JP2011185248A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 計算機負荷が小さく、精度よく弁停止機構の故障を判定することを可能とした弁停止機構の故障診断装置を提供する。
【解決手段】 停止要求に基づき、吸排気弁のソレノイド４１、４２を用いて任意の気筒の吸排気弁の作動を停止することが可能な内燃機関における故障診断装置であって、車速センサ３５等の出力から把握した車両減速度やＭＧ制御ＥＣＵ２から受信した回生発電機であるＭＧ２１の回生発電量に基づいて当該気筒のポンピングロス状態を把握し、これを正常に弁停止が実行されている場合のポンピングロス状態と比較することにより、弁停止機構の故障判定を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は多気筒内燃機関において、任意の気筒の吸気弁または排気弁を停止要求に応じて停止することができる弁停止機構を備える内燃機関に関し、特に、当該弁停止機構の故障診断を行う故障診断装置を有する内燃機関に関する。

多気筒内燃機関において、その一部の気筒について、その吸排気弁の作動を停止することによってその運転を休止する休筒運転モードを備える内燃機関が知られている。こうした内燃機関における吸排気弁の作動状態を判定する作動状態判定装置として特許文献１に開示されている技術が知られている。この装置は、各気筒の燃焼室容積に対する筒内圧力の変化に基づいて各気筒の運転状態、吸排気弁の作動状態を検出するものである。

特開２００２−２５６９５０号公報

しかしながら、上記判定手法では、筒内圧力の時間的な変化を正確に把握する必要があるため、圧力センサの精度が要求されるとともに、実際の判定はポリトロープ指数に換算したうえで行っているために、判定を行う判定部の計算機負荷が大きくなる。さらに、圧力センサが不良の場合には、これを吸排気弁の故障と判別することが難しいという問題もある。

そこで本発明は、計算機負荷が小さく、精度よく弁停止機構の故障を判定することを可能とした弁停止機構の故障診断装置を備える内燃機関を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る内燃機関は、弁停止要求に応じて特定の気筒の吸気弁または排気弁を閉弁保持する弁停止機構を備える内燃機関において、この特定の気筒のポンピングロスの状態を検出するポンピングロス検出手段と、弁停止要求時において検出したポンピングロス状態に基づいて弁停止機構の故障判定を行う故障診断装置をさらに備えているものである。

ポンピングロスの検出に際しては、車両の減速度を検出する減速度検出手段をさらに備えており、検出した減速度に基づいてポンピングロス状態を判定するとよい。また、車両の運動エネルギーを利用して回生発電を行う発電機を備える車両の場合には、この発電機の発電量を検出する回生発電量検出手段をさらに備え、検出した回生発電量に基づいてポンピングロス状態を判定するとよい。

この特定の気筒の筒内圧力を検出する筒内圧センサをさらに備えている場合、故障診断装置はさらに、検出した弁停止要求時のポンピングロス状態と筒内圧力に基づいて筒内圧センサの異常を検出するとよい。この場合、故障診断装置は、検出した筒内圧力を加味して弁停止機構の故障診断を行ってもよい。

休筒運転を行う場合に、弁停止が正常に行われていれば、弁停止が正常に行われていない場合に比較して吸排気のポンピングロスが低減されるので、正常時とポンピングロスを比較することで弁停止機構の故障判定を行うことができる。これにより、簡易な手法で弁停止機構の故障を精度よく判定することができる。

ポンピングロスが低減されると、他の条件が同一であれば、エンジンブレーキ力が低下するため、車両の減速度が小さくなる。したがって、車両の減速度を比較することにより、ポンピングロスを判定できる。同様に、回生発電機を備える車両の場合には、ポンピングロスが低減されると、回生発電力が大きくなることから、回生発電力に基づいてポンピングロスを判定できる。

本発明に係る弁停止機構の故障診断装置のブロック図である。 図１の装置における故障診断処理の第１の実施形態を示すフローチャートである。 図１の装置における故障診断処理の第２の実施形態を示すフローチャートである。 弁停止機構が正常に機能している場合と、故障状態それぞれの筒内圧変化を比較して示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１に、本発明に係る弁停止機構の故障診断装置のブロック図を示す。本実施携帯における当該故障診断装置は、エンジンの制御を行うエンジン制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１の一部としてソフトウェアにより提供される。このエンジン制御ＥＣＵ１は、入力アナログ信号をデジタル信号へと変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）１０、計算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、記憶装置であるＲＡＭ(Randam Access Memory)１２、ＲＯＭ(Read only memory)１３から構成される。入力信号の全てがデジタル信号である場合には、ＡＤＣ１０は不要であり、アナログ信号の変換用に外部にＡＤ変換機を備え、そのデジタル出力信号をＥＣＵに入力する構成としてもよい。また、故障診断装置をエンジン制御ＥＣＵ１から独立して設けてもよく、その他のＥＣＵと統合することも可能である。

エンジン制御ＥＣＵ１には、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３１、トランスミッションのシフト状態を検出するシフトセンサ３２、気筒それぞれに設けられ、各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサ３３、クランク角度を検出するクランク角センサ３４、車速を検出する車速センサ３５の各出力が入力される。

一方、エンジン制御ＥＣＵ１は、各気筒の吸気弁、排気弁それぞれを停止要求に応じてその作動を停止するための吸気弁ソレノイド４１、排気弁ソレノイド４２と燃料供給を行うインジェクタ４３の作動を制御するための制御信号を出力する。

エンジン制御ＥＣＵ１は、また、回生発電機としても機能する電動機であるＭＧ（Motor Generator）２１を制御するＭＧ制御ＥＣＵ２と相互に通信を行う機能を有している。

次に、本実施形態による故障診断処理について説明する。図２は、その第１の実施形態の処理フローを示すフローチャートである。図２に示される処理は、上記エンジン制御ＥＣＵ１により、エンジンが作動している間、所定のタイミングで繰り返し実行される。

まず、弁停止要求中か否かを判定する（ステップＳ１）。弁停止要求中ではない場合には、後述の手法による故障診断処理を行うことができないため、その後の処理をスキップして終了する。この弁停止要求は、減速時など、特定の気筒について燃料の噴射を停止する「フューエルカット運転」を行う条件下で実行される。弁停止要求中の場合には、ステップＳ４へと移行して、車速センサ３５の出力に基づいて車両減速度ａを算出するとともに、ＭＧ２１の回生発電量ｇをＭＧ制御ＥＣＵ２から受信する。

ステップＳ５では、算出した車両減速度ａ、回生発電量ｇをＲＯＭ１３内に格納されている正常な休筒運転時の車両減速度ａ１、回生発電量ｇ１と比較する。ａ１、ｇ１は、アクセル開度センサ３１で取得したアクセル開度、シフトセンサ３２で取得したシフト状態、クランク角センサ３４で取得したクランク角度に応じた数値をそれぞれＲＯＭ１３内に格納するか、これらの影響を補正して算出できるようにしておくとよい。

ａがａ１より一定のしきい値βを超えて大きいか、ｇがｇ１より一定のしきい値γを超えて大きい場合には、ステップＳ６へと移行して、弁停止機構の故障と判定する。一方、ステップＳ５において、ａがａ１＋β以下で、かつ、ｇがｇ１＋γ以内の場合には、弁停止機構は正常に作動していると判定し、処理を終了する。ここでは、正常時に特別な処理を行っていないが、例えば、正常値を示すフラグ値を設定してもよい。

ここで、吸気弁／排気弁のいずれかまたは双方の弁停止機構が故障した場合には、エンジンの作動に伴い、弁停止機構が正常に作動していない弁側は、開弁動作が行われるため、これを通じて筒内への空気の吸い込みと排出が行われる。その結果、弁停止が正常に行われている場合に比較してポンピングロスが増大してしまう。そして、当該気筒を空転させるために用いられる動力が増加してしまう。つまり、正常に休筒運転を行っている場合に比較して、フューエルカット時の減速度が増大し、また、回生発電量は小さくなってしまう。本発明においては、車両減速度と回生発電量を用いてこのポンピングロス状態を判定することで、弁停止機構の故障を精度よく判定することができる。さらに、車両減速度、回生発電量の正常時との差分の大きさにより、故障している弁の数を検出することもできる。

次に、判定処理の第２の実施形態を図３の処理フローを参照して説明する。この処理も第１の実施形態と同様に、上記エンジン制御ＥＣＵ１により、エンジンが作動している間、所定のタイミングで繰り返し実行される。

まず、第１の実施形態と同様に、弁停止要求中か否かを判定する（ステップＳ１）。弁停止要求中ではない場合には、後述の手法による故障診断処理を行うことができないため、その後の処理をスキップして終了する。

弁停止要求中の場合には、ステップＳ２へと移行して、ＡＤＣ１０により、筒内圧センサ３３から取得した筒内圧値をサンプリングし、クランク角センサ３４から取得したクランク角度に基づいてその一定角度周期でＡＤ変換する。続くステップＳ３では、サンプリングした筒内圧値Ｐと、ＲＯＭ１３内に格納されている正常な休筒運転時の筒内圧値Ｐ１とを比較する。この筒内圧値Ｐ１は、クランク角センサ３４から取得したクランク角に対応してＲＯＭ１３内に格納されている。両者の差（絶対値）が一定のしきい値α以内の場合には、正常状態と判定し、ステップＳ１へと戻ることでその後の処理をスキップする。一方、両者の差（絶対値）がしきい値αを超えている場合には、ステップＳ４へと移行して、第１の実施形態と同様に、車速センサ３５の出力に基づいて車両減速度ａを算出するとともに、ＭＧ２１の回生発電量ｇをＭＧ制御ＥＣＵ２から受信する。

ステップＳ５、Ｓ６の処理は、第１の実施形態と同様である。これにより、筒内圧力とポンピングロス状態の両方を考慮して弁停止機構の故障を精度よく判定することができる。一方、ステップＳ５において、ａがａ１＋β以下で、かつ、ｇがｇ１＋γ以内の場合には、ステップＳ７へと移行して、筒内圧センサ３３の故障であると判定する。

上記処理フローは一例であって、例えば、ポンピングロス状態を先に判定し、筒内圧力の判定を行うようにしてもよく、両者を同時に判定するようにしてもよい。

ここで、弁停止要求に基づいて正常に吸気弁／排気弁の双方の作動が停止している場合には、図４（ａ）に示されるような圧力−容積変化を示す。双方の弁停止機構が開き固着故障を起こしている場合（この場合は、通常の吸排気タイミングに基づいて吸排気弁各々の開閉が行われる）には、図４（ｂ）に示されるような圧力−容積変化を示す。また、吸気弁は正常に作動を停止しているが、排気弁が開き固着故障を起こしている場合には、図４（ｃ）に示されるような圧力−容積変化を示す。本発明によれば、筒内圧センサのみを利用して故障判定を行う場合に比較して、精度よく判定を行うことができるうえ、センサの故障判定も同時に行うことが可能である。

ここでは、車両減速度と回生発電量の双方を用いてポンピングロス状態を判定する例を説明したが、いずれか一方のみを用いて判定することもできる。回生発電機を備えない車両においても車両減速度を用いて判定を行うことで本発明は好適に適用できる。ポンピングロス状態はそのほかにもエンジン回転数の変動に基づいて判定することができる。以上の説明では、車速から車両減速度を判定する例を説明したが、加速度センサを用いて車両減速度を直接測定してもよい。

１…エンジン制御ＥＣＵ、２…ＭＧ制御ＥＣＵ、１０…ＡＤＣ、１１…ＣＰＵ、１２…ＲＡＭ、１３…ＲＯＭ、２１…ＭＧ、３１…アクセル開度センサ、３２…シフトセンサ、３３…筒内圧センサ、３４…クランク角センサ、３５…車速センサ、４１…吸気弁ソレノイド、４２…排気弁ソレノイド、４３…インジェクタ。

Claims (5)

1. 弁停止要求に応じて特定の気筒の吸気弁または排気弁を閉弁保持する弁停止機構を備える内燃機関において、
   前記特定の気筒のポンピングロスの状態を検出するポンピングロス検出手段と、
   弁停止要求時において検出したポンピングロス状態に基づいて前記弁停止機構の故障判定を行う故障診断装置をさらに備えている内燃機関。
2. 車両の減速度を検出する減速度検出手段をさらに備えており、
   前記ポンピングロス検出手段は、検出した減速度に基づいてポンピングロス状態を判定する請求項１記載の内燃機関。
3. 車両の運動エネルギーを利用して回生発電を行う発電機と、
   前記発電機の発電量を検出する回生発電量検出手段をさらに備えており、
   前記ポンピングロス検出手段は、検出した回生発電量に基づいてポンピングロス状態を判定する請求項１または２のいずれかに記載の内燃機関。
4. 前記特定の気筒の筒内圧力を検出する筒内圧センサをさらに備えており、前記故障診断装置はさらに、検出した弁停止要求時のポンピングロス状態と筒内圧力に基づいて筒内圧センサの異常を検出する請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
5. 前記故障診断装置は、検出した筒内圧力を加味して前記弁停止機構の故障診断を行う請求項４記載の内燃機関。

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