JP3720200B2 - 内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のインテークマニホルドの破損を検出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の気筒を有する内燃機関においては、各気筒はインテークマニホルドに接続され、インテークマニホルド上流に配置されたエアクリーナを通じて吸入された空気は、インジェクタ(あるいはキャブレタ)を介して供給された燃料と混合させられ、混合気は各気筒の燃焼室に流入して点火されて燃焼する。
【0003】
かかるインテークマニホルドが破損すると、破損箇所から空気が侵入して燃焼状態が所期のものから変化するので、その破損を精度良く検出することが望ましい。
【0004】
従来、例えば、アイドル時などのスロットル全閉状態において所定時間内のエンジン回転数の増加分をある所定値を超えた場合、インテークマニホルドの破損と判定することも行われていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した手法にあってはスロットルが開いている運転状態では判定することができず、さらに、アイドル状態で所定時間内のエンジン回転数の増加分がある所定値を超えるか否か判断するまでの時間も必要であった。
【0006】
従って、インテークマニホルドの破損を検出できる運転状態が限定される不都合があると共にエンジン回転数を通じて推定する手法であったため、検出精度も必ずしも満足し難いものであった。
【0007】
従って、この発明は、従来技術の上記した欠点を解消することを目的とし、走行中のあらゆる運転状態において任意にインテークマニホルドの破損を検出できると共に、インテークマニホルドの破損をより直接的に検出して検出精度も向上させるようにした内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項1項においては、インテークマニホルドに接続された複数の気筒を有する内燃機関において、前記複数の気筒の燃焼室内の圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出されたそれぞれの気筒の所定のクランク角度における燃焼室内の圧力と前記それぞれの気筒の所定のクランク角度における燃焼室内の圧力の平均値との差圧を算出する差圧算出手段と、吸気管内絶対圧に基づいてしきい値を設定すると共に、前記吸気管内絶対圧が小さい低負荷領域では前記しきい値を大きく設定する一方、前記吸気管内絶対圧が大きくなるにつれて減少させるように前記しきい値を設定するしきい値設定手段と、前記差圧算出手段により算出された差圧を前記しきい値設定手段により設定された前記しきい値と比較する比較手段と、および前記比較手段による比較の結果、いずれかの気筒についての差圧が前記しきい値を超えるとき、前記インテークマニホルドが破損したと判定する破損判定手段とを備える如く構成した。
【0009】
これによって、アイドル運転状態に限らず、走行中のあらゆる運転状態において任意にインテークマニホルドの破損を検出できると共に、燃焼室内の圧力を通じて検出することで、インテークマニホルドの破損をより直接的に検出することができて検出精度も向上させることができる。さらに、従来技術のように、所定時間にわたる回転数変動を監視する必要がないので、より迅速に検出することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【0011】
図1は、この発明に係る内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置の概略を示す全体図である。
【0012】
図において、符号10はOHC直列4気筒の内燃機関(以下「エンジン」という)の本体を示す。簡略化のため、4個の気筒の中、1つの気筒についてのみ図示する。吸気管12の先端に配置されたエアクリーナ14から吸入された吸気は、スロットルバルブ16でその流量を調節されつつインテークマニホルド(吸気マニホルド)18を流れ、各気筒20の吸気バルブ22まで流れる。
【0013】
インテークマニホルド18は、より具体的には、図2に示す如く、吸気管12から分岐して各気筒20に接続される4本の分岐管18aからなる公知の構造を備える。
【0014】
図1の説明に戻ると、吸気バルブ22の上流にはインジェクタ24が設けられ、図示しない燃料供給系から圧送された燃料を噴射する。噴射されて吸気と一体となった混合気は、吸気バルブ22が開放されると各気筒20の燃焼室28に流入し、燃焼室28を臨む位置に配置された点火プラグ30で第1、第3、第4、第2気筒の順に着火されて燃焼し、ピストン(図示せず)を駆動する。
【0015】
燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホルド32を経て排気管(図示せず)に流れ、そこで触媒装置(図示せず)で浄化されて大気に放出される。
【0016】
エンジン本体10においてカムシャフト34の付近にはカムシャフトセンサ36が配置され、ピストンクランク角位置に応じた信号を出力すると共に、シリンダブロックの冷却水路には水温センサ38が配置され、機関冷却水温TWに応じた信号を出力する。
【0017】
また、吸気管12のスロットルバルブ16の下流には絶対圧センサ40が設けられ、スロットル弁下流の吸気圧力PBAの絶対圧に対応する信号を出力すると共に、スロットルバルブ16にはスロットル開度センサ42が接続され、スロットル開度θTHに応じた信号を出力する。
【0018】
また、点火プラグ30の取り付け座金にはピエゾ圧電効果を利用したセンサ素子が収容されて公知の筒内圧センサ(圧力検出手段)46を構成し、燃焼室2内の圧力(筒内圧。以下「筒内圧」という)Pn(n:気筒番号)に比例した信号を出力する。
【0019】
尚、図示は省略するが、同種の筒内圧センサが、他の3個の気筒にも配置され、それぞれの気筒の筒内圧に比例した信号を出力する。
【0020】
さらに、排気系には触媒装置上流にO2 センサ50が配置され、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する。
【0021】
これらセンサ出力は、ECU(電子制御ユニット)52へ送出される。
【0022】
ECU52はCPU,ROM,RAMなどを備えるマイクロコンピュータからなり、前記したカムシャフトセンサ36の出力はECU52内においてカウントされて機関回転数NEが算出される。
【0023】
ECU52は上記したセンサ出力に基づき、後述の如く、インテークマニホルド18の破損を検出する。
【0024】
次いで、この発明に係る内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置の動作を説明する。
【0025】
図3はその動作を示すフロー・チャートで、TDCなどの所定クランク角度ごとに実行される。
【0026】
以下説明すると、先ずS10において所定クランク角度でサンプリングされている各気筒の筒内圧センサ46の出力Pnを読み出し、S12に進み、筒内圧の全気筒平均値Paveを算出し、各気筒の筒内圧Pnから全気筒平均値Paveを減算して差圧ΔPnを気筒ごとに算出する。
【0027】
次いでS14に進み、検出したエンジン回転数NEと吸気管内絶対圧PBAとからマップ値を検索し、しきい値Aを求める。しきい値Aは、インテークマニホルド18が破損しているか否か判定するに足る値であり、予め実験により求めてエンジン回転数NEおよび吸気管内絶対圧PBAから検索自在にマップ化しておく。
【0028】
図4にそのマップの特性を示す。しきい値Aは、低回転および低負荷領域では大きく設定され、回転数および負荷が増加するにつれて減少するように設定される。
【0029】
次いでS16に進み、それぞれの気筒について算出した差圧ΔPnがしきい値Aを超えているか否か判断する。S16で肯定されるときはS18に進み、差ΔPnが所定値Aを超えた当該気筒nに接続されるインテークマニホルド18、より詳しくはその気筒に接続する分岐管18aが破損、例えば孔が開き、そこから空気が侵入していると判定する。
【0030】
次いでS20に進み、MIL(警告灯。図1で図示省略)を点灯して運転者に報知し、S22に進み、必要に応じてフェールセーフ処理を行う。具体的には、破損したと推定される気筒nへの燃料噴射(燃料供給)を停止すると共に、残余の気筒についても場合によりフューエルカット(燃料供給停止)する。
【0031】
尚、S16で否定されるときは当該気筒nにインテークマニホルドの破損が生じていないと判定して以降の処理をスキップする。
【0032】
上記した破損検出手法について説明すると、いずれかの気筒に接続されるインテークマニホルド18の分岐管18aで破損、例えば孔が開くと、スロットルバルブ下流圧力は負圧に保たれていることから、エンジン外から空気が破損箇所を通って分岐管18a内に侵入する。
【0033】
即ち、そのときのスロットル開度に相当する空気量を超える空気がインテークマニホルド18内に流れ、吸気管内絶対圧PBAを変化させる。その結果、エンジン回転数NEと吸気管内絶対圧PBAで基本値が決定される燃料噴射量も増量され、よって燃焼圧力が上昇し、エンジン出力も増加する。
【0034】
図5は各気筒の筒内圧Pnの変化を示すシミュレーションデータ図であるが、例えば第3気筒に接続する分岐管18aが破損すると、第3気筒の筒内圧P3が他の気筒の筒内圧に比して上昇する。従って、各気筒の筒内圧Pnを検出して平均値Paveとの差圧ΔPnを求め、差圧ΔPnを適宜設定するしきい値Aと比較することで、インテークマニホルド18の破損を検出することができる。
【0035】
尚、図4に示す如く、しきい値Aを、低回転、低負荷領域で高回転、高負荷領域に比して大きく設定するのは、筒内圧(燃焼圧力)は回転数および負荷が増大するにつれて上昇するため、圧力変化量が同一であれば、低回転、低負荷領域では圧力変化が相対的に大きくなるためである。
【0036】
図6はしきい値Aの別の設定例を示す説明グラフである。図示の場合、簡略化し、しきい値Aを吸気管内絶対圧PBAに対してのみ設定した。尚、図6に示す例においても同様の理由から、しきい値Aは低負荷側で大きくなるように設定する。
【0037】
ここで、図3フロー・チャートのS22のフェールセーフ処理について敷衍すると、上記したように、いずれかの気筒に接続するインテークマニホルドが破損すると、その気筒の燃焼圧力は上昇し、従ってエンジン出力が上昇する。
【0038】
さらに、そのとき、O2 センサ50の出力を用いて空燃比フィードバック制御を行っていると、破損気筒については検出空燃比がリーン側の値となるため、空燃比は全体的にリッチ方向に制御され、それによってエンジン出力が運転状態で要求される値を超えて増加する。
【0039】
従って、フェールセーフ処理においては、かかるエンジン出力の増加を回避するため、破損気筒への燃料供給を停止し、残余の気筒も間欠的にフューエルカットするなどしてエンジン出力を低下させ、例えば、最寄りのサービス工場まで運転するに必要な程度に抑制する。その意味では、フェールセーフ処理において、上記以外に、空燃比をリーン側の値に制御する、空燃比フィードバック制御を停止するなどの処理を行っても良い。
【0040】
この実施の形態は上記の如く、インテークマニホルド18に接続された複数(4個)の気筒20を有する内燃機関(エンジン10)において、前記複数の気筒の燃焼室内の圧力(筒内圧)Pnをそれぞれ検出する圧力検出手段(筒内圧センサ46,ECU52,S10)と、前記圧力検出手段により検出されたそれぞれの気筒の燃焼室内の圧力(筒内圧)Pnと全気筒の燃焼室内の圧力の平均値Paveとの差圧ΔPnを算出する差圧算出手段(ECU52,S12)と、前記差圧算出手段により算出された圧力差ΔPNをしきい値Aと比較する比較手段(ECU52,S16)と、および前記比較手段による比較の結果、いずれかの気筒nについての差圧が前記しきい値を超えるとき、前記インテークマニホルド18、より詳しくは気筒nに接続する分岐管18aが破損したと判定する破損判定手段(ECU52,S18)とを備える如く構成した。
【0041】
これによって、アイドル運転状態に限らず、走行中のあらゆる運転状態において任意にインテークマニホルドの破損を検出することができる。さらに、燃焼室内の圧力(筒内圧)を通じて検出することで、インテークマニホルドの破損をより直接的に検出できて検出精度を向上させることができると共に、従来技術のように所定時間にわたる回転数変動を監視する必要がないので、より迅速に検出することができる。
【0042】
さらに、破損を検出することで、運転者に報知する、フェールセーフ処理を行うことも可能となる。
【0043】
尚、上記において、検出筒内圧を直ちに使用したが、燃焼サイクルの数スイクル間の平均値あるいは標準偏差値などを用いても良い。
【0044】
【発明の効果】
請求項1項においては、アイドル運転状態に限らず、走行中のあらゆる運転状態において任意にインテークマニホルドの破損を検出できると共に、燃焼室内の圧力を通じて検出することで、インテークマニホルドの破損をより直接的に検出することができて検出精度も向上させることができる。さらに、従来技術のように、所定時間にわたる回転数変動を監視する必要がないので、より迅速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置を概略的に示す全体図である。
【図2】図1装置の中のインテークマニホルドの説明斜視図である。
【図3】図1装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図4】図3フロー・チャートで使用するしきい値の特性を示す説明グラフである。
【図5】筒内圧Pnの変化を示すシミュレーションデータ図である。
【図6】図4と同様の、図3フロー・チャートで使用するしきい値の別の設定例を示す説明グラフである。
【符号の説明】
10 内燃機関(エンジン)(本体)
12 吸気管
16 スロットルバルブ
18 インテークマニホルド
18a インテークマニホルドの分岐管
20 気筒
28 燃焼室
46 筒内圧センサ(圧力検出手段)
52 ECU

Claims (1)

  1. インテークマニホルドに接続された複数の気筒を有する内燃機関において、前記複数の気筒の燃焼室内の圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出されたそれぞれの気筒の所定のクランク角度における燃焼室内の圧力と前記それぞれの気筒の所定のクランク角度における燃焼室内の圧力の平均値との差圧を算出する差圧算出手段と、吸気管内絶対圧に基づいてしきい値を設定すると共に、前記吸気管内絶対圧が小さい低負荷領域では前記しきい値を大きく設定する一方、前記吸気管内絶対圧が大きくなるにつれて減少させるように前記しきい値を設定するしきい値設定手段と、前記差圧算出手段により算出された差圧を前記しきい値設定手段により設定された前記しきい値と比較する比較手段と、および前記比較手段による比較の結果、いずれかの気筒についての差圧が前記しきい値を超えるとき、前記インテークマニホルドが破損したと判定する破損判定手段とを備えることを特徴とする内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置。
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