JP5115327B2 - ブローバイガス処理機構の異常診断装置及び方法 - Google Patents

Description

この発明は内燃エンジンのブローバイガスを吸気に再供給するブローバイガス処理機構の異常診断に関する。

内燃エンジンのブローバイガスを吸気通路に再供給するブローバイガス処理機構の異常の有無を診断する装置が知られている（特許文献１参照）。

ブローバイガス処理機構は次のように構成される。すなわち、内燃エンジンのピストン摺動部からクランクケースに漏出したブローバイガスを、エンジンのヘッドカバー内に導き、エアダクトから流入する空気と混合する。この混合気をブローバイガス通路を介してエンジンの吸気スロットル下流の吸気通路に再供給する。

ブローバイガス通路には、ブローバイガスの流量を制御するために、負圧応動型の流量制御弁であるＰＣＶ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｃｒａｎｋｃａｓｅ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）バルブが設けられる。ＰＣＶバルブはエンジンの吸入負圧が大きくなるほど流通面積を減少させるバルブである。内燃エンジンにおいては、吸気スロットルが絞られるアイドル時に吸入負圧が大きく、加速時には吸入負圧は小さい。したがって、エンジンのアイドル運転時に流通面積は小さくなり、加速時に流通面積は大きくなる。

従来技術は、ＰＣＶバルブの下流に設けた圧力センサが検出する負圧を所定圧と比較することでブローバイガス処理機構の異常の有無を判定している。
特開平１０ー１８４３３６号公報

従来技術では、ブローバイガス処理機構の異常の有無の判定のためだけに、圧力センサを設けなければならない。また、圧力センサの検出圧力に基づき、独立した異常診断ルーチンを実行する必要がある。こうした要求は、しかしながら、異常診断のコストを増加させる要因となる。

この発明の課題は、したがって、ブローバイガス処理機構の異常をセンサを用いずに検出することである。

以上の課題を達成するために、この発明は、内燃エンジンのブローバイガスを流量制御弁を介して吸気通路に再供給するブローバイガス処理機構、の異常診断装置を提供する。異常診断装置は、内燃エンジンのアイドル回転速度を調整するために内燃エンジンの吸気量を調整する吸気量調整手段と、所定の目標アイドル回転速度へと吸気量調整手段をフィードバック制御する制御手段と、制御手段による吸気量調整手段のフィードバック制御中に流量制御弁の開度を所定量変化させる変化手段と、流量制御弁の開度を所定量変化させた場合の、制御手段による吸気量調整手段のフィードバック制御量の変化量の絶対値が、所定の判定値以上の場合にはブローバイガス処理機構に異常がないと判定し、所定の判定値未満の場合にはブローバイガス処理機構に異常があると判定する判定手段と、を備えている。

この発明はまた、内燃エンジンの吸気量を調整する吸気量調整手段を備えた内燃エンジンのブローバイガスを、流量制御弁を介して吸気通路に再供給するブローバイガス処理機構、の異常診断方法を提供する。異常診断方法は、内燃エンジンの回転速度が所定の目標アイドル回転速度に一致するように、吸気量調整手段をフィードバック制御し、フィードバック制御中に流量制御弁の開度を所定量変化させ、流量制御弁の開度を所定量変化させた場合の吸気量調整手段のフィードバック制御量の変化量の絶対値が、所定の判定値以上の場合にはブローバイガス処理機構に異常がないと判定し、所定の判定値未満の場合にはブローバイガス処理機構に異常があると判定する。

内燃エンジンの回転速度が所定の目標アイドル回転速度に一致するように、調整手段をフィードバック制御しつつ、流量制御弁の開度を所定量変化させ、その時の調整手段のフィードバック制御量の変化量から、ブローバイガス処理機構の異常の有無を判定することで、センサを用いず、かつ内燃エンジンの運転性を損なわずに異常診断を行うことができる。

以下に、図面を参照してこの発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１はこの発明を適用するブローバイガス処理機構の構成の一例を説明する車両用内燃エンジン１の概略縦断面を示す。

内燃エンジン１は吸気通路２から燃焼室に吸い込んだ空気に燃料インジェクタ３から燃料を噴射し、生成された混合気を燃焼させることでピストン４を往復運動させる。吸気通路２には、吸気流量を調整する吸気スロットル５が設けられる。さらに、吸気スロットル５を迂回するバイパス通路１１とバイパス通路１１の流量を調整するアイドルスピードコントロールバルブ１２が設けられる。吸気スロットル５は内燃エンジン１のアイドル運転時には閉鎖され、アイドル運転用の空気は吸気通路２からバイパス通路１１とアイドルスピードコントロールバルブ１２を介して内燃エンジン１の燃焼室に吸込まれる。

内燃エンジン１はピストン４を収装するシリンダブロック１Ａと、シリンダブロック１Ａの上方に位置するシリンダヘッド１Ｂと、シリンダヘッド１Ｂを覆うヘッドカバー１Ｄと、シリンダブロックの下方に位置するクランクケース１Ｃと、に分割される。

ピストン４はシリンダブロック１Ａに形成したシリンダ７に収容され、燃焼室はシリンダのピストン４の上方に形成される。混合気はシリンダヘッド１Ｂに設けた吸気ポート６からシリンダブロック１Ａに形成した燃焼室に吸入される。混合気は燃焼室で燃焼し、高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはピストン４を押し下げた後に、排気通路から排出される。

燃焼室内の高圧燃焼ガスの一部はピストン４とシリンダ７との摺動隙間を介して、下方のクランクケース１Ｃにブローバイガスとして流出する。

内燃エンジン１は、このブローバイガスをヘッドカバー１Ｄに導き、スロットル５の上流の吸気通路２からエアダクト８を介して導かれた空気と混合する。ブローバイガスと空気の混合気は、ブローバイガス通路９を通って、スロットル５の下流の吸気通路２に再供給される。ブローバイガス通路９にはＰＣＶバルブ１０が設けられる。以下の説明では、ブローバイガスと空気の混合気についても単にブローバイガスと称する。

図２はＰＣＶバルブ１０の一部縦断面を含む側面図と背面図を示す。

ＰＣＶバルブ１０はブローバイガス通路９の上流側に連通するポート１６とブローバイガス通路９に連通するポート１７とを備える。ポート１６と１７の間には環状のバルブシート２２が設けられる。ＰＣＶバルブ１０は、ソレノイド１９に駆動されるバルブボディ１８がバルブシート２２に対して接近あるいは後退することで、ブローバイガスの流通断面積を変化させる。

この発明は以上のように構成されたブローバイガス処理機構の異常診断を行う。

ブローバイガス処理機構の異常診断装置は、内燃エンジン１の運転を制御するエンジンコントローラ２０によって構成される。

エンジンコントローラ２０には内燃エンジン１の冷却水温を検出する温度センサ２１から冷却水温が信号入力される。エンジンコントローラ２０は吸気スロットル５の開度を車両が備えるアクセラレータペダルの踏み込み量に応じて調整する。また、内燃エンジン１のアイドル運転時には吸気スロットル５を閉鎖する一方、内燃エンジン１のアイドル回転速度を予め定めた速度に維持すべくバイパス通路１１に設けたアイドルスピードコントロールバルブ１２の開度を調整する。さらに、ＰＣＶバルブ１０の開度を調整することによりブローバイガス流量を制御する。

エンジンコントローラ２０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。エンジンコントローラ２０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

図３はエンジンコントローラ２０が実行するブローバイガス処理機構の異常診断ルーチンを示す。エンジンコントローラ２０はこのルーチンを内燃エンジンの始動直後に実行する。内燃エンジン１の運転中にルーチンを終了した場合には、内燃エンジン１の次回の始動まで、エンジンコントローラ２０はこのルーチンを実行しない。

ステップＳ１でエンジンコントローラ２０はアイドルフラグｆＩＤＬＥが１であるかどうかを判定する。アイドルフラグｆＩＤＬＥはエンジンコントローラ２０が別ルーチンで実行する内燃エンジン１のアイドルスピード制御で用いるフラグであり、内燃エンジン１がアイドル運転を行なっている場合に１に設定され、非アイドル運転を行なっている場合にはゼロに設定される。

ステップＳ１でアイドルフラグｆＩＤＬＥが１でない場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ１２で診断開始フラグをクリアし、ＰＣＶバルブ１０の開度を通常制御開度に維持してステップＳ１の判定を繰り返す。

ステップＳ１でアイドルフラグｆＩＤＬＥが１に転じると、エンジンコントローラ２０はステップＳ２で温度センサ２１が検出した内燃エンジン１の冷却水温が診断許可水温を上回っているかどうかを判定する。

ステップＳ２で内燃エンジン１の冷却水温が診断許可水温を上回っていない場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ１１でステップＳ１２と同様に診断開始フラグをクリアし、ＰＣＶバルブ１０の開度を通常制御開度に維持してステップＳ１とＳ２の判定を繰り返す。

ステップＳ２で内燃エンジン１の冷却水温が診断許可水温を上回ると、エンジンコントローラ２０はステップＳ３で診断開始フラグがゼロであるかどうかを判定する。診断開始フラグがゼロでない場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ４の処理をスキップしてステップＳ５の処理を行なう。なお、診断開始フラグの初期値はゼロであり、したがって、ルーチンの実行開始後、最初にステップＳ３の判定が行なわれる場合には、診断開始フラグは必然的にゼロであり、必ずステップＳ４の処理が行なわれる。

さて、ステップＳ３で診断開始フラグがゼロの場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ４でその時点におけるＰＣＶバルブ１０の開度と、アイドルスピード制御のフィードバック補正値をＲＡＭに格納する。さらに、診断開始フラグを１にセットする。

アイドルスピード制御のフィードバック補正値とは、内燃エンジン１のアイドル回転速度が予め定めたアイドル目標回転速度に一致するように、エンジンコントローラ２０がアイドル回転速度とアイドル目標回転速度との差あるいは比に基づき、アイドルスピードコントロールバルブ１２の開度をフィードバック制御する際の補正値である。

次のステップＳ５でエンジンコントローラ２０はＰＣＶバルブ１０の開度を通常制御開度から所定量緩やかに変化させる。変化の方向は増量方向と減量方向のいずれでも良い。

ステップＳ６でエンジンコントローラ２０はＰＣＶバルブ１０の開度変化量が予め定めた診断目標の開度変化量に達したかどうかを判定する。

ステップＳ６の判定が肯定的な場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ７の処理を行なう。ステップＳ６の判定が否定的な場合、すなわちＰＣＶバルブ１０の開度変化量が診断目標とする開度変化量に満たない場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ６の判定が肯定的に転じるまでステップＳ１−Ｓ５のプロセスを繰り返す。

ステップＳ７で、エンジンコントローラ２０は診断開始時のアイドルスピード制御のフィードバック補正値と現在のアイドルスピード制御のフィードバック補正値との補正値差の絶対値を所定の判定値と比較する。

補正値差の絶対値が判定値以上の場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ８でブローバイガス処理機構に異常がない旨を例えば表示装置に表示する。一方、補正値差の絶対値が判定値に満たない場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ９でブローバイガス処理機構に異常が生じている旨を表示装置に表示する。

ステップＳ８またはＳ９の処理の後、エンジンコントローラ２０はステップＳ１０で、診断開始フラグをゼロにリセットし、ＰＣＶバルブ１０の開度を通常制御開度に戻した後に、ルーチンを終了する。

以上のルーチンを要約すると、ＰＣＶバルブ１０を診断目標開度変化量に等しく変化させた場合に、アイドルスピードコントロールバルブ１２のアイドルスピードフィードバック制御補正の補正値差が所定の判定値以上となれば、ブローバイガス処理機構に異常はなく、補正値差が所定の判定値に満たなければブローバイガス処理機構に異常が生じていると判定する。ＰＣＶバルブ１０の開度が変化すると、ブローバイガス流量が変化する。対応して、アイドルスピード制御のフィードバック補正値も変化するはずである。ＰＣＶバルブ１０の開度が診断目標開度変化量に等しく変化したにもかかわらず、アイドルスピードフィードバック制御補正の補正値差が所定の判定値に満たなければ、ブローバイガスの流量が期待される変化を示していないことを意味する。つまり、ＰＣＶバルブ１０を含むブローバイガス処理機構に何らかの異常が生じていることになる。

このようにして、ＰＣＶバルブ１０の下流の負圧を圧力センサを用いて検出することなく、ブローバイガス処理機構の異常の有無を判定することができる。

図４はエンジンコントローラ２０が実行するブローバイガス処理機構の異常診断ルーチンに関する別の実施形態を示す。

図３のルーチンではＰＣＶバルブ１０の開度によらず、ＰＣＶバルブ１０の開度変化量が診断目標とする開度変化量に達した時点における、アイドルスピードフィードバック制御の補正値と、ＰＣＶバルブ１０の開度変化前のアイドルスピードフィードバック制御の補正値との補正値差から、ブローバイガス処理機構の有無を判定している。つまり、ＰＣＶバルブ１０の開度変化は任意の開度から開始される。

一方、このルーチンでは、ＰＣＶバルブ１０の開度変化を、常に所定の診断開始目標開度から開始させる。

このルーチンにおいて、図３のルーチンと同一処理を行なうステップには図３のルーチンと同一のステップ番号を付す。

ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ１１、Ｓ１２は図３のルーチンと同一である。ステップＳ２で内燃エンジン１の冷却水温が診断許可水温を上回ると、エンジンコントローラ２０はステップＳ１０１で、目標到達フラグが１であるかどうかを判定する。目標到達フラクは、ＰＣＶバルブ１０の開度が診断を開始するための目標開度に到達したかどうかを示すフラグである。目標到達フラグの初期値はゼロであり、したがって、ルーチン実行開始後、最初にステップＳ１０１の判定が実行される場合には、判定結果は必ず否定的となる。この場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ３以降の処理を行なう。

ステップＳ３で、エンジンコントローラ２０は診断開始フラグがゼロであるかどうかを判定する。診断開始フラグがゼロでない場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ１０２の処理をスキップしてステップＳ１０３の処理を行なう。なお、診断開始フラグの初期値はゼロであり、したがって、ルーチンの実行開始後、最初にステップＳ３の判定が行なわれる場合には、診断開始フラグは必然的にゼロであり、必ずステップＳ１０２の処理が行なわれる。

ステップＳ１０２でエンジンコントローラ２０は診断開始フラグを１にセットする。

ステップＳ１０３で、エンジンコントローラ２０はＰＣＶバルブ１０の開度を診断開始目標開度に向けて所定量緩やかに変化させる。

次のステップＳ１０４で、エンジンコントローラ２０はＰＣＶバルブ１０の開度が診断開始目標開度に到達したかどうかを判定する。

ＰＣＶバルブ１０の開度が診断開始目標開度に到達している場合には、エンジンコントローラ２０はステップＳ１０５で、その時点におけるアイドルスピードフィードバック制御の補正値をＲＡＭに格納する。また、目標到達フラグを１にセットする。ステップＳ１０５の処理の後、エンジンコントローラ２０はステップＳ５の処理を行なう。ステップＳ１０１の判定において目標到達フラグがゼロでないと判定した場合も、エンジンコントローラ２０はステップＳ５の処理を行なう。

ステップＳ５で、エンジンコントローラ２０はＰＣＶバルブ１０の開度を診断開始目標開度から所定量緩やかに変化させる。

次のステップＳ１０６で、エンジンコントローラ２０はＰＣＶバルブ１０の診断開始目標開度とＰＣＶバルブ１０の現在の開度との差が、診断許可開度変化量に達したかどうかを判定する。ＰＣＶバルブ１０の開度差が診断許可開度変化量に達していなければ、エンジンコントローラ２０はＰＣＶバルブ１０の開度差が診断許可開度変化量に達するまで、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。

ステップＳ１０６でＰＣＶバルブ１０の開度差が診断許可開度変化量に達すると、エンジンコントローラ２０はステップＳ７で診断開始時のアイドルスピード制御のフィードバック補正値と現在のアイドルスピード制御のフィードバック補正値との補正値差の絶対値を所定の判定値と比較する。

補正値差の絶対値に基づく、以後のステップＳ８−Ｓ１０の処理は図３のルーチンと同一である。

この実施形態においては、図３のルーチンと異なり、ＰＣＶバルブ１０の開度を常に所定の診断開始目標開度から変化させ、ブローバイガス処理機構の異常の有無をこの変化の間のアイドルスピード制御の補正値差で判定している。したがって、常に同一の条件で判定を行なうことになり、より高い判定精度を期待することができる。さらに、常に同一の条件で判定を行なうことで、ＰＣＶバルブ１０の開度−流量特性に影響されず、常に正確な判定結果を得ることができる。

以上のように、この発明によれば、圧力センサを用いることなく、ＰＣＶバルブ１０の所定の開度変化に応じたアイドルスピード制御の補正値差からブローバイガス処理機構の異常の有無を判定するので、専用の圧力センサを用いることなくブローバイガス処理機構の異常の有無を判定することができる。

図３及び図４のルーチンでは、いずれも内燃エンジン１の冷却水温が診断許可水温を上回る場合にのみ、ブローバイガス処理機構の異常の有無が判定される。ブローバイガス処理機構の異常の有無の判定をこのように診断許可水温以上の温度環境に限定することにより、ブローバイガス中のガソリン濃度は一定範囲に限定される。したがって、流量からブローバイガスに含まれる空気量を推定することが可能となり、推定した空気量に基づき内燃エンジン１の空燃比を制御することで、空燃比制御の精度を向上させることができる。

以上の各実施形態において、アイドルスピードコントロールバルブ１２が調整手段を、エンジンコントローラ２０が制御手段、変化手段、判定手段、限定手段、及び開度調整手段を構成する。さらに詳しくは、エンジンコントローラ２０が実行する別ルーチンが制御手段に相当し、エンジンコントローラ２０が実行する図３と図４のルーチンのうちの、ステップＳ５とＳ６が変化手段に相当し、ステップＳ７−Ｓ９が判定手段に相当し、ステップＳ２が限定手段に相当し、ステップＳ１０３とＳ１０４が開度調整手段に相当する。

以上、この発明をいくつかの特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施形態にさよざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。

例えば、以上の各実施形態において、制御に必要なパラメータをセンサを用いて検出しているが、この発明はパラメータの取得方法には依存せず、パラメータを用いてクレームされた制御を実行するいかなるブローバイガス処理機構の異常診断にも適用可能である。

以上の各実施形態は、バイパス通路１１とアイドルスピードコントロールバルブ１２を備えた内燃エンジン１にこの発明を適用した実施形態であるが、バイパス通路１１とアイドルスピードコントロールバルブ１２を備えずに、吸気スロットル５でアイドル運転時の吸入空気量を制御する内燃エンジンにもこの発明は適用可能である。その場合には、アイドル運転時におけるＰＣＶバルブ１０の所定の開度変化に応じた吸気スロットル５の開度のフィードバック補正値の差からブローバイガス処理機構の異常の有無を判定すれば良い。

この発明を適用するブローバイガス処理機構の構成の一例を説明する内燃エンジンの概略縦断面図である。 ブローバイガス処理機構が備えるＰＣＶバルブの縦断面図てある。 この発明の一実施形態によるコントローラが実行するブローバイガス処理機構の異常診断ルーチンを説明するフローチャートである。 この発明の別の実施形態によるコントローラが実行するブローバイガス処理機構の異常診断ルーチンを説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃エンジン
１Ａ シリンダブロック
１Ｂ シリンダヘッド
１Ｃ クランクケース
１Ｄ ヘッドカバー
２ 吸気通路
３ 燃料インジェクタ
４ ピストン
５ スロットル
５ 吸気スロットル
６ 吸気ポート
７ シリンダ
８ エアダクト
９ ブローバイガス通路
１０ ＰＣＶバルブ
１１ バイパス通路
１２ アイドルスピードコントロールバルブ
１６ ポート
１７ ポート
１８ バルブボディ
１９ ソレノイド
２０ エンジンコントローラ
２１ 温度センサ
２２ バルブシート

Claims (6)

1. 内燃エンジンのブローバイガスを流量制御弁を介して吸気通路に再供給するブローバイガス処理機構、の異常診断装置において、
   内燃エンジンのアイドル回転速度を調整するために内燃エンジンの吸気量を調整する吸気量調整手段と、所定の目標アイドル回転速度へと吸気量調整手段をフィードバック制御する制御手段と、制御手段による吸気量調整手段のフィードバック制御中に流量制御弁の開度を所定量変化させる変化手段と、流量制御弁の開度を所定量変化させた場合の、制御手段による吸気量調整手段のフィードバック制御量の変化量の絶対値が、所定の判定値以上の場合にはブローバイガス処理機構に異常がないと判定し、所定の判定値未満の場合にはブローバイガス処理機構に異常があると判定する判定手段と、を備えることを特徴とするブローバイガス処理機構の異常診断装置。
2. 吸気量調整手段は内燃エンジンの吸気量を調整するスロットルであることを特徴とする、請求項１に記載のブローバイガス処理機構の異常診断装置。
3. 吸気量調整手段は内燃エンジンのスロットルを迂回するバイパス通路に備えたアイドルスピードコントロールバルブであることを特徴とする、請求項１に記載のブローバイガス処理機構の異常診断装置。
4. 判定手段によるブローバイガス処理機構の異常の有無の判定を、内燃エンジンの冷却水温が所定の診断許可水温以上の場合に限定する限定手段、をさらに備えたことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のブローバイガス処理機構の異常診断装置。
5. 変化手段による流量制御弁の開度変化の開始に先立ち、流量制御弁の開度を所定の診断開始目標開度へと調整する開度調整手段をさらに備えたことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載のブローバイガス処理機構の異常診断装置。
6. 内燃エンジンの吸気量を調整する吸気量調整手段を備えた内燃エンジンのブローバイガスを、流量制御弁を介して吸気通路に再供給するブローバイガス処理機構、の異常診断方法において、
   内燃エンジンの回転速度が所定の目標アイドル回転速度に一致するように、吸気量調整手段をフィードバック制御し、フィードバック制御中に流量制御弁の開度を所定量変化させ、流量制御弁の開度を所定量変化させた場合の、吸気量調整手段のフィードバック制御量の変化量の絶対値が所定の判定値以上の場合にはブローバイガス処理機構に異常がないと判定し、所定の判定値未満の場合にはブローバイガス処理機構に異常があると判定することを特徴とする、ブローバイガス処理機構の異常診断方法。

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