JP2020128716A - 内燃機関の異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関のブリーザラインの異常を短時間で精度良く判定する。【解決手段】 過給機１７の上流側の吸気通路１２とクランクケース１９とをブリーザライン２０で接続した内燃機関の異常判定装置は、吸気通路１２の吸気流量を検出する吸気流量センサ１６と、ブリーザライン２０の圧力を検出する圧力センサ２９と、ブリーザライン２０の異常を判定する異常判定手段３０とを備える。異常判定手段３０は、吸気流量が所定値未満の低負荷時における圧力と、吸気流量が所定値以上の高負荷時おける圧力とから吸気通路１２の吸気抵抗を推定し、吸気抵抗が閾値未満のときにブリーザライン２０の異常を判定するので、ブリーザライン２０の異常を短時間で精度良く判定することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、過給機の上流側の吸気通路とクランクケースとをブリーザラインで接続した内燃機関の異常判定装置に関する。

かかる内燃機関の異常判定装置において、吸気通路の吸気流量が所定流量以上である内燃機関の高負荷時に、ブリーザラインが正常であるときのブリーザラインの予測圧力の所定時間にわたる積算値と、圧力センサで検出したブリーザラインの実圧力の所定時間にわたる積算値とを算出し、実圧力の積算値の予測圧力の積算値に対する比が閾値以下であるときにブリーザラインの接続部の外れを判定するものが、下記特許文献１により公知である。

ＵＳ２０１６／００９７３５５Ａ１

ところで、上記従来のものは、ブリーザラインの実圧力および予測圧力を比較的に長い時間にわたって積算する必要があるために異常判定に時間がかかるだけでなく、圧力センサの出力のオフセットにより実圧力および予測圧力の対応関係にずれが生じると、異常判定の精度が低下する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、内燃機関のブリーザラインの異常を短時間で精度良く判定することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、過給機の上流側の吸気通路とクランクケースとをブリーザラインで接続した内燃機関の異常判定装置であって、前記吸気通路の吸気流量を検出する吸気流量センサと、前記ブリーザラインの圧力を検出する圧力センサと、前記ブリーザラインの異常を判定する異常判定手段とを備え、前記異常判定手段は、前記吸気流量が所定値未満の低負荷時における前記圧力と、前記吸気流量が所定値以上の高負荷時おける前記圧力とから前記吸気通路の吸気抵抗を推定し、前記吸気抵抗が閾値未満のときに前記ブリーザラインの異常を判定することを特徴とする内燃機関の異常判定装置が提案される。

なお、実施の形態のエアフローメータ１６は本発明の吸気流量センサに対応する。

請求項１の構成によれば、過給機の上流側の吸気通路とクランクケースとをブリーザラインで接続した内燃機関の異常判定装置は、吸気通路の吸気流量を検出する吸気流量センサと、ブリーザラインの圧力を検出する圧力センサと、ブリーザラインの異常を判定する異常判定手段とを備える。異常判定手段は、吸気流量が所定値未満の低負荷時における圧力と、吸気流量が所定値以上の高負荷時おける圧力とから吸気通路の吸気抵抗を推定し、吸気抵抗が閾値未満のときにブリーザラインの異常を判定するので、ブリーザラインの異常を短時間で判定できるだけでなく、圧力センサの出力のオフセットの影響を受け難くなって判定精度が向上する。

ブリーザラインの異常判定装置を備える内燃機関の構成を示す図である。 ブリーザラインの異常判定装置のブロック図である。 ブリーザラインの異常判定の原理を説明するタイムチャートである。 吸気通路の吸気流量とブリーザラインの圧力との関係を示すグラフである。 ブリーザラインの異常判定装置の作用を示すフローチャートである。

以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、自動車に搭載される直列四気筒の４サイクル内燃機関１１の吸気通路１２上には、吸気の流れ方向上流端の吸気口１３から吸気の流れ方向下流端の吸気マニホールド１４に向かって、吸気中の塵埃を除去するエアクリーナ１５と、吸気流量を測定するエアフローメータ１６と、吸気を加圧するターボチャージャあるいはスーパーチャージャよりなる過給機１７と、吸気通路１２を絞って吸気流量を調整するスロットルバルブ１８とが順番に配置される。吸気通路１２におけるエアフローメータ１６および過給機１７に挟まれた位置と、内燃機関１１のクランクケース１９とがブリーザライン２０で接続される。また吸気マニホールド１４と内燃機関１１のクランクケース１９とがＰＣＶ(Positive Crankcase Ventilation)ライン２１で接続され、ＰＣＶライン２１の中間部がＰＣＶバルブ２２で開閉される。

吸気中に含まれる燃料成分の一部が内燃機関１１の燃焼室からピストンおよびシリンダ間の隙間を通ってクランクケース１９に流入したブローバイガスを、ブリーザライン２０を通して吸気通路１２に戻し、あるいはＰＣＶライン２１を通して吸気通路１２に戻すことで、ブローバイガスに含まれる燃料成分の大気への放出が防止される。

すなわち、過給機１７が作動しない自然吸気時にＰＣＶバルブ２２を開弁すると、スロットルバルブ１８の上流側の吸気通路１２には大気圧が作用するのに対し、スロットルバルブ１８の下流側の吸気通路１２には内燃機関１１の吸気負圧が作用するため、スロットルバルブ１８の上流側の吸気通路１２の吸気がブリーザライン２０を通ってクランクケース１９に流入し、そこからブローバイガスと共にＰＣＶライン２１を通って吸気マニホールド１４に戻され、最終的に吸気と共に内燃機関１１の燃焼室に供給される。

また過給機１７が作動する過給時には、過給機１７の下流側の吸気通路１２に過給圧が作用するが、ＰＣＶバルブ２２を閉弁することで過給圧がＰＣＶライン２１を介してクランクケース１９に逃げるのが防止される。そしてクランクケース１９のブローバイガスは、作動中の過給機１７の上流側に発生する負圧により吸気通路１２に吸い出され、そこから吸気と共に吸気通路１２を通って内燃機関１１の燃焼室に供給される。

ところで、内燃機関１１の過給時に、ブリーザライン２０が吸気通路１２に接続される第１接続部２３が外れたような場合、あるいはブリーザライン２０がクランクケース１９に接続される第２接続部２４が外れたような場合、クランクケース１９から吸気通路１２に向けてブリーザライン２０を流れるブローバイガスが大気に放出される可能性があるため、かかるブリーザライン２０の異常を検知して警報を発する必要がある。そのために、ブリーザライン２０にはその圧力を検出する圧力センサ２９が設けられる。

図２に示すように、ブリーザライン２０の異常を判定する電子制御ユニットよりなる異常判定手段３０には、エアフローメータ１６、圧力センサ２９および警報手段３２が接続される。警報手段３２は、例えばインストルメントパネルに設けられた液晶パネルで構成される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図３に示すように、エアフローメータ１６で検出した吸気通路１２の吸気流量が小さい内燃機関１１の低負荷時において、所定時間（例えば２秒程度）にわたって圧力センサ２９でブリーザライン２０の圧力を検出し、さらにエアフローメータ１６で検出した吸気通路１２の吸気流量が大きい内燃機関１１の高負荷時において、所定時間（例えば２秒程度）にわたって圧力センサ２９でブリーザライン２０の圧力を検出する。

ブリーザライン２０の圧力は、内燃機関１１の負荷が増加して吸気通路１２の吸気負圧が増加するのに応じて減少するが、ブリーザライン２０が吸気通路１２やクランクケース１９に接続する第１、第２部分２３，２４が外れた場合や、ブリーザライン２０の中間部が破損した場合には、ブリーザライン２０の内部空間が大気に連通するため、吸気通路１２の吸気負圧が増加してもブリーザライン２０の圧力は減少し難くなる。したがって、この事象に基づいてブリーザライン２０の異常を判定することができる。

図４のグラフは、横軸（ｘ軸）にエアフローメータ１６で検出した吸気通路１２の吸気流量をとり、縦軸（ｙ軸）に圧力センサ１９で検出したブリーザライン２０の圧力をとったものである。ブリーザライン２０の圧力ｙは吸気通路１２の吸気流量ｘが増加するのに応じて減少し、その変化特性は実線で示す二次曲線ｙ＝−Ａｘ² −Ｂで近似される。

この二次曲線ｙ＝−Ａｘ² −Ｂは、エアフローメータ１６で検出した吸気通路１２の吸気流量が小さい内燃機関１１の低負荷領域、つまり内燃機関１１のアイドル運転時や減速フュエルカット時に検出された圧力および吸気流量に対応するＬ点と、エアフローメータ１６で検出した吸気通路１２の吸気流量が大きい内燃機関１１の高負荷領域、つまり低負荷領域よりも内燃機関１１が高負荷で運転されるときに検出された圧力および吸気流量に対応するＨ点とを通る二次曲線として算出可能である。

ブリーザライン２０が第１、第２接続部２３，２４で外れたり中間部で破損したりしていない正常時には、吸気負圧の増加に応じて圧力は大きく低下するため、二次曲線ｙ＝−Ａｘ² −Ｂは破線のようになる。このとき、吸気通路１２の吸気抵抗を表す吸気抵抗係数Ａは閾値Ａ₀ 以上である。一方、ブリーザライン２０が第１、第２接続部２３，２４で外れたり中間部で破損したりしている異常時には、吸気負圧が増加しても圧力はあまり低下しないため、二次曲線ｙ＝−Ａｘ² −Ｂは一点鎖線にようになる。このとき、吸気通路１２の吸気抵抗を表す吸気抵抗係数Ａは閾値Ａ₀ 未満である。よって、吸気通路１２の吸気流量とブリーザライン２０の圧力とから算出した吸気抵抗係数Ａを閾値Ａ₀ と比較することで、ブリーザライン２０の異常を判定することができる。

次に、異常判定手段３０により実行されるブリーザライン２０の異常判定の手順を、図５のフローチャートに基づいて説明する。

先ず、ステップＳ１で低負荷側バッファ完了フラグが０であり、低負荷時における吸気流量および圧力のデータの蓄積が完了していないとき、ステップＳ２でエアフローメータ１６での検出した吸気流量が所定値未満で内燃機関１１が低負荷状態であれば、ステップＳ３でエアフローメータ１６で検出した吸気流量と圧力センサ２９で検出した圧力とを低負荷側バッファに記憶する。前記ステップＳ２および前記ステップＳ３を繰り返す度にバッファカウンタをインクリメントし、ステップＳ４でバッファカウンタのカウント数が所定値以上になると、ステップＳ５で低負荷時における吸気流量および圧力のデータの蓄積が完了したと判断し、低負荷側バッファ完了フラグを１にセットする。

前記ステップＳ５を通過したとき、あるいは前記ステップＳ１で低負荷側バッファ完了フラグが０であるとき、あるいは前記ステップＳ２で内燃機関１１が低負荷状態でないときにはステップＳ６に移行する。ステップＳ６で高負荷側バッファ完了フラグが０であり、高負荷時における吸気流量および圧力のデータの蓄積が完了していないとき、ステップＳ７でエアフローメータ１６での検出した吸気流量が所定値以上で内燃機関１１が高負荷状態であれば、ステップＳ８でエアフローメータ１６での検出した吸気流量と圧力センサ２９で検出した圧力とを高負荷側バッファに記憶する。前記ステップＳ７および前記ステップＳ８を繰り返す度にバッファカウンタをインクリメントし、ステップＳ９でバッファカウンタのカウント数が所定値以上になると、ステップＳ１０で高負荷時における吸気流量および圧力のデータの蓄積が完了したと判断し、高負荷側バッファ完了フラグを１にセットする。

前記ステップＳ１０を通過したとき、あるいは前記ステップＳ６で高負荷側バッファ完了フラグが０であるとき、あるいは前記ステップＳ７で内燃機関１１が高負荷状態でないときにはステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１で低負荷側バッファ完了フラグが１であり、かつ高負荷側バッファ完了フラグが１であれば、低負荷時および高負荷時の両方における吸気流量および圧力のデータの蓄積が完了したと判断し、ステップＳ１２で低負荷側バッファに蓄積された複数のデータの平均値として吸気流量および圧力の代表値（図４のＬ点）を算出するとともに、ステップＳ１３で高負荷側バッファに蓄積された複数のデータの平均値として吸気流量および圧力の代表値（図４のＨ点）を算出する。

続くステップＳ１４で低負荷側の代表値（図４のＬ点）と、高負荷側の代表値（図４のＨ点）とを通る二次曲線ｙ＝−Ａｘ² −Ｂを求める。その結果、ステップＳ１５で二次曲線ｙ＝−Ａｘ² −Ｂが破線の状態であって吸気通路１２の吸気抵抗を表す吸気抵抗係数Ａが閾値Ａ₀ 以上であれば、ステップＳ１６でブリーザライン２０は正常であると判定する。一方、前記ステップＳ１５で二次曲線ｙ＝−Ａｘ² −Ｂが一点鎖線の状態であって吸気通路１２の吸気抵抗を表す吸気抵抗係数Ａが閾値Ａ₀ 未満であれば、ステップＳ１７でブリーザライン２０は異常であると判定し、ステップＳ１８で警報手段３２を作動させて乗員に警報を発する。

以上のように、本実施の形態によれば、内燃機関の低負荷時および高負荷時に吸気通路１２の吸気流量およびブリーザライン２０の圧力を所定時間にわたって検出し、吸気流量が所定値未満の低負荷時における圧力と、吸気流量が所定値以上の高負荷時おける圧力とから吸気通路１２の吸気抵抗を推定し、その吸気抵抗が小さいときにはブリーザライン２０に漏洩が発生していると判定するので、２秒程度の短時間でブリーザライン２０の異常判定を完了させることができる。

しかも、一つの圧力センサ２９で検出した内燃機関の低負荷時および高負荷時のブリーザライン２０の圧力から吸気通路１２の吸気抵抗を推定するので、圧力センサ２９の出力のオフセットの影響を受け難くなる。すなわち、圧力センサ２９の出力がオフセットしても、図４のグラフの二次曲線ｙ＝−Ａｘ² −ＢのＢの値が変化するだけで吸気抵抗係数Ａの値は変化しないため、吸気通路１２の吸気抵抗を精度良く推定して異常判定の精度を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、内燃機関１１の気筒数は実施の形態の四気筒に限定されるものではない。

また実施の形態ではクランクケース１９にブリーザライン２０を接続しているが、クランクケース１９の内部空間とヘッドカバーの内部空間とを相互に連通させ、ヘッドカバーにブリーザライン２０を接続しても本願発明の作用効果を達成することができる。よって、クランクケース１９に連通する他の空間にブリーザライン２０を接続したものも、本願発明の技術範囲に含まれるものとする。

１２ 吸気通路
１６ エアフローメータ（吸気流量センサ）
１７ 過給機
１９ クランクケース
２０ ブリーザライン
２９ 圧力センサ
３０ 異常判定手段

Claims (1)

1. 過給機（１７）の上流側の吸気通路（１２）とクランクケース（１９）とをブリーザライン（２０）で接続した内燃機関の異常判定装置であって、
   前記吸気通路（１２）の吸気流量を検出する吸気流量センサ（１６）と、前記ブリーザライン（２０）の圧力を検出する圧力センサ（２９）と、前記ブリーザライン（２０）の異常を判定する異常判定手段（３０）とを備え、前記異常判定手段（３０）は、前記吸気流量が所定値未満の低負荷時における前記圧力と、前記吸気流量が所定値以上の高負荷時おける前記圧力とから前記吸気通路（１２）の吸気抵抗を推定し、前記吸気抵抗が閾値未満のときに前記ブリーザライン（２０）の異常を判定することを特徴とする内燃機関の異常判定装置。

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