JP5982841B2

JP5982841B2 - 内燃機関の過給補助装置の故障対策方法及び内燃機関の過給補助システム

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Publication number: JP5982841B2
Application number: JP2012021676A
Authority: JP
Inventors: 和成山本
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: JP2013160113A

Description

本発明は、ターボ式過給システムと内燃機関の過渡運転時に発生するターボラグによる空気量の不足を補うために、予め貯蔵した圧縮空気を気筒内に導入する過給補助システムを備えた内燃機関の過給補助システムの故障対策方法及び内燃機関の過給補助システムに関する。

自動車等の車両に搭載される内燃機関（エンジン）には、図１１に示すようなターボ式過給システム１が用いられているが、このターボ式過給システム１は、エンジン本体１１の吸気マニホールド１１ａに接続された吸気通路１２と、排気マニホールド１１ｂに接続された排気通路１３を有して構成され、更に、エアクリーナー１４の下流側でかつインタークーラー１６の上流側の吸気通路１２にターボ式過給器（ターボチャージャ）１５のコンプレッサ１５ａが設けられ、排気通路１３にターボ式過給器１５のタービン１５ｂが設けられている。

このターボ式過給器１５は、１本の羽根の両端に２つの羽根車が備えられ、その一方（タービン１５ｂ側）に排気ガスＧを流して羽根車を回転させ、これにより回転するもう一方（コンプレッサ１５ａ側）の羽根車で吸気した空気Ａを圧縮する。言い換えると、タービン１５ｂを用いて排気ガスＧから取り出した仕事をコンプレッサ１５ａが使い、空気Ａを圧縮する。これにより、従来に比べて高い圧力の空気Ａを筒内に導入できるため、筒内に導入される空気量を多くすることができる。従って、このターボ式過給器１５を用いたターボ式過給システム１では、より多くの空気Ａを筒内に導入できるため、トルクの向上、排気ガスの有害物質の低減を図ることができる。

しかしながら、このターボ式過給システム１による過給では、要求される空気量を筒内にターボ式過給器１５が導入できるようになるまでの間に時間差が生じ、いわゆるターボラグが発生するという短所がある。このターボラグは、排気ガスＧの圧力を利用してタービン１５ｂを回転させて、その回転でコンプレッサ１５ｂを作動させて空気Ａを圧縮し、その空気Ａを筒内（シリンダ内）に送り込み燃焼を行い、その排気ガスＧで更にタービン１５ｂを回転するというサイクルを繰り返して、筒内に導入する空気量を増加させるターボ式過給システム１では必ず発生する現象であり、特に過渡運転時に起きる。

過渡運転時では、図１２に示すように、エンジン回転速度の増加にともない、必要となる空気量ｂも増加するが、このターボラグが発生すると、必要となる空気量ｂを確保できなくなる。このとき、推移するエンジン回転速度および負荷（アクセル開度）に応じて必要となる燃料量Ｂに対して必要な空気量ｂが増加するが、この空気量ｂに対して実際に供給される空気量ｃが斜線部分だけ少なくなってしまう。その結果、空気量ｃが少ないことにより燃焼可能な燃料量Ｃが減少して内燃機関の出力が低下し、また、ＥＧＲをかけられないことによりＮＯｘが増加して排気性能が悪化する。

このターボラグによる出力、排気性能の悪化に対する対策として、エンジン回転速度および負荷（アクセル開度）が急激に変化する時に、この変化と同時に、図１３に示すように、スーパーチャージャ又はエアコンプレッサ１７等を用いて予め圧縮空気タンク１８に貯蔵した圧縮空気Ａｃを、流路切替装置（切替バルブ）２０により空気吸入通路１２ａから過給補助通路１９に切り替えて吸気通路１２に導入して過渡運転時の空気量の不足を補う過給補助システム１０がある。

この過給補助システムとしては、例えば、吸気通路に接続した過給気通路と、所定の圧力の過給気を貯蔵し、該過給気を過給気通路に送出する過給気タンクと、過給気通路に設けられ、機関運転状態に応じて開閉する過給弁と、過給気通路を接続した部位よりも上流の吸気通路に設けられて吸気の逆流を防止する逆流防止弁とを含んで構成される内燃機関の過給装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この過給補助により、過給補助を行わない場合に比べて、過給器のタービン側が回収するエントロピーが増加するため、過給器の応答性が向上し、これにより、ターボラグを改善でき、発進性能の向上と、排気ガスの有害成分の低減が可能となる。なお、過給補助の時に、圧縮空気が、吸気通路の上流側、即ち、エアクリーナー側へと逆流するのを防止するために、逆流防止用のバルブ（逆流防止弁）を吸気経路中に設置する必要がある。また、図１３の構成では、流路切替装置２０に過給補助の開始と終了を制御する機能と共に、この圧縮空気の逆流防止の機能を持たせている。

この流路切替装置２０は、過給補助システムにおいて、要となる重要な装置であるため、この流路切替装置２０の現状を把握すると共に、故障が生じた際には、その故障内容を把握することが重要となり、更には、この故障内容に応じた故障対策を実施することが重要となる。

特開２０１１−２０８６４４号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、ターボ式過給システムと予め貯蔵した圧縮空気を気筒内に導入する過給補助システムを備えた内燃機関において、既存のセンサからの検出情報で、過給補助システムの流路切替装置の故障の有無と流路切替装置と過給補助システムの故障状態を容易に診断でき、この診断結果に基づいて適切な故障対策を実施することができる内燃機関の過給補助システムの故障対策方法及び内燃機関の過給補助システムを提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明の内燃機関の過給補助システムの故障対策方法は、ターボ式過給システムと、流路切替装置により空気吸入通路から過給補助通路に切り替えて予め圧縮空気タンクに貯蔵された圧縮空気を気筒内に供給する過給補助システムとを備えた内燃機関の過給補助システムの故障対策方法において、前記流路切替装置の切り替え制御の状態と、前記圧縮空気タンクの内部圧力の推移と、前記空気吸入通路における空気の移動の有無の検出結果とから、前記流路切替装置の故障状態を判断して、この故障状態に対応した故障対策を実施することを特徴とする方法である。

この方法によれば、過給補助システムの故障診断のために新たなセンサを設けることなく、流路切替装置の故障状態とこの故障状態における過給補助システムの状態を容易に診断することができ、この診断結果に基づいて適切な故障対策を実施することができる。

上記の内燃機関の過給補助システムの故障対策方法で、過給補助実施状態において、前記内部圧力が低下しない場合は、前記圧縮空気タンクに貯蔵する圧縮空気を発生するエアコンプレッサの駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第１故障対策を実施する第１対策と、過給補助実施状態において、前記内部圧力が低下しており、且つ、前記空気吸入通路における空気の移動が検出される場合は、前記空気吸入通路に配置された吸気量センサで計測された空気量と前記内部圧力の変化から算出した気筒内への空気供給量との和が、内燃機関の運転に必要とされる空気量を満たすように、前記エアコンプレッサをフィードバック制御する第２故障対策を実施する第２対策と、過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出されない場合は、前記エアコンプレッサを駆動すると共に、前記内部圧力の変化から気筒内への空気供給量を算出し、この算出した空気供給量に応じた燃料量を燃料量の上限にして内燃機関を運転制御する第３故障対策を実施する第３対策と、過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出されるが、前記内部圧力が上昇しない場合は、前記第２故障対策を実施する第４対策と、過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出され、且つ、前記内部圧力が上昇するが予め設定された目標圧力まで予め設定された時間内に達しない場合は、前記エアコンプレッサの駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第４故障対策を実施する第５対策のいずれか一つ又は幾つかの組み合わせ又は全部を行う。

この方法によれば、過給補助システムで重要な役割を果たしている流路切替装置の故障の有無のみならず、流路切替装置と過給補助システムの故障状態を詳細に把握することができ、この診断結果に基づいて適切な故障対策を実施することができる。

そして、上記の目的を達成するための内燃機関の過給補助システムは、ターボ式過給システムと、流路切替装置により空気吸入通路から過給補助通路に切り替えて予め圧縮空気タンクに貯蔵された圧縮空気を気筒内に供給する過給補助システムと、過給補助を制御する制御装置とを備えた内燃機関の過給補助システムにおいて、前記制御装置が、前記流路切替装置の切り替え制御の状態と、前記圧縮空気タンクの内部圧力の推移と、前記空気吸入通路に配置された吸気量センサによる空気の移動の有無の検出結果とから、前記流路切替装置の故障状態を判断して、この故障状態に対応した故障対策を実施する制御を行うように構成される。

この構成によれば、過給補助システムの故障診断のために新たなセンサを設けることなく、流路切替装置の故障状態とこの故障状態における過給補助システムの状態を容易に診断することができ、この診断結果に基づいて適切な故障対策を実施することができる。

上記の内燃機関の過給補助システムで、過給補助実施状態において、前記内部圧力が低下しない場合は、前記圧縮空気タンクに貯蔵する圧縮空気を発生するエアコンプレッサの駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第１故障対策を実施する第１対策と、過給補助実施状態において、前記内部圧力が低下しており、且つ、前記空気吸入通路における空気の移動が検出される場合は、前記空気吸入通路に配置された吸気量センサで計測された空気量と前記内部圧力の変化から算出した気筒内への空気供給量との和が、内燃機関の運転に必要とされる空気量を満たすように、前記エアコンプレッサをフィードバック制御する第２故障対策を実施する第２対策と、過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出されない場合は、前記エアコンプレッサを駆動すると共に、前記内部圧力の変化から気筒内への空気供給量を算出し、この算出した空気供給量に応じた燃料量を燃料量の上限にして内燃機関を運転制御する第３故障対策を実施する第３対策と、過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出されるが、前記内部圧力が上昇しない場合は、前記第２故障対策を実施する第４対策と、過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出され、且つ、前記内部圧力が上昇するが予め設定された目標圧力まで予め設定された時間内に達しない場合は、前記エアコンプレッサの駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第４故障対策を実施する第５対策のいずれか一つ又は幾つかの組み合わせ又は全部を行う制御を行うように、前記制御装置が構成される。

この構成によれば、過給補助システムで重要な役割を果たしている流路切替装置の故障の有無のみならず、流路切替装置と過給補助システムの故障状態を詳細に把握することができ、この診断結果に基づいて適切な故障対策を実施することができる。

本発明に係る内燃機関の過給補助システムの故障対策方法及び内燃機関の過給補助システムによれば、ターボ式過給システムと、予め貯蔵された圧縮空気を気筒内に供給する過給補助システムとを備えた内燃機関において、流路切替装置の切り替え制御の状態と、圧縮空気タンクの内部圧力の推移と、空気吸入通路における空気の移動の有無の検出結果という、標準的に備わっているセンサからの情報で流路切替装置の故障の有無と、流路切替装置と過給補助システムの故障状態を容易に判断することができ、この診断結果に基づいて適切な故障対策を実施することができる。

本発明の実施の形態の内燃機関の過給補助システムの構成を示す図で、非過給補助状態を示す。図１の内燃機関の過給補助システムにおける過給補助状態を示す図である。本発明の実施の形態の内燃機関の過給補助システムの故障対策方法の制御フローの一例を示す図である。流路切替装置の構成を示す図で、第１流路と第３流路が連通している状態を示す図である。流路切替装置の構成を示す図で、第２流路と第３流路が連通している状態を示す図である。流路切替装置の流路切替を行う空気シリンダの構成を示す図である。流路切替装置で第１流路と第３流路が連通している待機状態における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。流路切替装置で第１流路と第３流路を遮断し、第２流路と第３流路を連通させる途中における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。流路切替装置で第２流路と第３流路が連通している待機状態における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。流路切替装置で第２流路と第３流路を遮断し、第１流路と第３流路を連通させる途中における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。単段の過給システムを備えた内燃機関の構成を模式的に示す図である。過給システムを備えた内燃機関のエンジン回転数に対する燃料噴射量と空気量を示す図である。単段の過給システムと過給補助システムを備えた内燃機関の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助システムの故障対策方法及び内燃機関の過給補助システムについて、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１０を備えた内燃機関（エンジン）は、エンジン本体１１の吸気マニホールド１１ａに接続された吸気通路１２と、排気マニホールド１１ｂに接続された排気通路１３を有して構成され。更に、エアクリーナー１４の下流側でかつインタークーラー１６の上流側の吸気通路１２にターボチャージャ（ターボ式過給器）１５のコンプレッサ１５ａが設けられ、排気通路１３にターボチャージャ１５のタービン１５ｂが設けられ、ターボ式過給システム１を構成している。

この内燃機関の過給補助システム１０では、過渡運転時に、ターボラグによる空気量不足に対応して圧縮空気Ａｃを吸気通路１２に供給するために、圧縮空気Ａｃを生成するコンプレッサ１７とこの圧縮空気Ａｃを貯蔵する圧縮空気タンク１８を設けた過給補助通路１９が、吸気通路１２に流路切替装置（切り替えバルブ）２０を介して接続される。この流路切替装置２０により、内燃機関の過渡運転時に、空気吸入通路１２ａから過給補助通路１９に切り替えて、この過給補助通路１９から圧縮空気Ａｃを吸気通路１２に供給する過給補助を行う。なお、この圧縮空気タンク１８には内部圧力Ｐｉを測定するための圧力センサ５１が設けられている。また、空気吸入通路１２ａには、空気Ａの流量を測定するための吸気量センサ（ＭＡＦセンサ）５２が設けられている。

つまり、この内燃機関は、ターボチャージャ１５を有するターボ式過給システム１と、流路切替装置２０により空気吸入通路１２ａから過給補助通路１９に切り替えて予め圧縮空気タンク１８に貯蔵された圧縮空気Ａｃを気筒内に供給する過給補助システム１０とを備えて構成される。

そして、流路切替装置２０としては、ｍｓｅｃオーダーの極めて短時間で流路を切り替える必要があるために、図４及び図５に示すようなシャッター方式の切替バルブを用いる。この流路切替装置２０は、空気吸入通路１２ａに接続される第１流路２１と、過給補助通路１９に接続される第２流路２２と、エンジン本体１１側の吸気通路１２に接続される第３流路２３を有するケース２４と、このケース２４内をＸ１−Ｘ２方向にスライドして、第１流路２１と第３流路２３との間と、第２流路２２と第３流路２３との間を遮断又は連通するシャッター部材２５を備えて構成する。

このシャッター部材２５には、連通用貫通穴２５ａが設けられており、このシャッター部材２５は空気シリンダ（エアシリンダ）３０のロッド３１の伸縮により、Ｘ１−Ｘ２方向に移動する。つまり、このシャッター部材２５を圧縮空気Ａｃで駆動される空気シリンダ３０によってスライドさせるように構成する。図４に示すようにＸ１方向に移動した場合は、第１流路２１と第３流路２３の間が連通し、第２流路２２と第３流路２３の間が遮断される。一方、図５に示すようにＸ２方向に移動した場合は、第１流路２１と第３流路２３の間が遮断され、第２流路２２と第３流路２３の間が連通する。この構成の流路切替装置２０を用いることにより、流路を著しく高速で切り替えることができる。

そして、過給補助システム１０の流路切替装置２０のシャッター部材２５を移動させる空気シリンダ３０は、図６に示すように構成される。つまり、空気シリンダ３０は、第１空気室３２ａと第２空気室３２ｂの間に、ロッド３１に固定されている受圧部材３３が配置されている。また、第１空気室３２ａに連通する第１連通路３４ａと圧縮空気タンク４０を連通する第１空気供給通路４１ａとの間に第１空気供給弁３５ａが配置され、第２空気室３２ｂに連通する第２連通路３４ｂと圧縮空気タンク４０を連通する第２空気供給通路４１ｂとの間に第２空気供給弁３５ｂが配置されている。更に、第１連通路３４ａを大気に開放する第１大気開放弁３６ａが配置され、第２連通路３４ｂを大気に開放する第２大気開放弁３６ｂが配置されている。これらの第１空気供給弁３５ａ、第２空気供給弁３５ｂ、第１大気開放弁３６ａ、及び第２大気開放弁３６ｂは、電磁弁で形成され、開閉制御される。

次に、この空気シリンダ３０による、シャッター部材２５の移動と第１流路２１と第２流路２２との切り替えに関して説明する。流路切替装置２０の流路の切り替えは図７〜図１０に示すような空気シリンダ３０の弁操作により行われる。

図７は、第１流路２１と第３流路２３の間が連通し、空気吸入通路１２ａからの空気を吸気通路１２に供給しているときの待機状態、即ち、非過給補助状態である第１ステップ状態を示す。この非過給補助状態では、第１空気供給弁３５ａ、第２空気供給弁３５ｂ、第２大気開放弁３６ｂを閉弁し、第１大気開放弁３６ａのみを開弁している。これにより、第１空気室３２ａの圧縮空気Ａｃを大気に開放し、第１空気室３２ａの圧力を大気圧にして、切替時のロッド３１の切り替得動作を円滑して、過給補助開始時に流路切替装置２０が空気吸入通路１２ａ側の第１流路２１から過給補助通路１９側の第２流路２２に切り替える際の第１切替速度を高める。

図８は、過給補助の開始に際して、第１流路２１と第３流路２３の間を遮断し、第２流路２２と第３流路２３との間を連通させるためのシャッター部材２５の移動時の空気シリンダ３０の第２ステップ状態を示す。この第２ステップ状態では、第１空気供給弁３５ａ、第２大気開放弁３６ｂを閉弁し、第２空気供給弁３５ｂ、第１大気開放弁３６ａを開弁して、圧縮空気タンク４０の圧縮空気Ａｃを第２空気室３２ｂに供給して流路切替装置２０のシャッター部材２５を高速の第１切替速度でＸ２方向に移動させる。

図９は、第１流路２１と第３流路２３の間を遮断し、第２流路２２と第３流路２３との間を連通させた後で、過給補助通路１９から圧縮空気Ａｃを吸気通路１２に供給している過給補助状態における空気シリンダ３０の第３ステップ状態を示す。この第３ステップ状態は、流路切替装置２０のシャッター部材２５の高速移動完了の後であるが、次の開始前の状態への切り替えに迅速に対応できるように、第１空気供給弁３５ａ、第２空気供給弁３５ｂ、第１大気開放弁３６ａを閉弁し、第２大気開放弁３６ｂを開弁して、空気シリンダ３０内の第２空気室３２ｂの圧縮空気Ａｃを大気に開放し、第２空気室３２ｂの圧力を大気圧にしている。

図１０は、過給補助の終了に際して、第２流路２２と第３流路２３の間を遮断し、第１流路２１と第３流路２３との間を連通させるためのシャッター部材２５の移動時の空気シリンダ３０の第４ステップ状態を示す。この第４ステップ状態では、第２空気供給弁３５ｂ、第１大気開放弁３６ａを閉弁し、第１空気供給弁３５ａ、第２大気開放弁３６ｂを開弁して、圧縮空気タンク４０の圧縮空気Ａｃを第１空気室３２ａに供給して流路切替装置２０のシャッター部材２５を高速の第２切替速度でＸ１方向に移動させる。

そして、図１０の第４ステップ状態により、シャッター部材２５がＸ１方向への移動を完了すると、図７の第１ステップ状態に戻り、第１流路２１と第３流路２３の間が連通し、空気吸入通路１２ａからの空気を吸気通路１２に供給しているときの空気シリンダ３０の待機状態となる。この図７〜図１０の一連の空気シリンダ３０のバルブ操作を繰り返すことで、過給補助を繰り返し行うことができる。この図７〜図１０の一連の空気シリンダ３０のバルブ操作により、迅速にシャッター部材２５をＸ１−Ｘ２方向に移動して、流路切替装置２０の流路を切り替えることができる。

次に、この内燃機関の過給補助システムの故障対策方法について説明する。この故障対策方法は、ターボチャージャ１５と流路切替装置２０等の制御、即ち、ターボ式過給システム１と過給補助システム１０の操作を行う制御装置５０ａによって行われる。この制御装置５０ａは、内燃機関の全般を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれるエンジン制御装置５０に組み込まれて構成される。

この故障診断方法では、流路切替装置２０の切り替え制御の状態と、図１及び図２に示すように、圧縮空気タンク１８に設けられた圧力センサ５１で検出される内部圧力Ｐｉの推移と、空気吸入通路１２ａに設けられた吸気量センサ５２で検出される空気の移動の有無の検出結果とから、流路切替装置２０の故障の有無と、流路切替装置２０及び過給補助システム１０の故障状態を判断する。そして、この判断に基づいて、適切な故障対策を行う。

この故障対策方法は、図３に示すような制御フローに基づいて行うことができる。この図３の制御フローが上位の制御フローに呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、過給補助実施状態か否かを判定する。つまり、流路切替装置２０が、図１の非過給補助状態から図２の過給補助状態に移行しているか否かを判定する。

このステップＳ１１の判定で、過給補助実施状態であれば(ＹＥＳ)、ステップＳ１２に行き、圧縮空気タンク１８の内部圧力Ｐｉが低下しているか否かを判定する。つまり、圧縮空気タンク１８に貯蔵された圧縮空気Ａｃが吸気通路１２又は空気吸入通路１２ａ等に供給されている又は空気漏れであるか否かを判定する。

このステップＳ１２の判定で、内部圧力Ｐｉが低下していない場合は（ＮＯ）、過給補助実施状態であるにもかかわらず、圧縮空気タンク１８に貯蔵された圧縮空気Ａｃが気筒内に供給されていないと判断できるので、ステップＳ４１に行き、流路切替装置２０が非過給補助状態で固まり、圧縮空気Ａｃが吸気通路１２に流れず、空気吸入通路１２ａからしか気筒内に空気Ａを供給できない第１故障状態にあると判断する第１判断を行う。

そして、この場合は、エアコンプレッサ１７を駆動しても、圧縮空気Ａｃを気筒内に供給する過給補助ができないので、エアコンプレッサ１７の駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第１故障対策を実施する第１対策を行うように設定して、リターンに行き、上位の制御フローに戻る。

ステップＳ１２の判定で内部圧力Ｐｉが低下している場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１３に行き、吸気量センサ５２により空気の移動が検出されるか否かを判定し、空気の移動が検出される場合は（ＹＥＳ）、過給補助実施状態であるにもかかわらず、空気吸入通路１２ａと過給補助通路１９とが完全に切り替わっておらず、空気吸入通路１２ａの空気Ａが移動していると判断できるので、ステップＳ４２に行き、流路切替装置２０が切り替え途中状態で固まり、空気吸入通路１２ａからの空気Ａと圧縮空気タンク１８の圧縮空気Ａｃとの両方が気筒内に供給されている第２故障状態にあると判断する第２判断を行う。

そして、この場合は、内燃機関が必要とする空気量と燃料噴射量は、内燃機関に要求されるトルクとエンジン回転速度により異なってくる。吸気量センサ５２で計測された空気量が、必要とされる空気量を満たさない場合は、エアコンプレッサ１７を駆動することで、必要な空気量を確保する。そのため、吸気量センサ５２で計測された空気量と内部圧力Ｐｉの変化から算出した気筒内への空気供給量との和が、内燃機関の運転に必要とされる空気量を満たすように、エアコンプレッサ１７をフィードバック制御する第２故障対策を実施する第２対策を行うように設定して、リターンに行き、上位の制御フローに戻る。

ステップＳ１３の判定で空気の移動が検出されない場合は（ＮＯ）、特に故障していないとして、リターンに行き、上位の制御フローに戻る。

ステップＳ１１の判定で、過給補助実施状態でないと判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ１４に行き、過給補助実施直後か否かを判定する。つまり、流路切替装置２０が、図２の過給補助状態から図１の非過給補助状態に移行した直後か否かを判定する。この判定で過給補助実施直後である場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１５に行き、吸気量センサ５２により空気の移動が検出されるか否かを判定し、即ち、空気吸入通路１２ａからの空気Ａが気筒に導入されているか否かを判定し、空気の移動が検出されない場合は（ＮＯ）、ステップＳ４３に行き、流路切替装置２０が過給補助状態で固まり、過給補助通路１９からしか気筒内に空気Ａを供給できない第３故障状態にあると判断する第３判断を行う。

そして、この場合は、エアコンプレッサ１７を駆動すると共に、内部圧力Ｐｉの変化から気筒内への空気供給量を算出し、この算出した空気供給量に応じた燃料量を燃料量の上限にして内燃機関を運転制御する第３故障対策を実施する第３対策を行うように設定して、リターンに行き、上位の制御フローに戻る。

ステップＳ１５の判定で空気の移動が検出される場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１６に行き、内部圧力Ｐｉが上昇しているか否かを判定し、即ち、圧縮空気タンク１８からの圧縮空気Ａｃの気筒側への漏出がないか否かを判定し、上昇していない場合は（ＮＯ）、ステップＳ４４に行き、流路切替装置２０が切り替え途中状態で固まり、空気吸入通路１２ａからの空気Ａと圧縮空気タンク１８の圧縮空気Ａｃとの両方が気筒内に供給されている第２故障状態にあると判断する第４判断を行う。

そして、この場合は、内燃機関が必要とする空気量と燃料噴射量は内燃機関に要求されるトルクとエンジン回転速度により異なってくるので、吸気量センサ５２で計測された空気量が必要とされる空気量を満たさない場合は、エアコンプレッサ１７を駆動することで、必要な空気量を確保する。そのため、吸気量センサ５２で計測された空気量と内部圧力Ｐｉの変化から算出した気筒内への空気供給量との和が、内燃機関の運転に必要とされる空気量を満たすように、エアコンプレッサ１７をフィードバック制御する第２故障対策を実施する第４対策を行うように設定して、リターンに行き、上位の制御フローに戻る。

ステップＳ１６の判定で、内部圧力Ｐｉが上昇している場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１７に行き、内部圧力Ｐｉが予め設定された目標圧力Ｐｔまで予め設定された所定時間内に達するか否かを判定し、即ち、圧縮空気タンク１８と過給補助通路１９に空気漏れがないか否かを判定し、所定時間内に達しない場合は（ＮＯ）、ステップＳ４５に行き、シール不良により圧縮空気Ａがどこかに漏れている空気漏れである第４故障状態にあると判断する第５判断を行う。そして、リターンに行き、上位の制御フローに戻る。

そして、この場合は、エアコンプレッサ１７を駆動しても、圧縮空気Ａｃが大気中に放出され、圧縮空気タンク１８に圧縮空気Ａｃが貯蔵されず、過給補助できない。そのため、エアコンプレッサ１７の駆動と過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第４故障対策を実施する第５対策を行うように設定して、リターンに行き、上位の制御フローに戻る。

ステップＳ１７の判定で、内部圧力Ｐｉが予め設定された目標圧力Ｐｔまで予め設定された所定時間内に達した場合は（ＹＥＳ）、特に、故障していないとして、リターンに行き、上位の制御フローに戻る。

この図３の制御フローを繰り返し実施し、この制御フローの実施中に第１〜第５対策が設定された時には、エンジン制御装置５０で、その設定に従ってそれぞれの対策を実施する。

これにより、過給補助実施状態において、内部圧力Ｐｉが低下しない場合は、圧縮空気タンク１８に貯蔵する圧縮空気Ａｃを発生するエアコンプレッサ１７の駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第１故障対策を実施する第１対策と、過給補助実施状態において、内部圧力Ｐｉが低下しており、且つ、空気吸入通路１２ａにおける空気の移動が検出される場合は、空気吸入通路１２ａに配置された吸気量センサ５２で計測された空気量と内部圧力Ｐｉの変化から算出した気筒内への空気供給量との和が、内燃機関の運転に必要とされる空気量を満たすように、エアコンプレッサ１７をフィードバック制御する第２故障対策を実施する第２対策を行うことができる。

また、過給補助終了後において、空気吸入通路１２ａにおける空気の移動が検出されない場合は、エアコンプレッサ１７を駆動すると共に、内部圧力Ｐｉの変化から気筒内への空気供給量を算出し、この算出した空気供給量に応じた燃料量を燃料量の上限にして内燃機関を運転制御する第３故障対策を実施する第３対策と、過給補助終了後において、空気吸入通路１２ａにおける空気の移動が検出されるが、内部圧力Ｐｉが上昇しない場合は、前記第２故障対策を実施する第４対策と、過給補助終了後において、空気吸入通路１２ａにおける空気の移動が検出され、且つ、内部圧力Ｐｉが上昇するが予め設定された目標圧力Ｐｔまで予め設定された時間内に達しない場合は、エアコンプレッサの駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第４故障対策を実施する第５対策行うことができる。

そして、第１〜第５の対策を実施するに際しては、「故障が発生している」ことと、必要に応じて「故障状態（第１から第４故障状態のいずれであるか）」を、ディスプレイ上に表示したり、音声通知したりして、内燃機関を搭載した車両を運転するドライバーなどの使用者に知らせて、工場等で修理するように促すような構成とする。上記の構成の内燃機関の過給補助システムの故障対策方法及び内燃機関の過給補助システム１０によれば、ターボ式過給システム1と、予め貯蔵された圧縮空気Ａｃを気筒内に供給する過給補助システム１０とを備えた内燃機関において、流路切替装置２０の切り替え制御の状態と、圧縮空気タンク１８の内部圧力Ｐｉの推移と、空気吸入通路１２ａにおける空気の移動の有無の検出結果という、標準的に備わっているセンサ５１、５２からの情報で流路切替装置２０の故障状態と、過給補助システム１０の故障状態を容易に判断することができ、この判断に基づいて、適切な故障対策を行うことができる。

本発明の内燃機関の過給補助システムの故障対策方法及び内燃機関の過給補助システムによれば、流路切替装置の切り替え制御の状態と、圧縮空気タンクの内部圧力の推移と、空気吸入通路における空気の移動の有無の検出結果という、標準的に備わっているセンサからの情報で流路切替装置の故障状態と、過給補助システムの故障状態を容易に判断することができ、この判断に基づいて、適切な故障対策を行うことができるので、数多くの車両に搭載する内燃機関等に利用できる。

１ターボ式過給システム
１０過給補助システム
１１エンジン本体
１２吸気通路
１２ａ空気吸入通路
１３排気通路
１５ターボチャージャ（ターボ式過給器）
１７コンプレッサ（圧縮空気用）
１８圧縮空気タンク
１９過給補助通路
２０流路切替装置（切り替えバルブ）
２１第１流路
２２第２流路
２３第３流路
２４ケース
２５シャッター部材
３０空気シリンダ（エアシリンダ）
５０エンジン制御装置（ＥＣＵ）
５０ａ制御装置
５１圧力センサ
５２吸気量センサ（ＭＡＦセンサ）
Ａ空気
Ａｃ圧縮空気
Ｇ排気ガス
Ｐｉ内部圧力
Ｐｔ目標圧力

Claims

ターボ式過給システムと、流路切替装置により空気吸入通路から過給補助通路に切り替えて予め圧縮空気タンクに貯蔵された圧縮空気を気筒内に供給する過給補助システムとを備えた内燃機関の過給補助システムの故障対策方法において、
前記流路切替装置の切り替え制御の状態と、前記圧縮空気タンクの内部圧力の推移と、前記空気吸入通路における空気の移動の有無の検出結果とから、前記流路切替装置の故障状態を判断して、この故障状態に対応した故障対策を実施することを特徴とする内燃機関の過給補助システムの故障対策方法。
過給補助実施状態において、前記内部圧力が低下しない場合は、前記圧縮空気タンクに貯蔵する圧縮空気を発生するエアコンプレッサの駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第１故障対策を実施する第１対策と、過給補助実施状態において、前記内部圧力が低下しており、且つ、前記空気吸入通路における空気の移動が検出される場合は、前記空気吸入通路に配置された吸気量センサで計測された空気量と前記内部圧力の変化から算出した気筒内への空気供給量との和が、内燃機関の運転に必要とされる空気量を満たすように、前記エアコンプレッサをフィードバック制御する第２故障対策を実施する第２対策と、
過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出されない場合は、前記エアコンプレッサを駆動すると共に、前記内部圧力の変化から気筒内への空気供給量を算出し、この算出した空気供給量に応じた燃料量を燃料量の上限にして内燃機関を運転制御する第３故障対策を実施する第３対策と、
過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出されるが、前記内部圧力が上昇しない場合は、前記第２故障対策を実施する第４対策と、
過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出され、且つ、前記内部圧力が上昇するが予め設定された目標圧力まで予め設定された時間内に達しない場合は、前記エアコンプレッサの駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第４故障対策を実施する第５対策のいずれか一つ又は幾つかの組み合わせ又は全部を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給補助システムの故障対策方法。
ターボ式過給システムと、流路切替装置により空気吸入通路から過給補助通路に切り替えて予め圧縮空気タンクに貯蔵された圧縮空気を気筒内に供給する過給補助システムと、過給補助を制御する制御装置とを備えた内燃機関の過給補助システムにおいて、
前記制御装置が、
前記流路切替装置の切り替え制御の状態と、前記圧縮空気タンクの内部圧力の推移と、前記空気吸入通路に配置された吸気量センサによる空気の移動の有無の検出結果とから、前記流路切替装置の故障状態を判断して、この故障状態に対応した故障対策を実施する制御を行うように構成されたことを特徴とする内燃機関の過給補助システム。
過給補助実施状態において、前記内部圧力が低下しない場合は、前記圧縮空気タンクに貯蔵する圧縮空気を発生するエアコンプレッサの駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第１故障対策を実施する第１対策と、
過給補助実施状態において、前記内部圧力が低下しており、且つ、前記空気吸入通路における空気の移動が検出される場合は、前記空気吸入通路に配置された吸気量センサで計測された空気量と前記内部圧力の変化から算出した気筒内への空気供給量との和が、内燃機関の運転に必要とされる空気量を満たすように、前記エアコンプレッサをフィードバック制御する第２故障対策を実施する第２対策と、
過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出されない場合は、前記エアコンプレッサを駆動すると共に、前記内部圧力の変化から気筒内への空気供給量を算出し、この算出した空気供給量に応じた燃料量を燃料量の上限にして内燃機関を運転制御する第３故障対策を実施する第３対策と、
過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出されるが、前記内部圧力が上昇しない場合は、前記第２故障対策を実施する第４対策と、
過給補助終了後において、前記空気吸入通路における空気の移動が検出され、且つ、前記内部圧力が上昇するが予め設定された目標圧力まで予め設定された時間内に達しない場合は、前記エアコンプレッサの駆動を停止すると共に過給補助を停止して、内燃機関の運転を継続する第４故障対策を実施する第５対策のいずれか一つ又は幾つかの組み合わせ又は全部を行う制御を行うように、前記制御装置が構成されたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の過給補助システム。