JP2020051404A

JP2020051404A - 内燃機関の診断装置

Info

Publication number: JP2020051404A
Application number: JP2018184212A
Authority: JP
Inventors: 直昭鎌田; Naoaki Kamata
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-04-02
Also published as: US20210340880A1; CN112789402B; US11643945B2; CN112789402A; WO2020067110A1; DE112019004847T5

Abstract

【課題】可変容量型ターボチャージャのリンク機構の異常を速やかに検出する。【解決手段】本開示の一の態様は内燃機関の診断装置を提供する。内燃機関１は、可変容量型ターボチャージャ１４を備え、ターボチャージャは、可変ベーン２８と、可変ベーンを動作させるリンク機構と、リンク機構を駆動するアクチュエータ２９とを有する。診断装置は、アクチュエータを制御して可変ベーンの開度を制御するように構成された制御ユニット１００を備える。制御ユニットは、内燃機関の所定の運転領域内における運転時間が所定の上限値を超え、かつ、内燃機関の運転状態に応じて定まる目標ブースト圧と実際のブースト圧との差圧が所定の上限値を超えたとき、ターボチャージャのリンク機構に異常が発生したと判断する。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関の診断装置に関する。

例えば車両用の内燃機関において、タービン入口部に複数の可変ベーンを有する可変容量型ターボチャージャを備えたものが公知である。このターボチャージャは、複数の可変ベーンを同時に動作させるためのリンク機構と、リンク機構を駆動するアクチュエータとを有する。このアクチュエータを制御することで、可変ベーンの開度が制御され、ひいてはブースト圧が制御される。

特開２０１６−２０５３５０号公報

こうした内燃機関において、内燃機関がある特定の運転領域で運転されると、それ以外の運転領域で運転された場合に比べ、リンク機構の劣化が促進されることが判明した。そしてその特定の運転領域における運転時間がある上限値を超えると、リンク機構が異常となり、例えば所望のブースト圧が発生できないなどの不具合が起きることが判明した。

こうしたリンク機構の異常は速やかに検出し、ユーザーに警告して、早期に解消を促すのが好ましい。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、可変容量型ターボチャージャのリンク機構の異常を速やかに検出することができる内燃機関の診断装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
内燃機関の診断装置であって、
前記内燃機関は、可変容量型ターボチャージャを備え、前記ターボチャージャは、可変ベーンと、前記可変ベーンを動作させるリンク機構と、前記リンク機構を駆動するアクチュエータとを有し、
前記診断装置は、前記アクチュエータを制御して前記可変ベーンの開度を制御するように構成された制御ユニットを備え、
前記制御ユニットは、前記内燃機関の所定の運転領域内における運転時間が所定の上限値を超え、かつ、前記内燃機関の運転状態に応じて定まる目標ブースト圧と実際のブースト圧との差圧が所定の上限値を超えたとき、前記ターボチャージャの前記リンク機構に異常が発生したと判断する
ことを特徴とする内燃機関の診断装置が提供される。

好ましくは、前記所定の運転領域が、高回転かつ低負荷側の運転領域である。

好ましくは、前記リンク機構が、回動部材と、前記回動部材に係合して前記回動部材に連結する回動可能なレバーとを有し、
前記リンク機構の異常が、前記回動部材と前記レバーの接触部における異常摩耗である。

本開示によれば、可変容量型ターボチャージャのリンク機構の異常を速やかに検出することができる。

本開示の実施形態の構成を示す概略図である。リンク機構の構成を示す正面図である。各種マップを示す図である。可変ベーン開度制御のルーチンを示すフローチャートである。診断処理のルーチンを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意すべきである。

図１は、本開示の実施形態の構成を示す概略図である。内燃機関（エンジン）１は、車両（図示せず）に搭載された多気筒エンジンである。本実施形態において、車両はトラック等の大型車両であり、これに搭載される車両動力源としてのエンジン１は直列４気筒ディーゼルエンジンである。しかしながら、車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジン１はガソリンエンジンであってもよい。

エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路３および排気通路４と、ターボチャージャ１４と、燃料噴射装置５とを備える。エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。

燃料噴射装置５は、コモンレール式燃料噴射装置からなり、各気筒に設けられた燃料噴射弁すなわちインジェクタ７と、インジェクタ７に接続されたコモンレール８とを備える。インジェクタ７は、シリンダ９内すなわち燃焼室内に燃料を直接噴射する。コモンレール８は、インジェクタ７から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。

吸気通路３は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１０と、吸気マニホールド１０の上流端に接続された吸気管１１とにより主に画成される。吸気マニホールド１０は、吸気管１１から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管１１には、上流側から順に、エアクリーナ１２、エアフローメータ１３、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４Ｃ、インタークーラ１５、および電子制御式の吸気スロットルバルブ１６が設けられる。エアフローメータ１３は、エンジン１の単位時間当たりの吸入空気量すなわち吸気流量を検出するためのセンサで、ＭＡＦセンサ等とも称される。

排気通路４は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の下流側に配置された排気管２１とにより主に画成される。排気マニホールド２０は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合する。排気管２１、もしくは排気マニホールド２０と排気管２１の間には、ターボチャージャ１４のタービン１４Ｔが設けられる。タービン１４Ｔより下流側の排気管２１には、上流側から順に、酸化触媒２２、パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２３、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）２４およびアンモニア酸化触媒２６が設けられる。ＮＯｘ触媒２４の上流側、特に入口近傍の排気通路４には、還元剤としての尿素水を添加する添加弁２５が設けられる。

ターボチャージャ１４は、可変容量型ターボチャージャである。ターボチャージャ１４は、タービン入口におけるノズルの開度を可変とするための複数の可変ベーン２８と、これら可変ベーン２８を同時に動作させるためのリンク機構（後述）と、リンク機構を駆動するアクチュエータすなわちターボアクチュエータ２９とを有する。本実施形態のターボアクチュエータ２９は電気モータにより構成されるが、電気モータ以外のもの、例えば空圧アクチュエータにより構成されてもよい。

エンジン１はＥＧＲ装置３０をも備える。ＥＧＲ装置３０は、排気通路４内（特に排気マニホールド２０内）の排気ガスの一部（「ＥＧＲガス」という）を吸気通路３内（特に吸気マニホールド１０内）に還流させるためのＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲバルブ３３とを備える。

また本実施形態において、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称す）１００が設けられる。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、インジェクタ７、吸気スロットルバルブ１６、添加弁２５、ＥＧＲバルブ３３、およびターボアクチュエータ２９を制御するように構成され、プログラムされている。

また本実施形態において、上述のエアフローメータ１３の他、エンジンの回転速度（具体的には単位時間当たりの回転数（ｒｐｍ））を検出するための回転速度センサ４０と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ４１とが設けられる。また、酸化触媒２２、ＤＰＦ２３、ＮＯｘ触媒２４およびアンモニア酸化触媒２６の各々の上流側ないし入口近傍の排気温度（入口ガス温度）を検出するための排気温センサ４２，４３，４４，４６と、ＤＰＦ２３の上流側および下流側の排気圧の差圧を検出するための差圧センサ４５とが設けられる。

また、過給圧もしくはブースト圧を検出するためのブースト圧センサ４７が設けられる。ブースト圧センサ４７は、本実施形態では吸気スロットルバルブ１６の下流側で且つ吸気マニホールド１０の直前の吸気管１１に設置されているが、この設置位置は任意であり、例えば吸気マニホールド１０に設置してもよい。各センサの出力信号はＥＣＵ１００に送られる。

さて、本実施形態の診断装置は少なくともＥＣＵ１００を備え、ターボチャージャ１４のリンク機構の異常を検出するように構成されている。以下、この点について詳しく説明する。

図２は、ターボチャージャ１４のリンク機構５０の構成を示す。周知のようにターボチャージャ１４は、タービンホイールを回転可能に収容するタービンハウジングと、タービンハウジングに結合されタービンシャフトを回転可能に支持するセンターハウジングとを有し、図２は、これらが分離された状態でのセンターハウジング５１のみを示す。５２は、タービンハウジングに対するセンターハウジング５１の締結面を示す。これから分かるように図２は、タービンシャフトの中心軸（すなわちタービン軸）の方向（図２の紙面厚さ方向）におけるタービン側からリンク機構５０を見たときの図である。ＲＯは、図外右上にあるタービン軸から延びる半径線である。締結面５２には、タービンハウジングをセンターハウジング５１にボルト締結する際にボルト（図示せず）が締め込まれる複数のネジ穴５３が設けられている。リンク機構５０は、タービンハウジングとセンターハウジング５１間のリンク機構収容室５４に収容されている。

可変ベーン２８は、タービン軸回りに等角度間隔で複数設けられている。可変ベーン２８は、タービンハウジング内のノズル通路（図示せず）内にタービンホイールを取り囲むようにして配置されている。可変ベーン２８にはベーン軸５５の一端が固定されている。ベーン軸５５は、センターハウジング５１に固定されノズル通路を画成するノズルバックプレートの軸穴（図示せず）に挿通されて回動可能に支持される。ベーン軸５５の他端には、先端が二股状に分岐された第１のアームとしてのベーンアーム（所謂カニ爪）５６の基端が固定されている。これにより可変ベーン２８、ベーン軸５５およびベーンアーム５６は、一体となって、ベーン軸５５の中心回りを回動可能である。

この回動を生じさせるため、センターハウジング５１には、タービン軸の周囲を１周するリングプレート５７が、タービン軸の回りに回動可能に取り付けられている。リングプレート５７はリンク機構収容室５４に収容されている。図中リングプレート５７は、透過的に示されており、実際には可変ベーン２８はリングプレート５７の表側（紙面厚さ方向手前側）に配置され、ベーンアーム５６はリングプレート５７の裏側（紙面厚さ方向奥側）に配置されている。リングプレート５７に設けられ周方向に延びる長穴５８内にベーン軸５５がスライド可能に挿通される。

リングプレート５７の裏面部に、第１の回動部材が回動可能に取り付けられている。本実施形態において、第１の回動部材は多角形、具体的には四角形、より具体的には正方形の回動ピース（所謂コマ）５９である。回動ピース５９はピース軸６０を介してリングプレート５７に取り付けられ、ピース軸６０の中心の回りを回動可能である。

ベーンアーム５６は、回動ピース５９に係合して回動ピース５９に連結する。すなわち、ベーンアーム５６の二股状先端部が、回動ピース５９の平行な二つの側面を挟み、これにより回動ピース５９に係合する。ベーンアーム５６の二股状先端部と回動ピース５９の二つの側面とは、互いに接触可能であり、これらは二つの接触部６１を形成する。この接触部６１には寸法上、僅かなクリアランスがあるが、ベーンアーム５６および回動ピース５９の一方から他方への入力が生じると、このクリアランスが無くなって両者が接触する。

他方、リングプレート５７の周方向一箇所に半径方向外側に延びる操作部６２が形成され、この操作部６２の裏面部にも、第２の回動部材が回動可能に取り付けられている。本実施形態において、第２の回動部材は多角形、具体的には四角形、より具体的には長方形の操作回動ピース（所謂コマ）６３である。操作回動ピース６３は操作回動ピース軸６４を介して操作部６２に取り付けられ、操作回動ピース軸６４の中心の回りを回動可能である。なお、図示する半径線ＲＯは操作回動ピース軸６４の中心を通る。

タービン軸を基準とした操作回動ピース軸６４の半径方向外側かつ同一の半径線ＲＯ上には、操作軸６５が配置される。操作軸６５は、センターハウジング５１の軸穴（図示せず）に貫通して挿通され、回動可能に支持される。センターハウジング５１内に位置される操作軸６５の一端には、先端が二股状に分岐された第２のアームとしての操作アーム（所謂カニ爪）６６の基端が固定されている。操作アーム６６は前述のベーンアーム５６より大きい。他方、センターハウジング５１外に位置される操作軸６５の他端には、前述のターボアクチュエータ２９に先端が連結されたアクチュエータレバー（図示せず）の基端が固定されている。これにより操作アーム６６、操作軸６５およびアクチュエータレバーは、一体となって、操作軸６５の中心Ｃ回りを回動可能である。

操作アーム６６も、操作回動ピース６３に係合して操作回動ピース６３に連結する。すなわち、操作アーム６６の二股状先端部が、操作回動ピース６３の平行な二つの側面を挟み、これにより操作回動ピース６３に係合する。操作アーム６６の二股状先端部と操作回動ピース６３の二つの側面とは、互いに接触可能であり、これらは二つの接触部６７を形成する。この接触部６７には寸法上、僅かなクリアランスがあるが、操作アーム６６および操作回動ピース６３の一方から他方への入力が生じると、このクリアランスが無くなって両者が接触する。

このリンク機構５０の構成によれば、可変ベーン２８の開度を変更すべくターボアクチュエータ２９が動作すると、この動作はアクチュエータレバー、操作軸６５を通じて操作アーム６６に伝達され、操作アーム６６を回動させる。するとこの回動は、リングプレート５７のタービン軸回りの回動を生じさせる。このときこれらの回動を許容すべく、操作回動ピース６３が、操作アーム６６の回動方向と逆方向に回動される。この回動中は操作アーム６６と操作回動ピース６３の接触部６７が接触ないし密接し、操作アーム６６から操作回動ピース６３へと駆動力が伝達される。

リングプレート５７の回動は、回動ピース５９のタービン軸回りの周方向移動を生じさせる。すると、回動ピース５９のベーン軸５５に対する相対位置が変化することから、回動ピース５９はベーンアーム５６をベーン軸５５回りに回動させる。これにより可変ベーン２８がベーン軸５５回りに回動され、可変ベーン２８の開度が変更される。ベーンアーム５６の回動時、回動ピース５９も、ベーンアーム５６の回動方向と反対方向に、ピース軸６０回りに回動する。これらベーンアーム５６および回動ピース５９の回動中は、ベーンアーム５６と回動ピース５９の接触部６１が接触ないし密接し、回動ピース５９からベーンアーム５６へと駆動力が伝達される。

さて、上記のエンジン１にあっては、エンジン１がある特定の運転領域で運転されると、それ以外の運転領域で運転された場合に比べ、リンク機構５０の劣化が促進されることが判明した。そしてその特定の運転領域における運転時間がある上限値を超えると、リンク機構５０が異常となり、例えば所望のブースト圧が発生できないなどの不具合が起きることが判明した。

以下、この点について説明する。まず、特定運転領域で運転されたときに劣化が促進されるのは、リンク機構５０のうち、操作アーム６６と操作回動ピース６３の接触部６７である。そしてその特定運転領域とは、図３（Ｃ）に示すような、エンジン回転数Ｎｅが高くかつエンジン負荷（具体的には目標燃料噴射量Ｑ）が低い高回転かつ低負荷側の運転領域Ｒである。

操作アーム６６と操作回動ピース６３は、複数の可変ベーン２８が排気ガスから受ける駆動反力に逆らって、共に高い駆動力を伝達するものであるため、比較的硬質な材料で作られている。そして両者の回動中（すなわち可変ベーン開度の変更中）は、両者の接触部６７が互いに接触し続けている状態であるため、特に問題は生じない。

しかし、両者の回動停止中、すなわち可変ベーン開度が一定に保持されている最中は、接触部６７が比較的フリーな状態となっており、可変ベーン２８が排気ガスから受ける力の変化に応じて接触部６７がガタつき、振動する。この振動に起因して、接触部６７の摩耗が促進される。摩耗は、操作回動ピース６３の二つの側面の端部（つまり角部付近）と、この部分が当たる操作アーム６６の対応部分との少なくとも一方において、特に顕著に発生することが分かっている。

一方、エンジン運転状態が変化していれば、これに追従して可変ベーン開度も変更されるため、上記のような接触部６７の振動の問題は生じない。しかし、エンジン運転状態が一定であると、可変ベーン開度も一定に保持されるため、接触部６７の振動の問題が発生する。

試験結果によると、上記の高回転かつ低負荷側の運転領域（摩耗促進領域ともいう）Ｒで摩耗促進が顕著であることが確認されている。そしてその原因としては、この運転領域Ｒで可変ベーン開度が一定に保持されることが多いこと、例えば高速巡行によりエンジン運転状態が一定に保持されることが多いことなどが考えられる。

こうして接触部６７の摩耗が促進され、許容限度を超えると、接触部６７の異常摩耗という異常が発生する。この異常が発生すると、目標ブースト圧相当の目標可変ベーン開度に対して、実際の可変ベーン開度が不足し、ブースト圧が不足する事態が生じる。すると、吸入空気量に対して相対的に燃料噴射量が多くなるため、燃焼ガス温度が上昇し、ＮＯｘ発生量が増加するといった問題が生じる。

このようにリンク機構５０の異常とは、接触部６７の異常摩耗という異常である。他方、ベーンアーム５６と回動ピース５９の接触部６１も同様の構成であることから、同様の異常摩耗が発生し、これに起因した上記不具合を発生させる虞がある。よって本実施形態では、ベーンアーム５６と回動ピース５９の接触部６１の異常摩耗も、リンク機構５０の異常に含めるものとする。

かかるリンク機構５０の異常は速やかに検出し、ユーザーに警告して、早期に解消を促すのが好ましい。そこで本実施形態では、以下の方法でリンク機構５０の異常を速やかに検出するようにしている。

本実施形態において、ＥＣＵ１００は、エンジン１の摩耗促進領域Ｒ内における運転時間が所定の上限値を超え、かつ、エンジン１の運転状態に応じて定まる目標ブースト圧と実際のブースト圧との差圧が所定の上限値を超えたとき、ターボチャージャ１４のリンク機構５０に異常が発生したと判断する。

摩耗促進領域Ｒ内における運転時間が長時間に至ると、接触部６７に異常摩耗が発生する虞がある。そこで本実施形態では、摩耗促進領域Ｒ内における運転時間が所定の上限値を超えることを、異常判定の第１の条件としている。

他方、異常摩耗の発生は、目標ブースト圧と実際のブースト圧との差圧の拡大という形で現れる。そこで本実施形態では、目標ブースト圧と実際のブースト圧との差圧が所定の上限値を超えることを、異常判定の第２の条件としている。

特に本実施形態では、第１の条件と第２の条件との両方が成立した場合のみ、異常判定を行う。第１の条件が成立しても、必ずしも異常摩耗が発生しているとは限らないし、第２の条件についても同様だからである。本実施形態では、第１の条件の成立を前提とした上で、第２の条件が成立した場合に、異常判定を行うので、誤診断を抑制し、リンク機構５０の異常を正確に検出することが可能である。

ここで、摩耗促進領域Ｒ内におけるエンジン１の運転時間には、運転時間それ自体に加え、運転時間に相関する相関値も含まれる。こうした相関値としては、例えば、燃料噴射量（特に目標燃料噴射量）または吸入空気量の積算値が挙げられる。

また目標ブースト圧と実際のブースト圧との差圧には、差圧それ自体に加え、差圧に相関する相関値も含まれる。こうした相関値としては、例えば、後述する可変ベーン開度制御で算出されるフィードバック項Ｓｖｆｂが挙げられる。

なお、図３（Ｃ）に示した摩耗促進領域Ｒの形は、あくまで一例であり、図示例以外の様々な形が考えられる。摩耗促進領域Ｒは、実機試験の結果に従って適切に設定される。

次に、本実施形態の制御と診断処理について説明する。まず図４を参照して、可変ベーン開度制御について説明する。図示するルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、回転速度センサ４０、アクセル開度センサ４１およびブースト圧センサ４７によりそれぞれ検出されたエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃおよびブースト圧Ｐｂの値を取得する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃに基づき、図３（Ａ）に示すような所定のマップに従って、燃料噴射量、具体的にはインジェクタ７への指示噴射量としての目標燃料噴射量Ｑを算出する。

なお、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃおよび目標燃料噴射量Ｑは、いずれもエンジンの運転状態を表すエンジンパラメータである。従ってエンジン運転状態はそれら三つのエンジンパラメータのうちの少なくとも一つによって規定される。またアクセル開度Ａｃおよび目標燃料噴射量Ｑは、いずれもエンジン負荷に相当するエンジンパラメータである。

次にＥＣＵ１００は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６において、可変ベーン２８の目標開度Ｓｖを算出する。目標開度Ｓｖはフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）項Ｓｖｆｆとフィードバック（Ｆ／Ｂ）項Ｓｖｆｂとの合算によって求められる。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｑに基づき、図３（Ｂ）に示すような所定のマップに従って、Ｆ／Ｆ項Ｓｖｆｆを算出する。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｑに基づき、図３（Ｃ）に示すような所定のマップに従って、目標ブースト圧Ｐｂｔを算出する。なおこのマップ中、破線内で示されるのが摩耗促進領域Ｒである。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１００は、目標ブースト圧Ｐｂｔと、ステップＳ１０１で取得された実際のブースト圧Ｐｂとの差圧に基づいて、Ｆ／Ｂ項Ｓｖｆｂを算出する。具体的にはＥＣＵ１００は、目標ブースト圧Ｐｂｔと実際のブースト圧Ｐｂの差圧ΔＰｂ＝Ｐｂｔ−Ｐｂを計算する。そしてこの差圧ΔＰｂに基づき、図示しない所定のマップに従ってＦ／Ｂ項Ｓｖｆｂを算出する。差圧ΔＰｂが正のとき、すなわち実際のブースト圧Ｐｂが目標ブースト圧Ｐｂｔより低いとき、ブースト圧増大側の負のＦ／Ｂ項Ｓｖｆｂが算出される。逆に差圧ΔＰｂが負のとき、すなわち実際のブースト圧Ｐｂが目標ブースト圧Ｐｂｔより高いとき、ブースト圧減少側の正のＦ／Ｂ項Ｓｖｆｂが算出される。なおＦ／Ｂ項Ｓｖｆｂの算出に際しては、周知のＰＩＤ制御の手法に従い、差圧ΔＰｂに応じたＰ項、Ｉ項、Ｄ項の合計値をＦ／Ｂ項Ｓｖｆｂとするのが好ましい。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１００は、算出されたＦ／Ｆ項ＳｖｆｆとＦ／Ｂ項Ｓｖｆｂを加算して可変ベーン目標開度Ｓｖ（＝Ｓｖｆｆ＋Ｓｖｆｂ）を算出する。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ１００は、可変ベーン２８の開度を可変ベーン目標開度Ｓｖに制御する。すなわち可変ベーン２８の実際の開度が可変ベーン目標開度Ｓｖに一致するよう、ターボアクチュエータ２９を制御する。

このように可変ベーン開度制御は、Ｆ／Ｆ項ＳｖｆｆによるＦ／Ｆ制御と、Ｆ／Ｂ項ＳｖｆｂによるＦ／Ｂ制御との組み合わせによってなされる。Ｆ／Ｆ項Ｓｖｆｆは、可変ベーン目標開度Ｓｖのベースとなる値であり、現状のエンジン運転状態において概ね、目標ブースト圧Ｐｂｔを実現できるような値である。一方、実際のエンジン運転状態が絶えず変化する等の理由で、Ｆ／Ｆ項Ｓｖｆｆだけでは必ずしも目標ブースト圧Ｐｂｔを実現できない。よってフィードバック項Ｓｖｓｂを加算し、目標ブースト圧Ｐｂｔを安定的に実現できるよう、可変ベーン開度を緻密に制御している。

ところで、可変ベーン２８の開度を減少して（可変ベーン２８を絞って）実際のブースト圧Ｐｂを目標ブースト圧Ｐｂｔに向かって上昇させるとき、差圧ΔＰｂが大きい程Ｆ／Ｂ項Ｓｖｆｂの絶対値は大きくなる。一方、接触部６７の異常摩耗が発生すると、それが発生してない場合に比べ、差圧ΔＰｂが増大し、Ｆ／Ｂ項Ｓｖｆｂの絶対値が所定のリミット値に達し、Ｆ／Ｂ項Ｓｖｆｂの絶対値をそれ以上増大できなくなる。すると、差圧ΔＰｂ分をＦ／Ｂ項Ｓｖｆｂで補正しきれなくなり、実際の可変ベーン開度およびブースト圧が不足する。すると、吸入空気量に対して相対的に燃料噴射量が多くなり、燃焼ガス温度が上昇し、ＮＯｘ発生量が増加する。

次に図５を参照して、診断処理について説明する。図示するルーチンもＥＣＵ１００により所定の演算周期τ毎に繰り返し実行される。

ステップＳ２０１において、ＥＣＵ１００は、回転速度センサ４０により検出されたエンジン回転数Ｎｅと、ステップＳ１０２で算出された目標燃料噴射量Ｑとによって規定されるエンジン運転状態が、摩耗促進領域Ｒ内にあるか否かを、図３（Ｃ）のマップを用いて判断する。

摩耗促進領域Ｒ内にあると判断した場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２に進んで、摩耗促進領域Ｒ内における運転時間ｔＲを積算により算出する。すなわち、前回のルーチン実行時における運転時間ｔＲ_n-1に、演算周期τを加算ないし積算して、今回のルーチン実行時における運転時間ｔＲ_nを算出する（ｔＲ_n＝ｔＲ_n-1＋τ）。そしてその後、ステップＳ２０３に進む。

他方、摩耗促進領域Ｒ内にないと判断した場合には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２をスキップしてステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２で算出された運転時間ｔＲが、所定の上限値ｔＲｌｉｍを超えているか否かを判断する。

超えていると判断した場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０４において、ステップＳ１０５で求められた差圧ΔＰｂが、所定の上限値ΔＰｂｌｉｍを超えているか否かを判断する。

超えていると判断した場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０５において、リンク機構５０に異常が発生したと判断し、特に操作アーム６６と操作回動ピース６３の接触部６７の異常摩耗が発生したと判断する。この場合、ＥＣＵ１００は、図示しない警告装置（例えば警告灯）を起動し、ユーザーに早期の点検整備を促す。またＥＣＵ１００は、後の整備で異常箇所を容易に特定できるよう、当該異常に対応した診断コードを記憶する。こうして、リンク機構５０の異常が即座に検出される。ステップＳ２０５の後はルーチンを終える。

他方、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０３で運転時間ｔＲが上限値ｔＲｌｉｍを超えていないと判断した場合、および、ステップＳ２０４で差圧ΔＰｂが上限値ΔＰｂｌｉｍを超えていないと判断した場合、そのままルーチンを終了する。

このように本実施形態によれば、可変容量型ターボチャージャ１４のリンク機構５０の異常を速やかに検出することが可能である。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は他にも様々考えられる。例えば、回動部材としての操作回動ピース６３および回動ピース５９は、他の形状であってもよく、例えば四角形以外の多角形、例えば六角形であってもよい。

本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１内燃機関（エンジン）
１４ターボチャージャ
１４Ｔタービン
２８可変ベーン
２９ターボアクチュエータ
５０リンク機構
５６ベーンアーム
５９回動ピース
６１接触部
６３操作回動ピース
６６操作アーム
６７接触部
１００電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｒ摩耗促進領域

Claims

内燃機関の診断装置であって、
前記内燃機関は、可変容量型ターボチャージャを備え、前記ターボチャージャは、可変ベーンと、前記可変ベーンを動作させるリンク機構と、前記リンク機構を駆動するアクチュエータとを有し、
前記診断装置は、前記アクチュエータを制御して前記可変ベーンの開度を制御するように構成された制御ユニットを備え、
前記制御ユニットは、前記内燃機関の所定の運転領域内における運転時間が所定の上限値を超え、かつ、前記内燃機関の運転状態に応じて定まる目標ブースト圧と実際のブースト圧との差圧が所定の上限値を超えたとき、前記ターボチャージャの前記リンク機構に異常が発生したと判断する
ことを特徴とする内燃機関の診断装置。
前記所定の運転領域が、高回転かつ低負荷側の運転領域である
請求項１に記載の内燃機関の診断装置。
前記リンク機構が、回動部材と、前記回動部材に係合して前記回動部材に連結する回動可能なレバーとを有し、
前記リンク機構の異常が、前記回動部材と前記レバーの接触部における異常摩耗である請求項１または２に記載の内燃機関の診断装置。