(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブの作用角を変更する可変機構と排気通路を流れる排気を浄化する排気浄化触媒とを備える内燃機関に適用されて、アイドル運転中に吸入空気量の指標値が異常判定閾値未満であることを条件に、吸入空気量が低下する異常が生じていると診断する内燃機関の診断装置であって、
触媒早期暖機制御中に、前記吸入空気量が低下する異常が生じているか否かを診断するものであり、
前記触媒早期暖機制御は、冷間アイドル運転中に実行され、前記可変機構により前記吸気バルブの作用角が最小作用角に制御されているときに前記吸気バルブの作用角が最小作用角に制御されていないときよりも点火時期が遅角されるように点火時期を制御し、且つアイドル回転速度が維持されるようにスロットルバルブの開度を制御するものであり、
前記触媒早期暖機制御中における前記異常判定閾値は、前記吸気バルブの作用角が最小作用角に制御されているときには、前記吸気バルブの作用角が最小作用角に制御されていないときよりも大きい値に設定される
ことを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項２】
前記触媒早期暖機制御の開始後における吸入空気量を積算した吸入空気量の積算値が、前記異常判定閾値未満であることを条件に吸入空気量が低下する異常が生じていると診断する
請求項１記載の内燃機関の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気バルブの作用角を変更する可変機構を備える内燃機関の診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される内燃機関は、冷間始動時に、点火時期を遅角して排気温度を上昇させるとともに、点火時期の遅角に起因したアイドル回転速度の低下を抑制すべく、吸入空気量を通常のアイドル運転時よりも増大させる触媒早期暖機制御を行うようにしている。なお、吸入空気量の増減は触媒に供給される熱量の変化の一因となり、吸入空気量が少ない場合には触媒の早期暖機を実現することができなくなってしまう。そこで、特許文献１の診断装置では、触媒早期暖機制御実行中の吸入空気量の積算値が所定の判定値以下となる場合には、異常が生じている旨の診断を行うようにしている。
【０００３】
また、内燃機関には、吸気バルブの作用角を変更する可変機構を備えているものがある。こうした内燃機関では、吸気バルブの作用角を小さくすることによって気筒に吸入される空気の流速を高めて燃料と空気とのミキシングを促進することができる。吸気バルブの作用角を小さくして燃料と空気とのミキシングを促進すれば、燃焼が良好に行われるようになり、点火時期を遅角しても失火しにくくなる。そこで、こうした可変機構を備える内燃機関では、吸気バルブの作用角を小さくした状態で触媒早期暖機制御を実行することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０１９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、作用角を変更するとアイドル回転速度を維持するために必要な吸入空気量も変化する。特許文献１に記載の診断装置では、こうした作用角の変化に伴う必要な吸入空気量の変化について考慮されていない。したがって、特許文献１に記載の技術を上記のような可変機構を備える内燃機関に組み合わせただけでは、吸入空気量が低下する異常が生じていることを正しく診断できないおそれがある。
【０００６】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気バルブの作用角を変更する可変機構を備える内燃機関において吸気バルブの作用角が変更されている場合にも、吸入空気量が低下する異常が生じていることを診断することができる診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するための内燃機関の診断装置は、吸気バルブの作用角を変更する可変機構と排気通路を流れる排気を浄化する排気浄化触媒とを備える内燃機関に適用されて、アイドル運転中に吸入空気量の指標値が異常判定閾値未満であることを条件に、吸入空気量が低下する異常が生じていると診断する内燃機関の診断装置であって、触媒早期暖機制御中に、前記吸入空気量が低下する異常が生じているか否かを診断するものであり、前記触媒早期暖機制御は、冷間アイドル運転中に実行され、前記可変機構により前記吸気バルブの作用角が最小作用角に制御されているときに前記吸気バルブの作用角が最小作用角に制御されていないときよりも点火時期が遅角されるように点火時期を制御し、且つアイドル回転速度が維持されるようにスロットルバルブの開度を制御するものであり、前記触媒早期暖機制御中における前記異常判定閾値は、前記吸気バルブの作用角が最小作用角に制御されているときには、前記吸気バルブの作用角が最小作用角に制御されていないときよりも大きい値に設定される。
【０００８】
可変機構による作用角の変更態様に応じて、機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために必要とされる吸入空気量が変化する。この点、上記構成によれば、必要とされる吸入空気量の変化に応じて、吸入空気量が低下する異常が生じていることを診断するための異常判定閾値が変更される。したがって、吸気バルブの作用角を変更する可変機構を備える内燃機関において吸気バルブの作用角が変更されている場合にも、吸入空気量が低下する異常が生じていることを診断することができる。
【００１０】
内燃機関の診断装置においては、具体的には、吸入空気量に応じて変化する吸入空気量の指標値として、前記触媒早期暖機制御の開始後における吸入空気量を積算した吸入空気量の積算値を採用し、吸入空気量の積算値が前記異常判定閾値未満であることを条件に吸入空気量が低下する異常が生じていると診断するといった態様を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態の内燃機関の診断装置が適用される内燃機関及びその周辺機構を示す模式図。
【図２】同内燃機関におけるクランク角の変化に対する排気バルブ及び吸気バルブのリフト量の変化を示すグラフ。
【図３】第１実施形態における異常判定マップの一例を示すグラフ。
【図４】同実施形態における異常判定マップの設定手順を示すフローチャート。
【図５】同実施形態における異常診断の実行手順を示すフローチャート。
【図６】第２実施形態における可変機構の異常診断の実行手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、上記課題を解決する内燃機関の診断装置の第１実施形態について、図１〜５を参照して説明する。
【００２５】
図１に示すように、内燃機関１には、燃焼室２に繋がる吸気通路３にスロットルバルブ１３が開閉可能に設けられており、同吸気通路３を通じて燃焼室２に空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁４から内燃機関１の吸気ポート３ａに向けて噴射された燃料が燃焼室２に供給される。この空気と燃料とからなる混合気に対し点火プラグ５による点火が行われると、同混合気が燃焼してピストン６が往復移動し、ピストン６に連結されたクランクシャフト７が回転する。一方、燃焼室２で燃焼した後の混合気は、排気として排気通路８に送り出される。
【００２６】
内燃機関１における燃焼室２と吸気通路３との間は、吸気バルブ１１の開閉動作を通じて連通・遮断される。一方、内燃機関１における燃焼室２と排気通路８との間は、排気バルブ１４の開閉動作を通じて連通・遮断される。
【００２７】
内燃機関１は、吸気バルブ１１の開閉期間である作用角と最大リフト量とを変更する可変機構１７を備えている。可変機構１７は、吸気バルブ１１と吸気カム１２との間に介在しており、可変機構１７に接続される制御軸１８をモータ１８ａの駆動を通じて軸方向に変移させることによって、図２に示すように、吸気バルブ１１の作用角と最大リフト量とを互いに同期させた状態で変化させる。制御軸１８が軸方向に変位して、可動範囲の一方の限界位置（以下、「Ｌｏ端」という）に達すると、それ以上の変位がストッパにより規制され、吸気バルブ１１の最大リフト量が最小となるとともに、作用角が最小作用角となる。一方、制御軸１８が、軸方向に変位して可動範囲の他方の限界位置（以下、「Ｈｉ端」という）に達すると、それ以上の変位がストッパにより規制され、吸気バルブ１１の最大リフト量が最大となるとともに、作用角が最大作用角となる。すなわち、制御軸１８が可動範囲の両端の限界位置の間を軸方向に変位することにより、吸気バルブ１１の作用角と最大リフト量とが最小値から最大値の間で変化する。したがって、制御軸１８の軸方向における絶対位置と吸気バルブ１１の作用角及び最大リフト量とは相関している。
【００２８】
また、内燃機関１の排気通路８には、排気を浄化する三元触媒等の排気浄化触媒１９が設けられている。
内燃機関１の各種制御は、制御部２１により行われる。制御部２１は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、記憶データを書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えている。
【００２９】
制御部２１の入力ポートには、各種スイッチやセンサ等が接続されている。こうしたセンサとしては、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ２８、スロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットルセンサ３０、吸気通路３を通過する空気の量（吸入空気量）を検出するエアフローメータ３２が挙げられる。また、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ３３，クランクシャフト７の回転に対応する信号を出力するクランクポジションセンサ３４、可変機構１７に接続される制御軸１８の変位量を検出する変位量センサ３５等が挙げられる。また、制御部２１の入力ポートには、運転者により操作される内燃機関１の始動及び停止スイッチであるイグニッションスイッチ３６も接続されている。
【００３０】
また、制御部２１の出力ポートには、燃料噴射弁４、点火プラグ５、スロットルバルブ１３、可変機構１７の制御軸１８を駆動するモータ１８ａ、及び内燃機関１の異常を報知する報知ランプ２７の駆動回路等が接続されている。
【００３１】
制御部２１は、上記各種センサ等が出力した検出値に基づき、各種の機関運転状態を把握する。例えば、制御部２１は、クランクポジションセンサ３４からの検出信号に基づいて、クランクシャフト７の回転速度である機関回転速度を把握する。また、制御部２１は、アクセルポジションセンサ２８、スロットルセンサ３０、及びエアフローメータ３２等の検出値に基づいて求められる内燃機関１の吸入空気量と上記機関回転速度とから、機関負荷を算出する。
【００３２】
また、制御部２１は、変位量センサ３５の検出値に基づいて、制御軸１８の絶対位置を算出することで、吸気バルブ１１の作用角を把握する。詳細には、制御部２１は、機関停止時に制御軸１８の絶対位置をＥＥＰＲＯＭに記憶する。そして、制御部２１は、前回の機関停止の際に記憶された制御部２１の絶対位置を初期値とし、変位量センサ３５によって検出される機関始動後の制御軸１８の変位量をＲＡＭに記憶し、この値を上記初期値に加算することによって、現在の制御部２１の絶対位置を把握する。そして、上記の通り、可変機構１７では、制御軸１８の軸方向における絶対位置と吸気バルブ１１の作用角とは相関があることから、制御部２１は、制御軸１８の絶対位置に基づいて吸気バルブ１１の作用角を把握する。
【００３３】
なお、瞬断等の制御部２１に対する一時的な通電停止が生じた場合等は、ＲＡＭに記憶した制御軸１８の変位量が消失したり変化したりすることがある。このような場合、制御部２１は、制御軸１８の絶対位置を正確に把握することができないため、制御部２１は制御軸１８の絶対位置を学習する学習制御を行う。また、機関停止直前に瞬断等が生じた場合には、機関停止時における制御軸１８の絶対位置をＥＥＰＲＯＭに正確に記憶できない場合もある。したがって、機関停止時に絶対位置が正確に記憶されなかった場合には、次回の機関始動時に制御軸１８の絶対位置を学習する学習制御を行う。この学習制御では、制御部２１が、制御軸１８をＨｉ端側に変位させるとともに、Ｈｉ端側のストッパに当接したときの絶対位置を初期値としてＥＥＰＲＯＭに記憶する。そして、その後の制御軸１８の変位量を新たな初期値に加算することにより、制御軸１８の絶対位置を把握する。
【００３４】
制御部２１は、各種センサ等により把握される機関運転状態に基づいて、出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうして内燃機関１における燃料噴射制御、点火時期制御、及び吸入空気量制御が制御部２１を通じて実施される。また、制御部２１は、各種センサ等により把握される機関運転状態に基づいて、吸気バルブ１１の作用角が現在の機関運転状態に適した状態となるように可変機構１７を制御する。
【００３５】
本実施形態では、こうした制御の一つとして、制御部２１が、内燃機関１の冷間アイドル運転時に、排気通路８に設けられた排気浄化触媒１９を早期に活性温度にまで暖機する触媒早期暖機制御を行うようにしている。なお、触媒早期暖機制御は、冷間始動後にアイドル運転が開始されるとともに開始され、触媒の暖機が完了したと判断できる所定期間継続された場合に終了される。また、本実施形態では、制御部２１が、触媒早期暖機制御中に、吸入空気量の低下が生じる異常が生じているか否かを診断するようにしている。以下、触媒早期暖機制御、及び吸入空気量の異常診断について説明する。
【００３６】
触媒早期暖機制御では、制御部２１が、点火プラグ５による混合気への点火時期を遅角して排気温度を上昇させることにより触媒を暖機する。本実施形態では、触媒早期暖機制御の実行中には、基本的には、可変機構１７により、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角となるように制御される。詳細には、制御部２１は、変位量センサ３５の検出値に基づいて制御軸１８を駆動することによって、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角となるように可変機構１７を制御する。そして、こうして制御される吸気バルブ１１の作用角に応じて点火時期を遅角する。すなわち、吸気バルブ１１の作用角を最小作用角に制御すれば、吸気バルブ１１と吸気ポート３ａとの隙間を流れる吸気の流速を高めて燃料と空気とのミキシングを促進し、点火時期を大幅に遅角することが可能となる。そのため、失火を発生させずに更に点火時期を遅角させて排気温度を上昇させることができるようになる。そして、制御部２１は、クランクポジションセンサ３４の検出信号に基づいて機関回転速度を把握し、把握される機関回転速度がアイドル回転速度となるようにスロットルバルブ１３の開度を制御する。なお、ここでは、点火時期の遅角に起因したトルクの低下によるアイドル回転速度の低下を抑制すべく、吸入空気量を増大させる必要があるため、スロットルバルブ１３の開度が大きくされることになる。
【００３７】
ところで、触媒早期暖機制御中に、可変機構１７によって吸気バルブ１１の作用角を最小作用角に制御することができない場合がある。こうした場合としては、例えば、機関始動時に、制御軸１８の絶対位置の学習制御を実行する必要が生じた場合が挙げられる。すなわち、この学習制御では、制御軸１８がＨｉ端側に移動されるため、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角よりも大きい作用角となるように制御される。また、制御軸１８を駆動するモータ１８ａに断線が生じたり、制御軸１８や可変機構１７に異物の噛み混み等が生じたりする場合にも、可変機構１７により吸気バルブ１１の作用角を最小作用角にとなるように制御することができず、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角よりも大きい作用角となる場合がある。そのため、これらの場合には、吸気バルブ１１の作用角を小さくすることによる燃料と空気とのミキシングの促進作用が得られない。
【００３８】
そこで、本実施形態では、制御部２１が、触媒早期暖機制御中に可変機構１７によって吸気バルブ１１の作用角を最小作用角に制御できない場合には、点火プラグ５による点火時期を、吸気バルブ１１の作用角が最大作用角であっても失火が生じない点火時期にまで進角させる。そして、制御部２１は、クランクポジションセンサ３４の検出信号に基づいて把握される機関回転速度がアイドル回転速度となるようにスロットルバルブ１３の開度を制御する。この場合には、点火時期の進角に起因したアイドル回転速度の上昇を抑制すべく、吸入空気量を減少させる必要があるため、制御部２１は、スロットルバルブ１３の開度を、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角に制御される場合よりも小さくすることになる。
【００３９】
このように、触媒早期暖機制御中には、可変機構１７による吸気バルブ１１の作用角の変更態様に応じて、アイドル回転速度を維持するために必要な吸入空気量も変化する。そのため、触媒早期暖機制御中において吸入空気量の低下を判定するための異常判定閾値として、吸気バルブ１１の変更態様に拘わらず同一の値を用いると、吸入空気量が低下する異常が生じていることを正しく診断できないおそれがある。そこで、本実施形態では、触媒早期暖機制御中に吸気バルブ１１の作用角が最小作用角に制御されている場合と、可変機構１７の学習制御や異常により作用角が最小作用角に制御されていない場合とで、異常判定閾値を変更するようにしている。異常判定閾値は、詳細には以下のように設定される。
【００４０】
図３に示すように、本実施形態では、制御部２１のＲＯＭに単位時間あたりに必要とされる吸入空気量を示す異常判定マップが記憶されており、このマップに基づいて触媒早期暖機制御中に必要とされる吸入空気量が異常判定閾値として算出される。なお、この異常判定マップは、予め実験や演算等により必要とされる吸入空気量が導出されることで設定されている。
【００４１】
図３は、異常判定マップの一例であり、この例では、シフトレンジがニュートラルレンジに設定され、且つ触媒早期暖機制御開始時の機関冷却水温がＴ１（℃）である場合に、単位時間あたりに必要とされる吸入空気量が機関冷却水温に応じて設定されている。図３において、実線Ｎ１（Ｔ１）は、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角に設定されるときに必要とされる吸入空気量のマップを示し、実線Ｎ２（Ｔ１）は、吸気バルブ１１の作用角が最大作用角に設定されるときに必要とされる吸入空気量のマップを示している。このようにして、制御部２１のＲＯＭには、シフトレンジ及び触媒早期暖機制御開始時の冷却水温毎に、吸気バルブ１１の作用角が最大作用角と最小作用角のときの必要吸入空気量のマップが記憶されている。すなわち、制御部２１のＲＯＭには、ドライブレンジに設定されるときに必要とされる吸入空気量のマップも、触媒早期暖機制御開始時の冷却水温毎に記憶されている。そして、ドライブレンジにおける異常判定マップにおいても、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角に設定されるときに必要とされる吸入空気量が、作用角が最大作用角に設定されるときに必要とされる吸入空気量よりも多くなるように設定されている。また、異常判定マップでは、作用角が同じで且つ触媒早期暖機制御開始時の冷却水温が同じ場合には、ニュートラルレンジに設定されるときよりもドライブレンジに設定されるときのほうが、必要とされる吸入空気量が多くなるように設定されている。これは、本実施形態では、触媒早期暖機制御中のアイドル回転速度が、ドライブレンジに設定される場合とニュートラルレンジに設定される場合とで同じ回転速度に設定されており、同じ回転速度に維持する場合であってもドライブレンジのほうが負荷が大きくなるため、必要とされる吸入空気量が多くなるためである。
【００４２】
本実施形態では、制御部２１が、図４のフローチャートに示す処理手順に従って、吸入空気量低下の異常診断に用いる異常判定マップを選択する。図４に示す一連の処理は、触媒早期暖機制御が開始されたときに実行される。なお、制御部２１は、機関冷間時にアイドル運転が開始されたことを条件に、触媒早期暖機制御が開始された旨を把握し、本処理を開始する。
【００４３】
図４に示す処理が開始されると、まずステップＳ１０において、制御部２１は、水温センサ３３から入力される情報に基づいて機関冷却水温を検出する。すなわち、本実施形態では、上記の通り、異常判定閾値を設定するための異常判定マップが、触媒早期暖機制御開始時の機関冷却水温毎に設定されているため、異常判定マップを選択するために触媒早期暖機制御開始時の冷却水温が検出される。
【００４４】
次に、ステップＳ１１に移り、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角に制御されているか否かが判定される。そして、ステップＳ１１において、可変機構１７によって作用角を最小作用角とする制御が実行されていると判定された場合には、ステップＳ１２に移る。
【００４５】
ステップＳ１２では、シフトレンジがドライブレンジに設定されているか否かが判定される。ステップＳ１２において、ドライブレンジに設定されていると判定されると、ステップＳ１３に移り、異常診断に用いる異常判定マップとしてマップＤ１が選択される。このマップＤ１は、シフトレンジがドライブレンジにあり且つ吸気バルブ１１の作用角が最小作用角である場合の異常判定マップのうち、ステップＳ１０で検出された機関冷却水温に対応して設定されている異常判定マップである。そして、こうして異常診断に用いる異常判定マップを選択すると、制御部２１は本処理を一旦終了する。一方、ステップＳ１２では、ニュートラルレンジに設定されている場合には、否定判定がなされてステップＳ１４に移り、異常診断に用いる異常判定マップとしてマップＮ１が選択される。このマップＮ１は、シフトレンジがニュートラルレンジにあり且つ吸気バルブ１１の作用角が最小作用角である場合の異常判定マップのうち、ステップＳ１０で検出された機関冷却水温に対応して設定されている異常判定マップである。そして、こうして異常診断に用いる異常判定マップを選択すると、制御部２１は本処理を一旦終了する。
【００４６】
また、先のステップＳ１１では、可変機構１７の制御軸１８の絶対位置を学習する学習制御が行われている場合や、可変機構１７の作動不良等の異常が生じている場合には、作用角が最小作用角に制御されていないと否定判定されて、ステップＳ１５に移る。なお、学習制御が行われているか否かは、制御部２１が学習制御を行うべく制御軸１８のモータ１８ａに駆動信号を出力していること等により判断することができる。また、可変機構１７の作動不良が生じているか否かは、制御部２１が吸気バルブ１１の作用角を最小作用角に制御すべく制御軸１８のモータ１８ａに駆動信号を出力しているにも拘わらず、変位量センサ３５によって検出される変位量が、制御部２１の駆動信号に対応した値となっていないこと等により判断することができる。
【００４７】
そして、ステップＳ１５において、シフトレンジがドライブレンジに設定されているか否かが判定される。ステップＳ１５において、ドライブレンジに設定されていると判定されると、ステップＳ１６に移り、異常診断に用いる異常判定マップとして、マップＤ２が設定される。このマップＤ２は、シフトレンジがドライブレンジにあり且つ吸気バルブ１１の作用角が最大作用角である場合の異常判定マップのうち、ステップＳ１０で検出された機関冷却水温に対応して設定されている異常判定マップである。なお、このマップＤ２では、作用角が最小作用角に制御されるときのマップＤ１よりも、必要とされる吸入空気量が少ない量に設定されている。そして、こうして異常診断に用いる異常判定マップを選択すると、制御部２１は本処理を一旦終了する。一方、ステップＳ１５では、ニュートラルレンジに設定されている場合には、否定判定がなされてステップＳ１７に移り、異常診断に用いる異常判定マップとして、マップＮ２が選択される。このマップＮ２は、シフトレンジがニュートラルレンジにあり且つ吸気バルブ１１の作用角が最大作用角である場合の異常判定マップのうち、ステップＳ１０で検出された機関冷却水温に対応して設定されている異常判定マップである。図３に示したように、このマップＮ２では、作用角が最小作用角に制御されるときのマップＮ１よりも、必要とされる吸入空気量が少ない量に設定されている。そして、こうして異常診断に用いる異常判定マップを選択すると、制御部２１は本処理を一旦終了する。
【００４８】
次に、こうして選択された異常判定マップに基づいて、触媒早期暖機制御中に吸入空気量が低下している異常が生じているか否かを診断する異常診断処理について説明する。制御部２１は、図５のフローチャートに示す処理手順に従って、吸入空気量が低下しているか否かの異常診断を実行する。図５に示す一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として実行される。
【００４９】
図５に示すように、異常診断が開始されると、まずステップＳ２０において、触媒早期暖機制御が実行中であるか否かを判定する。このステップＳ２０では、機関冷間時においてアイドル運転が実行されており、触媒の暖機が完了していないと判定される場合には、肯定判定がなされる。なお、ステップＳ２０では、制御部２１が、水温センサ３３の検出値に基づいて機関冷間時であるか否かを判断することができ、機関始動後に既に触媒早期暖機制御が触媒の暖機が完了したと判断可能な所定期間実行されたか否かに基づいて触媒の暖機が完了したか否かを判断することができる。ステップＳ２０において、触媒早期暖機制御中ではないと判定されると、制御部２１は本処理を一旦終了する。
【００５０】
一方、ステップＳ２０において、触媒早期暖機制御中であると判定されると、ステップＳ２１に移る。ステップＳ２１では、制御部２１が、エアフローメータ３２から入力される情報に基づいて吸入空気量を検出する。次に、ステップＳ２２に移り、触媒早期暖機制御後の吸入空気量を積算する。詳細には、前回本処理を実行した際の吸入空気量の積算値に今回検出された吸入空気量を加算することにより、吸入空気量の指標値として触媒早期暖機制御開始後の吸入空気量の積算値を算出する。なお、今回の処理のステップＳ２０において、機関始動後に最初に触媒早期暖機制御中であると判定された場合には、今回検出される吸入空気量が触媒早期暖機制御開始後の吸入空気量の積算値とされる。
【００５１】
次に、ステップＳ２３に移り、異常判定閾値を算出する。ステップＳ２３では、先の図４に示すフローにおいて選択された異常判定マップに基づいて異常判定閾値を算出する。詳細には、水温センサ３３によって検出される機関冷却水温を異常判定マップに適用することで、今回のルーチンにおいて必要とされる吸入空気量を導出する。そして、今回導出された吸入空気量を、前回算出された異常判定閾値に加算した積算値を、今回の異常判定閾値として算出する。なお、今回の処理のステップＳ２０において、機関始動後に最初に触媒早期暖機制御中であると判定された場合には、今回の処理において必要とされる吸入空気量が異常判定閾値とされる。
【００５２】
次に、ステップＳ２４において、ステップＳ２２を通じて算出された吸入空気量の積算値が、ステップＳ２３を通じて算出された異常判定閾値以上であるか否かを判定する。ステップＳ２４において肯定判定がなされた場合には、触媒早期暖機制御中における吸入空気量の積算値が、触媒早期暖機制御に必要とされる吸入空気量の積算値以上であるため、吸入空気量が低下する異常は生じていないと判断することができる。そのため、このとき、制御部２１は異常である旨の診断を行うことなく、本処理を一旦終了する。
【００５３】
一方、ステップＳ２４において、吸入空気量の積算値が異常判定閾値以上ではない、すなわち吸入空気量の積算値が異常判定閾値未満であると判定されると、ステップＳ２５において制御部２１は吸入空気量が低下する異常が生じている旨の異常診断を行い、この異常診断の結果を制御部２１のＥＥＰＲＯＭに記憶する。そして、ステップＳ２７に移り、制御部２１は、報知ランプ２７を点灯させ、本処理を一旦終了する。
【００５４】
次に本実施形態の作用を説明する。
本実施形態では、制御部２１が、触媒早期暖機制御中に吸入空気量が低下する異常が生じているか否かを判定する。そして、異常判定のための異常判定閾値が、可変機構１７による吸気バルブ１１の作用角の変更態様に応じて変更される。詳細には、可変機構１７が吸気バルブ１１の作用角を最小作用角に制御している場合と、同作用角を最小作用角に制御していない場合とで、異常判定閾値が変更される。
【００５５】
すなわち、本実施形態では、触媒早期暖機制御の実行時には、基本的には可変機構１７により吸気バルブ１１の作用角を最小作用角に制御しており、これにより、失火を発生させずに更に点火時期を遅角させて排気温度を上昇させるようにしている。そして、このように点火時期を遅角させた場合には、点火時期の遅角に起因したトルクの低下によるアイドル回転速度の低下を抑制すべく、スロットルバルブ１３の開度を大きくして吸入空気量を増大させる必要がある。一方で、触媒早期暖機制御の実行時に、吸気バルブ１１の作用角を最小作用角に制御していない場合には、作用角を小さくすることによる燃料と空気とのミキシングの促進作用が得られない。そのため、失火を抑制すべく、作用角が小さくされている場合よりも、点火時期を進角させる必要がある。この場合、点火時期の進角に起因したアイドル回転速度の上昇を抑制すべく、スロットルバルブ１３の開度を小さくして吸入空気量を低下させる必要がある。
【００５６】
このように、可変機構１７による吸気バルブ１１の作用角の変更態様に応じて、触媒早期暖機制御中に必要とされる吸入空気量が変化する。この点、本実施形態では、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角に制御されない場合に選択される異常判定マップでは、最小作用角に制御される場合に選択されるマップよりも、必要とされる吸入空気量が少ない量に設定されている。そのため、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角に制御されない場合には、作用角が最小作用角に制御される場合よりも異常判定閾値が小さい値に設定されることになる。したがって、吸気バルブ１１の作用角が最小作用角に制御されない場合に、同作用角が最小作用角に制御される場合と同様の異常判定閾値に基づいて吸入空気量が低下しているか否かの異常診断を行った場合に生じうる異常の誤診断を抑制することができる。このようにして、内燃機関１が、吸気バルブ１１の作用角を変更する可変機構１７を備える場合において吸気バルブ１１の作用角が変更されている場合にも、吸入空気量が低下する異常が生じているか否かが適切に診断される。
【００５７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）可変機構１７による作用角の変更態様に応じて、機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために必要とされる吸入空気量が変化する。この点、本実施形態では、可変機構１７による作用角の変更態様に応じて、異常を診断するための異常判定閾値を変更するようにしている。そのため、吸気バルブ１１の作用角を変更する可変機構１７を備える内燃機関１において吸気バルブ１１の作用角が変更されている場合にも、吸入空気量が低下する異常が生じていることを診断することができる。
【００６０】
（２）本実施形態では、触媒早期暖機制御が行われているときに、吸入空気量が低下する異常が生じているか否かを診断するようにしている。触媒暖機制御が行われているときには、可変機構１７による吸気バルブ１１の作用角の大きさによって点火時期の遅角度合も変更されるため、アイドル回転速度を維持するために必要とされる吸入空気量の変化が特に顕著になる。そのため、触媒早期暖機制御が行われているときに、作用角の変更態様に応じて異常判定閾値を変更することで、吸入空気量が低下する異常が生じているか否かを適切に診断することができる。
【００６１】
（第２実施形態）
次に、上記課題を解決する内燃機関の診断装置の第２実施形態について、図６を参照して説明する。本実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を用いて説明するとともに、適宜説明を省略する。なお、特に言及しない構成及び作用については、第１実施形態と同様である。
【００６２】
本実施形態では、制御部２１が可変機構診断部としての機能を具備し、可変機構１７が作動しているか否かを診断するようにしている。そして、制御部２１は、可変機構１７を含む吸気系の異常が生じた場合に、ＥＥＰＲＯＭに可変機構１７及び可変機構１７以外の吸気系の何れに異常が生じているかを個別に記憶するとともに、報知ランプ２７を点灯させることでその旨を報知するようにしている。
【００６３】
制御部２１は、図６のフローチャートに示す処理手順に従って、可変機構１７の異常診断を実行する。図６に示す一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として実行される。
図６に示すように、可変機構１７の異常診断が開始されると、ステップＳ３０において可変機構１７の作動不良が生じているか否かが判定される。なお、可変機構１７の作動不良の原因としては、上記したように例えば制御軸１８を駆動するモータ１８ａの断線が生じていたり、可変機構１７や制御軸１８の異物の噛み混み等が生じていたりする場合が挙げられる。制御部２１は、制御軸１８のモータ１８ａを駆動する信号を出力した場合に、変位量センサ３５によって検出される制御軸１８の変位量が制御部２１の駆動信号に対応する値となっている場合には、制御軸１８が正常に変位して吸気バルブ１１の作用角が適切に変更される状態であると判断する。したがって、このような場合には、ステップＳ３０において否定判定がなされ、制御部２１は本処理を一旦終了する。一方、制御部２１が制御軸１８のモータ１８ａを駆動する信号を出力しているにも拘わらず、変位量センサ３５によって検出される制御軸１８の変位量がこの信号に対応する値となっていない場合には、可変機構１７の作動不良が生じている旨を判断する。このような場合には、ステップＳ３０において肯定判定がなされ、ステップＳ３１に移り、制御部２１のＥＥＰＲＯＭに可変機構１７に異常が生じている旨の診断結果が記憶される。そして、ステップＳ３１からステップＳ３２に移り、報知ランプ２７を点灯させ、制御部２１は本処理を一旦終了する。
【００６４】
また、吸気系における可変機構１７以外の異常診断は、上記第１実施形態において図５のフローチャートに示した態様で実行される。ここで、図５の異常診断においては、可変機構１７の作動不良の異常が生じておらず、学習制御もなされていない場合には、異常判定閾値として吸気バルブ１１の作用角が最小作用角に制御される場合に必要とされる吸入空気量の積算値が用いられる。一方、可変機構１７の作動不良の異常が生じている場合や、学習制御がなされている場合には、異常判定閾値として吸気バルブ１１の作用角が最大作用角に制御される場合に必要とされる吸入空気量の積算値が用いられ、この異常判定閾値は吸気バルブ１１の作用角が最小作用角である場合の異常判定閾値よりも小さい値となっている。
【００６５】
すなわち、図５に示す異常診断処理では、異常判定閾値は、可変機構１７の作動状態を考慮した値となっているため、吸入空気量が低下している旨の異常診断がなされる場合には、吸気系のうち可変機構１７以外に異常が生じている旨を診断することができる。したがって、本実施形態では、図５におけるステップＳ２５において、吸気系における可変機構１７以外の部位に異常が生じている旨を診断する。すなわち、スロットルバルブ１３の駆動機構の異常、スロットルセンサ３０やエアフローメータ３２の検出値異常等が生じている旨が診断される。そして、吸気系における可変機構１７以外の部位に異常が生じている旨の診断結果が制御部２１のＥＥＰＲＯＭに記憶され、ステップＳ２６において報知ランプ２７を点灯させる。
【００６６】
次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態では、吸気系において可変機構１７において異常が生じている場合も可変機構１７以外の部位に異常が生じている場合においても、報知ランプ２７が点灯される。そして、制御部２１のＥＥＰＲＯＭには、報知ランプ２７の点灯が、可変機構１７の異常によるものか、吸気系における可変機構１７以外の部位の異常によるものかが個別に記憶される。報知ランプ２７の点灯により、異常が報知されるため、運転者は、ディーラーや修理工場等に内燃機関１を持ち込むことができる。そして、ディーラーや修理工場等において、制御部２１のＥＥＰＲＯＭに記憶された診断結果の情報を出力するようにすれば、吸気系におけるどの部位に異常が生じているかを、作業者が把握することができる。
【００６７】
ここで、可変機構１７の作動状況とは無関係に、吸入空気量の積算値が、作用角が最小作用角である場合の異常判定閾値未満であることを条件に、吸入空気量が低下している旨の異常診断をした場合には、実際は吸入空気量がアイドル回転速度を維持するための適切な量に制御されているにも拘わらず、異常が生じていると誤診断される可能性がある。そして、この場合、異常が診断されたことの原因として、制御部２１に単に吸気系に異常が生じていると記憶されてしまうと、作業者がこの情報に基づいて吸気系全般を点検する必要があり、不必要な点検が行われてしまうこととなる。この点、本実施形態では、制御部２１が可変機構１７及び吸気系における可変機構１７以外の部位に異常が生じている旨を個別に記憶するため、作業者が異常箇所を詳細に把握することができ、不必要な点検が行われることが抑制される。
【００６８】
以上詳述した本実施形態では、第１実施形態の（１）及び（２）と同様の効果と、以下の（３）の効果を奏することができる。
（３）本実施形態では、制御部２１が、可変機構１７が作動しているか否かを診断し、可変機構１７が作動していないときに吸入空気量が低下する異常が生じていることを診断した場合には、可変機構１７以外の吸気系に異常が生じている旨の診断結果を出力するようにしている。可変機構１７が作動していない場合には、可変機構１７によって作用角が変更されていない場合のための異常判定閾値を用いて吸入空気量が低下する異常が生じているか否かが診断される。すなわち、この場合の診断は、可変機構１７が作動していないことを予め考慮してなされる診断であるため、この診断により、吸入空気量が低下する異常が生じていることが診断された場合には、可変機構１７が作動していないことに加えて他の要因が生じていることになる。したがって、可変機構１７以外の吸気系に異常が生じていることを診断することができる。
【００６９】
なお、上記課題を解決するための内燃機関の診断装置は、上記各実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
【００７０】
・上記各実施形態では、触媒早期暖機制御が開始されたときに、図４に示す異常判定閾値を設定するための異常判定マップを選択する処理を行うようにしている。しかしながら、触媒早期暖機制御の開始時に可変機構によって吸気バルブの作用角を最小作用角に制御していても、触媒早期暖機制御の途中に学習制御を行う必要が生じたり、可変機構の異常が生じたりする等して、吸気バルブの作用角を最小作用角に制御することができなくなる場合もある。また、触媒早期暖機制御中にシフトレンジが変更される場合もある。したがって、触媒早期暖機制御中において所定の処理間隔で図４に示す処理を実行して、その都度、現在の可変機構の作動状況やシフトレンジに適した異常判定マップを選択するようにしてもよい。そして、その都度選択されている異常判定マップに基づいて必要とされる吸入空気量を導出してこれを積算することで異常判定閾値を算出するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記各実施形態では、異常判定閾値を触媒早期暖機制御の実行開始時の冷却水温に基づいて設定される単位時間あたりに必要とされる吸入空気量を積算することにより導出するようにしている。しかしながら、異常判定閾値の設定態様は特に限定されず、例えば、触媒早期暖機制御の実行開始時の冷却水温とは無関係に、可変機構の作動状態に応じた異常判定閾値を用いるようにしてもよい。
【００７２】
・上記各実施形態では、制御軸の絶対位置を学習する学習制御を行う必要が生じた場合には、触媒早期暖機制御中であっても、制御軸の絶対位置を学習する学習制御を行うようにしているが、触媒早期暖機制御中は学習制御を禁止するようにしてもよい。また、上記各実施形態は、制御軸をＨｉ端側に変位させることで学習制御を実行するようにしている。しかしながら、学習制御は、制御軸をＬｏ端側に変位させるようにし、Ｌｏ端側のストッパに当接したときの値を初期値としてＥＥＰＲＯＭに記憶するようにしてもよい。そして、触媒早期暖機中に学習制御を実行する必要が生じた場合には、制御軸をＬｏ端側のストッパに当接させるとともに、触媒早期暖機制御が終了するまで、制御軸をＬｏ端側のストッパに当接させた状態を維持するようにしてもよい。この場合、触媒早期暖機制御中に、吸気バルブの作用角を最小作用角に制御することができる。
【００７４】
・上記各実施形態では、触媒早期暖機制御中には、シフトレンジがドライブレンジにある場合よりもニュートラルレンジにある場合のほうが、異常判定閾値が大きい値に設定されるようにしている。しかしながら、例えば、ドライブレンジのアイドル運転中には例えばクリープ走行を抑制する等の目的でニュートラルレンジのアイドル運転中よりもアイドル回転速度が低く設定されるものもあり、このような場合に、シフトレンジがドライブレンジにある場合よりもニュートラルレンジにある場合のほうが、必要とされる吸入空気量が多くなる場合もある。したがって、このような場合には、ドライブレンジにある場合よりもニュートラルレンジにある場合のほうが、異常判定閾値を小さい値に設定するようにしてもよい。また、ドライブレンジとニュートラルレンジとで必要とされる吸入空気量が同じ内燃機関においては、ドライブレンジにある場合もニュートラルレンジにある場合も異常判定閾値を同じ値に設定するようにしてもよい。
【００７５】
・上記各実施形態では、触媒早期暖機制御中においては、基本的には吸気バルブの作用角を最小作用角に制御するようにしているが、触媒早期暖機制御中に制御される作用角は最小作用角に限定されず、吸気バルブの作用角を最小作用角以外の小さい作用角に制御するようにすればよい。
【００７６】
・上記各実施形態では、触媒早期暖機制御が所定期間実行されたことに基づいて触媒の暖機が完了したことを判断するようにしているが、排気通路における排気浄化触媒近傍等に、排気浄化触媒の温度を検出するための温度センサを設け、この温度センサの検出値に基づいて排気浄化触媒の暖機が完了しているか否かを判断するようにしてもよい。
【００７７】
・第２実施形態では、可変機構の作動不良が判定されると、制御部のＥＥＰＲＯＭに可変機構に異常が生じている旨の診断結果を記憶するとともに、報知ランプを点灯するようにしている。しかしながら、可変機構や制御軸における異物の噛み混み等が一時的に生じていても、制御部がモータを駆動させることで異物が除去され、可変機構が作動可能となる場合もある。したがって、可変機構の作動不良が生じていることが複数回判定された場合にのみ、制御部が可変機構が異常である旨を判定してその異常を記憶し、報知ランプを点灯させるようにしてもよい。
【００７８】
・上記各実施形態では、吸気バルブの作用角が最大作用角と最小作用角との間で連続的に変更可能であったが、作用角は連続的に変更可能なものに限定されず、例えば、最大作用角と最小作用角とにのみ変更可能なものであってもよい。
【００７９】
・上記各実施形態では、可変機構の制御軸の絶対位置を検出することにより、制御部が吸気バルブの作用角を把握するようにしているが、吸気バルブの作用角を直接検知する作用角センサを設け、制御部がこの検出値に基づいて吸気バルブの作用角を把握するようにしてもよい。
【００８０】
・上記各実施形態では、可変機構に接続される制御軸をモータの駆動力により変位させることにより吸気バルブの作用角を変更するようにしているが、可変機構は、吸気バルブの作用角を制御軸の軸方向の変位によって変更するものに限定されず、可変機構の具体的態様や動力等は特に限定されない。
【００８１】
・上記各実施形態では、触媒早期暖機制御中に吸入空気量が低下する異常が生じているか否かを診断するようにしているが、触媒暖機後のアイドル運転中等、その他の機関運転時に吸入空気量が低下する異常が生じているか否かを診断するようにしてもよい。
【００８２】
・上記各実施形態では、吸入空気量の指標値として吸入空気量の積算値を算出し、吸入空気量の積算値が前記異常判定閾値未満である場合に吸入空気量が低下する異常が生じていることを診断するようにしている。これに対して吸入空気量の指標値としてエアフローメータ３２が検出した吸入空気量そのものを用い、吸入空気量が異常判定閾値未満の場合に異常が生じていることを診断するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１…内燃機関、２…燃焼室、３…吸気通路、３ａ…吸気ポート、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…ピストン、７…クランクシャフト、８…排気通路、１１…吸気バルブ、１２…吸気カム、１３…スロットルバルブ、１４…排気バルブ、１７…可変機構、１８…制御軸、１８ａ…モータ、１９…排気浄化触媒、２１…制御部、２７…報知ランプ、２８…アクセルポジションセンサ、３０…スロットルセンサ、３２…エアフローメータ、３３…水温センサ、３４…クランクポジションセンサ、３５…変位量センサ、３６…イグニッションスイッチ。
【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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