特開 2022-190202 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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022190202

(43)【公開日】2022-12-26

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 35/108 20060101AFI20221219BHJP

   F02M 35/10 20060101ALI20221219BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20221219BHJP

   F02B 37/00 20060101ALI20221219BHJP

【ＦＩ】

F02M35/10 301A

F02M35/10 101L

F02D45/00 364D

F02D45/00 366

F02D45/00 345

F02B37/00 302Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021098400

(22)【出願日】2021-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】辻 智之

【テーマコード（参考）】

3G005

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G005EA04

3G005EA16

3G005GB15

3G384BA04

3G384CA12

3G384DA47

3G384ED05

3G384ED07

3G384FA01B

3G384FA08B

(57)【要約】

【課題】弁の異常を検出することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【解決手段】内燃機関に空気を導入し、第１経路と、前記第１経路の上流側において前記第１経路から分岐する第２経路および第３経路とを有する吸気経路と、前記第３経路に設けられ、開閉可能な弁と、前記第１経路に設けられ、前記第１経路内の圧力を検出する圧力検出部と、前記弁を開閉させる動作を行った際の、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁の異常を検出する制御部と、を具備する内燃機関の制御装置。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関に空気を導入し、第１経路と、前記第１経路の上流側において前記第１経路から分岐する第２経路および第３経路とを有する吸気経路と、
前記第３経路に設けられ、開閉可能な弁と、
前記第１経路に設けられ、前記第１経路内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記弁を開閉させる動作を行った際の、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁の異常を検出する制御部と、を具備する内燃機関の制御装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記弁が閉じているときの前記第１経路内の圧力と、前記弁が開いているときの前記第１経路内の圧力との差が前記閾値未満である場合に、前記弁の異常を検出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記弁を全閉から全開に切り替える動作を行った際の、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁の異常を検出する請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁が固着していることを検出する請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項5】

前記吸気経路に導入される空気の量を検出する空気量検出部を具備し、
前記空気の量が所定量以上のときに、前記制御部は前記弁を開閉させる動作を行った際の、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁の異常を検出する請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項6】

前記吸気経路内の空気を過給する過給機を具備し、
前記圧力検出部は前記過給機のコンプレッサよりも上流側に位置し、
前記内燃機関の過給運転中に、前記制御部は前記弁を開閉させる動作を行った際の、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁の異常を検出する請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項7】

前記吸気経路に設けられたエアクリーナを具備し、
前記第２経路および前記第３経路は前記エアクリーナに接続され、かつ前記エアクリーナよりも上流側に位置し、
前記第１経路は前記エアクリーナと前記内燃機関との間に接続されている請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の吸気経路を複数設け、経路を切り替えるための弁を設ける技術が知られている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－１７０２５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

弁が開いた状態または閉じた状態で固着するなど、弁に異常が発生する恐れがある。弁が異常になると弁の切り替えが困難になり、内燃機関の出力が不安定になってしまう。そこで、弁の異常を検出することが可能な内燃機関の制御装置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】

上記目的は、内燃機関に空気を導入し、第１経路と、前記第１経路の上流側において前記第１経路から分岐する第２経路および第３経路とを有する吸気経路と、前記第３経路に設けられ、開閉可能な弁と、前記第１経路に設けられ、前記第１経路内の圧力を検出する圧力検出部と、前記弁を開閉させる動作を行った際の、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁の異常を検出する制御部と、を具備する内燃機関の制御装置によって達成できる。

【0006】

前記制御部は、前記弁が閉じているときの前記第１経路内の圧力と、前記弁が開いているときの前記第１経路内の圧力との差が前記閾値未満である場合に、前記弁の異常を検出してもよい。

【0007】

前記制御部は、前記弁を全閉から全開に切り替える動作を行った際の、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁の異常を検出してもよい。

【0008】

前記制御部は、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁が固着していることを検出してもよい。

【0009】

前記吸気経路に導入される空気の量を検出する空気量検出部を具備し、前記空気の量が所定量以上のときに、前記制御部は前記弁を開閉させる動作を行った際の、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁の異常を検出してもよい。

【0010】

前記吸気経路内の空気を過給する過給機を具備し、前記圧力検出部は前記過給機のコンプレッサよりも上流側に位置し、前記内燃機関の過給運転中に、前記制御部は前記弁を開閉させる動作を行った際の、前記第１経路内の圧力の変化量が閾値未満である場合、前記弁の異常を検出してもよい。

【0011】

前記吸気経路に設けられたエアクリーナを具備し、前記第２経路および前記第３経路は前記エアクリーナに接続され、かつ前記エアクリーナよりも上流側に位置し、前記第１経路は前記エアクリーナと前記内燃機関との間に接続されてもよい。

【発明の効果】

【0012】

弁の異常を検出することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１はエンジンシステムを例示する模式図である。

【図2】図２はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。

【図3】図３はタイムチャートを例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。図１はエンジンシステム１００を例示する模式図である。エンジンシステム１００は、内燃機関１０、吸気経路１２、排気経路１６、過給機３０、弁４０、およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を有する。

【0015】

内燃機関１０はガソリンエンジンでもよいし、ディーゼルエンジンでもよい。内燃機関１０のシリンダヘッドに、吸気経路１２および排気経路１６が接続されている。吸気経路１２は、内燃機関１０の燃焼室に空気を導入するための経路である。吸気経路１２は、経路１３（第２経路）、経路１４（第３経路）、および経路１５（第１経路）を有する。排気経路１６は、内燃機関１０で発生する排気を車両の外部に排出するための経路である。

【0016】

過給機３０はタービン３２およびコンプレッサ３４を有する。タービン３２は排気経路１６に設けられている。コンプレッサ３４はタービン３２に連結され、吸気経路１２の経路１５に設けられている。経路１５には、コンプレッサ３４を迂回するバイパス経路が設けられてもよい。排気経路１６には、タービン３２を迂回するバイパス経路が設けられてもよい。

【0017】

経路１３の一端および経路１４の一端は、車両の外側の大気に開放されている。経路１３の他端および経路１４の他端は、エアクリーナ２０のうち上流側に接続されている。経路１４には弁４０が設けられている。経路１５は、経路１３および１４よりも下流側に位置し、エアクリーナ２０と内燃機関１０との間に接続されている。経路１５の一端は、エアクリーナ２０のうち下流側に接続されている。経路１５の他端は内燃機関１０のシリンダヘッドに接続されている。

【0018】

エアフローメータ２２（空気量検出部）、圧力センサ２４（圧力検出部）、コンプレッサ３４、インタークーラ２６（Ｉ／Ｃ）、およびスロットルバルブ２８は経路１５に設けられ、上流側から下流側に向けてこの順に位置している。ＰＣＶ（Positive crankcase ventilation）経路２９の一端は内燃機関１０に接続され、他端は経路１５のコンプレッサ３４よりも上流側に接続されている。

【0019】

空気は経路１３および１４から導入される。エアクリーナ２０は空気を浄化する。エアクリーナ２０で浄化された空気は、経路１５を流れる。エアフローメータ２２は経路１５における空気の流量を検出する。圧力センサ２４は経路１５内の圧力を検出する。圧力センサ２４は絶対圧センサでもよいし、相対圧センサでもよい。インタークーラ２６は空気を冷却する。スロットルバルブ２８は空気の流量を調節する。スロットルバルブ２８の開度が大きくなると空気の流量は増加する。開度が小さくなると流量は減少する。

【0020】

空気は経路１５から内燃機関１０の燃焼室に導入される。不図示の燃料噴射弁から噴射される燃料と空気とは混合気を生成する。内燃機関１０の燃焼室において混合気が燃焼することで、駆動力が発生する。燃焼によって発生する排気は、排気経路１６から排出される。排気経路１６には、排気を浄化するための触媒などを設けてもよい。ブローバイガスはＰＣＶ経路２９を通じて経路１５に還流する。

【0021】

排気経路１６に設けられたタービン３２に排気が吹き付けられることで、タービン３２およびコンプレッサ３４が回転する。コンプレッサ３４によって空気が過給され、コンプレッサ３４より下流側の空気の圧力は上流側よりも高くなる。高圧の空気が内燃機関１０に導入されることで、内燃機関１０の出力が高くなる。

【0022】

吸気経路１２は２つの経路１３および１４から空気を導入する。２系統の経路を用いることで、１系統の場合に比べて空気の量を増加させることができ、内燃機関１０の出力を高めることができる。

【0023】

経路１４には弁４０が設けられている。弁４０は例えば電磁弁などである。弁４０は図１の矢印の方向に開閉可能でもよいし、図１の水平方向にスライドすることで開閉してもよい。弁４０が開くことで経路１４から空気が導入される。弁４０が閉じることで、経路１４からの空気の流入は停止する。ＥＣＵ５０は、例えば車両の外の温度（外気温）および圧力などに応じて、弁４０の開度を制御する。

【0024】

弁４０に異常が発生すると、弁４０の開閉が困難となる。弁４０が固着することで、ＥＣＵ５０からの開閉の指示があっても、弁４０は開状態または閉状態を維持し、切り替わらない。空気の量の制御が困難となり、内燃機関１０の出力が不安定になる恐れがある。本実施形態では、弁４０の異常を検出する。

【0025】

ＥＣＵ５０はＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ならびにＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびフラッシュメモリなどの記憶装置を備え、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。

【0026】

ＥＣＵ５０は、エアフローメータ２２が検出する空気の流量、圧力センサ２４が検出する圧力を取得する。ＥＣＵ５０はスロットルバルブ２８の開度および弁４０の開度を制御する。ＥＣＵ５０は、弁４０の異常を検出する制御部として機能する。

【0027】

図２はＥＣＵ５０が実行する処理を例示するフローチャートである。エアフローメータ２２および圧力センサ２４が正常に機能していることが、図２の処理を実施するための前提条件となる。ＥＣＵ５０はＯＢＤ（On Board Diagnosis）によりこれらの機器が正常であることを確認し、図２の処理を行う。図２に示すように、ＥＣＵ５０は、エアフローメータ２２が検出する空気の流量Ａを取得し、流量Ａが閾値Ａｔｈ以上であるか否か判定する（ステップＳ１０）。否定判定（Ｎｏ）の場合、処理は終了する。

【0028】

肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は弁４０の開閉の切り替えを指示する（ステップＳ１２）。ＥＣＵ５０は、圧力センサ２４から、弁４０の開閉の切り替え前における圧力、および切り替え後における圧力を取得し、切り替え前後における圧力の変化量ΔＰを算出する（ステップＳ１４）。

【0029】

ＥＣＵ５０は、圧力の変化量ΔＰが閾値ΔＰｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は弁４０が正常な状態にあると判定する（ステップＳ１８）。否定判定の場合、ＥＣＵ５０は弁４０が異常な状態にあると判定する（ステップＳ２０）。ステップＳ１８またはＳ２０の後、処理は終了する。

【0030】

図３はタイムチャートを例示する図である。図３は上から順に車速、吸気経路１２に吸入される空気の流量、弁４０の開フラグ、吸気経路１２内の圧力、圧力の変化量を表す。圧力は、経路１５のコンプレッサ３４よりも上流側の圧力であり、圧力センサ２４によって検出される。圧力の瞬間的な変化による判定への影響を抑制するために、ＥＣＵ５０は圧力をなまし処理する。図３の例では、車両は加速運転中である。タイムチャートの開始時点において弁４０は閉弁している。

【0031】

車速が上昇する加速状態では、出力を高めるため内燃機関１０が過給運転を行う。過給運転中では、自然吸気運転中に比べて、吸気経路１２への空気の導入量が増加する。図３に示す時間ｔ１において、空気の流量Ａは閾値Ａｔｈ以上になる（図２のステップＳ１０で肯定判定）。時間ｔ２において弁４０の開フラグがオンになる。弁４０が例えば全閉状態から全開状態に切り替わる（図２のステップＳ１２）。

【0032】

図３の圧力のチャートにおいて、実線は弁４０が正常な例を示す。破線は弁４０が開いた状態で固着した状態（異常状態の一例）を示す。内燃機関１０が過給運転していると、吸気経路１２のうちコンプレッサ３４よりも上流側に負圧が発生する。ここでの負圧とは車両の外部の圧力（大気圧）よりも低い圧力を意味する。

【0033】

図３に実線で示すように、吸気経路１２内の圧力は大気圧Ｐ０よりも低下する。時間ｔ２において弁４０が開弁すると、経路１３とともに経路１４からも空気が導入される。開弁前に比べて開弁後の圧力は上昇し、大気圧Ｐ０に近づく。ＥＣＵ５０は圧力差ΔＰを算出する（図２のステップＳ１４）。圧力差ΔＰとは、開弁後の圧力と開弁前の圧力との差である。実線の例では、開弁後の大気圧付近の圧力と、開弁前の負圧との差がΔＰになる。ΔＰは閾値ΔＰｔｈ以上になる。弁４０は正常であり、開弁指示によって開弁したことがわかる（図２のステップＳ１８）。

【0034】

図３の破線の例では、弁４０が全開状態で固着している。弁４０の開弁指示前においても開弁指示後においても、２つの経路１３および１４から空気が導入される。このため圧力Ｐは大気圧Ｐ０付近を維持する。実線の例に比べて、破線の例における圧力差ΔＰは小さく、閾値ΔＰｔｈ未満である。ΔＰ＜ΔＰｔｈであることから、弁４０に異常があり、開弁指示があっても閉弁していたことがわかる（図２のステップＳ２０）。ＥＣＵ５０は、例えば不図示の警告灯の点灯、ディスプレイへの表示、および音声などで、弁４０の異常をユーザに通知してもよい。図２の処理を複数回繰り返すことで、弁４０の状態をモニタし続けることが可能である。

【0035】

本実施形態によれば、吸気経路１２は経路１３および１４を有する。経路１４に弁４０が設けられている。ＥＣＵ５０は弁４０の開閉を切り替え、切り替え前後における圧力の変化量ΔＰを算出する。変化量ΔＰが閾値ΔＰｔｈ以上ならば、ＥＣＵ５０は弁４０が正常であると判定する。変化量ΔＰが閾値ΔＰｔｈ未満ならば、ＥＣＵ５０は弁４０が異常であると判定する。この結果、弁４０の異常を検出することができる。

【0036】

ＥＣＵ５０は、圧力変化量ΔＰとして、弁４０が閉じているときの圧力と弁４０が開いているときの圧力との差を算出する。ＥＣＵ５０は、開弁中の所定期間（例えばｔ１からｔ２）の平均値を開弁中の圧力としてもよい。ＥＣＵ５０は、閉弁中の所定期間（例えばｔ２からｔ３）の平均値を閉弁中の圧力としてもよい。ＥＣＵ５０は、開弁中のある瞬間（ｔ１からｔ２までのうちの一点）の圧力を、開弁中の圧力としてもよい。ＥＣＵ５０は、閉弁中のある瞬間（ｔ２からｔ３までのうちの一点）の圧力を、閉弁中の圧力としてもよい。

【0037】

図３の破線の例では、弁４０が全開状態で固着している。開弁指示の後でも、弁４０は開いたままである。圧力Ｐが大気圧Ｐ０付近を維持するため、圧力の変化量ΔＰが閾値ΔＰｔｈ未満になる。例えば弁４０が全閉状態で固着すると、弁４０の開弁指示があっても、弁４０は閉じたままである。圧力Ｐは大気圧Ｐ０付近まで上昇せず、負圧のままである。圧力の変化量ΔＰが閾値ΔＰｔｈ未満になる。弁４０が閉状態で固着することも、開状態で固着することも、本実施形態によって検出することができる。弁４０が全開または全閉以外の開度で固着する場合でも、開閉指示によって弁４０の開度が変化しにくい。圧力変化量ΔＰは閾値ΔＰｔｈ未満となる。したがって、本実施形態により、弁４０の固着を検出することができる。

【0038】

ＥＣＵ５０は、弁４０を全閉から全開に切り替える指示を出力する（図２のステップＳ１２、図３の開フラグ）。弁４０が正常ならば、弁４０は全閉から全開に切り替わる。圧力の変化量ΔＰが、負圧から大気圧付近に対応した大きさになる。弁４０が異常ならば、弁４０が全閉から全開に切り替わらない。圧力の変化量ΔＰは正常時より小さくなる。正常時に圧力の変化量ΔＰが大きく、異常時に変化量ΔＰが小さいため、異常検出の精度が向上する。

【0039】

図１に示すように、エアフローメータ２２は、吸気経路１２に設けられ、吸気経路１２に導入される空気の量を検出する。空気の量が多いほど、経路１５に負圧が発生しやすい。弁４０の開閉に伴う圧力の変化量ΔＰが増加する。すなわち、弁４０が正常ならば圧力の変化量ΔＰが大きくなり、閾値ΔＰｔｈ以上になる。一方、弁４０が異常ならば圧力の変化量ΔＰが正常に比べて小さくなり、閾値ΔＰｔｈ未満になる。したがって圧力の変化量ΔＰを用いた弁４０の異常検出の精度が向上する。閾値ΔＰｔｈは、例えば吸入される空気量Ａに応じたマップなどから定められる。

【0040】

例えば、内燃機関１０の過給運転中に、弁４０の異常判定を行うことが好ましい。過給機３０が動作すると、図３の実線の例のように、コンプレッサ３４よりも上流側に負圧が発生する。圧力センサ２４をコンプレッサ３４よりも上流側に設けることで、コンプレッサ３４よりも上流側における圧力を検出することができる。弁４０が正常ならば圧力の変化量ΔＰが大きくなり、閾値ΔＰｔｈ以上になる。一方、弁４０が異常ならば圧力の変化量ΔＰが正常に比べて小さくなり、閾値ΔＰｔｈ未満になる。したがって圧力の変化量ΔＰを用いた弁４０の異常検出の精度が向上する。

【0041】

吸気経路１２は、経路１３、１４および１５を有する。経路１３および１４はエアクリーナ２０に接続され、エアクリーナ２０より上流側に位置する。経路１５はエアクリーナ２０に接続され、エアクリーナ２０より下流側に位置する。吸気経路１２は、エアクリーナ２０よりも上流側で２系統であり、下流側で１系統である。弁４０は経路１４に設けられている。弁４０を開閉することで、経路１５内の圧力が変化する。圧力の変化量ΔＰに基づいて、弁４０の異常を検出することができる。エアクリーナ２０よりも上流側に２つ以上の経路が接続され、複数の経路のうち少なくとも１つに弁が設けられてもよい。当該弁を開閉したときの圧力の変化量ΔＰに基づいて、弁の異常を検出することができる。

【0042】

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0043】

１０ 内燃機関
１２ 吸気経路
１３、１４、１５ 経路
１６ 排気経路
２０ エアクリーナ
２２ エアフローメータ
２４ 圧力センサ
２６ インタークーラ
２８ スロットルバルブ
２９ ＰＣＶ経路
３０ 過給機
３２ タービン
３４ コンプレッサ
４０ 弁
５０ ＥＣＵ
１００ エンジンシステム

【図1】

【図2】

【図3】