(57)【要約】    【課題】複数のスロットルバルブのいずれかに異常がある場合でも、減速ショックや加速不良を防止し、良好な運転性を維持できる内燃機関の吸気装置を提供する。    【解決手段】内燃機関の吸気コレクタ７の吸気上流側を第１吸気通路９ａ、第２吸気通路９ｂの２つに分岐し、該第１、第２吸気通路９ａ，９ｂのそれぞれにスロットルバルブ１５ａ，１５ｂを介装する。Ｃ／Ｕ１９は、スロットルバルブ１５ａ,１５ｂの異常の有無を判定し、いずれか一方に異常がある場合には、当該異常があるスロットルバルブの開度に基づいて、他方の正常なスロットルバルブの開度を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気コレクタの吸気上流側が複数に分岐された吸気通路と、
前記複数に分岐された吸気通路のそれぞれに設けられ、通路断面積を変化させることで吸気流量を変化させる吸気流量可変機構と、
前記吸気流量可変機構の動作状態を検出する動作状態検出手段と、
前記吸気流量可変機構の異常の有無を判定する異常判定手段と、
前記吸気流量可変機構のいずれかに異常があると判定したときに、その異常がある吸気流量可変機構の動作状態に基づいて、正常な吸気流量可変機構の動作状態を制御する異常判定時制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
機関の運転状態に基づいて目標吸気流量を設定する目標吸気流量設定手段を備え、
前記異常判定時制御手段は、前記目標吸気流量が得られるように前記正常な吸気流量可変機構の動作状態を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
前記異常判定時制御手段は、
前記目標吸気流量相当の吸気通路の総通路断面積を算出し、
前記異常がある吸気流量可変機構の動作状態に基づいて、当該異常がある吸気流量可変機構が配置された吸気通路の異常時通路断面積を算出し、
前記総通路断面積から前記異常時通路断面積を減算して目標通路断面積とし、
前記正常な吸気流量可変機構が配置された吸気通路の総通路断面積が前記目標通路断面積となるように、前記正常な吸気流量可変機構の動作状態を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
前記異常判定時制御手段は、前記異常がある吸気流量可変機構を所定の動作状態とした上で、前記正常な吸気流量可変機構の動作状態を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の吸気流量可変機構を用いて機関吸気流量を制御する内燃機関の吸気装置に関し、特に、吸気コレクタの吸気上流側が複数の吸気通路に分岐され、この複数の吸気通路のそれぞれに吸気流量可変機構を有する内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の吸気流量可変機構を用いて機関吸気流量を制御するものとしては、特許文献１に記載の装置がある。この装置は、複数の気筒グループ毎に独立したスロットルバルブを設け、一部のスロットルバルブが故障したときは当該一部のスロットルバルブを閉側に制御すると共に、機関としては目標トルクとなるように残りのスロットルバルブを開側に制御することで運転者の予期しない減速ショックを防止しようとしている。
【特許文献１】特開平９−１９５８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の装置において、故障したスロットルバルブが設けられた気筒グループのトルク低下分を正常なスロットルバルブが設けられた気筒グループで補うことは実際には困難である場合が多い。例えば、略等しい２つの気筒グループがあり、その一方の気筒グループのスロットバルブが故障した場合には、他方の気筒グループで補えるトルクは、せいぜい最大の５０％程度である。
【０００４】
また、かりに前記トルク低下分を補えたとしても、故障した側の気筒グループへの吸気はほとんどなく、気筒グループ毎のトルクばらつきによって回転変動が生じて運転性が悪化してしまうおそれもある。
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、複数の吸気流量可変機構のいずれかに異常がある場合であっても、減速ショックや加速不良の発生を防止し、良好な運転性を維持できる内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、内燃機関の吸気装置であって、吸気コレクタの吸気上流側が複数に分岐された吸気通路と、前記複数に分岐された吸気通路のそれぞれに設けられ、通路断面積を変化させることで吸気流量を変化させる吸気流量可変機構と、該吸気流量可変機構の動作状態を検出する動作状態検出手段と、前記吸気流量可変機構の異常の有無を判定する故障判定手段と、前記吸気流量可変機構のいずれかに異常があると判定したときに、その異常がある吸気流量可変機構の動作状態に基づいて、正常な吸気流量可変機構の動作状態を制御する故障時制御手段と、を備える構成とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、吸気コレクタの上流側を複数の吸気通路に分岐することで最大出力の向上を図りつつ、複数の吸気通路のそれぞれに設けられた吸気流量可変機構のいずれかに異常がある（故障した）場合であっても、その動作状態に基づいて他の正常な吸気流量可変機構の動作状態を制御するので、吸気流量（機関トルク）の変動（減少）を抑制して減速ショックや加速不良等を防止できる。しかも、吸気は、吸気コレクタにおいて合流した後に各気筒に分配される構成であるので、異常がある吸気流量可変機構による吸気流量の不足分を補うように正常な吸気流量可変機構の動作状態を制御しても、気筒グループ毎等で吸気流量（トルク）のばらつきを招くことがなく、運転性の悪化を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１は、内燃機関としてのＶ型６気筒エンジンの吸気装置の概略構成を示している。
図１において、Ｖ型６気筒エンジン１の左右バンク３Ｌ，３Ｒには、それぞれ吸気マニホールド５Ｌ，５Ｒが接続されており、吸気マニホールド５Ｌ，５Ｒの吸気上流側は吸気コレクタ７に接続されている。また、吸気コレクタ７には、吸気上流側から２つに分岐された吸気通路（以下、「第１吸気通路」、「第２吸気通路」という）９ａ，９ｂが接続されている。したがって、第１、第２吸気通路９ａ、９ｂを通過した空気は、吸気コレクタ７において合流した後に各気筒に分配供給されることになる。
【０００８】
第１吸気通路９ａには、吸気上流側から通過する吸気中のゴミ等を除去するエアクリーナ（Ａ／Ｃ）１１ａ、吸気流量を測定するエアフローメータ（ＡＦＭ）１３ａ、当該第１吸気通路９ａの通路断面積を変化させて吸気流量を制御するスロットルバルブ１５ａが配置されている。また、第２吸気通路９ｂにも、同様に、吸気上流側からＡ／Ｃ１１ｂ，ＡＦＭ１３ｂ及びスロットルバルブ１５ｂが配置されている。
【０００９】
スロットルバルブ１５ａ，１５ｂは、それぞれスロットルアクチュエータ１７ａ，１７ｂによって開閉駆動され、スロットルアクチュエータ１７ａ，１７ｂは、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）１９によってそれぞれ独立して制御される。なお、かかるスロットルバルブ１５ａ，１５ｂ及びスロットルアクチュエータ１７ａ，１７ｂが本発明に係る吸気流量可変機構に相当する。
【００１０】
ここで、スロットルバルブ１５ａ，１５ｂは、図示しないスプリング等の付勢手段によって全閉位置又は所定開度となるように付勢されており、スロットルアクチュエータ１７ａ，１７ｂがそのスプリングの付勢力に抗してスロットルバルブ１５ａ，１５ｂを開方向に駆動する構成である。
Ｃ／Ｕ１９には、ＡＦＭ１３ａ，１３ｂ、スロットルバルブ１５ａ，１５ｂの開度（スロットル開度）を検出するスロットルセンサ２１ａ，２１ｂ、アクセル開度を検出するアクセルセンサ２３、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２５等の各種センサから出力信号が入力される。なお、スロットルセンサ２１ａ，２１ｂが本発明に係る動作状態検出手段に、アクセルセンサ２３、回転速度センサ２５等が本発明に係る運転状態検出手段に相当する。
【００１１】
そして、Ｃ／Ｕ１９は、入力されたアクセル開度、エンジン回転速度等に基づいて目標エンジントルクを算出し、算出した目標エンジントルク相当の目標吸気流量が得られるようにスロットルバルブ１５ａ，１５ｂの目標スロットル開度をそれぞれ算出し、算出した目標スロットル開度となるようにスロットルアクチュエータ１７ａ，１７ｂを制御（すなわち、スロットルバルブ１５ａ，１５ｂの開度を制御）する。なお、アクセル開度のみから目標スロットル開度を算出する構成としてもよい。
【００１２】
また、本実施形態においては、２つの吸気通路９ａ，９ｂは、略同一の断面形状を有するものであり、スロットルバルブ１５ａ（及びスロットルアクチュエータ１７ａ）とスロットルバルブ１５ｂ（及びスロットルアクチュエータ１７ｂ）とを同一部品（共通部品）としてある。
このため、通常は、スロットルアクチュエータ１７ａ，１７ｂ（スロットルバルブ１５ａ，１５ｂの開度）を同じように制御することによって、すなわち、第１、第２吸気通路９ａ，９ｂにそれぞれ前記目標吸気流量の１／２の量を通過させて前記目標吸気流量を得られるようにすること等が可能である。但し、このような構成に限るものではない。
【００１３】
また、Ｃ／Ｕ１９は、目標開度とスロットルセンサ２１ａ，２１ｂから入力される実際の開度ＴＶＯａ，ＴＶＯｂを比較し、その偏差が所定量以上である状態が所定時間以上継続するようなときは、スロットルバルブ１５ａ，１５ｂに異常があると判定し、異常があると判定したスロットルバルブのスロットルアクチュエータの駆動（通電）を停止する。これにより、異常があると判定されたスロットルバルブは、前記付勢手段によって全閉位置又は所定開度まで閉じられることになる。但し、上記した異常判定は一例にすぎず、スロットルバルブがＣ／Ｕ１９からの指令通り動作しない状態をスロットルバルブの異常と判定できればよい。
【００１４】
さらに、Ｃ／Ｕ１９は、上記異常判定によってスロットルバルブ１５ａ，１５ｂのいずれか一方が全閉位置又は所定開度まで閉じられることによる吸気流量の不足分を補うように他方の正常なスロットルバルブの開度を制御する。
従って、Ｃ／Ｕ１９が、本発明に係る異常判定手段、異常時制御手段、目標吸気流量設定手段としての機能を有している。
【００１５】
以下、Ｃ／Ｕ１９によって実行されるスロットル制御について説明する。
図２は、スロットル開度制御のメインフローチャートである。
Ｓ１１では、アクセル開度、エンジン回転速度Ｎｅ等のエンジン運転状態及びスロットル開度を読み込む。
Ｓ１２では、読み込んだエンジン運転状態に基づいて目標スロットル開度基本値を算出する。本実施形態において、この目標スロットル開度基本値は、スロットルバルブ１５ａ，１５ｂの両方に共通して設定されるものであり、上述したように、目標トルク相当の目標吸気流量を得られるような開度として設定される。もちろん、これは一例であり、スロットルバルブ１５ａ，１５ｂの目標スロットル開度基本値を別々に算出する構成であってもよい。
【００１６】
Ｓ１３では、スロットルバルブ１５ａ，１５ｂのいずれかに異常があるか否かを判定する（異常判定を行う）。かかる判定は、上述したように、読み込んだ（実際の）スロットル開度と目標スロットル開度とを比較することにより行う。判定の結果、いずれか一方に異常がある場合は当該異常があるスロットルバルブのスロットルアクチュエータの駆動を停止してＳ１３に進み、両スロットルバルブ１５ａ，１５ｂともに正常であればＳ１４に進む。なお、スロットルバルブ１５ａ，１５ｂの両方に異常があるような場合には、スロットルアクチュエータ１７ａ，１７ｂの駆動を停止してスロットルバルブ１５ａ，１５ｂの両方を全閉位置又は所定開度まで閉じた上で故障信号等を出力して運転者に知らせることになる。
【００１７】
Ｓ１４では、異常時スロットル開度制御を実行する。かかる異常時スロットル開度制御については後述する（図３参照）。
Ｓ１５では、両スロットルバルブ１５ａ，１５ｂともに正常であるので、前記目標スロットル開度基本値をスロットルバルブ１５ａ，１５ｂの目標スロットル開度として設定し、当該目標スロットル開度に対応する信号をスロットルアクチュエータ１７ａ，１７ｂに出力する。
【００１８】
図３は、異常時スロットル開度制御のフローチャートであり、図２のＳ１３において実行される。
Ｓ２１では、前記目標スロットル開度基本値に基づいて目標通路断面積を算出する。この目標通路断面積は、スロットルバルブ１５ａ，１５ｂを目標スロットル開度基本値に駆動したときの第１吸気通路９ａ、第２吸気通路９ｂの通路断面積である。かかる算出は、例えば、図４に示すような「スロットル開度−通路断面積変換テーブル」を検索することにより行う。
【００１９】
Ｓ２２では、前記目標吸気流量相当の吸気通路の総通路断面積を算出する。上述したように、本実施形態では、第１、第２吸気通路９ａ，９ｂを略同一の断面積を有するものとし、スロットルバルブ１５ａ（及びスロットルアクチュエータ１７ａ）とスロットルバルブ１５ｂ（及びスロットルアクチュエータ１７ｂ）とを同一部品で構成してあるので、前記目標通路断面積にスロットルバルブの個数（吸気通路の分岐数）である「２」を乗算することにより総通路断面積を求めることができる。なお、図２のＳ１１において、各スロットルバルブの目標スロットル開度基本値をそれぞれ算出する構成である場合には、それぞれに対応する「スロットル開度−通路断面積変換テーブル」を用意しておき、それらを検索して求めた各目標通路断面積を合算して総通路断面積を算出するようにすればよい。
【００２０】
Ｓ２３では、異常があるスロットルバルブが配置された吸気通路の実際の通路断面積（以下、「異常時通路断面積」という）を算出する。かかる算出は、例えば、異常があるスロットルバルブの実開度（スロットルセンサの出力値）に基づいて、前記「スロットル開度−通路断面積変換テーブル」を検索することにより行う。なお、上述したように、本実施形態では、異常があるスロットルバルブは全閉位置又は所定開度まで閉じられて通路断面積は０又は一定値となるので、単に、かかる値を読み出すよう構成してもよい。
【００２１】
Ｓ２４では、Ｓ２２で算出した総通路断面積からＳ２３で算出した異常時通路断面積を減算して、「正常」なスロットルバルブが配置された吸気通路の目標（総）通路断面積とする。本実施形態では、スロットルバルブが２つであるので、算出された目標（総）通路断面積がそのまま正常なスロットルバルブが配置された吸気通路の目標通路断面積となるが、正常なスロットルバルブが複数ある場合には、前記目標総通路断面積を正常なスロットルバルブ数で除算した値を各吸気通路の目標通路断面積とする。
【００２２】
Ｓ２５では、目標通路断面積に基づいて、正常なスロットルバルブの目標スロットル開度を算出する。かかる算出は、例えば、図５に示すような「通路断面積−スロットル開度変換テーブル」を検索することにより行う。
Ｓ２６では、算出した目標スロットル開度に対応する信号を正常なスロットルバルブのスロットルアクチュエータに出力する。
【００２３】
なお、図６、７は、それぞれ図２、３のフローチャートに対応するブロック図である。
以上のように、本実施形態によると、吸気コレクタ７の吸気上流側が複数の吸気通路９ａ，９ｂに分岐され、この複数の吸気通路９ａ，９ｂのそれぞれにスロットルバルブ１５ａ，１５ｂが設けられた構成において、スロットルバルブ１５ａ，１５ｂの異常の有無を判定し、いずれか一方に異常があると判定したときは、異常があるスロットルバルブを全閉位置又は所定開度に閉じると共に、当該状態を考慮しつつ、エンジン運転状態に基づいて設定される目標トルク相当の目標吸気流量が得られるように正常なスロットルバルブの開度を制御する。
【００２４】
より具体的には、前記目標吸気流量相当の総通路断面積を算出すると共に、異常があるスロットルバルブが配置された吸気通路の異常時通路断面積を算出し、総通路断面積から異常時通路断面積を減算して正常なスロットルバルブが配置された吸気通路の目標通路断面積を算出し、この目標通路断面積となるようにスロットルバルブの開度を制御する。
これにより、異常があるスロットルバルブを安全サイドに制御しつつ、これに伴って生じうる減速ショックや加速不良等を防止できる。
【００２５】
なお、吸気通路の断面形状、スロットルバルブ（スロットルアクチュエータ）を共通化した場合には、前記演算処理をより容易なものとすることが可能である。
さらに、以上説明した実施形態では、吸気コレクタ７の上流側を２系統としているが、３系統以上としてもよいし、図８に示すように、１つの吸気通路を途中で分岐させてスロットルバルブ近傍のみを２系統（又は３系統以上）として構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る内燃機関の吸気装置の概略構成を示す図。
【図２】実施形態に係るスロットル開度制御のメインフローチャートである。
【図３】スロットルバルブのいずれかに異常があるときに実行される異常時スロットル開度制御のフローチャートである。
【図４】スロットル開度−通路断面積変換テーブルの一例を示す図である。
【図５】通路断面積−スロットル開度変化テーブルの一例を示す図である。
【図６】図２に示すフローチャートに対応する制御ブロック図である。
【図７】図３に示すフローチャートに対応する制御ブロック図である。
【図８】他の実施形態に係る内燃機関の吸気装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…エンジン、７…吸気コレクタ、９ａ…第１吸気通路、９ｂ…第２吸気通路、１１ａ，１１ｂ…エアクリーナ（Ａ／Ｃ）、１３ａ、１３ｂ…エアフローメータ（ＡＦＭ）、１５ａ，１５ｂ…スロットルバルブ、１７ａ，１７ｂ…スロットルアクチュエータ、１９…コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）、２１ａ，２１ｂ…スロットルセンサ、２３…アクセルセンサ、２５…回転速度センサ
【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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【図８】
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