JPH0729235Y2 - 電子制御燃料噴射式内燃機関の燃料噴射弁故障診断装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は電子制御燃料噴射式内燃機関の燃料噴射弁故障
診断装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の電子制御燃料噴射式内燃機関においては、特開昭
59-203829号公報等に開示されるように、機関運転条件
に基づいて燃料噴射量を設定し、この燃料噴射量に相当
する駆動パルス信号を所定タイミングで各気筒毎に備え
られた電磁式燃料噴射弁それぞれに出力することによ
り、燃料が間欠的に噴射供給されるよう構成されてい
る。

〈考案が解決しようとする課題〉 ところで、燃料噴射弁は上記のように駆動パルス信号に
応じて開駆動されるものであるから、駆動パルス信号の
出力ラインや電磁コイルが断線してしまうと、制御ユニ
ットから駆動パルス信号を出力しても、実際には燃料噴
射弁が開駆動されずに燃料の噴射供給が行われないこと
になってしまう。このように、特定気筒の燃料噴射弁の
断線が発生すると、特定気筒で所期の燃焼圧力が発生し
ないため回転バランスは悪化するものの機関運転を持続
できなくなるものではないので、運転者はかかる故障に
気付き難く、また、気付いたとしてもどの気筒の燃料噴
射弁が断線しているかを判断することは困難であった。

本考案は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃料噴
射弁の断線が発生した気筒を検出できる燃料噴射弁故障
診断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〉 そのため本考案では、第１図に示すように、各気筒のピ
ストンの所定基準位置毎に検出信号を出力する回転同期
信号出力手段と、機関の所定低回転安定運転状態を検出
する判定運転状態検出手段と、機関排気成分を検出しこ
れにより機関吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検出
手段と、該空燃比検出手段により検出される機関吸入混
合気の空燃比に基づき実際の空燃比を目標空燃比に近づ
けるために燃料増量制御が必要な状態を判定する増量制
御状態判定手段と、前記判定運転状態検出手段により機
関の所定低回転安定運転状態が検出されかつ前記増量制
御状態判定手段により燃料増量制御が必要な状態が判定
されているときに前記回転同期信号出力手段から出力さ
れる検出信号の間隔時間を計測する間隔時間計測手段
と、該間隔時間計測手段で計測された検出信号間隔時間
の前回値と今回値との比率に基づいて特定気筒の燃料噴
射弁故障を判別する燃料噴射弁故障判別手段と、を備え
て燃料噴射弁故障診断装置を構成するようにした。

〈作用〉 かかる構成の故障診断装置によると、増量制御状態判定
手段が、空燃比検出手段により検出される機関吸入混合
気の空燃比に基づき実際の空燃比を目標空燃比に近づけ
るために燃料増量制御が必要な状態を判定する。そし
て、機関の所定低回転安定運転状態が判定運転状態検出
手段により検出され、かつ、前記増量制御状態判定手段
により燃料増量制御が必要な状態が判定されているとき
には、回転同期信号出力手段から出力される各気筒のピ
ストンの所定基準位置毎の検出信号の出力間隔時間が、
間隔時間計測手段により計測される。そして、燃料噴射
弁故障判別手段は、計測された間隔時間の前回値と今回
値との比率に基づいて特定気筒の燃料噴射弁故障を判別
する。

即ち、特定気筒の燃料噴射弁に断線が発生して燃料が供
給されなくなると、回転バランスが悪化することになる
ため、本来回転が安定した状態であれば等時間間隔とな
るはずである回転同期信号の間隔にバラツキが発生する
ことになる。但し、回転バラツキはミスファイヤによっ
ても発生するため、特定気筒で燃料が供給されなければ
平均空燃比がリーン化することに着目し、実際の空燃比
を目標空燃比に近づけるために燃料噴射量を増量補正す
る必要があるときには、ミスファイヤではなく燃料噴射
弁の断線による回転バラツキが発生しているものと判断
する。そして、燃料噴射弁の断線による回転バラツキを
回転同期信号の間隔時間の変化に基づいて所定気筒に特
定するものである。

尚、かかる判別を低回転側で行うのは、間隔時間計測手
段による間隔時間の計測が精度良く行われるようにする
ためである。

〈実施例〉 以下に本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、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のブランチ部
には各気筒毎に燃料噴射弁６が設けられている。この燃
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、コントロ
ールユニット12からの駆動パルス信号により通電されて
開弁し、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噴
射供給する。

機関１各気筒の燃焼室にはそれぞれ点火栓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。

そして、機関１からは、排気マニホールド8,排気ダクト
9,三元触媒10及びマフラー11を介して排気が排出され
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、後述の如く演算処理して、燃料噴射弁６の作動を制
御する。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式或
いはフラップ式のエアフローメータ13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、回転同期信号出力手段としてのクランク角センサ
14が設けられていて、６気筒の場合、クランク角120°
毎（各気筒のピストン基準位置毎）の基準信号Refと、
クランク角１°又は２°毎の単位信号Posとを出力す
る。ここで、前記基準信号Refの周期（間隔時間）、或
いは、所定時間内における単位信号Posの発生数を計測
することにより、機関回転速度Ｎを算出可能である。機
関１のウォータージャケットには、冷却水温度Twを検出
する水温センサ15が設けられている。尚、前記基準信号
Refの中の１つが他と判別できるようにしてあり、これ
によって各基準信号Refを気筒に対応させられるように
してある。

更に、排気マニホールド８の集合部に空燃比検出手段と
してのO₂センサ16が設けられ、排気中のO₂濃度を介して
機関１に吸入される混合気の空燃比を検出する。また、
スロットル弁４のアイドル位置（全閉位置）でONとなる
アイドルスイッチ17が設けられている。

ここにおいて、コントロールユニット12に内蔵されたマ
イクロコンピュータのCPUは、エアフローメータ13によ
って検出される吸入空気流量Ｑとクランク角センサ14に
よって検出される機関回転速度Ｎとに基づいて基本燃料
噴射量Tpを設定すると共に、所定運転条件において前記
O₂センサ16によって検出される実際の空燃比を目標空燃
比に近づけるように前記基本燃料噴射量Tpをフィードバ
ック制御し、更には水温センサ15によって検出される冷
却水温度Tw等の機関運転条件に基づいて補正を施して最
終的な燃料噴射量Ti（燃料噴射弁６の開弁時間として表
される）を設定する。そして、この燃料噴射量Tiに相当
するパルス巾の駆動パルス信号を燃料噴射弁６に対して
所定タイミングで出力し、燃料噴射弁６による燃料の噴
射供給を制御する。

一方、コントロールユニット12は、第３図のフローチャ
ートに従って燃料噴射弁６の断線を検出する。ここで、
コントロールユニット12は、増量制御状態判定手段，間
隔時間計測手段，燃料噴射故障判別手段を兼ねるもので
ある。

ステップ（図中では「Ｓ」としてある。以下同様）１で
は、アイドル安定運転状態であるか否かを判定し、アイ
ドル安定運転状態であるときにはステップ２へ進む。ア
イドル安定運転状態とは、アイドルスイッチ17がONにな
ってから所定時間以上経過，完暖状態（冷却水温度Tw所
定以上），エアコン等の外部負荷変動無等を条件として
判断する。従って、本実施例における判定運転状態検出
手段とは、アイドルスイッチ17,水温センサ15等が相当
する。

ステップ２ではO₂センサ16の検出値に基づいて燃料噴射
弁Tiの空燃比フィードバック制御を行っている（CLOS
E）状態であるか、空燃比フィードバック制御がクラン
プされている（OPEN）状態であるかを判別する。前記空
燃比フィードバック制御がクランクされる運転条件と
は、例えば減速時，高負荷運転時，低水温時などであ
る。

ステップ２で空燃比フィードバック制御中であると判定
されるとステップ３へ進む。ステップ３では空燃比フィ
ードバック制御における制御方向がリッチ方向であるか
リーン方向であるかを判別する。空燃比フィードバック
制御は、前述のように実際の空燃比を目標空燃比に近づ
けるように制御するものであるから、フィードバック制
御によって燃料噴射量を増量補正制御しているとき（空
燃比フィードバック補正係数が基準値よりも大であると
き）には制御は空燃比をリッチ化させる方向であり、逆
に空燃比フィードバック制御によって燃料噴射量を減量
補正しているとき（空燃比フィードバック補正係数が基
準値よりも小であるとき）には制御は空燃比をリーン化
させる方向である。

ステップ３で制御方向がリッチ方向であると判定された
ときには、現状のベース噴射量が目標空燃比対応の噴射
量よりも少ない状態であってフィードバック制御により
燃料の増量補正制御が必要であることを示すが、リーン
方向であるときには目標空燃比相当の燃料よりも多いベ
ース噴射量状態であることを示す。燃料噴射弁６の一部
が断線して、一部の気筒に燃料が噴射供給されていない
状態であるときには、フィードバック制御される前のベ
ース噴射量は目標空燃比相当の噴射量よりも少なくなる
はずであるから、フィードバック制御がリーン方向であ
るときには、たとえ回転バランスの悪化が発生していた
としても、その原因は燃料噴射弁６の断線にあるのでは
なく、燃料が噴射供給されているにも関わらず着火ミス
によって燃焼圧力が得られなかった場合などの点火栓７
のミスファイヤを原因とすると推定される。

従って、ステップ３で空燃比フィードバック制御がリッ
チ方向であるときにのみ燃料噴射弁６の断線の可能性が
あるので、ステップ３でリッチ方向であると判定される
とステップ４以降へ進む。

ステップ４では、クランク角センサから120°毎に出力
される基準信号Refの間隔時間Ｔの計測を行い、その間
隔時間Ｔの前回値と今回値との比率Ｒ（＝今回T/前回
Ｔ）を算出する。ここで、かかる間隔時間Ｔの検出が、
機関の低回転運転状態であるアイドル運転時に行われる
ので、高回転運転時よりも間隔時間Ｔが長く、精度のよ
い時間計測が可能である。

機関回転が安定しているときには、クランク軸が120°
だけ回転するのに要する時間（間隔時間Ｔ）は一定であ
るはずだから、比率は略１を維持するが、燃料噴射弁６
への駆動信号出力ラインや開弁駆動用コイルの断線が発
生している気筒があると、第４図に示すように、その気
筒の燃焼圧力影響を受ける基準信号Ref間の間隔が延び
ることになる。

従って、どの基準信号Ref間で間隔時間Ｔが延びたかに
よって燃料噴射弁６の断線が発生している気筒を特定で
きるものであり、次のステップ５で比率Ｒが所定値R₁以
上であると判定され、前回に比して今回の間隔時間Ｔが
所定以上に延びたときには、ステップ６で今回の間隔時
間Ｔに影響する気筒の燃料噴射弁６に断線が発生してい
るものと判断される。尚、誤検出を回避するため、同一
の基準信号Ref間で間隔時間Ｔが延びたことが複数回検
出されてから、燃料噴射弁６の断線気筒を判別するのが
望ましい。

どの基準信号Ref間がどの気筒の燃焼圧力に影響される
かは、第５図に示すように予め求めておく。第５図に示
すものの場合、♯６気筒の燃料噴射弁６に断線が発生す
ると、▲印に示すように基準信号Refの判別信号（パル
ス巾の広い信号）と次の基準信号Refとの間隔が延びた
め、間隔時間Ｔ計測によってこの基準信号Ref間の時間
が延びたと判定された場合には、♯６気筒の燃料噴射弁
６が断線しているものと判定できる。

燃料噴射弁６の断線が発生している気筒がステップ６で
判別されると、次のステップ７では例えば車両のダッシ
ュボードに設けたパネルに、判別した気筒の燃料噴射弁
６故障を表示して運転者に告知する。

尚、本実施例では、クランク角センサ14からの基準信号
Refの間隔時間Ｔに基づいて回転バラツキを検出するよ
うにしたが、点火周期を計測して同様に回転バラツキを
検出するようにしても良い。また、空燃比フィードバッ
ク制御がアイドル運転時にクランプされるよう構成され
る機関では、O₂センサ16によって検出される実際の空燃
比が目標空燃比に対してリーンであるかリッチであるか
を判別して、リーンであるとき（目標空燃比に近づける
ためには燃料の増量制御が必要であるとき）に燃料噴射
弁６の断線が発生しているものと判断する。また、本実
施例では、６気筒内燃機関を前提としたが、４気筒や８
気筒などの機関でも良く、気筒数を限定するものではな
い。

〈考案の効果〉 以上説明したように、本考案によると、点火栓によるミ
スファイヤと区別して回転バラツキの発生に基づき特定
気筒における燃料噴射弁の断線を検出することができ、
かかる検出に基づいて運転者に燃料噴射弁の断線を知ら
せることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を示すブロック図、第２図は本考
案の一実施例を示すシステム概略図、第３図は同上実施
例における故障診断制御を示すフローチャート、第４図
は燃料噴射弁の断線発生時の基準信号出力特性を示すタ
イムチャート、第５図は燃料噴射弁の断線による間隔時
間変化の様子を示すグラフである。 １……機関、６……燃料噴射弁、12……コントロールユ
ニット、14……クランク角センサ、15……水温センサ、
16……O₂センサ、17……アイドルスイッチ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】機関運転条件に応じて設定した燃料噴射量
   に相当する駆動パルス信号を各気筒毎に備えられた燃料
   噴射弁に出力して、機関に燃料を間欠的に噴射供給する
   よう構成された電子制御燃料噴射式内燃機関において、 各気筒のピストンの所定基準位置毎に検出信号を出力す
   る回転同期信号出力手段と、機関の所定低回転安定運転
   状態を検出する判定運転状態検出手段と、機関排気成分
   を検出しこれにより機関吸入混合気の空燃比を検出する
   空燃比検出手段と、該空燃比検出手段により検出される
   機関吸入混合気の空燃比に基づき実際の空燃比を目標空
   燃比に近づけるために燃料増量制御が必要な状態を判定
   する増量制御状態判定手段と、前記判定運転状態検出手
   段により機関の所定低回転安定運転状態が検出されかつ
   前記増量制御状態判定手段により燃料増量制御が必要な
   状態が判定されているときに前記回転同期信号出力手段
   から出力される検出信号の間隔時間を計測する間隔時間
   計測手段と、該間隔時間計測手段で計測された検出信号
   間隔時間の前回値と今回値との比率に基づいて特定気筒
   の燃料噴射弁故障を判別する燃料噴射弁故障判別手段
   と、を備えて構成されたことを特徴とする電子制御燃料
   噴射式内燃機関の燃料噴射弁故障診断装置。