JP5522058B2 - 内燃機関の故障診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の故障診断装置に関し、特に、各気筒の故障を検出する内燃機関の故障診断装置に関する。

内燃機関としてのディーゼルエンジンを搭載した車両においては、一般に気筒毎の燃料噴射制御が実行されている。ここで、各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴射特性には個体差があり、特にアイドル運転時など燃料噴射量の指令値が微小値となる場合には、気筒間の実燃料噴射量のばらつきが顕著となるため、気筒毎に燃料噴射制御を行う効果が減少する。そこで、アイドル運転時など特定の運転時に気筒間の燃料噴射量のばらつきに起因する回転速度の変動を学習検出し、学習結果に基づいて気筒間での実噴射量のばらつきを抑えるように、実噴射量に不足のある気筒の噴射量指令値を増量側に補正する噴射量補正が実行されている。

このような内燃機関において、気筒間のトルク差および噴射量補正に基づいて気筒に故障が発生しているか否かを判定する故障診断装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された従来の内燃機関の故障診断装置は、気筒間のトルク差を算出すると、このトルク差を解消するよう各気筒に対する噴射量指令値を補正するようになっている。そして、噴射量補正値が大きいにもかかわらず気筒間のトルク差が解消されない場合には、当該気筒を異常と検出するようになっている。

また、Ｎｅ信号パルスを回転信号として一定の角度周期で帯域フィルタ相当のフィルタ処理部に取り込むと共に、そのフィルタ処理部において各時点の回転変動成分のみを抽出した瞬時トルク相当値を算出し、その瞬時トルク相当値を積分処理部に取り込んで瞬時トルク相当値を各気筒の燃焼周期ごとの区間で積分することにより各気筒のトルク積算値である気筒別仕事量を気筒毎に算出して、算出した気筒別仕事量が閾値を下回っているか否かに応じて気筒の異常を判定するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２に記載された従来の内燃機関の故障診断装置は、Ｎｅ信号から検出される瞬時トルク相当値を用いて各気筒の仕事量を算出するので、気筒別仕事量を精度よく算出し、この仕事量が所定の閾値を下回っているならば、当該気筒に故障が発生していると判断するようになっている。また、内燃機関の故障診断装置は、各気筒における燃料噴射量のばらつきを補正する燃料噴射特性の学習が実行されていることを条件に故障の発生を判定するようになっているため、燃料噴射量のばらつきに起因した故障判定の誤診断を低減するようになっていた。

特開平２−２７７９４７号公報 特開２０１０−１４４５３３号公報

しかしながら、上述のような特許文献１および特許文献２に記載の従来の故障診断装置にあっては、ある燃料噴射弁の燃料噴射量が他の燃料噴射弁の燃料噴射量と比較して低下すると、当該気筒に対する燃料噴射量が増加するよう燃料噴射量に対する補正値が設定されるようになっている。そのため、燃料噴射弁の噴孔詰まりや開弁ひっかかりなど一時的な異常が発生した場合にも当該気筒に対し燃料噴射量を増加させるよう補正値が設定されるようになっている。ここで、当該気筒が正常な状態に戻ったとすると、暫くの間は燃料噴射量の補正値に異常発生中の補正値がなまし処理により反映し続けるため、補正値が増加の状態を継続する。したがって、当該気筒においては、実際に必要とされる燃料噴射量よりも過剰に燃料が供給され、仕事量が増加することになる。その結果、当該気筒以外の気筒の仕事量が相対的に低下することとなり、故障診断装置がこれらの気筒に故障が発生したと誤判定する可能性があった。特に、故障から復帰した気筒の仕事量が増加すると、当該気筒の次に燃焼周期を迎える気筒の仕事量が故障から復帰した気筒に対し相対的に低下するため、故障が発生していると誤判定する可能性が生じていた。そのため、各気筒に対する故障判定精度を高める必要が生じていた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、各気筒に対する故障判定精度を高めることができる内燃機関の故障診断装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の故障診断装置は、上記目的達成のため、（１）複数の気筒に対する燃料噴射量を独立に制御可能な内燃機関の故障診断装置において、前記内燃機関の出力軸の回転速度に基づいて前記複数の気筒の燃焼周期における仕事量を算出する仕事量算出手段と、前記仕事量算出手段により算出された仕事量が判定閾値未満となっている継続時間を計時する計時手段と、前記計時手段により計時された継続時間が所定継続時間以上となった気筒を異常と判定する故障判定手段と、を備え、前記故障判定手段は、いずれかの気筒が異常から正常に復帰したと判定した場合には、前記計時手段による計時を所定時間中断することを特徴とする。

この構成により、いずれかの気筒が異常から正常に復帰することに起因して、当該気筒以外の気筒における仕事量に変動が生じる可能性がある場合には、仕事量に基づく故障判定を中断するので、これらの気筒に異常が発生したと誤判定することを防止できる。したがって、気筒の異常を精度よく判定することができる。

また、上記（１）に記載の内燃機関の故障診断装置において、（２）前記故障判定手段は、前記内燃機関がアイドル運転中であることを条件に、前記計時手段により計時された継続時間が所定継続時間以上である気筒を異常と判定することを特徴とする。

この構成により、内燃機関のアイドル運転中にラフアイドルの原因となる気筒の異常を精度よく判定することができる。

また、上記（１）または（２）に記載の内燃機関の故障診断装置において、（３）前記内燃機関のアイドル運転中において、前記複数の気筒の燃焼行程における前記内燃機関の出力軸の瞬時最高回転速度をそれぞれ算出し、前記複数の気筒の瞬時最高回転速度が互いに等しくなるよう前記複数の気筒に対する燃料噴射量の補正値を設定する噴射量補正手段を備え、前記故障判定手段は、異常と判定した気筒が正常に復帰した後に前記補正値の変動が収束する時間よりも長い時間を前記所定時間として設定することを特徴とする。

この構成により、異常と判定された気筒が正常に復帰したことに起因して仕事量が変動する可能性が高い場合においても、このような状況下における仕事量を故障判定に用いないので、気筒の異常を精度よく判定することができる。

また、上記（１）から（３）に記載の内燃機関の故障診断装置において、（４）前記故障判定手段は、前記計時手段による計時を中断する場合に、前記計時手段により計時された継続時間をリセットすることを特徴とする。

この構成により、異常と判定された気筒が正常に復帰したことに起因して仕事量が変動する可能性が高い場合においても、このような状況下における仕事量を故障判定に用いないので、気筒の異常を精度よく判定することができる。

また、上記（１）から（４）に記載の内燃機関の故障診断装置において、（５）前記複数の気筒のうちのいずれかの気筒が前記故障判定手段により異常と判定された場合に、異常の発生を表示する表示手段を備えることを特徴とする。

この構成により、いずれかの気筒に異常が発生したことを表示できるので、運転者に気筒の異常発生を認識させることができる。

本発明によれば、各気筒に対する故障判定精度を高めることができる内燃機関の故障診断装置を提供できる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の故障診断装置を備えた燃料噴射システムを示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る仕事量算出工程を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る仕事量相当値を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る気筒間補正量の算出工程を説明するための図である。 故障診断制御処理を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係る故障診断制御処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る継続時間算出処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、構成について説明する。

本実施の形態に係る内燃機関の故障診断装置は、図１に示すように、多気筒の内燃機関において各気筒に独立して燃料を噴射する燃料噴射システムに装備されている。なお、本実施の形態においては、＃１気筒２ａ、＃２気筒２ｂ、＃３気筒２ｃおよび＃４気筒２ｄの４気筒を有するディーゼル機関により内燃機関としてのエンジン１が構成される場合について説明する。なお、以下の説明において各気筒の区別を必要としない場合には、気筒２として説明する。また、図１においては４つの気筒のうちの１つを気筒２として図示している。

この燃料噴射システムには、エンジン１で使用される燃料、例えば軽油を貯留する燃料タンク１１と、エンジン１から伝達される動力により燃料タンク１１中の燃料を汲み上げて吐出するフィードポンプ１２と、エンジン１から伝達される動力によりフィードポンプ１２から吐出された燃料をさらに高圧に加圧することができる加圧ポンプ１５と、調量指令信号入力に応じて開度を変化させる公知の可変絞り要素として構成されるとともにフィードポンプ１２と加圧ポンプ１５の間に介装され、加圧ポンプ１５への燃料の吸入量を当該調量指令信号入力に応じて変化させる調量弁１３と、加圧ポンプ１５により加圧され吐出された燃料を高圧で蓄圧・貯留可能なコモンレール１７と、エンジン１の複数の気筒２に対応して設けられた４つの電磁駆動式あるいは圧電駆動式のインジェクタ１８と、を備えている。

フィードポンプ１２は、歯車ポンプなど公知の低圧燃料ポンプにより構成されている。また、調量弁１３は、フィードポンプ１２からの燃料供給圧がその調量弁体の開弁方向に作用するようになっており、内部コイルへの非通電時には最大開度に開放され、一方、内部コイルへの通電時にはその通電量である調量指令信号入力に応じて開度を減じることができる可変絞り要素により構成されている。

なお、フィードポンプ１２と調量弁１３の間には、フィードポンプ１２から吐出された燃料のうち余剰の燃料を燃料タンク１１側に戻すことができる図示しないリリーフ弁が設けられている。

加圧ポンプ１５は、詳細な構造を図示しないが、ポンプハウジング内に、往復移動可能なプランジャと、このプランジャを駆動する入力軸としてのカムシャフト１５ａと、カムシャフト１５ａの内端側の偏心カム部分に回転自在に外装されたカムリングとを有する公知のポンプにより構成されており、ポンプハウジングとプランジャの間に、プランジャの往復移動によって燃料の吸入と加圧および吐出作業とを行う少なくとも１つの加圧室が画成されている。この加圧ポンプ１５は、図示しない吸入ポート側および吐出ポート側のチェック弁を内蔵しており、加圧ポンプ１５からフィードポンプ１２側への燃料の逆流が吸入ポート側の逆止弁により阻止されるとともに、コモンレール１７から加圧ポンプ１５側への燃料の逆流が吐出側のチェック弁により阻止されるようになっている。なお、加圧ポンプ１５は、フィードポンプ１２と一体となって燃料供給ポンプを構成するものであってもよい。

コモンレール１７は、加圧ポンプ１５により加圧され吐出された燃料を負荷やエンジン回転数に依存せずに高圧で蓄圧・貯留し、各インジェクタ１８に安定した圧力で燃料を供給する蓄圧手段として機能するようになっている。コモンレール１７には、その内部の燃料の圧力である実コモンレール圧を予め設定された上限値までに制限する図示しないリリーフ弁が装着されている。

複数のインジェクタ１８は、これらの駆動ユニットであるＥＤＵ（Electronic Distribution Unit）２０に配線接続された電磁弁部１８ａと、各気筒２の燃焼室３内に露出する噴孔を先端に有するとともに高圧配管１９を介してコモンレール１７に接続される燃料噴射部１８ｂとを有している。燃料噴射部１８ｂは、電磁弁部１８ａへの通電時に開弁駆動され、噴孔から気筒２内に燃料が噴射されるようになっている。

ＥＤＵ２０は、複数のインジェクタ１８の電磁弁部１８ａに対して例えば容量放電式の噴射駆動用電子配電を行う公知のユニットにより構成されており、ＥＤＵ２０は、エンジン１を電子制御する電子制御ユニット、すなわちＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０からの噴射指令信号に従って、複数のインジェクタ１８をそれぞれ対応する気筒２の噴射時期に独立して開弁駆動するようになっている。

ＥＣＵ３０は、具体的なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および不揮発性メモリ等のバックアップ用メモリを有している。ＥＣＵ３０は、さらに、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路と、ドライバやリレースイッチを含む出力インターフェース回路と、他の車載ＥＣＵ、例えば自動変速機を制御するトランスミッションＥＣＵ（以下、Ｔ−ＥＣＵという）との通信インターフェースなどを有している。

ＥＣＵ３０は、エンジン１の回転速度や負荷に応じた最適な噴射時期および噴射量を算出したり、調量弁１３の開度を調節してコモンレール１７内の燃料の圧力をエンジン１の運転状態に適した目標燃料圧力に追従させたりするための制御プログラム（以下、これらの制御プログラム全体を指して燃料噴射制御プログラムという）をＲＯＭに記憶している。そして、ＥＣＵ３０は、エンジン１の複数の気筒２のうち圧縮行程がほぼ完了した噴射時期の気筒２中に、メイン噴射に先立つ少なくとも１回のパイロット噴射およびメイン噴射を含む第１の噴射モードと、パイロット噴射が無くメイン噴射のみの第２の噴射モードと、メイン噴射の後にポスト噴射を実行する第３の噴射モードとのうち、任意の１つの噴射モードで燃料を噴射させるように噴射指令信号を生成するようになっている。

また、ＥＣＵ３０には、エンジン１を搭載した車両上でアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２１と、コモンレール１７に装着された燃料圧力センサ２２と、エンジン１のクランク軸５の回転速度を例えばカムシャフト１５ａに装着された磁性歯車式のパルサ２３ｂを用いて検出するクランク角センサ２３と、が接続されている。ＥＣＵ３０は、燃料圧力センサ２２の検知信号Ｐｃを取り込んで、コモンレール１７内の燃料の圧力、すなわち実コモンレール圧を検出するとともに、エンジン１の運転状態、例えばアクセル開度センサ２１およびクランク角センサ２３の検知信号に応じて目標コモンレール圧を設定する。そして、ＥＣＵ３０は、目標コモンレール圧と実コモンレール圧とを比較して、コモンレール１７内の実コモンレール圧が目標コモンレール圧と一致するように調量弁１３の開度を調節するようになっている。

ＥＣＵ３０には、さらに、車速を検出する車速センサ２４や冷却水温度を検出する水温センサ２５等のセンサ群と、図示しない変速機のニュートラルポジションインジケータを点灯させるニュートラルスイッチ２６や車載空調装置の電源を投入するエアコンスイッチ２７等のスイッチ類が接続されている。

このＥＣＵ３０は、前記センサ群の検出情報や前記スイッチ類の予めバックアップ用メモリに格納されている設定値情報に基づいて、例えばクランク角センサ２３からのパルス信号をエンジン１の回転速度信号および圧縮行程から燃焼行程に移行する気筒を判別可能な気筒判別信号として取り込むとともにアクセル開度信号を取り込んで、エンジン１の運転時におけるコモンレール１７の目標レール圧を設定するとともに、エンジン１の運転状態に応じた噴射時期および燃料噴射量を算出するようになっている。なお、気筒判別信号は、例えばパルサ２３ｂの欠歯位置に対応する欠歯信号あるいはクランク軸５に装着された気筒判別用突起の検出信号、あるいは吸気カムシャフトや排気カムシャフトの回転角度を表す検出信号でもよい。そして、ＥＣＵ３０は、算出した噴射時期および燃料噴射量に応じて調量弁１３に開度調整信号Ｉｖ（図１参照）を出力したり、インジェクタ１８の電磁弁部１８ａに噴射指令信号Ｉｑを適時に出力するようになっている。

また、故障診断装置を構成するＥＣＵ３０は、クランク角センサ２３と協働しエンジン１のクランク軸５の回転速度を予め設定された検出単位角度、例えば１０度毎に検出する回転速度検出手段としての機能を発揮するのに加えて、後述する条件判定部３１、仕事量相当値算出部３２、補正量算出部３４、ラフアイドル判定部３５および異常気筒検出部３６の各機能を発揮するためのプログラムおよびマップ、設定値情報等を有している。

具体的には、条件判定部３１は、気筒２毎の燃料噴射量の算出に際して予め設定されたラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立するか否かを判定する前提条件判定手段となっている。ここにいうラフアイドル異常検出処理の前提条件とは、イグニッションＯＮ、エンジン１の始動から一定時間が経過したアイドル安定状態、例えばアクセル開度が０［％］で、エンジン１の後段に位置する自動変速機がニュートラル状態であることを示すニュートラルスイッチ２６がＯＮであり、かつ、噴射量学習処理が可能な冷却水温レベルに達し、いわゆるアイドルアップ運転中でなく、補機負荷の切り替えであるエアコンスイッチ２７の切り替えがなく、車速が０［ｋｍ／ｈ］で、これらの条件の検出に関わるセンサ群に異常がない状態であることである。なお、前提条件として、さらに、エンジン１のパイロット噴射回数の切り替え（例えばパイロット噴射２回、１回、パイロット噴射無し、ポスト噴射有りといった複数の噴射パターンのうち任意の噴射パターンへの切り替え）等のような燃焼変動を惹起する処理がなされていない安定したアイドル運転状態であることが含まれていてもよい。

仕事量相当値算出部３２は、一定噴射量以上となる運転状態ではクランク角センサ２３からの回転速度信号（以下、回転速度Ｎｅという）を各気筒２の燃焼周期に応じて帯域フィルタ相当の内蔵のフィルタ処理部に取り込むとともに、そのフィルタ処理部において各時点の回転変動成分のみを抽出した瞬時トルク相当値を算出し、その瞬時トルク相当値を積分処理部に取り込んで各気筒２の燃焼周期毎の区間で積分することにより各気筒２のトルク積算値である仕事量相当値を各気筒２毎に算出するようになっている。積分処理部における積分区間は、各気筒２の燃焼周期に応じて、例えばＢＴＤＣ９０°からＡＴＤＣ９０°までの１８０°ＣＡの範囲に設定されている。なお、ＢＴＤＣは上死点前、ＡＴＤＣは上死点後であり、ＣＡはクランク回転角度［度］である。したがって、仕事量相当値算出部３２は、仕事量算出手段を構成している。

具体的には、図２に示すように、仕事量相当値算出部３２は、回転速度Ｎｅをクランク角センサ２３の出力パルスの周期、例えば１０°ＣＡ毎にサンプリングし、単位角度回転に要する単位角度回転時間である１０°ＣＡ時間を算出する。そして、仕事量相当値算出部３２は、１０°ＣＡ時間に対し欠け歯補正を行う。欠け歯補正は、例えば、欠け歯部分の近傍においてサンプリングされた値から得られる波形と、欠け歯部分より１８０°ＣＡ前の近傍においてサンプリングされた値から得られる波形とを比較し、欠け歯部分の近傍の波形を、欠け歯部分より１８０°ＣＡ前の近傍においてサンプリングされた値から得られる波形に近づけるよう３６０°ＣＡごとに補正するようになっている。

仕事量相当値算出部３２は、補正された波形を３０°ＣＡ時間ごとに瞬時エンジン回転数に変換する。すなわち瞬時Ｎｅを算出する。

また、仕事量相当値算出部３２は、次式（１）を離散化した伝達関数を有する内蔵のフィルタ処理部においてフィルタ処理を実行し、クランク回転速度の回転変動周波数領域から外れる高周波成分と低周波成分を除去した各時点の回転変動成分である瞬時トルク相当値Ｎｅｆｌｔを算出するようになっている。

なお、（１）式中で、ζは、減衰係数、ωは、エンジン１の燃焼周波数に対応する応答周波数、ｓは、ラプラス演算子である。また、燃焼周波数は、４サイクルのエンジン１の燃焼周期（燃焼角度周期７２０°ＣＡ／気筒数ｎに対応する時間）の逆数から設定される。以下の説明では、燃焼角度周期が１８０°ＣＡであるものとして説明する。

図３に示すように、仕事量相当値算出部３２の積分処理部では、回転速度Ｎｅ（実線５１）から上述のように瞬時トルク値Ｎｅｆｌｔ（破線５２）を算出すると、３０°ＣＡ毎の周期で瞬時トルク値Ｎｅｆｌｔを取り込み、各気筒２の燃焼周期相当の一定周期毎の１８０°ＣＡ区間で積分することにより、気筒２毎の瞬時トルク値の積算値である略気筒別の仕事量Ｗ（＃１）〜Ｗ（＃４）を算出するようになっている。なお、＃１〜＃４は気筒番号であり、エンジン１の燃焼は＃１、＃３、＃４、＃２の順序で繰り返される。また、気筒の区別をしない場合には、＃ｋとして説明する。

また、仕事量相当値算出部３２は、算出した仕事量Ｗ（＃１）〜Ｗ（＃４）に基づいて基準となる仕事量平均値Ｗｎｏｍｉｎａｌを設定し、気筒別の仕事量Ｗ（＃１）〜Ｗ（＃４）と仕事量平均値Ｗｎｏｍｉｎａｌとの差を各気筒２における仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃１）〜Ｓｎｅｆｌｔ（＃４）として算出するようになっている。ここで、仕事量相当値算出部３２により算出された仕事量Ｗ（＃１）〜Ｗ（＃４）は、各気筒２の実燃料噴射量にばらつきが無い場合においても、ねじり振動などに起因して値が変化する。そのため、仕事量相当値算出部３２は、回転速度Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑに基づいて各気筒２に対する仕事量平均値Ｗｎｏｍｉｎａｌを補正するようにしてもよい。この場合、回転速度Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑと補正値との対応は、予め実験的な測定により求められており、ＲＯＭに記憶されている。

異常気筒検出部３６は、仕事量相当値算出部３２により算出された気筒２毎の仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃１）〜Ｓｎｅｆｌｔ（＃４）を、判定閾値ｔｈ１と比較して、仕事量相当値が判定閾値ｔｈ１を下回る場合には、その気筒２において故障が発生していると判定するとともに、異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃ｋ）をＯＮにするようになっている。なお、後述するように、特定の条件下においては、気筒２において故障が発生していないにもかかわらず、仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔが判定閾値ｔｈ１を下回る場合がある。そこで、本実施の形態においては、このような条件下であっても、異常気筒検出部３６が気筒２に故障が発生していると誤判定することを防止するようになっている。

補正量算出部３４は、エンジン１のアイドル時における振動抑制のために、各気筒２の燃焼行程における瞬時最高回転速度の差が縮まるよう、気筒２毎の燃料噴射量Ｑを補正するようになっている。この補正量算出部３４は、上述した仕事量相当値算出部３２と同様に、回転速度Ｎｅをクランク角センサ２３の出力パルスの周期、すなわち１０°ＣＡ毎にサンプリングし、欠け歯補正により補正された１０°ＣＡ時間を算出する。また、補正量算出部３４は、算出された１０°ＣＡ時間に基づいて、１０°ＣＡごとあるいはその２倍または３倍の周期で瞬時Ｎｅに変換する。

そして、補正量算出部３４は、図４に示すように、瞬時Ｎｅの波形から各気筒２における瞬時最高回転速度Ｎｅｍａｘ（＃１）〜Ｎｅｍａｘ（＃４）を算出し、燃焼行程が前後する気筒２の瞬時最高回転速度の差分、すなわち回転偏差を算出する。補正量算出部３４は、直前に燃焼行程を迎えた気筒の瞬時最高回転速度Ｎｅｍａｘ（＃ｋ）に対し今回燃焼行程を迎えた気筒の瞬時最高回転速度Ｎｅｍａｘ（＃ｋ＋１）が大きければ、今回燃焼行程を迎えた気筒に対する気筒間補正量ＱＣＹをマイナスにし、直前に燃焼行程を迎えた気筒の瞬時最高回転速度Ｎｅｍａｘ（＃ｋ）に対し今回燃焼行程を迎えた気筒の瞬時最高回転速度Ｎｅｍａｘ（＃ｋ＋１）が小さければ、燃料噴射量Ｑに対する気筒間補正量ＱＣＹをプラスにする。

このとき、補正量算出部３４は、すべての気筒２に対する気筒間補正量ＱＣＹの平均値が０の近傍になるよう調整するようになっている。

また、補正量算出部３４は、各燃料噴射の値が急激に変動することを防止するため、今回の燃料噴射より前の噴射量補正値と今回算出された噴射量補正値との平均値をとり、この平均値の値を次回の燃料噴射量に対する気筒間補正量ＱＣＹとする、いわゆるなまし処理を実行するようになっている。

ここで、例えば＃１気筒２ａにおいて、燃料噴射部１８ｂの噴孔詰まりや開弁ひっかかりなどの故障が発生し、一時的に実燃料噴射量が低下したと仮定する。この場合、異常気筒検出部３６は、仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃１）が判定閾値ｔｈ１を下回り、後述する異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃１）が所定値以上となったと判断すると、異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃１）をＯＮにする。一方、実燃料噴射量の低下に起因して瞬時最高回転速度Ｎｅｍａｘ（＃１）が低下するため、＃１気筒２ａは、直前に燃焼行程を迎える＃２気筒２ｂに対し回転偏差がマイナスの値となる。そのため、補正量算出部３４は、燃料噴射量Ｑ（＃１）に対する気筒間補正量ＱＣＹ（＃１）を増加させる。

同時に、補正量算出部３４は、＃１気筒２ａの次に燃焼行程を迎える＃３気筒２ｃの回転偏差が、＃１気筒２ａに対しプラスの値となるため、＃３気筒２ｃに対する気筒間補正量ＱＣＹ（＃３）をマイナスの値とする。

その後＃１気筒２ａにおける噴孔詰まりや開弁ひっかかりが解消し正常状態に復帰したとする。このとき、異常気筒検出部３６は、異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃１）をＯＮからＯＦＦに切り替えるものの、気筒間補正量ＱＣＹ（＃１）は、なまし処理の効果により暫くは増加された状態となるため、＃１気筒２ａは燃料を過剰に噴射することになり、仕事量Ｗ（＃１）が増加し、これに伴い仕事量平均値Ｗｎｏｍｉｎａｌも増加する。一方、気筒間補正量ＱＣＹ（＃３）は、なまし処理の効果により暫くはマイナスの値が継続するため、仕事量Ｗ（＃３）が仕事量平均値Ｗｎｏｍｉｎａｌよりも低い値となり、仕事量Ｗ（＃３）と仕事量平均値Ｗｎｏｍｉｎａｌとの差により表される仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃３）が判定閾値ｔｈ１よりも小さくなる。

そのため、従来の故障診断装置においては、＃３気筒２ｃが正常であるにもかかわらず、仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃３）が判定閾値ｔｈ１よりも小さくなったことにより、＃３気筒２ｃに故障が発生したと誤検出するようになっていた。

図５は、このような誤検出の原因を説明するための図であり、時刻Ｔ１において＃１気筒２ａに噴孔詰まりが発生したとする。この場合、仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃１）がマイナスの値に低下するとともに、瞬時最高回転速度Ｎｅｍａｘ（＃１）を増加させるために気筒間補正量ＱＣＹ（＃１）がプラスの値となる。なお、図５においては、噴孔詰まりが発生しているため、気筒間補正量ＱＣＹ（＃１）の増加にかかわらず、仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃１）はマイナスの値となっている。

そして、異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃１）が所定値以上となる時刻Ｔ２において、異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃１）がＯＮとなり、ＯＢＤに＃１気筒１ａが異常である旨が記録される。

その後、時刻Ｔ３において、＃１気筒２ａに発生していた噴孔詰まりが解消したとする。このとき、気筒間補正量ＱＣＹ（＃１）はなまし処理によりプラスの値を取り続けているため、仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃１）もプラスの値になっている。

一方、気筒間補正量ＱＣＹ（＃３）は、＃１気筒２ａに噴孔詰まりが発生したＴ１〜Ｔ２において、＃１気筒２ａと＃３気筒２ｃとの回転偏差が小さくなるようマイナスの値を取っている。そのため、時刻Ｔ３において、＃１気筒２ａに発生していた噴孔詰まりが解消した後も、暫くはマイナスの値を取り続ける。したがって、＃３気筒２ｃにおける仕事量Ｗ（＃３）は、仕事量平均値Ｗｎｏｍｉｎａｌと比較して小さくなり仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃３）がマイナスの値となる。このため、従来の故障診断装置においては、時刻Ｔ４において異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃３）が所定値以上となり、＃３気筒２ｃが故障していないにもかかわらず異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃１）がＯＮとなっていた。

これに対し、本実施の形態においては、異常気筒検出部が、＃１気筒２ａに対する異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃１）がＯＮからＯＦＦに変化したことを条件に、各気筒２に対する正常復帰後の継続時間Ｔｘｒ（＃ｋ）を積算し、この正常復帰後の継続時間Ｔｘｒ（＃ｋ）が所定値以上となった場合に異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）の積算を実行するようになっている。この所定値は、いずれかの気筒２が故障から復帰してから、当該気筒以外の気筒に対する気筒間補正量ＱＣＹの値が収束することにより仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃ｋ）も収束するまでに必要となる時間より長い時間として設定されている。本実施の形態においては、この所定値は３秒に設定されており、図５におけるＴ３からＴ５までの時間に相当する。ここで、収束とは、気筒間補正量ＱＣＹの値が、いずれの気筒２においても故障が発生しなかった場合に本来設定されていた気筒間補正量ＱＣＹの値に一致したことあるいは誤検出が発生し得ない値に近づいたことを意味する。

これにより、本実施の形態に係る故障診断装置は、故障が発生していた気筒が復帰したことに起因して、当該気筒の次に燃焼行程を迎える気筒に対する異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）の積算が停止されるので、気筒２に対する故障の誤検出が発生することを防止するようになっている。

また、異常気筒検出部３６は、正常復帰後の継続時間Ｔｘｒ（＃ｋ）が３秒以上となった場合、異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）を積算するようになっており、本発明に係る計時手段を構成する。そして、異常気筒検出部３６は、異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）が所定値以上となった場合に、異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃ｋ）をＯＮにするようになっており、本発明に係る故障判定手段を構成する。

また、ラフアイドル判定部３５は、異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃ｋ）がＯＮになると、この気筒２にラフアイドルの原因となる異常が発生していると判定し、ラフアイドル異常検出フラグをＯＮにする。そして、ラフアイドル判定部３５は、ラフアイドルの異常を表す信号をＯＢＤにより表示させるようになっている。なお、ラフアイドル判定部３５は、ラフアイドルの異常を表す信号をオフボードの故障診断ツールに表示させるようにしてもよい。

次に、本実施の形態に係る故障診断制御処理について図６および図７を参照して説明する。

なお、以下の処理は、ＥＣＵ３０を構成するＣＰＵによって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵによって処理可能なプログラムを実現する。

図６に示すように、まず、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ２３から入力される回転速度信号に基づいて各気筒２に対する仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃１）〜Ｓｎｅｆｌｔ（＃４）を上述した方法により算出する（ステップＳ１）。

次に、ＥＣＵ３０は、ラフアイドル異常検出処理を行うための前提条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２）。前提条件としては、上述したように、イグニッションＯＮ、エンジン始動後、ニュートラルスイッチＯＮ、アクセル開度が全閉状態、車速が０、電気負荷の変化時ではない、シフト位置の切替時でない、などの条件があげられる。

ＥＣＵ３０は、前提条件が成立していると判定した場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、ステップＳ３に移行する。一方、前提条件が成立していないと判定した場合には（ステップＳ２でＮＯ）、ステップＳ７に移行する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１において算出した各気筒２に対する仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃ｋ）と判定閾値ｔｈ１とをそれぞれ比較し（ステップＳ３）、いずれかの気筒２における仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃ｋ）が判定閾値ｈ１未満であると判定した場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ４に移行する。一方、すべての気筒２に対する仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃ｋ）が判定閾値ｔｈ１以上であると判定した場合には（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ７に移行する。

次に、ＥＣＵ３０は、正常復帰後の継続時間算出処理を実行し（ステップＳ４）、今回より前の処理において異常と判定されていた気筒２が正常に復帰してから経過した時間、すなわち正常復帰後の継続時間Ｔｘｒ（ｋ）を算出する。

ＥＣＵ３０は、図７に示すように、この正常復帰後の継続時間算出処理において、まず異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃ｋ）がＯＮからＯＦＦに変化したか否かをそれぞれの気筒２について判定する（ステップＳ２１）。ＥＣＵ３０は、いずれかの異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃ｋ）がＯＮからＯＦＦに変化したと判定した場合には（ステップＳ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２２に移行し、当該異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃ｋ）に対応する気筒２に対し、正常復帰後継続時間Ｔｘｒ（＃ｋ）をクリアする。

一方、ＥＣＵ３０は、異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃ｋ）がＯＮからＯＦＦに変化していない、すなわち正常に復帰した状態が継続していると判定した場合には（ステップＳ２１でＮＯ）、ステップＳ２３に移行し、正常復帰後継続時間Ｔｘｒ（＃ｋ）を積算する。

図６に戻り、ＥＣＵ３０は、正常復帰後継続時間Ｔｘｒ（＃ｋ）が所定値以上となったか否かを判定する（ステップＳ５）。なお、本実施の形態においては、ＥＣＵ３０は正常復帰後継続時間Ｔｘｒ（＃ｋ−１）が３秒以上になったか否かを判定するようになっている。

ＥＣＵ３０は、正常復帰後継続時間Ｔｘｒ（＃ｋ−１）が３秒以上になったと判定すると（ステップＳ５においてＹＥＳ）、異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）の積算を行い（ステップＳ６）、ステップＳ９に移行する。

一方、ＥＣＵ３０は、正常復帰後継続時間Ｔｘｒ（＃ｋ−１）が３秒未満であると判定すると（ステップＳ５においてＮＯ）、ステップＳ７に移行し、異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）をクリアする。そして、ラフアイドル異常検出フラグをＯＦＦにする（ステップＳ８）。

ステップＳ９に移行した場合、ＥＣＵ３０は、異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）が所定値以上となったか否かを判定する。なお、本実施の形態においては、ＥＣＵ３０は異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）が２秒以上になったか否かを判定するようになっている。

ＥＣＵ３０は、異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）が２秒以上になったと判定すると（ステップＳ９でＹＥＳ）、異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃ｋ）をＯＮにする（ステップＳ１０）。そして、ラフアイドル異常検出フラグをＯＮにし（ステップＳ１２）、ステップＳ１３に移行する。

一方、ＥＣＵ３０は、異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）が２秒に達していないと判断した場合には（ステップＳ９でＮＯ）、ステップＳ１１に移行し、異常気筒フラグｅｘｄｃｙｌ（＃ｋ）をＯＦＦにするとともに（ステップＳ１１）、ラフアイドル異常検出フラグをＯＦＦにする（ステップＳ８）。

ステップＳ１３に移行した場合、ＥＣＵ３０は、ラフアイドル異常検出フラグがＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ＥＣＵ３０は、ラフアイドル異常検出フラグがＯＮであると判定した場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４に移行し、ラフアイドル異常を通告する。

一方、ＥＣＵ３０は、ラフアイドル異常検出フラグがＯＦＦであると判定した場合には、（ステップＳ１３でＮＯ）、ステップＳ１５に移行し、ラフアイドル正常を通告する。

以上のように、本発明の実施の形態に係る内燃機関の故障診断装置は、いずれかの気筒２が異常から正常に復帰することに起因して、当該気筒２以外の気筒２における仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃ｋ）に変動が生じる可能性がある場合には、仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ（＃ｋ）に基づく故障判定を中断するので、これらの気筒２に異常が発生したと誤判定することを防止できる。したがって、気筒２の異常を精度よく判定することができる。

また、エンジン１がアイドル運転中であることを条件に異常継続時間カウンタｅｃｒｈｉｄｌ（＃ｋ）が所定継続時間以上である気筒２を異常と判定するので、エンジン１のアイドル運転中にラフアイドルの原因となる気筒２の異常を精度よく判定することができる。

また、いずれかの気筒２に異常が発生したことを表示できるので、運転者に気筒２の異常発生を認識させることができる。

なお、以上の説明においては、エンジン１が４気筒のディーゼルエンジンにより構成される場合について説明した。しかしながら、エンジン１は、４気筒以外の複数の気筒を有していてもよく、また、各気筒に独立して燃料を噴射可能であれば、ガソリンエンジンにより構成されていてもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関の故障診断装置は、各気筒に対する故障判定精度を高めることができるという効果を奏するものであり、各気筒の故障を検出する内燃機関の故障診断装置に有用である。

１ エンジン
２ 気筒
３ 燃焼室
４ 変速機構
５ クランク軸
１８ インジェクタ
１８ａ 電磁弁部
１８ｂ 燃料噴射部
１９ 高圧配管
２０ ＥＤＵ
２１ アクセル開度センサ
２２ 燃料圧力センサ
２３ クランク角センサ
２３ｂ パルサ
２４ 車速センサ
３０ ＥＣＵ
３１ 条件判定部
３２ 仕事量相当値算出部
３４ 補正量算出部
３５ ラフアイドル判定部
３６ 異常気筒検出部

Claims (5)

1. 複数の気筒に対する燃料噴射量を独立に制御可能な内燃機関の故障診断装置において、
   前記内燃機関の出力軸の回転速度に基づいて前記複数の気筒の燃焼周期における仕事量を算出する仕事量算出手段と、
   前記仕事量算出手段により算出された仕事量が判定閾値未満となっている継続時間を計時する計時手段と、
   前記計時手段により計時された継続時間が所定継続時間以上となった気筒を異常と判定する故障判定手段と、を備え、
   前記故障判定手段は、いずれかの気筒が異常から正常に復帰したと判定した場合には、前記計時手段による計時を所定時間中断することを特徴とする内燃機関の故障診断装置。
2. 前記故障判定手段は、前記内燃機関がアイドル運転中であることを条件に、前記計時手段により計時された継続時間が所定継続時間以上である気筒を異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の故障診断装置。
3. 前記内燃機関のアイドル運転中において、前記複数の気筒の燃焼行程における前記内燃機関の出力軸の瞬時最高回転速度をそれぞれ算出し、前記複数の気筒の瞬時最高回転速度が互いに等しくなるよう前記複数の気筒に対する燃料噴射量の補正値を設定する噴射量補正手段を備え、
   前記故障判定手段は、異常と判定した気筒が正常に復帰した後に前記補正値の変動が収束する時間よりも長い時間を前記所定時間として設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の故障診断装置。
4. 前記故障判定手段は、前記計時手段による計時を中断する場合に、前記計時手段により計時された継続時間をリセットすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の故障診断装置。
5. 前記複数の気筒のうちのいずれかの気筒が前記故障判定手段により異常と判定された場合に、異常の発生を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の故障診断装置。

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