(57)【要約】【課題】本発明は、酸素センサラフネスを用いて少ない燃料変調量で空燃比偏差を検出できるようにすることで、診断時間及び燃費悪化を改善することができる気筒間空燃比偏差を診断する気筒間空燃比偏差の診断方法に関する。【解決手段】本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法は、酸素センサラフネスを用いて気筒間空燃比偏差を診断する方法であって、診断条件判断ステップと、酸素センサラフネス計算活性化ステップと、酸素センサラフネスレベル判断ステップと、空燃比偏差検出ステップと、故障報知ステップと、を含むことを特徴とする。前記診断条件判断ステップでは、排気系の空燃比が燃料量によってのみ反応できる条件であるかを判断し、診断を行うべきであるか否かを決定する。前記診断条件判断ステップで診断条件を満たすと判断されると、前記酸素センサラフネス計算活性化ステップを行って酸素センサラフネス計算を活性化することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素センサラフネスを用いて気筒間空燃比偏差を診断する方法であって、
診断条件判断ステップと、酸素センサラフネス計算活性化ステップと、酸素センサラフネスレベル判断ステップと、空燃比偏差検出ステップと、故障報知ステップと、を含むことを特徴とする気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項２】
前記診断条件判断ステップでは、排気系の空燃比が燃料量によってのみ反応できる条件であるかを判断し、診断を行うべきであるか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項３】
前記診断条件判断ステップで診断条件を満たすと判断されると、前記酸素センサラフネス計算活性化ステップを行って酸素センサラフネスの計算を活性化することを特徴とする請求項２に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項４】
前記酸素センサラフネスは、ローパスフィルタでノイズが除去された酸素センサ信号値と、前記信号値に対して移動平均フィルタで計算された平均空燃比代表値との差値の、エンジンサイクル毎に検出される最大値と最小値との差として計算されることを特徴とする請求項３に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項５】
前記酸素センサラフネスは、ローパスフィルタでノイズが除去された酸素センサ信号値と、前記信号値に対して移動平均フィルタで計算された平均空燃比代表値との差値の、エンジンサイクル毎に求められるＲＭＳＥ値として計算されることを特徴とする請求項３に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項６】
前記酸素センサラフネス計算活性化ステップで酸素センサラフネスの計算が活性化されると、前記空燃比偏差検出ステップを行う前に、前記酸素センサラフネスレベル判断ステップを先に行うことを特徴とする請求項３に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項７】
前記酸素センサラフネスレベル判断ステップでは、所定のエンジン運転領域で酸素センサラフネスレベルが所定レベル以下である場合、前記空燃比偏差検出ステップを行わず、直ちに正常と判定することを特徴とする請求項６に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項８】
前記酸素センサラフネスレベル判断ステップで酸素センサラフネスレベルが所定レベル以上であると判断されると、前記空燃比偏差検出ステップを行うことを特徴とする請求項７に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項９】
前記空燃比偏差検出ステップでは、各気筒毎に燃料量変調を行い、燃料量変調時に発生する酸素センサラフネスの変化量を判断することで、気筒間空燃比偏差を検出することを特徴とする請求項１に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項１０】
前記空燃比偏差検出ステップは、燃料量変調ステップと、酸素センサラフネス変化量算出ステップと、酸素センサラフネス変化量判断ステップと、診断気筒転換ステップと、を含むことを特徴とする請求項９に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項１１】
前記燃料量変調ステップでは、現在の気筒に対して燃料量のリーン変調を行うことを特徴とする請求項１０に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項１２】
前記酸素センサラフネス変化量算出ステップでは、前記燃料量のリーン変調により変化する酸素センサラフネスの変化量を算出することを特徴とする請求項１１に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項１３】
前記酸素センサラフネス変化量判断ステップでは、燃料変調量に対する前記算出された酸素センサラフネスの変化率が、リーン状態において所定の臨界値以上またはリッチ状態において所定の臨界値以下である場合、該気筒が気筒間空燃比偏差を発生させると判断し、前記故障報知ステップで故障報知を行うことを特徴とする請求項１２に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項１４】
前記酸素センサラフネス変化量判断ステップで現在の気筒が気筒間空燃比偏差を発生させないと判断されると、前記診断気筒転換ステップで、所定の順序に従って順に次の気筒に診断気筒を転換し、次の気筒に対して前記燃料量変調ステップが行われるようにすることを特徴とする請求項１３に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項１５】
前記燃料量変調ステップで現在の気筒に対して燃料量のリーン変調を行う際に、全体気筒の空燃比を理論空燃比に維持するために、残りの気筒の燃料量をリッチ方向に補償することを特徴とする請求項１１に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項１６】
酸素センサラフネスを用いて気筒間空燃比偏差を診断する方法であって、
所定のエンジン運転領域での酸素センサラフネスレベルに基づいて気筒間空燃比偏差を診断することを特徴とする気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項１７】
前記所定のエンジン運転領域での酸素センサラフネスレベルが所定レベル以下であると、気筒間空燃比偏差が発生していないと診断することを特徴とする請求項１６に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項１８】
酸素センサラフネスを用いて気筒間空燃比偏差を診断する方法であって、
各気筒毎の燃料量のリーン変調時に発生する酸素センサラフネスの変化量に基づいて気筒間空燃比偏差を診断することを特徴とする気筒間空燃比偏差の診断方法。
【請求項１９】
前記酸素センサラフネスの変化率が、リーン状態において所定の臨界値以上またはリッチ状態において所定の臨界値以下であると、該気筒によって気筒間空燃比偏差が発生していると診断することを特徴とする請求項１８に記載の気筒間空燃比偏差の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒間空燃比偏差の診断方法に係り、より詳しくは、酸素センサラフネス（Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を用いてガソリンエンジンの気筒間空燃比偏差を診断する気筒間空燃比偏差の診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンでは、排気ガス基準を満たすために、理論空燃比（λ＝１）領域で燃焼できるように燃料噴射量をフィードバック制御する。
ところが、量産エンジンにおける気筒毎の充填量偏差及びインジェクタの故障による噴射量偏差などの要因により、気筒間空燃比偏差が発生しており、かかる気筒間空燃比偏差がある程度以上発生する場合、燃焼安定性による運転性の悪化だけでなく、排出ガスの増加にも大きく影響を与えることになる。
従来の気筒間空燃比偏差の診断方法は、所定の順序に従って、各気筒毎にリーン（ｌｅａｎ）方向への燃料量変調を行いながら、エンジン回転速度の変化率を用いて計算されるエンジンラフネスを監視する。一気筒に対してリーン方向への燃料量変調を行う際に、該気筒のトルク減少によってエンジン回転速度のばらつきが生じると、エンジンラフネスレベルが増加する結果を示す。
しかし、従来技術によるエンジンラフネスレベルの変化を十分に検知するためには、非常に多くのリーン方向への燃料量変調が必要であり（約１５％以上）、そのため、気筒間空燃比偏差の診断を行う際に、燃費損失が不可避となるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１８５５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、本発明の目的とするところは、エンジンラフネスに代えて、気筒間空燃比偏差に敏感な酸素センサラフネスを用いて、少ない燃料変調量で空燃比偏差を検出できるようにすることで、診断時間及び燃費悪化を改善することができる気筒間空燃比偏差の診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法は、酸素センサラフネスを用いて気筒間空燃比偏差を診断する方法であって、診断条件判断ステップと、酸素センサラフネス計算活性化ステップと、酸素センサラフネスレベル判断ステップと、空燃比偏差検出ステップと、故障報知ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００６】
前記診断条件判断ステップでは、排気系の空燃比が燃料量によってのみ反応できる条件であるかを判断し、診断を行うべきであるか否かを決定する。
前記診断条件判断ステップで診断条件を満たすと判断されると、前記酸素センサラフネス計算活性化ステップを行って酸素センサラフネス計算を活性化することを特徴とする。
【０００７】
前記酸素センサラフネスは、ローパスフィルタでノイズが除去された酸素センサ信号値と、前記信号値に対して移動平均フィルタで計算された平均空燃比代表値との差値の、エンジンサイクル毎に検出される最大値と最小値との差として計算されることを特徴とする。
【０００８】
前記酸素センサラフネスは、ローパスフィルタでノイズが除去された酸素センサ信号値と、前記信号値に対して移動平均フィルタで計算された平均空燃比代表値との差値の、エンジンサイクル毎に求められるＲＭＳＥ値として計算されることことを特徴とする。
【０００９】
前記酸素センサラフネス計算活性化ステップで酸素センサラフネス計算が活性化されると、前記空燃比偏差検出ステップを行う前に、前記酸素センサラフネスレベル判断ステップを先に行うことを特徴とする。
【００１０】
前記酸素センサラフネスレベル判断ステップでは、所定のエンジン運転領域で酸素センサラフネスレベルが所定レベル以下である場合、前記空燃比偏差検出ステップを行わず、直ちに正常と判定する。
酸素センサラフネスレベルが所定レベル以上であると判断されると、前記空燃比偏差検出ステップを行うことを特徴とする。
【００１１】
前記空燃比偏差検出ステップでは、各気筒毎に燃料量変調を行い、燃料量変調時に発生する酸素センサラフネスの変化量を判断することで、気筒間空燃比偏差を検出することを特徴とする。
【００１２】
前記空燃比偏差検出ステップは、燃料量変調ステップと、酸素センサラフネス変化量算出ステップと、酸素センサラフネス変化量判断ステップと、診断気筒転換ステップと、を含み、
前記燃料量変調ステップでは、現在の気筒に対して燃料量のリーン変調を行ない、前記燃料量のリーン変調により変化する酸素センサラフネスの変化量を算出することを特徴とする。
【００１３】
前記酸素センサラフネス変化量判断ステップでは、燃料変調量に対する前記算出された酸素センサラフネスの変化率が、リーン状態において所定の臨界値以上またはリッチ状態において所定の臨界値以下である場合、該気筒が気筒間空燃比偏差を発生させると判断し、前記故障報知ステップで故障報知を行うことを特徴とする。
【００１４】
前記酸素センサラフネス変化量判断ステップで現在の気筒が気筒間空燃比偏差を発生させないと判断されると、前記診断気筒転換ステップで、所定の順序に従って順に次の気筒に診断気筒を転換し、次の気筒に対して前記燃料量変調ステップが行われることを特徴とする。
【００１５】
前記燃料量変調ステップで現在の気筒に対して燃料量のリーン変調を行う際に、全体気筒の空燃比を理論空燃比に維持するために、残りの気筒の燃料量をリッチ方向に補償することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法は、酸素センサラフネスを用いて気筒間空燃比偏差を診断する方法であって、所定のエンジン運転領域での酸素センサラフネスレベルに基づいて気筒間空燃比偏差を診断することを特徴とする。
【００１７】
前記所定のエンジン運転領域での酸素センサラフネスレベルが所定レベル以下であると、気筒間空燃比偏差が発生していないと診断する。
【００１８】
また、本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法は、酸素センサラフネスを用いて気筒間空燃比偏差を診断する方法であって、各気筒毎の燃料量のリーン変調時に発生する酸素センサラフネスの変化量に基づいて気筒間空燃比偏差を診断することを特徴とする。
【００１９】
前記酸素センサラフネスの変化率が、リーン状態において所定の臨界値以上またはリッチ状態において所定の臨界値以下であると、該気筒によって気筒間空燃比偏差が発生していると診断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の気筒間空燃比偏差の診断方法によれば、酸素センサラフネスを用いて診断することで、エンジンラフネスを用いた診断方法に比べて少ない燃料変調量で診断が可能であるため、診断による燃費損失を低減することができる効果がある。
また、酸素センサラフネスレベルに基づいて気筒間空燃比偏差の発生有無を迅速に診断可能であるため、正常エンジンでは任意の燃料量変調を行わなくなり、燃費及び排出ガスの低減に有利である効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明で用いる酸素センサラフネスの計算過程を示した図である。
【図２】本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法において、リーン方向への燃料量変調による酸素センサラフネスの変化を示した図である。
【図３】本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法の他の実施形態を示した図である。
【図４】本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法をステップ毎に示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明で用いる酸素センサラフネスの計算過程を示した図である。
図１に示す通り、本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法において、酸素センサラフネスは下記のように計算される。
先ず、酸素センサ信号にローパス（ｌｏｗ‐ｐａｓｓ）フィルタを適用して酸素センサ信号のノイズを除去し、移動平均（ｍｏｖｉｎｇ  ａｖｅｒａｇｅ）フィルタを用いて各気筒の平均空燃比代表値を計算した後、ノイズが除去された信号値と平均空燃比代表値との差値を算出する。
前記差値が算出されると、算出された差値の最大値及び最小値をエンジンサイクル毎に検出し、検出された最大値と最小値との差として定義される酸素センサラフネスを計算する。
一方、酸素センサラフネスは、上記のような最大値と最小値との差ではなく、ＲＭＳＥ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）値として定義し計算することもできる。
【００２３】
本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法は、各気筒毎の燃料量変調時に発生する酸素センサラフネスの変化量を用いて空燃比偏差を診断する。
図２は本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法において、リーン方向への燃料量変調による酸素センサラフネスの変化を示した図である。
図２に示す通り、特定気筒の空燃比が他の気筒に比べて外れている場合、各気筒毎の燃料量のリーン変調時（ｆ０→ｆ１）に、酸素センサラフネスの変化量（△Ｒ＝Ｒ１−Ｒ０）が他の気筒に比べて著しく異なって現れる。
すなわち、特定気筒の空燃比が他の気筒に比べてリーン方向に著しく外れている場合、該気筒のリーン方向への燃料量変調時に、酸素センサラフネスの変化量が著しく増加する傾向を示し、反対に特定気筒の空燃比が他の気筒に比べてリッチ方向に著しく外れている場合には、該気筒のリーン方向への燃料量変調時に、酸素センサラフネスの変化量が著しく減少する傾向を示す。
【００２４】
したがって、本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法は、所定の順序に従って順に燃料量をリーン方向に変調する際に、酸素センサラフネスレベルが所定の臨界値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）以上もしくは所定の臨界値以下に増加すると、該気筒が他の気筒に比べて相対的にリーンもしくはリッチ（ｒｉｃｈ）状態で燃焼されて気筒間空燃比偏差を誘発すると診断する。
排気系の形状や酸素センサの位置によって燃料量変調と酸素センサラフネスの関係が気筒毎に変わる場合には、その特性を考慮して診断できるように、気筒毎に補正因子を用いてもよい。
一方、図３に示すように、燃料変調量と酸素センサラフネスの変化量が関数関係を有することを用いて最適燃料量補正因子を算出することもできる。この際、算出された最適値が、初期値と所定以上の差を有する場合、該気筒空燃比が全体空燃比に比べて多くの偏差を有していると診断することもできる。
【００２５】
図４は本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法をステップ毎に示したフローチャートである。
図４に示す通り、本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法は、酸素センサラフネスを用いて気筒間空燃比偏差を診断するために、診断条件判断ステップ（Ｓ１０）と、酸素センサラフネス計算活性化ステップ（Ｓ２０）と、酸素センサラフネスレベル判断ステップ（Ｓ３０）と、空燃比偏差検出ステップ（Ｓ４０）と、故障報知ステップ（Ｓ５０）と、を含む。
本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法は、エンジンが動作している際に、排気系の空燃比が燃料量によってのみ反応できる条件を満たす場合にのみ行われる。
そのために、診断条件判断ステップ（Ｓ１０）では、酸素センサ信号の活性化、空燃比フィードバック、失火発生、エンジン負荷及び速度、外気温と大気圧などの外部環境、エンジン冷却水の温度、燃料パージ弁の状態、始動後経過時間などの条件を判断することで、診断を行うべきであるか否かを決定する。
診断条件判断ステップ（Ｓ１０）で診断条件を満たすと判断されると、酸素センサラフネス計算活性化ステップ（Ｓ２０）を行って酸素センサラフネスの計算を活性化する。
【００２６】
酸素センサラフネス計算活性化ステップ（Ｓ２０）で酸素センサラフネスの計算が活性化されると、空燃比偏差検出ステップ（Ｓ４０）を行う前に、酸素センサラフネスレベル判断ステップ（Ｓ３０）を行う。
酸素センサラフネスレベル判断ステップ（Ｓ３０）では、所定のエンジン運転領域で酸素センサラフネスレベルが所定レベル以下である場合、空燃比偏差検出ステップ（Ｓ４０）を行わず、直ちに正常と判定する。酸素センサラフネスは、気筒間空燃比偏差によってのみ影響されるため、酸素センサラフネスの絶対レベルのみで正常判定が可能であるためである。
これに対し、従来技術で用いられていたエンジンラフネスは、気筒間空燃比偏差だけでなく、変速衝撃などの様々な要因の影響を受けるため、エンジンラフネスの絶対レベルのみでは気筒間空燃比偏差を判定することができない。
本発明は、空燃比偏差検出ステップ（Ｓ４０）の前に酸素センサラフネスレベル判断ステップ（Ｓ３０）を先に行うことで、頻繁な燃料量変調による診断によって燃費及び運転性に与える副作用を最小化することができる。
【００２７】
酸素センサラフネスレベル判断ステップ（Ｓ３０）で酸素センサラフネスレベルが所定レベル以上であると判断され、特定気筒の空燃比偏差が疑われると、空燃比偏差検出ステップ（Ｓ４０）を行う。
空燃比偏差検出ステップ（Ｓ４０）では、各気筒毎に燃料量変調を行い、燃料量変調時に発生する酸素センサラフネスの変化量を判断することで、気筒間空燃比偏差を検出する。そのために、空燃比偏差検出ステップ（Ｓ４０）は、燃料量変調ステップ（Ｓ４１）と、酸素センサラフネス変化量算出ステップ（Ｓ４２）と、酸素センサラフネス変化量判断ステップ（Ｓ４３）と、診断気筒転換ステップ（Ｓ４４）と、を含む。
燃料量変調ステップ（Ｓ４１）では、現在の気筒に対する燃料量のリーン変調を行い、酸素センサラフネス変化量算出ステップ（Ｓ４２）では、燃料量変調によって変化する酸素センサラフネスの変化量を算出する。
酸素センサラフネス変化量判断ステップ（Ｓ４３）では、所定の燃料変調量に対する酸素センサラフネスの変化率が、所定の臨界値以上（リーン状態）または他の臨界値以下（リッチ状態）である場合、該気筒が気筒間空燃比偏差を発生させると判断し、故障報知ステップ（Ｓ５０）で故障報知を行う。
【００２８】
酸素センサラフネス変化量判断ステップ（Ｓ４３）で現在の気筒が気筒間空燃比偏差を発生させないと判断されると、診断気筒転換ステップ（Ｓ４４）では、所定の順序に従って順に次の気筒に診断気筒を転換し、次の気筒に対して燃料量変調ステップ（Ｓ４１）が行われるようにする。
一方、燃料量変調ステップ（Ｓ４１）で燃料量のリーン変調を行う際に、全体気筒の空燃比を理論空燃比に維持するために、残りの気筒の燃料量をリッチ方向に補償する。
上述のような本発明による気筒間空燃比偏差の診断方法によると、酸素センサラフネスを用いて診断することで、エンジンラフネスを用いた診断方法に比べて少ない燃料変調量で診断が可能であるため、診断による燃費損失を低減することができる。
また、酸素センサラフネスレベルに基づいて気筒間空燃比偏差の発生有無を迅速に診断可能であるため、正常エンジンでは任意の燃料量変調を行わなくなり、燃費及び排出ガスの低減に有利である。
【００２９】
以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。。
【符号の説明】
【００３０】
Ｓ１０  診断条件判断ステップ
Ｓ２０  酸素センサラフネス計算活性化ステップ
Ｓ３０  酸素センサラフネスレベル判断ステップ
Ｓ４０  空燃比偏差検出ステップ
Ｓ４１  燃料量変調ステップ
Ｓ４２  酸素センサラフネス変化量算出ステップ
Ｓ４３  酸素センサラフネス変化量判断ステップ
Ｓ４４  診断気筒転換ステップ
Ｓ５０  故障報知ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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