JPH0440337A - 内燃機関の失火検出装置におけるリングギャセンサ異常診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、クランク軸の角速度の微小な変動から内燃
機関の失火を検出するようにした失火検出装置において
、上記角速度の検出のために設けられるリングギヤセン
サの異常の有無を診断する異常診断装置に関する。

従来の技術 内燃機関で失火が生じると、未燃焼の混合気がそのまま
排出されるので、排気中の有害成分の増加を来すのは勿
論のこと、出力の低下や機関の安定性の低下を招く。そ
のため、近年、失火が発生しているか否かを容易に、例
えば通常の運転状態のまま検出する失火検出装置が要請
されている。

この失火検出の方法の一つとして、クランク軸の角速度
の微小な変動を例えば電磁ピ、ツタアップ等を用いて検
出する方法が考えられている（例えば特開昭５７−１８
８７４８号公報等）。

しかし、失火に伴う微小な角速度変動を正確に検出する
ことは実際には非常に難しい。そこで、クランク軸の端
部に固着されるスタータモータ用のリングギヤに着目し
、該リングギヤに近接してリングギヤセンサを設けて、
所定歯数の検出に要する所要時間の変動から失火の有無
を判定するようにした失火検出装置を本出願人は先に提
案した。

発明が解決しようとする課題 ところで、スタータモータが噛み合うリングギヤにおい
ては、長年の使用により歯が欠損する恐れがある。もし
、歯が欠損すると、その歯数を検出するリングギヤセン
サの出力が異常となり、最終的な失火検出が不正確にな
ってしまう。また、ハーネスの断線等によりリングギヤ
センサの出力自体が得られず、その結果、失火検出を行
わないままに運転が継続される可能性もある。

課題を解決するための手段 そこで、この発明は、失火検出のためにリングギヤセン
サによって計測される所定歯数に対する所要時間を利用
して、リングギヤセンサの異常の有無を診断するように
したものである。すなわち、この発明に係る内燃機関の
リングギヤセンサ異常診断装置は、第１図に示すように
、各気筒の基準クランク角位置で基準位置信号を発する
基準位置検出手段ｌと、クランク軸端部のリングギヤに
近接して設けられ、かつリングギヤの通過歯数に応じた
出力を発するリングギヤセンサ２と、上記基準位置信号
を基準とした所定の位相から所定歯数の検出に要する所
要時間を計測する計測手段３と、上記所要時間の変動に
基づいて内燃機関の失火を判定する失火判定手段４とを
備えてなる内燃機関の失火検出装置において、ある気筒
の基準位置信号と次の気筒の基準位置信号との間の気筒
間経過時間を計測する気筒間経過時間計測手段５と、こ
の気筒間経過時間と上記所要時間との比が所定範囲にあ
るか否かを判別する異常判別手段６とを備えて構成され
ている。

作用 リングギヤの所定歯数に対応する上記所要時間は、クラ
ンク軸の角速度を示すものとなり、その所要時間の変動
から失火状態が検出される。

一方、上記基準位置信号もクランク軸の回転に同期して
出力されるものであるから、ある気筒の基準位置信号か
ら次の基準位置信号に至るまでの気筒間経過時間とリン
グギヤセンサ２による上記所要時間とは、本来一定の比
率となる。従って、リングギヤの歯の欠損あるいはリン
グギヤセンサ２自体の何らかの異常があれば、両者の比
が所定範囲外となり、その異常を容易に検知することが
できる。

実施例 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第２図はこの発明の一実施例の機械的構成を示す説明図
であって、Ｉ＋は内燃機関、１２はその吸気通路、■３
は排気通路を示している。尚、この実施例では、４サイ
クル直列６気筒の内燃機関を例にとって説明する。

上記吸気通路１２には、各吸気ポートへ向けて燃料を供
給する燃料噴射弁１４が気筒毎に配設されているととも
に、絞弁１５が介装されており、この絞弁１５の上流側
に、吸入空気量Ｑを検出する例えば熱線式のエアフロメ
ータ１６が配設されている。上記絞弁１５には、その開
度ＴＶＯを検出する絞弁開度センサ１７が設けられてい
る。

尚、１８は車速ＶＳＰを検出する車速センサである。

また１９は、機関回転数Ｎｅやクランク角位置を検出す
るために、カムンヤフト端部やディストリビュータ内部
等に設けられるクランク角センサを示している。このク
ランク角センサ１９は、各気筒の基準位置例えば上死点
位置を検出するためのパルス信号（ＲＥＦ信号）と、こ
の基準位置からの回転角を検出するための単位クランク
角（例えば２°ＣＡ）毎のパルス信号（ＰＯ８信号）と
を出力するようになっている。上記ＲＥＦ信号は、６気
筒機関であれば＋２０°ＣＡ毎に出力され、それぞれ各
気筒の上地点前所定角度で出力される。

更に詳しくは、各気筒毎に対応するパルスのパルス幅が
異なっており、これによって＃ｌ気筒の圧縮上死点位置
の検出ひいては各気筒の気筒判別が、可能となっている
（第３図（ａ）参照）。従って、この実施例では、基準
位置信号として上記ＲＥＦ信号が用いられている。

一方、クランク軸２０の後端部には、図示せぬスタータ
モータと噛合可能なリングギヤ２１がフライホイールと
ともに取り付けられている。このリングギヤ２１の歯は
、例えば６°ＣＡ毎に等間隔に形成されている。そして
、このリングギヤ２１に近接して、電磁ピックアップ等
からなるリングギヤセンサ２２が設けられている。この
リングギヤセンサ２２は、リングギヤ２１の歯の通過に
よって発生する交流電流を０Ｎ−ＯＦＦパルス信号に成
形して出力するようになっており、これによって第３図
（ｂ）に示すようなパルス列が得られる。尚、クランク
角センサ１９をカムシャフト等に対し設けた場合に、Ｐ
Ｏ８信号の精度が動弁機構のバックラッシュ等によって
影響されるので、該ｐｏｓ信号から失火による角速度変
動を検出することは困難である。これに対し、上記リン
グギヤセンサ２２は、クランク軸２０に直結されたリン
グギヤ２１の回転速度を検出するので、角速度変動の確
実な検出が可能である。

上記の各センサの検出信号が入力されるコントロールユ
ニット２３は、所謂マイクロコンピュータシステムを用
いたもので、燃料噴射弁１４による空燃比制御や図示せ
ぬ点火系の点火時期制御等を行っている。また、上記リ
ングギヤセンサ２２の検出信号に基づく失火判定および
該リングギヤセンサ２２自体の異常診断を行い、所定の
失火やリングギヤセンサ２２の異常を検出した場合には
、警報ランプ２４等の警報手段を作動させるとともに、
点検、整備のためにその異常状態を記憶しておくように
なっている。

次に上記実施例の作用について失火判定を含めて詳細に
説明する。

初めに、第３図を参照して各気筒毎の角速度の検出につ
いて説明すると、第３図（ａ）に示すように１２０°Ｃ
Ａ毎に出力されるＲＥＦ信号の検出後、リングギヤセン
サ２２の出力パルスのカウントが開始され、所定歯数、
例えばＰ個の歯数を検出した時点で、コントロールユニ
ット２３内の図示せぬプリセットカウンタによって同図
（ｃ）に示すような第１トリガが出力される。更に、こ
れからｍ個の歯数を検出した時点で、図示せぬプリセッ
トカウンタによって同図（ｄ）に示すような第２トリガ
が出力される。つまり、この間にｍ個の歯数に相当する
クランク角だけクランク軸２０が回転したことになる。

そして、コントロールユニット２３内のタイマによって
、上記第１トリガから第２トリガに至る期間の所要時間
Ｔが計測される。

この所要時間Ｔの計測は、ＲＦＰ信号の出力の度につま
り１２０°ＣＡ毎に繰り返し行われる。

そして、気筒数をＮ（本実施例ではＮ＝６）として（Ｎ
＋１）個のデータが常に保存される。具体的には、最新
のデータをＴ１として、前回のデータをＴ２として、順
にＴ　（Ｎ＋　１　）までのデータが、順次更新する形
で保存され、これらに基づいて後述するように失火判定
がなされる。

尚、上記所要時間Ｔを計測する位相は、失火による角速
度変動が最も顕著に現れる期間を選択して設定すべきこ
とは勿論である。このように、ある範囲内の位相のみに
着目することで、それ以外の期間でフリクション等によ
る角速度変動があったとしても影竹を受けることがない
。

また上記の所要時間Ｔの計測と並行して、ある気筒のＩ
ｔ　ＥＦ倍信号ら次の点火気筒のＲＥＦ信号までの時間
、つまり気筒間経過時間Ｔ　ＲＥ　Ｆが逐次計測される
。

次に、第４図はコントロールユニット２３において実行
される具体的な処理の流れを示すメインフローチャート
である。尚、この第４図の処理は、リングギヤセンサ２
２によるｍ個の歯数の検出終了時点つまり第２トリガに
同期して実行される。

先ず、初めに、ｍ個の歯数の検出つまり上述した所要時
間］゛の計測が次のＲＥＦ信号発生前までに終了したこ
とを示すフラグＦＴを「１」とする（ステップ１）。次
いで、種々の条件が失火判定の可能な診断領域内にある
か否か判別しくステップ２）、診断領域内にある場合に
限ってステップ４以降に進む。診断領域外であれば、所
要時間Ｔの読込を停止しくステップ３）、後述するＴＲ
ＡＶＭＸ等の値をクリアする（ステップ１４）。この診
断領域内にあるか否かの判定は、基本的には、機関の角
速度が変化するような他の要因が存在するか否かを判定
するもので、種々の方法が考えられるが、その−例を第
５図に示す。すなわち、車速ｖＳＰの変化量ΔＶＳＰが
所定値ΔＶＳＰｌ以下であること（ステップ２１）、絞
弁開度ＴＶＯの変化量ΔＴＶＯが所定値ΔＴＶ０１以下
であること（ステップ２２）、スタータスイッチがＯＦ
Ｆであること（ステップ２３）、電気的負荷が一定であ
ること、つまりヘッドライトスイッチ等のＯＮ、ＯＦＦ
変化直後でないこと（ステップ２４）、パワーステアリ
ング負荷が一定つまりパワーステアリング操作中でない
こと（ステップ２５）、機関回転数Ｎｅが略一定つまり
所定のＮｅｌ〜Ｎｅ２の範囲内にあること（ステップ２
６）、機関の負荷、例えば基本燃料噴射量Ｔｐが略一定
つまり所定の、Ｔｐｌ〜Ｔｐ２の範囲内にあること（ス
テップ２７）、を診断条件としており、これら総ての条
件が成立した場合に診断領域内としくステップ２９）、
いずれか１つでも条件が成立しない場合には診断領域外
としている（ステップ２８）上記の処理により診断領域
内と判定した場合には、ステップ４に進んで前述した所
要時間Ｔの読込が行われる。

そして計測した所要時間Ｔ１詳しくはその時点で保持し
ているＴ　Ｉ　−Ｔ　（Ｎ＋１　）のデータに基づいて
、ラフネス度ＲＯを逐次演算する（ステップ５）。

このラフネス度ＲＯは、所要時間Ｔの偏差を所として求
められる。この例は、ＴＩ−Ｔ（Ｎ＋１）のデータの中
央点となるＴ（Ｎ／２）を重視したもので、最新のＴＩ
と同一気筒の１サイクル前（７２０°ＣＡ前）のＴ（Ｎ
＋１）とを用いることで、特定位置で毎回生じるフリク
ション等の影響を軽減できる。

尚、上記の式の分子として、 Ｔ　（Ｎ／２＋　１　）−Ｔ　（Ｎ／２）等を用いるこ
ともできる。

また分母として、 Ｔ（Ｎ／２）あるいは ’、Ｔ　Ｉ　＋Ｔ　２・・・Ｔ　（Ｎ／２））ｘ２／Ｎ
等を用いることもできる。

上記のラフネス度ＲＯの演算は、所要時間Ｔの計測の度
つまりＲＥＦ信号の出力の度に該ＲＥＦ信号に続く第２
トリガに同期して行われるので、気筒番号ｎのＲＥＦ信
号について演算されたラフネス度ＲＯをｎ気筒のラフネ
ス度ＲＯ（ｎ）と定義する。従って、点火順序に従って
各気筒のラフネス度Ｒｏ（ｎ）が順次求められる。

ここで、上記ラフネス度ＲＯは、角速度変動が全く無い
と仮定すれば０となる。失火があれば、これに対応する
ある気筒のラフネス度ＲＯは負の値を示し、他の気筒の
ラフネス度ＲＯは相対的に正の値を示す。尚、ラフネス
度ＲＯ（ｎ）における気筒番号ｎと失火気筒とは必ずし
も一致しない。

次に、上記のラフネス度ＲＯ（ｎ）を用いて、その絶対
値の移動平均ＴＲＡＶＬＵを演算する。

すなわち、 としてＲＥ　Ｖ信号の度つまり所要時間Ｔの計測の度に
演算を行う（ステップ６）。

更に上記のＴ　ＲＡ　Ｖ　Ｌ　Ｕをデータ収集期間中の
過去の最大値ＴＲＡＶＭＸと比較し、これを上廻ってい
た場合には新たな最大値ＴＲＡＶＭＸとしてメモリ内容
を更新する（ステップ７）。これは、最終的に１回のデ
ータ収集期間におけるＴ　ＲＡ　ＶＬ　Ｌｌの最大値を
示すことになる。

そして、ステップ８で、各党Ｏｎの正負規則性を示す指
標ＦＵ（ｎ）−の演算を行う。これはＦＵ（１）〜Ｆｔ
Ｊ（Ｎ）のＮ個のカウンタによって気筒別に示されるも
ので、ある気筒ｎのラフネス度ＲＯ（ｎ）が正であった
らＦＵ　（ｎ）をインクリメントし、かつ負であったら
ＦＵ　（ｎ）をデクリメントする。従って、ある気筒ｎ
で失火が繰り返し生じると、その気筒ｎの指標ＦＵ　（
ｎ）は負側に大きく減少して行く。

次にステップ９では、リングギヤセンサ２２の異常診断
を行う。これについては後述する。

ステップ１０では、上記ステップ６で求めた移動平均Ｔ
ＲＡＶＬＵを基準値ＴＲＡＶＣＯと比較し、基準値以上
であった場合には、第１パラメータＭＭＦＩの値をイン
クリメントする（ステップＩｔ）。上記の基準値ＴＲＡ
ＶＣＯは、機関回転数Ｎｅあるいは機関回転数Ｎｅと基
本燃料噴射量Ｔｐとのマツプから逐次ルックアップされ
る基準値ＣＯＭＰＬの移動平均として与えられる。

ＴＲＡＶＬＵは前述したようにラフネス度ＲＯの絶対値
の平均であるので、上記第１パラメータＭＭＦ　１は、
機関全体についてのあるレベル以上の角速度変動の頻度
に関連したものとなる。

ステップ１２では、所定のデータ収集期間が経過したか
否かを判定しており、データ収集期間が経過している場
合にはステップ１３へ進んで故障判定を行う。上記デー
タ収集期間は、時間もしくはクランク角によって規定さ
れるもので、例えば２〜３秒程度で十分である。従って
、所定のデータ収集期間が経過するまでの間、前述した
ステップ４〜ステツプ１１の処理が繰り返され、ＴＲＡ
ＶＬＵの演算等が行われる。そして、故障判定を実行し
た後、ＴＲＡＶＭＸ等がクリアされて次の判定に備える
ことになる（ステップ＋４）。

第８図は、上記ステップ１３の故障判定の詳細を示すも
ので、ステップ５Ｉで第２パラメータＭＭＦ２と第３パ
ラメータＭＭＦ３とが演算される。

第２パラメータＭＭＦ２は、データ収集期間中（ＤＴＲ
ＡＶＬｔｌ）最大値であルＴ　ＲＡ　Ｖ　Ｍ　Ｘと前述
した基準値ＴＲＡＶＣＯとを用いて、ＭＭＦ２＝ＴＲＡ
ＶＭＸ／ＴＲＡＶＣＯとして求められる。尚、ＴＲＡＶ
ＣＯはデータ収集終了時点での値が用いられる。この第
２パラメータＭＭＦ２は、大きな角速度変動があったか
どうかを示すものとなる。

第３パラメータＭＭＦ３は、前述した各気筒の正負規則
性を示す指標ＦＵ（ｎ）の絶対値の全気筒の和、つまり ＭＭＦ３＝ｌＦＵ（Ｉ］＋ＩＦＵ（２］・・・＋ＩＦＵ
（Ｎ）として求められる。従って、角速度の低下もしく
は増加が同一気筒で複数回同様の傾向で現れれば、上記
第３パラメータＭＭＦ３が増大する。また角速度の低下
もしくは増加がランダムに現れれば、上記第３パラメー
タＭＭＦ３の値はそれ程大きくならない。

ステップ５２では、前述したステップ１１でカウントさ
れた第１パラメータＭＭＦＩの値を基準値ＪＭＦｌと比
較する。ここで基準値ＪＭＦＩ未満であれば、ステップ
５３へ進み、第２パラメータＭＭＦ２の値を基準値ＪＭ
Ｆ２と比較する。ここで基準値ＪＭＦ２未満であれば、
ステップ５９へ進み、「正常」っまり失火が殆どないも
のと判定する。一方、ステップ５３で第２パラメータＭ
ＭＦ２の値が基準値ＪＭＦ２以上であった場合には、機
関全体として角速度変動は少ないものの、時々大きな角
速度変動が現れることを意味するから、ステップ６０へ
進み、低頻度の失火発生状態と判定する。

またステップ５２で第１パラメータＭＭＦＩが基準値Ｊ
ＭＦＩ以上の場合は、機関全体として角速度変動が多発
していることを意味するので、第３パラメータＭＭＦ３
を第１の基準値ＪＭＦ３Ｈおよび第２の基準値ＪＭＦ３
Ｌ（但しＪＭＦ３Ｈ＞ＪＭＦ３Ｌ）と順次比較する（ス
テップ５４゜５５）。ここでＪ　Ｍ　Ｐ　３８以上の場
合は、前述したように角速度の低下もしくは増加が同一
気筒で同様の傾向で繰り返し現れていることを意味する
ので、特定の１気筒の頻繁な失火発生状態と判定しくス
テップ５６）、かつその失火気筒の判別を行う（ステッ
プ５７）。尚、失火気筒は、指標ＦＵ（ｎ）に基づいて
判別でき、本実施例では、ＦｔＪ　（ｎ　）が最も小と
なった気筒ｎの１つ前の点火気筒が該当する。

また第３パラメータＭＭＦ３がＪＭＦ３Ｈ未満でしかも
ＪＭＦ３Ｌ未満の場合は、大きな角速度変動が頻繁にか
つランダムに現れていることを意味するので、複数気筒
の頻繁な失火発生状態と判定する（ステップ５８）。

以上の処理によって失火状態のきめ細かな判定を行うこ
とができる。尚、失火と判定した場合には、警報ランプ
２４が点灯するとともに、その失火の状況がメモリに記
憶される。

次に第６図のフローチャートは、前述したステップ９の
センサ診断■の処理の詳細を示す。これは、主にリング
ギヤ２１の歯の欠損を検出しようとするもので、ステッ
プ３１で、計測した所要時間Ｔとその直前の気筒間経過
時間ＴＲＥＦの比（Ｔ／ＴＲＥＦ）を求め、これが所定
の下限値りと上限値Ｈとの範囲内にあるか否かを判定す
る。

歯の欠損あるいは何らかの原因によるリングギヤセンサ
２２の出力の異常等がなければ、上記の比（Ｔ／ＴＲＥ
Ｆ）は常に一定に得られる。

上記の比（Ｔ／ＴＲＥＦ）がＬ−Ｈの範囲外であった場
合には、カウンタＣＮＧをインクリメントするとともに
、カウンタＣＮを０にリセットする（ステップ３５）。

そして、上記のカウンタＣＮＧの値を所定の基準値ＣＪ
ＮＧと比較して（ステップ３６）、基準値ＣＪＮＧ以上
となったならば、リングギヤセンサ２２が異常（上述し
たように歯の欠損を含む）であると判定する（ステップ
３７）。

尚、上記の比（Ｔ／ＴＲＥＦ）が所定範囲内であった場
合には、カウンタＣＮをインクリメントしくステップ３
３）、これが所定値、例えば気筒数に等しい値Ｎに達し
たら、カウンタＣＮＧをリセットするようにしている（
ステップ３４）。従って、本質的な異常ではないノイズ
等による誤判定が防止される。

また第７図のフローチャートは、リングギヤセンサ２２
から出力が全く得られないような場合に対処するための
もので、この処理は、各気筒のＲＥＦ信号に同期して実
行される。すなわち、ステップ４１において、このＲＥ
Ｆ信号発生時にフラグＦＴが「１」になっているか否か
、つまりＲＥＦ信号発生前に前の気筒についてｍ個の歯
数の検出が完了しているか否かを判定する。このフラグ
ＦＴは、ＲＥＦ信号の発生の度にクリアされる（ステッ
プ４８）ので、何らかの異常で歯数のカウントが順調に
進まなければ、ＦＴ＝０の状態のままとなる。

ここで、フラグＦＴが「０」であった場合には、カウン
タＣＲＧＮＧをインクリメントするとともに、カウンタ
ＣＮ−を０にリセットする（ステップ４５）。そして、
上記のカウンタＣＲＧＮＧの値を所定の基準値ＣＪＲＧ
ＮＧと比較して（ステップ４６）、基準値ＣＪＲＧＮＧ
以上となったならば、リングギヤセンサ２２が異常であ
ると判定する（ステップ４７）。

尚、フラグＦＴがＮＪであった場合には、カウンタＣＮ
−をインクリメントしくステップ４２）、これが所定値
、例えば気筒数に等しい値Ｎに達したら、カウンタＣＲ
ＧＮＧをリセットするようにしている（ステップ４４）
。従って、前述した第６図のセンサ診断ｉの処理と同様
にノイズ等による誤判定が防止される。

上記のようにしてリングギヤセンサ２２が異常であると
判定された場合には、例えば警報ランプ２４の点滅等に
より報知するとともに、その異常がメモリに記憶される
。

以上で、この発明の一実施例を説明したが、失火判定の
具体的な方法としては必ずしも上記実施例のものに限定
される訳ではなく、種々の変更が可能である。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
のリングギヤセンサ異常診断装置は、失火判定のために
計測される所定歯数に対応した所要時間を基準位置信号
間の気筒間経過時間と比較して異常の有無を診断するよ
うにしたので、新たなセンサやカウンタ等を追加するこ
となくリングギヤセンサの異常を容易に検出でき、例え
ばリングギヤの歯の欠損等に起因した失火の誤判定を未
然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すクレーム対応図、第２図
はこの発明の一実施例の機械的構成を示す構成説明図、
第３図はこの実施例の作用を説明するためのタイムチャ
ート、第４図、第５図、第６図、第７図および第８図は
この実施例における処理の一例を示すフローチャートで
ある。 １・・・基準位置検出手段、 ３・・・所要時間計測手段、４ 気筒間経過時間計測手段、 第２図 ２・・・リングギヤセンサ、 ・・・失火判定手段、５・・・ ６・・・異常判別手段。 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）各気筒の基準クランク角位置で基準位置信号を発
   する基準位置検出手段と、クランク軸端部のリングギヤ
   に近接して設けられ、かつリングギヤの通過歯数に応じ
   た出力を発するリングギヤセンサと、上記基準位置信号
   を基準とした所定の位相から所定歯数の検出に要する所
   要時間を計測する計測手段と、上記所要時間の変動に基
   づいて内燃機関の失火を判定する失火判定手段とを備え
   てなる内燃機関の失火検出装置において、ある気筒の基
   準位置信号と次の気筒の基準位置信号との間の気筒間経
   過時間を計測する気筒間経過時間計測手段と、この気筒
   間経過時間と上記所要時間との比が所定範囲にあるか否
   かを判別する異常判別手段とを備えてなる内燃機関のリ
   ングギヤセンサ異常診断装置。