(57)【要約】【課題】吸気バルブの作用角の小ずれ、大ずれによる気筒間インバランスを的確に判定することのできる多気筒内燃機関の異常判定装置を提供する。【解決手段】エンジンコントロールコンピューター１５は、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態と同作用角を大きくした状態とのそれぞれでアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動を計測し、それらの結果に基づいて気筒間インバランスの判定を行うようにしている。そしてエンジンコントロールコンピューター１５は、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態でのみ回転変動が大きくなったときには、吸気バルブ７の作用角の小ずれと判定し、同作用角を大きくした状態でのみ回転変動が大きくなったときには、吸気バルブ７の作用角の大ずれと判定し、双方の状態で回転変動が大きくなったときには、インジェクター５のリーンずれと判定している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブの作用角を可変とする作用角可変機構を備える多気筒内燃機関の異常判定装置において、
前記作用角を小さくした状態と前記作用角を大きくした状態とのそれぞれでアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動を計測し、それらの結果に基づいて気筒間インバランスの判定を行う
ことを特徴とする多気筒内燃機関の異常判定装置。
【請求項２】
前記作用角を小さくした状態でのみ前記回転変動が大きくなったときには、特定気筒の前記作用角が他の気筒よりも小さくなる前記作用角の小ずれと判定し、前記作用角を大きくした状態でのみ前記回転変動が大きくなったときには、特定気筒の前記作用角が他の気筒よりも大きくなる前記作用角の大ずれと判定し、双方の状態で前記回転変動が大きくなったときには、特定気筒の燃料噴射量が他の気筒よりも少なくなるインジェクターのリーンずれと判定する
請求項１に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置。
【請求項３】
前記作用角を小さくした状態での前記回転変動の大きさをＡとし、前記作用角を大きくした状態での前記回転変動の大きさをＢとしたとき、回転変動の差Ａ−Ｂが既定の判定値β以上であれば、特定気筒の前記作用角が他の気筒よりも小さくなる前記作用角の小ずれと判定し、回転変動の差Ｂ−Ａが既定の判定値α以上であれば、特定気筒の前記作用角が他の気筒よりも大きくなる前記作用角の大ずれと判定する
請求項１に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置。
【請求項４】
回転変動の差Ａ−Ｂが判定値β未満、かつ回転変動の差Ｂ−Ａが判定値α未満であって、回転変動Ａ及びＢの少なくとも一方が既定の判定値γ以上であれば、特定気筒の燃料噴射量が他の気筒よりも少なくなるインジェクターのリーンずれと判定する
請求項３に記載の多気筒内燃機関の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気バルブの作用角を可変とする作用角可変機構を備える多気筒内燃機関の異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関の異常として、空燃比インバランスがある。空燃比インバランスは、特定気筒のインジェクターの燃料噴射量が他の気筒のものよりも少なくなったり、多くなったりすることで発生し、それが発生すれば、アイドリング中の内燃機関の回転変動が大きくなる。そこで従来、車載等の多気筒内燃機関の多くでは、例えば特許文献１に見られるように、多気筒内燃機関の異常判定装置として、アイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動を計測し、その結果に基づいて気筒間の空燃比インバランスの判定を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０２４９７７号公報
【特許文献２】特開２００７−０１６６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、例えば特許文献２に見られるように、吸気バルブの作用角を可変とする作用角可変機構を備えた多気筒内燃機関が実用されている。この種の多気筒内燃機関では、その回転変動を増大させる異常として、吸気バルブの作用角の小ずれ、大ずれが生じることがある。吸気バルブの作用角の小ずれは、特定気筒の吸気バルブの作用角が他の気筒よりも小さくなる異常であり、同作用角の大ずれは、特定気筒の吸気バルブの作用角が他の気筒よりも大きくなる異常である。
【０００５】
その点、特許文献１の異常判定装置は、空燃比インバランスの異常判定は可能であるが、吸気バルブの作用角の小ずれ、大ずれによる気筒間インバランスまでは、必ずしも的確に判定することができないものとなっている。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、吸気バルブの作用角の小ずれ、大ずれによる気筒間インバランスを的確に判定することのできる多気筒内燃機関の異常判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、吸気バルブの作用角を可変とする作用角可変機構を備える多気筒内燃機関の異常判定装置としての請求項１に記載の発明では、作用角を小さくした状態と作用角を大きくした状態とのそれぞれでアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動を計測し、それらの結果に基づいて気筒間インバランスの判定を行うようにしている。
【０００８】
吸気バルブの作用角の小ずれによる吸入空気量の減少に伴う回転変動は、同作用角が小さくされた状態では顕著に表れるものの、同作用角が大きくされた状態では余り顕著に表れない。一方、吸気バルブの作用角の大ずれに伴う回転変動は、同作用角が小さくされた状態では余り顕著に表れないものの、同作用角が大きくされた状態で顕著に表れる。そのため、吸気バルブの作用角が小さくされた状態でのアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動に基づいても、同作用角の大ずれの有無の判定は難しく、また吸気バルブの作用角が大きくされた状態でのアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動に基づいても、同作用角の小ずれの有無の判定は難しいことになる。
【０００９】
その点、上記構成では、吸気バルブの作用角を小さくした状態と同作用角を大きくした状態とのそれぞれでアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動を計測している。そのため、吸気バルブの作用角の小ずれ、大ずれの双方の発生の有無を的確に判定することが可能となる。したがって、上記構成によれば、吸気バルブの作用角の小ずれ、大ずれによる気筒間インバランスを的確に判定することができる。
【００１０】
なお、上述したように、吸気バルブの作用角の小ずれが発生したときには、同作用角が小さくされた状態でのみ、アイドリング中の回転変動が大となり、また吸気バルブの作用角の大ずれが発生したときには、同作用角が大きくされた状態でのみ、アイドリング中の回転変動が大となる。一方、特定気筒の燃料噴射量が他の気筒よりも少なくなるインジェクターのリーンずれが発生したときには、吸気バルブの作用角が小さくされた状態、大きくされた状態の双方で、アイドリング中の回転変動が大きくなる。
【００１１】
そのため、請求項２に記載のように、吸気バルブの作用角を小さくした状態でのみ回転変動が大きくなったときには、特定気筒の吸気バルブの作用角が他の気筒よりも小さくなる同作用角の小ずれと判定し、吸気バルブの作用角を大きくした状態でのみ回転変動が大きくなったときには、特定気筒の吸気バルブの作用角が他の気筒よりも大きくなる同作用角の大ずれと判定し、双方の状態で回転変動が大きくなったときには、特定気筒の燃料噴射量が他の気筒よりも少なくなるインジェクターのリーンずれと判定するようにすれば、気筒間インバランスの要因を特定することが可能となる。
【００１２】
また請求項３に記載のように、作用角を小さくした状態での回転変動の大きさをＡとし、作用角を大きくした状態での回転変動の大きさをＢとしたとき、回転変動の差Ａ−Ｂが既定の判定値β以上であれば、特定気筒の作用角が他の気筒よりも小さくなる作用角の小ずれと判定し、回転変動の差Ｂ−Ａが既定の判定値α以上であれば、特定気筒の作用角が他の気筒よりも大きくなる作用角の大ずれと判定することでも、作用角の小ずれと大ずれとを判別することが可能となる。更に請求項４に記載のように、回転変動の差Ａ−Ｂが判定値β未満、かつ回転変動の差Ｂ−Ａが判定値β未満であって、回転変動Ａ及びＢの少なくとも一方が既定の判定値γ以上であれば、特定気筒の燃料噴射量が他の気筒よりも少なくなるインジェクターのリーンずれと判定するようにすれば、吸気バルブの作用角の小ずれ、大ずれとインジェクターのリーンずれとを判別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る異常判定装置の適用される多気筒内燃機関の構成を模式的に示す略図。
【図２】（ａ）作用角の小ずれ発生時、（ｂ）作用角の大ずれ発生時及び（ｃ）インジェクターのリーンずれ発生時のそれぞれにおける小作用角及び大作用角での機関負荷と回転変動との関係を示すグラフ。
【図３】作用角の小ずれ発生時、作用角の大ずれ発生時、インジェクターのリーンずれ発生時、及びインジェクターのリッチずれ発生時のそれぞれにおける作用角と空燃比との関係を示すグラフ。
【図４】上記実施の形態に適用されるインバランス判定ルーチンの処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の多気筒内燃機関の異常判定装置を具体化した一実施の形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本実施の形態の異常判定装置が適用される多気筒内燃機関の構成を説明する。
【００１５】
同図に示すように、多気筒内燃機関の吸気管１には、その上流から順に、吸気を浄化するエアクリーナー２、吸入空気量を検出するエアフローメーター３、吸入空気量を調節するスロットルバルブ４が配設されている。そして吸気管１は、吸気マニホールド２１で気筒毎に分岐された後、多気筒内燃機関のシリンダーヘッド２０に形成された各気筒の吸気ポート６に接続されている。各気筒の吸気ポート６には、燃料を噴射するインジェクター５がそれぞれ設置されている。そして各気筒の吸気ポート６は、吸気バルブ７を介して各気筒の燃焼室８に接続されている。
【００１６】
一方、各気筒の燃焼室８は、排気バルブ９を介して、シリンダーヘッド２０に形成された各気筒の排気ポート１０に接続されている。そして排気ポート１０は、各気筒の排気を合流させる排気マニホールド２２を介して排気管１１に接続されている。排気管１１には、燃焼室８で燃焼された混合気の空燃比を検出する空燃比センサー１２や、排気を浄化する第１触媒１３及び第２触媒１４が配設されている。
【００１７】
こうした多気筒内燃機関は、エンジンコントロールコンピューター１５により制御されている。エンジンコントロールコンピューター１５には、上述のエアフローメーター３や空燃比センサー１２に加え、機関出力軸であるクランクシャフト１６の回転位相を検出するクランク角センサー１７などの多数のセンサーが接続されている。またエンジンコントロールコンピューター１５には、上述のインジェクター５に加え、スロットルバルブ４を駆動するスロットルモーター１８、吸気バルブ７の作用角を可変とする作用角可変機構１９などのアクチュエーターの駆動回路が接続されている。
【００１８】
以上のように構成された多気筒内燃機関では、各気筒の発生トルクがばらつく、いわゆる気筒間インバランスが発生することがある。気筒間インバランスは、例えば特定気筒の燃料噴射量が他の気筒よりも少なくなるインジェクター５のリーンずれ、特定気筒の燃料噴射量が他の気筒よりも多くなるインジェクター５のリッチずれにより発生する。また作用角可変機構１９を備えるこの多気筒内燃機関では、特定気筒の吸気バルブ７の作用角が他の気筒よりも小さくなる作用角の小ずれ、特定気筒の吸気バルブ７の作用角が他の気筒よりも大きくなる作用角の大ずれによっても、気筒間インバランスが発生する。
【００１９】
そして本実施の形態では、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態とその作用角を大きくした状態とのそれぞれでアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動を計測し、それらの結果に基づいて気筒間インバランスの判定を行っている。そして、その結果からインジェクター５のリーンずれ、吸気バルブ７の作用角の小ずれ及び大ずれを判別している。なお、インジェクター５のリッチずれについては、空燃比センサー１２の出力の傾きを算出することで、別途に判定されている。
【００２０】
次に、回転変動の計測結果に基づく気筒間インバランスの要因の判別態様の詳細について説明する。
まず図２（ａ）は、吸気バルブ７の作用角の小ずれが発生しているときの機関負荷と回転変動との関係を示している。吸気バルブ７の作用角が小さいときに同作用角の小ずれが発生すると、そもそもの作用角が小さいことからずれの影響が相対的に大きくなり、小ずれが発生した気筒での吸入空気量の低下率は大きくなる。一方、吸気バルブ７の作用角が大きいときに同作用角の小ずれが発生しても、そもそもの作用角が大きいことから、ずれの影響が相対的に小さくなり、小ずれが発生した気筒の吸入空気量の低下率は僅かなものに留まる。したがって、同図に示すように、吸気バルブ７の作用角の小ずれ発生時には、同作用角を小さくした状態において、顕著な回転変動が発生することになる。
【００２１】
また図２（ｂ）は、吸気バルブ７の作用角の大ずれが発生したときの機関負荷と回転変動との関係を示している。吸気バルブ７の作用角が大きいときに同作用角の大ずれが発生すると、吸排気バルブのバルブオーバーラップが増大して吸入空気量が大きく減少する。そのため、吸気バルブ７の作用角が大きいときに同作用角の大ずれが発生すると、大ずれが発生した気筒では、発生トルクが大幅に低下する。一方、吸気バルブ７の作用角が小さいときには、同作用角が多少増大したところで、吸排気バルブのバルブオーバーラップが生じないため、同作用角の大ずれが発生しても顕著なトルク低下は生じない。したがって、同図に示すように、吸気バルブ７の作用角の大ずれの発生時には、同作用角を大きくした状態において顕著な回転変動が発生することになる。
【００２２】
一方、図２（ｃ）は、インジェクター５のリーンずれが発生したときの機関負荷と回転変動との関係を示している。インジェクター５のリーンずれによる回転変動は、燃料噴射量の不足によるものであり、吸入空気量とは関係しないため、吸気バルブ７の作用角の大小に拘わらず発生するものとなっている。そのため、インジェクター５のリーンずれによる回転変動は、吸気バルブ７の作用角の大きいときにも、小さいときにも、同様に大きくなる。
【００２３】
このように、吸気バルブ７の作用角の小ずれの発生時には、同作用角が小さい状態でのみ顕著な回転変動が発生し、吸気バルブ７の作用角の大ずれの発生時には、同作用角が大きい状態でのみ顕著な回転変動が発生する。またインジェクター５のリーンずれの発生時には、吸気バルブ７の作用角が小さい状態及び大きい状態の双方において、顕著な回転変動が発生する。したがって、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態と同作用角を大きくした状態とのそれぞれで計測されたアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動から、インジェクター５のリーンずれ、作用角の小ずれ、作用角の大ずれを判別することができる。ちなみに、図３は、吸気バルブ７の作用角の小ずれ、大ずれ、インジェクター（ＩＮＪ）５のリーンずれ、リッチずれのそれぞれの発生時における空燃比と作用角との関係を示している。
【００２４】
次に、こうした本実施の形態での気筒間インバランスの判定に係るに処理の詳細を説明する。この判定は、図４に示すインバランス判定ルーチンの処理を通じて行われる。なお、同ルーチンの処理は、エンジンコントロールコンピューター１５により、既定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとなっている。
【００２５】
さて本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、機関始動が完了していること、多気筒内燃機関の暖機が完了していること、インバランス判定が未完了であること、アイドリング運転中であること、といった判定条件の成立の有無が確認される。ここで判定条件が成立していなければ（Ｓ１００：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００２６】
判定条件が成立していれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１０１において、吸気バルブ７の作用角が大きくされているか否かが確認される。ここで吸気バルブ７の作用角が大きくされた状態であれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２において、吸気バルブ７の作用角を大きくした状態のアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動Ａが計測される。一方、吸気バルブ７の作用角が小さくされた状態であれば（Ｓ１０１：ＮＯ）、ステップＳ１０３において、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態のアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動Ｂが計測される。そして吸気バルブ７の作用角を大きくした状態、及び小さくした状態の双方のアイドリング中の回転変動Ａ，Ｂが計測されると、ステップＳ１０４以降において、気筒間インバランスの判定が行われる。
【００２７】
なお、本実施の形態の適用される多気筒内燃機関では、アイドリング中は、基本的には、吸気バルブ７の作用角を小さくしており、吸気バルブ７の作用角を大きくした状態のアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動Ａの計測の機会は限られたものとなっている。そうした理由で回転変動Ａの計測の機会が得られず、気筒間インバランスの判定を完了することが難しい場合には、回転変動Ａの計測のため、吸気バルブ７の作用角を大きくした状態でアイドリング運転を実施すると良い。
【００２８】
さて、回転変動Ａ、Ｂの計測を終えて処理がステップＳ１０４に進められると、そのステップＳ１０４において、回転変動Ａから回転変動Ｂを減算した値（Ａ−Ｂ）が、既定の判定値β以上であるか否かが判定される。すなわち、ここでは、吸気バルブ７の作用角を大きくした状態のアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動Ａは大きいものの、その作用角を小さくした状態のアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動Ｂは小さい状態であるか否かが判定される。ここで、回転変動の差Ａ−Ｂが、既定の判定値β以上であれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５において、吸気バルブ７の作用角の小ずれが発生していると判定された上で今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００２９】
一方、回転変動の差Ａ−Ｂが判定値β未満であれば（Ｓ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１０６において、回転変動Ｂから回転変動Ａを減算した値（Ｂ−Ａ）が既定の判定値α以上であるか否かが判定される。すなわち、ここでは、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態のアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動Ｂは大きいものの、その作用角を大きくした状態のアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動Ａは小さい状態にあるか否かが判定される。ここで回転変動の差Ｂ−Ａが既定の判定値α以上であれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０７において、吸気バルブ７の作用角の大ずれが発生していると判定された上で今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００３０】
また回転変動の差Ｂ−Ａが判定値α未満であれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０８において、吸気バルブ７の作用角のずれは無いと判定される。そして続くステップＳ１０９において、回転変動Ａ及び回転変動Ｂのいずれかが既定の判定値γ以上であるか否かが判定される。ここで回転変動Ａ、Ｂのいずれかが判定値γ以上であれば（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０において、インジェクター５のリーンずれが発生したと判定された上で、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、回転変動Ａ、Ｂの双方が判定値γ未満であれば（Ｓ１０９：ＮＯ）、ステップＳ１１１において、インジェクター５のリーンずれは無いと判定された上で、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００３１】
次にこうした本実施の形態の作用を説明する。
本実施の形態では、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態と同作用角を大きくした状態とのそれぞれでアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動が計測される。そして、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態でのみ回転変動が大きくなっていることが確認されたとき（回転変動差Ａ−Ｂが判定値β以上のとき）には、同作用角の小ずれが発生していると判定される。一方、吸気バルブ７の作用角を大きくした状態でのみ回転変動が大きくなっていることが確認されたとき（回転変動差Ｂ−Ａが判定値α以上のとき）には、同作用角の大ずれが発生していると判定される。更に、吸気バルブ７の作用角を大きくした状態、小さくした状態の双方で回転変動が大きくなっていることが確認されたときには、インジェクター５のリーンずれが発生していると判定される。
【００３２】
以上説明した本実施の形態の多気筒内燃機関の異常判定装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態と同作用角を大きくした状態とのそれぞれでアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動を計測し、それらの結果に基づいて気筒間インバランスの判定を行うようにしている。そのため、吸気バルブ７の作用角の小ずれ、大ずれの双方の発生の有無を的確に判定することが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、吸気バルブの作用角の小ずれ、大ずれによる気筒間インバランスを的確に判定することができる。
【００３３】
（２）本実施の形態では、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態でのみ回転変動が大きくなったとき（回転変動の差Ａ−Ｂが判定値β以上のとき）には、同作用角の小ずれが発生していると判定している。また吸気バルブ７の作用角を大きくした状態でのみ回転変動が大きくなったとき（回転変動の差Ｂ−Ａが判定値α以上のとき）には、同作用角の大ずれが発生していると判定している。更に吸気バルブ７の作用角を小さくした状態と大きくした状態の双方で回転変動が大きくなったとき（回転変動の差Ａ−Ｂが判定値β未満、かつ回転変動の差Ｂ−Ａが判定値α未満であって、回転変動Ａ及びＢの少なくとも一方が既定の判定値γ以上のとき）には、インジェクター５のリーンずれが発生していると判定している。そのため、気筒間インバランスの要因を好適に特定することができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、吸気バルブ７の作用角の大ずれ、小ずれとともに、インジェクター５のリーンずれを併せ判定するようにしていたが、インジェクター５のリーンずれの判定が特に必要でないのであれば、吸気バルブ７の作用角の大ずれ、小ずれの判定のみを行うようにしても良い。
【００３５】
・上記実施の形態では、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態と同作用角を大きくした状態とのそれぞれで計測されたアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動から、同作用角の大ずれ、小ずれを判別するようにしていたが、その判別が特に必要でないのであれば、特定気筒の吸気バルブ７の作用角にずれがあることだけを確認するようにしても良い。すなわち、吸気バルブ７の作用角を小さくした状態と同作用角を大きくした状態のいずれかでアイドリング中の多気筒内燃機関の回転変動が大きいことが確認されたのであれば、小ずれか大ずれかを問わず、特定気筒の吸気バルブ７の作用角にずれが生じているとの判定だけを行うようにしても良い。
【００３６】
・上記実施の形態では、吸気バルブ７の作用角の大ずれと小ずれとを判定していたが、それらのいずれかのみの判定しか必要とされない場合には、いずれか一方の判定のみを行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１…吸気管、２…エアクリーナー、３…エアフローメーター、４…スロットルバルブ、５…インジェクター、６…吸気ポート、７…吸気バルブ、８…燃焼室、９…排気バルブ、１０…排気ポート、１１…排気管、１２…空燃比センサー、１３…第１触媒、１４…第２触媒、１５…エンジンコントロールコンピューター、１６…クランクシャフト、１７…クランク角センサー、１８…スロットルモーター、１９…作用角可変機構、２０…シリンダーヘッド、２１…吸気マニホールド、２２…排気マニホールド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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