JP2008175180A - 燃料供給異常判定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒における燃焼状態のばらつきに基づき、任意の単一気筒に対する燃料の供給異常の有無を判定する場合、誤判定を起こす可能性がある。
【解決手段】多気筒内燃機関における各気筒に対する燃料の供給異常を判定する本発明の方法は、各気筒における燃焼状態のばらつきに基づき、任意の単一気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定し、少なくとも１つの気筒の筒内圧を検出し、検出された筒内圧に基づき、少なくとも１つの気筒に供給された燃料の供給量を算出し、算出された燃料の供給量に基づき、全気筒に対する燃料の供給量を算出し、任意の単一気筒に関して燃料の供給異常がないと判断した場合、算出された全気筒に対する燃料の供給量と全気筒に対して設定された燃料供給量との比較に基づき、全気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、多気筒内燃機関における任意の気筒に対して燃料の供給異常を判定する方法および装置に関する。

多気筒内燃機関において、個々の気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁の噴射孔が目詰まりを起こしたり、あるいは何らかの原因で故障した場合、対応する気筒に供給される燃料の供給量が不足したり、あるいは燃料の供給がなされないこととなる。従って、このような多気筒内燃機関における任意の単一気筒の運転状態を把握し、何らかの対策を取ることは、多気筒内燃機関の望ましい運転状態を維持する上で望ましいことである。

特定の気筒に供給される燃料がその燃料噴射弁の噴射孔の目詰まりや燃料噴射弁自体の故障などによって不足していたり、あるいはこれに伴って異常燃焼していると判断する技術が特許文献１に開示されている。この特許文献１においては、機関出力軸の角速度を検出し、この検出結果に基づいて燃焼行程における角速度の各気筒間の変動を算出し、この算出された変動の大きな状態が基準レベル異常の場合、燃焼異常が発生していると判断している。

特許第２８３２９９７号公報

筒内圧センサなどの高価なセンサを全ての気筒に対して組み付けた場合、これら各気筒毎の燃焼異常を容易かつ正確に判定することが可能である。これに対し、特許文献１のように機関出力軸の角速度を検出する方法では、筒内圧センサなどの高価な部品を一切使用することなく、１個のクランク角センサのみで任意の単一気筒の燃焼異常を予測することができる。しかしながら、特許文献１に開示された方法では、任意の複数の気筒に燃焼異常が発生している場合、特に全ての気筒に燃焼異常が発生している場合、これを異常と検出することが基本的にできない。

本発明の目的は、各気筒における燃焼状態のばらつきに基づき、任意の単一気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定した場合、全ての気筒に燃焼異常が発生しているか否かも同時に判定することができる方法および装置を提供することにある。

本発明の第１の形態は、多気筒内燃機関における各気筒に対する燃料の供給異常を判定するための方法であって、各気筒における燃焼状態のばらつきに基づき、任意の単一気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定するステップと、少なくとも１つの気筒の筒内圧を検出するステップと、検出された筒内圧に基づき、少なくとも１つの気筒に供給された燃料の供給量を算出するステップと、算出された燃料の供給量に基づき、全気筒に対する燃料の供給量を算出するステップと、任意の単一気筒に関して燃料の供給異常がないと判断した場合、算出された全気筒に対する燃料の供給量と全気筒に対して設定された燃料供給量との比較に基づき、全気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定するステップとを具えたことを特徴とするものである。

本発明において、各気筒における燃焼状態のばらつきに基づき、任意の単一気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定する。ここで、単一の気筒に対する燃料の供給異常が発生してないと判断した場合、１つの気筒の筒内圧を検出し、これに基づいて燃料の供給量を算出すると共にこれに気筒数を乗算して全気筒に対する燃料の供給量を算出する。そして、この算出値が全気筒に対して設定された燃料供給量よりも所定量以上少ない場合、全気筒に対する燃料の供給異常があると判定する。

本発明の第１の形態による燃料供給異常判定方法において、各気筒における燃焼状態のばらつきが、内燃機関の各気筒毎に対応付けて算出されたクランク軸の角加速度のばらつきであってよい。

車両の定速走行状態においては、各気筒に対する燃料の供給状態が正常な場合、そのクランク軸位相とクランク軸角速度との関係は、４気筒エンジンの場合、図１中の実線のような状態で変化する。しかしながら、任意の単気筒、例えば１番気筒に対する燃料の供給状態が異常な場合、破線で示すように１番気筒に対応するクランク軸角速度が低下する。そして、３番気筒，２番気筒，４番気筒に対応するクランク軸角速度が次第に上昇し、最終的に全気筒に対応したクランク軸４２の角速度がほぼ一定となるような変化を生ずる。従って、車両が同じ運転状態において、任意の単一の気筒のみ、そのクランク軸の角加速度が継続的に負となるような場合、その大きさに応じてこの単一気筒に対する燃料供給が異常であると判定することが可能となる。

全気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定するステップは、全気筒に対して設定された燃料供給量から、算出された全気筒に対する燃料の供給量を減算するステップと、減算して得られた値と予め設定した値とを比較するステップとを有することができる。

少なくとも１つの気筒に供給された燃料の供給量を算出するステップは、検出された筒内圧とこの時の燃焼室の容積とから燃料の熱発生量に関する制御パラメータを算出するステップを有し、算出された燃料の熱発生量に関する制御パラメータに基づいて燃料の供給量を算出するものであってよい。

本発明の第２の形態は、多気筒内燃機関の各気筒に対する燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段と、各気筒の燃焼状態のばらつきに基づいて任意の単一気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定する単一気筒燃料供給異常判定部とを有する燃料供給異常判定装置であって、少なくとも１つの気筒の筒内圧を検出するための筒内圧センサと、この筒内圧センサによって検出された筒内圧に基づき、少なくとも１つの気筒に供給された燃料の供給量を算出する燃料供給量算出部と、この燃料供給量算出部にて算出された燃料の供給量から全気筒に対する燃料の供給量を算出する全気筒燃料供給量算出部と、任意の単一気筒に対する燃料の供給異常がないと単一気筒燃料供給異常判定部にて判定された場合、この全気筒燃料供給量算出部にて算出された燃料供給量と、前記燃料供給量設定部にて設定された全気筒に対する燃料供給量とを比較し、全気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定する全気筒燃料供給異常判定部とを具えたことを特徴とするものである。

本発明においては、単一気筒燃料供給異常判定部が各気筒の燃焼状態のばらつきに基づいて任意の単一気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定する。任意の単一気筒に対して燃料の供給異常があるとの判定結果が出た場合、燃料供給量算出部は、筒内圧センサによって検出された少なくとも１つの気筒の筒内圧に基づき、少なくとも１つの気筒に供給された燃料の供給量を算出する。さらに、全気筒燃料供給量算出部がこの燃料供給量算出部にて算出された燃料の供給量から全気筒に対する燃料の供給量を算出する。算出された全気筒に対する燃料の供給量は、燃料供給量設定手段にて設定された多気筒内燃機関の全気筒に対する燃料供給量と比較されるが、これは単一気筒燃料供給異常判定部にて行われる。この単一気筒燃料供給異常判定部では、さらに算出された全気筒に対する燃料の供給量が設定された全気筒に対する燃料の供給量よりも所定量以下の場合、全気筒に対する燃料の供給異常があると判定する。

本発明の第２の形態による燃料供給異常判定装置において、クランク軸の回転位相を検出するクランク角センサをさらに具え、単一気筒燃料供給異常判定部が、このクランク角センサからの検出信号から算出されるクランク軸の角加速度に基づいて任意の単一気筒に対する燃料の供給異常の有無を判定するものであってよい。

燃料供給量算出部は、前記筒内圧センサによって検出された筒内圧と、この時の燃焼室の容積とから燃料の熱発生量に関する制御パラメータを算出する熱発生量指標算出部を有することができる。

本発明によると、多気筒内燃機関の各気筒における燃焼状態のばらつきに基づき、任意の単一気筒に関して燃料の供給異常がないと判断した場合であっても、全気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを低コストにて簡便に判定することができる。

各気筒における燃焼状態のばらつきが、内燃機関の各気筒毎に対応付けて算出されたクランク軸の角加速度のばらつきである場合、クランク軸の回転位相を検出するためのクランク角センサを用い、低コストにて任意の単一気筒に関して燃料の供給異常を判定することができる。

少なくとも１つの気筒に供給された燃料の供給量を算出するため、検出された筒内圧とこの時の燃焼室の容積とから燃料の熱発生量に関する制御パラメータを算出し、算出された燃料の熱発生量に関する制御パラメータに基づいて燃料の供給量を算出する場合、制御の応答遅れや燃焼サイクルの変動によるばらつきなどを除外しつつ、各気筒における１行程毎の燃料の供給量を算出することができる。

クランク軸の回転位相を検出するクランク角センサをさらに具え、単一気筒燃料供給異常判定部が、このクランク角センサからの検出信号から算出されるクランク軸の角加速度に基づいて任意の単一気筒に対する燃料の供給異常の有無を判定する場合、特別なセンサを用いることなく、燃料噴射弁における噴射孔の目詰まりや、燃料噴射弁自体の故障などが原因で発生する燃料の供給不足に伴う異常を低コストにて判定することができる。

本発明による燃料供給異常判定装置を圧縮点火式内燃機関が搭載された車両に応用した実施形態について、図２〜図８を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することが可能である。

本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図２に示し、このエンジンシステムにおける燃焼制御に関するブロックを図３に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の４気筒内燃機関である。しかしながら、本発明の特性上、気筒数は単気筒以外であれば如何なる多気筒内燃機関であってよい。このエンジン１０には、排気通路１３内を流れる排気ガスの一部を吸気通路１４内に導く排気ガス還流（ＥＧＲ）装置１５と、排気通路１３内を流れる排気ガスの運動エネルギーを利用して燃焼室１２への過給を行う図示しないターボ過給機とが組み込まれている。

本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料である軽油をピストン１６の圧縮上死点近傍でのみ燃焼室１２内に噴射する単噴射型式のものである。しかしながら、この圧縮行程での燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するために吸気行程においても噴射する多噴射型式のものを採用することが可能である。各気筒毎の燃料噴射弁１１における燃料の噴射量および噴射時期は、車両の運転状態に応じて電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと記述する）１７の燃料噴射量設定部１８にて設定される。ＥＣＵ１７の噴射弁駆動制御部１９は、この燃料噴射量設定部１８にて設定された噴射量の燃料が設定された噴射時期に噴射されるよう、燃料噴射弁１１の作動を制御する。

ＥＧＲ装置１５は、排気通路１３の主要部を画成する排気管２０に一端が連通すると共に他端が吸気通路１４の主要部を画成する吸気管２１内に連通し、かつＥＧＲ通路２２を画成するＥＧＲ管２３を具えている。また、このＥＧＲ装置１５は、ＥＧＲ管２３に設けられてＥＧＲ通路２２内を流れる排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁２４も具えている。本実施形態では、エンジン１０を搭載した車両が予め設定されたＥＧＲ運転領域にあることをＥＣＵ１７のＥＧＲ判定部２５が判定した場合、車両の運転状態に応じてＥＧＲ弁２４の開度がＥＣＵ１７のＥＧＲ量設定部２６にて設定される。ＥＣＵ１７のＥＧＲ弁駆動制御部２７は、ＥＧＲ弁２４をＥＧＲ量設定部２６にて設定された開度に制御し、それ以外の場合は基本的にＥＧＲ通路２２を塞ぐように閉じた状態に保持する。

燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート２８および排気ポート２９が形成されたシリンダヘッド３０には、吸気ポート２８を開閉する吸気弁３１および排気ポート２９を開閉する排気弁３２を含む動弁機構３３が組み込まれている。また、このシリンダヘッド３０にはこれら吸気弁３１および排気弁３２に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨む燃料噴射弁１１と、燃焼室１２内の圧力を検出する筒内圧センサ３４とが取り付けられている。本実施形態における筒内圧センサ３４は、１番気筒にのみ設けられ、その検出信号がＥＣＵ１７に出力されるようになっている。また、本実施形態における動弁機構３３は、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁３１および排気弁３２の開閉タイミングを変更し得るものであるが、これらの開閉タイミングが固定されたものであってもよい。

吸気ポート２８に連通するようにシリンダヘッド３０に連結されて吸気ポート２８と共に吸気通路１４を画成する吸気管２１の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路１４に導くためのエアフィルタ３５が設けられている。上述したＥＧＲ管２３の他端は、吸気ポート２８と吸気管２１の途中に形成されたサージタンク３６との間の吸気管２１に接続している。

排気ポート２９に連通するようにシリンダヘッド３０に連結されて排気ポート２９と共に排気通路１３を画成する排気管２０の途中には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する触媒３７が組み込まれている。この触媒３７として、ディーゼルエンジンにおいて一般的な酸化触媒のみならず、ＤＰＲ(Diesel Particulate active Reduction system)やＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx Reduction System)などに用いられるＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)を採用することも可能である。なお、上述したＥＧＲ管２３の一端は、この触媒３７よりも上流の排気管２０に接続している。

従って、ＥＧＲ管２３を介して吸気管２１内に還流される排気ガスと共にエアフィルタ３５を通って吸気管２１から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン１６の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが触媒３７を通って排気管２０から大気中に排出される。この場合、吸気中に含まれるＣＯ_２によって混合気の燃焼温度が低下するため、混合気の燃焼による窒素酸化物の生成が抑制されることとなる。

本実施形態では、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握してＥＣＵ１７が燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期や、ＥＧＲ制御弁２４の開度などを制御するため、以下に記すような各種センサ類をさらに具えている。すなわち、運転者によって操作されるアクセルペダル３８の踏み込み量を検出してこれをＥＣＵ１７に出力するアクセル開度センサ３９を具えている。また、エアフィルタ３５とサージタンク３６との間の吸気通路１４の途中には、この吸気通路１４内を流れる吸入空気量を検出してこれをＥＣＵ１７に出力するエアフローメータ４０が取り付けられている。なお、吸気管２１に対するエアフローメータ４０の取り付け位置は、エアフィルタ３５の取り付け位置よりも下流側であればよく、図２の如き位置に限定されるものではない。また、ピストン１６が往復動するシリンダブロック４１には、連接棒４２を介してピストン１６が連結されるクランク軸４３の回転位相を検出してこれをＥＣＵ１７に出力するクランク角センサ４４が取り付けられている。

ＥＣＵ１７は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器および入出力インターフェイスなどを含むマイクロコンピュータを含む。このＥＣＵ１７は、円滑なエンジン１０の運転がなされるように、上述したセンサ３４，３９，４４およびエアフローメータ４０などからの検出信号に基づいて所定の演算処理を行う。そして、予め設定されたプログラムに従って燃料噴射弁１１およびＥＧＲ弁２４などの作動を制御する。また、このエンジン１０における任意の気筒に関する燃料の供給異常を判定するため、本実施形態におけるＥＣＵ１７は、上述した本発明における燃料供給量設定部としての燃料噴射量設定部１８に加え、運転状態判定部４５と、クランク軸角加速度算出部４６と、相関割合算出部４７と、基準相関割合設定部４８と、燃料噴射量算出部４９と、燃料供給異常判定部５０と、警告発生部５１とをさらに具えている。

運転状態判定部４５は、車両、つまりエンジン１０が所定の運転状態にあるか否かを判定する。本実施形態においては、燃料噴射量設定部１８にて設定された燃料供給量が所定量以上であり、エアフローメータ４０によって検出される吸入空気量の変化率がほぼ一定であり、アクセル開度センサ３９によって検出されるアクセル開度の変化率がほぼ一定の場合、所定運転状態にあると判定する。また、任意の単一気筒に対応するクランク軸４３の角加速度αのみが予め設定された負の角加速度（以下、これを判定基準角加速度と呼称する）α_Ｒよりも小さいことも本実施形態における所定運転状態に含まれる。この判定基準角加速度α_Ｒは、同時に２つ以上の気筒に異常が発生した場合、起こり得ないような比較的絶対値の大きな値である。この運転状態判定部４５は、車両が緩加速状態か、緩減速状態か、それ以外の定速走行状態にあるか否かも判定する。何れの状態においても、クランク軸角加速度算出部４６にて算出された全気筒毎のクランク軸４３の角加速度αがほぼ一定の範囲内にあることを必要条件としている。つまり、全気筒毎のクランク軸４３の角加速度αが正のほぼ一定な値の場合、車両が緩加速状態であると判定する。また、全気筒毎のクランク軸４３の角加速度αが負のほぼ一定な値の場合、車両が緩減速状態であると判定する。さらに、全気筒毎のクランク軸４３の角加速度αがほぼ０の場合、車両が定速走行状態であると判定する。従って、これ以外は全て過渡状態であると判定される。

クランク軸角加速度算出部４６は、クランク角センサ４４からの検出信号に基づき、クランク軸４３の角加速度αを各気筒毎に対応付けて算出する。

相関割合算出部４７は、燃料噴射量設定部１８にて設定された各気筒に対する燃料噴射量に対するクランク軸角加速度算出部４６にて算出されたクランク軸４３の角加速度の割合γを算出する。この相関割合算出部４７は、算出された割合γを所定数記憶する記憶部５２と、この記憶部５２に記憶された割合γを最小二乗法などによって平均化し、その平均割合γ_ｍを算出する平均相関割合算出部５３とを有する。記憶部５２は、最大差算出部５４と記憶キャンセル部５５とをさらに有する。最大差算出部５４は、燃料噴射量に対するクランク軸４３の角加速度の割合γの最大値γ_ｍａｘと最小値γ_ｍｉｎとの差を算出する。記憶キャンセル部５５は、この最大差算出部５４にて算出された値を所定値γ_Ｃと比較し、必要に応じて記憶部５２に記憶されていた割合γ_ｎをすべてキャンセルする。

この相関割合算出部４７にて算出された結果を図４に模式的に示す。これは、クランク軸角加速度αが負となっている気筒に供給される燃料噴射量設定部１８にて設定された設定燃料噴射量と、そのクランク軸角加速度αとの関係を表す。つまり、車両が定速走行状態においては、例えば網点で囲まれた領域Ｚ_Ｎにこれらの相関割合γ_ｎがプロットされ、これが記憶部５２に記憶される。平均相関割合算出部５３にて算出されるこれらの平均値γ_ｍが直線Ｌ_Ｎにて示される。一方、車両が加速状態においては、領域Ｚ_Ａにこれらの相関割合γ_ｎがプロットされ、これが記憶部５２に記憶される。平均相関割合算出部５３にて算出されるこれらの平均値γ_ｍは直線Ｌ_Ａとなる。同様に、車両が減速状態においては、領域Ｚ_Ｄにこれらの相関割合γ_ｎがプロットされ、これが記憶部５２に記憶される。平均相関割合算出部５３にて算出されるこれらの平均値γ_ｍは直線Ｌ_Ｄとなる。加速状態における直線Ｌ_Ａの傾き角は、定速走行状態の場合の直線Ｌ_Ｎの傾き角よりも小さくなり、減速状態における直線Ｌ_Ｄの傾き角は、定速走行状態の場合の直線Ｌ_Ｎの傾き角よりも大きくなる傾向を持つことが理解されよう。つまり、これら直線Ｌ_Ｎ，Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｄの傾き角の大きさが車両の各走行状態における燃料供給異常の判定材料となる。

基準相関割合設定部４８は、運転状態判定部４５によって判定されたエンジン１０の運転状態に応じて各気筒に対する燃料噴射量に対応するクランク軸４３の角加速度の基準となる基準相関割合γ_Ｒを設定する。これは、全気筒に対応したクランク軸４３の角加速度αに基づき、各運転状態毎、つまり加速状態，減速状態および定速走行状態に分けてそれぞれ設定する。

本実施形態における燃料噴射量算出部４９は、各気筒における燃料の燃焼によって発生する熱発生量がその燃料供給量に比例することから、燃焼の１サイクルにおける熱発生量を算出し、これに所定の定数を乗算してその燃料噴射量を算出する。このため、燃料噴射量算出部４９は、熱発生量を算出するための燃焼室容積算出部５６と熱発生量指標算出部５７とを有する。燃焼室容積算出部５６は、筒内圧センサ３４によって燃焼室１２内の圧力が検出された時点における燃焼室１２の容積Ｖをクランク角センサ３７からの情報に基づいて算出し、これを熱発生量指標算出部５７に出力する。燃焼室１２内の圧力Ｐが検出された時点における燃焼室１２の容積Ｖは、クランク角センサ４４によって検出されるクランク角位相から自ずと求めることができ、本実施形態における燃焼室容積算出部５６は、マップ化したデータとしてこれを有している。熱発生量指標算出部５７は、燃焼室１２内の圧力、つまり筒内圧Ｐと、この筒内圧Ｐの検出時における燃焼室１２の容積Ｖを所定の指数κで累乗した値との積ＰＶ^κを筒内圧Ｐの検出時における瞬時熱発生量ｈに関する制御パラメータ、つまり熱発生量指標として算出する。筒内圧Ｐおよびこの筒内圧Ｐの検出時における燃焼室１２の容積Ｖを指数κで累乗した値Ｖ^κの積（以下、これを熱発生量パラメータと呼称する）ＰＶ^κと、瞬時熱発生量ｈとが相関を有する、つまりｈ∽ＰＶ^κとなることは、特開２００５−３６７５４号公報などで詳述されており、周知である。従って、この熱発生量指標ＰＶ^κを積分することにより、燃焼の１サイクルにおける熱発生量が算出される。つまり、燃料噴射量算出部４９は、熱発生量指標算出部５７にて算出された熱発生量パラメータＰＶ^κを積分して所定の定数を乗算することにより、燃料供給量Ｑ_Ｃを算出し、これを気筒数分だけさらに乗算して全気筒に対する燃料供給量Ｑ_Ａを算出して燃料供給異常判定部５０に出力する。このため、複数の気筒に筒内圧センサ３４が組み込まれている場合、これら筒内圧センサ３４が組み込まれた気筒に対する燃料供給量Ｑ_Ｃをそれぞれ算出してこれらを合算する。しかる後、この合算値に対して（全気筒数/センサ数）を乗算することにより、全気筒に対する燃料供給量Ｑ_Ｃを算出することができる。ただし、高価な筒内圧センサを複数の気筒に対してそれぞれ組み込むよりも、単一の筒内圧センサのみを使用することが本発明の趣旨に沿ったものとなることは言うまでもない。

燃料供給異常判定部５０は、基準相関割合設定部４８にて設定された基準相関割合γ_Ｒと、相関割合算出部４７によって算出された平均割合γ_ｍとを比較し、任意の単一気筒に関する燃料の供給異常の有無を判定する。また、燃料噴射量設定部１８にて設定された全気筒に供給される燃料噴射量Ｑ_Ｓから、燃料噴射量算出部４９にて算出された全気筒に供給される燃料噴射量Ｑ_Ａを減算する。そして、この減算値(Ｑ_Ｓ−Ｑ_Ａ)と予め設定された異常判定閾値Ｒ_Ｒとを比較し、全気筒に関する燃料の供給異常の有無を判定する。

警告発生部５１は、燃料供給異常判定部５０の判定結果に基づき、エンジン１０に対する燃料の供給状態に異常があることを運転者に知らせるためのものであり、そのための警告表示器５８が図示しない車室内に設けられている。この警告表示器５８は、聴覚や視覚などを利用して車両の運転者に対する注意を喚起し得るものであればよく、本実施形態においては単一気筒の燃料供給異常と、全気筒の燃料供給異常とを別々に表示できるようにしている。

なお、本実施形態では燃料供給異常判定部５０において全気筒に対する燃料の供給に異常があると判断した場合であっても、実際には複数気筒、例えば４気筒エンジンの場合には特定の２気筒または３気筒に対する燃料の供給が異常である場合も含むことに注意されたい。正確を期すのであれば、コストが嵩むけれども筒内圧センサ３４を全気筒の半分以上の気筒にそれぞれ組み込むことにより、任意の複数気筒の燃料供給異常を判定することが可能となる。

本実施形態における燃料供給異常の設定手順について図５〜図８を参照しつつ説明すると、まずＳ１のステップにて任意の単一気筒の異常の有無を判定するための単一気筒異常判定処理が行われる。この単一気筒異常判定処理は、任意の単一気筒に対応するクランク軸角加速度αのみ、予め設定された閾値α_ＲＬよりも小さい場合、この気筒に対する燃料の供給状態が異常であるか否かを判定する。ここで異常がないという判定結果が出た場合、全気筒に対する燃料供給が異常となっている可能性があるので、Ｓ２のステップに移行し、筒内圧センサ３４が組み込まれた気筒に対する燃料の供給量Ｑ_Ｃを燃料噴射量算出部４９にて算出する。次に、Ｓ３のステップにて全気筒燃料供給量Ｑ_Ａを同じく燃料噴射量算出部４９にて算出し、これを燃料噴射量設定部１８にて設定された全気筒燃料噴射量Ｑ_Ｓから減算した値が判定値Ｒ_Ｒ以下であるか否かをＳ４のステップにて燃料供給異常判定部５０が判定する。ここで、減算値(Ｑ_Ｓ−Ｑ_Ａ)が判定値Ｒ_Ｒ以下である、つまり算出された全気筒燃料供給量Ｑ_Ａが設定された全気筒燃料噴射量Ｑ_Ｓに近い場合、燃料供給異常判定部５０は全気筒に対する燃料の供給状態に異常がないと判断する。そして、最初のＳ１のステップに戻って上述した操作を繰り返す。一方、Ｓ４のステップにて減算値(Ｑ_Ｓ−Ｑ_Ａ)が判定値Ｒ_Ｒを越えている、つまり設定された全気筒燃料噴射量Ｑ_Ｓに対して算出された全気筒燃料供給量Ｑ_Ａがある程度以下の場合、燃料供給異常判定部５０は全気筒に対する燃料の供給状態が異常であると判断する。そして、Ｓ５のステップにて警告発生部５１が警告表示器５８を駆動して一連の判定を終了する。これにより、運転者は警告表示器５８の表示に従って整備工場での燃料供給系の点検整備を依頼すべき判断を行うことができる。

Ｓ１における単一気筒異常判定のより具体的な手順を図６に示す。このサブルーチンにおいては、まずＳ１１のステップにて車両が所定運転状態にあるか否かを運転状態判定部４５にて判定する。車両が所定の運転状態にないと判断した場合には、何もせずにこのルーチンを終了する。これに対し、車両が所定運転状態にあると判断した場合、Ｓ１２のステップに移行してクランク軸角加速度算出部４６にてクランク軸角加速度αを算出した後、Ｓ１３のステップにて運転状態判定フラグがセットされているか否かを判定する。最初は運転状態判定フラグがセットされていないので、Ｓ１４のステップに移行して車両の運転状態の判定を再び運転状態判定部４５にて行う。

この運転状態判定の詳細な手順は図７に示されている。本実施形態においては、まずＳ１４０のステップにて任意の単一気筒のみ対応するクランク軸角加速度αが判定基準角加速度α_Ｒよりも小さいか否かを判定する。Ｓ１４０のステップにて任意の単一気筒のみクランク軸角加速度αが判定基準角加速度α_Ｒ以上である、つまり複数気筒のクランク軸角加速度αがそれぞれ僅かに負となっていたり、全ての気筒に対応するクランク軸角速度αがすべて正または０となっていると判断した場合には、図６のフローに戻って再度Ｓ１１以降の処理を行う。

これに対し、Ｓ１４０のステップにて単一気筒のみクランク軸角加速度αが判定基準角加速度α_Ｒよりも小さいと判断した場合には、Ｓ１４１のステップに移行して負のクランク軸角加速度αが加速判定閾値α_Ｈよりも大きいか否かを判定する。ここで、負のクランク軸角加速度αが加速判定閾値α_Ｈよりも大きい、すなわち車両が緩加速状態にあると判断した場合には、Ｓ１４２のステップに移行して基準相関割合設定部４８が異常判定用基準角加速度γ_Ｒを緩加速時用の値γ_ＲＨに設定する。そして、Ｓ１４３のステップにて運転状態判定フラグをセットしてこのサブルーチンを終了する。

Ｓ１４１のステップにて負のクランク軸角加速度αが加速判定閾値α_Ｈ以下であると判断した場合には、Ｓ１４４のステップに移行して今度は負のクランク軸角加速度αが減速判定閾値α_Ｌよりも小さいか否かを判定する。ここで、負のクランク軸角加速度αが減速判定閾値α_Ｌよりも小さい、すなわち車両が緩減速状態にあると判断した場合には、Ｓ１４５のステップに移行する。そして、基準相関割合設定部４８が異常判定用基準角加速度γ_Ｒを緩減速時用の値γ_ＲＬに設定した後、先のＳ１４３のステップに移行する。Ｓ１４４のステップにて負のクランク軸角加速度αが減速判定閾値α_Ｌ以上である、すなわち車両が緩加減速状態にないと判断した場合には、Ｓ１４６のステップに移行する。そして、基準相関割合設定部４８が異常判定用基準角加速度γ_Ｒを定速走行時用の定速判定閾値γ_ＲＭに設定した後、Ｓ１４３のステップに移行する。

このようにして、Ｓ１４のステップにて単一気筒のみ対応するクランク軸角加速度αが判定基準角加速度α_Ｒよりも小さいと運転状態判定部４５が判定した場合、基準相関割合設定部４８が異常判定用基準角加速度γ_Ｒを車両の加減速状態に応じて設定する。さらに、運転状態判定フラグがセットされて後述するＳ１５のステップに移行する。

一方、Ｓ１３のステップにて運転状態判定フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行する。そして、今度は車両が同一運転状態、つまり同一の単一気筒のみ対応するクランク軸角加速度αが判定基準角加速度α_Ｒよりも小さく、かつ車両の走行状態がＳ１４のステップにて判定された加減速状態と同じであるか否かを運転状態判定部４５が判定する。ここで、車両が同じ運転状態であると判断した場合には、後述するＳ１５のステップに移行し、逆に同じ運転状態にないと判断した場合には、再度Ｓ１１のステップ以降の処理を行う。

Ｓ１５のステップでは、相関割合算出部４７が負のクランク軸角加速度αに対応する相関割合γ_ｎを算出し、続いてＳ１７のステップにてカウンタのカウントアップを行う。そして、相関割合の最大値と最小値とを設定する最大最少相関割合設定をＳ１８のステップにて行う。

Ｓ１８のステップにおける最大最少相関割合設定の詳細な手順は図８に示されており、これは記憶部５２の最大差算出部５４にて行われる。まずＳ１８０のステップにてカウンタのカウント値Ｃ_ｎが１であるか否かを判定する。最初はカウント値Ｃ_ｎが１であるので、Ｓ１８１のステップに移行し、Ｓ１５のステップにて算出された相関割合γ_ｎを最大相関割合γ_ｍａｘに設定した後、図５に示したメインルーチンに戻る。また、Ｓ１８０のステップにてカウンタのカウント値Ｃ_ｎが１ではないと判断した場合、Ｓ１８２のステップに移行して今度はカウンタのカウント値Ｃ_ｎが２であるか否かを判定する。ここで、カウンタのカウント値Ｃ_ｎが２であると判断した場合、Ｓ１８１のステップにて設定された相関割合の最大値γ_ｍａｘが今回算出された相関割合γ_２以上であるか否かをＳ１８３のステップにて判定する。

このＳ１８３のステップにて相関割合の最大値γ_ｍａｘが相関割合γ_２以上、すなわち今回算出された相関割合γ_２が最初に設定した相関割合の最大値γ_ｍａｘ以下である（絶対値が大きい）と判断した場合には、Ｓ１８４のステップに移行する。そして、今回算出された相関割合γ_２を相関割合の最大値γ_ｍａｘに設定すると共に前回算出された相関割合γ_１、すなわち前回の相関割合の最大値γ_ｍａｘを相関割合の最少値γ_ｍｉｎに設定し直した後、このサブルーチンを終了する。また、Ｓ１８３のステップにて相関割合の最大値γ_ｍａｘが相関割合γ_２よりも小さい、すなわち今回算出された相関割合γ_２の方が最初に設定した相関割合の最大値γ_ｍａｘよりも大きい（絶対値が小さい）と判断した場合には、Ｓ１８５のステップに移行する。そして、今回算出された相関割合γ_２を相関割合の最少値γ_ｍｉｎに設定した後、このサブルーチンを終了する。

Ｓ１８２のステップにてカウンタのカウント値Ｃ_ｎが２ではない、すなわちカウンタのカウント値Ｃ_ｎが３以上であると判断した場合には、Ｓ１８６のステップに移行して相関割合の最大値γ_ｍａｘが今回算出された相関割合γ_２以上であるか否かを判定する。ここで、相関割合の最大値γ_ｍａｘが今回算出された相関割合γ_２以上、すなわち今回算出された相関割合γ_２の方が最初に設定した相関割合の最大値γ_ｍａｘよりも小さい（絶対値が大きい）と判断した場合には、Ｓ１８７のステップに移行する。そして、今回算出された相関割合γ_ｎを相関割合の最大値γ_ｍａｘに設定し直した後、このサブルーチンを終了する。

また、Ｓ１８６のステップにて相関割合の最大値γ_ｍａｘが今回算出された相関割合γ_２よりも小さいと判断した場合、Ｓ１８８のステップに移行して相関割合の最少値γ_ｍｉｎが今回算出された相関割合γ_ｎよりも大きいか否かを判定する。相関割合の最少値γ_ｍｉｎが今回算出された相関割合γ_ｎよりも大きい、すなわち今回算出された相関割合γ_ｎがすでに設定されている相関割合の最少値γ_ｍｉｎよりも小さい（絶対値が大きい）と判断した場合には、Ｓ１８９のステップに移行する。そして、今回算出された相関割合γ_ｎを相関割合の最少値γ_ｍｉｎに設定し直した後、このサブルーチンを終了する。なお、Ｓ１８８のステップにて今回算出された相関割合γ_ｎが相関割合の最少値γ_ｍｉｎ以上である、すなわち今回算出された相関割合γ_ｎが相関割合の最大値γ_ｍａｘでも最小値γ_ｍｉｎでもないと判断した場合には、何もせずにこのサブルーチンを終了する。

このようにして、Ｓ１８のステップにて相関割合の最大値γ_ｍａｘと最小値γ_ｍｉｎとを設定した後、Ｓ１９のステップに移行する。そして、相関割合の最大値γ_ｍａｘから相関割合の最小値γ_ｍｉｎを減じた値がリセット判定値γ_Ｃ（＜０）よりも大きいか否かを記憶部５２の最大差算出部５４にて判定する。ここで相関割合の最大値γ_ｍａｘから相関割合の最小値γ_ｍｉｎを減じた値がリセット判定値γ_Ｃよりも大きい、すなわち算出された相関割合γ_ｎの値が異常ではないと判断した場合には、Ｓ２０のステップに移行する。そして、カウンタのカウント値Ｃ_ｎが所定値Ｃ_Ｒに達しているか否かを判定する。最初は、所定値Ｃ_Ｒ以下であるので、Ｓ２１のステップに移行してＳ１５のステップにて算出された相関割合γ_ｎを記憶部５２にて記憶した後、再びＳ１１のステップ以降の処理を繰り返す。また、Ｓ１９のステップにて相関割合の最大値γ_ｍａｘから相関割合の最小値γ_ｍｉｎを減じた値がリセット判定値γ_Ｃ以下である、すなわち算出された相関割合γ_ｎの値が異常の可能性があると判断した場合には、Ｓ２２のステップに移行する。そして、記憶キャンセル部５５が運転状態判定フラグをリセットすると共にカウンタのカウント値Ｃ_ｎを０にリセットした後、Ｓ１１のステップ以降の処理を再開する。

一方、Ｓ２０のステップにてカウンタのカウント値Ｃ_ｎが所定値Ｃ_Ｒに達していると判断した場合には、Ｓ２３のステップに移行して平均相関割合γ_ｍを平均相関割合算出部５３にて算出する。そして、この平均相関割合γ_ｍがＳ１４のステップにて算出された異常判定用基準角加速度γ_Ｒ以上であるか否かをＳ２４のステップにて燃料供給異常判定部５０により判定する。ここで、平均相関割合γ_ｍが異常判定用基準角加速度γ_Ｒ以上である、すなわち負のクランク軸角加速度αが負となっている気筒に対する燃料の供給量が異常ではないと判断した場合、Ｓ２５のステップに移行する。そして、運転状態判定フラグをリセットすると共にカウンタのカウント値Ｃ_ｎを０にリセットした後、図５に示すメインフローに戻り、全気筒に対する燃料供給に異常があるか否かを判定する。また、Ｓ２４のステップにて平均相関割合γ_ｍが異常判定用基準角加速度γ_Ｒよりも小さい、すなわちクランク軸角加速度αが判定基準角加速度α_Ｒよりも小さくなっている気筒に対する燃料の供給量が異常であると燃料供給異常判定部５０が判断した場合には、Ｓ２６のステップに移行する。そして、警告発生部５１が警告表示器５８を作動させ、これにより運転者は警告表示器５８の表示に従って整備工場での燃料供給系の点検整備を依頼すべき判断を行うことができる。

図６〜図８に示す単一気筒異常判定のサブルーチンに関しては、上述した実施形態に限定されるわけではなく、従来から行われているように各気筒における燃焼状態のばらつきに基づいて単一気筒の異常の有無を判定できるものであればよい。上述した実施形態では本発明を圧縮点火機関に応用した場合について説明したが、ガソリンやアルコールまたはＬＰＧ（液化天然ガス）などを燃料として点火プラグを用いる直噴形式の火花点火機関に対しても有効である。このような火花点火機関においても、上述したディーゼルエンジンの場合と同様な効果を得ることができることは言うまでもない。また、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

クランク軸位相とクランク軸角速度との関係を模式的に表すグラフである。 本発明を圧縮点火式内燃機関に応用した一実施形態のシステム概念図である。 図２に示した実施形態における制御ブロック図である。 燃料供給異常が発生している場合における設定燃料噴射量とクランク角加速度との関係を模式的に表すグラフである。 本実施形態における制御手順を表すフローチャートである。 図５に示した単一気筒異常判定のサブルーチンの詳細を表すフローチャートである。 図６に示した運転状態判定のサブルーチンの詳細を表すフローチャートである。 図６に示した最大最少相関割合設定のサブルーチンの詳細を表すフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃焼室
１３ 排気通路
１４ 吸気通路
１５ 排気ガス還流（ＥＧＲ）装置
１６ ピストン
１７ ＥＣＵ
１８ 燃料噴射量設定部
１９ 噴射弁駆動制御部
２０ 排気管
２１ 吸気管
２２ ＥＧＲ通路
２３ ＥＧＲ管
２４ ＥＧＲ弁
２５ ＥＧＲ判定部
２６ ＥＧＲ量設定部
２７ ＥＧＲ弁駆動制御部
２８ 吸気ポート
２９ 排気ポート
３０ シリンダヘッド
３１ 吸気弁
３２ 排気弁
３３ 動弁機構
３４ 筒内圧センサ
３５ エアフィルタ
３６ サージタンク
３７ 触媒
３８ アクセルペダル
３９ アクセル開度センサ
４０ エアフローメータ
４１ シリンダブロック
４２ 連接棒
４３ クランク軸
４４ クランク角センサ
４５ 運転状態判定部
４６ クランク軸角加速度算出部
４７ 相関割合算出部
４８ 基準相関割合設定部
４９ 燃料噴射量算出部
５０ 燃料供給異常判定部
５１ 警告発生部
５２ 記憶部
５３ 平均相関割合算出部
５４ 最大差算出部
５５ 記憶キャンセル部
５６ 燃焼室容積算出部
５７ 熱発生量指標算出部
５８ 警告表示器

Claims (6)

1. 多気筒内燃機関における各気筒に対する燃料の供給異常を判定するための方法であって、
   各気筒における燃焼状態のばらつきに基づき、任意の単一気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定するステップと、
   少なくとも１つの気筒の筒内圧を検出するステップと、
   検出された筒内圧に基づき、少なくとも１つの気筒に供給された燃料の供給量を算出するステップと、
   算出された燃料の供給量に基づき、全気筒に対する燃料の供給量を算出するステップと、
   任意の単一気筒に関して燃料の供給異常がないと判断した場合、算出された全気筒に対する燃料の供給量と全気筒に対して設定された燃料供給量との比較に基づき、全気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定するステップと
   を具えたことを特徴とする燃料供給異常判定方法。
2. 各気筒における燃焼状態のばらつきが、内燃機関の各気筒毎に対応付けて算出されたクランク軸の角加速度のばらつきであることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給異常判定方法。
3. 少なくとも１つの気筒に供給された燃料の供給量を算出するステップは、検出された筒内圧とこの時の燃焼室の容積とから燃料の熱発生量に関する制御パラメータを算出するステップを有し、算出された燃料の熱発生量に関する制御パラメータに基づいて燃料の供給量を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料供給異常判定方法。
4. 多気筒内燃機関の各気筒に対する燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段と、各気筒の燃焼状態のばらつきに基づいて任意の単一気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定する単一気筒燃料供給異常判定部とを有する燃料供給異常判定装置であって、
   少なくとも１つの気筒の筒内圧を検出するための筒内圧センサと、
   この筒内圧センサによって検出された筒内圧に基づき、少なくとも１つの気筒に供給された燃料の供給量を算出する燃料供給量算出部と、
   この燃料供給量算出部にて算出された燃料の供給量から全気筒に対する燃料の供給量を算出する全気筒燃料供給量算出部と、
   任意の単一気筒に対する燃料の供給異常がないと単一気筒燃料供給異常判定部にて判定された場合、この全気筒燃料供給量算出部にて算出された燃料供給量と、前記燃料供給量設定部にて設定された全気筒に対する燃料供給量との差を算出し、全気筒に対する燃料の供給異常があるか否かを判定する全気筒燃料供給異常判定部と
   を具えたことを特徴とする燃料供給異常判定装置。
5. クランク軸の回転位相を検出するクランク角センサをさらに具え、前記単一気筒燃料供給異常判定部は、このクランク角センサからの検出信号から算出されるクランク軸の角加速度に基づいて任意の単一気筒に対する燃料の供給異常の有無を判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料供給異常判定装置。
6. 前記燃料供給量算出部は、前記筒内圧センサによって検出された筒内圧と、この時の燃焼室の容積とから燃料の熱発生量に関する制御パラメータを算出する熱発生量指標算出部を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の燃料供給異常判定装置。

Images