JPH0625554B2 - 内燃機関の異常診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の異常診断装置に関し、特に、排気
通路に設けられた空燃比センサにより空燃比をフィード
バック制御し、各気筒に設けられた燃料噴射弁により燃
料噴射を行なう内燃機関の異常診断装置に関する。

従来の技術 空燃比フィードバック式の電子制御燃料噴射装置を搭載
した多気筒内燃機関は、吸入空気量、回転数に応じて燃
料噴射弁の基本噴射量を演算し、機関の排気ガス中の酸
素濃度の検出信号に基づいて演算された空燃比補正量に
応じて前記基本噴射量を補正するようにしている。この
ような燃料噴射装置では、噴射量の制御は燃料噴射弁の
開弁時間によって行ない、開弁時間は燃料噴射弁への通
電時間によって決めている。

前述のような燃料噴射装置には、主としてコストの低減
のために少なくとも１個の燃料噴射弁が吸気マニホール
ドの集合部以前の吸気通路部分にまとめて配置され、全
ての気筒に対して共通に燃料の噴射を行なうようにした
いわゆるシングルポイントインジェクション（ＳＰＩ）
方式や、各気筒毎に燃料噴射弁が１個ずつ設けられ、各
気筒同時或いは独立して燃料噴射が行なわれる気筒別噴
射方式がある。

気筒別噴射方式の燃料噴射装置においては、複数個の燃
料噴射弁のうちいずれかのものに断線や目詰り、あるい
は燃料噴射弁駆動回路の出力回路のショート等の異常が
生じると、噴射量が適正量から外れて空燃比が大きく変
化し、機関が停止したり、あるいは停止しないまでもそ
の出力が大きく低下してドライバビリティが悪化すると
いう問題があった。

このため、空燃比のフィードバックの反転状態により燃
料噴射弁の異常を検出するようにした異常診断装置が本
出願人により提案されている（特願昭６１−１４０３８
４号）。

発明が解決しようとする問題点 しかし、従来の内燃機関の異常診断装置にあっては、燃
料噴射弁の故障をアイドル時における単位時間内の空燃
比フィードバック反転回数で検出する場合、通常のアイ
ドル運転時とアイドルアップ運転時とで空燃比フィード
バック反転回数が異なるため、例えばエアコンのオン時
とオフ時とで同一の空燃比フィードバック反転回数の基
準判定値で診断すると、誤判定するおそれがある。

すなわち、エアコンのオン時には、機関にかかる負荷が
増大するぶんアイドルアップにより排気ガス流量が増加
し、空燃比フィードバックの反転周期が速くなるため、
従来のように、エアコンのオン時とオフ時に同一の空燃
比フィードバック反転周期で機関の診断を行なうと、実
際には異常が生じていないのに異常と判定するような、
いわゆる誤判定をすることがある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、アイドル運転時に機関に外部負荷がかかってい
ようといまいと、燃料噴射弁の診断を適正に行なうこと
を目的とする。

問題点を解決するための手段 前記目的を達成するために、本発明の内燃機関の異常診
断装置は、気筒毎に燃料噴射弁を備えた内燃機関の排気
通路に設置された空燃比検出手段と、この空燃比検出手
段の出力により空燃比のフィードバック制御を行なう空
燃比フィードバック手段と、内燃機関のアイドル運転状
態を検出するアイドル検出手段と、アイドル運転状態に
おける空燃比フィードバック周波数を検出する周波数検
出手段と、検出した周波数を基準設定値と比較して、基
準設定値より大きい時に異常信号を出力する比較手段
と、機関にかかる負荷が増大したとき前記基準設定値を
大きな値に切換える基準値設定手段とを備え、前記異常
信号の発生を機関燃料噴射弁の異常と判断することを特
徴としている。

作用 本発明によれば、機関にかかる負荷が増大したとき、燃
料噴射弁の故障を検出するための空燃比検出手段の反転
回数の基準設定値を通常時よりも大きな値に切換えるよ
うにしたため、機関にかかる負荷に応じて燃料噴射弁の
故障を的確に検出することができる。

実施例 本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

第２図は本発明が適用された内燃機関の実施例をあらわ
している。第２図において、機関本体１の吸気通路２に
はエアフローメータ３、スロットル遍１２、燃料噴射弁
７がこの順に吸気通路２の上流側から設けられている。

エアフローメータ３は吸入空気量Ｑを直接計測するもの
であって、内蔵されたポテンションメータにより吸入空
気量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する。こ
の出力信号は制御回路１０のマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ
変換器１０１に供給されている。

スロットル弁１２はアイドル運転時に閉弁し、機関負荷
が大きい程その開度が大きくなるものである。スロット
ル弁１２にはポテンショメータ１３が内蔵されており、
スロットル弁１２の開度に比例した電圧が出力されると
共に、スロットル弁１２の全閉を検出するアイドルスイ
ッチ１４が設けられている。そして、前記ポテンショメ
ータ１３はＡ／Ｄ変換器１０１に接続されており、アイ
ドルスイッチ１４は入出力インタフェース１０２に接続
されている。そして、燃料噴射弁７は各気筒毎に設けら
れており、通電されると開弁して加圧燃料を吸気ポート
に供給する。

また、機関水温ＴＨＷに比例したアナログ電圧が機関の
シリンダブロックに取付けられた水温センサ１１により
発生し、Ａ／Ｄ変換器１０１に供給されている。ディス
トリビュータ４には、その軸が例えばクランク角に換算
して７２０°毎に基準位置検出用パルス信号を発生する
クランク角センサ５、およびクランク角に換算して３０
°毎に角度位置検出用パルス信号を発生するクランク角
センサ６が設けられている。これらのクラク角センサ
５，６のパルス信号は制御回路１０の入出力インタフェ
ース１０２に供給され、このうち、クランク角センサ６
の出力はＣＰＵ１０３の割込端子に供給される。

機関の排気通路８には排気ガス中の酸素成分濃度に応じ
た電気信号を発生するＯ_２センサ９が設けられている。
このＯ_２センサ９の出力は制御回路１０のバッファ回路
１０９および比較回路１１０を介して入出力インタフェ
ース１０２に供給されている。

更に、１１２は燃料噴射弁７の異常を車両の乗員に表示
するために運転席のインストルメントパネルなどに設け
られるエンジンチェックランプであり、燃料噴射弁７の
異常時に入出力インタフェース１０２から異常信号が出
力されると、駆動回路１１１により点灯するようになっ
ている。

制御回路１０は例えばマイクロコンピュータとして構成
され、Ａ／Ｄ変換器１０１、入出力インタフェース１０
２、ＣＰＵ１０３、バッファ回路１０９、比較回路１１
０、駆動回路１１１の他にＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５
等が設けられている。また、制御回路１０において、ダ
ウンカウンタ１０６、フリップフロップ１０７および駆
動回路１０８は燃料噴射弁７を制御するためのものであ
る。すなわち、燃料噴射量ＴＡＵが演算されると、燃料
噴射量ＴＡＵがダウンカウンタ１０６にプリセットされ
ると共にフリップフロップ１０７にもセットされる。こ
の結果、駆動回路１０８が燃料噴射弁７の付勢を開始す
る。他方、ダウンカウンタ１０６がクロック信号（図示
せず）を計数して最後にそのキャリアウト端子“１”レ
ベルとなった時に、フリップフロップ１０７がリセット
されて駆動回路１０８は燃料噴射弁７の付勢を停止す
る。つまり、上述の燃料噴射量ＴＡＵだけ燃料噴射弁７
は付勢され、従って燃料噴射量ＴＡＵに応じた量の燃料
が機関本体１の燃焼室に送り込まれることになる。

なお、ＣＰＵ１０３の割込発生はＡ／Ｄ変換器１０１の
Ａ／Ｄ変換終了時、入出力インタフェース１０２がクラ
ンク角センサ６のパルス信号を受信した時、などであ
る。また、エアフローメータ３の吸入空気量データＱお
よび冷却水温データＴＨＷは所定時間毎に実行されるＡ
／Ｄ変換ルーチンによって取り込まれてＲＡＭ１０５の
所定領域に更新格納される。

第３図は第２図の部分回路図である。第３図において、
バッファ回路１０９はコンデンサ１０９１及び抵抗１０
９２より構成され、また、比較回路１１０は演算増幅器
１１０１、比較電圧ＶR（＝０．４５Ｖ）を発生する抵
抗１１０２、１１０３より構成されている。なお、抵抗
１１９２はＯ_２センサ９の素子温度が過度になったとき
にその出力電圧の最高レベルを制限するためのものであ
る。これにより、Ｏ_２センサ９の出力はバッファ回路１
０９に一旦蓄えられ、比較回路１１０によってデジタル
信号に変換される。このデジタル信号は、空燃比フィー
ドバック制御のために入出力インタフェース１０２に送
出される。なお、Ｖccは制御回路１０の電源電圧で、例
えば５Ｖを示している。

次に、第２図の制御回路１０の本発明における制御手順
の一例を説明するが、その前に第６図、第７図を用いて
本発明ではなぜ燃料噴射弁７の異常診断をアイドル時に
行なうかを説明する。

第６図および第７図は、多気筒機関の第１気筒＃１の燃
料噴射弁７が例えば−２０％以上の流量低下を引き起こ
した場合のＯ_２センサ９の出力波形の変化と空燃比補正
係数ＦＡＦの変化波形であり、第６図がアイドル運転状
態、第７図が無負荷で２０００ｒｐｍの場合をそれぞれ
示している。＃１気筒の燃料噴射弁が流量低下を起こす
と、＃１気筒の混合気だけがリーン状態になり、従って
＃１気筒から排出される排気ガスが常にリーンになる。
他の気筒から排出される排気ガスは正常であるので、空
燃比センサによって検出される空燃比データは＃１気筒
のリーン信号によって脈動する。

この脈動は第６、第７図の比較によっても分かるよう
に、アイドル時にはＯ_２センサ出力波形に顕著に現れる
が、アイドルよりも高回転時（例では２０００ｒｐｍ）
には脈動がなまされて顕著に現れない。以上の理由によ
り、本発明では燃料噴射弁の異常診断をアイドル運転時
に行なうのである。

第５図は、４気筒の機関がエアコンのオフ時に正常なア
イドル運転を行なっている場合のＯ_２センサの出力波形
と空燃比補正係数ＦＡＦの変化波形を示すものである。
この図から、機関にエアコン駆動のための負荷がかから
ないで、正常なアイドル運転を行なっている時は、リッ
チとリーンの判定レベルが例えば０．４５Ｖの場合、Ｆ
ＡＦは図のようにフィードバックする。

ところが、＃１気筒の燃料噴射弁が例えば−２０％以上
の流量低下を起こした時は、Ｏ_２センサは＃１気筒から
のリーンな排気ガスが当たる毎にリーン信号（電圧が低
下する方向）を出力し、その出力波形が“くし”状にな
って判定レベルである０．４５Ｖを過ぎる回数が多くな
るので、Ｏ_２センサ９の出力波形は第６図のようにな
る。この図におけるＯ_２センサの反転回数は、燃料噴射
弁が正常に作動している時より極端に多い。

そこで、本発明ではアイドル時のＯ_２センサの出力の反
転回数、即ちフィードバック周波数を測定し、測定周波
数が所定値を越えた時点をもって燃料噴射弁の異常と診
断している。

そして、機関にかかる負荷の大小によっては、空燃比フ
ィードバック反転回数が異なることから、本発明の以下
に述べる実施例では、機関にかかる負荷の大小に応じ
て、燃料噴射弁の異常判定のための基準設定値を変えて
いる。

第４図は、本発明の第１の実施例をあらわし、燃料噴射
弁の故障を判定する燃料噴射弁フェイル判定ルーチンを
示すフローチャートであり、このルーチンは、０．４７
１sec毎に実行されるものである。

最初のステップ４０１では、アイドル運転状態であるか
否かを判別し、アイドル運転状態でなければ、ステップ
４１８に進み、燃料噴射弁の故障を判定する故障判定カ
ウント値ＣＦＡＩＬを０にセットすると共に、空燃比フ
ィードバックのスキップ回数をあらわすスキップカウン
ト値ＣＳＫＩＰを０にセットする。

ステップ４０１において、アイドル運転状態と判別され
れば、ステップ４０２に進み、故障判定カウント値ＣＦ
ＡＩＬが５／０．４７１以上であるか否かを判別し、Ｃ
ＦＡＩＬ＜５／０．４７１であれば、ステップ４０３に
進み、故障判定カウント値ＣＦＡＩＬを＋１加算し、こ
のルーチンを終了する。

ＣＦＡＩＬ≧５／０．４７１であれば、ステップ４０２
から４０４に進み、エアコンがオフであるか否かを判別
する。

エアコンがオフであれば、ステップ４０４からステップ
４０５に進み、ＣＳＫＩＰが１０以上であるか否かを判
別し、ＣＳＫＩＰ≧１０であれば、ステップ４０６に進
み燃料噴射弁の故障と判定し、次いでステップ４０７に
進みフェイルフラグ１を立てる。ステップ４０５にて、
ＣＳＫＩＰ＜１０と判別されれば、ステップ４０８に進
み、ＣＳＫＩＰが３以下であるか否かを判別し、ＣＳＫ
ＩＰ≦３であれば、ステップ４０９に進み、燃料噴射弁
が正常であるとみなし、次いでステップ４１０に進み、
正常フラグ２を立てる。ステップ４０８において、ＣＳ
ＫＩＰ＞３と判別されれば、ステップ４０８からステッ
プ４１３に進み、判定保留フラグ３を立てる。

エアコンがオンであると判別されれば、ステップ４０４
からステップ４１１に進み、スキップカウント値ＣＳＫ
ＩＰが２０以上であるか否かを判別する。ここでＣＳＫ
ＩＰは、第８図に示すメインルーチンで実行されるＣＳ
ＫＩＰカウントアップルーチンにより、空燃比がリーン
からリッチまたはリッチからリーンに反転することに＋
１ずつカウントアップされるものである。すなわち、空
燃比が前回リーンであって今回リッチと判定されれば、
ステップ８０１からステップ８０２、８０４と進み、Ｃ
ＳＫＩＰが＋１加算され、空燃比が前回リッチであって
今回リーンと判定されれば、ステップ８０１からステッ
プ８０３、８０４と進み、ＣＳＫＩＰが＋１加算され
る。

ＣＳＫＩＰ≧２０であれば、ステップ４１１からステッ
プ４０６に進み、燃料噴射弁が故障であるとみなす。Ｃ
ＳＫＩＰ＜２０であれば、ステップ４１１からステップ
４１２に進み、ＣＳＫＩＰが６以下であるか否かを判別
し、ＣＳＫＩＰ≦６であれば、ステップ４０９に進み、
燃料噴射弁が正常であると判別する。ＣＳＫＩＰ＞６で
あれば、ステップ４１２からステップ４１３に進み、判
定保留フラグ３を立てる。

次いでステップ４１４では、判定保留フラグ３が立って
いるか否かを判別し、判定保留フラグ３が立っていなけ
れば、つまりフェイルフラグ１または正常フラグ２が立
っていれば、ステップ４１５に進み、前回の判定を今回
の判定と置き変え、逆に判定保留フラグ３が立っていれ
ば、ステップ４１４からステップ４１６に進み前回の判
定を維持する。次いでステップ４１７では、噴射弁判定
信号を発生し、ステップ４１８に進むと、ＣＦＡＩＬ及
びＣＳＫＩＰを共に０にセットし、このルーチンを終了
する。

第４図に示すフローチャートにおいて、エアコンのオフ
時には、空燃比のフィードバック反転回数つまりスキッ
プカウント値ＣＳＫＩＰが１０回以上で燃料噴射弁が故
障、３回以下で燃料噴射弁が正常と判定している。これ
は、エアコンオフ時の空燃比フィードバック反転回数が
ほとんど３回以下であるためである。エアコンのオン時
には、空燃比フィードバックの反転回数が６ないし７回
に増加するが、この場合燃料噴射弁故障時の１０回と判
定基準値の差がなくなってしまい、誤判定するおそれが
あるので、エアコンのオン時には、空燃比フィードバッ
クの反転回数が２０回以上で燃料噴射弁が故障、６回以
下で燃料噴射弁は正常であると判定することにしてい
る。これにより、エアコンのオン時、オフ時にかかわら
ず、燃料噴射弁の故障を診断する場合の誤判定はなくな
り、機関の正常な運転状態を確保することができる。

第１の実施例においては、エアコンのオン時とオフ時と
で、燃料噴射弁の故障判定レベルを切換えているが、本
発明としては、エアコンのオン時に判定を禁止するよう
にしても良く、また５秒間の空燃比フィードバックの反
転回数以外に空燃比フィードバック反転時間そのものを
利用して燃料噴射弁の故障診断を行なうこともできる。

第９図は、本発明の第２の実施例をあらわし、この場合
は、トランスミッションのシフト位置がＮレンジかそれ
以外のレンジにあるかで燃料噴射弁の異常判定のための
基準値を切換えている。すなわち、第９図は、ステップ
５００が第４図に示すフローチャートのステップ４０４
と置き代わったもので、他の処理ルーチンについては第
４図と同様であるので、第４図に示す符号と同一符号を
付すことにする。

第２の実施例では、トランスミッションのシフト位置が
Ｎレンジにあるとき、つまり機関にかかる負荷が比較的
低いとき、燃料噴射弁の故障判定基準値である空燃比フ
ィードバック反転回数の基準を小さな値にし、Ｎレンジ
以外のＤレンジ、Ｌレンジ、Ｒレンジ等においては、空
燃比フィードバック反転回数の基準値を大きな値に設定
している。これは、機関にかかる負荷に見合った空燃比
フィードバックの判定基準値に設定し、燃料噴射弁のフ
ェイル誤検出を防止するためである。

本発明においては、機関にかかる負荷が増大するときと
して、エアコンのオン時及びトランスミッションのシフ
ト位置がＮレンジ以外にある時を第１、第２の実施例に
挙げて説明したが、その他機関補機類の駆動により機関
にかかる負荷が増大する場合にも本発明を適用すること
もできる。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、機関にかかる負
荷の値に応じて空燃比フィードバックの反転回数の判定
基準値を切換えるようにしたので、燃料噴射弁の故障検
出の際の誤検出を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成をあらわすブロック図、第
２図は本発明を適用した内燃機関の異常診断装置の実施
例をあらわす概略構成図、第３図は第２図の部分回路
図、第４図は第２図の制御回路の制御手順の第１の実施
例をあらわすフローチャート、第５図はエアコンオフ時
において機関が正常なアイドル運転を行なっているとき
のＯ_２センサの出力波形及びそのときの空燃比フィード
バック補正係数ＦＡＦの変化波形を示す波形図、第６図
は１つの燃料噴射弁が流量低下を起こしたときの第５図
に対応する波形図、第７図は機関が無負荷で２０００ｒ
ｐｍの運転を行なっているときの酸素センサの出力波形
及びそのときの空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの
変化波形を表す波形図、第８図は第２図に示す制御回路
のメインルーチンの一部で行なわれる空燃比フィードバ
ックの際のスキップカウント値カウントアップルーチン
をあらわすフローチャート、第９図は本発明の第２の実
施例における第４図に対応するフローチャートである。 １……機関本体、２……吸気通路、３……エアフローメ
ータ、４……ディストリビュータ、７……燃料噴射弁、
８……排気通路、９……Ｏ_２センサ（空燃比検出手
段）、１０……制御回路、１２……スロットル弁、１３
……ポテンショメータ、１４……回路スイッチ、１１２
……エンジンチエックランプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気筒毎に燃料噴射弁を備えた内燃機関の排
   気通路に設置された空燃比検出手段と、 この空燃比検出手段の出力により空燃比のフィードバッ
   ク制御を行なう空燃比フィードバック手段と、 内燃機関のアイドル運転状態を検出するアイドル検出手
   段と、 アイドル運転状態における空燃比フィードバック周波数
   を検出する周波数検出手段と、 検出した周波数を基準設定値と比較して、基準設定値よ
   り大きい時に異常信号を出力する比較手段と、 機関にかかる負荷が増大したとき前記基準設定値を大き
   な値に切換える基準設定値切換手段、 とを備え、前記異常信号の発生を機関燃料噴射弁の異常
   と判断する内燃機関の異常診断装置。