(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給圧を検出する過給圧検出手段と、
エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、
過給圧の調圧機構に故障が発生しているか否かを判定する故障判定手段と、
該調圧機構に故障が発生していないと判定されたときに、通常時の燃料噴射量を過給圧及びエンジン回転速度に基づいて演算する通常時燃料噴射量演算手段と、
当該調圧機構に故障が発生していると判定されたときに、調圧機構に故障が発生していない通常時におけるアクセル全開時の第１の燃料噴射量をエンジン回転速度に基づいて演算すると共に、通常時の燃料噴射量より少ない第２の燃料噴射量をエンジン回転速度に基づいて演算し、該第１の燃料噴射量と第２の燃料噴射量との小さい方を故障時の燃料噴射量とする故障時燃料噴射量演算手段と、
演算された通常時の燃料噴射量又は故障時の燃料噴射量に基づいて、燃料噴射制御を行う燃料噴射制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項２】
前記故障判定手段は、過給圧が所定値以上となったときに、調圧機構に故障が発生したと判定する構成である請求項１記載のターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項３】
前記所定値は、エンジン回転速度に応じて変化する可変値である請求項２記載のターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項４】
前記通常時燃料噴射量演算手段は、過給圧及びエンジン回転速度に対する燃料噴射量が設定されたマップを参照して、通常時の燃料噴射量を演算する一方、前記故障時燃料噴射量演算手段は、エンジン回転速度に対する燃料噴射量が設定されたマップを参照して、故障時の燃料噴射量を演算する構成である請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置に関し、特に、過給圧の調圧機構に故障が発生した場合であっても、過給圧が許容上限を超えないようにする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ターボチャージャ付内燃機関において、特開平１０−６８３２７号公報に開示されるように、過給圧を制御するためにウェストゲートバルブを備えたものが知られている。即ち、ターボチャージャのタービンを迂回するバイパス路にウェストゲートバルブを介装し、過給圧が過大になったときにウェストゲートバルブを開弁して圧力を逃がし、過給圧を許容上限以下に制御している。また、内蔵された可変式のベーンにより過給量を制御する電子制御式可変ノズル型ターボチャージャでは、ベーン開閉動作を行うアクチュエータを制御することにより、過給圧を制御可能である。
【０００３】
ところで、ウェストゲートバルブやアクチュエータが固着等により故障した場合には、過給圧が許容上限を超えて過大となり、内燃機関にダメージを及ぼすおそれがある。このため、フェイルセーフ機構として、過給圧が許容上限を超えたときに、吸気を大気中に逃がして過給圧を低下させるリリーフバルブを備えたものが案出されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるリリーフバルブは、ウェストゲートバルブ等の故障時にだけしか作動しないフェイルセーフ機構であり、かつ、現時点では高価な部品であるため、昨今のコスト競争激化の観点から見ても、他の代替手段があれば、廃止されるべき部品である。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、過給圧に応じて燃料噴射量を制御することにより、調圧機構が故障しても、過給圧が許容上限を超えないようにしたターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明は、図１に示すように、過給圧を検出する過給圧検出手段Ａと、エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段Ｂと、過給圧の調圧機構Ｃに故障が発生しているか否かを判定する故障判定手段Ｄと、該調圧機構Ｃに故障が発生していないと判定されたときに、通常時の燃料噴射量を過給圧及びエンジン回転速度に基づいて演算する通常時燃料噴射量演算手段Ｅと、当該調圧機構Ｃに故障が発生していると判定されたときに、調圧機構に故障が発生していない通常時におけるアクセル全開時の第１の燃料噴射量をエンジン回転速度に基づいて演算すると共に、通常時の燃料噴射量より少ない第２の燃料噴射量をエンジン回転速度に基づいて演算し、該第１の燃料噴射量と第２の燃料噴射量との小さい方を故障時の燃料噴射量とする故障時燃料噴射量演算手段Ｆと、演算された通常時の燃料噴射量又は故障時の燃料噴射量に基づいて、燃料噴射制御を行う燃料噴射制御手段Ｇと、を含んでターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置を構成したことを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、過給圧の調圧機構に故障が発生していない場合には、通常時の燃料噴射量に基づいて燃料噴射量制御が行われる。従って、従来からある燃料噴射量制御を承継しているので、例えば、運転者が違和感を覚えることは全くない。
【０００８】
一方、過給圧の調圧機構に故障が発生した場合には、アクセル全開時の第１の燃料噴射量と、通常時の燃料噴射量より少ない第２の燃料噴射量と、の小さい方を故障時の燃料噴射量として燃料噴射量制御が行われる。このため、円滑な加速性能を確保しつつ、発生トルクを減らし、機関回転速度が低下する。そして、機関回転速度の低下に伴って吸入空気流量も低下するため、過給圧が低下し、過給圧を許容上限以下に制御することが可能となる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記故障判定手段は、過給圧が所定値以上となったときに、調圧機構に故障が発生したと判定する構成であることを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、調圧機構の故障の有無は、過給圧に基づいて判定されるため、新たなセンサを設ける必要がなく、コスト上昇が抑制される。
請求項３記載の発明は、前記所定値は、エンジン回転速度に応じて変化する可変値であることを特徴とする。
かかる構成によれば、調圧機構の故障の有無を判定する所定値がエンジン回転速度に応じて変化するため、故障検出精度が向上する。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記通常時燃料噴射量演算手段は、過給圧及びエンジン回転速度に対する燃料噴射量が設定されたマップを参照して、通常時の燃料噴射量を演算する一方、前記故障時燃料噴射量演算手段は、エンジン回転速度に対する燃料噴射量が設定されたマップを参照して、故障時の燃料噴射量を演算する構成であることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば、通常時の燃料噴射量及び故障時の燃料噴射量は、マップを参照して演算されるため、燃料噴射量の演算に伴う処理負荷の増加が抑制される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図２は、電子制御式可変ノズル型ターボチャージャ（以下「ターボチャージャ」という）付内燃機関に、本発明を適用した全体構成を示す。
【００１６】
ターボチャージャは、主制御を行うコントロールユニット１と、内蔵された可変式のベーンにより過給量を制御するターボチャージャ本体２と、ベーン開閉動作を行うアクチュエータ３に負圧を供給するプレッシャコントロールモジュレータバルブ（以下「ＰＣＭバルブ」という）４と、アクチュエータ３の作動源となる負圧を発生するバキュームポンプ５と、を含んで構成される。コントロールユニット１には、機関運転状態として、ブースト圧（過給圧）Ｐbを検出するブースト圧センサ１０（過給圧検出手段）、及び、機関回転速度（以下「回転速度」という）Ｎeを検出する回転速度センサ１１（回転速度検出手段）の出力が夫々入力される。
【００１７】
そして、コントロールユニット１は、検出された機関運転状態と理想的な過給特性とを比較し、電子制御によりＰＣＭバルブ４を制御することで、ターボチャージャ本体２のベーン角度を変え、機関運転状態に応じた最良の過給状態となるように制御する。一方、ターボチャージャの制御に対応して燃料噴射量を増減制御すべく、コントロールユニット１は、後述する制御内容に従って、内燃機関６に装着された燃料噴射装置７を制御する。また、図示しない運転席に配設されたクラスタメータ８には、ターボチャージャに関する異常を報知する警告灯８ａが設けられ、ターボチャージャの異常が検出されたときに、コントロールユニット１により点灯制御される。
【００１８】
ここで、ＰＣＭバルブ４又は／及びアクチュエータ３が固着等を起こし、ターボチャージャ本体２のベーンの開閉により過給圧を制御できなくなった場合に、どのようにして燃料噴射量制御によって過給圧を制御するかを説明する。
【００１９】
ターボチャージャにより過給圧の制御ができなくなると、例えば加速時には、図３に示すように、過給圧Ｐb は、時間経過に伴い上昇し、許容上限Ｐc を超えてしまう。このような現象が発生しそうな場合には、機関運転状態に応じて設定される燃料噴射量Ｔp を減少させることで、発生トルクＴを減らし、過給圧Ｐb を低下させる。従って、過給圧Ｐb が許容上限Ｐc を超えそうな場合には、回転速度Ｎe に応じて燃料噴射量Ｔp を減少させることで、過給圧Ｐb が許容上限以下に制御されることとなる。
【００２０】
次に、燃料噴射量制御の第１実施形態について、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、ブースト圧センサ１０により検出されたブースト圧Ｐbが所定値Ｐ0以上であるか否かが判定される。ここで、所定値Ｐ0は、図３に示すように、ターボチャージャにより過給圧が制御できなくなったか否かを判定する値であり、許容上限Ｐcより小さい値に設定される。そして、ブースト圧Ｐbが所定値Ｐ0以上であればステップ２へと進み（Ｙｅｓ）、ブースト圧Ｐbが所定値Ｐ0未満であればステップ３へと進む（Ｎｏ）。なお、所定値Ｐ0は、一定値としてもよいし、又は、回転速度Ｎeに応じて変化する可変値としてもよい。但し、可変値とした場合には、ターボチャージャの故障検出精度を向上することができる。
【００２１】
ステップ２では、ターボチャージャが故障した場合（以下「故障時」という）の燃料噴射量Ｔpが演算される。即ち、回転速度センサ１１により検出された回転速度Ｎeに基づいて、図５（Ａ）に示すような燃料噴射量マップを参照して、故障時の燃料噴射量Ｔpが演算される。ここで、燃料噴射量マップでは、前述した原理により、ブースト圧Ｐbが許容上限Ｐc以下になるように燃料噴射量Ｔpが設定される。
ステップ３では、ターボチャージャに故障が発生していない場合（以下「通常時」という）の燃料噴射量Ｔpが演算される。即ち、回転速度センサ１１により検出された回転速度Ｎe及びブースト圧センサ１０により検出されたブースト圧Ｐbに基づいて、図５（Ｂ）に示すような２次元燃料噴射量マップを参照して、通常時の燃料噴射量Ｔpが演算される。
【００２２】
ステップ３の後は、ステップ５に進み、通常時の燃料噴射量Ｔp に基づいて、燃料噴射装置７が制御され、所定の燃料噴射時期に燃料噴射が行われ、ステップ１に戻る。
【００２３】
ステップ２の後のステップ４においては、故障時の燃料噴射量Ｔpに基づいて、燃料噴射装置７が制御され、所定の燃料噴射時期に燃料噴射が行われる。
【００２４】
その後、ステップ６に進み、キーＯＦＦまで（即ち、コントロールユニットの電源ＯＦＦ）まで、ステップ４の制御を継続する。
以上説明したステップ１〜ステップ６の処理によれば、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 未満であれば、燃料噴射量による過給圧の制御は不要であるので、通常時の燃料噴射量Ｔp に基づく燃料噴射量制御が行われる。即ち、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以下であれば、従来からある燃料噴射量制御が行われるため、例えば、運転者が違和感を覚えることは全くない。
【００２５】
一方、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上となったときには、ターボチャージャによる過給圧制御ができなくなった故障時であると判断できるため、故障時の燃料噴射量Ｔp に基づく燃料噴射量制御が行われる。このとき、故障時の燃料噴射量Ｔp は、同一条件における通常の燃料噴射量Ｔp よりも少なく、具体的には、出力トルクが減少してブースト圧Ｐb が許容上限Ｐc 以下になるように設定されるため、ブースト圧Ｐb が許容上限Ｐc を超えることが防止される。
【００２６】
従って、ＰＣＭバルブ４又はアクチュエータ３が固着等を起こし、ターボチャージャ本体２のベーン開閉動作が行えなくなっても、図３に示すように、過給圧を許容上限Ｐc 以下に制御することができる。このため、従来では、フェイルセーフ機構として必要であったリリーフバルブを廃止することができ、コスト削減を図ることができる。また、リリーフバルブの廃止により、重量低減や信頼性向上も図ることができる。
【００２７】
次に、燃料噴射量制御の第２実施形態について、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
ステップ１１では、ブースト圧センサ１０により検出されたブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上であるか否かが判定される。そして、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上であればステップ１２へと進み（Ｙｅｓ）、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 未満であればステップ１８へと進む（Ｎｏ）。なお、ここで使用される所定値Ｐ0 は、ステップ１において使用された所定値Ｐ0 と同一であるので、その説明は省略する。また、ステップ１１の処理が、故障判定手段に該当する。
【００２８】
ステップ１２では、アクセル開度が全開であるときの通常時の燃料噴射量（以下「全負荷燃料噴射量」という）Ｔp1が演算される。即ち、回転速度センサ１１により検出された回転速度Ｎeに基づいて、図７に示すような燃料噴射量マップを参照して、全負荷燃料噴射量Ｔp1が演算される。
【００２９】
ステップ１３では、ステップ２と同一処理を行い、故障時の燃料噴射量Ｔp2が演算される。
【００３０】
ステップ１４では、全負荷燃料噴射量Ｔp1が、故障時の燃料噴射量Ｔp2以上であるか否かが判定される。そして、全負荷燃料噴射量Ｔp1が故障時の燃料噴射量Ｔp2以上であればステップ１５へと進み（Ｙｅｓ）、燃料噴射量Ｔpとして故障時の燃料噴射量Ｔp2が選択される。一方、全負荷燃料噴射量Ｔp1が故障時の燃料噴射量Ｔp2未満であればステップ１６へと進み（Ｎｏ）、燃料噴射量Ｔpとして全負荷燃料噴射量Ｔp1が選択される。
【００３１】
ここで、ステップ１２〜ステップ１６の処理が、故障時燃料噴射量演算手段に該当する。
ステップ１７では、燃料噴射量Ｔpに基づいて、燃料噴射装置７が制御され、所定の燃料噴射時期に燃料噴射が行われる。その後、ステップ２０に進み、キーＯＦＦまで（即ち、コントロールユニットの電源ＯＦＦまで）、ステップ１７の制御を継続する。
【００３２】
なお、ステップ１７の処理が、燃料噴射制御手段に該当する。
ステップ１１においてブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 未満であると判定されたステップ１８では、ステップ２と同一処理を行い、燃料噴射量として通常時の燃料噴射量Ｔp が演算される。なお、ステップ１８の処理が、通常時燃料噴射量演算手段に該当する。
【００３３】
ステップ１９では、燃料噴射量Ｔp に基づいて、燃料噴射装置７が制御され、所定の燃料噴射時期に燃料噴射が行われる。その後、ステップ１１へと戻り、ステップ１１以降の処理が繰り返される。なお、ステップ１９の処理が、燃料噴射制御手段に該当する。
【００３４】
以上説明したステップ１１〜ステップ２０の処理によれば、先の第１実施形態による作用・効果に加え、次のような作用・効果がある。即ち、燃料噴射量制御の開始後、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上になると、燃料噴射量Ｔp として、全負荷燃料噴射量Ｔp1と故障時の燃料噴射量Ｔp2とのうち小さい方が選択される。そして、燃料噴射量Ｔp に基づく燃料噴射量制御が行われる。その後、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上であるかの判定を行わずに、故障時の燃料噴射量制御が繰り返される。これは、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上になったときには、ターボチャージャに故障が発生したと判断できるため、故障時における高精度な燃料噴射量制御を行うことを意図したものである。
【００３５】
従って、ターボチャージャに一旦故障が発生すると、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 未満であっても、故障時における燃料噴射量制御が行われることとなる。このため、全負荷燃料噴射量Ｔp1を演算する燃料噴射量マップ（図７参照）を適切に設定することで、ターボチャージャに故障が発生した場合にも、円滑な加速特性を確保しつつ、過給圧を許容上限以下に制御することができる。
【００３６】
尚、図４のフローチャート及び図６のフローチャートにおいて、ステップ６及びステップ２０に進むことによる効果は、ステップ４及びステップ１７以上の噴射量に戻らず、トルクの変動等２次的な不具合を防止できる点である。
【００３７】
なお、以上説明した実施形態では、本発明に係る燃料噴射量制御装置を、電子制御式可変ノズル型ターボチャージャ付内燃機関に適用したが、ウェストゲートバルブを備えた通常のターボチャージャ付内燃機関に適用してもよい。この場合には、ウェストゲートバルブが固着等により作動しなくなっても、燃料噴射量による過給圧制御が可能であるので、フェイルセーフ機構としてのリリーフバルブを廃止することができる。
【００３８】
また、ブースト圧Ｐb を直接検出する代わりに、例えば、吸入空気流量Ｑ等からブースト圧Ｐb を間接的に検出するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、過給圧の調圧機構に故障が発生していない場合には、従来からある燃料噴射量制御が行われるので、例えば、運転者が違和感を覚えることを防止することができる。一方、過給圧の調圧機構に故障が発生した場合には、アクセル全開時の第１の燃料噴射量と、通常時の燃料噴射量より少ない第２の燃料噴射量と、の小さい方を故障時の燃料噴射量として燃料噴射量制御が行われるので、円滑な加速性能を確保しつつ、過給圧を許容上限以下に制御することができる。このため、従来技術においてフェイルセーフ機構として必須であったリリーフバルブを廃止することができ、コスト削減，重量軽減及び信頼性向上等を図ることができる。
【００４１】
請求項２記載の発明によれば、新たなセンサを設ける必要がなく、コスト上昇を抑制することができる。
請求項３記載の発明によれば、故障検出精度を向上させることができる。
【００４２】
請求項４記載の発明によれば、燃料噴射量の演算に伴う処理負荷の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  請求項１記載の発明の構成を説明するブロック図
【図２】  本発明に係る燃料噴射量制御装置を適用したターボチャージャ付内燃機関の全体構成図
【図３】  従来技術及び本発明における過給圧の上昇特性を示す線図
【図４】  第１実施形態に係る燃料噴射量制御を示すフローチャート
【図５】  燃料噴射量マップを示し、（Ａ）は故障時に使用するマップの一例を示し、（Ｂ）は通常時に使用するマップの一例を示す図
【図６】  第２実施形態に係る燃料噴射量制御を示すフローチャート
【図７】  全負荷燃料噴射量マップの一例を示す図
【符号の説明】
１  コントロールユニット
２  ターボチャージャ本体
３  アクチュエータ
４  ＰＣＭバルブ
５  バキュームポンプ
６  内燃機関
７  燃料噴射装置
１０  ブースト圧センサ
１１  回転速度センサ
【図１】
0004024423.tif 000002
【図２】
0004024423.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004024423.tif 000006
【図６】
0004024423.tif 000007
【図７】
0004024423.tif 000008