(57)【要約】      （修正有）【課題】バックファイア等の異常燃焼を発生した気筒を正確に特定することができる内燃機関を提供する。【解決手段】クランク角信号、カム角信号から気筒判別を実行することにより得られる気筒判別情報及び吸気温・吸気圧信号ｅから得られる吸気管圧力の変動から前記複数の気筒のうち特定の気筒（同図では第二気筒）の燃焼異常を検知し、前記特定の気筒の燃焼異常を検知した回数を計測する。そして当該回数が所定回数以上である場合は前記特定の気筒に設けられた燃焼噴射装置たるインジェクタの異常と判定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管内の圧力により燃焼異常を検知する、複数の気筒を有する内燃機関であって、
気筒判別を実行することにより得られる気筒判別情報及び吸気管圧力の変動から前記複数の気筒のうち特定の気筒の燃焼異常を検知し、
前記特定の気筒の燃焼異常を検知した回数が所定回数以上である場合は前記特定の気筒の燃焼噴射装置の異常と判定することを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常燃焼を正確に検出することができる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
始動不良をはじめとするような、内燃機関が燃焼異常を来す原因は、燃料系の異常点火系の異常、バルブタイミングの異常など、多岐に渡る。また一例として挙げると、一時的な異常による始動不良の場合は、その原因特定が難しい場合が多い。
【０００３】
かかる燃焼不良の事例として、始動時のクランキング中にバックファイアが発生することが挙げられる。かかるバックファイアの原因としては、気筒に噴射される燃料が異常に少ない点、点火タイミングが異常に遅い点等が考えられる。しかし現状では、バックファイアの発生そのものが正確に確認できない場合も多く、原因特定が難しいケースの一つである。
【０００４】
従来ではこれまでにも、吸気管圧力の異常から異常燃焼や内燃機関の異常を検出しようとする試みがとられている。例えば特許文献１には、内燃機関の吸気管圧力の変化率によりバックファイアを検出し、それに応じて燃料噴射量を増量するように制御する技術が開示されている。また特許文献２には、吸気管圧力が異常を来すタイミングを検出し、当該タイミングの直前に点火が行われた気筒の吸気バルブの異常と判定するという技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、吸気管圧力の値は異常燃焼以外の種々の原因により変化し得るため、単に吸気管圧力の異常値を検出するのみでは前記異常燃焼以外の原因による変化がノイズとして誤検出されてしまうことを鑑みると、バックファイアを来す気筒を正確に特定することは困難であるのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１３４２３８号公報
【特許文献２】特開２０００−１６１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような不具合に着目したものであり、バックファイア等の異常燃焼を来した気筒を正確に特定することができる内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００９】
すなわち本発明に係る内燃機関は、吸気管内の圧力により燃焼異常を検知する、複数の気筒を有するものであって、気筒判別を実行することにより得られる気筒判別情報及び吸気管圧力の変動から前記複数の気筒のうち特定の気筒の燃焼異常を検知し、前記特定の気筒の燃焼異常を検知した回数が所定回数以上である場合は前記特定の気筒の燃焼噴射装置の異常と判定することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、特定の気筒の燃焼異常を所定回数以上となるまで計測した上で、当該気筒の燃焼異常と判定する。そのため、バックファイアを含む異常燃焼バックファイアがどの気筒で発生しているかを正確に判定することができる。換言すれば、異常燃焼以外のノイズとして表れる他の要因による吸気管圧力の変動により誤って別の気筒の燃焼異常を判定してしまうという不具合を有効に回避することができる。これにより、判定の精度を有効に向上させることができる。その結果、異常燃焼を発生した気筒を正確に特定することができる内燃機関を提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バックファイア等の異常燃焼を来した気筒を正確に特定することができる内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態のクランク角センサの態様を模式的に示す図。
【図３】同カム角センサの態様を模式的に示す図。
【図４】同実施形態に係るタイミングチャート。
【図５】同実施形態に係るフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、三つの気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。それら気筒１は直列配置されており、各気筒１の圧縮上死点は等間隔、即ち２４０°ＣＡ毎に出現する。
【００１４】
各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１５】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１６】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１７】
内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１８】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルＢＰの踏込量を検出するブレーキセンサ７２から出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却液（または、冷却水）の温度を検出する液温センサから出力される冷却液温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｈ等が入力される。アクセル開度は、いわば要求負荷である。内燃機関の冷却液温は、内燃機関の温度を示唆する。
【００１９】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。
【００２０】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。
【００２１】
また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、スタータモータまたはモータジェネレータ（図示せず）に制御信号ｏを入力し、当該モータにより内燃機関のクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が冷却水温等に応じて定まる閾値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。
【００２２】
ここで、クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇに関して補足する。図２に示すように、クランク角センサは、クランクシャフトに固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータ７の回転角度をセンシングするものである。そのロータ７には、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度毎に、歯または突起７１が形成されている。典型的には、クランクシャフトが１０°回転する毎に、歯または突起７１が配置される。
【００２３】
クランク角センサは、ロータ７の外周に臨み、個々の歯または突起７１が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号ｂとしてパルス信号を発信する。ＥＣＵ０は、このパルスをクランク角信号ｂとして受信する。
【００２４】
但し、クランク角センサは、クランクシャフトが一回転する間に三十六回のパルスを出力するわけではない。クランクシャフトのロータ７の歯または突起７１は、その一部が欠けている。図２に示す例では、十七番目、十八番目及び二十番目、二十一番目の欠歯部分７２、並びに、三十五番目、三十六番目の欠歯部分７３という、大きく分けて二つの欠歯部分７２、７３が存在する。欠歯部分７２、７３はそれぞれ、クランクシャフトの特定の回転位相角に対応する。即ち、連続する欠歯部分７２は１８０°ＣＡ及び５４０°ＣＡに対応しており、単独の欠歯部分７３は０°及び３６０°ＣＡに対応している。
【００２５】
そして、上記の欠歯部分７２、７３に起因して、クランク角信号ｂのパルス列もまた一部が欠損する。この欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度を知ることが可能である。欠損した三十六番目のパルスの次の一番目のパルスのタイミングを０°ＣＡ（または、３６０°ＣＡ）とおくと、欠損した十八番目のパルスに続く十九番目のパルスのタイミングが１８０°ＣＡ（または、５４０°ＣＡ）ということになる。上記の０°ＣＡのパルスのタイミングは、特定の気筒（例えば、第二気筒）１の圧縮上死点に略等しい。
【００２６】
図３に示すように、カム角センサもまた、カムシャフトに固定されカムシャフトと一体となって回転するロータ８の回転角度をセンシングするものである。そのロータ８には、少なくともカムシャフトの一回転を気筒数で割った角度毎に、歯または突起８１が形成されている。三気筒エンジンの場合、カムシャフトが１２０°回転する毎に、歯または突起８１が配置される。
【００２７】
カムシャフトは、巻掛伝動機構（チェーン及びスプロケット。図示せず）等を介してクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転するもので、その回転速度はクランクシャフトの二分の一である。故に、上記の歯または突起８１は、クランク角度に換算すれば２４０°ＣＡ毎に配置されていることになる。
【００２８】
加えて、本実施形態においては、ロータ８に、追加的なカム角信号ｇを発生させるための歯または突起８２が、２４０°ＣＡ毎の歯または突起８１の間に一つ設けられる。
【００２９】
カム角センサは、ロータ８の外周に臨み、個々の歯または突起８１、８２が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度カム角信号ｇとしてパルス信号を発信する。ＥＣＵ０は、このパルスをカム角信号ｇとして受信する。
【００３０】
歯または突起８１に起因して発生する基本カム角信号ｇは、何れかの気筒１が所定の行程に至ったことを表す。吸気カムシャフトにカム角センサが付随している場合、そのカム角センサが出力する基本カム角信号ｇは、図４に示しているように、各気筒１における圧縮上死点の近傍、または圧縮上死点から所定クランク角度（３０°ＣＡないし７０°ＣＡの範囲内の値）だけ進角側に偏倚したタイミングを示唆する。いわゆる位相変化型の可変バルブタイミング機構が付随している内燃機関にあっては、カム角信号ｇが当該機構により調節されるバルブタイミングをも表す。
【００３１】
歯または突起８２に起因して発生する追加カム角信号ｇは、カムシャフト（及び、クランクシャフト）の特定の回転位相角に対応しており、各気筒１の行程を判別するための補助となるものである。例えば、第一気筒１の圧縮上死点を表す基本カム角信号ｇのパルスから６０°ＣＡ進角したタイミングに、追加カム角信号ｇのパルスが存在している。クランク角信号ｂのパルス列から明らかとなる６０°ＣＡの間隔を隔ててこれら二つのカム角信号ｇのパルスを連続して受信したとき、後者のパルスの直後が第一気筒１の圧縮上死点であることが分かる。
【００３２】
ＥＣＵ０は、クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇの双方を参照して各気筒１の現在の行程を知得し、各気筒１で適切な燃料噴射タイミングにて燃料を噴射する同期噴射を行い、また適切な点火タイミングにて混合気への点火を行う。
【００３３】
しかして本実施形態に係る内燃機関は図４及び図５に示すように、上記のクランク角信号ｂ、カム角信号ｇから気筒判別を実行することにより得られる気筒判別情報及び吸気温・吸気圧信号ｅから得られる吸気管圧力の変動から前記複数の気筒１のうち特定の気筒Ａ（同図では第二気筒）の燃焼異常を検知し、前記特定の気筒Ａの燃焼異常を検知した回数を計測する。そして当該回数が所定回数以上である場合は前記特定の気筒Ａに設けられた燃焼噴射装置たるインジェクタ１１の異常と判定するようにしている。すなわち本実施形態ではＥＣＵ０は、吸気管圧力の変動が発生した回数を気筒１毎にカウントするバックファイア発生カウンタを有している。
【００３４】
以下、図４及び図５を基に、本実施形態に係る内燃機関が始動時、具体的にはクランキング時のバックファイアを検出する態様について説明する。図４は各気筒の行程、吸気管圧力の挙動、バックファイア発生カウンタのカウント数及びバックファイアを発生したタイミングと何れかの気筒１とを関連付けるために各気筒１毎に割り振られたゲートを図示している。
【００３５】
同図に示すように、吸気管圧力はバックファイアが発生しない正常時では各気筒１が吸気行程にあるときに極小値を示しながら脈動する挙動を示す。そしてバックファイアは気筒１が吸気行程を迎えるべく吸気バルブを開いた時に起こる。この時の吸気管圧力は瞬間的に前記脈動の範囲よりも大きな値をとる。本実施形態では前記脈動による極大値よりも大きな値を異常燃焼判定圧力として設定し記憶しておき、吸気管圧力が当該異常燃焼判定圧力を超えた場合に、バックファイアが１回発生したと判断する。
【００３６】
そしてバックファイアを発生した気筒１の特定は上述の通りクランク角信号ｂ及びカム角信号ｇから特定される気筒判別を基に特定する。具体的には、本実施形態では、第一気筒、第二気筒及び第三気筒に対応付けて第一ゲート、第二ゲート及び第三ゲートを設定している。具体的には本実施形態では各ゲートは以前に吸気行程を迎えた気筒１の吸気行程終了後から当該気筒１の吸気行程の終了時までの２４０°ＣＡ毎に、互いに重複しないようにそれぞれ設定している。しかし勿論、各ゲートの時間幅は当該態様に限定されない。例えば吸気行程のうちインジェクタ１１によるバックファイアが起こり易いとされる、吸気バルブが開弁動作を行う時間帯のみに限定するようにしても良い。また勿論、これらゲートの時間幅は内燃機関が有する気筒１の数に対応して各ゲートが重複しないよう設定するようにしても良い。
【００３７】
図４では、バックファイアの発生と判断される、異常燃焼判定圧力の値よりも大きな吸気管圧力を示したタイミングが何れも第二ゲートにある時に起こったため、バックファイア発生カウンタが第二気筒に連続して２回、すなわち２カウント追加している態様を示している。
【００３８】
しかして本実施形態では図５に示すように、図４に示したバックファイアの検出及びカウントを利用し、バックファイアが発生した気筒を特定するのみならず、インジェクタ１１以外の図示しない燃料ポンプや燃料圧力レギュレータの異常をも検出するようにしている。以下、本実施形態に係るクランキング時の異常燃焼の検出及び異常の種類の判定を行う一連の流れについて説明する。
【００３９】
まず始動時（冷間始動時及びアイドリングストップからの再始動時を含む）、クランキングが開始されると（ステップＳ１）、クランク角信号ｂ、カム角信号ｇを基に上述した気筒判別を実行する（ステップＳ２）。この気筒判別により各気筒１の行程の特定が速やかに行われる。そして吸気温・吸気圧信号ｅから得られる吸気圧の挙動から、当該吸気圧が異常燃焼判定圧力の値よりも大きな値を異常値として検出すると（ステップＳ３）、この異常値を検出した時のゲートが第一ゲート、第二ゲート及び第三ゲートの何れかを特定し、当該ゲートに該当する気筒１を特定の気筒Ａ（この場合は第二気筒）とし、１カウント追加するよう、例えばＥＣＵ０に設けたバックファイア発生カウンタに記録する（ステップＳ４）。しかる後、特定の気筒Ａについてのカウント数が予め設定された所定の値ｘ以上となったとき（ステップＳ５）、前記特定の気筒Ａ以外の気筒１についてのカウント数が何れも前記ｘの値よりも小さい値に設定されたｙ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ６）。ここで、ｘ及びｙとして設定する数値は、ｘ＞ｙという条件を満たしていれば何れの数値としても良いが、好ましくはｙの値は異常とは判定されないような著しく低い値に設定しておくことが好ましい。
【００４０】
ここで、ステップＳ６において特定の気筒Ａ以外の気筒１のカウント数が何れもｙ以下であれば、特定の気筒Ａのみの異常であると判定する（ステップＳ７）。この場合、ドライバに警告ランプの点灯等により異常を知らせるとともに、特定の気筒Ａへの燃料噴射及び点火を停止し特定の気筒Ａ以外の気筒１への燃料噴射量を増量する（ステップＳ８）。これにより、バックファイアによる内燃機関、特に吸気バルブや吸気系３への損傷を回避しつつ内燃機関のトルクを担保した修理工場までの退避走行が可能となる。この場合は、燃料系において特定の気筒１に設けられたインジェクタ１１（若しくは吸気バルブ）の異常であると特定することができる。
【００４１】
他方、ステップＳ６について特定の気筒Ａ以外の何れかの気筒１のカウント数がｙよりも多い場合は、特定の気筒Ａに限らず、全て又は複数の気筒１に異常があると判断する（ステップＳ９）。この場合においてもドライバに警告ランプの点灯等により異常を知らせることは言うまでもない。この場合は燃料系において、例えば燃料ポンプや燃料圧力レギュレータといった特定の気筒１毎に設置されたものではなく、燃料系でも上流側に位置付けられた気筒１で共有しているものの異常であると特定することができる。
【００４２】
このような図５に示すような判定及び制御によれば、上記の流れにおいてステップＳ７か或いはステップＳ９の何れを経たのかをＥＣＵ０に記録しておけば、かかる始動不良発生時の原因解析の際に、原因の特定を容易に行うことができる。
【００４３】
以上のような構成とすることにより、本実施形態では特定の気筒１（Ａ）の燃焼異常を所定回数ｘ以上となるまで計測した上で、当該気筒１（Ａ）の燃焼異常と判定するため、バックファイアを含む異常燃焼がどの気筒１で発生しているかを正確に判定し得るものとなっている。換言すれば、バックファイアである異常燃焼以外のノイズとして表れる他の要因による吸気管圧力の変動により誤って別の気筒１の燃焼異常と判定してしまうという不具合を有効に回避している。これにより、判定の精度を有効に向上せしめている。その結果、異常燃焼を発生した気筒１を正確に特定できる内燃機関を実現している。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００４５】
例えば、上記実施形態ではインジェクタの異常によって始動時に起こるバックファイアを検出し、異常のある気筒を特定する態様を開示したが、勿論、かかる判定及び制御は始動時に限られることはない。またインジェクタとは異なる例えば吸気バルブの異常によって起こる異常燃焼が起こるタイミングを別のゲートを設定することにより特定し、別途カウントする態様としてもよい。また内燃機関が有する気筒の数や燃料噴射量や点火時期の制御といった具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。
【００４６】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は異常燃焼を来した気筒を正確に特定することができる内燃機関として利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…気筒
１１…インジェクタ
ｂ…クランク角信号
ｇ…カム角信号
ｅ…吸気温・吸気圧信号
ｊ…燃料噴射信号
【図１】
2014163284.tif 000003
【図２】
2014163284.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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