過給器を備えた内燃機関の故障検出装置
【課題】ディフューザベーンに異常が生じていることを検出すると共に、その異常の種類を特定する。
【解決手段】ディフューザベーンの角度を変更する可変ディフューザをコンプレッサ部に有する過給器を備えた内燃機関の故障検出装置において、内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率と、内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも大きな第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率と、に基づいてディフューザベーンの異常の状態を判定する判定手段を備える。
【解決手段】ディフューザベーンの角度を変更する可変ディフューザをコンプレッサ部に有する過給器を備えた内燃機関の故障検出装置において、内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率と、内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも大きな第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率と、に基づいてディフューザベーンの異常の状態を判定する判定手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給器を備えた内燃機関の故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、該内燃機関から排出される排気のエネルギを利用して駆動されるターボチャージャを設けると、燃焼室の充填効率を高めて機関出力をより大きくすることができる。
【０００３】
そして、可変ディフューザを有するターボチャージャは、ディフューザベーンの開度（以下、ＶＧＤ開度ともいう。）を変えることにより過給圧を変えることができる。ここで、機関回転数やコンプレッサ出口の圧力（過給圧）に基づいて、ディフューザベーンの開度を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ところで、実際のＶＧＤ開度（以下、実ＶＧＤ開度ともいう。）が目標のＶＧＤ開度（以下、目標ＶＧＤ開度ともいう。）からずれる異常、またはディフューザベーンの一部が破損若しくは脱落する異常が生じると、コンプレッサ効率が変化する。ここで、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度からずれる異常が生じた場合には、ディフューザベーンを基準位置に戻して、その位置を学習（記憶）させることにより、この異常を解消することができる。しかし、ディフューザベーンの一部が破損若しくは脱落する異常が生じた場合には、内燃機関の出力を抑える制御をすると共に、この異常を運転者に警告する必要がある。このように、ディフューザベーンの開度が目標からずれる異常と、ディフューザベーンが欠損する異常と、では対処法が異なるため、どのような異常が生じているのか判定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３２２３２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、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディフューザベーンに異常が生じていることを検出すると共に、その異常の種類を特定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために本発明による過給器を備えた内燃機関の故障検出装置は、
ディフューザベーンの角度を変更する可変ディフューザをコンプレッサ部に有する過給器を備えた内燃機関の故障検出装置において、
前記内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率と、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも大きな第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率と、に基づいて前記ディフューザベーンの異常の状態を判定する判定手段を備える。
【０００８】
第１所定値は、ディフューザベーンの開度が５０％よりも閉じ側となるような吸入空気量である。第１所定値は、ディフューザベーンの開度が変化する範囲の中心よりも開度が小さな側における吸入空気量としてもよい。これは、吸入空気量が比較的少ないとき、またはディフューザベーンの開度が比較的小さいときとすることができる。また、第２所定
値は、ディフューザベーンの開度が５０％よりも開き側となるような吸入空気量である。第２所定値は、ディフューザベーンの開度が変化する範囲の中心よりも開度が大きな側における吸入空気量としてもよい。これは、吸入空気量が比較的多いとき、またはディフューザベーンの開度が比較的大きいときとすることができる。なお、第１所定値と第２所定値とを同じ値とすることもできる。そして、吸入空気量が多いときと少ないときとでコンプレッサ効率を夫々求め、このコンプレッサ効率に基づいてディフューザベーンの異常を判定する。すなわち、ディフューザベーンの開度のずれと、ディフューザベーンの欠損とで、吸入空気量が多いときと少ないときとのコンプレッサ効率の変化の仕方が異なるため、該コンプレッサ効率に基づいてディフューザベーンの異常を判定することができる。
【０００９】
本発明においては、前記判定手段は、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さい場合に、前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると判定することができる。
【００１０】
ここで、ディフューザベーンが正常の場合には、内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率及び内燃機関の吸入空気量が第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が、夫々、正常範囲に収まる。コンプレッサ効率の正常範囲は、ディフューザベーンに異常がないときのコンプレッサ効率が取り得る範囲であり、実験等により求めても良い。なお、正常範囲は、吸入空気量毎に異なり、誤差などの影響を考慮してある程度の幅を持たせてもよい。
【００１１】
しかし、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると、正常時と比較して吸入空気量が制限される。ここで、吸入空気量が少ない運転状態のときには、ディフューザベーンの開度が比較的小さくされるが、このときに、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると、コンプレッサ効率は正常時よりも高くなる。すなわち、吸入空気量が少ないときには、ディフューザベーンの開度を小さくすることによりコンプレッサ効率が高まるため、ディフューザベーンの開度が閉じ側にずれることでコンプレッサ効率がより高くなる。
【００１２】
一方、吸入空気量が多い運転状態のときには、ディフューザベーンの開度が比較的大きくされるが、このときに、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると、コンプレッサ効率は正常時よりも低くなる。すなわち、吸入空気量が多いときには、ディフューザベーンの開度を大きくすることによりコンプレッサ効率が高まるため、ディフューザベーンの開度がずれにより小さくなるとコンプレッサ効率が低くなる。
【００１３】
これらの関係をまとめると、内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きく、且つ内燃機関の吸入空気量が第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さい場合に、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると判定することができる。
【００１４】
なお、本発明においては、前記判定手段により前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると判定された場合に該ディフューザベーンの位置を学習する学習手段を備えることができる。
【００１５】
たとえば、ディフューザベーンの開度の変化量を積算して現時点での開度を算出する場合には、誤差が蓄積されるため、算出される開度と実際の開度との差が次第に大きくなっ
ていく。これに対し、ディフューザベーンをたとえば全開または全閉とすれば、その後は、全開又は全閉からの開度の変化量を積算すれば良い。すなわち、ディフューザベーンをたとえば全開または全閉としてその位置を記憶した後は、それまでに蓄積された誤差の影響を受けずに開度を算出することができるため、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれる異常を解消することができる。
【００１６】
本発明においては、前記判定手段は、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きい場合に、前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又は前記ディフューザベーンが欠損したと判定することができる。
【００１７】
ディフューザベーンが欠損することには、ディフューザベーンの一部が脱落または破損することを含む。ディフューザベーンが欠損した場合には、ベーンの間隔が広くなり吸気の抵抗が小さくなるので、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれている場合と同じようにコンプレッサ効率が変化する。
【００１８】
ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又はディフューザベーンが欠損した場合には、正常時と比較して吸入空気の抵抗が小さくなる。ここで、吸入空気量が少ない運転状態のときには、ディフューザベーンの開度が比較的小さくされるが、このときに、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれていると、コンプレッサ効率は正常時よりも低くなる。すなわち、吸入空気量が少ないときには、ディフューザベーンの開度を小さくすることによりコンプレッサ効率が高まるため、ディフューザベーンの開度が開き側にずれることでコンプレッサ効率がより低くなる。これは、ディフューザベーンが欠損した場合も同じである。
【００１９】
一方、吸入空気量が多い運転状態のときには、ディフューザベーンの開度が比較的大きくされるが、このときに、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれていると、コンプレッサ効率は正常時よりも高くなる。すなわち、吸入空気量が多いときには、ディフューザベーンの開度を大きくすることによりコンプレッサ効率が高まるため、ディフューザベーンの開度がずれにより大きくなるとコンプレッサ効率が高くなる。これは、ディフューザベーンが欠損した場合も同じである。
【００２０】
これらの関係をまとめると、内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つ内燃機関の吸入空気量が第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きい場合に、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又はディフューザベーンが欠損したと判定することができる。
【００２１】
なお、本発明においては、前記判定手段により前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又は前記ディフューザベーンが欠損したと判定された場合に該ディフューザベーンの位置を学習する学習手段を備え、
前記判定手段は、前記学習手段により前記ディフューザベーンの位置を学習した後においても、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きい場合には、前記ディフューザベーンが欠損したと判定することができる。
【００２２】
ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又はディフ
ューザベーンが欠損した場合には、どちらも吸気の抵抗が小さくなるために、コンプレッサ効率が同じように変化する。ここで、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれている場合には、学習手段によりディフューザベーンの位置を学習すれば、その後は、ディフューザベーンの開度を目標に合わせることができる。したがって、学習手段による学習後にコンプレッサ効率が正常範囲内となれば、それ以前は、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれていたと判定できる。一方、学習手段による学習後にコンプレッサ効率が正常範囲に入らないのであれば、ディフューザベーンが欠損したと判定できる。ディフューザベーンが欠損した場合には、たとえばフェールセーフモードに移行して内燃機関の出力を抑えるようにすることで、それ以降のディフューザベーンの脱落や破損を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ディフューザベーンに異常が生じていることを検出すると共に、その異常の種類を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例に係る内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ディフューザベーンの作動状態を示す図である。
【図３】可変ディフューザの構成を説明するための図である。
【図４】ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの吸入空気量と圧力比との関係を示した図である。
【図５】ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの吸入空気量と圧力比との関係を示した図である。
【図６】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図７】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図８】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差と開側コンプレッサ効率差との関係を示した図である。
【図９】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図１０】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図１１】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差と開側コンプレッサ効率差との関係を示した図である。
【図１２】他の異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図１３】他の異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図１４】他の異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差と開側コンプレッサ効率差との関係を示した図である。
【図１５】実施例に係る故障検出のフロー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】
【００２５】
以下、本発明に係る過給器を備えた内燃機関の故障検出装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本実施例に係る内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２７】
内燃機関１には、吸気通路３及び排気通路４が接続されている。吸気通路３は吸気ポート２Ａを介して気筒２と接続されており、排気通路４は排気ポート２Ｂを介して気筒２と接続されている。
【００２８】
また、本実施例による内燃機関１は可変ディフューザ付きターボチャージャ５０（以下、単に「ターボチャージャ５０」という。）を備えている。このターボチャージャ５０は、コンプレッサハウジング５１、タービンハウジング５２、及びセンタハウジング５３を備えて構成されている。コンプレッサハウジング５１は吸気通路３の途中に設けられ、該コンプレッサハウジング５１の内部は吸気通路３の一部を構成している。また、タービンハウジング５２は排気通路４の途中に設けられ、該タービンハウジング５２の内部は排気通路４の一部を構成している。そして、コンプレッサハウジング５１とタービンハウジング５２とは、センタハウジング５３を介して連結されている。
【００２９】
コンプレッサハウジング５１内には複数の羽根をもったコンプレッサインペラ５４が備えられ、タービンハウジング５２内には複数の羽根を持ったタービンインペラ５５が備えられている。コンプレッサインペラ５４とタービンインペラ５５とは、ロータシャフト５６を介して連結されている。コンプレッサハウジング５１には、後述するディフューザベーン６１を回転させるためのアクチュエータ５７が、リンクロッド５８を介して接続されている。
【００３０】
図２は、ディフューザベーン６１の作動状態を示す図である。図２において実線は、ディフューザベーン６１が全閉の状態を示し、破線は、ディフューザベーン６１が全開の状態を示している。図３は、可変ディフューザ６０の構成を説明するための図である。
【００３１】
コンプレッサハウジング５１内の空気通路におけるコンプレッサインペラ５４の下流側に、可変ディフューザ６０が配置されている。
【００３２】
コンプレッサインペラ５４の外周には、可変ディフューザ６０のディフューザベーン６１が複数個配置されている。それぞれのディフューザベーン６１は、コンプレッサハウジング５１に固定されたドーナツ盤状のベースプレート６２に、回動軸６３を介して回動可能に取り付けられている。回動軸６３は、当該コンプレッサインペラ５４と同心状に等角度間隔で配置されている。
【００３３】
可変ディフューザ６０は、上記複数のディフューザベーン６１の開度を一斉に変更させるための構成を備えている。ベースプレート６２には、内周側に複数の半円状の切欠部６４ａを有するユニゾンリング６４が配置されている。また、ディフューザベーン６１の回動軸６３には、従動アーム６５の一端が固定されている。
【００３４】
従動アーム６５の他端は、円状に形成されており、ユニゾンリング６４の切欠部６４ａに係合されている。ユニゾンリング６４の内周は、ユニゾンリング６４がベースプレート６２に対して同心を保ちながら回動できるように、ベースプレート６２に付設された複数のガイドローラ６６によって案内されている。
【００３５】
ユニゾンリング６４に設けられた突起部６４ｂには、リンクロッド５８の一端が回動自
在に取り付けられている。リンクロッド５８の他端は、アクチュエータ５７に接続されている。
【００３６】
以上の構成によれば、ＥＣＵ１０によってアクチュエータ５７に駆動指令が与えられることにより、リンクロッド５８が図３中に示す矢印方向に駆動される。このリンクロッド５８の運動により、ユニゾンリング６４が図３中の矢印方向に回転操作されるようになる。そして、ユニゾンリング６４の回転運動が従動アーム６５を介して伝達されることにより、すべてのディフューザベーン６１の開度が一斉に変更される。このように、ＥＣＵ１０の駆動指令に基づいて、ディフューザベーン６１の開度を図２中の実線から破線の間の任意の開度に調整することが可能となる。
【００３７】
なお、ベースプレート６２にはユニゾンリング６４の回転を規制するためのストッパー７０が設けられている。このストッパー７０は、ユニゾンリング６４に設けられた突起部６４ｂが該ストッパー７０に当たった状態で、ディフューザベーン６１が全閉の位置となるように設置されている。
【００３８】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて該内燃機関１を制御するユニットである。
【００３９】
ＥＣＵ１０には、アクチュエータ５７が電気配線を介して接続され、該アクチュエータ５７をＥＣＵ１０により制御することが可能になっている。
【００４０】
また、コンプレッサハウジング５１よりも上流側の吸気通路３には、吸気の圧力を測定する入口側圧力センサ１１及び吸気の温度を測定する入口側温度センサ１２が取り付けられている。また、コンプレッサハウジング５１よりも下流側の吸気通路３には、吸気の圧力を測定する出口側圧力センサ１３、吸気の温度を測定する出口側温度センサ１４、及び吸気の流量を測定するエアフローメータ１５が取り付けられている。これらセンサは、ＥＣＵ１０と電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００４１】
また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１６が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００４２】
そして、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の始動時に、ユニゾンリング６４の突起部６４ｂをストッパー７０に当てた状態で、ディフューザベーン６１の位置を学習（記憶）している。このときのディフューザベーン６１の位置を基準位置とする。すなわち、ユニゾンリング６４の突起部６４ｂをストッパー７０に当てた状態では、ディフューザベーン６１が全閉となっているため、このときの位置をディフューザベーン６１の全閉の位置として記憶しておく。このようにディフューザベーン６１の基準位置を学習する。そして、基準位置からディフューザベーン６１がどれだけ動いたのかをアクチュエータ５７の作動状況から算出することで、現時点でのＶＧＤ開度を算出している。
【００４３】
しかし、アクチュエータ５７の作動状況から得られるＶＧＤ開度の変化量には誤差が含まれているため、内燃機関１が作動している時間が長くなると、ＶＧＤ開度の算出値と実際の値とにずれが生じることがある。そうすると、ＶＧＤ開度の実際の値（以下、実ＶＧＤ開度とする。）が目標値（以下、目標ＶＧＤ開度とする。）からずれてしまい、コンプレッサ効率が目標値から外れる虞がある。また、ディフューザベーン６１が欠損した場合にも、コンプレッサ効率が目標値から外れる虞がある。これらの異常が生じても過給圧の
変化は小さいために、これらの異常は検出し難い。また、ＶＧＤ開度の算出値と実際の値とにずれが生じたのであれば、ディフューザベーン６１の基準位置を再度記憶させれば良いが、ディフューザベーン６１が欠損した場合には運転者への警告などが必要となる。このため、両者を区別する必要がある。なお、目標ＶＧＤ開度は、たとえば機関回転数や過給圧に応じて設定される。
【００４４】
そこで本実施例では、コンプレッサ効率に基づいてこれらの異常を判別する。なお、ターボチャージャ５０以外の機器には異常がないことを予め他の周知の技術により確認しておいてもよい。ここで、コンプレッサ効率ηｃは以下の式により算出する。
ηｃ＝Ｔ０×｛（Ｐ３／Ｐ０）0.286−１｝／（Ｔ３−Ｔ０）
ただし、Ｔ０はコンプレッサ入口温度（入口側温度センサ１２により得られる温度）、Ｔ３はコンプレッサ出口温度（出口側温度センサ１４により得られる温度）、Ｐ０はコンプレッサ入口圧力（入口側圧力センサ１１により得られる圧力）、Ｐ３はコンプレッサ出口圧力（出口側圧力センサ１３により得られる圧力）である。
【００４５】
そして、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡのときにおけるコンプレッサ効率ηｃＡｒ（以下、閉側実コンプレッサ効率ηｃＡｒとする。）を求める。同様に、ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢのときにおけるコンプレッサ効率ηｃＢｒ（以下、開側実コンプレッサ効率ηｃＢｒとする。）を求める。なお、ＶＧＤ開度は、ディフューザベーン６１が全閉のときを０％とし、全開のときを１００％とする。そして、全閉から全開までの間の中心の開度が５０％となる。なお、開度は、回動軸６３の角度に基づいて設定しても良く、隣り合うディフューザベーン６１で囲まれる通路の断面積に基づいて設定しても良い。すなわち、回動軸６３の回動範囲の中心をディフューザベーン６１の開度の５０％としても良く、前記通路の断面積の変化範囲の中心をディフューザベーン６１の開度の５０％としても良い。また、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡは、アイドル運転時の吸入空気量としても良い。さらに、「ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のとき」とは、ディフューザベーン６１が全閉のときとしても良く、「ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のとき」とは、ディフューザベーン６１が全開のときとしても良い。
【００４６】
また、閉側実コンプレッサ効率ηｃＡｒ及び開側実コンプレッサ効率ηｃＢｒの基準値を予め実験等により求めておく。この基準値は、ディフューザベーン６１が正常であるときのコンプレッサ効率である。なお、閉側実コンプレッサ効率ηｃＡｒの基準値を閉側基準コンプレッサ効率ηｃＡとし、開側実コンプレッサ効率ηｃＢｒの基準値を開側基準コンプレッサ効率ηｃＢとする。また、閉側実コンプレッサ効率ηｃＡｒと閉側基準コンプレッサ効率ηｃＡとの差（ηｃＡｒ−ηｃＡ）を、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡとし、開側実コンプレッサ効率ηｃＢｒと開側基準コンプレッサ効率ηｃＢとの差（ηｃＢｒ−ηｃＢ）を、開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢとする。
【００４７】
そして、ディフューザベーン６１の異常の状態によって、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが変わるため、これらの値に基づいてディフューザベーン６１の異常の状態を判定する。
【００４８】
ここで、図４は、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの吸入空気量と圧力比との関係を示した図である。また、図５は、ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの吸入空気量と圧力比との関係を示した図である。なお、圧力比とは、コンプレッサハウジング５１よりも下流側の圧力Ｐ３を、コンプレッサハウジング５１よりも上流側の圧力Ｐ０で除した値（Ｐ３／Ｐ０）である。実線は効率等高線を示し、一点鎖線はサージ限界を示している。サージ限界よりも右側の領域は、サージによる影響を受けずに安定してターボチャージャ５０を作動させることのできる領域である。また、サージ限界よりも左側の領域は、
サージによる影響でターボチャージャ５０の作動が不安定となる領域である。また、効率等高線よりも内側の領域のほうが、外側の領域よりもコンプレッサ効率は高い。
【００４９】
また、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡのときにおける圧力比を、閉側実圧力比πｃＡとする。同様に、ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢのときにおける圧力比を、開側実圧力比πｃＢとする。閉側実圧力比πｃＡは、開側実圧力比πｃＢよりも小さい。
【００５０】
図４と図５を比較すれば分かるように、ＶＧＤ開度に応じてコンプレッサ効率の高い領域が変化し、ＶＧＤ開度が閉じ側のほうが開き側よりもコンプレッサ効率の高い領域が狭い。
【００５１】
ここで、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合において、吸入空気量が少ない領域では、実ＶＧＤ開度が閉じ側となることによりコンプレッサ効率が高くなると考えられる。一方、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合において、吸入空気量が多い領域では、吸気の流量が制限されるためにコンプレッサ効率が低くなると考えられる。
【００５２】
図６は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。また、図７は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。実線は基準値（目標値としても良い）を示し、破線は実測値を示している。図６は、吸入空気量が比較的少ない場合の関係を示し、図７は、吸入空気量が比較的多い場合の関係を示しているといえる。また、図６を見れば分かるように、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡは、そのときのＶＧＤ開度のときのコンプレッサ効率が最大となる吸入空気量よりも小さな値に設定される。同様に、図７を見れば分かるように、ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢは、そのときのＶＧＤ開度のときのコンプレッサ効率が最大となる吸入空気量よりも大きな値に設定される。たとえば、ＶＧＤ開度が０％のときに最もコンプレッサ効率が高くなる吸入空気量よりも少ない吸入空気量を所定の吸入空気量ＧａＡとすることができる。また、たとえば、ＶＧＤ開度が１００％のときに最もコンプレッサ効率が高くなる吸入空気量よりも多い吸入空気量を所定の吸入空気量ＧａＢとすることができる。
【００５３】
図６及び図７に示されるように、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合には、吸入空気量が制限されるために、コンプレッサ効率の実測値は、基準値に対して、図６及び図７の左側にずれる。すなわち、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側（図６参照）では、所定の吸入空気量ＧａＡのときにおける閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡは正の値となる。また、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側（図７参照）では、所定の吸入空気量ＧａＢのときにおける開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢは負の値となる。
【００５４】
ここで、図８は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡと開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢとの関係を示した図である。斜線の領域は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合における閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが取り得る値を示している。なお、正常といえる範囲にはある程度の幅を持たせており、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが、それぞ
れ「−Ｄ」から「＋Ｄ」の範囲内であれば正常の範囲内であるとしている。このＤは、正常の範囲を規定する値として予め実験等により求めておく。
【００５５】
一方、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合において、吸入空気量が少ない領域では、実ＶＧＤ開度が開き側となることにより、コンプレッサ効率が低くなると考えられる。一方、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合において、吸入空気量が多い領域では、吸気の抵抗が少なくなるためにコンプレッサ効率が高くなると考えられる。
【００５６】
図９は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。また、図１０は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。実線は基準値（目標値としても良い）を示し、破線は実測値を示している。図９は、吸入空気量が比較的少ない場合の関係を示し、図１０は、吸入空気量が比較的多い場合の関係を示しているといえる。
【００５７】
図９及び図１０に示されるように、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合には、吸入空気量がより多くなるために、コンプレッサ効率の実測値は、基準値に対して、図９及び図１０の右側にずれる。すなわち、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側（図９参照）では、所定の吸入空気量ＧａＡのときにおける閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡは負の値となる。また、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側（図１０参照）では、所定の吸入空気量ＧａＢのときにおける開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢは正の値となる。
【００５８】
ここで、図１１は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡと開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢとの関係を示した図である。斜線の領域は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合における閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが取り得る値を示している。Ｄの値は図８の場合と同じである。
【００５９】
なお、ディフューザベーン６１の一部が脱落したり又は破損したりした場合には、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じた場合と同様に、吸入空気量がより多くなる。このため、図９，１０，１１に示される関係は、ディフューザベーン６１が欠損した場合にも当てはまる。
【００６０】
また、コンプレッサ効率が全領域で低下した場合には、上述の異常とは異なる他の異常が生じていると考えられる。図１２は、他の異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。また、図１３は、他の異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。実線は基準値（目標値としても良い）を示し、破線は実測値を示している。そして、図１４は、他の異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡと開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢとの関係を示した図である。斜線の領域は、他の異常が生じている場合における閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが取り得る値を示している。Ｄの値は図８の場合と同じである。
【００６１】
このように、他の異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側（図１２参照）では、所定の吸入空気量ＧａＡのときにおける閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ
は負の値となる。また、他の異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側（図１３参照）では、所定の吸入空気量ＧａＢのときにおける開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢは負の値となる。
【００６２】
このように、ディフューザベーン６１の異常の種類によって、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが変わるため、これらの値に基づいてディフューザベーン６１のどこに故障があるのかを判定することができる。
【００６３】
図１５は、本実施例に係る故障検出のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、本実施例では図１５に示すフローを実行するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。
【００６４】
ステップＳ１０１では、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡが算出される。また、ステップＳ１０２では、開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが算出される。
【００６５】
ステップＳ１０３では、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡが「０＋所定値Ｄ」よりも大きく、且つ開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが「０−所定値Ｄ」よりも小さいか否か判定される。所定値Ｄは、ディフューザベーン６１が正常であるときの閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡおよび開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢの範囲を示す値として実験等により求められる値である。すなわち、本ステップでは、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きく、且つＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さいか否か判定している。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じていると判定される。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５へ進む。
【００６６】
ステップＳ１０５では、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡが「０−所定値Ｄ」よりも小さく、且つ開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが「０＋所定値Ｄ」よりも大きいか否か判定される。すなわち、本ステップでは、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きいか否か判定している。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じているか又はディフューザベーン６１が欠損したと判定される。一方、ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進む。
【００６７】
ステップＳ１０７では、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡが「０−所定値Ｄ」よりも小さく、且つ開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが「０−所定値Ｄ」よりも小さいか否か判定される。すなわち、本ステップでは、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さいか否か判定している。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合には、コンプレッサ効率が低下する他の異常が生じていると判定される。一方、ステップＳ１０７で否定判定がなされた場合には、ディフューザベーン６１は正常であり、本ルーチンを終了させる。
【００６８】
なお、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じていると判定された場合（ステップＳ１０４が実行された場合）には、その後に、実ＶＧＤ開度を目標ＶＧ
Ｄ開度に合わせる基準位置学習制御を実行する。すなわち、ユニゾンリング６４の突起部６４ｂがストッパー７０に当たるまで、アクチュエータ５７を作動させ、このときの位置を記憶させる。このときには、ディフューザベーン６１が全閉となっているため、このときの位置をディフューザベーン６１の全閉の位置として記憶しておく。これ以降は、新たに記憶された位置に基づいてＶＧＤ開度を制御する。なお、本実施例では基準位置学習制御を行うＥＣＵ１０が、本発明における学習手段に相当する。
【００６９】
また、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じているか又はディフューザベーン６１が欠損したと判定された場合（ステップＳ１０６が実行された場合）には、まず、実ＶＧＤ開度を目標ＶＧＤ開度に合わせる基準位置学習制御を実行する。すなわち、ユニゾンリング６４の突起部６４ｂがストッパー７０に当たるまで、アクチュエータ５７を作動させ、このときの位置を記憶させる。このときには、ディフューザベーン６１が全閉となっているため、このときの位置をディフューザベーン６１の全閉の位置として記憶しておく。これ以降は、新たに記憶された位置に基づいてＶＧＤ開度を制御する。そして、この後に、再度、図１５に示すフローを実行し、この結果、ディフューザベーン６１に異常がない場合には、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じていたが、基準位置学習制御により異常が解消されたと考えられる。一方、図１５に示すフローを再度実行したときにも、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じているか又はディフューザベーン６１が欠損したと判定された場合には、ディフューザベーン６１が欠損したと判定される。すなわち、基準位置学習制御によっては異常が解消されないため、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じているのではなく、ディフューザベーン６１が欠損したと考えられる。この場合には、運転者などに異常を知らせるために、たとえば警告灯を点灯させる。このときには、内燃機関１の出力を抑制するフェールセーフモードに移行する。フェールセーフモードでは、内燃機関１への燃料供給量を制限したり、過給圧を制限したりする。
【００７０】
ところで、本実施例では、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡと、ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢと、の２つの吸入空気量が得られる運転状態となれなければ故障検出を行うことができない。これに対し、他の運転状態のときに得られる吸入空気量に基づいて故障検出を行うことができるように、判定基準となる所定の吸入空気量をより多く設定しても良い。それぞれの吸入空気量においてコンプレッサ効率の基準値を予め求めておけば、故障検出をより広い運転領域で行うことができる。
【００７１】
以上説明したように本実施例によれば、コンプレッサ効率に基づいてディフューザベーン６１の異常の種類を判別することができる。これにより、適切な処置を施すことができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 内燃機関
２ 気筒
２Ａ 吸気ポート
２Ｂ 排気ポート
３ 吸気通路
４ 排気通路
１０ ＥＣＵ
１１ 入口側圧力センサ
１２ 入口側温度センサ
１３ 出口側圧力センサ
１４ 出口側温度センサ
１５ エアフローメータ
１６ クランクポジションセンサ
５０ ターボチャージャ
５１ コンプレッサハウジング
５２ タービンハウジング
５３ センタハウジング
５４ コンプレッサインペラ
５５ タービンインペラ
５６ ロータシャフト
５７ アクチュエータ
５８ リンクロッド
６０ 可変ディフューザ
６１ ディフューザベーン
６２ ベースプレート
６３ 回動軸
６４ ユニゾンリング
６４ａ 切欠部
６４ｂ 突起部
６５ 従動アーム
６６ ガイドローラ
７０ ストッパー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給器を備えた内燃機関の故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、該内燃機関から排出される排気のエネルギを利用して駆動されるターボチャージャを設けると、燃焼室の充填効率を高めて機関出力をより大きくすることができる。
【０００３】
そして、可変ディフューザを有するターボチャージャは、ディフューザベーンの開度（以下、ＶＧＤ開度ともいう。）を変えることにより過給圧を変えることができる。ここで、機関回転数やコンプレッサ出口の圧力（過給圧）に基づいて、ディフューザベーンの開度を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ところで、実際のＶＧＤ開度（以下、実ＶＧＤ開度ともいう。）が目標のＶＧＤ開度（以下、目標ＶＧＤ開度ともいう。）からずれる異常、またはディフューザベーンの一部が破損若しくは脱落する異常が生じると、コンプレッサ効率が変化する。ここで、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度からずれる異常が生じた場合には、ディフューザベーンを基準位置に戻して、その位置を学習（記憶）させることにより、この異常を解消することができる。しかし、ディフューザベーンの一部が破損若しくは脱落する異常が生じた場合には、内燃機関の出力を抑える制御をすると共に、この異常を運転者に警告する必要がある。このように、ディフューザベーンの開度が目標からずれる異常と、ディフューザベーンが欠損する異常と、では対処法が異なるため、どのような異常が生じているのか判定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３２２３２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、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディフューザベーンに異常が生じていることを検出すると共に、その異常の種類を特定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために本発明による過給器を備えた内燃機関の故障検出装置は、
ディフューザベーンの角度を変更する可変ディフューザをコンプレッサ部に有する過給器を備えた内燃機関の故障検出装置において、
前記内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率と、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも大きな第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率と、に基づいて前記ディフューザベーンの異常の状態を判定する判定手段を備える。
【０００８】
第１所定値は、ディフューザベーンの開度が５０％よりも閉じ側となるような吸入空気量である。第１所定値は、ディフューザベーンの開度が変化する範囲の中心よりも開度が小さな側における吸入空気量としてもよい。これは、吸入空気量が比較的少ないとき、またはディフューザベーンの開度が比較的小さいときとすることができる。また、第２所定
値は、ディフューザベーンの開度が５０％よりも開き側となるような吸入空気量である。第２所定値は、ディフューザベーンの開度が変化する範囲の中心よりも開度が大きな側における吸入空気量としてもよい。これは、吸入空気量が比較的多いとき、またはディフューザベーンの開度が比較的大きいときとすることができる。なお、第１所定値と第２所定値とを同じ値とすることもできる。そして、吸入空気量が多いときと少ないときとでコンプレッサ効率を夫々求め、このコンプレッサ効率に基づいてディフューザベーンの異常を判定する。すなわち、ディフューザベーンの開度のずれと、ディフューザベーンの欠損とで、吸入空気量が多いときと少ないときとのコンプレッサ効率の変化の仕方が異なるため、該コンプレッサ効率に基づいてディフューザベーンの異常を判定することができる。
【０００９】
本発明においては、前記判定手段は、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さい場合に、前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると判定することができる。
【００１０】
ここで、ディフューザベーンが正常の場合には、内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率及び内燃機関の吸入空気量が第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が、夫々、正常範囲に収まる。コンプレッサ効率の正常範囲は、ディフューザベーンに異常がないときのコンプレッサ効率が取り得る範囲であり、実験等により求めても良い。なお、正常範囲は、吸入空気量毎に異なり、誤差などの影響を考慮してある程度の幅を持たせてもよい。
【００１１】
しかし、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると、正常時と比較して吸入空気量が制限される。ここで、吸入空気量が少ない運転状態のときには、ディフューザベーンの開度が比較的小さくされるが、このときに、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると、コンプレッサ効率は正常時よりも高くなる。すなわち、吸入空気量が少ないときには、ディフューザベーンの開度を小さくすることによりコンプレッサ効率が高まるため、ディフューザベーンの開度が閉じ側にずれることでコンプレッサ効率がより高くなる。
【００１２】
一方、吸入空気量が多い運転状態のときには、ディフューザベーンの開度が比較的大きくされるが、このときに、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると、コンプレッサ効率は正常時よりも低くなる。すなわち、吸入空気量が多いときには、ディフューザベーンの開度を大きくすることによりコンプレッサ効率が高まるため、ディフューザベーンの開度がずれにより小さくなるとコンプレッサ効率が低くなる。
【００１３】
これらの関係をまとめると、内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きく、且つ内燃機関の吸入空気量が第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さい場合に、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると判定することができる。
【００１４】
なお、本発明においては、前記判定手段により前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると判定された場合に該ディフューザベーンの位置を学習する学習手段を備えることができる。
【００１５】
たとえば、ディフューザベーンの開度の変化量を積算して現時点での開度を算出する場合には、誤差が蓄積されるため、算出される開度と実際の開度との差が次第に大きくなっ
ていく。これに対し、ディフューザベーンをたとえば全開または全閉とすれば、その後は、全開又は全閉からの開度の変化量を積算すれば良い。すなわち、ディフューザベーンをたとえば全開または全閉としてその位置を記憶した後は、それまでに蓄積された誤差の影響を受けずに開度を算出することができるため、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれる異常を解消することができる。
【００１６】
本発明においては、前記判定手段は、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きい場合に、前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又は前記ディフューザベーンが欠損したと判定することができる。
【００１７】
ディフューザベーンが欠損することには、ディフューザベーンの一部が脱落または破損することを含む。ディフューザベーンが欠損した場合には、ベーンの間隔が広くなり吸気の抵抗が小さくなるので、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれている場合と同じようにコンプレッサ効率が変化する。
【００１８】
ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又はディフューザベーンが欠損した場合には、正常時と比較して吸入空気の抵抗が小さくなる。ここで、吸入空気量が少ない運転状態のときには、ディフューザベーンの開度が比較的小さくされるが、このときに、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれていると、コンプレッサ効率は正常時よりも低くなる。すなわち、吸入空気量が少ないときには、ディフューザベーンの開度を小さくすることによりコンプレッサ効率が高まるため、ディフューザベーンの開度が開き側にずれることでコンプレッサ効率がより低くなる。これは、ディフューザベーンが欠損した場合も同じである。
【００１９】
一方、吸入空気量が多い運転状態のときには、ディフューザベーンの開度が比較的大きくされるが、このときに、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれていると、コンプレッサ効率は正常時よりも高くなる。すなわち、吸入空気量が多いときには、ディフューザベーンの開度を大きくすることによりコンプレッサ効率が高まるため、ディフューザベーンの開度がずれにより大きくなるとコンプレッサ効率が高くなる。これは、ディフューザベーンが欠損した場合も同じである。
【００２０】
これらの関係をまとめると、内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つ内燃機関の吸入空気量が第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きい場合に、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又はディフューザベーンが欠損したと判定することができる。
【００２１】
なお、本発明においては、前記判定手段により前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又は前記ディフューザベーンが欠損したと判定された場合に該ディフューザベーンの位置を学習する学習手段を備え、
前記判定手段は、前記学習手段により前記ディフューザベーンの位置を学習した後においても、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きい場合には、前記ディフューザベーンが欠損したと判定することができる。
【００２２】
ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又はディフ
ューザベーンが欠損した場合には、どちらも吸気の抵抗が小さくなるために、コンプレッサ効率が同じように変化する。ここで、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれている場合には、学習手段によりディフューザベーンの位置を学習すれば、その後は、ディフューザベーンの開度を目標に合わせることができる。したがって、学習手段による学習後にコンプレッサ効率が正常範囲内となれば、それ以前は、ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれていたと判定できる。一方、学習手段による学習後にコンプレッサ効率が正常範囲に入らないのであれば、ディフューザベーンが欠損したと判定できる。ディフューザベーンが欠損した場合には、たとえばフェールセーフモードに移行して内燃機関の出力を抑えるようにすることで、それ以降のディフューザベーンの脱落や破損を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ディフューザベーンに異常が生じていることを検出すると共に、その異常の種類を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例に係る内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ディフューザベーンの作動状態を示す図である。
【図３】可変ディフューザの構成を説明するための図である。
【図４】ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの吸入空気量と圧力比との関係を示した図である。
【図５】ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの吸入空気量と圧力比との関係を示した図である。
【図６】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図７】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図８】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差と開側コンプレッサ効率差との関係を示した図である。
【図９】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図１０】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図１１】実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差と開側コンプレッサ効率差との関係を示した図である。
【図１２】他の異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図１３】他の異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図１４】他の異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差と開側コンプレッサ効率差との関係を示した図である。
【図１５】実施例に係る故障検出のフロー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】
【００２５】
以下、本発明に係る過給器を備えた内燃機関の故障検出装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本実施例に係る内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２７】
内燃機関１には、吸気通路３及び排気通路４が接続されている。吸気通路３は吸気ポート２Ａを介して気筒２と接続されており、排気通路４は排気ポート２Ｂを介して気筒２と接続されている。
【００２８】
また、本実施例による内燃機関１は可変ディフューザ付きターボチャージャ５０（以下、単に「ターボチャージャ５０」という。）を備えている。このターボチャージャ５０は、コンプレッサハウジング５１、タービンハウジング５２、及びセンタハウジング５３を備えて構成されている。コンプレッサハウジング５１は吸気通路３の途中に設けられ、該コンプレッサハウジング５１の内部は吸気通路３の一部を構成している。また、タービンハウジング５２は排気通路４の途中に設けられ、該タービンハウジング５２の内部は排気通路４の一部を構成している。そして、コンプレッサハウジング５１とタービンハウジング５２とは、センタハウジング５３を介して連結されている。
【００２９】
コンプレッサハウジング５１内には複数の羽根をもったコンプレッサインペラ５４が備えられ、タービンハウジング５２内には複数の羽根を持ったタービンインペラ５５が備えられている。コンプレッサインペラ５４とタービンインペラ５５とは、ロータシャフト５６を介して連結されている。コンプレッサハウジング５１には、後述するディフューザベーン６１を回転させるためのアクチュエータ５７が、リンクロッド５８を介して接続されている。
【００３０】
図２は、ディフューザベーン６１の作動状態を示す図である。図２において実線は、ディフューザベーン６１が全閉の状態を示し、破線は、ディフューザベーン６１が全開の状態を示している。図３は、可変ディフューザ６０の構成を説明するための図である。
【００３１】
コンプレッサハウジング５１内の空気通路におけるコンプレッサインペラ５４の下流側に、可変ディフューザ６０が配置されている。
【００３２】
コンプレッサインペラ５４の外周には、可変ディフューザ６０のディフューザベーン６１が複数個配置されている。それぞれのディフューザベーン６１は、コンプレッサハウジング５１に固定されたドーナツ盤状のベースプレート６２に、回動軸６３を介して回動可能に取り付けられている。回動軸６３は、当該コンプレッサインペラ５４と同心状に等角度間隔で配置されている。
【００３３】
可変ディフューザ６０は、上記複数のディフューザベーン６１の開度を一斉に変更させるための構成を備えている。ベースプレート６２には、内周側に複数の半円状の切欠部６４ａを有するユニゾンリング６４が配置されている。また、ディフューザベーン６１の回動軸６３には、従動アーム６５の一端が固定されている。
【００３４】
従動アーム６５の他端は、円状に形成されており、ユニゾンリング６４の切欠部６４ａに係合されている。ユニゾンリング６４の内周は、ユニゾンリング６４がベースプレート６２に対して同心を保ちながら回動できるように、ベースプレート６２に付設された複数のガイドローラ６６によって案内されている。
【００３５】
ユニゾンリング６４に設けられた突起部６４ｂには、リンクロッド５８の一端が回動自
在に取り付けられている。リンクロッド５８の他端は、アクチュエータ５７に接続されている。
【００３６】
以上の構成によれば、ＥＣＵ１０によってアクチュエータ５７に駆動指令が与えられることにより、リンクロッド５８が図３中に示す矢印方向に駆動される。このリンクロッド５８の運動により、ユニゾンリング６４が図３中の矢印方向に回転操作されるようになる。そして、ユニゾンリング６４の回転運動が従動アーム６５を介して伝達されることにより、すべてのディフューザベーン６１の開度が一斉に変更される。このように、ＥＣＵ１０の駆動指令に基づいて、ディフューザベーン６１の開度を図２中の実線から破線の間の任意の開度に調整することが可能となる。
【００３７】
なお、ベースプレート６２にはユニゾンリング６４の回転を規制するためのストッパー７０が設けられている。このストッパー７０は、ユニゾンリング６４に設けられた突起部６４ｂが該ストッパー７０に当たった状態で、ディフューザベーン６１が全閉の位置となるように設置されている。
【００３８】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて該内燃機関１を制御するユニットである。
【００３９】
ＥＣＵ１０には、アクチュエータ５７が電気配線を介して接続され、該アクチュエータ５７をＥＣＵ１０により制御することが可能になっている。
【００４０】
また、コンプレッサハウジング５１よりも上流側の吸気通路３には、吸気の圧力を測定する入口側圧力センサ１１及び吸気の温度を測定する入口側温度センサ１２が取り付けられている。また、コンプレッサハウジング５１よりも下流側の吸気通路３には、吸気の圧力を測定する出口側圧力センサ１３、吸気の温度を測定する出口側温度センサ１４、及び吸気の流量を測定するエアフローメータ１５が取り付けられている。これらセンサは、ＥＣＵ１０と電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００４１】
また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１６が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００４２】
そして、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の始動時に、ユニゾンリング６４の突起部６４ｂをストッパー７０に当てた状態で、ディフューザベーン６１の位置を学習（記憶）している。このときのディフューザベーン６１の位置を基準位置とする。すなわち、ユニゾンリング６４の突起部６４ｂをストッパー７０に当てた状態では、ディフューザベーン６１が全閉となっているため、このときの位置をディフューザベーン６１の全閉の位置として記憶しておく。このようにディフューザベーン６１の基準位置を学習する。そして、基準位置からディフューザベーン６１がどれだけ動いたのかをアクチュエータ５７の作動状況から算出することで、現時点でのＶＧＤ開度を算出している。
【００４３】
しかし、アクチュエータ５７の作動状況から得られるＶＧＤ開度の変化量には誤差が含まれているため、内燃機関１が作動している時間が長くなると、ＶＧＤ開度の算出値と実際の値とにずれが生じることがある。そうすると、ＶＧＤ開度の実際の値（以下、実ＶＧＤ開度とする。）が目標値（以下、目標ＶＧＤ開度とする。）からずれてしまい、コンプレッサ効率が目標値から外れる虞がある。また、ディフューザベーン６１が欠損した場合にも、コンプレッサ効率が目標値から外れる虞がある。これらの異常が生じても過給圧の
変化は小さいために、これらの異常は検出し難い。また、ＶＧＤ開度の算出値と実際の値とにずれが生じたのであれば、ディフューザベーン６１の基準位置を再度記憶させれば良いが、ディフューザベーン６１が欠損した場合には運転者への警告などが必要となる。このため、両者を区別する必要がある。なお、目標ＶＧＤ開度は、たとえば機関回転数や過給圧に応じて設定される。
【００４４】
そこで本実施例では、コンプレッサ効率に基づいてこれらの異常を判別する。なお、ターボチャージャ５０以外の機器には異常がないことを予め他の周知の技術により確認しておいてもよい。ここで、コンプレッサ効率ηｃは以下の式により算出する。
ηｃ＝Ｔ０×｛（Ｐ３／Ｐ０）0.286−１｝／（Ｔ３−Ｔ０）
ただし、Ｔ０はコンプレッサ入口温度（入口側温度センサ１２により得られる温度）、Ｔ３はコンプレッサ出口温度（出口側温度センサ１４により得られる温度）、Ｐ０はコンプレッサ入口圧力（入口側圧力センサ１１により得られる圧力）、Ｐ３はコンプレッサ出口圧力（出口側圧力センサ１３により得られる圧力）である。
【００４５】
そして、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡのときにおけるコンプレッサ効率ηｃＡｒ（以下、閉側実コンプレッサ効率ηｃＡｒとする。）を求める。同様に、ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢのときにおけるコンプレッサ効率ηｃＢｒ（以下、開側実コンプレッサ効率ηｃＢｒとする。）を求める。なお、ＶＧＤ開度は、ディフューザベーン６１が全閉のときを０％とし、全開のときを１００％とする。そして、全閉から全開までの間の中心の開度が５０％となる。なお、開度は、回動軸６３の角度に基づいて設定しても良く、隣り合うディフューザベーン６１で囲まれる通路の断面積に基づいて設定しても良い。すなわち、回動軸６３の回動範囲の中心をディフューザベーン６１の開度の５０％としても良く、前記通路の断面積の変化範囲の中心をディフューザベーン６１の開度の５０％としても良い。また、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡは、アイドル運転時の吸入空気量としても良い。さらに、「ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のとき」とは、ディフューザベーン６１が全閉のときとしても良く、「ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のとき」とは、ディフューザベーン６１が全開のときとしても良い。
【００４６】
また、閉側実コンプレッサ効率ηｃＡｒ及び開側実コンプレッサ効率ηｃＢｒの基準値を予め実験等により求めておく。この基準値は、ディフューザベーン６１が正常であるときのコンプレッサ効率である。なお、閉側実コンプレッサ効率ηｃＡｒの基準値を閉側基準コンプレッサ効率ηｃＡとし、開側実コンプレッサ効率ηｃＢｒの基準値を開側基準コンプレッサ効率ηｃＢとする。また、閉側実コンプレッサ効率ηｃＡｒと閉側基準コンプレッサ効率ηｃＡとの差（ηｃＡｒ−ηｃＡ）を、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡとし、開側実コンプレッサ効率ηｃＢｒと開側基準コンプレッサ効率ηｃＢとの差（ηｃＢｒ−ηｃＢ）を、開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢとする。
【００４７】
そして、ディフューザベーン６１の異常の状態によって、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが変わるため、これらの値に基づいてディフューザベーン６１の異常の状態を判定する。
【００４８】
ここで、図４は、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの吸入空気量と圧力比との関係を示した図である。また、図５は、ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの吸入空気量と圧力比との関係を示した図である。なお、圧力比とは、コンプレッサハウジング５１よりも下流側の圧力Ｐ３を、コンプレッサハウジング５１よりも上流側の圧力Ｐ０で除した値（Ｐ３／Ｐ０）である。実線は効率等高線を示し、一点鎖線はサージ限界を示している。サージ限界よりも右側の領域は、サージによる影響を受けずに安定してターボチャージャ５０を作動させることのできる領域である。また、サージ限界よりも左側の領域は、
サージによる影響でターボチャージャ５０の作動が不安定となる領域である。また、効率等高線よりも内側の領域のほうが、外側の領域よりもコンプレッサ効率は高い。
【００４９】
また、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡのときにおける圧力比を、閉側実圧力比πｃＡとする。同様に、ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢのときにおける圧力比を、開側実圧力比πｃＢとする。閉側実圧力比πｃＡは、開側実圧力比πｃＢよりも小さい。
【００５０】
図４と図５を比較すれば分かるように、ＶＧＤ開度に応じてコンプレッサ効率の高い領域が変化し、ＶＧＤ開度が閉じ側のほうが開き側よりもコンプレッサ効率の高い領域が狭い。
【００５１】
ここで、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合において、吸入空気量が少ない領域では、実ＶＧＤ開度が閉じ側となることによりコンプレッサ効率が高くなると考えられる。一方、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合において、吸入空気量が多い領域では、吸気の流量が制限されるためにコンプレッサ効率が低くなると考えられる。
【００５２】
図６は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。また、図７は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。実線は基準値（目標値としても良い）を示し、破線は実測値を示している。図６は、吸入空気量が比較的少ない場合の関係を示し、図７は、吸入空気量が比較的多い場合の関係を示しているといえる。また、図６を見れば分かるように、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡは、そのときのＶＧＤ開度のときのコンプレッサ効率が最大となる吸入空気量よりも小さな値に設定される。同様に、図７を見れば分かるように、ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢは、そのときのＶＧＤ開度のときのコンプレッサ効率が最大となる吸入空気量よりも大きな値に設定される。たとえば、ＶＧＤ開度が０％のときに最もコンプレッサ効率が高くなる吸入空気量よりも少ない吸入空気量を所定の吸入空気量ＧａＡとすることができる。また、たとえば、ＶＧＤ開度が１００％のときに最もコンプレッサ効率が高くなる吸入空気量よりも多い吸入空気量を所定の吸入空気量ＧａＢとすることができる。
【００５３】
図６及び図７に示されるように、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合には、吸入空気量が制限されるために、コンプレッサ効率の実測値は、基準値に対して、図６及び図７の左側にずれる。すなわち、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側（図６参照）では、所定の吸入空気量ＧａＡのときにおける閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡは正の値となる。また、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側（図７参照）では、所定の吸入空気量ＧａＢのときにおける開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢは負の値となる。
【００５４】
ここで、図８は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡと開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢとの関係を示した図である。斜線の領域は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じている場合における閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが取り得る値を示している。なお、正常といえる範囲にはある程度の幅を持たせており、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが、それぞ
れ「−Ｄ」から「＋Ｄ」の範囲内であれば正常の範囲内であるとしている。このＤは、正常の範囲を規定する値として予め実験等により求めておく。
【００５５】
一方、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合において、吸入空気量が少ない領域では、実ＶＧＤ開度が開き側となることにより、コンプレッサ効率が低くなると考えられる。一方、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合において、吸入空気量が多い領域では、吸気の抵抗が少なくなるためにコンプレッサ効率が高くなると考えられる。
【００５６】
図９は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。また、図１０は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。実線は基準値（目標値としても良い）を示し、破線は実測値を示している。図９は、吸入空気量が比較的少ない場合の関係を示し、図１０は、吸入空気量が比較的多い場合の関係を示しているといえる。
【００５７】
図９及び図１０に示されるように、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合には、吸入空気量がより多くなるために、コンプレッサ効率の実測値は、基準値に対して、図９及び図１０の右側にずれる。すなわち、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側（図９参照）では、所定の吸入空気量ＧａＡのときにおける閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡは負の値となる。また、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側（図１０参照）では、所定の吸入空気量ＧａＢのときにおける開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢは正の値となる。
【００５８】
ここで、図１１は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡと開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢとの関係を示した図である。斜線の領域は、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じている場合における閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが取り得る値を示している。Ｄの値は図８の場合と同じである。
【００５９】
なお、ディフューザベーン６１の一部が脱落したり又は破損したりした場合には、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じた場合と同様に、吸入空気量がより多くなる。このため、図９，１０，１１に示される関係は、ディフューザベーン６１が欠損した場合にも当てはまる。
【００６０】
また、コンプレッサ効率が全領域で低下した場合には、上述の異常とは異なる他の異常が生じていると考えられる。図１２は、他の異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。また、図１３は、他の異常が生じている場合におけるＶＧＤ開度が５０％よりも開き側の所定開度のときの吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。実線は基準値（目標値としても良い）を示し、破線は実測値を示している。そして、図１４は、他の異常が生じている場合の閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡと開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢとの関係を示した図である。斜線の領域は、他の異常が生じている場合における閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが取り得る値を示している。Ｄの値は図８の場合と同じである。
【００６１】
このように、他の異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側（図１２参照）では、所定の吸入空気量ＧａＡのときにおける閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ
は負の値となる。また、他の異常が生じている場合に、実ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側（図１３参照）では、所定の吸入空気量ＧａＢのときにおける開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢは負の値となる。
【００６２】
このように、ディフューザベーン６１の異常の種類によって、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡ及び開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが変わるため、これらの値に基づいてディフューザベーン６１のどこに故障があるのかを判定することができる。
【００６３】
図１５は、本実施例に係る故障検出のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、本実施例では図１５に示すフローを実行するＥＣＵ１０が、本発明における判定手段に相当する。
【００６４】
ステップＳ１０１では、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡが算出される。また、ステップＳ１０２では、開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが算出される。
【００６５】
ステップＳ１０３では、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡが「０＋所定値Ｄ」よりも大きく、且つ開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが「０−所定値Ｄ」よりも小さいか否か判定される。所定値Ｄは、ディフューザベーン６１が正常であるときの閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡおよび開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢの範囲を示す値として実験等により求められる値である。すなわち、本ステップでは、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きく、且つＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さいか否か判定している。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じていると判定される。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５へ進む。
【００６６】
ステップＳ１０５では、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡが「０−所定値Ｄ」よりも小さく、且つ開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが「０＋所定値Ｄ」よりも大きいか否か判定される。すなわち、本ステップでは、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きいか否か判定している。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じているか又はディフューザベーン６１が欠損したと判定される。一方、ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進む。
【００６７】
ステップＳ１０７では、閉側コンプレッサ効率差ΔηｃＡが「０−所定値Ｄ」よりも小さく、且つ開側コンプレッサ効率差ΔηｃＢが「０−所定値Ｄ」よりも小さいか否か判定される。すなわち、本ステップでは、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢのときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さいか否か判定している。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合には、コンプレッサ効率が低下する他の異常が生じていると判定される。一方、ステップＳ１０７で否定判定がなされた場合には、ディフューザベーン６１は正常であり、本ルーチンを終了させる。
【００６８】
なお、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも閉じ側となる異常が生じていると判定された場合（ステップＳ１０４が実行された場合）には、その後に、実ＶＧＤ開度を目標ＶＧ
Ｄ開度に合わせる基準位置学習制御を実行する。すなわち、ユニゾンリング６４の突起部６４ｂがストッパー７０に当たるまで、アクチュエータ５７を作動させ、このときの位置を記憶させる。このときには、ディフューザベーン６１が全閉となっているため、このときの位置をディフューザベーン６１の全閉の位置として記憶しておく。これ以降は、新たに記憶された位置に基づいてＶＧＤ開度を制御する。なお、本実施例では基準位置学習制御を行うＥＣＵ１０が、本発明における学習手段に相当する。
【００６９】
また、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じているか又はディフューザベーン６１が欠損したと判定された場合（ステップＳ１０６が実行された場合）には、まず、実ＶＧＤ開度を目標ＶＧＤ開度に合わせる基準位置学習制御を実行する。すなわち、ユニゾンリング６４の突起部６４ｂがストッパー７０に当たるまで、アクチュエータ５７を作動させ、このときの位置を記憶させる。このときには、ディフューザベーン６１が全閉となっているため、このときの位置をディフューザベーン６１の全閉の位置として記憶しておく。これ以降は、新たに記憶された位置に基づいてＶＧＤ開度を制御する。そして、この後に、再度、図１５に示すフローを実行し、この結果、ディフューザベーン６１に異常がない場合には、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じていたが、基準位置学習制御により異常が解消されたと考えられる。一方、図１５に示すフローを再度実行したときにも、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じているか又はディフューザベーン６１が欠損したと判定された場合には、ディフューザベーン６１が欠損したと判定される。すなわち、基準位置学習制御によっては異常が解消されないため、実ＶＧＤ開度が目標ＶＧＤ開度よりも開き側となる異常が生じているのではなく、ディフューザベーン６１が欠損したと考えられる。この場合には、運転者などに異常を知らせるために、たとえば警告灯を点灯させる。このときには、内燃機関１の出力を抑制するフェールセーフモードに移行する。フェールセーフモードでは、内燃機関１への燃料供給量を制限したり、過給圧を制限したりする。
【００７０】
ところで、本実施例では、ＶＧＤ開度が５０％よりも閉じ側のときの所定の吸入空気量ＧａＡと、ＶＧＤ開度が５０％よりも開き側のときの所定の吸入空気量ＧａＢと、の２つの吸入空気量が得られる運転状態となれなければ故障検出を行うことができない。これに対し、他の運転状態のときに得られる吸入空気量に基づいて故障検出を行うことができるように、判定基準となる所定の吸入空気量をより多く設定しても良い。それぞれの吸入空気量においてコンプレッサ効率の基準値を予め求めておけば、故障検出をより広い運転領域で行うことができる。
【００７１】
以上説明したように本実施例によれば、コンプレッサ効率に基づいてディフューザベーン６１の異常の種類を判別することができる。これにより、適切な処置を施すことができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 内燃機関
２ 気筒
２Ａ 吸気ポート
２Ｂ 排気ポート
３ 吸気通路
４ 排気通路
１０ ＥＣＵ
１１ 入口側圧力センサ
１２ 入口側温度センサ
１３ 出口側圧力センサ
１４ 出口側温度センサ
１５ エアフローメータ
１６ クランクポジションセンサ
５０ ターボチャージャ
５１ コンプレッサハウジング
５２ タービンハウジング
５３ センタハウジング
５４ コンプレッサインペラ
５５ タービンインペラ
５６ ロータシャフト
５７ アクチュエータ
５８ リンクロッド
６０ 可変ディフューザ
６１ ディフューザベーン
６２ ベースプレート
６３ 回動軸
６４ ユニゾンリング
６４ａ 切欠部
６４ｂ 突起部
６５ 従動アーム
６６ ガイドローラ
７０ ストッパー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディフューザベーンの角度を変更する可変ディフューザをコンプレッサ部に有する過給器を備えた内燃機関の故障検出装置において、
前記内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率と、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも大きな第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率と、に基づいて前記ディフューザベーンの異常の状態を判定する判定手段を備えることを特徴とする過給器を備えた内燃機関の故障検出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さい場合に、前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると判定することを特徴とする請求項１に記載の過給器を備えた内燃機関の故障検出装置。
【請求項３】
前記判定手段により前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると判定された場合に該ディフューザベーンの位置を学習する学習手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の過給器を備えた内燃機関の故障検出装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きい場合に、前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又は前記ディフューザベーンが欠損したと判定することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の過給器を備えた内燃機関の故障検出装置。
【請求項５】
前記判定手段により前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又は前記ディフューザベーンが欠損したと判定された場合に該ディフューザベーンの位置を学習する学習手段を備え、
前記判定手段は、前記学習手段により前記ディフューザベーンの位置を学習した後においても、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きい場合には、前記ディフューザベーンが欠損したと判定することを特徴とする請求項４に記載の過給器を備えた内燃機関の故障検出装置。
【請求項１】
ディフューザベーンの角度を変更する可変ディフューザをコンプレッサ部に有する過給器を備えた内燃機関の故障検出装置において、
前記内燃機関の吸入空気量が第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率と、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも大きな第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率と、に基づいて前記ディフューザベーンの異常の状態を判定する判定手段を備えることを特徴とする過給器を備えた内燃機関の故障検出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さい場合に、前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると判定することを特徴とする請求項１に記載の過給器を備えた内燃機関の故障検出装置。
【請求項３】
前記判定手段により前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも閉じ側にずれていると判定された場合に該ディフューザベーンの位置を学習する学習手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の過給器を備えた内燃機関の故障検出装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きい場合に、前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又は前記ディフューザベーンが欠損したと判定することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の過給器を備えた内燃機関の故障検出装置。
【請求項５】
前記判定手段により前記ディフューザベーンの実際の開度が目標の開度よりも開き側にずれているか又は前記ディフューザベーンが欠損したと判定された場合に該ディフューザベーンの位置を学習する学習手段を備え、
前記判定手段は、前記学習手段により前記ディフューザベーンの位置を学習した後においても、前記内燃機関の吸入空気量が前記第１所定値よりも小さなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも小さく、且つ前記内燃機関の吸入空気量が前記第２所定値よりも大きなときのコンプレッサ効率が該コンプレッサ効率の正常範囲よりも大きい場合には、前記ディフューザベーンが欠損したと判定することを特徴とする請求項４に記載の過給器を備えた内燃機関の故障検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２４７１８１（Ｐ２０１１−２４７１８１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２１３７７（Ｐ２０１０−１２１３７７）
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【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２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【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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