JP7635684B2

JP7635684B2 - 内燃機関の異常診断装置

Info

Publication number: JP7635684B2
Application number: JP2021153279A
Authority: JP
Inventors: 淳森川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-09-21
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2025-02-26
Anticipated expiration: 2041-09-21
Also published as: JP2023045083A

Description

本発明は、内燃機関の異常診断装置に関する。

内燃機関のクランクケース内のブローバイガスを吸気通路に戻すブローバイガス通路が周知である。これに対し、ブローバイガス通路が吸気通路から外れたり、ブローバイガス通路が破損したりすると、ブローバイガスが外部に漏出するおそれがある。そこで従来、たとえば下記特許文献１にみられるように、ブローバイガス通路の異常の有無を診断する異常診断装置が提案されている。この異常診断装置は、ブローバイガス通路の圧力の検出値に基づき、異常の有無を診断する。

特開２０２０－１８６７０２号公報

ところで、圧力の検出値は、変動している。そのため、圧力の脈動に起因して異常の有無の診断精度が低下するおそれがある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
燃焼室からクランクケースに流入したブローバイガスを吸気通路に戻すためのブローバイガス通路を備えた内燃機関に適用され、前記ブローバイガス通路内の圧力の検出値を取得する検出値取得処理と、前記検出値の変動を抑制する平滑化処理と、前記平滑化処理の出力値に基づき前記ブローバイガス通路の異常の有無を診断する診断処理と、を実行し、前記平滑化処理は、前記検出値の極大値および極小値を取得する極値取得処理と、前記極大値および前記極小値を入力として前記出力値を算出する出力値算出処理と、を含み、前記出力値算出処理は、前記極大値および前記極小値の差が大きい場合に小さい場合よりも前記検出値の変動に対する前記出力値の応答性を低下させる処理、および前記極大値および前記極小値の単純平均値に応じて前記出力値を算出する処理の少なくとも１つの処理を含む内燃機関の異常診断装置である。

検出値に対する出力値の応答性を低下させることにより、出力値の変動を抑制できる。ここで、検出値の変動が大きい場合と小さい場合とでは、検出値に対する出力値の応答性を低下させる度合いについての適正値が異なる。すなわち、変動が大きい場合に適切な応答性の低下度合いを変動が小さい場合に適用すると、検出値の応答性を過度に低下させてしまうおそれがある。これに対し、極大値と極小値との差が大きい場合に小さい場合よりも検出値の変動に対する出力値の応答性を低下させることにより、応答性の低下度合いを適正値とすることができる。そして、これにより出力値に基づく異常の有無の診断を適切に行うことができる。

また、極大値および極小値の単純平均値は、検出値の変動が抑制されて且つ、実際の圧力を高精度に表現する。そのため、単純平均値に応じて出力値を算出することによっても、出力値に基づく異常の有無の診断を適切に行うことができる。

第１の実施形態にかかる内燃機関および制御装置の構成を示す図である。同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図である。同実施形態にかかる圧力の変動を例示するタイムチャートである。（ａ）～（ｃ）は、同実施形態および比較例における診断用の圧力の推移を例示するタイムチャートである。第２の実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図である。

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０の吸気通路１２には、過給機１４のコンプレッサ１４ａが設けられている。吸気通路１２のうちのコンプレッサ１４ａの下流には、スロットルバルブ１６が設けられている。吸気通路１２内の空気は、シリンダヘッド１８、シリンダブロック２０およびピストン２２によって区画された燃焼室２４に流入する。ピストン２２の往復運動は、クランク軸２８の回転運動に変換される。ピストン２２の往復運動に応じて、燃焼室２４において燃焼に供された混合気は、排気として排気通路３０に排出される。排気通路３０には、過給機１４のタービン１４ｂが設けられている。

シリンダブロック２０のうちシリンダヘッド１８とは逆側の端部には、クランクケース３２が設けられている。クランクケース３２にはオイルパン３４が取り付けられている。クランクケース３２内のブローバイガスは、連通路２６を介して、シリンダヘッド１８およびヘッドカバー２９によって区画された蓄圧部４０に流出する。蓄圧部４０内のブローバイガスは、ブローバイガス通路４２を介して吸気通路１２に戻される。詳しくは、ブローバイガス通路４２は、吸気通路１２のうちコンプレッサ１４ａの上流に接続されている。

制御装置５０は、制御対象としての内燃機関１０の制御量である、トルクおよび排気成分比率を制御すべく、スロットルバルブ１６等の内燃機関１０の操作部を操作する。制御装置は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４および周辺回路５６を備えている。周辺回路５６は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路、電源回路、およびリセット回路等を含む。ＣＰＵ５２は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムを実行することにより、制御量の制御、およびブローバイガス通路の異常診断処理等の各種処理を実行する。

図１には、異常診断処理のブロック図を示している。すなわち、平滑化処理Ｍ１０は、圧力センサ６２によって検出されるブローバイガス通路４２内の圧力の検出値Ｐを取り込むことによって、診断用圧力Ｐｓｍを算出する処理である。診断処理Ｍ１２は、診断用圧力Ｐｓｍに加えて、エアフローメータ６４によって検出される吸入空気量Ｇａを入力とする。診断処理Ｍ１２は、吸入空気量Ｇａが増加傾向にあるときにおける診断用圧力Ｐｓｍの低下度合いが所定値以下の場合に、異常が生じている旨判定する。すなわち、吸入空気量Ｇａが増加すると、空気の引き込みによって、ブローバイガス通路４２内の圧力が低下する。これに対し、ブローバイガスが外部に流出する異常が生じている場合には、圧力の低下が鈍い。

上記平滑化処理Ｍ１０は、検出値Ｐの変動を抑制する処理である。すなわち、検出値Ｐには、圧縮上死点の出現間隔を周期とする圧力脈動が生じる。そのため、平滑化処理Ｍ１０によって、検出値Ｐを平滑化して診断用圧力Ｐｓｍを生成する。以下、これについて詳述する。

図２に、平滑化処理Ｍ１０の詳細な手順を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期でくり返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって各処理のステップ番号を表現する。

図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず、検出値Ｐ（ｎ）をサンプリングする（Ｓ１０）。ここで、「Ｐ」の後のカッコ内の「ｎ」は、サンプリングのタイミングを示す。次にＣＰＵ５２は、検出値Ｐ（ｎ）から前回の検出値Ｐ（ｎ－１）を減算した値を、差圧ΔＰに代入する（Ｓ１２）。そしてＣＰＵ５２は、差圧ΔＰがゼロ以上の場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、状態Ｐｓｔａｔｅ（ｎ）に「１」を代入する（Ｓ１６）。一方、ＣＰＵ５２は、差圧ΔＰが負であると判定する場合（Ｓ１４：ＮＯ）、状態Ｐｓｔａｔｅ（ｎ）に「－１」を代入する（Ｓ１８）。

ＣＰＵ５２は、Ｓ１６，Ｓ１８の処理を完了する場合、状態Ｐｓｔａｔｅ（ｎ）と状態Ｐｓｔａｔｅ（ｎ－１）との和が「０」であるか否かを判定する（Ｓ２０）。この処理は、検出値Ｐが増加から減少に転じた時点、または減少から増加に転じた時点であるか否かを判定する処理である。ＣＰＵ５２は、「０」であると判定する場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、状態Ｐｓｔａｔｅ（ｎ）が正であるか否かを判定する（Ｓ２２）。この処理は、検出値Ｐが減少から増加に転じた時点であるか否かを判定する処理である。

ＣＰＵ５２は、状態Ｐｓｔａｔｅが正であると判定する場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、極小値Ｐｅａｋｂに、検出値Ｐ（ｎ）を代入する（Ｓ２４）。すなわち、ＣＰＵ５２は、今回の検出値Ｐ（ｎ）を簡易的に極小値と見なす。これに対し、ＣＰＵ５２は、状態Ｐｓｔａｔｅ以下であると判定する場合（Ｓ２２：ＮＯ）、極大値Ｐｅａｋｔに、検出値Ｐ（ｎ）を代入する（Ｓ２６）。すなわち、ＣＰＵ５２は、今回の検出値Ｐ（ｎ）を簡易的に極大値と見なす。

ＣＰＵ５２は、Ｓ２４の処理を完了する場合、圧力脈動の周期ＴにカウンタＣの値を代入した後、カウンタＣを初期化する（Ｓ２８）。
ＣＰＵ５２は、Ｓ２６，Ｓ２８の処理を完了する場合、検出値Ｐ（ｎ）を検出値Ｐ（ｎ－１）に代入する処理と、状態Ｐｓｔａｔｅ（ｎ）を状態Ｐｓｔａｔｅ（ｎ－１）に代入する処理と、カウンタＣをインクリメントする処理と、を実行する（Ｓ３０）。

ＣＰＵ５２は、Ｓ３０の処理を完了する場合と、Ｓ２０の処理において否定判定する場合と、には、周期Ｔが下限値ＴＬ以上であって且つ上限値ＴＨ以下であるか否かを判定する（Ｓ３２）。下限値ＴＬおよび上限値ＴＨは、クランク軸２８の回転速度ＮＥに応じて可変設定される。下限値ＴＬおよび上限値ＴＨで定まる所定範囲の中央値は、圧縮上死点の出現間隔である。下限値ＴＬおよび上限値ＴＨは、圧縮上死点の出現間隔を、所定のマージン量だけずらした値である。この処理は、周期Ｔによる圧力脈動が圧縮上死点の出現間隔で生じているか否かを判定する処理である。

ＣＰＵ５２は、Ｓ３２の処理において肯定判定する場合、極大値Ｐｅａｋｔから極小値Ｐｅａｋｂを減算した値を振幅ＰＰに代入する（Ｓ３４）。次にＣＰＵ５２は、振幅ＰＰを入力としてなまし係数Ｋを算出する（Ｓ３６）。詳しくはＣＰＵ５２は、振幅ＰＰが大きい場合に小さい場合よりもなまし係数Ｋを小さい値に算出する。具体的には、ＲＯＭ５４に予めマップデータが記憶された状態において、ＣＰＵ５２によりなまし係数Ｋの値がマップ演算される。ここでマップデータは、振幅ＰＰを入力変数とし、なまし係数Ｋを出力変数とするデータである。なお、なまし係数Ｋは「０」よりも大きく「１」よりも小さい値である。

次にＣＰＵ５２は、検出値Ｐ（ｎ）から診断用圧力Ｐｓｍを減算した値になまし係数Ｋを乗算した値と、診断用圧力Ｐｓｍとの和を、診断用圧力Ｐｓｍに代入する（Ｓ３８）。この処理は、検出値Ｐ（ｎ）の指数移動平均処理値を算出することに相当する。ここで、検出値Ｐ（ｎ）に乗算する重み係数がなまし係数Ｋであって且つ、診断用圧力Ｐｓｍに乗算する重み係数が「１－Ｋ」である。

なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ３８の処理を完了する場合と、Ｓ３２の処理において否定判定する場合と、には、図２に示した一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。

ＣＰＵ５２は、吸入空気量Ｇａが増加する旨の条件を含む所定の診断条件が成立すると、検出値Ｐに基づき診断用圧力Ｐｓｍを算出する。
図３に、検出値Ｐの変動を示す。ＣＰＵ５２は、検出値Ｐの極大値Ｐｅａｋｔから極小値Ｐｅａｋｂを減算した値を振幅ＰＰとする。そして、ＣＰＵ５２は、振幅ＰＰに応じてなまし係数Ｋの値を変更する。これにより、診断用圧力Ｐｓｍを用いた診断を迅速且つ高精度に行うことができる。

図４（ａ）に、吸入空気量Ｇａが増加するときにおける検出値Ｐおよびその変化量ＩｎΔＰの推移を例示する。図４（ａ）では、変化量ＩｎΔＰの算出のための検出値の初期値を算出する時刻ｔ１において、検出値Ｐが極小値となった場合を示す。この場合、時刻ｔ１からの圧力の低下量が小さい値に算出される傾向となる。したがって、実際には正常であっても異常と判定されやすくなる。

図４（ｂ）では、変化量ＩｎΔＰの算出のための検出値の初期値を算出する時刻ｔ１において、検出値Ｐが極大値となった場合を示す。この場合、時刻ｔ１からの圧力の低下量が大きい値に算出される傾向となる。したがって、実際には異常であっても正常と判定されやすくなる。

図４（ｃ）は、実線にて検出値Ｐおよびその変化量ＩｎΔＰの推移を示す。また、一点鎖線にて本実施形態にかかる診断用圧力Ｐｓｍおよびその変化量ＩｎΔＰの推移を示す。また、２点鎖線にて、なまし係数Ｋの値を本実施形態よりも小さくした場合におけるなまし処理後の値とその変化量ＩｎΔＰの推移を示す。なお、検出値Ｐの変化量ＩｎΔＰは幅を有しているため、最小値と最大値との推移を記載している。

図４（ｃ）に示すように、検出値Ｐを用いる場合には、変化量ＩｎΔＰをブローバイガスの漏出異常の有無を示す変数として適切な値とすることが困難である。これに対し、なまし係数Ｋが過度に小さい場合には、圧力脈動を十分に抑制できるものの、圧力の低下速度が小さくなることから、診断に要する時間が長くなる。そのため、診断の実行機会が少なくなり、速やかに異常を検知できなくなるおそれがある。

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する作用および効果が得られる。
（１）ＣＰＵ５２は、図３に示すように、検出値Ｐの時系列的に隣り合う一対の極大値Ｐｅａｋｔ間の時間間隔を、圧力脈動の周期Ｔとする。そして、周期Ｔが所定範囲内であることを条件に診断用圧力Ｐｓｍを算出した。これにより、圧縮上死点の出現間隔に同期した圧力脈動とは相違する想定外のノイズが検出値Ｐに含まれる場合に診断が実行されることを抑制できる。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図５に、本実施形態にかかる平滑化処理Ｍ１０の手順を示す。図５に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期でくり返し実行することにより実現される。なお、図５に示す処理において、図２に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。

図５に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、Ｓ３２の処理において肯定判定する場合、極大値Ｐｅａｋｔと極小値Ｐｅａｋｂとの単純平均値を、診断用圧力Ｐｓｍに代入する（Ｓ４０）。図３には、単純平均値Ｐｅａｋａｖｅを星印で示している。なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ４０の処理を完了する場合には、図５に示す一連の処理を一旦終了する。

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。異常診断装置は、制御装置５０に対応する。検出値取得処理は、Ｓ１０の処理に対応する。平滑化処理は、平滑化処理Ｍ１０に対応する。診断処理は、診断処理Ｍ１２に対応する。極値取得処理は、Ｓ１２～Ｓ２６の処理に対応する。出力値算出処理は、Ｓ３４～Ｓ３８の処理と、Ｓ４０の処理と、に対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・Ｓ２４の処理において、極小値Ｐｅａｋｂに前回の検出値Ｐ（ｎ－１）を代入してもよい。
・Ｓ２６の処理において、極大値Ｐｅａｋｔに前回の検出値Ｐ（ｎ－１）を代入してもよい。

・検出値Ｐの変動に対する診断用圧力Ｐｓｍの応答性を低下させる処理としては、なまし処理に限らない。たとえば１次遅れフィルタ処理であってもよい。またたとえば２次遅れフィルタ処理であってもよい。

・図５のＳ４０の処理では、単純平均値を診断用圧力Ｐｓｍに代入したが、これに限らない。たとえば、単純平均値をなまし処理した値を診断用圧力Ｐｓｍに代入してもよい。ここで、なまし処理のなまし係数Ｋは、固定値であってよい。もっとも、なまし係数Ｋを振幅ＰＰに応じて可変としてもよい。

・Ｓ３２の処理を省いてもよい。換言すれば、周期Ｔが圧縮上死点の出現間隔に相当するか否かの判定処理を実行しなくてもよい。

１０…内燃機関
１２…吸気通路
１４…過給機
１８…シリンダヘッド
２０…シリンダブロック
２６…連通路
２９…ヘッドカバー
３２…クランクケース
４２…ブローバイガス通路
５０…制御装置

Claims

燃焼室からクランクケースに流入したブローバイガスを吸気通路に戻すためのブローバイガス通路を備えた内燃機関に適用され、
前記ブローバイガス通路内の圧力の検出値を取得する検出値取得処理と、
前記検出値の変動を抑制する平滑化処理と、
前記平滑化処理の出力値に基づき前記ブローバイガス通路の異常の有無を診断する診断処理と、を実行し、
前記平滑化処理は、
前記検出値の極大値および極小値を取得する極値取得処理と、
前記極大値および前記極小値を入力として前記出力値を算出する出力値算出処理と、を含み、
前記出力値算出処理は、前記極大値および前記極小値の差が大きい場合に小さい場合よりも前記検出値の変動に対する前記出力値の応答性を低下させる処理を含む内燃機関の異常診断装置。