JP7420053B2 - 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、クランク軸の回転変動量に基づき、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、判定対象となる気筒の燃焼行程におけるクランク軸の回転速度と、1つ前の燃焼行程におけるクランク軸の回転速度と差によって回転変動量を定義している。そして、この装置では、判定対象の気筒に関する回転変動量と、360°CA前における回転変動量との差が閾値を上回る場合に失火であると判定する。
特開2009-138663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、360°CA前の回転変動量が上記一部の気筒の上記回転速度によって算出される場合には、失火の誤判定に繋がる。
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、前記燃焼制御が実行された前記気筒を失火の有無の判定対象となる気筒とし、前記停止処理の対象となる気筒の前記燃焼変数の値に対する前記判定対象の気筒の前記燃焼変数の値の乖離度合いが所定以下である場合、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、を実行する内燃機関の失火検出装置である。
停止処理が実行された気筒の燃焼変数の値は、燃焼制御を実行したにもかかわらず失火が生じた気筒における燃焼変数の値と同等となる。そこで上記構成では、停止処理の対象となる気筒における燃焼変数の値を基準値とし、判定対象に関する気筒の燃焼変数の値と基準値との乖離度合いが小さい場合に、失火が生じたと判定する。これにより、失火の有無の判定処理を、停止処理の実行時にとって適切な処理とすることができる。
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に対応する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。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に関する回転変動量を構成することにより、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、前記停止処理の対象となる気筒の前記回転変動量に対する前記判定対象の気筒の前記回転変動量の乖離量が予め定められた規定量以下となる場合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り、前記規定量は、固定値である上記2記載の内燃機関の失火検出装置である。
失火の有無に応じた回転変動量は、クランク軸の回転速度および内燃機関の負荷に応じて変化する。一方、停止処理の対象となる気筒における回転変動量は、クランク軸の回転速度および内燃機関の負荷に応じた量となっている。そのため、上記構成では、停止処理の対象となる気筒における回転変動量を基準値としてそれとの乖離量が固定値である規定量以下のときに失火と判定することにより、失火の有無の判定処理の適合工数を軽減できる。
4.前記停止処理を、前記内燃機関のクランク軸の回転速度が規定速度以上であることを条件に実行する上記3記載の内燃機関の失火検出装置である。
クランク軸の回転エネルギは、回転速度の2乗に比例することなどから、回転速度が低い場合には高い場合よりもクランク軸に与えられるエネルギ量に対する回転速度の変化の割合が大きくなる傾向にある。そのため、低回転領域においては、たとえば停止処理の対象となる気筒の次に圧縮上死点が出現する気筒において失火が生じると、回転速度の落ち込みが停止処理の対象となる気筒によるものよりも大きくなるおそれがある。これに対し、上記構成では、回転速度が規定速度以上であることを条件に停止処理を実行することにより、停止処理の対象となる気筒と、燃焼制御が実行される気筒とで回転変動量に生じうる差が小さくなる。そのため上記3の構成を適用して好適である。
5.前記停止処理を、前記内燃機関のトルクが規定値以上であることを条件に実行する上記3または4記載の内燃機関の失火検出装置である。
内燃機関のトルクが大きい場合には、小さい場合と比較すると、クランク角センサを用いた検出に伴う公差の影響による失火の判定精度の低下が小さい傾向にある。そのため、トルクが規定値以上であるときに停止処理が実行される場合、停止処理の対象となる気筒に関する回転変動量と失火の有無の判定対象となる気筒に関する回転変動量とで公差による影響が異なる場合であっても、その差異が小さくなる。そのため、上記3の構成を適用して好適である。
6.前記停止処理の対象となる気筒との圧縮上死点の出現間隔が1回転の整数倍とならない気筒について、前記内燃機関の燃焼制御を停止しているときに該気筒の回転変動量と前記停止処理の対象となる気筒の前記回転変動量との差を学習する学習処理を実行し、前記判定処理は、前記停止処理の対象となる気筒の前記回転変動量に対する前記判定対象の気筒の前記回転変動量の乖離量が予め定められた規定量以下となる場合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って且つ、前記1回転の整数倍とならない気筒を前記判定対象の気筒とするときの前記規定量を前記学習処理によって学習された前記差に応じて定める補正処理を含む上記2記載の内燃機関の失火検出装置である。
回転変動量には、同回転変動量の算出処理の入力となった信号の公差の影響が含まれる。ここで、停止処理の対象となる気筒の圧縮上死点に対して1回転の整数倍の角度間隔だけ離間した圧縮上死点を有する気筒については、その気筒に関する回転変動量に対する公差の影響が、停止処理の対象となる気筒に関する回転変動量に対する公差の影響と同等となる。これに対し、停止処理の対象となる気筒に対して1回転の整数倍とは異なる角度間隔だけ離間した圧縮上死点を有する気筒については、その気筒に関する回転変動量に対する公差の影響が、停止処理の対象となる気筒に関する回転変動量に対する公差の影響とは顕著に異なるおそれがある。
そこで上記構成では、学習処理を実行し、1回転の整数倍とならない気筒を失火の判定対象とするときの規定量を学習処理によって学習された差に応じて定めることにより、公差の影響によって失火の判定精度が低下することを抑制できる。
7.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。
8.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7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失火判定を例示するタイムチャート。 第2の実施形態における圧縮上死点の出現順序を示すタイムチャート。 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乖離量の補正処理を例示する図。 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、4つの気筒#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、GPF34に捕集されているPMの量である堆積量DPMの更新量ΔDPMを算出する(S12)。ここで、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(ア)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(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(ア):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(イ):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)。すなわち、CPU72は、クランク角センサ82が感知する歯部42が、30°CAだけ離間した歯部42に移行するまでの時間を計時することによって、時間T30を算出する。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)、時間T30[6]から時間T30[0]を減算した値を、回転変動量ΔT30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の値となり、失火が生じている場合に正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が気筒#1の回転変動量ΔT30であるか否かを判定する(S40)。そしてCPU72は、気筒#1の回転変動量ΔT30であると判定する場合(S40:YES)、基準値ΔT30refに、回転変動量ΔT30を代入する(S42)。ここで、気筒#1においては燃焼制御が停止されていることから、回転変動量ΔT30は、失火が生じているときと同等の量となっている。
一方、CPU72は、気筒#2~#4の何れかの回転変動量ΔT30であると判定する場合(S40:NO)、回転変動量ΔT30と基準値ΔT30refとの差の絶対値が判定値Δth以下であるか否かを判定する(S44)。この処理は、失火の有無の判定対象となる気筒において失火が生じたか否かを判定する処理である。すなわち、基準値ΔT30refは、失火が生じたときと同等の回転変動量ΔT30であることから、基準値ΔT30refとの乖離度合いが小さい場合には、判定対象となる気筒で失火が生じていると判断できる。なお、本実施形態において、判定値Δthは、予め定められた固定値である。
CPU72は、判定値Δth以下であると判定する場合(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、S42,S52,S54の処理が完了する場合や、S30,S36,S48の処理において否定判定する場合には、図3に示した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。
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。
一方、CPU72は、再生処理の実行時において、気筒#1の回転変動量ΔT30を、基準値ΔT30refに代入する。そして、気筒#2~#4の回転変動量ΔT30と基準値ΔT30refとの差の絶対値が判定値Δth以下である場合、失火が生じたと判定する。
図4に、気筒#1~#4の回転変動量ΔT30の推移例を示す。
図4に示される例では、気筒#4の回転変動量ΔT30と基準値ΔT30refとの差の絶対値が判定値Δth以下であることから、CPU72は、気筒#4において失火が生じたと判定する。これに対し、気筒#3の回転変動量ΔT30と気筒#2の回転変動量ΔT30とはいずれも基準値ΔT30refから判定値Δthより大きく乖離していることから、CPU72は、気筒#2,#3においては失火が生じていないと判定する。
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)判定値Δthを固定値とした。失火の有無に応じた回転変動量ΔT30の大きさは、内燃機関10の負荷および回転速度NEに応じて変化する。一方、燃焼制御の停止対象となる気筒における回転変動量ΔT30は、内燃機関10の負荷および回転速度NEに応じた量となっている。そのため、基準値ΔT30refは、内燃機関10の負荷および回転速度NEに応じた量となっている。したがって、本実施形態によれば、燃焼制御を実行している気筒の回転変動量ΔT30と基準値ΔT30refとの乖離量が判定値Δth以下のときに失火と判定することにより、判定値Δthを固定値としても、失火の有無を高精度に判定できる。そのため、失火の有無の判定処理の適合工数を軽減できる。
(2)CPU72は、再生処理を、回転速度NEが規定速度NEth以上であることを条件に実行した。クランク軸26の回転エネルギは、回転速度NEの2乗に比例することなどから、回転速度NEが低い場合には高い場合よりもクランク軸26に与えられるエネルギ量に対する回転速度NEの変化の割合が大きくなる傾向にある。そのため、低回転領域においては、たとえば燃焼制御の停止対象となる気筒#1の次に圧縮上死点が出現する気筒#3において失火が生じると、回転速度NEの落ち込みが燃焼制御の停止対象となる気筒#1によるものよりも大きくなるおそれがある。これに対し、本実施形態では、回転速度NEが規定速度NEth以上であることを条件に再生処理を実行することにより、燃焼制御の停止対象となる気筒と、燃焼制御が実行される気筒とで回転変動量ΔT30に生じうる差が小さくなる。そのため、判定値Δthを固定値としても、失火の有無を高精度に判定できる。
(3)CPU72は、再生処理を、機関要求トルクTe*が規定値Teth以上であることを条件に実行した。内燃機関10のトルクが大きい場合には、小さい場合と比較すると、クランクロータ40の公差の影響による失火の判定精度の低下が小さい傾向にある。そのため、機関要求トルクTe*が規定値Teth以上であるときに再生処理が実行される場合、燃焼制御の停止対象となる気筒と失火の判定対象となる気筒とで回転変動量ΔT30の算出に用いる歯部42が異なったとしても、失火の有無の判定精度が公差によって低下する度合いが小さい。そのため、燃焼制御の停止対象となる気筒と失火の判定対象となる気筒とで回転変動量ΔT30の算出に用いる歯部42が異なる場合であっても、失火の有無を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。
図5に、本実施形態にかかる各気筒の圧縮上死点の出現間隔を示す。図5に示すように、本実施形態では、気筒#1、気筒#3、気筒#4、および気筒#2の順に、180°CA間隔で圧縮上死点が出現する。したがって、気筒#1の圧縮上死点と気筒#4の圧縮上死点とは、360°CAだけずれている。これは、気筒#1に関する回転変動量ΔT30の算出に用いたクランクロータ40の歯部42と、気筒#4に関する回転変動量ΔT30の算出に用いたクランクロータ40の歯部42とが同一であることを意味する。したがって、歯部42間の間隔に公差が存在したとしても、気筒#4に関する回転変動量ΔT30に対する公差の影響は、気筒#1に関する回転変動量ΔT30に対する公差の影響と同等である。
これに対し、気筒#2に関する回転変動量ΔT30と気筒#3に関する回転変動量ΔT30とは、それらの算出に用いた歯部42が、気筒#1に関する回転変動量ΔT30の算出に用いた歯部42とは異なる。そのため、たとえば気筒#2において失火が生じた場合の回転変動量ΔT30は、気筒#1の回転変動量ΔT30とは、公差の影響の相違分の相違が生じうる。
そこで本実施形態では、気筒#2および気筒#3の回転変動量ΔT30と気筒#1の回転変動量ΔT30との公差の相違に起因したずれ量を学習する。
図6に、上記学習に関する処理の手順を示す。図6に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72が繰り返し実行することにより実現される。
図6に示す一連の処理において、CPU72は、まず内燃機関10の全気筒において燃焼制御が停止され、クランク軸26がキャリアCの回転動力によって連れまわされているモータリング時であるか否かを判定する(S60)。CPU72は、モータリング時であると判定する場合(S60:YES)、回転速度NEの指令値である機関速度指令値NE*の単位時間当たりの変化量ΔNE*の絶対値が規定量ΔNEth以下であるか否かを判定する(S62)。規定量ΔNEthは、クランク軸26の回転周波数のうち1回転よりも長い周期を有する低周波成分が十分に小さいときの回転速度NEの変化量に基づき設定されている。
CPU72は、規定量ΔNEth以下であると判定する場合(S62:YES)、図3のS32~S40の処理と同一の処理を実行する。そしてCPU72は、気筒#1の回転変動量ΔT30であると判定する場合(S40:YES)、回転変動量ΔT30を、第1回転変動量ΔT30fに代入する(S62)。
一方、CPU72は、気筒#2~#4のいずれかの回転変動量ΔT30であると判定する場合(S40:NO)、気筒#2の回転変動量ΔT30であるか否かを判定する(S64)。そしてCPU72は、気筒#2の回転変動量ΔT30であると判定する場合(S64:YES)、回転変動量ΔT30を第2回転変動量ΔT30sに代入する(S66)。そしてCPU72は、第2回転変動量ΔT30sから第1回転変動量ΔT30fを減算した値の指数移動平均処理によって、第2学習値ΔLsを算出する(S68)。すなわち、CPU72は、「0」よりも大きく「1」よりも小さい係数αを用いて、第2学習値ΔLsに係数αを乗算した値と、上記減算した値に「1-α」を乗算した値との和を、第2学習値ΔLsに代入する。そしてCPU72は、第2学習値ΔLsを記憶装置75に記憶する(S70)。
一方、CPU72は、気筒#3または気筒#4のいずれかの回転変動量ΔT30であると判定する場合(S64:NO)、気筒#3の回転変動量ΔT30であるか否かを判定する(S72)。そしてCPU72は、気筒#3の回転変動量ΔT30であると判定する場合(S72:YES)、回転変動量ΔT30を第3回転変動量ΔT30tに代入する(S74)。そしてCPU72は、第3回転変動量ΔT30tから第1回転変動量ΔT30fを減算した値の指数移動平均処理によって、第3学習値ΔLtを算出する(S76)。すなわち、CPU72は、「0」よりも大きく「1」よりも小さい係数αを用いて、第3学習値ΔLtに係数αを乗算した値と、上記減算した値に「1-α」を乗算した値との和を、第3学習値ΔLtに代入する。そしてCPU72は、第3学習値ΔLtを記憶装置75に記憶する(S78)。
なお、CPU72は、S62,S70,S78の処理が完了する場合や、S60,S62,S36,S72の処理において否定判定する場合には、図6に示す一連の処理を一旦終了する。
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、S40の処理において否定判定する場合、S38の処理によって算出した回転変動量ΔT30が、気筒#2に関する量であるか否かを判定する(S80)。CPU72は、気筒#2に関する回転変動量ΔT30であると判定する場合(S80:YES)、その回転変動量ΔT30から第2学習値ΔLsを減算した値によって回転変動量ΔT30を更新する(S82)。
一方、CPU72は、気筒#2に関する回転変動量ΔT30ではないと判定する場合(S80:NO)、気筒#3に関する回転変動量ΔT30であるか否かを判定する(S84)。CPU72は、気筒#3に関する回転変動量ΔT30であると判定する場合(S84:YES)、その回転変動量ΔT30から第3学習値ΔLtを減算した値によって回転変動量ΔT30を更新する(S86)。
CPU72は、S82,S86の処理を完了する場合や、S84の処理において否定判定する場合には、S44の処理に移行する。
このように、本実施形態によれば、気筒#2または気筒#3が失火の判定対象である場合、基準値ΔT30refと判定対象に関する回転変動量ΔT30との、失火であると判定する際の乖離度合いの上限値を変更した。
図8に、気筒#2~#4の失火と判定する回転変動量ΔT30の領域を示す。
図8に示すように、気筒#4に関しては、基準値ΔT30refとの差が判定値Δth以下である領域が失火と判定される領域である。これに対し、気筒#2に関しては、第2学習値ΔLsが正である例を示していることから、基準値ΔT30refを上回る量が「Δth+ΔLs」以下であって、基準値ΔT30refを下回る量が「-Δth+ΔLs」以下となる領域が、失火であると判定される領域となる。これは、基準値ΔT30refが第2学習値ΔLsだけ増加補正された補正値ΔT30refcとの差が判定値Δth以下となる領域と言い換えることができる。
また、気筒#3に関しては、第3学習値ΔLtが負である例を示していることから、基準値ΔT30refを上回る量が「Δth-|ΔLs|」以下であって、基準値ΔT30refを下回る量が「-Δth-|ΔLs|」以下となる領域が、失火であると判定される領域となる。これは、基準値ΔT30refが第3学習値ΔLtの絶対値だけ減少補正された補正値ΔT30refcとの差が判定値Δth以下となる領域と言い換えることができる。
これにより、気筒#2,#3の失火の有無の判定精度が気筒#4の失火の有無の判定精度と比較して、公差に起因して低下することを抑制できる。
<第3の実施形態>
以下、第3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9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9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9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9に示す一連の処理において、CPU72は、まずフラグが「1」であるか否かを判定する(S90)。CPU72は、「1」であると判定する場合(S90: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(S92)。CPU72は、圧縮上死点であると判定する場合(S92:YES)、筒内圧Pcを取得する(S94)。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(S96)。CPU72は、S94,S96の処理を、120°CAの角度間隔にわたって継続する(S98:NO)。
CPU72は、ATDC120°CAとなったと判定する場合(S98:YES)、筒内圧積算値InPcが気筒#1の量であるか否かを判定する(S40a)。CPU72は、気筒#1の量であると判定する場合(S40a:YES)、筒内圧積算値InPcを、基準値InPcrefに代入する(S42a)。
一方、CPU72は、算出した筒内圧積算値InPcが気筒#2~#4の量であると判定する場合(S40a:NO)、筒内圧積算値InPcと基準値InPcrefとの差の絶対値が判定値Δth以下であるか否かを判定する(S44a)。ここで、基準値InPcrefは、燃焼制御の停止時の筒内圧Pcの積算値であることから、燃焼エネルギが生じない分だけ小さい量となっている。そして、これは失火が生じたときの筒内圧積算値InPcと同等の量である。そのため、CPU72は、判定値Δth以下であると判定する場合(S44a:YES)、失火が生じたとして、S46の処理に移行する一方、判定値Δthを上回ると判定する場合(S44a:NO)、S48野処理に移行する。
なお、判定値Δthは、予め定められた固定値である。すなわち、失火が生じたときの筒内圧積算値InPcと失火が生じないときの筒内圧積算値InPcとは、ともに、回転速度NEや充填効率ηによって変動する。しかし、その変動分は、基準値InPcrefに反映されていることから、基準値InPcrefからの乖離度合いの大小によって失火の有無を判定することにより、判定値の適合工数を低減できる。
<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]停止処理は、S22の処理に対応する。燃焼変数は、図3および図7においては、回転変動量ΔT30に対応し、図9においては、筒内圧積算値InPcに対応する。燃焼変数取得処理は、S38の処理と、S96の処理とに対応する。判定処理は、S44の処理と、S44aの処理とに対応する。[2]瞬時速度変数は、時間T30に対応する。[3]規定量は、図3および図9における判定値Δthと、図7における「Δth+ΔLs,Δth-ΔLs,Δth+ΔLt,Δth-ΔLt」とに対応する。[4,5]S20の処理に対応する。[6]学習処理は、S68,S76の処理に対応する。補正処理は、S82,S86の処理に対応する。[7,8]センサは、筒内圧センサ89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から1つ前に圧縮上死点となった気筒のTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30を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90ATDC~120ATDCの区間の回転に要する時間T30から、同気筒のTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30を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(ア)および条件(イ)の双方が含まれることは必須ではない。たとえば条件(ア)および条件(イ)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。
「失火と判定するための乖離量の上限値である規定量について」
・上記実施形態では、規定量を定めるための判定値Δthを固定値としたが、これに限らない。特にたとえば「再生処理の実行条件について」の欄に記載したように再生処理の実行条件に条件(イ)を含まず、低回転速度において再生処理を実行する場合には、燃焼制御を停止した気筒#1の次に圧縮上死点となる気筒などにおいて失火が生じる場合、回転変動量ΔT30は、気筒#1に関する回転変動量ΔT30よりも大きくなる傾向がある。そのため、回転速度NEに応じて判定値Δthを可変としてもよい。
「学習処理について」
・上記実施形態では、回転変動量ΔT30の指数移動平均処理によって第2学習値ΔLsおよび第3学習値ΔLtを算出したが、これに限らない。たとえば単純移動平均処理値を第2学習値ΔLsおよび第3学習値ΔLtとしてもよい。もっとも移動平均処理を施すことも必須ではなく、たとえば、S66,S74の処理によって算出された最新の第2回転変動量ΔT30s、第3回転変動量ΔT30tをそれぞれ、第2学習値ΔLs、第3学習値ΔLtとしてもよい。
「基準値と判定対象に関する回転変動量との乖離量の補正について」
・S82,S84の処理では、判定対象となる気筒に関する回転変動量ΔT30から第2学習値ΔLsまたは第3学習値ΔLtを減算したが、これに限らず、たとえば基準値ΔT30refに第2学習値ΔLsまたは第3学習値ΔLtを加算してもよい。
・上記「規定量について」の欄には、低回転領域において、判定値Δthを回転速度に応じて可変設定する例を示したが、これに限らず、たとえば低回転領域において基準値ΔT30refを補正してもよい。
「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。その場合であっても、ノイズの影響等によって、失火とすべき閾値が内燃機関の運転状態に応じて変動する。そのため、燃焼制御を停止した気筒におけるイオン電流の検出値を基準値とすることは有効である。もっとも、イオン電流センサにも限らず、たとえば燃焼室の燃焼状態を光によって検知すべく、光を感知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、たとえば、以下の式(c1)に基づき算出できる。
Te=Ie・dωe+(1+ρ)/{ρ・(Ig1・dωm1-Tr)} …(c1)
なお、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。また、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9の処理では、筒内圧センサ89の検出値を用いて算出される燃焼変数として、筒内圧積算値InPcを例示したが、これに限らない。たとえば、筒内圧Pcの最大値としてもよく、またたとえば燃焼エネルギ量としてもよい。
・「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。
「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
40…クランクロータ
42…歯部
44…欠け歯部
50…遊星歯車機構
52…第1モータジェネレータ
54…第2モータジェネレータ
60…駆動輪
70…制御装置
82…クランク角センサ
89…筒内圧センサ

Claims (5)

  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、前記燃焼制御が実行された前記気筒を失火の有無の判定対象となる気筒とし、前記停止処理の対象となる気筒の前記燃焼変数の値に対する前記判定対象の気筒の前記燃焼変数の値の乖離度合いが所定以下である場合、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に対応する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内燃機関の失火検出装置。
  2. 前記判定処理は、前記停止処理の対象となる気筒の前記回転変動量に対する前記判定対象の気筒の前記回転変動量の乖離量が予め定められた規定量以下となる場合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り、
    前記規定量は、固定値である請求項記載の内燃機関の失火検出装置。
  3. 前記停止処理を、前記内燃機関のクランク軸の回転速度が規定速度以上であることを条件に実行する請求項記載の内燃機関の失火検出装置。
  4. 前記停止処理を、前記内燃機関のトルクが規定値以上であることを条件に実行する請求項2または3記載の内燃機関の失火検出装置。
  5. 前記停止処理の対象となる気筒との圧縮上死点の出現間隔が1回転の整数倍とならない気筒について、前記内燃機関の燃焼制御を停止しているときに該気筒の回転変動量と前記停止処理の対象となる気筒の前記回転変動量との差を学習する学習処理を実行し、
    前記判定処理は、前記停止処理の対象となる気筒の前記回転変動量に対する前記判定対象の気筒の前記回転変動量の乖離量が予め定められた規定量以下となる場合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って且つ、前記1回転の整数倍とならない気筒を前記判定対象の気筒とするときの前記規定量を前記学習処理によって学習された前記差に応じて定める補正処理を含む請求項記載の内燃機関の失火検出装置。
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