(57)【要約】【課題】独立した気筒群を複数備える内燃機関のいずれかのスロットルバルブが故障した場合であっても、アイドル安定性の向上を図ることができる吸気制御装置を提供する。【解決手段】複数の気筒群ＬＢ、ＲＢを備え、前記気筒群ＬＢ、ＲＢ毎に吸気通路３が設けられており当該吸気通路にスロットルバルブ５及びアイドル回転数制御バルブ１１が配置されていると共に、前記吸気通路同士を接続する連通路２０を有している内燃機関１の吸気制御装置であって、前記スロットルバルブのいずれかに故障が発生したときに、正常なスロットルバルブが属する気筒群のアイドル回転数制御バルブを制御すると共に、前記故障が発生したスロットルバルブが属する気筒群のアイドル回転数制御バルブも制御する制御手段を備えている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒群を備え、前記気筒群毎に吸気通路が設けられており当該吸気通路にスロットルバルブ及びアイドル回転数制御バルブが配置されていると共に、前記吸気通路同士を接続する連通路を有している内燃機関の吸気制御装置であって、
前記スロットルバルブのいずれかに故障が発生したときに、正常なスロットルバルブが属する気筒群のアイドル回転数制御バルブを制御すると共に、前記故障が発生したスロットルバルブが属する気筒群のアイドル回転数制御バルブも制御する制御手段を備えた、ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
前記気筒群それぞれに吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段が配備されており、
前記制御手段は、前記吸入空気量検出手段からの出力信号に基づいて、正常な気筒群と異常のある気筒群との吸入空気量が一致するように協調制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記正常なスロットルバルブが属する気筒群のみでの運転を開始してから所定時間経過した後に、正常側の気筒群と異常側の気筒群との吸入空気量差が所定値以上であるときに、前記協調制御を開始することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のアイドル安定性を向上させる吸気制御装置に関する。より詳細には、独立した複数の気筒群を備えると共に、この気筒群毎にスロットルバルブ及びアイドル回転数制御バルブが配備されている内燃機関で、いずれかのスロットルバルブが故障したときにアイドル安定性を向上させる吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
独立した複数の気筒群を備える内燃機関であって、気筒群毎に独立した吸気通路を設けてスロットルバルブを配置した構造が従来から知られている。しかし、この構造でいずれかのスロットルバルブが故障した場合には、吸入空気量（吸気量）が減少して出力が低下してしまうと共に、運転者が予期しない急激な減速やショックが起こる場合がある。そこで、例えば特許文献１はスロットルバルブの故障時に正常なスロットルバルブを開側に制御して、正常なスロットルバルブを通過する吸気量を増加させることで出力を維持するスロットル制御装置を提案する。このスロットル制御装置によれば、スロットルバルブの故障時に内燃機関全体の出力低下を抑制できると共にドライブフィーリングを改善できる。
【０００３】
ところで、独立した複数の気筒群を備える内燃機関については、アイドル安定性を図ることについても配慮が必要である。アイドル安定性とは、内燃機関のアイドリング時の回転数（回転速度）を一定に保つ性能である。アイドル安定性を向上させるための技術については、従来から複数の提案がある。例えば、スロットルバルブを迂回するようにパイパス管を設けると共に、このバイパス管にアイドル時の吸気量を制御するためのアイドル回転数制御バルブ（Idle  speed  Control  Valve、以下、ＩＳＣバルブと称する）を配備する構造が良く知られている。このような構造を採用するとＩＳＣバルブを内燃機関の回転数に基づいてフィードバック制御できるので内燃機関のアイドル安定性を向上させることができる。例えば特許文献２の内燃機関の空気量制御装置は、各気筒群に圧力センサを設け、この圧力センサの検出結果を比較する。そして、高圧側吸気系のアイドル回転数制御バルブの開度を低圧側の吸気系よりも小さくするように補正する。これによって気筒群間相互での吸気干渉を回避してアイドル安定性を向上させる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９５８３１号公報
【特許文献２】特開平６−３３６９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１は、いずれかのスロットルバルブが故障した時に、正常なスロットルバルブの開側を制御して内燃機関全体の出力低下を抑制するフェールセーフ技術を単に開示するだけである。スロットルバルブが故障したときのアイドル安定性については考慮していない。一方、特許文献２はスロットルバルブが正常に作動している場合におけるアイドル安定性を図る技術を開示するもので、スロットルバルブが故障した際の対応については考慮していない。よって、この両特許文献を考慮しても、複数の独立した気筒群を備える内燃機関でいずれかのスロットルバルブが故障したときに、アイドル安定性を向上させることはできない。
【０００６】
さらに、前述した複数の独立した気筒群を備える内燃機関で、例えばブローバイガスを供給するガスラインが各気筒群の吸気通路同士を接続するように設けられている場合がある。このように吸気通路を連通する構造を備えている場合には気筒群間での吸気量差が圧力変動となって影響を及ぼすのでアイドル制御が困難となる。従来にあっては、このような点にまで配慮して、複数の独立した気筒群を備える内燃機関でいずれかのスロットルバルブが故障したときのアイドル安定性についての十分な検討がされていないというのが実情である。
【０００７】
よって、本発明の目的は、独立した気筒群を複数備える内燃機関のいずれかのスロットルバルブが故障した場合であっても、アイドル安定性の向上を図ることができる吸気制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、複数の気筒群を備え、前記気筒群毎に吸気通路が設けられており当該吸気通路にスロットルバルブ及びアイドル回転数制御バルブが配置されていると共に、前記吸気通路同士を接続する連通路を有している内燃機関の吸気制御装置であって、前記スロットルバルブのいずれかに故障が発生したときに、正常なスロットルバルブが属する気筒群のアイドル回転数制御バルブを制御すると共に、前記故障が発生したスロットルバルブが属する気筒群のアイドル回転数制御バルブも制御する制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置により達成される。
【０００９】
本発明によると、スロットルバルブのいずれかに故障が発生したときに、制御手段が正常なスロットルバルブ側のアイドル回転数制御バルブだけでなく、故障したスロットルバルブ側のアイドル回転数制御バルブも利用してアイドル制御を実行するので、アイドル安定性の向上を確実に図ることができる。
【００１０】
また、前記気筒群それぞれに吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段が配備されており、前記制御手段は、前記吸入空気量検出手段からの出力信号に基づいて、正常な気筒群と異常のある気筒群との吸入空気量が一致するように協調制御を実行することが好ましい。
【００１１】
また、前記制御手段は、前記正常なスロットルバルブが属する気筒群のみでの運転を開始してから所定時間経過した後に、正常側の気筒群と異常側の気筒群との吸入空気量差が所定値以上であるときに、前記協調制御を開始するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、独立した気筒群を複数備える内燃機関のいずれかのスロットルバルブが故障した場合であっても、アイドル安定性の向上を図ることができる吸気制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。
【００１４】
図１は、実施例の吸気制御装置を適用した内燃機関１について示した図である。内燃機関１はいわゆるＶ型のエンジンであり、左右に独立したバンクＬＢ、ＲＢが形成されている。左バンクＬＢ、右バンクＲＢのそれぞれには気筒８が４個ずつ配置されて気筒群を形成している。各気筒群にはそれぞれ個別の吸気通路３が設けられている。なお、以下の説明では左右バンクに共通する部位について、右バンクに属する構成にはＲ、左バンクに属する構成にはＬの符号を付して区別する。
【００１５】
左右バンクは対称的に形成されている。右バンクＲＢ側の構成について説明する。エアクリーナ２Ｒでゴミ等を濾過された大気（空気）は吸気通路３Ｒによって気筒群側に供給されている。吸気通路３Ｒの下流端はサージタンク６Ｒに接続され、このサージタンク６Ｒはインテークマニホールド７Ｒを介して各気筒８Ｒに接続されている。エアクリーナ２Ｒの下流側近傍には空気流量検出手段となるエアフローメータ４Ｒが配置され、吸気通路３Ｒ内を流れる吸入空気量（空気量）を検出できるようになっている。なお、空気流量検出手段は例示するエアフローメータ４Ｒのように吸入空気の流量を直接に検出するものでもよいし、空気圧を検出する圧力センサでもよい。空気流量検出手段として圧力センサを採用した場合は空気圧から吸入空気流量を換算すればよい。
【００１６】
さらに、スロットルバルブ５Ｒが配置されている上流側の吸気通路３Ｒからパイパス管１０Ｒが分岐され、このパイパス管１０Ｒの他端はバランスパイプ１２Ｒに接続されている。そして、バランスパイプ１２Ｒは分岐され各気筒８Ｒに接続されている。バイパス管１０Ｒの途中にはアイドル回転数制御バルブ１１（以下、ＩＳＣバルブ１１とする）が配置されている。反対側の左バンクＬＢについても同様に形成されている。
【００１７】
さらに、この内燃機関１は運転中に発生するブローバイガスを各吸気通路３Ｒ、３Ｌに戻すためのブローバイライン２０が配備されている。このブローバイライン２０は吸気通路３Ｒと吸気通路３Ｌとを接続する連通路となる。
【００１８】
図１で示している構造では左右のスロットルバルブ５Ｒ、５Ｌのいずれかが故障した場合には、特にアイドル運転時にあっては左右バンク間での負圧変動が大きくなり安定的な駆動が困難になる場合がある。本実施例の内燃機関１は、このような事態に対処してアイドル安定性を向上させる吸気制御装置が組込まれている。この吸気制御装置は、スロットルバルブが故障した側のバンクに属するＩＳＣバルブが正常である場合に、このＩＳＣバルブも利用して正常なバンク側を円滑に駆動するように吸気量を調整するので、内燃機関全体としてアイドル安定性を向上させる。
【００１９】
図２は、内燃機関１に適用されている吸気制御装置３０に係る部分の構成を示したブロック図である。吸気制御装置３０は、左右のエアフローメータ４Ｒ，４Ｌ、スロットルバルブ５Ｒ，５Ｌ、及びＩＳＣバルブ１１Ｒ，１１Ｌを備えている。さらに、スロットルバルブ５Ｒ，５Ｌ及びＩＳＣバルブ１１Ｒ，１１Ｌの駆動を制御する電子制御装置（Electronic  Control  Unit、以下ＥＣＵ）３１を備えている。吸気量を検出する左右のエアフローメータ４Ｒ，４Ｌの出力信号や内燃機関の回転数（ＮＥ）を検出する図示しないセンサからの出力信号が、ＥＣＵ３１に供給されている。ＥＣＵ３１は、内燃機関１の吸気制御に関する一連のプログラムを格納したＲＯＭ３２及び処理領域を提供するＲＡＭ３３とバス３４を介して接続されている。なお、このＥＣＵ３１は、内燃機関１側のＥＣＵを流用するように設計することで吸気制御装置の構成を簡素化できる。ただし、吸気制御装置用のＥＣＵ３１を準備してもよいし、左右バンク夫々に専用のＥＣＵを設けてもよい。
【００２０】
図２において、ＥＣＵ３１は左右のエアフローメータ４Ｒ、４Ｌからの出力信号により、左右それぞれの吸気通路内を流れる吸入空気量、及び内燃機関の回転数ＮＥに関する情報を確認し、アイドル安定化を図る制御手段として機能する。より具体的には、ＥＣＵ３１がスロットルバルブ５Ｒ、５Ｌのいずれかの故障発生を確認したときに、正常なスロットルバルブが属する気筒群のＩＳＣバルブを制御すると共に、故障が発生したスロットルバルブが属する気筒群のＩＳＣバルブも合せて制御することでアイドル制御性を高めて運転の安定性を向上させる。
【００２１】
ところで、スロットルバルブの故障が確認された場合には、そのスロットルバルブが属するバンクの駆動を停止して、片バンク状態で内燃機関の運転を継続するのが一般的である。すなわち、例えば左バンクＬＢのスロットルバルブ５Ｌの故障が確認されたときには、この左バンクＬＢ側の駆動を停止し、正常な右バンクＲＢだけを駆動するいわゆる片バンク状態で内燃機関を運転するのが従来にあっては一般的であった。しかし、左バンクＬＢの気筒内ではクランク軸に接続されているピストンが移動するので吸気流が発生して筒内圧が変化する。ここで吸気通路３Ｒと吸気通路３Ｌとがブローバイライン２０で接続されているので、正常な右バンクＲＢの筒内圧が影響を受けて変動してしまう。その結果、内燃機関の回転数（ＮＥ）が変動してアイドル時の運転が不安定なものとなった。これに対して、本実施例装置のＥＣＵ３１は故障したスロットルバルブ側のＩＳＣバルブが正常である場合、このＩＳＣバルブの開度も調整して左右バンクの吸気量差を抑制する。これにより、正常側のバンクを円滑に駆動してアイドル性を向上させる。
【００２２】
図３は、ＥＣＵ３１が左右のバンクＲＢ、ＬＢいずれかのスロットルバルブが故障を確認したときに、アイドル安定性を向上させるために実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３１は、例えば内燃機関１のイグニッションがオンされたことを確認したときにこのルーチンを起動する。
【００２３】
まず、ＥＣＵ３１は左右のスロットルバルブ５Ｒ、５Ｌに故障（フェール）が発生していないかを監視する（Ｓ１１）、いずれのスロットルバルブも正常に動作している場合には通常制御を維持し（Ｓ１２）、監視を継続する。
【００２４】
一方、ＥＣＵ３１が上記ステップ１１（Ｓ１１）でスロットルバルブ５Ｒ，５Ｌのいずれかの故障を確認した場合には、正常なスロットルバルブを含むバンク（正常バンクと称す）側だけの運転に切替える（Ｓ１３）。その際には、故障が発生したスロットルバルブを含むバンク（異常バンクと称す）側のスロットルバルブ（ＴＡ）の開度を固定する。そして、両バンクのＩＳＣバルブが正常に作動していることを確認して（Ｓ１４）、両方のＩＳＣバルブの開度を調整してアイドル安定性を向上させるためのアイドル制御を実行する（Ｓ１５）。このように異常バンクに属するＩＳＣバルブが正常に作動する場合に、両ＩＳＣバルブの開度を調整することにより正常側の吸気変動を抑制してアイドル安定性を促進する。
【００２５】
さらに、ＥＣＵ３１は片バンク運転開始から所定時間後に左右バンクの吸気量差が所定値以上か否かを確認する（Ｓ１６）。左右バンクの吸気量差が所定値以上である場合には、バンク間での負圧変動が大きいこととなり、内燃機関の回転数が変動してアイドル時の運転が不安定となる。そこで、左右バンクの吸気量差が所定値より大きい場合には、以下のステップ１７で示す協調制御を実行する。一方、左右バンクの吸気量差が所定値より小さい場合には、上記ステップ１５で実行したアイドル制御によってアイドル安定性が向上していることになる。よって、この場合には、本ルーチンによる処理を終了する。
【００２６】
これに対して、左右バンクの吸気量差が所定値以上である場合には協調制御が実行される（Ｓ１７）。この協調制御は、吸気量の多い側のバンクのＩＳＣバルブを一定量、絞る方向へ駆動すると共に、吸気量の少ない反対側のバンクのＩＳＣバルブを同量、開ける方向へ駆動するものである。このように左右のＩＳＣバルブを同時に駆動することで大きな吸気量差を効率良く縮小して一致するように制御する。その結果として、アイドル安定性を向上させることができる。なお、協調制御を実行する際には、正常バンクのスロットルバルブ（ＴＡ）の開度を一定に固定するのが好ましい。
【００２７】
そして、ＥＣＵ３１は次のステップ１８（Ｓ１８）で左右バンクの吸気量差が所定値より小さくなりアイドル安定性が向上したことを確認すると、本ルーチンによる処理を終了する。しかし、上記のような協調制御を実行しても吸気量差を所定値より小さくできない場合も想定される。この場合にはＩＳＣバルブを更に制御してもアイドル安定性を向上させることが困難である。よって、この場合には左右ＩＳＣバルブを固定として、正常バンクのスロットルバルブ（ＴＡ）の開度を調整してアイドル回転数制御（ＩＳＣ制御）を実行してアイドル安定性を図ってから本ルーチンによる処理を終了する。
【００２８】
以上で説明したように、制御手段として機能するＥＣＵ３１は、故障バンクに属するＩＳＣバルブが正常に作動する場合、このＩＳＣバルブも活用して正常バンクのＩＳＣバルブと組合せた高いアイドル制御を実行するので、本実施例の内燃機関はスロットルバルブに故障が発生してもアイドル安定性を向上させることができる。
【００２９】
図４は、実施例の吸気制御装置でアイドル安定化のために実行される協調制御の様子を、従来と比較して示したタイムチャートである。上段側で示すように、スロットルバルブ（ＴＡ）のいずれかに故障が発生すると、所定時間後に片バンク運転が開始される。このように片バンク運転を行うと左右バンク間に発生する吸気量差（圧力差）によって回転数（ＮＥ）の変動量が大きくなりアイドル状態が不安定になる。
【００３０】
片バンク運転が開始され所定時間経過しても左右バンクの吸気量差が縮小しない場合には、協調制御に入る。この協調制御は先に概略を説明したように、左右のＩＳＣバルブを同時に反対の向きに駆動する。図４では正常バンク側のＩＳＣバルブの開度が大きく、異常バンク側のＩＳＣバルブの開度が小さい場合を一例として示している。この場合には、図４の符号ＣＲで示すように、協調制御を実行したときに正常バンク側のＩＳＣバルブは一定量閉じる方向に開度補正され、一方異常バンク側のＩＳＣバルブは同じ量開く方向に開度補正される。これにより、図４の最下段で示すように左右バンク間での吸気量差が解消され一致する状態を形成できる。一方、従来の場合にはずれ（吸気量差）を解消できないので、アイドル状態が不安定となる。上記協調制御を行う吸気制御装置を備える内燃機関は、スロットルバルブに故障が発生してもアイドル安定性を向上できる。
【００３１】
なお、図４で示すのは、スロットルバルブのみが故障して左右のＩＳＣバルブでバンク間の吸気量差を縮小できる場合を示している。先に、図３のフローチャートで説明したように、スロットルバルブの故障と共に他にも原因がある場合には、協調制御によっても吸気量差を縮小できない場合がある。この場合には、図３のステップ１９で説明したように、さらに正常バンクのスロットルバルブを調整してアイドル回転数制御を行うことになる。
【００３２】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例の吸気制御装置を適用した内燃機関について示した図である。
【図２】内燃機関に適用されている吸気制御装置に係る部分の構成を示したブロック図である。
【図３】ＥＣＵ３１が左右のバンクＲＢ、ＬＢいずれかのスロットルバルブが故障を確認したときに、アイドル安定性を向上させるために実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。
【図４】実施例の吸気制御装置でアイドル安定化のために実行される協調制御の様子を、従来と比較して示したタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１                        内燃機関
２                        エアクリーナ
３                        吸気通路
４                        エアフローメータ（吸入空気量検出手段）
５                        スロットルバルブ
６                        サージタンク
８                        気筒
１０                      バイパス管
１１                      ＩＳＣバルブ（アイドル回転数制御バルブ）
２０                      ブローバイライン
３０                      吸気制御装置
３１                      ＥＣＵ（制御手段）
ＬＢ                      左バンク
ＲＢ                      右バンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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