(57)【要約】【課題】新気調節バルブ及び新気供給通路の詰まりを検出することができる内燃機関の異常診断装置を提供する。【解決手段】コンプレッサと、筒内圧センサと、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置と、新気供給装置と、を備えた内燃機関の異常診断装置において、フューエルカット時に新気調節バルブを目標開度にしたがって一時的に開く新気調節バルブ開閉手段と、新気調節バルブ開閉手段によって新気調節バルブを開閉させた際の筒内圧センサの出力に基づいて、新気調節バルブの開度補正量を気筒毎に算出する開度補正量算出手段と、開度補正量算出手段によって算出された気筒毎における新気調節バルブの開度補正量のうち最大の開度補正量により前記目標開度を補正した場合に、補正後の目標開度が前記新気調節バルブの最大開度を超える場合は、前記新気供給装置に異常が発生していると判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に設けられたコンプレッサと、
気筒毎に設けられている筒内圧センサと、
排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を介して排気の一部を燃焼室に戻すＬＰＬ−ＥＧＲ装置と、
前記吸気通路に設けられているスロットルバルブをバイパスして前記燃焼室に新気を供給可能にする新気供給通路と前記新気供給通路内に設けられる新気調節バルブとを含む新気供給装置と、を備える内燃機関の異常診断装置において、
フューエルカット時に前記新気調節バルブを目標開度にしたがって一時的に開く新気調節バルブ開閉手段と、
前記新気調節バルブ開閉手段によって前記新気調節バルブを開閉させた際の前記筒内圧センサの出力に基づいて、前記新気調節バルブの開度補正量を気筒毎に算出する開度補正量算出手段と、
前記開度補正量算出手段によって算出された気筒毎における前記新気調節バルブの開度補正量のうち最大の開度補正量により前記目標開度を補正した場合に、補正後の前記目標開度が前記新気調節バルブの最大開度を超える場合は、前記新気供給装置に異常が発生していると判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の異常診断装置。
【請求項２】
前記開度補正量算出手段によって算出された気筒毎における前記新気調節バルブの開度補正量の気筒間での差が閾値を超えた場合に、気筒間で空燃比の差が生じるインバランスが発生していると判定するインバランス判定手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼後の排気の一部を吸気通路へと循環する排気還流装置（以下、ＥＧＲ装置という。）を備えた内燃機関が知られている。例えば、特許文献１には、ＥＧＲガスを吸気管へ送るＥＧＲ通路とそのＥＧＲガスの量を調節するＥＧＲバルブとを含むＥＧＲ装置を備えた内燃機関が開示されている。この内燃機関は、コンプレッサ及びタービンを含む過給機を備えている。この内燃機関のＥＧＲ通路は、ＥＧＲガスがコンプレッサの上流の吸気管に導入されるように設けられている。
【０００３】
上記の内燃機関には、導入された新気を直接燃焼室に供給する新気供給通路が設けられている。この新気供給通路は、スロットルバルブをバイパスするように設けられている。さらに、この新気供給通路内には、新気の量を調節する新気調節バルブが設けられている。この新気調節バルブは、上記内燃機関における失火を未然に防止するために制御される。例えば、高負荷でＥＧＲ率の高い運転状態から急減速して低負荷に移行した場合、ＥＧＲバルブ自体の作動遅れと吸気通路内に残っている移行前のＥＧＲガスの影響で、燃焼室内に過剰なＥＧＲ率の吸気が供給される。この結果、燃焼室内の酸素濃度が低下し、失火の原因となることがある。そこで、上記の内燃機関では、コンプレッサによる過給が行われる過給運転状態から減速運転状態に移行したときに急減速状態が検出される。その後、速やかに新気調節バルブが開いて新気が供給され、ＥＧＲ率が過剰に増加するのを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４１７９８号公報
【特許文献２】特許第３１５８３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の内燃機関において、経時劣化や吹き返しによるデポジットの影響で新気調節バルブ及び新気供給通路が詰まることがある。この結果、新気が十分に供給できなくなるおそれがある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、新気調節バルブ及び新気供給通路の詰まりを検出することができる内燃機関の異常診断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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の異常診断装置であって、
吸気通路に設けられたコンプレッサと、
気筒毎に設けられている筒内圧センサと、
排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を介して排気の一部を燃焼室に戻すＬＰＬ−ＥＧＲ装置と、
前記吸気通路に設けられているスロットルバルブをバイパスして前記燃焼室に新気を供給可能にする新気供給通路と前記新気供給通路内に設けられる新気調節バルブとを含む新気供給装置と、を備える内燃機関の異常診断装置において、
フューエルカット時に前記新気調節バルブを目標開度にしたがって一時的に開く新気調節バルブ開閉手段と、
前記新気調節バルブ開閉手段によって前記新気調節バルブを開閉させた際の前記筒内圧センサの出力に基づいて、前記新気調節バルブの開度補正量を気筒毎に算出する開度補正量算出手段と、
前記開度補正量算出手段によって算出された気筒毎における前記新気調節バルブの開度補正量のうち最大の開度補正量により前記目標開度を補正した場合に、補正後の前記目標開度が前記新気調節バルブの最大開度を超える場合は、前記新気供給装置に異常が発生していると判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記開度補正量算出手段によって算出された気筒毎における前記新気調節バルブの開度補正量の気筒間での差が閾値を超えた場合に、気筒間で空燃比の差が生じるインバランスが発生していると判定するインバランス判定手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、新気供給装置に詰まりが発生していることを把握することができる。これにより、新気供給装置のメンテナンスを適時行うことができる。この結果、十分な新気の流量を確保することができ、減速時の失火を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。
【図２】実施の形態１のエンジンの減速時において、ＥＧＲ率と失火限界との関係を示した図である。
【図３】実施の形態１において、ＥＣＵで実行される新気供給装置異常判定ルーチンのフローチャートである。
【図４】実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるインバランス判定ルーチンのフローチャートである。
【図５】実施の形態１において、新気調節バルブの開閉と筒内圧の変化との関係を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、エンジン本体１０を備える。エンジン本体１０は、火花点火式の４サイクルエンジンであって、ＥＧＲ装置付きの過給エンジンである。さらに、実施の形態１のエンジンは、燃焼室に新気を供給する新気供給装置を備えている。
【００１２】
本実施形態では過給機として、排気を利用して吸気を圧縮するターボチャージャが採用されている。過給機は、吸気通路１７に設けられるコンプレッサ１６と、排気通路３５に設けられるタービン２６とが軸を介在して連結される構造をとっている。
【００１３】
エンジン本体１０の燃焼室には、吸気通路１７が接続されている。吸気通路１７は、その入口にエアクリーナ３６を備えている。エアクリーナ３６の下流には、コンプレッサ１６が設けられている。コンプレッサ１６の下流には、吸気の供給量を調節するスロットルバルブ１８が設けられている。スロットルバルブ１８の下流には、インタークーラ３８が設けられている。インタークーラ３８の下流には、サージタンク４０が設けられている。ここで、吸気通路１７における吸気の流れについて説明をする。エアクリーナ３６から吸入された吸気は、コンプレッサ１６により圧縮された後、スロットルバルブ１８を通過した後、インタークーラ３８により冷却される。インタークーラ３８により冷却された吸気は、吸気通路１７の一部であるサージタンク４０に流入する。そして、サージタンク４０に流入した吸気は、エンジン本体１０の燃焼室内へ取り込まれる。
【００１４】
また、エンジン本体１０の燃焼室には、排気通路３５が接続されている。排気通路３５には、燃焼室から下流に向けて、タービン２６、触媒３４、マフラ４２が設けられている。燃焼室で発生した排気によりタービン２６が回転する。タービン２６が回転することにより、軸を介してコンプレッサ１６が回転して過給が行われている。
【００１５】
ＥＧＲ装置について説明する。ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路２９、ＥＧＲクーラ３７、及びＥＧＲバルブ２８から構成されている。ＥＧＲ通路２９は、タービン２６の下流の排気通路３５を入口とし、コンプレッサ１６の上流の吸気通路１７を出口とするように設けられている。ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路２９の出口がコンプレッサ１６の上流にあるため、エアクリーナ３６からの吸気と共にコンプレッサ１６により圧縮される。
【００１６】
新気供給装置について説明する。新気供給装置は、新気供給通路１３及び新気調節バルブ２２から構成されている。新気供給通路１３は、エアクリーナ３６とコンプレッサ１６との間の吸気通路１７を入口とし、サージタンク４０と燃焼室との間の吸気通路１７を出口とする。より詳しくは、新気供給通路１３の出口は、吸気マニホールドまたは吸気ポートに気筒毎に設けられている。さらに、新気供給通路１３の入口は、ＥＧＲ通路２９の出口より上流に設けられている。このため、新気供給通路１３内には、エアクリーナ３６から吸入された新気のみが通過するようになっている。また、新気供給通路１３内には、新気の供給量を調節する新気調節バルブ２２が新気供給通路１３が吸気マニホールドまたは吸気ポートごとに分岐する分岐点より上流に設けられている。
【００１７】
吸気通路１７には、エンジン本体１０の運転状態を把握するための各種センサが取り付けられている。エアクリーナ３６の下流側には、吸気通路１７に吸入された新気の流量を把握するためにエアフローセンサ１２が取り付けられている。エンジン本体１０の気筒内の燃焼室には、筒内圧センサ１５が設けられている。筒内圧センサ１５は、エンジン本体１０の気筒毎に設けられている。
【００１８】
実施の形態１のシステムの構成は、エンジン本体１０の運転状態を制御するＥＣＵ１００（Engine Control Unit）を備える。ＥＣＵ１００の入力側には、エアフローセンサ１２、筒内圧センサ１５が接続される。ＥＣＵ１００は、エアフローセンサ１２が出力した信号から、吸入空気量を検出する。ＥＣＵ１００は、筒内圧センサ１５が出力した信号から、筒内圧を検出する。
【００１９】
一方、ＥＣＵ１００の出力側には、ＥＧＲバルブ２８、スロットルバルブ１８、新気調節バルブ２２等のアクチュエータがそれぞれ接続される。ＥＣＵ１００は、運転状態に応じて、各種アクチュエータを操作するための信号を出力する。例えば、ＥＣＵ１００は、目的とするＥＧＲ量をコンプレッサ１６上流の吸気通路１７に供給するために、ＥＧＲバルブ２８の開度を調節する。また、ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ１８の開度を操作して、スロットル流量を調節する。また、ＥＣＵ１００は、新気供給通路１３から燃焼室へ新気を供給するに際して、新気調節バルブ２２の開度を操作して、新気流量を調節する。
【００２０】
ところで、エンジンにおいて失火が起きることがある。失火は、燃焼室に供給されるＥＧＲガスの比率（以下、ＥＧＲ率という。）が高くなり酸素濃度が低下すると発生しやすくなる。ＥＧＲ率は、エンジンの減速時に高くなりやすい。これについて図２を参照して説明する。
【００２１】
図２は、実施の形態１のエンジンの減速時において、ＥＧＲ率と失火限界との関係を示した図である。図２において、実線はＥＧＲ率の変化を示し、破線は失火限界の変化を示している。失火限界とは、燃焼に必要な酸素濃度を確保するためのＥＧＲ率である。このため、失火限界を超えたＥＧＲ率になるとエンジンにおいて失火が発生する。
【００２２】
図２に示すように、エンジンが減速するときにＥＧＲ率が失火限界を上回る領域（失火域）が存在する。これは、エンジンが減速する際にスロットルバルブ１８が閉じて新気の供給が止まり、さらにスロットルバルブ１８より下流の吸気通路１７に滞留するＥＧＲガスを含んだ吸気が燃焼室に流入するためである。エンジン減速時に失火を生じさせないためには、ＥＧＲ率が失火域に到達する前に燃焼室に新気を供給してＥＧＲ率を低下させる必要がある。実施の形態１の新気供給装置は、エンジン減速時に燃焼室に新気を供給するために設けられている。
【００２３】
しかしながら、ＥＧＲガス、オイル、そして燃焼室からの吹き返しガスによる吸気デポジットにより、新気調節バルブ２２及び新気供給通路１３に詰まりが生じることがある。詰まりが生じることで、新気調節バルブ２２の弁の動作が悪くなるおそれがある。また、詰まりが生じることで、新気供給通路１３内で新気が通過しにくくなることがある。この結果、失火域における新気の供給が十分に行えなくなり、失火を防止できなくなるおそれがある。
【００２４】
そこで、実施の形態１では、新気供給装置に異常が生じているか否かを筒内圧センサ１５の出力値に基づいて判定する。以下、図３を参照して説明する。
【００２５】
［新気供給装置異常判定ルーチン］
図３は、実施の形態１において、ＥＣＵ１００で実行される新気供給装置異常判定ルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ１００は、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵ１００は、記憶した本ルーチンを実行するためのプロセッサを有している。
【００２６】
まず、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガスの導入を開始する（Ｓ１００）。ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ２８の開度を調節して、吸気通路１７にＥＧＲガスを導入する。
【００２７】
次に、ＥＣＵ１００は、減速失火が発生しているか否かを判定する（Ｓ１０２）。ＥＣＵ１００は、エンジン減速中の気筒毎の失火を筒内圧センサ１５の出力値から検出する。ＥＣＵ１００は、減速失火が発生していないと判定した場合、本ルーチンを終了する。
【００２８】
一方、ＥＣＵ１００は、Ｓ１０２において、減速失火が発生していると判定した場合、失火が新気供給装置以外の要因ではないか否かを判定する（Ｓ１０４）。ＥＣＵ１００は、空燃比の異常判定、燃料噴射弁の異常判定などの異常判定を本ルーチンとは別のルーチンで並行して行っている。ＥＣＵ１００は、Ｓ１０４において、空燃比の異常や燃料噴射弁の異常を検出した場合、失火が新気供給通路以外の要因であると判定し、本ルーチンを終了する。
【００２９】
一方、ＥＣＵ１００は、Ｓ１０４において、失火が新気供給装置以外の要因ではないと判定した場合、スロットルを全閉してフューエルカットを実施している途中に新気調節バルブ２２を目標開度にしたがって一時的に開閉する（Ｓ１０６）。ここで、目標開度とは、目標導入流量が得られる新気調節バルブ２２の開度である。目標導入流量とは、ＥＧＲ導入時の失火を防止するために必要な新気の流量であり、エンジンの運転状態により決まる。目標導入流量は、予めＥＣＵ１００に設定されている。Ｓ１０６が実行されることにより、燃焼室に新気を強制的に流入させることができる。
【００３０】
次に、筒内圧から新気調節バルブ２２の開度補正量を気筒毎に算出する（Ｓ１０８）。図５は、実施の形態１において、新気調節バルブ２２の開閉と筒内圧の変化との関係を表した図である。図５に示すように、新気調節バルブ２２が開くと同時に筒内圧が上昇する。筒内圧の高さは、新気導入流量が大きいほど高くなる。ＥＣＵ１００は、まず、筒内圧から新気導入流量を算出する。次に、ＥＣＵ１００は、算出した新気導入流量と目標導入流量との差分から過不足流量を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、過不足流量に基づいて開度補正量を算出する。ここで、気筒毎に算出された開度補正量のうち最大の開度補正量を開度補正量ｍａｘと称する。なお、新気導入流量の算出は、筒内圧のピーク値を用いて算出してもよい。
【００３１】
次に、ＥＣＵ１００は、現在の目標開度と開度補正量ｍａｘとを合算した値が最大開度Ｘより小さいか否かを判定する（Ｓ１１０）。最大開度Ｘとは、新気調節バルブ２２の最大開度のことである。ＥＣＵ１００は、現在の目標開度と開度補正量ｍａｘとを合算した値が最大開度Ｘ以上であると判定した場合、新気供給装置に詰まりが発生し新気の流入流量が低下していると判定する。そして、ＥＣＵ１００は、最大開度Ｘを目標開度として新気導入弁開度に設定し（Ｓ１１４）、警告灯（ＭＩＬ）を点灯する（Ｓ１１６）。
【００３２】
一方、ＥＣＵ１００は、Ｓ１１０において、現在の目標開度と開度補正量ｍａｘとを合算した値が最大開度Ｘより小さいと判定した場合、現在の目標開度と開度補正量ｍａｘとを合算した値を新規な目標開度として新気調節バルブ２２の開度に反映させる（Ｓ１１２）。その後、本ルーチンは終了する。
【００３３】
［インバランス判定ルーチン］
実施の形態１では、上記の新気供給装置の異常判定の他に、算出した開度補正量を利用して、気筒間の空燃比に差が生じるインバランスが発生しているか否かを判定する制御が行われる。これについて、図４を参照して説明する。
【００３４】
図４は、実施の形態１において、ＥＣＵ１００で実行されるインバランス判定ルーチンのフローチャートである。図４に示すインバランス判定ルーチンにおけるＳ２００、Ｓ２０２、Ｓ２０４、Ｓ２０６、Ｓ２０８は、図３で説明した新気供給装置異常判定ルーチンにおけるＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８と同一の制御内容であるため、説明を省略する。
【００３５】
ＥＣＵ１００は、Ｓ２０８において気筒毎の開度補正量を算出した後、開度補正量の気筒間における差が閾値Ｙより小さいか否かを判定する（Ｓ２１０）。ＥＣＵ１００は、気筒毎に算出された開度補正量の最大値と最小値との差が閾値Ｙより小さいと判定した場合に、本ルーチンは終了する。
【００３６】
ＥＣＵ１００は、Ｓ２１０において、気筒毎に算出された開度補正量の最大値と最小値との差が閾値Ｙ以上であると判定した場合に、気筒間に新気の導入に差が生じており、空燃比にインバランスが発生していると判定する。そして、ＥＣＵ１００は、警告灯（ＭＩＬ）を点灯させる（Ｓ２１２）。
【００３７】
これにより、気筒間に新気の導入に差が生じていることを判定することができる。この結果、気筒間で空燃比に差が生じるインバランスが発生していることを判定することができる。
【００３８】
本実施形態では、排気を利用して吸気を圧縮するターボチャージャを過給機として採用したがこれに限るものではない。例えば、スーパーチャージャや電動コンプレッサなどの排気を利用しない過給機を採用してもよい。
【００３９】
なお、本実施形態においては、ＥＣＵ１００がＳ１０６を実行することにより前記第１の発明による「新気調節バルブ開閉手段」が、ＥＣＵ１００がＳ１０８を実行することにより前記第１の発明による「開度補正量算出手段」が、ＥＣＵ１００がＳ１１０、Ｓ１１４、Ｓ１１６を実行することにより前記第１の発明による「異常判定手段」が、ＥＣＵ１００がＳ２１０、Ｓ２１２を実行することにより前記第２の発明による「インバランス判定手段」がそれぞれ実現される。
【符号の説明】
【００４０】
１０  エンジン本体
１３  新気供給通路
１６  コンプレッサ
１７  吸気通路
２２  新気調節バルブ
２８  ＥＧＲバルブ
２９  ＥＧＲ通路
３７  ＥＧＲクーラ
【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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