JP3268517B2 - 内燃機関における燃焼改善機構の診断装置 - Google Patents
内燃機関における燃焼改善機構の診断装置Info
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- Testing Of Engines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関における燃
焼改善機構の診断装置に関し、詳しくは、機関の燃焼性
を改善して、機関のリーン燃焼限界を向上させる燃焼改
善機構が、正常に作動しているか否かを診断する装置に
関する。
焼改善機構の診断装置に関し、詳しくは、機関の燃焼性
を改善して、機関のリーン燃焼限界を向上させる燃焼改
善機構が、正常に作動しているか否かを診断する装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、燃費の向上を目的として、理論空
燃比よりも極めて高い空燃比（例えば20〜25）で燃焼を
行わせるようにしたリーン燃焼機関が提案されている。
かかるリーン燃焼機関では、リーン空燃比の混合気に対
する着火安定性を確保するためにスワールコントロール
バルブを設け、リーン燃焼時には前記スワールコントロ
ールバルブを閉じてシリンダ内に強いスワールを発生さ
せることで、燃料と空気とをよく混ぜて均質な混合気を
形成させ、以て、リーン燃焼限界の向上を図るものがあ
った（特開平６−１０１４８４号公報等参照）。同様
に、シリンダ内にタンブルを発生するための機構も従来
から知られている。
燃比よりも極めて高い空燃比（例えば20〜25）で燃焼を
行わせるようにしたリーン燃焼機関が提案されている。
かかるリーン燃焼機関では、リーン空燃比の混合気に対
する着火安定性を確保するためにスワールコントロール
バルブを設け、リーン燃焼時には前記スワールコントロ
ールバルブを閉じてシリンダ内に強いスワールを発生さ
せることで、燃料と空気とをよく混ぜて均質な混合気を
形成させ、以て、リーン燃焼限界の向上を図るものがあ
った（特開平６−１０１４８４号公報等参照）。同様
に、シリンダ内にタンブルを発生するための機構も従来
から知られている。
【０００３】また、スロットル弁よりも上流側の吸気通
路から吸入空気の一部をアシストエアとして燃料噴射弁
の噴孔近傍に導き、燃料噴射弁から噴射された燃料に前
記アシストエアを衝突させることで燃料を微粒化し、リ
ーン空燃比の着火安定性を改善し、以て、リーン燃焼限
界の向上を図るものもあった（特公昭６４−９４６５号
公報等参照）。
路から吸入空気の一部をアシストエアとして燃料噴射弁
の噴孔近傍に導き、燃料噴射弁から噴射された燃料に前
記アシストエアを衝突させることで燃料を微粒化し、リ
ーン空燃比の着火安定性を改善し、以て、リーン燃焼限
界の向上を図るものもあった（特公昭６４−９４６５号
公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な燃焼改善機構は、リーン燃焼限界を向上させてリーン
燃焼の成立を図るものであるから、作動不良によって混
合気に対して旋回運動を与えることができなくなった
り、又は、燃料の微粒化が行えなくなると、燃焼性が悪
化し、排気性状や機関運転の安定性を損ねる惧れがあ
る。
な燃焼改善機構は、リーン燃焼限界を向上させてリーン
燃焼の成立を図るものであるから、作動不良によって混
合気に対して旋回運動を与えることができなくなった
り、又は、燃料の微粒化が行えなくなると、燃焼性が悪
化し、排気性状や機関運転の安定性を損ねる惧れがあ
る。
【０００５】そこで、前記燃焼改善機構の作動不良の発
生を診断する装置の提供が望まれるが、例えばスワール
（タンブル）コントロールバルブが正常に開閉している
か否かをバルブの開閉に応じてＯＮ・ＯＦＦするスイッ
チで検出したり、また、アシストエアが正常に供給され
ているか否かを、アシストエア供給経路における空気圧
力を検出する圧力センサの出力に基づいて診断したりす
る構成であると、診断のために専用のセンサが必要とな
るため、コストアップになると共に、センサ設置のため
のスペースを確保する必要が生じるという問題があっ
た。
生を診断する装置の提供が望まれるが、例えばスワール
（タンブル）コントロールバルブが正常に開閉している
か否かをバルブの開閉に応じてＯＮ・ＯＦＦするスイッ
チで検出したり、また、アシストエアが正常に供給され
ているか否かを、アシストエア供給経路における空気圧
力を検出する圧力センサの出力に基づいて診断したりす
る構成であると、診断のために専用のセンサが必要とな
るため、コストアップになると共に、センサ設置のため
のスペースを確保する必要が生じるという問題があっ
た。
【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、燃焼改善機構の作動不良の発生を、専用センサを
必要とすることなく診断できる装置を提供することを目
的とする。
あり、燃焼改善機構の作動不良の発生を、専用センサを
必要とすることなく診断できる装置を提供することを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、図１に示すように構成される。図１において、
燃焼改善機構は、燃料を微粒化又は混合気を均質化すべ
く燃料又は混合気を処理する機構である。また、安定度
検出手段は機関の安定度を検出し、リーン化手段は、燃
焼改善機構の作動制御状態であるときに、安定度検出手
段で検出される機関の安定度が許容限界値になるまで、
機関への燃料噴射量を減量補正して機関吸入混合気の空
燃比をリーン化させる。
発明は、図１に示すように構成される。図１において、
燃焼改善機構は、燃料を微粒化又は混合気を均質化すべ
く燃料又は混合気を処理する機構である。また、安定度
検出手段は機関の安定度を検出し、リーン化手段は、燃
焼改善機構の作動制御状態であるときに、安定度検出手
段で検出される機関の安定度が許容限界値になるまで、
機関への燃料噴射量を減量補正して機関吸入混合気の空
燃比をリーン化させる。
【０００８】そして、作動不良診断手段は、リーン化手
段で機関の安定度が許容限界値になるまでリーン化され
た空燃比が基準空燃比以下であるときに、前記燃焼改善
機構の作動不良の発生を判定する。かかる構成による
と、燃焼改善機構の作動制御状態であるときに、機関の
安定度が許容限界値になるまで、機関への燃料噴射量を
減量補正して空燃比をリーン化させるが、このときに、
燃焼改善機構が正常に作動しているときに比べて作動不
良発生時には燃料の微粒化や混合気の均質化が図られな
い分だけより小さな（リッチな）空燃比で安定度が許容
限界に達することになるから（図４参照）、安定度が許
容限界値に達しているときの空燃比が、燃焼改善機構が
正常に作動しているときに比べて小さい（リッチであ
る）ことに基づいて、間接的に燃焼改善機構の作動不良
の発生を診断できる。
段で機関の安定度が許容限界値になるまでリーン化され
た空燃比が基準空燃比以下であるときに、前記燃焼改善
機構の作動不良の発生を判定する。かかる構成による
と、燃焼改善機構の作動制御状態であるときに、機関の
安定度が許容限界値になるまで、機関への燃料噴射量を
減量補正して空燃比をリーン化させるが、このときに、
燃焼改善機構が正常に作動しているときに比べて作動不
良発生時には燃料の微粒化や混合気の均質化が図られな
い分だけより小さな（リッチな）空燃比で安定度が許容
限界に達することになるから（図４参照）、安定度が許
容限界値に達しているときの空燃比が、燃焼改善機構が
正常に作動しているときに比べて小さい（リッチであ
る）ことに基づいて、間接的に燃焼改善機構の作動不良
の発生を診断できる。
【０００９】請求項２記載の発明では、前記安定度検出
手段が、機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段を含ん
で構成され、該筒内圧検出手段で検出される機関の筒内
圧の変動率を、機関の安定度を示すパラメータとして算
出する構成とした。かかる構成によると、機関の安定度
を、機関の筒内圧の変動率に基づいて検出するが、機関
の筒内圧は失火診断等にも用いることができるので、筒
内圧検出手段を、燃焼改善機構の診断のための専用セン
サとして設置する必要性がない。
手段が、機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段を含ん
で構成され、該筒内圧検出手段で検出される機関の筒内
圧の変動率を、機関の安定度を示すパラメータとして算
出する構成とした。かかる構成によると、機関の安定度
を、機関の筒内圧の変動率に基づいて検出するが、機関
の筒内圧は失火診断等にも用いることができるので、筒
内圧検出手段を、燃焼改善機構の診断のための専用セン
サとして設置する必要性がない。
【００１０】請求項３記載の発明では、前記安定度検出
手段が、機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を
含んで構成され、該回転速度検出手段で検出される機関
の回転速度の変動率を、機関の安定度を示すパラメータ
として算出する構成とした。かかる構成によると、機関
の安定度を、機関の回転速度の変動率に基づいて検出す
るが、機関の回転速度は燃料噴射制御や点火時期制御等
にも用いられ、電子制御燃料噴射式内燃機関において必
須の情報であるので、回転速度検出手段を、燃焼改善機
構の診断のための専用センサとして設置する必要性がな
い。
手段が、機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を
含んで構成され、該回転速度検出手段で検出される機関
の回転速度の変動率を、機関の安定度を示すパラメータ
として算出する構成とした。かかる構成によると、機関
の安定度を、機関の回転速度の変動率に基づいて検出す
るが、機関の回転速度は燃料噴射制御や点火時期制御等
にも用いられ、電子制御燃料噴射式内燃機関において必
須の情報であるので、回転速度検出手段を、燃焼改善機
構の診断のための専用センサとして設置する必要性がな
い。
【００１１】請求項４記載の発明では、前記燃焼改善機
構が、燃料噴射弁から噴射された燃料にアシストエアを
衝突させて燃料を微粒化するアシストエア供給機構であ
る構成とした。かかる構成によると、燃料噴射弁から噴
射された燃料にアシストエアを衝突させて燃料を微粒化
するアシストエア供給機構の作動不良によって、燃料の
微粒化が図れなくなったことを、リーン燃焼限界の低下
として診断する。
構が、燃料噴射弁から噴射された燃料にアシストエアを
衝突させて燃料を微粒化するアシストエア供給機構であ
る構成とした。かかる構成によると、燃料噴射弁から噴
射された燃料にアシストエアを衝突させて燃料を微粒化
するアシストエア供給機構の作動不良によって、燃料の
微粒化が図れなくなったことを、リーン燃焼限界の低下
として診断する。
【００１２】請求項５記載の発明では、前記燃焼改善機
構が、混合気に旋回運動を生じさせて混合気を均質化さ
せるべく吸気系を開閉する吸気コントロールバルブ機構
である構成とした。かかる構成によると、混合気に旋回
運動を生じさせて混合気を均質化させるべく吸気系を開
閉する吸気コントロールバルブ機構の作動不良によっ
て、混合気に旋回運動を生じさせることができなくな
り、以て、混合気の均質化が図れなくなったことを、リ
ーン燃焼限界の低下として診断する。
構が、混合気に旋回運動を生じさせて混合気を均質化さ
せるべく吸気系を開閉する吸気コントロールバルブ機構
である構成とした。かかる構成によると、混合気に旋回
運動を生じさせて混合気を均質化させるべく吸気系を開
閉する吸気コントロールバルブ機構の作動不良によっ
て、混合気に旋回運動を生じさせることができなくな
り、以て、混合気の均質化が図れなくなったことを、リ
ーン燃焼限界の低下として診断する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図２において、内燃機関１には、スロットル弁
２，吸気マニホールド３及び吸気弁４を介して空気が吸
入される。前記吸気マニホールド３の各ブランチ部に
は、各気筒別に燃料噴射弁５が設けられている。この燃
料噴射弁５は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停
止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述する
コントロールユニット16からの噴射パルス信号により通
電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されて
プレッシャレギュレータにより所定の圧力に調整された
燃料を、機関１に噴射供給する。
する。図２において、内燃機関１には、スロットル弁
２，吸気マニホールド３及び吸気弁４を介して空気が吸
入される。前記吸気マニホールド３の各ブランチ部に
は、各気筒別に燃料噴射弁５が設けられている。この燃
料噴射弁５は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停
止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述する
コントロールユニット16からの噴射パルス信号により通
電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されて
プレッシャレギュレータにより所定の圧力に調整された
燃料を、機関１に噴射供給する。
【００１４】機関１の各燃焼室には点火栓６が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気弁７，排気マニホール
ド８ａ，排気ダクト８ｂ，触媒９を介して排気が排出さ
れる。コントロールユニット16は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含ん
で構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの入力信号を受け、後述の如く燃料噴射弁５によ
る燃料噴射量Ｔｉを演算し、該燃料噴射量Ｔｉに基づい
て燃料噴射弁５の作動を制御する。
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気弁７，排気マニホール
ド８ａ，排気ダクト８ｂ，触媒９を介して排気が排出さ
れる。コントロールユニット16は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含ん
で構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの入力信号を受け、後述の如く燃料噴射弁５によ
る燃料噴射量Ｔｉを演算し、該燃料噴射量Ｔｉに基づい
て燃料噴射弁５の作動を制御する。
【００１５】前記各種のセンサとしては、機関の吸入空
気流量Ｑを検出するエアフローメータ10、クランク軸又
はカム軸から回転信号を取り出すクランク角センサ11、
更に、機関の筒内圧を検出する筒内圧センサ12（筒内圧
検出手段）などが設けられている。前記クランク角セン
サ11から所定クランク角毎に出力される検出信号の周
期、或いは、所定時間内における検出信号の発生数を計
測することにより、機関回転速度Ｎｅを算出できる。従
って、前記クランク角センサ11が、回転速度検出手段に
相当する。
気流量Ｑを検出するエアフローメータ10、クランク軸又
はカム軸から回転信号を取り出すクランク角センサ11、
更に、機関の筒内圧を検出する筒内圧センサ12（筒内圧
検出手段）などが設けられている。前記クランク角セン
サ11から所定クランク角毎に出力される検出信号の周
期、或いは、所定時間内における検出信号の発生数を計
測することにより、機関回転速度Ｎｅを算出できる。従
って、前記クランク角センサ11が、回転速度検出手段に
相当する。
【００１６】また、前記筒内圧センサ12は、実開昭６３
−１７４３２号公報に開示されるように、圧電素子を含
んで構成されるリング状のセンサであって、点火栓８の
座金として装着されるものであり、点火栓８が燃焼圧を
受けてリフトしてそのセット荷重が変化することで、筒
内圧に対応する信号を出力するものである。ここにおい
て、コントロールユニット16に内蔵されたマイクロコン
ピュータのＣＰＵは、予め基本燃料噴射量Ｔｐで代表さ
れる機関負荷と機関回転速度Ｎｅとに応じて目標空燃比
を設定した空燃比マップを備えており、この空燃比マッ
プに記憶された目標空燃比の混合気を形成すべく、吸入
空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとの検出値に基づいて基
本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅ；Ｋは定数）を演算
する一方、該基本燃料噴射量Ｔｐに機関運転条件による
種々の補正を施して最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算す
る。そして、前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の
噴射パルス信号を、各気筒の吸気行程にタイミングを合
わせて各燃料噴射弁５にそれぞれ出力する。
−１７４３２号公報に開示されるように、圧電素子を含
んで構成されるリング状のセンサであって、点火栓８の
座金として装着されるものであり、点火栓８が燃焼圧を
受けてリフトしてそのセット荷重が変化することで、筒
内圧に対応する信号を出力するものである。ここにおい
て、コントロールユニット16に内蔵されたマイクロコン
ピュータのＣＰＵは、予め基本燃料噴射量Ｔｐで代表さ
れる機関負荷と機関回転速度Ｎｅとに応じて目標空燃比
を設定した空燃比マップを備えており、この空燃比マッ
プに記憶された目標空燃比の混合気を形成すべく、吸入
空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとの検出値に基づいて基
本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅ；Ｋは定数）を演算
する一方、該基本燃料噴射量Ｔｐに機関運転条件による
種々の補正を施して最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算す
る。そして、前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の
噴射パルス信号を、各気筒の吸気行程にタイミングを合
わせて各燃料噴射弁５にそれぞれ出力する。
【００１７】前記空燃比マップは、低負荷・低回転運転
領域には理論空燃比（14.7）よりも極めて高いリーン空
燃比（例えば20〜25）が目標空燃比として設定され、ま
た、前記リーン燃焼運転領域以外の高負荷・高回転運転
領域は、理論空燃比又は理論空燃比よりも僅かに小さい
空燃比（例えば13程度の出力混合比）が目標空燃比とし
て設定される出力燃焼運転領域としてある。
領域には理論空燃比（14.7）よりも極めて高いリーン空
燃比（例えば20〜25）が目標空燃比として設定され、ま
た、前記リーン燃焼運転領域以外の高負荷・高回転運転
領域は、理論空燃比又は理論空燃比よりも僅かに小さい
空燃比（例えば13程度の出力混合比）が目標空燃比とし
て設定される出力燃焼運転領域としてある。
【００１８】また、機関１には、吸気マニホールド３の
各吸気ポート部分に、スワールコントロールバルブ（以
下、ＳＣＶと略す。）13がそれぞれ介装されている。前
記ＳＣＶ13は、切欠きを有したバタフライ式の絞り弁で
あって、このＳＣＶ13を閉じることで、吸入空気の流れ
を偏流させてシリンダ内に強いスワール（横方向の旋回
運動）を発生させ、以て、リーン燃焼時の着火安定性を
向上させるものである。
各吸気ポート部分に、スワールコントロールバルブ（以
下、ＳＣＶと略す。）13がそれぞれ介装されている。前
記ＳＣＶ13は、切欠きを有したバタフライ式の絞り弁で
あって、このＳＣＶ13を閉じることで、吸入空気の流れ
を偏流させてシリンダ内に強いスワール（横方向の旋回
運動）を発生させ、以て、リーン燃焼時の着火安定性を
向上させるものである。
【００１９】前記ＳＣＶ13を開閉駆動するアクチュエー
タとして、ダイヤフラム14が設けられており、該ダイヤ
フラム14の圧力室に対する機関負圧の導入を、電磁式の
３方向切り換え弁15によって制御することによってＳＣ
Ｖ13を開閉駆動できるようになっている。尚、前記ＳＣ
Ｖ13を開閉駆動するアクチュエータとしてモータを用い
る構成であっても良い。
タとして、ダイヤフラム14が設けられており、該ダイヤ
フラム14の圧力室に対する機関負圧の導入を、電磁式の
３方向切り換え弁15によって制御することによってＳＣ
Ｖ13を開閉駆動できるようになっている。尚、前記ＳＣ
Ｖ13を開閉駆動するアクチュエータとしてモータを用い
る構成であっても良い。
【００２０】前記３方向切り換え弁15は、コントロール
ユニット16によって制御されるようになっており、コン
トロールユニット16は、リーン燃焼運転領域においてＳ
ＣＶ13を閉じて混合気に旋回運動を与えるべく前記３方
向切り換え弁15を制御する。また、コントロールユニッ
ト16は、図３のフローチャートに示すようにして、前記
ＳＣＶ13，ダイヤフラム14及び３方向切り換え弁15から
なる燃焼改善機構としての吸気コントロールバルブ機構
における作動不良の発生を診断する。
ユニット16によって制御されるようになっており、コン
トロールユニット16は、リーン燃焼運転領域においてＳ
ＣＶ13を閉じて混合気に旋回運動を与えるべく前記３方
向切り換え弁15を制御する。また、コントロールユニッ
ト16は、図３のフローチャートに示すようにして、前記
ＳＣＶ13，ダイヤフラム14及び３方向切り換え弁15から
なる燃焼改善機構としての吸気コントロールバルブ機構
における作動不良の発生を診断する。
【００２１】尚、リーン化手段及び作動不良診断手段と
しての機能は、前記図３のフローチャートに示すよう
に、前記コントロールユニット16がソフトウェア的に備
えており、また、前記筒内圧センサ12で検出される筒内
圧の変動率に基づいて機関の安定度を検出するので、前
記筒内圧センサ12が安定度検出手段に相当する。図３の
フローチャートにおいて、まず、ステップ１（図中では
Ｓ１としてある。以下同様）では、ＳＣＶ13を閉じてス
ワールを発生させるべく前記３方向切り換え弁15を制御
している状態であるか否かを判別する。
しての機能は、前記図３のフローチャートに示すよう
に、前記コントロールユニット16がソフトウェア的に備
えており、また、前記筒内圧センサ12で検出される筒内
圧の変動率に基づいて機関の安定度を検出するので、前
記筒内圧センサ12が安定度検出手段に相当する。図３の
フローチャートにおいて、まず、ステップ１（図中では
Ｓ１としてある。以下同様）では、ＳＣＶ13を閉じてス
ワールを発生させるべく前記３方向切り換え弁15を制御
している状態であるか否かを判別する。
【００２２】そして、ＳＣＶ13の閉制御状態であるとき
には、ステップ２へ進み、前記筒内圧センサ12で検出さ
れる筒内圧を所定のクランク角範囲（例えばＴＤＣ〜Ａ
ＴＤＣ100 °）で積分して、積分値Ｐｉを得る。次のス
テップ３では、前記積分値Ｐｉを所定期間サンプリング
して、前記所定期間において得られた複数の前記積分値
Ｐｉを記憶する。
には、ステップ２へ進み、前記筒内圧センサ12で検出さ
れる筒内圧を所定のクランク角範囲（例えばＴＤＣ〜Ａ
ＴＤＣ100 °）で積分して、積分値Ｐｉを得る。次のス
テップ３では、前記積分値Ｐｉを所定期間サンプリング
して、前記所定期間において得られた複数の前記積分値
Ｐｉを記憶する。
【００２３】ステップ４では、前記所定期間において得
られた複数の積分値Ｐｉの中の最大値Ｐｉmax と最小値
Ｐｉmin との偏差ΔＰｉ（ΔＰｉ＝Ｐｉmax −Ｐｉmin
）を算出する。ステップ５では、前記偏差ΔＰｉ（筒
内圧の変動率）が、機関の安定度の許容限界値に対応す
る所定値以下であるか否かを判別する。ここで、前記偏
差ΔＰｉが所定値以下であるときには、安定度を許容範
囲内に維持しつつ更にリーン化を進めることができるも
のと推定し、ステップ６へ進んで燃料噴射量を減少補正
して空燃比を徐々にリーン化させる。
られた複数の積分値Ｐｉの中の最大値Ｐｉmax と最小値
Ｐｉmin との偏差ΔＰｉ（ΔＰｉ＝Ｐｉmax −Ｐｉmin
）を算出する。ステップ５では、前記偏差ΔＰｉ（筒
内圧の変動率）が、機関の安定度の許容限界値に対応す
る所定値以下であるか否かを判別する。ここで、前記偏
差ΔＰｉが所定値以下であるときには、安定度を許容範
囲内に維持しつつ更にリーン化を進めることができるも
のと推定し、ステップ６へ進んで燃料噴射量を減少補正
して空燃比を徐々にリーン化させる。
【００２４】一方、前記偏差ΔＰｉが所定値を越えてい
るときには、機関の安定度を回復させるべく、ステップ
７へ進んで、燃料噴射量を増大補正して空燃比を徐々に
リッチ化させる。このように、前記偏差ΔＰｉと所定値
との比較によって燃料噴射量を補正することで、空燃比
を許容限界値にまでリーン化させる。
るときには、機関の安定度を回復させるべく、ステップ
７へ進んで、燃料噴射量を増大補正して空燃比を徐々に
リッチ化させる。このように、前記偏差ΔＰｉと所定値
との比較によって燃料噴射量を補正することで、空燃比
を許容限界値にまでリーン化させる。
【００２５】ステップ８では、前記偏差ΔＰｉに基づく
空燃比制御の結果として得られた空燃比（リーン限界空
燃比）と、基準空燃比とを比較する。前記基準空燃比
は、前記ＳＣＶ13が実際に閉じられて強いスワールがシ
リンダ内に発生するときのリーン限界よりも小さな値と
して設定されており、閉制御にも関わらず実際には前記
ＳＣＶ13が閉じられずに強いスワールを発生させること
ができない場合に、リーン限界が前記基準空燃比を下回
るように予め設定されている（図４参照）。
空燃比制御の結果として得られた空燃比（リーン限界空
燃比）と、基準空燃比とを比較する。前記基準空燃比
は、前記ＳＣＶ13が実際に閉じられて強いスワールがシ
リンダ内に発生するときのリーン限界よりも小さな値と
して設定されており、閉制御にも関わらず実際には前記
ＳＣＶ13が閉じられずに強いスワールを発生させること
ができない場合に、リーン限界が前記基準空燃比を下回
るように予め設定されている（図４参照）。
【００２６】従って、ステップ８で、前記偏差ΔＰｉに
基づく空燃比制御の結果として得られたリーン限界空燃
比が、基準空燃比以下であると判別されたときには、ス
テップ９へ進み、前記ＳＣＶ13，ダイヤフラム14及び３
方向切り換え弁15からなる吸気コントロールバルブ機構
において作動不良が発生したために、所期のスワールを
発生させることができず、以て、リーン限界空燃比が低
下したものと判断する。
基づく空燃比制御の結果として得られたリーン限界空燃
比が、基準空燃比以下であると判別されたときには、ス
テップ９へ進み、前記ＳＣＶ13，ダイヤフラム14及び３
方向切り換え弁15からなる吸気コントロールバルブ機構
において作動不良が発生したために、所期のスワールを
発生させることができず、以て、リーン限界空燃比が低
下したものと判断する。
【００２７】尚、吸気コントロールバルブ機構における
作動不良とは、前記ＳＣＶ13，ダイヤフラム14及び３方
向切り換え弁15の機械的な故障の他、３方向切り換え弁
15の制御ラインの断線・ショートなどの電気的な故障が
含まれる。吸気コントロールバルブ機構の作動不良の発
生が診断された場合には、リーン燃焼を禁止したり、吸
気コントロールバルブ機構における作動不良の発生を警
告したりするなどのフェイルセーフ制御を実行する。
作動不良とは、前記ＳＣＶ13，ダイヤフラム14及び３方
向切り換え弁15の機械的な故障の他、３方向切り換え弁
15の制御ラインの断線・ショートなどの電気的な故障が
含まれる。吸気コントロールバルブ機構の作動不良の発
生が診断された場合には、リーン燃焼を禁止したり、吸
気コントロールバルブ機構における作動不良の発生を警
告したりするなどのフェイルセーフ制御を実行する。
【００２８】一方、ステップ８で、前記偏差ΔＰｉに基
づく空燃比制御の結果として得られたリーン限界空燃比
が、基準空燃比を越えていると判別されたときには、ス
テップ10へ進み、前記ＳＣＶ13が制御通りに閉制御され
ているために、所期の強いスワールが発生して燃焼性が
改善されているものと判断する。ここで、前記筒内圧セ
ンサ12は、失火診断等にも用いることができるから、失
火診断用として筒内圧センサ12を備える機関であれば、
吸気コントロールバルブ機構の作動不良をコストアップ
無く診断できることになる。
づく空燃比制御の結果として得られたリーン限界空燃比
が、基準空燃比を越えていると判別されたときには、ス
テップ10へ進み、前記ＳＣＶ13が制御通りに閉制御され
ているために、所期の強いスワールが発生して燃焼性が
改善されているものと判断する。ここで、前記筒内圧セ
ンサ12は、失火診断等にも用いることができるから、失
火診断用として筒内圧センサ12を備える機関であれば、
吸気コントロールバルブ機構の作動不良をコストアップ
無く診断できることになる。
【００２９】尚、上記では、筒内圧を所定クランク角範
囲で積分したが、最大筒内圧の変動率や所定クランク角
での筒内圧の変動率を、安定度を示すパラメータとして
算出させる構成であっても良い。ところで、上記では、
筒内圧の変動率に基づいて機関の安定度を検出する構成
としたが、機関の安定度を機関回転速度Ｎｅの変動率か
ら判定することもできる。点火時期や燃料噴射の電子制
御を行う場合には、機関回転速度Ｎｅの情報を必要とす
るから、機関回転速度Ｎｅの変動率に基づいて安定度を
検出する構成としても、専用センサを用いることにはな
らず、コストアップが避けられる。
囲で積分したが、最大筒内圧の変動率や所定クランク角
での筒内圧の変動率を、安定度を示すパラメータとして
算出させる構成であっても良い。ところで、上記では、
筒内圧の変動率に基づいて機関の安定度を検出する構成
としたが、機関の安定度を機関回転速度Ｎｅの変動率か
ら判定することもできる。点火時期や燃料噴射の電子制
御を行う場合には、機関回転速度Ｎｅの情報を必要とす
るから、機関回転速度Ｎｅの変動率に基づいて安定度を
検出する構成としても、専用センサを用いることにはな
らず、コストアップが避けられる。
【００３０】図５のフローチャートは、機関回転速度Ｎ
ｅの変動率に基づいて安定度を判別して前記吸気コント
ロールバルブ機構の作動不良を診断する他の実施形態を
示す。尚、本実施の形態では、前述のように機関回転速
度Ｎｅの変動率に基づいて安定度を判別するので、回転
速度検出手段としてのクランク角センサ11が、安定度検
出手段に相当する。
ｅの変動率に基づいて安定度を判別して前記吸気コント
ロールバルブ機構の作動不良を診断する他の実施形態を
示す。尚、本実施の形態では、前述のように機関回転速
度Ｎｅの変動率に基づいて安定度を判別するので、回転
速度検出手段としてのクランク角センサ11が、安定度検
出手段に相当する。
【００３１】図５のフローチャートにおいて、ステップ
21では、ＳＣＶ13を閉じてスワールを発生させるべく前
記３方向切り換え弁15を制御している状態であるか否か
を判別し、ＳＣＶ13の閉制御状態であるときには、ステ
ップ22へ進む。ステップ22では、クランク角センサ11か
らの検出信号に基づいて機関回転速度Ｎｅを算出する。
21では、ＳＣＶ13を閉じてスワールを発生させるべく前
記３方向切り換え弁15を制御している状態であるか否か
を判別し、ＳＣＶ13の閉制御状態であるときには、ステ
ップ22へ進む。ステップ22では、クランク角センサ11か
らの検出信号に基づいて機関回転速度Ｎｅを算出する。
【００３２】ステップ23では、前記機関回転速度Ｎｅを
所定期間に渡ってサンプリングする。そして、ステップ
24では、前記所定期間内でサンプリングされた機関回転
速度Ｎｅの最大値Ｎｅmax と最小値Ｎｅmin との偏差Δ
Ｎｅ（ΔＮｅ＝Ｎｅmax −Ｎｅmin ）を算出する。
所定期間に渡ってサンプリングする。そして、ステップ
24では、前記所定期間内でサンプリングされた機関回転
速度Ｎｅの最大値Ｎｅmax と最小値Ｎｅmin との偏差Δ
Ｎｅ（ΔＮｅ＝Ｎｅmax −Ｎｅmin ）を算出する。
【００３３】ステップ25では、前記偏差ΔＮｅ（回転速
度の変動率）と所定値とを比較し、前記偏差ΔＮｅが所
定値以下であるときにはステップ26で徐々に空燃比をリ
ーン化する一方、前記偏差ΔＮｅが所定値を越えたとき
にはステップ27で徐々に空燃比をリッチ化して安定の回
復を図る。以下、前記図３のフローチャートに示すステ
ップ８〜10と同様に、リーン限界制御の結果として得ら
れた空燃比と基準空燃比とを比較することで、吸気コン
トロールバルブ機構における作動不良の有無を診断する
（ステップ28〜30）。
度の変動率）と所定値とを比較し、前記偏差ΔＮｅが所
定値以下であるときにはステップ26で徐々に空燃比をリ
ーン化する一方、前記偏差ΔＮｅが所定値を越えたとき
にはステップ27で徐々に空燃比をリッチ化して安定の回
復を図る。以下、前記図３のフローチャートに示すステ
ップ８〜10と同様に、リーン限界制御の結果として得ら
れた空燃比と基準空燃比とを比較することで、吸気コン
トロールバルブ機構における作動不良の有無を診断する
（ステップ28〜30）。
【００３４】上記各実施の形態では、燃焼改善機構とし
て、シリンダ内にスワール（又はタンブル）を発生させ
る吸気コントロールバルブ機構を備えた機関について述
べたが、図６に示すように、燃料噴射弁５から噴射され
た燃料にアシストエアを衝突させて燃料を微粒化するア
シストエア供給機構を、燃焼改善機構として備える構成
であっても良い。尚、図６において、図２と同一要素に
は同一符号を付して説明を省略する。
て、シリンダ内にスワール（又はタンブル）を発生させ
る吸気コントロールバルブ機構を備えた機関について述
べたが、図６に示すように、燃料噴射弁５から噴射され
た燃料にアシストエアを衝突させて燃料を微粒化するア
シストエア供給機構を、燃焼改善機構として備える構成
であっても良い。尚、図６において、図２と同一要素に
は同一符号を付して説明を省略する。
【００３５】図６に示す機関１には、スロットル弁２を
バイパスして各燃料噴射弁６の噴孔付近に開口するアシ
ストエア通路21が設けられており、スロットル弁２の上
下流の圧力差によって導かれる空気（以下、アシストエ
アという。）を、燃料噴射弁５の噴孔付近に噴出させて
噴射燃料と衝突させ、噴射燃料の微粒化を促進させるよ
う構成されている。
バイパスして各燃料噴射弁６の噴孔付近に開口するアシ
ストエア通路21が設けられており、スロットル弁２の上
下流の圧力差によって導かれる空気（以下、アシストエ
アという。）を、燃料噴射弁５の噴孔付近に噴出させて
噴射燃料と衝突させ、噴射燃料の微粒化を促進させるよ
う構成されている。
【００３６】前記アシストエア通路21の途中には、該ア
シストエア通路21をオン・オフ的に開閉制御する常閉型
の電磁弁22が設けられている。この電磁弁22は、冷却水
温度Ｔｗ等の情報に基づいてコントロールユニット16に
よってオン・オフ制御されるものであり、機関吸入空気
の一部として噴孔部に噴出されるアシストエアの供給・
遮断を切り換え制御する。
シストエア通路21をオン・オフ的に開閉制御する常閉型
の電磁弁22が設けられている。この電磁弁22は、冷却水
温度Ｔｗ等の情報に基づいてコントロールユニット16に
よってオン・オフ制御されるものであり、機関吸入空気
の一部として噴孔部に噴出されるアシストエアの供給・
遮断を切り換え制御する。
【００３７】ここで、コントロールユニット16は、前記
アシストエア通路21及び電磁弁22からなるアシストエア
供給機構における作動不良の発生を、前記図３又は図５
のフローチャートと同様にして診断する。即ち、前記図
３のフローチャートにおけるステップ１、又は、図５の
フローチャートにおけるステップ21の処理内容を、図７
又は図８のフローチャートに示すように、前記電磁弁22
が開制御状態であるか否かを判別する処理に変更するこ
とで（ステップ１ａ、ステップ21ａ参照）、前記実施形
態と同様にして、作動不良の有無を診断できる。
アシストエア通路21及び電磁弁22からなるアシストエア
供給機構における作動不良の発生を、前記図３又は図５
のフローチャートと同様にして診断する。即ち、前記図
３のフローチャートにおけるステップ１、又は、図５の
フローチャートにおけるステップ21の処理内容を、図７
又は図８のフローチャートに示すように、前記電磁弁22
が開制御状態であるか否かを判別する処理に変更するこ
とで（ステップ１ａ、ステップ21ａ参照）、前記実施形
態と同様にして、作動不良の有無を診断できる。
【００３８】前記アシストエア供給機構において、アス
トエア通路21の詰まりや、電磁弁22の閉固着などによっ
て、電磁弁22を開制御してもアシストエアが供給されな
い作動不良状態になると、アシストエアによる燃料の微
粒化が果たせないために、リーン限界空燃比が低下す
る。従って、筒内圧又は機関回転速度の変動率に基づい
て判別される機関の安定度が許容限界になるまでリーン
化を進めたときの空燃比が、アシストエアが正常に供給
される状態で期待される値であるか否かを判別すること
で、前記アシストエア供給機構における作動不良の有無
が診断できるものである。
トエア通路21の詰まりや、電磁弁22の閉固着などによっ
て、電磁弁22を開制御してもアシストエアが供給されな
い作動不良状態になると、アシストエアによる燃料の微
粒化が果たせないために、リーン限界空燃比が低下す
る。従って、筒内圧又は機関回転速度の変動率に基づい
て判別される機関の安定度が許容限界になるまでリーン
化を進めたときの空燃比が、アシストエアが正常に供給
される状態で期待される値であるか否かを判別すること
で、前記アシストエア供給機構における作動不良の有無
が診断できるものである。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によると、安定度が許容限界値に達するまで燃料噴射量
を減量補正してリーン化させたときの空燃比が、燃焼改
善機構の作動不良時には正常に作動しているときに比べ
て小さい（リッチである）ことに基づいて、間接的に燃
焼改善機構の作動不良の発生を診断できるという効果が
ある。
によると、安定度が許容限界値に達するまで燃料噴射量
を減量補正してリーン化させたときの空燃比が、燃焼改
善機構の作動不良時には正常に作動しているときに比べ
て小さい（リッチである）ことに基づいて、間接的に燃
焼改善機構の作動不良の発生を診断できるという効果が
ある。
【００４０】請求項２記載の発明によると、機関の安定
度を、機関の筒内圧の変動率に基づいて検出するが、機
関の筒内圧は失火診断等にも用いることができるので、
燃焼改善機構の診断のための専用センサを必要性としな
いという効果がある。請求項３記載の発明によると、機
関の安定度を、機関の回転速度の変動率に基づいて検出
するが、機関の回転速度は燃料噴射制御や点火時期制御
等にも用いられ、電子制御燃料噴射式内燃機関において
必須の情報であるので、燃焼改善機構の診断のための専
用センサを必要性としないという効果がある。
度を、機関の筒内圧の変動率に基づいて検出するが、機
関の筒内圧は失火診断等にも用いることができるので、
燃焼改善機構の診断のための専用センサを必要性としな
いという効果がある。請求項３記載の発明によると、機
関の安定度を、機関の回転速度の変動率に基づいて検出
するが、機関の回転速度は燃料噴射制御や点火時期制御
等にも用いられ、電子制御燃料噴射式内燃機関において
必須の情報であるので、燃焼改善機構の診断のための専
用センサを必要性としないという効果がある。
【００４１】請求項４の発明によると、燃料噴射弁から
噴射された燃料にアシストエアを衝突させて燃料を微粒
化するアシストエア供給機構の作動不良によって、燃料
の微粒化が図れなくなったことを、リーン燃焼限界の低
下として診断できるという効果がある。請求項５記載の
発明によると、混合気に旋回運動を生じさせて混合気を
均質化させるべく吸気系を開閉する吸気コントロールバ
ルブ機構の作動不良によって、混合気に旋回運動を生じ
させることができなくなり、以て、混合気の均質化が図
れなくなったことを、リーン燃焼限界の低下として診断
できるという効果がある。
噴射された燃料にアシストエアを衝突させて燃料を微粒
化するアシストエア供給機構の作動不良によって、燃料
の微粒化が図れなくなったことを、リーン燃焼限界の低
下として診断できるという効果がある。請求項５記載の
発明によると、混合気に旋回運動を生じさせて混合気を
均質化させるべく吸気系を開閉する吸気コントロールバ
ルブ機構の作動不良によって、混合気に旋回運動を生じ
させることができなくなり、以て、混合気の均質化が図
れなくなったことを、リーン燃焼限界の低下として診断
できるという効果がある。
【図１】請求項１記載の発明の基本構成を示すブロック
図。
図。
【図２】ＳＣＶを備えた実施形態のシステム構成図。
【図３】筒内圧を用いたＳＣＶの作動不良診断の実施形
態を示すフローチャート。
態を示すフローチャート。
【図４】燃焼改善機構の作動不良によるリーン限界空燃
比の変化を示す線図。
比の変化を示す線図。
【図５】機関回転速度を用いたＳＣＶの作動不良診断の
実施形態を示すフローチャート。
実施形態を示すフローチャート。
【図６】アシストエア供給機構を備えた実施形態のシス
テム構成図。
テム構成図。
【図７】筒内圧を用いたアシストエア供給機構の作動不
良診断の実施形態を示すフローチャート。
良診断の実施形態を示すフローチャート。
【図８】機関回転速度を用いたアシストエア供給機構の
作動不良診断の実施形態を示すフローチャート。
作動不良診断の実施形態を示すフローチャート。
１ 機関 ２ スロットル弁 ５ 燃料噴射弁 10 エアフローメータ 11 クランク角センサ 13 スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ） 14 ダイヤフラム 15 ３方向切り換え弁 16 コントロールユニット 21 アシストエア通路 22 電磁弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｓ Ｇ０１Ｍ 15/00 Ｇ０１Ｍ 15/00 Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/04 - 41/22 F02B 31/00 F02B 77/00 F02D 45/00
Claims (5)
- 【請求項１】燃料を微粒化又は混合気を均質化すべく燃
料又は混合気を処理する燃焼改善機構を備えて内燃機関
において、 機関の安定度を検出する安定度検出手段と、前記燃焼改善機構の作動制御状態であるときに、 前記安
定度検出手段で検出される機関の安定度が許容限界値に
なるまで、機関への燃料噴射量を減量補正して機関吸入
混合気の空燃比をリーン化させるリーン化手段と、 該リーン化手段で機関の安定度が許容限界値になるまで
リーン化された空燃比が基準空燃比以下であるときに、
前記燃焼改善機構の作動不良の発生を判定する作動不良
診断手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関における
燃焼改善機構の診断装置。 - 【請求項２】前記安定度検出手段が、機関の筒内圧を検
出する筒内圧検出手段を含んで構成され、該筒内圧検出
手段で検出される機関の筒内圧の変動率を、機関の安定
度を示すパラメータとして算出することを特徴とする請
求項１記載の内燃機関における燃焼改善機構の診断装
置。 - 【請求項３】前記安定度検出手段が、機関の回転速度を
検出する回転速度検出手段を含んで構成され、該回転速
度検出手段で検出される機関の回転速度の変動率を、機
関の安定度を示すパラメータとして算出することを特徴
とする請求項１記載の内燃機関における燃焼改善機構の
診断装置。 - 【請求項４】前記燃焼改善機構が、燃料噴射弁から噴射
された燃料にアシストエアを衝突させて燃料を微粒化す
るアシストエア供給機構であることを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関における燃焼改
善機構の診断装置。 - 【請求項５】前記燃焼改善機構が、混合気に旋回運動を
生じさせて混合気を均質化させるべく吸気系を開閉する
吸気コントロールバルブ機構であることを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関における燃
焼改善機構の診断装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19329795A JP3268517B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 内燃機関における燃焼改善機構の診断装置 |
| US08/684,361 US5670715A (en) | 1995-07-28 | 1996-07-19 | Method of diagnosing a mechanism for improving combustion in an internal combustion engine and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19329795A JP3268517B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 内燃機関における燃焼改善機構の診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0942021A JPH0942021A (ja) | 1997-02-10 |
| JP3268517B2 true JP3268517B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=16305578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19329795A Expired - Fee Related JP3268517B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 内燃機関における燃焼改善機構の診断装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5670715A (ja) |
| JP (1) | JP3268517B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3554167B2 (ja) * | 1997-12-02 | 2004-08-18 | 株式会社日立製作所 | 筒内噴射エンジンの制御装置 |
| DE19752118C1 (de) * | 1997-11-25 | 1999-03-18 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zur Überprüfung der Wirkung von Drallkanälen bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Direkteinspritzmotoren |
| JPH11190218A (ja) * | 1997-12-25 | 1999-07-13 | Hitachi Ltd | 内燃機関の制御装置 |
| DE10001583C2 (de) * | 2000-01-17 | 2002-03-21 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Einrichtung zur Funktionsüberwachung eines Gasströmungssteuerorgans, insbesondere einer Drallkappe, bei einer Brennkraftmaschine |
| FR2812691B1 (fr) * | 2000-08-02 | 2002-10-04 | Renault | Procede et dispositif de controle de la combustion d'un moteur a combustion interne equipe d'un generateur de turbulence variable |
| JP4765756B2 (ja) * | 2006-05-09 | 2011-09-07 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| US7490591B2 (en) * | 2007-07-11 | 2009-02-17 | Chrysler Llc | Method and apparatus for eliminating spark-knock in an engine |
| JP5482600B2 (ja) * | 2010-09-21 | 2014-05-07 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| JP5120468B2 (ja) * | 2011-01-11 | 2013-01-16 | トヨタ自動車株式会社 | 多気筒内燃機関の異常判定装置 |
| US11053828B2 (en) * | 2015-11-11 | 2021-07-06 | Tula Technology, Inc. | Separately determining firing density and pumping density during firing density transitions for a lean-burn internal combustion engine |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3789816A (en) * | 1973-03-29 | 1974-02-05 | Bendix Corp | Lean limit internal combustion engine roughness control system |
| DE2507139C2 (de) * | 1975-02-19 | 1984-08-23 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung einer die Annäherung an eine vorgegebene Magerlaufgrenze angebenden Meßgröße beim Betrieb einer Brennkraftmaschine |
| JPS5995465A (ja) * | 1982-11-25 | 1984-06-01 | Diesel Kiki Co Ltd | 回転センサの故障検出装置 |
| JPS59185874A (ja) * | 1983-04-08 | 1984-10-22 | Hitachi Ltd | 内燃機関の点火装置 |
| JPS6317432A (ja) * | 1986-07-09 | 1988-01-25 | Hitachi Ltd | 平面デイスプレイ装置 |
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