JP2009174397A - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関が低負荷で、かつ、点火時期が大幅に遅角側に制御されている運転状態であっても、失火を精度良く検出することのできる内燃機関の失火検出装置を提供する。
【解決手段】回転変動量ΔＴｄｉを計測する回転変動量計測部５１と、回転変動量と判定しきい値との比較結果に応じ失火判定する失火判定部５５と、内燃機関が低負荷条件で運転中か判定する低負荷判定部５６と、点火時期が遅角判定値以上か判定する点火時期遅角判定部５７とを備え、失火判定手段５５は、判定しきい値ｔｈ１を機関回転数ｎｅに応じて設定したマップＭ１と、判定しきい値ｔｈ２をこのマップＭ１よりも回転変動量の拡大側に設定したマップＭ２とを有し、低負荷条件での運転中でかつ点火時期が遅角判定値以上の場合には、マップＭ１およびＭ２に基づいて失火判定し、他の場合には、マップＭ１のみに基づいて失火判定する構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の失火検出装置、特に火花点火式の多気筒内燃機関のいずれかの気筒における失火時の回転変動情報に基づき失火判定を実行してその失火を検出する内燃機関の失火検出装置に関する。

火花点火式の多気筒内燃機関のいずれかの気筒の燃焼行程で点火による着火燃焼が生じない失火が生じると、機関出力トルクが低下し、正常時の同一負荷状態に比べてクランク角速度が低下する現象に着目し、そのときの回転変動を検出して失火の有無を判定するようにした失火判定装置が知られている。

従来のこの種の内燃機関の失火検出装置としては、一定クランク角毎の単位計測期間における回転変動量を失火判定のための判定しきい値と比較して失火判定するのに際し、そのしきい値を、吸気系に設けられた吸気制御弁であるタンブルジェネレータバルブの作動状態に応じて補正するようにして、失火検出精度を向上させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、自動変速機や手動変速機等の速度切換え機構の種類毎に専用のノーロードマップとロードロードマップを装備し、速度切換え機構の種類やクラッチの係合状態に応じて異なる判定値マップを選択することで失火検出精度を向上させるもの（例えば、特許文献２参照）、気筒間の回転速度偏差を学習して得られた補正値と気筒毎の吸気量（負荷）に応じた補正値とをそれぞれマップに記憶させ、その補正値による補正後の各気筒の燃焼行程毎の回転速度変動量を失火判定値と比較することで失火検出精度を向上させるもの（例えば、特許文献３参照）、変速位置や動力伝達の有無によって変化するクランク軸に接続する慣性質量の変化に合わせて、機関回転数や負荷に応じた失火判定レベルの算出条件を変更することで、失火検出精度を向上させるもの（例えば、特許文献４参照）が、それぞれ知られている。

さらに、空燃比変動に伴う点火時期の進角方向への補正によりラフネス（燃焼変動）制御の遅角方向への補正が大きく制限されないように、ラフネス制御が実行されるときの空燃比フィードバック制御のゲインを、ラフネス制御が実行されないときの空燃比フィードバック制御のゲインに対して相対的に小さい値に変更するものが知られている（例えば、特許文献５参照）。
特開２００２−２０２０００号公報 特開平０５−１８００６３号公報 特開平０８−２７０４９０号公報 特開平０４−１５９４３８号公報 特開２０００−２８２９４０号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の失火検出装置にあっては、点火順（燃焼行程順）に各気筒で圧縮上死点後の特定のクランク角度に達する時点の間の回転に要する単位計測期間（例えば６気筒エンジンの１２０°ＣＡ時間）毎に失火判定の処理が実行されるものの、内燃機関の運転状態によっては、失火判定時の単位計測期間における回転変動の影響が失火の生じない次の回の単位計測期間にまで及んでしまい、失火判定時に失火が生じたと誤判定してしまう可能性があった。

具体的には、低負荷でかつ点火時期が大幅に遅角側に制御されている状態、例えば始動直後のアイドル運転状態で触媒暖機を行っているような状態では、１回の失火による機関回転速度の低下が大きく、その回転変動の影響から、次回の失火判定時においてもなおの機関回転速度の低下が続くことがあり、次回の失火判定時において実際には失火が生じていないにもかかわらず、失火と判定してしまう可能性があった。また、４気筒を超える多気筒の４サイクルエンジンにおいては、燃焼行程が前後して連続する２つの気筒間で燃焼行程の重なる期間が生じることから、上述のような傾向が生じ易かった。

そのため、従来の内燃機関の失火検出装置にあっては、機関回転数や負荷を考慮した失火判定を行うだけでは、十分な失火検出精度が期待できなかった。

そこで、本発明は、内燃機関が低負荷でかつ点火時期が大幅に遅角側に制御されている運転状態であっても、失火を精度良く検出することのできる内燃機関の失火検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の失火検出装置は、上記目的達成のため、（１）火花点火式の多気筒内燃機関中にあって燃焼行程が前後して続く複数の気筒について一定回転角度毎の単位計測期間におけるクランク軸の回転変動量を計測する計測手段と、該計測手段により計測された回転変動量を予め設定された判定しきい値と比較した結果に応じて前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたか否かを判定する失火判定手段と、を備えた内燃機関の失火検出装置において、前記多気筒内燃機関が予め設定された低負荷条件で運転されているか否かを判定する負荷判定手段と、前記多気筒内燃機関の点火時期が予め設定された遅角判定値以上に遅角制御されているか否かを判定する点火時期遅角判定手段と、を備え、前記失火判定手段が、前記判定しきい値を前記多気筒内燃機関の機関回転数に応じて設定した第１の判定しきい値マップと、前記判定しきい値を前記多気筒内燃機関の機関回転数毎に前記第１の判定しきい値マップよりも前記回転変動量の拡大側に設定した第２の判定しきい値マップと、を有するとともに、前記負荷判定手段により前記低負荷条件での運転中であると判定され、かつ、前記点火時期遅角判定手段により前記点火時期が前記遅角判定値以上に遅角制御されていると判定された場合、前記第１の判定しきい値マップおよび前記第２の判定しきい値マップに基づいて前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたか否かを判定し、他の場合には、前記第１の判定しきい値マップに基づいて前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたか否かを判定するものである。

この構成により、多気筒内燃機関が低負荷条件での運転中でないか、点火時期が予め設定された遅角判定値以上に遅角制御されていない運転状態では、第１の判定しきい値マップに設定された機関回転数毎の判定しきい値（以下、第１の判定しきい値ともいう）に基づいて、複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたか否かが判定される。一方、多気筒内燃機関が低負荷条件での運転中であり、かつ、点火時期が予め設定された遅角判定値以上に遅角制御されている運転状態では、第１の判定しきい値マップに設定された機関回転数毎の判定しきい値のみならず、第１の判定しきい値マップよりも判定しきい値を回転変動量の拡大側に設定した第２の判定しきい値マップの機関回転数に応じた判定しきい値（以下、第２の判定しきい値ともいう）に基づいて、複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたか否かが判定される。したがって、低負荷で大きな遅角制御がなされている運転状態にあって、失火時の単位計測期間における回転変動の影響が失火のない次の単位計測期間にまで及ぶ場合でも、第２の判定しきい値が第１の判定しきい値より回転変動量の拡大側に設定された第２の判定しきい値マップに基づいて的確な失火判定がなされることになる。なお、失火時の単位計測期間における回転変動の影響が失火のない次の単位計測期間にまで及ぶ場合、失火のない単位計測期間における回転変動量は失火時の単位計測期間中のそれより減少する（失火のない単位計測期間ではクランク軸の回転の減速度が低下する）から、第２の判定しきい値は、第１の判定しきい値と第２の判定しきい値との差が失火時の最少の回転変動量に対応する第１の判定しきい値よりも小さくなるように設定されるのが好ましい。

上記（１）に記載の内燃機関の失火検出装置においては、（２）前記負荷判定手段により前記低負荷条件での運転中であると判定され、かつ、前記点火時期遅角判定手段により前記点火時期が前記遅角判定値以上に遅角制御されていると判定された場合であって、前記失火判定手段が先行する単位計測期間中に前記第１の判定しきい値マップに基づいて前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたと判定したとき、該失火判定手段が、次の単位計測期間中に前記第２の判定しきい値マップに基づいて前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたか否かを判定するのが好ましい。

この構成により、低負荷で大きな遅角制御がなされている運転状態にあって失火が生じた場合でも、最も簡素な処理で迅速にかつ精度良く失火を検出できることになる。

上記（１）、（２）に記載の内燃機関の失火検出装置においては、（３）前記計測手段が、前記燃焼行程が前後して続く複数の気筒でそれぞれ圧縮上死点後の特定のクランク角となる時点の間の所要回転時間の差によって前記単位計測期間における回転変動量を計測するように構成され、前記第２の判定しきい値マップにおける前記判定しきい値が、前記多気筒内燃機関の機関回転数毎に前記第１の判定しきい値マップよりも前記所要回転時間が長くなる側に設定されている。

この構成により、特定のクランク角を適宜設定して単位計測期間の初期側で点火時期となるようにするだけで、燃焼行程が前後して続く複数の気筒で特定のクランク角となる時点間の所要回転時間に相当する単位計測期間中に、失火による回転変動の影響がほぼ確実に計測できることとなる。

上記（１）〜（３）に記載の内燃機関の失火検出装置においては、（４）前記低負荷条件が、前記多気筒内燃機関の機関回転数が予め設定された回転数以下であること、前記多気筒内燃機関の冷却水の温度が予め設定された始動時判定水温以下であること、および、前記多気筒内燃機関が排気浄化用触媒の暖機のための運転中であること、のうち少なくとも１つを含んでいるのが好ましい。

この構成により、内燃機関の電子制御に用いられる既知の検出情報を用いて内燃機関の低負荷の運転状態を的確に検出可能となる。

上記（１）〜（４）に記載の内燃機関の失火検出装置においては、（５）前記低負荷条件が、前記多気筒内燃機関の吸入空気量が予め設定された低負荷時吸入空気量以下であること、および、前記多気筒内燃機関に断接可能な慣性負荷が接続されていないこと、のうち少なくとも１つを含んでいる。

この場合も、内燃機関の電子制御に用いられる既知の検出情報を用いて内燃機関の低負荷の運転状態を的確に検出可能となる。

上記（１）〜（５）に記載の内燃機関の失火検出装置においては、（６）前記失火判定手段により前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたと判定されたとき、該いずれかの気筒を含み燃焼行程が前後して続く複数の気筒についての失火の発生パターンを判定するパターン判定手段を備えたものであるのが好ましい。

この構成により、失火検出時にさらに燃焼行程の前後する気筒を含めた複数気筒分の燃焼期間にわたって、複数失火やその失火の発生パターンを判定し、より的確な失火判定を実行することができる。

上記（１）〜（６）に記載の内燃機関の失火検出装置においては、（７）前記多気筒内燃機関が４気筒を超える気筒数を有するのが好ましい。

この構成により、低負荷で大きな遅角制御がなされている運転状態にあって、失火時の単位計測期間中における回転変動が失火のない次の単位計測期間にまで影響し易い機関構成であるものの、精度良く失火検出できることになる。

本発明によれば、低負荷で大きな遅角制御がなされている運転状態にあって失火時の単位計測期間における回転変動の影響が失火のない次の単位計測期間にまで及ぶ場合でも、第１の判定しきい値マップの判定しきい値による失火判定に加え、判定しきい値を第１の判定しきい値マップより回転変動量の拡大側に設定した第２の判定しきい値マップに基づいて失火を判定できるようにしているので、内燃機関が低負荷でかつ点火時期が大幅に遅角側に制御されている運転状態であっても、失火を精度良く検出することのできる内燃機関の失火検出装置を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の失火検出装置の概略ブロック構成図であり、図２は、一実施形態に係る内燃機関の模式的な上面図である。

まず、構成について説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態の火花点火式の内燃機関は、自動車に搭載される多気筒エンジン、例えば４気筒を超える気筒数を有するＶ型６気筒のエンジン１（図１中には多気筒のうち１気筒のみ断面で示している）として構成されるもので、このエンジン１の各気筒１ａにはピストン２で仕切られた燃焼室３が形成され、吸気弁４と排気弁５が図示しない動弁機構により開閉駆動可能に装備されるとともに、燃焼室３内に露出するよう点火プラグ６が配置されている。また、吸気管７内にはスロットルバルブ８が設けられており、スロットルバルブ８より燃焼室３側には吸気管７と一体に吸気通路を形成するとともに所定の容積を有するサージタンク９が設けられている。

図２に示すように、エンジン１は、一対のバンク部１ｂにそれぞれ３つの気筒１ａを配したものであり、詳細を図示しないが、各気筒１ａのピストン２は、コネクティングロッドを介してクランク軸１０（図１参照）の対応するクランクスルー部分に連結されている。

エンジン１の複数の気筒１ａに対応する複数のインジェクタ１１（燃料噴射弁）は、複数の気筒１ａに燃料を供給するデリバリパイプ１２にそれぞれ接続しており、このデリバリパイプ１２には、車両に搭載された燃料タンク１５内の燃料ポンプ１６から吐出された燃料（例えばガソリン）が所定の燃料通路を通して供給される。なお、エンジン１は、燃料噴射を電子制御するものであれば、筒内噴射型のエンジン、ポート噴射型のエンジン、あるいは、ポート噴射と筒内噴射を組み合わせて実行するデュアル噴射型のエンジンのいずれであってもよいし、ディーゼルエンジンやガス燃料（ＬＰＧ又はＬＮＧ）等のように異なる燃料を用いるエンジンであってもよい。エンジン１の排気管１８には排気浄化用の触媒装置１９が装着されている。

インジェクタ１１および点火プラグ６はそれぞれ対応する燃焼室３の近傍に配置されており、これらインジェクタ１１および点火プラグ６の作動は、エンジン１を電子制御するエンジンＥＣＵ３０（エンジン制御ユニット）からの燃料噴射信号Ｐａおよび点火時期制御信号Ｐｂによってそれぞれ制御されるようになっている。

エンジンＥＣＵ３０は、詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）３１、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２、ＲＡＭ（Random Access Memory）３３、不揮発性のバックアップ用メモリ３４に加えて、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路３５及び出力インターフェース回路３６等を含んで構成されている。

また、このエンジンＥＣＵ３０の入力インターフェース回路３５には、エンジン１に装着された各種センサ、例えば、吸入空気量を検出するエアフローメータ４１、クランク軸の所定回転角度（例えば３０°ＣＡ）毎の回転を検出するクランク角センサ４２、スロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ４３、車速を検出する車速センサ４４、カムシャフトの回転角度位置を検出するカムポジションセンサ４５（気筒判別センサ）、吸入空気温度を検出する吸気温センサ４６、冷却水の温度を検出する水温センサ４７、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ４８が接続されており、これらセンサ群からのセンサ情報がエンジンＥＣＵ３０に取り込まれるようになっている。また、エンジンＥＣＵ３０の出力インターフェース回路３６には、インジェクタ１１の他に、図示しないディストリビュータを介して各点火プラグ６を駆動する図示しないイグナイタと、燃料ポンプ１６をｏｎ／ｏｆｆさせる図示しないリレースイッチ回路等が接続されている。

エンジンＥＣＵ３０のＣＰＵ３１は、主としてＲＯＭ３２に格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭ３３およびバックアップメモリ３４との間でデータを授受しながら、入力インターフェース回路３５から取り込んだセンサ情報や予め設定された設定値情報、マップデータ等に基づいて演算処理を実行し、その結果に応じて前記出力インターフェース回路３６からの制御信号出力を行うことで、エンジン１の電子制御を実行するようになっている。

すなわち、エンジンＥＣＵ３０は、通常、例えばエアフローメータ４１及びクランク角センサ４２のセンサ情報から得られるエンジン１の１回転当りの吸入空気量に基づいて、所定の目標空燃比となる燃料噴射量に相当するインジェクタ１１の基本燃料噴射時間を演算し、この基本燃料噴射時間に最適空燃比となるよう各センサ信号に基づく補正処理を加え、適正な燃料噴射量で特定のクランク角に達する時点でインジェクタ１１からの燃料噴射を実行するために、複数の制御値を算出する。また、エンジンＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態に応じて、適正な点火時期やスロットル開度の制御等を実行するための複数の制御値をそれぞれ算出する。そして、エンジンＥＣＵ３０の出力インターフェース回路３６からインジェクタ１１を駆動し、エンジン１内での燃料噴射量を目標噴射量に制御するための燃料噴射信号Ｐａや、前記イグナイタを介して点火プラグ６の点火時期を制御する点火時期制御信号Ｐｂ、あるいは燃料ポンプ１６をｏｎ／ｏｆｆさせる前記リレースイッチの切替信号等をそれぞれ出力する。

エンジンＥＣＵ３０は、上述の処理に加えて、後述する失火判定の処理を実行する機能を有している。

図３は、本実施形態の失火判定装置を構成するエンジンＥＣＵ３０の機能ブロック図である。この図３に示すように、エンジンＥＣＵ３０は、エンジン１中にあって燃焼行程が前後して続く複数の気筒１ａ（例えば、第１気筒（図２および図３中では気筒番号を＃で記す）と第２気筒、第２気筒と第３気筒、あるいは、第６気筒と第１気筒）について、単位計測期間毎のクランク軸１０の回転変動量ΔＴｄｉを計測する回転変動量計測部５１（計測手段）と、その回転変動量計測部５１により計測された回転変動量ΔＴｄｉを予め設定された判定しきい値ｔｈ１と比較した結果に応じて複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたか否かを判定する失火判定部５５（失火判定手段）と、の各機能部を構成している。

回転変動量計測部５１は、燃焼行程が前後して続く複数の気筒１ａでそれぞれ圧縮上死点後の特定のクランク角となる時点の間の所要回転時間（７２０°／気筒数）を、例えば１２０°ＣＡ時間として算出する１２０°ＣＡ時間算出部５２と、この１２０°ＣＡ時間算出部５２によって単位計測期間毎に算出される１２０°ＣＡ時間の差を単位計測期間におけるクランク軸１０の回転変動量ΔＴｄｉとして計測する変動量算出部５３とによって構成されている。なお、１２０°ＣＡ時間算出部は、一定角度毎のクランク回転に要する時間を算出する公知の算出手段と同様のものであり、変動量算出部５３は少なくとも１回前の１２０°ＣＡ時間算出値、例えば２回前の算出値をＲＡＭ３３の作業メモリ領域の一部にストアし、最新の１２０°ＣＡ時間が算出される度に、最新の１２０°ＣＡ時間とその直前に算出されＲＡＭ３３内に記憶された前回の１２０°ＣＡ時間との差を、今回の回転変動量ΔＴｄｉとして失火判定部５５に出力するようになっている。

一方、失火判定部５５は、エンジン１が予め設定された低負荷条件で運転されている否かを判定する低負荷判定部５６（負荷判定手段）と、エンジン１の点火時期が予め設定された遅角判定値θｒ以上に遅角制御されているか否かを判定する点火時期遅角判定部５７（点火時期遅角判定手段）と、失火判定部５５および点火時期遅角判定部５７の判定結果に応じて失火判定条件を異ならせて失火判定する判定処理部５８とを含んで構成されている。ここで、遅角判定値θｒは、各気筒１ａの圧縮上死点後であって特定のクランク角θｐより大きく、１８０°より小さい範囲に設定されている。

低負荷判定部５６の判定に使用される低負荷条件は、予め設定されてバックアップメモリ３４に記憶されている。この低負荷条件には、例えば、エンジン１の機関回転数ｎｅがアイドル回転数に近い予め設定された回転数以下であること、スロットル開度が最小であること、エンジン１のウォータジャケット部（詳細図示せず）を通る冷却水の温度が予め設定された始動時判定水温（始動時と判定される水温の上限値）以下であること、および、エンジン１が排気浄化用触媒１９の暖機のための運転中であること、のうち少なくとも１つを含んでおり、例えば始動直後のエンジン１の暖機運転中や排気浄化用触媒１９の暖機中には低負荷と判定される。さらに、この低負荷条件には、エンジン１の吸入空気量が予め設定された低負荷時の吸入空気量以下であること、および、エンジン１のクランク軸１０に断接可能な慣性負荷、例えばクラッチ、その後段の変速ギヤ段、あるいは発電負荷となるエアコン等が接続されていないこと、のうち少なくとも１つを含んでおり、比較的大きな駆動トルクを要する負荷が接続されているときには低負荷と判定されないが、クラッチが切れた状態では、低負荷と判定され得る。

点火時期遅角判定部５７は、点火時期制御信号Ｐｂに基づいて点火時期を把握し、それがＲＯＭ３１又はバックアップメモリ３４のメモリ領域の一部に予め記憶格納された遅角判定値θｒ以上か否かを判定する。

判定処理部５８は、第１の判定しきい値ｔｈ１をエンジン１の機関回転数ｎｅ毎に設定した第１の判定しきい値マップＭ１と、第２の判定しきい値ｔｈ２をエンジン１の機関回転数ｎｅ毎に第１の判定しきい値マップＭ１よりも回転変動量ΔＴｄｉの拡大側に設定した第２の判定しきい値マップＭ２とを有している。

また、この判定処理部５８は、低負荷判定部５６により低負荷条件での運転中であると判定され、かつ、点火時期遅角判定部５７により点火時期が遅角判定値θｒ以上に遅角制御されていると判定された場合に、第１の判定しきい値マップＭ１および第２の判定しきい値マップＭ２に基づいて複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたか否かを判定し、他の場合には、第１の判定しきい値マップＭ１に基づいて複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたか否かを判定するようになっている。

より具体的には、判定処理部５８は、低負荷判定部５６により低負荷条件での運転中であると判定され、かつ、点火時期遅角判定部５７により遅角判定値θｒ以上に遅角制御されていると判定された場合であって、先行する単位計測期間中に第１の判定しきい値マップＭ１に基づいて複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたと判定したとき、次の単位計測期間については第２の判定しきい値マップＭ２に基づいて複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたか否かを判定するようになっている。

また、判定処理部５８の第２の判定しきい値マップＭ２における第２の判定しきい値ｔｈ２は、エンジン１の機関回転数ｎｅ毎に第１の判定しきい値マップＭ１の第１の判定しきい値ｔｈ１よりも所要回転時間が長くなる側に設定されている。

また、失火時の単位計測期間における回転変動の影響が失火のない次の単位計測期間にまで及ぶような場合、失火のない単位計測期間における回転変動量ΔＴｄｉは、直前の失火時の単位計測期間中の回転変動量ΔＴｄｉよりも減少する。すなわち、失火のない単位計測期間では、クランク軸１０の回転の減速度は失火時の単位計測期間中よりも低下することになる。そこで、第２の判定しきい値ｔｈ２は、第１の判定しきい値ｔｈ１と第２の判定しきい値ｔｈ２との差が失火時の回転変動量ΔＴｄｉ（最小値）に対応する第１の判定しきい値ｔｈ１よりも小さくなるように設定されている。

失火判定部５５には、上記の各機能部に加えて、複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたと判定されたとき、燃焼行程が前後して続く複数の気筒１ａについての回転変動量ΔＴｄｉの変動パターンを判定する失火パターン判定部５９（パターン判定手段）が設けられている。この失火パターン判定部５９は、連続して点火が行われる３つの気筒、すなわち燃焼行程が前後して連続する３つの気筒（例えば、第１気筒から第３気筒まで、第２気筒から第４気筒まで、第６気筒から第２気筒まで等）について、１つの気筒のみで失火が生じる単気筒失火、点火が連続する２つの気筒で連続して失火が生じる連続２気筒失火、および２つの失火の間に１つの正常燃焼が実行される間欠２気筒失火といった失火パターンを検出し、各失火パターンに適した失火判定を重ねて実行することで、失火判定の精度をより向上させるものであり、そのような失火パターンの判定処理自体は、例えば特開２００３−３４３３４０号公報に記載される公知の失火パターン判定処理と同様のものである。

次に、動作について説明する。

上述のように構成された本実施形態の内燃機関の失火検出装置では、クランク角センサからの一定角度ごとの回転検出パルスが回転変動量計測部５１に取り込まれ、燃焼行程が前後して続く複数の気筒１ａでそれぞれ圧縮上死点後の特定のクランク角となる時点の間の所要回転時間が１２０°ＣＡ時間算出部５２により順次算出され、その算出回毎に単位計測期間におけるクランク軸１０の回転変動量ΔＴｄｉが変動量算出部５３により算出される。

このとき、変動量算出部５３では、少なくとも１回前の１２０°ＣＡ時間の算出値、例えば２回前までの算出値がＲＡＭ３３の作業メモリ領域の一部に記憶保持され、最新の１２０°ＣＡ時間が算出される度に、最新の１２０°ＣＡ時間とその直前に算出された前回の１２０°ＣＡ時間との差が算出され、今回の単位計測期間における回転変動量ΔＴｄｉとして失火判定部５５に出力される。

図４は、エンジン１における爆発燃焼行程の移り変わりとそれに伴うクランク角の変化を示す説明図であり、同図中のθｄｉで示すクランク角度の範囲がそれぞれ前後して続く単位計測期間Ｔｄｉに対応している。

回転変動量計測部５１からの回転変動量ΔＴｄｉを入力する失火判定部５５では、その入力毎に、低負荷判定部５６により、エンジン１が予め設定された低負荷条件で運転されているか否かが判定されるとともに、点火時期遅角判定部５７により、エンジン１の点火時期が予め設定された遅角判定値θｒ以上に大きく遅角制御されているか否かが判定される。そして、判定処理部５８では、これら失火判定部５５および点火時期遅角判定部５７の判定結果に応じて、失火判定の判定条件を異ならせながら、失火判定処理が実行される。

図５は、その失火判定の判定条件の説明図である。

すなわち、エンジン１の負荷が上述の低負荷条件を満足しないか、点火時期が予め設定された遅角判定値θｒ以上に遅角制御されていない運転状態では、図５（ａ）に示すように、第１の判定しきい値マップＭ１に設定された機関回転数ｎｅ毎の第１の判定しきい値ｔｈ１に基づいて、複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたか否かが判定される。また、その気筒判定も公知の方法でなされる。

一方、エンジン１が低負荷条件での運転中であり、かつ、点火時期が予め設定された遅角判定値θｒ以上に遅角制御されている運転状態、例えば始動直後のエンジン１において触媒１９の暖機運転がなされているような運転状態では、第１の判定しきい値マップＭ１に設定された機関回転数ｎｅ毎の第１の判定しきい値ｔｈ１のみならず、第１の判定しきい値マップＭ１の第１の判定しきい値ｔｈ１よりも回転変動量ΔＴｄｉの拡大側の特定の範囲（ｔｈ２＞ｔｈ１＞ｔｈ２−ｔｈ１となる範囲）に設定された第２の判定しきい値ｔｈ２に基づいて、複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたか否かが判定される。したがって、低負荷で大きな遅角制御がなされている運転状態にあって、失火時の単位計測期間（１２０°ＣＡ時間）の回転変動の影響が、失火のない次の単位計測期間にまで及ぶ場合でも、第２の判定しきい値ｔｈ２を第１の判定しきい値ｔｈ１より回転変動量ΔＴｄｉの拡大側に設定した第２の判定しきい値マップＭ２に基づいて、的確な失火判定がなされる。

特に、本実施形態では、低負荷条件での運転中で、かつ、点火時期が遅角判定値θｒ以上に大きく遅角制御されていると判定された場合であって、先行する単位計測期間中に失火判定部５５の判定処理部５８により第１の判定しきい値マップＭ１に基づいて複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたと判定されたとき、その失火判定部５５の判定処理部５８が、次の単位計測期間中においては第２の判定しきい値マップＭ２に基づいて複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたか否かを判定するので、低負荷で大きな遅角制御がなされている運転状態にあって失火が生じた場合でも、最も簡素な処理で迅速にかつ精度良く失火を検出できることになる。

また、回転変動量計測部５１は、燃焼行程が前後して続く複数の気筒１ａでそれぞれ圧縮上死点後の特定のクランク角θｐとなる時点の間の所要回転時間の差によって一定クランク角θｄｉ毎の単位計測期間Ｔｄｉにおける回転変動量ΔＴｄｉを計測するように構成され、第２の判定しきい値マップＭ２における第２の判定しきい値ｔｈ２が、エンジン１の機関回転数ｎｅ毎に第１の判定しきい値マップＭ１の第１の判定しきい値ｔｈ１よりも所要回転時間が長くなる側に設定されているので、特定のクランク角θｐを適宜設定して単位計測期間の初期側で点火時期となるようにするだけで、燃焼行程が前後して続く複数の気筒１ａで特定のクランク角θｐとなる時点間の所要回転時間に相当する失火時の単位計測期間Ｔｄｉ中に、失火による回転変動の影響がほぼ確実に計測できることとなる。

さらに、本実施形態の失火検出装置においては、低負荷判定部５６で用いる低負荷条件が、エンジン１の機関回転数ｎｅがアイドル回転数に近い予め設定された回転数以下であること、エンジン１の冷却水の温度が予め設定された始動時判定水温以下であること、および、エンジン１が排気浄化用触媒の暖機のための運転中であること、のうち少なくとも１つを含んでいるので、エンジン１の電子制御に用いられる既知の検出情報を用いて内燃機関の低負荷の運転状態を的確に検出できる。

しかも、その低負荷条件が、エンジン１の吸入空気量が予め設定された低負荷時吸入空気量以下であること、および、エンジン１に断接可能な慣性負荷が接続されていないこと、のうち少なくとも１つを含んでいるので、エンジン１の低負荷の運転状態をより的確に検出できる。

また、本実施形態では、失火判定部５５の判定処理部５８により複数の気筒１ａのうちいずれかの気筒１ａに失火が生じたと判定されたとき、失火したいずれかの気筒１ａを含み燃焼行程が前後して続く複数の気筒１ａについての失火発生パターンがパターン判定部５９によって判定されるので、失火検出時にさらに燃焼行程の前後する気筒１ａを含めた複数気筒１ａ分の燃焼期間にわたって、複数失火やその失火の発生パターンをも判定し、より的確な失火判定を実行することができる。

また、本実施形態においては、エンジン１が４気筒を超える気筒数を有するので、低負荷で大きな遅角制御がなされている運転状態にあって、失火時の単位計測期間における回転変動の影響が失火のない次の単位計測期間にまで及び易い機関構成でありながらも、精度良く失火検出できることになる。

このように、本実施形態の失火検出装置では、低負荷で大きな遅角制御がなされている運転状態にあって、失火時の単位計測期間における回転変動の影響が失火のない次の単位計測期間にまで及ぶ場合でも、第１の判定しきい値マップＭ１の第１の判定しきい値ｔｈ１による失火判定に加えて、その第１の判定しきい値ｔｈ１より回転変動量ΔＴｄｉの拡大側に設定された第２の判定しきい値マップＭ２の第２の判定しきい値ｔｈ２に基づいて失火判定ができるようにしているので、内燃機関が低負荷でかつ点火時期が大幅に遅角側に制御されている運転状態であっても、失火を精度良く検出することのできる内燃機関の失火検出装置を提供することができる。

なお、上述の実施の形態においては、エンジン１を４気筒超の多気筒エンジン、例えば６気筒エンジンとしたが、４気筒または３気筒のエンジンであってもよいことはいうまでもない。また、本発明にいう低負荷条件は、上述した条件以外のパラメータを特定する低負荷の条件であってもよい。さらに、失火判定部５５により失火判定がなされたとき、その失火時の単位計測期間中の回転変動量ΔＴｄｉの大きさ（次の単位計測期間への回転変動の影響の大きさ）を考慮して、複数の第２の判定しきい値のうちいずれかを選択して失火判定の判定しきい値を設定することも考えられる。

以上説明したように、本発明の内燃機関の失火検出装置は、低負荷で大幅な遅角制御がなされている運転状態にあって失火時の単位計測期間における回転変動の影響が失火のない次の単位計測期間にまで及ぶような場合でも、第１の判定しきい値マップの判定しきい値による失火判定に加え、判定しきい値を第１の判定しきい値マップより回転変動量の拡大側に設定した第２の判定しきい値マップに基づいて失火を判定できるようにしているので、失火を精度良く検出することのできる内燃機関の失火検出装置を提供することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の失火検出装置、特に火花点火式の多気筒内燃機関のいずれかの気筒における失火時の回転変動情報に基づき失火判定を実行してその失火を検出する内燃機関の失火検出装置全般に有用である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の失火検出装置の概略構成図である。 一実施形態に係る内燃機関の模式的な上面図である。 一実施形態に係る失火判定装置を構成するＥＣＵの機能ブロック図である。 一実施形態に係る内燃機関における爆発燃焼行程の移り変わりとそれに伴うクランク角の変化を示す説明図である。 一実施形態に係る内燃機関の失火判定装置における異なる判定条件の説明図である。

符号の説明

１ エンジン
１ａ 気筒
２ ピストン
３ 燃焼室
６ 点火プラグ
７ 吸気管
１０ クランク軸
１８ 排気管
１９ 排気浄化用触媒
３０ エンジンＥＣＵ
３４ バックアップ用メモリ
４１ エアフローメータ（吸気量検出手段）
４２ クランク角センサ（機関回転速度検出手段）
５１ 回転変動量計測部（回転変動量計測手段）
５２ １２０°ＣＡ時間算出部
５３ 変動量算出部
５５ 失火判定部（失火判定手段）
５６ 低負荷判定部（負荷判定手段）
５７ 点火時期遅角判定部（点火時期遅角判定手段）
５８ 判定処理部
５９ 失火パターン判定部（失火パターン判定手段）
Ｍ１ 第１の判定しきい値マップ
Ｍ２ 第２の判定しきい値マップ
ｔｈ１ 第１の判定しきい値
ｔｈ２ 第２の判定しきい値
θｄｉ 一定クランク角(一定回転角度)
θｐ 特定のクランク角

Claims (7)

1. 火花点火式の多気筒内燃機関中にあって燃焼行程が前後して続く複数の気筒について一定回転角度毎の単位計測期間におけるクランク軸の回転変動量を計測する計測手段と、該計測手段により計測された回転変動量を予め設定された判定しきい値と比較した結果に応じて前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたか否かを判定する失火判定手段と、を備えた内燃機関の失火検出装置において、
   前記多気筒内燃機関が予め設定された低負荷条件で運転されているか否かを判定する負荷判定手段と、
   前記多気筒内燃機関の点火時期が予め設定された遅角判定値以上に遅角制御されているか否かを判定する点火時期遅角判定手段と、を備え、
   前記失火判定手段が、前記判定しきい値を前記多気筒内燃機関の機関回転数に応じて設定した第１の判定しきい値マップと、前記判定しきい値を前記多気筒内燃機関の機関回転数毎に前記第１の判定しきい値マップよりも前記回転変動量の拡大側に設定した第２の判定しきい値マップと、を有するとともに、前記負荷判定手段により前記低負荷条件での運転中であると判定され、かつ、前記点火時期遅角判定手段により前記点火時期が前記遅角判定値以上に遅角制御されていると判定された場合、前記第１の判定しきい値マップおよび前記第２の判定しきい値マップに基づいて前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたか否かを判定し、他の場合には、前記第１の判定しきい値マップに基づいて前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたか否かを判定することを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
2. 前記負荷判定手段により前記低負荷条件での運転中であると判定され、かつ、前記点火時期遅角判定手段により前記点火時期が前記遅角判定値以上に遅角制御されていると判定された場合であって、前記失火判定手段が先行する単位計測期間中に前記第１の判定しきい値マップに基づいて前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたと判定したとき、該失火判定手段が、次の単位計測期間中に前記第２の判定しきい値マップに基づいて前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたか否かを判定する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. 前記計測手段が、前記燃焼行程が前後して続く複数の気筒でそれぞれ圧縮上死点後の特定のクランク角となる時点の間の所要回転時間の差によって前記単位計測期間における回転変動量を計測するように構成され、
   前記第２の判定しきい値マップにおける前記判定しきい値が、前記多気筒内燃機関の機関回転数毎に前記第１の判定しきい値マップよりも前記所要回転時間が長くなる側に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の失火検出装置。
4. 前記低負荷条件が、前記多気筒内燃機関の機関回転数が予め設定された回転数以下であること、前記多気筒内燃機関の冷却水の温度が予め設定された始動時判定水温以下であること、および、前記多気筒内燃機関が排気浄化用触媒の暖機のための運転中であること、のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の失火検出装置。
5. 前記低負荷条件が、前記多気筒内燃機関の吸入空気量が予め設定された低負荷時吸入空気量以下であること、および、前記多気筒内燃機関に断接可能な慣性負荷が接続されていないこと、のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の失火検出装置。
6. 前記失火判定手段により前記複数の気筒のうちいずれかの気筒に失火が生じたと判定されたとき、該いずれかの気筒を含み燃焼行程が前後して続く複数の気筒についての失火の発生パターンを判定するパターン判定手段を備えた請求項１ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の失火検出装置。
7. 前記多気筒内燃機関が４気筒を超える気筒数を有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の失火検出装置。

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