JP7081154B2

JP7081154B2 - 内燃機関の失火検出装置

Info

Publication number: JP7081154B2
Application number: JP2018000167A
Authority: JP
Inventors: 慎也浅浦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-04
Filing date: 2018-01-04
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2038-01-04
Also published as: JP2019120187A

Description

本発明は、排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、前記触媒の下流側の排気の温度である下流側排気温を検出する下流側排気温センサと、を備える内燃機関に適用される内燃機関の失火検出装置に関する。

たとえば下記特許文献１には、触媒の下流側に設けられた排気温センサの検出値が所定値よりも大きい場合に、失火が生じていると判定する装置が記載されている。この装置は、所定値を回転速度が高い場合に低い場合よりも大きい値に設定する。

特開２００１－２０７９２号公報

ところで、排気温は失火とは無関係に一時的に上昇することがあり、その場合、上記装置では、失火が生じたと誤判定するおそれがある。

上記課題を解決すべく、内燃機関の失火検出装置は、排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、前記触媒の下流側の排気の温度である下流側排気温を検出する下流側排気温センサと、を備える内燃機関に適用され、前記下流側排気温の検出値を取得する下流側取得処理と、前記下流側取得処理によって取得された下流側の温度の検出値が、基準となる温度に対して閾値以上高い状態の継続時間が所定時間以上となる場合、失火が生じていると判定する判定処理と、を実行し、前記判定処理は、失火が生じていないと仮定した場合に燃焼に供されることなく前記触媒に流入する燃料量が大きい燃焼モードにおいて小さい燃焼モードよりも前記閾値を大きい値に設定する可変設定処理を含む。

上記構成では、基準となる温度に対して下流側の温度の検出値が閾値以上高い状態の継続時間が所定時間以上となる場合に失火が生じていると判定するため、失火とは無関係に一時的に閾値以上となることによって失火が生じたと誤判定することを抑制できる。しかも、上記構成では、閾値を、燃焼モードに応じて可変設定することにより、失火の有無をより適切に切り分けることができる。

一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。同実施形態の効果を説明するためのタイムチャート。

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に示す内燃機関１０は、車載原動機である。内燃機関１０の吸気通路１２から吸入された空気は、過給機１４を介して各気筒＃１～＃４の燃焼室１６に流入する。燃焼室１６において、燃料噴射弁１８からたとえば軽油等の燃料が噴射され、燃料と空気との混合気が圧縮着火によって燃焼に供される。燃焼に供された混合気は、排気として排気通路２０に排出される。排気通路２０のうち過給機１４の下流には、排気浄化装置として、上流側から順に、酸化触媒２２、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ２４）が設けられている。

内燃機関１０のクランク軸４０には、ロックアップクラッチ４４を備えたトルクコンバータ４２を介して有段変速装置４６が接続されている。ここで、ロックアップクラッチ４４にはダンパが接続されている。なお、有段変速装置４６の出力軸４８には、駆動輪が機械的に連結される。

制御装置５０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量であるトルクや排気成分等を制御すべく、燃料噴射弁１８等の内燃機関１０の操作部を操作する。また、制御装置５０は、トルクコンバータ４２や有段変速装置４６を制御対象とし、制御量である変速比を制御すべく、ロックアップクラッチ４４や有段変速装置４６等を操作する。制御装置５０は、制御量を制御する際、酸化触媒２２の上流側に設けられた上流側排気温センサ６０によって検出される上流側排気温Ｔｅｘｕや、酸化触媒２２とＤＰＦ２４との間に設けられた下流側排気温センサ６２によって検出される下流側排気温Ｔｅｘｄを参照する。また制御装置５０は、クランク角センサ６４の出力信号ＣＲや、大気圧センサ６６によって検出された大気圧Ｐａ、外気温センサ６８によって検出された外気温Ｔａ、アクセルセンサ７０によって検出されたアクセルペダルの踏み込み量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を参照する。

制御装置５０は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４およびＲＡＭ５６を備えており、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより制御量の制御を実現する。

図２に、制御装置５０が実行する処理の手順を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって各処理のステップ番号を表現する。

図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず、上流側排気温Ｔｅｘｕを取得し（Ｓ１０）、下流側排気温Ｔｅｘｄを取得する（Ｓ１２）。次に、ＣＰＵ５２は、下流側排気温Ｔｅｘｄから上流側排気温Ｔｅｘｕを減算した値である温度差ΔＴを算出する（Ｓ１４）。そして、ＣＰＵ５２は、温度差ΔＴが、閾値Δｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１６）。この処理は、失火が生じている可能性があるか否かを判定する処理である。すなわち、失火が生じると、燃料噴射弁１８から噴射された燃料が燃焼室１６内にて燃焼に供されることなく酸化触媒２２に流入し、酸化触媒２２において未燃燃焼と酸素とが反応することにより、下流側排気温Ｔｅｘｄが上流側排気温Ｔｅｘｕに対して大きく上昇する。

詳しくは、ＣＰＵ５２は、燃焼モード情報、回転速度ＮＥおよびトルクＴｒｑに応じて閾値Δｔｈを可変設定する。本実施形態において、燃焼モードは、たとえばＤＰＦ２４によって捕集された粒子状物質の量が多くなることにより、捕集された粒子状物質を燃焼させてＤＰＦ２４から除去するＰＭ再生処理が実行されているモードと、ＰＭ再生処理が実行されていないモードとの２つのモードを例示する。ＰＭ再生処理時には、圧縮上死点に対して十分に遅角されたタイミングで燃料噴射弁１８から燃料を噴射することにより、仮に失火が生じていない場合であっても、内燃機関１０のトルクに寄与することなく、酸化触媒２２に流入する燃料量がＰＭ再生処理を実行していないときと比較して多くなる。ＣＰＵ５２は、燃焼モードの情報に基づき、酸化触媒２２に流入する未燃燃料量が多い場合は、少ない場合と比較して失火が生じていなくても上流側排気温Ｔｅｘｕに対する下流側排気温Ｔｅｘｄの上昇量が大きくなることに鑑み、閾値Δｔｈを大きい値に設定する。

またＣＰＵ５２は、回転速度ＮＥが大きい場合には、小さい場合と比較して排気流量が大きくなるため上流側排気温Ｔｅｘｕに対する下流側排気温Ｔｅｘｄの上昇量が小さくなる傾向に鑑み、閾値Δｔｈを小さい値に設定する。また、ＣＰＵ５２は、トルクＴｒｑが大きい場合には、小さい場合と比較して失火した場合に酸化触媒２２に流入するＨＣ量が大きくなるため上流側排気温Ｔｅｘｕに対する下流側排気温Ｔｅｘｄの上昇量が大きくなる傾向に鑑み、閾値Δｔｈを大きい値に設定する。

具体的には、回転速度ＮＥおよびトルクＴｒｑを入力変数とし閾値Δｔｈを出力変数とする燃焼モード毎のマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態で、ＣＰＵ５２により閾値Δｔｈをマップ演算する。なお、マップデータとは、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データの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とし、一致しない場合、マップ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。ちなみに、回転速度ＮＥは、ＣＰＵ５２により、出力信号ＣＲに基づき算出される。また、トルクＴｒｑは、回転速度ＮＥおよびアクセル操作量ＡＣＣＰに応じて設定される内燃機関１０に対する要求トルクとすればよい。

ＣＰＵ５２は、閾値Δｔｈ以上であると判定する場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、閾値Δｔｈよりも大きい状態の継続時間を計時するカウンタＣをインクリメントする（Ｓ１８）。そしてＣＰＵ５２は、カウンタＣが所定時間Ｃｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ２０）。この処理は、失火が生じていると最終的に判定するための処理である。なお、ここでの失火とは、気筒＃１～＃４の少なくとも１つの気筒で複数の燃焼サイクルに渡って連続的に失火が生じることとする。

ＣＰＵ５２は、所定時間Ｃｔｈを、燃料モード情報、大気圧Ｐａおよび外気温Ｔａに基づき可変設定する。詳しくは、ＣＰＵ５２は、燃焼モードの情報に基づき、酸化触媒２２に流入する未燃燃料量が多い場合は、少ない場合と比較して酸化触媒２２に流入する未燃燃料量が大きくなることに鑑み、所定時間Ｃｔｈを大きい値に設定する。また、ＣＰＵ５２は、大気圧Ｐａが低い場合は、高い場合と比較して酸化触媒２２に流入する未燃燃料量が大きくなりやすいことに鑑み、所定時間Ｃｔｈを大きい値に設定する。また、ＣＰＵ５２は、外気温Ｔａが低い場合は、高い場合と比較して酸化触媒２２に流入する未燃燃料量が大きくなりやすいことに鑑み、所定時間Ｃｔｈを大きい値に設定する。

具体的には、大気圧Ｐａおよび外気温Ｔａを入力変数とし所定時間Ｃｔｈを出力変数とする燃焼モード毎のマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶されている状態で、ＣＰＵ５２により所定時間Ｃｔｈをマップ演算する。

ＣＰＵ５２は、所定時間Ｃｔｈ以上であると判定する場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、失火が生じた旨判定し（Ｓ２２）、図１に示す警告灯７２を操作してユーザに修理を促す報知処理を実行する（Ｓ２４）。

一方、ＣＰＵ５２は、閾値Δｔｈ未満であると判定する場合（Ｓ１６：ＮＯ）、カウンタＣを初期化する（Ｓ２６）。
なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ２４，Ｓ２６の処理が完了する場合や、Ｓ２０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、本実施形態の作用および効果について説明する。
図３の実線は、失火が生じない正常時における下流側排気温Ｔｅｘｄの推移を示し、一点鎖線は、失火が生じた場合の下流側排気温Ｔｅｘｄの推移を示す。

図３に示すように、時刻ｔ１に失火が生じると、下流側排気温Ｔｅｘｄが上昇していくため、上流側排気温Ｔｅｘｕを上回る量が大きくなっていく。そして時刻ｔ２に上流側排気温Ｔｅｘｕを上回る量が閾値Δｔｈを超えると、ＣＰＵ５２は、カウンタＣをインクリメントする。そして、ＣＰＵ５２は、時刻ｔ３にカウンタＣが所定時間Ｃｔｈ以上となることにより、失火が生じたと判定する。

このように、本実施形態では、下流側排気温Ｔｅｘｄが上流側排気温Ｔｅｘｕを上回る量に基づき失火の有無を判定することにより、クランク軸４０の回転変動量に基づき失火を検出することが困難な場合であっても失火を検出することができる。すなわち、クランク軸４０の回転速度ＮＥの逆数に比例する回転周波数が内燃機関１０とトルクコンバータ４２等とを備える駆動系の共振周波数帯に入る場合には、クランク軸４０の回転変動量が大きくなり、特に失火が生じる場合の回転変動量が大きくなる。しかし、回転周波数が共振周波数帯からわずかにずれると、失火が生じても失火が生じていない場合と比較して回転変動量に顕著な差が生じない現象が生じる。そしてその場合、クランク軸４０の回転変動量によっては失火が生じていることを検出することが困難となる。

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）閾値Δｔｈを、燃焼モード情報から把握される、失火が生じていないと仮定した場合に燃焼に供されることなく酸化触媒２２に流入する燃料量が大きい場合に小さい場合よりも大きい値に設定した。これにより、失火の有無の判定精度を向上させることができる。

＜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。触媒は、酸化触媒２２に対応し、失火検出装置は、制御装置５０に対応する。下流側取得処理は、Ｓ１２の処理に対応し、判定処理は、Ｓ１４～Ｓ２２の処理に対応し、可変設定処理は、Ｓ１６の処理において、閾値Δｔｈが、可変設定されていることに対応する。また、基準となる温度は、上流側排気温Ｔｅｘｕに対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記実施形態では、下流側排気温Ｔｅｘｄから上流側排気温Ｔｅｘｕを減算した値である温度差ΔＴが閾値Δｔｈ以上であるか否かを判定したが、これに限らない。たとえば、上流側排気温センサ６０を備えない構成とし、内燃機関１０の動作点を規定する回転速度ＮＥおよび噴射量Ｑに応じて、上流側排気温を推定し、上流側排気温Ｔｅｘｕに代えてこの推定値を用いてもよい。

また、たとえば、内燃機関１０の動作点を規定する回転速度ＮＥおよび噴射量Ｑに応じて、下流側排気温を推定し、推定した下流側排気温よりも下流側排気温Ｔｅｘｄが閾値以上高いことに基づき失火と判定してもよい。

・上記実施形態では、閾値Δｔｈを、燃焼モード情報、回転速度ＮＥおよびトルクＴｒｑに基づき可変設定したが、これに限らない。たとえば、閾値Δｔｈを可変設定するための入力パラメータとしてトルクＴｒｑを直接用いる代わりに燃料噴射弁１８から噴射される燃料量のうちのトルクに寄与するタイミングで噴射される燃料量をトルクを示すパラメータとして用いてもよい。また、たとえば、回転速度ＮＥおよびトルクの２つのパラメータに関しては、それらのうちのいずれか１つのみに基づき可変設定してもよく、いずれによっても可変設定しなくてもよい。

・上記実施形態では、所定時間Ｃｔｈを、燃焼モード、大気圧Ｐａおよび外気温Ｔａに基づき可変設定したがこれに限らない。たとえばこれら３つに関しては、そのうちのいずれか１つのみに基づき可変設定したり、いずれか２つのみに基づき可変設定したりしてもよい。もっとも所定時間Ｃｔｈを可変設定すること自体、必須ではない。

・上記実施形態では、クランク軸の回転変動量に基づく失火の有無の検出処理については特に述べなかったが、たとえば回転変動量が閾値以上となることと、Ｓ２０の処理において肯定判定されることとの論理和が真となる場合に失火であると判定してもよい。ここで、回転変動量は、圧縮上死点を１回のみ含む所定角度間隔の回転速度を、圧縮上死点の出現タイミングが時系列的に隣り合う一対の気筒のうちの先に圧縮上死点が出現する気筒における値から後に圧縮上死点が出現する気筒における値を減算した値の絶対値とすればよい。

・上記実施形態では、ＰＭ再生処理において燃料噴射弁１８によって燃料を酸化触媒２２に流出させたがこれに限らない。たとえば、排気通路２０のうち酸化触媒２２の上流に、排気中に燃料を添加する添加弁を備え、添加弁を用いてＰＭ再生処理を実行してもよい。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…過給機、１６…燃焼室、１８…燃料噴射弁、２０…排気通路、２２…酸化触媒、２４…ＤＰＦ、３０…添加弁、４０…クランク軸、４２…トルクコンバータ、４４…ロックアップクラッチ、４６…有段変速装置、４８…出力軸、５０…制御装置、５２…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、５６…ＲＡＭ、６０…上流側排気温センサ、６２…下流側排気温センサ、６４…クランク角センサ、６６…大気圧センサ、６８…外気温センサ、７０…アクセルセンサ、７２…警告灯。

Claims

排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、前記触媒の下流側の排気の温度である下流側排気温を検出する下流側排気温センサと、を備える内燃機関に適用され、
前記下流側排気温の検出値を取得する下流側取得処理と、
前記下流側取得処理によって取得された下流側の温度の検出値が、基準となる温度に対して閾値以上高い状態の継続時間が所定時間以上となる場合、失火が生じていると判定する判定処理と、を実行し、
前記判定処理は、失火が生じていないと仮定した場合に燃焼に供されることなく前記触媒に流入する燃料量が大きい燃焼モードにおいて小さい燃焼モードよりも前記閾値を大きい値に設定して且つ前記所定時間を大きい値に設定する可変設定処理を含む内燃機関の失火検出装置。