(57)【要約】【課題】エンジンの一部の気筒の吸気バルブ及び排気バルブを閉じ状態に維持して該気筒の運転を休止させる気筒休止装置の故障の有無を精度良く判定できるようにする。【解決手段】エンジン運転中に所定の気筒休止制御実行条件が成立したときに気筒休止制御を実行する。この気筒休止制御では、気筒休止装置により一部の気筒の吸気バルブ及び排気バルブを閉じ状態に維持して吸排気を停止することで該気筒の運転を休止させて残りの気筒でエンジンを運転する減筒運転を行う。この減筒運転中に、高応答型のエアフローメータの出力に基づいて各気筒の吸気行程に対応する吸気脈動の有無を判定し、気筒休止装置で運転を休止させるように指示した休止指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が有ると判定された場合、又は、運転指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が無いと判定された場合に、該当する気筒において気筒休止装置の故障有りと判定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の一部の気筒の少なくとも吸気バルブを閉じ状態に維持して該気筒の運転を休止させる気筒休止装置と、前記気筒休止装置により一部の気筒の運転を休止させて残りの気筒で内燃機関を運転する減筒運転を行うように制御する気筒休止制御手段とを備えた気筒休止システムにおいて、
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸入空気量検出手段の出力に基づいて各気筒の吸気行程に対応する吸気脈動を判定する吸気脈動判定手段と、
前記減筒運転中に前記気筒休止制御手段により前記気筒休止装置で運転を休止させるように指示した気筒（以下「休止指示気筒」という）か否かの情報と前記吸気脈動判定手段により判定した各気筒の吸気行程に対応する吸気脈動の情報とに基づいて前記気筒休止装置の故障の有無を判定する故障診断手段と
を備えていることを特徴とする気筒休止システムの故障診断装置。
【請求項２】
前記故障診断手段は、前記減筒運転中に前記吸気脈動判定手段により前記休止指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が有ると判定された場合に前記気筒休止装置の故障有りと判定することを特徴とする請求項１に記載の気筒休止システムの故障診断装置。
【請求項３】
前記故障診断手段は、前記減筒運転中に前記吸気脈動判定手段により前記休止指示気筒以外の運転指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が無いと判定された場合に前記気筒休止装置の故障有りと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の気筒休止システムの故障診断装置。
【請求項４】
前記故障診断手段により前記気筒休止装置の故障有りと判定された場合に前記減筒運転を禁止するフェールセーフ制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気筒休止システムの故障診断装置。
【請求項５】
前記故障診断手段により前記気筒休止装置の故障有りと判定された場合に前記休止指示気筒を変更するフェールセーフ制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気筒休止システムの故障診断装置。
【請求項６】
前記気筒休止制御手段は、前記減筒運転中にスロットル開度を開き側に補正することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の気筒休止システムの故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の一部の気筒の運転を休止させる気筒休止装置を備えた気筒休止システムの故障診断装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両においては、燃費向上を目的として、内燃機関の一部の気筒の吸気バルブ及び排気バルブを閉じ状態（リフト量が０の状態）に維持して吸排気を停止することで該気筒の運転を休止させる気筒休止装置を備え、内燃機関の負荷が比較的小さい運転領域で、気筒休止装置により一部の気筒の運転を休止させて残りの気筒で内燃機関を運転する減筒運転を行うようにしたものがある。
【０００３】
また、特許文献１（特開平４−１８３９４２号公報）に記載されているように、内燃機関の吸気バルブや排気バルブのバルブタイミング（開閉時期）を変化させる可変バルブタイミング装置を備えたシステムにおいて、エンジン運転状態（スロットル開度、エンジン回転速度等）に基づいて算出した１回転当りの判定用吸入空気量とエアフローメータの出力に基づいて算出した１回転当りの実吸入空気量とを比較して実バルブタイミング（可変バルブタイミング装置の作動状態）を判定し、この実バルブタイミングと目標バルブタイミングとを比較して可変バルブタイミング装置の故障の有無を判定するようにしたものがある。
【特許文献１】特開平４−１８３９４２号公報（第６頁〜第７頁等参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述した気筒休止装置により一部の気筒の吸気バルブ及び排気バルブを閉じ状態に維持して吸排気を停止することで該気筒の運転を休止させて残りの気筒で内燃機関を運転する減筒運転を行う気筒休止システムを備えた車両では、気筒休止装置が故障した場合に、減筒運転中に運転を休止させる気筒（休止気筒）で吸気バルブや排気バルブが開閉されると、ポンピングロスが増加して燃費が悪化したり、予定外の気筒が吸気／排気動作を行うことにより、燃料調量に誤差を生じたり、排気系に未燃焼の酸素が排出されて排気温度を上昇させてしまうなどの不都合を生じる可能性がある。
【０００５】
しかし、上記特許文献１の技術は、内燃機関の全ての気筒のバルブタイミングを一律に変化させる可変バルブタイミング装置の故障の有無を判定する技術であり、内燃機関の一部の気筒の吸気バルブや排気バルブを閉じ状態に維持して該気筒の運転を休止させる気筒休止装置の故障の有無を判定する技術ではない。
【０００６】
また、仮に、気筒休止システムに上記特許文献１の技術を利用して、減筒運転中にエンジン運転状態（スロットル開度、エンジン回転速度等）に基づいて算出した１回転当りの判定用吸入空気量とエアフローメータの出力に基づいて算出した１回転当りの実吸入空気量とを比較して気筒休止装置の作動状態を判定しようとしても、休止気筒のうちの１気筒のみで吸気バルブや排気バルブが開閉するような故障が発生した場合には、１回転当りの実吸入空気量の変化が少ないため、気筒休止装置の作動状態を判定することが難しく、気筒休止装置の故障の有無を精度良く判定することが困難であり、また、故障気筒を特定することもできないという不都合もある。
【０００７】
本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、内燃機関の一部の気筒の運転を休止させる気筒休止装置の故障の有無を精度良く判定することができる気筒休止システムの故障診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の一部の気筒の少なくとも吸気バルブを閉じ状態に維持して該気筒の運転を休止させる気筒休止装置と、気筒休止装置により一部の気筒の運転を休止させて残りの気筒で内燃機関を運転する減筒運転を行うように制御する気筒休止制御手段とを備えた気筒休止システムにおいて、内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を設け、この吸入空気量検出手段の出力に基づいて各気筒の吸気行程に対応する吸気脈動を吸気脈動判定手段により判定し、減筒運転中に気筒休止制御手段により気筒休止装置で運転を休止させるように指示した気筒（以下「休止指示気筒」という）か否かの情報と吸気脈動判定手段により判定した各気筒の吸気行程に対応する吸気脈動の情報とに基づいて気筒休止装置の故障の有無を故障診断手段により判定するようにしたものである。
【０００９】
気筒休止装置が正常であれば、減筒運転中に、休止指示気筒以外の運転指示気筒では、吸気行程毎に吸気バルブが開弁されて筒内に空気が吸入されるため、運転指示気筒の吸気行程に対応して吸気脈動が発生するが、休止指示気筒では、吸気バルブが閉じ状態に維持されて筒内に空気が吸入されないため、休止指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が発生しない。このような特性に着目して、減筒運転中に休止指示気筒か否かの情報と各気筒の吸気行程に対応する吸気脈動の情報とを用いれば、気筒休止装置の故障の有無を精度良く判定することができる。しかも、各気筒毎に気筒休止装置の故障の有無を判定することができるため、気筒休止装置の故障が発生した気筒を特定することができるという利点もある。
【００１０】
この場合、請求項２のように、減筒運転中に休止指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が有ると判定された場合に気筒休止装置の故障有りと判定するようにすると良い。気筒休止装置が正常であれば、休止指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が発生しないため、休止指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が有ると判定された場合には、気筒休止装置の故障有りと判定することができる。
【００１１】
更に、請求項３のように、減筒運転中に休止指示気筒以外の運転指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が無いと判定された場合に気筒休止装置の故障有りと判定するようにしても良い。気筒休止装置が正常であれば、運転指示気筒の吸気行程に対応して吸気脈動が発生するため、運転指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が無いと判定された場合には、気筒休止装置の故障有りと判定することができる。
【００１２】
ところで、気筒休止装置が故障した場合に、減筒運転中に休止指示気筒の吸気バルブが開閉されると、前述のようにポンピングロスが増加して燃費が悪化したり、空燃比に誤差を生じたり、排気温度上昇を招く可能性がある。
【００１３】
そこで、請求項４のように、気筒休止装置の故障有りと判定された場合に減筒運転を禁止するフェールセーフ制御手段を設けるようにしても良い。このようにすれば、気筒休止装置の故障によって減筒運転中に休止指示気筒の吸気バルブが開閉されて上述のような不都合が生じることを防止することができる。
【００１４】
或は、請求項５のように、気筒休止装置の故障有りと判定された場合に休止指示気筒を変更するフェールセーフ制御手段を設けるようにしても良い。このようにすれば、気筒休止装置が故障した場合でも、減筒運転中に休止指示気筒の吸気バルブが開閉されることによる弊害の発生を防止しながら、減筒運転を行うことができる。
【００１５】
また、請求項６のように、減筒運転中にスロットル開度を開き側に補正するようにしても良い。このようにすれば、減筒運転中に運転指示気筒の吸入空気量を増加させて運転指示気筒の発生トルクを増加させることができるため、減筒運転によるトルク減少を防止して内燃機関の出力トルクを一定に保つことができる。しかも、減筒運転中にスロットル開度を開き側に補正することで、運転指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が吸入空気量検出手段の検出位置まで伝わり易くなるため、吸入空気量検出手段の出力に基づく吸気脈動の判定精度を高めることができ、吸気脈動を用いる気筒休止装置の故障診断の診断精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関である例えばＶ型６気筒のエンジン１１の吸気管１２の上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４（吸入空気量検出手段）が設けられている。このエアフローメータ１４は、各気筒の吸気行程毎に脈動する吸入空気量に対してセンサ出力が応答良く変化する高応答型のエアフローメータである。
【００１７】
このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１８】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１８の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁１９が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２０が取り付けられ、各点火プラグ２０の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１９】
また、エンジン１１のクランク軸２１に取り付けられたシグナルロータ２２の外周側には、クランク軸２１が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２３が取り付けられ、このクランク角センサ２３の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００２０】
また、エンジン１１には、予め設定された複数の気筒群毎（例えば、Ｖ型エンジンの一方のバンクの気筒群と他方のバンクの気筒群）に、それぞれ吸気バルブ２５及び排気バルブ２６を閉じ状態に維持して吸排気を停止することで該気筒群の運転を休止させる気筒休止装置２７が設けられている。尚、一部の気筒群（例えば、Ｖ型エンジンの一方のバンクの気筒群）のみに気筒休止装置２７を設けるようにしても良い。
【００２１】
この気筒休止装置２７は、例えば、吸気バルブ２５と排気バルブ２６を開閉駆動するカムを、それぞれバルブリフト量を０に維持するようなカムプロフィールを有するカムに切り換えることで、吸気バルブ２５及び排気バルブ２６を閉じ状態に維持できるように構成されている。尚、吸気バルブ２５と排気バルブ２６を、それぞれ電磁駆動式バルブで構成して、吸気バルブ２５及び排気バルブ２６を閉じ状態に維持できるようにしても良い。
【００２２】
上述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２４に入力される。このＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１９の燃料噴射量や点火プラグ２０の点火時期を制御する。
【００２３】
また、ＥＣＵ２４は、エンジン１１の燃費を向上させるために、エンジン運転中に図２の気筒休止制御ルーチンを実行することで、所定の気筒休止制御実行条件が成立したときに気筒休止制御を実行する。この気筒休止制御では、気筒休止装置２７により一部の気筒群（例えば、Ｖ型エンジンの一方のバンクの気筒群）の吸気バルブ２５及び排気バルブ２６を閉じ状態に維持して吸排気を停止すると共に燃料噴射を停止することで該気筒群の運転を休止させて残りの気筒群（例えば、Ｖ型エンジンの他方のバンクの気筒群）でエンジン１１を運転する減筒運転を行う。
【００２４】
更に、ＥＣＵ２４は、減筒運転中に、エアフローメータ１４の出力に基づいて各気筒の吸気行程に対応する吸気脈動の有無を判定し、気筒休止装置２７で運転を休止させるように指示した気筒（以下「休止指示気筒」という）か否かの情報と、各気筒の吸気行程に対応する吸気脈動の情報とに基づいて気筒休止装置２７の故障の有無を判定する。
【００２５】
図３に実線で示すように、気筒休止装置２７が正常であれば、減筒運転中に、休止指示気筒以外の運転指示気筒（例えば、第１気筒＃１と第３気筒＃３と第５気筒＃５）では、吸気行程毎に吸気バルブ２５が開弁されて筒内に空気が吸入されるため、運転指示気筒の吸気行程に対応して吸気脈動が発生するが、休止指示気筒（例えば、第２気筒＃２と第４気筒＃４と第６気筒＃６）では、吸気バルブ２５が閉じ状態に維持されて筒内に空気が吸入されないため、休止指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が発生しない。
【００２６】
従って、図３に破線で示すように、休止指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が有ると判定された場合には、気筒休止装置２７の故障（例えば、休止指示気筒の吸気バルブ２５が開閉動作する故障）有りと判定する。また、運転指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が無いと判定された場合にも、気筒休止装置２７の故障（例えば、運転指示気筒の吸気バルブ２５が閉じ状態に維持される故障）有りと判定する。
【００２７】
以下、ＥＣＵ２４が実行する図２の気筒休止制御ルーチンの処理内容を説明する。
図２に示す気筒休止制御ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、クランク角センサ２３の出力、エアフローメータ１４の出力等を読み込む。
【００２８】
この後、ステップ１０２に進み、気筒休止制御実行条件が成立しているか否かを、例えば、エンジン回転速度、エンジン負荷（筒内充填空気量、スロットル開度等）、車速、アクセル開度等が所定の減筒運転領域で且つ定常運転中であるか否かによって判定する。
【００２９】
このステップ１０２で、気筒休止制御実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ１０３以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。この場合、全気筒で吸気バルブ２５及び排気バルブ２６を開閉して吸排気を実施すると共に燃料噴射を実施してエンジン１１を運転する全気筒運転を行う。
【００３０】
一方、上記ステップ１０２で、気筒休止制御実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ１０３に進み、気筒休止制御を実行する。この気筒休止制御では、気筒休止装置２７により一部の気筒群（例えば、Ｖ型エンジンの一方のバンクの気筒群）の吸気バルブ２５及び排気バルブ２６を閉じ状態に維持して吸排気を停止すると共に燃料噴射を停止することで該気筒群の運転を休止させて残りの気筒群（例えば、Ｖ型エンジンの他方のバンクの気筒群）でエンジン１１を運転する減筒運転を行う。この減筒運転中は、スロットル開度を開き側に補正して運転指示気筒の吸入空気量を増加させて運転指示気筒の発生トルクを増加させる。これにより、減筒運転によるトルク減少を補償してエンジン１１の出力トルクを一定に保つ。更に、減筒運転中にスロットル開度を開き側に補正することで、運転指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動がエアフローメータ１４の検出位置まで伝わり易くなる。このステップ１０３の処理が特許請求の範囲でいう気筒休止制御手段としての役割を果たす。
【００３１】
この後、ステップ１０４に進み、減筒運転中にエアフローメータ１４の出力に基づいて各気筒毎に吸気行程に対応する吸気脈動の有無を判定する。この場合、例えば、各気筒毎に吸気行程に対応する上死点間におけるエアフローメータ１４の出力の変動量（極大値と極小値との差）を求め、エアフローメータ１４の出力の変動量が脈動判定値よりも大きいか否かによって、吸気行程に対応する吸気脈動が有るか否かを判定する。一般に、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度、エンジン負荷等）に応じて吸気脈動の大きさが変化するため、脈動判定値は、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度、エンジン負荷等）に応じて設定する。このステップ１０４の処理が特許請求の範囲でいう吸気脈動判定手段としての役割を果たす。
【００３２】
この後、ステップ１０５に進み、各気筒毎に休止指示気筒か否か（休止指示の有無）の情報と吸気行程に対応する吸気脈動の有無の情報との組み合わせが正しいか否かを判定する。このステップ１０５で、休止指示気筒か否かの情報と吸気行程に対応する吸気脈動の有無の情報との組み合わせが正しいと判定された場合、具体的には、休止指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が無いと判定された場合、又は、運転指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が有ると判定された場合には、ステップ１０６に進み、気筒休止装置２７の故障無し（正常）と判定する。
【００３３】
これに対して、上記ステップ１０５で、休止指示気筒か否かの情報と吸気行程に対応する吸気脈動の有無の情報との組み合わせが正しくないと判定された場合、具体的には、休止指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が有ると判定された場合、又は、運転指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動が無いと判定された場合には、ステップ１０７に進み、該当する気筒において気筒休止装置２７の故障（例えば、休止指示気筒の吸気バルブ２５が開閉動作する故障又は運転指示気筒の吸気バルブ２５が閉じ状態に維持される故障）有りと判定して、該当する気筒の異常フラグをＯＮにセットし、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプ（図示せず）を点灯したり、或は、運転席のインストルメントパネルの警告表示部（図示せず）に警告表示して運転者に警告すると共に、その異常情報（異常コード等）をＥＣＵ２４のバックアップＲＡＭ（図示せず）等の書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＣＵ２４の電源オフ中でも記憶データを保持する書き換え可能なメモリ）に記憶する。これらのステップ１０５〜１０７の処理が特許請求の範囲でいう故障診断手段としての役割を果たす。
【００３４】
この後、ステップ１０８に進み、気筒休止装置２７の故障有りと判定された場合に、減筒運転を禁止する。このステップ１０８の処理が特許請求の範囲でいうフェールセーフ制御手段としての役割を果たす。
【００３５】
以上説明した本実施例では、気筒休止装置２７が正常である場合に、減筒運転中に、運転指示気筒では吸気行程に対応して吸気脈動が発生するが、休止指示気筒では吸気行程に対応する吸気脈動が発生しないことに着目して、減筒運転中に休止指示気筒か否かの情報と吸気行程に対応する吸気脈動の有無の情報との組み合わせによって気筒休止装置２７の故障の有無を判定するようにしたので、気筒休止装置２７の故障の有無を精度良く判定することができる。しかも、各気筒毎に気筒休止装置２７の故障の有無を判定することができるため、気筒休止装置２７の故障が発生した気筒を特定することができる。
【００３６】
また、本実施例では、減筒運転中にスロットル開度を開き側に補正するようにしたので、運転指示気筒の吸気行程に対応する吸気脈動がエアフローメータ１４の検出位置まで伝わり易くなって、エアフローメータ１４の出力に基づく吸気脈動の判定精度を高めることができ、吸気脈動を用いる気筒休止装置２７の故障診断の診断精度を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施例では、気筒休止装置２７の故障有りと判定された場合に、減筒運転を禁止するようにしたので、気筒休止装置２７が故障した場合でも、減筒運転中に休止指示気筒の吸気バルブ２５が開閉されてポンピングロスの増加、空燃比の誤差、排気温度上昇などの弊害を防止することができる。
【００３８】
尚、気筒休止装置２７の故障有りと判定された場合に、休止指示気筒を、Ｖ型エンジンの一方のバンクの気筒群から他方のバンクの気筒群に変更して減筒運転を行うようにしても良い。このようにすれば、気筒休止装置２７が故障した場合でも、減筒運転中に休止指示気筒の吸気バルブ２５が開閉されて上述のような弊害の発生を防止しながら、減筒運転を行うことができる。
【００３９】
また、本実施例では、休止指示気筒の吸気バルブ２５と排気バルブ２６の両方を閉じ状態に維持する気筒休止システムに本発明を適用したが、休止指示気筒の吸気バルブ２５のみを閉じ状態に維持する気筒休止システムに本発明を適用しても良い。
【００４０】
また、本発明の適用範囲は、Ｖ型６気筒のエンジンに限定されず、他の型式のエンジン（例えば、直列エンジンや水平対向エンジン等）に適用したり、或は、５気筒以下（例えば、４気筒、５気筒等）のエンジンや７気筒以上（例えば、８気筒、１０気筒、１２気筒等）のエンジンに適用しても良い。
【００４１】
その他、本発明は、図１に示すような吸気ポート噴射式エンジンに限定されず、筒内噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】気筒休止制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。
【図３】気筒休止装置の故障診断を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ１４（吸入空気量検出手段）、１６…スロットルバルブ、１９…燃料噴射弁、２０…点火プラグ、２３…排気管、２４…ＥＣＵ（気筒休止制御手段，吸気脈動判定手段，故障診断手段，フェールセーフ制御手段）、２５…吸気バルブ、２６…排気バルブ、２７…気筒休止装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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