JPH11218028A

JPH11218028A - 吸気流動制御弁の故障検出装置

Info

Publication number: JPH11218028A
Application number: JP10033709A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Nishioka; 太西岡; Kenji Mayahara; 健司馬屋原; Yuji Sakata; 祐二坂田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構成でスワール制御弁等の吸気流動制
御弁の閉故障を正確に検出できるようにする。【解決手段】スワール制御弁（ＳＣＶ）の開弁領域に
おける高負荷・高回転側の所定領域、例えば、スロット
ル弁開度を１０％変化させた時の吸入空気量（ｑａ）の
変動率が３％以内、ＳＣＶ開時と閉時のｑａの差が５ｇ
／ｓ以上の領域を、閉故障診断領域とし、該領域におい
て、エンジンの吸入空気量を検出し、吸入空気量がしき
い値より小さい時にスワール制御弁の閉故障と判定す
る。その際、ＩＳＣバルブの開故障時にはスワール制御
弁の故障判定を禁止する。また、エンジン水温が例えば
８０℃以下の時はスワール制御弁の故障判定を禁止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸気通
路の途中に配置されエンジン運転領域の低負荷・低回転
側で閉弁させ高負荷・高回転側で開弁させて燃焼室内の
吸気流動を制御する吸気流動制御弁の故障検出装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸気通路の途中に吸気流動制
御弁（例えばスワール制御弁）を設け、該吸気流動制御
弁をエンジン運転領域の低負荷・低回転側で閉弁させ高
負荷・高回転側で開弁させることにより、低負荷・低回
転側で吸気流速を高め、燃焼室内に強い吸気流動を発生
させて燃焼速度を高めるとともに、高負荷・高回転側で
充分な吸気量を確保して出力を高めることが従来から行
われている。そして、特開平８−７４５８３号公報に記
載されているように、スワール制御弁の弁開度を検出
し、あらかじめ正常時に記憶しておいた弁開度特性ある
いは基準弁開度特性との偏差が、許容値以内であるかど
うかにより、スワール制御弁の作動診断を行い、所定値
以上の偏差が生じたときスワール制御弁が異常であると
診断するものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】スワール制御弁の故障
は、エンジン排気ガスのエミッション特性を悪化させる
要因となる。そして、特に、スワール制御弁が固着等に
よって閉じたままとなる閉故障が問題である。すなわ
ち、スワール制御弁に閉故障が発生すると、高負荷・高
回転領域で、本来ならスワール制御弁が開くはずのとこ
ろを開かないため、吸気抵抗が増大し、吸気量が不足し
て、出力が得られず、そのため、運転者はより一層アク
セルを踏み込むことになり、その結果、通常より燃料リ
ッチの運転となって、それがエミッション特性に大きく
影響する。そのため、スワール制御弁の閉故障を常時チ
ェックできるようにするが必要がある。

【０００４】スワール制御弁の閉故障は上記従来の方法
によっても検出可能であるが、その場合は、正常時の弁
開度特性あるいは基準弁開度特性と実弁開度特性との偏
差に基づいて異常を検出するので、スワール制御弁の弁
開度をモニターする手段が必要となり、そのため、装置
が複雑化し、コストの高いものとなってしまう。

【０００５】したがって、簡易な構成によりスワール制
御弁等の吸気流動制御弁の閉故障を正確に検出できるよ
うにすることが課題である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、吸気流動制
御弁の故障の内、開故障は、低負荷・低回転域で吸気流
動制御弁を閉じて吸気流速を高め、燃焼室内に強い吸気
流動を発生させて燃焼速度を高めるという機能がなくな
ることによって、エミッション性能を悪化させるには違
いないが、この開故障の場合のエミッション特性への影
響は、閉故障の場合に比べるとはるかに小さいものであ
り、吸気流動制御弁の場合、エンジンのエミッション特
性悪化の要因となるのは主として閉故障であることに着
目し、また、エンジンの低負荷・低回転域では、スワー
ル制御弁等の吸気流動制御弁が開いた状態と閉じた状態
とでエンジンの吸入空気量に特に大きな差は生じない
が、スロットル弁前後の差圧が小さくて、スロットル弁
開度が変化しても吸入空気量が大きく変化することのな
い高負荷域で、かつ、吸気流動制御弁が閉じることによ
り吸気抵抗の増大が顕著となる高回転側においては、吸
気流動制御弁が開いた状態と閉じた状態の吸入空気量の
差が大幅なものとなり、そのため、吸気流動制御弁の開
弁領域における高負荷・高回転側の所定領域でエンジン
の吸入空気量を検出することで、簡易な構成により吸気
流動制御弁の閉故障を正確に検出できることを見いだ
し、かかる知見に基づき、上記課題を解決するため、次
の構成からなる手段を提供するものである。

【０００７】すなわち、本発明に係る吸気流動制御弁の
故障検出装置は、エンジンの吸気通路の途中に配置され
エンジン運転領域の低負荷・低回転側で閉弁させ高負荷
・高回転側で開弁させて燃焼室内の吸気流動を制御する
吸気流動制御弁の故障検出装置であって、吸気流動制御
弁の開弁領域における高負荷・高回転側の所定領域でエ
ンジンの吸入空気量を検出し、検出された吸入空気量が
基準値より少ない時に吸気流動制御弁の閉故障と判定す
る閉故障判定手段を備えたことを特徴とする。

【０００８】本発明の上記構成によれば、吸気流動制御
弁の開弁領域であって、吸気流動制御弁が開いた状態と
閉じた状態の吸入空気量の差が大幅なものとなる高負荷
・高回転側の所定領域でエンジンの吸入空気量を検出す
ることにより、吸気流動制御弁の閉故障を正確に検出で
きる。

【０００９】本発明を、吸気通路に配置されたスロット
ル弁をバイパスするスロットルバイパス通路を備え、該
スロットルバイパス通路を通って燃焼室に吸入されるバ
イパスエア量をエンジン温度が所定値より低い時に増量
するバイパス制御弁を備えるエンジンに適用する場合、
エンジン温度が所定値より低い時は吸気流動制御弁の故
障判定を禁止するのがよい。エンジン温度が低いことに
よってバイパス制御弁が大きく開くと、吸気流動制御弁
が閉故障でも吸入空気量が増大し、吸気流動制御弁が開
いている状態との吸入空気量の差が小さくなって、閉故
障であるにもかかわらず正常と判定するという誤検出が
生じやすくなる。そこで、エンジン温度が所定値より低
い時は吸気流動制御弁の故障判定を禁止することによ
り、そういった誤検出を防止できる。

【００１０】また、本発明は、吸気通路に配置されたス
ロットル弁をバイパスするスロットルバイパス通路を備
え、該スロットルバイパス通路を通って燃焼室に吸入さ
れるバイパスエア量の調節を行うバイパス制御弁を備え
るエンジンに適用するにあたって、そのバイパス制御弁
の開故障を判別し、バイパス制御弁の開故障時は吸気流
動制御弁の故障判定を禁止するのがよい。バイパス制御
弁が開故障していると、吸気流動制御弁が閉故障してい
る状態でも吸入空気量が増大し、そのため、吸気流動制
御弁が開いている状態との吸入空気量の差が小さくな
り、やはり誤検出が生じやすくなる。そこで、バイパス
制御弁の開故障時は吸気流動制御弁の故障判定を禁止す
ることにより、そういった誤検出を防止できる。

【００１１】上記バイパス制御弁は、スロットルバイパ
ス通路を通って燃焼室に吸入されるバイパスエア量の調
節によりアイドル時のエンジン回転数を目標回転数に制
御するとともに、エンジン温度が所定値より低い時にバ
イパスエア量を増量する手段を備えたものであってよ
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。

【００１３】図１は本発明の実施の形態の一例に係るエ
ンジンのシステム図である。

【００１４】図１において、１は直列配置で複数の気筒
を配したエンジン本体であり、２は各気筒の燃焼室であ
る。エンジン本体１には、各燃焼室２に開口する吸気ポ
ート３および排気ポート４が設けられ、これら吸気ポー
ト３および排気ポート４の燃焼室２への開口部に吸気弁
５および排気弁６が配設されている。吸気ポート３およ
び排気ポート４は、図１において重なる配置で各気筒に
それぞれ二つずつ設けられたものである。そして、エン
ジン本体１には、気筒毎に二つに分岐してそれぞれの吸
気ポート３に連通する各独立吸気通路７が接続されてい
る。それら独立吸気通路は、上流側が一つのサージタン
ク８に接続されている。そして、そのサージタンク８の
入口には、１本の上流側吸気通路９が接続されている。
また、エンジン本体１には、各気筒の排気ポート４に連
通し下流側で一つに合流する排気通路１０が接続されて
いる。

【００１５】上流側吸気通路９には、入口にエアークリ
ーナ１１が接続され、その下流にはエアーフローセンサ
ー１２およびスロットル弁１３がその順で配設されてい
る。また、各気筒の独立吸気通路７には、それぞれの二
つの吸気ポート３に連通する分岐した通路部分の一方に
燃料噴射弁１４が配設され、他方の通路部分にスワール
制御弁１５が配設されている。

【００１６】スワール制御弁１５は、負圧ダイアフラム
式のアクチュエータ１６にリンク連結されたものであ
る。アクチュエータ１６の作動室には、ディレイバルブ
１７を介してバキュームチャンバー１８が接続されてい
る。そして、バキュームチャンバー１８は、ワンウエイ
バルブ１９を介してサージタンク８に接続されている。
また、ディレイバルブ１７とバキュームチャンバー１８
の間には、大気リークのオン・オフによってアクチュエ
ータ１６への負圧導入を制御するソレノイドバルブ２０
が配設されている。

【００１７】また、上流側吸気通路９には、スロットル
弁１３をバイパスするＩＳＣ通路２１（スロットルバイ
パス通路）が併設され、該通路２１にデューティソレノ
イド式のＩＳＣバルブ２２が配設されている。ＩＳＣバ
ルブ２２は、ＩＳＣ通路２１を通って燃焼室２に吸入さ
れるバイパスエア量を調節しアイドル時のエンジン回転
数を目標回転数に制御するものである。また、ＩＳＣバ
ルブ２２は、エンジン温度が所定値（例えば８０℃）以
下の時にバイパスエア量を増量する機能をも備えてい
る。

【００１８】エンジン本体１には、また、クランク角信
号によりエンジン回転数を検出する回転センサー２３お
よびエンジン冷却水の水温を検出する水温センサー２４
が設けられている。また、スロットル弁１３の開度を検
出するスロットルセンサー２５がスロットル弁１３に付
設され、排気通路１０には、上流側および下流側の二つ
の触媒装置２６，２７が配設されるとともに、上流側の
触媒装置２６の前後に酸度濃度センサー２８，２９が設
置されている。

【００１９】また、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニ
ット）３０が設けられ、エアーフローセンサー１２，回
転センサー２３，水温センサー２４，スロットルセンサ
ー２５および酸素濃度センサー２８，２９の各出力信号
が、制御情報として、ＥＣＵ３０に入力される。そし
て、それら制御情報に基づいて、ＥＣＵ３０で燃料噴射
制御，ＩＳＣ制御，スワール制御等の処理が行われ、燃
料噴射制御の制御信号が燃料噴射弁１４に出力され、Ｉ
ＳＣ制御の制御信号がＩＳＣバルブ２２に出力され、ス
ワール制御の制御信号が、スワール制御弁１５の開閉の
ためのアクチュエータ１６の作動圧を制御するソレノイ
ドバルブ２０に出力される。また、ＥＣＵ３０では、ス
ワール制御弁１５の故障診断の処理が行われる。

【００２０】燃料噴射制御およびＩＳＣ制御は、従来か
ら知れられている制御と変わらないものである。また、
スワール制御も、従来の制御と変わらないもので、エン
ジン運転領域の低負荷・低回転側でスワール制御弁１５
を閉弁させ、高負荷・高回転側の所定領域で開弁させる
ことによって、低負荷・低回転側で吸気流速を高め、燃
焼室内に強い吸気流動を発生させて燃焼速度を高めると
ともに、高負荷・高回転側で充分な吸気量を確保して出
力を高める制御である。

【００２１】スワール制御弁１５の故障診断は、スワー
ル制御弁の開弁領域における高負荷・高回転側の所定領
域で、エンジンの吸入空気量を検出することにより、閉
故障を診断するものである。

【００２２】スワール制御弁１５の閉故障診断を行う運
転領域は、スロットル弁前後の差圧が小さくて、スロッ
トル弁開度が変化しても吸入空気量が大きく変化するこ
とのない高負荷域で、かつ、スワール制御弁１５が閉じ
ることによる吸気抵抗の増大が顕著で、スワール制御弁
１５が開いた状態と閉じた状態の吸入空気量の差が大幅
なものとなる高回転側に設定するものである。すなわ
ち、スロットル弁開度とエンジン回転数をパラメータと
して、例えば、図２に示すように、スワール制御弁１５
（ＳＣＶ）が開いた状態でスロットル弁開度を１０％変
化させた時の吸入空気量（ｑａ）の変動率が３％以内で
あり（図２に右下がりの斜線を入れた領域内）、かつ、
ＳＣＶが開いた時と閉じた時のｑａの差（ＳＣＶ開時の
ｑａ脈動によるバラツキの下限値と、ＳＣＶ閉時のｑａ
の脈動によるバラツキの上限値との差）が５ｇ／ｓ以上
である（図２に左下がり斜線を入れた領域内）という二
つの条件を満たす運転領域（図２に格子状に斜線を入れ
た領域）を、ＳＣＶ閉故障診断領域に設定する。

【００２３】各エンジン回転数で、スワール制御弁１５
（ＳＣＶ）を開いた時と閉じた時の吸入空気量（ｑａ）
を、スロットル弁開度（ｔｖｏ）をパラメータとしてプ
ロットすると、エンジン回転数が例えば２５００ｒｐｍ
以下の低回転側では、ＳＣＶ開時と閉時のｑａの差は小
さいが、エンジン回転数がそれより高くなると、スロッ
トルＳＣＶ開時と閉時のｑａの差が顕著となり、特に、
スロットル弁開度が大きい高負荷側でｑａの差が大幅な
ものとなる。図３は、エンジン回転数４５００ｒｐｍで
のＳＣＶ開時と閉時のｑａをスロットル弁開度を示して
いる。

【００２４】このように、スワール制御弁１５の開弁領
域で、スワール制御弁の開時と閉時とで吸入空気量の差
が大幅なものとなる高負荷・高回転側の所定領域（閉故
障診断領域）において、エンジンの吸入空気量を検出
し、スワール制御弁の閉故障を判定する。そして、その
際に、ＩＳＣバルブ２２の開故障を検出し、ＩＳＣバル
ブ２２の開故障時には、スワール制御弁１５の開時と閉
時との吸入空気量の差が小さくなることによる誤検出を
防止するため、スワール制御弁１５の故障判定を禁止す
る。また、エンジン水温が所定値（例えば８０℃）以下
の時は、やはりＩＳＣバルブ２２が開いて吸入空気量が
増大し、スワール制御弁１５の開時と閉時との吸入空気
量の差が小さくなって誤検出を生じるのを防止するた
め、スワール制御弁１５の故障判定を禁止する。

【００２５】図４は、上記スワール制御弁１５の故障診
断の処理を行うフローチャートであって、スタートする
と、まず、ステップＳ１，Ｓ２およびＳ３で、エアーフ
ローセンサー（１０），スロットルセンサー（２５）お
よび水温センサー（２４）の故障の有無を判定し、それ
らエアーフローセンサー（１０），スロットルセンサー
（２５）あるいは水温センサー（２４）のいずれかが故
障しているときは、そのままフローを終了する。

【００２６】エアーフローセンサー（１０），スロット
ルセンサー（２５）および水温センサー（２４）がいず
れも故障していないと判定したときは、更に、ステップ
Ｓ４でＩＳＣバルブ（２２）が故障していないかどうか
を判定する。そして、ＩＳＣバルブ（２２）が故障して
いないときは、ステップＳ５へ進む。また、ＩＳＣバル
ブ（２２）が故障しているときは、そのままフローを終
了する。

【００２７】ステップＳ５では、エンジン水温（ｔｈ
ｗ）が８０℃を越えているかどうかを判定する。そし
て、８０℃以下のときは、ステップＳ６へ進んで、後述
のカウンター値（Ｃ）をクリアー（Ｃ＝０）し、８０℃
を越えるまでステップＳ５〜Ｓ６を繰り返す。

【００２８】ステップＳ５の判定で、エンジン水温（ｔ
ｈｗ）が８０℃を越えたら、ステップＳ７へ進み、スワ
ール制御弁１５の閉故障診断領域かどうかの判定を行
う。すなわち、ステップＳ７では、スロットル弁開度
（ｔｖｏ）が、エンジン回転数（ｎｅ）をパラメータと
するテーブル補間の函数で規定するしきい値を越えてい
るかどうかよって、閉故障診断領域かどうかを判定す
る。このとき、閉故障診断領域でなければ、ステップＳ
６でやはりカウンター値（Ｃ）をクリアー（Ｃ＝０）
し、ステップＳ５へ戻る。そして、閉故障診断領域であ
れば、故障判定を実行するということで、ステップＳ８
へ進む。

【００２９】ステップＳ８では、スロットル弁開度（ｔ
ｖｏ）とエンジン回転数（ｎｅ）の函数のテーブル値
に、高地補正のため、大気圧（ａｔｐ）をパラメータと
するテーブル補間の函数で規定される補正値（≦１）を
かけた値を、しきい値として、吸入空気量（ｑａ）がそ
のしきい値より小さいかどうかを判定する。そして、し
きい値より小さいというときは、ステップＳ９へ進み、
そうでないときは、ステップＳ６でカウンター値（Ｃ）
をクリアー（Ｃ＝０）し、ステップＳ５へ戻る。

【００３０】ステップＳ８で、ｑａがしきい値より小さ
いというときは、ステップＳ９へ進み、故障の継続性を
見るため、カウンター値Ｃを積算する。そして、ステッ
プＳ１０で、カウンター値Ｃが所定値を越えたかどうか
を見て、所定値を越えていなければ、ステップＳ５に戻
って、Ｓ１０までの処理を繰り返す。

【００３１】ステップＳ１０で、カウンター値Ｃが所定
値を越えたら、ステップＳ１１で、ｑａがしきい値より
小さい状態でカウンター値Ｃが所定値を越えた状態が、
今回で、２ＤＣ（エンジンのスタートから停止までのサ
イクルの２回分）連続したことになるかどうかを判定
し、２ＤＣ連続していなければ、偶発性を排除するた
め、仮故障と判定し、ステップＳ１２でメモリにテンポ
ラリコードをストアする。そして、ステップＳ１１で、
２ＤＣ連続ということになれば、スワール制御弁１５の
閉故障と判定して、ステップＳ１３で警報ランプ（ＭＩ
Ｔ）を点灯するとともに、故障コードをメモリにストア
する。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、スロットル弁前後の差
圧が小さくて、スロットル弁開度が変化しても吸入空気
量が大きく変化することのない高負荷域で、かつ、吸気
流動制御弁が閉じることによる吸気抵抗の増大が顕著と
なる高回転側において、吸入空気量を検出して故障診断
を行うことにより、簡易な構成でスワール制御弁等の吸
気流動制御弁の閉故障を正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例に係るエンジンのシ
ステム図である。

【図２】スワール制御弁閉故障診断領域の領域図であ
る。

【図３】スワール制御弁開時および閉時の吸入空気量を
示すグラフである。

【図４】スワール制御弁閉故障診断のフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１エンジン本体１２エアーフローセンサー１３スロットル弁１５スワール制御弁（吸気流動制御弁）２２ＩＳＶバルブ（バイパス制御弁）２３回転センサー２４水温センサー２５スロットルセンサー３０ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの吸気通路の途中に配置されエ
ンジン運転領域の低負荷・低回転側で閉弁させ高負荷・
高回転側で開弁させて燃焼室内の吸気流動を制御する吸
気流動制御弁の故障検出装置であって、前記吸気流動制御弁の開弁領域における高負荷・高回転
側の所定領域でエンジンの吸入空気量を検出し、検出さ
れた吸入空気量が基準値より少ない時に前記吸気流動制
御弁の閉故障と判定する閉故障判定手段を備えたことを
特徴とする吸気流動制御弁の故障検出装置。
【請求項２】吸気通路に配置されたスロットル弁をバ
イパスするスロットルバイパス通路を備え、該スロット
ルバイパス通路を通って燃焼室に吸入されるバイパスエ
ア量をエンジン温度が所定値より低い時に増量するバイ
パス制御弁を備えたエンジンにおける吸気流動制御弁の
故障検出装置であって、エンジン温度が前記所定値より
低い時は前記吸気流動制御弁の故障判定を禁止するもの
とした請求項１記載の吸気流動制御弁の故障検出装置。
【請求項３】吸気通路に配置されたスロットル弁をバ
イパスするスロットルバイパス通路を備え、該スロット
ルバイパス通路を通って燃焼室に吸入されるバイパスエ
ア量の調節を行うバイパス制御弁を備えたエンジンにお
ける吸気流動制御弁の故障検出装置であって、前記バイ
パス制御弁の開故障を判別し、該バイパス制御弁の開故
障時は前記吸気流動制御弁の故障判定を禁止するものと
した請求項１記載の吸気流動制御弁の故障検出装置。
【請求項４】前記バイパス制御弁は、前記スロットル
バイパス通路を通って燃焼室に吸入されるバイパスエア
量の調節によりアイドル時のエンジン回転数を目標回転
数に制御するとともに、エンジン温度が所定値より低い
時に前記バイパスエア量を増量する手段を備えたもので
ある請求項２または３記載の吸気流動制御弁の故障検出
装置。