JP2005248825A - 内燃機関の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気効率を可変するための複数の吸気効率可変手段を搭載した内燃機関において、異常が発生した吸気効率可変手段を特定できるようにする。
【解決手段】 ＥＣＵ２７は、吸気管圧力センサ１８やクランク角センサ２６により検出したエンジン回転速度や吸気管圧力に基づいて３つの吸気効率可変手段（可変吸気通路装置３５、可変バルブタイミング装置２９，３１、可変バルブリフト装置３２）による吸気効率可変制御の状態が異常であるか否かを判定する。その結果、吸気効率可変制御の状態が異常であると判定された場合は、３つの吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動し、吸気管圧力センサ１８で検出した吸気管圧力の振幅が当該吸気効率可変手段の強制駆動に応じて変化するか否かで当該吸気効率可変手段の正常／異常を判定して異常な吸気効率可変手段を特定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸気効率を可変するための複数の吸気効率可変手段を搭載した内燃機関の異常診断装置に関する発明である。

近年、エンジン（内燃機関）の吸気効率を向上させてエンジン出力、燃費、エミッションを向上させる手段として、吸気バルブの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング装置、バルブリフト量を制御する可変バルブリフト装置等を搭載したものが増加しつつあり、これら各装置についても異常診断を行うことが要求されるようになってきている。例えば、可変バルブタイミング装置の異常診断を行う場合には、特許文献１（特開平９−８８６４３号公報）に記載されているように、異常診断開始直前に吸入空気量Ｑ1 を検出してメモリに記憶してから異常診断を開始し、可変バルブタイミング装置を強制的に駆動して吸入空気量Ｑ2 を検出して、異常診断開始前後の吸入空気量の変化量（Ｑ1 −Ｑ2 ）を算出し、これを異常判定値と比較することで、可変バルブタイミング装置の正常／異常を判定するようにしたものがある。
特開平９−８８６４３号公報（第１頁等）

しかしながら、上記特許文献１の異常診断技術では、エンジン運転中に所定の異常診断実行条件が成立しない限り、異常診断が実行されないため、可変バルブタイミング装置の異常が発生しても、それを早期に検出できない可能性がある。

この対策として、異常診断実行条件を緩和してエンジン運転中の異常診断の実行頻度を増加させることが考えられるが、上記特許文献１のように、可変バルブタイミング装置を強制駆動して異常診断する方法では、異常診断の実行頻度を増加させると、可変バルブタイミング装置の強制駆動によるトルクショック等の弊害が増加して運転性を悪化させるという欠点がある。

そこで、可変バルブタイミング装置の強制駆動に代えて、エンジン運転中にエンジン回転速度や吸入空気量等の挙動を監視して、異常な挙動を早期に検出することが考えられるが、可変バルブタイミング装置や可変バルブリフト装置等、吸気効率を可変する複数の吸気効率可変手段を搭載したエンジンでは、エンジン運転中に吸入空気量等の異常な挙動を検出しても、複数の吸気効率可変手段のうちのいずれが異常であるか特定できないという欠点がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、吸気効率を可変するための複数の吸気効率可変手段を搭載した内燃機関において、複数の吸気効率可変手段が全て正常に動作しているときには、運転性を悪化させずに異常診断を実行でき、しかも、複数の吸気効率可変手段のいずれかが異常になったときには、その異常を早期に検出できると共に、実際に異常が発生した吸気効率可変手段を特定することができる内燃機関の異常診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気効率を可変するための複数の吸気効率可変手段を搭載した内燃機関において、内燃機関の運転状態を運転状態検出手段により検出し、運転状態に基づいて前記複数の吸気効率可変手段による吸気効率可変制御の状態が異常であるか否かを第１の異常判定手段により判定し、その結果、吸気効率可変制御の状態が異常であると判定されたときに、第２の異常判定手段によって、複数の吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動し、前記運転状態検出手段で検出した運転状態が当該吸気効率可変手段の強制駆動に応じて変化するか否かで当該吸気効率可変手段の正常／異常を判定して異常な吸気効率可変手段を特定するようにしたものである。要するに、第２の異常判定手段は、複数の吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動する過程で、運転状態検出手段で検出した運転状態が当該吸気効率可変手段の強制駆動に応じて変化すれば、当該吸気効率可変手段が正常に動作していると判定し、強制駆動に応じて変化しなければ、当該吸気効率可変手段の動作が異常であると判定するものである。

本発明では、複数の吸気効率可変手段が全て正常に動作しているときには、吸気効率可変手段を強制駆動せずに異常診断が行われるため、異常の早期検出のために異常診断の実行頻度を増加させても、運転性を悪化させずに異常診断を実行できる。このため、内燃機関の運転中に複数の吸気効率可変手段のいずれかが異常になったときには、その異常を早期に検出できると共に、異常検出後は、複数の吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動することで、異常な吸気効率可変手段を特定することができる。

この場合、請求項２のように、複数の吸気効率可変手段は、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング装置、吸気バルブ及び／又は排気バルブのリフト量を制御する可変バルブリフト装置、吸気通路の長さを可変する可変吸気通路装置のうちの少なくとも１つを含む構成とすれば良い。これらの装置は、いずれも吸気効率を可変する代表的なシステムである。

また、請求項３のように、運転状態検出手段は、吸気管圧力、吸入空気量、空燃比、機関回転速度のうちの少なくとも１つを検出するようにすれば良い。これは、内燃機関の運転中に複数の吸気効率可変手段のいずれかが異常になると、吸気管圧力、吸入空気量、空燃比、機関回転速度の挙動が異常になるためであり、従って、これらの運転パラメータの挙動を監視すれば、複数の吸気効率可変手段のいずれかが異常になったときに発生する運転パラメータの異常な挙動を検出することで、複数の吸気効率可変手段のいずれかが異常になったことを検出することができる。

更に、請求項４のように、異常な吸気効率可変手段を特定する際に、運転状態検出手段の検出値の振幅が吸気効率可変手段の強制駆動に応じて変化するか否かで当該吸気効率可変手段の正常／異常を判定するようにしても良い。つまり、吸気効率可変手段の動作状態の変化は、吸気管圧力、吸入空気量、空燃比等の検出値の振幅の変化となって顕著に現れるため、これらの検出値の振幅が吸気効率可変手段の強制駆動に応じて変化するか否かで当該吸気効率可変手段の正常／異常を精度良く判定することができる。特に、吸気管圧力の振幅は吸気効率可変手段の動作状態の変化に応じて応答良く変化するため、吸気管圧力の振幅を検出すれば、異常診断精度を更に向上させることができる。

本発明は、内燃機関の運転状態に基づいていずれかの吸気効率可変制御手段の異常が検出されたときに、直ちに複数の吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動して、異常な吸気効率可変手段を特定するようにしても良いが、内燃機関の運転状態によっては吸気効率可変手段を強制駆動するとトルクショック等が発生する可能性がある。

この対策として、請求項５のように、吸気効率可変手段の強制駆動を通常運転時と同じ運転条件か又はそれに近い運転条件になるまで待って実行するようにすると良い。このようにすれば、吸気効率可変手段の強制駆動によるトルクショック等を発生させることなく、異常な吸気効率可変手段を特定することができる。

また、請求項６のように、複数の吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動する際に、その強制駆動によって内燃機関の運転状態が悪化する度合いが小さいものから順に強制駆動するようにすると良い。このようにすれば、吸気効率可変手段の強制駆動による運転状態の悪化を最小限に抑えながら、異常な吸気効率可変手段を特定することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１０によって開度調節されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、図２に示すように、スロットルバルブ１５の下流側には、スロットルバルブ１５からサージタンク１７までの吸気通路の長さを可変する可変吸気通路装置３５（吸気効率可変手段）が設けられている。この可変吸気通路装置３５内には、一次バルブ３６と二次バルブ３７が設けられ、エンジン運転状態に応じて一次バルブ３６と二次バルブ３７の開放／閉鎖を切り換えることで、可変吸気通路装置３５内の吸気通路を可変して吸気通路の長さを可変するようになっている。また、可変吸気通路装置３５には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８（運転状態検出手段）が設けられている。

サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

また、エンジン１１の吸気側と排気側には、それぞれ吸気バルブ２８と排気バルブ３０のバルブタイミングを油圧で可変する油圧駆動式の可変バルブタイミング装置２９，３１（吸気効率可変手段）が設けられている。更に、エンジン１１の吸気側には、吸気バルブ２８のリフト量を可変する可変バルブリフト装置３２（吸気効率可変手段）が設けられている。尚、エンジン１１の排気側にも、可変バルブリフト装置を設けても良いことは言うまでもない。

一方、エンジン１１の排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２５や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２６（運転状態検出手段）が取り付けられている。このクランク角センサ２６の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御すると共に、エンジン運転状態に応じて３つの吸気効率可変手段（可変吸気通路装置３５、可変バルブタイミング装置２９，３１、可変バルブリフト装置３２）を制御して吸気効率を可変する。

また、ＥＣＵ２７は、エンジン運転中に後述する図３の異常診断ルーチンを実行することで、吸気管圧力センサ１８やクランク角センサ２６により検出したエンジン運転状態に基づいて３つの吸気効率可変手段（可変吸気通路装置３５、可変バルブタイミング装置２９，３１、可変バルブリフト装置３２）による吸気効率可変制御の状態が異常であるか否かを判定し、吸気効率可変制御の状態が異常であると判定されたときに、３つの吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動し、吸気管圧力センサ１８で検出した吸気管圧力の振幅（吸気脈動の振幅）が当該吸気効率可変手段の強制駆動に応じて変化するか否かで当該吸気効率可変手段の正常／異常を判定して異常な吸気効率可変手段を特定するようにしている。

本実施例では、吸気効率可変手段の強制駆動によるエンジン運転状態の悪化を少なくするために、３つの吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動する際に、その強制駆動によってエンジン運転状態が悪化する度合い（失火やトルク変動等の発生度合い）が小さいものから順に強制駆動し、更に、当該吸気効率可変手段の強制駆動を通常運転時と同じ運転条件か又はそれに近い運転条件になるまで待って実行するようにしている。

このような異常診断処理を実行する図３の異常診断ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンはイグニッションスイッチ（図示せず）のオン操作により起動される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、吸気管圧力センサ１８やクランク角センサ２６の出力信号を読み込んで現在のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度Ｎｅ、吸気管圧力Ｐｍ）を検出した後、ステップ１０２に進み、現在のエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｍ）に応じた異常判定値（例えば正常範囲の上下限値）をマップ等により設定する。

この後、ステップ１０３に進み、現在のエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｍ）を異常判定値と比較し、現在のエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｍ）が正常範囲から外れているか否かで、３つの吸気効率可変手段（可変吸気通路装置３５、可変バルブタイミング装置２９，３１、可変バルブリフト装置３２）による吸気効率可変制御の状態が異常であるか否かを判定する。現在のエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｍ）が正常範囲内であれば、異常なしと判定され、ステップ１０１に戻り、上述したエンジン運転状態（Ｎｅ、Ｐｍ）の検出処理、異常判定値の設定処理（ステップ１０２）、異常診断の処理（ステップ１０３）を繰り返す。

従って、３つの吸気効率可変手段が正常に動作している間は、エンジン運転状態（Ｎｅ、Ｐｍ）に基づいて３つの吸気効率可変手段による吸気効率可変制御の状態が異常であるか否かを判定する処理のみが所定の演算周期で繰り返し実行され、後述する吸気効率可変手段の強制駆動は行われない。上記ステップ１０１〜１０３の処理は、特許請求の範囲でいう第１の異常判定手段としての役割を果たす。このステップ１０３の異常診断で使用する運転パラメータは、エンジン回転速度Ｎｅと吸気管圧力Ｐｍに限定されず、エアフローメータ１４で検出する吸入空気量や、空燃比センサ２４で検出する空燃比を用いても良い。吸気効率可変制御の状態が異常になれば、吸入空気量や空燃比の挙動も異常になるためである。

その後、ステップ１０３で、吸気効率可変制御の状態が異常であると判定された場合、つまり、３つの吸気効率可変手段のうちのいずれかが異常であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、現在のエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｍ）が属する運転領域（ｉ，ｊ）を決定し、次のステップ１０５で、吸気管圧力センサ１８で検出した吸気管圧力Ｐｍの振幅Ｈ１を測定した後、ステップ１０６に進み、測定した吸気管圧力Ｐｍの振幅Ｈ１をＥＣＵ２７のメモリ（図示せず）に運転領域（ｉ，ｊ）毎に記憶する。

この後、ステップ１０７に進み、再び、吸気管圧力センサ１８やクランク角センサ２６の出力信号を読み込んで現在のエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｍ）を検出する。この後、ステップ１０８に進み、現在のエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｍ）が属する運転領域（ｉ，ｊ）の記憶エリアに吸気管圧力Ｐｍの振幅Ｈ１が記憶されているか否かを判定し、記憶されていなければ、上述したステップ１０４〜１０７の処理を繰り返し、吸気管圧力Ｐｍの振幅Ｈ１を計測して運転領域（ｉ，ｊ）毎に記憶し、再度、現在のエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｍ）を検出する。

そして、ステップ１０８で、ステップ１０７で検出した現在のエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｐｍ）が属する運転領域（ｉ，ｊ）の記憶エリアに吸気管圧力Ｐｍの振幅Ｈ１が記憶されていると判定されれば、ステップ１０９に進み、その運転領域（ｉ，ｊ）で３つの吸気効率可変手段のうちのいずれか１つを強制駆動する。本実施例では、吸気効率可変手段の強制駆動によるエンジン運転状態の悪化を少なくするために、３つの吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動する際に、その強制駆動によってエンジン運転状態が悪化する度合い（失火やトルク変動等の発生度合い）が小さいものから順に強制駆動し（例えば、可変吸気通路装置３５→可変バルブリフト装置３２→可変バルブタイミング装置２９，３１の順に強制駆動し）、更に、当該吸気効率可変手段の強制駆動を通常運転時と同じ運転条件か又はそれに近い運転条件になるまで待って実行する。

１つの吸気効率可変手段を強制駆動する毎に、ステップ１１０に進み、吸気管圧力Ｐｍの振幅Ｈ２を測定し、次のステップ１１１に進み、強制駆動前の振幅Ｈ１と強制駆動後の振幅Ｈ２とを比較し、強制駆動によって振幅が変化したか否かを判定し、強制駆動によって振幅が変化しなければ、ステップ１１３に進み、強制駆動した吸気効率可変手段が異常であると判定する。

これに対して、上記ステップ１１１で、強制駆動によって振幅が変化したと判定されれば、強制駆動した吸気効率可変手段が正常に動作すると判断して、ステップ１１２に進み、次の吸気効率可変手段を強制駆動して、吸気管圧力Ｐｍの振幅Ｈ２を測定し（ステップ１１０）、強制駆動によって振幅が変化したか否かを判定する（ステップ１１１）。このような処理を、異常な吸気効率可変手段が特定されるまで繰り返す。尚、ステップ１０４〜１１３の処理が特許請求の範囲でいう第２の異常判定手段としての役割を果たす。

以上説明した本実施例では、エンジン運転中に、吸気管圧力センサ１８やクランク角センサ２６により検出したエンジン運転状態に基づいて３つの吸気効率可変手段（可変吸気通路装置３５、可変バルブタイミング装置２９，３１、可変バルブリフト装置３２）による吸気効率可変制御の状態が異常であるか否かを判定し、吸気効率可変制御の状態が異常であると判定されたときに、３つの吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動して、異常な吸気効率可変手段を特定するようにしている。この構成では、３つのの吸気効率可変手段が全て正常に動作しているときには、吸気効率可変手段を強制駆動せずに異常診断が行われるため、異常の早期検出のために異常診断の実行頻度を増加させても、運転性を悪化させずに異常診断を実行できる。このため、エンジン運転中に３つの吸気効率可変手段のいずれかが異常になったときには、その異常を早期に検出できると共に、異常検出後は、複数の吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動することで、異常な吸気効率可変手段を特定することができる。

しかも、本実施例では、吸気効率可変手段の強制駆動を通常運転時と同じ運転条件か又はそれに近い運転条件になるまで待って実行するようにしたので、吸気効率可変手段の強制駆動によるトルクショック等を発生させることなく、異常な吸気効率可変手段を特定することができる利点がある。しかしながら、本発明は、エンジン運転状態に基づいていずれかの吸気効率可変制御手段の異常が検出されたときに、直ちに３つの吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動して、異常な吸気効率可変手段を特定するようにしても良いことは言うまでもない。

また、本実施例では、３つの吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動する際に、その強制駆動によってエンジン運転状態が悪化する度合いが小さいものから順に強制駆動するようにしたので、吸気効率可変手段の強制駆動によるエンジン運転状態の悪化を最小限に抑えながら、異常な吸気効率可変手段を特定することができる利点がある。しかしながら、本発明は、強制駆動の順序を適宜変更しても良いことは言うまでもない。

また、本実施例では、吸気効率可変手段の動作状態の変化に応じて応答良く変化する吸気管圧力の振幅を用いて異常な吸気効率可変手段を特定するようにしたので、異常な吸気効率可変手段を精度良く特定することができる利点がある。しかしながら、本発明は、吸気管圧力に代えて、吸入空気量、空燃比、エンジン回転速度のいずれかを用いて異常な吸気効率可変手段を特定するようにしても良い。これは、エンジン運転中にいずれかの吸気効率可変手段が異常になれば、吸入空気量、空燃比、機関回転速度の挙動も異常になるためである。

尚、吸気管圧力の振幅に代えて、吸入空気量、空燃比、エンジン回転速度のいずれかの振幅を用いるようにしても良い。或は、振幅に代えて、例えば、検出値（センサ出力）の軌跡、変化量、面積（積算値）等を用いるようにしても良い。

その他、本発明は、３つの吸気効率可変手段（可変吸気通路装置３５、可変バルブタイミング装置２９，３１、可変バルブリフト装置３２）を設けた実施例の構成に限定されず、２つ又は４つ以上の吸気効率可変手段を設けたエンジンにも適用して実施できることは言うまでもない。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 可変吸気通路装置の概略構成図である。 異常診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、１５…スロットルバルブ、１６…スロットル開度センサ、１８…吸気管圧力センサ（運転状態検出手段）、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２４…空燃比センサ、２５…冷却水温センサ、２６…クランク角センサ（運転状態検出手段）、２７…ＥＣＵ（第１の異常判定手段，第２の異常判定手段）、２９，３１…吸気バルブタイミング装置（吸気効率可変手段）、３２…可変バルブリフト装置（吸気効率可変手段）、３５…可変吸気通路装置（吸気効率可変手段）、３６…一次バルブ、３７…二次バルブ

Claims (6)

1. 吸気効率を可変するための複数の吸気効率可変手段を搭載した内燃機関において、
   内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態検出手段で検出した運転状態に基づいて前記複数の吸気効率可変手段による吸気効率可変制御の状態が異常であるか否かを判定する第１の異常判定手段と、
   前記第１の異常判定手段で前記吸気効率可変制御の状態が異常であると判定されたときに前記複数の吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動し、前記運転状態検出手段で検出した運転状態が当該吸気効率可変手段の強制駆動に応じて変化するか否かで当該吸気効率可変手段の正常／異常を判定して異常な吸気効率可変手段を特定する第２の異常判定手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の異常診断装置。
2. 前記複数の吸気効率可変手段は、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング装置、吸気バルブ及び／又は排気バルブのリフト量を制御する可変バルブリフト装置、吸気通路の長さを可変する可変吸気通路装置のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常診断装置。
3. 前記運転状態検出手段は、吸気管圧力、吸入空気量、空燃比、機関回転速度のうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の異常診断装置。
4. 前記第２の異常判定手段は、前記運転状態検出手段の検出値の振幅が前記吸気効率可変手段の強制駆動に応じて変化するか否かで当該吸気効率可変手段の正常／異常を判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の異常診断装置。
5. 前記第２の異常判定手段は、前記吸気効率可変手段の強制駆動を通常運転時と同じ運転条件か又はそれに近い運転条件になるまで待って実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の異常診断装置。
6. 前記第２の異常判定手段は、前記複数の吸気効率可変手段を１つずつ強制駆動する際にその強制駆動によって内燃機関の運転状態が悪化する度合いが小さいものから順に強制駆動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の異常診断装置。

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