JP2712593B2 - 内燃エンジン制御装置の故障検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃エンジン制御装置胃の故障を確実に検知
する方法に関する。

（従来技術） 内燃エンジンの燃料供給制御方法としては、エンジン
の燃料噴射装置の開弁時間をエンジン回転数と吸気管内
の絶対圧とに応じた基準値にエンジンの作動状態を表す
諸元、例えば、エンジン回転数、吸気管内絶対圧、エン
ジン水温、スロットル弁開度、排気濃度（酸素濃度）等
に応じた変数及び／又は係数を電子的手段により加算及
び／又は乗算することにより決定して燃料噴射量を制御
し、以てエンジンに供給される混合気の空燃比を制御す
るようにした燃料供給制御方法（例えば特開昭63−1896
39号）が一般に使用されている。

かかる燃料供給制御方法によれば、エンジンの通常の
運転状態ではエンジンの排気系に配置された排気濃度検
出気（O₂センサ）の出力に応じて係数を変化させて理論
空燃比又はそれに近似した空燃比を得るように燃料噴射
装置の開弁時間を制御する空燃比のフィードバック制御
（クローズドループ制御）を行う一方、エンジンの特定
の運転領域（例えば混合気リーン化域、スロットル弁全
開域、フューエルカット域）では、領域により夫々固有
の前記係数と共に、フィードバック制御領域で算出した
前記係数の平均値を併せて適用して、各特定の運転領域
に最も適合した所定の空燃比を夫々得るようにしたオー
プンループ制御を行い、これによりエンジンの燃費の改
善や運転性能の向上を図っている。又、上記係数の平均
値は各特定の運転領域から空燃比のフィードバック制御
領域に移行したときに前記係数の初期値としても用いら
れる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、かかる従来方法を適用した場合、燃料
噴射装置に異常が生じた場合、例えば燃料噴射弁が故障
して過剰量又は過少量の燃料が噴射されたり或いは全く
噴射が行われない場合には、混合気の空燃比がオーバリ
ッチ、又はオーバリーンになり、エンジンの運転状態に
適した所望の空燃比が得られず、エンジン運転性の低下
等を引き起こす。

本発明は上記の不具合を解消するためになされたもの
であり、正確な空燃比フィードバック制御を確保しつ
つ、内燃エンジンが有する個体差に影響を受けずに、簡
単な手法で且つ迅速確実に内燃エンジン制御装置の故障
を検知することができる内燃エンジン制御装置の故障検
知方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る内燃エンジ
ン制御装置の故障検知方法は、内燃エンジンの排気系に
配置される排気ガス濃度検出器の出力に応じて変化する
係数を用いて前記エンジンに供給される混合気の空燃比
を理論空燃比にフィードバック制御すると共に、前記フ
ィードバック制御中に得られた前記係数の第１の学習値
を算出し、該算出した第１の学習値を前記係数の初期値
として前記フィードバック制御を開始する内燃エンジン
制御装置の故障検知方法において、前記フィードバック
制御中に得られた前記係数の値に基づいて第２の学習値
を前記第１の学習値より追従が遅い算出速度で算出し、
該算出した第２の学習値と前記係数の値との差に基づい
て前記内燃エンジン制御装置の故障を検出することを特
徴とする。

（作用） 本発明に係る内燃エンジン制御装置の故障検知方法に
よれば、算出した第２の学習値と前記係数の値との差に
基づいて前記内燃エンジン制御装置の故障が検出され
る。従って、例えば空燃比フィードバック制御には追従
の速い学習値（第１の学習値）を用いて正確な制御を確
保しつつ、異常検出には追従の遅い学習値（第２の学習
値）を用いて漏れのない正確な検出を行うことができ
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明方法が適用される内燃エンジン制御装
置としての燃料供給制御装置（以下単に「エンジン制御
装置」と云う）の全体の構成図であり、図中１は各気筒
に吸気弁と排気弁とが各１対設けられた例えば４気筒
（＃１〜＃４を有する）内燃エンジンである。吸気管２
の途中に設けられたスロットル弁３にはスロットル弁開
度（θｎ）センサ４が連結されており、当該スロットル
弁３の開度θｎに応じた電気信号を出力して電子コント
ロールユニット（以下ECUという）５に供給する。

燃料噴射弁６は吸気管２のエンジン１とスロットル弁
３との間の吸気マニホルドの各通路２内の図示しない吸
気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射
弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にECU5
に電気的に接続されて当該ECU5からの信号により燃料噴
射の開弁時間が制御される。

一方、スロットル弁３の直ぐ下流には管７を介して絶
対圧（P_BA）センサ８が設けられており、この絶対圧セ
ンサ８からの絶対圧P_BAを表わす電気信号は前記ECU5に
供給される。又、その下流には吸気温センサ９が取付け
られており、吸気温度を検出して対応する電気信号を出
力してECU5に供給する。

エンジン１の本体に装着された水温センサ10はサーミ
スタ等から成り、エンジン冷却水温度を検出して対応す
る温度信号を出力してECU5に供給する。エンジン回転数
（Ne）センサ11及び気筒判別センサ12はエンジン１の図
示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付けられて
おり、エンジン回転数センサ11はエンジンのクランク軸
の180度回転毎に所定のクランク角度位置でパルス信号
（以下TDC信号という）を出力し、気筒判別センサ12は
特定の気筒の所定のクランク角度位置でパルス信号を出
力するものであり、これらの各パルス信号はECU5に供給
される。

気筒＃１〜＃４にはそれぞれ排気管13の排気マニホル
ドの各通路13₁〜13₄が接続されており、該排気マニホル
ドの下流側の排気管13の重合部内には三元触媒14が配置
されており、排気ガス中のHC,CO,NOx等の成分の浄化を
行う。排気ガス濃度検出器である４個のO₂センサ15₁〜1
5₄がそれぞれ排気マニホルドの各通路13₁〜13₄内に装着
されており、各通路13₁〜13₄内の排気ガス中の酸素濃度
を検出してその検出値に応じた信号を出力しECU5に供給
する。

ECU5には大気圧センサ等の他のエンジン運転パラメー
タセンサ16が接続され該センサ16の検出信号がECU5に供
給される。

ECU5は、各種センサからの一部入力信号波形を整形
し、他の入力信号の電圧レベルを所定レベルに修正し、
アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を
有する入力回路5a、中央演算処理回路（以下CPUとい
う）5b、CPU5bで実行される各種演算プログラム、及び
演算結果等を記憶する記憶手段5c及び前記燃料噴射弁６
に駆動信号を供給する出力回路5d等から構成される。

ECU5は上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて
空燃比のフィードバック制御領域やオープンループ制御
領域等のエンジン運転状態を判別すると共に、判別した
エンジン運転状態に応じて前記TDC信号に同期して噴射
弁６を開弁すべき燃料噴射時間T_OUTを次式に基づいて演
算する。

T_OUT＝Ti×K_O2×K₁＋K₂ …（１） ここに、値Tiはエンジン回転数、吸気管内絶対圧に応
じて決定される噴射時間の基準値、K_O2は空燃比補正係
数であってフイードバック制御時、排気ガス中の酸素濃
度に応じて求められ、更にフィードバック制御を行わな
い複数の特定運転領域では各運転領域に応じてフィード
バック制御時に得られた当該係数K_O2の平均値K_REF（第
１の学習値）が適用される。また、この平均値K_REFはエ
ンジンが特定運転領域からフィードバック制御領域に移
行したときは前記係数K_O2の初期値として用いられる。
値K₁,K₂はエンジン冷却水温度、スロットル弁開度、吸
気温、その他のエンジン運転状態を表わすパラメータ値
によって設定される他の補正係数及び補正変数であっ
て、始動特性、排気ガス特性、加速特性等が最適となる
ように設定される。

ECU5は上述のようにして求めた燃料噴射時間T_OUTに基
づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を各燃料噴射
弁６に供給する。

以下、第２図乃至第５図を参照して本発明の故障検知
方法の一実施例を説明する。

本実施例の故障検知方法は各気筒にO₂センサを設け、
各気筒毎に排気ガス濃度を検出した場合、例えば燃料噴
射弁６が故障して過剰量又は過少量の燃料が噴射された
り又は全く噴射が行われない等燃料噴射装置に異常が生
じた場合、混合気の空燃比がオーバリッチ又はオーバリ
ーンになるため、各気筒で得られる補正係数K_O2の値が
正常な値から大きく異なる値を執ることに着目したもの
であり、各気筒のK_O2値に基づいてエンジン制御装置の
故障を判別する。

第２図は本発明の空燃比フィードバック制御を利用し
たエンジン制御装置の故障検知方法の手順を示すプログ
ラムである。本プログラムはTDC信号パルスの発生毎に
これと同期して実行される。

まず、ステップ201で各気筒＃１〜＃４の空燃比補正
係数K_O2の値を比較する処理（Ａ処理）を行う。このＡ
処理は、第３図に示すＡ処理サブルーチンによって行わ
れ、ステップ301では排気マニホルドの各通路13₁〜13₄
に装着されたO₂センサ15₁〜15₄が故障しているか否かを
判別する。O₂センサの故障検知は、例えば補正係数K_O2
の値がO₂センサの正常な作動時に執り得る範囲の上、下
限値を外れた状態が所定時間以上継続したか否かによっ
て行われる。

ステップ301の答が肯定（Yes）の場合、即ちO₂センサ
15₁〜15₄の少なくとも１つが故障していると判別した場
合、即ち本サブルーチンを終了する。また、ステップ30
1の答が否定（No）の場合、即ちO₂センサ15₁〜15₄のい
ずれも正常であると判別した場合、各気筒の補正係数K
_O2の値を各々相対的に比較し、これらの比較されたK_O2
値に基いて決定される基準値に対する各K_O2値の比であ
る相対比δを各K_O2値のバラツキとして算出する（ステ
ップ302）。

次にステップ303で、ステップ302で算出したバラツキ
δが所定値A₁（例えば８％）より大きくなる気筒がある
か否かを判別する。

上記A₁は各気筒の燃料噴射弁６間の噴射量特性のバラ
ツキや吸・排気弁間のタペットクリアランスのバラツキ
を考慮して決定される。

上記ステップ303で全ての気筒のバラツキδがA₁以下
であると判別した場合、ダウンカウンタT_FS1のカウント
値を所定値にリセットし（ステップ304）、Ａ処理の結
果、エンジン制御装置が正常の可能性があるとみなし
（ステップ305）、本サブルーチンを終了する。

ステップ303の答で各気筒のバラツキδの何れかが所
定値A₁より大きくなり、当該気筒のエンジン制御装置が
故障している可能性があると判断した場合、ダウンカウ
ンタのカウント値T_FS1が０であるか否かを判別する（ス
テップ306）。

ステップ306の答えが否定（No）となり、各気筒でバ
ラツキδがA₁を超えてから未だ所定時間を経過していな
いと判断した場合、ステップ305へ進みエンジン制御装
置が正常であるとみなし、本サブルーチンを終了する。

ステップ306の答えが肯定（Yes）の場合、即ちバラツ
キδがA₁を超えてから所定時間を経過したと判断した場
合、エンジン制御装置が異常の可能性があるとみなし
（ステップ307）、各気筒＃１〜＃４の内のいずれに異
常が発生していると判定し（スエップ308）、本サブル
ーチンを終了する。

第２図に戻り、ステップ201で上述したＡ処理が行わ
れると、次にステップ202へ進み、各気筒別に得られる
補正係数K_O2と当該気筒のエンジン制御装置の故障を判
定するための基準値となる補正係数K_REFFSとを比較する
処理（Ｂ処理）を行う。補正係数K_REFFSは、各気筒のフ
ィードバック制御中に得られる補正係数K_O2値の平均値
であり、その算出速度（即ちK_O2の変化に追従する度
合）が該フィードバック制御自体に用いられる前述した
K_O2値の平均値の補正係数K_REFのそれよりも遅くなるよ
うに設定される。

上述したように、例えば燃料噴射弁６が故障して所望
の燃料噴射量が得られない等の場合、空燃比が異常とな
り、これに伴い対応する気筒のO₂センサ15₁〜_４の出力
により決定される補正係数K_O2の値は異常値を執る。例
えば、前記燃料噴射弁６が故障してECU5から送られる燃
料噴射時間T_OUTよりも実際の噴射時間が小さくなるとき
は、空燃比がリーン化し、補正係数K_O2の値は急上昇す
る。また、反対に実際の噴射時間が大きくなるときは空
燃比がリッチ化して補正係数K_O2の値は急低下する。

よって、補正係数K_REFFSを設け、該K_REFFSと補正係数
K_O2とを比較することにより各気筒の異常を知ることが
できる。

まず補正係数K_REFは次式に基づいて算出される。

K_REF＝K_O2P・（C_REF/A）＋K_REF′・（Ａ−C_REF）/A …（２） ここに、値K_O2Pの比例項（Ｐ項）動作直前または直後
のK_O2の値、Ａは定数、C_REFは実験的に設定される変数
で、１〜Ａのうち適当な値に設定され、K_REF′は前回ま
でに得られたK_O2の平均値である。

変数C_REFの値によって各Ｐ項動作時のK_O2PのK_REFに対
する割合が変化するので、このC_REF値を、対象とされる
空燃比フィードバック制御装置、エンジン等の仕様に応
じて１〜Ａの範囲で適当な値に設定することにより最適
なK_REFが得られる。

補正係数K_REFFSは上記式（２）におけるC_REFの値より
小さい値（例えばC_REFの1/2〜1/4倍）である変数C_REFFS
を用いて算出される。下記式（３）により K_REFFS＝K_O2P・（C_REFFS/A） ＋K_REFFS′・（Ａ−C_REFFS）/A …（３） ここに、値K_REFFS′は前回までに得られたK_O2のK
_REFFS値である。

本Ｂ処理（気筒別K_O2・K_REFFS比較処理）は、第４図
に示すＢ処理サブルーチンによって行われる。

まず、ステップ401で、前述第３図のステップ301と同
様の手法で各O₂センサが故障しているか否かを判別す
る。答が肯定（Yes）の場合、即ち各O₄センサの少なく
とも１つは故障していると判断した場合、直ちに本サブ
ルーチンを終了する。

一方、ステップ401で各O₂センサがいずれも正常と判
断した場合、ステップ402へ進み、後述するステップ406
及び409で設定されるフラグF_KFSの値が１であるか否か
を判別し、その答が肯定（Yes）である場合は、ステッ
プ403へ進んで、前記式（３）により補正係数K_REFFSを
算出した後、ステップ404へ進む。一方、前記ステップ4
02の答が否定（No）である場合は直接前記ステップ404
へ進む。

続くステップ404、405では、補正係数K_O2の値と補正
係数K_REFFSの値とを比較し、その差が所定差以上である
か否かを次のようにして判別する。

まず、ステップ404では、補正係数K_O2とK_REFFSの値と
を比較する値K_FSを次式により算出する。

次のステップ405では前記式（４）により算出したK_FS
の値が所定値A₂（例えば８％）より大きいか否かを判別
する。所定値A₂は、前記所定値A₁と同様の理由で設定さ
れている。

ステップ405の答が否定（No）の場合即ちK_FSの値がA₂
以下であると判断した場合、フラグF_KFSを１に設定して
（ステップ406）、ダウンカウンタT_FS2を所定値にタイ
マリセツトして（ステップ407）、エンジン制御装置が
正常の可能性があるとみなし（ステップ408）、本サブ
ルーチンを終了する。

一方、ステップ405の答が肯定（Yes）の場合、即ちK
_FSの値がA₂より大きいと判断した場合、フラグK_KFSを０
に設定し（ステップ409）、ステップ410へ進む。ステッ
プ410ではダウンカウンタのカウント値が０であるか否
かを判断する。ステップ410の答が否定（No）の場合、
即ちK_FS値がA₂より大きくなってから所定時間が経過し
ていないと判断した場合、エンジン制御装置が正常の可
能性があるとみなし（ステップ408）、本サブルーチン
を終了する。

ステップ410の答が肯定（Yes）の場合、即ちK_FSの値
がA₂より大きくなってから所定時間が経過したと判断し
た場合、エンジン制御装置が異常であると判断し（ステ
ップ411）、本サブルーチンを終了する。

第２図に戻り、ステップ202におけるＢ処理終了後ス
テップ203へ進み、ステップ201で行ったＡ処理の結果が
エンジン制御装置の異常を示すか否かを判別する。

ステップ203で答が肯定（Yes）の場合、即ち何れかの
気筒におけるK_O2の値が全気筒のK_O2値の平均値よりA₁以
上ずれている場合、当該気筒のエンジン制御装置が、Ｂ
処理においても異常であると判定されたか否かを判別す
る（ステップ204）。

ステップ204の答が固定（Yes）の場合、即ちＡ処理と
Ｂ処理の結果が共にエンジン制御装置の異常を示すと判
定された気筒がある場合、当該気筒のエンジン制御装置
に故障が発生したものと判定し（ステップ205）、本プ
ログラムを終了する。

また、ステップ203の答が否定（No）の場合、即ちい
ずれの気筒においても、そのK_O2の値が前記平均値よりA
₁以上ずれていない場合、ステップ206へ進み、Ｂ処理の
結果全ての気筒のエンジン制御装置が異常であるか否か
を判別する。ここで、ステップ206を実行するのは、全
気筒のエンジン制御装置に異常がある場合、Ａ処理を行
うと、バラツキδがA₁以下になり、正常であると誤診さ
れる場合が多いからである。

ステップ206の答が肯定（Yes）の場合、即ちＢ処理の
結果全気筒のエンジン制御装置の異常を示した場合、全
気筒のエンジン制御装置に故障があると判定し（ステッ
プ205）、本プログラムを終了する。

この場合、適当なフェイルセーフ処理が行われ、例え
ば本願出願人の特願昭63−255291号に提案されるように
空燃比を制御する。

ステップ204の答が否定（No）の場合、即ちＡ処理の
結果のみが異常を示すと判別した場合、確実に故障があ
るとは判定できないので、ステップ207へ進み各気筒の
エンジン制御装置が正常であると判定し、本プログラム
を終了する。

ステップ206の答が否定（No）の場合、即ちＡ処理に
続きＢ処理の結果も全気筒のエンジン制御装置に異常が
ないことを示した場合、ステップ207へ進み本プログラ
ムを終了する。

第５図は上述した実施例に依る制御によって空燃比が
リッチ化する場合の補正係数値の変化を一例として示
す。

同図に示すように、時刻t₁でエンジン制御装置に異常
が生じた場合、ECU5が空燃比のリッチ化を検知した時刻
t₂からK_O2の値が急激に減少する。そして時刻t₃てK_FSの
値が前記所定値A₂より大きくなり、その状態が所定時間
（t₃〜t₄）以上継続した場合エンジン制御装置に異常が
生じていると判断する。

尚、本実施例では、複数のO₂センサを排気マニホルド
の各気筒に通じる通路内にそれぞれ設けエンジン制御装
置の異常を各気筒毎に検出したが、本発明はこれに限ら
ず、エンジン制御装置の一部を成す各種エンジンパラメ
ータセンサやスロットル弁等のエンジンの少なくとも１
個所における異常を検出するように構成することも可能
である。更に、単一のO₂センサをマニホルド下流側の排
気管の集合部のみに設け、第４図のＢ処理のみを行って
エンジン制御装置等の異常を検出してもよい。

（発明の効果） 本発明に係る内燃エンジン制御装置の故障検知方法に
よれば、内燃エンジンの排気系に配置される排気ガス濃
度検出器の出力に応じて変化する係数を用いて前記エン
ジンに供給される混合気の空燃比を理論空燃比にフィー
ドバック制御すると共に、前記フィードバック制御中に
得られた前記係数の第１の学習値を算出し、該算出した
第１の学習値を前記係数の初期値として前記フィードバ
ック制御を開始する内燃エンジン制御装置の故障検知方
法において、前記フィードバック制御中に得られた前記
係数の値に基づいて第２の学習値を前記第１の学習値よ
り追従が遅い算出速度で算出し、該算出した第２の学習
値と前記係数の値との差に基づいて前記内燃エンジン制
御装置の故障を検出するようにしたので、正確な空燃比
フィードバック制御を確保しつつ、内燃エンジンが有す
る個体差に影響を受けずに、簡単な手法で且つ迅速確実
に内燃エンジン制御装置の故障を検知することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃エンジン制御装置の故障検知方法
が適用される燃料供給制御装置の全体構成を示すブロッ
ク図、第２図は本発明のエンジン制御装置故障検知方法
を示すフローチャート、第３図は気筒比較処理を行うサ
ブルーチンを示すフローチャート、第４図は気筒別にK
_O2値とK_REFFS値と比較するサブルーチンを示すフローチ
ャート、第５図はエンジン制御装置の故障時のK_O2,K
_REFFS,K_REFの関係を示す図である。 １……内燃エンジン、５……ECU,6……燃料噴射弁、13
……排気管、13₁〜13₄……排気マニホルド、15₁〜15₄…
…O₂センサ、K_O2……空燃比補正係数、K_REFFS……故障
検知用のK_O2の平均値、K_REF……空燃比フィードバック
制御用K_O2の平均値。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−86937（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−116044（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−301644（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−81541（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−32238（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−186029（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−32237（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−5129（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−252133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−48939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−272939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−173838（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−211637（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−7063（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−52940（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−166646（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−6037（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−88039（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃エンジンの排気系に配置される排気ガ
   ス濃度検出器の出力に応じて変化する係数を用いて前記
   エンジンに供給される混合気の空燃比を理論空燃比にフ
   ィードバック制御すると共に、前記フィードバック制御
   中に得られた前記係数の第１の学習値を算出し、該算出
   した第１の学習値を前記係数の初期値として前記フィー
   ドバック制御を開始する内燃エンジン制御装置の故障検
   知方法において、前記フィードバック制御中に得られた
   前記係数の値に基づいて第２の学習値を前記第１の学習
   値より追従が遅い算出速度で算出し、該算出した第２の
   学習値と前記係数の値との差に基づいて前記内燃エンジ
   ン制御装置の故障を検出することを特徴とする内燃エン
   ジン制御装置の故障検知方法。