CN103080518B - 内燃机诊断装置和内燃机诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种内燃机诊断装置（14）和内燃机诊断方法，其在内燃机（16）运转过程中识别多个气缸（32）当中的具有异常空燃比的异常气缸。该内燃机诊断装置（14）包括：空燃比控制单元（84），其通过控制用于调节多个气缸（32）中的每个气缸的燃料喷射量的燃料喷射量调节装置（20）来逐步地改变空燃比；以及异常气缸识别单元（84），其基于以逐步方式改变的每个空燃比与多个气缸中发生的失火次数之间的关系识别异常气缸，由失火计数器（20）针对以逐步方式改变的每个空燃比对所述次数进行计数。

Description

内燃机诊断装置和内燃机诊断方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机诊断装置和内燃机诊断方法，该内燃机诊断装置和内燃机诊断方法用于在内燃机运转时识别内燃机的多个气缸当中具有异常空燃比的故障气缸。

背景技术

在汽车等的内燃机运转时，从排气净化角度通常增设空燃比传感器并根据空燃比反馈控制过程来控制供应的燃料量以维持良好的空燃比。

然而，即使排气本身保持在有利状态下，不同气缸中的空燃比的变化往往也会降低排气净化催化器的净化率。因此，致力于监测各个气缸中的空燃比的变化[参见日本特开公报No.2009-270543（下文称为“JP2009-270543A”）和日本特开平03-189371（下文称为“JP03-189371A”）]。

根据JP2009-270543A，将燃料燃烧循环通过所有气缸一次的循环周期看作一个循环，并且测量在一个循环中的空燃比波动。如果所测量的空燃比波动太大，则判断内燃机发生故障（参见其摘要）。

根据JP03-189371A，当检测到失火时，相继单独地停止各个气缸的点火控制过程，并且读取此时空燃比传感器的平均输出值及输出幅度值，并与点火控制过程停止之前读取的相应值进行比较，由此识别失火气缸（参见其权利要求1）。在该专利公报中阐述了内燃机可以具有一个空燃比传感器或多个空燃比传感器（第4页左下栏第6至10行）。

发明内容

根据JP2009-270543A，容易判断其中各个气缸中的空燃比失衡的缸间故障的发生。然而，无法识别哪个气缸遭受故障。

根据JP03-189371A，尽管能够识别失火的故障气缸，但是无法判断各个气缸中的空燃比是否有利。

鉴于上述缺点作出了本发明。本发明的目的是提供一种内燃机诊断装置和内燃机诊断方法，其能够以简单方式高度准确地识别具有异常空燃比的故障气缸。

根据本发明，提供了一种内燃机诊断装置，该内燃机诊断装置用于在内燃机运转时识别该内燃机的多个气缸当中的具有异常空燃比的故障气缸，该内燃机诊断装置包括：空燃比控制器，该空燃比控制器通过控制用于调节所述气缸的相应燃料喷射量的燃料喷射量调节单元来逐步改变所述气缸的空燃比；以及故障气缸识别器，该故障气缸识别器基于由失火计数器针对逐步改变的每个空燃比计数的所述多个气缸的失火次数与逐步改变的空燃比之间的关系来识别所述故障气缸。

根据本发明，可以以简单的方式高度准确地识别出具有异常空燃比的故障气缸。

通常，空燃比和发生失火之间的关系一定程度上根据内燃机的构造来确定。例如，当实际空燃比等于化学计量空燃比时，本质上不会失火发生。随着实际空燃比变化到较贫空燃比或较富空燃比，相对于燃料被喷射到内燃机内的次数来说失火发生率增大。根据本发明，逐步改变空燃比，并且计数失火发生次数，以确定可燃燃料的喷射范围，从而检测空燃比异常。结果，容易检测到空燃比异常，使得可以高度准确地识别故障气缸。

空燃比通常在内燃机中进行控制，并且可以通过例如曲轴角传感器和处理器来计数失火发生次数。因此，可以利用内燃机中结合的现有布置来控制空燃比并计数失火发生次数。根据本发明，基于逐步改变的空燃比与多个气缸中的失火发生次数之间的关系来识别故障气缸。因而，可以仅仅通过利用能够由结合在内燃机中的现有布置来控制和判断的空燃比和失火发生次数来识别故障气缸。

所述空燃比控制器可以在所述内燃机没有被施加任何负载的情况下控制所述燃料喷射量调节单元，以逐个地顺序调节所述多个气缸的燃料喷射量，由此逐步增加或减少所述空燃比。由于可以逐个地确认气缸的故障，因此可以更准确地判断故障气缸。

内燃机没有被施加负载的状态包括例如内燃机可空转的状态。

所述空燃比控制器可以从用以实现化学计量空燃比的设定值开始逐步减少所述燃料喷射量。因为从本质上不会发生失火的化学计量空燃比开始将所述空燃比改变至失火次数增加的较贫空燃比，所以可以准确地确定故障气缸，并且还可以最小化失火发生对火花塞或催化器造成的不利影响。

具体地，当失火频繁发生时，气缸的燃烧室内的温度降低，从而使得火花塞被烟熏，即在火花塞上沉积了更多的积碳。结果，气缸由于沉积的积碳而很可能导致更多失火，并且可能无法准确地判定由于空燃比变化而导致的失火次数。沉积在火花塞上的积碳很可能不利地影响火花塞的耐用性。当发生失火时，没有在燃烧室内燃烧的未燃烧气体从内燃机排出，于是可能由于催化器的热而在催化器中被点燃。如果这种现象频繁发生，催化器的耐用性可能受到不利的影响。根据本发明，燃烧室逐渐从正常燃烧状态变化至更多失火状态，燃烧室内的温度的降低被最小化，由此防止上述缺陷发生。

例如，空燃比故障如下判定：当所述燃料喷射量低于根据所述内燃机的特性确定的贫燃极限值时，如果存在失火次数小于第一阈值的气缸，则所述故障气缸识别器可判定该气缸经受燃料供给过剩的富燃故障。因而可以简单地确定富燃故障。

类似地，当所述燃料喷射量代表用于实现所述化学计量空燃比的设定值或代表根据所述内燃机的特性确定的可燃范围内的预定值时，如果存在失火次数大于第二阈值的气缸，则所述故障气缸识别器可判定该气缸经受燃料供给不足的贫燃故障。因而可以简单地确定贫燃故障。

根据本发明，提供了一种内燃机诊断装置，该内燃机诊断装置用于在内燃机运转时识别该内燃机的多个气缸当中的具有异常空燃比的故障气缸，该内燃机诊断装置包括：故障气缸识别器，该故障气缸识别器通过控制所述多个气缸的相应燃料喷射量而逐步地改变所述多个气缸的空燃比，并基于逐步改变的空燃比与气缸失火次数之间的关系来识别故障气缸；以及保护器，如果在正逐步改变所述空燃比时，所述多个气缸中的任一个气缸的失火次数或所述多个气缸的失火次数的总数超过预定值，则所述保护器停止逐步改变所述空燃比，以保护火花塞或排气净化过滤器。

根据本发明，如果在正逐步改变所述空燃比时，所述多个气缸中的任一个气缸的失火次数或所述多个气缸的失火次数的总数超过预定值，则所述保护器停止逐步改变所述空燃比，以保护火花塞或排气净化过滤器。因而，根据所述预定值而防止火花塞或排气净化过滤器受到不利影响。

具体地说，如上所述，当失火频繁发生时，气缸的燃烧室内的温度降低，从而倾向于使得火花塞被烟熏，即在火花塞上沉积更多的积碳。结果，很可能由于沉积的积碳而导致气缸更多失火，并且可能无法准确地判定由于空燃比变化而导致的失火次数。沉积在火花塞上的积碳很可能不利地影响火花塞的耐用性。当发生失火时，没有在燃烧室内燃烧的未燃烧气体从内燃机排出，于是由于排气净化过滤器（催化器）的热而可能在催化器中被点燃。如果这种现象频繁发生，催化器可能被加热至过高的温度，从而不利地影响催化器的耐用性。根据本发明，如果在空燃比正被逐步改变时，多个气缸中的任一个的失火次数或多个气缸的失火次数的总数超过预定值，则所述保护器停止逐步改变所述空燃比，以保护所述火花塞或排气过滤器。因此，将所述预定值设置为由于频繁发生失火而在催化器中引起燃烧的数据值当中的、有效防止催化器的温度过度升高的值，以此来防止过滤器受到不利影响。还通过将所述预定值设定为小于倾向于在火花塞上积碳的失火次数值来防止过滤器受到不利影响。

所述故障气缸识别器可以在空燃比发生变化的每个测量周期计数所述多个气缸中的任一个气缸的失火次数或所述多个气缸的失火次数的总数。因而，可以针对每个空燃比值，判断所述多个气缸中的任一个气缸的失火次数或所述多个气缸的失火次数的总数的异常，从而可以在识别故障气缸时适当地检测失火异常。

根据本发明，提供了一种内燃机诊断装置，该内燃机诊断装置用于在内燃机运转时识别该内燃机的多个气缸当中具有异常空燃比的故障气缸，其中，如果所述内燃机的总空燃比偏离目标空燃比，则能够执行空燃比反馈控制过程，以对所述多个气缸中的每个气缸施加相同的修正值，从而使所述内燃机的总空燃比等于所述目标空燃比；当对所述内燃机进行诊断时，在所述内燃机预热之后空转时，对所述多个气缸中的每个气缸至少执行所述空燃比反馈控制过程，并且监测所述多个气缸中的每个气缸的失火；当发生失火时，将所述空燃比反馈控制过程中断并开始执行或继续执行基本燃料喷射控制过程，以判断失火是否继续；如果即使在所述基本燃料喷射控制过程中失火也仍然继续，则判断所述修正值是否超过第一阈值以判断燃料供给过剩的富燃故障，或者判断所述修正值是否超过第二阈值以判断燃料供给不足的贫燃故障；以及如果所述修正值超过所述第一阈值，则判定所述多个气缸中的此时发生失火的气缸经受所述富燃故障，或者如果所述修正值超过所述第二阈值，则判定所述多个气缸中的此时发生失火的气缸经受贫燃故障。

根据本发明，即使不存在与整个内燃机的空燃比的控制有关的问题，也可以检测到在个别气缸中可能已出现的空燃比控制缺陷。

具体地，在内燃机正常运转时，组合地执行基本燃料喷射控制过程和空燃比反馈控制过程。如果内燃机具有四个气缸，并且其中一个例如第一气缸经受贫燃故障即燃料供给不足，则通过空燃比反馈控制过程调节其他三个气缸即第二至第四气缸的空燃比以增加燃料供给，并且调节第一气缸的空燃比以减少燃料供给，由此使得内燃机的总空燃比变成目标空燃比（参见图19和图20）。在这种情况下，无法检测第一气缸的贫燃故障。

根据本发明，当内燃机被诊断时，取消空燃比反馈控制过程，仅执行基本燃料喷射控制过程。因此，能够高度准确且容易地识别故障气缸。即使待被检查的内燃机没有用于检测相应气缸的空燃比的空燃比传感器，而仅具有用于检测总空燃比的空燃比传感器，也可以高度准确且容易地识别故障气缸。

所述内燃机诊断装置可以具有：空燃比控制器，该空燃比控制器通过控制用于调节所述气缸的相应燃料喷射量的燃料喷射量调节单元来逐步地改变所述气缸的空燃比；以及用于识别故障气缸的故障气缸识别器，其中控制所述燃料喷射量调节单元以逐步改变至少一个气缸的空燃比。故障气缸识别器可以基于由失火计数器针对逐步改变的每个空燃比计数的所述多个气缸的失火次数与逐步改变的空燃比之间的关系来识别所述故障气缸

根据本发明，还提供了一种内燃机诊断方法，该内燃机诊断方法用于在内燃机运转时识别该内燃机的多个气缸当中的具有异常空燃比的故障气缸，并包括如下步骤：通过控制所述多个气缸的相应燃料喷射量来逐步改变所述多个气缸的空燃比；针对逐步改变的每个空燃比来计数所述多个气缸的失火次数；以及基于逐步改变的空燃比与所述多个气缸的失火次数之间的关系识别故障气缸。

改变所述空燃比的步骤可以包括在所述内燃机没有被施加任何负载的情况下，逐个地顺序控制所述多个气缸的燃料喷射量，由此逐步增加或减少所述空燃比。

改变所述空燃比的步骤可以包括从用以实现化学计量空燃比的设定值开始逐步减少所述燃料喷射量。

识别所述故障气缸的步骤可以包括：当所述燃料喷射量低于根据所述内燃机的特性确定的贫燃极限值时，如果存在失火次数小于第一阈值的气缸，则判定该气缸经受燃料供给过剩的富燃故障。

识别所述故障气缸的步骤可以包括：当所述燃料喷射量代表用于实现所述化学计量空燃比的设定值或代表根据所述内燃机的特性确定的可燃范围内的预定值时，如果存在失火次数大于第二阈值的气缸，则判定该气缸经受燃料供给不足的贫燃故障。

根据本发明，提供了一种内燃机诊断方法，该内燃机诊断方法用于在内燃机运转时识别该内燃机的多个气缸当中的具有异常空燃比的故障气缸，并包括如下步骤：通过控制所述多个气缸的相应燃料喷射量来逐步改变所述多个气缸的空燃比，并基于逐步改变的空燃比与所述气缸的失火次数之间的关系识别故障气缸；以及如果在所述空燃比正在逐步改变时，所述多个气缸中的任一个气缸的失火次数或所述多个气缸的失火次数的总数超过预定值，则停止逐步改变所述空燃比，以保护火花塞或排气净化过滤器。

在识别故障气缸的步骤中，可以在其中空燃比发生变化的每个测量周期对所述多个气缸中的任一个气缸的失火次数或所述多个气缸的失火次数的总数进行计数。

根据本发明，提供了一种内燃机诊断方法，该内燃机诊断方法用于在内燃机运转时识别该内燃机的多个气缸当中的具有异常空燃比的故障气缸，并包括如下步骤：执行基本燃料喷射控制，以通过调节所述多个气缸的相应燃料喷射量来控制所述多个气缸的相应空燃比；计数各个气缸的失火次数；并且识别所述故障气缸；其中，执行基本燃料喷射控制的步骤包括：执行基本燃料喷射控制过程，以控制所述多个气缸的相应空燃比，从而使所述多个气缸的空燃比等于内燃机的总目标空燃比；以及执行空燃比反馈控制过程，如果所述内燃机的总空燃比偏离目标空燃比，则所述空燃比反馈控制过程向所述多个气缸中的每个气缸施加相同的修正值，以使所述内燃机的总空燃比等于所述目标空燃比；其中，执行所述基本燃料喷射控制过程的步骤包括：当对所述内燃机进行诊断时，在所述内燃机预热之后空转时，对所述多个气缸中的每个气缸至少执行所述空燃比反馈控制过程，并且监测所述多个气缸中的每个气缸的失火；当发生失火时，将所述空燃比反馈控制过程中断并且开始执行或继续执行所述基本燃料喷射控制过程，以判断失火是否继续；如果即使在所述基本燃料喷射控制过程中失火也仍然继续，则判断所述修正值是否超过第一阈值，以判断燃料供给过剩的富燃故障，或者判断所述修正值是否超过第二阈值，以判断燃料供给不足的贫燃故障；以及如果所述修正值超过所述第一阈值，则判定所述多个气缸中的此时发生失火的气缸经受富燃故障，或者如果所述修正值超过所述第二阈值，则判定所述多个气缸中的此时发生失火的气缸经受贫燃故障。

附图说明

图1是示出了具有根据本发明的一个实施方式的内燃机诊断装置的内燃机诊断系统的总体构造的框图；

图2是示出了发动机的内部结构的总体构造的图；

图3是各气缸的故障诊断过程的总体处理次序的流程图；

图4是举例示出了图3所示的处理次序的各种信号、数字值和处理细节之间的关系的时序图；

图5是图4所示的关系的一部分（包括由测量过程生成的测量数据）的细节的时序图；

图6是发动机预热过程的流程图；

图7是发动机转速稳定过程的流程图；

图8是示出了代表发动机开始运转之后各气缸失火次数的累计值的示例的图；

图9是第一诊断过程的流程图；

图10是第二诊断过程的第一流程图；

图11是第二诊断过程的第二流程图。

图12是示出了代表在每个测量周期中的失火次数的累计值的示例的图。

图13是第二诊断过程中的用于判断各气缸是否发生故障并且如果气缸发生故障则识别故障类型的过程的流程图；

图14是说明第二诊断过程中的用于判断各气缸是否发生故障并且如果气缸发生故障则识别故障类型的过程的图；

图15是示出了代表由内燃机诊断装置获得的失火次数的累计值的数据表、基于该数据表的曲线图、以及显示在内燃机诊断装置的显示单元上的屏幕的第一示例的图；

图16是示出了代表由内燃机诊断装置获得的失火次数的累计值的数据表、基于该数据表的曲线图、以及显示在内燃机诊断装置的显示单元上的屏幕的第二示例的图；

图17是示出了代表由内燃机诊断装置获得的失火次数的累计值的数据表、基于该数据表的曲线图、以及显示在内燃机诊断装置的显示单元上的屏幕的第三示例的图；

图18是示出了代表由内燃机诊断装置获得的失火次数的累计值的数据表、基于该数据表的曲线图、以及显示在内燃机诊断装置的显示单元上的屏幕的第四示例的图；

图19是举例示出了在仅使用基本燃烧喷射控制过程时获得的气缸内的相应空燃比的图；

图20是举例示出了在使用基本燃料喷射控制过程和空燃比反馈控制过程时获得的气缸内的相应空燃比的图；

图21是示出了在第二诊断过程中目标燃料喷射量与基本燃料喷射量之比的修正量的切换方式的第一变型的图；以及

图22是示出了在第二诊断过程中修正量切换方式的第二变型的图。

具体实施方式

A．实施方式：

1．构造：

（1）总体构造

图1是示出了具有根据本发明的一个实施方式的内燃机诊断装置14（以下称为“诊断装置14”）的内燃机诊断系统10（以下称为“系统10”）的总体构造的框图。该系统10具有包括待诊断的发动机16的车辆12和诊断发动机16的诊断装置14。

（2）车辆12：

（a）总体构造：

除了发动机16之外，车辆12还包括用于净化来自发动机16的排气的排气过滤器18（以下称为“过滤器18”）、用于控制发动机16的输出功率的发动机电子控制单元20（以下称为“发动机ECU20”）、用于检测发动机16的冷却剂温度Tw[℃]的温度传感器22和点火开关24（以下称为“IGSW24”）。

（b）发动机16：

图2是示出了发动机16的内部结构的总体构造的视图。作为所谓的直列四缸发动机的发动机16具有进气量传感器28、节气门30、开度传感器31、第一至第四气缸32a至32d（以下称为“气缸32”）、分别安装在气缸32上的燃料喷射阀34、分别安装在气缸32上的火花塞36、空燃比传感器38、曲轴40、曲轴角传感器41、分别安装在气缸32上的上止点传感器42。

进气量传感器28根据节气门30的开度θth[°]检测被引入发动机16的空气量（以下称为“进气量Qaf”），并且将所检测到的进气量Qaf输出至发动机ECU20。节气门30布置在进气歧管44上。开度传感器31检测节气门30的开度θth并将所检测到的开度θth输出至发动机ECU20。燃料喷射阀34和火花塞36以面对关系布置在气缸32的相应燃烧室46。空燃比传感器38包括未示出的氧传感器，并布置在排气歧管48中。空燃比传感器38检测发动机16的总空燃比（以下称为“总空燃比Raf_total”），并且将所检测到的总空燃比Raf_total输出至发动机ECU20。曲轴角传感器41检测曲轴40的转角（以下称为“曲轴角Ac”）[°]，并且将所检测到的曲轴角Ac输出至发动机ECU20。上止点传感器42检测活塞49的相应的上止点，并将所检测到的上止点输出至发动机ECU20。

（c）排气过滤器18：

排气过滤器18布置在排气歧管48的下游，即其排气口处，并且净化来自发动机16的排气并将净化后的排气排出。根据当前实施方式，排气过滤器18包括用于净化排气的三元催化剂。

（d）发动机ECU20：

用于控制发动机16的运转的发动机ECU20包括输入/输出单元50、处理器52和存储器54，如图1所示。

根据本发明，发动机ECU20执行发动机转速计算功能、失火计数功能、节气门控制功能、燃烧喷射阀控制功能和火花塞控制功能。

发动机转速计算功能是基于来自相应的上止点传感器42的输出信号计算发动机16的转速（发动机转速Ne）[rpm]的功能。根据本发明，发动机转速计算功能与上止点传感器42结合，从而构成发动机转速传感器。另选地，发动机转速传感器可以独立于发动机ECU20设置，并且可以将其输出信号发送至发动机ECU20。

失火计数功能是基于来自曲轴角传感器41的输出信号来判断在每个气缸32中是否发生失火并且如果判定发生失火则对每个气缸32中的失火进行计数的功能。根据当前实施方式，失火计数功能与曲轴角传感器41相结合，从而构成失火计数器。可以使用已知的布置来判断是否发生失火。例如，可以在预定曲轴角处检测燃烧压力，如果所检测到的燃烧压力等于或小于预定值，则可以判定发生失火。另选地，如果预定曲轴角处的曲轴角速度等于或小于预定值，则可以判定发生失火。

节气门控制功能是基于未示出的加速踏板等的操作量来控制节气门30的开度θth由此控制发动机16的输出功率的功能。

燃料喷射阀控制功能是基于未示出的加速踏板等的操作量来控制来自每个燃料喷射阀34的燃料喷射量Qfi（目标值）由此控制发动机16的输出功率的功能。

火花塞控制功能是基于未示出的加速踏板等的操作量来控制每个火花塞36的点火正时由此控制发动机16的输出功率的功能。

（3）诊断装置14：

诊断装置14用来针对异常空燃比诊断每个气缸32。如图1所示，诊断装置14具有中继装置60和主装置62。

中继装置62用来在主装置62和发动机ECU20之间中继通信。中继装置60具有连接至发动机ECU20的线缆70、连接至线缆70的输入/输出单元72、用于与主装置62执行无线通信的通信单元74、用于控制各种元件的处理器76和用于存储由控制器76运行的诸如控制程序之类的各种程序和数据的存储器78。

主装置62具有包括未示出的键盘、触摸垫等的输入/输出单元80、用于与中继装置60执行无线通信的通信单元82、用于控制各种元件并判断各气缸32是否发生故障的处理器84、用于存储由处理器84运行的诸如控制程序之类的各种程序和数据以及故障诊断程序的存储器86、以及用于显示各种信息项的显示单元88。主装置62可以具有例如可在商业上获得的膝上型个人计算机之类的硬件构造。以下将由处理器84对各气缸32执行的故障判断功能称为“故障气缸判断功能”。

当使用诊断装置14诊断每个气缸32的故障时，用户将近端已经连接至中继装置60的输入/输出单元72的中继装置60的线缆70的远端连接至车辆12的未示出的仪表板上的未示出的连接器（数据链路连接器）。之后，用户操作主装置62的输入/输出单元80以使得主装置62诊断每个气缸32的故障。此时，主装置62控制发动机ECU20以使发动机16运转。稍后将描述由主装置62执行用于诊断各气缸32的故障的过程的细节。

2．诊断气缸32的故障：

图3是用于各气缸32的故障诊断过程的概要处理次序的流程图。图4是举例示出了图3所示的处理次序的各种信号、数字值和处理细节之间的关系的时序图。图5是图4所示的关系的一部分（包括由测量过程生成的测量数据）的细节的时序图。

如上所述，在开始故障诊断过程之前，用户将中继装置60的线缆70连接至车辆12的发动机ECU20，从而允许诊断装置14的主装置62通过中继装置60与发动机ECU20通信。

当诊断装置14通过主装置62的输入/输出单元80从用户接收到开始故障诊断过程的命令时，诊断装置14在步骤S1中控制发动机ECU20执行发动机预热过程以预热发动机16。

图6是发动机预热过程的流程图（图3所示的步骤S1的细节）。在图6所示的步骤S11中，诊断装置14的处理器84在显示单元88上显示提示用户开启IGSW24以启动发动机16的消息，并且询问发动机ECU20发动机16是否已经启动。

如果发动机16尚未启动。即如果在步骤S12中发动机ECU20尚未表明发动机16启动（S12：否），则控制返回到步骤S11。如果发动机16已经启动，即如果在步骤S12中（在图4中的时间t1）发动机ECU20已经表明发动机16启动（S12：是），则在步骤S13中，处理器84请求发动机ECU20开始发动机预热过程，并且响应于该请求，发动机ECU20开始预热发动机16。发动机预热过程例如将发动机转速Ne增加到给定值（例如，3000rpm）以进行预热操作。

在发动机预热过程中，发动机ECU20使用在发动机16要运转时通常使用的正常空燃比控制过程。正常空燃比控制过程在发动机ECU20的燃料喷射阀控制功能中使用，并且是基本燃料喷射控制过程和空燃比反馈控制过程（以下称为“空燃比FB控制过程”）的组合。

根据当前实施方式，基本燃料喷射控制过程是用于使供应至相应气缸32的空气燃料混合物中的燃料（在该实施方式中为汽油）与空气的比（以下称为“气缸空燃比Raf_1至Raf_4”或统称为“Raf_n”）达到化学计量空燃比（燃料：空气＝1：14.7）的过程。

具体地，在基本燃料喷射控制过程中，将由进气量传感器28检测到的进气量Qaf和来自燃料喷射阀34的燃料喷射量Qfi之间的关系预设为映射，并且根据与所检测到的进气量Qaf对应的燃料喷射量Qfi的目标值来控制燃料喷射阀34。

然而，因为气缸32的未示出的进气门/排气门的操作正时（挺杆间隙）的变化以及燃料喷射阀34的老化等，气缸32的空燃比Raf_n和发动机16的总空燃比Raf_total可能并不必定等于化学计量空燃比。

根据当前实施方式，空燃比FB控制过程是用于利用反馈环使总空燃比Raf_total等于化学计量空燃比的控制过程。具体地，如果由空燃比传感器38检测到的空燃比不等于化学计量空燃比，则增加或减少来自所有燃料喷射阀34的燃料喷射量Qfi，以使得所检测到的空燃比等于化学计量空燃比，由此实现化学计量空燃比。此时，以修正值Pc修正燃料喷射量Qfi。尽管该修正值Pc是稍后描述的各个气缸32的燃料喷射比Rfi_n[%]（目标值）的修正值，但是其可以用作其他值（例如，燃料喷射量Qfi（目标值）或总空燃比Raf_total）的修正值。

根据当前实施方式，由于仅有一个空燃比传感器38布置在排气歧管48的下游，因此检测不到各个气缸32的空燃比Raf_n。因此，根据基本燃料喷射控制过程，能够使发动机16的总空燃比Raf_total而不是使气缸32的每个空燃比Raf_n收敛于化学计量空燃比。

在步骤S14中，诊断装置14的处理器84判断发动机16是否已经预热。具体地，处理器84请求发动机ECU20发送发动机16的冷却剂的温度Tw。响应于该请求，发动机ECU20将由温度传感器22检测到的温度Tw发送至处理器84。处理器84判断温度Tw是否等于或高于阈值TH_Tw[℃]。该阈值TH_Tw是用来判断发动机16是否已经预热的阈值。

如果发动机16尚未预热（S14：否），则重复步骤S14。如果发动机16（在图4中的时间t2）已经预热（S14：是），则控制继续至步骤S15。

在步骤S15中，处理器84请求发动机ECU20结束发动机预热过程，并显示提示用户关闭IGSW24的消息。如果在步骤S16中IGSW24保持开启（步骤S16：否），则控制回至步骤S15。如果在步骤S16中IGSW24（在图4中的时间t3）关闭（S16：是），则发动机ECU20结束发动机预热过程。

在图3所示的步骤S2中，诊断装置14执行用于稳定发动机转速Ne的发动机转速稳定过程。

图7是发动机转速稳定过程的流程图（图3中所示的步骤S2的细节）。在图7所示的步骤S21中，处理器84在显示单元88上显示提示用户重新启动发动机16以开始故障诊断过程的消息。如果在步骤S22中发动机16没有重新启动（S22：否），则控制返回步骤S21。如果在步骤S22中发动机16（在图4中的时间t4）重新启动（S22：是），则控制继续至步骤S23。

在步骤S23中，发动机ECU20开始对累计值Tmf_total_n[次数]进行计数，该累计值代表在发动机16已经开始运转之后各个气缸32的失火次数。在发动机16开始运转时各累计值Tmf_total_n的初始值为零。“Tmf_total_n”中的“n”代表气缸32的编号。例如，“Tmf_total_1”代表第一气缸32a的累计值。

如上所述，基于来自曲轴角传感器41的输出信号和由发动机ECU20进行的判断相组合来检测失火。如图8所示，在发动机16启动之后，连续对累计值Tmf_total_n进行计数，直到从诊断装置14请求将累计值Tmf_total_n重置为止。

在步骤S24，处理器84判断发动机转速Ne是否稳定。具体地，处理器84判断从发动机16重新启动开始是否已经过了预定时间（例如30秒），以便判断发动机转速Ne是否稳定。

如果（在图4中的时间t5）已经过去预定时间（S24：是），则故障诊断过程的预先准备完成。在该预定时间过去之后，处理器84请求发动机ECU20使发动机16空转，并且响应于该请求，发动机ECU20使该发动机16空转。此时，发动机ECU20使用基本燃料喷射控制过程和空燃比FB控制过程二者。

在图3所示的步骤S3中，诊断装置14执行第一诊断过程。第一诊断过程是其中空燃比FB控制过程中断的诊断过程。

图9是第一诊断过程的流程图。当如上所述（在图4中的时间t5）完成预先准备时，诊断装置14的处理器84请求发动机ECU20发送修正值Pc，响应于该请求，发动机ECU20将目前正在空燃比FB控制过程中使用的修正值Pc发送至诊断装置14。处理器84现在则在步骤S31获取修正值Pc。

修正值Pc是用于改变发动机16的总空燃比Raf_total的修正值。换言之，该修正值Pc是作为稍后描述的与化学计量空燃比和总空燃比Raf_total之差△Raf对应的燃料喷射比Rfi_n的值。

在步骤S32中，诊断装置14的处理器84判断气缸32当中是否存在失火的气缸（以下称为“失火气缸”）。具体地，处理器84请求发动机ECU20发送代表在发动机16已经开始运转之后各个气缸32的失火次数的累计值Tmf_total_n[次数]。响应于该请求，发动机ECU20将累计值Tmf_total_n发送至处理器84。如果处理器84判断各个累计值Tmf_total_n是否超过用于判断是否发生失火的阈值TH_total1(例如TH_Totall=0)。如果气缸32的累计值Tmf_total_n超过阈值TH_total1，则处理器84判定气缸32失火，即存在失火气缸。

如果没有气缸32发生失火（S32：否），则控制返回到步骤S44。如果有任一个气缸32发生失火（S32：是），则诊断装置14的处理器84在步骤S33中请求发动机ECU20中断空燃比FB控制过程。响应于该请求，发动机ECU20中断空燃比FB控制过程并仅执行基本燃料喷射控制过程。

在步骤S34中，诊断装置14的处理器84在仅执行基本燃料喷射控制过程的同时判断失火是否已经停止。具体地，处理器84判断在仅涉及基本燃料喷射控制过程之后过了预定时间时代表各个气缸32的失火次数的累计值Tmf_total2_n是否等于或小于阈值TH_total1。如果各个气缸32的累计值Tmf_total2_n都等于或小于阈值TH_total1，则处理器84判定失火已经停止。

如果由于中断空燃比FB控制过程而使得失火已经停止（S34：是），则尽管由于空燃比FB控制过程而导致失火也可以说所有气缸32均正常。然后，控制继续至步骤S44。如果有任一个气缸32发生失火，并且失火尚未停止（S34：否），则控制继续至步骤S35。

在步骤S35中，处理器84判断在步骤S31中获取的修正值Pc是否等于或等于阈值TH_Pc1。阈值TH_Pc1是用来判断是否由于修正值Pc而使得燃料过富，或者判断在没有空燃比FB控制过程时是否使得燃料过贫的阈值。阈值TH_Pc1可以例如是+8%。

如果该修正值Pc等于或大于阈值TH_Pc1（S35：是），则处理器84在步骤S36中判断失火气缸是否由于空燃比FB控制过程的停止而变动（变化）。如果失火气缸变动（S36：是），则处理器84在步骤S37中判定变动后的失火气缸经受贫燃故障。贫燃故障是指这样一种状态，其中尽管发动机ECU20将气缸空燃比Raf_n的目标值设定为化学计量空燃比，即尽管将燃料喷射量Qfi（目标值）设定为与化学计量空燃比对应的值，但失火气缸的空燃比Raf_n也已经变化为过贫比，或换言之，失火气缸由于某些原因而经受燃料不足。

如果失火气缸没有变动（变化）（S36：否），则处理器84在步骤S38中判定失火气缸经受贫燃故障。

在步骤S35，如果修正值Pc不大于等于阈值TH_Pc1（S35：否），则处理器84在步骤S39中判断在步骤S31中获得的修正值Pc是否等于或小于阈值TH_Pc2。阈值TH_Pc2是用来判断是否由于修整器Pc而使得燃料过贫或者用来判断在没有空燃比FB控制过程时是否使得燃料过富的阈值。阈值Pc2可以例如是－8%。

如果修正值Pc不小于等于阈值TH_Pc2（步骤S39：否），则控制继续至步骤S44。如果修正值Pc等于或小于阈值TH_Pc2（步骤S39：是），则诊断装置14的处理器84在步骤S40中判断失火气缸是否由于空燃比FB控制过程的终止而变动（改变）。如果失火气缸变动（S40：是），则处理器84在步骤S41中判定变动后的失火气缸经受富燃故障。富燃故障是指这样一种状态，其中尽管发动机ECU20将气缸空燃比Raf_n的目标值设定为化学计量空燃比，即尽管将燃料喷射量Qfi（目标值）设定为与化学计量空燃比对应的值，但失火气缸的空燃比Raf_n也已经变化为过富比，或换言之，失火气缸由于某些原因而被供给过剩燃料。

如果失火气缸没有变动（变化）（S40：否），则诊断装置14的处理器84在步骤S42中判断失火气缸经受富燃故障。

在步骤S37、S38、S41、S42之后，诊断装置14的处理器84在显示单元88上显示故障的细节，即在步骤S43中在显示单元88上显示错误。

如果步骤S32中没有任何气缸32失火（S32：否），或者如果在步骤S34中失火已经停止（S34：是），或者如果在步骤S39中修正值Pc不小于等于阈值TH_Pc2（S39：否），则气缸32没有任何故障能够被检测到。在这种情况下，如在步骤S33中，在步骤S44中中断空燃比FB控制过程，之后第一诊断过程（在图4中的时间t6）结束。

在图3的步骤S4中，诊断装置14的处理器84判断故障气缸的识别是否结束。当图9所示的任一个步骤S37、S38、S41、S42已经被执行时，则结束故障气缸的识别。如果故障气缸气缸的识别结束（S4：是），则使当前故障诊断过程结束。如果故障气缸的识别没有结束（S4：否），则控制继续至步骤S5。

在步骤S5，诊断装置14执行第二诊断过程（在图4的时间t6时）。第二诊断过程是用于切换（改变）各气缸32的空燃比Raf_n的诊断过程。具体地，第二诊断过程是用于切换（改变）用于改变各气缸32的空燃比Raf_n的修正值[%]（以下称为“气缸修正值Cfi_n”或“修正值Cfi_n”）的诊断过程。

燃料喷射量）之比（以下称为“气缸燃料喷射比Rfi_n”或“燃料喷射比Rfi_n”），以相对于基本燃料喷射控制过程中的进气量Qaf使气缸空燃比Raf_n等于化学计量空燃比。100%（对应于基本气缸燃料喷射量）与修正值Cfi_n之和作为燃料喷射比Rfi_n（Rfi_n=100+Cfi_n）。

“Cfi_n”和“Rfi_n”中的“n”代表气缸32的编号。例如，“Cfi_1”代表第一气缸32的修正值Cfi_n，而“Rfi_”代表第一气缸32的燃料喷射比Rfi_n。

当第一诊断过程结束时，空燃比FB控制过程已经终止（参见图9中的S33、S34）。因此，当第二诊断过程开始时，只有基本燃料喷射控制过程已经执行。

图10和图11是第二诊断过程的流程图。当执行图10和图11中所示的第二诊断过程时，获取图5所示的波形数据。

在步骤S51、S52中，诊断装置14的处理器84执行初始化过程。具体地，在步骤S51中，处理器84将变量n设定为1，该变量n代表气缸修正值Cfi_n将要切换的气缸32（以下称为“目标气缸”）。当n＝1时，表示第一气缸32a，当n＝2时，表示第二气缸32b。当n＝3时，表示第三气缸32c，当n＝4时，表示第四气缸32d。因此，由于变量n在步骤S51中被设定为1，则在第二诊断过程中第一气缸32a将作为目标气缸。在步骤S52中，处理器84将第一气缸32a的修正值Cfi_1设定为0%（Cfi_1←0%）。换言之，第一气缸32a的燃料喷射比Rfi_1被设定为100%，以获得化学计量空燃比（Rfi_1←100%）。

在步骤S53、S54中，诊断装置14的处理器84判断排气过滤器18是否过热。具体地，处理器84在步骤S53中判断代表在发动机16已经启动之后目标气缸的失火次数的每个累计值Tmf_total_n是否等于或大于阈值TH_total2[次数]。阈值TH_total2是用于判断排气过滤器18过热的阈值。由于累计值Tmf_total_n由发动机ECU20从发动机16开始运转时计数，因此处理器84从发动机ECU20获取每个累计值Tmf_total_n。

如果目标气缸的累计值Tmf_total_n小于阈值TH_total2（S53：否），则处理器84在步骤S54中判断代表目标气缸在测量周期Pm（秒）中的失火次数的累计值Tmf_cyl_n[次数]是否等于或大于阈值TH_cy1[次数]。测量周期Pm是指切换修正值Cfi_n（即切换燃料喷射比Rfi_n和气缸空燃比Raf_n）的周期（参见图5和图12）。因此，累计值Tmf_cy1_n是代表每次切换修正值Cfi_n时目标气缸的失火次数的累计值。阈值TH_cy1是用来判断排气过滤器18过热的阈值。

累计值Tmf_cy1_n由诊断装置14的处理器84计数。具体地，基于来自诊断装置14的命令，每次气缸32失火时，发动机ECU20都向诊断装置14通知气缸32的编号以及失火的发生。如图5和图12所示，已经接收到气缸32的编号和失火的发生的诊断装置14在每个测量周期Pm对失火次数进行计数。

如果累计值Tmf_cy1_n小于阈值TH_cy1（S54：否），则控制继续至步骤S56。如果目标气缸的累计值Tmf_total_n等于或大于阈值TH_total2（S53：是），或者如果累计值Tmf_cyl_n等于或大于阈值TH_cy1（S54：是），则处理器84在步骤S55中在显示单元88上显示错误。具体地，由于失火次数较大，处理器84在显示单元88显示消息表明故障诊断过程应该中断以便使过滤器18冷却，并取消第二诊断过程。根据所显示的错误，用户临时中断第二诊断过程，使过滤器18的温度下降，以便使得可以恢复第二诊断过程。当故障诊断过程（图3）将要恢复时，根据用户在输入/输出单元80上进行的动作重置每个累计值Tmf_total_n。

在步骤S56中，处理器84取消排放（E/M）相关失火水平的判断。E/M相关失火水平是指沉积在火花塞36上的积碳引起的失火次数的大小。根据当前实施方式，处理器84通过取消E/M相关失火水平的判断而给予为保护过滤器18而进行的失火判断以优先权（图10所示的S53、S54）。然而，在第二诊断过程中继续E/M相关失火水平的判断也是可行的。

在步骤S57至S67中，处理器84识别故障气缸。具体地，根据当前实施方式，如图5所示，四个气缸32被顺序地选择为待诊断对象。如上所述，待诊断的气缸32被称为“目标气缸”。对于四个气缸32当中的除了目标气缸之外的三个气缸，通过将修正值Cfi_n设定为0%，来执行基本燃料喷射控制过程。对于目标气缸，逐步地改变修正值Cfi_n。具体地，将修正值Cfi_n顺序切换为±0%、－10%、－20%、－30%和－40%。换言之，将燃料喷射比Rfi_n顺序地降低为100%（化学计量空燃比）、90%、80%、70%和60%，由此改变气缸空燃比Raf_n。

为了执行上述处理序列，在步骤S57中，处理器84在每个膨胀冲程中或每组多个膨胀冲程中，向发动机ECU20通知变量n和由变量n表示的目标气缸的修正值Cfi_n。已经接收到变量n和修正值Cfi_n的发动机ECU20利用修正值Cfi_n在目标气缸中执行给定次数的膨胀冲程。根据当前实施方式，步骤S57被重复而以每个修正值Cfi_n（即以每个燃料喷射比Rfi_n或每个气缸空燃比Raf_n）执行50次膨胀冲程。

在发动机ECU20执行膨胀冲程的同时，处理器84在步骤S58中对累计值Tmf_total_n和累计值Tmf_cy1_n进行计数。具体地，每次发动机ECU20检测到失火时，其都向处理器84通知失火。响应于失火的通知，处理器84对累计值Tmf_total_n和累计值Tmf_cy1_n进行计数。

在稍后描述的步骤S62、S66中，每次气缸空燃比Raf_n改变时，累计值Tmf_cy1_n都被重置。因此，累计值Tmf_cy1_n在每个气缸修正值Cfi_n时（即在每个测量周期Pm）都累计，如图5和图12所示。

在步骤S59，处理器84判断当前测量周期Pm中的测量是否结束，即是否在目标气缸中以气缸修正值Cfi_n执行了50次膨胀冲程。处理器84可以通过经过发动机ECU20从曲轴角传感器41接收输出信号并基于所接收的输出信号检测曲轴40的转速，来判断当前测量周期Pm中的测量是否完成。如果当前测量周期Pm中的测量没有结束（S59：否），则控制返回至步骤S53。如果当前测量周期Pm中的测量结束（S59：是）则控制继续至图11所示的步骤S60。

在图11的步骤S60中，处理器84判断是否可以改变针对同一目标气缸的修正值Cfi_n，即判断对于同一目标气缸来说是否还有未测量的修正值Cfi_n。具体地，根据当前实施方式，如上所述，由于修正值Cfi_n被顺序地改变至±0%、－10%、－20%和－40%，因此如果当前修正值Cfi_n不是－40%，则可以改变修正值Cfi_n。

如果可以改变修正值Cfi_n（S60：是），则处理器84存储与气缸32和燃料喷射比Rfi_n对应的累计值Tmf_cy1_n（参见图15至图18），之后在步骤S61中改变针对同一目标气缸的修正值Cfi_n。具体地，如果目标气缸的当前修正值Cfi_n是±0%，则处理器84将该修正值Cfi_n改变为－10%。如果目标气缸的当前修正值Cfi_n是－10%，则处理器84将该修正值Cfi_n改变为－20%。如果目标气缸的当前修正值Cfi_n是－20%，则处理器84将该修正值Cfi_n改变为－30%。如果目标气缸的当前修正值Cfi_n是－30%，则处理器84将该修正值Cfi_n改变为－40%。在步骤S62中，处理器84重置累计值Tmf_cy1_n。控制然后返回至图10所示的步骤S53。

如果不能改变修正值Cfi_n（S60：否），即如果目标气缸的当前修正值Cfi_n为40%，则处理器84重置修正值Cfi_n，并且存储与气缸32和燃料喷射比Rfi_n对应的累计值Tmf_cyl_n（参见图15至图18）。之后，在步骤S63中，处理器84判断是否所有气缸32的诊断都结束。如果一些气缸32的诊断没有结束（S63：否），则处理器84在步骤S64中向标识目标气缸的变量n的当前值增加1而生成新的变量n（n←n+1），由此从当前目标气缸切换到新的目标气缸（图5中的时间t11、t12、t13）。

在步骤S65中，处理器84在新目标气缸的修正值Cfi_n中代入0%。新目标气缸因而以化学计量空燃比（±0%）开始操作。然后，在步骤S66中，处理器84重置累计值Tmf_cyl_n。控制然后返回至步骤S53。

如果在步骤S63中所有气缸32的诊断都结束（S63：是）（在图5中的时间t7），则在步骤S67中处理器84判断各气缸32是否发生故障，并且如果气缸32发生故障则基于在对应步骤中获取的代表各气缸32的失火次数的累计值Tmf_cyl_n来识别故障类型。

图13是在第二诊断过程中用于判断各气缸31是否发生故障并且如果气缸32发生故障则识别故障类型的过程的流程图（图11中的S67的细节）。对每个气缸32执行图13所示的过程。图14是说明第二诊断过程中的用于判断各气缸32是否发生故障并且如果气缸32发生故障则识别故障类型的过程的图。

在图13所示的步骤S71中，诊断装置14的处理器84判断在燃料喷射比Rfi_n为70%即修正值Cfi_n为－30%时，代表气缸32的失火次数的累计值Tmf_cyl_n是否为零。如果在燃料喷射比Rfi_n为70%时累计值Tmf_cyl_n为零（S71：是），则处理器84在步骤S72中判断气缸32经受富燃故障。如上所述，富燃故障是指其中气缸32由于某些原因被供给过量燃料的状态。如果燃料喷射比Rfi_n为70%时累计值Tmf_cyl_n不为零（S71：否），则控制继续至步骤S73。

在步骤S73中，处理器84判断在燃料喷射比Rfi_n为90%即修正值Cfi_n为-10%时，代表气缸32的失火次数的累计值Tmf_cyl_n是否等于或大于阈值TH_lean[次数]。阈值TH_lean是用于判断贫燃故障的阈值。根据当前实施方式，TH_lean代表计数为25。如果在燃料喷射比Rfi_n为90%时累计值Tmf_cyl_n等于或大于阈值TH_lean（S73：是），则处理器84在步骤S74中判定气缸32经受贫燃故障。如上所述，贫燃故障是指其中失火气缸由于某些原因而经受燃料供给不足的状态。如果在燃料喷射比Rfi_n为90%时累计值Tmf_cyl_n不大于等于阈值TH_lean（S73：否），则处理器84在步骤S75中判定气缸32正常。

根据以上描述的判断过程，可以判断各气缸32是否正常或是否经受富燃故障或贫燃故障，如图14所示。上述判断过程的结果被转换为具有预定格式的文件（在图4中从时间t7至时间t8），并且在显示单元88上显示（在图4中从时间t8到时间t9）。

图13中所示的判断过程未使用在燃料喷射比Rfi_n为100%、80%和60%时即修正值Cfi_n为±0%、-20%和-40%时的值。这些燃料喷射比Rfi_n时的数据将在处理器84已经判定故障之后供用户分析。

在图11所示的步骤S68中，处理器84向显示单元88输出步骤S67的判断过程的结果。

图15至图18是示出了由诊断装置14获取的代表失火次数的累计值Tmf_cyl_n的相应数据表100、110、120、130、基于数据表100、110、120、130的相应曲线图102、112、122、132和显示在显示单元88上的相应屏幕104、114、124、134的图。

图15示出了各气缸32正常时的数据表100、曲线图102和屏幕104。图16示出了各气缸32经受富燃故障时的数据表110、曲线图112和屏幕114。图17示出了各气缸32经受贫燃故障时的数据表120、曲线图122和屏幕124。图18示出了第一气缸32a和第三气缸32c正常而第二气缸32b经受富燃故障，第四气缸32d经受贫燃故障时的数据表130、曲线图132和屏幕134。

图17和图18所示的曲线图122和132包括燃料喷射比Rfi_n超过100%时产生的数据。添加这些数据仅出于例示目的。

3.当前实施方式的优点

根据当前实施方式，如上所述，可以高度准确且简单地识别气缸空燃比Raf_n异常的可能经受富燃故障或贫燃故障的故障气缸。

通常，根据燃料喷射量Qfi而改变的正常气缸32的实际空燃比Raf_n基本上与取决于修正值Cfi_n的气缸空燃比Raf_n的目标值相同，并且每个气缸32的空燃比Raf_n和失火发生之间的关系一定程度上由发动机16的构造决定。例如，当实际气缸空燃比Raf_n等于化学计量空燃比时，基本上不会失火发生。然而，当实际气缸空燃比Raf_n改变为较富比或较贫比时，则很有可能导致失火。根据当前实施方式，逐步改变气缸空燃比Raf_n（燃料喷射比Rfi_n和修正值Cfi_n），并且计数代表失火次数的累计值Tmf_cyl_n，以确定用于检测气缸空燃比Raf_n的故障的可燃燃料喷射范围。结果，容易检测气缸空燃比Raf_n的故障，从而使得可以高度准确地识别故障气缸。

一般是对发动机16进行气缸空燃比Raf_n控制，并且可以通过例如曲轴角传感器41和发动机ECU20来计数代表失火次数的累计值Tmf_cyl_n。因此，可以利用发动机16的现有构造来控制气缸空燃比Raf_n，并且可以计数代表失火次数的累计值Tmf_cyl_n。根据当前实施方式，根据气缸空燃比Raf_n（燃料喷射比Rfi_n）和代表气缸32的失火次数的累计值Tmf_cyl_n之间的关系识别故障气缸。因此，可以简单地通过使用能够利用发动机16的现有构造控制或判断的气缸空燃比Raf_n（燃料喷射比Rfi_n）和代表失火次数的累计值Tmf_cyl_n来识别故障气缸。

诊断装置14的处理器84逐个地顺序控制气缸32的燃料喷射量Qfi（修正值Cfi_n），以便在发动机16没有被施加任何负载而空转的同时逐步减小气缸空燃比Raf_n（参见图5）。由于这允许逐个确认气缸32的气缸故障，因此可以更准确地判断故障气缸。

处理器84从0%开始逐步减小修正值Cfi_n，由此从100%开始逐步减小燃料喷射比Rfi_n（参见图5）。

由于当代表失火次数的累计值Tmf_cyl_n基本为零时的化学计量空燃比改变至代表失火次数的累计值Tmf_cyl_n增加的较贫空燃比，因此能够更准确地判断故障气缸，并且使发生失火对火花塞36或过滤器18造成的任何不利影响保持最小。

具体地，当在气缸32中频繁地发生失火时，气缸32的燃烧室46内的温度降低，往往使得火花塞36被烟熏，即在火花塞36上沉积更多积碳。结果，气缸32由于沉积的积碳而可能导致更多失火，并且可能无法准确地判断代表由于气缸空燃比Raf_n（修正值Cfi_n）的变化导致的失火次数的累计值Tmf_cyl_n。沉积在火花塞36上的积碳可能不利地影响火花塞36的耐用性。当发生失火时，没有在燃烧室46内燃烧的未燃烧气体从发动机16排出，并且可能由于过滤器18的热量而在过滤器18中被点燃。如果这种现象频繁发生，过滤器18的耐用性可能受到不利的影响。根据当前实施方式，燃烧室46从正常燃烧状态逐渐变化至更多失火状态，燃烧室46内的温度下降被最小化，由此防止上述缺陷发生。

根据当前实施方式，当燃料喷射比Rfi_n为70%即修正值Cfi_n为-30%时，如果有一个气缸32的代表失火次数的修正值Tmf_cyl_n为零，则诊断装置14的处理器84判定该气缸32经受富燃故障，即燃料供给过剩。相应地，可以简单地判断富燃故障。

根据当前实施方式，当燃料喷射比Rfi_n为90%即修正值Cfi_n为-10%时，如果有一个气缸32的代表失火次数的修正值Tmf_cyl_n为25或更大，则诊断装置14的处理器84判定该气缸32经受贫燃故障，即燃料供给不足。相应地，可以简单地判断贫燃故障。

根据当前实施方式，如果在正逐步地改变修正值Cfi_n即燃料喷射比Rfi_n或气缸空燃比Raf_n时，代表失火次数的累计值Tmf_total_n超过阈值TH_total2或者代表失火次数的累计值Tmf_cyl_n超过阈值TH_cyl，则停止逐步改变修正值Cfi_n。因此，可以根据上述阈值而防止火花塞36或过滤器18受到不利影响。为了防止火花塞36受到不利影响，当恢复第二诊断过程时，在修正值Cfi_n被逐步改变之前，既执行基本燃料喷射控制过程又执行空燃比FB控制过程，由此将沉积在火花塞36上的积碳烧尽。

根据当前实施方式，诊断装置14的处理器84在每个测量周期Pm中计数代表目标气缸的失火次数的累计值Tmf_cyl_n。因而，可以针对每个修正值Cfi_n即每个燃料喷射比Rfi_n或每个气缸空燃比Raf_n来判断累计值Tmf_cyl_n的故障，从而使得可以在识别故障气缸时适当地将失火检测为故障。

根据当前实施方式，即使不存在与发动机16的总空燃比Raf_total控制有关的问题，也可以检测到在各个气缸32中可能已经出现的空燃比Raf_n的控制缺陷。

具体地，在发动机16正常运转时，以组合方式使用基本燃料喷射控制过程和空燃比FB控制过程。如果发动机16具有四个气缸32，并且其中一个气缸例如第一气缸32a经受贫燃故障即燃料供给不足，则通过空燃比FB控制过程调节其他三个气缸32即第二至第四气缸32b至32d的空燃比Raf_n以增加供应的燃料，并且调节第一气缸32a的空燃比Raf_n以减少供应的燃料，由此使得发动机16的总空燃比Raf_total成为目标空燃比。在这种情况下，如图19和20所示，第一气缸32a的贫燃故障无法被检测到。

根据当前实施方式，当诊断发动机16时，取消空燃比FB控制过程，并且仅执行基本燃料喷射控制过程。因此，能够高度准确且容易地识别故障气缸。即使待被检查的发动机16仅具有用于检测总空燃比的空燃比传感器38，也可以高度准确且容易地识别故障气缸。

根据当前实施方式，目标空燃比包括化学计量空燃比。根据基本燃料喷射控制过程，控制气缸32的相应燃料喷射比Rfi_n即空燃比Raf_n，以使气缸32的空燃比Raf_n成为化学计量空燃比。根据空燃比FB控制过程，尽管发动机16没有被施加任何负载地空转，如果发动机16的总空燃比Raf_total偏离化学计量空燃比，则向气缸32施加相同的修正值Pc，以使总空燃比Raf_total等于化学计量空燃比。因而，由于在发动机16正常运转和诊断发动机16时都使用化学计量空燃比作为参考，因此容易识别故障气缸。

B．变型例

本发明不限于上述实施方式，而是可以基于本说明书的公开采用各种布置。例如，本发明可以采用如下布置：

在上述实施方式中，使用诊断装置14来诊断车辆12的发动机16。然而，诊断装置14可以用来诊断具有内燃机的其他设备，例如诸如轮船等的移动体。在上述实施方式中，诊断装置14从车辆12外部与发动机ECU20通信。然而，诊断装置14可以安装在车辆12内部。换言之，发动机ECU20可以具有诊断装置14的功能。

在上述实施方式中，发动机16包括直列四缸发动机。但是，发动机32的布局和数量并不限于图中所示。发动机16可以包括V形6缸发动机。

在上述实施方式中，发动机16具有单个空燃比传感器38。然而，发动机16可以具有多个与相应气缸32关联的空燃比传感器38。

在上述实施方式中，诊断装置14的处理器84通过发动机ECU20切换气缸空燃比Raf_n（燃料喷射比Rfi_n和修正值Cfi_n）。然而，处理器84可以直接控制燃料喷射阀34来切换气缸空燃比Raf_n（燃料喷射比Rfi_n和修正值Cfi_n）。另选地，发动机ECU20可以诊断装置14的功能，从而发动机ECU20（诊断装置14）可以直接控制燃料喷射阀34以切换气缸空燃比Raf_n（燃料喷射比Rfi_n和修正值Cfi_n）。

在上述实施方式中，针对每个气缸32来确定代表发动机16开始运转之后失火次数的累计值Tmf_total_n。然而，可以确定并利用代表发动机16开始运转之后整个发动机16的失火次数的累计值Tmf_total_n。

在上述实施方式中，使用累计值Tmf_total_n用作代表发动机开始运转之后的失火次数。然而，可以使用代表从另一时间开始例如发动机16开始运转之后过了给定时间的失火次数的累计值。

在上述实施方式中，在步骤S33、S44中中断空燃比FB控制过程之前同时执行基本燃料喷射控制过程和空燃比FB控制过程。然而，可以在开始时仅使用基本燃料喷射控制过程，之后可以仅仅使用空燃比FB控制过程。在这种情况下，当空燃比FB控制过程在步骤S33、S44中中断之后，恢复基本燃料喷射控制过程。另选地，在步骤S33、S44中中断空燃比FB控制过程之前，可以同时开始基本燃料喷射控制过程和空燃比FB控制过程，之后可以中断基本燃料喷射控制过程而仅继续执行空燃比FB控制过程。在这种情况下，当在步骤S33、S44中中断空燃比FB控制过程时也恢复基本燃料喷射控制过程。

在根据上述实施方式的第二诊断过程中，将修正值Cfi_n减小以将每个气缸32的空燃比Raf_n从化学计量空燃比减小到较贫空燃比。然而，如图21所示，可以从正值到负值逐渐地切换修正值Cfi_n，以将空燃比Raf_n从较富空燃比逐步地转变到较贫空燃比。另选地，如图22中所示，可以将修正值Cfi_n从负值逐步地切换至正值，以将空燃比Raf_n逐步地从较贫空燃比切换到较富空燃比。在这些情况下，修正值Cfi_n不仅可以是±0%、-10%、-20%、-30%和-40%的组合，而且还可以从这些值适当地改变。

在根据上述实施方式的第二诊断过程中，在对目标气缸之外的那些气缸32执行基本燃料喷射控制过程的同时，逐渐地改变目标气缸的空燃比Raf_n（修正值Cfi_n）。然而，可以将用于目标气缸之外的那些气缸32的基本燃料喷射控制过程取消，以中断这些气缸32中的燃料喷射和点火。

在根据上述实施方式的第二诊断过程中，根据图13所示的流程图识别故障。然而，该故障识别过程并不限于图13中所示的过程。在步骤S71中，例如，基于燃料喷射比Rfi_n为70%即修正值Cfi_n为-30%时的累计值Tmf_cyl_n来判断富燃故障。然而，为了判断富燃故障，燃料喷射比Rfi_n可以是其他值（参见图14），只要其小于贫燃极限值，即不会导致失火的临界值，该临界值例如根据发动机16的特性来确定。在这种情况下，该累计值Tmf_cyl_n的阈值（第一阈值）可以是除了零以外的正值。

在步骤S73中，基于燃料喷射比Rfi_n为90%即修正值Cfi_n为-10%时的累计值Tmf_cyl_n来判断贫燃故障。然而，为了判断贫燃故障，燃料喷射比Rfi_n可以是100%或其他值（参见图14），只要其在可燃范围内即可，该可燃范围为不会导致失火的范围，并根据发动机16的特性来确定。在这种情况下，可以将阈值TH_lean（第二阈值）设定为适当值。

如果除了目标气缸之外的其他气缸32发生故障，则为了增加对目标气缸的故障诊断精度，可以向图13中所示的流程图增加其他步骤。例如，在图13中所示的步骤S74中判断目标气缸经受贫燃故障之前，当目标气缸的空燃比Raf_n在代表失火次数的累计值Tmf_cyl_n在贫燃故障的情况下要改变的范围内改变时（参见图14），计算累计值Tmf_cyl_n的变化（即目标气缸的空燃比Raf_cyl_n为90%时的累计值Tmf_cyl_n与目标气缸的空燃比Raf_n为100%时的累计值Tmf_cyl_n之差）。如果所计算的变化等于或大于预定值，则可以判定目标气缸经受贫燃故障。

Claims (14)

1.一种内燃机诊断装置(14)，该内燃机诊断装置用于在多气缸内燃机(16)运转时识别该内燃机(16)的多个气缸(32a—32d)当中的具有异常空燃比的故障气缸，该内燃机诊断装置包括：

空燃比控制器(84)，该空燃比控制器通过控制用于调节所述多个气缸(32a—32d)的相应燃料喷射量的燃料喷射量调节单元(20)来控制各个气缸(32a—32d)，从而一次一个气缸地依次逐步改变运转中的所述多个气缸(32a—32d)中的一个气缸的空燃比的值的增加或减少；以及

故障气缸识别器(84)，该故障气缸识别器基于由失火计数器(20)针对所述逐步改变的每个空燃比的值计数的所述多个气缸(32a—32d)的各气缸的相应失火次数与所述逐步改变的空燃比的值之间的关系来识别所述故障气缸。

2.根据权利要求1所述的内燃机诊断装置(14)，其中，所述空燃比控制器(84)在所述内燃机(16)没有被施加任何负载的情况下控制所述燃料喷射量调节单元(20)，以逐个地顺序调节所述多个气缸(32a—32d)的燃料喷射量，由此逐步增加或减少所述空燃比的值。

3.根据权利要求1所述的内燃机诊断装置(14)，其中，所述空燃比控制器(84)从用以实现化学计量空燃比的预设值开始逐步减少所述燃料喷射量。

4.根据权利要求3所述的内燃机诊断装置(14)，其中，当所述燃料喷射量低于根据所述内燃机(16)的特性确定的贫燃极限值时，如果存在所述失火次数小于第一阈值的气缸，则所述故障气缸识别器(84)判定这一气缸经受燃料供给过剩的富燃故障。

5.根据权利要求3所述的内燃机诊断装置(14)，其中，当所述燃料喷射量代表用于实现所述化学计量空燃比的设定值或代表根据所述内燃机(16)的特性确定的可燃范围内的预定值时，如果存在失火次数大于第二阈值的气缸，则所述故障气缸识别器(84)判定这一气缸经受燃料供给不足的贫燃故障。

6.根据权利要求1所述的内燃机诊断装置(14)，该内燃机诊断装置进一步包括：

保护器(84)，如果在正逐步改变所述空燃比的值时，所述多个气缸(32a—32d)中的任一个气缸的失火次数或所述多个气缸(32a—32d)的失火次数的总数超过预定值，则所述保护器(84)停止逐步改变所述空燃比的值，以保护火花塞(36)或排气净化过滤器(18)。

7.根据权利要求1或6所述的内燃机诊断装置(14)，其中，如果所述内燃机(16)的总空燃比偏离目标空燃比，则能够执行空燃比反馈控制过程，以对所述多个气缸(32a—32d)中的每个气缸施加相同的修正值，从而使所述内燃机(16)的总空燃比等于所述目标空燃比；

当对所述内燃机(16)进行诊断时，在所述内燃机(16)预热之后空转时，对所述多个气缸(32a—32d)中的每个气缸至少执行所述空燃比反馈控制过程，并且监测所述多个气缸(32a—32d)中的每个气缸的失火；

当发生失火时，将所述空燃比反馈控制过程中断并开始执行或继续执行基本燃料喷射控制过程，以判断失火是否继续；

如果即使仅在所述基本燃料喷射控制过程中失火也仍然继续，则判断所述修正值是否超过第一阈值，以判断燃料供给过剩的富燃故障，或者判断所述修正值是否超过第二阈值，以判断燃料供给不足的贫燃故障；以及

如果所述修正值超过所述第一阈值，则判定所述多个气缸中的此时发生失火的气缸经受所述富燃故障，或者如果所述修正值超过所述第二阈值，则判定所述多个气缸中的此时发生失火的气缸经受贫燃故障。

8.一种内燃机诊断方法，该内燃机诊断方法用于在多气缸内燃机(16)运转时识别该内燃机(16)的多个气缸(32a—32d)当中的具有异常空燃比的故障气缸，并包括如下步骤：

通过控制所述多个气缸(32a—32d)的相应燃料喷射量来逐步改变各个气缸(32a—32d)的空燃比，从而一次一个气缸地依次逐步改变运转中的所述多个气缸(32a—32d)中的一个气缸的空燃比的值的增加或减少；

针对所述逐步改变的每个空燃比的值来计数所述多个气缸(32a—32d)的各气缸的相应失火次数；以及

基于所述逐步改变的空燃比的值与所述多个气缸(32a—32d)的失火次数之间的关系识别所述故障气缸。

9.根据权利要求8所述的内燃机诊断方法，其中，改变所述空燃比的步骤包括在所述内燃机(16)没有被施加任何负载的情况下，逐个地顺序控制所述多个气缸(32a—32d)的所述燃料喷射量，由此逐步增加或减少所述空燃比的值。

10.根据权利要求8所述的内燃机诊断方法，其中，改变所述空燃比的步骤包括从用以实现化学计量空燃比的设定值开始逐步减少所述燃料喷射量。

11.根据权利要求10所述的内燃机诊断方法，其中，识别所述故障气缸的步骤包括：当所述燃料喷射量低于根据所述内燃机(16)的特性确定的贫燃极限值时，如果存在失火次数小于第一阈值的气缸，则判定该气缸经受燃料供给过剩的富燃故障。

12.根据权利要求10所述的内燃机诊断方法，其中，识别所述故障气缸的步骤包括：当所述燃料喷射量代表用于实现所述化学计量空燃比的设定值或代表根据所述内燃机(16)的特性确定的可燃范围内的预定值时，如果存在所述失火次数大于第二阈值的气缸，则判定该气缸经受燃料供给不足的贫燃故障。

13.根据权利要求8所述的内燃机诊断方法，该方法进一步包括如下步骤：

如果在所述空燃比的值正在逐步改变时，所述多个气缸(32a—32d)中的任一个气缸的失火次数或所述多个气缸(32a—32d)的失火次数的总数超过预定值，则停止逐步改变所述空燃比的值，以保护火花塞(36)或排气净化过滤器(18)。

14.根据权利要求8或13所述的内燃机诊断方法，该方法进一步包括如下步骤：

执行基本燃料喷射控制，以通过调节所述多个气缸(32a—32d)的相应燃料喷射量来控制所述多个气缸(32a—32d)的相应空燃比；

计数各个气缸(32a—32d)的失火次数；以及

识别所述故障气缸，

其中，执行基本燃料喷射控制的步骤包括：

执行基本燃料喷射控制过程，以控制所述多个气缸(32a—32d)的相应空燃比，从而使所述多个气缸(32a—32d)的空燃比等于所述内燃机(16)的总目标空燃比；以及

执行空燃比反馈控制过程，如果所述内燃机(16)的总空燃比偏离目标空燃比，则所述空燃比反馈控制过程向所述多个气缸(32a—32d)中的每个气缸施加相同的修正值，以使所述内燃机(16)的总空燃比等于所述目标空燃比；

执行所述基本燃料喷射控制过程的步骤包括：当对所述内燃机(16)进行诊断时，在所述内燃机(16)预热之后空转时，对所述多个气缸(32a—32d)中的每个气缸至少执行所述空燃比反馈控制过程，并且监测所述多个气缸(32a—32d)中的每个气缸的失火；

当发生所述失火时，将所述空燃比反馈控制过程中断并且开始执行或继续执行所述基本燃料喷射控制过程，以判断失火是否继续；

如果即使仅在所述基本燃料喷射控制过程中失火也仍然继续，则判断所述修正值是否超过第一阈值，以判断燃料供给过剩的富燃故障，或者判断所述修正值是否超过第二阈值，以判断燃料供给不足的贫燃故障；以及

如果所述修正值超过所述第一阈值，则判定所述多个气缸中的此时发生失火的气缸经受富燃故障，或者如果所述修正值超过所述第二阈值，则判定所述多个气缸中的此时发生失火的气缸经受贫燃故障。