JP2002122037A - 多気筒内燃機関の異常気筒検出装置 - Google Patents
多気筒内燃機関の異常気筒検出装置Info
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
響の小さい状態を的確に判断して、多気筒内燃機関の各
気筒のインジェクタ2の中から故障インジェクタの検出
を精度良く行う。 【解決手段】 多気筒内燃機関の各気筒の燃焼が一巡す
る1サイクルにおいて、この1サイクル周期の回転変動
のうねりが所定値以上であると判定され、且つサイクル
間偏差検出手段にてサイクル間偏差が所定値以内である
と判定された場合には、車両が走行中であっても、ロー
ドノイズの影響が小さい状態であると的確に判断でき、
且つインジェクタ2に機能故障が発生している可能性が
高いと判断できる。したがって、このような判定結果が
得られてから、機能故障が発生しているインジェクタ2
を特定するための故障インジェクタ特定処理の実行許可
が許可手段によってなされることにより、確実に故障イ
ンジェクタを特定することができる。
Description
車両に搭載される多気筒内燃機関の異常気筒または異常
気筒を検出または特定する多気筒内燃機関の異常気筒検
出装置に関するもので、特に複数個の気筒を有するディ
ーゼルエンジンの各気筒毎に対応して取り付けられた複
数個のインジェクタのうち少なくとも1個以上のインジ
ェクタが機能故障を起こしているか否かを判定するディ
ーゼルエンジンにおけるインジェクタ故障検出装置に係
わる。
するディーゼルエンジンは、インジェクタから高圧燃料
を気筒内に噴射することによって作動する。特に電子制
御方式の4気筒ディーゼルエンジン用蓄圧式燃料噴射制
御システムに使用されるディーゼルエンジン用のインジ
ェクタは、一般的に、クランク角度センサおよびカム角
度センサの出力を基準にして、上死点(TDC)付近の
気筒内圧力が最大を示す位置で高圧燃料を噴射する。そ
の燃料噴射量は、各気筒均一が望ましく、気筒間に噴射
量不均量があると、つまり気筒間に燃料噴射量のバラツ
キがあると、各気筒の爆発行程毎の回転速度変動に偏差
(増減)が生じ、ドライバビリティ、騒音、振動、エミ
ッションなど車両の走行状態または内燃機関の運転状態
に悪影響を及ぼすことになる。
インジェクタには、噴射量個体差がある。つまり、燃料
通路や噴孔が比較的に大きく、燃料を比較的に多く噴射
するものや、燃料通路や噴孔が比較的に小さく、燃料を
比較的に少なく噴射するものが存在するために、4気筒
エンジンであれば、4気筒とも気筒内に噴射される燃料
噴射量は異なることもある。そのために、インジェクタ
の噴射量個体差の補正は、比較的にクランク角度センサ
からのセンサ信号を取り扱い易く、且つ路面ノイズなど
の影響をあまり受けない、回転速度の低いアイドリング
状態の時に、各気筒の爆発行程毎の回転速度変動を検出
し、各気筒の爆発行程毎の回転速度変動の検出値と全気
筒の回転速度変動の平均値とを比較し、この比較判定に
よって各気筒への燃料噴射量を補償する不均量補償制御
を実施している。
筒内に燃料を噴射しない故障のために燃焼によって気筒
内圧力は上昇しない。そのために、異常気筒の回転速度
変動は大きく減少する。上記の不均量補償制御による補
正量は、異常気筒の回転速度変動が他の気筒の回転速度
変動と平滑化するように、異常気筒への燃料噴射量を補
正するのであるから、異常気筒の補正量は大きく増大す
る。したがって、インジェクタの無噴射故障時、特定気
筒の故障情報が連続して出力されることになる。そし
て、同一気筒の故障情報が所定のサイクル連続した場
合、その気筒を異常気筒であると特定するディーゼルエ
ンジンの異常気筒検出装置(例えば特公平6−9700
8号公報等の公知技術)が提案されている。
ーゼルエンジンの異常気筒検出装置においては、1気筒
の無噴射故障が生じた場合、4気筒の平均回転速度から
最も偏差の大きい気筒が異常気筒であると診断するよう
にしている。ここで、1気筒のみ無噴射故障が生じた場
合の、ディーゼルエンジンの走行中での実際の回転速度
変動を図3に示す。この図3から1気筒のみの無噴射故
障であり、他の3気筒が正常に噴射しているにも拘ら
ず、4気筒とも異なった回転速度変動を示す。
く、エンジンを安定して運転するために、ガソリンエン
ジンよりも重いフライホイールを使用している。このた
め、ディーゼルエンジンは、慣性が大きく、1気筒のイ
ンジェクタの無噴射が回転速度へ及ぼす影響は小さい。
したがって、上述の公知技術の、4気筒の平均回転速度
から最も偏差の大きい気筒が異常気筒であると診断する
と、運転条件によっては正常な気筒のインジェクタを故
障であると誤検出してしまう可能性があった。
転速度の変動によって発生するエンジン振動を除去する
ために、上述の公知技術のように、各気筒毎の回転速度
変動を検出し、平滑化するように各気筒毎への最適な燃
料噴射量を個々に調整する不均量補償制御(気筒間の噴
射量補正制御)を行うと、1気筒のインジェクタが必ず
無噴射のために燃料噴射量の補正量が収束しない。ある
いは、燃料噴射量の補正量の収束に時間が必要となると
いう問題があった。特に車両走行中では、燃料噴射量の
補正量がディーゼルエンジンの出力に直接影響する。燃
料噴射量の補正量の収束性が悪いと、各気筒毎の回転速
度変動が大きく変化し、その結果、ドライバビリティが
悪化するという問題があった。そのため、上述の公知技
術は、車両走行中には使用できないという問題があっ
た。
い路面を車両が走行する際に路面ノイズ(ロードノイ
ズ、車内騒音)が発生する。なお、ロードノイズには、
非常に細かな振動を伴うこともある。そのため、実際の
車両走行時においては、路面状態によって生じるロード
ノイズが各気筒の爆発行程毎の回転速度変動に加算され
る。そして、ディーゼルエンジンは、上述したように、
ガソリンエンジンよりも重いフライホイールを使用して
いるので、慣性が大きいために、1気筒のインジェクタ
が無噴射故障のとき、その異常気筒と他の正常気筒との
間の回転速度変動の偏差は小さい。そのために、ロード
ノイズの影響が各気筒の爆発行程毎の回転速度変動に加
算された場合、上述の公知技術による燃料噴射量の補正
量の最大値のみでの故障検出では、誤検出するという問
題があった。特に、インジェクタの故障は、「気筒内に
燃料噴射しない無噴射故障」と、「気筒内に燃料が吹き
っぱなしになる過剰噴射故障」との2通りがある。その
ために、車両走行中でのインジェクタの故障検出は非常
に重要である。
も、ロードノイズの影響の小さい状態を的確に判断する
ことにより、複数個のインジェクタの中から故障インジ
ェクタの検出を精度良く行うことのできる多気筒内燃機
関の異常気筒検出装置を提供することにある。
よれば、「気筒内に燃料噴射しない無噴射故障」や「気
筒内に燃料が噴きっぱなしになる過剰噴射故障」といっ
たインジェクタの機能故障が、下記判定結果が得られた
場合発生していると判断される。つまり、多気筒内燃機
関の各気筒の燃焼が一巡する1サイクルにおいて、この
1サイクル周期の回転変動うねりが所定値以上であると
判定され、さらに、サイクル間偏差検出手段にて、サイ
クル間偏差が所定値以内であることが判定されたときで
ある。
車両が走行中であっても、ロードノイズの影響の小さい
状態であると的確に判断することができ、且つインジェ
クタに機能故障が発生している可能性が高いと判断する
ことが可能となる。つまり、1サイクル周期の回転変動
うねりが所定値以上であると、あるインジェクタにおい
て上述の機能故障が発生している可能性が高いと判断さ
れ、またサイクル間偏差が所定値以内にあると、ロード
ノイズによる影響が機関の回転変動に加味されていない
状況であると判断されるからである。したがって、判定
結果が得られてから、機能故障が発生しているインジェ
クタを特定するための故障インジェクタ特定処理の実行
許可が許可手段によってなされることによって、確実に
故障インジェクタを特定することができる。
ルうねり検出手段は、1サイクル内における最大回転速
度または最小回転速度が、所定サイクル連続して同一の
気筒で検出されたとき、1サイクル周期の回転変動のう
ねりが発生したと検出するため、1サイクル周期の回転
変動のうねりを確実に検出することが可能となる。
における、1サイクルうねり検出手段にて検出される1
サイクル周期の回転変動うねりが所定値以上であるとい
う判定を、1サイクルにおける各気筒の内の最大回転速
度と最小回転速度との両者の偏差であるサイクル内偏差
を検出し、そのサイクル内偏差が所定値以上であること
によって行っている。これにより、機能故障を起こして
いるインジェクタが存在することを確実に検出すること
ができる。
は、サイクル間偏差検出手段にて検出されたサイクル間
偏差が所定値以内であり、且つこの所定値以内であるこ
とが所定サイクル連続して検出されたとき、故障インジ
ェクタ特定処理の実行を許可している。したがって、サ
イクル間偏差が所定値以内であることを所定サイクル連
続して検出することから、確実にロードノイズによる影
響が機関の回転変動に加味されている状態を排除できる
ため、インジェクタ機能故障が発生していることをより
精度良く判定することができ、その状態下で故障インジ
ェクタ特定処理へと移行することが可能となる。
間偏差検出手段は、1サイクルにおける各気筒の内の最
大回転速度、または1サイクルにおける各気筒の内の最
小回転速度、または1サイクルにおける平均回転速度、
または1サイクルにおける所定のクランク角度の回転速
度によって、サイクル間偏差を検出している。したがっ
て、これら回転速度のどれかを使用することによってサ
イクル間偏差を検出できるので、ロードノイズが機関の
回転変動に加味されているか否かを確実に判定すること
が可能となる。
角度センサで検出される所定の凸状歯間の経過時間を測
定することで、多気筒内燃機関の各気筒の爆発行程毎の
回転速度変動を時間変化として検出する。すなわち、既
存のクランク角度センサのセンサ信号を用いて、各気筒
毎の回転速度変動が検出できるため、比較的簡単に各気
筒毎の回転速度変動を検出することができる。
により、故障インジェクタ特定処理の実行許可がなされ
たとき、1サイクル内での各気筒の爆発行程毎の回転速
度変動、または1サイクル内での各気筒の爆発行程毎の
燃焼エネルギー、または1サイクル内での各気筒の発生
トルクの偏差を気筒間で比較する比較手段により、最も
偏差の大きいまたは小さい気筒のインジェクタが故障イ
ンジェクタであると特定するようにしている。これによ
り、1サイクル内での各気筒の爆発行程毎の回転速度変
動の偏差、あるいは1サイクル内での各気筒の爆発行程
毎の燃焼エネルギーの偏差を用いた場合、複数個のイン
ジェクタの中から機能故障を起こしている故障インジェ
クタを高精度に特定することが可能となる。
ルクの偏差を用いた場合には、実際の各気筒毎のトルク
を検出できるため、複数個のインジェクタの中から機能
故障を起こしている故障インジェクタの検出を、回転速
度変動や燃焼エネルギーの偏差を用いる場合に比べてよ
り精度良く実行することができる。
設けられたインジェクタに機能故障が発生しているか否
かを判定するときには、気筒間の回転速度変動を平滑化
するように各気筒毎への噴射量を個別に調整する気筒間
の噴射量補正制御を禁止する。これにより、インジェク
タの機能故障の誤検出を防止できるので、インジェクタ
の機能故障の検出精度を向上することができる。
設けられたインジェクタに機能故障が発生していること
を視覚表示または聴覚表示する表示手段を設けることに
より、多気筒内燃機関が正常な運転状態か異常な運転状
態かを早急に運転者等へ報知することが可能となる。
き図面を参照して説明する。 〔第1実施例の構成〕図1ないし図9は本発明の第1実
施例を示したもので、図1はディーゼルエンジン用蓄圧
式燃料噴射システムの全体構成を示した図である。
料噴射システムは、一般にコモンレールシステムと呼ば
れており、例えば自動車等の車両に搭載された4気筒の
ディーゼルエンジン1の運転状態、車両の走行状態およ
び運転者(ドライバー)の操作量(意志)を各種センサ
により検出して、多気筒内燃機関の異常気筒検出装置を
構成する電子制御方式のコントロールユニット(以下E
CUと呼ぶ)9に伝えて、各種センサからのセンサ信号
により最適な燃料噴射量および燃料噴射時期を演算し、
それぞれを制御する複数個(本例では4個)のインジェ
クタ(電磁式燃料噴射弁)2および燃料圧送ポンプ3等
に指令するように構成されている。
内燃機関に相当するもので、シリンダブロック、シリン
ダヘッドおよびオイルパン等から構成された4サイクル
4気筒エンジンである。なお、ディーゼルエンジン1の
4個のシリンダ10は、シリンダブロックとシリンダヘ
ッド等により形成されている。そして、各シリンダ10
の吸入ポートは、吸気弁(インテークバルブ)11によ
り開閉され、排気ポートは排気弁(エキゾーストバル
ブ)12により開閉される。また、各シリンダ10内に
は、連接棒を介してクランク軸13に連結されたピスト
ン14が摺動自在に配設されている。
ンジン1のシリンダブロックに(各気筒#1〜#4に個
別に対応して)取り付けられ、各気筒毎のシリンダ10
内に高圧燃料を噴射する燃料噴射ノズル、およびこの燃
料噴射ノズルの弁体を駆動する電磁弁等のアクチュエー
タ(図示せず)等から構成された電磁式燃料噴射弁であ
る。なお、インジェクタ2の弁体の開弁時間(噴射期
間)が長い程、各気筒毎のシリンダ10内に噴射される
燃料噴射量が多くなり、インジェクタ2の弁体の開弁時
間(噴射期間)が短い程、各気筒毎のシリンダ10内に
噴射される燃料噴射量が少なくなる。
燃料を汲み上げるフィードポンプ16、およびコモンレ
ール17への高圧燃料の圧送量を調整する電磁弁等のア
クチュエータ(図示せず)を内蔵する高圧供給ポンプで
ある。そして、燃料圧送ポンプ3は、燃料タンク15か
ら燃料を吸入して加圧し、ECU9より指令された燃料
量をコモンレール17に圧送する。このコモンレール1
7内に蓄圧された燃料の圧力は、燃料圧力検出手段とし
ての燃料圧センサ18によって測定され、ポンプ駆動指
令とインジェクタ2の駆動指令とがECU9で算出され
る。また、燃料タンク15内には、燃料タンク15内の
燃料の液面レベルを測定する液面レベルセンサ19が配
設されている。
(コモンレール圧力)の高圧燃料を蓄えるサージタンク
の一種で、燃料配管20を経て各気筒毎に対応して取り
付けられた複数個のインジェクタ2に接続されている。
ここで、本実施例では、コモンレール17から燃料タン
ク15へ燃料を戻すためのリターン配管21が設けられ
ている。そして、コモンレール17は、コモンレール圧
力が限界蓄圧圧力を超えることがないようにプレッシャ
リミッター22の弁体が開弁して、そのプレッシャリミ
ッター22内の燃料通路およびリターン配管21を経
て、コモンレール17内の圧力を逃がせるように構成さ
れている。
部よりなるCPU、制御プログラムや各種データを記憶
するためのメモリ(RAM、PROMまたはROM)、
および各種センサやアクチュエータとの間で信号の入出
力を行うI/Oポート(入出力回路)等の機能を含んで
構成される周知のマイクロコンピュータが設けられてい
る。そして、各種センサからのセンサ信号は、A/D変
換器でA/D変換された後にマイクロコンピュータに入
力されるように構成されている。
クシャフト)13に取り付けられたクランク角度センサ
4、およびカム軸(カムシャフト)23に取り付けられ
たカム角度センサ5とからのクランク軸回転パルスおよ
びカム軸回転パルスの信号を基準にして、インジェクタ
2の燃料噴射時期や、燃料圧送ポンプ3の燃料圧送期間
を決めることで、コモンレール圧力を所定の圧力値に保
持する。
の回転速度検出手段に相当するもので、ディーゼルエン
ジン1のクランク軸13に固定された磁性体製のタイミ
ングロータ(シグナルロータ)24、このタイミングロ
ータ24の周面に対向するように配置された電磁ピック
アップコイル25、および磁束を発生させる永久磁石
(マグネット)等で構成された電磁式回転センサで、ク
ランク軸13の回転角度を検出する。なお、ECU9
は、クランク角度信号(NEパルス信号)の間隔時間を
計測することによって、エンジン回転速度(NE)を検
出する。
えば10°)毎に凸状歯26が複数個形成されている。
したがって、タイミングロータ24が回転すると、凸状
歯26が電磁ピックアップコイル25に対して接近離反
するため、電磁誘導によって電磁ピックアップコイル2
5からクランク角度信号(NEパルス信号)が出力され
る。なお、本実施例では、タイミングロータ24の2歯
を欠歯として、36−2=34歯を形成している。この
欠歯を検出することで、タイミングロータ24の1回転
を検出することができる。
ンジン1の場合には、ディーゼルエンジン1の1周期
(1サイクル:吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行
程)、つまりクランク軸13が2回転(720°CA)
する間に、68個のクランク角度信号(1パルス10°
CA)が発生するように、タイミングロータ24の外周
面に、10°(20°CAに相当する)毎に凸状歯26
が、上述のように設けられている。
ンク角度信号の間隔時間を計算することで、各気筒の爆
発行程毎の瞬時回転速度を算出し、BTDC90°CA
〜ATDC90°CA間のクランク角度信号の間隔時間
の最大値をこの気筒の瞬時回転速度の最小回転速度とし
て読み込む。また、BTDC90°CA〜ATDC90
°CA間のクランク角度信号の間隔時間の最小値をこの
気筒の瞬時回転速度の最大回転速度として読み込む。
後に、図2および図3に示したように、各気筒毎の最大
回転速度と各気筒毎の最小回転速度との回転速度差を計
算することで、各気筒毎の燃料噴射に同期して発生する
各気筒の爆発行程毎の回転速度変動を検出または算出す
る。ここで、図2は低負荷、低回転での走行時に全気筒
が正常なディーゼルエンジンの各気筒の爆発行程毎の回
転速度変動の挙動を示した図で、図3は第1気筒#1で
無噴射故障が発生したときの各気筒の爆発行程毎の回転
速度変動の挙動を示した図である。
エンジン1のカム軸23に固定された磁性体製のタイミ
ングロータ(シグナルロータ)27、このタイミングロ
ータ27の周面に対向するように配置された電磁ピック
アップコイル28、および磁束を発生させる永久磁石
(マグネット)等で構成された電磁式回転センサで、カ
ム軸23の回転角度を検出する。タイミングロータ27
には、所定角度毎に凸状歯29が複数個配置されてい
る。
み量(アクセル開度)を測定するアクセル開度センサ3
0、およびディーゼルエンジン1の冷却水温度を検出す
る冷却水温センサ31等からセンサ信号を入力するよう
に構成されている。そして、ECU9は、アクセル開度
センサ30の検出値であるアクセル開度(ACCP)と
クランク角度センサ4からのクランク角度信号より検出
(演算)したエンジン回転速度(NE)と冷却水温セン
サ31の検出値である冷却水温度(THW)から燃料噴
射量を算出し、算出した燃料噴射量を達成するために、
運転状態毎にコモンレール17内の燃料圧力から算出さ
れた開閉指令で各インジェクタ2を駆動する。これによ
り、ディーゼルエンジン1が運転される。
速)を測定するための車速センサ32から車速信号が入
力するように構成されている。ここで、インジェクタ2
を開弁するために用いられた燃料は、リリーフ配管とし
てのリターン配管33を経て燃料タンク15へ戻され
る。そのリターン配管33には、燃料温度を測定する燃
料温度センサ34が搭載されている。この燃料温度セン
サ34は、検出精度を上げるために各インジェクタ2の
リターン配管33の集合部分にできるだけ近い位置に搭
載するのが望ましい。
ダ10内で燃焼した排気ガスは、排気管35を通り、バ
リアブルノズルターボ(VNT)36のタービンの駆動
源となった後に、触媒(図示せず)、マフラー(図示せ
ず)を経て排出される。上記のバリアブルノズルターボ
36の制御は、吸気圧センサ47の信号とVNT駆動量
センサ37の信号とに基づいて行われる。過給された吸
入空気は、吸気管38を経てシリンダ10内へ導入され
る。そして、吸気管38の途中には、絞り弁(スロット
ルバルブ)39が配設され、このスロットルバルブ39
の開度は、ECU9からの信号により作動するアクチュ
エータ40によって調節される。
35を流れる排気ガスの一部の排気再循環ガス(EGR
ガス)を吸気管38へ導く排気ガス還流管41が接続さ
れている。そして、排気ガス還流管41の入口には、排
気ガス再循環装置用バルブ(EGRバルブ)42が設置
され、排気ガス還流管41の途中には、EGRガスを冷
却するためのEGRガスクーラ43が設置されている。
したがって、シリンダ10内に吸い込まれる吸入空気
は、エミッションを低減するために運転状態毎に設定さ
れた排気ガス還流量(EGR量)になるようにEGRバ
ルブ42の開口度を制御され、排気管35からの排気ガ
スとミキシングされることになる。なお、EGR量は、
吸気量センサ44と吸気温センサ45とEGRバルブ開
口度センサ46からの信号で、所定値を保持できるよう
にフィードバック制御している。
施例のディーゼルエンジン1のインジェクタ故障検出方
法を図1ないし図9に基づいて簡単に説明する。ここ
で、図4および図5はディーゼルエンジン1のインジェ
クタ故障検出方法を示したフローチャートである。
N)されて、ディーゼルエンジン1が始動すると、図4
のルーチンが起動する。そして、先ずステップS1にお
いて、ディーゼルエンジン1の運転状態がアイドル状態
であるか否かを判定する。なお、アイドル回転速度は、
例えば850rpm程度である。そして、アイドル状態
であると判定されると、ステップS2へ進んで、車速が
「0」であるか否かが判定され、車両が停止状態である
かどうかを判定する。
る場合、ステップS3に進み、気筒間の回転速度変動を
平滑化するように各気筒毎への噴射量を個別に調整する
気筒間の噴射量補正制御(不均量補償制御)を行う。こ
の気筒間の噴射量補正制御では、ディーゼルエンジン1
の各気筒の爆発行程毎の回転速度変動を検出し、全気筒
の回転速度変動の平均値と各気筒毎の回転速度変動の検
出値とを比較して、この比較結果によって各気筒への噴
射量を補正する。
S3にて実行された気筒間の噴射量補正制御における各
気筒への燃料噴射量の補正量が所定範囲以内か否かを判
定する。この判定結果がNOの場合、つまり補正量が所
定範囲内であれば、再度ステップS1へ戻る。
の場合、つまり補正量が所定範囲外である場合には、ス
テップS5のインジェクタ故障気筒検出1へと進む。こ
のステップS5にて、上記ステップS4にて予め設定さ
れた所定範囲の範囲外と判定された補正量が適用される
気筒を異常気筒として検出する。上記ステップにより、
この異常気筒のインジェクタ2が無噴射故障または過剰
噴射故障等の機能故障を起こしていると判断し、本ルー
チンを終了する。
定されたときは、車両が走行中であると判断され、ステ
ップS6に進み、上記ステップS3にて実行されていた
気筒間噴射量補正制御を停止する。なお、この場合にお
いても、気筒間の噴射量補正量の計算は継続しても良
い。
走行中であるか否かを判定する。この判定は、例えば、
アクセル開度センサ30のセンサ値であるアクセル開度
(ACCP)が所定値を継続しているか否かを検出する
ことによって判定される。なお、ステップS7におい
て、車両が定常走行中でないと判定された場合には、再
度ステップS1へ戻る。
走行中であると判定された場合には、図5のステップS
8〜ステップS14の処理によって、インジェクタ2の
機能故障が発生しているか否かを判定し、インジェクタ
2の機能故障が発生していると判断されたときには、複
数個のインジェクタ2の内のどのインジェクタ2が機能
故障しているかを特定する故障インジェクタ特定処理へ
の許可を行う。
ィーゼルエンジン1の各気筒の爆発行程毎の最大回転速
度および最小回転速度を検出する。これは、図2に示す
ように、第1気筒#1〜第4気筒#4の爆発行程毎の最
大回転速度max1〜max4および最小回転速度mi
n1〜min4を、クランク角度センサ4からの出力値
を用いて検出する。なお、各回転速度の添字は気筒番号
を示す。
S8にて求めた各気筒毎の最大回転速度(max1〜m
ax4)の中で、1サイクル内で最大を示した気筒の1
サイクル最大回転速度Maxiを検出(算出)する。こ
れと同時に、ステップS8で求めた各気筒毎の最小回転
速度(min1〜min4)の中で、1サイクル内で最
小を示した気筒の1サイクル最小回転速度Miniを検
出(算出)する。ここで、上記Maxi、Miniの添
字iは、第iサイクルを示している。また、上記1サイ
クルとは、本実施例では4気筒4サイクルエンジンを採
用しており、第1〜第4気筒の各気筒の燃焼が一巡する
期間である720°CAを示す。なお、爆発順序は、例
えば図2に示すように、#1→#3→#4→#2であ
る。
的には下記数1の最大値選択および数2の最小値選択に
て検出される。
最大回転速度max2が選択される。
最小回転速度min3が選択される。
9にて検出された1サイクル最大回転速度Maxiある
いは1サイクル最小回転速度Miniのどちらかを使用
し、Maxi(あるいはMini)を示した気筒が所定
サイクル(例えば、3サイクル)連続して同一気筒であ
るか否かを検出する。なお、この判定結果がNOの場合
には、再度ステップS1へと戻る。
るいはMini)を示す気筒が所定サイクル連続して同
一気筒であることが検出されたならば、ステップS11
へ進む。ここで、ステップS10にてYESと判定され
るときには、同一の気筒でMaxi(あるいはMin
i)が所定サイクル連続して検出されることとなるた
め、機関の回転変動に1サイクル(720°CA)周期
の変動が発生していると判断できる。
S9にて検出されたMaxi(あるいはMini)を使
用して、サイクル間偏差ΔMiを算出する。具体的に
は、下記数3の算出式を用いて、今回のサイクル(第i
サイクル目)での1サイクル最大回転速度Maxiと前
回のサイクル(第i−1サイクル目)での1サイクル最
大回転速度Maxi−1との偏差を求めることにより、
上記ΔMiを算出する。
iniを用いて算出するときには、下記数4の算出式の
如く、今回および前回のサイクルにおける1サイクル最
小回転速度を用いれば良い。
ップS11にて算出したサイクル間偏差ΔMiを用い
て、このΔMiが所定サイクル連続して所定値(例え
ば、10rpm)内であるか否かを判定する。なお、こ
の判定結果がNOである場合には、再度ステップS1へ
戻る。
値内であることが検出されたならば、ステップS13へ
進む。ここで、ステップS12にてYESと判定される
ときには、サイクル間偏差ΔMiが所定値以内である状
態が所定サイクル連続して検出されることとなるため、
機関の回転変動に、路面振動等によって発生するロード
ノイズの影響が加味されることで数サイクルにわたる長
周期の変動成分が重畳した状態ではないことを判断でき
る。
プS12でともにYESと判定された状態では、Max
i(あるいはMini)を示す気筒が同一であることが
所定サイクル連続し、且つΔMiが所定値内であること
が所定サイクル連続している状態となっているため、機
関の回転変動には、ロードノイズによる影響が極めて小
さい1サイクル(720°CA)周期のうねりが発生し
ていると判断できる。
プS9にて検出された1サイクル中の1サイクル最大回
転速度Maxiおよび1サイクル最小回転速度Mini
とから、このサイクル内におけるサイクル内偏差Δiを
下記数5の算出式にて算出する。
プS13にて算出されたサイクル内偏差Δiが、所定値
(例えば、10rpm)以上であるか否かを判定する。
なお、NOと判定されたならば、1サイクル内で大幅な
回転変動偏差が発生しないこととなるから、インジェク
タ2の機能故障が発生していないと判断され、ステップ
S1へと戻る。
以上であると判定された場合には、1サイクル内におい
て、ある気筒におけるインジェクタ2の無噴射故障、あ
るいは噴きっぱなし故障が発生している可能性があると
判断できる。その上、上述したように、ステップS1
0、S12が成立して、ロードノイズによる影響が極め
て小さい1サイクル(720°CA)周期のうねりが機
関の回転変動に発生していると判断されているため、こ
の状態でステップS14にて、Δiが所定値以上である
と判定されたときには、上記1サイクル周期のうねりが
所定値以上であると判断することができる。したがっ
て、インジェクタ2の機能故障(例えば、無噴射故障)
が発生していると確実に判断できる。
された場合、図4のステップS15の故障インジェクタ
特定処理へと進む。つまり、上述のステップS8〜S1
4におけるインジェクタ機能故障検出処理によって、イ
ンジェクタ2の機能故障が発生していると判断されたな
らば、上記ステップS15における故障インジェクタ特
定処理の実行を許可するのである。
噴射故障しその気筒で失火が生じた場合、各気筒での燃
料噴射に同期した回転速度変動、すなわち、各気筒の爆
発行程毎の回転速度変動に、720°CAに代表される
1サイクル周期のうねりが発生する(図7参照)。ま
た、ロードノイズによる影響を受けると、10Hz以下
の更に大きなうねりが回転速度変動に加算されることが
我々の実験の結果分かっている(図6参照)。
イクル周期のうねりが観察され、且つその1サイクル周
期のうねりがサイクル間で変動が無いことが観察された
場合には、インジェクタが1本機能故障(例えば無噴
射)しており、且つロードノイズの影響が無い可能性が
非常に高いと予測できることを、我々は鋭意研究によっ
て見い出した。
サイクル間で変動がない状態、つまり、インジェクタ2
の機能故障が発生している状態を、図5のステップS8
〜S14におけるインジェクタ機能故障検出処理にて判
断できるのである。
にて、インジェクタ2の機能故障が発生していると判断
されると、上述したように、図4のステップS15にお
ける故障インジェクタ特定処理への実行が許可される。
この故障インジェクタ特定処理は、以下のような演算・
比較処理によって故障インジェクタを備える異常気筒を
特定しても良い。例えば、ある気筒の爆発行程毎の回転
速度変動偏差が他の気筒の爆発行程毎の回転速度変動偏
差に比べて所定値以上大きい、または小さい場合にその
気筒を異常気筒として特定する。あるいはある気筒の瞬
時回転速度の最大値または最小値の偏差が他の気筒の瞬
時回転速度の最大値または最小値の偏差に比べて所定値
以上大きい、または小さい場合にその気筒を異常気筒と
して特定する。
発生する回転速度変動の最大値と最小値との偏差で、気
筒毎の燃焼エネルギーを求め、各気筒間で比較し最も偏
差が大きい、または小さい気筒を異常気筒と特定する。
ここで、インジェクタ2の故障診断方法として、計算は
実行しているが実際に制御していない噴射量補正量が最
も大きな気筒を異常気筒と診断しても良いことは言うま
でもない。
エンジン1の各気筒のシリンダ10内への燃料噴射量が
同一噴射量の時には、各気筒の爆発行程毎の回転速度変
動は、図2に示したように、同じ挙動を示している。す
なわち、各気筒の瞬時回転速度の最大値と最小値との偏
差(回転速度変動)は、同じ挙動を示している。
噴射故障を起こしている故障インジェクタが存在する場
合には、無噴射故障を起こしている異常気筒(故障気
筒)内に燃料を噴射しないため、燃焼が生じることはな
く、気筒内圧力も上昇しない。そのために、1サイクル
における各気筒の爆発行程毎の回転速度変動は、図3に
示したように、1サイクル内の最大回転速度を示す気筒
(図3では気筒#2)の最大回転速度(Maxi)と1
サイクル内の最小回転速度を示す気筒(図3では気筒#
3)の最小回転速度(Mini)とのサイクル内偏差Δ
Miの大きい挙動を示す。また、ロードノイズの影響が
内燃機関の回転変動に重畳した場合、図6に示したよう
な、10Hz以上の大きな周波数の回転変動が加味され
る。
で、1気筒のインジェクタ2の無噴射故障が生じた場
合、サイクル間偏差の無い720°CAのうねりが回転
速度変動に生じることを見い出した。つまり、クランク
アングル(CA)に対応する回転速度の関係が連続する
ことになる(図7参照)。この720°CA周期のうね
りのある回転速度変動が連続して観察できた場合には、
ロードノイズの影響が極めて小さいと予測することがで
きる。そして、1サイクル内における最小回転速度
(Mini)と最大回転速度(Maxi)とのサイクル
内偏差Δiを算出し、このΔiが所定値(例えば10r
pm)以上であることが検出された場合には、インジェ
クタ2の機能故障(無噴射故障または過剰噴射故障
等)、あるいは燃焼不良、あるいは噴射量制御系の不具
合が発生している可能性が高いと判断できる。
i)または最小回転速度(Mini)を示す気筒を検出
し、その気筒が所定サイクル連続して同一気筒であるこ
とを検出し、且つサイクル間の最大回転速度(Max
i)または最小回転速度(Mini)のサイクル間偏差
ΔMiが所定値(例えば10rpm)内であることを検
出していれば、1サイクル周期の安定したうねりが回転
速度変動に生じていると予測できるので、自動車等の車
両が走行中であってもロードノイズの影響が無いまたは
非常に小さいと判断することができる。
クル連続した時には、ロードノイズの影響が無く、且つ
インジェクタ2の機能故障が生じている可能性が高い状
態であると予測することができる。上記の3つの条件が
成立した時に、複数の気筒の中から異常気筒を特定する
ことで、自動車等の車両が走行中であっても、ロードノ
イズの影響を受けることなく、精度良く異常気筒(故障
気筒)を検出することができる。言うまでもなく、、
、の成立順序は変化しても良く、3つの条件全てが
成立することが必要である。
が回転速度変動に生じていることを検出する場合には、
各気筒の爆発行程毎の回転速度変動を周波数分析するこ
とで検出することが可能である。しかし、周波数分析
は、ECU9への計算負荷が大きく、現実的ではない。
そのために、本実施例では、計算負荷が小さく、簡便に
1サイクル周期の安定したうねりが回転速度変動に生じ
ていることを検出する方法を提案している。
が生じている場合、図8に示すように、720°CA周
期のうねりが回転速度変動に生じる。このとき、1サイ
クル内で最大回転速度または最小回転速度を示す気筒
は、サイクル毎で同じはずである。そのために、1サイ
クル内で最大回転速度または最小回転速度を示す気筒が
同一気筒であることが所定サイクル以上連続して検出さ
れた場合には、720°CA周期のうねりが回転速度変
動に生じていると推定することができる。これにより、
簡便に計算負荷の増加無しで、720°CA周期のうね
りを検出できる。
を及ぼしていれば、10Hz以下の振動数、つまり大き
な周期のうねりが回転速度変動に加算されることになる
(図6参照)。そして、ロードノイズの影響があるか否
かは、サイクル間の最大回転速度(Maxi)または最
小回転速度(Mini)のサイクル間偏差ΔMiを検出
することによって検出できる。その検出方法として、サ
イクル間の回転速度の平均値または積算値を算出し、サ
イクル間で比較する方法が考えられるが、平均値または
積算値をサイクル間で比較する方法は、差が明確に現れ
難い。つまり、他の正常な気筒の回転速度も加えて平均
化するのはその出力の精度を低下させる可能性がある。
たは最小回転速度(Mini)のみで、サイクル間偏差
を算出する方法を用いると、精度良くサイクル間偏差を
検出できるのは明らかである。つまり、連続して同一気
筒が最大回転速度(Maxi)または最小回転速度(M
ini)を示したときのサイクル間偏差が所定値以下で
あることを検出することで、精度良くサイクル毎の回転
速度変動を検出することができる。
ルエンジン1のインジェクタ故障検出方法においては、
インジェクタ2が故障すると、720°CAの大きなう
ねりが回転速度変動に付加されることに着目すること
で、720°CAの安定したうねりが回転速度変動に生
じていることを観察できる場合、インジェクタ2が必ず
機能故障(例えば無噴射故障または過剰噴射故障)して
おり、且つロードノイズの影響が小さい可能性が高い運
転状態であると的確に予測することができる。このとき
に、インジェクタ2の機能故障の検出を行うことによ
り、複数個のインジェクタ2の中から故障インジェクタ
の検出を高精度に実施することができる。
信号(クランク角度信号)を用いて、指定した所定の凸
状歯26間の経過時間を測定することで、各気筒毎の回
転速度変動を時間変化として検出することができる。こ
れにより、既存のクランク角度センサ4のセンサ信号を
使用できるために、比較的に簡単に各気筒毎の回転速度
変動を検出することができる。したがって、インジェク
タ故障検出のロジック回路を簡便化できる効果を備え
る。
行う場合、気筒間の噴射量補正制御を行うと誤検出につ
ながる。そのために、インジェクタ2の機能故障の検出
を行う場合には、気筒間の噴射量補正制御を停止または
禁止させることで、インジェクタ2の機能故障の検出精
度を向上することができる。なお、以上の記述は無噴射
故障で説明したが、噴きっぱなしによる過剰噴射故障の
時も同様に検出できるのは言うまでも無い(図9参
照)。
ェクタ2の機能故障の検出を実行するか否かを判定する
条件を記載した。次に、更なる故障インジェクタを特定
する方法について記載する。ディーゼルエンジン1の各
シリンダ10内では、各インジェクタ2からの燃料噴射
によって燃焼が生じるが、一般的には回転速度変動はは
ずみ車やフライホイール等の慣性に大きく依存すること
が知られている。
maxi/dθ)2 −(dmini/dθ)2 }(但
し、i=1,2,3,4(気筒番号))で近似できる
(図2参照)。その気筒毎の燃焼エネルギーを算出し、
気筒間で比較することで、他の気筒と最も偏差の大きい
気筒を、異常気筒と特定することができる。そして、上
述した異常気筒の特定処理を実行するか否かを判定する
3つの条件が成立していれば、ロードノイズの影響が無
い状態で、各気筒の燃焼エネルギーを検出することがで
きるので、高精度に故障インジェクタの検出を実施する
ことができる。
当たり、筒内圧センサ等の気筒別発生トルクを推定する
気筒別発生トルク推定手段を利用しても良い。各気筒毎
に発生する実際のトルクを推定するために、高精度に故
障インジェクタの検出を実施することができる。
明の第2実施例を示したもので、図10および図11は
ディーゼルエンジン1のインジェクタ故障検出方法を示
したフローチャートである。
1実施例とはステップS11、S12が異なるのみであ
り、上記ステップS11、S12に代わるステップS1
11、S121について説明する。
クルの平均回転速度を算出する。具体的には、一般的な
4気筒ディーゼルエンジンであれば、180°CA間の
時間変化を各気筒毎の回転速度として算出しているた
め、この回転速度情報を利用する。そして、1サイクル
内の算出された各気筒の回転速度を平均化することによ
ってサイクル内の平均回転速度を算出する。そして、こ
のサイクル内平均回転速度と、次回のサイクルで算出さ
れるサイクル内平均回転速度との偏差をサイクル間偏差
ΔM’iとして算出する。
M’iが所定サイクル連続して所定値以内であるか否か
を判定する。この実施例では、上述の如く、既存のエン
ジン回転信号を使用することができるために、新たな計
算は不要となるという利点がある。
として4気筒のディーゼルエンジン1を適用した例を説
明したが、多気筒内燃機関として2気筒、6気筒または
8気筒以上のディーゼルエンジンを採用しても良い。ま
た、多気筒内燃機関として2気筒以上のガソリンエンジ
ンを採用しても良い。この場合には、インジェクタ等の
電磁式燃料噴射弁は、各気筒の吸気ポートよりも上流側
の吸気管に取り付けられる。
処理によって、インジェクタ2に機能故障が発生してい
ると判断されたときには、運転者等へその故障発生の旨
を伝達するための、視覚表示または聴覚表示するランプ
やブザーを備えるようにしても良い。
の全体構成を示した概略構成図である(第1実施例)。
ィーゼルエンジンの各気筒の爆発行程毎の回転速度変動
の挙動を示した図である(第1実施例)。
気筒の爆発行程毎の回転速度変動の挙動を示した図であ
る(第1実施例)。
法を示したフローチャートである(第1実施例)。
法を示したフローチャートである(第1実施例)。
とする大きなうねりが加算した状態の挙動を示した図で
ある(第1実施例)。
ねりが加算した状態の挙動を示した図である(第1実施
例)。
うねりが生じた状態の挙動を示した図である(第1実施
例)。
気筒毎の回転速度変動の挙動を示した図である(第1実
施例)。
方法を示したフローチャートである(第2実施例)。
方法を示したフローチャートである(第2実施例)。
Claims (9)
- 【請求項1】各気筒毎に燃料を噴射するインジェクタが
取り付けられた多気筒内燃機関の異常気筒検出装置にお
いて、 前記多気筒内燃機関の各気筒の燃焼が一巡する1サイク
ルにおいて、前記1サイクル周期の回転変動のうねりが
発生したことを検出する1サイクルうねり検出手段と、 前記1サイクル毎のサイクル間偏差を検出するサイクル
間偏差検出手段とを備え、 前記1サイクルうねり検出手段にて検出された1サイク
ル周期の回転変動のうねりが所定値以上であると判定さ
れ、さらに、前記サイクル間偏差検出手段にてサイクル
間偏差が所定値以内であることが判定されたときには、
前記各気筒に設けられたインジェクタに機能故障が発生
していると判断し、この機能故障が発生しているインジ
ェクタを特定する故障インジェクタ特定処理の実行を許
可する許可手段を備えたことを特徴とする多気筒内燃機
関の異常気筒検出装置。 - 【請求項2】前記各気筒の爆発行程毎の最大回転速度ま
たは最小回転速度を検出する回転速度検出手段を有し、 前記1サイクルうねり検出手段は、前記1サイクル内に
おける前記回転速度検出手段にて検出された最大回転速
度または最小回転速度が、所定サイクル連続して同一の
気筒で検出されたとき、前記1サイクル周期の回転変動
のうねりが発生したと検出することを特徴とする請求項
1に記載の多気筒内燃機関の異常気筒検出装置。 - 【請求項3】前記1サイクルにおける各気筒の内の最大
回転速度と最小回転速度とから、1サイクル内の最大回
転速度と最小回転速度との偏差であるサイクル内偏差を
検出するサイクル内偏差検出手段を有し、 前記許可手段は、前記サイクル内偏差検出手段にて検出
されたサイクル内偏差が所定値以上であるとき、前記1
サイクルうねり検出手段にて検出された1サイクル周期
の回転変動のうねりが所定値以上であると判定すること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の多気筒内
燃機関の異常気筒検出装置。 - 【請求項4】前記許可手段は、前記サイクル間偏差検出
手段にて検出されたサイクル間偏差が所定値以内であ
り、且つこの所定値以内であることが所定サイクル連続
して検出されたとき、前記故障インジェクタ特定処理の
実行を許可することを特徴とする請求項1ないし請求項
3のいずれかに記載の多気筒内燃機関の異常気筒検出装
置。 - 【請求項5】前記サイクル間偏差検出手段は、前記1サ
イクルにおける各気筒の内の最大回転速度、または前記
1サイクルにおける各気筒の内の最小回転速度、または
前記1サイクルにおける平均回転速度、または前記1サ
イクルにおける所定のクランク角度の回転速度によっ
て、サイクル間偏差を検出することを特徴とする請求項
1ないし請求項4のいずれかに記載の多気筒内燃機関の
異常気筒検出装置。 - 【請求項6】前記回転速度検出手段は、機関のクランク
軸の回転角度を検出するクランク角度センサを有し、 このクランク角度センサで検出される所定の凸状歯間の
経過時間を測定することで、前記多気筒内燃機関の各気
筒の爆発行程毎の回転速度変動を時間変化として検出す
ることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか
に記載の多気筒内燃機関の異常気筒検出装置。 - 【請求項7】前記許可手段により、前記故障インジェク
タ特定処理の実行が許可されたとき、前記故障インジェ
クタ特定処理は、1サイクル内での各気筒の爆発行程毎
の回転速度変動、または1サイクル内での各気筒の爆発
行程毎の燃焼エネルギー、または1サイクル内での各気
筒の発生トルクの偏差を気筒間で比較する比較手段によ
り、最も偏差の大きいまたは小さい気筒のインジェクタ
が故障インジェクタであると特定することを特徴とする
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の多気筒内燃
機関の異常気筒検出装置。 - 【請求項8】前記各気筒に設けられたインジェクタに機
能故障が発生しているか否かを判定するときには、気筒
間の噴射量補正制御を禁止することを特徴とする請求項
1ないし請求項7のいずれかに記載の多気筒内燃機関の
異常気筒検出装置。 - 【請求項9】前記各気筒に設けられたインジェクタに機
能故障が発生していることを視覚表示または聴覚表示す
る表示手段を設けたことを特徴とする請求項1ないし請
求項8のいずれかに記載の多気筒内燃機関の異常気筒検
出装置。
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