2023-184081 車両

(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】P2023184081

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】車両

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/16 20060101AFI20231221BHJP

   F02B 37/18 20060101ALI20231221BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

F02B39/16 F

F02B37/18 E

F02D45/00 345

F02D45/00 364E

F02D45/00 366

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022098003

(22)【出願日】2022-06-17

(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】東條 勇

【テーマコード（参考）】

3G005

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G005EA04

3G005EA16

3G005FA21

3G005GA02

3G005GB27

3G005GD12

3G005GD14

3G005JA24

3G005JA45

3G384BA08

3G384DA42

3G384FA01Z

3G384FA06Z

3G384FA11Z

3G384FA37Z

3G384FA40Z

3G384FA58Z

(57)【要約】

【課題】ウェストゲート弁の異常判定の頻度を確保した車両を提供することを課題とする。
【解決手段】エンジンと、前記エンジンへの吸気を過給する過給機と、前記エンジンに接続され、前記過給機のタービンが配置された排気通路と、前記タービンをバイパスして前記排気通路に接続されたバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するウェストゲート弁と、前記エンジンの運転状態が過給状態の場合に前記ウェストゲート弁の異常を判定する判定部を含む異常判定装置と、を備えた車両。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、
前記エンジンへの吸気を過給する過給機と、
前記エンジンに接続され、前記過給機のタービンが配置された排気通路と、
前記タービンをバイパスして前記排気通路に接続されたバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するウェストゲート弁と、
前記エンジンの運転状態が過給状態の場合に前記ウェストゲート弁の異常を判定する判定部を含む異常判定装置と、を備えた車両。

【請求項2】

前記異常判定装置は、前記エンジンの過給圧及び吸入空気量を取得する取得部を含み、
前記判定部は、前記過給状態での前記過給圧及び吸入空気量に基づいて、前記ウェストゲート弁の異常を判定する、請求項１の車両。

【請求項3】

前記判定部は、前記過給状態での前記過給圧及び吸入空気量と、前記運転状態がアイドル状態での前記過給圧及び吸入空気量とに基づいて、前記ウェストゲート弁の異常を判定する、請求項２の車両。

【請求項4】

前記判定部は、前記アイドル状態と前記過給状態とでの前記過給圧の差分を前記アイドル状態と前記過給状態とでの前記吸入空気量の差分で除算した値である判定値が閾値未満の場合には前記ウェストゲート弁は正常であると判定し、前記判定値が前記閾値以上の場合には前記ウェストゲート弁は異常であると判定する、請求項３の車両。

【請求項5】

前記判定部は、前記アイドル状態での前記過給圧及び吸入空気量と、前記運転状態が前記アイドル状態以外の自然吸気状態での前記過給圧及び吸入空気量と、に基づいて前記ウェストゲート弁の異常を判定する、請求項３又は４の車両。

【請求項6】

前記過給状態は、アクセル開度が全開である全負荷状態である、請求項１乃至４の何れかの車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は車両に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンの運転状態が低回転低負荷状態の場合にウェストゲート弁の異常判定を行う技術が知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－０５６８４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ドライバの運転特性や車種によっては、エンジンの運転状態が低回転低負荷状態に維持される期間が短く、又はその頻度が低下し、これによりウェストゲート弁の異常判定の頻度が低下するおそれがある。

【0005】

そこで本発明は、ウェストゲート弁の異常判定の頻度を確保した車両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】

【0006】

上記目的は、エンジンと、前記エンジンへの吸気を過給する過給機と、前記エンジンに接続され、前記過給機のタービンが配置された排気通路と、前記タービンをバイパスして前記排気通路に接続されたバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するウェストゲート弁と、前記エンジンの運転状態が過給状態の場合に前記ウェストゲート弁の異常を判定する判定部を含む異常判定装置と、を備えた車両によって達成できる。

【0007】

前記異常判定装置は、前記エンジンの過給圧及び吸入空気量を取得する取得部を含み、前記判定部は、前記過給状態での前記過給圧及び吸入空気量に基づいて、前記ウェストゲート弁の異常を判定してもよい。

【0008】

前記判定部は、前記過給状態での前記過給圧及び吸入空気量と、前記運転状態がアイドル状態での前記過給圧及び吸入空気量とに基づいて、前記ウェストゲート弁の異常を判定してもよい。

【0009】

前記判定部は、前記アイドル状態と前記過給状態とでの前記過給圧の差分を前記アイドル状態と前記過給状態とでの前記吸入空気量の差分で除算した値である判定値が閾値未満の場合には前記ウェストゲート弁は正常であると判定し、前記判定値が前記閾値以上の場合には前記ウェストゲート弁は異常であると判定してもよい。

【0010】

前記判定部は、前記アイドル状態での前記過給圧及び吸入空気量と、前記運転状態が前記アイドル状態以外の自然吸気状態での前記過給圧及び吸入空気量と、に基づいて前記ウェストゲート弁の異常を判定してもよい。

【0011】

前記過給状態は、アクセル開度が全開である全負荷状態であってもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ウェストゲート弁の異常判定の頻度を確保した車両を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、車両の概略構成図である。

【図2】図２は、車両が一時停止から低速走行を開始した場合での異常判定制御の一例を示したタイミングチャートである。

【図3】図３は、過給圧と吸入空気量との関係を示したグラフである。

【図4】図４は、車両が一時停止から高速走行を開始した場合での異常判定制御の一例を示したタイミングチャートである。

【図5】図５は、過給圧と吸入空気量との関係を示したグラフである。

【図6】図６は、ＥＣＵが実行する異常判定制御の一例を示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［車両の概略構成］
図１は、車両１００の概略構成図である。車両１００には、エンジン１、吸気通路３、排気通路４、過給機５、インタークーラ６、触媒７、バイパス通路８、ウェストゲート弁９、変速機２１、ディファレンシャル２３、車輪２５、及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０等が搭載されている。エンジン１は、直列に配列された４つの気筒２を有した多気筒エンジンであり、ガソリンエンジンであるが、気筒数はこれに限定されず、ディーゼルエンジンであってもよい。エンジン１の駆動力は、変速機２１、及びディファレンシャル２３を介して車輪２５に伝達される。

【0015】

エンジン１には、吸気通路３と排気通路４とが接続されている。吸気通路３の途中には、過給機５のコンプレッサ５ｂが配置されている。排気通路４の途中には、過給機５のタービン５ａが配置されている。タービン５ａ及びコンプレッサ５ｂはシャフトにより同軸に連結されている。過給機５は、エンジン１への吸気を過給する。

【0016】

排気通路４の途中にはタービン５ａをバイパスしたバイパス通路８と、バイパス通路８を開閉するウェストゲート弁９とが設けられている。ウェストゲート弁９は、ダイヤフラム式の負圧アクチュエータ９ａに接続され、ＥＣＵ３０は負圧アクチュエータ９ａを制御することによりウェストゲート弁９の開度を制御する。ウェストゲート弁９の開度の調節により、バイパス通路８を流通する排気の流量とタービン５ａを流通する排気の流量との分配比が調節される。これにより、タービン５ａの回転駆動力が調節され、コンプレッサ５ｂによる圧縮空気量が調節され、エンジン１の過給圧が調節される。ここで、分配比は、詳細には、ウェストゲート弁９の開度が小さいほど、バイパス通路８を流通する排気の流量が少なくなると共にタービン５ａを流通する排気の流量が多くなる。尚、エンジン１は、ウェストゲート弁９が全開のときには、過給機５を備えない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作可能になっている。また、負圧アクチュエータ９ａの代わりに、ウェストゲート弁９を電気的に駆動する電動式アクチュエータを用いてもよい。

【0017】

吸気通路３においてコンプレッサ５ｂの下流には、インタークーラ６が配置されている。インタークーラ６は、エンジン１に供給される冷媒が内部を流通する。これにより、インタークーラ６内を流通する冷媒とインタークーラ６を通過する空気との間で熱交換が行われて、吸気が冷却される。吸気通路３においてインタークーラ６の下流には、スロットル弁３ａが配置されている。スロットル弁３ａの開度が調整されることにより、エンジン１の吸入空気量が調整される。スロットル弁３ａの開度は、ＥＣＵ３０によりアクセル開度に基づいて制御される。

【0018】

排気通路４においてタービン５ａよりも下流側には、排気を浄化する触媒７が設けられている。排気通路４の触媒７よりも上流側には、空燃比センサ１４が設けられている。排気通路４の触媒７の下流側には、排気の酸素濃度を検出する酸素センサ１５が設けられている。

【0019】

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＥＣＵ３０は、ＲＯＭ内に予め格納された制御プログラムに従って、センサからの情報や予めＲＯＭに格納されている情報等に基づいて、後述する異常判定制御を実行する。ＥＣＵ３０は、異常判定装置の一例である。異常判定制御は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭにより機能的に実現される判定部及び取得部により実行される。詳しくは後述する。

【0020】

ＥＣＵ３０は、クランク角センサ１１、エアフローメータ１２、過給圧センサ１３、空燃比センサ１４、酸素センサ１５、及びアクセル開度センサ１６等の各種センサの検出信号に基づいて、エンジン１の運転状態を制御する。クランク角センサ１１は、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出する。エアフローメータ１２は、吸気通路３内に吸入された吸入空気量を検出する。過給圧センサ１３は、コンプレッサ５ｂよりも下流側であってスロットル弁３ａよりも上流側の吸気通路３内の圧力を検出する。空燃比センサ１４は、触媒７に流入する排気の空燃比を検出する。酸素センサ１５は、触媒７から排出された排気の酸素濃度を検出する。アクセル開度センサ１６は、ドライバにより操作されるアクセルペダルの開度を検出する。

【0021】

ＥＣＵ３０は、ウェストゲート弁９がエンジン１の運転状態に応じた開度となるように、負圧アクチュエータ９ａに指示負圧値を出力する。指示負圧値は、ダイヤフラム式の負圧アクチュエータ９ａの負圧室内の圧力の指示値を示す。本実施例での負圧指示値は、大気圧を基準とした圧力の絶対値であり、正値として示す。ここで、負圧室内の圧力が大気圧から低下するほどウェストゲート弁９の開度は低下し、負圧室内の圧力が大気圧に近づくように増大するほどウェストゲート弁９の開度は増大する。即ち、ウェストゲート弁９への要求開度が大きいほど、指示負圧値は小さい値に調整され、ウェストゲート弁９への要求開度が小さいほど、指示負圧値は大きい値に調整される。例えばウェストゲート弁９への要求開度が全開の場合には、指示負圧値は後述するように圧力値ｎ１未満に制御される。尚、エンジン１の運転状態がアイドル状態や自然吸気状態の場合にはウェストゲート弁９への要求開度は全開であり、エンジン１の運転状態が過給状態の場合にはウェストゲート弁９への要求開度は全開以外である。

【0022】

上述のようにウェストゲート弁９が正常状態ではＥＣＵ３０からの負圧アクチュエータ９ａへの指示負圧値に従ってその開度が制御され、これにより過給圧が制御される。しかしながら、ウェストゲート弁９が全閉状態で固着した（以下、全閉固着と称する）異常状態となるおそれがある。この場合、負圧アクチュエータ９ａへの指示負圧値によらずにウェストゲート弁９の開度は全閉状態に維持されるため、ドライバビリティに影響を与えるおそれがある。そこでＥＣＵ３０は、このようなウェストゲート弁９の全閉固着を判定するための異常判定制御を実行する。

【0023】

［異常判定制御］
図２は、車両１００が一時停止から低速走行を開始した場合での異常判定制御の一例を示したタイミングチャートである。図２では、吸入空気量、車速、過給圧、及び指示負圧値の推移を示している。車両１００が一時停止中に第１モニタ条件が成立すると（時刻ｔ１）、ＥＣＵ３０は吸入空気量Ｉ１及び過給圧Ｐ１を取得する（時刻ｔ２）。第１モニタ条件とは、吸入空気量及び過給圧が安定しており、吸入空気量＜ｇ１であり指示負圧値＜ｎ１の場合である。指示負圧値が圧力値ｎ１未満とは、ウェストゲート弁９への要求開度が全開であることを示す。換言すれば第１モニタ条件は、エンジン１への運転状態がアイドル状態であることを示す。

【0024】

次にドライバによりアクセル開度が比較的小さく操作され、一時的に負圧アクチュエータ９ａへの指示負圧値が増大してウェストゲート弁９への要求開度が閉じ側となって吸入空気量及び過給圧が増大して車両１００が加速する（時刻ｔ３）。その後に指示負圧値が再び圧力値ｎ１未満にまで低下してウェストゲート弁９への要求開度が全開となって、車速が低速に維持され（時刻ｔ４）、吸入空気量及び過給圧が安定する。

【0025】

次に第２モニタ条件が成立すると（時刻ｔ５）、ＥＣＵ３０は吸入空気量Ｉ２及び過給圧Ｐ２を取得する（時刻ｔ６）。第２モニタ条件とは、吸入空気量及び過給圧が安定しており、吸入空気量＞ｇ２、且つ指示負圧値＜ｎ１の場合（以下、条件（ａ）と称する）である。この場合も、指示負圧値が圧力値ｎ１未満とは、ウェストゲート弁９への要求開度が全開であることを示す。換言すれば、条件（ａ）はエンジン１の運転状態がアイドル状態以外の自然吸気状態であることを示す。

【0026】

ここでウェストゲート弁９が正常の場合には、加速時にウェストゲート弁９への要求開度が一時的に全閉となって車速が一定となった後に再び全開となり、過給圧は低下する。従って、過給圧Ｐ２は過給圧Ｐ１とほぼ同じである。しかしながらウェストゲート弁９が全閉固着した場合には、エンジン１から排出された排気はバイパス通路８を通過することなくタービン５ａを通過し、車速が一定となった後も過給圧は低下せずに高い状態を維持する。従って図２に示すように、時刻ｔ６での異常状態での過給圧Ｐ２ｘは正常状態での過給圧Ｐ２よりも高い値となる。

【0027】

ＥＣＵ３０は、以下のようにして異常判定を行う。第１及び第２モニタ条件成立時に取得した過給圧の差分を、第１及び第２モニタ条件成立時に取得した吸入空気量の差分で除算する。この除算値を判定値と称する。従って、図２で示したウェストゲート弁９が正常状態では、判定値＝（Ｐ２－Ｐ１）／（Ｉ２－Ｉ１）である。図２に示したウェストゲート弁９が異常状態では、判定値＝（Ｐ２ｘ－Ｐ１）／（Ｉ２－Ｉ１）である。

【0028】

図３は、過給圧と吸入空気量との関係を示したグラフである。縦軸は過給圧を示し、横軸は吸入空気量を示す。判定値は、図３のグラフにおいては、線分の傾きに相当する。判定値が閾値Ｔ１未満の場合には正常と判定され、判定値が閾値Ｔ１以上の場合には異常と判定される。

【0029】

このように車両１００が一時停止から低速走行を開始した場合に上記のような異常判定制御を実行することができる。しかしながら、例えば車両１００がスポーツカーでありドライバがアクセルを大きく踏み込む頻度が多い場合には、上述のような低速走行の頻度が低下して異常判定制御の実行頻度も低下するおそれがある。そこで本実施例でのＥＣＵ３０は、以下に説明するように車両１００が一時停止から高速走行を開始した場合にも異常判定制御を実行する。

【0030】

図４は、車両１００が一時停止から高速走行を開始した場合での異常判定制御の一例を示したタイミングチャートである。図４は図２に対応している。第１モニタ条件が成立して（時刻ｔ１）、ＥＣＵ３０は吸入空気量Ｉ１及び過給圧Ｐ１を取得する（時刻ｔ２）。次にドライバによりアクセル開度が全開となるように操作され、吸入空気量及び過給圧が増大して車両１００が加速する（時刻ｔ３）。その後、車速が高速に維持され（時刻ｔ４）、吸入空気量及び過給圧が安定するように指示負圧値が圧力値ｎ１よりも大きい値に制御される。

【0031】

その後に第２モニタ条件が成立すると（時刻ｔ５）、ＥＣＵ３０は吸入空気量Ｉ３及び過給圧Ｐ３を取得する（時刻ｔ６）。ここで第２モニタ条件は、吸入空気量及び過給圧が安定しており、ｇ３＜吸入空気量＜ｇ４であり且つ指示負圧値＜ｎ２の場合（以下、条件（ｂ）と称する）である。指示負圧値が圧力値ｎ２未満とは、ウェストゲート弁９への要求開度が全閉以外の場合を示す。換言すれば、条件（ｂ）はエンジン１への運転状態が過給状態であることを示す。条件（ｂ）で要求される過給状態は、アクセル開度が全開であってスロットル弁３ａの要求開度が全開となる全負荷状態である。従って、上述した条件（ａ）及び（ｂ）の何れか一方が成立している場合に、第２モニタ条件が成立したものとみなされる。尚、吸入空気量に関しては、ｇ２＜ｇ３＜ｇ４の関係が成立する。負圧指示値に関しては、大気圧＝０＜ｎ１＜ｎ２の関係が成立する。

【0032】

ここでウェストゲート弁９が正常の場合には、加速時にウェストゲート弁９への要求開度が半開に維持され、過給圧は増大して所定の値に維持される。しかしながらウェストゲート弁９が全閉固着した場合には、エンジン１からの排気は全てタービン５ａを通過し過給圧は過剰に増大する。従って図４に示すように、時刻ｔ６での異常状態での過給圧Ｐ３ｘは正常状態での過給圧Ｐ３よりも高い値となる。従って、図４で示したウェストゲート弁９が正常状態では、判定値＝（Ｐ３－Ｐ１）／（Ｉ３－Ｉ１）である。図４に示したウェストゲート弁９が異常状態では、判定値＝（Ｐ３ｘ－Ｐ１）／（Ｉ３－Ｉ１）である。

【0033】

図５は、過給圧と吸入空気量との関係を示したグラフである。図５は図３に対応している。判定値が閾値Ｔ２未満の場合には正常と判定され、判定値が閾値Ｔ２以上の場合には異常と判定される。閾値Ｔ２は、図３に示した閾値Ｔ１よりも大きい値である。

【0034】

このように第２モニタ条件に条件（ｂ）を含むことにより、低速走行の頻度が少ない場合であっても、異常判定制御の実行頻度を確保することができる。

【0035】

例えば、第２モニタ条件が条件（ａ）のみであるとすると、安全性を考慮してウェストゲート弁９が正常と判定されるまで過給状態への移行を制限することが考えられる。この場合、第２モニタ条件が成立するまではドライバビリティが低下する。上述したように第２モニタ条件に条件（ｂ）を含むことにより、過給状態でも異常判定を実行することができるため上記のような制限は不要であり、ドライバビリティの低下を抑制することができる。

【0036】

また、上述したように条件（ｂ）ではｇ３＜吸入空気量＜ｇ４に限定されており、この吸入空気量の範囲は、正常時での過給圧と全閉固着時での過給圧との差が大きい範囲に設定されている。即ち、吸入空気量がこの範囲に属している場合では、正常時での過給圧と全閉固着時での過給圧との差が大きい。このため、異常判定を精度よく行うことができる。

【0037】

図６は、ＥＣＵ３０が実行する異常判定制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３０は第１モニタ条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合には本制御を終了する。ステップＳ１でＹｅｓの場合にＥＣＵ３０は、過給圧センサ１３及びエアフローメータ１２の検出値に基づいて過給圧及び吸入空気量を取得する（ステップＳ２）。ステップＳ２は取得部が実行する処理の一例である。

【0038】

次にＥＣＵ３０は第２モニタ条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ３）。第２モニタ条件は、上述したように条件（ａ）及び（ｂ）の何れか一方を満たしている場合に成立しているものとみなされる。ステップＳ３でＮｏの場合には本制御を終了する。ステップＳ３でＹｅｓの場合にＥＣＵ３０は、過給圧及び吸入空気量を取得する（ステップＳ４）。ステップＳ４は取得部が実行する処理の一例である。次にＥＣＵ３０は、ステップＳ２及びＳ４で取得した過給圧及び吸入空気量に基づいて、上述した方法により判定値を算出する（ステップＳ５）。

【0039】

次にＥＣＵ３０は判定値が閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ６）。上述したように第２モニタ条件において条件（ａ）が成立した場合には閾値Ｔ１が用いられ、第２モニタ条件において条件（ｂ）が成立した場合には閾値Ｔ２が用いられる。閾値Ｔ１は、アイドル状態から自然吸気状態へ移行してウェストゲート弁９が全閉固着した場合での吸入空気量の差分に対する過給圧の差分の下限値である。閾値Ｔ２は、アイドル状態から過給状態に移行してウェストゲート弁９が全閉固着した場合での吸入空気量の差分に対する過給圧の差分の下限値である。閾値Ｔ２は、固定値に限らず、吸入空気量にしたがって可変設定してもよい。

【0040】

ステップＳ６でＹｅｓの場合にＥＣＵ３０は、ウェストゲート弁９は正常状態であると判定する（ステップＳ７）。ステップＳ６でＮｏの場合にＥＣＵ３０は、ウェストゲート弁９は全閉固着した異常状態であると判定する（ステップＳ８）。ステップＳ７及びＳ８は、判定部が実行する処理の一例である。尚、異常判定がなされた場合は、ＥＣＵ３０は例えばＭＩＬ（Malfunction Indicator Light）を点灯させることにより、ウェストゲート弁９に異常が生じた旨をドライバへ報知してもよい。

【0041】

上記実施例では、アイドル状態と過給状態とでのそれぞれの過給圧及び吸入空気量に基づいて異常判定を実行したがこれに限定されない。例えば過給状態において過給圧を吸入空気量で除算した値が所定の閾値未満の場合には、ウェストゲート弁９は正常と判定し、この値が閾値以上の場合にウェストゲート弁９は異常と判定してもよい。

【0042】

上記実施例では、第２モニタ条件の条件（ｂ）が成立する過給状態として、全負荷状態を例に説明したがこれに限定されない。例えば、過給状態としてアクセル開度が所定の開度以上の場合であってもよい。

【0043】

車両１００は、駆動源としてエンジン１のみが搭載されるエンジン車両であるが、これに限定されず、駆動源としてエンジンに加えてモータを搭載したハイブリッド車両であってもよい。

【0044】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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】

【0045】

１ エンジン
３ 吸気通路
３ａ スロットル弁
４ 排気通路
５ 過給機
５ａ タービン
８ バイパス通路
９ ウェストゲート弁
１２ エアフローメータ
１３ 過給圧センサ
３０ ＥＣＵ（異常判定装置）
１００ 車両

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】