JP2000291475A - ターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

ターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置

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JP2000291475A
JP2000291475A JP11094426A JP9442699A JP2000291475A JP 2000291475 A JP2000291475 A JP 2000291475A JP 11094426 A JP11094426 A JP 11094426A JP 9442699 A JP9442699 A JP 9442699A JP 2000291475 A JP2000291475 A JP 2000291475A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過給圧の調圧機構に故障が発生した場合に、
フェイルセーフ機構としてのリリーフバルブを用いず
に、過給圧が許容上限を超えないようにする。 【解決手段】 過給圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上であれば
（Ｓ１）、機関回転速度Ｎe に基づいて故障時の燃料噴
射量Ｔp を演算する（Ｓ２）。ここで、故障時の燃料噴
射量Ｔp は、調圧機構に故障が発生していないときの通
常時の燃料噴射量よりも少なくなるようにする。そし
て、演算された故障時の燃料噴射量Ｔp に基づいて燃料
噴射装置を制御する（Ｓ４）。従って、過給圧の調圧機
構に故障が発生した場合には、燃料噴射量を低減するこ
とで発生トルクを減らし、過給圧を許容上限以下に制御
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボチャージャ
付内燃機関の燃料噴射量制御装置に関し、特に、過給圧
の調圧機構に故障が発生した場合であっても、過給圧が
許容上限を超えないようにする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ターボチャージャ付内燃機関
において、特開平１０−６８３２７号公報に開示される
ように、過給圧を制御するためにウェストゲートバルブ
を備えたものが知られている。即ち、ターボチャージャ
のタービンを迂回するバイパス路にウェストゲートバル
ブを介装し、過給圧が過大になったときにウェストゲー
トバルブを開弁して圧力を逃がし、過給圧を許容上限以
下に制御している。また、内蔵された可変式のベーンに
より過給量を制御する電子制御式可変ノズル型ターボチ
ャージャでは、ベーン開閉動作を行うアクチュエータを
制御することにより、過給圧を制御可能である。
【０００３】ところで、ウェストゲートバルブやアクチ
ュエータが固着等により故障した場合には、過給圧が許
容上限を超えて過大となり、内燃機関にダメージを及ぼ
すおそれがある。このため、フェイルセーフ機構とし
て、過給圧が許容上限を超えたときに、吸気を大気中に
逃がして過給圧を低下させるリリーフバルブを備えたも
のが案出されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
リリーフバルブは、ウェストゲートバルブ等の故障時に
だけしか作動しないフェイルセーフ機構であり、かつ、
現時点では高価な部品であるため、昨今のコスト競争激
化の観点から見ても、他の代替手段があれば、廃止され
るべき部品である。
【０００５】そこで、本発明は以上のような従来の問題
点に鑑み、過給圧に応じて燃料噴射量を制御することに
より、調圧機構が故障しても、過給圧が許容上限を超え
ないようにしたターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射
量制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明は、図１に示すように、過給圧の調圧機構Ａに故
障が発生しているか否かを判定する故障判定手段Ｂと、
該調圧機構Ａに故障が発生していないと判定されたとき
に、通常時の燃料噴射量を機関運転状態に基づいて演算
する通常時燃料噴射量演算手段Ｃと、当該調圧機構Ａに
故障が発生していると判定されたときに、通常時の燃料
噴射量より少ない故障時の燃料噴射量を機関運転状態に
基づいて演算する故障時燃料噴射量演算手段Ｄと、演算
された通常時の燃料噴射量又は故障時の燃料噴射量に基
づいて、燃料噴射制御を行う燃料噴射制御手段Ｅと、を
含んでターボチャージャ付内燃機関の燃料噴射量制御装
置を構成したことを特徴とする。
【０００７】かかる構成によれば、過給圧の調圧機構に
故障が発生していない場合には、通常時の燃料噴射量に
基づいて燃料噴射量制御が行われる。従って、従来から
ある燃料噴射量制御を承継しているので、例えば、運転
者が違和感を覚えることは全くない。
【０００８】一方、過給圧の調圧機構に故障が発生した
場合には、通常時の燃料噴射量よりも少ない故障時の燃
料噴射量に基づいて燃料噴射量制御が行われる。即ち、
通常時の燃料噴射量よりも少ない故障時の燃料噴射量を
用いることで、発生トルクを減らし、機関回転速度が低
下する。そして、機関回転速度の低下に伴って吸入空気
流量も低下するため、過給圧が低下し、過給圧を許容上
限以下に制御することが可能となる。
【０００９】請求項２記載の発明は、前記故障時燃料噴
射量演算手段は、アクセル全開時の第１の燃料噴射量を
機関運転状態に基づいて演算する第１の燃料噴射量演算
手段と、前記通常時の燃料噴射量より少ない第２の燃料
噴射量を機関運転状態に基づいて演算する第２の燃料噴
射量演算手段と、演算された第１の燃料噴射量と第２の
燃料噴射量との小さい方を故障時の燃料噴射量とする燃
料噴射量選択手段と、を含んだ構成であることを特徴と
する。
【００１０】かかる構成によれば、アクセル全開時の第
１の燃料噴射量と、通常時の燃料噴射量より少ない第２
の燃料噴射量と、の小さい方を故障時の燃料噴射量とし
て燃料噴射量制御が行われる。従って、調圧機構に一旦
故障が発生したときには、その後は故障の発生の有無を
判定しなくとも、円滑な加速特性を確保しつつ、過給圧
が許容上限以下に制御される。
【００１１】請求項３記載の発明は、過給圧を検出する
過給圧検出手段を備え、前記故障判定手段は、検出され
た過給圧が所定値以上となったときに、調圧機構に故障
が発生したと判定する構成であることを特徴とする。
【００１２】かかる構成によれば、調圧機構の故障の有
無は、過給圧に基づいて判定されるため、例えば、既に
過給圧センサ等の過給圧検出手段を備えている場合に
は、新たなセンサを設ける必要がなく、コスト上昇が抑
制される。
【００１３】請求項４記載の発明は、前記通常時燃料噴
射量演算手段及び故障時燃料噴射量演算手段は、夫々、
機関運転状態に対する燃料噴射量が設定されたマップを
参照して、通常時の燃料噴射量及び故障時の燃料噴射量
を演算する構成であることを特徴とする。
【００１４】かかる構成によれば、通常時の燃料噴射量
及び故障時の燃料噴射量は、マップを参照して演算され
るため、燃料噴射量の演算に伴う処理負荷の増加が抑制
される。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明を詳述する。図２は、電子制御式可変ノズル型タ
ーボチャージャ（以下「ターボチャージャ」という）付
内燃機関に、本発明を適用した全体構成を示す。
【００１６】ターボチャージャは、主制御を行うコント
ロールユニット１と、内蔵された可変式のベーンにより
過給量を制御するターボチャージャ本体２と、ベーン開
閉動作を行うアクチュエータ３に負圧を供給するプレッ
シャコントロールモジュレータバルブ（以下「ＰＣＭバ
ルブ」という）４と、アクチュエータ３の作動源となる
負圧を発生するバキュームポンプ５と、を含んで構成さ
れる。コントロールユニット１には、機関運転状態とし
て、ブースト圧（過給圧）Ｐb を検出するブースト圧セ
ンサ１０（過給圧検出手段）、及び、機関回転速度（以
下「回転速度」という）Ｎe を検出する回転速度センサ
１１の出力が夫々入力される。
【００１７】そして、コントロールユニット１は、検出
された機関運転状態と理想的な過給特性とを比較し、電
子制御によりＰＣＭバルブ４を制御することで、ターボ
チャージャ本体２のベーン角度を変え、機関運転状態に
応じた最良の過給状態となるように制御する。一方、タ
ーボチャージャの制御に対応して燃料噴射量を増減制御
すべく、コントロールユニット１は、後述する制御内容
に従って、内燃機関６に装着された燃料噴射装置７を制
御する。また、図示しない運転席に配設されたクラスタ
メータ８には、ターボチャージャに関する異常を報知す
る警告灯８ａが設けられ、ターボチャージャの異常が検
出されたときに、コントロールユニット１により点灯制
御される。
【００１８】ここで、ＰＣＭバルブ４又は／及びアクチ
ュエータ３が固着等を起こし、ターボチャージャ本体２
のベーンの開閉により過給圧を制御できなくなった場合
に、どのようにして燃料噴射量制御によって過給圧を制
御するかを説明する。
【００１９】ターボチャージャにより過給圧の制御がで
きなくなると、例えば加速時には、図３に示すように、
過給圧Ｐb は、時間経過に伴い上昇し、許容上限Ｐc を
超えてしまう。このような現象が発生しそうな場合に
は、機関運転状態に応じて設定される燃料噴射量Ｔp を
減少させることで、発生トルクＴを減らし、過給圧Ｐb
を低下させる。従って、過給圧Ｐb が許容上限Ｐc を超
えそうな場合には、回転速度Ｎe に応じて燃料噴射量Ｔ
p を減少させることで、過給圧Ｐb が許容上限以下に制
御されることとなる。
【００２０】次に、燃料噴射量制御の第１実施形態につ
いて、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。ス
テップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）で
は、ブースト圧センサ１０により検出されたブースト圧
Ｐb が所定値Ｐ0 以上であるか否かが判定される。ここ
で、所定値Ｐ0 は、図３に示すように、ターボチャージ
ャにより過給圧が制御できなくなったか否かを判定する
値であり、許容上限Ｐc より小さい値に設定される。そ
して、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上であればステッ
プ２へと進み （Ｙｅｓ）、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ
0 未満であればステップ３へと進む（Ｎｏ）。なお、所
定値Ｐ0 は、一定値としてもよいし、又は、回転速度Ｎ
eに応じて変化する可変値としてもよい。但し、可変値
とした場合には、ターボチャージャの故障検出精度を向
上することができる。また、ステップ１の処理が、故障
判定手段に該当する。
【００２１】ステップ２では、ターボチャージャが故障
した場合（以下「故障時」という）の燃料噴射量Ｔp が
演算される。即ち、回転速度センサ１１により検出され
た回転速度Ｎe に基づいて、図５（Ａ）に示すような燃
料噴射量マップを参照して、故障時の燃料噴射量Ｔp が
演算される。ここで、燃料噴射量マップでは、前述した
原理により、ブースト圧Ｐb が許容上限Ｐc 以下になる
ように燃料噴射量Ｔpが設定される。なお、ステップ２
の処理が、故障時燃料噴射量演算手段に該当する。ステ
ップ３では、ターボチャージャに故障が発生していない
場合（以下「通常時」という）の燃料噴射量Ｔp が演算
される。即ち、回転速度センサ１１により検出された回
転速度Ｎe 及びブースト圧センサ１０により検出された
ブースト圧Ｐb に基づいて、図５（Ｂ）に示すような２
次元燃料噴射量マップを参照して、通常時の燃料噴射量
Ｔp が演算される。なお、ステップ３の処理が、通常時
燃料噴射量演算手段に該当する。
【００２２】ステップ３の後は、ステップ５に進み、通
常時の燃料噴射量Ｔp に基づいて、燃料噴射装置７が制
御され、所定の燃料噴射時期に燃料噴射が行われ、ステ
ップ１に戻る。
【００２３】ステップ２の後のステップ４においては、
故障時の燃料噴射量Ｔp に基づいて、燃料噴射装置７が
制御され、所定の燃料噴射時期に燃料噴射が行われる。
なお、ステップ４の処理が、燃料噴射制御手段に該当す
る。
【００２４】その後、ステップ６に進み、キーＯＦＦま
で（即ち、コントロールユニットの電源ＯＦＦ）まで、
ステップ４の制御を継続する。以上説明したステップ１
〜ステップ６の処理によれば、ブースト圧Ｐb が所定値
Ｐ0 未満であれば、燃料噴射量による過給圧の制御は不
要であるので、通常時の燃料噴射量Ｔp に基づく燃料噴
射量制御が行われる。即ち、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ
0 以下であれば、従来からある燃料噴射量制御が行われ
るため、例えば、運転者が違和感を覚えることは全くな
い。
【００２５】一方、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上と
なったときには、ターボチャージャによる過給圧制御が
できなくなった故障時であると判断できるため、故障時
の燃料噴射量Ｔp に基づく燃料噴射量制御が行われる。
このとき、故障時の燃料噴射量Ｔp は、同一条件におけ
る通常の燃料噴射量Ｔp よりも少なく、具体的には、出
力トルクが減少してブースト圧Ｐb が許容上限Ｐc 以下
になるように設定されるため、ブースト圧Ｐb が許容上
限Ｐc を超えることが防止される。
【００２６】従って、ＰＣＭバルブ４又はアクチュエー
タ３が固着等を起こし、ターボチャージャ本体２のベー
ン開閉動作が行えなくなっても、図３に示すように、過
給圧を許容上限Ｐc 以下に制御することができる。この
ため、従来では、フェイルセーフ機構として必要であっ
たリリーフバルブを廃止することができ、コスト削減を
図ることができる。また、リリーフバルブの廃止によ
り、重量低減や信頼性向上も図ることができる。
【００２７】次に、燃料噴射量制御の第２実施形態につ
いて、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。ス
テップ１１では、ブースト圧センサ１０により検出され
たブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上であるか否かが判定
される。そして、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ 0 以上であ
ればステップ１２へと進み（Ｙｅｓ）、ブースト圧Ｐb
が所定値Ｐ0未満であればステップ１８へと進む（Ｎ
ｏ）。なお、ここで使用される所定値Ｐ 0 は、ステップ
１において使用された所定値Ｐ0 と同一であるので、そ
の説明は省略する。また、ステップ１１の処理が、故障
判定手段に該当する。
【００２８】ステップ１２では、アクセル開度が全開で
あるときの通常時の燃料噴射量（以下「全負荷燃料噴射
量」という）Ｔp1が演算される。即ち、回転速度センサ
１１により検出された回転速度Ｎe に基づいて、図７に
示すような燃料噴射量マップを参照して、全負荷燃料噴
射量Ｔp1が演算される。なお、ステップ１２の処理が、
第１の燃料噴射量演算手段に該当する。
【００２９】ステップ１３では、ステップ２と同一処理
を行い、故障時の燃料噴射量Ｔp2が演算される。なお、
ステップ１３の処理が、第２の燃料噴射量演算手段に該
当する。
【００３０】ステップ１４では、全負荷燃料噴射量Ｔp1
が、故障時の燃料噴射量Ｔp2以上であるか否かが判定さ
れる。そして、全負荷燃料噴射量Ｔp1が故障時の燃料噴
射量Ｔp2以上であればステップ１５へと進み（Ｙｅ
ｓ）、燃料噴射量Ｔp として故障時の燃料噴射量Ｔp2が
選択される。一方、全負荷燃料噴射量Ｔp1が故障時の燃
料噴射量Ｔp2未満であればステップ１６へと進み（Ｎ
ｏ）、燃料噴射量Ｔp として全負荷燃料噴射量Ｔp1が選
択される。なお、ステップ１４〜ステップ１６の処理
が、燃料噴射量選択手段に該当する。
【００３１】ここで、ステップ１２〜ステップ１６の処
理が、上位概念としての故障時燃料噴射量演算手段に該
当する。ステップ１７では、燃料噴射量Ｔp に基づい
て、燃料噴射装置７が制御され、所定の燃料噴射時期に
燃料噴射が行われる。その後、ステップ２０に進み、キ
ーＯＦＦまで（即ち、コントロールユニットの電源ＯＦ
Ｆ）まで、ステップ１７の制御を継続する。
【００３２】なお、ステップ１７の処理が、燃料噴射制
御手段に該当する。ステップ１１においてブースト圧Ｐ
b が所定値Ｐ0 未満であると判定されたステップ１８で
は、ステップ２と同一処理を行い、燃料噴射量として通
常時の燃料噴射量Ｔp が演算される。なお、ステップ１
８の処理が、通常時燃料噴射量演算手段に該当する。
【００３３】ステップ１９では、燃料噴射量Ｔp に基づ
いて、燃料噴射装置７が制御され、所定の燃料噴射時期
に燃料噴射が行われる。その後、ステップ１１へと戻
り、ステップ１１以降の処理が繰り返される。なお、ス
テップ１９の処理が、燃料噴射制御手段に該当する。
【００３４】以上説明したステップ１１〜ステップ２０
の処理によれば、先の第１実施形態による作用・効果に
加え、次のような作用・効果がある。即ち、燃料噴射量
制御の開始後、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上になる
と、燃料噴射量Ｔp として、全負荷燃料噴射量Ｔp1と故
障時の燃料噴射量Ｔp2とのうち小さい方が選択される。
そして、燃料噴射量Ｔp に基づく燃料噴射量制御が行わ
れる。その後、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上である
かの判定を行わずに、故障時の燃料噴射量制御が繰り返
される。これは、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 以上にな
ったときには、ターボチャージャに故障が発生したと判
断できるため、故障時における高精度な燃料噴射量制御
を行うことを意図したものである。
【００３５】従って、ターボチャージャに一旦故障が発
生すると、ブースト圧Ｐb が所定値Ｐ0 未満であって
も、故障時における燃料噴射量制御が行われることとな
る。このため、全負荷燃料噴射量Ｔp1を演算する燃料噴
射量マップ（図７参照）を適切に設定することで、ター
ボチャージャに故障が発生した場合にも、円滑な加速特
性を確保しつつ、過給圧を許容上限以下に制御すること
ができる。
【００３６】尚、図４のフローチャート及び図６のフロ
ーチャートにおいて、ステップ６及びステップ２０に進
むことによる効果は、ステップ４及びステップ１７以上
の噴射量に戻らず、トルクの変動等２次的な不具合を防
止できる点である。
【００３７】なお、以上説明した実施形態では、本発明
に係る燃料噴射量制御装置を、電子制御式可変ノズル型
ターボチャージャ付内燃機関に適用したが、ウェストゲ
ートバルブを備えた通常のターボチャージャ付内燃機関
に適用してもよい。この場合には、ウェストゲートバル
ブが固着等により作動しなくなっても、燃料噴射量によ
る過給圧制御が可能であるので、フェイルセーフ機構と
してのリリーフバルブを廃止することができる。
【００３８】また、ブースト圧Ｐb を直接検出する代わ
りに、例えば、吸入空気流量Ｑ等からブースト圧Ｐb を
間接的に検出するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、過給圧の調圧機構に故障が発生していない
場合には、従来からある燃料噴射量制御が行われるの
で、例えば、運転者が違和感を覚えることを防止するこ
とができる。一方、過給圧の調圧機構に故障が発生した
場合には、通常時の燃料噴射量よりも少ない故障時の燃
料噴射量を用いることで、過給圧を許容上限以下に制御
することができる。このため、従来技術においてフェイ
ルセーフ機構として必須であったリリーフバルブを廃止
することができ、コスト削減，重量軽減及び信頼性向上
等を図ることができる。
【００４０】請求項２記載の発明によれば、調圧機構に
一旦故障が発生したときには、その後は故障の発生の有
無を判定しなくとも、円滑な加速特性を確保しつつ、過
給圧を許容上限以下に制御することができる。
【００４１】請求項３記載の発明によれば、既に過給圧
センサ等の過給圧検出手段を備えている場合には、新た
なセンサを設ける必要がなく、コスト上昇を抑制するこ
とができる。
【００４２】請求項４記載の発明によれば、燃料噴射量
の演算に伴う処理負荷の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１記載の発明の構成を説明するブロッ
ク図
【図２】 本発明に係る燃料噴射量制御装置を適用した
ターボチャージャ付内燃機関の全体構成図
【図３】 従来技術及び本発明における過給圧の上昇特
性を示す線図
【図４】 第１実施形態に係る燃料噴射量制御を示すフ
ローチャート
【図５】 燃料噴射量マップを示し、（Ａ）は故障時に
使用するマップの一例を示し、（Ｂ）は通常時に使用す
るマップの一例を示す図
【図６】 第２実施形態に係る燃料噴射量制御を示すフ
ローチャート
【図７】 全負荷燃料噴射量マップの一例を示す図
【符号の説明】
１ コントロールユニット ２ ターボチャージャ本体 ３ アクチュエータ ４ ＰＣＭバルブ ５ バキュームポンプ ６ 内燃機関 ７ 燃料噴射装置 １０ ブースト圧センサ １１ 回転速度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３８０Ｄ 45/00 ３４５ 45/00 ３４５Ｊ Ｆターム(参考） 3G005 EA14 FA23 FA57 GA04 GB22 GC05 GD02 GE08 GE09 JA24 JA39 JB02 3G084 BA08 BA13 CA04 DA26 DA27 DA33 EA04 EA11 EB08 EB22 EC03 FA10 FA12 FA33 3G092 AA18 BB01 DB03 DF06 DG07 EA08 EA09 EA11 EC09 FA50 FB03 FB05 FB06 GA12 HA01Z HA16Y HA16Z HB01X HF08Z 3G301 HA11 JB02 JB07 JB08 JB09 JB10 KA12 MA11 NA08 NB03 NC02 NE06 NE17 PA01Z PA16B PA16Z PE01Z PF03Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】過給圧の調圧機構に故障が発生しているか
    否かを判定する故障判定手段と、 該調圧機構に故障が発生していないと判定されたとき
    に、通常時の燃料噴射量を機関運転状態に基づいて演算
    する通常時燃料噴射量演算手段と、 当該調圧機構に故障が発生していると判定されたとき
    に、通常時の燃料噴射量より少ない故障時の燃料噴射量
    を機関運転状態に基づいて演算する故障時燃料噴射量演
    算手段と、 演算された通常時の燃料噴射量又は故障時の燃料噴射量
    に基づいて、燃料噴射制御を行う燃料噴射制御手段と、 を含んで構成されたことを特徴とするターボチャージャ
    付内燃機関の燃料噴射量制御装置。
  2. 【請求項２】前記故障時燃料噴射量演算手段は、 アクセル全開時の第１の燃料噴射量を機関運転状態に基
    づいて演算する第１の燃料噴射量演算手段と、 前記通常時の燃料噴射量より少ない第２の燃料噴射量を
    機関運転状態に基づいて演算する第２の燃料噴射量演算
    手段と、 演算された第１の燃料噴射量と第２の燃料噴射量との小
    さい方を故障時の燃料噴射量とする燃料噴射量選択手段
    と、 を含んだ構成である請求項１記載のターボチャージャ付
    内燃機関の燃料噴射量制御装置。
  3. 【請求項３】過給圧を検出する過給圧検出手段を備え、 前記故障判定手段は、検出された過給圧が所定値以上と
    なったときに、調圧機構に故障が発生したと判定する構
    成である請求項１又は請求項２に記載のターボチャージ
    ャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置。
  4. 【請求項４】前記通常時燃料噴射量演算手段及び故障時
    燃料噴射量演算手段は、夫々、機関運転状態に対する燃
    料噴射量が設定されたマップを参照して、通常時の燃料
    噴射量及び故障時の燃料噴射量を演算する構成である請
    求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のターボチャー
    ジャ付内燃機関の燃料噴射量制御装置。
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