JPS62298643A - 内燃機関の異常診断装置 - 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
ンク制御し、各気筒に設けられた燃料噴射弁により燃料
噴射を行う内燃機関の内燃機関の異常診断装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、機関の吸入空気量、回転速度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）ＩＩ？正すること、により、機関の空
燃比を適性に保つ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知られている。

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われており、開弁時間は燃料噴射
弁へのｊｍｍ待時間よって決められるようになっている
。

また、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われる気筒別噴
射方式がある。

しかしながら、このような燃料噴射′Ａ置においては、
複数個の燃料噴射弁のうちいづれかのものに断線や目詰
まり、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、噴射量が適性量から外れて空燃
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点があった。

このため、ＳＰ１方式の燃料噴射装置で複数の燃料噴射
弁を備えたものでは、そのうちの１つに異常を検出した
時に、残りの燃料噴射弁によって異常発生前の噴射量と
同量の燃料供給が行われるように補正噴射するものがあ
る〔例えば特開昭６０−０６９２４３号公ｔＵや１特開
昭６０−０７９１３５号公報〕。

〔発明が解決しようする問題点〕

ところが、気筒別噴射方式の燃料噴射装置を備えた機関
では、燃料噴射弁が各気筒毎に設けられているために、
１つの燃料噴射弁が故障しても他の燃料噴射弁の救援を
得ることが出来ないという問題点があり、このため、燃
料噴射弁の異常時にはその早期発見が必要となる。そし
て、気筒毎に設けられた燃料噴射弁の異常の早期発見に
は各噴射弁毎に異常検出手段を取り付けた異常診断装置
が必要となるが、これを実現するためにはコストがかか
るという問題点があった。

本発明の目的は前記従来の気箇別噴ル１式燃料噴射装置
を備えた内燃機関の空燃比制御１１１装置の有する問題
点を解消し、気筒別燃料噴射方式の機関において、各気
筒の燃料噴射弁に異常検出手段を設けることなく、空燃
比の反転状態によって燃料噴射弁の異常を検出すること
ができる優れた内燃機関の異常診断装置を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成する本発明の内燃機関の異常診断装置は
第１図に示すように、各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、検出した周波数を設定値と比較し
て、設定値より大きい時に異常信号を出力する比較手段
と、入力された異常信号により燃料噴射弁の異常を乗員
に表示する表示手段とを備えていることを特徴としてい
る。

（作　用〕 本発明の内燃機関の異常診断装置は、機関のアイドル運
転状態を検出した時に、空燃比のリッチ、リーンの反転
回数を測定し、所定時間内の空燃比のリッチ、リーンの
反転回数が設定値を越えたことを検出した時をもって燃
料噴射弁の異常とし、これを車両内に表示して乗員に燃
料噴射弁の異常を通知する。

以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

〔実施例〕

第２図は本発明が適用された内燃機関を示す全体概要図
である。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、スロットル弁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ＩＱを直接計測するもの
であって、内蔵されたボテンンヲ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ずる。この
出力信号は制御回路ｌＯ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、Ｖｔされており、アイド
ルスイッチ１４は人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、通電されると開弁じて加圧燃料を吸気ポートに
供給する。

また、機関水温ＴＩＩＷ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り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。これらのクランク角セ
ンサ５゜６のパルス信号は制′４Ｊ１１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
た電気信号を発生ずる０２センサ９が設けられている。

この０２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ノクランプであり、燃料噴射弁７の
異常時に人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、人出力インタフェース１０
２　、ＣＰ　Ｌ１１０３　、バッファ回路１０９、比較
回路１１Ｏ１駆動回路１１１の他に、ＲＯＭ１０４、Ｒ
ＡＭ１０５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１０
７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　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ド端
子が“１”レベルとなった時に、フリップフロップ１０
７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ＶＴ　Ａ　ｔ
Ｊ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ＴＩＩＷ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ＲＡ　Ｍ　１０
５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、
ハ′ソファ回路１０９はコンデンサ１０９１および抵抗
１０９２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（＝０．４５ν）を発生ず
る抵抗１１０２．１１０３より構成されている。なお、
抵抗１１９２は０２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、０２センサ９の出力はバッファ回
路１０９にいったん蓄えられ、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
比フィートハック制御のために入出力インタフェース１
０２に送出されろ。なお、Ｖｃｃは制御回路１０の電源
電圧で１、例えば５■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１１；Ｉ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
ル時に行うかを説明する。

第６図および第７図は、多気筒殿関の第１気筒雑１の燃
料噴射弁７が一２０％の流量低下を引き起こした場合の
０□センサ９の出力波形の変化と空燃比補正値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、Ｉｌｌ気
筒の混合気だけがリーン状態になり、従ってＩｌｌ気筒
から排出されるυト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愼１気筒のり−
ン信号によって脈動する。

この脈動は第６．７図の比較によっても分かるように、
アイドル時には０２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
アイドル時に行うのである。

第５図は４気筒の機関が正常なアイドル運転を行ってい
る時の０．センサの出力波形と空燃比補正値ＦＡＦの変
化波形を示すものである。この図から機関が正常なアイ
ドル運転を行っている時は、５秒間で０□センサの出力
波形には３つの大きな山があり、リッチとリーンの判定
レベルが例えば０．４５Ｖの場合、ＦＡＩ’は図のよう
にフィードバックする。この時の０２センサの反転回数
は６回であり、フィードバック周波数は０．５である。

ところが、Ｉｌｌ気筒の燃料噴射弁が一２０％の流量低
下を起こした時は、０□センサはＩｌｌ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“（し”状になって判
定レベルである０、４５Ｖを過る回数が多くなるので、
０２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ｏ２センサの反転回数は２８回であり、燃料噴
射弁が正常に作動している時の同回数より極端に多い。

そこで、本発明ではアイドル時の０２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
断しているのである。これを以下にフローチャートを用
いて説明する。

第４閃は８ｍｓ毎に行われるルーチンであり、第２図の
制御回路１０の制御手順の一例を示すものである。この
ルーチンではまずステップ４０１で機関がアイドル運転
状態か否かが判定される。このアイドル運転状態の判定
は、第１図のスロットル弁開度センサであるポテンショ
メータ１３からの出力によるスロットル弁開度の微小状
態が検出された時、またはアイドルスイッチ１４による
スロットル弁の全閉が検出された時によって行う。そし
て、ステップ４０１でアイドル状態が検出された時（Ｙ
ＥＳ）はステップ４０２に進み、アイドル時間カウンタ
ＣＮＴが１つインクリメントされる。

次のステップ４０３はアイドル状態になってからの経過
時間の判定ステップであり、アイドル状態になってから
５秒経過したか否か（このルーチンは８Ｉｎｓ毎に実行
されるのでカウント値が５０００ｍｓ／８ＩＩｌｓ・６
２５に達したか否か）が判定される。アイドル状態にな
ってから５秒未満のときはステップ４０４に進む。

ステップ４０４では前回このルーチンを通った時の０□
センサの信号と今回の０２センサとを比べて、０□セン
サからのリッチ、リーン信号が反転したか否かが判別さ
れ、反転していればステップ４０５にて０１センサ反転
カウンタＣＯＸが１だけインクリメントされてステップ
４０６に進むが、反転していなければインクリメントさ
れずにステップ４０６に進む。

ステップ４０６は０□センサがらのリッチ、リーンの反
転信号の周期、即ち、フィードバック周波数をカウント
するステップである。このため、ステップ４０６では、
前記０□センサ反転カウンタＣＯＸの値が設定値２５よ
り大きいか否かを判断され、２５以上（ＹＥＳ）であれ
ばステップ４０７にて噴射弁異常信号を出力し、２５未
満の時は異常信号は出力せずにステップ４０９に進む。

そして、噴射弁異常信号が出力された時は、この信号は
第２図に示した駆動回路１１１で増幅され、エンジンチ
ェツクランプ１１２が点灯するようになっている。

なお、ステップ４０１でＮｏとなる機関がアイドル状態
でない時、あるいはステップ４０３でＮＯとなるアイド
ル状態が連続して５秒以上続いた時は、ステップ４０８
に進み、前記ＣＮＴおよびＣＯＸをクリアしてステップ
４０９に進む。

そして、このステップ４０９で現在の０２センサ９の信
号がリッチか否かが判定され、リッチの時（ＹＥＳ）は
ステップ４１０に進んでＦＡＦから積分定数（ｉを減算
し、リーンの時（ＮＯ）はステップ４１１に進もでＦＡ
Ｆに積分定数Ｋｉを加算する。

以上説明したのは、燃料噴射弁の流量低下異常であるが
、液密不良や噴射弁のニードル弁部への間物介入による
燃料漏れによる噴射弁のリッチ側＼の流量変化に対して
も同様の現象が発生し、こｔも本発明の装置により検出
することができる。

した、以上の実施例の検出法では全噴射弁の半分にてか
異常状態になっても検出可能である。さらこ、前述の実
施例ではフィードバック周波数の増（により燃料噴射弁
の異常を診断しているが、リッチ、リーンの反転用１す
１が短くなったことを検出するようにして噴射弁の異常
を検出しても良いものである。

なお、前述の空燃比補正値ＦＡＦは、図示しない燃料噴
射ルーチンにて燃料噴射量ＴＡＵに反映されるものであ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の内燃機関の異常診断装置
によれば、気筒別に燃料を噴射する方式の電子制御機関
において、機関がアイドル状態になった時にフィードバ
ンク周波数を測定するだけで容易に燃料噴射弁の異常を
検出することができるという効果がある。

また、０□センサの出力の測定だけで燃料噴射弁の異常
を検出することができるので、燃料噴射弁に特に検出手
段を設ける必要がなく、コストが安いという利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための全体ブロック図
、第２図は本発明に係る内燃機関の異常診断装置の一実
施例を示す全体概要図、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一例を示すフロ
ーチャート図、第５図は機関が正常なアイドル運転を行
っている時の０２センサの出力波形およびその時の空燃
比補正値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時の第５図に相当す
る図、第７図は機関が無負荷で２００Ｏｒｐｍの運転を
行っている時の０２センサの出力波形およびその時の空
燃比補正値ＦＡＦの変化波形を示す波形図である。 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・・・０２センサ、ＩＯ・・・制御
回路、１２・・・スロットル弁、１３・・・ポテンショ
メータ、 １４・・・アイドルスイッチ、 １１２・・・エンジンチェックランプ。 第１図 ↓ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 各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、 検出した周波数を設定値と比較して、設定値より大きい
   時に異常信号を出力する比較手段と、入力された異常信
   号により燃料噴射弁の異常を乗員に表示する表示手段、 とを備えた内燃機関の異常診断装置。