JP2011256791A - 内燃機関の異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスを筒内に戻すための通路が閉塞したことを精度よく判定する。
【解決手段】エンジンＥＣＵは、外部ＥＧＲを実行するとともに、エンジンの全ての気筒の点火時期を進角するステップ（Ｓ１００）と、外部ＥＧＲを実行するとともに点火時期を進角する前はノックが発生しておらず（Ｓ１０２にてＮＯ）、外部ＥＧＲを実行するとともに点火時期を進角した後にノックが発生すると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、１気筒ずつ順番に点火時期を遅角するステップ（Ｓ１０６）と、点火時期の遅角により、ノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定するステップ（Ｓ１０８）とを含む処理を実行する。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の異常判定装置に関し、特に、気筒から排出された排気ガスを気筒に戻すための通路が閉塞したことを判定する技術に関する。

ＥＧＲ（Engine Gas Recirculation）システムが設けられた内燃機関が知られている。ＥＧＲシステムでは、気筒から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に再循環させる外部ＥＧＲにより、ポンピングロスならびに未燃焼ガスを低減することができる。

ＥＧＲシステムにより排気通路から吸気通路に再循環される排気ガスの量は、ＥＧＲガス通路上に設けられたＥＧＲバルブにより調整される。ＥＧＲバルブが開くと排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環が行なわれ、ＥＧＲバルブが閉じると排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環が停止される。

筒内に排気ガスが再循環されると、筒内の燃焼温度が低下する。したがって、ノックが発生し難くなる。ノックが発生し難いため、点火時期を遅角する必要性が低くなる。よって、筒内への排気ガスの再循環とともに、点火時期が進角される。

このとき、たとえば、複数の気筒のうちの一部の気筒において、排気ガスを筒内に戻すための通路が閉塞していると、点火時期の進角に伴なってノックが発生し得る。ノックを抑制するために点火時期を遅角すると、排気ガスが正常に再循環されている気筒において、燃焼状態が悪化し得る。したがって、排気ガスを筒内に戻すための通路が閉塞した気筒を特定し、適切な処置を取ることが必要である。

特開２０１０−２５０５９号公報（特許文献１）は、第３４段落等において、吸気圧力センサによって吸気の圧力が目標圧力より低下したことが検出され、かつノックセンサによっていずれかの特定の気筒でノッキングが発生したことが検出された場合に、ＥＧＲ弁の開度は変更せず、点火プラグによって特定の気筒の点火時期を遅角することを開示する。

特開２０１０−２５０５９号公報

しかしながら、排気ガスを筒内に戻すための通路が閉塞していなくても、吸気圧力が低下したり、ノックが発生することがある。したがって、特開２０１０−２５０５９号公報に記載の方法では、排気ガスを筒内に戻すための通路が閉塞したことを誤って検出することもあり得る。

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、排気ガスを筒内に戻すための通路が閉塞したことを精度よく判定することである。

第１の発明に係る内燃機関の異常判定装置は、複数の気筒と、気筒から排出された排気ガスを気筒に戻すための通路が複数の気筒毎に設けられた内燃機関の異常判定装置である。異常判定装置は、ノックが発生したか否かを判定するための手段と、通路に気筒から排出された排気ガスを通して気筒に戻すとともに複数の気筒における点火時期を進角するための手段と、排気ガスを気筒に戻すとともに点火時期を進角する前はノックが発生しておらず、排気ガスを気筒に戻すとともに点火時期を進角した後にノックが発生した場合、１気筒ずつ点火時期を変更するための変更手段と、点火時期の変更によりノックの発生状態が変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定するための判定手段とを備える。

この構成によると、気筒から排出された排気ガスを通して気筒に戻すと同時に、複数の気筒における点火時期が進角される。排気ガスが正常に還流されていれば、点火時期を進角してもノックが発生しない。いずれかの気筒において、排気ガスを還流するための通路が閉塞していれば、点火時期を進角することによりノックが発生する。したがって、排気ガスを気筒に戻すとともに点火時期を進角する前はノックが発生しておらず、排気ガスを気筒に戻すとともに点火時期を進角した後にノックが発生した場合、いずれかの気筒において、排気ガスを気筒に戻すための通路が閉塞していると考えられる。この場合、１気筒ずつ点火時期が変更される。排気ガスが正常に還流されている気筒では、ノックの発生状態は変化しない。すなわち、点火時期を遅角しても、進角しても、ノックが発生しない。排気ガスを気筒に戻すための通路が閉塞した気筒では、点火時期を変更することによりノックの発生状態が変化し得る。すなわち、ノックが発生する状態と、ノックが発生しない状態とが切り換えられる。したがって、点火時期の変更によりノックの発生状態が変化した気筒に対して設けられた通路は、閉塞していると判定される。このように、排気ガスが筒内に戻される前の状態と、戻された後の状態とが異なっていれば、排気ガスを筒内に戻すための通路が閉塞していることが判定される。そのため、排気ガスを筒内に戻すための通路が閉塞したことを精度よく判定することができる。

第２の発明に係る内燃機関の異常判定装置においては、変更手段は、点火時期を遅角するように制御する。判定手段は、点火時期の遅角によりノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定する。

この構成によると、１気筒ずつ点火時期が遅角される。排気ガスを気筒に戻すための通路が閉塞した気筒は、点火時期を遅角することによりノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化する。よって、点火時期の遅角によりノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定される。これにより、排気ガスを筒内に戻すための通路が閉塞した気筒を特定できる。

第３の発明に係る内燃機関の異常判定装置においては、ノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化したときの点火時期を記憶するための手段と、通路に気筒から排出された排気ガスを通して気筒に戻す場合、通路が閉塞していると判定された気筒の点火時期を記憶された点火時期にするための手段とをさらに備える。

この構成によると、排気ガスを気筒に戻すための通路が閉塞した気筒において、ノックを抑制することができるように、点火時期が制御される。これにより、正常な気筒に対しては排気ガスを戻しつつ、ノックを抑制することができる。

第４の発明に係る内燃機関の異常判定装置においては、変更手段は、点火時期を進角するように制御する。判定手段は、点火時期の進角によりノックが発生しない状態からノックが発生する状態に変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定する。

この構成によると、１気筒ずつ点火時期が進角される。排気ガスを気筒に戻すための通路が閉塞した気筒は、点火時期を進角することによりノックが発生しない状態からノックが発生する状態に変化する。よって、点火時期の進角によりノックが発生しない状態からノックが発生する状態に変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定される。これにより、排気ガスを筒内に戻すための通路が閉塞した気筒を特定できる。

エンジンを示す概略構成図である。 ＥＧＲデリバリチャンバを示す図である。 ＥＧＲデリバリチャンバの断面図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 外部ＥＧＲが実行される運転状態を示す図である。 エンジンＥＣＵが実行する処理のフローチャートを示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、エンジン１００には４つの気筒が設けられる。なお、気筒の数は「４」限らず、「５」、「６」、「８」、「１０」および「１２」などであってもよい。

本実施の形態に係る異常判定装置は、たとえばエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００が実行するプログラムにより実現される。

エンジン１００は、エアクリーナ１０２から吸入された空気とインジェクタ１０４から噴射される燃料との混合気を、燃焼室内で点火プラグ１０６により点火して燃焼させる内燃機関である。

点火時期は、エンジン１００の運転状態に応じて設定される。以下、エンジン１００の運転状態に応じて設定される点火時期を基本点火時期とも記載する。ノッキングが発生した場合などには、点火時期は基本点火時期から遅角される。

基本点火時期は、エンジン回転数ＮＥおよび負荷ＫＬをパラメータとして有するマップに従って設定される。負荷ＫＬは、後述するエアフローメータ３１４により検出された吸入空気量およびエンジン回転数ＮＥなどに基づいて算出される。なお、負荷ＫＬを算出する方法は周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。

混合気が燃焼すると、燃焼圧によりピストン１０８が押し下げられ、クランクシャフト１１０が回転する。燃焼後の混合気（排気ガス）は、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。エンジン１００に吸入される空気の量は、スロットルバルブ１１４により調整される。吸気バルブ１１６が開いた際に燃焼室に混合気が導入される。排気バルブ１１８が開いた際に燃焼室から排気ガスが排出される。

吸気バルブ１１６の位相、すなわち開閉タイミングは、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構１２０により変更される。なお、吸気バルブ１１６に加えて排気バルブ１１８の位相を変更するようにしてもよい。

本実施の形態において、エンジン１００には、ＥＧＲシステムが設けられている。ＥＧＲシステムは、気筒から排気通路１３０に排出された排気ガスを吸気通路１３２に再循環させる外部ＥＧＲにより、ポンピングロスならびに未燃焼ガスを低減する。

ＥＧＲシステムにより排気通路１３０から吸気通路１３２に再循環される排気ガスの量は、ＥＧＲガス通路１３４上に設けられたＥＧＲバルブ１３６により調整される。ＥＧＲバルブ１３６が開くと排気通路１３０から吸気通路１３２への排気ガスの再循環が行なわれる。ＥＧＲバルブ１３６が閉じると排気通路１３０から吸気通路１３２への排気ガスの再循環が停止される。

図２に示すように、排気ガスは、インテークマニホールドとシリンダヘッドとの間に設けられたＥＧＲデリバリチャンバ１３８から、各気筒に対応する吸気通路１３２に導入される。図３に、ＥＧＲデリバリチャンバ１３８の断面の一例を示す。図３に示すように、吸気通路１３２は、ＥＧＲデリバリチャンバ１３８を通るように形成される。また、排気ガスを各気筒に戻すための通路１４１〜１４４が、複数の気筒毎に、ＥＧＲデリバリチャンバ１３８内に形成される。

図１に戻って、エンジン１００は、エンジンＥＣＵ２００により制御される。エンジンＥＣＵ２００には、ノックセンサ３００と、水温センサ３０２と、タイミングロータ３０４に対向して設けられたクランクポジションセンサ３０６と、スロットル開度センサ３０８と、車速センサ３１０と、イグニッションスイッチ３１２と、エアフローメータ３１４とが接続されている。

ノックセンサ３００は、エンジン１００のシリンダブロックに設けられる。ノックセンサ３００は、圧電素子により構成されている。ノックセンサ３００は、エンジン１００の振動により電圧を発生する。電圧の大きさは、振動の大きさと対応した大きさとなる。ノックセンサ３００は、電圧を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。

本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２００には、ノックセンサ３００から送信された信号に基づいてノックが発生したか否かを判定し、ノックが発生したと判定された場合には点火時期を遅角し、ノックが発生していないと判定された場合には点火時期を進角するノックコントロールシステムが実装されている。

たとえば、ノックセンサ３００により検出された振動の大きさがしきい値よりも大きい場合にノックが発生したと判定される。なお、ノックが発生したか否かを判定する方法には周知の一般的な技術を利用すればよいためここではその詳細な説明は繰り返さない。

水温センサ３０２は、エンジン１００のウォータージャケット内の冷却水の温度（水温）を検出し、検出結果を表わす信号を、エンジンＥＣＵ２００に送信する。

タイミングロータ３０４は、クランクシャフト１１０に設けられており、クランクシャフト１１０と共に回転する。タイミングロータ３０４の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ３０６は、タイミングロータ３０４の突起に対向して設けられている。タイミングロータ３０４が回転すると、タイミングロータ３０４の突起と、クランクポジションセンサ３０６とのエアギャップが変化するため、クランクポジションセンサ３０６のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ３０６は、起電力を表わす信号を、エンジ
ンＥＣＵ２００に送信する。エンジンＥＣＵ２００は、クランクポジションセンサ３０６から送信された信号に基づいて、クランク角およびクランクシャフト１１０の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を検出する。

スロットル開度センサ３０８は、スロットル開度を検出し、検出結果を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。車速センサ３１０は、車輪（図示せず）の回転数を検出し、検出結果を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。エンジンＥＣＵ２００は、車輪の回転数から、車速を算出する。イグニッションスイッチ３１２は、エンジン１００を始動させる際に、運転者によりオン操作される。

エアフローメータ３１４は、エンジン１００に吸入される空気量を検出し、検出結果を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。本実施の形態において、エアフローメータ３１４には、吸気温センサが内蔵されたホットワイヤ式のエアフローメータが用いされる。したがって、エアフローメータ３１４は、エンジン１００に吸入される空気の温度（吸気温）を検出するとともに、エンジン１００に吸入される空気量を検出する。なお、吸気温センサをエアフローメータ３１４とは別に設けるようにしてもよい。

エンジンＥＣＵ２００は、電源である補機バッテリ３２０から供給された電力により作動する。エンジンＥＣＵ２００は、各センサおよびイグニッションスイッチ３１２から送信された信号、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン１００が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。

図４を参照して、エンジンＥＣＵ２００の機能について説明する。なお、以下に説明する機能はソフトウェアにより実現するようにしてもよく、ハードウェアにより実現するようにしてもよい。

エンジンＥＣＵ２００は、ノック判定部４００と、排気ガス還流部４０２と、点火時期変更部４０４と、閉塞判定部４０６と、記憶部４０８と、点火時期制御部４１０とを含む。

ノック判定部４００は、ノックセンサ３００から送信された信号に基づいてノックが発生したか否かを判定する。ノックが発生したか否かを判定する方法については周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

排気ガス還流部４０２は、排気ガスを吸気通路１３２に戻すための通路１４１〜１４４に排気ガスを通して各気筒内に戻すようにＥＧＲバルブ１３６を制御する。たとえば、エンジン回転数ＮＥおよび負荷ＫＬをパラメータに有するマップに従って、排ガスが還流される。エンジン１００の運転状態（エンジン回転数ＮＥおよび負荷ＫＬ）が図５に示すマップにおいて斜線で示される領域にある場合、ＥＧＲバルブ１３６が開くように制御され、外部ＥＧＲが実行される。エンジン１００の運転状態が図５において斜線で示される領域外にある場合、ＥＧＲバルブ１３６が閉じるように制御され、外部ＥＧＲが停止される。なお、排気ガスを還流する方法はこれに限らない。

排気ガス還流部４０２は、排気ガスを各気筒内に戻すようにＥＧＲバルブ１３６を制御するとともに、複数の気筒（全ての気筒）の点火時期を進角するように、点火プラグ１０６を制御する。たとえば、出力トルクが最大となる、ＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）または基本点火時期まで点火時期が進角される。なお、点火時期の進角量はこれに限らない。

図４に戻って、点火時期変更部４０４は、排気ガスを気筒に戻すとともに点火時期を進角する前はノックが発生しておらず、排気ガスを気筒に戻すとともに点火時期を進角した後にノックが発生した場合、１気筒ずつ点火時期を変更する。点火時期が変更される気筒の順序は、開発者により任意に定められる。

本実施の形態においては、１気筒ずつ点火時期が遅角される。たとえば、外部ＥＧＲを実行している間に、ノックが発生しなくなるまで全ての気筒の点火時期を遅角するとともに、ノックが発生しなくなった点火時期を記憶しておき、その後再び全ての気筒の点火時期を進角してから、ノックが発生しなくなった点火時期まで１気筒ずつ点火時期が遅角される。なお、点火時期を遅角する方法はこれに限らない。

点火時期を遅角する代わりに、進角するようにしてもよい。たとえば、外部ＥＧＲを実行している間に、ノックが発生しなくなるまで全ての気筒の点火時期を遅角したあと、予め定められた点火時期（たとえばＭＢＴ）まで点火時期を進角するようにしてもよい。

閉塞判定部４０６は、排気ガスを各気筒に戻すための複数の通路１４１〜１４４のうち、点火時期の変更によりノックの発生状態が変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定する。

本実施の形態においては、点火時期の遅角によりノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定される。

点火時期を遅角する代わりに進角する場合は、点火時期の進角によりノックが発生しない状態からノックが発生する状態に変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定するようにしてもよい。

記憶部４０８と、ノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化したときの点火時期を記憶する。すなわち、排気ガスを気筒に戻すための通路が閉塞していると判定された気筒において、ノックが発生しないときの点火時期が学習される。

点火時期制御部４１０は、排気ガスを気筒に戻すための通路に気筒から排出された排気ガスを通して気筒に戻す場合、通路が閉塞していると判定された気筒の点火時期が、記憶された点火時期になるように制御する。

すなわち、今回または次回以降に外部ＥＧＲを実行する場合、排気ガスを気筒に戻すための通路が閉塞していると判定された気筒の点火時期が、学習された点火時期まで遅角される。

図６を参照して、エンジンＥＣＵ２００が実行する処理について説明する。
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、エンジンＥＣＵ２００は、外部ＥＧＲを実行するとともに、点火時期を進角する。

Ｓ１０２にて、エンジンＥＣＵ２００は、外部ＥＧＲを実行するとともに点火時期を進角する前に、ノックが発生していたか否かを判定する。ノックが発生していると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、この処理は終了する。ノックが発生していないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０４に移される。

Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、外部ＥＧＲを実行するとともに点火時期を進角した後にノックが発生したか否かを判定する。ノックが発生していると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。ノックが発生していないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、この処理は終了する。

なお、外部ＥＧＲを停止した状態におけるノックを抑制するための遅角量と、外部ＥＧＲを実行した状態におけるノックを抑制するための遅角量とを比較するようにしてもよい。より具体的には、外部ＥＧＲを停止した状態におけるノックを抑制するための遅角量よりも、外部ＥＧＲを実行した状態におけるノックを抑制するための遅角量が、所定の値以上大きいと、処理をＳ１０６に移すようにしてもよい。

Ｓ１０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、１気筒ずつ順番に点火時期を変更する。より具体的には、点火時期が遅角される。

Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期の変更によりノックの発生状態が変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定する。より具体的には、点火時期の遅角によりノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定される。

Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化したときの点火時期を記憶する。たとえば、ノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化したときの点火時期が、ＲＡＭ（Random Access Memory）に記憶される。

Ｓ１１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、通路が閉塞していると判定された気筒の点火時期が、記憶された点火時期になるように制御する。

以上のように、本実施の形態によれば、排気ガスを気筒に戻すとともに点火時期を進角する前はノックが発生しておらず、排気ガスを気筒に戻すとともに点火時期を進角した後にノックが発生した場合、１気筒ずつ点火時期が変更される。点火時期の変更によりノックの発生状態が変化した気筒に対して設けられた通路は、閉塞していると判定される。これにより、排気ガスが筒内に戻されている状態と、排気ガスが筒内に戻されていない状態との差によって、通路が閉塞しているか否かを判定することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ エンジン、１０４ インジェクタ、１０６ 点火プラグ、１１０ クランクシャフト、１１２ 三元触媒、１１４ スロットルバルブ、１１６ 吸気バルブ、１１８ 排気バルブ、１２０ ＶＶＴ機構、１３０ 排気通路、１３２ 吸気通路、１３４ ＥＧＲガス通路、１３６ ＥＧＲバルブ、１４１，１４２，１４３，１４４ 通路、２００ エンジンＥＣＵ、２０２ ＲＯＭ、３００ ノックセンサ、３０２ 水温センサ、３０４ タイミングロータ、３０６ クランクポジションセンサ、３０８ スロットル開度センサ、３１０ 車速センサ、３１２ イグニッションスイッチ、３１４ エアフローメータ、３２０ 補機バッテリ、４００ ノック判定部、４０２ 排気ガス還流部、４０４ 点火時期変更部、４０６ 閉塞判定部、４０８ 記憶部、４１０ 点火時期制御部。

Claims (4)

1. 複数の気筒と、前記気筒から排出された排気ガスを前記気筒に戻すための通路が前記複数の気筒毎に設けられた内燃機関の異常判定装置であって、
   ノックが発生したか否かを判定するための手段と、
   前記通路に前記気筒から排出された排気ガスを通して前記気筒に戻すとともに前記複数の気筒における点火時期を進角するための手段と、
   排気ガスを前記気筒に戻すとともに点火時期を進角する前はノックが発生しておらず、排気ガスを前記気筒に戻すとともに点火時期を進角した後にノックが発生した場合、１気筒ずつ点火時期を変更するための変更手段と、
   点火時期の変更によりノックの発生状態が変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定するための判定手段とを備える、内燃機関の異常判定装置。
2. 前記変更手段は、点火時期を遅角するように制御し、
   前記判定手段は、点火時期の遅角によりノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定する、請求項１に記載の内燃機関の異常判定装置。
3. ノックが発生する状態からノックが発生しない状態に変化したときの点火時期を記憶するための手段と、
   前記通路に前記気筒から排出された排気ガスを通して前記気筒に戻す場合、通路が閉塞していると判定された気筒の点火時期を記憶された点火時期にするための手段とをさらに備える、請求項２に記載の内燃機関の異常判定装置。
4. 前記変更手段は、点火時期を進角するように制御し、
   前記判定手段は、点火時期の進角によりノックが発生しない状態からノックが発生する状態に変化した気筒に対して設けられた通路が閉塞していると判定する、請求項１に記載の内燃機関の異常判定装置。

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