JP2762014B2 - 内燃機関のアシストエア装置における自己診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のアシストエア
装置における自己診断装置に関し、詳しくは、機関吸気
系に燃料を噴射供給する燃料噴射弁の噴孔近傍に機関吸
入空気の一部をアシストエアとして噴出させて燃料の微
粒化を図るアシストエア装置が正規に機能しているか否
かを診断する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関のアシストエア供給装置
としては、スロットル弁よりも上流側の吸気通路から吸
入空気の一部をアシストエアとして燃料噴射弁の噴孔近
傍に導き、前記燃料噴射弁から噴射された燃料に前記ア
シストエアを衝突させることで燃料を微粒化し、これに
より、燃焼を改善して燃費や排気性状の向上を図るもの
が知られている（特公昭６４−９４６５号公報，実公昭
６３−１８７６７号公報等参照）。

【０００３】ところで、上記のアシストエアの供給は、
機関が低温で良好に燃料を微粒化させることができない
場合に有効であるが、アシストエアの供給がなくても充
分に微粒化が図れるときには、アシストエアの噴出が燃
料噴霧の指向性を乱して噴霧角を大きくすることにな
り、また、アシストエアの供給によって最低吸入空気量
が増大し、アイドル要求空気量の少ない暖機時にはアイ
ドル回転速度を必要以上にアップさせることにもなって
しまう。

【０００４】そこで、アシストエアを燃料噴射弁に導く
ための通路に電磁開閉弁を設け、冷却水温度などの運転
条件に基づいて前記開閉弁をオン・オフ的に制御し、冷
機時などのアシストエアが必要な状態のときにのみ、ア
シストエアを供給させるよう構成されたものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なアシストエア装置の故障診断方法としては、前記電磁
開閉弁の断線を検出する方法があるが、故障の形態とし
て電磁開閉弁に対しては制御信号に応じて正規に通電制
御されている状態であっても、弁体の固着や通路の詰ま
りなどによって制御信号に対応してアシストエアの供給
・遮断が切り換えられなくなる場合があり、かかる故障
が発生しても上記の診断方法では診断することができな
いという問題があった。

【０００６】本発明は上記実情に鑑みなされたものであ
り、アシストエアの供給・遮断制御が実際に機能してお
り、燃料微粒化制御が正規に機能しているか否かを診断
できる自己診断装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため本発明では、機
関の吸気系に燃料を噴射供給する燃料噴射弁の噴孔近傍
に、機関吸入空気の一部をアシストエアとして噴出させ
る内燃機関のアシストエア装置において、図１に示すよ
うな構成の自己診断装置を提供する。図１において、燃
焼圧力検出手段は機関の燃焼圧力を検出し、発熱量演算
手段は、前記燃焼圧力に基づいて１サイクル中における
発熱量を演算する。

【０００８】そして、前記演算された発熱量は、燃料量
換算手段により燃料量に変換される。ここで、自己診断
手段は、燃料量換算手段により発生熱量から変換された
燃料量と、前記燃料噴射弁により噴射供給された燃料量
との比に基づいて前記アシストエア装置の故障診断を行
う。

【０００９】

【作用】アシストエアが正常に供給されると、アシスト
エアが噴射弁からの燃料噴霧に衝突して微粒化が促進さ
れて燃焼性に優れた混合気を形成させることができ、以
て、燃焼効率が改善される。一方、アシストエアによる
微粒化促進を必要とするような運転条件でアシストエア
の供給制御を行っているもに関わらず、実際にはアシス
トエアの供給が遮断されるような故障が生じた場合に
は、所期の微粒化が得られないことによって霧化性が悪
化し、燃焼効率が悪化することになる。

【００１０】そこで、燃焼圧力から発生熱量を求め、か
かる発生熱量から実際に燃焼に供された燃料量を求め、
この燃料量と燃料噴射弁による実際の燃料噴射量とを比
較する。ここで、燃料の微粒化が促進されて燃焼効率が
高い場合には、噴射供給された燃料の多くが熱量の発生
に寄与することになり、逆に、所期の微粒化が得られて
いない場合には、熱量の発生に寄与することなくそのま
ま未燃焼成分として排出される燃料量が多くなる。

【００１１】従って、前記発生熱量から求めた燃料量
と、実際の噴射燃料量との比に基づいて、微粒化の程度
を推定することができ、以て、アシストエアによる微粒
化効果が正常に機能しているか否かを診断できることに
なる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、内燃機関１にはエアクリーナ２か
ら吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド
５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の各
ブランチ部には、各気筒別に燃料噴射弁６が設けられて
いる。

【００１３】この燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電さ
れて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁
であって、後述するコントロールユニット12から送られ
る要求燃料量に対応するパルス巾の駆動パルス信号によ
り間欠的に開駆動され、図示しない燃料ポンプから圧送
されてプレッシャレギュレータにより所定の圧力に調整
された燃料を機関１の吸気系に噴射供給する。尚、前記
燃料噴射弁６は、吸気弁を指向するように設置されてい
る。

【００１４】機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。機関１からの排気は、排気マニホールド17，排気ダ
クト18，触媒19，マフラー20を介して排出される。コン
トロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／
Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含んで構成され
るマイクロコンピュータを備え、各種のセンサからの入
力信号を受け、シリンダ吸入空気量に見合った燃料噴射
量を演算して燃料噴射弁６の作動を制御する一方、機関
負荷，回転速度などの運転条件に応じて点火時期ＡＤＶ
を設定し、点火栓７による点火を制御する。

【００１５】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中にエアフローメータ８が設けられていて、機関１の吸
入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。また、クランク
角センサ９が設けられていて、各気筒における所定ピス
トン位置毎（例えばＢＴＤＣ70°ＣＡ）の基準角度信号
ＲＥＦと、クランク角１°又は２°毎の単位角度信号Ｐ
ＯＳとをそれぞれに出力する。ここで、前記基準角度信
号ＲＥＦの周期、或いは、所定時間内における前記単位
角度信号ＰＯＳの発生数を計測することにより、機関回
転速度Ｎｅを算出できる。

【００１６】また、機関１のウォータジャケットの冷却
水温度Ｔｗを検出する水温センサ10が設けられている。
更に、前記スロットル弁４の開度ＴＶＯをポテンショメ
ータによって検出するスロットルセンサ11が設けられて
いる。更に、前記点火栓７には、実開昭６３−１７４３
２号公報に開示されるような点火栓７の座金として装着
されるタイプの筒内圧センサ21（燃焼圧力検出手段）が
設けられており、この筒内圧センサ21によって筒内圧
（燃焼圧）Ｐを検出できるようになっている。

【００１７】尚、前記筒内圧センサ21は、上記のように
点火栓７の座金として装着されるタイプの他、センサ部
を直接燃焼室内に臨ませて筒内圧Ｐを絶対圧として検出
するタイプのものであっても良い。一方、スロットル弁
４をバイパスして設けられたバイパス通路13には、電磁
式のアイドル制御弁14が設けられている。このアイドル
制御弁14は、付設された電磁コイルへの通電がデューテ
ィ制御されることによって開度が調整される開度調整弁
であって、コントロールユニット12は所定のアイドル運
転時に目標アイドル回転速度に近づくように前記アイド
ル制御弁14の開度をフィードバック制御するアイドル回
転制御機能を有している。

【００１８】更に、スロットル弁４の上流側の吸気ダク
ト３から分岐し、スロットル弁４をバイパスして各燃料
噴射弁６の噴孔付近に開口するアシストエア通路15が設
けられており、スロットル弁４の上下流間の圧力差（機
関吸入負圧）によって導かれる空気（以下、アシストエ
アという。）を、燃料噴射弁６の噴孔付近に噴出させて
噴射燃料と衝突させ、噴射燃料の微粒化を促進させるよ
う構成されている。

【００１９】前記アシストエア通路15の途中には、該ア
シストエア通路15をオン・オフ的に開閉制御する常閉型
の電磁弁16が設けられている。この電磁弁16は、例えば
水温センサ10によって検出される冷却水温度Ｔｗ等の情
報に基づいてコントロールユニット12によってオン
（開）・オフ（閉）制御されるものであり、これによ
り、機関吸入空気の一部として噴孔部に噴出されるアシ
ストエアの供給・遮断が切り換え制御される。

【００２０】コントロールユニット12は、上記のように
電磁弁16のオン・オフ制御によってアシストエアの供給
・遮断を制御すると共に、かかるアシストエア装置の故
障診断を行う自己診断機能を有しており、かかる自己診
断の様子を図３のフローチャートに従って説明する。
尚、本実施例において、発生熱量演算手段，燃料量換算
手段，自己診断手段としての機能は、前記図３のフロー
チャートに示すように、コントロールユニット12がソフ
トウェア的に備えている。

【００２１】図３のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、
電磁弁16のオン制御を介してアシストエアの供給制御が
行われている状態であるか否かを判別する。アシストエ
アの供給制御状態であるときには、ステップ２へ進み、
機関１が定常運転状態であるか否かを判別する。

【００２２】ここで、定常運転状態であると判別される
と、ステップ３へ進み、自己診断を行う所定の運転領域
に含まれる運転条件であるか否かを、機関負荷，機関回
転速度に基づいて判別する。そして、アシストエアの供
給制御状態で、かつ、所定運転領域内における定常運転
状態であるときには、診断条件が成立しているものと判
断し、自己診断処理を実行すべく、ステップ４へ進む。

【００２３】一方、前記診断条件が成立していない場合
には、そのまま本ルーチンを終了させる。ステップ４で
は、機関の１サイクル中における発生熱量Ｑ_R を、前記
筒内圧センサ21で検出される筒内圧Ｐに基づいて下式の
ようにして演算する。

【００２４】

【数１】

【００２５】但し、θ＝クランク角、Ｖ＝シリンダ容積
である。次に、ステップ５では、前記ステップ４で演算
された発生熱量Ｑ_R を、単位燃料当たりの発生熱量Ｈｕ
で除算することで、実際に燃焼に供された燃料量（実燃
焼相当燃料量）Ｆ_R ←Ｑ_R ／Ｈｕに換算する。次のステ
ップ６では、コントロールユニット12によって制御され
る燃料噴射弁６による燃料噴射量（有効噴射パルス巾）
Ｔｅと、水温センサ10で検出される冷却水温度Ｔｗとを
それぞれに読み込む。

【００２６】そして、ステップ７では、前記実燃焼相当
燃料量Ｆ_R を前記燃料噴射量Ｔｅで除算し、該除算結果
を霧化割合に相当する判定値としてＡにセットする燃料
噴射量Ｔｅに対して実燃焼相当燃料量Ｆ_R が少ない場合
には、燃焼されずに未燃焼成分として排出される燃料量
が多いことになり、かかる燃焼効率の悪化は、噴射供給
された燃料の霧化性が悪いことを示す。従って、燃料噴
射量Ｔｅに対して実燃焼相当燃料量Ｆ_R が少なくなると
より小さくなる前記判定値Ａは、その値が小さくなるほ
ど霧化性が悪化していることを示すことになる。

【００２７】次のステップ８では、前記ステップ６で読
み込んだ冷却水温度Ｔｗに基づいて前記判定値Ａを補正
するための係数ｋを設定し、次のステップ９では、前記
ステップ７で演算された判定値Ａを前記係数ｋで補正し
て判定値Ａを更新設定する。これにより、機関温度によ
る燃料霧化性の違いを排除し、前記判定値Ａに基づいて
アシストエアによる燃料微粒化効果を判定できるように
している。

【００２８】ステップ10では、前記補正設定された判定
値Ａと所定値とを比較することで、アシストエアの供給
状態で期待される燃料の霧化性が得られているか否かを
判別する。ここで、所定値よりも判定値Ａが大きい場合
には、アシストエアの供給による燃料の微粒化促進によ
って所期の霧化性が得られ、高い燃焼効率が得られてい
るものと判断し、ステップ11へ進んで、アシストエア装
置の正常判定を行う。

【００２９】一方、所定値よりも判定値Ａが小さい場合
には、アシストエアの供給により期待される燃料の霧化
性の向上効果が実際には得られていないものと判断で
き、これは、電磁弁16の固着やアシストエア通路15の詰
まりなどによってアシストエアの供給が行われていない
状態を推定させるから、この場合には、ステップ12へ進
んでアシストエアの装置の故障判定を行う。

【００３０】このように本実施例によると、筒内圧（燃
焼圧）Ｐから求めた発生熱量を、燃料量に換算すること
で、実際に燃焼した燃料量を推定し、該燃料量と燃料噴
射弁６からの噴射量との比に基づいて燃料の霧化性を判
定し得る判定値Ａを求め、この判定値Ａにより所期のア
シストエア効果が得られているか否かを判別する。従っ
て、電磁弁16の断線に限らず、弁の固着やアシストエア
通路15の詰まりが生じたりして、アシストエアの供給が
行えなくなっている状態をも診断することができ、アシ
ストエアの機能状態に対応して高い信頼性の診断結果を
提供できるものである。

【００３１】尚、上記実施例では、スロットル弁４の上
下流の差圧によってアシストエアを供給する構成とした
が、機関吸入空気の一部として供給されるアシストエア
が供給・遮断切り換え制御される構成であれば良く、例
えばエアポンプを備えてアシストエアを過給して供給す
る構成であっても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、発
生熱量から推定される実際に燃焼した燃料量と燃料噴射
弁からの噴射燃料量との比から燃料の霧化性を判定し、
該判定結果に基づいてアシストエア装置の故障診断を行
うようにしたので、断線の他、弁の固着や通路の詰まり
などの故障が生じた場合であっても診断が可能であり、
信頼性の高い診断結果を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】実施例の自己診断の様子を示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

１ 機関 ４ スロットル弁 ６ 燃料噴射弁 ８ エアフローメータ ９ クランク角センサ 10 水温センサ 12 コントロールユニット 15 アシストエア通路 16 電磁弁 21 筒内圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 69/46 Ｆ０２Ｍ 69/00 ３８０Ｆ (56)参考文献 特開 平５−60040（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−295179（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−263734（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−275944（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−127973（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−113785（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 69/00 F02M 69/46 F02M 65/00 F02M 69/04 F02M 23/12 F02D 45/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の吸気系に燃料を噴射供給する燃料噴
   射弁の噴孔近傍に、機関吸入空気の一部をアシストエア
   として噴出させる内燃機関のアシストエア装置における
   自己診断装置であって、 機関の燃焼圧力を検出する燃焼圧力検出手段と、 該燃焼圧力検出手段で検出される燃焼圧力に基づいて１
   サイクル中における発生熱量を演算する発生熱量演算手
   段と、 該発生熱量演算手段で演算された発生熱量を燃料量に変
   換する燃料量換算手段と、 該燃料量換算手段により発生熱量から変換された燃料量
   と、前記燃料噴射弁により噴射供給された燃料量との比
   に基づいて前記アシストエア装置の故障診断を行う自己
   診断手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関のアシス
   トエア装置における自己診断装置。