(57)【要約】【課題】装置を複雑にすることなく、２つの過給機を有する内燃機関の異常判定を行う装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の異常判定装置は、並列に配置された第１、第２過給機１３ａ、１３ｂを備える。第１、第２過給機１３ａ、１３ｂが過給に使用されるツインターボモードと、第２過給機１３ｂが過給に使用されず第１過給機１３ａが過給に使用されるシングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブ（１９、３１）を備える。第２過給機１３ｂの回転数Ｎを検出する回転センサ１５を備える。制御バルブに、開動作と閉動作との少なくとも一方を行わせたときの回転数Ｎに基づいて、制御バルブの故障診断を行う制御部５を備える。【選択図】図１
2009167961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配置された第１、第２過給機と、
前記第１、第２過給機が過給に使用されるツインターボモードと、前記第２過給機が前記過給に使用されず前記第１過給機が前記過給に使用されるシングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブと、
前記第２過給機の回転数を検出する回転センサと、
前記制御バルブに、開動作と閉動作との少なくとも一方を行わせたときの前記回転数に基づいて、前記制御バルブの故障診断を行う制御部とを備えることを特徴とする内燃機関の異常判定装置。
【請求項２】
前記制御バルブは、前記第２過給機に連結される排気通路の遮断と開放とを切り替える排気切替バルブを有し、
前記制御部は、前記シングルターボモードにおいて、開弁状態にする指示を前記排気切替バルブが受けた時の前記回転数のと、閉弁状態にする指示を前記排気切替バルブが受けた時の前記回転数との少なくとも一方に基づいて、前記排気切替バルブの故障診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の異常判定装置。
【請求項３】
前記内燃機関の過給圧を検出する圧力センサを更に備え、
前記制御バルブは、前記シングルターボモードにおいて、前記第２過給機に連結される吸気通路の遮断と開放とを切り替える吸気切替バルブを有し、
前記制御部は、開弁状態にする指示を前記吸気切替バルブが受けた時の前記過給圧のと、閉弁状態にする指示を前記吸気切替バルブが受けた時の前記過給圧との少なくとも一方と、前記回転数とに基づいて、前記吸気切替バルブの故障診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の異常判定装置。
【請求項４】
前記制御バルブの故障診断は、前記内燃機関が始動直後のアイドル状態で運転されている時に行われることを特徴とする請求項２乃至３に記載の異常判定装置。
【請求項５】
並列に配置された第１、第２過給機と、
前記第２過給機の回転数を検出する回転センサと、
前記第１、第２過給機を含む内燃機関の全吸入空気量を検出するエアフローメータと、
前記内燃機関の過給圧を検出する圧力センサと、
前記第１、第２過給機が過給に使用されるツインターボモードにおいて、前記回転数、及び前記過給圧に基づいて、前記第２過給機のサージ診断を行い、前記回転数、前記全吸入空気量、及び前記過給圧に基づいて、前記第１過給機のサージ診断を行う制御部とを備えることを特徴とする前記内燃機関の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並列に配置された２つの過給機を有する内燃機関の異常判定装置に関し、特に一方の過給機の回転数に基づいて異常を判定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
並列に配置された第１、第２過給機を有する内燃機関が提案されている。かかる内燃機関では、運転状態に応じて第２過給機が過給に使用されず第１過給機が過給に使用されるシングルターボモードと、第１、第２過給機が過給に使用されるツインターボモードとが切り替えて使用される。この内燃機関では、ツインターボモードとシングルターボモードとを切り替えるために、吸気切替バルブや排気切替バルブが設けられる。これらの制御バルブの開閉動作が適正に行われなければ目標とする過給圧が得られないばかりでなく、内燃機関を破損させるおそれがある。このため、制御バルブの故障診断など、内燃機関の異常を判定する装置が必要とされている。
【０００３】
これに対して、車両に搭載した過給機の回転数に基づいて、過給機の故障の有無を診断する装置が提案されており、例えば、特許文献１は、１つの過給機を有する内燃機関において、吸気バイパス通路を介して過給圧を逃がしてサージングを回避する制御を行う間に、過給機の回転数に基づいて過給機の故障の有無を診断する装置を開示する。
【特許文献１】特開２００６−５７５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１は、ツインターボモードとシングルターボモードとを切り替えるために使用される吸気切替バルブや排気切替バルブなどの制御バルブを有する形態ではないため、これら制御バルブの故障診断に応用することは出来ない。また、２つの過給機のサージ診断を行うことも出来ない。一方、それぞれの制御バルブに開度センサを設けることによって、これら制御バルブの故障診断を行うことは可能ではあるが、開度センサからの信号を制御部などに伝達するワイヤーハーネスや、回路が余計に必要になり、装置が複雑になる。
【０００５】
したがって本発明の目的は、装置を複雑にすることなく、２つの過給機を有する内燃機関の異常判定を行う装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の異常判定装置は、並列に配置された第１、第２過給機と、第１、第２過給機が過給に使用されるツインターボモードと、第２過給機が過給に使用されず第１過給機が過給に使用されるシングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブと、第２過給機の回転数を検出する回転センサと、制御バルブに、開動作と閉動作との少なくとも一方を行わせたときの回転数に基づいて、制御バルブの故障診断を行う制御部とを備える。
【０００７】
ツインターボモードとシングルターボモードとを切り替えるための制御バルブの動作によって、第２過給機のタービンへの排気ガスの流れや第２過給機のコンプレッサへの空気の流れが変動し、これに応じて第２過給機の回転数も変動する。このため、回転数の挙動に基づいて、制御バルブの故障を診断することが可能になる。また、２つの過給機を備える内燃機関に、第２過給機の回転数を検出する回転センサや、かかる回転数に基づく制御を加えるだけで、制御バルブの故障を診断することが可能になるため、装置を複雑にすることはない。
【０００８】
好ましくは、制御バルブは、第２過給機に連結される排気通路の遮断と開放とを切り替える排気切替バルブを有し、制御部は、シングルターボモードにおいて、開弁状態にする指示を排気切替バルブが受けた時の回転数と、閉弁状態にする指示を排気切替バルブが受けた時の回転数との少なくとも一方に基づいて、排気切替バルブの故障診断を行う。
【０００９】
排気切替バルブが正常に開弁状態になれば、閉弁状態の時に比べて第２過給機のタービンに流入する排気ガスが増加し、第２過給機の回転数が上昇する。一方、排気切替バルブが正常に閉弁状態になれば、開弁状態の時に比べて第２過給機のタービンに流入する排気ガスが減少し、第２過給機の回転数が低下する。このため、かかる状態における第２過給機の回転数を確認することにより、排気切替バルブの故障診断を行うことが可能になる。また、シングルターボモードにおいては、第２過給機が過給に使用されないため、かかる排気切替バルブの開閉動作が、内燃機関の運転状態に与える影響は小さい。
【００１０】
また、好ましくは、内燃機関の過給圧を検出する圧力センサを更に備え、制御バルブは、第２過給機に連結される吸気通路の遮断と開放とを切り替える吸気切替バルブを有し、制御部は、シングルターボモードにおいて、開弁状態にする指示を吸気切替バルブが受けた時の過給圧と、閉弁状態にする指示を吸気切替バルブが受けた時の過給圧との少なくとも一方と、回転数とに基づいて、吸気切替バルブの故障診断を行う。
【００１１】
正常に吸気切替バルブの開閉が行われれば、開弁状態にされることにより、第２過給機のコンプレッサ出口とエンジン本体との間が吸気通路を介して空気が流れる状態にされるため過給圧が変動する。また、閉弁状態にされることにより、第２過給機のコンプレッサ出口とエンジン本体との間の空気の流れが吸気切替バルブで遮断されるため過給圧が変動する。かかる過給圧の変動の度合いは、第２過給機の回転数によっても変動する。従って、かかる状態における過給圧と、第２過給機の回転数を確認することにより、吸気切替バルブの故障診断を行うことが可能になる。また、シングルターボモードにおいては、第２過給機が過給に使用されないため、かかる吸気切替バルブの開閉動作が、内燃機関の運転状態に与える影響は小さい。
【００１２】
さらに好ましくは、制御バルブの故障診断は、内燃機関が始動直後のアイドル状態で運転されている時に行われる。
【００１３】
始動直後に故障診断を行うことにより、出来るだけ早い時点で故障診断を行い、フェールセーフモードに入れることが可能になる。また、アイドル状態で故障診断を行うことにより、故障診断時に排出される排気ガスを出来るだけ少なく抑え、通常の運転とは異なる制御バルブの開閉動作による内燃機関の運転状態に与える影響を小さくすることが可能になる。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の異常判定装置は、並列に配置された第１、第２過給機と、第２過給機の回転数を検出する回転センサと、第１、第２過給機を含む内燃機関の全吸入空気量を検出するエアフローメータと、内燃機関の過給圧を検出する圧力センサと、第１、第２過給機が過給に使用されるツインターボモードにおいて、回転数、及び過給圧に基づいて、第２過給機のサージ診断を行い、回転数、全吸入空気量、及び過給圧に基づいて、第１過給機のサージ診断を行う制御部とを備える。
【００１５】
第２過給機の回転数、及び過給圧から、第２過給機のコンプレッサ性能マップ上の第２作動点が特定され、かかる第２作動点がサージング領域内にあるか否かを判断することによって、第２過給機のサージ診断が可能になる。また、この時、第２過給機のコンプレッサ性能マップ、第２過給機の回転数、及び過給圧から、第２過給機への第２吸入空気量を算出することが出来る。さらに、内燃機関への全吸入空気量と、第２吸入空気量との差異から第１過給機への第１吸入空気量を算出することが出来る。従って、過給圧、及び第１吸入空気量から、第１過給機のコンプレッサ性能マップ上の第１作動点が特定され、かかる第１作動点がサージング領域内にあるか否かを判断することによって、第１過給機のサージ診断が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、装置を複雑にすることなく、２つの過給機を有する内燃機関の異常判定を行う装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。内燃機関１は、制御部５、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂ、エンジン本体３０、コンプレッサ入口側吸気通路５１、コンプレッサ出口側吸気通路５２、吸気マニホールド５５、タービン入口側排気通路７２、及びタービン出口側排気通路７３を備える。
【００１８】
制御部５は、ＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、及び各種データを格納するＲＡＭ等を有し、回転センサ１５等の各種センサからの信号が入力され、また、吸気切替バルブ１９等に制御信号を出力して内燃機関１を含む車両の各部を制御する。制御部５は、特に、回転センサ１５によって検出される第２過給機１３ｂの回転数Ｎなどに基づいて、内燃機関１の異常判定、すなわちツインターボモードと、シングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブ（吸気切替バルブ１９、及び排気切替バルブ３１）の故障診断、及び第１、第２過給機１３ａ、１３ｂのサージ診断を行う。
【００１９】
内燃機関１の運転中、エンジン本体３０の各シリンダーの燃焼室には、コンプレッサ入口側吸気通路５１、コンプレッサ出口側吸気通路５２、及び吸気マニホールド５５を介して、空気が吸入される（図１の実線矢印参照）。インジェクタから噴射された燃料は、吸入された空気と混ざって混合気を形成する。制御部５からの点火信号に基づく点火プラグの点火によって、混合気は燃焼する。混合気の燃焼による爆発力に応じたピストンの往復運動により、クランクシャフト（不図示）が回転する。燃焼により発生した排気ガスは、排気マニホールド７１、タービン入口側排気通路７２、及びタービン出口側排気通路７３を介して排出される（図１の破線矢印参照）。
【００２０】
次に、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂを中心に、内燃機関１の各部の構成を説明する。第１、第２過給機１３ａ、１３ｂは、並列に配列され、第１過給機１３ａが主ターボチャージャーの役割を果たし、第２過給機１３ｂが副ターボチャージャーの役割を果たす。第１過給機１３ａは、低吸入空気量域から高吸入空気量域までで作動し、第２過給機１３ｂは、低吸入空気量域で停止する。従って、低吸入空気量域では、第２過給機１３ｂが過給に使用されず第１過給機１３ａが過給に使用されるシングルターボモードで運転が行われ、高吸入空気量域では、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂが過給に使用されるツインターボモードで運転が行われる。
【００２１】
第１過給機１３ａは、第１タービン１３ａ１、及び第１コンプレッサ１３ａ２を有し、第２過給機１３ｂは、第２タービン１３ｂ１、及び第２コンプレッサ１３ｂ２を有する。第１、第２タービン１３ａ１、１３ｂ１の入口側は、排気マニホールド７１に連通されたタービン入口側排気通路７２と接続する。第１、第２タービン１３ａ１、１３ｂ１の出口側は、排気ガス浄化触媒（不図示）に連通されたタービン出口側排気通路７３と接続する。
【００２２】
第１、第２コンプレッサ１３ａ２、１３ｂ２の入口側は、コンプレッサ入口側吸気通路５１と接続する。コンプレッサ入口側吸気通路５１には、エアクリーナ１１、及びエアクリーナを流れた空気量、即ち全吸入空気量ＧＡを検出するエアフローメータ１２が設けられる。本実施形態では、全吸入空気量ＧＡが、第１過給機１３ａのサージ診断に用いられる。第１、第２コンプレッサ１３ａ２、１３ｂ２の出口側は、吸気マニホールド５５に連通されたコンプレッサ出口側吸気通路５２と接続する。コンプレッサ出口側吸気通路５２には、インタークーラ２３、及びスロットルバルブ２５が設けられる。
【００２３】
ツインターボモードとシングルターボモードとの切り替え、すなわち第２過給機１３ｂの作動と停止の切り替えを行うために、タービン入口側排気通路７２の第２タービン１３ｂ１の入口側に、第２タービン１３ｂ１への排気ガスの流れの遮断と開放との切り替えを行う排気切替バルブ３１が設けられ、コンプレッサ出口側吸気通路５２の第２コンプレッサ１３ｂ２の出口側に、第２コンプレッサ１３ｂ２から吸気マニホールド５５への空気の流れの遮断と開放との切り替えを行う吸気切替バルブ１９が設けられる。
【００２４】
シングルターボモードからツインターボモードへの切り替えを円滑に行うため、コンプレッサ出口側吸気通路５２上であって第２コンプレッサ１３ｂ２の出口と吸気切替バルブ１９との間と、コンプレッサ入口側吸気通路５１の第１コンプレッサ１３ａ２の入口側とを連通する吸気バイパス通路５３が設けられる。吸気バイパス通路５３には、空気の流れの遮断と開放との切り替えを行う吸気バイパスバルブ１７が設けられる。
【００２５】
シングルターボモードの場合には、吸気切替バルブ１９、及び排気切替バルブ３１の両方が閉弁するが、吸気バイパスバルブ１７は開弁し、これにより第１過給機１３ａが作動して、第２過給機１３ｂは停止する。ツインターボモードの場合には、吸気切替バルブ１９、及び排気切替バルブ３１の両方が開弁するが、吸気バイパスバルブ１７は閉弁し、これにより第１、第２過給機１３ａ、１３ｂが作動する。
【００２６】
吸気切替バルブ１９の上流と下流とを連通する吸気リード通路（吸気切替バルブ１９のバイパス通路）５４には、圧力差に応じて開閉する吸気リードバルブ２１が設けられる。すなわち、吸気切替バルブ１９の閉弁時において、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力が、第１コンプレッサ１３ａ２の出口圧力よりも所定量だけ大きくなった場合に、開弁し、空気が吸気リードバルブ２１を介して上流側から下流側に流れる。
【００２７】
吸気バイパス通路５３、及び吸気リード通路５４は、コンプレッサ入口側吸気通路５１、及びコンプレッサ出口側吸気通路５２に比べて細めに設定される。
【００２８】
シングルターボモードからツインターボモードへ運転状態が切り替えられる時は、まず排気切替バルブ３１が閉弁状態から開弁状態にされ、その後吸気バイパスバルブ１７が開弁状態から閉弁状態にされる。これにより、吸気バイパスバルブ１７の開弁状態と吸気切替バルブ１９の閉弁状態を保った状態で徐々に第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力が第２コンプレッサ１３ｂ２のサージを回避しながら上昇し、その後吸気バイパスバルブ１７が閉弁状態にされるとともに吸気リードバルブ２１が開弁する。その後、吸気切替バルブ１９が閉弁状態から開弁状態にされる。吸気切替バルブ１９が開弁状態にされると、吸気リードバルブ２１は閉弁する。
【００２９】
第２過給機１３ｂには、第２過給機１３ｂの回転数Ｎを検出する回転センサ１５が設けられる。本実施形態では、第２過給機１３ｂの回転数Ｎが、ツインターボモードと、シングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブ、すなわち吸気切替バルブ１９と排気切替バルブ３１の故障診断に用いられ、また、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂのサージ診断に用いられる。
【００３０】
また、吸気マニホールド５５内には、過給圧Ｐを検出する圧力センサ２７が設けられる。本実施形態では、過給圧Ｐが、ツインターボモードと、シングルターボモードとを切り替えるために使用される制御バルブ、すなわち吸気切替バルブ１９の故障診断に用いられ、また、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂのサージ診断に用いられる。
【００３１】
なお、本実施形態では、吸気切替バルブ１９の故障診断のために使用される過給圧Ｐを検出するセンサとして、内燃機関１の吸気マニホールド５５内に通常備えられている圧力センサ２７（インマニ圧力センサ）が使用される形態を説明するが、吸気切替バルブ１９の故障診断のために、コンプレッサ出口側吸気通路５２上で且つ吸気切替バルブ１９の下流に配置された別の圧力センサが過給圧Ｐを検出する形態であってもよい。
【００３２】
また、サージ診断のために使用される過給圧Ｐを検出するセンサとして、内燃機関１の吸気マニホールド５５内に通常備えられている圧力センサ２７（インマニ圧力センサ）が使用される形態を説明するが、サージ診断のために、コンプレッサ出口側吸気通路５２上に配置された別の圧力センサが過給圧Ｐを検出する形態であってもよい。
【００３３】
次に、排気切替バルブ３１の故障診断の詳細について、図２のフローチャートを用いて説明する。排気切替バルブ３１の故障診断は、内燃機関１の始動直後で、且つアイドル状態において行われる。始動直後としたのは、排気切替バルブ３１に異常があった場合には内燃機関１を破損するおそれがあるため、出来るだけ早い時点で故障診断を行い、フェールセーフモードに入れるためである。アイドル状態を条件としたのは、故障診断時に排出される排気ガスを出来るだけ少なく抑え、通常の運転とは異なる排気切替バルブ３１などの開閉動作による内燃機関１への影響を小さくするためである。従って、かかる故障診断は、シングルターボモードで運転された状態であって、且つ通常のシングルターボモードにおける開閉状態と異なる開閉状態に排気切替バルブ３１などが設定されても内燃機関１の運転に問題が生じない程度の低負荷状態、低エンジン回転数であれば、他の時期に行っても良いし、その回数も１回に限定されない。
【００３４】
なお、排気切替バルブ３１の故障診断などで使用される回転数上昇閾値Ｎ１、回転数低下閾値Ｎ２、過給圧上昇閾値Ｐ１、及び過給圧低下閾値Ｐ２は、制御部５からの制御信号に従って、排気切替バルブ３１等が正常に開動作または閉動作をした場合に想定される回転数Ｎや過給圧Ｐを示す。
【００３５】
排気切替バルブ３１の故障診断が開始される前の時点では、アイドル状態、すなわち低負荷のシングルターボモードで運転されているため、排気切替バルブ３１は閉弁状態、吸気切替バルブ１９は閉弁状態、及び吸気バイパスバルブ１７は開弁状態にされている。また、第１タービン１３ａ１の可変ノズルは、運転状態に応じた開度に設定されている。
【００３６】
排気切替バルブ３１の故障診断が開始されると、ステップＳ３１で、排気切替バルブ３１を開弁状態にし、第１タービン１３ａ１の可変ノズルを全閉状態にするそれぞれの指示に関する制御信号が、制御部５から排気切替バルブ３１などに出力される。かかる制御信号に基づいて、排気切替バルブ３１などが正常に動作した場合は、エンジン本体３０から排出される排気ガスの殆どは、第２タービン１３ｂ１に供給され、第２過給機１３ｂの回転数Ｎが回転数上昇閾値Ｎ１以上に上昇する。
【００３７】
なお、第１タービン１３ａ１の可変ノズルを全閉状態にしたのは、出来るだけ第１タービン１３ａ１への排気ガスの流入を抑え、第２タービン１３ｂ１への排気エネルギーを確保して、ステップＳ３２、及びステップＳ３５での回転数Ｎの検出感度を高めるためである。従って、第１タービン１３ａ１の可変ノズルの全閉状態は、完全にノズルを締め切った状態でなくてもよい。
【００３８】
ステップＳ３２で、制御部５は、第２過給機１３ｂの回転数Ｎが回転数上昇閾値Ｎ１以上に上昇したか否かを判断する。上昇していない場合は、排気切替バルブ３１がステップＳ３１で出力された制御信号に従って正常に開閉動作しておらず、第２タービン１３ｂ１に排気ガスが適切に供給されていないとして、ステップＳ３３に進められる。上昇している場合は、ステップＳ３４に進められる。
【００３９】
ステップＳ３３で、制御部５は、排気切替バルブ３１の開弁動作に異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、排気切替バルブ１９の故障診断を終了する。
【００４０】
ステップＳ３４で、排気切替バルブ３１を閉弁状態にする指示に関する制御信号が、制御部５から排気切替バルブ３１に出力される。かかる制御信号に基づいて、排気切替バルブ３１が正常に動作した場合は、エンジン本体３０から排出される排気ガスの第２タービン１３ｂ１への供給が排気切替バルブ３１により遮断されるため、第２タービン１３ｂ１の回転数Ｎが回転数低下閾値Ｎ２以下に低下する。
【００４１】
ステップＳ３５で、制御部５は、第２過給機１３ｂの回転数Ｎが回転数低下閾値Ｎ２以下に低下したか否かを判断する（Ｎ１＞Ｎ２）。低下していない場合は、排気切替バルブ３１がステップＳ３４で出力された制御信号に従って閉弁しておらず、第２タービン１３ｂ１への排気ガスの供給が適切に遮断されていないとして、ステップＳ３７に進められる。低下している場合は、ステップＳ３６に進められる。
【００４２】
なお、ステップＳ３４において、排気切替バルブ３１を閉弁状態にする場合に、第１タービン１３ａ１の可変ノズルの開度は全閉状態から通常の開度に戻しておいてもよい。全閉状態を維持した方が第２過給機１３ｂの回転数低下を確認しやすいが、排気ガスの排出のために、全閉状態から通常の開度にしておいた方が望ましい。
【００４３】
ステップＳ３６で、制御部５は、排気切替バルブ３１の開閉動作が正常であると判定し、各制御バルブを故障診断前の開閉状態に戻した後、排気切替バルブ３１の故障診断を終了する。ステップＳ３７で、制御部５は、排気切替バルブ３１の閉弁動作に異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、排気切替バルブ３１の故障診断を終了する。
【００４４】
これにより、排気切替バルブ３１に開弁状態と閉弁状態とを監視する開度センサなどを設けることなく、排気切替バルブ３１の故障診断を行うことが可能になる。なお、ステップＳ３１〜Ｓ３７までの制御は、数秒程度で完了出来るため、排気切替バルブ３１等の開閉動作が、内燃機関１の運転状態に与える影響は小さい。
【００４５】
また、排気切替バルブ３１の故障診断における、排気切替バルブ３１の開閉指示手順、及び他のバルブの開閉状態は、検出感度の観点などから上述の形態が望ましいが、これに限られるものではなく、他の手順などであっても、排気切替バルブ３１が開弁状態にする指示を受けた時の第２過給機１３ｂの回転数Ｎの挙動と、排気切替バルブ３１が閉弁状態にする指示を受けた時の第２過給機１３ｂの回転数Ｎの挙動の少なくとも一方に基づいて、排気切替バルブ３１の故障診断を行うことが可能である。
【００４６】
次に、吸気切替バルブ１９の故障診断の詳細について、図３のフローチャートを用いて説明する。吸気切替バルブ１９の故障診断は、内燃機関１の始動直後で、且つアイドル状態において行われる。始動直後とした理由、アイドル状態を条件とした理由は、排気切替バルブ３１の故障診断の場合と同様である。
【００４７】
吸気切替バルブ１９の故障診断が開始される前の時点では、アイドル状態、すなわち低負荷のシングルターボモードで運転されているため、排気切替バルブ３１は閉弁状態、吸気切替バルブ１９は閉弁状態、及び吸気バイパスバルブ１７は開弁状態にされている。また、第１タービン１３ａ１の可変ノズルは、運転状態に応じた開度に設定されている。
【００４８】
吸気切替バルブ１９の故障診断が開始されると、ステップＳ５１で、排気切替バルブ３１を開弁状態にし、第１タービン１３ａ１の可変ノズルを全閉状態にするそれぞれの指示に関する制御信号が、制御部５から排気切替バルブ３１などに出力される。かかる制御信号に基づいて、排気切替バルブ３１などが正常に動作した場合は、エンジン本体３０から排出される排気ガスの殆どは、第２タービン１３ｂ１に供給され、第２過給機１３ｂの回転数Ｎが上昇する。
【００４９】
また、第２タービン１３ｂ１の回転にともない、第２コンプレッサ１３ｂ２が回転し、第２コンプレッサ１３ｂ２に空気が吸入される。吸気バイパス通路５３は、コンプレッサ出口側吸気通路５２に比べて細いため、第２コンプレッサ１３ｂ２に吸入された空気の一部は、吸気バイパス通路５３を介してコンプレッサ入口側吸気通路５１に到達するが、残りはコンプレッサ出口側吸気通路５２上であって第２コンプレッサ１３ｂ２の出口と吸気切替バルブ１９との間に押し込められる。このため、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力が上昇する。
【００５０】
第１タービン１３ａ１の可変ノズルを全閉状態にした理由は、排気切替バルブ３１の故障診断の場合と同様である。
【００５１】
ステップＳ５２で、制御部５は、第２過給機１３ｂの回転数Ｎが回転数上昇閾値Ｎ１以上に上昇したことを確認した後、ステップＳ５３に進められる。
【００５２】
ステップＳ５３で、吸気切替バルブ１９を開弁状態に切り替えた後、すぐに閉弁状態にする指示に関する制御信号が、制御部５から吸気切替バルブ１９に出力される。
【００５３】
かかる制御信号に基づいて、吸気切替バルブ１９が正常に動作した場合は、吸気切替バルブ１９が開弁状態にされることにより、第２コンプレッサ１３ｂ２に流入した空気が、吸気バイパス通路５３に流入するだけでなく、コンプレッサ出口側吸気通路５２を介して吸気マニホールド５５に流入するため、過給圧Ｐが上昇する。また、その後吸気切替バルブ１９が閉弁状態にされることにより、第２コンプレッサ１３ｂ２から吸気マニホールド５５への空気の流れは遮断され、上昇した過給圧Ｐは低下する。
【００５４】
ステップＳ５４で、制御部５は、過給圧Ｐが、第２過給機１３ｂの回転数Ｎに応じて変動する過給圧上昇閾値Ｐ１以上に上昇し、且つその後、第２過給機１３ｂの回転数Ｎに応じて変動する過給圧低下閾値Ｐ２以下に低下したか否かを判断する。過給圧上昇閾値Ｐ１、及び過給圧低下閾値Ｐ２を、第２過給機１３ｂの回転数Ｎに対応させたのは、第２過給機１３ｂの回転数Ｎに応じて、第２コンプレッサ１３ｂ２で圧縮される空気量が変動し、第２コンプレッサ１３ｂ２の出口圧力が変動することを考慮したものである。
【００５５】
過給圧上昇閾値Ｐ１の設定に使用される回転数Ｎは、過給圧Ｐが過給圧上昇閾値Ｐ１以上に上昇したか否かを判断する時点近傍で検出されたものが使用される。同様に過給圧低下閾値Ｐ２の設定に使用される回転数Ｎは、過給圧Ｐが過給圧低下閾値Ｐ２以下に低下したか否かを判断する時点近傍で検出されたものが使用される。回転数Ｎが高い場合は、過給圧上昇閾値Ｐ１、及び過給圧低下閾値Ｐ２は、いずれも高い値に設定され、回転数Ｎが低い場合は、過給圧上昇閾値Ｐ１、及び過給圧低下閾値Ｐ２は、いずれも低い値に設定される。
【００５６】
なお、排気切替バルブ３１の故障診断などで使用される回転数上昇閾値Ｎ１、回転数低下閾値Ｎ２、過給圧上昇閾値Ｐ１、及び過給圧低下閾値Ｐ２は、制御部５からの制御信号に従って、排気切替バルブ３１等が正常に開動作または閉動作をした場合に想定される回転数Ｎや過給圧Ｐを示す。
【００５７】
過給圧Ｐが過給圧上昇閾値Ｐ１以上に上昇しない場合は、吸気切替バルブ１９がステップＳ５３で出力された制御信号に従って開弁しておらず、第２コンプレッサ１３ｂ２からの圧縮空気がコンプレッサ出口側吸気通路５２を介して吸気マニホールド５５に適切に流入していないと判断される。また、過給圧Ｐが過給圧上昇閾値Ｐ１以上に上昇したとしても、その後、過給圧低下閾値Ｐ２以下に低下しない場合は、吸気切替バルブ１９がステップＳ５３で出力された制御信号に従って閉弁しておらず、第２コンプレッサ１３ｂ２からの圧縮空気の吸気マニホールド５５への流入が適切に遮断できていないと判断される。このため、ステップＳ５４の条件の少なくとも１つを満たさない場合は、ステップＳ５６に進められる。ステップＳ５４の条件を総て満たす場合は、ステップＳ５５に進められる。
【００５８】
ステップＳ５５で、制御部５は、吸気切替バルブ１９の開閉動作が正常であると判定し、各制御バルブを故障診断前の開閉状態に戻した後、吸気切替バルブ１９の故障診断を終了する。ステップＳ５６で、制御部５は、吸気切替バルブ１９の開閉動作に異常が存在すると判定し、フェールセーフモードにした後、吸気切替バルブ１９の故障診断を終了する。
【００５９】
これにより、吸気切替バルブ１９に開弁状態と閉弁状態とを監視する開度センサなどを設けることなく、吸気切替バルブ１９の故障診断を行うことが可能になる。なお、ステップＳ５１〜Ｓ５６までの制御は、数秒程度で完了出来るため、かかる吸気切替バルブ１９等の開閉動作が、内燃機関１の運転状態に与える影響は小さい。
【００６０】
なお、吸気切替バルブ１９の故障診断における、吸気切替バルブ１９の開閉指示手順、及び他のバルブの開閉状態は、検出感度の観点などから上述の形態が望ましいが、これに限られるものではなく、他の手順などであっても、吸気切替バルブ１９が開弁状態にする指示を受けた時の過給圧Ｐの挙動と、吸気切替バルブ１９が閉弁状態にする指示を受けた時の過給圧Ｐの挙動の少なくとも一方と、回転数Ｎとに基づいて、吸気切替バルブ１９の故障診断を行うことが可能である。
【００６１】
また、本実施形態における、排気切替バルブ３１の故障診断、及び吸気切替バルブ１９の故障診断を順次繰り返して行うことにより、排気切替バルブ３１と吸気切替バルブ１９の一方が故障した場合に、他の制御バルブが故障するまでに、かかる故障を発見することが出来る。
【００６２】
次に、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂのサージ診断の詳細について、図４のフローチャートを用いて説明する。第１、第２過給機１３ａ、１３ｂのサージ診断は、ツインターボモード、すなわち吸気切替バルブ１９、及び排気切替バルブ３１の両方が開弁し、吸気バイパスバルブ１７は閉弁した状態で内燃機関１が運転されている間、常時行われる。
【００６３】
第１、第２過給機１３ａ、１３ｂのサージ診断が開始されると、ステップＳ７１で、回転数Ｎと、過給圧Ｐから算出される第２コンプレッサ１３ｂ２の入口と出口の圧力比πとに基づいて、第２過給機１３ｂのコンプレッサ性能マップ上の第２作動点が算出される。
【００６４】
コンプレッサ性能マップは、縦軸にコンプレッサの入口と出口の圧力比π、横軸にコンプレッサに流入する空気量、すなわち吸入空気量をとり、コンプレッサの回転数Ｎ、圧力比π、及び吸入空気量の関係及びサージ限界などを表す。図５は、第２コンプレッサ１３ｂ２のコンプレッサ性能マップの一例を示す。コンプレッサ性能マップ上の実線Ｎ１１〜Ｎ１４は、コンプレッサを含む過給機の等回転数曲線であり、右上に行くに従い高回転数になる（Ｎ１１＜Ｎ１２＜Ｎ１３＜Ｎ１４）。また、コンプレッサ性能マップ上の破線ＳＬはサージングライン（サージ限界）であり、このサージングラインＳＬよりも左側の領域がサージング領域である。かかるコンプレッサ性能マップは、用いられるコンプレッサ固有のものであり、予め実験により性能特性が求められ、制御部５のＲＯＭなどに記録されている。第１コンプレッサ１３ａ２についても同様のコンプレッサ性能マップが用意される。
【００６５】
ステップＳ７２で、第２作動点が、サージング領域内にあるか否かが判断される。サージング領域内にある場合は、第２過給機１３ｂについてサージングが発生するおそれがあるとして、ステップＳ７３に進められる。サージング領域内にない場合は、ステップＳ７４に進められる。
【００６６】
ステップＳ７３で、第２過給機１３ｂの可変ノズルのノズル位置制御に対して、第２過給機１３ｂのサージングを回避するフィードバックが行われ、ステップＳ７４に進められる。
【００６７】
ステップＳ７４で、第２コンプレッサ１３ｂ２のコンプレッサ性能マップ、第２過給機１３ｂの回転数Ｎ、及び過給圧Ｐから算出される第２コンプレッサ１３ｂ２の圧力比πに基づいて、第２コンプレッサ１３ｂ２に流入する第２吸入空気量ＧＡ２が算出される。
【００６８】
ステップＳ７５で、全吸入空気量ＧＡと第２吸入空気量ＧＡ２との差異から、第１コンプレッサ１３ｂ１に流入する第１吸入空気量ＧＡ１が算出される。
【００６９】
ステップＳ７６で、過給圧Ｐから算出される圧力比πと第１吸入空気量ＧＡ１とに基づいて、第１過給機１３ａのコンプレッサ性能マップ上の第１作動点が算出される。ステップＳ７７で、第１作動点が、サージング領域内にあるか否かが判断される。サージング領域内にある場合は、第１過給機１３ａについてサージングが発生するおそれがあるとして、ステップＳ７８に進められる。サージング領域内にない場合は、ステップＳ７１に戻され、サージ診断が繰り返し行われる。
【００７０】
ステップＳ７８で、第１過給機１３ａの可変ノズルのノズル位置制御に対して、第１過給機１３ａのサージングを回避するフィードバックが行われ、その後、ステップＳ７１に戻され、サージ診断が繰り返し行われる。
【００７１】
これにより、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂのサージ診断を行うことが可能になる。なお、ステップＳ７４〜Ｓ７７の手順は、数十ｍｓ程度の時間で行われるため、ステップＳ７３における第２過給機１３ｂのノズル位置制御のフィードバックと、ステップＳ７８における第１過給機１３ａのノズル位置制御のフィードバックとは、ほぼ同時に行われる。
【００７２】
本実施形態では、エアフローメータ１２で得られた全吸入空気量ＧＡ、回転センサ１５で得られた第２過給機１３ｂの回転数Ｎ、及び圧力センサ２７で得られた過給圧Ｐに基づいて、内燃機関１の異常判定、すなわちツインターボモードとシングルターボモードとを切り替えるために使用される吸気切替バルブ１９、及び排気切替バルブ３１の故障診断を行うことが可能になり、また、第１、第２過給機１３ａ、１３ｂのサージ診断を行うことが可能になる。
【００７３】
なお、エアフローメータ１２や圧力センサ２７は、かかる異常判定を行わない場合でも、過給機を搭載する内燃機関に通常備えられるものである。このため、本実施形態では、回転センサ１５を新たに追加するだけで、内燃機関１の異常判定を行うことが可能になるため、かかる異常判定のために装置を複雑にすることはない。特に、故障診断を行うバルブのそれぞれに開度センサを設けて、故障診断を行う形態に比べて、ワイヤーハーネスや回路を簡素化出来るメリットを有する。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本実施形態における内燃機関の構成図である。
【図２】排気切替バルブの故障診断の手順を示すフローチャートである。
【図３】吸気切替バルブの故障診断の手順を示すフローチャートである。
【図４】第１、第２過給機のサージ診断の手順を示すフローチャートである。
【図５】第２コンプレッサのコンプレッサ性能マップを示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  内燃機関
５  制御部
１１  エアクリーナ
１２  エアフローメータ
１３ａ、１３ｂ  第１、第２過給機
１３ａ１、１３ｂ１  第１、第２タービン
１３ａ２、１３ｂ２  第１、第２コンプレッサ
１５  回転センサ
１７  吸気バイパスバルブ
１９  吸気切替バルブ
２１  吸気リードバルブ
２３  インタークーラ
２５  スロットルバルブ
２７  圧力センサ
３０  エンジン本体
３１  排気切替バルブ
５１  コンプレッサ入口側吸気通路
５２  コンプレッサ出口側吸気通路
５３  吸気バイパス通路
５４  吸気リード通路
５５  吸気マニホールド
７１  排気マニホールド
７２  タービン入口側排気通路
７３  タービン出口側排気通路
【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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