(57)【要約】【課題】  気流制御弁の固着態様全般に対処すべく気流制御弁の固着について判定を行うことができるとともに、特に氷結による気流制御弁の固着について好適に判定を行うことができる気流制御弁の故障判定装置を提供する。【解決手段】  内燃機関５０と、内燃機関５０の筒内にタンブル流を生成するための気流制御弁６０とを有して構成される内燃機関システム１００で、気流制御弁６０の故障を判定するためのＥＣＵ１であって、内燃機関５０で行われる燃焼の状態に基づいて、気流制御弁６０の固着について判定を行う特定固着判定手段を備える。特定固着判定手段は、吸気の温度が所定値以下であるときに気流制御弁６０の固着について判定を行うことで、氷結による気流制御弁６０の固着について判定を行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、該内燃機関の筒内に旋回気流を生成するための気流制御弁とを有して構成される内燃機関システムで、前記気流制御弁の故障を判定するための気流制御弁の故障判定装置であって、
前記内燃機関で行われる燃焼の状態に基づいて、前記気流制御弁の固着について判定を行う特定固着判定手段を備えることを特徴とする気流制御弁の故障判定装置。
【請求項２】
前記特定固着判定手段が、吸気の温度が所定値以下であるときに前記気流制御弁の固着について判定を行うことで、氷結による前記気流制御弁の固着について判定を行うことを特徴とする請求項１記載の気流制御弁の故障判定装置。
【請求項３】
さらに前記内燃機関の気筒毎の筒内圧に基づき、前記内燃機関で行われる燃焼の速度を気筒毎に算出する燃焼速度算出手段を備えるとともに、前記内燃機関で行われる燃焼の状態が、前記燃焼速度算出手段が算出した気筒毎の燃焼速度であり、且つ前記固着判定手段が前記気流制御弁の固着について気筒毎に判定を行うことを特徴とする請求項１または２記載の気流制御弁の故障判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気流制御弁の故障判定装置に関し、特に気流制御弁の固着について判定を行うための気流制御弁の故障判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の筒内にタンブル（縦渦）やスワール（横渦）といった旋回気流を生成するための気流制御弁が吸気通路に配設された内燃機関システムが知られている。係る内燃機関システムで気流制御弁の固着が発生すると、筒内に旋回気流が意図通りに生成されなくなってしまい、この結果、内燃機関の出力性能や排気ガス中に含まれるエミッションなどに悪影響が及ぶことになる。一方、気流制御弁の固着は具体的には例えば気流制御弁と吸気通路の間に付着した水分が氷結することによって発生する。この点、氷結による気流制御弁の固着を対象とする技術として、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１または２で提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２９８４８号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
気流制御弁の固着は上述の通り氷結によって発生するが、氷結による気流制御弁の固着には、例えば冬季などに内燃機関の運転を停止している間に水分が氷結し、この結果、気流制御弁が固着するといった固着態様のほか、吸気の温度が０℃以下になっていることに起因して、内燃機関始動後に吸気に含まれる水分が気流制御弁と吸気通路との間に付着して氷結し、この結果、気流制御弁が固着するといった固着態様もある。また気流制御弁の固着には、氷結による固着以外にも例えば吸気に含まれる塵芥とオイルが結合して気流制御弁と吸気通路との間にデポジットが生成及び堆積され、この結果、気流制御弁が固着するといった固着態様もある。
【０００５】
この点、特許文献１で提案されている技術では係る気流制御弁の固着態様のうち、一部のものを対象とする技術であるため、その他の気流制御弁の固着態様全般に対処するといった観点からは別途相応の技術を必要にすることになると考えられる。一方、気流制御弁の固着態様全般に対処するといった観点からは、例えば気流制御弁の固着態様や固着度合いに応じて、固着を抑制或いは解消すべく所定の制御を行うことなどが考えられるが、このためにはまず気流制御弁に固着について、その発生の有無などを判定する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、気流制御弁の固着態様全般に対処すべく気流制御弁の固着について判定を行うことができるとともに、特に氷結による気流制御弁の固着について好適に判定を行うことができる気流制御弁の故障判定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】
上記課題を解決するために、本発明は内燃機関と、該内燃機関の筒内に旋回気流を生成するための気流制御弁とを有して構成される内燃機関システムで、前記気流制御弁の故障を判定するための気流制御弁の故障判定装置であって、前記内燃機関で行われる燃焼の状態に基づいて、前記気流制御弁の固着について判定する特定固着判定手段を備えることを特徴とする。ここで気流制御弁に固着が発生した場合には、気流制御弁と吸気通路との間の隙間が狭くなる分、筒内に流入する吸気の流速が速くなる。そしてこのときには筒内により強度の高い旋回気流が筒内生成される結果、燃焼状態が本来の燃焼状態とは異なってくる。本発明は係る点に着目してなされたものであり、本発明によれば気流制御弁の固着態様全般に対処すべく気流制御弁の固着について判定を行うことができる。
【０００８】
なお、本発明において、固着とは気流制御弁が完全に固着した状態だけでなく、気流制御弁が完全に固着する前段階の状態も含まれる。この点、本発明は特に気流制御弁が完全に固着する前段階の状態をも固着として判定できる点に特徴を有している。すなわち本発明では燃焼状態に基づいて判定を行うことで、気流制御弁が完全に固着する前段階で、気流制御弁と吸気通路との間の隙間が狭くなった状態についても予め固着として判定を行えることから、本発明によれば固着に対処するための制御も好適に行えるようになる。この場合の制御としては、例えば氷結による固着の場合にあっては氷結の生成が助長されることを抑制すべく気流制御弁を駆動させる制御を行うことなどが考えられる。またデポジットによる固着の場合にあっては、例えば警告灯を点灯してユーザにサービス工場での点検を早期に促すといった制御を行うことなどが考えられる。
【０００９】
また特定故障判定手段はさらに具体的には例えば予め設定された本来の燃焼状態と、気筒毎に検出された燃焼状態とに基づいて気流制御弁の固着について対応する気筒毎に判定することが好ましい。この点、本来の燃焼状態としては例えば実験等で予め把握したものを適用することができ、利用するにあたっては、実験等で予め把握した燃焼状態を内燃機関の運転状態（例えば内燃機関の回転数及び負荷）に応じて設定したマップデータを備えることで利用できる。このとき予め設定された本来の燃焼状態は例えば内燃機関の回転数及び負荷に応じてこれらの全域で設定されている必要はなく、必要とする特定の範囲（例えば気流制御弁が全閉に制御され、且つ内燃機関の運転状態が定常状態になっているときに対応する範囲）で設定されていればよい。
【００１０】
また本発明は前記特定固着判定手段が、吸気の温度が所定値以下であるときに前記気流制御弁の固着について判定を行うことで、氷結による前記気流制御弁の固着について判定を行ってもよい。ここで氷結という固着態様の性質に応じて氷結による固着に好適に対処することを考慮した場合、氷結による固着は他の固着態様と区別されることが好ましい。この点、氷結による気流制御弁の固着は吸気の温度が所定値（例えば０℃）以下であるという条件下であれば発生し得るといえる。本発明は係る点に着目してなされたものであり、本発明によれば氷結による気流制御弁の固着について判定を行えることから、係る固着態様に応じた対処制御も好適に行うことができるようになる。また氷結による気流制御弁の固着は、デポジットによる固着と比較して、吸気の温度が所定値以下であるという条件下において短時間の間により高い頻度及び可能性で発生し得るところ、本発明によれば、完全に固着する前段階で気流制御弁の固着について判定を行えることから、氷結による気流制御弁の固着を判定するにあたって好適である。
【００１１】
なお、可能性としては例えば吸気の温度が所定値以下であるときに、氷結による固着の代わりにデポジットによる固着が発生することもあり得る。しかしながら、長期間に亘って次第に生成されるデポジットによる固着よりも、まず短時間で発生し得る氷結による気流制御弁の固着に確実に対処できるようにするといった観点からは、これらをさらに区別できるような判定を行わなくとも特段の不都合はないといえる。この場合には、例えば吸気の温度が所定値よりも大きいときに固着について判定を行うことで、デポジットによる固着であるか否かなどを判定することができる。また本発明において、現に内燃機関の吸気系に吸入されている吸気の温度と、内燃機関の吸気系に吸入される前の大気の温度とは実質的に同一のものであるといえることから、本発明は吸気の温度を大気温と換言した場合も含むものである。
【００１２】
また本発明はさらに前記内燃機関の気筒毎の筒内圧に基づき、前記内燃機関で行われる燃焼の速度を気筒毎に算出する燃焼速度算出手段を備えるとともに、前記内燃機関で行われる燃焼の状態が、前記燃焼速度算出手段が算出した気筒毎の燃焼速度であり、さらに前記固着判定手段が前記気流制御弁の固着について気筒毎に判定を行ってもよい。
【００１３】
ここで氷結による気流制御弁の固着が発生した場合には、筒内に生成される旋回気流の強度が高まることから、混合気のミキシング性などが変化し、この結果、燃焼速度が変化する（速くなる）。一方、燃焼速度が変化すると筒内圧も変化することから、すなわち燃焼速度は筒内圧と相関関係を有することから、燃焼速度は筒内圧センサなどを利用して筒内圧を検出することによって算出することができる。このため具体的には例えば本発明のようにして気流制御弁の固着について気筒毎に判定を行うことが好適である。また氷結による気流制御弁の固着は可能性としては複数の気流制御弁が同時に固着することも考えられるところ、本発明によれば気筒毎に個別に判定を行えることから、係る場合でも対応する気筒毎に気流制御弁の固着について判定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、気流制御弁の固着態様全般に対処すべく気流制御弁の固着について判定を行うことができるとともに、特に氷結による気流制御弁の固着について好適に判定を行うことができる気流制御弁の故障判定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１６】
図１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現されている気流制御弁の故障判定装置を、内燃機関システム１００とともに模式的に示す図である。内燃機関システム１００は吸気系１０と内燃機関５０とを有して構成されている。吸気系１０は内燃機関５０に空気を導入するための構成であり、吸気を濾過するためのエアクリーナ１１や、吸入空気量を計測するためのエアフロメータ１２や、吸気の流量を調節するスロットル弁１３や、吸気を一時的に貯蔵するサージタンク１４や、吸気を内燃機関５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１５や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。
【００１７】
内燃機関５０はシリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、燃焼室５４と、吸気弁５５と、排気弁５６と、点火プラグ５７と、燃料噴射弁５８と、筒内圧センサ５９と、気流制御弁６０を有して構成されている。本実施例に示す内燃機関５０は直列４気筒のガソリンエンジンである。但し内燃機関５０は本発明を実施可能な内燃機関であれば特に限定されず、例えば他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図１では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック５１には略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５４はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。
【００１８】
シリンダヘッド５２には燃焼室５４に吸気を導くための吸気ポート５２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室５４から排気するための排気ポート５２ｂが形成され、さらにこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５及び５６が配設されている。点火プラグ５７は燃焼室５４の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。燃料噴射弁５８は所謂ポート噴射を行えるように、吸気ポート５２ａ内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。但し、燃料噴射弁５８の配置はこれに限られず、例えば筒内に直接燃料を噴射できる配置などであってもよい。
【００１９】
吸気ポート５２ａには、燃焼室５４内（以下、単に筒内とも称す）にタンブル流を生成するための気流制御弁６０が配設されている。気流制御弁６０はＥＣＵ１の制御のもと、吸気ポート５２ａ内で吸気を偏流させて筒内にタンブル流を生成するための構成である。気流制御弁６０の先端側には所定の開口面積を持つ切り欠き部（図示省略）が形成されており、この切り欠き部により特に気流制御弁６０全閉時に吸気の流速が高められる。そのほか内燃機関５０には筒内の筒内圧を検出するための筒内圧センサ５９が気筒毎に配設されているほか、内燃機関５０の回転数ＮＥに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ７１や、内燃機関５０の水温を検出するための水温センサ７２などの各種のセンサが配設されている。
【００２０】
なお、気流制御弁６０はタンブル流を生成するものに限られず、所定の開弁状態で筒内に強い旋回気流を生成できるものであれば、逆タンブル流やスワール流やタンブル流とスワール流とを合成して形成される斜めタンブル流を生成するものなどであってもよい。また気流制御弁６０は例えばインテークマニホールド１５が形成する吸気通路に配設されていてもよい。
【００２１】
ＥＣＵ１は図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有して構成されるマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンと称す）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１は主として内燃機関５０を制御するための構成であり、本実施例では点火プラグ５７（より具体的には図示しないイグナイタ）や燃料噴射弁５８のほか、気流制御弁６０（より具体的には図示しない気流制御弁６０用のアクチュエータ）なども制御している。ＥＣＵ１にはこれら燃料噴射弁５８等のほか、各種の制御対象が電気的に接続されている。またＥＣＵ１にはエアフロメータ１２や、エアフロメータ１２に内蔵された図示しない吸気温センサや、筒内圧センサ５９や、クランク角センサ７１や、水温センサ７２などの各種のセンサが電気的に接続されている。
【００２２】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関５０制御用のプログラムのほか、内燃機関５０で行われる燃焼の状態に基づいて、気流制御弁６０の固着について判定を行う特定固着判定用プログラムなども格納している。この特定固着判定用プログラムは、本実施例では具体的には吸気の温度が所定値（ここでは０℃）以下であるときに気流制御弁６０の固着について判定を行うことで、氷結による気流制御弁６０の固着について判定を行うように作成されている。またこの特定固着判定用プログラムは、さらに具体的には本実施例では内燃機関５０で行われる燃焼の状態を気筒毎の燃焼速度として、この気筒毎の燃焼速度に基づいて気流制御弁６０の固着について気筒毎に判定を行うように作成されている。
【００２３】
このためＲＯＭは内燃機関５０の気筒毎の筒内圧に基づき、内燃機関５０で行われる燃焼の速度を気筒毎に算出する燃焼速度算出用プログラムを格納しており、特定固着判定用プログラムはこの燃焼速度算出用プログラムに基づいて算出された燃焼速度に基づき判定を行うように作成されている。また判定にあたって、特定固着判定用プログラムは本実施例では予め設定された本来の燃焼速度と、気筒毎に検出された燃焼速度とに基づいて気流制御弁６０の固着について対応する気筒毎に判定を行うに作成されている。このためＲＯＭは実験により予め把握した燃焼速度を内燃機関５０の運転状態（ここでは内燃機関５０の回転数ＮＥ及び負荷）に応じて設定した燃焼速度マップデータも格納している。
【００２４】
また判定にあたって、特定固着判定用プログラムは気流制御弁６０が全閉に制御され、且つ内燃機関５０の運転状態が定常運転状態にあるときに判定を行うように作成されている。さらに判定にあたって、特定固着判定用プログラムは本実施例では具体的には気筒毎に検出された燃焼速度と本来の燃焼速度との差分（式：検出された燃焼速度−本来の燃焼速度）を夫々算出し、算出した差分が所定値よりも大きかった場合に、その気筒に対応する気流制御弁６０に氷結による固着あり、と判定するように作成されている。なお、氷結による固着が発生した場合には、検出された燃焼速度が本来の燃焼速度よりも速くなることから、例えば検出された燃焼速度が本来の燃焼速度よりも所定値以上速かった場合に、その気筒に対応する気流制御弁６０に氷結による固着あり、と判定するように作成してもよい。
【００２５】
そのほかＲＯＭは各種のセンサの出力に基づき状態検出を行うための各種の検出用プログラムを格納しており、検出用プログラムとしては例えば吸気温センサの出力に基づいて吸気温度を検出するための吸気温検出用プログラムや、筒内圧センサ５９の出力に基づいて筒内圧を気筒毎に検出するための筒内圧検出用プログラムなどを格納している。この筒内圧検出用プログラムは具体的には筒内圧センサ５９の出力をピークホールドして筒内圧をピーク値で検出するように作成されている。なお、上述したこれらのプログラムは一体として組み合わされていてもよい。本実施例ではマイコンと上述した各種のプログラムとで各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが実現されており、特にマイコンと特定固着判定用プログラムとで特定固着判定手段が実現されている。
【００２６】
次にＥＣＵ１で行われる処理を図２に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１は、ＲＯＭに格納された上述の特定固着判定用プログラム等に基づき、ＣＰＵがフローチャートに示す処理を実行することで、氷結による気流制御弁６０の固着を判定する。なお本フローチャートは内燃機関５０の運転状態が定常状態にあるときに行われる。ＣＰＵは吸気温が０℃以下であるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１１）。否定判定であれば、本フローチャートでは特段の処理を要しないため、処理を終了する。一方、ステップＳ１１で肯定判定であれば、ＣＰＵは気流制御弁６０が全開に制御されているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１２）。肯定判定であればステップＳ１１に戻る。
【００２７】
一方、ステップＳ１２で否定判定であれば、本実施例では気流制御弁６０が全閉に制御されていることとなり、ＣＰＵは気筒毎の筒内圧を検出する処理を実行する（ステップＳ１３）。続いてＣＰＵは検出した筒内圧に基づいて燃焼速度を気筒毎に算出する処理を実行する（ステップＳ１４）。続いてＣＰＵは内燃機関５０の回転数ＮＥ及び負荷を検出するとともに、燃焼速度マップデータを参照して本来の燃焼速度を読み込む。そしてさらにステップＳ１３で検出した燃焼速度と本来の燃焼速度との差分を気筒毎に算出するとともに、算出した差分が所定値よりも大きいか否かを気筒毎に判定する処理を実行する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５ですべての気筒について否定判定であれば、氷結による気流制御弁６０の固着が発生していないと判定し（ステップＳ１７）、処理を終了する。一方、ある気筒について検出された燃焼速度が本来の燃焼速度よりも速かった場合には、該当する気筒についてはステップＳ１５で肯定判定されるとともに、その他の気筒についてはステップＳ１５で否定判定される。
【００２８】
図３は気流制御弁６０と吸気通路との間の隙間と、タンブル比との関係を示す図である。また図４はタンブル比と燃焼速度との関係を示す図である。図３から隙間が狭くなるほど、タンブル比が向上することがわかる。また図４からタンブル比が大きいほど、燃焼速度が速くなることがわかる。したがって氷結による固着が発生した場合には、気流制御弁６０と吸気通路との間の隙間が狭くなることから燃焼速度が速くなり、この結果、ステップＳ１５で肯定判定されることになる。これにより対応する気筒毎に、氷結による固着あり、と判定することができる（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１１で否定判定であった場合でも、別途ステップＳ１２以降に示す処理を同様に実行するようにすれば、氷結による固着の代わりにデポジットによる固着についても判定を行うことができる。この場合には特定固着判定用プログラムを、吸気の温度が所定値よりも大きい場合にも気流制御弁の固着について判定するように作成すればよい。
【００２９】
また、ステップＳ１５で肯定判定された場合には、例えば肯定判定された対象の気流制御弁６０を一度全開に制御し、再びもとの開度に戻すように制御すれば、氷結の付着を落とすことができ、以って氷結の生成が助長されることを抑制できる。また例えば気流制御弁６０を所定の度合いで開く度に、燃焼速度がそのときの開度相当の燃焼速度に低下したか否かを判定し、肯定判定であった場合にもとの開度に戻すような制御も好適である。この場合には氷結の生成が助長されることを抑制できるとともに、氷結を完全に除去できなかった場合でも、さらに燃焼速度が本来の燃焼速度になったときに気流制御弁６０の開度をそのまま維持するように制御することもできる点で好適である。以上により、気流制御弁６０の固着態様全般に対処すべく気流制御弁６０の固着について判定を行うことができるとともに、特に氷結による気流制御弁６０の固着について好適に判定を行うことができるＥＣＵ１を実現できる。
【００３０】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＥＣＵ１を内燃機関システム１００と共に模式的に示す図である。
【図２】ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図３】気流制御弁６０と吸気通路との間の隙間と、タンブル比との関係を示す図である。
【図４】タンブル比と燃焼速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ＥＣＵ
１０  吸気系
５０  内燃機関
５９  筒内圧センサ
６０  気流制御弁
１００  内燃機関システム
【図１】
2008286078.tif 000003
【図２】
2008286078.tif 000004
【図３】
2008286078.tif 000005
【図４】
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