JPH0686837B2 - 多気筒内燃機関の失火診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は多気筒内燃機関の失火診断装置に関する。

〈従来の技術〉 従来から、多気筒内燃機関への燃料供給量を電子制御す
る燃料供給制御装置において、機関の吸入空気量に関与
する吸入空気の状態量である吸気圧力や吸入空気流量等
を検出し、かかる状態量と機関回転速度とに基づいて基
本燃料供給量を設定する一方、排気管の集合部で排気中
の酸素濃度を検出する酸素センサを設け、該酸素センサ
による酸素濃度検出値を介して求められる吸入混合気の
空燃比を目標空燃比に近づけるように前記基本燃料供給
量をフィードバック補正するフィードバック補正係数を
設定し、前記基本燃料供給量を前記フィードバック補正
係数で補正して最終的な燃料供給量を設定し、各気筒毎
に設けた燃料噴射弁から気筒別に燃料を噴射供給するよ
うに構成されたものが一般的に知られている（特開平１
−106955号公報等参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、内燃機関においては、点火系又は燃料噴射弁
等の燃料供給系の故障、更には、圧縮漏れ等によって失
火が発生することがある。失火が発生すると、かかる失
火気筒に供給された燃料が燃焼しないまま排気系に排出
されるため、排気浄化のために設けられた触媒設置でこ
の未燃ガスが燃えて触媒装置を焼損させることがあり、
触媒装置の焼損によって排気浄化能力が低下し、排気中
の有害成分（CO,HC,NOx等）を増大させてしまうという
問題が発生する。また、失火気筒の発生によって、機関
出力が低下し、これによって燃費も悪化してしまう。

このため、失火発生を診断できる装置を備えるようにし
て、失火発生を警告したり、失火している気筒への燃料
供給を停止するなどのフェイルセーフ制御を実行するこ
とが要求される。

失火を診断する方法としては、失火が発生すればその気
筒から排出される排気中の酸素濃度が増大するから、例
えば前記酸素センサを各気筒毎に排気管に装着して気筒
別に排気中酸素濃度を検出して失火発生を判別すること
や、酸素センサではなく、他のセンサによって気筒別に
燃焼の有無を判別することで失火発生を診断すことも可
能である。しかしながら、いずれの場合にも失火を診断
するためには、気筒別にセンサを設ける必要があり、コ
ストアップが避けられないという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、多気筒
内燃機関において簡便な構成で失火を診断できる装置を
提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明では、第１図に示すように、多気筒の排
気管集合部で機関排気成分の濃度を検出しこれにより機
関に吸入される混合気の空燃比を検出する空燃比検出手
段と、所定の補正運転領域において前記空燃比検出手段
で検出される空燃比を目標空燃比に近づけるように機関
への燃料供給量をフィードバック制御により増減補正す
る空燃比フィードバック補正手段と、を備えた多気筒内
燃機関において、 前記所定の補正運転領域において空燃比フィードバック
補正手段による燃料供給量の増減補正周期を計測するフ
ィードバック周期計測手段と、前記所定の補正運転領域
以外において空燃比検出手段で検出される空燃比リーン
化周期を計測するリーン周期計測手段と、前記計測され
た増減補正周期又は空燃比リーン化周期が１気筒の排気
行程周期に略一致しているときに失火発生を判別する失
火判別手段と、を含んで多気筒内燃機関の失火診断装置
を構成するようにした。

〈作用〉 かかる構成によると、空燃比検出手段は、多気筒の排気
管集合部において多気筒から排出される排気中の排気成
分の濃度を検出し、かかる排気成分濃度に基づいて機関
に吸入される混合気の空燃比を検出する。また、空燃比
フィードバック補正手段は、所定の補正運転領域におい
て空燃比検出手段で検出される空燃比を目標空燃比に近
づけるように機関への燃料供給量をフィードバック制御
により増減補正する。

そして、前記空燃比フィードバック補正手段で空燃比の
フィードバック制御が行われる所定の補正運転領域にお
いては、フィードバック周期計測手段が空燃比フィード
バック補正手段による燃料供給量の増減補正周期を計測
し、空燃比のフィードバック補正が行なわれない運転領
域においては、リーン周期計測手段が、空燃比検出手段
で検出される空燃比リーン化周期を計測する。ここで、
失火判別手段は、前記増減補正周期又は空燃比リーン化
周期が１気筒の排気行程周期に略一致しているときに失
火発生を判別する。

多気筒内燃機関では、同時に複数の気筒で失火が発生す
ることは希であり、一般的にはまず特定１気筒で失火が
発生する。特定１気筒で失火が発生すると、かかる失火
気筒の排気行程毎に未燃ガスが排出されることにより、
空燃比検出手段は失火気筒の排気行程毎に正常燃料気筒
の空燃比に対してリーン化傾向を検出することになるた
め、空燃比がフィードバック補正されない運転領域で
は、リーン化傾向が排気行程周期で現れることで失火が
診断されるものである。

また、空燃比フィードバック補正手段は、空燃比検出手
段で検出される空燃比を目標空燃比に近づけるように機
関への燃料供給量をフィードバック制御により増減補正
するため、前述のように特定１気筒で失火が発生し燃料
供給量補正で解消できないリーン化傾向が１気筒の排気
行程周期で現れると、リーン化傾向が現れる毎に増量補
正制御が実行されることになるため、フィードバック補
正の増減補正周期が１気筒の排気行程周期に略一致する
ようになって、このことから失火が判別できる。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例のシステム構成を示す第２図において、内燃機
関１には、エアクリーナ2,吸気ダクト3,スロットルチャ
ンバ４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入され
る。スロットルチャンバ４には、図示しないアクセルペ
ダルと連動してスロットルチャンバ４の開口面積を可変
制御するスロットル弁７が設けられていて、吸入空気流
量Ｑを制御する。

前記スロットル弁７には、その開度TVOを検出するポテ
ンショメータと共に、その全閉位置（アイドル位置）で
ONとなるアイドルスイッチ8Aを含むスロットルセンサ８
が付設されている。

スロットル弁７上流の吸気ダクト３には、機関１の吸入
空気量Ｑを検出するエアフローメータ９が設けられてい
て、吸入空気流量Ｑに応じた電圧信号を出力する。

また、スロットル弁７下流の吸気マニホールド５の各ブ
ランチ部には、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁10が設け
られている。燃料噴射弁10は、後述するマイクロコンピ
ュータを内蔵したコントロールユニット11から機関回転
に同期したタイミングで出力される駆動パルス信号によ
って開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送されプ
レッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料
を吸気マニホールド５内に噴射供給する。即ち、燃料噴
射弁10による燃料供給量は、燃料噴射弁10の開弁駆動時
間で制御されるようになっている。

更に、機関１の冷却ジャケット内の冷却水温度Twを検出
する水温センサ12が設けられると共に、排気通路13内で
排気中の酸素濃度を検出することによって、機関吸入混
合気の空燃比を検出する空燃比検出手段としての酸素セ
ンサ14が設けられている。

酸素センサ14は、実開昭63−51273号等に開示されてい
る公知のものであり、ジルコニアチューブの内側に大気
を、外側には酸素濃度の低い排気を導き、排気中の酸素
濃度によって内外の酸素濃度比が変化し、酸素不足とな
る論理空燃比よりもリッチ側では酸素濃度比が大きく起
電力（電圧）Vo₂が発生し、酸素過剰となる理論空燃比
よりもリーン側では酸素濃度比が小さく殆ど起電力Vo₂
を発生しなくなるという性質を利用して、理論空燃比に
対する実際の空燃比のリッチ・リーンを判別できるセン
サである。但し、センサ素子はジルコニアで構成される
ものに限るものではなく、また、素子構造についてもチ
ューブ型に限定するものではない。

また、各気筒の燃焼室にそれぞれ臨ませて点火栓６を設
けてある。

コントロールユニット11は、クランク角センサ15から機
関回転に同期して出力されるクランク単位角度信号POS
を一定時間カウントして、又は、所定クランク角位置毎
に出力されるクランク基準角度信号REF（４気筒の場合1
80゜毎）の周期を計測して機関回転速度Ｎを検出する。

次に、コントロールユニット11によって行われる空燃比
フィードバック制御を含む燃料供給制御と、失火診断と
を、第３図〜第６図のフローチャートにそれぞれ示すプ
ログラムに従い説明する。

本実施例において、失火判別手段，空燃比フィードバッ
ク補正手段，フィードバック周期計測手段，リーン周期
計測手段としての機能は、前記第３図〜第６図のフロー
チャートに示すようにソフトウェア的に備えられてい
る。

第３図のフローチャートに示すプログラムは、所定微小
時間（例えば10ms）毎に実行されるものであり、このプ
ログラムによって実際の空燃比を目標空燃比に近づける
ための空燃比フィードバック補正係数αが比例積分制御
により設定されると共に、空燃比フィードバック補正係
数αの増減周期及び空燃比のリーン化の周期が計測され
る。

まず、ステップ１（図中ではS1としてある。以下同様）
では、酸素センサ14の出力電圧Vo₂を読み込む。

ステップ２では、現在の運転状態が空燃比のフィードバ
ック補正制御を実施する運転領域に含まれるか否かを判
別する。空燃比フィードバック補正制御を実施しない運
転状態とは、例えば、アイドル運転時や高負荷時などで
ある。

フィードバック補正制御を行う運転領域であるときに
は、ステップ３へ進み、前記ステップ１で読み込んだ出
力電圧Vo₂と、目標空燃比に相当するスライスレベル電
圧（例えば500mV）とを比較して、排気中の酸素濃度を
介して検出される機関吸入混合気の空燃比が目標に対し
てリッチであるかリーンであるかを判別する。

空燃比がリッチであるときには、ステップ４へ進んで今
回のリッチ判別が初回であるか否かを判別する。リッチ
判別初回時には、ステップ５へ進み、前回までの空燃比
フィードバック補正係数αから所定のリーン制御比例分
PLを減算して新たに補正係数αを設定する。

次のステップ６では、後述するように、空燃比のリッチ
及びリーン状態において本プログラムが実行される毎に
１アップされると共に、次のステップ７でゼロリセット
されることにより、リッチ検出初回の周期（リーン比例
制御の周期）を計測することになるカウンタの値をｍに
セットする。

一方、ステップ４でリッチ検出が初回でないと判別され
たときには、ステップ８で前回までの空燃比フィードバ
ック補正係数αから所定の積分分Ｉを減算して補正係数
αを更新設定し、次のステップ９では、前記カウンタを
１アップさせる。

また、ステップ３で空燃比がリーンであると判別された
ときには、リッチ検出時と同様にしてステップ10で初回
であるか否かを判別し、初回であるときには、ステップ
11で所定のリッチ制御比例分PRを前回までの空燃比フィ
ードバック補正係数αに加算して更新し、次のステップ
12では前記カウンタを１アップさせる。

一方、ステップ10で初回でないと判別されたときには、
ステップ13に進んで空燃比フィードバック補正係数αに
所定の積分分Ｉを加算して更新し、次のステップ14では
前記カウンタを１アップさせる。

即ち、本実施例の空燃比フィードバック補正係数αは、
空燃比のリッチ・リーン反転時に比例制御された後、空
燃比が反転するまで積分制御されて徐々に増減変化する
ものであり、かかるフィードバック制御においてリッチ
検出初回にゼロリセットさせたカウンタを再びリッチ検
出初回となるまで本プログラム実行毎（所定時間毎）に
カウントアップし、リッチ検出初回の周期（間隔時間）
が計測されるようになっている。

また、ステップ２でフィードバック制御領域でないと判
別されたときには、ステップ15へ進み、前記ステップ３
と同様にして実際の空燃比の目標に対するリッチ・リー
ンを判別する。ここで、リッチであると判別されたとき
には、ステップ16で前記カンウタを１アップさせ、リー
ンであると判別されたときにはステップ17でリーン検出
初回であるか否かを判別する。

ステップ17でリーン検出の初回であることが検出される
と、ステップ18で前記カンウンタの値がｍにセットさ
れ、次のステップ19ではカウンタがゼロリセットされ
る。ステップ17でリーン検出の初回でないと判別される
と、ステップ20でカウンタを１アップさせる。

従って、空燃比のフィードバック制御領域でない場合に
は、リーン検出の初回周期が前記カンウンタによって計
測されることになる。

このように、第３図のフローチャートに従って、フィー
ドバック制御中においてはリッチ検出の初回周期が、ま
た、非フィードバック制御中においてはリーン検出の初
回周期（リッチ比例制御周期）が計測されるが、これら
の周期は、失火診断のために計測されるものである。

即ち、多気筒内燃機関（本実施例では４気筒）におい
て、特定１気筒で失火が発生すると、その失火気筒の排
気には未燃焼によって酸素が多く含まれ、酸素センサ14
によってリーンの判断がなされる。かかる失火気筒の排
気は、失火気筒の排気行程周期毎に排気系に排出される
から、第７図に示すように４サイクル内燃機関では２回
転毎に失火気筒の排気に対応するリーン化傾向が検出さ
れることになる。

従って、フィードバック制御されていない状態におい
て、リーン検出の初回周期を検出し、それが機関の２回
転に略相当するものであれば、特定気筒の排気行程毎に
リーン化が検出されていることになり、かかるリーン化
が失火によるものであると推測される。尚、リッチ検出
の初回周期を計測しても、特定１気筒で失火が発生して
いれば、失火気筒に対応するリーン化周期を計測するこ
とになるから、周期計測はリッチ検出初回・リーン検出
初回のいずれであっても良い。

一方、空燃比のフィードバック制御中において、特定１
気筒で失火が発生した場合、失火気筒では空燃比フィー
ドバック補正係数αで燃料供給量を増量補正しても排気
成分に基づく空燃比のリーン検出を解消することができ
ないため、失火気筒の排気成分が酸素センサ14で検出さ
れる毎に空燃比フィードバック補正係数αを増大制御し
て、失火気筒による見掛け上の空燃比リーン化を解消し
ようとする。空燃比フィードバック制御は、最終的には
一定レベルを中心として空燃比フィードバック補正係数
αを振動させ、各気筒の平均空燃比を目標空燃比に近づ
けるように制御するから、失火気筒の排気成分が必ず空
燃比リーン化を示す以上は、失火気筒の排気成分が検出
される周期、即ち、２回転周期で空燃比フィードバック
補正係数αによる増減補正が行われるようになる。

従って、フィードバック制御されている状態において、
リッチ検出の初回周期（ステップ５におけるリーン比例
制御の周期）を検出し、それが機関の２回転に略相当す
るものであれば、特定気筒の排気行程毎にリーン化が検
出されていることで２回転周期になっているもの推測さ
れ、かかるリーン化が失火によるものであると判別され
る。尚、ステップ11におけるリッチ比例制御の周期を計
測しても、特定１気筒で失火が発生していれば、機関の
２回転に略一致する周期となるから、周期はリーン比例
制御（リーチ検出初回）又はリッチ比例制御（リーン検
出初回）のいずれであっても良い。

このため、第４図のフローチャートに示すプログラム
で、前記カンウンタ値ｍに基づいて失火発生を判別す
る。第４図のフローチャートに示すプログラムは、バッ
クグラウンド処理されるものであり、ステップ31では、
前記第３図のフローチャートに示すプログラムで最新に
セットされたｍの値（時間相当値）が、機関１の２回転
に相当するか否かを判別する。具体的には、例えば、機
関回転速度Ｎから機関１が２回転するのに要する時間を
求め、この時間を前記第３図示のプログラムの実行周期
で除算することにより、前記ｍと同じ単位として両者を
比較する。

そして、両者が略同等であってｍが機関の２回転相当値
であるときには、特定１気筒で失火が発生しているもの
と判別し、ステップ32へ進んで失火発生を表示して警告
する。前記失火発生の表示は、例えば機関１が搭載され
た車両のダッシュボード上にコードで表示させるように
すれば良い。

このようにして、失火発生が表示されれば、失火発生を
速やかに知ってメンテナンスを施すことができるため、
失火のまま運転継続されて排気系に設けた触媒装置で未
燃ガスが燃えて触媒装置が損傷するといった不具合の発
生を回避できる。

尚、特定１気筒からの排気は、その気筒の排気行程から
所定の遅れ時間を有して酸素センサ14で検出されるか
ら、排気行程周期に相当する周期でのリーン検出が検出
されたときに、そのリーン検出がどの気筒の排気成分検
出に基づくものであるかを判別し、失火気筒を特定する
ことも可能である。このようにして失火気筒が判別でき
れば、その気筒に対する燃料供給を停止させたり、失火
気筒を表示させるなどのフェイルセーフ制御が行える。

また、第３図のフローチャートに示すプログラムで設定
される空燃比フィードバック補正係数αは、第５図のフ
ローチャートに示すプログラムにおける燃料噴射量Ti
（燃料供給量）の演算に用いられる。

第５図のフローチャートに示すプログラムは、所定微小
時間（例えば10ms）毎に実行されるものであり、まず、
ステップ41では、エアフローメータ９で検出した吸入空
気流量Ｑと、クランク角センサ15からの検出信号に基づ
いて算出した機関回転速度Ｎとに基づいて基本燃料噴射
量Tp（←Ｋ×Q/N;Kは定数）を演算する。

ステップ42では、水温センサ12で検出される冷却水温度
Twを基本として各種運動条件に基づき各種補正係数COEF
を設定する。

ステップ43では、燃料噴射弁10の駆動電源であるバッテ
リの電圧変化による無効噴射時間の変化を補正するため
の補正分Tsを、バッテリ電圧に基づいて設定する。

そして、ステップ44では、前記基本燃料噴射量Tp、各種
補正係数COEF、バッテリ電圧補正分Ts、更に、第３図に
フローチャートに示すプログラムで設定された空燃比フ
ィードバック補正係数αによって最終的な燃料噴射量Ti
（←Tp×α×COEF＋Ts）を演算する。

ここで設定された燃料噴射量Tiは、クランク角センサ15
から基準角度信号REFが出力される毎に割り込み実行さ
れる第６図のフローチャートに示すプログラムに従い、
基準角度信号REF毎に各気筒の吸気工程にタイミグを合
わせて燃料噴射弁10に選択的に出力され（ステップ5
1）、各気筒別に燃料供給が実施される。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、多気筒の排気管
集合部で排気成分濃度に基づいて空燃比を検出するよう
に構成した上で、失火を判別することができるため、失
火判別装置を簡便に構成することができ、かかる失火判
別に基づいて例えば排気系に設けた排気浄化用の触媒装
置の劣化を回避できるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図〜第６図は
それぞれ同上実施例における制御内容を示すフローチャ
ート、第７図は失火発生時の空燃比検出特性を示すタイ
ムチャートである。 １……機関、10……燃料噴射弁、11……コントロールユ
ニット、14……酸素センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多気筒の排気管集合部で機関排気成分の濃
   度を検出しこれにより機関に吸入される混合気の空燃比
   を検出する空燃比検出手段と、 所定の補正運転領域において前記空燃比検出手段で検出
   される空燃比を目標空燃比に近づけるように機関への燃
   料供給量をフィードバック制御により増減補正する空燃
   比フィードバック補正手段と、 を備えた多気筒内燃機関において、 前記所定の補正運転領域において前記空燃比フィードバ
   ック補正手段による燃料供給量の増減補正周期を計測す
   るフィードバック周期計測手段と、 前記所定の補正運転領域以外において前記空燃比検出手
   段で検出される空燃比リーン化周期を計測するリーン周
   期計測手段と、 前記計測された増減補正周期又は空燃比リーン化周期が
   １気筒の排気行程周期に略一致しているときに失火発生
   を判別する失火判別手段と、 を含んで構成したことを特徴とする多気筒内燃機関の失
   火診断装置。