JPH0454262A - 内燃機関の故障診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジンの燃焼不良等の故障を判矩する内燃
機関の故障診断装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、エンジンの動作状態を監視するために、昇圧コイ
ルの一次側電圧を検出して、その電圧が発生している場
合はエンジンが正常に動作していると判断している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この方法は推定に過ぎず、エンジンが確
実に燃焼しているか否かを判断するものではないという
課題があった。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するためにこの発明は、内燃機関
の筒内圧変化を検出する筒内圧変化検出手段と、前記筒
内圧変化検出手段から出力された出力信号を微分する微
分手段と、前記微分手段の出力信号変化量が所定値以下
の場合に内燃機関が故障であると判断する判断手段とを
備えたものである。

［作用］ 筒内圧変化検出手段で内燃機間の筒内圧変化を検出し、
微分手段で筒内圧変化検出手段から出力された出力信号
を微分し、微分手段の出力信号変化量が所定値以下の場
合に判断手段によって内燃機関が故障であると判断する
。

［実施例］ 第１図は本発明の構成要素を示すブロック図であり、Ｍ
ｌはエンジン、Ｍ２はクランク角を検出するクランク角
検出手段であり、クランク角の基準位置毎および単位角
度毎のパルスを出力するようになっている０Ｍ３はシリ
ンダ内の圧力を検出する圧力検出手段、Ｍ４は故障診断
手段であり、前記クランク角検出手段Ｍ２によって与え
られる所定クランク位置での圧力を圧力検出手段Ｍ３に
よって計測し、所定の手順にしたがって実際の点火時期
を検出し、点火系の故障判断を行うようになっている。

次に本発明の一実施例を第３図に示す、図において１は
＃１〜＃４の気筒２〜５を有するエンジン、６〜９は各
気筒２〜５の圧力を検出する圧力センサであり、シリン
ダ内の圧力変化に対応して点火を発生する圧電素子や、
圧力を半導体ダイヤフラムに導き、抵抗値の変化として
検出する半導体圧力センサを用いることができる。

１０はエンジン１のクランク軸に接続され、例えばクラ
ンク角の基準位置毎（１８０度ないし７２０度毎）に基
準位置パルスを出力し、また基準角度毎（例えば１度毎
）に単位角パルスを出力し、圧力検出のタイミングを決
定するクランク角センサである。３０は圧力センサ６〜
９およびクランク角センサ１０の出力を受け、筒内圧を
計測する筒内圧計測部で、圧力センサ６〜９の出力を電
圧値に変換するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１２〜１５
、クランク角センサ１０の出力を入力とするタイミング
インターフェイス１６、Ａ／Ｄ変換器２７、メモリ２８
を有するシングルチップマイクロコンピュータ（以下、
マイコンと称する）２６と、このマイコン２６の制御指
令にしたがってインターフェイス１２〜１５の出力を選
択して切換え、Ａ／Ｄ変換器に伝達するマルチプレクサ
２９によって構成されている。

この構成において、圧力センサ６〜９の出力はインター
フェイス１２〜１５を介してマルチプレクサ２９に入力
され、ここで信号が選択されてマイコン２６に入力され
る。第４図（ａ）〜（Ｃ）に４ストローク４気筒エンジ
ンのクランク角に対する各気筒２〜５の圧力変化と各部
の波形を示す。

同図（ａ）において実線はエンジン１の第１気筒＃ｌの
圧力波形であり、ＢＤＣは下死点、ＴＤＣは上死点であ
る。破線は第３気筒＃３、−点鎖線は第２気筒＃２．２
点鎖線は第４気筒＃４の各圧力波形である。同図に示す
ように４気筒エンジンでは各気筒の燃焼サイクルはクラ
ンク角１８０度の位相差を持っている。なお、気筒＃２
〜＃４の圧力波形は圧縮と爆発工程のみを記入し、吸入
、排気の工程は省略した。

クランク角センサ１０は第４図（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに、７２０度間隔で各気筒識別信号を出力するととも
に、１度間隔にクランク各信号を出力し、これらの信号
はインターフェイス１６を介してマイコン２６に入力さ
れる。これに応じてマルチプレクサ２９によって選択さ
れた圧力信号はＡ／Ｄ変換器２７によって所定クランク
角においてＡ／Ｄ変換され、メモリ２８に記憶される。

次に実際の点火時期を検出する具体的方法について説明
する。第２図は圧縮センサ６〜９の出力をクランク角信
号発生毎にＡ／Ｄ変換して得られた第１気筒＃１の筒内
圧波形Ｐ（θ）の微分波形ｄＰ／ｄθを示したものであ
り、図において点線が筒内圧波形Ｐ（θ）の圧力波形、
実線がその微分波形ｄＰ／ｄθ（以下、ｄＰ／ｄθと称
する）である、　ｄＰ／ｄθの値は次式で求められる。

ｄＰ／ｄθ＝ＰＡｏ＋ｓ＋　　ＰＡｏｔａ−ｔ＋　　・
・・・・１１１この式は所定クランク角毎に得られた圧
力値ＰＡＤ（Ｉｌｌと前回のＡ／Ｄ変換で得られた圧力
値ＰＡＤＩＩ＋−１＋との差を求める式である。また、
エンジンの運転状態によってＰ（θ）の圧縮工程および
爆発工程の傾が変化するために、ｄＰ／ｄθの絶対値は
変化する９図のＰ（θ）のＡ点において、圧縮された混
合気に点火されるために、Ｐ（θ）の傾が急増する。こ
の結果、ｄＰ／ｄθのＢ点を得ることにより、実際の点
火時期を知ることができる。

前述したように、ｄＰ／ｄθの絶対値はエンジンの運転
状態によって変化するため、第５図に示したようにＢ点
を検出するためには、第１に所定クランク角毎に、例え
ば１度毎に得られるｄＰ／Ｄθ、１の値αと、前回のｄ
Ｐ／ｄθ（＋ａ−１＋の値βとの差であるΔｄＰ／ｄθ
の値γをγ−α−βで求める。この式のγの値が所定値
以上となる点、すなわち点火によってＰ（θ）の傾が急
増するＢ点を検出することによって、実際の点火時期を
検出する。

実際の点火時期を検出することによって、エンジンコン
トロールユニットによって決定された点火時期と比較し
て点火系の故障診断を行う。

次に計測タイミングについて説明する。圧縮された混合
気に点火されるポイントは第２図に記号イで示す圧縮工
程２７０度地点炉ら、爆発工程４５０度地点炉での１８
０度範囲内に必ず含まれるため、この範囲内の筒内圧力
をクランク角信号発生毎にＡ／Ｄ変換を実行することと
し、第４図（ｂ）に示す気筒識別信号によって第１気筒
吸気工程のＴＤＣを検出し、第４１１ｇ（Ｃ）のクラン
ク角信号でクランク角を判断する。そしてクランク角信
号が入力するとカウントアツプするクランク角カウンタ
ＣＣＡを第４図（ｂ）の気筒識別信号によってリセット
し、その後にクランク角信号でカウントアツプが行われ
、そのカウンタＣＣＡの値によって（ａ）記号イで示し
た範囲の区別を各気筒毎に行い、順次点火を検出する。

第６図、第７図は各気筒の点火時期を検出するためのフ
ローチャートでありる。第６図はメインルーチンであり
、計測開始時点のステップ１００では点火時期を記憶す
るメモリをリセットすると共に、所定クランク角をカウ
ントするカウンタをクリアする。次にステップ１０１で
は第４図（ｂ）に示すクランク角センサｌＯの気筒識別
信号が立ち上がるのを待機する。ここで気筒識別信号が
立ち上がると、ステップ１０２に移り、マイコン２６は
マルチプレクサ２９によって第４気筒＃４をＡ／Ｄ変換
器に接続すると共に、圧力を計測するクランク角計測用
カウンタの比較値ＣＭＡＸに９０をセットする０次いで
ステップ１０３に移る。

ステップ１０３は第６図のメインルーチンから呼び出さ
れるサブルーチンであり、処理内容を第７図に示す、な
お、クランク角センサ１０の角度信号はインターフェイ
ス１６を介してマイコン２６に伝達され、プログラム処
理中に割り込み信号として与えられ、ステップ１０１で
用いられる。

第７図のステップＳＯでは点火位置点Ｂが検出できなか
った場合に、失火とみなして、失火フラグをセットし、
次にステップＳ１では第４図（ｃ）に示すクランク角パ
ルスの立ち上がり毎にカウンタＣＣＡがインクリメント
される。ステップＳ２では第６図のメインルーチンで与
えられたカウンタの比較最大値ＣＭＡＸと、ステップＳ
１のＣＣＡの値とを比較し、一致しなければステップＳ
３においてＡ／Ｄ変換をスタートさせ、圧力を計測する
。

ステップＳ４では前記Ａ／Ｄ変換の終了を待機し、終了
するとステップＳ７へ移行する。ステップＳ７およびＳ
１０ではＡ／Ｄ変換によって得られた今回の値ＰＡＤ（
ＩＩ）と、前回の値Ｐ　ＡＤ（ＩＩ−１１をメモリ２８
から読み込んでｄＰ／ｄθ、すなわち圧力差αを検出し
、ＰＡＤ（ｍｌをＰＡｏ＋＋ｍ−ｔ＋にセットする。

次いで前回のｄＰ／ｄθの値βをメモリ２“８から読み
出し、ΔｄＰ／ｄθを算出し、αをβにセットする。

次にステップＳ１２が実行され、ｄＰ／ｄθを予め設定
された不感帯所定値と比較する。その結果、ｄ　Ｐ／ｄ
θの値が小さければステップＳ１へ戻り、そうでなけれ
ばステップＳ１４へ移行する。ステップＳ１４ではメイ
ンルーチンで与えられた爆発工程のＴＤＣ値を読み込み
、カウンタＣＣＡの値とＴＤＣの値との差、すなわち第
５図に示したＢ点である点火時期（ＲＩＧ）を算出する
。ステップＳ１４で求められた点火時期は値が正のとき
、ＢＴＤＣ（ＴＤＣの前の時点）を、負のときはＡＴＣ
Ｄ　（ＴＤＣの後の時点）を示す。

次いでステップＳ１６が実行され、エンジンコントロー
ルユニットが制御しようとする点火時期指令値（ＴＧ）
を読み出して、点火時期（ＲＩ　Ｇ）と点火時期指令値
（ＩＧ）との差であるΔＩＧを算出し、ステップＳ１７
で予め設定された計数にと比較される。計数には圧力検
出手段の遅れを考えた不感帯所量である。この計数にの
値よりもΔＩＧの値が大きければ点火系に何らかの故障
が生じたと判断し、ステップ１８で故障フラグをセット
する。そうでなけれステップＳ１９に移り、故障フラグ
をクリアして、ステップＳ２０で失火フラグをクリアす
る。

なお、第７図において内燃機関の筒内圧変化を検出する
筒内圧変化検出手段はステップＳ３．Ｓ４に相当する。

筒内圧変化検出手段から出力された出力信号を微分する
微分手段はステップＳ７゜ＳＩＯ，Ｓ１４．Ｓ１６に相
当する。微分手段の出力信号変化量が所定値以下の場合
に内燃機関が故障であると判断する判断手段はステップ
Ｓ１７に相当する。

このようにして、故障診断を行った後、第６図のメイン
ルーチンのステップ５１０４に復帰する。

ここではステップ１０２と同様に、Ａ／Ｄ変換器が第２
気筒＃２に接続され、圧力を計測するクランク角パルス
の比較最大値は第２気筒に合わせて２７０に更新される
６次いで前述のサブルーチンであるステラ７”１０３が
読み出され、第７図の処理が実行され、第２気鍔＃２の
故障診断が実行される。

以下、同様にしてステップ１０５で第１気筒＃１が指定
され、ステップ１０６で第３気筒＃３が指定され、ステ
ップ１０７で再度第４気筒＃４が指定され、それぞれス
テップ１０３で故障診断が実行される。

このようにして、点火順序に従って＃４、＃２、＃１、
＃３と故障が判定され、ステップ１０１に復帰して故障
診断が繰り返される。また本願の実施例では複数の気筒
の圧力を一つのＡ／Ｄ変換器をマルチプレクサを用いて
間欠かつ順次に計測し、失火を検出するように構成した
が、各々の気筒に対して専用のＡ／Ｄ変換器を備え、多
気筒の失火を同時に計測しても良く、同様の効果を奏す
る。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は圧力検出手段を用いてシ
リンダ内の圧力を検出し、その値から実際の点火時期を
求め、エンジンコントロールユニットから出力される点
火指令値と比較して点火系の故障診断を行うことにより
、例えば失火検出、点火プラグやハイテンションコード
、パワートランジスタ等の点火装置の劣化による点火時
期のずれを燃焼状態から直接診断できるという効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示すブロック図、第２図は
筒内圧の変化を示すグラフ、第３図は全体構成を示すブ
ロック図、第４図は各気筒の筒内圧変化を示すグラフ、
第５図は筒内圧変化の詳細を示すグラフ、第６図は故障
検出の動作を説明するフローチャートのメインルーチン
を示す図、第７図は第６図のサブルーチンを示す図であ
る。 １、Ｍｌ・・−・エンジン、Ｍ２・・・・クランク各検
出手段、Ｍ３−・・・圧力検出手段、Ｍ４・・−・故障
検出手段、２〜５−・・・気筒、１０・−・・クランク
角センサ、２７・・・・マイクロコンピュータ、３０・
−・・筒内圧検出手段。 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　内燃機関の筒内圧変化を検出する筒内圧変化検出手段
   と、 前記筒内圧変化検出手段から出力された出力信号を微分
   する微分手段と、 前記微分手段の出力信号変化量が所定値以下の場合に内
   燃機関が故障であると判断する判断手段とから構成され
   た内燃機関の故障診断装置。