JP2000204986A - 内燃機関の診断装置および方法 - Google Patents

内燃機関の診断装置および方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と排気
弁を含めた弁機構と、弁機構を制御する弁機構制御手段
において、弁機構の動作状態の故障診断をする。 【解決手段】排気弁又は吸気弁の開弁時間を制御するた
めの指令値信号及び、内燃機関の吸気通路内を流れる吸
入空気の流れの方向に応じた空気流量を計測する手段を
用い、指令値信号に応じた空気流量を測定することで、
弁機構の動作状態の故障診断を逐次する制御装置を提供
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、弁機構のタイミン
グを可変とした内燃機関の診断方法及び診断装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】特開平4−91330号公報には、弁機構の閉
開のタイミングを変化させるソレノイドのオン・オフ命
令時の機関の回転数差に基づいて、可変バルブタイミン
グコントロール装置の故障を判別する装置が記載されて
いる。
【０００３】同様に、特開平6−317115 号公報には、機
関回転信号から出力変動を求め、可変バルブタイミング
コントロールソレノイドをオフ制御して、吸・排気弁の
オーバーラップ量と出力変動の関係から可変バルブタイ
ミング制御装置の故障を判定する装置が記載されてい
る。
【０００４】特開平6−317117 号公報には、可変バルブ
タイミングコントロールソレノイドのオン・オフを判定
し、運転条件に応じた設定レベルと、実際に検出した機
関吸入空気の脈動レベルの脈動幅とを比較することで、
可変バルブタイミング制御装置の故障を判定する装置が
記載されている。特開平7−293287 号公報には、可変バ
ルブタイミングコントロールソレノイドのオン・オフを
判定し、運転条件に応じた脈動周期の設定レベルと、実
際に検出した機関吸入空気の脈動周期とを比較すること
で可変バルブタイミング制御装置の故障を判定する装置
が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来例の様な、
可変バルブタイミング制御装置の故障を判定する装置に
於いて、弁機構の作用を吸気弁のみならず、排気弁に於
いてもきめ細かにタイミング制御する場合、吸・排気弁
のオーバーラップ状態の多用なモードに於ける動作中の
故障を判定するのが難しいといった課題があった。
【０００６】本発明は、弁機構の作用によりさらに内燃
機関のサイクル効率を向上させる弁機構を備えた内燃機
関の制御装置の信頼性向上のため、内燃機関の制御装置
の、故障診断装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、吸気弁また
は排気弁が電気信号によりシリンダを開閉する内燃機関
の診断装置であって、前記内燃機関の吸気管の逆流量
と、前記吸気弁と前記排気弁とのオーバーラップ開放時
間または予め設定された前記内燃機関の目標EGR量と、
に基づいて異常を診断することによって達成される。
【０００８】また、上記目的は、吸気弁または排気弁が
電気信号によりシリンダを開閉する内燃機関の診断装置
であって、前記吸気弁と前記排気弁とのオーバーラップ
開放時間と、前記内燃機関の吸気管の逆流量と、前記内
燃機関の回転数とに基づいて、異常を診断することによ
って達成される。
【０００９】また、上記目的は、吸気弁または排気弁が
電気信号によりシリンダを開閉する内燃機関の診断方法
であって、前記吸気弁と前記排気弁とのオーバーラップ
開放時間と前記内燃機関の吸気管の逆流時間（Ｔｂｉ）
とに基づいて、異常を診断する第１のステップと、前記
内燃機関の目標ＥＧＲ量と前記内燃機関の吸気管の逆流
空気質量（Ｑｂｉ）とに基づいて、異常を診断する第２
のステップと、を備えたことによって達成される。
【００１０】また、上記目的は、吸気弁または排気弁が
電気信号によりシリンダを開閉する内燃機関の診断方法
であって、前記吸気弁と前記排気弁とのオーバーラップ
開放時間と前記内燃機関の吸気管の順流時間と逆流時間
との比（Ｔｎ１／Ｔｎ２）とに基づいて、異常を診断す
る第１のステップと、前記内燃機関の目標ＥＧＲ量と、
前記内燃機関の吸気管の順流空気質量のピーク値と逆流
空気質量のピーク値との比（ｄｎ／ｕｎ）と、に基づい
て異常を診断する第２のステップと、を備えたことによ
って達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる一実施例を
図面に基づいて説明する。本実施例の内燃機関は、可変
バルブタイミング装置を用いて、軽負荷時のリーンバー
ン制御，気筒内残留排気ガス量を開弁期間で調整，空気
圧縮比を調整しノッキング回避制御，燃焼圧制御および
回転数制御，空気量増大に伴って燃料制御、または、継
続維持される所定リフト量のときの筒内圧で気筒間バラ
ツキ調整制御などを行ったりする。
【００１２】図１に示す内燃機関のエンジン１はコンロ
ッド４およびクランクシャフト５からクランク機構を備
え、そのクランク機構に連結されたピストン２とエンジ
ン１のエンジンヘッド８によって燃焼室３が形成されて
いる。その燃焼室３はエンジンヘッド８に装着されてい
る吸気バルブ１０，排気バルブ１１および点火プラグ１
２によって密閉される。吸気バルブ１０，排気バルブ１
１は可変バルブ機構４０，４１で動作される。エンジン
１はスロットルバルブ１７の操作とピストン２の往復動
作によって、燃焼に必要な空気を燃焼室３に吸入する。
エンジン１に吸入される空気はエアクリーナ１５で空気
中に含まれる埃やごみが除去され、空気流量計２０で燃
料噴射量の演算に基となる吸入空気量が計測される。ス
ロットルバルブ１７の開度が小さい場合はスロットルバ
ルブ１７より下流の吸気ポート１９および燃焼室３内は
大気圧より低い負圧となるため、吸気管内圧力センサ１
４は吸気管内の圧力を常に計測し、エンジン１の制御に
反映させている。エンジン１を制御するコントロールユ
ニット６３は、各種のセンサからの信号を基にエンジン
１の運転状態を検出する運転状態検出手段６４と、エン
ジン１に装着されている可変バルブ機構４０，４１の動
作を制御する可変バルブ制御手段３０と、燃料噴射弁１
３から噴射される燃料量と噴射時期を制御する燃料噴射
制御手段６６を備えている。エンジン１を搭載した車両
の運転者６０によって操作されたアクセルペダル６１の
操作量はポテンショメータ６２によって電気信号に変換
され、コントロールユニット６３内の運転状態検出手段
６４に入力される。運転状態検出手段に入力される信号
として、その他には例えばクランクシャフト５に装着さ
れたクランク角度センサ６，７から、前述した空気流量
計２０から、吸気管内圧力センサ１４から、排気管内に
取り付けられた空燃比センサ２４から、排気触媒の温度
を検出する温度センサ２５から、燃焼室３に取り付けら
れ燃焼室３内の圧力を検出する圧力センサ２１，ノッキ
ングを検出するノックセンサ２２からのものがある。可
変バルブ制御手段６４は運転状態検出手段６４からの信
号を基にスロットルバルブ１７を動作させるモータ１８
および吸気バルブ１０を動作させる可変バルブ機構４０
に制御信号を出力し、エンジン１に吸入される空気量を
調整する。燃料噴射制御手段６６は運転状態検出手段６
４からの信号を基に燃料噴射弁１３に制御信号を出力
し、燃料噴射量と噴射時期を調整する。
【００１３】本実施例では吸排気バルブ１０，１１のバ
ルブリフト量の形状を矩形波としたが、開弁，閉弁時の
動作速度を低下させた台形状のバルブリフト量形状でも
同様の効果が得られる。
【００１４】図２に本実施例に使用する可変バルブ機構
４０の詳細について説明する。バルブ１０はエンジンヘ
ッド８に装着されたバルブガイド３１に沿って可動す
る。バルブ１０のステム部分１０ａには電磁装置５０，
５１に吸引されるような素材で出来た吸引板３２とその
吸引板３２をバルブステム１０ａに固定するための部材
３３が装着されている。
【００１５】図１に記載のコントロールユニット６３か
らの制御信号が電磁装置５０，５１に印加されると、吸
引板３２は電磁装置５０または５１に吸引され、吸引板
３２が固定されているバルブの開閉弁動作が行われる。
具体的には、開弁動作時は電磁装置５０に信号が印加さ
れ吸引板３２が電磁装置５０方向に吸引される。その時
バルブ１０の傘部１０ｃがエンジンヘッド８のシート部
から離れ、吸気ポート１９と燃焼室３が連通しガス交換
が行われる。開弁期間中は電磁装置５０に信号が印加さ
れ吸引板３２は電磁装置５０に吸引されたままとなる。
したがって、バルブ１０は最大リフト付近の所定リフト
量を継続維持する。閉弁動作時は電磁装置５０に印加さ
れていた信号が停止するとともに、電磁装置３４に信号
が印加され吸引板３２は電磁装置５１方向に吸引され
る。この時バルブ１０の傘部１０ｃがエンジンヘッド８
のシート部に密着することで吸気ポート１９と燃焼室３
が遮断され、ガス交換が終了する。
【００１６】図１に記載の本発明の実施例では、排気バ
ルブ１１がまだ開弁しているクランク角度８５で吸気バ
ルブ１０の開弁動作が始まり、直ちに最大リフト量近傍
（最大リフト量含む）のある所定値に達し、ある所定期
間そのリフト量を継続維持する。一般に吸気バルブ１０
の最大リフト量は排気バルブ１１の最大リフト量より大
きくなるように設計される。
【００１７】図３により本発明の実施例の一つとして、
可変バルブ機構４０の診断に用いる空気流量計２０の構
成について説明する。センサ回路２１０は電源２０１に
接続され、発熱抵抗体２１１を一定温度で加熱し、流速
に応じて生じる熱のやり取りにより、発熱抵抗体２１１
に流れる空気流量を測定する、熱線式空気流量計のセン
シング部分を構成している。マイクロコンピュータ２２
０により構成された誤差補正装置では、センサ回路１の
出力信号Ｖｉｎ，Ｖｂｉを受けてアナログ・ディジタル
変換器（Ａ／Ｄ変換器）２２１によりディジタル値に変
換し、書換メモリ２２３上に用意された補正データによ
り演算回路２２２で誤差補正を施し、ディジタル・アナ
ログ変換器(Ｄ／Ａ変換器)２２４によりセンサ回路２１
０の出力と同等の電圧値でエンジンコントロールユニッ
ト６３に出力する物である。センサ回路２１０，マイク
ロコンピュータ２２０により構成された誤差補正装置
は、基準電圧を発生する電源回路２０３と含めて空気流
量計２０を構成している。
【００１８】エンジンコントロールユニット６３では、
空気流量計２０の出力信号Ｖｏｕｔの信号を、アナログ
・ディジタル変換器６３１によりディジタル値に変換し
てエンジン制御に用いる物である。エンジンコントロー
ルユニット６３では同時に、可変バルブ制御手段３０に
対し、入出力端子（Ｉ／Ｏ）６６２から制御信号を送る
とともに、マイクロコンピュータ２２０の入出力端子
(Ｉ／Ｏ)２２５に対しても、可変バルブの制御タイミン
グを送ることで、空気流量計２０でも、可変弁機構の動
作状態を把握し、故障診断をすることが可能となる。こ
こで制御信号は、バルブタイミングを直接制御する信号
であっても、制御指令値をパルス状の振幅データとして
転送するものであっても構わない。
【００１９】次に、実施例の詳細を具体的なハードウェ
ア構成を図４により説明する。センサ回路２１０は電源
２０１に接続され空気流量に応じた出力する。センサ回
路２１０は発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂ，温度補償抵
抗２１１ｃ，抵抗２１３，２１４からなるホイーストン
ブリッジ回路により、ブリッジ中点の電位差がゼロにな
るように差動増幅器２１５，トランジスタ２１６によっ
て発熱抵抗体211a，２１１ｂに流れる電流を調整するよ
うに構成されている。この構成により空気流速によらず
発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂの抵抗値は一定に、すな
わち温度が一定値になるように制御される。このとき、
発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂによる空気流速に対応す
る信号をゼロスパン回路２１２０に入力する。ゼロスパ
ン回路２１２０は差動増幅器２１２１，抵抗２１２２，
２１２３，２１２４，２１２５，２１２６，２１２７か
ら構成される。
【００２０】発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂは流れの向
きに対して、並列に配置することで、発熱抵抗体２１１
ａ，２１１ｂと、抵抗２１２ａ，２１２ｂによりブリッ
ジ回路を構成し、差動増幅器２１３１，２１４１と抵抗
２１３２,２１３３,２１３４，２１３５，２１３６，２
１４２，２１４３，２１４４により構成された方向検知
回路２１３０により、空気の流れの方向に応じた方向信
号Ｖｂｉを得ることができる。
【００２１】ここで発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂは、
例えば板型のガラスやセラミック，シリコンなどの基盤
上に、発熱体として白金やタングステン，ポリシリコン
抵抗体の薄膜や厚膜が形成されたものである。
【００２２】発熱抵抗体の種類によっては、ながれの切
換時の熱的な遅れにより、方向信号Ｖｂｉとゼロスパン
回路２１２０の出力に位相差が生じる。そのため、例え
ば、抵抗２１５１，コンデンサ２１５２を用いた位相遅
れ回路２１５０を付加することで、位相ずれを補正した
電圧出力Ｖｉｎを得ることが出来る。ここでは、位相遅
れ回路としてフィルタを付加した例を説明したが、ゼロ
スパン回路２１２０の抵抗２１２５に並列にコンデンサ
を付加するような形で、位相遅れを生じさせても良い。
【００２３】以上の発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂは自
動車等の内燃機関の吸気通路内に設けられ、吸気通路に
流れる空気流量に対応した電圧出力が差動増幅器２１２
１の電圧出力Ｖｉｎとして得られる。この電圧出力を、
マイクロコンピュータ２２０に内蔵するアナログ・ディ
ジタル変換器２２１に入力してディジタル量とし、マイ
クロコンピュータ２２０内のＣＰＵ２２２で出力電圧と
空気流量の変換式により空気流量を演算し、各種誤差補
正を施した後、エンジンコントロールユニット等にディ
ジタル・アナログ変換器２２４用いて電圧値を出力する
ものである。マイクロコンピュータ２２０は他に、各種
流量マップやプログラムを内蔵した不揮発性メモリ（Ｒ
ＯＭ）２２２ｃ，発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂの抵抗
値等のばらつき等の個体差情報を記録した書き換え可能
なメモリ（ＰＲＯＭ）２２３，ＣＰＵ２２２ａの演算作
業領域に用いるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）222
b，内部クロックを発生する発振器（ＯＳＣ）２２６，
入出力端子(Ｉ／Ｏ)２２５等により構成される。書き換
え可能なＰＲＯＭ２２３は、マイクロコンピュータ２２
０に内蔵されなくてもかまわないが、一回以上の書き込
みが出来る物であれば、ヒューズ型のＲＯＭや電気的消
去可能なＥＥＰＲＯＭ，一括消去するフラッシュＲＯ
Ｍ，強誘電体膜の分極現象を利用した高速な不揮発性メ
モリなどであっても良い。
【００２４】次に、発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂを、
例えば板型のシリコン基盤上に、発熱体としてポリシリ
コン抵抗体の構成した場合の一例を、図５により説明す
る。発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂはシリコン基盤２１
１上に平行に配置され、その中点からブリッジ回路とし
て用いる場合の電圧の引き込みがなされている。また、
同一基盤上に、温度補償抵抗２１１ｃが構成されてい
る。ここで重要なのは、流量の方向を検知するために、
分割されて平行に配置された発熱抵抗体２１１ａ，２１
１ｂの間隔Ｌである。断面構造を図６に示すが、発熱抵
抗体２１１ａ，２１１ｂの熱的な絶縁性を良くし、また
流れに対する応答性を良くするために、シリコン基盤２
１１をエッチングし、発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂの
下部に空間を設けている。ここで、シリコン基盤２１１
のＡからＢ方向に空気の流れが生じている場合の温度分
布を図７に示す。一様に加熱された場合に対して、左右
の発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂ間に、温度分布が生じ
る。発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂの間隔Ｌが広いほ
ど、温度差が大きく、ブリッジ感度が高いといえるが、
加熱される面積が増えるため、熱的な遅れが大きくな
る。本実施例は、特に感度を確保するために充分な、間
隔Ｌを設定した場合でも正確な流れの方向に応じた流量
信号を正確に得ることができる。
【００２５】具体的な動作波形を図８に示す。真の空気
量（１）が逆流と呼ぶエンジンからの逆方向の流れを含
んだ脈動波形とすると、方向検知信号Ｖｂｉ（２）は熱
的な応答遅れにより、位相差を持った信号となる。こ
の、方向検知信号Ｖｂｉ（２）を、一定のレベルＶｏｆ
で判定することで、方向信号（３）を得ることができ
る。方向検知信号Ｖｂｉ（２）は、もともとの感度が低
いため、先の方向検知回路２１３０で大きな増幅度を必
要とし、演算増幅器等のドリフトの影響を受けやすい。
そこで、流量感度が大きく、ダイナミックレンジの広い
ゼロスパン回路2120の出力を用いるのが望ましいが、先
に述べたようにそのままでは、方向検知信号Ｖｂｉ
（２）に対し応答遅れの少ない流量信号（４）となる。
また、流れの方向を検知できないため、逆流時も正側に
出力する波形となる。そこで、先の位相遅れ回路によ
り、位相を合わせた流量信号（５）を得ることができ
る。最後に、マイクロコンピュータ２２０の内部処理と
して、方向信号に応じて流量信号（５）の出力に符号を
付け反転させることで、正確な波形合成後の流量（６）
を得ることができる。
【００２６】以上の様な一例で示した流れの方向が検知
可能な空気流量計２０を用いることで、弁機構の動作状
態の故障診断をすることが容易になる。本実施例は、流
れの方向信号と、逆流量を計測するための一手段である
が、流れの方向の検出が比較的簡単で容易な構成で、コ
スト的に優れた方式である。
【００２７】具体的な、診断方法の一例を図９により説
明する。可変弁機構における排気信号のタイミングＰｉ
ｎ１と、吸気信号のタイミングＰｉｎ２をオーバーラッ
プさせた場合の各バルブリフト量をバルブタイミング
（１）とする。吸気バルブと排気バルブは、タイミング
信号に応じて、一定量オーバーラップし、このオーバー
ラップ量に応じて真の空気量（２）には、逆流が発生す
る。このオーバーラップ量は、バルブタイミングの指令
値の結果として、オーバーラップ時間Ｔｓ，オーバーラ
ップによる吸排気内の内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒとして与え
られるものである。先の実施例に於いて、方向検知信号
Ｖｂｉ（３）の逆流区間を一定のレベルＶｏｆで判定す
ることで方向信号（４）を得、順流，逆流の周期を測定
することができる。また、順流，逆流の周期により、流
量信号Ｖｉｎを用いて逆流時の逆流量Ｑｂｉを求めるこ
とが出来る。
【００２８】図１０に指令値としてのオーバーラップ時
間Ｔｓに対する逆流時の逆流位相Ｔｂｉの測定結果の予
測グラフを示す。オーバーラップ時間Ｔｓが大きくなる
に従い、逆流位相Ｔｂｉも大きくなる。しかし、これは
指令値として設定される条件により変動する。これは例
えば回転数に応じて信号が大小する。ここで、回転数が
小なら設定１、回転数が大なら設定３である。この各設
定条件における、指令値に対する推定出力値を予めセン
サの特性として記憶しておき基準値とし、実際に検出し
た値と比較することで可変バルブ機構が故障かどうかの
判定が可能となる。
【００２９】同様に、図１１に指令値としてのオーバー
ラップによる吸排気内の内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒに対する
逆流時の逆流量Ｑｂｉの測定結果の予測グラフを示す。
指令値Ｑｅｇｒ（目標ＥＧＲ量）が大きくなるに従い、
逆流量Ｑｂｉも大きくなる。しかし、これは指令値とし
て設定される条件により変動する。これは例えば回転数
に応じて信号が大小する。ここで、回転数が小なら設定
１、回転数が大なら設定３である。この各設定条件にお
ける、指令値に対する推定出力値を予めセンサの特性と
して同様に記憶しておき基準値とし、実際に検出した値
と比較することで可変バルブ機構が故障かどうかの判定
が可能となる。これらの処理のフローチャートを図１２
に示す。この診断処理のみを取り出したものである。
【００３０】まず、バルブタイミング指令値７０１によ
り指令値Ｔｓ，Ｑｅｇｒを受け取る。次にセンサ信号検
出７０２により出力Ｖｂｉ，Ｖｉｎを得、内部に定義さ
れた電圧−流量変換マップより空気流量変換７０３を
し、流量Ｑａとする。逆流時の方向信号を元に逆流量検
出７０４し、逆流量Ｑｂｉを得る。また、同様に逆流位
相検出７０５により、逆流位相Ｔｂｉを得る。ここで、
指令値Ｔｓの設定条件における目標値のマップ値と、逆
流位相Ｔｂｉを比較７０６し、例えば目標値よりも小さ
い場合、異常判定Ａ７０８として、逆流位相に異常があ
ることを、診断結果として知らせる。逆流位相Ｔｂｉが
目標値内の場合は、次に指令値Ｑｅｇｒの設定条件にお
ける目標値のマップ値と、逆流量Ｑｂｉを比較７０７
し、目標値よりも小さい場合、異常判定Ｂ７０９とし
て、逆流量に異常があることを、診断結果として知らせ
る。逆流量Ｑｂｉが目標値内の場合は正常であると判定
し、診断処理を終了する。これらの診断結果により、逆
流位相のみの異常や、逆流位相があるのに逆流量が検出
できないといった、きめ細やかな診断が逐次可能とな
る。以上のような第１の実施例によれば、排気弁又は吸
気弁の開弁時間を制御するための指令値信号及び、内燃
機関の吸気通路内を流れる吸入空気の流れの方向に応じ
た空気流量を計測する手段を用い、開弁時間に応じた空
気流量を測定することで、弁機構の動作状態の故障診断
を容易にすることができる。
【００３１】同時に可変バルブの故障診断は、排気弁又
は吸気弁の開弁時間を制御するための指令値信号を空気
流量計２０で受け取ることで、空気流量の計測と同時
に、可変バルブの診断が可能となり、異常状態を流量の
出力異常としてローレベルや、ハイレベルに強制的に設
定することも可能であるが、通信機能を備え付けること
で、空気流量と診断信号を多重に送ることも可能とな
る。本実施例では、可変バルブの診断に新しいセンサを
追加しなくても実現でき、エンジンコントロールユニッ
トの負荷を低減することが出来るといった効果がある。
【００３２】次に本発明の第２の実施例として、空気流
量計２０に可変バルブ装置の診断機能を持たない場合の
構成について説明する。センサ回路２１０は電源２０１
に接続され、発熱抵抗体２１１を一定温度で加熱し、流
速に応じて生じる熱のやり取りにより、発熱抵抗体２１
１に流れる空気流量を測定する、熱線式空気流量計のセ
ンシング部分を構成している。基準電圧を発生する電源
回路２０３と含めて空気流量計２０を構成している。
【００３３】エンジンコントロールユニット６３では、
空気流量計２０の出力信号Ｖｉｎの信号を、アナログ・
ディジタル変換器６３１によりディジタル値に変換して
エンジン制御に用いる物である。エンジンコントロール
ユニット６３では同時に、可変バルブ制御手段３０に対
し、入出力端子（Ｉ／Ｏ）６６２から制御信号を送ると
ともに、空気流量計２０から、流れの方向に応じた方向
信号Ｖｂｓを得るものである。
【００３４】次に、実施例の詳細を具体的なハードウェ
ア構成を図１４により説明する。センサ回路２１０は電
源２０１に接続され空気流量に応じた出力する。センサ
回路２１０は発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂ，温度補償
抵抗２１１ｃ，抵抗２１３，２１４からなるホイースト
ンブリッジ回路により、ブリッジ中点の電位差がゼロに
なるように差動増幅器２１５，トランジスタ２１６によ
って発熱抵抗体211a，２１１ｂに流れる電流を調整する
ように構成されている。この構成により空気流速によら
ず発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂの抵抗値は一定に、す
なわち温度が一定値になるように制御される。このと
き、発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂによる空気流速に対
応する信号をゼロスパン回路２１２０に入力する。ゼロ
スパン回路２１２０は差動増幅器２１２１，抵抗２１２
２，２１２３，２１２４，２１２５，２１２６，２１２
７から構成される。ここで、抵抗２１２５，２１２６を
例えば抵抗トリミングすることで、ゼロ点，スパンの調
整をするものである。
【００３５】発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂは流れの向
きに対して、並列に配置することで、発熱抵抗体２１１
ａ，２１１ｂと、抵抗２１２ａ，２１２ｂによりブリッ
ジ回路を構成し、差動増幅器２１３１と抵抗２１３２，
２１３４,２１３５,２１３６，２１３８によりブリッジ
の信号を増幅し、コンパレータ２１４５と抵抗2147，２
１４８，２１４６とで、パルス状の方向信号Ｖｂｓを得
ることができる。
【００３６】ここで発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂは、
例えば板型のガラスやセラミック，シリコンなどの基盤
上に、発熱体として白金やタングステン，ポリシリコン
抵抗体の薄膜や厚膜が形成されたものである。
【００３７】発熱抵抗体の種類によっては、ながれの切
換時の熱的な遅れにより、方向信号Ｖｂｉとゼロスパン
回路２１２０の出力に位相差が生じる。そのため、例え
ば、抵抗２１５１，コンデンサ２１５２を用いた位相遅
れ回路２１５０を付加することで、位相ずれを補正した
電圧出力Ｖｉｎを得ることが出来る。
【００３８】以上の発熱抵抗体２１１ａ，２１１ｂは自
動車等の内燃機関の吸気通路内に設けられ、吸気通路に
流れる空気流量に対応した電圧出力が差動増幅器２１２
１の電圧出力Ｖｉｎとして得られる。この電圧出力Ｖｉ
ｎを、エンジンコントロールユニット６３のアナログ・
ディジタル変換器６３１に入力してディジタル量とし、
エンジンコントロールユニット内のＣＰＵで出力電圧と
空気流量の変換式により空気流量を演算して、各種制御
に用いるものである。本実施例は、パルス状の方向信号
Ｖｂｓと、流れの方向に応じない電圧出力Ｖｉｎにより
可変バルブ装置の診断をするもので、診断用のコンピュ
ータを別に設けずエンジンコントロールユニット６３で
兼用することが可能となる。
【００３９】ここで、特に多気筒エンジンに於ける、一
つの可変バルブに異常が発生した際の診断方法について
図１５を用いて説明する。バルブタイミング（１）で、
一つの気筒にバルブ異常が発生すると、真の空気量
（２）は、正常動作のバルブに対して、空気流量が減っ
たり、逆流区間が減ったりする。これを方向検知可能な
空気流量計２０で測定すると、流量信号Ｖｉｎ（３）の
順逆時のピーク値が、動作異常を起こした気筒の前後で
差が多く見える。マイクロコンピュータ２２０の内部処
理として、気筒毎のピーク値を記憶し、前後の気筒間で
のずれ量を判定する。同様に、方向信号（４）の順流区
間，逆流区間における方向信号の比によっても、動作異
常を起こした気筒の前後で差が多く発生するため、異常
時の判断が可能となる。
【００４０】図１６に指令値としてのオーバーラップ時
間Ｔｓ２に対する逆流時の方向信号比Ｔｎ１／Ｔｎ２の
測定結果の予測グラフを示す。オーバーラップ時間Ｔｓ
が大きくなるに従い、方向信号比Ｔｎ１／Ｔｎ２も大き
くなる。比をとるために、指令値として設定された条件
による変動は少ない。この各設定条件における、指令値
に対する推定出力値を予めセンサの特性として記憶して
おき基準値とし、実際に検出した値と比較することで可
変バルブ機構が故障かどうかの判定が可能となる。ま
た、クランク角信号を用いて気筒を特定することで、故
障した気筒の判別も可能となる。
【００４１】同様に、図１７に指令値としてのオーバー
ラップによる吸排気内の内部ＥＧＲ量Ｑｅｇｒ２に対す
る順流時と逆流時のピーク値の比ｄｎ／ｕｎの測定結果
の予測グラフを示す。指令値Ｑｅｇｒ２が大きくなるに
従い、ピーク値の比ｄｎ／ｕｎも大きくなる。比をとる
ために、指令値として設定された条件による変動は少な
い。この各設定条件における、指令値に対する推定出力
値を予めセンサの特性として同様に記憶しておき基準値
とし、実際に検出した値と比較することで可変バルブ機
構が故障かどうかの判定が可能となる。これらの処理の
フローチャートを図１８に示す。この診断処理のみを取
り出したものである。
【００４２】まず、バルブタイミング指令値７２１によ
り指令値Ｔｓ２，Ｑｅｇｒ２を受け取る。次にセンサ信
号検出７２２により出力Ｖｉｎ，Ｖｂｓを得、内部に定
義された電圧−流量変換マップより空気流量変換７２３
をし、流量Ｑａとする。方向信号を元に方向信号検出７
２４し、方向信号Ｔｎ１，Ｔｎ２を得る。また、同様に
方向信号に応じた順流，逆流ピーク検出７２５により、
順流，逆流ピーク値ｕｎ，ｄｎを得る。方向信号Ｔｎ
１，Ｔｎ２と、順流，逆流ピーク値ｕｎ，ｄｎの検出値
の比計算７２６により、方向信号比ｔｎｒと、ピーク値
の比ｕｄｒを得る。
【００４３】ここで、指令値Ｔｓ２の設定条件における
目標値のマップ値と、方向信号比ｔｎｒを比較７２７
し、目標値よりも小さい場合、異常判定Ａ７２９とし
て、逆流位相に異常があることを、診断結果として知ら
せる。方向信号比ｔｎｒが目標値内の場合は、次に指令
値Ｑｅｇｒ２の設定条件における目標値のマップ値と、
ピーク値の比ｕｄｒを比較７２８し、例えば目標値より
も小さい場合、異常判定Ｂ７３０として、逆流量に異常
があることを、診断結果として知らせる。ピーク値の比
ｕｄｒが目標値内の場合は正常であると判定し、診断処
理を終了する。これらの診断結果により、逆流位相のみ
の異常や複合的な異常を気筒別に判別できる。特に比を
とることで、回転数の影響を減らし設定条件における目
標値のマップ値を例えば一つにできるなど簡略化ができ
る。
【００４４】以上のような、方向検知可能な空気流量計
２０と、エンジンコントロールユニット６３を組み合わ
せることで、エンジンコントロールユニット６３に診断
ソフトを内蔵して実現することができる。予め可変バル
ブの駆動タイミング信号やバルブタイミング指令値を内
蔵しているため、新たな配線等を付加する必要がなく、
従来システムとの互換性がとりやすいといった効果があ
る。
【００４５】リーンバーン運転時の課題として、排気ガ
ス中に多量の酸素が含まれているため通常の三元触媒で
はＮＯｘが除去できない。ＮＯｘはエンジン内の燃焼過
程で発生するが、ＮＯｘ排出量は燃焼温度に比例して多
くなる。そのためＮＯｘ排出量を低減するために排気ガ
スを燃焼室内に導入し、燃焼温度を下げてＮＯｘ排出量
を低減する技術（ＥＧＲ）が知られている。排気ガスを
燃焼室内に導入する方法としては、エンジンから排出さ
れた排気ガスを吸気管にバイパスさせる外部ＥＧＲ方式
と、燃焼室内に排気ガスを残留させる内部ＥＧＲ方式が
ある。ＥＧＲは新しく吸入される空気と良く混合させる
ことが重要であり、外部ＥＧＲ方式では新気との混合が
良くなるがバイパス通路やバイパス量を制御するバルブ
が必要になり、コストアップにつながる。また、内部Ｅ
ＧＲ方式では新気との混合が悪く、残留する排気ガス量
を制御できない。クランク角度７５で排気バルブ１１は
開弁し排気行程が始まり、排気管に排気ガスを排出す
る。この排気行程中のクランク角度９５からクランク角
度９６までに吸気バルブ１０を開弁することで、排気ガ
スを吸気ポート内に排出する。排出された排気ガスは吸
気ポート内で次の吸気行程で吸入される新気と混合し、
クランク角度８５で吸気バルブが開弁すると良く混合し
たＥＧＲガスと新気が燃焼室内に吸入される。ＥＧＲ量
は排気行程中に開弁する吸気バルブ１０の吸気信号Ｐ２
で制御可能である。本実施例では内部ＥＧＲ方式である
ためバイパス通路やバイパスバルブなどの特別な付加装
置が不要でありコストを低減できるとともに、本発明の
可変バルブ装置を用いることで内部ＥＧＲ量を容易に制
御出来る。
【００４６】
【発明の効果】本発明では可変バルブ機構に組み込まれ
た電磁装置の駆動信号と、流れの方向が検知可能な空気
流量測定装置を用いることにより、特別なセンサを付加
することなく、可変バルブ機構の異常時の診断が逐次可
能になり、システムの安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弁機構が採用されるシステム図。
【図２】図１の一部詳細図。
【図３】本発明の第１の実施例によるセンサシステムの
構成図。
【図４】本発明の第１の実施例による空気流量測定装置
の回路図。
【図５】本発明の一実施例の発熱抵抗体のパターン図。
【図６】本発明の一実施例の発熱抵抗体の断面図。
【図７】発熱抵抗体の加熱温度説明図。
【図８】本発明の一実施例の動作波形。
【図９】本発明の第１の実施例による可変バルブのオー
バーラップ時の動作波形。
【図１０】本発明の第１の実施例によるオーバーラップ
指令値と逆流位相の関係。
【図１１】本発明の第１の実施例によるオーバーラップ
指令値と逆流量の関係。
【図１２】本発明の第１の実施例による可変バルブ診断
のアルゴリズム。
【図１３】本発明の第２の実施例によるセンサシステム
の構成図。
【図１４】本発明の第２の実施例による空気流量測定装
置の回路図。
【図１５】本発明の第２の実施例による可変バルブのオ
ーバーラップ時の動作波形。
【図１６】本発明の第２の実施例によるオーバーラップ
指令値と方向信号比の関係。
【図１７】本発明の第２の実施例によるオーバーラップ
指令値とピーク値の比の関係。
【図１８】本発明の第２の実施例による可変バルブ診断
のアルゴリズム。
【符号の説明】
１…エンジン、２…ピストン、３…燃焼室、４…コンロ
ッド、５…クランク軸、８…エンジンヘッド、１０…吸
気バルブ、１１…排気バルブ、１２…点火プラグ、１３
…燃料噴射弁、１６…燃料噴霧、１９…吸気ポート、２
０…空気流量計、２１…燃焼圧力センサ、２２…ノック
センサ、２４…空燃比センサ、３０…可変バルブ制御手
段、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…電磁弁駆動回
路、３０ｅ…フェイルセーフ回路、３０ｆ…昇圧回路、
４０…吸気バルブ用可変バルブ機構、４１…排気バルブ
用可変バルブ機構、５０…電磁装置、６３…コントロー
ルユニット、２０１…電源、２０３…電源回路、２１０
…センサ回路、２２０…マイクロコンピュータ、２１１
…発熱抵抗体、２１２…温度補償抵抗、２１３，214…
抵抗、２１６…トランジスタ、２２１，６３１…アナロ
グ・ディジタル変換器、２２２…演算回路、２２３…書
き換え可能メモリ、２２４…ディジタル・アナログ変換
器、２２５…入出力端子（Ｉ／Ｏ）、２２６…発振器、
６３２…入出力ポート、２１２１，２１３１，２１４１
…差動増幅器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 健治 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 Ｆターム(参考） 3G084 BA23 DA27 DA33 EB08 EB22 FA08 FA11 FA13 FA17 FA21 FA25 FA27 FA29 FA33 FA37 FA38 3G092 AA01 AA09 AA11 BB01 BB06 DA01 DA02 DA07 DA12 DC03 DD03 DF05 DG09 EC09 FA21 FB06 HA01Z HA05Z HA13Z HB01X HB02X HC01X HC01Z HC05Z HD02Z HD05Z HD07Z HE01X HE03Z HF08Z

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】吸気弁または排気弁が電気信号によりシリ
    ンダを開閉する内燃機関の診断装置であって、 前記内燃機関の吸気管の逆流量と、前記吸気弁と前記排
    気弁とのオーバーラップ開放時間または予め設定された
    前記内燃機関の目標ＥＧＲ量と、に基づいて異常を診断
    する内燃機関の診断装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、 前記内燃機関の吸気管の逆流量と、前記オーバーラップ
    開放時間または前記目標ＥＧＲ量と、前記異常と、の関
    係を記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする内燃機
    関の診断装置。
  3. 【請求項３】吸気弁または排気弁が電気信号によりシリ
    ンダを開閉する内燃機関の診断装置であって、 前記吸気弁と前記排気弁とのオーバーラップ開放時間
    と、前記内燃機関の吸気管の逆流量と、前記内燃機関の
    回転数とに基づいて、異常を診断する内燃機関の診断装
    置。
  4. 【請求項４】請求項３において、 前記オーバーラップ開放時間と、前記逆流量と、前記回
    転数と、前記異常と、の関係を記憶する記憶手段を備え
    たことを特徴とする内燃機関の診断装置。
  5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、 前記逆流量は、前記内燃機関の吸気管に設けられた熱式
    空気流量計によって測定される逆流空気質量（Ｑｂ
    ｉ），逆流時間（Ｔｂｉ），順流時間と逆流時間との比
    （Ｔｎ１／Ｔｎ２），順流空気質量のピーク値と逆流空
    気質量のピーク値との比（ｄｎ／ｕｎ）のいずれかであ
    ることを特徴とする内燃機関の診断装置。
  6. 【請求項６】吸気弁または排気弁が電気信号によりシリ
    ンダを開閉する内燃機関の診断方法であって、 前記吸気弁と前記排気弁とのオーバーラップ開放時間と
    前記内燃機関の吸気管の逆流時間（Ｔｂｉ）とに基づい
    て、異常を診断する第１のステップと、 前記内燃機関の目標ＥＧＲ量と前記内燃機関の吸気管の
    逆流空気質量(Ｑｂｉ)とに基づいて、異常を診断する第
    ２のステップと、を備えた内燃機関の診断方法。
  7. 【請求項７】請求項６において、 前記第１のステップまたは前記第２のステップは前記内
    燃機関の回転数に基づいて異常を診断することを特徴と
    する内燃機関の診断方法。
  8. 【請求項８】吸気弁または排気弁が電気信号によりシリ
    ンダを開閉する内燃機関の診断方法であって、 前記吸気弁と前記排気弁とのオーバーラップ開放時間と
    前記内燃機関の吸気管の順流時間と逆流時間との比（Ｔ
    ｎ１／Ｔｎ２）とに基づいて、異常を診断する第１のス
    テップと、 前記内燃機関の目標ＥＧＲ量と、前記内燃機関の吸気管
    の順流空気質量のピーク値と逆流空気質量のピーク値と
    の比（ｄｎ／ｕｎ）と、に基づいて異常を診断する第２
    のステップと、を備えた内燃機関の診断方法。
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