JP2906204B2

JP2906204B2 - 内燃機関のアシストエア装置における自己診断装置

Info

Publication number: JP2906204B2
Application number: JP5130697A
Authority: JP
Inventors: 豊神原; 晶内川
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1993-06-01
Filing date: 1993-06-01
Publication date: 1999-06-14
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JPH06341341A

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、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６３−１
８７６７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
るアシストエア装置であって、前記アシストエアの供給
・遮断を切り換え制御する供給切り換え手段を含んで構
成された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。

【０００８】図１において、空燃比検出手段は、機関吸
入混合気の空燃比を検出し、空燃比変化幅算出手段は、
前記供給切り換え手段によるアシストエアの供給・遮断
の切り換え制御に伴って発生した空燃比の変化幅を前記
空燃比検出手段で検出される空燃比に基づいて算出す
る。そして、自己診断手段は、空燃比変化幅算出手段で
算出された空燃比の変化幅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】アシストエアの供給時には、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を図ることから、
アシストエアの遮断時に比して噴霧角の拡大を生じ、以
て、壁流量の増大を招く。このため、例えばアシストエ
アの遮断状態から供給を開始する切り換え制御を実行す
ると、壁流量の増大変化によって一時的に空燃比がリー
ン変化する。

【００１０】従って、アシストエアの供給・遮断切り換
え制御時に発生した空燃比の変化幅が、前記壁流量（噴
霧角）の変化に対応する変化を示すか否かによって、正
常にアシストエアの制御が行われているか否かを診断で
きるものである。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。また、排気マニホールド17の集合部には、排気中
の酸素濃度に応じて起電力ＥＳを発生する酸素センサ21
が設けられている。前記酸素センサ21は、機関吸入混合
気の空燃比と密接な関係にある排気中の酸素濃度を検出
することで、理論空燃比に対するリッチ・リーンを検出
する公知のセンサであり、本実施例における空燃比検出
手段に相当する。但し、空燃比検出手段を上記の酸素セ
ンサ21に限定するものではなく、公知の種々のセンサを
用いても良い。

【００１６】そして、コントロールユニット12は、前記
酸素センサ21で検出される理論空燃比に対する実際の空
燃比のリッチ・リーンに基づいて、空燃比フィードバッ
ク補正係数αを比例・積分制御し、該空燃比フィードバ
ック補正係数αで基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎ
ｅ：Ｋは定数）を補正することで、目標空燃比である理
論空燃比にフィードバック制御する空燃比フィードバッ
ク制御機能（λ−コントロール機能）を有している。

【００１７】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。供給切り換え手段として
のこの電磁弁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及び図４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、空燃比変化幅算出手段及
び自己診断手段としての機能は、前記図３及び図４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及び図４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、後述する診断継続カウンタ及び変更フラグを
それぞれゼロリセットする。次のステップ２では、前記
診断継続カウンタが３以下であるか否かを判別する。前
記診断継続カウンタは、後述するように、酸素センサ21
の起電力ＥＳのモニタに基づいてアシストエア装置の故
障の可能性ありと判定されたときにカウントアップされ
るものであり、故障判定が４回以上連続してなされたと
きに初めて最終的な故障判定がなされるようにしてあ
る。

【００２２】従って、ステップ２で診断継続カウンタが
４以上であると判別された場合には、アシストエア装置
の故障が確認されたものとして、ステップ10へ進み、ア
シストエア装置の故障をランプ等によって車両の運転者
に警告すると共に、故障診断結果の記憶を行わせる。一
方、ステップ２で診断継続カウンタが３以下である場合
には、最終的に診断結果を下すことができない状態であ
るから、ステップ３以降へ進んで自己診断処理を実行す
る。

【００２３】ステップ３〜ステップ６では、診断条件が
成立しているか否かを判別する。前記診断条件として
は、以下の４条件を全て満足することが要求される。１）水温Ｔｗが所定温度（例えば60℃）以上２）アシストエアのＯＦＦ状態（アシストエアの遮断制
御状態）３）空燃比フィードバック制御（λ−ｃｏｎｔ）がクラ
ンプ中４）基本燃料噴射量Ｔｐの所定最小領域前記基本燃料噴射量Ｔｐ（基本パルス巾）の所定最小領
域とは、燃料噴射弁６による実際の噴射量が噴射パルス
巾に対してリニアに変化しない不安定領域である。後述
するように、本実施例では自己診断のために強制的に空
燃比変動を発生させることになるので、前記低負荷領域
を診断領域とすることで、診断による運転性への影響を
低く抑えることができるようにしている。

【００２４】前記４条件が全て成立していると判断され
たときには、ステップ７へ進み、前記診断継続カウンタ
がゼロであるか否かを判別する。そして、診断開始時で
前記カウンタがゼロであるときには、ステップ８へ進
み、空燃比のリッチ状態を強制的に作り出すために基本
燃料噴射量Ｔｐの増量補正を実行する一方、診断中の空
燃比フィードバック制御（λ−ｃｏｎｔ）の実行を禁止
し、更に、前記変更フラグに１をセットして、該変更フ
ラグによって前記増量補正，フィードバック禁止措置を
行ったことが判別できるようにする。

【００２５】一方、前記４条件のうちいずれか１つでも
成立しない条件がある場合には、ステップ11へ進む。ス
テップ11では、前記変更フラグに１がセットされている
か否かを判別し、変更フラグが１であるときには、ステ
ップ12へ進んで、前記ステップ８で実行された増量補正
及びフィードバック禁止をキャンセルする処理を行った
後、本ルーチンを終了させる。

【００２６】また、前記４条件が成立していてステップ
７へ進んだ場合には、更に、ステップ９へ進み、酸素セ
ンサ（Ｏ₂／Ｓ）21の起電力をモニタする。そして、次
のステップ13では、前記酸素センサ21の起電力が空燃比
のリッチ状態を示す領域の値になっているか否かを判別
する。ここで、空燃比のリッチ状態になっていない場合
には診断が行えないので、ステップ11へ進んで、自己診
断を停止させる処理を行う。

【００２７】一方、酸素センサ21の起電力ＥＳがリッチ
空燃比を示す値になっている場合には、ステップ14へ進
み、そのときの起電力ＥＳを初期値としてＥＳｏにセッ
トする（図５参照）。次のステップ15では、電磁弁16を
強制的にオンさせて、アシストエアの供給を強制的に行
わせる。

【００２８】ステップ16では、アシストエアの供給を開
始させてからの酸素センサ21起電力のモニタ回数を計数
するためのサンプリング回数カウンタをゼロリセットす
る。そして、ステップ17では、アシストエアの供給を開
始させてからの酸素センサ21の起電力ＥＳをモニタし、
これをＥＳ₁にセットする。次のステップ18では、アシ
ストエアの遮断状態における酸素センサ21の起電力をセ
ットさせておいたＥＳｏと、アシストエアの供給状態に
おいてサンプリングされた起電力ＥＳ₁との偏差ΔＥ
（空燃比変化幅）を演算する。

【００２９】ステップ19では、前記演算された偏差ΔＥ
と所定値とを比較する。アシストエアの供給を遮断して
いる状態から、アシストエアの供給を開始させると、燃
料噴射弁６からの燃料噴霧にアシストエアが衝突するこ
とによる噴霧角の増大によって壁流量が増大し、これに
よって一時的に空燃比がリーン側に変化することになる
（図５参照）。

【００３０】従って、正常にアシストエアが供給されて
いるとすれば、前記一時的なリーン化現象によって前記
偏差ΔＥの最大値が所定以上になるはずであり、逆に、
前記偏差ΔＥが所定以上にならない場合には、正規にア
シストエアのオン・オフ切り換えがなされていないもの
と推定できる。即ち、アシストエアの供給開始制御を行
っても、実際にはアシストエアが供給されない場合や、
アシストエア量が極端に少ない場合、更に、アシストエ
アの遮断制御を行っていても実際にはアシストエアが供
給されていて制御状態とは無関係にアシストエアが常に
供給されるようなときには、アシストエアの供給を開始
する制御を行っても、壁流量の大きな変化が発生しない
から大きなリーン化が生じないことになり、これによっ
てアシストエア装置の故障を推定できることになる。

【００３１】そこで、ステップ19で前記偏差ΔＥが所定
値を越えていないと判別されたときには、ステップ20へ
進み、アシストエアの供給を開始してからの起電力ＥＳ
のサンプリング回数が所定数ｎを越えたか否かを判別
し、所定数ｎを越えるまでは、再度ステップ17へ戻って
偏差ΔＥが所定値を越えることがあるか否かを判断させ
る。

【００３２】所定数ｎを越えても前記偏差ΔＥが所定値
を上回ることがない場合には、アシストエアの供給開始
に伴う空燃比の一時的なリーン化現象（図５参照）が生
じなかったものと見做し、ステップ21へ進む。ステップ
21では、電磁弁16をオフしてアシストエアの供給を遮断
し、次のステップ22では、前記診断継続カウンタを１ア
ップさせて、故障の可能性有りの判断が１回なされたこ
とが判別できるようにする。

【００３３】そして、ステップ22からステップ２へ戻
り、上記のようにアシストエアの供給・遮断切り換え制
御時の空燃比変化に基づいて故障の可能性有りと判断さ
れた回数を判定させる。一方、ステップ19で前記偏差Δ
Ｅが所定値を越えたことが判別された場合には、電磁弁
16の制御に応じて正常にアシストエアの供給・遮断が切
り換え制御されているものと判断する。

【００３４】そして、ステップ23へ進み、電磁弁16をオ
フしてアシストエアの供給を遮断した後、ステップ24へ
進み、ステップ８で行った増量補正及びフィードバック
禁止処理をキャンセルし、更に、診断済みフラグをセッ
トして本ルーチンを終了させる。このように本実施例に
よると、アシストエアの供給を遮断している状態からア
シストエアの供給を開始すると、燃料噴霧とアシストエ
アとの衝突によって噴霧角が増大して壁流量が増大し、
これによって一時的に空燃比がリーン化する特性を利用
し、実際に前記空燃比のリーン化が生じるか否かによっ
て、アシストエア装置の故障診断を行う。

【００３５】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、制御
通りにアシストエアの供給・遮断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
に対応する高い信頼性の診断結果を提供できる。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。

【００３６】また、上記実施例では、アシストエアの供
給・遮断切り換え制御に伴う空燃比変化を、酸素センサ
21の起電力変化として捉えるようにしたが、広域空燃比
センサを用いて直接的に空燃比の変化を検出するように
しても良く、この場合には、診断のために増量補正を行
ってリッチ状態を強制的に作り出す必要は必ずしもな
い。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、ア
シストエアの供給・遮断による壁流量の変化により、供
給・遮断切り換え時に一時的な空燃比変動が発生する特
性を利用し、アシストエア装置の自己診断を実際のアシ
ストエア制御の機能状態に基づいて行わせるようにした
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。

【図４】実施例の自己診断の様子を示すフローチャー
ト。

【図５】自己診断時の空燃比変化の特性を示すタイムチ
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 11 スロットルセンサ 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 酸素センサ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/22 305 F02D 45/00 345 F02M 69/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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
として噴出させるアシストエア装置であって、前記アシ
ストエアの供給・遮断を切り換え制御する供給切り換え
手段を含んで構成された内燃機関のアシストエア装置に
おいて、機関吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記供給切り換え手段によるアシストエアの供給・遮断
の切り換え制御に伴って発生した空燃比の変化幅を前記
空燃比検出手段で検出される空燃比に基づいて算出する
空燃比変化幅算出手段と、該空燃比変化幅算出手段で算出された空燃比の変化幅に
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。