JP3942556B2 - 過給機付き内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機付き内燃機関における過給機のタービンを迂回するバイパス通路に介装されたウエストゲートバルブの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
過給機付き内燃機関において、吸気通路に過給圧センサを備え、同過給圧センサの測定過給圧に基づいてウエストゲートの開度をフィードバック制御する例が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４５８５１号公報
【０００４】
前記特許文献１においては、過給圧センサが故障と判定されると、測定過給圧を使用しない追従制御により過給圧制御が行われることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし過給機付き内燃機関における過給圧制御に関わるノックセンサやエアバイパスバルブ等の機構に異常が生じたときのウエストゲートバルブ制御については、開示されていない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、ノックセンサやエアバイパスバルブ等の機構に異常が生じたときにウエストゲートバルブを適切に制御するウエストゲートバルブ制御装置を供する点にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、排気通路に配したタービンと吸気通路に配したコンプレッサからなる過給機と、排気通路における前記過給機のタービンを迂回するバイパス通路に介装されたウエストゲートバルブと、前記ウエストゲートバルブを駆動するウエストゲートバルブ駆動機構とを備えた過給機付き内燃機関において、吸気通路の前記過給機のコンプレッサを迂回するエアバイパス通路に設けられたエアバイパスバルブ機構と、前記エアバイパスバルブ機構を制御するエアバイパスバルブ信号の状態に基づき前記エアバイパスバルブ機構の異常を判定するエアバイパスバルブ機構異常判定手段と、前記エアバイパスバルブ機構異常判定手段により前記エアバイパスバルブ機構が異常であると判定されると、前記ウエストゲートバルブを開いて前記過給機による過給を所定圧以下に抑えるよう前記ウエストゲートバルブ駆動機構を制御する制御手段とを備え、前記エアバイパスバルブ機構異常判定手段は、エアバイパスバルブ機構を駆動する電圧が所定電圧を超えているときに異常判定を行い、前記エアバイパスバルブ信号が OFF 信号の場合に所定時間 OFF 信号状態が継続すれば正常と判定し、所定時間 OFF 信号がないと異常と判定し、前記エアバイパスバルブ信号が ON 信号の場合に所定時間 ON 信号状態が継続すれば正常と判定し、所定時間 ON 信号がないと異常と判定する過給機付き内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置とした。
【００１０】
エアバイパスバルブ機構に異常が生じたときに、ウエストゲートバルブを開いて過給機による過給を所定圧以下に抑えるので、エアバイパスバルブ機構の異常により過給圧の減圧が必要なときにできないで例えば減速時等のサージ音が発生したりするのを抑制し、吸気系配管の外れの防止や過給圧のオーバシュートの防止の効果を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図６に基づき説明する。
本実施の形態に係る過給機付き内燃機関およびウエストゲートバルブ制御装置の概略構成図を図１に示す。
【００１２】
内燃機関１は、ピストン３が往復動するシリンダ２内の燃焼室から吸気のための吸気通路４と排気のための排気通路５が延出しており、排気通路５に配設されたタービン11と吸気通路４に配設されたコンプレッサ12が一体となって過給機10が構成されている。
【００１３】
吸気通路４の前記コンプレッサ12より上流側端部にエアクリーナ６が設けられており、コンプレッサ12より下流側にはインタクーラ７およびスロットルバルブ８が順に配設されている。
【００１４】
排気通路５において過給機10のタービン11を迂回してタービン11の上流側と下流側を連通する排気バイパス通路20が設けられ、同排気バイパス通路20にウエストゲートバルブ21が介装され、ウエストゲートバルブ21により排気バイパス通路20の開閉が行われる。
【００１５】
ウエストゲートバルブ21は、ダイヤフラム式アクチュエータ24の圧力室24ｂと連通してダイヤフラム式アクチュエータ24により開閉駆動される。
ダイヤフラム式アクチュエータ24のダイヤフラム室24ａは導圧通路25を介してコンプレッサ12より上流側の吸気通路４と連通している。
【００１６】
導圧通路25の途中にウエストゲートソレノイドバルブ26が介装され、ウエストゲートソレノイドバルブ26は、ウエストゲートソレノイド27により開閉駆動する。
【００１７】
なお導圧通路25は、ウエストゲートソレノイドバルブ26の下流側で枝通路25ａが分岐してコンプレッサ12の下流側の吸気通路４に連通し、枝通路25ａにはオリフィス28が形成されている。
【００１８】
以上のようにダイヤフラム式アクチュエータ24およびウエストゲートソレノイド27等によりウエストゲートバルブ駆動機構23が構成される。
【００１９】
ウエストゲートバルブ駆動機構23は、ウエストゲートソレノイド27への通電によりウエストゲートソレノイドバルブ26が導圧通路25を開き、吸気圧をダイヤフラム式アクチュエータ24のダイヤフラム室24ａに導入し、圧力室24ｂの昇圧によりウエストゲートバルブ21が排気バイパス通路20を閉じる。
【００２０】
ウエストゲートソレノイド27への通電をカットすると、ダイヤフラム式アクチュエータ24のダイヤフラム室24ａの圧力が抜け、圧力室24ｂの減圧によりウエストゲートバルブ21が排気バイパス通路20を開く。
【００２１】
ウエストゲートソレノイド27への通電は、デューティ比制御されたパルス駆動信号により行われ、デューティ比によりウエストゲートバルブ21によるウエストゲートの開度が制御され、開度が狭いほど排気が過給機10のタービン11の方を流れて過給が促進される。
【００２２】
したがってウエストゲートソレノイド27への通電がオフしてウエストゲートバルブ21が排気バイパス通路20を開弁状態とすると、排気は殆ど排気バイパス通路20を流れて過給機10による過給圧は小さな所定圧以下に抑えられる。
【００２３】
また吸気通路４には、コンプレッサ12を迂回してインタクーラ７の下流側とコンプレッサ12の上流側とを連通するエアバイパス通路30が設けられており、同エアバイパス通路30にリリーフバルブ32が介装されている。
【００２４】
リリーフバルブ32は、ダイヤフラム式のバルブで、バルブ本体32ａ内が弁体32ｂの取り付けられたダイヤフラム32ｃによりダイヤフラム室32ｄと連通室32ｅに分割され、弁体32ｂの移動でエアバイパス通路30の開閉を行っている。
弁体32ｂはスプリング32ｆにより閉方向に付勢されている。
【００２５】
連通室32ｅ内の圧力がダイヤフラム室32ｄ内の圧力より所定圧以上に高くなると、弁体32ｂが開いてエアバイパス通路30を連通し、コンプレッサ12の下流側の過給圧を上流側に還流してリリーフする。
【００２６】
ダイヤフラム室32ｄは、３ポート電磁弁であるエアバイパスバルブ35の出力ポート35ｃに連通しており、エアバイパスバルブ35の入力ポート35ｂはスロットルバルブ８の下流側と連通し、もう１つの入力ポート35ａはスロットルバルブ８の上流側と連通している。
【００２７】
以上のようにエアバイパスバルブ機構31は構成されており、エアバイパスソレノイド36の消磁状態で、入力ポート35ｂが閉じられ入力ポート35ａが開かれることによりスロットルバルブ８の下流側の吸気負圧が出力ポート35ｃを介してリリーフバルブ32のダイヤフラム室32ｄに作用し、リリーフバルブ32は開弁可能状態とする。
【００２８】
エアバイパスソレノイド36が励磁されると入力ポート35ａが閉じ入力ポート35ｂが開かれることによりスロットルバルブ８の上流側の吸気圧が出力ポート35ｃを介してリリーフバルブ32のダイヤフラム室32ｄに作用し、よって連通室32ｅと同圧となってスプリング32の付勢力によりリリーフバルブ32は閉弁状態が維持されることになる。
【００２９】
したがってエアバイパスソレノイド36への通電がオフされると、リリーフバルブ32は開弁可能状態となって過給機10の過給圧が所定圧以上になれば、リリーフバルブ32が開いてエアバイパス通路30が連通して減圧することになる。
【００３０】
本内燃機関１のシリンダ２には振動を検出するノックセンサ40が取り付けられており、ノックセンサ40の検出信号はノック用ＣＰＵ41により振動周波数に相当する電圧として取り出され、ＥＣＵ（電子制御ユニット）50に入力される。
ＥＣＵ50は、入力された電圧からノッキングの有無を判定する。
【００３１】
ＥＣＵ50は、その他に内燃機関１の運転状態を示す各種センサからの信号、例えば機関回転数Ｎｅ，スロットル開度Ｔｈ，吸気負圧Ｐｂ，大気圧Ｐａ，吸気温度Ｔ等が入力され、処理されて種々の制御がなされ、前記ウエストゲートバルブ駆動機構23のウエストゲートソレノイド27の制御およびエアバイパスバルブ機構31のエアバイパスソレノイド36の制御も行われる。
【００３２】
概ね以上のような過給機付き内燃機関１においてＥＣＵ50によるノックセンサ40またはノック用ＣＰＵ41さらにはエアバイパスバルブ機構31の異常の判定と、異常の有無に応じたウエストゲートバルブ駆動機構23の制御を以下図２ないし図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００３３】
まずノックセンサ40の異常の判定を行う手順を図２に示すフローチャートに従って説明する。
該フローは内燃機関の１サイクル毎に実行される。
【００３４】
内燃機関１が始動中か否かを判別し（ステップ１）、機関始動中であればステップ２に進み正常状態タイマーを初期化（正常ダウンタイマーをセットしスタートさせる）し、次のステップ３で異常状態タイマーを初期化（異常ダウンタイマーをセットしスタートさせる）し、さらに次のステップ４でノックセンサ信号のあり情報を初期化（クリア）する。
【００３５】
ステップ１で内燃機関１が完全に始動したと判定すると、ステップ５に進みノックセンサ信号の有無を判別する。
ノックセンサ信号があればステップ６に進み、正常状態が所定時間経過したかを前記正常状態タイマーにより判別し、経過するまではステップ３，４で毎回故障状態タイマーとノックセンサ信号あり情報を初期化する。
【００３６】
正常状態が所定時間経過したときは、ステップ６からステップ７に進み正常状態を確定し異常フラグＦａを「０」とし、ステップ３，４を実行する。
したがってサイクル毎に常にノックセンサ信号があればノックセンサ40は正常と判定され、異常フラグＦａは「０」となっている。
【００３７】
しかしノックセンサ信号がないと、ステップ５からステップ８に進み正常状態タイマーを初期化し、所定水温以下か否か（ステップ９）、所定機関回転数以下か否か（ステップ10）を判別し、所定水温以下または所定機関回転数以下のときはステップ３，４に進み異常判定は行わない。
【００３８】
所定水温および所定機関回転数を越えているときはステップ11に進み、異常状態が所定時間経過したかを前記異常状態タイマーにより判別し、経過するまでは本ルーチンを抜け、所定時間が経過すると、ステップ12に進んで異常と確定し異常フラグＦａに「１」を立てる。
【００３９】
以上のようにノックセンサ信号の有無によりノックセンサ40の異常を判定し、ノックセンサ40が正常のときは異常フラグＦａ＝０であるが、異常を生じると異常フラグＦａに「１」が立つ。
【００４０】
次にノック用ＣＰＵ41からの信号の有無によるノック用ＣＰＵ41の異常を判定する手順を図３のフローチャートに従って説明する。
まずノック用ＣＰＵ41からの信号の有無を判別し（ステップ21）、同信号があればステップ22に進み一応正常ということで異常フラグＦｂ＝０とし、異常状態タイマーを初期化する（ステップ23）。
【００４１】
ステップ21でノック用ＣＰＵ41からの信号がないと判別したときは、ステップ24に進み異常状態が所定時間経過したかを前記異常状態タイマーにより判別し、経過するまでは本ルーチンを抜け、所定時間が経過すると、ステップ25に進んで異常と確定し異常フラグＦｂに「１」を立てる。
【００４２】
さらにノック用ＣＰＵ41の通信異常を判定する手順を図４のフローチャートに従って説明する。
まず機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ１（例えば400rpm）以下か否かを判別し（ステップ31）、Ｎ１以下ならばステップ32に飛び異常カウンタのカウント値Ｋをクリアし、次いで異常フラグＦｃ＝０とする（ステップ32）。
【００４３】
機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ１を越えると、ステップ31からステップ34に進み今度は機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ２（例えば1200rpm）以上か否かを判別し、Ｎ２以上ならばステップ35に進んでノック用ＣＰＵ41の通信異常判定の実施を許可してステップ36に進むが、Ｎ２未満であると通信異常判定の実施の許可なくステップ36に進む。
【００４４】
ステップ36では機関始動後所定時間が経過しているか否かが判別され、経過していなければステップ37に進んで先に通信異常判定の実施が許可されているか否かを判定しており、機関始動後所定時間が経過してなく通信異常判定の実施の許可もないときは、ステップ32に飛び通信異常判定を行わない。
【００４５】
機関始動後所定時間が経過していなくても先に通信異常判定の実施が許可されていれば、ステップ38に進む。
またステップ36で機関始動後所定時間が経過していると判別されたときは、直接ステップ38に飛ぶ。
【００４６】
以上のようにしてノック用ＣＰＵ41の通信異常の判定を確実に行える状態となったところで、ステップ38に進みノック用ＣＰＵ41から正常にデータが受信できたかを判別し、正常にデータ受信できたときはステップ39に進み異常カウンタのカウント値Ｋから所定回数ａを減算し、同カウント値Ｋが負の値となるようであると（ステップ40）、同カウント値Ｋ＝０として（ステップ41）ステップ43に進み、カウント値Ｋ≧０ならば（ステップ40）、直接ステップ43に飛ぶ。
【００４７】
またステップ38でノック用ＣＰＵ41から正常にデータが受信できなかったときは、ステップ42に飛び異常カウンタのカウント値Ｋに所定回数ｂ（＜ａ）を加算してステップ43に進む。
【００４８】
したがって正常にデータが受信できなかった割合がある程度大きいときに異常カウンタのカウント値Ｋは増加し、このカウント値Ｋが所定値ｋ以上となったか否かをステップ43で判別しており、所定値ｋ以上となったときにステップ44に進みノック用ＣＰＵ41の通信異常と確定し異常フラグＦｃに「１」を立てる。
【００４９】
以上のようにしてノックセンサ40またはノック用ＣＰＵ41に異常があると、異常フラグＦａ，Ｆｂ，Ｆｃのいずれかに「１」が立つ。
【００５０】
次に吸気通路４に設けられたエアバイパス通路30の開閉を制御するエアバイパスバルブ機構31の異常を判定する手順を図５のフローチャートに従って説明する。
【００５１】
まずエアバイパスバルブ35を開閉駆動するエアバイパスソレノイド36に印加されるＩＧ１電圧が所定電圧以下か否かを判定し（ステップ51）、所定電圧以下ならばエアバイパスバルブ機構31の異常判定を行わず、ステップ52に進みOFF正常状態を確定し（OFF異常フラグＦoff＝０）、OFF異常状態タイマーを初期化し（ステップ53）、ON異常状態タイマーを初期化し（ステップ54）、ステップ55でON正常状態を確定しておく（ON異常フラグＦoｎ＝０）。
【００５２】
ステップ51でＩＧ１電圧が所定電圧を超えている判別したときに、エアバイパスバルブ機構31の異常判定を行い、ステップ60に飛ぶ。
ステップ60では、エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）信号がＯＮ指令すなわちエアバイパスソレノイド36に通電指令を出したか否かを判別し、ＯＮ指令が無い場合と有る場合とで、それぞれについてエアバイパスバルブ機構31の異常を判定する。
【００５３】
ＯＮ指令が無い場合にはステップ61に進みエアバイパスバルブ機構31のOFF異常を判定し、ＯＮ指令が有る場合にはステップ71に進みエアバイパスバルブ機構31のON異常を判定する。
いずれの場合も互いに同じ手順で異常を判定する。
【００５４】
ＡＢＶ信号のＯＮ指令が無くステップ61に進んだ場合についてステップ61ないしステップ69に従って以下説明する。
ステップ61ではON異常状態タイマーを初期化し、ON正常状態タイマーを初期化しておき（ステップ62）、ステップ63でＡＢＶ信号を検出（リターン）してOFF信号であるかを判別する。
【００５５】
OFF信号であれば正常であり、ステップ64に進んでOFF異常状態タイマーを初期化し、ステップ65でOFF正常状態が所定時間経過したか否かをOFF正常状態タイマーにより判別し、所定時間が経過したときにステップ66に進んでOFF正常状態を確定し、OFF異常フラグＦoff＝０とする。
【００５６】
ステップ63でＡＢＶ信号を検出（リターン）した結果がOFF信号でないときは、正常状態ではなく、ステップ67に進みOFF異常状態が所定時間経過したか否かをOFF異常状態タイマーにより判別し、所定時間が経過したときにステップ68に進んでOFF異常状態を確定し、OFF異常フラグＦoffに「１」を立てる。
そしてOFF正常状態タイマーを初期化する（ステップ69）。
【００５７】
以上はＡＢＶ信号のＯＮ指令が無い場合における異常判定手順であり、ＡＢＶ信号のＯＮ指令が有る場合は、ステップ60からステップ71に飛び、略同様の手順で異常判定を行う。
【００５８】
すなわちOFF異常状態タイマーを初期化し（ステップ71）、OFF正常状態タイマーを初期化しておき（ステップ72）、ＡＢＶ信号を検出（リターン）してON信号であるかを判別する（ステップ63）。
【００５９】
ON信号であれば正常であり、ステップ74に進んでON異常状態タイマーを初期化し、ON正常状態が所定時間経過したか否かをON正常状態タイマーにより判別し（ステップ75）、所定時間が経過したときにステップ76に進んでON正常状態を確定し、ON異常フラグＦon＝０とする。
【００６０】
ステップ73でＡＢＶ信号を検出（リターン）した結果がON信号でないときは、正常状態ではなく、ステップ77に進みON異常状態が所定時間経過したか否かをON異常状態タイマーにより判別し、所定時間が経過したときにステップ78に進んでOFF異常状態を確定し、OFF異常フラグＦonに「１」を立て、ON正常状態タイマーを初期化する（ステップ79）。
【００６１】
このようにしてＡＢＶ信号のＯＮ指令が無い場合と有る場合とそれぞれについてＡＢＶ信号の異常を判定し、ＯＮ指令が無い場合に異常があるとOFF異常フラグＦoffに「１」を立て、ＯＮ指令が有る場合に異常があるとON異常フラグＦonに「１」を立てる。
【００６２】
以上のようにノックセンサ40，ノック用ＣＰＵ41，エアバイパスバルブ機構31の各異常を判定し、判定した結果である異常フラグＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆoff，Ｆonに基づいてウエストゲートバルブ駆動機構23の制御がなされる。
【００６３】
ウエストゲートバルブ駆動機構23の制御手順を図６に示すフローチャートに従って説明する。
まずステップ81で、内燃機関１の運転状態を示すスロットル開度Ｔｈ，機関回転数Ｎｅ,吸気温度Ｔ，大気圧Ｐａ等および前記異常フラグＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆoff，Ｆonのデータを入力する。
【００６４】
そして次のステップ82からステップ86までは、各異常フラグＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆoff，Ｆonに「１」が立っているか否かをそれぞれ判別して、いずれの異常フラグにも「１」が立っておらず全て正常であると判断されると、ステップ87に進む。
【００６５】
ステップ87ではスロットル開度Ｔｈと機関回転数Ｎｅから基本過給圧Ｐｏを算出し、次のステップ88で吸気温度Ｔと大気圧Ｐａに基づき前記基本過給圧Ｐｏを補正して最終過給圧Ｐｆを算出する。
【００６６】
そして算出された最終過給圧Ｐｆによりウエストゲートソレノイド27がデューティ制御される（ステップ89）。
すなわちノックセンサ40，ノック用ＣＰＵ41，エアバイパスバルブ機構31のいずれもが正常であるときは、最終過給圧Ｐｆに基づきウエストゲートバルブ21の開口が制御される。
【００６７】
ノックセンサ40，ノック用ＣＰＵ41，エアバイパスバルブ機構31のいずれかに異常があり、異常フラグＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆoff，Ｆonの少なくとも１つに「１」が立っていると、ステップ90に飛び、ウエストゲートソレノイド27への通電をオフとする。
【００６８】
ウエストゲートソレノイド27への通電をオフすると、ウエストゲートソレノイドバルブ26は閉じ、ダイヤフラム式アクチュエータ24の24ａに負圧が作用してウエストゲートバルブ21を開き、排気を排気バイパス通路20に殆ど流して過給機10による過給圧は小さな所定圧以下に制御される。
【００６９】
したがって、ノックセンサ40またはノック用ＣＰＵ41に異常が生じたときに、過給圧の上昇に伴うノッキングの発生を抑止し、内燃機関１の保護を図ることができる。
【００７０】
またエアバイパスバルブ機構31に異常が生じたときにも、過給圧が小さな所定圧以下に制御されることで、減速時等のサージ音が発生したりするのを抑制し、吸気系配管のはずれの防止や過給圧のオーバシュートの防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る過給機付き内燃機関およびウエストゲートバルブ制御装置の概略構成図である。
【図２】ノックセンサの異常を判定する手順を示すフローチャートである。
【図３】ノック用ＣＰＵの異常を判定する手順を示すフローチャートである。
【図４】ノック用ＣＰＵの通信異常を判定する手順を示すフローチャートである。
【図５】エアバイパスバルブ機構の異常を判定する手順を示すフローチャートである。
【図６】ウエストゲートバルブ駆動機構の制御手順をを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…シリンダ、３…ピストン、４…吸気通路、５…排気通路、６…エアクリーナ、７…インタクーラ、８…スロットルバルブ、
10…過給機、11…タービン、12…コンプレッサ、
20…排気バイパス通路、21…ウエストゲートバルブ、23…ウエストゲートバルブ駆動機構、24…ダイヤフラム式アクチュエータ、25…導圧通路、26…ウエストゲートソレノイドバルブ、27…ウエストゲートソレノイド、28…オリフィス、
30…エアバイパス通路、31…エアバイパスバルブ機構、32…リリーフバルブ、35…エアバイパスバルブ、36…エアバイパスソレノイド、
40…ノックセンサ、41…ノック用ＣＰＵ、
50…ＥＣＵ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機付き内燃機関における過給機のタービンを迂回するバイパス通路に介装されたウエストゲートバルブの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
過給機付き内燃機関において、吸気通路に過給圧センサを備え、同過給圧センサの測定過給圧に基づいてウエストゲートの開度をフィードバック制御する例が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４５８５１号公報
【０００４】
前記特許文献１においては、過給圧センサが故障と判定されると、測定過給圧を使用しない追従制御により過給圧制御が行われることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし過給機付き内燃機関における過給圧制御に関わるノックセンサやエアバイパスバルブ等の機構に異常が生じたときのウエストゲートバルブ制御については、開示されていない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、ノックセンサやエアバイパスバルブ等の機構に異常が生じたときにウエストゲートバルブを適切に制御するウエストゲートバルブ制御装置を供する点にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、排気通路に配したタービンと吸気通路に配したコンプレッサからなる過給機と、排気通路における前記過給機のタービンを迂回するバイパス通路に介装されたウエストゲートバルブと、前記ウエストゲートバルブを駆動するウエストゲートバルブ駆動機構とを備えた過給機付き内燃機関において、吸気通路の前記過給機のコンプレッサを迂回するエアバイパス通路に設けられたエアバイパスバルブ機構と、前記エアバイパスバルブ機構を制御するエアバイパスバルブ信号の状態に基づき前記エアバイパスバルブ機構の異常を判定するエアバイパスバルブ機構異常判定手段と、前記エアバイパスバルブ機構異常判定手段により前記エアバイパスバルブ機構が異常であると判定されると、前記ウエストゲートバルブを開いて前記過給機による過給を所定圧以下に抑えるよう前記ウエストゲートバルブ駆動機構を制御する制御手段とを備え、前記エアバイパスバルブ機構異常判定手段は、エアバイパスバルブ機構を駆動する電圧が所定電圧を超えているときに異常判定を行い、前記エアバイパスバルブ信号が OFF 信号の場合に所定時間 OFF 信号状態が継続すれば正常と判定し、所定時間 OFF 信号がないと異常と判定し、前記エアバイパスバルブ信号が ON 信号の場合に所定時間 ON 信号状態が継続すれば正常と判定し、所定時間 ON 信号がないと異常と判定する過給機付き内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置とした。
【００１０】
エアバイパスバルブ機構に異常が生じたときに、ウエストゲートバルブを開いて過給機による過給を所定圧以下に抑えるので、エアバイパスバルブ機構の異常により過給圧の減圧が必要なときにできないで例えば減速時等のサージ音が発生したりするのを抑制し、吸気系配管の外れの防止や過給圧のオーバシュートの防止の効果を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図６に基づき説明する。
本実施の形態に係る過給機付き内燃機関およびウエストゲートバルブ制御装置の概略構成図を図１に示す。
【００１２】
内燃機関１は、ピストン３が往復動するシリンダ２内の燃焼室から吸気のための吸気通路４と排気のための排気通路５が延出しており、排気通路５に配設されたタービン11と吸気通路４に配設されたコンプレッサ12が一体となって過給機10が構成されている。
【００１３】
吸気通路４の前記コンプレッサ12より上流側端部にエアクリーナ６が設けられており、コンプレッサ12より下流側にはインタクーラ７およびスロットルバルブ８が順に配設されている。
【００１４】
排気通路５において過給機10のタービン11を迂回してタービン11の上流側と下流側を連通する排気バイパス通路20が設けられ、同排気バイパス通路20にウエストゲートバルブ21が介装され、ウエストゲートバルブ21により排気バイパス通路20の開閉が行われる。
【００１５】
ウエストゲートバルブ21は、ダイヤフラム式アクチュエータ24の圧力室24ｂと連通してダイヤフラム式アクチュエータ24により開閉駆動される。
ダイヤフラム式アクチュエータ24のダイヤフラム室24ａは導圧通路25を介してコンプレッサ12より上流側の吸気通路４と連通している。
【００１６】
導圧通路25の途中にウエストゲートソレノイドバルブ26が介装され、ウエストゲートソレノイドバルブ26は、ウエストゲートソレノイド27により開閉駆動する。
【００１７】
なお導圧通路25は、ウエストゲートソレノイドバルブ26の下流側で枝通路25ａが分岐してコンプレッサ12の下流側の吸気通路４に連通し、枝通路25ａにはオリフィス28が形成されている。
【００１８】
以上のようにダイヤフラム式アクチュエータ24およびウエストゲートソレノイド27等によりウエストゲートバルブ駆動機構23が構成される。
【００１９】
ウエストゲートバルブ駆動機構23は、ウエストゲートソレノイド27への通電によりウエストゲートソレノイドバルブ26が導圧通路25を開き、吸気圧をダイヤフラム式アクチュエータ24のダイヤフラム室24ａに導入し、圧力室24ｂの昇圧によりウエストゲートバルブ21が排気バイパス通路20を閉じる。
【００２０】
ウエストゲートソレノイド27への通電をカットすると、ダイヤフラム式アクチュエータ24のダイヤフラム室24ａの圧力が抜け、圧力室24ｂの減圧によりウエストゲートバルブ21が排気バイパス通路20を開く。
【００２１】
ウエストゲートソレノイド27への通電は、デューティ比制御されたパルス駆動信号により行われ、デューティ比によりウエストゲートバルブ21によるウエストゲートの開度が制御され、開度が狭いほど排気が過給機10のタービン11の方を流れて過給が促進される。
【００２２】
したがってウエストゲートソレノイド27への通電がオフしてウエストゲートバルブ21が排気バイパス通路20を開弁状態とすると、排気は殆ど排気バイパス通路20を流れて過給機10による過給圧は小さな所定圧以下に抑えられる。
【００２３】
また吸気通路４には、コンプレッサ12を迂回してインタクーラ７の下流側とコンプレッサ12の上流側とを連通するエアバイパス通路30が設けられており、同エアバイパス通路30にリリーフバルブ32が介装されている。
【００２４】
リリーフバルブ32は、ダイヤフラム式のバルブで、バルブ本体32ａ内が弁体32ｂの取り付けられたダイヤフラム32ｃによりダイヤフラム室32ｄと連通室32ｅに分割され、弁体32ｂの移動でエアバイパス通路30の開閉を行っている。
弁体32ｂはスプリング32ｆにより閉方向に付勢されている。
【００２５】
連通室32ｅ内の圧力がダイヤフラム室32ｄ内の圧力より所定圧以上に高くなると、弁体32ｂが開いてエアバイパス通路30を連通し、コンプレッサ12の下流側の過給圧を上流側に還流してリリーフする。
【００２６】
ダイヤフラム室32ｄは、３ポート電磁弁であるエアバイパスバルブ35の出力ポート35ｃに連通しており、エアバイパスバルブ35の入力ポート35ｂはスロットルバルブ８の下流側と連通し、もう１つの入力ポート35ａはスロットルバルブ８の上流側と連通している。
【００２７】
以上のようにエアバイパスバルブ機構31は構成されており、エアバイパスソレノイド36の消磁状態で、入力ポート35ｂが閉じられ入力ポート35ａが開かれることによりスロットルバルブ８の下流側の吸気負圧が出力ポート35ｃを介してリリーフバルブ32のダイヤフラム室32ｄに作用し、リリーフバルブ32は開弁可能状態とする。
【００２８】
エアバイパスソレノイド36が励磁されると入力ポート35ａが閉じ入力ポート35ｂが開かれることによりスロットルバルブ８の上流側の吸気圧が出力ポート35ｃを介してリリーフバルブ32のダイヤフラム室32ｄに作用し、よって連通室32ｅと同圧となってスプリング32の付勢力によりリリーフバルブ32は閉弁状態が維持されることになる。
【００２９】
したがってエアバイパスソレノイド36への通電がオフされると、リリーフバルブ32は開弁可能状態となって過給機10の過給圧が所定圧以上になれば、リリーフバルブ32が開いてエアバイパス通路30が連通して減圧することになる。
【００３０】
本内燃機関１のシリンダ２には振動を検出するノックセンサ40が取り付けられており、ノックセンサ40の検出信号はノック用ＣＰＵ41により振動周波数に相当する電圧として取り出され、ＥＣＵ（電子制御ユニット）50に入力される。
ＥＣＵ50は、入力された電圧からノッキングの有無を判定する。
【００３１】
ＥＣＵ50は、その他に内燃機関１の運転状態を示す各種センサからの信号、例えば機関回転数Ｎｅ，スロットル開度Ｔｈ，吸気負圧Ｐｂ，大気圧Ｐａ，吸気温度Ｔ等が入力され、処理されて種々の制御がなされ、前記ウエストゲートバルブ駆動機構23のウエストゲートソレノイド27の制御およびエアバイパスバルブ機構31のエアバイパスソレノイド36の制御も行われる。
【００３２】
概ね以上のような過給機付き内燃機関１においてＥＣＵ50によるノックセンサ40またはノック用ＣＰＵ41さらにはエアバイパスバルブ機構31の異常の判定と、異常の有無に応じたウエストゲートバルブ駆動機構23の制御を以下図２ないし図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００３３】
まずノックセンサ40の異常の判定を行う手順を図２に示すフローチャートに従って説明する。
該フローは内燃機関の１サイクル毎に実行される。
【００３４】
内燃機関１が始動中か否かを判別し（ステップ１）、機関始動中であればステップ２に進み正常状態タイマーを初期化（正常ダウンタイマーをセットしスタートさせる）し、次のステップ３で異常状態タイマーを初期化（異常ダウンタイマーをセットしスタートさせる）し、さらに次のステップ４でノックセンサ信号のあり情報を初期化（クリア）する。
【００３５】
ステップ１で内燃機関１が完全に始動したと判定すると、ステップ５に進みノックセンサ信号の有無を判別する。
ノックセンサ信号があればステップ６に進み、正常状態が所定時間経過したかを前記正常状態タイマーにより判別し、経過するまではステップ３，４で毎回故障状態タイマーとノックセンサ信号あり情報を初期化する。
【００３６】
正常状態が所定時間経過したときは、ステップ６からステップ７に進み正常状態を確定し異常フラグＦａを「０」とし、ステップ３，４を実行する。
したがってサイクル毎に常にノックセンサ信号があればノックセンサ40は正常と判定され、異常フラグＦａは「０」となっている。
【００３７】
しかしノックセンサ信号がないと、ステップ５からステップ８に進み正常状態タイマーを初期化し、所定水温以下か否か（ステップ９）、所定機関回転数以下か否か（ステップ10）を判別し、所定水温以下または所定機関回転数以下のときはステップ３，４に進み異常判定は行わない。
【００３８】
所定水温および所定機関回転数を越えているときはステップ11に進み、異常状態が所定時間経過したかを前記異常状態タイマーにより判別し、経過するまでは本ルーチンを抜け、所定時間が経過すると、ステップ12に進んで異常と確定し異常フラグＦａに「１」を立てる。
【００３９】
以上のようにノックセンサ信号の有無によりノックセンサ40の異常を判定し、ノックセンサ40が正常のときは異常フラグＦａ＝０であるが、異常を生じると異常フラグＦａに「１」が立つ。
【００４０】
次にノック用ＣＰＵ41からの信号の有無によるノック用ＣＰＵ41の異常を判定する手順を図３のフローチャートに従って説明する。
まずノック用ＣＰＵ41からの信号の有無を判別し（ステップ21）、同信号があればステップ22に進み一応正常ということで異常フラグＦｂ＝０とし、異常状態タイマーを初期化する（ステップ23）。
【００４１】
ステップ21でノック用ＣＰＵ41からの信号がないと判別したときは、ステップ24に進み異常状態が所定時間経過したかを前記異常状態タイマーにより判別し、経過するまでは本ルーチンを抜け、所定時間が経過すると、ステップ25に進んで異常と確定し異常フラグＦｂに「１」を立てる。
【００４２】
さらにノック用ＣＰＵ41の通信異常を判定する手順を図４のフローチャートに従って説明する。
まず機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ１（例えば400rpm）以下か否かを判別し（ステップ31）、Ｎ１以下ならばステップ32に飛び異常カウンタのカウント値Ｋをクリアし、次いで異常フラグＦｃ＝０とする（ステップ32）。
【００４３】
機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ１を越えると、ステップ31からステップ34に進み今度は機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ２（例えば1200rpm）以上か否かを判別し、Ｎ２以上ならばステップ35に進んでノック用ＣＰＵ41の通信異常判定の実施を許可してステップ36に進むが、Ｎ２未満であると通信異常判定の実施の許可なくステップ36に進む。
【００４４】
ステップ36では機関始動後所定時間が経過しているか否かが判別され、経過していなければステップ37に進んで先に通信異常判定の実施が許可されているか否かを判定しており、機関始動後所定時間が経過してなく通信異常判定の実施の許可もないときは、ステップ32に飛び通信異常判定を行わない。
【００４５】
機関始動後所定時間が経過していなくても先に通信異常判定の実施が許可されていれば、ステップ38に進む。
またステップ36で機関始動後所定時間が経過していると判別されたときは、直接ステップ38に飛ぶ。
【００４６】
以上のようにしてノック用ＣＰＵ41の通信異常の判定を確実に行える状態となったところで、ステップ38に進みノック用ＣＰＵ41から正常にデータが受信できたかを判別し、正常にデータ受信できたときはステップ39に進み異常カウンタのカウント値Ｋから所定回数ａを減算し、同カウント値Ｋが負の値となるようであると（ステップ40）、同カウント値Ｋ＝０として（ステップ41）ステップ43に進み、カウント値Ｋ≧０ならば（ステップ40）、直接ステップ43に飛ぶ。
【００４７】
またステップ38でノック用ＣＰＵ41から正常にデータが受信できなかったときは、ステップ42に飛び異常カウンタのカウント値Ｋに所定回数ｂ（＜ａ）を加算してステップ43に進む。
【００４８】
したがって正常にデータが受信できなかった割合がある程度大きいときに異常カウンタのカウント値Ｋは増加し、このカウント値Ｋが所定値ｋ以上となったか否かをステップ43で判別しており、所定値ｋ以上となったときにステップ44に進みノック用ＣＰＵ41の通信異常と確定し異常フラグＦｃに「１」を立てる。
【００４９】
以上のようにしてノックセンサ40またはノック用ＣＰＵ41に異常があると、異常フラグＦａ，Ｆｂ，Ｆｃのいずれかに「１」が立つ。
【００５０】
次に吸気通路４に設けられたエアバイパス通路30の開閉を制御するエアバイパスバルブ機構31の異常を判定する手順を図５のフローチャートに従って説明する。
【００５１】
まずエアバイパスバルブ35を開閉駆動するエアバイパスソレノイド36に印加されるＩＧ１電圧が所定電圧以下か否かを判定し（ステップ51）、所定電圧以下ならばエアバイパスバルブ機構31の異常判定を行わず、ステップ52に進みOFF正常状態を確定し（OFF異常フラグＦoff＝０）、OFF異常状態タイマーを初期化し（ステップ53）、ON異常状態タイマーを初期化し（ステップ54）、ステップ55でON正常状態を確定しておく（ON異常フラグＦoｎ＝０）。
【００５２】
ステップ51でＩＧ１電圧が所定電圧を超えている判別したときに、エアバイパスバルブ機構31の異常判定を行い、ステップ60に飛ぶ。
ステップ60では、エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）信号がＯＮ指令すなわちエアバイパスソレノイド36に通電指令を出したか否かを判別し、ＯＮ指令が無い場合と有る場合とで、それぞれについてエアバイパスバルブ機構31の異常を判定する。
【００５３】
ＯＮ指令が無い場合にはステップ61に進みエアバイパスバルブ機構31のOFF異常を判定し、ＯＮ指令が有る場合にはステップ71に進みエアバイパスバルブ機構31のON異常を判定する。
いずれの場合も互いに同じ手順で異常を判定する。
【００５４】
ＡＢＶ信号のＯＮ指令が無くステップ61に進んだ場合についてステップ61ないしステップ69に従って以下説明する。
ステップ61ではON異常状態タイマーを初期化し、ON正常状態タイマーを初期化しておき（ステップ62）、ステップ63でＡＢＶ信号を検出（リターン）してOFF信号であるかを判別する。
【００５５】
OFF信号であれば正常であり、ステップ64に進んでOFF異常状態タイマーを初期化し、ステップ65でOFF正常状態が所定時間経過したか否かをOFF正常状態タイマーにより判別し、所定時間が経過したときにステップ66に進んでOFF正常状態を確定し、OFF異常フラグＦoff＝０とする。
【００５６】
ステップ63でＡＢＶ信号を検出（リターン）した結果がOFF信号でないときは、正常状態ではなく、ステップ67に進みOFF異常状態が所定時間経過したか否かをOFF異常状態タイマーにより判別し、所定時間が経過したときにステップ68に進んでOFF異常状態を確定し、OFF異常フラグＦoffに「１」を立てる。
そしてOFF正常状態タイマーを初期化する（ステップ69）。
【００５７】
以上はＡＢＶ信号のＯＮ指令が無い場合における異常判定手順であり、ＡＢＶ信号のＯＮ指令が有る場合は、ステップ60からステップ71に飛び、略同様の手順で異常判定を行う。
【００５８】
すなわちOFF異常状態タイマーを初期化し（ステップ71）、OFF正常状態タイマーを初期化しておき（ステップ72）、ＡＢＶ信号を検出（リターン）してON信号であるかを判別する（ステップ63）。
【００５９】
ON信号であれば正常であり、ステップ74に進んでON異常状態タイマーを初期化し、ON正常状態が所定時間経過したか否かをON正常状態タイマーにより判別し（ステップ75）、所定時間が経過したときにステップ76に進んでON正常状態を確定し、ON異常フラグＦon＝０とする。
【００６０】
ステップ73でＡＢＶ信号を検出（リターン）した結果がON信号でないときは、正常状態ではなく、ステップ77に進みON異常状態が所定時間経過したか否かをON異常状態タイマーにより判別し、所定時間が経過したときにステップ78に進んでOFF異常状態を確定し、OFF異常フラグＦonに「１」を立て、ON正常状態タイマーを初期化する（ステップ79）。
【００６１】
このようにしてＡＢＶ信号のＯＮ指令が無い場合と有る場合とそれぞれについてＡＢＶ信号の異常を判定し、ＯＮ指令が無い場合に異常があるとOFF異常フラグＦoffに「１」を立て、ＯＮ指令が有る場合に異常があるとON異常フラグＦonに「１」を立てる。
【００６２】
以上のようにノックセンサ40，ノック用ＣＰＵ41，エアバイパスバルブ機構31の各異常を判定し、判定した結果である異常フラグＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆoff，Ｆonに基づいてウエストゲートバルブ駆動機構23の制御がなされる。
【００６３】
ウエストゲートバルブ駆動機構23の制御手順を図６に示すフローチャートに従って説明する。
まずステップ81で、内燃機関１の運転状態を示すスロットル開度Ｔｈ，機関回転数Ｎｅ,吸気温度Ｔ，大気圧Ｐａ等および前記異常フラグＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆoff，Ｆonのデータを入力する。
【００６４】
そして次のステップ82からステップ86までは、各異常フラグＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆoff，Ｆonに「１」が立っているか否かをそれぞれ判別して、いずれの異常フラグにも「１」が立っておらず全て正常であると判断されると、ステップ87に進む。
【００６５】
ステップ87ではスロットル開度Ｔｈと機関回転数Ｎｅから基本過給圧Ｐｏを算出し、次のステップ88で吸気温度Ｔと大気圧Ｐａに基づき前記基本過給圧Ｐｏを補正して最終過給圧Ｐｆを算出する。
【００６６】
そして算出された最終過給圧Ｐｆによりウエストゲートソレノイド27がデューティ制御される（ステップ89）。
すなわちノックセンサ40，ノック用ＣＰＵ41，エアバイパスバルブ機構31のいずれもが正常であるときは、最終過給圧Ｐｆに基づきウエストゲートバルブ21の開口が制御される。
【００６７】
ノックセンサ40，ノック用ＣＰＵ41，エアバイパスバルブ機構31のいずれかに異常があり、異常フラグＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆoff，Ｆonの少なくとも１つに「１」が立っていると、ステップ90に飛び、ウエストゲートソレノイド27への通電をオフとする。
【００６８】
ウエストゲートソレノイド27への通電をオフすると、ウエストゲートソレノイドバルブ26は閉じ、ダイヤフラム式アクチュエータ24の24ａに負圧が作用してウエストゲートバルブ21を開き、排気を排気バイパス通路20に殆ど流して過給機10による過給圧は小さな所定圧以下に制御される。
【００６９】
したがって、ノックセンサ40またはノック用ＣＰＵ41に異常が生じたときに、過給圧の上昇に伴うノッキングの発生を抑止し、内燃機関１の保護を図ることができる。
【００７０】
またエアバイパスバルブ機構31に異常が生じたときにも、過給圧が小さな所定圧以下に制御されることで、減速時等のサージ音が発生したりするのを抑制し、吸気系配管のはずれの防止や過給圧のオーバシュートの防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る過給機付き内燃機関およびウエストゲートバルブ制御装置の概略構成図である。
【図２】ノックセンサの異常を判定する手順を示すフローチャートである。
【図３】ノック用ＣＰＵの異常を判定する手順を示すフローチャートである。
【図４】ノック用ＣＰＵの通信異常を判定する手順を示すフローチャートである。
【図５】エアバイパスバルブ機構の異常を判定する手順を示すフローチャートである。
【図６】ウエストゲートバルブ駆動機構の制御手順をを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…シリンダ、３…ピストン、４…吸気通路、５…排気通路、６…エアクリーナ、７…インタクーラ、８…スロットルバルブ、
10…過給機、11…タービン、12…コンプレッサ、
20…排気バイパス通路、21…ウエストゲートバルブ、23…ウエストゲートバルブ駆動機構、24…ダイヤフラム式アクチュエータ、25…導圧通路、26…ウエストゲートソレノイドバルブ、27…ウエストゲートソレノイド、28…オリフィス、
30…エアバイパス通路、31…エアバイパスバルブ機構、32…リリーフバルブ、35…エアバイパスバルブ、36…エアバイパスソレノイド、
40…ノックセンサ、41…ノック用ＣＰＵ、
50…ＥＣＵ。
Claims (1)
- 排気通路に配したタービンと吸気通路に配したコンプレッサからなる過給機と、排気通路における前記過給機のタービンを迂回するバイパス通路に介装されたウエストゲートバルブと、前記ウエストゲートバルブを駆動するウエストゲートバルブ駆動機構とを備えた過給機付き内燃機関において、
吸気通路の前記過給機のコンプレッサを迂回するエアバイパス通路に設けられたエアバイパスバルブ機構と、
前記エアバイパスバルブ機構を制御するエアバイパスバルブ信号の状態に基づき前記エアバイパスバルブ機構の異常を判定するエアバイパスバルブ機構異常判定手段と、
前記エアバイパスバルブ機構異常判定手段により前記エアバイパスバルブ機構が異常であると判定されると、前記ウエストゲートバルブを開いて前記過給機による過給を所定圧以下に抑えるよう前記ウエストゲートバルブ駆動機構を制御する制御手段とを備え、
前記エアバイパスバルブ機構異常判定手段は、
エアバイパスバルブ機構を駆動する電圧が所定電圧を超えているときに異常判定を行い、
前記エアバイパスバルブ信号が OFF 信号の場合に所定時間 OFF 信号状態が継続すれば正常と判定し、所定時間 OFF 信号がないと異常と判定し、
前記エアバイパスバルブ信号が ON 信号の場合に所定時間 ON 信号状態が継続すれば正常と判定し、所定時間 ON 信号がないと異常と判定することを特徴とする過給機付き内燃機関のウエストゲートバルブ制御装置。
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