内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、ターボチャージャの運転状況によらず、ウェイストゲートバルブの動作状態の判断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。
【解決手段】内燃機関１０の１サイクルにおいて、ツインエントリ型のターボチャージャに接続された片方の排気通路１８には、＃２及び＃３気筒の爆発行程により３６０°ＣＡごとに周期をもつ排気脈動が生じる（図２（ａ）細線）。排気通路１８の内部圧力は、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時には３６０°ＣＡごとにピーク特性を示すのに対し、閉弁時には＃２及び＃３気筒の爆発行程による影響を受けるため、１８０°ＣＡごとにピーク特性を示す（図２（ａ）太線）。これらのピーク特性を排気通路１６に配置した圧力センサ３２により取得し、ウェイストゲートバルブ３０の動作状態の判断を行う。
【解決手段】内燃機関１０の１サイクルにおいて、ツインエントリ型のターボチャージャに接続された片方の排気通路１８には、＃２及び＃３気筒の爆発行程により３６０°ＣＡごとに周期をもつ排気脈動が生じる（図２（ａ）細線）。排気通路１８の内部圧力は、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時には３６０°ＣＡごとにピーク特性を示すのに対し、閉弁時には＃２及び＃３気筒の爆発行程による影響を受けるため、１８０°ＣＡごとにピーク特性を示す（図２（ａ）太線）。これらのピーク特性を排気通路１６に配置した圧力センサ３２により取得し、ウェイストゲートバルブ３０の動作状態の判断を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、複数のタービン入口を有するターボチャージャ付き内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、タービンスクロール部を２つの排気通路で構成し、このうちの一部の排気通路に配置された制御弁の故障を検出する過給機付き内燃機関が開示されている。この制御弁は、２つの排気通路を連通・遮断することを目的として設けられ、マップの開閉領域に対応して制御されるが、故障をしてしまうと、ターボチャージャに所望量の排気ガス供給することができない。例えば、マップは閉領域であるにも拘らず制御弁が開いた状態であると、正常時に比べて過給圧の上昇度合いが低下する。したがって、この過給圧の低下を、予め定めた設定過給圧との比較で捉える。こうすることで、制御弁の故障を検知することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２８７６５号公報
【特許文献２】特開２００６−２０７５０９号公報
【特許文献３】特開２００６−３４８８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ターボチャージャ付き内燃機関の排気通路には、過給過剰となることを防止するために、排気の一部にタービンをバイパスさせるためのウェイストゲートバルブが設けられているものがある。このウェイストゲートバルブは、開閉されることにより、背圧の低減による燃費の向上や、バイパスによる排気温度の上昇を図ることが可能になる。このため、ウェイストゲートバルブについても、特許文献１の制御弁と同様、動作状態を判断し、故障検知できることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の制御弁は、過給圧の上昇度合いの低下を捉えて故障を検知している。これはつまり、過給圧が上昇するような領域でしか故障が検知できないことを示している。したがって、特許文献１の制御弁では、ターボチャージャのあらゆる運転状況において、ウェイストゲートバルブの動作状態の判断ができるとは限らなかった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ターボチャージャの運転状況によらず、ウェイストゲートバルブの動作状態の判断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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
複数の入口を備えたタービンを有するターボチャージャと、
前記ターボチャージャの上流に配置され、前記複数の入口と内燃機関の気筒群とを連通する複数の上流側排気通路と、
前記ターボチャージャの下流に配置された下流側排気通路と、
前記タービンを通らずに前記複数の上流側排気通路と前記下流側排気通路とを接続する複数のバイパス通路と、
前記複数のバイパス通路を開閉制御可能なウェイストゲートバルブと、
前記複数の上流側排気通路のうちの少なくとも１つの排気通路内及び／又は前記下流側排気通路内における排気圧力を取得する排気圧力取得手段と、
前記排気圧力に基づいて前記ウェイストゲートバルブの動作状態を判断する動作状態判断手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ウェイストゲートバルブの開閉指令情報を取得する指令情報取得手段と、
前記排気圧力の波形情報と前記開閉指令情報とに基づいて、前記ウェイストゲートバルブの故障を診断する故障診断手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記波形情報は、前記少なくとも１つの排気通路内における排気脈動の周波数であり、
前記故障診断手段は、前記排気脈動の周波数と、前記開閉指令情報に対応する理論上の周波数とを比較する周波数比較手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記周波数比較手段は、前記内燃機関の１サイクル当りの排気脈動のピーク数と理論上の排気脈動のピーク数とを比較するピーク数比較手段を備え、
前記理論上の排気脈動のピーク数は、前記ウェイストゲートバルブの開弁時では前記気筒群に含まれる全気筒数に対応し、前記ウェイストゲートバルブの閉弁時では前記気筒群に含まれる全気筒数を前記複数の入口の数で除した数に対応することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第２の発明において、
前記波形情報は前記下流側排気通路における排気脈動の振幅であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ターボチャージャの上流側の複数の排気通路のうちの少なくとも１つの排気通路内及び／又はターボチャージャの下流側の排気通路内における排気圧力に基づいてウェイストゲートバルブの動作状態を判断することができる。排気圧力は、ターボチャージャの運転状況に関係なく取得することができる。したがって、ターボチャージャの運転状況によらず、ウェイストゲートバルブの動作状態の判断ができる。
【００１３】
第２の発明によれば、ウェイストゲートバルブの開閉指令情報を取得し、排気圧力の波形情報と、開閉指令情報とからウェイストゲートバルブの故障診断をすることができる。開閉指令情報は、排気圧力の波形情報と同様、ターボチャージャの運転状況に関係なく取得することができる。したがって、ターボチャージャの運転状況によらず、ウェイストゲートバルブの故障診断ができる。
【００１４】
第３の発明によれば、ターボチャージャ上流における排気脈動の周波数と、開閉指令情報に対応する理論上の周波数とを比較することができる。排気脈動の周波数は、ウェイストゲートバルブの実際の動作を示す指標であり、理論上の周波数は、ウェイストゲートバルブの理論上の動作を示す指標である。このため、両指標を比較することにより、ウェイストゲートバルブの故障診断を確実に行うことができる。
【００１５】
理論上の排気脈動のピーク数は、ウェイストゲートバルブの開弁時には内燃機関の気筒群に含まれる全気筒数に対応し、閉弁時にはこの気筒群に含まれる全気筒数をタービンの入口数で割った数に対応する。このため、第４の発明によれば、両ピーク数を比較することにより、ウェイストゲートバルブの故障診断を確実に行うことができる。
【００１６】
第５の発明によれば、ターボチャージャ下流における排気脈動の振幅に基づいてウェイストゲートバルブの故障診断を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１８】
実施の形態１．
[実施の形態１のシステム構成の説明]
先ず、図１を参照して、本実施の形態１に係るシステム構成について説明する。実施形態１のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、例えば車両の動力源として用いられる。内燃機関１０は、１番〜４番の気筒を有する直列４気筒型の内燃機関であり、各気筒の番号を＃１〜＃４と表記するものとする。内燃機関１０においては、クランクシャフトが２回転（＝７２０°ＣＡ）する間に＃１→＃２→＃４→＃３の順で爆発行程が行われるものとする。
【００１９】
内燃機関１０の＃１及び＃４気筒の排気ポートは、共通する排気マニホールド１２に連通している。また、内燃機関１０の＃２及び＃３気筒の排気ポートは、共通する排気マニホールド１４に連通している。これら２つの排気マニホールド１２、１４は、２つの並列に配置された排気通路１６、１８を経由してターボチャージャ２０の２つの排気入口に接続されている。ターボチャージャ２０は、ツインエントリ型のターボチャージャであり、２つの排気入口を有するタービンを備えている。ターボチャージャ２０の下流出口には、排気通路２２が接続されている。排気通路２２には、排気を浄化するための触媒２８が配置されている。
【００２０】
排気通路１６、１８には、ターボチャージャ２０を避けて排気を排気通路２２へ流すためのバイパス通路２４、２６がそれぞれ配置されている。また、バイパス通路２４、２６には、開閉制御が可能なウェイストゲートバルブ３０が配置されている。ウェイストゲートバルブ３０は、開閉制御されることにより、排気通路１６、１８と、排気通路２２とを同時に連通又は遮断するように構成されている。ウェイストゲートバルブ３０は、ターボチャージャ２０への排気の過剰過給を防止することや、始動時における触媒２８の早期暖機を達成することを目的として設けられるものである。
【００２１】
ターボチャージャ２０の上流の排気通路１８には、圧力センサ３２が配置されている。圧力センサ３２は、排気通路１８の内部圧力に応じて出力を発するように構成されている。尚、圧力センサ３２は、ターボチャージャ２０の上流の排気通路１６に配置されていても良い。
【００２２】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述したセンサ、アクチュエータ等が接続されている。ＥＣＵ５０は、これらのセンサの出力等に基づいて、ウェイストゲートバルブ３０の開度等を制御するよう構成されている。
【００２３】
図２は、タービン上流における排気脈動を説明するための図である。図２の横軸は、クランク角（ＣＡ）を示し、７２０°ＣＡが内燃機関１０の１サイクルに対応するものとする。また、図２の（ａ）で示す２つの波形は＃２、＃３気筒由来の排気脈動、すなわち圧力センサ３２により取得される排気通路１８の内部圧力の変化を示すものとする。また、図２（ｂ）で示す２つの波形は＃１、＃４気筒由来の排気脈動は、排気通路１６の内部圧力の変化を示すものとする。また、図２（ａ）又は（ｂ）において、細線で示す波形はウェイストゲートバルブ（Ｗ／Ｇ）を閉弁したときの圧力変化を、一方、太線で示す波形は開弁したときの圧力変化をそれぞれ示すものとする。
【００２４】
内燃機関１０の１サイクルにおいては、＃１〜＃４気筒の爆発行程により生じた排気が排気通路１６、１８を流れる。すなわち、排気通路１６には、＃１及び＃４気筒の爆発行程により３６０°ＣＡごとに周期をもつ排気脈動が生じる。同様に、排気通路１８には、＃２及び＃３気筒の爆発行程により３６０°ＣＡごとに周期をもつ排気脈動が生じる。
【００２５】
ウェイストゲートバルブ３０が閉じている場合には、排気通路１６、１８は独立している。このため、３６０°ＣＡごとに周期をもつ排気脈動が排気通路１６、１８にそれぞれ生じる。したがって、図２（ａ）の細線で示すように、圧力センサ３２により取得される排気通路１８の内部圧力は、３６０°ＣＡごとのピーク特性を示す。また、図２（ｂ）の細線で示すように、排気通路１６の内部圧力は、３６０°ＣＡごとにピーク特性を示す。
【００２６】
一方、ウェイストゲートバルブ３０が開いている場合には、排気通路１６がバイパス通路２４、２６を介して排気通路１８と連通される。このため、＃１、＃４気筒の爆発行程により生じた排気がバイパス通路２４、２６を経由して排気通路１８を流れる排気に影響を及ぼす。したがって、図２（ａ）の太線で示すように、圧力センサ３２により取得される排気通路１８の内部圧力は、１８０°ＣＡごとのピーク特性を示すことになる。同様に、＃２、＃３気筒の爆発行程により生じた排気がバイパス通路２６、２４を経由して排気通路１６を流れる排気脈動に影響を及ぼす。したがって、図２（ｂ）の太線で示すように、排気通路１６の内部圧力は、１８０°ＣＡごとのピーク特性を示すことになる。
【００２７】
このように、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時と閉弁時とで、排気通路１６、１８の内部圧力のピーク特性が変化する。これにより、ウェイストゲートバルブ３０の動作状態の判断が可能となる。また、ウェイストゲートバルブ３０開弁時では、内部圧力の波の数（ピーク数）が気筒数と同じとなるのに対して、閉弁時では、その半分に変化する。そこで、実施形態１のシステムでは、圧力センサ３２による取得波形を内部圧力のピーク特性として用い、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うこととしている。
【００２８】
ウェイストゲートバルブ３０の故障としては、閉固着、開固着が挙げられる。例えば、ウェイストゲートバルブ３０がＥＣＵ５０によって開弁制御されているにも拘らず、圧力センサ３２による取得波形が閉弁時の波形であれば、閉固着であると判断できる。また、例えば、ウェイストゲートバルブ３０が閉弁制御されているにも拘らず、圧力センサ３２による取得波形が開弁時の波形であれば、開固着と判断できる。
【００２９】
圧力センサ３２による取得波形は、そのまま利用することでウェイストゲートバルブ３０の動作状態の判断が可能であるが、故障診断をする場合には、取得波形からピークの数を導き出して利用することが好ましい。ピークの数を利用した場合、故障診断は、例えばこのピーク数と、開閉情報に基づいて算出される理論上のピーク数とを比較することで行うことができる。
【００３０】
理論上のピーク数は、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時と、閉弁時とで異なる値を設定する。開弁時における理論上のピーク数Ｎopenは、気筒群に含まれる全気筒数に対応する値である。一方、閉弁時における理論上のピーク数Ｎcloseは、気筒群に含まれる全気筒数を、タービンの入口数で割った数に対応する値である。本実施形態では、１つの気筒群を＃１〜＃４気筒が構成しており、また、タービンの入口数は２である。このため、例えば１サイクル当りで考えれば、Ｎopenは４、Ｎcloseは２とすることができる。尚、Ｎopen、Ｎcloseは、波形のサンプリング時間に対応させて変更することが可能である。これらＮopen及びＮcloseの値は、予めＥＣＵ５０に記憶されている。
【００３１】
このように、実施形態１のシステムによれば、圧力センサ３２からの取得派形を利用して、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うことができる。言い換えれば、圧力センサ３２を用いるのみでウェイストゲートバルブ３０の故障診断ができる。したがって、実施形態１のシステムによれば、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を簡易に行うことができる。また、従来故障診断のために必要とされたリフトセンサや排気温度センサが不要となり、ウェイストゲート装置の軽量化やコストダウンを図ることも可能となる。
【００３２】
また、実施形態１のシステムによれば、ターボチャージャ２０の作動状態と関係なく、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うことができる。すなわち、ターボチャージャ２０に対する過給要求の有無と関係なく、幅広い運転領域においてウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うことができる。
【００３３】
［実施の形態１における具体的処理］
図３は、本実施の形態においてＥＣＵ５０が実行するウェイストゲートバルブ３０の故障診断ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、例えば、内燃機関１０の１サイクル毎に繰り返し行われるものとする。
【００３４】
先ず、ステップ１００では、ウェイストゲートバルブ３０の開閉情報が取得される（ステップ１００）。上述したように、ウェイストゲートバルブ３０は、開閉制御されている。具体的には、ウェイストゲートバルブ３０は、ＥＣＵ５０によって、図３に示すルーチンとは別のルーチンにより開閉制御されている。このため、ＥＣＵ５０には、この別のルーチンからの開閉情報が取得される。
【００３５】
続いて、ステップ１１０では、取得波形からピークの数が取得される。上述のとおり、圧力センサ３２によって、排気通路１８内の圧力に応じた出力波形がＥＣＵ５０に入力される。このため、ＥＣＵ５０には、この波形に基づいてピーク数が取得される。
【００３６】
続いて、ステップ１２０では、ウェイストゲートバルブ３０の制御指令値が定常であるか否かが判定される。上述したように、ウェイストゲートバルブ３０は、図３に示すルーチンとは別のルーチンに基づいて開閉制御されている。また、この開閉制御の指令情報は、ステップ１００でＥＣＵ５０に取得されている。このため、本ステップでは、開閉指令の値が定常であるか否かが判定される。この結果、定常であると判定された場合は、ステップ１３０へ進み、定常ではないと判定された場合には、ステップ１００に戻る。
【００３７】
ステップ１３０では、ウェイストゲートバルブ３０の制御指令値が開弁状態であるか否かが判定される。そして、開弁状態であると判定された場合には、ステップ１４０で、開弁状態に対応した理論上のピーク数ＮopenがＥＣＵ５０に読み込まれる。一方、開弁状態ではないと判定された場合には、ステップ１５０で閉弁状態に対応した理論上のピーク数ＮcloseがＥＣＵ５０に読み込まれる。
【００３８】
続いて、ステップ１６０では、ステップ１１０で取得されたピーク数と、ステップ１４０又は１５０により読み込まれた理論上のピーク数とが比較される。この結果、両者が一致した場合にはステップ１７０へ進み、ウェイストゲートバルブは故障でないと診断される。一方、一致しない場合には、ステップ１８０へと進み、ウェイストゲートバルブの故障が診断される。
【００３９】
以上、図３の故障診断ルーチンによれば、排気通路１８内の圧力に応じた出力波形のピーク数と理論上のピーク数とを比較して、ウェイストゲートバルブ３０が故障であるかを正確に診断することができる。
【００４０】
尚、実施形態１においては、直列４気筒の内燃機関１０を用いたが、内燃機関１０の気筒数や気筒配列はこれに限定しなくてもよい。上述したように、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時における理論上のピーク数Ｎopenは、気筒群を構成する全気筒数に対応する値である。また、閉弁時における理論上のピーク数Ｎcloseは、気筒群当たりの全気筒数をターボチャージャ２０の入口数で割った数に対応する値である。このため、例えば直列６気筒の内燃機関で入口数が２であれば、気筒群当たり６気筒、２入口となるため、Ｎopenは６、Ｎcloseは３とすることができる。さらに、例えば、Ｖ型８気筒のツインターボの内燃機関で、ターボチャージャ当りの入口数が２であれば、気筒群当たり４気筒、２入口となるため、Ｎopenは４、Ｎcloseは２とすることができる。尚、本変形例は、後述する実施形態２においても同様である。
【００４１】
また、実施形態１においては、排気通路１８にのみ圧力センサ３２を配置してウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行ったが、排気通路１６にも圧力センサを配置してもよい。こうすることで、２つの圧力センサから取得される圧力の情報に基づいて、高精度な故障診断が実現できる。尚、本変形例は、後述する実施形態２においても同様である。
【００４２】
また、実施形態１においては、ウェイストゲートバルブ３０は、バイパス通路２４、２６に１つだけ配置され、開閉制御されることにより、排気通路１６、１８と、排気通路２２とを同時に連通又は遮断したが、ウェイストゲートバルブは、バイパス通路２４、２６毎に配置されていてもよい。この場合には、それぞれのウェイストゲートバルブがＥＣＵ５０によって同時に開閉制御される。このため、２つのウェイストゲートバルブと圧力センサ３２の配置との組み合わせにより、ウェイストゲートバルブの片方、双方の故障診断が可能となる。尚、本変形例は、後述する実施形態２においても同様である。
【００４３】
尚、上述した実施形態１においては、排気マニホールド１２、１４及び排気通路１６、１８が前記第１の発明における「複数の上流側排気通路」に、排気通路２２が前記第１の発明における「下流側排気通路」に、それぞれ相当する。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「排気圧力取得手段」が、上記ステップ１３０〜１８０の一連の処理を実行することにより前記第１の発明における「動作状態判断手段」が、それぞれ実現されている。
【００４４】
尚、上述した実施形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第２の発明における「指令情報取得手段」が、上記ステップ１３０〜１８０の一連の処理を実行することにより前記第２の発明における「故障診断手段」が、それぞれ実現されている。
【００４５】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１６０の処理を実行することにより前記第３の発明における「周波数比較手段」が実現されている。
【００４６】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１６０の処理を実行することにより前記第４の発明における「ピーク数比較手段」が実現されている。
【００４７】
実施の形態２．
[実施の形態２のシステム構成の説明]
実施形態２のシステムは、実施形態１のシステムで用いた圧力センサ３２の代わりに、圧力センサ３４を用いたことを特徴とする。このため、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略又は簡略する。
【００４８】
排気通路１６、１８には、ターボチャージャ２０を避けて排気を排気通路２２へ流すためのバイパス通路２４、２６がそれぞれ配置されている。また、バイパス通路２４、２６には、開閉制御が可能なウェイストゲートバルブ３０が配置されている。
【００４９】
ターボチャージャ２０の下流出口には、排気通路２２が接続されている。排気通路２２には、排気を浄化するための触媒２８が配置されている。触媒２８とターボチャージャ２０との間には、圧力センサ３４が配置されている。圧力センサ３４は、排気通路２２の内部の圧力に応じて出力を発するように構成されている。
【００５０】
図５は、タービン下流における排気脈動を説明するための図である。図５の横軸は、図２同様、クランク角（ＣＡ）を示すものとする。図５に示す２つの波形は、排気通路２２内の排気脈動、すなわち圧力センサ３４により取得される排気通路２２の内部圧力の変化を示すものとする。なお、図５において、細線で示す波形はウェイストゲートバルブ（Ｗ／Ｇ）を閉弁したときの圧力変化を、一方、太線で示す波形は開弁したときの圧力変化をそれぞれ示すものとする。
【００５１】
ウェイストゲートバルブ３０が閉じている場合には、＃１〜＃４気筒の爆発行程で発生した排気が１８０°ＣＡごと排気通路２２に流れてくる。この排気は、ターボチャージャ２０を経由して排気通路２２を流れる際に減衰される。したがって、図５の細線で示すように、圧力センサ３４により取得される排気通路２２の内部圧力は、１８０°ＣＡごとに現れるピーク強度が弱い。
【００５２】
一方、ウェイストゲートバルブ３０の開いている場合には、排気通路１６、１８がバイパス通路２４、２６を介して排気通路２２と連通される。このため、ターボチャージャ２０で減衰されない排気脈動が、直接、排気通路２２に流入する。したがって、図５の太線で示すように、圧力センサ３４により取得される排気通路２２の内部圧力のピーク強度は、ウェイストゲートバルブ３０が閉じている場合に比べて強い。
【００５３】
このように、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時と閉弁時とで、排気通路２２の内部圧力のピーク強度が変化する。これにより、ウェイストゲートバルブ３０の動作状態の判断が可能となる。本実施形態２のシステムでは、圧力センサ３４による取得波形のピーク強度を求め、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うこととしている。
【００５４】
ウェイストゲートバルブ３０の故障としては、閉固着、開固着が挙げられる。例えば、ウェイストゲートバルブ３０がＥＣＵ５０によって開弁制御されているにも拘らず、圧力センサ３４による取得波形のピーク強度が閉弁時のピーク強度であれば、閉固着であると判断できる。また、例えば、ウェイストゲートバルブ３０が閉弁制御されているにも拘らず、圧力センサ３４による取得波形のピーク強度が開弁時のピーク強度であれば、開固着であると判断できる。
【００５５】
故障診断は、例えばサンプリング回数あたりのピーク強度の平均値Ｉaverageと、開閉情報に基づいて算出される理論上のピーク強度とを比較することで行うことができる。理論上のピーク強度は、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時と、閉弁時とで異なる値を設定する。開弁時における理論上のピーク強度Ｉopen、閉弁時における理論上のピーク強度Ｉcloseは、内燃機関１０の負荷に対応させて別途実験等により求めておく。また、ピーク強度の平均値Ｉaverageと理論上のピーク強度との比較は、両者の差の絶対値と、予め設定した閾値とを比較することにより行われる。これらＩopen、Ｉclose、閾値は、予めＥＣＵ５０に記憶されている。
【００５６】
このように、実施形態２のシステムによれば、圧力センサ３４からの取得派形を利用して、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うことができる。したがって、実施形態２のシステムによれば、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
［実施の形態２における具体的処理］
図６は、本実施の形態においてＥＣＵ５０が実行するウェイストゲートバルブ３０の故障診断ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、例えば、内燃機関１０の４サイクル毎に繰り返し行われるものとする。
【００５８】
先ず、ステップ１００でウェイストゲートバルブ３０の開閉指令情報が取得された後、ステップ２００では、排気脈動のピーク強度の平均値Ｉaverageが取得される。上述のとおり、圧力センサ３４によって、排気通路２２の内部圧力に応じた出力波形がＥＣＵ５０に入力される。このため、ＥＣＵ５０には、この波形に基づいて、排気脈動のピーク強度の平均値Ｉaverageが取得される。
【００５９】
続いて、ステップ１２０では、ウェイストゲートバルブ３０の制御指令値が定常であるか否かが判定される。この結果、定常であると判定された場合は、ステップ１３０へ進み、定常ではないと判定された場合には、ステップ１００に戻る。
【００６０】
ステップ１３０では、ウェイストゲートバルブ３０の制御指令値が開弁状態であるか否かが判定される。そして、開弁状態であると判定された場合には、ステップ２１０で、開弁状態に対応した理論上のピーク強度ＩopenがＥＣＵ５０に読み込まれる。一方、開弁状態ではないと判定された場合には、ステップ２２０で閉弁状態に対応した理論上のピーク強度ＩcloseがＥＣＵ５０に読み込まれる。
【００６１】
続いて、ステップ２３０では、ステップ２００で取得されたピーク強度の平均値Ｉaverageと、ステップ２１０又は２２０により読み込まれた理論上のピーク強度とが比較される。この結果、両者の差の絶対値が閾値よりも小さい場合には、ステップ２４０へ進みウェイストゲートバルブは故障でないと診断される。一方、一致しない場合には、ステップ２５０へと進み、ウェイストゲートバルブの故障が診断される。
【００６２】
以上、図６の故障診断ルーチンによれば、排気通路２２の内部圧力に応じた出力波形のピーク強度と理論上のピーク強度とを比較して、ウェイストゲートバルブ３０が故障であるかを正確に診断することができる。
【００６３】
尚、本実施形態２においては、圧力センサ３４を排気通路２２に配置し、圧力センサ３４から取得される排気脈動のピーク強度からウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行ったが、実施の形態１と同様に、圧力センサ３２を排気通路１８に配置し、圧力センサ３２から取得される排気脈動のピーク数と組み合わせてウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行ってもよい。こうすることで、より高精度な故障診断が実現できる。
【００６４】
尚、上述した実施形態２においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２３０の処理を実行することにより前記第５の発明における「振幅比較手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】タービン上流における排気脈動を説明するための図である。
【図３】実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するウェイストゲートバルブ３０の故障診断ルーチンのフローチャートである。
【図４】実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。
【図５】タービン下流における排気脈動を説明するための図である。
【図６】実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するウェイストゲートバルブ３０の故障診断ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 内燃機関
１２、１４ 排気マニホールド
１６、１８ 排気通路
２０ ターボチャージャ
２２ 排気通路
２４、２６ バイパス通路
３０ ウェイストゲートバルブ
３２、３４ 圧力センサ
５０ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、複数のタービン入口を有するターボチャージャ付き内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、タービンスクロール部を２つの排気通路で構成し、このうちの一部の排気通路に配置された制御弁の故障を検出する過給機付き内燃機関が開示されている。この制御弁は、２つの排気通路を連通・遮断することを目的として設けられ、マップの開閉領域に対応して制御されるが、故障をしてしまうと、ターボチャージャに所望量の排気ガス供給することができない。例えば、マップは閉領域であるにも拘らず制御弁が開いた状態であると、正常時に比べて過給圧の上昇度合いが低下する。したがって、この過給圧の低下を、予め定めた設定過給圧との比較で捉える。こうすることで、制御弁の故障を検知することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２８７６５号公報
【特許文献２】特開２００６−２０７５０９号公報
【特許文献３】特開２００６−３４８８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ターボチャージャ付き内燃機関の排気通路には、過給過剰となることを防止するために、排気の一部にタービンをバイパスさせるためのウェイストゲートバルブが設けられているものがある。このウェイストゲートバルブは、開閉されることにより、背圧の低減による燃費の向上や、バイパスによる排気温度の上昇を図ることが可能になる。このため、ウェイストゲートバルブについても、特許文献１の制御弁と同様、動作状態を判断し、故障検知できることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の制御弁は、過給圧の上昇度合いの低下を捉えて故障を検知している。これはつまり、過給圧が上昇するような領域でしか故障が検知できないことを示している。したがって、特許文献１の制御弁では、ターボチャージャのあらゆる運転状況において、ウェイストゲートバルブの動作状態の判断ができるとは限らなかった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ターボチャージャの運転状況によらず、ウェイストゲートバルブの動作状態の判断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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
複数の入口を備えたタービンを有するターボチャージャと、
前記ターボチャージャの上流に配置され、前記複数の入口と内燃機関の気筒群とを連通する複数の上流側排気通路と、
前記ターボチャージャの下流に配置された下流側排気通路と、
前記タービンを通らずに前記複数の上流側排気通路と前記下流側排気通路とを接続する複数のバイパス通路と、
前記複数のバイパス通路を開閉制御可能なウェイストゲートバルブと、
前記複数の上流側排気通路のうちの少なくとも１つの排気通路内及び／又は前記下流側排気通路内における排気圧力を取得する排気圧力取得手段と、
前記排気圧力に基づいて前記ウェイストゲートバルブの動作状態を判断する動作状態判断手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ウェイストゲートバルブの開閉指令情報を取得する指令情報取得手段と、
前記排気圧力の波形情報と前記開閉指令情報とに基づいて、前記ウェイストゲートバルブの故障を診断する故障診断手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記波形情報は、前記少なくとも１つの排気通路内における排気脈動の周波数であり、
前記故障診断手段は、前記排気脈動の周波数と、前記開閉指令情報に対応する理論上の周波数とを比較する周波数比較手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記周波数比較手段は、前記内燃機関の１サイクル当りの排気脈動のピーク数と理論上の排気脈動のピーク数とを比較するピーク数比較手段を備え、
前記理論上の排気脈動のピーク数は、前記ウェイストゲートバルブの開弁時では前記気筒群に含まれる全気筒数に対応し、前記ウェイストゲートバルブの閉弁時では前記気筒群に含まれる全気筒数を前記複数の入口の数で除した数に対応することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第２の発明において、
前記波形情報は前記下流側排気通路における排気脈動の振幅であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ターボチャージャの上流側の複数の排気通路のうちの少なくとも１つの排気通路内及び／又はターボチャージャの下流側の排気通路内における排気圧力に基づいてウェイストゲートバルブの動作状態を判断することができる。排気圧力は、ターボチャージャの運転状況に関係なく取得することができる。したがって、ターボチャージャの運転状況によらず、ウェイストゲートバルブの動作状態の判断ができる。
【００１３】
第２の発明によれば、ウェイストゲートバルブの開閉指令情報を取得し、排気圧力の波形情報と、開閉指令情報とからウェイストゲートバルブの故障診断をすることができる。開閉指令情報は、排気圧力の波形情報と同様、ターボチャージャの運転状況に関係なく取得することができる。したがって、ターボチャージャの運転状況によらず、ウェイストゲートバルブの故障診断ができる。
【００１４】
第３の発明によれば、ターボチャージャ上流における排気脈動の周波数と、開閉指令情報に対応する理論上の周波数とを比較することができる。排気脈動の周波数は、ウェイストゲートバルブの実際の動作を示す指標であり、理論上の周波数は、ウェイストゲートバルブの理論上の動作を示す指標である。このため、両指標を比較することにより、ウェイストゲートバルブの故障診断を確実に行うことができる。
【００１５】
理論上の排気脈動のピーク数は、ウェイストゲートバルブの開弁時には内燃機関の気筒群に含まれる全気筒数に対応し、閉弁時にはこの気筒群に含まれる全気筒数をタービンの入口数で割った数に対応する。このため、第４の発明によれば、両ピーク数を比較することにより、ウェイストゲートバルブの故障診断を確実に行うことができる。
【００１６】
第５の発明によれば、ターボチャージャ下流における排気脈動の振幅に基づいてウェイストゲートバルブの故障診断を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１８】
実施の形態１．
[実施の形態１のシステム構成の説明]
先ず、図１を参照して、本実施の形態１に係るシステム構成について説明する。実施形態１のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、例えば車両の動力源として用いられる。内燃機関１０は、１番〜４番の気筒を有する直列４気筒型の内燃機関であり、各気筒の番号を＃１〜＃４と表記するものとする。内燃機関１０においては、クランクシャフトが２回転（＝７２０°ＣＡ）する間に＃１→＃２→＃４→＃３の順で爆発行程が行われるものとする。
【００１９】
内燃機関１０の＃１及び＃４気筒の排気ポートは、共通する排気マニホールド１２に連通している。また、内燃機関１０の＃２及び＃３気筒の排気ポートは、共通する排気マニホールド１４に連通している。これら２つの排気マニホールド１２、１４は、２つの並列に配置された排気通路１６、１８を経由してターボチャージャ２０の２つの排気入口に接続されている。ターボチャージャ２０は、ツインエントリ型のターボチャージャであり、２つの排気入口を有するタービンを備えている。ターボチャージャ２０の下流出口には、排気通路２２が接続されている。排気通路２２には、排気を浄化するための触媒２８が配置されている。
【００２０】
排気通路１６、１８には、ターボチャージャ２０を避けて排気を排気通路２２へ流すためのバイパス通路２４、２６がそれぞれ配置されている。また、バイパス通路２４、２６には、開閉制御が可能なウェイストゲートバルブ３０が配置されている。ウェイストゲートバルブ３０は、開閉制御されることにより、排気通路１６、１８と、排気通路２２とを同時に連通又は遮断するように構成されている。ウェイストゲートバルブ３０は、ターボチャージャ２０への排気の過剰過給を防止することや、始動時における触媒２８の早期暖機を達成することを目的として設けられるものである。
【００２１】
ターボチャージャ２０の上流の排気通路１８には、圧力センサ３２が配置されている。圧力センサ３２は、排気通路１８の内部圧力に応じて出力を発するように構成されている。尚、圧力センサ３２は、ターボチャージャ２０の上流の排気通路１６に配置されていても良い。
【００２２】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述したセンサ、アクチュエータ等が接続されている。ＥＣＵ５０は、これらのセンサの出力等に基づいて、ウェイストゲートバルブ３０の開度等を制御するよう構成されている。
【００２３】
図２は、タービン上流における排気脈動を説明するための図である。図２の横軸は、クランク角（ＣＡ）を示し、７２０°ＣＡが内燃機関１０の１サイクルに対応するものとする。また、図２の（ａ）で示す２つの波形は＃２、＃３気筒由来の排気脈動、すなわち圧力センサ３２により取得される排気通路１８の内部圧力の変化を示すものとする。また、図２（ｂ）で示す２つの波形は＃１、＃４気筒由来の排気脈動は、排気通路１６の内部圧力の変化を示すものとする。また、図２（ａ）又は（ｂ）において、細線で示す波形はウェイストゲートバルブ（Ｗ／Ｇ）を閉弁したときの圧力変化を、一方、太線で示す波形は開弁したときの圧力変化をそれぞれ示すものとする。
【００２４】
内燃機関１０の１サイクルにおいては、＃１〜＃４気筒の爆発行程により生じた排気が排気通路１６、１８を流れる。すなわち、排気通路１６には、＃１及び＃４気筒の爆発行程により３６０°ＣＡごとに周期をもつ排気脈動が生じる。同様に、排気通路１８には、＃２及び＃３気筒の爆発行程により３６０°ＣＡごとに周期をもつ排気脈動が生じる。
【００２５】
ウェイストゲートバルブ３０が閉じている場合には、排気通路１６、１８は独立している。このため、３６０°ＣＡごとに周期をもつ排気脈動が排気通路１６、１８にそれぞれ生じる。したがって、図２（ａ）の細線で示すように、圧力センサ３２により取得される排気通路１８の内部圧力は、３６０°ＣＡごとのピーク特性を示す。また、図２（ｂ）の細線で示すように、排気通路１６の内部圧力は、３６０°ＣＡごとにピーク特性を示す。
【００２６】
一方、ウェイストゲートバルブ３０が開いている場合には、排気通路１６がバイパス通路２４、２６を介して排気通路１８と連通される。このため、＃１、＃４気筒の爆発行程により生じた排気がバイパス通路２４、２６を経由して排気通路１８を流れる排気に影響を及ぼす。したがって、図２（ａ）の太線で示すように、圧力センサ３２により取得される排気通路１８の内部圧力は、１８０°ＣＡごとのピーク特性を示すことになる。同様に、＃２、＃３気筒の爆発行程により生じた排気がバイパス通路２６、２４を経由して排気通路１６を流れる排気脈動に影響を及ぼす。したがって、図２（ｂ）の太線で示すように、排気通路１６の内部圧力は、１８０°ＣＡごとのピーク特性を示すことになる。
【００２７】
このように、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時と閉弁時とで、排気通路１６、１８の内部圧力のピーク特性が変化する。これにより、ウェイストゲートバルブ３０の動作状態の判断が可能となる。また、ウェイストゲートバルブ３０開弁時では、内部圧力の波の数（ピーク数）が気筒数と同じとなるのに対して、閉弁時では、その半分に変化する。そこで、実施形態１のシステムでは、圧力センサ３２による取得波形を内部圧力のピーク特性として用い、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うこととしている。
【００２８】
ウェイストゲートバルブ３０の故障としては、閉固着、開固着が挙げられる。例えば、ウェイストゲートバルブ３０がＥＣＵ５０によって開弁制御されているにも拘らず、圧力センサ３２による取得波形が閉弁時の波形であれば、閉固着であると判断できる。また、例えば、ウェイストゲートバルブ３０が閉弁制御されているにも拘らず、圧力センサ３２による取得波形が開弁時の波形であれば、開固着と判断できる。
【００２９】
圧力センサ３２による取得波形は、そのまま利用することでウェイストゲートバルブ３０の動作状態の判断が可能であるが、故障診断をする場合には、取得波形からピークの数を導き出して利用することが好ましい。ピークの数を利用した場合、故障診断は、例えばこのピーク数と、開閉情報に基づいて算出される理論上のピーク数とを比較することで行うことができる。
【００３０】
理論上のピーク数は、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時と、閉弁時とで異なる値を設定する。開弁時における理論上のピーク数Ｎopenは、気筒群に含まれる全気筒数に対応する値である。一方、閉弁時における理論上のピーク数Ｎcloseは、気筒群に含まれる全気筒数を、タービンの入口数で割った数に対応する値である。本実施形態では、１つの気筒群を＃１〜＃４気筒が構成しており、また、タービンの入口数は２である。このため、例えば１サイクル当りで考えれば、Ｎopenは４、Ｎcloseは２とすることができる。尚、Ｎopen、Ｎcloseは、波形のサンプリング時間に対応させて変更することが可能である。これらＮopen及びＮcloseの値は、予めＥＣＵ５０に記憶されている。
【００３１】
このように、実施形態１のシステムによれば、圧力センサ３２からの取得派形を利用して、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うことができる。言い換えれば、圧力センサ３２を用いるのみでウェイストゲートバルブ３０の故障診断ができる。したがって、実施形態１のシステムによれば、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を簡易に行うことができる。また、従来故障診断のために必要とされたリフトセンサや排気温度センサが不要となり、ウェイストゲート装置の軽量化やコストダウンを図ることも可能となる。
【００３２】
また、実施形態１のシステムによれば、ターボチャージャ２０の作動状態と関係なく、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うことができる。すなわち、ターボチャージャ２０に対する過給要求の有無と関係なく、幅広い運転領域においてウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うことができる。
【００３３】
［実施の形態１における具体的処理］
図３は、本実施の形態においてＥＣＵ５０が実行するウェイストゲートバルブ３０の故障診断ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、例えば、内燃機関１０の１サイクル毎に繰り返し行われるものとする。
【００３４】
先ず、ステップ１００では、ウェイストゲートバルブ３０の開閉情報が取得される（ステップ１００）。上述したように、ウェイストゲートバルブ３０は、開閉制御されている。具体的には、ウェイストゲートバルブ３０は、ＥＣＵ５０によって、図３に示すルーチンとは別のルーチンにより開閉制御されている。このため、ＥＣＵ５０には、この別のルーチンからの開閉情報が取得される。
【００３５】
続いて、ステップ１１０では、取得波形からピークの数が取得される。上述のとおり、圧力センサ３２によって、排気通路１８内の圧力に応じた出力波形がＥＣＵ５０に入力される。このため、ＥＣＵ５０には、この波形に基づいてピーク数が取得される。
【００３６】
続いて、ステップ１２０では、ウェイストゲートバルブ３０の制御指令値が定常であるか否かが判定される。上述したように、ウェイストゲートバルブ３０は、図３に示すルーチンとは別のルーチンに基づいて開閉制御されている。また、この開閉制御の指令情報は、ステップ１００でＥＣＵ５０に取得されている。このため、本ステップでは、開閉指令の値が定常であるか否かが判定される。この結果、定常であると判定された場合は、ステップ１３０へ進み、定常ではないと判定された場合には、ステップ１００に戻る。
【００３７】
ステップ１３０では、ウェイストゲートバルブ３０の制御指令値が開弁状態であるか否かが判定される。そして、開弁状態であると判定された場合には、ステップ１４０で、開弁状態に対応した理論上のピーク数ＮopenがＥＣＵ５０に読み込まれる。一方、開弁状態ではないと判定された場合には、ステップ１５０で閉弁状態に対応した理論上のピーク数ＮcloseがＥＣＵ５０に読み込まれる。
【００３８】
続いて、ステップ１６０では、ステップ１１０で取得されたピーク数と、ステップ１４０又は１５０により読み込まれた理論上のピーク数とが比較される。この結果、両者が一致した場合にはステップ１７０へ進み、ウェイストゲートバルブは故障でないと診断される。一方、一致しない場合には、ステップ１８０へと進み、ウェイストゲートバルブの故障が診断される。
【００３９】
以上、図３の故障診断ルーチンによれば、排気通路１８内の圧力に応じた出力波形のピーク数と理論上のピーク数とを比較して、ウェイストゲートバルブ３０が故障であるかを正確に診断することができる。
【００４０】
尚、実施形態１においては、直列４気筒の内燃機関１０を用いたが、内燃機関１０の気筒数や気筒配列はこれに限定しなくてもよい。上述したように、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時における理論上のピーク数Ｎopenは、気筒群を構成する全気筒数に対応する値である。また、閉弁時における理論上のピーク数Ｎcloseは、気筒群当たりの全気筒数をターボチャージャ２０の入口数で割った数に対応する値である。このため、例えば直列６気筒の内燃機関で入口数が２であれば、気筒群当たり６気筒、２入口となるため、Ｎopenは６、Ｎcloseは３とすることができる。さらに、例えば、Ｖ型８気筒のツインターボの内燃機関で、ターボチャージャ当りの入口数が２であれば、気筒群当たり４気筒、２入口となるため、Ｎopenは４、Ｎcloseは２とすることができる。尚、本変形例は、後述する実施形態２においても同様である。
【００４１】
また、実施形態１においては、排気通路１８にのみ圧力センサ３２を配置してウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行ったが、排気通路１６にも圧力センサを配置してもよい。こうすることで、２つの圧力センサから取得される圧力の情報に基づいて、高精度な故障診断が実現できる。尚、本変形例は、後述する実施形態２においても同様である。
【００４２】
また、実施形態１においては、ウェイストゲートバルブ３０は、バイパス通路２４、２６に１つだけ配置され、開閉制御されることにより、排気通路１６、１８と、排気通路２２とを同時に連通又は遮断したが、ウェイストゲートバルブは、バイパス通路２４、２６毎に配置されていてもよい。この場合には、それぞれのウェイストゲートバルブがＥＣＵ５０によって同時に開閉制御される。このため、２つのウェイストゲートバルブと圧力センサ３２の配置との組み合わせにより、ウェイストゲートバルブの片方、双方の故障診断が可能となる。尚、本変形例は、後述する実施形態２においても同様である。
【００４３】
尚、上述した実施形態１においては、排気マニホールド１２、１４及び排気通路１６、１８が前記第１の発明における「複数の上流側排気通路」に、排気通路２２が前記第１の発明における「下流側排気通路」に、それぞれ相当する。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「排気圧力取得手段」が、上記ステップ１３０〜１８０の一連の処理を実行することにより前記第１の発明における「動作状態判断手段」が、それぞれ実現されている。
【００４４】
尚、上述した実施形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第２の発明における「指令情報取得手段」が、上記ステップ１３０〜１８０の一連の処理を実行することにより前記第２の発明における「故障診断手段」が、それぞれ実現されている。
【００４５】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１６０の処理を実行することにより前記第３の発明における「周波数比較手段」が実現されている。
【００４６】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１６０の処理を実行することにより前記第４の発明における「ピーク数比較手段」が実現されている。
【００４７】
実施の形態２．
[実施の形態２のシステム構成の説明]
実施形態２のシステムは、実施形態１のシステムで用いた圧力センサ３２の代わりに、圧力センサ３４を用いたことを特徴とする。このため、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略又は簡略する。
【００４８】
排気通路１６、１８には、ターボチャージャ２０を避けて排気を排気通路２２へ流すためのバイパス通路２４、２６がそれぞれ配置されている。また、バイパス通路２４、２６には、開閉制御が可能なウェイストゲートバルブ３０が配置されている。
【００４９】
ターボチャージャ２０の下流出口には、排気通路２２が接続されている。排気通路２２には、排気を浄化するための触媒２８が配置されている。触媒２８とターボチャージャ２０との間には、圧力センサ３４が配置されている。圧力センサ３４は、排気通路２２の内部の圧力に応じて出力を発するように構成されている。
【００５０】
図５は、タービン下流における排気脈動を説明するための図である。図５の横軸は、図２同様、クランク角（ＣＡ）を示すものとする。図５に示す２つの波形は、排気通路２２内の排気脈動、すなわち圧力センサ３４により取得される排気通路２２の内部圧力の変化を示すものとする。なお、図５において、細線で示す波形はウェイストゲートバルブ（Ｗ／Ｇ）を閉弁したときの圧力変化を、一方、太線で示す波形は開弁したときの圧力変化をそれぞれ示すものとする。
【００５１】
ウェイストゲートバルブ３０が閉じている場合には、＃１〜＃４気筒の爆発行程で発生した排気が１８０°ＣＡごと排気通路２２に流れてくる。この排気は、ターボチャージャ２０を経由して排気通路２２を流れる際に減衰される。したがって、図５の細線で示すように、圧力センサ３４により取得される排気通路２２の内部圧力は、１８０°ＣＡごとに現れるピーク強度が弱い。
【００５２】
一方、ウェイストゲートバルブ３０の開いている場合には、排気通路１６、１８がバイパス通路２４、２６を介して排気通路２２と連通される。このため、ターボチャージャ２０で減衰されない排気脈動が、直接、排気通路２２に流入する。したがって、図５の太線で示すように、圧力センサ３４により取得される排気通路２２の内部圧力のピーク強度は、ウェイストゲートバルブ３０が閉じている場合に比べて強い。
【００５３】
このように、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時と閉弁時とで、排気通路２２の内部圧力のピーク強度が変化する。これにより、ウェイストゲートバルブ３０の動作状態の判断が可能となる。本実施形態２のシステムでは、圧力センサ３４による取得波形のピーク強度を求め、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うこととしている。
【００５４】
ウェイストゲートバルブ３０の故障としては、閉固着、開固着が挙げられる。例えば、ウェイストゲートバルブ３０がＥＣＵ５０によって開弁制御されているにも拘らず、圧力センサ３４による取得波形のピーク強度が閉弁時のピーク強度であれば、閉固着であると判断できる。また、例えば、ウェイストゲートバルブ３０が閉弁制御されているにも拘らず、圧力センサ３４による取得波形のピーク強度が開弁時のピーク強度であれば、開固着であると判断できる。
【００５５】
故障診断は、例えばサンプリング回数あたりのピーク強度の平均値Ｉaverageと、開閉情報に基づいて算出される理論上のピーク強度とを比較することで行うことができる。理論上のピーク強度は、ウェイストゲートバルブ３０の開弁時と、閉弁時とで異なる値を設定する。開弁時における理論上のピーク強度Ｉopen、閉弁時における理論上のピーク強度Ｉcloseは、内燃機関１０の負荷に対応させて別途実験等により求めておく。また、ピーク強度の平均値Ｉaverageと理論上のピーク強度との比較は、両者の差の絶対値と、予め設定した閾値とを比較することにより行われる。これらＩopen、Ｉclose、閾値は、予めＥＣＵ５０に記憶されている。
【００５６】
このように、実施形態２のシステムによれば、圧力センサ３４からの取得派形を利用して、ウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行うことができる。したがって、実施形態２のシステムによれば、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
［実施の形態２における具体的処理］
図６は、本実施の形態においてＥＣＵ５０が実行するウェイストゲートバルブ３０の故障診断ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、例えば、内燃機関１０の４サイクル毎に繰り返し行われるものとする。
【００５８】
先ず、ステップ１００でウェイストゲートバルブ３０の開閉指令情報が取得された後、ステップ２００では、排気脈動のピーク強度の平均値Ｉaverageが取得される。上述のとおり、圧力センサ３４によって、排気通路２２の内部圧力に応じた出力波形がＥＣＵ５０に入力される。このため、ＥＣＵ５０には、この波形に基づいて、排気脈動のピーク強度の平均値Ｉaverageが取得される。
【００５９】
続いて、ステップ１２０では、ウェイストゲートバルブ３０の制御指令値が定常であるか否かが判定される。この結果、定常であると判定された場合は、ステップ１３０へ進み、定常ではないと判定された場合には、ステップ１００に戻る。
【００６０】
ステップ１３０では、ウェイストゲートバルブ３０の制御指令値が開弁状態であるか否かが判定される。そして、開弁状態であると判定された場合には、ステップ２１０で、開弁状態に対応した理論上のピーク強度ＩopenがＥＣＵ５０に読み込まれる。一方、開弁状態ではないと判定された場合には、ステップ２２０で閉弁状態に対応した理論上のピーク強度ＩcloseがＥＣＵ５０に読み込まれる。
【００６１】
続いて、ステップ２３０では、ステップ２００で取得されたピーク強度の平均値Ｉaverageと、ステップ２１０又は２２０により読み込まれた理論上のピーク強度とが比較される。この結果、両者の差の絶対値が閾値よりも小さい場合には、ステップ２４０へ進みウェイストゲートバルブは故障でないと診断される。一方、一致しない場合には、ステップ２５０へと進み、ウェイストゲートバルブの故障が診断される。
【００６２】
以上、図６の故障診断ルーチンによれば、排気通路２２の内部圧力に応じた出力波形のピーク強度と理論上のピーク強度とを比較して、ウェイストゲートバルブ３０が故障であるかを正確に診断することができる。
【００６３】
尚、本実施形態２においては、圧力センサ３４を排気通路２２に配置し、圧力センサ３４から取得される排気脈動のピーク強度からウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行ったが、実施の形態１と同様に、圧力センサ３２を排気通路１８に配置し、圧力センサ３２から取得される排気脈動のピーク数と組み合わせてウェイストゲートバルブ３０の故障診断を行ってもよい。こうすることで、より高精度な故障診断が実現できる。
【００６４】
尚、上述した実施形態２においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２３０の処理を実行することにより前記第５の発明における「振幅比較手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】タービン上流における排気脈動を説明するための図である。
【図３】実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するウェイストゲートバルブ３０の故障診断ルーチンのフローチャートである。
【図４】実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。
【図５】タービン下流における排気脈動を説明するための図である。
【図６】実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するウェイストゲートバルブ３０の故障診断ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 内燃機関
１２、１４ 排気マニホールド
１６、１８ 排気通路
２０ ターボチャージャ
２２ 排気通路
２４、２６ バイパス通路
３０ ウェイストゲートバルブ
３２、３４ 圧力センサ
５０ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入口を備えたタービンを有するターボチャージャと、
前記ターボチャージャの上流に配置され、前記複数の入口と内燃機関の気筒群とを連通する複数の上流側排気通路と、
前記ターボチャージャの下流に配置された下流側排気通路と、
前記タービンを通らずに前記複数の上流側排気通路と前記下流側排気通路とを接続する複数のバイパス通路と、
前記複数のバイパス通路を開閉制御可能なウェイストゲートバルブと、
前記複数の上流側排気通路のうちの少なくとも１つの排気通路内及び／又は前記下流側排気通路内における排気圧力を取得する排気圧力取得手段と、
前記排気圧力に基づいて前記ウェイストゲートバルブの動作状態を判断する動作状態判断手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ウェイストゲートバルブの開閉指令情報を取得する指令情報取得手段と、
前記排気圧力の波形情報と前記開閉指令情報とに基づいて、前記ウェイストゲートバルブの故障を診断する故障診断手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記波形情報は、前記少なくとも１つの排気通路内における排気脈動の周波数であり、
前記故障診断手段は、前記排気脈動の周波数と、前記開閉指令情報に対応する理論上の周波数とを比較する周波数比較手段を備えることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記周波数比較手段は、前記内燃機関の１サイクル当りの排気脈動のピーク数と理論上の排気脈動のピーク数とを比較するピーク数比較手段を備え、
前記理論上の排気脈動のピーク数は、前記ウェイストゲートバルブの開弁時では前記気筒群に含まれる全気筒数に対応し、前記ウェイストゲートバルブの閉弁時では前記気筒群に含まれる全気筒数を前記複数の入口の数で除した数に対応することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記波形情報は、前記下流側排気通路における排気脈動の振幅であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
複数の入口を備えたタービンを有するターボチャージャと、
前記ターボチャージャの上流に配置され、前記複数の入口と内燃機関の気筒群とを連通する複数の上流側排気通路と、
前記ターボチャージャの下流に配置された下流側排気通路と、
前記タービンを通らずに前記複数の上流側排気通路と前記下流側排気通路とを接続する複数のバイパス通路と、
前記複数のバイパス通路を開閉制御可能なウェイストゲートバルブと、
前記複数の上流側排気通路のうちの少なくとも１つの排気通路内及び／又は前記下流側排気通路内における排気圧力を取得する排気圧力取得手段と、
前記排気圧力に基づいて前記ウェイストゲートバルブの動作状態を判断する動作状態判断手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ウェイストゲートバルブの開閉指令情報を取得する指令情報取得手段と、
前記排気圧力の波形情報と前記開閉指令情報とに基づいて、前記ウェイストゲートバルブの故障を診断する故障診断手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記波形情報は、前記少なくとも１つの排気通路内における排気脈動の周波数であり、
前記故障診断手段は、前記排気脈動の周波数と、前記開閉指令情報に対応する理論上の周波数とを比較する周波数比較手段を備えることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記周波数比較手段は、前記内燃機関の１サイクル当りの排気脈動のピーク数と理論上の排気脈動のピーク数とを比較するピーク数比較手段を備え、
前記理論上の排気脈動のピーク数は、前記ウェイストゲートバルブの開弁時では前記気筒群に含まれる全気筒数に対応し、前記ウェイストゲートバルブの閉弁時では前記気筒群に含まれる全気筒数を前記複数の入口の数で除した数に対応することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記波形情報は、前記下流側排気通路における排気脈動の振幅であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【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２０１０−１０６７８７（Ｐ２０１０−１０６７８７Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８０９１１（Ｐ２００８−２８０９１１）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【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２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【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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