(57)【要約】【課題】冷間始動時のような低温条件下での運転に際し、信頼性の高い失火検出を行うことのできる内燃機関の失火検出装置を提供する。【解決手段】二次空気供給系４０は、エンジン１の外部から取り入れた空気を二次空気として各排気ポートに供給する機能を備える。電動式エアポンプ４１は、ＥＣＵ５０の指令信号に基づいて作動し、導入通路４２を通じて吸気管２１の途中（スロットル弁２４の上流で、且つ、エアクリーナ２５の下流にあたる部位）から空気を吸入し、圧送通路４３を通じて主供給管４４に圧送する。主供給管４４に圧送された空気は、４本の分配管４５を通じて各排気ポート３１に供給される。ＥＣＵ５０は、二次空気の供給時、圧送通路４３に設けられた圧力センサ６６の検出信号の波形に基づき、エンジン１の失火を検出する。【選択図】　図１
2004100520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧送するエアポンプと、
前記エアポンプにより圧送される空気を多気筒内燃機関の排気系に導入する空気通路と、
前記空気通路の途中に設けられ該通路を開閉する制御弁と、
前記空気通路の前記制御弁上流において該空気通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記検出される圧力の推移波形の局所的な変化に基づいて前記内燃機関の失火を検出する失火検出手段と、
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】
前記内燃機関の失火が検出されたタイミングに基づいて前記失火した気筒を特定する気筒特定手段を備え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。
【請求項３】
前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段を備えて、且つ、
前記気筒特定手段は、
前記内燃機関の失火が検出される場合に、何れかの気筒が失火したタイミングと、前記空気通路内の圧力の検出部位において圧力の推移波形に局所的な変化が生じるタイミングとの間の応答遅れ時間を、前記検出される機関回転数に基づいて推定し、該推定される応答遅れ時間に基づいて、失火した気筒を特定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の失火検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の失火を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の失火を検出する方法として、失火がもたらす機関回転数の異常を検出することにより、間接的に失火検出を行う方法が知られている。
【０００３】
例えば特開２０００−４９３６号公報に記載された装置は、内燃機関の機関回転数の単位時間当たり変化量（回転数の変動）を観測し、その変動が所定レベルを上回った場合に失火が起きたものと判定する。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−４９３６号公報
【特許文献２】特開平９−２１３１２号公報
【特許文献３】特開平９−１２５９４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、冷間始動時のように内燃機関の燃焼状態が不安定になりやすい条件下では、機関回転数が変動しやすくなるため、上記公報記載の装置によるような検出方法では、燃焼状態の不安定に起因する機関回転数の変動と、失火に起因する機関回転数の変動とを識別するのが困難であった。
【０００６】
この結果、冷間始動時のように内燃機関の燃焼状態が不安定になる条件下では、失火検出の精度が劣ることになっていた。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷間時においても信頼性の高い失火検出を行うことのできる内燃機関の失火検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、空気を圧送するエアポンプと、前記エアポンプにより圧送される空気を多気筒内燃機関の排気系に導入する空気通路と、前記空気通路の途中に設けられ該通路を開閉する制御弁と、前記空気通路の前記制御弁上流において該空気通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出される圧力の推移波形の局所的な変化に基づいて前記内燃機関の失火を検出する失火検出手段と、を備えることを要旨とする。
【０００９】
ここで、二次空気とは、内燃機関の燃焼室において燃焼行程を経たガスに対して再度供給される空気を意味する。また、前記制御弁としては、前記空気通路の流路を択一的に開閉するものであってもよいし、当該流路の面積を多段階に、或いは無段階に調整するようなものであってもよい。
【００１０】
同構成によるように、空気を圧送するエアポンプと、前記エアポンプにより圧送される空気を多気筒内燃機関の排気系に導入する空気通路と、前記空気通路の途中に設けられ該通路を流れる空気量を制御する制御弁と、前記空気通路の前記制御弁上流において該空気通路内の圧力を検出する圧力検出手段とを備えた内燃機関は、当該機関の排気系に二次空気を導入することにより、当該機関の排気特性を最適化する機能を有する。
【００１１】
とくに機関温度が比較的低い条件下（冷間時）において、機関始動の直後（暖機期間）には、機関燃焼のために供給される燃料の増量に伴い当該燃料の未燃成分が排気系に多量に排出されるため、排気系に導入される二次空気は、そのような未燃成分の酸化反応を促す点において極めて効果的に作用する。
【００１２】
その一方、冷間時には機関燃焼が不安定になりやすいため、失火が生じ易く、失火検出にも高い精度が望まれる。
【００１３】
前記エアポンプ、制御弁或いは空気通路等、前記内燃機関の排気系に空気を導入するための各要素に異常が発生した場合、前記空気通路内の圧力値や圧力の推移波形に異常が現れる。また、前記内燃機関に失火が起こった場合、前記空気通路内の圧力の推移波形が局所的に変化するようになる。
【００１４】
上記構成によれば、前記空気通路内の圧力を観測することで、前記エアポンプ、制御弁或いは空気通路等、前記内燃機関の排気系に空気を導入するための各要素が正常に機能しているか否かの監視と併せて、前記内燃機関の各気筒の失火を検出することができる。よって、製造コストの上昇を伴うことなく、精度の高い失火検出を行うことができるようになる。
【００１５】
また、上記の装置構成において、前記内燃機関の失火が検出されたタイミングに基づいて前記失火した気筒を特定する気筒特定手段を備えるのが好ましい。ここでいうタイミングとは、特定時刻を意味するのみならず、特定時刻を含む所定の期間をも広く意味する。
【００１６】
また、上記の構成において、前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段を備えて、且つ、前記気筒特定手段は、前記内燃機関の失火が検出される場合に、何れかの気筒が失火したタイミングと、前記空気通路内の圧力の検出部位において圧力の推移波形に局所的な変化が生じるタイミングとの間の応答遅れ時間を、前記検出される機関回転数に基づいて推定し、該推定される応答遅れ時間に基づいて、失火した気筒を特定するのが好ましい。ここで、機関回転数とは、機関出力軸の単位時間当たり回転数を意味する。
【００１７】
前記内燃機関の各気筒から排出される排気の脈動が、前記圧力検出手段まで到達するのに要する時間（応答遅れ時間）は、機関回転数によって変化する。上記構成によれば、このような応答遅れ時間と定量的に対応する機関回転数に基づいて、前記応答遅れ時間を正確に算出（推定）することができる。よって、個々の気筒から排出される排気の脈動を相互に識別することができるようになる。結果として、前記検出される圧力の推移波形の局所的な変化に基づいて前記内燃機関の失火が検出された場合に、何れの気筒において失火が生じたのかを正確に認識することができる。
【００１８】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について説明する。
〔エンジンの基本構成〕
図１に示すように、ガソリンエンジンシステム（以下、エンジンと称する）１は、直列配置された４つの燃焼室（気筒）１１を形成するエンジン本体（内燃機関）１０の他、吸気系２０、排気系３０、二次空気供給系４０及び電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）５０等を主要部として構成される。
【００２０】
エンジン本体１０は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを外郭部材とし、直列する４つの燃焼室１１を内部に備える。シリンダヘッドには、各燃焼室１１に空気及び燃料の混合気を導入するための吸気ポート２３と、各燃焼室１１から排気ガスを排出するための排気ポート３１とが形成されている。各燃焼室１１に対応する吸気ポート２３には燃料噴射弁１２が備えられている。燃料噴射弁１２は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、ＥＣＵ５０の指令信号に応じて適宜開弁し、燃焼室１１内に燃料を噴射供給する。
【００２１】
吸気系２０は、各燃焼室１１に導入される吸入空気の通路（吸気通路）をなし、空気流路の上流から下流にかけて、吸気管２１、吸気マニホールド２２及び吸気ポート２３が順次連結されて形成される。
【００２２】
吸気管２１に設けられたスロットル弁２４は、ＥＣＵ５０の指令信号に応じてその開度を変更し、吸入空気の流路面積（流量）を調整する電子制御式のバタフライ弁である。スロットル弁２４の開度は、アクセルペダル（図示略）の踏込量に、エンジン１の運転状態を反映する各種パラメータを加味して決定される。同じく吸気管２１において、スロットル弁２４の上流に設けられたエアクリーナ２５は、吸入空気に含まれる埃等を除去するフィルタである。
【００２３】
排気系３０は、各燃焼室１１から排出される排気ガスの通路（排気通路）をなし、排気流路の上流から下流にかけて、排気ポート３１、排気マニホールド３２及び排気管３３が順次連結されて形成される。排気管３３には、触媒ケーシング３４が設けられている。触媒ケーシング３４は、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する機能を備えた周知の三元触媒を内蔵する。
【００２４】
二次空気供給系４０は、エンジン１の外部から取り入れた空気を二次空気として各排気ポートに供給する機能を備える。電動式エアポンプ（以下、エアポンプと称する）４１は、ＥＣＵ５０の指令信号に基づいて作動し、導入通路４２を通じて吸気管２１の途中（スロットル弁２４の上流で、且つ、エアクリーナ２５の下流にあたる部位）から空気を吸入し、圧送通路４３を通じて主供給管４４に圧送する。主供給管４４に圧送された空気は、４本の分配管４５を通じて各排気ポート３１に供給される。
【００２５】
圧送通路４３及び主供給管４４の連結部位には、圧送通路４３及び主供給管４４の間を流れる空気の流路を開閉する二次空気制御弁４６が設けられている。
【００２６】
二次空気制御弁４６の内部には、ダイアフラム４６ａ及びこのダイアフラム４６ａの変形によって動作する弁体４６ｂが設けられている。弁体４６ｂは、ダイアフラム４６ａが変形した場合にのみ圧送通路４３及び主供給管４４の間を流れる空気の流路を解放する。また、二次空気制御弁４６には、吸気系２０において発生する負圧（吸引力）をダイアフラム４６ａに作用させるための負圧通路４７が接続されている。負圧通路４７は、吸気マニホールド２２及び二次空気制御弁４６の間を連絡し、吸気マニホールド２２の側から二次空気制御弁４６の側に向かって、その通路途中に、逆止弁４７ａ、負圧タンク４７ｂ及び負圧制御弁４７ｃを順次備える。逆止弁４７ａは、負圧タンク４７ｂから吸気マニホールド２２に向かう空気の流れのみを許容し、吸気マニホールド２２から負圧タンク４７ｂに向かう空気の流れを規制する。負圧タンク４７ｂは、その内部を大気圧よりも低いガス圧に保持し得る耐圧性の容器である。負圧制御弁４７ｃは、電磁駆動式の開閉弁である。負圧制御弁４７ｃは、通常は閉弁状態にあるが、ＥＣＵ５０の指令信号に応じて適宜開弁する。
【００２７】
エンジン１の運転中、吸気マニホールド２２内に負圧が発生するため、負圧タンク４７ｂ内の圧力が低下し、大気圧を下回る（負圧に保持される）。このような条件下でＥＣＵ５０が負圧制御弁４７ｃを開くと、負圧タンク４７ｂ内の負圧（吸引力）が二次空気制御弁４６内のダイアフラム４６ａを変形させる。このダイアフラム４６ａの変形によって弁体４６ｂが動作し、圧送通路４３及び主供給管４４の間を流れる空気の流路を解放する。このときエアポンプ４１を作動させると、エンジン１外部から導入された空気（二次空気）がエアポンプ４１から主供給管４４に圧送され、分配管４５を通じて排気ポート３１に供給される。
【００２８】
また、エンジン１の各部位には、各種センサ６１〜６６が取り付けられており、当該部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。例えば、吸気管に設けられたエアフロメータ６１は、吸入空気の流量（吸気量）に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ６２はスロットル弁２４に取り付けられ、同弁２４の開度に応じた検出信号を出力する。クランク角センサ６３は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。また排気管３３の触媒ケーシング３４上流及び下流に設けられた酸素濃度センサ６４，６５は、各々の配設部位において排気中の酸素濃度に応じ連続的に変化する検出信号を出力する。酸素濃度センサ６４，６５の検出信号は、機関燃焼に供される混合気の空燃比を反映し、排気中の酸化成分（酸素（Ｏ２）等）と還元成分（炭化水素（ＨＣ）等）の量を直接的に示す指標となる。また、圧力センサ６６は、二次空気供給系４０における圧送通路４３内の圧力Ｐに応じた検出信号を出力する。これら各センサ６１〜６６は、ＥＣＵ５０と電気的に接続されている。
【００２９】
ＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ及びタイマーカウンタ等の他、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路や、外部出力回路等を備える。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びタイマカウンタ等と、外部入力回路や外部出力回路等とは、双方向性バスにより接続され、全体として論理演算回路を構成する。
【００３０】
このように構成されたＥＣＵ５０は、上記各種センサ６１〜６６の検出信号に基づき、燃料噴射弁１２の開閉弁動作を通じて各吸気ポート２３に燃料を噴射供給する制御（燃料噴射制御）や、負圧制御弁４７ｃの開閉弁動作及びエアポンプ４１の駆動を通じて各排気ポート３１に二次空気を供給する制御（二次空気供給制御）等、エンジン１の運転状態に関する各種制御を実施する。
【００３１】
なお、上記のように構成されたＥＣＵ５０は、二次空気供給系４０と併せて本実施の形態にかかるエンジン１の失火検出装置を構成する。
〔二次空気供給制御〕
次に、二次空気供給制御について、詳しく説明する。
【００３２】
エンジン１では、機関始動時等、エンジン本体１０の温度が十分に高くなっていない条件下で（冷間時に）機関運転を行う場合、燃料噴射弁１２を通じて燃焼室１１内に供給する燃料の量を増量し（機関燃焼に供する混合気をリッチ化し）、機関燃焼の安定化や暖機の促進を図る。ところが、機関燃焼に供する混合気をリッチ化すれば、排気中の未燃燃料（ＨＣ、ＣＯ等）の量が増大することになる。しかも、このような燃料の増量が要求される条件下では、排気系３０に設けられた三元触媒の温度も低く、当該触媒が十分に活性化する温度（活性温度）に達していないのが通常である。
【００３３】
このためエンジン１では、冷間始動時等、三元触媒の温度が活性温度に達していない条件下で機関燃焼に供する混合気をリッチ化する場合には、二次空気供給制御を実施することにより、各燃焼室１１から排出された直後の排気ガスに空気を混入し、排気中に含まれる未燃燃料成分（ＨＣ、ＣＯ）の酸化反応を促す。これにより、三元触媒の上流において未燃燃料成分の浄化が促進され、またその反応熱によって三元触媒の活性化が早められる。
【００３４】
図２は、二次空気供給系４０を構成する二次空気制御弁４６、負圧制御弁４７ｃ及びエアポンプ４１の機能を概略的に説明する模式図である。
【００３５】
二次空気制御弁４６の内部は、３つの空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に区画されている。第１空間Ｓ１は負圧通路４７に、第２空間Ｓ２は圧送通路４３に、第３空間Ｓ３は主供給管４４に各々連通している。第１空間Ｓ１及び第２空間の間を仕切るダイアフラム４６ａは、弁体４６ｂと一体に形成されている。また、第２空間Ｓ２及び第３空間Ｓ３の境界には、両空間Ｓ２，Ｓ３を相互に連通させる連通孔４６ｄが設けられている。第１空間Ｓ１側に収容されたスプリング４６ｃは、弁体４６ｂが連通孔４６ｄを塞ぐように、ダイアフラム４６ａを第２空間Ｓ２側に付勢する。
【００３６】
このため、図２（ａ）に示すように、負圧制御弁４７ｃが閉弁状態にある場合、第２空間Ｓ２（圧送通路４３）及び第３空間Ｓ３（主供給管４４）は相互に遮断される。
【００３７】
他方、図２（ｂ）に示すように、負圧制御弁４７ｃが開弁状態にある場合、第１空間Ｓ１内が負圧になることで（大気圧を下回ることで）、ダイアフラム４６ａを第１空間Ｓ１側に吸引する力が発生する。そして、このダイアフラム４６ａを第１空間Ｓ１側に吸引する力がスプリング４６ｃの付勢力を上回り、弁体４６ｂが連通孔４６ｄから離間する。この結果、第２空間Ｓ２（圧送通路４３）及び第３空間Ｓ３（主供給管４４）が相互に連通するようになる。二次空気供給制御の実施に際しては、ＥＣＵ５０の指令信号に基づき負圧制御弁４７ｃの開弁とエアポンプ４１の作動とが同時に行われることで、エアポンプ４１から圧送される空気が圧送通路４３から主供給管４４へ移送され、さらに各分配管４５を通じて各排気ポート３１に供給される。
【００３８】
なお、第３空間Ｓ３に設けられたリード弁４６ｅは、第２空間Ｓ２から第３空間Ｓ３を経て主供給管４４に向かう空気の流れを許容する一方、主供給管４４から第３空間Ｓ３を経て第２空間Ｓ２へ向かう空気の流れを規制する。何らかの理由で弁体４６ｂが連通孔４６ｄから離間したまま固着したような場合、このリード弁４６ｅが、主供給管４４から圧送通路４３へのガスの逆流を防止する（図２（ｃ））。
〔二次空気供給系の異常診断〕
ＥＣＵ５０は、圧力センサ６６の検出信号に基づいて圧送通路４３内の圧力推移をモニタし、この圧力推移に基づいて二次空気供給系４０の異常の有無を診断する。
【００３９】
図３（ａ）及び図３（ｂ）には、負圧制御弁４７ｃやエアポンプ４１への通電状態に応じて異なる圧送通路４３内の圧力推移を示す。
【００４０】
例えば図３（ａ）には、負圧制御弁４７ｃが閉じている条件下で、エアポンプ４１を作動させた場合と、停止させた場合とに観測される圧送通路内の圧力推移の違いを示す。負圧制御弁４７ｃを閉弁状態にしておくと、二次空気制御弁４６内の第２空間Ｓ２及び第３空間Ｓ３が相互に遮断されるため（図２（ａ）参照）、排気ポート３１内で発生する排気の圧力脈動が圧送通路４３にまで伝播することはない。このような条件下でエアポンプ４１が作動すると、圧送通路４３内の圧力Ｐは初期値Ｐ０から所定値Ｐ１まで上昇し、この値Ｐ１を保持する。ここで、エアポンプ４１が正常に機能していなかったり、機能低下をきたしている場合、エアポンプ４１への通電が行われているにもかかわらず、圧送通路４３内の圧力Ｐが初期値Ｐ０から変化しなかったり、所定値Ｐ１を下回る値までしか上昇しないことになる。ＥＣＵ５０は、このような圧力推移の異常から、エアポンプ４１の不具合を診断することができる。
【００４１】
また、図３（ｂ）には、二次空気供給系４０が正常に機能している場合に観測される圧送通路４３内の圧力推移の一例を示す。二次空気供給制御の実施中には、負圧制御弁４７ｃが開弁状態になるため、二次空気制御弁４６内の第２空間Ｓ２及び第３空間Ｓ３が連通する（図２（ｂ）参照）。また、エアポンプ４１が作動することにより、空気が圧送通路４３から主供給管４４に向かって流動するためリード弁４６ｅも開弁状態になる（図２（ｂ）参照）。この結果、圧送通路４３及び主供給管４４が相互に連通し、排気ポート３１内で発生する排気の圧力脈動が圧送通路４３まで伝播する。このため、二次空気供給制御の実施中、負圧制御弁４７ｃ、二次空気制御弁４６及びエアポンプ４１等の各種部材が正常に機能していれば、図３（ｂ）中において実線で示すように、所定値（平均値）Ｐｍを変動幅の中心とする規則的な圧力変動が圧送通路４３内において観測される。
【００４２】
このように、エンジン１のＥＣＵ５０は、負圧制御弁４７ｃを開弁させる指令信号を出力するか否かといった選択、また、エアポンプ４１を作動させる指令信号を出力するか否かといった選択を適宜組み合わせて行いつつ、圧送通路４３内の圧力推移を観測することで、二次空気供給系４０の機能について異常発生の有無を診断する。
〔二次空気供給制御時の失火検出〕
ＥＣＵ５０は、上記のように圧送通路４３に設けられた圧力センサ６６の検出信号を利用して二次空気供給系４０の機能を診断する他、二次空気供給制御の実施期間中において、エンジン１を構成する各気筒（燃焼室１１）の失火検出を行う。
【００４３】
図４は、二次空気供給制御の実施期間中における圧送通路４３内の圧力推移であって、とくにエンジン１の特定気筒について、正常に機関燃焼が行われている場合の圧力推移と失火が起こった場合の圧力推移とを比較すべく、両者を併せ示すタイムチャートである。
【００４４】
上述したように、二次空気供給制御の実施期間中、エンジン１の機関燃焼が正常に行われていれば、所定値（平均値）Ｐｍを変動幅の中心とする規則的な圧力変動が圧送通路４３内において観測される。一方、特定の気筒で失火が起きると、例えば、時刻ｔＡ〜時刻ｔＢの期間において示すように、本来、所定レベルを上回る極大値が出現すべきところ（実線）、比較的小さな極大値が出現するのみであったり（一点鎖線）、極大値が出現しない（二点鎖線）といった現象が起きる。
【００４５】
ここで、各々の気筒（燃焼室１１）内における点火タイミング（燃焼行程の始期）や排気バルブの開弁タイミング（排気行程の始期）は、点火プラグへの通電タイミングや、クランク角センサ６３の検出信号等に基づいて正確に把握することができる。また、各燃焼室１１で発生する排気脈動が、圧力変動として圧力センサ６６の設置部位まで伝播するのに要する時間（応答遅れ時間）も、実験等によって予め求めることができる。すなわち、個々の気筒について、排気行程を含む所定期間中の圧力推移を観測し、この所定期間中の圧力推移（変動）の波形を分析すれば、各々の気筒における失火発生を検出することができる。
【００４６】
このような原理に基づき、エンジン１のＥＣＵ５０は、二次空気供給制御の実施期間中に観測される圧送通路４３内での圧力変動から、エンジン１を構成する各気筒（燃焼室１１）について、個別に失火検出を行う。
【００４７】
より具体的には、二次空気供給制御の実施中、図４のタイムチャート上に示すような圧送通路４３内の圧力推移の波形から、特定の気筒（観測対象となる気筒）の燃焼行程や排気行程に対応する期間（以下、対応期間と称する）内において、圧送通路４３内の圧力Ｐが所定レベルを上回る期間（以下、正圧伝播期間と称する）Ｔを計測する。そして、正圧伝播期間Ｔが所定の基準値Ｔ０を下回っている場合、当該観測対象となった気筒に失火が起きたものと判断する。
〔失火検出ルーチン〕
以下、エンジン１の失火を検出するための具体的な手順について、フローチャートを参照して説明する。
【００４８】
図５は、エンジン１が実施する「二次空気供給制御時の失火検出」の処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン１の運転中、ＥＣＵ５０を通じて所定周期で繰り返し実行される。
【００４９】
このルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ５０は先ずステップＳ１０１において、二次空気供給制御が現在実施されているか否かを判断する。ちなみに、二次空気供給制御は、エンジン本体１０の温度が所定値を下回っている状態でエンジン１を始動した直後等、触媒ケーシング３４内の三元触媒が十分に活性していないにも関わらず、機関燃焼に供される燃料の増量が見込まれるような条件下で実施される。同ステップＳ１０１での判断が肯定である場合、ＥＣＵ５０はその処理をステップＳ１０２に移行し、その判断が否定である場合、本ルーチンを一旦抜ける。
【００５０】
ステップＳ１０２においてＥＣＵ５０は、現在のエンジン回転数ＮＥに基づき、各燃焼室１１で発生する排気脈動が圧力センサ６６の設置部位（圧力の検出部位）まで伝播するのに要する時間（応答遅れ時間）を予め設定されたマップを参照して認識する。
ここで、応答遅れ時間及びエンジン回転数ＮＥの関係として採用されるマップ上には、例えば図６に示すような関係が記憶される。
【００５１】
続くステップＳ１０３においては、ステップＳ１０３で認識した応答遅れ時間を加味して、圧送通路４３内で現在観測されている圧力変動が、何れの気筒から発生する排気脈動に起因するものかを判別する。この気筒判別に際しては、気筒判別カウンタなる回路を採用する。
【００５２】
図７は、燃焼室１１に近接する部位（排気ポート３１）で観測される排気脈動（図７（ａ））、圧送通路４３内で観測される圧力変動（図７（ｂ））、及び気筒判別カウンタのカウント値の変化（図７（ｃ））を、同一時間軸上に示すタイムチャートである。
【００５３】
気筒判別カウンタは、ＥＣＵ５０に包含される回路であって、個々の気筒（便宜上、気筒＃１，＃２，＃３，＃４と称して区別する）に対応する設定値を記憶する機能を備える。例えば、気筒＃１のクランク角が圧縮上死点前α°〜排気上死点後β°までの期間を、当該気筒＃１に起因する圧力変動が圧送通路４３内に生じる期間（以下、気筒＃１の対応期間という）、ＥＣＵ５０は、気筒判別カウンタのカウント値を「１」に設定する（図７（ｃ））。
【００５４】
ここで、燃焼室１１に近接する部位（排気ポート３１）で観測される排気脈動（図７（ａ））と、圧送通路４３内で観測される圧力変動（図７（ｂ））との間の応答遅れは、時刻ｔ０′及びｔ０間にみられるような位相差となって現れる。
【００５５】
このためＥＣＵ５０は、この応答遅れ時間を考慮し、各気筒に対応する気筒判別カウンタの設定範囲（期間）を、その時々のエンジン回転数ＮＥに応じ適宜修正する。
【００５６】
例えば、図７（ａ）〜（ｃ）において、気筒＃１の対応期間として、時刻ｔ０′〜ｔ１′（破線）がエンジン回転数ＮＥの変動を加味しないで設定した期間であるとすれば、時刻ｔ０〜ｔ１は、本実施の形態によるように、エンジン回転数ＮＥの変動を加味して設定した期間に相当する。
【００５７】
ステップＳ１０４では、圧力センサ６６の検出信号と、その履歴に基づき、現時点に至るまでの所定期間における圧送通路４３内の圧力推移を認識する。
【００５８】
ステップＳ１０５においては、先のステップＳ１０３で認識した圧力推移について、平均値Ｐｍを算出する。なおＥＣＵ５０は、圧力センサ６６の検出信号に基づいて認識される圧力Ｐが上昇過程において平均値Ｐｍを上回った場合、これを始期として正圧伝播期間Ｔの計測を開始する。観測対象となっている気筒の燃焼状態が正常であれば、平均値Ｐｍを上回った圧力Ｐはその後も上昇を続け、極大値に至ったところで下降する。極大値に至った圧力Ｐがその後の下降過程において平均値Ｐｍを下回る時刻を、ＥＣＵ５０は、正圧伝播期間Ｔの終期として認識する。
【００５９】
ステップＳ１０６においては、現時点が失火検出を行うべきタイミングか否かを判断する。例えば、各気筒の対応期間の終期（図７における時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・）を、失火検出を行うタイミングとして設定しておけばよい。
【００６０】
ステップＳ１０７では、今回の観測対象となった気筒において、失火が発生したか否かを判断する。具体的には、今回計測した正圧伝播期間Ｔが予め設定された基準値Ｔ０を上回っている場合、観測対象となった気筒は正常な燃焼状態にあると判断する。一方、正圧伝播期間Ｔが基準値Ｔ０以下である場合、観測対象となった気筒に失火が起きたものと判断する。観測対象となっている気筒で失火が発生したと判断した場合、ＥＣＵ５０はその処理をステップＳ１０８に移行する。一方、失火は発生していないと判断した場合、ＥＣＵ５０は本ルーチンを一旦抜ける。
【００６１】
ステップＳ１０８においては、気筒別失火カウンタおよび全気筒失火カウンタのカウント値を更新する。ここで、気筒別失火カウンタおよび全気筒失火カウンタはＥＣＵ５０に包含される回路である。気筒別失火カウンタは、個々の気筒で発生した失火の回数を気筒毎に記憶・更新し、全気筒失火カウンタは、エンジン１を構成する全ての気筒で発生した失火の全回数を記憶・更新する。本ルーチンの上記ステップＳ１０７で失火が検出された場合、ＥＣＵ５０は、今回観測対象となった気筒に対応する気筒別失火カウンタのカウント値を「１」インクリメントし、また、全気筒失火カウンタのカウント値を「１」インクリメントする。
【００６２】
例えば図８は、二次空気供給制御の実施中における圧送通路内の圧力推移（図８（ａ））と、気筒判別カウンタのカウント値の変化（図８（ｂ））とを同一時間軸上に示すタイムチャートの一例である。
【００６３】
両図８（ａ），（ｂ）を併せ参照すると、時刻ｔ１１〜ｔ１２（気筒＃２の対応期間）と、時刻ｔ１６〜ｔ１７（気筒＃３の対応期間）において、圧送通路４３内の圧力に局所的な落ち込み（失火）が認められる。結果として、このタイムチャート上での観測期間中には、気筒＃２に対応する気筒別失火カウンタのカウント値と、気筒＃３に対応する気筒別失火カウンタのカウント値とが、各々「１」づつインクリメントされ、全気筒失火カウンタのカウント値が「１」づつ２回インクリメントされることになる。
【００６４】
各気筒で発生する失火の頻度を把握することは、例えばエンジン１の修理やメンテナンスを行う際、不具合のある気筒の特定に有用となる。また、全気筒で発生した失火の頻度を把握することは、エンジン１の排気特性に関する総体的な評価に有用となる。
【００６５】
すなわち、ステップＳ１０９においてＥＣＵ５０は、上記ステップＳ１０８で更新した４種の気筒別失火カウンタ各々のカウント値と、全気筒失火カウンタのカウント値とに基づいて、エンジン１を構成する各気筒の状態を診断する。例えば、特定の気筒について所定の基準を上回る頻度で失火の発生が認められる場合、ＥＣＵ５０は運転者に対し、当該気筒に不具合がある旨の通知を警告ランプの点灯等を通じて行う。また、エンジン１全体として、所定の基準を上回る頻度で失火の発生が認められる場合、エンジン１を構成する各気筒の失火に起因し排気特性が悪化している旨の通知を運転者に対し警告ランプの点灯等を通じて行ったり、そのような排気特性の悪化を修正するための制御（例えば燃料噴射量、スロットル開度、点火時期、吸排気バルブタイミングの調整等）を実施する。
【００６６】
ステップＳ１０９での処理を経た後、ＥＣＵ５０は本ルーチンを一旦抜ける。
【００６７】
このような手順に従い、ＥＣＵ５０は、二次空気供給制御の実施に併せて、エンジン１を構成する各気筒の失火を検出し、また、各気筒の失火に起因するエンジン１の不具合の有無等を診断する。
【００６８】
ここで、従来の失火検出装置では、例えばエンジンの回転変動に基づいて各気筒の失火を検出していたため、例えば機関温度が比較的低い条件下で始動したエンジンがアイドル運転を行う場合等、エンジンの回転数が高く、燃焼状態が不安定になる傾向がある条件下では、失火の有無に関わらずエンジンの回転数が変動し、精度の高い失火検出を行うのが困難であった。
【００６９】
この点、本実施の形態の失火検出装置によれば、二次空気供給制御の実施期間中において排気脈動が伝播されるように構成された二次空気供給系の圧力センサ６６を流用し、その検出信号に基づいて各気筒で起こる失火の検出を行う。エンジン１の各気筒で失火が起こると、単にエンジンの回転変動に起因する排気脈動（排気の圧力変動）の波形とは異なり、特徴的な排気の圧力変動の波形が局所的に観測されるため、圧力センサ６６の検出信号を通じて精度の高い失火検出を行うことができる。また、もともと二次空気供給系４０は、エンジン１の回転が不安定になるような冷間始動時に活用される機会が多い。すなわち本実施の形態によれば、エンジン１の回転変動が大きく精度の高い失火検出を行うことが困難となる条件下（二次空気供給制御が実施される条件下）において、エンジン１の回転変動による影響をほとんど受けない方法を用い、低コストで且つ信頼性の高い失火検出を行うことができる。
【００７０】
さらに、本実施の形態では、その時々のエンジン回転数ＮＥに基づき、燃焼室１１内で発生した排気脈動が圧力センサ６６に達するまでの応答遅れ時間を正確に把握（推定）することにより、観測対象となる圧力変動を発生させた気筒を正確に特定することができる。その結果、例えば、全気筒での失火発生の頻度を認識することで、冷間始動時におけるエンジン１の排気特性を総体的に評価できるのみならず、何れの気筒に不具合が発生しているのかを特定し、修理、メンテナンス、或いはエンジン１自身による運転制御等を通じ、効果的な対策を講じることも可能となる。
【００７１】
なお、上記実施の形態では、エアポンプ４１から圧送される空気を排気ポート３１に供給するための通路を開閉する制御弁として、二次空気制御弁４６のように、吸気系２０で発生する負圧（吸引力）を必要に応じて利用することで、通路を開閉する構成を適用した。しかし、例えば二次空気制御弁４６に替え、ＥＣＵ５０等の指令信号に基づいて動作する電磁駆動式の制御弁を圧送通路４３と主供給管４４との間に設けるようにしてもよい。
【００７２】
また、上記実施の形態では、二次空気供給制御の実施期間中に圧力センサ６６の検出信号に基づく失火検出を行う実施態様を例示した。二次空気供給制御の実施期間は、エンジン１の回転変動等に基づく失火検出が困難になる一方、圧力センサ６６の検出信号を効果的に活用することができる代表的な機会に相当するからである。しかしこれに限らず、圧力センサ６６に排気系由来の圧力脈動が伝播される条件下であれば（或いはそのような条件を積極的に設定することにより）、二次空気供給制御の実施期間中以外であっても、圧力センサ６６の検出信号に基づく失火検出を実施し、本実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。また、圧力センサ６６の検出信号に基づく失火検出を行うように、（冷間始動時に限ることなく）二次空気供給制御の実施機会を拡大してもよい。
【００７３】
また、上記実施の形態では、圧送通路４３内の圧力値が所定レベルを上回る期間（排気圧伝播期間）Ｔを計測し、排気圧伝播期間Ｔが所定の基準値Ｔ０を下回っている場合、当該観測対象となった気筒に失火が起きたものと判断するようにした。しかしこれに限らず、圧力通路４３内の圧力推移の波形の異常を判別する他の基準を適用し、失火を検出することとしてもよい。例えば、所定期間内において観測される圧力推移の最小値と最大値との差が、所定値以下である場合、失火が発生したものと推定するようにしてもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態では、ガソリンエンジンに本発明を適用することとしたが、これに限らず、例えばディーゼルエンジンに本発明を適用してもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、二次空気供給機能を備えた内燃機関において、例えば冷間始動時のような低温条件下での運転に際し、信頼性の高い失火検出を、低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるエンジンの基本構成を示す略図。
【図２】二次空気制御弁の機能を模式的に示す略図。
【図３】負圧制御弁やエアポンプへの通電状態に応じて異なる圧送通路内の圧力推移を示すタイムチャート。
【図４】二次空気供給制御の実施期間中における圧送通路内の圧力推移を示すタイムチャート。
【図５】二次空気供給制御時の失火検出の処理手順を示すフローチャート。
【図６】マップ上における応答遅れ時間及びエンジン回転数の関係を示すグラフ。
【図７】排気ポートで観測される排気脈動、圧送通路内で観測される圧力変動、及び気筒判別カウンタのカウント値の変化を、同一時間軸上に示すタイムチャート。
【図８】二次空気供給制御の実施中における圧送通路内の圧力推移と、気筒判別カウンタのカウント値の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャート。
【符号の説明】
１　エンジン
１０　エンジン本体
１１　燃焼室
１２　燃料噴射弁
２０　吸気系
２１　吸気管
２２　吸気マニホールド
２３　吸気ポート
２４　スロットル弁
２５　エアクリーナ
３０　排気系
３１　排気ポート
３３　排気管
３４　触媒ケーシング
４０　二次空気供給系
４１　エアポンプ
４２　導入通路
４３　圧送通路（空気通路）
４４　主供給管（空気通路）
４５　分配管（空気通路）
４６　二次空気制御弁
４６ａ　ダイアフラム
４６ｂ　弁体
４６ｃ　スプリング
４６ｄ　連通孔
４６ｅ　リード弁
４７　負圧通路
４７ａ　逆止弁
４７ｂ　負圧タンク
４７ｃ　負圧制御弁
６１　エアフロメータ
６２　スロットル開度センサ
６３　クランク角センサ
６４，６５　酸素濃度センサ
６６　圧力センサ
Ｓ１　第１空間
Ｓ２　第２空間
Ｓ３　第３空間
【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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