(57)【要約】【課題】吸気流制御装置に別途センサ等を設けることなく、吸気流制御装置の故障を診断し得る吸気流制御装置の故障診断技術を提供する。【解決手段】内燃機関の吸気系に設けられ内燃機関の燃焼室に対する吸気の導入に伴い、この吸気の流れに変化を与えて燃焼室内に気流を形成する吸気流コントロールバルブの故障診断装置であって、燃焼室には点火装置が設けられ、ＥＣＵは、冷間始動直後において内燃機関の機関回転数が目標回転数となるように点火時期を変更すると共に、故障診断の基準となる基準点火時期に対して変更後の点火時期が相違しているか否かに基づき、吸気流コントロールバルブの故障の有無を診断する（Ｓ１０６、Ｓ２０３）故障診断制御を実行することを特徴とする。【選択図】図９
2005201172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気系に設けられ内燃機関の燃焼室に対する吸気の導入時に伴い、この吸気の流れに変化を与えて燃焼室内に気流を形成する吸気流制御装置の故障診断装置であって、
前記燃焼室に設けられた点火装置と、
所定条件下で前記内燃機関の機関回転数が目標回転数となるように前記点火装置の点火時期を変更する点火時期制御手段と、
故障診断の基準となる基準点火時期に対して前記変更後の点火時期が相違しているか否かに基づき、前記吸気流制御装置の故障の有無を診断する故障診断手段と、
を備えることを特徴とする吸気流制御装置の故障診断装置。
【請求項２】
前記点火時期制御手段は、気流形成時の機関回転数が前記所定条件下で目標回転数より低い場合に前記点火時期を進角して前記機関回転数を目標回転数に補正し、
前記故障診断手段は、前記補正後の点火時期が前記基準点火時期に対して進角している場合に、前記吸気流制御装置の故障と診断することを特徴とする請求項１に記載の吸気流制御装置の故障診断装置。
【請求項３】
前記点火時期制御手段は、前記所定条件下として冷間時の機関始動直後に前記点火時期を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の吸気流制御装置の故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障診断技術に関し、より詳細には、内燃機関の吸気系に設けられる吸気流制御装置の故障検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関として、例えば、吸気系にスワールコントロールバルブ（以下ＳＣＶと称する）や噴流ポート等の吸気流制御装置を備えた内燃機関が知られている。また、この吸気流制御装置の操作によってその時々の運転状態に適したスワールやタンブル流を燃焼室内に形成することで、周知の希薄燃焼運転を可能にした内燃機関が知られている。
【０００３】
より詳しくは、燃焼室内に気流を形成することで、燃焼室の必要箇所に適切な濃度で燃料の拡散を図り、この燃料の拡散を以て、僅かな燃料で安定した燃焼状態を実現している。
【０００４】
また、この吸気流制御装置に関連して、例えば、下記特許文献１〜３に示すＳＣＶの故障診断技術が知られている。
まず、特許文献１に記載の故障診断技術によれば、気筒内の圧力と空燃比センサの出力とを用いてＳＣＶの故障を検出している。
【０００５】
より詳しくは、ＳＣＶの閉弁時に圧力センサによって気筒内の圧力を検出して機関燃焼の安定度を監視すると共に、この状況で、混合気の空燃比を機関燃焼の安定度を維持し得る許容限度までリーン側に制御してリーン化の限界値を取得し、この限界値が基準空燃比以下であるときにＳＣＶの作動不良とみなしている。
【０００６】
また、特許文献２に記載の故障診断技術によれば、ＳＣＶの閉弁時又は開弁時に対応する正常運転時の点火開始から筒内圧がピーク値に達するまでの燃焼期間をクランク角センサの信号から検出し、一方で、筒内圧センサの信号から実際の燃焼期間を検出し、クランク角センサの信号から検出した燃焼期間と実際の燃焼期間とを比較して、ＳＣＶの故障を判定している。
【０００７】
また、特許文献３に記載の故障診断技術によれば、ＳＣＶ閉弁時の燃焼状態と、ＳＣＶ開弁時の燃焼状態とを、例えばノックセンサの出力値から検出すると共に、これら両者の燃焼状態を比較して燃焼状態が悪化している場合にＳＣＶの故障とみなしている。
【特許文献１】特開平９−４２０２１号公報
【特許文献２】特開平７−８３１０１号公報
【特許文献３】特開２００１−２０７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来の故障診断技術では、吸気流制御装置の弁体の位置に依存した燃焼状態の推移（変化）を筒内圧センサ等で検出し、正規の燃焼状態の推移と、この検出した燃焼状態の推移と、を比較して吸気流制御装置の故障を診断している。
【０００９】
このため、例えば、吸気流制御装置に組み込まれる弁体が脱落した場合や開弁位置で吸
気流制御装置が固着した場合には、閉弁状態に対応した燃焼状態の推移を正確に把握できず、別途吸気流制御装置の弁体の位置を直に検出する開度センサ等が必要になる。
【００１０】
また、筒内圧センサの出力値から燃焼状態を検出して故障診断を行う故障診断技術（特許文献１及び特許文献２）では、筒内圧センサが他のセンサに対して割高であること、並びにその設置に於いてシリンダヘッドに大幅な加工を施す必要があるなど、コストや既存内燃機関への採用の手間を考慮すると未だ多くの改善の余地がある。
【００１１】
本発明は、このような技術的背景を考慮してなされたもので、吸気流制御装置に別途センサ等を設けることなく、吸気流制御装置の故障を診断し得る吸気流制御装置の故障診断技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した技術的課題を解決するため本発明では以下の構成とした。
すなわち、内燃機関の吸気系に設けられ内燃機関の燃焼室に対する吸気の導入時に伴い、この吸気の流れに変化を与えて燃焼室内に気流を形成する吸気流制御装置の故障診断装置であって、
前記燃焼室に設けられた点火装置と、
所定条件下で前記内燃機関の機関回転数が目標回転数となるように前記点火装置の点火時期を変更する点火時期制御手段と、
故障診断の基準となる基準点火時期に対して前記変更後の点火時期が相違しているか否かに基づき、前記吸気流制御装置の故障の有無を診断する故障診断手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
このように構成された本発明によれば、内燃機関の吸気系に吸気流制御装置を備えている。また、機関回転数が所定条件下で目標回転数に収束するように点火時期を変更する点火時期制御手段を備え、この点火時期制御手段によって機関回転数を目標回転数に維持している。また、故障診断手段は、故障診断の基準となる点火時期に対して変更後の点火時期が相違しているか否かに基づき、前記吸気流制御装置の故障の有無を診断している。
【００１４】
つまり、本構成の診断装置は、吸気流制御装置の故障に起因した機関回転数の変化を点火時期の変更によって補正し、且つ補正時の点火時期の制御方法に基づき吸気流制御装置の故障診断を行っている。すなわち、吸気流制御装置が故障すると、内燃機関の燃焼状態が悪化し、機関回転数が低下する。この場合、点火時期制御手段は、点火時期を変更して機関回転数を目標回転数に維持する。従って、点火時期がどれだけ変更されたかにより吸気流制御装置の故障を診断することができる。
【００１５】
また、前記点火時期制御手段は、気流形成時の機関回転数が前記所定条件下で目標回転数より低い場合に前記点火時期を進角して前記機関回転数を目標回転数に補正し、
前記故障診断手段は、前記補正後の点火時期が前記基準点火時期に対して進角している場合に、前記吸気流制御装置の故障と診断している構成であってもよい。
【００１６】
吸気流制御装置の故障発生時には、燃焼室内に適切な気流が形成されず燃焼速度が低下するため、この燃焼速度の低下に起因した機関回転数の低下を防止すべく点火時期制御手段は、点火時期を進角して燃焼速度を増大して機関回転数を目標回転数に維持している。よって、故障診断手段は、この点火時期の進角を条件に吸気流制御装置の故障とみなしている。
【００１７】
また、前記点火時期制御手段は、前記所定条件下として冷間時の機関始動直後に前記点火時期を変更する構成であってもよい。
この構成では、冷間始動直後の暖気運転、所謂「ファーストアイドル」を利用して吸気流制御装置の故障を診断している。
【００１８】
なお、本発明で吸気流制御装置とは、吸気通路の一部を絞る若しくは吸気通路の一部を遮断して吸気の流れに変化を与える弁体を備えた装置、また、燃焼室内に空気等を噴射して気流を形成するポート等を吸気バルブの周囲に備えた装置など、燃焼室内に於ける吸気の流れに変化を加えることができる構成を備えた装置を総称して吸気流制御装置と称する。
【００１９】
また、上記した課題を解決するための手段に記載の事項は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、吸気流制御装置に別途センサ等を設けることなく、吸気流制御装置の故障を診断し得る吸気流制御装置の故障診断技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１に示す内燃機関１は、４気筒希薄燃焼式リーンバーンガソリン機関であって、各気筒２の燃焼室２ａには、それぞれ一組の吸気ポート３が並列して設けられ、各吸気ポート３にはサージタンク４及び吸気マニホルド５を通じて吸気（新気）が供給されている。また、一方の吸気ポート３に至る吸気マニホルド５には、本発明に係る吸気流制御装置として吸気流コントロールバルブ６が設けられている。
【００２３】
吸気流コントロールバルブ６は、開弁位置と閉弁位置との間でＥＣＵ１０により開閉操作可能であり、吸気流コントロールバルブ６の開弁時には、燃焼室２ａに連通した双方の吸気ポート３から燃焼室２ａ内に吸気が供給される。
【００２４】
また、吸気流コントロールバルブ６の閉弁時には、主に吸気流コントロールバルブ６の設けられていない他方の吸気ポート３を通じて燃焼室２ａに吸気が供給されている。
なお、吸気流コントロールバルブ６には、図２に示すように燃焼室２ａの上部と同方向に向かって切り欠かれた切欠き６ａが形成されており、吸気流コントロールバルブ６の閉弁時には、吸気流コントロールバルブ６の切欠き６ａを通って燃焼室２ａ内に流れ込んだ吸気が、燃焼室２ａの高さ方向に回転するタンブル流を燃焼室２ａ内に形成する。またさらに、他方の吸気ポート３から燃焼室２ａ内に流れ込んだ吸気が燃焼室２ａの内壁面に沿って旋回することで燃焼室２ａ内にスワールが形成される。
【００２５】
また、各燃焼室２ａには、燃焼室２ａ内に燃料を噴射供給するための燃料噴射弁８と、吸気系から取り込んだ吸気（新気）と共に燃料を燃焼させる点火プラグ７ａが設けられ、さらに、各点火プラグ７ａには高電圧を印可するための点火装置７が接続されている。
【００２６】
各点火装置７には、内燃機関１の制御系に設けられた電子制御装置であるＥＣＵ１０の監視のもと、その時々の運転状態に適したタイミングで点火信号が出力されており、各点火装置７は、この点火信号を受けて高電圧を点火プラグに印可している。
【００２７】
なお、ＥＣＵ１０には、内燃機関の回転数を検出するクランク角センサ１１が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１０は、吸気流コントロールバルブ６及び点火装置７と電気的に接続され、これらを制御することができる。
【００２８】
ところで、この種の内燃機関１では、気流の形成によって必要箇所に適宜の濃度で燃料の拡散を促し、この燃料の適切な拡散によって火炎の伝播を良好にして内燃機関１の希薄燃焼を実現している。このため吸気流コントロールバルブ６の故障によって適切な気流を燃焼室２ａ内に確保できない状況では、燃焼速度が低下して機関回転数が変動するといった現象が発生する。
【００２９】
このためＥＣＵ１０は、機関回転数や点火時期を監視すると共に、これら機関回転数や点火時期をパラメータとしてフィードバック制御の実行によって、その時々に要求される適宜のタイミングで点火信号を各点火装置７に対して印可することで安定した運転状態の確保を可能にしている。
【００３０】
なお、冷間時の機関始動直後に開始される暖気運転を例に説明すれば、ＥＣＵ１０は、機関回転数を目標回転数に維持すべく機関回転数と点火時期とをパラメータとしたフィードバック制御を行っている。
【００３１】
ここで、図３は、点火時期と機関回転数との時間推移を示したタイムチャート図である。
図３中、「４弁」とは４気筒全てに対応する吸気流コントロールバルブ６が正常に作動しているものを示し、「３弁」、「２弁」、「１弁」とは、夫々４気筒のうち何れか３つ、２つ、１つに対応する吸気流コントロールバルブ６が正常に作動しているものを示している。そして、「弁なし」は、４気筒全てに対応する吸気流コントロールバルブ６が正常に作動していないものを示している。
【００３２】
このように、正常に作動しない吸気流コントロールバルブ６の数が増えるほど、点火時期が進角される。
より詳しくは、まず、クランク角センサ１１の出力から機関回転数を検出し、暖気運転時の目標回転数と比較する。そして、例えば機関回転数が目標回転数よりも低い場合には、点火時期を進角することにより燃焼速度を早めて、現在の機関回転数を目標回転数に収束させている。
【００３３】
また、ここで機関回転数と点火時期との相関関係を図４及び図５を参照して詳述すると、ＥＣＵ１０は、燃焼速度の遅れに起因して機関回転数が目標回転数に対して低くなったときに、この燃焼速度の遅れを改善すべく点火時期（要求点火時期）を進角している（図４中Ａ点、図５中Ａ’点参照）。また、逆に燃焼速度が早い場合には機関回転数が目標回転数に対して高くなるため、ＥＣＵ１０は燃焼速度を遅くするために点火時期を遅角している（図４中Ｂ点、図５中Ｂ’点参照）。
【００３４】
このようにＥＣＵ１０は、機関回転数の変動を補正すべく、現在の燃焼状態に応じて点火時期を進角及び遅角して目標の機関回転数を得ている。また、以下では、上記のフィードバック制御を回転数補正制御と称する。
＜故障診断制御＞
続いて、吸気流コントロールバルブ６の故障診断制御について図７を参照して説明する。また、本実施例では、本故障診断制御を実行するためのＥＣＵ１０、並びに上記の点火装置７等によって本発明の特許請求の範囲に記載の各種手段や装置を構成している。
【００３５】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、冷間時の機関始動直後のアイドル運転（暖気運転）中であるか否か判定する。判定は、クランク角センサ１１により得られる機関回転数が規定の範囲内となっているか否かにより判定される。
【００３６】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、点火時期のフィードバック制御が行われているか否か判定する。
【００３７】
ここでは、上述の点火時期の変更を伴う回転数補正制御が実行されているか否かにより判定される。
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００３８】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、吸気流コントロールバルブ６の閉弁制御を行っているか否か判定する。すなわち、吸気流コントロールバルブ６を作動させる指令を発しているか否か判定する。
【００３９】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ１０４では、吸気流コントロールバルブ６の作動開始時からの点火装置７の点火時期を例えば１５秒間積算する。なお、ここで点火時期の取得の開始時期は、例えば本ステップＳ１０４の開始直後からであってもよく、各種仕様に応じて種々変更できるものである。
【００４０】
ステップＳ１０５では、取得した点火時期の積算値と、吸気流コントロールバルブ６の作動開始からの経過時間（例えば、１５秒）と、から平均点火時期を算出する。
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、平均点火時期が判定値Ａ以上であるか否か判定する。
【００４１】
ここで、図６は、横軸に各気筒の吸気流コントロールバルブ６の作動状態、縦軸に平均点火時期をとったときの図である。
横軸に示される「正常」とは、全ての気筒２に対する吸気流コントロールバルブ６が正常に作動（閉弁）している場合である。また、「１弁なし」とは、何れか１つの吸気流コントロールバルブ６が故障すなわち、開弁したままとなっていることを示している。同様に、「２弁なし」、「３弁なし」、及び「４弁なし」とは、夫々何れか２つ、３つ、及び４つの吸気流コントロールバルブ６が故障、すなわち開弁したままとなっていることを示している。
【００４２】
このように、吸気流コントロールバルブ６が作動しない場合には、点火時期が進角され、しかも、作動しない吸気流コントロールバルブ６が多くなるほどその進角される角度は大きくなる。
【００４３】
以上より、平均点火時期と図６との関係から、吸気流コントロールバルブ６が作動しているか否か、さらには、作動していない個数を判定することが可能となる。
ここで、前記「判定値Ａ」は、図６に示す「１弁なし」に対応した平均点火時期とする。
【００４４】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。
ステップＳ１０７では、吸気流コントロールバルブ６が開弁されたまま作動しない、すなわち閉弁しない、開故障であると判定する。
【００４５】
ステップＳ１０８では、吸気流コントロールバルブ６は正常に作動していると判定する
。
このように本実施例では、吸気流コントロールバルブ６の故障に起因した機関回転数の変動を点火時期の変更によって補正し、且つこの補正時に点火時期が進角されたか否かに基づき吸気流コントロールバルブ６の故障の有無を診断している。
【００４６】
なお、上記した実施例は、あくまでも本発明の一実施例であり、その詳細は、各種仕様に応じて種々変更可能である。
まず、本実施例では吸気ポート３手前の吸気マニホルド５に配置された吸気流コントロールバルブ６の開閉操作によって燃焼室２ａ内に気流を形成しているが、必ずしもその必要はなく、例えば、吸気バルブ２０の周囲にスワールを形成する噴流ポート２４を吸気流制御装置として備え、吸気の導入と共にこの噴流ポート２４を通じて吸気バルブ２０の周囲にスワールを形成することにより燃焼室２ａ内に大きな気流を形成する構造の内燃機関に於いても本発明の故障診断技術は有用である。
【００４７】
ここで、図８は、本実施例を適用可能な他の内燃機関を示した図である。図８（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図を示している。
スロットル弁２１よりも上流と吸気ポート３とが、バイパス通路２３及び噴流ポート２４により連通されている。バイパス通路２３には、アイドルスピードコントロールバルブ２２（以下、ＩＳＣＶ２２とする）が設けられ、該バイパス通路２３を流通する吸気の流量を調整することが可能となっている。
【００４８】
このような内燃機関においても、ＩＳＣＶ２２の故障診断をする際に本発明の故障診断技術を適用することができる。
また、上述の故障診断制御では、補正後の点火時期が基準点火時期に対して進角している場合に、吸気流コントロールバルブ６の開故障とみなしているが、故障診断の基準となる基準点火時期（判定値）を吸気流コントロールバルブ６の開弁時と閉弁時とに分けて個別に設定してもよい。すなわち、吸気流コントロールバルブ６の故障診断時には、吸気流コントロールバルブ６への開弁指令が発せられているか、若しくは閉弁指令が発せられているかを把握して、故障診断に適用すべき基準点火時期（判定値）を選択し、この基準点火時期に対する平均点火時期の相違に基づき吸気流コントロールバルブ６の故障を検出してもよい。
【００４９】
なお、図９は、上記基準点火時期を個別に有する故障診断制御の制御内容を示すフローチャートである。なお、本フローチャートにおいては、図７に示すフローチャートと重複する処理については同じ符号を付し、上述の故障診断制御と相違する部分のみを詳述する。
【００５０】
すなわち、ステップＳ１０３で否定判定がなされた後のステップＳ２０１以降の処理のみを詳述する。
ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１０は、吸気流コントロールバルブ６の作動開始時からの点火装置７の点火時期を例えば１５秒間積算する。ここでは、前記ステップＳ１０４と同様の処理がなされる。
【００５１】
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１０は、取得した点火時期の積算値と、吸気流コントロールバルブ６の作動開始からの経過時間（例えば、１５秒）と、から平均点火時期を算出する。ここでは、前記ステップＳ１０５と同様の処理がなされる。
【００５２】
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１０は、平均点火時期が判定値Ｂよりも小さいか否か判定する。ここで、判定値Ｂは、全ての吸気流コントロールバルブ６が開弁しているときになり得る点火時期、すなわち、吸気流コントロールバルブ６が全て正常であるときにない
得る点火時期である。
【００５３】
ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。
ステップＳ２０４では、吸気流コントロールバルブ６が閉弁されたまま作動しない、すなわち開弁しない、閉故障であると判定する。
【００５４】
ステップＳ２０５では、吸気流コントロールバルブ６は正常に作動していると判定する。
ここで、吸気流コントロールバルブ６の閉弁時と開弁時には、燃焼状態が幾分相違するため、故障診断の基準となる基準点火時期（判定値）を吸気流コントロールバルブ６の閉弁時と開弁時に対応して個別に有することで、吸気流コントロールバルブ６の開弁状態と閉弁状態の双方において吸気流コントロールバルブ６の故障を制度良く診断することが可能になる。
【００５５】
以上説明したように、本実施例に示す内燃機関１では、吸気流コントロールバルブ６に別途センサ等を設けることなく、吸気流コントロールバルブ６の故障診断を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施例に示す希薄燃焼式リーンバーンガソリン機関の断面図。
【図２】本実施例に係る吸気流コントロールバルブの正面図。
【図３】点火時期と機関回転数との時間推移を示したタイムチャート図。
【図４】目標回転数に対する実際の機関回転数の偏差と、点火時期の相関関係を示す図。
【図５】燃焼速度と、目標回転数を得るために必要な要求点火時期との相関関係を示す図。
【図６】横軸に各気筒の吸気流コントロールバルブの作動状態、縦軸に平均点火時期をとったときの図。
【図７】本実施例に係る故障診断制御の処理内容を示すフローチャート図。
【図８】本実施例を適用可能な他の内燃機関を示した図。図８（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図を示している。
【図９】本実施例に係る故障診断制御の処理内容の変更例を説明するためのフローチャート図。
【符号の説明】
【００５７】
１     内燃機関
２     気筒
２ａ   燃焼室
３     吸気ポート
４     サージタンク
５     吸気マニホルド
６     吸気流コントロールバルブ
７     点火装置
７ａ   点火プラグ
８     燃料噴射弁
１０   ＥＣＵ
１１   クランク角センサ
２０   吸気バルブ
２１   スロットル弁
２２   アイドルスピードコントロールバルブ
２３   バイパス通路
２４   噴流ポート
【図１】
2005201172.tif 000003
【図２】
2005201172.tif 000004
【図３】
2005201172.tif 000005
【図４】
2005201172.tif 000006
【図５】
2005201172.tif 000007
【図６】
2005201172.tif 000008
【図７】
2005201172.tif 000009
【図８】
2005201172.tif 000010
【図９】
2005201172.tif 000011