JP6137682B2 - 多気筒内燃機関の気筒間空燃比のインバランス診断装置 - Google Patents
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Description
このような多気筒の内燃機関においては、例えばインジェクタ等の部品のばらつきや経年劣化等に起因して、各気筒の空燃比のインバランス(ばらつき)が生じる場合がある。
気筒間の空燃比のばらつきが大きくなった場合、特定の気筒でリッチ失火、リーン失火等の燃焼不安定状態が発生し、エンジンの回転変動等の原因となる。
また、特許文献2には、気筒間の燃焼状態のばらつきを改善するために燃料噴射量を増加補正する技術において、燃焼状態の急変を抑制するために増加補正後にその補正量をゼロに向けて徐変させることが記載されている。
また、特許文献3には、内燃機関の回転変動量を所定値と比較して気筒間空燃比ばらつきについての判定を行うとともに、判定の結果、気筒間空燃比にばらつきの可能性があると判定した場合、燃料噴射量を強制的に所定量だけ増大させ、そのときの回転変動量に基づいて気筒間空燃比ばらつきの異常有無判定を確定させることが記載されている。
また、特許文献4には、回転変動量が設定範囲を超える回数が所定値を超えた場合に気筒間空燃比ばらつきが生じていると判定することが記載されている。
また、特許文献5には、空燃比の補正係数を用いて空燃比フィードバックを行うとともに、インバランス判定のために燃料噴射量を変更するときは、空燃比フィードバックを停止させることが記載されている。
インバランス診断においては、空燃比をリッチ側又はリーン側に徐変させながら回転変動を検出して行うことから、診断にある程度の時間を要するが、この間に例えばドライバが車両を走行させた場合等には、診断が中断され、その後再び診断実行条件が充足した場合に診断が再開されることになる。
しかし、この場合診断再開時に再び空燃比を初期値から徐変させることになるため、診断終了までの時間が長くかかってしまう。
また、ドライバが診断確定までに要する時間よりも短い周期で車両の発進、停止を繰り返した場合には、診断を終了できないことも懸念される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、診断を一旦中断した後に再開する際の診断を迅速化した多気筒内燃機関の気筒間空燃比のインバランス診断装置を提供することである。
請求項1に係る発明は、多気筒内燃機関の気筒間空燃比のインバランス診断装置であって、出力変動を検出する出力変動検出手段と、前記出力変動検出手段の出力に基づいて気筒間空燃比のインバランス有無を検出する第1の診断手段と、気筒間空燃比のインバランスが検出されかつ診断条件が充足された場合に、空燃比フィードバック制御を停止するとともに空燃比をリッチ側又はリーン側へ除変させる燃料噴射量強制変更制御手段と、前記燃料噴射量強制変更制御手段による空燃比の徐変が行われた際の前記出力変動検出手段の出力に基づいて故障気筒を特定する第2の診断手段と、前記第2の診断手段による診断中に前記診断条件が非充足となった場合に、当該時点における空燃比のシフト量を保持する空燃比シフト量保持手段とを備え、前記第2の診断手段は、診断中に前記診断条件が非充足となり診断を中断した後に、前記診断条件が充足して診断を再開する際に、前記空燃比シフト量保持手段が保持するシフト量まで空燃比を通常の徐変に対して高速で推移させ、その後さらにリッチ側又はリーン側への除変を行って診断を行うことを特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比のインバランス診断装置である。
これによれば、診断が中断された際の空燃比のリッチ側又はリーン側へのシフト量を学習値として保持し、次回診断再開時には保持されたシフト量まで高速で推移させ、ここから空燃比の徐変を開始することによって、診断成立までの時間を短縮することができる。
実施例において、多気筒内燃機関は、例えば乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載される水平対向4気筒の4ストローク直噴ガソリンエンジンである。
図1に示すように、インバランス診断装置1は、エンジン制御ユニット10、空燃比センサ11、クランク角センサ12、第1気筒インジェクタ21、第2気筒インジェクタ22、第3気筒インジェクタ23、第4気筒インジェクタ24等を有して構成されている。
エンジン制御ユニット10は、CPU等の情報処理装置、RAMやROM等の記憶装置、入出力インターフェイス及びこれらを接続するバス等を有して構成されている。
エンジン制御ユニット10は、本発明にいう第1、第2の診断手段、燃料噴射量強制変更制御手段、及び、空燃比シフト量保持手段として機能する。
空燃比センサ11は、エンジンの排気管路に設けられ、排ガス中の成分を検出することによって、4気筒平均での空燃比を逐次検出するものである。
クランク角センサ12は、エンジンの出力軸であるクランクシャフトの角度位置(位相)を逐次検出するものである。
エンジン制御ユニット10は、クランク角センサ12の出力信号に基づいて、クランクシャフトの回転速度を実質的にリアルタイムで検出可能となっている。
ここで、特定気筒の燃焼が不安定となったり失火が生じることによって、エンジンに出力変動が生じた場合には、クランクシャフトの回転速度が当該気筒と相関する特定の位相において低下することになる。
クランク角センサ12は、エンジンの出力変動を検出する出力変動検出手段として機能する。
第1気筒インジェクタ21〜第4気筒インジェクタ24は、燃料ポンプによって加圧された燃料(ガソリン)が供給されるとともに、エンジン制御ユニット10から伝達される開弁信号に応じて、ソレノイドやピエゾ素子等のアクチュエータによって開閉される弁体を備えている。
第1気筒インジェクタ21〜第4気筒インジェクタ24は、燃料噴射量及び噴射時期をエンジン制御ユニット10によって個別に制御されている。
エンジン制御ユニット10は、インバランス診断時等ではない通常の運転時には、空燃比センサ11の出力を用いて、4気筒平均での空燃比が目標空燃比に近づくように空燃比のフィードバック制御を行なっている。
このようなインバランスには特定気筒の空燃比のみが他気筒に対してリッチとなるリッチ故障、リーンとなるリーン故障がある。
インバランス診断においては、回転変動が生じているクランクシャフトの角度位置に基づいてインバランス気筒の特定を行うが、必ずしも回転変動の原因となっている気筒がインバランス気筒であるとは限らない。
このような場合には、フィードバック制御を停止して、全体の空燃比をリッチ側に徐変すると、リーン失火がなくなることによって回転変動は改善される。さらにリッチ側にシフトすると、リッチ故障が生じている気筒のリッチ失火が発生し、これによる新たな回転変動が検出される。
一方、特定の気筒にリーン故障が生じている場合には、当該気筒の燃焼が悪化して故障気筒の回転変動パラメータが大きくなる。
図2は、図1のインバランス診断装置におけるインバランス診断時の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
<ステップS01:インバランス故障検出>
エンジン制御ユニット10は、空燃比センサ11及びクランク角センサ12の出力に基づいて、空燃比が所定範囲でありかつ回転変動が所定値以上である場合には、インバランス故障が生じているものと判定し、故障気筒を特定する必要があるとしてステップS02に進む。
エンジン制御ユニット10は、クランクシャフトの回転変動の直接的原因となっている気筒(燃焼が不安定と認められる気筒)である気筒Aを仮故障気筒としてストアする。
その後、ステップS03に進む。
エンジン制御ユニット10は、回転変動パラメータ(例えば、所定時間における回転速度の変化量)を、予め設定された第1閾値と比較する。
回転変動パラメータが第1閾値より大きい場合はステップS04に進み、その他の場合はステップS06に進む。
エンジン制御ユニット10は、ステップS02において仮故障気筒としてストアされた気筒Aが故障気筒であると診断を確定させる。
その後、ステップS05に進む。
エンジン制御ユニット10は、気筒特定完了フラグをセットし、一連の処理を終了(リターン)する。
エンジン制御ユニット10は、予め設定された気筒特定条件が成立したか否かを判別する。
気筒特定条件として、例えば、暖機終了後(エンジン冷却水温所定値以上、ファストアイドル終了)でありかつアイドリング中であることなどが挙げられる。
気筒特定条件が成立している場合は、ステップS08に進み、不成立である場合はステップS07に進む。
エンジン制御ユニット10は、現在の燃料増量値を学習値としてストアする。
その後、一連の処理を終了(リターン)する。
エンジン制御ユニット10は、空燃比フィードバック制御のMAX(最リッチ)、MIN(最リーン)側のガード値を徐変して1とし、空燃比フィードバック制御を実質的に停止させる。
その後、ステップS09に進む。
エンジン制御ユニット10は、燃料増加量を学習値に応じて設定するとともに、ここからさらに燃料増加量を徐々に増加させながら所定のリッチ側ガード値に近づけ、各気筒の空燃比をリッチ側に徐変させるリッチシフト制御を行なう。
その後、ステップS10に進む。
エンジン制御ユニット10は、空燃比リッチシフト後の点火回数を予め設定された診断開始ディレイ値と比較する。
点火回数が診断開始ディレイ値よりも大きい場合にはステップS11に進み、その他の場合にはステップS09に戻り、以後の処理を繰り返す。
エンジン制御ユニット10は、所定期間内に回転変動パラメータが所定値よりも大きくなった回数をカウントする。
そして、カウント値が予め設定された所定値であるN回よりも多かった場合にはステップS13に進み、その他の場合にはステップS12に進む。
エンジン制御ユニット10は、エンジンの点火回数を予め設定された所定値と比較し、所定値よりも大きい場合にはステップS13に進み、その他の場合にはステップS09に戻り、以後の処理を繰り返す。
エンジン制御ユニット10は、気筒特定診断実行を決定する。
その後、ステップS14に進む。
エンジン制御ユニット10は、ステップS13において気筒特定診断実行を決定してからの経過時間(診断時間)を、予め設定された所定値と比較する。
そして、診断時間が所定値以上である場合にはステップS15に進み、その他の場合にはステップS14を繰り返す。
エンジン制御ユニット10は、回転変動パラメータが大きくなっている気筒Bを仮故障気筒としてストアする。
その後、ステップS16に進む。
エンジン制御ユニット10は、回転変動パラメータを、予め設定された第2閾値と比較する。
回転変動パラメータが第2閾値より大きい場合はステップS17に進み、その他の場合はステップS18に進む。
エンジン制御ユニット10は、ステップS15において仮故障気筒としてストアされた気筒Bが故障気筒であると診断を確定させる。
その後、ステップS21に進む。
エンジン制御ユニット10は、仮故障気筒Bの対向気筒である気筒Cの回転変動パラメータを、仮故障気筒Aの回転変動パラメータと比較する。
気筒Cの回転変動パラメータのほうが大きい場合にはステップS19に進み、その他の場合にはステップS20に進む。
エンジン制御ユニット10は、気筒Cが故障気筒であると診断を確定させる。
その後、ステップS21に進む。
エンジン制御ユニット10は、気筒Aが故障気筒であると診断を確定させる。
その後、ステップS21に進む。
エンジン制御ユニット10は、気筒特定完了フラグをセットし、その後ステップS22に進む。
エンジン制御ユニット10は、燃料増加量の学習値を徐変して通常状態に復帰させる。
その後、ステップS23に進む。
エンジン制御ユニット10は、空燃比フィードバック制御のMAX、MINガード値を徐変して通常状態に復帰させ、空燃比フィードバック制御を再開させる。
図3において、横軸は時間を示し、縦軸は、回転変動量、増量条件成立フラグ、燃料増加量、車速をそれぞれ示している。
この燃料増加量は、逐次学習値として記憶されている。
その後、車両の走行によって診断が中断(キャンセル)され、再開するときは、初回診断時のように徐変させるのではなく、前回診断中断時の学習値に係る燃料増加量(空燃比)までステップ状に変化させるか、あるいは、初回診断時の徐変量よりも燃料増加率が大きくなるように徐変させて、短時間で燃料を増量させる。このため、診断成立までに要する時間が短縮される。
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、インバランス診断装置の構成は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することが可能である。
また、診断対象となるエンジンの形式も特に限定されない。
例えば、実施例では診断対象のエンジンは水平対向4気筒であったが、直列エンジン、V型エンジンや、気筒数が異なるエンジンにも本発明は適用可能である。
例えば、直列4気筒である場合には、実施例における「対向気筒」を、「クランク角360°間隔で爆発する他気筒」と読み替えればよい。
また、V型エンジンや水平対向エンジンで空燃比フィードバックをバンク毎に行っている場合には、バンク毎に診断を行うようにするとよい。
また、実施例のエンジンは例えばガソリン直噴エンジンであるが、これに限らずポート噴射のエンジンや、ガソリン以外の燃料を用いるエンジンであってもよい。
また、実施例では、空燃比をリッチ側へ徐変して故障気筒の特定診断を行っているが、これに限らず、空燃比をリーン側へ徐変して故障気筒の特定診断を行うようにしてもよい。
11 空燃比センサ 12 クランク角センサ
21 第1気筒インジェクタ 22 第2気筒インジェクタ
23 第3気筒インジェクタ 24 第4気筒インジェクタ
Claims (1)
- 多気筒内燃機関の気筒間空燃比のインバランス診断装置であって、
出力変動を検出する出力変動検出手段と、
前記出力変動検出手段の出力に基づいて気筒間空燃比のインバランス有無を検出する第1の診断手段と、
気筒間空燃比のインバランスが検出されかつ診断条件が充足された場合に、空燃比フィードバック制御を停止するとともに空燃比をリッチ側又はリーン側へ除変させる燃料噴射量強制変更制御手段と、
前記燃料噴射量強制変更制御手段による空燃比の徐変が行われた際の前記出力変動検出手段の出力に基づいて故障気筒を特定する第2の診断手段と、
前記第2の診断手段による診断中に前記診断条件が非充足となった場合に、当該時点における空燃比のシフト量を保持する空燃比シフト量保持手段とを備え、
前記第2の診断手段は、診断中に前記診断条件が非充足となり診断を中断した後に、前記診断条件が充足して診断を再開する際に、前記空燃比シフト量保持手段が保持するシフト量まで空燃比を通常の徐変に対して高速で推移させ、その後さらにリッチ側又はリーン側への除変を行って診断を行うこと
を特徴とする多気筒内燃機関の気筒間空燃比のインバランス診断装置。
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