JP2013155672A - 汎用エンジン制御装置 - Google Patents
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Abstract
【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
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (4)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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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