(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１１）の回転状態に相関する回転信号を取得する回転取得部（Ｓ１０１，Ｓ１０２）と、
前記回転取得部により取得された前記回転信号の周波数解析を行う解析部（Ｓ１０３）と、
前記内燃機関の１燃焼サイクルを着火周期（Ｔａ）とし、前記着火周期を前記内燃機関の気筒の数で割った値を気筒間周期（Ｔｂ）として、前記気筒間周期の周波数成分である気筒間成分（Ｂ）が失火の発生を示す気筒間閾値（Ｎｂ）より小さいか否かを判定する気筒間判定部（Ｓ１１０）と、
前記着火周期の周波数成分である着火成分（Ａ）が失火の発生を示す着火閾値（Ｎａ）より大きいか否かを判定する着火判定部（Ｓ１０６）と、
を備え、
前記気筒間判定部により前記気筒間成分が前記気筒間閾値より小さいと判定され、かつ、前記着火判定部により前記着火成分が前記着火閾値より大きいと判定された場合に、１つの気筒だけが失火したと判定する失火検出装置。
【請求項２】
前記着火周期を２で割った周期を対向周期（Ｔｃ）として、前記対向周期の周波数成分である対向成分（Ｃ）が失火の発生を示す対向閾値（Ｎｃ）より大きいか否かを判定する対向判定部（Ｓ１０８）を備え、
前記気筒間判定部により前記気筒間成分が前記気筒間閾値より小さいと判定され、かつ、前記対向成分が前記対向閾値より大きいと判定された場合に、一対の対向気筒の両方が失火したと判定する請求項１に記載の失火検出装置。
【請求項３】
内燃機関（１１）の回転状態に相関する回転信号を取得する回転取得部（Ｓ１０１，Ｓ１０２）と、
前記回転取得部により取得された前記回転信号の周波数解析を行う解析部（Ｓ１０３）と、
前記内燃機関の１燃焼サイクルを着火周期（Ｔａ）とし、前記着火周期を前記内燃機関の気筒の数で割った値を気筒間周期（Ｔｂ）として、前記気筒間周期の周波数成分である気筒間成分（Ｂ）が失火の発生を示す気筒間閾値（Ｎｂ）より小さいか否かを判定する気筒間判定部（Ｓ１１０）と、
前記着火周期を２で割った周期を対向周期（Ｔｃ）として、前記対向周期の周波数成分である対向成分（Ｃ）が失火の発生を示す対向閾値（Ｎｃ）より大きいか否かを判定する対向判定部（Ｓ１０８）と、
を備え、
前記気筒間判定部により前記気筒間成分が前記気筒間閾値より小さいと判定され、かつ、前記対向成分が前記対向閾値より大きいと判定された場合に、一対の対向気筒の両方が失火したと判定する失火検出装置。
【請求項４】
前記気筒間閾値を前記内燃機関の運転状態に応じて可変設定する閾値設定部（Ｓ１０９）を備えている請求項１〜３のいずれか１つに記載の失火検出装置。
【請求項５】
前記回転取得部は、
前記回転信号として、前記内燃機関の回転について加速度を示す加速信号を取得する加速取得部（Ｓ１０２）を有しており、
前記解析部は、前記回転取得部により取得された前記加速信号を対象として前記周波数解析を行うものである請求項１〜４のいずれか１つに記載の失火検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の失火を検出する失火検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の回転状態に基づいて失火を検出する技術が知られている。例えば特許文献１では、４気筒の４サイクルエンジンについて、エンジン回転数を示す回転信号を周波数分析し、この分析結果に基づいて内燃機関の失火を検出している。この構成では、４気筒のうち１つの気筒の着火周期の周波数成分と、４つの気筒が上死点状態に順番に移行する移行周期の周波数成分とを比較し、着火周期の周波数成分が移行周期の周波数成分より大きく、且つその差が判別値より大きい場合に失火が検出される。着火周期の周波数成分は、内燃機関において失火が発生していない場合に、移行周期の周波数成分を下回るほどに小さくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１９３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、着火周期の周波数成分の大きさに基づいて失火が検出される構成では、回転信号にノイズが発生した場合に、失火の検出精度が低下することが懸念される。例えば、内燃機関が搭載された車両においては、車両の走行に伴って路面や車軸等から生じる振動等の外乱がノイズとして回転信号に乗った場合、そのノイズ発生の周期が着火周期に一致する可能性がある。ノイズの発生周期と着火周期とが一致した場合、着火周期の周波数成分が移行周期の周波数成分より大きいと、内燃機関にて失火が発生していないにもかかわらず失火の発生が検出されることが懸念される。
【０００５】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、外乱に関係なく内燃機関の失火を適正に検出することができる失火検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、課題を達成するための発明の技術的手段について、説明する。なお、発明の技術的手段を開示する特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
上述の課題を解決するために開示された第１の発明は、
内燃機関（１１）の回転状態に相関する回転信号を取得する回転取得部（Ｓ１０１，Ｓ１０２）と、
回転取得部により取得された回転信号の周波数解析を行う解析部（Ｓ１０３）と、
内燃機関の１燃焼サイクルを着火周期（Ｔａ）とし、着火周期を内燃機関の気筒の数で割った値を気筒間周期（Ｔｂ）として、気筒間周期の周波数成分である気筒間成分（Ｂ）が失火の発生を示す気筒間閾値（Ｎｂ）より小さいか否かを判定する気筒間判定部（Ｓ１１０）と、
着火周期の周波数成分である着火成分（Ａ）が失火の発生を示す着火閾値（Ｎａ）より大きいか否かを判定する着火判定部（Ｓ１０６）と、
を備え、
気筒間判定部により気筒間成分が気筒間閾値より小さいと判定され、かつ、着火判定部により着火成分が着火閾値より大きいと判定された場合に、１つの気筒だけが失火したと判定する。
上述の課題を解決するために開示された第２の発明は、
内燃機関（１１）の回転状態に相関する回転信号を取得する回転取得部（Ｓ１０１，Ｓ１０２）と、
回転取得部により取得された回転信号の周波数解析を行う解析部（Ｓ１０３）と、
内燃機関の１燃焼サイクルを着火周期（Ｔａ）とし、着火周期を内燃機関の気筒の数で割った値を気筒間周期（Ｔｂ）として、気筒間周期の周波数成分である気筒間成分（Ｂ）が失火の発生を示す気筒間閾値（Ｎｂ）より小さいか否かを判定する気筒間判定部（Ｓ１１０）と、
着火周期を２で割った周期を対向周期（Ｔｃ）として、対向周期の周波数成分である対向成分（Ｃ）が失火の発生を示す対向閾値（Ｎｃ）より大きいか否かを判定する対向判定部（Ｓ１０８）と、
を備え、
気筒間判定部により気筒間成分が気筒間閾値より小さいと判定され、かつ、対向成分が対向閾値より大きいと判定された場合に、一対の対向気筒の両方が失火したと判定する。
【０００８】
発明者らは、失火が発生していない状態で、外乱により発生したノイズが回転信号に乗った場合に、そのノイズの発生周期と着火周期とが一致すると、回転信号の気筒間成分はノイズによって大きくなりやすく且つ小さくなりにくい、という知見を得た。この知見について、上記第１の発明および第２の発明によれば、気筒間成分が気筒間閾値より小さいか否かが判定されるため、気筒間成分が気筒間閾値より小さい場合に限って失火の発生を特定できる。この場合、仮にノイズが回転信号に含まれていたとしても、その失火が発生していないにもかかわらず失火の発生を特定してしまうということを回避できる。したがって、外乱に関係なく内燃機関の失火を適正に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態における燃料噴射システムの構成を示す図。
【図２】１つの気筒だけが失火した場合のエンジンの速度信号を示す図。
【図３】速度信号を示す図。
【図４】速度信号の周波数解析結果を示す図。
【図５】角加速信号の着火波を示す図。
【図６】角加速信号の周波数解析結果を示す図。
【図７】車両の構成を示す概略図。
【図８】角加速信号の気筒間波を示す図。
【図９】各気筒のそれぞれについての角加速信号の周波数解析結果を示す図。
【図１０】対向気筒について説明するためのエンジンの概略構成図。
【図１１】一対の対向気筒の両方が失火した場合のエンジンの速度信号を示す図。
【図１２】角加速信号の着火波を示す図。
【図１３】角加速信号の周波数解析結果を示す図。
【図１４】角加速信号の気筒間波を示す図。
【図１５】各気筒のそれぞれについての角加速信号の周波数解析結果を示す図。
【図１６】失火検出処理の手順を示すフローチャート。
【図１７】第２実施形態における６気筒エンジンの概略構成図。
【図１８】８気筒エンジンの概略構成図。
【図１９】各種エンジンでの気筒の着火順を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に示すように、燃料噴射システム１０は、エンジン１１、燃料タンク１２、高圧ポンプ１３、コモンレール１４及びＥＣＵ１５を有している。エンジン１１は、複数の気筒と、これら気筒のそれぞれに設けられた燃料噴射弁２１とを有しており、燃料としてガソリンや軽油等を用いる内燃機関である。本実施形態では、エンジン１１は例えば軽油を用いるディーゼルエンジンとされている。
【００１２】
本実施形態のエンジン１１は、４気筒の４サイクルエンジンになっている。このエンジン１１においては、＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の順で燃料噴射弁２１からの燃料噴射が繰り返し行われる。この場合、＃１気筒及び＃４気筒の各ピストンが同じ位相で運動し、＃２気筒及び＃３気筒の各ピストンが同じ位相で変位する。図１においては、＃１気筒〜＃４気筒が左から順番に並べられている。
【００１３】
エンジン１１は、クランク角を検出するクランク角センサ２２を有している。クランク角センサ２２は、エンジン１１のシリンダブロックに取り付けられており、クランク軸の回転速度に応じた検出信号を出力する。クランク軸の回転速度を、回転数ＮＥや、単位時間当たりの回転数、エンジン１１の回転速度と称することもできる。なお、エンジン１１は、カム角を検出するカム角センサも有している。カム角センサは、シリンダヘッドに取り付けられており、吸気側のカムシャフトの回転角を検出する。
【００１４】
燃料タンク１２には燃料が貯留されており、高圧ポンプ１３は、燃料タンク１２の燃料を加圧した状態でコモンレール１４に供給する。コモンレール１４は、金属製の管状部材により形成された蓄圧容器であり、レール圧センサ２４とプレッシャリミッタ２５とを有している。レール圧センサ２４は、コモンレール１４に蓄圧されている燃料の圧力をレール圧として検出するセンサである。プレッシャリミッタ２５は、レール圧が過度に上昇した場合に、コモンレール１４内の燃料を燃料タンク１２に放出することでレール圧を減少させることが可能になっている。
【００１５】
ＥＣＵ１５は、マイクロコンピュータ等の制御部やメモリ等の記憶部を有している。ＥＣＵ１５には、クランク角センサ２２及びレール圧センサ２４が電気的に接続されており、これらセンサ２２，２４は、検出信号をＥＣＵ１５に対して出力する。また、ＥＣＵ１５には、高圧ポンプ１３が電気的に接続されており、ＥＣＵ１５は、指令信号を出力することで高圧ポンプ１３の動作制御を行う。
【００１６】
ＥＣＵ１５は、クランク軸の回転速度を示す速度信号を生成する機能を有しており、速度信号の生成にはクランク角センサ２２の検出信号を用いる。図２には、速度信号を模式的に図示している。図２の上段に示すように、エンジン１１の各気筒のいずれも失火していない場合、速度信号においては、＃１気筒〜＃４気筒での燃料の燃焼によりクランク軸の回転速度が適正に変動している。回転速度は、４気筒のうち１つの気筒が燃焼行程にあるタイミングに合わせて増減を繰り返しており、都度のピーク部分Ｐが複数並んでいる。図２の上段においては、４気筒のうち燃焼行程にある気筒が、クランク軸を回転させるための駆動力を発揮しているとして、各ピーク部分Ｐに対して気筒の番号を付与している。
【００１７】
エンジン１１において、１つの気筒が駆動力を発揮する周期は、その気筒において燃料の着火が発生する着火周期Ｔａであり、この着火周期Ｔａは、１燃焼サイクルと同じ長さになっている。図２の上段には、着火周期Ｔａを＃２気筒に対して図示しているが、着火周期Ｔａは、＃１気筒〜＃４気筒のいずれにおいても同じ長さになっている。着火周期Ｔａは、時間ではなくクランク角ＣＡで表現すると、７２０ｄｅｇになっている。
【００１８】
また、エンジン１１において、いずれかの気筒が駆動力を発揮する周期は、着火周期Ｔａを気筒数で割った気筒間周期Ｔｂであり、この気筒間周期Ｔｂは、図２の上段において、隣り合うピーク部分Ｐの間隔になっている。本実施形態では、エンジン１１が４気筒であるため、気筒間周期Ｔｂが着火周期Ｔａの１／４になっている。具体的には、気筒間周期Ｔｂは１８０ｄｅｇになっている。
【００１９】
エンジン１１において失火が発生した場合、クランク軸の回転速度が、失火した気筒が燃焼行程にあるはずの期間にて減少する。この場合、失火した気筒のピーク部分Ｐの最大値が、失火していない気筒のピーク部分Ｐの最大値より小さくなる。例えば、図２の中段に示すように、＃４気筒だけが失火した場合、＃４気筒のピーク部分Ｐの最大値が＃１気筒〜＃３気筒の各ピーク部分Ｐの最大値より小さくなる。失火した気筒が１つだけの場合、失火の発生周期Ｔｘは着火周期Ｔａと同じになる。
【００２０】
ここで、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）等を用いて速度信号の周波数解析を行うことで、失火の有無を判定することが可能になる。例えば、４つの気筒のうち１つの気筒だけが失火した場合、図３に示すように、速度信号が歪んで適正な波形にならなくなる。この場合、速度信号の周波数解析を行うと、図４に実線で示すように、着火周期Ｔａの周波数成分である着火成分、気筒間周期Ｔｂの周波数成分である気筒間成分の両方が比較的大きくなっている。なお、周波数成分や着火成分、気筒間成分を周波数スペクトル、着火スペクトル、気筒間スペクトルと称することもできる。
【００２１】
これに対して、４つの気筒のいずれも失火していない場合、速度信号の周波数解析を行うと、図４に破線で示すように、着火成分が気筒間成分に比べて明らかに小さくなる。これは、全ての気筒にて適正に燃焼が発生している場合には、失火の発生に起因した着火周期Ｔａでの回転速度の変化が生じないためである。
【００２２】
ここで、速度信号を用いることで、クランク軸の角加速度を示す角加速信号を生成することが可能になっている。この場合、速度信号及び角加速信号がエンジン１１の回転状態を示す回転信号に相当する。速度信号には多数の周波数成分が含まれており、速度信号を用いて、特定の周波数帯域の情報のみを通過させることが可能な帯域フィルタにより、特定周期の角加速信号を取得する。この角加速信号から着火周期Ｔａの着火波ｗａを抽出する。１つの気筒だけが失火した場合、角加速信号の着火波ｗａは、図５に実線で示すように、着火周期Ｔａで増減している。これに対して、４つの気筒のいずれも失火していない場合、角加速信号の着火波ｗａは、図５に破線で示すように、着火周期Ｔａで増減せずほぼ「０」になっている。これは、失火が発生していないことで着火周期Ｔａでの角加速度の変化が生じないためである。
【００２３】
１つの気筒だけが失火した場合、ＦＦＴ等を用いて角加速信号の周波数解析を行うと、図６に実線で示すように、着火周期Ｔａの着火成分が他の周波数成分に比べて極端に大きくなる。この解析結果は、角加速信号の着火波ｗａが着火周期Ｔａで増減していることを示す結果である。これに対して、４つの気筒のいずれも失火していない場合、角加速信号の周波数解析を行うと、図６に破線で示すように、着火周期Ｔａの着火成分が、１つの気筒だけが失火した場合に比べて小さくなる。
【００２４】
ところで、本実施形態では、エンジン１１が車両３０に搭載されている。図７に示すように、車両３０は、トランスミッション３１、プロペラシャフト３２、ディファレンシャルギア３３、ドライブシャフト３４及び車輪３５を有している。また、エンジン１１は、シリンダ４１、ピストン４２、コンロッド４３、クランクシャフト４４を有しており、シリンダ４１、ピストン４２及びコンロッド４３は気筒ごとに個別に設けられている。エンジン１１においては、クランクシャフト４４が入力軸４５を介してトランスミッション３１に接続されており、クランクシャフト４４がクランク軸を有している。エンジン１１においては、燃料噴射弁２１から噴射された燃料がシリンダ４１内で燃焼することで、クランクシャフト４４に回転トルクが加えられ、その回転トルクに応じた速度でクランク軸が回転する。
【００２５】
車両３０の走行に伴って、路面やドライブシャフト３４から振動等の外乱が生じた場合、その外乱がノイズとしてプロペラシャフト３２を伝わると、クランク軸の回転情報にノイズが含まれることになる。このノイズが速度信号に乗った場合、この速度信号においては、図２の下段に示すように、回転速度が瞬間的に増加したり減少したりすることになる。そして、ノイズが周期的に発生していると、ノイズの発生周期であるノイズ周期Ｔｙが着火周期Ｔａに一致する可能性が生じる。
【００２６】
発明者らは、ノイズ周期Ｔｙと着火周期Ｔａとが一致した場合、速度信号及び角加速信号を対象とした周波数解析の解析結果が、１つの気筒だけが失火した場合の解析結果とほぼ同じになる、という知見を得た。この知見においては、速度信号の解析結果として、図４の実線と同様に、着火成分及び気筒間成分が比較的大きくなる。この場合、角加速信号の解析結果として、図６の実線と同様に、角加速信号の着火成分が比較的大きくなる。このため、速度信号等の着火成分だけを失火有無の判定パラメータとして用いた場合には、実際の失火発生と、速度信号でのノイズ発生とを判別することが困難であり、失火が発生していないにもかかわらず失火が発生したと判定されることが懸念される。
【００２７】
また、発明者らは、図８に示すような、角加速信号から気筒間周期Ｔｂの気筒間波ｗｂを抽出した場合に、この気筒間波ｗｂにおいては、失火した気筒と失火していない気筒とで振幅が異なる、という知見を得た。この知見は、失火した気筒と失火していない気筒とで角加速信号の周波数解析の結果が異なる、ということを意味している。
【００２８】
気筒間波ｗｂには、＃１気筒〜＃４気筒のそれぞれに対応する波形部分が含まれている。これら波形部分は、気筒間周期Ｔｂでそれぞれ増減しており、＃１気筒〜＃４気筒について燃料噴射を行う順番で並んでいる。
【００２９】
１つの気筒だけが失火した場合、気筒間波ｗｂについては、失火した気筒の振幅が、失火していない気筒の振幅に比べて小さくなる。これは、失火した気筒では、燃焼行程においてクランク軸の回転を加速させるトルクが不足することを意味している。例えば、＃４気筒だけが失火した場合、図８に実線で示すように、＃４気筒の振幅だけが小さくなっている。これに対して、４つの気筒のいずれも失火していない場合、図８に破線で示すように、＃１気筒〜＃４気筒の振幅が同じになっている。これは、失火が発生していないことで＃１気筒〜＃４気筒での角加速度の変化がほぼ同じになっているためである。
【００３０】
１つの気筒だけが失火した場合、ＦＦＴ等を用いて角加速信号の周波数解析を行うと、失火した気筒の気筒間周期Ｔｂの気筒間成分が、失火していない気筒の気筒間成分より小さくなっている。例えば、＃４気筒だけが失火した場合、図９に示すように、＃４気筒の気筒間成分が＃１気筒〜＃３気筒の気筒間成分より小さくなっている。
【００３１】
これに対して、４つの気筒のいずれも失火していない場合、＃１気筒〜＃４気筒の気筒間成分がほぼ同じになっている。ここで、速度信号に図２のような着火周期Ｔａでノイズが含まれたとしても、気筒間周期Ｔｂの成分に影響はない。また、気筒間周期Ｔｂにノイズが含まれたとしても、失火していない気筒の気筒間成分が、失火している気筒の気筒間成分に近付くほど小さくなるということが生じにくい。このため、失火が発生していない場合の解析結果と、失火が発生した場合の解析結果とが明らかに異なることになる。
【００３２】
なお、角加速信号の周波数解析結果を各気筒のそれぞれについて個別に取得する場合、速度信号を用いて、特定の帯域の情報のみを通過させることが可能な帯域フィルタにより、各気筒に対応するクランク角範囲の気筒間成分を個別に取得する。
【００３３】
エンジン１１においては、１つの気筒だけでなく、２つの気筒にて失火が発生する可能性もある。ここで、＃１気筒〜＃４気筒には、互いのピストンが同じ位相で変位する対向気筒が含まれており、本実施形態では、図１０に示すように、＃１気筒と＃４気筒とが一対の対向気筒であり、＃２気筒と＃３気筒とが一対の対向気筒になっている。この場合、図１１の上段に示すように、一対の対向気筒のうち一方の気筒が駆動力を発揮する周期は着火周期Ｔａの１／２であり、この周期を対向周期Ｔｃと称する。この対向周期Ｔｃは、気筒間周期Ｔｂの２倍になっている。
【００３４】
一対の対向気筒の両方が失火した場合、失火の発生周期Ｔｘは対向周期Ｔｃと同じになる。図１１の中段には、＃２気筒及び＃３気筒の両方が失火した場合の速度信号を示している。また、角加速信号からは、着火波ｗａの他にも、対向周期Ｔｃの対向波ｗｃを抽出可能になっている。一対の対向気筒の両方が失火した場合、対向波ｗｃは、図１２に実線で示すように、対向周期Ｔｃで増減している。また、ＦＦＴ等を用いて角加速信号の周波数解析を行うと、図１３に実線で示すように、対向周期の周波数成分である対向成分が他の周波数成分に比べて極端に大きくなる。なお、対向成分を対向スペクトルと称することもできる。
【００３５】
対向周期Ｔｃについても、着火周期Ｔａと同様に、外乱等の発生によりノイズが速度信号に乗った場合に、図１１の下段に示すように、ノイズ周期Ｔｙと対向周期Ｔｃとが一致する可能性がある。ノイズ周期Ｔｙと対向周期Ｔｃとが一致した場合、速度信号や角加速信号の周波数解析の解析結果が、対向気筒の両方が失火した場合の解析結果とほぼ同じになり、対向気筒にて失火が発生していないにもかかわらず失火が発生したと判定されることが懸念される。
【００３６】
一対の対向気筒の両方が失火した場合でも、１つの気筒だけが失火した場合と同様に、角加速信号の気筒間成分の波形については、失火した気筒の振幅が、失火していない気筒の振幅に比べて小さくなっている。例えば、＃２気筒、＃３気筒が失火した場合、図１４に示すように、＃２気筒及び＃３気筒の各振幅が、＃１気筒及び＃４気筒の各振幅に比べて小さくなっている。
【００３７】
一対の対向気筒の両方が失火した場合でも、１つの気筒だけが失火した場合と同様に、角加速信号の周波数解析を行うと、失火した一対の対向気筒の各気筒間成分が、失火していない気筒間成分より小さくなっている。例えば、＃２気筒、＃３気筒が失火した場合、図１５に示すように、＃２気筒及び＃３気筒の各気筒間成分が、＃１気筒及び＃４気筒の各気筒間成分より小さくなっている。
【００３８】
ＥＣＵ１５は、上述したような、失火した気筒と失火していない気筒とで速度信号や角加速信号の周波数解析結果が異なるということを利用して、エンジン１１の失火を検出する失火検出処理を行う。ここでは、失火検出処理について、図１６を参照しつつ説明する。この処理は、エンジン１１の運転期間中、所定周期で繰り返し実行される。なお、ＥＣＵ１５は、失火検出処理の各ステップを処理する機能を有しており、失火検出装置に相当する。
【００３９】
図１６において、ステップＳ１０１では、クランク角センサ２２の検出信号に基づいて速度信号を生成し、ステップＳ１０２では、速度信号に基づいて角加速信号を生成する。ステップＳ１０３では、ＦＦＴ等を用いて角加速信号の周波数解析を行う。なお、ステップＳ１０１が回転取得部に対応し、ステップＳ１０２が回転取得部及び加速取得部に対応し、ステップＳ１０３が解析部に対応する。
【００４０】
ステップＳ１０４では、失火判定を行うための判定条件が成立しているか否かを判定する。この成立判定としては、エンジン１１の回転速度や出力トルクが安定状態にあるか否かの判定や、シフトチェンジが行われている最中であるか否かの判定などが行われる。例えば、エンジン１１の回転速度や出力トルクが安定状態にあり、且つシフトチェンジが行われていない場合に、判定条件が成立しているとして、ステップＳ１０５に進む。また、成立判定としては、エンジン１１がエンスト状態にあるか否かの判定や、フェイルセーフ処理により少なくとも１つの気筒にて燃料の燃焼が停止されたか否かの判定などが行われる。これらの判定については全て否定された場合に、判定条件が成立しているとして、ステップＳ１０５に進む。
【００４１】
ステップＳ１０５では、１つの気筒だけが失火しているか否かの判定を行うための判定値として、着火閾値を設定する。ここでは、着火閾値を、回転速度や出力トルクなどのエンジン１１の運転状態に基づいて設定する。例えば、失火が発生した場合や失火が発生していない場合について、回転数や出力トルクと着火波ｗａの振幅や着火成分の大きさとの関係を示すマップ等がメモリに記憶されており、このマップ等を用いて着火閾値を設定する。また、回転速度が高く、出力トルクが小さくなるほど着火閾値を小さい値に設定する。これは、回転度が高く、出力トルクが小さいほど周波数の振幅、成分の大きさが小さくなるためである。
【００４２】
ステップＳ１０６では、１つの気筒だけが失火しているか否かの判定として、着火成分が着火閾値より大きいか否かの判定を行う。なお、ステップＳ１０６が着火判定部に対応する。
【００４３】
例えば、図６に実線で示すように、着火周期Ｔａについて着火成分Ａが着火閾値Ｎａより大きい場合、１つの気筒だけが失火している可能性が高いとして、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、気筒が失火しているか否かの判定を行うための判定値として気筒間閾値を設定する。ここでは、気筒間閾値を、回転速度や出力トルクなどエンジン１１の運転状態に基づいて設定する。例えば、失火が発生した場合や失火が発生していない場合について、回転数や出力トルクと気筒間波ｗｂの振幅や気筒間成分の大きさとの関係を示すマップ等がメモリに記憶されており、このマップ等を用いて気筒間閾値を設定する。また、回転速度が高く、出力トルクが小さくなるほど気筒間閾値を小さい値に設定する。これは、回転速度が高く、出力トルクが小さいほど周波数の振幅、成分の大きさが小さくなるためである。この場合、気筒間閾値を各気筒について同じ値に設定する。なお、ステップＳ１０９が閾値設定部に相当する。
【００４４】
ステップＳ１１０では、各気筒のそれぞれについて、気筒間成分が気筒間閾値より小さいか否かを個別に判定し、これら判定結果に基づいて、気筒間成分が気筒間閾値より小さい気筒が存在するか否かを判定する。ステップＳ１１０が気筒間判定部に対応する。
【００４５】
気筒間成分が気筒間閾値より小さい気筒が存在する場合、ステップＳ１１１に進み、失火した気筒を特定する。ここでは、失火した気筒が１つだけであることを確認するために、気筒間成分が気筒間閾値より小さい気筒の数を判定し、この数が１つである場合に、気筒間成分が気筒間閾値より小さい気筒を、失火した気筒として特定する。例えば、図９に示すように、気筒間成分Ｂが気筒間閾値Ｎｂより小さい気筒が＃４気筒だけである場合、この＃４気筒を失火した気筒として特定する。
【００４６】
ステップＳ１１２では、あらかじめ定められた所定噴射回数における失火回数を各気筒のそれぞれについてカウントする。所定噴射回数は、例えば２０００噴射程度に設定されている。ここでは、２０００回の噴射に伴って１０００回転する４気筒エンジンを想定している。ステップＳ１１３では、失火継続状態に陥っている気筒が存在するか否かを判定する。ここでは、各気筒のそれぞれについて、所定噴射回数について失火回数があらかじめ定められた判定回数より大きいか否かを判定し、失火回数が判定回数より大きい気筒が存在する場合に、その気筒が失火継続状態に陥っているとする。失火継続状態に陥っている気筒が有る場合、ステップＳ１１４に進む。
【００４７】
ステップＳ１１４では、報知処理を行う。ここで、車両には、自己診断機能を有する故障診断装置が設けられており、本報知処理では、失火継続状態に陥っている気筒が存在することを示す報知信号を、故障診断装置のＥＣＵに対して出力する。故障診断装置のＥＣＵは、報知信号を受信した場合に、失火発生の旨を示す表示をインストルメントパネルの表示装置等に行わせる処理や、故障警告灯ＭＩＬを点灯させる処理などを行う。
【００４８】
ステップＳ１０６について、例えば図６に破線で示すように、着火周期Ｔａについて着火成分Ａが着火閾値Ｎａより小さい場合、各気筒のいずれも失火していない、又は一対の対向気筒の両方が失火しているとして、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、一対の対向気筒の両方が失火しているか否かの判定を行うための判定値として、対向閾値を設定する。ここでは、対向閾値を、着火閾値と同様に、回転速度や出力トルクなどのエンジン１１の運転状態に基づいて設定する。例えば、失火が発生した場合や失火が発生していない場合について、回転数や出力トルクと対向波ｗｃの振幅や気筒間成分の大きさとの関係を示すマップ等がメモリに記憶されており、このマップ等を用いて対向閾値を設定する。また、回転速度が高く、出力トルクが小さくなるほど対向閾値を小さい値に設定する。
【００４９】
ステップＳ１０８では、対向成分が対向閾値より大きいか否かを判定する。なお、ステップＳ１０８が対向判定部に対応する。
【００５０】
例えば、図１３に実線で示すように、対向周期Ｔｃについて対向成分Ｃが対向閾値Ｎｃより大きい場合、一対の対向気筒の両方が失火している可能性が高いとして、ステップＳ１０６がＹＥＳ判定だった場合と同様に、ステップＳ１０９，Ｓ１１０に進む。その後、ステップＳ１１１では、失火した気筒が一対の対向気筒の両方であることを確認するために、気筒間成分が気筒間閾値より小さい気筒の数を判定し、この数が２つである場合に、気筒間成分が気筒間閾値より小さい気筒を、失火した気筒として特定する。例えば、図１５に示すように、気筒間成分Ｂが気筒間閾値Ｎｂより小さい気筒が＃２気筒及び＃３気筒であり、且つこれら＃２気筒及び＃３気筒が一対の対向気筒である場合に、これら＃２気筒及び＃３気筒を失火した気筒として特定する。
【００５１】
そして、ステップＳ１１２〜Ｓ１１５では、ステップＳ１０６にて１つの気筒だけが失火した場合と同様の処理を行う。
【００５２】
ここまで説明した第１実施形態の作用効果を、以下に説明する。
【００５３】
第１実施形態によれば、角加速信号の周波数解析結果において、気筒間成分が気筒間閾値より小さい場合に、失火が発生したと特定される。このため、仮にノイズにより気筒間成分が大きくなっていたとしても、失火が発生していないにもかかわらず失火が発生したと特定されるということを回避できる。したがって、外乱に関係なくエンジン１１の失火を適正に検出することができる。
【００５４】
第１実施形態によれば、気筒間成分が気筒間閾値より小さいか否かの判定が、各気筒のそれぞれについて個別に行われるため、失火した気筒については、角加速信号の気筒間波ｗｂの振幅が失火していない気筒よりも小さくなっていることを把握できる。したがって、４つの気筒のうち１つの気筒だけが失火していることや、一対の気筒の両方が失火していることを確実に検出できる。すなわち、失火の検出精度を高めることができる。これに対して、例えば、角加速信号の周波数解析が各気筒についてまとめて行われた場合は、気筒間波ｗｂの振幅が失火した気筒と失火していない気筒とで異なっている、という事象が気筒間成分の大きさに反映されにくい。このため、角加速信号の周波数解析を各気筒についてまとめて行ったのでは、気筒間成分が気筒間閾値より小さいか否かの判定を行っても、失火を精度良く検出することができない。
【００５５】
第１実施形態によれば、気筒間閾値がエンジン１１の運転状態に基づいて可変設定される。このため、失火が発生している場合に、仮にエンジン１１の運転状態に応じて速度信号や角加速信号の振幅等が異なっていたとしても、気筒間閾値を用いた失火の判定精度が低下するということを抑制できる。
【００５６】
第１実施形態によれば、気筒間成分が気筒間閾値より小さいこと、及び着火成分が着火閾値より大きいことの両方が成立した場合に限って、１つの気筒だけが失火したという失火判定が行われる。このため、失火が発生していない場合や２つ以上の気筒が失火した場合に、１つの気筒だけが失火したという誤判定が行われることを回避できる。すなわち、１つの気筒だけの失火についての検出精度を高めることができる。
【００５７】
第１実施形態によれば、気筒間成分が気筒間閾値より小さいこと、及び対向成分が対向閾値より大きいことの両方が成立した場合に限って、一対の気筒の両方が失火したという失火判定が行われる。このため、失火が発生していない場合や１つの気筒だけが失火した場合に、一対の対向気筒の両方が失火したという誤判定が行われることを回避できる。すなわち、１つの気筒だけの失火についての検出精度を高めることができる。
【００５８】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、エンジン１１が４気筒エンジンとされていたが、第２実施形態では、エンジン１１が６気筒エンジンや８気筒エンジンとされている。本実施形態では、上記第１実施形態との相違点を中心に説明を行う。
【００５９】
図１７に示すように、＃１気筒〜＃６気筒を有する６気筒エンジンにおいては、＃１気筒と＃６気筒とが一対の対向気筒であり、＃２気筒と＃５気筒とが一対の対向気筒であり、＃３気筒と＃４気筒とが一対の対向気筒である。６気筒エンジンにおいては、着火周期及び対向周期が、上記第１実施形態の４気筒エンジンと同じになっており、気筒間周期が、４気筒エンジンとは異なり、着火周期の１／６になっている。具体的には、着火周期が７２０ｄｅｇであり、気筒間周期が１２０ｄｅｇであり、対向周期が３６０ｄｅｇである。
【００６０】
また、図１９に示すように、６気筒エンジンでの燃料の着火は、＃１気筒、＃５気筒、＃３気筒、＃６気筒、＃２気筒、＃４気筒の順番で繰り返し行われる。なお、図１９には、後述する８気筒エンジンの着火順に加えて、上記第１実施形態の４気筒エンジンの着火順も図示してある。
【００６１】
６気筒エンジンの気筒間波ｗｂには、＃１気筒〜＃６気筒のそれぞれに対応する波形部分が含まれており、これら波形部分は、＃１気筒〜＃６気筒が燃料噴射を行う順番で並んでいる。１つの気筒だけが失火した場合、及び一対の対向気筒の両方が失火した場合、上記第１実施形態と同様に、気筒間波ｗｂにおいては、失火した気筒の振幅が、失火していない気筒の振幅に比べて小さくなる。角加速信号の周波数解析を行うと、失火した気筒の気筒間成分が、失火していない気筒の気筒間成分より小さくなる。
【００６２】
図１８に示すように、＃１気筒〜＃８気筒を有する８気筒エンジンにおいては、＃１気筒と＃８気筒とが一対の対向気筒であり、＃２気筒と＃７気筒とが一対の対向気筒であり、＃３気筒と＃６気筒とが一対の対向気筒であり、＃４気筒と＃５気筒とが一対の対向気筒である。８気筒エンジンにおいては、着火周期及び対向周期が、上記第１実施形態の４気筒エンジンと同じになっており、気筒間周期が、４気筒エンジン及び６気筒エンジンとは異なり、着火周期の１／８になっている。具体的には、着火周期が７２０ｄｅｇであり、気筒間周期が９０ｄｅｇであり、対向周期が３６０ｄｅｇである。また、図１９に示すように、８気筒エンジンでの燃料の噴射及び着火は、＃１気筒、＃４気筒、＃７気筒、＃３気筒、＃８気筒、＃５気筒、＃２気筒、＃６気筒の順番で繰り返し行われる。
【００６３】
８気筒エンジンの気筒間波ｗｂには、＃１気筒〜＃８気筒のそれぞれに対応する波形部分が含まれており、これら波形部分は、＃１気筒〜＃８気筒が燃料噴射を行う順番で並んでいる。１つの気筒だけが失火した場合、及び一対の対向気筒の両方が失火した場合、上記第１実施形態と同様に、気筒間波ｗｂにおいては、失火した気筒の振幅が、失火していない気筒の振幅に比べて小さくなる。角加速信号の周波数解析を行うと、失火した気筒の気筒間成分が、失火していない気筒の気筒間成分より小さくなる。
【００６４】
以上のように、６気筒エンジン及び８気筒エンジンについても、１つの気筒だけが失火した場合には、着火成分が着火閾値より大きくなり且つ気筒間成分が気筒間閾値より小さくなるという事象が発生する。また、一対の気筒の両方が失火した場合には、対向成分が対向閾値より大きくなり且つ気筒間成分が気筒間閾値より小さくなるという事象が発生する。したがって、６気筒エンジンや８気筒エンジンについても、上記第１実施形態の図１６に示すような失火検出処理を行うことで、失火検出を行うことが可能になる。
【００６５】
（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
【００６６】
変形例１として、角加速信号は、速度信号に基づいて生成されるのではなく、クランク角センサ２２の検出信号に基づいて直接的に生成されてもよい。
【００６７】
変形例２として、気筒間成分を取得するための周波数解析は、角加速信号を対象としていなくてもよい。この場合の対象信号としては、速度信号や、エンジン１１の加速度を示す加速度信号、クランク角センサ２２の検出信号、気筒が有する燃焼室の圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサの検出信号などが挙げられる。ここで、エンジン１１の回転速度は筒内圧に応じて変化するものであり、筒内圧の変化を示す筒内圧信号の周波数解析を行った場合は、速度信号の周波数解析を行った場合とほぼ同じ解析結果が得られる。このため、筒内圧信号も回転信号に相当することになる。また、筒内圧信号の変化率を微分演算等により算出することで、加速度を示す加速度信号に相当する信号を得ることができる。
【００６８】
変形例３として、気筒間閾値は、各気筒について同じ値に設定されるのではなく、各気筒について異なる値に設定されていてもよい。例えば、一対の対向気筒については気筒間閾値が同じ値に設定され、ピストンが異なる位相で変化する非対向気筒については、気筒間閾値が異なる値に設定される構成とする。
【００６９】
変形例４として、着火閾値や気筒間閾値、対向閾値は、エンジン１１の運転状態に応じて可変設定されるのではなく、あらかじめ定められた所定値に設定されていてもよい。この所定値は、エンジン１１の定格出力等に基づいて設定されることが好ましい。
【００７０】
変形例５として、角加速信号の周波数解析が複数の気筒についてまとめて行われてもよい。例えば、気筒間成分が複数の気筒についてまとめて１つ算出される構成とする。この構成では、気筒間閾値も複数の気筒についてまとめて設定されることになる。
【００７１】
変形例６として、気筒間成分が気筒間閾値より小さいか否かの判定が行われるのであれば、着火成分が着火閾値より大きいか否かの判定や、対向成分が対向閾値より大きいか否かの判定は行われなくてもよい。
【００７２】
変形例７として、失火検出処理においてＥＣＵ１５によって提供されていた機能は、ＥＣＵ１５とは異なるハードウェアやソフトウェア、これらハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより提供されていてもよい。例えば、燃料噴射システム１０が、角加速信号を生成する生成回路や、着火成分や対向成分、気筒間成分を算出する算出回路をＥＣＵ１５とは別に有しており、これら生成回路や算出回路が失火検出処理の一部又は全部を実行する構成とする。
【００７３】
変形例８として、燃料噴射システム１０は、船舶、鉄道車両及び航空機等に搭載されていてもよい。また、燃料噴射システム１０は、定置式のエンジン１１を含んで構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１１…エンジン、１５…ＥＣＵ、Ａ…着火成分、Ｂ…気筒間成分、Ｃ…対向成分、Ｎａ…着火閾値、Ｎｂ…気筒間閾値、Ｎｃ…対向閾値、Ｔａ…着火周期、Ｔｂ…気筒間周期、Ｔｃ…対向周期。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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