JPH0821289A

JPH0821289A - 筒内噴射式火花点火機関

Info

Publication number: JPH0821289A
Application number: JP6155961A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Miyashita; 茂樹宮下; Tadashi Fukuyama; 正福山; Hiroaki Nihei; 裕昭仁平
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】筒内燃料噴射弁のオープンスティック異常に
よる失火時に、機関の運転を停止することなく排気系の
異常温度上昇を防止する。【構成】共通のデリバリパイプ８に接続され、エンジ
ン１の各気筒に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁２
と、デリバリパイプ内の燃料圧力を検出する燃料圧力セ
ンサ３３と、エンジン回転数を検出するセンサ３２と、
エンジン制御のための制御回路（ＥＣＵ３０）を設けた
構成とする。ＥＣＵはエンジン回転数の変動から失火を
が発生したことを検出するとともに、デリバリパイプへ
の燃料供給量と燃料噴射量とから燃料噴射量のオープン
スティック異常が発生したことをを検出し、オープンス
ティックによる失火時には減速時のフュエルカット、リ
ーンバーン等を禁止し、正常な気筒の排気中の酸素濃度
を減少させることにより、失火気筒からの未燃燃料が排
気系で燃焼することを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気筒内に直接燃料を噴
射する筒内燃料噴射弁を備えた筒内噴射式火花点火機関
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧の燃料が供給される共通のリザーバ
を設け、この共通のリザーバから各気筒内に直接燃料を
噴射する筒内燃料噴射弁に燃料を供給する形式の燃料系
を有する機関が公知である。例えば、この種の機関の例
としては特開昭６２−６４５号公報に記載されたものが
ある。同公報の機関は、燃料系に共通の蓄圧室を設け、
この蓄圧室に各気筒に設けた筒内燃料噴射弁を接続した
構成とされ、蓄圧室には燃料供給ポンプから高圧の燃料
油が供給される。また、蓄圧室内の燃料油圧力は運転状
態に応じた一定値になるように燃料供給ポンプの作動が
制御され、各気筒への燃料噴射量は燃料噴射弁の開弁時
間を制御することにより調節される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような筒内噴射
式機関では、燃料噴射弁が直接気筒内に開口するため燃
料噴射弁の作動不良が生じやすくなる傾向がある。この
作動不良の態様としては、例えば燃焼により発生するカ
ーボン等の異物の噛み込みや作動部の固着などにより燃
料噴射弁が完全に閉弁しなくなり、常時開弁状態になる
いわゆるオープンスティックや、逆に燃料噴射弁作動部
が固着して燃料噴射弁が常時閉弁状態になるいわゆるク
ローズスティック等がある。しかし、上記特開昭６２−
６４５号公報の筒内噴射式機関のように、高圧燃料を共
通のリザーバから各噴射弁に供給するような場合には、
特に燃料噴射弁のオープンスティックが問題となる。

【０００４】すなわち、各気筒の燃料噴射量は筒内燃料
噴射弁の開弁時間を調節することにより制御されてい
る。一方、共通のリザーバ内には常に高圧の燃料が供給
されているため、燃料噴射弁のオープンスティックが生
じると開弁状態でスティックした燃料噴射弁からは常時
燃料が噴射されることになり、気筒内には多量の燃料が
供給されることになる。

【０００５】特に、ガソリンエンジン等の筒内噴射式火
花点火機関では上記のように燃料噴射弁のオープンステ
ィックが生じると、気筒内に多量の燃料が供給されるこ
とにより混合気の空燃比が大幅にリッチになり可燃空燃
比範囲から外れるため、燃料噴射弁が異常を生じた気筒
では失火が生じ、このため、異常を生じた気筒からは多
量の未燃燃料が排気系に排出されることになる。

【０００６】一方、上記異常を生じた気筒以外の気筒で
は燃料噴射弁が正常に作動して燃焼が行われている。特
に、ガソリンエンジンでは筒内燃料噴射は、低負荷時に
気筒内に噴射した燃料を成層化して希薄燃焼を行うリー
ンバーンエンジンに使用されることが多く、これらの場
合には正常な気筒からの排気ガスには極めて多量の酸素
が含まれている。このため、異常を生じた気筒から排出
された未燃燃料がこれらの正常な気筒から排出された高
温かつ多量の酸素を含む排気ガスと接触し、排気通路内
で燃焼したり、あるいは排気通路に配置された排気浄化
触媒に到達して燃焼したりする場合が生じる。排気系で
の未燃燃料の燃焼が生じると排気系の温度が異常に上昇
するため、極端な場合には排気管や触媒の溶損を生じる
等の問題がある。

【０００７】また、上記燃料噴射弁のオープンスティッ
クが生じた場合には、オープンスティックが生じた燃料
噴射弁への燃料供給圧を下げて、燃料噴射を低減または
停止すれば上記のような問題は生じないのであるが、前
述のように各燃料噴射弁が共通のリザーバに接続されて
いる機関では、オープンスティックを生じた燃料噴射弁
のみへの燃料供給を停止することはできない。このた
め、一部の気筒で燃料噴射弁のオープンスティックが生
じた場合でも排気系の異常温度上昇を防止するために機
関全体を停止させる必要が生じ、車両用機関にあっては
車両の走行ができず、修理等のための退避走行すらでき
なくなる問題がある。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み、筒内燃料噴射弁
にオープンスティック異常が生じた場合でも、機関を停
止することなく排気系の異常温度上昇を防止することが
可能な筒内噴射式火花点火機関を提供することを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、加圧燃料が供給されるリザーバと、各気筒毎に
設けられ前記リザーバ内の燃料を気筒内に直接噴射する
燃料噴射弁と、各気筒からの排気ガスが流入する排気通
路とを備えた筒内噴射式火花点火機関において、前記燃
料噴射弁に常時開弁状態の異常が発生したことを検出す
るオープンスティック検出手段と、機関に失火が発生し
たことを検出する失火検出手段と、前記燃料噴射弁に常
時開弁状態の異常が発生し、かつ機関に失火が発生した
ときに、機関の運転状態を変更することにより前記排気
通路内の排気ガスの酸素濃度を低減する酸素濃度抑制手
段とを備えた筒内噴射式火花点火機関が提供される。

【００１０】また、請求項２に記載の発明によれば、請
求項１に記載の筒内噴射式火花点火機関において、更に
前記リザーバに供給される燃料流量を検出する手段と、
機関吸入空気量を検出する手段と、前記燃料噴射弁の常
時開弁状態の異常が発生したときに、前記燃料流量と前
記機関吸入空気量とに基づいて、燃料噴射弁の異常が発
生した気筒内の混合気空燃比を検出する空燃比検出手段
とを備えた筒内噴射式火花点火機関が提供される。

【００１１】更に、請求項３に記載の発明によれば、請
求項２に記載の筒内噴射式火花点火機関において、更に
前記リザーバ内の燃料圧力を制御する燃料圧力調整手段
と、前記空燃比検出手段の検出した空燃比に基づいて該
燃料圧力調整手段を制御して前記燃料噴射弁の異常が生
じた気筒内の混合気空燃比を可燃空燃比範囲に保持する
空燃比制御手段とを備えた筒内噴射式火花点火機関が提
供される。

【００１２】また、請求項４に記載の発明によれば、請
求項２に記載の筒内噴射式火花点火機関において、更に
機関吸入空気量を制御する吸気調整手段と、前記空燃比
検出手段の検出した空燃比に基づいて該吸気調整手段を
制御して前記燃料噴射弁の異常が生じた気筒内の混合気
空燃比を可燃空燃比範囲に保持する空燃比制御手段とを
備えた筒内噴射式火花点火機関が提供される。

【００１３】更に、請求項５に記載の発明によれば、請
求項２に記載の筒内噴射式火花点火機関において、更に
機関回転数を制御する回転数調整手段と、前記空燃比検
出手段の検出した空燃比に基づいて前記回転数調整手段
を制御して前記燃料噴射弁の異常が生じた気筒内の混合
気空燃比を可燃空燃比範囲に保持する空燃比制御手段と
を備えた筒内噴射式火花点火機関が提供される。

【００１４】

【作用】各請求項に記載の発明では、オープンスティッ
ク検出手段により燃料噴射弁のオープンスティック状態
が検出され、かつ機関に失火が生じたことが検出された
とき、酸素濃度抑制手段は機関の運転条件を変更するこ
とにより、排気通路内の酸素濃度を低減する。すなわ
ち、酸素濃度抑制手段は減速時のフュエルカット、リー
ンバーン運転の禁止、機関への排気ガス再循環（ＥＧ
Ｒ）の禁止、さらには排気系に設けた空燃比センサ出力
による理論空燃比への空燃比フィードバック制御を禁止
すること等により、正常な気筒からの排気ガス中の酸素
濃度を低減する。これにより、正常気筒からの排気ガス
中の酸素濃度が低下して排気系内には燃焼を維持するだ
けの酸素が存在しなくなるため、燃料噴射弁がオープン
スティックを生じた気筒から排出された未燃燃料は排気
系内で燃焼することがなくなる。

【００１５】また、請求項２に記載の発明では、空燃比
検出手段はリザーバに流入する燃料流量と正常な燃料噴
射弁からの燃料噴射量との差からオープンスティックを
生じた燃料噴射弁から気筒内に噴射される燃料量を演算
し、さらに機関吸入空気量からこの気筒内吸入される空
気量を演算し、これらの燃料量と空気量との比としてオ
ープンスティックを生じた気筒内の混合気の空燃比を求
める。これにより、請求項１の作用に加え、オープンス
ティックを生じた気筒内の混合気空燃比が検出される。

【００１６】更に、請求項３に記載の発明では、燃料圧
力調整手段はリザーバ内の燃料圧力を制御することによ
り，オープンスティックを生じた気筒の空燃比を制御す
る。オープンスティックを生じた燃料噴射弁から噴射さ
れる燃料の量は燃料圧力に応じて変化するため、オープ
ンスティックを生じた気筒内の混合気空燃比はリザーバ
内の燃料圧力を変化させることにより調節可能となる。
また、空燃比制御手段は前記空燃比検出手段により検出
された空燃比が可燃空燃比の範囲内になるように上記燃
料圧力調整手段を制御する。これにより、請求項２の作
用に加えて、オープンスティックを生じた気筒内の混合
気の空燃比が可燃空燃比範囲に保持される。

【００１７】また、請求項４に記載の発明では、例えば
運転者のアクセル操作と独立して作動するサブスロット
ル弁や電子制御スロットル弁等の吸気調整手段により、
機関吸入空気量が制御されるため、オープンスティック
を生じた気筒に流入する空気量を変化させて、この気筒
内の混合気の空燃比を調節することが可能となる。ま
た、空燃比制御手段は前記空燃比検出手段により検出さ
れた空燃比が可燃空燃比の範囲内になるように上記吸気
調整手段を制御する。これにより、請求項２の作用に加
えて、オープンスティックを生じた気筒内の混合気空燃
比は可燃空燃比範囲に保持される。

【００１８】また、請求項５に記載の発明では、回転数
調整手段は機関回転数を制御する。機関回転数が変化す
ると同一出力を維持するためにエンジン吸入空気量が機
関回転数に応じて変更され、各気筒に流入する空気量は
変化する。また、エンジン１回転当たりの時間が変化す
るのでオープンスティック発生気筒で１サイクル当たり
に噴射される燃料量も変化する。従って、機関回転数を
変化させることによりオープンスティックを生じた気筒
内の混合気空燃比を制御することが可能となる。また、
空燃比制御手段は前記空燃比検出手段により検出された
空燃比が可燃空燃比の範囲内になるように上記回転数調
整手段を制御する。これにより、請求項２の作用に加え
て、オープンスティックを生じた気筒内の混合気空燃比
は可燃空燃比範囲に保持される。

【００１９】

【実施例】以下、添付図面を用いて本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明を適用する筒内噴射式火花点火
機関の全体構成を示す概略図である。図１において、１
はエンジン本体、２はエンジン１の各気筒に設けられ、
気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁、８は各筒
内燃料噴射弁２が接続された共通の燃料リザーバとして
機能するデリバリパイプである。デリバリパイプ８に
は、後述する高圧燃料ポンプ７から高圧の燃料が供給さ
れ、後述のエンジン制御回路（ＥＣＵ）３０により、デ
リバリパイプ８内の圧力は運転状態に応じた所定の値
（例えば５〜１０ＭＰａ程度の圧力）になるように制御
されている。

【００２０】本実施例の機関は車両用として用いられ、
トルクコンバータ付きの自動変速機２１が備えられてい
る。通常運転時には、自動変速機２１のギヤシフトは運
転者のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量と走行
速度とに応じてＥＣＵ３０により制御されている。ま
た、図１に２５で示すのはエンジン１の吸気通路、３１
は吸気通路入口に設けられ、エンジン吸入空気量に応じ
た電圧信号を出力するエアフローメータ、２７はスロッ
トル弁である。本実施例では、スロットル弁２７はステ
ップモータ等の独立したアクチュエータ２７ａを備え
た、いわゆる電子制御スロットルとして構成されてい
る。すなわち、本実施例では、アクチュエータ２７ａは
ＥＣＵ３０からの開度信号に応じてスロットル弁２７を
駆動し、駆動信号に応じた開度に保持するようになって
いる。また、通常運転時には、ＥＣＵ３０は運転者のア
クセルペダルの踏み込み量に一対一に対応する開度にス
ロットル弁２７の開度を制御するが、後述のように筒内
燃料噴射弁２の異常が発生したような場合には、ＥＣＵ
３０は運転者のアクセルペダル操作とは独立してスロッ
トル弁２７開度を制御可能となっている。

【００２１】ＥＣＵ３０は、本実施例ではＲＯＭ（リー
ドオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）及び入出力ポート
を双方向性バスで接続した公知の構成のディジタルコン
ピュータからなり、燃料噴射制御、点火時期制御などの
基本制御を行う他、本実施例では筒内燃料噴射弁のオー
プンスティック、エンジン失火の有無の判定および、失
火時の排気系内の酸素濃度低減、オープンスティック時
のエンジンの空燃比制御等の各制御を行う。

【００２２】これらの制御のため、ＥＣＵ３０の入力ポ
ートには、エアフローメータ３１からの吸入空気量信
号、エンジン１のクランク軸に設けられた回転数センサ
３２からのエンジン回転数に比例したパルス信号、デリ
バリパイプ８に設けられた燃料圧力センサ３３からの燃
料圧力信号がそれぞれ入力されている他、図示しないセ
ンサから車両走行速度、運転者のアクセルペダルの踏み
込み量などの信号が入力されている。

【００２３】また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、図示し
ない駆動回路を介してそれぞれの筒内燃料噴射弁２に接
続され、筒内燃料噴射弁２の開弁時間を機関負荷に応じ
て制御して各気筒への燃料噴射量を調節している他、燃
料ポンプ７の後述する吸入弁のソレノイドアクチュエー
タ７３ａ、７３ｂに接続され、吸入弁の閉弁時期を制御
することにより燃料ポンプ７の吐出量を制御している。
また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、自動変速機２１の制
御油圧切換弁（図示せず）に接続され、自動変速機２１
のシフト動作を制御している。

【００２４】次に、本実施例の燃料系統について説明す
る、図１において１１は車両の燃料タンクである。タン
ク１１内の燃料は、フィードポンプ１３により昇圧さ
れ、リターン配管１２ａを有するプレッシャレギュレー
タ１２により一定の圧力に調節され、低圧配管１８を介
して前述の高圧燃料ポンプ７に供給される。高圧燃料ポ
ンプ７はプランジャポンプとして構成されている。本実
施例では、図１に示すように高圧燃料ポンプ７は、ハウ
ジングブロック７０内に設けられた２つのシリンダ７１
ａ、７１ｂと、それぞれのシリンダ内を往復動作して燃
料油をデリバリパイプ８に圧送するプランジャ７２ａ、
７２ｂを備えている。各プランジャ７２ａ、７２ｂは、
エンジン１のクランク軸から歯付ベルト７５を介して駆
動される駆動軸７６により往復駆動される。すなわち、
駆動軸７６にはプランジャ７２ａ、７２ｂを押圧するカ
ム７７ａ、７７ｂが形成されており、駆動軸７６が回転
するとエンジン１の回転に同期してプランジャ７２ａ、
７２ｂが往復動作する。

【００２５】ポンプ７の各シリンダ７１ａ、７１ｂには
ソレノイドアクチュエータ７３ａ、７３ｂにより開閉駆
動される吸入弁７４ａ、７４ｂが設けられている。ま
た、各シリンダ７１ａ、７１ｂは逆止弁７８ａ、７８ｂ
を介して高圧配管４により筒内燃料噴射弁２のデリバリ
パイプ８に接続されている。吸入弁７４ａ、７４ｂの開
弁中、プランジャ７２ａ、７２ｂ下降中は低圧配管１８
から吸入弁を介してシリンダ７１ａ、７１ｂ内に燃料が
流入する。また、プランジャが上昇を開始するとシリン
ダ内の燃料油は開弁中の吸気弁から低圧配管１８中に逆
流する。

【００２６】次いで、プランジャの上昇中に吸入弁が閉
弁するとシリンダ内の燃料油は圧縮され、圧力が上昇
し、シリンダ内圧が高圧配管４内の圧力より高くなると
逆止弁７８ａ、７８ｂが開弁してシリンダ内の燃料油は
高圧配管４を経てデリバリパイプ８に圧送される。従っ
て燃料ポンプ７からデリバリパイプ８への燃料供給量
は、各プランジャ７２ａ、７２ｂ上昇行程における吸入
弁７４ａ、７４ｂの閉弁タイミングを変えることにより
調節可能となっている。

【００２７】本実施例では、通常運転時にはＥＣＵ３０
はソレノイドアクチュエータ７３ａ、７３ｂの閉弁時期
を変更することにより、デリバリパイプ８内の圧力ＦＰ
が機関運転条件により定まる目標圧力ＦＰ₀になるよう
に燃料ポンプ７の流量を制御している。本実施例では燃
料ポンプ７の吐出量ＦＱは以下の式で設定される。

【００２８】ＦＱ＝ＦＱ_FWD＋ＦＱ_FB ここで、ＦＱ_FWDはフィードフォワード項であり、エア
フローメータ３１により検出した吸入空気量Ｑに比例す
る値（ＦＱ＝Ｋ１×Ｑ、ここでＫ１は一定の係数）であ
る。また、ＦＱ_FBはフィードバック項であり、燃料油の
目標圧力ＦＰ₀と実際の燃料油圧力ＦＰとの偏差（ＦＰ
₀─ＦＰ）に基づくＰＩＤ（比例、積分、微分）制御に
より決定される。ここで、燃料油の目標圧力ＦＰ₀は機
関負荷条件（例えば、機関吸入空気量Ｑと機関回転数
Ｎ）とにより決定され、予めＱ、Ｎを用いた数値テーブ
ルの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納されている。

【００２９】すなわち、本実施例ではＥＣＵ３０は、一
定時間毎に実行する図示しないルーチンで、機関吸入空
気量Ｑと機関回転数Ｎとを読み込んで、吸入空気量Ｑに
係数Ｋ１を乗じてフィードフォワード項ＦＱ_FWDを計算
するともに、吸入空気量Ｑと回転数Ｎとを用いて目標燃
料圧力ＦＰ₀を数値テーブルから読み出し、実際の燃料
圧力との偏差（ＦＰ₀─ＦＰ）に基づいてフィードバッ
ク項ＦＱ_FBを計算し、これらの和としてポンプ吐出流量
ＦＱを設定する。また、ＥＣＵ３０は上記により求めた
流量ＦＱと機関回転数Ｎとからポンプ一回転当たりのポ
ンプ吐出量を求め、この吐出量を得る閉弁タイミングで
吸入弁７４ａ、７４ｂのアクチュエータ７３ａ、７３ｂ
を駆動する。

【００３０】上述の制御により、機関負荷が急に増大し
て燃料噴射弁２からの燃料噴射量が急増した場合でも燃
料ポンプ７吐出量はフィードフォワード項ＦＱ_FWDによ
り負荷変動に追従して増大し、デリバリパイプ８の燃料
圧力が低下することが防止される。また、フィードバッ
ク項ＦＱ_FBにより、負荷条件の微小な変動による燃料圧
力の変動や製品毎のばらつきや各要素の経年変化などに
より生じる燃料圧力と目標値との恒常的偏差が補正され
る。さらに、いずれかの燃料噴射弁２がオープンスティ
ックを生じて、この燃料噴射弁からの燃料噴射量が増大
した場合でも、フィードバック項ＦＱ_FBが増大し、燃料
ポンプ７の吐出量ＦＱが増大するためデリバリパイプ８
内の燃料圧力は目標圧力ＦＰ₀に維持される。

【００３１】次に、本実施例における燃料噴射弁の異常
発生時制御について説明する。前述のように、燃料噴射
弁２はシリンダ内に開口するため異物噛み込みなどによ
り常時開弁状態になるオープンスティック異常が生じや
すい。ところが、オープンスティックが生じると、燃料
噴射弁からは常時燃料が噴射されるため異常を生じた気
筒では空燃比が極端に低下して（過濃となり）可燃範囲
外となり、失火を生じる。このため、この気筒からは多
量の未燃燃料が排気系に排出され、排気系、特に排気浄
化触媒の異常温度上昇を生じることになる。

【００３２】本実施例では、上記の燃料噴射弁オープン
スティックによる失火を検出すると、後述するようにフ
ュエルカットやリーンバーン運転の禁止等、運転条件を
変更することにより排気系に排出される排気ガス中の酸
素濃度を低減して排気通路や触媒で未燃燃料が燃焼する
ことを防止するとともに、燃料圧力や吸入空気量の調整
により空燃比を可燃空燃比範囲に制御して、異常を生じ
たシリンダ内での燃焼を維持するようにする。

【００３３】以下、図２から図４を用いて、上記オープ
ンスティック異常時の制御を具体的に説明する。図２は
エンジン失火及び燃料噴射弁のオープンスティック異常
検出時の制御動作を示すフローチャートである。本ルー
チンは前述のＥＣＵ３０により一定時間毎に実行され
る。

【００３４】本ルーチンでは、ＥＣＵ３０はエンジンに
失火が発生したか否かを判定し、失火が発生した場合に
は燃料ポンプ７の吐出量設定値ＦＱの値からその失火が
燃料噴射弁のオープンスティックによるものか否かを判
定し、オープンスティックが生じている場合にはオープ
ンスティックフラグＦＯＳの値を１にセットする。ま
た、失火がオープンスティックによるものでない場合、
すなわち点火系異常等や燃料噴射弁クローズスティック
による失火の場合にはさらに、失火を生じた気筒を判別
してその気筒の燃料噴射を停止する。オープンスティッ
ク以外の原因による失火時に失火気筒の燃料噴射を停止
するのは、未燃燃料の排気系への排出を防止するためで
ある。また、燃料噴射弁のクローズスティック時にも燃
料噴射を停止するのは、異物の噛み込みなどによって噴
射口の詰まりを生じ、燃料噴射弁からの噴射率（単位時
間当たりの燃料噴射量）が極端に低下した場合もクロー
ズスティックと判定される場合があり、このような場合
にも燃料噴射を完全に停止して未燃燃料の排気系への排
出を完全に防止する必要があるためである。

【００３５】図２においてルーチンがスタートすると、
ステップ２０１では現在エンジンに失火が生じているか
否かが失火フラグＦＭＩＳの値から判定される。ＦＭＩ
ＳはＥＣＵ３０により別途一定時間毎に実行される図示
しない失火検出ルーチンにより設定されるフラグであ
り、フラグＦＭＩＳの値は失火が生じている場合には１
に、失火が生じていない場合には０にそれぞれ設定され
る。

【００３６】本実施例では、失火の有無は回転数センサ
３２により検出されたエンジン回転数の変動に基づいて
判定される。すなわち、失火が生じた気筒では爆発行程
時にトルクが発生しないため、失火気筒の爆発行程中は
他の気筒の爆発行程中に較べてエンジン回転数が低下す
る。ＥＣＵ３０は各気筒の爆発行程中のエンジン回転数
を監視し、いずれかの気筒の回転数が他の気筒の爆発行
程中のエンジン回転数より所定の比率以下に低下した場
合にエンジンが失火を生じたと判定して、フラグＦＭＩ
Ｓの値を１にセットする。

【００３７】ステップ２０１では、このフラグＦＭＩＳ
の値が１にセットされている場合にエンジンに失火が発
生したと判断してステップ２０３以下を実行する。ステ
ップ２０３では、前述の燃料ポンプ７の吐出量設定値Ｆ
Ｑの値から、燃料噴射弁に異常が生じたための失火か否
かを判定する。前述のように、ポンプ吐出量ＦＱはデリ
バリパイプ８内の燃料圧力ＦＰを目標値ＦＰ₀に維持す
る量に設定される。このため、燃料圧力制御が行われて
いる状態では、全部の燃料噴射弁２からの燃料噴射量の
合計はＦＱに等しくなる。また、燃料噴射量はＥＣＵ３
０により設定される燃料噴射弁の開弁時間に対応する値
となる。従って、燃料噴射弁が正常であれば、燃料噴射
弁の開弁時間から計算される燃料噴射量の合計とポンプ
吐出量ＦＱとは等しくなる筈である。

【００３８】ステップ２０３では、上記燃料噴射弁開弁
時間から計算される燃料噴射量合計とポンプ吐出量ＦＱ
との間に差がある場合には燃料噴射弁に異常が生じたと
判定し、ステップ２０５に進み、燃料噴射弁の異常がオ
ープンスティックによるものか否かを判定する。燃料噴
射弁にオープンスティック異常が生じると、異常が生じ
た燃料噴射弁ではＥＣＵ３０の設定した開弁時間にかか
わらず常時燃料噴射弁が開弁状態になるため、ポンプ吐
出量ＦＱはデリバリパイプ８内の燃料圧力を維持するた
めに増大し、ＦＱは燃料噴射弁開弁時間から計算される
燃料噴射量合計より大きくなる。ステップ２０５では、
上記を利用してポンプ吐出量ＦＱが燃料噴射量開弁時間
から計算される燃料噴射量より大きい場合には燃料噴射
弁のいずれかにオープンスティック異常が生じたと判断
し、ステップ２０７でオープンスティックフラグＦＯＳ
を１にセットする。オープンスティックフラグＦＯＳの
値は一旦ステップ２０７で１にセットされるとエンジン
運転中は１にセットされたままになる。また、ＥＣＵ３
０にバッテリに直接接続したスタンバイＲＡＭを設け、
保守、点検用にメインスイッチオフ後もオープンスティ
ックフラグＦＯＳの値を保持するようにしてもよい。

【００３９】次いで、ステップ２０９ではオープンステ
ィック失火時の対策として排気系の酸素濃度抑制操作が
行われる。本実施例では、オープンスティックによる失
火が発生した気筒から排出された多量の未燃燃料が排気
系や触媒で燃焼することによる排気系の異常温度上昇を
防止するために、エンジンの運転条件を変更して以下の
酸素濃度抑制操作を行う。

【００４０】エンジン減速運転時のフュエルカット操
作を禁止する。エンジンのリーンバーン運転を禁止する。吸気系への排気再循環（ＥＧＲ）を禁止する。エンジン空燃比を、排気系に設けたＯ₂センサ出力に
基づいて理論空燃比に制御する空燃比フィードバック制
御を禁止する。

【００４１】フュエルカットを禁止（上記）するの
は、減速時にフュエルカットを実行すると、正常な気筒
への燃料噴射が停止され、これらの気筒に吸入された吸
気中の酸素が燃焼により消費されないまま排気系に排出
され、排気系内の酸素濃度が増大するおそれがあるため
である。また、リーンバーン運転を禁止（上記）する
のは、筒内燃料噴射は噴射燃料を点火プラグ周りに成層
化して低負荷運転時等に全体として希薄な混合気の燃焼
（リーンバーン）を可能とするために用いられる場合が
多いが、リーンバーン運転を行うと正常な気筒からの排
気中の酸素濃度が増大し、上記と同様な問題が生じるか
らである。

【００４２】さらに、ＥＧＲを禁止（上記）するの
は、オープンスティック気筒がリーン失火を生じた場合
において吸気系に酸素を多く含む排気ガスが再循環され
ることになり、その結果排気中の酸素濃度が増大するた
めである。また、空燃比フィードバック制御を禁止（上
記）するのは、オープンスティック失火を生じた気筒
が間欠的にリッチ空燃比で燃焼したような場合には、こ
の気筒から排出される排気により、全体としてエンジン
排気がリッチになるため、Ｏ₂センサ出力に基づいてエ
ンジンを理論空燃比にフィードバック制御していると正
常な気筒への燃料噴射量がリーン空燃比側に誤補正され
てしまい、その結果排気中の酸素濃度が増大するおそれ
があるためである。

【００４３】一方、ステップ２０５でポンプ吐出量ＦＱ
が燃料噴射弁開弁時間から計算される燃料噴射量より小
さい場合には、すなわち、燃料噴射弁のいずれかがクロ
ーズスティックを生じているか、或いは異物の噛み込み
などによる噴射口の詰まりが生じ、噴射率が低下してい
ることを意味する。従って、ステップ２０５でオープン
スティックが生じていない場合及び、ステップ２０３で
燃料噴射弁異常以外の原因で失火が生じている場合に
は、ステップ２１１に進み、エンジン回転数変動が生じ
ている気筒を失火気筒と判定し、ステップ２１３でこの
気筒の燃料噴射弁への開弁信号を停止して失火気筒への
燃料噴射を停止する。これにより、失火気筒から排気系
への未燃燃料の排出が防止される。

【００４４】次に、上記によりオープンスティックが生
じていると判定された場合の制御動作について説明す
る。本実施例では、図２のルーチンにより燃料噴射弁の
いずれかにオープンスティックが発生したと判定された
場合には、ＥＣＵ３０は先ず異常気筒（燃料噴射弁がオ
ープンスティックを生じた気筒）の現在の空燃比を推定
し、この空燃比が可燃範囲内であるか否かを判定し、そ
の判定結果に応じて以下の操作を行う。

【００４５】すなわち、異常気筒の空燃比が可燃空燃比
範囲を外れている場合には以下の順に空燃比制御操作を
行い、異常気筒の空燃比が可燃範囲に入るように調整す
る。先ずデリバリパイプ８内の燃料圧力を低下させて、オ
ープンスティックを生じた燃料噴射弁からの燃料噴射量
を低減する。また、この際、正常気筒への燃料噴射量が
低下してリーン空燃比になることを防止するため、正常
気筒の燃料噴射弁の開弁時間を燃料圧力低下に応じて増
大し、正常気筒への燃料噴射量を維持する。

【００４６】燃料圧力が限界値まで変更されており、
燃料圧力変更によっては異常気筒の空燃比を可燃範囲に
調整することができない場合には、自動変速機のシフト
操作によりエンジン回転数を変化させる。これにより、
エンジンの負荷が変化して気筒に吸入される空気量が変
化する、また、オープンスティック気筒においては１サ
イクル当たりに気筒に供給される燃料量が回転数により
変化するため異常気筒の空燃比を調整することができ
る。

【００４７】燃料圧力が限界まで変更されており、か
つ自動変速機のシフトによっては異常気筒の空燃比を可
燃範囲に調整することができない場合には、エンジン吸
入空気量を直接制御することにより異常気筒の空燃比制
御を行う。この空燃比制御は、例えば運転者のアクセル
操作とは独立してスロットル弁を操作すること、或いは
アイドル回転数制御を行うためにスロットル弁をバイパ
スしてエンジンに吸入空気を供給するアイドルスピード
制御弁（ＩＳＣ弁）を操作することにより行う。また、
可変バルブタイミング機構を備えたエンジンでは吸気弁
のバルブタイミングやバルブリフト量を変更することに
より吸入空気量を調整するようにしてもよい。

【００４８】さらに、エンジン吸入空気量を増大させた
場合には、エンジン出力がそれに応じて増加するため点
火時期の遅角などにより出力を抑制する操作を同時に行
う。また、可能であれば一部の気筒の吸気弁を閉弁保持
することによる部分気筒運転や排気ブレーキを作動させ
ることによりエンジン出力を抑制するようにしてもよ
い。上述のように、燃料圧力調整、シフト操作、
吸入空気量調整の順に空燃比制御操作を行うのは、シ
フト操作による空燃比調整は回転数変化による騒音増大
等をともなうこと、また吸入空気量調整は点火時期の遅
角による排気温度上昇や燃費の悪化等を伴うことから、
デメリットの大きさに応じて実施頻度を少なくするため
である。

【００４９】一方、異常気筒の空燃比が可燃範囲にある
と判定された場合には、上記空燃比制御を解除、或いは
通常の運転状態に近づけることができるか否かを判断
し、可能であれば吸入空気量調整、シフト操作の順
に通常の運転状態に近づける操作を行う。、の順に
空燃比制御を解除するのは上記と同様デメリットの大き
い制御の実施頻度をできるだけ少なくするためである。

【００５０】次に上記オープンスティック時の空燃比制
御動作を図３、図４を用いて具体的に説明する。図３、
図４はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行される制御ル
ーチンのフローチャートである。図３においてルーチン
がスタートすると、ステップ３０１では、前述のオープ
ンスティックフラグＦＯＳの値からいずれかの燃料噴射
弁にオープンスティックが生じているか否かが判定さ
れ、オープンスティックが生じている場合にはステップ
３０３、３０５で、異常気筒の空燃比および正常気筒の
空燃比が可燃範囲内か否かを判定する。

【００５１】図５は図３のステップ３０３で実行される
空燃比判定サブルーチンの詳細を示している。本サブル
ーチンでは、まずステップ５０１でデリバリパイプ８の
燃料圧力ＦＰ、エンジン回転数Ｎ、吸入空気量Ｑをそれ
ぞれ対応するセンサから、また燃料ポンプ７の吐出量設
定値ＱをＥＣＵ３０のＲＡＭから読み込み、さらにステ
ップ５０３で燃料噴射弁の開弁時間の設定値から正常な
燃料噴射弁からの燃料噴射量を計算する。ついで、ステ
ップ５０５では上記Ｑ、Ｎから１気筒にエンジン１回転
あたり吸入される吸入空気量を計算し、この吸入空気量
とステップ５０３で計算した燃料噴射量とから正常気筒
の空燃比を計算する。ステップ５０７では、上記により
計算された正常気筒の空燃比が可燃範囲（例えば８から
２０程度の空燃比範囲）にあるか否かが判定され、正常
気筒の空燃比が可燃範囲外の場合にはステップ５０９以
下を実行することなくステップ５１７に進み、現状の空
燃比が可燃範囲外である旨判定する。

【００５２】一方、ステップ５０７で正常気筒の空燃比
が可燃範囲内であった場合には、次にステップ５０９か
ら５１３でオープンスティック異常を生じた気筒の空燃
比が可燃範囲内か否かについて判定する。すなわち、ス
テップ５０９ではオープンスティック異常を生じた燃料
噴射弁からの燃料噴射量を演算する。この燃料噴射量
は、ステップ５０１で読み込んだ燃料ポンプ７の吐出量
ＦＱ（すなわち、エンジン全体としての燃料噴射量合
計）から正常気筒における燃料噴射量の合計を差し引く
ことにより求められる。

【００５３】また、ステップ５１１では上記により求め
たオープンスティック燃料噴射弁の噴射量と機関吸入空
気量Ｑとから異常気筒の空燃比が計算され、ステップ５
１３ではこの異常気筒の空燃比が可燃範囲内か否かが判
定される。ステップ５１３で異常気筒の空燃比が可燃空
燃比範囲外であった場合には、ステップ５１７で現状の
空燃比が可燃範囲外である旨の判定がなされ、ステップ
５１３で異常気筒の空燃比が可燃範囲内にある場合には
ステップ５１５で現状の空燃比が可燃範囲内にあると判
断される。すなわち、本サブルーチンでは、正常気筒、
異常気筒の空燃比がともに可燃範囲内である場合のみ現
状の空燃比が可燃範囲内にあると判断される。

【００５４】図３、ステップ３０５では上記の判定結果
に基づいて、現状の空燃比が可燃範囲外である場合には
ステップ３０７以下の空燃比調整操作を実行して異常気
筒の空燃比を可燃範囲に補正し、逆に現状の空燃比が可
燃範囲内にある場合には図４ステップ３２９以下を実行
して、現在実行中の空燃比制御による運転条件の変更の
程度を軽減することが可能か否かを判定する。

【００５５】以下、ステップ３０７からステップ３２７
の現状の空燃比が可燃範囲外である場合の操作について
説明する。ステップ３０７とステップ３０９では、燃料
圧力ＦＰの調整による空燃比制御が可能か否かが判定さ
れる。図６は、図３のステップ３０７で実行される燃料
圧力ＦＰの変更可否判定のサブルーチンを示す。本サブ
ルーチンでは図５のサブルーチンで計算したオープンス
ティック燃料噴射弁の燃料噴射量から計算した噴射率に
基づいて、異常気筒の空燃比を可燃範囲に維持するため
の燃料圧力を求め、次いでこの燃料圧力が気筒内で燃焼
を維持できる燃料圧力範囲内にあるか否かを判定する。

【００５６】吸入空気量Ｑから異常気筒の空燃比を可燃
範囲に維持するために供給すべき燃料量の範囲を決定す
ることができ、この燃料量とエンジン回転数とからこの
ために必要とされるオープンスティック燃料噴射弁の噴
射率、すなわち単位時間当たりの燃料噴射量を計算する
ことができる。また、燃料噴射弁の噴射率は燃料圧力に
略比例して変化するため、オープンスティック燃料噴射
弁の或る燃料圧力における噴射率が判れば、所要の噴射
率を得るための燃料圧力を計算することができる。

【００５７】また、燃料圧力が低すぎると燃料噴射弁か
ら噴射される燃料の流速が低下して燃料の微粒化が不十
分になるため、燃焼を維持するためには燃料圧力をある
最小値Ｐ_MIN以上に維持する必要がある。さらに、弁体
が燃料油圧力に抗して開弁する形式の燃料噴射弁では、
燃料圧力が或る一定値より大きくなると、弁体の駆動力
が不足して開弁不能となるため、燃焼を維持するために
は燃料圧力をある最大値Ｐ_MAX以下に維持する必要があ
る。すなわち、燃料圧力には燃料噴射弁によりから定ま
る最大と最小の限界値Ｐ_MAXとＰ_MINとが存在する。

【００５８】本実施例では、上記により計算した、異常
気筒の空燃比を可燃範囲に維持するための燃料圧力が燃
料噴射弁の最大圧力と最小圧力との間にある場合には燃
料圧力を変更することが可能と判定する。図６におい
て、サブルーチンがスタートするとステップ６０１では
エンジン回転数Ｎ、吸入空気量Ｑ、燃料圧力ＦＰがそれ
ぞれ対応するセンサから読み込まれ、ステップ６０２で
はこれらに基づいて、燃焼を維持するために必要な最小
燃料圧力Ｐ_MINが算出される。最小燃料圧力Ｐ_MINは機
関回転数Ｎと機関負荷（例えば機関１回転当たりの吸入
空気量Ｑ／Ｎ）とに応じて変化する。

【００５９】図７は、最小圧力Ｐ_MINと機関回転数Ｎ、
負荷Ｑ／Ｎとの関係の一例を示す図である。図７に示す
ように、最小圧力Ｐ_MINは負荷Ｑ／Ｎが一定であれば回
転数が高い程低くなり、回転数Ｎが一定の条件では負荷
Ｑ／Ｎが小さい程低くなる。これは、回転数が高いほど
気筒内での吸気の乱れが大きくなるため低い燃料圧力で
噴射された燃料でも微粒化しやすくなり燃焼を維持でき
ること、また負荷が小さい程吸気負圧が大きくなるため
（絶対圧力が低くなるため）、低い燃料圧力で噴射され
た燃料でも気化し易くなり可燃混合気を形成しやすくな
ることによる。

【００６０】本実施例では、図７の関係はＥＣＵ３０の
ＲＯＭに数値テーブルの形式で格納されており、ステッ
プ６０２では、機関回転数Ｎと負荷Ｑ／Ｎの値を用いて
このテーブルから最小燃料圧力Ｐ_MINが求められる。上
記により最小燃料圧力Ｐ_MINが算出されると、次いでス
テップ６０５では、ステップ６０１で読み込んだ現在の
燃料圧力ＦＰがこの最小燃料圧力Ｐ_MINより大きいか否
かが判定され、現在の燃料圧力ＦＰが最小燃料圧力Ｐ
_MIN以下の場合には、正常気筒での燃焼を維持するため
にステップ６０７で最小燃料圧力Ｐ_MINの値を燃料圧力
の制御目標値ＦＰＴとして設定するとともに、ステップ
６０９で燃料圧力変更による空燃比制御ができない旨の
判定をする。

【００６１】一方、ステップ６０５で現在の燃料圧力Ｆ
Ｐが最小燃料圧力Ｐ_MINより大きかった場合には、ステ
ップ６１１に進み、異常気筒の空燃比を可燃範囲に維持
するために必要な燃料圧力の最小値ＦＰＬと最大値ＦＰ
Ｈとを計算する。ここで、上記最小値ＦＰＬは、オープ
ンスティックを生じた燃料噴射弁からの噴射量が異常気
筒の空燃比をリーン側の限界値（例えば２０程度の空燃
比）とするために必要とされる燃料圧力、最大値ＦＰＨ
はリッチ側の限界値（例えば８程度の空燃比）とするた
めに必要とされる燃料圧力である。

【００６２】また、ステップ６１３では、上記により求
めた燃料圧力の最小値ＦＰＬと最大値ＦＰＨの範囲と、
気筒内の燃焼を維持するために必要な燃料圧力の範囲、
すなわち前述の最小限界圧力Ｐ_MINと最大限界圧力Ｐ
_MAXの範囲とが重複しているか否かが判定される。上記
２つの範囲が重複している場合には、気筒内での燃焼を
維持しつつ異常気筒内の空燃比を可燃範囲に維持可能な
燃料圧力が存在するため、この重複範囲内の燃料圧力を
燃料圧力の目標値ＦＰＴとして設定する。この場合、異
常気筒内での燃焼状態を良好にして未燃燃料の排出をで
きるだけ低減するため、目標値ＦＰＴは、重複範囲内で
できるだけ異常気筒の空燃比が理論空燃比に近づくよう
な値に設定される。また、上記により目標値ＦＰＴを設
定後、ステップ６１７では燃料圧力調整による空燃比制
御が可能である旨の判定をする。

【００６３】ステップ６１３で、上記２つの範囲が重複
していない場合には、ステップ６１９で燃料圧力の目標
値ＦＰＴを最大限界圧力ＦＰＨと最小限界圧力ＦＰＬと
のうち、異常気筒の空燃比をより理論空燃比に近づける
方の値に設定し、ステップ６０９で燃料圧力調整による
空燃比制御ができない旨の判定をする。図３ステップ３
０９では、上記の燃料圧力調整による空燃比制御の可否
の判定結果から燃料圧力変更可否を判断し、燃料圧力変
更による空燃比制御が可能な場合にはステップ３１１
で、以前に説明したデリバリパイプ８内の燃料圧力の制
御目標値ＦＰ₀の値を、図６ステップ６１５で求めた目
標値ＦＰＴの値に設定し、ステップ３１３では正常気筒
での燃料噴射量を維持するために、燃料噴射弁の開弁時
間を上記目標値ＦＰＴに応じた値に補正した後、ルーチ
ンを終了する。

【００６４】一方、ステップ３０９で燃料圧力変更によ
る空燃比制御が不可能である場合には、ステップ３１５
に進み、上記制御目標値ＦＰ₀の値を図６ステップ６０
７または６０９で求めたＦＰＴの値、すなわち最大限界
値ＦＰ_MAXまたは最小限界値ＦＰ_MINに設定し、ステッ
プ３１７で正常気筒の燃料噴射弁の開弁時間をＦＰＴの
値に応じて補正した後、ステップ３１８、ステップ３１
９で変速機のシフトダウンによる回転数調整で異常気筒
の空燃比制御が可能か否かを判定する。

【００６５】図８は、図３のステップ３１８で実行され
るシフト操作による空燃比制御の可否判定サブルーチン
を示す。本サブルーチンでは、図５のサブルーチンで求
めた異常気筒の空燃比が可燃範囲よりリッチ側かリーン
側かに応じて、シフトアップ操作とシフトダウン操作の
いずれを実施するかを判定し、次に現在のエンジン回転
数と変速機シフトポジションとに基づいてシフトアップ
（又はシフトダウン）操作を行った場合のエンジン回転
数を計算する。

【００６６】また、シフト後に変速機出力軸で駆動トル
クを一定に維持した場合のエンジン吸入空気量を、エン
ジン回転数変化によるエンジン負荷の変化と、回転数変
化によるエンジン、変速機等のフリクションロス変化と
に基づいて算出する。次いで、図５のサブルーチンで求
めたオープンスティック燃料噴射弁の噴射率から、シフ
ト操作後の回転数で１サイクル当たりにオープンスティ
ック燃料噴射弁から異常気筒に供給される燃料量を求め
る。シフト操作後の異常気筒の空燃比は、上記により求
めたシフト操作後の吸入空気量と燃料量とから計算され
る。

【００６７】変速機をシフトアップするとエンジン回転
数が低下し、エンジン出力を同一に維持するためには駆
動トルクを増大する必要が生じる。このため、スロット
ル弁の開度が増大され、エンジン１回転当たりの吸入空
気量は増加し、異常気筒の空燃比は増大（リーン側に移
行）する。また、上記とは逆に変速機をシフトダウンす
ると異常気筒では空燃比は低下（リッチ側に移行）す
る。この場合、正常気筒の燃料噴射量は機関負荷に応じ
て制御されているため正常気筒の空燃比は回転数変化に
よる影響を受けない。本実施例では、異常気筒の空燃比
が可燃範囲よりリッチ側に外れている場合には、シフト
アップにより、逆にリーン側に外れている場合にはシフ
トダウンにより空燃比を可燃範囲内に調整可能か否かを
判定する。

【００６８】図９は、燃料噴射弁の噴射率を一定に維持
した場合に気筒の空燃比を可燃範囲に維持するためのエ
ンジン出力と回転数領域の関係を模式的に示す図であ
る。図９において縦軸はエンジン負荷トルク、横軸はエ
ンジン回転数を示し、斜線部Ｉはリッチ空燃比による失
火が発生する領域、斜線部IIはリーン空燃比による失火
が発生する領域、、斜線部ＩとIIとの間は可燃空燃比領
域をそれぞれ示している。

【００６９】例えば、異常気筒が図９にＡ点（リッチ失
火状態）で運転されていた場合、シフトアップ操作を行
うことにより、上述のようにエンジン回転数は低下し、
負荷トルクは増大する。このため、シフトアップにより
異常気筒の運転点が例えばＡ点からＡ₁点（可燃領域）
に移動するような場合にはシフトアップにより空燃比調
整が可能となる。また、シフトアップによって異常気筒
の運転点がＡ点から例えばＢ₁点（リッチ失火領域）や
Ｂ₂点（リーン失火領域）に移行するような場合にはシ
フトアップによる空燃比調整は不可能となる。

【００７０】図８のサブルーチンでは、ステップ８０１
でエンジン吸入空気量Ｑ、エンジン回転数Ｎ、車両走行
速度ＳＰＤをそれぞれ対応するセンサから読み込みステ
ップ８０３で走行速度ＳＰＤと回転数Ｎとから現在のシ
フトポジションを推定する。次いでステップ８０５で
は、図５のサブルーチン（ステップ５１１）で求めた異
常気筒の空燃比が可燃範囲よりリッチ側かリーン側かを
判定し、リッチ側である場合にはステップ８０７で現在
より変速機を１段シフトアップした場合のエンジン回転
数をギヤ比と現在のエンジン回転数とを用いて予測す
る。また、リーン側の場合には、上記と同様に現在より
変速機を１段シフトダウンした場合のエンジン回転数を
予測する。

【００７１】次いでステップ８１１では、ステップ８０
５または８０７で予測される回転数に基づいて、前述し
た方法でシフト操作後の異常気筒の空燃比を推定する。
また、ステップ８１３では、このシフト操作後の空燃
比が可燃範囲になるか否かを判定し、可燃範囲外である
場合にはステップ８１５に進み、更にシフト操作の余地
があるか否かを判定する。シフト操作後の空燃比が可燃
範囲外であり、ステップ８１５でこれ以上のシフト操作
ができない（シフト操作により最高段ギヤまたは最低段
ギヤで運転されるような場合）と判定された場合にはス
テップ８２３に進み、シフト操作による空燃比範囲の調
整ができない旨の判定をしてサブルーチンを終了する。
また、ステップ８１５で、シフト操作の余地が残ってい
る場合には再度ステップ８０５から８１３を実行し、さ
らにシフト操作を行った場合に異常気筒の空燃比を可燃
範囲に調整可能か否かを判定する。

【００７２】ステップ８１３で、シフト操作後の異常気
筒空燃比が可燃範囲内にあると判定された場合には、ス
テップ８１７に進みシフト操作後のエンジン回転数が許
容回転数範囲に入っているか否かが判定され、許容範囲
外の場合にはステップ８２３でシフト操作による空燃比
範囲の調整ができない旨の判定がなされる。また、シフ
ト操作後のエンジン回転数が許容範囲内であった場合に
は、ステップ８１９でシフト操作により設定すべきシフ
トポジションを記憶し、ステップ８２１でシフト操作に
よる空燃比範囲の調整が可能である旨の判定をしてサブ
ルーチンを終了する。

【００７３】図３ステップ３１７では、上記のシフト操
作による空燃比制御の可否の判定結果に基づいて、シフ
ト操作による空燃比制御が可能な場合にはステップ３２
１に進み、図８ステップ８１９で記憶したシフトポジシ
ョンへの変速操作を行ってルーチンを終了する。また、
ステップ３１７でシフト操作による空燃比調整が不可能
であった場合には、ステップ３２３、３２５を実行して
吸入空気量制御による空燃比調整が可能か否かを判定す
る。

【００７４】図１０は、図３のステップ３２３で実行さ
れる吸入空気量調整による空燃比制御の可否判定サブル
ーチンを示す。本サブルーチンは、燃料圧力調整とシフ
ト操作とにより異常気筒の空燃比を可燃範囲に調整でき
なかった場合にのみ実行される。本サブルーチンでは、
図５のサブルーチンで求めた異常気筒の空燃比が、可燃
範囲からリッチ側に外れているかリッチ側に外れている
かを判定し、リッチ側に外れている場合には電子スロッ
トル制御、ＩＳＣ弁の開度増加などにより一定量だけエ
ンジンの吸入空気量を増加させる。また、リーン側に外
れている場合には、同様に電子スロットル制御、ＩＳＣ
弁の開度減少等により一定量だけエンジンの吸入空気量
を低下させる。これにより、図５のサブルーチン実行毎
に異常気筒の空燃比は可燃範囲に近づくことになる。

【００７５】上記のように、吸入空気量を増減するとそ
れに応じてエンジン出力が変動することになるが、本実
施例では吸入空気量調整時に吸入空気量の変化に応じて
点火時期の変更等を行い、機関出力の変動を抑制する。
また、吸入空気量を変化させると、次回のルーチン実行
時には今まで実施できなかった燃料圧力調整やシフト操
作等により異常気筒の空燃比を調整することが可能とな
る場合がある。本実施例では、一回のルーチン実行時に
一定量だけ吸入空気量を増減するようにしたことによ
り、他の操作により空燃比調整が可能となった場合には
それ以上の吸入空気量の増減が停止されるため、吸入空
気量の調整は必要最小限の範囲に抑制される。

【００７６】図１０ステップ１００１では、図５のサブ
ルーチン（ステップ５１１）で求めた異常気筒の空燃比
が可燃範囲よりリッチ側かリーン側かを判断し、リッチ
側であればステップ１００３に進みこれ以上の吸入空気
量増量が可能か否かを判定する。例えば、点火時期が限
界値まで遅角されていたり、ＩＳＣ弁が既に全開になっ
ているような場合には、これ以上の増量は不可能である
のでステップ１００９に進み吸入空気量調整による空燃
比の調整はできない旨の判定をしてサブルーチンを終了
する。

【００７７】また、ステップ１００３でまだ増量が可能
であった場合には、ステップ１００５に進み、現在の吸
入空気量に予め定めた一定量だけを加えた値を吸入空気
量の目標値として設定し、ステップ１００７で吸入空気
量調整による空燃比の調整が可能である旨の判定をして
サブルーチンを終了する。また、ステップ１００１で異
常気筒の空燃比がリーン側に外れていた場合には、ステ
ップ１０１１でこれ以上の吸入空気量減量が可能か否か
を判定し、可能であればステップ１０１３で現在の吸入
空気量から予め定めた一定量だけを差し引いた値を吸入
空気量の目標値として設定し、ステップ１００７で吸入
空気量調整による空燃比の調整が可能である旨の判定を
してサブルーチンを終了する。ステップ１０１１で例え
ば点火時期が限界まで進角されていたり、ＩＳＣ弁が既
に全閉になっているような場合にはこれ以上の減量は不
可能であるためステップ１０１５に進み、吸入空気量調
整による空燃比の調整はできない旨の判定をしてサブル
ーチンを終了する。

【００７８】図３ステップ３２５では、上記の判定結果
に基づいて吸入空気量による空燃比制御が可能であるか
否かを判断し、不可能であればそのままルーチンを終了
する。また、吸入空気量調整による空燃比制御が可能で
あればステップ３２７に進み、図１０ステップ１００５
または１０１３で設定された吸入空気量の目標値を得る
ようにスロットル弁やＩＳＣ弁の開度を制御する。ま
た、この際に吸入空気量の変動に伴うエンジン出力変動
を防止するために、点火時期の補正等を行う。

【００７９】上記のように、図３のルーチンではステッ
プ３０５で異常気筒の空燃比が可燃範囲外になっている
場合には、ステップ３０７から３２７が繰り返して実行
され、異常気筒の空燃比が可燃範囲に調整される。次
に、図３ステップ３０５で異常気筒の空燃比が可燃範囲
内になっていると判定された場合の操作について説明す
る。

【００８０】本実施例では、異常気筒の空燃比が可燃範
囲になっている場合には、先ず吸入空気量調整による空
燃比制御が行われているか否かを判断し、制御が行われ
ている場合には吸入空気量をできるだけ制御を行わない
状態に近づける操作を行う。すなわち、ステップ３２３
から３２７の操作で吸入空気量が増量されていた場合に
は異常気筒の空燃比が可燃範囲から外れない範囲で吸入
空気量を減量し、吸入空気量が減量されていた場合には
同様に異常気筒の空燃比が可燃範囲から外れない判定で
吸入空気量を増量する。

【００８１】また、上記による吸入空気量の変更が限界
までおこなわれている場合、或いは吸入空気量調整によ
る空燃比制御が行われていない場合には、次にシフト操
作による空燃比制御が行われているか否かを判断し、制
御が行われている場合にはシフトダウンまたはシフトア
ップにより制御前の状態に戻すことが可能か否かを判定
し、可能であればシフト操作を行って制御前の状態に復
帰させる。

【００８２】異常気筒の空燃比が可燃範囲にある場合
に、このように吸入空気量、自動変速機シフトの順に制
御前の状態に戻す操作を行うのは、前述のように吸入空
気量調整による空燃比制御は出力変化抑制のための点火
時期調整等の操作を伴うため、排気温度の上昇やトルク
変動等の問題を生じるおそれがあるので、できるだけ吸
入空気量調整による空燃比制御が実行される機会を少な
くする必要があるためである。

【００８３】すなわち、図３ステップ３０５で異常気筒
の空燃比が可燃範囲内になっていると判定された場合に
は、ステップ３２９で現在ステップ３２３から３２７で
吸入空気量の調整が実施されているか否かが判定され、
実施中でない場合には、直接ステップ３３７に進む。ま
た、ステップ３２９で吸入空気量の調整を実施中である
場合にはステップ３３１に進み、吸入空気量を所定量変
更（増加または減少）して、元の状態に近づけた場合の
異常気筒の空燃比を推定する。この推定は図５のサブル
ーチンと同様な方法で行う。

【００８４】次いでステップ３３３では、上記により推
定した空燃比がまだ可燃範囲内であるか否かを判定し、
変更後も可燃範囲内にある場合にはステップ３３５に進
み吸入空気量を所定量変更して元の状態に近づける操作
を行った後ルーチンを終了する。すなわち、ステップ３
２３から３２７の実行により、現在吸入空気量が制御実
施前の状態に較べて増量されている場合にはステップ３
３５では吸入空気量を所定量減量する操作が行われ、逆
に現在吸入空気量が制御実施前の状態に較べて増量され
ている場合には吸入空気量を所定量増量する操作が行わ
れる。また、変更後の空燃比が可燃範囲から外れる場合
には、吸入空気量の変更を行わずにステップ３３７に進
み、シフト操作の可否を判定する。

【００８５】ステップ３３７では、現在ステップ３１８
から３２１によるシフト操作による空燃比制御を実施中
であるか否かが判定され、実施中でない場合には本ルー
チンは終了する。また、実施中であった場合には、ステ
ップ３３９に進み変速機シフトポジションを制御前の状
態に近づけるようにシフトアップまたはシフトダウンを
行った場合の異常気筒の空燃比を推定する。この推定
は、図８のサブルーチンと同様な方法で行う。

【００８６】ついで、ステップ３４１では、上記により
推定した空燃比がまだ可燃範囲内であるか否かを判定
し、シフト操作後も可燃範囲内にある場合にはステップ
３４３でシフト操作を行い、シフトポジションを制御前
の状態に近づける操作を行った後ルーチンを終了する。
すなわち、現在ステップ３１８から３２１の操作により
シフトアップが行われている場合にはシフトダウンを、
逆にシフトダウンが行われている場合にはシフトアップ
を行う。また、変更後の空燃比が可燃範囲から外れる場
合には、そのままルーチンを終了する。

【００８７】上記操作により、異常気筒の空燃比が可燃
範囲になっている限り吸入空気量は徐々に制御前の状態
に近づくことになる。上述のように、図２から図４の制
御を実行することにより、燃料噴射弁がオープンスティ
ック異常を生じた場合でも、未燃燃料が排気系や触媒で
燃焼して排気系の異常温度上昇を生じることが防止され
るとともに、オープンスティックを生じた気筒での燃焼
状態が良好に維持され、オープンスティック時の排気性
状の悪化や、失火による振動等の問題が生じることが防
止される。

【００８８】なお、図２の実施例では燃料噴射弁の異常
の有無を燃料ポンプの吐出量ＦＱと燃料噴射弁からの噴
射量とを比較することによって判定していた（図２ステ
ップ２０３）。しかし、燃料噴射弁の異常の有無はセン
サ３３で検出されたデリバリパイプ８内の燃料圧力変動
を監視することによっても判定可能である。図１１は、
デリバリパイプ８内の圧力変動による燃料噴射弁異常検
出を説明する図である。図８において、（ａ）は燃料噴
射弁にオープンスティックまたはクローズスティックの
異常が生じた場合のデリバリパイプ８内のエンジン１サ
イクル中の圧力変動を示し、（ｂ）は燃料噴射弁が正常
な場合のデリバリパイプ８内の圧力変動、(c) は各気筒
の燃料噴射信号のタイミング、(d) は燃料ポンプ７から
の燃料の吐出タイミングを示している。

【００８９】本実施例では４気筒エンジンが使用されて
いるため、１サイクル（クランク軸２回転）につき４回
の燃料噴射信号が等間隔で出力される（図１１
（ｂ））。また、燃料ポンプ７はクランク軸に同期して
回転して、交互に気筒７１ａ、７１ｂから燃料を吐出す
るため、図１１（ｂ）に示すようにデリバリパイプ８内
の圧力は、燃料ポンプ７から燃料が吐出されると上昇し
（図１１（ｂ）Ａ₁〜Ａ₃の各点）、燃料噴射弁から燃
料が噴射されると低下（Ｂ₁〜Ｂ₄）する規則的な変動
を繰り返す。しかし、燃料噴射弁がオープンスティック
を生じて常時燃料を噴射している場合、またはクローズ
スティックにより燃料を噴射しなくなった場合には、噴
射信号が出力されても燃料圧力は低下しなくなる。図１
１（ａ）は第３気筒の燃料噴射弁がオープンスティッ
クまたはクローズスティックを生じた場合の燃料圧力変
動を示している。図１１（ａ）から判るように、この場
合には第３気筒燃料噴射弁信号に対応する圧力変動（図
１１（ｂ）のＢ₃）が消失するため、第３気筒の燃料噴
射弁に異常が生じたことが判定できる。

【００９０】図２の実施例では、失火が生じたときにそ
の原因が燃料噴射弁の異常によるものかその他の原因に
よるものかを判定するために常に燃料ポンプ７の吐出量
と燃料噴射弁の噴射量とを比較する必要があったが、上
記のように燃料圧力変動に基づいて燃料噴射弁の異常の
有無を判断するようにすれば、燃料噴射弁に異常が生じ
た場合のみ燃料ポンプの吐出量と燃料噴射弁の噴射量と
を比較して、異常がオープンスティックによるものかク
ローズスティックによるものかを判断すれば良いことに
なり、判定のための操作が簡易化される利点がある。

【００９１】また、図２の実施例では、エンジン回転数
の変動を検出して失火気筒を判別しているが、例えばリ
ーンバーン運転時の空燃比制御のために気筒内の燃焼圧
力を検出する燃焼圧センサを備えた機関では、燃焼圧力
を監視することにより失火の有無を検出するようにして
もよい。さらに、本実施例では、例えば遊星歯車式の通
常の自動変速機を使用しているため、図８の回転数調整
による空燃比調整の際に段階的に回転数を変更している
が、無段変速機を用いた自動変速機を備えた機関では、
回転数を無段階で調整するようにすれば、回転数調整に
よる空燃比制御の適用範囲を拡大することが可能とな
る。

【００９２】また、本実施例では直列４気筒エンジンに
ついて説明したが、例えばＶ型エンジン等のように複数
の気筒群に分割され、気筒群毎に吸気通路とスロットル
弁を備えたエンジン、または各気筒毎に独立したスロッ
トル弁を有する独立吸気エンジンでは、図３、図４及び
図１０の吸入空気量調整による空燃比制御を異常気筒、
またはこの気筒を含む気筒群のみに適用するようにすれ
ば、空燃比制御範囲をさらに拡大することが可能とな
る。

【００９３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、燃料噴
射弁のオープンスティックによる失火が生じた場合で
も、排気系の異常温度上昇を生じることなく機関の運転
が可能となるため、機関運転を継続することが可能とな
る効果がある。また、請求項２に記載の発明によれば、
更にオープンスティックを生じた気筒の空燃比を検出す
る手段を設けたことにより、上記の効果に加えて、検出
された空燃比に基づいてオープンスティック気筒の空燃
比を制御することが可能となる効果を奏する。

【００９４】更に、請求項３から請求項５の発明によれ
ば、請求項２に加えて、検出された空燃比に基づいてオ
ープンスティックを生じた気筒の空燃比を可燃範囲に調
整するようにしたことにより、請求項２の効果に加えて
オープンスティックを生じた気筒の燃焼状態を良好に維
持することが可能となり、オープンスティック時の運転
における機関性能や排気性状が改善されるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する筒内噴射式火花点火機関の全
体構成を示す概略図である。

【図２】燃料噴射弁のオープンスティック異常検出動作
の一例を示すフローチャートである。

【図３】オープンスティック時の空燃比制御動作の一例
を示すフローチャートの一部である。

【図４】オープンスティック時の空燃比制御動作の一例
を示すフローチャートの一部である。

【図５】図３のステップ３０３で実行される空燃比判定
サブルーチンを示すフローチャートである。

【図６】図３のステップ３０７で実行される燃料圧力Ｆ
Ｐの変更可否判定のサブルーチンを示すフローチャート
である。

【図７】燃料最小圧力Ｐ_MINと機関回転数Ｎ、負荷Ｑ／
Ｎとの関係の一例を示す図である。

【図８】図３のステップ３０７で実行される回転数調整
による空燃比制御の可否判定のサブルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【図９】燃料噴射弁の噴射率を一定に維持した場合の気
筒内の空燃比の可燃範囲とエンジン負荷と回転数領域と
の関係の一例を示す図である。

【図１０】図３のステップ３２３で実行される吸入空気
量調整による空燃比制御の可否判定サブルーチンを示す
フローチャートである。

【図１１】燃料の圧力変動による燃料噴射弁異常検出を
説明する図である。

【符号の説明】

１…エンジン本体２…筒内燃料噴射弁７…高圧燃料ポンプ８…デリバリパイプ２７…スロットル弁３０…エンジン制御回路（ＥＣＵ）３１…エアフローメータ３２…回転数センサ３３…燃料圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｍ 37/00 ３０１Ｂ 65/00 ３０６Ａ // Ｆ１６Ｈ 61/12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧燃料が供給されるリザーバと、各気
筒毎に設けられ前記リザーバ内の燃料を気筒内に直接噴
射する燃料噴射弁と、各気筒からの排気ガスが流入する
排気通路とを備えた筒内噴射式火花点火機関において、前記燃料噴射弁に常時開弁状態の異常が発生したことを
検出するオープンスティック検出手段と、機関に失火が発生したことを検出する失火検出手段と、前記燃料噴射弁に常時開弁状態の異常が発生し、かつ機
関に失火が発生したときに、機関の運転状態を変更する
ことにより前記排気通路内の排気ガスの酸素濃度を低減
する酸素濃度抑制手段とを備えた筒内噴射式火花点火機
関。
【請求項２】請求項１に記載の筒内噴射式火花点火機
関において更に、前記リザーバに供給される燃料流量を検出する手段と、機関吸入空気量を検出する手段と、前記燃料噴射弁の常時開弁状態の異常が発生したとき
に、前記燃料流量と前記機関吸入空気量とに基づいて、
燃料噴射弁の異常が発生した気筒内の混合気空燃比を検
出する空燃比検出手段とを備えた筒内噴射式火花点火機
関。
【請求項３】請求項２に記載の筒内噴射式火花点火機
関において更に、前記リザーバ内の燃料圧力を制御する燃料圧力調整手段
と、前記空燃比検出手段の検出した空燃比に基づいて該燃料
圧力調整手段を制御して前記燃料噴射弁の異常が生じた
気筒内の混合気空燃比を可燃空燃比範囲に保持する空燃
比制御手段とを備えた筒内噴射式火花点火機関。
【請求項４】請求項２に記載の筒内噴射式火花点火機
関において更に、機関吸入空気量を制御する吸気調整手段と、前記空燃比検出手段の検出した空燃比に基づいて該吸気
調整手段を制御して前記燃料噴射弁の異常が生じた気筒
内の混合気空燃比を可燃空燃比範囲に保持する空燃比制
御手段とを備えた筒内噴射式火花点火機関。
【請求項５】請求項２に記載の筒内噴射式火花点火機
関において更に、機関回転数を制御する回転数調整手段と、前記空燃比検出手段の検出した空燃比に基づいて前記回
転数調整手段を制御して前記燃料噴射弁の異常が生じた
気筒内の混合気空燃比を可燃空燃比範囲に保持する空燃
比制御手段とを備えた筒内噴射式火花点火機関。