JP4274705B2 - ディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディーゼルエンジンの吸気系の異常を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、インテークマニホールドにはスワール制御弁が設けられ、エンジンの低負荷、低回転領域でスワール制御弁を全閉することによって燃焼室内の吸気流速を高め燃焼室内にスワールを形成させて燃焼の改善を行なっている。
このスワール制御弁が全閉状態のまま固着してしまうと、高負荷高回転領域ではスワール制御弁を全開状態にして大量の吸入空気を燃焼室に供給する必要があるにもかかわらず、スワール制御弁が開かないために、吸気抵抗が増大して吸入空気量が不足する。このように、吸入空気量が不足して燃料がリッチな状態で燃焼すると、エンジンの排気ガス温度が上昇するためピストン、エキゾーストマニホールド、ターボチャージャー、触媒等の熱負荷が増えて、これらの部品の信頼性を損なうことになる。したがって、ディーゼルエンジンの吸気系において、スワール制御弁の閉故障等、吸入空気量が不足するような異常を検出することが必要である。
【０００３】
例えば、エンジンの吸気系の異常を検出する装置として、特開平１０−１２１９９１号公報に開示されているように、Ｏ2 センサの出力値に基づいて検出される空燃比が、正常作動時に取り得ない値を示したとき、吸気系の異常と診断するものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなエンジンの吸気系の異常を検出する装置は、ガソリンエンジンに適用されたものである。ガソリンエンジンにおいて、Ｏ2 センサは、排気ガス浄化、燃費改善のために必須のものであり、必然的に設けられているＯ2 センサを用いて吸気系の異常を検出している。そのため、吸気系の異常を検出することに伴うコストアップは少ない。一方、ディーゼルエンジンには、本来Ｏ2 センサは設けられていないので、吸気系の異常を検出するためにＯ2 センサを専用に設ける必要がある。また、Ｏ2 センサのコストは高いので、吸気系の異常を検出するためにＯ2 センサを専用に設けるのは現実的ではない。ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べて空気過剰率の高い状態で燃焼が行われている。そのため、ディーゼルエンジンにＯ2 センサを適用して吸気系の異常を検出しようとしても、Ｏ2 センサが検出すべき空燃比の範囲は、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンとで異なるものでありディーゼルエンジンにガソリンエンジン用のＯ2 センサをそのまま使用するのは困難である。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、安価な費用でエンジンの吸気系の異常を検出できるディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に記載のディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置は、吸気系に、吸気絞り弁及び吸気絞り弁の下流に設けられた複数の吸気ポートを有し、複数の吸気ポートのうちのひとつに、燃焼室内においてスワールを形成するスワール制御弁が設けられたディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置において、吸気絞り弁より下流、且つスワール制御弁の上流の圧力に基づいて、ディーゼルエンジンの燃料噴射量を算出する噴射量算出回路と、ディーゼルエンジンの吸気系の実吸入空気量を検出するエアフローメータと、ディーゼルエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転センサと、噴射量算出回路により算出された燃料噴射量及びエアフローメータにより検出された実吸入空気量から、燃料噴射量と実吸入空気量との混合比を算出すると共に、エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数に対応して混合比の基準値を定め、スワール制御弁をオフの状態で、混合比と基準値とを比較することにより、スワール制御弁の異常を判定する異常判定回路とを備えたものである。
この発明の請求項２に記載のディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置は、吸気系に、吸気絞り弁及び吸気絞り弁の下流に設けられた複数の吸気ポートを有し、複数の吸気ポートのうちのひとつに、燃焼室内においてスワールを形成するスワール制御弁が設けられたディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置において、吸気絞り弁より下流、且つスワール制御弁の上流の圧力に基づいて、ディーゼルエンジンの燃料噴射量を算出する噴射量算出回路と、ディーゼルエンジンの吸気系の実吸入空気量を検出するエアフローメータと、ディーゼルエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転センサと、噴射量算出回路により算出された燃料噴射量及び前記エアフローメータにより検出された実吸入空気量から、燃料噴射量と実吸入空気量との混合比を算出すると共に、エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数及び燃料噴出量に対応して混合比の基準値を定め、スワール制御弁をオフの状態で、混合比と基準値とを比較することにより、スワール制御弁の異常を判定する異常判定回路とを備えたものである。
この発明の請求項３に記載のディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置は、請求項１または２に記載の装置において、混合比が理論空燃比に基づいて算出された空気過剰率であり、空気過剰率を基準値と比較することにより吸気系の異常を判定する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態及びその比較例を図面に基づいて説明する。
比較例
図１に、この発明の比較例におけるディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置をディーゼルエンジン搭載車両に適用した場合の構成を示す。
図に示されるように、ディーゼルエンジン本体１のシリンダヘッド２には、吸気通路３の一部を構成するインテークマニホールド４及び排気通路５の一部を構成するエギゾーストマニホールド６が接続されている。吸気通路３は、大気から空気を導入するエアクリーナ７に一端で接続され、途中には、ターボチャージャー８のコンプレッサ８ａ、インタークーラ９及び吸気絞り弁１０が設けられている。ここで、吸気通路３、エアクリーナ７、コンプレッサ８ａ、インタークーラ９及び吸気絞り弁１０は、シリンダヘッド２内の燃焼室に空気を供給するディーゼルエンジンの吸気系を構成している。一方、排気通路５の途中にはターボチャージャー８の排気タービン８ｂが設けられている。
また、排気通路５は、ＥＧＲ導入通路１１により吸気絞り弁１０の下流で吸気通路３と連通し、ＥＧＲ導入通路１１の途中にはＥＧＲバルブ１２が設けられ、ＥＧＲバルブ１２の作動により排気通路５内の排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気通路３に導入されるように構成されている。
【０００８】
インテークマニホールド４には、タンジェンシャルポート４ａとヘリカルポート４ｂが設けられ、これらのポートがシリンダヘッド２に接続されている。タンジェンシャルポート４ａにはスワール制御弁１３が設けられている。ここで、スワール制御弁１３が開いていると、タンジェンシャルポート４ａ及びヘリカルポート４ｂの双方から空気が燃焼室に供給されるが、スワール制御弁１３が全閉すると、タンジェンシャルポート４ａは閉じられヘリカルポート４ｂからのみ空気が燃焼室に供給されるように構成されている。
【０００９】
また、シリンダヘッド２には燃料噴射弁１５が配置され、ＥＣＵ１６に接続されている。さらに、エンジン本体１にはエンジンの回転数を検出するエンジン回転センサ１４が設けられ、ＥＣＵ１６に接続されている。
また、エアクリーナ７の下流の吸気通路３には、ディーゼルエンジン１の吸気系の吸入空気量を検出するエアフローメータ１７が設けられ、ＥＣＵ１６に接続されている。エアフローメータ１７は、吸気通路３を通って燃焼室に供給される吸入空気量を検出するものであり、例えば、カルマン渦式や可動ベーン式のものを用いている。
ＥＣＵ１６は、吸気系の異常を判定する異常判定回路を構成すると共に、燃料噴射弁１５から燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射量Ｑを算出する噴射量算出回路を構成している。ＥＣＵ１６は、図示しないアクセル開度センサやインテークマニホールド４に設置された圧力センサから得られるアクセル開度や圧力等に基づいて燃料噴射量Ｑを算出する。
【００１０】
ここで、ディーゼルエンジンの吸気系において、エアクリーナ７から大気中の空気が吸入空気として吸気通路３に導入され、ターボチャージャー８により過給されて圧縮される。ターボチャージャー８の過給により高温になった吸入空気はインタークーラ９によって冷却された後、吸気絞り弁１０を通って、インテークマニホールド４のタンジェンシャルポート４ａ及びヘリカルポート４ｂを介して燃焼室に導入される。
ディーゼルエンジンの場合、吸気系に異常がないときには、吸気通路３に吸入される吸入空気量ｇは、燃料噴射量Ｑの燃料が完全燃焼するために必要な空気量よりも過剰に供給されるようになっている。この完全燃焼時における空気の重量と燃料の重量との比を理論空燃比ｃとすると、完全燃焼するために必要な理論空気量ｇ０は、燃料噴射量Ｑ、燃料である軽油の密度ρ、理論空燃比ｃ（例えばｃ＝１４．６）を用いて表され、ｇ０＝Ｑ×ρ×ｃとなる。吸入空気量ｇと理論空気量ｇ０との間には、ｇ≧ｇ０の関係が成立し、これを吸入空気量ｇと理論空気量ｇ０との比である空気過剰率λで示すと、λ≧１となる。
一方、吸気系に吸気抵抗が大きくなるような異常、例えば、スワール制御弁１３の閉固着があるときは、吸入空気量ｇが少なくなり、理論空気量ｇ０を下回ると、空気過剰率λの値は１より小さくなる。また、スワール制御弁１３が閉固着すると、弁上流の圧力が上昇するため、それに伴ってＥＣＵ１６によって算出される燃料噴射量Ｑが大きくなるので、空気過剰率λは小さくなる。
したがって、この比較例における吸気系の異常検出装置は、吸気通路３に何らかの異常があって吸気抵抗が増大した場合、エアフローメータ１７により検出された吸入空気量である実吸入空気量ＧＦが少なくなること及び燃料噴射量Ｑが大きくなることに着目し、実吸入空気量ＧＦと燃料噴射量Ｑとから求められる混合比を、基準値と比較して吸気系の異常を検出しようとするものである。
【００１１】
以下、図２に示されるフローチャートに基づいて、この比較例におけるディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置の動作を説明する。
このフローチャートで示される吸気系異常検出のルーチンはＥＣＵ１６により一定周期ごとに実行される。
ステップＳ１では、基準値として判定基準値λＳを算出する。判定基準値λＳは、エンジン回転数をパラメータとした一次元マップであり、そのときのエンジン回転数に対応して異なる値に設定できるように構成されている。
次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ１６は吸気系の異常検出の判定を行う前提条件が成立しているかどうかを判定する。前提条件とは、エアフローメータ１７やエンジン回転センサ１４が故障していないか等の条件であり、ＥＣＵ１６が適切な異常検出の判定を行うために必要な条件が整っているかどうかを判定することになる。前提条件が成立している場合、ステップＳ３に進み、前提条件フラグＦをオンしてステップＳ５に進む。一方、前提条件が成立していない場合、ステップＳ４において前提条件フラグＦをオフしてステップＳ５に進む。
次に、ステップＳ５において、前提条件フラグＦがオンしているかどうかを判定する。前提条件フラグＦがオンしている場合は、ステップＳ６に進み、前提条件フラグＦがオンしていない場合は、一連の処理を終了する。
【００１２】
ステップＳ６において、次式に基づいて、エアフローメータ１７により検出された実吸入空気量ＧＦを基に、実吸入空気量ＧＦと理論空気量ｇ０との比である実空気過剰率λＦを、
λＦ＝ＧＦ／ｇ０＝ＧＦ／（Ｑ×ρ×ｃ）
の式により算出する。
ステップＳ７において、実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ（例えば、λＳ＝１）以下かどうかを判定する。実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ以下である場合、ステップＳ８において、吸気系に異常がある可能性があるとして、当初は０に設定された異常判定カウンタＣＮＧをインクリメントしてステップＳ９に進む。実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ以下でない場合、ステップＳ１１に進む。
【００１３】
ステップＳ９において、異常判定カウンタＣＮＧが所定の異常判定継続時間ＴＮＧ以上になったかどうかを判定する。すなわち、実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ以下である状態が異常判定継続時間ＴＮＧだけ継続していたかどうかを判定する。
異常判定カウンタＣＮＧが異常判定継続時間ＴＮＧ以上になった場合、ステップＳ１０において、異常があるものとみなして、異常フラグＦ１をオンする。また、異常復帰カウンタＣＯＫを所定の復帰判定継続時間ＴＯＫの値に設定する。異常復帰カウンタＣＯＫは減算カウンタであり、ステップＳ７における異常判定により、実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ以下でない場合であっても、異常フラグＦ１を即座にオフするのではなく、ステップＳ７の異常判定条件が復帰判定継続時間ＴＯＫだけ継続して成立しない場合に初めて異常フラグＦ１をオフするために用いられる。
一方、異常判定カウンタＣＮＧが異常判定継続時間ＴＮＧ以上にならない場合、ステップ１０をスキップして一連の処理を終了する。
【００１４】
また、ステップＳ７において、実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ以下でないと判定された場合、ステップＳ１１〜Ｓ１３の異常復帰処理を行う。
まず、ステップＳ１１において、異常復帰カウンタＣＯＫの値が０になったかどうかを判定する。すなわち、ステップＳ７の異常判定条件が、復帰判定継続時間ＴＯＫだけ継続して成立しなくなったかどうかを判定し、異常復帰カウンタＣＯＫの値が０である場合は、ステップＳ１２において、異常が解消されたとみなして異常フラグＦ１をオフすると共に、異常判定カウンタＣＮＧを０にクリアして一連の処理を終了する。これにより、ステップＳ７の異常判定条件が異常判定継続時間ＴＮＧ以上にわたって再度成立しないと、異常フラグＦ１はオンしない。
一方、異常復帰カウンタＣＯＫの値が０でない場合は、ステップＳ１３において、異常復帰カウンタＣＯＫをデクリメントして一連の処理を終了する。
【００１５】
なお、異常フラグＦ１がオンした場合、上述したルーチンとは別のルーチンが実行されることによりディーゼルエンジンの吸気系の異常に関するフェイルセーフ処理がなされる。フェイルセーフ処理としては、スワール弁制御やＥＧＲ制御を中断する。また、エンジンが高回転高負荷領域で運転されないように、アクセル制限を行い、アクセル開度センサのデータについて燃料噴射量を制限するように擬制したり、燃焼室内に噴射する燃料噴射量を直接的に制限したりする。
【００１６】
このように、吸気系に何らかの異常があって吸気抵抗が変化すると、吸気通路３に設けられたエアフローメータ１７により検出した実吸入空気量ＧＦと燃料噴射量Ｑが変化して実空気過剰率λＦが変動するので、実空気過剰率λＦと判定基準値λＳとを比較することにより、吸気系の異常を検出することができる。この場合に、単に実吸入空気量ＧＦの変化のみに基づく異常検出に比べて、より精度の高い異常検出を行うことができる。
【００１７】
実施の形態１．
比較例において、図２のフローチャートのステップＳ２では、吸気系の異常検出の判定を行う前提条件が成立しているかどうかを判定しているが、ＥＣＵ１６にスワール制御弁１３を接続すると共に、この前提条件の中にスワール制御弁１３がオフしていることを加えてもよい。
スワール制御弁１３が正常な場合は、スワール制御弁１３がオンして全閉すると、タンジェンシャルポート４ａは閉じ、ヘリカルポート４ｂのみから空気が燃焼室に供給されるので、インテークマニホールド４における吸気抵抗が増え、実吸入空気量ＧＦは少ない。一方、スワール制御弁１３がオフしている場合、スワール制御弁１３が開いて、タンジェンシャルポート４ａ及びヘリカルポート４ｂの双方から空気が燃焼室に供給されるので吸気通路３の吸気抵抗は増大せず、実吸入空気量ＧＦは少なくならない。しかしながら、スワール制御弁１３がオフしているにもかかわらず、スワール制御弁１３が全閉したまま固着してしまうと、タンジェンシャルポート４ａは閉じたまま、ヘリカルポート４ｂのみから空気が燃焼室に供給されるので、インテークマニホールド４における吸気抵抗が増大し、実吸入空気量ＧＦが少なくなってしまう。
したがって、ステップＳ６において算出した実空気過剰率λＦが、ステップ７において、判定基準値λＳ以下であり、一連の処理を経た後、ステップＳ１０において異常フラグＦ１がオンした場合、吸気系の異常をスワール制御弁１３の閉故障と特定することができる。
【００１８】
実施の形態２．
実施の形態１において、図２のフローチャートのステップＳ１では、判定基準値λＳがエンジン回転数をパラメータとした一次元マップにより構成されていたが、ＥＣＵ１６は、エンジン回転数及び燃料噴射量パラメータとした二次元マップにより判定基準値λＳを算出してもよい。これにより、エンジン回転数と燃料噴射量との組み合わせごとに基準値を変えられるので、エンジンの運転領域ごとに、異なる条件で燃焼が行われたとしても、精度のよい吸気系の異常を判定することができる。
【００１９】
なお、本発明は吸気抵抗が大きくなるような吸気異常系に限らず、例えば、スワール制御弁１３の開固着のような吸気抵抗が小さくなる吸気異常系にも適用できる。また、混合比として空気過剰率の他に、空燃比や当量比を使用するようにしても良い。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明によれば、吸気絞り弁より下流、且つスワール制御弁の上流の圧力に基づいて算出された燃料噴射量及びエアフローメータにより検出された実吸入空気量から、燃料噴射量と実吸入空気量との混合比を算出すると共に、エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数に対応して混合比の基準値を定め、スワール制御弁をオフの状態で、混合比と基準値とを比較することにより、異常判定回路がスワール制御弁の異常を判定するので、高価なＯ２センサを用いることなく、安価な費用で吸気系にあるスワール制御弁の異常を検出することができる。
請求項２に記載の発明によれば、吸気絞り弁より下流、且つスワール制御弁の上流の圧力に基づいて算出された燃料噴射量及びエアフローメータにより検出された実吸入空気量から、燃料噴射量と実吸入空気量との混合比を算出すると共に、エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数及び燃料噴出量に対応して混合比の基準値を定め、スワール制御弁をオフの状態で、混合比と基準値とを比較することにより、異常判定回路がスワール制御弁の異常を判定するので、高価なＯ２センサを用いることなく、安価な費用で吸気系にあるスワール制御弁の異常を検出することができる。さらに、エンジン回転数と燃料噴射量との組み合わせごとに基準値を変えられるので、エンジンの運転領域ごとに、異なる条件で燃焼が行われたとしても、スワール制御弁の異常を精度良く判定することができる。
請求項３に記載の発明によれば、燃料噴射量と吸入空気量との混合比を、理論空燃比に基づいて算出された空気過剰率としているので、スワール制御弁の異常を精度良く検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の比較例及び実施の形態１に係るディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置をディーゼルエンジン搭載車両に適用した場合の構成を示す図である。
【図２】 比較例及び実施の形態１に係るディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置の異常検出動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
３…吸気通路、４…インテークマニホールド、７…エアクリーナ、８ａ…ターボチャージャーのコンプレッサ、９…インタークーラ、１０…吸気絞り弁、１３…スワール制御弁、１４…エンジン回転センサ、１６…ＥＣＵ、１７…エアフローメータ、λＳ…判定基準値、λＦ…実空気過剰率。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディーゼルエンジンの吸気系の異常を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、インテークマニホールドにはスワール制御弁が設けられ、エンジンの低負荷、低回転領域でスワール制御弁を全閉することによって燃焼室内の吸気流速を高め燃焼室内にスワールを形成させて燃焼の改善を行なっている。
このスワール制御弁が全閉状態のまま固着してしまうと、高負荷高回転領域ではスワール制御弁を全開状態にして大量の吸入空気を燃焼室に供給する必要があるにもかかわらず、スワール制御弁が開かないために、吸気抵抗が増大して吸入空気量が不足する。このように、吸入空気量が不足して燃料がリッチな状態で燃焼すると、エンジンの排気ガス温度が上昇するためピストン、エキゾーストマニホールド、ターボチャージャー、触媒等の熱負荷が増えて、これらの部品の信頼性を損なうことになる。したがって、ディーゼルエンジンの吸気系において、スワール制御弁の閉故障等、吸入空気量が不足するような異常を検出することが必要である。
【０００３】
例えば、エンジンの吸気系の異常を検出する装置として、特開平１０−１２１９９１号公報に開示されているように、Ｏ2 センサの出力値に基づいて検出される空燃比が、正常作動時に取り得ない値を示したとき、吸気系の異常と診断するものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなエンジンの吸気系の異常を検出する装置は、ガソリンエンジンに適用されたものである。ガソリンエンジンにおいて、Ｏ2 センサは、排気ガス浄化、燃費改善のために必須のものであり、必然的に設けられているＯ2 センサを用いて吸気系の異常を検出している。そのため、吸気系の異常を検出することに伴うコストアップは少ない。一方、ディーゼルエンジンには、本来Ｏ2 センサは設けられていないので、吸気系の異常を検出するためにＯ2 センサを専用に設ける必要がある。また、Ｏ2 センサのコストは高いので、吸気系の異常を検出するためにＯ2 センサを専用に設けるのは現実的ではない。ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べて空気過剰率の高い状態で燃焼が行われている。そのため、ディーゼルエンジンにＯ2 センサを適用して吸気系の異常を検出しようとしても、Ｏ2 センサが検出すべき空燃比の範囲は、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンとで異なるものでありディーゼルエンジンにガソリンエンジン用のＯ2 センサをそのまま使用するのは困難である。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、安価な費用でエンジンの吸気系の異常を検出できるディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に記載のディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置は、吸気系に、吸気絞り弁及び吸気絞り弁の下流に設けられた複数の吸気ポートを有し、複数の吸気ポートのうちのひとつに、燃焼室内においてスワールを形成するスワール制御弁が設けられたディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置において、吸気絞り弁より下流、且つスワール制御弁の上流の圧力に基づいて、ディーゼルエンジンの燃料噴射量を算出する噴射量算出回路と、ディーゼルエンジンの吸気系の実吸入空気量を検出するエアフローメータと、ディーゼルエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転センサと、噴射量算出回路により算出された燃料噴射量及びエアフローメータにより検出された実吸入空気量から、燃料噴射量と実吸入空気量との混合比を算出すると共に、エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数に対応して混合比の基準値を定め、スワール制御弁をオフの状態で、混合比と基準値とを比較することにより、スワール制御弁の異常を判定する異常判定回路とを備えたものである。
この発明の請求項２に記載のディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置は、吸気系に、吸気絞り弁及び吸気絞り弁の下流に設けられた複数の吸気ポートを有し、複数の吸気ポートのうちのひとつに、燃焼室内においてスワールを形成するスワール制御弁が設けられたディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置において、吸気絞り弁より下流、且つスワール制御弁の上流の圧力に基づいて、ディーゼルエンジンの燃料噴射量を算出する噴射量算出回路と、ディーゼルエンジンの吸気系の実吸入空気量を検出するエアフローメータと、ディーゼルエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転センサと、噴射量算出回路により算出された燃料噴射量及び前記エアフローメータにより検出された実吸入空気量から、燃料噴射量と実吸入空気量との混合比を算出すると共に、エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数及び燃料噴出量に対応して混合比の基準値を定め、スワール制御弁をオフの状態で、混合比と基準値とを比較することにより、スワール制御弁の異常を判定する異常判定回路とを備えたものである。
この発明の請求項３に記載のディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置は、請求項１または２に記載の装置において、混合比が理論空燃比に基づいて算出された空気過剰率であり、空気過剰率を基準値と比較することにより吸気系の異常を判定する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態及びその比較例を図面に基づいて説明する。
比較例
図１に、この発明の比較例におけるディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置をディーゼルエンジン搭載車両に適用した場合の構成を示す。
図に示されるように、ディーゼルエンジン本体１のシリンダヘッド２には、吸気通路３の一部を構成するインテークマニホールド４及び排気通路５の一部を構成するエギゾーストマニホールド６が接続されている。吸気通路３は、大気から空気を導入するエアクリーナ７に一端で接続され、途中には、ターボチャージャー８のコンプレッサ８ａ、インタークーラ９及び吸気絞り弁１０が設けられている。ここで、吸気通路３、エアクリーナ７、コンプレッサ８ａ、インタークーラ９及び吸気絞り弁１０は、シリンダヘッド２内の燃焼室に空気を供給するディーゼルエンジンの吸気系を構成している。一方、排気通路５の途中にはターボチャージャー８の排気タービン８ｂが設けられている。
また、排気通路５は、ＥＧＲ導入通路１１により吸気絞り弁１０の下流で吸気通路３と連通し、ＥＧＲ導入通路１１の途中にはＥＧＲバルブ１２が設けられ、ＥＧＲバルブ１２の作動により排気通路５内の排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気通路３に導入されるように構成されている。
【０００８】
インテークマニホールド４には、タンジェンシャルポート４ａとヘリカルポート４ｂが設けられ、これらのポートがシリンダヘッド２に接続されている。タンジェンシャルポート４ａにはスワール制御弁１３が設けられている。ここで、スワール制御弁１３が開いていると、タンジェンシャルポート４ａ及びヘリカルポート４ｂの双方から空気が燃焼室に供給されるが、スワール制御弁１３が全閉すると、タンジェンシャルポート４ａは閉じられヘリカルポート４ｂからのみ空気が燃焼室に供給されるように構成されている。
【０００９】
また、シリンダヘッド２には燃料噴射弁１５が配置され、ＥＣＵ１６に接続されている。さらに、エンジン本体１にはエンジンの回転数を検出するエンジン回転センサ１４が設けられ、ＥＣＵ１６に接続されている。
また、エアクリーナ７の下流の吸気通路３には、ディーゼルエンジン１の吸気系の吸入空気量を検出するエアフローメータ１７が設けられ、ＥＣＵ１６に接続されている。エアフローメータ１７は、吸気通路３を通って燃焼室に供給される吸入空気量を検出するものであり、例えば、カルマン渦式や可動ベーン式のものを用いている。
ＥＣＵ１６は、吸気系の異常を判定する異常判定回路を構成すると共に、燃料噴射弁１５から燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射量Ｑを算出する噴射量算出回路を構成している。ＥＣＵ１６は、図示しないアクセル開度センサやインテークマニホールド４に設置された圧力センサから得られるアクセル開度や圧力等に基づいて燃料噴射量Ｑを算出する。
【００１０】
ここで、ディーゼルエンジンの吸気系において、エアクリーナ７から大気中の空気が吸入空気として吸気通路３に導入され、ターボチャージャー８により過給されて圧縮される。ターボチャージャー８の過給により高温になった吸入空気はインタークーラ９によって冷却された後、吸気絞り弁１０を通って、インテークマニホールド４のタンジェンシャルポート４ａ及びヘリカルポート４ｂを介して燃焼室に導入される。
ディーゼルエンジンの場合、吸気系に異常がないときには、吸気通路３に吸入される吸入空気量ｇは、燃料噴射量Ｑの燃料が完全燃焼するために必要な空気量よりも過剰に供給されるようになっている。この完全燃焼時における空気の重量と燃料の重量との比を理論空燃比ｃとすると、完全燃焼するために必要な理論空気量ｇ０は、燃料噴射量Ｑ、燃料である軽油の密度ρ、理論空燃比ｃ（例えばｃ＝１４．６）を用いて表され、ｇ０＝Ｑ×ρ×ｃとなる。吸入空気量ｇと理論空気量ｇ０との間には、ｇ≧ｇ０の関係が成立し、これを吸入空気量ｇと理論空気量ｇ０との比である空気過剰率λで示すと、λ≧１となる。
一方、吸気系に吸気抵抗が大きくなるような異常、例えば、スワール制御弁１３の閉固着があるときは、吸入空気量ｇが少なくなり、理論空気量ｇ０を下回ると、空気過剰率λの値は１より小さくなる。また、スワール制御弁１３が閉固着すると、弁上流の圧力が上昇するため、それに伴ってＥＣＵ１６によって算出される燃料噴射量Ｑが大きくなるので、空気過剰率λは小さくなる。
したがって、この比較例における吸気系の異常検出装置は、吸気通路３に何らかの異常があって吸気抵抗が増大した場合、エアフローメータ１７により検出された吸入空気量である実吸入空気量ＧＦが少なくなること及び燃料噴射量Ｑが大きくなることに着目し、実吸入空気量ＧＦと燃料噴射量Ｑとから求められる混合比を、基準値と比較して吸気系の異常を検出しようとするものである。
【００１１】
以下、図２に示されるフローチャートに基づいて、この比較例におけるディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置の動作を説明する。
このフローチャートで示される吸気系異常検出のルーチンはＥＣＵ１６により一定周期ごとに実行される。
ステップＳ１では、基準値として判定基準値λＳを算出する。判定基準値λＳは、エンジン回転数をパラメータとした一次元マップであり、そのときのエンジン回転数に対応して異なる値に設定できるように構成されている。
次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ１６は吸気系の異常検出の判定を行う前提条件が成立しているかどうかを判定する。前提条件とは、エアフローメータ１７やエンジン回転センサ１４が故障していないか等の条件であり、ＥＣＵ１６が適切な異常検出の判定を行うために必要な条件が整っているかどうかを判定することになる。前提条件が成立している場合、ステップＳ３に進み、前提条件フラグＦをオンしてステップＳ５に進む。一方、前提条件が成立していない場合、ステップＳ４において前提条件フラグＦをオフしてステップＳ５に進む。
次に、ステップＳ５において、前提条件フラグＦがオンしているかどうかを判定する。前提条件フラグＦがオンしている場合は、ステップＳ６に進み、前提条件フラグＦがオンしていない場合は、一連の処理を終了する。
【００１２】
ステップＳ６において、次式に基づいて、エアフローメータ１７により検出された実吸入空気量ＧＦを基に、実吸入空気量ＧＦと理論空気量ｇ０との比である実空気過剰率λＦを、
λＦ＝ＧＦ／ｇ０＝ＧＦ／（Ｑ×ρ×ｃ）
の式により算出する。
ステップＳ７において、実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ（例えば、λＳ＝１）以下かどうかを判定する。実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ以下である場合、ステップＳ８において、吸気系に異常がある可能性があるとして、当初は０に設定された異常判定カウンタＣＮＧをインクリメントしてステップＳ９に進む。実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ以下でない場合、ステップＳ１１に進む。
【００１３】
ステップＳ９において、異常判定カウンタＣＮＧが所定の異常判定継続時間ＴＮＧ以上になったかどうかを判定する。すなわち、実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ以下である状態が異常判定継続時間ＴＮＧだけ継続していたかどうかを判定する。
異常判定カウンタＣＮＧが異常判定継続時間ＴＮＧ以上になった場合、ステップＳ１０において、異常があるものとみなして、異常フラグＦ１をオンする。また、異常復帰カウンタＣＯＫを所定の復帰判定継続時間ＴＯＫの値に設定する。異常復帰カウンタＣＯＫは減算カウンタであり、ステップＳ７における異常判定により、実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ以下でない場合であっても、異常フラグＦ１を即座にオフするのではなく、ステップＳ７の異常判定条件が復帰判定継続時間ＴＯＫだけ継続して成立しない場合に初めて異常フラグＦ１をオフするために用いられる。
一方、異常判定カウンタＣＮＧが異常判定継続時間ＴＮＧ以上にならない場合、ステップ１０をスキップして一連の処理を終了する。
【００１４】
また、ステップＳ７において、実空気過剰率λＦが判定基準値λＳ以下でないと判定された場合、ステップＳ１１〜Ｓ１３の異常復帰処理を行う。
まず、ステップＳ１１において、異常復帰カウンタＣＯＫの値が０になったかどうかを判定する。すなわち、ステップＳ７の異常判定条件が、復帰判定継続時間ＴＯＫだけ継続して成立しなくなったかどうかを判定し、異常復帰カウンタＣＯＫの値が０である場合は、ステップＳ１２において、異常が解消されたとみなして異常フラグＦ１をオフすると共に、異常判定カウンタＣＮＧを０にクリアして一連の処理を終了する。これにより、ステップＳ７の異常判定条件が異常判定継続時間ＴＮＧ以上にわたって再度成立しないと、異常フラグＦ１はオンしない。
一方、異常復帰カウンタＣＯＫの値が０でない場合は、ステップＳ１３において、異常復帰カウンタＣＯＫをデクリメントして一連の処理を終了する。
【００１５】
なお、異常フラグＦ１がオンした場合、上述したルーチンとは別のルーチンが実行されることによりディーゼルエンジンの吸気系の異常に関するフェイルセーフ処理がなされる。フェイルセーフ処理としては、スワール弁制御やＥＧＲ制御を中断する。また、エンジンが高回転高負荷領域で運転されないように、アクセル制限を行い、アクセル開度センサのデータについて燃料噴射量を制限するように擬制したり、燃焼室内に噴射する燃料噴射量を直接的に制限したりする。
【００１６】
このように、吸気系に何らかの異常があって吸気抵抗が変化すると、吸気通路３に設けられたエアフローメータ１７により検出した実吸入空気量ＧＦと燃料噴射量Ｑが変化して実空気過剰率λＦが変動するので、実空気過剰率λＦと判定基準値λＳとを比較することにより、吸気系の異常を検出することができる。この場合に、単に実吸入空気量ＧＦの変化のみに基づく異常検出に比べて、より精度の高い異常検出を行うことができる。
【００１７】
実施の形態１．
比較例において、図２のフローチャートのステップＳ２では、吸気系の異常検出の判定を行う前提条件が成立しているかどうかを判定しているが、ＥＣＵ１６にスワール制御弁１３を接続すると共に、この前提条件の中にスワール制御弁１３がオフしていることを加えてもよい。
スワール制御弁１３が正常な場合は、スワール制御弁１３がオンして全閉すると、タンジェンシャルポート４ａは閉じ、ヘリカルポート４ｂのみから空気が燃焼室に供給されるので、インテークマニホールド４における吸気抵抗が増え、実吸入空気量ＧＦは少ない。一方、スワール制御弁１３がオフしている場合、スワール制御弁１３が開いて、タンジェンシャルポート４ａ及びヘリカルポート４ｂの双方から空気が燃焼室に供給されるので吸気通路３の吸気抵抗は増大せず、実吸入空気量ＧＦは少なくならない。しかしながら、スワール制御弁１３がオフしているにもかかわらず、スワール制御弁１３が全閉したまま固着してしまうと、タンジェンシャルポート４ａは閉じたまま、ヘリカルポート４ｂのみから空気が燃焼室に供給されるので、インテークマニホールド４における吸気抵抗が増大し、実吸入空気量ＧＦが少なくなってしまう。
したがって、ステップＳ６において算出した実空気過剰率λＦが、ステップ７において、判定基準値λＳ以下であり、一連の処理を経た後、ステップＳ１０において異常フラグＦ１がオンした場合、吸気系の異常をスワール制御弁１３の閉故障と特定することができる。
【００１８】
実施の形態２．
実施の形態１において、図２のフローチャートのステップＳ１では、判定基準値λＳがエンジン回転数をパラメータとした一次元マップにより構成されていたが、ＥＣＵ１６は、エンジン回転数及び燃料噴射量パラメータとした二次元マップにより判定基準値λＳを算出してもよい。これにより、エンジン回転数と燃料噴射量との組み合わせごとに基準値を変えられるので、エンジンの運転領域ごとに、異なる条件で燃焼が行われたとしても、精度のよい吸気系の異常を判定することができる。
【００１９】
なお、本発明は吸気抵抗が大きくなるような吸気異常系に限らず、例えば、スワール制御弁１３の開固着のような吸気抵抗が小さくなる吸気異常系にも適用できる。また、混合比として空気過剰率の他に、空燃比や当量比を使用するようにしても良い。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明によれば、吸気絞り弁より下流、且つスワール制御弁の上流の圧力に基づいて算出された燃料噴射量及びエアフローメータにより検出された実吸入空気量から、燃料噴射量と実吸入空気量との混合比を算出すると共に、エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数に対応して混合比の基準値を定め、スワール制御弁をオフの状態で、混合比と基準値とを比較することにより、異常判定回路がスワール制御弁の異常を判定するので、高価なＯ２センサを用いることなく、安価な費用で吸気系にあるスワール制御弁の異常を検出することができる。
請求項２に記載の発明によれば、吸気絞り弁より下流、且つスワール制御弁の上流の圧力に基づいて算出された燃料噴射量及びエアフローメータにより検出された実吸入空気量から、燃料噴射量と実吸入空気量との混合比を算出すると共に、エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数及び燃料噴出量に対応して混合比の基準値を定め、スワール制御弁をオフの状態で、混合比と基準値とを比較することにより、異常判定回路がスワール制御弁の異常を判定するので、高価なＯ２センサを用いることなく、安価な費用で吸気系にあるスワール制御弁の異常を検出することができる。さらに、エンジン回転数と燃料噴射量との組み合わせごとに基準値を変えられるので、エンジンの運転領域ごとに、異なる条件で燃焼が行われたとしても、スワール制御弁の異常を精度良く判定することができる。
請求項３に記載の発明によれば、燃料噴射量と吸入空気量との混合比を、理論空燃比に基づいて算出された空気過剰率としているので、スワール制御弁の異常を精度良く検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の比較例及び実施の形態１に係るディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置をディーゼルエンジン搭載車両に適用した場合の構成を示す図である。
【図２】 比較例及び実施の形態１に係るディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置の異常検出動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
３…吸気通路、４…インテークマニホールド、７…エアクリーナ、８ａ…ターボチャージャーのコンプレッサ、９…インタークーラ、１０…吸気絞り弁、１３…スワール制御弁、１４…エンジン回転センサ、１６…ＥＣＵ、１７…エアフローメータ、λＳ…判定基準値、λＦ…実空気過剰率。
Claims (3)
- 吸気系に、吸気絞り弁及び前記吸気絞り弁の下流に設けられた複数の吸気ポートを有し、前記複数の吸気ポートのうちのひとつに、燃焼室内においてスワールを形成するスワール制御弁が設けられたディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置において、
前記吸気絞り弁より下流、且つ前記スワール制御弁の上流の圧力に基づいて、前記ディーゼルエンジンの燃料噴射量を算出する噴射量算出回路と、
前記ディーゼルエンジンの吸気系の実吸入空気量を検出するエアフローメータと、
前記ディーゼルエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転センサと、
前記噴射量算出回路により算出された燃料噴射量及び前記エアフローメータにより検出された実吸入空気量から、前記燃料噴射量と前記実吸入空気量との混合比を算出すると共に、前記エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数に対応して前記混合比の基準値を定め、
前記スワール制御弁をオフの状態で、前記混合比と前記基準値とを比較することにより、前記スワール制御弁の異常を判定する異常判定回路と
を備えたディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置。 - 吸気系に、吸気絞り弁及び前記吸気絞り弁の下流に設けられた複数の吸気ポートを有し、前記複数の吸気ポートのうちのひとつに、燃焼室内においてスワールを形成するスワール制御弁が設けられたディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置において、
前記吸気絞り弁より下流、且つ前記スワール制御弁の上流の圧力に基づいて、前記ディーゼルエンジンの燃料噴射量を算出する噴射量算出回路と、
前記ディーゼルエンジンの吸気系の実吸入空気量を検出するエアフローメータと、
前記ディーゼルエンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転センサと、
前記噴射量算出回路により算出された燃料噴射量及び前記エアフローメータにより検出された実吸入空気量から、前記燃料噴射量と前記実吸入空気量との混合比を算出すると共に、前記エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数及び前記燃料噴出量に対応して前記混合比の基準値を定め、
前記スワール制御弁をオフの状態で、前記混合比と前記基準値とを比較することにより、前記スワール制御弁の異常を判定する異常判定回路と
を備えたディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置。 - 前記混合比は、理論空燃比に基づいて算出された空気過剰率である請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの吸気系異常検出装置。
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