JP2009235950A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、排気浄化触媒の未活性時に失火が発生した場合であっても大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することを目的とする。
【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、内燃機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサと、クランク角センサの信号に基づいて、失火の発生を検知する失火検知手段と、ＥＧＲ弁を閉じることによりＥＧＲが停止されているときに、失火検知手段により失火が検知された場合に、その失火した気筒から排出される未燃ガスがＥＧＲ通路を通って吸気通路に還流するように、ＥＧＲ弁を一時的に開く未燃ガス還流手段と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特開２００１−２４１３５３号公報には、クランク角センサの信号に基づいて各気筒毎の膨張行程時の瞬時最低回転速度および瞬時最高回転速度を算出し、それらに基づいて各気筒毎の回転変動偏差を算出することにより、失火気筒を検出する装置が開示されている。

特開２００１−２４１３５３号公報 特開平１１−２４１６３０号公報 特開２００４−２２５６５４号公報 特開平１１−１５９３６２号公報 特開２０００−１２０４７８号公報 特開２００４−９２６０３号公報

周知のように、冷間始動直後は、排気浄化触媒が低温であって活性化していないため、排気ガス中の有害成分を十分に浄化することができない。このため、従来より、排気浄化触媒の未活性時におけるエミッションの低減が極めて重要な課題となっている。

失火が生ずると、失火した気筒からは未燃ガスが排気ガスとして排出される。未燃ガスにはＨＣが多量に含まれる。従って、排気浄化触媒が活性化していない冷間始動直後において偶発的な失火が生じた場合には、多量のＨＣが浄化されずに大気中へ放出されてしまうという問題がある。上記従来の公報には、このような問題への対策が何ら開示されていない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気浄化触媒の未活性時に失火が発生した場合であっても、大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
前記内燃機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサと、
前記クランク角センサの信号に基づいて、失火の発生を検知する失火検知手段と、
前記ＥＧＲ弁を閉じることによりＥＧＲが停止されているときに、前記失火検知手段により失火が検知された場合に、その失火した気筒から排出される未燃ガスが前記ＥＧＲ通路を通って前記吸気通路に還流するように、前記ＥＧＲ弁を一時的に開く未燃ガス還流手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
排気弁から前記ＥＧＲ通路までの排気ガスの輸送遅れ時間を算出する輸送遅れ時間算出手段を備え、
前記未燃ガス還流手段は、前記失火した気筒の排気弁開弁期間を前記算出された輸送遅れ時間だけ遅らせた期間において前記ＥＧＲ弁を開くことを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記空燃比検出手段の検出結果に基づいて、前記輸送遅れ時間を補正するための学習値を取得する学習手段と、
前記学習値に基づいて前記輸送遅れ時間を補正する輸送遅れ時間補正手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、複数気筒の排気弁開弁期間が時間的に重なるものであり、
前記未燃ガス還流手段により前記ＥＧＲ弁が一時的に開かれた場合に、前記ＥＧＲ通路を通って前記吸気通路に還流するガスに、前記失火した気筒の排気弁開弁期間と重なる排気弁開弁期間を有する気筒から排出された不活性ガスが混入する割合を算出する不活性ガス割合算出手段と、
前記不活性ガス割合算出手段により算出された割合に基づいて、燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路をバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、排気ガス中のＨＣを吸着する機能を有するＨＣ吸着材と、
排気ガスを前記バイパス通路に流す状態と流さない状態とを切り替える流路切替弁と、
前記内燃機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサと、
前記クランク角センサの信号に基づいて、失火の発生を検知する失火検知手段と、
常時は前記バイパス通路に排気ガスを流さず、前記失火検知手段により失火が検知された場合には前記バイパス通路に一時的に排気ガスを流すことにより、その失火した気筒から排出される未燃ガスが前記ＨＣ吸着材を通過するように前記流路切替弁を制御する吸着制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記失火検知手段は、前記内燃機関の往復慣性質量による慣性トルクの平均値がほぼ０となるクランク角の区間における平均のクランク角加速度に基づいて、失火の発生を検知することを特徴とする。

第１の発明によれば、例えば冷間始動直後のように外部ＥＧＲが停止されている状態において、失火が検知された場合に、その失火した気筒から排出される未燃ガスがＥＧＲ通路を通って吸気通路に還流するように、ＥＧＲ弁を一時的に開くことができる。これにより、失火気筒から排出された未燃ガスを燃焼室に還流させて燃焼させることができるので、排気浄化触媒が未活性であっても、未燃ガス中のＨＣが大気中に放出されることを確実に抑制することができる。また、上記の場合において、燃焼室に還流するのは、不活性ガスではなく未燃ガス（つまり燃料と空気との混合気）が主である。このため、ＥＧＲ弁を一時的に開いても、燃焼室内の空燃比変化は抑制されるので、燃焼が不安定化することはない。よって、運転不良が生ずることを確実に抑制することができる。

第２の発明によれば、排気弁からＥＧＲ通路までの排気ガスの輸送遅れ時間を算出し、その輸送遅れ時間に基づいてＥＧＲ弁を制御することができる。これにより、失火気筒から排出された未燃ガスを正確にＥＧＲ通路に流入させることができる。

第３の発明によれば、空燃比検出手段の検出結果に基づいて、輸送遅れ時間を補正するための学習値を取得し、その学習値に基づいて輸送遅れ時間を補正することができる。これにより、経年変化に起因する輸送遅れ時間の算出誤差を精度良く補正することができる。よって、失火気筒から排出された未燃ガスをより正確にＥＧＲ通路に流入させることができる。

第４の発明によれば、複数気筒の排気弁開弁期間が時間的に重なる多気筒内燃機関の場合であっても、失火気筒から排出された未燃ガスを吸気通路に還流した際に、燃焼室内の空燃比の変動を確実に抑制することができる。

第５の発明によれば、例えば冷間始動直後のように外部ＥＧＲが停止されている状態において、失火が検知された場合に、その失火した気筒から排出される未燃ガスが、バイパス通路に配置されたＨＣ吸着材を通過するように、流路切替弁を制御することができる。これにより、失火気筒から排出された未燃ガス中のＨＣをＨＣ吸着材に吸着させることができるので、排気浄化触媒が未活性であっても、未燃ガス中のＨＣが大気中に放出されることを確実に抑制することができる。また、ＨＣ吸着材に排気ガスを流す時間を最小限に抑えることができるので、ＨＣ吸着材がＨＣで一杯になったり、ＨＣ吸着材の温度が上昇して、吸着されたＨＣが離脱したりすることを確実に防止することができる。

第６の発明によれば、内燃機関の往復慣性質量による慣性トルクの平均値がほぼ０となるクランク角の区間における平均のクランク角加速度に基づいて、失火の発生を検知することができる。これにより、特殊なセンサを用いることなしに、失火の発生および失火気筒を高精度に検知することができる。

実施の形態１．
[システム構成の説明]
図１は、本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、車両に搭載された内燃機関１０を備えている。本実施形態の内燃機関１０は、直列４気筒型であるものとする。図１には、そのうちの一つの気筒の断面が示されている。内燃機関１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。各気筒内には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。

吸気通路１６の途中には、電子制御式のスロットル弁２０と、サージタンク２２とが設けられている。サージタンク２２は、スロットル弁２０の下流側に配置されている。また、スロットル弁２０の上流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２３が設置されている。排気通路１８には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒２６が配置されている。

内燃機関１０の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料インジェクタ２８と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ３０と、吸気弁３２と、排気弁３６とが設けられている。なお、本発明では、燃料インジェクタ２８に代えて、または燃料インジェクタ２８とともに、気筒内に燃料を直接に噴射する筒内インジェクタが設けられていてもよい。

内燃機関１０のクランク軸２４の近傍には、クランク軸２４の回転角度（クランク角）を検出するためのクランク角センサ４２が設けられている。また、アクセルペダルの近傍には、アクセルペダル位置を検出するアクセルポジションセンサ４４が設置されている。

また、内燃機関１０は、排気通路１８内の排気ガスを吸気通路１６に還流させる、いわゆる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を実行するためのＥＧＲ通路４６を備えている。ＥＧＲ通路４６の一端は、排気通路１８に接続され、ＥＧＲ通路４６の他端は、サージタンク２２の下流側の吸気通路１６に接続されている。ＥＧＲ通路４６の途中には、このＥＧＲ通路４６を開閉することによって排気還流量を制御するためのＥＧＲ弁４８が設けられている。

本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０と、内燃機関１０の冷却水温を検出する水温センサ５２と、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ５４とを備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータがそれぞれ電気的に接続されている。

ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４２の信号に基づいてクランク軸２４の角加速度を算出し、その角加速度に基づいて失火の発生を検知する機能を有している。以下、本実施形態におけるクランク軸２４の角加速度の算出方法について説明する。

内燃機関１０の図示トルクＴ_iは、下記（１）式および（２）式で表すことができる。

（２）式の右辺は、図示トルクＴ_iを発生させるトルクを示しており、（１）式の右辺は、図示トルクＴ_iを消費するトルクを示している。

（１）式の右辺において、Ｊは混合気の燃焼等によって駆動される駆動部材の慣性モーメント、ｄω／ｄｔはクランク軸２４の角加速度、Ｔ_fは駆動部のフリクショントルク、Ｔ_lは走行時に路面から受ける負荷トルク、を示している。ここで、Ｊ×（ｄω／ｄｔ）はクランク軸２４の角加速度に起因する動的な損失トルクである。フリクショントルクＴ_fは、ピストン１２とシリンダ内壁の摩擦など各嵌合部の機械的な摩擦によるトルクであって、補機類の機械的な摩擦によるトルクを含むものである。負荷トルクＴ_lは、走行時の路面状態などの外乱によるトルクである。本実施形態では、冷間始動後のアイドル状態における失火を検知するため、以下の説明ではＴ_l＝０とする。

また、（２）式の右辺において、Ｔ_gasはシリンダの筒内ガス圧によるトルク、Ｔ_inertiaはピストン１２などの往復慣性質量による慣性トルクを示している。筒内ガス圧によるトルクＴ_gasは、シリンダ内の混合気の燃焼によって発生するトルクである。

（１）式に示されるように、図示トルクＴ_iは、角加速度に起因する動的な損失トルクＪ×（ｄω／ｄｔ）、フリクショントルクＴ_f、及び負荷トルクＴ_lの和として求めることができる。

図２は、（２）式の各トルクとクランク角との関係を示す特性図である。図２において、縦軸は各トルクの大きさを、横軸はクランク角を示しており、図２中の一点鎖線は図示トルクＴ_iを、実線は筒内ガス圧によるトルクＴ_gasを、破線は往復慣性質量による慣性トルクＴ_inertiaをそれぞれ示している。ここで、図２は４気筒エンジンの場合の特性を示したものであり、図２中のＴＤＣ、ＢＤＣは、４気筒のうちの１気筒のピストン１２が上死点（ＴＤＣ）、または下死点（ＢＤＣ）の位置にある場合のクランク角（０°，１８０°）を示している。内燃機関１０が４気筒の場合、クランク軸２４が１８０°回転する度に１気筒ずつ膨張行程が行われ、各気筒の膨張行程毎に図２中のＴＤＣからＢＤＣまでのトルク特性が繰り返し現れる。

図２中の実線に示すように、筒内ガス圧によるトルクＴ_gasは、ＴＤＣからＢＤＣの間で急激に増加し、減少する。ここで、Ｔ_gasの急激な増加は、燃焼室内の混合気が爆発（燃焼）するためである。爆発後、Ｔ_gasは減少し、他の圧縮行程あるいは排気行程にある気筒の影響により、負の値を取る。そのクランク角がＢＤＣに達するとシリンダの容積変化が０となり、これによってＴ_gasは０の値を取る。

一方、往復慣性質量による慣性トルクＴ_inertiaは、筒内ガス圧によるトルクＴ_gasとはほとんどあるいは無視できるほど無関係に、ピストン１２など往復運動する部材の慣性質量によって発生する慣性トルクである。往復運動する部材は加減速を繰り返しており、Ｔ_inertiaはクランク軸２４が回転していれば角速度一定の場合であっても常に発生する。図２中の破線に示すように、クランク角がＴＤＣの位置では往復運動する部材は停止しており、Ｔ_inertia＝０である。クランク角がＴＤＣからＢＤＣに向かって進むと、往復運動する部材が停止状態から運動し始める。この際、これらの部材の慣性によってＴ_inertiaは負の方向に増加する。クランク角が９０°近傍に達した時点では、往復運動する部材が所定の速度で運動しているため、これらの部材の慣性によってクランク軸２４が回転する。従って、Ｔ_inertiaはＴＤＣとＢＤＣの間で負の値から正の値へ変わる。その後、クランク角がＢＤＣまで到達すると往復運動する部材は停止し、Ｔ_inertia＝０となる。

（２）式に示されるように、図示トルクＴ_iは筒内ガス圧によるトルクＴ_gasと往復慣性質量による慣性トルクＴ_inertiaの和である。このため、図２の一点鎖線に示されるように、ＴＤＣとＢＤＣの間では、図示トルクＴ_iは混合気の爆発によるＴ_gasの増加によって増加し、一旦減少した後、Ｔ_inertiaによって再び増加するという複雑な挙動を示している。

内燃機関１０において失火が発生すると、失火した気筒においては、混合気の爆発による筒内ガス圧トルクＴ_gasの上昇が得られない。その結果、図示トルクＴ_iが一時的に低下するので、クランク軸２４の角加速度ｄω／ｄｔも一時的に低下する。このため、クランク軸２４の角加速度ｄω／ｄｔから、失火を検知することが可能である。しかしながら、図示トルクＴ_iは、上述したように、筒内ガス圧トルクＴ_gasの影響だけでなく、往復慣性質量による慣性トルクＴ_inertiaの影響により、複雑な挙動を示す。よって、この慣性トルクＴ_inertiaの影響が排除できないと、何れの気筒で失火が発生したのかを精度良く検出することが困難である。そこで、本実施形態では、次のようにして、往復慣性質量による慣性トルクＴ_inertiaの影響を排除することとした。

ＴＤＣからＢＤＣまでのクランク角１８０°の区間に着目すると、この区間での往復慣性質量による慣性トルクＴ_inertiaの平均値は０となる。これは、往復慣性質量を有する部材が、クランク角０°〜９０°近傍とクランク角９０°近傍〜１８０°で反対の動きをするためである。従って、（１）式および（２）式の各トルクをＴＤＣからＢＤＣまでの平均値として算出すると、往復慣性質量による慣性トルクＴ_inertia＝０として計算することができる。これにより、往復慣性質量による慣性トルクＴ_inertiaが図示トルクＴ_iに与える影響を排除することができる。

すなわち、ＴＤＣからＢＤＣまでの区間において各トルクの平均値を求めると、慣性トルクＴ_inertiaの平均値が０となる。従って、同区間でクランク軸２４の角加速度ｄω／ｄｔの平均値を求めれば、往復慣性質量が与える影響を排除して角加速度ｄω／ｄｔを求めることができる。

以下、本実施形態における角加速度ｄω／ｄｔの具体的な算出方法について説明する。図３は、クランク軸２４の角加速度を算出する方法を示す模式図である。図３に示すように、本実施形態では、クランク軸２４の回転の１０°毎にクランク角センサ４２からクランク角信号が検出される。そして、ＴＤＣとＢＤＣとの２ヶ所のクランク角位置で角速度ω_０（ｋ），ω_０（ｋ＋１）をそれぞれ求めるとともに、クランク軸２４がＴＤＣからＢＤＣまで回転する時間Δｔ（ｋ）を求める。

角速度ω_０（ｋ）を求める際には、例えば図３に示すように、クランク角がＴＤＣの位置から前後１０°ずつ回転している間の時間Δｔ_０（ｋ），Δｔ_１０（ｋ）をクランク角センサ４２から検出する。そして、時間Δｔ_０（ｋ）＋Δｔ_１０（ｋ）の間にクランク軸２４が２０°回転しているため、ω_０（ｋ）＝（２０／（Δｔ_０（ｋ）＋Δｔ_１０（ｋ）））×（π／１８０°）を演算することによって、ω_０（ｋ）［ｒａｄ／ｓ］を算出できる。同様に、ω_０（ｋ＋１）を算出する際は、クランク角がＢＤＣの位置から前後１０°ずつ回転している間の時間Δｔ_０（ｋ＋１），Δｔ_１０（ｋ＋１）を検出する。そして、ω_０（ｋ＋１）＝（２０／（Δｔ_０（ｋ＋１）＋Δｔ_１０（ｋ＋１）））×（π／１８０°）を演算することによってω_０（ｋ＋１）［ｒａｄ／ｓ］を算出できる。

上記のようにして角速度ω_０（ｋ），ω_０（ｋ＋１）を求めた後、（ω_０（ｋ＋１）−ω_０（ｋ））／Δｔ（ｋ）を演算することにより、ＴＤＣからＢＤＣまでクランク軸２４が回転する間の角加速度ｄω／ｄｔの平均値を算出することができる。

図４は、本実施形態における失火検知方法を説明するための図である。図４では、横軸がクランク角を示す。図４の上段は、内燃機関１０の各気筒の行程を示している。この図に示すように、本実施形態の内燃機関１０のような直列４気筒型エンジンの爆発順序は、通常、＃１→＃３→＃４→＃２である（＃は気筒番号）。なお、図４中に示すＴＤＣおよびＢＤＣは、＃１気筒および＃４気筒のものであり、＃２気筒および＃３気筒ではこれと逆になる。

図４の下段に示すように、ＥＣＵ５０は、各気筒の膨張行程毎に、逐次、クランク軸２４の角加速度ｄω／ｄｔを、上述した手法に従って算出する。そして、その算出された角加速度ｄω／ｄｔが、所定の失火判定閾値を下回った場合には、その気筒で失火が発生したものと判定する。図４に示す例では、＃１気筒の膨張行程時に算出された角加速度ｄω／ｄｔが失火判定閾値を下回っている。よって、この場合には、＃１気筒において失火が発生したと判定することができる。

失火した気筒では、筒内の混合気が燃焼されずにそのまま排気弁３６から排出される。このため、失火した気筒からは、続く排気行程において、未燃ＨＣを多量に含んだ排気ガス（以下「未燃ガス」と称する）が排気弁３６から排出される。排気浄化触媒２６の暖機が終了し、活性化している状態では、このような未燃ＨＣは排気浄化触媒２６において浄化される。しかしながら、内燃機関１０の冷間始動直後のように、排気浄化触媒２６が活性化していないときには、排気浄化触媒２６で未燃ＨＣを浄化することができない。

ところで、冷間始動直後のように内燃機関１０が低温であるときは、外部ＥＧＲを実行すると、不活性ガスの影響によって筒内の燃焼が不安定となり、アイドル運転不良を招来し易い。このため、冷間始動直後においては、原則として、ＥＧＲ弁４８が閉じられ、外部ＥＧＲが停止される。従って、この場合に失火が発生すると、失火気筒から排出された未燃ガスは、全部、排気浄化触媒２６へと流れる。よって、この未燃ガスに含まれる大量のＨＣが、未活性状態の排気浄化触媒２６をすり抜け、そのまま大気中に放出されてしまうという問題がある。

このような問題を解決するため、本実施形態では、次のような制御を行うこととした。すなわち、本実施形態では、失火気筒の排気弁３６から未燃ガスが排出されたときに、その未燃ガスがＥＧＲ通路４６を通って吸気通路に１６に還流するように、ＥＧＲ弁４８を一時的に開くこととした。これにより、未燃ガスを燃焼室に還流させて燃焼させることができるので、大気中への未燃ＨＣの放出を確実に抑制することができる。また、この場合に吸気通路１６に還流するのは、不活性ガスではなく、未燃ガス（つまり燃料と空気との混合気）が主である。このため、ＥＧＲ弁４８を一時的に開いても、燃焼室内の空燃比Ａ／Ｆが変化することはなく、燃焼が不安定化することもない。よって、アイドル運転不良が生ずることはない。

図５は、失火気筒から排出された未燃ガスを、ＥＧＲ通路４６を通して吸気通路１６に還流させる場合の、ＥＧＲ弁４８の制御方法を示す図である。失火気筒の排気弁３６から排出された未燃ガスをＥＧＲ通路４６に流入させるためには、その未燃ガスが排気通路１８とＥＧＲ通路４６との分岐部に到達したタイミングでＥＧＲ弁４８を開き、すべての未燃ガスがＥＧＲ通路４６に導入されたタイミングでＥＧＲ弁４８を閉じればよい。排気ガスが、排気弁３６から、ＥＧＲ通路４６への分岐部まで流れるのに要する時間（以下「輸送遅れ時間」と称する）は、排気弁３６から上記分岐部までの距離を、排気ガス流速で除することによって算出することができる。排気ガス流速は、排気ガス流量に比例する。排気ガス流量は、吸入空気量と相関する。よって、本実施形態では、エアフローメータ２３で検出される吸入空気量に基づいて、輸送遅れ時間を算出することができる。図５に示すように、本実施形態では、失火が検出された場合に、その失火気筒の排気弁開き時期より上記輸送遅れ時間だけ後の時点から、同失火気筒の排気弁閉じ時期より上記輸送遅れ時間だけ後の時点までの間、ＥＧＲ弁４８を開く。これにより、失火気筒から排出された未燃ガスをＥＧＲ通路４６に正確に取り込むことができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１０の冷間始動後（排気浄化触媒２６の未活性時）に実行されるものとする。前述したように、冷間始動後には、アイドル運転不良を防止するため、原則としてＥＧＲ弁４８を閉じて外部ＥＧＲが停止される。

冷間始動後は、前述した手法に従い、各気筒の膨張行程毎に、逐次、クランク軸２４の角加速度ｄω／ｄｔが算出される（ステップ１００）。そして、その算出された角加速度ｄω／ｄｔと、所定の失火判定閾値とを比較することにより、失火の有無が判定される（ステップ１０２）。

上記ステップ１０２において、角加速度ｄω／ｄｔが失火判定閾値を下回った場合には、その気筒において失火が発生したものと判定される。この場合には、次に、輸送遅れ時間Tdが算出される（ステップ１０４）。このステップ１０４では、エアフローメータ２３で検出される吸入空気量に基づいて排気ガス流量が算出され、その排気ガス流量に基づいて輸送遅れ時間Tdが算出される。

続いて、失火が検知された気筒の排気弁開き時期より、上記ステップ１０４で算出された輸送遅れ時間Tdだけ後のタイミングが到来したか否かが判別される（ステップ１０６）。このタイミングが到来したときには、失火した気筒の排気弁３６から排出された未燃ガスが、排気通路１８とＥＧＲ通路４６との分岐部に到達したと判断できる。そこで、このタイミングの到来を待って、ＥＧＲ弁４８が開かれる（ステップ１０８）。

続いて、失火が検知された気筒の排気弁閉じ時期より、上記ステップ１０４で算出された輸送遅れ時間Tdだけ後のタイミングが到来したか否かが判別される（ステップ１１０）。このタイミングが到来したときには、失火した気筒の排気弁３６から排出された未燃ガスは、すべてＥＧＲ通路４６に導入されたと判断できる。そこで、このタイミングの到来を待って、ＥＧＲ弁４８が閉じられる（ステップ１１２）。

以上説明したように、本実施形態によれば、排気浄化触媒２６の未活性時に失火が生じた場合に、その失火気筒から排出される未燃ガスを燃焼室に還流させて、燃焼に供することができる。このため、未燃ＨＣが大気中に放出されることを確実に抑制することができる。この場合、吸気通路に１６に還流するのは、不活性ガスではなく、未燃ガスが主である。よって、燃焼室内の不活性ガス割合が増大することはないので、冷間始動直後のように内燃機関１０の温度が低い状態であっても、運転不良を招来することはない。

また、本実施形態では、内燃機関１０の往復慣性質量による慣性トルクの平均値がほぼ０となるクランク角の区間における平均のクランク角加速度を算出し、そのクランク角速度に基づいて失火の発生およびその失火した気筒を検知している。これにより、失火の発生および失火気筒を精度良く判定することができる。また、特別なセンサ（筒内圧センサ等）を設ける必要がなく、低コスト化が図れる。

なお、上述した例では、４気筒の内燃機関に本発明を適用したが、４気筒以外の内燃機関であっても、往復慣性質量による慣性トルクの平均値が０となる区間（７２０°CA／気筒数）における平均のクランク角速度を算出することにより、同様に本発明を適用可能である。

また、本実施形態では、一つの気筒が失火した場合を例に説明したが、複数気筒が連続して失火した場合にも、同様にして本発明を適用することができる。

上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００および１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「失火検知手段」が、上記ステップ１０４〜１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「未燃ガス還流手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「輸送遅れ時間算出手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、前述した実施の形態１と同様である。

本実施形態では、空燃比センサ５４の検出結果に基づいて、輸送遅れ時間Tdを補正するための学習値を算出する。前述したように、輸送遅れ時間Tdは、排気弁３６から、ＥＧＲ通路４６への分岐部までの距離と、排気ガス流速とによって決定される。排気ガス流速は、排気ガス流量に比例する。しかしながら、内燃機関１０の経年変化に伴い、その比例関係が変化する場合がある。例えば、排気通路１８の内壁にデポジットが堆積すると、排気通路１８の流路断面積が小さくなるので、排気ガスの流量が同じでも流速が速くなる。このため、算出される輸送遅れ時間Tdに誤差が生ずる。

算出される輸送遅れ時間Tdに誤差が生ずると、失火気筒からの未燃ガスがＥＧＲ通路４６への分岐部に到達するタイミングと、ＥＧＲ弁４８を開閉するタイミングとにずれが生ずる。その結果、未燃ガスの一部が排気通路１８の下流に流れたり、不活性ガス（既燃ガス）がＥＧＲ通路４６を介して燃焼室に還流することにより燃焼を悪化させたりするおそれがある。

本実施形態では、上述したような経年変化に起因する輸送遅れ時間Tdの誤差を、次のようにして補正することとした。図７は、失火が発生した場合における空燃比センサ５４の出力を示す図である。内燃機関１０の空燃比は、公知の空燃比フィードバック制御により、所望の空燃比幅に収まるように制御されている。失火気筒から発生した未燃ガスがＥＧＲ通路４６を通して吸気通路１６に正しく還流された場合には、燃焼室内の空燃比が変化することはないので、空燃比センサ５４で検出される排気空燃比がずれることはない。

しかしながら、輸送遅れ時間Tdに誤差が生じた場合には、その誤差の分だけ、ＥＧＲ弁４８の開弁期間が適正な期間からずれる。そのずれた期間においては、未燃ガスに代わって不活性ガスが燃焼室に還流する。不活性ガスが燃焼室に還流すると、空燃比がリーン側にずれるため、図７に示すように、空燃比センサ５４で検出される排気空燃比が所望の空燃比幅から外れる。この期間、つまり排気空燃比が所望の空燃比幅から外れている期間（以下「空燃比乱れ期間」と称する）tdは、不活性ガスが燃焼室に還流している期間に相当し、よって、輸送遅れ時間Tdに生じている誤差に相当する。

従って、輸送遅れ時間Tdを空燃比乱れ期間tdで補正すれば、適正な輸送遅れ時間Tdを算出することができる。ただし、空燃比乱れ期間tdは、排気ガス流量に反比例する。そこで、本実施形態では、空燃比乱れ期間tdを空燃比センサ５４の出力に基づいて算出するとともに、単位流量当たりの輸送遅れ時間補正値である「空燃比乱れ期間td／排気ガス流量」を学習値として算出することとした。そして、前述した図６のステップ１０４においては、上記学習値に排気ガス流量を乗じて得られる補正値を、輸送遅れ時間Tdに加算することにより、輸送遅れ時間Tdを補正することとした。

本実施形態によれば、上述したようにして輸送遅れ時間Tdを学習値に基づいて適切に補正することができる。このため、内燃機関１０の経年変化が生じた場合であっても、失火気筒から排出される未燃ガスを高精度に燃焼室に還流させることができ、大気中への未燃ＨＣの放出をより確実に抑制することができる。なお、本実施形態では、空燃比センサ５４に代えて、酸素センサを用いてもよい。

上述した実施の形態２においては、空燃比センサ５４が前記第３の発明における「空燃比検出手段手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、「空燃比乱れ期間td／排気ガス流量」を学習値として取得することにより前記第３の発明における「学習手段」が、上記学習値に排気ガス流量を乗じて得られる補正値を輸送遅れ時間Tdに加算することにより前記第３の発明における「輸送遅れ時間補正手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態３．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、内燃機関１０がＶ型８気筒であること以外は、前述した実施の形態１と同様である。

前述した実施の形態１のような４気筒エンジンにおいては、各気筒の行程が１８０°CAずつずれているので、各気筒の排気弁開弁期間同士が時間的に大きく重なることはない。これに対し、気筒数がより多いエンジンでは、各気筒の排気弁開弁期間同士の時間的な重なりが大きくなる。

図８は、Ｖ型８気筒エンジンの各気筒の排気弁開弁期間の重なりを示す図である。図８に示すように、ある気筒で失火が発生した場合、この気筒の排気弁開弁期間の前半は、爆発順序が一つ前の気筒の排気弁開弁期間と重なっており、また、当該気筒の排気弁開弁期間の後半は、爆発順序が一つ後の気筒の排気弁開弁期間と重なっている。このため、失火気筒の未燃ガスをＥＧＲ通路４６に取り込もうとした場合、未燃ガスとともに、爆発順序が一つ前の気筒および一つ後の気筒からの排気ガスの一部もＥＧＲ通路４６に取り込まれることとなる。その結果、燃焼室に不活性ガスが還流するので、空燃比制御性が悪化するおそれがある。

本実施形態では、上記のような空燃比制御性の悪化を防止するため、次のような制御を行う。本実施形態では、失火気筒の未燃ガスを還流させるためにＥＧＲ弁４８を一時的に開いた際に、ＥＧＲ通路４６を通って還流するガス中における不活性ガスの割合を、次式に基づいて算出する。

不活性ガス割合＝（オーバーラップ区間のガス量）／
（失火気筒のガス量＋オーバーラップ区間のガス量）

上記式において、「オーバーラップ区間のガス量」とは、図８を参照して説明したように、失火気筒と排気弁開弁期間が重なっている他の気筒から、その重なりの区間において排出される排気ガス（すなわち不活性ガス）の量を意味する。失火気筒のガス量、および、オーバーラップ区間のガス量は、それぞれ、排気ガス流速と、排気弁開弁期間とに基づいて、気筒毎に算出することができる。

本実施形態では、上記のようにして算出される不活性ガス割合に基づいて、燃料インジェクタ２８からの燃料噴射量を補正する。すなわち、不活性ガス割合が多い場合ほど、燃料噴射量を増量する。これにより、不活性ガスの影響で空燃比がリーン側にずれることを確実に防止することができ、空燃比制御性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、Ｖ型８気筒エンジンの場合を例に説明したが、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジンなどにも同様に適用することができる。

上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上述した制御を実施することにより「不活性ガス割合算出手段」および「燃料噴射量補正手段」が実現されている。

実施の形態４．
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

図９は、本発明の実施の形態４のシステム構成を説明するための図である。なお、図９において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図９に示すように、本実施形態の内燃機関１０の排気通路１８の途中には、この排気通路１８をバイパスするバイパス通路６０が設けられている。バイパス通路６０の途中には、排気ガス中の未燃ＨＣを吸着する機能を有するＨＣ吸着材６２が設置されている。このＨＣ吸着材６２としては、例えば、活性炭やゼオライトなどを用いることができる。

排気通路１８からバイパス通路６０が分岐する分岐部には、排気ガスをバイパス通路６０に流す状態と、排気ガスをバイパス通路６０に流さずにそのまま排気通路１８の下流に流す状態とを切り替え可能な流路切替弁６４が設置されている。流路切替弁６４は、ＥＣＵ５０により制御される。

本実施形態では、冷間始動直後のように排気浄化触媒２６が未活性であるときに、失火が発生して未燃ガスが排気通路１８に流れた場合には、排気弁３６から流路切替弁６４までの輸送遅れ時間に基づいて流路切替弁６４を制御することにより、未燃ガスをバイパス通路６０に流すこととした。これにより、未燃ガス中のＨＣをＨＣ吸着材６２に吸着させることができ、大気中への未燃ＨＣの放出を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、失火気筒からの未燃ガスをバイパス通路６０に取り込むとき以外は、バイパス通路６０に排気ガスが流れることを回避することができる。これにより、次のような利点がある。

第１の利点としては、ＨＣ吸着材６２がＨＣで一杯になってしまうことを防止することができる。すなわち、ＨＣ吸着材６２の吸着容量には限界があるので、ＨＣ吸着材６２に排気ガスを流し続けると、ＨＣ吸着材６２がＨＣで一杯になってしまう。すると、失火が発生してＨＣを多量に含んだ未燃ガスが排出された場合に、ＨＣを吸着することができず、大気中にＨＣが放出されてしまう。本実施形態によれば、そのような事態を確実に回避することができ、失火気筒からの未燃ＨＣを確実にＨＣ吸着材６２に吸着することができる。

第２の利点としては、ＨＣ吸着材６２の温度上昇を確実に抑制することができる。ＨＣ吸着材６２は、温度が上昇すると、吸着したＨＣを離脱させる性質を有している。このため、ＨＣ吸着材６２に排気ガスを流し続けると、ＨＣ吸着材６２の温度が上昇して、吸着したＨＣが離脱してしまい、このＨＣが大気中に放出されてしまう。また、ＨＣ吸着材６２の温度が上昇すると、ＨＣ吸着材６２の劣化が進行する。本実施形態によれば、これらの事態を確実に回避することができる。

なお、ＨＣ吸着材６２に吸着されたＨＣを浄化する方法は、特に限定されないが、本実施形態では、例えば次のような手法で行うことができる。排気浄化触媒２６が活性した後に、流路切替弁６４を少しずつ開いて、ＨＣ吸着材６２に排気ガスの一部を流す。これにより、ＨＣ吸着材６２の温度をＨＣ離脱温度まで上昇させて、ＨＣを離脱させる。離脱したＨＣは、排気浄化触媒２６によって浄化される。

［実施の形態４における具体的処理］
図１０は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１０の冷間始動後（排気浄化触媒２６の未活性時）に実行されるものとする。

冷間始動後は、失火を検知するべく、内燃機関１０のクランク軸２４の角加速度ｄω／ｄｔが算出される（ステップ１２０）。このステップ１２０の処理は図６のステップ１００と同様である。次いで、上記ステップ１２０で算出された角加速度ｄω／ｄｔと、所定の失火判定閾値とを比較することにより、失火の有無が判定される（ステップ１２２）。

上記ステップ１２２において、角加速度ｄω／ｄｔが失火判定閾値を下回った場合には、その気筒において失火が発生したものと判定される。この場合には、次に、輸送遅れ時間Tdが算出される（ステップ１２４）。このステップ１２４では、エアフローメータ２３で検出される吸入空気量に基づいて排気ガス流量が算出され、その排気ガス流量に基づいて、排気弁３６から流路切替弁６４までの輸送遅れ時間Tdが算出される。

続いて、失火が検知された気筒の排気弁開き時期より、上記ステップ１２４で算出された輸送遅れ時間Tdだけ後のタイミングが到来したか否かが判別される（ステップ１２６）。このタイミングが到来したときには、失火した気筒の排気弁３６から排出された未燃ガスが、流路切替弁６４に到達したと判断できる。そこで、このタイミングの到来を待って、バイパス通路６０に排気ガスが流れるように、流路切替弁６４が開かれる（ステップ１２８）。

続いて、失火が検知された気筒の排気弁閉じ時期より、上記ステップ１２４で算出された輸送遅れ時間Tdだけ後のタイミングが到来したか否かが判別される（ステップ１３０）。このタイミングが到来したときには、失火した気筒の排気弁３６から排出された未燃ガスは、すべてバイパス通路６０に導入されたと判断できる。そこで、このタイミングの到来を待って、バイパス通路６０に排気ガスが流れないように、流路切替弁６４が閉じられる（ステップ１３２）。

以上説明した図１０に示すルーチンの処理によれば、失火気筒からの未燃ガスが来たときだけ、バイパス通路６０に排気ガスを流すことができる。このため、未燃ガス中のＨＣをＨＣ吸着材６２に確実に吸着させることができる。また、ＨＣ吸着材６２がＨＣで一杯になったり、ＨＣ吸着材６２の温度が上昇して、吸着されたＨＣが離脱したりすることを確実に防止することができる。

上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１２０および１２２の処理を実行することにより前記第５の発明における「失火検知手段」が、上記ステップ１２４〜１３２の処理を実行することにより前記第５の発明における「吸着制御手段」が、それぞれ実現されている。

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図である。 図示トルク、筒内ガス圧トルクおよび慣性トルクの特性を示す図である。 クランク軸の角加速度を算出する方法を示す模式図である。 本発明の実施の形態１における失火検知方法を説明するための図である。 失火気筒から排出された未燃ガスをＥＧＲ通路を通して吸気通路に還流させる場合のＥＧＲ弁制御方法を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 失火が発生した場合における空燃比センサの出力を示す図である。 Ｖ型８気筒エンジンの各気筒の排気弁開弁期間の重なりを示す図である。 本発明の実施の形態４のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１６ 吸気通路
１８ 排気通路
２０ スロットル弁
２２ サージタンク
２３ エアフローメータ
２４ クランク軸
２６ 排気浄化触媒
２８ 燃料インジェクタ
３２ 吸気弁
３６ 排気弁
４２ クランク角センサ
４４ アクセルポジションセンサ
４６ ＥＧＲ通路
４８ ＥＧＲ弁
５０ ＥＣＵ
５２ 水温センサ
５４ 空燃比センサ
６０ バイパス通路
６２ ＨＣ吸着材
６４ 流路切換弁

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
   前記内燃機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサと、
   前記クランク角センサの信号に基づいて、失火の発生を検知する失火検知手段と、
   前記ＥＧＲ弁を閉じることによりＥＧＲが停止されているときに、前記失火検知手段により失火が検知された場合に、その失火した気筒から排出される未燃ガスが前記ＥＧＲ通路を通って前記吸気通路に還流するように、前記ＥＧＲ弁を一時的に開く未燃ガス還流手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 排気弁から前記ＥＧＲ通路までの排気ガスの輸送遅れ時間を算出する輸送遅れ時間算出手段を備え、
   前記未燃ガス還流手段は、前記失火した気筒の排気弁開弁期間を前記算出された輸送遅れ時間だけ遅らせた期間において前記ＥＧＲ弁を開くことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記空燃比検出手段の検出結果に基づいて、前記輸送遅れ時間を補正するための学習値を取得する学習手段と、
   前記学習値に基づいて前記輸送遅れ時間を補正する輸送遅れ時間補正手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関は、複数気筒の排気弁開弁期間が時間的に重なるものであり、
   前記未燃ガス還流手段により前記ＥＧＲ弁が一時的に開かれた場合に、前記ＥＧＲ通路を通って前記吸気通路に還流するガスに、前記失火した気筒の排気弁開弁期間と重なる排気弁開弁期間を有する気筒から排出された不活性ガスが混入する割合を算出する不活性ガス割合算出手段と、
   前記不活性ガス割合算出手段により算出された割合に基づいて、燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
5. 内燃機関の排気通路をバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、排気ガス中のＨＣを吸着する機能を有するＨＣ吸着材と、
   排気ガスを前記バイパス通路に流す状態と流さない状態とを切り替える流路切替弁と、
   前記内燃機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサと、
   前記クランク角センサの信号に基づいて、失火の発生を検知する失火検知手段と、
   常時は前記バイパス通路に排気ガスを流さず、前記失火検知手段により失火が検知された場合には前記バイパス通路に一時的に排気ガスを流すことにより、その失火した気筒から排出される未燃ガスが前記ＨＣ吸着材を通過するように前記流路切替弁を制御する吸着制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 前記失火検知手段は、前記内燃機関の往復慣性質量による慣性トルクの平均値がほぼ０となるクランク角の区間における平均のクランク角加速度に基づいて、失火の発生を検知することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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