JPH07317586A - 内燃エンジンの希薄燃焼制御および故障判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 希薄空燃比領域でのエンジン運転を安定化す
ると共に、特別な故障判定手段を用いずに燃料供給系お
よび点火系の故障を確実に判定する。 【構成】 電子制御ユニット２３は、クランク角センサ
１８出力に基づいてクランク軸２５の回転角加速度の変
動量を求め、変動量と閾値とを比較して各気筒での燃焼
状態の良否を判定する。そして、燃焼状態が良好であれ
ば燃料補正係数ひいては目標空燃比を燃料希薄側へ変更
する一方、燃焼状態が不良であれば目標空燃比を燃料過
濃側へ変更する。更に、電子制御ユニットは、燃料過濃
側への目標空燃比の変更が同一気筒について連続して所
定回数行われたとき、この気筒に関連する燃料供給系ま
たは点火系に故障が発生したと判定して、フェール表示
ランプ２７を点灯させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃エンジンの希薄燃
焼制御および故障判定装置に関し、特に、希薄空燃比領
域でエンジンを安定に運転できると共に、エンジンの燃
料供給系および点火系の故障を特別な故障判定手段を用
いずに迅速かつ確実に判定できるようにした希薄燃焼制
御および故障判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用ガソリンエンジン等で
は、理論空燃比（１４．７）よりも燃料希薄（リーン）
側の空燃比領域でエンジンを運転して、排気ガスに含ま
れる窒素酸化物等の有毒成分を低減すると共に燃費を向
上させるようにしている。窒素酸化物の排出量は、空燃
比１６付近よりも燃料希薄側において空燃比が増大する
につれて減少する。その一方で、空燃比が２０以上の超
希薄空燃比領域（安定燃焼限界域）で混合気を燃焼させ
ると、燃焼が安定せずにトルク変動を生じ易くなる。

【０００３】安定な燃焼を得るには、点火プラグ近傍を
流れる混合気が周辺と比較して燃料過濃（リッチ）な空
燃比を有するようにする層状吸気を行って混合気の着火
性能を向上させることが有効であり、また、燃焼室の形
状を工夫するなどして燃焼室内へ吸入される混合気に強
力な旋回流（スワール、タンブル）を発生させることが
有効である。しかしながら、この種の対策を講じた場合
にも、空燃比が値２２〜２３を上回る領域で安定な燃焼
を得ることは困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、希薄燃焼（リ
ーンバーン）エンジンでは、空燃比を、安定燃焼限界に
対応する空燃比２２〜２３の狭い範囲内にある目標空燃
比にフィードバック制御して、排気ガスの浄化および燃
費の向上を極限まで追求することが課題になる。しかし
ながら、この空燃比フィードバック制御において実際の
空燃比を検出するために通常用いられるリニア空燃比セ
ンサは、空燃比が燃料希薄側にシフトした際に、その検
出精度が低下することがある。このため、目標空燃比を
安定燃焼限界近傍に設定した場合、外気温や湿度などの
変動により、混合気の燃焼に異常が生じたり、断続的な
失火が生じることがある。この様な燃焼不良が発生した
場合、燃費の悪化や有害排出ガスの増加がもたらされる
と共に、エンジン振動やトルク変動が頻発し、乗員に不
快感を与えることになる。

【０００５】従って、従来は、燃焼不良や失火に対する
余裕を与えるために目標空燃比を比較的燃料過濃側に設
定せざるを得ず、窒素酸化物排出量の低減や燃費の向上
を極限まで追求することができなかった。また、希薄空
燃比領域とくに超希薄空燃比領域でのエンジン運転中に
エンジンの燃料供給系や点火系に故障、例えば、燃料噴
射弁のつまりによる燃料供給量の減少あるいは点火不良
による燃焼不能状態が生じると、理論空燃比領域でのエ
ンジン運転中に同様の故障が発生した場合に比べて、運
転フィーリングが著しく損なわれる。従って、この種の
故障原因の究明は早急に行われることが望ましい。

【０００６】そこで、本発明は、希薄空燃比領域での安
定なエンジン運転を可能にすると共に、エンジンの燃料
供給系および点火系の故障を確実に判定可能にする、内
燃エンジンの希薄燃焼制御および故障判定装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よる内燃エンジンの希薄燃焼制御および故障判定装置
は、内燃エンジンの回転情報を検出するための回転情報
検出手段と、回転情報検出手段により検出された回転情
報に基づいて回転情報の変動量を気筒毎に求め、回転情
報の変動量と閾値とを比較して、各気筒における燃焼状
態の良否を繰り返し判定するための燃焼状態判定手段
と、燃焼状態が良好であることが燃焼状態判定手段によ
り判定される度に、この判定に係る気筒に供給される混
合気の空燃比を燃料希薄側へ変更する一方、燃焼状態が
不良であると判定される度に空燃比を燃料過濃側へ変更
するための空燃比変更手段と、空燃比変更手段による燃
料過濃側への空燃比の変更が同一気筒について連続して
所定回数行われたとき、この気筒に関連する燃料供給系
または点火系に故障が発生したと判定するための故障判
定手段とを備えることを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の発明によれば、回転情報
検出手段は、内燃エンジンのクランク軸の回転角加速度
を回転情報として検出する。請求項３に記載の発明によ
れば、本装置は、故障判定手段による故障判定に応じて
内燃エンジンの制御内容を変更するための制御変更手段
を更に備える。請求項４に記載の発明によれば、制御変
更手段は、故障判定された気筒への燃料供給を中止す
る。

【０００９】請求項５に記載の発明によれば、制御変更
手段は、故障判定された気筒以外の気筒に供給される混
合気の空燃比を希薄空燃比から理論空燃比又は理論空燃
比近傍の空燃比に変更する。請求項６に記載の発明によ
れば、故障判定手段は、故障判定結果を不揮発記憶す
る。

【００１０】請求項７に記載の発明によれば、空燃比変
更手段は、燃料希薄側への空燃比の変更を第１所定値ず
つ行い、燃料過濃側への空燃比の変更を前記第１所定値
よりも大きい第２所定値ずつ行う。請求項８に記載の発
明によれば、燃焼状態判定手段は、回転情報から求めた
各気筒の燃焼行程における回転変動瞬時値と、回転変動
瞬時値の平均値とに基づいて、回転情報の変動量を求め
る。

【００１１】請求項９に記載の発明によれば、燃焼状態
判定手段は、所定期間内に回転情報の変動量が閾値を越
えた回数が第１所定回数以上であると判別したとき、こ
の判別に係る気筒での燃焼状態が不良であると判定する
一方、前記回数が第１所定回数よりも少ない第２所定回
数未満であると判別したとき、この判別に係る気筒での
燃焼状態が良好であると判定する。

【００１２】請求項１０に記載の発明によれば、所定期
間内に回転情報の変動量が閾値を越えた回数が第２所定
回数以上でかつ第１所定回数未満であることが燃焼状態
判定手段により判別されたとき、空燃比変更手段は、こ
の判別に係る気筒に供給される混合気の空燃比を維持す
る。

【００１３】

【作用】内燃エンジンの運転中、エンジンの回転情報た
とえばクランク軸の回転角加速度が回転情報検出手段に
より検出され、次に、この回転情報に基づき、回転情報
の変動量が燃焼状態判定手段により気筒毎に求められ
る。そして、燃焼状態判定手段は、回転情報の変動量と
閾値とを比較して、各気筒における燃焼状態の良否を繰
り返し判定する。

【００１４】好ましくは、燃焼状態判定手段は、回転情
報から求めた各気筒の燃焼行程における回転変動瞬時値
と、回転変動瞬時値の平均値とに基づいて、回転情報の
変動量を求める。また、燃焼状態判定手段は、所定期間
内に回転情報の変動量が閾値を越えた回数が第１所定回
数以上であると判別したとき、この判別に係る気筒での
燃焼状態が不良であると判定する一方、前記回数が第１
所定回数よりも少ない第２所定回数未満であると判別し
たとき、この判別に係る気筒での燃焼状態が良好である
と判定する。

【００１５】以上のようにして、燃焼状態が良好である
ことが燃焼状態判定手段により判定されると、空燃比変
更手段は、この判定に係る気筒に供給される混合気の空
燃比を燃料希薄側へ変更する。好ましくは、燃焼希薄側
への空燃比の変更は第１所定値ずつ行われる。この結
果、良好な燃焼状態が続く限り、空燃比が徐々にリーン
化され、エンジンからの窒素酸化物の排出量が低減され
ると共に燃費向上が図られる。一方、燃焼状態が不良で
あると判定されると、好ましくは第１所定値よりも大き
い第２所定値ずつ、空燃比が燃料過濃側へ変更され、こ
れにより燃焼状態が改善され、トルク変動などが防止さ
れる。従って、希薄空燃比領域ないし超希薄空燃比領域
においても安定な燃焼が達成される。

【００１６】不良燃焼状態の判定に応じて空燃比を燃料
過濃側へ変更すると、通常は、不良燃焼状態が良好な燃
焼状態へ速やかに改善される。それにもかかわらず、燃
料過濃側への空燃比の変更が同一気筒について連続して
所定回数行われた場合、故障判定手段は、燃料供給系ま
たは点火系に故障が発生したと判定する。空燃比を燃料
過濃側へ変更したにもかかわらず不良燃焼状態が依然と
して続く原因は、燃料供給系または点火系の故障にある
蓋然性が極めて高いからである。

【００１７】好ましくは、所定期間内に回転情報の変動
量が閾値を越えた回数が第２所定回数以上でかつ第１所
定回数未満であることが燃焼状態判定手段により判別さ
れたとき、空燃比変更手段は、この判別に係る気筒に供
給される混合気の空燃比を維持する。これにより、超希
薄空燃比でのエンジン運転すなわち安定燃焼限界状態が
達成されていれば、斯かる燃焼状態が維持される。

【００１８】より好ましくは、故障判定に応じてエンジ
ンの制御内容が制御変更手段により変更される。例え
ば、故障判定された気筒への燃料供給が中止され、或い
は、それ以外の気筒に供給される混合気の空燃比が希薄
空燃比から理論空燃比又は理論空燃比近傍の空燃比に変
更される。この結果、燃料供給系または点火系の故障に
よるエンジン運転に対する悪影響が緩和される。また、
故障判定結果が不揮発記憶され、これにより故障原因の
究明が容易になる。

【００１９】

【実施例】図１において、参照符号１は、自動車用内燃
エンジン、例えば直列４気筒ガソリンエンジンを示し、
このエンジンは、燃焼室をはじめ、吸気系や点火系等が
リーンバーン用に設計されている。エンジン１の吸気ポ
ート２には、燃料供給系の主要部をなす燃料噴射弁３を
各気筒毎に取り付けた吸気マニホールド４を介して、エ
アクリーナ５、エアフローセンサ６、スロットルバルブ
７、ＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）バルブ８
等を備えた吸気管９が接続している。また、排気ポート
１０には、排気マニホールド１１を介して、リニア空燃
比センサ１２、三元触媒１３、図示しないマフラー等を
備えた排気管１４が接続している。

【００２０】エンジン１には、燃焼室１５に点火プラグ
１６が配置されると共に、クランク軸２５が直付けされ
たロータプレート１７の回転を検出するためのクランク
角センサ１８が取り付けられている。クランク角センサ
１８は、クランク軸２５の回転角加速度をエンジン１の
回転情報として検出するための回転情報検出手段として
機能するもので、例えば、ロータプレート１７を挟んで
互いに対向する発光部と受光部とを備えている。図２に
示すように、ロータプレート１７には、角度幅７０度の
２個のベーン１７ａ，１７ｂが１８０度間隔で形成され
ている。

【００２１】そして、ロータプレート１７のベーン１７
ａ、１７ｂのいずれか一方が、クランク角センサ１８に
対向している間、すなわち、クランク軸２５の回転位置
が、各気筒の上死点（ＴＤＣ）を含む１１０度（ＢＴＤ
Ｃ５度〜ＡＴＤＣ１０５度）の第１クランク角区間α内
にある間は、クランク角センサ１８の出力がオフにな
り、また、いずれか一方のベーンがクランク角センサ１
８に対向していない間、すなわち、クランク軸２５の回
転位置が、第１クランク角区間αに続く７０度（ＡＴＤ
Ｃ１０５度〜ＡＴＤＣ１７５度）の第２クランク角区間
β内にある間は、クランク角センサ１８の出力がオンに
なる（図３参照）。

【００２２】図１中、参照符号１９はスロットルバルブ
７の開度θTHを検出するためのスロットルセンサを示
し、また、参照符号２０は冷却水温ＴWを検出するため
の水温センサ、２１は大気圧Ｐaを検出するための大気
圧センサ、２２は吸気温度Ｔaを検出するための吸気温
センサを夫々表す。車室内には、図示しない入出力装
置、多数の制御プログラムを内蔵した記憶装置、中央処
理装置、タイマカウンタなどを備えエンジン１の総合的
な制御を行うためのＥＣＵ（電子制御ユニット）２３が
設置されている。ＥＣＵ２３の入力側には、上述の各種
センサからの検出情報が入力され、ＥＣＵ２３は、これ
らの検出情報から燃焼噴射量や点火時期等の最適値を演
算し、燃料噴射弁３や点火プラグ１６等を駆動する。

【００２３】図１中、参照符号２４は、ＥＣＵ２３から
の指令により点火プラグ１６に高電圧を出力する点火ユ
ニットを表し、この点火ユニット２４は点火プラグ１６
と共に点火系を構成している。また、ＥＣＵ２３には、
気筒識別センサ２６とフェール表示ランプ２７が接続さ
れている。気筒識別センサ２６は、エンジン１の４つの
気筒のうちの、例えば燃焼行程にある一つの気筒を識別
するもので、図示しないカムシャフトに臨んで配され、
クランク軸２５が２回転してカムシャフトが１回転する
間に、カムシャフトが一つの気筒に対応する特定の回転
位置をとる毎にパルス出力を発生するようになってい
る。また、フェール表示ランプ２７は、エンジン１の燃
料供給系または点火系での故障発生が後述のようにして
ＥＣＵ２３により判別されたときに故障発生をドライバ
に告知するためのもので、例えば、車両のインストルメ
ントパネルに配設されている。

【００２４】後述の作動説明から明らかになるように、
ＥＣＵ２３は、回転情報としてのクランク角センサ出力
から求めた回転情報の変動量に基づいてエンジン１の各
気筒における燃焼状態の良否を判定するための燃焼状態
判定手段、各気筒に供給される空燃比を変更するための
空燃比変更手段、エンジン１の燃料供給系または点火系
の故障を判定するための故障判定手段、および、故障判
定に応じてエンジン１の制御内容を変更するための制御
変更手段として機能するもので、回転情報検出手段とし
てのクランク角センサ１８などと協働して、希薄燃焼制
御および故障判定装置を構成している。

【００２５】以下、上記構成の希薄燃焼制御および故障
判定装置の作動を説明する。ドライバがイグニッション
キーをオンしてエンジン１がスタートにすると、ＥＣＵ
２３は、図４に示す燃料噴射制御サブルーチンを開始す
る。このサブルーチンにおいて、ＥＣＵ２３は、各種セ
ンサ出力をエンジン運転情報として読み込んでメモリに
格納し（ステップＳ１）、エアフローセンサ出力すなわ
ち吸入空気量とエンジン回転数Ｎｅとから算出した一吸
気行程当たりの吸気量Ａ／Ｎを大気圧Ｐａ、吸気温度Ｔ
ａ等に応じて補正することにより、体積効率Ｅｖを求め
る。次に、ＥＣＵ２３は、スロットル開度θTH、スロッ
トル開度の時間変化率、体積効率Ｅｖ、エンジン始動後
の経過時間、冷却水温ＴW等に基づき、エンジン１がフ
ィードバック制御域で運転されているか否かを判別する
（ステップＳ２）。

【００２６】ステップＳ２での判別結果が肯定であれ
ば、ＥＣＵ２３は、体積効率Ｅｖ、エンジン回転数Ｎｅ
等に基づき、エンジン１が、要求トルクの小さいアイド
ル運転域、定速運転域等に対応する所定のリーンバーン
制御域で運転されているか否かを更に判別する（ステッ
プＳ３）。そして、ステップＳ３での判別結果が肯定で
あれば、ＥＣＵ２３は、体積効率Ｅｖとエンジン回転数
Ｎｅとに基づき、図８に示すリーン空燃比マップを参照
して、目標空燃比ＯＡＦを設定し（ステップＳ４）、後
で詳述する希薄燃焼制御および故障判別サブルーチンを
実行する（ステップＳ５）。

【００２７】一方、エンジン１がリーンバーン制御域で
運転されていないとステップＳ３で判別されると、体積
効率Ｅｖとエンジン回転数Ｎｅとに基づき、図９に示す
ストイキオ／リッチ空燃比マップに従って目標空燃比Ｏ
ＡＦが設定され（ステップＳ６）、空燃比センサ１２出
力によって表される実際空燃比が目標空燃比になるよう
に、燃料噴射弁３の開弁時間ＴINJすなわち燃料噴射量
がフィードバック制御される（ステップＳ７）。

【００２８】また、エンジン１がフィードバック制御域
で運転されていないとステップＳ２で判別されると、ス
トイキオ／リッチ空燃比マップに基づいて目標空燃比Ｏ
ＡＦが設定され（ステップＳ８）、この目標空燃比ＯＡ
Ｆと吸気量Ａ／Ｎとから算出された基本噴射量ＴINJBに
加速時増量、冷機時増量などの補正が施され（ステップ
Ｓ９）、斯く補正した噴射量を目標値として燃料噴射弁
３の開弁時間がオープンループ制御される。

【００２９】上述の希薄燃焼制御および故障判別サブル
ーチン（図４のステップＳ５）は、クランク割込信号が
発生する度に実行される。図５〜図７を参照すると、こ
のサブルーチンにおいて、ＥＣＵ２３は、気筒識別セン
サ２６からの出力に基づいて、今回サイクルでの制御・
判別対象としての気筒を識別する（ステップＳ２０）。
次に、ＥＣＵ２３は、ステップＳ２０で識別された第ｍ
番気筒（ｍ＝１，２，３または４）に関する燃料噴射弁
または点火系での故障発生を表す第ｍ番気筒フェールフ
ラグがセットされているか否かを判別する（ステップＳ
２１）。

【００３０】通常は、燃料噴射弁および点火系は故障し
ていないので、ステップＳ２１での判別結果は否定にな
る。この場合、ＥＣＵ２３は、エンジン１が、図８のリ
ーン空燃比マップにクロスハッチングを施して示した空
燃比学習領域内で運転されているか否かを、すなわち、
体積効率ＥｖがＥｖAからＥｖBまでの範囲内にあると共
にエンジン回転数ＮｅがＮｅAからＮｅBまでの範囲内に
あるか否かを更に判別する（ステップＳ２２）。

【００３１】この判別結果が否定であれば、ＥＣＵ２３
は、エンジン１が図８にハッチングを施して示した空燃
比補正領域内で運転されているか否かを、すなわち、体
積効率ＥｖがＥｖCからＥｖDまでの範囲内にあると共に
エンジン回転数ＮｅがＮｅCからＮｅDまでの範囲内にあ
るか否かを更に判別する（ステップＳ３４）。図８に示
すように、補正領域は学習領域を含むように設定されて
いる。これは、補正領域を外れる領域では失火の虞はな
く、学習補正が不要であるからである。

【００３２】そして、エンジン１が補正領域内で運転さ
れていないことをステップＳ３４で判別すると、ＥＣＵ
２３は、リーン空燃比マップから検索した目標空燃比基
本値ＯＡＦＢを目標空燃比ＯＡＦとして設定し（ステッ
プＳ３６）、リニア空燃比センサ１２の出力信号から実
空燃比ＲＡＦを算出する（ステップＳ４１）。次に、Ｅ
ＣＵ２３は、目標空燃比ＯＡＦと実空燃比ＲＡＦとの偏
差ΔＡＦを算出し（ステップＳ４２）、この偏差ΔＡＦ
からフィードバック補正係数ＫFBを算出し（ステップＳ
４３）、更に、式ＳＡＦ＝ＯＡＦ・（１＋ＫFB）に従っ
て設定空燃比ＳＡＦを算出する（ステップＳ４４）。

【００３３】次に、ＥＣＵ２３は、式ＴB＝ＫINJ・Ｅｖ
・１４．７／ＳＡＦに従って燃料噴射弁３の基本噴射時
間ＴBを算出する（ステップＳ４５）。同式中、記号ＫI
NJおよびＥｖは燃料噴射弁ゲインおよび体積効率を夫々
表し、数値１４．７は理論空燃比（ストイキオ）であ
る。更に、式ＴINJ＝ＫDT・ＴB＋ＴDに従って燃料噴射
弁３の開弁時間ＴINJが算出される（ステップＳ４
６）。同式中、記号ＫDTは、冷却水温Ｔｗ、大気圧Ｐ
ａ、吸気温度Ｔａ等に応じて設定される空燃比補正係数
を表し、記号ＴDは無効噴射時間を表す。次に、燃料噴
射弁３が開弁時間ＴINJにわたって開弁駆動され（ステ
ップＳ４７）、図４に示す燃料噴射制御サブルーチンの
ステップＳ１以降の処理が再度実行される。そして、同
サブルーチンのステップＳ３において、リーンバーン制
御域でのエンジン運転であると判別されている限り、上
述の希薄燃焼制御および故障判別サブルーチンが引き続
いて実行される。

【００３４】このサブルーチンの実行中に学習領域での
エンジン運転が開始されてステップＳ２２での判別結果
が肯定になると、ＥＣＵ２３は、本サブルーチンの開始
時に初期値ＴCDX（たとえば２５６）に設定されるダウ
ンカウントタイマの現在値ＴCDから「１」を減算し（ス
テップＳ２３）、次に、式Ｖmn＝（β／α−Ｔβ／Ｔ
α）・Ｋに従って、第ｍ番気筒のｎ回目の燃焼行程にお
ける回転変動瞬時値Ｖmnを算出し、メモリに格納する
（ステップＳ２４）。

【００３５】上記算出式において、記号αおよびβは、
クランク角センサ１８の出力がオフになる第１クランク
角区間および同センサ出力がオンになる第２クランク角
区間を夫々表し、ＴαおよびＴβは、クランク軸２５が
第１および第２クランク角区間α、βを回転するのに要
する時間を夫々表す。また、記号Ｋ（＞０）は、体積効
率Ｅｖとエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとして予め
設定されたマップから求められる補正係数を表す。

【００３６】第１クランク角区間αは、圧縮上死点を含
む１１０゜のクランク軸回転角度領域すなわち燃焼行程
前半部に対応し、同区間では燃焼が未だ不十分であっ
て、クランク軸２５の回転速度は比較的遅くなる。一
方、第２クランク角区間βは、第１クランク角区間αに
続く７０゜のクランク軸回転角度領域すなわち燃焼行程
後半部に対応し、通常は、同区間での燃焼は完全に行わ
れ、クランク軸回転速度は比較的速くなる。但し、失火
（より一般的には燃焼異常）が生じた場合、ピストンの
下降に伴って燃焼室内の負圧が増大するので、第２クラ
ンク角区間βでのクランク軸２５の回転速度は次第に遅
くなる。

【００３７】このため、燃焼が正常であればβ／α＞Ｔ
β／Ｔαの関係が成立して回転変動瞬時値Ｖmnが正の値
になる一方、失火が生じればβ／α＜Ｔβ／Ｔαの関係
が成立して回転変動瞬時値Ｖmnが負の値になる。次のス
テップＳ２５では、ＥＣＵ２３は、ステップＳ２３で算
出した回転変動瞬時値Ｖmnにローパスフィルタ処理を施
すことによって回転変動瞬時値の平均値Ｅmnを求めて、
メモリに格納する。このローパスフィルタ処理には例え
ば次式が用いられる。

【００３８】Ｅmn＝ＫF・Ｅm,n-1＋（１−ＫF）・Ｖmn ここで、記号Ｅm,n-1は、第ｍ番気筒の第（ｎ−１）回
目の燃焼行程までの回転変動瞬時値の平均値を表し、Ｋ
Fはフィルタ係数を表す。フィルタ係数ＫFは例えば値
０．９５に設定される。次に、ＥＣＵ２３は、気筒間で
の及びサイクル間での回転変動瞬時値のばらつきを除去
するため、次式に従って気筒別回転変動指数ΔＶmnを算
出する。

【００３９】 ΔＶmn＝（Ｖmn−Ｅmn）−（Ｖm-1,n−Ｅm-1,n） ここで、記号Ｖm-1,nは、前回サイクル実行時に第ｎ回
目の燃焼行程にあった第（ｍ−１）番気筒に関する回転
変動瞬時値を表し、Ｅm-1,nは、第（ｍ−１）番気筒の
第ｎ回目の燃焼行程までの回転変動瞬時値の平均値を表
す。ステップＳ２６では、ＥＣＵ２３は、ステップＳ２
５で算出した第ｍ番気筒に係る気筒別回転変動指数ΔＶ
mnが、通常の燃焼に伴う回転変動を表す値よりも十分小
さく設定された所定の閾値ΔＶxを下回っているか否か
を判別する。

【００４０】この判別が否定、すなわち第ｍ番気筒での
燃焼が正常に行われていると判別すると、ＥＣＵ２３
は、ダウンカウントタイマの現在値ＴCDが「０」である
か否かを、すなわち、学習領域でのエンジン運転開始
後、制御サイクルが、ダウンカウントタイマの初期値Ｔ
CDXと同一回数にわたって実行されたか否かを更に判別
する（ステップＳ２９）。学習領域でのエンジン運転が
開始された直後では、この判別結果は否定になる。この
場合、上述のステップＳ３４において、補正領域でのエ
ンジン運転が行われているか否かが判別されるが、エン
ジン１が学習領域で運転されていることから、ステップ
Ｓ３４での判別結果は肯定になる。

【００４１】そこで、ＥＣＵ２３は、リーン空燃比マッ
プから目標空燃比基本値ＯＡＦＢを検索し、次に、式Ｏ
ＡＦ＝ＯＡＦＢ・（１＋ΣＫL／Ｎ）に従って目標空燃
比ＯＡＦを算出する（ステップＳ３５）。同式中、記号
Ｎはエンジン１の気筒数を表し、本実施例ではＮ＝４で
ある。また、記号ΣＫLは、この４つの気筒についての
気筒別燃料補正係数ＫLmの総和を表す。

【００４２】更に、ＥＣＵ２３は、ステップＳ３５で算
出された目標空燃比ＯＡＦが達成されるように、上述の
空燃比フィードバック制御（ステップＳ４１〜Ｓ４７）
を実行する。以上のように、リーンバーン制御領域に含
まれる学習領域でのエンジン運転が行われている間に、
失火発生がステップＳ２６で判別されて同ステップＳ２
６での判別結果が肯定になると、ＥＣＵ２３は、失火回
数カウンタの記憶値ＣMFに値「１」を加算し（ステップ
Ｓ２７）、気筒別回転変動指数の積算値ΣΔＶmに今回
サイクルのステップＳ２５で算出した気筒別回転変動指
数ΔＶmnを加算する（ステップＳ２８）。なお、学習領
域でのエンジン運転が一旦中断されると、失火回数カウ
ンタ値ＣMF、気筒別変動積算値ΣΔＶm及びカウントダ
ウンタイマ値ＴCDはメモリに保存され、学習領域でのエ
ンジン運転が再開された後でこれらの値が必要に応じて
更新される。

【００４３】その後、学習領域でのエンジン運転が開始
されてから学習領域での制御サイクルがＴCDX回にわた
って実行されたことをステップＳ２９で判別すると、Ｅ
ＣＵ２３は、失火回数カウンタの記憶値ＣMFが第２閾値
ＣMFX2（例えば「１」）を上回るか否かを判別する（ス
テップＳ３０）。この判別結果が否定、即ち、学習領域
でのＴCDX回の制御サイクル実行中に失火が生じなかっ
たことをステップＳ３０で判別すると、ＥＣＵ２３は、
この判別に係る気筒に供給される混合気の空燃比が安定
燃焼限界（空燃比２２〜２３）に対して未だリッチ側に
あると判断して、式ＫLm＝ＫLm−ＫDに従って気筒別燃
料補正係数ＫLmを現在値よりも減量補正値ＫD（例えば
０．２％）だけ小さい値に更新し、ＥＣＵ２３の不揮発
性メモリに格納する（ステップＳ３１）。この補正係数
ＫLmは、例えば０〜１０％の範囲内の値に設定される。
次に、ＥＣＵ２３は、増量補正回数カウンタの記憶値Ｎ
Fを「０」にリセットし（ステップＳ３２）、更に、図
１０に示すように、カウントダウンタイマＴCDに初期値
ＴCDXをセットすると同時に、失火回数カウンタ値ＣMF
および気筒別変動演算値ΣΔＶｍを「０」にリセットす
る（ステップＳ３３）。そして、次のステップＳ３４に
おいて補正領域でのエンジン運転が判別され、ステップ
３５以降において上述の空燃比フィードバック制御が行
われる。この結果、補正領域でのエンジン運転中は、目
標空燃比ＯＡＦがリッチ過ぎた場合、ＴCDXサイクル毎
に次第にリーン化され、安定燃焼限界に近づいて行く。

【００４４】また、ステップＳ３０での判別結果が肯
定、すなわち、失火回数カウンタの記憶値ＣMFが第２閾
値ＣMFX2を上回ったことがステップＳ３０で判別される
と、ＥＣＵ２３は、失火回数カウンタの記憶値ＣMFが第
２閾値ＣMFX2よりも大きい第１閾値ＣMFX1（例えば２）
を上回るか否かを更に判別する（ステップＳ３７）。そ
して、この判別結果が否定、すなわち、学習領域でのＴ
CDX回の制御サイクル実行中に失火が例えば１回または
２回発生したことがステップＳ３０およびＳ３７で判別
すると、ＥＣＵ２３は、この判別に係る気筒に関連する
空燃比が安定燃焼限界にあると判断して、上記ステップ
Ｓ３３の処理を実行する。これにより、現在の気筒別燃
料補正係数ＫLmが維持されて、安定燃焼限界でのエンジ
ン運転が継続する。

【００４５】一方、ステップＳ３７での判別結果が肯
定、すなわち、失火回数カウンタの記憶値ＣMFが第１閾
値ＣMFX1を上回り、従って、ＴCDX回の制御サイクル実
行中に失火が例えば３回以上発生したことをステップＳ
３７で判別すると、ＥＣＵ２３は、この判別に係る気筒
に関する空燃比が既に安定燃焼限界を越えてリーン側に
突入したと判断して、空燃比をリッチ化する。このた
め、気筒別変動積算値ΣＶｍに対応する気筒別増量補正
値Ｋamが図１１のマップから求められ、次に、式ＫLm＝
ＫLm＋Ｋamに従って気筒別燃料補正係数ＫLmが更新され
る（ステップＳ３８）。そして、増量補正回数カウンタ
の記憶値ＮFに「１」が加算され（ステップＳ３９）、
増量補正回数ＮFが閾値ＮFX（例えば３）を上回るか否
かが判別される（ステップＳ４０）。図１１に示すよう
に、気筒別増量補正値Ｋamは、気筒別変動積算値ΣΔＶ
ｍが増大するにつれてリニアに増大するように設定され
ている。このため、安定燃焼限界を越えてリーン側に突
入した場合には、目標空燃比ＯＡＦが一度にリッチ化さ
れ、通常は、失火が即座に解消される。従って、通常
は、増量補正回数ＮFが例えば３回を上回ることはな
く、ステップＳ４０での判別結果は否定になる。この場
合、ステップＳ３３以降の処理が順次実行される。

【００４６】以上のようにして、リーンバーン制御領域
内の補正領域でエンジン１が運転されていると、空燃比
が常に安定燃焼限界近傍になるように空燃比フィードバ
ック制御が行われて、燃費向上および窒素酸化物排出量
の低減が図られる。しかも、希薄燃焼制御および故障判
別サブルーチンでの処理を各気筒毎に行うことにより、
個々の気筒間での安定燃焼限界近傍における燃焼状態の
ばらつきの影響が解消される。

【００４７】しかしながら、エンジン運転中にエンジン
１の燃料供給系や点火系に故障が生じることがある。例
えば、燃料噴射弁３につまりを生じたり、点火プラグ１
６または点火ユニット２４が損傷することがある。燃料
噴射弁３のつまりにより燃料供給量が減少したり、点火
系１６、２４の故障に起因した点火不良による燃焼不能
状態が生じると、希薄燃焼制御および故障判別サブルー
チンのステップＳ３５において増量補正される目標空燃
比ＯＡＦになるようにステップＳ４１〜Ｓ４７で空燃比
フィードバック制御を行ったとしても、目標空燃比ＯＡ
Ｆを達成できずに燃焼不良を招来することになる。特
に、希薄空燃比領域または超希薄空燃比（安定燃焼限
界）領域においてこの様な燃焼不良が生じると、理論空
燃比領域でのエンジン運転中に同様の故障が発生した場
合に比べて、運転フィーリングが著しく損なわれる。

【００４８】そこで、本実施例では、燃料供給系または
点火系の故障に起因する燃焼不良が生じた場合には、こ
れを迅速かつ正確に検出すると共にドライバに告知する
ようにしている。上述のように、本実施例では、リーン
バーン制御域内の学習領域でのエンジン運転中は各気筒
での燃焼状態の良否に応じて気筒別燃料補正係数ＫLmひ
いては空燃比を増減させて安定燃焼限界状態を維持しつ
つ、安定燃焼限界を越えてリーン側に突入した場合には
空燃比をリッチ化して燃焼不良を即座に解消するので、
通常は、増量補正ステップＳ３８が閾値ＮFXを上回る回
数にわたって同一気筒について連続して実行されること
はない。そこで、増量補正回数ＮFが閾値ＮFXを上回っ
た場合には、燃料供給系または点火系に故障が発生した
蓋然性が極めて高く、従って、本実施例では、斯かる場
合に燃料供給系または点火系での故障発生を判別するこ
とにしている。

【００４９】即ち、希薄燃焼制御および故障判別サブル
ーチンのステップＳ４０において、増量補正回数ＮFが
閾値ＮFX（例えば３回）を上回ると、ＥＣＵ２３は、こ
の判定に係る気筒（第ｍ番気筒）の燃料供給系または点
火系に故障が発生したと判断して、第ｍ番気筒フェール
フラグをセットし（ステップＳ４８）、第ｍ番気筒の燃
料噴射弁３の駆動を停止させる（ステップＳ４９）。こ
の結果、燃料供給系または点火系の故障により燃焼不良
を来した気筒への燃料供給が停止され、燃焼が正常に行
われなくなった気筒へ燃料を供給し続けた場合に生じ得
る排気ガス特性および燃費率の悪化が防止される。更
に、次のステップＳ５０において、ＥＣＵ２３は、イン
ストルメントパネルに配設されたフェール表示ランプ２
７を点灯させて故障発生をドライバに告知し、これによ
り、ドライバに故障部位の修理を促す。

【００５０】次回およびそれ以降の制御サイクルで希薄
燃焼制御および故障判別サブルーチンが再度実行される
と、第ｍ番気筒フェールフラグがセットされていること
がステップＳ２１で判別される。この場合、本サブルー
チンプログラムはステップＳ４９へ直ちに移行して燃料
噴射弁３が駆動停止される。なお、フェールフラグは、
ＥＣＵ２３の不揮発性メモリに不揮発記憶されるので、
燃料供給系または点火系の故障が放置されている限り、
希薄燃焼制御および故障判別サブルーチンが実行される
と、フェール表示ランプ２７が点灯して故障発生が告知
されることになる。

【００５１】本発明は、上記実施例に限定されず、種々
に変形可能である。例えば、実施例では、本発明を直列
４気筒エンジンに適用した場合について説明したが、本
発明は、Ｖ型６気筒エンジンなどのその他のタイプのエ
ンジンにも適用可能である。また、実施例では、一つの
気筒に係る燃料供給系または点火系の故障発生時にこの
気筒の燃料噴射弁３の駆動を単に停止するようにした
が、燃料噴射弁３を駆動停止させると共にその他の気筒
に関連する目標空燃比を例えば理論空燃比又は理論空燃
比近傍の空燃比に設定するようにしても良い。

【００５２】また、実施例では、燃料供給系または点火
系の故障発生時にフェール表示ランプを点灯させてドラ
イバに故障発生を告知するようにしたが、ランプ点灯以
外の手段たとえばブザーにより故障発生を告知しても良
く、また、故障発生を告知しなくても良い。故障発生を
ドライバに告知しない場合にも、フェールフラグが不揮
発記憶されるので、通常車両に設けられている故障診断
装置により故障発生部位を特定可能であるからである。
なお、フェールフラグをセットすることに代えて、燃料
供給系または点火系の故障を表すコード化された特定パ
ターン信号を故障診断装置に供するようにしても良い。

【００５３】更に、実施例における各種閾値、初期値な
どの値は例示であって、これらの値は適宜変更可能であ
る。

【００５４】

【発明の効果】上述のように、請求項１に記載の発明に
よる内燃エンジンの希薄燃焼制御および故障判定装置
は、内燃エンジンの回転情報を検出するための回転情報
検出手段と、回転情報検出手段により検出された回転情
報に基づいて回転情報の変動量を気筒毎に求め、回転情
報の変動量と閾値とを比較して、各気筒における燃焼状
態の良否を繰り返し判定するための燃焼状態判定手段
と、燃焼状態が良好であることが燃焼状態判定手段によ
り判定される度に、この判定に係る気筒に供給される混
合気の空燃比を燃料希薄側へ変更する一方、燃焼状態が
不良であると判定される度に空燃比を燃料過濃側へ変更
するための空燃比変更手段と、空燃比変更手段による燃
料過濃側への空燃比の変更が同一気筒について連続して
所定回数行われたとき、この気筒に関連する燃料供給系
または点火系に故障が発生したと判定するための故障判
定手段とを備えるので、希薄空燃比領域でのエンジン運
転を安定に行え、また、特別な故障判定装置を用いるこ
となく、エンジンの燃料供給系および点火系の故障を確
実に判定できる。また、故障判定時に故障発生をドライ
バに告知して修理を促すことも可能になる。

【００５５】請求項２に記載の発明によれば、回転情報
検出手段は、内燃エンジンのクランク軸の回転角加速度
を回転情報として検出するので、エンジン回転を良く反
映する回転情報を検出でき、希薄燃焼制御および故障判
定を適正に行える。請求項３に記載の発明によれば、本
装置は、故障判定手段による故障判定に応じて内燃エン
ジンの制御内容を変更するための制御変更手段を更に備
えるので、故障発生時には故障発生による悪影響を緩和
することができる。

【００５６】請求項４に記載の発明によれば、制御変更
手段は、故障判定された気筒への燃料供給を中止するの
で、故障判定された気筒への燃料供給が続けられる場合
に生じるエンジン排気特性および燃費特性の悪化を防止
できる。請求項５に記載の発明によれば、制御変更手段
は、故障判定された気筒以外の気筒に供給される混合気
の空燃比を希薄空燃比から理論空燃比又は理論空燃比近
傍の空燃比に変更するので、故障発生時のエンジントル
ク変動を抑制できる。

【００５７】請求項６に記載の発明によれば、故障判定
手段は、故障判定結果を不揮発記憶するので、車両に通
常装備される故障診断装置により故障部位を特定可能に
なり、故障原因を追求する上で便宜である。請求項７に
記載の発明によれば、空燃比変更手段は、燃料希薄側へ
の空燃比の変更を第１所定値ずつ行い、燃料過濃側への
空燃比の変更を前記第１所定値よりも大きい第２所定値
ずつ行うので、安定燃焼限界において安定な燃焼を得る
ことができ、排気および燃費性能を極限まで追求可能で
あり、また、安定燃焼限界を越えて燃料希薄状態になっ
た場合にも安定燃焼状態を即座に達成できる。

【００５８】請求項８に記載の発明によれば、燃焼状態
判定手段は、回転情報から求めた各気筒の燃焼行程にお
ける回転変動瞬時値と、回転変動瞬時値の平均値とに基
づいて、回転情報の変動量を求めるので、エンジン回転
変動を良く反映する変動量を求めることができ、また、
気筒間及びサイクル間での変動量のばらつきを除去で
き、従って、希薄燃焼制御および故障判定を適正に行え
る。

【００５９】請求項９に記載の発明によれば、燃焼状態
判定手段は、所定期間内に回転情報の変動量が閾値を越
えた回数が第１所定回数以上であると判別したとき、こ
の判別に係る気筒での燃焼状態が不良であると判定する
一方、前記回数が第１所定回数よりも少ない第２所定回
数未満であると判別したとき、この判別に係る気筒での
燃焼状態が良好であると判定するので、燃焼状態の良否
を適正に判別でき、希薄燃焼制御および故障判定を好適
に行える。

【００６０】請求項１０に記載の発明によれば、所定期
間内に回転情報の変動量が閾値を越えた回数が第２所定
回数以上でかつ第１所定回数未満であることが燃焼状態
判定手段により判別されたとき、空燃比変更手段は、こ
の判別に係る気筒に供給される混合気の空燃比を維持す
るので、安定燃焼限界状態を継続できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による希薄燃焼制御および故
障判定装置を装備したエンジンを示す概略図である。

【図２】図１に示したクランク角センサをその周辺要素
と共に示す概略斜視図である。

【図３】クランク角とクランク角センサ出力との関係を
示すグラフである。

【図４】図１に示した電子制御ユニットにより実行され
る燃料噴射制御サブルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図５】燃料噴射制御サブルーチンに含まれる希薄燃焼
制御および故障判別サブルーチンの一部を示すフローチ
ャートである。

【図６】希薄燃焼制御および故障判別サブルーチンの、
図５に続く部分を示すフローチャートである。

【図７】希薄燃焼制御および故障判別サブルーチンの、
図５及び図６に続く部分を示すフローチャートである。

【図８】燃料噴射制御サブルーチンで用いられるリーン
空燃比マップを、空燃比学習および補正領域と共に示す
グラフである。

【図９】燃料噴射制御サブルーチンで用いられるストイ
キオ／リッチ空燃比マップである。

【図１０】希薄燃焼制御中でのエンジン回転変動に伴う
各種制御パラメータの変化を例示するグラフである。

【図１１】希薄燃焼制御および故障判別サブルーチンで
用いられる変動積算値ΣＶｍ・増量補正値Ｋamマップで
ある。

【符号の説明】

１ 内燃エンジン ３ 燃料噴射弁 １２ リニア空燃比センサ １６ 点火プラグ １７ ロータプレート １８ クランク角センサ ２３ 電子制御ユニット ２４ 点火ユニット ２５ クランク軸 ２６ 気筒識別センサ ２７ フェール表示ランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６２ Ｅ Ｊ Ｆ０２Ｐ 5/15

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃エンジンの回転情報を検出するため
   の回転情報検出手段と、 前記回転情報検出手段により検出された回転情報に基づ
   いて前記回転情報の変動量を気筒毎に求め、前記回転情
   報の変動量と閾値とを比較して、各気筒における燃焼状
   態の良否を繰り返し判定するための燃焼状態判定手段
   と、 燃焼状態が良好であることが前記燃焼状態判定手段によ
   り判定される度に、この判定に係る気筒に供給される混
   合気の空燃比を燃料希薄側へ変更する一方、燃焼状態が
   不良であると判定される度に空燃比を燃料過濃側へ変更
   するための空燃比変更手段と、 前記空燃比変更手段による燃料過濃側への空燃比の変更
   が同一気筒について連続して所定回数行われたとき、こ
   の気筒に関連する燃料供給系または点火系に故障が発生
   したと判定するための故障判定手段とを備えることを特
   徴とする、内燃エンジンの希薄燃焼制御および故障判定
   装置。
2. 【請求項２】 前記回転情報検出手段は、内燃エンジン
   のクランク軸の回転角加速度を前記回転情報として検出
   することを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンの
   希薄燃焼制御および故障判定装置。
3. 【請求項３】 前記故障判定手段による故障判定に応じ
   て内燃エンジンの制御内容を変更するための制御変更手
   段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃
   エンジンの希薄燃焼制御および故障判定装置。
4. 【請求項４】 前記制御変更手段は、故障判定された気
   筒への燃料供給を中止することを特徴とする請求項３に
   記載の内燃エンジンの希薄燃焼制御および故障判定装
   置。
5. 【請求項５】 前記制御変更手段は、故障判定された気
   筒以外の気筒に供給される混合気の空燃比を希薄空燃比
   から理論空燃比又は理論空燃比近傍の空燃比に変更する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃エンジンの希薄
   燃焼制御および故障判定装置。
6. 【請求項６】 前記故障判定手段は、故障判定結果を不
   揮発記憶することを特徴とする請求項１に記載の内燃エ
   ンジンの希薄燃焼制御および故障判定装置。
7. 【請求項７】 前記空燃比変更手段は、燃料希薄側への
   空燃比の変更を第１所定値ずつ行い、燃料過濃側への空
   燃比の変更を前記第１所定値よりも大きい第２所定値ず
   つ行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン
   の希薄燃焼制御および故障判定装置。
8. 【請求項８】 前記燃焼状態判定手段は、前記回転情報
   から求めた各気筒の燃焼行程における回転変動瞬時値
   と、前記回転変動瞬時値の平均値とに基づいて、前記回
   転情報の変動量を求めることを特徴とする請求項１に記
   載の内燃エンジンの希薄燃焼制御および故障判定装置。
9. 【請求項９】 前記燃焼状態判定手段は、所定期間内に
   前記回転情報の変動量が前記閾値を越えた回数が第１所
   定回数以上であると判別したとき、この判別に係る気筒
   での燃焼状態が不良であると判定する一方、前記回数が
   前記第１所定回数よりも少ない第２所定回数未満である
   と判別したとき、この判別に係る気筒での燃焼状態が良
   好であると判定することを特徴とする請求項１に記載の
   内燃エンジンの希薄燃焼制御および故障判定装置。
10. 【請求項１０】 前記所定期間内に前記回転情報の変動
    量が前記閾値を越えた回数が前記第２所定回数以上でか
    つ前記第１所定回数未満であることが前記燃焼状態判定
    手段により判別されたとき、前記空燃比変更手段は、こ
    の判別に係る気筒に供給される混合気の空燃比を維持す
    ることを特徴とする請求項９に記載の内燃エンジンの希
    薄燃焼制御および故障判定装置。