JP2001507428A - 燃焼センサーフィードバックシステムの診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃エンジン(10)の燃焼室(20)において燃焼状態が発生したかどうかを判断する装置は、燃焼室（20）において燃焼状態の発生を検出し、燃焼状態に応答して燃焼信号を発するための燃焼センサー（26）と、燃焼室（20）から排気通路（28）において温度状態を検出し、検出された温度状態を表す特性を有する温度信号を発するための温度センサー（30）と、燃焼信号と温度信号を受信するように接続され、期待燃焼信号を受信しない場合に、燃焼状態が発生したかどうかを、温度信号特性と、燃焼室（20）において燃焼状態の発生を表す所定の特性値とを比較することによって判断するコントローラ（34）と、から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 燃焼センサーフィードバックシステムの診断装置 本発明の技術分野 本発明は、一般的に内燃エンジンの燃焼センサーフィードバックシステムに関 する診断装置及び方法に関する。より詳細には、本発明は、燃焼センサーフィー ドバックシステムが作動しているかどうかを判断する装置と方法に関する。本発明の背景 現在、多くの内燃エンジンにおいて、電子コントローラが、燃焼チャンバに給 送される空気燃料混合気を制御し、タイミンが測られた点火信号を作り、検出さ れたエンジンパラメータに応答して、火花点火されるエンジンの混合気を点火す るのに使用される。一般的に、火花点火されるエンジンにおいて、点火信号が、 燃焼チャンバ内の中央に配置された火花プラグに送信され、火花が空気燃料混合 気を点火すると、火炎が発生する。 イオンプローブ、光学装置、熱電対等の装置である燃焼センサーが、一般的に 燃焼室に配置されている。従来の燃焼センサーとシステムの例が、マドック他に 1991年８月６日に付与された米国特許第5,036,669号、1991年８月20に付与され た同第5,041,669号およびマッコビーに1995年２月28日に付与された同第5,392,6 41号に開示されている。作動において、燃焼センサーが一般的に、イオンプロー ブの場合に、燃焼室において所定の燃焼状態が存在することに応じて、燃焼信号 を発し、火炎がイオンプローブをすぎて広まる。火炎が燃焼センサーにより検出 されない場合には、燃焼信号が電子コントローラに発せられたり、送信されない 。燃焼信号がない場合には、電子コントローラは、シリンダがデッド領域、すな わちある理由のために、燃焼状態が燃焼室で発生していないことを判断する。次 いで、電子コントローラは、一般的にシリンダへの燃料給送を終了させることに よって、影響を受けたシリンダをカットアウトするように進む。 しかし、起り得る問題は、電子コントローラがシリンダをカットアウトするこ とである。なぜならば、燃焼センサーフィードバックシステムに関する問題があ るために、燃焼がシリンダ内で実際に発生する時でも、そのシリンダに関する燃 焼センサーから燃焼信号が受信されないからである。 従って、本発明は上述の１つか、２つ以上の問題を解決するものである。発明の開示 本発明の１態様において、内燃エンジンの燃焼室において燃焼状態が発生した かどうかを判断する装置が開示されている。この装置は、燃焼システムにおいて 燃焼状態の発生を検出し、燃焼状態に応答して燃焼信号を発信するための燃焼セ ンサーと、燃焼室からの排気通路の温度状態を検出し、検出された温度状態を表 す特徴を有する温度信号を発するための温度センサーと、燃焼信号と温度信号と を受信するように接続され、期待燃焼信号を受信しないで、温度信号特性と、燃 焼室における燃焼状態の発生を表す所定の特性値とを比較することによって、燃 焼状態が発生したかどうかを判断するように作動できるコントローラと、を含む 。 温度信号特性と所定の特性値とを比較することにより燃焼状態が発生しなかっ たことが判断されると、コントローラはエンジンを停止したり、燃料噴射式エン ジンような適切な燃料給送装置が存在する場合には、コントローラは燃料給送装 置と共に作動でき、影響を受けた燃焼室への燃料給送を終了させ、そのシリンダ をカットアウトする。同様に、燃焼状態が発生しなかったという判断がなされる ときに、コントローラは、デッドシリンダを表す信号を作るように任意的に作動 できる。次いで、デッドシリンダインディケータ、すなわちフラグがコントロー ラの内部、または外部に配置されたメモリに記録されたり、オペレータディスプ レー装置または整備ツールに伝えられる。 本発明の別の態様に関し、期待燃焼信号を受信しないで、コントローラが、一 方では温度信号特性が所定の特性値よりも小さい場合に、デッドシリンダを表す 信号を発するように作用し、他方では、温度信号特性が、所定の温度特性よりも 大きいか、等しい場合に、故障状態に関連した燃焼センサーを表す信号を発する ように作用する。本明細書において、所定の値よりも大きいか、または等しい検 出排気温度が、燃焼室における燃焼の発生を表し、期待燃焼信号が受信されなか った場合、燃焼センサー故障状態が存在することを表すことになる。所定の値よ りも小さい検出排気温度は、燃焼が存在しないこと、すなわちデッドシリンダが ないことを表し、期待燃焼信号を受信しないことが正しいことを確実にする。 本発明は、様々な範囲の燃焼センサーフィードバックシステムに使用でき、少 数の例を挙げれば、光学検出器、熱電対のようなセンサー装置、とともに、イオ ンプローブのような燃焼室において火炎を検出できるプローブを利用することを 含む。同様に、燃焼室から破棄温度を検出するための様々な装置は、可変電圧レ ベル特性を有する熱伝対を含むことができ、この電圧レベルが、燃焼室から、ま たは他の排出領域から排出された排気ガスの温度に従って変わり、燃焼が問題と なる燃焼室で発生しているかどうかを温度が表すようになっている。いかなる場 合にも、発生した温度信号は、本発明の目的に関し利用できる特定のシリンダ内 で燃焼が発生した時を判断するための所定のしきい特性を有する。図面の簡単な説明 本発明をより理解するために、添付の図面を参照する。 図１は、本発明に関連する装置を含む内燃エンジンの一般的シリンダの破断断 面図である。 図２は、本発明に関連した図１の装置の作動を表す高レベルのフロー線図であ る。本発明を実施するのに最良の形態 図面を参照すると、本発明の好ましい実施例が図示されており、図１は、シリ ンダ14を形成する管状のシリンダライナー12を含む一般的な内燃エンジン10を表 す。エンジン10は、２，３のエンジンの例を挙げれば、ガソリン、ディーゼル燃 料、アルコール及びメタンを含む、広い範囲の燃料を使用する一気筒エンジンお よび多気筒エンジンを含む広い範囲の内燃エンジンを表和しており、本発明は、 これらの種類のエンジンを利用できる。エンジン10のシリンダ14がエンジンのク ランクシャフト（図示せず）と共に、通常の手段で往復可能に可動 なピストン16を含む。エンジン10は、シリンダ14の１端部を閉じるヘッド18を含 み、燃焼室20を形成する。 エンジン10のヘッド18は、貫通して延びている吸気ポート22を含み、これと、 燃焼支柱20への空気と燃料の通路のために燃焼室20に連通しており、ヘッド18は 、吸気ポート22と連通するようにヘッド18に取り付けられた燃料噴射器24により 吸気ポート22を通り空気の流れが給送される燃料を有しており、同様に、従来の キャブレター（図示せず）を使って、吸気ポート22の上流側の空気流れにも給送 されることがわかる。ヘッド18は、さらに燃焼室20と連通して取付けられている イオンプローブである従来の燃焼センサー26を含む。また、ヘッド18は排気ガス および他の燃焼副産物の通路のために燃焼室と連通する排気ポート28と、燃焼が 排出した後に、燃焼室20から排出された排気ガスの温度を検出するために、排気 ポート28と連通して取付けられた熱伝対である排気温度センサー30と、を含む。 排気ガス温度センサー30は、検出された温度状態に応じて、通常の手段で可変温 度信号を発するように作動可能である。スパークプラグ32が燃焼室20の中に配置 されている。 エンジン10は、少なくとも、一部所定の検出エンジンパラメータ基いて別のエ ンジン作動パラメータと同様に燃焼室20に給送された空気燃料混合気を制御する ためのコントローラ34を含む。コントローラ34は、通路36を介し燃料噴射器24と 連通しており、コントローラ34は、通路38を介し燃焼センサー26から燃焼信号を 受信する。燃焼センサー26と通路38は、燃焼室20の燃焼センサーフィードバック システム40のエレメントから一般的に構成される。同様に、通路42は、コントロ ーラ34と排気温度センサー30との間に延びており、排気温度センサー30からコン トローラへの排気温度信号の通信を行うようになっている。通路36，38および42 は、公知のように１つか２つ以上の長さのワイヤまたはコネクタを含む従来の構 造から構成されていればよい。 通常の状態で、コントローラ34は、燃焼センサーフィードバックシステム40の 通路を介し受信された燃焼信号を読み取り、燃焼室20における燃焼状況を判断す るようになっている。この点について、イオンプローブ燃焼センサー26からの燃 焼信号は、DC電圧信号であり、これの電圧レベルは、燃焼室20におけ る燃焼状況を表し、これのタイミングは、火炎伝播速度を表す。燃焼が燃焼室20 で存在しない場合には、燃焼センサー26は燃焼信号を送信しない。コントローラ 34は、少なくとも一部燃焼信号に基づいて燃焼室20の燃焼状況の発生と質を判断 し、燃焼信号がないことは、コントローラに、燃焼が燃焼室20に存在しないこと を知らせることになる。前述したように、特定の燃焼センサーから期待燃焼信号 の受信がない場合には、コントローラは、主体となるシリンダがデッドシリンダ であり、エンジンを停止し、可能な場合には、そのシリンダへの燃料給送を終了 する。発生する問題は、燃焼センサーまたは燃焼センサーフィードバックシステ ムの別の部分に関する問題が存在する場合に、燃焼が発生しつつあったとしても 、いかなる燃焼センサー信号もコントローラから受信されないようになっており 、コントローラは、そのシリンダに関し燃焼が発生しておらず、このシリンダを デッドシリンダとすることである。 上述の問題を回避するために、本発明によれば、コントローラ34は、燃焼セン サーフィードバックシステム40から期待燃焼信号の受信がない場合に、通路42で 受信された排気ガス温度振動を読み取り、影響を受けるシリンダの燃焼を表す温 度状態が存在するかどうかを判断するように作用する。この場合、燃料と火花が シリンダへ常時送られる。そうでない場合には、エンジンは停止されるか、可能 な場合には、影響を受けたシリンダへの燃料供給が終了される。更に、コントロ ーラは、問題を表す診断信号を任意的に発し、メモリ内にインディケータを蓄積 するか、もしくはこれをオペレータディスプレー装置または整備ツール(図示せ ず)に送る。 図２は、燃焼が発生しているか、燃焼センサーフィードバックシステム40が作 動しているかを判断するために、コントローラ34の作動を表す高レベルのフロー チャート44を図示する。チャート44を参照すると、開始ブロック46により表され ている判定工程の初期化の後に、コントローラ34は、燃焼センサー信号がブロッ ク48により図示されているように受信されたかどうかを判断する。 燃焼センサー信号が受信されると、ルーチンが再び初期化されるまで更なる段階 はなされない。燃焼センサー信号が受信されなければ、コントローラ34は、ブロ ック50により図示されているようにワイヤ42の排気ガス温度信号を読み取 る。次いで、判定ブロック52により図示されているように、コントローラ34は、 排気ガス温度を、所定の値と比較し、所定の値以上であれば問題のシリンダに燃 焼が存在し、所定の値以下であれば燃焼が存在しないことになり、試験の間、そ の所定の値は、所定のエンジン種類に関し判断可能である。この比較は、一般的 に電圧レベルのような温度信号の特性を、コントローラプログラムすなわちメモ リーに組込まれる所定の特性値と比較することによって一般的になされる。排気 ガス温度が所定の値以下の場合には、期待燃焼信号の不存在により表される燃焼 が存在しないことが確実になり、コントローラ34は、エンジン停止のような所定 の修正作動を開始するように作動し、可能な場合には、ブロック54により図示さ れているように燃焼室20への燃料供給を終了する。一方、排気ガス温度が所定の 値以上の場合には、コントローラ34は、燃焼センサーフィードバックシステム40 に故障が存在すると判断し、ブロック56により図示されているように、故障信号 を発する。更に、燃焼センサーフィードバックシステム故障が存在すると判断さ れる場合には、これに従って、コントローラ34は、影響を受けたシリンダへ燃焼 を供給しつづけるように作用できる。さらに、上述したように、燃焼センサーフ ィードバックシステム40内の故障状態が検出されると、故障信号が、コントロー ラ自体に含まれているか、外部にあるメモリー内に記録され、整備ツールに送ら れるか、オペレータディスプレーに伝達され、故障がより正確により短時間で診 断され、修正される。同様に、デッドシリンダまたは別の問題が検出されると、 この状態に関する故障信号が発信され、記録され、同様に伝達される。産業上の利用可能性 本発明の燃焼センサーフィードバックシステムが作動しているかどうかを判断 するための診断および方法は、工業的ガス圧縮、電気動力発生器及び様々な燃料 を用いた電気・熱同時発生器の用途とともに、車両用途を含む様々な内燃機関の 用途に適応できる。このようなエンジン全体に関する作動目的は、高出力、低エ ミッション、高熱効率及びエンジン作動パラメータの正確な制御を含む。本発明 の装置及び方法は、燃焼問題があるかどうか、または燃焼センサーフィードバッ クシステムに伴う問題があるかどうかを短時間で簡単に確かめるように、電子エ ンジンコントローラを作動させることによってこれらの目的を達成する助けとな り、これに従って、シリンダ内での不要な燃焼終了を回避することを含む作動を 行う。このために、相当な費用を付加することなく、または複雑ではなくエンジ ン全体の作動を改善することになる。 本発明の別の態様、目的及び利点は、図面、発明の開示および請求の範囲を研 究することにより得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃エンジン（10）の燃焼室（20）において燃焼状態が発生したかどうかを 判定するための装置であって、 前記燃焼室（20）において前記燃焼状態の発生を検出し、前記燃焼状態に応答 して燃焼信号を発するための燃焼センサー（26）と、 前記燃焼室（20）から排気通路（28）において温度状態を検出し、前記検出さ れた温度状態を表す特性を有する温度信号を発するための温度センサー（30）と 、 前記燃焼信号と前記温度信号を受信するように接続され、期待燃焼信号を受信 しない場合に、前記燃焼状態が発生したかどうかを、前記温度信号特性と所定の 特性値とを比較することによって判断するコントローラ（34）と、 から構成された装置。 ２．前記温度信号特性が前記所定の特性値よりも小さい場合に、前記燃焼状態が 発生しなかったという判断がなされることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．前記エンジン（10）は燃料を前記燃焼室（20）に給送するための装置を含み 、前記コントローラ（34）が、前記燃料給送装置と協働して作用し、前記燃焼状 態が発生しなかったという判断がなされると、前記燃焼室（20）への燃料給送が 終了するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の装置。 ４．前記燃焼が発生しなかったという判断がなされると、前記コントローラ（34 ）はデッドシリンダ（14）を表す信号を発するように作用することを特徴とする 請求項３に記載の装置。 ５．前記温度信号特性が所定の特性値よりも大きい場合に、前記燃焼状態が発生 したという判断がなされ、前記コントローラ（34）は、前記期待燃焼信号が受信 されず、前記燃焼状態が発生したという前記判断がなされた場合に、故障状態 に関連した燃焼センサー（26）を表す信号を発するように作用することを特徴と する請求項１に記載の装置。 ６．前記燃焼センサー（26）はイオンプローブからなることを特徴とする請求項 １に記載の装置。 ７．前記燃焼センサー（26）は光学的検出器からなることを特徴とする請求項１ に記載の装置。 ８．前記温度センサー（30）は熱伝対からなることを特徴とする請求項１に記載 の装置。 ９．前記内燃エンジン（10）の燃焼室（20）の燃焼監視システムであって、 前記燃焼室（20）における前記燃焼状態の発生を検出し、前記燃焼状態に応答 して燃焼信号を発するための燃焼センサー（26）と、 前記燃焼室（20）から排気通路（28）において温度状態を検出し、前記検出さ れた排気温度状態を表す特性を有する温度信号を発するための排気温度センサー （30）と、 前記燃焼信号と前記温度信号を受信するように接続され、期待燃焼信号を受信 しないとき、前記温度信号特性が所定の特性値よりも小さい場合に燃焼問題を表 す信号を発し、前記温度信号特性が前記所定の特性値よりも大きい場合に、燃焼 センサー（26）に関連した故障状態を表す信号を発するように作用するコントロ ーラ（34）と、 から構成された装置。 10．前記エンジン（10）は、燃料を前記燃焼室（20）に給送する装置を含み、前 記コントローラ（34）は、前記燃焼室（20）への燃料給送を、前記期待燃焼信号 が受信されず、さらに前記温度信号特性が前記所定の特性値より小さい場合にの み、終了するように作用することを特徴とする請求項９に記載の燃焼監視 システム。 11．前記コントローラ（34）は、前記期待燃焼信号が受信されず、前記温度信号 特性が前記所定の特性値よりも小さい場合にのみ、前記エンジン（10）を停止さ せるように作用することを特徴とする請求項９に記載の燃焼監視システム。 12．燃焼室（20）に配置された燃焼センサー（26）を含む内燃燃焼エンジン（10 ）の燃焼室（20）に、期待燃焼状態が発生したかどうかを判断する方法であって 、 （ａ）期待燃焼信号が前記燃焼センサー(26)により作られたかどうかを判断し 、 （ｂ）前記燃焼室(20)からの排気ガスが所定の温度よりも小さいかどうかを判 断し、 （ｃ）前記期待燃焼状態が、 (i)段階(a)において、前記燃焼信号が発せられなかったかどうかの判断が なされ、 (ii)段階(b)において、前記排気ガスの温度が前記所定の温度よりも小さ いという判断がなされた、場合に、前記期待燃焼状態が発生しなかったことを判 断する、 段階からなる方法。 13.(i)段階(a)において、前記燃焼信号が発せられなかったかどうかの判断がな され、 (ii)段階(b)において、前記排気ガスの温度が前記所定の温度よりも大きい という判断がなされる場合に、燃焼センサー故障状態が存在することを判断する 段階からなることを特徴とする請求項12に記載の方法。 14.(d)前記期待燃焼状態が発生しなかったという判断がなされた場合に、所定の 修正作用を開始する段階からなることを特徴とする請求項12に記載の方法。