JPH07151040A - 内燃機関のアシストエア装置における自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】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。 【構成】空燃比フィードバック制御中に、アシストエア
通路を開閉する電磁弁の開制御状態における空燃比フィ
ードバック補正係数α（αＡ_ON）と、前記電磁弁の閉制
御状態における空燃比フィードバック補正係数α（αＡ
_OFF ）とをそれぞれにサンプリングする（Ｓ３，Ｓ
４）。そして、前記サンプリングした補正係数αＡ_ON，
αＡ_OFF の偏差Δα（Ｓ５）と所定値とを比較し（Ｓ
６）、前記偏差Δαが所定値未満であるときには、アシ
ストエア装置の異常を判定する（Ｓ７）。

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、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、燃料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６
３−１８７６７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
分に燃料の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完暖時には
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
開閉弁の通電回路における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・遮断切り換え制御が実際に機
能しており、所期の燃料微粒化制御が正常に機能してい
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】そのため本発明にかかる
内燃機関のアシストエア装置における自己診断装置は、
図１又は図２に示すように構成される。図１において、
アシストエア通路は、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ための通路
であり、アシストエア供給切り換え手段は、前記アシス
トエア通路を介するアシストエアの供給・遮断を切り換
え制御する。

【０００８】一方、空燃比検出手段は機関の吸入混合気
の空燃比を検出し、空燃比変化検出手段は、前記アシス
トエア供給切り換え手段によるアシストエアの供給・遮
断切り換え時に、前記空燃比検出手段で検出される空燃
比の変化幅を検出する。そして、空燃比変化幅による自
己診断手段は、空燃比変化検出手段で検出された空燃比
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】図２において、吸入空気量調整手段は機関
の吸入空気量を可変調整する手段であり、アイドル回転
制御手段は、所定のアイドル運転状態において機関回転
速度を目標アイドル回転速度に近づけるべく制御値を設
定し、該制御値に基づいて前記吸入空気量調整手段を制
御する。また、アシストエア通路は、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
せるための通路であり、アシストエア供給切り換え手段
は、前記アシストエア通路を介するアシストエアの供給
・遮断を切り換え制御する。

【００１０】一方、アイドル回転制御値変化検出手段
は、前記所定のアイドル運転状態において前記アシスト
エア供給切り換え手段によりアシストエアの供給・遮断
切り換えが行なわれたときに、前記アイドル回転速度制
御手段により設定される制御値の変化幅を検出する。そ
して、アイドル制御値による自己診断手段は、アイドル
回転制御値変化検出手段で検出された制御値の変化幅に
基づいて前記アシストエア装置の故障診断を行う。

【００１１】

【作用】アシストエアの供給時には、アシストエアが燃
料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、噴霧場の圧力上昇を生じ、以て、実噴射量の減少を
招く。従って、アシストエアの供給・遮断が切り換えら
れると、実噴射量の変化を来し、以て、空燃比の変化が
生じることになる。

【００１２】そこで、アシストエアの供給・遮断切り換
えを行なったときの空燃比変化幅を検出し、切り換えに
見合った空燃比変化幅を示すか否かによって、実際にア
シストエアの供給・遮断が切り換えられているか否かを
診断するようにした。また、アシストエアを供給する
と、アシストエア分だけ機関の吸入空気量が増えること
になるから、アイドル回転速度を目標回転速度にフィー
ドバック制御しているときに、アシストエアの供給・遮
断が切り換えられると、前記アシストエア分の空気量の
増減を補償すべく、前記フィードバック制御の制御値が
変動することになる。

【００１３】そこで、アイドル回転速度のフィードバッ
ク制御中に、アシストエアの供給・遮断切り換えが行な
われたときに、アイドル回転フィードバック制御の制御
値の変化幅を検出し、該制御値の変化幅がアシストエア
の供給・遮断切り換えに見合った値であるか否かによっ
て、実際にアシストエアの供給・遮断が切り換えられて
いるか否かを診断するようにした。

【００１４】

【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３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。

【００１５】前記燃料噴射弁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
る所定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。

【００１６】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、前記燃料噴射弁６に与える駆動パルス信
号のパルス幅を制御する一方、機関負荷，機関回転速度
などの機関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。

【００１７】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。

【００１８】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
の酸素濃度を検出する酸素センサ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、本実施例において空燃比検出手段に相当する。

【００１９】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を有している。

【００２０】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、電磁式のアイドル制御弁14
（吸入空気量調整手段）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、アイドル回転制御手段としての機能を有す
るコントロールユニット12は、所定のアイドル運転状態
において機関回転速度Ｎｅが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に出力する通電パル
ス信号のデューティ比ＤＵＴＹ（制御値）をフィードバ
ック制御する。

【００２１】更に、スロットル弁４の上流側の吸気ダク
ト３から分岐してスロットル弁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の上下流の圧力差によっ
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。

【００２２】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。アシストエア供給切り換
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・オフ制御されるも
のであり、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・遮断を切り換え制御する。

【００２３】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
障診断を行う機能を有しており、かかる自己診断の第１
実施例を図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、空燃比変化検出手段，空燃比変化幅
による自己診断手段としての機能は、前記図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。

【００２４】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、
空燃比フィードバック制御が実行される運転条件で、か
つ、機関１が定常運転状態であるか否かを判別する。そ
して、条件が成立しているときには、ステップ２へ進
み、電磁弁16のＯＮ（開）・ＯＦＦ（閉）を判別する。

【００２５】電磁弁16がＯＮでアシストエアの供給が行
なわれる条件のときには、ステップ３へ進み、そのとき
の空燃比フィードバック補正係数αを、アシストエア供
給時に対応するデータとしてαＡ_ONにセットする。同様
に、電磁弁16がＯＦＦでアシストエアが遮断される条件
のときには、ステップ４へ進み、そのときの空燃比フィ
ードバック補正係数αを、アシストエア遮断時に対応す
るデータとしてαＡ_OFF にセットする。

【００２６】尚、前記空燃比フィードバック補正係数α
をサンプリングする電磁弁16のＯＮ・ＯＦＦ状態は、冷
却水温度Ｔｗ等に基づく通常制御によるものであっても
良いし、自己診断のための強制的にＯＮ・ＯＦＦ切り換
えさせるものであっても良い。また、本実施例では、電
磁弁16のＯＮ・ＯＦＦ切り換えに伴う空燃比フィードバ
ック補正係数αの変化幅を検出することを目的とするか
ら、ＯＮ・ＯＦＦ切り換え時から所定時間が経過してか
ら空燃比フィードバック補正係数αのサンプリングを行
なわせるようにすることが好ましい。

【００２７】ステップ５では、上記のようにして電磁弁
16のＯＮ時とＯＦＦ時とでそれぞれにサンプリングした
空燃比フィードバック補正係数αＡ_ON，αＡ_OFF の偏差
Δα（←αＡ_ON−αＡ_OFF ）を算出する。空燃比フィー
ドバック補正係数αは、ベース空燃比を目標空燃比に一
致させるのに必要とされる補正レベルを示すから、前記
偏差Δαは、電磁弁16のＯＮ時におけるベース空燃比
と、電磁弁16のＯＦＦ時におけるベース空燃比との偏
差、換言すれば、電磁弁16のＯＮ・ＯＦＦ切り換えによ
る空燃比の変化幅に相当することになる。

【００２８】そして、ステップ６では、前記偏差Δαと
所定値とを比較することで、電磁弁16をＯＮ・ＯＦＦ切
り換えすることによって所定以上の空燃比変化が生じた
か否かを判別させる。即ち、アシストエアの供給時に
は、アシストエアが燃料噴射弁６からの燃料噴霧に衝突
して微粒化を図ることから、噴霧場の圧力上昇を生じ、
以て、実噴射量の減少を招く。従って、アシストエアの
供給・遮断が切り換えられると、実噴射量の変化を来
し、以て、空燃比の変化が生じることになり、かかる空
燃比の変化を補正すべく空燃比フィードバック補正係数
αは変化することになるから、電磁弁16のＯＮ・ＯＦＦ
切り換えに伴って実際にアシストエアの供給・遮断が切
り換えられていれば、該切り換えに伴って補正係数αが
所定以上の変化を示すことになる。これに対し、電磁弁
16のＯＮ・ＯＦＦを切り換えても、正規にアシストエア
量が変化しない場合には、予測される空燃比の変化が生
じず、以て、空燃比フィードバック補正係数αの変動も
生じないことになる。

【００２９】ステップ６で偏差Δαが所定値未満である
と判別されたときには、電磁弁16のＯＮ・ＯＦＦ切り換
えを行なってもアシストエア量の変化が全くないか、或
いはアシストエア量の変化が異常に少ないものと推定す
ることができ、この場合には、ステップ７へ進んで、ア
シストエア装置の故障を判定する。尚、かかる故障判定
結果は、車両の運転席等に設けたランプ等の警告手段に
よって運転者に知らせるようにすると良い。

【００３０】一方、ステップ６で偏差Δαが所定値以上
てあると判別されたときには、電磁16のＯＮ・ＯＦＦ切
り換えに伴って、正常にアシストエア量が変化している
ものと推定されるから、ステップ８へ進んで、アシスト
エア装置が正常であると判定する。尚、上記実施例で
は、空燃比フィードバック制御の実行中に電磁弁16のＯ
Ｎ・ＯＦＦ切り換えがなされると、ＯＮ状態における空
燃比フィードバック補正係数αとＯＦＦ状態における空
燃比フィードバック補正係数αとをそれぞれにサンプリ
ングさせることで、ＯＮ・ＯＦＦ切り換えに伴う空燃比
変化を検知する構成としたが、例えば空燃比を広域に検
出できる酸素センサを設け、空燃比フィードバック制御
のオープン制御状態で前記酸素センサで検出される空燃
比が、電磁弁16のＯＮ・ＯＦＦ切り換えに伴って如何に
変化するかを検出させるようにしても良い。

【００３１】図５のフローチャートは、アシストエア装
置の自己診断の第２実施例を示すものであり、前記図５
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は、該第２実施例においてアイドル回転制御値変化検
出手段，アイドル制御値による自己診断手段としての機
能をソフトウェア的に備えている。図５のフローチャー
トにおいて、まず、ステップ11では、アイドル回転フィ
ードバック制御が行なわれる所定のアイドル運転状態で
あるか否かを判別する。

【００３２】そして、アイドル運転状態であるときに
は、ステップ12へ進み、電磁弁16のＯＮ（開）・ＯＦＦ
（閉）を判別する。電磁弁16のＯＮ制御時には、ステッ
プ13へ進み、そのときにアイドル制御弁14に出力されて
いる制御信号のデューティＤＵＴＹを、電磁弁16のＯＮ
状態に対応するデータとしてＩＳＣＡ_ONにセットする。

【００３３】一方、電磁弁16のＯＦＦ制御時には、ステ
ップ14へ進み、そのときにアイドル制御弁14に出力され
ている制御信号のデューティＤＵＴＹを、電磁弁16のＯ
ＦＦ状態に対応するデータとしてＩＳＣＡ_OFF にセット
する。尚、前記デューティＤＵＴＹをサンプリングする
電磁弁16のＯＮ・ＯＦＦ状態は、冷却水温度Ｔｗ等に基
づく通常制御によるものであっても良いし、自己診断の
ための強制的にＯＮ・ＯＦＦ切り換えさせるものであっ
ても良い。

【００３４】次のステップ15では、上記のようにしてア
イドル回転フィードバック制御中に電磁弁16のＯＮ・Ｏ
ＦＦ制御に伴ってサンプリングしたデューティＩＳＣＡ
_ON，ＩＳＣＡ_OFF の偏差ΔＩＳＣ（←ＩＳＣＡ_OFF −Ｉ
ＳＣＡ_ON）を算出する。そして、次のステップ16では、
前記偏差ΔＩＳＣと所定値とを比較することで、電磁弁
16のＯＮ・ＯＦＦ切り換えに伴って所定以上の吸入空気
量変化が生じたか否かを判別させる。

【００３５】即ち、電磁弁16のＯＮ制御によりアシスト
エアが供給されると、アイドル制御弁14を介して機関に
供給される空気にアシストエアが付加されることになる
から、目標アイドル回転速度を維持するためにはアシス
トエア分だけアイドル制御弁14の開度を絞ることが必要
になる。一方、かかる状態からアシストエアを遮断する
と、今度はアシストエア分の空気量が不足することにな
るから、その分アイドル制御弁14をより開いて空気量を
確保する必要が生じる。

【００３６】従って、アイドル回転フィードバック制御
中に、アシストエアの供給・遮断が切り換えられると、
アシストエア分だけアイドル制御弁14の制御デューティ
を変化させる必要が生じるはずであり、電磁弁16のＯＮ
・ＯＦＦ切り換えを行なったのに、制御デューティの変
化が殆どない場合には、電磁弁16のＯＮ・ＯＦＦ制御に
対応してアシストエアの供給・遮断が正常に切り換え制
御されていないことが推定される。

【００３７】そこで、ステップ16で、前記偏差ΔＩＳＣ
が所定値未満であると判別されたときには、ステップ17
へ進んでアシストエア装置の異常を判定する一方、前記
偏差ΔＩＳＣが所定値以上であると判別されたときに
は、ステップ18へ進んでアシストエア装置が正常である
と判定する。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燃料噴射弁６の噴孔
部分に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運転条件に応じて供給・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。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、実
際にアシストエアの供給・遮断が切り換えられているか
否かを診断できるので、制御回路の断線のみならず、ア
シストエアの供給・遮断を切り換える弁の固着や通路の
詰まりによるアシストエアの供給制御不良を診断するこ
とができ、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】請求項１記載の本発明の基本構成を示すブロッ
ク図。

【図２】請求項２記載の本発明の基本構成を示すブロッ
ク図。

【図３】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図４】第１実施例の自己診断の様子を示すフローチャ
ート。

【図５】第２実施例の自己診断の様子を示すフローチャ
ート。

【符号の説明】

１ 機関 ４ スロットル弁 ６ 燃料噴射弁 11 スロットルセンサ 12 コントロールユニット 13 バイパス通路 14 アイドル制御弁 15 アシストエア通路 16 電磁弁 21 酸素センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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通路
   と、該アシストエア通路を介するアシストエアの供給・
   遮断を切り換え制御するアシストエア供給切り換え手段
   と、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、 機関の吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段
   と、 前記アシストエア供給切り換え手段によるアシストエア
   の供給・遮断切り換え時に、前記空燃比検出手段で検出
   される空燃比の変化幅を検出する空燃比変化検出手段
   と、 該空燃比変化検出手段で検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空燃比変
   化幅による自己診断手段と、 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。
2. 【請求項２】機関の吸入空気量を可変調整する吸入空気
   量調整手段と、所定のアイドル運転状態において機関回
   転速度を目標アイドル回転速度に近づけるべく制御値を
   設定し、該制御値に基づいて前記吸入空気量調整手段を
   制御するアイドル回転制御手段と、を備えた内燃機関に
   おけるアシストエア装置であって、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
   るアシストエア通路と、該アシストエア通路を介するア
   シストエアの供給・遮断を切り換え制御するアシストエ
   ア供給切り換え手段と、を含んでなる内燃機関のアシス
   トエア装置において、 前記所定のアイドル運転状態において前記アシストエア
   供給切り換え手段によりアシストエアの供給・遮断切り
   換えが行なわれたときに、前記アイドル回転速度制御手
   段により設定される制御値の変化幅を検出するアイドル
   回転制御値変化検出手段と、 該アイドル回転制御値変化検出手段で検出された制御値
   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
   行うアイドル制御値による自己診断手段と、 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。