JPS6248939A - 内燃機関の異常検出装置 - 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、内燃機関を所定空燃比近傍で運転させること
のできる空燃比制御装置を搭載する内燃機関に関し、特
にこの内燃は関に何らかの異常が発生したとぎ迅速かつ
正確にその異常の報λｌができる内燃機関の異常検出装
置に関する。

［従来技術］ 従来内燃機関を所定空燃比、例えば理論空燃比近傍で運
転するための空燃比制御装置が広く利用されている。

この種の空燃比制御装置によれば、内燃機関の負荷に基
づいた基本燃料量（基本燃利噴（ト）時間ＴＰ）を算出
するとともに該内燃機関の現実の空燃比を排ガス中の残
存酸素濃度から推定し、その現実の空燃比が理論空燃比
に一致するべく前記基本燃料噴射１４間ＴＰを補正する
フィードバック補正係数ＦＡＦを求めることによって空
燃比の閉ループ制御を実現している。

更に、上記閉ループ制御を改良して現実の空燃比を理論
空燃比に落ら着かせるときの過渡応答性を一層良好とす
る空燃比の学習制御も提案されている（特開昭５９−２
０６６３８＞。これは、単なる閉ループ制御による上記
フィードバック補正係数ＦＡＦの変化は広い範囲に渡っ
ているにも拘らず、その変化は徐々に実行されるために
現実の空燃比が理論空燃比にまで制御されるのに長時間
を要していたことから提案されたものである。例えば、
フィードバック補正係数ＦＡＦが大きく変化する要因と
なる吸気管圧力のとり）ｑる範囲を２００〜３００ｍＨ
ｑ、３００−４００ｍＨＯ，４００〜５００ｍＨｇのご
とく所定区分に分け、この区分ごとにフィードバック補
正係数ＦＡＦをある値に落ち着かせるための学習値ＫＧ
Ｉ　、ＫＧ２　。

ＫＧ３を学習するのでおる。この空燃比の学習制御によ
れば、内燃機関に供給する燃料量（燃料噴射時間ＴＡＵ
）は次式によって締出されることになり、フィードバッ
ク補正係数ＦＡＦは僅かな変化をするのみで理論空燃比
を得るに必要な基本燃料噴射時間ＴＰの補正が実現され
るのでめる。

ＴＡＵ＝ＴＰ−ＫＧ−ＦＡＦ・（１＋Ｆ　＞なお、上式
において変数Ｆは急加速時等の過渡時における補正係数
である。

以上のような空燃比フィードバック制御あるいは学門制
御により内燃機関は最適空燃比の下で運転されることに
なり、良好なドライバビリティ、エミッション特性を達
成できるのである。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら上記のごとき従来の技術も未だに充分なも
のではなく、以下のごとき問題点を有し　　′ていた。

内燃機関に何らかの異常が発生したとぎ、例えば４気筒
内燃機関のなかで１気筒の燃料噴射弁が閉弁したままで
おるようなときに、該異常気筒は極度にリーン状態とし
て作動するため従来の空燃比フィードバック制御あるい
は学習制御による補正値ＦＡＦあるいはＫＧは極めて大
きな値となって他の健全な３つの気筒を極めてリッチ状
態として運転するように作動する。このようにして平均
的に排ガス中の残存酸素濃度が所望の空燃比と一致する
ような作動を継続するのであるが、これはエミッション
特性のみならず出力特性やドライバビリティを悪化させ
ていることは明らかであり、何らかの異常検出装置が強
く望まれていた。

また更に、従来の技術では上記のごとき内燃機関の異常
が生じて空燃比フィードバック制御あるいは学習制御に
よる補正値ＦＡＦあるいはＫＧのとり１ｑる上・下限値
を超える補正が必要なとぎには、最早その制御を停止し
、間ループによる空燃比制御を実行するのみであり、運
転者は内燃機関の異常を何ら示唆されることなく異常状
態のままの運転を継続していた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、内燃機関の
空燃比に影響を与える異常を迅速かつ正確に検出して運
転者に報知することのできる優れた内燃機関の異常検出
装置を提供することをその目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために本発明の侶成した手段は第
１図の基本的構成図に示すごとく、内燃機関ＥＧの負荷
に応じた燃料量を前記内燃機関の空燃比を検出しつつ補
正し、該空燃比が所定値となるべく閉ループ制御する空
燃比制御手段Ｃ１と、該空燃比制御手段Ｃ１の閉ループ
制御による補正が所定範囲外であるときを検出する異常
検出手段Ｃ２と、 該異常検出手段Ｃ２が所定範囲外の補正を検出したこと
を報知する報知手段Ｃ３と を備えることを特徴とする内燃機関の異常検出装置をそ
の要旨としている。

［作用］ 本発明におりる空燃比制御手段Ｃ１とは、内燃機関ＥＧ
の空燃比を閉ループにて制御するものであればよく、単
なる空燃比のフィードバック制御を実行するものでも、
あるいは該フィードバック制御の過渡特性を良好とする
学習制御を同時に実行するものでもいずれであってもよ
い。

異常検出手段Ｃ２とは、上記のごとき空燃比制御手段Ｃ
１が実行する閉ループ制御による補正が所定範囲外であ
るときを検出するものである。即ち、空燃比制御手段Ｃ
１が内燃機関ＥＧの負荷に応じた燃わ１量を上記所定範
囲を超える大幅な補正を実行しなければ前記内燃機関Ｅ
Ｇの空燃比を所望値に閉ループ制御できない場合を本異
常検出手段Ｃ２が監視、検出するのである。

なお、周知のごとく空燃比の閉ループ制御による補正値
は前記内燃機関が運転されるときの大気圧力によって左
右される。従って、異常検出手段Ｃ２の判定基準となる
上記所定範囲を一定不変のものとせず大気圧力の関数と
して変更し、内燃機関の運転される大気圧力の下で最適
の判定基準を選択可能とするものが異常検出装置の検出
精度を向上させる面より好ましい。

また、報知手段Ｃ３は上記異常検出手段Ｃ２が空燃比の
補正が所定範囲外に大きく実行されていることを検出し
たとき作動するものでおる。報知の方法としてはランプ
等の点灯等の視覚的なもの、スピーカ出力のごとく聴覚
的なもの、また内燃機関１の出力を低下させる等種々の
態様あるいはこれらを組み合わせたもの等いかなるもの
であってもよい。

以下本発明をより具体的に説明するために実施例を挙げ
て詳述する。

［実施例１ まず第２図（ｊ１実施例の異常検出装置を塔載した内燃
機関システムのブロック図でおる。

１は内燃機関本体、２はピストン、３は点火プラグ、４
は排気マニホールド、５は排気マニホールド４に備えら
れ排ガス中の残存酸素濃度を検出する酸素センサ、６は
内燃機関本体１の吸入空気中に燃１１を噴射する燃料噴
射弁、７は吸気マニホールド、８は内燃機関本体１に送
られる吸入空気の温度を検出する吸気温センサ、９は内
燃機関冷却水の水温ＴＨＷを検出する水温センタ、１０
はスロットルバルブ、１１はアイドルスイッチを内蔵し
アイドル状態及びスロットルバルブの開度を検出するス
ロットルセンサ、１４は吸入空気の脈動を吸収するナー
ジタンク、１５は気管圧力を検出する圧力センサ、をそ
れぞれ表わしている。

そして１６は点火に必要な高電圧を出力するイグナイタ
、１７は図示していないクランク軸に連動し上記イグナ
イタ１６で発生した高電圧を各気筒の点火プラグ３に分
配供給するディストリビュータ、１８はディストリビュ
ータ１７内に取り付けられ、ディストリビュータ１７の
１回転、即らクランク軸２回転に２４発のパルス信号を
出力する回転数センサを兼ねた回転角センサ、１９はデ
ィス１〜リビユータ１７の１回転に１発のパルス信号を
出力する気筒判別センサ、２０は制御手段としての電子
制御回路、２１はキースイッチ、２２はキースイッチ２
１を介して電子制御回路２０に電力を供給するバッテリ
、２４は車載の変速）幾、２６は変速機２４の出力軸の
回転数から車速を検出する車速センサ、２８はインジケ
ータパネル内に設けられるランプ及び警報音を出力する
スピーカからなる異常報知器を各々表わしている。　又
、電子制御回路２０の内部構成について説明すると、図
中、３０は各センサより出力されるデータを制御プログ
ラムに従って入力及び演算すると共に、各種装置を作動
制御等するための処理を行なうセン１〜ラルプロセシン
グユニツト（ＣＰＵ）、３１は制御プログラム及び初期
データが格納されるリードオンリメモリ（ＲＯＭ＞、３
２は電子制御回路２０に入力されるデータや演算制御に
必要なデータが一時的に読み書きされるランダムアクセ
スメモリ（ＲＡＭ）　、３３はＣＰＵ３０により制御上
の実時間を随時読みとることができしかも内部にＣＰＵ
３０への割込ルーチンを生じさせるレジスタ（以下、コ
ンベアＡと呼ぶ）を有するタイマ、３６は各センサから
の信号を入力する入カポ−１〜、３８はイグナイタ１６
や各気筒に備えられた燃料噴射弁６及び異常報知器２８
を駆動する出力ボート、３９は上記各素子を相互に接続
するコモンバスである。入カポ−１〜３６は、酸素セン
υ５．吸気温センサ８．水温センザ９．スロットルセン
サ１１、圧力センサ１５からのアナログ信号をＡ／Ｄ変
換して入力する図示しないアナログ入力部と、スロット
ルセンリ°１１内の図示しないアイドルスイッチ、回転
角センサ１８．気筒判別センザ１９からのパルス信号を
入力する図示しないパルス入力部とからなっている。又
、出カポ−１〜３８はＣＰＵ３０からの燃料噴射起動の
指令をうけると燃料噴射弁６を開弁する制御信号を出力
し、この制御信号は出力ボート３８がＣＰＵ３０より燃
′１１噴射の終了を指令する信号をうけとるまで出力さ
れ続ける。燃料噴射の終了の指令は、タイマ３３の内部
のコンベアＡにＣＰＵ３０によって設定された燃料噴射
終了簡刻とタイマ３３がカウントしつづけている実時間
とが一致した時に発生するコンベアＡ一致割込ルーチン
によって与えられるよう構成されている。

次に本実施例の電子制御装置２０が実行する制御につい
て詳述する。

第３図に示すフローチャートが制御のメインルーチンで
ある。本ルーチンは、キースイッチ２１かオンされると
起動されて、まずＣＰＵ３０の内部レジスタのクリア等
の初期化を行ないくステップ１００）、次に内燃機関１
の制御に用いるデータの初期値の設定、例えば燃料カッ
トの実施中を示すフラッグ等をＯにするといった処理を
行なう（ステップ１０５）。続いて内燃機関１の運転状
態、例えば圧力センサ１５２回転角センサ１８゜水温セ
ンサ９等からの信号を読み込む処理を行ない（ステップ
１１０’）、こうして読み込んだ諸データから、内燃機
関１の吸気管圧力ＰＭや回転数Ｎ、あるいは負荷等内燃
機関１の１制御の基本となる諸量をｉｆ　Ｅｌする処理
を行なう（ステップ１２０）。以下、ステップ１２０で
求めた諸量に基づいて、周知の点火時期制御（ステップ
１３０）が行なわれ、次いで内燃機関１に噴射供給す る燃料量の算出のための処理へ移るのである。燃料量算
出のため、まず燃料♀をフィードバック制御する条件に
あるか否かの判断がなされ（ステップ１４０）　、条件
不成立時にはそのときの内燃機関１の運転状態に最も適
した制御による燃料量の陣がオープンループで算出され
る。例えば、従来より実施されているような内燃機関１
の始動口）における燃利増吊制御、高負荷運転時のパワ
ー増量制御等がそれである。ステップ１４０でフィード
バック条件成立と判断されたとき、すなわら内燃機関１
が通常の定常状態で安定した運転を実行しているときに
は通常の空燃比学習制御を実行する（ステップ１７０）
。このようにして内燃機関１の運転状態に最適の制御が
選択されて噴射供給する燃料量が算出された後に、ステ
ップ１９０の燃料噴射制御か実行され、実際に内燃機関
１に燃わｌの供給が行なわれるのであり、この処理の後
再びステップ１１０へ戻って以上の処理が繰り返し実行
される。

上記メインルーチンの処理の中で、本実施例の特徴であ
るステップ１４０でフィードバック条件成立時であると
判断されたときの制御について説明する。

まず、上記空燃比フィードバック制御処理の詳細を第４
図のフローチャート及び第５図の説明図に基づいて説明
する。第４図は上記メインルーチン処理のステップ１７
０の詳細を示すフローチ１’　−トである。

第４図に基づいて、上記空燃比学習制御処理（ステップ
１７０）の詳細について説明する。まず、酸素セン１ノ
５“の出力状態が調べられて、空燃比かリーン状態にあ
るか否かが判定される（１７０ａ＞。この条件に該当す
る場合、すなわち、酸素センサ５で検出された空燃比が
リーン状態でおる場合にはステップ１７０ｂに進む。こ
こでは、上述するごとく空燃比のリーン側への制律口が
実行中であるときのみセットさせるリーン化フラグ［Ｒ
がリセットされているか否かが判定される。この条件に
該当する場合、すなわち、空燃比をり一ン状懇に移行さ
ける処理が行われていない場合にはステップ１７０Ｇに
進む。ここでは、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ
をα１だけ増加させて本処理を終了する。一方、ステッ
プ１７０ｂの条件に該当しない場合、すなわち、空燃比
をり一ン状態に移行させる処理が行われている場合には
ステップ１７０ｅに進み、リーン化フラグＦＲをリセッ
トする。そしてステップ１７０ｆに進み、空燃比フィー
ドバック補正係数ＦＡＦを５ＫＰ１だけ増加させて本処
理を終了する。ここで５ＫＰ１および上記α１は定数で
あり、５ＫＰ１はα１よりかなり大きな値に選ばれる。

５ＫＰ１は空燃比がその目標値に関してリッチ状態から
り−ン状態に移行したと判定された場合に、空燃比フィ
−ドパツク補正係数ＦＡＦを大きく増加さμる処理、Ｊ
−なわちスキップ処理を行わせるための定数である。ま
たα１は空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを徐々に
増加させる処理のための定数である。

また、ステップ１７０ａの条件に該当しない場合、すな
わち、酸素センサ５で検出された空燃比がリッチ状態で
ある場合にはステップ１７０ｑに進む。ここでは、上記
リーン化フラグ「Ｒがセラ１〜されているか否かが判定
される。この条件に該当する場合、すなわち、空燃比を
リーン状態に移行させる処理が行われている場合にはス
テップ１７０ｈに進む。ここでは、空燃比フィードバッ
ク補正係数ＦＡＦをα２だけ減少させて本処理を終了す
る。一方、ステップ１７０ｇの条件に該当しない場合、
すなわら、空燃比をリーン状態に移行させる処理が行わ
れていない場合にはステップ１７０ｊに進み、リーン化
フラグＦＲをセットする。

そしてステップ１７０ｋに進み、空燃比フィードバック
補正係数ＦＡＦを５ＫＰ２だけ減少させる。

ここで、５ＫＰ２および上記α２は定数であり、両者の
大小関係おＪ、び目的は上述した定数５ＫＰ１とα１と
の場合と同様である。

また、ステップ１７０ｋに続いてステップ１７０Ωが実
行される。ここで周知の空燃比の学謂制御を実行するも
のであり、学習値ＫＧの算出がなされる。前）ホしたス
テップ１７０ａ〜ステツプ１７０にの処理により空燃比
フィードバック補正係数ＦＡＦは第５図のごとく変化す
ることが明らかである。そこで、本ステップ１７０Ωで
はまず過去の空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦのピ
ーク値の相加平均値ＦＡＦＡＶを次式により算出する。

そして、このＦ　Ａ　Ｆ　Ａ　Ｖの餡か所定値（例えば
１゜Ｏ）から±２％外の値となったときにそれまでの学
別値ＫＧに所定値ΔＫを加減紳して学習値ＫＧを更新す
るのである。

すなわち、ＦＡＦＡＶ＞１．０２であり、空燃比フィー
ドバック補正係数ＦＡＦが犬ぎくなＣブれば空燃比を理
論空燃比近傍に調節することができないときには学習値
ＫＧをＫＧ＝ＫＧ＋ΔにのｈＩ算値にて増加させ、一方
ＦＡＦＡＶ＜０．９８であれば逆に学習値ＫＧはＫＧ＝
ＫＧ−Δにの１ｔｔＪ値にて減少されるのである。なお
、周知のごとく上記の学習値ＫＧは、吸気管圧力ＰＭ（
ステップ１２０にて算出）の（直に応じてＫＧＩ　、Ｋ
Ｇ２　、ＫＧ３　、・・・と各負荷の区分ごとに用意、
更新されている。

以上のごとくして空燃比フィードバック補正係ｖｉＦＡ
Ｆ及び学習値ＫＧが算出、更新されると、前記したステ
ップ１９０にて燃料噴射制り１１が次のように実行され
る。

まず、ステップ１２０にて算出された負荷の値から内燃
機関１に供給する燃わｌ川（基本撚ね噴射時間ＴＰ＞が
求められる。そして、この基本燃料噴射時間ＴＰに上記
ステップ１７０で算出、更新された空燃比フィードバッ
ク補正係数ＦＡＦ、学習値ＫＧを乗算する次式にて実際
に燃わ１噴躬弁６を開弁する時間、すなわち燃料噴射時
間ＴＡＵが算出されるので必る。

ＴＡＵ＝ＴＰ−ＫＧ−ＦＡＦ・（１＋Ｆ　＞この燃１１
噴則時間ＴＡＵに基づいた内燃機関１のクランク角に同
期する燃料噴射が実行され、内燃機関１は所望の理論空
燃比の下で運転を継続することが可能となるのである。

以上が内燃機関］の空燃比制御の説明であるが、本実施
例の電子制御回路２０は更に第６図のごとき異常検出ル
ーチンを所定口、１間毎の割込みにて実行している。次
に、この異常検出ルーチンについて各ステップ毎に詳細
に３１明する。

まず、本異常検出ルーチンの処理にＣＰＵ３０が入ると
、空燃比学凹制御処理（ステップ１７０）によって算出
、更新され、燃利噴則のためにＲＡＭ３２内に格納され
ている空燃比フィードバック補正係数ＦΔＦ及び学習値
ＫＧの読み込みが行われる（ステップ＼２００）。次い
てこの２つの値［ＡＦ、ＫＧを乗算したｉＦＱをＥＭＧ
として算出する（ステップ２１０）。このＥＭＧとは前
記燃料噴射時間ＴＡＵの篩用式から明らかなにうに、基
本燃料噴射時間ＴＰをどの程度補正するかを表わす数値
でおる。そして、このＥＭＧか所定範囲内（ＭＩＮ−〜
ＭＡＸ）の値であるか否かがステップ２２０にて判断さ
れ、もしＭＩＮ＜ＥＭＧ＜ＭＡＸの所定範囲内であれば
その後は何らの処理を実行することなく本ルーチンを終
了してメインルーチンへ戻る。一方、ＥＭＧが所定範囲
外の異常に小さい、あるいは大きな値であるときにはス
テップ２３０が処理され、異常報知器２Ｂに駆動出力が
出されて運転者へランプ点燈や警報音による異常報知が
実行されるのである。

この異常報知実行の条件となるＥＭＧの上下限値（ＭＩ
Ｎ、ＭＡＸ）は予めＲＯＭ３１内にマツ・プとして記憶
されているもので、第７図のような大気圧力の関数とし
て定義されている。本実施例では、圧力センサ１５で内
燃機関１が未だに始動する以前の気圧を計測することで
大気圧力を知ることができ、前述したメインルーチンの
初期データの設定ステップ１０５にてその削測が行われ
るのである。第７図のように、大気圧力が高ければ、同
一空燃比を冑るための基本燃料噴射時間ＴＰの補正値は
小さくとしよく、図のような右下がりの特性が予想され
る。従って、第７図のようなマツプを用意しておき、予
めＥＭＧが正常時に取り得る範囲（ＭＩＮ−ＭＡＸ）を
大気圧力の関数として記憶し、異常検出の判定に利用し
ている。

すなわち、本実施例によれば、空燃比を所定値に調節す
るためにそのときの内燃機関１の負荷から算出した基本
燃料噴射時間ＴＰを大きく補正しなければならないとき
、例えば設置１時に予想した±２０％程度を超える燃料
噴射時間の補正が必要となったとき、運転者の視覚、聴
覚にその異常を訴えることができるのである。このよう
な異常とは多気筒内燃機関の１気筒が燃料供給不能とな
る場合、おるいは内燃機関１ので）荷の検出系が故障し
て実際の負荷の検出が不能となった場合等であるが、こ
れらはいずれも内燃機関１の設８１時に予想しているも
のではない。従って、このような予想し得ない異常発生
状況下では内燃機関１のエミッション、ドライバビリテ
ィ特性は極めて悪化しているものと判断され、前述のご
とく迅速に報知を実行覆るのである。

なお、本実施例では内燃機関１の負荷を検出するために
吸気管圧力ＰＭを検出するタイプのものについて説明し
たが、ベーンタイプのエアフロメータヤカルマンタイプ
エアフロメータ等のごとく吸入空気ｆｆ１Ｑを測定する
ものであってもよい。この吸入空気ｆｆ１Ｑを測定する
ものにあっては、大気圧力が高くなれば吸入空気ｆｆｆ
ｉＱも大ぎくなり空燃比の補正値は大きくなると予想さ
れる。従ってＥＭＧが正常値か否かを判断するための上
下限値のマツプは第８図のごとく右上がり特性を示すよ
うに変更される。

また、異常を判定するときに本実施例ではＦＡＦとＫＧ
との積をＥＭＧとしているが、学習制御によりＦＡＦの
ピークの平均値ＦＡＦＡＶは所定値（１，０＞に落ち着
くように乎習値ＫＧが更新されているため、学習値ＫＧ
そのものの伯をＥＭＧとして異常検出の演算を簡略化し
ても同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上実施例を挙げて詳述したように、本発明の内燃機関
の異常検出装置は、 内燃機関の負荷に応じた燃料テを前記内燃）実開の空燃
比を検出しつつ補正し、該空燃比か所定値となるべく閉
ループ制御する空燃比制御手段と、該空燃比制御手段の
閉ループ制御による補正が所定範囲外Ｃあるときを検出
する異常検出手段と、該異常検出手段が所定範囲外の補
正を検出したことを報知する報知手段と を備えることを特徴とするものである。

従って、内燃機閉設ｈ１時には予想しくｑなかった不具
合や異常が内燃機関の燃料供給系に発生したとき、迅速
かつ正確にその異常を運転者に報知することが可能とな
る。このことは、内燃機関のエミッション等の悪化のよ
うに通常の運転時には運転者が気付かないような異常ま
でも自己判断して報知することにもなり、内燃機関の稼
別ｊ状況を正確に把握することか可能となることを意味
する。

なお、上記異常の検出に当たって大気圧力の変勅までも
考慮する構成とすれば異常検出の精度をより一層向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は実施例の構成
概略図、第３図はそのメインルーチンのフローヂセート
、第４図はその空燃比学習制御の詳細フローチｐ−１〜
、第５図はその空燃比学習制御の説明図、第６図は実施
例の異常検出ルーチンのフローヂｐ−１〜、第７図は実
施例の異常判定に使用されるマツプの説明図、第８図は
他の実施例の異常判定に使用されるマツプの説明図を示
ず。 Ｃ１・・・空燃比制御手段 Ｃ２・・・異常検出手段 Ｃ３・・・報知手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の負荷に応じた燃料量を前記内燃機関の空
   燃比を検出しつつ補正し、該空燃比が所定値となるべく
   閉ループ制御する空燃比制御手段と、 該空燃比制御手段の閉ループ制御による補正が所定範囲
   外であるときを検出する異常検出手段と、該異常検出手
   段が所定範囲外の補正を検出したことを報知する報知手
   段と を備えることを特徴とする内燃機関の異常検出装置。 ２　前記異常検出手段が、前記所定範囲を大気圧力に応
   じて適宜変更する特許請求の範囲第１項記載の内燃機関
   の異常検出装置。