JP3975512B2 - エンジンの異常診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の吸気ポート内燃料噴射式エンジン（吸気ポート内に燃料を噴射供給する形式のエンジンにあっては、理論空燃比（ストイキ、λ≒１４．７）下で燃焼が行われるので、燃料量に対する燃焼性延いてはエンジン出力や運転性の感度が比較的小さいため、少量の燃料量異常では燃焼性や運転性に与える影響は比較的小さい（図７参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、燃料を筒内（燃焼室内）に直接噴射供給する所謂直接筒内燃料噴射式エンジンのように、希薄（リーン）空燃比下（λ＝３０〜４０）で燃焼を行わせる場合には、燃料量に対する燃焼性延いてはエンジン出力や運転性の感度が大きいため、少量の燃料量異常があっても、燃焼性や運転性に与える影響が大きくなる惧れがある（図７参照）。なお、吸気ポート内燃料噴射式エンジンにあってもリーン運転を行わせる場合には、同様の惧れがある。
【０００４】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、エンジンの燃料供給系の異常時における燃焼性や運転性の悪化などを未然に防止する等すべく、ストイキ運転中に限らずリーン運転中でもエンジンの燃料供給系の異常を高精度に診断することができるエンジンの異常診断装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
エンジンの膨張行程中の、所定時間当たりの目標トルクの変化量と実際の発生トルクの変化量とを比較して、エンジンの異常診断を行う。
かかる構成とすれば、目標トルクと実際のエンジン発生トルクに基づいて、エンジンの異常を診断するので、例えば空燃比フィードバック制御により設定される空燃比フィードバック補正係数や学習値に基づかなくてもエンジンの異常を診断できるので、ストイキ運転中やリーン運転中に拘わらず、簡単な構成で、エンジン（燃料系）の異常を診断することが可能となる。このため、エンジンの異常に伴う燃焼性や運転性等への悪影響を未然に防止すること等が可能となる。
また、目標トルクと発生トルクの所定時間当たりの変化量同士を比較して診断するので、環境条件によらずに、高精度にトルクに基づく異常診断を行うことができるので、より一層、異常診断精度を向上させることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、図１に示すように、
エンジンの目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、
前記目標トルク演算手段により演算された目標トルクを達成するようにエンジンを制御する制御手段と、
エンジンの実際の発生トルクを検出する発生トルク検出手段と、
エンジンの膨張行程中の、前記目標トルク演算手段により演算された目標トルクの変化量と、前記発生トルク検出手段により検出された実際の発生トルクの変化量と、に基づいて、エンジンの異常診断を行う異常診断手段と、
を含んで構成した。
【０００７】
請求項２に係る発明によれば、請求項１で説明した効果が得られる。
請求項３に記載の発明では、
前記エンジンを、燃料を直接筒内に噴射供給するエンジンとした。
【０００８】
かかる構成とすれば、燃料を気筒内（シリンダ内）に直接噴射供給する所謂気筒内直接燃料噴射式内燃機関にあっては、直接気筒内へ燃料を供給するので燃料の輸送遅れが小さく燃料供給量の異常に敏感であると共に、またリーン運転時には空燃比（燃料供給量）と発生トルクとの関係がリニアであるため、燃料供給量の異常に敏感に燃焼性・発生トルクが変化し、運転性への影響が大きくなる惧れがあるが、かかる惧れを未然に防止すること等が可能となる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、
成層燃焼形態でエンジンを運転中に、前記エンジンの実際の発生トルクに基づくエンジンの異常診断を行うようにした。
かかる構成とすれば、成層燃焼形態（吸気行程中に燃料を筒内に供給する燃焼形態）でエンジンを運転中には、上記の惧れが一層高まるが、かかる惧れを未然に回避すること等が可能となる。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、希薄空燃比でエンジンを運転中に、前記エンジンの実際の発生トルクに基づくエンジンの異常診断を行うようにした。
かかる構成とすれば、希薄空燃比でエンジンを運転（リーン運転）中は、吸気ポート内燃料噴射式エンジンや筒内直接燃料噴射式エンジンに拘わらず、燃料供給量の異常に敏感に燃焼性・発生トルクが変化するにも拘わらず、ストイキ運転中のように、空燃比フィードバック補正値や学習値に基づいてエンジンの異常を診断することができないが、このようなリーン運転への移行中やリーン運転中に異常が生じたときでもこれを高精度に診断することができるので、例えばリーン運転性への悪影響を未然に防止すること等が可能となる。
【００１２】
請求項６に記載の発明では、理論空燃比近傍に実際の空燃比を制御するように、空燃比フィードバック補正値を介して燃料供給量を補正する空燃比フィードバック制御手段を含んで構成され、前記エンジンの実際の発生トルクに基づくエンジンの異常診断によりエンジンに異常があると診断された場合に、前記空燃比フィードバック制御手段により設定される空燃比フィードバック補正値に基づくエンジンの異常診断を行わせ、該空燃比フィードバック補正値或いは空燃比フィードバック補正値の学習値に基づくエンジンの異常診断によってもエンジンに異常があると診断されたときに、真にエンジンに異常があると診断する構成とした。
【００１３】
かかる構成とすれば、リーン運転への移行中やリーン運転移行後に実際の発生トルクに基づきエンジンに異常があると診断された際に、直ちに、真にエンジンに異常があると診断するのではなく、ストイキで運転させて空燃比フィードバック制御を行わせ、その結果に基づいて、真にエンジン（燃料供給系）に異常が生じたか否かを診断するようにしたので、例えば、駆動輪からの逆入力トルクやノイズ等の影響による誤診断を防止することができ、以って一層、高精度なエンジンの異常診断を行わせることができる。
【００１４】
請求項７に記載の発明では、エンジンに異常があると診断されたときには、均質燃焼形態或いは成層燃焼形態の希薄空燃比での運転を禁止する構成とした。
かかる構成とすれば、エンジンに異常があると診断されたときには、均質燃焼形態或いは成層燃焼形態の希薄空燃比での運転を禁止するようにしたので、エンジンの異常に伴う燃焼性や運転性等への悪影響を未然に防止することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明では、エンジンの実際の発生トルクが、クランク回転の角速度に基づいて検出される構成とした。
かかる構成とすれば、クランク角センサを用いるという簡単かつ安価な構成で、高精度に、エンジンの実際の発生トルクを検出することができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、実際のエンジン発生トルクに基づいて、エンジンの異常を診断するようにしたので、例えば空燃比フィードバック制御により設定される空燃比フィードバック補正係数や学習値に基づかなくてもエンジンの異常を診断できるので、ストイキ運転中やリーン運転中に拘わらず、簡単な構成で、エンジン（燃料系）の異常を診断することが可能となる。このため、エンジンの異常に伴う燃焼性や運転性等への悪影響を未然に防止すること等が可能となる。
【００１７】
請求項２や請求項３に係る発明によれば、目標トルクと、実際のエンジン発生トルクと、に基づいて、エンジンの異常を診断するようにしたので、簡単な構成でありながら、運転状態等に拘わらず、高精度に、エンジン（燃料系）の異常を診断することが可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、燃料を気筒内（シリンダ内）に直接噴射供給する所謂気筒内直接燃料噴射式内燃機関にあっては、直接気筒内へ燃料を供給するので燃料の輸送遅れが小さく燃料供給量の異常に敏感であると共に、またリーン運転時には空燃比（燃料供給量）と発生トルクとの関係がリニアであるため、燃料供給量の異常に敏感に燃焼性・発生トルクが変化し、運転性への影響が大きくなる惧れがあるが、本発明によれば、かかる惧れを未然に防止すること等が可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、成層燃焼形態（吸気行程中に燃料を筒内に供給する燃焼形態）でエンジンを運転中には、上記の惧れが一層高まるが、本発明によればかかる惧れを未然に回避すること等が可能となる。
請求項６に記載の発明によれば、希薄空燃比でエンジンを運転（リーン運転）中は、吸気ポート内燃料噴射式エンジンや筒内直接燃料噴射式エンジンに拘わらず、燃料供給量の異常に敏感に燃焼性・発生トルクが変化するにも拘わらず、ストイキ運転中のように、空燃比フィードバック補正値や学習値に基づいてエンジンの異常を診断することができないが、本発明では、このようなリーン運転への移行中やリーン運転中に異常が生じたときでもこれを高精度に診断することができるので、例えばリーン運転性への悪影響を未然に防止することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、環境条件によらずに、高精度にトルクに基づく異常診断を行うことができるので、より一層、異常診断精度を向上させることができる。
請求項８に記載の発明によれば、リーン運転への移行中やリーン運転移行後に実際の発生トルクに基づきエンジンに異常があると診断された際に、直ちに、真にエンジンに異常があると診断するのではなく、ストイキで運転させて空燃比フィードバック制御を行わせ、その結果に基づいて、真にエンジン（燃料供給系）に異常が生じたか否かを診断するようにしたので、例えば、駆動輪からの逆入力トルクやノイズ等の影響による誤診断を防止することができ、以って一層、高精度なエンジンの異常診断を行わせることができる。
【００２０】
請求項９に記載の発明によれば、エンジンに異常があると診断されたときには、均質燃焼形態或いは成層燃焼形態の希薄空燃比での運転を禁止するようにしたので、エンジンの異常に伴う燃焼性や運転性等への悪影響を未然に防止することができる。
請求項１０に記載の発明によれば、クランク角センサを用いるという簡単かつ安価な構成で、高精度に、エンジンの実際の発生トルクを検出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付の図に基づいて説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態にかかるシステム構成を示す。
アクセル操作量検出手段としてのアクセル開度センサ１は、運転者によって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量を、運転者が所望するエンジン負荷 (エンジントルク) として検出する。
【００２２】
エンジン回転速度検出手段としてのクランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、エンジン回転速度を検出できる。
エアフローメータ３は、エンジン４への吸入空気量 (単位時間当りの吸入空気量＝吸入空気流量) を検出する。
【００２３】
水温センサ５は、エンジンの冷却水温度を検出する。
エンジン４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられ、また、エンジン４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９の開度を電子制御可能なスロットル弁制御装置10が備えられている。
【００２４】
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット１１へ入力され、該コントロールユニット１１は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル弁制御装置１０を介してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。
【００２５】
ここで、本実施形態のコントロールユニット１１が行うエンジン制御（トルクデマンド）の一例について、図３の機能ブロック図に基づいて説明する。なお、以下に説明するように、本発明にかかる目標トルク演算手段、制御手段、発生トルク検出手段、異常診断手段としての機能は、当該コントロールユニット１１がソフトウェア的に備えるものである。
【００２６】
目標トルク演算手段としての目標エンジントルク演算部Ａには、アクセル操作量ＡＰＳとエンジン回転速度Ｎｅと外部要求トルク（エアコン、パワステ、オルタネータ等の補機作動トルク）等が入力され、これらで決定される運転状態に応じた目標エンジントルクｔＴｅが演算される。
前記演算された目標エンジントルクｔＴｅが入力され、該目標エンジントルクｔＴｅに基づいて、所定の演算により求めた燃料噴射パルス幅ＴＩを持つ噴射パルス信号が、前記燃料噴射弁６に出力され、該燃料噴射弁６が駆動されて目標空燃比に対応した燃料量が噴射供給される。
【００２７】
このようにすれば、前記スロットル弁制御装置１０を介してのスロットル弁開度の制御による吸入空気量と、燃料供給量とが、それぞれの目標値に制御されることにより、目標空燃比を維持して排気浄化性能・燃費等を満たしつつ、必要な目標エンジントルクを得て良好な運転性能を確保することができる。
ところで、例えば、燃料を筒内（燃焼室内）に直接噴射供給する所謂直接筒内燃料噴射式エンジンのように、希薄（リーン）空燃比（λ＝３０〜４０）下で燃焼を行わせる場合には、燃料量に対する燃焼性延いてはエンジン出力や運転性の感度が大きいため、少量の燃料量異常があっても、燃焼性や運転性に与える影響が大きくなる惧れがある。なお、吸気ポート内噴射でリーン運転する場合も、同様の惧れがある。
【００２８】
そのため、本実施形態では、エンジン（燃料供給系）の異常を診断するための異常診断手段を備えて構成される。なお、本実施形態の異常診断手段は、リーン運転中に限らず理論空燃比下における運転（ストイキ運転）中でも、異常を診断できるものでもある。
即ち、図３に示すように、
目標エンジントルク位相補正部Ｂが備えられ、これにより、前記目標エンジントルク演算部Ａにより演算された目標エンジントルクｔＴｅを位相補正（加重平均処理など）して、位相補正後目標エンジントルクＲＴｅを求める。なお、ＶＴＣ（可変バルブタイミング装置）の作動角（切換状態）やＥＧＲ率の変化状態等による位相補正も含めることができる。
【００２９】
そして、目標エンジントルク変化演算部Ｃを備え、これにより、位相補正後目標エンジントルクＲＴｅの変化量ΔＲＴｅを求める。
一方、実際のエンジンンの発生トルク変化（Δトルク）を検出する発生トルク変化演算（検出）部Ｅが備えられている。
この発生トルク変化演算部Ｅは、クランク角センサ２の検出信号に基づき検出されるクランク軸の角速度（角加速度）に基づいて発生トルク変化の推定（検出）を行うようになっている。
【００３０】
つまり、
気筒別トルクTORQUEn (N・m)＝K ×(T1(i)−T2(i))×Ne3 ＋OFFSET
なる式から、気筒別に発生トルク(N・m)を求め、これの変化を求める。
ここで、K;定数、OFFSET; 回転によるテーブルデータを検索して設定する(OFFSET 分は、回転に対する感度が存在するため) 。
【００３１】
即ち、角加速度は、膨張行程１８０ｄｅｇ間で、２箇所の所定クランク角度幅での平均角速度Ｔ１（ｉ）、Ｔ２（ｉ）を計測し、その差を計算することにより求める（図４参照）。
ΔＴ（ｎ）＝Ｔ１（ｉ）−Ｔ２（ｉ）
ΔＴ（ｎ）；膨張行程気筒の角加速度
なお、ΔＴは、これを計測した膨張行程気筒の発生トルクに比例する。
【００３２】
ここで、発生トルクTORQUEn (N・m)と、Δω( ＝ΔＴ(n) ＝T1(i) −T2(i) ）と、の相関関係を図５（実験結果）に示しておく。
具体的には、エンジン発生トルク推定演算（推定検出）部Ｆで、クランク角センサ２の検出信号に基づいて、膨張行程１８０ｄｅｇ間で２箇所の所定クランク角度幅（例えば0.25μｓｅｃ）での平均角速度Ｔ１（ｉ）、Ｔ２（ｉ）を計測し、気筒別トルク『TORQUEn (N・m)＝K ×(T1(i)−T2(i))×Ne3 ＋OFFSET』を演算する。
【００３３】
そして、発生トルク変化演算部Ｅでは、エンジン発生トルク推定演算（推定検出）部Ｆで求められたトルクの変化（Δトルク）を演算する。
そして、トルク変化判定部（異常診断部）Ｄでは、発生トルク変化演算部Ｅで演算されたΔトルクと、目標トルク変化演算部Ｃで演算されたΔＲＴｅと、を比較し、｜Δトルク−ΔＲＴｅ｜＞基準値トルク（所定値、診断基準値）であれば、目標トルクと実際の発生トルクとの偏差が大きいと判断し、目標トルクを達成する燃料噴射量が実際には噴射されていない惧れがあるとして、燃料供給系に何らかの異常があると診断する。なお、｜Δトルク−ΔＲＴｅ｜＞基準値トルクは、ある時間幅で、｜Δトルク−ΔＲＴｅ｜を積算し、その値と診断基準値と、を比較する構成とすることができる（即ち、人間の感度に合わせて、燃料供給系の異常（運転性悪化）を診断することが好ましい）。
【００３４】
そして、図３に示すように、異常診断がなされた場合には、例えばリーン運転（成層燃焼、均質燃焼の双方を含む）への移行を禁止させて、均質ストイキ運転を継続させると共に、警告灯等を点灯させて運転者に認識させるような処理を行う。
なお、本実施形態では、目標トルクの変化量（単位時間当たりの変化量）と、実際の発生トルクの変化量（単位時間当たりの変化量）と、を比較する構成としたが、かかる構成は、環境条件等によらずに高精度に目標トルクが実際に得られているか否かを検出することができるようにするためのものであり、従って、環境条件が一定の場合や環境条件を考慮する必要がないような場合には、目標トルク変化と、実際の発生トルクと、を比較する構成とすることができるものである。
【００３５】
なお、実際の発生トルクは、例えば、トルクセンサ（ひずみゲージ）等を用いて検出することができるものであり、実際の発生トルクの変化量もこれに基づき検出することができるものである。
このように、本実施形態によれば、目標トルクと、実際のエンジン発生トルクと、を比較して、目標トルクと実際の発生トルクとの偏差が大きい場合には、燃料系に異常があると診断するようにしたので、簡単な構成で、エンジン（燃料系）の異常を診断することが可能となる。このため、運転性への悪影響を未然に防止すること等が可能となる。
【００３６】
ところで、本実施形態のように、目標トルクの変化量（単位時間当たりの変化量）と、実際の発生トルクの変化量（単位時間当たりの変化量）と、を比較する構成とすれば、既述したように、環境条件等によらずに異常を診断することができるので、より一層、異常診断精度を向上させることができるものである。
なお、希薄燃焼時（例えばストイキ運転からリーン運転への移行中、或いはリーン運転中）に本実施形態の異常診断を行わせれば、該移行中或いはリーン運転中において発生する燃料系の異常を診断できるから、リーン運転における燃料系異常による燃焼性や運転性へ悪影響（失火等の発生や、燃料が増量側に異常であると不用意に加速されることになる等の悪影響）に対してフェールセーフ処理（リーン運転禁止等）を行わせることが可能となる。
【００３７】
即ち、リーン運転への移行中或いはリーン運転中は、空燃比制御はオープン制御（フィードフォワード制御）であるので、例えばストイキ運転中のように酸素センサ１２を用いた空燃比フィードバック制御により設定される空燃比フィードバック補正値や学習値（これらは、理論空燃比と実際の空燃比の偏差に相当する値）が所定以上大きいこと等に基づいて燃料系に異常があることを診断することができなかったが、本実施形態によれば、目標トルクと、実際のエンジン発生トルクと、を比較して異常を診断する構成であるので、リーン運転への移行中或いはリーン運転中であっても｛吸気ポート内噴射式、筒内直接噴射式、燃焼形態（成層、均質）、目標空燃比に拘わらず｝、簡単かつ高精度に燃料系に異常があることを診断することができることになるからである。なお、ストイキ運転中の異常診断も可能である。
【００３８】
換言すれば、従来は、ストイキ運転中の空燃比フィードバック補正値や学習値に基づいて、燃料系の異常を診断し、かかる異常があるときには、例えば診断結果に基づきリーン運転への移行を禁止することはできたが、リーン運転への移行中或いはリーン運転中に異常が生じたときには、この異常を診断することができなかったため、そのままリーン運転が継続され運転性に悪影響を与える惧れがあったが、本実施形態では、このようなリーン運転への移行中或いはリーン運転中に異常が生じたときでもこれを高精度に診断することができるので、例えば運転性への悪影響を未然に防止することが可能となるのである。
【００３９】
ところで、例えば、通常は均質混合気（燃焼内全体に均等に燃料が分散している状態）で燃焼を行わせ、所定運転状態（低回転速度・低負荷状態等）において、燃焼室内に点火栓により着火可能な可燃混合比の混合気からなる層（１）と、ＥＧＲを含む空気層或いは点火栓による着火は困難であるが前記（１）層での燃焼火炎を受け燃焼可能な可燃混合比の混合気からなる層（２）の、層からなる成層混合気を形成し、極希薄な空燃比（リーン限界近傍の空燃比）で燃焼を実現し、ポンピングロスの低減効果等による燃費等の向上を図るようにしたエンジン（所謂燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジン）における成層燃焼への移行中或いは成層燃焼中には、少量の燃料量異常でも、均質燃焼に比べて燃焼性に与える影響が大きく、運転性への悪影響（不用意な加速や失火による運転性の悪化等）が大きくなるが、本実施形態ではかかる成層燃焼への移行中或いは成層燃焼中の異常も診断できるので、極めて有効な技術となる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態で説明したエンジン（燃料供給系）の異常診断の診断結果に基づいて、ストイキ運転からリーン運転への移行を許可・禁止させるようにしたルーチンの一例に関するものである。
なお、ストイキ運転中は、図２の酸素センサ１２の検出値（理論空燃比に対するリッチ・リーン反転信号）に基づいて実際の空燃比が理論空燃比近傍に維持されるように空燃比フィードバック制御を行い、リーン運転（均質、成層の双方を含む）は、該空燃比フィードバック制御中に学習した学習値（理論空燃比と実際の空燃比との偏差）を用いて、空燃比をオープン制御するエンジンに適用できるものである。但し、リーン運転中に、ストイキ運転中に取得した学習値を用いないでオープン制御するものにも適用することは可能である。
【００４１】
具体的には、図６のフローチャートが実行される。
ステップ（図では、Ｓと記してある。以下、同様）１では、リーン移行条件が成立したか否かを判定する。
例えば、運転状態がリーン運転を行わせる運転領域に入ったことの他、以下の各条件が成立しているか否かに基づいて判定することができる。
【００４２】
▲１▼リーン運転中に用いる学習値が取得されていること。即ち、ベース学習（パージ無し時の学習）が終了したこと。
▲２▼通常学習値（ストイキ運転用の学習値）と、ベース学習値（リーン燃焼への移行を許可するために行われる高速学習値）と、の偏差が所定以上でないこと。なお、ベース学習としては、例えば、通常学習のように、ストイキ時に運転領域を負荷と回転速度とで複数に分割して運転領域毎に学習値を取得するのではなく、早期にリーン燃焼への移行を許可できるようにするために、ストイキ時に少なくとも２点で指令燃料供給量と実際の燃料供給量との偏差を学習しておき、リーン時の指令燃料供給量を、対応する燃料供給量での偏差で補正するような学習制御がある。
【００４３】
以上▲１▼、▲２▼は、ストイキ運転中に行われる空燃比フィードバック制御の結果である学習値を用いて、リーン運転中は空燃比をフィードフォワード（オープン）制御するので、かかる学習値が適切に取得されていないと、目標空燃比と実際の空燃比との間に偏差を生じる惧れがあり、リーン燃焼・運転性などに悪影響が及ぶこととなるのを回避するためである。
【００４４】
▲３▼エバポパージ流量累積値が所定未満でないこと。これは、リーン中にパージ処理がなされて、リーン燃焼・運転性などに悪影響を及ぼすのを回避するためである。
▲４▼ブローバイガス中のガソリン混入量を推定し、混入量が所定以上でないこと。ブローバイガス中に混入したガソリンが、リーン燃焼・運転性などに悪影響を及ぼすのを回避するためである。
【００４５】
▲５▼各部品別の故障診断（断線、出力劣化など）が正常であること。例えば、酸素センサ１２やクランク角センサ２の出力信号に基づく故障判定や、燃料噴射弁６の駆動ソレノイドの駆動電流値に基づく故障判定などにより判断される。
ＹＥＳであればステップ２へ進み、ＮＯであればステップ１へリターンする。ステップ２では、ストイキ運転中の酸素センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正係数（空燃比補正係数）α（理論空燃比と実際の空燃比との偏差に相当する値）が所定範囲内にあり、かつ、学習値｛学習制御補正係数。空燃比フィードバック補正係数αの基準値（理論空燃比相当値）からの偏差｝が所定範囲内にあるか、否かを判定する。
【００４６】
ＹＥＳであればステップ３へ進み、ＮＯであればステップ１へリターンする。つまり、該ステップ２は、ストイキ運転中の目標空燃比と、該目標空燃比が得られるであろう指令燃料噴射量で実際に達成される実際の空燃比と、の偏差が所定範囲内にあるか否かを判定するものであり、該偏差が所定範囲内にあれば、燃料供給系に異常はないとしてリーン運転への移行を許可してステップ３へ進ませるようにする一方、該偏差が所定範囲内になければ、燃料供給系に何らかの異常がある惧れがあるので、該異常状態を含んで取得された学習値を用いてリーン運転中に空燃比のフィードフォワード制御を行わせると、リーン燃焼・運転性などに悪影響を及ぼす惧れがあるので、リーン運転への移行を許可することなく、ステップ１へリターンする。
【００４７】
ステップ３では、リーン運転（成層燃焼、均質燃焼の双方を含む）へ移行させる。
ステップ４では、第１の実施形態で説明した方法により、Δω＝角加速度変動から求めたトルク変化（Δトルク）を算出する。
ステップ５では、目標トルクの変化（ΔＲＴｅ）を算出する。
【００４８】
ステップ６では、｜ΔＲＴｅ−Δトルク｜＞所定値であるか否かを判定する。ＹＥＳであれば、実際のトルクが目標トルクに追従できていないので、リーン運転への移行中或いはリーン運転への移行後（リーン運転中）に燃料供給系に何らの異常が生じた惧れがあるので、ステップ７へ進ませる。一方、ＮＯであれば、目標トルクに追従した実トルクが得られているので燃料供給系に異常はないと判断し、ステップ１０へ進む。
【００４９】
なお、ステップ１０では、運転状態がリーン運転を行わせる運転領域にある間は、ステップ３へリターンして、Δトルクを監視しながらリーン運転を継続させる。一方、運転状態がリーン運転を行わせる運転領域外となったら、ステップ１１でリーン運転をストイキ運転として、ステップ１へリターンする。
ステップ７では、燃料供給系に異常が生じた惧れがあるので、リーン運転中は少量の燃料量異常でも燃焼性・運転性の感度が大きく運転性等を損なう惧れがあるので、リーン運転を一旦中止して、ストイキ運転へ移行させる。
【００５０】
ステップ８では、ストイキ運転中の酸素センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御の結果である空燃比フィードバック補正係数（空燃比補正係数）αが所定範囲内にあり、かつ、学習値が所定範囲内にあるか、否かを、再び判定する。ＹＥＳであれば、燃料供給系に異常はなく、ステップ６での判定結果は、他の要因（例えば、駆動輪からの逆入力トルクやノイズ等の影響）によるものであるとして、ステップ１へリターンして、再度リーン運転への移行許可判定などを実行させる。
【００５１】
一方、ＮＯであれば、燃料供給系に異常が生じたと判断して、ステップ９でリーン運転への実行・移行を禁止して、本フローを終了する。なお、同時に、警告灯等を点灯させて運転者に処理等を促すようにすることができる。
このように、本実施形態によれば、ストイキ運転中には空燃比フィードバック制御結果（空燃比フィードバック補正係数αや学習値）を利用してエンジン（燃料供給系）の異常を診断するようにして、リーン運転への移行を許可・禁止する一方、空燃比フィードバック制御を行えないリーン運転への移行中やリーン運転移行後（リーン運転中）は、目標トルクと実際のトルクとを比較してエンジン（燃料供給系）の異常を診断して、リーン運転を許可・禁止するようにしたので、燃料供給系の異常時にはストイキ運転中・リーン運転中に拘わらず、確実にリーン運転の実行を禁止することができる。従って、燃料供給系異常時にリーン運転された場合の燃焼性・運転性の悪化等を確実に防止することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、リーン運転への移行中やリーン運転移行後に目標トルクと実際のトルクとの比較結果に基づきエンジン（燃料供給系）に異常が生じた惧れがあると診断された際に、直ちにリーン運転の実行を禁止するのではなく、再びストイキで運転させて空燃比フィードバック制御を行わせ、その結果に基づいて、真にエンジン（燃料供給系）に異常が生じたか否かを診断するようにしたので、例えば、駆動輪からの逆入力トルクやノイズ等の影響による誤診断を防止することができる。従って、一層、高精度な燃料供給系の異常診断が可能となる。
【００５３】
ところで、本発明は、目標トルクにエンジンを制御するもの全てに適用できるものであり、図３で示したシステム（機能）を備えたものに限定されるものではないことは勿論である。
また、上記各実施形態では、目標トルクと、実際の発生トルクと、に基づいてエンジンの異常を診断する構成として説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、実際の発生トルクと、所定値（予め定めた値）と、を比較する構成などにより、即ち、実際の発生トルクに基づいてエンジンの異常を診断する構成とすることができるものである。
【００５４】
また、第２の実施形態では、ストイキ運転中には空燃比フィードバック補正値や学習値によりエンジンの異常を診断し、リーン運転中は実際のトルクに基づいてエンジンの異常を診断する構成とし、リーン運転中に異常と診断されたときは、ストイキ運転を行わせて空燃比フィードバック補正値や学習値による異常診断によってもエンジンが異常であると診断された場合に、エンジンは真に異常であるとして、リーン運転への移行を禁止する構成としたが、本発明は、これに限定されるものではなく、ストイキ・リーンに拘わらず、実際のトルクに基づいてエンジンの異常を診断させ、該診断によって異常と診断されたときに、ストイキ運転を行わせて空燃比フィードバック補正値や学習値による異常診断によってもエンジンが異常であると診断された場合に、エンジンは真に異常であると診断するような構成とすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるシステム構成図。
【図３】同上実施形態にかかる機能ブロック図。
【図４】回転角速度によるトルク検出原理の説明図。
【図５】発生トルクとΔωと回転速度の相関関係図。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるフローチャート。
【図７】空燃比（例えば燃料供給量）変化に対するトルク変動の感度を説明する図。
【符号の説明】
１ アクセル操作量センサ
２ クランク角センサ
３ エアフローメータ
４ エンジン
５ 水温センサ
６ 燃料噴射弁
９ スロットル弁
10 スロットル弁制御装置
11 コントロールユニット
12 酸素センサ
Ａ 目標エンジントルク演算部
Ｂ 目標エンジントルク位相補正部
Ｃ 目標エンジントルク変化演算部
Ｄ トルク変化判定部（異常診断部）
Ｅ 発生トルク変化演算部
Ｆ 発生トルク推定演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の吸気ポート内燃料噴射式エンジン（吸気ポート内に燃料を噴射供給する形式のエンジンにあっては、理論空燃比（ストイキ、λ≒１４．７）下で燃焼が行われるので、燃料量に対する燃焼性延いてはエンジン出力や運転性の感度が比較的小さいため、少量の燃料量異常では燃焼性や運転性に与える影響は比較的小さい（図７参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、燃料を筒内（燃焼室内）に直接噴射供給する所謂直接筒内燃料噴射式エンジンのように、希薄（リーン）空燃比下（λ＝３０〜４０）で燃焼を行わせる場合には、燃料量に対する燃焼性延いてはエンジン出力や運転性の感度が大きいため、少量の燃料量異常があっても、燃焼性や運転性に与える影響が大きくなる惧れがある（図７参照）。なお、吸気ポート内燃料噴射式エンジンにあってもリーン運転を行わせる場合には、同様の惧れがある。
【０００４】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、エンジンの燃料供給系の異常時における燃焼性や運転性の悪化などを未然に防止する等すべく、ストイキ運転中に限らずリーン運転中でもエンジンの燃料供給系の異常を高精度に診断することができるエンジンの異常診断装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
エンジンの膨張行程中の、所定時間当たりの目標トルクの変化量と実際の発生トルクの変化量とを比較して、エンジンの異常診断を行う。
かかる構成とすれば、目標トルクと実際のエンジン発生トルクに基づいて、エンジンの異常を診断するので、例えば空燃比フィードバック制御により設定される空燃比フィードバック補正係数や学習値に基づかなくてもエンジンの異常を診断できるので、ストイキ運転中やリーン運転中に拘わらず、簡単な構成で、エンジン（燃料系）の異常を診断することが可能となる。このため、エンジンの異常に伴う燃焼性や運転性等への悪影響を未然に防止すること等が可能となる。
また、目標トルクと発生トルクの所定時間当たりの変化量同士を比較して診断するので、環境条件によらずに、高精度にトルクに基づく異常診断を行うことができるので、より一層、異常診断精度を向上させることができる。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、図１に示すように、
エンジンの目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、
前記目標トルク演算手段により演算された目標トルクを達成するようにエンジンを制御する制御手段と、
エンジンの実際の発生トルクを検出する発生トルク検出手段と、
エンジンの膨張行程中の、前記目標トルク演算手段により演算された目標トルクの変化量と、前記発生トルク検出手段により検出された実際の発生トルクの変化量と、に基づいて、エンジンの異常診断を行う異常診断手段と、
を含んで構成した。
【０００７】
請求項２に係る発明によれば、請求項１で説明した効果が得られる。
請求項３に記載の発明では、
前記エンジンを、燃料を直接筒内に噴射供給するエンジンとした。
【０００８】
かかる構成とすれば、燃料を気筒内（シリンダ内）に直接噴射供給する所謂気筒内直接燃料噴射式内燃機関にあっては、直接気筒内へ燃料を供給するので燃料の輸送遅れが小さく燃料供給量の異常に敏感であると共に、またリーン運転時には空燃比（燃料供給量）と発生トルクとの関係がリニアであるため、燃料供給量の異常に敏感に燃焼性・発生トルクが変化し、運転性への影響が大きくなる惧れがあるが、かかる惧れを未然に防止すること等が可能となる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、
成層燃焼形態でエンジンを運転中に、前記エンジンの実際の発生トルクに基づくエンジンの異常診断を行うようにした。
かかる構成とすれば、成層燃焼形態（吸気行程中に燃料を筒内に供給する燃焼形態）でエンジンを運転中には、上記の惧れが一層高まるが、かかる惧れを未然に回避すること等が可能となる。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、希薄空燃比でエンジンを運転中に、前記エンジンの実際の発生トルクに基づくエンジンの異常診断を行うようにした。
かかる構成とすれば、希薄空燃比でエンジンを運転（リーン運転）中は、吸気ポート内燃料噴射式エンジンや筒内直接燃料噴射式エンジンに拘わらず、燃料供給量の異常に敏感に燃焼性・発生トルクが変化するにも拘わらず、ストイキ運転中のように、空燃比フィードバック補正値や学習値に基づいてエンジンの異常を診断することができないが、このようなリーン運転への移行中やリーン運転中に異常が生じたときでもこれを高精度に診断することができるので、例えばリーン運転性への悪影響を未然に防止すること等が可能となる。
【００１２】
請求項６に記載の発明では、理論空燃比近傍に実際の空燃比を制御するように、空燃比フィードバック補正値を介して燃料供給量を補正する空燃比フィードバック制御手段を含んで構成され、前記エンジンの実際の発生トルクに基づくエンジンの異常診断によりエンジンに異常があると診断された場合に、前記空燃比フィードバック制御手段により設定される空燃比フィードバック補正値に基づくエンジンの異常診断を行わせ、該空燃比フィードバック補正値或いは空燃比フィードバック補正値の学習値に基づくエンジンの異常診断によってもエンジンに異常があると診断されたときに、真にエンジンに異常があると診断する構成とした。
【００１３】
かかる構成とすれば、リーン運転への移行中やリーン運転移行後に実際の発生トルクに基づきエンジンに異常があると診断された際に、直ちに、真にエンジンに異常があると診断するのではなく、ストイキで運転させて空燃比フィードバック制御を行わせ、その結果に基づいて、真にエンジン（燃料供給系）に異常が生じたか否かを診断するようにしたので、例えば、駆動輪からの逆入力トルクやノイズ等の影響による誤診断を防止することができ、以って一層、高精度なエンジンの異常診断を行わせることができる。
【００１４】
請求項７に記載の発明では、エンジンに異常があると診断されたときには、均質燃焼形態或いは成層燃焼形態の希薄空燃比での運転を禁止する構成とした。
かかる構成とすれば、エンジンに異常があると診断されたときには、均質燃焼形態或いは成層燃焼形態の希薄空燃比での運転を禁止するようにしたので、エンジンの異常に伴う燃焼性や運転性等への悪影響を未然に防止することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明では、エンジンの実際の発生トルクが、クランク回転の角速度に基づいて検出される構成とした。
かかる構成とすれば、クランク角センサを用いるという簡単かつ安価な構成で、高精度に、エンジンの実際の発生トルクを検出することができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、実際のエンジン発生トルクに基づいて、エンジンの異常を診断するようにしたので、例えば空燃比フィードバック制御により設定される空燃比フィードバック補正係数や学習値に基づかなくてもエンジンの異常を診断できるので、ストイキ運転中やリーン運転中に拘わらず、簡単な構成で、エンジン（燃料系）の異常を診断することが可能となる。このため、エンジンの異常に伴う燃焼性や運転性等への悪影響を未然に防止すること等が可能となる。
【００１７】
請求項２や請求項３に係る発明によれば、目標トルクと、実際のエンジン発生トルクと、に基づいて、エンジンの異常を診断するようにしたので、簡単な構成でありながら、運転状態等に拘わらず、高精度に、エンジン（燃料系）の異常を診断することが可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、燃料を気筒内（シリンダ内）に直接噴射供給する所謂気筒内直接燃料噴射式内燃機関にあっては、直接気筒内へ燃料を供給するので燃料の輸送遅れが小さく燃料供給量の異常に敏感であると共に、またリーン運転時には空燃比（燃料供給量）と発生トルクとの関係がリニアであるため、燃料供給量の異常に敏感に燃焼性・発生トルクが変化し、運転性への影響が大きくなる惧れがあるが、本発明によれば、かかる惧れを未然に防止すること等が可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、成層燃焼形態（吸気行程中に燃料を筒内に供給する燃焼形態）でエンジンを運転中には、上記の惧れが一層高まるが、本発明によればかかる惧れを未然に回避すること等が可能となる。
請求項６に記載の発明によれば、希薄空燃比でエンジンを運転（リーン運転）中は、吸気ポート内燃料噴射式エンジンや筒内直接燃料噴射式エンジンに拘わらず、燃料供給量の異常に敏感に燃焼性・発生トルクが変化するにも拘わらず、ストイキ運転中のように、空燃比フィードバック補正値や学習値に基づいてエンジンの異常を診断することができないが、本発明では、このようなリーン運転への移行中やリーン運転中に異常が生じたときでもこれを高精度に診断することができるので、例えばリーン運転性への悪影響を未然に防止することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、環境条件によらずに、高精度にトルクに基づく異常診断を行うことができるので、より一層、異常診断精度を向上させることができる。
請求項８に記載の発明によれば、リーン運転への移行中やリーン運転移行後に実際の発生トルクに基づきエンジンに異常があると診断された際に、直ちに、真にエンジンに異常があると診断するのではなく、ストイキで運転させて空燃比フィードバック制御を行わせ、その結果に基づいて、真にエンジン（燃料供給系）に異常が生じたか否かを診断するようにしたので、例えば、駆動輪からの逆入力トルクやノイズ等の影響による誤診断を防止することができ、以って一層、高精度なエンジンの異常診断を行わせることができる。
【００２０】
請求項９に記載の発明によれば、エンジンに異常があると診断されたときには、均質燃焼形態或いは成層燃焼形態の希薄空燃比での運転を禁止するようにしたので、エンジンの異常に伴う燃焼性や運転性等への悪影響を未然に防止することができる。
請求項１０に記載の発明によれば、クランク角センサを用いるという簡単かつ安価な構成で、高精度に、エンジンの実際の発生トルクを検出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付の図に基づいて説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態にかかるシステム構成を示す。
アクセル操作量検出手段としてのアクセル開度センサ１は、運転者によって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量を、運転者が所望するエンジン負荷 (エンジントルク) として検出する。
【００２２】
エンジン回転速度検出手段としてのクランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、エンジン回転速度を検出できる。
エアフローメータ３は、エンジン４への吸入空気量 (単位時間当りの吸入空気量＝吸入空気流量) を検出する。
【００２３】
水温センサ５は、エンジンの冷却水温度を検出する。
エンジン４には、燃料噴射信号によって駆動し、燃料を噴射供給する燃料噴射弁６、燃焼室に装着されて点火を行う点火栓７が設けられ、また、エンジン４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９の開度を電子制御可能なスロットル弁制御装置10が備えられている。
【００２４】
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット１１へ入力され、該コントロールユニット１１は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル弁制御装置１０を介してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。
【００２５】
ここで、本実施形態のコントロールユニット１１が行うエンジン制御（トルクデマンド）の一例について、図３の機能ブロック図に基づいて説明する。なお、以下に説明するように、本発明にかかる目標トルク演算手段、制御手段、発生トルク検出手段、異常診断手段としての機能は、当該コントロールユニット１１がソフトウェア的に備えるものである。
【００２６】
目標トルク演算手段としての目標エンジントルク演算部Ａには、アクセル操作量ＡＰＳとエンジン回転速度Ｎｅと外部要求トルク（エアコン、パワステ、オルタネータ等の補機作動トルク）等が入力され、これらで決定される運転状態に応じた目標エンジントルクｔＴｅが演算される。
前記演算された目標エンジントルクｔＴｅが入力され、該目標エンジントルクｔＴｅに基づいて、所定の演算により求めた燃料噴射パルス幅ＴＩを持つ噴射パルス信号が、前記燃料噴射弁６に出力され、該燃料噴射弁６が駆動されて目標空燃比に対応した燃料量が噴射供給される。
【００２７】
このようにすれば、前記スロットル弁制御装置１０を介してのスロットル弁開度の制御による吸入空気量と、燃料供給量とが、それぞれの目標値に制御されることにより、目標空燃比を維持して排気浄化性能・燃費等を満たしつつ、必要な目標エンジントルクを得て良好な運転性能を確保することができる。
ところで、例えば、燃料を筒内（燃焼室内）に直接噴射供給する所謂直接筒内燃料噴射式エンジンのように、希薄（リーン）空燃比（λ＝３０〜４０）下で燃焼を行わせる場合には、燃料量に対する燃焼性延いてはエンジン出力や運転性の感度が大きいため、少量の燃料量異常があっても、燃焼性や運転性に与える影響が大きくなる惧れがある。なお、吸気ポート内噴射でリーン運転する場合も、同様の惧れがある。
【００２８】
そのため、本実施形態では、エンジン（燃料供給系）の異常を診断するための異常診断手段を備えて構成される。なお、本実施形態の異常診断手段は、リーン運転中に限らず理論空燃比下における運転（ストイキ運転）中でも、異常を診断できるものでもある。
即ち、図３に示すように、
目標エンジントルク位相補正部Ｂが備えられ、これにより、前記目標エンジントルク演算部Ａにより演算された目標エンジントルクｔＴｅを位相補正（加重平均処理など）して、位相補正後目標エンジントルクＲＴｅを求める。なお、ＶＴＣ（可変バルブタイミング装置）の作動角（切換状態）やＥＧＲ率の変化状態等による位相補正も含めることができる。
【００２９】
そして、目標エンジントルク変化演算部Ｃを備え、これにより、位相補正後目標エンジントルクＲＴｅの変化量ΔＲＴｅを求める。
一方、実際のエンジンンの発生トルク変化（Δトルク）を検出する発生トルク変化演算（検出）部Ｅが備えられている。
この発生トルク変化演算部Ｅは、クランク角センサ２の検出信号に基づき検出されるクランク軸の角速度（角加速度）に基づいて発生トルク変化の推定（検出）を行うようになっている。
【００３０】
つまり、
気筒別トルクTORQUEn (N・m)＝K ×(T1(i)−T2(i))×Ne3 ＋OFFSET
なる式から、気筒別に発生トルク(N・m)を求め、これの変化を求める。
ここで、K;定数、OFFSET; 回転によるテーブルデータを検索して設定する(OFFSET 分は、回転に対する感度が存在するため) 。
【００３１】
即ち、角加速度は、膨張行程１８０ｄｅｇ間で、２箇所の所定クランク角度幅での平均角速度Ｔ１（ｉ）、Ｔ２（ｉ）を計測し、その差を計算することにより求める（図４参照）。
ΔＴ（ｎ）＝Ｔ１（ｉ）−Ｔ２（ｉ）
ΔＴ（ｎ）；膨張行程気筒の角加速度
なお、ΔＴは、これを計測した膨張行程気筒の発生トルクに比例する。
【００３２】
ここで、発生トルクTORQUEn (N・m)と、Δω( ＝ΔＴ(n) ＝T1(i) −T2(i) ）と、の相関関係を図５（実験結果）に示しておく。
具体的には、エンジン発生トルク推定演算（推定検出）部Ｆで、クランク角センサ２の検出信号に基づいて、膨張行程１８０ｄｅｇ間で２箇所の所定クランク角度幅（例えば0.25μｓｅｃ）での平均角速度Ｔ１（ｉ）、Ｔ２（ｉ）を計測し、気筒別トルク『TORQUEn (N・m)＝K ×(T1(i)−T2(i))×Ne3 ＋OFFSET』を演算する。
【００３３】
そして、発生トルク変化演算部Ｅでは、エンジン発生トルク推定演算（推定検出）部Ｆで求められたトルクの変化（Δトルク）を演算する。
そして、トルク変化判定部（異常診断部）Ｄでは、発生トルク変化演算部Ｅで演算されたΔトルクと、目標トルク変化演算部Ｃで演算されたΔＲＴｅと、を比較し、｜Δトルク−ΔＲＴｅ｜＞基準値トルク（所定値、診断基準値）であれば、目標トルクと実際の発生トルクとの偏差が大きいと判断し、目標トルクを達成する燃料噴射量が実際には噴射されていない惧れがあるとして、燃料供給系に何らかの異常があると診断する。なお、｜Δトルク−ΔＲＴｅ｜＞基準値トルクは、ある時間幅で、｜Δトルク−ΔＲＴｅ｜を積算し、その値と診断基準値と、を比較する構成とすることができる（即ち、人間の感度に合わせて、燃料供給系の異常（運転性悪化）を診断することが好ましい）。
【００３４】
そして、図３に示すように、異常診断がなされた場合には、例えばリーン運転（成層燃焼、均質燃焼の双方を含む）への移行を禁止させて、均質ストイキ運転を継続させると共に、警告灯等を点灯させて運転者に認識させるような処理を行う。
なお、本実施形態では、目標トルクの変化量（単位時間当たりの変化量）と、実際の発生トルクの変化量（単位時間当たりの変化量）と、を比較する構成としたが、かかる構成は、環境条件等によらずに高精度に目標トルクが実際に得られているか否かを検出することができるようにするためのものであり、従って、環境条件が一定の場合や環境条件を考慮する必要がないような場合には、目標トルク変化と、実際の発生トルクと、を比較する構成とすることができるものである。
【００３５】
なお、実際の発生トルクは、例えば、トルクセンサ（ひずみゲージ）等を用いて検出することができるものであり、実際の発生トルクの変化量もこれに基づき検出することができるものである。
このように、本実施形態によれば、目標トルクと、実際のエンジン発生トルクと、を比較して、目標トルクと実際の発生トルクとの偏差が大きい場合には、燃料系に異常があると診断するようにしたので、簡単な構成で、エンジン（燃料系）の異常を診断することが可能となる。このため、運転性への悪影響を未然に防止すること等が可能となる。
【００３６】
ところで、本実施形態のように、目標トルクの変化量（単位時間当たりの変化量）と、実際の発生トルクの変化量（単位時間当たりの変化量）と、を比較する構成とすれば、既述したように、環境条件等によらずに異常を診断することができるので、より一層、異常診断精度を向上させることができるものである。
なお、希薄燃焼時（例えばストイキ運転からリーン運転への移行中、或いはリーン運転中）に本実施形態の異常診断を行わせれば、該移行中或いはリーン運転中において発生する燃料系の異常を診断できるから、リーン運転における燃料系異常による燃焼性や運転性へ悪影響（失火等の発生や、燃料が増量側に異常であると不用意に加速されることになる等の悪影響）に対してフェールセーフ処理（リーン運転禁止等）を行わせることが可能となる。
【００３７】
即ち、リーン運転への移行中或いはリーン運転中は、空燃比制御はオープン制御（フィードフォワード制御）であるので、例えばストイキ運転中のように酸素センサ１２を用いた空燃比フィードバック制御により設定される空燃比フィードバック補正値や学習値（これらは、理論空燃比と実際の空燃比の偏差に相当する値）が所定以上大きいこと等に基づいて燃料系に異常があることを診断することができなかったが、本実施形態によれば、目標トルクと、実際のエンジン発生トルクと、を比較して異常を診断する構成であるので、リーン運転への移行中或いはリーン運転中であっても｛吸気ポート内噴射式、筒内直接噴射式、燃焼形態（成層、均質）、目標空燃比に拘わらず｝、簡単かつ高精度に燃料系に異常があることを診断することができることになるからである。なお、ストイキ運転中の異常診断も可能である。
【００３８】
換言すれば、従来は、ストイキ運転中の空燃比フィードバック補正値や学習値に基づいて、燃料系の異常を診断し、かかる異常があるときには、例えば診断結果に基づきリーン運転への移行を禁止することはできたが、リーン運転への移行中或いはリーン運転中に異常が生じたときには、この異常を診断することができなかったため、そのままリーン運転が継続され運転性に悪影響を与える惧れがあったが、本実施形態では、このようなリーン運転への移行中或いはリーン運転中に異常が生じたときでもこれを高精度に診断することができるので、例えば運転性への悪影響を未然に防止することが可能となるのである。
【００３９】
ところで、例えば、通常は均質混合気（燃焼内全体に均等に燃料が分散している状態）で燃焼を行わせ、所定運転状態（低回転速度・低負荷状態等）において、燃焼室内に点火栓により着火可能な可燃混合比の混合気からなる層（１）と、ＥＧＲを含む空気層或いは点火栓による着火は困難であるが前記（１）層での燃焼火炎を受け燃焼可能な可燃混合比の混合気からなる層（２）の、層からなる成層混合気を形成し、極希薄な空燃比（リーン限界近傍の空燃比）で燃焼を実現し、ポンピングロスの低減効果等による燃費等の向上を図るようにしたエンジン（所謂燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジン）における成層燃焼への移行中或いは成層燃焼中には、少量の燃料量異常でも、均質燃焼に比べて燃焼性に与える影響が大きく、運転性への悪影響（不用意な加速や失火による運転性の悪化等）が大きくなるが、本実施形態ではかかる成層燃焼への移行中或いは成層燃焼中の異常も診断できるので、極めて有効な技術となる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態で説明したエンジン（燃料供給系）の異常診断の診断結果に基づいて、ストイキ運転からリーン運転への移行を許可・禁止させるようにしたルーチンの一例に関するものである。
なお、ストイキ運転中は、図２の酸素センサ１２の検出値（理論空燃比に対するリッチ・リーン反転信号）に基づいて実際の空燃比が理論空燃比近傍に維持されるように空燃比フィードバック制御を行い、リーン運転（均質、成層の双方を含む）は、該空燃比フィードバック制御中に学習した学習値（理論空燃比と実際の空燃比との偏差）を用いて、空燃比をオープン制御するエンジンに適用できるものである。但し、リーン運転中に、ストイキ運転中に取得した学習値を用いないでオープン制御するものにも適用することは可能である。
【００４１】
具体的には、図６のフローチャートが実行される。
ステップ（図では、Ｓと記してある。以下、同様）１では、リーン移行条件が成立したか否かを判定する。
例えば、運転状態がリーン運転を行わせる運転領域に入ったことの他、以下の各条件が成立しているか否かに基づいて判定することができる。
【００４２】
▲１▼リーン運転中に用いる学習値が取得されていること。即ち、ベース学習（パージ無し時の学習）が終了したこと。
▲２▼通常学習値（ストイキ運転用の学習値）と、ベース学習値（リーン燃焼への移行を許可するために行われる高速学習値）と、の偏差が所定以上でないこと。なお、ベース学習としては、例えば、通常学習のように、ストイキ時に運転領域を負荷と回転速度とで複数に分割して運転領域毎に学習値を取得するのではなく、早期にリーン燃焼への移行を許可できるようにするために、ストイキ時に少なくとも２点で指令燃料供給量と実際の燃料供給量との偏差を学習しておき、リーン時の指令燃料供給量を、対応する燃料供給量での偏差で補正するような学習制御がある。
【００４３】
以上▲１▼、▲２▼は、ストイキ運転中に行われる空燃比フィードバック制御の結果である学習値を用いて、リーン運転中は空燃比をフィードフォワード（オープン）制御するので、かかる学習値が適切に取得されていないと、目標空燃比と実際の空燃比との間に偏差を生じる惧れがあり、リーン燃焼・運転性などに悪影響が及ぶこととなるのを回避するためである。
【００４４】
▲３▼エバポパージ流量累積値が所定未満でないこと。これは、リーン中にパージ処理がなされて、リーン燃焼・運転性などに悪影響を及ぼすのを回避するためである。
▲４▼ブローバイガス中のガソリン混入量を推定し、混入量が所定以上でないこと。ブローバイガス中に混入したガソリンが、リーン燃焼・運転性などに悪影響を及ぼすのを回避するためである。
【００４５】
▲５▼各部品別の故障診断（断線、出力劣化など）が正常であること。例えば、酸素センサ１２やクランク角センサ２の出力信号に基づく故障判定や、燃料噴射弁６の駆動ソレノイドの駆動電流値に基づく故障判定などにより判断される。
ＹＥＳであればステップ２へ進み、ＮＯであればステップ１へリターンする。ステップ２では、ストイキ運転中の酸素センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正係数（空燃比補正係数）α（理論空燃比と実際の空燃比との偏差に相当する値）が所定範囲内にあり、かつ、学習値｛学習制御補正係数。空燃比フィードバック補正係数αの基準値（理論空燃比相当値）からの偏差｝が所定範囲内にあるか、否かを判定する。
【００４６】
ＹＥＳであればステップ３へ進み、ＮＯであればステップ１へリターンする。つまり、該ステップ２は、ストイキ運転中の目標空燃比と、該目標空燃比が得られるであろう指令燃料噴射量で実際に達成される実際の空燃比と、の偏差が所定範囲内にあるか否かを判定するものであり、該偏差が所定範囲内にあれば、燃料供給系に異常はないとしてリーン運転への移行を許可してステップ３へ進ませるようにする一方、該偏差が所定範囲内になければ、燃料供給系に何らかの異常がある惧れがあるので、該異常状態を含んで取得された学習値を用いてリーン運転中に空燃比のフィードフォワード制御を行わせると、リーン燃焼・運転性などに悪影響を及ぼす惧れがあるので、リーン運転への移行を許可することなく、ステップ１へリターンする。
【００４７】
ステップ３では、リーン運転（成層燃焼、均質燃焼の双方を含む）へ移行させる。
ステップ４では、第１の実施形態で説明した方法により、Δω＝角加速度変動から求めたトルク変化（Δトルク）を算出する。
ステップ５では、目標トルクの変化（ΔＲＴｅ）を算出する。
【００４８】
ステップ６では、｜ΔＲＴｅ−Δトルク｜＞所定値であるか否かを判定する。ＹＥＳであれば、実際のトルクが目標トルクに追従できていないので、リーン運転への移行中或いはリーン運転への移行後（リーン運転中）に燃料供給系に何らの異常が生じた惧れがあるので、ステップ７へ進ませる。一方、ＮＯであれば、目標トルクに追従した実トルクが得られているので燃料供給系に異常はないと判断し、ステップ１０へ進む。
【００４９】
なお、ステップ１０では、運転状態がリーン運転を行わせる運転領域にある間は、ステップ３へリターンして、Δトルクを監視しながらリーン運転を継続させる。一方、運転状態がリーン運転を行わせる運転領域外となったら、ステップ１１でリーン運転をストイキ運転として、ステップ１へリターンする。
ステップ７では、燃料供給系に異常が生じた惧れがあるので、リーン運転中は少量の燃料量異常でも燃焼性・運転性の感度が大きく運転性等を損なう惧れがあるので、リーン運転を一旦中止して、ストイキ運転へ移行させる。
【００５０】
ステップ８では、ストイキ運転中の酸素センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御の結果である空燃比フィードバック補正係数（空燃比補正係数）αが所定範囲内にあり、かつ、学習値が所定範囲内にあるか、否かを、再び判定する。ＹＥＳであれば、燃料供給系に異常はなく、ステップ６での判定結果は、他の要因（例えば、駆動輪からの逆入力トルクやノイズ等の影響）によるものであるとして、ステップ１へリターンして、再度リーン運転への移行許可判定などを実行させる。
【００５１】
一方、ＮＯであれば、燃料供給系に異常が生じたと判断して、ステップ９でリーン運転への実行・移行を禁止して、本フローを終了する。なお、同時に、警告灯等を点灯させて運転者に処理等を促すようにすることができる。
このように、本実施形態によれば、ストイキ運転中には空燃比フィードバック制御結果（空燃比フィードバック補正係数αや学習値）を利用してエンジン（燃料供給系）の異常を診断するようにして、リーン運転への移行を許可・禁止する一方、空燃比フィードバック制御を行えないリーン運転への移行中やリーン運転移行後（リーン運転中）は、目標トルクと実際のトルクとを比較してエンジン（燃料供給系）の異常を診断して、リーン運転を許可・禁止するようにしたので、燃料供給系の異常時にはストイキ運転中・リーン運転中に拘わらず、確実にリーン運転の実行を禁止することができる。従って、燃料供給系異常時にリーン運転された場合の燃焼性・運転性の悪化等を確実に防止することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、リーン運転への移行中やリーン運転移行後に目標トルクと実際のトルクとの比較結果に基づきエンジン（燃料供給系）に異常が生じた惧れがあると診断された際に、直ちにリーン運転の実行を禁止するのではなく、再びストイキで運転させて空燃比フィードバック制御を行わせ、その結果に基づいて、真にエンジン（燃料供給系）に異常が生じたか否かを診断するようにしたので、例えば、駆動輪からの逆入力トルクやノイズ等の影響による誤診断を防止することができる。従って、一層、高精度な燃料供給系の異常診断が可能となる。
【００５３】
ところで、本発明は、目標トルクにエンジンを制御するもの全てに適用できるものであり、図３で示したシステム（機能）を備えたものに限定されるものではないことは勿論である。
また、上記各実施形態では、目標トルクと、実際の発生トルクと、に基づいてエンジンの異常を診断する構成として説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、実際の発生トルクと、所定値（予め定めた値）と、を比較する構成などにより、即ち、実際の発生トルクに基づいてエンジンの異常を診断する構成とすることができるものである。
【００５４】
また、第２の実施形態では、ストイキ運転中には空燃比フィードバック補正値や学習値によりエンジンの異常を診断し、リーン運転中は実際のトルクに基づいてエンジンの異常を診断する構成とし、リーン運転中に異常と診断されたときは、ストイキ運転を行わせて空燃比フィードバック補正値や学習値による異常診断によってもエンジンが異常であると診断された場合に、エンジンは真に異常であるとして、リーン運転への移行を禁止する構成としたが、本発明は、これに限定されるものではなく、ストイキ・リーンに拘わらず、実際のトルクに基づいてエンジンの異常を診断させ、該診断によって異常と診断されたときに、ストイキ運転を行わせて空燃比フィードバック補正値や学習値による異常診断によってもエンジンが異常であると診断された場合に、エンジンは真に異常であると診断するような構成とすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるシステム構成図。
【図３】同上実施形態にかかる機能ブロック図。
【図４】回転角速度によるトルク検出原理の説明図。
【図５】発生トルクとΔωと回転速度の相関関係図。
【図６】本発明の第２の実施形態におけるフローチャート。
【図７】空燃比（例えば燃料供給量）変化に対するトルク変動の感度を説明する図。
【符号の説明】
１ アクセル操作量センサ
２ クランク角センサ
３ エアフローメータ
４ エンジン
５ 水温センサ
６ 燃料噴射弁
９ スロットル弁
10 スロットル弁制御装置
11 コントロールユニット
12 酸素センサ
Ａ 目標エンジントルク演算部
Ｂ 目標エンジントルク位相補正部
Ｃ 目標エンジントルク変化演算部
Ｄ トルク変化判定部（異常診断部）
Ｅ 発生トルク変化演算部
Ｆ 発生トルク推定演算部
Claims (8)
- エンジンの膨張行程中の、所定時間当たりの目標トルクの変化量と実際の発生トルクの変化量とを比較して、エンジンの異常診断を行うことを特徴とするエンジンの異常診断装置。
- エンジンの目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、
前記目標トルク演算手段により演算された目標トルクを達成するようにエンジンを制御する制御手段と、
エンジンの実際の発生トルクを検出する発生トルク検出手段と、
エンジンの膨張行程中の、前記目標トルク演算手段により演算された目標トルクの変化量と、前記発生トルク検出手段により検出された実際の発生トルクの変化量と、に基づいて、エンジンの異常診断を行う異常診断手段と、
を含んで構成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの異常診断装置。 - 前記エンジンが、燃料を直接筒内に噴射供給するエンジンであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの異常診断装置。
- 成層燃焼形態でエンジンを運転中に、前記エンジンの実際の発生トルクに基づくエンジンの異常診断を行うようにしたことを特徴とする請求項３に記載のエンジンの異常診断装置。
- 希薄空燃比でエンジンを運転中に、前記エンジンの実際の発生トルクに基づくエンジンの異常診断を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１つに記載のエンジンの異常診断装置。
- 理論空燃比近傍に実際の空燃比を制御するように、空燃比フィードバック補正値を介して燃料供給量を補正する空燃比フィードバック制御手段を含んで構成され、
前記エンジンの実際の発生トルクに基づくエンジンの異常診断によりエンジンに異常があると診断された場合に、前記空燃比フィードバック制御手段により設定される空燃比フィードバック補正値に基づくエンジンの異常診断を行わせ、該空燃比フィードバック補正値或いは空燃比フィードバック補正値の学習値に基づくエンジンの異常診断によってもエンジンに異常があると診断されたときに、真にエンジンに異常があると診断することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１つに記載のエンジンの異常診断装置。 - エンジンに異常があると診断されたときには、均質燃焼形態或いは成層燃焼形態の希薄空燃比での運転を禁止することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１つに記載のエンジンの異常診断装置。
- エンジンの実際の発生トルクが、クランク回転の角速度に基づいて検出されることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１つに記載のエンジンの故障診断装置。
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