[0001] 本公开涉及一种具有可由促动器驱动的喷嘴机构的可变容量型涡轮增压机的异常判定装置。

[0002] 在可变容量型涡轮增压机(VGT：Variable Geometry Turbo)中，通过根据发动机的转速使排气涡轮机中的排气流路面积变化，控制排出气体向排气涡轮机动叶片的流速，可提高增压效率。这种对排气流路面积的控制是通过利用促动器驱动喷嘴机构来进行的。例如，在发动机转速较低的情况下，通过利用喷嘴机构缩小(减小)排气流路面积，使得排出气体的流速增加，增加输出扭矩。另一方面，在发动机转速较高的情况下，通过打开(增加)喷嘴机构，使得排气流路面积增加，提高燃料效率。

[0003] 但是，如果喷嘴机构这一可变容量型涡轮增压机的重要构成要素产生了粘着等不良情况，则会导致不能进行上述那种对排气流路面积的缩小调整。为了防止这样的不良情况，尽快检测出喷嘴机构中的不良情况和被认为是导致不良情况的举动之类的异常十分重要。

[0004] 作为与这种可变容量型涡轮增压机的异常检测有关的技术，例如专利文献1中公开了在发动机停止时实施将喷嘴机构从全开位置驱动至全闭位置的摩擦闭合动作，基于该摩擦闭合动作的所需时间进行异常检测。

[0005] 现有技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本特开2011－220289号公报

[0045] 以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。不过，被记载为实施方式的或者附图中所示的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等并非是要将本发明的范围限定于此，其只不过是说明例而已。

[0046] 例如，“在某一方向上”、“沿(沿着)某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或者绝对配置的表述，不仅严格地表示那样的配置，还表示以公差、或者以可取得相同功能的程度的角度、距离相对地发生了位移的状态。

[0047] 例如，“相同”、“相等”及“均质”等表示事物处于相等状态的表述，不仅表示严格地相等的状态，还表示存在公差、或者存在可取得相同功能的程度的偏差的状态。

[0048] 例如，四边形形状、圆筒形状等表示形状的表述，不仅表示几何学上严格意义下的四边形形状、圆筒形状等形状，还表示在可取得相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。

[0049] 另一方面，“包括”、“含有”、“具备”、“包含”或者“具有”一构成要素这一表述并非是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。

[0050] 首先，参照图1对具有本发明一实施方式的可变容量型涡轮增压机(以下，适当地称为“涡轮增压机”)2的柴油发动机(以下，适当地称为“发动机”)1的整体结构进行说明。图1是表示具有本发明一实施方式的涡轮增压机2的发动机1的整体结构的示意图。

[0051] 涡轮增压机2构成为具有设置于与排气歧管4连接的排气管6的排气涡轮机8和设置于与进气歧管10连接的进气管12的压缩机14。排气涡轮机8及压缩机14彼此连结，若利用发动机1的排出气体驱动排气涡轮机8，则驱动与该排气涡轮机8连结的压缩机14，将进气压缩供给(增压)。

[0052] 此外，在进气管12的入口附近，设置有用于净化供给气体的空气滤清器16。另外，在进气管12中的比压缩机14更靠下游侧的位置，设置有用于对被压缩机14压缩加热过的供给气体进行冷却的中间冷却器18。另外，在排气管6的出口附近设置有消音用的消声器20。

[0053] 涡轮增压机2是所谓的可变容量型的涡轮增压机，其具有喷嘴机构22，该喷嘴机构22将开度能够根据发动机转数而改变的喷嘴叶片设置于排气涡轮机8。喷嘴机构22构成为能够利用促动器56来调整开度，所述促动器56能够利用例如电能、压力能进行驱动。

[0054] 此外，在喷嘴机构22上设置有用于检测开度θ的开度传感器24。

[0055] 接着，参照图2对具有上述结构的发动机1的控制系统30进行说明。图2是表示图1的发动机1所具有的控制系统30的结构的示意图，图3是功能地表示图2的控制系统30中包含的专用ECU34的内部结构的框图。

[0056] 控制系统30具有主ECU32、专用ECU34、电源供给线路36、异常诊断线路38和网络线路40，主ECU32对包含发动机1的整个车辆的各种控制进行总括处理，专用ECU34对与涡轮增压机2有关的局部控制进行处理，电源供给线路36用于向控制系统30供给驱动电力，异常诊断线路38用于收发与涡轮增压机2中的异常诊断有关的信号，网络线路40用于收发控制系统30与外部设备之间的控制信号。

[0057] 此外，网络线路40为了提高可靠性而采用CAN通信。

[0058] 主ECU32具有电源电路42、无线电收发机44A及44B、CPU46以及存储器47，电源电路42将从电源供给线路36供给的驱动电力分配到该主ECU32的各部，无线电收发机44A及44B用于收发异常诊断线路38及网络线路40的各种信号，CPU46为实施各种运算处理的运算处理单元，存储器47能够存储由CPU46实施的各种处理所使用的数据类。

[0059] 专用ECU34具有电源电路48、无线电收发机50A及50B、CPU52以及存储器54，电源电路48将从电源供给线路36供给的驱动电力分配到该专用ECU34的各部，无线电收发机50A及50B用于收发异常诊断线路38及网络线路40各自的信号，CPU52为实施专用ECU34中的各种运算处理的运算处理单元，存储器54能够存储由CPU52实施的各种处理所使用的信息类。

[0060] 这样，在控制系统30中，采用了中央控制型，即，主ECU32实施与整个车辆有关的处理运算，另一方面，专用ECU34实施与涡轮增压机2有关的局部控制，从而减轻主ECU32中的处理负担。

[0061] 在此，若功能性地表示专用ECU34的CPU52的内部结构，则如图3所示，专用ECU34的CPU52具有构成为能够检测促动器56的载荷或者向促动器56供给的供给能中的至少一者的第一检测部58、检测涡轮增压机2的运转状态的第二检测部60、判定有无异常的判定部62和实施促动器56的驱动控制的驱动控制部64。在本实施方式中，通过具有上述结构，实施后述的异常判定控制。以下，基于更具体的实施例进行说明。

[0062] <实施例1>

[0063] 首先，参照图4至图7对实施例1的异常判定控制进行说明。图4是表示实施例1的专用ECU34的结构的示意图，图5是表示用于检测促动器56的载荷的构造例的示意图，图6是分工序表示实施例1的异常判定控制的流程图，图7是预先存储于图4的存储器54中的转换表66的一个例子。

[0064] 此外，在以下的说明中，对于与上述相同的结构将标注相同的附图标记并适当地省略重复说明。

[0065] 在实施例1中，检测促动器56的载荷，基于其检测结果进行异常判定。促动器56是能够利用例如从电源电路48供给的驱动电力(电能)而动作的马达(电动机)，在图5的例子中，构成为使马达的旋转运动被未图示的动力传递机构转换为往复运动，之后传递至驱动杆68。喷嘴机构22构成为能够利用这样的驱动杆68的往复运动来改变开度。

[0066] 如图5所示，促动器56收纳在以包围该促动器56的附近的方式形成的外壳70内。促动器56的三侧被外壳70包围，并且在开放的一侧连接有驱动杆68。在促动器56与外壳60之间设置有载荷检测用的压电元件72。压电元件72检测在促动器56驱动时与外壳70之间产生的反作用力，并且输出与之对应的电压信号。CPU34(第一检测部58)构成为能够通过获取如此从压电元件58输出的电压信号，来检测促动器56的载荷。

[0067] 在本实施例中，特别是，压电元件72设置在促动器56中连接驱动杆68的一侧的相反侧。由于促动器56中连接驱动杆68的一侧的相反侧是最容易从促动器56对外壳70作用反作用力的位置，所以通过在这样的位置配置压电元件72，能够精度良好地检测促动器56的载荷。

[0068] 接着，参照图6对基于上述结构实施的异常判定方法进行说明。

[0069] 首先，第二检测部60通过获取来自开度传感器24的检测信号，检测涡轮增压机2的运转状态(步骤S11)。

[0070] 接着，专用ECU34通过访问存储器54，获取预先存储于该存储器54的转换表66(步骤S12)。在此，图7表示转换表66的一个例子，在表示涡轮增压机2的运转状态的喷嘴机构22的每个开度θ，对涡轮增压机2的增压压力与载荷的关系规定了允许范围Llimit(允许上限值Lmax及允许下限值Lmin)。判定部62基于在步骤S12中获取的转换表66，设定与在步骤S11中检测到的运转状态对应的允许范围Llimit(允许上限值Lmax及允许下限值Lmin)(步骤S13)。

[0071] 接着，第一检测部58通过获取压电元件72的电压信号，检测促动器56的载荷(步骤S14)。然后，判定在步骤14中检测到的促动器的载荷是否处于步骤S13中设定的允许范围Llimit内(步骤S15)。在判定的结果为促动器56的载荷处于允许范围Llimit内的情况下(步骤S15：是)，判定部62进行正常判定(步骤S16)。另一方面，在促动器56的载荷未处于允许范围Llimit内的情况下(步骤S15：否)，判定部62进行异常判定(步骤S16)，并发出用于通知该意思的警报(步骤S17)。

[0072] 如以上说明，根据实施例1，利用压电元件72检测促动器56的载荷，并基于该检测结果是否处于根据运转状态设定的允许范围Llimit来进行异常判定。由于无论发动机1是否处于动作中，都能够实施这样的异常判定，所以能够尽快且精度良好地检测喷嘴机构22的异常。

[0073] <实施例2>

[0074] 接着，基于图8及图9对实施例2的异常判定控制进行说明。图8是表示实施例2的专用ECU34的结构的框图，图9是分工序表示利用图8的专用ECU34实施的异常判定控制的流程图，图10是预先存储于图8的存储器54中的转换表78的一个例子。

[0075] 如图8所示，在实施例2中，在专用ECU34中的从电源电路48向促动器56供给驱动电力的电力供给线路74上，设置有用于检测流过该电力供给线路74的电流值的电流传感器76。由此，CPU52构成为能够基于电流传感器76的检测值监视促动器56中的电力消耗值(即供给能)。

[0076] 接着，参照图9对基于上述结构实施的异常判定方法进行说明。

[0077] 首先，第二检测部60通过获取来自开度传感器24的检测信号，检测涡轮增压机2的运转状态(步骤S21)。接着，专用ECU34通过访问存储器54，获取预先存储于该存储器54的转换表66(步骤S22)。

[0078] 在此，图10表示转换表78的一个例子，在表示涡轮增压机的运转状态的喷嘴机构22的每个开度θ，规定了涡轮增压机的增压压力与电流值的关系的允许范围Llimit(允许上限值Lmax及允许下限值Lmin)。判定部62基于在步骤S12中获取的转换表66，设定与在步骤S11中检测的运转状态对应的允许范围Llimit(允许上限值Lmax及允许下限值Lmin)(步骤S23)。

[0079] 接着，第一检测部58通过获取电流传感器76的信号，检测向促动器56供给的供给能(电能)(步骤S24)。然后，判定在步骤24中检测到的向促动器供给的供给能是否处于步骤S23中设定的允许范围Llimit内(步骤S25)。在判定的结果为向促动器56供给的供给能处于允许范围Llimit内的情况下(步骤S25：是)，判定部62进行正常判定(步骤S26)。另一方面，在向促动器56供给的供给能未处于允许范围Llimit内的情况下(步骤S25：否)，判定部62进行异常判定(步骤S26)，并发出用于通知该意思的警报(步骤S27)。

[0080] 如以上说明，根据实施例2，利用电流传感器76检测向促动器56供给的供给能(电能)，并基于该检测结果是否处于根据运转状态设定的允许范围Llimit来进行异常判定。由于无论发动机1是否处于动作中都能够实施这样的异常判定，所以能够尽快且精度良好地检测喷嘴机构22的异常。

[0081] <实施例3>

[0082] 接着，参照图11及图12对实施例3进行说明。图11是表示实施例3的专用ECU34的结构的框图，图12是分工序表示利用图11的专用ECU34实施的异常判定控制的流程图。

[0083] 如图11所示，在实施例3中，与上述实施例1相同，构成为能够利用压电元件72检测促动器56的载荷，并且与上述实施例2相同，构成为能够利用电流传感器76检测向促动器56供给的供给能。由此，CPU52构成为能够基于压电元件72及电流传感器76两者的检测值进行异常判定。

[0084] 接着，参照图12对基于上述结构实施的异常判定方法进行说明。

[0085] 首先，第二检测部60通过获取来自开度传感器24的检测信号，检测涡轮增压机2的运转状态(步骤S31)。接着，专用ECU34通过访问存储器54，获取预先存储于该存储器54的转换表66、78(步骤S32)。在此，转换表66、78与上述图7及图10所示相同，分别在表示涡轮增压机2的运转状态的喷嘴机构22的每个开度θ，规定了涡轮增压机2的增压压力与载荷或电流值的关系的允许范围Llimit(允许上限值Lmax及允许下限值Lmin)。判定部62基于在步骤S32中获取的转换表66、78，设定与在步骤S31中检测到的运转状态对应的允许范围Llimit(允许上限值Lmax及允许下限值Lmin)(步骤S33)。

[0086] 接着，第一检测部58通过获取压电元件72的信号来检测促动器56的载荷(步骤S34)，并且通过获取电流传感器76的信号来检测向促动器56供给的供给能(步骤S35)。然后，判定在步骤34中检测到的促动器56的载荷及在步骤S35中检测到的向促动器供给的供给能这两者是否处于在步骤S33中设定的允许范围Llimit内(步骤S36)。在判定结果为真的情况下(步骤S36：是)，判定部62进行正常判定(步骤S37)。

[0087] 另一方面，在判定结果为假的情况下(步骤S36：否)，判定部62进一步判定载荷相对于供给能而言是否少(步骤S38)。即，判定在步骤S34中检测到的促动器56的载荷是否达到了由在步骤S35中检测到的向促动器56供给的供给能所期待的载荷。在判定结果为真的情况下(步骤S38：是)，判定部62认为供给能不能正常驱动促动器56，判定能量供给路中存在异常(例如短路、泄露等)(步骤S39)。另一方面，在判定结果为假的情况下(步骤S38：否)，判定部62判定为其他异常判定(步骤S40)。

[0088] 如以上说明，根据实施例3，通过基于促动器56的载荷及向促动器56供给的供给能这两者进行异常判定，能够进行精度更好的判定。特别是，在相对于供给能(输入能)而言，促动器56的载荷(输出能)比与该供给能对应的目标值(即相对于输入所期待的输出)少的情况下，担心供给能泄漏等异常，从而能够判定为向促动器56供给的能量供给路径中存在异常。

[0089] <实施例4>

[0090] 接着，基于图13对实施例4进行说明。图13是表示实施例4的专用ECU34的结构的框图。

[0091] 在上述各实施例中，对采用能够被从电源供给线路74供给的驱动用电力(电能)驱动的促动器56的涡轮增压机进行了说明，取而代之，在实施例3中，对采用能够被压力能驱动的促动器56的涡轮增压机2进行说明。

[0092] 实施例3具有压力源80、流路82和压力传感器84，压力源80能够压缩、蓄积由气体或液体组成的流体，流路82用于将从该压力源80供给的压缩流体向促动器56供给，压力传感器84设置在该流路82上。促动器56构成为由经由流路82供给的压缩流体所具有的压力能驱动，从而能够使喷嘴机构22动作。

[0093] 在上述实施例2、3中，基于由电流传感器76获取的电流值检测向促动器56供给的供给能(电能)，而在本实施例中，构成为能够基于由压力传感器84获取的压力值，检测向促动器56供给的供给能(压力能)。另外，在促动器56上，与上述实施例1及实施例3相同，设置有压电元件72，构成为能够通过获取该压电元件72的信号来检测促动器56的载荷。

[0094] 这样，在实施例4中，利用压力能那样的电能以外的供给能驱动促动器56。在该情况下，通过将上述实施例2、3中的电流传感器76的检测内容置换成压力传感器的检测内容，能够基于相同的控制进行异常判定。

[0095] 此外，也可以代替压力传感器84，利用流量传感器基于压缩流体的流量进行上述控制。

[0096] 如以上说明，根据上述实施方式，能够提供一种可尽快且精度良好地检测喷嘴机构22的异常的可变容量型涡轮增压机的异常判定装置。

[0097] 工业实用性

[0098] 本公开能够用于具有可由促动器驱动的可变喷嘴机构的可变容量型涡轮增压机的异常判定装置。

[0099] 附图标记说明

[0100] 1  发动机(柴油发动机)

[0101] 2  涡轮增压机

[0102] 4  排气歧管

[0103] 6  排气管

[0104] 8  排气涡轮机

[0105] 10  进气歧管

[0106] 12  进气管

[0107] 14  涡轮压缩机

[0108] 16  空气滤清器

[0109] 18  中间冷却器

[0110] 30  控制系统

[0111] 32  主ECU

[0112] 34  专用ECU

[0113] 36  电源供给线路

[0114] 38  异常诊断线路

[0115] 40  网络线路

[0116] 42、48  电源电路

[0117] 44、50  无线电收发机

[0118] 46、52  CPU

[0119] 47、54  存储器

[0120] 56  促动器

[0121] 58  第一检测部

[0122] 60  第二检测部

[0123] 62  判定部

[0124] 64  驱动控制部

[0125] 66、78  转换表

[0126] 68  驱动杆

[0127] 70  外壳

[0128] 72  压电元件

[0129] 74  电源供给线路

[0130] 76  电流传感器

[0131] 80  压力源

[0132] 82  流路

[0133] 84  压力/流量传感器