JP4654994B2 - 吸気流動制御弁の診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気流動制御弁の診断装置に関する。

吸気通路に配設されて、その開閉作動により燃焼室内の吸気流動を制御する吸気流動制御弁の故障を診断する方法として、従来よりその制御弁の開度を検出するセンサを設け、そのセンサの検出値に基づいて故障診断を行う方法が知られている。

また、そうしたセンサ設けることなく吸気流動制御弁の故障診断を行うために、例えば特許文献１には、正トルクの発生期間に基づいて吸気流動制御弁の故障を診断する技術が開示されている。
特開２００６−７７６３７号公報

ところで、燃焼室内の状態を検出する手段の一つとして、従来よりイオン電流を検出することが知られており、イオン電流検出回路を利用して吸気流動強さを検出し、吸気流動制御弁の作動状態を判定することが考えられる。そうした場合は、例えば気筒毎に吸気流動制御弁の作動状態を判定することが可能になるといった、前記特許文献に記載された正トルクの発生期間に基づく故障診断では不可能なことが実現する。

しかしながら従来、イオン電流検出回路の出力信号に基づいて吸気流動制御弁の作動状態を精度よく判定する具体的な方法は見出されていなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、イオン電流検出回路の出力信号に基づいて、吸気流動制御弁の作動状態を精度よく判定することにある。

本願発明者は、前記課題を解決すべく検討した結果、燃焼室内の吸気流動の強さと、点火プラグの点火放電時間との間に相関関係があり、特定の条件下では、その吸気流動の強弱が点火放電時間の差として十分な有為差を持って現れることを見出して、本願発明を完成するに至ったのである。

つまり、イオン電流検出回路の出力信号は一般的に、図２(b)に示すような波形であり、放電開始時と放電終了時とのそれぞれにおいてノイズが発生する。このノイズ間の時間が点火プラグの点火放電時間に相当する。

ここで、点火プラグの点火放電は、それの電極の絶縁抵抗が小さいほど早く終了する（つまり、点火放電時間が短くなる）。絶縁抵抗の影響因子としては（１）空気密度、（２）プラグ温度、（３）燃料の微粒子、の３点が挙げられ、空気密度が高いほど絶縁抵抗が大きくなって放電時間が長くなり、プラグ温度が高いほど絶縁抵抗が小さくなって放電時間が短くなり、プラグ周りの液滴燃料が濃いほど絶縁抵抗が小さくなって放電時間が短くなる。

本願発明者は、運転条件を変えながらイオン電流検出回路の出力信号に基づいて点火放電時間を検出する実験を行うことにより、点火タイミングに対する点火放電時間の関係を得た（図３参照）。これによると、圧縮行程後半の所定のクランク角範囲、具体的には、ＡＴＤＣ−３０°付近を中心とした所定の範囲では、吸気流動制御弁が開状態のときと閉状態のときとで点火放電時間が大きく異なることが判明した。このことは以下のように推測される。

まず、圧縮行程前半はピストンが十分に上昇していないため、燃焼室内の空間が大きく、混合気の単位体積当たりの燃料密度が小さい。そのため、吸気流動による燃料の偏りが小さくて点火プラグ周りの液滴燃料の量が少なく、吸気流動の強さの差が点火放電時間の差として現れにくい。

また、圧縮上死点近傍では、燃料が気化することによって絶縁抵抗に影響を及ぼしにくくなり、吸気流動の強さの差が点火放電時間の差として現れにくい。

これに対し、圧縮行程後半における圧縮上死点近傍を除く所定のクランク角範囲では、ピストンが上昇していることで混合気の単位体積当たりの燃料密度が大きくなる。このことに加えて、吸気流動制御弁が閉状態であるときには吸気流動が強くなることで、遠心力により燃焼室の壁付近に液滴燃料が飛ばされて、点火プラグ近傍に液滴燃料が多量に存在するようになり、絶縁抵抗が小さくなって放電時間が短くなるのに対し、吸気流動制御弁が開状態であるときには吸気流動が弱いため、点火プラグ近傍の液滴燃料が少量であるから絶縁抵抗が大きく、放電時間が長くなる、と考えられる。

従って、点火時期が所定範囲に設定されているときに点火放電時間を検出することによって、吸気流動制御弁の作動状態を判定することができる。

すなわち、本発明の一側面によると、吸気流動制御弁の診断装置は、吸気通路に配設されかつ、エンジンの運転状態に応じて開閉制御されることにより燃焼室内の吸気流動を制御する吸気流動制御弁と、前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、当該燃焼室内で点火放電を行う点火プラグと、前記燃焼室内に発生するイオン電流を検出するためのイオン電流検出回路を含み、該イオン電流検出回路の出力信号に基づいて前記点火プラグの点火放電時間を検出する放電時間検出手段と、前記点火プラグの点火時期が、圧縮行程後半における所定のクランク角範囲である判定可能範囲内に設定されているときに、前記放電時間検出手段が検出した点火放電時間に基づいて、前記吸気流動制御弁の作動状態を判定する判定手段と、を備える。

この構成によると、前述したように、点火時期が圧縮行程後半における所定のクランク角範囲内に設定されているときに、放電時間検出手段が検出した点火放電時間に基づいて吸気流動制御弁の作動状態を判定することで、その作動状態を精度よく判定することが可能になる。

前記診断装置は、前記点火時期を、その目標値から遅角又は進角することによって、当該点火時期を前記判定可能範囲内に設定する点火時期変更手段をさらに備え、前記判定手段は、前記点火時期変更手段によって点火時期が前記判定可能範囲内に設定されたときに、前記放電時間検出手段によって検出された点火放電時間に基づいて、前記吸気流動制御弁の作動状態を判定する、としてもよい。

こうすることで、点火時期が判定可能範囲内に設定されていないときでも、点火時期変更手段によって点火時期を遅角又は進角することによって当該点火時期を前記判定可能範囲内に設定することで、吸気流動制御弁の作動状態を精度よく判定することが可能になる。

前記点火時期変更手段は、前記判定可能範囲と、前記点火時期の制御目標値と、燃焼安定性を考慮して設定された遅角限界との比較に基づいて、前記点火時期の遅角を禁止又はその遅角量を制限する、ことが好ましい。

こうすることで、点火時期を遅角することによって燃焼安定性が低下するときには、その点火時期の遅角を禁止又はその遅角量を制限することによって、燃焼性の悪化が未然に防止される。

前記点火時期変更手段は、前記判定可能範囲と、前記点火時期の制御目標値と、ノック発生を考慮して設定された進角限界との比較に基づいて、前記点火時期の進角を禁止又はその進角量を制限する、ことが好ましい。

こうすることで、点火時期を進角することによってノックが発生するときには、その点火時期の進角を禁止又はその進角量を制限することによって、ノックの発生が未然に防止される。また、点火時期の進角に起因する燃焼性の悪化も未然に防止される。

前記判定手段は、予め設定された、点火放電時間と吸気流動制御弁の開度との関係に従って前記吸気流動制御弁の開度を予測し、その予測と前記吸気流動制御弁の制御目標値とに基づいて前記吸気流動制御弁の故障の状態を判定する、としてもよい。

こうすることで、吸気流動制御弁が、全開状態で固着している、全閉状態で固着している、中間位置で固着している、又は全開又は全閉前で引っ掛かっている、等の故障の状態が判定可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、イオン電流検出回路の出力信号に基づく点火放電時間を検出して吸気流動制御弁の作動状態を判定する際に、点火プラグの点火時期が所定の判定可能範囲内に設定されているときの点火放電時間に基づいて判定することで、スイッチ等を設けなくても、吸気流動制御弁の作動状態を精度よく判定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
（エンジンの概略構成）
図１は、本発明に係る診断装置を備えた実施形態のエンジン１を模式的に示し、この例ではエンジン１は、複数のシリンダ２，２，…（図には１つのみ示す）が直列に配置された火花点火式エンジンである。図示の如く、シリンダ２の上端はシリンダブロック３の上端面に開口し、そこに載置されたシリンダヘッド４の下面により閉塞されている。シリンダ２内にはピストン５が往復動可能に嵌挿されていて、このピストン５の上面とシリンダヘッド４の下面との間に燃焼室６が区画される。一方、ピストン５の下方のクランクケース内には、図示しないがクランク軸が配設され、コネクティングロッドによってピストン５と連結されている。

前記シリンダヘッド４には各シリンダ２毎に点火プラグ７が配設され、その先端の電極が燃焼室６に臨む一方、該点火プラグ７の基端部は点火回路８に接続されている。この点火回路８には、図２(a)にのみ示すが、パワートランジスタからなるイグナイタ８ａとイグニッションコイル８ｂとが含まれており、後述のＰＣＭ３０からの制御信号を受けて各シリンダ２毎に所定のタイミング（点火時期）で点火プラグ７に通電するようになっている。この例では点火回路８にイオン電流検出回路３３が接続されていて、同図(b)のように、点火プラグ７の点火放電時間を検出できるようになっているが、これについては後述する。

また、シリンダヘッド４には、各シリンダ２毎の燃焼室６に臨んで開口するように吸気ポート９及び排気ポート１０がそれぞれ形成され、その各ポート開口部にはそれぞれカム軸により開閉されるように吸気及び排気弁１１，１２が配設されている。同図には示さないが、カム軸は、吸気側及び排気側に１本ずつ設けられていて、共通のカムチェーンによりクランク軸に駆動連結されており、このクランク軸の回転に同期して吸気側及び排気側のカム軸がそれぞれ回転されることにより、吸気及び排気弁１１，１２がそれぞれ所定のタイミングで開閉されるようになっている。

前記シリンダヘッド４の一側（同図の左側）には、下流端が吸気ポート９に連通するように吸気通路１５が配設されている。この吸気通路１５の上流端は外部から導入される新気を濾過するためのエアクリーナ１６に接続されており、そこから下流側に向かって順に、吸気流量を検出するエアフローセンサ１７と、電動モータ１８ａにより駆動されて吸気通路１５を絞るスロットル弁１８と、燃焼室６内の吸気流動の強さを制御するＴＳＣＶ（Tunble Swirl Conrol Valve）２９と、各シリンダ２毎に燃料を噴射供給するインジェクタ１９，１９，…（図には１つのみ示す）とが配設されている。

前記ＴＳＣＶ２９は、シリンダ２内へ流入する吸気の流れを絞って燃焼室６内の吸気流動の強さを調節する絞り弁であり、例えばステッピングモータ等のアクチュエータによって開閉作動される。このＴＳＣＶ２９の弁体には一部に切り欠きが形成されており、全閉状態ではその切り欠き部のみから下流側に流れる吸気の流速が高くなって、この高速の吸気流が燃焼室６において強い空気流動を生成する。一方、ＴＳＣＶ２９が開かれるに従い、吸気は切り欠き部以外からも流通するようになって、その流速が徐々に低下し、燃焼室６内の空気流動の強さも徐々に低下するようになる。

一方、シリンダヘッド４の反対側（図１の右側）には、排気ポート１０に連通して各シリンダ２内の燃焼室６から既燃ガス（排気ガス）を排出するように、排気通路２０が配設されている。この排気通路２０には上流側から順に、排気ガス中の酸素濃度を基に混合気の空燃比を検出するための酸素濃度センサ（以下、Ｏ2センサ）２１と、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ２２とが配設されている。

また、前記Ｏ2センサ２１よりも上流側の排気通路２０には、排気ガスの一部を吸気通路１５に還流するための排気還流通路２４（以下、ＥＧＲ通路）が分岐接続されていて、このＥＧＲ通路２４の下流端が前記スロットル弁１８よりも下流側の吸気通路１５に連通している。このＥＧＲ通路２４の下流端寄りには開度調節可能な電気式の流量制御弁２５（以下、ＥＧＲ弁）が配設されていて、ＥＧＲ通路２４を還流される排気ガス（以下、外部ＥＧＲ）の流量を調節するようになっている。

さらにまた、エンジン１のシリンダブロック３下部のクランクケース内には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出する電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ２６が設けられている。このクランク角センサ２６は、クランク軸の端部に一体に回転するように取り付けられたロータ２７の回転に伴い、その外周部に設けられた凸部の通過に対応して信号を出力する電磁ピックアップコイル２６からなる。また、シリンダブロック３のウォータジャケット（図示せず）には、冷却水の温度状態を検出する水温センサ２８が臨設されている。

前記エアフローセンサ１７、Ｏ2センサ２１、クランク角センサ２６、水温センサ２８等からの出力信号は、それぞれＰＣＭ（Power-train Control Module）３０に入力されるようになっている。このＰＣＭ３０は、周知の如くＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、前記各センサ以外に、少なくとも、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ３２から出力される信号を受け入れる。

そして、ＰＣＭ３０は、前記各センサ等から入力した信号に基づいてエンジン１の運転状態を判定し、これに応じてエンジン１の運転制御を行うようになっている。すなわち、ＰＣＭ３０は、点火回路８に対し各シリンダ２毎の点火時期の制御信号を出力し、スロットル弁１８に対し吸気流量を制御するための信号を出力するとともに、各シリンダ２毎のインジェクタ１９，１９，…に対し燃料噴射量及び噴射タイミングを制御するためのパルス信号を出力し、さらに、ＥＧＲ通路２４によって吸気系に環流する排気ガス（外部ＥＧＲ）の量を制御するため信号をＥＧＲ弁２５に対し出力する。また、ＰＣＭ３０は、ＴＳＣＶ２９に対し吸気流動の強さを制御するための信号を出力する。

そして、本実施形態のエンジン１では、上述の如く点火回路８に接続したイオン電流検出回路３３の出力信号によって点火プラグ７の点火放電時間を検出し、これによりＴＳＣＶ２９の作動状態を判定して、その故障の診断を行う。

（イオン電流検出回路信号によるＴＳＣＶの故障診断）
前述したように、この実施形態では、エンジン１の点火回路８にイオン電流検出回路３３が接続されている（図２(a)参照）。図の例では、イオン電流検出回路３３は、イグニッションコイル８ｂの２次側が設置される点火プラグ７とは反対側の端部に直列に接続された電源コンデンサ３３ａと、検出回路３３ｂとからなり、イグナイタ８ａの作動によって点火プラグ７に通電される際（点火）に電源コンデンサ３３ａに蓄えられた電荷と、その後、燃焼室において発生したイオンとで回路が構成されて電流が流れ、この電流を検出回路３３ｂが検出するようになっている。検出回路３３ｂからの信号はＰＣＭ３０へ出力される。

図２(b)は、イオン電流検出回路の出力信号の一例であり、この出力信号に含まれる２つのノイズの内、最初のノイズが、点火プラグ７の放電開始に対応し、次のノイズが点火プラグ７の放電終了に対応する。従って最初のノイズと次のノイズとの間の時間が、点火放電時間となる。

点火放電時間は、点火プラグ７の電極の絶縁抵抗に関係し、絶縁抵抗が小さいほど放電時間は短くなる。ここで、絶縁抵抗の影響因子としては、（１）空気密度、（２）プラグ温度、（３）燃料の微粒子、の３点が挙げられ、空気密度が高いほど絶縁抵抗が大きくなって放電時間が長くなり、プラグ温度が高いほど絶縁抵抗が小さくなって放電時間が短くなり、プラグ周りの液滴燃料が濃いほど絶縁抵抗が小さくなって放電時間が短くなる。

図３は、所定のエンジン回転数（１５００rpm）で点火時期を変化させながら、ＴＳＣＶ２９が全開のときと、ＴＳＣＶ２９が全閉のときとのそれぞれにおいて、点火放電時間（放電期間）を計測した実験データである。図において実線のグラフは、空気のみの場合（燃料を含まない場合）の予想変化を示し、一点鎖線のグラフは、実験データに基づいて予想されるＴＳＣＶ全開時の変化であり、二点鎖線のグラフは、実験データに基づいて予想されるＴＳＣＶ全閉時の変化である。

同図によると、空気のみの場合は、点火放電時間の影響因子としては空気密度が主であるため、点火時期が圧縮上死点であるときに点火放電時間が最も長くなり、その前後では放電時間が次第に短くなる。つまり、空気のみの場合のグラフは圧縮上死点を頂点とした山形になる。

これに対し、燃料を含む混合気の場合は、点火放電時間の影響因子としては空気密度に加えて燃料の微粒子が含まれる。ここで、点火時期が圧縮上死点近傍からそれ以降の場合は、液滴燃料が気化することで、燃料の微粒子影響因子が次第になくなり、点火放電時間は空気のみの場合に次第に近づく。

一方、点火時期が圧縮上死点前の領域では、液滴燃料が気化する前であるため、燃料の微粒子の影響によって点火放電時間は、空気のみの場合に比べて短くなる。

しかしながら、点火時期が圧縮工程の前半である場合は、ピストン５が十分に上昇しておらず、単位体積当たりの燃料密度は小さいため、点火プラグ７周りの液滴燃料も少ない。そのため、ＴＳＣＶ２９の開状態と閉状態とでの点火放電時間の差は比較的小さくなる。

これに対し、点火時期が圧縮行程後半である場合は、ピストン５が十分に上昇して燃料密度が大きくなると共に、吸気流動の強さによって点火プラグ７周りの液滴燃料の量が変化する。つまり、吸気流動が強いときにはその遠心力によって、点火プラグ７周りに液滴燃料が多量に存在するのに対し、吸気流動が弱いときには、そうはならない。そのため、点火時期が圧縮行程後半の所定のクランク角範囲（具体的には、ＡＴＤＣ−３０°付近を中心とした所定のクランク角範囲（ＴＳＣＶ２９の作動状態の差が、点火放電時間の差として十分な有為差を持って現れる範囲であり、例えばＡＴＤＣ−３０°±３０°、好ましくはＡＴＤＣ−４０°〜−２０°の範囲）、以下、判定可能範囲と呼ぶ）内では、ＴＳＣＶ２９が開状態のときと、ＴＳＣＶ２９が閉状態のときとで、点火放電時間に大きな差が生じる（同図の両端矢印を参照）。すなわち、点火時期がこのクランク角範囲内に設定されているときに、前記イオン電流検出回路３３の出力信号に基づく点火放電時間を検出することによって、ＴＳＣＶ２９の作動状態を精度よく判定することが可能であることがわかる。特に、ＴＳＣＶ２９が開状態のときとＴＳＣＶ２９が閉状態のときとで点火放電時間の差が最も大きくなる点火時期においてＴＳＣＶ２９の作動状態を判定すれば、Ｓ／Ｎ比が最も高くなる。

次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、前記ＰＣＭ３０によるＴＳＣＶ２９の故障診断の手順について説明する。先ず、ステップＳ１１では、ＴＳＣＶ故障診断実行のフラグを立て、続くステップＳ１２では、ＴＳＣＶ故障診断の実行条件が成立したか否かを判定する。この実行条件としては、エンジン回転数、充填効率、及び空燃比等が所定の範囲内に入ると共に、前述した、点火時期が前記判定可能範囲内であること、が挙げられる。実行条件が成立したのＹＥＳのときにはステップＳ１３に移行し、実行条件が成立していないのＮＯのときにはステップＳ１２を繰り返して、実行条件が成立するのを待つ。

ステップＳ１３では、イオン電流検出回路３３の出力信号から点火放電時間Ｓｄを検出すると共に、ＰＣＭ３０に予め記憶されている点火放電時間とＴＳＣＶ開度との関係を示すマップ（図５参照）から、その検出した点火放電時間Ｓｄに対応するＴＳＣＶ開度（予測ＯＡ）を算出する。また、ＴＳＣＶ２９の制御目標値である制御ＯＡを得ておく。

ここで、図５に示すマップは、実験等によって得たデータに基づいて予め設定された点火放電時間Ｓｄに対するＴＳＣＶ開度（予測ＯＡ）を示すマップであり、点火時期毎に設定されている。このようなデータは、図５に示すようにマップの形式でＰＣＭ３０に保存しておく以外に、テーブルの形式や関数の形式でＰＣＭ３０に保存しておいてもよい。

続くステップＳ１４では、ステップＳ１３で得た予測ＯＡと制御ＯＡとの差の絶対値を算出する。そして、制御目標値がＴＳＣＶ全開であるときには、その絶対値をΔＯＡopとして記憶し、制御目標がＴＳＣＶ全閉であるときにはその絶対値をΔＯＡclとして記憶する。

ステップＳ１５では、ＴＳＣＶ２９の開状態の判定及び閉状態の判定がそれぞれ所定回数行われたか、つまり、開状態のデータと閉状態のデータとのそれぞれについて所定個のデータが取得できたか否かを判定し、取得できていないのＮＯのときにはステップＳ１２に戻って前述したデータの取得を繰り返し、取得できたのＹＥＳのときにはステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６では、前記ステップＳ１３及びＳ１４で得られたΔＯＡopの平均値ΔＯＡopAveと、ΔＯＡclの平均値ΔＯＡclAveと、をそれぞれ算出する。

そうして、ステップＳ１７で、前記ΔＯＡclAveが、ΔＯＡmaxと等しいか否かを判定する。ここで、ΔＯＡmaxは、前記ＴＳＣＶ２９の全開状態と全閉状態との間の角度差を示しており、ΔＯＡclAveが、ΔＯＡmaxと同じであるのＹＥＳのときには、ＴＳＣＶ２９が開状態で固着している（故障している）と判定する（ステップＳ１１２）。

一方、ステップＳ１７でＮＯのときには、続くステップＳ１８で前記ΔＯＡopAveが、ΔＯＡmaxと等しいか否かを判定する。ΔＯＡopAveが、ΔＯＡmaxと同じであるのＹＥＳのときには、ＴＳＣＶ２９が閉状態で固着している（故障している）と判定する（ステップＳ１１３）。

ステップＳ１８でＮＯのときには、続くステップＳ１９で、前記ΔＯＡopAve＋ΔＯclAveが、ΔＯＡmaxと等しいか否かを判定する。そして、ΔＯＡopAve＋ΔＯclAve＝ΔＯＡmaxのＹＥＳのときにはステップＳ１１４に移行して、ＴＳＣＶ２９が全開と全閉との中間位置で固着した状態である（故障している）と判定する。

ステップＳ１９でＮＯのときには、続くステップＳ１１０でΔＯＡopAve＝０でかつ、ΔＯＡclAve＝０であるか否かを判定する。ＹＥＳのときにはステップＳ１１１に移行してＴＳＣＶ２９の故障がないと判定する。一方、ΔＯＡopAve＝０でない、又はΔＯＡclAve＝０でないのＮＯのときには、開固着故障、閉固着故障、及び中間固着故障以外の故障、例えば全閉前の状態又は全開前の状態で引っ掛かっている故障であると判定する。

ここで、前記ステップＳ１７〜Ｓ１１０における判定について、より具体的に説明する。ＴＳＣＶ２９の全閉状態のときの開度を「０」、ＴＳＣＶ２９の全開状態のときの開度を「１００」と仮定する。この場合、ＴＳＣＶ２９の全開状態と全閉状態との間の角度差ΔＯＡmaxは１００−０＝１００である。

ＴＳＣＶ２９が開状態で固着しているときには、制御目標値が全閉のとき（つまり制御ＯＡが「０」のとき）でも、予測ＯＡは常に「１００」になる。従って、ΔＯＡclAve＝１００となるため、ΔＯＡclAve＝ΔＯＡmaxとなる。つまり、ステップＳ１７においてΔＯＡclAve＝ΔＯＡmaxであるときには、ＴＳＣＶ２９が開固着故障であると判定することができる（ステップＳ１１２）。

また、ＴＳＣＶ２９が閉状態で固着しているときには、制御目標値が全開のとき（つまり制御ＯＡが「１００」のとき）でも、予測ＯＡは常に「０」になる。従って、ΔＯＡopAve＝１００となるため、ΔＯＡopAve＝ΔＯＡmaxとなる。つまり、ステップＳ１８においてΔＯＡopAve＝ΔＯＡmaxであるときには、ＴＳＣＶ２９が閉固着故障であると判定することができる（ステップＳ１１３）。

また、ＴＳＣＶ２９が中間位置（例えば開度「５０」）で固着しているときには、制御目標値が全閉のとき（つまり制御ＯＡが「０」のとき）でも、予測ＯＡは常に「５０」になると共に、制御目標値が全開のとき（つまり制御ＯＡが「１００」のとき）でも、予測ＯＡは常に「５０」になる。従って、ΔＯＡclAve＝５０、ΔＯＡclAve＝５０となるため、ΔＯＡclAve＋ΔＯＡopAve＝ΔＯＡmaxとなる。つまり、ステップＳ１９においてΔＯＡclAve＋ΔＯＡopAve＝ΔＯＡmaxであるときには、ＴＳＣＶ２９が中間固着故障であると判定することができる（ステップＳ１１４）。

また、ＴＳＣＶ２９が故障していないときには、制御目標値が全開のとき（つまり制御ＯＡが「１００」のとき）には、予測ＯＡは「１００」になり、制御目標値が全閉のとき（つまり制御ＯＡが「０」のとき）には、予測ＯＡは「０」になる。従って、ΔＯＡclAve＝ΔＯＡopAve＝０となる。つまり、ステップＳ１１０においてΔＯＡclAve＝ΔＯＡopAve＝０であるときには、ＴＳＣＶ２９が故障していないと判定することができ（ステップＳ１１１）、ΔＯＡclAve≠０又はΔＯＡopAve≠０のときには、何らかの故障が発生していると判定することができる（ステップＳ１１５）。

このように、イオン電流検出回路３３の出力信号に基づいてＴＳＣＶ２９の作動状態を判定する際に、点火時期が圧縮行程後半における所定のクランク角範囲内に設定されているときの点火放電時間に基づいてＴＳＣＶ２９の作動状態を判定することで、その作動状態を精度よく判定することが可能になる。

また、点火放電時間からＴＳＣＶ２９の開度を予測することによって、その予測とＴＳＣＶ２９の制御目標値とに基づいて、ＴＳＣＶ２９が全開状態で固着している、全閉状態で固着している、中間位置で固着している、又は全開又は全閉前で引っ掛かっている、等の、ＴＳＣＶ２９の故障の状態を判定することができる。尚、こうしてＴＳＣＶ２９が故障していることを判定したときには、それをＰＣＭ３０に記憶したり、必要に応じて報知したりすればよい。

（実施形態２）
図６は、実施形態２に係るＴＳＣＶ２９の故障診断の手順を示すフローチャートである。

前述したように、点火時期がＡＴＤＣ−３０°付近を中心とした所定のクランク角範囲（判定可能範囲）内であるときには、ＴＳＣＶ２９の作動状態の差が、点火放電時間の差として有為差を持って現れるため、ＴＳＣＶ２９の故障診断は、エンジン１が、点火時期が判定可能範囲内にある運転状態のときに限って行われる。

実施形態２では、エンジン１の運転状態が、ＴＳＣＶ２９の故障診断を精度よく行うことができない状態であるときにも、点火時期を進角又は遅角させることによって、ＴＳＣＶ２９の故障診断を精度よく行うことを可能にする。

図６に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２７〜Ｓ２１９はそれぞれ、図４に示すフローチャートにおけるステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３〜１１５と同じである。

同図においてステップＳ２１では、ＴＳＣＶ故障診断実行のフラグを立て、続くステップＳ２２では、ＴＳＣＶ故障診断の実行条件が成立したか否かを判定する。ここでの実行条件としては、エンジン回転数、充填効率、及び空燃比等が所定の範囲内に入ることが挙げられ、点火時期が判定可能範囲内であることはステップＳ２２における実行条件からは除かれる。

ステップＳ２３では、ＴＳＣＶ故障診断を実行するための点火時期（診断実行点火時期）ＳＡdtと、点火時期の制御目標値ＳＡoとの差が、燃焼安定性を考慮した遅角限界ＳＡrsl（−ＳＡrsl）よりも大きいか否かが判定され、大きいのＹＥＳのときにはステップＳ２４に移行し、大きくないのＮＯのときには、ステップＳ２２に戻る。

尚、実施形態２では、ＴＳＣＶ故障診断を実行するときの点火時期を一点に定めており（つまり、診断実行点火時期ＳＡdt）、その診断実行点火時期ＳＡdtは、前記判定可能範囲内において、ＴＳＣＶ２９の開状態と閉状態とで点火放電時間の差が最も大きくなる時（ＡＴＤＣ−３０°付近）とすればよい。

また前記遅角限界ＳＡrslは、燃焼安定性から予め実験により得られた遅角限界であり、エンジン回転数、充填効率、エンジン水温に基づいて設定される。

ステップＳ２４では、診断実行点火時期ＳＡdtと、点火時期の制御目標値ＳＡoとの差が、燃焼安定性を考慮した進角限界ＳＡaslよりも小さいか否かが判定され、小さいのＹＥＳのときにはステップＳ２５に移行し、小さくないのＮＯのときには、ステップＳ２２に戻る。

尚、前記進角限界ＳＡaslは、燃焼安定性から予め実験により得られた進角限界であり、エンジン回転数、充填効率、エンジン水温に基づいて設定される。

ステップＳ２５では、診断実行点火時期ＳＡdtと、点火時期の制御目標値ＳＡoとの差が、ノック発生を考慮した進角限界ＳＡaklよりも小さいか否かが判定され、小さいのＹＥＳのときにはステップＳ２６に移行し、小さくないのＮＯのときには、ステップＳ２２に戻る。尚、ノック発生を考慮した進角限界ＳＡaklは、実験値又はノックセンサ（図示省略）の検出値によって得られるものであり、エンジン回転数、充填効率、エンジン水温に基づいて設定される。

そうしてステップＳ２６では、点火時期の制御目標値ＳＡoを、診断実行点火時期ＳＡdtに設定して、点火プラグ７の点火放電を実行する。ステップＳ２７で、イオン電流検出回路３３の出力信号から点火放電時間Ｓｄを検出すると共に、ＰＣＭ３０に予め記憶されている点火放電時間とＴＳＣＶ開度との関係を示すマップ（図５参照）から、その検出した点火放電時間Ｓｄに対応するＴＳＣＶ開度（予測ＯＡ）を算出する。また、ＴＳＣＶ２９の制御目標値である制御ＯＡを得ておく。

以降のステップＳ２８〜Ｓ２１９は、図４に示すフローのステップＳ１４〜Ｓ１１５と同じであるため、その説明は省略する。

次に、前記フローのステップＳ２３〜Ｓ２６における点火時期の変更制御について、図７に示すタイムチャートを参照しながら説明する。同図(a)は、ＴＳＣＶ故障診断の実行フラグを示し、時刻ｔ１でフラグが立ち上がり故障診断の実行が行われる。同図(c)は、エンジン回転数、充填効率、空燃比等の実行条件（ステップＳ２２の実行条件）の成立・非成立を示し、ここでは、時刻ｔ２〜ｔ５の間で実行条件が成立しているとする。

同図(b)は、点火プラグ７の点火時期を示しており、運転状態に応じて設定される点火時期の制御目標値ＳＡoが、同図に破線で示すように、時間に対して変化していると仮定する。その場合に、燃焼安定性を考慮した遅角限界ＳＡrsl及び進角限界ＳＡaslはそれぞれ、同図に一点鎖線で示すように、制御目標値ＳＡoに対して所定の間隔を空けて、その制御目標値ＳＡoと同様に時間に対して変化するとする。また、ノック発生を考慮したノック進角限界ＳＡaklも、同図に破線で示すように設定されるとする。

この状態において、ＴＳＣＶ２９の故障診断を実行するための診断実行点火時期ＳＡdtが、同図に点線で示すように設定される場合、時刻ｔ２〜ｔ３の間は、診断実行点火時期ＳＡdtが遅角限界ＳＡo−ＳＡrslを超えないため、点火時期を診断実行点火時期ＳＡdtに変更することが可能である。そこで、点火時期を制御目標値ＳＡoから診断実行点火時期ＳＡdtまで遅角させ（太実線参照）、ＴＳＣＶ故障診断を実行する。

これに対し、時刻ｔ３〜ｔ４の間は、診断実行点火時期ＳＡdtが遅角限界ＳＡo−ＳＡrslを超えてしまう。そのため、点火時期を診断実行点火時期ＳＡdtまで遅角させることはできず、ＴＳＣＶ２９の故障診断は中止する。この場合、点火時期は制御目標値ＳＡoにする（太実線参照）。

そして、時刻ｔ４〜ｔ５では再び診断実行点火時期ＳＡdtが遅角限界ＳＡo−ＳＡrslを超えなくなるため、点火時期を制御目標値ＳＡoから診断実行点火時期ＳＡdtまで遅角させて（太実線参照）、ＴＳＣＶ２９の故障診断を実行する。

このように、実施形態２では、点火時期が判定可能範囲内に設定されていないときでも、点火時期を遅角又は進角することによって当該点火時期を判定可能範囲内に設定することで、ＴＳＣＶ２９の作動状態を精度よく判定することが可能になる。

そして、その点火時期を変更することによって燃焼安定性が低下するとき、又はノックが発生するときには、その点火時期の遅角又は進角を禁止することによって、燃焼性の悪化及びノックの発生を未然に防止することができる。

尚、実施形態２では、ＴＳＣＶ２９の故障診断を実行する点火時期を、診断実行点火時期ＳＡdtの一点に定めていたが、例えば図８に示すように、診断実行点火時期ＳＡdtを中心とした所定範囲を診断可能範囲として設定しておき、点火時期が、遅角又は進角によって当該範囲内に設定されたときには、ＴＳＣＶ２９の故障診断を実行するようにしてもよい。

その場合に、点火時期が診断実行点火時期ＳＡdtであるときが最もＳ／Ｎ比が高くなるため、点火時期は可能な限りＳＡdtに近づける一方で、遅角限界ＳＡrsl及び進角限界ＳＡasl，ＳＡaklを超えることでＳＡdtまで近づけることができないときには、制御目標値ＳＡoからの遅角量又は進角量を遅角限界ＳＡrsl及び進角限界ＳＡasl，ＳＡaklを超えないよう制限することによって（同図の実線の矢印参照）、燃焼性を悪化させない範囲でＴＳＣＶ２９の故障診断を行うようにしてもよい。尚、同図においては、点火時期を遅角する場合のみを図示しているが、点火時期を進角する場合についても同様である。

（実施形態３）
本発明の診断装置は、各気筒のイオン電流検出回路３３の出力信号に基づいてＴＳＣＶ２９の作動状態（吸気流動強さ）を判定するため、気筒毎に、その燃焼室６内の吸気流動の強さを予測することが可能である。

そこで、例えばＴＳＣＶ２９の組み付け誤差等に起因する開度ばらつきによって生じる、各気筒の流動強さのばらつきを予測し、そのばらつきによって生じる気筒間の燃焼速さのばらつきを無くすようにすることが考えられる。

実施形態３は、そのＴＳＣＶ２９の気筒別開度ばらつき補正の手順に係り、図９は、そのためのフローチャートを示している。

同図のフローにおいて、ステップＳ３１では、ばらつき補正の実行条件が成立したか否かを判定する。実行条件としては、前記実施形態１又は２において示したＴＳＣＶ故障診断の実行条件に加えて、ＴＳＣＶ２９を閉じた時の開度ばらつきの影響が大きくでる運転領域、例えばアイドル時等であることが挙げられる。つまり、ＴＳＣＶ２９が開いて吸気流動が相対的に弱い状態における状態よりも、ＴＳＣＶ２９が閉じて吸気流動が相対的に強い状態の方が、気筒間のばらつきの影響が大きいためである。

続くステップＳ３２では、ＴＳＣＶ開度ばらつき補正制御の実行フラグを立て、ステップＳ３３で、気筒毎に、イオン電流検出回路３３の出力信号に基づいて点火放電時間Ｓｄを検出し、図５に示すマップからＴＳＣＶ２９の予測開度を計算する（予測ＯＡ−１、予測ＯＡ−２、予測ＯＡ−３、…、尚、−１、−２、−３、…は気筒番号を示す）。

ステップＳ３４では、ステップＳ３３で得たＴＳＣＶ２９の予測開度の平均を求め（予測ＯＡ−１、予測ＯＡ−２、予測ＯＡ−３、…の平均）、その平均に対する各気筒の開度ずれ（Δ予測ＯＡ−１、Δ予測ＯＡ−２、Δ予測ＯＡ−３、…）を算出する（図１０(a)参照）。

ステップＳ３５では、ＴＳＣＶ２９の開度を判定する回数が所定回数行われたか、つまり所定個のデータが取得できたか否かを判定し、取得できていないのＮＯのときにはステップＳ３３に戻って前述したデータの取得を繰り返す一方、取得できたのＹＥＳのときにはステップＳ３６に移行する。

ステップＳ３６では、ステップＳ３４で得た各気筒の、平均値に対するＴＳＣＶ２９の開度ずれに基づき点火時期の補正量を設定する。つまり、気筒毎の、ＴＳＣＶ２９の開度ばらつきによって生じる各気筒の燃焼速さのばらつきがなくなるように、各気筒の点火時期を補正する。

これは、図１０(b)に示すように、ＴＳＣＶ開度の大きさに対する点火時期を予め設定しておき、開度平均値に対する各気筒の開度のずれ量に応じた補正量を設定すればよい。例えば同図の例では、気筒１は、開度平均値よりも開度が大きく、流動強さが弱い。この場合、点火時期を進角側に補正して（同図の上向きの矢印参照）、燃焼速さが速くなるようにする。一方、気筒２は、開度平均値よりも開度が小さく、流動強さが強い。この場合、点火時期を遅角側に補正して（同図の下向きの矢印参照）、燃焼速さが遅くなるようにする。そうすることで、ＴＳＣＶ２９の開度がばらついていて各気筒の燃焼速さに差が生じていても、燃焼速さを気筒間で同じにすることができる。

尚、各気筒の点火時期を補正する代わりに、各気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）を補正するようにしてもよい。例えば同図の例は、気筒１については、空燃比をリッチ側の補正して、燃焼速さが速くなるようにする。一方、気筒２については、空燃比をリーン側に補正して、燃焼速さが遅くなるようにする。そうすることでも、ＴＳＣＶ２９の開度がばらついていて各気筒の燃焼速さに差が生じていても、燃焼速さを気筒間で同じにすることができる。

このように、実施形態３では、気筒毎の吸気流動強さを予測することが可能なことを利用して、例えばＴＳＣＶ２９の組み付け誤差等に起因する気筒間の燃焼速さのばらつきを同じにすることができる。

尚、実施形態３と、実施形態１又は２とは組み合わせることが可能であることは言うまでもない。

以上説明したように、本発明は、スイッチ等を設けることなく、吸気流動制御弁の作動状態を精度よく判定することができるから、例えば自動車等に搭載されるエンジンの吸気流動制御弁の作動状態を判定する装置として有用である。

本発明の実施形態に係る吸気流動制御弁の診断装置を備えたエンジンの概略構成図である。 （ａ）イオン電流検出回路の構成、（ｂ）イオン電流検出回路の出力信号の一例である。 実験により得られた、点火時期に対する点火放電時間の関係である。 実施形態１に係るＴＳＣＶの故障診断の手順を示すフローチャートである。 点火放電時間とＴＳＣＶ開度との関係を示すマップの一例である。 実施形態２に係るＴＳＣＶの故障診断の手順を示すフローチャートである。 点火時期の変更の考え方を示すタイミングチャートである。 点火時期の変更（遅角量）を制限する考え方を示す説明図である。 実施形態３に係るＴＳＣＶ開度ばらつきの補正手順を示すフローチャートである。 （ａ）点火放電時間に対するＴＳＣＶ開度の関係を示すマップの一例、（ｂ）ＴＳＣＶ開度に対する点火時期の補正量又は空燃比の補正量の関係を示すマップの一例である。

符号の説明

１ エンジン
１５ 吸気通路
２９ ＴＳＣＶ（吸気流動制御弁）
３０ ＰＣＭ（放電時間検出手段、判定手段、点火時期変更手段）
３３ イオン電流検出回路（放電時間検出手段）
６ 燃焼室
７ 点火プラグ

Claims (5)

1. 吸気通路に配設されかつ、エンジンの運転状態に応じて開閉制御されることにより燃焼室内の吸気流動を制御する吸気流動制御弁と、
   前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、当該燃焼室内で点火放電を行う点火プラグと、
   前記燃焼室内に発生するイオン電流を検出するためのイオン電流検出回路を含み、該イオン電流検出回路の出力信号に基づいて前記点火プラグの点火放電時間を検出する放電時間検出手段と、
   前記点火プラグの点火時期が、圧縮行程後半における所定のクランク角範囲である判定可能範囲内に設定されているときに、前記放電時間検出手段が検出した点火放電時間に基づいて、前記吸気流動制御弁の作動状態を判定する判定手段と、
   を備えた吸気流動制御弁の診断装置。
2. 請求項１に記載の診断装置において、
   前記点火時期を、その目標値から遅角又は進角することによって、当該点火時期を前記判定可能範囲内に設定する点火時期変更手段をさらに備え、
   前記判定手段は、前記点火時期変更手段によって点火時期が前記判定可能範囲内に設定されたときに、前記放電時間検出手段によって検出された点火放電時間に基づいて、前記吸気流動制御弁の作動状態を判定する診断装置。
3. 請求項２に記載の診断装置において、
   前記点火時期変更手段は、前記判定可能範囲と、前記点火時期の制御目標値と、燃焼安定性を考慮して設定された遅角限界との比較に基づいて、前記点火時期の遅角を禁止又はその遅角量を制限する診断装置。
4. 請求項２に記載の診断装置において、
   前記点火時期変更手段は、前記判定可能範囲と、前記点火時期の制御目標値と、ノック発生を考慮して設定された進角限界との比較に基づいて、前記点火時期の進角を禁止又はその進角量を制限する診断装置。
5. 請求項１に記載の診断装置において、
   前記判定手段は、予め設定された、点火放電時間と吸気流動制御弁の開度との関係に従って前記吸気流動制御弁の開度を予測し、その予測と前記吸気流動制御弁の制御目標値とに基づいて前記吸気流動制御弁の故障の状態を判定する診断装置。

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