JP3883701B2

JP3883701B2 - 内燃機関の失火検出装置

Info

Publication number: JP3883701B2
Application number: JP19020198A
Authority: JP
Inventors: 豪大嶋; 隆司平野
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2018-07-06
Also published as: JP2000018087A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の気筒を有する内燃機関に発生する失火を各気筒の回転数から判断し、失火気筒を検出する内燃機関の失火検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多気筒の内燃機関（以下、エンジンという）では、気筒内の燃焼室で失火が発生すると、エンジンの回転速度が低下する。このような内燃機関の失火を検出する装置としては、例えば、特開昭６１−２５８９５５号公報に開示されているように、各気筒毎の回転数を検出し、各気筒の回転数の最大値と最小値との差である回転変動を求め、今回と前回の上記回転変動の比が小さくなった場合に当該気筒が失火気筒であるとするものである。また、特開昭６２−１１８０３１号公報では、上記回転変動が少ない気筒を失火気筒であると判定している。
また、特開平８−２７０４９０号公報には、各気筒の点火直後は失火時でも回転速度に影響がないことに注目し、検出された各気筒毎の回転数から、各気筒間の回転速度偏差を学習し、上記学習された回転速度偏差と回転時の回転速度偏差とを比較して失火判定を行うことにより、エンジンのバラツキや経時変化による誤判定を防ぐようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各気筒の回転数は、当該気筒で噴射された燃料の爆発によって決まる部分と、それ以前の爆発による慣性の影響による部分とがあるため、上記従来の失火検出装置のように、各気筒の回転数が当該気筒の爆発にのみ起因するものとして失火気筒の判定を行うと、失火気筒を誤って特定してしまう恐れがあった。特に、気筒数が増加するにしたがって、どの気筒が失火気筒であるかを確認するのが困難であるといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、失火の発生した気筒を確実に検出することが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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置は、複数の気筒の回転数を検出する回転数検出手段により検出された気筒の回転数を、当該気筒以前の爆発による慣性の影響を取り除くために、当該気筒以前に検出された気筒の回転数に基づいて、補正する回転数補正手段と、上記補正された回転数と予め設定された失火判定値とを比較して各気筒の失火の有無を検出する失火判定手段とを備えたものである。
【０００６】
請求項２に記載の内燃機関の失火検出装置は、上記補正された回転数である当該気筒の噴射量に起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）を、当該気筒の回転数の測定値をＮ（Ｔ）、前回に爆発した気筒の回転数の平均回転数との差である誤差回転数をΔＮ（Ｔ−ｔ）、３回前の気筒の誤差回転数をΔＮ（Ｔ−３ｔ）、４回前の気筒の誤差回転数をΔＮ（Ｔ−４ｔ）、内燃機関の大きさ等により予め設定された前筒の影響を表わす係数をαとし、Ｎ_０（Ｔ）＝Ｎ（Ｔ）−α・ΔＮ（Ｔ−ｔ）＋α^３・ΔＮ（Ｔ−３ｔ）−α^４・ΔＮ（Ｔ−４ｔ）なる式で近似したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は本発明の実施の形態に係わるラインポンプを備えた６気筒エンジンの燃料噴射装置の概略を示す図で、＃１〜＃６はエンジンの気筒、１は上記各気筒＃１〜＃６内の図示しない各ピストンと連接棒を介して連結されたクランク軸、２は上記各気筒＃１〜＃６に燃料を供給するラインポンプ、３は上記各気筒＃１〜＃６の噴射量を制御するラック、４は上記ラック３を駆動するガバナ、５はラインポンプ２のカム軸、６は上記カム軸５に設けられたパルサ６Ａと上記パルサ６Ａの位置を検出する電磁ピックアップ６Ｂから成る回転数検出手段である。また、クランク軸１とカム軸５とは、クランク軸１のギア１Ｇとカム軸５のギア５Ｇにより連結されており、エンジンの回転、すなわちクランク軸１の回転は上記ギア１Ｇ，ギア５Ｇを介してカム軸５に伝達されラインポンプ２が駆動される。
上記電磁ピックアップ６Ｂは、エンジンの各気筒＃１〜＃６内の図示しないピストンが上死点（ＴＤＣ）に達した直後に、ラインポンプ２のカム軸５に設けられた上記パルサ６Ａの突起６ａ〜６ｆと上記電磁ピックアップ６Ｂとが対応するような位置に設置されており、エンジンの各気筒がＴＤＣの位置にきたことを検出する。エンジンの各気筒＃１〜＃６は、ラインポンプ２の１回転（エンジンの２回転）のほぼ１／６の周期で、＃１→＃４→＃２→＃６→＃３→＃５→＃１→＃４，‥‥の順で爆発し、エンジンのクランク軸１を回転させる。
各気筒の回転数Ｎ（Ｔ）は、図２に示すように、上記パルサ６Ａと電磁ピックアップ６Ｂとより検出される出力の間隔、すなわち、ＴＤＣの間隔をパルス間隔ｔ_０のクロックにより読み取り算出する。例えば、気筒＃１からの出力と気筒＃４からの出力との間にＰ_ｎ個のパルスがあった場合、上記気筒＃１の回転数Ｎ（Ｔ）は出力間隔がＴ_ｎ＝ｔ_０・Ｐ_ｎであることから、気筒数をｚ（ここでは、ｚ＝６）として、Ｎ（Ｔ）＝２・６０／（ｔ_０・Ｐ_ｎ・ｚ）ｒｐｍと表わせる。
【０００８】
次に、各気筒＃１〜＃６の回転数Ｎ（Ｔ）の補正方法について説明する。
まず、ラインポンプ２のカム軸５が１回転する間の各気筒の回転数Ｎ（Ｔ）を平均したものを平均回転数Ｎ_ａ（Ｔ）とする。なお、今回検出した気筒の回転数をＮ（Ｔ）とし、前回検出した気筒の回転数をＮ（Ｔ−t）とし、前々回検出した気筒の回転数をＮ（Ｔ−2t）とする。また、今回の回転数Ｎ（Ｔ）と平均回転数Ｎ_ａ（Ｔ）の差ΔＮ（Ｔ）を誤差回転数とし、今回噴射を行った気筒にのみ起因する回転変動値をｎ（Ｔ）、ｋ回前に検出した気筒の回転変動値をｎ（Ｔ−kT）とする（ｋは自然数）。上記ｎ（Ｔ），ｎ（Ｔ−kT）は未知数である。
ところで、上記誤差回転数ΔＮ（Ｔ）が、上記当該気筒の噴射量にのみ起因する回転変動値ｎ（Ｔ）と、前回の回転変動値による影響（α・ｎ（Ｔ−t））及び前々回の回転変動値による影響（α^２・ｎ（Ｔ−2t））とに分けられるものとすると、誤差回転数ΔＮ（Ｔ）は下記の式（１）のように表わせる。ここで、上記αは、内燃機関の大きさや気筒数に起因する係数で、それ以前の爆発による慣性の影響の大きさを与えるもので、例えば、気筒数が多い場合には大きくなり、気筒が大型で重い場合には小さくなる。なお、α＜１である。

また、当該気筒にのみ起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）は、平均回転数Ｎ_ａと上記当該気筒の噴射量にのみ起因する回転変動値ｎ（Ｔ）との和である。
Ｎ_０（Ｔ）＝Ｎ_ａ（Ｔ）＋ｎ（Ｔ）‥‥‥（２）
上記式（２）により、上記式（１）は以下のように変形できる。

すなわち、実測された当該気筒の回転数Ｎ（Ｔ）は、当該気筒のみに起因する回転数Ｎ_０に対して、前回及び前々回に爆発した気筒の回転変動の影響分であるαｎ（Ｔ−t）とα^２ｎ（Ｔ−2t）とを含んでいる。
あるいは、上記式（３）は、以下の式（３ａ）のように変形できるので、

当該気筒のみに起因する回転数Ｎ_０は、実測された当該気筒の回転数Ｎ（Ｔ）から前回及び前々回に爆発した気筒の回転変動の影響分であるαｎ（Ｔ−t）とα^２ｎ（Ｔ−2t）とを除去したものであるということもできる。
なお、上記各式（１）〜（３）において、Ｎ（Ｔ），Ｎ_ａ（Ｔ），ΔＮ（Ｔ）等の値は実測から求められるので、上記式（１）〜（３）を用いて未知数である回転変動分ｎ（Ｔ）の近似的に求め、当該気筒の噴射量にのみに起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）の近似式を求めることができる。
【０００９】
以下に、当該気筒の噴射量にのみに起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）の近似式を求める方法について説明する。式（１）を再掲する。

式（１）より、回転変動分ｎ（Ｔ）は、以下の式（４）で表わせる。
ｎ（Ｔ）＝ΔＮ（Ｔ）−αｎ（Ｔ−t）−α^２ｎ（Ｔ−2t）‥‥‥（４）
ここで、前回の回転変動分ｎ（Ｔ−ｔ）は、式（４）で、Ｔを（Ｔ−t）に置き換えることにより、
ｎ（Ｔ−t）＝ΔＮ（Ｔ−t）−α・ｎ（Ｔ−2t）−α^２・ｎ（Ｔ−3t）
と表わされるので、これを式（４）に代入すると、回転変動分ｎ（Ｔ）は、
実測から求められる値であるΔＮ（Ｔ）及びΔＮ（Ｔ−t）と、未知数である３回前の回転変動分ｎ（Ｔ−3t）を用いた式（５）で表わされる。
ｎ（Ｔ）＝ΔＮ（Ｔ）−α・ΔＮ（Ｔ−t）＋α^３・ｎ（Ｔ−3t）‥‥（５）
近似を更に進め、上記３回前の回転変動分ｎ（Ｔ−3t）を、
ｎ（Ｔ−3t）＝ΔＮ（Ｔ−3t）−α・ｎ（Ｔ−4t）−α^２・ｎ（Ｔ−5t）
として式（５）に代入してする。回転変動分ｎ（Ｔ）は、

となる。更に、ｎ（Ｔ−4t）も同様に置き換えると、

となる。
ここで、α＜１であるのでα^６の項を省略して、該気筒のみに起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）を求めると、Ｎ_０（Ｔ）＝Ｎ_ａ（Ｔ）＋ｎ（Ｔ）より、

となる。上式（８）の第２項までをＮ_０（Ｔ）の１次近似式、第３項までをＮ_０（Ｔ）の３次近似式、第４項までをＮ_０（Ｔ）の４次近似式という。
【００１０】
図３，図４は、アイドリング時に、各気筒の噴射量を一定としてエンジンを回転させたときの、上述したＴＤＣの間隔から求めた各気筒の回転数Ｎ（Ｔ）の変化と、上記回転数Ｎ（Ｔ）を用いて求めた各気筒のみに起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）の変化を比較した図で、横軸は爆発した気筒すなわち回転数を検出した気筒の番号を示し、縦軸は回転数を示す。ここで、図３は気筒＃１の噴射量を減らした場合、図４は各気筒間にバラツキがない例で、いずれの場合もα＝０．７とした。図中の△印は回転数Ｎ（Ｔ）、図中の○印はＮ_０（Ｔ）の４次近似式（８）を用いて算出した各気筒のみに起因する回転数、図中の●印はＮ_０（Ｔ）の１次近似式を用いて算出した各気筒のみに起因する回転数である。なお、図中の×印は上記回転数Ｎ（Ｔ）の平均値Ｎ_ａ（Ｔ）の変化を示す。
図３から明らかなように、検出された各筒の回転数Ｎ（Ｔ）は、気筒＃１の噴射量を減らしたにもかかわらず、上記＃１気筒の次に爆発した＃４の気筒の回転数が最も低くなっている。一方、上記４次近似式（８）を用いて算出した回転数Ｎ_０（Ｔ）では、実際に噴射量を減らした＃１の気筒の回転数が最も低くなっている。このことから、各気筒の回転数は、当該気筒で噴射された燃料の爆発によって決まる部分と、それ以前の爆発による慣性の影響による部分とがあり、検出された各筒の回転数Ｎ（Ｔ）に対して、上記それ以前の爆発による慣性の影響による部分を除去するような補正を行うことにより、当該気筒の噴射量にのみ起因する回転数を求めることができる。
【００１１】
図５は、本発明の実施形態に係わる内燃機関の失火検出装置の構成を示す図で、７は入力された各気筒＃１〜＃６の回転数Ｎ（Ｔ）からカム軸５が１回転する間の各気筒の回転数Ｎ（Ｔ）を平均した平均回転数Ｎ_ａ（Ｔ）を算出する平均値算出手段、８は上記平均回転数Ｎ_ａ（Ｔ）と各気筒回転数Ｎ（Ｔ）とから誤差回転数ΔＮ（Ｔ），ΔＮ（Ｔ−３ｔ），ΔＮ（Ｔ−４ｔ）を算出する誤差回転数算出手段、９は当該気筒の回転数Ｎ（Ｔ）と上記各誤差回転数とから、上述したＮ_０（Ｔ）の４次近似式（８）を用いて、当該気筒の噴射量のみに起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）を演算する回転数補正手段、１０は上記回転数Ｎ_０（Ｔ）と予め設定された失火判定値Ｎ_ｋとを比較し、失火判定を行う失火判定手段である。
失火判定手段１０は、回転数補正手段９で演算された当該気筒の噴射量にのみ起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）が上記失火判定値Ｎ_ｋ以下の場合には、当該気筒が失火気筒であると判断し、回転数Ｎ_０（Ｔ）が上記失火判定値Ｎ_ｋより高い場合には、当該気筒を正常であると判断する。
このように、本実施の形態に係わる失火検出装置は、当該気筒の噴射量のみに起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）に基づいて失火判定を行っているので、失火気筒を精度よく検出できるとともに、失火気筒の誤判定を十分防ぐことができる。
【００１２】
なお、本実施の形態においては、１回の比較により失火気筒の判定を行うように記載したが、判定の確実性を図るため、所定時間内に上記回転数Ｎ_０（Ｔ）が複数回上記失火判定値Ｎ_ｋ以下になった場合、あるいは上記回転数Ｎ_０（Ｔ）が連続して複数回上記失火判定値Ｎ_ｋ以下となった場合、当該気筒を失火気筒と判定するようにしてもよいことは言うまでもない。
また、上記例では、当該気筒の噴射量にのみ起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）を、４次近似式（８）を用いて算出したが、上述した１次近似式あるいは、３次近似式を用いて算出した回転数Ｎ_０（Ｔ）を用いても、十分失火気筒を検出することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、検出された気筒の回転数を、当該気筒以前の爆発による慣性の影響を取り除くために、当該気筒の以前に検出された気筒の回転数に基づいて補正する回転数補正手段を備え、上記補正された回転数に基づいて失火判定を行うようにしたので、失火気筒を精度よく検出できるとともに、失火気筒の誤判定を十分防ぐことができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、上記補正された回転数である当該気筒の噴射量に起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）を、Ｎ_０（Ｔ）＝Ｎ（Ｔ）−α・ΔＮ（Ｔ−ｔ）＋α^３・ΔＮ（Ｔ−３ｔ）−α^４・ΔＮ（Ｔ−４ｔ）なる式で近似したので、当該気筒の回転数を精度よく補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる燃料噴射装置の概略を示す図である。
【図２】各気筒の回転数の検出方法を示す図である。
【図３】＃１の気筒の噴射量を減らした場合の各気筒の検出回転数と気筒の噴射量に起因する回転数とを比較した図である。
【図４】各気筒がバランスした状態での各気筒の検出回転数と気筒の噴射量に起因する回転数とを比較した図である。
【図５】本発明の実施形態に係わる内燃機関の失火検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
＃１〜＃６エンジンの気筒、１クランク軸、２ラインポンプ、３ラック、４ガバナ、５カム軸、６回転数検出手段、６Ａパルサ、６Ｂ電磁ピックアップ、７平均値算出手段、８誤差回転数算出手段、９回転数補正手段、１０失火判定手段。

Claims

複数の気筒の回転数を検出する回転数検出手段により検出された気筒の回転数を、当該気筒以前の爆発による慣性の影響を取り除くために、当該気筒以前に検出された気筒の回転数に基づいて、補正する回転数補正手段と、上記補正された回転数と予め設定された失火判定値とを比較して各気筒の失火の有無を検出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。
上記補正された回転数である当該気筒の噴射量に起因する回転数Ｎ_０（Ｔ）を、当該気筒の回転数の測定値をＮ（Ｔ）、前回に爆発した気筒の回転数の平均回転数との差である誤差回転数をΔＮ（Ｔ−ｔ）、３回前の気筒の誤差回転数をΔＮ（Ｔ−３ｔ）、４回前の気筒の誤差回転数をΔＮ（Ｔ−４ｔ）、内燃機関の大きさ等により予め設定された前筒の影響を表わす係数をαとし、Ｎ_０（Ｔ）＝Ｎ（Ｔ）−α・ΔＮ（Ｔ−ｔ）＋α^３・ΔＮ（Ｔ−３ｔ）−α^４・ΔＮ（Ｔ−４ｔ）なる式で近似し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。