(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インテークマニホルドに接続された複数の気筒を有する内燃機関において、前記複数の気筒の燃焼室内の圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出されたそれぞれの気筒の所定のクランク角度における燃焼室内の圧力と前記それぞれの気筒の所定のクランク角度における燃焼室内の圧力の平均値との差圧を算出する差圧算出手段と、吸気管内絶対圧に基づいてしきい値を設定すると共に、前記吸気管内絶対圧が小さい低負荷領域では前記しきい値を大きく設定する一方、前記吸気管内絶対圧が大きくなるにつれて減少させるように前記しきい値を設定するしきい値設定手段と、前記差圧算出手段により算出された差圧を前記しきい値設定手段により設定された前記しきい値と比較する比較手段と、および前記比較手段による比較の結果、いずれかの気筒についての差圧が前記しきい値を超えるとき、前記インテークマニホルドが破損したと判定する破損判定手段とを備えることを特徴とする内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のインテークマニホルドの破損を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の気筒を有する内燃機関においては、各気筒はインテークマニホルドに接続され、インテークマニホルド上流に配置されたエアクリーナを通じて吸入された空気は、インジェクタ（あるいはキャブレタ）を介して供給された燃料と混合させられ、混合気は各気筒の燃焼室に流入して点火されて燃焼する。
【０００３】
かかるインテークマニホルドが破損すると、破損箇所から空気が侵入して燃焼状態が所期のものから変化するので、その破損を精度良く検出することが望ましい。
【０００４】
従来、例えば、アイドル時などのスロットル全閉状態において所定時間内のエンジン回転数の増加分をある所定値を超えた場合、インテークマニホルドの破損と判定することも行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した手法にあってはスロットルが開いている運転状態では判定することができず、さらに、アイドル状態で所定時間内のエンジン回転数の増加分がある所定値を超えるか否か判断するまでの時間も必要であった。
【０００６】
従って、インテークマニホルドの破損を検出できる運転状態が限定される不都合があると共にエンジン回転数を通じて推定する手法であったため、検出精度も必ずしも満足し難いものであった。
【０００７】
従って、この発明は、従来技術の上記した欠点を解消することを目的とし、走行中のあらゆる運転状態において任意にインテークマニホルドの破損を検出できると共に、インテークマニホルドの破損をより直接的に検出して検出精度も向上させるようにした内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項１項においては、インテークマニホルドに接続された複数の気筒を有する内燃機関において、前記複数の気筒の燃焼室内の圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出されたそれぞれの気筒の所定のクランク角度における燃焼室内の圧力と前記それぞれの気筒の所定のクランク角度における燃焼室内の圧力の平均値との差圧を算出する差圧算出手段と、吸気管内絶対圧に基づいてしきい値を設定すると共に、前記吸気管内絶対圧が小さい低負荷領域では前記しきい値を大きく設定する一方、前記吸気管内絶対圧が大きくなるにつれて減少させるように前記しきい値を設定するしきい値設定手段と、前記差圧算出手段により算出された差圧を前記しきい値設定手段により設定された前記しきい値と比較する比較手段と、および前記比較手段による比較の結果、いずれかの気筒についての差圧が前記しきい値を超えるとき、前記インテークマニホルドが破損したと判定する破損判定手段とを備える如く構成した。
【０００９】
これによって、アイドル運転状態に限らず、走行中のあらゆる運転状態において任意にインテークマニホルドの破損を検出できると共に、燃焼室内の圧力を通じて検出することで、インテークマニホルドの破損をより直接的に検出することができて検出精度も向上させることができる。さらに、従来技術のように、所定時間にわたる回転数変動を監視する必要がないので、より迅速に検出することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１は、この発明に係る内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置の概略を示す全体図である。
【００１２】
図において、符号１０はＯＨＣ直列４気筒の内燃機関（以下「エンジン」という）の本体を示す。簡略化のため、４個の気筒の中、１つの気筒についてのみ図示する。吸気管１２の先端に配置されたエアクリーナ１４から吸入された吸気は、スロットルバルブ１６でその流量を調節されつつインテークマニホルド（吸気マニホルド）１８を流れ、各気筒２０の吸気バルブ２２まで流れる。
【００１３】
インテークマニホルド１８は、より具体的には、図２に示す如く、吸気管１２から分岐して各気筒２０に接続される４本の分岐管１８ａからなる公知の構造を備える。
【００１４】
図１の説明に戻ると、吸気バルブ２２の上流にはインジェクタ２４が設けられ、図示しない燃料供給系から圧送された燃料を噴射する。噴射されて吸気と一体となった混合気は、吸気バルブ２２が開放されると各気筒２０の燃焼室２８に流入し、燃焼室２８を臨む位置に配置された点火プラグ３０で第１、第３、第４、第２気筒の順に着火されて燃焼し、ピストン（図示せず）を駆動する。
【００１５】
燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホルド３２を経て排気管（図示せず）に流れ、そこで触媒装置（図示せず）で浄化されて大気に放出される。
【００１６】
エンジン本体１０においてカムシャフト３４の付近にはカムシャフトセンサ３６が配置され、ピストンクランク角位置に応じた信号を出力すると共に、シリンダブロックの冷却水路には水温センサ３８が配置され、機関冷却水温ＴＷに応じた信号を出力する。
【００１７】
また、吸気管１２のスロットルバルブ１６の下流には絶対圧センサ４０が設けられ、スロットル弁下流の吸気圧力ＰＢＡの絶対圧に対応する信号を出力すると共に、スロットルバルブ１６にはスロットル開度センサ４２が接続され、スロットル開度θＴＨに応じた信号を出力する。
【００１８】
また、点火プラグ３０の取り付け座金にはピエゾ圧電効果を利用したセンサ素子が収容されて公知の筒内圧センサ（圧力検出手段）４６を構成し、燃焼室２８内の圧力（筒内圧。以下「筒内圧」という）Ｐｎ（ｎ：気筒番号）に比例した信号を出力する。
【００１９】
尚、図示は省略するが、同種の筒内圧センサが、他の３個の気筒にも配置され、それぞれの気筒の筒内圧に比例した信号を出力する。
【００２０】
さらに、排気系には触媒装置上流にＯ2 センサ５０が配置され、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する。
【００２１】
これらセンサ出力は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）５２へ送出される。
【００２２】
ＥＣＵ５２はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータからなり、前記したカムシャフトセンサ３６の出力はＥＣＵ５２内においてカウントされて機関回転数ＮＥが算出される。
【００２３】
ＥＣＵ５２は上記したセンサ出力に基づき、後述の如く、インテークマニホルド１８の破損を検出する。
【００２４】
次いで、この発明に係る内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置の動作を説明する。
【００２５】
図３はその動作を示すフロー・チャートで、ＴＤＣなどの所定クランク角度ごとに実行される。
【００２６】
以下説明すると、先ずＳ１０において所定クランク角度でサンプリングされている各気筒の筒内圧センサ４６の出力Ｐｎを読み出し、Ｓ１２に進み、筒内圧の全気筒平均値Ｐａｖｅを算出し、各気筒の筒内圧Ｐｎから全気筒平均値Ｐａｖｅを減算して差圧ΔＰｎを気筒ごとに算出する。
【００２７】
次いでＳ１４に進み、検出したエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとからマップ値を検索し、しきい値Ａを求める。しきい値Ａは、インテークマニホルド１８が破損しているか否か判定するに足る値であり、予め実験により求めてエンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡから検索自在にマップ化しておく。
【００２８】
図４にそのマップの特性を示す。しきい値Ａは、低回転および低負荷領域では大きく設定され、回転数および負荷が増加するにつれて減少するように設定される。
【００２９】
次いでＳ１６に進み、それぞれの気筒について算出した差圧ΔＰｎがしきい値Ａを超えているか否か判断する。Ｓ１６で肯定されるときはＳ１８に進み、差ΔＰｎが所定値Ａを超えた当該気筒ｎに接続されるインテークマニホルド１８、より詳しくはその気筒に接続する分岐管１８ａが破損、例えば孔が開き、そこから空気が侵入していると判定する。
【００３０】
次いでＳ２０に進み、ＭＩＬ（警告灯。図１で図示省略）を点灯して運転者に報知し、Ｓ２２に進み、必要に応じてフェールセーフ処理を行う。具体的には、破損したと推定される気筒ｎへの燃料噴射（燃料供給）を停止すると共に、残余の気筒についても場合によりフューエルカット（燃料供給停止）する。
【００３１】
尚、Ｓ１６で否定されるときは当該気筒ｎにインテークマニホルドの破損が生じていないと判定して以降の処理をスキップする。
【００３２】
上記した破損検出手法について説明すると、いずれかの気筒に接続されるインテークマニホルド１８の分岐管１８ａで破損、例えば孔が開くと、スロットルバルブ下流圧力は負圧に保たれていることから、エンジン外から空気が破損箇所を通って分岐管１８ａ内に侵入する。
【００３３】
即ち、そのときのスロットル開度に相当する空気量を超える空気がインテークマニホルド１８内に流れ、吸気管内絶対圧ＰＢＡを変化させる。その結果、エンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡで基本値が決定される燃料噴射量も増量され、よって燃焼圧力が上昇し、エンジン出力も増加する。
【００３４】
図５は各気筒の筒内圧Ｐｎの変化を示すシミュレーションデータ図であるが、例えば第３気筒に接続する分岐管１８ａが破損すると、第３気筒の筒内圧Ｐ３が他の気筒の筒内圧に比して上昇する。従って、各気筒の筒内圧Ｐｎを検出して平均値Ｐａｖｅとの差圧ΔＰｎを求め、差圧ΔＰｎを適宜設定するしきい値Ａと比較することで、インテークマニホルド１８の破損を検出することができる。
【００３５】
尚、図４に示す如く、しきい値Ａを、低回転、低負荷領域で高回転、高負荷領域に比して大きく設定するのは、筒内圧（燃焼圧力）は回転数および負荷が増大するにつれて上昇するため、圧力変化量が同一であれば、低回転、低負荷領域では圧力変化が相対的に大きくなるためである。
【００３６】
図６はしきい値Ａの別の設定例を示す説明グラフである。図示の場合、簡略化し、しきい値Ａを吸気管内絶対圧ＰＢＡに対してのみ設定した。尚、図６に示す例においても同様の理由から、しきい値Ａは低負荷側で大きくなるように設定する。
【００３７】
ここで、図３フロー・チャートのＳ２２のフェールセーフ処理について敷衍すると、上記したように、いずれかの気筒に接続するインテークマニホルドが破損すると、その気筒の燃焼圧力は上昇し、従ってエンジン出力が上昇する。
【００３８】
さらに、そのとき、Ｏ2 センサ５０の出力を用いて空燃比フィードバック制御を行っていると、破損気筒については検出空燃比がリーン側の値となるため、空燃比は全体的にリッチ方向に制御され、それによってエンジン出力が運転状態で要求される値を超えて増加する。
【００３９】
従って、フェールセーフ処理においては、かかるエンジン出力の増加を回避するため、破損気筒への燃料供給を停止し、残余の気筒も間欠的にフューエルカットするなどしてエンジン出力を低下させ、例えば、最寄りのサービス工場まで運転するに必要な程度に抑制する。その意味では、フェールセーフ処理において、上記以外に、空燃比をリーン側の値に制御する、空燃比フィードバック制御を停止するなどの処理を行っても良い。
【００４０】
この実施の形態は上記の如く、インテークマニホルド１８に接続された複数（４個）の気筒２０を有する内燃機関（エンジン１０）において、前記複数の気筒の燃焼室内の圧力（筒内圧）Ｐｎをそれぞれ検出する圧力検出手段（筒内圧センサ４６，ＥＣＵ５２，Ｓ１０）と、前記圧力検出手段により検出されたそれぞれの気筒の燃焼室内の圧力（筒内圧）Ｐｎと全気筒の燃焼室内の圧力の平均値Ｐａｖｅとの差圧ΔＰｎを算出する差圧算出手段（ＥＣＵ５２，Ｓ１２）と、前記差圧算出手段により算出された圧力差ΔＰＮをしきい値Ａと比較する比較手段（ＥＣＵ５２，Ｓ１６）と、および前記比較手段による比較の結果、いずれかの気筒ｎについての差圧が前記しきい値を超えるとき、前記インテークマニホルド１８、より詳しくは気筒ｎに接続する分岐管１８ａが破損したと判定する破損判定手段（ＥＣＵ５２，Ｓ１８）とを備える如く構成した。
【００４１】
これによって、アイドル運転状態に限らず、走行中のあらゆる運転状態において任意にインテークマニホルドの破損を検出することができる。さらに、燃焼室内の圧力（筒内圧）を通じて検出することで、インテークマニホルドの破損をより直接的に検出できて検出精度を向上させることができると共に、従来技術のように所定時間にわたる回転数変動を監視する必要がないので、より迅速に検出することができる。
【００４２】
さらに、破損を検出することで、運転者に報知する、フェールセーフ処理を行うことも可能となる。
【００４３】
尚、上記において、検出筒内圧を直ちに使用したが、燃焼サイクルの数スイクル間の平均値あるいは標準偏差値などを用いても良い。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１項においては、アイドル運転状態に限らず、走行中のあらゆる運転状態において任意にインテークマニホルドの破損を検出できると共に、燃焼室内の圧力を通じて検出することで、インテークマニホルドの破損をより直接的に検出することができて検出精度も向上させることができる。さらに、従来技術のように、所定時間にわたる回転数変動を監視する必要がないので、より迅速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る内燃機関のインテークマニホルドの破損検出装置を概略的に示す全体図である。
【図２】図１装置の中のインテークマニホルドの説明斜視図である。
【図３】図１装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図４】図３フロー・チャートで使用するしきい値の特性を示す説明グラフである。
【図５】筒内圧Ｐｎの変化を示すシミュレーションデータ図である。
【図６】図４と同様の、図３フロー・チャートで使用するしきい値の別の設定例を示す説明グラフである。
【符号の説明】
１０    内燃機関（エンジン）（本体）
１２    吸気管
１６    スロットルバルブ
１８    インテークマニホルド
１８ａ  インテークマニホルドの分岐管
２０    気筒
２８    燃焼室
４６    筒内圧センサ（圧力検出手段）
５２    ＥＣＵ
【図１】
0003720200.tif 000002
【図２】
0003720200.tif 000003
【図３】
0003720200.tif 000004
【図４】
0003720200.tif 000005
【図５】
0003720200.tif 000006
【図６】
0003720200.tif 000007