JP7384145B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、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、内燃機関の各気筒の燃焼行程と強い相関を有する微小なクランク角度領域におけるクランク軸の回転速度についての、失火の有無の判定対象となる気筒と、1つ前に圧縮上死点が出現した気筒との差に基づき失火の有無を判定する装置が記載されている。この装置では、失火の判定対象となる気筒に関する上記差から、360°前に圧縮上死点となった気筒に関する上記差を減算した値である失火診断値が基準判定閾値を超える場合に、失火が生じた可能性があると判定する。そして、この装置は、失火の可能性があると判定する場合、失火診断値が、前後の気筒に関する失火診断値から突出している場合に失火が生じたと判定する。このように、前後の気筒の失火診断値との大小比較を行うのは、路面からの外乱等によるクランク軸の回転挙動の影響による失火の誤判定を抑制することを狙ったためである。
特開2015-129483号公報
発明者は、内燃機関の軸トルクがゼロではないときにおいて、排気の後処理装置の再生処理を実行すべく、一部の気筒のみ燃焼制御を停止し、残りの気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチとして、排気中に未燃燃料および酸素を供給することを検討した。ただし、その場合、上記失火の可能性があると判定された気筒の前後に燃焼制御を停止した気筒がある場合、失火診断値が前後の気筒の失火診断値から突出していることに基づく失火の判定処理において誤判定が生じるおそれがある。
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、前記複数の気筒のうちの一部の気筒における混合気の燃焼制御を停止させる停止処理と、前記複数の気筒のそれぞれにおける混合気の燃焼状態に応じた物理量を検知するセンサの検出値によって定まる、前記複数の気筒のそれぞれにおける燃焼状態を示す変数である燃焼変数の値を取得する燃焼変数取得処理と、前記停止処理の実行時、前記停止処理の対象となる前記気筒と圧縮上死点の出現タイミングが隣接する気筒が失火の有無の判定対象となる気筒の場合、圧縮上死点の出現タイミングが前記停止処理の対象となる前記気筒に隣接して且つ前記判定対象の気筒とは異なる気筒に関する前記燃焼変数の値と前記判定対象の気筒に関する前記燃焼変数の値との乖離度合いが所定以上であることを条件に、前記判定対象の気筒において失火が生じたと判定する判定処理と、を実行し、前記隣接する気筒と、前記異なる気筒とは、いずれも記燃焼制御がなされた気筒である内燃機関の失火検出装置である。
上記構成において、停止処理の対象となる気筒の燃焼変数の値は、失火時の燃焼変数の値と同等となる。そのため、判定対象となる気筒と圧縮上死点の出現タイミングが隣接する気筒が停止処理の対象となる場合、判定対象となる気筒において失火が生じているにもかかわらず、判定対象となる気筒に関する燃焼変数の値と同隣接する気筒に関する燃焼変数の値との乖離度合いが所定以上とはならないおそれがある。そこで上記構成では、そうした場合に、圧縮上死点の出現間隔が同隣接する気筒に隣接して且つ判定対象とは異なる気筒の燃焼変数の値と判定対象に関する燃焼変数の値との乖離度合いに基づき失火の有無を判定する。これにより、停止処理に起因して失火の判定処理において誤判定がなされることを抑制できる。
2.前記センサは、クランク角センサであり、前記燃焼変数は、前記内燃機関のクランク軸の回転変動量であり、前記回転変動量は、複数の瞬時速度変数同士の大きさの相違に関する変数であり、前記瞬時速度変数は、前記内燃機関の圧縮上死点の出現間隔以下の所定角度間隔における前記クランク軸の回転速度を示す変数であり、前記複数の気筒のうちの特定の気筒の前記回転変動量の前記複数の瞬時速度変数には、前記特定の気筒の圧縮上死点と該圧縮上死点の次の圧縮上死点との間の期間における前記瞬時速度変数が含まれる上記1記載の内燃機関の失火検出装置である。
特定の気筒の圧縮上死点と次の圧縮上死点との間の期間におけるクランク軸の回転挙動は、特定の気筒の失火の有無と強い相関を有する、または、特定の気筒の失火の有無を特徴づけるうえで有益な挙動である。そのため、その期間に関する瞬時速度変数を用いて特定の気筒の回転変動量を定量化することにより、回転変動量を特定の気筒の失火の有無を高精度に示す量とすることができる。
3.前記判定処理は、前記異なる気筒の前記回転変動量と前記判定対象の前記回転変動量との比と判定閾値との大小比較に基づき、前記失火が生じたか否かを判定する処理を含む上記2記載の内燃機関の失火検出装置である。
回転変動量の大きさは、内燃機関の回転速度や負荷に応じて変化する。そのため、判定対象に関する気筒の回転変動量と上記異なる気筒の回転変動量との差に基づき乖離度合いを定める場合には、回転速度や負荷に応じて適切な判定閾値の大きさが大きく変動する。一方、上記一対の回転変動量の比は、回転変動量の大きさと比較すると、回転速度や負荷に応じた変化が小さい。そのため、比を用いることにより、差を用いる場合と比較すると、適切な判定閾値の大きさが回転速度や負荷に応じて変動することを抑制できる。
4.前記一部の気筒は、1つの気筒であり、前記判定処理は、前記異なる気筒の前記回転変動量と前記判定対象の気筒の前記回転変動量との乖離度合いが所定以上であることに加えて、前記圧縮上死点の出現タイミングが前記異なる気筒よりも前記判定対象の気筒に近接して且つ燃焼制御が実行される気筒の前記回転変動量と前記判定対象の気筒の前記回転変動量との乖離度合いが所定以上であることを条件に、前記判定対象の気筒において失火が生じたと判定する処理である上記2または3記載の内燃機関の失火検出装置である。
上記構成では、判定対象となる気筒の回転変動量との乖離度合いを判定する気筒を、判定対象となる気筒とは圧縮上死点が進角側および遅角側となる双方の気筒とすることにより、片方のみとする場合と比較して、失火の有無をより高精度に判定できる。
5.前記センサは、前記複数の気筒のそれぞれの燃焼室に設けられて且つ、燃焼室内における混合気の燃焼状態を検知するセンサであり、前記複数の気筒のそれぞれに関する前記燃焼変数は、当該気筒における圧縮上死点と、次に出現する圧縮上死点との間における前記センサの検出値によって定量化されたものである上記1記載の内燃機関の失火検出装置である。
特定の気筒の燃焼行程は、特定の気筒の圧縮上死点から次の圧縮上死点までの間の期間程度である。そのため、同期間内におけるセンサの検出値によれば、燃焼行程における燃焼状態を定量化できる。そのため、上記構成によれば、燃焼変数を特定の気筒の失火の有無を高精度に示す量とすることができる。
6.前記センサは、前記燃焼室内の圧力を検知するセンサである上記5記載の内燃機関の失火検出装置である。
燃焼室内の圧力は、燃焼行程において混合気が燃焼する場合に燃焼しない場合よりも上昇する。そのため、燃焼室内の圧力は、燃焼室内の混合気の燃焼状態を示す適切な変数である。したがって、上記構成では、燃焼室内の圧力を用いて燃焼変数を定量化することにより、燃焼変数を特定の気筒の失火の有無を高精度に示す量とすることができる。
第1の実施形態にかかる駆動系および制御装置の構成を示す図。 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。 同実施形態にかかる圧縮上死点の出現順序を示すタイムチャート。 (a)~(c)は、パターン判定を例示するタイムチャート。 第2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。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。
<第1の実施形態>
以下、第1の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、気筒#1~#4を備える。内燃機関10の吸気通路12には、スロットルバルブ14が設けられている。吸気通路12の下流部分である吸気ポート12aには、吸気ポート12aに燃料を噴射するポート噴射弁16が設けられている。吸気通路12に吸入された空気やポート噴射弁16から噴射された燃料は、吸気バルブ18の開弁に伴って、燃焼室20に流入する。燃焼室20には、筒内噴射弁22から燃料が噴射される。また、燃焼室20内の空気と燃料との混合気は、点火プラグ24の火花放電に伴って燃焼に供される。そのときに生成される燃焼エネルギは、クランク軸26の回転エネルギに変換される。
燃焼室20において燃焼に供された混合気は、排気バルブ28の開弁に伴って、排気として排気通路30に排出される。排気通路30には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒32と、ガソリンパティキュレートフィルタ(GPF34)とが設けられている。なお、本実施形態では、GPF34として、粒子状物質(PM)を捕集するフィルタに三元触媒が担持されたものを想定している。
クランク軸26には、歯部42が設けられたクランクロータ40が結合されている。歯部42は、クランク軸26の複数の回転角度のそれぞれを示す。クランクロータ40には、基本的には、10°CA間隔で歯部42が設けられているものの、隣接する歯部42間の間隔が30°CAとなる箇所である欠け歯部44が1箇所設けられている。これは、クランク軸26の基準となる回転角度を示すためのものである。
クランク軸26は、動力分割装置を構成する遊星歯車機構50のキャリアCに機械的に連結されている。遊星歯車機構50のサンギアSには、第1モータジェネレータ52の回転軸52aが機械的に連結されている。また、遊星歯車機構50のリングギアRには、第2モータジェネレータ54の回転軸54aと駆動輪60とが機械的に連結されている。第1モータジェネレータ52の端子には、インバータ56によって交流電圧が印加される。また、第2モータジェネレータ54の端子には、インバータ58によって交流電圧が印加される。
制御装置70は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量としてのトルクや排気成分比率等を制御するために、スロットルバルブ14、ポート噴射弁16、筒内噴射弁22、および点火プラグ24等の内燃機関10の操作部を操作する。また、制御装置70は、第1モータジェネレータ52を制御対象とし、その制御量である回転速度を制御すべく、インバータ56を操作する。また、制御装置70は、第2モータジェネレータ54を制御対象とし、その制御量であるトルクを制御すべくインバータ58を操作する。図1には、スロットルバルブ14、ポート噴射弁16、筒内噴射弁22、点火プラグ24、およびインバータ56,58のそれぞれの操作信号MS1~MS6を記載している。制御装置70は、内燃機関10の制御量を制御するために、エアフローメータ80によって検出される吸入空気量Ga、クランク角センサ82の出力信号Scr、水温センサ86によって検出される水温THW、および排気圧センサ88によって検出されるGPF34に流入する排気の圧力Pexを参照する。また、制御装置70は、気筒#1~#4の燃焼室20にそれぞれ設けられた筒内圧センサ89によって検出される筒内圧Pcを参照する。また、制御装置70は、第1モータジェネレータ52や第2モータジェネレータ54の制御量を制御するために、第1モータジェネレータ52の回転角を検知する第1回転角センサ90の出力信号Sm1、および第2モータジェネレータ54の回転角を検知する第2回転角センサ92の出力信号Sm2を参照する。
制御装置70は、CPU72、ROM74、記憶装置75、および周辺回路76を備えており、それらが通信線78によって通信可能とされている。ここで、周辺回路76は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路や、電源回路、リセット回路等を含む。制御装置70は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72が実行することにより制御量を制御する。
図2に、本実施形態にかかる制御装置70が実行する処理の手順を示す。図2に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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、CPU72は、まず、回転速度NE、充填効率ηおよび水温THWを取得する(S10)。回転速度NEは、CPU72により、出力信号Scrに基づき算出される。また、充填効率ηは、CPU72により、吸入空気量Gaおよび回転速度NEに基づき算出される。次にCPU72は、回転速度NE、充填効率ηおよび水温THWに基づき、堆積量DPMの更新量ΔDPMを算出する(S12)。ここで、堆積量DPMは、GPF34に捕集されているPMの量である。詳しくは、CPU72は、回転速度NE、充填効率ηおよび水温THWに基づき排気通路30に排出される排気中のPMの量を算出する。また、CPU72は、回転速度NEおよび充填効率ηに基づきGPF34の温度を算出する。そしてCPU72は、排気中のPMの量やGPF34の温度に基づき更新量ΔDPMを算出する。
次にCPU72は、堆積量DPMを、更新量ΔDPMに応じて更新する(S14)。次に、CPU72は、フラグFが「1」であるか否かを判定する(S16)。フラグFは、「1」である場合に、GPF34のPMを燃焼除去するための再生処理を実行していることを示し、「0」である場合にそうではないことを示す。CPU72は、「0」であると判定する場合(S16:NO)、堆積量DPMが再生実行値DPMH以上であるか否かを判定する(S18)。再生実行値DPMHは、GPF34が捕集したPM量が多くなっており、PMを除去することが望まれる値に設定されている。CPU72は、再生実行値DPMH以上であると判定する場合(S18:YES)、以下の条件(a)および上記条件(b)の論理積が真であるか否かを判定する(S20)。この処理は、再生処理の実行が許可されるか否かを判定する処理である。
条件(a):内燃機関10に対する要求トルクである機関要求トルクTe*が規定値Teth以上である旨の条件である。
条件(b):回転速度NEが規定速度NEth以上である旨の条件である。
CPU72は、論理積が真であると判定する場合(S20:YES)、再生処理を実行し、フラグFに「1」を代入する(S22)。すなわち、CPU72は、気筒#1のポート噴射弁16および筒内噴射弁22からの燃料の噴射を停止し、気筒#2~#4の燃焼室20内の混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとする。この処理は、排気通路30に酸素と未燃燃料とを排出し、GPF34の温度を上昇させてGPF34が捕集したPMを燃焼除去するための処理である。すなわち、排気通路30に酸素と未燃燃料を排出することにより、三元触媒32等において未燃燃料を燃焼させ排気の温度を上昇させ、ひいてはGPFの温度を上昇させることができる。また、GPF34に酸素を供給することによって、GPF34が捕集したPMを燃焼除去することができる。
一方、CPU72は、フラグFが「1」であると判定する場合(S16:YES)、堆積量DPMが停止用閾値DPML以下であるか否かを判定する(S24)。停止用閾値DPMLは、GPF34に捕集されているPMの量が十分に小さくなり、再生処理を停止させてもよい値に設定されている。CPU72は、停止用閾値DPMLを上回ると判定する場合(S24:NO)、S22の処理に移行する一方、停止用閾値DPML以下と判定する場合(S24:YES)、再生処理を停止し、フラグFに「0」を代入する(S26)。
なお、CPU72は、S22,S26の処理を完了する場合や、S18,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。
図3に、制御装置70が実行する別の処理の手順を示す。図3に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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。
図3に示す一連の処理において、CPU72は、まず、フラグFが「1」であるか否かを判定する(S30)。CPU72は、「1」であると判定する場合(S30:YES)、クランク軸26が30°CA回転するのに要する時間T30を取得する(S32)。ここで、時間T30は、CPU72が、出力信号Scrに基づき、クランク角センサ82が感知する歯部42が、30°CA離間した歯部42に切り替わるまでの時間を計時することによって算出される。次にCPU72は、「m=0,1,2,3,…」として、時間T30[m+1]に時間T30[m]を代入し、時間T30[0]にS32の処理で新たに取得した時間T30を代入する(S34)。この処理は、時間T30の後のカッコ内の変数を、過去のものほど数字が大きくなるようにするための処理である。この処理によって、カッコ内の変数の値が1つ大きい場合、30°CAだけ前の時間T30となる。
次にCPU72は、現在のクランク軸26の回転角度が、気筒#1~#4のいずれかの圧縮上死点を基準としてATDC30°CAであるか否かを判定する(S36)。CPU72は、ATDC30°CAであると判定する場合(S36:YES)、回転変動量ΔT30[m+1]に回転変動量ΔT30[m]を代入し、時間T30[6]から時間T30[0]を減算した値を、回転変動量ΔT30[0]に代入する(S38)。回転変動量ΔT30は、失火の有無の判定対象となる気筒において失火が生じていない場合にゼロ程度または正で大きい値となり、失火が生じている場合に負の値となる変数である。ここで、失火の有無の対象となる気筒とは、S36の処理によって、圧縮上死点を30°過ぎたと判定された気筒よりも180°CA前に圧縮上死点が出現する気筒である。ただし、その気筒が気筒#1である場合を除く。
次にCPU72は、S38の処理によって算出した回転変動量ΔT30[0]が気筒#1の回転変動量ΔT30であるか否かを判定する(S40)。すなわち、S36の処理において肯定判定された時点よりも210°CA前に気筒#1の圧縮上死点が出現していたか否かを判定する。そしてCPU72は、気筒#1の回転変動量ΔT30ではないと判定する場合(S40:NO)、失火のパターン判定を実行する(S42)。そして、CPU72は、パターン判定の結果、失火判定がなされたか否かを判定する(S44)。CPU72は、失火判定がなされたと判定する場合(S44:YES)、カウンタCをインクリメントする(S46)。CPU72は、S46の処理を完了する場合やS44の処理において否定判定する場合には、S44の処理を初めて実行したタイミングと後述のS54の処理の実行タイミングとのうちのいずれか遅い方のタイミングから所定期間が経過したか否かを判定する(S48)。そしてCPU72は、所定期間が経過したと判定する場合(S48:YES)、カウンタCが閾値Cth以上であるか否かを判定する(S50)。閾値Cthは、見過ごすことができない頻度で失火が生じている場合に所定期間内に失火が生じる回数に応じて設定されている。CPU72は、閾値Cth以上であると判定する場合(S50:YES)、見過ごすことができない頻度で失火が生じているとして、図1に示した警告灯100を操作することによって、ユーザにその旨を報知する報知処理を実行する(S52)。
これに対し、CPU72は、カウンタCが閾値Cth未満であると判定する場合(S50:NO)、カウンタCを初期化する(S54)。
なお、CPU72は、S52,S54の処理が完了する場合と、S30,S36,S48の処理において否定判定する場合と、S40の処理において肯定判定する場合と、には、図3に示した一連の処理を一旦終了する。
上記S42の処理は、圧縮上死点の出現間隔が判定対象となる気筒の圧縮上死点に対して前後する気筒の回転変動量ΔT30と、判定対象となる気筒の回転変動量ΔT30との乖離度合いに基づき失火の有無を判定する処理である。なお、本実施形態において、フラグFが「0」である場合には、判定対象となる回転変動量ΔT30[1]の、回転変動量ΔT30[0]に対する乖離度合いと、回転変動量ΔT30[2]に対する乖離度合いと、に基づき失火の有無を判定する処理を実行することを想定している。これに対し、フラグFが「1」の場合、回転変動量ΔT30[0]または回転変動量ΔT30[2]が気筒#1の回転変動量ΔT30となることがあることから、以下のような処理を実行する。
図4に、上記S42の処理の詳細を示す。
図4に示すように、CPU72は、まず、回転変動量ΔT30[3]が気筒#1に関する量であるか否かを判定する(S60)。この処理は、フラグFが「0」であるときと同様にしてパターン判定ができるか否かを判定する処理である。すなわち、本実施形態では、図5に示すように、気筒#1,#3,#4,#2の順に圧縮上死点が出現する。そのため、回転変動量ΔT30「3」が気筒#1である場合には、回転変動量ΔT30[0]~ΔT30「2」は、いずれも燃焼制御が継続されている気筒に関する量である。
図4に戻り、CPU72は、回転変動量ΔT30[3]が気筒#1に関する量であると判定する場合(S60:YES)、以下の条件(ア)および条件(イ)の論理積が真であるか否かを判定する(S62)。
条件(ア):回転変動量ΔT30[2]を回転変動量ΔT30[1]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
条件(イ)回転変動量ΔT30[0]を回転変動量ΔT30[1]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
この処理は、気筒#4の回転変動量ΔT30[1]が、時系列的に前後する回転変動量ΔT30[0],ΔT30[2]に対して突出して小さい値であるか否かを判定する処理である。
図6(a)に、気筒#4において失火が生じている場合の回転変動量ΔT30の推移を示す。図6(a)に示すように、燃焼制御を意図的に停止している気筒#1の回転変動量ΔT30[3]と失火が生じた気筒#4の回転変動量ΔT30[1]とはいずれも負となっている。これに対し、燃焼制御が継続されていて且つ失火が生じていない気筒#3,#2の回転変動量ΔT30[2],ΔT30[1]は正となる。そのため、図6(a)に示す例では、上記条件(ア)および条件(イ)のいずれも満たしている。
図4に戻り、CPU72は、論理積が真であると判定する場合(S62:YES)、気筒#4が失火であると判定する(S64)。
一方、CPU72は、S60の処理において否定判定する場合、回転変動量ΔT30[2]が気筒#1に関する量であるか否かを判定する(S66)。この処理は、上記条件(ア)を、異常の有無の判定の条件に用いることが適切ではないか否かを判定する処理である。CPU72は、回転変動量ΔT30[2]が気筒#1に関する量であると判定する場合(S66:YES)、以下の条件(ウ)および上記条件(イ)の論理積が真であるか否かを判定する(S68)。
条件(ウ):回転変動量ΔT30[3]を回転変動量ΔT30[1]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
この処理は、気筒#3の回転変動量ΔT30[1]が、燃焼制御が実行されている気筒において時系列的に前後する回転変動量ΔT30[0],ΔT30[3]に対して突出して大きいか否かを判定する処理である。
図6(b)に、気筒#3において失火が生じている場合の回転変動量ΔT30の推移を示す。図6(b)に示すように、燃焼制御を意図的に停止している気筒#1の回転変動量ΔT30[2]と失火が生じた気筒#3の回転変動量ΔT30[1]とはいずれも負である。これに対し、燃焼制御が継続されていて且つ失火が生じていない気筒#2,#4の回転変動量ΔT30[3],ΔT30[0]は正である。そのため、図6(b)に示す例では、上記条件(ウ)および条件(イ)のいずれも満たしている。
図4に戻り、CPU72は、論理積が真であると判定する場合(S68:YES)、気筒#3が失火であると判定する(S70)。
一方、CPU72は、回転変動量ΔT30[1]が気筒#1に関する量であると判定する場合(S66:NO)。以下の条件(エ)および上記条件(オ)の論理積が真であるか否かを判定する(S72)。
条件(エ):回転変動量ΔT30[3]を回転変動量ΔT30[2]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
条件(オ):回転変動量ΔT30[0]を回転変動量ΔT30[2]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
この処理は、気筒#2の回転変動量ΔT30[2]が、燃焼制御が実行されている気筒において時系列的に前後する回転変動量ΔT30[0],ΔT30[3]に対して突出して大きいか否かを判定する処理である。
図6(c)に、気筒#2において失火が生じている場合の回転変動量ΔT30の推移を示す。図6(c)に示すように、燃焼制御を意図的に停止している気筒#1の回転変動量ΔT30[1]と失火が生じた気筒#2の回転変動量ΔT30[2]とはいずれも負である。これに対し、燃焼制御が継続されていて且つ失火が生じていない気筒#4,#3の回転変動量ΔT30[3],ΔT30[0]は正である。そのため、図6(c)に示す例では、上記条件(エ)および条件(オ)のいずれも満たしている。
図4に戻り、CPU72は、論理積が真であると判定する場合(S72:YES)、気筒#2が失火であると判定する(S74)。
なお、CPU72は、S64,S70,S74の処理が完了する場合と、S62,S68,S72の処理において否定判定する場合と、には、図3に示したS42の処理を完了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
CPU72は、堆積量DPMが閾値DPMth以上となる場合、GPF34の再生処理を実行する。これにより、気筒#1の吸気行程において吸入された空気は、燃焼に供されることなく、気筒#1の排気行程において排気通路に流出する。また、気筒#2~#4の混合気は、理論空燃比よりもリッチとされることから、気筒#2~#4から排気通路30に排出された排気中には、未燃燃料が多量に含まれる。排気通路30に排出された酸素と未燃燃料とは、三元触媒32等で燃焼に供されることにより、GPF34の温度を上昇させる。また、排気通路30に流出した空気中の酸素は、GPF34においてPMを酸化させる。これにより、PMが燃焼して除去される。
CPU72は、再生処理を実行する場合、失火の有無の判定対象となる気筒の回転変動量ΔT30と、燃焼制御が実行されている気筒において時系列的に前後する回転変動量ΔT30との乖離度合いが大きい場合に、失火が生じたと判定する。このように、本実施形態では、圧縮上死点の出現タイミングが判定対象となる気筒の圧縮上死点と隣接する気筒が気筒#1の場合には、その気筒#1の回転変動量ΔT30との乖離度合いの判定を行わない。これにより、失火が生じているにもかかわらず、失火が生じていないとの誤判定がなされることを抑制できる。
すなわち、たとえば、図6(b)において判定対象となる気筒#3の回転変動量ΔT30[1]と、時系列的に前後する一対の回転変動量ΔT30[0],ΔT30[2]との乖離度合いが大きい場合に失火と判定する場合には、失火が生じていない旨の誤判定をすることとなる。
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作用および効果が得られる。
(1)CPU72は、失火の有無の判定対象の気筒の回転変動量ΔT30と比較対象の回転変動量ΔT30との比と判定値Rthとの大小比較に基づき、失火が生じたか否かを判定した。回転変動量ΔT30の大きさは、内燃機関10の回転速度NEや負荷に応じて変化する。そのため、判定対象の気筒の回転変動量ΔT30と比較対象の回転変動量ΔT30との差に基づき乖離度合いを定める場合には、失火の有無を判定するうえで適切な判定値の大きさが回転速度NEや負荷に応じて大きく変動する。これに対し、一対の回転変動量ΔT30の比は、回転変動量ΔT30の大きさと比較すると、回転速度NEや負荷に応じた変化が小さい。そのため、本実施形態では、比を用いることにより、失火の有無の判定精度を高く維持しつつも判定値Rthを固定値とすることができる。
(2)CPU72は、失火の有無の判定対象となる気筒の回転変動量ΔT30と、燃焼制御が実行されている気筒において時系列的に前後する一対の回転変動量との乖離度合いが大きい場合に、失火が生じたと判定した。これにより、判定対象となる気筒の回転変動量ΔT30との乖離度合いを判定する気筒を1つとする場合と比較して、失火の有無をより高精度に判定できる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、失火の検出のために用いる燃焼変数を、回転変動量ΔT30とする代わりに、筒内圧Pcによって定量化する。
図7に、本実施形態にかかる失火の有無の判定に関する処理の手順を示す。図7に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72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、図7において、図3に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。
図7に示す一連の処理において、CPU72は、まずフラグが「1」であると判定する場合(S30:YES)、気筒#1~#4のいずれかの圧縮上死点であるか否かを判定する(S80)。CPU72は、圧縮上死点であると判定する場合(S80:YES)、筒内圧Pcを取得する(S82)。そしてCPU72は、筒内圧積算値InPcに筒内圧Pcを加算した値によって筒内圧積算値InPcを更新する(S84)。CPU72は、S82,S84の処理を、120°CAの角度間隔にわたって継続する(S86:NO)。
CPU72は、ATDC120°CAとなったと判定する場合(S86:YES)、筒内圧積算値InPc[m+1]に筒内圧積算値InPc[m]を代入し、筒内圧積算値InPc[0]に今回算出した筒内圧積算値InPcを代入する(S88)。次にCPU72は、筒内圧積算値InPcが気筒#1の量であるか否かを判定する(S90)。CPU72は、S86の処理において気筒#1の圧縮上死点から120°CA経過したときであると判定した場合に、気筒#1の量であると判定する。CPU72は、気筒#1の量ではないと判定する場合(S90:NO)、筒内圧積算値InPcを用いた失火の有無のパターン判定を実行する(S42a)。そして、CPU72は、S44~S54の処理を実行する。
なお、CPU72は、S52,S54の処理を完了する場合と、S30,S80,S48の処理において否定判定する場合と、S90の処理において肯定判定する場合とには、図7に示す一連の処理を一旦終了する。
図8に、S42aの処理の詳細な手順を示す。なお、図8において、図4に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付与する。
図8に示す一連の処理において、CPU72は、まず筒内圧積算値InPc[3]が気筒#1に関する量であるか否かを判定する(S60a)。CPU72は、筒内圧積算値InPc[3]が気筒#1に関する量であると判定する場合(S60a:YES)、以下の条件(カ)および条件(キ)の論理積が真であるか否かを判定する(S62a)。
条件(カ):筒内圧積算値InPc[1]を筒内圧積算値InPc[2]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
条件(キ)筒内圧積算値InPc[1]を筒内圧積算値InPc[0]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
この処理は、気筒#4の筒内圧積算値InPc[1]が、時系列的に前後する筒内圧積算値InPc[0],InPc[2]に対して突出して小さいかを判定する処理である。
CPU72は、論理積が真であると判定する場合(S62a:YES)、気筒#4において失火が生じている判定する(S64)。すなわち、気筒#4において失火が生じている場合には、失火が生じていない場合と比較して、筒内圧Pcが小さくなることから、筒内圧積算値InPcも小さくなる。そのため、気筒#4において失火が生じる場合には、上記条件(カ)および条件(キ)を満たす。
一方、CPU72は、S60aの処理において否定判定する場合、筒内圧積算値InPc[2]が気筒#1に関する量であるか否かを判定する(S66a)。この処理は、上記条件(カ)を、異常の有無の判定の条件に用いることが適切ではないか否かを判定する処理である。CPU72は、筒内圧積算値InPc[2]が気筒#1であると判定する場合(S66a:YES)、以下の条件(ク)および上記条件(キ)の論理積が真であるか否かを判定する(S68a)。
条件(ク):筒内圧積算値InPc[1]を筒内圧積算値InPc[3]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
この処理は、気筒#3の筒内圧積算値InPc[1]が、燃焼制御が実行されている気筒において時系列的に前後する筒内圧積算値InPc[0],InPc[3]に対して突出して小さいか否かを判定する処理である。
CPU72は、論理積が真であると判定する場合(S68a:YES)、気筒#3において失火が生じていると判定する(S70)。
一方、CPU72は、筒内圧積算値InPc[1]が気筒#1に関する量であると判定する場合(S66a:NO)。以下の条件(ケ)および上記条件(コ)の論理積が真であるか否かを判定する(S72a)。
条件(エ):筒内圧積算値InPc[2]を筒内圧積算値InPc[3]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
条件(オ):筒内圧積算値InPc[2]を筒内圧積算値InPc[0]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
この処理は、気筒#2の筒内圧積算値InPc[2]が、燃焼制御が実行されている気筒において時系列的に前後する筒内圧積算値InPc[0],InPc[3]に対して突出して小さいか否かを判定する処理である。
CPU72は、論理積が真であると判定する場合(S72a:YES)、気筒#2において失火が生じていると判定する(S74)。
なお、CPU72は、S64,S70,S74の処理が完了する場合や、S62a,S68a,S72aの処理において否定判定する場合には、図7に示したS42aの処理を完了する。
<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]停止処理は、S22の処理に対応する。燃焼変数取得処理は、図3のS38の処理と、図7のS84の処理に対応する。判定処理は、S42,S42aの処理に対応する。[2]回転変動量は、回転変動量ΔT30に対応する。瞬時速度変数は、時間T30に対応する。[3]S62,S68,S72の処理に対応する。[4]異なる気筒は、図6(b)の気筒#2と図6(c)の気筒#3とに対応する。近接して且つ燃焼制御が実行される気筒は、図6(b)の気筒#4と、図6(c)の気筒#4とに対応する。[5,6]センサは、筒内圧センサ89に対応する。燃焼変数は、筒内圧積算値InPc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。
「回転変動量について」
・回転変動量ΔT30としては、失火の判定対象となる気筒のTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30を1つ後に圧縮上死点となる気筒のTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30から減算した値に限らない。たとえば、失火の判定対象となる気筒のTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30を、同気筒の90ATDC~120ATDCの区間の回転に要する時間T30から減算した値としてもよい。
・上記実施形態では、圧縮上死点の出現間隔以下の回転角度間隔におけるクランク軸26の回転速度の変動量である回転変動量を、同回転角度間隔の回転に要する時間同士の差によって定量化したが、これに限らず、比によって定量化してもよい。
・回転変動量を定めるための圧縮上死点の出現間隔以下の回転角度間隔におけるクランク軸26の回転速度を示す変数である瞬時速度変数としては、30°CAの区間におけるクランク軸26の回転速度を示す変数に限らない。たとえば180°CAの区間のクランク軸26の回転速度を示す変数であってもよい。
・上記実施形態では、回転変動量を定めるための圧縮上死点の出現間隔以下の回転角度間隔におけるクランク軸26の回転速度を示す変数である瞬時速度変数を、同回転角度間隔の回転に要する時間によって定量化したが、これに限らず、速度によって定量化してもよい。
「再生処理の実行条件について」
・再生処理の実行条件に、上記条件(a)および条件(b)の双方が含まれることは必須ではない。たとえば条件(a)および条件(b)の2つの条件に関しては、それらのうちのいずれか1つの条件のみを含んでもよい。もっとも、それら2つの条件の双方ともに含まなくてもよい。
「燃焼室に設けられて燃焼状態を検出するセンサについて」
・上記実施形態では、燃焼状態を検出するセンサとして筒内圧センサを例示したが、これに限らない。たとえばイオン電流を検出するセンサであってもよい。
「燃焼変数について」
・クランク角センサ82の出力信号Scrを入力として算出される燃焼変数としては、回転変動量に限らない。たとえば内燃機関10の軸トルクの所定期間における平均値であってもよい。これは、以下の式(c1)に基づき算出できる。
Te=Ie・dωe+(1+ρ)/{ρ・(Ig1・dωm1-Tr)} …(c1)
ここで、軸トルクTe、時間T30の逆数等から算出される内燃機関10の瞬時速度ωeの変化速度dωe、内燃機関10の慣性モーメントIe、第1モータジェネレータ52の慣性モーメントIg1、第1モータジェネレータ52の角加速度dωm1、第1モータジェネレータ52の反力トルクTr、遊星歯車機構50のプラネタリギア比ρを用いた。なお、上記所定期間は、圧縮上死点の出現間隔以下の期間とする。
・図7および図8の処理では、筒内圧センサ89の検出値に応じて定まる燃焼変数として、筒内圧積算値InPcを例示したが、これに限らない。たとえば燃焼エネルギ量であってもよく、また、筒内圧Pcの最大値であってもよい。
・「燃焼室に設けられて燃焼状態を検出するセンサについて」の欄に記載したように、センサとしてイオン電流センサを用いる場合、イオン電流の積算値等によって燃焼変数を構成してもよい。
「判定処理について」
・回転変動量に基づくパターン判定としては、失火の有無の判定対象となる気筒とは圧縮上死点が前後するそれぞれの気筒であって、燃焼制御を実行して且つ直近の気筒のそれぞれの回転変動量との乖離度合いである2つの乖離度合いに基づき、失火の有無を判定するものに限らない。たとえば、失火の有無の判定対象となる気筒よりも圧縮上死点が進角側に位置する気筒であって、燃焼制御を実行して且つ直近の気筒の回転変動量との乖離度合いのみに基づき、失火の有無を判定してもよい。その場合であっても、進角側の直近の気筒において燃焼制御が停止されている場合、その1つ前の気筒の回転変動量を比較対象とすることが有効である。また、比較対象とする回転変動量が1つまたは2つであることも必須ではない。たとえば、3つ以上であってもよい。
・上記実施形態では、回転変動量同士の比との大小比較をする判定値Rthを固定値としたが、これに限らない。たとえば、内燃機関の負荷を示す変数と回転速度NEとの2つの変数のうちの少なくとも1つの変数に応じて可変設定してもよい。
・失火の有無の判定対象となる気筒の回転変動量と比較対象の回転変動量との乖離度合いが、それら一対の回転変動量の比によって定量化されることは必須ではない。たとえば差によって定量化してもよい。なお、その場合、差との大小比較をする判定値を、内燃機関の負荷を示す変数と回転速度NEとの2つの変数のうちの少なくとも1つの変数に応じて可変設定することが望ましい。
・図3,4の処理では、説明の便宜上、パターン判定のみによって失火の有無の判定をする例を示したが、これに限らない。たとえば判定対象の回転変動量ΔT30[0]について、「ΔT30[0]-ΔT30[2]」が判定値Δth以上となることに基づく失火である旨の判定と、S44の処理との論理積が真の場合に失火が生じたと最終的に判定してもよい。これにより、第1に、失火が生じていないにもかかわらず、S44の処理において肯定判定される状況において、失火が生じた旨の誤判定がなされることを抑制できる。この状況は、たとえば、フラグFが「0」であるときに全ての気筒における燃焼が正常であるために、各回転変動量ΔT30がゼロ付近である状況などである。第2に、クランクロータ40の公差等の影響を抑制しつつ失火の有無を判定することと、路面からの外乱等による失火の判定精度の低下を抑制することとの両立を図ることができる。すなわち、回転変動量ΔT30[0]と回転変動量ΔT30[2]とは、同一の歯部42に基づき算出される量であることから、歯部42間の間隔に公差を有する場合であっても、それら一対の回転変動量ΔT30に対する公差の影響は同等である。そのため、「ΔT30[0]-ΔT30[2]」は、公差の影響が抑制された量となる。したがって、「ΔT30[0]-ΔT30[2]」と判定値Δthとの大小比較は、公差の影響を抑制しつつ失火の有無を判定するうえで望ましい。ただし、たとえば、路面の外乱等の影響によって回転変動量ΔT30[2],ΔT30[1],ΔT30[0]と値が漸減している場合等において、判定対象となる気筒で失火が生じていないにもかかわらず、「ΔT30[0]-ΔT30[2]」が判定値Δth以上となる場合であっても、上記パターン判定によれば、失火ではないと判定できる。
なお、判定値Δthは、内燃機関の負荷を示す変数と回転速度NEとの2つの変数のうちの少なくとも1つの変数に応じて可変設定することが望ましい。また、比較対象として、回転変動量ΔT30[2]に代えて、回転変動量ΔT30[4]を用いてもよい。
・筒内圧積算値InPcを用いたパターン判定としては、失火の有無の判定対象となる気筒とは圧縮上死点が前後するそれぞれの気筒であって、燃焼制御を実行して且つ直近の気筒のそれぞれに関する筒内圧積算値InPcとの乖離度合いである2つの乖離度合いに基づき、失火の有無を判定するものに限らない。たとえば、失火の有無の判定対象となる気筒よりも圧縮上死点が進角側に位置する気筒であって、燃焼制御を実行して且つ直近の気筒に関する筒内圧積算値InPcとの乖離度合いのみに基づき、失火の有無を判定してもよい。その場合であっても、進角側の直近の気筒において燃焼制御が停止されている場合、その1つ前の気筒の筒内圧積算値InPcを比較対象とすることが有効である。また、比較対象とする筒内圧積算値InPcが1つまたは2つであることも必須ではない。たとえば、3つ以上であってもよい。
・上記実施形態では、筒内圧積算値InPc同士の比との大小比較をする判定値Rthを固定値としたが、これに限らない。たとえば、内燃機関の負荷を示す変数と回転速度NEとの2つの変数のうちの少なくとも1つの変数に応じて可変設定してもよい。
・失火の有無の判定対象となる気筒の筒内圧積算値InPcと比較対象の筒内圧積算値InPcとの乖離度合いが、それら一対の筒内圧積算値InPcの比によって定量化されることは必須ではない。たとえば差によって定量化してもよい。なお、その場合、差との大小比較をする判定値を、内燃機関の負荷を示す変数と回転速度NEとの2つの変数のうちの少なくとも1つの変数に応じて可変設定することが望ましい。
「再生処理について」
・燃焼制御を停止する気筒の数としては、1つに限らない。また、燃焼制御を停止する気筒を予め定められた気筒に固定することも必須ではない。たとえば、1燃焼サイクル毎に、燃焼制御を停止する気筒を変更してもよい。その場合であっても、図6を用いて説明した要領で失火の有無を判定することは有効である。
「停止処理について」
・停止処理としては、再生処理に限らない。たとえば、内燃機関10の出力を調整するために一部の気筒における燃料の供給を停止する処理であってもよい。またたとえば、1部の気筒において異常が生じた場合に、その気筒における燃焼制御を停止する処理であってもよい。またたとえば、三元触媒32の酸素吸蔵量が規定値以下となる場合に、三元触媒32に酸素を供給すべく一部の気筒のみ燃焼制御を停止し、残りの気筒における混合気の空燃比を理論空燃比とする制御を実行する処理であってもよい。
「失火の判定結果の反映について」
・上記実施形態では、失火が生じたと判定する場合、警告灯100を用いた報知処理を実行したが、報知処理としては、視覚情報を出力する装置を操作対象とする処理に限らず、たとえば聴覚情報を出力する装置を操作対象とする処理であってもよい。
・失火の判定結果を報知処理に利用すること自体必須ではない。たとえば、失火が生じた場合に、失火が生じにくい運転状態へと内燃機関10の制御を変更すべく内燃機関10の操作部を操作する処理を実行してもよい。すなわち、失火の判定結果に対処すべく操作対象となるハードウェア手段としては、報知装置のみならず、内燃機関10の操作部等であってもよい。
「堆積量の推定について」
・堆積量DPMの推定処理としては、図2において例示したものに限らない。たとえば、GPF34の上流側と下流側との圧力の差と吸入空気量Gaとに基づき堆積量DPMを推定してもよい。具体的には、圧力の差が大きい場合に小さい場合よりも堆積量DPMを大きい値に推定し、圧力の差が同一であっても、吸入空気量Gaが小さい場合に大きい場合よりも堆積量DPMを大きい値に推定すればよい。ここで、GPF34の下流側の圧力を一定値とみなす場合、差圧に代えて上記圧力Pexを用いることができる。
「後処理装置について」
・GPF34としては、三元触媒が担持されたフィルタに限らず、フィルタのみであってもよい。また、GPF34としては、排気通路30のうちの三元触媒32の下流に設けられるものに限らない。また、後処理装置がGPF34を備えること自体必須ではない。たとえば後処理装置が三元触媒32のみからなる場合であっても、上記「停止処理について」の欄に記載したように、一部の気筒で燃焼制御を停止して三元触媒32に酸素を供給する際には、失火の検出処理として、上記実施形態やそれらの変更例に例示した処理を実行することが有効である。
「制御装置について」
・制御装置としては、CPU72とROM74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たとえばASIC等の専用のハードウェア回路を備えてもよい。すなわち、制御装置は、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実行装置や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。
「車両について」
・車両としては、シリーズ・パラレルハイブリッド車に限らず、たとえばパラレルハイブリッド車やシリーズハイブリッド車であってもよい。もっとも、ハイブリッド車に限らず、たとえば、車両の動力発生装置が内燃機関10のみの車両であってもよい。
10…内燃機関
32…三元触媒
34…GPF
40…クランクロータ
42…歯部
44…欠け歯部
70…制御装置
82…クランク角センサ
89…筒内圧センサ

Claims (3)

  1. 複数の気筒を有した内燃機関(気筒数が2個の内燃機関を除く)に適用され、
    前記複数の気筒のうちの1つの気筒における混合気の燃焼制御を停止させる停止処理と、
    前記複数の気筒のそれぞれにおける混合気の燃焼状態に応じた物理量を検知するセンサの検出値によって定まる、前記複数の気筒のそれぞれにおける燃焼状態を示す変数である燃焼変数の値を取得する燃焼変数取得処理と、
    前記停止処理の実行時、前記停止処理の対象となる前記気筒と圧縮上死点の出現タイミングが隣接する気筒が失火の有無の判定対象となる気筒の場合、圧縮上死点の出現タイミングが前記停止処理の対象となる前記気筒に隣接して且つ前記判定対象の気筒とは異なる気筒の前記燃焼変数の値と前記判定対象の気筒の前記燃焼変数の値との乖離度合いが所定以上であることを条件に、前記判定対象の気筒において失火が生じたと判定する判定処理と、を実行し、
    前記失火の有無の判定対象となる気筒と、前記異なる気筒とは、いずれも前記燃焼制御がなされた気筒であり、
    前記センサは、クランク角センサであり、
    前記燃焼変数は、前記内燃機関のクランク軸の回転変動量であり、
    前記回転変動量は、複数の瞬時速度変数同士の大きさの相違に関する変数であり、
    前記瞬時速度変数は、前記内燃機関の圧縮上死点の出現間隔以下の所定角度間隔における前記クランク軸の回転速度を示す変数であり、
    前記複数の気筒のうちの特定の気筒の前記回転変動量の前記複数の瞬時速度変数には、前記特定の気筒の圧縮上死点と該圧縮上死点の次の圧縮上死点との間の期間における前記瞬時速度変数が含まれ内燃機関の失火検出装置。
  2. 前記判定処理は、前記異なる気筒の前記回転変動量と前記判定対象の前記回転変動量との比と判定閾値との大小比較に基づき、前記乖離度合いが所定以上であるか否かを判定する処理を含む請求項記載の内燃機関の失火検出装置。
  3. 記判定処理は、前記異なる気筒の前記回転変動量と前記判定対象の気筒の前記回転変動量との乖離度合いが所定以上であることに加えて、前記圧縮上死点の出現タイミングが前記異なる気筒よりも前記判定対象の気筒に近接して且つ燃焼制御が実行される気筒の前記回転変動量と前記判定対象の気筒の前記回転変動量との乖離度合いが所定以上であることを条件に、前記判定対象の気筒において失火が生じたと判定する処理である請求項1または2記載の内燃機関の失火検出装置。
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