(57)【要約】      （修正有）【課題】吸気弁又は排気弁に異常が発生したことによる始動不良が発生した際に原因の特定を行いやすくする。【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関を制御する制御装置たるＥＣＵＯが、始動時に、気筒の１サイクル間の回転速度すなわち回転数の極大値及び極小値を検出し、検出した前記極大値と前記極小値との間の回転数差Δｖを記憶し、前記回転数差Δｖが所定の閾値Δｖ0を下回った際に吸気弁又は排気弁に異常が発生したことによる始動不良が発生したことを記録する制御を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関を制御する制御装置であって、気筒の１サイクル間ごとの回転速度の極大値及び極小値をそれぞれ検出し、検出した前記極大値と前記極小値との間の差を記憶し、前記極大値と前記極小値との間の差が所定の閾値を下回った際に吸気弁又は排気弁に異常が発生したことによる始動不良が発生したことを記録する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動不良が発生した際に始動不良の原因等を記録することが可能な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の制御を行う制御装置において、膨張行程の回転数の瞬時最高値及び瞬時最低値を検出し、膨張行程におけるこれら回転数の瞬時最高値と瞬時最低値との差を平均値と比較して気筒の異常を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。しかし、内燃機関が始動を開始してから完爆状態に達するまでの始動時は回転数が不安定であるので、前記特許文献１記載の技術は、始動時の気筒の異常を検出するために用いるには適していない。
【０００３】
ところで、始動不良の原因の一つとして、吸気弁又は排気弁に、燃焼室内や吸気ポート又は排気ポートに堆積したデポジットなどの異物が始動中に剥がれ落ちることにより弁体とバルブシートとの間に挟まる等の異常が発生して完全に閉弁できず、そのことに起因して圧縮圧（筒内圧力）が低下することが挙げられる。しかし、従来はこのような吸気弁又は排気弁の異常を検出する手段が知られていない。従って、内燃機関の始動不良が発生した際に、始動不良が発生したことや始動不良の原因をフラッシュメモリ等に記録する制御を行う制御装置を搭載している場合であっても、このような吸気弁又は排気弁の異常に起因した始動不良が発生した場合、フラッシュメモリに記録されたデータからは始動不良の原因を特定することができなかった。そのため、始動不良の原因の特定に手間や時間がかかるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４１３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上の点に着目し、吸気弁又は排気弁に異常が発生したことによる始動不良が発生した際に原因の特定を行いやすくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下に述べるような制御を行う。すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関を制御する制御装置であって、始動時に、気筒の１サイクル間ごとの回転速度の極大値及び極小値をそれぞれ検出し、検出した前記極大値と前記極小値との間の差を記憶し、前記極大値と前記極小値との間の差が所定の閾値を下回った際に吸気弁又は排気弁に異常が発生したことによる始動不良が発生したことを記録する。
【０００７】
例えば３気筒を有する内燃機関の場合は、いずれかの気筒が圧縮上死点にある場合他の２つの気筒は吸気弁又は排気弁が全開状態となっており、クランクシャフトから伝達される仕事量が最大となるので回転速度は極小値となり、いずれかの気筒が排気上死点にある場合クランクシャフトから伝達される仕事量が最小となるので回転速度が極大値となるが、吸気弁又は排気弁に異常が発生して完全に閉弁することができなくなり圧縮圧（筒内圧力）が低下した場合、このような吸気弁又は排気弁を有する気筒が圧縮上死点にある場合クランクシャフトから伝達される仕事量が低下するので前記極小値が大きくなり、前記極大値と前記極小値との間の差が小さくなる。本発明はこのことに着目したものであり、上述したような制御を行えば、吸気弁又は排気弁に異常が発生したことに伴い前記極大値と前記極小値との間の差が所定の閾値を下回った際に、吸気弁又は排気弁に異常が発生したことによる始動不良が発生したことを記録するので、吸気弁又は排気弁に異常が発生したことによる始動不良が発生した際にも始動不良の原因を記録することができる。
【０００８】
なお、本発明では、始動時の回転速度を示すパラメータとして、回転数以外に、回転速度と相関がある他の運転状態を示すパラメータを採用してもよい。このようなパラメータとして、例えば、バッテリ電圧等が考えられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吸気弁又は排気弁に異常が発生したことによる始動不良が発生した際にも始動不良の原因が記録されるので、始動不良の原因の特定を行いやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関を示す概略構成図。
【図２】同実施形態の制御装置が制御する可変バルブタイミング機構を示す概略図。
【図３】同実施形態における内燃機関の制御装置が行う制御の手順を示すフローチャート。
【図４】同実施形態における内燃機関の各気筒の行程及び回転数の経時変化を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数、より具体的には３つの気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の燃焼室の天井部には、燃料を噴射するインジェクタ１１及び点火プラグ１２を取り付けてある。
【００１２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１４】
また、図２に示すように、本実施形態における内燃機関では、クランクスプロケット７１、吸気側スプロケット７２及び排気側スプロケット７３にタイミングチェーン７４を巻き掛け、このタイミングチェーン７４により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット７２を介して吸気カムシャフト６３に、排気側スプロケット７３を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。
【００１５】
その上で、吸気側スプロケット７２と吸気カムシャフト６３との間に、可変バルブタイミング機構６を介設している。本実施形態における可変バルブタイミング機構６は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト６３の回転位相を変化させることにより吸気弁３５の開閉タイミングを変化させるものである。
【００１６】
可変バルブタイミング機構６のハウジング６１は、吸気側スプロケット７２に固着しており、吸気側スプロケット７２とハウジング６１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフト６３の一端部に固着したロータ６２は、ハウジング６１内に収納され、吸気側スプロケット７２及びハウジング６１に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング６１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ６２の外周部に成形されたベーン６２１によって進角室６１１と遅角室６１２とに区画されている。
【００１７】
可変バルブタイミング機構６の液圧（特に、油圧）回路には、オイルパン８１内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ８２より供給される。液圧ポンプ８２は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ８２と可変バルブタイミング機構６との間には、切換制御弁であるＯＣＶ（Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ）９を設けている。作動液の流量及び方向をこのＯＣＶ９を介して操作することで、オイルパン８１から汲み上げた作動液を進角室６１１または遅角室６１２に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング６１がロータ６２に対して相対回動し、吸気弁３５の開閉タイミングを進角または遅角させることができる。
【００１８】
ＯＣＶ９は、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。図２に示すように、ＯＣＶ９は、液圧ポンプ８２の吐出口と接続する供給ポート９１、ハウジング６１の進角室６１１と接続するＡポート９２、ハウジング６１の遅角室６１２と接続するＢポート９３、並びにオイルパン８１と接続するドレインポート９４、９５を有している。ＯＣＶ９のスプールは、進退動作により内部粒体経路を切り換えて、Ａポート９２及びＢポート９３をそれぞれ供給ポート９１、ドレインポート９４、９５の何れかに連通させる。また、スプール９６が中立位置をとるときには内部流体経路が断絶し、Ａポート９２及びＢポート９３を供給ポート９１にもドレインポート９４、９５にも連通させない。図２では、スプール９６が中立位置にある状態を示している。
【００１９】
スプール９６はソレノイド９７によって駆動する。即ち、制御信号ｍとしてソレノイド９７に入力するパルス電流（または、電圧）のデューティ比に応じて、スプール９６の進退の距離が変化する。
【００２０】
制御信号ｍのデューティ比が比較的大きい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＡポート９２を通じて進角室６１１に供給される一方、既に遅角室６１２に貯留していた作動液がＢポート９３を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、進角室６１１の容積が拡大、遅角室６１２の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフト６３の回転位相、換言すれば吸気カムシャフト６３のクランクシャフトに対する変位角が進角して、吸気弁３５のバルブタイミングが進角化する。
【００２１】
逆に、制御信号ｍのデューティ比が比較的小さい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＢポート９３を通じて遅角室６１２に供給される一方、既に進角室６１１に貯留していた作動液がＡポート９２を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、遅角室６１２の容積が拡大、進角室６１１の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフト６３のクランクシャフトに対する変位角が遅角して、吸気弁３５のバルブタイミングが遅角化する。
【００２２】
総じて言えば、制御信号ｍのデューティ比が中立より大きいほど吸気弁３５のバルブタイミングが速く進角し、デューティ比が中立より小さいほど吸気弁３５のバルブタイミングが速く遅角する。
【００２３】
内燃機関の運転制御を司る制御装置であるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２４】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフト６３または排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、排気ガス温を検出する温度センサから出力される排気ガス温信号ｈ等が入力される。
【００２５】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＯＣＶ９に対して制御信号ｍ等を出力する。
【００２６】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２７】
ここで、本実施形態の内燃機関の回転速度は以下のように変動する。すなわち、３気筒を有する内燃機関の場合は、図４に示すように、いずれかの気筒１が圧縮上死点にある場合他の２つの気筒は吸気弁３５又は排気弁４０が全開状態となっており、クランクシャフトから伝達される仕事量が最大となるので回転速度は極小値となり、いずれかの気筒１が排気上死点にある場合クランクシャフトから伝達される仕事量が最小となるので回転速度が極大値となるが、吸気弁３５又は排気弁４０に異常が発生して完全に閉弁することができなくなり圧縮圧（筒内圧力）が低下した場合、このような吸気弁３５又は排気弁４０を有する気筒１が圧縮上死点にある場合クランクシャフトから伝達される仕事量が低下するので前記回転数の極小値が大きくなり、前記極大値と極小値との差が小さくなる。本実施形態ではこのことに着目し、ＥＣＵ０は、内燃機関が始動を開始してから完爆状態に達するまでの始動時において、メモリに内蔵した始動不良検知プログラムをプロセッサが実行することにより、以下に述べるような制御を行う。なお、本実施形態では、回転速度を示すパラメータとして、前記クランク角信号ｂが示す回転数を採用している。
【００２８】
すなわち、ＥＣＵ０は、始動開始から内燃機関が完爆状態に達するまでの始動時に、クランク角信号ｂが示す回転数を所定時間ごとに記録し、気筒１の１サイクル間ごとの回転速度の極大値及び極小値、より具体的には圧縮上死点から次の圧縮上死点までの間の回転数の極大値及び極小値を検出し、検出した前記極大値と前記極小値との間の回転数差Δｖを記憶し、前記回転数差Δｖが所定の閾値Δｖ0を下回った際に吸気弁３５又は排気弁４０に異物が噛みこむ等の異常が発生したことによる始動不良が発生したことを記録する。ここで、ある気筒１のピストンが圧縮上死点に達してから再度圧縮上死点に達するまでの間すなわち１サイクル（７２０°ＣＡ（クランク角））経過するまでの間、図４に示すように、２４０°ＣＡ間隔で他の気筒１のピストンが圧縮上死点に達するので、１サイクルごとに３回極大値及び極小値を検出する。そして、各極大値とその直後に検出された極小値との回転数差Δｖをそれぞれ求める。さらに本実施形態では、前記回転数差Δｖが所定の閾値Δｖ0を下回った際に吸気弁３５の閉弁タイミングを進角させて実効圧縮率を向上させ、始動性を向上させる制御も行う。なお、前記閾値Δｖ0は、始動時において吸気弁３５及び排気弁４０が正常に動作している際の回転数の前記極大値と極小値との間の差を実験に基づいて求めることにより予め決定している。また、内燃機関が完爆状態に達したことの判定は、本実施形態ではクランク角信号ｂが示す回転数が所定の回転数に達したことを検知することにより行う。一方、前記図４では、排気上死点をサイクルの起点として示しているが、本実施形態では、上述したように圧縮上死点を起点として次の圧縮上死点までの間の回転数の極大値及び極小値を検出している。
【００２９】
この燃料噴射制御プログラムによる制御の手順についてフローチャートである図３を参照しつつ以下に述べる。
【００３０】
まず、内燃機関の回転数の極大値及びその直後に検出される回転数の極小値をそれぞれ検出し（Ｓ１）、検出した前記極大値と前記極小値との間の回転数差Δｖを求め（Ｓ２）、前記回転数差Δｖが所定の閾値Δｖ0を下回った際には（Ｓ３）、吸気弁３５又は排気弁４０に異常が発生したことによる始動不良が発生したことをメモリに記録し（Ｓ４）、始動性を向上させるべく吸気弁３５の閉弁タイミングを進角させて実効圧縮率を向上させる（Ｓ５）。
【００３１】
このような制御を行えば、前述したように、吸気弁３５又は排気弁４０に異常が発生して完全に閉弁することができなくなった際に、このような吸気弁３５又は排気弁４０を有する気筒１が圧縮上死点にある場合クランクシャフトから伝達される仕事量が低下するので前記回転数の極小値が大きくなることを利用して、前記回転数差が小さくなることを利用して吸気弁３５又は排気弁４０の異常を検知できる。すなわち、吸気弁３５又は排気弁４０に異常が発生したことによる始動不良が発生したことをメモリに記録することができる。従って、吸気弁３５又は排気弁４０に異常が発生したことによる始動不良が発生した場合であっても、メモリに記録された内容に基づき始動不良の原因を特定でき、始動不良の原因の特定に要する手間や時間を低減できる。
【００３２】
加えて、圧縮上死点から次の圧縮上死点までの間の回転数の極大値及び極小値を検出するようにしているので、検出開始時点と検出終了時点とでそれぞれ回転数の極小値が検出されない場合、他の要因、例えばクランクシャフトと吸気カムシャフト６３及び排気カムシャフトとを接続するタイミングチェーン７４の掛け違いや、前記タイミングチェーン７４の伸びや、可変バルブタイミング機構の故障等による不具合の可能性があると判断することもできる。
【００３３】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
【００３４】
例えば、上述した実施形態では３気筒を有する内燃機関に本発明を適用しているが、２気筒を有する内燃機関や、４気筒を有する内燃機関にも本発明を好適に適用することができる。
【００３５】
さらに、始動時すなわちクランキング中の事象であることから、回転速度を示す変数として、上述した実施形態で採用した回転数に代えて、バッテリ電圧を利用して同様の異常検出を行うことも考えられる。
【００３６】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００３７】
０…制御装置（ＥＣＵ）
３５…吸気弁
４０…排気弁
ｂ…クランク角信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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