JP2007239471A - 内燃機関の異常検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 独立した気筒群を複数備える内燃機関の吸入系の異常だけでなく異常箇所も検出できる内燃機関の異常判定装置を提供する。
【解決手段】 複数の気筒2R,2Lの群RB,LBを備え、気筒群毎にスロットルバルブ4R、4L、アイドル回転数制御バルブ15R,15L及び吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備える内燃機関1の異常を検出する異常検出装置であって、内燃機関がアイドル制御を行っているときに、前記アイドル回転数制御バルブの異常有無を判定する第1の異常判定と、前記吸入空気量検出手段の異常有無を判定する第2の異常判定とを行う、判定手段を備えている。内燃機関の吸気系の異常有無だけでなく、アイドル回転数制御バルブと吸入空気量検出手段との異常を区別して異常判定できる。
【選択図】 図1
【解決手段】 複数の気筒2R,2Lの群RB,LBを備え、気筒群毎にスロットルバルブ4R、4L、アイドル回転数制御バルブ15R,15L及び吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備える内燃機関1の異常を検出する異常検出装置であって、内燃機関がアイドル制御を行っているときに、前記アイドル回転数制御バルブの異常有無を判定する第1の異常判定と、前記吸入空気量検出手段の異常有無を判定する第2の異常判定とを行う、判定手段を備えている。内燃機関の吸気系の異常有無だけでなく、アイドル回転数制御バルブと吸入空気量検出手段との異常を区別して異常判定できる。
【選択図】 図1
Description
本発明は内燃機関の異常判定装置に関する。より詳細には、独立した複数の気筒群を備えると共に、この気筒群毎にアイドル時の吸入空気(吸気)を制御するためのアイドル回転数制御バルブ(Idle speed Control Valve、以下、ISCバルブと称する)が配備されている内燃機関の異常判定を行う異常判定装置に関する。
内燃機関のアイドル時における安定駆動のため、従来からスロットルバルブを迂回するようにパイパス管を設けると共にこのバイパス管にISCバルブを配備する構造が知られている。このような構造を採用するとISCバルブを内燃機関の回転数に基づいてフィードバック制御を行うことができるので内燃機関のアイドル時における駆動の安定化を図ることができる。
しかし、上記ISCバルブに異常が発生した場合には、初期のアイドル制御を行えなくなってしまう。そこで、例えば特許文献1は内燃機関(エンジン)のISCバルブ用の自己診断方法を提案する。この方法は、アイドル運転時の目標回転数とエンジン実回転数との回転数差を求め、この回転数差の絶対値が許容回転域から外れているか否かを判定する。そして、絶対値が許容回転域から外れているとき、目標回転数とエンジン実回転数とを比較し、このエンジン実回転数が上記目標回転数よりも低いときにはISCバルブ用駆動信号の出力値と予め設定した上限値とを比較し、出力値が上限値よりも高く且つその状態が設定時間継続しているときにはISCバルブの低回転側異常と判断する。高回転側でのISCバルブの異常についても同様にして異常の有無を判断する。この方法によれば、ISCバルブの異常が開き側で生じているのか、閉じ側で生じているのかを診断できる。
特許文献1による異常判定は、アイドル運転時のエンジン実回転数と目標回転数とに基づいてISCバルブの異常を判断するものである。しかしながら、アイドル運転時のエンジン実回転数が目標回転数に収束しない要因は、ISCバルブ自体の異常に限るものではない。すなわち、吸入空気量(吸気量)を検出するエアフローメータやスロットルバルブに異常があるときにも、エンジン実回転数が収束しない場合がある。特許文献1による診断方法はISCバルブ以外の異常については、考慮していないので実際に異常が発生している箇所を正確に判断できない。
ところで、V型のエンジンなどでは左右バンクそれぞれに複数の気筒が配置され、気筒群が形成されている。各バンクの気筒群には個別の吸気系が設けられ、各吸気系を介して空気が供給されるようになっている。左右バンク間において吸入空気量(或いは、吸入空気圧)の差が生じると燃焼が不安定となり、トルク変動が発生してエンジン回転数(NE)が不安定となるのでアイドル時の安定化を図ることがより重要となる。よって、ISCバルブの異常有無だけでなく、他の部位の異常についても正確に判断することが望まれる。しかし、特許文献1で開示する方法は、前述したようにISCバルブ異常診断のみを対象とし、また個別の吸気系を備えるV型のエンジンなどについては配慮していない。
本発明の目的は、独立した気筒群を複数備える内燃機関の吸入系の異常だけでなく異常箇所も検出できる内燃機関の異常判定装置を提供することである。
上記目的は、複数の気筒群を備え、該気筒群毎にスロットルバルブ、アイドル回転数制御バルブ及び吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備える内燃機関の異常を検出する異常検出装置であって、前記内燃機関がアイドル制御を行っているときに、前記アイドル回転数制御バルブの異常有無を判定する第1の異常判定と、前記吸入空気量検出手段の異常有無を判定する第2の異常判定とを行う、判定手段を備えていることを特徴とする内燃機関の異常検出装置によって達成できる。
本発明によると、判定手段が第1の異常判定でアイドル回転数制御バルブの異常有無を判定し、更に第2の異常判定で吸入空気量検出手段の異常有無を判定するので、内燃機関の吸気系の異常有無だけでなく、アイドル回転数制御バルブと吸入空気量検出手段との異常を区別して異常判定できる。
また、前記判定手段は、前記第1の異常判定及び第2の異常判定で異常なしと判定したときに、前記スロットルバルブの異常有無を判定する第3の異常判定をさらに行うのが更に好ましい。この場合には、更にスロットルバルブの異常も区別して検出できる。
また、前記判定手段は、前記内燃機関の実回転数と目標回転数との差が第1の所定値を超えているか否かに基づいて前記第1の異常判定を行なうことができる。
また、前記判定手段は、前記内燃機関が前記気筒群毎の前記アイドル回転数制御バルブの開度を調整して実回転数が所定範囲に収まるように吸気協調制御を行っているときに、前記吸入空気量検出手段で吸入空気量の変化を確認し、協調制御時間が所定時間よりも長くかつ前記吸入空気量の変化が第2の所定値よりも小さいか否かに基づいて前記第2の異常判定を行うことができる。そして、前記判定手段は、前記内燃機関が前記吸気協調制御を行わないときには、目標回転数に応じた吸入空気量が前記吸入空気量検出手段により、検出されているか否かに基づいて前記第2の異常判定を行うようにしてもよい。
また、前記判定手段は、前記アイドル回転数制御バルブの開度を前記スロットルバルブの開度に変換してから該スロットルバルブによって前記吸入空気量の制御を行ったときに、前記アイドル回転数制御バルブによる吸入空気量の変化と前記スロットルバルブによる吸入空気量の変化との差を算出し、該差が第3の所定値よりも大きいか否かに基づいて前記第3の異常判定を行うことができる。
また、前記判定手段は、複数の気筒群毎について前記第1の異常判定を行い、少なくとも1つの気筒群で前記差が第1の所定値を超えている場合に前記アイドル回転数制御バルブに異常があると判定すると、どの気筒群に属するアイドル回転数制御バルブであるかを確認しながら異常判定を行える。
また、前記判定手段は、複数の気筒群毎について前記第3の異常判定を行い、少なくとも1つの気筒群で前記差が第3の所定値より大きい場合に前記スロットルバルブに異常があると判定すると、どの気筒群に属するスロットルバルブであるかを確認しながら異常判定を行える。
本発明の内燃機関の異常判定装置によれば、独立した気筒群を複数備える内燃機関の吸入系の異常だけでなく異常箇所も検出できる。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関の異常検出装置について説明する。
図1及び図2は、実施例の異常判定装置が適用されている内燃機関1について示した図である。図1で示すように、内燃機関1はいわゆるV型のエンジンであり、左右に独立したバンクLB、RBが形成されている。左バンクLB、右バンクRBのそれぞれには気筒2が4個ずつ配置されて気筒群を形成している。各気筒群にはそれぞれ個別の吸気系3R、3Lが設けられている。なお、図1は内燃機関1の上部側部分の構成を一部省略して、各気筒の位置が確認できるように模式的に示した平面視図である。図2(A)は図1のA−A矢視図であり、右バンクRBの構成を模式的に示している。更に図2(B)は図2(A)のB−B矢視図である。これらの図2(A)及び(B)では、気筒上部の構成を図示してある。
左右バンクは対称的に形成されているので、代表例として右バンクRBの構成を説明する。以下の説明では左右バンクに共通する部位について、右バンクに属する構成にはR、左バンクに属する構成にはLの符号を付して区別する。右バンクに属する4個の気筒2Rそれぞれの上部にはスロットルバルブ4Rが配置されている。これら4個のスロットルバルブ4Rは1本の駆動軸5Rによって互いに連結されている。駆動軸5Rの一端はアクチュエータ6Rに接続されており、他端7Rは揺動自在に支持されている。アクチュエータ6Rは後述するECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)によって駆動が制御され、スロットルバルブ4Rの開度が調整される。
なお、図1で示すように各気筒2Rのそれぞれには、燃料を噴射するインジェクタ8Rが配設されている。インジェクタ8Rは図示しない燃料タンクから燃料を供給する燃料パイプ9に接続されている。
さらに、右バンクRBの吸気系3Rについて説明する。図2(A)で示すようにエアクリーナ31Rでゴミ等を濾過された大気(空気)は吸気管32Rを介してサージタンク33Rへ供給されている。このサージタンク33Rは気筒群の上部に位置しており、吸気はインテークマニホールド34Rを介して各気筒2Rへ供給されるようになっている。エアクリーナ31Rの直ぐ下流側には、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段としてエアフローメータ10Rが配備されている。なお、エアフローメータに替えて空気圧センサ(Pセンサ)を採用し、空気圧から吸入空気量を求めるようにしもよい。
更に、図2(B)で示すようにサージタンク33Rから1本のバイパス管35Rが分岐しており、その先端部はスロットルバルブ4Rよりも下流側位置に接続されている。より詳細には、このバイパス管35Rの先端部は1本のバランスパイプ36Rに接続され、このバランスパイプ36Rがスロットルバルブ4Rよりも下流に接続されている。バランスパイプ36Rは気筒2Rの配列方向に延在するように配置されており、一定圧の吸気が各気筒2Rへ供給されるように構成されている。パイパス管35Rの途中には、このパイパス管35Rの開度を調整するためのISCバルブ15Rが設けられている。なお、図1によりバランスパイプ36Rが気筒の配列方向へ延在し、バランスパイプ36Rが各気筒2Rに接続されている様子を確認できる。
上記吸気管32R、サージタンク33R及びインテークマニホールド34Rが気筒2Rに吸気を供給する本来の吸気管路である。また、上記バイパス管35R及びバランスパイプ36Rがアイドル時の安定化のために設けた補助吸気管である。右バンクRBの吸気系3Rは、これら吸気管及びその途中に配備されているエアフローメータ10R、ISCバルブ15R、スロットルバルブ4R等を含んで構成されている。なお、図1では、右バンクRBの吸気系3Rに含まれるバランスパイプ36RとISCバルブ15Rが図示されている。反対側の左バンクLBについても同様に構成されている。
図1で示している内燃機関1には、吸気系の異常を検出するための異常検出装置が組込まれている。図3は、内燃機関1に組込まれている異常検出装置20に係る部分の構成を示したブロック図である。
異常検出装置20は、異常を判定する判定手段として電子制御装置(Electronic Control Unit、以下ECU)21を備えている。ECU21は、左右ISCバルブ15R,15Lの異常有無を判定する第1の異常判定、左右エアフローメータ10R、10Lの異常有無を判定する第2の異常判定、及び左右スロットルバルブ(TA)4R,4Lの異常有無を判定する第3の異常判定を順に行う。吸入空気量を検出する左右のエアフローメータ10R,10Lの出力及び内燃機関の実回転数(実NE)がECU21に供給されている。
ECU21は、内燃機関1の吸気制御に関する一連のプログラムを格納したROM22及び処理領域を提供するRAM23とバス24を介して接続されている。なお、このECU21は異常検出装置20専用に準備してもよいし、左右バンク夫々に専用のECUを設けてもよいが、内燃機関1側のECUを流用することで異常検出装置20の構成を簡素化できる。
以下では、ECU21が内燃機関1のアイドル制御を行いながら吸気系の異常判定を合せて行っている場合について説明する。図4は、ECU21が内燃機関1の吸気系の異常を検出するときに実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。ECU21は、例えば内燃機関1がアイドル状態となったときにこのルーチンを起動する。
まず、ECU21は左右それぞれのバンクRB、LBについて目標回転数を設定し、ISCバルブ15R、15Lを駆動してアイドル安定化の制御を実行する。このときに、ECU21はISCバルブ15の異常判定(第1の異常判定)を行う。左右それぞれのバンクRB、LBについてアイドル時の内燃機関の実回転数(実NE)と目標回転数(目標NE)との差が所定値(第1の所定値)以下となっているか、否かを確認する(S11)。なお、上記目標回転数は試験データ等に基づいて予め設定した所定値であり、ROM22に記憶したものをECU21が読出して使用する。また、上記第1の所定値及び後述する複数の所定値等についてもROM22に記憶したものをECU21が読出して使用する。第1の異常判定は好ましくは、ECU21がスロットルバルブ4の位置を一定に維持し、ISCバルブ15を駆動して吸入空気量(以下、吸気量と省略する)を調整をしているときに実行する。
このステップ11で、実回転数と目標回転数との回転数差が第1の所定値より大きな場合には、ISCバルブに異常があると判定して(S12)、本ルーチンによる処理を終了する。なお、ステップ11での処理ではバンクRB、LB毎に実回転数と目標回転数とを定めて異常判定がなされる。よって、左右いずれのバンクに属するISCバルブ15R、15Lが異常であるかを確認することもできる。ECU21は、少なくとも一方のバンクRB、LBで回転数差が第1の所定値より大きい場合にISCバルブに異常があると判定する。
ECU21は、上記ステップ11による判定で回転数差が第1の所定値より小さい場合にはISCバルブが正常であると判定する(S13)。ここで、ECU21は左右バンク間の吸気量差が所定値(例えば3%)であるかを確認して(S14)、所定値以上である場合には左右ISCバルブ15R、15Lの吸気量協調制御を実行する(S15)。この協調制御は、吸気量の多い側のバンク(気筒群)のISCバルブを一定量、絞る方向へ駆動すると共に、吸気量の少ない反対側のバンクのISCバルブを同量、開ける方向へ駆動するものである。
ECU21は、次のステップ16で協調制御時間が所定時間よりも長くかつ吸気量の変化が所定値(第2の所定値)よりも小さいか、否かを確認する(S16)。協調制御時間が所定時間Tより長く、吸気量の変化が小さい場合には検出に異常がある、すなわち本実施例の場合にはエアフローメータ10に異常があると判定する(S17)。この点について、図5を参照して説明する。図5は内燃機関1の吸気協調制御が実行されているときのタイムチャートの一例を示している。図5の中段で示すように、左右バンクRB、LBの吸気量差が所定値(第2の所定値)で以上あるときに協調制御が開始される。
エアフローメータ10が正常であるバンク(吸気量検出が正常バンク側)では、ISCバルブの補正量(バルブ開度)に応じて変化する吸気量が正確に検出される。ただし、図5ではISCバルブを閉じる側のバンクに配置されたエアフローメータ10が正常である場合を示している。一方、エアフローメータ10が異常であるバンク(吸気量検出が異常バンク側)についても、ISCバルブは正常に機能しているので吸気量が拡大するように補正される。左側の円CL内で示すように実際には協調制御による補正で吸気量差が一定範囲に収束する。このように収束するために要する平均的な時間を想定して、上記所定時間Tが設定されている。
ところが、エアフローメータ10が異常であるバンクでは吸気量を正確に検出できないので変化量が小さい、或いは変化しないので、左右のエアフローメータ10R、10Lの検出値で見ると吸気量差が一定以上のまま乖離した状態になってしまう。すなわち、実際には吸気量差が一定範囲に収束しているにもかかわらず、吸気量差を縮小するように協調制御が継続されてしまう。そして、このような吸気量の異常検出に応じてフードバック(F/B)制御や協調補正が行われることになるので、例えば右側の円CR内で示すように正常バンク側のISCV補正量が安定に収束するのに対して、異常バンク側のISCV補正量については上限にはりつくなど異常な状態が形成されてしまう。そこで、上記ステップ16では、協調制御時間が所定時間Tより長く、吸気量の変化が小さい場合には、ECU21が吸気量検出に異常があると判定するものである。上記ステップ16の条件に相当しない場合は、ECU21は吸気量検出は正常であると判定する(S20)。
図4で示すように、ECU21は上記ステップ14で左右バンク間の吸気量差が所定値以下である場合には上記のような協調制御を実行しない。この場合には、左右のエアフローメータ10R、10Lが目標回転数(目標NE)に応じた吸気量を検出しているか否かを確認する(S18)。左右のエアフローメータ10R,4Lのいずれかが、目標NEに応じた吸気量を検出していない場合には、何らかの異常があると推定できる。よって、吸気量検出に異常がある。すなわち、ECU21はエアフローメータ10が異常であると判定する(S19)。以上のように、ECU21は内燃機関のアイドル制御状態に応じて、吸入空気量検出の異常判定(第2の異常判定)を2つの形態(ステップ16による処理及びステップ18による処理)で行う。
ECU21は、上記までのステップでISCバルブの異常判定(第1の異常判定)で正常と判定し、さらに吸気量検出の異常判定(第2の異常判定)で正常であると判定した後に(S20)、更にスロットルバルブの異常有無を検出する第3の異常判定に入る。ECU21は、ここでISCバルブの補正量をスロットルバルブ(TA)4R、4Lの補正量に変換する(S21)。そして、ECU21はスロットルバルブにより吸気量の制御を行い、ISCバルブ15R,15Lによる吸気量の変化とスロットルバルブ4R、4Lによる吸気量の変化との差を算出し、この差が第3の所定値よりも大きいか否かを確認する(S22)。
第3の異常判定で採用する手法を図6を参照して説明する。図6はISCバルブ(ISCV)の補正量をスロットルバルブ(TA)の補正量に変換する様子を説明するための図である。この図の下段で示すように、ISCバルブの補正量がスロットルバルブの補正量に変換される。具体的には、アイドル制御のために一定量開かれていたISCバルブを徐々に閉じる動作と、スロットルバルブを徐々に開く動作を連動し、スロットルバルブでアイドル制御をする状態を形成する。この動作はECU21により制御され、左右バンクRB、LB毎に実行される。
ここで、前述した第1の異常判定及び第2の異常判定で、左右ISCバルブ15R、15L及びエアフローメータ10R、10Lは正常であることが確認されているので、左右スロットルバルブ(TA)4R,4Lが正常であれば、図6で示すようにISCバルブを閉じたときに、スロットルバルブがこれに対応した量だけ開く。しかし、スロットルバルブに異常があると、図6において点線で示すようにISCバルブの補正量をスロットルバルブに精度よく変換できず、吸気量が正常時と同じにならない。ここでスロットルバルブの動作が不良であるほど、ISCバルブで制御したときと比較して吸気量差が大きくなる。
よって、図4のステップ22ではISCバルブ制御での吸気量とスロットルバルブ制御での吸気量との吸気量差が所定値(第3の所定値)より小さい場合にはスロットルバルブ(TA)が正常であると判定して(S23)、本ルーチンによる処理を終了する。これとは逆に、吸気量差が所定値より大きな場合にはスロットルバルブに何らかの異常が発生していると推定できるので、スロットルバルブ(TA)が異常であると判定して(S24)本ルーチンによる処理を終了する。
CPU21は、上記判定で左右バンクRB、LB毎に吸気量差を確認するので、左右スロットルバルブ4R,4Lのどちらが異常であるかを確認できる。CPU21は左右バンクRB、LBのスロットルバルブの少なくとも一方が異常であるときにスロットルバルブが異常であると判定する。
以上で説明した実施例の異常検出装置20によると、独立した複数の気筒群を備える内燃機関に発生した吸気系の異常有無を検出できるだけでなく、異常が発生している箇所がISCバルブ15、エアフローメータ10、スロットルバルブ4のいずれであるかも特定できる。よって、従来と比較して内燃機関の吸気系の異常を精度よく検出できる。また、異常検出装置20による異常判定は、内燃機関1のアイドル制御に伴って行うことができるので、異常判定に時間を要することもない。
なお、上記実施例では、スロットルバルブを各気筒毎に配置する構造例を示しているが、このような構造に限らない。サージタンク33の上流の吸気管32内に1つのスロットルバルブを配置した構造とし、このスロットルバルブの前後を迂回するようにバイパス管及びISCバルブを配置する構造を採用してもよい。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
1 内燃機関
2 気筒
3 吸気系
4 スロットルバルブ
10 エアフローメータ(吸入空気量検出手段)
15 アイドル回転数制御バルブ
20 異常検出装置
21 ECU(判定手段)
33 サージタンク
35 バイパス管
36 バランスパイプ
LB 左バンク
RB 右バンク
NE 回転数
2 気筒
3 吸気系
4 スロットルバルブ
10 エアフローメータ(吸入空気量検出手段)
15 アイドル回転数制御バルブ
20 異常検出装置
21 ECU(判定手段)
33 サージタンク
35 バイパス管
36 バランスパイプ
LB 左バンク
RB 右バンク
NE 回転数
Claims (8)
- 複数の気筒群を備え、該気筒群毎にスロットルバルブ、アイドル回転数制御バルブ及び吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備える内燃機関の異常を検出する異常検出装置であって、
前記内燃機関がアイドル制御を行っているときに、
前記アイドル回転数制御バルブの異常有無を判定する第1の異常判定と、
前記吸入空気量検出手段の異常有無を判定する第2の異常判定とを行う、判定手段を備えていることを特徴とする内燃機関の異常検出装置。 - 前記判定手段は、前記第1の異常判定及び第2の異常判定で異常なしと判定したときに、前記スロットルバルブの異常有無を判定する第3の異常判定をさらに行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の異常検出装置。
- 前記判定手段は、前記内燃機関の実回転数と目標回転数との差が第1の所定値を超えているか否かに基づいて前記第1の異常判定を行なう、ことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の異常検出装置。
- 前記判定手段は、前記内燃機関が前記気筒群毎の前記アイドル回転数制御バルブの開度を調整して実回転数が所定範囲に収まるように吸気協調制御を行っているときに、前記吸入空気量検出手段で吸入空気量の変化を確認し、協調制御時間が所定時間よりも長くかつ前記吸入空気量の変化が第2の所定値よりも小さいか否かに基づいて前記第2の異常判定を行う、ことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の異常検出装置。
- 前記判定手段は、前記内燃機関が前記吸気協調制御を行わないときには、目標回転数に応じた吸入空気量が前記吸入空気量検出手段により、検出されているか否かに基づいて前記第2の異常判定を行う、ことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の異常検出装置。
- 前記判定手段は、前記アイドル回転数制御バルブの開度を前記スロットルバルブの開度に変換してから該スロットルバルブによって前記吸入空気量の制御を行ったときに、前記アイドル回転数制御バルブによる吸入空気量の変化と前記スロットルバルブによる吸入空気量の変化との差を算出し、該差が第3の所定値よりも大きいか否かに基づいて前記第3の異常判定を行う、ことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の異常検出装置。
- 前記判定手段は、複数の気筒群毎について前記第1の異常判定を行い、少なくとも1つの気筒群で前記差が第1の所定値を超えている場合に前記アイドル回転数制御バルブに異常があると判定することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の内燃機関の異常検出装置。
- 前記判定手段は、複数の気筒群毎について前記第3の異常判定を行い、少なくとも1つの気筒群で前記差が第3の所定値より大きい場合に前記スロットルバルブに異常があると判定することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の内燃機関の異常検出装置。
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2006
- 2006-03-06 JP JP2006058856A patent/JP2007239471A/ja active Pending
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