JP2023096005A - Valve spring failure diagnosis device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの吸気バルブ又は排気バルブを閉弁方向に付勢するバルブスプリングの故障を診断する装置に関する。
BACKGROUND OF THE
4ストロークのレシプロエンジンにおいては、燃焼室に新気(燃焼用空気)を導入する吸気ポート、及び、燃焼室から排ガス(既燃ガス)を排出する排気ポートを、クランクシャフトの1/2の回転速度で回転するカムシャフトにより駆動される吸気バルブ及び排気バルブにより所定のバルブタイミングで開閉している。
吸気バルブ及び排気バルブは、バルブステムの周囲に設けられた圧縮コイルばねであるバルブスプリングによって閉弁方向に付勢され、開弁時期以外には各ポートと燃焼室との間のガス流動を遮断するようになっている。
バルブスプリングに故障が生じ、バルブを閉弁方向に付勢する力が弱くなると、バルブシール性が悪化して燃焼状態が不安定になってしまう。また、バックファイアや、ロッカーアーム等のバルブ周辺部品の脱落、さらに脱落した部品の噛みこみなどの故障の発生も懸念される。
In a 4-stroke reciprocating engine, the intake port that introduces fresh air (combustion air) into the combustion chamber and the exhaust port that discharges exhaust gas (burned gas) from the combustion chamber are rotated by 1/2 of the crankshaft. The intake valves and exhaust valves driven by the camshaft rotating at high speed are opened and closed at a predetermined valve timing.
The intake and exhaust valves are urged in the valve closing direction by a valve spring, which is a compression coil spring provided around the valve stem, and shuts off gas flow between each port and the combustion chamber except when the valve is open. It is designed to
If the valve spring fails and the force that urges the valve in the valve closing direction weakens, the valve sealing performance deteriorates and the combustion state becomes unstable. In addition, there is concern about the occurrence of failures such as backfiring, falling off of parts around the valve such as rocker arms, and getting caught in the dropped parts.
吸排気バルブ及びその周辺部品の故障検出に関する従来技術として、例えば特許文献1には、ディーゼル機関のシリンダ内のガス成分が燃焼初期においてはCO2が少なくO2が多く、燃焼終期においてはCO2が多くO2が少なくなる現象に着目し、シリンダ出口に設けたサンプリング弁から圧縮行程中、及び、燃焼終了から排気弁が開くまでの間において排ガスを採取し、それぞれのサンプルを分析計で分析して得た分析値を用いて排気弁の故障判定を行うことが記載されている。
特許文献2には、ガス・コージェネレーションシステムで使用されるガスエンジンの故障予知診断装置において、排気圧センサにより計測される複数のシリンダからの排気圧力を所定の周期でサンプリングし、各シリンダの排気圧代表値のばらつきに基づいて吸気弁吹き抜け、排気弁吹き抜け等のエンジン故障を判定することが記載されている。
As a conventional technology related to failure detection of intake and exhaust valves and their peripheral parts, for example,
In Patent Document 2, in a gas engine failure prediction diagnosis device used in a gas cogeneration system, the exhaust pressure from a plurality of cylinders measured by an exhaust pressure sensor is sampled at a predetermined cycle, and the exhaust pressure of each cylinder is measured. It is described that an engine failure such as an intake valve blow-by or an exhaust valve blow-by is determined based on the variation of the air pressure representative value.
特許文献1に記載された技術においては、エンジンの排気装置にサンプリング弁、成分分析計及び分析結果を処理するコンピュータ等を設ける必要があり、装置の構成が複雑である。また、診断の原理的に、一般的なガソリンエンジンのような予混合火花点火エンジンに適用することは困難である。
また、特許文献2に記載された技術においても、排気圧力を所定の周期でサンプリングして演算処理することが必要であり、やはり装置の構成が複雑となってしまう。
このため、既存の一般的なエンジンに通常設けられるセンサの出力を用いて、装置の構成を複雑化することなくバルブスプリングの故障を適切に検出する技術が要望されている。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡単な構成によりバルブスプリングの故障を検出可能なバルブスプリング故障判定装置を提供することである。
In the technique described in
Also in the technique described in Patent Document 2, it is necessary to sample the exhaust pressure at a predetermined cycle and perform arithmetic processing, which also complicates the configuration of the apparatus.
Therefore, there is a demand for a technique for appropriately detecting valve spring failures without complicating the configuration of the device, using the output of a sensor that is normally provided in an existing general engine.
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems described above, an object of the present invention is to provide a valve spring failure determination device capable of detecting failure of a valve spring with a simple configuration.
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1に係る発明は、エンジンの排気ポートを開閉する排気バルブを閉弁側へ付勢するバルブスプリングの故障を検出するバルブスプリング故障診断装置であって、前記エンジンの排ガス中の酸素量に基づいて空燃比を検出する空燃比センサと、前記空燃比が前記エンジンの運転状態に基づいて設定される判定値よりもリッチ側である場合に前記バルブスプリングの故障を判定する故障判定部とを備えることを特徴とするバルブスプリング故障判定装置である。
The present invention solves the problems described above by means of the following solutions.
The invention according to
排気バルブのバルブスプリングに故障が発生してバルブシール性が悪化した場合には、吸気行程において排気流路から燃焼室へ排ガスの逆流が生じ、燃焼時の燃焼室内の酸素量が減少することから、例えばエアフローメータの検出値等に基づいて燃料を噴射した場合には、空燃比センサの検出値はリッチ側へ推移する。
本発明によれば、空燃比がエンジンの運転状態に基づいて設定される判定値よりもリッチ側である場合にバルブスプリングの故障を判定することにより、一般的なエンジンに設けられている空燃比センサを利用し、新規なセンサ類の追加を必要としない簡単な構成により、排気バルブのバルブスプリングの故障を適切に検出することができる。
If the valve spring of the exhaust valve fails and the valve sealing performance deteriorates, exhaust gas will flow back from the exhaust passage to the combustion chamber during the intake stroke, reducing the amount of oxygen in the combustion chamber during combustion. For example, when fuel is injected based on the detected value of the air flow meter, etc., the detected value of the air-fuel ratio sensor shifts to the rich side.
According to the present invention, by judging failure of a valve spring when the air-fuel ratio is on the richer side than a judgment value set based on the operating state of the engine, the air-fuel ratio provided in a general engine A failure of the valve spring of the exhaust valve can be appropriately detected with a simple configuration that uses sensors and does not require the addition of new sensors.
請求項2に係る発明は、前記エンジンのクランクシャフト回転速度を検出する速度検出部を備え、前記故障判定部は、前記空燃比が前記判定値よりもリッチ側でありかつ前記クランクシャフト回転速度の変動が所定値以上である場合にのみ前記バルブスプリングの故障を判定することを特徴とする請求項1に記載のバルブスプリング故障判定装置である。
排気バルブのバルブスプリングの故障により排ガスの逆流が生じた場合、当該気筒では燃焼に寄与する新気量が減少し、その燃焼行程中におけるエンジンのトルクは他の気筒の燃焼行程中に対して低下することになる。
本発明によれば、上述した空燃比のリッチ化に加えて、所定値以上のクランクシャフト回転速度変動が生じた場合にのみ排気バルブのバルブスプリングの故障を判定することにより、判定精度を向上することができる。
The invention according to claim 2 is provided with a speed detection section for detecting a crankshaft rotation speed of the engine, and the failure determination section determines that the air-fuel ratio is richer than the determination value and that the crankshaft rotation speed is higher than the determination value. 2. The valve spring failure determination device according to
When exhaust gas backflow occurs due to failure of the valve spring of the exhaust valve, the amount of fresh air that contributes to combustion in the cylinder decreases, and the torque of the engine during the combustion stroke decreases compared to the combustion stroke of other cylinders. will do.
According to the present invention, in addition to enriching the air-fuel ratio as described above, the determination accuracy is improved by determining failure of the valve spring of the exhaust valve only when the crankshaft rotation speed fluctuation is equal to or greater than a predetermined value. be able to.
請求項3に係る発明は、前記エンジンは複数の気筒を有し、前記故障判定部は、前記空燃比が周期的にリッチ側へ推移する時期に基づいて、前記バルブスプリングが故障した気筒を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のバルブスプリング故障診断装置である。
請求項4に係る発明は、前記エンジンは複数の気筒を有し、前記故障判定部は、前記クランクシャフト回転速度が周期的に低くなる時期に基づいて、前記バルブスプリングが故障した気筒を検出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のバルブスプリング故障診断装置である。
In the invention according to claim 3, the engine has a plurality of cylinders, and the failure determination unit detects the cylinder in which the valve spring has failed based on the timing at which the air-fuel ratio periodically transitions to the rich side. The valve spring failure diagnostic device according to
In the invention according to claim 4, the engine has a plurality of cylinders, and the failure determination unit detects the cylinder in which the valve spring has failed based on the timing at which the crankshaft rotational speed periodically decreases. The valve spring failure diagnostic device according to
上述した空燃比のリッチ化は、主に排気バルブのバルブスプリングが故障した気筒が排気行程を迎えたときに周期的に生じ、クランクシャフト回転速度の変動(低下)は、主に排気バルブのバルブスプリングが故障した気筒が燃焼行程を迎えたときに周期的に生じる。
これらの各発明によれば、空燃比が周期的にリッチ側へ推移する時期、又は、クランクシャフト回転速度が周期的に低くなる時期に基づいて、適切に排気バルブのバルブスプリングが故障した気筒を検出することができる。
The enrichment of the air-fuel ratio mentioned above mainly occurs periodically when a cylinder with a failed valve spring of the exhaust valve reaches the exhaust stroke, and the fluctuation (decrease) of the crankshaft rotation speed mainly affects the valve of the exhaust valve. Occurs periodically when a cylinder with a failed spring goes through the combustion stroke.
According to each of these inventions, the cylinder in which the valve spring of the exhaust valve has failed is appropriately selected based on the timing at which the air-fuel ratio periodically transitions to the rich side or the timing at which the crankshaft rotation speed periodically decreases. can be detected.
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成によりバルブスプリングの故障を検出可能なバルブスプリング故障判定装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a valve spring failure determination device capable of detecting a valve spring failure with a simple configuration.
以下、本発明を適用したバルブスプリング故障診断装置の実施形態について説明する。
実施形態のバルブスプリング故障診断装置は、例えば、乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載されるエンジンの吸気バルブ、排気バルブを閉弁方向に付勢するバルブスプリングの故障を判別する機能を有する。
図1は、実施形態のバルブスプリング故障判定装置が設けられるエンジンの構成を模式的に示す図である。
エンジン1は、例えば乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載される4ストローク水平対向4気筒の直噴(筒内噴射)ガソリンエンジンである。
エンジン1の出力は、後述する動力伝達機構を介して、車両の駆動輪に伝達される。
An embodiment of a valve spring failure diagnosis device to which the present invention is applied will be described below.
The valve spring failure diagnosis device of the embodiment has a function of determining a failure of a valve spring that biases an intake valve and an exhaust valve of an engine mounted as a driving power source in an automobile such as a passenger car in the valve closing direction. .
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an engine provided with a valve spring failure determination device according to an embodiment.
The
The output of the
エンジン1は、出力軸である図示しないクランクシャフトの前端部側(変速機と反対側・縦置き搭載時における前側・図1における上側)から、順次配列された第1気筒10、第2気筒20、第3気筒30、第4気筒40を有する。
エンジン1は、例えば、クランクシャフトが車両の前後方向に沿って縦置き配置される。
第1気筒10、第3気筒30は、車幅方向右側に配置された右側シリンダブロックRB、第2気筒20、第4気筒40は、車幅方向左側に配置された左側シリンダブロックLBに設けられている。
右側シリンダブロックRB、左側シリンダブロックLBの車幅方向外側(クランクシャフト側とは反対側)の端部には、右側シリンダヘッドRH、左側シリンダヘッドLHがそれぞれ設けられている。
The
The
The
A right cylinder head RH and a left cylinder head LH are provided at end portions of the right cylinder block RB and the left cylinder block LB on the outside in the vehicle width direction (the side opposite to the crankshaft side), respectively.
第1気筒10と第2気筒20、第3気筒30と第4気筒40は、各気筒のクランクピンのオフセット量だけずらした状態で、クランクシャフトを挟んで対向して配置されている。
エンジン1における点火順序(爆発順序)は、第1気筒10、第3気筒30、第2気筒20、第4気筒40の順に設定され、クランク角において180°毎に等間隔で点火(燃焼)するようになっている。
The
The ignition order (explosion order) in the
第1気筒10、第2気筒20、第3気筒30、第4気筒40は、それぞれシリンダ、ピストン、燃焼室、吸排気ポート、吸排気バルブ、動弁駆動機構などの他、インジェクタ11,21,31,41、点火栓12,22,32,42等を有する。
インジェクタ11,21,31,41は、各気筒の燃焼室内に、直接霧化されたガソリンを噴射する噴射装置である。
インジェクタ11,21,31,41の燃料噴射量及び燃料噴射時期は、エンジン1の運転状態に応じてエンジン制御ユニット90によって制御されている。
インジェクタ11,21,31,41は、図示しない燃料ポンプによって加圧された燃料が導入され蓄圧されるとともに、エンジン制御ユニット90から与えられる噴射信号に応じて開弁し、燃料を噴射する。
The
The
The fuel injection amount and fuel injection timing of the
The
点火栓12,22,32,42は、各気筒内で形成された混合気に、電気的なスパークによって着火させるものである。
点火栓12,22,32,42の点火時期は、エンジン制御ユニット90によって制御されている。
The spark plugs 12, 22, 32, 42 ignite the air-fuel mixture formed in each cylinder by an electric spark.
The ignition timing of
また、エンジン1は、吸気装置50、排気装置60、さらに図示しないバルブタイミング可変装置、冷却装置、潤滑装置、EGR装置等を有する。
吸気装置50は、各気筒に燃焼用空気を導入するものである。
吸気装置50は、外気(大気)を燃焼用空気として導入する図示しないインテークダクト、ダスト等の異物を濾過する図示しないエアクリーナ、さらにスロットルバルブ51、インテークマニホールド52、吸気圧センサ53等を有する。
The
The
The
スロットルバルブ51は、エンジン1の出力調整のため空気流量を制御するものである。
スロットルバルブ51は、電動アクチュエータによって開閉されるバタフライバルブ(スロットルバルブ)を有する電動スロットルであり、ドライバのアクセル操作に応じて設定される要求トルクに応じてエンジン制御ユニット90によって開度を制御される。
インテークマニホールド52は、スロットルバルブ51を通過した空気を、各気筒の吸気ポートに導入する分岐管である。
吸気圧センサ53は、インテークマニホールド52内の圧力(吸気管負圧)を検出する圧力センサである。
吸気圧センサ53の出力は、逐次エンジン制御ユニット90に伝達される。
The
The
The
The
The output of the
排気装置60は、各気筒10,20,30,40の燃焼室から、排気ポートを経由して排出される排ガス(既燃ガス)を排出するものである。
排気装置60は、エキゾーストマニホールド61、エキゾーストパイプ62、触媒コンバータ63、サイレンサ64、空燃比センサ65、リアO2センサ66等を有して構成されている。
The
The
エキゾーストマニホールド61は、各気筒10,20,30,40の排気ポートから出た排ガスを集合させる集合管である。
エキゾーストパイプ62は、エキゾーストマニホールド61において集合した排ガスを外部へ排出する管路である。
The
The
触媒コンバータ63は、エキゾーストパイプ62の中間部に設けられた排ガス後処理装置である。
触媒コンバータ63は、例えばアルミナ等の担体に白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属を担持させた三元触媒である。
触媒コンバータ63は、エンジン1の空燃比がストイキ近傍となる所定の活性領域において、排ガス中のHC、CO、NOXを低減する機能を有する。
The
The
The
サイレンサ64は、エキゾーストパイプ62における触媒コンバータ63の下流側(出口側)に設けられ、音響エネルギを低減させる消音器である。
The
空燃比センサ65は、触媒コンバータ63の入口近傍に設けられ、エンジン1における空燃比に応じて異なった出力電圧を発生するものである。
エンジン制御ユニット90は、空燃比センサ65の出力に応じて、エンジン1における空燃比が三元触媒の活性範囲内となるように燃料噴射量を設定する空燃比フィードバック制御を行う。
The air-
The
リアO2センサ66は、触媒コンバータ63の出口近傍に設けられ、排ガス中のO2濃度に応じて異なった出力電圧を発生するものである。
リアO2センサ66の出力はエンジン制御ユニット90に伝達される。
The rear O2 sensor 66 is provided near the outlet of the
The output of rear O2 sensor 66 is communicated to
エンジン1は、さらに、クランク角センサ70、水温センサ80等を有する。
クランク角センサ70は、エンジン1の出力軸である図示しないクランクシャフトの角度位置(クランク角・CA)を検出する磁気式の角度センサである。
クランク角センサ70は、センサプレート71、ポジションセンサ72等を有して構成されている。
The
The
The
センサプレート71は、クランクシャフトの後端部に固定された円盤状の部材であって、外周縁部には所定の角度間隔で複数のベーン(歯)が放射状に突き出して形成されたスプロケット状の形状となっている。
ポジションセンサ72は、センサプレート71の外周縁部に対向して配置された磁気ピックアップであり、マグネット、コア、コイル、ターミナル等を有する。
ポジションセンサ72は、直前をセンサプレート71のベーンが通過した際に、所定のパルス信号を出力するようになっている。
エンジン制御ユニット90は、クランク角センサ70の出力に基づいて、エンジン1の回転数(クランクシャフト回転速度)、及び、クランク角を演算可能となっている。
エンジン制御ユニット90は、エンジン1のクランクシャフト回転速度を検出する速度検出部としての機能を有する。
The
The
The
The
The
水温センサ80は、シリンダヘッド及びシリンダに形成された冷却水流路であるウォータージャケット内を流れる冷却水(クーラント)の温度を検出するものである。
クランク角センサ70、水温センサ80の出力は、エンジン制御ユニット90に伝達される。
The
Outputs of the
エンジン制御ユニット(ECU)90は、エンジン1及びその補器類を統括的に制御するものである。
エンジン制御ユニット90は、例えば、CPU等の情報処理装置、RAMやROM等の記憶装置、入出力インターフェイス及びこれらを接続するバス等を有して構成されている。
エンジン制御ユニット90は、例えば、ドライバのアクセル操作等に基づいて設定される要求トルクに応じて、実際のトルクが要求トルクと実質的に一致するよう図示しないスロットルバルブの開度、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、バルブタイミング等を制御する。
また、エンジン制御ユニット90は、車両の走行状態が所定の燃料カット条件を充足した場合には、燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを実行する。
また、エンジン制御ユニット90は、後述する吸気バルブスプリング160、排気バルブスプリング170のばね定数低下を伴う劣化や、折損等の破損を検出するバルブスプリング故障診断装置の故障判定部としての機能を有する。
この点については後に詳しく説明する。
An engine control unit (ECU) 90 comprehensively controls the
The
The
In addition, the
The
This point will be explained in detail later.
図2は、図1のエンジンのシリンダヘッドの模式的断面図である。
図2は、シリンダヘッドにおける第1気筒10の吸気バルブ、排気バルブのバルブステム軸心を含む平面で切った断面を図示するが、他の気筒においても同様の構成を有する。
シリンダヘッド100は、燃焼室110、吸気ポート120、排気ポート130、吸気バルブ140、排気バルブ150、吸気バルブスプリング160、排気バルブスプリング170、吸気カムシャフト180、排気カムシャフト190等を有して構成されている。
2 is a schematic cross-sectional view of a cylinder head of the engine of FIG. 1. FIG.
FIG. 2 shows a cross-section taken along a plane including the valve stem axes of the intake valve and exhaust valve of the
The
燃焼室110は、図示しないピストンの冠面や、シリンダスリーブの内周面と協働して、混合気が点火され燃焼する空間部を構成する部分である。
燃焼室110は、例えば、シリンダヘッドにおける筒内側の面部を凹ませた凹部として形成されたペントルーフ型のものである。
The
The
吸気ポート120は、インテークマニホールド52に接続され燃焼室110へ新気(空気)を導入する流路である。
排気ポート130は、燃焼室110からエキゾーストマニホールド61へ排ガス(既燃ガス)を排出する流路である。
吸気ポート120及び排気ポート130は、例えば二又に分岐して形成され、吸気バルブ140及び排気バルブ150は、気筒あたり2本ずつ設けられる。
The
The
吸気バルブ140は、吸気ポート120を所定のバルブタイミングで開閉するものである。
吸気バルブ140は、通常は排気行程の終期から、吸気行程を経て、圧縮行程の初期まで開弁される。
吸気バルブ140は、バルブヘッド141、バルブステム142を有する。
バルブヘッド141は、吸気バルブ140の燃焼室110側の端部に設けられた円盤状の部分である。
バルブヘッド141は、吸気バルブ140の閉弁時に、吸気ポート120の燃焼室110側の端部を閉塞する弁体として機能する。
バルブステム142は、バルブヘッド141の燃焼室110側とは反対側の面部から突出して設けられた円柱状の部分である。
バルブステム142は、シリンダヘッド100に設けられた円筒状のステムガイドに挿入され、シリンダヘッド100に対して、その長手方向に沿って摺動可能に支持されている。
The
The
The
The
The
The
排気バルブ150は、排気ポート130を所定のバルブタイミングで開閉するものである。
排気バルブ150は、通常は燃焼行程の終期から、排気行程を経て、吸気行程の初期まで開弁される。
排気バルブ150は、バルブヘッド151、バルブステム152を有する。
バルブヘッド151は、排気バルブ150の燃焼室110側の端部に設けられた円盤状の部分である。
バルブヘッド151は、排気バルブ150の閉弁時に、排気ポート130の燃焼室110側の端部を閉塞する弁体として機能する。
バルブステム152は、バルブヘッド151の燃焼室110側とは反対側の面部から突出して設けられた円柱状の部分である。
バルブステム152は、シリンダヘッド100に設けられた円筒状のステムガイドに挿入され、シリンダヘッド100に対して、その長手方向に沿って摺動可能に支持されている。
The
The
The
The
The
The
The
吸気バルブスプリング160は、吸気バルブ140を閉弁側に付勢するばね要素である。
排気バルブスプリング170は、排気バルブ150を閉弁側に付勢するばね要素である。
吸気バルブスプリング160、排気バルブスプリング170は、例えば圧縮コイルばねであって、各バルブのバルブステム142,152の長手方向におけるカムシャフト側の部分は、その内径側に挿入されている。
吸気バルブスプリング160、排気バルブスプリング170の燃焼室110側の端部は、シリンダヘッド100に形成された座部と当接している。
吸気バルブスプリング160、排気バルブスプリング170のカムシャフト側の端部は、各バルブステム142,152の端部から外径側につば状に張り出したスプリングシート161,171と当接している。
The
The
The
End portions of the
The ends of the
吸気カムシャフト180、排気カムシャフト190は、エンジン1のクランクシャフトの1/2の回転速度で回転する軸状の部材である。
吸気カムシャフト180、排気カムシャフト190は、クランクシャフトと平行な回転軸回りに回動可能にシリンダヘッド100に取り付けられている。
吸気カムシャフト180、排気カムシャフト190は、所定のバルブタイミングで吸気バルブ140、排気バルブ150をそれぞれ開弁するカム部を有する。
吸気カムシャフト180、排気カムシャフト190の端部には、図示しないカムスプロケットが設けられる。
カムスプロケットは、クランクシャフトに設けられた図示しないクランクスプロケット及びタイミングチェーンを介して、クランクシャフトと連動して回転駆動される。
カムスプロケットには、エンジン1の運転状態に応じてカムスプロケットに対する吸気カムシャフト180、排気カムシャフト190の位相を変化させ、バルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構が設けられる。
可変バルブタイミング機構は、エンジン制御ユニット90により制御される。
The
The
The
Cam sprockets (not shown) are provided at the ends of the
The cam sprocket is rotationally driven in conjunction with the crankshaft through a cranksprocket and a timing chain (not shown) provided on the crankshaft.
The cam sprocket is provided with a variable valve timing mechanism that changes the phases of the
The variable valve timing mechanism is controlled by
吸気カムシャフト180、排気カムシャフト190は、シリンダヘッド100に設けられた支軸回りに揺動するロッカーアーム181,191を介し、吸気バルブ140、排気バルブ150のバルブステム142,152の端部を押圧し、吸気バルブ140、排気バルブ150を開弁させる。
ロッカーアーム181,191には、バルブクリアランスの自動調整を行うハイドロリックラッシュアジャスタ182,192が設けられている。
The
The
以下、実施形態のバルブスプリング故障診断装置の動作について説明する。
図3は、実施形態のバルブスプリング故障診断装置における吸気バルブのバルブスプリング故障診断時の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
The operation of the valve spring failure diagnosis device of the embodiment will be described below.
FIG. 3 is a flow chart showing the operation of the valve spring failure diagnosis system of the embodiment when diagnosing a valve spring failure of an intake valve.
Each step will be described in order below.
<ステップS01:燃料カット実行中判断>
エンジン制御ユニット90は、エンジン1の燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを実行中であるか否かを判別する。
燃料カットを実行中である場合はステップS02に進み、その他の場合は一連の処理を終了(リターン)する。
<Step S01: Judgment during execution of fuel cut>
The
If the fuel cut is being executed, the process proceeds to step S02; otherwise, the series of processes is terminated (returned).
<ステップS02:エンジン運転状態検出>
エンジン制御ユニット90は、現在のエンジン1の運転状態を示すパラメータを検出する。
例えば、クランク角センサ70により検出されるクランクシャフトの回転速度(いわゆるエンジン回転数)、スロットルバルブ51の開度、図示しないエアフローメータが検出する吸気装置50内の新気流量、バルブタイミング、EGR率、大気圧などに関する情報を取得する。
その後、ステップS03に進む。
<Step S02: Engine operating state detection>
The
For example, the rotation speed of the crankshaft (so-called engine speed) detected by the
After that, the process proceeds to step S03.
<ステップS03:インテークマニホールド内圧履歴取得>
エンジン制御ユニット90は、吸気圧センサ53が検出するインテークマニホールド52の内部圧力(吸気管圧力)を取得し、その履歴を所定の期間にわたって記録、蓄積する。
その後、ステップS04に進む。
<Step S03: Acquisition of Intake Manifold Internal Pressure History>
The
After that, the process proceeds to step S04.
<ステップS04:バルブスプリング故障判定値設定>
エンジン制御ユニット90は、ステップS02において取得したエンジン1の運転状態に基づいて、バルブスプリング故障判定値(吸気管圧力に基づく判定用のもの)を設定する。
バルブスプリング故障判定値は、例えば、吸気バルブスプリング160が正常である場合に、現在のエンジン1の運転状態において通常とり得る吸気管圧力に基づいて設定される。
その後、ステップS05に進む。
<Step S04: Valve Spring Failure Judgment Value Setting>
The
The valve spring failure determination value is set, for example, based on the intake pipe pressure normally possible in the current operating state of the
After that, the process proceeds to step S05.
<ステップS05:インテークマニホールド内圧を用いたバルブスプリング故障判定>
エンジン制御ユニット90は、ステップS03において取得したインテークマニホールド52の内圧を、ステップS04において設定したバルブスプリング故障判定値と比較する。
ここで用いる内圧は、吸気脈動などにより瞬間的に発生するピーク値を排除するため、例えば所定期間の平均値や、ローパスフィルタ所定により高周波域を取り除いた値を用いることができる。
インテークマニホールド52の内圧がバルブスプリング故障判定値以上である場合はステップS06に進み、それ以外の場合は一連の処理を終了(リターン)する。
<Step S05: Valve Spring Failure Determination Using Intake Manifold Internal Pressure>
The
For the internal pressure used here, in order to eliminate a peak value instantaneously generated due to intake pulsation or the like, for example, an average value for a predetermined period or a value obtained by removing a high frequency range using a predetermined low-pass filter can be used.
If the internal pressure of the
<ステップS06:バルブスプリング故障判定成立>
エンジン制御ユニット90は、吸気バルブスプリング160の故障判定を成立させる。
その後、ステップS07に進む。
<Step S06: Establishment of Valve Spring Failure Determination>
The
After that, the process proceeds to step S07.
<ステップS07:故障気筒特定>
エンジン制御ユニット90は、ステップS03において取得したインテークマニホールド52の内圧の履歴に基づいて、吸気バルブスプリング160の故障が発生した気筒を特定する。
例えば、インテークマニホールド52の内圧が周期的に高くなる時期に圧縮行程となっている気筒において吸気バルブスプリング160の故障が発生しているものと特定することができる。
その後、ステップS08に進む。
<Step S07: Identification of failed cylinder>
The
For example, it can be determined that the
After that, the process proceeds to step S08.
<ステップS08:エンジン制御セーフモード・警告出力>
エンジン制御ユニット90は、エンジン1のダメージが進行することを防止するため、エンジン1の出力トルク及び回転数(クランクシャフト回転速度)を所定の上限値以下に制限するセーフモードのエンジン制御に切り替える。
また、エンジン制御ユニット90は、図示しないインストルメントパネルに設けられた警告灯や画像表示装置を用いて、バルブスプリングの故障が発生したことを示す警告を出力する。
その後、一連の処理を終了する。
<Step S08: Engine control safe mode/warning output>
In order to prevent damage to the
Also, the
After that, the series of processing ends.
図4は、実施形態のバルブスプリング故障診断装置における排気バルブのバルブスプリング故障診断時の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
FIG. 4 is a flow chart showing the operation of the valve spring failure diagnosis device of the embodiment when diagnosing a valve spring failure of an exhaust valve.
Each step will be described in order below.
<ステップS11:燃料カット実行中判断>
エンジン制御ユニット90は、エンジン1の燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを実行中であるか否かを判別する。
燃料カットを実行中である場合は一連の処理を終了(リターン)し、その他の場合はステップS12に進む。
<Step S11: Judgment during execution of fuel cut>
The
If the fuel cut is being executed, the series of processes is terminated (returned), otherwise the process proceeds to step S12.
<ステップS12:エンジン運転状態検出>
エンジン制御ユニット90は、現在のエンジン1の運転状態を示すパラメータを検出する。
その後、ステップS13に進む。
<Step S12: Engine operating state detection>
The
After that, the process proceeds to step S13.
<ステップS13:空燃比センサ出力履歴取得>
エンジン制御ユニット90は、空燃比センサ65が検出する空燃比の検出値を取得し、その履歴を所定の期間にわたって記録、蓄積する。
その後、ステップS14に進む。
<Step S13: Air-fuel ratio sensor output history acquisition>
The
After that, the process proceeds to step S14.
<ステップS14:クランク角センサ出力履歴取得>
エンジン制御ユニット90は、クランク角センサ70が検出するクランクシャフトの角度位置を取得し、その履歴を所定の期間にわたって記録、蓄積する。
その後、ステップS15に進む。
<Step S14: Crank Angle Sensor Output History Acquisition>
The
After that, the process proceeds to step S15.
<ステップS15:空燃比判定値設定>
エンジン制御ユニット90は、ステップS12において取得したエンジン1の運転状態に基づいて、バルブスプリング故障判定値(空燃比に基づく判定用のもの)を設定する。
バルブスプリング故障判定値は、例えば、排気バルブスプリング170が正常である場合に、現在のエンジン1の運転状態において通常とり得る空燃比に基づいて設定される。
その後、ステップS16に進む。
<Step S15: Air-fuel ratio determination value setting>
The
The valve spring failure determination value is set, for example, based on an air-fuel ratio that can normally be obtained in the current operating state of the
After that, the process proceeds to step S16.
<ステップS16:回転変動判定値設定>
エンジン制御ユニット90は、ステップS12において取得したエンジン1の運転状態に基づいて、バルブスプリング故障判定値(回転変動に基づく判定用のもの)を設定する。
バルブスプリング故障判定値は、例えば、排気バルブスプリング170が正常である場合に、現在のエンジン1の運転状態において通常発生し得る回転変動(例えば、各気筒の燃焼行程に相当するクランク角180度の範囲における平均回転速度の気筒別最高値と最低値との差)に基づいて設定される。
その後、ステップS17に進む。
<Step S16: Rotation fluctuation determination value setting>
The
The valve spring failure determination value is, for example, a rotation fluctuation that can normally occur in the current operating state of the
After that, the process proceeds to step S17.
<ステップS17:空燃比を用いたバルブスプリング故障判定>
エンジン制御ユニット90は、ステップS13において取得した空燃比センサ65の検出値を、ステップS15において設定したバルブスプリング故障判定値と比較する。
空燃比センサ65が検出した空燃比がバルブスプリング故障判定値よりもリッチ側である場合はステップS18に進み、その他の場合は一連の処理を終了(リターン)する。
<Step S17: Determination of valve spring failure using air-fuel ratio>
The
If the air-fuel ratio detected by the air-
<ステップS18:回転変動を用いたバルブスプリング故障判定>
エンジン制御ユニット90は、ステップS14において取得したクランクシャフトの回転速度の変動を、ステップS16において設定したバルブスプリング故障判定値と比較する。
クランク角センサ70により検出された回転速度の変動の絶対値がバルブスプリング故障判定値以上である場合はステップS19に進み、その他の場合は一連の処理を終了(リターン)する。
<Step S18: Determination of Valve Spring Failure Using Rotational Fluctuation>
The
If the absolute value of the rotation speed fluctuation detected by the
<ステップS19:バルブスプリング故障判定成立>
エンジン制御ユニット90は、排気バルブスプリング170の故障判定を成立させる。
その後、ステップS20に進む。
<Step S19: Establishment of Valve Spring Failure Determination>
The
After that, the process proceeds to step S20.
<ステップS20:故障気筒特定>
エンジン制御ユニット90は、ステップS13において取得した空燃比の履歴に基づいて、排気バルブスプリング170の故障が発生した気筒を特定する。
例えば、空燃比が周期的にリッチとなる時期に排気行程となっている気筒において排気バルブスプリング170の故障が発生しているものと特定することができる。
その後、ステップS21に進む。
<Step S20: Identification of failed cylinder>
The
For example, it can be determined that the
After that, the process proceeds to step S21.
<ステップS21:エンジン制御セーフモード・警告出力>
エンジン制御ユニット90は、エンジン1のダメージが進行することを防止するため、エンジン1の出力トルク及び回転数(クランクシャフト回転速度)を所定の上限値以下に制限するセーフモードのエンジン制御に切り替える。
また、エンジン制御ユニット90は、図示しないインストルメントパネルに設けられた警告灯や画像表示装置を用いて、バルブスプリングの故障が発生したことを示す警告を出力する。
その後、一連の処理を終了する。
<Step S21: Engine Control Safe Mode/Warning Output>
In order to prevent damage to the
Also, the
After that, the series of processing ends.
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)インテークマニホールド52の内部圧力がエンジン1の運転状態に基づいて設定される判定値よりも高い場合(通常時の吸気管圧力よりも異常に高い場合)に、吸気バルブスプリング160の故障を判定することにより、一般的なエンジンに設けられている吸気圧センサ53を利用し、新規なセンサ類の追加を必要としない簡単な構成により、吸気バルブスプリング160の故障を適切に検出することができる。
(2)インテークマニホールド52の内部圧力が周期的に高くなる時期に基づいて吸気バルブスプリング160が故障した気筒を検出することにより、簡単な構成により適切に故障発生気筒を特定することができる。
(3)空燃比がエンジン1の運転状態に基づいて設定される判定値よりもリッチ側である場合(通常時の空燃比に対して異常にリッチである場合)に、排気バルブスプリング170の故障を判定することにより、一般的なエンジンに設けられている空燃比センサ65を利用し、新規なセンサ類の追加を必要としない簡単な構成により、排気バルブスプリング170の故障を適切に検出することができる。
(4)空燃比のリッチ化に加えて、所定以上のクランクシャフトの回転速度変動(回転変動)が生じた場合にのみ排気バルブスプリング170の故障を判定することにより、判定精度を向上することができる。
(5)空燃比が周期的にリッチ側へ推移する時期に基づいて排気バルブスプリング170が故障した気筒を検出することにより、簡単な構成により適切に故障発生気筒を特定することができる。
As described above, according to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) When the internal pressure of the
(2) By detecting the cylinder in which the
(3) Failure of the
(4) In addition to enriching the air-fuel ratio, it is possible to improve the determination accuracy by determining failure of the
(5) By detecting the cylinder in which the
(変形例)
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)バルブスプリング故障診断装置及びエンジンの構成は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、エンジンのシリンダレイアウト、気筒数、燃料噴射方式、過給機の有無などは、上述した実施形態の構成に限らず、適宜変更することができる。
(2)実施形態においては、空燃比及びクランクシャフトの回転変動をそれぞれ設定されたバルブスプリング故障判定値と比較して、排気バルブスプリングの故障診断を行っているが、空燃比を用いた判定のみにより故障判定を成立させてもよい。
(3)実施形態においては、空燃比の変動を利用して排気バルブスプリングの故障が発生した気筒を特定しているが、これに限らず、クランクシャフトの回転速度の履歴に基づいて排気バルブスプリングの故障が発生した気筒を特定してもよい。例えば、周期的に回転速度が低下している時期に燃焼行程である気筒を故障発生気筒として特定してもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, which are also within the technical scope of the present invention.
(1) The configurations of the valve spring failure diagnosis device and the engine are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate.
For example, the cylinder layout of the engine, the number of cylinders, the fuel injection method, the presence or absence of a supercharger, etc. are not limited to the configuration of the above-described embodiment, and can be changed as appropriate.
(2) In the embodiment, the exhaust valve spring failure diagnosis is performed by comparing the air-fuel ratio and the crankshaft rotation fluctuation with respective set valve spring failure determination values. Failure determination may be established by
(3) In the embodiment, the cylinder in which the exhaust valve spring has failed is specified by using the fluctuation of the air-fuel ratio. may be specified. For example, a cylinder that is in a combustion process during a period when the rotation speed is periodically reduced may be identified as a failure-occurring cylinder.
1 エンジン 10 第1気筒
11 インジェクタ 12 点火栓
20 第2気筒 21 インジェクタ
22 点火栓 30 第3気筒
31 インジェクタ 32 点火栓
40 第4気筒 41 インジェクタ
42 点火栓 50 吸気装置
51 スロットルバルブ 52 インテークマニホールド
53 吸気圧センサ 60 排気装置
61 エキゾーストマニホールド 62 エキゾーストパイプ
63 触媒コンバータ 64 サイレンサ
65 空燃比センサ 66 リアO2センサ
70 クランク角センサ 71 センサプレート
72 ポジションセンサ 80 水温センサ
90 エンジン制御ユニット(ECU)
100 シリンダヘッド 110 燃焼室
120 吸気ポート 130 排気ポート
140 吸気バルブ 141 バルブヘッド
142 バルブステム 150 排気バルブ
151 バルブヘッド 152 バルブステム
160 吸気バルブスプリング 161 スプリングシート
170 排気バルブスプリング 171 スプリングシート
180 吸気カムシャフト 181 ロッカーアーム
182 ハイドロリックラッシュアジャスタ
190 排気カムシャフト 191 ロッカーアーム
192 ハイドロリックラッシュアジャスタ
1
100
Claims (4)
前記エンジンの排ガス中の酸素量に基づいて空燃比を検出する空燃比センサと、
前記空燃比が前記エンジンの運転状態に基づいて設定される判定値よりもリッチ側である場合に前記バルブスプリングの故障を判定する故障判定部と
を備えることを特徴とするバルブスプリング故障判定装置。 A valve spring failure diagnosis device for detecting a failure of a valve spring that biases an exhaust valve that opens and closes an exhaust port of an engine to the valve closing side,
an air-fuel ratio sensor that detects an air-fuel ratio based on the amount of oxygen in the exhaust gas of the engine;
A valve spring failure determination device, comprising: a failure determination unit that determines failure of the valve spring when the air-fuel ratio is richer than a determination value set based on the operating state of the engine.
前記故障判定部は、前記空燃比が前記判定値よりもリッチ側でありかつ前記クランクシャフト回転速度の変動が所定値以上である場合にのみ前記バルブスプリングの故障を判定すること
を特徴とする請求項1に記載のバルブスプリング故障判定装置。 A speed detection unit that detects the crankshaft rotation speed of the engine,
The failure determination unit determines failure of the valve spring only when the air-fuel ratio is on the richer side than the determination value and the fluctuation of the crankshaft rotational speed is equal to or greater than a predetermined value. Item 2. A valve spring failure determination device according to Item 1.
前記故障判定部は、前記空燃比が周期的にリッチ側へ推移する時期に基づいて、前記バルブスプリングが故障した気筒を検出すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のバルブスプリング故障診断装置。 The engine has a plurality of cylinders,
3. The valve spring according to claim 1, wherein the failure determination unit detects a cylinder in which the valve spring has failed based on the timing at which the air-fuel ratio periodically transitions to the rich side. Fault diagnosis device.
前記故障判定部は、前記クランクシャフト回転速度が周期的に低くなる時期に基づいて、前記バルブスプリングが故障した気筒を検出すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のバルブスプリング故障診断装置。
The engine has a plurality of cylinders,
3. The valve spring failure according to claim 1, wherein the failure determination unit detects a cylinder in which the valve spring has failed, based on a timing at which the crankshaft rotation speed periodically decreases. diagnostic equipment.
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