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JP4365342B2 - ターボチャージャの異常判定装置 - Google Patents

ターボチャージャの異常判定装置 Download PDF

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Description

この発明は、内燃機関の運転状態に応じて過給圧を変更可能な過給圧変更機構を備えるターボチャージャについてその異常を判定する異常判定装置に関する。
従来、吸入空気を強制的に機関燃焼室内に送り込むことにより充填効率を高める過給システムとして、排気圧を利用するターボチャージャが広く知られている。このターボチャージャにあっては、その過給圧を内燃機関の運転状態に応じて適宜調整するのが望ましい。そこで、タービンホイールに排気を供給する通路にその通路断面積を変更する可変ノズルを設け、その可変ノズルの開度調節を通じてタービンホイールに吹き付けられる排気の流量及び流速を調整することにより、過給圧を変更するようにしたターボチャージャが実用されるに至っている。
こうした過給圧変更機構を備えたターボチャージャでは、機関運転状態に基づいて目標過給圧が設定され、その目標過給圧と実過給圧とが一致するように可変ノズルの開度が変更される。その結果、ターボチャージャの実過給圧を機関運転状態に見合った圧力に変更することができる。
ところで、この種のターボチャージャでは、例えば可変ノズルが固着する等してその過給圧変更機能が低下すると機関運転状態に応じて過給圧を適切に制御することができなくなる。そこで、目標過給圧と実過給圧との乖離度合を監視し、その乖離が大きくなった場合にはターボチャージャの過給圧変更機構に異常がある旨判定し、その異常に対処するようにしている。またその他、特許文献1にも、こうしたターボチャージャの異常を判定する装置の一例が提案されている。
特開平10−196381号公報
ところで、過給圧変更機構を備えるターボチャージャにあっては、可変ノズルが閉じられてタービンホイールに吹き付けられる排気の流量及び流速が増大した状態で固着した場合のように、その過給圧変更機構の過給度合が比較的大きい状態のままこれが動作しなくなる、といった異常の発生が懸念される。こうした異常が発生した場合、タービンホイールに吹き付けられる排気の流量及び流速が必要以上に増大することとなり、排気通路において機関燃焼室からターボチャージャに至るまでの部分における排気圧も上昇するようになる。その結果、この排気圧の上昇によって排気系配管の損傷を招いたり、排気弁が開弁して排気が再び機関燃焼室に漏出したりする懸念がある。従って、こうした異常については極力速やかに判定してこれに対処するのが望ましい。
しかしながら、単に目標過給圧と実過給圧との乖離度に基づいてターボチャージャの異常を判定するようにした場合には、以下のような不都合が生じ得る。即ち、機関運転状態の変化に伴って目標過給圧が大きく変化したような場合、過給圧変更機構の応答遅れ等に起因して目標過給圧の変化に対して実過給圧が速やかに追従することができないことがある。このため、仮に過給圧変更機構に異常が発生しておらず、その後、実過給圧が目標過給圧に収束するような場合であっても、そうした一時的な乖離が生じていることをもって異常がある旨誤判定されてしまうようになる。また、こうした誤判定を避けるため、例えば、実過給圧と目標過給圧との間に乖離が生じた状態が所定期間継続したことをもって異常判定を行うようにすることが考えられる。但し、実過給圧が目標過給圧に収束するまでの時間は、目標過給圧の変化量や過給圧変更機構の応答性にかかる経年変化等々によって異なるものとなるため、上記方法ではこれを見込んで、上記所定期間を長めに設定せざるを得ない。従って、過給圧変更機構に実際に異常が生じている場合には、その異常判定が遅れてしまうことになる。
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、内燃機関とターボチャージャとの間の排気通路においてその排気圧が過度に上昇する異常について、誤判定を避けつつこれを速やかに判定することのできるターボチャージャの異常判定装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
先ず、請求項1に係る発明は、内燃機関の運転状態に応じて過給圧を変更可能な過給圧変更機構を備えるターボチャージャについてその異常を判定する異常判定装置であって、前記ターボチャージャの目標過給圧と実過給圧との乖離度に基づいてその異常である旨判定する異常判定手段と、前記内燃機関から前記ターボチャージャに至る排気通路の排気圧が前記排気通路の構成部材の耐久性を維持するために許容される排気圧の範囲内にあることを条件として、機関運転状態に基づいて推定される排気圧が相対的に低い状態にあることを判定する排気圧判定手段と、前記排気圧判定手段により前記排気圧が相対的に低い状態であると判定されるときに異常である旨の判定がなされ難いように前記異常判定の態様を変更する変更手段とを備えることをその要旨とする。
同構成では、内燃機関からターボチャージャに至る排気通路の排気圧を機関運転状態に基づいて推定し、その推定される排気圧が相対的に低い状態にあるときには、仮に実過給圧が目標過給圧を上回る状況にあっても、異常である旨の判定がなされ難いように異常判定態様が変更される。このため、上記排気圧が低く、排気系配管の損傷等の可能性が低い場合には、異常である旨の判定がなされ難くなるように異常判定態様が変更される。一方、排気圧が上昇した場合にはこうした変更は行われず通常の態様をもって異常判定が行われる。従って、同構成によれば、過給圧変更機構の過給度合が比較的大きい状態のままこれが動作しなくなる等の要因により排気圧が過度に上昇する異常について、誤判定を避けつつこれを速やかに判定するができる。
なお、ここで、上述の「異常である旨の判定がなされ難い」には、異常である旨の判定がなされない即ち異常である旨の判定が禁止される、といった状態、及び、こうした判定の禁止がなされない範囲でその判定の頻度が低下する、といった状態の双方が含まれるものとする。
内燃機関からターボチャージャに至る排気通路の排気圧は、ターボチャージャによる過給作用を通じて実過給圧(吸気圧)が高くなっているときほど、高くなる傾向がある。この点に鑑み、請求項2に記載の発明では、実過給圧が所定の過給圧判定値以下であり、実過給圧が相対的に低い場合には、排気圧が相対的に低い状態にある旨判定するようにしている。従って、同構成によれば、排気圧の推定を的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を高めることができるようになる。
また、実過給圧が高くなっている状況のもと、更に機関回転速度が上昇すると、その上昇に伴って内燃機関から排出される排気の流量も基本的に増大するため、同内燃機関とターボチャージャとの間の排気通路における排気圧もそれに伴って上昇するようになる。この点に鑑み、請求項3に記載の発明では、機関回転速度が高いときほど過給圧判定値を小さく設定するようにしている。従って、同構成によれば、排気圧の推定を更に的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を一層高めることができるようになる。
燃料噴射量が多くなると、機関燃焼圧が上昇するとともに、機関燃焼に際して機関燃焼室に取り込まれる吸入空気の量も増大するようになる。その結果、内燃機関からターボチャージャに至る排気通路の排気圧も高くなる。この点に鑑み、請求項4に記載の発明では、燃料噴射量が所定の燃料噴射量判定値以下であり、燃料噴射量が相対的に少ない場合には、排気圧が相対的に低い状態にある旨判定するようにしている。従って、同構成によれば、排気圧の推定を的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を高めることができるようになる。
なお、請求項2又は3記載の構成に請求項4記載の構成を適用する際には、実過給圧が所定の過給圧判定値以下である、燃料噴射量が所定の燃料噴射量判定値以下である、の両条件の双方が満たされているとき排気圧が相対的に低い状態にある旨判定するようにしてもよいが、誤判定を好適に回避する上では、それら条件の少なくとも一つが満たされているときに、排気圧が相対的に低い状態にあるとして異常である旨の判定がなされ難いようにその判定態様を変更するのが望ましい。
また、燃料噴射量が多くなっている状況のもと、更に機関回転速度が上昇すると、その上昇に伴って内燃機関から排出される排気の流量も基本的に増大するため、同内燃機関とターボチャージャとの間の排気通路における排気圧もそれに伴って上昇するようになる。この点に鑑み、請求項5に記載の発明では、機関回転速度が高いときほど燃料噴射量判定値を小さく設定するようにしている。従って、同構成によれば、排気圧の推定を更に的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を一層高めることができるようになる。
吸入空気量(時間当たりに内燃機関に供給される吸入空気の量)が多くなると、機関燃焼に際して機関燃焼室に取り込まれる吸入空気の量も増大するようになる。その結果、内燃機関からターボチャージャに至る排気通路の排気圧も高くなる。この点に鑑み、請求項6に記載の発明では、吸入空気量が所定の吸入空気量判定値以下であり、吸入空気量が相対的に少ない場合には、排気圧が相対的に低い状態にある旨判定するようにしている。従って、同構成によれば、排気圧の推定を的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を高めることができるようになる。
なお、請求項2〜5のいずれかに記載の構成に請求項6記載の構成を適用する際には、実過給圧が所定の過給圧判定値以下である、燃料噴射量が所定の燃料噴射量判定値以下である、吸入空気量が所定の吸入空気量判定値以下である、の各条件の全てが満たされているとき排気圧が相対的に低い状態にある旨判定するようにしてもよいが、誤判定を好適に回避する上では、それら条件の少なくとも一つが満たされているときに、排気圧が相対的に低い状態にあるとして異常である旨の判定がなされ難いようにその判定態様を変更するのが望ましい。
また、上記吸入空気量が多くなっている状況のもと、機関回転速度が低下すると、一回の機関燃焼に際して機関燃焼室に取り込まれる吸入空気の量が増大するため圧縮比が増大し、内燃機関とターボチャージャとの間の排気通路における排気圧もそれに伴って上昇するようになる。この点に鑑み、請求項7に記載の発明では、機関回転速度が高いときほど吸入空気量判定値を大きく設定するようにしている。従って、同構成によれば、排気圧の推定を更に的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を一層高めることができるようになる。
上述したように、過給圧変更機構の過給度合が比較的大きい状態のままこれが動作しなくなると、タービンホイールに吹き付けられる排気の流量及び流速が必要以上に増大するため、機関燃焼室からターボチャージャに至る排気通路における排気圧が過度に上昇するといった状況が発生し易くなる。この点に鑑み、請求項8に記載の構成では、過給圧変更機構による過給度合が最大に固定された状態にあるときの、機関回転速度、実過給圧、燃料噴射量、並びに吸入空気量の関係を予め記憶しておき、その関係と機関回転速度とに基づいて上記排気圧が相対的に低い状態にある旨判定するようにしている。従って、同構成によれば、過給圧変更機構の過給度合が比較的大きい状態のままこれが動作しなくなって排気圧が過度に上昇した状態になるか否かが判定され、そのような状態になく排気圧が相対的に低い状態であるときには異常である旨の判定がなされ難いように異常判定の態様が変更される。その結果、ターボチャージャの異常についてこれが誤判定されるのを適切に回避することができるようになる。
また、このように過給圧変更機構の過給度合が比較的大きい状態のままこれが動作しなくなって排気圧が過度に上昇した状態になるか否かを判定する際の具体的な態様としては、請求項9に記載の発明によるように、機関回転速度を独立変数として、過給圧判定値、燃料噴射量判定値、並びに吸入空気量判定値を求める各関数をそれぞれ記憶しておき、実過給圧が前記過給圧判定値以下である、燃料噴射量が前記燃料噴射量判定値以下である、並びに吸入空気量が前記吸入空気量判定値以下である、の各条件のうちいずれかが満たされているときに排気圧が相対的に低い状態にある旨判定して異常判定態様を変更するようにするのが望ましい。
実過給圧が高くなっている状況のもと、更に機関回転速度が上昇すると、その上昇に伴って内燃機関から排出される排気の流量も基本的に増大するため、同内燃機関とターボチャージャとの間の排気通路における排気圧もそれに伴って上昇するようになる。この点に鑑み、請求項10に記載の発明では、機関回転速度が高いときほど過給圧判定値を小さく設定するようにしている。従って、同構成によれば、排気圧の推定を更に的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を一層高めることができるようになる。
燃料噴射量が多くなっている状況のもと、更に機関回転速度が上昇すると、その上昇に伴って内燃機関から排出される排気の流量も基本的に増大するため、同内燃機関とターボチャージャとの間の排気通路における排気圧もそれに伴って上昇するようになる。この点に鑑み、請求項11に記載の発明では、機関回転速度が高いときほど燃料噴射量判定値を小さく設定するようにしている。従って、同構成によれば、排気圧の推定を更に的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を一層高めることができるようになる。
吸入空気量が多くなっている状況のもと、更に機関回転速度が低下すると、一回の機関燃焼に際して機関燃焼室に取り込まれる吸入空気の量が増大するため、圧縮比の増大に伴って内燃機関とターボチャージャとの間の排気通路における排気圧もそれに伴って上昇するようになる。この点に鑑み、請求項12に記載の発明では、機関回転速度が高いときほど吸入空気量判定値を大きく設定するようにしている。従って、同構成によれば、排気圧の推定を更に的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を一層高めることができるようになる。
また、請求項1〜12のいずれか一項に記載のターボチャージャの異常判定装置において、異常である旨判定され難くなるよう変更手段によってなされる異常判定態様の変更としては、例えば、目標過給圧と実過給圧との乖離度に基づいて上記異常判定がなされるときの判定基準(乖離度判定値)を乖離度の大きい側に変更する、といった構成の他、請求項13に記載の構成によるように、異常である旨判定されることを禁止する、といった構成を採用することができる。
以下、本発明を車載用ディーゼル内燃機関のターボチャージャの異常判定装置に具体化した一実施形態を図1〜図5に従って説明する。
図1は、ターボチャージャが搭載されたディーゼル内燃機関及びその吸気・排気系の構成を示している。同図に示されるようにディーゼル内燃機関(以下、単に内燃機関と称する)10には、吸気通路11及び排気通路12が接続されている。吸気通路11を介して内燃機関10の図示しない機関燃焼室に導入された吸入空気(吸気)は同室において燃料の燃焼に供されその燃焼により生じたガスが排気として排気通路12に導出される。
これら吸気通路11及び排気通路12の途中には、排気の圧力(排気圧)を利用して機関燃焼室への吸気の過給を行うターボチャージャ20が設けられている。ターボチャージャ20は機関燃焼室に導入される吸気を加圧するためのコンプレッサホイール21、及び同室から導出された排気の圧力を受けて回転するタービンホイール22を備えている。これらコンプレッサホイール21とタービンホイール22とはロータシャフト23により一体回転可能に連結されており、タービンホイール22の回転が同ロータシャフト23を介してコンプレッサホイール21に伝達されるようになっている。
ターボチャージャ20は機関燃焼室に導入される吸気の過給圧を変更するための過給圧変更機構25を備えている。過給圧変更機構25は、タービンホイール22の回転駆動にかかる排気の流量及び流速を変更すべく同タービンホイール22の上流側で排気通路12の通路断面積を変更可能な可変ノズル26、及びこれを変位させるためのアクチェータ27を有する。
過給圧変更機構25における過給の度合(過給度合)は、可変ノズル26の開度(ノズル開度)Naがその変更可能な範囲において最も大きい即ち最も全開側にあるとき最小となる。一方、上記過給度合が最大となるときのノズル開度Naは、上述の最大開度よりも小さい値、即ちこれよりも全閉側の値に設定されている。このノズル開度Naの調節はECU(電子制御装置)30によるアクチェータ27の駆動制御を通じて行われる。
ECU30は燃料噴射制御等、内燃機関10における種々の制御を統括して実行するものであり、演算装置、駆動回路等の他、各種制御の演算結果やその演算に用いられる関数マップ等を記憶するメモリ31を備えている。ECU30は機関燃焼室に燃料を供給するための図示しないインジェクタにおける燃料噴射量Qをアクセル開度等に基づき算出するとともに、算出された燃料噴射量Qや、機関回転速度Ne等といった機関運転状態に基づいて、上記過給圧の目標値(目標過給圧)Pimtrgを算出する。そしてECU30は、吸気通路11においてコンプレッサホイール21の下流側に設けられた過給圧センサ35を介して検出された上記過給圧の実際値(実過給圧)Pimが目標過給圧Pimtrgと同じ値となるようにアクチェータ27をフィードバック制御する。
なお、吸気通路11においてコンプレッサホイール21の上流側には、吸入空気量(時間当たりに内燃機関10に供給される吸気の量)Gaを検出するための吸気量センサ36が設けられている。
上記のように過給圧変更機構25を備えるターボチャージャ20にあっては、例えば可変ノズル26が固着する等してその過給圧変更機能が低下すると機関運転状態に応じて上記過給圧を適切に制御することができなくなる。特に過給圧変更機構25の過給度合が最大となった状態で上記のような可変ノズル26の固着が生じた場合には、排気通路12において機関燃焼室からターボチャージャ20に至る領域(図1における領域Ahp)の排気圧Peが過度に高くなって同通路12の構成部材の耐久性が著しく低下する懸念が生じることにもなる。
そこで本実施形態では、目標過給圧Pimtrgと実過給圧Pimとの乖離度を監視し、その乖離度が大きくなった場合には過給圧変更機構25に異常がある旨判定するとともに、その旨を車室内のインジケータに表示させるようにしている。
ところで、こうしたターボチャージャ20の異常判定を単に上記乖離度に基づいてのみ行うようにした場合には、目標過給圧Pimtrgの急低下時における過給圧変更機構25の応答遅れに起因する誤判定、或いはこうした誤判定のなされぬよう判定時間が拡大設定されることによる異常判定の遅れが生じるといった不都合が懸念される。
そのため本実施形態では、こうした不都合を解消すべく機関運転状態に応じて異常判定の態様を変更するようにしている。より具体的には、排気通路12の構成部材の耐久性を高く維持するといった観点から、同通路12における領域Ahpの排気圧Peが過度に高いものとならない範囲で、過給圧変更機構25に異常がある旨の判定が極力なされ難くなるように上記異常判定態様を変更するようにしている。
以下では、ECU30において実行されるこうしたターボチャージャ20の異常判定制御ルーチンについて、図2に示されるフローチャートに基づいて更に詳しく説明する。なお、この制御ルーチンは所定の時間周期で割り込み実行される。
この異常判定処理においてECU30は、目標過給圧Pimtrgと実過給圧Pimとの乖離度が所定の乖離度判定値より大きいか否かの判定を繰り返し実行する。そして上記乖離度が上記乖離度判定値より大きい旨の判定が連続してなされ且つその連続回数が所定の判定値を超えたことをもって過給圧変更機構25に異常がある旨判定するとともにその旨のインジケータ表示を行うようにしている。
更に本実施形態では、上記乖離度が上記乖離度判定値よりも大きいか否かの判定に関してその実行条件を設けることで、過給圧変更機構25に異常がある旨の判定がなされ難くなるようにしている。ここでは、上記排気圧Peが最大許容圧Pemaxを超えた状態でのみ上記判定が実行されるように上記実行条件を設定している。最大許容圧Pemaxは排気通路12の構成部材の耐久性を高く維持するといった観点において最大限に許容される排気圧Peとして設定される。即ち本制御ルーチンはこうした耐久性の維持を図りつつ過給圧変更機構25に異常がある旨の判定が極力なされ難くなるようにするためのものである。
本制御ルーチンでは、ステップS110,S120,S130がこの実行条件に相当する。即ち、ステップS110では実過給圧Pimが所定の過給圧判定値Pimhよりも高いか否かが判定され、この判定結果がYES即ち実過給圧Pimが過給圧判定値Pimhよりも高いときにのみ、処理がステップS120に移行されてステップS140への移行が可能な状況となる。ここで、過給圧判定値Pimhは上記構成部材の耐久性の高維持を図るべく設定された判定値であり、上記判定結果がNO即ち実過給圧Pimが過給圧判定値Pimh以下であるとき上記耐久性がより高く維持されるものとして設定される。
上記ステップS140処理は実過給圧Pimと目標過給圧Pimtrgとの乖離度が所定より高いか否かの判定に係る処理であり、ここでは実過給圧Pimから目標過給圧Pimtrgを差し引いたときの差が所定の乖離度判定値α(但しα>0)よりも大きいか否かの判定を通じて上記乖離度の判定がなされる。同ステップS140の判定結果がYES即ち実過給圧Pimと目標過給圧Pimtrgとの乖離度が所定より高い旨の判定がなされた場合には、処理がステップS150に移行され、ECU30内蔵のカウンタにおけるカウンタ値Ncntのインクリメントが実行される。
なお、上記ステップS120では吸入空気量Gaが所定の吸入空気量判定値Gahよりも多いか否かが判定され、この判定結果がYES即ち吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gahよりも多いときにのみ、処理がステップS130に移行されてステップS140への移行が可能な状況となる。ここで、吸入空気量判定値Gahは上記構成部材の耐久性の高維持を図るべく設定された判定値であり、上記判定結果がNO即ち吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gah以下であるときに上記耐久性がより高く維持されるものとして設定される。
次のステップS130では燃料噴射量Qが所定の燃料噴射量判定値Qhよりも多いか否かが判定され、この判定結果がYES即ち燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qhよりも多いとき処理がステップS140に移行される。ここで、燃料噴射量判定値Qhは上記構成部材の耐久性の高維持を図るべく設定された判定値であり、上記判定結果がNO即ち燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qh以下であるときに上記耐久性がより高く維持されるものとして設定される。
本制御ルーチンでは、これらステップS110,S120,S130,S140のうちいずれか一つでもその判定結果がNOとなった場合、ステップS150処理即ちカウンタ値Ncntのインクリメントが禁止され、且つ上記カウンタのリセットがなされることとなる(ステップS160)。
即ち、ステップS140において上記乖離度が乖離度判定値α以下である(判定結果:NO)旨判定される状況は言うに及ばず、仮に上記乖離度が乖離度判定値αよりも高い状況にあるとしても、ステップS110,S120,S130のいずれかにおいて判定結果がNOとなったときにはステップS140処理の実行自体が禁止される。
ところで、排気通路12の領域Ahpの排気圧Peは、ターボチャージャ20による過給作用を通じて実過給圧Pimが高くなっているときほど、高くなる傾向にある。また、上述したようにステップS110処理でのNO判定は実過給圧Pimが過給圧判定値Pimh以下である旨の判定結果であることから、本実施形態では上記NO判定がなされたことをもって排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定される。そしてこのように排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定されることでカウンタ値Ncntのインクリメントが禁止され且つ上記カウンタがリセットされるようになる。
また、吸入空気量Gaが多くなると機関燃焼に際して機関燃焼室に取り込まれる吸気の量も増大するようになることから、上記領域Ahpの排気圧Peも高くなる。ここで、ステップS120処理でのNO判定は吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gah以下である旨の判定結果であることから、本実施形態では上記NO判定がなされたことをもって排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定される。そして上記同様、このように排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定されることでカウンタ値Ncntのインクリメントが禁止され且つ上記カウンタがリセットされるようになる。
また、燃料噴射量Qが多くなると機関燃焼圧が上昇するとともに機関燃焼に際して機関燃焼室に取り込まれる吸気の量も増大するようになることから、上記領域Ahpの排気圧Peも高くなる。ここで、ステップS130処理でのNO判定は燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qh以下である旨の判定結果であることから、本実施形態では上記NO判定がなされたことをもって排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定される。そして上記同様、このように排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定されることでカウンタ値Ncntのインクリメントが禁止され且つ上記カウンタがリセットされるようになる。
上記ステップS160処理(カウンタリセット)の実行後には本制御ルーチン処理が終了される。一方、ステップS150処理(カウンタ値Ncntのインクリメント)の実行後には、このカウンタ値Ncntが所定の判定値βよりも大きいか否かが判定される(ステップS170)。即ちこのステップS170においては、ステップS110,S120,S130,S140の全てにおいてYES判定がなされるといった状態の連続繰り返し回数が、判定値βを超えたか否かが判定される。
この判定結果がYESである場合には、上記排気圧Peの相対的に高い状態が所定時間を超えて継続されたものと判断され、過給圧変更機構25に異常があるものとして上記インジケータ表示が実行される。逆にこの判定結果がNOである場合には、上記異常がある旨の判定を下すには上記排気圧Peの高い状態の継続時間が不足している旨判断され、上記インジケータ表示が実行されることなく本制御ルーチン処理が終了される。
このように本実施形態では、実過給圧Pim、吸入空気量Ga、燃料噴射量Qといった機関運転状態に応じて、ステップS140処理(カウンタ値Ncntのインクリメント)の実行が許容されたり禁止されたりする。即ち、機関運転状態に応じて過給圧変更機構25に関する異常判定の態様が変更される。
更に本実施形態では、機関運転状態に応じて上述の各判定値(過給圧判定値Pimh、吸入空気量判定値Gah、燃料噴射量判定値Qh)を異ならせるようにしている。これは、上記各ステップS110,S120,S130での各判定処理の実行時点における機関運転状態を上記各判定値に反映させることで、より実際に即した判定がなされるようにしようとするものである。例えば本実施形態では、図3に示される各関数マップに基づき、これら各判定値を各判定処理の実行時点における機関回転速度Neに応じて可変設定するようにしている。なおこれら各関数マップはECU30のメモリ31に予め記憶させてあるものである。
例えば過給圧判定値Pimhについては、機関回転速度Neの高いときほど、これが小さくなるように関数マップが設定されている。この関数マップは以下の点を要因として設定されている。即ち、実過給圧Pimが高くなっている状況のもと、更に機関回転速度Neが上昇すると、その上昇に伴って内燃機関10からの排気の流量も基本的に増大する。そのため、排気通路12の領域Ahpにおける排気圧Peもそれに伴って上昇するようになる。換言すれば、機関回転速度Neが上昇するときには、その分だけ実過給圧Pimを低下させねば上記排気圧Peが最大許容圧Pemaxに近づいてしまう。
従って、同関数マップに示されるように、過給圧判定値Pimhよりも実過給圧Pimの高い領域である「検出領域」を機関回転速度Neの高いときほど大きく低圧側に拡大させることで、過給圧変更機構25の異常検出精度が向上するようになる。
また、燃料噴射量判定値Qhについても上記同様、機関回転速度Neの高いときほど、これが小さくなるように関数マップが設定されている。この関数マップは以下の点を要因として設定されている。即ち、燃料噴射量Qが多くなっている状況のもと、更に機関回転速度Neが上昇すると、その上昇に伴って内燃機関10からの排気の流量も基本的に増大する。そのため、排気通路12の領域Ahpにおける排気圧Peもそれに伴って上昇するようになる。換言すれば、機関回転速度Neが上昇するときには、その分だけ燃料噴射量Qを低下させねば上記排気圧Peが最大許容圧Pemaxに近づいてしまう。
従って、同関数マップに示されるように、燃料噴射量判定値Qhよりも燃料噴射量Qの多い領域である「検出領域」を機関回転速度Neの高いときほど大きく少量側に拡大させることで、過給圧変更機構25の異常検出精度が向上するようになる。
吸入空気量判定値Gahについては、機関回転速度Neの高いときほど、これが大きくなるように関数マップが設定されている。この関数マップは以下の点を要因として設定されている。即ち、吸入空気量Gaが多くなっている状況のもと、機関回転速度Neが低下すると、一回の機関燃焼に際して機関燃焼室に取り込まれる吸気の量が増大するため圧縮比が増大し、排気通路12の領域Ahpにおける排気圧Peもそれに伴って上昇するようになる。換言すれば、機関回転速度Neが低下するときには、その分だけ吸入空気量Gaを低下させねば上記排気圧Peが最大許容圧Pemaxに近づいてしまう。
従って、同関数マップに示されるように、吸入空気量判定値Gahよりも吸入空気量Gaの多い領域である「検出領域」を機関回転速度Neの低いときほど大きく少量側に拡大させることで、過給圧変更機構25の異常検出精度が向上するようになる。
なお、上記各関数マップにおいて各判定値曲線、及び同曲線を境界として上記各検出領域と区分される各「マスク領域」は、各ステップS110,S120,S130処理においてNO判定がなされる際の実過給圧Pim、燃料噴射量Q、吸入空気量Ga各範囲である。即ち、各ステップS110,S120,S130処理の実行時において実過給圧Pim、燃料噴射量Q、吸入空気量Gaが上記マスク領域に含まれるときには過給圧変更機構25に異常がある旨の判定は下されない。
これら各関数マップは、例えば以下の手順に基づいて設定される。即ち、先ず、過給圧変更機構25の過給度合が最大となるようにノズル開度Naを固定する。そして、機関回転速度Neを一定に固定した状態で、図4に示されるように、燃料噴射量Qを最小から徐々に増大させていき、排気通路12の領域Ahpにおける排気圧Peがその最大許容圧Pemaxに至るときの燃料噴射量Qを、上述の機関回転速度Neに対応する燃料噴射量判定値Qhとして設定する。
実過給圧Pim及び吸入空気量Gaは上記燃料噴射量Qの増大に伴い増大するため、燃料噴射量Qが上記燃料噴射量判定値Qhに至るときの実過給圧Pim、吸入空気量Gaを過給圧判定値Pimh、吸入空気量判定値Gahとして各設定する。これらにより、上述の機関回転速度Neに対応する過給圧判定値Pimh、燃料噴射量判定値Qh、及び吸入空気量判定値Gahが設定されることとなる。こうした設定を他の機関回転速度Neに関しても同様に行うことにより、機関回転速度Neを独立変数とした図3の各関数マップが完成されることとなる。
図5は、上記制御ルーチンの繰り返し実行がなされた際の制御態様の一例を示すものである。この例における時点t1は内燃機関10のアクセルがオフされた時点である。このアクセルオフに基づいてECU30は目標過給圧Pimtrgが急低下するようにこれを変化させるとともに、燃料噴射量Qについてもこれを減少させている。そしてこの燃料噴射量Qの減少に伴って吸入空気量Gaも減少している。
時点t1からの時間経過とともに機関回転速度Neも低下することとなるが、本例では、先ず時点t2において燃料噴射量Qがこの時点の機関回転速度Neに対応する燃料噴射量判定値Qhに至る(上記検出領域から外れる)ことから、過給圧変更機構25に異常がある旨の判定がなされなくなる。
なお、本例では、時点t3から時点t6までの期間において、実過給圧Pimから目標過給圧Pimtrgを差し引いたときの差(同図では差rmとして示す)が乖離度判定値αよりも大きくなっているものとする。即ち、仮に、上記制御ルーチンにおいてステップS110,S120,S130を省略した場合には、時点t3から時点t6までの期間内において過給圧変更機構25に異常がある旨の判定がなされ上記インジケータ表示がなされてしまうこととなる。
このように本例では、燃料噴射量Qが減少して燃料噴射量判定値Qh以下となる時点t2、実過給圧Pimが低下して過給圧判定値Pimh以下となる時点t4、及び吸入空気量Gaが減少して吸入空気量判定値Gah以下となる時点t5のうち時点t2が上述の時点t3よりも早期の時点であることから、上記インジケータ表示はなされない。
なお、本実施形態においてECU30は、請求項における異常判定手段、排気圧判定手段、変更手段、及び記憶手段(メモリ31)を備える異常判定装置を構成する。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(1)本実施形態では、排気通路12における領域Ahpの排気圧Peを機関運転状態に基づいて推定し、その推定される排気圧Peが相対的に低い状態にあるときには、仮に実過給圧Pimが目標過給圧Pimtrgを上回る状況にあっても、過給圧変更機構25が異常である旨の判定がなされ難いように異常判定態様が変更される。このため、上記排気圧Peが低く、排気通路12の構成部材の耐久性低下等の可能性が低い場合には、異常である旨の判定がなされ難くなるように異常判定態様が変更される。一方、排気圧Peが上昇した場合にはこうした変更は行われず通常の態様をもって異常判定が行われる。従って、本実施形態によれば、過給圧変更機構25の過給度合が比較的大きい状態のままこれが動作しなくなる等の要因により排気圧Peが過度に上昇する異常について、誤判定を避けつつこれを速やかに判定するができる。
(2)実過給圧Pimが所定の過給圧判定値Pimh以下であり、実過給圧Pimが相対的に低い場合には、排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定するようにしている。従って、本実施形態によれば、排気圧Peの推定を的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を高めることができるようになる。
(3)機関回転速度Neが高いときほど過給圧判定値Pimhを小さく設定するようにしている。従って、本実施形態によれば、排気圧Peの推定を更に的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を一層高めることができるようになる。
(4)燃料噴射量Qが所定の燃料噴射量判定値Qh以下であり、燃料噴射量Qが相対的に少ない場合には、排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定するようにしている。従って、本実施形態によれば、排気圧Peの推定を的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を高めることができるようになる。
(5)機関回転速度Neが高いときほど燃料噴射量判定値Qhを小さく設定するようにしている。従って、本実施形態によれば、排気圧Peの推定を更に的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を一層高めることができるようになる。
(6)吸入空気量Gaが所定の吸入空気量判定値Gah以下であり、吸入空気量Gaが相対的に少ない場合には、排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定するようにしている。従って、本実施形態によれば、排気圧Peの推定を的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を高めることができるようになる。
(7)機関回転速度Neが高いときほど吸入空気量判定値Gahを大きく設定するようにしている。従って、本実施形態によれば、排気圧Peの推定を更に的確に行うことができ、異常判定結果の信頼性を一層高めることができるようになる。
(8)上述したように、過給圧変更機構25の過給度合が比較的大きい状態のままこれが動作しなくなると、タービンホイール22に吹き付けられる排気の流量及び流速が必要以上に増大するため、排気通路12における領域Ahpの排気圧Peが過度に上昇するといった状況が発生し易くなる。そこで本実施形態では、過給圧変更機構25による過給度合が最大に固定された状態にあるときの、機関回転速度Ne、実過給圧Pim、燃料噴射量Q、並びに吸入空気量Gaの関係を上記各関数マップとして予め記憶しておき、その関係と機関回転速度Neとに基づいて排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定するようにしている。従って、本実施形態によれば、過給圧変更機構25の過給度合が比較的大きい状態のままこれが動作しなくなって排気圧Peが過度に上昇した状態になるか否かが判定され、そのような状態になく排気圧Peが相対的に低い状態であるときには異常である旨の判定がなされ難いように異常判定の態様が変更される。その結果、ターボチャージャ20の異常についてこれが誤判定されるのを適切に回避することができるようになる。
(9)本実施形態では、実過給圧Pimが過給圧判定値Pimh以下である、燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qh以下である、並びに吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gah以下である、の各条件のうちいずれかが満たされているときに排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定している。即ち、例えばこれら各条件が複数満たされなければ上記排気圧Peが相対的に低い状態にある旨の判定がなされない態様と比較して、排気圧Peが相対的に低い状態である旨の判定がなされ易くなり、より上記誤判定がなされ難くなる。
(10)本実施形態では、排気圧Peが相対的に低い状態である旨判定されるとき、過給圧変更機構25に異常がある旨の判定が禁止される。従って、例えば、こうした禁止のなされない範囲で、上記異常のある旨の判定がなされ難くなる態様と比較して、より速やかに上記誤判定を回避することができるようになる。
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば、以下の様態としてもよい。
・上記実施形態では機関回転速度Neが高いときほど過給圧判定値Pimhが小さく設定されたが、これに限らず、例えば機関回転速度Neの高いときに、これが低いときの値以上の過給圧判定値Pimhが存在するように設定されてもよい。
・上記実施形態では機関回転速度Neが高いときほど燃料噴射量判定値Qhが小さく設定されたが、これに限らず、例えば機関回転速度Neの高いときに、これが低いときの値以上の燃料噴射量判定値Qhが存在するように設定されてもよい。
・上記実施形態では機関回転速度Neが高いときほど吸入空気量判定値Gahが大きく設定されたが、これに限らず、例えば機関回転速度Neの高いときに、これが低いときの値以下の吸入空気量判定値Gahが存在するように設定されてもよい。
・上記実施形態では、過給圧判定値Pimhや燃料噴射量Q、吸入空気量判定値Gahの設定に関し、機関回転速度Neを独立変数とする関数マップが採用されたが、これに限らず、他の機関運転状態にかかる特性を独立変数とする関数マップが採用されてもよい。
・上記実施形態では過給圧判定値Pimhや燃料噴射量Q、吸入空気量判定値Gahが、機関運転状態に基づいて可変設定されたが、これに限らず、固定値とされてもよい。
・上記実施形態では、排気圧Peが相対的に低い状態である旨判定されるときに過給圧変更機構25に異常がある旨の判定が禁止されるように判定態様が変更されたが、こうした禁止は必須ではない。即ち、こうした判定態様変更に代えて、例えば、排気圧Peが相対的に低い状態である旨判定されるときに目標過給圧Pimtrgと実過給圧Pimとの乖離度に基づく上記異常判定がなされるようにし、このときの乖離度判定値を上記乖離度判定値αよりも大きい値とすることで上記異常がある旨の判定がなされ難くなるようにしてもよい。
・上記実施形態では、実過給圧Pimが過給圧判定値Pimh以下である、燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qh以下である、並びに吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gah以下である、の各条件のうちいずれか一つが満たされれば排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定された。例えば、これに限らず、上記各条件のうち少なくとも二つが満たされることで排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定されるようにしてもよい。この場合、例えば、実過給圧Pimが過給圧判定値Pimh以下である、及び燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qh以下である、の二条件が満たされることで上記判定がなされるようにしてもよい。また、実過給圧Pimが過給圧判定値Pimh以下である、及び吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gah以下である、の二条件が満たされることで上記判定がなされるようにしてもよい。或いは、燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qh以下である、及び吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gah以下である、の二条件が満たされることで上記判定がなされるようにしてもよい。若しくは、上記三条件が全て満たされることで上記判定がなされるようにしてもよい。なお、こうした条件の変化に応じて、目標過給圧Pimtrgと実過給圧Pimとの乖離度の判定基準(例えば乖離度判定値α)や上記カウンタ値Ncntの判定基準(例えば判定値β)を異ならせるようにしてもよい。
・上記実施形態では、実過給圧Pimが過給圧判定値Pimh以下である、燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qh以下である、並びに吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gah以下である、など、排気圧Peが相対的に低い状態にある旨の判定がなされるための条件の数が三つ以上に設定されたが、これに限らず、例えば、二つ以下に省略されてもよい。この場合、例えば、実過給圧Pimが過給圧判定値Pimh以下である、及び燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qh以下である、の二条件に省略されてもよく、実過給圧Pimが過給圧判定値Pimh以下である、及び吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gah以下である、の二条件に省略されてもよい。また、燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qh以下である、及び吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gah以下である、の二条件に省略されてもよい。若しくは、上記三条件のうちの一つのみに省略されてもよい。或いは、上記三条件を含む四つ以上の条件を選択肢としてそれらの中から二つ或いは一つのみを採用するようにしてもよい。なお、こうした条件の変化に応じて、目標過給圧Pimtrgと実過給圧Pimとの乖離度の判定基準(例えば乖離度判定値α)や上記カウンタ値Ncntの判定基準(例えば判定値β)を異ならせるようにしてもよい。
・上記実施形態では、排気圧Peが相対的に高い状態にある旨の判定が所定時間継続されることで過給圧変更機構25に異常がある旨の判定がなされるように構成された。例えば、これに限らず、上記制御ルーチンのステップS150,S160,S170処理を省略するなど、そうした所定時間の継続がなくても上記異常がある旨の判定がなされるように構成されてもよい。
・例えば、実過給圧Pimが過給圧判定値Pimh以下である、燃料噴射量Qが燃料噴射量判定値Qh以下である、並びに吸入空気量Gaが吸入空気量判定値Gah以下である、の三条件に他の条件を加えて、これら四つ以上の条件のうち一つが満たされることで排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定されるようにしてもよい。或いは、これら四つ以上の条件のうち複数が満たされることで排気圧Peが相対的に低い状態にある旨判定されるようにしてもよい。なお、こうした条件の変化に応じて、目標過給圧Pimtrgと実過給圧Pimとの乖離度の判定基準(例えば乖離度判定値α)や上記カウンタ値Ncntの判定基準(例えば判定値β)を異ならせるようにしてもよい。
・例えば、目標過給圧Pimtrgと実過給圧Pimとの乖離度の判定基準(例えば乖離度判定値α)や上記カウンタ値Ncntの判定基準(例えば判定値β)を機関運転状態に応じて異ならせるようにしてもよい。この場合、こうした基準の可変設定については、例えば専用の関数マップを設け、これに基づいて行うようにするのが望ましい。
・上記実施形態では、目標過給圧Pimtrgと実過給圧Pimとの乖離度を示す指標としてこれら実過給圧Pimと目標過給圧Pimtrgとの差が用いられたが、これに限らず、他の指標が採用されてもよい。例えば、実過給圧Pimを目標過給圧Pimtrgで除した商が用いられてもよい。
・本発明をディーゼル以外の例えばガソリン内燃機関用のターボチャージャの異常判定装置に適用してもよい。
一実施形態の内燃機関及びその吸気・排気系の構成図。 ターボチャージャの異常判定処理に関してのフローチャート。 過給圧判定値、燃料噴射量判定値、及び吸入空気量判定値と機関回転速度との関係を示す関数マップ。 過給圧判定値と燃料噴射量判定値と吸入空気量判定値との関係を示す線図。 制御態様の一例を示すタイミングチャート。
符号の説明
10…ディーゼル内燃機関、11…吸気通路、12…排気通路、20…ターボチャージャ、21…コンプレッサホイール、22…タービンホイール、25…過給圧変更機構、26…可変ノズル、30…ECU(電子制御装置)、31…メモリ、Ga…吸入空気量、Gah…吸入空気量判定値、Ncnt…カウンタ値、Ne…機関回転速度、Pe…排気通路において機関燃焼室からターボチャージャに至る領域での排気圧、Pemax…最大許容圧、Pim…実過給圧、Pimh…過給圧判定値、Pimtrg…目標過給圧、Q…燃料噴射量、Qh…燃料噴射量判定値、α…乖離度判定値、β…判定値。

Claims (13)

  1. 内燃機関の運転状態に応じて過給圧を変更可能な過給圧変更機構を備えるターボチャージャについてその異常を判定する異常判定装置であって、
    前記ターボチャージャの目標過給圧と実過給圧との乖離度に基づいてその異常である旨判定する異常判定手段と、
    前記内燃機関から前記ターボチャージャに至る排気通路の排気圧が前記排気通路の構成部材の耐久性を維持するために許容される排気圧の範囲内にあることを条件として、機関運転状態に基づいて推定される排気圧が相対的に低い状態にあることを判定する排気圧判定手段と、
    前記排気圧判定手段により前記排気圧が相対的に低い状態であると判定されるときに異常である旨の判定がなされ難いように前記異常判定の態様を変更する変更手段と
    を備えることを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  2. 請求項1に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記排気圧判定手段は実過給圧が所定の過給圧判定値以下であるときに前記排気圧が相対的に低い状態にある旨判定する
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  3. 請求項2に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記排気圧判定手段は機関回転速度が高いときほど前記過給圧判定値を小さく設定する
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記排気圧判定手段は燃料噴射量が所定の燃料噴射量判定値以下であるときに前記排気圧が相対的に低い状態にある旨判定する
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  5. 請求項4に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記排気圧判定手段は機関回転速度が高いときほど前記燃料噴射量判定値を小さく設定する
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記排気圧判定手段は吸入空気量が所定の吸入空気量判定値以下であるときに前記排気圧が相対的に低い状態にある旨判定する
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  7. 請求項6に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記排気圧判定手段は機関回転速度が高いときほど前記吸入空気量判定値を大きく設定する
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  8. 請求項1に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記排気圧判定手段は前記過給圧変更機構による過給度合が最大に固定された状態にあるときの、機関回転速度、実過給圧、燃料噴射量、並びに吸入空気量の関係を予め記憶する記憶手段を備え、同関係と機関回転速度とに基づいて前記排気圧が相対的に低い状態にある旨判定する
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  9. 請求項8に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記記憶手段は機関回転速度を独立変数として、過給圧判定値、燃料噴射量判定値、並びに吸入空気量判定値を求める各関数をそれぞれ記憶するものであり、
    前記排気圧判定手段は、実過給圧が前記過給圧判定値以下である、燃料噴射量が前記燃料噴射量判定値以下である、並びに吸入空気量が前記吸入空気量判定値以下である、の各条件のうちいずれかが満たされているときに前記排気圧が相対的に低い状態にある旨判定する
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  10. 請求項9に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記過給圧判定値は機関回転速度が高いときほど小さい値に設定される
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  11. 請求項9又は10に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記燃料噴射量判定値は機関回転速度が高いときほど小さい値に設定される
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  12. 請求項9〜11のいずれか一項に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記吸入空気量判定値は機関回転速度が高いときほど大きい値に設定される
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項に記載のターボチャージャの異常判定装置において、
    前記変更手段は前記排気圧判定手段により前記排気圧が相対的に低い状態であると判定されるときに前記異常判定手段により異常である旨の判定がなされるのを禁止する
    ことを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
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