特許 6207145 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6207145

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/16 20060101AFI20170925BHJP

【ＦＩ】

   F02B39/16 F

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-234294(P2012-234294)

(22)【出願日】2012年10月24日

(65)【公開番号】特開2014-84793(P2014-84793A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年9月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085338

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 一博

(74)【代理人】

【識別番号】100148910

【弁理士】

【氏名又は名称】宮澤 岳志

(72)【発明者】

【氏名】芹澤 毅

(72)【発明者】

【氏名】澤下 真人

【審査官】 川口 真一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２９１８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１２０３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−０２１５２７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−０６９６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１４３４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０３２５９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１１３４２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気ターボ過給機が付帯した内燃機関を制御するものであって、
気筒に充填される吸気の圧力が目標過給圧まで上昇せず、かつノッキングの発生を検知した回数が所定値よりも多い場合に、排気タービンの回転が困難となっているものと判断する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項2】

排気タービンの回転が困難となっていると判断した場合に、排気タービンに衝撃を与えるための処理を実行する請求項１記載の制御装置。

【請求項3】

スロットルバルブの開度が全開または全開に近い所定値以上となったときに気筒に充填される吸気の圧力が正圧とならず、かつノッキングの発生を検知した回数が所定値よりも少ない場合に、排気タービンは回転しているがコンプレッサによる吸気の圧縮に支障が発生しているものと判断する請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。

【請求項4】

排気ターボ過給機が付帯した内燃機関を制御するものであって、
スロットルバルブの開度が全開または全開に近い所定値以上となったときに気筒に充填される吸気の圧力が正圧とならず、かつノッキングの発生を検知した回数が所定値よりも少ない場合に、排気タービンは回転しているがコンプレッサによる吸気の圧縮に支障が発生しているものと判断するとともに、
排気タービンは回転しているがコンプレッサによる吸気の圧縮に支障が発生していると判断した場合に、排気タービンとコンプレッサのインペラとを接続するシャフトの折損により生じた金属屑が混入した可能性のある潤滑油を交換するべき旨を運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知する内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関を制御する制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用して排気タービン（タービンホイール）を回転させ、その回転をコンプレッサのインペラ（コンプレッサホイール）に伝達して吸入空気を加圧圧縮（過給）し気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である（例えば、下記特許文献を参照）。

【0003】

排気ターボ過給機が故障した場合に、その故障の種類を自己診断して特定することは、これまで行われていなかった。故障内容の診断結果を示す情報（ダイアグノーシスコード）を記憶保持しておけば、事後の検査や修理の作業における原因究明及び修繕箇所の探索の助けとなる。

【0004】

また、故障の種類によっては、運転中に所定の動作を実行することで自律的に不具合を改善できる可能性もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−１９３６１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、排気ターボ過給機が故障した場合において、その故障の種類を切り分けて特定することを所期の目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明では、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒に充填される吸気の圧力が目標過給圧まで上昇せず、かつノッキングの発生を検知した回数が所定値よりも多い場合に、排気タービンの回転が困難となっているものと判断することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。排気タービンの回転が困難となっていると判断した場合には、排気タービンに衝撃を与えるための処理を実行することにより、タービンの固着を解消してタービンを再び回転させることができるようになる可能性がある。

【0008】

また、本発明では、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関を制御するものであって、スロットルバルブの開度が全開または全開に近い所定値以上となったときに気筒に充填される吸気の圧力が正圧とならず、かつノッキングの発生を検知した回数が所定値よりも少ない場合に、排気タービンは回転しているがコンプレッサによる吸気の圧縮に支障が発生しているものと判断することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。

【0009】

仮に、排気タービンとコンプレッサのインペラとを接続するシャフトが折損したことでインペラが回転せず過給できなくなったのだとすると、そのシャフトの折損の際に生じた金属屑が潤滑油に混入している懸念がある。排気ターボ過給機の軸受を潤滑する潤滑油は、クランクシャフトやカムシャフト、タイミングチェーンといった内燃機関の各部要素を潤滑する潤滑油と共通であることから、金属屑が混入した潤滑油が各部に供給されて内燃機関そのものの稼働の妨げとなりかねない。故に、排気タービンは回転しているがコンプレッサによる吸気の圧縮に支障が発生していると判断した場合には、潤滑油を交換するべき旨を運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知することが望ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、排気ターボ過給機が故障した場合において、その故障の種類を切り分けて特定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。

【図2】同実施形態の内燃機関の制御装置が実行する処理の手順例を示すフロー図。

【図3】同実施形態の内燃機関の制御装置が実行する処理の手順例を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

【0013】

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３５、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

【0014】

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、排気ターボ過給機５の排気タービン（タービンホイール）５２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｍを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

【0015】

排気ターボ過給機５は、排気タービン５２とコンプレッサのインペラ（コンプレッサホイール）５１とをシャフト５３を介して同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、タービン５２及びインペラ５１を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

【0016】

本実施形態の内燃機関には、外部ＥＧＲ装置２が付帯している。外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

【0017】

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

【0018】

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、機関のシリンダブロックに設置され気筒１でのノッキングに起因した振動を検出するノックセンサから出力されるノック信号ｈ等が入力される。

【0019】

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｍ等を出力する。

【0020】

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。

【0021】

また、ＥＣＵ０は、いわゆるノックコントロールシステムを実現する。即ち、ノックセンサから出力されるノック信号ｈを参照して気筒１におけるノッキングの発生の有無を感知し、ノッキングが起こらなくなるまで点火タイミングを遅角させるとともに、ノッキングが起こらない限りにおいて点火タイミングを進角させる。

【0022】

その上で、本実施形態のＥＣＵ０は、排気ターボ過給機５が故障した場合において、その故障の種類の特定を行う。

【0023】

図２及び図３に、ＥＣＵ０が排気ターボ過給機５の自己診断に際して実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、排気ターボ過給機５の故障を未だ検出しておらず、気筒１に充填される吸気の圧力が目標過給圧に到達しない状況下（ステップＳ１）で、ノッキングの発生を検知した回数を計数し（ステップＳ２、Ｓ３）、そのノッキング回数が所定値を上回ったとき（ステップＳ４）、排気タービン５２の回転に支障が発生しているものと判断する。

【0024】

排気タービン５２が回転しないと、背圧（排気マニホルド４２内の排気圧力）が上昇し、気筒１に残留する排気ガスの量が増加する。さすれば、気筒１の燃焼室内の温度が著しく高まり、ノッキングが頻発する。同時に、コンプレッサのインペラ５１が回転しないと、吸気が過給されず、吸気圧が上昇しない。図２に示す処理手順は、以上の事象に鑑みて、タービン５２及びインペラ５１がともに回転しない態様の故障を検知する。

【0025】

排気タービン５２の回転を困難にする要因としては、タービン５２とこれを囲繞するタービンハウジング５４の内周との隙間に異物が挟まったり、タービン５２とインペラ５１とを接続するシャフト５３が歪んだりすること等が挙げられる。

【0026】

ステップＳ１に関して、目標過給圧は一般に、そのときの内燃機関の運転領域［エンジン回転数，要求負荷（即ち、アクセル開度、気筒１に充填される吸気量、またはサージタンク３３内の吸気圧力）］を基に設定される。ＥＣＵ０のメモリには予め、運転領域の指標値［エンジン回転数，要求負荷］と目標過給圧との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、そのときの運転領域［エンジン回転数，要求負荷］をキーとして当該マップを検索し、目標過給圧を読み出して、これを吸気温・吸気圧信号ｅによって示される吸気圧力と比較する。

【0027】

排気タービン５２の回転に支障が発生していると判断した場合、ＥＣＵ０は、自己診断処理により検知された故障の種類、即ちタービン５２及びインペラ５１がともに回転しない旨を示す情報（ダイアグノーシスコード）を、そのときの日時のタイムスタンプ等とともにメモリに書き込んで記憶保持する（ステップＳ５）。この情報は、事後の検査や修理の作業における異常の原因の究明、及び修繕箇所の特定の助けとなる。

【0028】

加えて、自己診断処理により検知された故障（さらには、その故障の種類）を、運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知してもよい（ステップＳ６）。例えば、車両のコックピット内に設置された警告灯（エンジンチェックランプ）を点灯させたり、ディスプレイに表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。

【0029】

タービン５２がタービンハウジング５４に対して固着して回転しないケースでは、タービン５２及びタービンハウジング５４に衝撃を与えることで固着が解消され、再びタービン５２が回り出す可能性がある。そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、排気タービン５２の回転に支障が発生していると判断した場合に、タービン５２に衝撃を与えるための処理を実行する（ステップＳ７）。ステップＳ７では、例えば、ウェイストゲートバルブ４４の開閉（特に、全開及び全閉）を短時間で繰り返したり、排気ターボ過給機５が可変ノズルターボである場合にはタービン５２の周囲に配設されているノズルベーン（図示せず）の開閉を短時間で繰り返したりする。

【0030】

しかる後、ＥＣＵ０は、ウェイストゲートバルブ４４を強制的に全開または全開に近い開度に保持し（ステップＳ８）、背圧を少しでも低下させて退避走行可能な状態の維持に努める。ステップＳ８は、タービン５２に衝撃を与える処理ステップＳ７を所定回数または所定期間実行してもタービン５２が回り出さない（換言すれば、ノッキングが再発する）ことを条件として実行してもよく、タービン５２が回り出したか否かにかかわらず実行してもよい。

【0031】

さらに、ＥＣＵ０は、電子スロットルバルブ３２の開度に上限を設定して（ステップＳ９）、運転者がアクセルペダルを強く踏み込んでもスロットルバルブ３２が大きく拡開しないようにする。これは、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量を抑制し、退避走行に最低限必要な程度まで内燃機関の出力を低下させ、ノッキングを沈静化させる意図である。ステップＳ９もまた、ステップＳ７を所定回数または所定期間実行してもタービン５２が回り出さないことを条件として実行してもよいし、タービン５２が回り出したか否かにかかわらず実行してもよい。

【0032】

並びに、本実施形態のＥＣＵ０は、排気ターボ過給機５の故障を未だ検知しておらず、スロットルバルブ３２の開度が全開または全開に近い所定値以上となった状況下（ステップＳ１０）で、ノッキングの発生を検知した回数を計数し（ステップＳ１１、Ｓ１２）、そのノッキング回数が所定値を下回っており（ステップＳ１３）、かつ気筒１に充填される吸気の圧力が正圧とならない場合（ステップＳ１４）に、排気タービン５２は回転しているがコンプレッサによる吸気の圧縮に支障が発生しているものと判断する。

【0033】

排気タービン５２が円滑に回転しているとき、背圧の上昇が抑制され、気筒１に残留する排気ガスの量は徒に増加しない。よって、気筒１の燃焼室内の温度が異常に高まる可能性は少なく、ノッキングも頻発しない。だが、同時に、コンプレッサのインペラ５１が回転しないと、吸気が過給されず、吸気圧が上昇しない。図３に示す処理手順は、以上の事象に鑑みて、タービン５２は回転するがインペラ５１が回転しない態様の故障を検知する。

【0034】

ステップＳ１４にて、ＥＣＵ０は、吸気温・吸気圧信号ｅによって示される吸気圧力を大気圧に匹敵する閾値と比較し、吸気圧力が閾値未満であるならば、吸気圧力が正圧でない（負圧である）と判定する。

【0035】

コンプレッサによる過給を困難にする要因としては、タービン５２とインペラ５１とを接続するシャフト５３が破断してインペラ５１がタービン５２に従動しなくなったり、インペラ５１自体は回転するもののインペラ５１の羽根が折損して吸入空気を適切に加圧圧縮できなくなったりすること等が挙げられる。

【0036】

排気タービン５２は回転するがコンプレッサによる吸気の圧縮に支障が発生していると判断した場合、ＥＣＵ０は、自己診断処理により検知された故障の種類、即ちタービン５２が回転しているにもかかわらず吸気が過給されない旨を示す情報（ダイアグノーシスコード）を、そのときの日時のタイムスタンプ等とともにメモリに書き込んで記憶保持する（ステップＳ１５）。この情報は、事後の検査や修理の作業における異常の原因の究明、及び修繕箇所の特定の助けとなる。

【0037】

加えて、自己診断処理により検知された故障に対応して、排気タービン５２は回転するがコンプレッサによる吸気の圧縮に支障が発生しており、潤滑油を交換する必要がある旨を、運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知する（ステップＳ１６）。これは、シャフト５３の折損により生じた金属屑が潤滑油に混入した可能性があり、その潤滑油が内燃機関の各部に供給されると内燃機関そのものの稼働を妨げかねないことによる。ステップＳ１６では、例えば、車両のコックピット内に設置された警告灯（エンジンチェックランプ）を点灯させたり、ディスプレイに表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。

【0038】

しかして、ＥＣＵ０は、ウェイストゲートバルブ４４を強制的に全開または全開に近い開度に保持し（ステップＳ１７）、背圧を少しでも低下させて退避走行可能な状態の維持に努める。

【0039】

さらに、ＥＣＵ０は、電子スロットルバルブ３２の開度に上限を設定し（ステップＳ１８）、運転者がアクセルペダルを強く踏み込んでもスロットルバルブ３２が大きく拡開しないようにする。

【0040】

本実施形態では、排気ターボ過給機５が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒１に充填される吸気の圧力が目標過給圧に到達せず、かつノッキングの発生を検知した回数が所定値よりも多い場合に、排気タービン５２の回転に支障が発生しているものと判断することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。

【0041】

並びに、本実施形態では、スロットルバルブ３２の開度が全開または全開に近い所定値以上となったときに気筒１に充填される吸気の圧力が正圧とならず、かつノッキングの発生を検知した回数が所定値よりも少ない場合に、排気タービン５２は回転しているがコンプレッサによる吸気の圧縮に支障が発生しているものと判断することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。

【0042】

本実施形態によれば、排気ターボ過給機５が故障した場合において、その故障の種類を切り分けて特定することが可能となる。

【0043】

その上で、排気タービン５２の回転に支障が発生していると判断した場合には、排気タービン５２に衝撃を与えるための処理を実行することとしており、固着して回転しないタービン５２を再び回転させることができる可能性が高まる。タービン５２の回転が復活すれば、背圧が低下してノッキングが沈静化し、退避走行がより容易となる。

【0044】

また、排気タービン５２は回転しているがコンプレッサによる吸気の圧縮に支障が発生していると判断した場合には、潤滑油を交換するべき旨を運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知するものであるため、潤滑油の早期の交換が促され、金属屑の混入した潤滑油が内燃機関の各部に供給されて各部の故障を誘発することを防止できる。

【0045】

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、気筒におけるノッキングの発生を検知する手段は、振動式のノックセンサには限定されない。燃料の燃焼に伴い燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、そのイオン電流信号を参照してノッキングの発生を検知するようにしてもよい。

【0046】

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

【符号の説明】

【0048】

０…制御装置（ＥＣＵ）
３２…スロットルバルブ
４４…ウェイストゲートバルブ
５…排気ターボ過給機
５１…コンプレッサのインペラ
５２…排気タービン

【図1】

【図2】

【図3】