(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の排気通路に設置される空燃比センサを介して精度よく失火の有無を判定する。【解決手段】空燃比センサを温めるヒータにある大きさの電圧Ｅ1を印加している状態で電源から流れる電流ＩＢ1を計測し、その後、ヒータに印加する電圧をＥ2に低下させた上で同電源から流れる電流ＩＢ2を計測して、ヒータの電気抵抗値（Ｅ2−Ｅ1）／（ＩＢ2−ＩＢ1）を算出し、当該抵抗値を基に空燃比センサの温度を推定する。そして、推定した空燃比センサの温度の多寡に基づき、内燃機関の気筒において失火が発生したか否かを判定する。【選択図】図４
2014043807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路における排気浄化用の触媒の下流側に設けられた空燃比センサの温度を測定し、
その空燃比センサの温度の多寡に基づき、内燃機関の気筒において失火が発生したか否かを判定することを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御を司る制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等の排気通路には、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる有害物質ＨＣ、ＣＯ、ＮＯxを酸化／還元して無害化する触媒が装着されている。ＨＣ、ＣＯ、ＮＯxの全てを効率よく浄化するには、排気ガスの空燃比をウィンドウと称する理論空燃比近傍の一定範囲に収束させる必要がある。そのために、触媒の上流及び／または下流に空燃比センサを配し、空燃比センサの出力信号を用いるフィードバックループを構築して、空燃比をフィードバック制御することが行われている（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００３】
内燃機関の気筒においては、時として燃料の燃焼が不安定となり、失火に至ることもある。失火の有無を判定する手法の一つとして、空燃比センサの出力信号を参照し、失火に起因した排気ガス中の残存酸素濃度の一時的な増大を検知するものが知られている（例えば、下記特許文献２を参照）。
【０００４】
しかしながら、ＺｒＯ2（ジルコニア素子）を用いたＯ2センサ等は、経時劣化として被毒し、出力特性が徐々に変化してゆく。この出力信号を参照して行う失火判定もまた、その被毒の影響を受けざるを得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３８８３８号公報
【特許文献２】特開平０４−０４１９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、排気通路に設置される空燃比センサを介して精度よく失火の有無を判定できるようにすることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、内燃機関の排気通路における排気浄化用の触媒の下流側に設けられた空燃比センサの温度を測定し、その空燃比センサの温度の多寡に基づき、内燃機関の気筒において失火が発生したか否かを判定することを特徴とする制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排気通路に設置される空燃比センサを介して精度よく失火の有無を判定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】同実施形態における電装系の回路図。
【図３】気筒にて失火が発生した場合における、触媒の下流側の空燃比センサの温度の推移を例示する図。
【図４】同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
さらに、排気通路４における触媒４１の上流及び／または下流に、排気通路を流通する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置してある。空燃比センサ４３、４４は、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ2センサであってもよいし、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。何れにせよ、空燃比センサ４３、４４には、これを温めるための電熱線ヒータ５が付随している。
【００１４】
自動車では、内燃機関の出力の一部を利用して発電を行い、その発電した電力を車載のバッテリ１２０に充電するとともに、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０、照明灯、エアコンディショナやラジエータを空冷するファンのモータ、デフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステムといった種々の電気負荷７に供給している。
【００１５】
図２に、電装系の回路図を示す。電気負荷７の各々は、電源であるバッテリ１２０及びオルタネータ１１０に対して並列に接続している。空燃比センサ４３、４４を温めるための電熱線ヒータ５も、同様である。
【００１６】
ヒータ５に関して補足すると、ヒータ５には、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ等に代表されるパワーデバイス（電力用半導体素子）を用いた通電回路６を介して通電する。そして、パワーデバイスのスイッチ動作により、ヒータ５への通電をＯＮ／ＯＦＦする。ヒータ５に入力される電力の大きさ、つまりヒータ５による空燃比センサ４３、４４の加熱の度合いは、ヒータ５を流れる電流のＤＵＴＹ比（または、ヒータ５に印加される電圧）に比例して大きくなる。本実施形態の制御装置たるＥＣＵ０は、後述するように空燃比センサ４３、４４の現在の温度を推定するとともに、その温度を所要の目標温度に保つことができるよう、パワーデバイスのスイッチ動作を惹起する点弧信号ｑをパワーデバイスに入力して、ヒータ５に印加する電圧を調節するＰＷＭ制御を行う。
【００１７】
オルタネータ１１０が発電し出力する電圧の大きさは、レギュレータ１３０を介して制御される。レギュレータ１３０は、オルタネータ１１０に付帯するＩＣ式の既知のものである。オルタネータ１１０の出力電圧、即ちステータコイルに誘起される電圧は、フィールドコイルを流れるフィールド電流のＤＵＴＹ比、即ちｆＤＵＴＹに比例して大きくなる。レギュレータ１３０は、ＥＣＵ０からオルタネータ１１０の出力電圧を指令する信号ｌを受け付け、その指令された出力電圧を実現するようにｆＤＵＴＹを調節するＰＷＭ制御を行う。
【００１８】
広汎に普及している車両用オルタネータ１１０のレギュレータ１３０では、オルタネータ１１０の出力電圧を二段階、例えばＨＩ電位＝約１４．５ＶまたはＬＯ電位＝約１２．８Ｖに切り替えることができる。この場合のＥＣＵ０は、レギュレータ１３０に対し、オルタネータ１１０の出力電圧をＨＩ電位とするか、ＬＯ電位とするかを指令する信号ｌを入力する。
【００１９】
なお、レギュレータ１３０として、オルタネータ１１０の出力電圧を所定範囲、例えば１２Ｖ〜１５．５Ｖの間で連続的に変えることのできるリニアレギュレータを採用することもできる。この場合のＥＣＵ０は、レギュレータ１３０に対し、オルタネータ１１０の出力電圧を上記範囲内の何れの値にするかを指令する信号ｌを入力する。
【００２０】
内燃機関の運転及び補機の制御を司る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。
【００２１】
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（いわば、要求負荷）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、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ｄ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、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）ｈ、バッテリ１２０の充電状態を示すバッテリ電圧、バッテリ電流及びバッテリ温度を検出するセンサから出力されるバッテリ信号ｎ、オルタネータ１１０の出力電圧を検出する回路１３３から出力される出力電圧信号ｐ、並びに、照明灯、エアコンディショナ、デフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム等を稼働させることを要望するユーザの手によって操作される操作入力デバイス（操作スイッチ、ボタン、タッチパネル等）から与えられる信号ｏ等が入力される。
【００２２】
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、レギュレータ１３０に対して出力電圧指令信号ｌ、ヒータ５の通電回路６上のパワーデバイスに対して点弧信号ｑ、並びに、照明灯、エアコンディショナ、ヒータ５、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム等を稼働させるための制御信号ｍ等を出力する。制御信号ｍには、内燃機関のクランクシャフトから冷媒圧縮用のコンプレッサへの回転駆動力の伝達を媒介するマグネットクラッチを断接切換するための信号や、照明灯、ファンモータ、デフォッガ、オーディオ機器、カーナビゲーションシステム等の各々への通電をＯＮ／ＯＦＦするための信号が含まれる。
【００２３】
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、ｎ、ｏ、ｐ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。また、バッテリ１２０の充電状態や、エアコンディショナ、照明灯その他の電気負荷７の稼働状況を知得するとともに、オルタネータ１１０において供給するべき発電量を推算する。そして、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、オルタネータ１１０の出力電圧等といった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、運転パラメータ及びユーザの操作に対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２４】
本実施形態のＥＣＵ０は、触媒４１の下流側にある空燃比センサ４４の温度を測定する。具体的には、空燃比センサ４４に付随するヒータ５の電気抵抗Ｒを算出して、その電気抵抗Ｒからヒータ５ひいては空燃比センサ４４の温度を推測する。
【００２５】
ヒータ５に印加される電圧Ｅは、バッテリ１２０（または、オルタネータ１１０）の出力電圧に、通電回路６上のパワーデバイスの点弧時間の割合であるＤＵＴＹ比を乗ずることで求められる。出力電圧は、バッテリ電圧を検出するセンサの出力信号ｎ（または、オルタネータ電圧を検出するセンサの出力信号ｐ）を参照することで知得される。また、ＥＣＵ０はヒータ５を流れる電流をＰＷＭ制御することから、そもそもＤＵＴＹ比は既知である。
【００２６】
ヒータ５を流れる電流Ｉは、直接計測することができない。だが、ヒータ５に電力を供給する電源であるバッテリ１２０（または、オルタネータ１１０）から流れ出る電流ＩＢは、バッテリ電流を検出するセンサの出力信号ｎを参照することで知得される。この電流ＩＢは、ヒータ５に流れ込む電流Ｉに、ヒータ５以外の電気負荷７に流れ込む電流が加味されたものである。
【００２７】
ヒータ５の温度を推定するにあたり、ＥＣＵ０は、ヒータ５にある大きさの電圧Ｅ1を印加している状態で、電源から流れる電流ＩＢ1を計測する。その後、通電回路６に係るＰＷＭ制御のＤＵＴＹ比を操作して、ヒータ５に印加する電圧ＥをＥ1からＥ2へと低下させた上、同電源から流れる電流ＩＢ2を計測する。ここで、Ｅ1＞Ｅ2としているのは、Ｅ1＜Ｅ2として印加電圧Ｅを引き上げた場合に、ヒータ５に流れ込む電流Ｉの瞬時的な増加（突入電流）を誤って電流Ｉ2として計測してしまうおそれがあるからである。
【００２８】
Ｅ1、Ｅ2、ＩＢ1、ＩＢ2の計測は、ヒータ５以外の電気負荷７の変動（ＯＮ／ＯＦＦやパワーの増減調整）が少なく、車両が定常走行中（エンジン回転数の振動の振幅が所定以下、アクセル開度の振動の振幅が所定以下、かつ車速の振動の振幅が所定以下）であり、オルタネータの発電量に係るｆＤＵＴＹが一定、例えば１００％（ヒータ５に電力を供給する電源の電圧がＨＩ電位）に保たれている状況の下で行う。
【００２９】
そして、ヒータ５の通電回路６のＤＵＴＹ比を一定、例えば５０％とし、その状態を数秒間維持して、電圧Ｅ1及び電流ＩＢ1を計測する。しかる後、ヒータ５の通電回路６のＤＵＴＹ比を、例えば０％とし、その状態を数秒間維持して、電圧Ｅ2及び電流ＩＢ2を計測する。
【００３０】
ＥＣＵ０は、上記のＥ1、Ｅ2、ＩＢ1、ＩＢ2を用いて、現在のヒータ５の電気抵抗Ｒを、下式に則り推算する。
Ｒ≒（Ｅ2−Ｅ1）／（ＩＢ2−ＩＢ1）
なお、Ｅ1、Ｅ2、ＩＢ1、ＩＢ2の計測及びＲの演算を複数回繰り返し、それらＲの平均をとってヒータ５の電気抵抗の真値としてもよい。
【００３１】
ヒータ５の電気抵抗Ｒとヒータ５または空燃比センサ４４の温度とは、概ね比例関係にあると考えられる。ＥＣＵ０は、予めメモリに格納されている電気抵抗Ｒと温度との関係を規定したマップデータを検索し、または電気抵抗Ｒと温度との関係を規定した関数式に電気抵抗Ｒを代入して、現在の温度の値を得る。
【００３２】
しかして、ＥＣＵ０は、空燃比センサ４４の温度の多寡に基づき、内燃機関の気筒１において失火が発生したか否かを判定する。
【００３３】
触媒４１の下流側の空燃比センサ４４の温度は、触媒４１の温度を示唆するものと考えられる。何れかの気筒１にて失火が発生すると、未燃燃料成分及び残存酸素を含んだ排気ガスが触媒４１に到達し、触媒４１を高温化させる反応を営む。本実施形態では、空燃比センサ４４（のヒータ５）を介してこの触媒４１の昇温を検出し、以て気筒１において失火が発生したことを感知する。
【００３４】
但し、未使用または使用した時間の短い新品の触媒４１では、元来温度が上昇しやすい。また、内燃機関の減速時の燃料カット運転中も、燃料成分を含まない新気が排気通路４に流入することから、触媒４１の温度が上昇する傾向にある。そこで、ＥＣＵ０は、失火による触媒４１の昇温と、失火以外の理由による昇温とを区別するべく、時間間隔を空けて複数回空燃比センサ４４の温度を測定し、各回の測定した温度をそれぞれ閾値と比較する。
【００３５】
図３に、空燃比センサ４４（または、触媒４１）の温度の推移を例示する。図３中、失火でない場合の例を細い実線で示し、失火である場合の例を太い破線で示している。気筒１にて失火が起こったとき、触媒４１の温度は１０００℃程度に昇温し、さらにその後温度が１２００℃程度にまで上昇する。他方、新品の触媒４１や、内燃機関の燃料カット運転中においては、触媒４１の温度が１０００℃近くに上昇することはあっても、その後温度は低下してゆくことが普通である。
【００３６】
図４に、失火判定に際してＥＣＵ０が実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、所定周期にて反復的に空燃比センサ４４の温度の測定を行う（ステップＳ１）。
【００３７】
そして、ステップＳ１にて測定した温度が第一の閾値以上となっているならば（ステップＳ２）、所定時間の経過を待って（ステップＳ３）、再度空燃比センサ４４の温度の測定を行う（ステップＳ４）。第一の閾値は、例えば１０００℃に設定する。ステップＳ３における待機時間、即ちステップＳ２とＳ３との間の経過時間は、図４に示しているルーチンを反復実行する周期よりも短いものとする。
【００３８】
ステップＳ４にて測定した温度が第二の閾値以上となっているならば（ステップＳ５）、何れかの気筒１において失火が発生しているものと判断し、失火の発生に対応した処理を実行する（ステップＳ６）。第二の閾値は、第一の閾値よりも高い値、例えば１２００℃に設定する。
【００３９】
ステップＳ６では、例えば、失火が発生した旨を示す情報（ダイアグノーシスコード）を、そのときの日時のタイムスタンプ等とともにメモリに書き込んで記憶保持する。この情報は、事後の検査や修理の作業における異常の原因の究明の助けとなる。及び／または、失火が発生した旨を、運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で出力する。即ち、車両のコックピット内に設置された警告灯（エンジンチェックランプ）を点灯させたり、ディスプレイに表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。
【００４０】
本実施形態では、空燃比センサ４４を温めるヒータ５に電力を供給する電源がある大きさの電圧Ｅ1をヒータ５に印加している状態でこの電源から流れる電流ＩＢ1を計測し、その後、ヒータ５に印加する電圧をＥ2に低下させた上で前記電源から流れる電流ＩＢ2を計測して、前者の電圧Ｅ1及び電流の値ＩＢ1値並びに後者の電圧Ｅ2及び電流の値ＩＢ2からヒータ５の抵抗値Ｒを算出し、当該抵抗値Ｒを基に空燃比センサ４４の温度を推定する制御装置０を構成した。
【００４１】
さらに、この制御装置０が、排気通路４における排気浄化用の触媒４１の下流側に設けられた空燃比センサ４４の温度の多寡に基づき、内燃機関の気筒１において失火が発生したか否かを判定することとした。本実施形態によれば、空燃比センサ４４を介して、失火の有無を精度よく、また比較的短時間で判定することが可能となる。
【００４２】
空燃比センサ４４の温度の測定及び失火の判定のために、温度センサ等の新たなハードウェアの追加は不要である。本実施形態の構成は、既存のハードウェアを用いて実現可能であるから、コスト面でも有利となる。
【００４３】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、失火の有無の判定に際し、触媒の下流側の空燃比センサの温度を時間間隔を空けて二回測定し、それぞれを閾値と比較していたが、空燃比センサの温度を三回以上測定して、それぞれを閾値と比較するようにしてもよい。
【００４４】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、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】
【００４５】
本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御に利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
４…排気通路
４３、４４…空燃比センサ
５…ヒータ
６…通電回路
【図１】
2014043807.tif 000003
【図２】
2014043807.tif 000004
【図３】
2014043807.tif 000005
【図４】
2014043807.tif 000006