的エンジン動作の最中に、余分な排気煙を防ぐために必要なことから、制限器１１９がＥＧＲ指令信号を制限する。その結果のＥＧＲポンプ指令信号が、制御器２２（図１）によって、ＥＧＲ弁１２２に供給される。好ましくは、後述のように、ＥＧＲポンプ指令信号はＶＧＴ制御にも渡される。
【００２７】
ＶＧＴ１７４の制御において、ブロック１６０で、トルク要求及びエンジン速度に基づいて、ベース形状（好ましい実施形態における翼ポジション）が決定される。ベース形状ブロック１６０は、ＶＧＴ制御が過渡応答を改善するために、又、後述のように要求があるときに開ループ制御を可能とするために、フィードフォワード機能を有する。指令されたベースポジションは、ブロック１６０からブロック１６１に渡される。ブロック１６２で、エンジンがエンジンブレーキとして動作しているとき、エンジンブレーキ制御ロジックが、通常のＶＧＴロジックによって指令されるベースポジションをオーバライドすることが、ブレーキインタフェースによって許容される。
【００２８】
ＥＧＲ指令信号は、リード補償信号ロジック１４０によって受信され、ＥＧＲ指令信号に基づいてリード補償信号が決定される。本発明の実施形態では、制御ループのこの部分が、ＥＧＲ弁、ポンプ及びＶＧＴ形状の同時制御を同期させる。特に、ＥＧＲ弁だけの制御が、要求されたＥＧＲ流量を達成するためには充分でないとき、要求されたＥＧＲ流量が達成されるまで、タービンを通る空気流量が増加するようにＶＧＴ形状が修正される。リードターム(lead term)１４０は、ターボブースト遅延を補償するために過渡応答を改善する。即ち、必要なエンジン吸気内の二酸化炭素を達成するために、ＥＧＲ弁制御とＶＧＴ形状制御では不充分である場合は、タービンを通る流れを増すことにより、全体の空気流量が増える。しかし、タービン効率が低くなり、再循環流路を通る二酸化炭素含有の排ガスを駆動する背圧が増す。その結果、吸気におけるサイクル当たりの二酸化炭素質量が増す。
【００２９】
ブロック１４２では、ＥＧＲ弁ポジションに基づく追加補償タームがリード補償出力を修正する。図示のように、加算器１４４は、サイクル当たりの必要空気量信号及びサイクル当たりの実際の空気量信号を受信して空気誤差を決定する。リード補償器１４０及び追加の補償器１４２は、ＥＧＲ弁が開きつつあると予想される(expected)ときに、空気誤差を予測して(anticipate)それを誇張する。ブロック１４４で決定された空気誤差及び／又はブロック１６０で決定されたベース形状（例えば翼ポジション）は、ＶＧＴ指令信号を決定するために使用される。
【００３０】
好ましくは、ブロック１４８で、ブロック１４８内の正規化値がＰＩＤ制御器１５０のループゲインを線形化し、開ループ制御と閉ループ制御の間の可変スイッチとして機能する。即ち、空気流量が小さい条件（エンジン速度が小さく、トルク要求も低い条件）で、正規化ファクタは、空気誤差が、ＶＧＴ１７４を制御する上で実質的に重要でなくなるように、空気誤差をゼロ又は充分に小さい値に減らす。即ち、空気流量が小さい条件では、正規化が、実質的に空気誤差信号を無くし、その結果、ベース形状（フィードフォワードターム）が、あたかも開ループのようにＶＧＴを制御するようになる。他方、空気流量が充分なレベルに達すると、ＶＧＴ１７４を制御してＰＩＤ制御器１５０を線形化するように、ゲイン正規化ファクタが、ゼロから充分に大きな値にジャンプする。空気流量が続けて増していくときは、正規化ファクタは減少する。より大きな空気流量では、ＰＩＤ制御器１５０がより効率がよいからである。空気流量が小さいときは、ゲイン正規化タームはゼロである。空気流量は、好ましくは、トルク要求とエンジン速度の関数として決定される。相当の空気流量が存在すると、ゲイン正規化タームが相当に増大して、フィードフォワードタームを伴うＶＧＴの実質的に純粋な開ループ制御から、ＶＧＴの閉ループ制御（フィードフォワードタームを伴う）に変化する。空気流量が引き続き増える場合は、ゲイン正規化タームが減らされる。
【００３１】
加算器１５２で示すように、ブロック１６０からのベース翼ポジション（又は、実施形態により、他の適当な形状インジケータ）は、ＶＧＴ指令信号の一般的制御を提供する。一方、空気誤差から導かれた信号は、微調整を提供する（但し、空気誤差部分が実質的に無視され、開ループ制御が使用される小空気流量条件を除く）。制限器１７０は、ターボのオーバスピードを防ぐための必要性から、ＶＧＴ指令信号を制限する。例えば、高地では、より多くの酸素が連続して要求される結果、ターボオーバスピードになるかもしれない。このような状況は、ブロック１７２で、ターボスピード制限によって防がれる。必要ならば、制限の後に、ＶＧＴ指令信号がＶＧＴ１７４に与えられる。上述のように、空気誤差信号の調整をしてＶＧＴ指令信号の微調整をするために、ＥＧＲ指令信号が（リード補償と共に）利用される。従って、ＥＧＲ及びＶＧＴの両方のシステムの連続的な同時制御によって、制御ストラテジの最中に、これらのシステムの相互の影響を考慮することが可能になる。リードターム１４０は、過渡応答を改善する。従って、もしも要求されるブースト（又は空気／燃料比）が達成できない場合に、ＥＧＲ弁ポジションを調整して、制御ループを逆向きに動作させることもできる。テーブル９４、９６で、燃料当たりの酸素量が少ない場合に、最小ＣＯ2テーブル内の値が、要求二酸化炭素量をゼロと指令する。上の方のＣＯ2テーブルは、燃料当たり酸素の比が高い場合の要求ＣＯ2量を指令する。下の方のＣＯ2テーブルは、要求ＣＯ2がゼロであるような燃料当たり酸素の比が低い場合を定義する。即ち、エンジンが既に燃料リッチに運転しているときは、テーブル９４と９６は、要求二酸化炭素量がゼロになるように内挿される。従って、二つの二酸化炭素テーブルの間を内挿するために使用される関数は、二つの空気量テーブルの間を内挿するために使用される関数とは著しく異なっているかもしれない。更に、二つのテーブルの間の内挿は、直線的な内挿に限らず、他の形式であってもよいということが理解できる。
【００３２】
次に、図３に、本発明の一実施形態によるエンジンコンポーネント故障の診断の方法のフローチャートを示す。より具体的には、図３に示す実施形態は、ＶＧＴ回路が適切に機能して、それに従ってエンジン及び／又は車両を制御しているかどうかを判定するために使用することができる。
【００３３】
ブロック２００は、ＶＧＴ診断ルーチンを開始する。ブロック２０２に示すように、制御器は、エンジンが現在、ターボブースト制御モード又はＥＧＲ制御モードで動作しているかどうかを判定する。エンジンがブースト制御モードで動作している場合は、ブロック２０６に示すように、制御器は、現在のブースト圧力を判定する。ブロック２０８で、エンジン制御器は、現在のブースト圧力が、要求ベース、即ち、定常ブースト＋／−ブースト応答範囲に対応する要求ブースト圧力と等しいかどうかを判定する。ブロック２１０で、ブースト圧力が要求ブースト圧力範囲内に無く、この状態が、予め定めた期間存在すると判定された場合は、ブロック２１２で、ＶＧＴ故障が表示され、対応する故障表示ライトが作動する。ブロック２０８で現在のブースト圧力が要求ブースト圧力範囲内であると判定された場合、又は、ブロック２１０で、必要な時間が経過していないと判定された場合は、図示のように、ロジックは、条件の監視を継続する。
【００３４】
ブロック２０２でエンジンがＥＧＲ制御モードにあると判定された場合は、ブロック２２０に示すように、現在のＥＧＲ質量流量が、関係するセンサによって測定される。ブロック２２２で、エンジン制御器は、現在のＥＧＲ質量流量が、ベース流量＋／−最小流れ応答に対応する要求ＥＧＲ質量流量に等しいかどうかを判定する。ブロック２２２で、ＥＧＲ質量流量が要求質量流量範囲内にないと判定された場合、しかも、ブロック２２４で、この条件が予め決められた期間存在していると判定された場合、ブロック２２６に示すように、ＥＧＲ故障表示が動作する。更に、ブロック２２８に示すように、この条件が第２の予め定めた期間継続している場合は、エンジン動作モードがブースト制御モードに戻り、ＥＧＲ弁が閉ポジションになるように指令を受ける。
【００３５】
図４は、本発明によるＥＧＲ診断ルーチンの一実施形態を示す。ブロック２９８に示すように、ＥＧＲ診断ルーチンが開始される。ブロック３００に示すように、現在のＥＧＲ質量流量が検出される。ブロック３０２で、動作モードは、ブースト制御モード又はＥＧＲ制御モードであると認識される。ブースト制御モードで動作中に、ブロック３０４は、ＥＧＲ質量流量がブーストモードにおける最大ＥＧＲ流量を超えているかどうかを判定する。ブロック３０６に示すように、ブーストモードにおける最大ＥＧＲ流量を校正可能な期間超えた場合は、対応する故障コードが動作し、好ましくは、オペレータに警告するためにエンジン点検灯を点灯させる。
【００３６】
更に図４に示すように、ブロック３０２でエンジンがＥＧＲ制御モードで動作していると判定された場合は、ブロック３１０で、対応するセンサで判定されたＥＧＲ質量流量が、対応する最小流量閾値と比較される。ブロック３１２で、ＥＧＲ質量流量が、予め決められた期間、対応する最小閾値よりも小さいと判定された場合は、ブロック３１４に示すように、対応する故障表示が動作する。ブロック３１６に示すように、この条件が他の予め定めた期間継続している場合は、ブロック３１８に示すように、制御モードがブースト制御モードに戻る。
【００３７】
以上説明したように、本発明は、相互に関係する複数のエンジンコンポーネントの診断及び制御のためのシステム及び方法を提供する。特に、本発明は、ＶＧＴ及びＥＧＲに関係する故障を識別し、適切な故障コードを動作し、それに従ってエンジン制御を変更する方法を提供する。より正確な故障コードは、サービス保守要員が故障修理して、問題の根本原因を正すために必要な時間を短縮してくれる。更に、不良化又は損傷したコンポーネントの影響を改善するために、故障に基づいてエンジン制御を調節してもよい。
【００３８】
発明の実施形態を図示し説明したが、これらの実施形態は、本発明のすべての可能な形態を図示し説明することを意図していない。この明細書で使用される言葉は限定するためでなくて説明するためのものである。又、本発明の概念や範囲から逸脱することなしに種々の変更が可能であることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態によるＥＧＲ／ＶＧＴ診断及び制御のためのシステム又は方法の動作を示す模式図である。
【図２ａ】本発明の一実施形態によるＥＧＲ及びＶＧＴ回路のための制御ロジックを示すブロック図である。
【図２ｂ】本発明の一実施形態によるＥＧＲ及びＶＧＴ回路のための制御ロジックを示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＶＧＴ診断及び制御のためのシステム及び方法の動作を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態によるＥＧＲ診断及び制御のためのシステム及び方法の動作を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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