(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸入空気量を検知する吸入空気量検知手段と、
吸気マニホールドの管状の吸気ブランチ通路に設けられ、所定の運転条件の際に、閉弁状態となり前記吸気ブランチ通路の一部を閉鎖して空気の流れを偏らせ、燃焼室内におけるガス流動を促進させる樹脂材料からなる吸入空気制御弁と、
吸入空気制御弁の開閉状態を検知する開閉状態検知手段と、
前記吸入空気制御弁の下流側で該吸入空気制御弁に近接し、かつ前記吸気ブランチ通路の内壁面に沿うように配置されると共に、前記吸入空気制御弁が閉弁状態の際に前記吸入空気制御弁の裏側における空気の流量を検知する空気流量検知手段と、を有し、
前記吸入空気制御弁を閉弁状態としている際に、前記空気流量検知手段により検知された空気の流量が、吸入空気量に応じて決定される所定の閾値以上になった場合に、前記吸入空気制御弁が故障したと判定することを特徴とする吸入空気制御弁の故障診断装置。
【請求項２】
前記吸入空気制御弁は、開閉駆動の際に回転軸となる基端側に対して先端側が上流側に向かって延びるように吸気ブランチ通路内に配置され、
吸入空気制御弁が閉弁状態となると、該吸入空気制御弁と吸気ブランチ通路の内壁面とによって、前記吸気ブランチ通路の軸方向に沿った断面が楔形状となる空間が該吸入空気制御弁の裏側に形成され、
前記空気流量検知手段は、前記空間を構成する吸気ブランチ通路の内壁面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の吸入空気制御弁の故障診断装置。
【請求項３】
前記空気流量検知手段は、温度変化に比例して抵抗値が変化する電熱線を有する熱式流量センサであり、前記電熱線が閉弁状態の吸入空気制御弁の下流側で、該吸入空気制御弁の外周縁に沿って連続するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の吸入空気制御弁の故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸入空気制御弁の故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車には、車載式故障診断（ＯＢＤシステム：Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）システムが取り付けられている。
【０００３】
ＯＢＤシステムとは、車両各部の異常を検出し、異常発生時に警告灯などを点灯して運転者に知らせ、故障内容を記憶保持する装置である。ＯＢＤシステムは、各部をセンサにより監視し、センサからの情報に基づいて制御装置（ＥＣＵ）により故障を判断する。
【０００４】
例えば、特許文献１には、内燃機関の排気ガス特性の改善と希薄燃焼時の燃焼安定性を目標とした燃焼改善のために、内燃機関の吸気ポートに、燃焼室内のガス流動を促進させるスワールコントロールバルブが設けられた構成が開示されている。そして、この特許文献１においては、バルブ開度センサにより検出されたスワールコントロールバルブの実開度と、目標開度との偏差から、スワールコントロールバルブの故障の有無を判定している。
【０００５】
そのため、この特許文献１において、スワールコントロールバルブの一部または全部が破損により脱落するような場合には、バルブ開度センサで検出される実開度は何ら影響を受けないことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７３８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スワールコントロールバルブが金属製の場合には、スワールコントロールバルブが破損することは略考えられず、また仮に破損によりその一部また全部が脱落した場合には、結果的にエンジンが停止してしまうことになるので、排気性能が悪化した状態で運転されることはない。
【０００８】
しかしながら、内燃機関の軽量化を図るために、スワールコントロールバルブのような燃焼室内のガス流動を促進させるための吸入空気制御弁を樹脂化しようとした場合には、上述した特許文献１のような故障判定では、吸入空気制御弁が仮に破損しても吸入空気制御弁の破損に関しては何ら検知することができず、運転者は、吸入空気制御弁の破損により排気性能が悪化していることを知らずに運転し続けてしまう虞がある。
【０００９】
これは、吸入空気制御弁が樹脂製であれば、破損により脱落した吸気制御弁の一部が燃焼室側に流れたとしても、シリンダヘッド及びシリンダブロックは金属製であり、脱落した吸気制御弁の一部によって損傷する可能性は低く、内燃機関の運転が大きく阻害されないことも考えられるからである。
【００１０】
つまり、従来の故障判定では、吸入空気制御弁の破損を検出することができず、吸入空気制御弁を樹脂化した場合に、この樹脂化された吸入空気制御弁の故障判定を確実に行うことができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明における吸入空気制御弁の故障診断装置は、内燃機関の吸入空気量を検知する吸入空気量検知手段と、吸気マニホールドの管状の吸気ブランチ通路に設けられ、所定の運転条件の際に、閉弁状態となり前記吸気ブランチ通路の一部を閉鎖して空気の流れを偏らせ、燃焼室内におけるガス流動を促進させる樹脂材料からなる吸入空気制御弁と、吸入空気制御弁の開閉状態を検知する開閉状態検知手段と、前記吸入空気制御弁の下流側で該吸入空気制御弁に近接し、かつ前記吸気ブランチ通路の内壁面に沿うように配置されると共に、前記吸入空気制御弁が閉弁状態の際に前記吸入空気制御弁の裏側における空気の流量を検知する空気流量検知手段と、を有し、前記吸入空気制御弁を閉弁状態としている際に、前記空気流量検知手段により検知された空気の流量が、吸入空気量に応じて決定される所定の閾値以上になった場合に、前記吸入空気制御弁が故障したと判定することを特徴としている。吸入空気制御弁が閉弁状態となると、この吸入空気制御弁に吸気ブランチ通路を流れる空気の一部が衝突することになるため、吸入空気制御弁の裏側では空気の流れが無くなることになる。つまり、本来なら空気の流れが生じない位置で、空気の流れがあるかを判定するので、僅かな空気の流れでも検出し易くなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、吸入空気制御弁に何らかの原因で破損等の異常が発生し、吸入空気制御弁の閉弁状態時に、吸入空気制御弁の裏側に空気の流れが生じた場合には、精度よく空気の流れを検知することができる。
【００１３】
また、吸入空気制御弁の故障判定を精度良く実施することができるので、吸入空気制御弁を樹脂化した場合であっても、この樹脂化された吸入空気制御弁の故障判定を確実に行うことが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態を示すシステム図である。
【００１６】
吸気取り入れ口１から取り入れられた外気（空気）は、エアクリーナ２、スロットル弁（図示せず）を備えたスロットルチャンバ３、吸気マニホールド４を経て内燃機関５の各気筒の燃焼室（図示せず）に供給されている。
【００１７】
エアクリーナ２とスロットルチャンバ３との間の吸気通路には、吸入空気量を検知するエアフローメータ６が配置されている。このエアフローメータ６には、吸気温センサが内蔵されており、検知された吸気通路内の吸入空気量及び吸気温度に関する信号は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）７に入力されている。
【００１８】
スロットルチャンバ３の下流側に位置する吸気マニホールド４は、樹脂材料からなり、内燃機関５の気筒数と同数の管状の吸気ブランチ通路８を有している。そして、各吸気ブランチ通路８には、燃焼室内におけるガス流動を促進させる吸入空気制御弁として、燃焼室内のタンブルを制御するタンブルコントロール弁９が設けられていると共に、タンブルコントロール弁９の裏側における空気の流量を検知する流量センサ１０が配置されている。流量センサ１０で検知された信号は、ＥＣＵ７に入力されている。
【００１９】
ここで、本発明の要部である、タンブルコントロール弁９の周囲の構成について詳述する。
【００２０】
図２〜図４に示すように、タンブルコントロール弁９は、吸気マニホールド４の下流側端部となるブランチ開口部１１に設けられている。このブランチ開口部１１は、吸気ブランチ通路８の下流側端部に位置し、内燃機関５のシリンダヘッド（図示せず）に形成された吸気ポート（図示せず）に接続されるものである。
【００２１】
このタンブルコントロール弁９は、ブランチ開口部１１に装填される樹脂材料からなるハウジング１２と、このハウジング１２に揺動可能に支持された樹脂材料からなる舌片状の弁体１３と、を有している。
【００２２】
弁体１３は、開閉駆動の際に回転中心となる基端側に対して先端側が上流側に向かって延びるように吸気ブランチ通路８内に配置されている。そのため、弁体１３が閉弁状態となると、弁体１３と吸気ブランチ通路８の内壁面とによって、吸気ブランチ通路８の軸方向に沿った断面が楔形状となる空間１４が弁体１３の裏側に形成される。各ブランチ開口部１１内の弁体１３は、その基端側が１本のシャフト１５によって貫かれており、このシャフト１５によって一斉に開閉されるように互いに連係している。このシャフト１５は、例えば電制アクチュエータ（図示せず）により回転駆動されるものである。また、このシャフト１５の回転角度は、角度センサ１６によって検知されており、角度センサ１６の検出信号はＥＣＵ７に入力されている。つまり、タンブルコントロール弁９の開閉状態は、角度センサ１６の検出信号に基づいてＥＣＵ７で判定可能となっている。
【００２３】
そして、吸気ブランチ通路８の内壁面のうち空間１４を構成する内壁面には、タンブルコントロール弁９が閉弁状態の際に、このタンブルコントロール弁９の裏側における空気の流量を検知する空気流量検知手段としての流量センサ１０が弁体１３に近接するように配置されている。
【００２４】
この流量センサ１０は、いわゆる熱式質量流量計であって、本実施形態においては、公知の熱線式エアフロメータと同様の測定原理によるものを使用している。詳述すると、流量センサ１０は、感温抵抗である熱線素子（ホットワイヤ）からなる抵抗発熱体１７を閉弁状態の弁体１３の下流側で、弁体１３の外周縁に沿って連続するように配置し、電流を供給して一定温度（抵抗値）に発熱させ、空気流による温度低下を電流の増大により補い、その電流値から空気の流量を求めている。尚、流量センサ１０は、実際には抵抗発熱体１７以外の部品をも有し、これら複数の部品によって構成されるものであるが、予め組み立てられており、吸気マニホールド４に対するする組み付ける際には、流量センサ１０という単一部品を組み付けられる。具体的には、ブランチ開口部１１の壁面に、流量センサ１０が組み付けられる組み付け穴（図示せず）を形成し、外側からこの組み付け穴に予め組み立てられた流量センサ１０をはめ込むことで、流量センサ１０はブランチ開口部１１に組み付けられる。
【００２５】
タンブルコントロール弁９が開弁状態（全開状態）では、図５に示すように、弁体１３はブランチ開口部１１に流れ込む空気の流れに対して略平行となり、弁体１３の両面を空気が流れることになる。一方、タンブルコントロール弁９が閉弁状態（全閉状態）では、弁体１３に破損がなければ、図６に示すように、空気の流れが偏り燃焼室内におけるガス流動を促進させると共に、弁体１３の裏側に空気の流れがない空間１４が画成されることになる。
【００２６】
そこで、本実施形態においては、この空気の流れがない空間１４に面するように配置された流量センサ１０によって、タンブルコントロール弁９が閉弁状態のときの空気の流量を検知して、弁体１３の破損、すなわちタンブルコントロール弁９の故障の有無を判定する。
【００２７】
これは、図７に示すように、何らかの原因で弁体１３の一部が破損しているような場合には、タンブルコントロール弁９が閉弁状態であっても弁体１３の破損箇所から空気が弁体１３の裏側の空間１４に流れ込み、流量センサ１０により空気の流量が検知されることを利用している。
【００２８】
具体的には、タンブルコントロール弁９の閉弁時に流量センサ１０により検知された空気流量Ｑｄが、このときの吸入空気量に応じて決定される閾値Ｑｔｈ以上となっている場合には、タンブルコントロール弁９の弁体１３が破損しているものと判定し、例えば、運転席のインストルメントパネル設けた警告灯を点灯させたり、カーナビゲーション画面等にタンブルコントロール弁９に故障がある旨を表示することによって、運転者に告知する。
【００２９】
尚、吸入空気量に応じて決定される閾値Ｑｔｈは、例えば、予めＥＣＵ７内に記憶させておいた図８に示すようなマップを用いて算出される。この閾値Ｑｔｈは、エアフローメータ６で検知された吸入空気量Ｑａが大きくるほど大きくなるような特性を持つものであって、具体的には、タンブルコントロール弁９の形状や吸気マニホールド４の形状に応じて実験適合等により得られたものである。
【００３０】
図９は、タンブルコントロール弁９の故障判定の制御の流れを示すフローチャートである。
【００３１】
Ｓ１では、内燃機関５が稼働中であるか否かを判定し、内燃機関５が稼働中であればＳ２へ進み、内燃機関５が稼働中でなけれな今回のルーチンを終了する。内燃機関５が稼働中であるか否かは、例えば内燃機関５の回転数が所定回転数以上であれば内燃機関５が稼働中であると判定する。
【００３２】
Ｓ２では、タンブルコントロール弁９が閉弁状態であるか否かを判定し、閉弁状態であればＳ３へ進み、閉弁状態でなければ今回のルーチンを終了する。タンブルコントロール弁９が閉弁状態か否かは、前述の角度センサ１６の検出値から判定する。
【００３３】
Ｓ３では、エアフローメータ６より吸入空気量Ｑａを検知する。Ｓ４では、流量センサ１０より空気流量Ｑｄを検知する。
【００３４】
Ｓ５では、Ｓ３で検知した吸入空気量Ｑａを用いて算出した閾値Ｑｔｈと、Ｓ４で検知した空気流量Ｑｄとを比較し、空気流量Ｑｄが閾値Ｑｔｈよりも小さい場合には、Ｓ６へ進みタンブルコントロール弁９が正常であると判定する。一方、空気流量Ｑｄが閾値Ｑｔｈ以上の場合には、Ｓ７へ進み、弁体１３の破損による故障があり、タンブルコントロール弁９に異常があると判定する。
【００３５】
このような本実施形態においては、タンブルコントロール弁９を閉弁状態とした際に、本来なら空気の流れが生じない空間１４に空気の流れがあるかを判定するので、僅かな空気の流れでも検出し易くなる。つまり、タンブルコントロール弁９に何らかの原因で破損等の異常が発生し、タンブルコントロール弁９の閉弁状態時に、タンブルコントロール弁９の裏側に空気の流れが生じた場合には、精度よく空気の流れを検知することができる。
【００３６】
特に、流量センサ１０の抵抗発熱体１７が閉弁状態の弁体１３の下流側で、弁体１３の外周縁に沿って連続するように配置されているので、弁体１３のどのような位置が部分的に破損しても、弁体１３の裏側の空気流量Ｑｄを精度良く検知することができ、タンブルコントロール弁９の異常を精度よく判定することができる。
【００３７】
そして、タンブルコントロール弁９の故障判定を精度良く実施することができるので、タンブルコントロール弁９を樹脂化した場合であっても、この樹脂化されたタンブルコントロール弁９の故障判定を確実に行うことが可能となる。
【００３８】
また、タンブルコントロール弁９が正常であれば空気の流れが生じない空間１４内において空気の流れが生じている否かを検知しているので、タンブルコントロール弁９の閉弁状態時に、タンブルコントロール弁９に破損等の異常が発生していなくとも空気の流れが生じているような位置（例えば、タンブルコントロール弁９が閉弁状態となっている際に、弁体１３よって空気の流れが遮られない位置）での空気の流れを検知してタンブルコントロール弁９の故障判定を行うよりも、精度よくタンブルコントロール弁９の故障判定を行うことができる。
【００３９】
ここで、タンブルコントロール弁９の異常を判定する際に、流量センサ１０ではなく圧力センサの検出値を用いて判定することも考えられる。しかしながら、吸気ブランチ通路８内では圧力が均等にかかるため、弁体１３が破損した場合に、圧力センサで検知される圧力の変化が読み取りにくいという問題がある。
【００４０】
図１０は、吸気系にタンブルコントロール弁を有する４気筒内燃機関のスロットル弁下流側の吸入圧力を示すものであって、各気筒のタンブルコントロール弁が正常の場合の圧力の検出値の最大値と最小値、並びに♯３気筒に対応するタンブルコントロール弁が破損した場合（全損して弁体がない状態）の圧力の検出値の最大値と最小値を、縦軸を圧力、横軸を機関回転数として示した説明図であり、（ａ）はスロットル開度が０％（全閉）、（ｂ）はスロットル開度が１５％、（ｃ）はスロットル開度が１００％（全開）の場合をそれぞれ示している。
【００４１】
図１０に示すように、スロットル開度が大きければ（１５％以上）、タンブルコントロール弁に異常がある場合の検出値の最小値と異常がない（正常）場合の検出値の最小値との差が顕著である。ところが、スロットル開度が小さい場合、すなわちタンブルコントロール弁が閉弁状態となるような低負荷運転状態においては、タンブルコントロール弁に異常があっても、このときの検出値の最小値は、正常なときの検出値の最小値と殆ど変わりなく、正確にタンブルコントロール弁の故障判定を行うことが難しい。
【００４２】
一方、弁体に破損がなければ、タンブルコントロール弁の閉弁状態の時に、弁体の裏側の空間では、スロットル開度にかかわらず空気の流れは生じることはない。つまり、スロットル開度によって、流量センサ１０の検出値の精度が大きく変化することがないので、上述した第１実施形態においては、タンブルコントロール弁９の裏側に圧力センサではなく流量センサ１０を配置しているのである。
【００４３】
次に、本発明の他の実施形態について説明するが上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４４】
図１１は、本発明の第２実施形態を示している。この第２実施形態は、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、この第２実施形態においては、空間１４を構成する吸気ブランチ通路８の内壁面のうち、閉弁状態の弁体１３の外周縁に沿った３箇所に流量センサ２０の抵抗発熱体２１が配置されている。すなわち、この第２実施形態においては、３つの流量センサ２０を用いて、空間１４の空気の流れを検知している。
【００４５】
このような第２実施形態においても、上述した第１実施形態と略同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
図１２は、本発明の第３実施形態を示している。この第３実施形態は、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、この第３実施形態においては、空間１４を構成する吸気ブランチ通路８の内壁面のうち、閉弁状態の弁体１３の外周縁の最も上流側の位置に流量センサ３０の抵抗発熱体３１が配置されている。すなわち、この第３実施形態においては、空間１４内の最も奥まった位置に配置した１つの流量センサ３０を用いて、空間１４の空気の流れを検知している。
【００４７】
このような第３実施形態においても、上述した第１実施形態と略同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
尚、上述した各実施形態においては、吸入空気制御弁としてタンブルコントロール弁９を例に挙げて説明したが、吸入空気制御弁は、必ずしもタンブルコントロール弁に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態のシステム構成を示す説明図。
【図２】本発明の第１実施形態における吸気マニホールドのブランチ開口部を模式的に示した説明図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】吸気マニホールドのブランチ開口部の内側を模式的に示した説明図。
【図５】タンブルコントロール弁が開弁状態のときの状態を模式的に示した説明図。
【図６】タンブルコントロール弁が閉弁状態のときの状態を模式的に示した説明図。
【図７】弁体の一部が破損したタンブルコントロール弁が閉弁状態のときの状態を模式的に示した説明図。
【図８】閾値Ｑｔｈの算出マップの特性例を示す説明図。
【図９】タンブルコントロール弁の故障判定の制御の流れを示すフローチャート。
【図１０】吸気系にタンブルコントロール弁を有する４気筒内燃機関のスロットル弁下流側の吸入圧力を示す説明図であって、（ａ）はスロットル開度が０％（全閉）、（ｂ）はスロットル開度が１５％、（ｃ）はスロットル開度が１００％（全開）の場合をそれぞれ示す説明図。
【図１１】本発明の第２実施形態における吸気マニホールドのブランチ開口部を模式的に示した説明図。
【図１２】本発明の第３実施形態における吸気マニホールドのブランチ開口部を模式的に示した説明図。
【符号の説明】
【００５０】
４…吸気マニホールド
５…内燃機関
７…ＥＣＵ
８…吸気ブランチ通路
９…タンブルコントロール弁
１０…流量センサ
１１…ブランチ開口部
１３…弁体
１４…空間
１６…角度センサ
１７…抵抗発熱体
【図１】
0005547961.tif 000002
【図２】
0005547961.tif 000003
【図３】
0005547961.tif 000004
【図４】
0005547961.tif 000005
【図５】
0005547961.tif 000006
【図６】
0005547961.tif 000007
【図７】
0005547961.tif 000008
【図８】
0005547961.tif 000009
【図９】
0005547961.tif 000010
【図１０】
0005547961.tif 000011
【図１１】
0005547961.tif 000012
【図１２】
0005547961.tif 000013