JP2008002329A

JP2008002329A - Misfire detecting device of internal combustion engine

Info

Publication number: JP2008002329A
Application number: JP2006171622A
Authority: JP
Inventors: Masanori Hattori; 正憲服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-01-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce cost by alleviating a calculation load by highly accurately and quickly determining a misfire, in a misfire detecting device of an internal combustion engine. <P>SOLUTION: From knowledge that combustion efficiency (a heat generation quantity) and illustrated torque calorific value efficiency (illustrated torque) are in a correlation, an ECU 51 calculates an illustrated calorific value on the basis of combustion chamber pressure (an illustrated torque calorific value calculating means), and calculates a supply fuel calorific value on the basis of a fuel supply quantity (a supply fuel calorific value calculating means), and calculates illustrated heat efficiency by the ratio of the illustrated torque calorific value and the supply fuel calorific value (an illustrated heat efficiency calculating means), and determines the misfire by comparing the illustrated heat efficiency with a preset misfire determining value (a misfire determining means). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置に関し、特に、熱効率を用いて失火を検出するものである。 The present invention relates to a misfire detection apparatus for an internal combustion engine that detects misfire of the internal combustion engine, and in particular, detects misfire using thermal efficiency.

例えば、燃料を燃焼室に直接噴射する筒内噴射式エンジンでは、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入されてピストンにより圧縮され、この高圧空気に対してインジェクタから燃料が直接噴射され、燃焼室内の高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気が点火プラグに導かれて着火して爆発することで駆動力を得ることができ、排気弁の開放時に、燃焼後の排気ガスが排気ポートから排出される。 For example, in a direct injection engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber, when the intake valve is opened, air is drawn into the combustion chamber from the intake port and compressed by a piston, and the fuel is directly injected from the injector to the high-pressure air. Injected, high-pressure air in the combustion chamber and mist-like fuel are mixed, and this air-fuel mixture is led to a spark plug to ignite and explode, and driving force can be obtained. The later exhaust gas is discharged from the exhaust port.

この場合、一般的に、制御装置は、検出した吸入空気量に基づいて基準燃料噴射量を設定し、始動後には、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいてこの基準燃料噴射量を補正すると共に、排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。また、制御装置は、吸気圧、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて基準点火時期を設定し、始動後には、吸気温度、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいてこの基準点火時期を補正すると共に、空燃比のフィードバック補正に応じて燃料噴射量を補正している。そして、制御装置は、設定した燃料噴射量（燃料噴射時間）や点火時期に基づいてインジェクタや点火プラグを駆動制御している。 In this case, generally, the control device sets a reference fuel injection amount based on the detected intake air amount, and after starting, the intake air temperature, the intake pressure, the throttle opening, the accelerator opening, the engine speed, the engine The reference fuel injection amount is corrected based on the engine operating state such as the cooling water temperature, and the fuel injection amount is corrected so that the air-fuel ratio becomes stoichiometric (theoretical air-fuel ratio) by feeding back the oxygen concentration of the exhaust gas. . In addition, the control device sets the reference ignition timing based on the engine operating state such as the intake pressure and the engine speed, and after the start, the reference ignition timing is set based on the engine operating state such as the intake air temperature and the engine coolant temperature. In addition to correction, the fuel injection amount is corrected in accordance with feedback correction of the air-fuel ratio. The control device drives and controls the injector and the spark plug based on the set fuel injection amount (fuel injection time) and ignition timing.

このようなエンジン制御では、燃料噴射量、空燃比、点火時期などが現在のエンジンの運転状態に適応したものに設定されていないと失火を招いてしまい、排気ガス特性やドライバビリティの悪化を引き起こしてしまうばかりでなく、エンジン停止に至る可能性もある。そのため、制御装置は、常時、エンジンの失火を検出してその原因を特定し、燃料噴射量、空燃比、点火時期などを補正する必要がある。 In such engine control, if the fuel injection amount, air-fuel ratio, ignition timing, etc. are not set to be adapted to the current engine operating condition, misfire will be caused and exhaust gas characteristics and drivability will be deteriorated. It may not only cause the engine to stop. Therefore, it is necessary for the control device to always detect the engine misfire, identify the cause, and correct the fuel injection amount, the air-fuel ratio, the ignition timing, and the like.

エンジンの失火を検出する失火検出装置としては、例えば、下記特許文献１、２に記載されたものがある。この特許文献１の内燃機関の燃料噴射制御装置は、早期噴射に対応する燃焼の終了後に、筒内圧センサが検出した燃焼室内圧力とクランク角度から定まる燃焼室容積との積に基づいて燃焼室内に発生した筒内発熱量に関する発熱パラメータを算出し、この発熱パラメータに基づいて、主噴射に関して失火が発生しないように主噴射の噴射時期を制御するものである。また、特許文献２の内燃機関の制御装置は、筒内圧センサが検出した筒内圧力と筒内容積との積値に基づいて、完全燃焼時の熱発生量に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータを算出し、この制御パラメータに基づいて筒内の失火を判定するものである。 Examples of misfire detection devices that detect engine misfire include those described in Patent Literatures 1 and 2 below. The fuel injection control device for an internal combustion engine disclosed in Patent Document 1 is configured so that after combustion corresponding to early injection is completed, the combustion chamber pressure is determined based on the product of the pressure in the combustion chamber detected by the cylinder pressure sensor and the combustion chamber volume determined from the crank angle. A heat generation parameter relating to the generated in-cylinder heat generation amount is calculated, and the injection timing of the main injection is controlled based on the heat generation parameter so that misfire does not occur with respect to the main injection. In addition, the control device for an internal combustion engine disclosed in Patent Document 2 calculates a heat amount ratio of the actual heat generation amount to the heat generation amount during complete combustion based on the product value of the in-cylinder pressure and the in-cylinder volume detected by the in-cylinder pressure sensor. The control parameter shown is calculated, and misfire in the cylinder is determined based on this control parameter.

特開２００５−０５４７５３号公報JP 2005-047553 A 特開２００５−２０７４０７号公報JP-A-2005-207407

上述した各特許文献では、筒内圧力と筒内容積との積値に基づいて筒内発熱量に関する発熱パラメータ（制御パラメータ）を算出し、この発熱パラメータに基づいて失火を判定している。ところが、この発熱パラメータ（制御パラメータ）を算出するためには、燃焼室での筒内発熱量（熱発生量）をリアルタイムで算出する必要があるが、算出処理に微分項計算処理が含まれるために、その計算負荷が非常に高いものとなる。高精度で迅速な失火判定を行うためには、制御装置に高性能な計算機（ＣＰＵ）が必要となり、高コスト化を招いてしまうという問題がある。 In each of the above-mentioned patent documents, a heat generation parameter (control parameter) relating to the in-cylinder heat generation amount is calculated based on the product value of the in-cylinder pressure and the in-cylinder volume, and misfire is determined based on the heat generation parameter. However, in order to calculate the heat generation parameter (control parameter), it is necessary to calculate the in-cylinder heat generation amount (heat generation amount) in the combustion chamber in real time, but the calculation process includes a differential term calculation process. In addition, the calculation load is very high. In order to make a high-accuracy and quick misfire determination, a high-performance computer (CPU) is required for the control device, which increases the cost.

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、高精度で迅速な失火判定を可能とすると共に計算負荷を低減して低コスト化を可能とした内燃機関の失火検出装置を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve such a problem, and provides a misfire detection apparatus for an internal combustion engine that can make a misfire determination with high accuracy and speed and reduce the calculation load and reduce the cost. The purpose is to provide.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の失火検出装置は、内燃機関の燃焼室圧力に基づいて図示トルク熱量を算出する図示トルク熱量算出手段と、前記内燃機関の燃料供給量に基づいて供給燃料熱量を算出する供給燃料熱量算出手段と、前記図示トルク熱量算出手段が算出した図示トルク熱量と前記供給燃料熱量算出手段が算出した供給燃料熱量との比率により図示熱効率を算出する図示熱効率算出手段と、該図示熱効率算出手段が算出した図示熱効率と予め設定された失火判定値を比較して前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段とを具えたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a misfire detection apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes an indicated torque calorie calculating means for calculating an indicated torque calorie based on a combustion chamber pressure of the internal combustion engine, and the internal combustion engine. Indicated by the ratio between the supplied fuel heat quantity calculating means for calculating the supplied fuel heat quantity based on the fuel supply quantity, and the indicated torque heat quantity calculated by the indicated torque heat quantity calculating means and the supplied fuel heat quantity calculated by the supplied fuel heat quantity calculating means. The illustrated thermal efficiency calculating means for calculating the thermal efficiency, and the misfire determination means for comparing the illustrated thermal efficiency calculated by the illustrated thermal efficiency calculation means with a preset misfire determination value to determine misfire of the internal combustion engine. It is what.

本発明の内燃機関の失火検出装置では、燃焼室圧力を検出する筒内圧センサを設け、前記図示トルク熱量算出手段は、該筒内圧センサが検出した燃焼室圧力に燃焼室容積を乗算して図示トルク熱量を算出することを特徴としている。 In the misfire detection apparatus for an internal combustion engine of the present invention, an in-cylinder pressure sensor for detecting a combustion chamber pressure is provided, and the indicated torque calorie calculation means is illustrated by multiplying the combustion chamber pressure detected by the in-cylinder pressure sensor by the combustion chamber volume. It is characterized in that the torque heat quantity is calculated.

本発明の内燃機関の失火検出装置では、前記供給燃料熱量算出手段は、基本燃料噴射量に残留燃料量を加算して壁面付着燃料量を減算して燃料供給量を算出し、該燃料供給量に燃料低位発熱量を乗算して供給燃料熱量を算出することを特徴としている。 In the misfire detection apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the supply fuel calorific value calculating means calculates the fuel supply amount by adding the residual fuel amount to the basic fuel injection amount and subtracting the wall surface attached fuel amount, and calculating the fuel supply amount. Is calculated by multiplying the lower heating value of the fuel by the amount of heat supplied.

本発明の内燃機関の失火検出装置によれば、燃焼室圧力に基づいて図示トルク熱量を算出する図示トルク熱量算出手段と、燃料供給量に基づいて供給燃料熱量を算出する供給燃料熱量算出手段と、図示トルク熱量と供給燃料熱量との比率により図示熱効率を算出する図示熱効率算出手段と、図示熱効率と予め設定された失火判定値を比較して失火を判定する失火判定手段とを設けている。即ち、燃焼室での熱発生量と相関関係にある図示トルク熱量を用いて図示熱効率を算出し、この図示熱効率と失火判定値を比較して失火を判定しており、計算負荷を低減して低コスト化を可能とすることができると共に、高精度で迅速な失火判定を可能とすることができる。 According to the misfire detection device for an internal combustion engine of the present invention, the indicated torque calorie calculating means for calculating the indicated torque calorie based on the combustion chamber pressure, and the supplied fuel calorie calculating means for calculating the supplied fuel calorie based on the fuel supply amount, The illustrated thermal efficiency calculating means for calculating the indicated thermal efficiency based on the ratio of the indicated torque heat quantity and the supplied fuel heat quantity, and the misfire determining means for comparing the indicated thermal efficiency with a preset misfire determination value to determine misfire. That is, the indicated thermal efficiency is calculated using the indicated torque calorie that correlates with the heat generation amount in the combustion chamber, and the misfire is determined by comparing the indicated thermal efficiency with the misfire determination value, thereby reducing the calculation load. The cost can be reduced and the misfire determination can be made quickly with high accuracy.

以下に、本発明に係る内燃機関の失火検出装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。 Embodiments of a misfire detection apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.

図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の失火検出装置が適用された内燃機関を表す概略構成図、図２は、本実施例の内燃機関の失火検出装置における失火判定制御のフローチャート、図３は、燃焼効率と図示トルク熱量効率との相関関係を表すグラフである。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which an internal combustion engine misfire detection apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a flowchart of misfire determination control in the internal combustion engine misfire detection apparatus of this embodiment. FIG. 3 is a graph showing the correlation between the combustion efficiency and the indicated torque calorie efficiency.

本実施例の内燃機関の失火検出装置において、図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１０は多気筒筒内噴射式であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。 In the misfire detection device for an internal combustion engine of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the engine 10 as the internal combustion engine is a multi-cylinder in-cylinder injection type, and a cylinder head 12 is fastened on a cylinder block 11. Pistons 14 are respectively fitted to a plurality of cylinder bores 13 formed in the cylinder block 11 so as to be movable up and down. A crankcase 15 is fastened to the lower part of the cylinder block 11, and a crankshaft 16 is rotatably supported in the crankcase 15. Each piston 14 is connected to the crankshaft 16 via a connecting rod 17. Has been.

燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。 The combustion chamber 18 is constituted by the wall surface of the cylinder bore 13 in the cylinder block 11, the lower surface of the cylinder head 12, and the top surface of the piston 14, and the combustion chamber 18 has a high central portion at the upper portion (lower surface of the cylinder head 12). It has a pent roof shape that is slanted. An intake port 19 and an exhaust port 20 are formed on the upper portion of the combustion chamber 18, that is, the lower surface of the cylinder head 12, and the intake valve 19 and the exhaust valve 20 are opposed to the intake port 19 and the exhaust port 20. The lower end portions of 22 are respectively positioned. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 are supported by the cylinder head 12 so as to be movable in the axial direction, and are urged and supported in a direction (upward in FIG. 1) for closing the intake port 19 and the exhaust port 20. ing. An intake camshaft 23 and an exhaust camshaft 24 are rotatably supported on the cylinder head 12, and the intake cam 25 and the exhaust cam 26 are in contact with upper ends of the intake valve 21 and the exhaust valve 22.

なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。 Although not shown, an endless timing chain is wound around the crankshaft sprocket fixed to the crankshaft 16 and the camshaft shaft sprockets fixed to the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24, respectively. The crankshaft 16, the intake camshaft 23, and the exhaust camshaft 24 can be interlocked.

従って、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。 Accordingly, when the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24 rotate in synchronization with the crankshaft 16, the intake cam 25 and the exhaust cam 26 move up and down the intake valve 21 and the exhaust valve 22 at a predetermined timing. 19 and the exhaust port 20 can be opened and closed so that the intake port 19 and the combustion chamber 18 can communicate with the combustion chamber 18 and the exhaust port 20, respectively. In this case, the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24 are set to rotate once (360 degrees) while the crankshaft 16 rotates twice (720 degrees). Therefore, the engine 10 executes the four strokes of the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke while the crankshaft 16 rotates twice. At this time, the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24 are set to one. It will rotate.

また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２７，２８となっている。この吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。 Further, the valve mechanism of the engine 10 is a variable valve timing-intelligent (VVT) mechanism 27 or 28 that controls the intake valve 21 and the exhaust valve 22 at an optimal opening / closing timing according to the operating state. It has become. The intake / exhaust variable valve mechanisms 27 and 28 are configured by providing VVT controllers 29 and 30 at the shaft end portions of the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24, respectively, The phases of the camshafts 23 and 24 with respect to the cam sprocket are changed by acting on advance and retard chambers (not shown) of the VVT controllers 29 and 30, and the opening and closing timings of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are advanced or retarded. Is something that can be done. In this case, the intake / exhaust variable valve operating mechanisms 27, 28 advance or retard the opening / closing timing while keeping the operating angle (opening period) of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 constant. In addition, the intake camshaft 23 and the exhaust camshaft 24 are provided with cam position sensors 33 and 34 for detecting the rotational phase thereof.

吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の下流側にスロットル弁３９を有する電子スロットル装置４０が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）４１が装着されており、このインジェクタ４１は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜して配置されている。各気筒に装着されるインジェクタ４１はデリバリパイプ４２に連結され、このデリバリパイプ４２には高圧燃料供給管４３を介して高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）４４が連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ４５が装着されている。 A surge tank 36 is connected to the intake port 19 via an intake manifold 35, and an intake pipe 37 is connected to the surge tank 36. An air cleaner 38 is attached to an air intake port of the intake pipe 37. . An electronic throttle device 40 having a throttle valve 39 is provided on the downstream side of the air cleaner 38. The cylinder head 12 is provided with an injector (fuel injection valve) 41 that directly injects fuel into the combustion chamber 18, and the injector 41 is located on the intake port 19 side and is inclined at a predetermined angle in the vertical direction. Are arranged. An injector 41 attached to each cylinder is connected to a delivery pipe 42, and a high pressure fuel pump (fuel pump) 44 is connected to the delivery pipe 42 via a high pressure fuel supply pipe 43. Further, the cylinder head 12 is provided with a spark plug 45 that is located above the combustion chamber 18 and ignites the air-fuel mixture.

一方、排気ポート２０には、排気マニホールド４６を介して排気管４７が連結されており、この排気管４７には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する三元触媒４８，４９が装着されている。また、エンジン１０には、クランキングを行うスタータモータ５０が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。 On the other hand, an exhaust pipe 47 is connected to the exhaust port 20 via an exhaust manifold 46. The exhaust pipe 47 is a three-way element that purifies harmful substances such as HC, CO, and NOx contained in the exhaust gas. Catalysts 48 and 49 are mounted. Further, the engine 10 is provided with a starter motor 50 that performs cranking. When an unillustrated pinion gear meshes with the ring gear when the engine is started, the rotational force is transmitted from the pinion gear to the ring gear to rotate the crankshaft 16. Can do.

ところで、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、インジェクタ４１や点火プラグ４５などを制御可能となっている。即ち、吸気管３７の上流側にはエアフローセンサ５２及び吸気温センサ５３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ５４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力しており、アクセルポジションセンサ５６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ５１に出力している。更に、クランク角センサ５７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５８が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ５１に出力している。更に、シリンダヘッド１２には燃焼室１８内の圧力、つまり、筒内圧力を検出する筒内圧センサ５９が設けられており、検出した筒内圧力をＥＣＵ５０に出力している。また、各インジェクタ４１に連通するデリバリパイプ４２には燃料圧力を検出する燃圧センサ６０が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ５１に出力している。一方、排気管４７には、三元触媒４８の上流側及び下流側に位置して排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ６１，６２が設けられており、検出した酸素濃度をＥＣＵ５１に出力している。 Incidentally, an electronic control unit (ECU) 51 is mounted on the vehicle, and the ECU 51 can control the injector 41, the spark plug 45, and the like. That is, an air flow sensor 52 and an intake air temperature sensor 53 are mounted on the upstream side of the intake pipe 37, and an intake pressure sensor 54 is provided in the surge tank 36. The measured intake air amount, intake air temperature, intake air pressure (Intake pipe negative pressure) is output to the ECU 51. The electronic throttle device 40 is provided with a throttle position sensor 55, which outputs the current throttle opening to the ECU 51. The accelerator position sensor 56 outputs the current accelerator opening to the ECU 51. Further, the crank angle sensor 57 outputs the detected crank angle of each cylinder to the ECU 51. The ECU 51 determines the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke in each cylinder based on the detected crank angle. The engine speed is calculated. The cylinder block 11 is provided with a water temperature sensor 58 that detects the engine cooling water temperature, and outputs the detected engine cooling water temperature to the ECU 51. Furthermore, the cylinder head 12 is provided with an in-cylinder pressure sensor 59 for detecting the pressure in the combustion chamber 18, that is, the in-cylinder pressure, and outputs the detected in-cylinder pressure to the ECU 50. The delivery pipe 42 communicating with each injector 41 is provided with a fuel pressure sensor 60 that detects the fuel pressure, and outputs the detected fuel pressure to the ECU 51. On the other hand, the exhaust pipe 47 is provided with oxygen sensors 61 and 62 for detecting the oxygen concentration of the exhaust gas positioned upstream and downstream of the three-way catalyst 48, and outputs the detected oxygen concentration to the ECU 51. ing.

従って、ＥＣＵ５１は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧燃料ポンプ４４を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射時間）、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ５１は、検出した排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。 Therefore, the ECU 51 drives the high-pressure fuel pump 44 based on the detected fuel pressure so that the fuel pressure becomes a predetermined pressure, and also detects the detected intake air amount, intake air temperature, intake pressure, throttle opening, accelerator opening. The fuel injection amount (fuel injection time), the injection timing, the ignition timing, etc. are determined based on the engine operating state such as the engine speed and the engine coolant temperature, and the injector 41 and the spark plug 45 are driven to perform the fuel injection and ignition. Execute. Further, the ECU 51 feeds back the detected oxygen concentration of the exhaust gas to correct the fuel injection amount so that the air-fuel ratio becomes stoichiometric (theoretical air-fuel ratio).

また、ＥＣＵ５１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。 The ECU 51 can control the intake / exhaust variable valve mechanisms 27 and 28 based on the engine operating state. That is, when the temperature is low, the engine is started, the engine is idle, or the load is light, the exhaust gas blows back to the intake port 19 or the combustion chamber 18 by eliminating the overlap between the exhaust valve 22 closing timing and the intake valve 21 opening timing. Reduce the amount to enable stable combustion and improved fuel efficiency. Further, at the time of medium load, by increasing the overlap, the internal EGR rate is increased to improve the exhaust gas purification efficiency, and the pumping loss is reduced to improve the fuel consumption. Further, at the time of high-load low-medium rotation, the closing timing of the intake valve 21 is advanced, thereby reducing the amount of intake air that blows back to the intake port 19 and improving the volume efficiency. At the time of high load and high rotation, the closing timing of the intake valve 21 is retarded in accordance with the rotation speed, so that the timing is adjusted to the inertial force of the intake air and the volume efficiency is improved.

上述したように、ＥＣＵ５１は、各種の検出結果に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期、または空燃比を制御しているが、これらが現在のエンジン１０の運転状態に適応したものに設定されていないと失火を招いてしまうおそれがある。そのため、本実施例では、ＥＣＵ５１は、エンジン１０の燃焼状態に応じて失火を検出し、燃料噴射量、空燃比、点火時期などを補正している。 As described above, the ECU 51 controls the fuel injection amount, the injection timing, the ignition timing, or the air-fuel ratio based on various detection results, and these are set to be adapted to the current operating state of the engine 10. Failure to do so may result in misfire. Therefore, in the present embodiment, the ECU 51 detects misfire according to the combustion state of the engine 10 and corrects the fuel injection amount, the air-fuel ratio, the ignition timing, and the like.

即ち、本実施例では、ＥＣＵ５１に、エンジン１０の燃焼室圧力（筒内圧力）に基づいて図示トルク熱量を算出する図示トルク熱量算出手段と、燃料供給量に基づいて供給燃料熱量を算出する供給燃料熱量算出手段と、図示トルク熱量と供給燃料熱量との比率により図示熱効率を算出する図示熱効率算出手段と、図示熱効率と予め設定された失火判定値を比較してエンジン１０の失火を判定する失火判定手段とを設けている。 That is, in this embodiment, the ECU 51 calculates the indicated torque calorific value based on the combustion chamber pressure (in-cylinder pressure) of the engine 10 and supplies the calculated fuel calorie based on the fuel supply amount. A misfire that determines the misfire of the engine 10 by comparing the illustrated heat efficiency with a preset misfire determination value by comparing the illustrated heat efficiency with the illustrated heat efficiency calculating means that calculates the illustrated heat efficiency based on the ratio between the indicated heat of torque and the supplied fuel heat amount Determination means.

エンジン１０の失火を検出する場合、燃焼効率を用いて行うことが一般に知られているが、燃焼効率を求めるためには、熱発生量を算出する必要がある。しかし、熱発生量の算出処理には微分項計算処理が含まれるため、その計算負荷が非常に高くなって高性能な計算機（ＣＰＵ）が必要となってしまう。 When detecting the misfire of the engine 10, it is generally known to use the combustion efficiency. However, in order to obtain the combustion efficiency, it is necessary to calculate the amount of heat generation. However, since the calculation process of the heat generation amount includes a differential term calculation process, the calculation load becomes very high and a high-performance computer (CPU) is required.

そこで、本実施例では、この燃焼効率と図示トルク熱量効率が相関関係にあることを見出し、この図示トルク熱量効率を用いてエンジン１０の失火検出を行うこととしている。即ち、図３の燃焼効率に対する図示トルク熱量効率を表すグラフからわかるように、燃焼効率と図示トルク熱量効率は、低燃焼効率サイクル、つまり、失火が発生しやすい領域にて相関関係があると認められる。なお、図示トルクとは、エンジン１０の燃焼室１８の圧力から求めたエンジントルクである。 Therefore, in this embodiment, it is found that the combustion efficiency and the indicated torque calorie efficiency have a correlation, and the misfire detection of the engine 10 is detected using the indicated torque and calorie efficiency. That is, as can be seen from the graph of the indicated torque calorie efficiency with respect to the combustion efficiency in FIG. 3, it is recognized that the combustion efficiency and the indicated torque calorie efficiency have a correlation in a low combustion efficiency cycle, that is, in a region where misfire is likely to occur. It is done. The indicated torque is the engine torque obtained from the pressure in the combustion chamber 18 of the engine 10.

ここで、本実施例の内燃機関の失火検出装置による失火判定制御について、図２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。 Here, the misfire determination control by the misfire detection device of the internal combustion engine of the present embodiment will be described in detail based on the flowchart of FIG.

実施例の内燃機関の失火検出装置による失火判定制御において、図２に示すように、ステップＳ１１では、ＥＣＵ（図示トルク熱量算出手段）５１は、燃焼室圧力ｐ（θ）に燃焼室容積ｖを乗算し、下記数式（１）を用いて図示トルク熱量Ｑ_ITQiを算出する。この場合、燃焼室圧力ｐ（θ）は、筒内圧センサ５９が検出したクランク角度θにおける検出値を用い、燃焼室容積ｖは、クランク角度θとエンジン１０の諸源（シリンダボア径やクランク半径など）に基づいて算出され、予めクランク角度θの関数として設定された数値を用いる。 In the misfire determination control by the misfire detection device of the internal combustion engine of the embodiment, as shown in FIG. 2, in step S11, the ECU (illustrated torque calorie calculating means) 51 sets the combustion chamber volume v to the combustion chamber pressure p (θ). Multiply and calculate the _indicated torque heat quantity Q _ITQi using the following formula (1). In this case, the detected value at the crank angle θ detected by the in-cylinder pressure sensor 59 is used as the combustion chamber pressure p (θ), and the combustion chamber volume v is determined based on the crank angle θ and various sources of the engine 10 (cylinder bore diameter, crank radius, etc.). ) And a numerical value set in advance as a function of the crank angle θ is used.

ステップＳ１２では、ＥＣＵ（供給燃料熱量算出手段）５１は、基本燃料噴射量Ｆｕｅｌ_injiに残留燃料量Ｆｕｅｌ_egriを加算して壁面付着燃料量Ｆｕｅｌ_wetiを減算し、下記数式（２）を用いて燃料供給量Ｆｕｅｌ_iを算出する。続いて、この燃料供給量Ｆｕｅｌ_iに燃料低位発熱量Ｈｕを乗算し、下記数式（３）を用いて供給燃料熱量Ｑ_Fueliを算出する。この場合、基本燃料噴射量Ｆｕｅｌ_injiは、エンジン１０の運転状態（吸入空気量など）に応じて算出されたインジェクタ４１への指示燃料量、残留燃料量Ｆｕｅｌ_egriは、前サイクルにおいて、燃焼室１８に残存した燃料量、壁面付着燃料量Ｆｕｅｌ_wetiは、前サイクルにおいて、吸気ポート１９に付着して気化しなかった燃料量であり、本実施例のように、筒内噴射式内燃機関の場合、この壁面付着燃料量Ｆｕｅｌ_wetiは、０となる。また、燃料低位発熱量Ｈｕは、低燃焼効率サイクル（失火サイクル）における単位量あたりの燃料の発熱量である。 In step S12, the ECU (supplied fuel heat amount calculation means) 51 _adds the residual fuel amount Fuel _egri to the basic fuel injection amount Fuel _inji and subtracts the wall surface attached fuel amount Fuel _weti , and uses the following equation (2) to calculate the fuel. The supply amount Fuel _i is calculated. Subsequently, the fuel supply amount Fuel _i is multiplied by the fuel lower heating value Hu, and the supplied fuel heat amount Q _Fueli is calculated using the following equation (3). In this case, the basic fuel injection amount Fuel _inji is the commanded fuel amount to the injector 41 and the residual fuel amount Fuel _egri calculated according to the operating state (intake air amount or the like) of the engine 10 is the combustion chamber 18 in the previous cycle. The remaining fuel amount and the wall-attached fuel amount Fuel _weti are fuel amounts that have adhered to the intake port 19 and have not vaporized in the previous cycle, and in the _case of a _direct injection internal combustion engine as in this embodiment, This wall surface attached fuel amount Fuel _weti is zero. The lower fuel heating value Hu is the heating value of the fuel per unit amount in the low combustion efficiency cycle (misfire cycle).

そして、ステップＳ１３では、ＥＣＵ（図示熱効率算出手段）５１は、図示トルク熱量Ｑ_ITQiと供給燃料熱量Ｑ_Fueliとの比率により、下記数式（４）を用いて図示熱効率ＱＱ_iを算出する。 Then, in step S13, ECU (indicated thermal efficiency calculating means) 51, the ratio of the indicated torque heat Q _iTQi supply fuel heat Q _Fueli, calculates the indicated thermal efficiency QQ _i using the following equation (4).

ステップＳ１４では、ＥＣＵ（失火判定手段）５１は、求めた図示熱効率ＱＱ_iと予め設定された失火判定値を比較してエンジン１０の失火を判定する。即ち、図示熱効率ＱＱ_iが失火判定値より大きいと判定されたときには、ステップＳ１５に移行して、エンジン１０は、現在、正常燃焼サイクルで運転されていると判定する。一方、ステップＳ１４にて、図示熱効率ＱＱ_iが失火判定値以下であると判定されたときには、ステップＳ１６に移行して、エンジン１０は、現在、失火サイクルで運転されていると判定する。 At step S14, ECU (misfire determination means) 51 compares the preset misfire judgment value and the indicated thermal efficiency QQ _i obtained determines misfire of the engine 10. That is, when it is determined that the indicated thermal efficiency QQ _i is greater than the misfire determination value, the routine proceeds to step S15, where it is determined that the engine 10 is currently operating in a normal combustion cycle. On the other hand, when it is determined in step S14 that the indicated thermal efficiency QQ _i is equal to or less than the misfire determination value, the process proceeds to step S16 and it is determined that the engine 10 is currently operated in the misfire cycle.

そして、エンジン１０が正常燃焼サイクルであると判定された場合には、現在に制御を継続する一方、失火サイクルであると判定された場合には、失火原因を特定し、特定した失火原因に対応した制御、例えば、燃料噴射量の増量または減量、点火時期の進角または遅角、吸気期間及び排気期間の進角または遅角などの補正制御を実行する。 If it is determined that the engine 10 is in the normal combustion cycle, the control is continued at the present time. On the other hand, if it is determined that the engine 10 is in the misfire cycle, the cause of misfire is specified and the specified cause of misfire is dealt with. For example, correction control such as increase or decrease of the fuel injection amount, advance or retard of the ignition timing, advance or retard of the intake period and exhaust period is executed.

このように本実施例の内燃機関の失火検出装置にあっては、燃焼効率（熱発生量）と図示トルク熱量効率（図示トルク）とが相関関係にあるという知見から、ＥＣＵ５１は、燃焼室圧力に基づいて図示トルク熱量を算出（図示トルク熱量算出手段）し、燃料供給量に基づいて供給燃料熱量を算出（供給燃料熱量算出手段）し、図示トルク熱量と供給燃料熱量との比率により図示熱効率を算出（図示熱効率算出手段）し、図示熱効率と予め設定された失火判定値を比較して失火を判定（失火判定手段）するようにしている。 Thus, in the misfire detection device for the internal combustion engine of the present embodiment, the ECU 51 determines that the combustion chamber pressure is based on the knowledge that the combustion efficiency (heat generation amount) and the indicated torque calorie efficiency (shown torque) are correlated. The indicated torque calorie is calculated (shown torque calorie calculating means), the supplied fuel calorie is calculated based on the fuel supply amount (supplied fuel calorie calculating means), and the indicated thermal efficiency is calculated based on the ratio of the indicated torque heat quantity and the supplied fuel heat quantity. Is calculated (the illustrated thermal efficiency calculating means), and the misfire is determined (misfire determining means) by comparing the illustrated thermal efficiency with a preset misfire determination value.

従って、燃焼室１８での熱発生量と相関関係にある図示トルクを用いて図示熱効率を算出し、この図示熱効率と失火判定値を比較して失火を判定しており、微分項処理などをなくして計算負荷を低減することができ、制御機器などの低コスト化を可能とすることができると共に、リアルタイムで、高精度で迅速な失火判定を可能とすることができる。 Therefore, the indicated thermal efficiency is calculated using the indicated torque that is correlated with the amount of heat generated in the combustion chamber 18, and the misfire is determined by comparing the indicated thermal efficiency with the misfire determination value, thereby eliminating the differential term processing and the like. Thus, the calculation load can be reduced, the cost of the control device can be reduced, and the misfire determination can be performed quickly in real time with high accuracy.

また、燃焼室圧力を検出する筒内圧センサ５９を用い、この筒内圧センサ５９が検出した燃焼室圧力に燃焼室容積を乗算して図示トルク熱量を算出している。従って、熱発生量と図示トルク（熱量）との関係を表すマップまたは換算式から熱発生量を推定することが可能となり、計算負荷を低減することができる。 Further, the in-cylinder pressure sensor 59 for detecting the combustion chamber pressure is used, and the indicated torque heat quantity is calculated by multiplying the combustion chamber pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 59 by the combustion chamber volume. Therefore, it is possible to estimate the heat generation amount from a map or conversion formula that represents the relationship between the heat generation amount and the indicated torque (heat amount), and the calculation load can be reduced.

更に、基本燃料噴射量に残留燃料量を加算して壁面付着燃料量を減算して燃料供給量を算出し、この燃料供給量に燃料低位発熱量を乗算して供給燃料熱量を算出している。従って、供給燃料熱量を適正に算出することで、供給燃料熱量を高精度に算出することができ、エンジン１０の失火判定を高精度に行うことができる。 Further, the fuel supply amount is calculated by adding the residual fuel amount to the basic fuel injection amount and subtracting the wall surface attached fuel amount, and the fuel supply amount is calculated by multiplying the fuel supply amount by the lower fuel heating value. . Therefore, by calculating the supply fuel heat amount appropriately, the supply fuel heat amount can be calculated with high accuracy, and the misfire determination of the engine 10 can be performed with high accuracy.

なお、上述した実施例では、本発明の内燃機関の失火検出装置を筒内噴射式の多気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、直列型またはＶ型エンジンに適用することもでき、ポート噴射式の内燃機関に適用しても同様の作用効果を奏することができる。 In the above-described embodiments, the misfire detection device for an internal combustion engine of the present invention has been described as applied to an in-cylinder multi-cylinder engine. However, the present invention is not limited to this type of engine, but is applied to an in-line or V-type engine. Even if it is applied to a port injection type internal combustion engine, the same effect can be obtained.

以上のように、本発明に係る内燃機関の失火検出装置は、高精度で迅速な失火判定を可能とすると共に計算負荷を低減して低コスト化を可能とするものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。 As described above, the misfire detection device for an internal combustion engine according to the present invention enables high-accuracy and quick misfire determination, reduces calculation load, and enables cost reduction. It is also suitable for use in an internal combustion engine.

本発明の一実施例に係る内燃機関の失火検出装置が適用された内燃機関を表す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which a misfire detection device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied. 本実施例の内燃機関の失火検出装置における失火判定制御のフローチャートである。It is a flowchart of misfire determination control in the misfire detection apparatus of the internal combustion engine of a present Example. 燃焼効率と図示トルク熱量効率との相関関係を表すグラフである。It is a graph showing the correlation between combustion efficiency and the indicated torque calorie efficiency.

１０エンジン（内燃機関）
１４ピストン
１６クランクシャフト
１８燃焼室
１９吸気ポート
２０排気ポート
２１吸気弁
２２排気弁
４１インジェクタ
４５点火プラグ
５１電子制御ユニット、ＥＣＵ（図示トルク熱量算出手段、供給燃料熱量算出手段、図示熱効率算出手段、失火判定手段）
５２エアフローセンサ
５７クランク角センサ
５９筒内圧センサ 10 Engine (Internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Piston 16 Crankshaft 18 Combustion chamber 19 Intake port 20 Exhaust port 21 Intake valve 22 Exhaust valve 41 Injector 45 Spark plug 51 Electronic control unit, ECU (Indicated torque heat amount calculation means, Supply fuel heat amount calculation means, Indicated heat efficiency calculation means, Misfire Judgment means)
52 Airflow sensor 57 Crank angle sensor 59 In-cylinder pressure sensor

Claims

内燃機関の燃焼室圧力に基づいて図示トルク熱量を算出する図示トルク熱量算出手段と、前記内燃機関の燃料供給量に基づいて供給燃料熱量を算出する供給燃料熱量算出手段と、前記図示トルク熱量算出手段が算出した図示トルク熱量と前記供給燃料熱量算出手段が算出した供給燃料熱量との比率により図示熱効率を算出する図示熱効率算出手段と、該図示熱効率算出手段が算出した図示熱効率と予め設定された失火判定値を比較して前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 Illustrated torque calorie calculating means for calculating the indicated torque calorific value based on the combustion chamber pressure of the internal combustion engine, supplied fuel calorie calculating means for calculating the supplied fuel calorific value based on the fuel supply amount of the internal combustion engine, and the indicated torque calorific value calculating The illustrated thermal efficiency calculating means for calculating the indicated thermal efficiency based on the ratio of the indicated torque heat quantity calculated by the means and the supplied fuel heat quantity calculated by the supplied fuel heat quantity calculating means, and the indicated thermal efficiency calculated by the indicated thermal efficiency calculating means is preset. A misfire detection device for an internal combustion engine, comprising misfire determination means for comparing misfire determination values to determine misfire of the internal combustion engine.

請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、燃焼室圧力を検出する筒内圧センサを設け、前記図示トルク熱量算出手段は、該筒内圧センサが検出した燃焼室圧力に燃焼室容積を乗算して図示トルク熱量を算出することを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 2. The misfire detection apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising an in-cylinder pressure sensor for detecting a combustion chamber pressure, wherein the indicated torque calorie calculating means multiplies the combustion chamber pressure detected by the in-cylinder pressure sensor by a combustion chamber volume. And calculating the indicated torque calorie, a misfire detection apparatus for an internal combustion engine.

請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、前記供給燃料熱量算出手段は、基本燃料噴射量に残留燃料量を加算して壁面付着燃料量を減算して燃料供給量を算出し、該燃料供給量に燃料低位発熱量を乗算して供給燃料熱量を算出することを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 2. The misfire detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the supply fuel heat amount calculation means calculates a fuel supply amount by adding a residual fuel amount to a basic fuel injection amount and subtracting a wall surface attached fuel amount, A misfire detection apparatus for an internal combustion engine, wherein a fuel supply amount is calculated by multiplying a fuel supply amount by a fuel lower heating value.