ターボチャージャの異常判定装置
【課題】エンジンに装備されるターボチャージャにおいて、ベアリングのオイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量の増大に起因するターボチャージャ異常を判定できるようにする。
【解決手段】現在のアイドル運転時のウエストゲートバルブ１２１の開閉によるターボチャージャ回転数の変化量Ｂが、経時劣化に基づいて想定される通常の範囲（Ａ−Ｃ）よりも小さい場合にはターボチャージャ異常と判定して、例えば警告ランプ（ＭＩＬ）を点灯する。このような構成により、オイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量が大となって、ターボチャージャ１００の経時劣化（ターボ回転数低下）が想定以上に大きくなった場合には、ターボチャージャ１００が異常であると判定することが可能となり、そのターボチャージャ異常を警告ランプの点灯等によってユーザが知ることができる。
【解決手段】現在のアイドル運転時のウエストゲートバルブ１２１の開閉によるターボチャージャ回転数の変化量Ｂが、経時劣化に基づいて想定される通常の範囲（Ａ−Ｃ）よりも小さい場合にはターボチャージャ異常と判定して、例えば警告ランプ（ＭＩＬ）を点灯する。このような構成により、オイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量が大となって、ターボチャージャ１００の経時劣化（ターボ回転数低下）が想定以上に大きくなった場合には、ターボチャージャ１００が異常であると判定することが可能となり、そのターボチャージャ異常を警告ランプの点灯等によってユーザが知ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に装備されるターボチャージャの異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）には、排気エネルギを利用したターボチャージャ（過給機）が装備されている。ターボチャージャは、一般に、エンジンの排気通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイールと、吸気通路内の空気を強制的にエンジンの燃焼室へと送り込むコンプレッサインペラと、これらタービンホイールとコンプレッサインペラとを連結する連結シャフトと、この連結シャフトを支持するベアリング（ターボベアリング）とを備えている。このような構造のターボチャージャにおいては、排気通路に配置のタービンホイールが排気のエネルギによって回転し、これにともなって吸気通路に配置のコンプレッサインペラが回転することによって吸入空気が過給され、エンジンの各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。
【０００３】
この種のターボチャージャにおいて、過給圧を制御する方法として、例えば、タービンホイールをバイパスする排気バイパス通路を設けるとともに、その排気バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブを設け、このウエストゲートバルブの開度を調整し、タービンホイールをバイパスする排気ガス量を調整することによって過給圧を制御する方法がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０５６８４３号公報
【特許文献２】特開２００９−２２８６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エンジンに装備されるターボチャージャにあっては、ターボチャージャの高回転時等においてターボベアリングが高温にさらされると、潤滑オイルのオイル成分がコーキング（炭化）しやすくなる。オイルコーキングが発生すると、ターボベアリングのフリクションが大きくなり、また、オイルコーキング物（塊）によってベアリング内周部が磨耗する場合がある。このようなオイルコーキングやベアリングの磨耗（劣化）は、運転時間（走行距離）の増大にともなって大きくなる傾向にあり、さらに、過度の加速や長時間の高速運転などのハードな運転が行われると劣化度合いが高くなる。そして、そのような劣化量つまりオイルコーキングの発生量やベアリングの磨耗量が大となると、ターボチャージャの過給効率の低下（排圧の上昇）につながり、エンジンの出力低下及び燃費（燃料消費率）悪化が懸念される。さらに、ドライバビリティが悪化するおそれもある。
【０００６】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、エンジンに装備されるターボチャージャにおいて、ベアリングのオイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量の増大に起因するターボチャージャ異常を的確に判定することが可能な異常判定装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、車載の内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの上流側と下流側とを連通する排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路に設けられたウエストゲートバルブとを備えたターボチャージャの異常を判定する異常判定装置を前提としており、このようなターボチャージャの異常判定装置において、前記内燃機関のアイドル運転時に前記ウエストゲートバルブを開閉し、そのウエストゲートバルブ開閉による前記ターボチャージャの回転数の変化量が、当該ターボチャージャの経時劣化に基づいて想定される通常の範囲外である場合はターボチャージャ異常と判定する異常判定手段を備えていることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、現在のアイドル運転時のウエストゲートバルブ開閉によるターボチャージャ回転数の変化量が、経時劣化（具体的には、通常運転状態での経時劣化）に基づいて想定される通常の範囲外である場合はターボチャージャ異常と判定するので、オイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量が大となって、ターボチャージャの経時劣化（ターボ回転数低下）が想定以上になった場合には、ターボチャージャが異常であると判定することができる。そして、ターボチャージャ異常と判定した場合には、例えば、警告ランプ（ＭＩＬ）を点灯し、ユーザに対して異常を知らせてディーラ等での点検・修理等を促すことによって、ターボチャージャ（エンジン）の故障を未然に防止することができる。
【０００９】
本発明において、ターボチャージャ異常判定の具体的な構成として、初期のアイドル運転時のウエストゲートバルブ開閉でのターボチャージャ回転数の変化量をＡ、アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量をＣ、現在のアイドル運転時のウエストゲートバルブ開閉によるターボチャージャ回転数の変化量をＢとすると、［Ａ−Ｃ＞Ｂ］である場合、つまり、現在のターボチャージャ回転数の変化量Ｂが通常の範囲［Ａ−Ｃ］よりも小さい場合にはターボチャージャ異常であると判定する、という構成を挙げることができる。
【００１０】
この場合、上記ターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃについては、初期（出荷時等）からの車両の走行距離に応じて、アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量を予測（想定）した値が設定されたマップを用い、現在の走行距離に基づいて上記マップからターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを求めるようにしてもよい。また、初期（出荷時等）からの機関運転時間の積算値に応じて、アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量を予測（想定）した値が設定されたマップを用い、現在の走行距離に基づいて上記マップからターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを求めるようにしてもよい。
【００１１】
ここで、本発明において、ターボチャージャ異常判定のためのウエストゲートバルブ開閉操作を、アイドル運転時に行う理由は、走行時のドライバビリティなどに影響を与えないようにするためである。さらに、アイドル運転時には、後述するＩＳＣ制御等によって機関回転（エンジン回転）が安定しているので、アイドル運転時の異常判定を行うことにより、ウエストゲートバルブ開閉によるターボ回転数の変化量を安定して取得することができ、ターボチャージャ異常をより的確に判定することができる。
【００１２】
なお、このようなアイドル運転時の条件に加えて、「内燃機関の冷却水温が完全暖機温度以上であること」という条件を設定してもよいし、さらに、「内燃機関に連結される変速機の変速段がニュートラルポジションまたはパーキングポジションであること」を条件に加えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ベアリングのオイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量の増大に起因するターボチャージャ異常を的確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用するターボチャージャが搭載されたエンジンの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明を適用するターボチャージャの一例を示す縦断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】ＥＣＵが実行するターボチャージャ異常判定処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】ターボ回転数の経時劣化量Ｃを求めるためのマップである。
【図６】アイドル運転時にウエストゲートバルブを開閉した際のターボ回転数の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
−エンジン−
この例のエンジン１は、車両に搭載される４気筒ガソリンエンジンである。エンジン１には、各気筒ごとに吸気ポート（図示せず）が設けられており、その各吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ２（図３参照）が配置されている。また、エンジン１の各気筒（燃焼室）には点火プラグ（図示せず）が配置されている。点火プラグの点火タイミングはイグナイタ２０（図３参照）によって調整される。イグナイタ２０は後述するＥＣＵ２００によって制御される。
【００１７】
図１に示すように、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１０はトルクコンバータ３０１介して自動変速機（ＡＴ）３０２に連結されており、この自動変速機３０２においてエンジン１と駆動輪との間の変速比が自動的に変速されて、デファレンシャルギヤ及びドライブシャフト等を介して駆動輪に伝達されるようになっている。クランクシャフト１０の近傍には、クランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）２１が配置されている。クランクポジションセンサ２１の出力信号はＥＣＵ２００に入力される。
【００１８】
なお、自動変速機３０２については、クラッチ及びブレーキなどの摩擦係合装置と遊星歯車装置とを用いてギヤ段を設定する有段式（遊星歯車式）の自動変速機であってもよいし、変速比を無段階に調整するベルト式無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）などであってもよい。
【００１９】
エンジン１には、各気筒に吸入空気を分配するためのインテークマニホールド１１と、各気筒から排出される排気ガスを集合させるエキゾーストマニホールド１２とが接続されている。
【００２０】
インテークマニホールド１１には、空気を大気中から取り込んで当該インテークマニホールド１１に導くための吸気通路３が接続されている。吸気通路３には、吸入空気（新気）を濾過するエアクリーナ７、エアフロメータ２４、後述するターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２、ターボチャージャ１００での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６、及び、スロットルバルブ５などが配置されている。また、インテークマニホールド１１に、吸気温センサ２７及びインマニ圧センサ２８が配置されている。
【００２１】
エアフロメータ２４は、吸入空気量（新規空気量）を検出する。吸気温センサ２７は、インタークーラ６にて冷却された後であって、エンジン１に吸入される前の空気の温度（吸気温）を検出する。インマニ圧センサ２８は、インテークマニホールド１１内の圧力つまり過給圧（吸気圧）を検出する。
【００２２】
スロットルバルブ５のスロットル開度はＥＣＵ２００によって駆動制御される。具体的には、クランクポジションセンサ２１の出力信号から算出されるエンジン回転数、及び、ドライバのアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）等のエンジン１の運転状態に応じた最適な吸入空気量（目標吸気量）が得られるようにスロットルバルブ５のスロットル開度を制御している。より詳細には、スロットル開度センサ２５を用いてスロットルバルブ５の実際のスロットル開度を検出し、その実スロットル開度が、上記目標吸気量が得られるスロットル開度（目標スロットル開度）に一致するようにスロットルバルブ５のスロットルモータ５１をフィードバック制御している。
【００２３】
このようなスロットルバルブ５の制御システムは、「電子スロットルシステム」と称されており、アイドル運転時などにおいて、ドライバのアクセルペダルの操作とは独立してスロットル開度を制御することができる。例えば、ＥＣＵ２００は、アイドル運転時の実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数に一致するようにスロットルバルブ５の開度を調整してエンジン１への吸入空気量をフィードバック制御する、いわゆるＩＳＣ（Ｉｄｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を実行する。こうしたＩＳＣ制御を実行することにより、アイドル運転時のエンジン回転数を一定に保つことができる。
【００２４】
一方、エキゾーストマニホールド１２には排気通路４が接続されている。排気通路４には、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１が配置されている。また、排気通路４には、タービンホイール１０１の下流側（排気流れの下流側）に三元触媒９が配置されている。三元触媒９においては、エンジン１の燃焼室から排気通路４に排気された排気ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化及びＮＯｘの還元が行われ、それらを無害なＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2とすることで排気ガスの浄化が図られている。
【００２５】
三元触媒９の上流側（排気流れの上流側）の排気通路４に空燃比（Ａ／Ｆ）センサ２９が配置されている。空燃比センサ２９は、空燃比に対してリニアな特性を示すセンサである。また、三元触媒９の下流側の排気通路４にはＯ2センサ３０が配置されている。Ｏ2センサ３０は、排気ガス中の酸素濃度に応じて起電力を発生するものであって、理論空燃比に相当する電圧（比較電圧）よりも出力が高いときはリッチと判定し、逆に比較電圧よりも出力が低いときはリーンと判定する。
【００２６】
−ターボチャージャ−
エンジン１には、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ（過給機）１００が装備されている。
【００２７】
ターボチャージャ１００は、図１及び図２に示すように、排気通路４に配置されたタービンホイール１０１、吸気通路３に配置されたコンプレッサインペラ１０２、これらタービンホイール１０１とコンプレッサインペラ１０２とを回転一体に連結する連結シャフト１０３、及び、連結シャフト１０３を支持するフローティングベアリング１０４，１０４などによって構成されており、排気通路４に配置のタービンホイール１０１が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路３に配置のコンプレッサインペラ１０２が回転する。そして、コンプレッサインペラ１０２の回転により吸入空気が過給され、エンジン１の各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。なお、連結シャフト１０３を支持するベアリングは他の形式のベアリングであってもよい。
【００２８】
タービンホイール１０１はタービンハウジング１１１内に収容されており、コンプレッサインペラ１０２はコンプレッサハウジング１１２内に収容されている。また、連結シャフト１０３を支持するフローティングベアリング１０４，１０４はセンターハウジング１１３内に収容されており、このセンターハウジング１１３の両側に上記タービンハウジング１１１とコンプレッサハウジング１１２とが取り付けられている。
【００２９】
この例のターボチャージャ１００には、タービンホイール１０１（またはコンプレッサインペラ１０２等）の回転数（ターボ回転数）に応じた信号を出力するターボ回転数センサ３１が配置されている。このターボ回転数センサ３１の出力信号はＥＣＵ２００に入力される。
【００３０】
また、この例のターボチャージャ１００には、図１に示すように、タービンホイール１０１の上流側と下流側とを連通（タービンホイール１０１をバイパス）する排気バイパス通路１２０と、この排気バイパス通路１２０を開閉するウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）１２１とが設けられており、そのウエストゲートバルブ１２１の開度を調整し、タービンホイール１０１をバイパスする排気ガス量を調整することにより過給圧を制御することができる。ＷＧＶアクチュエータ１２２の駆動（ウエストゲートバルブ１２１の開閉）はＥＣＵ２００によって制御される。
【００３１】
なお、ＷＧＶアクチュエータ１２２は、負圧源から供給される負圧を動力源として作動する負圧アクチュエータであってもよいし、正圧アクチュエータであってもよい。また、ＷＧＶアクチュエータ１２２は、電動モータを駆動源とする電動式アクチュエータなど、他の形式（駆動源）のアクチュエータであってもよい。
【００３２】
−ＥＧＲ装置−
また、エンジン１にはＥＧＲ装置８が装備されている。ＥＧＲ装置８は、吸入空気に排気ガスの一部を導入することで、気筒内（燃焼室内）の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させる装置である。
【００３３】
ＥＧＲ装置８は、図１に示すように、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１よりも上流側（排気ガス流れの上流）の排気通路４と、インタークーラ６（ターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２）の下流側（吸入空気流れの下流側）の吸気通路３とを連通するＥＧＲ通路８１、このＥＧＲ通路８１に設けられたＥＧＲクーラ８２及びＥＧＲバルブ８３などによって構成されている。そして、このような構成のＥＧＲ装置８において、ＥＧＲバルブ８３の開度を調整することにより、ＥＧＲ率［ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋吸入空気量（新規空気量））（％）］を変更することができ、排気通路４から吸気通路３に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。
【００３４】
なお、ＥＧＲ装置８には、ＥＧＲクーラ８２をバイパスするＥＧＲバイパス通路及びＥＧＲバイパス切替バルブを設けておいてもよい。
【００３５】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００は、図３に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３、及び、バックアップＲＡＭ２０４などを備えている。
【００３６】
ＲＯＭ２０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００３７】
以上のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及びバックアップＲＡＭ２０４は、バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５及び出力インターフェース２０６と接続されている。
【００３８】
入力インターフェース２０５には、クランクポジションセンサ２１、水温センサ２３、エアフロメータ２４、スロットル開度センサ２５、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ２６、吸気温センサ２７、インマニ圧センサ（過給圧センサ）２８、空燃比センサ２９、Ｏ2センサ３０、及び、ターボチャージャ１００の回転数（ターボ回転数）を検出するターボ回転数センサ３１、車両の走行距離を検出するための走行距離センサ３２などの各種センサ類が接続されている。また、入力インターフェース２０５には、自動変速機３０２のシフト位置（前進走行ポジション、リバースポジション、ニュートラルポジション、及び、パーキングポジションなお）を検出するシフトポジションセンサ２２が接続されている。なお、車両の走行距離については、車速センサや車輪速センサの出力信号に基づいて算出するようにしてもよい。
【００３９】
出力インターフェース２０６には、インジェクタ２、点火プラグのイグナイタ２０、及び、スロットルバルブ５のスロットルモータ５１、ウエストゲートバルブ１２１を開閉駆動するＷＧＶアクチュエータ１２２、及び、後述するターボチャージャ異常をユーザに知らせるためのＭＩＬ（Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ Ｌａｍｐ）１３０などが接続されている。ＭＩＬ１３０は、車室内のメータパネル上に配置されている。
【００４０】
そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射量制御（インジェクタ２の開閉制御）、点火プラグ３の点火時期制御、及び、スロットルバルブ５のスロットルモータ５１の駆動制御（吸入空気量制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ２００は、下記の「ターボチャージャの異常判定処理」を実行する。
【００４１】
以上のＥＣＵ２００及びターボ回転数センサ３１などによって、本発明のターボチャージャの異常判定装置が実現される。
【００４２】
−ターボチャージャの異常判定処理−
まず、上述したようにエンジンに装備されるターボチャージャにあっては、ターボチャージャの高回転時等においてターボベアリング（１０４）が高温にさらされると、潤滑オイルのオイル成分がコーキング（炭化）しやすくなる。オイルコーキングが発生すると、ターボベアリング（１０４）のフリクションが大きくなり、また、オイルコーキング物（塊）によってベアリング内周部が磨耗する場合がある。このようなオイルコーキングやベアリングの磨耗（劣化）は、運転時間の増大にともなって大きくなる傾向にあり、さらに過度の加速や長期の高速運転などのハードな運転が行われると劣化度合いが高くなる。そして、そのような劣化量つまりオイルコーキングの発生量やベアリングの磨耗量が大となると、ターボチャージャの過給効率の低下（排圧の上昇）につながり、エンジンの出力低下及び燃費悪化が懸念される。さらにドライバビリティが悪化するおそれもある。
【００４３】
そのような点を考慮して、この例では、ベアリングのオイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量の増大に起因するターボチャージャ異常を判定可能にすることを特徴している。その具体的な判定処理の一例について図４を参照して説明する。
【００４４】
図４のターボチャージャ異常判定処理を説明する前に、「判定手法」、判定処理に用いる「初期のターボ回転数変化量Ａ」及び「ターボ回転数の経時劣化量Ｃ」などについて説明する。
【００４５】
＜判定手法＞
この例では、ウエストゲートバルブ１２１を開閉したときに、ターボチャージャ１００の回転数（ターボ回転数）が変化する点を利用しており、エンジン１のアイドル運転時にウエストゲートバルブ１２１を開閉し、そのウエストゲートバルブ１２１の開閉によるターボチャージャ１００の回転数の変化量（以下、ターボ回転数変化量ともいう）をモニタする。そして、そのターボ回転数の変化量が、経時劣化（通常運転状態での経時劣化）に基づいて想定される通常の範囲外になった場合に、ターボチャージャ異常であると判定するようにしている。
【００４６】
＜初期のターボ回転数変化量Ａ＞
初期のターボ回転数変化量Ａについては下記の処理にて設定する。
【００４７】
例えば、車両の出荷時（工場）においてエンジン１のアイドル運転を行い、エンジン１が完全暖機状態になった後にウエストゲートバルブ１２１を開閉操作し、その開閉操作時においてウエストゲートバルブ１２１が閉（全閉状態）のときのターボ回転数（ターボ回転数センサ３１の出力信号から採取）と、ウエストゲートバルブ１２１が開（全開状態）のときのターボ回転数との差（ターボ回転数変化量）を、初期のターボ回転数変化量ＡとしてＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２などに記憶しておく。
【００４８】
＜ターボ回転数の経時劣化量Ｃ＞
ターボ回転数の経時劣化量Ｃについては下記の処理にて設定する。
【００４９】
車両の走行距離をパラメータとして、予め実験・シミュレーション等によって、初期（出荷時等）からの通常運転状態での経時劣化量（上記したコーキングの発生量及びベアリングの磨耗量の経時劣化量）を、走行距離に基づいて予測してターボ回転数の経時劣化量（想定量）Ｃを取得し、その走行距離に応じたターボ回転数の経時劣化量Ｃをマップ化して、図５に示すようなマップを作成する。そして、車両の走行距離に基づいて図５のマップからターボ回転数の経時劣化量Ｃを求めるようにする。図５に示すマップはＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２内に記憶しておく。
【００５０】
上記通常運転状態とは、過度の加速や長時間の高速運転など、ターボチャージャ１００の回転数が過度になるような状況を除いた運転状態のことである。
【００５１】
なお、以上のような車両の走行距離をパラメータとするマップに替えて、初期（出荷時等）からのエンジン１の運転時間の積算時間に応じて上記ターボ回転数の経時劣化量を予測した値が設定されたマップを用いて、ターボ回転数の経時劣化量Ｃを求めるようにしてもよい。このようにエンジン１の運転時間の積算時間をパラメータとする場合も、上記した走行距離をパラメータとする場合と同様な処理にてマップを作成すればよい。
【００５２】
次に、この例のターボチャージャ異常判定処理について図４のフローチャートを参照すて説明する。図４の制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎に繰り返して実行される。
【００５３】
ステップＳＴ１０１では、水温センサ２３の出力信号から得られるエンジン１の水温が完全暖機温度以上であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０１の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合はステップＳＴ１０２に進む。なお、「完全暖機温度」とは、エンジン１が完全に暖機した状態にあるときの水温のことである。
【００５４】
ステップＳＴ１０２では、シフトポジションセンサ２２の出力信号に基づいて、エンジン１が連結されている自動変速機３０２の変速段が「ニュートラルポジション」または「パーキングポジション」であるか否かを判定する。その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０２の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合はステップＳＴ１０３に進む。
【００５５】
ステップＳＴ１０３では、アイドル運転時（ＩＳＣ制御時）であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０３の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（アイドル運転時である場合）はステップＳＴ１０４に進む。なお、アイドル運転時には、ウエストゲートバルブ１２１が開状態（全開状態）に設定される。
【００５６】
次に、ステップＳＴ１０４において、図６に示すように、ウエストゲートバルブ１２１を閉じ（全閉状態）、そのＷＧＶ閉中においてターボ回転数センサ３１の出力信号からターボ回転数Ｎｔ１を採取する（ステップＳＴ１０５）。
【００５７】
さらに、ステップＳＴ１０６において、図６に示すように、ウエストゲートバルブ１２１を開き（全開状態）、そのＷＧＶ開中においてターボ回転数センサ３１の出力信号からターボ回転数Ｎｔ２を採取する（ステップＳＴ１０７）。
【００５８】
ステップＳＴ１０８では、上記ステップＳＴ１０５で採取したターボ回転数Ｎｔ１と、ステップＳＴ１０７で採取したターボ回転数Ｎｔ２とを用いて、図６に示すターボ回転数の変化量、つまり、現在のアイドル運転時におけるウエストゲートバルブ１２１の開閉によるターボ回転数の変化量Ｂ［Ｂ＝Ｔｎ１−Ｔｎ２］を算出する。その後にステップＳＴ１０９に進む。
【００５９】
なお、上記ステップＳＴ１０４〜ステップＳＴ１０６の間において、ウエストゲートバルブ１２１を閉じる期間（ＷＧＶ閉期間：図６参照）は、ターボ回転数Ｎｔ１（ターボ回転数の変化量Ｂ）を的確に計測できる程度の時間（例えば、１秒程度）とする。
【００６０】
ステップＳＴ１０９では、上記した初期のターボ回転数変化量ＡをＲＯＭ２０２から読み出すとともに、走行距離センサ３２の出力信号から得られる現在の走行距離に基づいて図５のマップを参照してターボ回転数の経時劣化量Ｃを算出する。さらに、上記ターボ回転数変化量Ａからターボ回転数の経時劣化量Ｃを差し引いた値［Ａ−Ｃ］を算出する。
【００６１】
そして、その算出値［Ａ−Ｃ］と、上記ステップＳＴ１０８で算出されたターボ回転数の変化量Ｂとを比較し、ターボ回転数の変化量Ｂが［Ａ−Ｃ］以上である場合（現在のターボ回転数の変化量Ｂが通常範囲内であり、ステップＳＴ１０９の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合）は、ターボチャージャ１００は正常であると判定してリターンする。
【００６２】
一方、ステップＳＴ１０９の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合、つまり、ターボ回転数の変化量Ｂが［Ａ−Ｃ］よりも小さい場合（現在のターボ回転数の変化量Ｂが通常範囲外である場合）は、ターボチャージャ異常であると判定し、ＭＩＬ１３０を点灯してユーザに異常を知らせる（ステップＳＴ１１０）。
【００６３】
以上のように、この例によれば、現在のアイドル運転時のウエストゲートバルブ１２１の開閉によるターボ回転数の変化量Ｂが、ターボチャージャ経時劣化に基づいて想定される通常の範囲（Ａ−Ｃ）から外れている場合にはターボチャージャ異常と判定するので、オイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量が大となって、ターボチャージャ１００の経時劣化（ターボ回転数低下）が想定以上になった場合には、ターボチャージャ１００が異常であると判定することができる。そして、ターボチャージャ異常と判定した場合にはＭＩＬ（警告ランプ）１３０を点灯しているので、ユーザに対してディーラ等での点検・修理等を促すことができる。これによってターボチャージャ（エンジン）の故障を未然に防止することが可能になる。
【００６４】
また、この例では、「エンジン１の水温が完全暖機温度以上であること」、「自動変速機３０２の変速段がニュートラルポジションまたはパーキングポジションであること」及び「アイドル運転時であること」を条件として、ターボチャージャ異常であるか否かを判定しているので、車両の走行（ドライバビリティ）等に関係ない状況のときに異常判定を行うことができる。さらに、エンジン１の回転が安定している状態で、ウエストゲートバルブ１２１の開閉によるターボ回転数の変化量を採取することができる。これによりターボチャージャ異常をより的確に判定することが可能になる。
【００６５】
なお、この例において、異常判定の後に、ターボチャージャ１００を修理・新品交換した場合には、その修理・交換を行った後の、エンジン１の最初のアイドル運転時などにおいて上記した初期のターボ回転数変化量Ａを取得してＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２等に記憶しておく。また、ターボチャージャ異常判定に用いる走行距離をイニシャライズしておくことにより、修理・交換後のターボチャージャ１００について異常判定を行うようにしてもよい。
【００６６】
−他の実施形態−
以上の例では、車両の工場出荷時において、初期のターボ回転数変化量Ａを取得しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、工場出荷後であって、ディーラ等においてエンジン１をアイドル運転している状況のときに、初期のターボ回転数変化量Ａを取得するようにしてもよい。この場合も、エンジン１が完全暖機状態になった後にウエストゲートバルブ１２１を開閉操作し、そのウエストゲートバルブ１２１が閉（全閉状態）のときのターボ回転数（ターボ回転数センサ３１の出力信号から採取）と、ウエストゲートバルブ１２１が開（全開状態）のときのターボ回転数との差（ターボ回転数変化量）を、初期のターボ回転数変化量ＡとしてＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２等に記憶するようにすればよい。
【００６７】
以上の例では、図５のマップを参照してターボ回転数の経時劣化量Ｃを求めて、ターボチャージャ異常の判定に用いる［Ａ−Ｃ］を算出しているが、これに限定されない。例えば、走行距離（またはエンジン運転時間の積算値）をパラメータとして［Ａ−Ｃ］自体を求めるマップを実験・シミュレーション等によって作成して記憶しておき、現在の走行距離（またはエンジン運転時間の積算値）に基づいて上記マップを参照して［Ａ−Ｃ］を算出するようにしてもよい。
【００６８】
以上の例では、ＥＧＲ装置を備えたエンジンに装備されたターボチャージャに本発明を適用した例について説明したが、これに限られることなく、ＥＧＲ装置を備えていないエンジンに装備されるターボチャージャにも本発明は適用可能である。
【００６９】
以上の例では、４気筒のガソリンエンジンに装備されたターボチャージャに本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、例えば６気筒ガソリンエンジンなど他の任意の気筒数のガソリンエンジンに装備されるターボチャージャにも適用可能である。また、ポート噴射型ガソリンエンジンに限られることなく、筒内直噴型ガソリンエンジンに装備されるターボチャージャにも本発明は適用可能である。
【００７０】
以上の例では、ガソリンエンジンに装備されたターボチャージャに本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、ディーゼルエンジンに装備されるターボチャージャにも適用可能である。
【００７１】
以上の例では、トルクコンバータ及び自動変速機等を備えた車両に搭載されるターボチャージャに本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、クラッチ装置（手動クラッチ）及び手動変速機等を備えた車両に搭載されるターボチャージャや、自動クラッチ装置及び自動化マニュアルトランスミッション等を備えた車両に搭載されるターボチャージャにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、車載の内燃機関（エンジン）に装備されるターボチャージャに利用可能であり、さらに詳しくは、ターボチャージャの異常判定に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１ エンジン
３ 吸気通路
４ 排気通路
２２ シフトポジションセンサ
２３ 水温センサ
３１ ターボ回転数センサ
３２ 走行距離センサ
１００ ターボチャージャ
１０１ タービンホイール
１０２ コンプレッサインペラ
１２０ 排気バイパス通路
１２１ ウエストゲートバルブ
１２２ ＷＧＶアクチュエータ
１３０ ＭＩＬ（警告ランプ）
２００ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に装備されるターボチャージャの異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）には、排気エネルギを利用したターボチャージャ（過給機）が装備されている。ターボチャージャは、一般に、エンジンの排気通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイールと、吸気通路内の空気を強制的にエンジンの燃焼室へと送り込むコンプレッサインペラと、これらタービンホイールとコンプレッサインペラとを連結する連結シャフトと、この連結シャフトを支持するベアリング（ターボベアリング）とを備えている。このような構造のターボチャージャにおいては、排気通路に配置のタービンホイールが排気のエネルギによって回転し、これにともなって吸気通路に配置のコンプレッサインペラが回転することによって吸入空気が過給され、エンジンの各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。
【０００３】
この種のターボチャージャにおいて、過給圧を制御する方法として、例えば、タービンホイールをバイパスする排気バイパス通路を設けるとともに、その排気バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブを設け、このウエストゲートバルブの開度を調整し、タービンホイールをバイパスする排気ガス量を調整することによって過給圧を制御する方法がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０５６８４３号公報
【特許文献２】特開２００９−２２８６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エンジンに装備されるターボチャージャにあっては、ターボチャージャの高回転時等においてターボベアリングが高温にさらされると、潤滑オイルのオイル成分がコーキング（炭化）しやすくなる。オイルコーキングが発生すると、ターボベアリングのフリクションが大きくなり、また、オイルコーキング物（塊）によってベアリング内周部が磨耗する場合がある。このようなオイルコーキングやベアリングの磨耗（劣化）は、運転時間（走行距離）の増大にともなって大きくなる傾向にあり、さらに、過度の加速や長時間の高速運転などのハードな運転が行われると劣化度合いが高くなる。そして、そのような劣化量つまりオイルコーキングの発生量やベアリングの磨耗量が大となると、ターボチャージャの過給効率の低下（排圧の上昇）につながり、エンジンの出力低下及び燃費（燃料消費率）悪化が懸念される。さらに、ドライバビリティが悪化するおそれもある。
【０００６】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、エンジンに装備されるターボチャージャにおいて、ベアリングのオイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量の増大に起因するターボチャージャ異常を的確に判定することが可能な異常判定装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、車載の内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの上流側と下流側とを連通する排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路に設けられたウエストゲートバルブとを備えたターボチャージャの異常を判定する異常判定装置を前提としており、このようなターボチャージャの異常判定装置において、前記内燃機関のアイドル運転時に前記ウエストゲートバルブを開閉し、そのウエストゲートバルブ開閉による前記ターボチャージャの回転数の変化量が、当該ターボチャージャの経時劣化に基づいて想定される通常の範囲外である場合はターボチャージャ異常と判定する異常判定手段を備えていることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、現在のアイドル運転時のウエストゲートバルブ開閉によるターボチャージャ回転数の変化量が、経時劣化（具体的には、通常運転状態での経時劣化）に基づいて想定される通常の範囲外である場合はターボチャージャ異常と判定するので、オイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量が大となって、ターボチャージャの経時劣化（ターボ回転数低下）が想定以上になった場合には、ターボチャージャが異常であると判定することができる。そして、ターボチャージャ異常と判定した場合には、例えば、警告ランプ（ＭＩＬ）を点灯し、ユーザに対して異常を知らせてディーラ等での点検・修理等を促すことによって、ターボチャージャ（エンジン）の故障を未然に防止することができる。
【０００９】
本発明において、ターボチャージャ異常判定の具体的な構成として、初期のアイドル運転時のウエストゲートバルブ開閉でのターボチャージャ回転数の変化量をＡ、アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量をＣ、現在のアイドル運転時のウエストゲートバルブ開閉によるターボチャージャ回転数の変化量をＢとすると、［Ａ−Ｃ＞Ｂ］である場合、つまり、現在のターボチャージャ回転数の変化量Ｂが通常の範囲［Ａ−Ｃ］よりも小さい場合にはターボチャージャ異常であると判定する、という構成を挙げることができる。
【００１０】
この場合、上記ターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃについては、初期（出荷時等）からの車両の走行距離に応じて、アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量を予測（想定）した値が設定されたマップを用い、現在の走行距離に基づいて上記マップからターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを求めるようにしてもよい。また、初期（出荷時等）からの機関運転時間の積算値に応じて、アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量を予測（想定）した値が設定されたマップを用い、現在の走行距離に基づいて上記マップからターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを求めるようにしてもよい。
【００１１】
ここで、本発明において、ターボチャージャ異常判定のためのウエストゲートバルブ開閉操作を、アイドル運転時に行う理由は、走行時のドライバビリティなどに影響を与えないようにするためである。さらに、アイドル運転時には、後述するＩＳＣ制御等によって機関回転（エンジン回転）が安定しているので、アイドル運転時の異常判定を行うことにより、ウエストゲートバルブ開閉によるターボ回転数の変化量を安定して取得することができ、ターボチャージャ異常をより的確に判定することができる。
【００１２】
なお、このようなアイドル運転時の条件に加えて、「内燃機関の冷却水温が完全暖機温度以上であること」という条件を設定してもよいし、さらに、「内燃機関に連結される変速機の変速段がニュートラルポジションまたはパーキングポジションであること」を条件に加えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ベアリングのオイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量の増大に起因するターボチャージャ異常を的確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用するターボチャージャが搭載されたエンジンの一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明を適用するターボチャージャの一例を示す縦断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】ＥＣＵが実行するターボチャージャ異常判定処理の内容を示すフローチャートである。
【図５】ターボ回転数の経時劣化量Ｃを求めるためのマップである。
【図６】アイドル運転時にウエストゲートバルブを開閉した際のターボ回転数の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
−エンジン−
この例のエンジン１は、車両に搭載される４気筒ガソリンエンジンである。エンジン１には、各気筒ごとに吸気ポート（図示せず）が設けられており、その各吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ２（図３参照）が配置されている。また、エンジン１の各気筒（燃焼室）には点火プラグ（図示せず）が配置されている。点火プラグの点火タイミングはイグナイタ２０（図３参照）によって調整される。イグナイタ２０は後述するＥＣＵ２００によって制御される。
【００１７】
図１に示すように、エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１０はトルクコンバータ３０１介して自動変速機（ＡＴ）３０２に連結されており、この自動変速機３０２においてエンジン１と駆動輪との間の変速比が自動的に変速されて、デファレンシャルギヤ及びドライブシャフト等を介して駆動輪に伝達されるようになっている。クランクシャフト１０の近傍には、クランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）２１が配置されている。クランクポジションセンサ２１の出力信号はＥＣＵ２００に入力される。
【００１８】
なお、自動変速機３０２については、クラッチ及びブレーキなどの摩擦係合装置と遊星歯車装置とを用いてギヤ段を設定する有段式（遊星歯車式）の自動変速機であってもよいし、変速比を無段階に調整するベルト式無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）などであってもよい。
【００１９】
エンジン１には、各気筒に吸入空気を分配するためのインテークマニホールド１１と、各気筒から排出される排気ガスを集合させるエキゾーストマニホールド１２とが接続されている。
【００２０】
インテークマニホールド１１には、空気を大気中から取り込んで当該インテークマニホールド１１に導くための吸気通路３が接続されている。吸気通路３には、吸入空気（新気）を濾過するエアクリーナ７、エアフロメータ２４、後述するターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２、ターボチャージャ１００での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６、及び、スロットルバルブ５などが配置されている。また、インテークマニホールド１１に、吸気温センサ２７及びインマニ圧センサ２８が配置されている。
【００２１】
エアフロメータ２４は、吸入空気量（新規空気量）を検出する。吸気温センサ２７は、インタークーラ６にて冷却された後であって、エンジン１に吸入される前の空気の温度（吸気温）を検出する。インマニ圧センサ２８は、インテークマニホールド１１内の圧力つまり過給圧（吸気圧）を検出する。
【００２２】
スロットルバルブ５のスロットル開度はＥＣＵ２００によって駆動制御される。具体的には、クランクポジションセンサ２１の出力信号から算出されるエンジン回転数、及び、ドライバのアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）等のエンジン１の運転状態に応じた最適な吸入空気量（目標吸気量）が得られるようにスロットルバルブ５のスロットル開度を制御している。より詳細には、スロットル開度センサ２５を用いてスロットルバルブ５の実際のスロットル開度を検出し、その実スロットル開度が、上記目標吸気量が得られるスロットル開度（目標スロットル開度）に一致するようにスロットルバルブ５のスロットルモータ５１をフィードバック制御している。
【００２３】
このようなスロットルバルブ５の制御システムは、「電子スロットルシステム」と称されており、アイドル運転時などにおいて、ドライバのアクセルペダルの操作とは独立してスロットル開度を制御することができる。例えば、ＥＣＵ２００は、アイドル運転時の実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数に一致するようにスロットルバルブ５の開度を調整してエンジン１への吸入空気量をフィードバック制御する、いわゆるＩＳＣ（Ｉｄｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を実行する。こうしたＩＳＣ制御を実行することにより、アイドル運転時のエンジン回転数を一定に保つことができる。
【００２４】
一方、エキゾーストマニホールド１２には排気通路４が接続されている。排気通路４には、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１が配置されている。また、排気通路４には、タービンホイール１０１の下流側（排気流れの下流側）に三元触媒９が配置されている。三元触媒９においては、エンジン１の燃焼室から排気通路４に排気された排気ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化及びＮＯｘの還元が行われ、それらを無害なＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2とすることで排気ガスの浄化が図られている。
【００２５】
三元触媒９の上流側（排気流れの上流側）の排気通路４に空燃比（Ａ／Ｆ）センサ２９が配置されている。空燃比センサ２９は、空燃比に対してリニアな特性を示すセンサである。また、三元触媒９の下流側の排気通路４にはＯ2センサ３０が配置されている。Ｏ2センサ３０は、排気ガス中の酸素濃度に応じて起電力を発生するものであって、理論空燃比に相当する電圧（比較電圧）よりも出力が高いときはリッチと判定し、逆に比較電圧よりも出力が低いときはリーンと判定する。
【００２６】
−ターボチャージャ−
エンジン１には、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ（過給機）１００が装備されている。
【００２７】
ターボチャージャ１００は、図１及び図２に示すように、排気通路４に配置されたタービンホイール１０１、吸気通路３に配置されたコンプレッサインペラ１０２、これらタービンホイール１０１とコンプレッサインペラ１０２とを回転一体に連結する連結シャフト１０３、及び、連結シャフト１０３を支持するフローティングベアリング１０４，１０４などによって構成されており、排気通路４に配置のタービンホイール１０１が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路３に配置のコンプレッサインペラ１０２が回転する。そして、コンプレッサインペラ１０２の回転により吸入空気が過給され、エンジン１の各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。なお、連結シャフト１０３を支持するベアリングは他の形式のベアリングであってもよい。
【００２８】
タービンホイール１０１はタービンハウジング１１１内に収容されており、コンプレッサインペラ１０２はコンプレッサハウジング１１２内に収容されている。また、連結シャフト１０３を支持するフローティングベアリング１０４，１０４はセンターハウジング１１３内に収容されており、このセンターハウジング１１３の両側に上記タービンハウジング１１１とコンプレッサハウジング１１２とが取り付けられている。
【００２９】
この例のターボチャージャ１００には、タービンホイール１０１（またはコンプレッサインペラ１０２等）の回転数（ターボ回転数）に応じた信号を出力するターボ回転数センサ３１が配置されている。このターボ回転数センサ３１の出力信号はＥＣＵ２００に入力される。
【００３０】
また、この例のターボチャージャ１００には、図１に示すように、タービンホイール１０１の上流側と下流側とを連通（タービンホイール１０１をバイパス）する排気バイパス通路１２０と、この排気バイパス通路１２０を開閉するウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）１２１とが設けられており、そのウエストゲートバルブ１２１の開度を調整し、タービンホイール１０１をバイパスする排気ガス量を調整することにより過給圧を制御することができる。ＷＧＶアクチュエータ１２２の駆動（ウエストゲートバルブ１２１の開閉）はＥＣＵ２００によって制御される。
【００３１】
なお、ＷＧＶアクチュエータ１２２は、負圧源から供給される負圧を動力源として作動する負圧アクチュエータであってもよいし、正圧アクチュエータであってもよい。また、ＷＧＶアクチュエータ１２２は、電動モータを駆動源とする電動式アクチュエータなど、他の形式（駆動源）のアクチュエータであってもよい。
【００３２】
−ＥＧＲ装置−
また、エンジン１にはＥＧＲ装置８が装備されている。ＥＧＲ装置８は、吸入空気に排気ガスの一部を導入することで、気筒内（燃焼室内）の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させる装置である。
【００３３】
ＥＧＲ装置８は、図１に示すように、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１よりも上流側（排気ガス流れの上流）の排気通路４と、インタークーラ６（ターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２）の下流側（吸入空気流れの下流側）の吸気通路３とを連通するＥＧＲ通路８１、このＥＧＲ通路８１に設けられたＥＧＲクーラ８２及びＥＧＲバルブ８３などによって構成されている。そして、このような構成のＥＧＲ装置８において、ＥＧＲバルブ８３の開度を調整することにより、ＥＧＲ率［ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋吸入空気量（新規空気量））（％）］を変更することができ、排気通路４から吸気通路３に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。
【００３４】
なお、ＥＧＲ装置８には、ＥＧＲクーラ８２をバイパスするＥＧＲバイパス通路及びＥＧＲバイパス切替バルブを設けておいてもよい。
【００３５】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００は、図３に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３、及び、バックアップＲＡＭ２０４などを備えている。
【００３６】
ＲＯＭ２０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００３７】
以上のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及びバックアップＲＡＭ２０４は、バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５及び出力インターフェース２０６と接続されている。
【００３８】
入力インターフェース２０５には、クランクポジションセンサ２１、水温センサ２３、エアフロメータ２４、スロットル開度センサ２５、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ２６、吸気温センサ２７、インマニ圧センサ（過給圧センサ）２８、空燃比センサ２９、Ｏ2センサ３０、及び、ターボチャージャ１００の回転数（ターボ回転数）を検出するターボ回転数センサ３１、車両の走行距離を検出するための走行距離センサ３２などの各種センサ類が接続されている。また、入力インターフェース２０５には、自動変速機３０２のシフト位置（前進走行ポジション、リバースポジション、ニュートラルポジション、及び、パーキングポジションなお）を検出するシフトポジションセンサ２２が接続されている。なお、車両の走行距離については、車速センサや車輪速センサの出力信号に基づいて算出するようにしてもよい。
【００３９】
出力インターフェース２０６には、インジェクタ２、点火プラグのイグナイタ２０、及び、スロットルバルブ５のスロットルモータ５１、ウエストゲートバルブ１２１を開閉駆動するＷＧＶアクチュエータ１２２、及び、後述するターボチャージャ異常をユーザに知らせるためのＭＩＬ（Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ Ｌａｍｐ）１３０などが接続されている。ＭＩＬ１３０は、車室内のメータパネル上に配置されている。
【００４０】
そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射量制御（インジェクタ２の開閉制御）、点火プラグ３の点火時期制御、及び、スロットルバルブ５のスロットルモータ５１の駆動制御（吸入空気量制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ２００は、下記の「ターボチャージャの異常判定処理」を実行する。
【００４１】
以上のＥＣＵ２００及びターボ回転数センサ３１などによって、本発明のターボチャージャの異常判定装置が実現される。
【００４２】
−ターボチャージャの異常判定処理−
まず、上述したようにエンジンに装備されるターボチャージャにあっては、ターボチャージャの高回転時等においてターボベアリング（１０４）が高温にさらされると、潤滑オイルのオイル成分がコーキング（炭化）しやすくなる。オイルコーキングが発生すると、ターボベアリング（１０４）のフリクションが大きくなり、また、オイルコーキング物（塊）によってベアリング内周部が磨耗する場合がある。このようなオイルコーキングやベアリングの磨耗（劣化）は、運転時間の増大にともなって大きくなる傾向にあり、さらに過度の加速や長期の高速運転などのハードな運転が行われると劣化度合いが高くなる。そして、そのような劣化量つまりオイルコーキングの発生量やベアリングの磨耗量が大となると、ターボチャージャの過給効率の低下（排圧の上昇）につながり、エンジンの出力低下及び燃費悪化が懸念される。さらにドライバビリティが悪化するおそれもある。
【００４３】
そのような点を考慮して、この例では、ベアリングのオイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量の増大に起因するターボチャージャ異常を判定可能にすることを特徴している。その具体的な判定処理の一例について図４を参照して説明する。
【００４４】
図４のターボチャージャ異常判定処理を説明する前に、「判定手法」、判定処理に用いる「初期のターボ回転数変化量Ａ」及び「ターボ回転数の経時劣化量Ｃ」などについて説明する。
【００４５】
＜判定手法＞
この例では、ウエストゲートバルブ１２１を開閉したときに、ターボチャージャ１００の回転数（ターボ回転数）が変化する点を利用しており、エンジン１のアイドル運転時にウエストゲートバルブ１２１を開閉し、そのウエストゲートバルブ１２１の開閉によるターボチャージャ１００の回転数の変化量（以下、ターボ回転数変化量ともいう）をモニタする。そして、そのターボ回転数の変化量が、経時劣化（通常運転状態での経時劣化）に基づいて想定される通常の範囲外になった場合に、ターボチャージャ異常であると判定するようにしている。
【００４６】
＜初期のターボ回転数変化量Ａ＞
初期のターボ回転数変化量Ａについては下記の処理にて設定する。
【００４７】
例えば、車両の出荷時（工場）においてエンジン１のアイドル運転を行い、エンジン１が完全暖機状態になった後にウエストゲートバルブ１２１を開閉操作し、その開閉操作時においてウエストゲートバルブ１２１が閉（全閉状態）のときのターボ回転数（ターボ回転数センサ３１の出力信号から採取）と、ウエストゲートバルブ１２１が開（全開状態）のときのターボ回転数との差（ターボ回転数変化量）を、初期のターボ回転数変化量ＡとしてＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２などに記憶しておく。
【００４８】
＜ターボ回転数の経時劣化量Ｃ＞
ターボ回転数の経時劣化量Ｃについては下記の処理にて設定する。
【００４９】
車両の走行距離をパラメータとして、予め実験・シミュレーション等によって、初期（出荷時等）からの通常運転状態での経時劣化量（上記したコーキングの発生量及びベアリングの磨耗量の経時劣化量）を、走行距離に基づいて予測してターボ回転数の経時劣化量（想定量）Ｃを取得し、その走行距離に応じたターボ回転数の経時劣化量Ｃをマップ化して、図５に示すようなマップを作成する。そして、車両の走行距離に基づいて図５のマップからターボ回転数の経時劣化量Ｃを求めるようにする。図５に示すマップはＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２内に記憶しておく。
【００５０】
上記通常運転状態とは、過度の加速や長時間の高速運転など、ターボチャージャ１００の回転数が過度になるような状況を除いた運転状態のことである。
【００５１】
なお、以上のような車両の走行距離をパラメータとするマップに替えて、初期（出荷時等）からのエンジン１の運転時間の積算時間に応じて上記ターボ回転数の経時劣化量を予測した値が設定されたマップを用いて、ターボ回転数の経時劣化量Ｃを求めるようにしてもよい。このようにエンジン１の運転時間の積算時間をパラメータとする場合も、上記した走行距離をパラメータとする場合と同様な処理にてマップを作成すればよい。
【００５２】
次に、この例のターボチャージャ異常判定処理について図４のフローチャートを参照すて説明する。図４の制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎に繰り返して実行される。
【００５３】
ステップＳＴ１０１では、水温センサ２３の出力信号から得られるエンジン１の水温が完全暖機温度以上であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０１の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合はステップＳＴ１０２に進む。なお、「完全暖機温度」とは、エンジン１が完全に暖機した状態にあるときの水温のことである。
【００５４】
ステップＳＴ１０２では、シフトポジションセンサ２２の出力信号に基づいて、エンジン１が連結されている自動変速機３０２の変速段が「ニュートラルポジション」または「パーキングポジション」であるか否かを判定する。その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０２の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合はステップＳＴ１０３に進む。
【００５５】
ステップＳＴ１０３では、アイドル運転時（ＩＳＣ制御時）であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合はリターンする。ステップＳＴ１０３の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（アイドル運転時である場合）はステップＳＴ１０４に進む。なお、アイドル運転時には、ウエストゲートバルブ１２１が開状態（全開状態）に設定される。
【００５６】
次に、ステップＳＴ１０４において、図６に示すように、ウエストゲートバルブ１２１を閉じ（全閉状態）、そのＷＧＶ閉中においてターボ回転数センサ３１の出力信号からターボ回転数Ｎｔ１を採取する（ステップＳＴ１０５）。
【００５７】
さらに、ステップＳＴ１０６において、図６に示すように、ウエストゲートバルブ１２１を開き（全開状態）、そのＷＧＶ開中においてターボ回転数センサ３１の出力信号からターボ回転数Ｎｔ２を採取する（ステップＳＴ１０７）。
【００５８】
ステップＳＴ１０８では、上記ステップＳＴ１０５で採取したターボ回転数Ｎｔ１と、ステップＳＴ１０７で採取したターボ回転数Ｎｔ２とを用いて、図６に示すターボ回転数の変化量、つまり、現在のアイドル運転時におけるウエストゲートバルブ１２１の開閉によるターボ回転数の変化量Ｂ［Ｂ＝Ｔｎ１−Ｔｎ２］を算出する。その後にステップＳＴ１０９に進む。
【００５９】
なお、上記ステップＳＴ１０４〜ステップＳＴ１０６の間において、ウエストゲートバルブ１２１を閉じる期間（ＷＧＶ閉期間：図６参照）は、ターボ回転数Ｎｔ１（ターボ回転数の変化量Ｂ）を的確に計測できる程度の時間（例えば、１秒程度）とする。
【００６０】
ステップＳＴ１０９では、上記した初期のターボ回転数変化量ＡをＲＯＭ２０２から読み出すとともに、走行距離センサ３２の出力信号から得られる現在の走行距離に基づいて図５のマップを参照してターボ回転数の経時劣化量Ｃを算出する。さらに、上記ターボ回転数変化量Ａからターボ回転数の経時劣化量Ｃを差し引いた値［Ａ−Ｃ］を算出する。
【００６１】
そして、その算出値［Ａ−Ｃ］と、上記ステップＳＴ１０８で算出されたターボ回転数の変化量Ｂとを比較し、ターボ回転数の変化量Ｂが［Ａ−Ｃ］以上である場合（現在のターボ回転数の変化量Ｂが通常範囲内であり、ステップＳＴ１０９の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合）は、ターボチャージャ１００は正常であると判定してリターンする。
【００６２】
一方、ステップＳＴ１０９の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合、つまり、ターボ回転数の変化量Ｂが［Ａ−Ｃ］よりも小さい場合（現在のターボ回転数の変化量Ｂが通常範囲外である場合）は、ターボチャージャ異常であると判定し、ＭＩＬ１３０を点灯してユーザに異常を知らせる（ステップＳＴ１１０）。
【００６３】
以上のように、この例によれば、現在のアイドル運転時のウエストゲートバルブ１２１の開閉によるターボ回転数の変化量Ｂが、ターボチャージャ経時劣化に基づいて想定される通常の範囲（Ａ−Ｃ）から外れている場合にはターボチャージャ異常と判定するので、オイルコーキング発生量とベアリングの磨耗量が大となって、ターボチャージャ１００の経時劣化（ターボ回転数低下）が想定以上になった場合には、ターボチャージャ１００が異常であると判定することができる。そして、ターボチャージャ異常と判定した場合にはＭＩＬ（警告ランプ）１３０を点灯しているので、ユーザに対してディーラ等での点検・修理等を促すことができる。これによってターボチャージャ（エンジン）の故障を未然に防止することが可能になる。
【００６４】
また、この例では、「エンジン１の水温が完全暖機温度以上であること」、「自動変速機３０２の変速段がニュートラルポジションまたはパーキングポジションであること」及び「アイドル運転時であること」を条件として、ターボチャージャ異常であるか否かを判定しているので、車両の走行（ドライバビリティ）等に関係ない状況のときに異常判定を行うことができる。さらに、エンジン１の回転が安定している状態で、ウエストゲートバルブ１２１の開閉によるターボ回転数の変化量を採取することができる。これによりターボチャージャ異常をより的確に判定することが可能になる。
【００６５】
なお、この例において、異常判定の後に、ターボチャージャ１００を修理・新品交換した場合には、その修理・交換を行った後の、エンジン１の最初のアイドル運転時などにおいて上記した初期のターボ回転数変化量Ａを取得してＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２等に記憶しておく。また、ターボチャージャ異常判定に用いる走行距離をイニシャライズしておくことにより、修理・交換後のターボチャージャ１００について異常判定を行うようにしてもよい。
【００６６】
−他の実施形態−
以上の例では、車両の工場出荷時において、初期のターボ回転数変化量Ａを取得しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、工場出荷後であって、ディーラ等においてエンジン１をアイドル運転している状況のときに、初期のターボ回転数変化量Ａを取得するようにしてもよい。この場合も、エンジン１が完全暖機状態になった後にウエストゲートバルブ１２１を開閉操作し、そのウエストゲートバルブ１２１が閉（全閉状態）のときのターボ回転数（ターボ回転数センサ３１の出力信号から採取）と、ウエストゲートバルブ１２１が開（全開状態）のときのターボ回転数との差（ターボ回転数変化量）を、初期のターボ回転数変化量ＡとしてＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２等に記憶するようにすればよい。
【００６７】
以上の例では、図５のマップを参照してターボ回転数の経時劣化量Ｃを求めて、ターボチャージャ異常の判定に用いる［Ａ−Ｃ］を算出しているが、これに限定されない。例えば、走行距離（またはエンジン運転時間の積算値）をパラメータとして［Ａ−Ｃ］自体を求めるマップを実験・シミュレーション等によって作成して記憶しておき、現在の走行距離（またはエンジン運転時間の積算値）に基づいて上記マップを参照して［Ａ−Ｃ］を算出するようにしてもよい。
【００６８】
以上の例では、ＥＧＲ装置を備えたエンジンに装備されたターボチャージャに本発明を適用した例について説明したが、これに限られることなく、ＥＧＲ装置を備えていないエンジンに装備されるターボチャージャにも本発明は適用可能である。
【００６９】
以上の例では、４気筒のガソリンエンジンに装備されたターボチャージャに本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、例えば６気筒ガソリンエンジンなど他の任意の気筒数のガソリンエンジンに装備されるターボチャージャにも適用可能である。また、ポート噴射型ガソリンエンジンに限られることなく、筒内直噴型ガソリンエンジンに装備されるターボチャージャにも本発明は適用可能である。
【００７０】
以上の例では、ガソリンエンジンに装備されたターボチャージャに本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、ディーゼルエンジンに装備されるターボチャージャにも適用可能である。
【００７１】
以上の例では、トルクコンバータ及び自動変速機等を備えた車両に搭載されるターボチャージャに本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、クラッチ装置（手動クラッチ）及び手動変速機等を備えた車両に搭載されるターボチャージャや、自動クラッチ装置及び自動化マニュアルトランスミッション等を備えた車両に搭載されるターボチャージャにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、車載の内燃機関（エンジン）に装備されるターボチャージャに利用可能であり、さらに詳しくは、ターボチャージャの異常判定に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１ エンジン
３ 吸気通路
４ 排気通路
２２ シフトポジションセンサ
２３ 水温センサ
３１ ターボ回転数センサ
３２ 走行距離センサ
１００ ターボチャージャ
１０１ タービンホイール
１０２ コンプレッサインペラ
１２０ 排気バイパス通路
１２１ ウエストゲートバルブ
１２２ ＷＧＶアクチュエータ
１３０ ＭＩＬ（警告ランプ）
２００ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載の内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの上流側と下流側とを連通する排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路に設けられたウエストゲートバルブとを備えたターボチャージャの異常を判定するターボチャージャの異常判定装置であって、
前記内燃機関のアイドル運転時に前記ウエストゲートバルブを開閉し、そのウエストゲートバルブ開閉による前記ターボチャージャの回転数の変化量が、当該ターボチャージャの経時劣化に基づいて想定される通常の範囲外である場合はターボチャージャ異常と判定する異常判定手段を備えていることを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
【請求項２】
請求項１記載にターボチャージャの異常判定装置において、
初期のアイドル運転時の前記ウエストゲートバルブ開閉でのターボチャージャ回転数の変化量をＡ、アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量をＣ、現在のアイドル運転時の前記ウエストゲートバルブ開閉によるターボチャージャ回転数の変化量をＢとすると、［Ａ−Ｃ＞Ｂ］である場合はターボチャージャ異常であると判定することを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
【請求項３】
請求項２記載のターボチャージャの異常判定装置において、
車両の走行距離に応じて前記アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを予測した値が設定されたマップを用い、現在の走行距離に基づいて前記マップから前記ターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを求めることを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
【請求項４】
請求項２記載のターボチャージャの異常判定装置において、
機関運転時間の積算時間に応じて前記アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを予測した値が設定されたマップを用い、現在の走行距離に基づいて前記マップから前記ターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを求めることを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のターボチャージャの異常判定装置において、
ターボチャージャ異常であると判定した場合には、警告ランプを点灯することを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
【請求項１】
車載の内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサインペラと、前記内燃機関の排気通路に設けられたタービンホイールと、前記タービンホイールの上流側と下流側とを連通する排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路に設けられたウエストゲートバルブとを備えたターボチャージャの異常を判定するターボチャージャの異常判定装置であって、
前記内燃機関のアイドル運転時に前記ウエストゲートバルブを開閉し、そのウエストゲートバルブ開閉による前記ターボチャージャの回転数の変化量が、当該ターボチャージャの経時劣化に基づいて想定される通常の範囲外である場合はターボチャージャ異常と判定する異常判定手段を備えていることを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
【請求項２】
請求項１記載にターボチャージャの異常判定装置において、
初期のアイドル運転時の前記ウエストゲートバルブ開閉でのターボチャージャ回転数の変化量をＡ、アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量をＣ、現在のアイドル運転時の前記ウエストゲートバルブ開閉によるターボチャージャ回転数の変化量をＢとすると、［Ａ−Ｃ＞Ｂ］である場合はターボチャージャ異常であると判定することを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
【請求項３】
請求項２記載のターボチャージャの異常判定装置において、
車両の走行距離に応じて前記アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを予測した値が設定されたマップを用い、現在の走行距離に基づいて前記マップから前記ターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを求めることを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
【請求項４】
請求項２記載のターボチャージャの異常判定装置において、
機関運転時間の積算時間に応じて前記アイドル運転時におけるターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを予測した値が設定されたマップを用い、現在の走行距離に基づいて前記マップから前記ターボチャージャ回転数の経時劣化量Ｃを求めることを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のターボチャージャの異常判定装置において、
ターボチャージャ異常であると判定した場合には、警告ランプを点灯することを特徴とするターボチャージャの異常判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１９３１９（Ｐ２０１３−１９３１９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３２００（Ｐ２０１１−１５３２００）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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