(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャニスタに吸着したベーパを内燃機関の吸気通路にパージするエバポパージシステムを備える内燃機関の異常検出装置であって、
前記吸気通路に配置された蒸発燃料濃度センサと、
クランクケースに流入したブローバイガスを、前記吸気通路に還流させる換気機構と、
前記吸気通路へのブローバイガスの還流量を推定する還流量推定手段と、
前記蒸発燃料濃度センサの出力に関する異常判定値を、前記還流量に基づいて設定する異常判定値設定手段と、
パージカット時の前記蒸発燃料濃度センサの出力と、前記異常判定値とに基づいて、前記換気機構の状態判定を行う状態判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の異常検出装置。
【請求項２】
前記蒸発燃料濃度センサがエバポを含まない空気に対して出力する空気対応出力を取得する空気対応出力取得手段と、
前記空気対応出力に対する前記蒸発燃料濃度センサの出力の比を出力比として算出する出力比算出手段とを備え、
前記異常判定値設定手段は、前記出力比と対比すべき値を前記異常判定値として設定し、
前記状態判定手段は、前記出力比と前記異常判定値との大小関係に応じて、前記換気機構の異常の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項３】
前記吸気通路の内圧を検出する吸気圧センサと、
前記空気対応出力を、前記吸気通路の内圧に応じて記憶する空気対応出力記憶手段とを備え、
前記空気対応出力取得手段は、前記空気対応出力記憶手段から、前記吸気圧センサの出力に応じた値を読み出すことで、前記空気対応出力を取得することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の異常検出装置。
【請求項４】
前記蒸発燃料濃度センサは、前記吸気通路に設けられたサージタンクに配置されており、
前記換気機構は、前記サージタンクにブローバイガスを還流させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の異常検出装置に係り、特に、クランクケース内のブローバイガスを吸気通路に還流させる換気機構を備える内燃機関の異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平５−１６３９９３号公報に開示されるように、内燃機関のクランクケースに流出するブローバイガスを内燃機関の吸気通路に還流させるPCV(Positive Crankcase Ventilation)システムを備える内燃機関が知られている。PCVシステムによれば、クランクケース内にブローバイガスが滞留するのを防止して、クランクケース内の錆発生防止、潤滑油の劣化防止などの効果を得ることができる。
【０００３】
尚、上記公報には、吸気通路にブローバイガスが還流されているときの空燃比フィードバック補正係数（αAV1）と、吸気通路にブローバイガスが還流されていないときの空燃比フィードバック補正係数（αAV2）との差に基づいて、ブローバイガスが空燃比に与える影響分（αB）を求める技術が開示されている。また、上記公報には、その影響分αBを、空燃比制御量の基本制御値の学習値αLに加算することでブローバイガスの影響を排除した学習値を求め、その学習値を基準値と比較することで燃料供給系の異常の有無を判定する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、PCVシステムを備える内燃機関において、ブローバイガスの吸気通路に目詰まりなどの異常が生ずると、上記の優れた効果を得ることができなくなる。このため、還流通路の目詰まり等の異常は、速やかに検知できることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、上述した従来の装置では、そのような異常を検知することはできない。また、上記目詰まり等の異常は、例えば、還流通路に目詰まり検出専用のセンサを設けることなどにより検知することはできるが、この場合、PCVシステムのコストアップが避けられない。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、PCVシステムのコストアップを伴うことなく、PCVシステムの異常を速やかに検知することのできる内燃機関の異常検出装置を提供することを第１の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記の目的を達成するため、キャニスタに吸着したベーパを内燃機関の吸気通路にパージするエバポパージシステムを備える内燃機関の異常検出装置であって、
前記吸気通路に配置された蒸発燃料濃度センサと、
クランクケースに流入したブローバイガスを、前記吸気通路に還流させる換気機構と、
前記吸気通路へのブローバイガスの還流量を推定する還流量推定手段と、
前記蒸発燃料濃度センサの出力に関する異常判定値を、前記還流量に基づいて設定する異常判定値設定手段と、
パージカット時の前記蒸発燃料濃度センサの出力と、前記異常判定値とに基づいて、前記換気機構の状態判定を行う状態判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の異常検出装置であって、
前記蒸発燃料濃度センサがエバポを含まない空気に対して出力する空気対応出力を取得する空気対応出力取得手段と、
前記空気対応出力に対する前記蒸発燃料濃度センサの出力の比を出力比として算出する出力比算出手段とを備え、
前記異常判定値設定手段は、前記出力比と対比すべき値を前記異常判定値として設定し、
前記状態判定手段は、前記出力比と前記異常判定値との大小関係に応じて、前記換気機構の異常の有無を判定することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の内燃機関の異常検出装置であって、
前記吸気通路の内圧を検出する吸気圧センサと、
前記空気対応出力を、前記吸気通路の内圧に応じて記憶する空気対応出力記憶手段とを備え、
前記空気対応出力取得手段は、前記空気対応出力記憶手段から、前記吸気圧センサの出力に応じた値を読み出すことで、前記空気対応出力を取得することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の異常検出装置であって、
前記蒸発燃料濃度センサは、前記吸気通路に設けられたサージタンクに配置されており、
前記換気機構は、前記サージタンクにブローバイガスを還流させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図を示す。図１に示すように、本実施形態のシステムは、キャニスタ１０を備えている。キャニスタ１０には、ベーパ通路１２を介して図示しない燃料タンクが接続されている。キャニスタ１０は、燃料タンクの内部で発生し、ベーパ通路１２を通って流入してくる蒸発燃料（ベーパ）を吸着保持することができる。
【００１３】
キャニスタ１０には、大気導入孔１４が設けられていると共に、パージ通路１６が連通している。パージ通路１６は、その他端において内燃機関の吸気通路１８と連通している。以下、パージ通路１６と吸気通路１８の連通箇所をパージポート２０と称す。
【００１４】
パージ通路１６の途中には、パージVSV(Vacuum Switching Valve)２２が配置されている。パージVSV２２は、デューティ駆動されることにより任意のデューティ比で開閉し、その結果、実質的に任意の開度を実現する制御弁である。
【００１５】
吸気通路１８は、パージポート２０の上流側にスロットルバルブ２４を備えている。また、パージポート２０の下流には、サージタンク２６が設けられている。サージタンク２６には、その内部を流れるガス中の蒸発燃料濃度を検出する蒸発燃料濃度センサ２８と、サージタンク２６の内圧、すなわち、吸気管圧力PMを検出する吸気圧センサ３０が組み付けられている。蒸発燃料濃度センサ２８は、例えば、酸素濃度に応じた出力を発する空燃比センサにより実現することができる。すなわち、空燃比センサが吸気通路１８に配置されると、空燃比センサのセンサ素子表面では、吸気通路１８を流れるガス中に含まれる蒸発燃料と酸素との反応生ずる。その結果、センサ素子表面における酸素濃度は低下し、空燃比センサからは蒸発燃料濃度に応じた出力が発せられる。このため、空燃比センサによれば、蒸発燃料濃度センサ２８の機能を実現することができる。また、蒸発燃料濃度センサ２８は、被検出ガス中のHC濃度に応じた出力を発するHCセンサなどによっても実現することができる。
【００１６】
吸気通路１８は、サージタンク２６の更に下流において内燃機関３２の吸気ポート３４に連通している。吸気ポート３４には、内燃機関３４に対して燃料を噴射する燃料噴射弁３６が配置されている。
【００１７】
図１に示すシステムは、また、PCVシステムを備えている。より具体的には、内燃機関３２のクランクケースとサージタンク２６とをつなぐPCV通路３８を備えている。クランクケースには、内燃機関１０のシリンダから吹き抜けたブローバイガスが流入する。PCVシステムによれば、内燃機関１０の吸気負圧を利用して、そのブローバイガスを強制的にサージタンク２８に還流させることができる。
【００１８】
本実施形態のシステムは、図１に示すように、ECU(Electronic Control Unit)４０を備えている。ECU４０は、パージVSV２２や燃料噴射弁３６の動作を制御するためのユニットである。上述した蒸発燃料濃度センサ２８の出力、および吸気圧センサ３０の出力は、何れもECU４０に供給されている。
【００１９】
図１に示すシステムにおいて、キャニスタ１０は、上記の如く燃料タンク内で発生するベーパを吸着保持することができる。ECU４０は、内燃機関３２の運転中に、所定のパージ条件が成立すると、パージVSV２２を適当にデューティ駆動する。パージVSV２２が開弁されると、キャニスタ１０にはパージ通路１６を介して吸気負圧が導入される。その結果、キャニスタ１０の大気口１４から空気が吸入され、空気と共にキャニスタ１０に吸着されているベーパがパージ通路１６を通って吸気通路１８へパージされる。本実施形態のシステムによれば、このようにして、キャニスタ１０に吸着されているベーパを大気中に放出させることなく処理することができる。
【００２０】
キャニスタ１０から吸気通路１８にベーパがパージされている間、ECU４０は、蒸発燃料濃度センサ２８の出力に基づいて、サージタンク２６を流れるガス中の蒸発燃料濃度を検出する。更に、ECU４０は、その蒸発燃料濃度に基づいて、公知の手法で、キャニスタ１０からパージされてくるベーパ量を算出する。そして、パージされてくるベーパの量だけ燃料噴射弁３６から噴射される燃料の量を減量補正する。このため、本実施形態のシステムによれば、大きな空燃比ずれを生じさせることなくキャニスタ１０内のベーパを内燃機関３２に向けてパージさせることができる。
【００２１】
上記の如く、本実施形態のシステムでは、PCVシステムの機能により、クランクケース内のブローバイガスを、強制的に吸気通路１８（サージタンク２６）に還流させることができる。クランクケース内のブローバイガスは、クランクケースの内部で、錆の発生や潤滑油の劣化を促進させる原因となる。PCVシステムによれば、クランクケース内の雰囲気を清浄に保って、それらの進行を阻止することができる。
【００２２】
ところで、PCV通路３８は、例えば異物の噛み込みなどにより目詰まりを起こすことがある。PCV通路３８が目詰まりを起こすと、クランクケース内のブローバイガスが、適正に換気されないため、PCVシステムを設けたことによる効果が得られなくなる。このため、PCV通路３８の目詰まりなど、ブローバイガスの流通を妨げる異常は速やかに検出されることが望ましい。
【００２３】
本実施形態のシステムは、サージタンク２６に設けた蒸発燃料濃度センサ２８を利用して、異常検出専用の新たなセンサを設けることなく、PCVシステムの異常状態を検出する点に特徴を有している。以下、本実施形態において、上記の機能を実現すべく実行される処理の内容について説明する。
【００２４】
図２は、蒸発燃料濃度センサ２８の出力比αと、サージタンク２６の還流されるブローバイガスの流量（以下、「PCV量」と称す）との関係を示す。ここで、出力比αとは、蒸発燃料濃度センサ２８の現実の出力Vsと、蒸発燃料濃度センサ２８が、エバポを含まない空気に対して発生する出力Vsmaxとの比Vs／Vsmaxである。ブローバイガスには、HCが含まれているため、PCV量が増えるほどサージタンク２６内の蒸発燃料濃度は上昇する。従って、蒸発燃料濃度センサ２８の出力比は、図２に示すように、PCV量が増えるほど低下する。以下、図２に示す特性線を「理論特性線」と、また、その特性線により特定される出力比αの値を「理論特性値」と称す。
【００２５】
図３は、PCVシステムが正常である場合に発生するPCV量と、内燃機関の負荷との関係を示す。この図に示すように、正常時のPCV量は、内燃機関の負荷に対して相関を有している。従って、内燃機関３２の負荷Q０が特定されると、その負荷Q０に対して発生すべきPCV量（PCV０）を推定することができる。
【００２６】
図４は、図２に示す理論特性線（実線）と共に、本実施形態において用いられる異常判定線（一点鎖線）を示した図である。以下、異常判定線により特定される出力比αの値を「異常判定値」と称す。この図に示す通り、本実施形態では、理論特性値に比して異常判定値が僅かに大きな値となるように異常特性線が設定されている。
【００２７】
上記の如く、理論特性は、システムが正常である場合に、蒸発燃料濃度センサ２８の出力比αとPCV量とが満たすべき関係である。従って、内燃機関３２の負荷に基づいて推定されたPCV量がPCV０である場合、システムが正常であれば、出力比αは、図４に示すα０である必要がある。換言すると、内燃機関３２の負荷に対応するPCV量がPCV０である場合に、蒸発燃料濃度センサ２８の出力比αが、PCV０に対する異常判定値より大きなα１である場合は、PCV量が適正に確保されていない、すなわち、PCVシステムにブローバイガスの還流を妨げる異常が生じていると判断することができる。
【００２８】
そこで、本実施形態のシステムは、蒸発燃料濃度センサ２８の出力比αが、図４に示す異常判定値以上であるか否かに基づいて、PCVシステムの異常が生じているか否かを判断することとしている。
【００２９】
図５は、上記の機能を実現すべく本実施形態においてECU４０が実行する異常判定ルーチンのフローチャートを示す。
図５に示すルーチンでは、先ず、蒸発燃料濃度センサ２８および吸気圧センサ３０が何れも正常であるかが判別される（ステップ１００）。
蒸発燃料濃度センサ２８が正常であるか否かは、例えば、パージVSV２２を強制駆動して、蒸発燃料濃度センサ２８の出力に変化が現れるか否かを見ることで判断することができる。また、吸気圧センサ３０が正常であるか否かは、サージタンク２６内の圧力を強制的に変化させ、吸気圧センサ３０の出力にその変化に応じた変化が現れるか否かを見ることで判断することができる。
【００３０】
上記ステップ１００において、何れかのセンサが異常であると判別された場合は、その異常に対処するためセンサ異常時処理が実行され（ステップ１０２）、その後、今回の処理サイクルが終了される。
【００３１】
一方、上記ステップ１００において、何れのセンサも正常であるとの判断がなされると、次に、パージ実施状態でないかが判別される（ステップ１０４）。
【００３２】
本実施形態のシステムにおいて、PCVシステムに異常が生じているか否かは、ベーパがパージされていない場合に限り、すなわち、サージタンク２６に流入するHCがブローバイガスだけである場合に限り判断することができる。このため、上記ステップ１０４において、パージ実施状態であるとの判別がなされた場合は、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００３３】
これに対して、上記ステップ１０４において、パージ実施状態ではないとの判別がなされた場合は、次に、内燃機関の運転状態（負荷）に基づいて、システムが正常である場合に発生すべきPCV量が推定される（ステップ１０６）。
本実施形態において、ECU４０は、図３に示す関係を定めたマップ、すなわち、正常時に発生すべきPCV量を内燃機関の負荷との関係で定めたマップを記憶している。本ステップ１０６では、そのマップを参照することで、負荷に応じたPCV量が推定される。
【００３４】
図５に示すルーチンでは、次に、推定されたPCV量に対応した異常判定値が設定される（ステップ１０８）。
ECU４０は、図４中に一点鎖線で示す異常判定線のマップを記憶している。本ステップ１０８では、そのマップを参照することで、上記ステップ１０６で特定されたPCV量に対応する異常判定値が設定される。
【００３５】
上記の処理が終了すると、次に、蒸発燃料濃度センサ２８の出力比αが算出される（ステップ１１０）。
蒸発燃料濃度センサ２８の出力比αは、上記の如く、現実のセンサ出力Vsと、エバポを含まない空気に対する出力Vsmaxとの比Vs／Vsmaxである。ここで、蒸発燃料濃度センサ２８の出力は、圧力に対する依存性を有している。このため、エバポを含まない空気に対する出力Vsmaxは、サージタンク２６内の圧力（吸気管圧力PM）に応じて異なる値となる。
【００３６】
ECU４０は、図５に示すルーチンとは異なるルーチンを実行することで、吸気管圧力PM毎に出力Vsmaxを学習している。そして、上記ステップ１１０では、吸気圧センサ３０の出力PMに対応するVsmaxの学習値を読み出し、その学習値と、現実のセンサ出力Vsとに基づいて、出力比α＝Vs／Vsmaxを算出している。尚、このようにして算出された出力比αは、圧力に対して依存性を有しない値、すなわち、吸気管圧力PMの値に関わらず、サージタンク２６内の蒸発燃料濃度を正確に表す値である。
【００３７】
上記の処理により出力比αが算出されると、次に、その出力比αが、上記ステップ１０８で設定された異常判定値以上であるかが判別される（ステップ１１２）。
その結果、出力比α≧異常判定値の条件が成立しない場合は、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
一方、上記の条件が成立する場合は、PCVシステムの目詰まり異常が認識され、その異常に対処するための処理、例えば、車両の運転者に警報を発する処理などが実行される（ステップ１１４）。
【００３８】
以上説明した通り、本実施形態のシステムによれば、PCVシステムの異常を検出するための新たなセンサを必要とすることなく、ブローバイガスの還流を妨げる異常の発生を検出することができる。つまり、本実施形態の構成によれば、PCVシステムのコストアップを伴うことなく、PCVシステムの異常を速やかに検知することのできる内燃機関の異常検出装置を実現することができる。
【００３９】
ところで、上述した実施の形態１では、蒸発燃料濃度センサ２８の出力比αが異常判定値より大きいか否かに基づいて、異常の有無を判定することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、出力比αと、異常判定値との乖離量に基づいて、異常の程度まで判定することとしてもよい。
【００４０】
また、上述した実施の形態１では、蒸発燃料濃度センサ２８をサージタンク２６に配置することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、蒸発燃料濃度センサ２８は、パージポート２０と吸気ポート３４の間の何れの箇所に配置してもよい。
【００４１】
更に、上述した実施の形態１では、PCV通路３８をサージタンク２６に開口させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、PCV通路３８は、ブローバイガスの影響が蒸発燃料濃度センサ２８により検出できる限り、吸気通路１８の何れの箇所に開口させてもよい。
【００４２】
尚、上述した実施の形態１においては、PCV通路２０を含むPCVシステムが前記請求項１記載の「換気機構」に相当していると共に、ECU４０が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記請求項１記載の「還流量推定手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記請求項１記載の「異常判定値設定手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記請求項１記載の「状態判定手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ECU４０が、上記ステップ１１０において、出力Vsmaxを取得することにより前記請求項２記載の「空気対応出力取得手段」が、その出力Vsmaxと現実の出力Vsとに基づいて出力比αを求めることにより前記請求項１記載の「出力比算出手段」が、それぞれ実現されている。
更に、上述した実施の形態１においては、ECU４０が、出力Vsmaxの学習値を記憶することにより前記請求項３記載の「空気対応出力記憶手段」が実現されている。
【００４３】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
請求項１記載の発明において、パージカット時における蒸発燃料濃度センサの出力は、吸気通路に現実に流入しているブローバイガスの還流量（実還流量）に対応した値となる。また、本発明によれば、正常時に生ずるべきブローバイガスの還流量に基づいて、蒸発燃料濃度センサの出力に関する異常判定値を設定することができる。そして、異常判定値と実還流量とに基づいて、換気機構の異常状態を検知することができる。本発明の手法によれば、専用のセンサ等を必要とすることなく、大きなコストアップを伴わずに換気機構の異常状態を判定することができる。
【００４４】
請求項２記載の発明によれば、蒸発燃料濃度センサの出力比を異常判定値と比較することで、換気機構が正常であるか異常であるかを判定することができる。蒸発燃料濃度センサの出力は、圧力依存性を有するが、その出力比は圧力依存性のない物理量である。従って、本発明によれば、吸気管圧力に影響されることなく精度良く異常判定を行うことができる。
【００４５】
請求項３記載の発明によれば、出力比の演算に必要な空気対応出力を容易に取得することができる。
【００４６】
請求項４記載の発明によれば、蒸発燃料濃度センサがサージタンクに配置されると共に、ブローバイガスがサージタンクに供給される。このため、本発明によれば、ブローバイガスの影響を、蒸発燃料濃度センサにより精度良く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１の構造を説明するための図である。
【図２】  蒸発燃料濃度センサの出力比とPCV量との関係を定めた理論特性線を示す図である。
【図３】  システムが正常である場合に発生するPCV量と内燃機関の負荷との関係を示す図である。
【図４】  図２に示す理論特性線と共に実施の形態１で用いられる異常判定線を示す図である。
【図５】  実施の形態１において実行される異常判定ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０  キャニスタ
１６  パージ通路
１８  吸気通路
２６  サージタンク
２８  蒸発燃料濃度センサ
３０  吸気圧センサ
３８  PCV通路
４０  ECU(Electronic Control Unit)
α  出力比
【図１】
0003690327.tif 000002
【図２】
0003690327.tif 000003
【図３】
0003690327.tif 000004
【図４】
0003690327.tif 000005
【図５】
0003690327.tif 000006