JP4640654B2

JP4640654B2 - 燃料供給異常判定方法およびその装置

Info

Publication number: JP4640654B2
Application number: JP2006338761A
Authority: JP
Inventors: 史人千葉; 裕澤田; 徹木所; 大介柴田; 圭輔福岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: JP2008151003A

Description

本発明は、多気筒内燃機関における任意の気筒に関する燃料の供給異常を判定する方法および装置に関する。

多気筒内燃機関において、個々の気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁の噴射孔が目詰まりを起こしたり、あるいは何らかの原因で故障した場合、対応する気筒に供給される燃料の供給量が不足したり、あるいは燃料の供給がなされないこととなる。従って、このような多気筒内燃機関における任意の単一気筒の運転状態を把握し、何らかの対策を取ることは、多気筒内燃機関の望ましい運転状態を維持する上で望ましいことである。

特定の気筒に供給される燃料がその燃料噴射弁の噴射孔の目詰まりや燃料噴射弁自体の故障などによって不足していたり、あるいはこれに伴って異常燃焼していると判断する技術が特許文献１に開示されている。この特許文献１においては、所定気筒のクランク軸の角加速度を求めてこれを平均値と比較し、その偏差が閾値を越えた場合に燃料の供給異常が発生していると判断する。

特開平８−２８３３９号公報

クランク軸の角加速度は、車両が走行する路面状況や、この車両に関する運転者の運転操作の影響を受けてばらつきが生じやすいため、特許文献１に開示された判定方法では誤判定を起こす可能性がある。例えば、車両が停車中や、搭載された内燃機関が無負荷状態などのアイドリング時以外の走行中においては、路面状況が悪路であったり、あるいは運転者によるシフトチェンジ操作などによって、クランク角センサからの検出値に基づいて算出されるクランク軸の角加速度が瞬間的に大きくばらつく場合がある。このため、車両のアイドリング時以外に行われる判定操作は、その判定結果の信頼性に問題があると言えよう。

本発明の目的は、多気筒エンジンにおける任意の単一気筒に関して筒内圧センサなどの高価なセンサを用いることなく、燃料噴射弁における噴射孔の目詰まりや、燃料噴射弁自体の故障などが原因で発生する燃料の供給不足に伴う異常をより正確に判定するための方法および装置を提供することにある。

本発明の第１の形態は、多気筒内燃機関における任意の気筒に関する燃料の供給異常を判定する方法であって、内燃機関のクランク軸の角加速度を各気筒毎に対応付けて算出するステップと、算出されたクランク軸の角加速度と、これに対応する気筒に対して設定された燃料供給量とから、この燃料噴射量に対する前記算出されたクランク軸の角加速度の割合を相関割合として求める相関割合算出ステップと、この相関割合算出ステップにて求められた前記相関割合と、内燃機関の運転状態に応じて予め設定された基準相関割合とを比較し、任意の気筒に対する燃料の供給異常の有無を判定するステップとを具えたことを特徴とするものである。

車両の定速走行状態においては、各気筒に対する燃料の供給状態が正常な場合、そのクランク軸位相とクランク軸角速度との関係は、４気筒エンジンの場合、図１中の実線のような状態で変化する。しかしながら、任意の単気筒、例えば１番気筒に対する燃料の供給状態が異常な場合、破線で示すように１番気筒に対応するクランク軸角速度が低下し、３番気筒，２番気筒，４番気筒に対応するクランク軸角速度が次第に上昇し、最終的に全気筒に対応したクランク軸４２の角速度がほぼ一定となるような変化を生ずる。従って、車両が同じ運転状態において、任意の単一の気筒のみ、そのクランク軸の角加速度が継続的に負となるような場合、その大きさに応じてこの単一気筒に対する燃料供給が異常であると判定することが可能となる。

本発明の第１の形態による燃料供給異常判定方法において、相関割合算出ステップが所定回数行われ、この相関割合算出ステップは、求められた相関割合を平均化するステップを有するものであってよい。この場合、相関割合算出ステップは、これが所定回数に達するまで求められた相関割合を記憶しておくステップをさらに有することが好ましい。さらに、相関割合算出ステップは、燃料噴射量に対するクランク軸の角加速度の割合の最大値と最小値との差を算出するステップと、燃料噴射量に対するクランク軸の角加速度の割合の最大値と最小値との差が所定値以上の場合、記憶していた相関割合をすべてキャンセルするステップとをさらに有するものであってよい。

内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定するステップをさらに具え、内燃機関のクランク軸の角加速度を各気筒毎に対応付けて算出するステップは、内燃機関が所定の運転状態にある場合に行われるものであってよい。この場合、内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定するステップは、各気筒毎に対応付けて算出されたクランク軸の角加速度のうち、任意の一気筒に対応するクランク軸の角加速度のみが所定値よりも小さいか否かを判定するステップを有し、燃料の供給異常の有無を判定するステップは、任意の一気筒に対応するクランク軸の角加速度のみが所定値よりも小さい場合にのみ行われることが有効である。この場合の所定値が所定の負の角加速度となることは当然である。

内燃機関が所定の運転状態は、個々の気筒に対して設定された燃料供給量が所定量以上の状態や、クランク軸の角加速度が所定時間以上ほぼ一定な状態を含むことができる。

本発明の第２の形態は、多気筒内燃機関の各気筒に対する燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段と、内燃機関のクランク軸の回転位相を検出するクランク角センサと、このクランク角センサからの検出信号に基づき、クランク軸の角加速度を各気筒毎に対応付けて算出するクランク軸角加速度算出手段と、前記燃料供給量設定手段にて設定された各気筒に対する燃料供給量に対するクランク軸角加速度算出手段にて算出されたクランク軸の角加速度の割合を算出する相関割合算出部と、内燃機関の運転状態に応じて各気筒に対する燃料供給量に対応するクランク軸の角加速度の基準となる割合を設定する基準相関割合設定部と、この基準相関割合設定部にて設定された基準となる割合と、前記相関割合算出部によって算出された割合とを比較し、任意の気筒に対する燃料の供給異常の有無を判定する燃料供給異常判定部とを具えたことを特徴とする燃料供給異常判定装置にある。

本発明の第２の形態による燃料供給異常判定装置において、相関割合算出部は、算出された割合を所定数記憶する記憶部と、この記憶部に記憶された割合を平均化して平均割合を算出する平均相関割合算出部とを有するものであってよい。この場合、記憶部は、燃料噴射量に対するクランク軸の角加速度の割合の最大値と最小値との差を算出する最大差算出部と、最大差算出部にて算出された差を所定値と比較し、記憶部に記憶されていた割合をすべてキャンセルする記憶キャンセル部とを有することができる。

内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段をさらに具え、基準相関割合設定部は、この運転状態判定手段によって判定された内燃機関の運転状態に応じた基準となる割合を設定するものであってよい。

本発明の燃料供給異常判定方法によると、内燃機関のクランク軸の角加速度を各気筒毎に対応付けて算出し、算出されたクランク軸の角加速度と、これに対応する気筒に対して設定された燃料供給量とから、この燃料噴射量に対する算出されたクランク軸の角加速度の割合を相関割合として求め、求められた相関割合と、内燃機関の運転状態に応じて予め設定された基準相関割合とを比較し、任意の気筒に対する燃料の供給異常の有無を判定するようにしたので、路面状況や運転操作などの影響による誤判定が少なくなり、従来の方法よりも信頼性の高い判定を行うことができる。

相関割合算出ステップを所定回数行い、求められた相関割合を平均化することにより、クランク軸の角加速度の変動幅が比較的大きな場合であっても、より精度の高い判定結果を得ることができる。特に、この相関割合算出ステップが所定回数に達するまで求められた相関割合を記憶しておくようにした場合、相関割合を求めるための作業が徒に長くなる不具合を回避することができ、迅速に判定を行うことが可能となる。さらに、相関割合を求める際に、燃料噴射量に対するクランク軸の角加速度の割合の最大値と最小値との差を算出し、燃料噴射量に対するクランク軸の角加速度の割合の最大値と最小値との差が所定値以上の場合、記憶していた相関割合をすべてキャンセルすることにより、過渡状態などによる影響を低減させることができ、さらに信頼性の高い判定を行うことができる。

内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定し、内燃機関が所定の運転状態にある時に内燃機関のクランク軸の角加速度を各気筒毎に対応付けて算出するようにした場合、運転操作や過渡状態などによる影響をなくして信頼性の高い判定を行うことができる。特に、内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定する際に、各気筒毎に対応付けて算出されたクランク軸の角加速度のうち、任意の一気筒に対応するクランク軸の角加速度のみが所定値よりも小さいか否かを判定し、任意の一気筒に対応するクランク軸の角加速度のみが所定値よりも小さい時に燃料の供給異常の有無を判定するようにした場合、任意の一気筒に対する燃料の供給異常に関する正確な判定を行うことができる。

内燃機関が所定の運転状態が、個々の気筒に対して設定された燃料供給量が所定量以上の状態を含む場合、あるいはクランク軸の角加速度が所定時間以上ほぼ一定な状態を含む場合、何れの場合もクランク軸角加速度の変動幅が少なくなるため、より信頼性の高い判定を行うことが可能となる。

本発明の燃料供給異常判定装置によると、多気筒内燃機関の各気筒に対する燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段と、内燃機関のクランク軸の回転位相を検出するクランク角センサと、このクランク角センサからの検出信号に基づき、クランク軸の角加速度を各気筒毎に対応付けて算出するクランク軸角加速度算出手段と、燃料供給量設定手段にて設定された各気筒に対する燃料供給量に対するクランク軸角加速度算出手段にて算出されたクランク軸の角加速度の割合を算出する相関割合算出部と、内燃機関の運転状態に応じて各気筒に対する燃料供給量に対応するクランク軸の角加速度の基準となる割合を設定する基準相関割合設定部と、この基準相関割合設定部にて設定された基準となる割合と、相関割合算出部によって算出された割合とを比較し、任意の気筒に対する燃料の供給異常の有無を判定する燃料供給異常判定部とを具えているので、路面状況や運転操作などの影響による誤判定を少なくした状態で、任意の気筒に関する燃料供給異常の有無を判定することができる。

相関割合算出部が、算出された割合を所定数記憶する記憶部と、この記憶部に記憶された割合を平均化して平均割合を算出する平均相関割合算出部とを有する場合、クランク軸の角加速度の変動幅が比較的大きな場合であっても、より精度の高い判定結果を得ることができる。特に、記憶部が燃料噴射量に対するクランク軸の角加速度の割合の最大値と最小値との差を算出する最大差算出部と、最大差算出部にて算出された差を所定値と比較し、記憶部に記憶されていた割合をすべてキャンセルする記憶キャンセル部とを有する場合、過渡状態などによる影響を低減させることができ、さらに信頼性の高い判定を行うことができる。

内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段をさらに具え、基準相関割合設定部が、この運転状態判定手段によって判定された内燃機関の運転状態に応じた基準となる割合を設定する場合、クランク軸の角加速度がほぼ０の場合はもちろん、車両の加減速時であっても任意の気筒に関する燃料供給異常の有無を判定することができる。

本発明による燃料供給異常判定装置を圧縮点火式内燃機関が搭載された車両に応用した実施形態について、図２〜図７を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することができる。

本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図２に示し、このエンジンシステムにおける燃焼制御に関するブロックを図３に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の４気筒内燃機関であるが、本発明の特性上、気筒数は単気筒以外であれば如何なる多気筒内燃機関であってもよい。このエンジン１０には、排気通路１３内を流れる排気ガスの一部を吸気通路１４内に導く排気ガス還流（ＥＧＲ）装置１５と、排気通路１３内を流れる排気ガスの運動エネルギーを利用して燃焼室１２への過給を行う図示しないターボ過給機とが組み込まれている。

本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料である軽油をピストン１６の圧縮上死点近傍でのみ燃焼室１２内に噴射する単噴射型式のものであるが、この圧縮行程での燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するために吸気行程においても噴射する多噴射型式のものを採用することが可能である。各気筒毎の燃料噴射弁１１における燃料の噴射量および噴射時期は、車両の運転状態に応じてＥＣＵ１７の燃料噴射量設定部１８にて設定される。ＥＣＵ１７の噴射弁駆動制御部１９は、この燃料噴射量設定部１８にて設定された噴射量の燃料が設定された噴射時期に噴射されるよう、燃料噴射弁１１の作動を制御する。

ＥＧＲ装置１５は、排気通路１３の主要部を画成する排気管２０に一端が連通すると共に他端が吸気通路１４の主要部を画成する吸気管２１内に連通し、かつＥＧＲ通路２２を画成するＥＧＲ管２３と、このＥＧＲ管２３に設けられてＥＧＲ通路２２内を流れる排気ガスの流量を制御するＥＧＲ弁２４とを具えている。本実施形態では、エンジン１０を搭載した車両が予め設定されたＥＧＲ運転領域にあることを電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと記述する）１７のＥＧＲ判定部２５が判定した場合、車両の運転状態に応じてＥＧＲ弁２４の開度がＥＣＵ１７のＥＧＲ量設定部２６にて設定される。ＥＣＵ１７のＥＧＲ弁駆動制御部２７は、ＥＧＲ弁２４をＥＧＲ量設定部２６にて設定された開度に制御し、それ以外の場合は基本的にＥＧＲ通路２２を塞ぐように閉じた状態に保持する。

燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート２８および排気ポート２９が形成されたシリンダヘッド３０には、吸気ポート２８を開閉する吸気弁３１および排気ポート２９を開閉する排気弁３２を含む動弁機構３３と、これら吸気弁３１および排気弁３２に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨む燃料噴射弁１１とが組み込まれている。本実施形態における動弁機構３３は、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁３１および排気弁３２の開閉タイミングを変更し得るものであるが、これらの開閉タイミングが固定されたものであってもよい。

吸気ポート２８に連通するようにシリンダヘッド３０に連結されて吸気ポート２８と共に吸気通路１４を画成する吸気管２１の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路１４に導くためのエアクリーナ３４が設けられている。上述したＥＧＲ管２３の他端は、吸気ポート２８と吸気管２１の途中に形成されたサージタンク３５との間の吸気管２１に接続している。

排気ポート２９に連通するようにシリンダヘッド３０に連結されて排気ポート２９と共に排気通路１３を画成する排気管２０の途中には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する触媒３６が組み込まれている。この触媒３６として、ディーゼルエンジンにおいて一般的な酸化触媒のみならず、ＤＰＲ(Diesel Particulate active Reduction system)やＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NO_Ｘ Reduction System)などに用いられるＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)を採用することも可能である。なお、上述したＥＧＲ管２３の一端は、この触媒３６よりも上流の排気管２０に接続している。

従って、ＥＧＲ管２３を介して吸気管２１内に還流される排気ガスと共にエアクリーナ３４を通って吸気管２１から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成し、ピストン１６の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが触媒３６を通って排気管２０から大気中に排出される。この場合、吸気中に含まれるＣＯ₂によって混合気の燃焼温度が低下するため、混合気の燃焼による窒素酸化物の生成が抑制されることとなる。

本実施形態では、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握してＥＣＵ１７が燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期や、ＥＧＲ制御弁２４の開度などを制御するため、以下に記すような各種センサ類を具えている。すなわち、運転者によって操作されるアクセルペダル３７の踏み込み量を検出してこれをＥＣＵ１７に出力するアクセル開度センサ３８を具えている。また、エアクリーナ３４とサージタンク３５との間の吸気通路１４の途中には、この吸気通路１４内を流れる吸入空気量を検出してこれをＥＣＵ１７に出力するエアフローメータ３９が取り付けられている。なお、吸気管２１に対するエアフローメータ３９の取り付け位置は、エアクリーナ３４の取り付け位置よりも下流側であればよく、図２の如き位置に限定されるものではない。また、ピストン１６が往復動するシリンダブロック４０には、連接棒４１を介してピストン１６が連結されるクランク軸４２の回転位相を検出してこれをＥＣＵ１７に出力するクランク角センサ４３が取り付けられている。

ＥＣＵ１７は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器および入出力インターフェイスなどを含むマイクロコンピュータを有し、円滑なエンジン１０の運転がなされるように、上述したセンサ３８，４３およびエアフローメータ３９などからの検出信号に基づいて所定の演算処理を行い、予め設定されたプログラムに従って燃料噴射弁１１およびＥＧＲ弁２４などの作動を制御するようになっている。また、このエンジン１０における任意の気筒に関する燃料の供給異常を判定するため、本実施形態におけるＥＣＵ１７は、上述した本発明における燃料供給量設定部としての燃料噴射量設定部１８に加え、運転状態判定部４４と、クランク軸角加速度算出部４５と、相関割合算出部４６と、基準相関割合設定部４７と、燃料供給異常判定部４８と、警告発生部４９とをさらに具えている。

運転状態判定部４４は、車両、つまりエンジン１０が所定の運転状態にあるか否かを判定する。本実施形態においては、燃料噴射量設定部１８にて設定された燃料供給量が所定量以上であり、エアフローメータ３９によって検出される吸入空気量の変化率がほぼ一定であり、アクセル開度センサによって検出されるアクセル開度の変化率がほぼ一定の場合、所定運転状態にあると判定する。また、任意の単一気筒に対応するクランク軸４２の角加速度のみが予め設定された負の角加速度（以下、これを判定基準角加速度と呼称する）よりも小さいことも本実施定形における所定運転状態に含まれる。この判定基準角加速度は、同時に２つ以上の気筒に異常が発生した場合、起こり得ないような比較的絶対値の大きな値である。この運転状態判定部４４は、車両が緩加速状態か、緩減速状態か、それ以外の定速走行状態にあるか否かも判定する。何れの状態においても、クランク軸角加速度算出部４５にて算出された全気筒毎のクランク軸４２の角加速度がほぼ一定の範囲内にあることを必要条件としている。つまり、全気筒毎のクランク軸４２の角加速度が正のほぼ一定な値の場合、車両が緩加速状態であると判定し、全気筒毎のクランク軸４２の角加速度が負のほぼ一定な値の場合、車両が緩減速状態であると判定し、全気筒毎のクランク軸４２の角加速度がほぼ０の場合、車両が定速走行状態であると判定する。従って、これ以外は全て過渡状態であると判定される。

クランク軸角加速度算出部４５は、クランク角センサ４３からの検出信号に基づき、クランク軸４２の角加速度を各気筒毎に対応付けて算出する。

相関割合算出部４６は、燃料噴射量設定部１８にて設定された各気筒に対する燃料噴射量に対するクランク軸角加速度算出部４５にて算出されたクランク軸４２の角加速度の割合（以下、これを相関割合と記述する）を算出する。この相関割合算出部４６は、算出された相関割合を所定数記憶する記憶部５０と、この記憶部５０に記憶された相関割合を最小二乗法などによって平均化し、その平均相関割合α_mを算出する平均相関割合算出部５１とを有する。記憶部５０は、相関割合の最大値α_maxと最小値α_minとの差を算出する最大差算出部５２と、この最大差算出部５２にて算出された値を所定値α_Cと比較し、必要に応じて記憶部５０に記憶されていた相関割合α_nをすべてキャンセルする記憶キャンセル部５３とを有する。

この相関割合算出部４６にて算出された結果を図４に模式的に示す。これは、燃料供給異常が発生している場合であって、クランク軸角加速度が負となっている気筒に供給される燃料噴射量設定部１８にて設定された設定燃料噴射量と、そのクランク軸角加速度との関係を表し、車両が定速走行状態においては、例えば網点で囲まれた領域Ｚ_Nにこれらの相関割合α_nがプロットされ、これが記憶部５０に記憶される。平均相関割合算出部５１にて算出されるこれらの平均値α_mが直線Ｌ_Nにて示される。一方、車両が加速状態においては、領域Ｚ_Aにこれらの相関割合α_nがプロットされ、これが記憶部５０に記憶される。平均相関割合算出部５１にて算出されるこれらの平均値α_mは直線Ｌ_Aとなる。同様に、車両が減速状態においては、領域Ｚ_Dにこれらの相関割合α_nがプロットされ、これが記憶部５０に記憶される。平均相関割合算出部５１にて算出されるこれらの平均値α_mは直線Ｌ_Dとなる。加速状態における直線Ｌ_Aの傾き角は、定速走行状態の場合の直線Ｌ_Nの傾き角よりも小さくなり、減速状態における直線Ｌ_Dの傾き角は、定速走行状態の場合の直線Ｌ_Nの傾き角よりも大きくなる傾向を持つことが理解されよう。つまり、これら直線Ｌ_N，Ｌ_A，Ｌ_Dの傾き角の大きさが車両の各走行状態における燃料供給異常の判定材料となる。

基準相関割合設定部４７は、運転状態判定部４４によって判定されたエンジン１０の運転状態に応じて各気筒に対する燃料噴射量に対応するクランク軸４２の角加速度の基準となる基準相関割合α_Rを設定する。これは、全気筒に対応したクランク軸４２の角加速度に基づき、各運転状態毎、つまり加速状態，減速状態および定速走行状態に分けてそれぞれ設定する。

燃料供給異常判定部４８は、この基準相関割合設定部４７にて設定された基準相関割合α_Rと、相関割合算出部４６によって算出された平均割合α_mとを比較し、任意の単一気筒に関する燃料の供給異常の有無を判定する。

警告発生部４９は、任意の一気筒に対する燃料の供給状態が異常であるとの燃料供給異常判定部４８の判定結果に基づき、エンジン１０に対する燃料の供給状態に異常があることを運転者に知らせるためのものであり、そのための警告表示器５４が図示しない車室内に設けられている。この警告表示器５４は、聴覚や視覚などを利用して車両の運転者に対する注意を喚起し得るものであればよい。

このような本実施形態における燃料供給異常の設定手順について図５〜図７を参照しつつ説明すると、まずＳ１１のステップにて車両が所定運転状態にあるか否かを運転状態判定部４４にて判定する。車両が所定の運転状態にないと判断した場合には、何もせずにこのルーチンを終了する。これに対し、車両が所定運転状態にあると判断した場合、Ｓ１２のステップに移行してクランク軸角加速度算出部４５にてクランク軸角加速度ωを算出した後、Ｓ１３のステップにて運転状態判定フラグがセットされているか否かを判定する。最初は運転状態判定フラグがセットされていないので、Ｓ１４のステップに移行して車両の運転状態の判定を再び運転状態判定部４４にて行う。

この運転状態判定の詳細な手順は図６に示されている。本実施形態においては、まずＳ１４０のステップにて任意の単一気筒のみ対応するクランク軸角加速度ωが判定基準角加速度ω_Rよりも小さいか否かを判定する。Ｓ１４０のステップにて任意の単一気筒のみクランク軸角加速度ωが判定基準角加速度ω_R以上である、つまり複数気筒のクランク軸角加速度ωがそれぞれ僅かに負となっていたり、全ての気筒に対応するクランク軸角速度ωがすべて正または０となっていると判断した場合には、図５のフローチャートに戻って何もせずに終了する。

これに対し、Ｓ１４０のステップにて単一気筒のみクランク軸角加速度ωが判定基準角加速度ω_Rよりも小さいと判断した場合には、Ｓ１４１のステップに移行して負のクランク軸角加速度ωが加速判定閾値ω_Hよりも大きいか否かを判定する。ここで、負のクランク軸角加速度ωが加速判定閾値ω_Hよりも大きい、すなわち車両が緩加速状態にあると判断した場合には、Ｓ１４２のステップに移行して基準相関割合設定部４７が異常判定用基準相関割合α_Rを緩加速時用の値α_RHに設定する。そして、Ｓ１４３のステップにて運転状態判定フラグをセットしてこのサブルーチンを終了する。

Ｓ１４１のステップにて負のクランク軸角加速度ωが加速判定閾値ω_H以下であると判断した場合には、Ｓ１４４のステップに移行して今度は負のクランク軸角加速度ωが減速判定閾値ω_Lよりも小さいか否かを判定する。ここで、負のクランク軸角加速度ωが減速判定閾値ω_Lよりも小さい、すなわち車両が緩減速状態にあると判断した場合には、Ｓ１４５のステップに移行して基準相関割合設定部４７が異常判定用基準相関割合α_Rを緩減速時用の値α_RLに設定した後、先のＳ１４３のステップに移行する。Ｓ１４４のステップにて負のクランク軸角加速度ωが減速判定閾値ω_L以上である、すなわち車両が緩加減速状態にないと判断した場合には、Ｓ１４６のステップに移行して基準相関割合設定部４７が異常判定用基準相関割合α_Rを定速走行時用の定速判定閾値α_RMに設定した後、Ｓ１４３のステップに移行する。

このようにして、Ｓ１４のステップにて単一気筒のみ対応するクランク軸角加速度ωが判定基準角加速度ω_Rよりも小さいと運転状態判定部４４が判定した場合、基準相関割合設定部４７が異常判定用基準相関割合α_Rを車両の加減速状態に応じて設定し、運転状態判定フラグをセットしてＳ１５のステップに移行する。

一方、Ｓ１３のステップにて運転状態判定フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行して今度は車両が同一運転状態、つまり同一の単一気筒のみ対応するクランク軸角加速度ωが判定基準角加速度ω_Rよりも小さく、かつ車両の走行状態がＳ１４のステップにて判定された加減速状態と同じであるか否かを運転状態判定部４４が判定する。車両が同じ運転状態であると判断した場合には、Ｓ１５のステップに移行し、同じ運転状態にないと判断した場合には、何もせずにこのルーチンを終了する。

Ｓ１５のステップでは、相関割合算出部４６が負のクランク軸角加速度ωに対応する相関割合α_nを算出し、続いてＳ１７のステップにてカウンタのカウントアップを行い、相関割合の最大値と最小値とを設定する最大最少相関割合設定をＳ１８のステップにて行う。

Ｓ１８のステップにおける最大最少相関割合設定の詳細な手順は図７に示されており、これは記憶部５０の最大差算出部５２にて行われる。まずＳ１８０のステップにてカウンタのカウント値Ｃ_nが１であるか否かを判定する。最初はカウント値Ｃ_nが１であるので、Ｓ１８１のステップに移行し、Ｓ１５のステップにて算出された相関割合α_nを最大相関割合α_maxに設定した後、図５に示したメインルーチンに戻る。そして、Ｓ１５のステップにて算出された相関割合α_nをＳ１９のステップにて記憶した後、このメインルーチンを終了する。カウンタのカウント値Ｃ_nが１ではない場合、Ｓ１８２のステップに移行して今度はカウンタのカウント値Ｃ_nが２であるか否かを判定する。ここで、カウンタのカウント値Ｃ_nが２であると判断した場合、Ｓ１８１のステップにて設定された相関割合の最大値α_maxが今回算出された相関割合α₂以上であるか否かをＳ１８３のステップにて判定する。

このＳ１８３のステップにて相関割合の最大値α_maxが相関割合α₂以上、すなわち今回算出された相関割合α₂が最初に設定した相関割合の最大値α_max以下である（絶対値が大きい）と判断した場合には、Ｓ１８４のステップに移行する。そして、今回算出された相関割合α₂を相関割合の最大値α_maxに設定すると共に前回算出された相関割合α₁、すなわち前回の相関割合の最大値α_maxを相関割合の最少値α_minに設定し直した後、このサブルーチンを終了する。また、Ｓ１８３のステップにて相関割合の最大値α_maxが相関割合α₂よりも小さい、すなわち今回算出された相関割合α₂の方が最初に設定した相関割合の最大値α_maxよりも大きい（絶対値が小さい）と判断した場合には、Ｓ１８５のステップに移行して今回算出された相関割合α₂を相関割合の最少値α_minに設定した後、このサブルーチンを終了する。

Ｓ１８２のステップにてカウンタのカウント値Ｃ_nが２ではない、すなわちカウンタのカウント値Ｃ_nが３以上であると判断した場合には、Ｓ１８６のステップに移行して相関割合の最大値α_maxが今回算出された相関割合α₂以上であるか否かを判定する。ここで、相関割合の最大値α_maxが今回算出された相関割合α₂以上、すなわち今回算出された相関割合α₂の方が最初に設定した相関割合の最大値α_maxよりも小さい（絶対値が大きい）と判断した場合には、Ｓ１８７のステップに移行して今回算出された相関割合α_nを相関割合の最大値α_maxに設定し直した後、このサブルーチンを終了する。

また、Ｓ１８６のステップにて相関割合の最大値α_maxが今回算出された相関割合α₂よりも小さいと判断した場合、Ｓ１８８のステップに移行して相関割合の最少値α_minが今回算出された相関割合α_nよりも大きいか否かを判定する。相関割合の最少値α_minが今回算出された相関割合α_nよりも大きい、すなわち今回算出された相関割合α_nがすでに設定されている相関割合の最少値α_minよりも小さい（絶対値が大きい）と判断した場合には、Ｓ１８９のステップに移行して今回算出された相関割合α_nを相関割合の最少値α_minに設定し直した後、このサブルーチンを終了する。なお、今回算出された相関割合α_nが相関割合の最少値α_min以上である、すなわち今回算出された相関割合α_nが相関割合の最大値α_maxでも最小値α_minでもないと判断した場合には、何もせずにこのサブルーチンを終了する。

このようにして、Ｓ１８のステップにて相関割合の最大値α_maxと最小値α_minとを設定した後、Ｓ２０のステップにて相関割合の最大値α_maxから相関割合の最小値α_minを減じた値がリセット判定値α_C（＜０）よりも大きいか否かを記憶部５０の最大差算出部５２にて判定する。ここで相関割合の最大値α_maxから相関割合の最小値α_minを減じた値がリセット判定値α_Cよりも大きい、すなわち算出された相関割合α_nの値が異常ではないと判断した場合には、Ｓ２１のステップに移行してカウンタのカウント値Ｃ_nが所定値Ｃ_Rに達しているか否かを判定する。最初は、所定値Ｃ_R以下であるので、Ｓ１９のステップに移行してＳ１５のステップにて算出された相関割合α_nを記憶部５０にて記憶した後、このメインルーチンを終了する。また、Ｓ２０のステップにて相関割合の最大値α_maxから相関割合の最小値α_minを減じた値がリセット判定値α_C以下である、すなわち算出された相関割合α_nの値が異常の可能性があると判断した場合には、Ｓ２２のステップに移行して記憶キャンセル部５３が運転状態判定フラグをリセットすると共にカウンタのカウント値Ｃ_nを０にリセットした後、再び次の燃料供給異常判定処理を続ける。

一方、Ｓ２１のステップにてカウンタのカウント値Ｃ_nが所定値Ｃ_Rに達していると判断した場合には、Ｓ２３のステップに移行して平均相関割合α_mを平均相関割合算出部５１にて算出した後、この平均相関割合α_mがＳ１４のステップにて算出された異常判定用基準相関割合α_R以上であるか否かをＳ２４のステップにて燃料供給異常判定部４８により判定する。ここで、平均相関割合α_mが異常判定用基準相関割合α_R以上である、すなわち負のクランク軸角加速度ωが負となっている気筒に対する燃料の供給量が異常ではないと判断した場合、Ｓ２２のステップに移行して運転状態判定フラグをリセットすると共にカウンタのカウント値Ｃ_nを０にリセットした後、再び次の燃料供給異常判定処理を続ける。また、Ｓ２４のステップにて平均相関割合α_mが異常判定用基準相関割合α_Rよりも小さい、すなわち負のクランク軸角加速度ωが負となっている気筒に対する燃料の供給量が異常であると燃料供給異常判定部４８が判断した場合には、Ｓ２５のステップに移行して警告発生部４９が警告表示器５４を作動させ、この燃料供給異常判定処理を終了する。

上述した実施形態では本発明を圧縮点火機関に応用した場合について説明したが、ガソリンやアルコールまたはＬＰＧ（液化天然ガス）などを燃料として点火プラグを用いる直噴形式の火花点火機関に対しても有効であり、上述したディーゼルエンジンの場合と同様な効果を得ることができることは言うまでもない。また、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

クランク軸位相とクランク軸角速度との関係を模式的に表すグラフである。本発明を圧縮点火式内燃機関に応用した一実施形態のシステム概念図である。図２に示した実施形態における制御ブロック図である。燃料供給異常が発生している場合における設定燃料噴射量とクランク角加速度との関係を模式的に表すグラフである。本実施形態における制御手順を表すフローチャートである。図５に示した運転状態判定のサブルーチンの詳細を表すフローチャートである。図５に示した最大最少相関割合設定のサブルーチンの詳細を表すフローチャートである。

符号の説明

１０エンジン
１１燃料噴射弁
１２燃焼室
１３排気通路
１４吸気通路
１５排気ガス還流（ＥＧＲ）装置
１６ピストン
１７ＥＣＵ
１８燃料噴射量設定部
１９噴射弁駆動制御部
２０排気管
２１吸気管
２２ＥＧＲ通路
２３ＥＧＲ管
２４ＥＧＲ弁
２５ＥＧＲ判定部
２６ＥＧＲ量設定部
２７ＥＧＲ弁駆動制御部
２８吸気ポート
２９排気ポート
３０シリンダヘッド
３１吸気弁
３２排気弁
３３動弁機構
３４エアクリーナ
３５サージタンク
３６触媒
３７アクセルペダル
３８アクセル開度センサ
３９エアフローメータ
４０シリンダブロック
４１連接棒
４２クランク軸
４３クランク角センサ
４４運転状態判定部
４５クランク軸角加速度算出部
４６相関割合算出部
４７基準相関割合設定部
４８燃料供給異常判定部
４９警告発生部
５０記憶部
５１平均相関割合算出部
５２最大差算出部
５３記憶キャンセル部
５４警告表示器

Claims

多気筒内燃機関における任意の気筒に関する燃料の供給異常を判定する方法であって、
内燃機関のクランク軸の角加速度を各気筒毎に対応付けて算出するステップと、
算出されたクランク軸の角加速度と、これに対応する気筒に対して設定された燃料供給量とから、この燃料噴射量に対する前記算出されたクランク軸の角加速度の割合を相関割合として求める相関割合算出ステップと、
この相関割合算出ステップにて求められた前記相関割合と、内燃機関の運転状態に応じて予め設定された基準相関割合とを比較し、任意の気筒に対する燃料の供給異常の有無を判定するステップと
を具えたことを特徴とする燃料供給異常判定方法。
前記相関割合算出ステップが所定回数行われ、この相関割合算出ステップは、求められた前記相関割合を平均化するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給異常判定方法。
前記相関割合算出ステップは、これが所定回数に達するまで求められた前記相関割合を記憶しておくステップをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の燃料供給異常判定方法。
前記相関割合算出ステップは、
燃料噴射量に対するクランク軸の角加速度の割合の最大値と最小値との差を算出するステップと、
燃料噴射量に対するクランク軸の角加速度の割合の最大値と最小値との差が所定値以上の場合、記憶していた前記相関割合をすべてキャンセルするステップと
をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の燃料供給異常判定方法。
内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定するステップをさらに具え、内燃機関のクランク軸の角加速度を各気筒毎に対応付けて算出するステップは、内燃機関が所定の運転状態にある場合に行われることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の燃料供給異常判定方法。
内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定するステップは、各気筒毎に対応付けて算出されたクランク軸の角加速度のうち、任意の一気筒に対応するクランク軸の角加速度のみが所定値よりも小さいか否かを判定するステップを有し、
燃料の供給異常の有無を判定するステップは、任意の一気筒に対応するクランク軸の角加速度のみが所定値よりも小さい場合にのみ行われることを特徴とする請求項５に記載の燃料供給異常判定方法。
内燃機関が所定の運転状態は、個々の気筒に対して設定された燃料供給量が所定量以上の状態を含むことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の燃料供給異常判定方法。
内燃機関の所定の運転状態は、クランク軸の角加速度が所定時間以上ほぼ一定な状態を含むことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の燃料供給異常判定方法。
多気筒内燃機関の各気筒に対する燃料供給量を設定する燃料供給量設定手段と、
内燃機関のクランク軸の回転位相を検出するクランク角センサと、
このクランク角センサからの検出信号に基づき、クランク軸の角加速度を各気筒毎に対応付けて算出するクランク軸角加速度算出手段と、
前記燃料供給量設定手段にて設定された各気筒に対する燃料供給量に対するクランク軸角加速度算出手段にて算出されたクランク軸の角加速度の割合を算出する相関割合算出部と、
内燃機関の運転状態に応じて各気筒に対する燃料供給量に対応するクランク軸の角加速度の基準となる割合を設定する基準相関割合設定部と、
この基準相関割合設定部にて設定された基準となる割合と、前記相関割合算出部によって算出された割合とを比較し、任意の気筒に対する燃料の供給異常の有無を判定する燃料供給異常判定部と
を具えたことを特徴とする燃料供給異常判定装置。
相関割合算出部は、算出された割合を所定数記憶する記憶部と、この記憶部に記憶された割合を平均化して平均割合を算出する平均相関割合算出部とを有することを特徴とする請求項９に記載の燃料供給異常判定装置。
前記記憶部は、
燃料噴射量に対するクランク軸の角加速度の割合の最大値と最小値との差を算出する最大差算出部と、
最大差算出部にて算出された差を所定値と比較し、記憶部に記憶されていた割合をすべてキャンセルする記憶キャンセル部と
を有することを特徴とする請求項１０に記載の燃料供給異常判定装置。
内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段をさらに具え、前記基準相関割合設定部は、この運転状態判定手段によって判定された内燃機関の運転状態に応じた基準となる割合を設定することを特徴とする請求項９から請求項１１の何れかに記載の燃料供給異常判定装置。