JP2009180171A - 内燃機関の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの各気筒毎にそれぞれ２つの燃料噴射弁を配置したシステムにおいて、燃料噴射弁の異常が発生した場合に、その異常な燃料噴射弁を特定できるようにする。
【解決手段】エンジン運転中に空燃比の異常が発生したときに、空燃比の異常が発生した気筒を特定し、その異常気筒において２つの燃料噴射弁２１の指令噴射量の合計を一定に保ちつつ該２つの燃料噴射弁２１の指令噴射量の比率を徐々に変化させる噴射比率変化制御を実行して、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値を用いて異常な燃料噴射弁２１を特定する。噴射比率変化制御を同じ条件で実行すると、いずれの燃料噴射弁２１が異常であるかによって、２つの燃料噴射弁２１の実合計噴射量の変化挙動が異なって空燃比の変化挙動が異なるため、排出ガスセンサの出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値を評価すれば、異常な燃料噴射弁２１を特定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の各気筒毎にそれぞれ複数の燃料噴射弁を配置した内燃機関の異常診断装置に関する発明である。

特許文献１（特開２００６−２９９９４５号公報）に記載されているように、内燃機関の気筒内での燃料噴霧の微粒化や良好な混合気形成等を目的として、内燃機関の各気筒の２つの吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を配置して、各気筒毎にそれぞれ２つの燃料噴射弁で燃料を噴射するようにしたものがある。

また、特許文献２（特開平８−３３８２８５号公報）に記載されているように、内燃機関の各気筒の排出ガスが集合して流れる排気合流部に配置された空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を判定して気筒別に空燃比（燃料噴射量）を制御するようにしたものがある。
特開２００６−２９９９４５号公報（第３頁等） 特開平８−３３８２８５号公報（第２頁等）

例えば、ある気筒の燃料噴射弁が故障して、その気筒の空燃比（燃料噴射量）が変化した場合、上記特許文献２の技術を利用して、空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を判定すれば、空燃比が異常な気筒を特定することができる。

しかし、上記特許文献１の技術のように、内燃機関の各気筒毎にそれぞれ２つの燃料噴射弁を配置したシステムにおいては、例えば、１つの気筒に配置した２つの燃料噴射弁のうちの一方が故障して、その気筒の空燃比（燃料噴射量）が変化した場合、上記特許文献２の技術を利用することで空燃比が異常な気筒を特定することは可能であるが、その異常気筒の２つの燃料噴射弁のうちいずれの燃料噴射弁が異常であるかを特定することはできない。このため、サービス工場等では、異常気筒の２つの燃料噴射弁を両方とも交換する必要があり、交換作業に手間が掛かると共に交換部品のコストが高くなるという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、内燃機関の各気筒毎にそれぞれ複数の燃料噴射弁を配置したシステムにおいて、いずれかの燃料噴射弁の異常が発生した場合に、その異常な燃料噴射弁を特定することができる内燃機関の異常診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の各気筒毎にそれぞれ複数の燃料噴射弁を配置して排気通路に排出ガスセンサを配置した内燃機関の異常診断装置において、前記複数の燃料噴射弁の指令噴射量の合計を一定に保ちつつ該複数の燃料噴射弁の指令噴射量の比率を変化させる噴射比率変化制御を実行して、排出ガスセンサの出力に基づいて複数の燃料噴射弁の中から異常な燃料噴射弁を特定する異常噴射弁診断を実行する異常診断手段を備えるようにしたものである。

１つの気筒に配置した複数の燃料噴射弁が全て正常な場合、その気筒において噴射比率変化制御を実行して複数の燃料噴射弁の噴射比率（指令噴射量の比率）を変化させても、複数の燃料噴射弁の実合計噴射量（実噴射量の合計値）は変化せずにほぼ一定となる（図３参照）。

これに対して、１つの気筒に配置した複数の燃料噴射弁のうちのいずれかの燃料噴射弁に異常が発生して、その燃料噴射弁の噴射特性（指令噴射量と実噴射量との関係）が変化した場合、その気筒において噴射比率変化制御を実行して複数の燃料噴射弁の噴射比率を変化させると、複数の燃料噴射弁の実合計噴射量が変化する（図４及び図５参照）。これにより、噴射比率変化制御を実行した気筒の空燃比が変化するため、それに応じて排出ガスセンサの出力が変化するが、その際、噴射比率変化制御を同じ条件で実行すると、複数の燃料噴射弁のうちのいずれの燃料噴射弁が異常であるかによって、複数の燃料噴射弁の実合計噴射量の変化挙動が異なるため、排出ガスセンサの出力の変化挙動も異なってくる。従って、噴射比率変化制御を実行したときに排出ガスセンサの出力又はそれに応じて変化する情報（例えば、空燃比フィードバック補正量やその学習値等）を評価すれば、複数の燃料噴射弁の中から異常な燃料噴射弁を特定することができる。

また、前述したように、複数の燃料噴射弁が全て正常な気筒では、噴射比率変化制御を実行しても、複数の燃料噴射弁の実合計噴射量は変化せずにほぼ一定となるため、排気エミッションやドライバビリティにはほとんど悪影響を及ぼさない。

ところで、噴射比率変化制御の際に複数の燃料噴射弁の指令噴射量の比率を急激に変化させると、燃焼状態が急変してトルクショックが発生する可能性があり、ドライバビリティが悪化する可能性がある。

この対策として、請求項２のように、噴射比率変化制御の際に複数の燃料噴射弁の指令噴射量の比率を徐々に変化させるようにすると良い。このようにすれば、噴射比率変化制御による燃焼状態の急変を防止してトルクショックの発生を防止することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。

また、内燃機関の過渡運転中は、燃料噴射量等の運転条件が刻々と変化しているため、過渡運転中に噴射比率変化制御を実行すると、運転条件の変化の影響を受けて噴射比率変化制御による排出ガスセンサの出力変化を精度良く検出することができず、排出ガスセンサの出力に基づいた異常噴射弁診断の診断精度が低下する可能性がある。

そこで、請求項３のように、内燃機関のアイドル運転中に噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにすると良い。或は、請求項４のように、内燃機関の定常運転中に噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにしても良い。アイドル運転中や定常運転中は、燃料噴射量等の運転条件がほぼ一定となるため、アイドル運転中や定常運転中に噴射比率変化制御を実行すれば、運転条件の変化の影響を受けずに噴射比率変化制御による排出ガスセンサの出力変化を精度良く検出することができ、排出ガスセンサの出力に基づいた異常噴射弁診断の診断精度を向上させることができる。

一般に、排出ガスセンサは、各気筒の排出ガスが集合して流れる排気集合部に配置されているため、特に気筒数の多い内燃機関では、噴射比率変化制御を実行した気筒の排出ガスの空燃比だけが変化しても、他の気筒の排出ガスの空燃比の影響を受けて噴射比率変化制御による排出ガスセンサの出力変化が減少する傾向がある。このため、ノイズ等による排出ガスセンサの一時的な出力変化（ばらつき）の影響を受けて噴射比率変化制御による排出ガスセンサの出力変化を精度良く検出することが困難になることがある。

そこで、請求項５のように、排出ガスセンサの出力に基づいて空燃比をフィードバック補正する空燃比フィードバック制御手段を備えたシステムに本発明を適用する場合には、空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィードバック補正量の学習値に基づいて異常噴射弁診断を実行するようにしても良い。一般に、空燃比フィードバック補正量の学習値は、比較的長い周期で更新されるため、ノイズ等による排出ガスセンサの一時的な出力変化（ばらつき）の影響を受け難く、噴射比率変化制御の実行時には、その噴射比率変化制御による排出ガスセンサの出力変化が空燃比フィードバック補正量の学習値に反映される。従って、空燃比フィードバック補正量の学習値に基づいて異常噴射弁診断を実行すれば、ノイズ等による排出ガスセンサの一時的な出力変化の影響を受けずに異常噴射弁診断の診断精度を更に向上させることができる。

また、請求項６のように、内燃機関の複数の気筒の中から空燃比が異常な気筒を異常気筒特定手段により特定し、その空燃比が異常な気筒において噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにしても良い。このようにすれば、空燃比が異常な気筒のみで噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するだけで、異常な燃料噴射弁を特定することが可能となり、噴射比率変化制御によるドライバビリティへの影響を最小にすることができる。

或は、請求項７のように、内燃機関の各気筒毎に順番に噴射比率変化制御を実行して排出ガスセンサの出力に基づいて複数の気筒のうち空燃比が異常な気筒を特定する異常気筒診断と異常噴射弁診断を実行するようにしても良い。１つの気筒に配置した複数の燃料噴射弁のうちのいずれかの燃料噴射弁が異常で噴射特性が変化した場合、その気筒の空燃比が異常となるが、その気筒おいて噴射比率変化制御を実行すると、複数の燃料噴射弁の実合計噴射量が変化して、排出ガスセンサの出力が変化する。従って、噴射比率変化制御を実行して異常な燃料噴射弁を特定する際に、予め別の手段で空燃比が異常な気筒を特定しておかなくても、各気筒毎に順番に噴射比率変化制御を実行して排出ガスセンサの出力又はそれに相関する情報を評価すれば、空燃比が異常な気筒を特定しながら異常な燃料噴射弁を特定することができる。

また、請求項８のように、内燃機関の運転中に空燃比のリッチ異常又はリーン異常が発生したときに噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにしても良い。このようにすれば、空燃比のリッチ異常もリーン異常も発生していないときには、全ての気筒の燃料噴射弁が正常であると判断して、噴射比率変化制御及び異常噴射弁診断を実行せず、空燃比のリッチ異常又はリーン異常が発生したときにのみ、いずれかの気筒の燃料噴射弁に異常が発生したと判断して、噴射比率変化制御及び異常噴射弁診断を実行して異常な燃料噴射弁を特定するようにできるため、必要以上に噴射比率変化制御を実行することを防止することができる。

或は、請求項９のように、内燃機関の運転中に空燃比の異常の有無に拘らず噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにしても良い。前述したように、複数の燃料噴射弁が全て正常な気筒では、噴射比率変化制御を実行しても、複数の燃料噴射弁の実合計噴射量は変化せずにほぼ一定となるため、内燃機関の運転中に空燃比の異常の有無に拘らず噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行すれば、排気エミッションやドライバビリティにはほとんど悪影響を及ぼすことなく、常に燃料噴射弁の異常を監視することができる。

また、請求項１０のように、複数の燃料噴射弁の中から異常な燃料噴射弁が特定されたときに、該異常な燃料噴射弁の燃料噴射を禁止し、残りの正常な燃料噴射弁の燃料噴射量を増量補正するフェールセーフ制御手段を備えるようにしても良い。このようにすれば、１つの気筒に配置した複数の燃料噴射弁のうちのいずれかの燃料噴射弁に異常が発生した場合に、残りの正常な燃料噴射弁でその気筒の要求噴射量分の燃料を噴射して、内燃機関の運転を継続することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図７に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に接続された吸気ポート３１又はその近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

図２に示すように、エンジン１１の各気筒には、それぞれ２つの吸気ポート３１と２つの排気ポート３２が設けられ、各気筒の２つの吸気ポート３１又はその近傍に、それぞれ燃料噴射弁２１が配置されている。各吸気ポート３１は、それぞれ吸気バルブ３３によって開閉され、各排気ポート３２は、それぞれ排気バルブ３４によって開閉される。燃料タンク３５内に貯溜された燃料は、燃料ポンプ３６によって汲み上げられ、この燃料ポンプ３６から吐出される燃料が燃料供給配管３７を通して各気筒の燃料噴射弁２１に供給される。

一方、図１に示すように、エンジン１１の排気管２３（排気通路）には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキング振動を検出するノックセンサ２９が取り付けられている。また、クランク軸２７の外周側には、クランク軸２７が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられ、このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。通常、各気筒に配置された２つの燃料噴射弁２１は、燃料噴射量が同一（燃料噴射量の比率が５０：５０）になるように制御される。

また、ＥＣＵ３０は、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立したときに、排出ガスセンサ２４の出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に一致させるように空燃比Ｆ／Ｂ補正量を算出し、この空燃比Ｆ／Ｂ補正量を用いて燃料噴射弁２１の燃料噴射量を補正する空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。ここで、「Ｆ／Ｂ」は「フィードバック」を意味する（以下、同様）。この機能が特許請求の範囲でいう空燃比フィードバック制御手段としての役割を果たす。

更に、ＥＣＵ３０は、空燃比Ｆ／Ｂ制御中に空燃比Ｆ／Ｂ補正量の演算周期よりも長い所定周期で空燃比Ｆ／Ｂ補正量を学習し、学習した空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値をＥＣＵ３０のバックアップＲＡＭ（図示せず）等の書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＣＵ３０の電源オフ中でも記憶データを保持する書き換え可能なメモリ）に記憶する。

また、ＥＣＵ３０は、後述する図６及び図７の燃料噴射弁異常診断ルーチンを実行することで、次のようにして燃料噴射弁２１の異常診断を行う。エンジン運転中に排出ガスの空燃比が目標空燃比よりもリッチ側に変動したリッチ異常又は目標空燃比よりもリーン側に変動したリーン異常が発生したときに、エンジン１１の複数の気筒のうち空燃比が異常な気筒を特定する。この後、空燃比が異常な気筒において２つの燃料噴射弁２１の指令噴射量の合計を一定に保ちつつ該２つの燃料噴射弁２１の指令噴射量の比率を徐々に変化させる噴射比率変化制御を実行して、排出ガスセンサ２４の出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値を用いて２つの燃料噴射弁２１のうち異常な燃料噴射弁２１を特定する異常噴射弁診断を実行する。

ここで、異常な燃料噴射弁２１を特定する方法について説明する。以下、説明の便宜上、１つの気筒に配置した２つの燃料噴射弁２１のうちの一方を「第１の燃料噴射弁２１Ａ」と表記し、他方を「第２の燃料噴射弁２１Ｂ」と表記することがある。

図３に示すように、１つの気筒に配置した第１の燃料噴射弁２１Ａと第２の燃料噴射弁２１Ｂが両方とも正常な場合、その気筒において噴射比率変化制御を実行して、第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの指令噴射量の合計を一定に保ちつつ第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの噴射比率（指令噴射量の比率）を通常比率（例えば５０：５０）から所定比率（例えば７０：３０）まで変化させても、第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの実合計噴射量（実噴射量の合計値）は変化せずにほぼ一定となる。

これに対して、図４（ａ）に示すように、１つの気筒に配置した第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂのうち、第１の燃料噴射弁２１Ａにリーン異常が発生して、第１の燃料噴射弁２１Ａの噴射特性がリーン方向（実噴射量が指令噴射量よりも少なくなる方向）に変化した場合、その気筒において噴射比率変化制御を実行して、第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの指令噴射量の合計を一定に保ちつつ第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの噴射比率を通常比率（例えば５０：５０）から所定比率（例えば７０：３０）まで変化させると、それに応じて第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの実合計噴射量が減少する。これにより、噴射比率変化制御を実行した気筒の空燃比がリーン方向に変化するため、それに応じて排出ガスセンサ２４の出力がリーン方向に変化して空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリッチ方向（空燃比をリッチ方向に補正する方向）に変化する。

一方、図４（ｂ）に示すように、１つの気筒に配置した第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂのうち、第２の燃料噴射弁２１Ｂにリーン異常が発生して、第２の燃料噴射弁２１Ｂの噴射特性がリーン方向に変化した場合、その気筒において噴射比率変化制御を実行すると、それに応じて第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの実合計噴射量が増加する。これにより、噴射比率変化制御を実行した気筒の空燃比がリッチ方向に変化するため、それに応じて排出ガスセンサ２４の出力がリッチ方向に変化して空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向（空燃比をリーン方向に補正する方向）に変化する。

従って、空燃比のリーン異常が発生した場合には、リーン異常が発生したリーン異常気筒を特定し、そのリーン異常気筒において噴射比率変化制御を実行したときに、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリッチ方向に変化した場合には、そのリーン異常気筒の第１の燃料噴射弁２１Ａがリーン異常であると特定することができ、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向に変化した場合には、そのリーン異常気筒の第２の燃料噴射弁２１Ｂがリーン異常であると特定することができる。

また、図５（ａ）に示すように、１つの気筒に配置した第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂのうち、第１の燃料噴射弁２１Ａにリッチ異常が発生して、第１の燃料噴射弁２１Ａの噴射特性がリッチ方向（実噴射量が指令噴射量よりも多くなる方向）に変化した場合、その気筒において噴射比率変化制御を実行すると、それに応じて第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの実合計噴射量が増加する。これにより、噴射比率変化制御を実行した気筒の空燃比がリッチ方向に変化するため、それに応じて排出ガスセンサ２４の出力がリッチ方向に変化して空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向に変化する。

一方、図５（ｂ）に示すように、１つの気筒に配置した第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂのうち、第２の燃料噴射弁２１Ｂにリッチ異常が発生して、第２の燃料噴射弁２１Ｂの噴射特性がリッチ方向に変化した場合、その気筒において噴射比率変化制御を実行すると、それに応じて第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの実合計噴射量が減少する。これにより、噴射比率変化制御を実行した気筒の空燃比がリーン方向に変化するため、それに応じて排出ガスセンサ２４の出力がリーン方向に変化して空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリッチ方向に変化する。

従って、空燃比のリッチ異常が発生した場合には、リッチ異常が発生したリッチ異常気筒を特定し、そのリッチ異常気筒において噴射比率変化制御を実行したときに、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向に変化した場合には、そのリッチ異常気筒の第１の燃料噴射弁２１Ａがリッチ異常であると特定することができ、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリッチ方向に変化した場合には、そのリッチ異常気筒の第２の燃料噴射弁２１Ｂがリッチ異常であると特定することができる。

以上説明した燃料噴射弁２１の異常診断は、ＥＣＵ３０によって図６及び図７のルーチンに従って実行される。以下、このルーチンの処理内容を説明する。

図６及び図７に示す燃料噴射弁異常診断ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、排出ガスセンサ２４の出力に基づいて排出ガスの空燃比が目標空燃比よりもリーン側に変動したリーン異常が発生したか否かを判定し、空燃比のリーン異常が発生したと判定された場合には、いずれかの気筒の燃料噴射弁２１にリーン異常が発生したと判断して、次のようにして噴射比率変化制御及び異常噴射弁診断を実行して異常な燃料噴射弁２１を特定する。

まず、ステップ１０２で、図示しないリーン異常気筒特定ルーチンを実行することで、排出ガスセンサ２４の出力に基づいて各気筒の空燃比を判定して、空燃比のリーン異常が発生したリーン異常気筒を特定する。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいう異常気筒特定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０３に進み、アイドル運転中であるか否かを判定し、アイドル運転中であると判定されれば、ステップ１０４に進み、リーン異常気筒において噴射比率変化制御を実行して、第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの指令噴射量の合計を一定に保ちつつ第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの噴射比率を通常比率（例えば５０：５０）から所定比率（例えば７０：３０）まで徐々に変化させる。その際、第１及び第２の燃料噴射弁２１Ａ，２１Ｂの噴射比率を通常比率から所定比率まで連続的に変化させるようにしても良いし、段階的に変化させるようにしても良い。

この後、ステップ１０５に進み、所定期間が経過したか否かを判定する。この際、噴射比率変化制御を開始してから該噴射比率変化制御による空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値の変化が終了するまでに必要な所定時間が経過したか否かによって所定期間が経過したか否かを判定する。或は、噴射比率変化制御による空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値の変化が終了したか否かによって所定期間が経過したか否かを判定するようにしても良い。

このステップ１０５で、所定期間が経過したと判定されたときに、ステップ１０６に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリッチ方向に変化したか否かを判定する。その結果、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリッチ方向に変化したと判定された場合には、ステップ１０７に進み、リーン異常気筒の第１の燃料噴射弁２１Ａがリーン異常であると特定する。一方、上記ステップ１０６で、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向に変化したと判定された場合には、ステップ１０８に進み、リーン異常気筒の第２の燃料噴射弁２１Ｂがリーン異常であると特定する。

また、上記ステップ１０１で、空燃比のリーン異常が発生していないと判定された場合には、図７のステップ１０９に進み、排出ガスセンサ２４の出力に基づいて排出ガスの空燃比が目標空燃比よりもリッチ側に変動したリッチ異常が発生したか否かを判定し、空燃比のリッチ異常が発生したと判定された場合には、いずれかの気筒の燃料噴射弁２１にリッチ異常が発生したと判断して、次のようにして噴射比率変化制御及び異常噴射弁診断を実行して異常な燃料噴射弁２１を特定する。

まず、ステップ１１０で、図示しないリッチ異常気筒特定ルーチンを実行することで、排出ガスセンサ２４の出力に基づいて各気筒の空燃比を判定して、空燃比のリッチ異常が発生したリッチ異常気筒を特定する。このステップ１１０の処理が特許請求の範囲でいう異常気筒特定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１１１に進み、アイドル運転中であるか否かを判定し、アイドル運転中であると判定されれば、ステップ１１２に進み、リッチ異常気筒において噴射比率変化制御を実行し、次のステップ１１３で、所定期間が経過したか否かを判定する。

このステップ１１３で、所定期間が経過したと判定されたときに、ステップ１１４に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向に変化したか否かを判定する。その結果、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向に変化したと判定された場合には、ステップ１１５に進み、リッチ異常気筒の第１の燃料噴射弁２１Ａがリッチ異常であると特定する。一方、上記ステップ１１４で、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリッチ方向に変化したと判定された場合には、ステップ１１６に進み、リッチ異常気筒の第２の燃料噴射弁２１Ｂがリッチ異常であると特定する。

以上のようにして異常気筒及び異常な燃料噴射弁２１を特定した後、ステップ１１７に進み、その異常情報（異常コード）をＥＣＵ３０のバックアップＲＡＭ（図示せず）等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶した後、ステップ１１８に進み、異常気筒の異常な燃料噴射弁２１の燃料噴射を禁止し、残りの正常な燃料噴射弁２１の燃料噴射量を増量補正して、正常な燃料噴射弁２１で異常気筒の要求噴射量分の燃料を噴射するフェールセーフ制御を実行する。このステップ１１８の処理が特許請求の範囲でいうフェールセーフ制御手段としての役割を果たす。

これに対して、上記ステップ１０１で空燃比のリーン異常が発生していないと判定され、且つ、上記ステップ１０９で空燃比のリッチ異常が発生していないと判定された場合には、全ての気筒の燃料噴射弁２１が正常であると判断して、噴射比率変化制御及び異常噴射弁診断を実行せずに、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例１では、エンジン運転中に空燃比のリーン異常又はリッチ異常が発生したときに、リーン異常が発生したリーン異常気筒又はリッチ異常が発生したリッチ異常気筒を特定し、そのリーン異常気筒又はリッチ異常気筒において２つの燃料噴射弁２１の指令噴射量の合計を一定に保ちつつ該２つの燃料噴射弁２１の指令噴射量の比率を徐々に変化させる噴射比率変化制御を実行して、排出ガスセンサ２４の出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値を用いて２つの燃料噴射弁２１のうち異常な燃料噴射弁２１を特定する異常噴射弁診断を実行するようにしたので、１気筒当りに２つの燃料噴射弁２１を配置したシステムにおいて、燃料噴射弁２１の異常が発生した場合に、その異常な燃料噴射弁２１を特定することができる。

しかも、本実施例１では、噴射比率変化制御の際に２つの燃料噴射弁２１の指令噴射量の比率を徐々に変化させるようにしたので、噴射比率変化制御による燃焼状態の急変を防止してトルクショックの発生を防止することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。

また、本実施例１では、燃料噴射量等の運転条件がほぼ一定となるアイドル運転中に噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにしたので、運転条件の変化の影響を受けずに噴射比率変化制御による排出ガスセンサ２４の出力変化を精度良く検出することができ、排出ガスセンサ２４の出力に基づいた異常噴射弁診断の診断精度を向上させることができる。

一般に、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値は、比較的長い周期で更新されるため、ノイズ等による排出ガスセンサ２４の一時的な出力変化（ばらつき）の影響を受け難く、噴射比率変化制御の実行時には、その噴射比率変化制御による排出ガスセンサ２４の出力変化が空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値に反映される。この点に着目して、本実施例１では、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値に基づいて異常噴射弁診断を実行するようにしたので、ノイズ等による排出ガスセンサ２４の一時的な出力変化の影響を受けずに異常噴射弁診断の診断精度を更に向上させることができる。

また、本実施例１では、空燃比のリッチ異常もリーン異常も発生していないときには、全ての気筒の燃料噴射弁２１が正常であると判断して、噴射比率変化制御及び異常噴射弁診断を実行せず、空燃比のリッチ異常又はリーン異常が発生したときにのみ、いずれかの気筒の燃料噴射弁２１に異常が発生したと判断して、噴射比率変化制御及び異常噴射弁診断を実行して異常な燃料噴射弁２１を特定するようにしたので、必要以上に噴射比率変化制御を実行することを防止することができる。

更に、本実施例１では、空燃比のリーン異常又はリッチ異常が発生したときに、排出ガスセンサ２４の出力に基づいて各気筒の空燃比を判定してリーン異常気筒又はリッチ異常気筒を特定し、そのリーン異常気筒又はリッチ異常気筒において噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにしたので、リーン異常気筒又はリッチ異常気筒のみで噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するだけで、異常な燃料噴射弁２１を特定することができる。

また、本実施例１では、異常気筒の異常な燃料噴射弁２１が特定されたときに、異常な燃料噴射弁２１の燃料噴射を禁止し、残りの正常な燃料噴射弁２１の燃料噴射量を増量補正して、正常な燃料噴射弁２１で異常気筒の要求噴射量分の燃料を噴射するようにしたので、１つの気筒の一方の燃料噴射弁２１に異常が発生しても、残りの正常な燃料噴射弁２１で要求噴射量分の燃料を噴射して、エンジン１１の運転を継続することができる。

次に、図８及び図９を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例２では、後述する図８及び図９の燃料噴射弁異常診断ルーチンを実行することで、空燃比のリーン異常又はリッチ異常が発生したときに、各気筒毎に順番に噴射比率変化制御を実行して、リーン異常気筒又はリッチ異常気筒を特定する異常気筒診断と、異常な燃料噴射弁２１を特定する異常噴射弁診断を実行するようにしている。

図８及び図９に示す燃料噴射弁異常診断ルーチンでは、まず、ステップ２０１で、空燃比のリーン異常が発生したか否かを判定し、空燃比のリーン異常が発生したと判定された場合には、いずれかの気筒の燃料噴射弁２１にリーン異常が発生したと判断して、次のようにして各気筒毎に順番に噴射比率変化制御を実行して、リーン異常気筒を特定する異常気筒診断と、異常な燃料噴射弁２１を特定する異常噴射弁診断を実行する。

まず、ステップ２０２で、アイドル運転中であるか否かを判定し、アイドル運転中であると判定されれば、ステップ２０３に進み、今回の該当気筒において噴射比率変化制御を実行した後、ステップ２０４に進み、所定期間が経過したか否かを判定する。

このステップ２０４で、所定期間が経過したと判定されたときに、ステップ２０５に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値のリーン方向又はリッチ方向への変化量が所定値以上であるか否かを判定する。その結果、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値の変化量が所定値よりも小さいと判定された場合には、今回、噴射比率変化制御を実行した気筒の２つの燃料噴射弁２１は両方とも正常であると判断して、ステップ２０６に進み、噴射比率変化制御を実行する気筒を変更する。これにより、各気筒毎に順番に噴射比率変化制御を実行する。

その後、上記ステップ２０５で、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値の変化量が所定値以上であると判定された場合に、ステップ２０７に進み、今回、噴射比率変化制御を実行した気筒がリーン異常気筒であると特定する。

この後、ステップ２０８に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリッチ方向に変化したか否かを判定する。その結果、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリッチ方向に変化したと判定された場合には、ステップ２０９に進み、リーン異常気筒の第１の燃料噴射弁２１Ａがリーン異常であると特定する。一方、上記ステップ２０８で、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向に変化したと判定された場合には、ステップ２１０に進み、リーン異常気筒の第２の燃料噴射弁２１Ｂがリーン異常であると特定する。

また、上記ステップ２０１で、空燃比のリーン異常が発生していないと判定された場合には、図９のステップ１０９に進み、空燃比のリッチ異常が発生したか否かを判定し、空燃比のリッチ異常が発生したと判定された場合には、いずれかの気筒の燃料噴射弁２１にリッチ異常が発生したと判断して、次のようにして各気筒毎に順番に噴射比率変化制御を実行して、リッチ異常気筒を特定する異常気筒診断と、異常な燃料噴射弁２１を特定する異常噴射弁診断を実行する。

まず、ステップ２１２で、アイドル運転中であるか否かを判定し、アイドル運転中であると判定されれば、ステップ２１３に進み、今回の該当気筒において噴射比率変化制御を実行した後、ステップ２１４に進み、所定期間が経過したか否かを判定する。

このステップ２１４で、所定期間が経過したと判定されたときに、ステップ２１５に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値のリーン方向又はリッチ方向への変化量が所定値以上であるか否かを判定する。その結果、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値の変化量が所定値よりも小さいと判定された場合には、今回、噴射比率変化制御を実行した気筒の２つの燃料噴射弁２１は両方とも正常であると判断して、ステップ２１６に進み、噴射比率変化制御を実行する気筒を変更する。これにより、各気筒毎に順番に噴射比率変化制御を実行する。

その後、上記ステップ２１５で、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値の変化量が所定値以上であると判定された場合に、ステップ２１７に進み、今回、噴射比率変化制御を実行した気筒がリッチ異常気筒であると特定する。

この後、ステップ２１８に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向に変化したか否かを判定する。その結果、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向に変化したと判定された場合には、ステップ２１９に進み、リッチ異常気筒の第１の燃料噴射弁２１Ａがリッチ異常であると特定する。一方、上記ステップ２１８で、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値がリーン方向に変化したと判定された場合には、ステップ２２０に進み、リッチ異常気筒の第２の燃料噴射弁２１Ｂがリッチ異常であると特定する。

以上のようにして異常気筒及び異常な燃料噴射弁２１を特定した後、ステップ２２１に進み、その異常情報（異常コード）をＥＣＵ３０のバックアップＲＡＭ（図示せず）等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶した後、ステップ２２２に進み、異常気筒の異常な燃料噴射弁２１の燃料噴射を禁止し、該異常気筒の残りの正常な燃料噴射弁２１の燃料噴射量を増量補正して、正常な燃料噴射弁２１で異常気筒の要求噴射量分の燃料を噴射するフェールセーフ制御を実行する。

これに対して、上記ステップ２０１で空燃比のリーン異常が発生していないと判定され、且つ、上記ステップ２１１で空燃比のリッチ異常が発生していないと判定された場合には、全ての気筒の燃料噴射弁２１が正常であると判断して、噴射比率変化制御、異常気筒診断及び異常噴射弁診断を実行せずに、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例２では、空燃比のリーン異常又はリッチ異常が発生したときに、各気筒毎に順番に噴射比率変化制御を実行して、リーン異常気筒又はリッチ異常気筒を特定する異常気筒診断と、異常な燃料噴射弁２１を特定する異常噴射弁診断を実行するようにしたので、予め別の手段でリーン異常気筒又はリッチ異常気筒を特定しておかなくても、各気筒毎に順番に噴射比率変化制御を実行することで、リーン異常気筒又はリッチ異常気筒を特定しながら異常な燃料噴射弁２１を特定することができる。

尚、上記各実施例１，２では、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の学習値に基づいて異常噴射弁診断を実行するようにしたが、ノイズ等による排出ガスセンサ２４の一時的な出力変化の影響をあまり受けずに噴射比率変化制御による排出ガスセンサ２４の出力変化を検出可能な場合には、排出ガスセンサ２４の出力や空燃比Ｆ／Ｂ補正量に基づいて異常噴射弁診断を実行するようにしても良い。

また、上記各実施例１，２では、アイドル運転中に噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにしたが、これに限定されず、例えば、定常運転中に噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにしても良い。

また、上記各実施例１，２では、エンジン運転中に空燃比のリッチ異常又はリーン異常が発生したときに噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにしたが、エンジン運転中に空燃比の異常の有無に拘らず噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行するようにしても良い。

２つの燃料噴射弁２１が両方とも正常な気筒では、噴射比率変化制御を実行しても、２つの燃料噴射弁２１の実合計噴射量は変化せずにほぼ一定となるため、エンジン運転中に空燃比の異常の有無に拘らず噴射比率変化制御を実行して異常噴射弁診断を実行すれば、排気エミッションやドライバビリティにはほとんど悪影響を及ぼすことなく、常に燃料噴射弁２１の異常を監視することができる。

その他、本発明は、１気筒当り２つの燃料噴射弁を配置したシステムに限定されず、１気筒当り３つ以上の燃料噴射弁を配置したシステムにも適用して実施できる。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 １つの気筒に配置した２つの燃料噴射弁及びその周辺部の概略構成図である。 第１及び第２の燃料噴射弁が両方とも正常な場合の噴射比率と実合計噴射量との関係を説明する図である。 （ａ）は第１の燃料噴射弁にリーン異常が発生した場合の噴射比率と実合計噴射量との関係を説明する図であり、（ｂ）は第２の燃料噴射弁にリーン異常が発生した場合の噴射比率と実合計噴射量との関係を説明する図である。 （ａ）は第１の燃料噴射弁にリッチ異常が発生した場合の噴射比率と実合計噴射量との関係を説明する図であり、（ｂ）は第２の燃料噴射弁にリッチ異常が発生した場合の噴射比率と実合計噴射量との関係を説明する図である。 実施例１の燃料噴射弁異常診断ルーチンの処理の流れを説明するフローチャート（その１）である。 実施例１の燃料噴射弁異常診断ルーチンの処理の流れを説明するフローチャート（その２）である。 実施例２の燃料噴射弁異常診断ルーチンの処理の流れを説明するフローチャート（その１）である。 実施例２の燃料噴射弁異常診断ルーチンの処理の流れを説明するフローチャート（その２）である。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管（排気通路）、２４…排出ガスセンサ、３０…ＥＣＵ（異常診断手段，空燃比フィードバック制御手段，異常気筒特定手段，フェールセーフ制御手段）、３１…吸気ポート、３２…排気ポート

Claims (10)

1. 内燃機関の各気筒毎にそれぞれ複数の燃料噴射弁を配置して排気通路に排出ガスセンサを配置した内燃機関の異常診断装置において、
   前記複数の燃料噴射弁の指令噴射量の合計を一定に保ちつつ該複数の燃料噴射弁の指令噴射量の比率を変化させる噴射比率変化制御を実行して前記排出ガスセンサの出力に基づいて前記複数の燃料噴射弁の中から異常な燃料噴射弁を特定する異常噴射弁診断を実行する異常診断手段を備えていることを特徴とする内燃機関の異常診断装置。
2. 前記異常診断手段は、前記噴射比率変化制御の際に前記複数の燃料噴射弁の指令噴射量の比率を徐々に変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常診断装置。
3. 前記異常診断手段は、内燃機関のアイドル運転中に前記噴射比率変化制御を実行して前記異常噴射弁診断を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の異常診断装置。
4. 前記異常診断手段は、内燃機関の定常運転中に前記噴射比率変化制御を実行して前記異常噴射弁診断を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の異常診断装置。
5. 前記排出ガスセンサの出力に基づいて空燃比をフィードバック補正する空燃比フィードバック制御手段を備え、
   前記異常診断手段は、前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィードバック補正量の学習値に基づいて前記異常噴射弁診断を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の異常診断装置。
6. 内燃機関の複数の気筒の中から空燃比が異常な気筒を特定する異常気筒特定手段を備え、
   前記異常診断手段は、前記異常気筒特定手段で特定した空燃比が異常な気筒において前記噴射比率変化制御を実行して前記異常噴射弁診断を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の異常診断装置。
7. 前記異常診断手段は、内燃機関の各気筒毎に順番に前記噴射比率変化制御を実行して前記排出ガスセンサの出力に基づいて複数の気筒の中から空燃比が異常な気筒を特定する異常気筒診断と前記異常噴射弁診断を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の異常診断装置。
8. 前記異常診断手段は、内燃機関の運転中に空燃比のリッチ異常又はリーン異常が発生したときに前記噴射比率変化制御を実行して前記異常噴射弁診断を実行することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の異常診断装置。
9. 前記異常診断手段は、内燃機関の運転中に空燃比の異常の有無に拘らず前記噴射比率変化制御を実行して前記異常噴射弁診断を実行することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の異常診断装置。
10. 前記異常診断手段により前記複数の燃料噴射弁の中から異常な燃料噴射弁が特定されたときに、該異常な燃料噴射弁の燃料噴射を禁止し、残りの正常な燃料噴射弁の燃料噴射量を増量補正するフェールセーフ制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の内燃機関の異常診断装置。

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