(57)【要約】【課題】  内燃機関の通気状態を効率良く診断する。【解決手段】  エンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００が通気状態診断処理を実行する。通気状態診断処理では、筒内圧センサ２１１の出力値に基づいてエンジン２００における吸入行程仕事量Ｗｉ及び排気行程仕事量Ｗｏが算出される。吸入行程仕事量Ｗｉ及び排気工程仕事量Ｗｏは、夫々、吸気系及び排気系の通気状態と密接な関係を有し、係る通気状態に異常がある場合には、夫々値が変化する。ＥＣＵ１００は、吸入行程仕事量Ｗｉが上限値よりも大きい場合に吸気管２０６に漏れが発生していると診断し、吸入行程仕事量Ｗｉが下限値未満である場合にはエアフィルタ２０６に閉塞が発生していると診断する。また、排気工程仕事量Ｗｏが基準値よりも大きい場合には、排気管２０９に漏れが発生していると診断する。【選択図】  図１
2006322388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関における気筒内の圧力を特定する特定手段と、
少なくとも前記特定された圧力及び前記特定された圧力に対応する前記気筒の行程容積から、所定種類の動作期間における前記内燃機関の仕事量を算出する算出手段と、
前記算出された仕事量に基づいて、前記内燃機関における前記所定種類の動作期間に対応する部位の通気状態を診断する診断手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項２】
前記動作期間は、前記内燃機関の吸入行程に対応する期間の少なくとも一部を含み、
前記算出手段は、前記仕事量の少なくとも一部として、前記吸入行程に対応する期間の少なくとも一部における前記内燃機関の仕事量である吸入行程仕事量を算出し、
前記診断手段は、前記算出された吸入行程仕事量に基づいて、前記対応する部位の通気状態の少なくとも一部として、前記内燃機関における吸気系の通気状態を診断する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の診断装置。
【請求項３】
前記診断手段は、前記算出された吸入行程仕事量と、予め設定される前記吸入行程仕事量の基準値との比較に基づいて前記吸気系の通気状態を診断する
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の診断装置。
【請求項４】
前記吸入行程仕事量の基準値は、前記内燃機関の通気状態が正常であることを表す単一の定常値からなり、
前記診断手段は、前記算出された吸入行程仕事量が（i）前記定常値よりも大きい場合に前記吸気系に漏れが発生していると判定し、（ii）前記定常値未満である場合に前記吸気系に閉塞が発生していると判定することによって前記吸気系の通気状態を診断する
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の診断装置。
【請求項５】
前記吸入行程仕事量の基準値は、前記吸入行程仕事量の上限値及び該上限値未満の値である前記吸入行程仕事量の下限値を少なくとも含み、
前記診断手段は、前記算出された吸入行程仕事量が（i）前記吸入行程仕事量の上限値よりも大きい場合に前記吸気系に漏れが発生していると判定し、（ii）前記吸入行程仕事量の下限値未満である場合に前記吸気系に閉塞が発生していると判定することによって、前記吸気系の通気状態を診断する
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の診断装置。
【請求項６】
前記動作期間は、前記内燃機関の排気行程に対応する期間の少なくとも一部を含み、
前記算出手段は、前記仕事量の少なくとも一部として、前記排気行程に対応する期間の少なくとも一部における前記内燃機関の仕事量である排気行程仕事量を算出し、
前記診断手段は、前記算出された排気工程仕事量に基づいて、前記対応する部位の通気状態の少なくとも一部として、前記内燃機関における排気系の通気状態を診断する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の診断装置。
【請求項７】
前記診断手段は、前記算出された排気行程仕事量と、予め設定される前記排気行程仕事量の基準値との比較に基づいて前記排気系の通気状態を診断する
ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の診断装置。
【請求項８】
前記診断手段は、前記算出された排気工程仕事量が前記排気工程仕事量の基準値よりも大きい場合に前記排気系に漏れが発生していると判定することによって、前記排気系の通気状態を診断する
ことを特徴とする請求項７に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、内燃機関の通気状態を診断することが可能な、内燃機関の診断装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、吸気系の漏れを検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された内燃機関の吸気系故障検知装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、複数のスロットル開度において吸気圧が検出されると共に、検出された吸気圧が夫々当該スロットル開度毎に定められた基準吸気圧と比較される。この際、スロットル開度が小さい程基準吸気圧との偏差が大きいか否かを判定することによって、吸気系の漏れを検出することが可能であるとされている。
【０００３】
尚、目標吸入空気量と実吸入空気量との偏差に基づいてエアクリーナの目詰まりを検出する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）
また、ガスエンジンにおいて、排気圧力を所定の間隔でサンプリングし、更に係るサンプリング値に基づいてシリンダ毎の排気圧代表値を算出し、その排気圧代表値のばらつきに基づいてエンジンの異常判定を行う技術も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
一方、この種の装置とは別に、筒内圧センサの測定値に基づいて吸気行程損失及び排気行程損失を算出し、損失が最適となるようにバルブタイミングを調整する技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１００４９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１９４５５号公報
【特許文献３】特開平７−２９３３１１号公報
【特許文献４】特開２００４−１００４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内燃機関において吸気系及び排気系のいずれにも漏れが発生する可能性がある。然るに、従来の技術では、吸気系の漏れを検出することが可能であっても、排気系の漏れについては検出することができない。一方で、排気系の漏れを別個に検出しようとすれば、システムの複雑化を招きかねない。即ち、従来の技術には、内燃機関において発生する漏れを効率良く検出することが困難であるという技術的な問題点がある。
【０００７】
本発明は上述して事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の通気状態を効率良く診断することが可能な内燃機関の診断装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明にかかる内燃機関の診断装置は、内燃機関における気筒内の圧力を特定する特定手段と、少なくとも前記特定された圧力及び前記特定された圧力に対応する前記気筒の行程容積から、所定種類の動作期間における前記内燃機関の仕事量を算出する算出手段と、前記算出された仕事量に基づいて、前記内燃機関における前記所定種類の動作期間に対応する部位の通気状態を診断する診断手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明における「内燃機関」とは、燃料の燃焼によって生じるガスを直接利用して作動する機関を包括する概念であり、好適にはガソリン、軽油、ＬＰＧ等を燃料とするエンジンなどを指す。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の診断装置（以下、適宜「診断装置」と称する）によれば、その動作時には、特定手段によって気筒内の圧力（以下、適宜「筒内圧」と称する）が特定される。
【００１１】
ここで、「特定される」とは、例えば、圧力センサなどの検出手段を介して筒内圧が直接的に検出されることの他に、筒内圧を導き得る何らかの物理量が検出されることによって筒内圧が間接的に検出される、例えば推定されることなどを含む概念である。尚、特定手段は、内燃機関の少なくとも一つの気筒における筒内圧を特定することが可能である限りにおいて、その数量は何ら限定されない。
【００１２】
特定手段が筒内圧を特定するタイミングは、如何なる基準に基づいたタイミングであってもよいが、好適には、クランクポジションセンサなどがクランク角を検出するタイミングに同期したタイミングである。この際、クランク角の検出タイミングに同期している限りにおいて、一定の時間間隔毎に訪れるタイミングであっても不定の時間間隔毎に訪れるタイミングであってもよい。
【００１３】
算出手段は、少なくともこの特定された圧力及びこの特定された圧力に対応する行程容積から、所定種類の動作期間における内燃機関の仕事量を算出する。
【００１４】
ここで、「気筒の行程容積」とは、例えば、気筒内壁とピストン上部とによって囲まれた部分の容積を指し、内燃機関の動作過程におけるピストンの変位に応じて変化する容積を包括する概念である。従って、燃焼室の容積が含まれていてもよいし、適宜何らかの補正がなされてもよい。行程容積は、ピストンが往復運動するのに伴って変化する容積であり、気筒毎に、クランク角の値に応じて必然的に決定される容積である。従って、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーションなどに基づいてクランク角と行程容積との対応関係が定められている場合には、クランク角の検出タイミングに同期して筒内圧を特定することによって、筒内圧に対応する行程容積を特定することが簡便にして可能となる。尚、このような対応関係は、例えば、マップなど参照可能な形態で所定の記憶手段に記憶されていてもよい。
【００１５】
筒内圧及び行程容積の相互関係は、例えば縦軸及び横軸に夫々筒内圧及び行程容積を配してなる２次元座標平面上で、１個のプロファイル（ＰＶ線とも称される）として表すことができる。内燃機関の仕事量は、例えば、この２次元座標平面上に表されたプロファイルにおける、係る動作期間に対応する部分（部分プロファイル）、横軸（行程容積を表す軸）並びに係る部分プロファイルの始点及び終点から夫々横軸に引いた垂線によって囲まれた領域の面積として表される。尚、このような事情に鑑みれば、筒内圧は、少なくとも係る部分プロファイルの形状を十分に規定し得る程度の頻度で特定されるのが好ましい。尚、「少なくとも特定された圧力及びこの特定された圧力に対応する行程容積から」とは、これら二つの要素から算出される仕事量に対し、適宜何らかの補正がなされてもよいことを表す概念である。
【００１６】
診断手段は、この算出された仕事量に基づいて、内燃機関において係る動作期間に対応する部位の通気状態を診断する。
【００１７】
ここで、「通気状態」とは、空気、混合気又は燃焼済みガスなど内燃機関におけるガスの流れの状態を包括する概念であり、典型的には、漏れや閉塞などの発生の有無又はそのレベル（度合い）などを指す。
【００１８】
筒内圧は、行程容積と異なり、圧縮、爆発（膨張）、吸入及び排気と言った、内燃機関で繰り返される機械的なサイクルに応じて（必然的に、クランク角に応じて）変化する以外にも、内燃機関の環境条件或いは燃焼条件などによっても変化する。中でも、燃料の爆発は、このような諸条件に対して比較的センシティブであり、燃料性状や気筒内の状態に影響を受け易い。一方で、吸入行程や排気行程に対応する期間では、筒内圧は、クランク角に応じて変化する以外、その値は主として内燃機関の通気状態に支配される。従って、これらの期間では、内燃機関の通気状態が一定ならば、前述したプロファイルは毎回（毎サイクル）等しい又は等しいとみなし得る程度に定まった軌跡を描くことになる。逆に、通気状態が変化した場合には、プロファイルが比較的大きく変化し、内燃機関の仕事量は変化する。従って、算出された仕事量に基づいて通気状態を診断することが可能となるのである。
【００１９】
尚、算出手段が仕事量を算出する頻度は、内燃機関の通気状態を診断可能な限りにおいて何ら限定されない。例えば、内燃機関の毎サイクル毎であってもよいし、適当な時間間隔或いはサイクル間隔を隔てたタイミング毎であってもよい。
【００２０】
尚、通気状態は、算出された仕事量に基づいて診断される限りにおいて、どのような基準に従って診断されてもよい。例えば、通気状態が正常である時の仕事量が予め基準値として与えられ、係る基準値に相当する仕事量と算出された仕事量との比較に基づいて通気状態が診断されてもよい。この場合、係る基準値は、実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどに基づいて設定されていてもよい。また、通気状態は、算出された仕事量に基づいて、その都度何らかのアルゴリズムに従って診断されてもよい。
【００２１】
尚、「所定種類の動作期間」とは、内燃機関において規定される各行程、例えば、吸入行程、圧縮行程、爆発（膨張）行程及び排気行程又はそれらと等価な概念を有する行程などの少なくとも一部に対応する期間のうち、上述した理由によって内燃機関の通気状態を診断することが可能な期間を包括する概念である。別言すれば、筒内圧を変動させる要因として、内燃機関の通気状態が支配的となる期間を包括する概念である。このような期間は、例えば、吸入行程又は排気行程に対応する期間の少なくとも一部であってもよい。尚、係る動作期間は、必ずしも内燃機関の一の行程内で規定される期間でなくてよい。
【００２２】
また、係る動作期間に対応する部位とは、係る部位の通気状態が変化することによって、係る動作期間の仕事量を変化させ得る内燃機関の部位を表す概念であり、例えば、吸気行程に対応する期間における仕事量は、吸気系の通気状態に影響を受けるから、この場合、対応する部位とは、内燃機関の吸気系の少なくとも一部であってもよい。このような対応関係は、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどによって設定されていてもよい。
【００２３】
尚、「通気状態を診断する」とは、係る通気状態が正常或いは正常とみなし得る程度の状態であるか否かを判定することを少なくとも含む概念であり、係る概念が担保される限りにおいて、単に正常か否かの判定に留まらず、より精細に、例えば多段階に通気状態が判定されてもよい。尚、通気状態が正常ではない場合とは、典型的には内燃機関における、ある部位に漏れや閉塞が発生していることなどを指すが、その他、何らかの異常が発生している場合であってもよい。
【００２４】
また、算出された仕事量の値から更に他の物理量を導き得る場合には、係る他の物理量に基づいて通気状態の診断がなされてもよい。このような場合であっても、算出された値に基づいて診断が行われる範疇である。例えば、係る物理量は、算出された仕事量を気筒容積で除算した値であってもよい。尚、気筒容積とは、前述した行程容積とは異なり、気筒の最大容積、即ち、気筒毎に一意に定まる定数である。この場合、算出された値は、単に定数で除算されただけであるから、診断の基準が仕事量の次元から圧力の次元に変化するだけであって、診断の精度には何ら影響を与えない。
【００２５】
尚、内燃機関の単位時間当たりの回転数が変化する場合、吸気量が増加するため、筒内圧と行程容積との対応関係（即ち、前述したプロファイル）は変化する。また、例えば、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）などバルブタイミングを可変に制御しうる機構によって、吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングが変更される場合にも、係るプロファイルは変化する。従って、何らかの基準値との比較に基づいて診断を行う場合であっても、何らかのアルゴリズムに従って診断を行う場合であっても、このような通気状態以外に起因するプロファイルの変化が何らかの手法によりキャンセルされることが好ましい。例えば、基準値をエンジン回転数やバルブタイミングなどに応じて予め複数設定しておいてもよい。
【００２６】
このように、本発明に係る内燃機関の診断装置によれば、内燃機関の仕事量に基づいて内燃機関の通気状態を診断することができる。この際、仕事量を算出する動作期間を適宜設定するだけで、複数部位の通気状態を診断することが簡便にして可能となる。即ち、効率的に内燃機関の通気状態を診断することが可能となるのである。
【００２７】
本発明に係る内燃機関の診断装置の一の態様では、前記動作期間は、前記内燃機関の吸入行程に対応する期間の少なくとも一部を含み、前記算出手段は、前記仕事量の少なくとも一部として、前記吸入行程に対応する期間の少なくとも一部における前記内燃機関の仕事量である吸入行程仕事量を算出し、前記診断手段は、前記算出された吸入行程仕事量に基づいて、前記対応する部位の通気状態の少なくとも一部として、前記内燃機関における吸気系の通気状態を診断する。
【００２８】
この態様によれば、吸入行程に対応する期間の少なくとも一部における内燃機関の仕事量である吸入行程仕事量に基づいて吸気系の通気状態が診断される。吸入行程仕事量は、吸気系の通気状態に大きな影響を受けるから、この場合、吸気系の通気状態を比較的精細に診断することが可能となる。
【００２９】
ここで、「吸入行程」とは、内燃機関において空気、燃料又はそれらの混合気などを吸入する行程を指し、吸入工程に対応する期間とは、典型的には吸気バルブ（インテークバルブ）が開いたタイミングから圧縮行程が開始されるタイミング（或いは、吸気バルブが閉じたタイミング）までの期間を指す。尚、バルブの開閉タイミングがクランク角に基づいて制御される場合には、クランク角の検出値によってバルブの開閉タイミングが代替的に規定されてもよい。尚、吸入行程に対応する期間とは、これに限定されず、例えば、厳密にバルブの開閉タイミングによって規定されなくてもよい。例えば、吸入行程に対応する期間とは、内燃機関においてピストンが上死点から下死点に到達するまでの期間であってもよい。
【００３０】
また、「吸気系」とは、内燃機関において空気、燃料又はそれらの混合気などの吸入に関係する部分を包括する概念であり、例えば、吸気管（インテークマニホールド）やエアフィルタなどを指す。
【００３１】
吸気系の通気状態に異常がある場合、例えば、吸気管に漏れがあったり、エアフィルタに閉塞があったりした場合、吸入行程において吸入されるべきガス（例えば、空気）の量が変化するため、筒内圧が変化する。例えば、吸気管に漏れがあれば、漏れ箇所からの空気の流入によって、筒内圧が上昇する。或いは、エアフィルタに閉塞があれば、吸気量が不足したままピストンが下降するために筒内圧が減少する。それに応じて吸入工程仕事量も増減する。従って、この吸入行程仕事量の変化に基づいて、吸気系の通気状態を診断することが可能となるのである。
【００３２】
尚、この態様では、前記診断手段は、前記算出された吸入行程仕事量と、予め設定される前記吸入行程仕事量の基準値との比較に基づいて前記吸気系の通気状態を診断してもよい。
【００３３】
この態様によれば、予め吸入行程仕事量の基準値が設定されているため、比較的迅速且つ正確に吸気系の通気状態が診断される。
【００３４】
ここで、吸入行程仕事量の基準値とは、吸気系の通気状態を診断可能である限りにおいて、どのような値であってもよい。例えば、基準値は、前述した如く通気状態が正常である場合の吸入行程仕事量であってもよい。この場合、吸入行程仕事量の算出値が係る正常な場合の仕事量よりも大きい或いは小さいなどの判断に基づいて通気状態の診断がなされてもよい。また、基準値は、このように通気状態が正常である場合の仕事量に一定のマージンを付与した値であってもよい。尚、この場合、マージンを正負両側に付与することによって、正常な通気状態であると診断し得る仕事量が帯域として規定されてもよい。
【００３５】
尚、係る基準値の数は吸気系の通気状態を診断可能な限りにおいて何ら限定されない。例えば、基準値が１個である場合、基準値を閾値として扱うことによって、吸気系の通気状態が正常であるか否かの二値的な診断が行われてもよい。また、例えば、吸入行程仕事量に対する割合（比率）などに応じて複数の基準値が設けられ、吸気系の通気状態が多段階に診断されてもよい。尚、この基準値は、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーションなどに基づいて定められていてもよい。
【００３６】
また、既に述べたように、吸入行程に対応する期間は、典型的には吸気バルブの開閉のタイミングによって規定されるから、係るバルブタイミングが変化した場合には、基準値が適切でなくなる可能性がある。また、エンジン回転数が変化する場合には、吸入空気量及び燃料噴射量が変化し得るから、基準値がやはり適切でなくなる可能性がある。このような内燃機関の動作状態が変化した場合に備え、基準値は、予め内燃機関の動作状態に対応付けられる形で複数設定されていてもよい。また、基準値は、内燃機関の動作状態に応じて適宜補正されてもよい。
【００３７】
尚、更にこの態様では、前記吸入行程仕事量の基準値は、前記内燃機関の通気状態が正常であることを表す単一の定常値からなり、前記診断手段は、前記算出された吸入行程仕事量が（i）前記定常値よりも大きい場合に前記吸気系に漏れが発生していると判定し、（ii）前記定常値未満である場合に前記吸気系に閉塞が発生していると判定することによって前記吸気系の通気状態を診断してもよい。
【００３８】
吸入行程仕事量は、既に述べたように、内燃機関の動作条件を別にして、通気状態に異常が無ければ、常に一定となり得る値である。ここで述べられる「定常値」とは、このような通気状態が正常であることを表す単一の値を指す。
【００３９】
吸気系に漏れがある場合、漏れ箇所からの空気の流入によって筒内圧が上昇し、また、吸気系に閉塞がある場合には、吸気量が不足したままピストンが下降するために筒内圧が減少する。従って、吸入行程仕事量は、吸気系に漏れがある場合には定常値よりも増加し、吸気系に閉塞がある場合には定常値よりも減少する。従って、このように定常値との比較に基づいて極めて簡便に吸気系の通気状態を診断することが可能である。
【００４０】
また、基準値との比較を行う態様では、前記吸入行程仕事量の基準値は、前記吸入行程仕事量の上限値及び該上限値未満の値である前記吸入行程仕事量の下限値を少なくとも含み、前記診断手段は、前記算出された吸入行程仕事量が（i）前記吸入行程仕事量の上限値よりも大きい場合に前記吸気系に漏れが発生していると判定し、（ii）前記吸入行程仕事量の下限値未満である場合に前記吸気系に閉塞が発生していると判定することによって、前記吸気系の通気状態を診断してもよい。
【００４１】
吸入行程仕事量は、上述の如く通気状態に異常が無ければ単一の値を採り得るが、実用的には、通気状態が正常であるとみなし得る値は、ある程度の帯域に収まっていればよい場合が多い。この態様によれば、基準値が、このような通気状態が正常であるとみなし得る吸入行程仕事量の帯域を規定するものとして少なくとも上限値と下限値とを含む。この上限値よりも大きい場合に吸気系に漏れが発生していると診断し、下限値未満である場合に吸気系に閉塞が発生していると診断することにより、実用上好適に内燃機関の通気状態を診断することができる。尚、上限値及び下限値は、夫々、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどに基づいて適切な帯域を与え得るように設定されていてもよい。
【００４２】
本発明に係る内燃機関の診断装置の他の態様では、前記動作期間は、前記内燃機関の排気行程に対応する排気期間の少なくとも一部を含み、前記算出手段は、前記仕事量の少なくとも一部として、前記排気行程に対応する期間の少なくとも一部における前記内燃機関の仕事量である排気行程仕事量を算出し、前記診断手段は、前記算出された排気工程仕事量に基づいて、前記対応する部位の通気状態の少なくとも一部として、前記内燃機関における排気系の通気状態を診断する。
【００４３】
この態様によれば、排気行程に対応する期間の少なくとも一部における内燃機関の仕事量である排気行程仕事量に基づいて排気系の通気状態が診断される。排気行程仕事量は、排気系の通気状態に大きな影響を受けるから、この場合、排気系の通気状態を比較的精細に診断することが可能となる。
【００４４】
ここで、「排気行程」とは、内燃機関において燃焼済みのガス又は未燃焼の混合気などを排気する行程を指し、排気工程に対応する期間とは、典型的には排気バルブ（エキゾーストバルブ）が開いたタイミングから閉じるタイミングまでの期間を指す。尚、バルブの開閉タイミングがクランク角に基づいて制御される場合には、クランク角の検出値によってバルブの開閉タイミングが代替的に規定されてもよい。尚、排気行程に対応する期間とは、これに限定されず、例えば、厳密にバルブの開閉タイミングによって規定されなくてもよい。例えば、排気工程に対応する期間とは、内燃機関においてピストンが下死点から上死点に到達するまでの期間であってもよい。
【００４５】
また、「排気系」とは、内燃機関において燃焼済みのガス、或いは未燃焼の混合気などの排気に関係する部分を包括する概念であり、例えば、排気管（エキゾーストマニホールド）などを指す。
【００４６】
排気系の通気状態に異常がある場合、例えば、排気管に漏れがある場合、排気行程において排気されるガスの量が増加するため、排気行程初期段階における筒内圧のオーバーシュート量が減少する。それに応じて内燃機関の仕事量が変化するため、排気系の通気状態を診断することが可能となる。
【００４７】
尚、この態様では、前記診断手段は、前記算出された排気行程仕事量と、予め設定される前記排気行程仕事量の基準値との比較に基づいて前記排気系の通気状態を診断してもよい。
【００４８】
この態様によれば、予め排気行程仕事量の基準値が設定されているため、比較的迅速且つ正確に排気系の通気状態が診断される。
【００４９】
ここで、排気行程仕事量の基準値とは、排気系の通気状態を診断可能である限りにおいて、どのような値であってもよい。例えば、基準値は、通気状態が正常である場合の排気行程仕事量であってもよい。この場合、排気行程仕事量の算出値が係る正常な場合の仕事量よりも大きい或いは小さいなどの判断に基づいて排気状態の診断がなされてもよい。また、基準値は、このように通気状態が正常である場合の仕事量に一定のマージンを付与した値であってもよい。尚、この場合、マージンを正負両側に付与することによって、正常な通気状態であると診断し得る仕事量が帯域として規定されてもよい。
【００５０】
尚、係る基準値の数は排気系の通気状態を診断可能な限りにおいて何ら限定されない。例えば、基準値が１個である場合、基準値を閾値として扱うことによって、排気系の通気状態が正常であるか否かの二値的な診断が行われてもよい。また、例えば、排気行程仕事量に対する割合（比率）などに応じて複数の基準値が設けられ、排気系の通気状態が多段階に診断されてもよい。尚、この基準値は、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーションなどに基づいて定められていてもよい。
【００５１】
また、既に述べたように、排気行程に対応する期間は、典型的には排気バルブの開閉のタイミングによって規定されるから、係るバルブタイミングが変化した場合には、基準値が適切でなくなる可能性がある。このような内燃機関の動作状態が変化した場合に備え、基準値は、予め内燃機関の動作状態に対応付けられる形で複数設定されていてもよい。また、基準値は、内燃機関の動作状態に応じて適宜補正されてもよい。
【００５２】
尚、更にこの態様では、前記診断手段は、前記算出された排気工程仕事量が前記排気工程仕事量の基準値よりも大きい場合に前記排気系に漏れが発生していると判定することによって、前記排気系の通気状態を診断してもよい。
【００５３】
排気行程は、大気圧に近い排気系に燃焼ガスを排気する行程であるから、筒内圧は定常的には大気圧に近似される。従って、排気系に漏れがあったとしても、定常的な期間について算出される排気工程仕事量には十分な差異が生じない場合が多い。但し、排気系に漏れが生じている場合、単位時間に排気される燃焼済みガスの量は、漏れの無い場合よりも多いから、排気行程初期における筒内圧のオーバーシュート量は相対的に小さくなり易い。従って、例えば、排気工程全体、或いは排気工程初期について算出される排気仕事量は、漏れがある場合の方が大きくなり易い。従って、このように算出された排気行程仕事量と基準値との大小関係に基づいて排気系における漏れの有無を判断することが可能となる。
【００５４】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態により明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００５６】
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の実施形態に係るエンジンシステムの構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の模式図である。
【００５７】
図１において、エンジンシステム１０は、ＥＣＵ（Electronic Controlling Unit）１００及びエンジン２００を備える。
【００５８】
ＥＣＵ１００は、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えると共にエンジン２００の動作を制御することが可能な制御ユニットである。また、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって、後述する通気状態診断処理を実行することが可能に構成された、本発明に係る「内燃機関の診断装置」の一例である。
【００５９】
エンジン２００は、シリンダ２０１（即ち、本発明に係る「気筒」の一例）内において点火プラグ２０２により混合気を爆発させると共に、爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクションロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成された、本発明に係る「内燃機関」の一例である。以下に、エンジン２００の要部構成をその動作と共に説明する。尚、図１は、エンジン２００は、シリンダ２０１を複数有する多気筒エンジンであるが、説明の簡略化のため、図１では一のシリンダ２０１のみが示されている。
【００６０】
シリンダ２０１内における燃料の燃焼に際し、外部から吸入された空気は吸気管２０６を通過し、インジェクタ２０７から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。インジェクタ２０７には、図示せぬ燃料タンクから燃料（例えば、ガソリン）が供給されており、インジェクタ２０７は、この供給される燃料を、ＥＣＵ１００の制御に従って吸気管２０６内に噴射することが可能に構成されている。
【００６１】
シリンダ２０１内部と吸気管２０６とは、吸気バルブ２０８の開閉によって連通状態が制御されている。シリンダ２０１内部で燃焼した混合気は排気ガスとなり吸気バルブ２０８の開閉に連動して開閉する排気バルブ２０９を通過して排気管２１０を介して排気される。排気管２１０は、本発明に係る「排気系」の一例である。
【００６２】
また、シリンダ２０１には、シリンダ２０１の筒内圧（燃焼圧）を検出するための筒内圧センサ２１１が設置されており、その検出用の端子がシリンダ２０１内に露出している。
【００６３】
吸気管２０６上には、エアフィルタ２１２が配設されており、外部から吸入される空気が浄化された後に吸気管２０６に供給されている。エアフィルタ２１２の下流側（シリンダ側）には、シリンダ２０１内部への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２１３が配設されている。このスロットルバルブ２１４は、スロットルバルブモータ２１４によって駆動される。尚、エアフィルタ２１２及び吸気管２０６は、本発明に係る「吸気系」の一例である。
【００６４】
クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の位置を検出するクランクポジションセンサ２１５が設置されている。クランクポジションセンサ２１５によって検出されるクランク角に基づいて、ＥＣＵ１００は、シリンダ２０１内部におけるピストン２０３の位置、及びエンジン２００の回転数などを取得することが可能に構成されている。
【００６５】
排気管２１０には、三元触媒２１６が設置されている。三元触媒２１６は、エンジン２００から排出されるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化することが可能な触媒である。
【００６６】
＜実施形態の動作＞
上記構成を有するエンジン２００において、例えば、吸気管２０６や排気管２１０などに漏れや閉塞などの通気異常が発生すると、エンジン２００の性能が低下する。そこで、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納されるプログラムに従って、通気状態診断処理を実行することが可能に構成されている。ここで、図２を参照して、通気状態診断処理の詳細について説明する。ここに、図２は、通気状態診断処理のフローチャートである。
【００６７】
図２において、ＥＣＵ１００は、吸入行程におけるエンジン２００の仕事量（即ち、本発明に係る「吸入行程仕事量」の一例）Ｗｉを算出する（ステップＡ１１）と共に、それと並行して排気行程におけるエンジン２００の仕事量（即ち、本発明に係る「排気行程仕事量」の一例）Ｗｏを算出する（ステップＡ１６）。尚、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２１５がクランク角を検出するタイミング毎に、筒内圧センサ２１１によって検出されるシリンダ２０１の筒内圧を取得している。即ち、シリンダ２０１の筒内圧は、クランク角の検出タイミングに同期する形で特定されている。尚、筒内圧の値は、吸入行程仕事量Ｗｉ及び排気工程仕事量Ｗｏの算出を可能とする程度の個数がＲＡＭにバッファリングされている。
【００６８】
ここで、図３を参照して、吸入行程仕事量Ｗｉについて説明する。ここに、図３は、吸気行程仕事量Ｗｉを説明するためのエンジン２００のＰＶ線図である。尚、図３は、エンジン２００における、主として吸気行程及び排気工程について示したものであり、圧縮工程及び爆発（膨張）工程の一部については図示が省略されている。
【００６９】
図３において、縦軸及び横軸には、夫々筒内圧センサ２１１によって検出されるシリンダ２０１の筒内圧及びシリンダ２０１の行程容積が表される。ここで、シリンダ２０１の行程容積とは、シリンダ２０１の内壁と、ピストン２０３の上面部分とによって囲まれる部分の容積である。
【００７０】
図３において、エンジン２００における筒内圧と行程容積との関係は、プロファイルＰｒ０として表される。プロファイルＰｒ０から明らかなように、行程容積は、エンジン２００の動作期間中、絶えず変化しており、例えば、ピストン２０３が上死点にある時に最も小さく（燃焼室の容積に相当する）、下死点にある時に最も大きくなる。尚、行程容積は、クランク角によって必然的に決定される。ＥＣＵ１００は、予めＲＯＭ内にクランク角と行程容積とを対応付けたマップを格納しており、クランク角に対応する行程容積を常に参照可能に構成されている。
【００７１】
吸入行程仕事量Ｗｉは、このプロファイルＰｒ０において、エンジン２００の吸入行程に対応する部分（部分プロファイル）、横軸並びに係る部分プロファイルの始点及び終点から夫々横軸に下ろした垂線によって囲まれる部分の面積（図示斜線部）に相当する。
【００７２】
ここで、エンジン２００の吸入行程に対応する期間は、クランクポジションセンサ２１５によって検出されるクランク角に対応付けて規定されており、クランク角が、吸気バルブ２０８の開きタイミングを規定するクランク角θｉｎ＿ｓｔから圧縮行程の開始タイミングを規定するクランク角（即ち、下死点に対応するクランク角）θｃｐ＿ｓｔとなるまでの期間に設定されている。
【００７３】
ＥＣＵ１００は、ステップＡ１１において、下記（１）式に基づいた演算を実行し、吸入行程仕事量Ｗｉを算出している。
【００７４】
Σ｛Ｐ（θ＋Δθ）＋Ｐ（θ）｝／２・{Ｖ（θ＋Δθ）−Ｖ（θ）}・・・（１）
ここで、Ｐ（θ）は筒内圧、Ｖ（θ）は行程容積を表す。また、吸入行程仕事量Ｗｉは、（１）式において、クランク角θの範囲を、θｉｎ＿ｓｔ≦θ＜θｃｐ＿ｓｔとした場合の仕事量である。このようにして算出された吸入行程仕事量Ｗｉの値は、ＥＣＵ１００におけるＲＡＭなどに一時的に格納される。
【００７５】
次に、図４を参照して、排気行程仕事量Ｗｏについて説明する。ここに、図４は、排気工程仕事量Ｗｏを説明するためのエンジン２００のＰＶ線図である。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
図４において、排気行程仕事量Ｗｏは、プロファイルＰｒ０において、エンジン２００の排気行程に対応する部分（部分プロファイル）、横軸並びに係る部分プロファイルの始点及び終点から夫々横軸に下ろした垂線によって囲まれる部分の面積（図示斜線部）に相当する。
【００７７】
ここで、エンジン２００の排気行程に対応する期間は、クランクポジションセンサ２１５によって検出されるクランク角に対応付けて規定されており、クランク角が、排気バルブ２０９の開きタイミングを規定するクランク角θｅｘ＿ｓｔから排気バルブの閉じタイミングを規定するクランク角θｅｘ＿ｅｎｄとなるまでの期間に設定されている。
【００７８】
ＥＣＵ１００は、ステップＡ１６において、吸入行程仕事量Ｗｉと同様に、上記（１）式に基づいた演算を実行して、排気行程仕事量Ｗｏを算出している。但し、吸入行程仕事量Ｗｉと異なり、クランク角θの範囲は、θｅｘ＿ｓｔ≦θ＜θｅｘ＿ｅｎｄである。このようにして算出された排気行程仕事量Ｗｏの値は、ＥＣＵ１００におけるＲＡＭなどに一時的に格納される。
【００７９】
図２に戻り、吸入行程仕事量Ｗｉを算出すると、ＥＣＵ１００は、算出された吸入行程仕事量Ｗｉが予め設定される上限値Ｗｉｔｈu（即ち、本発明に係る「吸入行程仕事量の上限値」の一例）よりも大きいか否かを判別する（ステップＡ１２）。尚、上限値Ｗｉｔｈｕは、ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納されている。
【００８０】
ここで、図５を参照して、エンジン２００の筒内圧の詳細について説明する。ここに、図５は、通気状態の影響を説明するためのエンジン２００のＰＶ線図である。同図において、図３及び図４と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図５において、プロファイルＰｒ０において吸入行程に対応する部分プロファイルは、エンジン２００の動作条件（エンジン回転数、吸入空気量、燃料噴射量、又は吸排気バルブ開閉タイミングなど）が変化しない限り、吸気系（吸気管２０６又はエアフィルタ２１２など）の通気状態に主たる影響を受ける。別言すれば、吸気系の通気状態に異常が無いならば、この部分プロファイルは、毎回（毎行程）ほぼ等しい値を採ることとなる。
【００８２】
一方、吸気系の通気状態に異常がある場合、例えば、吸気系に漏れがある場合には、吸入行程で吸入される空気量が増加するため、吸入行程における筒内圧は相対的に増加する。例えば、行程容積Ｖ０における筒内圧を比較すると、プロファイルＰｒ０（即ち、正常な状態）における筒内圧はＰ２であり、吸気系に漏れがある場合（図示、プロファイルＰｒ１）における筒内圧はＰ１（Ｐ１＞Ｐ２）に、また、吸気系に閉塞がある場合（図示、プロファイルＰｒ２）における筒内圧はＰ３（Ｐ３＜Ｐ２）となる。
【００８３】
一方、既に述べた如く、行程容積はクランク角によって必然的に決定されるから、結局、吸入行程仕事量Ｗｉは、通気状態が正常である場合の値と比較して、吸気系に漏れがある場合（本実施形態では、吸気管２０６に漏れがある場合とする）には相対的に大きくなり（図示、斜線部分参照）、吸気系に閉塞がある場合（本実施形態では、エアフィルタ２１２に閉塞がある場合とする）には相対的に小さくなる（図示、網掛け部分参照）。上限値Ｗｉｔｈｕは、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどに基づいて、吸気系に漏れが発生していると診断し得る程度の値に設定されている。
【００８４】
図２に戻り、吸入行程仕事量Ｗｉが上限値Ｗｉｔｈｕよりも大きい場合（ステップＡ１２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、吸気管２０６に漏れが発生している旨を通知する（ステップＡ１３）。係る通知は、例えば、エンジンシステム１０を備える車両の室内に設けられたインジケータなどを介して行われる。通知が行われると、ＥＣＵ１００は、処理を再びステップＡ１１に移行させ、一連の処理を繰り返す。
【００８５】
一方、吸入行程仕事量Ｗｉが下限値Ｗｉｔｈｕ以下である場合（ステップＡ１２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、算出された吸入行程仕事量Ｗｉが予め設定される下限値Ｗｉｔｈｌ（即ち、本発明に係る「吸入行程仕事量の下限値」の一例）未満であるか否かを判別する（ステップＡ１４）。尚、下限値Ｗｉｔｈｌは、ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納されている。上述した通り、吸入行程仕事量Ｗｉは、エアフィルタ２１２に閉塞が発生している場合、そのような閉塞が無い場合と比較して相対的に小さくなる。下限値Ｗｉｔｈｌは、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどに基づいて、吸気系に閉塞が発生していると診断し得る程度の値に設定されている。
【００８６】
ＥＣＵ１００は、算出された吸入行程仕事量Ｗｉが下限値Ｗｉｔｈｌ未満である場合（ステップＡ１４：ＹＥＳ）、エアフィルタ２１２に閉塞が発生している旨を通知する（ステップＡ１５）。係る通知は、例えば、エンジンシステム１０を備える車両の室内に設けられたインジケータなどを介して行われる。一方で、算出された吸入行程仕事量Ｗｉが下限値以上である場合（ステップＡ１４：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理を再びステップＡ１１に移行し、吸入行程仕事量Ｗｉの監視を継続する。即ち、本実施形態では、算出された吸入行程仕事量Ｗｉが、下限値以上上限値以下である範囲内である場合には、吸気系の通気状態が正常であると診断される。尚、ここでは、通気状態を診断するに際して上限値及び下限値が設定されているが、吸気系に異常がない場合に、エンジン２００がＰＶ線図上で描くプロファイルが一定（プロファイルＰｒ０）であることに鑑みれば、通気状態を診断するための基準値として、このプロファイルＰｒ０における吸入行程仕事量（即ち、本発明に係る「定常値」の一例）が与えられていてもよい。
【００８７】
一方、ステップＡ１６において排気行程仕事量Ｗｏを算出すると、ＥＣＵ１００は、算出された排気行程仕事量Ｗｏが予め設定される基準値Ｗｏｔｈu（即ち、本発明に係る「排気行程仕事量の基準値」の一例）よりも大きいか否かを判別する（ステップＡ１７）。尚、基準値Ｗｏｔｈｕは、ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納されている。
【００８８】
ここで、図５において、プロファイルＰｒ０の排気行程に対応する部分プロファイルは、エンジン２００の動作条件（エンジン回転数や排気バルブ開閉タイミングなど）が変化しない限り、排気系（排気管２１０など）の通気状態に主たる影響を受ける。別言すれば、排気系の通気状態に異常が無いなら、この部分プロファイルは、毎回（毎行程）ほぼ等しい値を採ることとなる。
【００８９】
一方、排気系の通気状態に異常がある場合、例えば、排気系に漏れがある場合、過渡的には、筒内圧は大気圧Ｐ０に近付くため影響は少ないが、単位時間当たりの排気量が増加するため、排気行程初期段階（排気バルブの開き始め）におけるオーバーシュート量は減少する（プロファイルＰｒ３参照）。
【００９０】
従って、排気系に漏れがある場合、排気行程仕事量Ｗｏは、通気状態が正常である場合の値と比較して相対的に大きくなる（図示斜線部分参照）。基準値Ｗｏｔｈｕは、予め実験的に、経験的に、或いはシミュレーションなどに基づいて、プロファイルＰｒ０における排気工程仕事量或いはそれに対し排気系の通気状態が正常であると考え得る程度にマージンを付与した値に設定されている。
【００９１】
再び、図２に戻り、排気行程仕事量Ｗｏが基準値Ｗｏｔｈｕよりも大きい場合（ステップＡ１７：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、排気管２１０に漏れが発生している旨を通知する（ステップＡ１８）。係る通知は、例えば、エンジンシステム１０を備える車両の室内に設けられたインジケータなどを介して行われる。通知が行われると、ＥＣＵ１００は、処理を再びステップＡ１６に戻し、一連の処理を繰り返す。一方、排気行程仕事量Ｗｏが基準値Ｗｏｔｈｕ以下である場合（ステップＡ１７：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、そのまま処理をステップＡ１６に戻し、排気行程仕事量Ｗｏの監視を継続する。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態に係るエンジンシステム１０によれば、ＥＣＵ１００が通気状態診断処理を実行することによって、エンジン２００の吸気系及び排気系の通気状態を診断することができる。この際、ＥＣＵ１００は、エンジン２００のクランク角検出タイミング毎に筒内圧センサ２１１によって検出される筒内圧に基づいて、吸入行程仕事量Ｗｉ及び排気行程仕事量Ｗｏを算出し、これら仕事量に基づいて通気状態を診断することができる。即ち、エンジン２００の通気状態を効率良く診断することが可能なのである。
【００９３】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の診断装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵが実行する通気状態診断処理のフローチャートである。
【図３】図２の通気状態診断処理において算出される吸入行程仕事量を説明するためのエンジンのＰＶ線図である。
【図４】図２の通気状態診断処理において算出される排気工程仕事量を説明するためのエンジンのＰＶ線図である。
【図５】通気状態の影響を説明するためのエンジンのＰＶ線図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０６…吸気管、２０８…吸気バルブ、２０９…排気バルブ、０２１…排気管、２１１…筒内圧センサ、２１２…エアフィルタ。
【図１】
2006322388.tif 000003
【図２】
2006322388.tif 000004
【図３】
2006322388.tif 000005
【図４】
2006322388.tif 000006
【図５】
2006322388.tif 000007