JP5556589B2 - Fault detection device for valve stop mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、要求に応じて吸排気弁の作動を停止する弁停止機構を備える内燃機関において、その弁停止機構の故障を検出する故障検出装置に関する。 The present invention relates to a failure detection device that detects a failure of a valve stop mechanism in an internal combustion engine including a valve stop mechanism that stops the operation of an intake / exhaust valve in response to a request.
多気筒内燃機関において、その一部の気筒について吸排気弁の作動を停止させ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、全筒運転から部分気筒休止運転へと移行した後における排気ガスの空燃比に基づいて、休筒運転中の気筒の弁停止機構の動作異常を検出するものである。
In a multi-cylinder internal combustion engine, an internal combustion engine having a cylinder resting operation mode in which operation of a part of the cylinders is stopped by stopping the operation of intake and exhaust valves is known. A technique disclosed in
一方、内燃機関の排気ガス中には、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)などの浄化すべき物質が含まれており、これらの物質を浄化するために、排気通路に三元触媒を設けたものがある。休筒運転時に弁故障が起きると触媒へと流出する燃料ガスを含まない空気の比率が増加し、触媒に酸素過多の状態が生じる。この状態では、触媒の浄化作用が低下してしまうほか、触媒自体の劣化を招く。この触媒の劣化状態を把握するためには、触媒へと流入する排ガスの状態を知る必要がある。中でも故障した弁数を把握することが好ましい。しかしながら、特許文献1の技術においては、気筒に複数の弁が存在するような場合に故障弁の数を把握することが困難である。
On the other hand, the exhaust gas of the internal combustion engine contains substances to be purified such as nitrogen oxide (NOx), carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), etc. In order to purify these substances In some cases, a three-way catalyst is provided in the exhaust passage. If a valve failure occurs during the idle cylinder operation, the ratio of air that does not contain fuel gas flowing out to the catalyst increases, resulting in an excessive oxygen state in the catalyst. In this state, the purification effect of the catalyst is lowered and the catalyst itself is deteriorated. In order to grasp the deterioration state of the catalyst, it is necessary to know the state of the exhaust gas flowing into the catalyst. In particular, it is preferable to know the number of failed valves. However, in the technique of
そこで本発明は、弁停止機構を備える内燃機関において、弁停止要求に対して動作異常弁の個数を判別することを可能とした弁停止機構の故障検出装置を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a failure detection device for a valve stop mechanism that can determine the number of abnormally operated valves in response to a valve stop request in an internal combustion engine having a valve stop mechanism.
上記課題を解決するため、本発明にかかる故障検出装置は、要求に応じて吸排気弁の作動を停止させる弁停止機構を備える内燃機関における該弁停止機構の故障を検出する故障検出装置において、内燃機関が有する気筒には、複数の排気弁が存在し、排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、弁停止要求時以降の空燃比検出手段で検出した排気空燃比の変化速度に基づいて、停止要求時に閉弁保持できない故障排気弁の数を検出する故障判定手段と、を備え、故障判定手段は、排気空燃比の変化速度が大きいほど故障排気弁の数が多いと判断することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a failure detection device according to the present invention is a failure detection device that detects a failure of the valve stop mechanism in an internal combustion engine that includes a valve stop mechanism that stops the operation of the intake and exhaust valves as required. The cylinder of the internal combustion engine has a plurality of exhaust valves. Based on the air-fuel ratio detection means for detecting the exhaust air-fuel ratio and the change rate of the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection means after the valve stop request. Failure determination means for detecting the number of failed exhaust valves that cannot be closed when requested to stop, and the failure determination means determines that the greater the exhaust air / fuel ratio change rate, the greater the number of failed exhaust valves. Features.
この内燃機関が複数の気筒を有している場合、故障判定手段は、空燃比検出手段で検出した排気空燃比の変化速度が変化するタイミングに基づいて故障排気弁を有する気筒を判定するとよい。 When this internal combustion engine has a plurality of cylinders, the failure determination means may determine the cylinder having the failed exhaust valve based on the timing at which the change rate of the exhaust air / fuel ratio detected by the air / fuel ratio detection means changes.
ここで、排気空燃比の時間変化率は、エンジンの回転数または車速が大きいほど多くなるという関係が記憶された記憶装置を更に備え、故障判定手段は、関係と空燃比検出手段で検出された排気空燃比とを利用して故障排気弁の数を検出してもよい。また、排気空燃比の時間変化率は、エンジンの回転数または車速が大きいほど多くなるという関係が記憶された記憶装置を更に備え、故障判定手段は、関係と空燃比検出手段で検出された排気空燃比とを利用して故障排気弁を有する気筒を判定してもよい。 Here, the exhaust gas air-fuel ratio further includes a storage device storing a relationship that the time change rate of the exhaust air / fuel ratio increases as the engine speed or the vehicle speed increases, and the failure determination means is detected by the relation and the air-fuel ratio detection means. The number of faulty exhaust valves may be detected using the exhaust air / fuel ratio. Further, the exhaust air-fuel ratio further includes a storage device storing a relationship that the time change rate of the exhaust air / fuel ratio increases as the engine speed or the vehicle speed increases, and the failure determination unit includes the exhaust gas detected by the relationship and the air-fuel ratio detection unit. You may determine the cylinder which has a failure exhaust valve using an air fuel ratio .
弁停止要求中に開弁している弁数が多いほど排気側へと流出する新空気量が多くなり、排気空燃比のリーン側への移行速度が速くなる。したがって、排気空燃比のリーン側への移行速度(排気空燃比の変化速度)に基づいて閉弁保持できない故障排気弁の数を検出することができる。 As the number of valves opened during the valve stop request increases, the amount of new air flowing out to the exhaust side increases, and the transition speed of the exhaust air-fuel ratio to the lean side increases. Therefore, the number of faulty exhaust valves that cannot be closed can be detected based on the transition speed of the exhaust air / fuel ratio to the lean side (change speed of the exhaust air / fuel ratio).
弁停止機構が故障している場合には、通常時と同様のタイミングで弁が作動する。この作動タイミングに応じて排気空燃比がリーン側へと移行するので、移行タイミングから弁の作動タイミングを知ることができ、該当気筒を特定することが可能である。 When the valve stop mechanism is out of order, the valve operates at the same timing as normal. Since the exhaust air-fuel ratio shifts to the lean side according to this operation timing, the valve operation timing can be known from the transition timing, and the corresponding cylinder can be specified.
エンジン回転数または車速に応じて排気空燃比の変化速度は異なってくるから、これと故障排気弁との関係を変化させると精度よく判定を行うことができる。 Since the rate of change of the exhaust air-fuel ratio varies depending on the engine speed or the vehicle speed, the determination can be made with high accuracy by changing the relationship between this and the faulty exhaust valve.
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。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the drawings as much as possible, and duplicate descriptions are omitted.
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。本実施形態における当該故障診断装置は、エンジン(内燃機関)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、計算処理を行うCPU(CentralProcessing Unit)10、記憶装置であるRAM(Randam Access Memory)15、ROM(Read only memory)16から構成される。この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。
FIG. 1 shows a block diagram of a failure diagnosis device for a valve stop mechanism according to the present invention. The failure diagnosis apparatus according to the present embodiment is provided by software as part of an engine control ECU (Electronic Control Unit) 1 that controls an engine (internal combustion engine). The
CPU10には、フューエルカット(Fuel Cut=FC)要求・弁停止要求処理部11、弁故障検出処理部12、異常検出後処理部13、ソレノイド駆動処理部14を備える。これらの各処理部は、例えば、CPU10上で作動するソフトウェアによって実現されればよく、ソフトウェアはそれぞれ独立していなくとも一部を共有していてもよく、同一のプログラム内で機能を実現してもよい。
The
さらに、エンジン制御ECU1には、クランク角度を検出するクランク角度センサ21、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22、排気空燃比(A/F)を検出するA/Fセンサ23の各出力が入力されている。A/Fセンサ23としては、例えば、O2センサを用いるとよい。一方、エンジン制御ECU1は、各気筒の吸気弁、排気弁それぞれの作動を制御する吸気弁ソレノイド41〜44、排気弁ソレノイド51〜54と、燃料供給を行う各インジェクタ(図示せず。)に対する制御信号を出力する。
Further, the
本発明にかかる故障診断装置を搭載した車両は、前述した休筒運転モードを備えている。具体的には、フューエルカット要求・弁停止要求処理部11が、クランク角度センサ21、アクセル開度センサ22の出力に基づいて弁停止要求の有無を判定し、ソレノイド駆動処理部14に指示して各吸気弁ソレノイド41〜44、排気弁ソレノイド51〜54の作動を制御することで、弁の作動を停止させる。
A vehicle equipped with the failure diagnosis apparatus according to the present invention has the above-described cylinder deactivation mode. Specifically, the fuel cut request / valve stop
吸排気弁を停止させるシステムが故障して、FC時に閉弁動作できなかった場合、触媒に低温の空気が流れ込むことによりその性能低下や触媒そのものの劣化を招くおそれがある。また燃費悪化の要因にもなる。一方、FCからの復帰時に正常に弁が作動しない場合には、バックファイア等の障害を引き起こす可能性がある。そのため、弁停止機構の故障を早期にかつ確実に検出する必要がある。以下、本発明にかかる故障診断装置における弁停止機構の故障診断手法を例示する。この診断手法は、CPU10によって実施されるものである。
If the system that stops the intake / exhaust valve fails and the valve cannot be closed during FC, low-temperature air flows into the catalyst, which may lead to performance degradation or deterioration of the catalyst itself. It also causes a deterioration in fuel consumption. On the other hand, when the valve does not operate normally when returning from the FC, there is a possibility of causing a failure such as a backfire. Therefore, it is necessary to detect the failure of the valve stop mechanism early and reliably. Hereinafter, the failure diagnosis method of the valve stop mechanism in the failure diagnosis apparatus according to the present invention will be exemplified. This diagnostic method is performed by the
図2は、故障診断実施例を示すフローチャートである。最初に、弁故障検出処理部12は、A/Fセンサ23の出力から排気A/F値を検出する(ステップS1)。次に、弁停止要求中か否かを判定する(ステップS2)。弁停止要求中でない場合には、その後の処理を行うことなく処理を終了する。一方、弁停止要求中である場合には、ステップS3へと移行し、弁停止要求からの経過時間txを算出する。次に、検出した排気A/F値がストイキ値より一定程度以上空気(酸素)が多いリーン状態であるか否かを判定する(ステップS4)。リーン状態でない、具体的には、ストイキ状態のときには、ステップS6へと移行して排気弁故障なしと判定する。一方、リーン状態である場合には、ステップS5へと移行して、A/Fの変化状況を予めROM15等に格納しているマップと比較することにより、故障している排気弁を特定し、処理を終了する。
FIG. 2 is a flowchart showing a failure diagnosis embodiment. First, the valve failure
具体的な排気弁の特定手法について述べる。図3は、異なる気筒の排気弁が故障している場合における排気A/Fの変化を示したものである。ここでは、4気筒式であって、通常時に第1気筒、第2気筒、第3気筒、第4気筒、第1気筒の順に排気弁が開弁する場合を例に説明する。なお、いずれもいずれか一つの気筒の排気弁1つが故障している場合を例に説明する。 A specific method for specifying the exhaust valve will be described. FIG. 3 shows changes in exhaust A / F when exhaust valves of different cylinders are malfunctioning. Here, an example will be described in which the exhaust valve is opened in the order of the first cylinder, the second cylinder, the third cylinder, the fourth cylinder, and the first cylinder in the normal mode. In any case, the case where one of the exhaust valves of any one cylinder is broken will be described as an example.
第1気筒の弁停止機構が故障した場合には、第1気筒の通常時の排気弁開弁タイミングt1から速やかに排気A/Fはリーン側へと移行する図中aで示される推移を描く。一方、第2気筒の弁停止機構が故障した場合には、これよりリーン側への移行は遅れ、通常時の第2気筒の排気弁開弁タイミングt2から排気A/Fがリーン側へと移行する図中bで示される推移を描くことになる。第3気筒の弁停止機構が故障した場合には、さらに、リーン側への移行は遅れ、通常時の第3気筒の排気弁開弁タイミングt3から排気A/Fがリーン側へと移行する図中cで示される推移を描くことになる。したがって、排気A/Fがリーン側へと移行するタイミングを通常の開弁タイミングと比較することで、どの気筒の排気弁が故障しているか否かを判定することができる。 When the first cylinder of the valve stop mechanism fails, the transition quickly exhaust A / F from the exhaust valve opening timing t 1 of the normal of the first cylinder is shown in the figure shifts to the lean side a Draw. On the other hand, when the second cylinder of the valve stop mechanism has failed, than this transition to the lean side delay, exhaust A / F from the exhaust valve opening timing t 2 of the second cylinder at the normal time to lean side The transition indicated by b in the figure to be transferred is drawn. When the third cylinder valve stop mechanism has failed, further transition to the lean side delay, exhaust A / F from the exhaust valve opening timing t 3 of the third cylinder in the normal transitions to the lean side The transition indicated by c in the figure is drawn. Therefore, by comparing the timing at which the exhaust A / F shifts to the lean side with the normal valve opening timing, it is possible to determine which cylinder has an exhaust valve malfunctioning.
次に一つの気筒に複数の排気弁が存在している場合を考える。図4は、同一気筒において異なる個数の弁が故障した場合における排気A/Fの変化を示したものである。ここでは、第1気筒に3つの排気弁がある場合を考える。図中A線は、全ての弁が正常に動作している場合のA/F遷移であり、ストイキ状態で維持される。図中B線、C線、D線はそれぞれ故障排気弁数が1個、2個、3個の場合を示しているが、図から明らかなように、故障排気弁数が多くなるにしたがって、排気A/Fがリーン側へと移行するのが速くなる。言い換えると、空燃比の変化速度は故障排気弁数が多いほど大きくなる。B線、C線、D線のそれぞれにおいて、所定のリーン状態αに達した時点をtb、tc、tdとすると、tdが最も早く到来し、tc、tbの順になる。したがって、空燃比の変化速度に基づいて故障排気弁数を判定することができる。 Next, consider a case where a plurality of exhaust valves exist in one cylinder. FIG. 4 shows changes in exhaust A / F when different numbers of valves fail in the same cylinder. Here, a case where there are three exhaust valves in the first cylinder is considered. The A line in the figure is an A / F transition when all the valves are operating normally, and is maintained in a stoichiometric state. The B line, C line, and D line in the figure show cases where the number of failed exhaust valves is 1, 2, and 3, respectively. As is apparent from the figure, as the number of failed exhaust valves increases, The exhaust A / F moves faster to the lean side. In other words, the rate of change of the air-fuel ratio increases as the number of failed exhaust valves increases. B-line, C-line, in each of the D-line, when the time of reaching a predetermined lean state α and t b, t c, t d , t d is reached earliest, t c, becomes in the order of t b. Therefore, the number of failed exhaust valves can be determined based on the change rate of the air-fuel ratio.
次に、複数の気筒の排気弁が同時に故障した場合の挙動を説明する。図5は、複数の気筒が同時に故障した場合の排気A/Fの変化を示している。ここでは、それぞれ1個の排気弁を有する4気筒式の内燃機関において、1つないし4つの気筒で排気弁が同時に故障した場合を示す。図中A線は、全ての弁が正常に動作している場合のA/F遷移であり、ストイキ状態で維持される。図中B線、C線、D線、E線はそれぞれ故障排気弁のある気筒が第1気筒のみ、第1気筒と第2気筒、第1気筒から第3気筒、4気筒全ての場合を示している。図から明らかなように、第1気筒の通常の開弁タイミング(t1)から第2気筒の通常の開弁タイミング(t2)までの挙動はB線〜E線のいずれも一致している。しかし、t2段階で、C線〜E線の場合は、B線に比べて排気A/Fがリーン側へと移行するのが速くなる。その後、各開弁タイミングごとに当該開弁タイミングの気筒が故障排気弁のある気筒である場合には、それ以前に比べて排気A/Fがリーン側へと移行する速度が速くなる。したがって、各タイミングにおける空燃比の変化速度に基づいて複数の気筒で故障が起こっている場合であっても故障している気筒、弁数を判定することができる。 Next, the behavior when the exhaust valves of a plurality of cylinders fail simultaneously will be described. FIG. 5 shows changes in exhaust A / F when a plurality of cylinders fail simultaneously. Here, in a four-cylinder internal combustion engine having one exhaust valve each, the case where one to four cylinders have failed at the same time is shown. The A line in the figure is an A / F transition when all the valves are operating normally, and is maintained in a stoichiometric state. B line, C line, D line, and E line in the figure show the case where the cylinder with the failed exhaust valve is only the first cylinder, the first cylinder and the second cylinder, and the first to third cylinders and all the four cylinders. ing. As is apparent from the figure, the behavior from the normal opening timing (t 1 ) of the first cylinder to the normal opening timing (t 2 ) of the second cylinder is the same for all the B-line and E-line. . However, at t 2 stages, in the case of C-line ~E line, the exhaust A / F is that shifts to the lean side is faster than the B line. Thereafter, when the cylinder at the valve opening timing is a cylinder having a faulty exhaust valve at each valve opening timing, the speed at which the exhaust A / F shifts to the lean side becomes faster than before. Therefore, even if a failure occurs in a plurality of cylinders based on the change rate of the air-fuel ratio at each timing, the failed cylinder and the number of valves can be determined.
ここで、図6に示されるように、排気空気量は、エンジン回転数または車速が大きいほど多くなる。また、故障している排気弁が同一の場合であっても、図7に示されるように、排気A/Fの時間変化率(dNT/dt)は、エンジン回転数または車速が大きいほど多くなる。そこで、正常作動時、各種弁故障時のこれらの関係を予めROM15等に記憶しておいて、実際の変化率をこれと比較することで、故障した弁の個数等を判定するとよい。
Here, as shown in FIG. 6, the amount of exhaust air increases as the engine speed or the vehicle speed increases. Even when the exhaust valves having the same failure are the same, as shown in FIG. 7, the time change rate (dN T / dt) of the exhaust A / F increases as the engine speed or the vehicle speed increases. Become. Therefore, it is preferable to store the relationship between the normal operation and various valve failures in the
図8は、エンジン回転数の違いによる排気弁正常時または故障時の排気A/Fの推移を比較して示す図である。ここでは、同一気筒における排気弁の故障数が0(正常の場合)をA線、1個、2個、3個の場合をそれぞれB線、C線、D線で示す。図8(a)は、エンジン回転数が低い場合、図8(b)は、エンジン回転数がこれより高い場合を示している。エンジン回転数が高いほど単位時間あたりの排気量が多くなるため、リーン側への移行が早くなる。いずれの場合においても故障している弁が多いほど移行が早くなる点は共通している。図に示される傾向に基づいて故障している弁の個数、該当気筒を精度よく検出することが可能である。 FIG. 8 is a diagram showing a comparison of the transition of the exhaust A / F when the exhaust valve is normal or failed due to a difference in engine speed. Here, when the number of failure of the exhaust valve in the same cylinder is 0 (normal), the cases of A line, 1, 2, 3 are shown by B line, C line, and D line, respectively. FIG. 8A shows a case where the engine speed is low, and FIG. 8B shows a case where the engine speed is higher. The higher the engine speed, the greater the displacement per unit time, and the faster the shift to the lean side. In any case, the more the number of failed valves, the faster the transition. Based on the tendency shown in the figure, it is possible to detect the number of failed valves and the corresponding cylinder with high accuracy.
以上、述べたように、本発明にかかる故障診断装置によれば、弁停止要求時以降の排気A/Fの推移(変化速度)に基づいて故障した弁停止機構、特に、閉弁保持できない故障排気弁を特定することができる。このため、異常検出後処理部13において、休筒運転を行う気筒を切り換える対処が容易である。
As described above, according to the failure diagnosis apparatus according to the present invention, the valve stop mechanism that has failed based on the transition (change speed) of the exhaust A / F after the valve stop request, particularly the failure that cannot hold the valve closed. An exhaust valve can be identified. For this reason, in the abnormality
1…エンジン制御ECU、10…CPU、11…フューエルカット要求・弁停止要求処理部、12…弁故障検出処理部、13…異常検出後処理部、14…ソレノイド駆動処理部、15…ROM、16…RAM、21…クランク角度センサ、22…アクセル開度センサ、23…A/Fセンサ、41〜44…吸気弁ソレノイド、51〜54…排気弁ソレノイド。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記内燃機関が有する気筒には、複数の排気弁が存在し、
排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
弁停止要求時以降の前記空燃比検出手段で検出した排気空燃比の変化速度に基づいて、停止要求時に閉弁保持できない故障排気弁の数を検出する故障判定手段と、
を備え、
前記故障判定手段は、前記排気空燃比の変化速度が大きいほど前記故障排気弁の数が多いと判断することを特徴とする故障検出装置。 In a failure detection device that detects a failure of the valve stop mechanism in an internal combustion engine provided with a valve stop mechanism that stops the operation of the intake and exhaust valves as required.
The cylinder of the internal combustion engine has a plurality of exhaust valves,
Air-fuel ratio detecting means for detecting the exhaust air-fuel ratio;
Failure determination means for detecting the number of failed exhaust valves that cannot be kept closed at the time of a stop request based on the change rate of the exhaust air / fuel ratio detected by the air / fuel ratio detection means after the valve stop request time;
Equipped with a,
The failure detection device determines that the number of the failure exhaust valves is larger as the change rate of the exhaust air-fuel ratio is larger .
前記故障判定手段は、前記関係と前記空燃比検出手段で検出された前記排気空燃比とを利用して故障排気弁の数を検出することを特徴とする請求項1に記載の故障検出装置。 The exhaust air-fuel ratio time change rate further includes a storage device storing a relationship that increases as the engine speed or vehicle speed increases,
2. The failure detection apparatus according to claim 1, wherein the failure determination means detects the number of failure exhaust valves using the relationship and the exhaust air / fuel ratio detected by the air / fuel ratio detection means .
前記故障判定手段は、前記関係と前記空燃比検出手段で検出された前記排気空燃比とを利用して故障排気弁を有する気筒を判定することを特徴とする請求項2に記載の故障検出装置。 The exhaust air-fuel ratio time change rate further includes a storage device storing a relationship that increases as the engine speed or vehicle speed increases,
The failure detection device according to claim 2, wherein the failure determination unit determines a cylinder having a failure exhaust valve by using the relationship and the exhaust air / fuel ratio detected by the air / fuel ratio detection unit. .
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