(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁駆動式の吸排気弁を備えると共に、スロットル弁を備える可変動弁エンジンにおいて、
吸気管圧力を検出する圧力センサからの信号とクランク角センサからの信号とに基づいて、吸気管圧力の変動状態として、７２０°ＣＡ／気筒数のクランク角期間における吸気管圧力の変動幅を検出する第１の圧力変動検出手段と、
検出された吸気管圧力の変動幅に基づいて、吸気弁開故障の有無を判定する第１の故障判定手段と、
を設けたことを特徴とする可変動弁エンジンの故障検出装置。
【請求項２】
電磁駆動式の吸排気弁を備えると共に、スロットル弁を備える可変動弁エンジンにおいて、
吸気管圧力を検出する圧力センサからの信号とクランク角センサからの信号とに基づいて、吸気管圧力の変動状態として、７２０°ＣＡ／気筒数のクランク角期間毎に吸気管圧力の平均値を算出し、これらの平均値の変動幅を検出する第２の圧力変動検出手段と、
検出された吸気管圧力の平均値の変動幅に基づいて、少なくとも、吸気弁閉故障、排気弁開故障、排気弁閉故障のいずれかの有無を判定する第２の故障判定手段と、
を設けたことを特徴とする可変動弁エンジンの故障検出装置。
【請求項３】
電磁駆動式の吸排気弁を備えると共に、スロットル弁を備える可変動弁エンジンにおいて、
吸気管圧力を検出する圧力センサからの信号とクランク角センサからの信号とに基づいて、吸気管圧力の変動状態として、７２０°ＣＡ／気筒数のクランク角期間における吸気管圧力の変動幅を検出する第１の圧力変動検出手段と、
検出された吸気管圧力の変動幅に基づいて、吸気弁開故障の有無を判定する第１の故障判定手段と、
吸気管圧力を検出する圧力センサからの信号とクランク角センサからの信号とに基づいて、吸気管圧力の変動状態として、７２０°ＣＡ／気筒数のクランク角期間毎に吸気管圧力の平均値を算出し、これらの平均値の変動幅を検出する第２の圧力変動検出手段と、
検出された吸気管圧力の平均値の変動幅に基づいて、少なくとも、吸気弁閉故障、排気弁開故障、排気弁閉故障のいずれかの有無を判定する第２の故障判定手段と、
を設けたことを特徴とする可変動弁エンジンの故障検出装置。
【請求項４】
少なくともスロットル弁により吸気管負圧を確保している領域であることを診断条件として判定する診断条件判定手段を設け、診断条件の成立時にのみ、前記故障判定手段による故障判定を行わせることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動式の吸排気弁を備えると共に、スロットル弁を備える可変動弁エンジンの故障検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変動弁エンジンの故障検出装置として、特開平２−３０８９１３号公報に示されるように、吸気管圧力の絶対値を検出して、所定値を超えたときに故障と判定するものがある。これは、エンジンの吸入負圧の大きい領域では、残留ガス割合により吸入負圧（吸気管圧力）が変わることを利用したもので、特にバルブオーバーラップの大小により残ガスが変わるので、それを判定できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の可変動弁エンジンの故障検出装置にあっては、（１）温度や気圧の影響を受け、誤検出しやすい。（２）バルブオーバーラップ以外の検出感度が小さく、それ以外の故障を検出し難い。（３）特定気筒のみの故障では、感度が小さく、検出しにくい。（４）スロットル開度の影響を大きく受けるので、アイドル以外では検出できず、また、アイドルでもフリクションや補機負荷の影響で誤検出しやすい。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、可変動弁エンジンにおける電磁駆動式の吸排気弁の故障を精度良く検出できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、電磁駆動式の吸排気弁を備えると共に、スロットル弁を備える可変動弁エンジンにおいて、図１に示すように、吸気管圧力を検出する圧力センサからの信号とクランク角センサからの信号とに基づいて、吸気管圧力の変動状態として、７２０°ＣＡ／気筒数のクランク角期間における吸気管圧力の変動幅を検出する第１の圧力変動検出手段と、検出された吸気管圧力の変動幅に基づいて、吸気弁開故障の有無を判定する第１の故障判定手段と、を設けて、可変動弁エンジンの故障検出装置を構成する。
【０００６】
請求項２に係る発明では、電磁駆動式の吸排気弁を備えると共に、スロットル弁を備える可変動弁エンジンにおいて、図１に示すように、吸気管圧力を検出する圧力センサからの信号とクランク角センサからの信号とに基づいて、吸気管圧力の変動状態として、７２０°ＣＡ／気筒数のクランク角期間毎に吸気管圧力の平均値を算出し、これらの平均値の変動幅を検出する第２の圧力変動検出手段と、検出された吸気管圧力の平均値の変動幅に基づいて、少なくとも、吸気弁閉故障、排気弁開故障、排気弁閉故障のいずれかの有無を判定する第２の故障判定手段と、を設けて、可変動弁エンジンの故障検出装置を構成する。
請求項３に係る発明では、電磁駆動式の吸排気弁を備えると共に、スロットル弁を備える可変動弁エンジンにおいて、吸気管圧力を検出する圧力センサからの信号とクランク角センサからの信号とに基づいて、吸気管圧力の変動状態として、７２０°ＣＡ／気筒数のクランク角期間における吸気管圧力の変動幅を検出する第１の圧力変動検出手段と、検出された吸気管圧力の変動幅に基づいて、吸気弁開故障の有無を判定する第１の故障判定手段と、吸気管圧力を検出する圧力センサからの信号とクランク角センサからの信号とに基づいて、吸気管圧力の変動状態として、７２０°ＣＡ／気筒数のクランク角期間毎に吸気管圧力の平均値を算出し、これらの平均値の変動幅を検出する第２の圧力変動検出手段と、検出された吸気管圧力の平均値の変動幅に基づいて、少なくとも、吸気弁閉故障、排気弁開故障、排気弁閉故障のいずれかの有無を判定する第２の故障判定手段と、を設けて、可変動弁エンジンの故障検出装置を構成する。
【０００７】
請求項４に係る発明では、少なくともスロットル弁により吸気管負圧を確保している領域であることを診断条件として判定する診断条件判定手段を設け、診断条件の成立時にのみ、前記故障判定手段による故障判定を行わせることを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
請求項１〜請求項３に係る発明によれば、吸気管圧力を検出する圧力センサとクランク角センサとを用いて吸気管圧力の変動状態を検出し、これに基づいて吸排気弁の故障の有無を判定することで、精度の高い故障判定を可能とし、誤診断を防止できる。
また、リフトセンサや着座センサ等の特殊なセンサを用いずに故障を判定でき、しかも１個の圧力センサで多気筒分の診断ができるので、安価に提供できる。
【０００９】
特に請求項１、請求項３に係る発明によれば、吸気管圧力の変動状態として、所定のクランク角期間における吸気管圧力の変動幅を検出して、判定レベルと比較することで、吸気弁開故障（開きっぱなしで故障）を確実に検出できる。
特に請求項２、請求項３に係る発明によれば、吸気管圧力の変動状態として、所定のクランク角期間毎に吸気管圧力の平均値を算出し、これらの平均値の変動幅を検出して、判定レベルと比較することで、吸気弁閉故障（閉じっぱなしで故障）、排気弁開故障及び閉故障を確実に検出できる。
【００１０】
請求項４に係る発明によれば、スロットル弁により吸気管負圧を確保している領域で故障判定を行わせることにより、圧力変動の小さいスロットル全開時の誤診断を防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図２〜図７により説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００１２】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００１３】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００１４】
図２に戻って、吸気通路７には、全気筒共通の集合部に、電制スロットル弁（吸気絞り弁）９が設けられている。
吸気通路７にはまた、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１２、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１３、吸気通路７のスロットル弁９上流にて吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１４、スロットル弁９の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１５、吸気通路７のスロットル弁９下流にて吸気管圧力（吸気管内の絶対圧力）ＭＡＰを検出する圧力センサ１６等から、信号が入力されている。
【００１５】
このエンジン１では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６のバルブタイミングを制御、特に吸気弁５の閉時期（ＩＶＣ）を早閉じ制御することにより吸入空気量を制御して、実質的にノンスロットル運転を行う。この場合、電制スロットル弁９は、所定のエンジン運転条件にて吸気通路７内に負圧を得る目的で設けられている。
【００１６】
詳しくは、吸気弁５の開時期（ＩＶＯ）は、排気上死点（ＴＤＣ）付近の略一定タイミングとし、吸気弁５の閉時期（ＩＶＣ）は、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて定められる目標トルク相当の目標空気量に応じて、スロットル開度ＴＶＯ及び／又は吸気管圧力ＭＡＰを勘案しつつ、制御する。
排気弁６の開時期（ＥＶＯ）及び閉時期（ＥＶＣ）は、最も熱効率の良いタイミングとなるように制御する。
【００１７】
燃料噴射弁１０の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ１４により検出される吸入空気量Ｑａに基づいて、所望の空燃比となるように制御する。
点火栓４による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ又はノック限界に制御する。
【００１８】
次に、可変動弁装置（電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６）の故障検出について、フローチャートにより説明する。
図４は故障検出のメインフローであり、１ｍｓジョブとして実行される。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、圧力センサ１６の出力電圧を読込んでＡ／Ｄ変換することにより、吸気管圧力ＭＡＰを検出する。
【００１９】
ステップ２では、７２０°ＣＡ／気筒数毎のタイミング、すなわち、４気筒の場合、１８０°ＣＡ毎のタイミングか否かを判定し、ＮＯの場合は、ステップ３〜６へ進む。
ステップ３では、１８０°ＣＡ間での吸気管圧力ＭＡＰの最大値ＭＡＰｍａｘ  を検出する。具体的には、初回は、検出された吸気管圧力ＭＡＰをそのまま最大値ＭＡＰｍａｘ  とし（ＭＡＰｍａｘ  ＝ＭＡＰ）、それ以降は、記憶保持されている最大値ＭＡＰｍａｘ  と新たに検出された吸気管圧力ＭＡＰとを比較し、新たに検出された吸気管圧力ＭＡＰの方が大きい場合に、最大値ＭＡＰｍａｘ  ＝ＭＡＰとして更新する。
【００２０】
ステップ４では、１８０°ＣＡ間での吸気管圧力ＭＡＰの最小値ＭＡＰｍｉｎ  を検出する。具体的には、初回は、検出された吸気管圧力ＭＡＰをそのまま最小値ＭＡＰｍｉｎ  とし（ＭＡＰｍｉｎ  ＝ＭＡＰ）、それ以降は、記憶保持されている最小値ＭＡＰｍｉｎ  と新たに検出された吸気管圧力ＭＡＰとを比較し、新たに検出された吸気管圧力ＭＡＰの方が小さい場合に、最小値ＭＡＰｍｉｎ  ＝ＭＡＰとして更新する。
【００２１】
ステップ５では、吸気管圧力ＭＡＰを平均値算出用に積算し、その積算値ＳＭＡＰを求める（ＳＭＡＰ＝ＳＭＡＰ＋ＭＡＰ）。
ステップ６では、積算回数を示すカウンタＣＮＴを１アップする（ＣＮＴ＝ＣＮＴ＋１）。以上で処理を終了する。
１８０°ＣＡ毎のタイミングの場合は、ステップ７以降へ進む。
【００２２】
ステップ７では、１８０°ＣＡ間での吸気管圧力ＭＡＰの最大値ＭＡＰｍａｘ  と最小値ＭＡＰｍｉｎ  とに基づいて、１８０°ＣＡ間での吸気管圧力ＭＡＰの変動幅（振幅）Ａ＝ＭＡＰｍａｘ  −ＭＡＰｍｉｎ  を算出する。
ステップ８では、この振幅Ａに基づいて、図５のフローに従って、第１の故障判定（振幅Ａ判定）を行う。これについては後述する。
【００２３】
ステップ９では、気筒判別を行って、ｎ＝１〜４のいずれかに設定する（４気筒の場合）。
ステップ１０では、１８０°ＣＡ間での吸気管圧力ＭＡＰの積算値ＳＭＡＰと積算回数ＣＮＴとから、１８０°ＣＡ間での吸気管圧力ＭＡＰの平均値ＡＭＡＰ＝ＳＭＡＰ／ＣＮＴを算出する。
【００２４】
ステップ１１では、算出された吸気管圧力平均値ＡＭＡＰを気筒（ｎ＝１〜４）別に記憶保持する（ＡＭＡＰｎ＝ＡＭＡＰ）。
ステップ１２では、次式のごとく、気筒別の吸気管圧力平均値ＡＭＡＰ１〜ＡＭＡＰ４のうち、最大値と最小値との差をとって、ＡＭＡＰ１〜ＡＭＡＰ４の変動幅Ｂを算出する。
【００２５】
Ｂ＝ＭＡＸ（ＡＭＡＰ１〜ＡＭＡＰ４）−ＭＩＮ（ＡＭＡＰ１〜ＡＭＡＰ４）
ステップ１３では、このＡＭＡＰ１〜ＡＭＡＰ４の変動幅Ｂに基づいて、図６のフローに従って、第２の故障判定（平均値変動幅Ｂ判定）を行う。これについては後述する。
ステップ１４では、積算値ＳＭＡＰ及び積算回数ＣＮＴをクリアして、処理を終了する。
【００２６】
ここで、ステップ７（及び３，４）の部分が第１の圧力変動検出手段に相当し、ステップ８の部分が第１の故障判定手段に相当する。また、ステップ９〜１２（及び５，６）の部分が第２の圧力変動検出手段に相当し、ステップ１３の部分が第２の故障検出手段に相当する。
図５は第１の故障判定（振幅Ａ判定）フローである。
【００２７】
ステップ２１では、所定の診断条件か否かを判定する。この部分が診断条件判定手段に相当する。ここで、所定の診断条件とは、次の（１）〜（３）の全てが成立していることとする。
（１）スロットル開度ＴＶＯがエンジン回転数Ｎｅに応じて比例的に割り付けたしきい値ＴＶＯＳＬ以下（ＴＶＯ≦ＴＶＯＳＬ）。吸気管内に負圧があることを条件とするためである。
【００２８】
（２）アクセル開度ＡＰＯの変化量の絶対値ΔＡＰＯが所定値以下（ΔＡＰＯ≦所定値）。過渡運転時を避けるためである。
（３）エンジン回転数Ｎｅの変化量の絶対値ΔＮｅが所定値以下（ΔＮｅ≦所定値）。過渡運転時を避けるためである。
診断条件が成立していない場合は、本フローを終了し、診断条件が成立している場合に、ステップ２２へ進む。
【００２９】
ステップ２２では、１８０°ＣＡ間での吸気管圧力ＭＡＰの変動幅（振幅）Ａを予め定めた判定レベルと比較する。
比較の結果、Ａ＜判定レベルの場合は、一応正常とみなし、ステップ２３で、カウンタＯＫ１を１アップする（ＯＫ１＝ＯＫ１＋１）。
これに対し、Ａ≧判定レベルの場合は、一応故障とみなし、ステップ２４で、カウンタＮＧ１を１アップする（ＮＧ１＝ＮＧ１＋１）。
【００３０】
ステップ２５では、サンプル数ＯＫか、すなわち、ＯＫ１とＮＧ１との和であるサンプル数が所定値以上か否かを判定し、所定値未満の場合は、処理を終了する。
サンプル数（ＯＫ１＋ＮＧ１）が所定値以上の場合は、ステップ２６へ進む。
ステップ２６では、ＯＫ１に対するＮＧ１の比（ＮＧ１／ＯＫ１）を所定値ＮＧ１＃と比較する。
【００３１】
比較の結果、ＮＧ１／ＯＫ１＜ＮＧ１＃の場合は、最終的に正常とみなし、ステップ２８でカウンタＯＫ１，ＮＧ１をクリアして、本フローを終了する。
これに対し、ＮＧ１／ＯＫ１≧ＮＧ１＃の場合は、最終的に、ステップ２７で故障と判定し（ＮＧ１判定）、ステップ２８でカウンタＯＫ１，ＮＧ１をクリアして、本フローを終了する。
【００３２】
図６は第２の故障判定（平均値変動幅Ｂ判定）フローである。
ステップ３１では、所定の診断条件か否かを判定する。この部分が診断条件判定手段に相当する。診断条件については、図５のステップ２１での条件と同じである。
診断条件が成立していない場合は、本フローを終了し、診断条件が成立している場合に、ステップ３２へ進む。
【００３３】
ステップ３２では、気筒間での吸気管圧力平均値ＡＭＡＰ１〜ＡＭＡＰ４の変動幅Ｂを予め定めた判定レベルと比較する。
比較の結果、Ｂ＜判定レベルの場合は、一応正常とみなし、ステップ３３で、カウンタＯＫ２を１アップする（ＯＫ２＝ＯＫ２＋１）。
これに対し、Ｂ≧判定レベルの場合は、一応故障とみなし、ステップ３４で、カウンタＮＧ２を１アップする（ＮＧ２＝ＮＧ２＋１）。
【００３４】
ステップ３５では、サンプル数ＯＫか、すなわち、ＯＫ２とＮＧ２との和であるサンプル数が所定値以上か否かを判定し、所定値未満の場合は、処理を終了する。
サンプル数（ＯＫ２＋ＮＧ２）が所定値以上の場合は、ステップ３６へ進む。
ステップ３６では、ＯＫ２に対するＮＧ２の比（ＮＧ２／ＯＫ２）を所定値ＮＧ２＃と比較する。
【００３５】
比較の結果、ＮＧ２／ＯＫ２＜ＮＧ２＃の場合は、最終的に正常とみなし、ステップ３８でカウンタＯＫ２，ＮＧ２をクリアして、本フローを終了する。
これに対し、ＮＧ２／ＯＫ２≧ＮＧ２＃の場合は、最終的に、ステップ３７で故障と判定し（ＮＧ２判定）、ステップ３８でカウンタＯＫ２，ＮＧ２をクリアして、本フローを終了する。
【００３６】
尚、図５の第１の故障判定フローのステップ２７にて、ＮＧ１判定がなされた場合、又は、図６の第２の故障判定フローのステップ２８にて、ＮＧ２判定がなされた場合は、それぞれ、所定のフェイルセーフ処理に移行する。
次に、各種故障モードに対する故障判定について、図７の模式図により説明する。
【００３７】
各気筒の吸気弁を早閉じ制御している場合、正常時において、吸気管圧力ＭＡＰは、各サイクルの吸気弁開期間にて低下し、吸気弁が閉じると上昇する。
故障モード（１）…吸気弁開故障
例えば＃１気筒の吸気弁が開故障（開きっぱなしで故障）すると、＃１気筒のピストンの挙動が殆どそのまま吸気管圧力ＭＡＰに反映され、＃１気筒の吸気行程時に吸気管圧力ＭＡＰが大きく低下し、圧縮行程時に吸気管圧力ＭＡＰが大きく上昇する。よって、１８０°ＣＡ間での吸気管圧力ＭＡＰの変動幅（振幅）Ａが大となり、これにより故障が検出される。
【００３８】
故障モード（２）…吸気弁閉故障
例えば＃３気筒の吸気弁が閉故障（閉じっぱなしで故障）すると、＃３気筒の吸気行程にて、吸気管圧力ＭＡＰが低下せず、上昇するので、このときの吸気管圧力平均値ＡＭＡＰ３が大きくなる。よって、気筒間での吸気管圧力平均値の変動幅Ｂが大となり、これにより故障が検出される。
【００３９】
故障モード（３）…排気弁開故障
例えば＃３気筒の排気弁が開故障（開きっぱなしで故障）すると、＃３気筒の吸気行程にて、吸気弁が開いたときに、排気弁も開いているため、排気が逆流し、吸気管圧力ＭＡＰが低下せず、上昇するので、このときの吸気管圧力平均値ＡＭＡＰ３が大きくなる。よって、気筒間での吸気管圧力平均値の変動幅Ｂが大となり、これにより故障が検出される。
【００４０】
故障モード（４）…排気弁閉故障
例えば＃３気筒の排気弁が閉故障（閉じっぱなしで故障）すると、＃３気筒の吸気弁が開く直前の状態において、＃３気筒のシリンダ内のガスが排出されず高圧状態にあるため、＃３気筒の吸気弁が開いたときに、シリンダ内の高圧ガスが逆流し、吸気管圧力ＭＡＰが低下せず、上昇するので、このときの吸気管圧力平均値ＡＭＡＰ３が大きくなる。よって、気筒間での吸気管圧力平均値の変動幅Ｂが大となり、これにより故障が検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図
【図３】吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】故障検出のメインフローチャート
【図５】第１の故障判定（振幅Ａ判定）のフローチャート
【図６】第２の故障判定（平均値変動幅Ｂ判定）のフローチャート
【図７】各種故障時の吸気管圧力変動を示す模式図
【符号の説明】
１  エンジン
４  点火栓
５  電磁駆動式の吸気弁
６  電磁駆動式の排気弁
９  電制スロットル弁
１０  燃料噴射弁
１１  コントロールユニット
１２  クランク角センサ
１３  アクセルペダルセンサ
１４  エアフローメータ
１５  スロットルセンサ
１６  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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