JP5904197B2 - 内燃機関の診断装置 - Google Patents
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Description
多気筒型の内燃機関の少なくとも一部の気筒からなる評価対象気筒群を対象として気筒間の空燃比のずれ量を評価する内燃機関の診断装置であって、
筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるリッチ気筒であるか、あるいは空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるリーン気筒であるかを前記評価対象気筒群に関して気筒毎に判別する気筒空燃比判別手段と、
前記気筒空燃比判別手段によってリーン気筒の存在が認められた場合に、存在するリーン気筒での理論空燃比に対する空燃比のリーン度合いを推定するリーン度合推定手段と、
前記筒内圧力検出手段により検出される筒内圧力を用いて、膨張行程のポリトロープ指数を前記評価対象気筒群に関して気筒毎に算出するポリトロープ指数算出手段と、
空燃比のリーン度合いを推定したリーン気筒である基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数と当該リーン度合いとに基づいて、膨張行程のポリトロープ指数と空燃比指標値との関係を規定する関係情報と前記基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数とを関連付ける関係特定手段と、
前記基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数と、前記関係特定手段によって前記基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数と関連付けられた前記関係情報と、前記評価対象気筒群内の前記基準リーン気筒以外の気筒での膨張行程のポリトロープ指数とに基づいて、気筒間の空燃比のずれ量を算出する空燃比ずれ量算出手段と、
を備えることを特徴とする。
多気筒型の内燃機関の少なくとも一部の気筒からなる評価対象気筒群を対象として気筒間の空燃比のずれ量を評価する内燃機関の診断装置であって、
筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるリッチ気筒であるか否かを前記評価対象気筒群に関して気筒毎に判別するリッチ気筒判別手段と、
前記筒内圧力検出手段により検出される筒内圧力を用いて、膨張行程のポリトロープ指数を前記評価対象気筒群に関して気筒毎に算出するポリトロープ指数算出手段と、
前記評価対象気筒群のすべてがリッチ気筒となる場合に、前記評価対象気筒群内の各気筒での膨張行程のポリトロープ指数と、膨張行程のポリトロープ指数と空燃比指標値との関係を規定する関係情報とに基づいて気筒間の空燃比のずれ量を算出する空燃比ずれ量算出手段と、
を備えることを特徴とする。
前記リーン度合推定手段は、前記筒内圧力検出手段により検出される筒内圧力を用いて前記基準リーン気筒での発熱量もしくは燃焼速度を算出し、算出した発熱量が小さいほど、もしくは算出した燃焼速度が低いほど、前記基準リーン気筒の空燃比のリーン度合いが大きいと推定することを特徴とする。
前記空燃比ずれ量算出手段により算出された気筒間の空燃比のずれ量が所定の判定値よりも大きい場合に、空燃比が気筒間でインバランス状態にあると判定するインバランス検出手段をさらに備えることを特徴とする。
多気筒型の内燃機関の少なくとも一部の気筒からなる評価対象気筒群を対象として空燃比を評価する内燃機関の診断装置であって、
筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるリッチ気筒であるか、あるいは空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるリーン気筒であるかを前記評価対象気筒群に関して気筒毎に判別する気筒空燃比判別手段と、
前記気筒空燃比判別手段によってリーン気筒の存在が認められた場合に、存在するリーン気筒での空燃比指標値を算出する第1の空燃比指標値算出手段と、
前記筒内圧力検出手段により検出される筒内圧力を用いて、膨張行程のポリトロープ指数を前記評価対象気筒群に関して気筒毎に算出するポリトロープ指数算出手段と、
空燃比指標値を算出したリーン気筒である基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数と当該空燃比指標値とに基づいて、膨張行程のポリトロープ指数と空燃比指標値との関係を規定する関係情報と前記基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数とを関連付ける関係特定手段と、
前記関係特定手段によって前記基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数と関連付けられた前記関係情報と、前記評価対象気筒群内の前記基準リーン気筒以外の気筒での膨張行程のポリトロープ指数とに基づいて、前記基準リーン気筒以外の気筒の空燃比指標値を算出する第2の空燃比指標値算出手段と、
を備えることを特徴とする。
前記ポリトロープ指数算出手段は、燃焼終了点以降であって排気弁の開弁時期よりも前の膨張行程中の2点以上の筒内圧力および筒内容積を用いて、膨張行程のポリトロープ指数を算出することを特徴とする。
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1における内燃機関10のシステム構成を説明するための図である。
図1に示すシステムは、多気筒型の内燃機関10を備えている。ここでは、内燃機関10は、一例として、火花点火式の直列4気筒型のガソリンエンジンであるものとする。内燃機関10の各気筒内には、ピストン12が設けられている。筒内におけるピストン12の頂部側には、燃焼室14が形成されている。燃焼室14には、吸気通路16および排気通路18が連通している。
(既燃ガスの比熱比と空燃比との関係)
図2は、本発明の実施の形態1において着目する既燃ガスの比熱比(κ)と空燃比(A/F)との関係を表した図である。図3は、比熱比とガス温度との関係を表した図である。なお、図3は、内燃機関10の燃料であるガソリンのものではないがガソリンと同様の傾向を有する炭化水素燃料(CnH2n)を燃料とする理論空燃比(空気過剰率λ=1)下での燃焼ガスと、空気とを例示したものである。
筒内圧センサ30の出力値を利用して既燃ガスの比熱比を算出することができれば、図2に示す関係を利用して空燃比を把握することが可能となる。しかしながら、実際の既燃ガスは理想気体ではなく、また、冷却損失があるため膨張行程は断熱過程ではなく、さらに、シリンダの圧縮抜けも生じ得る。このため、筒内圧センサ30の出力値を利用して既燃ガスの比熱比自体を推定することは困難である。その一方で、膨張行程は、外部との熱の出入りを考慮したポリトロープ変化として扱うことができる。
膨張行程のポリトロープ変化では、ポリトロープ指数をmとすると、関係式(PVm=一定)が成立すると考えることができる。図4に示すように、両対数グラフ上では、膨張行程における筒内圧力Pと筒内容積Vとの関係は、傾きが−mの直線として表されるといえる。そして、燃焼期間の終了後(ただし、燃焼終了点以降から排気弁22の開弁前)の膨張行程においては、ポリトロープ指数mは、実機に作用する既燃ガスの比熱比に相当する値(より具体的には、筒内圧センサ30を利用して算出可能な燃焼パラメータの中で既燃ガスの比熱比に良好に近い値)となる。
燃焼期間終了後の膨張行程のポリトロープ指数mは、既燃ガスの比熱比に近い値であるので、ポリトロープ指数mと空燃比との間にも、図2を参照して上述した比熱比と空燃比との関係と同様の関係があるといえる(後述の図6(B)参照)。ポリトロープ指数mは筒内圧センサ30の出力と上記(1)式とを利用して実機上で算出することができるので、ポリトロープ指数mと空燃比との関係が分かれば、空燃比を把握できるようになるといえる。しかしながら、比熱比やポリトロープ指数mは、空燃比に対して一律で定まるものではない。運転条件(エンジン負荷、エンジン回転速度および冷却水温度など)に応じて変化する筒内のガス温度の影響を受けるためである。
図5は、本発明の実施の形態1における気筒間の空燃比インバランス検出手法を実現するために、ECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、気筒間の空燃比インバランス検出を行う所定の実行条件が成立した際に起動される。当該実行条件は、基本的には、空燃比の上記フィードバック制御によって三元触媒34に流入する排気ガスの空燃比(すなわち、全気筒からの排気ガスの合流後の排気ガスの空燃比)が理論空燃比となるように制御されている定常運転時に成立するものとする。ただし、検出処理に影響が出るレベルでの空燃比の荒れが認められたり、あるいは吸入空気量の大きな変化が認められたりする状況でなければ、本検出手法は内燃機関10が厳密な定常状態にある時に限らずに行われるようになっていてもよい。
本実施形態で着目する比熱比と空燃比との関係は、既述したように理論空燃比にて比熱比が最低となり、空燃比が理論空燃比に対してリッチもしくはリーンになるほど比熱比が高くなるというものである。したがって、リッチ気筒間もしくはリーン気筒間であれば、比熱比の差が大きいほど気筒間の空燃比のずれ量が大きいといえるが、リッチ気筒とリーン気筒の間では同じことがいえない。そこで、本実施形態では、筒内圧センサ30の出力を利用して算出可能な値であって空燃比に対して比熱比と同様の感度を有する膨張行程のポリトロープ指数mが気筒毎に算出されるとともに、リッチ気筒とリーン気筒のどちらであるかが気筒毎に判別される。ただし、既述したように、膨張行程のポリトロープ指数mと空燃比との関係(m−AFカーブ)は、運転条件に応じたカーブとして記憶させておくだけではポリトロープ指数mの値と空燃比の値とを絶対値で特定するまでの精度を得ることは困難である。
また、上述した実施の形態1においては、ECU40が上記ステップ118および120の処理を実行することにより前記第4の発明における「インバランス検出手段」が実現されている。
次に、図7および図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU40に図5に示すルーチンに代えて後述の図8に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
図7は、本発明の実施の形態2における気筒間の空燃比インバランスの検出手法を説明するための図である。
図8は、本発明の実施の形態2における気筒間の空燃比インバランス検出手法を実現するために、ECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、図8において、実施の形態1における図5に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、本ルーチンは、上記図5に示すルーチンとは異なり、リッチバーン運転時に気筒間の空燃比インバランス検出に関する他の実行条件が成立していることを条件として起動されるものである。
また、上述した実施の形態2においても、ECU40が上記ステップ118および120の処理を実行することにより前記第4の発明における「インバランス検出手段」が実現されている。
次に、図9および図10を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU40に図5に示すルーチンに代えて後述の図10に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
図9は、本発明の実施の形態3における各気筒の空燃比検出手法を説明するための図である。
本実施形態の空燃比算出手法は、基本的に実施の形態1のインバランス検出手法を応用したものである。実施の形態1の手法によれば、基準リーン気筒の空燃比のリーン度合いを推定する過程で目安となる空燃比の値が算出されている。また、この基準リーン気筒のポリトロープ指数mと他の気筒(リッチ気筒とリーン気筒のどちらであるかが特定されている気筒)のポリトロープ指数mとの差をm−AFカーブ上で取得することで、基準リーン気筒以外の気筒での目安となる空燃比の値がリッチ気筒であるかリーン気筒であるかを問わずに算出されている。本実施形態の手法は、図9に示すように、このようにして算出される空燃比の値を利用して各気筒の空燃比を検出するというものである。
図10は、本発明の実施の形態3における各気筒の空燃比検出手法を実現するために、ECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、図10において、実施の形態1における図5に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、本ルーチンが起動される条件については、上記図5に示すルーチンと同じであるものとする。
12 ピストン
14 燃焼室
16 吸気通路
18 排気通路
20 吸気弁
22 排気弁
24 スロットルバルブ
26 燃料噴射弁
28 点火プラグ
30 筒内圧センサ
32 空燃比センサ
34 三元触媒
40 ECU(Electronic Control Unit)
42 クランク角センサ
44 エアフローメータ
46 排気カム角センサ
Claims (6)
- 多気筒型の内燃機関の少なくとも一部の気筒からなる評価対象気筒群を対象として気筒間の空燃比のずれ量を評価する内燃機関の診断装置であって、
筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるリッチ気筒であるか、あるいは空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるリーン気筒であるかを前記評価対象気筒群に関して気筒毎に判別する気筒空燃比判別手段と、
前記気筒空燃比判別手段によってリーン気筒の存在が認められた場合に、存在するリーン気筒での理論空燃比に対する空燃比のリーン度合いを推定するリーン度合推定手段と、
前記筒内圧力検出手段により検出される筒内圧力を用いて、膨張行程のポリトロープ指数を前記評価対象気筒群に関して気筒毎に算出するポリトロープ指数算出手段と、
空燃比のリーン度合いを推定したリーン気筒である基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数と当該リーン度合いとに基づいて、膨張行程のポリトロープ指数と空燃比指標値との関係を規定する関係情報と前記基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数とを関連付ける関係特定手段と、
前記基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数と、前記関係特定手段によって前記基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数と関連付けられた前記関係情報と、前記評価対象気筒群内の前記基準リーン気筒以外の気筒での膨張行程のポリトロープ指数とに基づいて、気筒間の空燃比のずれ量を算出する空燃比ずれ量算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の診断装置。 - 多気筒型の内燃機関の少なくとも一部の気筒からなる評価対象気筒群を対象として気筒間の空燃比のずれ量を評価する内燃機関の診断装置であって、
筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるリッチ気筒であるか否かを前記評価対象気筒群に関して気筒毎に判別するリッチ気筒判別手段と、
前記筒内圧力検出手段により検出される筒内圧力を用いて、膨張行程のポリトロープ指数を前記評価対象気筒群に関して気筒毎に算出するポリトロープ指数算出手段と、
前記評価対象気筒群のすべてがリッチ気筒となる場合に、前記評価対象気筒群内の各気筒での膨張行程のポリトロープ指数と、膨張行程のポリトロープ指数と空燃比指標値との関係を規定する関係情報とに基づいて気筒間の空燃比のずれ量を算出する空燃比ずれ量算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の診断装置。 - 前記リーン度合推定手段は、前記筒内圧力検出手段により検出される筒内圧力を用いて前記基準リーン気筒での発熱量もしくは燃焼速度を算出し、算出した発熱量が小さいほど、もしくは算出した燃焼速度が低いほど、前記基準リーン気筒の空燃比のリーン度合いが大きいと推定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の診断装置。
- 前記空燃比ずれ量算出手段により算出された気筒間の空燃比のずれ量が所定の判定値よりも大きい場合に、空燃比が気筒間でインバランス状態にあると判定するインバランス検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載の内燃機関の診断装置。
- 多気筒型の内燃機関の少なくとも一部の気筒からなる評価対象気筒群を対象として空燃比を評価する内燃機関の診断装置であって、
筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるリッチ気筒であるか、あるいは空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるリーン気筒であるかを前記評価対象気筒群に関して気筒毎に判別する気筒空燃比判別手段と、
前記気筒空燃比判別手段によってリーン気筒の存在が認められた場合に、存在するリーン気筒での空燃比指標値を算出する第1の空燃比指標値算出手段と、
前記筒内圧力検出手段により検出される筒内圧力を用いて、膨張行程のポリトロープ指数を前記評価対象気筒群に関して気筒毎に算出するポリトロープ指数算出手段と、
空燃比指標値を算出したリーン気筒である基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数と当該空燃比指標値とに基づいて、膨張行程のポリトロープ指数と空燃比指標値との関係を規定する関係情報と前記基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数とを関連付ける関係特定手段と、
前記関係特定手段によって前記基準リーン気筒での膨張行程のポリトロープ指数と関連付けられた前記関係情報と、前記評価対象気筒群内の前記基準リーン気筒以外の気筒での膨張行程のポリトロープ指数とに基づいて、前記基準リーン気筒以外の気筒の空燃比指標値を算出する第2の空燃比指標値算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の診断装置。 - 前記ポリトロープ指数算出手段は、燃焼終了点以降であって排気弁の開弁時期よりも前の膨張行程中の2点以上の筒内圧力および筒内容積を用いて、膨張行程のポリトロープ指数を算出することを特徴とする請求項1〜5の何れか1つに記載の内燃機関の診断装置。
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