気筒間空燃比ばらつき推定方法および故障判定方法
【課題】空燃比センサーを用いて多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のばらつきを検出する場合、空燃比センサーの個体差が大きく影響するために信頼性に乏しい。
【解決手段】本発明による気筒間インバランス率推定方法は、多気筒内燃機関１０の始動時の冷却水温ＴSを検出するステップと、多気筒内燃機関１０の始動時の冷却水温ＴSがあらかじめ設定した閾水温ＴLよりも低いか否かを判定するステップと、多気筒内燃機関１０の始動時の冷却水温ＴSが閾水温ＴLよりも低いと判断した場合、冷却水温ＴSが多気筒内燃機関１０の始動時から所定温度上昇量ΔＴに達するまでの吸入空気量ＧNを積算するステップと、冷却水温ＴSが所定温度上昇量ΔＴに達した時点における積算吸入空気量ＧMに基づいて気筒間の空燃比のインバランス率を求めるステップとを具える。
【解決手段】本発明による気筒間インバランス率推定方法は、多気筒内燃機関１０の始動時の冷却水温ＴSを検出するステップと、多気筒内燃機関１０の始動時の冷却水温ＴSがあらかじめ設定した閾水温ＴLよりも低いか否かを判定するステップと、多気筒内燃機関１０の始動時の冷却水温ＴSが閾水温ＴLよりも低いと判断した場合、冷却水温ＴSが多気筒内燃機関１０の始動時から所定温度上昇量ΔＴに達するまでの吸入空気量ＧNを積算するステップと、冷却水温ＴSが所定温度上昇量ΔＴに達した時点における積算吸入空気量ＧMに基づいて気筒間の空燃比のインバランス率を求めるステップとを具える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のばらつき状態を把握し、これによって任意の気筒の不調を判定し得る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関において、ある特定の気筒にのみ不具合が発生するような場合、これは個々の気筒からの排気中の空燃比のばらつきとなって現われる。例えば、直噴式の多気筒内燃機関では、特定の燃料噴射弁にデポジットが堆積することによる故障や、経年変化に伴う機械的劣化による故障などが発生する。このような故障が発生している燃料噴射弁から対応する気筒に供給される燃料量は、正常に作動する燃料噴射弁から対応する気筒に供給される燃料量よりも多くなり、その排気の空燃比が正常気筒からの排気の空燃比よりも一般的にリッチ傾向となる。
【０００３】
このような多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のばらつき状態は、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に配した空燃比センサーによって検出可能であることが引用文献１に記載されている。気筒間の空燃比のばらつきは、一般にインバランス率で表される。このインバランス率は、ある気筒が故障したと仮定した場合、他の正常気筒への燃料の噴射量に対し、その故障気筒への燃料の噴射量の割合で示される。例えば、故障気筒への燃料噴射量が他の正常気筒よりも４０％多い場合、インバランス率は４０％であると定義される。なお、インバランス率が一般的に５０％を越えるような場合、エンジンに故障があることを示す警告表示がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５７２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
空燃比センサーは非常にデリケートな特性を利用したものであるため、製造上のばらつきが比較的大きい。このため、同じ運転条件下にある複数の全く同じ内燃機関であっても、検出される空燃比の値が相違してしまうことが知られている。このため、空燃比センサーを用いて気筒間のインバランス率を検出する引用文献１に開示された方法では、気筒間のインバランス率が実際に同じ内燃機関であっても、使用した空燃比センサーによって検出されるインバランス率がばらつくことになる。しかも、空燃比センサーの劣化や充分なＳ/Ｎ比を取れない状況などを考慮すると、空燃比センサーを用いる従来の方法では検出結果に高い信頼性を持たせることができない。
【０００６】
本発明の目的は、個体差が大きな空燃比センサーを用いることなく、多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のインバランス率を高い信頼性を以て推定し得る方法と、同時に任意の気筒の異常の有無を判定し得る方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態は、多気筒内燃機関の始動時の冷却水温を検出するステップと、前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温があらかじめ設定した閾水温よりも低いか否かを判定するステップと、前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温が前記閾水温よりも低いと判断した場合、前記冷却水温が前記多気筒内燃機関の始動時から所定温度上昇量に達するまでの吸入空気量を積算するステップと、前記冷却水温が前記所定温度上昇量に達した時点における前記積算吸入空気量に基づいて気筒間の空燃比のインバランス率を推定するステップとを具えたことを特徴とする気筒間の空燃比インバランス率推定方法にある。
【０００８】
ここで、多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のインバランス率と駆動トルクとの関係を模式的に図６に示し、空燃比のインバランス率と吸入空気量との関係を模式的に図７に示し、空燃比のインバランス率と冷却水温の変化量との関係を模式的に図８に示す。また、車両を特定の運転モードにて走行させた場合における冷態始動時からの車速と冷却水温と積算吸入空気量との関係を図９に示し、空燃比のインバランス率と積算吸入空気量との関係を模式的に図３に示す。なお、図９において空燃比のインバランス率が０％の場合の積算吸入空気量を実線で表し、５０％の場合の積算吸入空気量を二点鎖線で表している。
【０００９】
図６から明らかなように、気筒間の空燃比にばらつきがある場合、これが大きいほど駆動トルクが相対的に低下する。このため、図７および図９から明らかなように、同じ運転条件の下では空燃比のインバランス率が大きいほど吸入空気量も相対的に大きくなることが理解される。また、図８および図９から明らかなように、同じ運転条件の下での冷態始動時からの冷却水温の変化量は、空燃比のインバランス率の大小に拘らず、一定となる。 従って、空燃比のインバランス率は、図３に示すように多気筒内燃機関の冷態始動時からの積算吸入空気量に比例することが理解されよう。
【００１０】
本発明の第１の形態による気筒間の空燃比インバランス率推定方法において、推定された気筒間の空燃比のインバランス率が予め設定した閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定する。
【００１１】
外気温に基づいて吸入空気量を補正するステップをさらに具え、積算吸入空気量が補正された吸入空気量を積算したものであってよい。
【００１２】
本発明の第２の形態は、多気筒内燃機関の始動時の冷却水温を検出するステップと、前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温があらかじめ設定した閾水温よりも低いか否かを判定するステップと、前記多気筒内燃機関の始動時からの吸入空気量を積算するステップと、前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温が前記閾水温よりも低いと判断した場合、前記多気筒内燃機関の始動時からの積算吸入空気量があらかじめ設定した所定値に達した時点における冷却水温を検出するステップと、前記吸入空気量が前記所定値に達した時点における前記冷却水温に基づき、一部の気筒に異常があるか否かを判定するステップとを具えたことを特徴とする故障判定方法にある。
【００１３】
本発明においては、先の図３，図６〜図９に示した関係から、多気筒内燃機関の冷態始動時から所定吸入空気量に達した時点における冷却水温に基づき、一部の気筒に異常があるか否かが判定される。
【００１４】
本発明の第２の形態による故障判定方法において、一部の気筒に異常があるか否かを判定するステップは、積算吸入空気量が所定値に達した時点における冷却水温と、多気筒内燃機関の始動時の冷却水温との差を求めるステップと、これにより求めた冷却水温の差と予め設定した閾値とを比較するステップとを含むものであってよい。この場合、一部の気筒に異常があるか否かを判定するステップは、求められた冷却水温の差が閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定する。
【００１５】
外気温に基づいて吸入空気量を補正するステップをさらに具え、積算吸入空気量が補正された吸入空気量を積算したものであってよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の気筒間の空燃比インバランス率推定方法によると、空燃比センサーを使用せずとも、多気筒内燃機関の始動時から冷却水温が所定温度上昇量に達するまでの積算吸入空気量に基づき、気筒間の空燃比のインバランス率を推定することができる。
【００１７】
推定された気筒間の空燃比のインバランス率が予め設定した閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定することができる。
【００１８】
外気温に基づいて吸入空気量を補正し、この補正された吸入空気量を積算するようにした場合、空燃比のインバランス率をより正確に推定することができる。
【００１９】
本発明の故障判定方法によると、空燃比センサーを使用せずとも、多気筒内燃機関の始動時からの積算吸入空気量が所定値に達した時点における冷却水温に基づき、一部の気筒に異常があるか否かを判定することができる。
【００２０】
積算吸入空気量が所定値に達した時点における冷却水温と、多気筒内燃機関の始動時の冷却水温との差を求め、この冷却水温の差が予め設定した閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定することができる。
【００２１】
外気温に基づいて吸入空気量を補正し、この補正された吸入空気量を積算するようにした場合、より正確な故障判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の対象となる多気筒内燃機関の一例を模式的に表す概念図である。
【図２】本発明の方法を実施し得る一実施形態における制御ブロック図である。
【図３】多気筒内燃機関における空燃比のインバランス率と積算吸入空気量との関係を模式的に表すグラフである。
【図４】図２に示した実施形態における処理手順を表すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施形態による処理手順を表すフローチャートである。
【図６】多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のインバランス率と駆動トルクとの関係を模式的に表すグラフである。
【図７】空燃比のインバランス率と吸入空気量との関係を模式的に表すグラフである。
【図８】空燃比のインバランス率と冷却水温の変化量との関係を模式的に表すグラフである。
【図９】車両を特定の運転モードにて走行させた場合における冷態始動時からの車速と冷却水温と積算吸入空気量との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を火花点火方式の多気筒内燃機関の故障判定に適用した実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明は火花点火方式の多気筒内燃機関に限らず、軽油を燃料噴射弁から圧縮状態にある燃焼室内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火方式の多気筒内燃機関に対してもそのまま応用することが可能である。
【００２４】
本実施形態におけるエンジンシステムを模式的に図１に示し、その制御ブロックを図２に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、ガソリンやアルコールまたはこれらの混合物あるいは液化天然ガスなどの燃料を燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に直接噴射し、点火プラグ１３によって着火させる火花点火方式の多気筒内燃機関である。
【００２５】
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１４ａおよび排気ポート１４ｂが形成されたシリンダーヘッド１４には、吸気ポート１４ａを開閉する吸気弁１５ａおよび排気ポート１４ｂを開閉する排気弁１５ｂを含む動弁機構が組み込まれている。先の燃料噴射弁１１や、燃焼室１２内の混合気を着火させる点火プラグ１３およびこの点火プラグ１３に火花放電を発生させる点火コイル１６もこのシリンダーヘッド１４に組み込まれている。
【００２６】
なお、本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料を燃焼室１２内に直接噴射する直噴形式のものを採用しているが、吸気ポート１４ａ内に噴射するポート噴射形式のものを採用することも可能である。
【００２７】
燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル１７の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づき、 ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１８により制御される。アクセルペダル１７の踏み込み量は、アクセル開度センサー１９により検出され、その検出情報がＥＣＵ１８に出力されるようになっている。より具体的には、ＥＣＵ１８の燃料噴射設定部１８ａは、アクセル開度センサー１９からの検出信号を含む車両の運転状態に基づき、エンジン１０の要求駆動トルクを算出する。そして、これに対応した燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量、つまり供給量と、その噴射時期とを設定する。ＥＣＵ１８の燃料噴射弁駆動部１８ｂは、この燃料噴射設定部１８ａにて設定された燃料噴射量に対応した燃料が設定された噴射時期に噴射されるように、燃料噴射弁１１を駆動する。
【００２８】
車両の運転状態は、アクセル開度センサー１９を含む後述の各種センサーなどからの検出信号に基づき、ＥＣＵ１８の運転状態判定部１８ｃにて把握され、ここからエンジン１０の運転状態に関する情報が上述した燃料噴射設定部１８ａなどに出力される。
【００２９】
また、点火プラグ１３の点火時期は、ＥＣＵ１８の運転状態判定部１８ｃからの情報に基づき、ＥＣＵ１８の点火時期設定部１８ｄにて設定される。ＥＣＵ１８の点火コイル駆動部１８ｅは、この点火時期設定部１８ｄにて設定された点火時期に点火プラグ１３が火花放電を起こすように、点火コイル１６を駆動する。
【００３０】
吸気ポート１４ａに連通するようにシリンダーヘッド１４に連結されて吸気ポート１４ａと共に吸気通路２０ａを画成する吸気管２０の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路２０ａに導くためのエアークリーナー２１が設けられている。このエアークリーナー２１と吸気ポート１４ａとの間の吸気管２０の途中には、燃焼室１２に導かれる吸気の脈動を緩和するためのサージタンク２２が形成されている。このサージタンク２２と先のエアークリーナー２１との間の吸気管２０の途中には、吸気通路２０ａの開度を調整するためのスロットル弁２３が組み込まれている。本実施形態におけるスロットル弁２３は、運転者によって操作されるアクセルペダル１７の踏み込み量を含むＥＣＵ１８の運転状態判定部１８ｃで判定される車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１８のスロットル開度設定部１８ｆにて設定される。そして、このスロットル開度設定部１８ｆにて設定された開度となるように、ＥＣＵ１８のアクチュエーター駆動部１８ｇがスロットルアクチュエーター２４を介してスロットル弁２３の駆動を行う。
【００３１】
このように、本実施形態ではアクセルペダル１７の踏み込み動作と、スロットル弁２３の開閉動作とを機械的に切り離し、スロットルアクチュエーター２４を用いてスロットル弁２３の開閉動作を電気的に制御できるようにしている。しかしながら、アクセルペダル１７とスロットル弁２３とを機械的に連結したものであってもよく、この場合にはスロットルアクチュエーター２４を省略することが可能である。なお、エアークリーナー２１とスロットル弁２３との間の吸気管２０の途中には、吸気通路２０ａ内を流れる吸気流量を検出してこれをＥＣＵ１８に出力するエアーフローメーター２５が設けられている。
【００３２】
ピストン２６が往復動するシリンダーブロック２７には、連接棒２８を介してピストン２６が連結されるクランク軸２９の回転位相、つまりクランク角位置を検出してこれをＥＣＵ１８に出力するクランク角センサー３０が取り付けられている。また、このシリンダーブロック２７には、ここに形成された水ジャケット２７ａ内の冷却水の温度を検出してこれをＥＣＵ１８に出力する水温センサー３１も取り付けられている。
【００３３】
燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置３２は、吸気ポート１４ａに連通するようにシリンダーヘッド１４に連結されて排気ポート１４ｂと共に排気通路３３ａを画成する排気管３３の途中に配されている。
【００３４】
従って、エアークリーナー２１から吸気通路２０ａを通って燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン２６の圧縮上死点近傍にて点火プラグ１３の火花放電により着火して燃焼し、これによって生成する排気が排気浄化装置３２を通って排気管３３から大気中に排出される。
【００３５】
前記ＥＣＵ１８は、周知のワンチップマイクロプロセッサであり、図示しないデータバスにより相互接続されたＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリおよび入出力インターフェースなどを含む。このＥＣＵ１８は、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，点火コイル１６，スロットルアクチュエーター２４などの作動を制御する。このため、ＥＣＵ１８にはイグニッションキースイッチ３４や、上述したセンサー１９，３０，３１および外気温を検出する外気温センサー３５ならびにエアーフローメーター２５などからの検出情報が入力される。
【００３６】
また、本実施形態におけるエンジンシステムは、気筒間の空燃比のインバランス率を推定してこれが例えば５０％を越えた場合、エンジン１０が不調であることを警告するための警告表示器３６をさらに具えている。このため、本実施形態におけるＥＣＵ１８は、前述した運転状態判定部１８ｃなどの他に、インバランス異常判定部１８ｈおよび警告表示器駆動部１８ｉをさらに具えている。なお、先の警告表示器３６は、聴覚や視覚などを利用してエンジン１０を駆動する車両の運転者などに対する注意を喚起し得るものであればよい。
【００３７】
インバランス異常判定部１８ｈは、先の図３に示すような空燃比のインバランス率と積算吸入空気量ＧMとを関係付けたマップを記憶している。そして、冷態始動時の冷却水温ＴSがエンジン１０の冷態始動時から所定温度上昇量ΔＴに達するまでの吸入空気量ＧNを積算し、空燃比のインバランス率が例えば５０％を越えている場合、エンジン１０が不調であると判定する。このインバランス異常判定部１８ｈでの判定結果は、警告表示器駆動部１８ｉに出力される。警告表示器駆動部１８ｉは、インバランス異常判定部１８ｈからの判定結果に基づき、推定される空燃比のインバランス率が５０％を越えた場合に警告表示器３６を駆動する。なお、本実施形態においては、イグニッションキースイッチ３４がオンに切り替わった時の冷却水温ＴSが予め設定した閾水温ＴL未満の場合、エンジン１０が冷態始動状態であると判定する。この場合、冷態始動判定用の閾水温ＴLとして例えば２５℃が一般的であり、先の所定温度上昇量ΔＴは冷態始動時の冷却水温ＴSとその後の冷却水温ＴNとの差（ＴN−ＴS）で表され、これは例えば５０度に設定される。
【００３８】
このように、ある気筒が故障して燃料噴射量が適正な値から外れる場合、フィードバック制御の結果として、正常な気筒も適正な燃料噴射量から外れた状態で制御される結果、全体として発生する駆動トルクも低下する。このため、同じ運転条件における吸入空気量が気筒間の空燃比のインバランス率に比例するという特性を利用し、冷態始動時からの積算吸入空気量ＧMに基づいて気筒間の空燃比のインバランス率を推定することが可能となる。つまり、気筒間に空燃比のばらつきがあると、エンジン１０の駆動トルクが低下するため、同じ運転条件ではスロットル弁２３の開度をより大きくしなければならず、結果として吸入空気量が増大する。これに対し、同じ運転条件を維持するために必要な発熱量は変化しないので、冷却水温の変化量は空燃比のインバランス率に拘らず、基本的に一定となるので、エンジン１０の冷態始動時から冷却水温が所定温度上昇量に達するまでの間の積算吸入空気量ＧMは、インバランス率の増大に伴って増加することとなる。結果として、冷態始動時における冷却水温ＴSが所定温度上昇量ΔＴに達した時点での積算吸入空気量ＧMがあらかじめ設定した閾値ＧR以上の場合、エンジン１０が不調であると判断することが可能となる。
【００３９】
この場合、冷却水温ＴNの所定温度上昇量ΔＴは、点火時期（点火遅角量）や外気温によって変化する。例えば、外気温が低い場合には冷却水温ＴNの上昇速度が遅くなるため、冷却水温ＴNが所定温度上昇量ΔＴ以上に昇温するまでの時間が長くなり、気筒間の空燃比のインバランス率が低い正常な状態であっても積算吸入空気量ＧMが大きくなってしまう。そこで、運転状態判定部１８ｃは、外気温に応じてあらかじめ設定された補正係数をエアーフローメーター２５による検出値に乗算し、これによって補正した吸入空気量ＧNを積算するようにしている。
【００４０】
なお、エンジン１０が冷態始動ではない場合、冷却水温ＴNの上昇速度が高くなって空燃比のインバランス率に応じた吸入空気量の変化が小さくなる傾向となる。従って、本実施形態では冷態始動時以外では空燃比のインバランス率の推定を行わないようにしている。
【００４１】
このような本実施形態による本発明の実施手順の一例を図４のフローチャートに示すが、この制御はイグニッションキースイッチ３４のオン信号の度に起動するものである。すなわち、イグニッションキースイッチ３４のオン信号により、まずＳ１０のステップにてフラグがセットされているか否かを判定する。最初はフラグがセットされていないので、Ｓ１１のステップに移行し、ここで冷却水温ＴSが閾水温ＴLよりも低いか否かを判定する。Ｓ１１のステップにて冷却水温ＴSが閾水温ＴL以上である、すなわち冷態始動ではないと判断した場合には、何もせずに今回の処理を終了する。
【００４２】
一方、Ｓ１１のステップにて冷却水温ＴSが閾水温ＴLよりも低い、すなわちエンジン１０の冷態始動中であると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行してフラグをセットする。次に、Ｓ１３のステップにて外気温に応じた吸入空気量ＧNの補正を行い、これに基づいてＳ１４のステップにて補正した吸入空気量ＧNの積算を行う。しかる後、Ｓ１５のステップにて現在の冷却水温ＴNから今回の冷態始動時の冷却水温ＴSを減算した値が所定温度上昇量ΔＴに達しているか否かを判定する。最初は、現在の冷却水温ＴNから今回の冷態始動時の冷却水温ＴSを減算した値が所定温度上昇量ΔＴに達していないので、Ｓ１０のステップに戻り、Ｓ１３〜Ｓ１５のステップを繰り返し、積算吸入空気量ＧMの更新を続ける。
【００４３】
このようにして、Ｓ１５のステップにて現在の冷却水温ＴNから今回の冷態始動時の冷却水温ＴSを減算した値が所定温度上昇量ΔＴに達したと判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行してこの時の積算吸入空気量ＧMが閾値ＧRよりも少ないか否かを判定する。ここで、積算吸入空気量ＧMが閾値ＧRよりも少ない、すなわちエンジン１０の気筒に異常がないと判断した場合には、Ｓ１７のステップに移行してフラグをリセットして今回の故障判定を終了する。なお、先の図３のグラフから明らかなように、Ｓ１６のステップにて算出される積算吸入空気量ＧMに基づき、現在のエンジン１０における気筒間の空燃比のインバランス率を推定することも可能であることに注意されたい。
【００４４】
一方、Ｓ１６のステップにて冷態始動時からの積算吸入空気量ＧMが閾値ＧR以上である、すなわちエンジン１０の気筒の一部に異常があると判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行する。そして、このＳ１８のステップにて警告表示器３６を駆動し、運転者にエンジン１０の不調があることを知らせる。次いでＳ１９のステップに移行し、フラグをリセットして今回の故障判定を終了する。
【００４５】
上述した実施形態においては、エンジン１０の冷態始動時からの冷却水温ＴSが所定温度上昇量ΔＴまで上昇した時点における積算吸入空気量ＧMを閾値ＧRと比較して気筒間の空燃比のインバランス状態を把握することができる。しかしながら、エンジン１０の冷態始動時からの積算吸入空気量ＧMがあらかじめ設定した所定値ＧOに達した時点における冷却水温の上昇代ΔＴNに基づき、エンジン１０の故障判定を行うことも可能である。
【００４６】
このような他の実施形態による本発明の実施手順の一例を図５のフローチャートに示すが、Ｓ２０〜Ｓ２４までのステップは、先の実施形態におけるＳ１０〜Ｓ１４までのステップと全く同じであるので、Ｓ２５以降のステップから説明を始める。すなわち、Ｓ２５のステップにて現在の積算吸入空気量ＧMがあらかじめ設定した所定値ＧOよりも少ないか否かを判定する。最初は、積算吸入空気量ＧMが所定値ＧOよりも少ないので、Ｓ２０のステップに戻り、Ｓ２３〜Ｓ２５のステップを繰り返す。
【００４７】
このようにして、Ｓ２５のステップにて現在の積算吸入空気量ＧMが所定値ＧOに達したと判断した場合には、Ｓ２６のステップに移行する。そして、この時の冷却水温ＴNから冷態始動時の冷却水温ＴSを減じた値が閾値ΔＴRよりも高いか否かを判定する。ここで、冷却水温ＴNから冷態始動時の冷却水温ＴSを減じた値が閾値ΔＴRよりも高い、すなわちエンジン１０の気筒に異常がないと判断した場合には、Ｓ２７のステップに移行してフラグをリセットして今回の故障判定を終了する。
【００４８】
一方、Ｓ２６のステップにて冷却水温ＴNから冷態始動時の冷却水温ＴSを減じた値が閾値ΔＴR以下である、すなわちエンジン１０の気筒の一部に異常があると判断した場合には、Ｓ２８のステップに移行する。そして、このＳ２８のステップにて警告表示器３６を駆動し、運転者にエンジン１０の不調があることを知らせる。次いでＳ２９のステップに移行し、フラグをリセットして今回の故障判定を終了する。
【００４９】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００５０】
１０ エンジン
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃焼室
１３ 点火プラグ
１４ シリンダーヘッド
１４ａ 吸気ポート
１４ｂ 排気ポート
１５ａ 吸気弁
１５ｂ 排気弁
１６ 点火コイル
１７ アクセルペダル
１８ ＥＣＵ
１８ａ 燃料噴射設定部
１８ｂ 燃料噴射弁駆動部
１８ｃ 運転状態判定部
１８ｄ 点火時期設定部
１８ｅ 点火コイル駆動部
１８ｆ スロットル開度設定部
１８ｇ アクチュエーター駆動部
１８ｈ インバランス異常判定部
１８ｉ 警告表示器駆動部
１９ アクセル開度センサー
２０ 吸気管
２０ａ 吸気通路
２１ エアークリーナー
２２ サージタンク
２３ スロットル弁
２４ スロットルアクチュエーター
２５ エアーフローメーター
２６ ピストン
２７ シリンダーブロック
２７ａ 水ジャケット
２８ 連接棒
２９ クランク軸
３０ クランク角センサー
３１ 水温センサー
３２ 排気浄化装置
３３ 排気管
３３ａ 排気通路
３４ イグニッションキースイッチ
３５ 外気温センサー
３６ 警告表示器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のばらつき状態を把握し、これによって任意の気筒の不調を判定し得る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関において、ある特定の気筒にのみ不具合が発生するような場合、これは個々の気筒からの排気中の空燃比のばらつきとなって現われる。例えば、直噴式の多気筒内燃機関では、特定の燃料噴射弁にデポジットが堆積することによる故障や、経年変化に伴う機械的劣化による故障などが発生する。このような故障が発生している燃料噴射弁から対応する気筒に供給される燃料量は、正常に作動する燃料噴射弁から対応する気筒に供給される燃料量よりも多くなり、その排気の空燃比が正常気筒からの排気の空燃比よりも一般的にリッチ傾向となる。
【０００３】
このような多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のばらつき状態は、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に配した空燃比センサーによって検出可能であることが引用文献１に記載されている。気筒間の空燃比のばらつきは、一般にインバランス率で表される。このインバランス率は、ある気筒が故障したと仮定した場合、他の正常気筒への燃料の噴射量に対し、その故障気筒への燃料の噴射量の割合で示される。例えば、故障気筒への燃料噴射量が他の正常気筒よりも４０％多い場合、インバランス率は４０％であると定義される。なお、インバランス率が一般的に５０％を越えるような場合、エンジンに故障があることを示す警告表示がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５７２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
空燃比センサーは非常にデリケートな特性を利用したものであるため、製造上のばらつきが比較的大きい。このため、同じ運転条件下にある複数の全く同じ内燃機関であっても、検出される空燃比の値が相違してしまうことが知られている。このため、空燃比センサーを用いて気筒間のインバランス率を検出する引用文献１に開示された方法では、気筒間のインバランス率が実際に同じ内燃機関であっても、使用した空燃比センサーによって検出されるインバランス率がばらつくことになる。しかも、空燃比センサーの劣化や充分なＳ/Ｎ比を取れない状況などを考慮すると、空燃比センサーを用いる従来の方法では検出結果に高い信頼性を持たせることができない。
【０００６】
本発明の目的は、個体差が大きな空燃比センサーを用いることなく、多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のインバランス率を高い信頼性を以て推定し得る方法と、同時に任意の気筒の異常の有無を判定し得る方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態は、多気筒内燃機関の始動時の冷却水温を検出するステップと、前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温があらかじめ設定した閾水温よりも低いか否かを判定するステップと、前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温が前記閾水温よりも低いと判断した場合、前記冷却水温が前記多気筒内燃機関の始動時から所定温度上昇量に達するまでの吸入空気量を積算するステップと、前記冷却水温が前記所定温度上昇量に達した時点における前記積算吸入空気量に基づいて気筒間の空燃比のインバランス率を推定するステップとを具えたことを特徴とする気筒間の空燃比インバランス率推定方法にある。
【０００８】
ここで、多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のインバランス率と駆動トルクとの関係を模式的に図６に示し、空燃比のインバランス率と吸入空気量との関係を模式的に図７に示し、空燃比のインバランス率と冷却水温の変化量との関係を模式的に図８に示す。また、車両を特定の運転モードにて走行させた場合における冷態始動時からの車速と冷却水温と積算吸入空気量との関係を図９に示し、空燃比のインバランス率と積算吸入空気量との関係を模式的に図３に示す。なお、図９において空燃比のインバランス率が０％の場合の積算吸入空気量を実線で表し、５０％の場合の積算吸入空気量を二点鎖線で表している。
【０００９】
図６から明らかなように、気筒間の空燃比にばらつきがある場合、これが大きいほど駆動トルクが相対的に低下する。このため、図７および図９から明らかなように、同じ運転条件の下では空燃比のインバランス率が大きいほど吸入空気量も相対的に大きくなることが理解される。また、図８および図９から明らかなように、同じ運転条件の下での冷態始動時からの冷却水温の変化量は、空燃比のインバランス率の大小に拘らず、一定となる。 従って、空燃比のインバランス率は、図３に示すように多気筒内燃機関の冷態始動時からの積算吸入空気量に比例することが理解されよう。
【００１０】
本発明の第１の形態による気筒間の空燃比インバランス率推定方法において、推定された気筒間の空燃比のインバランス率が予め設定した閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定する。
【００１１】
外気温に基づいて吸入空気量を補正するステップをさらに具え、積算吸入空気量が補正された吸入空気量を積算したものであってよい。
【００１２】
本発明の第２の形態は、多気筒内燃機関の始動時の冷却水温を検出するステップと、前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温があらかじめ設定した閾水温よりも低いか否かを判定するステップと、前記多気筒内燃機関の始動時からの吸入空気量を積算するステップと、前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温が前記閾水温よりも低いと判断した場合、前記多気筒内燃機関の始動時からの積算吸入空気量があらかじめ設定した所定値に達した時点における冷却水温を検出するステップと、前記吸入空気量が前記所定値に達した時点における前記冷却水温に基づき、一部の気筒に異常があるか否かを判定するステップとを具えたことを特徴とする故障判定方法にある。
【００１３】
本発明においては、先の図３，図６〜図９に示した関係から、多気筒内燃機関の冷態始動時から所定吸入空気量に達した時点における冷却水温に基づき、一部の気筒に異常があるか否かが判定される。
【００１４】
本発明の第２の形態による故障判定方法において、一部の気筒に異常があるか否かを判定するステップは、積算吸入空気量が所定値に達した時点における冷却水温と、多気筒内燃機関の始動時の冷却水温との差を求めるステップと、これにより求めた冷却水温の差と予め設定した閾値とを比較するステップとを含むものであってよい。この場合、一部の気筒に異常があるか否かを判定するステップは、求められた冷却水温の差が閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定する。
【００１５】
外気温に基づいて吸入空気量を補正するステップをさらに具え、積算吸入空気量が補正された吸入空気量を積算したものであってよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の気筒間の空燃比インバランス率推定方法によると、空燃比センサーを使用せずとも、多気筒内燃機関の始動時から冷却水温が所定温度上昇量に達するまでの積算吸入空気量に基づき、気筒間の空燃比のインバランス率を推定することができる。
【００１７】
推定された気筒間の空燃比のインバランス率が予め設定した閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定することができる。
【００１８】
外気温に基づいて吸入空気量を補正し、この補正された吸入空気量を積算するようにした場合、空燃比のインバランス率をより正確に推定することができる。
【００１９】
本発明の故障判定方法によると、空燃比センサーを使用せずとも、多気筒内燃機関の始動時からの積算吸入空気量が所定値に達した時点における冷却水温に基づき、一部の気筒に異常があるか否かを判定することができる。
【００２０】
積算吸入空気量が所定値に達した時点における冷却水温と、多気筒内燃機関の始動時の冷却水温との差を求め、この冷却水温の差が予め設定した閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定することができる。
【００２１】
外気温に基づいて吸入空気量を補正し、この補正された吸入空気量を積算するようにした場合、より正確な故障判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の対象となる多気筒内燃機関の一例を模式的に表す概念図である。
【図２】本発明の方法を実施し得る一実施形態における制御ブロック図である。
【図３】多気筒内燃機関における空燃比のインバランス率と積算吸入空気量との関係を模式的に表すグラフである。
【図４】図２に示した実施形態における処理手順を表すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施形態による処理手順を表すフローチャートである。
【図６】多気筒内燃機関における気筒間の空燃比のインバランス率と駆動トルクとの関係を模式的に表すグラフである。
【図７】空燃比のインバランス率と吸入空気量との関係を模式的に表すグラフである。
【図８】空燃比のインバランス率と冷却水温の変化量との関係を模式的に表すグラフである。
【図９】車両を特定の運転モードにて走行させた場合における冷態始動時からの車速と冷却水温と積算吸入空気量との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を火花点火方式の多気筒内燃機関の故障判定に適用した実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明は火花点火方式の多気筒内燃機関に限らず、軽油を燃料噴射弁から圧縮状態にある燃焼室内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火方式の多気筒内燃機関に対してもそのまま応用することが可能である。
【００２４】
本実施形態におけるエンジンシステムを模式的に図１に示し、その制御ブロックを図２に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、ガソリンやアルコールまたはこれらの混合物あるいは液化天然ガスなどの燃料を燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に直接噴射し、点火プラグ１３によって着火させる火花点火方式の多気筒内燃機関である。
【００２５】
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１４ａおよび排気ポート１４ｂが形成されたシリンダーヘッド１４には、吸気ポート１４ａを開閉する吸気弁１５ａおよび排気ポート１４ｂを開閉する排気弁１５ｂを含む動弁機構が組み込まれている。先の燃料噴射弁１１や、燃焼室１２内の混合気を着火させる点火プラグ１３およびこの点火プラグ１３に火花放電を発生させる点火コイル１６もこのシリンダーヘッド１４に組み込まれている。
【００２６】
なお、本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料を燃焼室１２内に直接噴射する直噴形式のものを採用しているが、吸気ポート１４ａ内に噴射するポート噴射形式のものを採用することも可能である。
【００２７】
燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル１７の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づき、 ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１８により制御される。アクセルペダル１７の踏み込み量は、アクセル開度センサー１９により検出され、その検出情報がＥＣＵ１８に出力されるようになっている。より具体的には、ＥＣＵ１８の燃料噴射設定部１８ａは、アクセル開度センサー１９からの検出信号を含む車両の運転状態に基づき、エンジン１０の要求駆動トルクを算出する。そして、これに対応した燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量、つまり供給量と、その噴射時期とを設定する。ＥＣＵ１８の燃料噴射弁駆動部１８ｂは、この燃料噴射設定部１８ａにて設定された燃料噴射量に対応した燃料が設定された噴射時期に噴射されるように、燃料噴射弁１１を駆動する。
【００２８】
車両の運転状態は、アクセル開度センサー１９を含む後述の各種センサーなどからの検出信号に基づき、ＥＣＵ１８の運転状態判定部１８ｃにて把握され、ここからエンジン１０の運転状態に関する情報が上述した燃料噴射設定部１８ａなどに出力される。
【００２９】
また、点火プラグ１３の点火時期は、ＥＣＵ１８の運転状態判定部１８ｃからの情報に基づき、ＥＣＵ１８の点火時期設定部１８ｄにて設定される。ＥＣＵ１８の点火コイル駆動部１８ｅは、この点火時期設定部１８ｄにて設定された点火時期に点火プラグ１３が火花放電を起こすように、点火コイル１６を駆動する。
【００３０】
吸気ポート１４ａに連通するようにシリンダーヘッド１４に連結されて吸気ポート１４ａと共に吸気通路２０ａを画成する吸気管２０の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路２０ａに導くためのエアークリーナー２１が設けられている。このエアークリーナー２１と吸気ポート１４ａとの間の吸気管２０の途中には、燃焼室１２に導かれる吸気の脈動を緩和するためのサージタンク２２が形成されている。このサージタンク２２と先のエアークリーナー２１との間の吸気管２０の途中には、吸気通路２０ａの開度を調整するためのスロットル弁２３が組み込まれている。本実施形態におけるスロットル弁２３は、運転者によって操作されるアクセルペダル１７の踏み込み量を含むＥＣＵ１８の運転状態判定部１８ｃで判定される車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１８のスロットル開度設定部１８ｆにて設定される。そして、このスロットル開度設定部１８ｆにて設定された開度となるように、ＥＣＵ１８のアクチュエーター駆動部１８ｇがスロットルアクチュエーター２４を介してスロットル弁２３の駆動を行う。
【００３１】
このように、本実施形態ではアクセルペダル１７の踏み込み動作と、スロットル弁２３の開閉動作とを機械的に切り離し、スロットルアクチュエーター２４を用いてスロットル弁２３の開閉動作を電気的に制御できるようにしている。しかしながら、アクセルペダル１７とスロットル弁２３とを機械的に連結したものであってもよく、この場合にはスロットルアクチュエーター２４を省略することが可能である。なお、エアークリーナー２１とスロットル弁２３との間の吸気管２０の途中には、吸気通路２０ａ内を流れる吸気流量を検出してこれをＥＣＵ１８に出力するエアーフローメーター２５が設けられている。
【００３２】
ピストン２６が往復動するシリンダーブロック２７には、連接棒２８を介してピストン２６が連結されるクランク軸２９の回転位相、つまりクランク角位置を検出してこれをＥＣＵ１８に出力するクランク角センサー３０が取り付けられている。また、このシリンダーブロック２７には、ここに形成された水ジャケット２７ａ内の冷却水の温度を検出してこれをＥＣＵ１８に出力する水温センサー３１も取り付けられている。
【００３３】
燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置３２は、吸気ポート１４ａに連通するようにシリンダーヘッド１４に連結されて排気ポート１４ｂと共に排気通路３３ａを画成する排気管３３の途中に配されている。
【００３４】
従って、エアークリーナー２１から吸気通路２０ａを通って燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン２６の圧縮上死点近傍にて点火プラグ１３の火花放電により着火して燃焼し、これによって生成する排気が排気浄化装置３２を通って排気管３３から大気中に排出される。
【００３５】
前記ＥＣＵ１８は、周知のワンチップマイクロプロセッサであり、図示しないデータバスにより相互接続されたＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリおよび入出力インターフェースなどを含む。このＥＣＵ１８は、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１，点火コイル１６，スロットルアクチュエーター２４などの作動を制御する。このため、ＥＣＵ１８にはイグニッションキースイッチ３４や、上述したセンサー１９，３０，３１および外気温を検出する外気温センサー３５ならびにエアーフローメーター２５などからの検出情報が入力される。
【００３６】
また、本実施形態におけるエンジンシステムは、気筒間の空燃比のインバランス率を推定してこれが例えば５０％を越えた場合、エンジン１０が不調であることを警告するための警告表示器３６をさらに具えている。このため、本実施形態におけるＥＣＵ１８は、前述した運転状態判定部１８ｃなどの他に、インバランス異常判定部１８ｈおよび警告表示器駆動部１８ｉをさらに具えている。なお、先の警告表示器３６は、聴覚や視覚などを利用してエンジン１０を駆動する車両の運転者などに対する注意を喚起し得るものであればよい。
【００３７】
インバランス異常判定部１８ｈは、先の図３に示すような空燃比のインバランス率と積算吸入空気量ＧMとを関係付けたマップを記憶している。そして、冷態始動時の冷却水温ＴSがエンジン１０の冷態始動時から所定温度上昇量ΔＴに達するまでの吸入空気量ＧNを積算し、空燃比のインバランス率が例えば５０％を越えている場合、エンジン１０が不調であると判定する。このインバランス異常判定部１８ｈでの判定結果は、警告表示器駆動部１８ｉに出力される。警告表示器駆動部１８ｉは、インバランス異常判定部１８ｈからの判定結果に基づき、推定される空燃比のインバランス率が５０％を越えた場合に警告表示器３６を駆動する。なお、本実施形態においては、イグニッションキースイッチ３４がオンに切り替わった時の冷却水温ＴSが予め設定した閾水温ＴL未満の場合、エンジン１０が冷態始動状態であると判定する。この場合、冷態始動判定用の閾水温ＴLとして例えば２５℃が一般的であり、先の所定温度上昇量ΔＴは冷態始動時の冷却水温ＴSとその後の冷却水温ＴNとの差（ＴN−ＴS）で表され、これは例えば５０度に設定される。
【００３８】
このように、ある気筒が故障して燃料噴射量が適正な値から外れる場合、フィードバック制御の結果として、正常な気筒も適正な燃料噴射量から外れた状態で制御される結果、全体として発生する駆動トルクも低下する。このため、同じ運転条件における吸入空気量が気筒間の空燃比のインバランス率に比例するという特性を利用し、冷態始動時からの積算吸入空気量ＧMに基づいて気筒間の空燃比のインバランス率を推定することが可能となる。つまり、気筒間に空燃比のばらつきがあると、エンジン１０の駆動トルクが低下するため、同じ運転条件ではスロットル弁２３の開度をより大きくしなければならず、結果として吸入空気量が増大する。これに対し、同じ運転条件を維持するために必要な発熱量は変化しないので、冷却水温の変化量は空燃比のインバランス率に拘らず、基本的に一定となるので、エンジン１０の冷態始動時から冷却水温が所定温度上昇量に達するまでの間の積算吸入空気量ＧMは、インバランス率の増大に伴って増加することとなる。結果として、冷態始動時における冷却水温ＴSが所定温度上昇量ΔＴに達した時点での積算吸入空気量ＧMがあらかじめ設定した閾値ＧR以上の場合、エンジン１０が不調であると判断することが可能となる。
【００３９】
この場合、冷却水温ＴNの所定温度上昇量ΔＴは、点火時期（点火遅角量）や外気温によって変化する。例えば、外気温が低い場合には冷却水温ＴNの上昇速度が遅くなるため、冷却水温ＴNが所定温度上昇量ΔＴ以上に昇温するまでの時間が長くなり、気筒間の空燃比のインバランス率が低い正常な状態であっても積算吸入空気量ＧMが大きくなってしまう。そこで、運転状態判定部１８ｃは、外気温に応じてあらかじめ設定された補正係数をエアーフローメーター２５による検出値に乗算し、これによって補正した吸入空気量ＧNを積算するようにしている。
【００４０】
なお、エンジン１０が冷態始動ではない場合、冷却水温ＴNの上昇速度が高くなって空燃比のインバランス率に応じた吸入空気量の変化が小さくなる傾向となる。従って、本実施形態では冷態始動時以外では空燃比のインバランス率の推定を行わないようにしている。
【００４１】
このような本実施形態による本発明の実施手順の一例を図４のフローチャートに示すが、この制御はイグニッションキースイッチ３４のオン信号の度に起動するものである。すなわち、イグニッションキースイッチ３４のオン信号により、まずＳ１０のステップにてフラグがセットされているか否かを判定する。最初はフラグがセットされていないので、Ｓ１１のステップに移行し、ここで冷却水温ＴSが閾水温ＴLよりも低いか否かを判定する。Ｓ１１のステップにて冷却水温ＴSが閾水温ＴL以上である、すなわち冷態始動ではないと判断した場合には、何もせずに今回の処理を終了する。
【００４２】
一方、Ｓ１１のステップにて冷却水温ＴSが閾水温ＴLよりも低い、すなわちエンジン１０の冷態始動中であると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行してフラグをセットする。次に、Ｓ１３のステップにて外気温に応じた吸入空気量ＧNの補正を行い、これに基づいてＳ１４のステップにて補正した吸入空気量ＧNの積算を行う。しかる後、Ｓ１５のステップにて現在の冷却水温ＴNから今回の冷態始動時の冷却水温ＴSを減算した値が所定温度上昇量ΔＴに達しているか否かを判定する。最初は、現在の冷却水温ＴNから今回の冷態始動時の冷却水温ＴSを減算した値が所定温度上昇量ΔＴに達していないので、Ｓ１０のステップに戻り、Ｓ１３〜Ｓ１５のステップを繰り返し、積算吸入空気量ＧMの更新を続ける。
【００４３】
このようにして、Ｓ１５のステップにて現在の冷却水温ＴNから今回の冷態始動時の冷却水温ＴSを減算した値が所定温度上昇量ΔＴに達したと判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行してこの時の積算吸入空気量ＧMが閾値ＧRよりも少ないか否かを判定する。ここで、積算吸入空気量ＧMが閾値ＧRよりも少ない、すなわちエンジン１０の気筒に異常がないと判断した場合には、Ｓ１７のステップに移行してフラグをリセットして今回の故障判定を終了する。なお、先の図３のグラフから明らかなように、Ｓ１６のステップにて算出される積算吸入空気量ＧMに基づき、現在のエンジン１０における気筒間の空燃比のインバランス率を推定することも可能であることに注意されたい。
【００４４】
一方、Ｓ１６のステップにて冷態始動時からの積算吸入空気量ＧMが閾値ＧR以上である、すなわちエンジン１０の気筒の一部に異常があると判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行する。そして、このＳ１８のステップにて警告表示器３６を駆動し、運転者にエンジン１０の不調があることを知らせる。次いでＳ１９のステップに移行し、フラグをリセットして今回の故障判定を終了する。
【００４５】
上述した実施形態においては、エンジン１０の冷態始動時からの冷却水温ＴSが所定温度上昇量ΔＴまで上昇した時点における積算吸入空気量ＧMを閾値ＧRと比較して気筒間の空燃比のインバランス状態を把握することができる。しかしながら、エンジン１０の冷態始動時からの積算吸入空気量ＧMがあらかじめ設定した所定値ＧOに達した時点における冷却水温の上昇代ΔＴNに基づき、エンジン１０の故障判定を行うことも可能である。
【００４６】
このような他の実施形態による本発明の実施手順の一例を図５のフローチャートに示すが、Ｓ２０〜Ｓ２４までのステップは、先の実施形態におけるＳ１０〜Ｓ１４までのステップと全く同じであるので、Ｓ２５以降のステップから説明を始める。すなわち、Ｓ２５のステップにて現在の積算吸入空気量ＧMがあらかじめ設定した所定値ＧOよりも少ないか否かを判定する。最初は、積算吸入空気量ＧMが所定値ＧOよりも少ないので、Ｓ２０のステップに戻り、Ｓ２３〜Ｓ２５のステップを繰り返す。
【００４７】
このようにして、Ｓ２５のステップにて現在の積算吸入空気量ＧMが所定値ＧOに達したと判断した場合には、Ｓ２６のステップに移行する。そして、この時の冷却水温ＴNから冷態始動時の冷却水温ＴSを減じた値が閾値ΔＴRよりも高いか否かを判定する。ここで、冷却水温ＴNから冷態始動時の冷却水温ＴSを減じた値が閾値ΔＴRよりも高い、すなわちエンジン１０の気筒に異常がないと判断した場合には、Ｓ２７のステップに移行してフラグをリセットして今回の故障判定を終了する。
【００４８】
一方、Ｓ２６のステップにて冷却水温ＴNから冷態始動時の冷却水温ＴSを減じた値が閾値ΔＴR以下である、すなわちエンジン１０の気筒の一部に異常があると判断した場合には、Ｓ２８のステップに移行する。そして、このＳ２８のステップにて警告表示器３６を駆動し、運転者にエンジン１０の不調があることを知らせる。次いでＳ２９のステップに移行し、フラグをリセットして今回の故障判定を終了する。
【００４９】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００５０】
１０ エンジン
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃焼室
１３ 点火プラグ
１４ シリンダーヘッド
１４ａ 吸気ポート
１４ｂ 排気ポート
１５ａ 吸気弁
１５ｂ 排気弁
１６ 点火コイル
１７ アクセルペダル
１８ ＥＣＵ
１８ａ 燃料噴射設定部
１８ｂ 燃料噴射弁駆動部
１８ｃ 運転状態判定部
１８ｄ 点火時期設定部
１８ｅ 点火コイル駆動部
１８ｆ スロットル開度設定部
１８ｇ アクチュエーター駆動部
１８ｈ インバランス異常判定部
１８ｉ 警告表示器駆動部
１９ アクセル開度センサー
２０ 吸気管
２０ａ 吸気通路
２１ エアークリーナー
２２ サージタンク
２３ スロットル弁
２４ スロットルアクチュエーター
２５ エアーフローメーター
２６ ピストン
２７ シリンダーブロック
２７ａ 水ジャケット
２８ 連接棒
２９ クランク軸
３０ クランク角センサー
３１ 水温センサー
３２ 排気浄化装置
３３ 排気管
３３ａ 排気通路
３４ イグニッションキースイッチ
３５ 外気温センサー
３６ 警告表示器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の始動時の冷却水温を検出するステップと、
前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温があらかじめ設定した閾水温よりも低いか否かを判定するステップと、
前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温が前記閾水温よりも低いと判断した場合、前記冷却水温が前記多気筒内燃機関の始動時から所定温度上昇量に達するまでの吸入空気量を積算するステップと、
前記冷却水温が前記所定温度上昇量に達した時点における前記積算吸入空気量に基づいて気筒間の空燃比のインバランス率を推定するステップと
を具えたことを特徴とする気筒間の空燃比インバランス率推定方法。
【請求項２】
推定された前記気筒間の空燃比のインバランス率が予め設定した閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気筒間の空燃比インバランス率推定方法。
【請求項３】
外気温に基づいて吸入空気量を補正するステップをさらに具え、前記積算吸入空気量は、補正された吸入空気量を積算したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気筒間の空燃比インバランス率推定方法。
【請求項４】
多気筒内燃機関の始動時の冷却水温を検出するステップと、
前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温があらかじめ設定した閾水温よりも低いか否かを判定するステップと、
前記多気筒内燃機関の始動時からの吸入空気量を積算するステップと、
前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温が前記閾水温よりも低いと判断した場合、前記多気筒内燃機関の始動時からの積算吸入空気量があらかじめ設定した所定値に達した時点における冷却水温を検出するステップと、
前記積算吸入空気量が前記所定値に達した時点における前記冷却水温に基づき、一部の気筒に異常があるか否かを判定するステップと
を具えたことを特徴とする故障判定方法。
【請求項５】
一部の気筒に異常があるか否かを判定する前記ステップは、前記積算吸入空気量が前記所定値に達した時点における前記冷却水温と、前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温との差を求めるステップと、これにより求めた前記冷却水温の差と予め設定した閾値とを比較するステップとを含むことを特徴とする請求項４に記載の故障判定方法。
【請求項６】
一部の気筒に異常があるか否かを判定する前記ステップは、前記求められた前記冷却水温の差が前記閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定することを特徴とする請求項５に記載の故障判定方法。
【請求項７】
外気温に基づいて吸入空気量を補正するステップをさらに具え、前記積算吸入空気量は、補正された吸入空気量を積算したものであることを特徴とする請求項４から請求項６の何れかに記載の故障判定方法。
【請求項１】
多気筒内燃機関の始動時の冷却水温を検出するステップと、
前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温があらかじめ設定した閾水温よりも低いか否かを判定するステップと、
前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温が前記閾水温よりも低いと判断した場合、前記冷却水温が前記多気筒内燃機関の始動時から所定温度上昇量に達するまでの吸入空気量を積算するステップと、
前記冷却水温が前記所定温度上昇量に達した時点における前記積算吸入空気量に基づいて気筒間の空燃比のインバランス率を推定するステップと
を具えたことを特徴とする気筒間の空燃比インバランス率推定方法。
【請求項２】
推定された前記気筒間の空燃比のインバランス率が予め設定した閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気筒間の空燃比インバランス率推定方法。
【請求項３】
外気温に基づいて吸入空気量を補正するステップをさらに具え、前記積算吸入空気量は、補正された吸入空気量を積算したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気筒間の空燃比インバランス率推定方法。
【請求項４】
多気筒内燃機関の始動時の冷却水温を検出するステップと、
前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温があらかじめ設定した閾水温よりも低いか否かを判定するステップと、
前記多気筒内燃機関の始動時からの吸入空気量を積算するステップと、
前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温が前記閾水温よりも低いと判断した場合、前記多気筒内燃機関の始動時からの積算吸入空気量があらかじめ設定した所定値に達した時点における冷却水温を検出するステップと、
前記積算吸入空気量が前記所定値に達した時点における前記冷却水温に基づき、一部の気筒に異常があるか否かを判定するステップと
を具えたことを特徴とする故障判定方法。
【請求項５】
一部の気筒に異常があるか否かを判定する前記ステップは、前記積算吸入空気量が前記所定値に達した時点における前記冷却水温と、前記多気筒内燃機関の始動時の冷却水温との差を求めるステップと、これにより求めた前記冷却水温の差と予め設定した閾値とを比較するステップとを含むことを特徴とする請求項４に記載の故障判定方法。
【請求項６】
一部の気筒に異常があるか否かを判定する前記ステップは、前記求められた前記冷却水温の差が前記閾値よりも大きい場合、一部の気筒に異常があると判定することを特徴とする請求項５に記載の故障判定方法。
【請求項７】
外気温に基づいて吸入空気量を補正するステップをさらに具え、前記積算吸入空気量は、補正された吸入空気量を積算したものであることを特徴とする請求項４から請求項６の何れかに記載の故障判定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５７２８８（Ｐ２０１３−５７２８８Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５８５３（Ｐ２０１１−１９５８５３）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【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２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【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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