JP4640482B2 - 燃焼改善手段の故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼改善手段の故障診断装置に関し、特に燃焼改善手段の故障を対応する気筒毎に低コストで、さらには高い検出性で検出可能な燃焼改善手段の故障診断装置に関する。

従来、燃焼室に連通する吸気通路に燃焼状態の改善を図るための燃焼改善手段が配設された内燃機関が知られている。燃焼改善手段としては具体的には筒内にタンブル流やスワール流といった旋回気流を生成するための気流制御弁が一般によく知られている。係る燃焼改善手段が故障すると燃焼が意図通りに行われなくなることから燃焼状態が悪化し、その結果、気筒間で燃焼状態のアンバランスが生じたり、排気エミッションが増大したりする。これに対して故障に対応すべく制御の切り替えや早急な修理などを行う上で、燃焼改善手段の故障を高い検出性で検出することが重要となる。

燃焼改善手段の故障検出に関しては、例えば特許文献１で空燃比を利用して吸気制御弁の異常を検出する技術が提案されている。また、特許文献２では燃焼圧センサを利用して正常時の燃焼期間と実際の燃焼期間とを比較してＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）の異常を検出する技術が提案されている。特許文献３では圧力センサを利用してＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）開閉時のＴＣＶの上流圧の差に基づいて、ＴＣＶの故障を検出する技術が提案されている。なお、これら吸気制御弁、ＳＣＶ及びＴＣＶは燃焼改善手段に相当する構成である。そのほか燃焼状態の判定に関し、例えば特許文献４ではクランク角加速度を利用して各気筒の燃焼状態を推定する技術が提案されている。また、特許文献５ではクランク角加速度を利用して燃焼状態が悪化している気筒を特定するとともに、点火時期等を補正して燃焼状態の回復を図る技術が提案されている。

特開平１０−１２１９９１号公報 特開平０７−８３１０１号公報 特開平０９−２０９８１０号公報 特開２００４−９２６０３号公報 特開２００５−６１３７１号公報

例えば空燃比を利用する特許文献１の提案技術では、どの気筒に対応する燃焼改善手段が故障しているのかまでは検出できない。この場合には、故障を検出しても気筒毎に運転条件を制限することができないため、例えば故障に対応すべく制御を切り替えると他の正常な気筒の運転までスポイルしてしまう虞がある。また、燃焼改善手段の故障態様としては、例えば気流制御弁を例に挙げると固着等により全ての気流制御弁が作動不良に陥るような故障態様のほかにも、気流制御弁個々の変形、破損、脱落等により、対応する気筒の燃焼状態が悪化するといった故障態様もある。また気流制御弁を軸支する弁軸の捩れにより特定の気筒の燃焼状態が悪化するといった事態も、故障態様の一つとして捉えることができる。なお、気流制御弁の変形、破損、脱落等は、気流制御弁が樹脂製の場合にバックファイヤが発生したりすると発生することがある。

これに対して特許文献２または３の提案技術によれば、燃焼改善手段の故障を対応する気筒毎に検出できる。しかしながら、特許文献２または３の提案技術では筒内圧センサや圧力センサを予め備えていない場合にこれらのセンサを故障検出のために改めて備える必要がある。このため、特許文献２または３の提案技術では構成全体としてコスト的に不利になる虞がある。またこれらの提案技術では故障検出性に関して特に言及されていないため、気流制御弁の変形といった比較的程度の小さい故障までは検出できない虞がある。一方、クランク角加速度を利用する特許文献４及び５の提案技術では燃焼状態が悪化した原因が燃焼改善手段の故障によるものか、吸気系のエア吸い込みによるものか、燃料噴射系の故障によるものかなどを特定できない。このため、特許文献４及び５の提案技術では故障に対応すべく制御を切り替える際に、故障原因に応じた好適な制御に切り替えることができない虞や、修理を行う際に原因の特定に時間を要し、修理を迅速に行えない虞などがある。

そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、燃焼改善手段の故障を対応する気筒毎に低コストで、さらには高い検出性で検出可能な燃焼改善手段の故障診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に燃焼状態を改善するために配設された燃焼改善手段の故障を診断する燃焼改善手段の故障診断装置であって、前記内燃機関が定常運転状態でありかつ前記燃焼改善手段が作動しているときに、前記内燃機関が有する複数の気筒について１気筒毎に点火時期を次第に遅角するとともに前記点火時期の遅角量に対応する前記気筒の平均クランク角速度を算出し、算出された前記平均クランク角速度を前記平均クランク角速度に対応した前記点火遅角量とともに記憶部に記憶しておき、前記記憶部に記憶された複数の前記平均クランク角速度および前記点火遅角量のうちから複数の前記気筒の間で略同一の前記平均クランク角速度に対応する前記点火遅角量を前記気筒毎に求める点火遅角量算出手段と、前記点火遅角量算出手段が算出した前記気筒毎の前記点火遅角量のうち所定値よりも小さい値の前記点火遅角量を有する前記気筒に対応する前記燃焼改善手段に異常あり、と判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする燃焼改善手段の故障診断装置である。

ここで平均クランク角加速度とは、複数の燃焼サイクルに亘って気筒毎に算出された複数のクランク角加速度の気筒毎の平均値であり、クランク角加速度としては例えば内燃機関の膨張行程の上死点から下死点の区間で気筒毎に算出したものを適用できる。そしてこれら平均クランク角加速度やクランク角加速度は、内燃機関にごく一般に配設されているクランク角センサの出力信号に基づき気筒毎に算出できる。ここで点火時期を遅角した場合、燃焼状態は不安定になる傾向にあるが、点火時期を遅角させた上である同一の燃焼状態を得るにあたっては、正常な気筒のほうが異常な気筒よりも燃焼状態が安定しているため点火遅角量は大きくなる。換言すれば、異常な気筒ではもともと燃焼状態が悪化しているため、遅角できる点火遅角量は小さくなる。本発明は係る点に着目したものであり、本発明によれば燃焼改善手段の故障を対応する気筒毎に検出できる。

本発明によれば、燃焼改善手段の故障を対応する気筒毎に低コストで、さらには高い検出性で検出可能な燃焼改善手段の故障診断装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１Ａで実現されている本実施例に係る燃焼改善手段の故障診断装置を、内燃機関システム１００とともに模式的に示す図である。内燃機関システム１００は、吸気系１０と、排気系２０と、燃料噴射系３０と、内燃機関５０とを有して構成されている。吸気系１０は内燃機関５０に空気を導入するための構成であり、吸気を濾過するためのエアクリーナ１１や、空気量を計測するエアフロメータ１２や、吸気の流量を調節するスロットル弁１３や、吸気を一時的に貯蔵するサージタンク１４や、吸気を内燃機関５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１５や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。

排気系２０は、エキゾーストマニホールド２１と、三元触媒２２と、図示しない消音器と、これらの構成の間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。エキゾーストマニホールド２１は各気筒からの排気を合流させるための構成であり、各気筒に対応させて分岐させた排気通路を、下流側で一つの排気通路に集合させている。三元触媒２２は排気を浄化するための構成であり、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化と窒素酸化物ＮＯｘの還元を行う。排気系２０には、排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのＡ／Ｆセンサ２３が三元触媒２２の上流に、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサ２４が三元触媒２２の下流に夫々空燃比センサとして配設されている。

燃料噴射系３０は燃料を供給及び噴射するための構成であり、燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２や燃料タンク３３などを有して構成されている。燃料噴射弁３１は燃料を噴射するための構成であり、ＥＣＵ１Ａの制御のもと、適宜の噴射時期に開弁されて燃料を噴射する。また燃料噴射量は、ＥＣＵ１Ａの制御のもと燃料噴射弁３１が閉弁されるまでの間の開弁期間の長さで調節される。燃料噴射ポンプ３２は燃料を加圧して噴射圧を発生させるための構成であり、ＥＣＵ１Ａの制御のもと噴射圧を適宜の噴射圧に調節する。

内燃機関５０は、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、点火プラグ５４と、吸気弁５５と、排気弁５６とを有して構成されている。本実施例に示す内燃機関５０は直列４気筒のガソリンエンジンである。但し内燃機関５０は本発明を実施可能な内燃機関であれば特に限定されず、例えばディーゼルエンジンなどであってもよく、また他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。なお、ディーゼルエンジンの場合には点火プラグ５４は不要となる。また図１では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック５１には、略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内には、ピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５７は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。

シリンダヘッド５２には燃焼室５７に吸気を導くための吸気ポート５２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室５７から排気するための排気ポート５２ｂが形成され、さらにこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５及び５６が配設されている。なお、内燃機関５０は１気筒あたりに適宜の数量の吸排気弁５５及び５６を備えた吸排気弁構造であってよい。点火プラグ５４は、燃焼室５７の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。燃料噴射弁３１は所謂ポート噴射を行えるように、吸気ポート５２ａ内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。なお、燃料噴射弁３１は例えば筒内に直接燃料を噴射できるように配設されてもよい。

吸気ポート５２ａには、燃焼室５７内にタンブル流を生成するための気流制御弁５８が配設されている。気流制御弁５８は、ＥＣＵ１Ａの制御のもと吸気ポート５２ａ内で吸気を偏流させて燃焼室５７内にタンブル流を生成するための構成である。図２は、気流制御弁５８を弁軸６１及びアクチュエータ６２とアッセンブリした状態で示す図である。気流制御弁５８夫々は１本の弁軸６１に連なるように固定されている。アクチュエータ６２は弁軸６１の一端に連結されている。気流制御弁５８の先端側には所定の開口面積を持つ切欠き部５８ａが形成されており、この切欠き部５８ａにより特に気流制御弁５８全閉時に吸気の流速が高められる。

なお、気流制御弁５８はインテークマニホールド１５が形成する吸気通路に配設されていてもよい。また、気流制御弁５８はタンブル流を生成するものに限られず、所定の開弁状態で燃焼室５７内に強い旋回気流を生成して混合気のミキシング性を向上できるものであれば、逆タンブル流やスワール流やタンブル流とスワール流とを合成して形成される斜めタンブル流を生成するものなどであってもよい。本実施例では気流制御弁５８で燃焼改善手段を実現している。そのほか内燃機関５０には、回転数Ｎｅに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ７１や、内燃機関５０の水温を検出するための水温センサ７２などの各種のセンサが配設されている。

ＥＣＵ１Ａは、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１Ａは主として内燃機関５０を制御するための構成であり、本実施例では燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２や点火プラグ５４（より具体的には図示しないイグナイタ）のほか、気流制御弁５８（より具体的にはアクチュエータ６２）なども制御している。ＥＣＵ１Ａにはこれら燃料噴射弁３１などのほか、各種の制御対象が駆動回路（図示省略）を介して接続されている。また、ＥＣＵ１Ａにはエアフロメータ１２や、クランク角センサ７１や、水温センサ７２や、アクセルペダル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度）を検知するためのアクセルセンサ７３などの各種のセンサが接続されている。

ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関５０制御用プログラムのほか、燃料噴射弁３１を制御するための燃料噴射弁制御用プログラムや、Ａ／Ｆセンサ２３や酸素センサ２４を利用して空燃比をＦ／Ｂ制御するための空燃比Ｆ／Ｂ制御用プログラムや、クランク角センサ７１の出力信号に基づき、クランク角加速度を気筒毎に算出するためのクランク角加速度算出用プログラムや、複数の燃焼サイクルに亘って気筒毎に算出された複数のクランク角加速度の気筒毎の平均値（以下、単に平均クランク角加速度とも称す）を算出するための平均クランク角加速度算出用プログラムや、気筒毎の平均クランク角加速度と、気流制御弁５８の作動状態とに基づいて、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に判定する故障判定用プログラムなども格納している。なお、これらのプログラムは内燃機関５０制御用プログラムの一部として構成されていてもよい。

故障判定用プログラムは、具体的には気流制御弁５８が作動しているとき（本実施例では全閉になるように制御されているとき）に、気筒毎の平均クランク角加速度が減速側にある場合に、減速側にある平均クランク角加速度が検出された気筒に対応する気流制御弁５８に仮異常あり、と判定するとともに、さらに仮異常ありと判定した気流制御弁５８が作動していないとき、すなわち全開になるように制御されているときに、減速側にある平均クランク角加速度が検出された気筒の平均クランク角加速度が減速側にない場合に本異常あり、と判定するように作成されている。本実施例では、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭ（以下、単にＣＰＵ等と称す）と内燃機関５０制御用のプログラムとで、各種の検出手段や判定手段や制御手段などが実現されており、特にＣＰＵ等とクランク角加速度算出用プログラムとでクランク角加速度算出手段が、ＣＰＵ等と平均クランク角加速度算出用プログラムとで平均クランク角加速度算出手段が、ＣＰＵ等と故障判定用プログラムとで故障判定手段が夫々実現されている。

図３はクランク角加速度の算出方法の一例を模式的に示す図である。本実施例では、クランク角加速度を算出するためにクランク角センサ７１からの出力信号をクランク角１０°毎に検出する。また本実施例では、ＴＤＣとＢＤＣの２ヶ所のクランク角位置で角速度ω_０（ｋ），ω_０（ｋ＋１）をそれぞれ求め、同時にクランク軸がＴＤＣからＢＤＣまで回転する時間Δｔ（ｋ）を求める。角速度ω_０（ｋ）を求める際には、例えば図３に示すように、クランク角がＴＤＣの位置から前後１０°づつの範囲を変化している間の時間Δｔ_０（ｋ），Δｔ_１０（ｋ）を検出する。そして、時間Δｔ_０（ｋ）＋Δｔ_１０（ｋ）の間にクランク角は２０°変化しているため、ω_０（ｋ）＝（２０／（Δｔ_０（ｋ）＋Δｔ_１０（ｋ）））×（π／１８０）を演算することによってω_０（ｋ）［ｒａｄ／ｓ］を算出できる。同様に、ω_０（ｋ＋１）を算出する際は、クランク角がＢＤＣの位置から前後１０°づつの範囲を変化している間の時間Δｔ_０（ｋ＋１），Δｔ_１０（ｋ＋１）を検出する。そして、ω_０（ｋ＋１）＝（２０／（Δｔ_０（ｋ＋１）＋Δｔ_１０（ｋ＋１）））×（π／１８０）を演算することによってω_０（ｋ＋１）［ｒａｄ／ｓ］を算出できる。さらにこれら角速度ω_０（ｋ），ω_０（ｋ＋１）を用いて、（ω_０（ｋ＋１）−ω_０（ｋ））／Δｔ（ｋ）を演算することで、ＴＤＣからＢＤＣまでの間のクランク角加速度を算出することができる。

一方、ＴＤＣからＢＤＣまでの区間で慣性トルクの平均値は略ゼロになる。このため、この区間のクランク角加速度を求めることで往復慣性質量の影響を排除できる。これにより燃焼状態のみに起因するクランク角加速度を算出することができ、クランク角加速度に基づいて燃焼状態を推定することが可能となる。また、内燃機関５０は＃１気筒から＃４気筒までの４気筒で構成されており、クランク角１８０°毎に＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の順で膨張行程が行われる。したがって、例えば＃１気筒が膨張行程になっている場合には、＃３気筒は圧縮行程、＃４気筒は吸気行程、＃２気筒は排気行程となる。そして圧縮、吸気及び排気行程のトルクは、膨張行程で発生する筒内ガス圧によるトルクに比べて非常に小さい。このため、＃１気筒の膨張行程で算出したクランク角加速度は、＃１気筒の爆発で発生した筒内ガス圧を反映しているとみなすことができる。したがって各気筒の膨張行程でクランク角加速度を算出することで、燃焼状態を推定可能なクランク角加速度を気筒毎に算出できるようになる。本実施例では、クランク角加速度算出用プログラムは上記のようにしてクランク角加速度を算出するように作成されている。

図４は、気流制御弁５８の作動状態の変化があったときにクランク角加速度が時間経過とともに変化する様子を気筒毎に示す図である。ここでは＃１及び＃３気筒に対応する気流制御弁５８を吸気ポート５２ａから取り外すことで気流制御弁５８の故障状態を再現している。この状態で気流制御弁５８はおよそ時間ｔ１まで全閉になるように制御されており、その後全開になるように制御されている。気流制御弁５８が全閉になるように制御されているとき、＃１及び＃３気筒のクランク角加速度の分布は減速側、換言すれば負の値に偏っていることがわかる。これに対して＃２及び＃４気筒のクランク角加速度の分布は加速側、換言すれば正の値に偏っていることがわかる。これは、＃１及び＃３気筒が燃焼状態の悪化により抵抗となり、回転数Ｎｅを低下させるように作用することによる。一方、気流制御弁５８が全開になるように制御されているとき、すべての気筒でクランク角加速度の分布はゼロ付近にまとまっていることがわかる。これは気流制御弁５８全開時には気流制御弁５８が燃焼改善に寄与していないため、気流制御弁５８が変形、破損、脱落等により故障していても燃焼状態、換言すればクランク角加速度に影響が及ばないことによる。

図５は、図４に示したクランク角加速度の平均クランク角加速度を気筒毎に算出した結果を模式的に示す図である。具体的には図５（ａ）では気流制御弁５８が全閉になるように制御されているときの平均クランク角加速度の算出結果を示しており、図５（ｂ）では気流制御弁５８が全開になるように制御されているときの平均クランク角加速度の算出結果を示している。なお、平均クランク角加速度を算出するためのクランク角加速度のサンプルを取得する間隔は図５に示すような気流制御弁５８の作動状態毎に限られず、気流制御弁５８の作動状態毎にクランク角加速度の分布傾向が十分反映されるサンプルが得られる程度の間隔であればよい。具体的には例えば気流制御弁５８の作動状態毎にさらに所定の時間内で得られるクランク角加速度のサンプルの平均により平均クランク角加速度を算出することなども可能である。

図５（ａ）に示すように、気流制御弁５８全閉時には＃１及び＃３気筒の平均クランク角加速度は減速側に収束していることがわかる。これに対して＃２及び＃４気筒の平均クランク角加速度は加速側に収束していることがわかる。一方、図５（ｂ）に示すように気流制御弁５８全開時には、すべての気筒で平均クランク角加速度はほぼゼロに収束していることがわかる。本実施例では係る平均クランク角加速度の収束性に着目して気流制御弁５８の故障を気筒毎に検出する。

次に、気流制御弁５８の故障を気筒毎に検出するにあたって、ＥＣＵ１Ａで行われる処理を図６に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１Ａは、ＣＰＵがＲＯＭに格納された上述の内燃機関５０制御用プログラムや、クランク角加速度算出用プログラムや、平均クランク角加速度算出用プログラムや、故障判定用プログラムなどの各種のプログラムに基づき、フローチャートに示す処理を実行することで気流制御弁５８の故障を検出する。ＣＰＵは内燃機関５０が始動中であるか否かを判定する処理を実行する（ステップ１１）。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは水温ＴＨＷが所定範囲内にあるか否かを判定する処理を実行する（ステップ１２）。ここで所定範囲とは冷間ファストアイドル時を示す温度範囲であり、本実施例ではこの所定範囲を−１０℃から６０℃までの温度範囲に設定している。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵはアイドル条件が成立しているか否かを判定する処理を実行する（ステップ１３）。本実施例では内燃機関５０の運転状態が比較的安定しているアイドル運転時に気流制御弁５８の故障検出を行うようにしているため、本ステップでアイドル条件が成立しているか否かが判定される。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。

一方肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８が全閉になるように制御されているか否かを判定する処理を実行する（ステップ１４）。肯定判定であれば、ＣＰＵは平均クランク角加速度を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ１５）。続いてＣＰＵは、平均クランク角加速度が負で、且つ所定値よりも小さいか否かを気筒毎に判定する処理を実行する（ステップ１６）。本実施例ではこの所定値を−１００［ｒａｄ／ｓ^２］に設定している。ステップ１６で否定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８が正常である、と判定する処理を実行する（ステップ１７）。一方、１気筒でもステップ１６に示す条件に該当すればステップ１６で肯定判定され、ＣＰＵは該当する気筒に対応する気流制御弁５８に仮異常あり、と判定する処理を実行する（ステップ１８）。

また、冷間ファストアイドル時に気流制御弁５８が全開になるように制御されているときに、本フローチャートに示す処理が実行されると、ステップ１１から１３までで肯定判定された後、ステップ１４で否定判定される。これによりステップ２０以降に示す処理が実行される。なお、ステップ１８で仮異常判定したことにより気流制御弁５８が全開になるように適宜制御してもよい。ステップ１４で否定判定であれば、ＣＰＵは平均クランク角加速度を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ２１）。続いてＣＰＵは、平均クランク角加速度が負で、且つ所定値よりも小さいか否かを気筒毎に判定する処理を実行する（ステップ２２）。本実施例ではこの所定値を−１００［ｒａｄ／ｓ^２］に設定している。

ステップ２２で肯定判定であれば、気流制御弁５８が機能していないにも関わらず、燃焼状態が悪化していることになる。このためステップ２２で肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８以外の異常あり、と判定する処理を実行する（ステップ２４）。一方、ステップ２２で否定判定であれば、ＣＰＵはまずステップ１８で仮異常判定されたか否かを判定する処理を実行し（ステップ２３）、否定判定であれば、ＣＰＵは本フローチャートに示す処理を一旦終了する。一方肯定判定であれば、ステップ１８で判定した仮異常が気流制御弁５８に基づくものであると特定できる。このため、ステップ２３で肯定判定であれば、ＣＰＵはステップ１８で仮異常判定した気流制御弁５８に本異常あり、と判定する処理を実行する（ステップ２５）。

ところで、上述した図６に示すフローチャートは冷間ファストアイドル時に気流制御弁５８の故障を検出するための処理を示したものである。一方、温間時には一般に内燃機関５０で空燃比のＦ／Ｂ制御が行われる。このため、温間時には各気筒において燃焼状態が冷間ファストアイドル時よりも安定し、これに起因して気流制御弁５８の故障が検出し難くなる傾向にある。このため、次に気流制御弁５８の故障を温間時に高い検出性をもって検出するにあたって、ＥＣＵ１Ａで行われる処理を図７に示すフローチャートを用いて詳述する。なお本フローチャートは、ステップ１３の後にステップ１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが追加されている以外、図６に示すフローチャートと同一のものとなっている。このため、本フローチャートでは特にステップ１３ａ、１３ｂ及び１３ｃについて詳述する。但しステップ１２に関しては、本フローチャートでは所定範囲が温間時であることを示す６０℃から９０℃までの温度範囲に設定されている。

ステップ１３に続いて、ＣＰＵは故障検出条件が成立したか否かを判定する処理を実行する（ステップ１３ａ）。故障検出条件とは、具体的には例えば車速が０ｋｍ／ｈであること、アイドル回転数が所定範囲内（例えば目標回転数±２５ｒｐｍ）にあること、空燃比が所定範囲内（例えば目標空燃比を１４．６として、１４．６±０．１）にあること、蒸発燃料のパージ制御を行っている場合にはエバポパージ量が所定範囲内（例えば１％以内）にあること、可変動弁機構ＶＶＴを備えている場合にはＶＶＴ値が略ゼロであること、クランク角センサ７１などの各種のセンサの異常が検出されていないこと、その他ダイアグノーシス診断で異常が検出されていないこと等である。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵはアイドル点火時期を大幅に遅角する処理を実行する（ステップ１３ｂ）。具体的には本実施例では、アイドル点火時期をＡＴＤＣ１０°に遅角している。本ステップでアイドル点火時期を大幅に遅角することで各気筒において燃焼状態を不安定にすることができる。このため、燃焼状態が悪化している気筒を平均クランク角加速度で検出し易くすることができる。続いてＣＰＵは気流制御弁５８の作動状態を確認し、気流制御弁５８が全閉になるように制御されていない場合には、気流制御弁５８を全閉に制御するための処理を実行する（ステップ１３ｃ）。これによりステップ１４で肯定判定され、ステップ１５以降に示す処理を実行して仮異常判定を行うことができる。

一方、ステップ１８で仮異常あり、と判定した後に本フローチャートに示す処理を実行したときには、ステップ１３ｃでＣＰＵは気流制御弁５８の作動状態を確認し、気流制御弁５８が全開になるように制御されていない場合には、気流制御弁５８を全開に制御するための処理を実行する。これによりステップ１４で否定判定され、ステップ２０以降に示す処理を実行して本異常判定を行うことができる。なお、図６及び図７に示すフローチャートにおいて、ステップ２１以降に示す処理がステップ１５以降に示す処理よりも先に実行されてもよく、この場合にはステップ２３に示す処理を実行しないようにするとともに、まずステップ２１以降に示す処理で気流制御弁５８全開時に異常がないことを確認し、その後ステップ１５以降に示す処理が実行されたときに、ステップ１６で肯定判定であれば、該当する気筒に対応する気流制御弁５８に異常あり、と判定するように故障判定用プログラムを作成すればよい。以上により、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に低コストで、さらには高い検出性で検出可能なＥＣＵ１Ａを実現できる。

本実施例に係るＥＣＵ１Ｂは、故障判定用プログラムが、さらに内燃機関５０の始動後、所定時間内に平均クランク角加速度の代わりに、クランク角加速度の変化の軌跡長（以下、単に軌跡長とも称す）に基づいて、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に判定するためのプログラムを有して構成されている以外、実施例１に係るＥＣＵ１Ａと同一のものとなっている。ここで内燃機関５０の始動後、所定時間内はＡ／Ｆセンサ２３や酸素センサ２４が活性温度に達していないため、空燃比のＦ／Ｂ制御が行われない。この場合、特に燃焼状態が悪化している気筒では燃焼状態が大きくばらつくことになるため、クランク角加速度も激しく変化し、その結果、軌跡長が明らかに長くなる。

図８は、空燃比のＦ／Ｂ制御の状態変化があったときにクランク角加速度が時間経過とともに変化する様子を気筒毎に示す図である。ここでは＃１及び＃３気筒に対応する気流制御弁５８を吸気ポート５２ａから取り外すことで、気流制御弁５８の故障状態を再現している。この状態で空燃比のＦ／Ｂ制御は時間ｔ２まで行われておらず、その後空燃比のＦ／Ｂ制御が行われている。空燃比のＦ／Ｂ制御が行われていないとき、＃１及び＃３気筒のクランク角加速度は大きく変動している。これに対して＃２及び＃４気筒のクランク角加速度の変動は比較的小さいことがわかる。一方、空燃比のＦ／Ｂ制御が行われているとき、すべての気筒でクランク角加速度の収束性が高まり、変動が小さくなっていることがわかる。

図９は、空燃比のＦ／Ｂ制御が行われていないときの軌跡長を気筒毎に算出した結果を模式的に示す図である。図９に示すように、＃１及び＃３気筒の軌跡長は＃２及び＃４気筒の軌跡長よりも長くなっていることがわかる。一方、空燃比のＦ／Ｂ制御が行われているときは、各気筒で燃焼状態の安定性が高まるため、軌跡長では正常な気筒と異常な気筒との間で有意差が小さくなる。このため、空燃比のＦ／Ｂ制御が行われているときは、本実施例では図１０に示すように平均クランク角加速度を気筒毎に算出して気流制御弁５８の故障を検出する。図１０から、平均クランク角加速度はＦ／Ｂ制御が行われているときでも＃１及び＃３気筒で減速側に収束し、＃２及び＃４気筒で加速側に収束することがわかる。このような分析結果から、本実施例では空燃比のＦ／Ｂ制御が行われていないときには、軌跡長の違いに着目して気流制御弁５８の故障を気筒毎に高い検出性で検出する。

次に気流制御弁５８の故障を検出するにあたって、ＥＣＵ１Ｂで行われる処理を図１１に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、ステップ３１から３３までは図６に示すフローチャートのステップ１１から１３までと同一のものとなっているため説明を省略する。ステップ３３の肯定判定に続いて、ＣＰＵは気流制御弁５８が全閉になるように制御されているか否かを判定する処理を実行する（ステップ３４）。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは空燃比のＦ／Ｂ制御が実行中であるか否かを判定する処理を実行する（ステップ３５）。否定判定であれば、ＣＰＵは軌跡長を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ３６）。図１２は軌跡長の算出方法を模式的に示す図である。軌跡長は、負のクランク角加速度を正数に変換した後に積算していくことで算出される。

ステップ３６に続いてＣＰＵは、軌跡長が所定値よりも大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップ３７）。本実施例ではこの所定値を１０００［ｒａｄ／ｓ^２］に設定している。肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８に異常あり、と判定する処理を実行する（ステップ３８）。一方、ステップ３７で否定判定であれば、ＣＰＵは平均クランク角加速度を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ４１）。すなわち本実施例では、軌跡長で異常を検出できなかった場合でも、さらに平均クランク角加速度で判定を行うようにしている。これによりダブルチェックといった観点からも故障の検出性を高めることができる。また、ステップ３５で肯定判定された場合にも同様にステップ４１に示す処理を実行する。続いてＣＰＵは、平均クランク角加速度が負で、且つ所定値よりも小さいか否かを気筒毎に判定する処理を実行する（ステップ４２）。本実施例ではこの所定値を−１００［ｒａｄ／ｓ^２］に設定している。

ステップ４２で否定判定であれば、燃焼状態が特段悪化していないことになる。このためステップ４２で否定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８が正常である、と判定する処理を実行する（ステップ４３）。一方、１気筒でもステップ４２に示す条件に該当すればステップ４２で肯定判定される。この場合、ＣＰＵは該当する気筒に対応する気流制御弁５８に異常あり、と判定する処理を実行する（ステップ４４）。なお、本実施例では説明の便宜上ステップ３８及び４４で異常あり、と判定しているが、これらのステップにおける異常判定を仮異常判定として位置付け、ステップ３４の否定判定に続いて実施例１と同様にステップ２１から２４までの処理を行うようにすることが好ましい。これにより気流制御弁５８の異常であるか否かをより正確に判定できる。以上により、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に低コストで、さらには高い検出性で検出可能なＥＣＵ１Ｂを実現できる。

本実施例に係るＥＣＵ１Ｃは、さらに回転数Ｎｅを目標回転数に維持すべく、アイドル点火時期のＦ／Ｂ制御を行うためのアイドル点火時期Ｆ／Ｂ制御用プログラムがＲＯＭに格納されている以外、実施例１に係るＥＣＵ１Ａと同一のものとなっている。ここで冷間ファストアイドル時に各気筒に対応する気流制御弁５８が正常に作動していれば、回転数Ｎｅを目標回転数に維持できる。一方、１気筒でも対応する気流制御弁５８が故障していれば、回転数Ｎｅは目標回転数よりも故障の度合いに応じて低下してしまう。さらに回転数Ｎｅが低下するとクランク角速度も低下してしまうため、クランク角速度の変化量であるクランク角加速度の大きさも小さくなってしまう。すなわち、クランク角加速度による気流制御弁５８の故障検出精度は回転数Ｎｅが低下した分、低下してしまうことになる。

図１３は、クランク角加速度が時間経過とともに変化する様子を気筒毎に示す図である。ここでは＃１気筒と＃３気筒に対応する気流制御弁５８を吸気ポート５２ａから取り外すことで、気流制御弁５８の故障状態を再現している。また図１４は、図１３に示したクランク角加速度の平均クランク角加速度を気筒毎に算出した結果を模式的に示す図である。より具体的には図１４（ａ）ではアイドル点火時期のＦ／Ｂ制御を行った場合の平均クランク角加速度の算出結果を示しており、図１４（ｂ）ではアイドル点火時期のＦ／Ｂ制御を行わなかった場合の平均クランク角加速度の算出結果を示している。図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、アイドル点火時期のＦ／Ｂ制御を行うことでＳ／Ｎ比が向上し、平均クランク角加速度の正常値と異常値との間の隔たりが拡大することがわかる。

図１５はアイドル点火時期のＦ／Ｂ制御を模式的に示す図である。アイドル点火時期のＦ／Ｂ制御を行うにあたっては、まずクランク角センサ７１の出力信号に基づき回転数Ｎｅを検出し、さらに目標回転数と回転数Ｎｅとの差を算出する。アイドル点火時期のＦ／Ｂ制御は、この差に基づき回転数Ｎｅが目標回転数になるようにアイドル点火時期を変更することで行われる。なお、図１５に示すように目標空気量とエアフロメータ１２の出力信号に基づく空気量の差を算出し、この差に基づきスロットル開度のＦ／Ｂ制御を行ってもよい。図１６は、内燃機関５０で発生するトルクの特性をアイドル点火時期との関係で示す図であり、図１６（ａ）では気流制御弁５８が吸気通路に備えられていない場合のトルク特性を、図１６（ｂ）では気流制御弁５８が吸気通路に備えられている場合のトルク特性を夫々示している。なお、図１６（ａ）及び（ｂ）では回転数Ｎｅ及び空気量は一定且つ同一の大きさとなっている。

図１６（ａ）及び（ｂ）から、同一のアイドル点火時期からアイドル点火時期を同じように進角させた場合、気流制御弁５８を備えている場合と気流制御弁５８を備えていない場合とでともにトルクが向上することがわかる。ところが、点火時期変更前後のトルク差は、気流制御弁５８を備えている場合のほうが気流制御弁５８を備えていない場合よりも大きくなることがわかる。これにより、アイドル点火時期を適度に進角させることで燃焼状態が悪化している気筒の出力低下を主として他の気筒の出力で補うようにして、回転数Ｎｅを目標回転数にＦ／Ｂ制御できることがわかる。なお、アイドル点火時期を一定にしてスロットル開度を変化させた場合についても、同様に気流制御弁５８を備えている場合のほうが気流制御弁５８を備えていない場合よりも、スロットル開度変更前後のトルク差は大きくなる。本実施例ではＣＰＵ等とアイドル点火時期Ｆ／Ｂ制御用プログラムとでアイドル点火時期Ｆ／Ｂ制御手段が実現されており、回転数Ｎｅを目標回転数に維持すべくアイドル点火時期のＦ／Ｂ制御を行うことで、気流制御弁５８の故障を気筒毎に高い検出性で検出する。

次に気流制御弁５８の故障を判定するにあたって、ＥＣＵ１Ｃで行われる処理を図１７に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、ステップ５１から５３までは図６に示すフローチャートのステップ１１から１３までと同一のものとなっているため説明を省略する。ステップ５３の肯定判定に続いて、ＣＰＵは目標回転数と回転数Ｎｅとの差が所定範囲内に収まっているか否かを判定する処理を実行する（ステップ５４）。否定判定であれば、ＣＰＵはアイドル点火時期を補正する処理を実行する（ステップ５５）。具体的には目標回転数と回転数Ｎｅとの差に基づき、図１７に示すマップデータを参照してアイドル点火時期の補正量を読み取るとともに、読み取った補正量でアイドル点火時期を補正する処理を実行する。なお、本実施例ではこのマップデータがＲＯＭに格納されている。ステップ５４で肯定判定されるまでの間、ステップ５５が繰り返し実行され、これにより回転数Ｎｅが目標回転数にＦ／Ｂ制御される。

ステップ５４で肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８が全閉になるように制御されているか否かを判定する処理を実行する（ステップ５６）。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは平均クランク角加速度を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ５７）。続いてＣＰＵは、平均クランク角加速度が負で、且つ所定値よりも小さいか否かを気筒毎に判定する処理を実行する（ステップ５８）。本実施例ではこの所定値を−１００［ｒａｄ／ｓ^２］に設定している。ステップ５８で否定判定であれば、燃焼状態は特段悪化していないことになる。このためステップ５８で否定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８が正常である、と判定する処理を実行する（ステップ５９）。

一方ステップ５８で１気筒でもステップ５８に示す条件に該当すれば肯定判定され、ＣＰＵは該当する気筒に対応する気流制御弁５８に異常あり、と判定する処理を実行する（ステップ６０）。なお、本実施例では説明の便宜上ステップ６０で異常あり、と判定しているが、ステップ６０における異常判定を仮異常判定として位置付け、ステップ５６の否定判定に続いて実施例１と同様にステップ２１から２４までの処理を行うようにすることが好ましい。これにより気流制御弁５８の異常であるか否かをより正確に判定できる。以上により、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に低コストで、さらには高い検出性で検出可能なＥＣＵ１Ｃを実現できる。

本実施例に係るＥＣＵ４０Ｄは、第１の連通面積推定用プログラムがさらにＲＯＭに格納されるとともに、故障判定用プログラムが、さらに平均クランク角加速度の代わりに第１の連通面積推定用プログラムに基づいて推定された連通面積に基づいて、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に判定するプログラムを有して構成されている以外、実施例１に係るＥＣＵ４０Ａと同一のものとなっている。第１の連通面積推定用プログラムは、具体的には気流制御弁５８が作動しているとき（本実施例では全閉になるように制御されているとき）に連通している吸気通路の連通面積を平均クランク角加速度から気筒毎に推定するように作成されている。なお、気流制御弁５８全閉時の連通面積は切欠き部５８ａの開口面積にほぼ相当する。

ここで例えば故障態様が気流制御弁５８の変形といった故障態様の場合には、故障の程度が比較的小さいことから高い検出性が求められる。一方、平均クランク角加速度は同一の構成からなる内燃機関システム１００同士であっても製造誤差などによって内燃機関システム１００毎に値がばらつき易い。このため気流制御弁５８の変形といった故障態様の場合には、例えば気流制御弁５８が全閉になるように制御されているときに、平均クランク角加速度と判定基準値とを比較して故障を検出しようとすると誤検出してしまう虞がある。

これに対して、一般に燃焼状態と連通面積の大きさとの間には相関関係がある。図１８は筒内乱れ強度と連通面積の大きさとの関係を示す図である。一般に筒内乱れ強度は図１８に示すように連通面積の大きさで把握できる。この図から連通面積が小さくなるほど筒内乱れ強度が大きくなり、逆に連通面積が大きくなるほど筒内乱れ強度が小さくなることがわかる。また、筒内乱れ強度は混合気のミキシング性といった観点から燃焼状態の指標になる。このことから、同様に燃焼状態を指標する平均クランク角加速度と連通面積の大きさとの間で成立する相関関係を内燃機関システム１００毎に把握すれば、平均クランク角加速度から連通面積の大きさを推定できる。

また、平均クランク角加速度に対して内燃機関システム１００毎に判定基準値を設ける代わりに、平均クランク角加速度から連通面積の大きさを推定することによって、推定した連通面積に対して共通の判定基準値で故障判定ができるようになるほか、推定した連通面積を他の制御などでも有効に利用できるようになる。具体的には例えば故障に対応すべく制御を切り替えるような場合に、切り替え後の制御で連通面積の大きさを利用して、より好適な制御を実現できる。このためＥＣＵ１Ｄは、連通面積と平均クランク角加速度との相関関係を予め把握して作成したマップデータ（以下、単に第１の連通面積マップと称す）をＲＯＭに格納している。本実施例ではＣＰＵ等と第１の連通面積推定用プログラムとで連通面積推定手段が実現されており、平均クランク角加速度の代わりに平均クランク角加速度から推定した連通面積に基づくことで、気流制御弁５８の故障を気筒毎に高い検出性で検出する。

次に気流制御弁５８の故障を判定するにあたって、ＥＣＵ１Ｄで行われる処理を図１９に示すフローチャートを用いて詳述する。ＣＰＵは内燃機関５０が始動中であるか否かを判定する処理を実行し（ステップ６１）、肯定判定であれば水温ＴＨＷが所定値以上であるか否かを判定する処理を実行する（ステップ６２）。本実施例ではこの所定値を８０℃に設定している。肯定判定であれば、ＣＰＵはアイドル条件が成立しているか否かを判定する処理を実行する（ステップ６３）。なお、ステップ６１から６３までで否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方ステップ６３で肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８が全閉になるように制御されているか否かを判定する処理を実行する（ステップ６４）。否定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８を全閉に制御するための処理を実行する（ステップ６５）。

ステップ６５に続いて、或いはステップ６４で肯定判定であれば、ＣＰＵは平均クランク角加速度を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ６６）。続いてＣＰＵは、第１の連通面積マップを参照してステップ６５で算出した平均クランク角加速度から連通面積を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ６７）。続いてＣＰＵは、連通面積が所定値よりも大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップ６８）。否定判定であれば、気流制御弁５８に特段異常がないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８に異常あり、と判定する処理を実行する（ステップ６９）。なお、本実施例では説明の便宜上ステップ６９で異常あり、と判定しているが、ステップ６９における異常判定を仮異常判定として位置付け、ステップ６４の否定判定に続いてステップ６５の代わりに実施例１と同様にステップ２１から２４までの処理を行うようにすることが好ましい。これにより気流制御弁５８の異常であるか否かをより正確に判定できる。以上により、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に低コストで、さらには高い検出性で検出可能なＥＣＵ１Ｄを実現できる。

本実施例に係るＥＣＵ４０Ｅは、平均クランク角加速度学習用プログラムがさらにＲＯＭに格納されるとともに、故障判定用プログラムが、平均クランク角加速度の代わりに平均クランク角加速度学習用プログラムに基づいて学習された平均クランク角加速度の初期値からの乖離度合いに基づいて、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に判定するためのプログラムをさらに有して構成されている以外、実施例１に係るＥＣＵ４０Ａと同一のものとなっている。平均クランク角加速度学習用プログラムは、具体的には定常運転状態（例えばアイドル運転時）で気流制御弁５８が作動していないとき、すなわち全閉になるように制御されているときの平均クランク角加速度を気筒毎に算出するとともに、算出した気筒毎の平均クランク角加速度を学習するように作成されている。平均クランク角加速度の学習は例えば内燃機関５０始動毎に行われる。

図２０は、気流制御弁５８が次第に変形して連通面積が拡大した場合の平均クランク角加速度と平均クランク角加速度の検出回数との関係を示す図である。なお、平均クランク角加速度は気流制御弁５８全閉時に対応する１気筒につき算出されたものである。気流制御弁５８が次第に変形して連通面積が拡大した場合、燃焼状態が次第に悪化するため、平均クランク角加速度の大きさは検出回数が増えるにつれて次第に小さくなる。したがって平均クランク角加速度の初期値からの乖離度合いで気流制御弁５８の故障を検出できる。また、平均クランク角加速度の初期値からの乖離度合いで判定することで、平均クランク角加速度の初期値が製造誤差等でばらついた場合でも、これに起因して気流制御弁５８の故障を誤検出してしまうことを防止できる。なお、経時的な変化に限られず、突発的に気流制御弁５８が変形、破損、脱落等した場合でも同様に乖離度合いで故障を検出できる。この場合には、平均クランク角加速度の学習をより短い時間間隔毎に行うようにすることが好ましい。本実施例ではＣＰＵ等とクランク角加速度学習用プログラムとでクランク角加速度学習手段が実現されており、平均クランク角加速度の代わりに上記の乖離度合いに基づくことで、気流制御弁５８の故障を気筒毎に高い検出性で検出する。

次に気流制御弁５８の故障を判定するにあたって、ＥＣＵ１Ｅで行われる処理を図２１に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、ステップ７１から７５までは図１９に示すフローチャートのステップ６１から６５までと同一のものとなっているため説明を省略する。ステップ７５に続いて、或いはステップ７４で肯定判定であれば、ＣＰＵは平均クランク角加速度を気筒毎に算出するとともに学習する処理を実行する（ステップ７６）。具体的にはＣＰＵは、算出した気筒毎の平均クランク角加速度をＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）に記憶することで学習を行う。なお、ＳＲＡＭはバッテリー電源が切れるまで記憶を保持できるメモリであり、ＥＣＵ１ＥはＳＲＡＭも備えている。

続いてＣＰＵは、平均クランク角加速度の初期値からの乖離度合いを気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ７７）。続いてＣＰＵは、乖離度合いが所定値よりも大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップ７８）。否定判定であれば、気流制御弁５８に特段異常がないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは乖離度合いが大きいと判定された気筒に対応する気流制御弁５８に異常あり、と判定する処理を実行する（ステップ７９）。なお、本実施例では説明の便宜上ステップ７９で異常あり、と判定しているが、ステップ７９における異常判定を仮異常判定として位置付け、ステップ７４の否定判定に続いてステップ７５の代わりに実施例１と同様にステップ２１から２４までの処理を行うようにすることが好ましい。これにより気流制御弁５８の異常であるか否かをより正確に判定できる。以上により、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に低コストで、さらには高い検出性で検出可能なＥＣＵ１Ｅを実現できる。

本実施例に係るＥＣＵ１Ｆは、複数の気筒の間で略同一の平均クランク角加速度に対応する点火遅角量を気筒毎に算出するための点火遅角量算出用プログラムを備えるとともに、故障判定用プログラムが、平均クランク角加速度の代わりに点火遅角量算出用プログラムに基づき算出された点火遅角量に基づいて、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に判定するためのプログラムをさらに有して構成されている以外、実施例１に係るＥＣＵ１Ａと同一のものとなっている。点火遅角量算出用プログラムは、具体的には定常運転状態（例えばアイドル運転時）で気流制御弁５８が作動しているとき（本実施例では全閉になるように制御されているとき）に１気筒毎に点火時期を次第に遅角して対応する気筒の平均クランク角加速度を算出するとともに、算出した平均クランク角加速度を対応する点火遅角量とともにＲＡＭに記憶するように作成されている。これにより、ＲＡＭに記憶された複数の平均クランク角加速度及び対応する点火遅角量のうちから、複数の気筒の間で略同一の平均クランク角加速度（以下、略同一の平均クランク角加速度と略称する）に対応する点火遅角量を求めて気筒間で比較できるようになる。なお、本実施例では点火遅角量はアイドル点火時期からの点火遅角量となる。また、点火遅角量の代わりに例えば算出した平均クランク角加速度に対応する点火時期を記憶するようにしてもよい。

図２２は、略同一の平均クランク角加速度に対応する点火遅角量を気筒毎に示す図である。図２２では平均クランク角加速度が略ゼロのときの点火遅角量を気筒毎に示している。なお、点火遅角量は気流制御弁５８全閉時に検出されたものである。ここで点火時期を遅角した場合、燃焼状態は不安定になる傾向にあるが、点火時期を遅角させた上である同一の燃焼状態を得るにあたっては、正常な気筒のほうが異常な気筒よりも燃焼状態が安定しているため、点火遅角量は大きくなる。換言すれば、異常な気筒ではもともと燃焼状態が悪化しているため、遅角できる点火遅角量は小さくなる。したがって図２２から、他の気筒と比較して点火遅角量が小さい＃４気筒が異常な気筒であり、この気筒に対応する気流制御弁５８に異常があると推定できる。また、この＃４気筒の異常を検出するにあたっては、例えば各気筒の点火遅角量が所定値よりも小さいか否かを判定することで検出できる。本実施例ではＣＰＵ等と点火遅角量算出用プログラムとで点火遅角量算出手段が実現されており、平均クランク角加速度の代わりに略同一の平均クランク角加速度に対応する点火遅角量に基づくことで、気流制御弁５８の異常を気筒毎に検出する。

次に気流制御弁５８の故障を判定するにあたって、ＥＣＵ１Ｆで行われる処理を図２３に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、ステップ８１から８５までは図１９に示すフローチャートのステップ６１から６５までと同一のものとなっているため説明を省略する。ステップ８５に続いて、或いはステップ８４で肯定判定であれば、ＣＰＵは１気筒毎に点火時期を遅角させる処理を実行する（ステップ８６）。本ステップで同時に平均クランク角加速度を算出するとともに、算出した平均クランク角加速度を対応する点火遅角量とともにＲＡＭに記憶する。続いてＣＰＵは、略同一の平均クランク角加速度に対応する点火遅角量を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ８７）。続いてＣＰＵは、点火遅角量が所定値よりも小さいか否かを判定する処理を実行する（ステップ８８Ａ）。否定判定であれば、気流制御弁５８に特段異常がないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８に異常あり、と判定する処理を実行する（ステップ８９）。

ところで、略同一のクランク角加速度に対応する点火遅角量も実施例４で前述したような内燃機関１００毎のクランク角加速度のばらつきに起因してばらつくことが考えられることから、点火遅角量から連通面積を推定し、推定した連通面積の大きさで気流制御弁５８の故障を検出することも可能である。図２４は連通面積と点火遅角量との関係を示す図である。この図から点火遅角量が小さくなるほど連通面積が大きくなることがわかる。したがって、係る関係をマップデータ（以下、単に第２の連通面積マップと称す）としてＲＯＭに格納し、この第２の連通面積マップから気筒毎の点火遅角量に基づき、気流制御弁５８が作動しているとき（本実施例では全閉になるように制御されているとき）に連通している吸気通路の連通面積を読み取ることで、点火遅角量から連通面積を推定することができる。このため本実施例では、さらに気流制御弁５８が作動しているときに連通している吸気通路の連通面積を気筒毎の点火遅角量から推定するための第２の連通面積推定用プログラムをＲＯＭに格納している。これにより、推定した連通面積の大きさで気流制御弁５８の故障を気筒毎に高い検出性で検出することが可能になる。

次に点火遅角量から推定した連通面積を利用して気流制御弁５８の故障を検出するにあたって、ＥＣＵ１Ｆで行われる処理を図２５に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、本フローチャートに示す処理はステップ８７の後にステップ８７ａが追加されている点と、ステップ８８Ａがステップ８８Ｂに変更されている点を除き、図２３に示すフローチャートと同一のものとなっている。このため本フローチャートでは特にステップ８７ａ及び８８Ｂについて詳述する。ステップ８７に続いて、ＣＰＵはステップ８７で算出した点火遅角量に基づき、第２の連通面積マップから対応する連通面積を算出する処理を実行する（ステップ８７ａ）。

続いてＣＰＵは、連通面積が所定値よりも大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップ８８Ｂ）。否定判定であれば、気流制御弁５８に特段異常がないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８に異常あり、と判定する処理を実行する（ステップ８９）。なお、本実施例では説明の便宜上ステップ８９で異常あり、と判定しているが、ステップ８９における異常判定を仮異常判定として位置付け、ステップ８４の否定判定に続いてステップ８５の代わりに実施例１と同様にステップ２１から２４までの処理を行うようにすることが好ましい。これにより気流制御弁５８の異常であるか否かをより正確に判定できる。以上により、気流制御弁５８の故障を対応する気筒毎に低コストで、さらには高い検出性で検出可能なＥＣＵ１Ｆを実現できる。

本実施例に係るＥＣＵ１Ｇは、アクチュエータ６２に一番近い気流制御弁５８に対応する気筒と、アクチュエータ６２から一番離れた気流制御弁５８に対応する気筒の平均クランク角加速度の差をもとに、弁軸６１の捩れ量を算出するための捩れ量算出用プログラムと、捩れ量に基づき、気流制御弁５８の開度補正量を算出するための開度補正量算出用プログラムをさらにＲＯＭに格納している以外、実施例１に係るＥＣＵ１Ａと同一のものとなっている。なお、気流制御弁５８の開度補正量は弁軸６１の捩れによる燃焼状態の悪化を改善するための補正量である。

ここで気流制御弁５８が例えば半開時に吸気の力を受けた場合、図２に示すようにアクチュエータ６２から一番離れた位置に固定されている気流制御弁５８のほうが、アクチュエータ６２に近い気流制御弁５８よりも弁軸６１の捩れによって吸気通路開放側にずれ易い。これにより吸気通路が余計に開放されると、対応する気筒で燃焼状態が悪化してしまう。このため本実施例では弁軸６１の捩れ量を上述した気筒の平均クランク角加速度に基づき算出し、捩れ量の大きさによって燃焼状態の悪化を度合いで判定する。なお、本実施例では気筒毎に燃焼状態を改善するのではなく、気流制御弁５８の開度を補正することで燃焼状態を改善するため、燃焼状態が悪化している気筒を特定しない。但し、弁軸６１の捩れにより燃焼状態が悪化している気筒は、通常アクチュエータ６２から一番離れた位置に固定されている気流制御弁５８に対応する気筒とみなすことができる。また、この捩れ量が相当大きい場合には、例えば捩れ量が所定値よりも大きいことを以って、さらにその隣の気筒も燃焼状態が悪化していると判定することなども可能である。本実施例ではＣＰＵ等と捩れ量算出用プログラムとで捩れ量算出手段が、ＣＰＵ等と開度補正量算出用プログラムとで開度補正量算出手段が夫々実現されている。

次に、弁軸６１の捩れによる燃焼状態の悪化を気流制御弁５８の開度補正によって改善するにあたって、ＥＣＵ１Ｇで行われる処理を図２６に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、本フローチャートに示す処理を実行する前に、気流制御弁５８の変形、破損、脱落等といった故障が発生していないかを、前述の実施例１から６までに示した手法等により判定しておくことが好ましい。ＣＰＵは気流制御弁５８が全閉または半開であるか否かを判定する処理を実行する（ステップ９１）。否定判定であればＣＰＵは気流制御弁５８が全開になっている、と判定し（ステップ９７）、本フローチャートに示す処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８に対する要求開度がゼロよりも大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップ９２）。否定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８が全閉になっている、と判定し（ステップ９８）、処理を終了する。

一方肯定判定であれば気流制御弁５８が半開になっていると判定され、ＣＰＵは平均クランク角加速度を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ９３）。続いてＣＰＵはステップ９３で算出した平均クランク角加速度に基づき、弁軸６１の捩れ量を算出する処理を実行する（ステップ９４）。なお、燃焼状態が特段悪化してない場合には算出される捩れ量は略ゼロとなる。さらにＣＰＵはステップ９４で算出した捩れ量に基づき、気流制御弁５８の開度補正量を算出する処理を実行する（ステップ９５）。続いてＣＰＵは、要求開度から開度補正量を減じた値がゼロよりも小さいか否かを判定する処理を実行する（ステップ９６）。ステップ９６で肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８を全閉に制御し（ステップ９８）処理を終了する。一方否定判定であれば、ＣＰＵは要求開度から開度補正量を減じた値に基づき、気流制御弁５８の開度を補正制御するための処理を実行する（ステップ９９）。これにより、気流制御弁５８の開度が閉じ側に補正される。以上により、特に弁軸６１の捩れに起因する気流制御弁５８の故障を検出可能な、さらには弁軸６１の捩れに起因する燃焼状態の悪化を改善可能なＥＣＵ１Ｇを実現できる。

本実施例に係るＥＣＵ１Ｈは、弁軸６１の捩れ量に基づいて、燃焼状態が悪化した気筒に対して、弁軸６１の捩れによって燃焼状態が悪化した分だけ燃焼状態を改善すべく点火遅角量を減少補正するための点火遅角量減少用プログラムと、弁軸６１の捩れ量に基づいて、弁軸６１の捩れによって燃焼状態が悪化した分だけ燃焼状態を改善すべく燃焼状態が悪化した気筒に対して空燃比をリッチ側にシフトさせるための空燃比補正用プログラムとをさらにＲＯＭに格納している以外、実施例７に係るＥＣＵ１Ｇと同一のものとなっている。これら点火遅角量減少用プログラム及び空燃比補正用プログラムに基づき、燃焼状態が悪化している特定の気筒のみに対して点火遅角量や空燃比を変更することで、全気筒の点火遅角量や空燃比を変更しようとした場合と比較して、触媒暖機性等への悪影響を抑制できる。

なお、アクチュエータ６２から一番離れた気流制御弁５８に対応する気筒が、通常弁軸６１の捩れにより燃焼状態が悪化する特定の気筒となり、本実施例では燃焼状態が悪化しているか否かは捩れ量の大きさによって度合いで判定される。但しこれに限られず、例えばアクチュエータ６２に一番近い気流制御弁５８に対応する気筒の平均クランク角加速度との差の大きさが所定値よりも大きいか否かを、アクチュエータ６２から一番離れた気流制御弁５８に対応する気筒からアクチュエータ６２に一番近い気流制御弁５８に対応する気筒側に向かって順に判定したりしてもよい。本実施例ではＣＰＵ等と点火遅角量減少用プログラムとで点火遅角量減少手段が、ＣＰＵ等と空燃比補正用プログラムとで空燃比補正手段が夫々実現されている。

次に、弁軸６１の捩れによる燃焼状態の悪化を点火遅角量の補正によって改善するにあたって、ＥＣＵ１Ｈで行われる処理を図２７に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、本フローチャートに示す処理を実行する前に、気流制御弁５８の変形、破損、脱落等といった故障が発生していないかを、前述の実施例１から６までに示した手法等により判定しておくことが好ましい。ＣＰＵは触媒暖機遅角制御を実行しているか否かを判定する処理を実行する（ステップ１０１）。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８が全閉または半開であるか否かを判定する処理を実行する（ステップ１０２）。否定判定であれば本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。

一方肯定判定であれば、ＣＰＵは平均クランク角加速度を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ１０３）。続いてＣＰＵはステップ１０３で算出した平均クランク角加速度に基づき、弁軸６１の捩れ量を算出する処理を実行する（ステップ１０４）。本ステップで燃焼状態の悪化が捩れ量の大きさによって度合いで判定される。なお、本実施例では捩れ量が所定値よりも小さい場合にはアクチュエータ６２から一番離れた気流制御弁５８に対応する気筒の燃焼状態が悪化していると判定し、捩れ量が所定値よりも大きい場合には、さらにその隣の気筒も燃焼状態が悪化していると判定する。さらにＣＰＵはステップ１０４で算出した捩れ量に基づき、点火遅角補正量を算出する処理を実行する（ステップ１０５）。続いてＣＰＵは、燃焼状態が悪化している特定の気筒のみ点火遅角量を点火遅角補正量で補正する処理を実行する（ステップ１０６）。これにより触媒暖機性への悪影響を抑制しつつ、燃焼状態を改善できる。

次に、弁軸６１の捩れによる燃焼状態の悪化を空燃比の補正によって改善するにあたって、ＥＣＵ１Ｈで行われる処理を図２８に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、本フローチャートに示す処理を実行する前に、気流制御弁５８の変形、破損、脱落等といった故障が発生していないかを、前述の実施例１から６までに示した手法等により判定しておくことが好ましい。ＣＰＵはＦ／Ｂ制御がオープン状態か否かを判定する処理を実行する（ステップ１１１）。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁５８が全閉または半開であるか否かを判定する処理を実行する（ステップ１１２）。否定判定であれば本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。

一方肯定判定であれば、ＣＰＵは平均クランク角加速度を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップ１１３）。続いてＣＰＵはステップ１１３で算出した平均クランク角加速度に基づき、弁軸６１の捩れ量を算出する処理を実行する（ステップ１１４）。なお、本実施例では算出した捩れ量が所定値よりも小さい場合にはアクチュエータ６２から一番離れた気流制御弁５８に対応する気筒の燃焼状態が悪化していると判定し、算出した捩れ量が所定値よりも大きい場合には、さらにその隣の気筒も燃焼状態が悪化していると判定する。さらにＣＰＵはステップ１０４で算出した捩れ量に基づき、特定の気筒の空燃比をリッチ側にシフトすべく、燃料の補正噴射量を算出する処理を実行する（ステップ１１５）。これにより触媒暖機性への悪影響を抑制しつつ、燃焼状態を改善できる。以上により、特に弁軸６１の捩れに起因する気流制御弁５８の故障を検出可能な、さらには弁軸６１の捩れに起因する燃焼状態の悪化を気筒毎に改善可能なＥＣＵ１Ｇを実現できる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

ＥＣＵ１Ａを内燃機関システム１００と共に模式的に示す図である。 気流制御弁５８を弁軸６１及びアクチュエータ６２とアッセンブリした状態で示す図である。 クランク角加速度の算出方法の一例を模式的に示す図である。 気流制御弁５８の作動状態の変化があったときにクランク角加速度が時間経過とともに変化する様子を気筒毎に示す図である。 図４に示したクランク角加速度の平均クランク角加速度を気筒毎に算出した結果を模式的に示す図である。 ＥＣＵ１Ａで行われる処理をフローチャートで示す図である。 気流制御弁５８の故障を温間時に高い検出性をもって検出するにあたって、ＥＣＵ１Ａで行われる処理をフローチャートで示す図である。 空燃比のＦ／Ｂ制御の状態変化があったときにクランク角加速度が時間経過とともに変化する様子を気筒毎に示す図である。 空燃比のＦ／Ｂ制御が行われていないときの軌跡長を気筒毎に算出した結果を模式的に示す図である。 空燃比のＦ／Ｂ制御が行われているときに平均クランク角加速度を気筒毎に算出した結果を模式的に示す図である。 ＥＣＵ１Ｂで行われる処理をフローチャートで示す図である。 軌跡長の算出方法を模式的に示す図である。 クランク角加速度が時間経過とともに変化する様子を気筒毎に示す図である。 図１３に示したクランク角加速度の平均クランク角加速度を気筒毎に算出した結果を模式的に示す図である。 アイドル点火時期のＦ／Ｂ制御を模式的に示す図である。 内燃機関５０で発生するトルクの特性をアイドル点火時期との関係で示す図である。 ＥＣＵ１Ｃで行われる処理をフローチャートで示す図である。 筒内乱れ強度と連通面積の大きさとの関係を示す図である。 ＥＣＵ１Ｄで行われる処理をフローチャートで示す図である。 気流制御弁５８が次第に変形して連通面積が拡大した場合の平均クランク角加速度と平均クランク角加速度の検出回数との関係を示す図である。 ＥＣＵ１Ｅで行われる処理をフローチャートで示す図である。 略同一の平均クランク角加速度に対応する点火遅角量を気筒毎に示す図である。 ＥＣＵ１Ｆで行われる処理をフローチャートで示す図である。 連通面積と点火遅角量との関係を示す図である。 連通面積を利用して気流制御弁５８の故障を検出するにあたって、ＥＣＵ１Ｆで行われる処理をフローチャートで示す図である。 ＥＣＵ１Ｇで行われる処理をフローチャートで示す図である。 弁軸６１の捩れによる燃焼状態の悪化を点火遅角量の補正によって改善するにあたってＥＣＵ１Ｈで行われる処理をフローチャートで示す図である。 弁軸６１の捩れによる燃焼状態の悪化を空燃比の補正によって改善するにあたってＥＣＵ１Ｈで行われる処理をフローチャートで示す図である。

符号の説明

１ ＥＣＵ
１０ 吸気系
２０ 排気系
３０ 燃料噴射系
５０ 内燃機関
１００ 内燃機関システム

Claims (1)

1. 内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路に燃焼状態を改善するために配設された燃焼改善手段の故障を診断する燃焼改善手段の故障診断装置であって、
   前記内燃機関が定常運転状態でありかつ前記燃焼改善手段が作動しているときに、前記内燃機関が有する複数の気筒について１気筒毎に点火時期を次第に遅角するとともに前記点火時期の遅角量に対応する前記気筒の平均クランク角速度を算出し、算出された前記平均クランク角速度を前記平均クランク角速度に対応した前記点火遅角量とともに記憶部に記憶しておき、前記記憶部に記憶された複数の前記平均クランク角速度および前記点火遅角量のうちから複数の前記気筒の間で略同一の前記平均クランク角速度に対応する前記点火遅角量を前記気筒毎に求める点火遅角量算出手段と、
   前記点火遅角量算出手段が算出した前記気筒毎の前記点火遅角量のうち所定値よりも小さい値の前記点火遅角量を有する前記気筒に対応する前記燃焼改善手段に異常あり、と判定する故障判定手段と、を備えることを特徴とする燃焼改善手段の故障診断装置。

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