(57)【要約】【課題】内燃機関の可変吸気装置において、新規部品を追加せずに故障診断を行い、故障判定時には空気量を制限して内燃機関が故障しないようにすることにある。【解決手段】可変吸気装置（２８）は、制御弁（３９）の全開と全閉とが切り替わるタイミングに生じる吸気通路（１９）内の吸気管圧力を検出する圧力偏差検出手段（４５）を備え、また、圧力偏差検出手段（４５）の検出結果の絶対値が所定値以下である場合に制御弁（３９）の故障と判定する故障判定手段（５１）を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に空気を導入する吸気通路と、前記吸気通路に設けられて空気の導入経路を変化させる制御弁と、所定条件に基づいて前記制御弁を全開又は全閉させる可変吸気制御手段とを備えた内燃機関の可変吸気装置において、前記制御弁の全開と全閉とが切り替わるタイミングに生じる前記吸気通路内の吸気管圧力を検出する圧力偏差検出手段を備え、前記圧力偏差検出手段の検出結果の絶対値が所定値以下である場合に前記制御弁の故障と判定する故障判定手段を備えたことを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
【請求項２】
前記内燃機関に流入する空気量を制御するようにスロットルバルブを制御するスロットル制御手段を備え、前記故障判定手段によって前記制御弁が故障と判定された場合に、前記スロットル制御手段は、前記内燃機関に流入される空気量が正常判定時よりも少なくなるように前記スロットルバルブを制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の可変吸気装置に係り、特に有効吸気管長を変化させる内燃機関の可変吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に適用された内燃機関は、有効吸気管長を変化させる可変吸気装置を備えたものがある。
この可変吸気装置は、有効吸気管長を変化させることにより、脈動を利用してシリンダ内の充填効率を高めるものであって、吸気通路に設けられて空気の導入経路を変化させる制御弁の固着等による故障が発生すると、充填効率が変わってきてしまう。これに対して、エアフロメータや制御弁の開度センサ等のセンサ類を有していれば、故障の検知ができるので、問題がないが、吸気管圧センサ（圧力偏差検出手段）のみを備えた内燃機関との組み合わせの場合、同じ吸気管圧力であっても充填効率が変わってしまい、センサ類の出力値に対して内燃機関の状態を誤認識してしまうため、内燃機関を正しく制御できなくなるおそれがある。このため、可変吸気装置を備えた内燃機関においては、故障を検知する技術が重要となっている。
このような可変吸気装置を備えた内燃機関としては、例えば、以下のような先行技術文献がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５６０６１号公報
【０００４】
特許文献１に係る回転角度検出装置は、有効吸気管長を変化させる可変吸気装置を備えた内燃機関において、制御弁の全閉位置と全開位置との判別、及び制御弁の固着についてマグネットを用いた磁気センサによって識別し、制御弁の全開位置と全閉位置との判別を的確に行うものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の特許文献１では、制御弁の位置・固着を判別するために、別個のセンサを必要となり、このため、重量・コストの増加につながることから、改善が望まれていた。
【０００６】
そこで、この発明は、新規部品を追加せずに故障診断を行い、故障判定時には空気量を制限して内燃機関が故障しないようにできる内燃機関の可変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】
【０００７】
この発明は、内燃機関の燃焼室に空気を導入する吸気通路と、前記吸気通路に設けられて空気の導入経路を変化させる制御弁と、所定条件に基づいて前記制御弁を全開又は全閉させる可変吸気制御手段とを備えた内燃機関の可変吸気装置において、前記制御弁の全開と全閉とが切り替わるタイミングに生じる前記吸気通路内の吸気管圧力を検出する圧力偏差検出手段を備え、前記圧力偏差検出手段の検出結果の絶対値が所定値以下である場合に前記制御弁の故障と判定する故障判定手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、新規部品を追加せずに故障診断を行い、故障判定時には空気量を制限して内燃機関が故障しないようにできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は可変吸気装置の故障診断のフローチャートである。（実施例）
【図２】図２は可変吸気装置の作動時の吸気管圧力偏差のタイムチャートである。（実施例）
【図３】図３は可変吸気装置の断面図である。（実施例）
【図４】図４は可変吸気装置のシステム構成図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、新規部品を追加せずに故障診断を行い、故障判定時には空気量を制限して内燃機関が故障しないようにする目的を、空気の導入経路が切り替わるタイミングに生じる吸気管圧力偏差を算出して実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。
図４に示すように、車両に搭載される内燃機関１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とを備える。
シリンダブロック２には、シリンダ４内でピストン５が往復動可能に配置されている。このピストン５とシリンダヘッド３との間には、シリンダ４に連通する燃焼室６が形成されている。
シリンダヘッド３には、吸気ポー７と排気ポート８とが形成されているとともに、吸気ポート７と排気ポート８とを開閉する吸気弁９と排気弁１０とが往復動可能に配置されている。
シリンダヘッド３には、吸気弁９と排気弁１０とを作動する吸気カム軸１１と排気カム軸１２とが配置されている。この吸気カム軸１１と排気カム軸１２とには、可変吸気バルブ装置１３と可変排気バルブ装置１４とが設けられている。
シリンダヘッド３には、上流側でサージタンク１５を備えた吸気マニホルド１６が接続している。この吸気マニホルド１６には、上流側にエアクリーナ１７を備えた吸気管１８が接続している。吸気マニホルド１６と吸気管１８とは、内燃機関１の燃焼室６に空気を導入する吸気通路１９を形成する。吸気管１８には、スロットルバルブ２０を備えたスロットルボディ２１がサージタンク１５の上流側に接続して設けられている。
シリンダヘッド３には、下流側に触媒コンバータ２２を備え且つ排気通路２３を形成する排気マニホルド２４が接続している。
また、シリンダヘッド３には、上部で、点火プラグ２５と、この点火プラグ２５に接続する点火コイル２６とが取り付けられている。
吸気管１８には、吸気ポート７に臨む燃料噴射弁２７が取り付けられている。
【００１２】
内燃機関１は、可変吸気装置２８を備える。
この可変吸気装置２８は、有効吸気管長を変化させるものであって、吸気マニホルド１６に配置される。
図３に示すように、吸気マニホルド１６には、サージタンク１５の上流端とスロットルボディ２１の下流端とを連結するエアコネクタ２９が形成されているとともに、このエアコネクタ２９に連通するようにサージタンク１５によってサージタンク室３０が形成されている。
また、吸気マニホルド１６には、サージタンク室３０に連通するように、第１入口ポート３１を介して第１分岐吸気通路３２と、第２入口ポート３３を介して第２分岐吸気通路３４とが形成されている。第１分岐吸気通路３２と第２分岐吸気通路３４とは、第１隔壁部３５と第２隔壁部３６とで区画形成され、且つ第２分岐吸気通路３４の有効吸気管長が第１分岐吸気通路３２の有効吸気管長よりも大きく形成されている。
更に、吸気マニホルド１６には、第１分岐吸気通路３２の下流側と第２分岐吸気通路３４の下流側とが合流する合流部３７と、この合流部３７からシリンダヘッド３までの共通吸気通路３８とが形成されている。
第１分岐吸気通路３２の下流端には、空気の導入経路を変化させる制御弁３９が配置されている。この制御弁３９は、回転軸４０に取り付けられて第１分岐吸気通路３２を開閉するように回転可能であり、アクチュエータ４１によって作動される。
このアクチュエータ４１は、制御装置（ＥＣＵ）４２に接続してこの制御装置４２によって作動制御される。
【００１３】
制御装置４２は、図４に示すように、所定条件に基づいて制御弁３９を全開又は全閉させる可変吸気制御手段４３を備えるとともに、内燃機関１に流入する空気量を制御するようにスロットルバルブ２０を制御するスロットル制御手段４４を備える。
制御装置４２には、制御弁３９の全開と全閉とが切り替わるタイミングに生じる吸気通路１９内の吸気管圧力を検出する圧力偏差検出手段（吸気圧センサ）４５が接続している。この圧力偏差検出手段４５は、例えば、サージタンク１５に取り付けられている。
また、制御装置４２には、可変吸気バルブ装置１３と、可変排気バルブ装置１４と、点火コイル２６と、燃料噴射弁２７と、スロットル開度センサ４６と、エアフローセンサ４７と、水温センサ４８と、クランク角センサ４９と、空燃比センサ５０とが接続している。
制御装置４２は、圧力偏差検出手段４５の検出結果の絶対値が所定値（判定閾値）以下である場合に、制御弁３９の故障と判定する故障判定手段５１を備える。
また、制御装置４２において、故障判定手段５１によって制御弁３９が故障と判定された場合に、スロットル制御手段４４は、内燃機関１に流入される空気量が正常判定時よりも少なくなるように、スロットルバルブ２０を制御する。
【００１４】
なお、可変吸気装置２８の吸気管圧力偏差にあっては、図２に示すように、可変吸気装置２８の非作動時（時間ｔ０〜ｔ１）には、圧力偏差検出手段４５が吸気管圧力Ｐ１を検出する。これに対し、可変吸気装置２８が作動して作動フラグが立ち（時間ｔ１：制御弁３９の全開と全閉とが切り替わるタイミング）、そして、作動フラグが立っている間には（時間ｔ１〜ｔ２）、圧力偏差検出手段４５が吸気管圧力Ｐ１よりも低い吸気管圧力Ｐ２を検出する。そして、制御装置４２は、圧力偏差検出手段４５からの吸気管圧力Ｐ１と吸気管圧力Ｐ２との各信号を入力して、吸気管圧力Ｐ１と吸気管圧力Ｐ２との差を吸気管圧力偏差ＨＰとし、さらに、この吸気管圧力偏差ＨＰと所定値（判定閾値）とを比較する。このため、制御装置４２は、圧力偏差算出手段５２を備える。
【００１５】
次いで、この実施例に係る可変吸気装置２８の制御弁３９の故障診断について、図１のフローチャートに沿って説明する。
図１に示すように、制御弁３９の故障診断のプログラムがスタートとすると（ステップＡ０１）、制御弁３９の全開と全閉との作動を行い、圧力偏差検出手段４５により吸気管圧力の信号を入力する（ステップＡ０２）。
そして、吸気管圧力偏差を、吸気管圧力偏差＝全閉時吸気管圧力−全開時吸気管圧力
で算出する（ステップＡ０３）。
そして、その検出結果の絶対値（｜吸気管圧力偏差｜）が所定値である判定閾値を超えたか（｜吸気管圧力偏差｜＞判定閾値）否かを判定する（ステップＡ０４）。
このステップＡ０４がＮＯの場合には、制御弁３９が故障であるとして、スロットルバルブ２０を制御し（スロットル開度の制限）、内燃機関１に流入される空気量を正常判定時よりも少なくする（ステップＡ０５）。
一方、前記ステップＡ０４がＹＥＳの場合には、制御弁３９が正常であるとして、スロットルバルブ２０を正常に制御する（スロットル開度の制限がない）（ステップＡ０６）。
前記ステップＡ０５の処理後、又は前記ステップＡ０６の処理後は、このプログラムをリターンする（ステップＡ０７）。
【００１６】
即ち、この実施例では、吸気可変装置２８及び圧力偏差検出手段４５を備えた内燃機関１において、吸気可変装置２８を作動させたときの吸気管圧力偏差を算出することにより、制御弁３９の固着を検出することができる。ドライバビリティに影響のない領域にて制御弁３９の故障診断を行い、内燃機関１の運転中に所定条件を満たしたときに、制御弁３９の全開・全閉を行う。そして、このときに生ずる吸気管圧力偏差が所定値（判定閾値）以下である場合に、制御弁３９が故障であるとするとともに、スロットルバルブ２０による空気量の制限を行って内燃機関１が故障しないようにしている。
【００１７】
以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明では、可変吸気装置２８は、制御弁３９の全開と全閉とが切り替わるタイミングに生じる吸気通路１９内の吸気管圧力を検出する圧力偏差検出手段４５を備え、圧力偏差検出手段４５の検出結果の絶対値が所定値以下である場合に制御弁３９の故障と判定する故障判定手段５１を備える。
このような構成により、空気の導入経路が切り替わるタイミングに生じる吸気管圧力偏差を算出することにより、制御弁３９の固着故障を検知可能にすることができる。
請求項２に係る発明では、可変吸気装置２８において、内燃機関１に流入する空気量を制御するようにスロットルバルブ２０を制御するスロットル制御手段４４を備え、故障判定手段５１によって制御弁３９が故障と判定された場合に、スロットル制御手段４４は、内燃機関１に流入される空気量が正常判定時よりも少なくなるようにスロットルバルブ２０を制御する。
このような構成により、制御弁３９の故障判定時には、内燃機関１の空気量を制限し過剰な空気流入を防止し、内燃機関１を保護することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
この発明に係る可変吸気装置を、他の各種内燃機関にも適用可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１  内燃機関
６  燃焼室
１５  サージタンク
１６  吸気マニホルド
１９  吸気通路
２０  スロットルバルブ
２８  可変吸気装置
３９  制御弁
４１  アクチュエータ
４２  制御装置（ＥＣＵ）
４３  可変吸気制御手段
４４  スロットル制御手段
４５  圧力偏差検出手段
５１  故障判定手段
５２  圧力偏差算出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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