(57)【要約】【課題】  失火が生じない程度に燃焼室内の燃焼が悪化した場合であっても、燃焼改善手段の故障を診断できるようにする。【解決手段】  点火手段１０と、燃焼改善手段５３と、を具備する。燃焼改善手段が一方の状態にあるときの正トルクの発生に関する期間Ｍと、燃焼改善手段が他方の状態にあるときの正トルクの発生に関する期間との間の期間Ｎを基準期間Ｒとし、燃焼改善手段が正常に機能しているときには正トルクの発生に関する期間が基準期間よりも短いにも係わらず該基準期間よりも長い場合、あるいは、燃焼改善手段が正常に機能しているときには正トルクの発生に関する期間が基準期間よりも長いにも係わらず該基準期間よりも短い場合に、燃焼改善手段が故障していると判定する。【選択図】      図３
2006077637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内の燃料に点火する点火手段と、内燃機関の運転状態に応じて少なくとも２つの異なる状態のいずれか一方の状態とされて内燃機関の燃焼室内での燃焼を改善する燃焼改善手段と、を具備する内燃機関において、点火が行われた時からクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えるまでの期間、あるいは、点火が行われた時からクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えた後に該予め定められた値よりも低い値を下回るまでの期間、あるいは、点火後にクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えた時からその後にクランクシャフトにかかる正トルクの値が前記予め定められた値よりも低い値を下回るまでの期間を、正トルクの発生に関する期間とし、上記燃焼改善手段が一方の状態にあるときの正トルクの発生に関する期間と、上記燃焼改善手段が他方の状態にあるときの正トルクの発生に関する期間との間の期間を基準となる期間とし、上記燃焼改善手段が正常に機能しているときには正トルクの発生に関する期間が上記基準となる期間よりも短いにも係わらず該基準となる期間よりも長い場合、あるいは、上記燃焼改善手段が正常に機能しているときには正トルクの発生に関する期間が上記基準となる期間よりも長いにも係わらず該基準となる期間よりも短い場合に、上記燃焼改善手段が故障していると判定することを特徴とする燃焼改善手段の故障診断装置。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室内の燃料に点火する点火手段と、内燃機関の運転状態に応じて少なくとも２つの異なる状態のいずれか一方の状態とされて内燃機関の燃焼室内での燃焼を改善する燃焼改善手段と、を具備する内燃機関において、点火が行われた時からクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えるまでの期間、あるいは、点火が行われた時からクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えた後に該予め定められた値よりも低い値を下回るまでの期間、あるいは、点火後にクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えた時からその後にクランクシャフトにかかる正トルクの値が前記予め定められた値よりも低い値を下回るまでの期間を、正トルクの発生に関する期間とし、該正トルクの発生に関する期間が上記燃焼改善手段が正常に機能しているときにとるべき正トルクの発生に関する期間からずれている場合、あるいは、予め定められた値以上ずれている場合に、上記燃焼改善手段が故障していると判定することを特徴とする燃焼改善手段の故障診断装置。
【請求項３】
クランクシャフトにかかる正トルクの値がクランクシャフトの回転速度から算出されることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の燃焼改善手段の故障診断装置。
【請求項４】
クランクシャフトの回転速度が点火後に遅くなってピークに達した時を、クランクシャフトにかかる正トルクの値が上記予め定められた値を超えた時とすることを特徴とする請求項３に記載の燃焼改善手段の故障診断装置。
【請求項５】
クランクシャフトの回転速度が点火後に遅くなってピークに達した後に速くなり、その後、再び遅くなって、クランクシャフトの平均回転速度に達した時を、クランクシャフトにかかる正トルクの値が上記予め定められた値よりも低い値を下回った時とすることを特徴とする請求項３に記載の燃焼改善手段の故障診断装置。
【請求項６】
上記燃焼改善手段が燃焼室へ吸入されたときの空気の流れを変える空気流変更手段であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃焼改善手段の故障診断装置。
【請求項７】
上記空気流変更手段が燃焼室内でのタンブル流の生成を制御するタンブル制御弁であり、内燃機関の運転状態が冷間運転状態にあるときには燃焼室内にタンブル流が生成されるようにタンブル制御弁が制御され、内燃機関の運転状態が暖機運転状態にあるときには燃焼室内にタンブル流が生成されないようにタンブル制御弁が制御されることを特徴とする請求項６に記載の燃焼改善手段の故障診断装置。
【請求項８】
クランクシャフトにかかる正トルクの値が上記予め定められた値を超えたタイミングが、上記点火手段が正常に機能しているときにとるべきタイミングからずれている場合、あるいは、上記点火手段が正常に機能しているときにとるべきタイミングから予め定められた値以上ずれている場合に、上記点火手段が故障していると判定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の燃焼改善手段の故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼改善手段の故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、内燃機関の吸気流制御弁の故障診断装置が開示されている。特許文献１記載の内燃機関では、図２に示されているように、１つの燃焼室１６に対応する２つの吸気ポート１７ａ、１７ｂのうち一方の吸気ポート１７ａに、吸気流制御弁として、スワールコントロールバルブ（以下「ＳＣバルブ」という）４８が配置されている。このＳＣバルブは、少なくとも、燃焼室内での燃焼がより良好なものとなるように機関運転状態に応じて開閉制御される。
【０００３】
そして、特許文献１記載の故障診断装置は、このＳＣバルブの故障を以下のようにして診断するものである。すなわち、ＳＣバルブを開弁させる制御をＳＣバルブに行っているときに燃焼室内で失火が生じた場合、燃焼形態をＳＣバルブが閉弁しているときに適した燃焼形態に切り換える（詳細には、燃焼形態を成層燃焼から均質燃焼に切り換える）。そして、このとき、燃焼室内で失火が生じなくなった場合、ＳＣバルブが故障していると診断する（例えば、特許文献１の段落００５５を参照）。一方、ＳＣバルブを閉弁させる制御をＳＣバルブに行っているときに燃焼室内で失火が生じた場合、点火時期をＳＣバルブが開弁しているときに適した点火時期に切り換える。そして、このとき、燃焼室内で失火が生じなくなった場合、ＳＣバルブが故障していると診断する（例えば、特許文献１の段落００５６を参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０７８２号公報
【特許文献２】特開２００１−１５２９４３号公報
【特許文献３】特開平９−１３７７４３号公報
【特許文献４】特開平１１−２１８０２８号公報
【特許文献５】特開平７−８３１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、特許文献１記載の故障診断装置は、ＳＣバルブが正常に作動していれば、燃焼室内で失火が生じないことを前提として、ＳＣバルブの故障を診断している。すなわち、特許文献１記載の故障診断装置は、燃焼室内で失火が生じた場合にのみ、ＳＣバルブが故障していると診断できるのである。ところが、ＳＣバルブが正常に作動していないときであっても、失火が生じない程度に燃焼室内の燃焼が悪化することもある。この場合、特許文献１記載の故障診断装置では、ＳＣバルブの故障を診断することができない。したがって、こうした場合にも、ＳＣバルブの故障を診断できることが望まれる。
【０００６】
そして、一般的には、内燃機関の運転状態に応じて燃焼室内の燃焼を改善するための燃焼改善手段（特許文献１で言うところの「ＳＣバルブ」等）を具備する内燃機関において、失火が生じない程度に燃焼室内の燃焼が悪化した場合に、上記燃焼改善手段の故障を診断できることが望まれる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、失火が生じない程度に燃焼室内の燃焼が悪化した場合であっても、燃焼改善手段の故障を診断できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、内燃機関の燃焼室内の燃料に点火する点火手段と、内燃機関の運転状態に応じて少なくとも２つの異なる状態のいずれか一方の状態とされて内燃機関の燃焼室内での燃焼を改善する燃焼改善手段と、を具備する内燃機関において、点火が行われた時からクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えるまでの期間、あるいは、点火が行われた時からクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えた後に該予め定められた値よりも低い値を下回るまでの期間、あるいは、点火後にクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えた時からその後にクランクシャフトにかかる正トルクの値が前記予め定められた値よりも低い値を下回るまでの期間を、正トルクの発生に関する期間とし、上記燃焼改善手段が一方の状態にあるときの正トルクの発生に関する期間と、上記燃焼改善手段が他方の状態にあるときの正トルクの発生に関する期間との間の期間を基準となる期間とし、上記燃焼改善手段が正常に機能しているときには正トルクの発生に関する期間が上記基準となる期間よりも短いにも係わらず該基準となる期間よりも長い場合、あるいは、上記燃焼改善手段が正常に機能しているときには正トルクの発生に関する期間が上記基準となる期間よりも長いにも係わらず該基準となる期間よりも短い場合に、上記燃焼改善手段が故障していると判定する。
【０００９】
上記課題を解決するために、２番目の発明では、内燃機関の燃焼室内の燃料に点火する点火手段と、内燃機関の運転状態に応じて少なくとも２つの異なる状態のいずれか一方の状態とされて内燃機関の燃焼室内での燃焼を改善する燃焼改善手段と、を具備する内燃機関において、点火が行われた時からクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えるまでの期間、あるいは、点火が行われた時からクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えた後に該予め定められた値よりも低い値を下回るまでの期間、あるいは、点火後にクランクシャフトにかかる正トルクの値が予め定められた値を超えた時からその後にクランクシャフトにかかる正トルクの値が前記予め定められた値よりも低い値を下回るまでの期間を、正トルクの発生に関する期間とし、該正トルクの発生に関する期間が上記燃焼改善手段が正常に機能しているときにとるべき正トルクの発生に関する期間からずれている場合、あるいは、予め定められた値以上ずれている場合に、上記燃焼改善手段が故障していると判定する。
【００１０】
３番目の発明では、１または２番目の発明において、クランクシャフトにかかる正トルクの値がクランクシャフトの回転速度から算出される。
４番目の発明では、３番目の発明において、クランクシャフトの回転速度が点火後に遅くなってピークに達した時を、クランクシャフトにかかる正トルクの値が上記予め定められた値を超えた時とする。
５番目の発明では、３番目の発明において、クランクシャフトの回転速度が点火後に遅くなってピークに達した後に速くなり、その後、再び遅くなって、クランクシャフトの平均回転速度に達した時を、クランクシャフトにかかる正トルクの値が上記予め定められた値よりも低い値を下回った時とする。
【００１１】
６番目の発明では、１〜５番目の発明のいずれか１つにおいて、上記燃焼改善手段が燃焼室へ吸入されたときの空気の流れを変える空気流変更手段である。
７番目の発明では、６番目の発明において、上記空気流変更手段が燃焼室内でのタンブル流の生成を制御するタンブル制御弁であり、内燃機関の運転状態が冷間運転状態にあるときには燃焼室内にタンブル流が生成されるようにタンブル制御弁が制御され、内燃機関の運転状態が暖機運転状態にあるときには燃焼室内にタンブル流が生成されないようにタンブル制御弁が制御される。
【００１２】
８番目の発明では、１〜７番目の発明のいずれか１つにおいて、クランクシャフトにかかる正トルクの値が上記予め定められた値を超えたタイミングが、上記点火手段が正常に機能しているときにとるべきタイミングからずれている場合、あるいは、上記点火手段が正常に機能しているときにとるべきタイミングから予め定められた値以上ずれている場合に、上記点火手段が故障していると判定する。
【発明の効果】
【００１３】
失火が生じない程度に燃焼室内の燃焼が悪化している場合であっても、正トルクは生じることから、本発明によれば、この場合であっても、燃焼改善手段の故障を診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、筒内噴射式の火花点火内燃機関を示している。以下、この筒内噴射式の火花点火内燃機関を例に本発明を説明するが、いわゆるポート噴射式の火花点火内燃機関（すなわち、吸気ポートに燃料を噴射するタイプの火花点火内燃機関）に本発明を適用することもできる。また、図示した内燃機関は、４サイクル４気筒内燃機関でもある。
【００１５】
図１において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はピストン、４はシリンダヘッド、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓、１１は燃料噴射弁、１２はキャビティを夫々示す。燃料噴射弁１１は、燃焼室５内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッド４に取り付けられている。また、ピストン３は、コネクティングロッド５０を介してクランクシャフト５１に連結されており、内燃機関の出力は、コネクティングロッド５０を介してクランクシャフト５１に伝達される。
【００１６】
吸気ポート７は、吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結される。サージタンク１４は、吸気ダクト１５およびエアフロメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気ダクト１５内には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、排気ポート９は、排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、酸化触媒（または、三元触媒）２０を内蔵した触媒コンバータ２１に連結される。
【００１７】
ところで、図２に示したように、各燃焼室５に対応する吸気ポート７は、隔壁５２によって２つの吸気ポート７ａ、７ｂに分割されている。そして、これら吸気ポート７ａ，７ｂには、タンブルコントロールバルブ（以下「ＴＣバルブ」という）５３が配置されている。ＴＣバルブ５３には、ステップモータ５４が接続されており、ＴＣバルブ５３は、このステップモータ５４によって駆動せしめられる。図２（Ａ）は、ＴＣバルブ５３が全開位置とされたところを示している。一方、図２（Ｂ）は、ＴＣバルブ５３が全閉位置とされたところを示している。
【００１８】
図２（Ａ）に示されているように、ＴＣバルブ５３が全開位置とされると、空気は、ＴＣバルブ５３に妨げられることなく、両吸気ポート７ａ、７ｂを介して燃焼室５に吸入される。この場合、燃焼室５内に吸入された空気は、燃焼室５内において、いわゆるタンブル（すなわち、燃焼室５を画成するシリンダブロック２の円筒形の内壁面（以下「シリンダボア壁」という）に沿ってピストン３に向かって流れ、その後、ピストン３の上壁面に沿ってシリンダボア壁に向かって流れ、その後、シリンダボア壁に沿ってシリンダヘッド４に向かって流れる旋回流）をほとんど形成していない。このように、ＴＣバルブ５３を全開位置とするのは（すなわち、タンブルを形成させないように空気を燃焼室５内に吸入するのは）、本実施形態では、いわゆる暖機運転が行われているときである。ここで、暖機運転とは、内燃機関の温度が或る一定の温度を超えた状態（例えば、内燃機関を冷却する冷却水の温度が８０℃よりも高い状態）での内燃機関の運転を言う。
【００１９】
一方、図２（Ｂ）に示されているように、ＴＣバルブ５３が全閉位置とされると、空気は、ＴＣバルブに設けられた開口５３ａ（図２（Ａ）参照）を介してのみ燃焼室５に吸入される。この場合、燃焼室５内に吸入された空気は、燃焼室５内において、いわゆるタンブルを形成する。このように、ＴＣバルブ５３を全閉位置とするのは（すなわち、タンブルを形成するように空気を燃焼室５内に吸入するのは）、いわゆる冷間運転が行われているときである。ここで、冷間運転とは、内燃機関の温度が或る一定の温度よりも低い状態での内燃機関の運転を言う。
【００２０】
また、図１に示されているように、電子制御ユニット３１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。エアフロメータ１６は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。排気マニホルド１９には、空燃比を検出するための空燃比センサ２８が取り付けられ、この空燃比センサ２８の出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、触媒コンバータ２１の出口に接続された排気管２２には、空燃比センサ３０が配置され、この空燃比センサ３０の出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２１】
また、アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２は、例えば、クランクシャフト５１が３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５では、このクランク角センサ４２の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、スロットル弁駆動用のステップモータ１７、ＥＧＲ制御弁２７、および、ＴＣバルブ駆動用のステップモータ５４に接続される。
【００２２】
ところで、本実施形態では、上述したように、内燃機関の運転状態に応じて（詳細には、暖機運転が行われているのか或いは冷間運転が行われているのかに応じて）、ＴＣバルブ５３を全開位置にしたり全閉位置にしたりしている。このようにＴＣバルブ５３を制御するのは、内燃機関の運転状態に応じて、燃料の燃焼が良好に行われるようにするためである。したがって、ＴＣバルブ５３が所定通りに制御されないと、燃料の燃焼が良好には行われないことになる。例えば、ＴＣバルブ５３が全開位置から動かなくなってしまったり全閉位置から動かなくなってしまったりした場合、すなわち、ＴＣバルブ５３が故障してしまった場合には、燃料の燃焼が良好には行われない。
【００２３】
ここで、ＴＣバルブ５３が故障していることを知ることができれば、ＴＣバルブ５３の故障に対応して燃料の燃焼がより良好なものとなるように内燃機関の運転状態を制御することもできる。この場合、燃料の燃焼が良好に行われない状態で、内燃機関が運転せしめられることが抑制されることになる。すなわち、ＴＣバルブ５３が故障しているか否かを診断することには、燃料の燃焼が良好に行われない状態での内燃機関の運転を抑制することができるという利点がある。
【００２４】
そこで、本実施形態では、以下のようにして、ＴＣバルブ５３の故障を診断する。
上述したように、ＴＣバルブ５３が全開位置にあるときには暖機運転が行われており、このとき、燃料に点火してからクランクシャフト５１に正トルクがかかり始まるまでの期間（以下「正トルク発生期間」という）は比較的長い。一方、ＴＣバルブ５３が全閉位置にあるときには冷間運転が行われ、このとき、正トルク発生期間は比較的短い。
【００２５】
ところが、暖機運転が行われており、したがって、ＴＣバルブ５３が全開位置にあるべきときに、例えば、ＴＣバルブ５３が全閉位置にある場合（すなわち、ＴＣバルブ５３が開かない状態で故障している場合）には、正トルク発生期間は、ＴＣバルブ５３が正常に機能している場合（すなわち、ＴＣバルブ５３が全開位置にある場合）に比べて短くなる。すなわち、ＴＣバルブ５３が正常に機能している場合とＴＣバルブ５３が故障している場合とで、正トルク発生期間が異なる。
【００２６】
一方、冷間運転が行われており、したがって、ＴＣバルブ５３が全閉位置にあるべきときに、例えば、ＴＣバルブ５３が全開位置にある場合（すなわち、ＴＣバルブ５３が閉じない状態で故障している場合）には、正トルク発生期間は、ＴＣバルブ５３が正常に機能している場合（すなわち、ＴＣバルブ５３が全閉位置にある場合）に比べて長くなる。この場合にも、ＴＣバルブ５３が正常に機能している場合とＴＣバルブ５３が故障している場合とで、正トルク発生期間が異なる。
【００２７】
このようにＴＣバルブ５３が正常に機能している場合とＴＣバルブ５３が故障している場合とで、正トルク発生期間が異なることを利用して、第１の実施形態では、ＴＣバルブ５３の故障を診断する基準となる期間（以下「基準期間」という）を、暖機運転および冷間運転それぞれにおいて、ＴＣバルブ５３が全開位置となっているときの正トルク発生期間とＴＣバルブ５３が全閉位置となっているときの正トルク発生期間との間の値とする。そして、暖機運転時には正トルク発生期間が上記基準期間よりも短い場合、冷間運転時には正トルク発生期間が上記基準期間よりも長い場合、ＴＣバルブ５３が故障していると判定する。
【００２８】
次に、上述したＴＣバルブ故障診断について、図３を参照して、もう少し具体的に説明する。図３において、Ｖはクランクシャフト５１の回転速度であり、Ｖａｖｅはクランクシャフト５１の平均回転速度であり、ＣＡはクランク角度であり、ＴＤＣは圧縮上死点である。また、図３において、実線ＸはＴＣバルブ５３が全閉位置にあるときのクランクシャフト回転速度の変化を示し、一点鎖線ＹはＴＣバルブ５３が全開位置にあるときのクランクシャフト回転速度の変化を示している。なお、図３において、圧縮上死点ＴＤＣからクランク角度１８０°までの期間は、内燃機関の４つの行程（吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程）のうちの膨張行程に対応する。
【００２９】
燃料への点火は略圧縮上死点ＴＤＣ近傍で行われる。ここで、冷間運転時であってＴＣバルブ５３が正常に機能している（すなわち、ＴＣバルブ５３が全閉位置にある）場合、実線Ｘで示されているように、クランクシャフト回転速度Ｖは、燃料点火後、徐々に遅くなってクランク角度６０°付近でピークに達し、その後、徐々に速くなる。そして、クランクシャフト回転速度Ｖは、クランク角度１２０°付近から再び遅くなる。本実施形態では、クランクシャフト回転速度Ｖが燃料点火後に始めてピークに達した時（最も遅くなった時）を、クランクシャフト５１に正トルクがかかり始めた時とみなす。したがって、当該場合には、クランク角度６０°付近がクランクシャフト５１に正トルクがかかり始めた時となり、正トルク発生期間は約クランク角度６０°（図３において、符号Ｍで示されている期間）となる。
【００３０】
一方、冷間運転時であってＴＣバルブ５３が故障している（すなわち、ＴＣバルブ５３が全開位置にある）場合、一点鎖線Ｙで示されているように、クランクシャフト回転速度Ｖは、燃料点火後、徐々に遅くなってクランク角度９０°付近でピークに達し、その後、徐々に速くなる。そして、クランクシャフト回転速度Ｖは、クランク角度１５０°付近から再び遅くなる。上述したように、本実施形態では、クランクシャフト回転速度Ｖが燃料点火後に始めてピークに達した時（最も遅くなった時）を、クランクシャフト５１に正トルクがかかり始めた時とみなしているので、当該場合には、クランク角度９０°付近がクランクシャフト５１に正トルクがかかり始めた時となり、正トルク発生期間は約クランク角度９０°（図３において、符号Ｎで示されている期間）となる。
【００３１】
そして、本実施形態では、基準期間を、ＴＣバルブ５３が正常に機能しているとき（すなわち、ＴＣバルブ５３が全閉位置とされているとき）の正トルク発生期間とＴＣバルブ５３が故障しているとき（すなわち、ＴＣバルブ５３が全開位置とされているとき）の正トルク発生期間との間の値とするのであるから、基準期間は、約クランク角度６０°と約クランク角度９０°との間、例えば、クランク角度７５°（図３において、符号Ｒで示されている期間）となる。
【００３２】
そして、冷間運転が行われているとき（すなわち、ＴＣバルブ５３が正常に機能していれば、図３の実線Ｘに沿ってクランクシャフト回転速度Ｖが変化するとき）に、正トルク発生期間が基準期間Ｒよりも長い場合、本実施形態では、ＴＣバルブ５３が故障していると判定する（さらに、ＴＣバルブ５３が閉じない状態で故障していると判定してもよい）。
【００３３】
そして、暖機運転が行われているときのＴＣバルブ５３の故障診断も同様に行われる。すなわち、暖機運転時であってＴＣバルブ５３が正常に機能している（すなわち、ＴＣバルブ５３が全閉位置にある）場合、クランクシャフト回転速度Ｖは、図３の一点鎖線Ｙで示されているように変化するのであるから、当該場合には、正トルク発生期間は約クランク角度９０°（図３において、符号Ｎで示されている期間）となる。
【００３４】
一方、暖機運転時であってＴＣバルブ５３が故障している（すなわち、ＴＣバルブ５３が全開位置にある）場合、クランクシャフト回転速度Ｖは、図３の実線Ｘで示されているように変化するのであるから、当該場合には、正トルク発生期間は約クランク角度６０°（図３において、符号Ｍで示されている期間）となる。
【００３５】
そして、当該場合においても、基準期間は、例えば、クランク角度７５°（図３において、符号Ｒで示されている期間）とされるのであるから、暖機運転が行われているとき（すなわち、ＴＣバルブ５３が正常に機能していれば、図３の一点鎖線Ｙに沿ってクランクシャフト回転速度Ｖが変化するとき）に、正トルク発生期間が基準期間Ｒよりも短い場合、本実施形態では、ＴＣバルブ５３が故障していると判定する（さらに、ＴＣバルブ５３が開かない状態で故障していると判定してもよい）。
【００３６】
なお、上述した実施形態では、燃料点火時からクランクシャフト５１に正トルクがかかり始めるまでの期間に基づいて、ＴＣバルブ５３の故障を診断しているが、例えば、燃料点火時からクランクシャフト５１に正トルクがかかり始め、そして、クランクシャフト５１にかかる正トルクが零となるまでの期間（以下「正トルク消滅期間」という）に基づいて、ＴＣバルブ５３の故障を診断してもよい。次に、このＴＣバルブ故障診断について、図４を参照して簡単に説明する。
【００３７】
図４は図３と同様の図であり、図４において、Ｖはクランクシャフト回転速度、Ｖａｖｅはクランクシャフト５１の平均回転速度、ＣＡはクランク角度、ＴＤＣは圧縮上死点、実線ＸはＴＣバルブ５３が全閉位置にあるときのクランクシャフト回転速度の変化、一点鎖線ＹはＴＣバルブ５３が全開位置にあるときのクランクシャフト回転速度の変化を示している。
【００３８】
本実施形態では、クランクシャフト回転速度Ｖが燃料点火後に始めて最も遅いピークに達した後に速くなり、そして、その後、再び遅くなってクランクシャフト５１の平均回転速度Ｖａｖｅに達した時を、燃料点火時からクランクシャフト５１に正トルクがかかり始め、そして、クランクシャフト５１にかかる正トルクが零となった時とみなす。したがって、ＴＣバルブ５３が全閉位置にある場合には、クランク角度１６０°付近がクランクシャフト５１にかかる正トルクが零となった時となり、正トルク消滅期間は約クランク角度１６０°（図４において、符号Ｍで示されている期間）となる。一方、ＴＣバルブ５３が全開位置にある場合には、クランク角度１８０°付近がクランクシャフト５１にかかる正トルクが零となった時となり、正トルク消滅期間は約クランク角度１８０°（図４において、符号Ｎで示されている期間）となる。
【００３９】
そして、本実施形態では、基準期間を、約クランク角度１６０°と約クランク角度１８０°との間、例えば、クランク角度１７０°（図３において、符号Ｒで示されている期間）とする。そして、冷間運転が行われているときに正トルク消滅期間が基準期間Ｒよりも長い場合、ならびに、暖機運転が行われているときに正トルク消滅期間が基準期間Ｒよりも短い場合、本実施形態では、ＴＣバルブ５３が故障していると判定する。
【００４０】
また、燃料点火後にクランクシャフト５１に正トルクがかかり始めてから、クランクシャフト５１にかかる正トルクが零となるまでの期間（以下「正トルク生成期間」という）に基づいて、ＴＣバルブ５３の故障を診断してもよい。次に、このＴＣバルブ故障診断について、図５を参照して簡単に説明する。
【００４１】
図５も図３および図４と同様の図であり、図５において、Ｖはクランクシャフト回転速度、Ｖａｖｅはクランクシャフト５１の平均回転速度、ＣＡはクランク角度、ＴＤＣは圧縮上死点、実線ＸはＴＣバルブ５３が全閉位置にあるときのクランクシャフト回転速度の変化、一点鎖線ＹはＴＣバルブ５３が全開位置にあるときのクランクシャフト回転速度の変化を示している。
【００４２】
上述したように、本実施形態でも、クランクシャフト回転速度が燃料点火後に始めて最も遅いピークに達した時を、クランクシャフト５１に正トルクがかかり始めた時とみなし、そして、クランクシャフト回転速度が燃料点火後に始めてピークに達した後に速くなり、そして、その後、再び遅くなってクランクシャフト５１の平均回転速度Ｖａｖｅに達した時を、クランクシャフト５１にかかる正トルクが零となった時とみなす。
【００４３】
したがって、ＴＣバルブ５３が全閉位置にある場合には、クランク角度６０°付近からクランク角度１６０°付近までの期間が正トルク生成期間となるので、この場合の正トルク生成期間は約クランク角度１００°となる。一方、ＴＣバルブ５３が全開位置にある場合には、クランク角度９０°付近からクランク角度１８０°付近までの期間が正トルク生成期間となるので、この場合の正トルク生成期間は約クランク角度９０°となる。
【００４４】
そして、本実施形態では、基準期間を、約クランク角度１００°と約クランク角度９０°との間、例えば、クランク角度９５°とする。そして、冷間運転が行われているときに正トルク生成期間が基準期間よりも短い場合、ならびに、暖機運転が行われているときに正トルク生成期間が基準期間よりも長い場合、本実施形態では、ＴＣバルブ５３が故障していると判定する。
【００４５】
なお、上述した実施形態では、結果的には、冷間運転が行われている場合と暖機運転が行われている場合とで、同じ基準期間を用いているが、異なる基準期間を用いてもよい。
【００４６】
また、ＴＣバルブ５３が正常に機能している場合の正トルク発生期間（または、正トルク消滅期間、または、正トルク生成期間）そのものを、ＴＣバルブ故障診断に用いる基準期間としてもよい。
【００４７】
より具体的には、この場合のＴＣバルブ故障診断は、以下のようになる。
冷間運転が行われているときには、このときの正トルク発生期間（または、正トルク消滅期間、または、正トルク生成期間）と、冷間運転時のＴＣバルブ故障診断用の基準期間と、を比較し、正トルク発生期間（または、正トルク消滅期間、または、正トルク生成期間）が基準期間からずれている場合、あるいは、基準期間から予め定められた値以上にずれている場合、ＴＣバルブ５３が故障していると判定する。
【００４８】
一方、暖機運転が行われているときには、このときの正トルク発生期間（または、正トルク消滅期間、または、正トルク生成期間）と、暖機運転時のＴＣバルブ故障診断用の基準期間と、を比較し、正トルク発生期間（または、正トルク消滅期間、または、正トルク生成期間）が基準期間からずれている場合、あるいは、基準期間から予め定められた値以上にずれている場合、ＴＣバルブ５３が故障していると判定する。
【００４９】
ところで、点火栓１０は、燃料への点火が所定のタイミングにて行われるように、すなわち、燃料の燃焼が良好に行われるように、その駆動が制御される。したがって、点火栓１０が故障していると、燃料への点火が所定のタイミングにて行われるように点火栓１０を駆動したとしても、燃料への点火は所定のタイミングでは行われず、燃料の燃焼が良好には行われない。ここで、点火栓１０が故障していることを知ることができれば、点火栓１０の故障に対応して燃料の燃焼がより良好なものとなるように内燃機関の運転状態を制御することもできる。この場合、燃料の燃焼が良好に行われない状態で、内燃機関が運転せしめられることが抑制されることになる。すなわち、点火栓１０が故障しているか否かを診断することには、燃料の燃焼が良好に行われない状態での内燃機関の運転を抑制することができるという利点がある。
【００５０】
そこで、本実施形態では、以下のようにして、点火栓１０の故障を診断する。
点火栓１０が正常に機能している場合に点火栓１０を所定通りに駆動すれば、クランクシャフト５１に正トルクがかかり始まるタイミングは、冷間運転が行われているのか或いは暖機運転が行われているのかに応じて、或る特定のタイミングとなる。すなわち、冷間運転が行われている場合、点火栓１０が正常に機能していれば、圧縮上死点ＴＤＣ近傍の所定のタイミングで点火栓１０を駆動すると、例えば、図３におけるクランク角度６０°付近の或る特定のタイミングでクランクシャフト５１に正トルクがかかり始めることになる。
【００５１】
したがって、クランク角度６０°付近の或る特定のタイミングを基準タイミングとし、冷間運転が行われている場合において、実際にクランクシャフト５１に正トルクがかかり始まったタイミング（以下「正トルク発生タイミング」という）とこの基準タイミングとを比較したときに、点火栓１０が故障していると、正トルク発生タイミングはこの基準タイミングからずれている。
【００５２】
そこで、本実施形態では、冷間運転が行われているときに、正トルク発生タイミングが上記基準タイミングからずれている場合、あるいは、上記基準タイミングから予め定められた値以上にずれている場合、点火栓１０が故障していると判定する。
【００５３】
同様に、暖機運転が行われている場合、点火栓１０が正常に機能していれば、圧縮上死点ＴＤＣ近傍の所定のタイミングで点火栓１０を駆動すると、例えば、図３におけるクランク角度９０°付近の或る特定のタイミングでクランクシャフト５１に正トルクがかかり始めることになる。したがって、クランク角度９０°付近の或る特定のタイミングを基準タイミングとし、暖機運転が行われている場合において、正トルク発生タイミングとこの基準タイミングとを比較したときにも、点火栓１０が故障していると、正トルク発生タイミングはこの基準タイミングからずれている。
【００５４】
そこで、本実施形態では、暖機運転が行われているときに、正トルク発生タイミングが上記基準タイミングからずれている場合、あるいは、上記基準タイミングから予め定められた値以上にずれている場合、点火栓１０が故障していると判定する。
【００５５】
なお、ＴＣバルブ５３が故障している場合、ＴＣバルブ５３の故障が燃焼悪化に大きく影響することから、上述した点火栓の故障診断は、ＴＣバルブ５３が正常に機能しているとき（すなわち、上述したＴＣバルブ故障診断により、ＴＣバルブ５３が正常に機能していると判定されたとき）にのみ行うことが好ましい。
【００５６】
図６は、上述したＴＣバルブ故障診断を実行するルーチンの一例を示している。図６のルーチンでは、始めに、ステップ１０において、診断開始条件が成立しているか否かが判別される。ここでの診断開始条件とは、ＴＣバルブ５３の故障診断を正確に診断するための条件であって、例えば、空燃比フィードバック制御（これは、空燃比センサ２８，３０により検出される空燃比に基づいて、燃焼室５内の混合気の空燃比が所定の空燃比となるように、燃焼室５内に吸入される空気量および排気ガス量と燃料噴射弁１１から噴射される燃料量とを制御するものである）が行われているか（空燃比フィードバック制御が行われていれば、燃焼室５内の混合気の空燃比が所定の空燃比近傍に制御されているので、燃料の燃焼が安定している）、機関運転状態がアイドリング運転状態にあるか（機関運転状態がアイドリング運転状態にあれば、機関要求トルクが大きく変動しないので、燃料の燃焼が安定している）といったものである。
【００５７】
ステップ１０において、診断開始条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ１１に進む。一方、ステップ１０において、診断開始条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンはいったん終了し、再度、図６のルーチンがステップ１０から行われる。
【００５８】
ステップ１１では、冷間運転が行われているか否かが判別される。ここで、冷間運転が行われていると判別されたときには、ルーチンはステップ１２に進む。一方、冷間運転が行われていない、すなわち、暖機運転が行われていると判別されたときには、ルーチンはステップ１５に進む。
【００５９】
ステップ１２では、正トルク発生期間Ｐ（図３参照）が基準期間Ｒよりも長い（Ｐ＞Ｒ）か否かが判別される。ここで、Ｐ＞Ｒであると判別されたときには、ＴＣバルブ５３が開固着故障している（すなわち、閉じない状態で故障している）と判定し、ステップ１３において、ＴＣバルブ５３が開固着故障している旨を、例えば、警報装置によって表示する。一方、ステップ１２において、Ｐ≦Ｒであると判別されたときには、ＴＣバルブ５３は正常に機能していると判定し、ステップ１４において、ＴＣバルブ５３が正常である旨を、例えば、警報装置によって表示する。
【００６０】
ステップ１５では（すなわち、ステップ１１において、暖機運転が行われていると判別されたときには）、正トルク発生期間Ｐ（図３参照）が基準期間Ｒよりも短い（Ｐ＜Ｒ）か否かが判別される。ここで、Ｐ＜Ｒであると判別されたときには、ＴＣバルブ５３が閉固着故障している（すなわち、開かない状態で故障している）と判定し、ステップ１６において、ＴＣバルブ５３が閉固着故障している旨を、例えば、警報装置によって表示する。一方、ステップ１５において、Ｐ≧Ｒであると判別されたときには、ＴＣバルブ５３は正常に機能していると判定し、ステップ１７において、ＴＣバルブ５３が正常である旨を、例えば、警報装置によって表示する。
【００６１】
図７は、上述した点火栓故障診断を実行するルーチンの一例を示している。図７のルーチンでは、始めに、ステップ２０において、診断開始条件が成立しているか否かが判別される。ここでの診断開始条件とは、ＴＣバルブ５３が正常に機能しているか、点火栓１０の故障診断を正確に診断するための条件であって、例えば、空燃比フィードバック制御が行われているか、機関運転状態がアイドリング運転状態にあるか、ＴＣバルブ５３が開弁位置にあるか（ＴＣバルブ５３が開弁位置にあるときには、暖機運転が行われており、この場合、冷間運転が行われている場合に比べて、燃料の燃焼が安定している）といったものである。
【００６２】
ステップ２０において、診断開始条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ２１に進む。一方、ステップ２０において、診断開始条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンはいったん終了し、再度、図７のルーチンがステップ２０から行われる。
【００６３】
ステップ２１では、正トルク発生タイミングＴが基準タイミングＴｒ（図３に示した例では、クランク角度９０°付近のタイミングに相当する）から予め定められた値ΔＴ以上に早い（Ｔ＜Ｔｒ−ΔＴ）か否かが判別される。ここで、Ｔ＜Ｔｒ−ΔＴであると判別されたときには、点火栓１０が進角故障（すなわち、所定のタイミングで点火栓１０を駆動したときに、予定していたタイミングよりも早いタイミングで燃料への点火が行われてしまう故障）していると判定し、ステップ２２において、点火栓１０が進角故障している旨を、例えば、警報装置によって表示する。一方、ステップ２１において、Ｔ≧Ｔｒ−ΔＴであると判別されたときには、ルーチンはステップ２３に進む。
【００６４】
ステップ２３では、正トルク発生タイミングＴが基準タイミングＴｒから予め定められた値ΔＴ以上に遅い（Ｔ＞Ｔｒ＋ΔＴ）か否かが判別される。ここで、Ｔ＞Ｔｒ＋ΔＴであると判別されたときには、点火栓１０が遅角故障（すなわち、所定のタイミングで点火栓１０を駆動したときに、予定していたタイミングよりも遅いタイミングでしか燃料への点火が行われない故障）していると判定し、ステップ２４において、点火栓１０が遅角故障している旨を、例えば、警報装置によって表示する。一方、ステップ２３において、Ｔ≦Ｔｒ＋ΔＴであると判別されたときには、点火栓１０は正常に機能していると判定し、ステップ２５において、点火栓１０が正常である旨を、例えば、警報装置によって表示する。
【００６５】
なお、上述では、本発明をＴＣバルブの故障診断に適用した場合を例に、本発明を説明したが、ＴＣバルブ以外に、その作動状態によって正トルク発生期間等に影響を与えるもの（例えば、燃焼室内において、いわゆるスワール（すなわち、シリンダボア壁に沿ってピストンに向かって流れ、その後、ピストン上壁面に沿ってシリンダボア壁に向かって流れ、その後、シリンダボア壁に沿ってシリンダヘッドに向かって流れる旋回流）を形成するもの）の故障を診断する場合にも本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明が適用される内燃機関の全体図である。
【図２】図１に示した内燃機関の吸気ポートを示す図である。
【図３】正トルク発生期間を利用してＴＣバルブの故障診断を行う例を説明するための図である。
【図４】正トルク消滅期間を利用してＴＣバルブの故障診断を行う例を説明するための図である。
【図５】正トルク生成期間を利用してＴＣバルブの故障診断を行う例を説明するための図である。
【図６】ＴＣバルブ故障診断を実行するルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図７】点火栓故障診断を実行するルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１…機関本体
５…燃焼室
６…吸気弁
７，７ａ，７ｂ…吸気ポート
１０…点火栓
１１…燃料噴射弁
５３…タンブルコントロールバルブ
【図１】
2006077637.tif 000003
【図２】
2006077637.tif 000004
【図３】
2006077637.tif 000005
【図４】
2006077637.tif 000006
【図５】
2006077637.tif 000007
【図６】
2006077637.tif 000008
【図７】
2006077637.tif 000009