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技術 ターボ過給機付エンジン

出願人 株式会社SUBARU
発明者 行木稔
出願日 2002年5月10日 (18年2ヶ月経過) 出願番号 2002-136325
公開日 2003年11月19日 (16年8ヶ月経過) 公開番号 2003-328765
状態 未査定
技術分野 排気消音装置 過給機 絞り弁の制御および操作手段との関連機構等 機関出力の制御及び特殊形式機関の制御
主要キーワード 作動故障 ショート判定 作動診断 開閉領域 サージ現象 断線判定 デューテイ 駆動パルス幅信号
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

タービンスクロール部を複数の排気通路で構成し、その一部の通路に該通路を開通遮断する排気カット弁を設けたターボ過給機付エンジンにおいて、排気カット弁の開閉機能故障を素早く検出し、この故障状態に応じた適切な制御を実行して、車両の走行性の確保と、エンジンに対して過大な負荷が加えられることを有効に防止する。

解決手段

制御装置は、排気カット弁について、故障診断と、故障を検出した際のフェイルセーフの機能を有し、故障診断の機能は、排気カット弁用アクチュエータに関する電気系の故障を判定する故障診断機能と排気カット弁の作動故障を判定する機能の2つの故障診断機能を有している。そして、故障状態に応じて、エンジン制御パラメータの変更や、燃料カット等のエンジン運転状態の変更を実行する。

概要

背景

従来より、ターボ過給機付エンジンには、例えば、特開昭61−275528号公報に開示されるように、タービン排気ガスを供給する排気通路を複数の独立した通路に分割し、その一部の通路に、該通路を開通遮断する排気カット弁を設けたものがある。このようなターボ過給機付エンジンでは、排気ガス量の少ないエンジン運転領域では、排気カット弁を閉じて一部の通路のみからタービンに排気ガスを供給することにより、排気ガスの流速を高めて所要過給効果を確保し、また排気ガス量の多い運転領域では、排気カット弁を開いて全ての通路から排気ガスをタービンに供給することにより、排圧の上昇によるエンジン出力の低下を防止することができる。

概要

タービンスクロール部を複数の排気通路で構成し、その一部の通路に該通路を開通、遮断する排気カット弁を設けたターボ過給機付エンジンにおいて、排気カット弁の開閉機能故障を素早く検出し、この故障状態に応じた適切な制御を実行して、車両の走行性の確保と、エンジンに対して過大な負荷が加えられることを有効に防止する。

制御装置は、排気カット弁について、故障診断と、故障を検出した際のフェイルセーフの機能を有し、故障診断の機能は、排気カット弁用アクチュエータに関する電気系の故障を判定する故障診断機能と排気カット弁の作動故障を判定する機能の2つの故障診断機能を有している。そして、故障状態に応じて、エンジン制御パラメータの変更や、燃料カット等のエンジン運転状態の変更を実行する。

目的

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、タービンスクロール部を複数の排気通路で構成し、その一部の通路に、該通路を開通、遮断する排気カット弁を設けたターボ過給機付エンジンにおいて、たとえ、排気カット弁の開閉機能に故障が生じても、これを素早く検出し、この排気カット弁の故障状態に応じた適切なエンジン制御を実行させて、排気カット弁の故障時における車両の走行性の確保と、エンジンに対して過大な負荷が加えられることを有効に防止することができるターボ過給機付エンジンを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

ターボ過給機タービンスクロール部を複数の排気通路で構成し、該排気通路の少なくとも1つの通路入口部に排気カット弁を備えたターボ過給機付エンジンにおいて、上記排気カット弁の作動故障を判定する作動故障判定手段と、上記排気カット弁を制御する電気系の故障を判定する電気系故障判定手段との少なくともどちらかの故障判定手段を備えたことを特徴とするターボ過給機付エンジン。

請求項2

上記作動故障判定手段は、上記排気カット弁を閉じる運転領域で、少なくともスロットル開度過給圧により、上記排気カット弁が開いている故障状態の判定をすることを特徴とする請求項1記載のターボ過給機付エンジン。

請求項3

上記作動故障判定手段は、上記排気カット弁を開く運転領域で、少なくともスロットル開度と過給圧により、上記排気カット弁が閉じている故障状態の判定をすることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のターボ過給機付エンジン。

請求項4

上記作動故障判定手段と上記電気系故障判定手段の少なくともどちらかにより上記排気カット弁の作動故障を判定した際は、正常時の空燃比点火時期と過給圧の少なくとも1つ以上の制御値を変更することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載のターボ過給機付エンジン。

請求項5

上記作動故障判定手段と上記電気系故障判定手段の少なくともどちらかにより上記排気カット弁の閉じている故障状態を判定し、且つ、吸入空気量が予め設定した値を超えていることを検出した際は、上記ターボ過給機に与える排気エネルギを減少させる制御を実行することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1つに記載のターボ過給機付エンジン。

技術分野

0001

本発明は、特にタービンスクロール部が複数の排気通路で構成され、これら排気通路の少なくとも1つの通路入口部に排気カット弁を備えたターボ過給機付エンジンに関する。

背景技術

0002

従来より、ターボ過給機付エンジンには、例えば、特開昭61−275528号公報に開示されるように、タービン排気ガスを供給する排気通路を複数の独立した通路に分割し、その一部の通路に、該通路を開通遮断する排気カット弁を設けたものがある。このようなターボ過給機付エンジンでは、排気ガス量の少ないエンジン運転領域では、排気カット弁を閉じて一部の通路のみからタービンに排気ガスを供給することにより、排気ガスの流速を高めて所要過給効果を確保し、また排気ガス量の多い運転領域では、排気カット弁を開いて全ての通路から排気ガスをタービンに供給することにより、排圧の上昇によるエンジン出力の低下を防止することができる。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、上述のようなターボ過給機付エンジンでは、排気カット弁の開閉機能故障が発生した場合、上述のような制御ができなくなる。すなわち、排気ガス量の少ないエンジンの運転領域であるにもかかわらず、排気カット弁が開いたままとなると、排気ガスの流速を高めることができなくなり、効率的な過給効果が得られなくなってしまう。逆に、排気ガス量の多い運転領域であるにもかかわらず、排気カット弁が閉じたままになると、排圧の上昇によるエンジン出力の低下を招くと共に、エンジンに対して大きな負荷をかけてターボ過給機等の破損を招く虞がある。

0004

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、タービンスクロール部を複数の排気通路で構成し、その一部の通路に、該通路を開通、遮断する排気カット弁を設けたターボ過給機付エンジンにおいて、たとえ、排気カット弁の開閉機能に故障が生じても、これを素早く検出し、この排気カット弁の故障状態に応じた適切なエンジン制御を実行させて、排気カット弁の故障時における車両の走行性の確保と、エンジンに対して過大な負荷が加えられることを有効に防止することができるターボ過給機付エンジンを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

上記目的を達成するため請求項1記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、ターボ過給機のタービンスクロール部を複数の排気通路で構成し、該排気通路の少なくとも1つの通路入口部に排気カット弁を備えたターボ過給機付エンジンにおいて、上記排気カット弁の作動故障を判定する作動故障判定手段と、上記排気カット弁を制御する電気系の故障を判定する電気系故障判定手段との少なくともどちらかの故障判定手段を備えたことを特徴としている。

0006

また、請求項2記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記作動故障判定手段は、上記排気カット弁を閉じる運転領域で、少なくともスロットル開度過給圧により、上記排気カット弁が開いている故障状態の判定をすることを特徴としている。

0007

更に、請求項3記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1又は請求項2記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記作動故障判定手段は、上記排気カット弁を開く運転領域で、少なくともスロットル開度と過給圧により、上記排気カット弁が閉じている故障状態の判定をすることを特徴としている。

0008

また、請求項4記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記作動故障判定手段と上記電気系故障判定手段の少なくともどちらかにより上記排気カット弁の作動故障を判定した際は、正常時の空燃比点火時期と過給圧の少なくとも1つ以上の制御値を変更することを特徴としている。

0009

更に、請求項5記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1乃至請求項4の何れか1つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記作動故障判定手段と上記電気系故障判定手段の少なくともどちらかにより上記排気カット弁の閉じている故障状態を判定し、且つ、吸入空気量が予め設定した値を超えていることを検出した際は、上記ターボ過給機に与える排気エネルギを減少させる制御を実行することを特徴としている。

0010

すなわち、請求項1記載のターボ過給機付エンジンは、ターボ過給機のタービンスクロール部を複数の排気通路で構成し、該排気通路の少なくとも1つの通路入口部に排気カット弁を備えたターボ過給機付エンジンにおいて、作動故障判定手段は排気カット弁の作動故障を判定し、電気系故障判定手段は排気カット弁を制御する電気系の故障を判定する。そして、上述の少なくともどちらかの故障手段を備えることにより、排気カット弁の開閉機能に故障が生じた場合、これを素早く検出することができる。

0011

この際、作動故障判定手段は、具体的には請求項2記載のように、排気カット弁を閉じる運転領域で、少なくともスロットル開度と過給圧により、排気カット弁が開いている故障状態の判定をする。

0012

また、作動故障判定手段は、具体的には請求項3記載のように、排気カット弁を開く運転領域で、少なくともスロットル開度と過給圧により、排気カット弁が閉じている故障状態の判定をする。

0013

そして、作動故障判定手段と電気系故障判定手段の少なくともどちらかにより排気カット弁の作動故障を判定した際は、請求項4記載のように、正常時の空燃比と点火時期と過給圧の少なくとも1つ以上の制御値を変更し、排気カット弁の故障状態に応じた適切なエンジン制御を実行する。

0014

また、作動故障判定手段と電気系故障判定手段の少なくともどちらかにより排気カット弁の閉じている故障状態を判定し、且つ、吸入空気量が予め設定した値を超えていることを検出した際は、請求項5記載のように、ターボ過給機に与える排気エネルギを減少させる制御を実行して、エンジンに対して過大な負荷が加えられることを有効に防止する。

0015

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。図1乃至図9は本発明の実施の一形態を示し、図1はターボ過給機付エンジンの全体構成説明図、図2電子制御系回路構成図、図3エンジン回転数エンジン負荷で設定する排気カット弁の開閉領域の説明図、図4は排気カット弁の断線及びショート判定故障診断プログラムフローチャート図5は排気カット弁の作動診断プログラムのフローチャート、図6は排気カット弁の開時故障診断プログラムのフローチャート、図7は排気カット弁の閉時故障診断プログラムのフローチャート、図8故障診断後のフェールセーフプログラムのフローチャート、図9は正常時における過給圧と故障時における過給圧の比較説明図である。

0016

先ず、本発明が適用されるターボ過給機付エンジンの全体構成について、図1に従い説明する。同図において符号1はターボ過給機付エンジン(以下「エンジン」と略記する)であり、本形態においては水平対向式4気筒ガソリンエンジンを示す。エンジン1のシリンダブロック2の左右バンクにそれぞれシリンダヘッド3を備え、燃焼室4、吸気ポート5、排気ポート6、点火プラグ7、動弁機構(図示せず)等が設けられている。

0017

排気系として、各排気ポート6に連通する排気マニホルド9により排気が合流され、排気マニホルド9には排気管10が接続されている。排気管10には、ターボ過給機11のタービン11aが介装され、その下流に触媒12、マフラ13が配設されて大気開放される。すなわち、排気マニホルド9と排気管10により主排気通路が構成される。

0018

また、ターボ過給機11をバイパスして排気管10のタービン11a上流側から分岐して、タービン11a下流と触媒12との間で排気管10に合流する排気バイパス通路14が設けられている。

0019

ターボ過給機11のタービンスクロール部8は、第1の排気通路8aと第2の排気通路8bの2つの排気通路に区画して構成されており、第1の排気通路8aの通路入口部には、この第1の排気通路8aへの排気ガスの流入を遮断自在な排気カット弁30が、排気カット弁用アクチュエータ29と連接されて開閉自在に設けられている。そして、この排気カット弁30は、後述するように、燃料噴射量、吸入空気量等で代表されるエンジン負荷と、エンジン回転数とに応じて開閉制御される。

0020

一方、吸気系としては、エアクリーナ15に接続しレゾネータチャンバ16を介装した吸気管17がターボ過給機11のコンプレッサ11bに連通され、このコンプレッサからの吸気管18がインタークーラ19に連通される。そして、インタークーラ19からスロットル弁20を有するスロットルボディ21を介してチャンバ22に連通され、チャンバ22から吸気マニホルド23を介して左右バンクの各気筒の吸気ポート5に連通されている。

0021

また、アイドル制御系として、スロットル弁20をバイパスしてレゾネータチャンバ16と吸気マニホルド23とを連通するバイパス通路24に、アイドル制御弁ISC弁)25と負圧で開く逆止弁26とが設けられ、アイドル時や減速時に吸入空気量を制御するようになっている。

0022

また、吸気マニホルド23の各気筒における吸気ポート5直上流にインジェクタ27が配設され、更に、点火系として、各点火プラグ7毎にイグナイタ内蔵イグニッションコイル28からの点火信号が入力するよう接続されている。

0023

ここで、排気制御系のターボ過給機11に関する制御について簡単に説明する。ターボ過給機11は、タービン11aに導入する排気エネルギによりコンプレッサ11bが回転駆動され、空気を吸入加圧して過給する。ターボ過給機11のタービンスクロール部8の第1の排気通路8aの排気カット弁30は、後述の制御装置50からのデューテイ信号等の制御信号によってデューティソレノイド或いはステッピングモータで構成する排気カット弁用アクチュエータ29が作動されることにより、燃料噴射量、吸入空気量等で代表されるエンジン負荷と、エンジン回転数とに応じて、予め設定しておいたマップに基づいて開閉制御される。この排気カット弁30の開閉の基となるマップは、例えば、図3に示すように、エンジン高負荷で高回転側の領域が排気カット弁30を開く領域として設定され、エンジン低負荷で低回転側の領域が排気カット弁30を閉じる領域として設定されている。すなわち、排気ガス量の少ないエンジンの運転領域では、排気カット弁30を閉じて一部の通路のみからタービンに排気ガスを供給することにより、排気ガスの流速を高めて所要の過給効果を確保する。一方、排気ガス量の多い運転領域では、排気カット弁30を開いて全ての通路から排気ガスをタービンに供給することにより、排圧の上昇によるエンジン出力の低下を防止する制御が実行されるようになっている。

0024

また、排気バイパス通路14には、排気バイパス通路14を流れる排気流を制御可能な排気バイパス弁用アクチュエータ31を備えた排気バイパス弁32が配設されており、制御装置50は、エンジン回転数、吸入空気量、スロットル開度、大気圧エンジン水温等から予め設定しておいたマップ或いは演算式に基づいて目標過給圧演算し、実際の過給圧が目標過給圧となるように、デューテイ信号等の制御信号によって排気バイパス弁用アクチュエータ31が作動されることにより、排気バイパス弁32がウエストゲート弁の如く開閉制御される。

0025

また、本実施の形態においては、制御装置50は、特に、上述の排気カット弁30について、故障診断と、故障を検出した際のフェイルセーフの機能を有している。

0026

故障診断の機能は、排気カット弁用アクチュエータ29に関する電気系の故障を判定する故障診断機能(すなわち、電気系故障判定手段としての機能)と排気カット弁30の作動故障を判定する機能(すなわち、作動故障判定手段としての機能)の2つの故障診断機能を有している。

0027

ここで、電気系故障診断機能は、後述の故障診断プログラムに従って、電気系のショートの有無と断線の有無を判定する。

0028

また、作動故障診断機能は、後述の排気カット弁30の作動診断プログラムに従って、排気カット弁30の開閉領域を検出し、排気カット弁30を開く運転領域では、少なくともスロットル開度と過給圧により、排気カット弁30が閉じている故障状態の判定を、後述の開時故障診断プログラムに従って判定する。逆に、排気カット弁30を閉じる運転領域では、少なくともスロットル開度と過給圧により、排気カット弁30が開いている故障状態の判定を後述の閉時故障診断プログラムに従って判定する。

0029

また、フェイルセーフ機能は、電気系故障診断機能、或いは、作動故障診断機能で排気カット弁30が開いている故障状態を検出した場合は、過給圧制御を高吸入空気量時制御(予め設定しておいたマップ等により通常の過給圧制御に比較して排気バイパス弁32を閉じる方向に補正して制御)に変更する。そして、エンジン制御(空燃比制御点火時期制御等)も高吸入空気量時特性に変更して、車両の走行性を確保する。

0030

更に、電気系故障診断機能、或いは、作動故障診断機能で排気カット弁30が閉じている故障状態を検出した場合は、過給圧制御を低吸入空気量時制御(予め設定しておいたマップ等により通常の過給圧制御に比較して排気バイパス弁32を開く方向に補正して制御)に変更する。そして、エンジン制御(空燃比制御や点火時期制御等)も低吸入空気量時特性に変更して、車両の走行性を確保する。この場合では、更に、吸入空気量が予め設定した値を超えていることを検出した際は、燃料カット等を行って、ターボ過給機11に与える排気エネルギを減少させる制御を実行し、排圧の上昇に伴うノッキングの発生や、コンプレッサの圧力比の上昇によるサージ現象の発生を防止する。尚、スロットル弁20が電子制御スロットル弁で構成されている場合には、この電子制御スロットル弁を通常より閉じる方向に制御し、吸入空気量を抑制するようにしても良い。

0031

次に、各種センサについて説明する。絶対圧センサ33が吸気管圧力/大気圧切換ソレノイド弁34によりスロットル弁20下流の吸気管圧力(吸気マニホルド23内の吸気圧)と大気圧とを選択して検出するよう設けられている。また、シリンダブロック2にノックセンサ35が取付けられると共に、左右両バンクを連通する冷却水通路36に冷却水温センサ37が臨まされ、排気管10における排気バイパス通路14の分岐部上流にO2センサ38が装着されている。さらに、スロットル弁20にスロットル開度センサ40が連設され、エアクリーナ15の直下流に吸入空気量センサ41が配設されている。

0032

また、エンジン1のクランクシャフト42にクランクロータ43が軸着され、このクランクロータ43の外周に電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ44が対設されている。さらに、動弁機構におけるカムシャフト45に連設するカムロータ46に、電磁ピックアップ等からなる気筒判別センサ47が対設されている。

0033

クランク角センサ44、気筒判別センサ47は、それぞれクランクロータ43、カムロータ46に所定間隔毎に形成された突起エンジン運転に伴い検出し、クランクパルス気筒判別パルスを出力する。そして、制御装置50において、クランクパルスの間隔時間(突起の検出間隔)からエンジン回転数を算出すると共に、点火時期及び燃料噴射時期等を演算し、さらに、クランクパルス及び気筒判別パルスの入力パターンから気筒判別を行う。

0034

次に、図2に基づき電子制御系の構成について説明する。制御装置(ECU)50は、CPU51、ROM52、RAM53、バックアップRAM54、カウンタタイマ群55、及びI/0インターフェイス56をバスラインを介して接続したマイクロコンピュータを中心として構成され、各部に所定の安定化電源を供給する定電圧回路57、駆動回路58、A/D変換器59等の周辺回路を備えている。

0035

尚、カウンタ・タイマ群55は、フリーランカウンタ、気筒判別センサ信号(気筒判別パルス)の入力計数用カウンタ等の各種カウンタ、燃料噴射用タイマ、点火用タイマ、定期割込みを発生させるための定期割込み用タイマ、及びシステム異常監視用ウオッチドッグタイマ等の各種タイマを便宜上総称するものであり、その他、各種のソフトウエアカウンタ・タイマを含む。

0036

定電圧回路57は、2回路リレー接点を有する電源リレー60の第1のリレー接点を介してバッテリ61に接続され、電源リレー60は、そのリレーコイルの一端が接地され、リレーコイルの他端が駆動回路58に接続されている。尚、電源リレー60の第2のリレー接点には、バッテリ61から各アクチュエータに電源を供給するための電源線が接続されている。バッテリ61には、イグニッションスイッチ62の一端が接続され、このイグニッションスイッチ62の他端がI/Oインターフェイス56の入力ポートに接続されている。

0037

更に、定電圧回路57は、直接、バッテリ61に接続され、バッテリ61に接続されるイグニッションスイッチ62のONがI/Oインターフェイス56の入力ポートで検出されて電源リレー60の接点が閉となると、ECU50内の各部へ電源を供給する一方、イグニッションスイッチ62のON,OFFに拘らず、常時、バックアップRAM54にバックアップ用の電源を供給する。

0038

また、I/Oインターフェイス56の入力ポートには、ノックセンサ35、クランク角センサ44、気筒判別センサ47、車速センサ48が接続されている。更に、I/Oインターフェイス56の入力ポートには、A/D変換器59を介して吸入空気量センサ41、スロットル開度センサ40、冷却水温センサ37、O2センサ38、絶対圧センサ33が接続されると共に、バッテリ電圧VBが入力されてモニタされる。

0039

一方、I/Oインターフェイス56の出力ポートには、ISC弁25、インジェクタ27、排気カット弁用アクチュエータ29、排気バイパス弁用アクチュエータ31、吸気管圧力/大気圧切換ソレノイド弁34、及び、電源リレー60のリレーコイルが駆動回路58を介して接続されると共に、イグナイタ内蔵イグニッションコイル28のイグナイタが接続されている。

0040

そして、イグニッションスイッチ62がONされると、電源リレー60がONし、定電圧回路57を介して各部に定電圧が供給され、ECU50が各種制御を実行する。すなわち、ECU50においてCPU51が、ROM52に格納されている制御プログラムに基づき、I/Oインターフェイス56を介して各種センサからの検出信号入力処理し、RAM53及びバックアップRAM54に記憶されている各種データ、ROM52に格納されている固定データに基づき、各種制御量を演算する。

0041

そして、駆動回路58を介して排気カット弁用アクチュエータ29、排気バイパス弁用アクチュエータ31にデューティ信号等の制御信号を出力して過給圧制御を行い、演算した燃料噴射量を定める駆動パルス幅信号を所定のタイミングで該当気筒のインジェクタ27に出力して燃料噴射制御を行い、また、所定のタイミングでイグナイタに点火信号を出力して点火時期制御を実行し、ISC弁25に制御信号を出力してアイドル回転数制御等を実行する。

0042

以上の制御系において、ECU50による排気制御系のターボ過給機11に関する制御は、前述の如く、予め設定しておいたマップに基づいて、エンジン高負荷で高回転側の領域では排気カット弁30を開くように制御し、エンジン低負荷で低回転側の領域では排気カット弁30を閉じるように制御する。この制御により、排気ガス量の少ないエンジンの運転領域では、排気カット弁30を閉じて一部の通路のみからタービンに排気ガスを供給することにより、排気ガスの流速を高めて所要の過給効果を確保する。一方、排気ガス量の多い運転領域では、排気カット弁30を開いて全ての通路から排気ガスをタービンに供給することにより、排圧の上昇によるエンジン出力の低下を防止する制御が実行されるまた、制御装置50は、エンジン回転数、吸入空気量、スロットル開度、大気圧、エンジン水温等から予め設定しておいたマップ或いは演算式に基づいて目標過給圧を演算し、実際の過給圧が目標過給圧となるように、排気バイパス弁32をウエストゲート弁の如く開閉制御する。

0043

そして、制御装置50は、特に、排気カット弁30について、この排気カット弁30を作動させる排気カット弁用アクチュエータ29に関する電気系の故障を判定する故障診断と、排気カット弁30の作動故障を判定する故障診断を実行し、これらの故障診断により故障を検出した際には、フェイルセーフ機能を実行させる。

0044

以下、ECU50で実行される、排気カット弁30に関しての故障診断機能とフェイルセーフ機能について、図4図8のフローチャートで説明する。図4に示すフローチャートは、排気カット弁30を作動させる排気カット弁用アクチュエータ29に関する電気系の故障を判定する(換言すれば、排気カット弁30の断線及びショートを判定する)故障診断プログラムのフローチャートで、まず、ステップ(以下、「S」と略称)101でイグニッションスイッチ62がONか判定し、イグニッションスイッチ62がONの場合はS102に進み、OFFの場合はそのままプログラムを抜ける。

0045

イグニッションスイッチ62がONでS102に進むと、排気カット弁30(排気カット弁用アクチュエータ29)がONされているか否か判定し、ONされている場合はS103に進む。

0046

S103に進むと、アクチュエータ29の出力端子電圧Lowレベルか否か判定される。尚、本実施の形態では、正常であれば、ONされている状態ではアクチュエータ29の出力端子電圧はLowレベルとなり、OFFされている状態ではアクチュエータ29の出力端子電圧はHighレベルとなるように構成されている。

0047

そして、S103の判定の結果、アクチュエータ29の出力端子電圧がLowレベルであれば、正常状態であるのでS104に進み、断線判定カウンタNG1をクリア(NG1=0)してS106に進む。逆に、アクチュエータ29の出力端子電圧がLowレベルでなければ、正常状態ではないのでS105に進み、断線判定カウンタNG1をカウントアップ(NG1=NG1+1)してS106に進む。

0048

次いで、S106では、断線判定カウンタNG1を調べ、この断線判定カウンタNG1が設定値kNG1を超えた場合、すなわち、排気カット弁用アクチュエータ29がONされた状態ではアクチュエータ29の出力端子電圧がLowレベルでなければならないにもかかわらず、出力端子電圧がLowレベルとはならない状態が設定値kNG1に対応する時間連続した場合はS107に進み、断線と判定してプログラムを抜ける。逆に、S106で、断線判定カウンタNG1が設定値kNG1を超えていなければS108に進んで、正常状態(断線OK)と判定し、プログラムを抜ける。

0049

一方、S102の判定の結果、排気カット弁30(排気カット弁用アクチュエータ29)がOFFされている場合はS109に進む。

0050

S109に進むと、アクチュエータ29の出力端子電圧がHighレベルか否か判定され、アクチュエータ29の出力端子電圧がHighレベルであれば、正常状態であるのでS110に進み、ショート判定カウンタNG2をクリア(NG2=0)してS112に進む。逆に、アクチュエータ29の出力端子電圧がHighレベルでなければ、正常状態ではないのでS111に進み、ショート判定カウンタNG2をカウントアップ(NG2=NG2+1)してS112に進む。

0051

次いで、S112では、ショート判定カウンタNG2を調べ、このショート判定カウンタNG2が設定値kNG2を超えた場合、すなわち、排気カット弁用アクチュエータ29がOFFされた状態ではアクチュエータ29の出力端子電圧がHighレベルでなければならないにもかかわらず、出力端子電圧がHighレベルとはならない状態が設定値kNG2に対応する時間連続した場合はS113に進み、ショートと判定してプログラムを抜ける。逆に、S112で、ショート判定カウンタNG2が設定値kNG2を超えていなければS114に進み、正常状態(ショートOK)と判定し、プログラムを抜ける。

0052

こうして、本実施の形態では、排気カット弁用アクチュエータ29のON−OFFに応じて、出力端子の実際の電圧を検出することにより排気カット弁30を作動させる排気カット弁用アクチュエータ29に関する電気系の故障(断線或いはショートの故障状態)を判定するようになっている。そして、この判定結果を基に、排気カット弁用アクチュエータ29がショートし作動し続けて、或いは、断線し作動しないで、排気カット弁30が閉じたままの状態か、或いは、開いたままの状態かが判定可能になっている。

0053

次に、制御装置50における排気カット弁30の作動故障を判定する機能について説明する。この作動故障診断機能では、まず、図5に示す排気カット弁の作動診断プログラムに従って、排気カット弁30の開閉領域を判定する。そして、この判定の結果、排気カット弁30を開く運転領域では、排気カット弁30が閉じている故障状態の判定を、図6の排気カット弁の開時故障診断プログラムに従って判定する。一方、排気カット弁30を閉じる運転領域では、排気カット弁30が開いている故障状態の判定を、図7の排気カット弁の閉時故障診断プログラムに従って判定する。

0054

すなわち、図5に示す排気カット弁の作動診断プログラムでは、まず、S201で、制御装置50が、図3のマップを参照してエンジン負荷とエンジン回転数とから、現在、排気カット弁30を開く領域としているのか否か判定される。

0055

そして、このS201の判定の結果、排気カット弁30を開く領域としている場合は、S202に進み、図6に示す排気カット弁の開時故障診断プログラムを実行させる。逆に、S201の判定の結果、排気カット弁30を閉じる領域としている場合は、S203に進み、図7に示す排気カット弁の閉時故障診断プログラムを実行させる。

0056

S202で実行される排気カット弁の開時故障診断プログラムは、図6のフローチャートに示すように、まず、S301で故障診断が実行可能な運転領域にあるか否か判定される。これは、例えば、スロットル開度、エンジン回転数、エンジン水温が、予め設定しておいた値以上となった領域の場合に故障診断が実行可能な領域と判定する。そして、このS301の判定の結果、診断可能領域であると判定した場合はS302に進み、診断可能領域ではないと判定した場合はプログラムを抜ける。

0057

S302では、過給圧が、予め大気圧等に応じて設定しておいた過給圧値bst3を超えているか否か判定し、設定過給圧値bst3を超えている場合は、ターボ過給機11が正常に機能していると判定し、S303に進んで、開時作動判定カウンタNG3をクリア(NG3=0)してS305に進む。一方、過給圧が設定過給圧値bst3以下の場合は、ターボ過給機11が正常ではないと判定し、S304に進んで、開時作動判定カウンタNG3をカウントアップ(NG3=NG3+1)してS305に進む。

0058

すなわち、排気カット弁30を開くべき領域において排気カット弁30が閉じた状態であると、図9の一点破線で示すように、正常時過給圧に比べ、排圧の上昇により、エンジン回転数が高くなっても過給圧は低下してしまう。従って、この過給圧の低下を、設定過給圧値bst3との比較で捉え故障を判定するのである。

0059

次いで、S305では、開時作動判定カウンタNG3を調べ、この開時作動判定カウンタNG3が設定値kNG3を超えた場合、すなわち、排気カット弁30を開くべき領域であるにもかかわらず閉じていると判断できる状態が設定値kNG3に対応する時間連続した場合はS306に進み、排気カット弁30は閉故障と判定してプログラムを抜ける。逆に、S305で、開時作動判定カウンタNG3が設定値kNG3を超えていなければS307に進んで、正常状態と判定し、プログラムを抜ける。

0060

S203で実行される排気カット弁の閉時故障診断プログラムは、図7のフローチャートに示すように、まず、S401で故障診断が実行可能な運転領域にあるか否か判定される。これは先の排気カット弁の開時故障診断プログラムと同様に、例えば、スロットル開度、エンジン回転数、エンジン水温が、予め設定しておいた値以上となった領域の場合に故障診断が実行可能な領域と判定する。そして、このS401の判定の結果、診断可能領域であると判定した場合はS402に進み、診断可能領域ではないと判定した場合はプログラムを抜ける。

0061

S402では、過給圧が、予め大気圧等に応じて設定しておいた過給圧値bst4を超えているか否か判定し、設定過給圧値bst4を超えている場合は、ターボ過給機11が正常に機能していると判定し、S403に進んで、閉時作動判定カウンタNG4をクリア(NG4=0)してS405に進む。一方、過給圧が設定過給圧値bst4以下の場合は、ターボ過給機11が正常ではないと判定し、S404に進んで、閉時作動判定カウンタNG4をカウントアップ(NG4=NG4+1)してS405に進む。

0062

すなわち、排気カット弁30を閉じるべき領域において排気カット弁30が開いた状態であると、図9の破線で示すように、正常時過給圧に比べ、過給効率が悪くなり過給圧は上昇しずらくなる。従って、この過給圧の低下を、設定過給圧値bst4との比較で捉え故障を判定するのである。

0063

次いで、S405では、閉時作動判定カウンタNG4を調べ、この閉時作動判定カウンタNG4が設定値kNG4を超えた場合、すなわち、排気カット弁30を閉じるべき領域であるにもかかわらず開いていると判断できる状態が設定値kNG4に対応する時間連続した場合はS406に進み、排気カット弁30は開故障と判定してプログラムを抜ける。逆に、S405で、閉時作動判定カウンタNG4が設定値kNG4を超えていなければS407に進んで、正常状態と判定し、プログラムを抜ける。

0064

次に、図8は、上述の排気カット弁用アクチュエータ29に関する電気系の故障診断と、排気カット弁30の作動の故障診断の結果を踏まえて実行されるフェイルセーフプログラムのフローチャートである。

0065

まず、S501では、排気カット弁30は開故障(閉じているべき時に開いた状態の故障)か否か判定し、開故障の場合はS502に進み、排気カット弁30開故障時の処理を実行して、プログラムを抜ける。

0066

この排気カット弁30の開故障時処理は、具体的には、過給圧制御を高吸入空気量時制御(予め設定しておいたマップ等により通常の過給圧制御に比較して排気バイパス弁32を閉じる方向に補正して制御)に変更する。そして、エンジン制御(空燃比制御や点火時期制御等)も高吸入空気量時特性に変更して、車両の走行性を確保する。

0067

一方、排気カット弁30が開故障ではない場合は、S501からS503に進み、排気カット弁30は閉故障(開いているべき時に閉じた状態の故障)か否か判定し、閉故障の場合はS504に進み、排気カット弁30閉故障時の処理を実行し、排気カット弁30が閉故障では無い場合はS505に進んで、排気カット弁30の正常時処理、すなわち、通常の排気カット弁30の制御を実行してプログラムを抜ける。

0068

ここで、S504における排気カット弁30の閉故障時処理は、具体的には、過給圧制御を低吸入空気量時制御(予め設定しておいたマップ等により通常の過給圧制御に比較して排気バイパス弁32を開く方向に補正して制御)に変更する。そして、エンジン制御(空燃比制御や点火時期制御等)も低吸入空気量時特性に変更して、車両の走行性を確保する。

0069

この場合では、更に、吸入空気量が予め設定した値を超えていることを検出した際は、燃料カット等を行って、ターボ過給機11に与える排気エネルギを減少させる制御を実行し、排圧の上昇に伴うノッキングの発生や、コンプレッサの圧力比の上昇によるサージ現象の発生を防止する。尚、スロットル弁20が電子制御スロットル弁で構成されている場合には、この電子制御スロットル弁を通常より閉じる方向に制御し、吸入空気量を抑制するようにしても良い。

発明の効果

0070

以上説明したように本発明によれば、タービンスクロール部を複数の排気通路で構成し、その一部の通路に、該通路を開通、遮断する排気カット弁を設けたターボ過給機付エンジンにおいて、たとえ、排気カット弁の開閉機能に故障が生じても、これを素早く検出し、この排気カット弁の故障状態に応じた適切なエンジン制御を実行させて、排気カット弁の故障時における車両の走行性の確保と、エンジンに対して過大な負荷が加えられることを有効に防止することができる。

図面の簡単な説明

0071

図1ターボ過給機付エンジンの全体構成説明図
図2電子制御系の回路構成図
図3エンジン回転数とエンジン負荷で設定する排気カット弁の開閉領域の説明図
図4排気カット弁の断線及びショート判定の故障診断プログラムのフローチャート
図5排気カット弁の作動診断プログラムのフローチャート
図6排気カット弁の開時故障診断プログラムのフローチャート
図7排気カット弁の閉時故障診断プログラムのフローチャート
図8故障診断後のフェールセーフプログラムのフローチャート
図9正常時における過給圧と故障時における過給圧の比較説明図

--

0072

過給機付エンジン
8タービンスクロール部
8a 第1の排気通路
8b 第2の排気通路
10排気管
11ターボ過給機
11aタービン
29排気カット弁用アクチュエータ
30 排気カット弁
50制御装置(作動故障判定手段、電気系故障判定手段)

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