JP6536601B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の気筒を有した内燃機関に適用され、圧縮上死点が時系列的に前後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いてクランク信号に現れるクランク軸の回転挙動同士の差を定量化した回転変動値に基づき、少なくとも1つの気筒における連続的な失火を検出する内燃機関の失火検出装置に関する。
たとえば特許文献1には、クランク信号に現れるクランク軸の回転挙動に基づく回転状態パラメータの時系列データの回転0.5次(サイクル1次)成分、回転1次(サイクル2次)成分および回転1.5次(サイクル3次)成分の強度に基づき、内燃機関の失火を検出する装置が記載されている。特に、この装置では、6気筒を有した内燃機関の特定の1つの気筒で連続的に失火が生じる異常(1連失火)と、圧縮上死点の出現順序が間に別の気筒を挟んで時系列的に前後する一対の気筒において連続的に失火が生じる異常(間欠失火)とを、サイクル3次成分の強度に基づき識別している。これは、サイクル1次成分やサイクル2次成分には、1連失火と間欠失火とで強度に目立った相違が生じない一方、サイクル3次成分には、1連失火と間欠失火とで強度に目立った相違が生じることに基づくものであると記載されている(「0023」)。
また特許文献2には、圧縮上死点が時系列的に前後する一対の気筒のそれぞれにおける燃焼の影響が現れる回転角度領域における回転速度同士の差に基づき、失火判定のための角速度変動量(回転変動値)を算出することが記載されている。
特開2003−113736号公報 特開平10−54295号公報
ただし、上記のように、回転変動値の時系列データの所定のサイクル次数の成分の強度は、外乱の影響を受けるため、強度のみによっては、連続的な失火が生じている気筒の圧縮上死点の出現間隔を特定できないおそれがあることが発明者によって見出された。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
1.複数の気筒を有した内燃機関に適用され、圧縮上死点が時系列的に前後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いてクランク信号に現れるクランク軸の回転挙動同士の差を定量化した回転変動値に基づき、少なくとも1つの気筒における連続的な失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、前記クランク信号に基づき、前記回転変動値に関する燃焼サイクルの第1の整数倍の周波数成分である第1成分を算出する第1成分算出処理と、前記クランク信号に基づき、前記回転変動値に関する燃焼サイクルの第2の整数倍の周波数成分であって前記第1成分とは異なる第2成分を算出する第2成分算出処理と、前記第1成分が極大となる位相および極小となる位相の2つの位相のうちの少なくとも1つにおいて前記第2成分が極大となるか極小となるかに基づき、前記連続的な失火が生じている気筒の圧縮上死点の出現間隔を判定する失火判定処理と、を実行する。
N,Mを整数としたとき、回転変動値の時系列データのN次の周波数成分とM次の周波数成分とのそれぞれの強度の大小関係が外乱の影響を受ける場合であっても、サイクルN次成分が極大となる位相および極小となる位相においてサイクルM次成分が極大となるか極小となるかについては、外乱の影響を受けにくいことが発明者によって見出された。このため、上記構成では、回転変動値の時系列データに関するサイクルN次成分(第1成分)が極大となる位相および極小となる位相の2つのうちの少なくとも一方においてサイクルM次成分(第2成分)が極大となるか極小となるかに基づき、連続的な失火が生じている気筒の圧縮上死点の出現間隔を判定する。このため、強度のみによっては特定できない出現間隔を特定することが可能となる。
2.上記1記載の内燃機関の失火検出装置において、前記失火判定処理は、前記第2成分が極大となるか極小となるかの判定結果と、前記第1成分および前記第2成分のうちの少なくとも1つの成分の強度と当該強度に関する判定値との大小比較の結果とに基づき、前記連続的な失火が生じている気筒の圧縮上死点の出現間隔を判定する処理である。
上記構成では、第1成分と第2成分との相対的な位相の関係に加えて、それらの少なくとも1つの成分の強度を用いることにより、連続的な失火が生じている気筒の圧縮上死点の出現間隔をより高精度に判定することができる。
3.上記2記載の内燃機関の失火検出装置において、前記判定値を、前記クランク軸の回転速度が高い場合に低い場合よりも小さい値に設定する判定値可変処理を実行する。
回転速度が高い場合には低い場合と比較して、圧縮上死点が出現する時間間隔が短く、またクランク軸の回転エネルギが大きくなることから、失火が生じた場合の回転速度の落ち込みが小さくなる傾向がある。これは、失火が生じたときにクランク軸の回転挙動に応じて求められる回転変動値に現れる変動量が、回転速度が高い場合には低い場合よりも小さくなることを意味する。そこで上記構成では、判定値を回転速度が高い場合に低い場合よりも小さい値に設定することにより、正常と異常とを切り分けるために用いられる判定値を回転速度にとって適切な値に設定することができる。
4.上記2または3記載の内燃機関の失火検出装置において、前記判定値を、前記内燃機関の負荷が高い場合に低い場合よりも大きい値に設定する判定値設定処理を実行する。
負荷が高い場合には低い場合よりも燃焼に伴って生じるエネルギが大きくなることから、失火が生じた場合の回転速度の落ち込みが大きくなる傾向がある。これは、失火が生じたときにクランク軸の回転挙動に応じて求められる回転変動値に現れる変動量が、負荷が高い場合には低い場合よりも大きくなることを意味する。そこで上記構成では、判定値を負荷が高い場合に低い場合よりも大きい値に設定することにより、正常と異常とを切り分けるために用いられる判定値を回転速度にとって適切な値に設定することができる。
5.上記1〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の失火検出装置において、前記クランク信号に基づき、前記回転変動値に関する燃焼サイクルの第3の整数倍の成分であって前記第1成分および前記第2成分とは異なる第3成分を算出する第3成分算出処理を実行し、前記第1成分は、サイクル1次成分であり、前記第2成分は、サイクル3次成分であり、前記第3成分は、サイクル2次成分であり、前記サイクル1次成分の強度が対向失火用1次判定値未満であることと、前記サイクル3次成分の強度が対向失火用3次判定値未満であることと、前記サイクル2次成分の強度が対向失火用3次判定値を超えることとの論理積が真である場合、前記複数の気筒のうち圧縮上死点が1回転離間している一対の気筒において連続的に失火が生じていると判定する対向判定処理を実行する。
複数の気筒のうち圧縮上死点が1回転離間している一対の気筒において連続的に失火が生じる場合、サイクル1次成分の強度およびサイクル3次成分の強度が小さい一方、サイクル2次成分の強度が大きい傾向があることを発明者が見出した。上記構成では、この点に鑑み、サイクル1次成分の強度、サイクル2次成分の強度およびサイクル3次成分の強度に基づき、複数の気筒のうち圧縮上死点が1回転離間している一対の気筒において連続的に失火が生じる異常の有無を判定する。
6.上記1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の失火検出装置において、前記内燃機関は、6気筒の内燃機関であり、前記第1成分は、サイクル1次成分であり、前記第2成分は、サイクル3次成分であり、前記失火判定処理は、前記サイクル1次成分が極大となる位相において前記サイクル3次成分が極小となることに基づき、時系列的に圧縮上死点が1つ離れた一対の気筒において連続的に失火が生じていると判定する処理、および前記サイクル1次成分が極小となる位相において前記サイクル3次成分が極大となることに基づき、時系列的に圧縮上死点が1つ離れた一対の気筒において連続的に失火が生じていると判定する処理の2つの処理のうちの少なくとも1つの処理を含む。
6気筒の内燃機関の場合、時系列的に圧縮上死点が1つ離れた一対の気筒において連続的に失火が生じている異常(間欠失火)と、複数の気筒のうちの1つの気筒のみで連続的に失火が生じている異常(1連失火)とを、サイクル1次成分やサイクル3次成分の強度のみによって識別することは困難であることを発明者が見出した。また、発明者は、間欠失火の場合、サイクル1次成分が極大となる位相においてサイクル3次成分が極小となり、サイクル1次成分が極小となる位相においてサイクル3次成分が極大となることを見出した。このため、上記構成によれば、位相に基づき間欠失火を1連失火から適切に識別することができる。
7.上記3または4記載の内燃機関の失火検出装置において、前記回転変動値は、圧縮上死点が時系列的に前後する一対の気筒のうちの一方の気筒の燃焼の影響が現れる回転角度間隔における回転速度から他方の気筒の燃焼の影響が現れる回転角度間隔における回転速度を減算した値である。
上記構成では、回転変動値として、時系列的に前後する一対の気筒のうちの一方の上記回転角度間隔の回転に要する回転時間と、他方の気筒の上記回転角度間隔の回転に要する回転時間との差を用いる場合と比較すると、失火時の回転変動値が失火以外の値に影響される度合いが小さい。このため、判定値を可変設定する場合、回転時間同士の差を用いる場合と比較して、判定値の適合工数を低減できる。
失火検出装置にかかる一実施形態および駆動系を示す図。 同実施形態にかかる失火検出処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる回転変動値の算出処理を示す図。 同実施形態にかかる対向気筒失火時の時系列データを示すタイムチャート。 同実施形態にかかる2連失火時の時系列データを示すタイムチャート。 同実施形態にかかる1連失火時の時系列データを示すタイムチャート。 同実施形態にかかる間欠失火時の時系列データを示すタイムチャート。
<第1の実施形態>
以下、内燃機関の失火検出装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
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。
内燃機関10のクランク軸12には、トルクコンバータ30を介して変速装置32が連結可能となっている。変速装置32の出力軸34には、駆動輪36が機械的に連結されている。
クランク軸12には、クランク軸12の複数の回転角度のそれぞれを示す歯部22が設けられたクランクロータ20が結合されている。クランクロータ20には、基本的には、10°CA間隔で歯部22が設けられているものの、隣接する歯部22間の間隔が30°CAとなる箇所である欠け歯部24が1箇所設けられている。これは、クランク軸12の基準となる回転角度を示すためのものである。
制御装置40は、内燃機関10の制御量(トルク、排気成分)を制御するために、燃料噴射弁等の各種アクチュエータを操作する。制御装置40は、制御量の制御や各種診断処理を実行する際に、クランクロータ20の歯部22の検出によってクランク軸12の回転角度を検出するクランク角センサ50のクランク信号Scrやエアフローメータ52によって検出される吸入空気量Gaを参照する。制御装置40は、CPU42や、ROM44、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ46を備えており、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することによって、上記制御量の制御や診断処理を実行する。
図2に、上記診断処理としての内燃機関10の特定の気筒における連続的な失火の有無の検出処理の手順を示す。図2に示す処理は、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42が所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
図2に示す一連の処理において、CPU42は、まず、クランク信号Scrに基づき、30°CAの回転に要する時間(瞬時回転時間T30)の時系列データを取得する(S10)。すなわち、CPU42は、図1に示すように、クランク信号Scrのパルスの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを3個カウントするまでの所要時間を瞬時回転時間T30とする。そして、瞬時回転時間T30を逐次計測することで時系列的に前後する複数の瞬時回転時間T30を逐次生成し、これを時系列データとして取得する。次に、CPU42は、瞬時回転時間T30の時系列データに基づき、回転変動値ΔNEの時系列データを算出する(S12)。
図3に回転変動値ΔNEの算出処理を示す。回転変動値ΔNEは、各気筒#1〜#6のそれぞれの燃焼行程に対応して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を減算した値である。ここで、第2の気筒#2の気筒別回転速度ω120は、第2の気筒#2の30〜150ATDCまでの4つの瞬時回転時間T30の合計値である気筒別回転時間T120によって所定値Kを除算した値である。ここで、所定値Kは、120°CAの角度間隔に応じた値であり、角度の次元を有する。また、第1の気筒#1の気筒別回転速度ω120は、第1の気筒#1の30〜150ATDCまでの4つの瞬時回転時間T30の合計値である気筒別回転時間T120によって所定値Kを除算した値である。なお、S12の処理において、CPU42は、時系列的に前後する回転変動値ΔNEを複数算出する。図3では、変数nを用いることによって、気筒別回転速度ω120や回転変動値ΔNEの時系列データを表現している。すなわち、第3の気筒#3に対応する回転変動値ΔNE(n)は、第2の気筒#2に対応した回転変動値ΔNE(n−1)と時系列的に隣り合っており、第2の気筒#2に対応した回転変動値ΔNE(n−1)の後に生成される。
図2に戻り、CPU42は、回転変動値ΔNEの時系列データを入力とし、サイクル1次のフィルタ処理をすることによって、回転変動値ΔNEの時系列データの1次成分を算出する(S14)。ここで、サイクル1次とは、燃焼サイクルである4ストロークの回転周波数成分を示す。なお、サイクル1次のフィルタ処理は、回転変動値ΔNEの時系列データを入力とするFIRフィルタによって構成すればよい。
次にCPU42は、回転変動値ΔNEの時系列データを入力とし、サイクル2次のフィルタ処理をすることによって、回転変動値ΔNEの時系列データの2次成分を算出する(S16)。なお、サイクル2次のフィルタ処理は、回転変動値ΔNEの時系列データを入力とするFIRフィルタによって構成すればよい。
次にCPU42は、回転変動値ΔNEの時系列データを入力とし、サイクル3次のフィルタ処理をすることによって、回転変動値ΔNEの時系列データの3次成分を算出する(S18)。なお、サイクル3次のフィルタ処理は、回転変動値ΔNEの時系列データを入力とするFIRフィルタによって構成すればよい。
そしてCPU42は、S14の処理によって算出したサイクル1次成分の振幅A1と、S16の処理によって算出したサイクル2次成分の振幅A2と、S18の処理によって算出したサイクル3次成分の振幅A3とを算出する(S20)。ここでは、サイクル1次成分の時系列データについて、1燃焼サイクルにおける最小値と最大値との差を振幅A1とし、サイクル2次成分の時系列データについて、1燃焼サイクルにおける最小値と最大値との差を振幅A2とし、サイクル3次成分の時系列データについて、1燃焼サイクルにおける最小値と最大値との差を振幅A3とする。
次にCPU42は、サイクル1次成分の振幅A1が対向失火用1次判定値O1thより小さいことと、サイクル2次成分の振幅A2が対向失火用2次判定値O2thよりも大きいことと、サイクル3次成分の振幅A3が対向失火用3次判定値O3thよりも小さいこととの論理積が真であるか否かを判定する(S22)。この処理は、たとえば気筒#1と気筒#4とのように、圧縮上死点の出現間隔が360°CA離間した一対の気筒のそれぞれで生じる連続的な失火(対向気筒失火)の有無を判定するためのものである。
図4に、対向気筒失火が生じている場合の回転変動値ΔNE、サイクル1次成分、サイクル2次成分、およびサイクル3次成分の時系列データを示す。図4に示すように、対向気筒失火が生じる場合、サイクル1次成分やサイクル3次成分には、最小値と最大値との間に顕著な差が生じない一方、サイクル2次成分は、最小値と最大値との間に顕著な差が生じる。ちなみに、図4におけるサイクル2次成分は、実線にて示したものであり、2点鎖線にて示すものは、サイクル2次成分の周期および位相を有した正弦波である。
図2に示すS22の処理は、図4に示すパターンに着目して対向気筒失火の有無を判定する処理である。ここで、CPU42は、対向失火用1次判定値O1thや、対向失火用2次判定値O2th、対向失火用3次判定値O3thを、いずれも、回転速度NEおよび負荷KLに応じて可変設定する。ここで、回転速度NEは、CPU42により、瞬時回転時間T30の複数個によって算出されるものであり、特に、気筒別回転速度ω120の算出に用いる回転角度間隔よりも長い回転角度間隔における回転速度の平均値を示す。また、負荷KLは、筒内充填空気量と相関を有する量であり、回転速度NEおよび吸入空気量Gaに基づき算出される。
詳しくは、CPU42は、負荷KLが同一であっても、回転速度NEが高い場合に低い場合よりも対向失火用1次判定値O1thや、対向失火用2次判定値O2th、対向失火用3次判定値O3thを小さい値とする。これは、回転速度NEが高い場合に低い場合よりも失火による回転速度の落ち込みが生じにくくなるためである。また、CPU42は、回転速度NEが同一であっても、負荷KLが高い場合に低い場合よりも対向失火用1次判定値O1thや、対向失火用2次判定値O2th、対向失火用3次判定値O3thを大きい値とする。これは、負荷KLが高い場合には低い場合よりも失火による回転速度の落ち込みが大きくなるためである。
具体的には、ROM44に、入力変数としての回転速度NEおよび負荷KLと、出力変数としての判定値との関係を定めた2次元マップを、対向失火用1次判定値O1th、対向失火用2次判定値O2thおよび対向失火用3次判定値O3thのそれぞれについて記憶しておく。そしてCPU42は、2次元マップに基づき、対向失火用1次判定値O1thや、対向失火用2次判定値O2th、対向失火用3次判定値O3thをマップ演算する。ここで、マップとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応する出力変数の値を演算結果とし、一致しない場合、組データに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。
CPU42は、論理積が真であると判定する場合(S22:YES)、対向気筒失火と判定する(S24)。この場合、CPU42は、回転変動値ΔNEの時系列データに基づき、連続的な失火が生じている一対の気筒を特定する。そして、CPU42は、図1に示した警告灯54を操作してユーザに異常を通知し、また、不揮発性メモリ46に異常の内容を記憶する。不揮発性メモリ46に異常内容を記憶することにより、制御装置40から情報を取り出す装置によって、異常内容を外部に取り出すことが可能となるため、異常内容の記憶処理は、外部への通知のための処理である。
一方、CPU42は、論理積が偽であると判定する場合(S22:NO)、S26の処理に移行する。CPU42は、S26の処理において、サイクル1次成分の振幅A1が2連失火用1次判定値C1thより大きいことと、サイクル2次成分の振幅A2が2連失火用2次判定値C2thよりも大きいことと、サイクル3次成分の振幅A3が2連失火用3次判定値C3thよりも小さいこととの論理積が真であるか否かを判定する(S26)。この処理は、圧縮上死点となるタイミングが時系列的に隣り合う一対の気筒のそれぞれで生じる連続的な失火(2連失火)の有無を判定するためのものである。
図5に、2連失火が生じている場合の回転変動値ΔNE、サイクル1次成分、サイクル2次成分、およびサイクル3次成分の時系列データを示す。図5に示すように、2連失火が生じる場合、サイクル3次成分には、最小値と最大値との間に顕著な差が生じない一方、サイクル1次成分やサイクル2次成分には、最小値と最大値との間に顕著な差が生じる。ちなみに、図5におけるサイクル1次成分やサイクル2次成分は、実線にて示したものであり、2点鎖線にて示すものは、サイクル1次成分やサイクル2次成分の周期および位相を有した正弦波である。
図2のS26の処理は、図5に示すパターンに基づき、2連失火を判定する処理である。ここで、CPU42は、2連失火用1次判定値C1thや、2連失火用2次判定値C2th、2連失火用3次判定値C3thを、いずれも、回転速度NEおよび負荷KLに応じて可変設定する。詳しくは、CPU42は、負荷KLが同一であっても、回転速度NEが高い場合に低い場合よりも2連失火用1次判定値C1thや、2連失火用2次判定値C2th、2連失火用3次判定値C3thを小さい値とする。また、CPU42は、回転速度NEが同一であっても、負荷KLが高い場合に低い場合よりも2連失火用1次判定値C1thや、2連失火用2次判定値C2th、2連失火用3次判定値C3thを大きい値とする。
具体的には、ROM44に、入力変数としての回転速度NEおよび負荷KLと、出力変数としての判定値との関係を定めた2次元マップを、2連失火用1次判定値C1th、2連失火用2次判定値C2th、および2連失火用3次判定値C3thのそれぞれについて記憶しておく。そしてCPU42は、2次元マップに基づき、2連失火用1次判定値C1thや、2連失火用2次判定値C2th、2連失火用3次判定値C3thをマップ演算する。
CPU42は、S26の処理において論理積が真であると判定する場合、2連失火と判定する(S28)。この場合、CPU42は、回転変動値ΔNEの時系列データに基づき、連続的な失火が生じている一対の気筒を特定する。そして、CPU42は、図1に示した警告灯54を操作してユーザに異常を通知し、また、不揮発性メモリ46に異常の内容を記憶する。
これに対し、CPU42は、S26の処理において否定判定する場合、サイクル1次成分の振幅A1が識別前判定値Bthよりも大きいか否かを判定する(S30)。この処理は、特定の1つの気筒において生じる失火(以下、1連失火)や、圧縮上死点となるタイミングが時系列的に1つ離れた一対の気筒のそれぞれで連続的に生じる失火(以下、間欠失火)の有無を判定するためのものである。
図6に、1連失火が生じている場合の回転変動値ΔNE、サイクル1次成分、サイクル2次成分、およびサイクル3次成分の時系列データを示す。詳しくは、第1の気筒#1において連続的に失火が生じている場合を例示している。図6に示すように、1連失火の場合には、サイクル1次成分、サイクル2次成分、およびサイクル3次成分のそれぞれにおいて、最小値と最大値との間に顕著な差が生じる。ちなみに、図6におけるサイクル1次成分、サイクル2次成分およびサイクル3次成分は、実線にて示したものであり、2点鎖線にて示すものは、サイクル1次成分、サイクル2次成分およびサイクル3次成分のそれぞれの周期および位相を有した正弦波である。
図7に、間欠失火が生じている場合の回転変動値ΔNE、サイクル1次成分、サイクル2次成分、およびサイクル3次成分の時系列データを示す。詳しくは、第1の気筒#1および第3の気筒#3において連続的に失火が生じている場合を例示している。図7に示すように、間欠失火の場合には、サイクル1次成分、サイクル2次成分、およびサイクル3次成分のそれぞれにおいて、最小値と最大値との間に顕著な差が生じる。ちなみに、図7におけるサイクル1次成分、サイクル2次成分およびサイクル3次成分は、実線にて示したものであり、2点鎖線にて示すものは、サイクル1次成分、サイクル2次成分およびサイクル3次成分のそれぞれの周期および位相を有した正弦波である。
図6および図7に示すように、1連失火と間欠失火とは、いずれも、サイクル1次成分、サイクル2次成分、およびサイクル3次成分のそれぞれにおいて、最小値と最大値との間に顕著な差が生じる。ここで、図2に示す処理では、所定の気筒で連続的な失火が生じるパターンとして、図4〜図7の4つのパターンを特定する。このため、図2のS30の処理では、サイクル1次成分の最大値と最小値との間に顕著な差があるか否かのみを判定する。すなわち、S30の処理によれば、たとえばサイクル1次成分とサイクル3次成分とに最大値と最小値との間に顕著な差があり、サイクル2次成分には顕著な差がないものであっても、肯定判定されうるものの、そのようなパターンはないことから、S30の処理では、サイクル1次成分の振幅A1のみを取り上げる。
詳しくは、CPU42は、回転速度NEおよび負荷KLに基づき、識別前判定値Bthを可変設定する。CPU42は、負荷KLが同一であっても、回転速度NEが高い場合に低い場合よりも識別前判定値Bthを小さい値とする。また、CPU42は、回転速度NEが同一であっても、負荷KLが高い場合に低い場合よりも識別前判定値Bthを大きい値とする。具体的には、ROM44に、入力変数としての回転速度NEおよび負荷KLと、出力変数としての識別前判定値Bthとの関係を定めた2次元マップを記憶しておく。そしてCPU42は、2次元マップに基づき、識別前判定値Bthをマップ演算する。
CPU42は、振幅A1が識別前判定値Bthよりも大きいと判定する場合(S30:YES)、サイクル1次成分とサイクル3次成分とが同位相であるか否かを判定する(S32)。この処理は、1連失火と間欠失火とのいずれであるかを識別するための処理である。すなわち、図6に一点鎖線にて示すように、1連失火の場合、サイクル1次成分が極小値となるタイミングではサイクル3次成分も極小値となり、サイクル1次成分が極大値となるタイミングではサイクル3次成分も極大値となる。以下、この場合、サイクル1次成分とサイクル3次成分とは同位相であると称する。これに対し、図7に一点鎖線にて示すように、間欠失火の場合には、サイクル1次成分が極小値となるタイミングではサイクル3次成分は極大値となり、サイクル1次成分が極大値となるタイミングではサイクル3次成分は極小値となる。以下、この場合、サイクル1次成分とサイクル3次成分とは逆位相であると称する。なお、CPU42は、S32の処理として、サイクル1次成分が極小値となるときにサイクル3次成分が極大値であるか極小値であるかの判定処理と、サイクル1次成分が極大値となるときにサイクル3次成分が極大値であるか極小値であるかの判定処理との2つの処理のうちの少なくとも1つの判定を実行する。
CPU42は、サイクル1次成分とサイクル3次成分とが同位相であると判定する場合(S32:YES)、1連失火であると判定する(S34)。CPU42は、またS34の処理において、回転変動値ΔNEの時系列データに基づき、連続的な失火が生じている1つの気筒を特定し、警告灯54を操作してユーザに異常を通知し、また、不揮発性メモリ46に異常の内容を記憶する。
一方、CPU42は、サイクル1次成分とサイクル3次成分とが逆位相であると判定する場合(S32:NO)、間欠失火であると判定する(S36)。CPU42は、またS36の処理において、回転変動値ΔNEの時系列データに基づき、連続的な失火が生じている一対の気筒を特定し、警告灯54を操作してユーザに異常を通知し、また、不揮発性メモリ46に異常の内容を記憶する。
なお、CPU42は、S24,S28,S34,S36の処理が完了する場合や、S30の処理において否定判定する場合には、図2に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで本実施形態の作用を説明する。
CPU42は、クランク信号Scrに基づき回転変動値ΔNEの時系列データを算出すると、そのサイクル1次成分、サイクル2次成分およびサイクル3次成分を算出する。そして、CPU42は、サイクル1次成分、サイクル2次成分およびサイクル3次成分に応じて、1連失火、2連失火、間欠失火および対向失火が生じているか否かを判定する。このように、サイクル1次成分、サイクル2次成分およびサイクル3次成分に着目することによって、回転変動値ΔNEの時系列データのパターン判定をする場合と比較して、ノイズの影響を抑制しつつ連続的な失火を判定することができる。
特に、1連失火と間欠失火とを、サイクル1次成分とサイクル3次成分とが同位相であるか逆位相であるかに応じて識別することにより、サイクル1次成分、サイクル2次成分およびサイクル3次成分の強度のみから識別する場合と比較すると、ノイズの影響を抑制しつつより高精度に識別することができる。
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
(1)振幅A1が識別前判定値Bthよりも大きいことを条件に、1連失火または間欠失火であると判定した。このように、振幅A1を用いることにより、用いない場合と比較して、1連失火と間欠失火との判定精度を向上させることができる。
(2)対向失火用1次判定値O1th、対向失火用2次判定値O2th、対向失火用3次判定値O3th、2連失火用1次判定値C1th、2連失火用2次判定値C2th、2連失火用3次判定値C3th、および識別前判定値Bthを、回転速度NEが高い場合に低い場合よりも小さい値に設定した。これにより、正常と異常とを切り分けるために用いられる上記判定値を回転速度NEにとって適切な値に設定することができる。
(3)対向失火用1次判定値O1th、対向失火用2次判定値O2th、対向失火用3次判定値O3th、2連失火用1次判定値C1th、2連失火用2次判定値C2th、2連失火用3次判定値C3th、および識別前判定値Bthを、負荷KLが高い場合に低い場合よりも大きい値に設定した。これにより、正常と異常とを切り分けるために用いられる上記判定値を負荷にとって適切な値に設定することができる。
(4)回転変動値ΔNEを、気筒別回転速度ω120同士の差によって定量化した。これにより、気筒別回転時間T120同士の差によって定量化する場合と比較すると、失火時の回転変動値ΔNEが回転速度NE等に依存する度合いが小さいため、上記各判定値の適合工数を低減できる。
(5)サイクル1次成分の振幅A1、サイクル2次成分の振幅A2およびサイクル3次成分の振幅A3を用いることにより、対向気筒失火や2連失火を判定することができる。
<対応関係>
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。[1]第1成分算出処理は、S14の処理に対応し、第2成分算出処理は、S18の処理に対応し、失火判定処理は、S32〜S36の処理に対応し、失火検出装置は、制御装置40に対応する。[2]失火判定処理は、S30〜S36の処理に対応する。[3,4]判定値可変処理は、S30の処理に対応する。[5]対向判定処理は、S22,S24の処理に対応する。[6]S32,S36の処理に対応する。[7]図3の処理に対応する。
<その他の実施形態>
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。
・「第1次、第2次、第3次成分算出処理について」
上記実施形態では、回転変動値ΔNEの時系列データをサイクル1次フィルタに入力することによって、回転変動値ΔNEのサイクル1次成分を算出したが、これに限らない。たとえば、気筒別回転速度ω120の時系列データをサイクル1次フィルタに入力し、サイクル1次フィルタの出力値に基づき、回転変動値ΔNEのサイクル1次成分を算出してもよい。また、たとえば、気筒別回転時間T120の時系列データをサイクル1次フィルタに入力し、サイクル1次フィルタの出力値に基づき、回転変動値ΔNEのサイクル1次成分を算出してもよい。さらにたとえば、瞬時回転時間T30の時系列データをサイクル1次フィルタに入力し、サイクル1次フィルタの出力値に基づき、回転変動値ΔNEのサイクル1次成分を算出してもよい。なお、サイクル1次フィルタとしては、FIRフィルタに限らない。
上記実施形態では、回転変動値ΔNEの時系列データをサイクル2次フィルタに入力することによって、回転変動値ΔNEのサイクル2次成分を算出したが、これに限らない。たとえば、気筒別回転速度ω120の時系列データをサイクル2次フィルタに入力し、サイクル2次フィルタの出力値に基づき、回転変動値ΔNEのサイクル2次成分を算出してもよい。また、たとえば、気筒別回転時間T120の時系列データをサイクル2次フィルタに入力し、サイクル2次フィルタの出力値に基づき、回転変動値ΔNEのサイクル2次成分を算出してもよい。さらにたとえば、瞬時回転時間T30の時系列データをサイクル2次フィルタに入力し、サイクル2次フィルタの出力値に基づき、回転変動値ΔNEのサイクル2次成分を算出してもよい。なお、サイクル2次フィルタとしては、FIRフィルタに限らない。
上記実施形態では、回転変動値ΔNEの時系列データをサイクル3次フィルタに入力することによって、回転変動値ΔNEのサイクル3次成分を算出したが、これに限らない。たとえば、気筒別回転速度ω120の時系列データをサイクル3次フィルタに入力し、サイクル3次フィルタの出力値に基づき、回転変動値ΔNEのサイクル3次成分を算出してもよい。また、たとえば、気筒別回転時間T120の時系列データをサイクル3次フィルタに入力し、サイクル3次フィルタの出力値に基づき、回転変動値ΔNEのサイクル3次成分を算出してもよい。さらにたとえば、瞬時回転時間T30の時系列データをサイクル3次フィルタに入力し、サイクル3次フィルタの出力値に基づき、回転変動値ΔNEのサイクル3次成分を算出してもよい。なお、サイクル3次フィルタとしては、FIRフィルタに限らない。
サイクル1次成分、サイクル2次成分、およびサイクル3次成分を算出することは必須ではない。たとえば、「内燃機関について」の欄に記載したように、8気筒の内燃機関の場合、サイクル3次成分に代えて、サイクル4次成分を算出し、これを用いて失火判定してもよい。
・「失火判定処理について」
6気筒の内燃機関において間欠失火の有無を判定する処理としては、S22,S26の処理の後に行うものに限らない。たとえば、S22,S26の処理とは独立に、振幅A1,A2,A3のそれぞれの大きさが対応する判定値を超えることと、サイクル1次成分の位相とサイクル3次成分の位相とが逆位相であることとの論理積が真であるか否かの判定処理を実行してもよい。またたとえば、振幅A2および振幅A3のそれぞれの大きさが対応する判定値を超えることと、サイクル1次成分の位相とサイクル3次成分の位相とが逆位相であることとの論理積が真であるか否かの判定処理を実行してもよい。
一対の成分の位相の比較に基づき、連続的な失火が生じている気筒の圧縮上死点の出現間隔を判定する処理としては、6気筒の内燃機関における間欠失火および1連失火の判定に限らない。たとえば、「内燃機関について」の欄に記載したように、8気筒の内燃機関の失火判定処理を行う場合、2つの気筒で連続的に失火が生じている場合に、その2つの気筒の圧縮上死点の出現間隔は複数通りあるため、成分の強度のみによっては出現間隔の特定が困難となりうる。そしてその場合、一対の成分の位相の比較が有効である。なお、この場合、「第1次、第2次、第3次成分算出処理について」の欄に記載したように、サイクル4次成分の位相を用い、その位相を他の成分の位相と比較することも有効である。
・「回転変動値について」
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。
上記実施形態では、圧縮上死点が時系列的に前後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である気筒別回転速度同士の差を回転変動値ΔNEとしたが、これに限らない。たとえば、圧縮上死点が時系列的に前後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の回転に要する時間同士の差を回転変動値ΔNEとしてもよい。具体的には、たとえば時系列的に隣り合う気筒別回転時間T120同士の差を回転変動値ΔNEとすればよい。
圧縮上死点が時系列的に前後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いてクランク信号に現れるクランク軸の回転挙動同士の差を定量化する手法としては、気筒別回転速度同士の差や気筒別回転時間同士の差を用いるものに限らない。たとえば、各気筒の気筒別回転速度に相当する量を、90〜120ATDCの区間の瞬時速度から30〜60ATDCの区間の瞬時速度を減算した値とし、時系列的に圧縮上死点が隣り合う気筒に関する上記相当する量同士の差を算出してもよい。また、たとえば上記回転角度間隔において同回転角度間隔よりも短い間隔における複数の瞬時速度に基づき、同回転角度間隔におけるトルクである気筒別トルクを算出し、気筒別トルク同士の差によって定量化してもよい。
さらに、特許文献2に記載されているように、気筒別回転速度同士の差についての360°CA前後した値同士の差を用いてもよい。
なお、回転変動値ΔNEとしては、時系列的に圧縮上死点が隣り合う気筒同士の気筒別回転速度や同速度に相当する量等の差に限らない。たとえば、時系列的に間に他の1つの気筒の圧縮上死点が介在する一対の気筒同士の気筒別回転速度ω120同士の差としてもよい。すなわち、たとえば第3の気筒#3の気筒別回転速度ω120から第1の気筒#1の気筒別回転速度ω120を減算した値等を回転変動値ΔNEとしてもよい。
・「判定値について」
対向失火用1次判定値O1th、対向失火用2次判定値O2th、対向失火用3次判定値O3th、2連失火用1次判定値C1th、2連失火用2次判定値C2th、2連失火用3次判定値C3th、および識別前判定値Bthのそれぞれを、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。たとえばそれら判定値のうちの少なくとも1つについて、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。
・「成分の強度について」
上記実施形態では、1次成分の振幅A1によって1次成分の強度を定量化したがこれに限らない。たとえば上記実施形態において、1燃焼サイクルにおける最小値の絶対値によって強度を定量化してもよい。この場合、たとえば対向失火用1次判定値O1thや、2連失火用1次判定値C1th、識別前判定値Bthを、負の値とすればよい。さらに、それら判定値を回転速度NEが高い場合に低い場合よりも絶対値が小さい値としたり、負荷KLが高い場合に低い場合よりも絶対値が大きい値としたりしてもよい。同様に、2次成分の強度や3次成分の強度等についても、1燃焼サイクルにおける最小値の絶対値によって定量化してもよい。
・「失火の検出結果の外部への通知のための処理について」
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54の操作処理と、不揮発性メモリ46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46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54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54や不揮発性メモリ46に限らず、スピーカや無線送信機等であってもよい。
・「内燃機関について」
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。こうしたものであっても、対向気筒失火が生じる場合には、サイクル1次成分やサイクル3次成分には、最小値と最大値との間に顕著な差が生じない一方、サイクル2次成分は、最小値と最大値との間に顕著な差が生じる。
内燃機関としては、筒内充填空気量によってトルクを調整するものに限らず、たとえばディーゼル機関のように噴射量に応じてトルクを調整するものであってもよい。この場合、負荷KLを、噴射量やアクセル操作量とすればよい。
・「失火検出装置について」
CPU42とROM44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。
なお、専用のハードウェア回路を備える場合、サイクル1次成分を算出するためのフィルタ処理、サイクル2成分を算出するためのフィルタ処理、およびサイクル3次成分を算出するためのフィルタ処理の3つの処理のうちの少なくとも1つの処理を、アナログフィルタにて実行してもよい。
・「そのほか」
クランク軸12がトルクコンバータ30および変速装置32を介して駆動輪36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。
クランクロータ20の歯部22間の間隔としては、10°CAに限らない。また、瞬時回転時間としては、30°CAの回転に要する時間に限らない。
10…内燃機関、12…クランク軸、20…クランクロータ、22…歯部、24…欠け歯部、30…トルクコンバータ、32…変速装置、34…出力軸、36…駆動輪、40…制御装置、42…CPU、44…ROM、46…不揮発性メモリ、50…クランク角センサ、52…エアフローメータ、54…警告灯。

Claims (7)

  1. 複数の気筒を有した内燃機関に適用され、圧縮上死点が時系列的に前後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いてクランク信号に現れるクランク軸の回転挙動同士の差を定量化した回転変動値に基づき、少なくとも1つの気筒における連続的な失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、
    前記クランク信号に基づき、前記回転変動値に関する燃焼サイクルの第1の整数倍の周波数成分である第1成分を算出する第1成分算出処理と、
    前記クランク信号に基づき、前記回転変動値に関する燃焼サイクルの第2の整数倍の周波数成分であって前記第1成分とは異なる第2成分を算出する第2成分算出処理と、
    前記第1成分が極大となる位相および極小となる位相の2つの位相のうちの少なくとも1つにおいて前記第2成分が極大となるか極小となるかに基づき、前記連続的な失火が生じている気筒の圧縮上死点の出現間隔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。
  2. 前記失火判定処理は、前記第2成分が極大となるか極小となるかの判定結果と、前記第1成分および前記第2成分のうちの少なくとも1つの成分の強度と当該強度に関する判定値との大小比較の結果とに基づき、前記連続的な失火が生じている気筒の圧縮上死点の出現間隔を判定する処理である請求項1記載の内燃機関の失火検出装置。
  3. 前記判定値を、前記クランク軸の回転速度が高い場合に低い場合よりも小さい値に設定する判定値可変処理を実行する請求項2記載の内燃機関の失火検出装置。
  4. 前記判定値を、前記内燃機関の負荷が高い場合に低い場合よりも大きい値に設定する判定値設定処理を実行する請求項2または3記載の内燃機関の失火検出装置。
  5. 前記クランク信号に基づき、前記回転変動値に関する燃焼サイクルの第3の整数倍の成分であって前記第1成分および前記第2成分とは異なる第3成分を算出する第3成分算出処理を実行し、
    前記第1成分は、サイクル1次成分であり、
    前記第2成分は、サイクル3次成分であり、
    前記第3成分は、サイクル2次成分であり、
    前記サイクル1次成分の強度が対向失火用1次判定値未満であることと、前記サイクル3次成分の強度が対向失火用3次判定値未満であることと、前記サイクル2次成分の強度が対向失火用3次判定値を超えることとの論理積が真である場合、前記複数の気筒のうち圧縮上死点が1回転離間している一対の気筒において連続的に失火が生じていると判定する対向判定処理を実行する請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の失火検出装置。
  6. 前記内燃機関は、6気筒の内燃機関であり、
    前記第1成分は、サイクル1次成分であり、
    前記第2成分は、サイクル3次成分であり、
    前記失火判定処理は、前記サイクル1次成分が極大となる位相において前記サイクル3次成分が極小となることに基づき、時系列的に圧縮上死点が1つ離れた一対の気筒において連続的に失火が生じていると判定する処理、および前記サイクル1次成分が極小となる位相において前記サイクル3次成分が極大となることに基づき、時系列的に圧縮上死点が1つ離れた一対の気筒において連続的に失火が生じていると判定する処理の2つの処理のうちの少なくとも1つの処理を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の失火検出装置。
  7. 前記回転変動値は、圧縮上死点が時系列的に前後する一対の気筒のうちの一方の気筒の燃焼の影響が現れる回転角度間隔における回転速度から他方の気筒の燃焼の影響が現れる回転角度間隔における回転速度を減算した値である請求項3または4記載の内燃機関の失火検出装置。
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