JP2008240706A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】低回転、低負荷の運転条件であっても、吸気流制御弁の異常を正確に判定することができ且つコストの増加を抑えることができる内燃機関の吸気制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の吸気通路に設けられ、吸気通路を開閉して、内燃機関の燃焼室に流入する吸入空気の流れを制御する吸気流制御弁と、所定の運転状況下で吸気流制御弁に強制動作を指示する強制動作指示手段と、内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、強制動作による運転情報の変化に基づいて吸気流制御弁の異常を判定する異常判定手段と、を具備するようにする。
【選択図】図3

Description

本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、燃焼室内に流入する吸気の流れを制御する技術に関するものである。
内燃機関(エンジン)の燃焼室内に流入する吸気の流れを制御して、燃焼室内で吸気に回転流(タンブル流)を発生させ、燃料の燃焼を促進させる吸気制御装置が知られている。吸気制御装置は、吸気通路にフローコントロールバルブ(吸気流制御弁)を設け、例えば、吸気通路の下部を吸気流制御弁で閉じることで吸気通路内の上方に吸気を片寄らせて流通させ、縦タンブル流を発生させるようになっている(例えば、特許文献1参照)。
また、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を低減する装置として、内燃機関の排気の一部を吸気系に還流させる排気還流装置(EGR装置)が知られている。EGR装置は、吸気通路と排気通路とを連通して排気を吸気通路に導入するEGR通路を備え、EGRバルブでEGR通路を開閉することでエンジンの運転状態に応じて排気の還流量を制御している(例えば、特許文献2参照)。
吸気流制御弁で吸気通路を閉じた状態では、EGR通路を開いて排気を吸気通路に多量に導入しても燃焼変動が悪化せずに燃費がよくなることが知られている。つまり、吸気流制御弁を閉じた状態(閉状態)でEGR率を高めて排気を多量に導入することにより、燃焼を悪化させずに燃費を向上させることが可能になる。
しかしながら、吸気流制御弁に異常(故障)が発生して吸気流制御弁が正常に作動しなくなると、燃焼悪化や、ドライバビリティの低下を招く虞がある。例えば、EGR通路が開状態で吸気流制御弁が開状態となってしまうと、燃焼室内の流動が弱くなり、燃焼悪化や、ドライバビリティの低下を招く虞がある。
このため、吸気流制御弁の異常は、いち早く検出する必要がある。その検出方法としては、例えば、開度センサ等により吸気流制御弁の動作不良を直接的に検出する方法が考えられるが、コストが大幅に増加してしまうという問題がある。
また、吸気流制御弁(吸気絞り手段)の異常を検出するために、例えば、所定の運転状況で検出した吸入空気量と予め記憶されている目標吸入空気量との較差が基準値よりも大きいときに吸気流制御弁の異常であると判定する異常判定手段を備えた装置がある(例えば、特許文献3参照)。
特開2004−293484号公報 特開2007−032315号公報 特開平7−166971号公報
このような装置では、コストを大幅に増加することなく、吸気流制御弁の異常を検出することができる。しかしながら、吸入空気量がある程度以上の運転条件、例えば、高回転且つ高負荷の運転状況でなければ、吸気流制御弁の異常を検出することは難しいという問題がある。つまり、吸入空気量が比較的少ない状態では、目標吸入空気量との較差が小さいため、吸気流制御弁の異常を正確に判定するのは難しいという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低回転、低負荷の運転条件であっても、吸気流制御弁の異常を正確に判定することができ且つコストの増加を抑えることができる内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、運転状況に拘わらず、吸気流制御弁の異常を正確に判定することができる内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、内燃機関の吸気通路に設けられ、前記吸気通路を開閉して、前記内燃機関の燃焼室に流入する吸入空気の流れを制御する吸気流制御弁と、所定の運転状況下で前記吸気流制御弁に強制動作を指示する強制動作指示手段と、前記内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、前記強制動作による前記運転情報の変化に基づいて前記吸気流制御弁の異常を判定する異常判定手段と、を具備すること特徴とする内燃機関の吸気制御装置にある。
かかる第1の態様では、吸気流制御弁への強制動作による運転情報に基づいて吸気流制御弁の異常を判定することで、吸気流制御弁の異常を比較的容易に且つ正確に判定することができる。
本発明の第2の態様は、前記異常判定手段は、前記強制動作による前記運転情報の変化が所定値以下の場合に、前記吸気流制御弁に異常があると判定することを特徴とする第1の態様の内燃機関の吸気制御装置にある。
かかる第2の態様では、吸気流制御弁の異常をさらに正確に判定することができる。
本発明の第3の態様は、前記強制作動指示手段は、前記吸気流制御弁が閉状態である前記内燃機関の定常運転状況下で当該吸気流制御弁に開動作を指示することを特徴とする1又は2の態様の内燃機関の吸気制御装置にある。
かかる第3の態様では、吸気流制御弁が閉状態である内燃機関の定常運転状況下で行うため、使用頻度の多い低回転低負荷領域で定期的に異常判定を行える。また、吸気流制御弁の閉状態では、基本的に吸気流制御弁の上流に位置するスロットルバルブで吸気を絞っているので吸気流制御弁を開状態に強制動作させたとしても大幅に吸入空気量が増加することはなく、運転に支障をきたす状態、例えばエンジン暴走,エンジンストール等を招くことはない。
本発明の第4の態様は、前記運転情報検出手段が、前記内燃機関の回転角加速度を検出し、前記異常判定手段が、回転角加速度の偏差に基づいて前記吸気流制御弁の異常を判定することを特徴とする第1〜3の何れか一つの態様の内燃機関の吸気制御装置にある。
かかる第4の態様では、内燃機関の回転角加速度によって吸気流制御弁の強制動作による燃焼悪化を検出して確実に異常判定を行うことができる。
本発明の第5の態様は、前記運転情報検出手段が、前記吸気通路の前記吸気流制御弁よりも下流側での圧力を検出し、前記異常判定手段が、吸気行程における当該吸気通路内の圧力に基づいて前記吸気流制御弁の異常を判定することを特徴とする第1〜3の何れか一つの態様の内燃機関の吸気制御装置にある。
かかる第5の態様では、吸気流制御弁の強制駆動により直接的に変化が生じる負圧を検出するため、より正確に異常判定が行える。
本発明の第6の態様は、前記運転情報検出手段が、前記吸気通路に流入する吸入空気量を検出し、前記異常判定手段が、吸入空気量の変化に基づいて前記吸気流制御弁の異常を判定することを特徴とする第1〜3の何れか一つの態様の内燃機関の吸気制御装置にある。
かかる第6の態様では、吸気流制御弁の強制駆動により直接的に変化が生じる吸入空気量を検出するため、より正確に異常判定が行える。
かかる本発明では、吸気流制御弁の異常を正確に判定することができる。また、運転状況に応じて、運転状況導出手段が検出する値を変更すれば、内燃機関の運転状況に拘わらず、吸気流制御弁の異常を常に正確に判定することができる。
以下、図面を参照して本発明の内燃機関の吸気制御装置について説明する。なお、本実施形態では、内燃機関として、吸気管噴射型の多気筒(例えば4気筒)ガソリンエンジンを例示する。
(実施形態1)
図1は実施形態1に係る内燃機関の吸気制御装置の概略構成を示す図であり、図2は運転領域を設定するためのマップの一例を示す図であり、図3は、実施形態1に係る異常判定処理の制御フローチャートであり、図4は、吸気流制御弁の動作と回転角加速度及びエンジン回転数との関係を示すグラフである。
図1に示すように、内燃機関(エンジン)であるエンジン本体(以下、エンジンと称する)1のシリンダヘッド2には気筒毎に点火プラグ3が取り付けられ、点火プラグ3には高電圧を出力する点火コイル4が接続されている。シリンダヘッド2には気筒毎に吸気ポート5が形成され、各吸気ポート5の燃焼室6側には吸気弁7がそれぞれ設けられている。吸気弁7は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト(図示省略)のカムに倣って開閉作動され、各吸気ポート5と燃焼室6との連通・遮断を行なうようになっている。
各吸気ポート5には吸気マニホールド(吸気通路)9の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート5に吸気マニホールド9が連通している。吸気マニホールド9には電磁式の燃料噴射弁(インジェクション)10が取り付けられ、燃料タンクから燃料パイプを介して燃料噴射弁10に燃料が供給される。
また、シリンダヘッド2には気筒毎に排気ポート11が形成され、各排気ポート11の燃焼室6側には排気弁12がそれぞれ設けられている。排気弁12は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト(図示省略)のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート11と燃焼室6との連通・遮断を行なうようになっている。そして、各排気ポート11には排気マニホールド13の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート11に排気マニホールド13が連通している。
なお、このようなエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については説明を省略する。
燃料噴射弁10の上流側における吸気マニホールド9には吸気管(吸気通路)14が接続され、吸気管14には電磁式のスロットル弁15が取り付けられ、スロットル弁15の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ16が設けられている。スロットル弁15の上流側には吸入空気量を計測するエアフローセンサ17が設けられている。エアフローセンサ17としては、例えば、カルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。また、吸気マニホールド9とスロットル弁15との間における吸気管14にはサージタンク18が設けられている。
排気マニホールド13の他端には排気管20が接続され、排気マニホールド13には排気ガス循環ポート(EGRポート)21が分岐している。EGRポート21にはEGR管22の一端が接続され、EGR管22の他端はサージタンク18の上流部の吸気管14に接続されている。サージタンク18に近接するEGR管22にはEGRバルブ23が設けられ、EGRバルブ23が開かれることにより排気ガスの一部がEGR管22を介してサージタンク18の上流部の吸気管14に導入される。
つまり、EGR管22及びEGRバルブ23によりEGR装置が構成されている。EGR装置は、排気ガスの一部をエンジン1の吸気系(サージタンク18)に還流させ、エンジン1の燃焼室6内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物(NOx)の排出量を低減させるための装置であり、EGRバルブ23が開閉動作されることにより開度に応じて所定のEGR率で排気ガスの一部がEGRガスとして吸気系に還流される。
このEGRバルブ23の開閉は、例えば、図2に示すようなマップを用いて判定される。図2に示すように、低回転又は低負荷の運転状況(図中点線よりも低回転、低負荷側の領域)では、EGRバルブ23を開き排ガス(EGRガス)を吸気通路に導入することで、燃費を向上させている。一方、高回転又は高負荷の運転状況(図中点線よりも高回転、高負荷側の領域)では、EGRバルブ23を閉じて排ガスの吸気通路への導入を停止することで、高出力が得られるようにしている。
また、吸気マニホールド9には吸気制御弁であるフローコントロールバルブ(吸気流制御弁)25が設けられ、吸気流制御弁25は負圧アクチュエータ等のアクチュエータ26によって開閉される。吸気流制御弁25はバタフライバルブやシャッターバルブ等の開閉式のバルブで構成され、図に示したように、吸気通路の下側を開閉するようになっている。この吸気流制御弁25の開閉は、EGRバルブ23と同様に、例えば、図2に示すようなマップを用いて判定される。図2に示すように、エンジン1が低回転又は低負荷時(図中実線よりも低回転、低負荷側の領域)では、吸気流制御弁25を閉動作させて、吸気通路の断面の上側のみに開口部を形成し、吸気通路の断面積を狭くすることで燃焼室6の内部に縦タンブル流を発生させる。これにより、排ガスが吸気通路に多量に導入されていても燃焼変動の悪化が抑えられる。一方、高回転又は高負荷時(図中実線よりも高回転、高負荷側の領域)では、吸気流制御弁25を開動作させて、吸気通路の断面積を広くすることで吸気抵抗の上昇を抑制して高出力を確保するようにしている。
ECU(電子コントロールユニット)31は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えている。このECU31により、エンジン1及びEGRバルブ23、吸気流制御弁25を含めた燃焼制御装置の総合的な制御が行われる。
ECU31の入力側には、上述したスロットルポジションセンサ16、エアフローセンサ17、エンジンのクランク角を検出してエンジン回転速度(Ne)、回転角加速度等を求めるクランク角センサ32、エンジン1の冷却水温を検出する水温センサ33等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
一方、ECU31の出力側には、上述の燃料噴射弁10、点火コイル4、スロットル弁15、EGRバルブ23、吸気流制御弁25のアクチュエータ26等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきECU31で演算された燃料噴射料、燃料噴射時間、点火時期、EGRバルブ23の操作時期・操作量、吸気流制御弁25の操作時期等がそれぞれ出力される。
各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比に設定され、目標空燃比に応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁10から噴射され、また、スロットル弁15が適正な開度に調整され、点火プラグ3により適正なタイミングで火花点火が実施される。
また、クランク角センサ32等の検出情報に基づきエンジン1の回転速度(Ne)、回転角加速度、或いは負荷が求められ、これら回転速度(Ne)等に応じて吸気流制御弁25が開閉制御されて燃焼室6内での吸気のタンブル流の強さが切り換えられる。例えば、エンジン1が低回転・低負荷時には吸気流制御弁25を閉動作させてタンブル流を強くして燃焼性を向上させ、高回転・高負荷時には吸気流制御弁25を開動作させて吸入空気の流動抵抗の上昇を抑制して高い出力を確保している。
更に、エンジン1の速度(Ne)や負荷に応じてEGR率が設定され、所定のEGR率になるようにEGRバルブ23が開閉動作され、排気ガスの一部をエンジン1の吸気系(サージタンク18)に還流させて、エンジン1の燃焼室6内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物(NOx)の排出量を低減させている。特に、エンジン1の低回転・低負荷時に吸気流制御弁25を閉動作させてタンブル流を強くしている場合、燃焼性が向上して燃焼が安定し燃焼変動が生じ難くい状態なので、排気ガスの一部を大量に導入して燃費を向上させている。
ここで、このように吸気流制御弁25が動作不良を起こすと、燃焼効率が低下して燃費が悪化したり、ドライバビリティが低下する等の問題が生じる虞がある。吸気流制御弁25の動作不良の原因は様々であるが、例えば、上述のようにEGR装置が設けられている場合、排気中に含まれるカーボンによる吸気流制御弁25の固着等が挙げられる。本発明の吸気制御装置では、このような吸気流制御弁25の異常(動作不良)を所定のタイミングで判定している。具体的には、所定の運転状況下で吸気流制御弁25に対して強制動作を指示する(強制動作指示手段)。そして、強制動作の指示中に各種センサ(運転情報検出手段)によって検出された運転情報、例えば、エンジンの回転角加速度、吸気通路の圧力、或いは吸気通路に流入する吸気量等に基づいて吸気流制御弁25の異常を判定する(異常判定手段)。この吸気流制御弁25の異常判定処理で吸気流制御弁25の異常が見つかった場合には、エンジン制御を適宜変更することで、燃焼効率が低下する等の問題の発生を防止している。
なお、吸気流制御弁25に対する強制動作の指示とは、本来は吸気流制御弁25が作動しない運転状況、例えば、定常運転時に、吸気流制御弁25を強制的に作動させる指示をいう。
以下、図3のフローチャートに基づいて実施形態1に係る吸気流制御弁25の異常判定処理について説明する。
吸気流制御弁25の異常判定処理は、例えば、所定間隔で実施されるように設定されており、まずは、吸気流制御弁25の異常判定をする時期であるかどうかを判定する。具体的には、所定のカウンタ(図示なし)がフルであるか否かを判定する(ステップS1)。このカウンタは、前回の吸気流制御弁25の異常判定を実施してからの経過期間を判定できるものであれば特に限定されず、例えば、走行距離に基づくものであってもよいし、エンジンの始動回数に基づくものであってもよい。カウンタがフルでない場合には(ステップS1:No)、この処理ルーチンを一旦終了する。一方、カウンタがフルである場合には(ステップS1:Yes)、次いで、現在の運転状況が吸気流制御弁25の異常判定処理を実施可能な運転領域であるかどうかを判定する。
具体的には、吸気流制御弁25及びEGRバルブ23の開閉状態が、図2中のマップにおける所定の領域であるかどうかを判定する。異常判定処理を実施可能な条件は、吸気流制御弁25の異常判定に用いられる運転情報によって異なる。詳しくは後述するが、本実施形態では、運転情報としてエンジンの回転角加速度を検出しているため、現在の運転領域が、吸気流制御弁25が閉じた領域(吸気流制御弁閉領域)であり、且つEGRバルブ23が開いた領域(EGR開領域)であるかどうかを判定している。
まずステップS2で、吸気流制御弁閉領域(図2参照)であるか否かを判定する。吸気流制御弁閉領域である場合には(ステップS2:Yes)、次いでステップS3でEGR開領域か否かを判定する。このとき、吸気流制御弁閉領域でない場合(ステップS2:No)、或いはEGR開領域でない場合(ステップS3:No)には、吸気流制御弁25の異常判定処理を実施可能な運転状況ではないと判定されて、この処理フローが一旦終了する。ステップS3でEGR開領域であると判定された場合、つまり吸気流制御弁25の異常判定可能な運転状況であると判定された場合には、以下のステップで吸気流制御弁25に強制動作を指示して異常判定処理を実施する。
まず、ステップS4で、吸気流制御弁25に対する強制動作の指示前の運転情報、本実施形態では、クランク角センサ(運転情報検出手段)32からの信号(運転情報)に基づいて所定期間内の回転角加速度の偏差の平均値A1を算出する。次いで、吸気流制御弁25に対して強制動作を指示する。すなわち、吸気流制御弁25の強制開動作の指示をONにする(ステップS5)。強制動作を指示後、所定期間が経過した時点で(ステップS6:Yes)、クランク角センサ32からの運転情報、すなわち強制動作の指示中の運転情報に基づいて所定期間内の回転角加速度の偏差の平均値B1を算出する(ステップS7)。その後、吸気流制御弁25の強制開動作の指示をOFFとし(ステップS8)、次いで、強制動作指示前の運転情報から算出した偏差の平均値A1と、強制動作の指示後の運転情報から算出した偏差の平均値B1との較差|A1−B1|が、予め設定された所定値を超えているか否かを判断する(ステップS9)。すなわち、吸気流制御弁25が正常に作動したかどうかを判定する。
ここで、強制動作の指示により吸気流制御弁25が作動した場合の回転角加速度の変化について説明する。例えば、図4に示すように、EGRバルブ23を開状態であり吸気流制御弁25が閉状態であるとき、回転角加速度のばらつき(偏差)は比較的小さいが、吸気流制御弁25の強制動作の指示がONになり、EGRバルブ23が開状態に保持されたまま吸気流制御弁25が閉動作すると、回転角加速度のばらつき(偏差)が顕著に増加する。一方、吸気流制御弁25が全く閉動作しなかった場合には、この回転角加速度のばらつき(偏差)は変化しないことになる。
したがって、ステップS9で、較差|A1−B1|が所定値を超えている場合には、吸気流制御弁25は正常であると判定され(ステップS10)、その後、ステップS11でカウンタがリセットされて異常判定処理が終了する。一方、較差|A1−B1|が所定値以下である場合には、吸気流制御弁25に異常(故障)があると判定され(ステップS12)、その後、ステップS11でカウンタがリセットされて異常判定処理が終了する。
なお、ステップS12で吸気流制御弁25に異常があると判定された場合、その後、エンジンの運転制御が適宜変更される。例えば、本実施形態では、EGRバルブ制御を吸気流制御弁開時のマップに基づく制御に変更される。
以上のように吸気流制御弁25に強制動作を指示して異常判定を行うことで、吸気流制御弁25の異常を正確に判定することができる。そして、吸気流制御弁25の異常がある場合には、エンジンの運転制御を適宜変更することで、燃焼・燃費の悪化や、ドライバビリティの低下を抑えることができる。また、本実施形態では、回転角加速度に基づいて吸気流制御弁25の異常を判定しているため、低回転且つ低負荷の運転状況であっても、吸気流制御弁25の異常を正確に判定することができる。つまり、吸気流制御弁閉領域であり且つEGR開領域である運転状況では、回転角加速度のばらつきが比較的大きくなるため、吸気流制御弁25の異常を正確に判定することができる。
なお、本実施形態では、強制動作の指示前と指示中の運転情報(回転角加速度)の較差から、吸気流制御弁25の異常を判定するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、強制指示中と強制後の運転情報の較差から、吸気流制御弁25の異常を判定するようにしてもよい。また例えば、強制動作の指示中の運転情報から算出した偏差の平均値A1が、予め設定された規定値を越えている場合、或いは、強制動作の指示中の運転情報の最大値が予め設定された規定値を超えた場合等に、吸気流制御弁25の異常があると判定するようにしてもよい。ただし、強制動作の指示から実際の吸気流制御弁25が作動するまでには、多少のタイムラグがあるため、上述したように所定期間の偏差の平均値で異常判定するのが好ましい。
さらに、強制動作の指示によって吸気流制御弁25が正常に作動した場合、図4に示すように、回転角加速度のばらつきが増加すると共に、エンジン回転数にも変化が生じる。このため、運転情報としてエンジン回転数を検出して、上述した回転角加速度に基づく吸気流制御弁25の異常判定と共に、エンジン回転数に基づく吸気流制御弁25の異常判定を行うようにしてもよい。これにより、吸気流制御弁25の異常をさらに正確に判定することができる。
(実施形態2)
図5は、実施形態2に係る内燃機関の吸気制御装置の概略構成を示す図であり、図6は、実施形態2に係る異常判定処理の制御フローチャートであり、図7は、クラック角と吸気マニホールド(吸気通路)内の圧力(インマニ圧)との関係を示すグラフである。
実施形態1では、運転情報として検出された回転角加速度に基づいて、吸気流制御弁25の異常を判定するようにしたが、本実施形態は、回転角加速度の替わりに、運転情報として検出されたインマニ圧に基づいて、吸気流制御弁25の異常を判定するようにした例である。
吸気マニホールド9には、図5に示すように、吸気マニホールド9内の圧力を検出する吸気圧センサ(運転情報検出手段)34が設けられている。この吸気圧センサ34は、吸気マニホールド内の吸気流制御弁25よりも下流側に設けられており、吸気流制御弁25よりも下流側でのインマニ圧を検出する。この吸気圧センサ34は、ECU31の入力側に接続されており、吸気圧センサ34からの検出情報はECU31入力される。なお、それ以外の構成は、実施形態1と同様であるので、説明は省略する。
以下、図6のフローチャートに基づいて実施形態2に係る吸気流制御弁25の異常判定処理について説明する。
実施形態1の場合と同様に、まず、所定のカウンタ(図示なし)がフルであるか否かを判定し(ステップS21)、カウンタがフルである場合に(ステップS21:Yes)、現在の運転状況が吸気流制御弁25の異常判定処理を実施可能な運転領域であるかどうかの判定を行う。本実施形態では、運転情報としてインマニ圧を検出しているため、現在の運転状況が、吸気流制御弁25が開いた領域(吸気流制御弁開領域)であり、且つEGRバルブ23が閉じた領域(EGR閉領域)であるどうかを判定する。このように吸気流制御弁開領域であり且つEGR閉領域であれば、吸入空気量が比較的多いため、後述する吸気流制御弁25の異常判定を正確に行うことができる。勿論、吸入空気量が比較的多い運転状態であれば、必ずしも吸気流制御弁開領域であり且つEGR閉領域である必要はない。
具体的には、ステップS22で、吸気流制御弁開領域(図2参照)であり、且つEGR閉領域であるか否かを判定する。さらに、本実施形態では、運転状況だけでなく、実際の吸入空気量が所定値よりも大きいか否かを判定している(ステップS23)。なお、このステップS23は必ずしも実施する必要はない。
このとき、吸気流制御弁開領域で且つEGR閉領域でない場合(ステップS22:No)、或いは吸入空気量が所定値以下である場合(ステップS23:No)には、吸気流制御弁25の異常判定処理を実施可能な運転状況ではないと判定されて、この処理フローが一旦終了する。ステップS23でEGR閉領域であると判定された場合、つまり吸気流制御弁25の異常判定可能な運転状況であると判定された場合には、以下のステップで吸気流制御弁25に強制動作を指示して異常判定処理を実施する。
まず、ステップS24で、吸気流制御弁25に対する強制動作の指示前の運転情報、本実施形態では、吸気圧センサ34からの信号(運転情報)に基づいて所定期間内の吸気行程におけるインマニ圧の平均値A2を算出する。次いで、吸気流制御弁25に対して強制動作を指示する。すなわち、吸気流制御弁25の強制閉動作の指示をONにする(ステップS25)。強制動作を指示後、所定期間が経過した時点で(ステップS26:Yes)、吸気圧センサ34からの運転情報、すなわち強制動作の指示中の運転情報に基づいて所定期間内の吸気行程におけるインマニ圧の平均値B2を算出する(ステップS27)。次いで、吸気流制御弁25の強制閉動作の指示をOFFとした後(ステップS28)、上記平均値A2,B2を算出中のスロットル弁(ETV)15及びエンジン回転数(Ne)が所定範囲内であるか否かを判定する(ステップS29)。つまり、平均値A2,B2が、これらスロットル弁15及びエンジン回転数の変化によるものではないことを確認する。そして、スロットル弁15及びエンジン回転数が所定範囲内であれば(ステップS29:Yes)、次いで、強制動作の指示前の運転情報から算出したインマニ圧の平均値A2と、強制動作の指示中の運転情報から算出したインマニ圧の平均値B2との較差|A2−B2|が、予め設定された所定値を超えているか否かを判断する(ステップS30)。すなわち、吸気流制御弁25が正常に作動したかどうかを判定する。
ここで、吸気流制御弁25が開状態及び閉状態であるときのインマニ圧の変化について説明する。例えば、図7(a)に示すように、吸気行程(図中点線で囲った領域)では、吸気流制御弁25の下流側に負圧が生じ、インマニ圧が一時的に大きく低下する。吸気行程以外では、インマニ圧は殆ど変化しない。このインマニ圧の変化は、吸気流制御弁25が開状態であっても閉状態であっても確認されるが、吸気流制御弁25が閉状態であるとその変化量は極めて大きい。なお、吸気マニホールド内であっても、吸気流制御弁25よりも上流側では、図7(b)に示すように、吸気流制御弁25が開状態である場合と閉状態である場合とで、インマニ圧の大きな変化は見られない。したがって、インマニ圧は、吸気マニホールドの吸気流制御弁25よりも下流側で検出する必要がある。
そして、ステップS30で、較差|A2−B2|が所定値を超えている場合には、吸気流制御弁25の動作は正常であると判定され(ステップS31)、その後、ステップS32でカウンタがリセットされて異常判定処理が終了する。一方、較差|A2−B2|が所定値以下である場合には、吸気流制御弁25に異常(故障)があると判定され(ステップS33)、その後、ステップS32でカウンタがリセットされて異常判定処理が終了する。なお、ステップS33で吸気流制御弁25に異常があると判定された場合、上述したように、その後エンジンの運転制御が適宜変更されることになる。
以上のように吸気流制御弁25の異常判定処理を実施することで、高回転又は高負荷の運転状況で、吸気流制御弁25の異常を正確に判定することができる。つまり、吸気流制御弁開領域であり且つEGR閉領域である運転状況では、吸入空気量が比較的多く、吸気行程におけるインマニ圧の変化が較的大きくなるため、吸気流制御弁25の異常を正確に判定することができる。そして、吸気流制御弁25の異常があると判定された場合に、エンジンの運転制御を適宜変更することで、燃焼・燃費の悪化や、ドライバビリティの低下を抑えることができる。
(他の実施形態)
上述の実施形態では、運転情報として回転角加速度又はインマニ圧を例示し、これらの運転情報に基づいて吸気流制御弁25の異常判定を行うようにしたが、例えば、エアフローセンサ(運転情報検出手段)17で検出される吸入空気量に基づいて吸気流制御弁25の異常判定を行うようにしてもよい。なお、吸入空気量に基づく吸気流制御弁25の異常判定処理は、インマニ圧の場合と同程度或いはそれ以上に、吸入空気量の多い運転状態で実施する必要がある。つまり、吸入空気量に基づく吸気流制御弁25の異常判定処理は、吸気流制御弁開領域であり且つEGR閉領域であるときに実施し、強制動作(閉動作)の指示中における吸入空気量の減少量から吸気流制御弁25の異常判定を行う。
また、上述の各実施形態を組み合わせて異常判定処理を実施するようにしてもよい。例えば、上述の各実施形態では、それぞれ検出する運転情報に応じて、異常判定処理を実施可能な運転状況を判断するようにしているが、そのときの運転状況(例えば、図2のマップにおいて運転領域が何れの範囲であるか)によって検出する運転情報を選択し、選択された運転情報に基づいて吸気流制御弁25の異常判定処理を実施するようにしてもよい。具体的には、図2のマップで低回転、低負荷の領域では、検出する運転情報として回転角加速度を選択し、高回転、高負荷の領域では、検出する運転情報としてインマニ圧又は吸入空気量を選択して、選択した運転情報に基づいて異常判定処理を実施する。これにより、運転状況に拘わらず、異常判定処理によって吸気流制御弁25の異常を正確に判定することができる。
また、上述した本実施形態では、吸気管噴射型の多気筒(例えば4気筒)ガソリンエンジンを例示したが、勿論、このようなMPIの多気筒ガソリンエンジンだけでなく、筒内噴射型ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等にも本発明を適用することができる。また、EGR装置を備えていない内燃機関を適用することも可能である。
本発明の実施形態1に係る内燃機関の吸気制御装置の概略構成図である。 運転領域を設定するマップの一例を示す図である。 実施形態1に係る異常判定処理の制御フローチャートである。 吸気流制御弁の動作と回転角加速度及びエンジン回転数との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態2に係る内燃機関の吸気制御装置の概略構成図である。 実施形態2に係る異常判定処理の制御フローチャートである。 クラック角とインマニ圧との関係を示すグラフである。
符号の説明
1 エンジン本体(エンジン)
2 シリンダヘッド
3 点火プラグ
4 点火コイル
5 吸気ポート
6 燃焼室
7 吸気弁
9 吸気マニホールド
10 燃料噴射弁(インジェクション)
11 排気ポート
12 排気弁
13 排気マニホールド
14 吸気管
15 スロットル弁
16 スロットルポジションセンサ
17 エアフローセンサ
18 サージタンク
20 排気管
21 排気ガス循環ポート(EGRポート)
22 EGR管
23 EGRバルブ
25 フローコントロールバルブ(吸気流制御弁)
26 アクチュエータ
31 ECU(電子コントロールユニット)
32 クランク角センサ
33 水温センサ
34 吸気圧センサ

Claims (6)

  1. 内燃機関の吸気通路に設けられ、前記吸気通路を開閉して、前記内燃機関の燃焼室に流入する吸入空気の流れを制御する吸気流制御弁と、
    所定の運転状況下で前記吸気流制御弁に強制動作を指示する強制動作指示手段と、
    前記内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、
    前記強制動作による前記運転情報の変化に基づいて前記吸気流制御弁の異常を判定する異常判定手段と、
    を具備すること特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
  2. 前記異常判定手段は、前記強制動作による前記運転情報の変化が所定値以下の場合に、前記吸気流制御弁に異常があると判定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気制御装置。
  3. 前記強制作動指示手段は、前記吸気流制御弁が閉状態である前記内燃機関の定常運転状況下で当該吸気流制御弁に開動作を指示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吸気制御装置。
  4. 前記運転情報検出手段が、前記内燃機関の回転角加速度を検出し、前記異常判定手段が、回転角加速度の偏差に基づいて前記吸気流制御弁の異常を判定することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
  5. 前記運転情報検出手段が、前記吸気通路の前記吸気流制御弁よりも下流側での圧力を検出し、前記異常判定手段が、吸気行程における当該吸気通路内の圧力に基づいて前記吸気流制御弁の異常を判定することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
  6. 前記運転情報検出手段が、前記吸気通路に流入する吸入空気量を検出し、前記異常判定手段が、吸入空気量の変化に基づいて前記吸気流制御弁の異常を判定することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
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