JP4223631B2 - 多気筒エンジンのエンジン異常判定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排圧センサを用いて失火を判定する多気筒希薄燃焼エンジン等におけるエンジン異常判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃費改善やＮＯx対策のための希薄燃焼制御として、排気ガスの圧力（排圧）を排圧センサで検出し、検出された排圧波形により失火を判定しながら、失火限界範囲内で燃料を徐々にリーン化する失火制御運転が行われる。
【０００３】
このような失火制御として、多気筒エンジンについて失火状態を確実に検知して排気の清浄化と燃費の改善を目的とした内燃エンジンの希薄燃焼制御方法が特開平１０−１３１７９７号公報に提案されている。
【０００４】
この公報記載の制御方法においては、クランク角センサと、排気圧（排圧）センサおよび燃料制御弁を備えるガスエンジンの希薄燃焼制御方法において、所定のクランク角範囲について求めた排気圧波形の積分値と、先行する燃焼サイクルについて所定のクランク角範囲について求めた排気圧波形の積分値の平均値とを比較し、両者の差または比が所定値を越えた場合に失火と判断し、前記燃料制御弁を、失火と判断した時或いはその前直近時の開度まで所定単位ずつ開いて混合気をリッチ化する失火防止制御を実施している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の排圧センサを用いた失火制御においては、エンジンの異常により失火が起きた場合に失火制御による運転が継続されるため、特に複数気筒が失火したときにエンジン振動が増加して、周辺配管や機器等への影響が大きくなり耐久性を低下させ劣化を速めるおそれがある。また、失火した気筒の判別ができないためエンジン異常を発見しても速やかに対処することができない。
【０００６】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、気筒ごとに失火を判別してエンジン異常を速やかに判別して異常原因に対処できるようにするとともに、エンジン異常時にエンジンを強制停止して異常運転継続による大きなトラブルの発生を防止した多気筒エンジンのエンジン異常判定方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、複数の気筒からなるエンジンの排圧波形を気筒ごとに判別して検出し、各気筒の所定のクランク角範囲での排圧波形の面積を算出し、この面積を基準面積値と比較してその差または比を算出し、この差または比の値を所定の基準値と比較して各気筒ごとに失火を判定し、前記エンジンは、予め設定されたエンジン回転数とスロットル開度に応じたベースマップに基づいて燃料供給量がフィードバック制御され、このベースマップは、失火が検出されなければ学習制御によりリーン側に書換えられる多気筒エンジンの異常判定方法であって、失火と判定されたときに最初のベースマップに戻して運転を継続し、さらに連続して失火が検出されたときにエンジンの異常と判定することを特徴とする多気筒エンジンのエンジン異常判定方法を提供する。
【０００８】
この構成によれば、失火が検出されていないときに学習により書換えられたマップを、失火判定時に予め失火しないことが確認されているベースマップに戻して運転し、このベースマップ運転時にさらに失火が続いた場合にはエンジン異常と判定してエンジンを強制停止させることができる。これにより、失火時のエンジン振動増大による配管や触媒等の耐久性の低下等の不具合を防止し、また気筒ごとに判定できるため、１気筒のみの失火であっても直ちにエンジン異常の有無を判別でき大きなトラブルに発展する前に速やかに故障に対処することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用されるガスエンジンヒートポンプ式空調システムの構成図である。
【００１２】
この空調システムは、室外ユニット６０と複数の室内ユニット６１（図は１台のみ示す）からなり、室外ユニット６０内にガスエンジン１が設けられ、このガスエンジン１により駆動されるヒートポンプ冷媒サイクル２が室外ユニット６０および室外ユニット６１間にわたって構成される。
【００１３】
ガスエンジン１は、エアクリーナ３に接続された吸気通路４を有し、この吸気通路４上にミキサー５が設けられる。ミキサー５のガス混合部の下流部にはスロットル弁６が備り、吸気口１８から取入れられ、エアクリーナ３を通して供給される外気とガス燃料との混合気量を調整する。このミキサー５のガス混合部に燃料供給管７が接続され混合気を形成する。燃料供給管７上には、ミキサー５に供給するガス燃料流量を調整するためのガス燃料制御弁８およびガス圧を大気圧に調整するゼロガバナ９が設けられ、開閉弁１０を介して燃料ガスタンク（図示しない）に接続される。このガス燃料制御弁８が後述のように、ＣＰＵによってフィードバック制御される。
【００１４】
ガスエンジン１の排気側には排気管１２が備る。この排気管１２上に排気ガス触媒１３および排気ガス熱交換器１４が備り、さらにその下流側にサイレンサ１５およびドレンセパレータ１６が備り、排気ガスは排気出口１７から放出される。ドレンセパレータ１６とサイレンサ１５および排気ガス熱交換器１４は、中和器１９に接続され、酸性ドレン水を中和してドレン出口２０から外部に排出する。
【００１５】
ガスエンジン１の底部のオイルパン２１にはオイルタンク２２が接続されオイル供給ポンプ２３によりオイルが供給される。オイルは図示しないオイルポンプによりエンジン内を循環する。１１はブローバイガス中のオイルを分離するオイルセパレータである。
【００１６】
このガスエンジン１のクランク軸（図示しない）には、クラッチ２４を介して２台のコンプレッサ２５が接続される。各コンプレッサ２５には、脱フロンガス等からなる冷媒が循環する冷媒入口管２７および冷媒出口管２８が接続される。コンプレッサ周辺の冷媒入口管２７および冷媒出口管２８には、配管をコンパクトに配設し且つストレスや振動を吸収するために可撓管２６が介装される。冷媒出口管２８側にはオイルセパレータ２９が装着され、その下流側で四方弁３０に接続される。オイルセパレータ２９は、圧縮冷媒ガスからオイルおよび液体冷媒を分離して、これを戻し管３３を通してアキュムレータ３５に戻す。四方弁３０は、４つのポートａ，ｂ，ｃ，ｄを有し、冷暖房時に各ポート間の接続が切換えられる。
【００１７】
暖房時には、図示したように、ポートａとポートｂが接続され、ポートｃとポートｄが接続される。これにより、コンプレッサ２５から出た圧縮冷媒ガスが室内熱交換器３１を通って凝縮され、室内に凝縮熱を放出して暖房する。凝縮された冷媒は膨張弁５２を通って減圧され、ＨＩＣ５１を介して室外熱交換器３２を通って蒸発する。蒸発した冷媒は四方弁３０のポートｃ，ｄを通過してプレート熱交換器３４またはバイパス管４５を介してアキュムレータ３５に入る。アキュムレータ３５に並列してサブアキュムレータ４６が設けられる。アキュムレータ３５の冷媒はキャピラリチューブ４８，４９，５０および絞り４７等を介して冷媒入口管２７よりコンプレッサ２５に吸引される。
【００１８】
なお、８０は四方弁３０から室内熱交換器３１を経て膨張弁５２に到るまでの冷媒配管であり、８１は膨張弁５２からＨＩＣ５１を経てサブクール用室外熱交換器３２ａに到るまでの冷媒配管、８２はサブクール用室外熱交換器３２ａから分流し室外熱交換器３２を経て合流し四方弁３０に到るまでの冷媒配管であり、８３は冷媒配管８１の途中部から開時電子膨張弁として機能する開閉弁８３ａ及びＨＩＣ５１を経て冷媒配管８１の途中部までのバイパス配管である。
【００１９】
冷房時には、四方弁３０のポートａとポートｃが接続され、ポートｂとポートｄが接続される。これにより、圧縮冷媒ガスはポートａ，ｃを通って暖房時と逆に先に室外熱交換器３２で凝縮され、膨張弁５２を通り室内熱交換器３１で蒸発して室内を冷房する。その後四方弁３０のポートｂ，ｄを通ってアキュムレータ３５に戻る。
【００２０】
なお、サブクール用室外熱交換器３２ａは、並列配置される３つの室外熱交換器３２で凝縮し液化した冷媒をさらに過冷却するための凝縮器として機能する。
上記冷媒配管上でＨＩＣ５１は、ＣＯＰ（冷凍機成績係数）を向上させるための圧損低減用の熱交換器である。すなわち、冷房運転中室外側の要求負荷が小さく高圧の冷媒をバイパス配管８３を通して低圧側となる冷媒配管８０にバイパスされる時、開閉弁８３ａが開且つ所望の絞り開度となり、この開閉弁８３ａで減圧し低温低圧となった冷媒をＨＩＣ５１で高圧高温の液冷媒と熱交換させることにより、高圧側についてさらに過冷却（サブクール）する一方、低圧側では冷媒の蒸発を助けるように機能する。
【００２１】
またプレート熱交換器３４は、アキュムレータ３５内に導入される冷媒をその配管途中で高温のエンジン冷却水により加熱するためのものである。このプレート熱交換器３４にはバイパス管４５が設けられ、冷房時の圧損を低減してＣＯＰを向上させる。
【００２２】
ガスエンジン１には、冷却水系３９が備り、冷却水ポンプ４０により冷却水が循環する。冷却水ポンプ４０により送られた冷却水は、排気熱交換器１４を通り、第２ポンプ４１によりエンジンの冷却ジャケット（図示しない）に送られる。エンジンからの出口側の冷却水配管上にサーモスタット４２が設けられ、暖機運転時等に冷却水をバイパスさせる。冷却水系３９はエンジン出口側の配管上にリニア三方弁４３が備り、その下流側にラジエータ３６が室外熱交換器３２に並列して備る。ラジエータ３６にはリカバリータンク３８が接続される。リニア三方弁４３により、冷房時は冷却水をラジエータ３６側に流してファン３７により放熱させ、暖房時には分岐管４４を通してプレート熱交換器３４側に流し、冷媒を加熱することにより高温冷却水を冷却する。ラジエータ３６側とプレート熱交換器３４側への分岐量を調整して制御することもできる。
【００２３】
図２は、上記構成の空調システムの制御系の構成図である。
システム全体を制御するシステムＣＰＵ７０は、後述の燃料弁開度の制御マップ等を格納したメモリ７２を備え、前述のガスエンジンを駆動制御するエンジンＣＰＵ７１が接続される。
【００２４】
システムＣＰＵ７０は、室内ユニット６１側に設けた操作部に接続され、運転モード切換えや設定温度等の運転条件が入力される。また、システムＣＰＵ７０は、室内ユニット内に設けた高圧飽和温度センサや室内温度センサ及び室外ユニット６０内に設けた高圧側冷媒圧力センサ７７、低圧側冷媒圧力センサ７８、外気温度センサ、低圧飽和温度センサ、アキュムレータ液面レベルセンサ、コンプレッサ温度センサ７５その他のセンサ群からの各種検出データが入力され、これらの入力データに基づいて室内ユニット６１の室内機ファンや膨張弁および室外ユニット６０の四方弁３０、リニア三方弁４３、室外機ファン３７その他の弁群を駆動制御する。
【００２５】
エンジンＣＰＵ７１は、排圧センサ７３、カム軸パルサ、クランク軸センサ、スロットル開度センサ、クラッチ信号、排気温度センサ、冷却水温度センサ７６等のセンサ群より各種運転状態のデータが入力され、これらの運転状態データに基づいて、予め定めたプログラムにしたがって、マップ等を用いた演算処理によって、点火制御回路を駆動して点火コイルを動作させて点火プラグをスパークさせる。また、スロットル弁回動アクチュエータを駆動して吸入空気量を制御し、燃料取入れ開閉弁動作アクチュエータを駆動して燃料開閉弁１０を駆動制御し、燃料制御弁アクチュエータを駆動して燃料供給量を制御する。
【００２６】
図３は、本発明の実施の形態に係る燃料制御弁フィードバック制御方法のメインプログラムのフローチャートである。
運転操作が開始されると、まず、各弁やアクチュエータの初期設定が行われる（ステップＳ１）。エンジンが起動したかどうかを判別し（ステップＳ２）、起動完了したら目標エンジン回転数を算出する（ステップＳ３）。これは室内ユニット６１の操作部（図２）から入力された設定温度と室内温度センサからの検知温度との差に基づいて予め定めたマップにより行われる。
【００２７】
続いて失火判定プログラムが実行される（ステップＳ４）。これは、後述の燃料制御弁フィードバック制御による失火制御とは別にエンジン運転中常に行われる失火監視のためのプログラムである。
【００２８】
次に、前記ステップＳ３で算出した目標エンジン回転数とするためのスロットル開度を算出してスロットル弁６（図１）をフィードバック制御する（ステップＳ５）。次に本発明による後述の燃料制御弁８（図１）のフィードバック制御が行われているかどうかをフィードバック制御のフラグの有無により判別し（ステップＳ６）、実行中であればそのまま続行し（ステップＳ７）、実行していなければマップ（後述のベースマップ）に基づいて燃料制御弁の開度を算出してフィードバック制御の目標値とする（ステップＳ７）。
【００２９】
次に、後述のように学習によりベースマップを書き換える失火制御プログラムを行う（ステップＳ８）。この失火判定が終了したら、エンジン停止指令があるかどうかを判定し（ステップＳ９）、エンジン停止でなければ、ステップＳ２からのルーチンを繰り返し、エンジン停止であれば所定の順序で各機器を停止動作させるエンジン停止プログラムを実行する（ステップＳ１０）。
【００３０】
図４は学習プログラムによるＮＯｘ対策のための燃料希薄化を図る燃料制御弁フィードバック制御のフローチャートである。
メインルーチンから単位時間ごとにコールされるサブルーチンが開始されると、まずスロットル弁開度とエンジン回転数の検出データからマップにおける現在位置および面補完された値を算出する（ステップＳ１１）。この際、燃料制御弁のベースマップおよび学習による書き換えマップの両方のマップにより算出する。この値を１つ前のサイクルの値と比較する（ステップＳ１２）。差が所定値より大きければ後述するフィードバック（ＦＢ）制御による細かいステップごとのリーン化の制御は行わずにＦＢ実行フラグをＯＦＦにして後述のタイマーＡ、タイマーＢをともにＯＦＦにする（ステップＳ２２）。
【００３１】
差が所定値以下であれば、冷却水温や運転状態の検出データからＦＢ制御を実行するかどうかを判別する（ステップＳ１３）。例えば暖機中であればＦＢ制御は実行しない。次に、実際にＦＢ制御が開始されているかをチェックする（ステップＳ１４）。開始されていない場合には、即座に１ステップリーン動作を行い、実行フラグを成立させる。ＦＢ実行中であれば、現在リーン動作中かどうかを判定する（ステップＳ１５）。
【００３２】
リーン動作中でなければ後述の安定待ち時間中と判断してステップＳ２３に進み、安定時間が終了したかどうかを、後述のタイマーＢの設定時間に達したかどうかにより判別する。タイマー設定時間に達していなければ達するまでルーチンが繰り返される。タイマー設定時間に達して安定時間が終了したら、マップ書き換え処理を行う（ステップＳ２４）。
【００３３】
ステップＳ１５でリーン動作中のときは失火判定プログラムを実行する（ステップＳ１６）。この失火判定プログラムにおいて失火が検出される（ステップＳ１７）。この失火判定は、後述のように、エンジンの排圧センサからの検出波形の解析により行われる。
【００３４】
失火が検出されなければ、リーン時間が経過したかをチェックする（ステップＳ１８）。このリーン時間チェックは、後のリーンプロセス（ステップＳ１９）でセットされるタイマーＡの設定時間に達したかどうかにより判断される。リーン時間が経過したら、燃料制御弁を１ステップリーンにする（ステップＳ１９）。これと同時にタイマーＡを所定のリーン時間にセットする。続いて、ＦＢ実行中であることを示すためにＦＢ実行フラグを立てる（ステップＳ２０）。
【００３５】
次に、このリーン後のステップ数が第２マップの値より大きいか（第２マップよりリーン側か）をチェックする（ステップＳ２１）。大きければ、ルーチンが繰り返され、燃料制御弁は１ステップずつ徐々にリーン化される。１ステップずつリーン化して失火することなく第２マップの値に達したら、安定時間処理を行う（ステップＳ２７）。この安定時間処理において、タイマーＢが所定の安定時間にセットされ安定処理がスタートする。
【００３６】
この安定時間が終了すると、前述のステップＳ１５で安定時間待ちと判別され、タイマーＢによる設定時間終了後に、ベースマップの値が、失火しないことが確認された第２マップの値に書き換えられる。
【００３７】
一方、１ステップずつリーン化している途中で失火が検出されると、前述のステップＳ１７で、即座にエンリッチ動作に移行して所定のＮステップだけ燃料がリッチ化される。失火を回復させるためである。このエンリッチ量はエンリッチマップに基づいて算出される（ステップＳ２５）。このエンリッチ量を算出した後、その値がベースマップ以下（リーン側）かどうかが判別される（ステップＳ２６）。ベースマップより大きいときには、今回のＦＢ制御は無効としてＦＢ実行フラグをおろす（ステップＳ２８）。これは失火しないことが分っているベースマップよりリッチ側への書き換えは行わないようにするためである。
【００３８】
続いて、そのマップ値に対応するガス流量制御弁開度値をベースマップの値に戻してそのマップ値に恒久フラグを立てる（ステップＳ２９）。これにより、以後このマップ位置の運転状態で制御する場合、リーン化の学習による書き換えを行わずに恒久フラグが立ったオリジナルのベースマップに基づいて直ちに燃料制御が行われる。
【００３９】
前記ステップＳ２６で、算出値がベースマップ以下であれば、安定時間をセットして安定制御モードに移行する（ステップＳ２７）。この安定時間はタイマーＢをスタートさせることにより所定時間だけ保持される。安定時間が終了すると、前述のステップＳ２３でこれが判別され、失火した値（または失火した値よりＮステップだけリッチ側の値）でベースマップが書き換えられる。
【００４０】
この書き換えプロセスにおいて、制御中のマップ位置でのベースマップより下がったステップ数だけそのマップ位置だけでなくマップ領域の全域が書き換えられる。この場合、他の位置でその書き換えステップ数をリーン側に下げると第２マップに達する場合には、その位置では第２マップ以下には下げないで第２マップの値に書き換える。
【００４１】
また、オリジナルのベースマップはそのまま保存し、書き換え用のマップを準備してこの書き換えマップに順次学習した値を書込んで新たなベースマップとして使用する。
【００４２】
図５は、マップ書換え処理のフローチャートである。これは、前述の図４のマップ書換えステップＳ２４のフローである。
まず、前述の図４のステップＳ１１と同様に、エンジン回転数とスロットル開度からマップの現在位置を算出する（ステップＳ３０）。この現在位置に恒久フラグを立てる（ステップＳ３１）。次に、ベースマップ算出値から現在の燃料制御弁開度を減算し、その値をオフセット値とする（ステップＳ３２）。
【００４３】
ステップＳ３３では、書換えマップ全体を書換えるに際し、書換え用のカウンタを用意し、このカウンタをクリアする。このカウンタにおけるマップ座標は（ｘ，ｙ）とし、この処理では（０，０）に初期化される。
【００４４】
ステップＳ３４では、（ｘ，ｙ）座標の書換えマップに恒久フラグが立っているかをチェックする。恒久フラグがあれば、この座標位置のデータ書換えは行わない。
ステップＳ３５では、（ｘ，ｙ）座標の書換えマップにフィードバック制御しない領域となる対象外フラグが立っているかをチェックする。対象外フラグがあれば、この座標位置のデータ書換えは行わない。
ステップＳ３６では、（ｘ，ｙ）座標のベースマップ値からオフセット値を減算する。この減算された値が（ｘ，ｙ）座標の第２マップ値以上かをチェックする（ステップＳ３７）。
【００４５】
オフセット減算値が第２マップ値以上（第２マップ値よりリッチ側）であれば、このオフセット減算値を書換えマップの（ｘ，ｙ）座標に書込む（ステップＳ３８）。
【００４６】
一方、オフセット減算値が第２マップ値未満（第２マップ値よりリーン側）であれば、（ｘ，ｙ）座標の書換えマップ値はその第２マップ値に書換える。（ステップＳ３９）。
マップカウンタ数が全マップ数に達したときに書換え作業は終了する（ステップＳ４０）。
【００４７】
図６は、失火判定のフローチャートである。
まず、エンジン回転数およびスロットル開度のデータからマップの現在位置が算出される（ステップＳ４１）。
【００４８】
次にステップＳ４２で、気筒判別処理が行われる。この気筒判別処理は、失火状態を気筒ごとに判別するために行う。この気筒判別は、後述のように、カム軸センサからのパルサー信号とクランク角センサからのクランク角度に応じたパルス信号に基づいて行われる。
【００４９】
ステップＳ４３では、排気圧センサからの波形データを取込み、所定のクランク角ｔ１〜ｔ２間の波形の面積を算出する。
ステップＳ４４で、この波形面積が所定値以下かをチェックする。この所定値はセンサの異常をチェックするためのものであり、例えば失火による面積減少量を越える程度に小面積な値とする。
【００５０】
この波形面積が所定値以下の場合、ステップＳ４５で、タイマーまたはサイクル数のカウンタをセットする。
ステップＳ４６で、タイマーによる所定時間中またはカウンタによる所定回数の検出において同じ小面積の所定値以下の波形データが入力されるかがチェックされる。所定時間が経過し又は所定回数が検出された後、なお所定値以下の排圧波形面積であれば、排気圧センサの異常と判断して排気圧センサ異常の警告表示を行う（ステップＳ４７）。
【００５１】
続いて、ステップＳ４８で応急運転フラグを立て、燃料制御弁をＦＢ制御しないでオリジナルのベースマップ運転プログラムに固定してエンジンを駆動する（ステップＳ４９）。
【００５２】
前記ステップＳ４４で面積値が所定値以上でセンサに異常がない場合には、気筒ごとに、クランク角ｔ１〜ｔ２における排気圧センサからの波形の面積移動平均値を算出する（ステップＳ５０）。
【００５３】
ステップＳ５１で、この気筒移動平均面積に対する排気圧センサの波形面積の比率Ｒを算出する。
ステップＳ５２で、各波形面積データの平均値に対する比率Ｒが基準値以下かをチェックする。この基準値は運転領域に応じて異なり、この基準値に基づいて気筒別に失火が判別される。失火が起きていない場合には、ステップＳ５３で、今回の波形データを加えて気筒別排気圧センサの波形移動平均値を書換える。
【００５４】
上記波形面積の比率Ｒが基準値以下であれば、ステップＳ５４で、失火が起きていると判定される。この失火判定は気筒別に行われる。
【００５５】
ステップＳ５５は、失火した気筒数をチェックする。例えば４気筒中２気筒以上失火していればエンジン異常と判断してエンジンを強制停止する（ステップＳ５９）。その後エンジン異常の表示を行う（ステップＳ６０）。
【００５６】
失火気筒数が１気筒の場合には、ステップＳ５６で、ＦＢ制御運転中かをチェックする。ＦＢ制御中であれば、前述の図４の失火判定プログラム（ステップＳ１６）終了後の失火検出ステップＳ１７のルーチンに戻る。
【００５７】
失火気筒数が１気筒でＦＢ運転中でなければ、ステップＳ５７で、応急フラグを立てる。続いて、ステップＳ５８で、失火回復の制御運転を行う。これは、例えば燃料制御弁の開度マップをエンリッチ化したり、あるいは失火気筒の点火時期を変更することにより行う。
【００５８】
図７は、スロットル開度とエンジン回転数に応じたエンジン運転領域の説明図である。
エンジン運転領域の全域において最適な運転状態を得るために、運転領域に応じて燃料制御方法を変えることが望ましい。例えば、スロットル開度が小さい低負荷側の領域Ｉでは、安定した燃焼を確保するためにリーン化を抑える。中間の領域ＩＩでは、排気ガス対策あるいは燃焼効率を優先させ、失火判定のための燃料制御弁フィードバック制御を実施する。高負荷領域ＩＩＩでは、出力確保のために燃料制御弁フィードバック制御を実施しない。
【００５９】
本発明では、燃料制御弁開度のベースマップとともに第２マップを備え、学習により燃料をリーン化しながらベースマップを書換える。
【００６０】
表１は、このような運転領域に応じて要求される運転特性を考慮した第２マップ設定方法の一例を示す。
【００６１】
【表１】

【００６２】
この第２マップでは、スロットル開度が低い領域で運転性を優先させ（Ａ領域）、中間開度では排気ガス（ＮＯｘ）低減を優先（Ｂ領域）あるいは運転効率を優先させ（Ｄ領域）、高開度では出力確保を優先させている（Ｃ領域）。
【００６３】
図８（Ａ）（Ｂ）は、気筒判別用波形および失火判別用波形のデータ例を示すグラフである。
図８（Ａ）に示すように、カム軸の回転を検出するパルサーコイルからのパルサー信号ａがクランク軸の２回転（７２０度）ごとに入力される。このパルサー信号ａに同期してクランク角センサからのクランク角パルス信号ｂが入力される。このクランク角信号は、例えば１２０枚の歯を有するリングギヤの各歯を検出するごとに出力されるものであり、パルサー信号が得られる２回転では２４０個のパルス信号となり、クランク角３度ごとに１個のパルスが入力される。このパルサー信号の検出位置を例えば＃１気筒のＢＴＤＣ９０度に設定しておく。これにより、例えば＃１→＃３→＃４→＃２の順で点火される４気筒エンジンで、例えば９０度ごとに排圧が検出される４気筒の各々についてパルサー信号の検出位置からのクランク角度により気筒番号が判別される。
【００６４】
各気筒の燃焼条件はそれぞれ微妙に異なるため各気筒の排圧波形も異なる。本発明では、このように気筒を判別して気筒ごとに失火を判定することにより、各気筒の排圧波形に対応してそれぞれ最適なフィードバック制御が可能になる。
【００６５】
図８（Ｂ）は、４気筒の排圧検出データである。実線のグラフｃが正常時の排圧波形であり、点線のグラフｄが失火時の排圧波形である。このような波形検出データから、各気筒のごとに波形の面積を算出し、この波形面積に基づいて失火を判別する。この場合、各気筒の波形データにおいて、圧縮上死点後の積算開始クランク角ｔ１と積算終了クランク角ｔ２を設定しておく。
【００６６】
所定のクランク角で所定気筒に点火され、爆発、排気行程を経て排気管途中の排圧センサ部に排気ガスが到達する。この排気ガス到達までのクランク角（エンジン速度により異なる）を考慮して排圧波形のピークを挟んで排圧データを取込めるように、気筒ごとの点火タイミングに対応して気筒別にｔ１およびｔ２を定めておく。
【００６７】
各気筒ごとにクランク角ｔ１〜ｔ２間の波形面積を算出して、これと直前の所定サイクルの移動平均値と比較する。この波形面積の平均値に対する比率Ｒをマップに格納された基準値と比較して失火を判別する。この基準値は、運転領域に対応したマップの座標ごとに異なる。
【００６８】
図９は、失火判定の基準値のマップを示す立体図である。
図示したように、スロットル開度とエンジン回転数に応じたマップ座標位置により、失火判定基準（％）を異ならせている。この例では高回転でスロットル高開度側では失火判定基準が低く、低回転低スロットル開度側では基準が高い。したがって、高回転高負荷側では、前述の排圧波形面積が平均値に比べ大きく減少して例えば２０００ｒｐｍ以上の高負荷領域では前記比率Ｒが２０％以下まで小さくならないと失火と判定されず、リーン化が続行される。これに対し、低回転低負荷側では、排圧波形面積の比率Ｒが３０〜４０％になると失火と判定されリーン化が停止される。
【００６９】
このように、失火判定基準を運転領域に応じて変えることにより、前述の第２マップを運転領域ごとに所望の優先特性に応じて形成したことと相まって、運転領域全体にわたって最適な運転状態が得られる。
【００７０】
なお、排圧波形面積の平均値に対する比Ｒを求めてこれを基準値と比較する方法に代えて、排圧波形面積と平均値との差を求めてこの差を予め定めた所定の基準値（この基準値も運転領域に応じて異なる）と比較することにより失火を判定してもよい。
【００７１】
本実施形態では、前述の図６のステップＳ５０〜Ｓ６０に示したように、エンジン異常判定のための失火判定プロセスを有している。この失火判定プロセスは、図３のステップＳ４の失火判定プログラムで行われるものであり、これにより、前述のとおり、気筒別の基準に基づいて失火が判定され（ステップＳ５２，５４）、失火気筒数が所定数より多いと、ＦＢ制御中かどうかにかかわらずエンジン異常と判定してエンジンを強制停止し（ステップＳ５９）、異常表示を行う（ステップＳ６０）。この異常表示は、例えば操作パネル上での異常ランプの点灯あるいはブザー等の警報等により行われる。これにより、エンジン異常状態が使用者等に知らされ、速やかに異常状態解消のための方策を施すことができる。
【００７２】
運転中に、複数気筒が失火した場合には、エンジン振動が大きくなり、そのまま長時間運転すると冷媒配管等の耐久性に影響して劣化を速めるおそれがある。またエンジン異常のまま運転を継続させればエンジンに対し大きな損傷を与えるおそれがある。本実施形態ではこのような場合、エンジン異常と判定してエンジンを強制停止させるため異常運転継続による不具合を未然に防止できる。
【００７３】
前述の実施形態では、失火気筒数が所定数以下の場合には、ＦＢ制御中であれば図４の学習プログラムのステップＳ２５により燃料が所定ステップリッチ化され失火を回復させる。この場合前述のようにベースマップ以上にはリッチ化されない。一方、ＦＢ制御中でなければ、応急運転フラグをたて失火回復制御が行われる（ステップＳ５８）。
【００７４】
別の実施形態として、排圧波形の面積と先行する燃焼サイクルの排圧波形の面積の平均値を比較して失火判定を行い（ステップＳ５４）、これにより失火と判定された場合には、直ちにベースマップ運転に切換えてもよい。このベースマップへの切換え後に、失火が継続するかどうかを判定する。ベースマップ運転によってもなお失火が継続するのであれば、エンジンの異常と判定して応急運転の表示をして失火回復制御を行う（ステップＳ５７，５８）。
【００７５】
このようなエンジン異常の判断は気筒ごとの失火判定に基づいて行われるため、１気筒のみの失火であっても直ちにエンジン異常の有無を判別でき大きなトラブルに発展する前に速やかに故障に対処することができる。
【００７６】
なお、ガスエンジン１のクランク軸及び負荷軸に沿ってのねじり振動において、各気筒の失火停止による振動に与える影響が異なるので、ねじり振動に与える影響が大きい気筒が失火していると判定される場合に、ガスエンジン１を減速あるいは停止するようにしてもよい。逆に熱負荷の大きい気筒が失火していると判定される場合には、エンジン停止等の大きな運転条件の変化をさせないようにし、熱負荷の小さい気筒が失火していると判定される場合には、減速を実施するようにしてもよい。すなわち、気筒別に失火を検知した時の対処の仕方に差異をつけるようにしてもよい。
【００７７】
図１０は、本発明の別の実施の形態に係るエンジンの構成図である。
この実施形態は、ガス燃料充填装置に適用されたエンジン８０を示す。このエンジン８０はガス燃焼エンジンであり、クラッチ８１を介して燃料タンク８２内の燃料を所定の高圧ガス燃料とするための３台のコンプレッサＣ１，Ｃ２，Ｃ３に接続される。燃料タンク８２には低圧センサ８３が設けられる。この燃料は、開閉弁８４、ガスメータ８５、大気圧への減圧調整弁であるゼロガバナ８６および燃料制御弁８７を介してスロットル弁９９の上流側の吸気管１００のベンチュリー部に供給される。ベンチュリー部はミキサーとなる。８８はスロットル弁開閉駆動用アクチュエータである。
【００７８】
エンジン８０には、冷却水循環系８９が備り、ポンプ９０，９１により冷却水が循環する。この冷却水は排気管９３上に設けた排気ガス熱交換器９４内を通過する。冷却水はラジエータ９２で大気により冷却され、コンプレッサＣ１，Ｃ２，Ｃ３からの高圧ガスとの間で熱交換して高圧ガスの冷却を行うためのインタークーラ９６内を通過する。コンプレッサ出口側のガス燃料配管９５上には高圧センサ９７が設けられる。所定の充填圧力に設定された高圧燃料ガスは、燃料分配装置９８によりガス燃料自動車（図示しない）等の燃料タンクに供給される。
【００７９】
冷却水循環系８９にはリニア三方弁８９ａ、８９ｂが配置される。エンジン始動直後の暖機運転中は、リニア三方弁８９ａによりポンプ９０により循環する冷却水がラジエータ９２側ではなく直接エンジン８０を経てポンプ９０により多く戻るようにされ、リニア三方弁８９ｂによりポンプ９１により循環する冷却水がエンジン８０側ではなくラジエータ９２、インタークーラ９６を経てポンプ９１により多く戻るように、冷却水循環系８９の切り換えを行う。これにより暖機時間を短くしつつ、ガス充填能力の低下を防止可能としている。
【００８０】
このようなガス燃料充填装置のガスエンジンにおいて、前述の図１の空調システムと同様に排圧センサを用いた失火判定や学習制御によるエンジンの燃料制御弁８７の制御が行われる。この場合、前述の図３に示したメインルーチンのフローチャートにおいて、エンジン起動完了（ステップＳ２）の後、希望する充填速度設定データを読み込むとともに、低圧側および高圧側の燃料圧力のデータを各センサ８３，９７で検出して読み込む。これらのデータに基づいて圧力差を演算し、この圧力差と充填速度に基づいて目標エンジン回転数を算出し、圧力差の大小および急速充填か低速充填かに応じて前述と同様にスロットルＦＢプログラムや失火判定プログラムが実行される。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、気筒ごとにその排圧波形の面積を求めて基準値と比較することにより失火が判定され、ベースマップ運転時に失火した場合にはエンジン異常と判定して、エンジンを強制停止しまた警報を発することができる。これにより、失火時のエンジン振動増大による配管や触媒等の耐久性の低下等の不具合を防止し、また気筒ごとに判定できるため、１気筒のみの失火であっても直ちにエンジン異常の有無を判別でき大きなトラブルに発展する前に速やかに故障に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用されるガスエンジン駆動のヒートポンプ空調システムの構成図。
【図２】 図１の空調システムの制御系の構成図。
【図３】 本発明の燃料制御方法のメインプログラムのフローチャート。
【図４】 図３のフローチャートにおける学習プログラムのフローチャート。
【図５】 図４のフローチャートにおける書換プログラムのフローチャート。
【図６】 本発明の失火判定プログラムのフローチャート。
【図７】 エンジンの運転領域のグラフ。
【図８】 気筒判別及び失火判定のための波形データのグラフ。
【図９】 失火判定基準のマップを示す立体図。
【図１０】 本発明の別の実施の形態に係るガス充填装置の構成図。
【符号の説明】
１：ガスエンジン、２：冷媒サイクル、３：エアクリーナ、４：吸気通路、
５：ミキサー、６：スロットル弁、７：燃料供給管、８：燃料制御弁、
９：ゼロガバナ、１０：開閉弁、１１：オイルセパレータ、１２：排気管、
１３：触媒、１４：排気熱交換器、１５：サイレンサ、
１６：ドレンセパレータ、１７：排気出口、１８：吸気口、１９：中和器、
２０：ドレン出口、２１：オイルパン、２２：オイルタンク、
２３：オイル供給ポンプ、２４：クラッチ、２５：コンプレッサ、
２６：可撓管、２７：冷媒入口管、２８：冷媒出口管、
２９：オイルセパレータ、３０：四方弁、３１：室内熱交換器、
３２：室外熱交換器、３３：戻し管、３４：プレート熱交換器、
３５：アキュムレータ、３６：ラジエータ、３７：ファン、
３８：リカバリータンク、３９：冷却水系、４０：冷却水ポンプ、
４１：第２ポンプ、４２：サーモスタット、４３：リニア三方弁、
４４：分岐管、４５：バイパス管、４６：サブアキュムレータ、
４７：絞り、４８，４９，５０：キャピラリチューブ、５１：ＨＩＣ、
５２：膨張弁、６０：室外ユニット、６１：室内ユニット、
７３：排圧センサ、７５：コンプレッサ温度センサ、
７６：冷却水温度センサ、７７：高圧側冷媒圧力センサ、
７８：低圧側冷媒圧力センサ、８０：エンジン、８１：クラッチ、
８２：燃料タンク、８３：低圧センサ、８４：開閉弁、８５：ガスメータ、
８６：ゼロガバナ、８７：燃料制御弁、
８８：スロットル駆動用アクチュエータ、９０，９１：ポンプ、
９２：ラジエータ、９３：排気管、９４：排気熱交換器、
９５：ガス燃料配管、９６：インタークーラ、９７：高圧センサ、
９８：燃料分配装置、９９：スロットル弁、１００：吸気管。

Claims (1)

1. 複数の気筒からなるエンジンの排圧波形を気筒ごとに判別して検出し、
   各気筒の所定のクランク角範囲での排圧波形の面積を算出し、
   この面積を基準面積値と比較してその差または比を算出し、
   この差または比の値を所定の基準値と比較して各気筒ごとに失火を判定し、
   前記エンジンは、予め設定されたエンジン回転数とスロットル開度に応じたベースマップに基づいて燃料供給量がフィードバック制御され、
   このベースマップは、失火が検出されなければ学習制御によりリーン側に書換えられる多気筒エンジンの異常判定方法であって、
   失火と判定されたときに最初のベースマップに戻して運転を継続し、さらに連続して失火が検出されたときにエンジンの異常と判定することを特徴とする多気筒エンジンのエンジン異常判定方法。

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