JP3751721B2 - 可変容量型ターボチャージャの異常判定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量型ターボチャージャの異常判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に内燃機関の出力向上を図るには、燃焼室に充填される空気の量を増やすことが望ましい。そこでピストンの移動に伴い燃焼室内に発生する負圧により燃焼室内に空気を充填するだけでなく、空気を外部より強制的に燃焼室内に送り込み、同室内の空気の充填効率を高める過給システムが実用されている。こうした過給システムとして、ターボチャージャが広く知られている。
【０００３】
ターボチャージャには、燃焼室から送り出された排気ガスによって回転するタービンホイールと、空気を強制的に燃焼室に送り込むためのコンプレッサホイールとが備えられている。これらタービンホイール及びコンプレッサホイールは、ロータシャフトにより一体回転可能に連結されている。タービンホイールに排気ガスが吹き付けられることで同ホイールが回転すると、その回転はロータシャフトによりコンプレッサホイールに伝達される。こうしてコンプレッサホイールが回転することにより、燃焼室内に強制的に空気が送り込むことができる。
【０００４】
こうしたターボチャージャにあって、燃焼室内に送り込む空気の圧力、すなわち過給圧は、内燃機関の運転条件に則して適宜調整することが望ましい。そこで、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流量・流速等を調整し、過給圧を可変とする可変容量型のターボチャージャが提案され、実用されるに至っている。
【０００５】
こうした可変容量型ターボチャージャには、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流路の面積を変化させ、該排気ガスの流速を可変とするものがある。このようなターボチャージャでは、例えばタービン入口部に可変ノズル（可変容量機構）を設け、同入口部の面積を可変としている。そして、排気ガスが少なく、ガス容積による過給効果が顕著でない低速または低負荷運転時には、タービン入口部の面積を減少せしめるようノズルの開度を小さくし、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を高める。排気ガスの流速を高めることで、ガス動圧による過給効果を向上せしめる。一方、排気ガス量が多く、ガス容積による過給効果が十分に期待できる高速または高負荷運転時には、タービン入口部の面積を増加せしめるようノズルの開度を大きくし、排気ガスの流動抵抗を減少させる。排気ガスの流動抵抗を減少させることで、内燃機関の排気効率を高める。こうして内燃機関の運転条件に応じた高い過給効果が維持される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
こうした可変容量型ターボチャージャにあっては、上記可変ノズルのスティック（固着）等により可変容量機構としての操作が不能となると、内燃機関の運転条件に応じた過給圧の調整ができなくなる。例えば、低速または低負荷運転時にノズルの開度が大きく設定されたままであると、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速が増加せず、過給効果があまり期待できなくなる。一方、高速または高負荷運転時にノズルの開度が小さく設定されたままであると、排気ガスの流動抵抗により排気効率が低下して内燃機関の出力をも減少させるようになる。
【０００７】
こうした不具合を回避するためには、上記可変容量機構である可変ノズルが正常に動作しているか否かを監視する必要がある。こうした可変容量機構の異常判定方法としては、ノズルの動作を直接的に監視する方法が最も効果的である。しかし、そのためには専用の検出装置を設ける必要があるため、内燃機関の構造の複雑化や製造コストの増加を招いてしまう。
【０００８】
なお従来、例えば特開昭６１−１９０１２４号公報に見られるように、過給圧から上記可変容量機構の異常を判定する方法も知られてはいるが、ノズルが閉弁異常となっている場合には排気圧上昇に伴うターボ効果の低下により過給圧上昇が起こらないこともあり、このような状態下では上記可変容量機構の異常を適正に判定することはできない。
【０００９】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、何ら特別な検出装置を不要として、可変容量機構の異常を常に適正に判定することのできる可変容量型ターボチャージャの異常判定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関からの排気ガス流に基づき作動することにより同機関の燃焼室に吸入される空気の過給を行うとともに、前記排気ガスの受入量を可変とする可変容量機構の操作を通じてその作動量が制御される可変容量型ターボチャージャの異常判定方法であって、前記内燃機関のアイドル運転状態において、当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御し、機関制御量として当該機関の燃料噴射量及び燃料噴射時期及び点火時期のいずれか一つの出力制御量を用いて、ターボチャージャの正常動作が確認されたときの基準となる機関制御量と実際の機関制御量とを比較し、それら制御量に所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構の閉弁異常を判定することを特徴とするものである。
【００１１】
上記可変容量機構に異常が発生すると、それに伴い内燃機関の機関制御量も通常とは異なった値を示す。可変容量機構に異常が発生していない場合の上記機関制御量を予め把握しておき、アイドル運転状態において当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御したときの現在の機関制御量と比較する。これらの偏差が所定量以上である場合には、可変容量機構に閉弁異常が発生したものと判定する。ここで、閉弁異常とは、可変容量機構の排気ガス受入量が十分となっていない状態をいうものとする。
【００１２】
さらに、前記比較する機関制御量が当該機関の燃料噴射量及び燃料噴射時期及び点火時期のいずれか一つの出力制御量であることを特徴とするものである。
【００１３】
内燃機関をアイドル運転状態において当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御するため、上記出力制御量を調整する制御が行われている。可変容量手段に異常が発生すると、それに伴い内燃機関の出力が変化する。この出力の変化に対応し、出力制御量が調整される。アイドル運転状態において当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御したときの出力制御量と可変容量機構の作動量との関係を予め把握しておき、アイドル運転状態において当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御したときの現在の出力制御量と本来あるべき制御量とを比較する。これらの偏差が所定値以上である場合には、可変容量手段に異常が発生したものと判定する。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の可変容量型ターボチャージャの異常判定方法において、前記比較する機関制御量が該アイドル運転状態における同機関の燃料噴射量であることを特徴とするものである。
【００１７】
アイドル運転状態時において、予め把握しておいた可変容量機構が正常な場合の燃料噴射量と現在の燃料噴射量と比較する。これら偏差が所定値以上の場合には、可変容量手段に異常が発生したものと判定する。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、内燃機関からの排気ガス流に基づき作動することにより同機関の燃焼室に吸入される空気の過給を行うとともに、前記排気ガスの受入量を可変とする可変容量機構の操作を通じてその作動量が制御される可変容量型ターボチャージャの異常判定方法であって、前記内燃機関の所定の運転状態において、当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御したときの基準の機関制御量と実際の機関制御量とを比較し、前記基準の機関制御量と実際の機関制御量とに所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構を最大駆動する指令を与え、それでもなお同制御量に所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構の異常を判定することを特徴とするものである。
【００１９】
可変容量型ターボチャージャに異常が認められた場合には、一度可変容量機構を最大限に駆動させるよう指令を与える。この指令によっても、なお異常が解消されなかった場合にだけ、異常判定がなされる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる可変容量型ターボチャージャの異常判定方法の一実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
なお図１は、可変容量型ターボチャージャが搭載されたディーゼルエンジン及びその吸気・排気系の構成を示している。ディーゼルエンジン１１のシリンダブロック１１ａには、ピストン１２が往復移動可能に設けられている。このピストン１２は、コンロッド１３を介してディーゼルエンジン１１の下部に設けられたクランクシャフト（出力軸）１４に連結されている。そして、ピストン１２の往復運動は、そのコンロッド１３によりクランクシャフト１４の回転運動へと変換されるようになる。
【００２２】
クランクシャフト１４にはシグナルロータ１５が取り付けられている。このシグナルロータ１５の外周面には、クランクシャフト１４の軸線を中心として等角度ごとに複数の突起が設けられている。また、シグナルロータ１５の側方には、この突起を検出して検出信号を出力するクランクポジションセンサ１６が設けられている。クランクシャフト１４が回転すると、シグナルロータ１５の各突起が順次クランクポジションセンサ１６の側方を通過する。このとき同センサ１６からは、各突起に対応したパルス状の検出信号が出力される。
【００２３】
上記シリンダブロック１１ａの上端にはシリンダヘッド１７が設けられている。このシリンダヘッド１７の内周側面とピストン１２の上端面とによって囲まれた空間により燃焼室１８が形成されている。シリンダヘッド１７には、この燃焼室１８内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズル１８ａが設けられている。さらに、このシリンダヘッド１７には、吸気ポート１９及び排気ポート２０が燃焼室１８と連通するよう形成されている。そして、これら吸気ポート１９及び排気ポート２０には、それぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられている。
【００２４】
また、シリンダヘッド１７上部には、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が設けられている。これら吸気・排気カムシャフト２３，２４は、図示しないタイミングベルトによってクランクシャフト１４に駆動連結されている。クランクシャフト１４の回転に基づく吸気カムシャフト２３の回転により、吸気バルブ２１が開閉駆動されることで、吸気ポート１９と燃焼室１８とが連通・遮断されるようになる。同様に、排気カムシャフト２４の回転により排気バルブ２２が開閉駆動されることで、排気ポート２０と燃焼室１８とが連通・遮断されるようになる。
【００２５】
上記吸気ポート１９及び排気ポート２０には、それぞれ吸気管３０及び排気管３１が接続されている。この吸気ポート１９及び吸気管３０内は吸気通路３２となっている。同様に排気ポート２０及び排気管３１は排気通路３３となっている。そして、吸気通路３２の上流部及び排気通路３３の下流部は、それぞれターボチャージャ３５に接続されている。このターボチャージャ３５は、吸気通路３２の下流側へと空気を加圧吐出するためのコンプレッサホイール３６と、排気通路３３を通過する排気ガスの吹き付けにより回転するタービンホイール３７が備えられている。これらコンプレッサホイール３６及びタービンホイール３７は、ロータシャフト３８により連結されており、これら両ホイール３６，３７が一体回転するよう構成されている。
【００２６】
また、排気通路３３には、タービンホイール３７の上流側と下流側とを連通するウェストゲート５１が設けられている。このウェストゲート５１の上流側ポートには、バルブアクチュエータ５３によって開閉駆動されるウェストゲートバルブ５２が設けられている。このウェストゲートバルブ５２の開閉駆動によって、排気通路３３におけるタービンホイール３７の上流側と下流側とが連通・遮断される。ウェストゲートバルブ５２が開かれると、排気通路３３内を流れる排気ガスの一部がウェストゲート５１を通りバイパスされるため、タービンホイール３７に吹き付けられる排気ガス量が減少する。
【００２７】
吸気通路３２には、圧力センサ３０ａが設けられている。この圧力センサ３０ａは、吸気通路３２内の空気の圧力、すなわち過給圧を検出し、その検出した圧力に対応する検出信号をＥＣＵ９０に対して出力する。
【００２８】
一方、ディーゼルエンジン１１のクランクシャフト１４は、燃料噴射ポンプ４１のドライブシャフト４１ａと駆動連結されている。この燃料噴射ポンプ４１は、燃料ライン４２を介して前述の燃料噴射ノズル１８ａに接続されている。また、燃料噴射ポンプ４１は、クランクシャフト１４の回転がドライブシャフト４１ａに伝達されることで駆動される。燃料ポンプ４１は、図示しない燃料タンクより燃料を吸引し、この燃料を燃料噴射ノズル１８ａに向けて加圧吐出する。燃料噴射ノズル１８ａは、燃料噴射ポンプ４１から送り込まれた燃料の圧力により作動し、その燃料を燃焼室１８内に噴射する。
【００２９】
さらに、燃料噴射ポンプ４１は、噴射ノズル１８ａに向けて吐出される燃料の量を調整する電磁スピル弁４３とその燃料の吐出開始時期を調整するタイマ装置４４とを備えている。これら電磁スピル弁４３とタイマ装置４４とを調整することによって、燃焼室１８に噴射される燃料の量とその噴射時期とを調整することができる。
【００３０】
ところで、アクセルペダル３４には、その踏み込み量を検出するアクセルセンサ３４ａが設けられている。アクセルセンサ３４ａは、検出したアクセルペダル３４の踏み込み量に対応する検出信号をＥＣＵ９０に出力する。
【００３１】
燃焼室１８から排出された排気ガスは、排気通路３３を通じてターボチャージャ３５のタービンホイール３７に吹き付けられる。この排気ガスの吹き付けによりタービンホイール３７は回転させられる。このタービンホイール３７の回転は、ロータシャフト３８を介してコンプレッサホイール３６に伝達され、同コンプレッサホイール３６も回転させられる。こうしてコンプレッサホイール３６が回転すると、空気が加圧され、吸気通路３２の下流に向かって強制的に送り出される。このことで、燃焼室１８内に吸入される空気の量が増加する。燃焼室１８内の空気の量が増加すると、同燃焼室１８内で燃焼可能な燃料の量も増加する。そのため、燃焼噴射ノズル１８ａから噴射される燃料の量を多くするよう調整することができるようになる。こうして燃焼室１８内の燃料の充填効率が上昇し、その結果エンジン１１の出力を向上せしめることができる。
【００３２】
次に、上記ターボチャージャ３５の具体的構成について詳細に説明する。
図２は、ターボチャージャ３５の側面断面構造を示している。このターボチャージャ３５は、センタハウジング６１、コンプレッサハウジング６２及びタービンハウジング６３を備えている。センタハウジング６１には、上記ロータシャフト３８がその軸心を中心に回転可能に支持されている。このロータシャフト３８の一端（図中右側端）には、複数の羽３６ａを備えた上記コンプレッサホイール３６が取り付けられている。一方、もう一方の端（図中左側端）には、同様に複数の羽３７ａを備えた上記タービンホイール３７が取り付けられている。
【００３３】
センタハウジング６１の一端側には、コンプレッサホイール３６を外周を囲うようにコンプレッサハウジング６２が取り付けられている。このコンプレッサハウジング６２において、センタハウジング６１の反対側には、ロータシャフト３８の軸線を中心とした断面円形状の吸気入口６２ａが開口している。空気は、この吸気入口６２ａを通じてコンプレッサハウジング６２内に導入される。また、同ハウジング６２内部には、コンプレッサホイール３６の外周を渦巻き状に延びるコンプレッサ通路６４が形成されている。このコンプレッサ通路６４は前述の吸気通路３２と連通している。吸気入口６２ａより導入された空気は、コンプレッサホイール３６が回転することで、同通路３２を介して燃焼室１８側へと強制的に送り出される。
【００３４】
一方、センタハウジング６１のもう一方の端には、タービンホイール３７の外周を囲むように上記のタービンハウジング６３が取り付けられている。このタービンハウジング６３内には、タービンホイール３７の外周を渦巻き状に延びるスクロール通路６６が形成されている。このスクロール通路６６は、排気通路１１と連通している。燃焼室１８から送り出された排気ガスは、排気通路１１を介してスクロール通路６６に導入される。
【００３５】
また、スクロール通路６６内周には、同通路６６内の排気ガスをタービンホイール３７に送るための排気ガス流路６７が設けられている。この排気ガス流路６７から送られた排気ガスがタービンホイール３７の羽３７ａに吹き付けられることにより、同ホイール３７はロータシャフト３８の軸線を中心として回転するようになる。なお、タービンホイール３７に吹き付けられた排気ガスは、タービンハウジング６３においてセンタハウジング６１の反対側に設けられた排気出口６２ａから触媒コンバータへ送り出される。
【００３６】
次に、上記排気ガス流路６７を介してタービンホイール３７に吹き付けられる排気ガスの流速を可変とする可変ノズル機構７１について説明する。
図３（ａ）は同機構７１の側断面構造を、図３（ｂ）は同機構７１の正面構造を示している。この可変ノズル機構７１は、センタハウジング６１とタービンハウジング６３との間に挟み込まれるように設けられている。図３（ａ）に示されるように、可変ノズル機構７１はリング形状をしたノズルバックプレート７２を備えている。このノズルバックプレート７２には、複数の軸７３が同プレート７２の円心を中心とした等角度ごとに設けられている。これらの軸７３は、ノズルバックプレート７２をその厚さ方向に貫通して回動可能に支持されている。また、これら軸７３の一端（図３（ａ）中の左側端）には、ノズルベーン７４が固定されている。また、軸７３の他端には、同軸と直交してノズルバックプレート７２外縁方向に延びる開閉レバー７５が設けられている。この開閉レバー７５の先端は、二股に分岐した一対の狭持部７５ａが形成されている。
【００３７】
各開閉レバー７５とノズルバックプレート７２との間に狭持されるように、環状のリングプレート７６が設けられている。このリングプレート７６は、円心を中心として回転可能となっている。また、リングプレート７６にはその円心を中心として等角度ごとに複数のピン７７が設けられている。これらピン７７は、上記開閉レバー７５の狭持部７５ａの間に挟み込まれており、同開閉レバー７５を回動可能に支持している。
【００３８】
このリングプレート７６が円心を中心として回動されると、各ピン７７は狭持部７５ａをその回動方向へ押す。その結果、開閉レバー７５は軸７３を回動させることとなる。この軸７３の回動に伴い各ノズルベーン７４も同軸７３の軸線を中心として回動する。こうした機構により、各ノズルベーン７４をそれぞれ同期した状態で回動させることができる。また、こうしたノズルベーン７４の回動によって、隣り合うノズルベーン７４間の隙間の大きさが調整される。
【００３９】
以上説明した可変ノズル機構７１は、図示しないボルトによりノズルバックプレート７２とタービンハウジング６３とを締結することにより、図２に示される態様で固定される。こうして固定することで、前記排気ガス流路６７内にノズルベーン７４が配置される。
【００４０】
一方、前記リングプレート７６の外縁には、同プレート７６の回動中心軸と平行に延びる駆動ピン８６が設けられている。この駆動ピン８６には、可変ノズル機構７１を駆動するための駆動機構８２が連結されている。
【００４１】
この駆動機構８２は、センタハウジング６１に回動可能に支持された支軸８３を備えている。この支軸８３の一端（図中左側端）には、駆動レバー８４が固定されている。この駆動レバー８４の先端は、前記駆動ピン８６が回動可能に連結されている。
【００４２】
さらに、支軸８３の他端（図中右側端）には、アクチュエータ８７に連結された操作片８５が固定されている。アクチュエータ８７の駆動により操作片８５が操作されると、支軸８３が回動する。この支軸８３の回動に伴い、駆動レバー８４も支軸８３を中心として回動する。その結果、駆動レバー８４によってピン８６が押され、リングプレート７６がその回動軸心を中心として回動することとなる。こうしてリングプレート７６が回動することで、前記ノズルベーン７４が開閉駆動される。
【００４３】
ノズルベーン７４の開閉駆動によりタービンホイール３７に吹き付けられる排気ガスの流速が変化し、タービンホイール３７、ロータシャフト３８及びコンプレッサホイール３６の回転速度が変化する。この回転速度の変化により、コンプレッサホイール３６が送り出す空気の量が変化する。したがって、ノズルベーン７４の開閉を制御することにより燃焼室１８内に送り込まれる空気の過給量を調整することができる。
【００４４】
次に、上記駆動機構８２を駆動するアクチュエータ８７及びその駆動装置について説明する。
図４には、上記アクチュエータ８７及びその駆動装置の構成が示されている。このアクチュエータ８７の内部は、ダイヤフラム８８によって負圧室８７ａと大気室８７ｂとに区画されている。負圧室８７ａ内には、ダイヤフラム８８と直交する方向に伸縮するコイルスプリング８８ａが設けられている。また、同負圧室８７ａは負圧通路８９が接続されている。一方、大気室８７ｂの内部は、アクチュエータ８７の外部と連通して大気圧となっている。
【００４５】
ダイヤフラム８８には、コイルスプリング８８ａの伸縮方向へ延びてアクチュエータ８７の外部に突出するロッド８８ｂが設けられている。このロッド８８ｂは、上記ノズルベーン７４を開閉動作させるための駆動機構８２に設けられた操作片８５（図２）に連結されている。
【００４６】
また、上記負圧通路８９は、バキュームポンプ９１に接続されている。このバキュームポンプ９１は、エンジン１１のクランクシャフト１４に駆動連結されており、負圧通路８９内の負圧が一定値となるよう同通路８９内の空気を吸引する。
【００４７】
その負圧通路８９の途中にはエレクトリック・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶＲＶ）９０が設けられている。このＥＶＲＶ９０は、図示しない電磁ソレノイドを備えている。この電磁ソレノイドに供給される電流はＥＣＵ９２によってデューティ制御されており、これによってＥＶＲＶ９０の開度が調整されている。
【００４８】
ＥＶＲＶ９０の開度が調整されると、負圧室８７ａからバキュームポンプ９１へ向けて吸引される空気の量が調節される。このことで負圧室８７ａ内の圧力と大気室８７ｂ内の圧力との間に差が生じる。ダイヤフラム８８は、両室８７ａ，８７ｂ間の圧力差とコイルスプリング８８ａとがつり合う位置に変位する。この変位により、ダイヤフラム８８に設けられたロッド８８ｂの突出位置が適宜に変更される。そして、ターボチャージャ３５におけるノズルベーン７４の開度が適宜に調整される。さらに、このようにノズルベーン７４の開度が調節されることで、ターボチャージャ３５により燃焼室１８（図１）へ強制的に送り込まれる空気の量、すなわち燃焼室１８への空気の過給圧が調節されるようになる。
【００４９】
次に、本実施の形態におけるディーゼルエンジンの電気的構成について、図５に基づいて説明する。
このノズル開度制御装置には、燃料噴射時期、燃料噴射量及びアイドル回転数など、エンジン１１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）９２を備えている。このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６等を備える論理演算回路として構成されている。
【００５０】
ここで、ＲＯＭ６２は各種制御プログラムや、その各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されるメモリである。ＣＰＵ９４はＲＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９６はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路９８及び外部出力回路９９と接続されている。
【００５１】
外部入力回路９８には、クランクポジションセンサ１６、アクセルセンサ３４ａ、圧力センサ３０ａ等のエンジンの運転状態を検出する検出装置が接続されている。一方、外部出力回路９９には、バルブアクチュエータ５３、電磁スピル弁４３、タイマ装置４４、ＥＶＲＶ９０及び警告灯１００が接続されている。なお、この警告灯１００は、運転席に設けられており、上記ノズルベーン７４の閉弁異常が発生した場合に点灯して運転者に閉弁異常の発生を通知するためのものである。
【００５２】
このように構成されたＥＣＵ９２は、クランクポジションセンサ１６及び図示しないカムポジションセンサからの検出信号に基づきエンジン回転数ＮＥやクランク角度を求め、そのエンジン回転数ＮＥやクランク角度から噴射時期目標値を算出する。また、ＥＣＵ９２はアクセルセンサ３４ａからの検出信号に基づきアクセルペダル３４の踏み込み量を把握し、この踏み込み量とエンジン回転数ＮＥより燃料噴射量指令値を算出する。そして、ＥＣＵ９２は、上記求めた噴射量指令値及び噴射時期目標値に基づき電磁スピル弁４３及びタイマ装置４４を駆動制御する。このことで、上記噴射量指令値に対応した燃料量を噴射させるとともに、燃料の噴射時期を上記噴射時期目標値に近づける。このように燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御することで、ディーゼルエンジン１１の運転状態を良好に保つことができるようになる。
【００５３】
次に、ＥＣＵ９２が行うターボチャージャ３５の可変容量制御について説明する。
ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥや燃料噴射量等に基づいてターボチャージャ３５による過給圧の目標値を算出する。そして、ＥＣＵ９２は、この過給圧目標値と圧力センサ３０ａにより検出される実際の過給圧とを比較し、ＥＶＲＶ９０に出力するノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙを調整する。このノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙに基づきＥＶＲＶ９０の開度が変更される。このＥＶＲＶ９０の開度の変化に伴ってアクチュエータ８７が駆動し、ノズルベーン７４が開閉駆動される。
【００５４】
なお、本実施の形態では、ノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙが増加するほど、ノズルベーン開度も大きくなる構成となっている。また、ノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙ０％でノズルベーン７４が全閉となり、１００％でノズルベーンが全開となる構成であり、いわゆるノーマル・クローズド・システムとなっている。ただし、本実施の形態では、通常運転時にはノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙ３０〜７０％の範囲でノズルベーン開度を制御している。
【００５５】
次に本実施の形態における可変容量型ターボチャージャの異常判定方法並びにエンジン制御方法について説明する。
このエンジン制御はアイドリング時、すなわちアクセルペダル３４の踏込量がゼロでエンジン１１が空転している時に行われる。以下に、このアイドリング時に行われるエンジン制御について、図６に示すフローチャートに基づき説明する。同処理ルーチンは、アイドリング時にＥＣＵ９２を通じて実行される。
【００５６】
同処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２はステップＳ１００の処理として、ＥＶＲＶ９０に７０％のノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙを出力する。このデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙに基づき、ターボチャージャ３５のノズルベーン７４の開度は、上述したように通常運転時における最大開度（７０％）となるよう設定される。
【００５７】
その後、ＥＣＵ９２は、次のステップＳ１０１の処理として、クランクポジションセンサ１６からの検出信号に基づき求められるエンジン回転数ＮＥを取得する。
【００５８】
次のステップＳ１０２の処理として、ＥＣＵ９２はステップＳ１０１において取得したエンジン回転数ＮＥと予め定められたアイドリング時の所定エンジン回転数αとを比較する。この所定回転数αは、エンジン１１が安定して運転でき、かつアクセルペダル３４が踏み込まれた際に円滑に発進可能な回転数に設定されている。
【００５９】
より厳密に言えば、この所定回転数αは運転条件に応じて異なった値となる。例えば、エア・コンディショナ作動時には所定回転数αの値を大きくする、いわゆるアイドルアップ制御がなされている場合がある。また、オートマティック・トランスミッション装備車の場合、ニュートラル・レンジ時とドライブ・レンジ時とでは、異なった所定回転数αが設定される。さらに、大気圧やエンジン温度等の諸条件によってアイドリング時のエンジン回転数を変化させる場合があるが、ここでは所定回転数αは常に一定の値であるとして話を進める。
【００６０】
上記ステップＳ１０２の処理としてエンジン回転数ＮＥと所定回転数αとの比較を行った結果、これらの値が一致していない場合には、ＥＣＵ９２はステップＳ１０３の処理を実行する。ＥＣＵ９２は、このステップＳ１０３の処理として、エンジン回転数ＮＥが所定回転数αに近づくよう燃料噴射量ＱＦＩＮを調整する。燃料噴射量ＱＦＩＮを調整した後、ＥＣＵ９２は再びステップＳ１０１の処理に戻り、エンジン回転数ＮＥを取得する。
【００６１】
このようにしてステップＳ１０１，ステップＳ１０２，ステップＳ１０３の処理を繰り返すことにより、ＥＣＵ９２はエンジン回転数ＮＥを所定回転数αに一致させる。ステップＳ１０２においてエンジン回転数ＮＥと所定回転数αとが一致すると判断された場合、ＥＣＵ９２の処理はターボチャージャの異常判定処理ルーチンへと移行する。
【００６２】
次にこのターボチャージャの異常判定処理ルーチンについて、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。
エンジン停止時には、ノズルベーン７４は全閉となっている。このノズルベーン７４自身、あるいはノズルベーン７４の開度を調整する機構の可動部材がスティック（固着）し、ノズルベーン７４の開度を調整できなくなることがある。本処理ルーチンでは、ノズルベーン７４がこの開度調整不能状態にあるか否かの判定を行っている。
【００６３】
同処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２はステップＳ２００の処理として、燃料噴射量指令値等によって求められる現在の燃料噴射量ＱＦＩＮを取得する。また、ステップＳ２０１の処理として、ＥＣＵ９２はＲＡＭ９５またはバックアップＲＡＭ９６内に記憶された基準燃料噴射量ＱＰＲＥを取得する。なお、この基準燃料噴射量ＱＰＲＥは、以前に本処理ルーチンが実行された際に、ターボチャージャの正常動作が確認された時の燃料噴射量ＱＦＩＮを記憶したものである。なお、この処理は後述する正常時処理ルーチンのステップＳ４００にて実行される。
【００６４】
続くステップＳ２０２の処理として、ＥＣＵ９２は、現在の燃料噴射量ＱＦＩＮと基準燃料噴射量ＱＰＲＥとの差が予め定められた判定値β以上であるか否かを判断している。
【００６５】
ここで、アイドリング時におけるノズルベーン開度と燃料噴射量ＱＦＩＮとの関係について説明する。アイドリング時のようにエンジン１１が低回転・低負荷で運転されている場合、ターボチャージャ３５の過給効果はほとんど望めない。このとき、ノズルベーン開度を小さくすると、ノズルベーン７４を通過する排気ガスの流動抵抗が増加し、排気通路３３内の圧力、すなわち背圧が増加する。こうして背圧が増加すると、エンジン１１の排気行程におけるポンピングロスが増加するため、エンジン回転数ＮＥが低下する。したがって、ノズルベーン開度が小さい状態でエンジン回転数ＮＥを所定回転数αとするためには、前述のアイドリング時のエンジン制御処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２は燃料噴射量ＱＦＩＮを通常よりも増量するよう調整する必要がある。
【００６６】
エンジン回転数ＮＥを所定回転数αとするために必要な燃料噴射量ＱＦＩＮとノズルベーン開度との関係を図８のグラフに示す。同図に示されるように、アイドリング時の燃料噴射量ＱＦＩＮは、ノズルベーン開度が小さくなるほど単調増加している。したがって、このときの燃料噴射量ＱＦＩＮよりノズルベーン開度を推定することが可能である。ただし、エンジン温度や大気圧といった運転条件に応じて、このときの燃料噴射量ＱＦＩＮも多少変動する。そこで、この運転条件による変動分も加味した上で、ノズルベーン７４が所定の開度となっていないことが判断できるように、前記の判定値βの値が設定されている。
【００６７】
したがって、図７に示す異常判定処理ルーチンにおいては、現在の燃料噴射量ＱＦＩＮと基準燃料噴射量ＱＰＲＥとの差がこの判定値β以上であれば、ノズルベーン７４が所定開度まで開弁していないものと判定し、ＥＣＵ９２の処理はステップＳ２０３に移行する。一方、上記差が判定値β未満であれば、ノズルベーン７４は正常に動作しているものと判定し、ＥＣＵ９２の処理は正常時処理ルーチンへ移行する。
【００６８】
ステップＳ２０２の処理において閉弁異常と判定された場合、ＥＣＵ９２はステップＳ２０３の処理として、ＥＶＲＶ９０にノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙ＝１００％を出力する。この指令により、ＥＶＲＶ９０は全開となり、上記アクチュエータ８２の負圧室８２ａの負圧を増加させる。
【００６９】
ここで、ノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙと上記アクチュエータ８７の負圧室８７ａ内の負圧との関係を、図９のグラフに示されている。このグラフに示されるように、負圧室８７ａ内の負圧は、ノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙが大きくなるほど増加し、同指令値ＶＮｄｕｔｙ＝１００％で最大となる。アクチュエータ８７は、負圧室８７ａ内の負圧に基づいてノズルベーン７４を操作している。したがって、この指令により、ノズルベーン７４は最大の力でもって操作されることとなる。
【００７０】
なお、このステップＳ２０３でこうした処理を実行するのは、上記のような大きな力でノズルベーン７４を操作することで、同ベーン７４あるいはその周辺の可動部材のスティック状態が解除されることがあるからである。
【００７１】
続くステップＳ２０４〜Ｓ２０６の処理でＥＣＵ９２は、上記アイドリング時のエンジン制御処理ルーチンにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同様に、燃料噴射量ＱＦＩＮを調整しながらエンジン回転数ＮＥを所定回転数αとする制御を行う。
【００７２】
そして、ＥＣＵ９２は、続くステップＳ２０７の処理として、ステップＳ２０１の処理と同様に現在の燃料噴射量ＱＦＩＮを取得する。その後ＥＣＵ９２は、次のステップＳ２０８の処理として、ここで取得した燃料噴射量ＱＦＩＮをもとに上記ステップＳ２０２と同様のノズルベーン７４の開度調整の異常判定を実行する。ここで正常動作と判定されれば、ＥＣＵ９２の処理は、ノズルベーン７４の開度調整の異常は解消されたものと判断し、正常時処理ルーチンへ移行する。一方、ここでも異常と判断された場合、ＥＣＵ９２の処理はノズルベーン開度調整機構の異常に対処する処理を行うため、フェイルモードルーチンに移行する。
【００７３】
次に、このフェイルモードルーチンについて、図１０に示すフローチャートに基づき説明する。
ＥＣＵ９２は、ステップＳ３００の処理としてフェイルフラグＦＦに１を代入し、ＲＡＭ９５またはバックアップＲＡＭ９６内に記録する。そしてＥＣＵ９２は、続くステップＳ３０１の処理として、運転席に設けられて運転者にノズルベーン７４の異常を通知する前記警告灯１００を点灯する。
【００７４】
そしてＥＣＵ９２は、ステップＳ３０２の処理として、過給圧係数ＷＱＦＰを０．８に固定し、燃料噴射量を低減する。
仮に燃焼室１８に燃料が過剰な割合で噴射されたとすると、エンジンの爆発工程において不完全燃焼が発生する。この不完全燃焼が発生すると、燃焼室１８から排出される排気ガスには煤や不燃燃料等の微粒子物質が多量に含まれることとなり、排気通路３３から外気へと排出される排気ガスにスモークが発生する。そこで過給係数ＷＱＦＰを０．８とやや低い値とすることで、以降、運転中の燃料噴射量が低く抑えられる。こうして、燃料噴射量を低く抑えることで、上記のスモークの発生が抑えられる。
【００７５】
その後、ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０３の処理として、ウェストゲートバルブ５２を全開させ、以降その状態を維持するようバルブアクチュエータ５３に指令信号を出力する。すなわち、異常時には上記ノズルベーン７４は十分な開度となっていないため、タービンホイール３７を通過する排気ガスの流動抵抗が増加している。このとき、ウェストゲートバルブ５２を全開とすると、排気通路３３内の排気ガスの大部分はウェストゲート５１を通過するようになる。こうして排気ガスの流れを円滑にすることで、背圧の上昇が抑制される。
【００７６】
以上の処理により、ノズルベーン７４の開閉動作不良により発生する不具合を抑制し、過給効果による性能向上は期待できないものの、自然吸気（ＮＡ）車並の性能で走行可能となる。以降、ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０２及びステップＳ３０３の処理を持続したままエンジン制御を行うフェイル時エンジン制御に移行する。
【００７７】
次に、上記異常判定処理ルーチンのステップＳ２０２及びステップＳ２０８において異常判定されなかった場合に実行されるセイフ時処理ルーチンについて、図１１の同処理ルーチンのフローチャートに基づき説明する。
【００７８】
まずＥＣＵ９２は、ステップＳ４００の処理として、基準燃料噴射量ＱＰＲＥに現在の燃料噴射量ＱＦＩＮを代入する。こうして、基準燃料噴射量ＱＰＲＥを随時更新することによって、エンジンの個体差、経時変化あるいは使用環境条件の変化に適応している。
【００７９】
次のステップＳ４０１の処理としてＥＣＵ９２は、フェイルフラグＦＦが１であるか否かを判断している。フェイルフラグＦＦがゼロであれば、ＥＣＵ９２は直ちに通常のエンジン制御処理に移行する。
【００８０】
一方、フェイルフラグＦＦが１であるならば、前回のエンジン運転時に異常が発見され、フェイルモードでエンジン制御がなされていたことになる。この場合ＥＣＵ９２は、異常が回避されたものと判断し、次のステップＳ４０２及びステップＳ４０３の処理を実行する。ＥＣＵ９２は、ステップＳ４０２の処理として上記警告灯１００を消灯し、続くステップＳ４０５の処理としてフェイルフラグＦＦにゼロを代入している。その後、ＥＣＵ９２の処理は通常のエンジン制御に移行する。
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に記すような効果を得ることができる。
【００８１】
・ノズルベーン７４の開度を直接検出する検出装置を設けずとも、同ベーン７４の閉弁異常を判別することができようになり、コストの低減や構造の簡略化を図ることができる。
【００８２】
・アイドル運転時のように、吸気量自体が小さく、ノズルベーン７４の開度の違いから生じる過給圧の差がそれ程大きくない状態にあっても、同ベーン７４の閉弁異常を判別することができる。
【００８３】
・一旦、閉弁異常と判定されても、ノズルベーン７４を強制的に全開とする指令を出力し、その後、再び異常判定を実行している。この強制全開指令により異常が解消される場合もあり、単純なスティック等で開度調節が不能となった時に自動的に正常状態に復帰させることができる。また、フェイルモードへの移行や警告灯１００の点灯などが実行される回数を減らすことができる。
【００８４】
・燃料噴射量を減らし、ウェストゲートを全開とするフェイルモードを設けたことで、閉弁異常時にも自然吸気車並の走行を保証することができる。
・ノズルベーン７４はアクチュエータ８７により、エンジン停止時には全閉となるべく、またエンジン始動時には全開（７０％）となるべく操作される。この操作により自動的に上記閉弁異常が解消されることがある。本実施の形態では、たとえ前回の運転時に異常判定がなされ、フェイルモードで運転が行われていたとしても、エンジン再始動時には異常判定処理が行われる。そして異常が解消されていれば、直ちに通常のエンジン制御に復帰させることができる。
【００８５】
なお、本実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・本実施の形態では、アイドル運転時に燃料噴射量を調節することでエンジン回転数を所定回転数とするよう制御を行い、その後この調節された燃料噴射量を異常判定のパラメータとして使用していた。これをエンジン回転数の低下の度合いでもって異常判定のパラメータとするよう変更しても良い。
【００８６】
・ノズルベーン７４の閉弁異常に係るエンジン出力の変化に応じて、その制御量が変化する運転制御状態量であれば、これを異常判定のパラメータとすることができる。このような運転制御状態量としては、例えば燃料噴射時期やガソリンエンジンにあっては燃料点火時期等が挙げられる。所定運転条件におけるこれらの状態量とノズルベーン７４の開度との関係を予め実験や学習等により把握しておけば、こうした状態量からノズルベーン７４の開度を間接的に算出することが可能となり、異常判定を行うことができる。
【００８８】
・本実施の形態に係る異常判定方法と過給圧の変化を検出することによる異常判定方法とを組み合わせて行うよう変更しても良い。
次に、以上の実施の形態から把握することのできる請求項以外の技術的思想を、その効果とともに以下に記載する。
（１）内燃機関からの排気ガス流に基づき作動することにより同機関の燃焼室に吸入される空気の過給を行うとともに、前記排気ガスの受入量を可変とする可変容量機構の操作を通じてその作動量が制御される可変容量型ターボチャージャと、同機関の排気系にあってこの可変容量型ターボチャージャのタービン部を迂回するウェストゲート及び同ウェストゲートを開閉するウェストゲートバルブとを備える内燃機関の制御方法であって、
内燃機関の所定の運転状態における基準の機関制御量と実際の機関制御量とを比較し、それら制御量に所定量以上の偏差が生じるとき前記ウェストゲートバルブを開とする
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００８９】
上記技術的思想によれば、特別な検出装置を設けずとも、可変容量機構の作動不良による異常を判定できる。さらに、ウェストゲートを全開とすることで、排気ガスを異常が発生したターボチャージャから迂回させることができる。したがって、異常発生時にも安定した走行が可能となる。
（２）上記（１）記載の内燃機関の制御方法において、
前記基準の機関制御量と実際の機関制御量とに所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構を最大駆動する指令を与え、それでもなお同制御量に所定量以上の偏差が生じるとき前記ウェストゲートバルブを開とする
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００９０】
上記技術思想によれば、可変容量機構を最大駆動する指令を与えることで異常が自動的に解消される場合があるため、異常判定がなされる回数を減少させることができる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明の可変容量型ターボチャージャの異常判定方法によれば、特別な検出装置を設けずとも可変容量手段の作動不良による異常を判定できるようになるという優れた効果を奏すことができる。
【００９２】
特に、請求項１記載の発明によれば、ターボチャージャが発生する過給圧にあまり変化が生じないような異常状態にあっても、その異常を判定することができるようになる。
【００９３】
また、容易且つより正確な異常判定を実行することができる。
更に、請求項３記載の発明によれば、異常判定がなされる回数を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施形態が適用されるディーゼルエンジンシステムを示す概略図。
【図２】同エンジンの可変容量型ターボチャージャの構造を示す断面図。
【図３】同ターボチャージャの可変ノズル機構を示す断面図及び平面図。
【図４】上記可変ノズル機構の駆動系を示す概略図。
【図５】上記エンジンシステムの電気的構成を示すブロック図。
【図６】アイドリング時のエンジン制御処理ルーチンを示すフローチャート。
【図７】ターボチャージャの異常判定処理ルーチンを示すフローチャート。
【図８】燃料噴射量ＱＦＩＮとノズルベーン開度との関係を示すグラフ。
【図９】ノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙと負圧室内の負圧との関係を示すグラフ。
【図１０】フェイルモードルーチンを示すフローチャート。
【図１１】正常時処理ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１１…ディーゼルエンジン、１６…クランクポジションセンサ、３５…ターボチャージャ、４３…電磁スピル弁、４４…タイマ装置、５２…ウェストゲートバルブ、７４…ノズルベーン、８７…アクチュエータ、９０…ＥＶＲＶ、９２…ＥＣＵ。
【発明の属する技術分野】
本発明は可変容量型ターボチャージャの異常判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に内燃機関の出力向上を図るには、燃焼室に充填される空気の量を増やすことが望ましい。そこでピストンの移動に伴い燃焼室内に発生する負圧により燃焼室内に空気を充填するだけでなく、空気を外部より強制的に燃焼室内に送り込み、同室内の空気の充填効率を高める過給システムが実用されている。こうした過給システムとして、ターボチャージャが広く知られている。
【０００３】
ターボチャージャには、燃焼室から送り出された排気ガスによって回転するタービンホイールと、空気を強制的に燃焼室に送り込むためのコンプレッサホイールとが備えられている。これらタービンホイール及びコンプレッサホイールは、ロータシャフトにより一体回転可能に連結されている。タービンホイールに排気ガスが吹き付けられることで同ホイールが回転すると、その回転はロータシャフトによりコンプレッサホイールに伝達される。こうしてコンプレッサホイールが回転することにより、燃焼室内に強制的に空気が送り込むことができる。
【０００４】
こうしたターボチャージャにあって、燃焼室内に送り込む空気の圧力、すなわち過給圧は、内燃機関の運転条件に則して適宜調整することが望ましい。そこで、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流量・流速等を調整し、過給圧を可変とする可変容量型のターボチャージャが提案され、実用されるに至っている。
【０００５】
こうした可変容量型ターボチャージャには、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流路の面積を変化させ、該排気ガスの流速を可変とするものがある。このようなターボチャージャでは、例えばタービン入口部に可変ノズル（可変容量機構）を設け、同入口部の面積を可変としている。そして、排気ガスが少なく、ガス容積による過給効果が顕著でない低速または低負荷運転時には、タービン入口部の面積を減少せしめるようノズルの開度を小さくし、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を高める。排気ガスの流速を高めることで、ガス動圧による過給効果を向上せしめる。一方、排気ガス量が多く、ガス容積による過給効果が十分に期待できる高速または高負荷運転時には、タービン入口部の面積を増加せしめるようノズルの開度を大きくし、排気ガスの流動抵抗を減少させる。排気ガスの流動抵抗を減少させることで、内燃機関の排気効率を高める。こうして内燃機関の運転条件に応じた高い過給効果が維持される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
こうした可変容量型ターボチャージャにあっては、上記可変ノズルのスティック（固着）等により可変容量機構としての操作が不能となると、内燃機関の運転条件に応じた過給圧の調整ができなくなる。例えば、低速または低負荷運転時にノズルの開度が大きく設定されたままであると、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速が増加せず、過給効果があまり期待できなくなる。一方、高速または高負荷運転時にノズルの開度が小さく設定されたままであると、排気ガスの流動抵抗により排気効率が低下して内燃機関の出力をも減少させるようになる。
【０００７】
こうした不具合を回避するためには、上記可変容量機構である可変ノズルが正常に動作しているか否かを監視する必要がある。こうした可変容量機構の異常判定方法としては、ノズルの動作を直接的に監視する方法が最も効果的である。しかし、そのためには専用の検出装置を設ける必要があるため、内燃機関の構造の複雑化や製造コストの増加を招いてしまう。
【０００８】
なお従来、例えば特開昭６１−１９０１２４号公報に見られるように、過給圧から上記可変容量機構の異常を判定する方法も知られてはいるが、ノズルが閉弁異常となっている場合には排気圧上昇に伴うターボ効果の低下により過給圧上昇が起こらないこともあり、このような状態下では上記可変容量機構の異常を適正に判定することはできない。
【０００９】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、何ら特別な検出装置を不要として、可変容量機構の異常を常に適正に判定することのできる可変容量型ターボチャージャの異常判定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関からの排気ガス流に基づき作動することにより同機関の燃焼室に吸入される空気の過給を行うとともに、前記排気ガスの受入量を可変とする可変容量機構の操作を通じてその作動量が制御される可変容量型ターボチャージャの異常判定方法であって、前記内燃機関のアイドル運転状態において、当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御し、機関制御量として当該機関の燃料噴射量及び燃料噴射時期及び点火時期のいずれか一つの出力制御量を用いて、ターボチャージャの正常動作が確認されたときの基準となる機関制御量と実際の機関制御量とを比較し、それら制御量に所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構の閉弁異常を判定することを特徴とするものである。
【００１１】
上記可変容量機構に異常が発生すると、それに伴い内燃機関の機関制御量も通常とは異なった値を示す。可変容量機構に異常が発生していない場合の上記機関制御量を予め把握しておき、アイドル運転状態において当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御したときの現在の機関制御量と比較する。これらの偏差が所定量以上である場合には、可変容量機構に閉弁異常が発生したものと判定する。ここで、閉弁異常とは、可変容量機構の排気ガス受入量が十分となっていない状態をいうものとする。
【００１２】
さらに、前記比較する機関制御量が当該機関の燃料噴射量及び燃料噴射時期及び点火時期のいずれか一つの出力制御量であることを特徴とするものである。
【００１３】
内燃機関をアイドル運転状態において当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御するため、上記出力制御量を調整する制御が行われている。可変容量手段に異常が発生すると、それに伴い内燃機関の出力が変化する。この出力の変化に対応し、出力制御量が調整される。アイドル運転状態において当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御したときの出力制御量と可変容量機構の作動量との関係を予め把握しておき、アイドル運転状態において当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御したときの現在の出力制御量と本来あるべき制御量とを比較する。これらの偏差が所定値以上である場合には、可変容量手段に異常が発生したものと判定する。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の可変容量型ターボチャージャの異常判定方法において、前記比較する機関制御量が該アイドル運転状態における同機関の燃料噴射量であることを特徴とするものである。
【００１７】
アイドル運転状態時において、予め把握しておいた可変容量機構が正常な場合の燃料噴射量と現在の燃料噴射量と比較する。これら偏差が所定値以上の場合には、可変容量手段に異常が発生したものと判定する。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、内燃機関からの排気ガス流に基づき作動することにより同機関の燃焼室に吸入される空気の過給を行うとともに、前記排気ガスの受入量を可変とする可変容量機構の操作を通じてその作動量が制御される可変容量型ターボチャージャの異常判定方法であって、前記内燃機関の所定の運転状態において、当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御したときの基準の機関制御量と実際の機関制御量とを比較し、前記基準の機関制御量と実際の機関制御量とに所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構を最大駆動する指令を与え、それでもなお同制御量に所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構の異常を判定することを特徴とするものである。
【００１９】
可変容量型ターボチャージャに異常が認められた場合には、一度可変容量機構を最大限に駆動させるよう指令を与える。この指令によっても、なお異常が解消されなかった場合にだけ、異常判定がなされる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる可変容量型ターボチャージャの異常判定方法の一実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
なお図１は、可変容量型ターボチャージャが搭載されたディーゼルエンジン及びその吸気・排気系の構成を示している。ディーゼルエンジン１１のシリンダブロック１１ａには、ピストン１２が往復移動可能に設けられている。このピストン１２は、コンロッド１３を介してディーゼルエンジン１１の下部に設けられたクランクシャフト（出力軸）１４に連結されている。そして、ピストン１２の往復運動は、そのコンロッド１３によりクランクシャフト１４の回転運動へと変換されるようになる。
【００２２】
クランクシャフト１４にはシグナルロータ１５が取り付けられている。このシグナルロータ１５の外周面には、クランクシャフト１４の軸線を中心として等角度ごとに複数の突起が設けられている。また、シグナルロータ１５の側方には、この突起を検出して検出信号を出力するクランクポジションセンサ１６が設けられている。クランクシャフト１４が回転すると、シグナルロータ１５の各突起が順次クランクポジションセンサ１６の側方を通過する。このとき同センサ１６からは、各突起に対応したパルス状の検出信号が出力される。
【００２３】
上記シリンダブロック１１ａの上端にはシリンダヘッド１７が設けられている。このシリンダヘッド１７の内周側面とピストン１２の上端面とによって囲まれた空間により燃焼室１８が形成されている。シリンダヘッド１７には、この燃焼室１８内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズル１８ａが設けられている。さらに、このシリンダヘッド１７には、吸気ポート１９及び排気ポート２０が燃焼室１８と連通するよう形成されている。そして、これら吸気ポート１９及び排気ポート２０には、それぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられている。
【００２４】
また、シリンダヘッド１７上部には、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が設けられている。これら吸気・排気カムシャフト２３，２４は、図示しないタイミングベルトによってクランクシャフト１４に駆動連結されている。クランクシャフト１４の回転に基づく吸気カムシャフト２３の回転により、吸気バルブ２１が開閉駆動されることで、吸気ポート１９と燃焼室１８とが連通・遮断されるようになる。同様に、排気カムシャフト２４の回転により排気バルブ２２が開閉駆動されることで、排気ポート２０と燃焼室１８とが連通・遮断されるようになる。
【００２５】
上記吸気ポート１９及び排気ポート２０には、それぞれ吸気管３０及び排気管３１が接続されている。この吸気ポート１９及び吸気管３０内は吸気通路３２となっている。同様に排気ポート２０及び排気管３１は排気通路３３となっている。そして、吸気通路３２の上流部及び排気通路３３の下流部は、それぞれターボチャージャ３５に接続されている。このターボチャージャ３５は、吸気通路３２の下流側へと空気を加圧吐出するためのコンプレッサホイール３６と、排気通路３３を通過する排気ガスの吹き付けにより回転するタービンホイール３７が備えられている。これらコンプレッサホイール３６及びタービンホイール３７は、ロータシャフト３８により連結されており、これら両ホイール３６，３７が一体回転するよう構成されている。
【００２６】
また、排気通路３３には、タービンホイール３７の上流側と下流側とを連通するウェストゲート５１が設けられている。このウェストゲート５１の上流側ポートには、バルブアクチュエータ５３によって開閉駆動されるウェストゲートバルブ５２が設けられている。このウェストゲートバルブ５２の開閉駆動によって、排気通路３３におけるタービンホイール３７の上流側と下流側とが連通・遮断される。ウェストゲートバルブ５２が開かれると、排気通路３３内を流れる排気ガスの一部がウェストゲート５１を通りバイパスされるため、タービンホイール３７に吹き付けられる排気ガス量が減少する。
【００２７】
吸気通路３２には、圧力センサ３０ａが設けられている。この圧力センサ３０ａは、吸気通路３２内の空気の圧力、すなわち過給圧を検出し、その検出した圧力に対応する検出信号をＥＣＵ９０に対して出力する。
【００２８】
一方、ディーゼルエンジン１１のクランクシャフト１４は、燃料噴射ポンプ４１のドライブシャフト４１ａと駆動連結されている。この燃料噴射ポンプ４１は、燃料ライン４２を介して前述の燃料噴射ノズル１８ａに接続されている。また、燃料噴射ポンプ４１は、クランクシャフト１４の回転がドライブシャフト４１ａに伝達されることで駆動される。燃料ポンプ４１は、図示しない燃料タンクより燃料を吸引し、この燃料を燃料噴射ノズル１８ａに向けて加圧吐出する。燃料噴射ノズル１８ａは、燃料噴射ポンプ４１から送り込まれた燃料の圧力により作動し、その燃料を燃焼室１８内に噴射する。
【００２９】
さらに、燃料噴射ポンプ４１は、噴射ノズル１８ａに向けて吐出される燃料の量を調整する電磁スピル弁４３とその燃料の吐出開始時期を調整するタイマ装置４４とを備えている。これら電磁スピル弁４３とタイマ装置４４とを調整することによって、燃焼室１８に噴射される燃料の量とその噴射時期とを調整することができる。
【００３０】
ところで、アクセルペダル３４には、その踏み込み量を検出するアクセルセンサ３４ａが設けられている。アクセルセンサ３４ａは、検出したアクセルペダル３４の踏み込み量に対応する検出信号をＥＣＵ９０に出力する。
【００３１】
燃焼室１８から排出された排気ガスは、排気通路３３を通じてターボチャージャ３５のタービンホイール３７に吹き付けられる。この排気ガスの吹き付けによりタービンホイール３７は回転させられる。このタービンホイール３７の回転は、ロータシャフト３８を介してコンプレッサホイール３６に伝達され、同コンプレッサホイール３６も回転させられる。こうしてコンプレッサホイール３６が回転すると、空気が加圧され、吸気通路３２の下流に向かって強制的に送り出される。このことで、燃焼室１８内に吸入される空気の量が増加する。燃焼室１８内の空気の量が増加すると、同燃焼室１８内で燃焼可能な燃料の量も増加する。そのため、燃焼噴射ノズル１８ａから噴射される燃料の量を多くするよう調整することができるようになる。こうして燃焼室１８内の燃料の充填効率が上昇し、その結果エンジン１１の出力を向上せしめることができる。
【００３２】
次に、上記ターボチャージャ３５の具体的構成について詳細に説明する。
図２は、ターボチャージャ３５の側面断面構造を示している。このターボチャージャ３５は、センタハウジング６１、コンプレッサハウジング６２及びタービンハウジング６３を備えている。センタハウジング６１には、上記ロータシャフト３８がその軸心を中心に回転可能に支持されている。このロータシャフト３８の一端（図中右側端）には、複数の羽３６ａを備えた上記コンプレッサホイール３６が取り付けられている。一方、もう一方の端（図中左側端）には、同様に複数の羽３７ａを備えた上記タービンホイール３７が取り付けられている。
【００３３】
センタハウジング６１の一端側には、コンプレッサホイール３６を外周を囲うようにコンプレッサハウジング６２が取り付けられている。このコンプレッサハウジング６２において、センタハウジング６１の反対側には、ロータシャフト３８の軸線を中心とした断面円形状の吸気入口６２ａが開口している。空気は、この吸気入口６２ａを通じてコンプレッサハウジング６２内に導入される。また、同ハウジング６２内部には、コンプレッサホイール３６の外周を渦巻き状に延びるコンプレッサ通路６４が形成されている。このコンプレッサ通路６４は前述の吸気通路３２と連通している。吸気入口６２ａより導入された空気は、コンプレッサホイール３６が回転することで、同通路３２を介して燃焼室１８側へと強制的に送り出される。
【００３４】
一方、センタハウジング６１のもう一方の端には、タービンホイール３７の外周を囲むように上記のタービンハウジング６３が取り付けられている。このタービンハウジング６３内には、タービンホイール３７の外周を渦巻き状に延びるスクロール通路６６が形成されている。このスクロール通路６６は、排気通路１１と連通している。燃焼室１８から送り出された排気ガスは、排気通路１１を介してスクロール通路６６に導入される。
【００３５】
また、スクロール通路６６内周には、同通路６６内の排気ガスをタービンホイール３７に送るための排気ガス流路６７が設けられている。この排気ガス流路６７から送られた排気ガスがタービンホイール３７の羽３７ａに吹き付けられることにより、同ホイール３７はロータシャフト３８の軸線を中心として回転するようになる。なお、タービンホイール３７に吹き付けられた排気ガスは、タービンハウジング６３においてセンタハウジング６１の反対側に設けられた排気出口６２ａから触媒コンバータへ送り出される。
【００３６】
次に、上記排気ガス流路６７を介してタービンホイール３７に吹き付けられる排気ガスの流速を可変とする可変ノズル機構７１について説明する。
図３（ａ）は同機構７１の側断面構造を、図３（ｂ）は同機構７１の正面構造を示している。この可変ノズル機構７１は、センタハウジング６１とタービンハウジング６３との間に挟み込まれるように設けられている。図３（ａ）に示されるように、可変ノズル機構７１はリング形状をしたノズルバックプレート７２を備えている。このノズルバックプレート７２には、複数の軸７３が同プレート７２の円心を中心とした等角度ごとに設けられている。これらの軸７３は、ノズルバックプレート７２をその厚さ方向に貫通して回動可能に支持されている。また、これら軸７３の一端（図３（ａ）中の左側端）には、ノズルベーン７４が固定されている。また、軸７３の他端には、同軸と直交してノズルバックプレート７２外縁方向に延びる開閉レバー７５が設けられている。この開閉レバー７５の先端は、二股に分岐した一対の狭持部７５ａが形成されている。
【００３７】
各開閉レバー７５とノズルバックプレート７２との間に狭持されるように、環状のリングプレート７６が設けられている。このリングプレート７６は、円心を中心として回転可能となっている。また、リングプレート７６にはその円心を中心として等角度ごとに複数のピン７７が設けられている。これらピン７７は、上記開閉レバー７５の狭持部７５ａの間に挟み込まれており、同開閉レバー７５を回動可能に支持している。
【００３８】
このリングプレート７６が円心を中心として回動されると、各ピン７７は狭持部７５ａをその回動方向へ押す。その結果、開閉レバー７５は軸７３を回動させることとなる。この軸７３の回動に伴い各ノズルベーン７４も同軸７３の軸線を中心として回動する。こうした機構により、各ノズルベーン７４をそれぞれ同期した状態で回動させることができる。また、こうしたノズルベーン７４の回動によって、隣り合うノズルベーン７４間の隙間の大きさが調整される。
【００３９】
以上説明した可変ノズル機構７１は、図示しないボルトによりノズルバックプレート７２とタービンハウジング６３とを締結することにより、図２に示される態様で固定される。こうして固定することで、前記排気ガス流路６７内にノズルベーン７４が配置される。
【００４０】
一方、前記リングプレート７６の外縁には、同プレート７６の回動中心軸と平行に延びる駆動ピン８６が設けられている。この駆動ピン８６には、可変ノズル機構７１を駆動するための駆動機構８２が連結されている。
【００４１】
この駆動機構８２は、センタハウジング６１に回動可能に支持された支軸８３を備えている。この支軸８３の一端（図中左側端）には、駆動レバー８４が固定されている。この駆動レバー８４の先端は、前記駆動ピン８６が回動可能に連結されている。
【００４２】
さらに、支軸８３の他端（図中右側端）には、アクチュエータ８７に連結された操作片８５が固定されている。アクチュエータ８７の駆動により操作片８５が操作されると、支軸８３が回動する。この支軸８３の回動に伴い、駆動レバー８４も支軸８３を中心として回動する。その結果、駆動レバー８４によってピン８６が押され、リングプレート７６がその回動軸心を中心として回動することとなる。こうしてリングプレート７６が回動することで、前記ノズルベーン７４が開閉駆動される。
【００４３】
ノズルベーン７４の開閉駆動によりタービンホイール３７に吹き付けられる排気ガスの流速が変化し、タービンホイール３７、ロータシャフト３８及びコンプレッサホイール３６の回転速度が変化する。この回転速度の変化により、コンプレッサホイール３６が送り出す空気の量が変化する。したがって、ノズルベーン７４の開閉を制御することにより燃焼室１８内に送り込まれる空気の過給量を調整することができる。
【００４４】
次に、上記駆動機構８２を駆動するアクチュエータ８７及びその駆動装置について説明する。
図４には、上記アクチュエータ８７及びその駆動装置の構成が示されている。このアクチュエータ８７の内部は、ダイヤフラム８８によって負圧室８７ａと大気室８７ｂとに区画されている。負圧室８７ａ内には、ダイヤフラム８８と直交する方向に伸縮するコイルスプリング８８ａが設けられている。また、同負圧室８７ａは負圧通路８９が接続されている。一方、大気室８７ｂの内部は、アクチュエータ８７の外部と連通して大気圧となっている。
【００４５】
ダイヤフラム８８には、コイルスプリング８８ａの伸縮方向へ延びてアクチュエータ８７の外部に突出するロッド８８ｂが設けられている。このロッド８８ｂは、上記ノズルベーン７４を開閉動作させるための駆動機構８２に設けられた操作片８５（図２）に連結されている。
【００４６】
また、上記負圧通路８９は、バキュームポンプ９１に接続されている。このバキュームポンプ９１は、エンジン１１のクランクシャフト１４に駆動連結されており、負圧通路８９内の負圧が一定値となるよう同通路８９内の空気を吸引する。
【００４７】
その負圧通路８９の途中にはエレクトリック・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶＲＶ）９０が設けられている。このＥＶＲＶ９０は、図示しない電磁ソレノイドを備えている。この電磁ソレノイドに供給される電流はＥＣＵ９２によってデューティ制御されており、これによってＥＶＲＶ９０の開度が調整されている。
【００４８】
ＥＶＲＶ９０の開度が調整されると、負圧室８７ａからバキュームポンプ９１へ向けて吸引される空気の量が調節される。このことで負圧室８７ａ内の圧力と大気室８７ｂ内の圧力との間に差が生じる。ダイヤフラム８８は、両室８７ａ，８７ｂ間の圧力差とコイルスプリング８８ａとがつり合う位置に変位する。この変位により、ダイヤフラム８８に設けられたロッド８８ｂの突出位置が適宜に変更される。そして、ターボチャージャ３５におけるノズルベーン７４の開度が適宜に調整される。さらに、このようにノズルベーン７４の開度が調節されることで、ターボチャージャ３５により燃焼室１８（図１）へ強制的に送り込まれる空気の量、すなわち燃焼室１８への空気の過給圧が調節されるようになる。
【００４９】
次に、本実施の形態におけるディーゼルエンジンの電気的構成について、図５に基づいて説明する。
このノズル開度制御装置には、燃料噴射時期、燃料噴射量及びアイドル回転数など、エンジン１１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）９２を備えている。このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６等を備える論理演算回路として構成されている。
【００５０】
ここで、ＲＯＭ６２は各種制御プログラムや、その各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されるメモリである。ＣＰＵ９４はＲＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９６はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路９８及び外部出力回路９９と接続されている。
【００５１】
外部入力回路９８には、クランクポジションセンサ１６、アクセルセンサ３４ａ、圧力センサ３０ａ等のエンジンの運転状態を検出する検出装置が接続されている。一方、外部出力回路９９には、バルブアクチュエータ５３、電磁スピル弁４３、タイマ装置４４、ＥＶＲＶ９０及び警告灯１００が接続されている。なお、この警告灯１００は、運転席に設けられており、上記ノズルベーン７４の閉弁異常が発生した場合に点灯して運転者に閉弁異常の発生を通知するためのものである。
【００５２】
このように構成されたＥＣＵ９２は、クランクポジションセンサ１６及び図示しないカムポジションセンサからの検出信号に基づきエンジン回転数ＮＥやクランク角度を求め、そのエンジン回転数ＮＥやクランク角度から噴射時期目標値を算出する。また、ＥＣＵ９２はアクセルセンサ３４ａからの検出信号に基づきアクセルペダル３４の踏み込み量を把握し、この踏み込み量とエンジン回転数ＮＥより燃料噴射量指令値を算出する。そして、ＥＣＵ９２は、上記求めた噴射量指令値及び噴射時期目標値に基づき電磁スピル弁４３及びタイマ装置４４を駆動制御する。このことで、上記噴射量指令値に対応した燃料量を噴射させるとともに、燃料の噴射時期を上記噴射時期目標値に近づける。このように燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御することで、ディーゼルエンジン１１の運転状態を良好に保つことができるようになる。
【００５３】
次に、ＥＣＵ９２が行うターボチャージャ３５の可変容量制御について説明する。
ＥＣＵ９２は、エンジン回転数ＮＥや燃料噴射量等に基づいてターボチャージャ３５による過給圧の目標値を算出する。そして、ＥＣＵ９２は、この過給圧目標値と圧力センサ３０ａにより検出される実際の過給圧とを比較し、ＥＶＲＶ９０に出力するノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙを調整する。このノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙに基づきＥＶＲＶ９０の開度が変更される。このＥＶＲＶ９０の開度の変化に伴ってアクチュエータ８７が駆動し、ノズルベーン７４が開閉駆動される。
【００５４】
なお、本実施の形態では、ノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙが増加するほど、ノズルベーン開度も大きくなる構成となっている。また、ノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙ０％でノズルベーン７４が全閉となり、１００％でノズルベーンが全開となる構成であり、いわゆるノーマル・クローズド・システムとなっている。ただし、本実施の形態では、通常運転時にはノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙ３０〜７０％の範囲でノズルベーン開度を制御している。
【００５５】
次に本実施の形態における可変容量型ターボチャージャの異常判定方法並びにエンジン制御方法について説明する。
このエンジン制御はアイドリング時、すなわちアクセルペダル３４の踏込量がゼロでエンジン１１が空転している時に行われる。以下に、このアイドリング時に行われるエンジン制御について、図６に示すフローチャートに基づき説明する。同処理ルーチンは、アイドリング時にＥＣＵ９２を通じて実行される。
【００５６】
同処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２はステップＳ１００の処理として、ＥＶＲＶ９０に７０％のノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙを出力する。このデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙに基づき、ターボチャージャ３５のノズルベーン７４の開度は、上述したように通常運転時における最大開度（７０％）となるよう設定される。
【００５７】
その後、ＥＣＵ９２は、次のステップＳ１０１の処理として、クランクポジションセンサ１６からの検出信号に基づき求められるエンジン回転数ＮＥを取得する。
【００５８】
次のステップＳ１０２の処理として、ＥＣＵ９２はステップＳ１０１において取得したエンジン回転数ＮＥと予め定められたアイドリング時の所定エンジン回転数αとを比較する。この所定回転数αは、エンジン１１が安定して運転でき、かつアクセルペダル３４が踏み込まれた際に円滑に発進可能な回転数に設定されている。
【００５９】
より厳密に言えば、この所定回転数αは運転条件に応じて異なった値となる。例えば、エア・コンディショナ作動時には所定回転数αの値を大きくする、いわゆるアイドルアップ制御がなされている場合がある。また、オートマティック・トランスミッション装備車の場合、ニュートラル・レンジ時とドライブ・レンジ時とでは、異なった所定回転数αが設定される。さらに、大気圧やエンジン温度等の諸条件によってアイドリング時のエンジン回転数を変化させる場合があるが、ここでは所定回転数αは常に一定の値であるとして話を進める。
【００６０】
上記ステップＳ１０２の処理としてエンジン回転数ＮＥと所定回転数αとの比較を行った結果、これらの値が一致していない場合には、ＥＣＵ９２はステップＳ１０３の処理を実行する。ＥＣＵ９２は、このステップＳ１０３の処理として、エンジン回転数ＮＥが所定回転数αに近づくよう燃料噴射量ＱＦＩＮを調整する。燃料噴射量ＱＦＩＮを調整した後、ＥＣＵ９２は再びステップＳ１０１の処理に戻り、エンジン回転数ＮＥを取得する。
【００６１】
このようにしてステップＳ１０１，ステップＳ１０２，ステップＳ１０３の処理を繰り返すことにより、ＥＣＵ９２はエンジン回転数ＮＥを所定回転数αに一致させる。ステップＳ１０２においてエンジン回転数ＮＥと所定回転数αとが一致すると判断された場合、ＥＣＵ９２の処理はターボチャージャの異常判定処理ルーチンへと移行する。
【００６２】
次にこのターボチャージャの異常判定処理ルーチンについて、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。
エンジン停止時には、ノズルベーン７４は全閉となっている。このノズルベーン７４自身、あるいはノズルベーン７４の開度を調整する機構の可動部材がスティック（固着）し、ノズルベーン７４の開度を調整できなくなることがある。本処理ルーチンでは、ノズルベーン７４がこの開度調整不能状態にあるか否かの判定を行っている。
【００６３】
同処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２はステップＳ２００の処理として、燃料噴射量指令値等によって求められる現在の燃料噴射量ＱＦＩＮを取得する。また、ステップＳ２０１の処理として、ＥＣＵ９２はＲＡＭ９５またはバックアップＲＡＭ９６内に記憶された基準燃料噴射量ＱＰＲＥを取得する。なお、この基準燃料噴射量ＱＰＲＥは、以前に本処理ルーチンが実行された際に、ターボチャージャの正常動作が確認された時の燃料噴射量ＱＦＩＮを記憶したものである。なお、この処理は後述する正常時処理ルーチンのステップＳ４００にて実行される。
【００６４】
続くステップＳ２０２の処理として、ＥＣＵ９２は、現在の燃料噴射量ＱＦＩＮと基準燃料噴射量ＱＰＲＥとの差が予め定められた判定値β以上であるか否かを判断している。
【００６５】
ここで、アイドリング時におけるノズルベーン開度と燃料噴射量ＱＦＩＮとの関係について説明する。アイドリング時のようにエンジン１１が低回転・低負荷で運転されている場合、ターボチャージャ３５の過給効果はほとんど望めない。このとき、ノズルベーン開度を小さくすると、ノズルベーン７４を通過する排気ガスの流動抵抗が増加し、排気通路３３内の圧力、すなわち背圧が増加する。こうして背圧が増加すると、エンジン１１の排気行程におけるポンピングロスが増加するため、エンジン回転数ＮＥが低下する。したがって、ノズルベーン開度が小さい状態でエンジン回転数ＮＥを所定回転数αとするためには、前述のアイドリング時のエンジン制御処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２は燃料噴射量ＱＦＩＮを通常よりも増量するよう調整する必要がある。
【００６６】
エンジン回転数ＮＥを所定回転数αとするために必要な燃料噴射量ＱＦＩＮとノズルベーン開度との関係を図８のグラフに示す。同図に示されるように、アイドリング時の燃料噴射量ＱＦＩＮは、ノズルベーン開度が小さくなるほど単調増加している。したがって、このときの燃料噴射量ＱＦＩＮよりノズルベーン開度を推定することが可能である。ただし、エンジン温度や大気圧といった運転条件に応じて、このときの燃料噴射量ＱＦＩＮも多少変動する。そこで、この運転条件による変動分も加味した上で、ノズルベーン７４が所定の開度となっていないことが判断できるように、前記の判定値βの値が設定されている。
【００６７】
したがって、図７に示す異常判定処理ルーチンにおいては、現在の燃料噴射量ＱＦＩＮと基準燃料噴射量ＱＰＲＥとの差がこの判定値β以上であれば、ノズルベーン７４が所定開度まで開弁していないものと判定し、ＥＣＵ９２の処理はステップＳ２０３に移行する。一方、上記差が判定値β未満であれば、ノズルベーン７４は正常に動作しているものと判定し、ＥＣＵ９２の処理は正常時処理ルーチンへ移行する。
【００６８】
ステップＳ２０２の処理において閉弁異常と判定された場合、ＥＣＵ９２はステップＳ２０３の処理として、ＥＶＲＶ９０にノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙ＝１００％を出力する。この指令により、ＥＶＲＶ９０は全開となり、上記アクチュエータ８２の負圧室８２ａの負圧を増加させる。
【００６９】
ここで、ノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙと上記アクチュエータ８７の負圧室８７ａ内の負圧との関係を、図９のグラフに示されている。このグラフに示されるように、負圧室８７ａ内の負圧は、ノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙが大きくなるほど増加し、同指令値ＶＮｄｕｔｙ＝１００％で最大となる。アクチュエータ８７は、負圧室８７ａ内の負圧に基づいてノズルベーン７４を操作している。したがって、この指令により、ノズルベーン７４は最大の力でもって操作されることとなる。
【００７０】
なお、このステップＳ２０３でこうした処理を実行するのは、上記のような大きな力でノズルベーン７４を操作することで、同ベーン７４あるいはその周辺の可動部材のスティック状態が解除されることがあるからである。
【００７１】
続くステップＳ２０４〜Ｓ２０６の処理でＥＣＵ９２は、上記アイドリング時のエンジン制御処理ルーチンにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同様に、燃料噴射量ＱＦＩＮを調整しながらエンジン回転数ＮＥを所定回転数αとする制御を行う。
【００７２】
そして、ＥＣＵ９２は、続くステップＳ２０７の処理として、ステップＳ２０１の処理と同様に現在の燃料噴射量ＱＦＩＮを取得する。その後ＥＣＵ９２は、次のステップＳ２０８の処理として、ここで取得した燃料噴射量ＱＦＩＮをもとに上記ステップＳ２０２と同様のノズルベーン７４の開度調整の異常判定を実行する。ここで正常動作と判定されれば、ＥＣＵ９２の処理は、ノズルベーン７４の開度調整の異常は解消されたものと判断し、正常時処理ルーチンへ移行する。一方、ここでも異常と判断された場合、ＥＣＵ９２の処理はノズルベーン開度調整機構の異常に対処する処理を行うため、フェイルモードルーチンに移行する。
【００７３】
次に、このフェイルモードルーチンについて、図１０に示すフローチャートに基づき説明する。
ＥＣＵ９２は、ステップＳ３００の処理としてフェイルフラグＦＦに１を代入し、ＲＡＭ９５またはバックアップＲＡＭ９６内に記録する。そしてＥＣＵ９２は、続くステップＳ３０１の処理として、運転席に設けられて運転者にノズルベーン７４の異常を通知する前記警告灯１００を点灯する。
【００７４】
そしてＥＣＵ９２は、ステップＳ３０２の処理として、過給圧係数ＷＱＦＰを０．８に固定し、燃料噴射量を低減する。
仮に燃焼室１８に燃料が過剰な割合で噴射されたとすると、エンジンの爆発工程において不完全燃焼が発生する。この不完全燃焼が発生すると、燃焼室１８から排出される排気ガスには煤や不燃燃料等の微粒子物質が多量に含まれることとなり、排気通路３３から外気へと排出される排気ガスにスモークが発生する。そこで過給係数ＷＱＦＰを０．８とやや低い値とすることで、以降、運転中の燃料噴射量が低く抑えられる。こうして、燃料噴射量を低く抑えることで、上記のスモークの発生が抑えられる。
【００７５】
その後、ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０３の処理として、ウェストゲートバルブ５２を全開させ、以降その状態を維持するようバルブアクチュエータ５３に指令信号を出力する。すなわち、異常時には上記ノズルベーン７４は十分な開度となっていないため、タービンホイール３７を通過する排気ガスの流動抵抗が増加している。このとき、ウェストゲートバルブ５２を全開とすると、排気通路３３内の排気ガスの大部分はウェストゲート５１を通過するようになる。こうして排気ガスの流れを円滑にすることで、背圧の上昇が抑制される。
【００７６】
以上の処理により、ノズルベーン７４の開閉動作不良により発生する不具合を抑制し、過給効果による性能向上は期待できないものの、自然吸気（ＮＡ）車並の性能で走行可能となる。以降、ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０２及びステップＳ３０３の処理を持続したままエンジン制御を行うフェイル時エンジン制御に移行する。
【００７７】
次に、上記異常判定処理ルーチンのステップＳ２０２及びステップＳ２０８において異常判定されなかった場合に実行されるセイフ時処理ルーチンについて、図１１の同処理ルーチンのフローチャートに基づき説明する。
【００７８】
まずＥＣＵ９２は、ステップＳ４００の処理として、基準燃料噴射量ＱＰＲＥに現在の燃料噴射量ＱＦＩＮを代入する。こうして、基準燃料噴射量ＱＰＲＥを随時更新することによって、エンジンの個体差、経時変化あるいは使用環境条件の変化に適応している。
【００７９】
次のステップＳ４０１の処理としてＥＣＵ９２は、フェイルフラグＦＦが１であるか否かを判断している。フェイルフラグＦＦがゼロであれば、ＥＣＵ９２は直ちに通常のエンジン制御処理に移行する。
【００８０】
一方、フェイルフラグＦＦが１であるならば、前回のエンジン運転時に異常が発見され、フェイルモードでエンジン制御がなされていたことになる。この場合ＥＣＵ９２は、異常が回避されたものと判断し、次のステップＳ４０２及びステップＳ４０３の処理を実行する。ＥＣＵ９２は、ステップＳ４０２の処理として上記警告灯１００を消灯し、続くステップＳ４０５の処理としてフェイルフラグＦＦにゼロを代入している。その後、ＥＣＵ９２の処理は通常のエンジン制御に移行する。
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に記すような効果を得ることができる。
【００８１】
・ノズルベーン７４の開度を直接検出する検出装置を設けずとも、同ベーン７４の閉弁異常を判別することができようになり、コストの低減や構造の簡略化を図ることができる。
【００８２】
・アイドル運転時のように、吸気量自体が小さく、ノズルベーン７４の開度の違いから生じる過給圧の差がそれ程大きくない状態にあっても、同ベーン７４の閉弁異常を判別することができる。
【００８３】
・一旦、閉弁異常と判定されても、ノズルベーン７４を強制的に全開とする指令を出力し、その後、再び異常判定を実行している。この強制全開指令により異常が解消される場合もあり、単純なスティック等で開度調節が不能となった時に自動的に正常状態に復帰させることができる。また、フェイルモードへの移行や警告灯１００の点灯などが実行される回数を減らすことができる。
【００８４】
・燃料噴射量を減らし、ウェストゲートを全開とするフェイルモードを設けたことで、閉弁異常時にも自然吸気車並の走行を保証することができる。
・ノズルベーン７４はアクチュエータ８７により、エンジン停止時には全閉となるべく、またエンジン始動時には全開（７０％）となるべく操作される。この操作により自動的に上記閉弁異常が解消されることがある。本実施の形態では、たとえ前回の運転時に異常判定がなされ、フェイルモードで運転が行われていたとしても、エンジン再始動時には異常判定処理が行われる。そして異常が解消されていれば、直ちに通常のエンジン制御に復帰させることができる。
【００８５】
なお、本実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・本実施の形態では、アイドル運転時に燃料噴射量を調節することでエンジン回転数を所定回転数とするよう制御を行い、その後この調節された燃料噴射量を異常判定のパラメータとして使用していた。これをエンジン回転数の低下の度合いでもって異常判定のパラメータとするよう変更しても良い。
【００８６】
・ノズルベーン７４の閉弁異常に係るエンジン出力の変化に応じて、その制御量が変化する運転制御状態量であれば、これを異常判定のパラメータとすることができる。このような運転制御状態量としては、例えば燃料噴射時期やガソリンエンジンにあっては燃料点火時期等が挙げられる。所定運転条件におけるこれらの状態量とノズルベーン７４の開度との関係を予め実験や学習等により把握しておけば、こうした状態量からノズルベーン７４の開度を間接的に算出することが可能となり、異常判定を行うことができる。
【００８８】
・本実施の形態に係る異常判定方法と過給圧の変化を検出することによる異常判定方法とを組み合わせて行うよう変更しても良い。
次に、以上の実施の形態から把握することのできる請求項以外の技術的思想を、その効果とともに以下に記載する。
（１）内燃機関からの排気ガス流に基づき作動することにより同機関の燃焼室に吸入される空気の過給を行うとともに、前記排気ガスの受入量を可変とする可変容量機構の操作を通じてその作動量が制御される可変容量型ターボチャージャと、同機関の排気系にあってこの可変容量型ターボチャージャのタービン部を迂回するウェストゲート及び同ウェストゲートを開閉するウェストゲートバルブとを備える内燃機関の制御方法であって、
内燃機関の所定の運転状態における基準の機関制御量と実際の機関制御量とを比較し、それら制御量に所定量以上の偏差が生じるとき前記ウェストゲートバルブを開とする
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００８９】
上記技術的思想によれば、特別な検出装置を設けずとも、可変容量機構の作動不良による異常を判定できる。さらに、ウェストゲートを全開とすることで、排気ガスを異常が発生したターボチャージャから迂回させることができる。したがって、異常発生時にも安定した走行が可能となる。
（２）上記（１）記載の内燃機関の制御方法において、
前記基準の機関制御量と実際の機関制御量とに所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構を最大駆動する指令を与え、それでもなお同制御量に所定量以上の偏差が生じるとき前記ウェストゲートバルブを開とする
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【００９０】
上記技術思想によれば、可変容量機構を最大駆動する指令を与えることで異常が自動的に解消される場合があるため、異常判定がなされる回数を減少させることができる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明の可変容量型ターボチャージャの異常判定方法によれば、特別な検出装置を設けずとも可変容量手段の作動不良による異常を判定できるようになるという優れた効果を奏すことができる。
【００９２】
特に、請求項１記載の発明によれば、ターボチャージャが発生する過給圧にあまり変化が生じないような異常状態にあっても、その異常を判定することができるようになる。
【００９３】
また、容易且つより正確な異常判定を実行することができる。
更に、請求項３記載の発明によれば、異常判定がなされる回数を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施形態が適用されるディーゼルエンジンシステムを示す概略図。
【図２】同エンジンの可変容量型ターボチャージャの構造を示す断面図。
【図３】同ターボチャージャの可変ノズル機構を示す断面図及び平面図。
【図４】上記可変ノズル機構の駆動系を示す概略図。
【図５】上記エンジンシステムの電気的構成を示すブロック図。
【図６】アイドリング時のエンジン制御処理ルーチンを示すフローチャート。
【図７】ターボチャージャの異常判定処理ルーチンを示すフローチャート。
【図８】燃料噴射量ＱＦＩＮとノズルベーン開度との関係を示すグラフ。
【図９】ノズルデューティ比指令値ＶＮｄｕｔｙと負圧室内の負圧との関係を示すグラフ。
【図１０】フェイルモードルーチンを示すフローチャート。
【図１１】正常時処理ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１１…ディーゼルエンジン、１６…クランクポジションセンサ、３５…ターボチャージャ、４３…電磁スピル弁、４４…タイマ装置、５２…ウェストゲートバルブ、７４…ノズルベーン、８７…アクチュエータ、９０…ＥＶＲＶ、９２…ＥＣＵ。
Claims (5)
- 内燃機関からの排気ガス流に基づき作動することにより同機関の燃焼室に吸入される空気の過給を行うとともに、前記排気ガスの受入量を可変とする可変容量機構の操作を通じてその作動量が制御される可変容量型ターボチャージャの異常判定方法であって、
前記内燃機関のアイドル運転状態において、当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御し、機関制御量として当該機関の燃料噴射量及び燃料噴射時期及び点火時期のいずれか一つの出力制御量を用いて、ターボチャージャの正常動作が確認されたときの基準となる機関制御量と実際の機関制御量とを比較し、それら制御量に所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構の閉弁異常を判定する
ことを特徴とする可変容量型ターボチャージャの異常判定方法。 - 前記比較する機関制御量が前記アイドル運転状態における同機関の燃料噴射量である
請求項１記載の可変容量型ターボチャージャの異常判定方法。 - 内燃機関からの排気ガス流に基づき作動することにより同機関の燃焼室に吸入される空気の過給を行うとともに、前記排気ガスの受入量を可変とする可変容量機構の操作を通じてその作動量が制御される可変容量型ターボチャージャの異常判定方法であって、
前記内燃機関の所定の運転状態において、当該機関の回転数を所定回転数に維持するように制御したときの基準の機関制御量と実際の機関制御量とを比較し、前記基準の機関制御量と実際の機関制御量とに所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構を最大駆動する指令を与え、それでもなお同制御量に所定量以上の偏差が生じるとき前記可変容量機構の異常を判定する
ことを特徴とする可変容量型ターボチャージャの異常判定方法。 - 前記比較する機関制御量が当該機関の燃料噴射量及び燃料噴射時期及び点火時期の少なくとも一つを含む出力制御量である
請求項３記載の可変容量型ターボチャージャの異常判定方法。 - 前記機関制御量を比較する内燃機関の所定の運転状態が同機関のアイドル運転状態であり、前記比較する機関制御量が該アイドル運転状態における同機関の燃料噴射量である
請求項３記載の可変容量型ターボチャージャの異常判定方法。
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