JP3911949B2

JP3911949B2 - スワール制御弁の故障診断装置

Info

Publication number: JP3911949B2
Application number: JP2000046108A
Authority: JP
Inventors: 毅露木; 浩志加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001234796A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関のスワール制御弁の故障診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リーン空燃比で運転する内燃機関にあっては、燃焼を安定させるために燃焼室内にガス流動を生起し、燃料の微粒化や層状化を適切に制御することが広く知られている。
【０００３】
このために吸気通路にスワール制御弁を設け、リーン運転時にスワール制御弁を閉じて（絞り）燃焼室内に強いスワールを生起し、ストイキ運転時などはスワール制御弁を全開して吸入抵抗を減じて機関出力の低下を防止する。
【０００４】
スワール制御弁はステッピングモータにより駆動し、運転条件に応じて設定した目標開度となるようにコントローラで制御している。
【０００５】
ところで、ステッピングモータの脱調があると、スワール制御の実際の開度と目標開度とにズレが生じることがある。このような異常を判断するために、ステッピングモータに対する制御指令値とスワール制御弁の開度を検出する開度センサの出力値の偏差を見て、これが所定値以上になった場合には異常が発生しているものとする故障診断装置が、例えば特開平１１−１９０２１８号などによって提案されている。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
しかし、このようにスワール制御弁の開度に目標値からのズレが生じても、ステッピングモータをイニシャライズすることにより、正規の状態に復帰することもあり、一概に故障である判定することはできない。
【０００７】
また、故障診断を行う条件によっては、例えば、極低温時に長時間エンジンを停止した後に始動するときなど、スワール制御弁が氷結の可能性があるときに診断を行い、仮に異常があったとしても、その後に温度上昇により氷結が解けて正常に復帰する場合には、診断の結果につき必ずしも本来の故障などとの正確な区別ができず、誤診断になる可能性もある。
【０００８】
本発明はこのような問題に着目し、スワール制御弁の誤った診断を防ぎ、正確な診断が行えるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、吸気通路に設けたスワール制御弁と、このスワール制御弁を駆動するステッピングモータと、スワール制御弁の開度を検出する手段とを備えた内燃機関において、スワール制御弁の目標開度と実際の開度との偏差が所定範囲を超えているときに相関エラーを判定する手段と、相関エラーが判定されたときにステッピングモータをイニシャライズして相関エラーを修正する手段と、この相関エラーの修正回数が所定値以上のときに故障を判定する手段とを備える。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記スワール制御弁の目標開度はステッピングモータの目標ステップ位置に基づいて決定される。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記相関エラー修正のためのステッピングモータのイニシャライズは、エンジン負荷が所定値以下のときに実行される。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記相関エラーの判定は、スワール制御弁の氷結が予測されるときには保留される。
【００１３】
第５の発明は、第４の発明において、前記スワール制御弁の氷結解除の判定はエンジン冷却水温が所定値以上であり、かつエンジン負荷が所定値以下のときに行われる。
【００１４】
【作用、効果】
第１、第２の発明では、スワール制御弁の目標開度と実際の開度にステッピングモータの脱調などによりズレが生じ、これが所定の範囲を超えたときには相関エラーが判定され、この相関エラーはステッピングモータのイニシャライズにより修正される。したがってスワール制御弁は正規の状態に復帰するが、再び目標開度と実際開度との間の相関エラーが生じたようなとき、あるいはこれが何回か繰り返されるときは、スワール制御弁の故障など異常状態にあると判定される。
【００１５】
このためステッピングモータ、開度センサのなどの取付誤差があっても、故障と判断することなく、イニシャライズにより修正ができ、またエンジン停止中にスワール制御弁のリンクなどに触れて相対関係がズレたときにも修正ができる。これに対して何回かイニシャライズによる修正をしたにもかかわらず、相関エラーがでるときは故障と判断し、適切な修理などの対応を促す。
【００１６】
第３の発明において、ステッピングモータのイニシャライズは、エンジン負荷が所定値以下のときにのみ行われるので、スワール制御弁により吸気がチョークされることがなく、イニシャライズ時にスワール制御弁を全開しても、吸入空気量の変動がなく、エンジン回転数が急上昇するような問題が回避できる。
【００１７】
第４の発明では、スワール制御弁が氷結しているときは、氷結が解除されればスワール制御弁は正常な状態に復帰する可能性が高く、このような状態で相関エラーの判定を行うと、信頼性の高い判定結果が得られないため、判定を保留し、混乱を回避する。
【００１８】
また、第５の発明において、氷結解除の判定を行うときは、エンジン負荷が小さい領域であることを条件にすることで、その直後に相関エラーの判定、及びその結果によるイニシャライズがなされても、エンジンの回転数の急上昇などが起きず、制御の安定性が担保される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１において、１はエンジン本体、２は吸気管、３は排気管で、吸気管２には必要な燃料を噴射する燃料噴射弁４が設けられる。なお、燃料噴射弁４は燃焼室内に直接的に燃料を噴射するものであってもよい。５は吸入空気量を制御してエンジン出力を制御する吸気絞弁、７は吸気絞弁５の下流に配置されたスワール制御弁であり、リーン空燃比運転時などに開度を絞って燃焼室内にスワールを生起する。６は排気管に設置した排気中の有害成分を浄化する触媒（三元触媒）である。
【００２１】
燃料噴射弁４から噴射される燃料噴射量を運転条件に応じて設定される目標空燃比となるように制御するためにコントローラ１０が備えられる。
【００２２】
コントローラ１０は入力回路、中央演算回路（マイクロプロセッサ）、記憶回路、出力回路などから構成され、コントローラ１０には、エンジン回転数を検出するクランク角センサ１２、吸入空気量を検出するエアフローメータ１３、吸気絞弁開度を検出する絞弁開度センサ１４、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１５、車速を検出する車速センサ１６からの信号が入力し、さらに触媒上流の排気空燃比を検出する広域空燃比センサ１１、下流の排気空燃比を検出する酸素センサ２０からの信号も入力し、これらに基づいて運転条件に応じて目標空燃比となるように燃料噴射量を演算し、エンジン回転に同期して燃料噴射弁４に燃料噴射信号を出力する。
【００２３】
図２にも示すように、スワール制御弁７は各気筒の吸気ポート２１に設置され、その弁軸２２にはステッピングモータ２３の回転が伝達される。スワール制御弁７の開度を検出するために弁軸２２に連結した開度センサ２４が設けられる。
【００２４】
前記コントローラ１０はスワール制御弁７の開度についても運転条件に基づいて目標開度となるように制御する。また、同時にコントローラ１０はスワール制御弁７の故障診断も行い、ステッピングモータ２３の脱調などによりズレが生じたときにはこれを修正し、かつこの修正が繰り返されるときには異常の判定を行うようになっている。
【００２５】
ここで、本発明の要点であるコントローラ１０によるスワール制御弁７の故障診断について、図３〜図９のフローチャートにしたがって説明する。
【００２６】
図３はスワール制御弁７の相関開度エラーを判定するためのルーチンであり、ステップＳ１でスワール制御弁（図ではＳＣＶと略記）７の目標開度を読み込む。スワール制御弁７の目標開度はステッピングモータ２３の指令開度に基づいて決まる。
【００２７】
ついで、ステップＳ２で開度センサ２４の出力から実際のスワール制御弁７の開度を読み込む。そして、ステップＳ３でこれら目標開度と実測開度との偏差を算出し、ステップＳ４でこれを所定のしきい値と比較する。偏差が所定のしきい値以下の許容範囲にあるときは正常と判断するが、所定のしきい値以上のときはステップＳ５に進んで、目標開度と実測開度との間に相関エラーがあるものと診断する。
【００２８】
図４はこの相関エラーがあるときにスワール制御弁７の開度のイニシャライズを行うルーチンであり、ステップＳ１１で相関エラーがあると判断されたときは、ステップＳ１２においてエラー回数をカウントするエラーカウンタ（ＮＧカウンタ）をインクリメントし、ステップＳ１３でステッピングモータ２３と開度センサ２４のイニシャライズを行う。
【００２９】
このイニシャライズはスワール制御弁７を全開する開度までステッピングモータ２３を回転させるとともに、このときのスワール制御弁７の開度を検出する開度センサ２４の出力を全開値に更正することにより行う。
【００３０】
このようにスワール制御弁７をイニシャライズしたらステップＳ１４に進み、前記エラーカウンタのカウントするエラー回数が所定値に達したかどうか判定する。もしも所定値以下ならば、スワール制御弁７は正常であると判断されるが、所定値（例えば２回）以上のときはステップＳ１５において故障であると判断される。
【００３１】
つまり、スワール制御弁７の目標開度と実測開度との相関エラーが発生し、この修正が行われたにもかかわらず、何度か相関エラーが繰り返し判定されるときは、故障であると判断される。
【００３２】
図５は故障判定がなされたときのルーチンであり、ステップＳ２１において、スワール制御弁７に故障があるものと判定されたときは、ステップＳ２２においてスワール制御弁７の駆動を禁止し、スワール制御を中止する。
【００３３】
スワール制御弁７によるスワールの制御が混乱するのを防ぐためで、この場合には駆動禁止と同時に警告して、早期に修理や交換を促すようにしてもよい。
【００３４】
このようにして、スワール制御弁７が適正に作動しているかどうかを常に診断し、目標開度と実際の開度との間にズレが生じたときには、これを修正するので運転条件に応じて要求されるスワール制御を正しく実現できる。その一方で、スワール制御弁７の相関エラーの修正が何度か繰り返されるときは、再びエラーが発生する可能性が高く、制御の信頼性にも問題を生じる。したがってこのようなときにはスワール制御弁７の故障を判定してスワール制御弁７による制御を中止し、早期の修理などを促す。
【００３５】
ところで、相関エラーの判定について、エラーの発生しやすい特殊な条件のときで、かつその条件が回避されると正常に復帰する可能性の高いとき、例えば極低温時であってスワール制御弁７が氷結しても、温度上昇によりスワール制御弁７が正常に復帰するときなど、相関エラーの判定が必ずしも実状に合致しない。
【００３６】
これに対応するため、図６のルーチンでは、スワール制御弁７が氷結により動かなくなる可能性の高い条件時に故障診断を保留し、不正確なエラー判定を回避している。
【００３７】
ステップＳ３１において、相関エラーを判定したときは、ステップＳ３２に進んでエンジン冷却水温が氷結判定水温によりも低いかどうか判断する。もしも、氷結判定温度よりも低く、スワール制御弁７が氷結しやすい条件にあるときは、ステップＳ３３においてスワール制御弁７のイニシャライズを中止し、またステップＳ３４で故障判定を保留する。
【００３８】
図７はこのようにして行った氷結による判定保留を解除するときのルーチンを示す。
【００３９】
ステップＳ４１では氷結解除判定がなされたかどうか判断する。なお、この解除判定は、図８または図９に示すルーチンにより行われる。
【００４０】
先にこれらを説明する。
【００４１】
図８では、ステップＳ５１で氷結による判定保留中かどうか判断し、保留中ならばステップＳ５２でエンジン冷却水温が氷結解除温度に達したかどうかの判定を行う。エンジンの暖機が進み氷結解除温度に到達したならば、ステップＳ５３で吸気絞弁開度（ＴＶＯ）がステッピングモータ２３のイニシャライズを許可する小さな設定開度（例えば５゜）以下にあるかどうか判断し、そうならばステップＳ５４で氷結解除判定を行う。
【００４２】
なお、イニシャライズを許可する絞弁開度を所定の小開度に設定するのは、スワール制御弁７による吸気のチョーク（吸気系の最小開度部）があると、イニシャライズによりいったんスワール制御弁７が全開したときにエンジン回転の吹き上がりが生じるので、絞弁開度が小さく絞弁により吸気をチョークしているときにのみ、スワール制御弁７の全開を可能として、回転数の急上昇を回避するためである。
【００４３】
図９は図８と異なる氷結解除判定のフローチャートで、このうちステップＳ６１と６２は上記ステップＳ５１、５２と同じである。しかし、ステップＳ６３において吸気絞弁開度を許可開度と比較するのではなく、そのときの燃料噴射パルス幅ＴＰと、燃料噴射パルス幅換算値としての吸入空気量との偏差、つまり実際の流量と推定流量との偏差が、許可判定値よりも小さいときにのみ、ステップＳ６４で氷結解除を判定するようになっている。これによりスワール制御弁７の開度が正常に近い状態に復帰していることが判断できる。
【００４４】
次に図７に戻り、このようにして氷結解除判定が行われたら、ステップＳ４２に進み、スワール制御弁７の駆動禁止を解除する。そして、ステップＳ４３でステッピングモータ２３と開度センサ２４のイニシャライズを行い、相互の関係を対応させる。
【００４５】
ステップＳ４４では再びスワール制御弁７の目標開度と実測開度との偏差を設定値と比較し、相関エラーの判断を行う。エラーが判定されたときは、ステップＳ４５に進み、スワール制御弁７の氷結以外のＮＧ判定、つまり氷結以外の故障を判定する。
【００４６】
このようにして本発明では、スワール制御弁７の実際の開度が目標開度からズレてきたときには、そのイニシャライズを行い、これらのズレを吸収する。ただし、このようなズレの発生が何回か起きるようなときは、スワール制御弁７が故障であると判定し、早急な修理を促すのである。
【００４７】
したがって、ステッピングモータ２３の脱調などによるスワール制御弁７の相関エラーの発生時など、本来の故障ではないときは、イニシャライズにより自動的に正常状態に復帰させ、常に安定したスワール制御を維持可能とする。
【００４８】
また、極低温時などスワール制御弁７が氷結にするおそれのあるときは、スワール制御弁７の故障診断を行わずに、氷結が解除されてから診断するので、誤った診断を避け、本来の故障判定のみを正確に行える。
【００４９】
なお、スワール制御弁７を全開してのステッピングモータ２３のイニシャライズは、吸気絞弁の開度が一定以下のときなどに行うことにより、エンジン回転数の急激な上昇を回避し、修正動作の安定性を担保できる。
【００５０】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】スワール制御弁を含む吸気系の断面図である。
【図３】スワール制御弁の相関エラーを判定するフローチャートである。
【図４】ステッピングモータのイニシャライズを行うフローチャートである。
【図５】スワール制御弁の駆動を禁止するフローチャートである。
【図６】スワール制御弁の氷結による判定保留のためのフローチャートである。
【図７】スワール制御弁の氷結による判定保留解除を行うフローチャートである。
【図８】スワール制御弁の氷結解除を判定するフローチャートである。
【図９】スワール制御弁の氷結解除を判定するフローチャートである。
【符号の説明】
１エンジン本体
２吸気管
３排気管
４燃料噴射弁
５吸気絞弁
７スワール制御弁
１０コントローラ
１２クランク角センサ
１４吸気絞弁開度センサ
１５水温センサ
２１吸気ポート
２３ステッピングモータ
２４開度センサ

Claims

吸気通路に設けたスワール制御弁と、このスワール制御弁を駆動するステッピングモータと、スワール制御弁の開度を検出する手段とを備えた内燃機関において、
スワール制御弁の目標開度と実際の開度との偏差が所定範囲を超えているときに相関エラーを判定する手段と、
相関エラーが判定されたときにステッピングモータをイニシャライズして相関エラーを修正する手段と、
この相関エラーの修正回数が所定値以上のときに故障を判定する手段とを備えることを特徴とするスワール制御弁の故障診断装置。
前記スワール制御弁の目標開度はステッピングモータの目標ステップ位置に基づいて決定される請求項１に記載のスワール制御弁の故障診断装置。
前記相関エラー修正のためのステッピングモータのイニシャライズは、エンジン負荷が所定値以下のときに実行される請求項１または２に記載のスワール制御弁の故障診断装置。
前記相関エラーの判定は、スワール制御弁の氷結が予測されるときには保留される請求項１〜３のいずれか一つに記載のスワール制御弁の故障診断装置。
前記スワール制御弁の氷結解除の判定はエンジン冷却水温が所定値以上であり、かつエンジン負荷が所定値以下のときに行われる請求項４に記載のスワール制御弁の故障診断装置。