JP2009013904A - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度の低下が防止された内燃機関の失火検出装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ＥＣＵ２０は、図示トルクＴｉ１を推定する図示トルク推定部２１と、エンジン１０のクランク軸に作用するねじりトルクを考慮したオフセット量に基づいて前記推定された図示トルクＴｉ１を補正する図示トルク補正部２２と、補正された図示トルクＴｉ´に基づいて失火を判定する失火判定部２３とを有している。クランク軸に作用するねじりトルクを考慮したオフセット量に基づいて、前記推定された図示トルクＴｉ１を補正することにより、失火の判定精度の低下を防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の失火検出装置に関する。

従来から、内燃機関の図示トルクを推定する技術が知られている（非特許文献１参照）。図示トルクは、以下の式により推定でき、推定した図示トルクの変動により失火を検出できる。
Ｔｉ＝Ｊ・ｄω／ｄｔ＋Ｔｆ＋Ｔｌ・・・・・・（１）
また、上記の図示トルク推定技術を用いた失火検出装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている装置は、内燃機関の負荷が安定している状態（負荷トルクＴｌ＝０）で図示トルクＴｉ及び慣性トルクＪ（ｄω／ｄｔ）を推定し、これらの差分により摩擦トルクＴｆを求めて学習、摩擦トルクＴｆによるオフセット分を考慮して失火判定する。これにより、失火判定精度が向上する。尚、図示トルクは、筒内圧トルクと、往復質量慣性トルクとを合計したものである。

特開２００５−１５５６１２号公報 特開平４−２６５４７５号公報 Stephane Ginoux, Jean-Claude Champoussin, Engine Torque Determination by Crankangle Measurements: State of the Art, Future Prospects, Society of Automotive Engineers No. 970532 (1997) p.17-22

しかしながら、往復質量慣性トルクの影響によってクランク軸に対してねじりトルクが作用する。このねじりトルクに対する反力によって、機関回転数が変動し、これにより慣性トルクも変動する。この場合、失火の検出精度が低下する恐れがある。これは、トルク収支より図示トルクを推定し、この図示トルクの変動で失火を検出する場合にも同様の問題が起こり得る。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、検出精度の低下が防止され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。

上記目的は、機関の燃焼行程で発生するトルクに対応する失火パラメータを推定する失火パラメータ推定手段と、機関の出力軸に作用するねじりトルクを考慮した補正量に基づいて前記推定された失火パラメータを補正する失火パラメータ補正手段と、前記補正された失火パラメータに基づいて失火を判定する失火判定手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の失火検出装置によって達成できる。
機関の出力軸に作用するねじりトルクを考慮した補正量に基づいて、推定された失火パラメータを補正することにより、失火の判定精度の低下を防止できる。

上記構成において、機関への燃料供給がカットされた場合に推定された失火パラメータの値を前記補正量として更新する補正量更新手段を備えた、構成を採用できる。
燃料カット時に推定された失火パラメータから、出力軸に作用するねじりトルクの影響を推定できる。この値を補正量とすることにより、失火の判定精度の低下を防止できる。

上記構成において、前記補正量は、機関回転数に応じて設定されている、構成を採用できる。
出力軸に作用するねじりトルクによる、推定された失火パラメータへの影響は、機関回転数によっても変動するからである。

上記構成において、前記失火パラメータは、気筒毎の燃焼行程に対応しており、
前記補正量は、前記気筒毎に設定されている、構成を採用できる。
出力軸に作用するねじりトルクによる、推定された失火パラメータへの影響は、気筒毎によっても相違するからである。

上記構成において、前記機関は、６気筒以上の内燃機関である、構成を採用できる。
出力軸に作用するねじりトルクによる、推定された失火パラメータへの影響は、６気筒以上の内燃機関において大きくなるからである。

上記構成において、前記失火パラメータ補正手段は、機関回転数に応じて前記推定された失火パラメータを補正する、構成を採用できる。
機関回転数が大きいほど、出力軸に作用するねじりトルクが大きくなるからである。

上記構成において、前記失火パラメータは、機関の出力軸の角加速度から推定した図示トルクである、構成を採用できる。

本発明によれば、検出精度の低下が防止された内燃機関の失火検出装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。図１は、本発明に係る失火検出装置が採用されたエンジンシステムの全体構成を示した図である。エンジンシステムは、図１に示すように、エンジン１０、ＥＣＵ２０、エアフロメータ３０、スロットル開度センサ４０、クランク角センサ５０、水温センサ６０、油温センサ７０等から構成される。エンジン１０は、８気筒エンジンであり、失火検出の対象となる内燃機関である。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成され、各センサからの出力に基づいて、エンジンシステム全体の作動を制御する。また、ＥＣＵ２０は、詳しくは後述するが失火検出処理を実行する失火検出装置に該当し、ＲＯＭには、失火検出処理を実行するためのプログラムが格納されている。

エアフロメータ３０は、エアクリーナ（不図示）通過後の吸入空気量に応じた信号を、スロットル開度センサ４０は、スロットルバルブ（不図示）の開度に応じた信号を、クランク角センサ５０は、クランク軸（不図示）に応じた信号を、水温センサ６０は、エンジン１０を冷却する冷却水の温度に応じた信号を、油温センサ７０は、潤滑油の温度に応じた信号を、それぞれＥＣＵ２０に出力する。

ＥＣＵ２０は、図示トルク推定部２１、図示トルク補正部２２、失火判定部２３とを含む。図示トルク推定部２１は、後述する図示トルクを推定する。図示トルク推定部２１が、機関の燃焼行程で発生するトルクに対応した失火パラメータを推定する失火パラメータ推定手段に対応する。また、摩擦トルク推定部２１ａ、負荷トルク推定部２１ｂは、それぞれ、図示トルクを推定するために必要となる、摩擦トルク、負荷トルクを推定する。

図示トルク補正部２２は、図示トルク推定部２１により推定された図示トルクを補正する。具体的には、エンジン１０のクランク軸に作用するねじりトルクを考慮した補正量に基づいて前記推定された図示トルクを補正する。具体的な補正の方法については後述する。

失火判定部２３は、図示トルク補正部２２により補正された図示トルクに基づいて、失火判定を行う。具体的には、失火判定部２３は、前記補正された図示トルクが所定の閾値よりも小さいと判断した場合には、失火と判定し、所定の閾値よりも大きいと判断した場合には、失火は発生していないとして判定する。

次に、ＥＣＵ２０が実行する失火検出処理について説明する。図２は、ＥＣＵ２０が実行する失火検出処理の一例を示したフローチャートである。尚、本処理は、エンジンシステム始動後一定期間をおいて繰り返し実行される。

図２に示すように、ＥＣＵ２０は、機関回転数を検出する（ステップＳ１）。次に、ＥＣＵ２０は、減速による燃料カット実行中であるか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、ＥＣＵ２０は、エアフロメータ３０、スロットル開度センサ４０、又は燃料噴射弁への通電時間等から、燃料カット実行中であるか否かを判定する。尚、否定判定の場合での処理については後述する。

燃料カット実行中の場合には、図示トルク推定部２１は、図示トルクＴｉ０を推定する（ステップＳ３）。具体的には、前述した式と同様の式により推定する。図示トルクを推定するための式を以下に再度記載しておく。
Ｔｉ＝Ｊ・ｄω／ｄｔ＋Ｔｆ＋Ｔｌ・・・・・・（１）

慣性モーメントＪは、エンジン１０の諸元で決定される定数値である。角加速度ｄω／ｄｔは、クランク角センサ５０からの出力信号に基づいて算出される。摩擦トルクＴｆは、摩擦トルク推定部２１ａにより、水温センサ６０、油温センサ７０からの出力信号に基づいて推定される。負荷トルクＴｌは、負荷トルク推定部２１ｂにより、クランク角センサ５０からの出力により算出される機関回転数及びエアフロメータ３０からの出力により検出される吸入空気量に対応したマップにより推定される。図示トルクＴｉは、筒内圧によるトルクと、往復動慣性質量によるトルクを合計したものである。また、この図示トルクＴｉが、失火パラメータとしての役割を果たす。

以上により、燃料カット実行中での図示トルクＴｉ０が推定される。燃料カット実行中での図示トルクＴｉ０は、ねじりトルクに対する反力の影響が強く反映されたトルクと推定できる。尚、燃料カット実行中での図示トルクを便宜上Ｔｉ０とし、後述する燃料供給実行中での図示トルクをＴｉ１とする。

次に、図示トルク推定部２１は、各気筒での燃焼行程に対応する期間を設定し、各気筒毎に燃焼行行程に対応する期間内での図示トルクＴｉ０の平均値を算出する（ステップＳ４）。各気筒での燃焼行程に対応する期間とは、クランク角７２０°ＣＡを気筒数で割った値である。本実施例の場合には、エンジン１０は、８気筒エンジンであるため、クランク各９０°ＣＡ毎に、燃焼行程となる各気筒が移り変わることになる。

次に、図示トルク補正部２２は、オフセット量記憶部２２ａに記憶されている、オフセット量を読み出す（ステップＳ５）。オフセット量とは、後述する燃料供給復帰後に推定された図示トルクを補正するための補正量をいう。

図３は、オフセット量記憶部２２ａに予め記憶されているオフセット量（Ｎ・ｍ）のマップである。図３に示すように、オフセット量は、機関回転数に応じて変更されるように設定されている。このオフセット量は、クランク軸に作用するねじりトルクを考慮して設定されており、燃料供給時での図示トルクＴｉ１から、このオフセット量を減算することにより、ねじりトルクに対する反力によるクランク軸への回転変動分のトルクが除去された、図示トルクＴｉ´を推定することができる。この図示トルクＴｉ´は、図示トルクＴｉ１よりも、実測された図示トルクにより近い値となる。

図３に示すように、機関回転数が大きいほど、オフセット量が大きくなるように設定されている。これは、機関回転数が大きいほど、クランク軸へ作用するねじりトルクによる反力が大きくなる傾向があるからである。また、オフセット量は、気筒毎に異なる値に設定されている。これは、クランク軸に作用するねじりトルクによる反力は、気筒毎によっても相違するからである。尚、予めオフセット量記憶部２２ａに記憶されるオフセット量は、機関の気筒数や諸元によって適宜変更することが望ましい。

次に、図示トルク補正部２２のオフセット量更新部２２ｂは、燃焼カット実行中に推定された図示トルクＴｉ０を、オフセット量として更新し、オフセット量記憶部２２ａに更新されたオフセット量を記憶させる（ステップＳ６）。図４は、第８気筒（♯８）を例にした、オフセット量の更新の説明図である。オフセット量を更新することにより、より実測値に近い図示トルクＴｉ´を推定することができる。

次に、ＥＣＵ２０は、燃料カット制御から燃料供給が復帰されたか否かを判定する（ステップＳ７）。否定判定の場合には、本処理を再度実行する。肯定判定の場合には、図示トルク推定部２１は、燃料供給実施中での図示トルクＴｉ１を推定する（ステップＳ８）。本処理での図示トルクＴｉの推定は、ステップＳ３と同様の方法で推定される。即ち、各気筒毎に、燃焼行程期間での平均値を推定する。

図５は、燃料供給実施中での図示トルクＴｉ１の説明図である。図５は、縦軸はトルクを、横軸はクランク角を示している。８気筒エンジンの場合、図５に示すように、各気筒の燃焼順序は第１気筒（＃１）→第８気筒（♯８）→第４気筒（♯４）→第３気筒（＃３）→第６気筒（♯６）→第５気筒（♯５）→第７気筒（＃７）→第２気筒（＃２）であり、９０°ＣＡごとに燃料噴射が行われてその燃料が燃焼に供される。図５に示すように、図示トルクＴｉ１は、燃焼行程で発生するトルクに対応するように、クランク角に対して周期的に変動する。尚、図５に示した図示トルクＴｉ１では、第１気筒（♯１）に失火現象が発生した場合を示している。従って、第１気筒（＃１）の燃焼行程期間では、他の気筒の燃焼行程期間よりも、図示トルクＴｉ１が低いことがわかる。

次に、オフセット量補正部２２ｃは、推定された燃料供給実施中での図示トルクＴｉ１を、オフセット量記憶部２２ａに記憶されたオフセット量に基づいて、補正する（ステップＳ９）。具体的には、前述したように、図示トルクＴｉ１から、オフセット量を減算する。これにより、実測値に近い図示トルクＴｉ´を推定することができる。尚、オフセット量は、ステップＳ６において、図示トルクＴｉ０に更新されているため、補正された図示トルクＴｉ´は、図示トルクＴｉ１から図示トルクＴｉ０を減算したものと言える。

次に、失火判定部２３は、補正された図示トルクＴｉ´が失火判定閾値Ｔｉｍ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。失火判定閾値Ｔｉｍとは、補正された図示トルクＴｉ´との比較により失火現象が発生したか否かの判定の基準となる値である。補正された図示トルクＴｉ´が、失火判定閾値Ｔｉｍ未満の場合には、失火判定部２３は、失火があったものと判定し、ＲＡＭに記憶させる（ステップＳ１１）。補正された図示トルクＴｉ´が、失火判定閾値Ｔｉｍよりも大きい場合には、気筒の燃焼状態が正常であるとしてこの処理を終了する。

図６は、エンジン１０を所定の回転数で定常回転させた場合での、補正前の図示トルクＴｉ１と、補正後の図示トルクＴｉ´と、実測による図示トルク（以下、実測値と称する）との説明図である。図６は、縦軸にトルク、横軸に燃焼行程期間にある気筒を示している。図６は、機関回転数５３００ｒｐｍでエンジン１０を定常運転させ、第１気筒（♯１）を連続的に失火させた場合での、実験データをプロットしたものである。

図６に示すように、補正前の図示トルクＴｉ１では、クランク軸に作用するねじりトルクに対する反力により、エンジン１０が定常運転であるにもかかわらず、気筒間でのバラつきが大きい。また、補正前の図示トルクＴｉ１は、実測値に対して大きな誤差がある。従って、補正前の図示トルクＴｉ１に基づいて失火を判定すると、失火の判定精度が低下する恐れがある。

しかしながら、補正後の図示トルクＴｉ´では、気筒間でのバラつきが低減されており、実測値に対しての誤差が小さい。従って、推定された図示トルクＴｉ１を補正することにより、失火の判定精度の低下を防止できる。また、本手法によれば、機関回転数によって気筒毎に一定の影響を与える、クランク軸からの反力による回転変動を除去することができるため、運転条件全域で好適な失火検出が可能である。

また、クランク軸に作用するねじれトルクに対する反力は、エンジン１０内のピストンやコンロッド等の往復質量による慣性トルク（正弦波に類似し、各気筒とも１８０°ＣＡ周期で発生する。）に起因する。このため、上記失火検出処理は、往復質量慣性トルクが逆方向に発生し、且つ慣性重量の大きくなる６気筒以上の内燃機関に対して好適である。また、往復質量慣性トルクは、機関回転数が高いほど大きいため、上記失火検出処理を、機関回転数が高い場合にのみ適用してもよい。例えば、図３に示すように、機関回転数が３０００ｒｐｍ以上で適用してもよい。

尚、ステップＳ２において、否定判定の場合、ＥＣＵ２０は、ステップＳ８以降の処理を実行する。この場合、オフセット量の更新処理は実行されないが、オフセット量記憶部２２ａに記憶されているオフセット量に基づいて、推定された図示トルクＴｉ１が補正される。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

６気筒以上の内燃機関の場合、図示トルクＴｉ１、Ｔｉ´等の、平均値を算出する期間、即ち、各気筒に対する燃焼行程期間が短いため、失火した気筒の次に燃焼行程となる後続気筒での、失火判定閾値は、他の気筒での失火判定閾値よりも、下げた値とすることが望ましい。

本発明に係る失火検出装置が採用されたエンジンシステムの全体構成を示した図である。 ＥＣＵが実行する失火検出処理の一例を示したフローチャートである。 オフセット量記憶部に予め記憶されているオフセット量のマップである。 第８気筒を例にした、オフセット量の更新の説明図である。 燃料供給実施中での図示トルクＴｉ１の説明図である。 エンジンを所定の回転数で定常回転させた場合での、補正前の図示トルクＴｉ１と、補正後の図示トルクＴｉ´と、実測による図示トルクとの説明図である。

符号の説明

１０ エンジン
２０ ＥＣＵ
２１ 図示トルク推定部（失火パラメータ推定手段）
２１ａ 摩擦トルク推定部
２１ｂ 負荷トルク推定部
２２ 図示トルク補正部（失火パラメータ補正手段）
２２ａ オフセット量記憶部
２２ｂ オフセット量更新部
２２ｃ オフセット量補正部
２３ 失火判定部（失火判定手段）
３０ エアフロメータ
４０ スロットル開度センサ
５０ クランク角センサ
６０ 水温センサ
７０ 油温センサ

Claims (7)

1. 機関の燃焼行程で発生するトルクに対応する失火パラメータを推定する失火パラメータ推定手段と、
   機関の出力軸に作用するねじりトルクを考慮した補正量に基づいて前記推定された失火パラメータを補正する失火パラメータ補正手段と、
   前記補正された失火パラメータに基づいて失火を判定する失火判定手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
2. 機関への燃料供給がカットされた場合に推定された失火パラメータの値を前記補正量として更新する補正量更新手段を備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置。
3. 前記補正量は、機関回転数に応じて設定されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の失火検出装置。
4. 前記失火パラメータは、気筒毎の燃焼行程に対応しており、
   前記補正量は、前記気筒毎に設定されている、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の失火検出装置。
5. 前記機関は、６気筒以上の内燃機関である、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の失火検出装置。
6. 前記失火パラメータ補正手段は、機関回転数に応じて前記推定された失火パラメータを補正する、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の内燃機関の失火検出装置。
7. 前記失火パラメータは、前記出力軸の角加速度から推定した図示トルクである、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の内燃機関の失火検出装置。
   
   

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