JP5235739B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、１気筒当たり複数の燃料噴射弁を吸気通路に備える内燃機関に適用される燃料噴射制御装置に関する。

特許文献１には、燃料噴射弁の動作異常を検出した場合に、エンジン回転数の制限や停止などのエンジン保護処置を行うエンジンの運転制御装置が開示されている。

特開平８−２１０１６８号公報

ところで、燃料噴射弁が故障した場合であっても、車両用の内燃機関においては走行できる状態を極力維持することが望まれ、特に、１気筒当たり複数の燃料噴射弁を吸気通路に備える内燃機関においては、複数の燃料噴射弁のうちの一部が故障しても、他は正常に動作するので、内燃機関の保護を図りながら、機関運転の継続性をより確保できるようにすることが望まれていた。

本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、１気筒当たり２本の燃料噴射弁を吸気通路に備える内燃機関において、燃料噴射弁の故障に対して、内燃機関の保護を図りながら、運転を極力継続させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

そのため、本発明では、２本の燃料噴射弁について故障の有無を診断し、故障発生が診断された場合に、前記２本の燃料噴射弁からの燃料噴射量の総量を、正常時の総量に近づけるように、前記２本の燃料噴射弁のうちの少なくとも１本について噴射パルス幅及び／又は燃料供給圧を補正するようにした。
また、故障診断において、気筒別に検出される空燃比に基づいて空燃比異常が発生している気筒を判別し、空燃比異常が判別された気筒に備えられている前記２本の燃料噴射弁の中から、補正対象とする１本の燃料噴射弁を入れ替えて設定し、補正対象として設定した１本の燃料噴射弁の噴射パルス幅を、前記２本の燃料噴射弁の実噴射総量が基準総量からずれている分を相殺するように補正し、当該噴射パルス幅の補正によって空燃比異常がより大きく縮小したときに補正対象とした１本の燃料噴射弁を、正常な燃料噴射弁として特定するようにした。

上記発明によると、燃料噴射弁の故障に対して、内燃機関の保護を図りながら、運転を極力継続させることができる。また、燃料噴射弁の故障の程度が小さく、補正を行わせる１本の燃料噴射弁を入れ替えて設定したときに、補正結果に明確な差が生じない場合であっても、故障した燃料噴射弁の特定を精度良く行える。

本発明の実施形態における内燃機関のシステム図である。 本発明の実施形態における第１，第２燃料噴射弁に対する燃料の供給装置を示す図である。 本発明の実施形態における故障診断処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における空燃比センサの出力特性を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における故障噴射弁を特定する処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における噴射パルス幅の補正処理を説明するための線図である。 本発明の実施形態における最大噴射パルス幅とバルブリフトとの相関を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における故障噴射モードの選択処理を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における車両用の内燃機関を示す。
図１に示す内燃機関１は、２つのバンクからなるＶ型６気筒機関であるが、直列機関や水平対向機関であってもよく、気筒数を６気筒に限定するものではない。

内燃機関１の各気筒の燃焼室２内は、吸気ダクト３、吸気マニホールド４ａ，４ｂ、吸気ポート５を介して大気側と連通している。
前記燃焼室２（シリンダ）の吸気口２ａは、吸気弁６で開閉され、ピストン７が降下するときに前記吸気弁６が開くと、燃焼室２内に空気が吸引される。

一方、前記吸気マニホールド４ａ，４ｂのブランチ部（吸気通路）には、各気筒それぞれに第１燃料噴射弁８ａ、第２燃料噴射弁８ｂが介装されており、これら複数の燃料噴射弁８ａ，８ｂから噴射された燃料が空気と共に燃焼室２内に吸引される。

前記シリンダ２内の燃料は、点火プラグ９による火花点火によって着火燃焼し、このときの爆発力がピストン７を押し下げ、該押し下げ力によってクランク軸１０が回転駆動される。

また、前記燃焼室２（シリンダ）の排気口２ｂは、排気弁１１で開閉され、ピストン７が上昇するときに前記排気弁１１が開くと、燃焼室２内に排気ガスが排気ポート１２に排出される。

尚、前記吸気弁６及び排気弁１１は、クランク軸１０からの回転力が伝達されるカム軸に一体的に設けたカムによって、軸方向に往復動し、各気筒の行程に合わせて開駆動される。

ここで、吸気カム軸１８ａ，１８ｂのクランク軸１０に対する相対回転位相を可変とすることで、吸気弁６のバルブ作動角の中心位相を進角・遅角変化させる、換言すれば、バルブ作動角一定のままで、吸気弁６の開時期ＩＶＯ及び閉時期ＩＶＣを進角・遅角変化させる可変バルブタイミング機構（可変動弁機構）１９ａ，１９ｂが設けられている。

前記排気ポート１２には、排気マニホールド１３ａ，１３ｂの各ブランチ部が接続され、更に、排気マニホールド１３ａ，１３ｂの各集合部は合流して、排気ダクト１４に接続されている。

前記排気ダクト１４には、排気を浄化するための三元触媒などの触媒装置を内蔵する触媒コンバータ１５が介装されている。
また、前記吸気ダクト３には、電子制御スロットル１６が介装されており、内燃機関１の吸入空気量が前記電子制御スロットル１６で制御される。

前記燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射量及び燃料噴射時期は、ＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）２１によって制御される。
前記ＥＣＭ２１は、マイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサからの信号を入力し、該入力信号を予め記憶されているプログラムに従って演算処理して、各気筒の燃料噴射弁８ａ，８ｂに対して噴射パルス信号を出力する。

図２は、各気筒の燃料噴射弁８ａ，８ｂに対して燃料を圧送する燃料供給装置を示す。
図２において、燃料タンク５１内に電動式の燃料ポンプ５２が配置されており、該燃料ポンプ５２は、燃料タンク５１内の燃料を吸い込んで、燃料供給管５３を介して燃料ギャラリー管５４に燃料を圧送する。

前記燃料ギャラリー管５４には、各気筒の燃料噴射弁８ａ，８ｂが接続されている。
また、前記燃料ギャラリー管５４内の燃料圧力（燃料噴射弁８ａ，８ｂに対する燃料供給圧）を検出する燃圧センサ５５が設けられており、該燃圧センサ５５の検出信号は、前記ＥＣＭ２１に入力される。

前記ＥＣＭ２１は、前記燃圧センサ５５で検出される実際の燃圧、即ち、第１，第２燃料噴射弁８ａ，８ｂへの燃料供給圧が、目標燃圧に近づくように、前記燃料ポンプ５２の印加電圧（燃料ポンプ５２の吐出量）をフィードバック制御する。

尚、第１，第２燃料噴射弁８ａ，８ｂに対する燃料供給圧の調整システムとしては、燃料供給管５３や燃料ギャラリー管５４から燃料タンクに戻す燃料量を調整することで、燃圧を目標圧に近づけるシステムであってもよい。

前記ＥＣＭ２１が信号を入力する各種センサとしては、アクセル開度ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ２２、内燃機関１の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ２３、内燃機関１が搭載される車両の走行速度（車速）ＶＳＰを検出する車速センサ２４、クランク軸１０が単位角度だけ回転する毎の単位クランク角信号ＰＯＳと基準クランク角位置毎の基準クランク角信号ＲＥＦとをそれぞれに出力するクランク角センサ２５、各バンクの排気マニホールド１３ａ，１３ｂの集合部にそれぞれ配置され、排気中の酸素濃度に基づいて各バンクの空燃比ＡＦをそれぞれに検出する空燃比センサ２６ａ，２６ｂ、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローセンサ２７、前記電子制御スロットル１６の開度ＴＶＯを検出するスロットル開度センサ２８、電子制御スロットル１６下流側の吸気通路内の圧力（吸気管負圧）ＰＢを検出する圧力センサ（負圧センサ）２９などが設けられている。

尚、本実施形態のＶ型６気筒機関１は、第１バンクが第１気筒、第３気筒、第５気筒で構成され、第２バンクが第２気筒、第４気筒、第６気筒で構成され、前記空燃比センサ２６ａは第１バンクの各気筒の空燃比を検出し、前記空燃比センサ２６ｂは第２バンクの各気筒の空燃比を検出する。

前記第１燃料噴射弁８ａ及び第２燃料噴射弁８ｂは、気筒毎に、電子制御スロットル１６の下流側でかつ吸気弁６よりも上流側の吸気通路（吸気ポート５）に配置され、それぞれに吸気弁６に向けて燃料を噴射する。

ここで、前記第１燃料噴射弁８ａ及び第２燃料噴射弁８ｂは、吸気通路の上下流方向に前後して設置する他、吸気通路の同一横断面に並べて配置することもできる。
前記ＥＣＭ２１は、前記各種センサで検出される内燃機関１の運転条件に基づいて、前記第１燃料噴射弁８ａ及び第２燃料噴射弁８ｂの噴射パルス幅（ms）を算出し、各気筒の吸気行程にタイミングを合わせ、前記第１燃料噴射弁８ａ及び第２燃料噴射弁８ｂに対し前記噴射パルス幅の噴射パルス信号を出力する。

また、前記ＥＣＭ２１は、前記第１燃料噴射弁８ａ，第２燃料噴射弁８ｂから噴射される燃料量の異常、即ち、燃料噴射弁８ａ，８ｂの動作異常を診断し、異常発生時には、燃料噴射弁８ａ，８ｂからの燃料噴射量の総量が正常時の量（そのときの吸入空気量に見合った量）に戻るように、噴射パルス幅や燃圧の補正を行う機能を有しており、以下では、係る異常診断・異常時の補正処理について詳細に説明する。

図３のフローチャートは、第１燃料噴射弁８ａ，第２燃料噴射弁８ｂの故障診断を行い、かつ、故障パターンの判定を行う定時割り込みルーチン（診断手段としての機能）を示す。

まず、ステップＳ１０１では、空燃比センサ２６ａ，２６ｂの出力を読み込み、次のステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で読み込んだ空燃比センサ２６ａ，２６ｂの出力に基づいて、第１燃料噴射弁８ａ，第２燃料噴射弁８ｂの少なくとも一方が故障している気筒を判別する。

前記故障気筒の判別は、各空燃比センサ２６ａ，２６ｂに各気筒の排気が到達するタイミングに基づいて、各気筒の空燃比を検出し、検出された空燃比が他の気筒の空燃比に対してばらつき範囲を超えて異なっている気筒を故障気筒として判別する。

即ち、第１バンクの空燃比を検出する空燃比センサ２６ａには、第１気筒、第３気筒、第５気筒の排気が時系列的にずれて到達し、各気筒の排気が空燃比センサ２６ａに到達するタイミングは、各気筒の排気行程から排気流速に応じた時間が経過した時点であり、前記排気流速は、機関回転速度ＮＥに応じて推定できる。

従って、図４に示すような空燃比センサ２６ａ，２６ｂの出力と、各気筒の排気行程との相関から、各気筒の空燃比を示す空燃比センサ２６ａ，２６ｂの出力を特定でき、以って、空燃比を各気筒別に検出することが可能である。

各気筒の空燃比を検出すると、例えば、全気筒の平均空燃比と、各気筒別の空燃比との偏差を求め、該偏差の絶対値が予め設定された閾値を超えている気筒を、故障気筒として判別する。

前記閾値は、想定される気筒間における空気量の分配ばらつきや、第１燃料噴射弁８ａ，第２燃料噴射弁８ｂの噴射量ばらつきなどに基づき、燃料噴射弁８ａ，８ｂの正常時には超えることがない値として予め適合され、記憶されている。

尚、空燃比センサ２６を各気筒それぞれに設けて、各気筒の空燃比を検出させることができ、また、空燃比を検出する方法としては、排気中の酸素濃度に基づく方法の他、例えば、点火プラグ９のギャップ間に発生するイオン電流を検出することにより空燃比を気筒別に検出する方法などを用いることができる。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２での空燃比の診断結果から、空燃比異常の気筒（燃料噴射弁が故障している気筒）が判別されたかを判断する。
そして、全気筒の空燃比が正常範囲内であると判断され、全気筒の燃料噴射弁８ａ，８ｂが正常に動作していると認められる場合には、そのまま本ルーチンを終了させ、空燃比異常の気筒（燃料噴射弁が故障している気筒）が判別された場合に、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、空燃比異常と判断された気筒の空燃比と、そのときの吸入空気量とから、空燃比異常気筒における実噴射総量を演算する。
前記実噴射総量とは、燃料噴射弁８ａ，８ｂの双方から噴射されたと見込まれる燃料の総和であり、前記演算された実噴射総量を、そのときの燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅と燃料噴射弁８ｂの噴射パルス幅との総和に対応させて記憶させる。

尚、本実施形態において、燃料噴射弁８ａ，８ｂの噴射率（cc／sec）は同一であり、噴射量の分担率は５０％ずつであるものとする。
従って、燃料噴射弁８ａ，８ｂが正常であれば、噴射パルス幅の総和と前記噴射率（cc／sec）とに対応する量の燃料が噴射されることになる。

ステップＳ１０５では、空燃比異常気筒について、噴射パルス幅の総和と、実噴射総量とを対とするデータを、異なるパルス幅総和について複数求められたか否か、換言すれば、噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の変化特性を検出できたかを判断する。

即ち、噴射パルス幅の総和の変化に対する噴射総量の変化特性を検出したいので、異なる噴射パルス幅毎に噴射総量を得て、これらのデータ間を直線補間することで、空燃比異常気筒における、噴射パルス幅と実噴射総量との相関を求める。

尚、本実施形態では、上記のように、直線補間によって噴射パルス幅と実噴射総量との相関を求めるから、少なくともデータ数として２つ以上を必要とするが、３つ以上のデータに基づく曲線補間演算を行わせることもできる。

そして、噴射パルス幅の総和と、実噴射総量とを対とするデータが複数求められ、噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の変化特性を検出できると、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、検出された噴射パルス幅と実噴射総量との相関と、基準の変化特性（設計上の特性）とを比較することで、空燃比異常を発生させた燃料噴射弁８ａ，８ｂの故障パターンを判別する。

前記基準の変化特性（設計上の特性）とは、設計上の噴射率（cc／sec）で燃料噴射された場合の特性である。
ここで、２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂのうちの１本が燃料を全く噴射しない場合、実噴射総量が基準特性に対して半分に減って、フローチャート中に示す特性（１）のような特性を示すことになる。

従って、実際に求めた噴射パルス幅と実噴射総量との相関が、特性（１）のような特性に適合する場合には、空燃比の異常が、２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂのうちの１本が燃料を全く噴射しないことに因るものであると判断できる。

また、２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂのうちの１本が、開弁状態に固着し、常に一定流量の燃料を噴き続ける場合、この一定流量に、正常な方の燃料噴射弁の噴射パルス幅の増大に応じて増える噴射量が加算されるから、噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の特性は、前記フローチャート中に示す特性（４）のようになる。

従って、実際に求めた噴射パルス幅と実噴射総量との相関が、特性（４）のような特性に適合する場合には、空燃比の異常が、２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂのうちの１本が開状態に固着していることに因るものであると判断できる。

そして、開弁状態に固着している燃料噴射弁が、最大リフト状態で固着していれば、この燃料噴射弁が噴く一定流量の燃料が最大流量となり、その分、噴射パルス幅に対する実噴射総量が多くなり、噴射パルス幅と実噴射総量との相関が、フローチャート中に示す特性（５）のようになる。

従って、実際に求めた噴射パルス幅と実噴射総量との相関が、特性（５）のような特性に適合する場合には、空燃比の異常が、２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂのうちの１本が最大リフト状態（全開状態）に固着していることに因るものであると判断でき、特性（４）のような特性に適合するのは、中間リフト状態（中間開度状態）に固着していることに因るものであると判断できる。

また、燃料噴射弁８ａ，８ｂの故障態様としては、噴射パルス幅に対する噴射量の感度（ゲイン）、即ち、噴射パルス幅の変化量に対する噴射量の変化量が変わってしまうことがあり、燃料噴射弁８ａ，８ｂのうちの１本の感度が増大変化した場合には、フローチャート中に示す特性（２）のようになり、逆に、感度が減少変化した場合には、フローチャート中に示す特性（３）のようになる。

従って、実際に求めた噴射パルス幅と実噴射総量との相関が、特性（２）のような特性に適合する場合には、空燃比の異常が、２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂのうちの１本の感度が増大変化したことに因るものであると判断でき、実際に求めた噴射パルス幅と実噴射総量との相関が、特性（３）のような特性に適合する場合には、空燃比の異常が、２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂのうちの１本の感度が減少変化したことに因るものであると判断できる。

前記ステップＳ１０６では、空燃比異常気筒における噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の変化特性が、前記特性（１）〜（５）のいずれに該当するかを判断する。
そして、ステップＳ１０７では、空燃比異常気筒における噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の変化特性が、前記特性（１）〜（５）のいずれかに該当したか否かを判断する。

そして、空燃比異常気筒における噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の特性が、前記特性（１）〜（５）のいずれか１つに該当した場合には、ステップＳ１０８へ進み、前記特性（１）〜（５）のそれぞれに対応して設定されている故障パターンフラグＦ１〜Ｆ５のうち、該当する特性（１）〜（５）に対応する故障パターンフラグに１を設定する。

従って、前記特性（１）〜（５）のいずれか１つに該当した場合、フラグＦ１〜Ｆ５のうちの１が設定されているフラグから、該当した故障パターンを判別できることになる。
また、空燃比異常気筒における噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の変化特性が、前記特性（１）〜（５）のいずれにも該当しないと判断された場合、即ち、故障パターンが不明である場合には、ステップＳ１０９へ進み、前記特性（１）〜（５）のそれぞれに対応して設定されている故障パターンフラグＦ１〜Ｆ５の全てに１を設定する。

ところで、前記故障パターンの判別においては、２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂのいずれが故障しているかは判断されないため、故障パターンフラグＦ１〜Ｆ５のいずれか１つに１が設定された場合には、図５のフローチャートに示すルーチンに従って、故障した燃料噴射弁の特定を行う。

まず、ステップＳ２０１（補正手段）では、そのときの実噴射総量が、基準特性上の正規の総量からずれている分を、正常な燃料噴射弁の噴射パルス幅を補正することで相殺すべく、正常な燃料噴射弁の噴射パルス幅Ｔｉnewを演算する。

ここで、正常な燃料噴射弁として、第１燃料噴射弁８ａを仮定し、更に、第１燃料噴射弁８ａは、噴射パルス幅に対する噴射量の特性（噴射率）が設計値（基準特性）であるものと仮定する。

例えば、特性（１）の場合には、正常に開弁動作する燃料噴射弁だけでそのときに必要とされる燃料量が噴射されるように、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅Ｔｉnewを前記基準特性に基づいて設定する。

また、特性（３）のように、燃料噴射弁８ｂからの実噴射量が正常時よりも少なくなっていると仮定される場合には、故障した燃料噴射弁８ｂによる噴射量の減少分と、正常な燃料噴射弁８ａの分担分との総和が、正常な燃料噴射弁８ａから噴射されるように、前記基準特性から噴射パルス幅Ｔｉnewを設定する。

即ち、図６に示すように、燃料噴射弁８ａの分担量に、燃料噴射弁８ｂの噴射量が減った分を加算した量が、故障状態で実噴射総量を必要量に戻すために要求される燃料噴射弁８ａの噴射量であり、基準特性上でこの噴射量に対応する噴射パルス幅を、Ｔｉnewとする。

また、特性（２）〜（５）のように、故障した燃料噴射弁８ｂからの実噴射量が正常時よりも多くなっている仮定される場合には、故障した燃料噴射弁８ｂによる噴射量の増加分だけ、正常な燃料噴射弁８ａによる燃料噴射量を減らすように、前記基準特性から噴射パルス幅Ｔｉnewを設定する。

ステップＳ２０２では、前記設定された噴射パルス幅Ｔｉnewによる噴射が実現可能であるか否かを判断する。
具体的には、予め設定された燃料噴射開始タイミング（例えば吸気弁６の開弁時期ＩＶＯ）で噴射を開始させた場合、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣまでに噴射パルス幅Ｔｉnewによる燃料噴射が終わらない場合には、噴射された燃料の全てを１回の吸気行程で燃焼室内に吸引させることができないので、噴射パルス幅Ｔｉnewによる噴射が不能と判断する。

換言すれば、図７に示すように、そのときの燃料噴射開始タイミング（例えば開弁時期ＩＶＯ）から前記閉弁時期ＩＶＣまでの時間が、最大パルス幅Ｔｉmaxであり、この最大パルス幅Ｔｉmaxよりも噴射パルス幅Ｔｉnewが大きい場合に噴射不能を判定し、噴射パルス幅Ｔｉnewが最大パルス幅Ｔｉmax以下であれば噴射可能を判定する。

尚、詳細には、燃料噴射弁８ａ，８ｂから噴射された燃料が吸気弁を通過するまでには、噴霧の輸送時間を要するので、最大パルス幅Ｔｉmaxは、前記閉時期ＩＶＣよりも前記輸送時間だけ前の時点で噴射を終了するように設定する。

そして、噴射パルス幅Ｔｉnewによる噴射が実現可能であれば、ステップＳ２０３へ進み、空燃比異常気筒において正常であると仮定した燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅Ｔｉ１newに前記噴射パルス幅Ｔｉnewをセットする一方で、空燃比異常気筒において故障していると仮定した燃料噴射弁８ｂの噴射パルス幅Ｔｉ２newについては、正常判定時と同じパルス幅Ｔｉ２oldを設定する。

尚、正常時には、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅Ｔｉ１oldと、燃料噴射弁８ｂの噴射パルス幅Ｔｉ２oldとが同じであるものとする。
一方、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅Ｔｉnewによる噴射が実現不能であれば、ステップＳ２０４へ進み、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅Ｔｉ１newにＴｉmaxをセットして、噴射できる最大パルス幅に補正する一方、燃料噴射弁８ｂの噴射パルス幅Ｔｉ２newについては、噴射パルス幅Ｔｉ２oldに、ＴｉnewとＴｉmaxとの差分を加算することで、燃料噴射弁８ａ，８ｂによる総噴射量としてＴｉmaxによる制限を行わない場合と同じにする。

Ｔｉ２new＝Ｔｉ２old＋（Ｔｉnew−Ｔｉmax）
ステップＳ２０５では、上記噴射パルス幅Ｔｉ１new，Ｔｉ２newに基づき空燃比異常気筒における燃料噴射弁８ａ，８ｂの燃料噴射を行わせる。

ステップＳ２０６では、噴射パルス幅Ｔｉ１old，Ｔｉ２oldでの噴射状態で、空燃比異常気筒と判定された気筒の空燃比を、前記空燃比センサ２６ａ，２６ｂの出力に基づいて検出する。

そして、ステップＳ２０７では、空燃比異常気筒と判定された気筒の空燃比が、上記噴射パルス幅Ｔｉ１new，Ｔｉ２newに基づき噴射を行わせた結果、目標空燃比に近づき、目標空燃比を含む所定範囲内になったか否かを判断する。

前記所定範囲とは、空燃比ばらつきとして許容される範囲である。
上記噴射パルス幅Ｔｉ１new，Ｔｉ２newは、燃料噴射弁８ａが正常であると仮定し、燃料噴射弁８ｂが故障していると仮定し、燃料噴射弁８ｂからの噴射量の過不足分だけ、燃料噴射弁８ａの噴射量を補正するように設定されている。

従って、上記噴射パルス幅Ｔｉ１new，Ｔｉ２newに基づいて燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射を行わせた結果、空燃比が目標空燃比付近に戻ったということは、前記仮定通りに、燃料噴射弁８ａが正常で、燃料噴射弁８ｂが故障している（動作異常を生じている）と判断できる。

そこで、ステップＳ２０７で、空燃比異常気筒と判定された気筒の空燃比が、噴射パルス幅の補正によって目標空燃比を含む所定範囲内になったと判断された場合には、ステップＳ２０８へ進み、燃料噴射弁８ｂが故障していると判断する。

一方、上記噴射パルス幅Ｔｉ１new，Ｔｉ２newに基づいて燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射を行わせた結果、空燃比が目標空燃比付近に戻らなかった場合には、前記仮定が間違っていて、実際には、燃料噴射弁８ａが故障していて（動作異常を生じていて）、燃料噴射弁８ｂが正常であると判断できる。

そこで、ステップＳ２０７で、空燃比異常気筒と判定された気筒の空燃比が、噴射パルス幅の補正を行っても目標空燃比を含む所定範囲内にならなかったと判断された場合には、ステップＳ２０９へ進み、燃料噴射弁８ａが故障していると判断する。

例えば、燃料噴射弁８ａが閉固着していて燃料を噴射しない場合、特性（１）に相当するとして故障パターンの判断がなされるが、この場合、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅を増大補正しても噴射量が増えることがないため、空燃比異常気筒の空燃比は目標空燃比付近に近づくことはない。

一方、燃料噴射弁８ｂが閉固着していて燃料を噴射しない場合であって、特性（１）に相当するとして故障パターンの判断がなされた場合、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅を増大補正することで噴射量が増え、空燃比異常気筒の空燃比は目標空燃比付近に近づくことになる。

従って、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅を補正した結果、空燃比異常気筒の空燃比が目標空燃比付近に戻れば、燃料噴射弁８ａが正常で、燃料噴射弁８ｂが故障しているものと判断でき、逆に、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅を補正しても、空燃比異常気筒の空燃比が目標空燃比付近に戻らない場合には、燃料噴射弁８ｂが正常で、燃料噴射弁８ａが故障しているものと判断できる。

また、例えば、燃料噴射弁８ｂの噴射パルス幅に対する噴射量の感度が増大変化していて、当該気筒の空燃比がリッチになった場合、総噴射量の過剰分だけ燃料噴射弁８ａの噴射量を減らそうとするが、燃料噴射弁８ａは基準特性で燃料を噴射し、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅の補正も基準特性に従って行われるから、総噴射量の過剰分を精度良く補正できることになる。

一方、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅に対する噴射量の感度が増大変化していて、当該気筒の空燃比がリッチになった場合、総噴射量の過剰分だけ燃料噴射弁８ａの噴射量を減らそうとするが、燃料噴射弁８ａは噴射パルス幅に対する噴射量の感度は実際には基準特性よりも高いのに対し、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅の補正は、基準特性に従って行われるから、総噴射量の過剰分を精度良く補正することができず、空燃比異常気筒の空燃比は目標空燃比に向けて変化するものの、燃料噴射弁８ａが正常であるときに比べて、目標空燃比への収束性は低下する。

従って、感度異常に対しても、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅を補正した結果、空燃比異常気筒の空燃比が目標空燃比付近に戻れば、燃料噴射弁８ａが正常で、燃料噴射弁８ｂが故障しているものと判断でき、逆に、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅を補正しても、空燃比異常気筒の空燃比が目標空燃比付近にまで充分に戻らない場合には、燃料噴射弁８ｂが正常で、燃料噴射弁８ａが故障しているものと判断できる。

但し、感度異常においては、いずれの燃料噴射弁が故障していても、噴射パルス幅Ｔｉ１new，Ｔｉ２newに基づいて燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射を行わせれば、空燃比異常気筒の空燃比が目標空燃比に近づくことになり、閉固着や開固着の場合のような明確な差異が生じ難い。

そこで、前述のように、燃料噴射弁８ａが正常であると仮定して、燃料噴射弁８ａの噴射パルス幅の補正によって総噴射量を修正する処理と、逆に、燃料噴射弁８ｂが正常であると仮定して、燃料噴射弁８ｂの噴射パルス幅の補正によって総噴射量を修正する処理とをそれぞれ時系列に行わせ、それぞれの処理の結果得られた空燃比が、より目標空燃比に近い方の仮定が正しかったと判断させることができる。

また、前記最大パルス幅Ｔｉmaxによって噴射パルス幅Ｔｉnewに制限を加えると、燃料噴射弁８ａ，８ｂのいずれが故障しているかの判定精度を低下させることになるため、前記最大パルス幅Ｔｉmaxよりも噴射パルス幅Ｔｉnewがカットされた場合、又は、カット量が閾値を超えた場合に、前述のように、総噴射量を正常値に近づけるための噴射パルス幅を行う燃料噴射弁（正常を仮定する燃料噴射弁）を入れ替え、それぞれで得られた空燃比がより目標空燃比に近い方の結果を採用することができる。

前記カット量の大きさを判別する閾値は、カット量の大小による判定精度の変化に基づいて設定され、判定精度を確保できる最大カット量を基準に設定される。
上記のようにして、故障パターンの判別と、故障した燃料噴射弁の判別とを行うと、続いて、故障状態で燃料噴射をどのように行わせるかを示す故障時用噴射モードの選択処理を、図８のフローチャートに示すルーチンに従って行う。

ステップＳ３０１では、前記故障パターンフラグＦ１〜Ｆ５のうちの少なくとも１つに１が設定されているか否かを判断する。
そして、故障パターンフラグＦ１〜Ｆ５の全てがゼロである場合には、空燃比異常気筒が検出されていない状態であるので、ステップＳ３０２へ進み、機関運転条件に基づいて設定される噴射パルス幅の噴射パルス信号に基づいて燃料噴射弁８ａ，８ｂの噴射を制御する通常の噴射モードを実行させる。

一方、故障パターンフラグＦ１〜Ｆ５のうちの少なくとも１つに１が設定されている場合、即ち、空燃比異常気筒が検出されていて、故障パターン及び故障噴射弁の判別がなされている場合には、ステップＳ３０３（補正手段）へ進み、１が設定されている故障パターンフラグＦ１〜Ｆ５に応じて、故障時用噴射モードを選択する。

前記故障時用噴射モードとして、大略的に以下のモードＡ〜Ｃが設定されている。
Ａ…故障した燃料噴射弁だけを補正制御
Ｂ…燃料噴射弁８ａ，８ｂの双方を補正制御
Ｃ…燃料ポンプ５２を停止させて燃料噴射停止
尚、故障パターンフラグＦ１〜Ｆ５のうちの少なくとも１つに１が設定された場合には、車両の運転者に対して、ランプやブザーや画面表示などによって故障の発生を警告することが好ましい。

以下では、故障時用噴射モードの設定をより詳細に説明する。
「特性（１）の場合での故障時用噴射モード」
まず、空燃比異常気筒における噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の変化特性が、前記特性（１）に近似していて、故障パターンフラグＦ１に１が設定された場合（Ｆ１＝１、かつ、Ｆ２〜Ｆ５＝０の場合）には、前記モードＡ又はＢを選択する。

前記特性（１）は、２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂのうちの１本が燃料を全く噴射しない場合であるので、正常判定されている燃料噴射弁の噴射パルス幅を補正して、正常時に２本で噴射される燃料量を、正常判定されている燃料噴射弁だけから噴射させる。

詳細には、前記図５のフローチャートのステップＳ２０１〜ステップＳ２０４と同様に、正常である燃料噴射弁が、本来の分担分である燃料量に加算して、故障した燃料噴射弁に分担されていた燃料量も噴射するように、換言すれば、正常な燃料噴射弁だけで全噴射量を噴射するように、正常である燃料噴射弁の噴射パルス幅を補正設定する。

ここで、噴射パルス幅の補正設定は、空燃比異常気筒（２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂのうちの１本が閉固着した気筒）についてだけ行わせ、他気筒（２本の燃料噴射弁８ａ，８ｂが共に正常である気筒）については、燃料噴射弁８ａ，８ｂが分担して燃料を噴射させるようにできる。

但し、１本の燃料噴射弁で燃料を噴射する気筒と、２本の燃料噴射弁で燃料を分担して噴射する気筒とで、混合気形成に差異が生じ、各気筒の発生トルクや排気性状に差が生じる場合があるので、前述のように、１気筒で２本のうちの１本の燃料噴射弁が燃料を噴射しなくなった場合には、全気筒において１本の燃料噴射弁で燃料噴射させる故障時用噴射モードとすることが好ましい。

例えば、空燃比異常気筒で、燃料噴射弁８ｂが燃料を噴射しない場合（閉固着している場合）、全気筒の燃料噴射弁８ｂに対する噴射パルス信号の出力を停止させて（噴射パルス幅を０msとして）噴射動作を停止させると共に、全気筒の燃料噴射弁８ａに対して、各気筒における必要燃料量の全量を噴射させる噴射パルス幅の噴射パルス信号を出力し、全気筒において、燃料噴射弁８ａだけが燃料噴射を行うようにする。

但し、１本の燃料噴射弁でそのときの吸入空気量に見合った量（必要量）の燃料を噴射させる場合、噴射パルス幅が長くなってしまうので、燃料供給圧を増大補正することで、単位開弁時間当たりの噴射量（噴射率）を増大させ、噴射動作させる燃料噴射弁の開弁時間が短くなるようにすることができる。

例えば、予め設定された燃料噴射開始タイミングで噴射を開始させた場合、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣまでに燃料噴射が終わらない場合には、閉弁時期ＩＶＣの後で噴射された燃料は、次回の吸気行程までシリンダ内に吸引されないことになってしまう。

そこで、１本の燃料噴射弁で必要量の全量を噴射させる場合であって、噴射終了時期が閉弁時期ＩＶＣの後になってしまう場合には、燃料供給圧を増大補正することで、閉弁時期ＩＶＣまでに噴射が終わるようにすることができる。
「特性（２）の場合での故障時用噴射モード」
空燃比異常気筒における噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の変化特性が、前記特性（２）に近似している場合、即ち、１本の燃料噴射弁の噴射パルス幅に対する噴射量の感度が増大変化している場合には、感度が増す故障を生じている燃料噴射弁から余分な燃料が噴射されて、空燃比がリッチ化するので、前記モードＡ又はＢを選択し、空燃比異常気筒において、少なくとも故障した燃料噴射弁からの噴射量を減らして、正常時の噴射総量に近づけるようにする。

具体的には、空燃比異常気筒において、感度が増す故障を生じている燃料噴射弁について、噴射パルス幅を減少補正し、余分に噴射される燃料量を減らすようにする。
又は、感度が増す故障を生じている燃料噴射弁について噴射パルス幅を減少補正し、かつ、正常な感度の燃料噴射弁についても噴射パルス幅を減少補正し、補正後の噴射パルス幅の噴射パルス信号を出力することで、正常時の噴射総量に近づけるようにする。

但し、空燃比異常気筒であって噴射パルス幅が補正される気筒と、空燃比正常気筒であって噴射パルス幅の補正が行われない気筒とで、混合気形成に差異が生じ、各気筒の発生トルクや排気性状に差が生じる場合があるので、空燃比異常気筒で正常な燃料噴射弁のみで噴射させると共に、空燃比正常気筒においても１本の燃料噴射弁で燃料噴射させることができる。

前記特性（２）に対する故障時用噴射モードとしては、燃料噴射弁８ａ，８ｂに対する燃料供給圧を低下させ、同じ噴射パルス幅に対して実際に噴射される燃料量を減らして正常時の噴射総量に近づけることもできる。

但し、燃料供給圧の低下は、空燃比異常気筒以外の燃料噴射弁８ａ，８ｂに対する燃圧も低下させることになるので、空燃比異常気筒以外では、噴射パルス幅を増大補正する必要が生じる。

そこで、各気筒別に燃料供給圧を個別に設定できるように構成すれば、空燃比異常気筒（特性（２）の故障パターンが生じている気筒）だけについて、燃料供給圧を低下させることができる。

また、燃料供給圧の低下と、噴射パルス幅の減少補正とを併用することができる。
「特性（３）の場合での故障時用噴射モード」
空燃比異常気筒における噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の変化特性が、前記特性（３）に近似している場合、即ち、１本の燃料噴射弁の噴射パルス幅に対する噴射量の感度が減少変化している場合には、感度が減る故障を生じている燃料噴射弁からの燃料噴射量が不足し、空燃比がリーン化するので、前記モードＡ又はＢを選択し、空燃比異常気筒において、少なくとも故障した燃料噴射弁からの噴射量を増やして、正常時の噴射総量に近づけるようにする。

具体的には、空燃比異常気筒において、感度が減る故障を生じている燃料噴射弁について、噴射パルス幅を増大補正し、燃料噴射量の不足分を減らすようにする。
又は、感度が減る故障を生じている燃料噴射弁について噴射パルス幅を増大補正し、かつ、正常な感度の燃料噴射弁についても噴射パルス幅を増大補正し、補正後の噴射パルス幅の噴射パルス信号を出力することで、正常時の噴射総量に近づけるようにする。

但し、空燃比異常気筒であって噴射パルス幅が補正される気筒と、空燃比正常気筒であって噴射パルス幅の補正が行われない気筒とで、混合気形成に差異が生じ、各気筒の発生トルクや排気性状に差が生じる場合があるので、空燃比異常気筒で正常な燃料噴射弁のみで噴射させると共に、空燃比正常気筒においても１本の燃料噴射弁で燃料噴射させることができる。

前記特性（３）に対する故障時用噴射モードとしては、燃料噴射弁８ａ，８ｂに対する燃料供給圧を増大させ、同じ噴射パルス幅に対して実際に噴射される燃料量を増やして正常時の噴射総量に近づけることもできる。

但し、燃料供給圧の増大は、空燃比異常気筒以外の燃料噴射弁８ａ，８ｂに対する燃圧も増大させることになるので、空燃比異常気筒以外では、噴射パルス幅を減少補正する必要が生じる。

そこで、各気筒別に燃料供給圧を個別に設定できるように構成すれば、空燃比異常気筒（特性（（３）の故障パターンが生じている気筒）だけについて、燃料供給圧を増大させることができる。

また、燃料供給圧の増大と、噴射パルス幅の増大補正とを併用することができる。
「特性（４）の場合での故障時用噴射モード」
空燃比異常気筒における噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の変化特性が、前記特性（４）に近似している場合、即ち、１本の燃料噴射弁が開弁状態で（中間リフト位置で）固着していて、燃料を常に噴射している場合には、前記モードＡ又はＢを選択し、空燃比異常気筒における噴射総量を減らして、正常時の噴射総量に近づけるようにし、モードＡ又はＢで目標空燃比付近に戻すことができない場合には、前記モードＣを選択し、燃料ポンプ５２（燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射）を停止させて、内燃機関１を停止させる。

具体的には、空燃比異常気筒において、故障して常に噴射する燃料噴射弁からの噴射燃料が過剰に多く、空燃比をリッチ化させる場合には、正常な燃料噴射弁の噴射パルス幅を減少補正し、燃料噴射量の過剰分を減らすようにする。

前記噴射パルス幅の減少補正として、最大には正常な燃料噴射弁の噴射を停止させることになるが、正常な燃料噴射弁の噴射を停止させてもリッチ状態を解消できない場合には、燃料供給圧を減少補正して、故障して常に噴射する燃料噴射弁から噴射される燃料量を減らすようにできる。

前記燃料供給圧の減少は、空燃比異常気筒だけ（若しくは開固着した燃料噴射弁だけ）について行わせることが好ましいが、他の正常な気筒においても一律に燃料供給圧が減少する場合には、正常な気筒において噴射パルス幅に対する燃料噴射量が減るので、噴射パルス幅の増大補正が必要になる。

また、故障して常に噴射する燃料噴射弁からの噴射量が、高回転高負荷時には、本来の分担分よりも少なくなる場合があり、この場合には、正常な燃料噴射弁の噴射パルス幅を増大補正し、燃料噴射量の不足分を補うようにする。

ここで、正常な燃料噴射弁の噴射パルス幅の増大補正を、噴射終了が吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣになるまで進めても、リーン状態を解消できない場合には、燃料供給圧を増大補正して、故障して常に噴射する燃料噴射弁から噴射される燃料量を増やすことができ、また、噴射終了が吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣになる噴射パルス幅で、目標空燃比が得られる吸入空気量を上限値として、内燃機関１の吸入空気量を制限することもできる。

また、燃料供給圧を増大補正してもリーン状態を解消できない場合には、燃料ポンプ５２を停止させて内燃機関１を停止させることができる。
また、噴射パルス幅の補正、又は、噴射パルス幅の補正及び燃料供給圧の補正によって、空燃比異常気筒の空燃比を目標空燃比に充分に近づけることができない場合には、燃料ポンプ５２（燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射）を停止させて、内燃機関１を停止させることで、過剰リッチ状態で１気筒が運転されることを回避する。
「特性（５）の場合での故障時用噴射モード」
空燃比異常気筒における噴射パルス幅の総和に対する実噴射総量の変化特性が、前記特性（５）に近似している場合、即ち、１本の燃料噴射弁が全開位置で固着していて、最大量の燃料を常に噴射している場合には、前記モードＡ又はＢを選択し、空燃比異常気筒における噴射総量を減らして、正常時の噴射総量に近づけるようにし、モードＡ又はＢで目標空燃比付近に戻すことができない場合には、前記モードＣを選択し、燃料ポンプ５２（燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射）を停止させて、内燃機関１を停止させる。

具体的には、燃料供給圧を最大限に下げることで、全開位置で固着している燃料噴射弁からの噴射量を減らし、また、空燃比異常気筒の正常な燃料噴射弁の噴射パルス幅を減少補正（噴射パルス幅＝０を含む）して、総噴射量の減少を図る。

そして、最大限に燃圧を低下させ、更に、正常な燃料噴射弁の噴射パルス幅を最大限に減少補正（噴射停止）しても、空燃比のリッチ化を解消できない場合には、燃料ポンプ５２（燃料噴射弁８ａ，８ｂによる燃料噴射）を停止させて、内燃機関１を停止させることで、過剰リッチ状態で１気筒が運転されることを回避する。

尚、特性（１）〜（５）のいずれのパターンにも該当しないものの、空燃比異常が検出された気筒について、故障している燃料噴射弁を特定できた場合には、空燃比がリッチであれば、故障している燃料噴射弁の噴射パルス幅を減少させ、空燃比がリーンであれば、故障している燃料噴射弁の噴射パルス幅を増大させ、係る噴射パルス幅の補正で空燃比を目標空燃比付近に戻すことができなければ、更に、正常な燃料噴射弁の噴射パルス幅を補正することができる。

但し、特性（１）〜（５）のいずれのパターンにも該当しない場合には、燃料噴射弁８ａ，８ｂが２本同時に故障している場合や、故障した燃料噴射弁における噴射パルス幅に対する噴射量傾向が不安定である場合などが想定され、いずれの場合も実噴射量を補正して目標空燃比付近に安定させることが難しいので、直ちに燃料ポンプ５２を停止させるようにしてもよい。

以上のように、本実施形態の故障時用噴射モードでは、故障した燃料噴射弁による噴射量の補正や、故障した燃料噴射弁と対をなして設けられている正常な燃料噴射弁による噴射量の補正によって、総噴射量をそのときの吸入空気量に見合った量に戻すようにするので、燃料噴射弁８ａ，８ｂに故障が生じても、内燃機関の保護を図りながら、内燃機関１の運転を継続させることができる。

また、噴射パルス幅の補正や燃料供給圧の補正によって、空燃比を目標空燃比付近に戻すことができない場合には、燃料ポンプ５２を停止させるので、開固着故障した燃料噴射弁から燃料が噴射され続けることを抑制し、また、一部気筒だけ空燃比が大きく異なるために、気筒間で発生トルクが大きく異なったり、排気性状が大きく悪化した状態で運転されることを抑制できる。

尚、１つの気筒に設けられる２本の燃料噴射弁の噴射率や噴霧角などの噴射特性が相互に異なるものであっても良い。

また、正常状態における複数の燃料噴射弁による燃料噴射の分担率は、均一である必要はなく、運転条件（機関負荷、機関回転速度、機関温度）などに応じて分担比が可変に設定されるものであっても良い。

また、本実施形態のようなＶ型機関においては、閉固着や感度異常が発生した燃料噴射弁が設けられている気筒を含むバンクを休止させ、他方のバンクの運転を継続させることができる。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。

（イ）請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記補正手段が、前記２本の燃料噴射弁のうちの１本が閉固着故障した気筒が生じた場合、当該気筒以外の気筒において、燃料噴射を行わせる燃料噴射弁を１本減らす内燃機関の燃料噴射制御装置。

上記発明によると、前記複数の燃料噴射弁のうちの１本が閉固着故障した気筒だけで、他の気筒よりも少ない数の燃料噴射弁で噴射が行われると、混合気形成に気筒間で差が生じることになるため、例えば、２本のうちの１本が閉固着故障した気筒が発生すると、全気筒で、１本だけで燃料噴射を行わせる。

１…内燃機関、２…燃焼室、３…吸気ダクト、４ａ，４ｂ…吸気マニホールド、５…吸気ポート、６…吸気弁、８ａ…第１燃料噴射弁、８ｂ…第２燃料噴射弁、１６…電子制御スロットル、２１…ＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）、２６ａ，２６ｂ…空燃比センサ

Claims (2)

1. １気筒当たり２本の燃料噴射弁を吸気通路に備える内燃機関に適用される燃料噴射制御装置であって、
   前記２本の燃料噴射弁について故障の有無を診断する診断手段と、
   前記診断手段で故障発生が診断された場合に、前記２本の燃料噴射弁からの燃料噴射量の総量を、正常時の総量に近づけるように、前記２本の燃料噴射弁のうちの少なくとも１本について噴射パルス幅及び／又は燃料供給圧を補正する補正手段と、
   を含み、
   前記診断手段は、気筒別に空燃比を検出する空燃比検出手段を含み、気筒別に検出される空燃比に基づいて空燃比異常が発生している気筒を判別し、空燃比異常が判別された気筒に備えられている前記２本の燃料噴射弁の中から、補正対象とする１本の燃料噴射弁を入れ替えて設定し、
   補正対象として設定した１本の燃料噴射弁の噴射パルス幅を、前記２本の燃料噴射弁の実噴射総量が基準総量からずれている分を相殺するように補正し、当該噴射パルス幅の補正によって空燃比異常がより大きく縮小したときに補正対象とした１本の燃料噴射弁を、正常な燃料噴射弁として特定する、内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記内燃機関が、複数気筒からの排気の合流部で、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する空燃比センサを備え、
   前記空燃比検出手段が、前記空燃比センサからの検出信号と、各気筒の排気行程との相関から、各気筒の空燃比を示す検出信号を求め、気筒別に空燃比を検出する、請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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