JP2011132884A - 内燃機関の異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置と可変バルブタイミング機構とを備えたエンジンにおいて、軽負荷領域ではＥＧＲ制御中の可変バルブタイミング機構の作動変化量が微小な要求値であるために、可変バルブタイミング機構の異常を検出できないことがある。
【解決手段】排気ガスの一部を還流させて吸入空気に混合し得る排気ガス再循環装置、及び排気弁と吸気弁との少なくとも一つの開弁タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構を備える内燃機関において、排気ガス再循環装置の制御中に可変バルブタイミング機構の目標バルブ開度を進角側の第一所定値まで進角させ、第一所定値と実進角値との差が第一判定範囲を超える場合に前記目標バルブ開度を第一所定値よりさらに進角側の第二所定値まで進角させ、第二所定値と実進角値との差が第二判定範囲を超える場合に可変バルブタイミング機構の固着による異常を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス再循環装置及び可変バルブタイミング機構を備える内燃機関における可変バルブタイミング機構の異常を検出する内燃機関の異常検出方法に関するものである。

従来、排気ガス再循環装置及び可変バルブタイミング機構を備える内燃機関では、可変バルブタイミング機構の不具合により、例えば内部排気ガス再循環における排気ガスの量が増大することで、燃焼が不安定になることがある。このような事情から、例えば特許文献１のものでは、アイドル運転状態あるいは所定の回転速度以下の運転状態にある場合に、可変バルブタイミング機構の目標位相角を最遅角し、実カム位相角を検出し、目標位相角と実カム位相角との差を求め、その差が判定閾値よりも大である場合に、可変バルブタイミング機構の故障を判断し、排気ガスの還流量を減少することにより排気ガス還流率を低下させて、不具合を解消することを開示している。

特開２００１‐３０３９９９号公報

ところで、近年にあっては、排気ガス再循環装置が作動する運転領域、つまり排気ガス再循環制御が実施される運転領域が拡大される傾向にあり、ほぼ運転領域の全域で排気ガス再循環が実施される。このような内燃機関において、軽負荷領域での運転の場合、排気ガス再循環装置を制御している間の可変バルブタイミング機構の作動変化量は、微小な要求値であるために小さい。このため、可変バルブタイミング機構の異常を検出するためには、可変バルブタイミング機構を進角側に作動させて、その時の目標位相角と実カム位相角との差を判定に十分な値にする必要がある。

ところが、このように要求値より多めに可変バルブタイミング機構を進角作動させると、燃焼が低下し、それによって燃費が低下したりする不具合を生じる場合がある。その一方で、可変バルブタイミング機構の異常を検出するための検出基準を下げると、異常を誤って検出する可能性が高くなることになった。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の異常検出方法は、排気ガスの一部を還流させて吸入空気に混合し得る排気ガス再循環装置、及び排気弁と吸気弁との少なくとも一つの開弁タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構を備える内燃機関において、排気ガス再循環装置の制御中に可変バルブタイミング機構の目標バルブ開度を進角側の第一所定値まで進角させ、第一所定値と実進角値との差が第一判定範囲を超える場合に前記目標バルブ開度を第一所定値よりさらに進角側の第二所定値まで進角させ、第二所定値と実進角値との差が第二判定範囲を超える場合に可変バルブタイミング機構の固着による異常を検出することを特徴とする。

このような構成によれば、第一所定値と実進角値との差が第一判定範囲を超えることにより異常を予測して、その場合には第二所定値まで目標バルブ開度を進角させて、第二所定値と実進角値との差が第二判定範囲を超えることにより可変バルブタイミング機構の異常を検出するので、異常が確実である場合のみ異常を検出することが可能になる。したがって、燃焼の低下を抑制することができ、燃費の低下を最小限に抑えることができる。しかも、誤った可変バルブタイミング機構の異常検出を抑制することができる。

本発明は、本発明は、以上説明したような構成であり、二段階に分けて目標バルブ開度を進角させて、可変バルブタイミング機構の異常を検出するので、異常が確実である場合のみ異常を検出することができる。したがって、燃焼の低下を抑制することができ、燃費の低下を最小限に抑えることができる。

本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。 同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に１気筒の構成を概略的に示した三気筒のエンジン１００は、例えば自動車に搭載されるものである。このエンジン１００は、吸気系１、シリンダ２及び排気系５を備えている。吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応じて開閉するスロットルバルブ１１が設けてあり、そのスロットルバルブ１１の下流には、サージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２が取り付けてある。シリンダ２上部に形成される燃焼室２３の天井部には、点火プラグ８が取り付けてある。吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には、燃料噴射弁３が取り付けてある。この燃料噴射弁３は、後述する電子制御装置４により制御される。さらに、サージタンク１３と、Ｏ₂センサ５１、三元触媒５２及び排気マニホルド５３を備える排気系５との間には、排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）６が接続される。

ＥＧＲ装置６は、サージタンク１３に連通するように一方の端部が接続される排気ガス還流管路（以下、ＥＧＲ管路と称する）６１と、そのＥＧＲ管路６１に設けられてＥＧＲ管路６１を通過する排気ガスの流量を制御する排気ガス還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）６２とを備えて構成される。ＥＧＲ管路６１の他方の端部は、排気５系に設けられる三元触媒５２の上流において排気系５に連通するように排気マニホルド５３に接続される。ＥＧＲ装置６は、ＥＧＲ弁６２が制御されるつまり開かれると、排気ガスがＥＧＲ弁６２の開度に応じた流量でＥＧＲ管路６１を通過して、スロットルバルブ１１よりも下流側つまりサージタンク１３内に還流させるものである。還流される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量は、ＥＧＲ弁６２の開度に依存するもので、ＥＧＲ弁６２の開度の制御は、電子制御装置４により行われる。

このエンジン１００は、吸気弁２1の開閉タイミングを変更するための可変バルブタイミング機構９を備えている。可変バルブタイミング機構９は、いわゆる揺動シリンダ機構を利用したもので、吸気カムシャフト９１に固定されたロータと、ロータの外側に嵌められるハウジングと、ロータに対してハウジングを回動させるための電磁式４方向切換制御弁であるオイルコントロールバルブ９２と、互いに噛み合うように一方をハウジングに取り付けて他方を排気カムシャフト９３に固定した一対のギア９４，９５と、排気カムシャフト９３の端部に取り付けられてクランク角度信号及び気筒判別用信号を出力するクランクセンサ９６と、吸気カムシャフト９１の端部に取り付けられて２４０°ＣＡ（クランク角度）回転する毎に排気カム信号を出力するタイミングセンサ９７とを備える構成である。

このような構成において、吸気弁２１の開閉タイミング、つまりバルブタイミングは、電子制御装置４から出力される開閉タイミング信号ｐにより可変バルブタイミング機構９が作動して変更されるものである。すなわち、可変バルブタイミング機構９は、開閉タイミング信号ｐを受けると、ハウジングに流出入する作動油の方向及び量をオイルコントロールバルブ９２により制御する。これにより、ロータに対するハウジングの相対角度が変化し、吸気カムシャフト９１と排気カムシャフト９３との間に所望の回転位相差を生じさせて、バルブタイミングを可変制御するものである。つまり、クランクシャフトの回転に対して、排気弁２４を常に一定のタイミングで開閉させつつ、吸気弁２１の開閉タイミングを変化させることにより、吸気弁２１の開閉タイミングと排気弁２４の開閉タイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。

電子制御装置４は、中央演算装置４１と、記憶装置４２と、入力インターフェース４３と、出力インターフェース４４とを備えてなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算装置４１は、記憶装置４２に格納された、以下に説明する種々のプログラムを実行して、エンジン１００の運転を制御するものである。中央演算装置４１には、エンジン１００の運転制御に必要な情報が入力インターフェース４３を介して入力されるとともに、中央演算装置４１は、燃料制御弁３、排気ガス還流制御弁６２、オイルコントロールバルブ９２などに対して制御信号を、出力インターフェース４４を介して出力する。

具体的には、入力インターフェース４３には、吸気マニホルド１２に流入する空気流量を検出するためのエアフロメータ７１から出力される空気流量信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ１１の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ７４から出力されるＩＤＬ信号ｄ、エンジン１００の冷却水温度を検出するための水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、Ｏ₂センサ５１から出力される電圧信号ｈ、燃焼圧の変化によりノッキングの状態を検出するためのノッキングセンサ７５から出力されるノッキング信号ｅなどが入力される。一方、出力インターフェース４４からは、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、燃料制御弁３に対して燃料噴射信号ｎ、排気ガス還流制御弁６２に対してバルブ開閉信号ｏ、可変バルブタイミング機構９のオイルコントロールバルブ９２に対して開閉タイミング信号ｐなどが出力される。

このような構成において、電子制御装置４は、エアフロメータ７１から出力される空気流量信号ａと回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂとを主な情報として、運転状態に応じて設定される係数を用いて燃料噴射量を演算し、燃料噴射量に対応する燃料噴射時間つまり燃料噴射弁３に対する通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁３を制御して、燃料を吸気系１に噴射させる。このような燃料噴射制御自体は、この分野で知られているものを適用するものであってよい。

また、電子制御装置４には、ＥＧＲ装置６の制御中に可変バルブタイミング機構９の目標バルブ開度を進角側の第一所定値まで進角させ、第一所定値と実進角値との差が第一判定範囲内である場合に前記目標バルブ開度を第一所定値よりさらに進角側の第二所定値まで進角させ、第二所定値と実進角値との差が第二判定範囲内である場合に可変バルブタイミング機構９の固着による異常を検出する異常検出プログラムが格納してある。この可変バルブタイミング機構９の異常を検出する異常検出プログラムの動作を、図２を交えて以下に説明する。

この異常検出プログラムは、ＥＧＲ装置６の制御中、つまりＥＧＲガスの量を制御しているＥＧＲ制御中に実行するものである。ＥＧＲ装置６が制御中であるか否かは、ＥＧＲ弁６２の開度を指示する信号を出力しているか否かで判定する。この実施形態のエンジン１００の場合、ＥＧＲ装置６が制御中である場合は、可変バルブタイミング機構９は制御されずに休止している。つまり、ＥＧＲ装置６と可変バルブタイミング機構９とのいずれか一方を制御している場合に、他方の制御は休止する構成である。

このような運転状態において、まず、ステップＳ１では、可変バルブタイミング機構９の目標バルブ開度を第一所定値まで進角させる。第一所定値は例えば、油圧の変動などのノイズによる可変バルブタイミング機構９の作動をほぼ検出しない、つまりノイズによる作動のばらつき（±３σ内に入るもの）以上の値で、しかも空燃比に影響を及ぼさない（空燃比を低下させない）程度の値に設定する。

ステップＳ２では、可変バルブタイミング機構９のオイルコントロールバルブ９２に対して進角を指示する開閉タイミング信号ｐを出力して、吸気弁２４の開閉タイミングを進角させた結果の実進角値と第一所定値との差を演算し、得られた差が第一所定範囲を超えるか否かを判定する。すなわち、第一所定値と実進角値との差が第一所定値を超えるとは、オイルコントロールバルブ９２に対して進角を指示したにもかかわらず、可変バルブタイミング機構９が固着などして進角せずに、実進角値が第一所定値から第一所定範囲分下回る値にしか達しないことを意味する。第一所定範囲は、可変バルブタイミング機構９がである場合の差が範囲内になるように適合により設定する。

なお、実進角値が目標バルブ開度である第一所定値以上の値を示す場合は、可変バルブタイミング機構９は正常であると判定するものである。また、第一所定値と実進角値との差は、可変バルブタイミング機構９の作動の応答遅れを加味して、その応答の遅れが収束する十分な時間が経過した後に判定するものである。

ステップＳ２において、差が第一所定範囲を超えると判定した場合は、ステップＳ３において、目標バルブ開度を、第一所定値よりもさらに進角側となる第二所定値まで進角させる。この第二所定値は、上述のノイズによる可変バルブタイミング機構９の作動の影響を全く受けることなく、可変バルブタイミング機構９の異常を確実に検出できる値に設定してある。

ステップＳ４では、第二所定値と実進角値との差を演算し、得られた差が第二所定範囲を超えるか否かを判定する。この場合にあっても、ステップＳ２の場合と同様に、可変バルブタイミング機構９が進角を示す開閉タイミング信号ｐを受けても、第二所定値から第二所定範囲の値を減じて得られる進角値にまで達しない場合が、差が第二所定範囲を超える場合である。第二所定範囲は、可変バルブタイミング機構９がである場合の差が範囲内になるように適合により設定する。

なお、実進角値が目標バルブ開度である第二所定値以上の値を示す場合は、可変バルブタイミング機構９は正常であると判定するものである。また、第二所定値と実進角値との差は、可変バルブタイミング機構９の作動の応答遅れを加味して、その応答の遅れが収束する十分な時間が経過した後に判定するものである。

ステップＳ４において、差が第二所定範囲を超えると判定した場合は、ステップＳ５において、可変バルブタイミング機構９の異常、つまり固着により可変バルブタイミング機構９が作動しない異常を検出する。

このような構成において、ＥＧＲ制御を実施する運転領域が広範囲に亘っているエンジン１００にあっては、可変バルブタイミング機構９が作動する機会が一定の運転条件の場合に制限されたり、あるいは作動してもその作動量が微量であったりすることがある。このような状況下にあって、ステップＳ１及びステップＳ２を実行して、可変バルブタイミング機構９を強制的に作動させて、その結果、実進角値が目標バルク開度を示す第１所定値まで作動するか否かを判定する。この判定を設定することで、可変バルブタイミング機構９が正常である場合と異常の疑いがある場合とを判別することができる。

そして、ステップＳ２において第一所定値と実進角値との差が第一所定範囲を超えていると判定した場合にのみ、ステップＳ３を実行して目標バルブ開度を第一所定値よりさらに進角させた第二所定値まで進角させて、ステップＳ４及びステップＳ５を実行して第二所定値と実進角値との差に基づいて異常検出を実施するので、異常の疑いがある場合に確実に可変バルブタイミング機構９の異常を検出することができる。このため、可変バルブタイミング機構９の異常を誤って検出することを抑制することができる。

このように、第一所定値及び第二所定値を設定することで、確実に可変バルブタイミング機構９の異常を検出することができ、しかもこの異常検出プログラムの実行中に、可変バルブタイミング機構９が正常で、吸気弁２４が進角することで燃焼が低下し、空燃比に影響が出て燃費が低下するといった運転状態になることを抑制することができる。

なお、上述の実施形態にあっては、吸気弁２１の位相角を可変する可変バルブタイミング機構９を説明したが、排気弁２４の位相角を可変する可変バルブタイミング機構であってもよい。さらには、吸気弁２１と排気弁２４との両方の位相角を可変にするものであってもよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、ＥＧＲ装置と可変バルブタイミング機構とを備え、ＥＧＲ制御を運転領域の大半で実施する内燃機関が挙げられる。

６…排気ガス再循環装置
９…可変バルブタイミング機構
４…電子制御装置
２１…吸気弁
２４…排気弁
４１…中央演算装置
４２…記憶装置
４３…入力インターフェース
４４…出力インターフェース

Claims (1)

1. 排気ガスの一部を還流させて吸入空気に混合し得る排気ガス再循環装置、及び排気弁と吸気弁との少なくとも一つの開弁タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構を備える内燃機関において、排気ガス再循環装置の制御中に可変バルブタイミング機構の目標バルブ開度を進角側の第一所定値まで進角させ、
   第一所定値と実進角値との差が第一判定範囲を超える場合に前記目標バルブ開度を第一所定値よりさらに進角側の第二所定値まで進角させ、
   第二所定値と実進角値との差が第二判定範囲を超える場合に可変バルブタイミング機構の固着による異常を検出する内燃機関の異常検出方法。

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