JP2018159349A - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1.複数の気筒を有し、クランク軸に変速装置の回転軸が連結される内燃機関に適用され、クランク信号に現れる前記クランク軸の回転挙動に基づき、失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、前記回転軸と前記クランク軸とが連結されている状態である連結状態において、前記回転軸の角度検出信号および前記クランク信号に基づき、前記回転挙動から前記クランク軸と前記回転軸とのねじれに起因した成分を除去したものの所定の周波数成分の時系列データを算出する所定成分算出処理と、前記連結状態において、前記回転挙動を示す時系列データから前記所定の周波数成分が除去された時系列データを生成する所定成分除去処理と、前記所定成分算出処理の出力値と前記所定成分除去処理の出力値とに基づき、前記所定成分除去処理の出力値に前記所定の周波数成分が合成された前記回転挙動を示す時系列データを復元する復元処理と、前記復元処理によって復元された前記回転挙動の時系列データに基づき、失火の有無を判定する失火判定処理と、を実行する。
図1に示すように、内燃機関10は、6気筒を有する4ストロークエンジンである。特に本実施形態では、ガソリン機関のように筒内充填空気量によってトルクを調整する内燃機関を想定している。なお、以下では、圧縮上死点の出現順序に従って、気筒#1,#2,#3,#4,#5,#6を定義している。すなわち、第1の気筒#1の次に圧縮上死点が出現する気筒が第2の気筒#2である。
図3(b)に、本実施形態にかかる回転変動値ΔNE0の算出処理を示す。図3(b)に示すように、回転変動値ΔNE0は、各気筒#1〜#6のそれぞれの圧縮上死点に対応して1つずつ算出される。たとえば第2の気筒#2に対応する回転変動値ΔNE(n−1)は、第2の気筒#2の30〜150ATDCまでの回転角度間隔における気筒別回転速度ω120(n−1)から、第1の気筒#1の30〜150ATDCまでの回転角度間隔における気筒別回転速度ω120(n−2)を減算した値である。
図2に戻り、位相調整処理部M52は、30°CA毎に更新される所定トルク成分Trqxの時系列データのうち所定の位相において120°CA毎に更新される値を抽出して調整トルクTrqcとする。これは、所定トルク成分Trqxから回転変動値ΔNE0の時系列データの所定の周波数成分の位相に相当する情報を抽出する処理である。ここで、回転変動値ΔNE0は、時系列的に隣り合う気筒別回転速度ω120同士の差であり、これは気筒別回転速度ω120に一種のフィルタ処理を施した値であるため、位相遅れを伴う。これに対し、所定トルク成分Trqxは、時系列的に隣り合う気筒別回転速度ω120同士の差を示すパラメータではないため、回転変動値ΔNE0の時系列データの所定の周波数成分と所定トルク成分Trqxの時系列データとには位相ずれが生じる。このため、回転変動値ΔNE0の時系列データの所定の周波数成分の位相と所定トルク成分Trqxの時系列データの位相との差を低減するために、所定トルク成分Trqxのうちの所定の位相の値を選択的に採用する。ここで、所定の位相は、回転変動値ΔNE0を算出する具体的な処理に用いるパラメータ等に応じて適合されるものである。また、調整トルクTrqcは、所定トルク成分Trqxのうちの所定の位相の値を120°CAの間キープする値である。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
(1)CPU62は、回転速度NEが共振周波数帯に入ったと判定することを条件に、回転変動値ΔNEを算出して、これに基づき失火の有無を判定した。これにより、共振周波数帯に入っていない場合におけるCPU62の演算負荷を軽減することができる。
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・「所定成分算出処理について」
ねじれ成分除去処理部M40が除去トルクTrqiを算出することは必須ではない。たとえば、NE速度ωNEからねじれ成分が除去された除去速度ωiであってもよい。図11に、ねじれ成分除去処理部M40が除去速度ωiを算出する例を示す。なお、図11において、図2に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一の符号を付している。
下記の「所定の周波数成分について」の欄に記載したように、内燃機関10の正常運転時において、回転速度NEがとりうる回転周波数領域内に顕著な共振現象が生じる周波数帯が複数ある場合には、それら複数の周波数帯のいずれかに入るか否かを判定する処理と、複数の周波数帯のうちのいずれに入ったかを判定する処理とを実行する。なお、この場合、図2の所定成分除去処理部M16による除去対象や、振幅算出処理部M54に入力される周波数成分、所定成分抽出処理部M50による抽出対象を、特定された周波数帯に応じて変更する。また、この場合、2次フィルタM18や3次フィルタM20に代えて、下記の「振幅算出処理について」の欄に例示した振幅を算出可能なフィルタを用いる。
回転変動値ΔNE0を入力とし、所定成分を除去するバンドパスフィルタ処理を実行することは必須ではない。たとえば、気筒別回転速度ω120に所定成分を除去するバンドパスフィルタ処理を施した後、フィルタ処理後の気筒別回転速度ω120のうちの時系列的に隣り合う一対の気筒別回転速度ω120同士の差を算出し、これを所定成分除去処理部M16の出力値としてもよい。またたとえば、瞬時回転時間T30に所定成分を除去するバンドパスフィルタ処理を施した後、フィルタ処理後の瞬時回転時間T30から気筒別回転速度ω120の時系列データを算出し、それに基づき時系列的に隣り合う一対の気筒別回転速度ω120同士の差を、所定成分除去処理部M16の出力値としてもよい。
上記実施形態では、サイクル1次の周波数成分が共振周波数帯に入ることを例示したがこれに限らない。たとえば、サイクル2次の周波数成分やサイクル0.5次の周波数成分が共振周波数帯に入るものであってもよい。さらに、内燃機関10の正常運転時において、回転速度NEがとりうる回転周波数領域内に顕著な共振現象が生じる周波数帯が1つしかないことも必須ではない。
上記実施形態では、位相調整処理部M52において、所定成分抽出処理部M50の出力値のうちの所定の位相の出力値を選択したが、これに限らない。たとえば、図11に示した除去速度ωiに基づき気筒別回転速度ω120を算出するとともに、これに基づき時系列的に隣り合う一対の気筒別回転速度ω120同士の差を算出し、さらに所定成分を透過させるバンドバスフィルタ処理をしたものの位相をそのまま用いてもよい。
たとえば、図2の処理において、3次フィルタM20を削除し、2次成分ΔNESの振幅に基づき所定の周波数成分の振幅を算出してもよい。
波形整形処理部M56の出力する所定成分ΔNEFと、除去成分Dex0とを合成する処理を行うものに限らない。たとえば、所定成分ΔNEFに代えて、図11に示した除去速度ωiに基づき気筒別回転速度ω120の時系列データを算出するとともに、それらのうちの時系列的に隣り合う一対の気筒別回転速度ω120同士の差を算出し、さらに所定の周波数成分を透過させるバンドバスフィルタ処理をしたものを用いてもよい。この場合であっても、所定の周波数以外の成分については、NT信号Stを利用することなく算出されたものが用いられるため、復元された回転変動値の時系列データからNT信号Stによる検出誤差の影響を抑制することができる。
閾値Δthを、回転速度NEおよび負荷KLによって可変設定することは必須ではない。たとえば、回転速度NEのみによって可変設定したり、負荷KLのみによって可変設定したり、固定値としたりしてもよい。
回転変動値ΔNEを算出する上で用いる気筒別回転速度としては、30〜150ATDCの区間の回転速度に限らない。たとえば、下記「内燃機関について」の欄に記載したように、内燃機関の気筒数が4個である場合には、180°CAの区間の回転速度としてもよい。もっとも、これは、N個の気筒を有する内燃機関においては、「720°CA/N」の区間の回転速度を気筒別回転速度とすることが必須であることを意味しない。たとえば、6気筒の内燃機関において、気筒別回転速度を60〜150ATDCの区間の回転速度としてもよい。また、たとえば気筒別回転速度を定める区間の位相を点火時期に応じて可変設定してもよい。
上記実施形態では、失火の検出結果の外部への通知のための処理として、警告灯80の操作処理と、不揮発性メモリ66への異常の内容の記憶処理とを例示したが、これに限らない。たとえば、不揮発性メモリ66への異常の内容の記憶処理のみを実行してもよく、またたとえば警告灯80の操作処理のみを実行してもよい。さらに、異常がある旨の音声信号をスピーカから出力する処理であってもよく、外部に異常の内容等に関する無線信号を出力する処理であってもよい。すなわち、異常が生じたことを外部に通知するために電子機器を操作する処理における上記電子機器としては、警告灯80や不揮発性メモリ66に限らず、スピーカや無線送信機等であってもよい。
内燃機関10としては、6気筒の内燃機関に限らない。たとえば、4気筒や8気筒のものであってもよい。なお、8気筒の場合、3次フィルタM20に代えて、4次成分を抽出するフィルタを用いることが望ましい。
CPU62とROM64とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、失火検出装置は、以下の(a)〜(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、1または複数のソフトウェア処理回路および1または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。
クランク軸12がトルクコンバータ30および変速装置34を介して駆動輪50に連結可能とされる構成であることは必須ではない。たとえば、クランク軸12に、モータジェネレータおよび駆動輪が機械的に連結された遊星歯車機構が機械的に連結された構成であってもよい。
上記実施形態では、2次フィルタM18および3次フィルタM20等のそれぞれの位相遅れに相違が生じない設計を前提としたが、これに限らない。各フィルタの位相遅れ同士に相違が生じる場合、その位相ずれを調整する処理を加えればよい。
Claims (5)
- 複数の気筒を有し、クランク軸に変速装置の回転軸が連結される内燃機関に適用され、クランク信号に現れる前記クランク軸の回転挙動に基づき、失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、
前記回転軸と前記クランク軸とが連結されている状態である連結状態において、前記回転軸の角度検出信号および前記クランク信号に基づき、前記回転挙動から前記クランク軸と前記回転軸とのねじれに起因した成分を除去したものの所定の周波数成分の時系列データを算出する所定成分算出処理と、
前記連結状態において、前記回転挙動を示す時系列データから前記所定の周波数成分が除去された時系列データを生成する所定成分除去処理と、
前記所定成分算出処理の出力値と前記所定成分除去処理の出力値とに基づき、前記所定成分除去処理の出力値に前記所定の周波数成分が合成された前記回転挙動を示す時系列データを復元する復元処理と、
前記復元処理によって復元された前記回転挙動の時系列データに基づき、失火の有無を判定する失火判定処理と、を実行する内燃機関の失火検出装置。 - 前記所定の周波数成分は、前記内燃機関および前記変速装置を含む駆動系の共振周波数帯の成分であり、
前記クランク軸の回転速度に基づき、1燃焼サイクルの整数倍の周波数が前記共振周波数帯に入ったか否かを判定する周波数判定処理を実行し、
前記周波数判定処理によって入ったと判定されることを条件に、前記復元処理を実行する請求項1記載の内燃機関の失火検出装置。 - 前記連結状態において、前記失火判定処理の入力となる前記回転挙動を示す時系列データの前記所定の周波数成分の振幅を、前記回転挙動を示す時系列データの前記所定の周波数成分以外の成分の振幅に基づき算出する振幅算出処理と、
前記所定成分算出処理の出力値に応じた前記所定の周波数成分の位相と前記振幅算出処理によって算出された前記振幅とに基づき、前記失火判定処理の入力となる前記回転挙動を示す時系列データの前記所定の周波数成分を生成する波形整形処理と、を実行し、
前記復元処理は、前記波形整形処理の出力値と前記所定成分除去処理の出力値とを合成して前記失火判定処理の入力となる前記回転挙動を示す時系列データを復元する処理である請求項1または2記載の内燃機関の失火検出装置。 - 前記失火判定処理の入力となる前記回転挙動を示す時系列データは、圧縮上死点が時系列的に前後して出現する一対の気筒のそれぞれの燃焼の影響が現れる回転角度間隔における回転速度同士の差または前記回転角度間隔における回転時間同士の差の時系列データであり、
前記所定成分算出処理は、前記クランク軸の回転速度またはトルクから前記ねじれに起因した成分を除去したものの前記所定の周波数成分の時系列データを算出する処理であり、
前記所定成分算出処理の出力値の位相を調整する位相調整処理を実行し、
前記波形整形処理は、前記位相調整処理によって調整された前記所定の周波数成分の位相に基づき、前記失火判定処理の入力となる前記回転挙動を示す時系列データの所定の周波数成分を生成する請求項3記載の内燃機関の失火検出装置。 - 前記所定の周波数成分は、燃焼サイクルの1次の周波数成分、2次の周波数成分および3次の周波数成分の3つの周波数成分のうちの1つであり、
前記振幅算出処理は、前記3つの周波数成分のうちの残りの周波数成分の振幅に基づき、前記所定の周波数成分の振幅を算出する処理である請求項3または4記載の内燃機関の失火検出装置。
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