JP2007120349A - バルブ故障診断装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ故障診断装置により、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関が有するタンブルコントロールバルブ等のバルブの故障を好適に診断できるようにする。
【解決手段】バルブ故障診断装置は、排気ガスの一部を吸気系にＥＧＲガスとして還流させるＥＧＲ装置を有する内燃機関に備えられており、該内燃機関の燃焼室で発生するタンブル流を開閉動作により調整するタンブルコントロールバルブにおける、開閉動作に係る故障を診断する。バルブ故障診断装置は、ＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得手段と、内燃機関のトルク変動値を取得するトルク変動値取得手段と、取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きい場合に、取得されたトルク変動値に基いて、故障を診断する故障診断手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を備えた内燃機関が有するタンブルコントロールバルブの故障を好適に診断するバルブ故障診断装置及び方法に関する。

エンジンの熱効率を上げるためには、ＥＧＲ装置などの排気ガス循環装置が用いられることがある。希薄燃焼時には燃料分布が不均一になりやすく、係る状態でＥＧＲ装置により排気ガスが循環されると燃焼が不安定になりやすい。このような状況を回避するためには、タンブルコントロールバルブ或いはスワールコントロールバルブを利用シリンダ内にタンブル流或いはスワール流のような渦流発を形成・制御することが有効である。しかし、このようなバルブを利用すると、その開閉制御が不能になってしまう不具合があり、これはトルク変動の悪化につながり得る。

そこで、このような不具合に対処するため、例えば燃焼速度等の燃焼状態からスワールコントロールバルブの故障診断を行う技術が提案されている（特許文献１参照）。また、エンジンの燃焼状態からスワールコントロールバルブの故障を診断するための技術が開示されている（特許文献２参照）。更に、ＥＧＲ装置を有するエンジンにおいて、燃焼変動状態に応じてスワールコントロールバルブの開度を制御する技術が提案されている（特許文献３参照）。ハイブリッド車両が有するモータジェネレータのトルク反力によりエンジンの燃焼状態を判断するための技術が提案されている（特許文献４参照）。

特開平７−８３１０１号公報 特開２００１−２０７８２号公報 特開２００４−１５６５１９号公報 ＷＯ００／３９４４４号公報

しかしながら、例えば前述の各特許文献に開示されている技術には、以下のような問題が生じ得る。

即ち、特許文献１及び特許文献２に開示された技術ではＥＧＲ装置について考慮されていない。そのため、ＥＧＲ装置を搭載した車両に係る燃焼速度とタンブルコントロールバルブの故障との関係性を、ＥＧＲ装置を搭載していない車両の場合と同様に取り扱うことになり、故障診断精度が十分確保されない可能性がある。また、特許文献３に開示された技術ではＥＧＲ装置について考慮されているものの、バルブの開度制御にとどまり、故障時に対応できない可能性がある。更に、特許文献４に開示された技術では判断された燃焼状態をタンブルコントロールバルブの故障診断に用いることについて考慮されていない可能性がある。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関が有するタンブルコントロールバルブ等のバルブの故障を診断可能であるバルブ故障診断装置を提供することを課題とする。

本発明のバルブ故障診断装置は上記課題を解決するために、排気ガスの一部を吸気系にＥＧＲガスとして還流させるＥＧＲ装置を有する内燃機関に備えられており、該内燃機関の燃焼室で発生するタンブル流を開閉動作により調整するタンブルコントロールバルブにおける、前記開閉動作に係る故障を診断するバルブ故障診断装置であって、前記吸気系の吸気量に対する前記還流されるＥＧＲガス量の比率であるＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得手段と、前記内燃機関のトルク変動値を取得するトルク変動値取得手段と、前記取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きい場合に、前記取得されたトルク変動値に基いて、前記故障を診断する故障診断手段とを備える。

本発明のバルブ故障診断装置によれば、その動作時には、内燃機関に備えられたタンブルコントロールバルブにおける開閉動作に係る故障が、次のように診断される。ここに「内燃機関」とは、典型的には車両に備わると共に燃料の燃焼を動力に変換する機関を包括する概念であり、例えば、ガソリン又は軽油などを燃料とするエンジンなどを指す。「タンブルコントロールバルブ」とは、周知のタンブルコントロールバルブであり、内燃機関の燃焼室で発生するタンブル流の強さの指標であるタンブル比を、その開閉により調整するバルブである。タンブルコントロールバルブは、例えば吸気系の流路に設けられ、例えばコントローラ等を備えるタンブル比調整手段からの命令によって開閉されることにより、流路を通過する混合気の流速を調整し、タンブル比を変えることが可能である。「タンブル比」は、具体的には、クランク軸１回転あたりの吸気の縦方向回転数として取得される。タンブルコントロールバルブの開閉動作は、例えば、車両に備わる制御装置がタンブルコントロールバルブの駆動部分に対して開閉命令することで実施される。また、調整結果はトルク変動値として捕らえられるため、タンブル比の検出は不要である。

このようなタンブルコントロールバルブにおける開閉動作に係る故障検出の際には先ず、例えば排気センサ、コントローラ等を備えるＥＧＲ率取得手段によって、ＥＧＲ率が取得される。ここに「ＥＧＲ率取得手段」とは、ＥＧＲ率を直接的に或いは間接的に取得する手段である。ＥＧＲ率取得手段は、例えば、吸気系に設けた排気センサを備え、これにより直接的に取得、即ち検出するように構成されてもよいし、制御装置に保持されたＥＧＲバルブの開度指示信号から間接的に特定するように構成されてもよい。

このようなＥＧＲ率の取得と相前後して又は並行して、例えばコントローラ等を備えるトルク変動値取得手段によって、内燃機関のトルク変動値が取得される。トルク変動値取得手段は、例えば、当該内燃機関と共にハイブリッド型の動力出力装置を構成するモータジェネレータにおけるトルク反力を演算により求めることで、トルク変動値を取得するように構成されてもよいし、センサによりトルク変動値を検出するように構成されてもよい。

以上のように、ＥＧＲ率の取得とトルク変動値の取得が行われると、続いて、例えばコントローラ等を備える故障診断手段によって、取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きい場合に、取得されたトルク変動値に基いて、故障が診断される。逆に、取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より小さい場合（又は大きくない場合）には、故障が診断されることはない。取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きい場合には、例えば、取得されたトルク変動値が、ＥＧＲ率に応じて定まる（言い換えれば、ＥＧＲ率の所定関数として規定される）トルク変動許容値と比較されることで、タンブルコントロールバルブの故障が診断される。ここに「トルク変動許容値」とは、車両のドラビリの良し悪しを分ける閾値である。つまり、実際のトルク変動値がトルク変動許容値よりも大きい場合には、ドラビリが悪いということになる。一般に、エンジン回転数一定且つ負荷一定時には、ＥＧＲ率の上昇に伴いトルク変動値も上昇する。この傾向はタンブルが弱ければ弱いほど強い、即ち、タンブルが弱いほどトルク変動値は大きくなる傾向がある。このような場合、タンブル比調整手段によって、タンブル比を大きくすることが有効である。ところが、係るタンブル比調整をしたにも拘らず、トルク変動値がトルク変動許容値を下回らない場合、或いは超えてしまう場合が、あり得る。この場合には、タンブル比調整は開閉命令にとどまり、実際のタンブルコントロールバルブの開度は命令通りには変わっていないと推定され、係る場合を、故障診断手段は「タンブルコントロールバルブが故障している」と診断可能となる。他方で、係るタンブル比調整をした結果、トルク変動値がトルク変動許容値を下回る場合には、実際のタンブルコントロールバルブの開度が命令通りに変わっていると推定され、「タンブルコントロールバルブが故障していない（即ち、正常である」と診断可能となる。より一般には、トルク変動値は、タンブルコントロールバルブの開閉動作に係る故障の有無や故障の程度に応じて変化するので、トルク変動値に基いて、係る故障を診断することが可能となる。

特に、このような故障の有無や故障の程度に応じたトルク変動値の変化は、ＥＧＲ値が、ある程度大きいと、顕在化する。従って、本発明の如くに故障診断手段によって、ＥＧＲ率が大きいために診断精度が相対的に高い状態において、故障を診断することで、高い精度での診断が可能となるのである。

以上のように本発明によれば、ＥＧＲ装置の影響（ＥＧＲ率）も考慮した上で、タンブルコントロールバルブの故障を診断することが可能である。従って、ＥＧＲ装置を有する車両において、タンブルコントロールバルブの故障診断精度が向上されることとなる。

本発明のバルブ故障診断装置の一態様では、前記内燃機関は、モータジェネレータと組み合わされることで、ハイブリッド型の動力出力装置に用いられ、前記トルク変動値取得手段は、前記モータジェネレータにおけるトルク反力から、前記トルク変動値を取得する。

この態様によれば、モータジェネレータにおけるトルク反力から、トルク変動値を容易に且つ比較的高精度で取得することが可能となる。この際、トルク変動値の検出センサ或いはトルクセンサは不要となるので、装置構成を簡略化する上で有利である。

本発明のバルブ故障診断装置の他の態様では、前記故障診断手段は、前記取得されたトルク変動値が所定トルク変動許容値よりも大きい場合に、前記開閉動作に故障があると診断し、前記取得されたトルク変動値が前記所定トルク変動許容値よりも小さい場合に、前記開閉動作に故障がないと診断する。

この態様によれば、故障診断手段によって、取得されたトルク変動値と、所定トルク変動許容値との大小比較によって、比較的簡単且つ高い精度で、開閉動作に故障があるか否かを診断可能となる。

この態様では、前記所定トルク変動許容値は、前記取得されたＥＧＲ率に応じて可変に設定められてもよい。

このように構成すれば、現在のＥＧＲ率に応じて適切なトルク変動許容値と、取得されたトルク変動値とを比較することが可能となる。但し、簡易には、予め設定された、即ち固定された、即ちＥＧＲ率によらずに一定のトルク変動許容値を用いることも可能である。更に、ＥＧＲ率を唯一のパラメータとして可変に設定するのではなく、これに加えて又は代えて、例えばエンジン回転数或いは負荷である運転領域に応じて、トルク変動許容値を可変に設定することも可能である。いずれにせよ、運転状態に応じて、臨機応変に対応することが可能となる。

この所定トルク変動許容値を用いる態様では、前記故障診断手段は、前記取得されたＥＧＲ率が前記所定ＥＧＲ閾値より大きく且つ、前記取得されたトルク変動値が前記所定トルク変動許容値よりも大きい場合には、前記タンブルコントロールバルブが開故障していると診断してもよい。

このように構成すれば、単に前記タンブルコントロールバルブが故障したか否かのみならず、開故障（つまりタンブルコントロールバルブが開いた状態で故障）しているか否かまで診断することが可能となる。

この所定トルク変動許容値を用いる態様では、前記故障診断手段は、タンブル比が所定タンブル比閾値以上となるように調整が行われる際に、該調整の前後において、前記取得されたトルク変動値が相対的に前記所定トルク変動量閾値以上変わらない場合には、前記タンブルコントロールバルブが故障していると診断してもよい。

このように構成すれば、タンブルコントロールバルブの故障を様々な角度から検討することが可能となる。ここでは、タンブル比調整による作用が、トルク変動値の変化という効果として現れているか否かを、絶対的（例えばトルク変動許容値）にではなく、相対的に判断する。ここに「所定タンブル比閾値」とは、所謂「タンブル強」と「タンブル弱」との閾値である。この値は、タンブルコントロールバルブが故障する際のタンブル比を、実験的、シミュレーション的或いはリアルタイム的に求めることで、定めてもよい。具体的に例えば１．６である。また、「所定変動閾値」とは、タンブル比調整とトルク変動値の変化との因果関係を客観的に示すに足る値である。この値は、各タンブル比におけるタンブルコントロールバルブが故障する際のトルク変動値を、予め実験的、シミュレーション的に求めることで定めることができる固定値の他、タンブル比調整前のトルク変動値やＥＧＲ率或いは運転領域等によってリアルタイム的に求められる変動値であってもよい。

本発明のバルブ故障診断装置の他の態様では、前記ＥＧＲ装置は、ＥＧＲバルブの開度指示値を変更することで前記ＥＧＲ率を調整しており、前記ＥＧＲ率取得手段は、前記ＥＧＲ率を前記ＥＧＲバルブの開度指示値によって特定する。

この態様によれば、ＥＧＲ率は、ＥＧＲ率取得手段によって、ＥＧＲバルブの開度指示値によって特定される。ここで、車両の制御装置からＥＧＲ装置に対して送られてくるＥＧＲバルブの開度指示値と、ＥＧＲ率との間には所定の関係がある。具体的には、ＥＧＲバルブの開度指示値が相対的に開けば、ＥＧＲ率は相対的に上昇する。従って、ＥＧＲ率取得手段は、この関係を利用してＥＧＲ率を間接的に特定することが可能となる。この際、ＥＧＲ率を特定するために新たなセンサを設置することが不要となる。

本発明のバルブ故障診断装置の他の態様では、前記内燃機関は、前記タンブルコントロールバルブに代えて又は加えて、前記内燃機関の燃焼室で発生するスワール流を開閉動作により調整するスワールコントロールバルブを備えており、前記故障診断手段は、前記タンブルコントロールバルブに代えて又は加えて、前記スワールコントロールバルブの故障を診断する。

この態様によれば、その動作時には、取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きい場合に、取得されたトルク変動値に基いて、故障診断手段により、スワールコントロールバルブの故障が診断される。ここに、スワールコントロールバルブもタンブルコントロールバルブと同様に、当該バルブの開度に応じてスワール比（スワール流の強さ）が変更され、最終的に前記トルク変動値を変えることが可能な筈である。従って、スワールコントロールバルブの開度を変更したにも拘らず、前記検出されるトルク変動値が予想されるほど変化なければ、スワールコントロールバルブに何らかの故障があるとの診断が可能となる。このように、タンブルコントロールバルブの故障のみならず、スワールコントロールバルブの故障も診断することが可能となる。

本発明のバルブ故障診断方法は上記課題を解決するために、排気ガスの一部を吸気系にＥＧＲガスとして還流させるＥＧＲ装置を有する内燃機関に備えられており、該内燃機関の燃焼室で発生するタンブル流を開閉動作により調整するタンブルコントロールバルブにおける、前記開閉動作に係る故障を診断するバルブ故障診断方法であって、前記吸気系の吸気量に対する前記還流されるＥＧＲガス量の比率であるＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得工程と、前記内燃機関のトルク変動値を取得するトルク変動値取得工程と、前記取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きい場合に、前記取得されたトルク変動値に基いて、前記故障を診断する故障診断工程とを備える。

この態様によれば、上述した本発明のバルブ故障診断と同様に、ＥＧＲ装置の影響（ＥＧＲ率）も考慮した上で、タンブルコントロールバルブの故障を診断することが可能である。従って、ＥＧＲ装置を有する車両においては、診断精度の向上が期待される。

尚、本発明のバルブ故障診断方法においても、上述した本発明のバルブ故障診断の各種態様と同様の各種態様が可能である。

以下、この発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

先ず本実施形態に係るバルブ故障診断装置が設けられた車両の構成を、図１、図２、図３及び図４を参照して、その基本動作と共に説明する。ここに、図１は、本実施形態に係るバルブ故障診断装置を備えた車両の模式図であり、図２は図１を補足するために車両１を図１とは別の視点から表現した図であり、本実施形態に係るハイブリッドシステム及びハイブリッド車両の図式的なシステム系統図である。また、図３は本実施形態に係るエンジンの回転数及び負荷に応じたＥＧＲ装置の動作状態を示す特性図であり、図４は本実施形態に係るエンジンの回転数及び負荷に応じたタンブルの強弱を示す特性図である。

図１において、本実施形態に係る車両１は、エンジン２００（シリンダ２０１、吸気管２０６、タンブルコントロールバルブ２０７、排気管２１０及びＥＧＲ装置２２９を含む）、モータジェネレータＭＧ１及びそれらを制御する制御装置１００を備えて構成される。

シリンダ２０１は、その内部で混合気を爆発させることが可能に構成されている。該爆発により生じる図示しないピストンの往復運動が図示しないクランクシャフトの回転運動に変換され、車両１の運動が可能となる。

吸気管２０６は、シリンダ２０１内部と吸気バルブ２０８の開閉によって連通状態が制御されている。従って、吸気管２０６において、外部から吸入された空気（即ち、吸入空気）と、図示しないインジェクタから噴射された燃料とが混合され（即ち、混合気を形成し）、吸気バルブ２０８を介してシリンダ２０１に供給されることとなる。

タンブルコントロールバルブ２０７は、本発明に係るバルブ故障診断装置の診断対象であり、燃焼を安定させるため、電気的に接続された制御装置１００から受ける信号に従って吸気管２０６を開閉可能に設置されている。具体的には、タンブルコントロールバルブ２０７によって吸気管２０６の流路面積が相対的に小さくなり、それに伴い吸気管２０６からの流速が相対的に増し、シリンダ２０１内で相対的に大きなタンブル流が生じて燃焼を安定させることとなる。この作用は特にＥＧＲ装置２２９の働きにより希薄燃焼をしている場合に有効である。ここで仮に、タンブルコントロールバルブ２０７がＥＧＲ装置２２９の作動時に故障してしまうと、故障診断が困難となる。

排気管２１０は、シリンダ２０１内部で発生する排気ガスを、吸気バルブ２０８の開閉に連動して開閉する排気バルブ２０９を介して排気することが可能に構成されている。

ＥＧＲ装置２２９は、ＥＧＲパイプ２２７及びＥＧＲバルブ２２８を備え、前述の排気ガスの一部を吸気管２０６へと環流することが可能に構成されている。

ＥＧＲパイプ２２７は、排気管２１０と、吸気管２０６における図示しないスロットルバルブ下流側とを繋ぐ管状部材であり、その中を排気ガスが通り抜ける。

ＥＧＲバルブ２２８は、ＥＧＲパイプ２２７に設けられた電磁制御弁である。ＥＧＲバルブ２２８は、制御装置１００から供給される開度制御信号によってその開度が制御され、係る開度に応じ、ＥＧＲパイプ２２７における排気管２１０側と吸気管２０６側との連通面積が変化する（即ち、ＥＧＲ率が変化する）構成となっている。

係る構成の下、ＥＧＲ装置２２９は、排気管２１０に排出される排気ガスの一部を、ＥＧＲバルブ２２８の開度に応じて吸気管２０６に循環させることが可能に構成されている。

モータジェネレータＭＧ１は、図２に示す本実施形態に係るハイブリッドシステム１０における発電機及び充電器として適宜使用されており、これを利用して、エンジン２００のトルク変動を検出することが可能である。ここに、図２は本実施形態に係るハイブリッドシステム及びハイブリッド車両の図式的なシステム系統図である。

ここで、図２に示すハイブリッドシステム１０は、制御装置１００、エンジン２００、モータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２、動力分割機構３００、インバータ４００、バッテリ５００及びＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）センサ５１０を備え、伝達機構２１を介して車輪２２の制駆動状態即ちハイブリッド車両２０の走行状態を制御するシステムであり、その基本動作はＴＨＳ（Ｔｏｙｏｔａ Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｙｓｔｅｍ：商品名）に代表される周知のハイブリッドシステムと同様である。

ここで特に、モータジェネレータＭＧ１にはシリンダ２０１の燃焼によるエンジン２００のトルクが分配されており、モータジェネレータＭＧ１は、係る分配されたトルクを打ち消す向きに（即ち、モータジェネレータＭＧ１が発電機として使用される回転方向に）、係る分配されたトルクと等しい大きさのトルク（即ち、トルク反力）を発生させるように、制御装置１００によって制御されている。このようにして、エンジン２００のトルクは、モータジェネレータＭＧ１を介しトルク反力として取得されることとなる。

再び図１に戻り、制御装置１００は、本発明に係る「ＥＧＲ率取得手段」の一例としてのＥＧＲ率特定部１０１、タンブル比調整部１０２、本発明に係る「トルク変動値取得手段」の一例としてのトルク変動特定部１０３及び本発明に係る「故障診断手段」の一例としての故障診断部１１０を備えて構成される。これらは好適には、周知の電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）、制御プログラムを格納した読み出し専用メモリ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＯＭ）、各種データを格納する随時書き込み読み出しメモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等を中心とした論理演算回路として構成されている。更に、ＳＯＣセンサ５１０等の各種センサからの入力信号を受ける入力ポート及び、タンブルコントロールバルブ２０７等の各種アクチュエータに制御信号を送る出力ポートに対して、バスを介して接続されている。

ＥＧＲ率特定部１０１は、車両の動作条件に応じてＥＧＲバルブ２２７の開閉を制御し、ＥＧＲ率を好適に制御することが可能に構成されている。例えば、図３に示すようにエンジン回転数及び負荷を夫々各軸に配してなるマップにおいて、エンジン回転数及び負荷に応じて、ＥＧＲ導入領域とＥＧＲ非導入領域とが切り分けられており、これに基づいてＥＧＲバルブ２２７の開閉が制御されることとなる。ここで、「ＥＧＲ導入領域」とは、エンジン回転数及び負荷が夫々十分に小さく、ＥＧＲガスが導入されても「燃焼状態が良好に維持」されると想定される条件をいう。逆に、「ＥＧＲ非導入領域」とは、エンジン回転数及び負荷が夫々十分に大きく、ＥＧＲガスが導入されると「燃焼状態が良好に維持」されない可能性があると想定される条件をいう。尚、「燃焼状態が良好に維持」されるか否かは例えば、ドライバビリティの悪化が実用上問題とならない程度の燃焼状態であるか否かということを指し、その境界は予め実験的に、経験的に或いはシミュレーションなどに基づいてその基準が設けられていてもよい。また、エンジン回転数及び負荷とスロットル開度には所定の関係があるので、図示しないスロットル開度に応じてＥＧＲバルブ２２７の開度を制御してもよい。更に、図３では、「ＥＧＲ導入領域」或いは「ＥＧＲ非導入領域」に応じて２値の開閉制御をするように見えるが、ＥＧＲ導入領域においてＥＧＲ率特定部１０１はＥＧＲバルブ２２７を２値以上で連続的に開度制御することも可能である。

タンブル比調整部１０２は、車両の動作条件（好適にはエンジン回転数及び負荷）に応じて、タンブルコントロールバルブ２２７の開閉によってタンブル比を調整することが可能に構成されている。具体的には、図４に示すようにエンジン回転数及び負荷を夫々各軸に配してなるマップにおいて、エンジン回転数及び負荷に応じて、「タンブル強領域」と「タンブル弱領域」とが切り分けられており、これに基づいてタンブルコントロールバルブ２２７の開閉が制御されることとなる。ここで「タンブル強領域」は図３の「ＥＧＲ導入領域」に対応しており、導入されたＥＧＲガスをかき混ぜて燃焼を安定させるべく、タンブルを比較的強く（例えば、タンブル比が１．６以上に）なるようにタンブルコントロールバルブ２０７の開度が制御される領域である。逆に、「タンブル弱領域」とは、「ＥＧＲ非導入領域」に対応しており、ＥＧＲガスが導入されていないため、特にタンブルを強くする必要のない領域である。

再び図１に戻り、トルク変動特定部１０３は、トルク変動値を検出することが可能である。具体的には、本実施形態の如くモータジェネレータＭＧ１を介しトルク反力として取得されるエンジン２００のトルクの変化量である。若しくは、トルクの変動は機関回転数の変動を伴うため、トルク変動値は、エンジン２００の回転数の変化率又は変化量などであってもよい。また、トルクの変動は燃焼圧の変動と相関するものであるから、エンジン２００に燃焼圧検出手段（例えば筒内圧センサ）が備わる場合には、係るトルク変動値とは、筒内圧の如き燃焼圧の変化率又は変化量などであってもよい。即ち、トルクの変動に対応して変動する物理量である限りにおいて、トルク変動値は、必ずしもトルクに基づいて得られる値でなくてもよい趣旨である。

故障診断部１１０は、タンブル比調整部１０２の制御量に対するトルク変動の度合いの変化に基づいて、タンブルコントロールバルブ２０７が故障しているか否かを診断する。この具体的な診断手順は、後ほど図５を参照して詳述する。

以上図１から図４に示すように、本実施形態に係るバルブ故障診断装置は、タンブルコントロールバルブ２０７が故障しているか否かを精度良く診断することが可能となる。

次に、本実施形態に係る所定ＥＧＲ率ＥＧＲ１におけるタンブル強度とトルク変動値との関係について、図４及び図５に加えて、図６を参照して説明する。ここに、図５は本実施形態に係る所定ＥＧＲ率におけるタンブル強度とトルク変動値ＴＦとの関係を示す特性図である。尚、図５において、「エンジン回転数」及び「負荷」は一定であるとする。

一般に、ある運転領域（エンジン回転数一定、負荷一定）において、同じＥＧＲ率（ＥＧＲ開度）におけるトルク変動値は、タンブル強度によって異なる。具体的に例えば、ＥＧＲ率がＥＧＲ１である際、タンブル強領域に於けるトルク変動値ＴＦ１は、タンブル弱領域に於けるトルク変動値ＴＦ２に比べて小さくなる。これは、強いタンブル流により混合気が均一化して燃焼が安定化するためである。

従って、ＥＧＲ率特定部１０１によって特定されるＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きい場合には、タンブル比調整部１０２によって以下のようなタンブル比の調整が行われる。即ち、図４に係るＥＧＲ導入領域（即ち、エンジン回転数及び負荷が夫々十分に低く、ＥＧＲ率を運転領域）に於いて、ＥＧＲ率特定部１０１はＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きくなるようにＥＧＲバルブ２２７の開度を調整する。また、係るＥＧＲ率の上昇に伴って上昇するトルク変動を抑制するために、タンブル比調整部１０２は、タンブル比が相対的に高くなるようにタンブルコントロールバルブ２０７の開度を閉側に調整する（図３の「タンブル強領域」参照）。

係るタンブル比調整部１０２による制御が行われた場合には、トルク変動特定部１０３により検出されるトルク変動値ＴＦは、例えばトルク変動値ＴＦ１のようにトルク変動許容値ＴＦ＿Ｌを下回り、燃焼は安定化してドラビリも好適に保たれる筈である。

ところが、係る制御にも拘らずトルク変動値ＴＦがトルク変動許容値ＴＦ＿Ｌを下回らない場合もあり得る。このような場合にはタンブル比調整部１０２からタンブルコントロールバルブ２０７にかけて何らかの故障があると解される。具体的には、タンブルコントロールバルブ２０７等の各種アクチュエータに制御信号を送る出力ポートの異常、該出力ポートからタンブルコントロールバルブ２０７までを結ぶ電気系の異常、タンブルコントロールバルブ２０７の駆動部分（モータ等）の異常或いはタンブルコントロールバルブの固着等の故障が発生していると診断されることとなる。

以上図５に示すように、ある運転領域（エンジン回転数一定、負荷一定）において、所定ＥＧＲ率におけるタンブル強度とトルク変動値ＴＦとの関係を利用することで、タンブルコントロールバルブ２０７の故障診断を行うことが可能となる。

次に、本実施形態に係るバルブ故障診断装置の動作処理について、図１から図５に加えて、図６を参照して説明する。ここに図６は本実施形態に係るバルブ故障診断装置の動作処理を示すフローチャートである。

図６において先ず、エンジン２００の回転数、負荷率及びＥＧＲ率等、運転領域を特定する物理量が取得される（ステップＳ１０１０）。係る運転領域に基づいて、制御装置１００はＥＧＲバルブ２２７の開度指示値を決定し（図３参照）、該指示値に従ってＥＧＲ装置２２９はＥＧＲバルブ２２７を開閉し、タンブル比調整部１０２はタンブルコントロールバルブ２０７の開度によりタンブル比の強弱を調整する（図４参照）。

続いて、故障診断部１１０は、取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きいか否かを判定する。（ステップＳ１０２０）。タンブルコントロールバルブ２０７の故障の有無や故障の程度に応じたトルク変動値の変化は、ＥＧＲ値が、ある程度大きくないと、顕在化しないからである。ここで、取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値以下である場合には、以降の処理を行わず、ステップＳ１０１０に戻る（ステップＳ１０２０：ＹＥＳ）。他方、取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値と比べて同等か或いはそれより小さい場合には、引き続き以下に記載する処理が行われる（ステップＳ１０２０：ＮＯ）。

具体的には、トルク変動特定部１０３が、モータジェネレータＭＧ１のトルク反力から、トルク変動値ＴＦを取得する（ステップＳ１０３０）。

そして、取得されたトルク変動値ＴＦが、運転時のトルク変動許容値ＴＦ＿Ｌよりも大きいか否かが判断される（ステップＳ１０４０）。尚、好適には、この判断は図４に係る「タンブル強領域」でなされる。即ち、ＥＧＲ率特定部１０２がＥＧＲバルブ２２７の開度指示値等からＥＧＲ率（ＥＧＲ１）を取得し、該取得されたＥＧＲ率ＥＧＲ１の元で必要とされるタンブル比が、図４に係る「タンブル強領域」に該当する時（この時、ＥＧＲ率は、図３の「ＥＧＲ導入領域」に該当）、トルク変動値ＴＦの大小が判断される。

ここで、トルク変動値ＴＦがトルク変動許容値ＴＦ＿Ｌ以下である場合（ステップＳ１０４０：Ｎｏ）には、タンブルコントロールバルブ２０７には特に故障がないと故障診断部１１０によって診断される。タンブルコントロールバルブ２０７が正常に動作しておらず、タンブルが弱いままでは、係る「タンブル強領域」においてトルク変動値ＴＦはトルク変動許容値ＴＦ＿Ｌを越えてしまうはずだからである。その後、上述したステップＳ１０１０に戻り、ステップ１０１０からステップ１０４０に係る診断処理を所定の間隔毎に実行する。

他方、トルク変動値ＴＦがトルク変動許容値ＴＦ＿Ｌよりも大きい場合（ステップＳ１０４０：Ｙｅｓ）には、故障診断部１１０がタンブルコントロールバルブ２０７に何らかの故障があると診断する（ステップＳ１０５０）。

この際、タンブルコントロールバルブ２０７に故障がある旨が、図示しない異常通知手段によって運転者等に通知される（ステップＳ１０６０）。具体的に例えば、ＭＩＬランプを点灯して運転者に危険を警告する。

その後、退避走行モードに切替えられる（ステップＳ１０７０）。ここで、退避走行モードとは、燃焼状態の劣化を招かないように、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧ２を制御するモードであり、周知の退避走行モードを採用してよい。

以上説明した実施形態によれば、タンブルコントロールバルブの故障を比較的精度良く診断することが可能となる。またその際、故障診断用の特別なセンサを新たに設置する必要もないため、エンジン側のコストアップも極力抑えられる。

また、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本実施形態ではシリンダ内に正タンブル流を形成しているが、本発明はシリンダ内に逆タンブル流を形成する吸気ポートを備えた内燃機関にも適用可能である。また、上述の実施形態に係る診断対象はタンブルコントロールバルブだが、その他のシリンダ内の空気の流れを制御するための装置（例えばスワールコントロールバルブ）を備えた内燃機関にも適用可能である。このような変形形態に係るバルブ故障診断装置が設けられた車両の構成を、図７を参照して説明する。ここに、図７は、変形形態に係るバルブ故障診断装置を備えた車両の模式図である。尚、図１中の同一或いは相当部分には同一符号を付し、その説明は適宜省略する。

図７において、変形形態に係る車両１は、図１のタンブルコントロールバルブ２０７及びタンブル比調整部１０２に加えて又は代えてスワールコントロールバルブ１２０７及びスワール比調整部１１０２を備えて構成される。

スワールコントロールバルブ１２０７は、シリンダ２０１内の燃焼を安定させるため、電気的に接続された制御装置１００から受ける信号に従って吸気管２０６を開閉可能に設置されている。

スワール比調整部１１０２は、制御装置１００に備えられており、スワールコントロールバルブ１２０７を車両の動作条件（好適にはエンジン回転数及び負荷）に応じて開閉し、スワール比（スワール流の強さ）を調整することが可能に構成されている。

この構成によれば、スワールコントロールバルブ１２０７もタンブルコントロールバルブ２０７と同様に、当該バルブの開度に応じてスワール比が変更され、最終的に前記トルク変動値を変えることが可能な筈である。従って、スワールコントロールバルブ１２０７の開度を変更したにも拘らず、前記検出されるトルク変動値が予想されるほど変化なければ、スワールコントロールバルブ１２０７に何らかの故障があるとの診断が可能となる。

以上のように、タンブルコントロールバルブ２０７の故障のみならず、スワールコントロールバルブ１２０７の故障も診断することが可能となるのである。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うバルブ故障診断装置もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本実施形態に係るバルブ故障診断装置を備えた車両の模式図である。 本実施形態に係るハイブリッドシステム及びハイブリッド車両の図式的なシステム系統図である。 本実施形態に係るエンジンの回転数及び負荷に応じたＥＧＲ装置の動作状態を示す特性図である。 本実施形態に係るエンジンの回転数及び負荷に応じたタンブルの強弱を示す特性図である。 本実施形態に係る所定ＥＧＲ率におけるタンブル強度とトルク変動値ＴＦとの関係を示す特性図である。 本実施形態に係るバルブ故障診断装置の動作処理を示すフローチャートである。 変形形態に係るバルブ故障診断装置を備えた車両の模式図である。

符号の説明

１…車両、１００…制御装置、１０１…ＥＧＲ率特定部、１０２…タンブル比調整部、１０３…トルク変動特定部、１１０…故障診断部、２００…エンジン、２０６…吸気管、２０７…タンブルコントロールバルブ、２０８…吸気バルブ、２０１…シリンダ、２０９…排気バルブ、２１０…排気管、２２７…ＥＧＲバルブ、２２８…ＥＧＲパイプ、２２９…ＥＧＲ装置、ＭＧ１及びＭＧ２…モータジェネレータ、１０…ハイブリッドシステム、２０…ハイブリッド車両、２１…伝達機構、２２…車輪、３００…動力分割機構、４００…インバータ、５００…バッテリ、５１０…ＳＯＣセンサ、１２０７…スワールコントロールバルブ、１１０２…スワール比調整部

Claims (9)

1. 排気ガスの一部を吸気系にＥＧＲガスとして還流させるＥＧＲ装置を有する内燃機関に備えられており、該内燃機関の燃焼室で発生するタンブル流を開閉動作により調整するタンブルコントロールバルブにおける、前記開閉動作に係る故障を診断するバルブ故障診断装置であって、
   前記吸気系の吸気量に対する前記還流されるＥＧＲガス量の比率であるＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得手段と、
   前記内燃機関のトルク変動値を取得するトルク変動値取得手段と、
   前記取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きい場合に、前記取得されたトルク変動値に基いて、前記故障を診断する故障診断手段と
   を備えることを特徴とするバルブ故障診断装置。
2. 前記内燃機関は、モータジェネレータと組み合わされることで、ハイブリッド型の動力出力装置に用いられ、
   前記トルク変動値取得手段は、前記モータジェネレータにおけるトルク反力から、前記トルク変動値を取得することを特徴とする請求項１に記載のバルブ故障診断装置。
3. 前記故障診断手段は、前記取得されたトルク変動値が所定トルク変動許容値よりも大きい場合に、前記開閉動作に故障があると診断し、前記取得されたトルク変動値が前記所定トルク変動許容値よりも小さい場合に、前記開閉動作に故障がないと診断することを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ故障診断装置。
4. 前記所定トルク変動許容値は、前記取得されたＥＧＲ率に応じて可変に設定されることを特徴とする請求項３に記載のバルブ故障診断装置。
5. 前記故障診断手段は、前記取得されたＥＧＲ率が前記所定ＥＧＲ閾値より大きく且つ、前記取得されたトルク変動値が前記所定トルク変動許容値よりも大きい場合には、前記タンブルコントロールバルブが開故障していると診断する
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載のバルブ故障診断装置。
6. 前記故障診断手段は、タンブル比が所定タンブル比閾値以上となるように調整が行われる際に、該調整の前後において、前記取得されたトルク変動値が相対的に前記所定トルク変動量閾値以上変わらない場合には、前記タンブルコントロールバルブが故障していると診断する
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のバルブ故障診断装置。
7. 前記ＥＧＲ装置は、ＥＧＲバルブの開度指示値を変更することで前記ＥＧＲ率を調整しており、
   前記ＥＧＲ率取得手段は、前記ＥＧＲ率を前記ＥＧＲバルブの開度指示値によって特定する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のバルブ故障診断装置。
8. 前記内燃機関は、前記タンブルコントロールバルブに代えて又は加えて、前記内燃機関の燃焼室で発生するスワール流を開閉動作により調整するスワールコントロールバルブを備えており、
   前記故障診断手段は、前記タンブルコントロールバルブに代えて又は加えて、前記スワールコントロールバルブの故障を診断する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のバルブ故障診断装置。
9. 排気ガスの一部を吸気系にＥＧＲガスとして還流させるＥＧＲ装置を有する内燃機関に備えられており、該内燃機関の燃焼室で発生するタンブル流を開閉動作により調整するタンブルコントロールバルブにおける、前記開閉動作に係る故障を診断するバルブ故障診断方法であって、
   前記吸気系の吸気量に対する前記還流されるＥＧＲガス量の比率であるＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得工程と、
   前記内燃機関のトルク変動値を取得するトルク変動値取得工程と、
   前記取得されたＥＧＲ率が所定ＥＧＲ閾値より大きい場合に、前記取得されたトルク変動値に基いて、前記故障を診断する故障診断工程と
   を備えることを特徴とするバルブ故障診断方法。

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