(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の失火検出装置に関し、失火以外の要因で回転変動が発生した場合であっても正確に失火を検出できる内燃機関の失火検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】排気ガス中に露出される触媒層と前記触媒層に覆われた第１検出部とを備え、前記第１検出部に到達するガス中の酸素濃度に応じた出力を発する、内燃機関の排気通路に設けられた第１センサを設ける。前記排気ガス中に露出される第２検出部を備え、前記排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発する、前記排気通路に設けられた第２センサを設ける。前記第１センサの出力と前記第２センサの出力との出力差が失火判定値よりも大きい場合に失火と判定する（ステップＳ２）。【選択図】図４
2010014062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中に露出される触媒層と前記触媒層に覆われた第１検出部とを備え、前記第１検出部に到達するガス中の酸素濃度に応じた出力を発する、内燃機関の排気通路に設けられた第１センサと、
前記排気ガス中に露出される第２検出部を備え、前記排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発する、前記排気通路に設けられた第２センサと、
前記第１センサの出力と前記第２センサの出力との出力差が失火判定値よりも大きい場合に失火と判定する失火判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
【請求項２】
前記失火判定値は、前記第１センサ及び前記第２センサの応答性が悪化するほど大きな値とすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の失火検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の失火検出装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の失火を検出するのに好適な内燃機関の失火検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、クランク角センサの出力値に基づいて回転変動量を算出し失火の有無を判定することが知られている。また、本公報には、１燃焼サイクル中における角速度の最小値と最大値に基づく回転変動量を算出し、当該回転変動量を失火判定値と比較して失火の有無を判定することが開示されている。このような手法によれば、過去の燃焼サイクルにおける燃焼状態に影響されないで回転変動量に基づく失火判定を実現することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９９５１１号公報
【特許文献２】特開平５−８６９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の内燃機関では、回転変動量により失火の有無を判定しているため、悪路走行によるエンジンの揺れなど、失火以外の要因で回転変動が発生した場合であっても失火による変動と誤判定してしまう可能性がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、失火以外の要因で回転変動が発生した場合であっても正確に失火を検出できる内燃機関の失火検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の失火検出装置であって、
排気ガス中に露出される触媒層と前記触媒層に覆われた第１検出部とを備え、前記第１検出部に到達するガス中の酸素濃度に応じた出力を発する、内燃機関の排気通路に設けられた第１センサと、
前記排気ガス中に露出される第２検出部を備え、前記排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発する、前記排気通路に設けられた第２センサと、
前記第１センサの出力と前記第２センサの出力との出力差が失火判定値よりも大きい場合に失火と判定する失火判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記失火判定値は、前記第１センサ及び前記第２センサの応答性が悪化するほど大きな値とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、第１及び第２センサから被検出ガスの酸素濃度に応じた出力を取得することができる。ここで、失火が生じた場合、排気ガス中には未燃燃料のほか燃焼に用いられなかった多量の酸素が存在するため、第２センサの出力はリーンスパイクを生じる。一方、第１センサにおいては、被検出ガスが触媒層を通過する際に、酸素は未燃燃料と反応し酸素濃度は減少するため第１センサの出力値は第２センサよりも小さくなる。このため、本発明によれば、回転変動によることなく第１センサの出力と第２センサの出力との出力差に基づき失火を検出することができる。
【０００９】
第２の発明によれば、センサの応答性による失火判定精度への影響を小さくし失火検出の安定化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は複数の気筒を有している。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２の上流にはエアフロメータ１６が設けられている。排気通路１４の上流には排気マニホールドが設けられている。排気マニホールドの集合部には空燃比センサ１８が設けられている。また、本実施形態のシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には前述のエアフロメータ１６、空燃比センサ１８等が接続されている。
【００１１】
図２は、本実施形態において用いられる空燃比センサ１８の構成を説明するための図である。より具体的には、図２（Ａ）は、空燃比センサ１８の斜視図である。また、図２（Ｂ）は、空燃比センサ１８を、図２（Ａ）に矢印Ｂを付して示す平面で切断することで得られる断面図である。
【００１２】
図２（Ａ）に示すように、空燃比センサ１８は、センサ本体２０を備えている。センサ本体２０の上部には、第１拡散抵抗層２２と、第２拡散抵抗層２４とが設けられている。第１拡散抵抗層２２及び第２拡散抵抗層２４は、セラミクス等の多孔質物質で構成された部材である。第１拡散抵抗層２２の表面には触媒層２６が形成されている。触媒層２６は、具体的にはプラチナ、ロジウム、バリウム等の塗布膜により形成されている。また、第１拡散抵抗層２２は、第１電極２８を覆うように形成されている。他方、第２拡散抵抗層２４は、第２電極３０を覆うように構成されている。
【００１３】
図２（Ｂ）に示すように、センサ本体２０は、電解質層３２と、スペーサ部材３４と、ヒータ層３６とを備えている。電解質層３２は、YSZ（イットリア安定化単結晶ジルコニア）などにより構成されている。上述した第１電極２８及び第１拡散抵抗層２２、並びに第２電極３０及び第２拡散抵抗層２４は、互いに離間した状態で、電解質層３２の表面に形成されている。
【００１４】
電解質層３２の裏面側には、スペーサ部材３４とヒータ層３６により囲まれた大気室３８が形成されている。そして、電解質層３２の裏面には、第１電極２８と重なる位置、及び第２電極３０と重なる位置に、２つの大気側電極４０，４２が形成されている。大気室３８は、図示しない大気孔を介して大気に連通している。このため、空燃比センサ１８が排気通路内に配置された状態であっても、大気側電極４０，４２は、大気に晒された状態に維持される。
【００１５】
以下、第１電極２８と大気側電極４０とそれらに挟まれた電解質層３２の領域とを総称して「第１空燃比検出部」と称す。また、第２電極３０と大気側電極４２とそれらに挟まれた電解質層３２の領域とを総称して「第２空燃比検出部」と称す。なお、空燃比センサ１８の詳細な回路構成等については特開２００７−１５５６０５号公報の通りである。
【００１６】
［実施の形態１における失火検出方法］
図３は、失火時の第１空燃比検出部の出力と第２空燃比検出部の出力との出力差を示した図である。失火が生じた場合には、未燃燃料のほか燃焼に用いられなかった多量の酸素が排気通路に流入する。そのため、上述した本実施の形態のシステムにおける触媒層を有しない第２空燃比検出部の出力は、燃焼に用いられなかった酸素が多量であることからリーンスパイクが発生する（実線４４）。一方、触媒層２６を有する第１空燃比検出部においては、排気ガス中の未燃燃料と酸素が触媒層を通過する際に酸化反応が生じ酸素濃度は減少する。そのため、第１空燃比検出部の出力は第２空燃比検出部に比してリーンスパイクが軽減される（破線４６）。
【００１７】
実線４４と実線４６に示すとおり、失火が生じた場合には第１空燃比検出部と第２空燃比検出部で大きな出力差が生じる。一方、定常運転時は燃料と酸素が適当に燃焼反応しているため、失火時のように燃焼に用いられていない酸素が多量とはならない。そのためリーンスパイクは生じず、第１空燃比検出部と第２空燃比検出部で大きな出力差は生じない。そこで、本発明においては、第１空燃比検出部と第２空燃比検出部とにおける出力差が失火判定値よりも大きい場合に失火と判断することとした。
【００１８】
図４は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、まずＥＣＵ５０は、失火検出条件が成立するか否かを判断する（ステップＳ１）。失火検出条件として、例えば始動時等空燃比センサ１８が活性化しているか否かを判定する。失火検出条件が成立しない場合には本ルーチンを終了する。
【００１９】
失火検出条件が成立する場合には、ＥＣＵ５０は第１空燃比検出部の出力値EABYF1と第２空燃比検出部の出力値EABYF2との出力差が、失火判定値EABYFSLよりも小さいか否かを判断する（ステップＳ２）。具体的には、ＥＣＵ５０は失火判定値EABYFSLと空燃比センサの応答性との関係を示した図５のような失火判定値マップを記憶している。空燃比センサ１８を通過する排気ガスが多ければセンサ精度は高まる。よって、ＥＣＵ５０は吸入空気量Ｇａが大きい場合は、空燃比センサ１８を通過する排気ガスが多くなるため失火判定値EABYFSLを小さく設定する。一方、吸入空気量Ｇａが小さい場合には、空燃比センサ１８を通過する排気ガスが少なくセンサ精度が悪化するため、失火判定値EABYFSLを大きく設定する。失火判定値EABYFSLを大きく設定することでセンサ精度が悪い状態において誤検出を抑制し失火判定精度の安定化を図ることができる。
【００２０】
上記ステップＳ２において出力差が失火判定値以下の場合には、ＥＣＵ５０は失火が生じていないと判断し本ルーチンを終了する。一方、失火判定値よりも大きい場合には失火カウンタEMFCNTをカウントアップする（ステップＳ３）。
【００２１】
以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、触媒層を有する第１空燃比検出部と触媒層を有しない第２空燃比検出部との出力差に基づいて失火判定を実施することができる。上述した通り、失火が生じた場合には排気通路に燃焼に用いられなかった多量の酸素が流入するため、触媒層を有しない第２空燃比検出部の出力にリーンスパイクが発生する。一方、触媒層を有する第１空燃比検出部においては、触媒層を通過する際に未燃燃料と酸素が酸化反応し酸素濃度が減少するためリーンスパイクが軽減される。また、定常運転時においては上述した通りリーンスパイクが生じず大きな出力差は生じない。このため、本実施形態のシステムによれば出力差に基づいて失火を判定することができる。出力差のみを用い回転変動量を判定に用いていないため、悪路走行時やその他失火以外による回転変動が生じた場合に失火と誤判定することなく、高精度な失火検出を実現することができる。また、本実施形態のシステムによれば、触媒層の有無による出力差に基づいて判定するため、ストイキ運転やリーンバーン運転等におけるセンサ出力の違いによらず、触媒層の有無による出力差から高精度な失火判定を実現することができる。そして、他のルーチンにおいて、失火カウンタEMFCNTが所定値を超えた場合には失火発生と判断することができる。これにより、誤検知しやすい運転領域での検出精度を高めることができる。
【００２２】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、失火判定値を、吸入空気量Ｇａに基づいて設定することとしているが、この設定方法はこれに限定されるものではない。例えば、機関回転数が小さいほど失火判定値を大きく設定することとしてもよい。また、吸気管圧が低いほど失火判定値を大きく設定することとしてもよい。
【００２３】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、空燃比センサ１８を、第１空燃比検出部と第２空燃比検出部とを一体化した構成としているが、この構成はこれに限定されるものではない。触媒層を有する空燃比センサと触媒層を有しない空燃比センサとを別個独立に設けることとしてもよい。
【００２４】
尚、上述した実施の形態１においては、第１空燃比検出部が前記第１の発明における「第１センサ」に、第２空燃比検出部が前記第１の発明における「第２センサ」に、それぞれ相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ２の処理を実行することにより前記第１の発明における「失火判定手段」が実現されている。更に、実施の形態１のおいては、上記ステップＳ２において設定される失火判定値EABYFSLが前記第１の発明における「失火判定値」に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１で用いられる空燃比センサの構成を説明するための図である。
【図３】失火時における第１空燃比検出部と第２空燃比検出部の出力差を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１のシステムにおいて実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１のシステムにおいて用いられる失火判定値EABYFSLと空燃比センサの応答性との関係を示した関係図である。
【符号の説明】
【００２６】
１４  排気通路
１６  エアフロメータ
１８  空燃比センサ
５０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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