内燃機関の故障診断装置
【課題】この発明は、１気筒に２つの燃料噴射弁を配置した内燃機関において、運転状態を固定することなく、各燃料噴射弁の故障を検出できる内燃機関の故障診断装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第１運転条件から、吹き分け比率が異なる第２運転条件に変更する。各運転状態において、第１運転条件における第１噴射弁への指示噴射量と、第２噴射弁への指示噴射量と、総発熱量算出手段により算出される総発熱量と、第１噴射弁からの実噴射量に相関する変数（第１変数）と、第２噴射弁からの実噴射量に相関する変数（第２変数）との関係を定めた関係式を立てる。これらの関係式を連立させて解き、第１及び第２変数の値を算出する。第１変数の値が正常気筒の基準値と一致しない場合、第１噴射弁故障と判定する。第２変数の値が基準値と一致しない場合は、第２噴射弁故障と判定する。
【解決手段】第１運転条件から、吹き分け比率が異なる第２運転条件に変更する。各運転状態において、第１運転条件における第１噴射弁への指示噴射量と、第２噴射弁への指示噴射量と、総発熱量算出手段により算出される総発熱量と、第１噴射弁からの実噴射量に相関する変数（第１変数）と、第２噴射弁からの実噴射量に相関する変数（第２変数）との関係を定めた関係式を立てる。これらの関係式を連立させて解き、第１及び第２変数の値を算出する。第１変数の値が正常気筒の基準値と一致しない場合、第１噴射弁故障と判定する。第２変数の値が基準値と一致しない場合は、第２噴射弁故障と判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の故障診断装置に係り、特に、燃料噴射弁の故障を診断するための内燃機関の故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開２００９−１８０１７１号公報）に開示されるように、気筒毎に２つの燃料噴射弁を配置した内燃機関が知られている。また、特許文献１には、定常運転又はアイドル時に２つの燃料噴射弁の指示噴射量の合計を一定とした状態で、２つの燃料噴射弁の噴射比率を変化させ、変動する空燃比センサの出力挙動から燃料噴射弁の異常を検出する故障診断装置が開示されている。このような手法によれば、定常運転時又はアイドル時において、燃料噴射弁の故障を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８０１７１号公報
【特許文献２】特開２００９−１８５７４０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９６５５６号公報
【特許文献４】特開２００５−２０７４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、空燃比センサの出力挙動は応答性が低く、上記故障診断装置では、過渡運転時に故障検出の精度を保てない。さらに、上記故障診断装置では、図７に示すように、２つの燃料噴射弁の噴射比率を変更し、空燃比センサの出力の変化の仕方で、２つの噴射弁のどちらが故障しているか判別しているが、２つの燃料噴射弁が共に故障した場合には、図７の破線に示すように、２つの実線間の傾きになるため、いずれかの故障としか判断することができない。すなわち、上記故障診断装置は、２つの燃料噴射弁のうち一方にしか故障が生じないという前提で燃料噴射弁の故障検出を行っており、２つの燃料噴射弁が共に故障している場合は、正確に特定できないおそれがある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、気筒毎に２つの燃料噴射弁を配置した内燃機関において、運転状態を固定することなく、それぞれの燃料噴射弁について故障検出を行うことのできる内燃機関の故障診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の故障診断装置であって、
気筒内へ燃料を供給する第１噴射弁及び第２噴射弁と、
前記気筒内の燃焼圧を検出する筒内圧センサと、
前記燃焼圧に基づいて前記気筒の総発熱量を算出する総発熱量算出手段と、
第１運転条件から、前記第１及び第２噴射弁の吹き分け比率が該第１運転条件とは異なる第２運転条件に変更することができる運転条件変更手段と、
前記第１運転条件における前記第１噴射弁への指示噴射量と、前記第２噴射弁への指示噴射量と、前記総発熱量算出手段により算出される総発熱量と、前記第１噴射弁からの実噴射量に相関する変数（以下、第１変数という。）と、前記第２噴射弁からの実噴射量に相関する変数（以下、第２変数という。）との関係を定めた第１の関係式を設定する第１関係式設定手段と、
前記第２運転条件における前記第１噴射弁への指示噴射量と、前記第２噴射弁への指示噴射量と、前記総発熱量算出手段により算出される総発熱量と、前記第１変数と、前記第２変数との関係を定めた第２の関係式を設定する第２関係式設定手段と、
前記第１の関係式と前記第２の関係式とを連立させて解き、前記第１変数の値及び前記第２変数の値を算出する演算手段と、
前記第１変数の値が正常気筒における基準値と一致しない場合に、前記第１噴射弁が故障していると判定する第１噴射弁故障判定手段と、
前記第２変数の値が前記基準値と一致しない場合に、前記第２噴射弁が故障していると判定する第２噴射弁故障判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第１噴射弁は、前記気筒内に燃料を直接噴射する直噴噴射弁であり、
前記第２噴射弁は、前記気筒に接続された吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であること、を特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記気筒に接続された２つの吸気ポートを更に備え、
前記第１噴射弁は、前記２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であり、
前記第２噴射弁は、前記２つの吸気ポートのうち他方の吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１乃至第３の発明によれば、第１及び第２噴射弁の故障を個別に判定することができる。そのため、２つの噴射弁の両方が故障している場合であっても、それらの故障を検出することができる。また、吹き分け比率の異なる２つの運転条件に変更すればよいため、運転状態を固定することなく、過渡運転時であっても各燃料噴射弁の故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための概略構成図である。
【図２】＃１気筒の第１噴射弁が故障した場合の故障検出について説明するための図である。
【図３】＃４気筒の第１及び第２噴射弁の両方が故障した場合の故障検出について説明するための図である。
【図４】＃２気筒の第１噴射弁と、＃３気筒の第２噴射弁とが故障した場合の故障検出について説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態においてＥＣＵ５０が実行する処理ルーチンの前半フローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態においてＥＣＵ５０が実行する処理ルーチンの後半フローチャートである。
【図７】従来技術において、リーンズレ異常が生じている場合の噴射比率変更によるＡ／Ｆの変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１２】
実施の形態．
［システム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンという。）１０を備えている。エンジン１０は、＃１気筒〜＃４気筒の４つの気筒を備えており、図１にはそのうち１つの気筒が描かれている。なお、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１３】
エンジン１０の各気筒には、点火プラグ１２と、燃料を筒内に直接噴射する直噴噴射弁１４と、筒内圧（燃焼圧）を検知するための筒内圧センサ（ＣＰＳ）１６とが取り付けられている。また、エンジン１０には、クランク軸の回転角（以下、クランク角θという。）を検出するためのクランク角センサ１８や、ノッキングを検知するためのノックセンサ１９が取り付けられている。
【００１４】
エンジン１０の吸気系には、各気筒に接続された吸気通路２０が設けられている。吸気通路２０の入口には、エアクリーナ２２が設けられている。エアクリーナ２２の下流には、吸気通路２０に吸入される空気の流量（以下、吸入空気量ＧＡという。）を検出するためのエアフローメータ２４が取り付けられている。エアフローメータ２４の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられている。スロットルバルブ２６の近傍には、スロットルバルブ２６の開度（以下、スロットル開度ＴＡという。）を検出するためのスロットル開度センサ２８が取り付けられている。スロットルバルブ２６の下流には、吸気圧Ｐｉｍを検出するための吸気圧センサ３０が取り付けられている。吸気圧センサ３０の下流には、吸気通路２０の下流端に形成された吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁３２が取り付けられている。
【００１５】
エンジン１０の排気系には、各気筒に接続された排気通路３４が設けられている。排気通路３４には、触媒３６が設けられている。触媒３６には、例えば、三元触媒等が用いられる。また、排気通路３４には、吸気通路２０に接続されるＥＧＲ通路３８が設けられている。ＥＧＲ通路３８にはＥＧＲクーラ４０が設けられている。ＥＧＲクーラ４０の近傍には温度センサ４２が設けられている。ＥＧＲクーラ４０の下流には、ＥＧＲバルブ４４が設けられている。
【００１６】
エンジン１０の制御系には、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０が設けられている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述した筒内圧センサ１６、クランク角センサ１８、ノックセンサ１９、エアフローメータ２４、スロットル開度センサ２８、吸気圧センサ３０、温度センサ４２等の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。ＥＣＵ５０の出力部には、上述した点火プラグ１２、直噴噴射弁１４、スロットルバルブ２６、ポート噴射弁３２、ＥＧＲバルブ４４等の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。
【００１７】
ＥＣＵ５０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、エンジン１０の運転状態を制御する。例えば、ＥＣＵ５０は、各種センサの出力に基づいて、運転条件（目標発熱量）を設定する。そして、この目標発熱量を満たすように、１ストロークあたりの直噴噴射弁１４及びポート噴射弁３２への指示噴射量の合計と、吹き分け比率とを設定する。この吹き分け比率に応じて、各燃料噴射弁への指示噴射量が決定される。なお、吹き分け比率は任意に変更することができる。また、ＥＣＵ５０は、クランク角θから、エンジン回転数ＮＥや、ピストンの位置によって決まる筒内容積Ｖを計算することができる。
【００１８】
［故障診断処理（処理の概要）］
上述したシステムにおいて、２つの燃料噴射弁１４、３２のいずれか一方又は両方に故障が生じた場合に、故障した燃料噴射弁を特定できることが求められる。従来、定常運転時又はアイドル時において、一方の燃料噴射弁の故障を検出する手法が提案されているが、このように運転状態を固定することなく、過渡運転時においても故障を検出できることが望まれる。
【００１９】
このような課題を解決する本実施形態の処理の概要について説明する。以下の説明では、直噴噴射弁１４を第１噴射弁、ポート噴射弁３２を第２噴射弁と呼称する。これは説明の便宜上のものであり、逆の組み合わせであっても良い。
【００２０】
上記課題を解決するために、本実施形態のシステムでは、まず、吹き分け比率が異なる第１運転条件と第２運転条件とにおいて、所定の気筒の筒内圧をそれぞれ検出し、これに基づいて、第１及び第２運転条件における当該気筒の１サイクルあたりの総発熱量（実発熱量）Ｑ１、Ｑ２をそれぞれ算出する。
【００２１】
第１運転条件において、第１噴射弁への指示噴射量ｑ１＿１［ｍｍ３／ｓｔｒｏｋｅ］、第２噴射弁への指示噴射量ｑ１＿２［ｍｍ３／ｓｔｒｏｋｅ］、当該気筒の総発熱量Ｑ１［J］との間には式（１）の関係が成立する。ここで、変数Ｘは、第１噴射弁から実際に噴射された実噴射量により生じる実発熱量を第１噴射弁への指示噴射量ｑ１＿１で割った値［J／ｍｍ３］であり、変数Ｙは、第２噴射弁から実際に噴射された実噴射量により生じる実発熱量を第２噴射弁への指示噴射量ｑ１＿２で割った値［J／ｍｍ３］である。
ｑ１＿１×Ｘ＋Ｑ１＿２×Ｙ＝Ｑ１ …（１）
【００２２】
同様に、第１運転条件とは異なる吹き分け比率である第２運転条件において、第１噴射弁への指示噴射量ｑ２＿１、第２噴射弁への指示噴射量ｑ２＿２、当該気筒の総発熱量Ｑ２との間には式（２）の関係が成立する。
ｑ２＿１×Ｘ＋Ｑ２＿２×Ｙ＝Ｑ２ …（２）
【００２３】
そして、式（１）、式（２）を連立方程式として解きＸ、Ｙを算出する。Ｘが正常値Ｘ０と乖離する場合には第１噴射弁に故障が生じていると判断でき、解Ｙが正常値Ｘ０と乖離する場合には、第２噴射弁に故障が生じていると判断できる。本実施の形態では、このような手法により、運転状態を固定することなく、過渡運転時においても各気筒の各燃料噴射弁の故障をそれぞれ検出することができる。
【００２４】
［故障診断処理（具体例）］
次に、本実施の形態における故障診断処理の具体例について説明する。図２〜図４は、故障状態の異なる３つの例を示す図である。なお、図２〜図４に記載された数値は、説明のために仮定した値であり、これに限定されるものではない。
【００２５】
（例１：＃１気筒の第１噴射弁が故障した場合）
まず、ある気筒の１つの燃料噴射弁が故障した場合の故障検出の具体例について説明する。図２は、＃１気筒の第１噴射弁が故障した場合の故障検出について説明するための図である。例１では、まず、第１運転条件として、目標発熱量が１００［Ｊ］に設定される。これを満たすように、１ストロークあたりの第１及び第２噴射弁への指示噴射量の合計が１０［ｍｍ３］に、吹き分け比率が第１噴射弁から８０［％］、第２噴射弁から２０［％］に設定される。例１では、第１運転条件における＃１気筒の総発熱量が他気筒の総発熱量と乖離していることから＃１気筒に異常が生じていることが判断できる。
【００２６】
ここで、＃１気筒に関し、上述した式（１）に基づいて、８Ｘ１＋２Ｙ１＝９２の関係式が成立する。同様に、第２運転条件では、目標発熱量が８０［Ｊ］に設定され、これを満たすように第１及び第２燃料噴射弁への指示噴射量の合計が８［ｍｍ３］に、吹き分け比率が第１噴射弁から５０［％］、第２噴射弁から５０［％］に設定される。そのため、＃１気筒に関し、上述した式（２）に基づいて、４Ｘ１＋４Ｙ１＝７６の関係式が成立する。
【００２７】
そして、これら２つの関係式を連立させて解き、Ｘ１＝９［J／ｍｍ３］、Ｙ１＝１０［J／ｍｍ３］を算出する。ここで、正常気筒である＃２気筒〜＃４気筒における総発熱量は１００［Ｊ］であり、正常気筒では指示噴射量＝実噴射量であるため、正常気筒の指示噴射量に対する実発熱量Ｘ０は１０［Ｊ／ｍｍ３］である。Ｘ１とＸ０とを比較することで、＃１気筒の第１噴射弁は、指示噴射量に対して０．９倍しか噴射出来ていないと判断できる。一方、Ｙ１とＸ０とを比較することで、＃１気筒の第２噴射弁は指示噴射量通りの燃料を噴射出来ていると判断できる。よって、＃１気筒の第１噴射弁の故障を検出することができる。このように、本発明によれば、ある気筒の一方の燃料噴射弁が故障したことを検出することができる。
【００２８】
（例２：＃４気筒の第１噴射弁及び第２噴射弁が故障した場合）
次に、ある気筒において両方の燃料噴射弁が故障した場合の故障検出の具体例について説明する。図３は、＃４気筒の第１及び第２噴射弁の両方が故障した場合の故障検出について説明するための図である。例２における第１運転条件、第２運転条件、Ｘ０は、例１と同様であるためその説明は省略する。例２では、第１運転条件における＃４気筒の総発熱量が、他気筒の総発熱量と乖離していることから＃４気筒に異常が生じていることが判断できる。
【００２９】
ここで、＃４気筒に関し、第１運転条件では、上述した式（１）に基づいて、８Ｘ４＋２Ｙ４＝５８の関係式が成立する。同様に、第２運転条件では、上述した式（２）に基づいて、４Ｘ４＋４Ｙ４＝４４の関係式が成立する。
【００３０】
そして、これら２つの関係式を連立させて解き、Ｘ４＝６［J／ｍｍ３］、Ｙ４＝５［J／ｍｍ３］を算出する。Ｘ４とＸ０とを比較することで、＃４気筒の第１噴射弁は、指示噴射量に対して０．６倍しか噴射出来ていないと判断できる。また、Ｙ４とＸ０とを比較することで、＃４気筒の第２噴射弁は、指示噴射量に対して０．５倍しか噴射出来ていないと判断できる。よって、＃４気筒の第１及び第２噴射弁の両方の故障を検出することができる。このように、本発明によれば、ある気筒の両方の燃料噴射弁が故障したことを検出することができる。
【００３１】
（例３：＃２気筒の第１噴射弁と、＃３気筒の第２噴射弁が故障した場合）
次に、２つの気筒において燃料噴射弁が故障した場合の故障検出の具体例について説明する。図４は、＃２気筒の第１噴射弁と、＃３気筒の第２噴射弁とが故障した場合の故障検出について説明するための図である。例３における第１運転条件、第２運転条件、Ｘ０は、例１と同様であるためその説明は省略する。例３では、第１運転条件における＃２気筒の総発熱量と＃３気筒の総発熱量が、その他の気筒の総発熱量と乖離していることから＃２気筒と＃３気筒に異常が生じていることが判断できる。
【００３２】
ここで、＃２気筒に関し、第１運転条件では、上述した式（１）に基づいて、８Ｘ２＋２Ｙ２＝６０の関係式が成立する。同様に、第２運転条件では、上述した式（２）に基づいて、４Ｘ２＋４Ｙ２＝６０の関係式が成立する。
【００３３】
これら２つの関係式を連立させて解き、Ｘ２＝５［J／ｍｍ３］、Ｙ２＝１０［J／ｍｍ３］を算出する。Ｘ２とＸ０とを比較することで、＃２気筒の第１噴射弁は、指示噴射量に対して０．５倍しか噴射出来ていないと判断できる。一方、Ｙ２とＸ０とを比較することで、＃２気筒の第２噴射弁は指示噴射量通りの燃料を噴射出来ていると判断できる。
【００３４】
また、＃３気筒に関し、第１運転条件では、上述した式（１）に基づいて、８Ｘ３＋２Ｙ３＝９０の関係式が成立する。同様に、第２運転条件では、上述した式（２）に基づいて、４Ｘ３＋４Ｙ３＝６０の関係式が成立する。
【００３５】
これら２つの関係式を連立させて解き、Ｘ３＝１０［J／ｍｍ３］、Ｙ３＝５［J／ｍｍ３］を算出する。Ｘ３とＸ０とを比較することで、＃３気筒の第１噴射弁は指示噴射量通りの燃料を噴射出来ていると判断できる。一方、Ｙ３とＸ０とを比較することで、＃３気筒の第２噴射弁は、指示噴射量に対して０．５倍しか噴射出来ていないと判断できる。
【００３６】
よって、＃２気筒の第１噴射弁の故障と、＃３気筒の第２噴射弁の故障とを検出することができる。このように、本発明によれば、気筒毎に、式（１）、式（２）に基づく連立方程式を解くことで、各気筒の各燃料噴射弁が故障したことを個別に検出することができる。
【００３７】
［故障診断処理（処理ルーチン）］
次に、図５〜図６を用いて上述の故障検出を実現するための処理ルーチンについて説明する。図５は、上述の故障検出を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する処理ルーチンの前半フローチャートである。図６は、上述の故障検出を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する処理ルーチンの後半フローチャートである。図５に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、各気筒に設けられた筒内圧センサ１６の出力値に基づいて、気筒別に１サイクルあたりの総発熱量（実発熱量）［Ｊ］が算出される。総発熱量は、例えば、クランク角θにおける筒内圧Ｐ（θ）と筒内容積Ｖ（θ）、実験的に求められる定数α、及び比熱比κ等に基づいて算出することができる。総発熱量の算出手法は、本発明における主要部でなく公知の技術であるため、ここでは、その説明は省略する。
【００３８】
次に、ステップＳ１１０において、気筒別の総発熱量［Ｊ］にばらつきがあるか否かが判定される。ステップ１００において算出された気筒別の総発熱量が一致している場合には、本ルーチンの処理は終了される。
【００３９】
一方、ステップＳ１００において算出された気筒別の総発熱量が一致していない場合には、次に、気筒別の総発熱量のばらつきが、Ａ／Ｆインバランスのクライテリア以内であるか否かが判定される（ステップＳ１２０）。具体的には、ＥＣＵ５０には、Ａ／Ｆインバランスに関する発熱量の基準幅が予め記憶されており、ＥＣＵ５０は、気筒間の総発熱量に基準幅よりも大きな差があるか否かを判定する。差が基準幅以下の場合には、本ルーチンの処理は終了される。
【００４０】
一方、ステップＳ１２０において、基準幅よりも大きな差がある場合には、次に、発熱量に異常が生じている異常気筒を特定する。また、正常気筒の指示噴射量に対する実発熱量Ｘ０［J／ｍｍ３］を算出する（ステップＳ１３０）。具体的には、ＥＣＵ５０には、第１及び第２噴射弁への指示噴射量の合計と、筒内圧センサ１６により検出されるべき筒内圧（正常筒内圧）との関係を定めた関係マップが予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、上記関係マップから現運転条件における指示噴射量の合計に対応する正常筒内圧を取得する。この正常筒内圧と、筒内圧センサ１６により検出された実筒内圧とが、所定値以上乖離している場合には、当該気筒を異常気筒と判定する。また、実発熱量Ｘ０［J／ｍｍ３］は、正常気筒に関してステップＳ１００で算出された総発熱量（又は、目標発熱量）を、指示噴射量の合計で割ることにより算出することができる。
【００４１】
次に、ＥＣＵ５０は、運転条件を第１運転条件（例えば、現運転条件）とし、第１運転条件における第１噴射弁への指示噴射量ｑ１＿１と、第２噴射弁への指示噴射量ｑ１＿２と、当該異常気筒の総発熱量Ｑ１とを算出する（ステップＳ１４０）。上述したとおり、ＥＣＵ５０は、各種センサの出力に基づいて、運転条件（目標発熱量）を設定し、この目標発熱量を満たすように、１ストロークあたりの第１及び第２噴射弁への指示噴射量の合計と、吹き分け比率とを設定する。この吹き分け比率に応じて、第１運転条件における指示噴射量ｑ１＿１、ｑ１＿２が決定される。異常気筒の総発熱量Ｑ１は、ステップＳ１００と同様の手法で算出される。
【００４２】
その後、ＥＣＵ５０は、運転条件を第１運転条件から第２運転条件に変更する。第２運転条件は、第１運転条件とは吹き分け比率が異なる運転条件である。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１４０と同様に、第２運転条件における第１噴射弁への指示噴射量ｑ２＿１と、第２噴射弁への指示噴射量ｑ２＿２と、当該異常気筒の総発熱量Ｑ２とを算出する（ステップＳ１５０）。
【００４３】
ステップＳ１６０において、ＥＣＵ５０は、第１運転条件における式（１）の関係式と、第２運転条件における式（２）の関係式とをそれぞれ立て、これらを連立させて解く。具体的には、第１噴射弁から実際に噴射された実噴射量により生じる実発熱量を第１噴射弁への指示噴射量ｑ１＿１で割った値［J／ｍｍ３］を変数Ｘ、第２噴射弁から実際に噴射された実噴射量により生じる実発熱量を第２噴射弁への指示噴射量ｑ１＿２で割った値［J／ｍｍ３］を変数Ｙとし、第１運転条件における指示噴射量ｑ１＿１、ｑ１＿２及び総発熱量Ｑ１との間に成立する関係式（１）を立てる。同様に、第２運転条件における指示噴射量ｑ２＿１、ｑ２＿２及び総発熱量Ｑ２との間に成立する関係式（２）を立てる。これらの関係式を連立方程式として解いて、Ｘ、Ｙを算出する。なお、異常気筒が複数ある場合には、異常気筒毎に連立方程式を立ててＸ、Ｙを算出する。
【００４４】
その後、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１７０において、ＸとＸ０とが一致しているか否かを判定する。ＸとＸ０とが異なる場合、詳細には、所定値以上の差がある場合には、ＥＣＵ５０は、当該気筒の第１噴射弁が故障していると判断する（ステップＳ１８０）。加えて、ＸとＸ０との差が大きいほど故障レベルが高いと判断する。
【００４５】
続けて、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１９０において、ＹとＸ０とが一致しているか否かを判定する。ＹとＸ０とが異なる場合、詳細には、所定値以上の差がある場合には、ＥＣＵ５０は、当該気筒の第１噴射弁が故障していると判断する（ステップＳ２００）。加えて、ＹとＸ０との差が大きいほど故障レベルが高いと判断する。その後、本ルーチンの処理は終了される。
【００４６】
以上説明したように、図５〜図６に示すルーチンによれば、吹き分け比率の異なる２つの運転条件の情報に基づく連立方程式を解くことで、各気筒の各燃料噴射弁について個別に故障を検出することができる。そのため、気筒毎に配置された２つの燃料噴射弁１４、３２の両方が故障している場合であっても、正しく故障診断をすることができる。また、吹き分け比率の異なる２つの運転条件でありさえすれば良いため、運転状態を定常運転やアイドルに固定する必要がなく、過渡運転時においても燃料噴射弁の故障診断をすることができる。
【００４７】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、異常気筒を特定した後に、当該異常気筒に関して連立方程式を立てることとしているが、これに限定されるものではない。異常気筒を特定せずに、各気筒について連立方程式を立てることとしてもよい。なお、この場合には、目標発熱量を指示噴射量の合計で割った値をＸ０とする。
【００４８】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、各気筒に直噴噴射弁１４とポート噴射弁３２とを備えることとしているが、ポート噴射弁を２つ用いることとしてもよい。例えば、気筒に接続される２つの吸気ポートそれぞれに、ポート噴射弁を１つずつ配置することとしてもよい。
【００４９】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、各気筒に２つの燃料噴射弁を備えることとしているが、これに限定されるものではない。例えば、各気筒に３つの燃料噴射弁を備える場合には、吹き分け比率の異なる３つの運転条件において、３つの変数Ｘ、Ｙ、Ｚを有する連立方程式を立てることとすれば良い。
【００５０】
尚、上述した実施の形態１においては、直噴噴射弁１４が前記第１の発明における「第１噴射弁」に、ポート噴射弁３２が前記第１の発明における「第２噴射弁」に、それぞれ相当している。
【００５１】
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１４０〜ステップＳ１６０の処理を実行することにより前記第１の発明における「総発熱量算出手段」、「運転条件変更手段」、「第１関係式設定手段」、「第２関係式設定手段」及び「演算手段」が、上記ステップＳ１７０〜ステップＳ１８０の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１噴射弁故障判定手段」が、上記ステップＳ１９０〜ステップＳ２００の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２噴射弁故障判定手段」が、それぞれ実現されている。
【００５２】
更に、実施の形態１においては、上記ステップ１６０において算出される変数Ｘが前記第１の発明における「第１変数」に、上記ステップ１６０において算出される変数Ｙが前記第１の発明における「第２変数」に、それぞれ対応している。
【符号の説明】
【００５３】
１０ エンジン
１２ 点火プラグ
１４ 直噴噴射弁
１６ 筒内圧センサ
１８ クランク角センサ
２０ 吸気通路
２２ エアクリーナ
２４ エアフローメータ
２６ スロットルバルブ
２８ スロットル開度センサ
３０ 吸気圧センサ
３２ ポート噴射弁
３４ 排気通路
３６ 触媒
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の故障診断装置に係り、特に、燃料噴射弁の故障を診断するための内燃機関の故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開２００９−１８０１７１号公報）に開示されるように、気筒毎に２つの燃料噴射弁を配置した内燃機関が知られている。また、特許文献１には、定常運転又はアイドル時に２つの燃料噴射弁の指示噴射量の合計を一定とした状態で、２つの燃料噴射弁の噴射比率を変化させ、変動する空燃比センサの出力挙動から燃料噴射弁の異常を検出する故障診断装置が開示されている。このような手法によれば、定常運転時又はアイドル時において、燃料噴射弁の故障を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８０１７１号公報
【特許文献２】特開２００９−１８５７４０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９６５５６号公報
【特許文献４】特開２００５−２０７４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、空燃比センサの出力挙動は応答性が低く、上記故障診断装置では、過渡運転時に故障検出の精度を保てない。さらに、上記故障診断装置では、図７に示すように、２つの燃料噴射弁の噴射比率を変更し、空燃比センサの出力の変化の仕方で、２つの噴射弁のどちらが故障しているか判別しているが、２つの燃料噴射弁が共に故障した場合には、図７の破線に示すように、２つの実線間の傾きになるため、いずれかの故障としか判断することができない。すなわち、上記故障診断装置は、２つの燃料噴射弁のうち一方にしか故障が生じないという前提で燃料噴射弁の故障検出を行っており、２つの燃料噴射弁が共に故障している場合は、正確に特定できないおそれがある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、気筒毎に２つの燃料噴射弁を配置した内燃機関において、運転状態を固定することなく、それぞれの燃料噴射弁について故障検出を行うことのできる内燃機関の故障診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の故障診断装置であって、
気筒内へ燃料を供給する第１噴射弁及び第２噴射弁と、
前記気筒内の燃焼圧を検出する筒内圧センサと、
前記燃焼圧に基づいて前記気筒の総発熱量を算出する総発熱量算出手段と、
第１運転条件から、前記第１及び第２噴射弁の吹き分け比率が該第１運転条件とは異なる第２運転条件に変更することができる運転条件変更手段と、
前記第１運転条件における前記第１噴射弁への指示噴射量と、前記第２噴射弁への指示噴射量と、前記総発熱量算出手段により算出される総発熱量と、前記第１噴射弁からの実噴射量に相関する変数（以下、第１変数という。）と、前記第２噴射弁からの実噴射量に相関する変数（以下、第２変数という。）との関係を定めた第１の関係式を設定する第１関係式設定手段と、
前記第２運転条件における前記第１噴射弁への指示噴射量と、前記第２噴射弁への指示噴射量と、前記総発熱量算出手段により算出される総発熱量と、前記第１変数と、前記第２変数との関係を定めた第２の関係式を設定する第２関係式設定手段と、
前記第１の関係式と前記第２の関係式とを連立させて解き、前記第１変数の値及び前記第２変数の値を算出する演算手段と、
前記第１変数の値が正常気筒における基準値と一致しない場合に、前記第１噴射弁が故障していると判定する第１噴射弁故障判定手段と、
前記第２変数の値が前記基準値と一致しない場合に、前記第２噴射弁が故障していると判定する第２噴射弁故障判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第１噴射弁は、前記気筒内に燃料を直接噴射する直噴噴射弁であり、
前記第２噴射弁は、前記気筒に接続された吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であること、を特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記気筒に接続された２つの吸気ポートを更に備え、
前記第１噴射弁は、前記２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であり、
前記第２噴射弁は、前記２つの吸気ポートのうち他方の吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１乃至第３の発明によれば、第１及び第２噴射弁の故障を個別に判定することができる。そのため、２つの噴射弁の両方が故障している場合であっても、それらの故障を検出することができる。また、吹き分け比率の異なる２つの運転条件に変更すればよいため、運転状態を固定することなく、過渡運転時であっても各燃料噴射弁の故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための概略構成図である。
【図２】＃１気筒の第１噴射弁が故障した場合の故障検出について説明するための図である。
【図３】＃４気筒の第１及び第２噴射弁の両方が故障した場合の故障検出について説明するための図である。
【図４】＃２気筒の第１噴射弁と、＃３気筒の第２噴射弁とが故障した場合の故障検出について説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態においてＥＣＵ５０が実行する処理ルーチンの前半フローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態においてＥＣＵ５０が実行する処理ルーチンの後半フローチャートである。
【図７】従来技術において、リーンズレ異常が生じている場合の噴射比率変更によるＡ／Ｆの変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１２】
実施の形態．
［システム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンという。）１０を備えている。エンジン１０は、＃１気筒〜＃４気筒の４つの気筒を備えており、図１にはそのうち１つの気筒が描かれている。なお、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１３】
エンジン１０の各気筒には、点火プラグ１２と、燃料を筒内に直接噴射する直噴噴射弁１４と、筒内圧（燃焼圧）を検知するための筒内圧センサ（ＣＰＳ）１６とが取り付けられている。また、エンジン１０には、クランク軸の回転角（以下、クランク角θという。）を検出するためのクランク角センサ１８や、ノッキングを検知するためのノックセンサ１９が取り付けられている。
【００１４】
エンジン１０の吸気系には、各気筒に接続された吸気通路２０が設けられている。吸気通路２０の入口には、エアクリーナ２２が設けられている。エアクリーナ２２の下流には、吸気通路２０に吸入される空気の流量（以下、吸入空気量ＧＡという。）を検出するためのエアフローメータ２４が取り付けられている。エアフローメータ２４の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられている。スロットルバルブ２６の近傍には、スロットルバルブ２６の開度（以下、スロットル開度ＴＡという。）を検出するためのスロットル開度センサ２８が取り付けられている。スロットルバルブ２６の下流には、吸気圧Ｐｉｍを検出するための吸気圧センサ３０が取り付けられている。吸気圧センサ３０の下流には、吸気通路２０の下流端に形成された吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁３２が取り付けられている。
【００１５】
エンジン１０の排気系には、各気筒に接続された排気通路３４が設けられている。排気通路３４には、触媒３６が設けられている。触媒３６には、例えば、三元触媒等が用いられる。また、排気通路３４には、吸気通路２０に接続されるＥＧＲ通路３８が設けられている。ＥＧＲ通路３８にはＥＧＲクーラ４０が設けられている。ＥＧＲクーラ４０の近傍には温度センサ４２が設けられている。ＥＧＲクーラ４０の下流には、ＥＧＲバルブ４４が設けられている。
【００１６】
エンジン１０の制御系には、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０が設けられている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述した筒内圧センサ１６、クランク角センサ１８、ノックセンサ１９、エアフローメータ２４、スロットル開度センサ２８、吸気圧センサ３０、温度センサ４２等の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。ＥＣＵ５０の出力部には、上述した点火プラグ１２、直噴噴射弁１４、スロットルバルブ２６、ポート噴射弁３２、ＥＧＲバルブ４４等の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。
【００１７】
ＥＣＵ５０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、エンジン１０の運転状態を制御する。例えば、ＥＣＵ５０は、各種センサの出力に基づいて、運転条件（目標発熱量）を設定する。そして、この目標発熱量を満たすように、１ストロークあたりの直噴噴射弁１４及びポート噴射弁３２への指示噴射量の合計と、吹き分け比率とを設定する。この吹き分け比率に応じて、各燃料噴射弁への指示噴射量が決定される。なお、吹き分け比率は任意に変更することができる。また、ＥＣＵ５０は、クランク角θから、エンジン回転数ＮＥや、ピストンの位置によって決まる筒内容積Ｖを計算することができる。
【００１８】
［故障診断処理（処理の概要）］
上述したシステムにおいて、２つの燃料噴射弁１４、３２のいずれか一方又は両方に故障が生じた場合に、故障した燃料噴射弁を特定できることが求められる。従来、定常運転時又はアイドル時において、一方の燃料噴射弁の故障を検出する手法が提案されているが、このように運転状態を固定することなく、過渡運転時においても故障を検出できることが望まれる。
【００１９】
このような課題を解決する本実施形態の処理の概要について説明する。以下の説明では、直噴噴射弁１４を第１噴射弁、ポート噴射弁３２を第２噴射弁と呼称する。これは説明の便宜上のものであり、逆の組み合わせであっても良い。
【００２０】
上記課題を解決するために、本実施形態のシステムでは、まず、吹き分け比率が異なる第１運転条件と第２運転条件とにおいて、所定の気筒の筒内圧をそれぞれ検出し、これに基づいて、第１及び第２運転条件における当該気筒の１サイクルあたりの総発熱量（実発熱量）Ｑ１、Ｑ２をそれぞれ算出する。
【００２１】
第１運転条件において、第１噴射弁への指示噴射量ｑ１＿１［ｍｍ３／ｓｔｒｏｋｅ］、第２噴射弁への指示噴射量ｑ１＿２［ｍｍ３／ｓｔｒｏｋｅ］、当該気筒の総発熱量Ｑ１［J］との間には式（１）の関係が成立する。ここで、変数Ｘは、第１噴射弁から実際に噴射された実噴射量により生じる実発熱量を第１噴射弁への指示噴射量ｑ１＿１で割った値［J／ｍｍ３］であり、変数Ｙは、第２噴射弁から実際に噴射された実噴射量により生じる実発熱量を第２噴射弁への指示噴射量ｑ１＿２で割った値［J／ｍｍ３］である。
ｑ１＿１×Ｘ＋Ｑ１＿２×Ｙ＝Ｑ１ …（１）
【００２２】
同様に、第１運転条件とは異なる吹き分け比率である第２運転条件において、第１噴射弁への指示噴射量ｑ２＿１、第２噴射弁への指示噴射量ｑ２＿２、当該気筒の総発熱量Ｑ２との間には式（２）の関係が成立する。
ｑ２＿１×Ｘ＋Ｑ２＿２×Ｙ＝Ｑ２ …（２）
【００２３】
そして、式（１）、式（２）を連立方程式として解きＸ、Ｙを算出する。Ｘが正常値Ｘ０と乖離する場合には第１噴射弁に故障が生じていると判断でき、解Ｙが正常値Ｘ０と乖離する場合には、第２噴射弁に故障が生じていると判断できる。本実施の形態では、このような手法により、運転状態を固定することなく、過渡運転時においても各気筒の各燃料噴射弁の故障をそれぞれ検出することができる。
【００２４】
［故障診断処理（具体例）］
次に、本実施の形態における故障診断処理の具体例について説明する。図２〜図４は、故障状態の異なる３つの例を示す図である。なお、図２〜図４に記載された数値は、説明のために仮定した値であり、これに限定されるものではない。
【００２５】
（例１：＃１気筒の第１噴射弁が故障した場合）
まず、ある気筒の１つの燃料噴射弁が故障した場合の故障検出の具体例について説明する。図２は、＃１気筒の第１噴射弁が故障した場合の故障検出について説明するための図である。例１では、まず、第１運転条件として、目標発熱量が１００［Ｊ］に設定される。これを満たすように、１ストロークあたりの第１及び第２噴射弁への指示噴射量の合計が１０［ｍｍ３］に、吹き分け比率が第１噴射弁から８０［％］、第２噴射弁から２０［％］に設定される。例１では、第１運転条件における＃１気筒の総発熱量が他気筒の総発熱量と乖離していることから＃１気筒に異常が生じていることが判断できる。
【００２６】
ここで、＃１気筒に関し、上述した式（１）に基づいて、８Ｘ１＋２Ｙ１＝９２の関係式が成立する。同様に、第２運転条件では、目標発熱量が８０［Ｊ］に設定され、これを満たすように第１及び第２燃料噴射弁への指示噴射量の合計が８［ｍｍ３］に、吹き分け比率が第１噴射弁から５０［％］、第２噴射弁から５０［％］に設定される。そのため、＃１気筒に関し、上述した式（２）に基づいて、４Ｘ１＋４Ｙ１＝７６の関係式が成立する。
【００２７】
そして、これら２つの関係式を連立させて解き、Ｘ１＝９［J／ｍｍ３］、Ｙ１＝１０［J／ｍｍ３］を算出する。ここで、正常気筒である＃２気筒〜＃４気筒における総発熱量は１００［Ｊ］であり、正常気筒では指示噴射量＝実噴射量であるため、正常気筒の指示噴射量に対する実発熱量Ｘ０は１０［Ｊ／ｍｍ３］である。Ｘ１とＸ０とを比較することで、＃１気筒の第１噴射弁は、指示噴射量に対して０．９倍しか噴射出来ていないと判断できる。一方、Ｙ１とＸ０とを比較することで、＃１気筒の第２噴射弁は指示噴射量通りの燃料を噴射出来ていると判断できる。よって、＃１気筒の第１噴射弁の故障を検出することができる。このように、本発明によれば、ある気筒の一方の燃料噴射弁が故障したことを検出することができる。
【００２８】
（例２：＃４気筒の第１噴射弁及び第２噴射弁が故障した場合）
次に、ある気筒において両方の燃料噴射弁が故障した場合の故障検出の具体例について説明する。図３は、＃４気筒の第１及び第２噴射弁の両方が故障した場合の故障検出について説明するための図である。例２における第１運転条件、第２運転条件、Ｘ０は、例１と同様であるためその説明は省略する。例２では、第１運転条件における＃４気筒の総発熱量が、他気筒の総発熱量と乖離していることから＃４気筒に異常が生じていることが判断できる。
【００２９】
ここで、＃４気筒に関し、第１運転条件では、上述した式（１）に基づいて、８Ｘ４＋２Ｙ４＝５８の関係式が成立する。同様に、第２運転条件では、上述した式（２）に基づいて、４Ｘ４＋４Ｙ４＝４４の関係式が成立する。
【００３０】
そして、これら２つの関係式を連立させて解き、Ｘ４＝６［J／ｍｍ３］、Ｙ４＝５［J／ｍｍ３］を算出する。Ｘ４とＸ０とを比較することで、＃４気筒の第１噴射弁は、指示噴射量に対して０．６倍しか噴射出来ていないと判断できる。また、Ｙ４とＸ０とを比較することで、＃４気筒の第２噴射弁は、指示噴射量に対して０．５倍しか噴射出来ていないと判断できる。よって、＃４気筒の第１及び第２噴射弁の両方の故障を検出することができる。このように、本発明によれば、ある気筒の両方の燃料噴射弁が故障したことを検出することができる。
【００３１】
（例３：＃２気筒の第１噴射弁と、＃３気筒の第２噴射弁が故障した場合）
次に、２つの気筒において燃料噴射弁が故障した場合の故障検出の具体例について説明する。図４は、＃２気筒の第１噴射弁と、＃３気筒の第２噴射弁とが故障した場合の故障検出について説明するための図である。例３における第１運転条件、第２運転条件、Ｘ０は、例１と同様であるためその説明は省略する。例３では、第１運転条件における＃２気筒の総発熱量と＃３気筒の総発熱量が、その他の気筒の総発熱量と乖離していることから＃２気筒と＃３気筒に異常が生じていることが判断できる。
【００３２】
ここで、＃２気筒に関し、第１運転条件では、上述した式（１）に基づいて、８Ｘ２＋２Ｙ２＝６０の関係式が成立する。同様に、第２運転条件では、上述した式（２）に基づいて、４Ｘ２＋４Ｙ２＝６０の関係式が成立する。
【００３３】
これら２つの関係式を連立させて解き、Ｘ２＝５［J／ｍｍ３］、Ｙ２＝１０［J／ｍｍ３］を算出する。Ｘ２とＸ０とを比較することで、＃２気筒の第１噴射弁は、指示噴射量に対して０．５倍しか噴射出来ていないと判断できる。一方、Ｙ２とＸ０とを比較することで、＃２気筒の第２噴射弁は指示噴射量通りの燃料を噴射出来ていると判断できる。
【００３４】
また、＃３気筒に関し、第１運転条件では、上述した式（１）に基づいて、８Ｘ３＋２Ｙ３＝９０の関係式が成立する。同様に、第２運転条件では、上述した式（２）に基づいて、４Ｘ３＋４Ｙ３＝６０の関係式が成立する。
【００３５】
これら２つの関係式を連立させて解き、Ｘ３＝１０［J／ｍｍ３］、Ｙ３＝５［J／ｍｍ３］を算出する。Ｘ３とＸ０とを比較することで、＃３気筒の第１噴射弁は指示噴射量通りの燃料を噴射出来ていると判断できる。一方、Ｙ３とＸ０とを比較することで、＃３気筒の第２噴射弁は、指示噴射量に対して０．５倍しか噴射出来ていないと判断できる。
【００３６】
よって、＃２気筒の第１噴射弁の故障と、＃３気筒の第２噴射弁の故障とを検出することができる。このように、本発明によれば、気筒毎に、式（１）、式（２）に基づく連立方程式を解くことで、各気筒の各燃料噴射弁が故障したことを個別に検出することができる。
【００３７】
［故障診断処理（処理ルーチン）］
次に、図５〜図６を用いて上述の故障検出を実現するための処理ルーチンについて説明する。図５は、上述の故障検出を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する処理ルーチンの前半フローチャートである。図６は、上述の故障検出を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する処理ルーチンの後半フローチャートである。図５に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、各気筒に設けられた筒内圧センサ１６の出力値に基づいて、気筒別に１サイクルあたりの総発熱量（実発熱量）［Ｊ］が算出される。総発熱量は、例えば、クランク角θにおける筒内圧Ｐ（θ）と筒内容積Ｖ（θ）、実験的に求められる定数α、及び比熱比κ等に基づいて算出することができる。総発熱量の算出手法は、本発明における主要部でなく公知の技術であるため、ここでは、その説明は省略する。
【００３８】
次に、ステップＳ１１０において、気筒別の総発熱量［Ｊ］にばらつきがあるか否かが判定される。ステップ１００において算出された気筒別の総発熱量が一致している場合には、本ルーチンの処理は終了される。
【００３９】
一方、ステップＳ１００において算出された気筒別の総発熱量が一致していない場合には、次に、気筒別の総発熱量のばらつきが、Ａ／Ｆインバランスのクライテリア以内であるか否かが判定される（ステップＳ１２０）。具体的には、ＥＣＵ５０には、Ａ／Ｆインバランスに関する発熱量の基準幅が予め記憶されており、ＥＣＵ５０は、気筒間の総発熱量に基準幅よりも大きな差があるか否かを判定する。差が基準幅以下の場合には、本ルーチンの処理は終了される。
【００４０】
一方、ステップＳ１２０において、基準幅よりも大きな差がある場合には、次に、発熱量に異常が生じている異常気筒を特定する。また、正常気筒の指示噴射量に対する実発熱量Ｘ０［J／ｍｍ３］を算出する（ステップＳ１３０）。具体的には、ＥＣＵ５０には、第１及び第２噴射弁への指示噴射量の合計と、筒内圧センサ１６により検出されるべき筒内圧（正常筒内圧）との関係を定めた関係マップが予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、上記関係マップから現運転条件における指示噴射量の合計に対応する正常筒内圧を取得する。この正常筒内圧と、筒内圧センサ１６により検出された実筒内圧とが、所定値以上乖離している場合には、当該気筒を異常気筒と判定する。また、実発熱量Ｘ０［J／ｍｍ３］は、正常気筒に関してステップＳ１００で算出された総発熱量（又は、目標発熱量）を、指示噴射量の合計で割ることにより算出することができる。
【００４１】
次に、ＥＣＵ５０は、運転条件を第１運転条件（例えば、現運転条件）とし、第１運転条件における第１噴射弁への指示噴射量ｑ１＿１と、第２噴射弁への指示噴射量ｑ１＿２と、当該異常気筒の総発熱量Ｑ１とを算出する（ステップＳ１４０）。上述したとおり、ＥＣＵ５０は、各種センサの出力に基づいて、運転条件（目標発熱量）を設定し、この目標発熱量を満たすように、１ストロークあたりの第１及び第２噴射弁への指示噴射量の合計と、吹き分け比率とを設定する。この吹き分け比率に応じて、第１運転条件における指示噴射量ｑ１＿１、ｑ１＿２が決定される。異常気筒の総発熱量Ｑ１は、ステップＳ１００と同様の手法で算出される。
【００４２】
その後、ＥＣＵ５０は、運転条件を第１運転条件から第２運転条件に変更する。第２運転条件は、第１運転条件とは吹き分け比率が異なる運転条件である。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１４０と同様に、第２運転条件における第１噴射弁への指示噴射量ｑ２＿１と、第２噴射弁への指示噴射量ｑ２＿２と、当該異常気筒の総発熱量Ｑ２とを算出する（ステップＳ１５０）。
【００４３】
ステップＳ１６０において、ＥＣＵ５０は、第１運転条件における式（１）の関係式と、第２運転条件における式（２）の関係式とをそれぞれ立て、これらを連立させて解く。具体的には、第１噴射弁から実際に噴射された実噴射量により生じる実発熱量を第１噴射弁への指示噴射量ｑ１＿１で割った値［J／ｍｍ３］を変数Ｘ、第２噴射弁から実際に噴射された実噴射量により生じる実発熱量を第２噴射弁への指示噴射量ｑ１＿２で割った値［J／ｍｍ３］を変数Ｙとし、第１運転条件における指示噴射量ｑ１＿１、ｑ１＿２及び総発熱量Ｑ１との間に成立する関係式（１）を立てる。同様に、第２運転条件における指示噴射量ｑ２＿１、ｑ２＿２及び総発熱量Ｑ２との間に成立する関係式（２）を立てる。これらの関係式を連立方程式として解いて、Ｘ、Ｙを算出する。なお、異常気筒が複数ある場合には、異常気筒毎に連立方程式を立ててＸ、Ｙを算出する。
【００４４】
その後、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１７０において、ＸとＸ０とが一致しているか否かを判定する。ＸとＸ０とが異なる場合、詳細には、所定値以上の差がある場合には、ＥＣＵ５０は、当該気筒の第１噴射弁が故障していると判断する（ステップＳ１８０）。加えて、ＸとＸ０との差が大きいほど故障レベルが高いと判断する。
【００４５】
続けて、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１９０において、ＹとＸ０とが一致しているか否かを判定する。ＹとＸ０とが異なる場合、詳細には、所定値以上の差がある場合には、ＥＣＵ５０は、当該気筒の第１噴射弁が故障していると判断する（ステップＳ２００）。加えて、ＹとＸ０との差が大きいほど故障レベルが高いと判断する。その後、本ルーチンの処理は終了される。
【００４６】
以上説明したように、図５〜図６に示すルーチンによれば、吹き分け比率の異なる２つの運転条件の情報に基づく連立方程式を解くことで、各気筒の各燃料噴射弁について個別に故障を検出することができる。そのため、気筒毎に配置された２つの燃料噴射弁１４、３２の両方が故障している場合であっても、正しく故障診断をすることができる。また、吹き分け比率の異なる２つの運転条件でありさえすれば良いため、運転状態を定常運転やアイドルに固定する必要がなく、過渡運転時においても燃料噴射弁の故障診断をすることができる。
【００４７】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、異常気筒を特定した後に、当該異常気筒に関して連立方程式を立てることとしているが、これに限定されるものではない。異常気筒を特定せずに、各気筒について連立方程式を立てることとしてもよい。なお、この場合には、目標発熱量を指示噴射量の合計で割った値をＸ０とする。
【００４８】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、各気筒に直噴噴射弁１４とポート噴射弁３２とを備えることとしているが、ポート噴射弁を２つ用いることとしてもよい。例えば、気筒に接続される２つの吸気ポートそれぞれに、ポート噴射弁を１つずつ配置することとしてもよい。
【００４９】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、各気筒に２つの燃料噴射弁を備えることとしているが、これに限定されるものではない。例えば、各気筒に３つの燃料噴射弁を備える場合には、吹き分け比率の異なる３つの運転条件において、３つの変数Ｘ、Ｙ、Ｚを有する連立方程式を立てることとすれば良い。
【００５０】
尚、上述した実施の形態１においては、直噴噴射弁１４が前記第１の発明における「第１噴射弁」に、ポート噴射弁３２が前記第１の発明における「第２噴射弁」に、それぞれ相当している。
【００５１】
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１４０〜ステップＳ１６０の処理を実行することにより前記第１の発明における「総発熱量算出手段」、「運転条件変更手段」、「第１関係式設定手段」、「第２関係式設定手段」及び「演算手段」が、上記ステップＳ１７０〜ステップＳ１８０の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１噴射弁故障判定手段」が、上記ステップＳ１９０〜ステップＳ２００の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２噴射弁故障判定手段」が、それぞれ実現されている。
【００５２】
更に、実施の形態１においては、上記ステップ１６０において算出される変数Ｘが前記第１の発明における「第１変数」に、上記ステップ１６０において算出される変数Ｙが前記第１の発明における「第２変数」に、それぞれ対応している。
【符号の説明】
【００５３】
１０ エンジン
１２ 点火プラグ
１４ 直噴噴射弁
１６ 筒内圧センサ
１８ クランク角センサ
２０ 吸気通路
２２ エアクリーナ
２４ エアフローメータ
２６ スロットルバルブ
２８ スロットル開度センサ
３０ 吸気圧センサ
３２ ポート噴射弁
３４ 排気通路
３６ 触媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内へ燃料を供給する第１噴射弁及び第２噴射弁と、
前記気筒内の燃焼圧を検出する筒内圧センサと、
前記燃焼圧に基づいて前記気筒の総発熱量を算出する総発熱量算出手段と、
第１運転条件から、前記第１及び第２噴射弁の吹き分け比率が該第１運転条件とは異なる第２運転条件に変更することができる運転条件変更手段と、
前記第１運転条件における前記第１噴射弁への指示噴射量と、前記第２噴射弁への指示噴射量と、前記総発熱量算出手段により算出される総発熱量と、前記第１噴射弁からの実噴射量に相関する変数（以下、第１変数という。）と、前記第２噴射弁からの実噴射量に相関する変数（以下、第２変数という。）との関係を定めた第１の関係式を設定する第１関係式設定手段と、
前記第２運転条件における前記第１噴射弁への指示噴射量と、前記第２噴射弁への指示噴射量と、前記総発熱量算出手段により算出される総発熱量と、前記第１変数と、前記第２変数との関係を定めた第２の関係式を設定する第２関係式設定手段と、
前記第１の関係式と前記第２の関係式とを連立させて解き、前記第１変数の値及び前記第２変数の値を算出する演算手段と、
前記第１変数の値が正常気筒における基準値と一致しない場合に、前記第１噴射弁が故障していると判定する第１噴射弁故障判定手段と、
前記第２変数の値が前記基準値と一致しない場合に、前記第２噴射弁が故障していると判定する第２噴射弁故障判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の故障診断装置。
【請求項２】
前記第１噴射弁は、前記気筒内に燃料を直接噴射する直噴噴射弁であり、
前記第２噴射弁は、前記気筒に接続された吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であること、
を特徴とする請求項１記載の内燃機関の故障診断装置。
【請求項３】
前記気筒に接続された２つの吸気ポートを更に備え、
前記第１噴射弁は、前記２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であり、
前記第２噴射弁は、前記２つの吸気ポートのうち他方の吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であること、
を特徴とする請求項１記載の内燃機関の故障診断装置。
【請求項１】
気筒内へ燃料を供給する第１噴射弁及び第２噴射弁と、
前記気筒内の燃焼圧を検出する筒内圧センサと、
前記燃焼圧に基づいて前記気筒の総発熱量を算出する総発熱量算出手段と、
第１運転条件から、前記第１及び第２噴射弁の吹き分け比率が該第１運転条件とは異なる第２運転条件に変更することができる運転条件変更手段と、
前記第１運転条件における前記第１噴射弁への指示噴射量と、前記第２噴射弁への指示噴射量と、前記総発熱量算出手段により算出される総発熱量と、前記第１噴射弁からの実噴射量に相関する変数（以下、第１変数という。）と、前記第２噴射弁からの実噴射量に相関する変数（以下、第２変数という。）との関係を定めた第１の関係式を設定する第１関係式設定手段と、
前記第２運転条件における前記第１噴射弁への指示噴射量と、前記第２噴射弁への指示噴射量と、前記総発熱量算出手段により算出される総発熱量と、前記第１変数と、前記第２変数との関係を定めた第２の関係式を設定する第２関係式設定手段と、
前記第１の関係式と前記第２の関係式とを連立させて解き、前記第１変数の値及び前記第２変数の値を算出する演算手段と、
前記第１変数の値が正常気筒における基準値と一致しない場合に、前記第１噴射弁が故障していると判定する第１噴射弁故障判定手段と、
前記第２変数の値が前記基準値と一致しない場合に、前記第２噴射弁が故障していると判定する第２噴射弁故障判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の故障診断装置。
【請求項２】
前記第１噴射弁は、前記気筒内に燃料を直接噴射する直噴噴射弁であり、
前記第２噴射弁は、前記気筒に接続された吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であること、
を特徴とする請求項１記載の内燃機関の故障診断装置。
【請求項３】
前記気筒に接続された２つの吸気ポートを更に備え、
前記第１噴射弁は、前記２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であり、
前記第２噴射弁は、前記２つの吸気ポートのうち他方の吸気ポート内に燃料をポート噴射するポート噴射弁であること、
を特徴とする請求項１記載の内燃機関の故障診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７７３１９（Ｐ２０１２−１７７３１９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４００００（Ｐ２０１１−４００００）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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