JP2014009658A - 内燃機関の故障診断装置及び故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の出力に与える影響を抑制しつつ効果的な故障診断を実施することができる故障診断装置及び故障診断方法を提供する。
【解決手段】本発明は、気筒２Ａ〜２Ｆを有するディーゼルエンジン１の故障診断装置であって、気筒２Ａ〜２Ｆ内のピストンにより回転駆動されるクランクシャフト６のクランク角を検出するクランク角センサ８と、気筒２Ａ〜２Ｆのうち一部の気筒のバルブタイミングを強制変化させるバルブタイミング制御部１２と、バルブタイミング制御部１２が一部の気筒のバルブタイミングを強制変化させた場合に、クランク角センサ８の検出結果に基づいて故障診断を行う故障診断部１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の故障診断装置及び故障診断方法に関する。

従来、内燃機関の故障診断について、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。特許文献１に記載の装置では、全気筒のバルブタイミングの強制的な切り換えに応じて吸引空気量が変化することを利用して、バルブタイミング制御機構の故障診断を行っている。

特開平６−３１７１１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置においては、内燃機関の稼働中に故障診断を行うと、全気筒のバルブタイミングが強制的に変化することにより、内燃機関の出力に与える影響が大きい。例えば、車両用の内燃機関において上記故障診断を行うと、内燃機関の出力変動により車両の運転性に大きな影響が生じ、運転者に違和感を与えるおそれがある。

そこで、本発明は、内燃機関の出力に与える影響を抑制しつつ効果的な故障診断を実施することができる故障診断装置及び故障診断方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の故障診断装置であって、複数の気筒内のピストンにより回転駆動されるクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角検出手段と、複数の気筒のうち一部の気筒のバルブタイミングを強制変化させるバルブタイミング制御手段と、バルブタイミング制御手段が一部の気筒のバルブタイミングを強制変化させた場合に、クランク角検出手段の検出結果に基づいて故障診断を行う故障診断手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の故障診断装置によれば、一部の気筒のバルブタイミングを強制変化させることにより、吸入空気量が変化し、ピストン駆動による発生トルクが変化するため、クランクシャフトのクランク角の変化に基づいて故障診断を行うことができる。しかも、この故障診断装置によれば、一部の気筒のバルブタイミングのみを強制変化させるので、全気筒のバルブタイミングを強制変化させる場合と比べて、故障が生じている部位をより具体的に特定することができる。加えて、この故障診断装置によれば、残りの気筒は通常のバルブタイミングで駆動するので、全気筒のバルブタイミングを強制変化させる場合と比べて、内燃機関の出力に与える影響を抑制しつつ効果的な故障診断を実施することができる。

本発明に係る内燃機関の故障診断装置において、バルブタイミング制御手段は、複数の気筒のバルブタイミングを１気筒又は２気筒ずつ強制変化させ、故障診断手段は、バルブタイミング制御手段がバルブタイミングを強制変化させる度に故障診断を行なってもよい。
この故障診断装置によれば、１気筒又は２気筒ずつバルブタイミングを強制変化させて故障診断を順次行っていくことにより、内燃機関の出力への影響を抑えつつ故障診断を実施できるので、内燃機関の稼働中の故障診断に適している。

本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の故障診断方法であって、複数の気筒のうち一部の気筒のバルブタイミングを強制変化させると共に、複数の気筒内のピストンにより回転駆動されるクランクシャフトのクランク角の変化を検出し、当該クランク角の変化の検出結果に基づいて故障診断を行うことを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の故障診断方法によれば、一部の気筒のバルブタイミングを強制変化させることにより、吸入空気量が変化し、ピストン駆動による発生トルクが変化するため、クランクシャフトのクランク角の変化の検出結果に基づいて故障診断を行うことができる。しかも、この故障診断方法によれば、一部の気筒のバルブタイミングのみを強制変化させるので、全気筒のバルブタイミングを強制変化させる場合と比べて、故障が生じている部位をより具体的に特定することができる。加えて、この故障診断方法によれば、残りの気筒は通常のバルブタイミングで駆動するので、全気筒のバルブタイミングを強制変化させる場合と比べて、内燃機関の出力に与える影響を抑制しつつ効果的な故障診断を実施することができる。

本発明に係る内燃機関の故障診断方法において、複数の気筒のバルブタイミングを１気筒又は２気筒ずつ強制変化させ、バルブタイミングの強制変化の度に故障診断を行ってもよい。
この故障診断方法によれば、１気筒又は２気筒ずつバルブタイミングを強制変化させて故障診断を順次行っていくことにより、内燃機関の出力への影響を抑えつつ故障診断を実施できるので、内燃機関の稼働中の故障診断に適している。

本発明によれば、内燃機関の出力に与える影響を抑制しつつ効果的な故障診断を実施することができる故障診断装置及び故障診断方法を提供できる。

本発明に係るディーゼルエンジンの故障診断装置の一実施形態を示す図である。 バルブタイミングの強制変化によるクランクシャフトの回転変動量への影響を説明するための図である。 本発明に係るディーゼルエンジンの故障診断方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係るディーゼルエンジン１は、６本の気筒２Ａ〜２Ｆを有するピストン式内燃機関であり、車両の動力源として機能する。ディーゼルエンジン１は、気筒２Ａ〜２Ｆに空気を供給するためのインテークマニホールド３及び気筒２Ａ〜２Ｆから燃焼ガスを排気するためのエキゾーストマニホールド４、及び気筒２Ａ〜２Ｆのバルブタイミングを変更するための可変動弁装置５Ａ〜５Ｆを有している。

可変動弁装置５Ａ〜５Ｆは、気筒２Ａ〜２Ｆのバルブタイミング（吸気弁や排気弁の開閉タイミング）を変更するものである。可変動弁装置５Ａ〜５Ｆは、気筒２Ａ〜２Ｆに対してそれぞれ設けられており、気筒２Ａ〜２Ｆごとに独立してバルブタイミングを変更することができる。このような可変動弁装置５Ａ〜５Ｆには、周知である様々な機構を採用することができる。

また、ディーゼルエンジン１の気筒２Ａ〜２Ｆ内には、図示しないピストン機構が設けられており、燃料の燃焼により生じた膨張圧力によるピストンの往復運動をクランクシャフト６の回転運動へと変換する。このクランクシャフト６には、回転を安定化させるためのフライホイール７が設けられており、フライホイール７の外周面にはクランク角検出用の穴が所定角度ごとに形成されている。

このような構成のディーゼルエンジン１は、ＥＣＵ［Engine Control Unit］１０によって制御されている。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニットである。

ＥＣＵ１０は、ディーゼルエンジン１の制御に用いられる各種情報（アクセル開度やエンジン回転数の情報等）を取得し、燃料噴射装置やバルブタイミングの制御を行う。ＥＣＵ１０は、可変動弁装置５Ａ〜５Ｆ及びクランク角センサ（クランク角検出手段）８と接続されている。

クランク角センサ８は、クランクシャフト６の回転角度位置であるクランク角を検出するためのセンサである。クランク角センサ８は、フライホイール７の外周面と対向するように配置され、フライホイール７の外周面の穴（所定角度ごとに形成された穴）を検知することによりクランク角を検出する。なお、クランク角の検出方法は、上記方法に限られない。

ＥＣＵ１０は、診断開始判定部１１、バルブタイミング制御部（バルブタイミング制御手段）１２、及び故障診断部（故障診断手段）１３を有しており、ディーゼルエンジン１の故障診断装置として機能する。

診断開始判定部１１は、ディーゼルエンジン１の故障診断開始の条件が満たされたか否かを判定する部位である。故障診断開始の条件としては、バルブタイミングの強制変化により車両の運転者に違和感を与えない運転状態であることなどがある。

具体的には、ディーゼルエンジン１がアイドリング状態である場合や車両が下り道を慣性で走行している場合など、バルブタイミングの強制変化を行っても車両の運転性に影響が少ない状態を故障診断開始の条件とすることができる。なお、必要に応じて、車両の加速中などに故障診断を開始してもよい。

バルブタイミング制御部１２は、可変動弁装置５Ａ〜５Ｆを制御することにより、気筒２Ａ〜２Ｆのバルブタイミングを制御する部位である。本実施形態において故障診断が開始されると、バルブタイミング制御部１２は、気筒２Ａ〜２Ｆのバルブタイミングを１気筒ずつ診断用バルブタイミングへと強制変化させる。

診断用バルブタイミングとは、強制変化させない場合のバルブタイミングと比較して、確実に故障診断できる程度の差異を有するバルブタイミングである。具体的に、バルブタイミング制御部１２は、診断用バルブタイミングとして、吸気弁の閉時期が強制変化させない場合のバルブタイミングと異なるように可変動弁装置５Ａ〜５Ｆへ制御指示値を送信する。

診断用バルブタイミングは、例えば、予め記憶されたマップに基づいて、エンジン状態（エンジン回転数などの状態）に応じた適切な制御指示値が求められる。或いは、診断用バルブタイミングは、エンジン状態に応じて適切な制御指示値を演算して求めてもよい。

故障診断部１３は、クランク角センサ８の検出結果に基づいて、クランク角に対するクランクシャフト６の回転変動量を演算する。回転変動量は、クランクシャフト６の単位時間当たりの回転数（回転速度）の変動量に相当する。

ここで、図２は、バルブタイミングの強制変化によるクランクシャフト６の回転変動量への影響を説明するための図である。図２では、縦軸を回転変動量、横軸をクランク角としている。図２において、１つの気筒のバルブタイミングを診断用バルブタイミングに強制変化した場合の回転変動量Ａを実線で示すと共に、バルブタイミングを強制変更しない場合の回転変動量Ｂを破線で示す。

図２に示されるように、１つの気筒のバルブタイミングの吸気弁の閉時期を変化させると、吸引空気量が変化し、当該気筒内の燃焼による発生トルクが変化するため、クランクシャフト６の回転変動量がＢからＡに変化する。また、当該気筒の発生トルクが影響するクランク角の範囲は決まっているため、当該気筒に対応するクランク角の範囲において回転変動量に変化が現れる。一方で、バルブタイミングを強制変化させた気筒以外の気筒に対応するクランク角の範囲においては、回転変動量にほとんど変化は生じない。

故障診断部１３は、バルブタイミングを強制変化させた気筒と対応するクランク角の範囲において回転変動量Ａに許容範囲の変化（元の回転変動量Ｂと比べた変化）が生じた否かを判定する。故障診断部１３は、図２に示す波状となる回転変動量のボトムの変化を基準として上記判定を行ってもよく、振幅の変化などを基準として上記判定を行ってもよい。許容範囲は、予め記憶されたマップに基づいて、エンジン状態や診断用バルブタイミングなどに応じて求められる。なお、許容範囲をエンジン状態その他の条件から演算して求めてもよい。

故障診断部１３は、当該気筒と対応するクランク角の範囲において回転変動量Ａに許容範囲の変化が生じたと判定した場合、故障はないと診断する。故障診断部１３が故障はないと診断した場合、バルブタイミング制御部１２は、次の気筒についてバルブタイミングの強制変化を実施する。

一方、故障診断部１３は、当該気筒と対応するクランク角の範囲において回転変動量Ａに許容範囲を超える変化が生じたと判定した場合、又は、当該気筒と対応するクランク角の範囲において回転変動量Ａに許容範囲に含まれるほどの変化が生じない場合（すなわち、回転変動量Ａと回転変動量Ｂとがほとんど同じ場合）、故障があると診断する。具体的には、故障診断部１３は、可変動弁装置５Ａ〜５Ｆのうち当該気筒に対応する装置、クランク角センサ８、或いはＥＣＵ１０の信号送受信の部位などに故障があると診断する。

故障診断部１３は、故障があると診断した場合、より詳細な自己診断を行うと共に、運転者に対して故障診断を通知するため運転席のチェックランプを点灯させる。なお、音声などにより運転者に故障診断を通知してもよい。

次に、本実施形態に係るディーゼルエンジン１の故障診断方法について説明する。

図３は、本実施形態に係るディーゼルエンジン１の故障診断方法を示すフローチャートである。図３に示されるように、この故障診断方法では、まずステップＳ１として、故障診断開始条件が満たされたか否か（例えばアイドリング状態であるか否か）が判定される。

ＥＣＵ１０は、診断開始判定部１１において故障診断開始条件が満たされていないと判定された場合、処理を終了する。その後、所定時間経過してから再び故障診断開始条件を判定する。一方、ＥＣＵ１０は、診断開始判定部１１において故障診断開始条件が満たされたと判定された場合、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ１０は、１つの気筒のバルブタイミングを診断用バルブタイミングへと強制変化させる。ＥＣＵ１０は、バルブタイミング制御部１２において、対象となる気筒の吸気弁の閉時期を強制変化させる。

次に、ステップＳ３において、ＥＣＵ１０は、クランク角センサ８の検出結果に基づいてクランクシャフト６の回転変動量を認識すると共に、回転変動量の変化に基づく故障診断を行う。

具体的には、ＥＣＵ１０は、故障診断部１３において、バルブタイミングを強制変化させた気筒と対応するクランク角の範囲において回転変動量に許容範囲の変化が生じたか否かを判定する。

ＥＣＵ１０は、当該気筒と対応するクランク角の範囲において回転変動量に許容範囲を超える変化が生じたと判定した場合、又は、当該気筒と対応するクランク角の範囲において回転変動量に許容範囲に含まれるほどの変化が生じない場合、故障があると診断する（ステップＳ４のＹＥＳ）。この場合、ＥＣＵ１０はステップＳ５へと移行する。

ステップＳ５において、ＥＣＵ１０は、より詳細な自己診断を行うと共に、運転者に対して故障診断を通知する故障通知処理を行う。その後、故障診断の処理を終了する。

一方、ＥＣＵ１０は、当該気筒と対応するクランク角の範囲において回転変動量に許容範囲の変化が生じたと判定した場合、故障はないと診断する（ステップＳ４のＮＯ）。この場合、ＥＣＵ１０はステップＳ６へと移行する。

ステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、全ての気筒２Ａ〜２Ｆについての故障診断が完了したか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、全ての気筒２Ａ〜２Ｆについての故障診断が完了していないと判定した場合、ステップＳ２に戻り、残りの気筒についてバルブタイミングの強制変化及び故障診断を行う。ＥＣＵ１０は、全ての気筒２Ａ〜２Ｆについての故障診断が完了したと判定した場合、ディーゼルエンジン１は正常であるとして故障診断を終了する。

以上説明したディーゼルエンジン１の故障診断装置及び故障診断方法によれば、気筒２Ａ〜２Ｆのうち１つの気筒のバルブタイミングを強制変化させることにより、吸入空気量が変化し、ピストン駆動による発生トルクが変化するため、クランクシャフトの回転変動数に基づいて故障診断を行うことができる。しかも、この故障診断装置及び故障診断方法によれば、一度に１つの気筒のバルブタイミングのみを強制変化させるので、一度に全気筒のバルブタイミングを強制変化させる場合と比べて、故障が生じている部位を、より具体的に特定することができる。

加えて、この故障診断装置及び故障診断方法によれば、残りの気筒は通常のバルブタイミングで駆動するので、一度に全気筒のバルブタイミングを強制変化させる場合と比べて、内燃機関の出力に与える影響を抑制しつつ効果的な故障診断を実施することができる。従って、この故障診断装置及び故障診断方法によれば、可変動弁装置５Ａ〜５Ｆの故障やＥＣＵ１０の信号不良などを早急に検知して、適切に対処することでエンジン本体の故障など、より重大な故障が発生することを未然に防ぐことができる。

また、この故障診断装置及び故障診断方法によれば、１気筒ずつバルブタイミングを強制変化させて故障診断を順次行っていくことにより、ディーゼルエンジン１の出力への影響を抑えつつ故障診断を実施できるので、ディーゼルエンジン稼働中の故障診断に適している。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、一度にバルブタイミングを強制変化させる気筒の数は、１つではなく、２つであってもよく、３つ以上であってもよい。気筒を所定数ごとに強制変化させ、強制変化の度に故障診断を行い、各診断結果を比較することで、故障原因を有する気筒を特定することができる。

また、ディーゼルエンジンに備える気筒の数は、６本に限られず、５本以下であってもよく、７本以上であってもよい。更にディーゼルエンジンの他、ガソリンエンジンなどの内燃機関にも採用可能である。また、本発明は、必ずしも車両用の内燃機関に限られない。

１…ディーゼルエンジン ２Ａ-２Ｆ…気筒 ５Ａ-５Ｆ…可変動弁装置 ３…インテークマニホールド ４…エキゾーストマニホールド ６…クランクシャフト ７…フライホイール ８…クランク角センサ（クランク角検出手段） １１…診断開始判定部 １２…バルブタイミング制御部（バルブタイミング制御手段） １３…故障診断部（故障診断手段）

Claims (4)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の故障診断装置であって、
   前記複数の気筒内のピストンにより回転駆動されるクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角検出手段と、
   前記複数の気筒のうち一部の気筒のバルブタイミングを強制変化させるバルブタイミング制御手段と、
   前記バルブタイミング制御手段が前記一部の気筒のバルブタイミングを強制変化させた場合に、前記クランク角検出手段の検出結果に基づいて故障診断を行う故障診断手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の故障診断装置。
2. 前記バルブタイミング制御手段は、前記複数の気筒のバルブタイミングを１気筒又は２気筒ずつ強制変化させ、
   前記故障診断手段は、前記バルブタイミング制御手段がバルブタイミングを強制変化させる度に前記故障診断を行うことを特徴とする、請求項１に記載の故障診断装置。
3. 複数の気筒を有する内燃機関の故障診断方法であって、
   前記複数の気筒のうち一部の気筒のバルブタイミングを強制変化させると共に、前記複数の気筒内のピストンにより回転駆動されるクランクシャフトのクランク角の変化を検出し、
   当該クランク角の変化の検出結果に基づいて故障診断を行うことを特徴とする内燃機関の故障診断方法。
4. 前記複数の気筒のバルブタイミングを１気筒又は２気筒ずつ強制変化させ、バルブタイミングの強制変化の度に前記故障診断を行うことを特徴とする、請求項３に記載の故障診断方法。

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