(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関において、燃料噴射弁故障診断を空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）を用いることで、Ｏ2 センサを用いた場合と比較し、各気筒の燃料噴射弁の異常を素早く検出する。【解決手段】各気筒に通じる複数の排気通路を集合させ、その排気集合部に空燃比を検出する空燃比検出手段を設け、前記空燃比検出手段の出力信号に基づいて、燃料噴射量を制御する演算処理装置を有し、前記空燃比検出手段の出力信号又は出力信号波形に基づき、特定気筒の燃料噴射弁に異常が発生したことを診断する。【選択図】図２（１）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒に通じる複数の排気通路を集合させ、前記複数の排気通路の集合部に空燃比を検出する空燃比検出手段を設け、前記空燃比検出手段の出力信号に基づいて燃料噴射量を制御する演算処理装置を有すると共に、前記空燃比検出手段の出力信号又は出力信号波形に基づき、特定気筒の燃料噴射弁に異常が発生したことを診断する異常診断手段を有することを特徴とする内燃機関の故障診断システム。
【請求項２】
請求項１において、前記異常診断手段による異常診断中は、空燃比センサ信号出力による燃料噴射量のフィードバック制御を禁止することを特徴とする内燃機関の故障診断システム。
【請求項３】
請求項１において、前記異常診断手段による異常診断は、空燃比センサ信号出力の振幅に基づいて行われることを特徴とする内燃機関の故障診断システム。
【請求項４】
請求項１において、前記異常診断手段による異常診断は、１気筒ずつ燃料カットを実施し、そのときの空燃比センサ信号出力結果から、特定気筒の燃料噴射弁に異常が発生したことを判断することを特徴とする内燃機関の故障診断システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて前記異常診断手段による異常診断は、別に定める燃料系全体の故障診断にて、故障と判断されたときに実施することを特徴とする内燃機関の故障診断システム。
【請求項６】
請求項１において、前記異常診断手段による異常診断は、車両に外部に診断ツールを接続し、前記診断ツールからの開始動作をトリガーとして診断を開始することを特徴とする内燃機関の故障診断システム。
【請求項７】
請求項１において、空燃比センサと、クランク角度検出手段，吸入空気流量測定手段、又は吸入空気圧測定手段の少なくともいずれかが別に定める自己診断にて異常と判定されている場合、前記異常診断手段による異常判定を禁止することを特徴とする内燃機関の故障診断システム。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかにおいて、特定気筒の異常が検出された場合、その特定気筒を車載されているコンピュータもしくは、診断ツールに記憶することを特徴とする内燃機関の故障診断システム。
【請求項９】
請求項１において前記異常判断手段の診断領域を、気筒別の空燃比が検出可能な予め定める回転数と負荷とすることを特徴とする内燃機関の故障診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒別燃料系診断を空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）を用いて実施することで、各気筒の燃料噴射弁の異常を素早く検出することを特徴とする内燃機関の故障診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料系診断は、排出ガスの空燃比の異常から、エミッションの悪化を検知する診断であり、北米のＯＢＤII法規にて車両に搭載が義務付けられている。
【０００３】
その診断方法の一つとして、各気筒に通じる複数の排気通路を集合させ、その排気集合部に設けられた排出ガス中の酸素濃度を検出するＯ2 センサにより、そのセンサ信号から算出された空燃比補正値と空燃比学習値が、ある一定範囲内に収まらない場合、異常と判定する方法が知られている。
【０００４】
しかし、この方法では、燃料系診断で故障と判定された場合、燃料系の故障原因までは自動的に特定できない問題点がある。この場合、故障原因としては、燃料ポンプ・燃料噴射弁・プレッシャーレギュレータ・空気流量計が考えられ、また、ガス欠・吸気系のエア漏れ・燃料配管からの燃料漏れ等も考えられる。このように故障原因が多岐に渡り、故障発生時には、原因特定が困難である。
【０００５】
そこで、少なくとも燃料噴射弁の異常に対し、その異常気筒を自動的に検出する方法として、各気筒に設定される空燃比補正値を用いて、気筒別燃料系診断を実施するもの特許文献１にて提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３４９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、Ｏ2 センサを用いるため、気筒別に空燃比学習制御を使用しなければならず、学習が終了するまでの時間が必要となるため、異常が発生してから異常を検出するまでに、結果としてかなりの多大な時間を要することとなる。
【０００８】
そこで本発明では、各気筒からの排気集合部に設けられた、空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）を用いて、燃料噴射弁の異常気筒を素早く検出する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、各気筒に通じる複数の排気通路を集合させ、前記複数の排気通路の集合部に空燃比を検出する空燃比検出手段を設け、前記空燃比検出手段の出力信号に基づいて燃料噴射量を制御する演算処理装置を有すると共に、前記空燃比検出手段の出力信号又は出力信号波形に基づき、特定気筒の燃料噴射弁に異常が発生したことを診断する異常診断手段を有することを特徴とする内燃機関の故障診断システムにより解決される。
【発明の効果】
【００１０】
燃料系診断にて故障判定された場合、故障原因が多岐に渡り、ディーラー等にて原因特定に時間がかかることも多い。時間が無い場合には、燃料噴射弁のアッセンブリー交換
（正常品も含めての燃料噴射弁の全数交換）をすることもある。少なくとも燃料噴射弁故障の際には、その気筒を検出できれば、部品代と交換工賃を節約することができる。
【００１１】
その一方、ＬＡＦセンサを用いるため、故障検出に空燃比学習制御が不要であり、故障が発生してから故障検出までの時間を短縮できる。
【００１２】
また、近年、内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する直噴方式をガソリンエンジンでも採用する車種が増えている。その場合、燃料噴射弁の噴射口にカーボン堆積物が付着し易くなり、特定の燃料噴射弁において、燃料流量が意図した流量より少なくなる不具合が懸念されており、燃料噴射弁の異常気筒特定は重要性が増している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここでは一例として、直列４気筒の内燃機関で、空燃比センサが排気集合部に１つだけついているものにて説明を行う。
【００１４】
実施例１では、オンボード上での診断を想定しており、実施例２では、車のディーラー等の整備場で、メカニックがオフボード上で診断する場合を想定している。
【実施例１】
【００１５】
図１に、内燃機関の構成について説明する。吸入空気は、内燃機関の運転状態計測手段の一つである空気流量計６を通り、空気流量を制御するスロットル弁８を通ってコレクタ９に入る。前記空気流量計６からは、前記空気流量を表す信号が内燃機関制御装置であるエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）７に出力されている。前記コレクタ９に吸入された空気は、内燃機関１の各燃焼室１１に分配されて導かれる。
【００１６】
一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク１２から燃料ポンプ１３によりプレッシャーレギュレータ１０にて調圧され、各燃焼室１１に配置されている燃料噴射弁２に圧送される。前記燃料は、ＥＣＭ７からの信号により燃料噴射弁２から噴射される。噴射された燃料は吸入空気と混合され、各燃焼室１１毎に配置されている火花点火装置３で点火され燃焼する。
【００１７】
また、エンジンの回転やクランク角度を検出するためにクランク角センサ５を設け、その出力はＥＣＭ７に送られる。
【００１８】
さらに、排気管１５中の触媒１４の上流に設けられた空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）４は、排出ガスの空燃比を検出し、その検出信号をＥＣＭ７に出力する。該ＥＣＭ７は、各種のセンサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算出された各種の制御信号を出力し、各燃料噴射弁２，火花点火装置３に所定の制御信号を供給して燃料供給量制御，燃料噴射時期制御，点火時期制御を実行する。
【００１９】
図２は本実施例の一形態のフローチャートを示す。
【００２０】
ステップ１（Ｓ１）は、従来の燃料系診断にてＮＧ判定されたか判定する。
【００２１】
ＮＯの場合、ステップ１（Ｓ１）にて、ＹＥＳ判定されるまで、気筒別燃料噴射弁故障診断を開始しない。
【００２２】
ＹＥＳの場合、ステップ２（Ｓ２）に進み、気筒別燃料噴射弁故障診断を開始する。
【００２３】
ステップ３（Ｓ３）は、診断領域に入っているか判定する。
【００２４】
診断領域は、あらかじめＥＣＭに記憶されているエンジン回転数と負荷の領域とする。このエンジン回転数と負荷は、気筒別の空燃比が検出可能な回転数と負荷に設定されている。診断中においても、この領域を外れたら直ちに診断を中止する。
【００２５】
また、空燃比センサと、クランク角度検出手段，吸入空気流量測定手段、或いは吸入空気圧測定手段が自己診断にて故障と判定されている場合、診断領域外とする。
【００２６】
ここで、ＮＯの場合、ステップ３（Ｓ３）にて、ＹＥＳ判定されるまで、気筒別燃料噴射弁故障診断を開始しない。
【００２７】
ＹＥＳの場合、ステップ４（Ｓ４）に進む。
【００２８】
ステップ４（Ｓ４）は、空燃比フィードバック制御を停止させる。
【００２９】
ステップ５（Ｓ５）は、空燃比センサ出力信号の振幅が、ＥＣＭに格納されている、ある一定値を超えているか判定する。
【００３０】
例えば、ある気筒で燃料噴射弁が故障している場合、故障気筒のみ空燃比が異常となるので、正常気筒との空燃比差が大きくなることにより、空燃比センサの振幅も大きくなり、ここではＹＥＳとなり、ステップ６（Ｓ６）に進む。
【００３１】
また、燃料噴射弁が全て正常、もしくは全て異常の場合は、各気筒間で空燃比差が無く、燃料噴射弁の故障気筒は特定不可能となる。そのため、ここではＮＯとなり、ステップ１３（Ｓ１３）に進み、故障気筒を特定不可能であったことを記憶装置に格納し、診断を終了する。
【００３２】
ステップ６（Ｓ６）は、空燃比センサ出力信号とクランク角度，エンジン回転数，空気流量から、各気筒毎の空燃比を算出する。
【００３３】
各気筒毎の空燃比は、各気筒の排出ガスが空燃比センサに到達したときの空燃比（特定のクランク角度の範囲内の空燃比だけを平均化する）により算出する。
【００３４】
ステップ７（Ｓ７）は、各気筒の空燃比と、演算処理装置にて算出された目標空燃比を比較し、その差分がある一定値を超えている気筒があるか判定する。
【００３５】
ＹＥＳの場合、ステップ８（Ｓ８）に進む。
【００３６】
ＮＯの場合、燃料噴射弁の故障気筒が特定不可能となり、ステップ１３（Ｓ１３）に進み、故障気筒を特定不可能であったことを記憶装置に格納し、診断を終了する。
【００３７】
ステップ８（Ｓ８）は、ステップ７（Ｓ７）での該当気筒は全気筒か判定する。ここで、ＹＥＳの場合、燃料噴射弁が全て異常であるか、もしくは他に故障原因があるかの判別が不可能であるため、ステップ１３（Ｓ１３）に進み、故障気筒を特定不可能であったことを記憶装置に格納し、診断を終了する。
【００３８】
ＮＯの場合、ステップ９（Ｓ９）に進む。
【００３９】
ステップ９（Ｓ９）は、ステップ７（Ｓ７）での該当気筒を故障気筒と判定する。
【００４０】
ステップ１０（Ｓ１０）は、ステップ９（Ｓ９）の故障気筒の空燃比が、目標空燃比よりも大きいか判定する。
【００４１】
ＹＥＳの場合、ステップ１１（Ｓ１１）に進み、故障気筒はリーン故障（燃料噴射量が目標噴射量より少ない）と判定し、故障気筒番号とリーン故障であることを記憶装置に格納し、終了する。
【００４２】
ＮＯの場合、ステップ１２（Ｓ１２）に進み、故障気筒はリッチ故障（燃料噴射量が目標噴射量より多い）と判定し、故障気筒番号とリッチ故障であることを記憶装置に格納し、終了する。
【実施例２】
【００４３】
内燃機関の構成については、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００４４】
図３は本実施例の一形態のフローチャートを示す。
【００４５】
ステップ１０１（Ｓ１０１）は、診断ツールを車両につなぎ、診断ツール上で診断開始ボタンを押したか判定する。
【００４６】
ＮＯの場合、ステップ１０１（Ｓ１０１）にて、ＹＥＳ判定されるまで、気筒別燃料噴射弁故障診断を開始しない。
【００４７】
ＹＥＳの場合、ステップ１０２（Ｓ１０２）に進む。
【００４８】
ステップ１０２（Ｓ１０２）は、診断領域に入っているか判定する。
【００４９】
診断領域とは、診断を実施する条件で、ここでは、車速が完全に止まっている場合に診断を実施する。診断中においても車速が０km／ｈを超えたら、直ちに診断を中止することを基本とする。これは診断中はエンジンの回転変動が生じるため必ずも安定した運転状態が確保できない可能性もあることによるものである。
【００５０】
また、空燃比センサと、クランク角度検出手段，吸入空気流量測定手段、或いは吸入空気圧測定手段が自己診断にて故障と判定されている場合は、診断領域外とする。
【００５１】
ステップ１０２（Ｓ１０２）は診断許可条件を示し、車速が０km／ｈの場合、ステップ１０３（Ｓ１０３）に進み、気筒別燃料噴射弁故障診断を開始する。また診断中でも車速が０km／ｈを超えたら、直ちに診断を中止することを基本とするものである。これは、上述の理由と同じものによるものである。
【００５２】
ステップ１０４（Ｓ１０４）は、空燃比フィードバック制御を停止させ、エンジン回転数を２０００ｒ／min.に保つ。回転数をアイドル回転数より上昇させるのは、エンスト防止である。
【００５３】
ステップ１０５（Ｓ１０５）は、１cyl.から各気筒１気筒ずつ順番にＥＣＭから燃料カットの指令を３０秒間出しつづけ、その時の空燃比センサ信号出力を記録する。この時、エンスト防止のため、回転が落ちたら、スロットルを開けて、２０００ｒ／min.に保つ。
【００５４】
ステップ１０６（Ｓ１０６）は、ステップ１０５（Ｓ１０５）の空燃比センサ出力結果から、異常気筒を検出したか判定する。
【００５５】
ここで、例えば１番気筒の空燃比が１８で異常であり、その他の２〜４番気筒の空燃比が１４.５ で正常である場合について示す。
【００５６】
この場合、２〜４番気筒のいずれかの気筒を燃料カットした場合、
平均空燃比は、４／（１／１８＋２／１４.５）＝２０.６７となる。
【００５７】
異常の１番気筒を燃料カットした場合、
平均空燃比は、４／(３／１４.５)＝１９.３３となる。
【００５８】
また、１番気筒にＥＣＭから燃料カットの指令を出しても、指令通りに燃料噴射弁が燃料カットしない不具合も考えられる。その場合、
平均平均空燃比は、４／（１／１８＋３／１４.５）＝１５.２４となる。
【００５９】
よって、１番気筒に燃料カットの指令を出した場合のみ、２〜４番気筒のいずれかの気筒を燃料カットした場合と空燃比が異なるので、異常気筒を検出することができる。
【００６０】
ステップ１０７（Ｓ１０７）は、ステップ１０６（Ｓ１０６）でＹＥＳの場合、その該当気筒を、故障気筒と判定し、故障気筒番号を記憶装置に格納し、終了する。
【００６１】
ステップ１０８（Ｓ１０８）は、ステップ１０６（Ｓ１０６）でＮＯの場合、故障気筒を特定不可能であったことを記憶装置に格納し、終了する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のシステム構成図。
【図２（１）】本発明の第１の実施形態におけるフローチャート。
【図２（２）】本発明の第１の実施形態におけるフローチャート。
【図２（３）】本発明の第１の実施形態におけるフローチャート。
【図３（１）】本発明の第２の実施形態におけるフローチャート。
【図３（２）】本発明の第２の実施形態におけるフローチャート。
【符号の説明】
【００６３】
１…内燃機関、２…燃料噴射弁、３…火花点火装置、４…空燃比センサ(ＬＡＦセンサ)、５…クランク角センサ、６…空気流量計、７…エンジンコントロールモジュール（ECM)、８…スロットル弁、９…コレクタ、１０…プレッシャーレギュレータ、１１…燃焼室、１２…燃料タンク、１３…燃料ポンプ、１４…触媒、１５…排気管。
【図１】
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【図２（１）】
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【図２（２）】
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【図２（３）】
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【図３（１）】
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【図３（２）】
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