JP6494822B1 - 内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＣＶバルブの異常を検出することができる内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法を提供する。【解決手段】内燃機関の運転中における吸気マニホールドの内部の酸素濃度の値と、酸素濃度判定値と、の比較に基づいて、ブローバイガス通路に設けられたＰＣＶバルブの異常の有無を判定するようにした。【選択図】図２

Description

この発明は、ブローバイガス還元装置を備えた内燃機関の制御装置、及びその内燃機関の制御方法に関するものである。

内燃機関のシリンダ内で高圧になった排気ガスや未燃焼ガスは、ピストンとシリンダの隙間等から内燃機関のクランクケース内に漏れ出ることがある。このクランクケース内に漏れ出たガスはブローバイガスと称されるが、ブローバイガスは、そのまま大気に放出されると大気汚染の原因となる。そこで、ブローバイガスを内燃機関の吸気系に還元して内燃機関の燃焼室で再燃焼させるようにしたブローバイガス還元装置が内燃機関に設けられる場合がある。

ブローバイガス還元装置は、ブローバイガスを内燃機関の吸気系に流通させるために、内燃機関のクランクケースの内部と、吸気系のスロットルバルブの下流側とをゴムホース等で接続して構成したブローバイガス通路を備え、ブローバイガス通路には、逆止弁としてのＰＣＶ(Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｃｒａｎｋｃａｓｅ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ)バルブが装着されている。

機械的な構成のＰＣＶバルブの場合、開口した一端と開口した他端との間に配置された弁体と、この弁体を閉じる方向に常時付勢するスプリングとが設けられている。このように構成されたＰＣＶバルブは、前述の一端がクランクケースの内部に臨み他端が吸気系に臨むように、ブローバイガス通路に直列に装着される。

ブローバイガス通路に装着されたＰＣＶバルブは、クランクケース内の圧力が、吸気系におけるスロットルバルブの下流側の圧力とスプリングのスプリング圧力との合計圧力を超えれば弁体が開き、クランクケース内のブローバイガスをブローバイガス通路を介して吸気系に流通させる。これとは逆に、クランクケース内の圧力が、吸気系におけるスロットルバルブの下流側の圧力とスプリングのスプリング圧力との合計圧力以下のときは弁体が閉じ、ブローバイガス通路を遮断してブローバイガスの前述の流通を停止させる。

ＰＣＶバルブの開度は、クランクケース内の圧力と、吸気系におけるスロットルバルブの下流側の圧力とスプリングの押圧力との合計圧力と、の圧力差に応じて決定され、ブローバイガスの前述の流通量はＰＣＶバルブの開度に依存する。

しかしながら、前述のように構成された機械的な構成のＰＣＶバルブの場合、機械的な構成部品であるスプリングの押圧力は製造上のばらつきが大きく、内燃機関の運転条件が同一であっても、個々のＰＣＶバルブによりブローバイガスの流通量に差が生じることがある。

また、廉価で機械的な構成のみのＰＣＶバルブを用いた場合、ＰＣＶバルブの開度等のＰＣＶバルブの作動状況をモニタする出力を有していないため、ＰＣＶバルブに故障等の異常が発生してもその異常を検出することが困難である。

これに対して、例えば特許文献１に開示された従来のブローバイガス還元装置によれば、ブローバイガスの流通量の調整を可能としたＰＣＶバルブを用い、内燃機関の運転状態に応じてブローバイガスの流通量を調整するように構成されており、ＰＣＶバルブによる流量調整状態と、内燃機関の吸気量の状態等に基づいて、ＰＣＶバルブの異常検出を行なうようにしている。

また、例えば特許文献２に開示された内燃機関のブローバイガス通路異常検出装置では、内燃機関のアイドル運転時の空気制御量に基づいて、ブローバイガス通路の漏れ若しくは抜け等の異常を検出するようにしている。

特開２０１７−１４５７８２号公報 特開平１０−１８４３３５号公報

前述の特許文献１に開示された従来のブローバイガス還元装置を備えた内燃機関の制御装置の場合、ブローバイガスの流通量を任意に調整することができるＰＣＶバルブを用いることが必要であり、さらにはそのＰＣＶバルブを駆動制御するための制御手段も必要となるため、コストアップを招くという課題があった。また、前述の特許文献２に開示されたブローバイガス通路異常検出装置を備えた内燃機関の制御装置の場合、システム構成としては廉価であるものの、ＰＣＶバルブの弁体が閉位置で固着する閉故障に基づく異常は検出できないという課題があった。

この発明は、従来のブローバイガス還元装置を備えた内燃機関の制御装置に於ける、前述のような課題を解決するためになされたものであり、機械的構成のＰＣＶバルブを用いていても、確実にその異常を検出することができる内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。

この発明による内燃機関の制御装置は、
内燃機関のクランクケースの内部のブローバイガスを、前記内燃機関の吸気系におけるスロットルバルブの下流側に流通させるブローバイガス通路と、
前記ブローバイガス通路に設けられ、前記クランクケースの内部の圧力に依存して開閉動作を行うＰＣＶバルブと、
を有し、
前記ＰＣＶバルブの開閉動作に基づいて、前記ブローバイガスの流通を制御するようにした内燃機関の制御装置であって、
前記ブローバイガス通路に前記ＰＣＶバルブと直列に配置され、前記ブローバイガス通路を開閉し得る弁装置と、
前記吸気系における前記ブローバイガス通路との接続部の下流側の気体の酸素濃度を検出する運転状態検出部を備え、
前記運転状態検出部が検出した前記内燃機関の運転中における前記酸素濃度の値と、前記内燃機関の運転中において前記弁装置を開動作若しくは閉動作させたときに生じる前記酸素濃度の変化量と、に基づいて、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定するように構成されている、
ことを特徴とする。

この発明の内燃機関の制御方法は、
内燃機関のクランクケースの内部のブローバイガスを、ブローバイガス通路により前記内燃機関の吸気系におけるスロットルバルブの下流側に流通させ、前記ブローバイガスの流通を、前記ブローバイガス通路に設けられたＰＣＶバルブにより制御するようにした内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関の運転中における前記吸気系の前記ブローバイガス通路との接続部の下流側の気体の酸素濃度の値と、前記内燃機関の運転中に前記ブローバイガス通路に前記ＰＣＶバルブと直列に設けられた弁装置を開動作若しくは閉動作させることにより生じる、前記吸気系の酸素濃度の変化量と、に基づいて、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定する、
ことを特徴とする。

この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関のクランクケースの内部のブローバイガスを、前記内燃機関の吸気系におけるスロットルバルブの下流側に流通させるブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路に設けられ、前記クランクケースの内部の圧力に依存して開閉動作を行うＰＣＶバルブと、を有し、前記ＰＣＶバルブの開閉動作に基づいて、前記ブローバイガスの流通を制御するようにした内燃機関の制御装置であって、
前記吸気系における前記スロットルバルブの下流側の気体の酸素濃度を検出する運転状態検出部を備え、前記運転状態検出部が検出した前記内燃機関の運転中における前記酸素濃度の値に基づいて、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定するように構成されているので、機械的構成のＰＣＶバルブであっても、その異常を確実に検出することができる。

また、この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関のクランクケースの内部のブローバイガスを、前記内燃機関の吸気系におけるスロットルバルブの下流側に流通させるブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路に設けられ、前記クランクケースの内部の圧力に依存して開閉動作を行うＰＣＶバルブと、を有し、前記ＰＣＶバルブの開閉動作に基づいて、前記ブローバイガスの流通を制御するようにした内燃機関の制御装置であって、前記ブローバイガス通路に前記ＰＣＶバルブと直列に配置され、前記ブローバイガス通路を開閉し得る弁装置と、前記吸気系における前記スロットルバルブの下流側の気体の酸素濃度を検出する運転状態検出部を備え、前記運転状態検出部が検出した前記内燃機関の運転中における前記酸素濃度の値と、前記内燃機関の運転中において前記弁装置を開動作若しくは閉動作させたときに生じる前記酸素濃度の変化量と、に基づいて、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定するように構成されているので、機械的構成のＰＣＶバルブであってもその異常をより確実に検出することができる。

さらに、この発明に係る内燃機関の制御方法によれば、内燃機関のクランクケースの内部のブローバイガスを、ブローバイガス通路により前記内燃機関の吸気系におけるスロットルバルブの下流側に流通させ、前記ブローバイガスの流通を、前記ブローバイガス通路に設けられたＰＣＶバルブにより制御するようにした内燃機関の制御方法であって、前記内燃機関の運転中における前記吸気系の酸素濃度の値に基づいて、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定するようにしているので、機械的構成のＰＣＶバルブであってもその異常を確実に検出することができる。

また、この発明に係る内燃機関の制御方法によれば、内燃機関のクランクケースの内部のブローバイガスを、ブローバイガス通路により前記内燃機関の吸気系におけるスロットルバルブの下流側に流通させ、前記ブローバイガスの流通を、前記ブローバイガス通路に設けられたＰＣＶバルブにより制御するようにした内燃機関の制御方法であって、前記内燃機関の運転中における前記吸気系の酸素濃度の値と、前記内燃機関の運転中に前記ブローバイガス通路に前記ＰＣＶバルブと直列に設けられた弁装置を回動作若しくは閉動作させることにより生じる、前記吸気系の酸素濃度の変化量と、に基づいて、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定するようにしているので、機械的構成のＰＣＶバルブであってもその異常をより確実に検出することができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のハードウェア構成図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法を説明するための、吸気マニホールド内の気体の酸素濃度を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法を説明するためのフローチャートである。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置及び制御方法について、図に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の概略構成図、図２は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のブロック図、図３は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のハードウェア構成図である。図１、図２、及び図３に於いて、内燃機関１、及び内燃機関１を制御する制御装置５０は、車両に搭載されている。内燃機関１は、車両の駆動輪を駆動する駆動力源となる。

まず、内燃機関１の構成について説明する。内燃機関１は、空気と燃料の混合気を燃焼させるシリンダ２５を有している。内燃機関１は、シリンダ２５に空気を供給する吸気路２３と、シリンダ２５で燃焼した排気ガスを排出する排気路１７とを備えている。内燃機関１は、吸気路２３を開閉するスロットルバルブ６を備えている。スロットルバルブ６は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブにより構成されている。スロットルバルブ６には、スロットルバルブ６の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ７が設けられている。

吸気路２３の最上流部には、吸気路２３に吸入された空気を浄化するエアクリーナ２４が設けられている。スロットルバルブ６の上流側の吸気路２３には、大気から吸気路２３に吸入される空気である吸入空気の流量に応じた電気信号を出力するエアフローセンサ３と、吸入空気の温度である吸入空気温度Ｔａに応じた電気信号を出力する吸入空気温度センサ４と、吸入空気の湿度である吸入空気湿度Ｈａに応じた電気信号を出力する吸入空気湿度センサ５と、が設けられている。

スロットルバルブ６の上流側の吸気路２３内の圧力は、大気圧と等しいとみなすことができる。吸気路２３の外部（例えば、制御装置５０の内部）には、吸入空気（この実施の形態１では、大気）の圧力である吸入空気圧Ｐａに応じた電気信号を出力する吸入空気圧センサ２が設けられている。

なお、吸入空気温度センサ４及び吸入空気湿度センサ５は、エアフローセンサ３と一体化されてもよいし、別体化されてもよい。或いは、吸入空気温度センサ４及び吸入空気湿度センサ５は、吸入空気圧センサ２と同様に、吸気路２３の外部に設けられてもよい。いずれにしても、吸入空気圧センサ２、吸入空気温度センサ４、及び、吸入空気湿度センサ５は、吸気路２３に吸入される吸入空気が存在する場所であって、吸入空気の圧力が実質的に同じになる場所に設けられる。

スロットルバルブ６の下流側の吸気路２３には、吸気マニホールド１２が設けられている。吸気マニホールド１２の上流側とスロットルバルブ６の下流側の間の吸気路２３には、吸気脈動を抑制するサージタンク１１が設けられている。内燃機関１は、排気路１７からサージタンク１１に排気ガスを還流するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）通路２１と、ＥＧＲ通路２１を開閉するＥＧＲバルブ２２と、を備えている。前述の吸気路２３とサージタンク１１と吸気マニホールド１２は、内燃機関１の吸気系を構成している。

なお、この実施の形態１では、ＥＧＲ通路２１は排気路１７とサージタンク１１との間に設けられているが、排気路１７と吸気マニホールド１２との間に設けられていてもよい。

ＥＧＲバルブ２２は、制御装置５０により制御される電動モータ等の電動アクチュエータにより開閉駆動される電子制御式ＥＧＲバルブにより構成されている。サージタンク１１に還流された排気ガス（以下、還流排気ガスと称す）と、サージタンク１１に吸入された吸入空気は、サージタンク１１内で混合され、均一化される。

吸気マニホールド１２に接続されているサージタンク１１には、吸気マニホールド１２内の気体の圧力であるマニホールド圧Ｐｂに応じた電気信号を出力するマニホールド圧センサ８と、吸気マニホールド１２内の気体の温度であるマニホールド温度Ｔｂに応じた電気信号を出力するマニホールド温度センサ９と、吸気マニホールド１２内の気体の酸素濃度であるマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎに応じた電気信号を出力するマニホールド内酸素濃度センサ１０と、が設けられている。

なお、サージタンク１１内の気体の圧力と温度と酸素濃度は、吸気マニホールド１２内の気体の圧力と温度と酸素濃度と同一であり、この実施の形態１では、マニホールド圧センサ８とマニホールド温度センサ９とマニホールド内酸素濃度センサ１０は、全てサージタンク１１に設置されているが、それらのうちの少なくとも何れかは吸気マニホールド１２に設置されてもよい。また、マニホールド温度センサ９及びマニホールド内酸素濃度センサ１０は、マニホールド圧センサ８と一体化されていてもよいし、別体化されていてもよい。

マニホールド温度センサ９及びマニホールド内酸素濃度センサ１０は、吸気マニホールド１２とＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に設けられており、吸入空気と還流排気ガスとが十分に混合した気体の温度と酸素濃度を検出可能なように構成されている。

吸気マニホールド１２の下流側の部分には、燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。なお、インジェクタ１３は、シリンダ２５内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。

シリンダ２５の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグ１６１と、点火プラグ１６１に点火エネルギーを供給する点火コイル１６と、が設けられている。また、シリンダ２５の頂部には、吸気路２３からシリンダ２５内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブのバルブ開閉タイミングを可変にする吸気可変バルブタイミング機構１４と、シリンダ内から排気路１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブのバルブ開閉タイミングを可変にする排気可変バルブタイミング機構１５と、が設けられている。吸気可変バルブタイミング機構１４と排気可変バルブタイミング機構１５は、電動アクチュエータを有している。

内燃機関１のクランク軸には、その回転角に応じた電気信号を出力するクランク角センサ２０が設けられている。排気路１７には、排気ガス中の空気と燃料との比率である空燃比ＡＦ（Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）に応じた電気信号を出力する空燃比センサ１８が設けられている。また、排気路１７には、排気ガスを浄化する触媒１９が設けられている。触媒１９には、理論空燃比ＡＦ０近傍で浄化性能が高くなる三元触媒が用いられている。

クランクケース２６は、オイルパンと一体化されており、内部に空間を有する。内燃機関１のクランク軸１００は、クランクケース２６の内部の空間に配置されている。前述の吸気可変バルブタイミング機構１４と排気可変バルブタイミング機構１５は、ヘッドカバー２７にて覆われている。ヘッドカバー２７の内部の空間と前述のクランクケース２６の内部の空間は、気体通路１１０により連通されており、ヘッドカバー２７の内部の空間とクランクケース２６の内部の空間と気体通路１１０の内部の空間とがブローバイガスを蓄積するブローバイガス蓄積部となる。

ヘッドカバー２７は、新気導入通路２８によりスロットルバルブ６の上流に位置する吸気路２３に接続されている。クランクケース２６とサージタンク１１は、ＰＣＶバルブ３０を介してブローバイガス通路２９により接続されている。ＰＣＶバルブ３０とクランクケース２６の間にはブローバイガス通路２９の開閉を行うＢＶ（Ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ Ｖａｌｖｅ）３１が接続されている。ＢＶ３１は、制御装置５０により制御されてブローバイガス通路２９の開閉を行う。

次に、制御装置５０について説明する。制御装置５０は、内燃機関１を制御対象とする制御装置である。図２に示すように、制御装置５０は、運転状態検出部５１、酸素濃度判定部５２、酸素濃度変化量判定部５３、ＰＣＶバルブ閉故障判定部５４を備えている。制御装置５０における前述の運転状態検出部５１、酸素濃度判定部５２、酸素濃度変化量判定部５３、ＰＣＶバルブ閉故障判定部５４は、制御装置５０に備えられた処理回路により実現される。

具体的には、制御装置５０は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等により構成されたコンピュータである演算処理装置９０、演算処理装置９０からデータの読み出しが可能に構成されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）としての記憶装置９１１、演算処理装置９０からデータの読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）としての記憶装置９１２、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３、及び演算処理装置９０が外部装置とデータ通信を行うための通信回路９４を備えている。

入力回路９２には、吸入空気圧センサ２、エアフローセンサ３、吸入空気温度センサ４、吸入空気湿度センサ５、電気モータにより動作するスロットルバルブ６、スロットル開度センサ７、マニホールド圧センサ８、マニホールド温度センサ９、マニホールド内酸素濃度センサ１０、空燃比センサ１８、クランク角センサ２０、及びスイッチ（図示せず）が接続されている。入力回路９２は、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器（図示せず）等を備えている。

出力回路９３には、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。出力回路９３に接続された前述の電気負荷としては、スロットルバルブ６、インジェクタ１３、吸気可変バルブタイミング機構１４、排気可変バルブタイミング機構１５、点火コイル１６、ＥＧＲバルブ２２、ＢＶ３１等がある。通信回路９４には、エアコンディショナ制御装置８０、変速装置の制御装置８１等の車載用の電子機器が通信線を介して接続されている。通信回路９４は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信プロトコルに基づいて、エアコンディショナ制御装置８０、変速装置の制御装置８１等の車載用の電子機器と有線通信を行う。

制御装置５０が備える前述の運転状態検出部５１、酸素濃度判定部５２、酸素濃度変化量判定部５３、及びＰＣＶバルブ閉故障判定部５４の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭとしての記憶装置９１１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１１、ＲＡＭとしての記憶装置９１２、入力回路９２、出力回路９３、及び通信回路９４等の制御装置５０における他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、
運転状態検出部５１、酸素濃度判定部５２、酸素濃度変化量判定部５３、及びＰＣＶバルブ閉故障判定部５４等が用いる特性データ、判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭとしての記憶装置９１１に記憶されている。

この実施の形態１では、入力回路９２には、吸入空気圧センサ２、エアフローセンサ３、吸入空気温度センサ４、吸入空気湿度センサ５、スロットル開度センサ７、マニホールド圧センサ８、マニホールド温度センサ９、マニホールド内酸素濃度センサ１０、空燃比センサ１８、クランク角センサ２０、及び図示していないがドライバのアクセル踏みこみ量を検出するアクセルポジションセンサ等が接続されている。前述のように、出力回路９３には、スロットルバルブ６、インジェクタ１３、吸気可変バルブタイミング機構１４、排気可変バルブタイミング機構１５、点火コイル１６、ＥＧＲバルブ２２、及びＢＶ３１等が接続されている。

なお、制御装置５０には、前述の各種センサ、及び電気負荷の他に、図示していない各種のセンサ、スイッチ、及びアクチュエータ等が接続されている。

制御装置５０は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ１３及び点火コイル１６等を駆動制御する。制御装置５０は、アクセルポジションセンサの出力信号等に基づいて、運転者が要求している内燃機関１の出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ６等を制御する。この際、後述する、制御用の還流排気ガス流量Ｑｅｓに基づいて算出される内燃機関１の出力トルクが考慮されてもよい。具体的には、制御装置５０は、目標スロットル開度を算出し、スロットル開度センサ７の出力信号に基づき検出したスロットル開度が、目標スロットル開度に近づくように、スロットルバルブ６の電気モータを駆動制御する。

＜運転状態検出部５１の構成・作用＞
次に、運転状態検出部５１の構成・作用について説明する。運転状態検出部５１は、内燃機関１及び車両の運転状態を検出するように構成され、各種のセンサの出力信号等に基づいて各種の運転状態を検出する。より具体的には、運転状態検出部５１は、マニホールド圧Ｐｂ、マニホールド温度Ｔｂ、及びマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎを検出し、また、マニホールド圧センサ８の出力信号に基づいてマニホールド圧Ｐｂを検出する。さらに、運転状態検出部５１は、マニホールド温度センサ９の出力信号に基づいてマニホールド温度Ｔｂを検出し、また、マニホールド内酸素濃度センサ１０の出力信号に基づいて、マニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎを検出する。

さらに、運転状態検出部５１は、吸入空気圧Ｐａ、吸入空気温度Ｔａ、吸入空気湿度Ｈａを検出する。この実施の形態１では、運転状態検出部５１は、吸入空気圧センサ２の出力信号に基づいて吸入空気圧Ｐａを検出する。運転状態検出部５１は、吸入空気温度センサ４の出力信号に基づいて吸入空気温度Ｔａを検出する。また、運転状態検出部５１は、吸入空気湿度センサ５の出力信号に基づいて吸入空気湿度Ｈａを検出する。吸入空気湿度は相対湿度にて検出されるセンサが一般的であるため、この実施の形態１における吸入空気湿度センサ５も相対湿度により吸入空気湿度検出とするように構成されている。

また、運転状態検出部５１は、スロットル開度センサ７の出力信号に基づいてスロットル開度を検出し、空燃比センサ１８の出力信号に基づいて排気ガスの空燃比ＡＦを検出し、クランク角センサ２０の出力信号に基づいて内燃機関１の回転速度Ｎｅを検出し、アクセルポジションセンサの出力信号に基づいてアクセル開度を検出する。

さらに、運転状態検出部５１は、エアフローセンサ３の出力信号に基づいて吸入空気流量Ｑａを検出する。すなわち、運転状態検出部５１は、下記の式（１）に示すように、吸入空気流量Ｑａ［ｇ／ｓ］に基づいて、１行程間（例えば、内燃機関１のピストンの上死点前のクランク軸１００の角度ＢＴＤＣ５ｄｅｇＣＡ間をピストンが１往復する期間）に、吸気系の吸気マニホールド１２に吸入される吸入空気量ＱＡ［ｇ／ｓｔｒｏｋｅ］を算出する。そして、運転状態検出部５１は、吸入空気量ＱＡに対して吸気マニホールド１２及びサージタンク１１での遅れを模擬した１次遅れフィルタ処理を行って、内燃機関の前述の１行程間にシリンダ２５に吸入されるシリンダ吸入空気量ＱＡｃ［ｇ／ｓｔｒｏｋｅ］を算出する。即ち、運転状態検出部５１は、例えば、吸入空気流量Ｑａに１行程周期ΔＴを乗算して、吸入空気量ＱＡを算出する。

ここで、ＫＣＣＡは、予め設定されたフィルタゲイン、（ｎ）は、今回の演算周期の値、（ｎ−１）は、前回の演算周期の値であることを表す。

また、運転状態検出部５１は、シリンダ吸入空気量ＱＡｃを、標準大気状態の空気密度ρ０とシリンダ容積Ｖｃとを乗算した値で除算して、吸入空気の充填効率Ｅｃを、下記の式（２）に基づいて算出する。充填効率Ｅｃは、シリンダ容積Ｖｃを満たす標準大気状態の空気質量(ρ０×Ｖｃ)に対するシリンダ吸入空気量ＱＡｃの比率である。なお、標準大気状態は、１気圧、２５［℃］である。

＜酸素濃度判定部５２の構成・作用＞
次に、酸素濃度判定部５２の構成・作用について詳細に説明する。酸素濃度判定部５２は、マニホールド内酸素濃度判定値算出部７０と、マニホールド内酸素濃度判定部７１と、から構成されている。マニホールド内酸素濃度判定値算出部７０には、内燃機関１の運転状態を示す情報として、クランク角センサ２０の出力信号に基づいて検出された内燃機関１の回転速度Ｎｅと、吸入空気圧センサ２の出力信号に基づいて検出された吸入空気圧Ｐａと、マニホールド圧センサ８の出力信号に基づいて検出されたマニホールド圧Ｐｂと、吸入空気温度センサ４の出力信号に基づいて検出された吸入空気温度Ｔａと、吸入空気湿度センサ５の出力信号に基づいて検出された吸入空気湿度Ｈａとが、運転状態検出部５１から入力される。マニホールド内酸素濃度判定値算出部７０は、入力されたこれらの運転状態を示す情報に基づいてマニホールド内酸素濃度判定値Ｘ１を算出し、その算出したマニホールド内酸素濃度判定値Ｘ１をマニホールド内酸素濃度判定部７１に入力する。

マニホールド内酸素濃度判定部７１は、マニホールド内酸素濃度判定値算出部７０から入力されたマニホールド内酸素濃度判定値Ｘ１と、運転状態検出部５１から入力されたマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎとに基づいて、ＰＣＶバルブ３０が閉故障しているかどうかを判定し、その判定結果を閉側故障判定結果Ｄ１として判定結果論理演算部７４に入力する。

図４は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法を説明するための、吸気マニホールド内の気体の酸素濃度を示す説明図であって、外部ＥＧＲカット状態、つまり、ＥＧＲバルブ２２を全閉状態としてエンジン回転速度は一定状態にして、スロットルバルブ６の開度によりエンジン負荷を変化させた時のマニホールド内酸素濃度の計測結果をグラフ化したものである。

図４に於いて、ＢＶ３１は開いた状態でＰＣＶバルブ３０が作動する状態にて計測した結果と、ブローバイガス通路２９が閉じられた状態、つまりは、ＢＶ３１を閉じた状態で計測した結果を示している。このグラフの縦軸はインマニ内酸素濃度（マニホールド内酸素濃度）を表し、横軸は吸入空気圧Ｐａとマニホールド圧Ｐｂとの差圧（Ｐa−Ｐｂ）を表している。実線Ｙ１は、ＰＣＶバルブ３０が正常作動状態にある場合の特性、点線Ｙ２は、ブローバイガス通路２９が閉状態である場合の特性を示している。図４から明らかなように、吸入空気圧Ｐａとマニホールド圧Ｐｂとの差圧が大きいほどマニホールド圧Ｐｂが低く、エンジンの負荷は低い状態である。図４に示すグラフから、ＥＧＲカットでの運転状態であっても、ブローバイガスの影響によりエンジン負荷の低下に伴いマニホールド内の酸素濃度は０．５［ｖｏｌ％］程度低下することがわかる。

ブローバイガスの流量は、ＰＣＶバルブ３０の製造ばらつきにも影響を受けるものであり、同じ運転状態であってもＰＣＶバルブ３０の製造ばらつきにより、吸気マニホールド１２に吸入されるブローバイガス量にもばらつきが生じるため、ブローバイガスによる酸素濃度への影響もばらつきを生じる。図４に示す２つの破線Ａ１、Ａ２の間の範囲がＰＣＶバルブ３０の製造ばらつきによる影響範囲を示したものであり、上限側の破線Ａ１よりも高い酸素濃度であればＰＣＶバルブ３０に閉側の故障が生じていると考えることが出来る。この特性は予め計測しておき、例えば、内燃機関１の回転速度Ｎｅと、吸入空気圧Ｐａとマニホールド圧Ｐｂとの差圧［Ｐａ−Ｐｂ］と、を軸としたマップとして予め設定しておくことにより、各種運転状態における故障判定値を算出することが出来る。

図４は、ＥＧＲをカットした状態での計測結果であるが、ＥＧＲを導入することにより吸気マニホールド１２内の酸素濃度は大きく影響を受けるため、吸気マニホールド１２内の酸素濃度によるＰＣＶバルブ３０の故障判定を行う場合には、ＥＧＲガスの影響を除外するためにＥＧＲをカット状態にするか、燃料カットの状態にする必要がある。なお、燃料カットの状態によるＰＣＶバルブ３０の故障判定を行う場合には、燃料噴射運転中の場合に対して条件が異なるため、燃料カット運転時のマニホールド内酸素濃度特性を計測して燃料カット時の判定値として記憶させておくことにより、正確にＰＣＶバルブの故障判定を行うことが可能になる。

一般に、空気中の酸素濃度は２１［％］と言われているが、大気には湿度も含まれているため、吸気マニホールド内の酸素濃度は季節や天候等の環境条件によっても影響を受ける。標準的な温度湿度条件である２０［℃］、５０［％ＲＨ（ＲＨ：Ｒｅａｔｉｖｅ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ）］であれば、大気中に含まれる水蒸気比率は１．２［％］程度であるが、高温高湿である３５［℃］、８０［％ＲＨ］であれば、大気中の水蒸気比率は４．４［％］程度まで増加し、大気中における酸素の割合は２０．１［％］程度まで低下する。前記ＰＣＶバルブの故障判定値についても、大気湿度の状態をもとに補正することにより正確に故障判定を行うことが可能になる。

前述の通り、マニホールド内酸素濃度からＰＣＶバルブ３０の閉側故障を正確に判定するためには、ＥＧＲカットの状態、または燃料カットの状態であり、エンジン運転負荷も低い状態である必要がある。それらの全条件が成立して吸気マニホールド１２内のガスの状態が安定するだけの時間が経過することにより、ＰＣＶバルブ閉側故障判定可能条件が成立するものであり、そのＰＣＶバルブ閉側故障判定可能条件の成立状態についても運転状態検出部５１により判定され、その判定結果が出力される。

マニホールド内酸素濃度判定値算出部７０は、内燃機関１の運転状態に応じた判定値をマップ設定値から算出し、大気湿度に応じた補正を行った結果をマニホールド内酸素濃度判定値Ｘ１として算出する。

マニホールド内酸素濃度判定部７１は、運転状態検出部５１から出力されたＰＣＶバルブ閉側故障判定可能条件が成立した状態であれば、マニホールド内酸素濃度判定値Ｘ１とマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの検出値との比較を行い、マニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの値がマニホールド内酸素濃度判定値Ｘ１よりも高い値であれば、ＰＣＶバルブ３０が酸素濃度値による閉側故障であると判定して、酸素濃度値による閉側故障判定結果Ｄ１として出力する。

＜酸素濃度変化量判定部５３の構成・作用＞
次に、酸素濃度変化量判定部５３の構成・作用について詳細に説明する。酸素濃度変化量判定部５３は、マニホールド内酸素濃度変化量判定値算出部７２と、マニホールド内酸素濃度変化量判定部７３とから構成されている。マニホールド内酸素濃度変化量判定値算出部７２は、内燃機関１の運転状態を示す情報として、クランク角センサ２０の出力信号に基づいて検出された内燃機関１の回転速度Ｎｅと、吸入空気圧センサ２の出力信号に基づいて検出された吸入空気圧Ｐａと、マニホールド圧センサ８の出力信号に基づいて検出されたマニホールド圧Ｐｂとが、運転状態検出部５１から入力される。マニホールド内酸素濃度変化量判定値算出部７２は、入力されたこれらの運転状態を示す情報に基づいてマニホールド内酸素濃度変化量判定値Ｘ２を算出し、その算出したマニホールド内酸素濃度変化量判定値Ｘ２をマニホールド内酸素濃度変化量判定部７３に入力する。

マニホールド内酸素濃度変化量判定部７３は、マニホールド内酸素濃度変化量判定値算出部７２から入力されたマニホールド内酸素濃度変化量判定値Ｘ２と、運転状態検出部５１から入力されたマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの検出値とに基づいて、ＢＶ３１を開閉操作した際のマニホールド内の酸素濃度変化状態からＰＣＶバルブ３０が閉故障しているかどうかを判定し、その判定結果を閉側故障判定結果Ｄ２として判定結果論理演算部７４に入力する。

前述の図４に示す通り、ＰＣＶバルブ３０が正常な状態であれば、ブローバイガス通路２９の開閉状態により、吸気マニホールド１２内の酸素濃度値が変化する。ブローバイガス通路２９を開閉するＢＶ３１が設けられているので、ＢＶ３１を開いているときのマニホールド内酸素濃度と、Ｖ３１を閉じているときのマニホールド内酸素濃度との間の偏差、つまり、ＢＶ３１の開閉操作によるマニホールド内酸素濃度の変化状態、によりＰＣＶバルブ３０の閉側故障判定が可能である。

マニホールド内酸素濃度変化量判定値算出部７２は、図４の縦軸に示すようなブローバイ通路開閉によるインマニ内酸素濃度の変化量の特性を予め計測しておき、例えば、内燃機関１の回転速度Ｎｅと吸入空気圧Ｐａとマニホールド圧Ｐｂとの差圧（Ｐa−Ｐｂ）を軸としたマップとして予め設定されている。図４におけるＰＣＶバルブ製造ばらつき範囲での破線Ａ１で示す上限値と、ブローバイガス通路２９の閉状態でのマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの検出値と、の偏差が、ＢＶ３１の開閉により生じるマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの最低限の変化量と考えられ、その値、もしくは、ＰＣＶバルブ３０の製造上のばらつきを考慮してさらに小さくした値が、マニホールド内酸素濃度変化量判定値Ｘ２として設定される。

前述のマニホールド内酸素濃度判定値算出部７０での酸素濃度判定値Ｘ１と同様に、燃料カット運転中の酸素濃度変化量については別のマップとして設定しておく方が正確に故障判定を行うことが可能となる。マニホールド内酸素濃度変化量判定値算出部７２ではその運転状態においてＢＶ３１を開閉動作させた際のマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの最低限の変化量をマニホールド内酸素濃度変化量Ｘ２として出力する。

マニホールド内酸素濃度変化量判定部７３は、酸素濃度判定部５２における判定後にマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの検出値を得た後、ＢＶ３１を閉じてマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの検出値を再度取得し、そのマニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの変化量を算出し、その変化量に基づいて、ＰＣＶバルブ３０が酸素濃度値による閉側故障しているか否かの判定結果を出力する。

すなわち、運転状態検出部５１から出力されたＰＣＶバルブ閉側故障判定可能条件の成立した状態が継続されており、マニホールド内酸素濃度変化量判定値算出部７２から出力されたマニホールド内酸素濃度変化量判定値Ｘ２と、マニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの検出値との比較を行い、マニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎの変化量がマニホールド内酸素濃度変化量判定値Ｘ２よりも小さい値であれば、ＰＣＶバルブ３０が酸素濃度変化量による閉側故障であると判定として、酸素濃度変化量による閉側故障判定結果Ｄ２を出力する。

＜ＰＣＶバルブ閉故障判定部５４の構成・作用＞
次に、ＰＣＶバルブ閉故障判定部５４の構成・作用について詳細に説明する。ＰＣＶバルブ閉故障判定部５４は、酸素濃度判定部５２の出力である酸素濃度値による閉側故障判定結果Ｄ１と、酸素濃度変化量判定部５３の出力である酸素濃度変化量による閉側故障判定結果Ｄ２が入力され、ＰＣＶ閉故障判定結果Ｄ３を出力する。

判定結果論理演算部７４は、酸素濃度判定部５２の出力である酸素濃度値による閉側故障判定結果Ｄ１と、酸素濃度変化量判定部５３の出力である酸素濃度変化量による閉側故障判定結果Ｄ２との論理積をとり、閉側故障判定結果Ｄ１と閉側故障判定結果Ｄ２との双方がＰＣＶの閉側故障と判定していた場合には、ＰＣＶ閉側故障であると判定してＰＣＶ閉故障判定結果Ｄ３を出力する。

なお、ＢＶ３１が設けられていないシステム構成である場合には、酸素濃度判定部５２の出力結果のみにてＰＣＶ閉故障として判定する。

図５は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法を説明するためのフローチャートである。図５に示すフローチャートの処理は、制御装置５０における演算処理装置９０が、記憶装置９１１、９１２に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、例えば一定の演算周期毎に繰り返し実行される。

図５において、ステップＳ０１では、運転状態検出部５１は、前述のように、内燃機関１の運転状態を検出する運転状態検出処理（運転状態検出ステップ）を実行する。運転状態検出部５１は、マニホールド内酸素濃度Ｒｏｘ＿ｉｎ等を検出し、ＰＣＶバルブ閉側故障判定可能条件の成立の判定も行なう。

次に、ステップＳ０２では、前述のマニホールド内酸素濃度判定値算出部７０の処理が実行される。

次に、ステップＳ０３では、前述のマニホールド内酸素濃度判定部７１の処理が実行される。

次に、ステップＳ０４では、前述のマニホールド内酸素濃度変化量判定値算出部７２の処理が実行される。

次に、ステップＳ０５では、前述のマニホールド内酸素濃度変化量判定部７３の処理が実行される。

次に、ステップＳ０６では、前述の判定結果論理演算部７４の処理が実行される。
なお、ＢＶ３１が設けられていないシステム構成であった場合には、図５に破線で示すようにステップＳ０３の出力結果が、このステップＳ０６に入力される。

この発明は、吸気系を開閉するスロットルバルブと、前記スロットルバルブの下流側の前記吸気系の気体の酸素濃度を検出する吸気マニホールド内酸素濃度を検出する運転状態検出部と、エンジンのクランクケースから吸気系に接続されるブローバイガス通路を流れるブローバイガスの流量を調整するＰＣＶバルブと、を備えた内燃機関の制御装置及びその制御方法に好適に利用することができる。

なお、この発明は、前述の実施の形態１及び２による内燃機関の制御装置、及び内燃機関の制御方法に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態１の構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。

１ 内燃機関、２ 吸入空気圧センサ、３ エアフローセンサ、４ 吸入空気温度センサ、５ 吸入空気湿度センサ、６ スロットルバルブ、７ スロットル開度センサ、８ マニホールド圧センサ、９ マニホールド温度センサ、１０ マニホールド内酸素濃度センサ、１１ サージタンク、１２ 吸気マニホールド、１３ インジェクタ、１４ 吸気可変バルブタイミング機構、１５ 排気可変バルブタイミング機構、１６ 点火コイル、１７ 排気路、１８ 空燃比センサ、１９ 触媒、２０ クランク角センサ、２１ ＥＧＲ通路、２２ ＥＧＲバルブ、２３ 吸気路、２４ エアクリーナ、２５ シリンダ、２６ クランクケース、２７ ヘッドカバー、２８ 新気導入通路、２９ ブローバイガス通路、３０ ＰＣＶバルブ、３１ ＢＶ、５０ 制御装置、５１ 運転状態検出部、５２ 酸素濃度判定部、５３ 酸素濃度変化量判定部、５４ ＰＣＶバルブ閉故障判定部、７０ マニホールド内酸素濃度判定値算出部、７１ マニホールド内酸素濃度判定部、７２ マニホールド内酸素濃度変化量判定値算出部、７３ マニホールド内酸素濃度変化量判定部、７４ 判定結果論理演算部、９０ 演算処理装置、９１１、９１２ 記憶装置、９２ 入力回路、９３ 出力回路、９４ 通信回路、８０ エアコンディショナ制御装置、８１ 変速装置の制御装置、１００ クランク軸、１１０ 気体通路、１６１ 点火プラグ

Claims (6)

1. 内燃機関のクランクケースの内部のブローバイガスを、前記内燃機関の吸気系におけるスロットルバルブの下流側に流通させるブローバイガス通路と、
   前記ブローバイガス通路に設けられ、前記クランクケースの内部の圧力に依存して開閉動作を行うＰＣＶバルブと、
   を有し、
   前記ＰＣＶバルブの開閉動作に基づいて、前記ブローバイガスの流通を制御するようにした内燃機関の制御装置であって、
   前記ブローバイガス通路に前記ＰＣＶバルブと直列に配置され、前記ブローバイガス通路を開閉し得る弁装置と、
   前記吸気系における前記ブローバイガス通路との接続部の下流側の気体の酸素濃度を検出する運転状態検出部を備え、
   前記運転状態検出部が検出した前記内燃機関の運転中における前記酸素濃度の値と、前記内燃機関の運転中において前記弁装置を開動作若しくは閉動作させたときに生じる前記酸素濃度の変化量と、に基づいて、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定するように構成されている、
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の排気ガスを前記内燃機関の排気路から前記吸気系に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブと、
   を備え、
   前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定するときは、前記ＥＧＲバルブの開度を変更して前記吸気系の内部の排気ガスの量を予め低減させるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関の運転状態が予め設定された値よりも低い負荷状態で運転されていることを前記運転状態検出部が検出したときにのみ、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関が燃料カットされた運転状態にあることを前記運転状態検出部が検出したとき、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記吸気系の吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出部と、
   前記吸入空気の湿度を検出する吸入空気湿度検出部と、
   を備え、
   前記酸素濃度の値が酸素濃度判定値と比較されることにより、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定するように構成され、
   前記検出された前記吸入空気の温度と湿度とに基づいて算出された前記吸入空気における水蒸気比率に基づいて、前記酸素濃度判定値を補正するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 内燃機関のクランクケースの内部のブローバイガスを、ブローバイガス通路により前記内燃機関の吸気系におけるスロットルバルブの下流側に流通させ、前記ブローバイガスの流通を、前記ブローバイガス通路に設けられたＰＣＶバルブにより制御するようにした内燃機関の制御方法であって、
   前記内燃機関の運転中における前記吸気系の前記ブローバイガス通路との接続部の下流側の気体の酸素濃度の値と、前記内燃機関の運転中に前記ブローバイガス通路に前記ＰＣＶバルブと直列に設けられた弁装置を開動作若しくは閉動作させることにより生じる、前記吸気系の酸素濃度の変化量と、に基づいて、前記ＰＣＶバルブの異常の有無を判定する、
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。

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