JP6567140B1

JP6567140B1 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP6567140B1
Application number: JP2018113298A
Authority: JP
Inventors: 竜生藤本; 允令友松; 憲一郎米澤; 賢一山形; 拓馬草垣
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2038-06-14
Also published as: US20190383704A1; US10989627B2; JP2019214986A

Abstract

【課題】失火以外の要因により、内燃機関の回転変動が生じる場合でも、精度よく失火の有無を判定することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】圧縮行程の上死点を含む基準角度区間内で検出された検出周期を、基準検出周期として算出し、基準検出周期と検出周期のそれぞれとの偏差である周期偏差を算出し、上死点前の前角度区間内の周期偏差を積算して、前周期偏差積算値を算出し、上死点後の後角度区間内の周期偏差を積算して、後周期偏差積算値を算出し、前周期偏差積算値と後周期偏差積算値とに基づいて、上死点後の燃焼行程における失火の有無を判定する内燃機関の制御装置。【選択図】図１

Description

本願は、失火の有無を判定する内燃機関の制御装置に関する。

失火の有無を判定する内燃機関の制御装置として、下記の特許文献１に開示されている技術が知られている。特許文献１の技術では、クランク角センサにより検出したクランク軸角度の検出周期を計測し、角度検出周期から内燃機関の回転速度を算出する。そして、失火を判定する気筒の圧縮行程の上死点付近における回転速度の検出値を基準回転速度とし、その基準回転速度と、上死点後の燃焼行程における各クランク軸角度で検出される回転速度との偏差を積算し、積算値に基づいて失火の有無を判定するように構成されている。

特許第４５０９９８６号公報

失火の発生により、特に燃焼行程において回転変動が生じ、燃焼行程における回転情報が変動する。しかし、内燃機関の回転変動は、失火以外の要因（例えば、車両の加速及び減速、燃焼室に充填された吸入空気量の大きさ等）によっても生じる。車両が加速又は減速していれば、角度検出周期が全体的に減少又は増加する。また、吸入空気量が大きくなればなるほど、燃焼トルクが大きくなるため、燃焼行程における角度検出周期の変動量も大きくなる。特に、２輪車両のように、車両及び動力伝達機構の慣性が小さい場合は、失火以外の要因による、角度検出周期の減少量又は増加量が大きくなる。

失火以外の要因による回転変動の影響は、燃焼行程の角度検出周期にも表れる。特許文献１の技術のように、燃焼行程の回転情報だけに基づいて、失火の有無を判定すると、失火以外の要因によって、燃焼行程の角度検出周期が変動すると、失火の有無を誤判定する可能性がある。

そこで、失火以外の要因により、内燃機関の回転変動が生じる場合でも、精度よく失火の有無を判定することができる内燃機関の制御装置が望まれる。

本願に係る内燃機関の制御装置は、クランク軸と同期して回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク軸角度に対応して設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出する角度センサと、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記角度センサの出力信号に基づいて、前記クランク軸角度を検出すると共に、前記クランク軸角度の検出毎に前記クランク軸角度の検出周期を検出する角度情報検出部と、
前記クランク軸角度の検出値及び前記検出周期に基づいて、圧縮行程の上死点を含む予め設定されたクランク軸角度区間である基準角度区間内で検出された前記検出周期を、基準検出周期として算出する基準周期算出部と、
前記基準検出周期と前記検出周期のそれぞれとの偏差である周期偏差を算出する周期偏差算出部と、
前記上死点前の吸気行程及び圧縮行程の範囲内に予め設定されたクランク軸角度区間である前角度区間内の前記周期偏差を積算して、前周期偏差積算値を算出する前周期偏差積算部と、
前記上死点後の燃焼行程及び排気行程の範囲内に予め設定されたクランク軸角度区間である後角度区間内の前記周期偏差を積算して、後周期偏差積算値を算出する後周期偏差積算部と、
前記前周期偏差積算値と前記後周期偏差積算値との比を算出し、前記比に基づいて、前記上死点後の燃焼行程における失火の有無を判定する失火判定部と、
を備えたものである。

失火以外の要因による回転変動の影響は、上死点後の後角度区間の検出周期だけでなく、上死点前の前角度区間の検出周期にも表れる。例えば、車両の加速又は減速により、後角度区間だけでなく、前角度区間の検出周期も変動する。また、吸入空気量が大きくなればなるほど、吸入空気を圧縮するために必要なトルクが大きくなるため、燃焼行程だけでなく、圧縮行程における検出周期の変動量も大きくなる。本願に係る内燃機関の制御装置によれば、失火以外の要因による回転変動の影響が表れた前周期偏差積算値と、失火以外の要因及び失火による回転変動の影響が表れた後周期偏差積算値とに基づいて、失火による回転変動の影響を評価して、失火を精度よく判定できる。

また、前周期偏差積算値及び後周期偏差積算値は、前角度区間と後角度区間との間の上死点付近の基準検出周期を基準にした周期偏差により算出されており、基準検出周期を基準にした、検出周期の変動成分が取り出されている。上死点付近の基準検出周期は、吸入空気量の大きさに合わせて変化するため、前角度区間における吸入空気量の大きさによる検出周期の変動成分と、後角度区間における吸入空気量の大きさによる検出周期の変動成分と、を分離して取り出すことができる。また、前周期偏差積算値及び後周期偏差積算値は、前角度区間及び後角度区間の周期偏差の積算値であるので、検出周期よりも長期的な回転変動の挙動を取り出せており、短期的な検出周期の変動による影響を低減できる。よって、上死点付近の基準検出周期を基準にした前周期偏差積算値及び後周期偏差積算値に基づくことにより、失火以外の要因による回転変動成分と、失火による回転変動成分とを、精度よく評価することができ、失火の判定精度を向上することができる。

実施の形態１に係る内燃機関及び制御装置の概略構成図である。実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。実施の形態１に係る制御装置の処理を説明するフローチャートである。実施の形態１に係る失火が発生していない場合の制御挙動を説明するタイムチャートである。実施の形態１に係る失火が発生した場合の制御挙動を説明するタイムチャートである。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る内燃機関の制御装置１２１（以下、単に制御装置１２１と称す）及び内燃機関の制御方法について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関１００及び制御装置１２１の概略構成図である。内燃機関１００及び制御装置１２１は、２輪車両に搭載され、内燃機関１００は、車輪の駆動力源となる。

１−１．内燃機関の構成
内燃機関１００は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の４サイクルを１燃焼サイクルとして行う４サイクル機関とされている。内燃機関１００は、ガソリン内燃機関である。内燃機関１００は、空気と燃料の混合気を燃焼する燃焼室１０５を有している。燃焼室１０５を、気筒とも称す。燃焼室１０５は、シリンダ及びピストン１１３により構成されている。シリンダは、シリンダの壁面を構成するシリンダブロック１２２と、シリンダの頂部を構成するシリンダヘッド１２３とにより構成されている。本実施の形態では、内燃機関１００は、Ｖ型の２気筒エンジンとされている。なお、図１には、第１気筒を代表して示しており、以下では第１気筒を代表して説明する。

内燃機関１００は、燃焼室１０５に空気を供給する吸気通路１０１と、燃焼室１０５で燃焼した排気気体を排出する排気通路１１７とを備えている。吸気通路１０１には、上流側から、エアフィルタ１０２、スロットルバルブ１０３、吸気圧センサ１０４が設けられている。吸気圧センサ１０４は、スロットルバルブ１０３より下流側の吸気通路１０１である吸気管１０１ａ内の気体の圧力に応じた信号を出力する。吸気圧センサ１０４の出力信号は、制御装置１２１に入力される。吸気通路１０１には、スロットルバルブ１０３を迂回してスロットルバルブ１０３の上流側と下流側とを連通するバイパス流路１０６と、バイパス流路１０６の開度を調整するアイドルスピードコントロールバルブ１０７と、が設けられている。

吸気管１０１ａにおける、吸気圧センサ１０４よりも下流側には、燃料を吸気ポート近傍に噴射するインジェクタ１１０が設けられている。インジェクタ１１０には、燃料タンク１０９から燃料ポンプ１０８によって汲み上げられた燃料が供給される。インジェクタ１１０は、制御装置１２１から出力された信号により駆動される。

燃焼室１０５の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグ１１２が設けられている。点火プラグ１１２の電極は、燃焼室１０５内に露出している。点火プラグ１１２には、制御装置１２１から点火コイル等を介して点火エネルギが供給される。また、燃焼室１０５の頂部（シリンダヘッド１２３）には、吸気通路１０１から燃焼室１０５内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１１１と、燃焼室１０５内から排気通路１１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１１６と、が設けられている。

ピストン１１３は、コンロッド１１４を介して、クランク軸１１５に連結されている。クランク軸１１５の回転に応じて、ピストン１１３がシリンダ内を上下に往復運動する。

排気通路１１７の下流側には、三元触媒１１９が設けられている。また、排気通路１１７における三元触媒１１９の上流には、排気ガスの酸素濃度に応じた信号を出力するＯ２センサ１２０が設けられている。Ｏ２センサ１２０の出力信号は、制御装置１２１に入力される。

スロットルバルブ１０３は、吸気通路１０１を開閉する弁である。スロットルバルブ１０３の開度の変化により、吸気管１０１ａを介して燃焼室１０５に供給される空気量が調整される。運転者によるアクセル（不図示）の操作量に応じて、スロットルバルブ１０３の開度が変化する。アイドルスピードコントロールバルブ１０７は、内燃機関１００のアイドリング運転時に、内燃機関１００の回転速度を制御するために、バイパス流路１０６を流れる空気流量を調節する。

インジェクタ１１０は、吸気バルブ１１１の手前にて、吸気管１０１ａを流通した空気に燃料を噴射して混合気を形成する。吸気バルブ１１１は、形成された混合気を燃焼室１０５に供給する。燃焼室１０５に設けられた点火プラグ１１２は、燃焼室１０５に供給された混合気に対して放電火花によって着火を行い、混合気を燃焼する。混合気の燃焼によって、外部へ仕事がなされる。具体的には、ピストン１１３及びコンロッド１１４を介してクランク軸１１５が回転し、混合気の燃焼から回転エネルギが取り出される。なお排気バルブ１１６は、混合気の燃焼によって生じた排気ガスを開動作によって排気通路１１７に排出する。

内燃機関１００は、クランク軸１１５と一体回転する信号板１２４を備えている。信号板１２４は、予め定められた複数のクランク軸角度に複数の歯を設けている。本実施の形態では、信号板１２４は、１５度間隔で歯が並べられている。信号板１２４の歯には、連続した２個の歯が欠けた欠け歯部分が設けられている。よって、信号板１２４は、２２個の歯を備えている。内燃機関１００は、シリンダブロック１２２に固定され、信号板１２４の歯と対向する位置にクランク角センサ１１８を備えている。クランク角センサ１１８は、信号板１２４の歯がこのクランク角センサ１１８を横切る時に、矩形状のクランク信号を出力する。

信号板１２４が、本願における「回転部材」に相当し、信号板１２４に設けられた歯が、本願における「被検出部」に相当し、シリンダブロック１２２が、本願における「非回転部材」に相当し、クランク角センサ１１８が、本願における「角度センサ」に相当する。

クランク角センサ１１８の出力信号は、制御装置１２１に入力される。クランク軸１１５が最大で３６０度回転すれば、制御装置１２１は、ピストン１１３の上死点及び下死点を基準にしたクランク軸角度を判別することができる。

４サイクル機関であれば、吸気圧センサ１０４からの情報と、上死点及び下死点を基準にしたクランク軸角度とを組み合わせることで、制御装置１２１は、内燃機関１００の４行程（吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程）の判別と、上死点及び下死点を基準にしたクランク軸角度とを認識することできる。この結果、ピストン１１３の位置に応じて、制御装置１２１からインジェクタ１１０に燃料噴射の指令をだすことで、制御装置１２１が燃料噴射量及び空燃比など内燃機関１００の制御を行う。

１−２．制御装置の構成
制御装置１２１は、内燃機関１００を制御対象とする制御装置である。図２に示すように、制御装置１２１は、角度情報検出部５１、基準周期算出部５２、周期偏差算出部５３、前周期偏差積算部５４、後周期偏差積算部５５、失火判定部５６、及び失火報知部５７等の制御部を備えている。制御装置１２１の各制御部５１〜５７等は、制御装置１２１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１２１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

記憶装置９１として、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置、及びＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性の記憶装置が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０からの制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

そして、制御装置１２１が備える各制御部５１〜５７等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１２１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部５１〜５７等が用いる判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。

本実施の形態では、入力回路９２には、吸気圧センサ１０４、クランク角センサ１１８、Ｏ２センサ１２０、及び外気温センサ１２５等が接続されている。出力回路９３には、インジェクタ１１０、点火プラグ１１２、及び報知装置１２６等が接続されている。

制御装置１２１は、各種のセンサの出力信号等に基づいて内燃機関１００の各種の運転状態を検出する。制御装置１２１は、基本的な制御として、検出した運転状態に基づいて、燃料噴射量等を算出し、インジェクタ１１０及び点火プラグ１１２等を駆動制御する。

＜角度情報検出部５１＞
角度情報検出部５１は、クランク角センサ１１８の出力信号に基づいて、クランク軸角度を検出すると共に、クランク軸角度の検出毎にクランク軸角度の検出周期ＴＲ（以下、角度検出周期ＴＲと称す）を検出する。本実施の形態では、角度情報検出部５１は、クランク角センサ１１８の出力信号（矩形波）の立下りエッジ（又は立上りエッジ）を検出した時のクランク軸角度を判定する。また、角度情報検出部５１は、立下りエッジを検出した時に、前回の立下りエッジの検出時点から、今回の立下りエッジの検出時点までの時間間隔を測定し、角度検出周期ＴＲとして算出する。

本実施の形態では、欠け歯位置で、角度検出周期ＴＲが長くなるため、制御装置１２１は、角度検出周期ＴＲに基づいて、欠け歯位置を検出する。そして、制御装置１２１は、欠け歯位置に対応するクランク軸角度を基準に、ピストン１１３の上死点及び下死点を基準にしたクランク軸角度を判定する。また、制御装置１２１は、クランク軸角度と、吸気圧センサ１０４の出力信号に基づいて検出した吸気圧の挙動とに基づいて、クランク軸角度と４行程（吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程）との対応関係を判定する。

１燃焼サイクルでクランク軸が２回転し、４８個の歯(４個の欠け歯を含む)がクランク角センサ１１８の位置を通過する。図５に示すように、制御装置１２１は、クランク角センサ１１８の立下りエッジを検出する毎に、クランク番号ＣＮを割り当てる。本実施の形態では、制御装置１２１は、クランク番号ＣＮに、０〜２２、２４〜４５の数値を割り当てる。欠け歯の位置のクランク番号ＣＮは、２２、２３、４６、４７になる。

本実施の形態では、ＣＮ＝３１が、第１気筒の圧縮行程の上死点後１０度に対応しており、ＣＮ＝７〜１８が第１気筒の吸気行程に対応し、ＣＮ＝１９〜３０が第１気筒の圧縮行程に対応し、ＣＮ＝３１〜４２が第１気筒の燃焼行程に対応し、ＣＮ＝４３〜６が第１気筒の排気行程に対応している。

Ｖ型の２気筒エンジンであるため、ＣＮ＝０が、第２気筒の圧縮行程の上死点後１０度に対応しており、それを基準に、第１気筒と同様に、クランク番号ＣＮと各行程が対応している。

角度情報検出部５１は、演算処理装置９０が備えたタイマ機能を用いて、次式に示すように、今回のクランク番号（ＣＮ）を検出した時刻Ｔ（ＣＮ）から、前回のクランク番号（ＣＮ−１）を検出した時刻Ｔ（ＣＮ−１）を減算して、今回のクランク番号（ＣＮ）に対応する角度検出周期ＴＲ（ＣＮ）を算出する。各クランク番号ＣＮの角度検出周期ＴＲ（ＣＮ）は、クランク番号ＣＮと対応させてＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶される。
ＴＲ（ＣＮ）＝Ｔ（ＣＮ）−Ｔ（ＣＮ−１）・・・（１）

２つの欠け歯後のＣＮ＝０、２４で算出される角度検出周期ＴＲ（０）、ＴＲ（２４）は、４５度のクランク軸角度間隔に対応する周期になるため、他の角度検出周期の３倍になる。

＜失火検出処理＞
次に、図４に示すフローチャートに従って、失火検出処理を説明する。図４に示す処理は、クランク番号ＣＮ（立下りエッジ）を検出する毎に、繰り返し実行される。失火検出処理は、気筒毎に行われるが、以下では、第１気筒を代表して説明する。

まず、ステップＳ１１で、基準周期算出部５２は、今回のクランク番号ＣＮが、予め設定された第１気筒の基準周期算出時点Ｐｔｋｉであるか否かを判定する。本例では、第１気筒の基準周期算出時点Ｐｔｋｉは、後述する基準角度区間の終了時点であるＣＮ＝３２（圧縮行程の上死点後２５度）に設定されている。基準周期算出部５２は、第１気筒の基準周期算出時点Ｐｔｋｉであると判定した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）は、ステップＳ１２に進み、第１気筒の基準周期算出時点Ｐｔｋｉでないと判定した場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）は、ステップＳ１３に進む。

＜基準周期算出部５２＞
ステップＳ１２で、基準周期算出部５２は、クランク軸角度の検出値（本例では、クランク番号ＣＮ）及び角度検出周期ＴＲに基づいて、第１気筒の圧縮行程の上死点を含む予め設定されたクランク軸角度区間である基準角度区間内で検出された角度検出周期ＴＲを、基準検出周期Ｔｋｉとして算出する。基準周期算出部５２は、基準検出周期ＴｋｉをＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶する。なお、圧縮行程の上死点は、圧縮行程と燃焼行程との間のピストンの上死点であり、燃焼行程の上死点と表現することもできる。また、本願において、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、及び排気行程の各行程は、ピストンの上死点と下死点との間の期間に対応しているものとする。

本実施の形態では、基準周期算出部５２は、基準角度区間内で検出された複数の角度検出周期ＴＲの平均値を、基準検出周期Ｔｋｉとして算出するように構成されている。この構成によれば、信号板１２４の製造バラツキ等による角度検出周期ＴＲの変動の影響を低減することができる、

基準角度区間は、クランク番号ＣＮ＝２９〜３２の区間、すなわち第１気筒の圧縮行程の上死点前２０度から圧縮行程の上死点後２５度の区間に設定されている。基準周期算出部５２は、次式に示すように、ＣＮ＝３０で検出された角度検出周期ＴＲ（３０）、ＣＮ＝３１で検出された角度検出周期ＴＲ（３１）、及びＣＮ＝３２で検出された角度検出周期ＴＲ（３２）の平均値を、基準検出周期Ｔｋｉとして算出する。基準検出周期Ｔｋｉは、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶される。
Ｔｋｉ＝｛ＴＲ（３０）＋ＴＲ（３１）＋ＴＲ（３２）｝／３・・・（２）

＜周期偏差算出部５３＞
次に、ステップＳ１３で、周期偏差算出部５３は、今回のクランク番号ＣＮが、予め設定された第１気筒の最終演算時点Ｐｅｎｄであるか否かを判定する。本例では、第１気筒の最終演算時点Ｐｅｎｄは、第１気筒の４サイクルの終了時点であるＣＮ＝６（排気行程の上死点前５度）に設定されている。周期偏差算出部５３は、第１気筒の最終演算時点Ｐｅｎｄであると判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）は、ステップＳ１４に進み、第１気筒の最終演算時点Ｐｅｎｄでないと判定した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）は、処理を終了する。

ステップＳ１４で、周期偏差算出部５３は、基準検出周期Ｔｋｉと、角度検出周期ＴＲのそれぞれとの偏差である周期偏差Ｔｄｉｆｆを算出する。本実施の形態では、周期偏差算出部５３は、次式に示すように、クランク番号ＣＮを、０〜２１、２４から４５の範囲内で１つずつ変化させ、基準検出周期Ｔｋｉから各クランク番号の角度検出周期ＴＲ（ＣＮ）を減算して、各クランク番号の周期偏差Ｔｄｉｆｆ（ＣＮ）を算出する。各クランク番号ＣＮの周期偏差Ｔｄｉｆｆ（ＣＮ）は、クランク番号ＣＮと対応させてＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶される。
Ｔｄｉｆｆ（ＣＮ）＝Ｔｋｉ−ＴＲ（ＣＮ）・・・（３）
ＣＮ：０〜２１、２４〜４５

角度検出周期ＴＲが基準検出周期Ｔｋｉよりも大きい場合は、周期偏差Ｔｄｉｆｆが負の値になり、角度検出周期ＴＲが基準検出周期Ｔｋｉよりも小さい場合は、周期偏差Ｔｄｉｆｆが正の値になる。

本実施の形態では、連続した２つの欠け歯部の次のクランク番号ＣＮ＝０、２４の角度検出周期は、他の角度検出周期の３倍になるため、欠け歯を考慮して周期偏差Ｔｄｉｆｆが算出される。例えば、周期偏差算出部５３は、次式に示すように、基準検出周期Ｔｋｉから、角度検出周期ＴＲを３で除算した値を減算して、周期偏差Ｔｄｉｆｆを算出する。或いは、周期偏差算出部５３は、基準検出周期Ｔｋｉの３倍値から、角度検出周期ＴＲを減算して、周期偏差Ｔｄｉｆｆを算出してもよい。
Ｔｄｉｆｆ（０）＝Ｔｋｉ−ＴＲ（０）／３
Ｔｄｉｆｆ（２４）＝Ｔｋｉ−ＴＲ（２４）／３・・・（４）

＜前周期偏差積算部５４＞
次に、ステップＳ１５で、前周期偏差積算部５４は、第１気筒の圧縮行程の上死点前の吸気行程及び圧縮行程の範囲内に予め設定されたクランク軸角度区間である前角度区間内の周期偏差Ｔｄｉｆｆを積算して、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔを算出する。

本実施の形態では、前角度区間は、少なくとも上死点前の圧縮行程の範囲内の区間を含むように設定されている。

本実施の形態では、前角度区間は、クランク番号ＣＮ＝２４〜２９の区間、すなわち第１気筒の圧縮行程の上死点前１１０度から２０度に設定されており、圧縮行程の範囲内の区間とされている。前周期偏差積算部５４は、次式に示すように、クランク番号ＣＮ＝２４〜２９の周期偏差Ｔｄｉｆｆを積算して、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔを算出する。

＜後周期偏差積算部５５＞
次に、ステップＳ１６で、後周期偏差積算部５５は、上死点後の燃焼行程及び排気行程の範囲内に予め設定されたクランク軸角度区間である後角度区間内の周期偏差Ｔｄｉｆｆを積算して、後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔを算出する。

本実施の形態では、後角度区間は、少なくとも上死点後の燃焼行程の範囲内の区間を含むように設定されている。

本実施の形態では、後角度区間は、クランク番号ＣＮ＝３３〜３８の区間、すなわち第１気筒の燃焼行程の上死点後２５度から１１５度に設定されており、燃焼行程の範囲内の区間とされている。後周期偏差積算部５５は、次式に示すように、クランク番号ＣＮ＝３３〜３８の周期偏差Ｔｄｉｆｆを積算して、後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔを算出する。

＜失火判定部５６＞
そして、ステップＳ１７で、失火判定部５６は、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔと後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔとに基づいて、第１気筒の上死点後の燃焼行程における失火の有無を判定する。

失火の発生により、特に燃焼行程において回転変動が生じ、後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔが変動する。しかし、内燃機関の回転変動は、失火以外の要因（例えば、車両の加速及び減速、燃焼室に充填された吸入空気量の大きさ等）によっても生じる。車両が加速又は減速していれば、角度検出周期ＴＲが全体的に減少又は増加する。また、吸入空気量が大きくなればなるほど、吸入空気を圧縮するために必要なトルクが大きくなるため、圧縮行程における角度検出周期ＴＲの変動量が大きくなる。また、吸入空気量が大きくなればなるほど、燃焼トルクが大きくなるため、燃焼行程における角度検出周期ＴＲの変動量も大きくなる。本実施の形態のような２輪車両は、車両及び動力伝達機構の慣性が小さいので、失火以外の要因による、角度検出周期ＴＲの減少量又は増加量が大きくなる。

失火以外の要因による回転変動の影響は、上死点後の後角度区間の角度検出周期ＴＲにも表れる。従来技術のように、後角度区間の角度検出周期ＴＲだけに基づいて、失火の有無を判定すると、失火以外の要因による後角度区間の角度検出周期ＴＲの変動により、失火の有無を誤判定する可能性がある。しかし、失火以外の要因による回転変動の影響は、後角度区間の角度検出周期ＴＲだけでなく、上死点前の前角度区間の角度検出周期ＴＲにも表れる。上記の構成によれば、失火以外の要因による回転変動の影響が表れた前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔと、失火以外の要因及び失火による回転変動の影響が表れた後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔとに基づいて、失火による回転変動の影響を評価して、失火を精度よく判定できる。

前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔ及び後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔは、前角度区間と後角度区間との間の上死点付近の基準検出周期Ｔｋｉを基準にした周期偏差Ｔｄｉｆｆにより算出されており、基準検出周期Ｔｋｉを基準にした、角度検出周期ＴＲの変動成分が取り出されている。上死点付近の基準検出周期Ｔｋｉは、吸入空気量の大きさに合わせて変化するため、前角度区間における吸入空気量の大きさによる角度検出周期ＴＲの変動成分と、後角度区間における吸入空気量の大きさによる角度検出周期ＴＲの変動成分と、を分離して取り出すことができる。また、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔ及び後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔは、前角度区間及び後角度区間の周期偏差Ｔｄｉｆｆの積算値であるので、角度検出周期ＴＲよりも長期的な回転変動の挙動を取り出せており、短期的な角度検出周期ＴＲの変動による影響を低減できる。よって、上死点付近の基準検出周期Ｔｋｉを基準にした前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔ及び後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔに基づくことにより、失火以外の要因による回転変動成分と、失火による回転変動成分とを、精度よく評価することができ、失火の判定精度を向上することができる。

本実施の形態では、失火判定部５６は、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔと後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔとの比を算出し、比に基づいて、失火の有無を判定する。

失火以外の要因による回転変動の影響は、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔと後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔとの双方に表れるが、それらの比を算出することにより、失火以外の要因による回転変動の影響を低減できる。吸入空気量が大きくなればなるほど、吸入空気を圧縮するために必要なトルクが大きくなるため、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔが大きくなる。また、吸入空気量が大きくなればなるほど、燃焼トルクが大きくなるため、後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔも大きくなる。すなわち、燃焼室に吸入される空気量が大きくなればなるほど、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔ及び後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔが大きくなるが、それらの比を算出することにより、吸入空気量の大きさによる影響を低減できる。また、比を算出することにより、算出結果を無次元化でき、様々な運転状態において、判定値により判定し易くなる。

例えば、失火判定部５６は、次式に示すように、後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔを前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔで除算した比を算出し、１から比を減算して、失火評価値ＭＦｊｄｇを算出する。
ＭＦｊｄｇ＝１−ＴＡｉｎｔ／ＴＢｉｎｔ・・・（７）

図５に失火が発生していない場合の挙動を示し、図６に失火が発生している場合の挙動を示す。失火の有無に関わらず、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔは正の値になる。失火が発生していない場合は、後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔは正の値になり、失火が発生している場合は、後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔは負の値になる。よって、失火が発生していない場合は、比ＴＡｉｎｔ／ＴＢｉｎｔは、正の値になり、失火が発生している場合は、比ＴＡｉｎｔ／ＴＢｉｎｔは、負の値になる。そのため、失火が発生していない場合は、失火評価値ＭＦｊｄｇは１より小さくなり、失火が発生している場合は、失火評価値ＭＦｊｄｇは１より大きくなる。

失火判定部５６は、失火評価値ＭＦｊｄｇが、予め設定した失火判定値（例えば、１）よりも大きい場合は、失火が発生したと判定し、失火評価値ＭＦｊｄｇが、失火判定値よりも小さい場合は、失火が発生していないと判定する。

＜失火報知部５７＞
次に、ステップＳ１８で、失火報知部５７は、失火判定部５６による失火の判定結果を、報知装置１２６を介してユーザに報知する。例えば、失火報知部５７は、失火の発生頻度が、予め設定された頻度判定値よりも高い場合は、報知装置１２６としての故障警告灯を点灯させる。また、失火報知部５７は、メーターパネルに設けられた、報知装置１２６としての表示画面に、失火の判定結果の情報を表示させる。失火報知部５７は、失火の判定結果を、ＯＢＤ（On Board Diagnostic）の故障情報の１つとして、車両に接続された報知装置１２６としての車両診断装置に伝達する。

〔その他の実施の形態〕
最後に、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施の形態１においては、内燃機関１００は、２気筒エンジンとされている場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、内燃機関１００は、１気筒、３気筒等の任意の気筒数を有するエンジンとされてもよく、制御装置１２１は、各気筒の失火を判定するように構成されてもよい。

（２）上記の実施の形態１においては、内燃機関１００及び制御装置１２１は、２輪車両に搭載されている場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、内燃機関１００及び制御装置１２１は、４輪車両等、各種の車両に搭載さてもよい。

（３）上記の実施の形態１においては、前角度区間は、圧縮行程の範囲内の区間に設定され、後角度区間は、燃焼行程の範囲内の区間に設定されている場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、前角度区間は、圧縮行程に加えて吸気行程を含む区間に設定されてもよく、後角度区間は、燃焼行程に加えて、排気行程を含む区間に設定されてもよい。

（４）上記の実施の形態１においては、基準周期算出部５２は、基準角度区間内で検出された複数の角度検出周期ＴＲの平均値を、基準検出周期Ｔｋｉとして算出する場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、基準周期算出部５２は、基準角度区間内で検出された１つの角度検出周期ＴＲ（例えば、クランク番号ＣＮ＝３１で検出された角度検出周期ＴＲ（３１））を、基準検出周期Ｔｋｉとして算出するように構成されてもよい。

（５）上記の実施の形態１においては、基準角度区間は、圧縮行程の上死点前２０度から圧縮行程の上死点後２５度の区間に設定されている場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、基準角度区間は、圧縮行程の上死点を含むクランク軸角度区間であれば、任意の角度区間に設定されてもよい。例えば、基準角度区間は、圧縮行程の上死点前４５度から圧縮行程の上死点後４５度の範囲内の区間に設定されればよい。

（６）上記の実施の形態１においては、失火判定部５６は、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔと後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔとの比を算出し、比に基づいて、失火の有無を判定する場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、失火判定部５６は、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔと後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔとに基づいて、第１気筒の上死点後の燃焼行程における失火の有無を判定するように構成されればよい。例えば、失火判定部５６は、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔと後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔとの偏差を算出し、偏差に基づいて、失火の有無を判定してもよい。すなわち、失火判定部５６は、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔと後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔとを用いた任意の算出式による算出値に基づいて、失火の有無を判定してもよい。

（７）上記の実施の形態１においては、制御装置１２１は、角度検出周期ＴＲをそのまま用いて、基準検出周期Ｔｋｉ、周期偏差Ｔｄｉｆｆ、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔ、及び後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔを算出している場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、制御装置１２１は、角度検出周期ＴＲを回転速度相当に変換した値（例えば、角度検出周期ＴＲの逆数）を用いて、基準検出周期Ｔｋｉ、周期偏差Ｔｄｉｆｆ、前周期偏差積算値ＴＢｉｎｔ、及び後周期偏差積算値ＴＡｉｎｔを算出するように構成されてもよい。

（８）上記の実施の形態１においては、「回転部材」として、クランク軸１１５と一体回転する信号板１２４が設けられ、「被検出部」として、信号板１２４の歯が設けられ、「角度センサ」として、クランク角センサ１１８が設けられている場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。ところで、内燃機関１００は、クランク軸１１５とチェーンで連結されたカム軸を備えている。カム軸は、吸気バルブ１１１及び排気バルブ１１６を開閉する。クランク軸１１５が２回転する間に、カム軸は１回転する。内燃機関１００は、カム軸と一体回転するカム用の信号板を備えてもよい。カム用の信号板は、予め定められた複数のカム軸角度に複数の歯を設けている。カム軸角度は、クランク軸角度と所定の対応関係にある。内燃機関１００は、シリンダブロック１２２に固定され、カム用の信号板の歯を検出するカム角センサを備えてもよい。角度情報検出部５１は、カム角センサの出力信号に基づいて、カム軸角度とクランク軸角度との対応関係を用い、クランク軸角度を検出すると共に、クランク軸角度の検出毎にクランク軸角度の検出周期ＴＲを検出するように構成されてもよい。このように、「回転部材」として、カム軸と一体回転するカム用の信号板が設けられ、「被検出部」として、カム用の信号板の歯が設けられ、「角度センサ」としてカム角センサが設けられてもよい。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

５１角度情報検出部、５２基準周期算出部、５３周期偏差算出部、５４前周期偏差積算部、５５後周期偏差積算部、５６失火判定部、５７失火報知部、１００内燃機関、１１５クランク軸、１１８クランク角センサ（角度センサ）、１２１内燃機関の制御装置、１２４信号板（回転部材）、ＣＮクランク番号、ＴＡｉｎｔ後周期偏差積算値、ＴＢｉｎｔ前周期偏差積算値、ＴＲ角度検出周期、Ｔｄｉｆｆ周期偏差、Ｔｋｉ基準検出周期

Claims

クランク軸と同期して回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク軸角度に対応して設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出する角度センサと、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記角度センサの出力信号に基づいて、前記クランク軸角度を検出すると共に、前記クランク軸角度の検出毎に前記クランク軸角度の検出周期を検出する角度情報検出部と、
前記クランク軸角度の検出値及び前記検出周期に基づいて、圧縮行程の上死点を含む予め設定されたクランク軸角度区間である基準角度区間内で検出された前記検出周期を、基準検出周期として算出する基準周期算出部と、
前記基準検出周期と前記検出周期のそれぞれとの偏差である周期偏差を算出する周期偏差算出部と、
前記上死点前の吸気行程及び圧縮行程の範囲内に予め設定されたクランク軸角度区間である前角度区間内の前記周期偏差を積算して、前周期偏差積算値を算出する前周期偏差積算部と、
前記上死点後の燃焼行程及び排気行程の範囲内に予め設定されたクランク軸角度区間である後角度区間内の前記周期偏差を積算して、後周期偏差積算値を算出する後周期偏差積算部と、
前記前周期偏差積算値と前記後周期偏差積算値との比を算出し、前記比に基づいて、前記上死点後の燃焼行程における失火の有無を判定する失火判定部と、
を備える内燃機関の制御装置。
前記基準周期算出部は、前記基準角度区間内で検出された複数の前記検出周期の平均値を、前記基準検出周期として算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記前角度区間は、少なくとも前記上死点前の圧縮行程の範囲内の区間を含むように設定されており、
前記後角度区間は、少なくとも前記上死点後の燃焼行程の範囲内の区間を含むように設定されている請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。