(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四気筒エンジンを搭載する自動車の運行中に、エンジン回転数センサから出力されるエンジン回転数と、クランク角センサから出力されるクランク角度と、四本の排気マニホールドが集合した下流に連結される触媒コンバータ内の入口に一個装着された広域酸素センサから出力される排気ガス中の酸素濃度に応じた電気的な信号とを含む運行情報をエンジン電子制御装置が検出する段階と、
前記検出された各クランク角度で広域酸素センサの出力値を測定した後、前記広域酸素センサ出力値についての予め設定されたエンジン複数サイクル間のアンサンブル平均値を計算するアンサンブル平均値計算段階と、
計算された前記アンサンブル平均値の極小値と極大値とを検出するアンサンブル平均極大値極小値検出段階と、
前記極小値におけるクランク角度を検出する段階と、
前記予め設定されたエンジン複数サイクルの間のエンジン回転数の変化が設定されたエンジン回転数の変化値以内に維持されてエンジンが正常状態であると判断されると、
各シリンダ別に空燃比が１０％リッチ側又は１０％リーン側に外れた状態での先行試験によって作成された極大値と極小値との位置に対する基本マップにおける極大値と極小値との差異として設定された基準値に対して、前記アンサンブル平均値の極大値と極小値との差異が大であるかを判断する段階と、
前記アンサンブル平均値の極大値と極小値との差異が前記基準値より大である場合にシリンダ異常と判断し、前記アンサンブル平均値の前記極小値における前記検出されたクランク角度によりシリンダの位置を判別する段階と、
前記判別されたシリンダの位置における燃料噴射量を減少させた後、前記アンサンブル平均値計算段階及びアンサンブル平均極大値極小値検出段階の両段階と同様の段階を実行し、検出されたアンサンブル平均値の極大値と極小値との差異が燃料噴射量を減少させる前における前記アンサンブル平均値の極大値と極小値との差異に対して予め設定された差異比較設定値以上減少したか否かを判断する差異比較段階とを備え、
前記差異比較段階において、前記差異比較設定値以上減少したら前記判別されたシリンダがリッチな空燃比によって異常が発生したと判断し、前記差異比較設定値以上減少しなければ前記判別されたシリンダの位置からエンジン１／２サイクルに位置するシリンダがリーンな空燃比によって異常が発生したと判断することを特徴とする自動車の異常シリンダの判別方法。
【請求項２】
四気筒エンジンを搭載する自動車の運行中に、エンジン回転数センサから出力されるエンジン回転数と、クランク角センサから出力されるクランク角度と、四本の排気マニホールドが集合した下流に連結される触媒コンバータ内の入口に一個装着された広域酸素センサから出力される排気ガス中の酸素濃度に応じた電気的な信号とを含む運行情報をエンジン電子制御装置が検出する段階と、
前記検出された各クランク角度で広域酸素センサの出力値を測定した後、前記広域酸素センサ出力値についての予め設定されたエンジン複数サイクル間のアンサンブル平均値を計算するアンサンブル平均値計算段階と、
計算された前記アンサンブル平均値の極小値と極大値とを検出するアンサンブル平均極大値極小値検出段階と、
前記極大値におけるクランク角度を検出する段階と、
前記予め設定されたエンジン複数サイクルの間のエンジン回転数の変化が設定されたエンジン回転数の変化値以内に維持されてエンジンが正常状態であると判断されると、
各シリンダ別に空燃比が１０％リッチ側又は１０％リーン側に外れた状態での先行試験によって作成された極大値と極小値との位置に対する基本マップにおける極大値と極小値との差異として設定された基準値に対して、前記アンサンブル平均値の極大値と極小値との差異が大であるかを判断する段階と、
前記アンサンブル平均値の極大値と極小値との差異が前記基準値より大である場合にシリンダ異常と判断し、前記アンサンブル平均値の前記極大値における前記検出されたクランク角度によりシリンダの位置を判別する段階と、
前記判別されたシリンダの位置における燃料噴射量を増加させた後、前記アンサンブル平均値計算段階及びアンサンブル平均極大値極小値検出段階の両段階と同様の段階を実行し、検出されたアンサンブル平均値の極大値と極小値との差異が燃料噴射量を増加させる前における前記アンサンブル平均値の極大値と極小値との差異に対して予め設定された差異比較設定値以上減少したか否かを判断する差異比較段階とを備え、
前記差異比較段階において、前記差異比較設定値以上減少したら前記判別されたシリンダがリーンな空燃比によって異常が発生したと判断し、前記差異比較設定値以上減少しなければ前記判別されたシリンダの位置からエンジン１／２サイクルに位置するシリンダがリッチな空燃比によって異常が発生したと判断することを特徴とする自動車の異常シリンダの判別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の異常シリンダの判別方法に関し、より詳しくは自動車の排気ガス中の酸素の濃度を検出する酸素センサを用いて自動車の異常シリンダを判別する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＭＰＩ（ｍｕｌｔｉ  ｐｏｉｎｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）自動車における燃料量の制御はシリンダ内の吸入空気量を基に決定され、理論空燃比での正確な制御遂行のために酸素センサフィードバックの制御が遂行される。しかし、酸素センサの出力はシリンダ全体の混合された値を測定するのでシリンダ間の区別がなく、シリンダ別の吸入空気量の差異と加工上の誤差インジェクタの摩耗などによる差異とを補償することができない。
【０００３】
そして、エンジンが老朽化することによって、シリンダ別の差異は大きく発生し、著しい場合には失火が発生することもある。現在はＯＢＤ―ｌｌ規定によって失火発生の場合にのみシリンダを区別しており、失火時のシリンダ区別の場合にはクランクの各加速度の変動のような信号を用いているが、失火時には大きな幅の変化があるので区別することができるが、混合器のリッチ（ｒｉｃｈ）またはリーン（ｌｅａｎ）状態のような場合にはこれを区別することができない。
【０００４】
従来、シリンダ別の空燃比の遂行のために、日本国ＨＯＮＤＡの場合には広域酸素センサを用い、それ以外には点火プラグ内のイオン量の測定や圧力センサからの空燃比の測定のような方法で各シリンダ内にセンサを設置する方法などが用いられている。
【０００５】
ＨＯＮＤＡでは、シリンダ別の空燃比制御のために、オブザーバー（ｏｂｓｅｒｖｅｒ）理論と広域酸素センサとを用いて排気ガス中の窒素ガスを５％減少させた。しかし、オブザーバー理論の特性上、多くの計算量を要求し、エンジンの電子制御装置の多くの諸元を用いるようになり、排気システムに対する定数値の決定が重要であるために排気システムの変更時に多くの定数値の変更が要求される。また、排気システムにおける４シリンダの同一特性が要求されるばかりか、制御の遂行が完了する前には問題のシリンダだけの区別が難しいという短所がある。そして、広域酸素センサを用いてシリンダ別の空燃比制御の遂行のためには多くの計算など要求事項が多いという短所がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を解決するためのものであって、その目的は、シリンダ別の空燃比制御のために各シリンダの異常状態を広域酸素センサを用いた簡単な方法によって判別することができるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による自動車の異常シリンダの判別方法は、四気筒エンジンを搭載する自動車の運行中に、エンジン回転数センサから出力されるエンジン回転数と、クランク角センサから出力されるクランク角度と、四本の排気マニホールドが集合した下流に連結される触媒コンバータ内の入口に一個装着された広域酸素センサから出力される排気ガス中の酸素濃度に応じた電気的な信号とを含む運行情報をエンジン電子制御装置が検出する段階と、前記検出された各クランク角度で広域酸素センサの出力値を測定した後、前記広域酸素センサ出力値についての予め設定されたエンジン複数サイクル間のアンサンブル平均値を計算するアンサンブル平均値計算段階と、計算された前記アンサンブル平均値の極小値と極大値とを検出するアンサンブル平均極大値極小値検出段階と、前記極小値におけるクランク角度を検出する段階と、前記予め設定されたエンジン複数サイクルの間のエンジン回転数の変化が設定されたエンジン回転数の変化値以内に維持されてエンジンが正常状態であると判断されると、各シリンダ別に空燃比が１０％リッチ側又は１０％リーン側に外れた状態での先行試験によって作成された極大値と極小値との位置に対する基本マップにおける極大値と極小値との差異として設定された基準値に対して、前記アンサンブル平均値の極大値と極小値との差異が大であるかを判断する段階と、前記アンサンブル平均値の極大値と極小値との差異が前記基準値より大である場合にシリンダ異常と判断し、前記アンサンブル平均値の前記極小値における前記検出されたクランク角度によりシリンダの位置を判別する段階と、前記判別されたシリンダの位置における燃料噴射量を減少させた後、前記アンサンブル平均値計算段階及びアンサンブル平均極大値極小値検出段階の両段階と同様の段階を実行し、検出されたアンサンブル平均値の極大値と極小値との差異が燃料噴射量を減少させる前における前記アンサンブル平均値の極大値と極小値との差異に対して予め設定された差異比較設定値以上減少したか否かを判断する差異比較段階とを備え、前記差異比較段階において、前記差異比較設定値以上減少したら前記判別されたシリンダがリッチな空燃比によって異常が発生したと判断し、前記差異比較設定値以上減少しなければ前記判別されたシリンダの位置からエンジン１／２サイクルに位置するシリンダがリーンな空燃比によって異常が発生したと判断することを特徴とする。
【０００８】
まず、本発明によって広域酸素センサの出力からリッチ或いはリーンに作動するシリンダを区別する原理を説明する。
【０００９】
排気マニホールド統合地点に設置された広域酸素センサは、排気ガスが伝達される時間の差異によって各シリンダの空燃比に差異が現れる。しかし、排気ガスの混合と広域酸素センサの反応時間の遅延などによって、各シリンダ別の空燃比による出力が現れず、図１の１（全てのシリンダの空燃比Ａ／Ｆ＝１）のようにシリンダ全体の空燃比の差異による出力が現れる。この中で、一つのシリンダの空燃比の値が他のシリンダに比べて大きく外れる場合、酸素センサの出力は図１の２（一つのシリンダの空燃比Ａ／Ｆ＝０．９、他のシリンダの空燃比Ａ／Ｆ＝１）のようにエンジンの一つのサイクル（ｃｙｃｌｅ）に同期して極大値と極小値とを有するサイン波のような形態で現れる。この出力のうちの極大値と極小値との位置はエンジンの速度及び負荷によって一定の傾向を有しながらシリンダ毎に異なる位置に現れる。つまり、図２（ａ）または（ｂ）のように各シリンダの空燃比を一つずつ変えながら（１―３―４―２番の順）広域酸素センサの出力値を測定すると、各シリンダ別に位相に１８０゜ずつ差異が生じることがわかる。
【００１０】
したがって、本発明においては、先行試験で各シリンダ別の空燃比が大きく外れた状態で極大値と極小値との位置に対する基本マップを作成した後、エンジン運転状態において極大値と極小値とを測定してマップ値の位置と比較することによって、空燃比が大きく外れるシリンダを区別することができるようになる。しかし、図２（ａ）と図２（ｂ）とを比較する時、信号の位相が一つのシリンダがリッチな場合（図２（ａ））とリーンな場合（図２（ｂ））で３６０゜差異が発生するため、一つのシリンダの異常が判別される時、このシリンダが異常であるのか、３６０゜の位相を有した他のシリンダが異常であるのかを正確に判別することができない。
【００１１】
したがって、リッチな場合には極小値に、リーンな場合には極大値にシリンダの空燃比の情報を有しているので、異常シリンダの判断以降に燃料量を変化させながらエラーの増加、減少を把握して異常シリンダがリッチであるかリーンであるかを判断するようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明による好ましい一実施例を説明する。
【００１３】
図３は、本発明による自動車の異常シリンダの判別のための装置を概略的に示した構成図であって、エンジン回転数センサ１０とクランク角センサ２０、広域酸素センサ３０、エンジン電子制御装置４０、燃料噴射装置５０からなる。
【００１４】
エンジン回転数センサ１０は自動車の運行中のエンジンの回転数を検出する。
【００１５】
クランク角センサ２０は自動車の運行中のクランク角度を検出する。
【００１６】
広域酸素センサ３０は自動車の排気マニホールド側に装着され、排気ガス中の酸素の濃度に応じた電気的な信号を出力する。
【００１７】
エンジン電子制御装置４０は、エンジン回転数センサ１０から検出されたエンジンの回転数が正常な状態を維持する間、クランク角センサ２０から検出されたクランク角度によって広域酸素センサ３０の信号を分析して異常シリンダを判別する。
【００１８】
燃料噴射装置５０は、エンジン電子制御装置４０からの制御信号によって動作して、エンジンに燃料を供給する。
【００１９】
前記のように構成された装置を通じて本発明による自動車の異常シリンダの判別方法を図４と図５とを参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
自動車の運行中にエンジン回転数センサ１０とクランク角センサ２０、広域酸素センサ３０などを通じて車両のエンジン回転数、クランク角度、排気ガス中の酸素濃度などの各種の運行情報を検出すると（Ｓ１）、エンジン電子制御装置４０はクランク角センサ２０から検出される各クランク角度で排気ガス中の酸素の濃度によって電気的な信号を出力する広域酸素センサ３０の出力値を測定した後、エンジンの一定サイクルの間、たとえば、エンジン５サイクルの間のアンサンブル平均値を計算する。そして、計算されたアンサンブル平均値における極小値と極大値とを検出した後、極小値におけるクランク角度を検出する（Ｓ２）。
【００２１】
その後、エンジン電子制御装置４０はエンジン回転数センサ１０から検出されるエンジン回転数を分析して、エンジンが正常な状態であるかどうかを判断する（Ｓ３）。つまり、エンジン回転数センサ１０から検出される車両のエンジン回転数の変化がエンジンの正常状態を判断するために設定されたエンジン回転数の変化値以内にエンジン５サイクルの間維持されるかどうかを判断する。
【００２２】
この時、エンジン５サイクルの間エンジン回転数の変化が設定されたエンジン回転数の変化値以内に維持されてエンジンが正常状態であると判断されると、エンジン電子制御装置４０はエンジン５サイクルの間に各クランク角度において検出された広域酸素センサ３０の出力値に対するアンサンブル平均値の極大値と極小値との差異（極大値−極小値）が異常シリンダの判断のための基準値より大きいかどうかを判断する（Ｓ４）。この時、異常シリンダの判断のための基準値は各シリンダ別に空燃比を大きく外れた状態での先行試験によって作成された極大値と極小値との位置に対する基本マップで極大値と極小値との差異に設定する。
【００２３】
そして、広域酸素センサ３０の出力値に対するアンサンブル平均値の極大値と極小値との差異が異常シリンダの判断のための基準値より大きくなると、エンジン電子制御装置４０は検出された極小値におけるクランク角度によるシリンダの位置を判別する（Ｓ５）。
【００２４】
その後、エンジン電子制御装置４０は、検出された極小値におけるクランク角度によって判別されたシリンダが１番シリンダであれば（Ｓ６）、燃料噴射装置５０を制御して１番シリンダの燃料の供給量を減少させる（Ｓ７）。その後、エンジン５サイクルの間に各クランク角度から検出される広域酸素センサ３０の出力値に対するアンサンブル平均値の極大値と極小値とを検出し、その差異が以前に比べて設定値、たとえば、３０％以上減少したかどうかを判断する（Ｓ８）。この時、極大値と極小値との差異が３０％以上減少したら、エンジン電子制御装置４０は１番シリンダがリッチな空燃比によって異常が発生したと判断し（Ｓ９）、そうでなければ、４番シリンダがリーンな空燃比によって異常が発生したと判断する（Ｓ１０）。これはエンジンの行程が１−３−４−２番シリンダの順に行われる場合、１番シリンダと４番シリンダ、３番シリンダと２番シリンダとにおける空燃比がリッチまたはリーンな状態で広域酸素センサ３０の出力値が３６０゜の位相を現すためである。
【００２５】
そして、エンジン電子制御装置４０は、検出された極小値におけるクランク角度によって判別されたシリンダが２番シリンダであれば（Ｓ１１）、燃料噴射装置５０を制御して２番シリンダの燃料の供給量を減少させるＳ１２。その後、エンジン５サイクルの間に各クランク角度から検出される広域酸素センサ３０の出力値に対するアンサンブル平均値の極大値と極小値とを検出し、その差異が以前に比べて３０％以上減少したかどうかを判断する（Ｓ１３）。この時、極大値と極小値との差異が３０％以上減少したら、エンジン電子制御装置４０は２番シリンダがリッチな空燃比によって異常が発生したと判断し（Ｓ１４）、そうでなければ、３番シリンダがリーンな空燃比によって異常が発生したと判断する（Ｓ１５）。
【００２６】
そして、エンジン電子制御装置４０は、検出された極小値におけるクランク角度によって判別されたシリンダが３番シリンダであれば（Ｓ１６）、燃料噴射装置５０を制御して３番シリンダの燃料の供給量を減少させる（Ｓ１７）。その後、エンジン５サイクルの間に各クランク角度から検出される広域酸素センサ３０の出力値に対するアンサンブル平均値の極大値と極小値とを検出し、その差異が以前に比べて３０％以上減少したかどうかを判断する（Ｓ１８）。この時、極大値と極小値との差異が３０％以上減少したら、エンジン電子制御装置４０は３番シリンダがリッチな空燃比によって異常が発生したと判断し（Ｓ１９）、そうでなければ、２番シリンダがリーンな空燃比によって異常が発生したと判断する（Ｓ２０）。
【００２７】
そして、エンジン電子制御装置４０は、検出された極小値におけるクランク角度によって判別されたシリンダが４番シリンダであれば（Ｓ２１）、燃料噴射装置５０を制御して４番シリンダの燃料量を減少させる（Ｓ２２）。その後、エンジン５サイクルの間に各クランク角度から検出される広域酸素センサ３０の出力値に対するアンサンブル平均値の極大値と極小値とを検出し、その差異が以前に比べて３０％以上減少したかどうかを判断する（Ｓ２３）。この時、極大値と極小値との差異が３０％以上減少したら、エンジン電子制御装置４０は４番シリンダがリッチな空燃比によって異常が発生したと判断し（Ｓ２４）、そうでなければ、１番シリンダがリーンな空燃比によって異常が発生したと判断する（Ｓ２５）。
【００２８】
前記のような実施例においては、シリンダの異常を判断した後、シリンダの異常がリッチな空燃比またはリーンな空燃比によって発生したことを判断するために、広域酸素センサ３０の出力値のアンサンブル平均値が極小値である時に、クランク角度によるシリンダを判別して燃料噴射量を減少させた後、エラーの減少を把握したが、これとは反対に、極大値におけるクランク角度によるシリンダを判別して燃料噴射量を増加させた後、エラーの減少を通してリッチまたはリーンな空燃比によってシリンダの異常が発生したことを判別することもできる。そして、前記実施例における各種定数（５サイクル、３０％など）は例示的に示されたものであって、本発明を限定するわけではない。
【００２９】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、広域酸素センサを用いた簡単な方法によってリッチ或いはリーンな空燃比で作動するシリンダを区別することによって、酸素フィードバックの制御による空燃比の制御を通じて異常発生シリンダの空燃比を制御することができるので、車両の排気ガスを低減させることができるばかりか、シリンダ燃焼の誤動作を未然に防止することができるので、車両の運行性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車の各シリンダ別の空燃比の変化による広域酸素センサの出力値を示した波形図である。
【図２】自動車の一つのシリンダにおいて空燃比が変化した場合の広域酸素センサの出力値を示した波形図であって、（ａ）は１０％リッチな場合、（ｂ）は１０％リーンな場合を示した図である。
【図３】本発明による自動車の異常シリンダの判別のための装置を概略的に示した構成図である。
【図４】本発明による自動車の異常シリンダの判別方法を概略的に示した動作順序図の前半である。
【図５】本発明による自動車の異常シリンダの判別方法を概略的に示した動作順序図の後半である。
【符号の説明】
１０ エンジン回転数センサ
２０ クランク角センサ
３０ 広域酸素センサ
４０ エンジン電子制御装置
５０ 燃料噴射装置
【図１】
0004328439.tif 000002
【図２】
0004328439.tif 000003
【図３】
0004328439.tif 000004
【図４】
0004328439.tif 000005
【図５】
0004328439.tif 000006