JP2007262969A - 多気筒内燃機関の診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関不具合の原因究明を短時間でかつ簡便に行うことができる多気筒内燃機関の診断装置を提供すること。
【解決手段】エンジン回転数が目標値となるように各気筒の燃料噴射量を制御するインジェクタ４を備えた多気筒内燃機関の診断装置１００であって、作動気筒の判別を行う気筒判別手段と、各気筒の燃料噴射波形を検出する燃料噴射波形検出手段と、各気筒の燃料噴射波形を同位相に補正することによって重ね合わせる燃料噴射波形補正手段と、重ね合わせた燃料噴射波形を表示するモニタ２２とを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、多気筒内燃機関の診断装置に関するものであり、特には、各気筒に燃料噴射装置を備えた多気筒内燃機関の診断装置に関するものである。

車両の完成検査において発生する種々のエンジン不具合、例えば、エンジン吹け不良や車両振動大等の原因を究明することは困難である。

実際には、その原因に関連する部品を順次交換し、不具合の改善を行っている。しかし、このような方法では、気筒数の多いエンジンの場合には、どの気筒に問題があるのかを絞るだけでも相当の時間を要することになる。

特許文献１には、電子制御燃料噴射装置の良否を診断する装置に関する発明が開示されている。
実開昭５８−１４２３７３

特許文献１に記載された診断装置は、診断するに際して操作盤にて診断モードを選択し、気筒の噴射弁を閉とし噴射弁閉の前後のエンジン回転数を比較することによって燃料の噴射状況を診断するものである。

このように、特許文献１に記載の診断装置の場合、専用の診断モードによる診断であるため、簡便に診断を行うことができない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関不具合の原因究明を短時間でかつ簡便に行うことができる多気筒内燃機関の診断装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジン回転数が目標値となるように各気筒の燃料噴射量を制御する燃料噴射装置を備えた多気筒内燃機関の診断装置であって、作動気筒の判別を行う気筒判別手段と、各気筒の燃料噴射波形を検出する燃料噴射波形検出手段と、前記各気筒の燃料噴射波形を同位相に補正することによって重ね合わせる燃料噴射波形補正手段と、前記重ね合わせた燃料噴射波形を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、作動気筒の判別を行った上で各気筒の燃料噴射波形を重ね合わせ、その重ね合わせた燃料噴射波形を表示するものであるため、表示を確認することによって問題のある気筒を即座に識別することができる。したがって、内燃機関不具合の原因究明を短時間で行うことができる。

また、内燃機関の診断を行うに際し、特に、大掛かりなシステムを必要としないため、簡便に診断を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１〜７を参照して、本発明の実施の形態１に係る診断装置１００について説明する。まず、図１及び図２を参照して、診断装置１００の構成について説明する。図１は診断装置１００を車両に適用した状態を示す概念図であり、図２は診断装置１００の構成を示すブロック線図である。

車両１には、内燃機関としてのエンジン２の制御を行うエンジン制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する。）３が搭載されている。

エンジン２は、複数の気筒を有するものであり、それぞれの気筒にはシリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射装置としてのインジェクタ４が設けられている。なお、本実施の形態１では、６気筒のエンジンとして説明するため、インジェクタ４は６本設けられている。

ＥＣＵ３は、エンジン２のアイドル回転時には、各気筒のインジェクタ４から噴射される燃料の噴射量を微調整することによって、エンジン２の回転数を目標アイドル回転数に制御している。したがって、多気筒のうちのいずれかに異常が発生した場合には、その気筒の作動時におけるエンジン回転数は変動するため、ＥＣＵ３は、エンジン回転数を目標アイドル回転数に保つような燃料噴射指令をその異常のある気筒のインジェクタ４に対して出力する。このため、多気筒のうちのいずれかに異常が発生した場合には、ＥＣＵ３から各気筒のインジェクタ４に対して出力される燃料噴射指令には、ばらつきが発生する。

このように、本発明におけるＥＣＵ３は、エンジン２の回転数が目標値となるように、各気筒の燃料噴射量をフィードバック制御するものであり、本発明はそのようなＥＣＵ３を備えるエンジンを診断の対象とする。なお、本発明の診断装置は、車両のアイドル運転時にのみ適用されるものではなく、アイドル運転時以外であってもＥＣＵ３がエンジン２の回転数を制御している場合には適用することができる。

診断装置１００は、図１に示すように、エンジン２の運転情報が入力されるコントローラ５と、そのコントローラ５に接続される計算機６とを備える。

コントローラ５には、カム軸８の回転を検出するカムセンサ９、クランク軸１０の回転を検出するクランクセンサ１１、及びＥＣＵ３からそれぞれのインジェクタ４（４ａ〜４ｆ）への燃料噴射指令、つまり各気筒の燃料噴射波形を検出するクランプテスタ１２によって検出された情報が入力される。

カムセンサ９は、図２に示すように、カム軸８と同軸上に設けられたシグナルプレート１４近傍に配置されている。シグナルプレート１４の外周には、気筒数分のパルス発生部１５が等角度間隔（本実施の形態では６０°毎）で形成されている。パルス発生部１５は、例えば各気筒の吸気タイミング位置に形成される。また、シグナルプレート１４の外周には、第１気筒のパルス発生部１５ａの直前に第１気筒を判別するための基準パルス発生部１６が形成されている。

これにより、カムセンサ９は、パルス発生部１５及び基準パルス発生部１６が通過する毎に信号を出力する。つまり、各気筒の所定タイミング位置に対応する信号と基準信号とを出力する。

クランクセンサ１１は、クランク軸１０と同軸上に設けられたシグナルプレート１８近傍に配置されている。シグナルプレート１８の外周には、所定クランク毎に複数のパルス発生部１９が形成されている。これにより、クランクセンサ１１は、パルス発生部１９が通過する毎に信号を出力する。

クランプテスタ１２は、それぞれのインジェクタ４（４ａ〜４ｆ）とＥＣＵ３とを接続する６本のケーブル２１を流れる電流値を計測するものである。この電流値が各気筒の燃料噴射波形となる。

コントローラ５は、カムセンサ９、クランクセンサ１１、及びクランプテスタ１２からの各入力信号を計算機６に適合させるための回路を備えるものである。具体的には、コントローラ５は、図２に示すように、カムセンサ９及びクランクセンサ１１の入力信号を取り込む際に、フォトカプラ等を用いてＥＣＵ３側と電気的に絶縁するためのアイソレージアンプ２３と、カムセンサ９及びクランクセンサ１１の検出信号をパルス化する波形整形回路２４と、カムセンサ９が基準信号を検出した場合にトリガー信号を出力するトリガー信号発生回路２５と、トリガー信号が入力された後の一定時間の各信号をアナログ信号からデジタル信号に変化し計算機に転送するＡ／Ｄコンバータ２６とを備える。

カムセンサ９及びクランクセンサ１１からコントローラ５への入力信号は、カムセンサ９、クランクセンサ１１とＥＣＵ３とを接続するケーブルに分岐アダプタ等を接続することによって取り込まれる。

計算機６は、コントローラ５にて処理された情報を取得し、その情報を基にエンジン２の診断を行うものであり、ＣＰＵ、メモリー、インターフェース、及び診断結果等を表示する表示手段としてのモニタ２２等を備える。

以下、診断装置１００によって実行されるエンジン２の診断手順を、図３〜図７を参照して説明する。図３は診断装置１００によるエンジン２の診断手順を示すフローチャートであり、図４は図３の手順のうち各燃料の燃料噴射波形の重ね合わせ演算の手順を示すフローチャートであり、図５はカムセンサ９及びクランクセンサ１１によって出力される信号を示す図であり、図６はクランプテスタ１２によって出力される信号を示す図であり、図７は燃料噴射波形を重ね合わせた状態を示す図である。

図３に示す診断装置１００によるエンジン２の診断は、エンジン２の回転数が目標値となるように、インジェクタ４が各気筒の燃料噴射量をフィードバック制御している状態にて行われる。つまり、ＥＣＵ３が、各気筒の燃料噴射量を制御することによってエンジン回転数を制御している状態にて行われる。

まず、ステップ１００では、カムセンサ９によって出力されたカム角信号、及びクランクセンサ１１によって出力されたクランク角信号を読み込む。図５（ａ）に示すグラフは、カム角信号及びクランク角信号の実波形である。

また、ステップ１０１では、クランプテスタ１２によってインジェクタ４ａ〜４ｆから噴射される燃料の燃料噴射波形を読み込む。図６に示すグラフは、インジェクタ４ａ〜４ｆのうちの一つの燃料噴射波形である。この燃料噴射波形は、ある一例を示すものであり、インジェクタ４の構造、性能等によって異なる傾向を示す。本実施の形態においては、ａ−ｂ間が燃料噴射域である。したがって、何らかの異常によって、ある気筒にて燃料噴射時（燃焼時）におけるエンジン回転数が目標値よりも低下した場合には、ＥＣＵ３からインジェクタ４に対して燃料噴射量の増指令が出力されるためａ−ｂ間の長さが長くなる。これに対して、燃料噴射時（燃焼時）におけるエンジン回転数が目標値よりも増加した場合には、ＥＣＵ３からインジェクタ４に対して燃料噴射量の減指令が出力されるためａ−ｂ間の長さは短くなる。なお、エンジン回転数の変動は、燃焼気筒を判別し、そのときの単位時間当たりのクランクセンサ１１の信号を読み取ることによって検出することができる。

ステップ１０２では、ステップ１００にて読み込んだカム角信号を、波形整形回路２４によって、図５（ｂ）に示すように各気筒の所定タイミング位置に対応する信号３１と基準信号３２とにパルス化する。また、ステップ１００にて読み込んだクランク角信号を、波形整形回路２４によって所定クランク毎の信号にパルス化する。

ステップ１０３では、第１気筒を判別するための基準信号３２を、トリガー信号発生回路２５が検出したか否かを判定する。

ステップ１０３にてトリガー信号発生回路２５が基準信号を検出した場合には、トリガー信号発生回路２５は、Ａ／Ｄコンバータ２６に対してトリガー信号を出力する（ステップ１０４）。

ステップ１０５では、Ａ／Ｄコンバータ２６が、トリガー信号発生時点を基準に、パルス化されたカム角信号及びクランク角信号と、燃料噴射波形との読み込みを開始する。

ステップ１０６では所定時間の経過を判定し、所定時間が経過した場合にはステップ１０７にて、Ａ／Ｄコンバータ２６から計算機６に対して読み込んだ各データを転送する。ここで、所定時間とは、エンジン２の１燃焼サイクルが完了する時間であり、クランク軸１０が２回転（７２０°）、又はクランク軸１０に同期して回転するカム軸８が１回転（３６０°）する時間である。

以上のようにして、計算機６に各データが転送され、以降のステップでは、計算機６に記憶された専用のプログラムを用いてエンジン２の診断が行われる。

まず、ステップ１０８では、単位時間当たりのクランク角信号の数を計測することによって、又はクランク角信号の発生周期を計測することによってエンジン２の回転数を演算する。

次に、ステップ１０９では、作動気筒の判別演算を行う。カム角信号は、図５（ｂ）に示すように、各気筒の所定タイミング位置、例えば吸気タイミング位置に対応する６つの信号３１を有し、その６つの信号３１は６０°間隔にて構成されている。また、カム角信号は、６つの信号３１の他に、信号３１とは６０°間隔ではない基準信号３２を有し、その基準信号３２は、６つの信号３１のうちの第１気筒に対応する信号３１ａの直前に存在する。したがって、６０°間隔で発生する信号３１の間にて基準信号３２の存在の有無を判定し、基準信号３２の存在が確認された場合には、基準信号３２の直後の信号３１が第１気筒に対応する信号３１ａと判定される。このようにして第１気筒が作動が判別され、第１気筒が判別されれば、その他の第２〜６気筒も判別されることになる。このステップ１０９が気筒判別手段に該当する。

次に、ステップ１１０では、各気筒の燃料噴射波形の重ね合わせ演算が行われる。このステップ１１０の詳しい手順を、図４を参照して説明する。

ステップ１０９による作動気筒の判別の結果を基に、各気筒の基準クランク角度位置、例えば上死点位置に対応するクランク角度位置を検出する（ステップ１１０−１）。具体的には、ステップ１０９にて、カム角信号３１を基に各気筒の吸気タイミング位置に対応するクランク角度位置が決定される。上死点位置に対応するクランク角度位置は設計上決められているため、吸気タイミング位置に対応するクランク角度位置を基に上死点位置に対応するクランク角度位置が検出される。

次に、ステップ１１０−２では、各気筒の上死点クランク角度位置前α°から上死点クランク角度位置までの燃料噴射波形を読み込む。ここで、α°は燃焼サイクルを基に予め設定された値であり、インジェクタ４に設けられた燃料噴射弁の動作時に対応する角度に設定される。したがって、例えば、インジェクタ４の燃料噴射弁が上死点クランク角度位置前２４°以降に動作する場合には、αは２４°に設定される。このステップ１１０−２及びクランプテスタ１２が燃料噴射波形検出手段に該当する。

ステップ１１０−３では、ステップ１１０−２にて読み込まれた各気筒の燃料噴射波形を、図７に示すように、横軸をクランク角度とし各気筒の上死点クランク角度位置を基準として同位相に補正することによって重ね合わせる。つまり、各気筒の燃焼サイクルを同位相に補正することによって、各気筒の燃料噴射波形を重ね合わせる。この１１０−３が燃料噴射波形補正手段に該当する。

以上のようにして各気筒の燃料噴射波形を重ね合わせた後、ステップ１１１にて、重ね合わせた燃料噴射波形を計算機６のモニタ２２に表示する。

各気筒の燃料噴射波形を重ね合わせて表示することによって、各燃料噴射波形における燃料噴射域（図６に示すａ−ｂ間）の長さのばらつき、つまり燃料噴射時間のばらつきをモニタ２２を通じて容易に確認することができる。例えば、図７では第４気筒における燃料噴射時間が他の気筒と比較して長いため、第４気筒に何らかの問題があると判断することが可能となる。

以上のように、本実施の形態１によれば、各気筒間の燃料噴射時間のばらつきを視覚によって確認することができるため、不具合のある気筒を容易に識別することができる。したがって、不具合の原因究明を短時間にて行うことが可能となる。

また、本実施の形態１によるエンジン２の診断は、診断を行うに際し、特に大掛かりなシステムを必要としないため、簡便に診断を行うことができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る診断装置２００について説明する。診断装置２００の構成は、実施の形態１の診断装置１００の構成と同様であるため説明を省略する。

以下に、診断装置２００によって実行されるエンジン２の診断手順を、図８を参照して説明する。図８は診断装置２００によるエンジン２の診断手順を示すフローチャートである。

重ね合わせた燃料噴射波形を計算機６のモニタ２２に表示するステップ１１１までは、実施の形態１に示した手順と同様であるため、図示及び説明を省略する。

ステップ２００では、各気筒の燃料噴射開始角度、及び燃料噴射終了角度を演算する。具体的には、例えば図７に示す第４気筒の場合には、ａが燃料噴射開始時、ｂが燃料噴射終了時であるため、ａ、ｂにおけるクランク角度を検出する。

ステップ２０１では、各気筒の燃料噴射時間を演算する。具体的には、ａ、ｂの差分をとることによってａ−ｂ間のクランク角度を演算し、ａ−ｂ間のクランク角度とエンジン回転数とからａ−ｂ間の時間、つまり燃料噴射時間を演算する。以上のステップ２００及び２０１が燃料噴射時間演算手段に該当する。

ステップ２０２では、ステップ２０１にて演算した各気筒の燃料噴射時間の平均時間を演算する。平均時間は、燃料噴射量のばらつきの指標として用いるものであるため、最大と最小の燃料噴射時間を除いて算出するのが望ましい。この平均時間が基準燃料噴射時間に該当する。本実施の形態２では、基準燃料噴射時間を平均時間としたが、経験上決定される時間等、任意に設定することができる。

ステップ２０３では、ステップ２０２にて演算した平均時間に対する各気筒の燃料噴射時間のばらつき度が管理値（β）内であるか否かを判定する。ばらつき度は、各気筒の燃料噴射時間と平均時間との差分を取り、平均時間に対する差分の割合として算出する。βは、例えば０．５に設定される。

ステップ２０３にて燃料噴射時間のばらつき度が管理値内であると判定された場合には、モニタ２２には、その燃料噴射波形に対応する気筒の判定結果として「ＯＫ」が表示される（ステップ２０４）。

また、ステップ２０３にて燃料噴射時間のばらつき度が管理値外であると判定された場合には、モニタ２２には、その燃料噴射波形に対応する気筒の判定結果として「ＮＧ」が表示される（ステップ２０５）。

ステップ２０３は、エンジン２の全気筒の判定が終了するまで実行される（ステップ２０６）。

以上の実施の形態２によれば、各気筒間の燃料噴射時間のばらつき度を数値として把握することができ、かつそのばらつき度の良否を即座に認識することができるため、不具合のある気筒をより容易に識別することができる。

また、本実施の形態２の診断装置２００をエンジン２の全数検査に適用することによって、生産されるエンジン２全ての燃料噴射時間のばらつき度を把握することができる。これにより、燃料噴射量のばらつきの指標として用いる基準燃料噴射時間の決定が容易となると共に、ばらつきの大きいエンジン２の出荷を防止することができるため、出荷するエンジン２の品質を向上させることができる。

本発明に係る診断装置は、主として、各気筒の燃料噴射量を制御することによってエンジン回転数制御が行われるアイドル運転時のエンジンの診断を行うものである。しかし、エンジン回転数の目標値をエンジン最低回転数であるアイドル回転数から高回転数に設定変更することによって、エンジン回転数制御は維持しつつアイドル運転時以外の通常運転状態を模擬することが可能となる。したがって、このようにして通常運転状態を模擬すれば、本発明に係る診断装置によって、アイドル運転時のエンジンの診断に限らず、通常運転状態におけるエンジンの診断をも行うことが可能となる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、インジェクタを備えた多気筒エンジンの診断装置に適用することができる。

本発明の実施の形態１に係る診断装置１００を車両に適用した状態を示す概念図である。 本発明の実施の形態１に係る診断装置１００の構成を示すブロック線図である。 診断装置１００によるエンジンの診断手順を示すフローチャートである。 図３の手順のうち各燃料の燃料噴射波形の重ね合わせ演算の手順を示すフローチャートである。 カムセンサ及びクランクセンサによって出力される信号を示す図である。 クランプテスタによって出力される信号を示す図である。 燃料噴射波形を重ね合わせた状態を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る診断装置２００によるエンジンの診断手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 診断装置
１ 車両
２ エンジン
３ ＥＣＵ
４ インジェクタ
５ コントローラ
６ 計算機
９ カムセンサ
１１ クランクセンサ
１２ クランプテスタ
２２ モニタ
２４ 波形整形回路
２５ トリガー信号発生回路
２６ Ａ／Ｄコンバータ

Claims (5)

1. エンジン回転数が目標値となるように各気筒の燃料噴射量を制御する燃料噴射装置を備えた多気筒内燃機関の診断装置であって、
   作動気筒の判別を行う気筒判別手段と、
   各気筒の燃料噴射波形を検出する燃料噴射波形検出手段と、
   前記各気筒の燃料噴射波形を同位相に補正することによって重ね合わせる燃料噴射波形補正手段と、
   前記重ね合わせた燃料噴射波形を表示する表示手段と、
   を備えることを特徴とする多気筒内燃機関の診断装置。
2. 前記燃料噴射波形から各気筒の燃料噴射時間を演算する燃料噴射時間演算手段と、
   基準燃料噴射時間に対する各気筒の燃料噴射時間のばらつき度が管理値内であるか否かを判定する判定手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の診断装置。
3. 前記気筒判別手段は、
   カム軸の回転を検出するカムセンサを備え、
   前記カムセンサが出力する各気筒の所定タイミング位置に対応する信号と基準信号とを基に気筒判別を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多気筒内燃機関の診断装置。
4. 前記燃料噴射波形補正手段は、
   クランク軸の回転を検出し所定クランク角毎に信号を出力するクランクセンサを備え、
   前記カムセンサが出力する各気筒の所定タイミング位置に対応する信号を基に、各気筒の基準クランク角度位置を検出し、
   前記基準クランク角度位置を基準として前記各気筒の燃料噴射波形を同位相に補正することを特徴とする請求項３に記載の多気筒内燃機関の診断装置。
5. エンジン回転数が目標値となるように各気筒の燃料噴射量を制御する燃料噴射装置を備えた多気筒内燃機関の診断方法であって、
   作動気筒の判別を行う工程と、
   各気筒の燃料噴射波形を検出する工程と、
   前記各気筒の燃料噴射波形を同位相に補正することによって重ね合わせる工程と、
   前記重ね合わせた燃料噴射波形を表示する工程と、
   を備えることを特徴とする多気筒内燃機関の診断方法。

Images