JPH1182150A

JPH1182150A - 内燃機関の燃焼状態検出装置

Info

Publication number: JPH1182150A
Application number: JP24510997A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Komachiya; 昌宏小町谷; Nobuo Kurihara; 伸夫栗原; Atsunori Kodama; 篤典児玉; Tatsunori Sakaguchi; 龍範坂口; Takayuki Fumino; 高之文野; Shizuhisa Watanabe; 静久渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-09-10
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 1999-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、低負荷領域等においても失火
判定を精度よく行え、かつ、自動車に搭載して使用可能
な実用的な内燃機関の燃焼状態検出装置を提供すること
にある。【解決手段】複数の筒内圧検出手段１０Ａ，１０Ｂ，１
０Ｃ，１０Ｄによって検出された内燃機関の各気筒の筒
内圧信号は、信号重畳手段２０によって重畳される。重
畳された筒内圧信号に基づいて、信号検出手段３０は、
失火判定指標を算出し、失火判定手段４０は、失火判定
指標と失火判定レベルにを用いて失火状態を判定する。
重畳された筒内圧信号を用いると、失火の有無により
ＴＤＣ前後の信号波形の対称性に顕著な変化を得ること
ができるため、エンジン燃焼の全域で失火判定を確実に
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼状
態を検出する内燃機関の燃焼状態検出装置に係り、特
に、多気筒エンジンの各気筒の失火の有無を検出する内
燃機関の燃焼状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多気筒エンジンの各気筒の失火の有無を
検出することは、内燃機関の制御をする上で重要なこと
である。例えば、燃料経済性の向上を目的として、ドラ
イバビリティに影響を与えない限界まで燃料を希薄化す
るリーン限界制御では、空気に対する燃料の割合が薄く
なり過ぎると失火が生じる。そこで、失火の有無を検出
して失火の起こった気筒の燃料噴射量を増やす方向に制
御することにより、失火状態から回復して、希薄燃焼を
行い、燃料経済性を向上することができる。

【０００３】各気筒の失火の有無を検出する方法として
は、例えば、次の２つの方法が知られている。第１の方
法は、例えば、実開昭６４-１５９３７号公報に記載さ
れているように、内燃機関の気筒内圧力（以下、「筒内
圧」と称する）を検出し、筒内圧の変化の積分値あるい
は平均値に基づいて、失火発生の有無を検出するもので
ある。この方法では、具体的には、失火が発生すると燃
焼圧力は上昇しないので、正常燃焼時と比べて失火時に
は筒内圧変化の積分値あるいは平均値が減少することに
より失火を検出できる。

【０００４】第２の方法は、例えば、特開昭６０-１６
６７３９号公報に記載されているように、吸入空気量，
回転速度，クランク角信号に応じて、予めメモリ（ＲＯ
Ｍ）に記憶してある最適な燃焼状態から決定するように
した基準信号波形（基準燃焼状態）と、所定の方法で検
出された筒内圧の信号波形とを比較することにより、失
火を含めた燃焼状態の変化を詳細に捉えようとするもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
方法においては、エンジンへの負荷が小さいアイドリン
グ時のように、正常燃焼であっても燃焼圧力の上昇が少
ない場合には、失火判定が困難であるという問題があっ
た。即ち、失火時における筒内圧変化の積分値あるいは
平均値と、アイドリング時のような正常燃焼時における
筒内圧変化の積分値あるいは平均値はほぼ等しいため、
両者の区別が難しく、確実な失火判定が困難なものであ
る。

【０００６】それに対して、第２の方法は、低負荷運転
領域においても詳細な失火判定が可能であると考えられ
る。しかしながら、低負荷運転領域から高負荷運転領域
までのエンジン燃焼の全域において、吸入空気量，回転
速度，クランク角信号に応じて、予めメモリ（ＲＯＭ）
に記憶してある最適な燃焼状態から決定するようにした
基準信号波形（基準燃焼状態）と、所定の方法で検出さ
れた筒内圧の信号波形とを比較しようとすると、第１
に、予め準備しておくべきメモリ（ＲＯＭ）の記憶容量
をかなり大きくせざるを得ず、自動車に搭載するには実
用的でないものである。また、第２に、基準信号波形
（基準燃焼状態）と筒内圧の信号波形との比較演算のた
めのエンジン制御用マイコンの処理量が大きくなるた
め、現在車両に搭載されているマイコンでは、処理が間
に合わず、自動車に搭載して実施するには実用的でない
ものである。

【０００７】本発明の目的は、低負荷領域等においても
失火判定を精度よく行え、かつ、自動車に搭載して使用
可能な実用的な内燃機関の燃焼状態検出装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（１）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関
の各気筒の筒内圧を検出する複数の筒内圧検出手段と、
これらの筒内圧検出手段によって検出された筒内圧を用
いて失火状態を判定する失火判定手段とを有する内燃機
関の燃焼状態検出装置において、上記複数の筒内圧検出
手段によって検出された複数の気筒の筒内圧信号を重畳
する信号重畳手段を備え、この信号重畳手段に寄って重
畳された筒内圧信号を用いて失火状態を判定するように
したものである。かかる構成により、重畳された筒内圧
信号において、失火が生じた場合、信号波形の著しい変
化が生じ、筒内圧信号波形のピストン上死点（ＴＤＣ）
前後の対称性に明確な変化が生じることを利用して、失
火判定を確実に行い得るものとなる。

【０００９】（２）上記（１）において、好ましくは、
さらに、上記信号重畳手段によって重畳された筒内圧信
号の内、各気筒に対応するピーク値の後に現れる極小値
に対応する失火判定指標を算出する信号検出手段とを備
え、上記失火判定手段は、上記信号検出手段によって算
出された失火判定指標と、あらかじめ設定されている失
火判定レベルを比較して、失火状態を判定するようにし
たものである。かかる構成により、失火判定指標と失火
判定レベルを比較して、失火状態であると判定するよう
にしているため、確実に失火判定を行うことができると
ともに、記憶容量が小さくでき、演算処理も簡単になる
ため、実用的な失火判定を行え得るものとなる。

【００１０】（３）上記（１）において、好ましくは、
さらに、上記信号重畳手段によって重畳された筒内圧信
号の内、各気筒における点火後の燃焼圧力上昇範囲にお
ける重畳された筒内圧信号に基づいて、失火判定指標を
算出する信号検出手段とを備え、上記失火判定手段は、
上記信号検出手段によって算出された失火判定指標と、
あらかじめ設定されている失火判定レベルを比較して、
失火状態を判定するようにしたものである。かかる構成
により、失火判定指標と失火判定レベルを比較して、失
火状態であると判定するようにしているため、確実に失
火判定を行うことができるとともに、記憶容量が小さく
でき、演算処理も簡単になるため、実用的な失火判定を
行え得るものとなる。

【００１１】（４）上記（３）において、好ましくは、
さらに、上記失火判定手段は、前の気筒において失火状
態を判定したときには、次の気筒における失火判定に用
いる失火判定レベルを切り替えるようにしたものであ
る。かかる構成により、前の気筒において失火状態を判
定したときには、次の気筒における失火判定に用いる失
火判定レベルを切り替えるようにしたため、連続失火の
発生時にも確実に失火判定を行い得るものとなる。

【００１２】（５）上記（１）において、好ましくは、
さらに、上記複数の筒内圧検出手段の検出特性のばらつ
きを補正する補正手段を備え、この補正手段により特性
ばらつきの補正された筒内圧信号を用いて、失火状態の
判定をするようにしたものである。かかる構成により、
筒内圧検出手段の検出特性のばらつきを補正するように
したため、正確な失火判定を行い得るものとなる。

【００１３】（６）上記（５）において、好ましくは、
上記補正手段は、上記筒内圧検出手段によって検出され
た筒内圧信号のバイアスとゲインを補正するようにした
ものである。かかる構成により、筒内圧検出手段の検出
特性のばらつきを補正するようにしたため、正確な失火
判定を行い得るものとなる。

【００１４】（７）上記（５）において、好ましくは、
上記補正手段は、上記信号重畳手段によって重畳された
筒内圧信号の内、各気筒におけるバイアスに対する信号
重畳影響の少ない領域の信号によってバイアス補正値を
得、上記信号重畳手段によって重畳された筒内圧信号の
内、各気筒におけるの爆発燃焼前の圧縮行程での圧力上
昇の割合を捉える領域の信号によってゲインを得て、上
記筒内圧検出手段によって検出された筒内圧信号のバイ
アスとゲインを補正するようにしたものである。かかる
構成により、筒内圧検出手段の検出特性のばらつきを補
正するようにしたため、正確な失火判定を行い得るもの
となる。

【００１５】（８）上記（１）において、好ましくは、
上記筒内圧検出手段及び上記信号重畳手段は、光源と、
この光源からの光を伝送するとともに、各気筒の燃焼圧
を受ける受圧部を有する光ファイバと、この光ファイバ
を通過した光を受光する受光手段とによって構成するよ
うにしたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を用いて、本発
明の一実施形態による内燃機関の燃焼状態検出装置につ
いて説明する。最初に、図１を用いて、本発明の一実施
形態による内燃機関の燃焼状態検出装置の全体構成につ
いて説明する。なお、以下の実施形態においては、４ス
トローク４気筒ガソリンエンジンを例にとって説明をす
るが、他の方式の内燃機関における失火検知にも同様に
適用できるものである。図１は、本発明の一実施形態に
よる内燃機関の燃焼状態検出装置の全体構成を示すブロ
ック図である。

【００１７】筒内圧検出手段１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，
１０Ｄは、エンジンの各気筒に設けており、各気筒の筒
内圧力を検出し、筒内圧信号を出力する。筒内圧検出手
段１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄとしては、例えば、
シリコン単結晶を用いた圧電式の半導体圧力センサや、
抵抗線歪みゲージを用いる圧力センサ等が用いられる。
筒内圧検出手段は、これらの物に限られるものでなく、
高温高圧状態になり得る筒内圧が検出可能なものであれ
ばよく、例えば、後述するような光ファイバを用いる圧
力センサを用いることも可能である。

【００１８】信号重畳手段２０は、筒内圧検出手段１０
Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄによって検出された各気筒
の筒内圧信号を重ね合わせる。従来は、各気筒毎に検出
された筒内圧に基づいて失火を判定するようにしていた
のに対して、本実施形態においては、全ての筒内圧の検
出信号を信号重畳手段２０を用いて重畳する点に特徴を
有している。

【００１９】信号重畳手段２０としては、例えば、演算
増幅素子を用いて構成した一般に知られる信号の線形加
算回路などを用いる。なお、筒内圧検出手段１０Ａ，１
０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄとして、抵抗線歪みゲージを用い
る圧力センサを使用する場合には、各歪みゲージを直列
配線することによって、各歪みゲージの出力の線形合成
が可能であるため、この直列配線が信号重畳回路を構成
することになる。

【００２０】ここで、図２を用いて、筒内圧検出手段１
０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄによって検出された筒内
圧信号について説明する。図２は、本発明の一実施形態
による内燃機関の燃焼状態検出装置に用いる筒内圧検出
手段によって検出された筒内圧信号の波形図である。

【００２１】図２において、横軸はクランク角度を示し
ている。４ストロークエンジンにおいては、吸気−圧縮
−点火・爆発−排気の各行程がクランク角度が７２０゜
の間で繰り返されるが、図２においては、圧縮上死点Ｔ
ＤＣ（Top Dead Center）を中心として、−９０゜から
＋９０゜の範囲の圧縮行程から点火・爆発行程の一部を
示している。なお、点火のタイミングは、運転状態に応
じて変化するものであるが、ここでは説明の都合上、圧
縮上死点ＴＤＣのタイミングで点火するものとする。縦
軸は筒内圧を示しており、圧縮〜点火・爆発行程で図示
するように筒内圧が変化する。吸気行程や排気行程にお
いても、筒内圧は変化するが、その変化量は、爆発時の
筒内圧の変化に比べて小さいものであり、吸気行程や排
気行程における筒内圧は、図示の状態において、クラン
ク角度が−９０゜や＋９０゜における筒内圧がほぼ維持
されている。

【００２２】圧縮行程が進むと共に、筒内圧は徐々に増
加する。そして、圧縮上死点ＴＤＣにおいて点火される
ものとすると、爆発行程における筒内圧は、Ａ）高負荷
燃焼時，Ｂ）低負荷燃焼時，Ｃ）失火時において、図示
するような圧力変化を示す。なお、図においては、圧縮
行程の圧力変化で規格化した筒内圧変化を示している。
失火とは、燃焼による圧力上昇がない状態である。失火
時でもピストンの運動による気体の圧縮は行われるの
で、失火時の筒内圧変化はピストンが最も上昇するクラ
ンク角度、即ちＴＤＣ前後でほぼ対称となる。これに対
し燃焼が起る場合、燃焼による圧力上昇は主としてＴＤ
Ｃ後に発生する。

【００２３】図２に示すように、高負荷燃焼時のように
燃焼圧力が大きい運転状態では、正常燃焼時（Ａ）と失
火時（Ｃ）の筒内圧の変化は異なる。従って、従来の筒
内圧の変化の積分値や平均値を用いる失火判定方法で
も、筒内圧のピーク値の低下として失火を容易に検出す
ることができる。しかしながら、エンジンへの負荷が小
さいアイドリング時のように正常燃焼であっても燃焼圧
力の上昇が少ない場合（Ｂ）には、燃焼に伴う筒内圧の
ピーク値は失火時（Ｃ）と大きく違わない。従って、燃
焼圧力の上昇が少ない場合には、一般に筒内圧ピーク値
の変化から失火を捉えることは困難である。このため、
失火検出は上記ＴＤＣ前後の信号の対称性に着目するの
が一般的である。

【００２４】次に、図３を用いて、筒内圧信号を重畳し
た場合について説明する。図３は、本発明の一実施形態
による内燃機関の燃焼状態検出装置に用いる信号重畳手
段によって重畳された筒内圧信号の波形図である。

【００２５】４気筒のエンジンにおいては、図２に示し
た各気筒毎の筒内圧信号の変化が、クランク角度で１８
０゜づつずれて発生する。各気筒においていずれも正常
燃焼が行われた場合には、重畳された筒内圧信号は、図
３（Ａ）に示すように、周期的に繰り返す対称な信号波
形となる。なお、図中における１，２，３，４は、各気
筒の番号を示しているが、ここでは、点火の行われた順
に、順次、第１気筒，第２気筒，第３気筒，第４気筒と
いうように符号を付けている。

【００２６】それに対して、図３（Ｂ）は、４気筒の内
の１つの気筒において失火が発生し、他の３気筒が正常
燃焼をしている場合の重畳された筒内圧信号を示してい
る。図２に示したように、正常燃焼時には、点火後にお
いて筒内圧は上昇し、筒内圧変化はＴＤＣ前後で非対称
となる。一方、失火が発生すると、失火による燃焼圧力
上昇の欠落となり、筒内圧変化はＴＤＣ前後で対称とな
る。

【００２７】ここで、一つの気筒だけが失火する場合を
考えると、失火気筒の圧力上昇時の信号は前の気筒の影
響で正方向にバイアスされているため、失火気筒の信号
波形はＴＤＣ前で大きく、ＴＤＣ後では小さくなる。
信号重畳のない場合、失火時の筒内圧信号波形はＴＤＣ
前後で対称になるが、重畳した筒内圧信号の場合にはＴ
ＤＣ前の方が後より大きくなる。

【００２８】即ち、４気筒分の筒内圧信号を重畳する
と、失火気筒の信号ピーク後の信号レベルの低下として
現われる。即ち、図３（Ｂ）に示すように、第３気筒の
信号のピークが低下するとともに、ピーク後の極小値の
信号レベルが低下することになる。また、失火の発生し
た第３気筒に続く第４気筒の信号のピークも低下する。
本実施形態においては、この極小値のレベルを用いて、
失火判定するようにしている。この失火判定の具体例に
ついては、図５を用いて後述するが、例えば、図３
（Ｂ）に示すように、失火判定レベルＬよりも重畳され
た筒内圧信号のレベルが低下した場合に、失火が発生し
たと判定するようにしている。

【００２９】また、失火は、４気筒の内の単一の気筒で
のみ発生するものでなく、２つの気筒で発生する場合も
ある。例えば、図３（Ｃ）は、第３気筒と第４気筒で失
火が発生した場合を示している。第３気筒と第４気筒で
失火が発生すると、第３気筒と第４気筒及び第１気筒に
対する信号のピーク値が低下するとともに、第３気筒と
第４気筒に対するピーク後の極小値の信号レベルが低下
することになる。

【００３０】４気筒のエンジンの燃焼サイクルの内、３
つの気筒若しくは４つの気筒において失火が発生する
と、エンジンが停止するため、一般的には失火判定の必
要は生じないものである。

【００３１】次に、図１に戻って、信号重畳手段２０に
よって重畳された筒内圧信号は、信号検出手段３０に入
力する。信号検出手段３０は、入力したアナログ信号を
ディジタル信号に変換するとともに、重畳された筒内圧
信号の極小値に対応する失火判定指標Ｉを算出する。そ
して、失火判定手段４０は、信号検出手段３０よって算
出された失火判定指標Ｉを、予め求められ、記憶されて
いる失火判定レベルＬと比較して、失火判定指標Ｉが失
火判定レベルＬよりも低い場合に、失火状態であると判
定する。失火判定レベルＬは、低負荷運転領域から高負
荷運転領域までのエンジン燃焼の全域において、吸入空
気量，回転速度，クランク角信号に応じて、予めメモリ
（ＲＯＭ）に記憶してある。あるいは、エンジン燃焼の
全域をいくつかの代表領域に分けて、各領域毎に記憶す
るようにしてもよいものである。従来の筒内圧の信号波
形を用いる方法では、２次元の情報（時間と筒内圧）で
ある信号波形そのものを記憶する必要があるため、記憶
容量が大きくなるが、上述したように本実施形態では、
失火判定レベルＬを記憶するだけであるため、記憶容量
が小さくなる。また、従来は、検出された信号波形と記
憶されている信号波形を比較する必要があるため、その
比較演算処理は膨大なものとなるのに対して、失火判定
指標Ｉと失火判定レベルＬを比較するだけであるので、
演算処理も簡単になる。

【００３２】失火判定手段４０において失火が判定され
ると、燃焼状態制御手段５０は、失火の発生した気筒の
燃焼状態を制御する。燃焼状態の制御としては、例え
ば、燃料経済性の向上を目的として、ドライバビリティ
に影響を与えない限界まで燃料を希薄化するリーン限界
制御では、空気に対する燃料の割合が薄くなり過ぎると
失火が生じるため、失火の起った気筒の燃料噴射量を増
やす方向に制御する。または、失火が判定されると、燃
焼状態制御手段５０は、失火発生を表示する。

【００３３】ここで、図４及び図５を用いて、失火判定
指標Ｉの算出方法及び失火判定方法について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による内燃機関の燃焼状態
検出装置に用いる信号検出手段における失火判定指標Ｉ
の算出処理及び失火判定手段における失火判定処理の手
順を示すフローチャートであり、図５は、本発明の一実
施形態による内燃機関の燃焼状態検出装置に用いる信号
検出手段における失火判定指標Ｉの算出及び失火判定手
段における失火判定の説明図である。

【００３４】失火の判定を行うためには、図３に示した
原理を用いると、各気筒のピーク値の後に発生する極小
値を求めればよいものである。しかしながら、高速回転
するエンジンに対して検出される筒内圧信号の重畳値か
ら極小値そのものを求めるのは実用的でない。即ち、エ
ンジンが６０００ｒｐｍで回転している場合、クランク
角度３６０゜に相当する時間は、１００ｍｓである。ク
ランク角度１゜毎に重畳された筒内圧信号をサンプリン
グすれば極小値を求めることも可能であるが、その際の
サンプリングタイミングは、０．２８ｍｓとなる。エン
ジン制御装置に使用するマイコンを用いて、エンジンの
制御も行いながら失火の判定を行うとすると、０．２８
ｍｓ毎に筒内圧信号をサンプリングしようとすると、殆
どのマイコンの処理は失火判定に費やされ、エンジン制
御自体を行えなくなる。

【００３５】そこで、本実施形態においては、重畳され
た筒内圧信号の極小値そのものでなく、極小値に対応す
る信号として、以下に説明するように、失火判定指標Ｉ
を算出するようにしている。即ち、図５（Ａ）は、重畳
された筒内圧信号を示しており、例えば、第３気筒にお
いて失火が発生しているものとする。信号検出手段３０
は、重畳された筒内圧信号を、各気筒の筒内圧ピークの
間に現われる信号極小値を含む所定のクランク角度範囲
Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4について積分するようにしている。
各クランク角度範囲Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4は、各気筒の信
号ピーク後に現われる筒内圧低下を検出するために設け
るものである。各クランク角度範囲は例えば、極小値と
なるクランク角度±αとなるクランク角度の間とする。
ここで角度αの値は、サンプリングの間隔にもよるが、
例えばクランク角度で１０度くらいというように、重畳
された筒内圧信号の極小値から大きくはずれない範囲に
取られる。

【００３６】図４のステップ４１０において、信号検出
手段４０は、第１気筒の判別を行う。失火の判定を行う
にあたっては、４気筒の内のどの気筒の失火であるかを
知る必要があるため、第１気筒の判別を行う。一般に、
エンジンに設けられているクランク角度センサ等は、気
筒判別のためのリファレンス信号ＲＥＦを出力してい
る。例えば、図５（Ｂ）に示す参照信号１は、リファレ
ンス信号ＲＥＦを示している。リファレンス信号ＲＥＦ
のパルス列は、それぞれの立ち上がりの位置が各気筒の
圧縮上死点ＴＤＣのタイミングに相当しており、また第
１気筒についてパルス幅を大きくすることで気筒判別が
できるようにしている。

【００３７】気筒判別の方法は、図５に示す方法に限ら
ず、例えば全ての気筒についてパルス幅を変えるように
してもよい。またパルスの立ち上がり、あるいは下がり
の位置が各気筒のＴＤＣと一定のクランク角度ずれるよ
うに設定してもよい。参照信号１は、一例としてクラン
ク軸と共に回転する円盤にスリットを設け、これを通過
する光の有無を検出することで得ることができる。この
場合、スリットの幅を調整することで燃焼サイクルに同
期したパルス幅の異なる信号を得ることができる。

【００３８】ステップ４２０において、変数ｎに１をセ
ットする。ｎは、気筒数を表す変数であり、ｎに１をセ
ットすることにより、第１気筒に対する失火判定指標の
算出及び失火判定の処理とする。

【００３９】ステップ４３０において、信号検出手段３
０は、領域Ａnの開始点を判定する。即ち、図５（Ａ）
に示すように、重畳された筒内圧信号の中で、各気筒の
ピーク後に現れる極小値付近に、極小値に対応する失火
判定指標Ｉnを求めるための領域Ａnを設定している。領
域Ａnは、例えば、圧縮上死点ＴＤＣを基準として、
（ＴＤＣ＋９０゜）±１０゜の範囲としている。即ち、
領域Ａnの開始点は、ＴＤＣ＋８０゜である。

【００４０】エンジンに設けられているクランク角度セ
ンサ等は、詳細なクランク角度を知るために必要なポジ
ション信号ＰＯＳを出力している。例えば、図５（Ｃ）
に示す参照信号２は、ポジション信号ＰＯＳを示してい
る。クランク角度センサは、１度クランク角度（１°Ｃ
Ａ：Crank Angel）毎に幅の短いパルスを発生する。参
照信号１の立ち上がりを基準として、参照信号２のパル
ス列を計数することにより、領域Ａnの開始点を判定す
る。

【００４１】ステップ４４０において、信号検出手段３
０は、筒内圧信号をサンプリングする。信号サンプリン
グは、例えば、クランク角度で６゜毎に行う。なお、サ
ンプリング周期は、６゜に限るものでない。上述したよ
うに、領域Ａnを（ＴＤＣ＋９０゜）±１０゜の範囲と
した場合、３点の重畳された筒内圧信号Ｐn1，Ｐn2，Ｐ
n3がサンプリングされる。

【００４２】ステップ４５０において、信号検出手段３
０は、領域Ａnの終点を判定する。参照信号１の立ち上
がりを基準として、参照信号２のパルス列を計数するこ
とにより、領域Ａnの終点を判定する。

【００４３】ステップ４６０において、信号検出手段３
０は、第ｎ気筒の失火判定指標Ｉnを算出する。具体的
には、ステップ４４０においてサンプリングされた筒内
圧信号Ｐn1，Ｐn2，Ｐn3の和を求め、その和の値を失火
判定指標Ｉnとしている。複数の信号の和を求めること
により、各領域Ａnに相当する面積を求めることとな
り、領域内の複数のサンプリング値を判定に反映するこ
とで、筒内圧信号へのノイズ影響を低減できる。なお、
サンプリングされた筒内圧信号Ｐn1，Ｐn2，Ｐn3の中の
最小値をもって失火判定指標Ｉnとすることもできる。

【００４４】次に、ステップ４７０において、失火判定
手段４０は、ステップ４６０において算出された失火判
定指標Ｉnと、予め求められ、記憶されている失火判定
レベルＬと比較して、失火判定指標Ｉが失火判定レベル
Ｌよりも低い場合に、失火状態であると判定する。失火
判定レベルＬは、低負荷運転領域から高負荷運転領域ま
でのエンジン燃焼の全域において、吸入空気量，回転速
度，クランク角信号に応じて、予めメモリ（ＲＯＭ）に
記憶してある。

【００４５】エンジンの筒内圧は、主として、エンジン
の負荷を代表する吸入空気量Ｑのファクタとなる。なぜ
なら、失火の有無に依らずピストンの往復運動による筒
内圧変化は吸入空気量Ｑに依存するからである。また、
回転速度によっても、バルブタイミングの違いで筒内圧
が変化するため、回転速度もファクタとして失火判定レ
ベルＬを記憶しておく。吸入空気量Ｑとエンジン回転数
Ｎにより失火判定レベルを変えるようにした失火の判定
式を、数１に示す。

【００４６】

【数１】

【００４７】数１の失火判定レベルＬｎ（Ｑ，Ｎ）は、
吸入空気量とエンジン回転数を軸としたマップの形で予
め保持しておくことができる。この場合、失火判定手段
４０は、エンジンコントロールユニットが持っている吸
入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎの情報に基づき、各気筒
に応じた失火判定レベルのマップから該当する失火判定
レベルＬｎ（Ｑ，Ｎ）を呼びだし、これを失火判定に使
用する。気筒毎にレベルを変えることにより、筒内圧検
出手段１０に特性のばらつきがある状況でもより正確な
失火判定ができる。なお、気筒毎の失火判定レベルを共
通にすればマップは１つでよく、予め準備しておくべき
メモリ（ＲＯＭ）の量を低減できる。

【００４８】さらに、ステップ４８０において、変数ｎ
に１を加算し、ステップ４９０において、変数ｎが４よ
り大きいか否かを判断し、ｎが４以下であれば、ステッ
プ４３０に戻り、第２気筒，第３気筒，第４気筒につい
て、それぞれ、失火判定指標を求め、失火判定を行う。
ｎが５になると、ステップ４１０に戻り、第１気筒から
繰り返し、失火判定指標を求め、失火判定を行う。

【００４９】図５（Ａ）は、重畳された筒内圧信号を示
しており、例えば、第３気筒において失火が発生する
と、領域Ａ3における失火判定指標Ｉ3が失火判定レベル
Ｌよりも小さくなるため、第３気筒において失火が発生
したと判定することが可能となる。

【００５０】信号検出手段３０，失火判定手段４０は、
燃焼状態制御手段５０であるマイコンによるエンジン制
御システムの一部としてエンジンコントロールユニット
内に構成できる。

【００５１】なお、以上の説明では、参照信号２のポジ
ション信号ＰＯＳのパルス数をカウントすることで信号
検出の領域や検出タイミングをクランク角度上で決めて
いるが、こうした参照信号が利用できない場合には、例
えば、エンジンコントロールユニットにあるマイコンの
クロックを基準に参照信号１（ＲＥＦ）のパルス間の平
均時間を求め、これを基に時間領域で信号検出の領域や
検出タイミングを決めてもよいものである。

【００５２】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、信号重畳手段によって重畳された筒内圧信号の極小
値に対応する失火判定指標Ｉを算出し、算出された失火
判定指標Ｉを、予め求められ、記憶されている失火判定
レベルＬと比較して、失火判定指標Ｉが失火判定レベル
Ｌよりも低い場合に、失火状態であると判定するように
している。

【００５３】また、失火判定レベルを用いて失火判定す
るようにしているため、記憶容量が小さくでき、失火判
定指標Ｉと失火判定レベルＬを比較するだけであるの
で、演算処理も簡単になり、実用的な失火判定を行える
ものとなる。

【００５４】次に、図６及び図７を用いて、本発明の第
２の実施形態による内燃機関の燃焼状態検出装置につい
て説明する。図６は、本発明の第２の実施形態による内
燃機関の燃焼状態検出装置の全体構成を示すブロック図
であり、図７は、本発明の第２の実施形態による内燃機
関の燃焼状態検出装置に用いる信号補正手段のブロック
図である。本実施形態において、図１と同一符号は同一
部分を示している。

【００５５】筒内圧検出手段１０の出力特性のばらつき
がある場合がある。そこで、本実施形態において、信号
補正手段６０を用いて、出力特性のばらつきを補正した
後、信号重畳手段２０で各信号を重ね合わせることで、
筒内圧検出手段１０の出力特性のばらつき影響を受けに
くい失火判定ができるようにしている。

【００５６】図７に示すように、本実施形態における信
号補正手段６０は、バイアス補正手段６２Ａ，６２Ｂ，
６２Ｃ，６２Ｄと、ゲイン補正手段６４Ａ，６４Ｂ，６
４Ｃ，６４Ｄによって構成されている。

【００５７】筒内圧検出手段１０の出力特性のばらつき
には、バイアスのばらつきとゲインのばらつきが考えら
れる。バイアスにばらつきがあると、各気筒から得られ
る信号は正負方向にシフトする。ゲインにばらつきがあ
ると、各気筒から得られる信号のスケールが変化する。
バイアスのばらつきが大きいと重畳された筒内圧信号の
オフセット電圧が設定範囲を超えてしまう場合がある。
また、ゲインのばらつきが大きいと、重畳された筒内圧
信号の波形が変化するので、失火判定に好ましくない影
響が出る。

【００５８】そこで、本実施形態においては、筒内圧検
出手段１０Ａ，…，１０Ｄによって検出された筒内圧信
号をバイアス補正手段６２Ａ，…，６２Ｄに取り込み、
バイアスのばらつきを除去するようにしている。バイア
ス補正手段６２としては、例えば、直流成分に近い低周
波数成分を除去するフィルタ手段を使うことができる。
バイアス補正手段６２の段階で信号をマイコンに取り込
む場合には、信号の最小値、あるいは一定信号長さにつ
いてとった当該信号の最小値の平均値を記憶し、これを
取り込んだ信号データから差し引くことでバイアスの変
動分を除去できる。バイアス成分を一旦除去した後、改
めて基準となる共通の直流成分を信号に加えるようにし
てもよい。

【００５９】また、ゲイン補正手段６４Ａ，…，６４Ｄ
は、各信号のゲインのばらつきを補正をするようにして
いる。ゲインの補正には、必要な補正量の判定と、実際
に補正する二つの段階が必要となる。ゲイン補正手段６
４では、例えばその前処理として、バイアス補正された
各信号を取り込み、代表気筒，例えば、第１気筒に対す
るその他の気筒の信号ピークの値を検出し、また代表気
筒の燃焼圧力が規定の大きさになっていない時にはその
補正に必要な値を算定し、それらの積を補正係数ｋ１―
ｋ４とする。例えば、上記の過程において第１気筒の信
号ピークが４００ミリボルト、第２気筒の信号ピークが
２００ミリボルト、また本来得られるべき信号の値が１
００ミリボルトであるならｋ１＝１／４、ｋ２＝１／
２とする。

【００６０】各補正係数は筒内圧自体にばらつきの少な
いエンジン始動時のモータリング時、あるいは短期間燃
料カットした運転時に得られる信号に基づき決定し、次
回係数を決めるまでその値を保持し、信号補正に使用す
る。もちろん補正係数ｋ１―ｋ４は予め別の方法で決定
したものをエンジンコントロールユニットに記憶させて
おいてもよい。

【００６１】ゲイン補正手段６４は続いて、補正係数ｋ
１―ｋ４を各信号の値に掛けることでゲインのばらつき
を補正する。具体例としては、一般に知られるＤ／Ａコ
ンバータと増幅器を組み合わせた手段によって、信号毎
に補正係数に合わせた増幅・減衰処理を施してスケール
を変更するようにできる。信号が既にマイコンに取り込
まれている場合には全てをデジタル的に処理してもよ
い。

【００６２】気筒毎に得られる信号のばらつき補正は、
上述したように、信号重畳前の段階で個別に処理してお
くのが確実ではあるが、バイアス補正用のデータと、ゲ
イン補正用のデータとを決めておけば、信号重畳手段３
０によって重ね合わせられた信号についても近似的な補
正を加えることができる。

【００６３】一例として、信号検出手段３０による信号
検出後、予め準備された補正用のデータに基づき、検出
されたデータに補正を加えることができる。補正用のデ
ータは、例えば次のように準備すればよい。即ち、重畳
信号全体のバイアス変動分から、それを打ち消すのに必
要なバイアス補正値を求める。また、各信号ピークの値
のばらつきを除き、且つ各ピーク値を規定の範囲に収め
るのに必要な実効的なゲイン補正係数ｋ１―ｋ４を各気
筒に対応して決める。予め決めておいたこれらのデータ
は、エンジンコントロールユニット内に記憶させておく
ことができる。信号検出手段３０で検出された信号部分
が、例えば第１気筒の燃焼圧力部分であるなら、検出さ
れたデータに対してバイアス補正をし、ゲイン補正係数
ｋ１を掛けるようにする。信号検出手段３０で検出され
た信号部分が、第１気筒と第２気筒の間の信号部分であ
るなら、バイアス補正をした後、例えばｋ１とｋ２か
ら平均処理により実効的に決めた係数を掛けるようにす
る。もちろん始めから実効的な補正用のデータを記憶し
ておくようにしてもよい。

【００６４】なお、補正用のデータはエンジンの運転条
件に依存する場合があるが、代表的な運転条件で予め決
めておいた補正データを同様に記憶しておけば、運転条
件毎に最適な信号補正をすることもできる。補正用のデ
ータは、また、エンジン始動時のモータリング時、ある
いは短期間燃料カットした運転時に検出された信号に基
づいてエンジン運転中に決定し、値を逐次エンジンコン
トロールユニット内に記憶させながら更新するようにし
てもよい。

【００６５】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、重畳された筒内圧信号の極小値に対応する失火判定
指標Ｉと失火判定レベルＬと比較して、失火状態である
と判定するようにしているため、確実に失火判定を行う
ことができるとともに、記憶容量が小さくでき、演算処
理も簡単になるため、実用的な失火判定を行えるものと
なる。

【００６６】また、筒内圧信号のバイアスとゲインを補
正するようにしているため、より正確な失火判定を行え
るものとなる。

【００６７】次に、図８〜図１２を用いて、本発明の第
３の実施形態による内燃機関の燃焼状態検出装置につい
て説明する。最初に、図８を用いて、本実施形態による
内燃機関の燃焼状態検出装置の全体構成について説明す
る。図８は、本発明の第３の実施形態による内燃機関の
燃焼状態検出装置の全体構成を示すブロック図である。
なお、本実施形態において、図１と同一符号は同一部分
を示している。

【００６８】本実施形態においては、光ファイバ筒内圧
センサ７０を筒内圧検出手段として用いている。光ファ
イバ筒内圧センサ７０は、光源であるレーザダイオード
７２Ａと、コネクタ７４Ａを介して接続された光ファイ
バ７６と、コネクタ７４Ｂを介して接続されたフォトダ
イオード等の光受光手段７２Ｂとによって構成されてい
る。光ファイバ７６は、エンジンヘッドガスケット８０
の中に実装されている。光ファイバ７６の一部は、エン
ジンの各気筒の燃焼圧力を受ける受圧部７８Ａ，７８
Ｂ，７８Ｃ，７８Ｄを有している。受圧部７８Ａ，７８
Ｂ，７８Ｃ，７８Ｄは、光ファイバ７６によって直列的
に接続されているため、光ファイバ筒内圧センサ７０
は、信号重畳手段としても機能している。

【００６９】光ファイバ筒内圧センサ７０を構成する光
源であるレーザダイオード７２Ａから発せられた光は、
光ファイバ７６を通過して、受光手段７２Ｂで検出され
る。その間、光ファイバは各気筒に対応する受圧部７８
Ａ，７８Ｂ，７８Ｃ，７８Ｄを通過する。各受圧部７８
Ａ，７８Ｂ，７８Ｃ，７８Ｄでは、例えば、気筒内圧力
に応じた曲げ変形を光ファイバ７６に与えるようにして
いる。

【００７０】変形した光ファイバ７６は光損失を被るの
で、受光手段７２Ｂにより検出される光強度を計測する
と、各気筒内の圧力変化を得ることができる。圧力の上
昇は光強度の低下につながるので、受光手段７２Ｂを用
いて光出力を光電変換をし、反転増幅をすると、図２に
示したのと同様な重畳された筒内圧信号を得ることがで
きる。

【００７１】図３に示した重畳信号は各信号の線形和と
して求められているが、本実施形態においては、各受圧
部７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃ，７８Ｄで生じる光損失をデ
シベルで表わしたとき、それらの和として合計の光損失
が決まるようになっている。信号重畳の方式は異なる
が、重畳された信号波形の特徴は共通である。即ち、信
号の合成方法は必ずしも線形和にとる必要はなく、失火
時に得られる信号波形の変化が、信号処理に合わせて顕
著になるように合成すればよいものである。

【００７２】なお、光ファイバ筒内圧センサの動作原理
の詳細については、例えば、アプライド・オプティク
ス，第３５巻（１９９６年），ｐ．１１４３−１１５０
に記載されている。

【００７３】光ファイバ筒内圧センサ７０によって得ら
れる信号は、信号検出手段３０Ａによって失火判定レベ
ルＬを算出し、失火判定手段４０Ａによって失火状態の
判定を行い、さらに、失火が発生すると、燃焼状態制御
手段５０によって燃焼状態を制御する。

【００７４】本実施形態においては、光ファイバ筒内圧
センサ７０によって得られる信号は、各気筒の筒内圧信
号がはじめから重畳された形で得られる。従って、個々
の受圧部７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃ，７８Ｄに起因する特
性のばらつきは、次のようにして信号検出手段３０Ａに
よって補正され、特性のばらつきの補正された信号が検
出される。

【００７５】ここで、図９を用いて、本実施形態におけ
る信号検出手段３０Ａによる特性ばらつきの補正及び失
火判定指標Ｉの算出について説明する。図９は、本発明
の第３の実施形態による内燃機関の燃焼状態検出装置に
おける特性ばらつきの補正及び失火判定レベルＬの算出
の原理説明図である。

【００７６】図９は、受光手段７２Ｂによって検出され
た各気筒の筒内圧信号が重畳された信号の内、クランク
角度の圧縮上死点ＴＤＣを中心として、ＴＤＣ−９０゜
からＴＤＣ＋９０゜の範囲の信号を示しており、一つの
気筒の圧縮・燃焼サイクル中を示している。クランク角
度はＴＤＣを基準としてその前を負、後を正とした角度
を示したものである。

【００７７】本実施形態においては、信号検出手段３０
Ａは、信号重畳手段としての機能を有する光ファイバ筒
内圧センサ７０によって重ね合わせられた信号に対し
て、一つの気筒毎に、積分領域Ｃ，積分領域Ｂと積分領
域Ｇを設けるようにしており、これらの三つの検出領域
に分けて検出する。各信号検出領域から検出された情報
を組み合わせて処理することにより、筒内圧検出手段の
特性ばらつきに起因する失火判定への影響を低減するよ
うにしている。また、エンジンの運転状態に依存する失
火判定指標の変動を抑制できるようにしている。

【００７８】積分領域Ｃは、燃焼圧力を計測する領域で
ある。積分領域Ｂは、バイアス補正に必要な情報を検出
する領域である。また、積分領域Ｇは、ゲイン補正に必
要な情報を検出する領域である。

【００７９】積分領域Ｂは、バイアスに対する信号重畳
影響の少ない領域に設定されており、このため積分領域
Ｂは、信号重畳手段によって重ね合わせられた信号の極
小値を含む所定のクランク角度範囲としている。即ち、
前の気筒の燃焼が終了し、また計測対象の気筒の圧縮圧
力があまり上昇していない段階の圧力を捉えることで、
重畳信号のバイアス変動をリアルタイムに捉えることが
できる。

【００８０】具体的には、積分領域Ｂは、（極小値のク
ランク角度‐α１）〜（極小値のクランク角度＋α２）
の範囲を積分領域Ｂとしている。ここで、クランク角度
α１とα２は前の気筒の燃焼圧力影響が少なく、また、
判定気筒の圧縮行程による圧力上昇の影響が少ない範囲
に選べばよい。図９に示す例では、α１＝０度、α２＝
３０度（何れもクランク角度）としている。

【００８１】なお、実際の計測に当たっては、極小値を
求めるためには、サンプリング周期を短くする必要があ
るため、極小値そのものを求める方法は実用的でない。
そのため、本実施形態においては、（ＴＤＣ−９０゜）
〜（ＴＤＣ−６０゜）の範囲を積分領域Ｂとしている。
さらに、具体的には、計測対象の気筒の前の気筒の圧縮
上死点をＴＤＣ(-1)とすると、この圧縮上死点ＴＤＣ(-
1)＋９０゜のタイミングで、積分領域Ｂの計測値を零ク
リアした上で、重畳された筒内圧信号を、（ＴＤＣ(-1)
＋９０゜）〜（ＴＤＣ(-1)＋１２０゜）の範囲で、６゜
毎のタイミングでサンプリングし、サンプリングされた
筒内圧信号を加算して、積分領域Ｂの値を求めるように
している。

【００８２】積分領域Ｇは、計測気筒の爆発燃焼がまだ
起っていない圧縮行程での圧力上昇の割合を捉えること
ができる領域に設定する。このため積分領域Ｇは、極小
値から次の点火クランク角度に至るクランク角度範囲に
設けた所定のクランク角度範囲とする。これにより、計
測気筒の点火前、即ち燃焼圧力分を含まない領域での圧
力上昇分を捉えることができる。

【００８３】具体的には（点火クランク角度‐β１）か
ら（点火クランク角度‐β２）の範囲の信号増加面積を
積分範囲Ｇとしている。図９に示した例では、点火タイ
ミングが圧縮上死点ＴＤＣに等しいとすると、β１＝６
０°、β２＝１８°（何れもクランク角度）としてい
る。ゲインが大きければ領域Gの面積は大きく、ゲイン
が小さければ領域Ｇの面積は小さくなる。

【００８４】積分領域Ｃは、爆発燃焼の起っていない領
域を除くと共に、燃焼圧力上昇範囲を効果的に含むよう
に設定する必要がある。このため、積分領域Ｃは、点火
クランク角度から次の信号極小値に至るクランク角度範
囲に設けた所定のクランク角度範囲とする。これによ
り、点火後から燃焼終了時までの圧力上昇分を捉えるこ
とができる。具体的には（点火クランク角度＋γ１）〜
（点火クランク角度＋γ２）の範囲を積分領域Ｃとして
いる。図９に示した例ではγ１＝０°、γ２＝９０°
（何れもクランク角度）としている。

【００８５】各積分領域をクランク角度上で決める際、
上述したように信号の極小値や点火時期を与えるクラン
ク角度を基準とする代わりに、クランク角度上で変らな
いＴＤＣを基準にすると、積分領域の設定が簡単にな
る。信号の極小値や点火時期はエンジン制御によって変
化し得るが、ＴＤＣは変らないからである。

【００８６】例えば、積分領域Ｇの計測に当たっては、
点火タイミングは、運転状態によって変化するため、点
火クランク角度を基準とすると、検出タイミングが変動
することになる。積分領域Ｇは、計測気筒の点火前、即
ち燃焼圧力分を含まない領域での圧力上昇分を捉えれば
よいものであるため、本実施形態においては、（ＴＤＣ
−６０゜）〜（ＴＤＣ−１８゜）の範囲を積分領域Ｇと
している。さらに、具体的には、計測対象の気筒の前の
気筒の圧縮上死点をＴＤＣ(-1)とすると、この圧縮上死
点ＴＤＣ(-1)＋１２０゜のタイミングで、積分領域Ｇの
計測値を零クリアした上で、重畳された筒内圧信号を、
（ＴＤＣ(-1)＋１２０゜）〜（ＴＤＣ(-1)＋１６２゜）
の範囲で、６゜毎のタイミングでサンプリングし、サン
プリングされた筒内圧信号を加算して、積分領域Ｇの値
を求めるようにしている。

【００８７】また、積分領域Ｃの計測に当たっては、点
火タイミングは、運転状態によって変化するため、点火
クランク角度を基準とすると、検出タイミングが変動す
ることになる。積分領域Ｇは、計測気筒の点火前、即ち
燃焼圧力分を含まない領域での圧力上昇分を捉えればよ
いものであるため、本実施形態においては、（ＴＤＣ）
〜（ＴＤＣ＋９０゜）の範囲を積分領域Ｃとしている。
さらに、具体的には、計測対象の気筒の圧縮上死点ＴＤ
Ｃのタイミングで、積分領域Ｃの計測値を零クリアした
上で、重畳された筒内圧信号を、（ＴＤＣ）〜（ＴＤＣ
＋９０゜）の範囲で、６゜毎のタイミングでサンプリン
グし、サンプリングされた筒内圧信号を加算して、積分
領域Ｃの値を求めるようにしている。

【００８８】ＴＤＣを基準に各積分領域を決めると、運
転の状態によっては、例えば、領域Ｂの始点が極小値の
クランク角度にわずかに至らなかったり、あるいは領域
Ｇの終点が点火クランク角度をわずかに超えてしまった
りする場合も生じるが、実用上の問題はないものであ
る。従って、実際に定める信号検出のクランク角度範囲
は、予め上記三つの領域と大きくずれないようにＴＤＣ
基準に決めた上で固定しておくことができる。

【００８９】なお、各積分領域における信号検出は、領
域Ｇにおいては、最初の検出値を保持しておき、図５に
示した参照信号２を一定数カウントする毎にデータをサ
ンプリングし、信号の増分のみを積算する。また、領域
Ｂ，Ｃにおいては、図５に示した参照信号２を一定数カ
ウントする毎にデータをサンプリングし、信号を積算す
る。信号検出の間隔を、クランク角度上で等間隔になる
ようにすると、領域当りの信号検出数がエンジンの回転
数によらないようにできる。サンプリングの間隔は、例
えば、クランク角度で６゜置きとする。

【００９０】しかしながら、信号のサンプリング間隔
は、エンジン回転数に応じて変えてもよく、例えば、低
回転時には、サンプリング間隔を狭くする方が精度よく
信号検出を行える。高回転時には、サンプリング周期が
短くなっているため、６゜よりもサンプリング間隔を短
くすると、サンプリング処理の負担が大きくなる。

【００９１】また、信号検出の間隔を必ずしも等間隔に
する必要はなく、例えば、燃焼ピークの現われる位置は
およそ決まっているから、信号の変化の大きな信号ピー
ク値付近を細かく、その他は荒く取るように領域内で設
定することができる。これには領域のサンプリング間隔
をサンプリング開始からの回数によって変えるようにす
ればよい。

【００９２】また、サンプリングされた値に応じて、信
号の傾きの変化が小さいときは荒く、変化が大きい時は
細かくなるようにサンプリング間隔をリアルタイムに変
更してもよい。

【００９３】次に、信号検出手段３０Ａによる失火判定
指標Ｉの算出方法について説明する。本実施形態におい
ては、信号検出手段３０Ａは、以下の（数２）に基づい
て失火判定指標Ｉを算出する。

【００９４】

【数２】

【００９５】なお、（数２）において、Ｓcは領域Ｃの
積分値であり、ＳBは領域Ｂの積分値であり、ＳGは領域
Ｇの積分値であり、ａ及びｂは係数である。

【００９６】（数２）においては、燃焼圧力を計測する
ための領域Ｃの面積から領域Ｂの面積の係数倍を差し引
くことで、バイアス影響を低減するようにしている。ま
た、この結果を領域Ｇの面積の定数倍で割ることによっ
て、ゲインのばらつき影響を低減するようにしている。
（数２）の右辺は、係数ａのとり方を調整すると、ＴＤ
Ｃ前後の面積の差をゲインについて規格化していると捉
えることができる。即ち、（数２）では筒内圧変化にみ
られるＴＤＣ前後の対称性の現われ方をバイアスとゲイ
ンの補正を含めた形で失火判定指標Ｉに置き換えるよう
にしている。この操作により、重畳された信号に現れる
失火時の特徴的な変化を１つの指標Ｉに置き換えて扱う
ことができる。

【００９７】次に、図１０〜図１２を用いて、失火判定
手段４０Ａにおける失火判定について説明する。最初
に、図１０を用いて、４気筒の内の一つの気筒において
失火が発生した場合について説明する。図１０は、本発
明の第３の実施形態による内燃機関の燃焼状態検出装置
における失火判定の原理説明図である。図１０（Ａ）
は、４気筒の内の第３気筒において失火が発生したとき
の重畳された筒内圧信号を示し、図１０（Ｂ）は、算出
された失火判定指標Ｉのクランク角度の変動の影響につ
いて示している。

【００９８】図３において上述したように、燃焼時の筒
内圧信号に対して、失火時の第３気筒に対する筒内圧信
号は、ピーク値が低下し、また、極小値も低下する。ま
た信号の重畳がない筒内圧信号においてＴＤＣ前後の対
称性をみると、図２に示したように、燃焼時はＴＤＣ後
が大きく、失火時にはＴＤＣ前後が対称に近づく。一
方、重畳された筒内圧力信号を使用する場合には、失火
時の筒内圧力信号はＴＤＣ前がむしろ大きくなる。従っ
て、（数２）の係数ａを適当に選ぶことにより、燃焼時
と失火時との失火判定指標Ｉの差を大きくとることがで
きる。

【００９９】また、実際の失火判定に際しては、参照信
号として得られるクランク角度は必ずしも安定しておら
ず、例えば±４°ＣＡ（Crank Angle）のばらつきが発
生するのが一般的である。このようなクランク角度のば
らつきが発生すると、図１０（Ｂ）に示すように、筒内
圧信号のＴＤＣ前後の面積比は変ることになり、失火判
定指標Ｉが、クランク角度の変動によって、変化する。

【０１００】しかしながら、本実施形態においては、筒
内圧変化のＴＤＣ前後の対称性に注目するようにしてい
るため、正常燃焼が行われた第１，第２，第４気筒に対
する失火判定指標Ｉと、失火が発生した第３気筒に対す
る失火判定指標Ｉの差を大きくとることができる。従っ
て、失火時の失火判定指標Ｉより大きなレベルで、正常
燃焼時の失火判定指標Ｉより小さいレベルに、失火判定
レベルＬaを設定することにより、クランク角度の変動
に拘らず、失火の判定を確実に行うことができる。ま
た、これにより、低負荷状態のように失火状態との差が
小さい場合にも、確実に失火判定を行うことができる。

【０１０１】次に、図１１を用いて、４気筒の内の二つ
の気筒において連続失火が発生した場合について説明す
る。図１１は、本発明の第３の実施形態による内燃機関
の燃焼状態検出装置における失火判定の原理説明図であ
る。図１１（Ａ）は、４気筒の内の第３気筒及び第４気
筒において連続失火が発生したときの重畳された筒内圧
信号を示し、図１１（Ｂ）は、算出された失火判定指標
Ｉのクランク角度の変動の影響について示している。

【０１０２】図１１（Ａ）に示すように、第３気筒及び
第４気筒において失火が連続して起る場合、二つ目の気
筒（第４気筒）の信号には、ＴＤＣ前が大きくなるとい
う特徴は現われない。これは前の気筒が既に失火してお
り、重なるはずの燃焼圧力が上昇していないことによ
る。このため、燃焼時の信号（例えば、第２気筒の信
号）と失火時の信号（第４気筒の信号）を比べると、図
１１（Ｂ）に示すように、失火判定指標Ｉに大きな差が
生じない。従って、例えば、失火判定レベルＬaを用い
て、失火の判定をしようとすると、変動を示すクランク
角度がθ１よりも大きいときには、第２気筒の失火判定
指標Ｉ2は、失火判定レベルＬaより大きいため正常燃焼
と判定でき、第４気筒の失火判定指標Ｉ4は、失火判定
レベルＬaより小さいため赤化と判定できるが、クラン
ク角度がθ１よりも小さいときには、第２気筒の失火判
定指標Ｉ2及び第４気筒の失火判定指標Ｉ4は、いずれも
失火判定レベルＬaより大きいため正常燃焼と誤った判
定をすることになる。特に、アイドリングのようにエン
ジンへの負荷が小さく、燃焼圧力が上昇しない運転状況
では、失火判定レベルＬの設定が困難である。

【０１０３】そこで、本実施形態においては、前気筒の
失火の有無により、失火判定レベルを変えることによ
り、連続失火にも対応できるようにしている。図１１
（Ａ）に示すように、第１気筒の筒内圧力のように、一
度失火が起った後再び燃焼が起ると筒内圧信号のＴＤＣ
前の面積が同じ燃焼時の信号（第２気筒の信号）に比べ
て減少する。このため、（数２）に基づく信号処理をす
ると、失火判定指標Ｉ1は燃焼時の信号の場合の失火判
定指標Ｉ2より大きくなる。また、第１気筒のような燃
焼時の失火判定指標Ｉ1と第４気筒のような失火時の失
火判定指標Ｉ4を比べると、やはり大きな差があること
が分かる。つまり一度失火が起った場合、失火判定レベ
ルを、図１１に示すように、失火判定レベルＬaから失
火判定レベルＬbに設定し直すことにより、クランク角
度の変動によらず失火判定を確実にすることができる。

【０１０４】ここで、図１２を用いて、上述した考えに
基づいて連続失火が発生した場合における失火判定手段
４０Ａの失火判定処理について説明する。図１２は、本
発明の一実施形態による内燃機関の燃焼状態検出装置に
おける連続失火時の失火判定手段の失火判定処理を示す
フローチャートである。

【０１０５】本実施形態においては、失火発生の有無を
示すフラグＦの値によりレベルを変更するようにしてい
る。ステップ１２００において、失火判定手段４０Ａ
は、信号検出手段３０Ａが算出した失火を判定しようと
する第ｎ気筒について失火判定指標Ｉｎを読み込む。次
に、ステップ１２１０において、失火判定手段４０Ａ
は、エンジンの負荷に相当する吸入空気量とエンジン回
転数とを読み込む。吸入空気量は、エンジンの運転状態
を判断するために用いられるものであるため、吸入空気
量に代えて、吸気負圧を読み込むようにすることもでき
る。

【０１０６】次に、ステップ１２２０において、失火判
定手段４０Ａは、ステップ１２１０において読み込まれ
た吸入空気量とエンジン回転数の値に基づいて、エンジ
ンの運転状態が予め指定した運転状態にあるか否かを判
断し、指定運転状態にあるときは、ステップ１２３０に
進み、指定運転状態になりときは、ステップ１２５０に
進む。予め指定した運転状態とは、低負荷のアイドリン
グ状態など、失火誤判定を生みやすい運転状態である。
指定運転領域にない場合には、ステップ１２４０におい
て、失火判定手段４０Ａは、失火判定レベルを変更する
必要はないので、フラグＦの値によらずテーブル１から
失火判定レベルを選択する。テーブル１の失火判定レベ
ルは、図１１の失火判定レベルＬａに相当するものであ
り、吸入空気量あるいはまたエンジン回転数応じた値が
テーブル１に与えられている。

【０１０７】一方、指定運転領域に有る場合には、ステ
ップ１２３０において、失火判定手段４０Ａは、フラグ
Ｆが”０”か”１”かを判定し、”０”の場合にはステ
ップ１２４０に進み、”１”の場合には、ステップ１２
５０に進む。ここで、フラグＦが”０”の場合とは、前
の気筒において失火が発生していない場合であり、図１
１（Ａ）に示す例では、第１気筒，第２気筒，第３気筒
の失火判定する場合である。一方、フラグＦが”１”の
場合とは、前の気筒において失火が発生している場合で
あり、図１１（Ａ）に示す例では、第４気筒の失火判定
する場合である。

【０１０８】フラグＦが”０”の場合には、ステップ１
２４０において、失火判定手段４０Ａは、テーブル１か
ら失火判定レベルＬnを読み込む。そして、フラグＦ
が”１”の場合には、ステップ１２５０において、失火
判定手段４０Ａは、テーブル２から失火判定レベルＬn
を読み込む。テーブル２から読み込まれる失火判定レベ
ルは図１１（Ｂ）に示した失火判定レベルＬbに相当す
る。即ち、フラグＦが”１”の場合には、前の気筒で失
火が発生しているため、図１１において説明したよう
に、連続失火の可能性があるため、失火判定レベルとし
て、Ｌbを用いるようにしている。

【０１０９】次に、ステップ１２６０において、失火判
定手段４０Ａは、ステップ１２４０若しくはステップ１
２５０において読み込まれた失火判定レベルＬa，Ｌbと
ステップ１２００において読み込まれた失火判定指標Ｉ
nの大小を比較し、失火判定指標Ｉnが失火判定レベルＬ
a，Ｌb以下である時に失火と判定する。

【０１１０】さらに、ステップ１２７０において、失火
判定手段４０Ａは、ステップ１２６０における判定で第
ｎ気筒に失火が発生していたか否かを判定し、失火が発
生した場合には、ステップ１２８０に進み、失火が発生
していない場合には、ステップ１２９０に進む。

【０１１１】ステップ１２８０において、失火判定手段
４０Ａは、失火が発生している場合にはフラグＦを”
１”とし、また、ステップ１２９０において、失火判定
手段４０Ａは、失火が発生していない場合にはフラグＦ
を”０”とする。フラグＦは、ステップ１２３０〜１２
５０において、次の気筒の失火判定の際に用いられる。
これにより、次の気筒の失火判定をする際、運転状態が
再び指定運転領域にあれば、以上の繰り返しにより、失
火判定レベルをＬaとＬbのように変更することができ
る。

【０１１２】なお、二つの気筒が一つおきに失火する場
合は、図１０に示した一つの気筒で失火が発生した場合
と同じである。また、三つ以上の気筒が失火する場合は
既にエンジンが止まってしまうような状況となるため、
ここでは失火判定の対象としてはおらず、そのような状
況に至る前に失火を捉える必要がある。

【０１１３】図１１に示した燃焼時の第２気筒に対する
筒内圧変化と、失火時の第４気筒に対する筒内圧変化
は、共に、ＴＤＣに対する信号の対称性、即ちＴＤＣ前
後の面積比の点から見ると、信号重畳をしていない通常
の信号に近いものである。従って、第２気筒のような燃
焼時と第４気筒のような失火時の間で設定の困難であっ
た失火判定レベルが、信号を重畳することにより、第２
気筒のような燃焼時と第３気筒のような失火時、あるい
は第１気筒のような燃焼時と第４気筒のような失火時の
間で容易に設定できるようになる。これにより、本実施
形態では、エンジンの低負荷運転領域を含む全域で精度
よい失火判定を行うことが確認できる。

【０１１４】本実施形態においては、光ファイバ筒内圧
センサ７０によって得られる信号は、各気筒の筒内圧信
号がはじめから重畳された形で得られる。従って、個々
の受圧部７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃ，７８Ｄに起因する特
性のばらつきは、次のようにして信号検出手段３０Ａに
よって補正される。即ち、バイアス変動分は、重畳信号
全体の正負方向へのシフトとして現われるので、筒内圧
ピーク間の最小値あるいはその平均値等を検出すること
で信号全体のバイアス補正値を決定し、補正できる。ま
た、気筒毎のゲインのばらつきは、重畳された信号に現
われる筒内圧のピーク値を互いに比較することで近似的
な補正係数を求め、ばらつき影響を低減できる。

【０１１５】次に、積分領域Ｃの開始クランク角度θｃ
をリアルタイムに求める場合の計算式について、（数
３）を用いて説明する。

【０１１６】

【数３】

【０１１７】なお、ここで、θcは領域Ｃの開始クラン
ク角度であり、θignは点火クランク角度であり、θsは
補正角度である。

【０１１８】積分領域Ｃは、燃焼圧力の上昇範囲を確実
に含むと同時に、圧縮行程での圧力変化を含まないよう
にするのが望ましいものである。そこで、（数３）にお
いては、積分領域の開始点を点火時期基準に選ぶように
している。具体的には、点火クランク角度θignに対し
て予め設定した補正角度θｓを加えた値を積分領域Ｃの
開始クランク角度θcとしている。補正角度θcを設ける
ことにより、積分領域Ｃを確実に燃焼領域内にとれるよ
うにしている。

【０１１９】上述したように、領域の開始・終了クラン
ク角度をあらかじめＴＤＣ基準に決めておく場合でも、
領域Ｃの開始クランク角度を（数３）のようにとると、
点火時期の変動に依らず、燃焼圧力上昇部分を確実に捉
えるようにできる。

【０１２０】同様にして、領域Ｇの終点を点火時期基準
に決めることもできる。この場合、補正角度θsは負の
角度にすればよい。但し、領域Ｇの終点は点火時期前に
設定するため、領域設定時に最新の点火時期がまだ決ま
っていないことがある。その場合、例えば一つ前の燃焼
時の点火時期、あるいは一定運転期間についてみた点火
の平均時期を基準に領域Ｇの終点を求めることができ
る。

【０１２１】なお、図８に示したように、筒内圧検出手
段及び信号重畳手段として、光ファイバ筒内圧センサ７
０を用いる場合にも、信号検出手段や失火判定手段とし
て、図１において説明した信号検出手段３０や失火判定
手段４０を用いることもできる。

【０１２２】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、重畳された筒内圧信号において、失火が生じた場
合、信号波形の著しい変化が生じ、筒内圧信号波形のピ
ストン上死点（ＴＤＣ）前後の対称性に明確な変化が生
じることを利用して、判定対象の気筒のピーク後の領域
を用いて、失火判定を確実に行うようにできる。

【０１２３】また、その変化を失火判定指標Ｉに置き換
えて、これを失火判定レベルＬと比較して、失火状態で
あると判定するようにしているため、確実に失火判定を
行うことができるとともに、記憶容量が小さくでき、演
算処理も簡単になるため、実用的な失火判定を行えるも
のとなる。

【０１２４】また、筒内圧信号のバイアスとゲインを補
正するようにしているため、より正確な失火判定を行え
るものとなる。

【０１２５】さらに、連続失火が発生した場合にも、失
火判定レベルを切り替えて使用することにより、正確な
失火判定が可能となる。

【０１２６】

【発明の効果】本発明によれば、内燃機関の燃焼状態検
出装置において、低負荷領域等においても失火判定を精
度よく行え、かつ、自動車に搭載して使用可能な実用的
なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による内燃機関の燃焼状態
検出装置の全体構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態による内燃機関の燃焼状態
検出装置に用いる筒内圧検出手段によって検出された筒
内圧信号の波形図である。

【図３】本発明の一実施形態による内燃機関の燃焼状態
検出装置に用いる信号重畳手段によって重畳された筒内
圧信号の波形図である。

【図４】本発明の一実施形態による内燃機関の燃焼状態
検出装置に用いる信号検出手段における失火判定指標Ｉ
の算出処理及び失火判定手段における失火判定処理の手
順を示すフローチャートである。

【図５】本発明の一実施形態による内燃機関の燃焼状態
検出装置に用いる信号検出手段における失火判定指標Ｉ
の算出及び失火判定手段における失火判定の説明図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施形態による内燃機関の燃焼
状態検出装置の全体構成を示すブロック図である。

【図７】本発明の第２の実施形態による内燃機関の燃焼
状態検出装置に用いる信号補正手段のブロック図であ
る。

【図８】本発明の第３の実施形態による内燃機関の燃焼
状態検出装置の全体構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の第３の実施形態による内燃機関の燃焼
状態検出装置における特性ばらつきの補正及び失火判定
レベルＬの算出の原理説明図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態による内燃機関の燃
焼状態検出装置における失火判定の原理説明図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態による内燃機関の燃
焼状態検出装置における失火判定の原理説明図である。

【図１２】本発明の一実施形態による内燃機関の燃焼状
態検出装置における連続失火時の失火判定手段の失火判
定処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…筒内圧検出手段２０…信号重畳手段３０…信号検出手段４０…失火判定手段５０…燃焼状態制御６０…信号補正手段６２…バイアス補正手段６４…ゲイン補正手段７０…光ファイバ筒内圧センサ７２ａ…光源７２ｂ…受光手段７４ａ，７４ｂ…コネクタ７６…光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂口龍範茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者文野高之茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者渡辺静久茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の各気筒の筒内圧を検出する複数
の筒内圧検出手段と、これらの筒内圧検出手段によって検出された筒内圧を用
いて失火状態を判定する失火判定手段とを有する内燃機
関の燃焼状態検出装置において、上記複数の筒内圧検出手段によって検出された複数の気
筒の筒内圧信号を重畳する信号重畳手段を備え、この信号重畳手段によって重畳された筒内圧信号を用い
て失火状態を判定することを特徴とする内燃機関の燃焼
状態検出装置。
【請求項２】請求項１記載の内燃機関の燃焼状態検出装
置において、さらに、上記信号重畳手段によって重畳された筒内圧信号の内、
各気筒に対応するピーク値の後に現れる極小値に対応す
る失火判定指標を算出する信号検出手段とを備え、上記失火判定手段は、上記信号検出手段によって算出さ
れた失火判定指標と、あらかじめ設定されている失火判
定レベルを比較して、失火状態を判定することを特徴と
する内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項３】請求項１記載の内燃機関の燃焼状態検出装
置において、さらに、上記信号重畳手段によって重畳された筒内圧信号の内、
各気筒における点火後の燃焼圧力上昇範囲における重畳
された筒内圧信号に基づいて、失火判定指標を算出する
信号検出手段とを備え、上記失火判定手段は、上記信号検出手段によって算出さ
れた失火判定指標と、あらかじめ設定されている失火判
定レベルを比較して、失火状態を判定することを特徴と
する内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項４】請求項３記載の内燃機関の燃焼状態検出装
置において、上記失火判定手段は、前の気筒において失火状態を判定
したときには、次の気筒における失火判定に用いる失火
判定レベルを切り替えることを特徴とする内燃機関の燃
焼状態検出装置。
【請求項５】請求項１記載の内燃機関の燃焼状態検出装
置において、さらに、上記複数の筒内圧検出手段の検出特性のばらつきを補正
する補正手段を備え、この補正手段により特性ばらつきの補正された筒内圧信
号を用いて、失火状態の判定をすることを特徴とする内
燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項６】請求項５記載の内燃機関の燃焼状態検出装
置において、上記補正手段は、上記筒内圧検出手段によって検出され
た筒内圧信号のバイアスとゲインを補正することを特徴
とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項７】請求項５記載の内燃機関の燃焼状態検出装
置において、上記補正手段は、上記信号重畳手段によって重畳された
筒内圧信号の内、各気筒におけるバイアスに対する信号
重畳影響の少ない領域の信号によってバイアス補正値を
得、上記信号重畳手段によって重畳された筒内圧信号の
内、各気筒におけるの爆発燃焼前の圧縮行程での圧力上
昇の割合を捉える領域の信号によってゲインを得て、上
記筒内圧検出手段によって検出された筒内圧信号のバイ
アスとゲインを補正することを特徴とする内燃機関の燃
焼状態検出装置。
【請求項８】請求項１記載の内燃機関の燃焼状態検出装
置において、上記筒内圧検出手段及び上記信号重畳手段は、光源と、
この光源からの光を伝送するとともに、各気筒の燃焼圧
を受ける受圧部を有する光ファイバと、この光ファイバ
を通過した光を受光する受光手段とによって構成されて
いるとを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。