JP2007085176A - Fuel injection valve failure diagnosis for each cylinder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒別燃料系診断を空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）を用いて実施することで、各気筒の燃料噴射弁の異常を素早く検出することを特徴とする内燃機関の故障診断システムに関する。 The present invention relates to a failure diagnosis system for an internal combustion engine that quickly detects an abnormality of a fuel injection valve of each cylinder by performing an individual fuel system diagnosis using an air-fuel ratio sensor (LAF sensor).
内燃機関の燃料系診断は、排出ガスの空燃比の異常から、エミッションの悪化を検知する診断であり、北米のＯＢＤII法規にて車両に搭載が義務付けられている。 The fuel system diagnosis of an internal combustion engine is a diagnosis that detects deterioration of emissions from an abnormality in the air-fuel ratio of exhaust gas, and is required to be mounted on a vehicle according to North American OBDII regulations.
その診断方法の一つとして、各気筒に通じる複数の排気通路を集合させ、その排気集合部に設けられた排出ガス中の酸素濃度を検出するＯ2 センサにより、そのセンサ信号から算出された空燃比補正値と空燃比学習値が、ある一定範囲内に収まらない場合、異常と判定する方法が知られている。 As one of the diagnostic methods, a plurality of exhaust passages communicating with each cylinder are gathered, and an empty space calculated from the sensor signal by an O 2 sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas provided in the exhaust gathering portion. There is known a method for determining an abnormality when the fuel ratio correction value and the air-fuel ratio learning value do not fall within a certain range.
しかし、この方法では、燃料系診断で故障と判定された場合、燃料系の故障原因までは自動的に特定できない問題点がある。この場合、故障原因としては、燃料ポンプ・燃料噴射弁・プレッシャーレギュレータ・空気流量計が考えられ、また、ガス欠・吸気系のエア漏れ・燃料配管からの燃料漏れ等も考えられる。このように故障原因が多岐に渡り、故障発生時には、原因特定が困難である。 However, in this method, when it is determined that the fuel system has failed, there is a problem that the cause of the fuel system failure cannot be automatically identified. In this case, the cause of the failure may be a fuel pump, a fuel injection valve, a pressure regulator, an air flow meter, a gas shortage, an air leak in the intake system, a fuel leak from the fuel pipe, or the like. In this way, there are a variety of causes of failure, and it is difficult to identify the cause when a failure occurs.
そこで、少なくとも燃料噴射弁の異常に対し、その異常気筒を自動的に検出する方法として、各気筒に設定される空燃比補正値を用いて、気筒別燃料系診断を実施するもの特許文献１にて提案されている。 Therefore, as a method of automatically detecting an abnormal cylinder at least for an abnormality of the fuel injection valve, a fuel system diagnosis for each cylinder is performed using an air-fuel ratio correction value set for each cylinder. Has been proposed.
しかしながら、特許文献１では、Ｏ2 センサを用いるため、気筒別に空燃比学習制御を使用しなければならず、学習が終了するまでの時間が必要となるため、異常が発生してから異常を検出するまでに、結果としてかなりの多大な時間を要することとなる。
However, in
そこで本発明では、各気筒からの排気集合部に設けられた、空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）を用いて、燃料噴射弁の異常気筒を素早く検出する方法を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a method for quickly detecting an abnormal cylinder of a fuel injection valve using an air-fuel ratio sensor (LAF sensor) provided in an exhaust collecting portion from each cylinder.
上記課題は、各気筒に通じる複数の排気通路を集合させ、前記複数の排気通路の集合部に空燃比を検出する空燃比検出手段を設け、前記空燃比検出手段の出力信号に基づいて燃料噴射量を制御する演算処理装置を有すると共に、前記空燃比検出手段の出力信号又は出力信号波形に基づき、特定気筒の燃料噴射弁に異常が発生したことを診断する異常診断手段を有することを特徴とする内燃機関の故障診断システムにより解決される。 The object is to provide a fuel injection based on an output signal of the air-fuel ratio detecting means by collecting a plurality of exhaust passages communicating with each cylinder, and providing an air-fuel ratio detecting means for detecting an air-fuel ratio at a collection portion of the plurality of exhaust passages. And an abnormality diagnosis means for diagnosing that an abnormality has occurred in the fuel injection valve of the specific cylinder based on an output signal or an output signal waveform of the air-fuel ratio detection means. This is solved by a failure diagnosis system for an internal combustion engine.
燃料系診断にて故障判定された場合、故障原因が多岐に渡り、ディーラー等にて原因特定に時間がかかることも多い。時間が無い場合には、燃料噴射弁のアッセンブリー交換
（正常品も含めての燃料噴射弁の全数交換）をすることもある。少なくとも燃料噴射弁故障の際には、その気筒を検出できれば、部品代と交換工賃を節約することができる。
When a failure is determined by the fuel system diagnosis, there are many causes of the failure, and it often takes time to specify the cause at a dealer or the like. If there is no time, the fuel injection valve assembly may be replaced (the entire number of fuel injection valves including normal ones may be replaced). If the cylinder can be detected at least in the event of a fuel injection valve failure, the cost of parts and replacement labor can be saved.
その一方、ＬＡＦセンサを用いるため、故障検出に空燃比学習制御が不要であり、故障が発生してから故障検出までの時間を短縮できる。 On the other hand, since the LAF sensor is used, air-fuel ratio learning control is not required for failure detection, and the time from failure occurrence to failure detection can be shortened.
また、近年、内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する直噴方式をガソリンエンジンでも採用する車種が増えている。その場合、燃料噴射弁の噴射口にカーボン堆積物が付着し易くなり、特定の燃料噴射弁において、燃料流量が意図した流量より少なくなる不具合が懸念されており、燃料噴射弁の異常気筒特定は重要性が増している。 In recent years, an increasing number of vehicles have adopted a direct injection system in which a fuel is directly injected into a cylinder of an internal combustion engine even in a gasoline engine. In that case, carbon deposits are likely to adhere to the injection port of the fuel injection valve, and there is a concern that the fuel flow rate will be lower than the intended flow rate in a specific fuel injection valve. The importance is increasing.
ここでは一例として、直列４気筒の内燃機関で、空燃比センサが排気集合部に１つだけついているものにて説明を行う。 Here, as an example, an in-line four-cylinder internal combustion engine having only one air-fuel ratio sensor in the exhaust collecting portion will be described.
実施例１では、オンボード上での診断を想定しており、実施例２では、車のディーラー等の整備場で、メカニックがオフボード上で診断する場合を想定している。 In the first embodiment, on-board diagnosis is assumed, and in the second embodiment, it is assumed that a mechanic makes a diagnosis on off-board at a maintenance site such as a car dealer.
図１に、内燃機関の構成について説明する。吸入空気は、内燃機関の運転状態計測手段の一つである空気流量計６を通り、空気流量を制御するスロットル弁８を通ってコレクタ９に入る。前記空気流量計６からは、前記空気流量を表す信号が内燃機関制御装置であるエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）７に出力されている。前記コレクタ９に吸入された空気は、内燃機関１の各燃焼室１１に分配されて導かれる。
FIG. 1 illustrates the configuration of the internal combustion engine. The intake air passes through the air flow meter 6 which is one of the operating state measuring means of the internal combustion engine, and enters the
一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク１２から燃料ポンプ１３によりプレッシャーレギュレータ１０にて調圧され、各燃焼室１１に配置されている燃料噴射弁２に圧送される。前記燃料は、ＥＣＭ７からの信号により燃料噴射弁２から噴射される。噴射された燃料は吸入空気と混合され、各燃焼室１１毎に配置されている火花点火装置３で点火され燃焼する。
On the other hand, fuel such as gasoline is pressure-regulated by a
また、エンジンの回転やクランク角度を検出するためにクランク角センサ５を設け、その出力はＥＣＭ７に送られる。
In addition, a
さらに、排気管１５中の触媒１４の上流に設けられた空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）４は、排出ガスの空燃比を検出し、その検出信号をＥＣＭ７に出力する。該ＥＣＭ７は、各種のセンサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算出された各種の制御信号を出力し、各燃料噴射弁２，火花点火装置３に所定の制御信号を供給して燃料供給量制御，燃料噴射時期制御，点火時期制御を実行する。
Further, an air-fuel ratio sensor (LAF sensor) 4 provided upstream of the
図２は本実施例の一形態のフローチャートを示す。 FIG. 2 shows a flowchart of one embodiment of this embodiment.
ステップ１（Ｓ１）は、従来の燃料系診断にてＮＧ判定されたか判定する。 In step 1 (S1), it is determined whether NG is determined in the conventional fuel system diagnosis.
ＮＯの場合、ステップ１（Ｓ１）にて、ＹＥＳ判定されるまで、気筒別燃料噴射弁故障診断を開始しない。 In the case of NO, the cylinder-by-cylinder fuel injection valve failure diagnosis is not started until YES is determined in step 1 (S1).
ＹＥＳの場合、ステップ２（Ｓ２）に進み、気筒別燃料噴射弁故障診断を開始する。 In the case of YES, the process proceeds to Step 2 (S2), and the cylinder-by-cylinder fuel injection valve failure diagnosis is started.
ステップ３（Ｓ３）は、診断領域に入っているか判定する。 In step 3 (S3), it is determined whether the diagnostic area is entered.
診断領域は、あらかじめＥＣＭに記憶されているエンジン回転数と負荷の領域とする。このエンジン回転数と負荷は、気筒別の空燃比が検出可能な回転数と負荷に設定されている。診断中においても、この領域を外れたら直ちに診断を中止する。 The diagnosis area is an engine speed and load area stored in advance in the ECM. The engine speed and load are set to a speed and load at which the air-fuel ratio for each cylinder can be detected. Even during the diagnosis, the diagnosis is stopped as soon as it leaves this area.
また、空燃比センサと、クランク角度検出手段，吸入空気流量測定手段、或いは吸入空気圧測定手段が自己診断にて故障と判定されている場合、診断領域外とする。 Further, if the air-fuel ratio sensor, the crank angle detection means, the intake air flow rate measurement means, or the intake air pressure measurement means are determined to be out of order by self-diagnosis, it is out of the diagnosis area.
ここで、ＮＯの場合、ステップ３（Ｓ３）にて、ＹＥＳ判定されるまで、気筒別燃料噴射弁故障診断を開始しない。 In the case of NO, the cylinder-by-cylinder fuel injection valve failure diagnosis is not started until YES is determined in step 3 (S3).
ＹＥＳの場合、ステップ４（Ｓ４）に進む。 If yes, go to step 4 (S4).
ステップ４（Ｓ４）は、空燃比フィードバック制御を停止させる。 Step 4 (S4) stops air-fuel ratio feedback control.
ステップ５（Ｓ５）は、空燃比センサ出力信号の振幅が、ＥＣＭに格納されている、ある一定値を超えているか判定する。 Step 5 (S5) determines whether the amplitude of the air-fuel ratio sensor output signal exceeds a certain value stored in the ECM.
例えば、ある気筒で燃料噴射弁が故障している場合、故障気筒のみ空燃比が異常となるので、正常気筒との空燃比差が大きくなることにより、空燃比センサの振幅も大きくなり、ここではＹＥＳとなり、ステップ６（Ｓ６）に進む。 For example, when the fuel injection valve is malfunctioning in a certain cylinder, the air-fuel ratio becomes abnormal only in the failed cylinder, so the air-fuel ratio difference from the normal cylinder increases, so the amplitude of the air-fuel ratio sensor also increases. It becomes YES and progresses to step 6 (S6).
また、燃料噴射弁が全て正常、もしくは全て異常の場合は、各気筒間で空燃比差が無く、燃料噴射弁の故障気筒は特定不可能となる。そのため、ここではＮＯとなり、ステップ１３（Ｓ１３）に進み、故障気筒を特定不可能であったことを記憶装置に格納し、診断を終了する。 Further, when the fuel injection valves are all normal or all abnormal, there is no air-fuel ratio difference between the cylinders, and the failed cylinder of the fuel injection valve cannot be specified. Therefore, the determination here is NO, the process proceeds to step 13 (S13), the fact that the failed cylinder cannot be specified is stored in the storage device, and the diagnosis is terminated.
ステップ６（Ｓ６）は、空燃比センサ出力信号とクランク角度，エンジン回転数，空気流量から、各気筒毎の空燃比を算出する。 Step 6 (S6) calculates the air-fuel ratio for each cylinder from the air-fuel ratio sensor output signal, the crank angle, the engine speed, and the air flow rate.
各気筒毎の空燃比は、各気筒の排出ガスが空燃比センサに到達したときの空燃比（特定のクランク角度の範囲内の空燃比だけを平均化する）により算出する。 The air-fuel ratio for each cylinder is calculated from the air-fuel ratio (only the air-fuel ratio within a specific crank angle range is averaged) when the exhaust gas from each cylinder reaches the air-fuel ratio sensor.
ステップ７（Ｓ７）は、各気筒の空燃比と、演算処理装置にて算出された目標空燃比を比較し、その差分がある一定値を超えている気筒があるか判定する。 In step 7 (S7), the air-fuel ratio of each cylinder is compared with the target air-fuel ratio calculated by the arithmetic processing unit, and it is determined whether there is a cylinder whose difference exceeds a certain value.
ＹＥＳの場合、ステップ８（Ｓ８）に進む。 If yes, go to Step 8 (S8).
ＮＯの場合、燃料噴射弁の故障気筒が特定不可能となり、ステップ１３（Ｓ１３）に進み、故障気筒を特定不可能であったことを記憶装置に格納し、診断を終了する。 In the case of NO, the failed cylinder of the fuel injection valve cannot be specified, and the process proceeds to step 13 (S13), where it is stored in the storage device that the failed cylinder cannot be specified, and the diagnosis ends.
ステップ８（Ｓ８）は、ステップ７（Ｓ７）での該当気筒は全気筒か判定する。ここで、ＹＥＳの場合、燃料噴射弁が全て異常であるか、もしくは他に故障原因があるかの判別が不可能であるため、ステップ１３（Ｓ１３）に進み、故障気筒を特定不可能であったことを記憶装置に格納し、診断を終了する。 In step 8 (S8), it is determined whether the corresponding cylinder in step 7 (S7) is all cylinders. Here, in the case of YES, since it is impossible to determine whether all of the fuel injection valves are abnormal or other causes of failure, the process proceeds to step 13 (S13), and the failed cylinder cannot be specified. Is stored in the storage device and the diagnosis is terminated.
ＮＯの場合、ステップ９（Ｓ９）に進む。 If NO, the process proceeds to step 9 (S9).
ステップ９（Ｓ９）は、ステップ７（Ｓ７）での該当気筒を故障気筒と判定する。 In step 9 (S9), the corresponding cylinder in step 7 (S7) is determined as a failed cylinder.
ステップ１０（Ｓ１０）は、ステップ９（Ｓ９）の故障気筒の空燃比が、目標空燃比よりも大きいか判定する。 In step 10 (S10), it is determined whether the air-fuel ratio of the failed cylinder in step 9 (S9) is larger than the target air-fuel ratio.
ＹＥＳの場合、ステップ１１（Ｓ１１）に進み、故障気筒はリーン故障（燃料噴射量が目標噴射量より少ない）と判定し、故障気筒番号とリーン故障であることを記憶装置に格納し、終了する。 If YES, the process proceeds to step 11 (S11), where the failed cylinder is determined to be a lean failure (the fuel injection amount is smaller than the target injection amount), the failure cylinder number and the lean failure are stored in the storage device, and the process ends. .
ＮＯの場合、ステップ１２（Ｓ１２）に進み、故障気筒はリッチ故障（燃料噴射量が目標噴射量より多い）と判定し、故障気筒番号とリッチ故障であることを記憶装置に格納し、終了する。 If NO, the process proceeds to step 12 (S12), the failed cylinder is determined to be a rich failure (the fuel injection amount is larger than the target injection amount), the failure cylinder number and the rich failure are stored in the storage device, and the process is terminated. .
内燃機関の構成については、実施例１と同じであるので説明は省略する。 Since the configuration of the internal combustion engine is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
図３は本実施例の一形態のフローチャートを示す。 FIG. 3 shows a flowchart of one embodiment of the present embodiment.
ステップ１０１（Ｓ１０１）は、診断ツールを車両につなぎ、診断ツール上で診断開始ボタンを押したか判定する。 In step 101 (S101), it is determined whether the diagnostic tool is connected to the vehicle and the diagnosis start button is pressed on the diagnostic tool.
ＮＯの場合、ステップ１０１（Ｓ１０１）にて、ＹＥＳ判定されるまで、気筒別燃料噴射弁故障診断を開始しない。 In the case of NO, the cylinder-by-cylinder fuel injection valve failure diagnosis is not started until YES is determined in step 101 (S101).
ＹＥＳの場合、ステップ１０２（Ｓ１０２）に進む。 If yes, go to step 102 (S102).
ステップ１０２（Ｓ１０２）は、診断領域に入っているか判定する。 In step 102 (S102), it is determined whether the diagnostic area is entered.
診断領域とは、診断を実施する条件で、ここでは、車速が完全に止まっている場合に診断を実施する。診断中においても車速が０km／ｈを超えたら、直ちに診断を中止することを基本とする。これは診断中はエンジンの回転変動が生じるため必ずも安定した運転状態が確保できない可能性もあることによるものである。 The diagnosis area is a condition for performing diagnosis. Here, diagnosis is performed when the vehicle speed is completely stopped. If the vehicle speed exceeds 0 km / h during diagnosis, the diagnosis should be stopped immediately. This is due to the possibility that a stable operating state may not always be ensured because engine rotation fluctuations occur during diagnosis.
また、空燃比センサと、クランク角度検出手段，吸入空気流量測定手段、或いは吸入空気圧測定手段が自己診断にて故障と判定されている場合は、診断領域外とする。 Further, if the air-fuel ratio sensor, the crank angle detection means, the intake air flow rate measurement means, or the intake air pressure measurement means are determined to be out of order by self-diagnosis, they are out of the diagnosis area.
ステップ１０２（Ｓ１０２）は診断許可条件を示し、車速が０km／ｈの場合、ステップ１０３（Ｓ１０３）に進み、気筒別燃料噴射弁故障診断を開始する。また診断中でも車速が０km／ｈを超えたら、直ちに診断を中止することを基本とするものである。これは、上述の理由と同じものによるものである。 Step 102 (S102) indicates a diagnosis permission condition. When the vehicle speed is 0 km / h, the process proceeds to step 103 (S103), and the cylinder-by-cylinder fuel injection valve failure diagnosis is started. Even during diagnosis, if the vehicle speed exceeds 0 km / h, the diagnosis should be stopped immediately. This is due to the same reason as described above.
ステップ１０４（Ｓ１０４）は、空燃比フィードバック制御を停止させ、エンジン回転数を２０００ｒ／min.に保つ。回転数をアイドル回転数より上昇させるのは、エンスト防止である。 In step 104 (S104), the air-fuel ratio feedback control is stopped, and the engine speed is kept at 2000 r / min. Raising the rotational speed from the idle rotational speed is to prevent engine stall.
ステップ１０５（Ｓ１０５）は、１cyl.から各気筒１気筒ずつ順番にＥＣＭから燃料カットの指令を３０秒間出しつづけ、その時の空燃比センサ信号出力を記録する。この時、エンスト防止のため、回転が落ちたら、スロットルを開けて、２０００ｒ／min.に保つ。 In step 105 (S105), the fuel cut command is continuously issued from the ECM for 30 seconds in order from 1 cyl. To each cylinder, and the air-fuel ratio sensor signal output at that time is recorded. At this time, in order to prevent engine stall, if the rotation falls, the throttle is opened and kept at 2000 r / min.
ステップ１０６（Ｓ１０６）は、ステップ１０５（Ｓ１０５）の空燃比センサ出力結果から、異常気筒を検出したか判定する。 In step 106 (S106), it is determined from the air-fuel ratio sensor output result in step 105 (S105) whether an abnormal cylinder has been detected.
ここで、例えば１番気筒の空燃比が１８で異常であり、その他の２〜４番気筒の空燃比が１４.５ で正常である場合について示す。
Here, for example, the case where the air-fuel ratio of the first cylinder is 18 and abnormal and the air-fuel ratio of the
この場合、２〜４番気筒のいずれかの気筒を燃料カットした場合、
平均空燃比は、４／（１／１８＋２／１４.５）＝２０.６７となる。
In this case, if any one of the cylinders 2-4 is cut off,
The average air-fuel ratio is 4 / (1/18 + 2 / 14.5) = 20.67.
異常の１番気筒を燃料カットした場合、
平均空燃比は、４／(３／１４.５)＝１９.３３となる。
When the
The average air-fuel ratio is 4 / (3 / 14.5) = 19.33.
また、１番気筒にＥＣＭから燃料カットの指令を出しても、指令通りに燃料噴射弁が燃料カットしない不具合も考えられる。その場合、
平均平均空燃比は、４／（１／１８＋３／１４.５）＝１５.２４となる。
In addition, even if a fuel cut command is issued from the ECM to the first cylinder, the fuel injection valve may not cut as per the command. In that case,
The average average air-fuel ratio is 4 / (1/18 + 3 / 14.5) = 15.24.
よって、１番気筒に燃料カットの指令を出した場合のみ、２〜４番気筒のいずれかの気筒を燃料カットした場合と空燃比が異なるので、異常気筒を検出することができる。 Therefore, only when the fuel cut command is issued to the first cylinder, the air-fuel ratio is different from that when any one of the second to fourth cylinders is fuel cut, so that an abnormal cylinder can be detected.
ステップ１０７（Ｓ１０７）は、ステップ１０６（Ｓ１０６）でＹＥＳの場合、その該当気筒を、故障気筒と判定し、故障気筒番号を記憶装置に格納し、終了する。 If YES in step 106 (S106), step 107 (S107) determines that the corresponding cylinder is a failed cylinder, stores the failed cylinder number in the storage device, and ends.
ステップ１０８（Ｓ１０８）は、ステップ１０６（Ｓ１０６）でＮＯの場合、故障気筒を特定不可能であったことを記憶装置に格納し、終了する。 In step 108 (S108), in the case of NO in step 106 (S106), the fact that the failed cylinder could not be specified is stored in the storage device, and the process ends.
１…内燃機関、２…燃料噴射弁、３…火花点火装置、４…空燃比センサ(ＬＡＦセンサ)、５…クランク角センサ、６…空気流量計、７…エンジンコントロールモジュール（ECM)、８…スロットル弁、９…コレクタ、１０…プレッシャーレギュレータ、１１…燃焼室、１２…燃料タンク、１３…燃料ポンプ、１４…触媒、１５…排気管。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
2. The failure diagnosis system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the diagnosis area of the abnormality determination means is a predetermined rotation speed and load capable of detecting an air-fuel ratio for each cylinder.
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