(57)【要約】【課題】排気経路の狭窄を特定する。狭窄点の位置を特定する。【解決手段】排気経路中に狭窄がある場合、排気抵抗が増すため、排気行程中の筒内圧は正常な場合よりも高い値になる。この場合に排気抵抗は排気行程の開始後直ちに上昇するのではなく、排気行程の開始時点よりもわずかな遅れをもち、排気ガスが狭窄点に到達した時点で上昇する。排気行程における筒内圧の立ち上がり時期は、気筒から狭窄点までの距離に応じて異なり、気筒からの距離が遠いほど遅くなる。したがって筒内圧の立ち上がり時期を検出することにより、狭窄点の位置を特定することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気行程における筒内圧を取得する手段と、
筒内圧の立ち上がり時期を特定する手段と、
前記筒内圧の立ち上がり時期に基づいて、前記内燃機関の排気経路中の狭窄点の位置を特定する手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の診断装置であって、
前記狭窄点の個数を特定する手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の診断装置であって、
前記筒内圧の立ち上がり時期を特定する手段は、前記筒内圧の立ち上がり時期を、筒内圧の傾きの変化量を所定の基準値と比較することにより特定することを特徴とする内燃機関の診断装置。
【請求項４】
プログラムされたコンピュータによって内燃機関を診断する方法であって、
内燃機関の排気行程における筒内圧を取得するステップと、
筒内圧の立ち上がり時期を特定するステップと、
前記筒内圧の立ち上がり時期に基づいて、前記内燃機関の排気経路中の狭窄点の位置を特定するステップと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の診断装置であって、特に排気経路の異常を診断するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒の筒内圧の情報を利用して、内燃機関の排気経路の漏れを検出する技術が提案されている。特許文献１が開示する装置では、気筒の筒内圧と行程容積から内燃機関の仕事量を算出し、この仕事量が所定の基準値よりも大きい場合に、排気系に漏れがある旨を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２２３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１の装置では、排気経路の凹みや詰まりに起因する狭窄を検出することはできず、また狭窄点の位置も特定できない。
【０００５】
そこで本発明の目的は、内燃機関の診断装置において、排気経路の狭窄の有無を特定すること、さらには狭窄点の位置を特定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様の診断装置は、内燃機関の排気行程における筒内圧を取得する手段と、筒内圧の立ち上がり時期を特定する手段と、前記筒内圧の立ち上がり時期に基づいて、前記内燃機関の排気経路中の狭窄点の位置を特定する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
排気経路中に狭窄がある場合、排気抵抗が増すため、排気行程中の筒内圧は正常な場合よりも高い値になる。この場合に排気抵抗は排気行程の開始後直ちに上昇するのではなく、排気行程の開始時点よりもわずかな遅れをもち、排気ガスが狭窄点に到達した時点で上昇する。また、排気行程における筒内圧の立ち上がり時期は、気筒から狭窄点までの距離に応じて異なり、気筒からの距離が遠いほど遅くなる。したがって本発明では、筒内圧の立ち上がり時期を検出することにより、狭窄点の位置を特定することができる。
【０００８】
本発明の装置は、好適には、前記狭窄点の個数を特定する手段を更に備える。この態様では、狭窄点の個数に応じて、整備の必要性を判断することができる。
【０００９】
好適には、前記筒内圧の立ち上がり時期を特定する手段は、前記筒内圧の立ち上がり時期を、筒内圧の傾きの変化量を所定の基準値と比較することにより特定する。この態様では、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
【００１０】
本発明の別の一態様は、プログラムされたコンピュータによって内燃機関を診断する方法であって、内燃機関の排気行程における筒内圧を取得するステップと、筒内圧の立ち上がり時期を特定するステップと、前記筒内圧の立ち上がり時期に基づいて、前記内燃機関の排気経路中の狭窄点の位置を特定するステップと、を含む方法である。この態様によれば、上記第１の態様の装置と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、排気経路中の狭窄の有無および狭窄点の位置を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の内燃機関の診断装置の概略構成を示す図である。
【図２】ＣＯ２濃度の規制値と筒内圧の基準値ＰＢＲＧとの関係を示すグラフである。
【図３】診断処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】筒内圧の傾きの変化量ΔＰｂと筒内圧との関係を示すクランク角−筒内圧グラフである。
【図５】正常時と異常時の筒内圧とくに立ち上がり点を示すクランク角−筒内圧グラフである。
【図６】変形例の診断処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態につき添付図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１において、本発明の実施形態に係る内燃機関の診断装置１は、電子制御ユニット(ＥＣＵ)１００およびエンジン２００を備える。ＥＣＵｌ００はデジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力ポート、出力ポートなどを備え、エンジン２００の動作を制御することが可能である。また、ＥＣＵｌ００は、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって、後述する診断処理を実行することが可能に構成されている。
【００１５】
エンジン２００は、シリンダ２０１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、コネクティングロッド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ている。
【００１６】
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、不図示の燃料タンクから燃料（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内に墳射することが可能に横成されている。
【００１７】
シリンダ２０１内部と吸気管２０６とは、吸気バルブ２０８による吸気ポートの開閉によって連通状態が制御される。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の開閉に連動して排気ポートを開閉する排気バルブ２０９を通過して排気管２１０に排気される。
【００１８】
吸気管２０６の上流には、エアクリーナ２１１が配設されており、外部から吸入される空気が浄化される。エアクリーナ２１１のシリンダ側には、エアフローメータ２１２が配設されている。吸気管２０６には更に、吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ２１３が設置されている。
【００１９】
吸気管２０６におけるエアフローメータ２１２のシリンダ側には、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２１４が配設されている。このスロットルバルブ２１４には、スロットルバルブモータ２１７とスロットルポジションセンサ２１５が配設されており、電子制御式スロットルバルブを構成している。スロットルバルブ２１４は、アイドリング時の吸入空気量を調節するアイドル制御弁を兼用している。一方、アクセルペダル２２３の踏込み量は、アクセルポジションセンサ２１６を介してＥＣＵ１００に入力されており、アクセルポジションセンサ２１６の出力に対応するスロットルバルブ開度を示す信号がＥＣＵｌ００からスロットルバルブモータ２１７に出力され、吸入空気量が制御される。
【００２０】
クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２１８が設置されている。クランクポジションセンサ２１８は、クランクシャフト２０５の位置を検出することが可能に構成されたセンサであり、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２１８の出力信号に基づいてピストン２０３の位置およびエンジン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。このピストン２０３の位置は、前述した点火プラグ２０２における点火時期の制御などに使用されるほか、本発明に係る診断処理に使用される。点火プラグ２０２における点火時期は、例えば、ピストン２０３の位置に対応付けられて予め設定される基本値に対し遅角又は進角制御される。
【００２１】
また、シリンダ２０１を収容するシリンダブロックには、エンジン２００の筒内圧を測定することが可能な筒内圧センサ２１９が配設されている。筒内圧センサ２１９は、例えば、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子を含む。各筒内圧センサ２１９は、対応する燃焼室内に受圧面が臨むように気筒ごとに配設されており、ＥＣＵ１００に電気的に接続されている。各筒内圧センサ２１９は、対応する燃焼室における筒内圧力（相対圧力）を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ１００に与える。各筒内圧センサ２１９の検出値は、所定時間（所定クランク角）おきにＥＣＵ１００に順次与えられ、絶対圧力に補正された上でＥＣＵ１００の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。シリンダブロック内のウォータージャケット内には、エンジン２００の冷却水温度を検出するための水温センサ２２０が配設されている。
【００２２】
シリンダ２０１の燃焼室には、排気ポートを介して排気管２１０が接続され、排気管２１０にはスタートアップ触媒２２２、アンダーフロア触媒３００、および消音器３１０が設けられており、排気ポート以下の構造物によって排気経路が構成されている。スタートアップ触媒２２２は、比較的小容量の触媒装置であって、排気管２１０の集合部に設置されている。スタートアップ触媒２２２は、例えば、エンジン２００から排出されるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、およびＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化することが可能な三元触媒である。排気管２１０におけるスタートアップ触媒２２２の上流側には，空燃比センサ２２１が配設されている。空燃比センサ２２１は、排気管２１０から排出される排気ガスから、エンジン２００の空燃比を検出することが可能に構成されている。
【００２３】
アンダーフロア触媒３００は、排気管２１０におけるスタートアップ触媒２２２の下流側に設置された触媒装置である。アンダーフロア触媒３００は、車両の床下に設置される、例えば、三元触媒であり、前段のスタートアップ触媒２２２を通過した排気ガスを浄化する。
【００２４】
ＥＣＵｌ００は、ＲＯＭに格納されるプログラムに従って診断処理を実行することによって、排気経路の狭窄を診断することが可能に構成されている。排気経路内の狭窄の程度は、排気ガス中のＣＯ２濃度に関連しており、一般には図２に示されるように、排気経路の凹みや詰まりなどの何らかの狭窄によって背圧（すなわち、排気行程中の筒内圧）が高くなるほど、ＣＯ２濃度が大きくなる。本実施形態ではＣＯ２濃度の規制値に対応する筒内圧の値を、後述する診断処理に用いられる基準値ＰＢＲＧとしており、この値はＥＣＵ１００内のＲＯＭに予め格納されている。規制値ＰＢＲＧの値はＣＯ２濃度の規制値に対応する値よりも低くてもよい。
【００２５】
次に、図３を参照して、ＥＣＵ１００で実行される診断処理の一例について説明する。図３の診断処理は、所定の診断タイミングごとに実行される。診断タイミングは、例えば、出荷あるいは前回の診断処理から所定日数が経過または所定走行距離を走行したときとすることができる。まず、ＥＣＵ１００は、筒内圧センサ２１９およびクランクポジションセンサ２１８の検出値に基づいて、所定クランク角ごとに１排気行程にわたって記憶された筒内圧Ｐｂを読み込み（Ｓ１）、その最終値Ｐｂfinを、基準値ＰＢＲＧと比較する（Ｓ２）。筒内圧の最終値Ｐｂfinが基準値ＰＢＲＧより小さい場合は、排気経路の狭窄の度合いが全体として許容範囲内であるため、処理をリターンする。この場合にはステップＳ３以下の処理がスキップされるため、処理負荷を少なくすることができる。なお筒内圧の最終値Ｐｂfinに代えて、排気行程中の筒内圧の最大値を用いてもよい。
【００２６】
筒内圧の最終値Ｐｂfinが基準値ＰＢＲＧ以上である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）には、ＥＣＵ１００はその記憶領域内の排気系異常判定フラグをオンする（Ｓ３）。この排気系異常判定フラグは、車内ネットワークを通じて不図示のメータコンピュータによって参照され、当該フラグがオンの場合には車室内の警告灯がオンされる。
【００２７】
次に、ステップＳ４〜Ｓ８において、排気経路内における狭窄点の位置の特定が行われる。本実施形態では狭窄点となる位置の候補として、スタートアップ触媒２２２およびその近傍、アンダーフロア触媒３００およびその近傍、ならびに消音器３１０およびその近傍が考えられる。これに対応して、図５に示されるように、排気行程中のクランク角の領域は、領域ｔ１、ｔ２、ｔ３に予め区分されており、これら領域ｔ１、ｔ２、ｔ３のいずれに筒内圧の立ち上がり点があるかによって、排気経路中の狭窄点の位置が特定される。
【００２８】
すなわち、まずＥＣＵ１００は、領域ｔ１内における筒内圧の傾きの変化量ΔＰｂを連続的に算出すると共に、この筒内圧の傾きの変化量ΔＰｂを所定の基準値と比較することにより、主要な筒内圧変化点が領域ｔ１内であるかを判断する（Ｓ４）。すなわち、ＥＣＵ１００はまず、領域ｔ１における筒内圧の傾きの変化量ΔＰｂを、次の数式（１）により算出する。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
ここにいう時点ｔn-1は、領域ｔ１内のある時点ｔnの直前の筒内圧検出時（クランク角）である。図４に示されるように、狭窄に起因する筒内圧の立上がり点は、筒内圧の傾き（直前の検出値からの筒内圧Ｐｂの変化量）が微小時間（微小クランク角間）で大きく増加する点である。微小時間内における筒内圧の傾きの増加量である変化量ΔＰｂは、その値が大きいほど異常（狭窄）の程度が大きいと考えることができる。本実施形態では、数式（１）で得られる筒内圧の傾きの変化量ΔＰｂを基準値と比較し、基準値を上回った場合に、その時点ｔnを筒内圧変化点と判断（Ｓ４：ＹＥＳ）することによって、この領域ｔ１内の対応する位置に狭窄が生じていることを特定することができる。
【００３１】
ステップＳ４において肯定、すなわち主要な筒内圧変化点が領域ｔ１内であると判断した場合には、ＥＣＵ１００はその記憶領域内に設けられた排気系異常個所フラグ１をオンし、また、狭窄個所が領域ｔ１内の対応する位置である旨を所定のダイアグノーシスメモリに記録して（Ｓ５）本ルーチンを抜ける。
【００３２】
ステップＳ４において否定、すなわち筒内圧変化点が領域ｔ１内でないと判断した場合には、ＥＣＵ１００はステップＳ４と同様にして、領域ｔ２内における筒内圧の傾きの変化量ΔＰｂを連続的に算出すると共に、この筒内圧の傾きの変化量ΔＰｂを所定の基準値と比較することにより、筒内圧変化点が領域ｔ２内であるかを判断する（Ｓ６）。ステップＳ６における基準値（しきい値）は、ステップＳ４における基準値と同じ値であっても、異なる値であってもよい。ステップＳ６で肯定、すなわち筒内圧変化点が領域ｔ２内であると判断した場合には、ＥＣＵ１００はその記憶領域内に設けられた排気系異常個所フラグ２をオンし、また、狭窄個所が領域ｔ２内の対応する位置である旨をダイアグノーシスメモリに記録して（Ｓ７）本ルーチンを抜ける。
【００３３】
ステップＳ６において否定、すなわち筒内圧変化点が領域ｔ１内でも領域ｔ２内でもないと判断した場合には、ＥＣＵ１００はその記憶領域内に設けられた排気系異常個所フラグ３をオンし、また、狭窄個所が領域ｔ３内の対応する位置である旨をダイアグノーシスメモリに記録して（Ｓ８）本ルーチンを抜ける。本ルーチンにおけるダイアグノーシスメモリに記録された情報は、整備の際に整備作業者に対し、所定の診断操作入力に応答して出力される。
【００３４】
以上の処理の結果、本実施形態では、排気経路内の狭窄の有無に加えて、狭窄点の位置をも特定することができる。
【００３５】
排気経路中に狭窄がある場合、排気抵抗が増すため、排気行程中の筒内圧は正常な場合よりも高い値になる。排気ガスは圧縮性流体であり且つ慣性の影響が支配的であるため、この場合に排気抵抗は排気行程の開始後直ちに上昇するのではなく、排気行程の開始時点よりもわずかな遅れをもち、排気ガスが狭窄点に到達した時点で上昇する。また、排気行程における筒内圧の立ち上がり時期は、気筒から狭窄点までの距離に応じて異なり、気筒からの距離が遠いほど遅くなる。したがって本実施形態では、筒内圧の立ち上がり時期を検出することにより、狭窄点の位置を特定することができる。
【００３６】
また本実施形態では、筒内圧の立ち上がり時期を、筒内圧の傾きの変化量を所定の基準値と比較することにより特定するので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
【００３７】
また本実施形態では、筒内圧変化点が領域ｔ１内である場合（Ｓ４：ＹＥＳ）に、ステップＳ６〜Ｓ８の処理をスキップすることとしたので、処理負荷を軽減することができる。
【００３８】
なお、筒内圧変化点が領域ｔ１内である場合（Ｓ４：ＹＥＳ）に、ステップＳ６〜Ｓ８の処理をスキップしなくてもよい。以下に説明する変形例の装置は、狭窄点の個数を特定する手段を更に備えたものである。図６において、ステップＳ１１〜Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ１８、Ｓ２０の処理は、図３の処理におけるステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８の処理とそれぞれ同様である。しかしながらこの変形例では、ステップＳ１４において肯定の場合も否定の場合も、ステップＳ１７で領域ｔ２内における筒内圧の傾きの変化量ΔＰｂを連続的に算出すると共に、この筒内圧の傾きの変化量ΔＰｂを所定の基準値と比較することにより、筒内圧変化点が領域ｔ２内であるかを判断する処理が行われる。また、ステップＳ１４またはＳ１７で肯定の場合、および両者で否定（すなわち、狭窄個所が領域ｔ３内である場合）に、ダイアグノーシスメモリ内に設けられた異常個所数カウンタにそれぞれ加算が行われる（Ｓ１６、Ｓ１９、Ｓ２１）。この異常個所数カウンタは整備作業者に出力される。したがって、この態様では、狭窄点の個数に応じて、整備の必要性を判断することができる。
【００３９】
上記実施形態および変形例では、筒内圧を筒内圧センサ３１９によって検出したが、筒内圧は他の手段によって検出ないし推定してもよい。例えば、筒内圧はクランクポジションセンサ２１８によって検出されるクランク角から推定することができる。この場合には排気経路の狭窄に起因する筒内圧の立ち上がりはクランク角の遅れとなって検出されるため、基準となる絶対時間をタイマから取得するのが好適である。また、特定される狭窄点の位置は、スタートアップ触媒２２２およびその近傍、アンダーフロア触媒３００およびその近傍、ならびに消音器３１０およびその近傍の３種類としたが、より細かく又は粗く区分してもよいし、燃焼室からの距離の形で特定および出力してもよい。また上記実施形態および変形例では、筒内圧の傾きの変化量ΔＰｂを基準値と比較し、基準値を上回った場合に狭窄と判断したが、筒内圧の傾き自体を基準値と比較してもよい。
【００４０】
本発明の実施形態は前述の実施形態および変形例のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  内燃機関の診断装置
１００  ＥＣＵ
２００  エンジン
２１０  排気管
２１８  クランクポジションセンサ
２１９  筒内圧センサ
２２２  スタートアップ触媒
３００  アンダーフロア触媒
３１０  消音器
【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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