JP2009293436A - 燃料噴射弁の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１気筒当たり２本設けられた燃料噴射弁の異常診断で、いずれの燃料噴射弁が異常であるのかを正確に診断する。
【解決手段】 気筒毎に燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段４と、第１燃料噴射弁２ａ及び第２燃料噴射弁２ｂの作動・停止及び噴射量を制御する噴射弁制御手段４と、燃焼状態検出手段４により、いずれかの気筒に燃焼状態の悪化が検知された場合に、噴射弁制御手段４により第１燃料噴射弁２ａ若しくは第２燃料噴射弁２ｂのいずれかを停止した状態での燃焼状態に基づいて第１燃料噴射弁２ａ若しくは第２燃料噴射弁２ｂのいずれに異常が発生したかを検知する異常噴射弁検知手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射装置の故障診断装置に関し、特に、１気筒当たり２本の燃料噴射弁を備えるエンジンの故障診断装置に関する。

１気筒当たり２本の燃料噴射弁を備えるエンジンが特許文献１に開示されている。当該エンジンでは、１気筒当たり１本の燃料噴射弁の場合に比べて、燃料噴射弁１本当たりの噴射量を少なくできるので、噴射した燃料の霧化がより促進される。また、吸気２弁式エンジンの場合は、各燃料噴射弁の噴射方向をそれぞれ吸気弁方向に設定することができるので、吸気ポート壁面に衝突する燃料噴霧量を低減することができる。

すなわち、吸気ポート内の壁流量を低減することができ、結果として、排気性能や燃費性能を向上させることができる。
特開昭６１−２５０３８１号公報

ところで、１気筒当たり２本の燃料噴射弁を設けると、２本の燃料噴射弁のうちいずれか一方のみが劣化等により正常でなくなった場合に、一般的な異常診断方法では異常な燃料噴射弁を特定できないという問題がある。ここでいう一般的な異常診断方法とは、エンジンの回転変動を検出し、回転速度が低下する期間がある場合には、クランク角センサ及びカム角センサの信号に基づいて当該期間に膨張行程にある気筒を判別し、その気筒の燃料噴射弁が異常であると判定するものである。

しかしながら、特許文献１では、異常な燃料噴射弁の特定法について記載されていない。

そこで、本発明では、１気筒当たり２本の燃料噴射弁を備えるエンジンにおいて、いずれの燃料噴射弁が劣化等により正常でなくなった場合にも、これを正確に検知することを目的とする。

本発明の燃料噴射弁の異常診断装置は、複数気筒エンジンのそれぞれの気筒に備えられた第１燃料噴射弁及び第２燃料噴射弁の異常診断装置であって、気筒毎に燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、第１燃料噴射弁及び第２燃料噴射弁の作動・停止及び噴射量を制御する噴射弁制御手段と、燃焼状態検出手段により、いずれかの気筒に燃焼状態の悪化が検知された場合に、噴射弁制御手段により第１燃料噴射弁若しくは第２燃料噴射弁のいずれかを停止した状態での燃焼状態に基づいて第１燃料噴射弁若しくは第２燃料噴射弁のいずれに異常が発生したかを検知する異常噴射弁検知手段と、を備える。

本発明によれば、２本の燃料噴射弁を作動させた状態での回転変動に基づく燃焼状態の診断（一般的な失火診断）と、片方の燃料噴射弁を停止した状態での回転変動に基づく燃焼状態の診断を行うので、異常な燃料噴射弁が備えられた気筒を特定し、さらに異常な燃料噴射弁を特定することができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態を適用するエンジンの、１つの気筒の吸気通路を示す図である。１は吸気通路、２ａ及び２ｂは燃料噴射弁（第１燃料噴射弁、第２燃料噴射弁）、３ａ及び３ｂは吸気通路１の燃焼室側開口部、４は燃料噴射弁２ａ、２ｂの作動・停止及び噴射量についての制御や点火時期等の制御を実行するコントロールユニット（噴射弁制御手段、異常噴射弁検知手段、運転領域制限手段）、５はクランク角センサ、６はカム角センサである。なお、開口部３ａ及び３ｂに配置される吸気バルブは省略してある。

図１に示すように、１気筒当たり２本の燃料噴射弁２ａ、２ｂを設ける。そして、各燃料噴射弁２ａ、２ｂからの燃料噴霧（図中の破線）は、それぞれ開口部３ａ、３ｂを指向する。

図２は、燃料噴射弁の異常診断制御のフローチャートである。この異常診断制御は、始動時暖機運転時を除く定常運転時や加減速時に、例えば１０ｍｓごとのように、所定の微小間隔ごとに繰り返し実行する。

ステップＳ１では、一般的な失火診断を行う。具体的には、まず、クランク角センサ５及びカム角センサ６の信号に基づいて、エンジンの回転速度（クランクシャフトの回転速度）を検知し、これと並行して、各気筒の運転状態を検知する。

燃料噴射弁が燃料を噴射しない場合、又は噴射量が目標値より少ない場合には、トルクを発生しない、又は正常な気筒に比べて発生トルクが小さくなる。このため、当該気筒が膨張行程となる期間は、他の気筒が膨張行程となる期間に比べてクランクシャフト回転速度が低くなる、いわゆる失火状態となり、回転変動が生じる。そこで、回転変動を検知した場合にはステップＳ２に進む。

ステップＳ１で失火を検知しなかった場合は、処理を終了する。

ステップＳ２では、クランク角センサ５及びカム角センサ６の検出信号に基づいて、失火状態となった期間中に膨張行程であった気筒を特定し、当該気筒が失火していると判定する。

ここでの失火気筒の判別は、一般的なエンジンにおける気筒判別と同様の方法で行う。すなわち、クランク角を示すクランク角センサ５の検出信号と、気筒番号に応じた信号数となるカム角センサ６の検出信号との組み合わせで、気筒を判別する。

なお、クランク角センサ５及びカム角センサ６の検出信号とクランク角度との関係は、図３に示すようになる。クランク角センサ５の検出信号は、クランク角度で１８０度ごとに欠け歯部分を有するパルス波となり、カム角センサ６の検出信号は、気筒番号に応じた数のパルス波となる。クランク角度は、１番気筒の圧縮上死点位置を基準（ゼロ度）として、クランク角センサ５の検出信号をカウントする。

なお、カム角センサ６信号が入力された後に最初に検出した歯欠け部から、所定数のパルス信号（図３では５番目のパルス信号）が入力されたときが、カム角センサ６信号で入力された気筒の圧縮上死点位置となり、これに基づいて点火時期制御等を行うことができる。

ステップＳ３では、回転変動が生じたときの運転状態（エンジン回転速度、負荷等）を記憶する。

ステップＳ４では、現在の運転状態が燃料噴射弁の異常診断可能領域であるか否かを判定する。具体的には、図４に示すような運転領域マップを予め作成しておき、これを用いて判定する。

なお、エンジン回転数は、クランク角センサ５の検出値から求まり、負荷は図示しないアクセル開度センサの検出値から求まる。図４の縦軸はエンジントルク、横軸はエンジン回転速度、実線は負荷曲線であり、網掛けをした領域Ａが異常診断可能領域である。

異常診断領域は、１気筒に設けた２本の燃料噴射弁のうち、いずれか一方の燃料噴射弁のみで、運転状態に応じて定まる目標噴射量だけ燃料を噴射することが可能な運転領域である。エンジン回転速度が低いほど、噴射時間を長くとることができるので、異常診断領域の上限値は、図４に示すように、低回転領域では負荷曲線に沿い、そこから回転速度が高くなるにつれて低くなっている。

判定の結果、異常診断可能領域であればステップＳ５に進み、そうでなければ異常診断可能領域になるまでステップＳ４の判定を繰り返す
ステップＳ５では、燃料噴射弁２ａを停止し、燃料噴射弁２ｂの噴射量に、本来なら燃料噴射弁２ａから噴射するはずであった分を加算する。つまり、燃料噴射弁２ｂの噴射量を２倍にする。噴射量を２倍にする方法としては、例えば、燃料噴射時間を２倍にする方法がある。

これにより、燃料噴射弁２ａを停止しても、目標噴射量を確保することができる。

なお、便宜上、燃料噴射弁２ａを左側、燃料噴射弁２ｂを右側とする。そして、上記のように燃料噴射弁２ｂの噴射量を２倍にすることを「右２倍片噴き」ということにする。

また、右２倍片噴きは、少なくともステップＳ２で確定した失火気筒について行えばよいが、ここでは制御の簡素化のため、全気筒について行うこととする。

ステップＳ６では、失火レベル診断を行う。失火レベル診断とは、失火によりエンジン回転速度がどの程度低下したのかを診断するものである。

具体的には、ステップＳ２で確定した失火気筒について、クランクシャフトが１８０度回転するのに要する時間（右片噴き時ウィンドウ通過時間）Ｔｒｎを計測する（ｎは気筒番号を示す）。

なお、ここでの１８０度は、失火気筒の圧縮上死点前９０度から圧縮上死点後９０度までとする。

ステップＳ７では、ステップＳ４と同様の処理を行う。診断可能領域であればステップＳ８に進み、そうでなければこの処理を繰り返す。

ステップＳ８では、右２倍片噴きとは逆に、右側の燃料噴射弁２ｂを停止し、左側の燃料噴射弁２ａの噴射量を２倍にする「左２倍片噴き」を行う。

ステップＳ９では、ステップＳ６と同様に、失火レベル診断を行い、左片噴き時ウィンドウ通過時間Ｔｌｎを計測する。

なお、ステップＳ５、Ｓ６とステップＳ８、Ｓ９は、いずれを先に行ってもよい。つまり、右２倍片噴きと左２倍片噴きは、いずれを先に行ってもよい。

ステップＳ１０では、右片噴き時ウィンドウ通過時間Ｔｒｎから左片噴き時ウィンドウ通過時間Ｔｌｎを引くことにより、左右のウィンドウ通過時間差ΔＴｎを算出する。

図５は、直列４気筒エンジンで、２番気筒の右側の燃料噴射弁２ｂが異常な場合の例を示す図である。縦軸は失火判定用のウィンドウ通過時間、横軸はウィンドウ時間を測定する気筒である。なお、点火順序は１番気筒−３番気筒−４番気筒−２番気筒である。

左側の燃料噴射弁２ａは正常なので、左２倍片噴き実行時の２番気筒のウィンドウ通過時間Ｔｌ２は、他の気筒とほぼ同じになる。これに対して、右２倍片噴き実行時には、２番気筒のウィンドウ通過時間Ｔｒ２が他気筒に比べて長くなる。

そして、左右のウィンドウ通過時間差ΔＴ２は、Ｔｒ２からＴｌ２を引いたものである。

ステップＳ１１では、時間差ΔＴｎと右失火クライテリアＭＦＲとの比較を行い、時間差ΔＴｎの方が小さければステップＳ１２に進み、大きければステップＳ１３に進む。右失火クライテリアＭＦＲは、許容し得る失火レベルにおける左右のウィンドウ通過時間差として予め設定した値である。

ステップＳ１２では、右側の燃料噴射弁２ｂは正常であると判断し、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１３では、右側の燃料噴射弁２ｂが異常であると判断し、右側失火フラグＦＭＦＲｎをたててステップＳ１４に進む。なお、ＦＭＦＲｎのｎは気筒番号であり、例えば失火気筒が１番気筒であれば、ＦＭＦＲ１となる。

ステップＳ１４では、時間差ΔＴｎと左失火クライテリアＭＦＬとの比較を行い、時間差ΔＴｎの方が大きければステップＳ１５に進み、小さければステップＳ１６に進む。左失火クライテリアＭＦＬは、右失火クライテリアＭＦＲと同様に、許容し得る失火レベルにおける左右のウィンドウ通過時間差として予め設定した値である。

ステップＳ１５では、左側の燃料噴射弁２ａは正常であると判断し、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１６では、左側の燃料噴射弁２ａが異常であると判断し、左側失火フラグＦＭＦＬｎをたててステップＳ１７に進む。

なお、ステップＳ１１〜Ｓ１３とステップＳ１４〜Ｓ１６は、いずれを先に実行しても構わない。

ステップＳ１７では、右側失火フラグＦＭＦＲｎ、左側失火フラグＦＭＦＬｎの少なくとも一方のフラグが立っているか否かを判定し、立っている場合はステップＳ１８に進み、いずれも立っていない場合はステップＳ２０に進む。

ステップＳ１８では、失火フラグに基づいて異常な燃料噴射弁を特定する。ステップＳ１９では、フェイルセーフ制御として、異常な燃料噴射弁を停止し、正常な燃料噴射弁の噴射量を２倍にする。例えば、右側の燃料噴射弁２ｂが異常である場合には、燃料噴射弁２ｂを停止して、左２倍片噴きを行う。

これにより、燃料噴射量の指令値と実際の噴射量を一致させることができる。

そして、運転領域が図４の診断可能領域内となるような制限を行う。例えば、加速要求等があった場合でも、目標エンジントルクは診断可能領域内での上限値に制限する。これは、片噴きでは２本の燃料噴射弁２ａ、２ｂを使用する場合に比べて、噴射可能量が制限されてしまうからである。

なお、フェイルセーフ制御実行時には、燃料噴射弁異常時用のＭＩＬを点灯する。

ステップＳ２０では、燃料噴射弁異常時用とは別のＭＩＬ、つまり他の機器が劣化した場合に点灯する通常のＭＩＬを点灯する。これは、両方の燃料噴射弁２ａ、２ｂが異常である可能性の他に、燃料噴射弁２ａ、２ｂは正常で点火系等に問題がある可能性もあり、そのいずれかを特定することができないからである。

上記のように、本実施形態の異常診断は、まず通常の失火診断により異常な燃料噴射弁を備える気筒を特定し、その後で、片方の燃料噴射弁を停止して行う失火レベル診断を左右両方について行うことにより、異常な燃料噴射弁を特定する。なお、ステップＳ１、Ｓ２が失火気筒特定手段に相当し、ステップＳ４〜Ｓ１８が異常噴射弁特定手段に相当し、ステップＳ１９が運転領域制限手段に相当する。

以上により本実施形態では、次のような効果を得ることができる。

（１）通常の失火診断により失火気筒を特定し、その後、右片噴き時ウィンドウ通過時間Ｔｒｎと左片噴き時ウィンドウ通過時間Ｔｌｎに基づいて燃料噴射弁２ａ、２ｂの異常診断を行うので、異常な燃料噴射弁を特定することができる。

（２）右片噴き時ウィンドウ通過時間Ｔｒｎと左片噴き時ウィンドウ通過時間Ｔｌｎの時間差ΔＴｎを演算し、この時間差ΔＴｎを右失火クライテリアＭＦＲと左失火クライテリアＭＦＬのそれぞれと比較し、時間差ΔＴｎが両失火クライテリアＭＦＲ、ＭＦＬのいずれよりも小さい場合には、燃料噴射弁２ａ、２ｂは正常であると判断し、時間差ΔＴｎの方が両クライテリアＭＦＲ、ＭＦＬのいずれか一方より大きい場合には、右失火クライテリアＭＦＲより大きければ燃料噴射弁２ｂが、左失火クライテリアＭＦＬより大きければ燃料噴射弁２ａが、それぞれ異常であると判断するので、異常な燃料噴射弁を的確に特定することができる。

（３）時間差ΔＴｎが両クライテリアＭＦＲ、ＭＦＬのいずれよりも大きい場合には、異常な燃料噴射弁を特定せずにＭＩＬを点灯するので、燃料噴射弁２ａ、２ｂの劣化と点火系等の劣化とを区別することができる。

（４）異常診断を、運転状態に応じて定まる要求燃料量を燃料噴射弁２ａ又は２ｂのいずれか一方のみで確保することができる運転領域（異常診断可能領域）でのみ実行するので、異常診断のために運転性を犠牲にすることがない。

（５）異常な燃料噴射弁が特定された場合には、異常な燃料噴射弁を停止し、かつ正常な燃料噴射弁の噴射量を増量補正するので、燃料噴射弁が劣化した場合の運転性を確保することができる。

（６）燃料噴射弁の劣化が検知された場合には、運転領域を異常診断可能領域に制限するので、燃料噴射弁２ａ又は２ｂが劣化した場合に、燃料噴射量不足による排気性能等の低下を防止することができる。

なお、本実施形態では、ウィンドウ通過時間に基づく失火診断を利用して異常な燃料噴射弁を特定したが、これ以外にも、例えば空燃比の変化や所定期間中のエンジン回転数変動量に基づく失火診断を利用してもよい。

また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本実施形態を適用するエンジンの吸気通路を模式的に示した図である。 異常診断のための制御のフローチャートである。 クランク角センサ及びカム角センサの検出値とクランク角度との関係を示す図である。 診断可能領域を示す運転領域マップである。 失火判定用ウィンドウ通過時間の一例を示す図である。

符号の説明

１ 吸気通路
２ａ、２ｂ 燃料噴射弁
３ａ、３ｂ 吸気ポート開口部

Claims (9)

1. 複数気筒エンジンのそれぞれの気筒に備えられた第１燃料噴射弁及び第２燃料噴射弁の異常診断装置であって、
   気筒毎に燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
   前記第１燃料噴射弁及び前記第２燃料噴射弁の作動・停止及び噴射量を制御する噴射弁制御手段と、
   前記燃焼状態検出手段により、いずれかの気筒に燃焼状態の悪化が検知された場合に、前記噴射弁制御手段により前記第１燃料噴射弁若しくは前記第２燃料噴射弁のいずれかを停止した状態での燃焼状態に基づいて前記第１燃料噴射弁若しくは前記第２燃料噴射弁のいずれに異常が発生したかを検知する異常噴射弁検知手段と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射弁の異常診断装置。
2. 前記燃焼状態検出手段は、所定のクランク角度毎に出力される信号をカウントすることによって燃焼行程に対応するクランク角度だけ回転するのに要する時間である燃焼行程通過時間を気筒別に計測し、前記第１燃料噴射弁及び前記第２燃料噴射弁の両方を作動させた状態での燃焼行程通過時間に基づいて燃焼状態の検出を行い、
   前記異常噴射弁検知手段は、第１燃料噴射弁を停止させた状態での前記燃焼行程通過時間である第１燃焼行程通過時間及び第２燃料噴射弁を停止させた状態での前記燃焼行程通過時間である第２燃焼行程通過時間に基づいて前記第１燃料噴射弁若しくは前記第２燃料噴射弁のいずれに異常が発生したかを検知することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の異常診断装置。
3. 前記異常噴射弁検知手段は、前記第１燃焼行程通過時間と前記第２燃焼行程通過時間の偏差を演算し、この偏差を前記第１燃料噴射弁の異常診断用の第１閾値及び前記第２燃料噴射弁の異常診断用の第２閾値のそれぞれと比較し、前記偏差が前記第１閾値及び前記第２閾値のいずれよりも小さい場合には、前記第１燃料噴射弁及び前記第２燃料噴射弁は正常であると判断し、前記偏差の方が前記第１閾値又は前記第２閾値のいずれか一方より大きい場合には、前記第１閾値より大きければ前記第１燃料噴射弁が、前記第２閾値より大きければ前記第２燃料噴射弁が、それぞれ異常であると判断することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁の異常診断装置。
4. 前記異常噴射弁検知手段は、前記偏差が前記第１閾値及び前記第２閾値のいずれよりも大きい場合には、異常である燃料噴射弁を特定せずに運転者に警告を発することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料噴射弁の異常診断装置。
5. 前記異常噴射弁検知手段による異常噴射弁の検知は、所定の運転領域でのみ実行することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料噴射弁の異常診断装置。
6. 前記所定の運転領域は、運転状態に応じて定まる要求燃料量を前記第１燃料噴射弁又は前記第２燃料噴射弁のいずれか一方のみで確保することができる運転領域であることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射弁の異常診断装置。
7. 前記噴射弁制御手段は、前記異常噴射弁検知手段により異常な燃料噴射弁が特定された場合には、異常である燃料噴射弁を停止し、かつ正常な燃料噴射弁の噴射量を増量補正することを特徴とする請求項１から６のいずれ一つに記載の燃料噴射弁の異常診断装置。
8. 前記正常な燃料噴射弁の噴射量の増量補正は、噴射量を２倍に増量するものであることを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射弁の異常診断装置。
9. 運転領域を制限し得る運転領域制限手段を備え、
   前記異常噴射弁検知手段によりいずれかの燃料噴射弁が異常であると判断された場合には、前記運転領域制限手段は、運転領域を前記所定の運転領域に制限することを特徴とする請求項７または８に記載の燃料噴射弁の異常診断装置。

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