JP2013155672A - 汎用エンジン制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】失火判定の適合工数を低減しつつ失火発生を高精度に検出可能な汎用エンジン制御装置を得る。
【解決手段】O2センサ出力値に基づきリッチ/リーンを判定する第1の空燃比判定手段25と、第1の空燃比判定手段の判定結果に応じて理論空燃比に対応した補正噴射量Qfを算出する噴射量補正手段22と、補正噴射量Qfと一致するようにエンジンに燃料を供給する噴射制御手段23と、O2センサ15の出力値とリッチ判定電圧およびリーン判定電圧との比較に基づきリッチ/リーンを判定する第2の空燃比判定手段26と、第2の空燃比判定手段26の判定結果に応じてリッチリーン周期TRLを算出するリッチリーン周期算出手段27と、リッチリーン周期TRLに基づき失火の有無を判定する失火判定手段28とを備える。噴射制御手段23は、失火が有りと判定された場合に、エンジンへの燃料噴射を停止する。
【選択図】図2

Description

この発明は、排気通路内に三元触媒を装備した汎用エンジンの燃料噴射量を制御する汎用エンジン制御装置に関し、特に汎用エンジンの動作時における失火発生検出技術および失火発生時における三元触媒の保護技術に関するものである。
従来から、一般的なエンジン制御装置においては、エンジンの点火時期や燃料噴射などを制御する際に、エンジン回転に同期した信号が用いられているが、点火制御系の故障などで点火が正常に行われない場合には、失火が生じることによって未燃焼ガスが排出され、排気系の不具合発生につながる可能性がある。
また、失火が生じると、エンジン出力の低下やエンジンの安定性の低下を招くうえ、未燃焼ガスがそのまま排出されて排気中の有害成分が増加することになる。
さらに、未燃焼ガスが排気通路に装備された三元触媒内で燃焼した場合には、三元触媒温度が異常に上昇して三元触媒の損傷または劣化を招くという問題がある。
そこで、上記問題を回避するために、内燃機関の失火検出装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の失火検出装置においては、エンジンの回転周期検出手段により検出された今回の回転周期と前回の回転周期との偏差より角速度を算出し、失火発生時の角速度や角速度偏差をエンジンの各運転状態ごとにあらかじめ適合させて失火判定角速度判定値を適合作成し、エンジン運転中の角速度が適合した失火判定値よりも大きい場合に、失火が発生したものと判定している。
一方、発電機や芝刈り機などの製品に搭載される汎用エンジンにおいては、理論空燃比よりもリッチ側のエンジン出力が最大となる空燃比(いわゆる出力空燃比)で駆動することが望ましいことが知られている。
また、近年では環境保護の観点から、汎用エンジンにおいても法規による排気ガス規制値の強化が推進されていることから、自動車用のエンジンと同様に三元触媒やO2センサを装備して、三元触媒の浄化率が高い理論空燃比で制御することが要求されている。
しかしながら、汎用エンジンが搭載される機器は、定期的なメンテナンスが難しい場合があり、汎用エンジン内の機能不良に気づくことなく運転が継続されることが多い。
仮に、運転操作者が汎用エンジンの機能不良(たとえば、点火プラグなどの点火系の不良)に気づかずに運転を継続した場合には、前述と同様に、失火により発生した未燃ガスが排気通路に装備された三元触媒で燃焼して温度が異常上昇し、三元触媒が損傷して排気ガスの浄化能力が著しく低下することが懸念される。
また、三元触媒の損傷による排気ガスの悪化状態は、運転操作者には感知されないので、最悪の場合には排気ガス規制値を超えた有害成分を大気中に排出し続けることとなる。
なお、上記特許文献1のように、エンジンの角速度変動に基づく失火検出装置が提案されているが、汎用エンジンの場合には、構造上、失火による角速度変動が検出しにくい。
なぜなら、汎用エンジンは、自動車など一般エンジンと比べると低回転域で使用されることから、低速回転で安定した動作が得られるように、回転慣性が大きくなるように設計されているからである。
このような構造上の理由から、汎用エンジンは失火時の角速度変動が検知されにくく、また、汎用エンジンが搭載される製品機器が多岐にわたっているので、負荷状態を事前に特定することも困難である。
特開平2−291476号公報
従来の汎用エンジン制御装置は、失火による角速度変動が検出しにくいことから、角速度変動が生じても、失火に起因した変動なのか、または搭載機器の負荷変動に起因した変動なのかを判定することができず、角速度変動での失火判定値の設定(適合)が困難であり、仮に適合できたとしても、失火判定値の設定に多大な工数が必要となり現実的でないという課題があった。
また、汎用エンジンが搭載される全製品での失火判定検証が事実上不可能であることから、最悪の場合には誤判定を招く可能性があるという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、失火判定の適合工数を低減しつつ、失火発生を高精度に検出し、かつ失火発生時にはエンジンを停止させて三元触媒の損傷を防止し、大気中への有害成分の排出を抑制することのできる汎用エンジン制御装置を得ることを目的とする。
この発明に係る汎用エンジン制御装置は、汎用エンジンの負荷および回転速度に対応した検出値を生成する各種センサと、汎用エンジンの排気通路に設けられた三元触媒と、三元触媒の上流側に設けられたO2センサと、各種センサの各検出値に基づいて汎用エンジンへの基本噴射量を算出する基本噴射量算出手段と、O2センサの出力値に基づきリッチまたはリーンを判定する第1の空燃比判定手段と、第1の空燃比判定手段の判定結果に応じて、基本噴射量を理論空燃比に対応した値にフィードバック補正する噴射量補正手段と、噴射量補正手段により算出された補正噴射量と一致するように汎用エンジンに燃料を供給する噴射制御手段と、O2センサの出力値とリッチ判定電圧およびリーン判定電圧との比較に基づきリッチまたはリーンを判定する第2の空燃比判定手段と、第2の空燃比判定手段の判定結果に応じて、O2センサの出力値のリッチリーン周期を算出するリッチリーン周期算出手段と、リッチリーン周期に基づき汎用エンジンでの失火の有無を判定する失火判定手段と、を備え、噴射制御手段は、失火判定手段により失火が有りと判定された場合には、汎用エンジンへの燃料噴射を停止するものである。
この発明によれば、エンジンの回転慣性が大きく、かつ搭載機種が多種にわたる汎用エンジンにおいても、失火発生時に高精度に失火を検出することができ、失火発生時には燃料噴射を停止することにより、三元触媒の損傷を防止して大気中に有害成分が排出され続けることを防止することができる。
この発明の実施の形態1に係る汎用エンジン制御装置のシステム全体を示す構成図である。 この発明の実施の形態1に係る汎用エンジン制御装置の機能構成を示すブロック図である。 図1内の汎用エンジンの具体例を示す構成図である。 図3の具体例で失火が発生していない場合のO2センサの出力値の変化を示すタイミングチャートである。 図3の具体例で失火が発生した場合のO2センサの出力値の変化を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態1による失火判定周期をエンジン回転速度とリッチリーン周期との関係で示す説明図である。 この発明の実施の形態1による失火判定処理を示すフローチャートである。 図7内のリッチリーンの判定処理を具体的に示すフローチャートである。 図7内のリッチリーン周期の演算処理を具体的に示すフローチャートである。 図7内の失火判定周期の演算処理を具体的に示すフローチャートである。 低回転時におけるO2センサのA/D値波形とリッチリーン信号との関係を示す説明図である。 高回転時におけるO2センサのA/D値波形とリッチリーン信号との関係を示す説明図である。
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。なお、各図において、同一または相当するものについては同一符号を付して説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る汎用エンジン制御装置のシステム全体を示す構成図であり、内燃機関と制御装置との関係を概略的に示している。
図1において、汎用エンジン制御装置は、汎用エンジン1(以下、単に「エンジン1」と略称する)に関連した構成として、クランク角センサ2、カム角センサ3、水温センサ4、点火コイル5、点火プラグ6、スロットルバルブ7、スロットルアクチュエータ7a、スロットルセンサ8、吸気通路9、吸気圧センサ10、吸気温センサ11、インジェクタ12、燃料ポンプ13、排気通路14、O2センサ15、三元触媒16、ECU17、バッテリ18、故障表示器19、およびEGR通路20を備えている。
エンジン1には、点火コイル5、点火プラグ6およびインジェクタ12が搭載されるとともに、吸気バルブおよび排気バルブを介して、吸気通路9および排気通路14が連通されている。
また、EGR通路20は、EGRバルブを介して、排気通路14と吸気通路9との間を連通している。
吸気通路9には、エンジン1への吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ7と、スロットルバルブ7を開閉駆動するスロットルアクチュエータ7aとが設けられている。
一方、排気通路14内には、エンジン1から排出される排気ガスEを浄化する三元触媒16が設けられている。
エンジン1の運転状態および負荷状態を検出する各種アナログ出力センサにおいて、クランク角センサ2はクランク角度θ1を検出し、カム角センサ3がカム角度θ2を検出し、水温センサ4はエンジン冷却水温Twを検出、吸気温センサ11は、吸入空気Aの温度Taを検出する。
スロットルセンサ8は、スロットルバルブ7の角度θtを検出し、吸気圧センサ10は、スロットルバルブ7の下流に配置されて吸気通路9内の圧力Pbを検出する。
また、O2センサ15は、三元触媒16よりも上流側に配置されて、排気通路14内の酸素濃度(空燃比)に対応した検出値AFを出力する。
インジェクタ12は、燃料ポンプ13から供給される燃料を、エンジン1の各気筒に対応した吸気通路9内に噴射する。
点火コイル5は、点火プラグ6に電力エネルギーを供給し、点火プラグ6は、放電火花により空気およびガソリンの混合気を着火する。
なお、上記各種センサは、一例として示したものであり、この発明の実施の形態1の構成要件としてすべてが含まれている必要はなく、上記各種センサよりも少ない場合や逆に多い場合もあり得る。
各種センサの検出情報は、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)に入力される。
ECU17は、クランク角センサ2からのクランク角度θ1、カム角センサ3からのカム角度θ2、および他の各種センサからの入力情報に基づき、エンジン1を制御するための制御量の演算を行い、点火コイル5、スロットルアクチュエータ7aおよびインジェクタ12などの各種アクチュエータの駆動制御を行う。
また、ECU17は、O2センサ15の検出値AF(リッチまたはリーンを示す)に基づき、空燃比が目標空燃比と一致するようにインジェクタ12の噴射時間(燃料噴射量)を調整して、空燃比フィードバック制御(いわゆる、O2フィードバック制御)を行う。
さらに、ECU17は、エンジン1およびその各種制御機能において、何らかの故障が検出された場合には、故障の発生を報知するための故障表示器19を駆動し、運転操作者に異常状態であることを警告する。
故障表示器19としては、たとえば、点灯表示や点滅表示が可能なMIL(Malfunction Indicator Lamp)などが用いられる。
図2はECU17の機能構成を示すブロック図であり、失火判定制御および燃料噴射制御に関連する機能のみを代表的に示している。
図2において、ECU17は、基本噴射量算出手段21、噴射量補正手段22、噴射制御手段23、AD変換器24、第1の空燃比判定手段25、第2の空燃比判定手段26、リッチリーン周期算出手段27、失火判定手段28、表示制御手段29、および、図示しない各種のアクチュエータ制御手段(スロットル制御手段、点火制御手段など)を備えている。
基本噴射量算出手段21は、各種センサの検出値をAD変換して取り込み、スロットル角度θtや吸気通路圧力Pbからエンジン1の負荷を求めるとともに、クランク角度θ1からエンジン回転速度REを求め、エンジン負荷およびエンジン回転速度REに対応した各検出値に基づいてエンジン1への基本噴射量Qbを算出する。
なお、ECU17の動作基準となるクランク角度θ1は、ECU17内の各手段に入力されるものとする。
AD変換器24は、O2センサ15の検出値AF(アナログ信号)をデジタル信号からなるA/D値Vdに変換する。
第1の空燃比判定手段25は、O2センサ15の出力値を表すA/D値Vdとリッチリーン判定電圧Vrとの比較に基づきリッチまたはリーンを判定し、判定結果としてリッチリーン信号RL1を生成する。
噴射量補正手段22は、第1の空燃比判定手段25の判定結果すなわちリッチリーン信号RL1に応じて、基本噴射量Qbを理論空燃比に対応した値にフィードバック補正し、補正噴射量Qfを算出する。
噴射制御手段23は、噴射量補正手段22により算出された補正噴射量Qfと一致するようにインジェクタ12を駆動し、エンジン1に燃料を供給する。
第2の空燃比判定手段26は、クランク角度θ1に基づくエンジン回転速度REから、リッチリーン判定電圧Vrとは別のリッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLを設定するとともに、O2センサ15のA/D値Vdとリッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLと比較に基づきリッチまたはリーンを判定し、判定結果としてリッチリーン信号RL2を生成する。
リッチリーン周期算出手段27は、第2の空燃比判定手段26の判定結果すなわちリッチリーン信号RL2に応じて、A/D値Vdのリッチリーン周期TRLを算出する。
失火判定手段28は、リッチリーン周期TRLに基づき、エンジン1での失火の有無を判定し、失火が有りと判定した場合に、失火故障フラグFを「1」に設定して出力する。
噴射制御手段23は、失火判定手段28により失火が有り(F=1)と判定された場合には、インジェクタ12への燃料噴射を停止して、エンジン1の運転を停止させる。
また、表示制御手段29は、失火が有り(F=1)に応答して、故障表示器19を駆動する。このとき、表示制御手段29は、他の故障表示とは異なる形態で故障表示器19を駆動する。
たとえば、表示制御手段29は、失火時には、故障表示器19を点滅駆動し、他の故障時には故障表示器19を点灯駆動する。
図3はエンジン1の具体例に示す構成図であり、3気筒(#1〜#3)のエンジン1の場合での吸気通路9および排気通路14を拡大して示している。
なお、ここでは、一例として3気筒エンジンを示しているが、3気筒エンジンに限定されるものではなく任意気筒数のエンジンであってもよい。
図3において、O2センサ15は、各気筒の排気ガスが混合された状態での排気ガスEの酸素濃度を検出値AFとするために、エンジン1の各気筒の排気ポート集合部、または集合部よりも下流側の排気通路14に設置されている。
図4は図3のエンジン1(3気筒エンジン)の動作を示すタイミングチャートであり、失火が発生していない場合のO2センサ15の出力値(A/D値Vd)のリッチリーン判定電圧Vrとの比較に基づくリッチリーン変化(反転周期)を示している。
図4において、4ストロークエンジンは、吸気、圧縮、燃焼および排気からなる4行程を有し、各気筒(#1〜#3)の圧縮行程から燃焼行程に切り替わる近辺において、点火コイル5および点火プラグ6による点火が行われ、燃料および空気の混合気が燃焼され、排気行程において、燃焼後の排気ガスEが排気通路14に排出される。
図4のように、3気筒エンジンの場合の各気筒(#1〜#3)の燃焼行程は、クランク角度θ1で240[CA]だけ位相がずれた状態で行われる。
また、4ストロークエンジンの場合、燃焼行程が一巡するのは、エンジン1が2回転、すなわちクランク角度θ1で720[CA]に1回である。
したがって、仮に、エンジン1の点火順序が#1気筒→#2気筒→#3気筒の順に設定された場合、各気筒(#1〜#3)の排気ガスEは、点火(燃焼行程)後の排気行程に続いて、それぞれ240[CA]の位相差を持って、排気通路14内に順次排出されることになる。
この結果、排気通路14にあるO2センサ15は、各気筒から排出される排気ガスEの酸素濃度を、240[CA]の位相差を持って順次検出することとなる。
通常、失火が発生していない場合、O2フィードバック制御中におけるリッチリーン変化の周期は、エンジン回転速度REに依存して出力され、0.5秒〜2秒程度で周期変化する。
なぜなら、O2フィードバック制御中における噴射量補正手段22の補正演算は、エンジン1の回転に同期して行われるからである。
しかし、点火プラグ6の不良などに起因して失火が発生した場合、エンジン1に吸入された混合気は、点火タイミングで燃焼されずに、未燃ガスとして排気通路14に排出される。
図5は#1気筒に失火が発生した場合の動作を示すタイミングチャートであり、図4と同様に、O2センサ15の出力値(A/D値Vd)のリッチリーン変化を示している。
図5において、未燃ガスには酸素が多く含まれているので、失火気筒(#1)の未燃ガスが排気通路14に排出されたタイミングt1、t2、t3で、O2センサ15は、リーンを示す出力値(A/D値Vd)を生成し、第1の空燃比判定手段25は、リーン判定することとなる。
前述のように、4ストロークエンジンの場合、燃焼行程が一巡するのは、エンジン1が2回転する期間(720[CA])に1回なので、1つの気筒(#1気筒)が失火した場合、O2センサ15は、エンジン1の2回転(720[CA])に1回だけ、リーンを示す信号(A/D値Vd)を出力する。
また、このとき、O2フィードバック制御中であれば、最終的には、O2センサ15の検出値は、フィードバック制御によるリッチリーン変化(図4)の周期と、失火によるリッチリーン変化(図5)の周期とが重なった周期として出力されることとなる。
したがって、この発明の実施の形態1では、O2フィードバック制御中において、失火が発生していない場合と、実際に失火が発生した場合とでは、リッチリーン周期TRLが異なることを利用して失火検出を行う。
図6はリッチリーン周期TRLの失火判定基準となる失火判定周期Tfを示す説明図である。
図6において、失火判定周期Tf(破線)は、エンジン回転速度REに対するリッチリーン周期TRLの特性に基づいて設定される。
具体的には、失火判定周期Tfは、1点鎖線で示すエンジン1の2回転周期(=60×2/RE)にゲインG(エンジン回転速度REのマップ値)を乗算した値により設定される。
図6内の灰色領域は、リッチリーン周期TRLが失火判定周期Tfに達しない失火領域を示している。
以下、図1〜図5とともに、図7〜図10のフローチャートおよび図11、図12の説明図を参照しながら、この発明の実施の形態1による動作について説明する。
図7はこの発明の実施の形態1による失火判定処理を示すフローチャートであり、図8は図7内のリッチリーンの判定処理(ステップS701)を具体的に示すフローチャートである。
また、図9は図7内のリッチリーン周期の演算処理(ステップS703)を具体的に示すフローチャートであり、図10は図7内の失火判定周期の演算処理(ステップS704)を具体的に示すフローチャートである。
なお、図7〜図10のフローチャートは、一定周期(たとえば、5ms)で実行されるものとする。
図11および図12は、O2センサ15のA/D値Vdの波形とリッチリーン信号RL2との関係を示す説明図であり、図11は低回転時での波形、図12は高回転時での波形を示している。
低回転時のA/D値Vdは、図11のように、リッチ側の値とリーン側の値とが大きく異なるものの、高回転時のA/D値Vdは、図12のように、O2センサ15の出力遅れによって波形がなまるので、リッチ側の値がリーン側にドリフトすることが分かる。
したがって、図11、図12のように、エンジン回転速度REに応じて、リッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLを可変設定する必要がある。ただし、図11、図12のリッチリーン信号RL2の周期変化のみから失火の有無を判定することはできない。
図7において、まず、第2の空燃比判定手段26は、O2センサ15のA/D値Vdとリッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLと比較に基づき、リッチリーンの判定処理を行う(ステップS701)。
以下、図8を参照しながら、第2の空燃比判定手段26によるリッチリーンの判定処理(ステップS701)について具体的に説明する。
図8において、第2の空燃比判定手段26は、まず、回転センサ信号に対応したクランク角度θ1からエンジン回転速度REを取得し(ステップS801)、エンジン回転速度REに応じて、あらかじめ設定されているリッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLの各マップMAP1(RE)、MAP2(RE)を検索して、リッチ判定電圧VR、リーン判定電圧VLを算出する(ステップS802)。
通常、アイドル域(たとえば、1000r/min程度)では、リッチ判定電圧VRを0.8[V]、リーン判定電圧VLを0.1[V]に設定すれば問題ない。
しかし、失火発生時には、前述(図5)のように、リッチリーン信号RL2がエンジン1の回転に同期して出力されるので、リッチリーン周期TRLが短くなっていくので、低回転域では問題とならなかったO2センサ15の出力遅れが影響してくる。
たとえば、リーン信号の出力がリッチ側にドリフトし、リッチ信号の出力がリーン側にドリフトしO2センサ15の出力波形がなまり、図12ような波形となる。
そこで、エンジン回転速度REに応じたリッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLを、あらかじめエンジン1で実際に計測してマップ適合させることにより、エンジン回転速度REが高い状態(図12)でも、失火に起因したリッチリーン信号RL2の周期変化を判定することができ、低回転域のみならず高回転域まで失火判定が可能になる。
ステップS802によりリッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLを設定すると、続いて、第2の空燃比判定手段26は、O2センサ15のA/D値VdをAD変換器24から取得する(ステップS803)。
次に、ステップS803で取得したA/D値Vdがリッチ判定電圧VRよりも大きいか否かを判定し(ステップS804)、Vd>VR(すなわち、YES)と判定されれば、リッチリーン信号RL2(判定結果)を「リッチ」に設定して(ステップS806)、図8の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップS804において、Vd≦VR(すなわち、NO)と判定されれば、続いて、A/D値Vdがリーン判定電圧VLよりも小さいか否かを判定する(ステップS805)。
ステップS805において、Vd<VL(すなわち、YES)と判定されれば、リッチリーン信号RL2(判定結果)を「リーン」に設定して(ステップS807)、図8の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップS805において、Vd≧VL(すなわち、NO)と判定されれば、A/D値Vdが、リッチ判定またはリーン判定のいずれにも確定できない場合と見なされるので、リッチリーン信号RL2(判定結果)を更新することなく、前回値を保持して(ステップS808)、図8の処理ルーチンを終了する。
図8(ステップS701)によりリッチリーン信号RL2の生成(判定結果の更新)が完了すると、図7に戻り、ECU17内のリッチリーン周期算出手段27は、失火検出条件が成立しているか否かを判定する(ステップS702)。
この発明の実施の形態1においては、前述(図6)のように、O2フィードバック制御中でのリッチリーン周期TRLと、失火発生時のリッチリーン周期TRLとが大きく異なることに着目して失火判定が行われる。
したがって、リッチリーン周期算出手段27は、O2フィードバック制御中であることを確認し、O2フィードバック制御中であれば「失火検出条件が成立」と判定し、O2フィードバック制御中でなければ「失火検出条件が不成立」と判定する。
ステップS702において、失火条件が不成立(すなわち、NO)と判定されれば、直ちに図7の処理ルーチンを終了し、失火条件が成立している(すなわち、YES)と判定されれば、リッチリーン周期TRLの演算処理を行う(ステップS703)。
以下、図9を参照しながら、リッチリーン周期算出手段27によるリッチリーン周期TRLの演算処理(ステップS703)について具体的に説明する。
図9において、リッチリーン周期算出手段27は、まず、リッチリーン信号RL2に基づき、排気ガスEの状態がリーンからリッチに切り替わったか否かを判定する(ステップS901)。
ステップS901において、リーンからリッチに切り替わっていない(すなわち、NO)と判定された場合、すなわち、前回の制御周期からリーンまたはリッチ状態が継続している場合、または、リッチからリーンに切り替わった場合は、リッチリーン周期TRLの更新タイミングtを「0」にクリアして(ステップS905)、図9の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップS901において、リーンからリッチに切り替わった(すなわち、YES)と判定されれば、A/D値Vdの反転回数Nhを「1」だけインクリメントし(ステップS902)、反転回数Nhが所定回数H以上に達したか否かを判定する(ステップS903)。
ステップS903において、Nh<H(すなわち、NO)と判定されれば、ステップS905に進み、リッチリーン周期TRLの更新タイミングtを「0」にクリアして(ステップS905)、図9の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップS903において、Nh≧H(すなわち、YES)と判定されれば、リッチリーン周期TRLの更新タイミングtを「1」に設定し(ステップS904)、リッチリーン周期TRLを、以下の式(1)のように求める(ステップS906)。
TRL=(現在時刻−前回反転時刻)/H ・・・(1)
なお、ステップS904、S905でリッチリーン周期TRLの更新タイミングtを設定する理由は、リッチリーン周期TRLが更新(ステップS906が実行)された場合のみに、図7の失火判定処理を実行するためである。
ステップS906の処理は、リーンからリッチにH回切り替わった場合のみに実行されるので、式(1)のように、現在時刻から前回反転時刻(前回にリッチリーン周期TRLを更新したタイミング)を減算し、所定回数Hで除算することにより、H回数分のリッチリーン周期TRLの平均値を算出することができる。
リッチリーン周期TRLの演算(ステップS901〜S906)において、A/D値Vdに基づくリッチリーン信号RL2がH回反転したときの平均周期を求める理由は、エンジン1の運転状態が変化したタイミングで誤判定が生じることを防止するためである。
ステップS906でリッチリーン周期TRLが算出された後は、次回の演算に備えて、前回反転時刻を現在時刻に更新設定し(ステップS907)、A/D値Vdの反転回数Nhを「0」に初期化して(ステップS908)、図9の処理ルーチンを終了する。
図9(ステップS703)によりリッチリーン周期TRLが算出されると、図7に戻り、ECU17内の失火判定手段28による処理(ステップS704〜S711)が実行される。
失火判定手段28は、まず、エンジン回転速度REに基づき、リッチリーン周期TRLの比較基準となる失火判定周期Tfの演算処理を行う(ステップS704)。
以下、図10を参照しながら、失火判定手段28による失火判定周期Tfの演算処理(ステップS704)について具体的に説明する。
図10において、失火判定手段28は、まず、エンジン1の2回転ごとの周期(図6内の1点鎖線)に対して乗算するゲインGを設定するために、エンジン回転速度REに応じてあらかじめ設定されている失火判定ゲインマップMAP3(RE)を参照して、現在のエンジン回転速度REに最適なゲインGをマップ検索する(ステップS101)。
前述(図4、図5)のように、失火判定用のリッチリーン周期TRLは、失火によるリッチリーン変化と空燃比制御によるリッチリーン変化とが重なったリッチリーン信号を反映しているので、エンジン1の2回転周期よりも短くなったり長くなったりする。
そこで、図6のように、誤判定なく確実に失火を検出するための失火判定周期Tfを設定する。
図6において、エンジン回転速度REが1000r/min〜3000r/minの場合、O2フィードバック制御時のリッチリーン周期TRLは、2秒〜0.5秒程度であるのに対し、失火時(灰色領域)のリッチリーン周期TRLは、120ms〜40ms程度である。
すなわち、上記のように、失火の有無によって、O2フィードバック制御中のリッチリーン周期TRLが大きく異なるので、失火状態を確実に検出できるように、エンジン1の2回転周期にゲインGを乗算することにより、誤判定なく確実に失火を検出するための失火判定周期Tfを設定することが可能となる。
したがって、失火判定手段28は、ゲインGの設定(ステップS101)に続いて、以下の式(2)のように、エンジン1の2回転ごとの周期にゲインGを乗算した値を、失火判定周期Tfとして算出し(ステップS102)、図10の処理ルーチンを終了する。
Tf=G×60/(RE/2) ・・・(2)
図10(ステップS704)により失火判定周期Tfが算出されると、図7に戻り、失火判定手段28は、ステップS703(図8)内のステップS904、S905で求められたリッチリーン周期TRLの更新タイミングtが「1」であるか否かを判定する(ステップS705)。
ステップS705において、t=0(すなわち、NO)と判定されれば、直ちに図7の処理ルーチンを終了する。。
一方、ステップS705において、t=1(すなわち、YES)と判定されれば、続いて、ステップS703で求めたリッチリーン周期TRLと、ステップS704で求めた失火判定周期Tfとを比較し、リッチリーン周期TRLが失火判定周期Tfよりも短いか否かを判定する(ステップS706)。
なお、ステップS705の判定理由は、前述のように、リッチリーン周期TRLが更新されたタイミング(t=1)のみにおいて、ステップS706以降の失火判定処理を実行するためである。
ステップS706において、TRL<Tf(すなわち、YES)と判定されれば、失火が発生している可能性がある状態と見なし、失火回数Nfを「1」だけインクリメントして(ステップS707)、失火回数Nfが所定回数M(失火故障判定値)よりも大きいか否かを判定する(ステップS709)。
一方、ステップS706において、TRL≧Tf(すなわち、NO)と判定されれば、失火が発生していないものと見なし、失火回数Nfを「0」に初期化して(ステップS708)、図7の処理ルーチンを終了する。
ステップS709において、Nf>M(すなわち、YES)と判定されれば、失火故障フラグFを「1」に設定して(ステップS710)、図7の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップS709において、Nf≦M(すなわち、NO)と判定されれば、失火故障フラグFを「0」に設定して(ステップS711)、図7の処理ルーチンを終了する。
なお、ステップS707〜S711は、失火が実際に発生していないのもかかわらず失火状態を誤検出することを防止するための冗長処理である。
これにより、M回連続して失火の可能性がある場合のみにおいて、最終的に失火故障と判定することができる。
図7の失火判定処理により失火故障が検出された場合、失火判定手段28は、失火状態を示す失火故障フラグF(=1)を生成し、噴射制御手段23および表示制御手段29に入力する。
噴射制御手段23は、失火故障フラグF(=1)に応答して、インジェクタ12への燃料噴射制御を停止し、排気通路14への未燃ガスの排出を防止して三元触媒16を保護する。
また、表示制御手段29は、失火故障フラグF(=1)に応答して、故障表示器19を点滅駆動し、運転操作者に対して失火故障の発生を報知する。
一方、表示制御手段29は、失火故障以外の故障表示においては、故障表示器19を点灯駆動することにより、失火故障の場合と他の故障の場合とを明確に区別して、運転操作者に対して失火故障を確実に報知する。
なお、燃料噴射の停止により、エンジン1は減速して停止するが、さらに迅速にエンジン1を停止させるために、失火故障フラグF(=1)に応答して、ECU17による点火コイル5への通電(点火制御)を停止してもよい。
このように、O2センサ15のリッチリーン周期TRLが、失火判定周期Tf(エンジン1の2回転周期に所定のゲインGを乗算した値)よりも小さい場合に、失火状態と判定することにより、誤判定することなく高精度に失火状態を判定することが可能となる。
また、ステップS709において、失火回数Nfが連続的にインクリメントされて所定回数Mを超えた場合のみを、最終的に失火故障として検出しているので、エンジンの運転状態が変化した場合(エンジン1の加減速時や負荷の急変時など)でも、誤判定することなく失火発生を確実に検出することができる。
なお、上記説明では、ステップS802において、リッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLを設定するために、マップMAP1(RE)、MAP2(RE)を用いて、エンジン回転速度REからマップ検索したが、エンジン回転速度REのみならず、エンジン回転速度REおよび充填効率のマップを用いるなど、他のパラメータを組み合わせたエンジン運転状態に応じて、リッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLを可変設定してもよい。
また、ステップS702において、O2フィードバック制御中であれば失火検出条件を成立と判定したが、低負荷領域であって、失火により三元触媒16が損傷することがない場合であれば、エンジン回転速度REや負荷などの条件を追加してもよい。
また、失火状態と正常状態との区別ができない運転領域においては、失火判定を行わないようにするために、失火判定禁止用のマスク条件を追加してもよい。
また、ステップS901、S902において、リーンからリッチへの切り替わり時に、O2センサ15のA/D値Vdの反転回数Nhを「1」だけインクリメントしたが、リッチからリーンへの切り替わり時に反転回数Nhをインクリメントしてもよく、または、リーンからリッチへの切り替わり時およびリッチからリーンへの切り替わり時の両方において反転回数Nhをインクリメントしてもよい。
また、ステップS101において、失火判定周期Tfを算出するためのゲインGを求めるために、マップMAP3(RE)を用いて、エンジン回転速度REからマップ検索したが、エンジン回転速度REのみでなく、エンジン回転速度REおよび充填効率などを用いるなど、他のパラメータを組み合わせたエンジン運転状態に応じて、ゲインGを可変設定してもよい。
また、失火故障時に燃料噴射を停止してエンジン1を停止させたが、エンジン1を停止させるのではなく、エンジン回転速度REを低回転に制限してもよい。
さらに、故障表示器19としてMILを用い、MILの点滅駆動により、運転操作者に対して失火故障を報知したが、MILに限らず、任意の故障表示手段(LEDなど)を用いて、異なる色表示などにより運転操作者に報知してもよい。
以上のように、この発明の実施の形態1に係る汎用エンジン制御装置は、エンジン1の負荷および回転速度に対応した検出値を生成する各種センサと、エンジン1の排気通路14に設けられた三元触媒16と、三元触媒16の上流側に設けられたO2センサ15と、各種センサの各検出値に基づいてエンジン1への基本噴射量Qbを算出する基本噴射量算出手段21と、O2センサ15の出力値(A/D値Vd)に基づきリッチまたはリーンを判定する第1の空燃比判定手段25と、第1の空燃比判定手段25の判定結果(リッチリーン信号RL1)に応じて、基本噴射量Qbを理論空燃比に対応した値にフィードバック補正する噴射量補正手段22と、噴射量補正手段22により算出された補正噴射量Qfと一致するようにエンジン1に燃料を供給する噴射制御手段23と、O2センサ15の出力値とリッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLとの比較に基づきリッチまたはリーンを判定する第2の空燃比判定手段26と、第2の空燃比判定手段26の判定結果(リッチリーン信号RL2)に応じて、O2センサ15の出力値のリッチリーン周期TRLを算出するリッチリーン周期算出手段27と、リッチリーン周期TRLに基づきエンジン1での失火の有無を判定する失火判定手段28と、を備え、噴射制御手段23は、失火判定手段28により失火が有り(F=1)と判定された場合には、エンジン1への燃料噴射を停止する。
また、リッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLは、エンジン回転速度REをパラメータとしたマップ補間により算出される。
リッチリーン周期算出手段27は、O2センサ15の出力周期の所定回数H分の平均値をリッチリーン周期TRLとして算出する。
失火判定手段28は、エンジン回転速度REの2回転周期とエンジン回転速度REに応じたゲインGとの乗算値を失火判定周期Tfとして算出し、リッチリーン周期TRLが失火判定周期Tfよりも短い場合に失火発生状態と判定し、失火判定状態が所定時間(失火故障判定値となる所定回数M)にわたって継続した場合に、失火が有り(F=1)と判定する。
さらに、この発明の実施の形態1に係る汎用エンジン制御装置は、エンジン1の各種制御機能の故障が検出された場合に、故障の発生を報知するための故障表示器19と、故障表示器19を駆動する表示制御手段29と、を備え、表示制御手段29は、失火判定手段28により失火が有り(F=1)と判定された場合には、失火以外の故障時とは異なる表示形態で故障表示器19を駆動する。
すなわち、基本噴射量算出手段21およぶ噴射量補正手段22は、事前に検出した吸入空気量に基づき、理論空燃比と一致するようにエンジン1に供給する補正噴射量Qfを算出し、噴射制御手段23は、補正噴射量Qfをインジェクタ12により噴射し、第1の空燃比判定手段25は、O2センサ15の出力値から排気ガスEの空燃比を検出し、噴射量補正手段22は、排気ガスEのリッチまたはリーン状態に応じて燃料噴射量が理論空燃比と一致するようにフィードバック制御する。
上記燃料フィードバック制御と並行して、第2の空燃比判定手段26は、O2センサ出力値からリッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLを設定し、各判定電圧VR、VLに基づき、エンジン1の動作時にリッチまたはリーン状態を判定し、リッチリーン周期算出手段27は、エンジン1の動作中の排気ガスEのリッチリーン周期TRLを算出する。
失火判定手段28は、正常時には、リッチリーン周期TRLがフィードバック手段により数秒程度(0.5秒〜2秒程度)であるのに対し、失火発生時には、エンジン1の2回転に1回未燃ガスが排出されることからリーン判定され、リッチリーン周期TRLがエンジン1の2回転周期とフィードバック手段によるリッチリーン周期とが重なった周期となることを利用して、失火判定周期Tfを用いて失火状態を検出する。
上記構成によれば、エンジンの回転慣性が大きいことから失火による角加速度変化が検出しにくく、かつ搭載機種が多種にわたるようなエンジン1(汎用エンジン)においても、失火状態を高精度に検出することができ、失火発生時に、燃料噴射を停止してエンジンを停止させることにより、三元触媒16の損傷を防止することができるとともに、大気中に有害成分が排出され続けることを防止することができる。
また、失火発生時のリッチ判定電圧VRおよびリーン判定電圧VLと、エンジン1の2回転周期に対するゲインGとを、あらかじめマップ適合可能にすることにより、各マップMAP1(RE)〜MAP3(RE)の適合作業を容易にすることができる。
すなわち、失火判定の適合工数を低減しつつ、失火発生を高精度に検出し、かつ失火発生時にはエンジン1を停止させて三元触媒16の損傷を防止し、大気中への有害成分の排出を抑制することができる。
また、失火発生判定用のリッチリーン周期TRLは、エンジン1の2回転ごとの周期とフィードバック手段による周期が重なることから、エンジン回転速度REに応じてゲインGを設定し、2回転周期にゲインGを乗算した値を失火判定周期Tfとすることにより、誤判定することなく高精度かつ簡易に失火状態を判定することができる。
また、リッチリーン周期TRLにより失火判定する場合に、リッチリーン周期TRLが失火判定周期Tfよりも小さい状態が連続して継続した場合に、失火が有り(F=1)と判定することにより、誤判定することなく失火状態を検出することができる。
また、失火状態を検出した場合は、エンジン1を停止させることにより、三元触媒16の損傷を防止し、かつ、大気中へ有害成分の排出を抑制するとともに、故障表示器19を点滅駆動して、運転操作者に対し故障状態であることを故障表示器19により警告することができる。
また、他の故障によるエンジン1の停止状態か、または失火によるエンジン1の停止状態かを認識できるように表示形態を変えることができるので、三元触媒16を保護するためにエンジン1を停止させる際にも、運転操作者に対して、失火によりエンジン1が停止したことを警告することができる。
なお、上記構成に限定されるものではなく、実施可能な構成の組合せを含むことは言うまでもない。
1 エンジン(汎用エンジン)、2 クランク角センサ、3 カム角センサ、4 水温センサ、5 点火コイル、6 点火プラグ、7a スロットルアクチュエータ、7 スロットルバルブ、8 スロットルセンサ、9 吸気通路、10 吸気圧センサ、11 吸気温センサ、12 インジェクタ、13 燃料ポンプ、14 排気通路、15 O2センサ、16 三元触媒、17 ECU、18 バッテリ、19 故障表示器、21 基本噴射量算出手段、22 噴射量補正手段、23 噴射制御手段、24 AD変換器、25 空燃比判定手段、26 空燃比判定手段、27 リッチリーン周期算出手段、28 失火判定手段、29 表示制御手段、A 吸入空気、AF O2センサの検出値、E 排気ガス、F 失火故障フラグ、G ゲイン、H 所定回数、M 所定回数(継続時間)、Nf 失火回数、Nh 反転回数、Qb 基本噴射量、Qf 補正噴射量、RE エンジン回転速度、RL2 リッチリーン信号、t 更新タイミング、Tf 失火判定周期、TRL リッチリーン周期、Tw エンジン冷却水温、Vd A/D値、VR リッチ判定電圧、VL リーン判定電圧、θ1 クランク角度、θ2 カム角度、θt スロットル角度。
この発明に係る汎用エンジン制御装置は、汎用エンジンの負荷および回転速度に対応した検出値を生成する各種センサと、汎用エンジンの排気通路に設けられた三元触媒と、三元触媒の上流側に設けられたO2センサと、各種センサの各検出値に基づいて汎用エンジンへの基本噴射量を算出する基本噴射量算出手段と、O2センサの出力値に基づきリッチまたはリーンを判定する第1の空燃比判定手段と、第1の空燃比判定手段の判定結果に応じて、基本噴射量を理論空燃比に対応した値にフィードバック補正する噴射量補正手段と、噴射量補正手段により算出された補正噴射量と一致するように汎用エンジンに燃料を供給する噴射制御手段と、O2センサの出力値とリッチ判定電圧およびリーン判定電圧との比較に基づきリッチまたはリーンを判定する第2の空燃比判定手段と、第2の空燃比判定手段の判定結果に応じて、O2センサの出力値のリッチリーン周期を算出するリッチリーン周期算出手段と、リッチリーン周期に基づき汎用エンジンでの失火の有無を判定する失火判定手段と、を備え、噴射制御手段は、失火判定手段により失火が有りと判定された場合には、汎用エンジンへの燃料噴射を停止する汎用エンジン制御装置であって、リッチ判定電圧およびリーン判定電圧は、汎用エンジンの回転速度をパラメータとしたマップ補間により算出されるものである。
失火判定手段28は、エンジン回転速度REの2回転周期とエンジン回転速度REに応じたゲインGとの乗算値を失火判定周期Tfとして算出し、リッチリーン周期TRLが失火判定周期Tfよりも短い場合に失火発生状態と判定し、失火発生状態が所定時間(失火故障判定値となる所定回数M)にわたって継続した場合に、失火が有り(F=1)と判定する。

Claims (4)

  1. 汎用エンジンの負荷および回転速度に対応した検出値を生成する各種センサと、
    前記汎用エンジンの排気通路に設けられた三元触媒と、
    前記三元触媒の上流側に設けられたO2センサと、
    前記各種センサの各検出値に基づいて前記汎用エンジンへの基本噴射量を算出する基本噴射量算出手段と、
    前記O2センサの出力値に基づきリッチまたはリーンを判定する第1の空燃比判定手段と、
    前記第1の空燃比判定手段の判定結果に応じて、前記基本噴射量を理論空燃比に対応した値にフィードバック補正する噴射量補正手段と、
    前記噴射量補正手段により算出された補正噴射量と一致するように前記汎用エンジンに燃料を供給する燃料制御手段と、
    前記O2センサの出力値とリッチ判定電圧およびリーン判定電圧との比較に基づきリッチまたはリーンを判定する第2の空燃比判定手段と、
    前記第2の空燃比判定手段の判定結果に応じて、前記O2センサの出力値のリッチリーン周期を算出するリッチリーン周期算出手段と、
    前記リッチリーン周期に基づき前記汎用エンジンでの失火の有無を判定する失火判定手段と、を備え、
    前記燃料制御手段は、前記失火判定手段により失火が有りと判定された場合には、前記汎用エンジンへの燃料噴射を停止することを特徴とする汎用エンジン制御装置。
  2. 前記リッチ判定電圧および前記リーン判定電圧は、前記汎用エンジンの回転速度をパラメータとしたマップ補間により算出されることを特徴とする請求項1に記載の汎用エンジン制御装置。
  3. 前記リッチリーン周期算出手段は、前記O2センサの出力周期の所定回数分の平均値を前記リッチリーン周期として算出し、
    前記失火判定手段は、
    前記汎用エンジンの回転速度の2回転周期と前記回転速度に応じたゲインとの乗算値を失火判定周期として算出し、
    前記リッチリーン周期が前記失火判定周期よりも短い場合に失火発生状態と判定し、
    前記失火判定状態が所定時間にわたって継続した場合に、失火が有りと判定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の汎用エンジン制御装置。
  4. 前記汎用エンジンの各種制御機能の故障が検出された場合に、前記故障の発生を報知するための故障表示手段と、
    前記故障表示手段を駆動する表示制御手段と、を備え、
    前記表示制御手段は、前記失火判定手段により失火が有りと判定された場合には、失火以外の故障時とは異なる表示形態で前記故障表示手段を駆動することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の汎用エンジン制御装置。
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