JP4876107B2

JP4876107B2 - 内燃機関の診断制御装置

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Publication number: JP4876107B2
Application number: JP2008187496A
Authority: JP
Inventors: 栄作福地; 明人沼田; 平吉鴨志田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2028-07-18
Also published as: US20100017098A1; JP2010024977A; US8190351B2

Description

本発明は、内燃機関の診断制御装置に係り、例えば、車載用多気筒内燃機関における気筒間での空燃比あるいは出力のばらつきの程度ないし有無を診断する内燃機関の診断制御装置に関する。

最近、大気汚染等の環境破壊を防止することを主目的として、内燃機関搭載車両については、排ガス規制に加えて、車載部品の劣化・故障を検出して表示するＯＢＤ（Onboard Diagnostics：車載式故障診断）システムの導入が進められている。ＯＢＤシステムは、排ガス対策装置の異常（突発的故障）を検知・監視し、異常発生時に警報表示して運転者に知らせるとともに、その故障内容を記憶保持する装置であり、現在は、各種センサ等について電気回路の断線を検知する簡易なＯＢＤシステムの配備が義務付けられているところだが、今後ますます排ガス規制が強化され、排ガス浄化低減技術等もさらに進化することが予想されることから、各種センサ情報から車両の排気ガスレベルを診断するような高度なＯＢＤシステムを配備し、故障を確実かつ早期に検出することが必要となる。

このような状況の中、前記ＯＢＤシステム導入に関連して、例えば、多気筒内燃機関において気筒間での空燃比のばらつきの程度ないし有無を診断する診断装置の開発が進められている。従来、多気筒内燃機関において気筒間での空燃比のばらつきを診断するためには、気筒毎に空燃比検出手段（空燃比センサ）を配備する必要があったが、気筒毎に空燃比検出手段を配備すると、コスト高となるため、一つの空燃比検出手段で各気筒の空燃比をそれぞれ推定する技術が幾つか提案されている。ところが、従来の提案技術のほとんどが所要の診断精度を確保できず、量産に適用することができない状態であり、空燃比を気筒毎に推定して気筒間でのばらつきの程度ないし有無を的確に診断することは非常に困難であった。

ここで言う気筒間での空燃比のばらつきとは、一つないし複数の気筒の空燃比が全ての気筒を合わせた平均的な空燃比に対して、リッチ側又はリーン側に大きくずれている状態を指す。

なお、前記ＯＢＤシステム導入に関連して、下記特許文献１には、多気筒内燃機関の各気筒毎に設けられる燃料噴射弁を操作することで出力軸の回転速度を目標値にフィードバック制御するようにされ、かつ、出力軸の回転変動の増大の有無に基づき、燃料噴射弁のうちのいずれかに異常があるか否かを診断する診断手段を備えた内燃機関の診断制御装置が開示されている。

特開２００７−２５５２３０号公報

従来、気筒毎に空燃比検出手段を持たないシステムにおいては、気筒間での空燃比のばらつきの程度ないし有無を的確に診断することは、上記のように非常に困難であった。また、空燃比に限らず、気筒間での出力のばらつき、ひいては、バルブタイミング、バルブリフト量、圧縮比等のばらつきの程度ないし有無を的確に診断することも極めて難しいものであった。

本発明は、上記課題を解消すべくなされたもので、その目的とするところは、気筒毎に空燃比検出手段を持たないシステムでも、気筒間での空燃比等のばらつきの程度ないし有無を的確に診断することのできる内燃機関の診断制御装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関の診断制御装置は、基本的には、各気筒毎に燃料噴射量を制御するとともに、気筒間での空燃比又は出力のばらつきの程度ないし有無を診断する内燃機関の診断制御装置であって、各気筒毎にクランク軸が所定角度回転するに要した時間を計測し、この計測された所要時間に基づいて、各気筒毎にクランク軸２回転毎の回転変動成分である０．５次成分又はクランク軸１回転毎の回転変動成分である１．０次成分を抽出するとともに、各気筒毎に設定期間中、前記０．５次成分又は１．０次成分が設定範囲を逸脱した回数をカウントし、該カウント値が所定値を越えたとき、該当気筒の空燃比又は出力が異常であると診断することを特徴としている。

より具体的には、図１のクレーム対応図に示されているように、各気筒の出力もしくはそれに相関する物理量を計測ないし推定する出力計測推定手段１０１と、いずれの気筒がどの行程にあるかを判別する気筒判別手段１０３と、前記出力計測推定手段１０１により計測推定された各気筒の出力もしくはそれに相関する物理量に基づいて、気筒間ばらつきパラメータを演算する気筒間ばらつきパラメータ演算手段１０２と、気筒間ばらつきカウンタの演算を許可するか否かを判定する気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段１０４と、前記気筒判別手段１０３の判別結果と前記気筒間ばらつきパラメータ演算手段１０２の演算結果及び前記気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段の判定結果１０４に基づいて気筒間ばらつきカウンタを演算する気筒間ばらつきカウンタ演算手段１０５と、前記気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段１０４の判定結果に基づいて、気筒間ばらつき判定を許可するか否かを判断する気筒間ばらつき判定許可手段１０６と、前記気筒間ばらつきカウンタ演算手段１０５の演算結果、及び、前記気筒間ばらつき判定許可手段１０６の判断結果に基づいて、気筒間での空燃比又は出力のばらつきの程度ないし有無を検出ないし判定する気筒間ばらつき検出判定手段１０７と、を備えている。

前記出力計測推定手段１０１は、好ましくは、前記出力に相関する物理量として、各気筒毎にクランク軸が所定角度回転するに要する時間を計測し、この計測された所要時間に基づいて各気筒の出力を推定するようにされる。

前記気筒判別手段１０３は、好ましくは、クランク軸及び／又はそれに同期して回転する回転部材の回転・位相を検出するセンサから得られる信号に基づいて、いずれの気筒が点火爆発行程にあるかを判別する。

前記気筒間ばらつきパラメータ演算手段１０２は、好ましくは、前記出力計測推定手段１０１により計測された前記所要時間に基づいて、クランク軸２回転毎の回転変動成分である０．５次成分又はクランク軸１回転毎の回転変動成分である１．０次成分を検出する。

前記気筒間ばらつきカウンタ演算手段１０５は、好ましくは、前記０．５次成分の上限値及び下限値を設定するとともに、前記気筒判別手段１０３の判別結果に従って各気筒毎に前記０．５次成分が前記上限値を上回るか前記下限値を下回った回数をカウントする。

前記気筒間ばらつきカウンタ演算手段１０５は、好ましくは、前記１．０次成分の上限値及び下限値を設定するとともに、前記気筒判別手段１０３の判別結果に従って各気筒毎に前記１．０次成分が前記上限値を上回るか前記下限値を下回った回数をカウントする。

前記気筒間ばらつきカウンタ演算手段１０５は、好ましくは、前記上限値及び前記下限値を、機関回転数、負荷に基づいて設定する。

前記気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段１０４は、好ましくは、機関回転数が所定範囲内、負荷が所定範囲内、エンジン冷却水温が所定範囲内、車速が所定範囲内、吸気温度が所定範囲内、大気圧が所定値以上、バッテリ電圧が所定範囲内、非燃料カット状態、空燃比フィードバック制御中、空燃比補正係数が所定範囲内、キャニスタパージ量が所定値以下、外部電気負荷変動が発生していない、及び、用いられるセンサが故障していないとき、前記カウンタ演算を許可する。

前記気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段１０４は、好ましくは、アイドル状態のときに前記カウンタ演算を許可する。

前記気筒間ばらつき判定許可手段１０６は、前記気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段１０４が演算を許可している期間の、点火回数又は経過時間を計測する。

前記気筒間ばらつき検出判定手段１０７は、好ましくは、前記点火回数が所定値に達したとき、又は前記経過時間が所定時間に達したとき、前記気筒間ばらつきカウンタ演算手段によりカウントされた気筒毎のカウント値が所定値より大きくなっている場合、その大きくなっている気筒の空燃比又は出力が異常であると判定する。

一方、本発明に係る内燃機関の診断制御装置の他の一つは、各気筒毎に燃料噴射量を制御するとともに、気筒間でのバルブタイミング、バルブリフト量、及び圧縮比のうちの少なくとも一つのばらつきの程度ないし有無を診断する内燃機関の診断制御装置であって、
各気筒毎にクランク軸が所定角度回転するに要した時間を計測し、この計測された所要時間に基づいて、各気筒毎にクランク軸２回転毎の回転変動成分である０．５次成分又はクランク軸１回転毎の回転変動成分である１．０次成分を抽出するとともに、各気筒毎に設定期間中、前記０．５次成分又は１．０次成分が設定範囲を逸脱した回数をカウントし、該カウント値が所定値を越えたとき、該当気筒のバルブタイミング、バルブリフト量、及び圧縮比のうちの少なくとも一つが異常であると診断することを特徴としている。

本発明によれば、気筒毎に空燃比検出手段を設けることなく、気筒間での空燃比等のばらつきの程度ないし有無を的確に診断することができ、この結果、ＯＢＤシステム導入を促進し得て、運転性や排気性能（排気エミッション特性）の向上等を図ることが可能となる。

以下、本発明の内燃機関の診断制御装置の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図２は、本発明に係る診断制御装置の一実施形態をそれが適用された車載用内燃機関と共に示す概略構成図である。

図示実施形態の内燃機関２０は、例えば、ガソリンを燃料とする６気筒（＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６）の多気筒内燃機関であり（図には一つの気筒のみ代表図示）、シリンダブロック及びシリンダヘッドからなるシリンダ２２、該シリンダ２２内に摺動自在に嵌挿されたピストン２５、該ピストン２５上方に画成される燃焼室２６に吸気弁２８、排気弁２９を介して連通する吸気通路２３、排気通路２４を備えている。

吸気通路２３には、エアークリーナ２００、吸入空気量を計測するエアフローセンサ２０４、燃焼室２６に流入する空気量を調整する電制スロットル弁２１３、燃料噴射弁２０２等が配在されている。燃焼室２６の天井部中央には、点火エネルギーを供給する点火プラグを含む点火装置２０１が臨設されている。

前記エアークリーナ２００から吸入される空気は、スロットル弁２１３で流量を調節された後、エアフローセンサ２０４で流量が計測され、燃料噴射弁２０２から所定の角度で噴射される燃料と混合されて各気筒２１４の燃焼室２６に供給される。

また、排気通路２４には、排気ガスを浄化する三元触媒２０６、三元触媒２０６の上流側にて排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２０５、三元触媒２０６の下流側にて排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２１５が配備されている。また、クランク軸２７には、回転数・位相を検出するためのリングギア又はディスクプレート２０８を有するクランク角センサ２０３が備えられている。

一方、燃料タンク２０９内の燃料は、燃料ポンプ２１０によって、吸引・加圧された後、プレッシャーレギュレータ２１１を備えた燃料管２１２を通って燃料噴射弁２０２の燃料入口に導かれ、余分な燃料は、該燃料タンク２０９に戻される。

上記に加え、前記燃料噴射弁２０２による燃料噴射や点火装置２０１による点火時期等の制御を行うべく、本実施形態の診断制御装置１０の主要部を構成するコントロールユニット１００が備えられている。コントロールユニット１００の内部構成はよく知られているので説明は省略する。このコントロールユニット１００は、エアフローセンサ２０４からの信号（吸入空気量Ｑａ）とクランク角センサ２０３からの信号（機関回転数Ｎｅ）とに基づいて、各気筒毎に燃料噴射量Ｔｉを演算し、その燃料噴射量Ｔｉに見合ったパルス幅を持つ駆動パルス信号を燃料噴射弁２０２に供給する。また、コントロールユニット１００は、空燃比センサ２０５、２１５により検出される排気空燃比に基づいて、例えば機関内の空燃比が理論空燃比になるように燃料噴射量Ｔｉを補正する空燃比フィードバック制御を行う。

以上の構成のもとで、本実施形態の内燃機関２０の診断制御装置１０は、気筒間での空燃比のばらつきの程度ないし有無を診断する。具体的には、各気筒毎にクランク軸２７が所定角度回転するに要した時間を計測し、この計測された所要時間に基づいて、各気筒毎にクランク軸２回転毎の回転変動成分である０．５次成分又はクランク軸１回転毎の回転変動成分である１．０次成分を抽出するとともに、各気筒毎に設定期間中、前記０．５次成分又は１．０次成分が設定範囲を逸脱した回数をカウントし、該カウント数が所定値を越えたとき、該当気筒の空燃比又は出力が異常であると診断するようにされる。

かかる診断を以下に詳細に説明する。

図３に、各気筒毎にクランク軸２７が所定角度回転するに要した時間を計測し、この計測された所要時間（時間信号）に基づいて、各気筒毎にクランク軸２回転毎の回転変動成分である０．５次成分やクランク軸１回転毎の回転変動成分である１．０次成分等を抽出したもの（周波数スペクトル）を示す。（ａ）は正常時、（ｂ）は＃５気筒の燃料噴射量を４０％増量した場合、（ｃ）は＃５気筒の燃料噴射量を２０％減量した場合のデータである。時間信号を目視しただけでは、その差異を定量的に把握することは困難であるが、周波数スペクトルでみると、０．５次成分又は１．０次成分に、その差異が現れる。本例では、＃５気筒を例にとったが、他の気筒の燃料噴射量を増減しても同様な結果となる。

ここで、ＮＧ状態とは、上記のように特定気筒の燃料噴射量を増減したことにより、空燃比がばらつき、排気ガスが規制値を超える状態を指す。但し、空燃比がばらつく要因の一つが燃料噴射量の増減であり、これに限定されるものではない。本例では特定気筒の燃料噴射量を増減し、間接的に空燃比のばらつきを起こさせたものである。

以上より、０．５次成分又は１．０次成分を抽出するフィルタを時間信号にかければ、この状態を検出することができる。

そこで、０．５次成分を抽出するフィルタを設計する。１．０次成分を抽出しても検出は可能であるが、クランク軸２７に取り付けられたディスクプレート２０８の製造誤差が重畳されるため、的確に空燃比の気筒別変動を検出できない可能性がある。

ここでは、０．５次成分の信号を基に説明を進める。式（１）が０．５次成分の信号を抽出することができるフィルタ式である。
ROGHNE(i) ＝ 2・TDATA(i-5)−2・TDATA(i-7)−TDATA(i-8)＋TDATA(i-10)−TDATA(i-2) ＋TDATA(i-4) ・・・（１）
但し、TDATA(i)：クランク軸が所定角度回転するに要する時間（時間信号）
TDATA(i-n)：n点火前のTDATA
ROGHNE(i)：0.5次パラメータ

式（１）のボード線図（ゲイン）をプロットすると図４になる。図４からも判るように、０．５次で最大のゲインを有しており、このことから０．５次成分の信号を抽出できることが判る。また、本フィルタは１．０次でゲイン＝０を示すため、１．０次成分の信号を抽出しない。上記で説明したように１．０成分でも検出は可能であるが、時間信号計測用プレートの製造誤差が含まれるので、１．０次成分をカットできるということは、時間信号計測用プレートの製造誤差による影響を排除できることを示している。

図５に、式（１）で演算した０．５次パラメータを示す。（ａ）は正常時、（ｂ）は＃５気筒の燃料噴射量を４０％増量した場合、（ｃ）は＃５気筒の燃料噴射量を２０％減量した場合である。図より、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）と比較して０．５次成分パラメータが振れていることが判る。したがって、０．５次パラメータが上限値を超えたか、又は下限値を下回ったときに、空燃比ばらつきが発生していると判定することができる。但し、空燃比フィードバック制御の精度、センサ等の機差、経時劣化、ばらつき等を考慮すると、１度の判定で、特定気筒の空燃比がばらついていることを判定することは、誤診断を誘発する恐れがある。

そこで、下記の２条件をガードとして追加する。一つは、上限値を超えた信号のピークを検出したときのみ判定を許可する。上限値を超えていてもピークでなければ、判定を許可しない。下限値を下回ったときも同様であり、下限値を下回った信号の負のピークを検出したときのみ判定を許可する。下限値を下回っていても、負のピークでなければ、判定を許可しない。但し、０．５次パラメータは失火時にも正負に大きく振れるため、正の失火判定値を超えるか、又は負の失火判定値を下回ったときは、判定を禁止する。

もう一つは、複数回の判定を計数するカウンタ方式とする。所定の点火回数を予め設定しておき、その点火回数に到達するまでの間、上記で示した判定の成立毎に気筒別のカウンタをインクリメント（増加）する。点火回数が所定値に到達した時点で、各気筒のカウンタが所定値より大のとき、その大となった特定気筒の空燃比がばらついていると判定する。なお、予め設定した所定時間で判定しても良い。

図６に、前記時間信号と０．５次パラメータを示す。正常時と＃５気筒の燃料噴射量を４０％増量した場合のデータを重ね合わせている。＃５気筒を４０％増量した場合の時間信号について、点火気筒を図示していないが、＃５気筒に当たるポイントで、時間信号が大きくなっている。これは、４０％増量したことにより、気筒バランスがくずれて、クランク軸の回転が遅くなったことを示している。その影響を０．５次パラメータに上限値、下限値を設定することにより、検出できることが判る。前述したように、ピークを検出することにより、誤カウントを防止する。

図７に、コントロールユニット１００が実行する診断領域判定のフローチャートを示す。ここでは、ステップ７０１で内燃機関の回転数が所定範囲内にあるかチェックする。ステップ７０２で内燃機関の負荷が所定範囲内であるかチェックする。ステップ７０３で水温が所定値以上かチェックする。ステップ７０４で車速が所定範囲内であるかチェックする。ステップ７０５で吸気温が所定範囲内かチェックする。ステップ７０６で大気圧が所定値以上かチェックする。ステップ７０７でバッテリ電圧が所定範囲内かチェックする。ステップ７０８で燃料カット中でないかチェックする。ステップ７０９で空燃比制御フィードバック中かチェックする。ステップ７１０で空燃比補正係数が所定範囲内かチェックする。ステップ７１１でキャニスタパージ信号が所定値以下かチェックする。ステップ７１２で外部電気負荷が変動していないかチェックする。ステップ７１３で用いられるセンサに故障がないかチェックする。ステップ７１４でステップ７０１〜７１３の条件が全て成立していれば、診断領域内と判定する。一つでも外れていれば、ステップ７１５で診断領域外と判定する。また、アイドル領域を診断領域とすることも可能である。

次に、図８のフローチャートで示される、時間信号から０．５次パラメータROGHNEを演算する処理を説明する。この処理は点火毎に起動する。ステップ８０１でクランク軸が所定角度回転するに要する時間（所要時間）TDATAを計測する。計測された時間TDATAを基にステップ８０２で、式（１）に従い、０．５次パラメータROGHNEを演算する。ステップ８０３で、演算した０．５次パラメータROGHNEの過去６個分を記憶する。ステップ８０４で、過去６個分の０．５次パラメータROGHNEの最大値をD1BMXとする。ステップ８０５で、過去６個分の０．５次パラメータROGHNEの最小値をD1BMNとする。ステップ８０６で、次の演算のために、０．５次パラメータROGHNEの過去６個分の過去値をずらす。ステップ８０３〜８０６は、０．５次パラメータROGHNEのピークを演算するために用いる。

次に、図９のフローチャートを説明する。本フローチャートが診断の主要部になる。ステップ９０１で診断領域内であるかチェックする。診断領域内であれば、ステップ９０２以降の処理を実行する。ステップ９０１で診断領域外であれば、無処理とする。以下、診断領域内の処理を説明する。ステップ９０２で、点火回数を計数するため点火カウンタをインクリメントする。ステップ９０３で、下記の条件１が成立していれば、０．５次パラメータROGHNEが上限値を超えて、正のピークを検出したと判定し、ステップ９０４の処理を実行する。
条件１
上限値 ≦ D1BMX ≦ 正の失火判定値
かつ、D1BMX ＝ROGHNEの前回値

ステップ９０４では、対応する気筒のNGカウンタをインクリメントする。詳細は図１０を用いて後で説明する。ステップ９０３で条件１が不成立の時は、ステップ９０５で、下記の条件２が成立していれば、０．５次パラメータROGHNEが下限値を下回り、負のピークを検出したと判定し、ステップ９０６の処理を実行する。
条件２
負の失火判定値 ≦ D1BMN ≦ 下限値
かつ、D1BMN ＝ ROGHNEの前回値

ステップ９０６では、対応する気筒のNGカウンタをインクリメントする。詳細は図１１を用いて後で説明する。次にステップ９０７で、点火カウンタが判定回数に到達していない場合は、再び、ステップ９０１から上記の演算を繰り返す。ステップ９０７で失火カウンタが判定回数に到達した場合は、ステップ９０８で、気筒別のＮＧカウンタが判定値を超えているか、チェックする。超えていれば、ステップ９０９でＮＧと判定する。超えていなければ、ステップ９１０でＯＫと判定する。詳細は図１２を用いて後で説明する。

図１０に、前記ステップ９０４の詳細なフローチャートを示す。ステップ１００１で点火（爆発行程にある）気筒が＃１気筒であれば、ステップ１００２で＃１気筒のNGカウンタをインクリメントする。ステップ１００３で点火気筒が＃２気筒であれば、ステップ１００４で＃２気筒のNGカウンタをインクリメントする。ステップ１００５で点火気筒が＃３気筒であれば、ステップ１００６で＃２気筒のNGカウンタをインクリメントする。ステップ１００７で点火気筒が＃４気筒であれば、ステップ１００８で＃４気筒のNGカウンタをインクリメントする。ステップ１００９で点火気筒が＃５気筒であれば、ステップ１０１０で＃５気筒のNGカウンタをインクリメントする。それ以外であれば、ステップ１０１１で＃６気筒のNGカウンタをインクリメントする。

図１１に、前記ステップ９０６の詳細なフローチャートを示す。ステップ１１０１で点火気筒が＃１気筒であれば、ステップ１１０２で＃４気筒のNGカウンタをインクリメントする。ステップ１１０３で点火気筒が＃２気筒であれば、ステップ１１０４で＃５気筒のNGカウンタをインクリメントする。ステップ１１０５で点火気筒が＃３気筒であれば、ステップ１１０６で＃６気筒のNGカウンタをインクリメントする。ステップ１１０７で点火気筒が＃４気筒であれば、ステップ１１０８で＃１気筒のNGカウンタをインクリメントする。ステップ１１０９で点火気筒が＃５気筒であれば、ステップ１１１０で＃２気筒のNGカウンタをインクリメントする。それ以外であれば、ステップ１１１１で＃３気筒のNGカウンタをインクリメントする。

図１２は、前記ステップ９０８の詳細なフローチャートを示す。ステップ１２０１で＃１のNGカウンタが所定値より大であるかチェックする。ステップ１２０２で＃２のNGカウンタが所定値より大であるかチェックする。ステップ１２０３で＃３のNGカウンタが所定値より大であるかチェックする。ステップ１２０４で＃４のNGカウンタが所定値より大であるかチェックする。ステップ１２０５で＃５のNGカウンタが所定値より大であるかチェックする。ステップ１２０６で＃６のNGカウンタが所定値より大であるかチェックする。ステップ１２０１〜１２０６で、いずれかの条件が成立していれば、ステップ１２０７（９０９）でNGと判定する。ステップ１２０１〜１２０６の全条件が不成立であれば、ステップ１２０８（９１０）でＯＫと判定する。

以上が、本実施形態の診断フローチャートとなる。

上記診断フローチャートに従い、気筒間での空燃比のばらつきの程度ないし有無を診断できるか否かを確認した。試験結果を図１３〜１５に示す。図１３は、＃５気筒の燃料噴射量を４０％増量し、空燃比に気筒間ばらつきを起こした結果を示す。図より、＃５気筒のNGカウンタがカウントアップしている様子が判る（他気筒のNGカウンタはカウントアップしないため省略）。診断領域が成立し、点火カウンタが判定回数３００IGNに到達した時点で、判定を実施する。判定値を５０回に設定し、＃５気筒のNGカウンタが５０回より大であることから、NGフラグがセットされる。これより、NG状態と判定する。

図１４は、＃５気筒の燃料噴射量を２０％減量し、空燃比に気筒間ばらつきを起こした結果を示す。図より、＃５気筒のNGカウンタがカウントアップしている様子が判る（他気筒のNGカウンタはカウントアップしないため省略）。診断領域が成立し、点火カウンタが判定回数３００IGNに到達した時点で、判定を実施する。判定値を５０回に設定し、＃５気筒のNGカウンタが５０回より大であることから、NGフラグがセットされる。これより、NG状態と判定する。

図１５は、正常時の結果を示す。図より、＃５気筒のNGカウンタはカウントアップしていない様子が判る（他気筒のNGカウンタもカウントアップしていない）。診断領域が成立し、点火カウンタが判定回数３００IGNに到達した時点で、判定を実施する。判定値を５０回に設定し、＃５気筒のNGカウンタ（他気筒のNGカウンタも）が５０回以下であることから、ＯＫフラグがセットされる。これより、ＯＫ状態と判定する。

本実施形態では、０．５次パラメータの正、負両方で診断を実行する方式であるが、他の態様として、正のみ、又は負のみで診断を実行することも可能である。正側のみで診断する場合は、図８のステップ８０５が不要、図９のステップ９０５、９０６が不要、図１１が不要となる。負側のみで診断する場合は、図８のステップ８０４が不要、図９のステップ９０３、９０４が不要、図１０が不要となる。

以上より、気筒別に空燃比検出手段を持たないシステムにおいて、気筒間での空燃比のばらつきの程度ないし有無を的確に診断することができる。

さらに、気筒別に空燃比検出手段を持つシステムにおいても、検出結果の妥当性をチェックする上で、本方式によって、気筒間での空燃比のばらつきの検出精度を向上することができる。

また、本方式は、気筒間での空燃比のばらつきを、クランク軸が所定角度回転するに要する時間信号から、間接的に気筒間での空燃比のばらつきを検出する方式であるが、本方式の性質上、各気筒毎の出力のばらつきの他、可変動弁のバルブタイミングばらつき、リフト量ばらつき、圧縮比ばらつき等の程度ないし有無を診断するすることもできる。

特許請求の範囲における請求項２のクレーム対応図。本発明に係る診断制御装置の一実施形態をそれが適用された車載用内燃機関の一例と共に示す概略構成図。燃料噴射量を増減した場合の時間信号とその周波数スペクトルを示す図。０．５次成分抽出フィルタのボード線図。０．５次パラメータを示す図。時間信号と０．５次パラメータを示す図。本実施形態の診断手法の説明に供されるフローチャート。本実施形態の診断手法の説明に供されるフローチャート。本実施形態の診断手法の説明に供されるフローチャート。図９のステップ９０４の詳細を示すフローチャート。図９のステップ９０６の詳細を示すフローチャート。図９のステップ９０８の詳細を示すフローチャート。本発明の作用効果の確認のために行った試験結果（＃５気筒の燃料４０%増量時）を示す図。本発明の作用効果の確認のために行った試験結果（＃５気筒の燃料２０%増量時）を示す図。本発明の作用効果の確認のために行った試験結果（正常時）を示す図。

符号の説明

１０：診断制御装置、２０：内燃機関、１００：コントロールユニット、２００：エアークリーナ、２０１：点火装置、２０２：燃料噴射弁、２０３：クランク角センサ、２０４：エアフローセンサ、２０５：空燃比センサ、２０６：触媒、２０８：ディスクプレート、２０９：燃料タンク、２１０：燃料ポンプ、２１１：プレッシャーレギュレータ、２１２：燃料管、２１３：スロットル弁、２１４：気筒（＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６）、２１５：空燃比センサ。

Claims

各気筒毎に燃料噴射量を制御するとともに、気筒間での空燃比又は出力のばらつきの程度ないし有無を診断する内燃機関の診断制御装置であって、
各気筒毎にクランク軸が所定角度回転するに要した時間を計測し、この計測された所要時間に基づいて、各気筒毎にクランク軸２回転毎の回転変動成分である０．５次成分又はクランク軸１回転毎の回転変動成分である１．０次成分を抽出するとともに、各気筒毎に設定期間中、前記０．５次成分又は１．０次成分が設定範囲を逸脱した回数をカウントし、該カウント値が所定値を越えたとき、該当気筒の空燃比又は出力が異常であると診断することを特徴とする内燃機関の診断制御装置。
各気筒毎に燃料噴射量を制御するとともに、気筒間での空燃比又は出力のばらつきの程度ないし有無を診断する内燃機関の診断制御装置であって、
各気筒の出力もしくはそれに相関する物理量を計測ないし推定する出力計測推定手段と、
いずれの気筒がどの行程にあるかを判別する気筒判別手段と、
前記出力計測推定手段により計測推定された各気筒の出力もしくはそれに相関する物理量に基づいて、気筒間ばらつきパラメータを演算する気筒間ばらつきパラメータ演算手段と、
気筒間ばらつきカウンタの演算を許可するか否かを判定する気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段と、
前記気筒判別手段の判別結果、前記気筒間ばらつきパラメータ演算手段の演算結果、及び、前記気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段の判定結果に基づいて、気筒間ばらつきカウンタを演算する気筒間ばらつきカウンタ演算手段と、
前記気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段の判定結果に基づいて、気筒間ばらつき判定を許可するか否かを判断する気筒間ばらつき判定許可手段と、
前記気筒間ばらつきカウンタ演算手段の演算結果、及び、前記気筒間ばらつき判定許可手段の判断結果に基づいて、気筒間での空燃比又は出力のばらつきの程度ないし有無を検出ないし判定する気筒間ばらつき検出判定手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の診断制御装置。
前記出力計測推定手段は、前記出力に相関する物理量として、各気筒毎にクランク軸が所定角度回転するに要する時間を計測し、この計測された所要時間に基づいて各気筒の出力を推定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の診断制御装置。
前記気筒判別手段は、クランク軸及び／又はそれに同期して回転する回転部材の回転・位相を検出するセンサから得られる信号に基づいて、いずれの気筒が点火爆発行程にあるかを判別することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の診断制御装置。
前記気筒間ばらつきパラメータ演算手段は、前記出力計測推定手段により計測された前記所要時間に基づいて、クランク軸２回転毎の回転変動成分である０．５次成分を検出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の診断制御装置。
前記気筒間ばらつきパラメータ演算手段は、前記出力計測推定手段により計測された前記所要時間に基づいて、クランク軸１回転毎の回転変動成分である１．０次成分を検出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の診断制御装置。
前記気筒間ばらつきカウンタ演算手段は、前記０．５次成分の上限値及び下限値を設定するとともに、前記気筒判別手段の判別結果に従って、各気筒毎に前記０．５次成分が前記上限値を上回るか前記下限値を下回った回数をカウントすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の診断制御装置。
前記気筒間ばらつきカウンタ演算手段は、前記１．０次成分の上限値及び下限値を設定するとともに、前記気筒判別手段の判別結果に従って、各気筒毎に前記１．０次成分が前記上限値を上回るか前記下限値を下回った回数をカウントすることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の診断制御装置。
前記気筒間ばらつきカウンタ演算手段は、前記上限値及び前記下限値を、機関回転数及び負荷に基づいて設定することを特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関の診断制御装置。
前記気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段は、機関回転数が所定範囲内、負荷が所定範囲内、エンジン冷却水温が所定範囲内、車速が所定範囲内、吸気温度が所定範囲内、大気圧が所定値以上、バッテリ電圧が所定範囲内、非燃料カット状態、空燃比フィードバック制御中、空燃比補正係数が所定範囲内、キャニスタパージ量が所定値以下、外部電気負荷変動が発生していない、及び、用いられるセンサが故障していないとき、前記カウンタ演算を許可することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の診断制御装置。
前記気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段は、アイドル状態のときに前記カウンタ演算を許可することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の診断制御装置。
前記気筒間ばらつき判定許可手段は、前記気筒間ばらつきカウンタ演算許可判定手段が演算を許可している期間の、点火回数又は経過時間を計測することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の診断制御装置。
前記気筒間ばらつき検出判定手段は、前記点火回数が所定値に達したとき、又は前記経過時間が所定時間に達したとき、前記気筒間ばらつきカウンタ演算手段によりカウントされた気筒毎のカウント値が所定値より大きくなっている場合、その大きくなっている気筒の空燃比又は出力が異常であると判定することを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の診断制御装置。
各気筒毎に燃料噴射量を制御するとともに、気筒間でのバルブタイミング、バルブリフト量、及び圧縮比のうちの少なくとも一つのばらつきの程度ないし有無を診断する内燃機関の診断制御装置であって、
各気筒毎にクランク軸が所定角度回転するに要した時間を計測し、この計測された所要時間に基づいて、各気筒毎にクランク軸２回転毎の回転変動成分である０．５次成分又はクランク軸１回転毎の回転変動成分である１．０次成分を抽出するとともに、各気筒毎に設定期間中、前記０．５次成分又は１．０次成分が設定範囲を逸脱した回数をカウントし、該カウント値が所定値を越えたとき、該当気筒のバルブタイミング、バルブリフト量、及び圧縮比のうちの少なくとも一つが異常であると診断することを特徴とする内燃機関の診断制御装置。