JP4868173B2 - 内燃機関の異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の各気筒毎にそれぞれ２つの吸気ポート噴射型の燃料噴射弁を設けた内燃機関の異常診断装置に関する発明である。

特許文献１（特開昭６３−９４０５７号公報）に記載されているように、内燃機関の各気筒内での燃料噴霧の微粒化やポートウエット低減（吸気ポート内壁面への燃料付着低減）等を目的として、内燃機関の各気筒の２つの吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を配置して、各気筒毎にそれぞれ２つの燃料噴射弁で燃料を噴射するようにしたものがある。

また、特許文献２（特開２００７−８５１７６号公報）に記載されているように、内燃機関の各気筒の排出ガスが集合して流れる排気合流部に配置された空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比の異常（燃料噴射弁の異常）の有無を判定するようにしたものがある。
特開昭６３−９４０５７号公報（第３頁、図１等参照） 特開２００７−８５１７６号公報（第２頁等参照）

ところで、特許文献１に記載された各気筒毎にそれぞれ２つの燃料噴射弁を設けた内燃機関に、特許文献２に記載の異常診断技術を組み合わせると、各気筒の２つの燃料噴射弁のいずれかが異常になった場合、燃料噴射弁の異常により空燃比が異常になった気筒を特定することは可能であるが、その異常気筒の２つの燃料噴射弁のうちいずれの燃料噴射弁が異常であるかを特定することはできない。このため、サービス工場等では、異常気筒の２つの燃料噴射弁を両方とも交換する必要があり、交換作業に手間が掛かると共に交換部品のコストが高くなるという問題がある。

本発明は、このような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、各気筒毎にそれぞれ２つの吸気ポート噴射型の燃料噴射弁を設けた内燃機関において、いずれかの燃料噴射弁の異常が発生した場合に、その異常な燃料噴射弁を特定することができる内燃機関の異常診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の各気筒毎にそれぞれ２つの吸気ポートを設けると共に各吸気ポート毎にそれぞれ燃料噴射弁を設けることで、各気筒毎にそれぞれ２つの燃料噴射弁を互いに異なる吸気ポートに向けて燃料を噴射する位置に配置した内燃機関の異常診断装置において、異常診断手段により前記燃料噴射弁の異常診断を行う際に、各気筒の前記２つの燃料噴射弁を１つずつ切り替えて噴射させてトルク変動又は燃焼状態の変動の有無を判定し、その判定結果に基づいて前記２つの燃料噴射弁の中から異常な燃料噴射弁を特定し、いずれかの気筒で異常な燃料噴射弁を検出したときに当該異常な燃料噴射弁の噴射動作を禁止すると共に、他の気筒についても、前記２つの吸気ポートのうちの当該異常な燃料噴射弁と同じ側の吸気ポートに向けて燃料を噴射する位置の燃料噴射弁の噴射動作を全気筒禁止して、残りの燃料噴射弁のみで燃料を増量補正して噴射するようにしたものである。

このように、各気筒の２つの燃料噴射弁を１つずつ切り替えて噴射させると、異常な燃料噴射弁からは燃料が正常に噴射されないため、異常な燃料噴射弁を噴射動作させたときに、内燃機関のトルクや燃焼状態が変動する。この関係から、各気筒の２つの燃料噴射弁を１つずつ切り替えて噴射させたときのトルク変動や燃焼状態の変動の有無を判定すれば、トルク変動や燃焼状態の変動が発生する直前の噴射時期の燃料噴射弁が異常であると特定することができる。

この場合、本発明では、異常と特定された燃料噴射弁の噴射動作を禁止して残りの燃料噴射弁のみで要求噴射量相当分の燃料量を噴射するように当該残りの燃料噴射弁の噴射量を増量補正するフェールセーフ手段を備えた構成としているため、各気筒の２つの燃料噴射弁のいずれかが異常になった場合でも、残りの燃料噴射弁のみで要求噴射量相当分の燃料量を噴射して空燃比を目標空燃比に制御することが可能となり、ドライバビリティやエミッションの悪化を抑えながら内燃機関の運転を継続することができる。

更に、本発明では、いずれかの気筒で異常な燃料噴射弁を検出したときに、当該異常な燃料噴射弁の噴射動作を禁止すると共に、他の気筒についても、２つの吸気ポートのうちの当該異常な燃料噴射弁と同じ側の吸気ポートに向けて燃料を噴射する位置の燃料噴射弁の噴射動作を全気筒禁止して、残りの燃料噴射弁のみで燃料を増量補正して噴射するようにしているため、各気筒の２つの燃料噴射弁のいずれかが異常になったときに、全ての気筒で同じ位置の燃料噴射弁から燃料を噴射することができる。これにより、異常な燃料噴射弁を持つ気筒の燃料噴霧形状（混合気の形成状態）が他の気筒と異なることを防止できて、全ての気筒の燃料噴霧形状を同一にすることができ、内燃機関の気筒間の燃料噴霧形状の違いによるトルク変動等を抑えることができる。

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。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、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が設けられている。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。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８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２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に接続された吸気ポート３１又はその近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１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２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

図２に示すように、エンジン１１の各気筒には、それぞれ２つの吸気ポート３１と２つの排気ポート３２が設けられ、各気筒の２つの吸気ポート３１又はその近傍に、それぞれ燃料噴射弁２１が配置されている。これにより、各気筒毎に、それぞれ２つの燃料噴射弁２１が互いに異なる吸気ポート３１に向けて燃料を噴射する位置に配置されている。各吸気ポート３１は、それぞれ吸気バルブ３３によって開閉され、各排気ポート３２は、それぞれ排気バルブ３４によって開閉される。燃料タンク３５内に貯溜された燃料は、燃料ポンプ３６によって汲み上げられ、この燃料ポンプ３６から吐出される燃料が燃料供給配管３７を通して各気筒の燃料噴射弁２１に供給される。

一方、図１に示すように、エンジン１１の排気管２３（排気通路）には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキング振動を検出するノックセンサ２９が取り付けられている。また、クランク軸２７の外周側には、クランク軸２７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２８が取り付けられ、このクランク角センサ２８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。

これら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）３０に入力される。このＥＣＵ３０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２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。通常、各気筒に配置された２つの燃料噴射弁２１は、燃料噴射量が同一（燃料噴射量の比率が５０：５０）になるように制御される。

また、ＥＣＵ３０は、後述する図３の燃料噴射弁異常診断ルーチンを実行することで、燃料噴射弁２１の異常診断を行う際に、各気筒の２つの燃料噴射弁２１を片方ずつ切り替えて噴射させてトルク変動（又は燃焼状態の変動）の有無を判定し、その判定結果に基づいて２つの燃料噴射弁２１の中から異常な燃料噴射弁２１を特定する。以下、説明の便宜上、各気筒に配置した２つの燃料噴射弁２１のうちの一方を「燃料噴射弁Ａ」と表記し、他方を「燃料噴射弁Ｂ」と表記する。

図３の燃料噴射弁異常診断ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、異常診断実行条件が成立しているか否かを判定する。ここで、異常診断実行条件は、例えば、［１］アイドル運転中（又は定常運転中）であること、［２］エンジン１１の暖機完了後であること、［３］燃料噴射弁Ａ，Ｂを除くエンジン制御系に異常が検出されていないこと等であり、これらの条件を全て満たせば、異常診断実行条件が成立し、いずれか１つでも満たさない条件があれば、異常診断実行条件が不成立となる。

このステップ１０１で、異常診断実行条件が不成立であると判定されれば、以降の処理を行うことなく本ルーチンを終了し、異常診断実行条件が成立していると判定されれば、ステップ１０２に進み、全気筒の一方の燃料噴射弁Ａの噴射を許可して、他方の燃料噴射弁Ｂの噴射を禁止し、全気筒の一方の燃料噴射弁Ａの噴射を順番に実行する。

この後、ステップ１０３に進み、トルク変動（又は燃焼状態の変動）が発生したか否かを判定する。この際、トルク変動（又は燃焼状態の変動）の判定方法は、例えば、エンジン回転速度の変動量、各気筒の筒内圧センサ（図示せず）で検出した筒内圧（燃焼圧）、排出ガスセンサ２４で検出した排出ガスの空燃比のうちの少なくとも１つに基づいてトルク変動（又は燃焼状態の変動）を判定したり、或は、混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグ２２等を介して検出して、そのイオン電流に基づいて燃焼状態の変動を判定するようにしても良い。

このステップ１０３で、トルク変動（又は燃焼状態の変動）が発生しなかったと判定されれば、ステップ１０４に進み、全気筒の一方の燃料噴射弁Ａが正常であると判定する。これに対して、上記ステップ１０３で、トルク変動（又は燃焼状態の変動）が発生したと判定されれば、ステップ１０５に進み、トルク変動（又は燃焼状態の変動）が発生した気筒の一方の燃料噴射弁Ａが異常であると特定する。

この後、ステップ１０６に進み、全気筒の他方の燃料噴射弁Ｂの噴射を許可して、一方の燃料噴射弁Ｂの噴射を禁止し、全気筒の他方の燃料噴射弁Ｂの噴射を順番に実行する。

この後、ステップ１０７に進み、トルク変動（又は燃焼状態の変動）が発生したか否かを上記ステップ１０３と同様の方法で判定し、その結果、トルク変動（又は燃焼状態の変動）が発生しなかったと判定されれば、ステップ１０８に進み、全気筒の他方の燃料噴射弁Ｂが正常であると判定する。

これに対して、上記ステップ１０７で、トルク変動（又は燃焼状態の変動）が発生したと判定されれば、ステップ１０９に進み、トルク変動（又は燃焼状態の変動）が発生した気筒の他方の燃料噴射弁Ｂが異常であると特定する。

この後、ステップ１１０に進み、全気筒の両方の燃料噴射弁Ａ，Ｂが正常であるか否かを判定し、全気筒の両方の燃料噴射弁Ａ，Ｂが正常であれば、ステップ１１１に進み、全気筒の両方の燃料噴射弁Ａ，Ｂの噴射を許可して本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ１１０で、「Ｎｏ」と判定された場合、つまりいずれかの気筒の２つの燃料噴射弁Ａ，Ｂのどちらかが異常の場合は、ステップ１１２に進み、２つの吸気ポート３１のうちの異常な燃料噴射弁と同じ側の吸気ポート３１に向けて燃料を噴射する位置の燃料噴射弁の噴射動作を全気筒禁止して、次のステップ１１３で、正常な燃料噴射弁（噴射が許可された燃料噴射弁）のみで要求噴射量相当分の燃料量を噴射するように正常な燃料噴射弁（噴射が許可された燃料噴射弁）の噴射量を異常な燃料噴射弁（噴射が禁止された燃料噴射弁）の噴射量相当分だけ増量補正する。これらのステップ１１２、１１３の処理が特許請求の範囲でいうフェールセーフ手段としての役割を果たす。

以上説明した図３の燃料噴射弁異常診断ルーチンの実行例を図４のタイムチャートを用いて説明する。図４の例は、４気筒エンジンで、＃４気筒の燃料噴射弁Ｂが異常になったときの挙動を示している。図４の例では、時刻ｔ1 で、異常診断実行条件が成立して、燃料噴射弁異常診断が開始され、まず、全気筒の一方の燃料噴射弁Ａの噴射を許可して、他方の燃料噴射弁Ｂの噴射を禁止し、全気筒の一方の燃料噴射弁Ａの噴射を、例えば＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順序で実行する。

全気筒の一方の燃料噴射弁Ａの噴射を一巡した時点ｔ2 で、全気筒の一方の燃料噴射弁Ａの噴射を禁止して、他方の燃料噴射弁Ｂの噴射を許可し、全気筒の他方の燃料噴射弁Ｂの噴射を、例えば＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順序で実行する。

この燃料噴射弁異常診断を実行している期間に、トルク変動（又は燃焼状態の変動）が発生したか否かを監視する。そして、例えば、他方の燃料噴射弁Ｂの噴射を実行している期間に、トルク変動（又は燃焼状態の変動）が検出されれば、そのトルク変動（又は燃焼状態の変動）が発生した気筒（図４の例では＃４気筒）の他方の燃料噴射弁Ｂが異常であると判定する。

この場合は、燃料噴射弁異常診断を終了した時点ｔ3 で、２つの吸気ポート３１のうちの異常な燃料噴射弁Ｂと同じ側の吸気ポート３１に向けて燃料を噴射する位置の燃料噴射弁Ｂの噴射動作を全気筒禁止して、一方の燃料噴射弁Ａのみの噴射を許可すると共に、噴射を禁止する燃料噴射弁Ｂの噴射量相当分だけ正常な燃料噴射弁Ａの噴射量を増量補正する。

以上説明した本実施例によれば、燃料噴射弁２１（Ａ，Ｂ）の異常診断を行う際に、各気筒の２つの燃料噴射弁２１を片方ずつ切り替えて噴射させてトルク変動（又は燃焼状態の変動）の有無を判定し、その判定結果に基づいて２つの燃料噴射弁２１の中から異常な燃料噴射弁２１を特定するようにしたので、いずれかの燃料噴射弁２１の異常が発生した場合に、その異常な燃料噴射弁２１を特定することができる。

しかも、本実施例では、いずれかの燃料噴射弁２１の異常が発生した場合に、異常と特定された燃料噴射弁２１の噴射動作を禁止して残りの燃料噴射弁２１のみで要求噴射量相当分の燃料量を噴射するように当該残りの燃料噴射弁２１の噴射量を増量補正するようにしたので、各気筒の２つの燃料噴射弁２１のどちらが異常になった場合でも、残りの燃料噴射弁２１のみで要求噴射量相当分の燃料量を噴射して空燃比を目標空燃比に制御することが可能となり、ドライバビリティやエミッションの悪化を抑えながらエンジン１１の運転を継続することができる利点もある。

更に、本実施例では、いずれかの気筒で異常な燃料噴射弁２１を検出したときに、２つの吸気ポート３１のうちの当該異常な燃料噴射弁２１と同じ側の吸気ポート３１に向けて燃料を噴射する位置の燃料噴射弁２１の噴射動作を全気筒禁止して、全ての気筒で同じ位置の燃料噴射弁から燃料を噴射するようにしているため、異常な燃料噴射弁２１を持つ気筒の燃料噴霧形状（混合気の形成状態）が他の気筒と異なることを防止できて、全ての気筒の燃料噴霧形状を同一にすることができ、気筒間の燃料噴霧形状の違いによるトルク変動等を抑えることができる利点もある。

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。 １つの気筒に配置した２つの燃料噴射弁及びその周辺部の概略構成図である。 燃料噴射弁異常診断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。 燃料噴射弁異常診断を実行する時の制御例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１（Ａ，Ｂ）…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２４…排出ガスセンサ、３０…ＥＣＵ（異常診断手段，フェールセーフ制御手段）、３１…吸気ポート、３２…排気ポート

Claims (1)

1. 内燃機関の各気筒毎にそれぞれ２つの吸気ポートを設けると共に各吸気ポート毎にそれぞれ燃料噴射弁を設けることで、各気筒毎にそれぞれ２つの燃料噴射弁を互いに異なる吸気ポートに向けて燃料を噴射する位置に配置した内燃機関の異常診断装置において、
   前記燃料噴射弁の異常診断を行う際に、各気筒の前記２つの燃料噴射弁を１つずつ切り替えて噴射させてトルク変動又は燃焼状態の変動の有無を判定し、その判定結果に基づいて前記２つの燃料噴射弁の中から異常な燃料噴射弁を特定する異常診断手段と、
   前記異常診断手段により検出された異常な燃料噴射弁の噴射動作を禁止して残りの燃料噴射弁のみで要求噴射量相当分の燃料量を噴射するように当該残りの燃料噴射弁の噴射量を増量補正するフェールセーフ手段とを備え、
   前記フェールセーフ手段は、前記異常診断手段によりいずれかの気筒で異常な燃料噴射弁が検出されたときに、当該異常な燃料噴射弁の噴射動作を禁止すると共に、他の気筒についても、前記２つの吸気ポートのうちの当該異常な燃料噴射弁と同じ側の吸気ポートに向けて燃料を噴射する位置の燃料噴射弁の噴射動作を全気筒禁止して、残りの燃料噴射弁のみで燃料を増量補正して噴射することを特徴とする内燃機関の異常診断装置。

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