(57)【要約】      （修正有）【課題】失火判定を行う精度を向上させ、以て、エンジンの排気、燃費、燃焼騒音等の運転制御を効率良く行うこと。【解決手段】筒内圧センサから得られる燃焼圧力を用いてクランク角度に対応する筒内温度を算出し、該筒内温度を用いてクランク角度変化に対する微分値を筒内温度変化量として算出する。続いて運転条件毎に予め設定してある失火判定基準値を算出し、前記により求めた筒内温度変化量を、該失火判定閾値と比較して失火判定を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内温度を検知する筒内温度検知手段と、クランク角度を検知するクランク角度検知手段とを具備してなるエンジンにおいて、
前記筒内温度及びクランク角度により算出されたクランク角度の変化に対する筒内温度の変化量を、予め決められた失火判定閾値と比較して失火判定を行うことを特徴とするエンジンの失火判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの筒内温度を用いて失火判定を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両に搭載される内燃機関（以下、「エンジン」と呼ぶ。）において、エンジンの失火判定を行う方法が種々知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のものでは、ガソリンエンジンの筒内温度を測定し、その最大値及び最大値が検出された時点のクランク角度を失火判定用の閾値と比較して、それらが閾値内である場合に失火であると判定している。
【０００４】
また、このようなエンジンの失火判定を用いて、失火と判定されたときにエンジンの燃料噴射時期等の補正制御を行うことも考えられる。
【０００５】
ところが、特許文献１に記載された失火判定においては、エンジンの運転状況によっては燃焼温度が比較的低いために、誤って失火と判定され、噴射時期等の補正制御が行われることがある。
【０００６】
以上のように、従前のエンジンの失火判定及び制御方法は、失火判定精度が低く、このような失火判定に基づいて適切な補正制御ができないという問題が生じていた。
【０００７】
特に、ディーゼルエンジンにおいては、失火（燃焼不安定）を事前に予測することが困難であるため、その分予め、噴射時期を見込みで進角させておいたり、ＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を減らしておいたりすることによって失火を抑制するようにしている。
【０００８】
しかし、噴射時期の進角量の増加及びＥＧＲ率の減少に伴って燃焼騒音が悪化し、また、窒素酸化物の排出増大を招くきらいがある。
【０００９】
加えて、失火のしやすさは、エンジンに用いられる燃料のセタン価によっても変化する。一般的なエンジンは、市場に流通する幅広いセタン価の燃料が用いられても失火しないようにするため、投入市場における最低セタン価に合わせて失火適合をしている。したがって、セタン価の高い燃料を使用した場合であっても、エンジンが失火しないように噴射時期を見込みで進角させておいたり、ＥＧＲ率を減らしたりすることとなる。そのため、この場合においても、燃焼騒音の悪化、窒素酸化物の排出増大といった問題が発生し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平３−２０６３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上のような不具合を解消すべく、失火判定を行う精度を向上させ、以て、エンジンの運転制御を効率良く行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以上のような課題を解決するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係るエンジンの失火判定方法は、筒内温度を検知する筒内温度検知手段と、クランク角度を検知するクランク角度検知手段とを具備してなるエンジンにおいて、前記筒内温度及びクランク角度により算出されたクランク角度の変化に対する筒内温度の変化量を、予め決められた失火判定閾値と比較して失火判定を行うことを特徴とする。
【００１３】
このようなものであれば、筒内温度及びクランク角度を用いて算出されたクランク角度の変化に対する筒内温度の変化量、すなわち筒内での温度変化を示す微分係数からエンジンの失火をより確実に判断し得る。そして、一義的にエンジンの失火傾向を判定することができ、以て、効率的にエンジンの制御をすることができる。また、燃料性状すなわち燃料のセタン価の高さにかかわらずエンジンの失火判定を行うことができるという点で大変画期的なものである。
【００１４】
本発明者らが上述した課題、換言すれば、失火判定を行う精度を向上させるために種々実験を行った結果、図３に示すようなデータが得られた。この図３に示すデータは、横軸に０℃Ａを上死点とするクランク角度（℃Ａ）、縦軸に温度（℃）をとって、燃料噴射時期、過給圧、吸入空気量等の各パラメータを変化させたときの燃焼状態における筒内の温度経緯を示したものである。この図において、実線は実車最悪諸元で失火しない定数を各パラメータに与えた場合の筒内温度変化を示し、破線は実車最悪諸元で失火する定数を各パラメータに与えた場合の筒内温度変化を示している。ここに言う実車最悪諸元とは、失火しやすい燃料を用いて、さらに圧縮比、燃料噴射時期、燃料噴射量、ターボチャージャ、エアフローメータのばらつき等を考慮し最も失火しやすい条件を想定したものである。
【００１５】
これらの実線と破線とを比較すると、実線では、筒内温度のクランク角度による微分係数ｄｔ／ｄθが常に０以上となっている。一方、破線では、筒内温度のクランク角度による微分係数ｄｔ／ｄθが０未満になる領域が必ず存在している。すなわち、エンジンの水温、油温、吸気温、圧縮比、燃料噴射、燃料噴射時期、吸気圧力、又は／及び内外ＥＧＲ率等個体ごとのばらつきがあっても、ｄｔ／ｄθに着目すれば、エンジンが失火しているか否かの判断を正しく行い得ることが明らかになった。
【００１６】
すなわち、本発明に係る失火判定方法は、上述したようなものであるので、エンジンの環境の変化に影響されることなく失火判定を行う精度を向上させることができる。したがって、見込みでＥＧＲ率を大きく減らしたり、噴射時期を大きく進角させたりする必要がなくなるため、燃費が向上するとともに、有害物質の発生を抑制できる等失火判定後のエンジンの運転制御を効率良く行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、失火判定を行う精度を向上させ、以て、エンジンの運転制御を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態のエンジンの模式的概略構成図。
【図２】同実施形態の制御手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態の筒内の温度経緯を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１に、本実施形態における内燃機関たるディーゼルエンジン（以下「エンジン」と呼ぶ。）１の構成を模式的に示す。車両等に搭載されるこのエンジン１は、複数の気筒７（図中には一気筒のみを記載している）と、各気筒７内に燃料を噴射するインジェクタ７３と、各気筒７に吸気を供給するための吸気経路３と、各気筒７から排出ガスを排出するための排気経路４と、駆動タービン２２及びコンプレッサ２１の組である可変容量ターボチャージャ２と、吸気経路３と排気経路４とを連通して排出ガスを還流するＥＧＲ装置５とを備えている。
【００２１】
気筒７に設けられたカムシャフト（図示せず）と同期して回転するクランクシャフト（図示せず）付近には、その回転角を検出するためのクランク角センサ８５が取り付けられている。また、気筒７に設けられた燃焼室には、燃焼時の筒内圧力を検出するための筒内圧センサ８６が取り付けられている。
【００２２】
吸気経路３は、外部から空気を取り入れて気筒７の吸気ポート７１へと導く。吸気経路３上には、エアクリーナ３１、コンプレッサ２１、インタークーラ３２及びサージタンク３３を、上流からこの順序に配設している。加えて、吸気経路３上には、サージタンク３３中の圧力を検出するための吸気圧センサ８１と、吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ８２が設けられている。
【００２３】
排気経路４は、気筒７内で燃料を燃焼させた結果発生した排出ガスを気筒７の排気ポート７２から外部へと導く。
【００２４】
ターボチャージャ２は、駆動タービン２２とコンプレッサ２１とを同軸で連結して連動するように構成してなる。そして、駆動タービン２２を排出ガスのエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ２１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮、つまりは過給して気筒７に送り込む。
【００２５】
ＥＧＲ装置５は、排出ガスが流通するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１を開閉するＥＧＲバルブ５２とを要素とする。ＥＧＲ通路５１上には、ＥＧＲクーラ５３を配設している。
【００２６】
エンジン１の制御を司る電子制御装置（ＥＣＵ）６は、ＣＰＵ６１、メモリ６２、入力インターフェース６３、出力インターフェース６４等を有するマイクロコンピュータシステムである。入力インターフェース６３には、吸気管内圧力を検出するセンサ８１から出力される過給圧信号ａ、吸気管内温度を検出する吸気温センサ８２から出力される吸気温信号ｂ、エンジン回転数を検出するセンサ８３から出力される回転数信号ｃ、アクセル開度つまりアクセルペダルの踏込量を検出するセンサ８４から出力されるアクセル信号ｄ、エンジン１の回転状態を検出するためのクランク角センサ８５から出力されるクランク角信号ｅ、筒内圧センサ８６から出力される燃焼圧信号ｆ等が入力される。一方、出力インターフェース６４からは、検出したエンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダルの踏込量等の諸条件から決定した噴射量に対応する燃料噴射信号ｇがインジェクタ７３に出力されるとともに、ＥＧＲバルブ５２に対して開閉信号ｈがそれぞれ出力されるようになっている。
【００２７】
ＣＰＵ６１は、予めメモリ６２に格納されているプログラムを解釈、実行し、エンジン１の運転を制御する。ＣＰＵ６１は、エンジン１の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ等を入力インターフェース６３を介して取得し、それらに基づいて燃料噴射量や燃料噴射タイミング、ＥＧＲバルブ５２の開弁時間等を演算して、演算結果に対応した各種制御信号ｇ、ｈ等を出力インターフェース６４を介して印加する。
【００２８】
インジェクタ７３は、燃料噴射の際には、１サイクル中に噴射を複数回に分けて、すなわち、早期に少量の燃料を噴いて燃焼の始まりや圧力上昇を滑らかにするパイロット噴射と、その後のメイン噴射を行うように燃焼制御している。
【００２９】
この実施の形態におけるエンジンの失火判定方法及びその判定に基づく制御は、クランク角度の変化に対する筒内温度の変化量、すなわち筒内温度のクランク角度による微分係数ｄｔ／ｄθを用いて失火判定を行うものである。そして、失火と判断されれば噴射時期等を補正制御することにより、エンジン運転の諸条件のばらつきによっても失火判定を的確に行うことができ、排気エミッション、燃費、燃焼騒音等をエンジン固有の最適値で運転することができるようにするものである。以下、このエンジンの失火判定方法及びその判定に基づく補正制御の概略手順を、図２に示すフローチャートにより説明する。
【００３０】
なお、この失火判定及び制御プログラムは、エンジン１を運転している場合に、繰り返し実行される。
【００３１】
まず、各クランク角度θにおける筒内温度ｔ（θ）を算出する（ステップＳ１）。具体的には、インジェクタ７３からメイン燃料噴射が行われる前の筒内温度ｔ（θ）を算出する。その際のクランク角度θを検知するクランク角度検知手段としてクランク角度センサ８５、筒内温度ｔ（θ）を検知するための筒内温度検知手段として燃焼室に取り付けられている筒内圧センサ８６を用いており、この筒内圧センサ８６から得られた燃焼圧力を用いてクランク角度がθ℃Ａのときの筒内温度ｔ（θ）を算出するようにしている。
【００３２】
その後、ステップＳ１で算出した筒内温度ｔ（θ）を用いて、クランク角度θの変化に対する筒内温度ｔ（θ）の変化量ｄｔ／ｄθを算出する（ステップＳ２）。具体的には、筒内温度ｔ（θ）をクランク角度θで微分した値を算出する。
【００３３】
次に、失火判定閾値Ｋを算出する（ステップＳ３）。この失火判定閾値Ｋは、運転条件毎に予め設定しているものであって、以下の式で表される。
【００３４】
Ｋ＝ＫＥＧＲ＊ＫＱＮ＊ＫＴＰ…（式１）
（式１）のＫＥＧＲは、ＥＧＲ率（％）の値に依存して１次元的に決定される値である。このＥＧＲ率が高くなると、エンジン１はより失火しやすくなる傾向がある。よって、このＫＥＧＲの値が増大すると失火判定閾値Ｋも増大するという関係を有する。
【００３５】
また、（式１）のＫＱＮは、一回の燃料噴射当たりの燃料噴射量Ｑｖ（ｍｍ3／回）及びエンジン回転数ＮＥ（ｒｐｍ）という２つの値に依存して決定される値である。燃料噴射量Ｑｖは、センサ８３を用いて検出されたエンジン回転数ＮＥ等の諸条件から決定される。
【００３６】
同様に、（式１）のＫＴＰは、吸気管圧力ＰＩＭ（ｋｐａ）及び吸入空気温ＴＨＡ（Ｋ）という２つの値に依存して決定される値である。吸気管圧力ＰＩＭは、吸気経路３上に設けられた吸気圧センサ８１を用いて計測し、吸入空気温ＴＨＡは、吸気経路３上に設けられた吸気温センサ８２を用いて計測される。
【００３７】
次に、ステップＳ２で算出されたクランク角度θの変化に対する筒内温度ｔ（θ）の変化量ｄｔ／ｄθと、ステップＳ３で算出された失火判定閾値Ｋとを比較する（ステップＳ４）。その結果、変化量ｄｔ／ｄθが失火判定閾値Ｋよりも小さい場合には、エンジン１は失火していると判断される。そのため、以下に述べるステップＳ５以降へと進む。一方、変化量ｄｔ／ｄθが失火判定閾値Ｋと同じかそれよりも大きい場合には、エンジン１は失火していないと判断される。そのため、噴射時期等の補正制御を行わない。
【００３８】
以下に述べるステップＳ５ないしステップＳ８は、ステップＳ９において通常の算出値を補正するための補正係数を算出するステップである。
【００３９】
ステップＳ５では、燃料噴射時期進角補正係数ＡＫを１次元マップから算出する。この燃料噴射時期進角補正係数ＡＫは、エンジン回転数ＮＥ、要求負荷等に基づいて算定した通常の算出値ａＩＮＪを進角補正するために用いられる。
【００４０】
同様にステップＳ６では、ＥＧＲ減量係数ＡＥを１次元マップから算出する。このＥＧＲ減量係数ＡＥは、通常の算出値ａＥＧＲを減量補正するために用いられる。
【００４１】
ステップＳ７では、過給圧増加係数ＡＰを１次元マップから算出する。この過給圧増加係数ＡＰは、通常の算出値ａＰＩＭを増加補正するために用いられる。
【００４２】
ステップＳ８では、パイロット量増加係数ＡＰＬを１次元マップから算出する。このパイロット量増加係数ＡＰＬは、通常の算出値ａＰＬを増量補正するために用いられる。
【００４３】
以上のステップＳ５ないしステップＳ８の決定ステップが終了後、ステップＳ５ないしステップＳ８でそれぞれ述べた通常の算出値ａＩＮＪ、ａＥＧＲ、ａＰＩＭ、ａＰＬに補正係数を掛けて算出した最終値ＦＩＮＪ、ＦＥＧＲ、ＦＰＩＭ、ＦＰＬを求め、この最終値に基づいて燃料噴射時期、ＥＧＲ率、過給圧または／及びパイロット量を補正する（ステップＳ９）。具体的には、それぞれの最終値は、ＦＩＮＪ＝ａＩＮＪ＊ＡＫ、ＦＥＧＲ＝ａＥＧＲ＊ＡＥ、ＦＰＩＭ＝ａＰＩＭ＊ＡＰ、ＦＰＬ＝ａＰＬ＊ＡＰＬで計算される。そして、エンジン１が失火していると判断されれば、燃料噴射のタイミングを早める（進角）させる。また、ＥＧＲ率は減少させ、過給圧は増加させ、パイロット量は増量させるように補正制御する。
【００４４】
このように、エンジン１の失火判定方法として、筒内温度及びクランク角度により算出されたクランク角度の変化に対する筒内温度の変化量ｄｔ／ｄθを、燃料噴射量等により予め決められた失火判定閾値Ｋと比較して失火判定を行っているので、その判定精度を向上させることができる。
【００４５】
また、ディーゼルエンジン１において失火判定精度が低いという問題を解消できるため、見込みでＥＧＲ率を減少させたり、噴射時期を大きく進角させたりする必要がなくなって燃費が向上するとともに、有害物質の発生を抑制できる等失火判定後のエンジン１の運転制御を効率良く行うことができる。
【００４６】
さらに、実験計画法を用いた自動適合プログラムに、ｄｔ／ｄθの値を参照した失火判定を組み込むことにより、失火しない最適パラメータ（ＥＧＲバルブ開度、噴射時期、噴射圧、パイロット噴射量、パイロットインターバル等）を決定することができる。また、同様の方法を用いて、マップ値の適合もなし得る。
【００４７】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。
【００４８】
内燃機関は、上述したディーゼルエンジンには限られない。この失火判定方法及び制御方法は、ガソリンエンジン、特に直噴のガソリンエンジン等に適用され得るものである。
【００４９】
筒内温度の検知手段は、筒内圧センサに限られない。例えば、筒内をレーザにより計測するＣＡＲＳ温度測定法（対象分子のＣＡＲＳスペクトルを測定し、そのスペクトル形状から対象分子の振動及び回転温度を求める方法）により筒内温度を検知するものであってもよい。また、筒内に筒内温度を検出するための温度センサを設け、これによって直接筒内温度を計測するものであってもよい。
【００５０】
補正対象としては、本実施形態で説明したように噴射時期、ＥＧＲ率、過給圧及びパイロット噴射量の算出値の全てを補正するものに限られず、この中の１つまたは複数の算出値を補正するものであってもよい。
【００５１】
さらに、失火判定閾値Ｋの算出方法は、本実施形態のものに限られず種々変更可能である。
【００５２】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…ディーゼルエンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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