JP2578247B2 - 車両用内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

車両用内燃機関の失火検出装置

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JP2578247B2 JP17805390A JP17805390A JP2578247B2 JP 2578247 B2 JP2578247 B2 JP 2578247B2 JP 17805390 A JP17805390 A JP 17805390A JP 17805390 A JP17805390 A JP 17805390A JP 2578247 B2 JP2578247 B2 JP 2578247B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、クランク軸の角速度の微小な変動から内
燃機関の失火を検出するようにした失火検出装置、特に
車両用内燃機関の失火検出装置に関する。
従来の技術 内燃機関で失火が生じると、未燃焼の混合気がそのま
ま排出されるので、排気中の有害成分の増加を来すのは
勿論のこと、出力の低下や機関の安定性の低下を招く。
そのため、近年、失火が発生しているか否かを容易に、
例えば通常の運転状態のまま検出する失火検出装置が要
請されている。
この失火検出技術の一つとして、失火に伴うクランク
軸の角速度の微小な変動を例えば電磁ピックアップ等を
用いて検出することが考えられている。例えば特開昭57
−188748号公報には、クランク角180゜毎に突起片を有
する回転板をクランク軸に固着するとともに、90゜異な
る位相の2箇所に近接スイッチを設け、その90゜異なる
2箇所での速度差から失火の有無を検出するようにした
装置が示されている。詳述すると、一方の突起片が各近
接スイッチ近傍のある角度を通過するに要するそれぞれ
の時間の差をある値と比較し、その時間差がある値より
小さくなったとき、失火が発生していると判定するもの
である。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような従来例では、内燃機関が
トランスミッション等の動力伝達系から切り離される定
常回転しているアイドル運転時しか、失火の有無が検出
できない。つまり、機関が動力伝達系に機械的に接続さ
れている状態では、失火に伴うエネルギーの減少が、車
両が保有する運動エネルギーの変動に影響され、クラン
ク軸の角速度変動として正確に現れない。特に、動力伝
達系の減速比が異なれば、その影響度が変化するので、
減速比が大きく変化する車両用内燃機関では、失火検出
が実質的に困難になる。
課題を解決するための手段 この発明に係る車両用内燃機関の失火検出装置は、第
1図に示すように、クランク軸が所定クランク位置から
所定角度回転するに要する所要時間を計測する手段1
と、順次計測される前記所要時間の変化量を検出する手
段2と、前記変化量を所定の失火判定値と比較すること
により内燃機関の失火判定を行う手段3とを備えた車両
用内燃機関の失火検出装置において、前記失火判定値を
車両の減速比に応じて補正する手段4を設けたことを特
徴とするものである。
作用 クランク軸の角速度の変動を、クランク軸が所定クラ
ンク角位置から所定角度回転するに要する所要時間を所
定周期で計測し、その変化量で捕らえる。そして、その
変化量を所定の失火判定値と比較することにより、機関
で失火で発生しているか否かを判定する。前記失火判定
値は、たとえば燃料噴射量等を考慮した基準値を車両の
減速比に応じて補正することにより、設定する。
実施例 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。
第2図はこの発明の一実施例の機械的構成を示す説明
図であって、11は内燃機関、12はその吸気通路、13は排
気通路を示している。尚、この実施例では、4サイクル
直列6気筒の内燃機関を例にとって説明する。
上記吸気通路12には、各吸気ポートへ向けて燃料を供
給する燃料噴射弁14が気筒毎に配設されているととも
に、絞弁15が介装されており、この絞弁15の上流側に、
吸入空気量Qを検出する例えば熱線式のエアフロメータ
16が配設されている。上記絞弁15には、その開度TVOを
検出する絞弁開度センサ17が設けられている。
尚、18は車速VSPを検出する車速センサである。
また19は、機関回転数Neやクランク角位置を検出する
ために、カムシャフト端部やディストリビュータ内部等
に設けられるクランク角センサを示している。このクラ
ンク角センサ19は、各気筒の基準位置、例えば上死点位
置を検出するためのパルス信号(REF信号)と、この基
準位置からの回転角を検出するための単位クランク角
(例えば2゜CA)毎のパルス信号(POS信号)とを出力
するようになっている。上記REF信号は、6気筒機関で
あれば120゜CA毎に出力され、それぞれ各気筒の上死点
前所定角度で出力される。更に詳しくは、各気筒毎に対
応するパルスのパルス幅が異なっており、これによって
#1気筒の圧縮上死点位置の検出ひいては各気筒の気筒
判別が、可能となっている(第3図(a)参照)。従っ
て、この実施例では、クランク軸20の基準位置検出信号
として上記REF信号が用いられている。
一方、クランク軸20の後端部には、図示せぬスタータ
モータと噛合可能なリングギヤ21がフライホイールとと
もに取り付けられている。このリングギヤ21の歯は、例
えば6゜CA毎に等間隔に形成されている。そして、この
リングギヤ21に近接して、電磁ピックアップ等からなる
リングギヤセンサ22が設けられている。このリングギヤ
センサ22は、リングギヤ21の歯の通過によって発生する
交流電流をON−OFFパルス信号に成形して出力するよう
になっており、これによって第3図(b)に示すような
パルス列が得られる。尚、クランク角センサ19をカムシ
ャフト等に対し設けることもできるが、POS信号の精度
が動弁機構のバックラッシュ等によって影響されるの
で、該POS信号から失火による角速度変動を検出するこ
とは困難である。これに対し、上記リングギヤセンサ22
は、クランク軸20に直結されたリングギヤ21の回転速度
を検出するので、角速度変動の確実な検出が可能であ
る。
上記の各センサの検出信号が入力されるコントロール
ユニット23は、所謂マイクロコンピュータシステムを用
いたもので、燃料噴射弁14による空燃比制御や図示せぬ
点火系の点火時期制御等を行っているとともに、上記リ
ングギヤセンサ22の検出信号に基づいて後述する失火判
定を行い、所定の失火を検出した場合には所定の失火に
応じた故障コードを記憶し、かつ警報ランプ24等の警報
手段を作動させるようになっている。また、外部の手段
により故障コードを読み出すことが可能となっている。
次に上記実施例の失火検出動作について説明する。
初めに、第3図を参照して各気筒毎の角速度の検出に
ついて説明すると、第3図(b)に示すように120゜CA
毎に出力されるREF信号の検出後、リングギヤセンサ22
の出力パルスのカウントが開始され、所定歯数、例えば
P個の歯数を検出した時点で、コントロールユニット23
内の図示せぬプリセットカウンタによって同図(c)に
示すような第1トリガが出力される。更に、これからm
個の歯数を検出した時点で、図示せぬプリセットカウン
タによって同図(d)に示すような第2トリガが出力さ
れる。つまり、この間にm個の歯数に相当するクランク
角だけクランク軸20が回転したことになる。そして、コ
ントロールユニット23内のタイマによって、上記第1ト
リガから第2トリガに至る期間の所要時間Tが計測され
る。
この所要時間Tの計測は、REF信号の出力の度につま
り120゜CA毎に繰り返し行われる。そして、最新のデー
タをT1として、前回のデータをT2として、順次更新する
形で保存され、この両者の差に基づき、後述するように
失火判定がなされる。
尚、上記所要時間Tを計測する位相は、失火による角
速度変動が最も顕著に現れる期間を選択して設定すべき
ことは勿論である。このように、ある範囲内の位相のみ
に着目することで、それ以外の期間はフリクション等に
よる角速度変動があったとしても影響を受けることがな
い。
次に、第4図はコントロールユニット23における具体
的な処理の流れを示すメインフローチャートであって、
先ず上述のように所要時間Tを計測する(ステップS
1)。
続いて、カウント値CNTをインクリメントし(ステッ
プS2)、そのカウント値CNTが所定値CCNTを超えたか否
かを判断する(ステップS2)。後述するように失火が1
回検出されただけでは失火が発生していると判定せず、
所定期間内に所定頻度以上失火が検出されたとき失火が
発生していると判定するため、ここでは、カウント値CN
Tを所定値CCNTと比較することにより、その期間を検出
している。
カウント値CNTが所定値CCNTを超えたときはカウント
値CNTおよび後述する各気筒の失火検出回数CNG(n)を
「0」にリセットし(ステップS4)、所定値CCNT以下の
ときはステップS5に進む。
ステップS5では各気筒毎に前回計測した所要時間T2
今回計測した所要時間T1の時間差ΔTを演算する(ステ
ップS5)。
次に、失火判定値JDTを設定するための各変数KTP,
KGP,KTを順次求める(ステップS6〜S8)。変数KTPは第
5図に示すように燃料噴射量TP(吸入空気量Q/機関回転
数Neに基づいて演算する)に比例して設定し、変数KGP
は第6図に示すように減速比GP(車速VSP/機関回転数Ne
から求める)に反比例して設定し、変数KTは第7図に示
すように所要時間Tの3乗に比例して設定する。なお、
各変数KTP,KGP,KTは上記各値TP,GP,Tのマップデータと
してそれぞれメモリに予め格納しておく。
ここで、この各変数KTP,KGP,KTを上述のように設定す
る理由について述べる。まず、車両が一定速度で走行し
ているときの運動エネルギーETを考えると次式のように
なる。
ET=EC+ER ……(1) ただし、ECは走行エネルギー、ERは回転エネルギーで
ある。そして、走行エネネギーECは次式で示される。
ただし、vは車速(VSP)、Dはタイヤの直径、rは
減速比(GP)、rMはミッション部減速比、rDは終減速比
である。また、回転エネルギーERは次式で示される。
ただし、C1,C2,C3は所定の定数、Ieはエンジンからミ
ッションにいたる部所での回転慣性モーメント、Itはミ
ッションから終減速部にいたる部所での回転慣性モーメ
ント、Idは終減速部からタイヤにいたる部所での回転慣
性モーメントである。そして、第2式および第3式にお
ける定数部分を次のように定数A,Bでそれぞれ置き換
え、 第2式および第3式を第1式に代入すると、上述の運
動エネルギーETは次式で表される。
ET=(A+B)・Ne 2 =C・Ne 2 ……(6) ただし、C=A+Bである。これから、所定期間にお
ける運動エネルギーETの変化量ΔEは、次式で示すこと
ができる。
ΔE=C(Ne2 2−Ne1 2) ……(7) ただし、Ne1は現在の機関回転数、Ne2は所定期間前の
機関回転数である。
一方、燃料噴射量Tpの変化や失火により失われる運動
エネルギーΔEfは、抵抗トルクがTf、抵抗トルクTfを受
けるクランク角度(範囲)がθとすると、次式で表され
る。
ΔEf=Tf・θ ……(8) そこで、ΔE=ΔEfであるとすると、次式が成り立
つ。
Tf・θ=C(Ne2 2−Ne1 2) ……(9) また、機関回転数Neは、前記所要時間Tを計測するク
ランク角度(範囲)がθとすると、次式で表される。
ただし、m1は所定の定数である。
次にこの第10式を第9式に代入すると、次式のように
なる。
ただし、前述のようにT1は今回計測した所要時間、T2
は前回計測した所要時間である。
そして、これを時間差ΔT=T2−T1について解くと、
次式のようになる。
ただし、m2は所定の定数である。
これにより、時間差ΔTが燃料噴射量TPに比例し、減
速比GPに反比例し(第12式におけるCは第4式のAと第
5式のBとの和であり、減速比GPの関数)、所要時間T
の3乗に比例すると考えられ、前述の各変数KTP,KGP,KT
の設定理由が説明される。
上述のように各変数KTP,KGP,KTが求まると、次式の演
算を行い、失火判定値JDTを設定する(ステップS9)。
JDT=KTP・KGP・KT ……(13) 次に、前述のステップS5で求めた時間差ΔTがこの失
火判定値JDTを超えている否かを判断する(ステップS1
0)。なお、この判断は各気筒毎にそれぞれ行う。
そして、時間差ΔTが失火判定値JDTを超えていれ
ば、その気筒の失火検出回路CNG(n)をインクリメン
トし(ステップS11)、各気筒の失火検出回路CNG(n)
が所定値JCを超えているか否かを判断する(ステップS1
2)。ここでは、前述したように、カウント値CNTが所定
値CCNTを超えるまでの間、時間差ΔTが失火判定値JDT
を超えていれば失火検出回路CNG(n)をインクリメン
トしていくことにより、失火頻度が所定頻度以上か否か
を判断しており、失火検出回数CNG(n)が所定値JCを
超えると、所定頻度以上の失火が発生していると判定
し、該当気筒の失火判定フラグFLGMF(n)を「1」に
する(ステップS13)。なお、失火判定フラグFLGMF
(n)が「1」になると、上述したように警報ランプ24
が点灯される。
以上のように、この実施例では、クランク軸20の角速
度変化をリングギヤ21が所定基準位置から所定角度回転
するに要する所要時間Tを計測し、前回計測した所要時
間T2と今回計測した所要時間T1との時間差ΔTを求め、
その時間差ΔTを失火判定値JDTと比較し、時間差ΔT
が失火判定値JDTを超えれば、失火が発生していると判
断する。失火判定値JDTは、燃料噴射量TPに比例して設
定する変数KTP、減速比GPに反比例して設定する変数
KGP、前記所要時間Tの3乗に比例して設定する変数KT
に基づいて設定する。したがって、アイドル運転時だけ
でなく、走行運転等で失火以外の要因でクランク軸の角
速度が変動する場合でもその状態に応じて失火判定値JD
Tが設定されるので、常に正確な失火判定を行うことが
できる。
なお、上述の実施例では、減速比GPを車速VSPと機関
回転数Neとから演算しているが、変速ギヤのポジション
を検出するセンサを設け、第8図に示すようにその検出
ポジションに応じて変数KGPを設定してもよい。
発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る車両用
内燃機関の失火検出装置によれば、減速比に応じて失火
判定値を補正するので、走行運転で減速比が変化するよ
うな場合でも、失火検出が正確に行われるようになる。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の構成を示すクレーム対応図、第2図
はこの発明の一実施例の構成を示す説明図、第3図はこ
の実施例の動作を説明するためのタイムチャート、第4
図はこの実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト、第5図は燃料噴射量TPと変数KTPの関係を示すグラ
フ、第6図は減速比GPと変数KGPの関係を示すグラフ、
第7図は所要時間Tと変数KTの関係を示すグラフ、第8
図はこの発明の他の実施例に関連するギヤポジションと
変数KGPの関係を示すグラフである。 1……所要時間計測手段、2……所要時間変化量検出手
段、3……失火判定手段、4……失火補正手段、23……
コントロールユニット。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−118031(JP,A) 特開 昭57−188748(JP,A) 特開 平2−49955(JP,A) 特開 平2−112646(JP,A) 特開 平2−286853(JP,A) 特開 平3−206337(JP,A) 特開 平3−249359(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クランク軸が所定クランク角位置から所定
    角度回転するに要する所要時間を計測する手段と、順次
    計測される前記所要時間の変化量を検出する手段と、前
    記変化量を所定の失火判定値と比較することにより内燃
    機関の失火判定を行う手段とを備えた車両用内燃機関の
    失火検出装置において、 前記失火判定値を車両の減速比に応じて補正する手段を
    設けたことを特徴とする車両用内燃機関の失火検出装
    置。
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