(57)【要約】【課題】エンジンの燃焼状態を細かく把握すること。【解決手段】エンジン１の運転条件を、アクセル開度センサ、空気流量測定センサ等の各センサから読み取る（ステップＳ１０１）。そして、読み取った前記各運転条件から筒内圧力のサンプリング角θ、エンジンの燃焼状態に関する閾値α、β、エンジンの異常に関するγ、及びＴＤＣにおける筒内圧力基準値ＰＴＤＣを決定する（ステップＳ１０２）。次に、決定したサンプリング角θで筒内圧力を取得する（ステップＳ１０３）。そして、ＴＤＣ前の筒内圧力上昇率Ｒ１と、ＴＤＣ後の筒内圧力下降率Ｒ２とを算出し（ステップＳ１０４）、Ｒ１及びＲ２の和と前記閾値α、β、γとを比較して（ステップＳ１０７）、エンジンの燃焼状態を判定する（ステップＳ１０８）。【選択図】      図３
2004324481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼状態に関する閾値及びエンジンの筒内圧力を取得するタイミングを格納する記憶部と、
運転中におけるエンジンの運転条件に基づいて、この運転条件に対応したエンジンの燃焼状態に関する閾値と前記エンジンの筒内圧力を取得するタイミングとを前記記憶部から取得し、前記所定タイミングで前記エンジンに取り付けられる圧力センサから前記エンジンの筒内圧力を取得し、この前記筒内圧力を用いてＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求め、さらに、前記閾値と前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて、前記エンジンの燃焼状態を判定する処理部と、
を有することを特徴とするエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項２】
予め定めた、エンジンの運転条件と、エンジンの燃焼状態に関する閾値及びエンジンの筒内圧力を取得するタイミングとの関係を格納する記憶部と、
運転中におけるエンジンの運転条件に基づいて、この運転条件に対応したエンジンの燃焼状態に関する閾値と前記エンジンの筒内圧力を取得するタイミングとを前記記憶部から取得し、前記所定タイミングで前記エンジンに取り付けられる圧力センサから前記エンジンの筒内圧力を取得し、この前記筒内圧力を用いてＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求め、さらに、前記閾値と前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて、前記エンジンの燃焼状態を判定する処理部と、
を有することを特徴とするエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項３】
予め定めた、エンジンの運転条件と、エンジンの燃焼状態に関する閾値及びエンジンの筒内圧力を取得するタイミングとの関係を格納する記憶部と、
運転中におけるエンジンの運転条件に基づいて、この運転条件に対応したエンジンの燃焼状態に関する閾値と前記エンジンの筒内圧力を取得するタイミングとを前記記憶部から取得し、前記所定タイミングで前記エンジンに取り付けられる圧力センサから前記エンジンの筒内圧力を取得し、この前記筒内圧力と前記エンジンの運転条件から算出したＴＤＣにおける筒内圧力基準値とを用いてＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求め、さらに、前記閾値と前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて、前記エンジンの燃焼状態を判定する処理部と、
を有することを特徴とするエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項４】
前記処理部は、ＴＤＣにおいて取得した筒内圧力から求める筒内圧力上昇率又は下降率のうち少なくとも一方と、前記エンジンの燃焼状態に関する閾値のうちエンジン異常に関する閾値とを比較して、前記エンジンの異常を判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記エンジンの負荷に応じて前記筒内圧力を取得するタイミングを変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項６】
前記処理部は、前記エンジンが低負荷の場合には、前記エンジンが高負荷の場合よりもサンプリング角を大きくしたタイミングで前記筒内圧力を取得することを特徴とする請求項５に記載のエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項７】
エンジンの筒内圧力を取得するタイミングと前記エンジンの燃焼状態に関する閾値とを決定する工程と、
前記所定タイミングで前記エンジンの筒内圧力を取得する工程と、
取得した前記筒内圧力から、ＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求める工程と、
前記閾値と、前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて前記エンジンの燃焼状態を判定する工程と、
を含むことを特徴とするエンジンの燃焼状態判定方法。
【請求項８】
エンジンの運転条件から、前記エンジンの筒内圧力を取得するタイミングと前記エンジンの燃焼状態に関する閾値とを決定する工程と、
前記所定タイミングで前記エンジンの筒内圧力を取得する工程と、
取得した前記筒内圧力から、ＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求める工程と、
前記閾値と、前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて前記エンジンの燃焼状態を判定する工程と、
を含むことを特徴とするエンジンの燃焼状態判定方法。
【請求項９】
エンジンの運転条件から、前記エンジンの筒内圧力を取得するタイミングと前記エンジンの燃焼状態に関する閾値とを決定する工程と、
前記所定タイミングで前記エンジンの筒内圧力を取得する工程と、
取得した前記筒内圧力と、前記エンジンの運転条件から求めたＴＤＣにおける筒内圧力基準値とから、ＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求める工程と、
前記閾値と、前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて前記エンジンの燃焼状態を判定する工程と、
を含むことを特徴とするエンジンの燃焼状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの燃焼状態判定に関し、さらに詳しくは、失火、半失火その他のエンジンの燃焼状態を細かく判定することのできるエンジンの燃焼状態判定装置及びエンジンの燃焼状態判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンに失火が発生すると、回転トルクが得られないことによりドライバビリティが低下するので、これを検出して失火が発生しないようにエンジンの運転状態を制御する必要がある。失火を検出する技術としては、失火が発生した場合のトルク変動をエンジンの回転角センサで読み取って、このトルク変動によって失火の有無を判定するものが知られている。しかし、この方法では、エンジンの回転数から間接的に失火の有無を測定するため、例えば路面状態の変化に起因するトルクの変動を検出して、これを失火と判定してしまう。このため、回転角センサによる失火判定は、失火の検出精度が低いという問題があった。この問題を解決するために、ＴＤＣ（Ｔｏｐ  Ｄｅａｔｈ  Ｃｅｎｔｅｒ：上死点）から略同一角度だけ離れた前後のクランク角度における筒内圧の差により失火を検出する技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２７６１５８号公報  Ｐ１、図４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された失火検出技術では、失火の有無は判定できるが、完全失火と半失火との識別や、エンジン自体にコンプレッション異常等の不具合が発生した場合の検出をすることはできない。このため、より細かくエンジンの燃焼状態を把握するには不十分であった。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、失火、半失火その他のエンジンの燃焼状態を細かく把握できるエンジンの燃焼状態判定装置及びエンジンの燃焼状態判定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、エンジンの燃焼状態に関する閾値及びエンジンの筒内圧力を取得するタイミングを格納する記憶部と、運転中におけるエンジンの運転条件に基づいて、この運転条件に対応したエンジンの燃焼状態に関する閾値と前記エンジンの筒内圧力を取得するタイミングとを前記記憶部から取得し、前記所定タイミングで前記エンジンに取り付けられる圧力センサから前記エンジンの筒内圧力を取得し、この前記筒内圧力を用いてＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求め、さらに、前記閾値と前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて、前記エンジンの燃焼状態を判定する処理部と、を有することを特徴とする。
【０００６】
このエンジンの燃焼状態判定装置は、記憶部に格納したエンジンの燃焼状態に関する閾値とＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率とに基づいてエンジンの燃焼状態を判断する。これによって、エンジンの燃焼状態を細かく判定することができる。また、ＴＤＣ前後、及びＴＤＣで筒内圧力を測定し、燃焼状態の判定にはＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率を用いるので、筒内圧力のサンプリング及び計算の負荷を極めて軽くすることができる。
【０００７】
次の発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、予め定めた、エンジンの運転条件と、エンジンの燃焼状態に関する閾値及びエンジンの筒内圧力を取得するタイミングとの関係を格納する記憶部と、運転中におけるエンジンの運転条件に基づいて、この運転条件に対応したエンジンの燃焼状態に関する閾値と前記エンジンの筒内圧力を取得するタイミングとを前記記憶部から取得し、前記所定タイミングで前記エンジンに取り付けられる圧力センサから前記エンジンの筒内圧力を取得し、この前記筒内圧力を用いてＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求め、さらに、前記閾値と前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて、前記エンジンの燃焼状態を判定する処理部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
このエンジンの燃焼状態判定装置は、記憶部に格納したエンジンの燃焼状態に関する閾値とＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率とに基づいてエンジンの燃焼状態を判断する。これによって、単なる失火の有無のみならず、半失火も検出でき、また、正常に燃焼している場合でも異なる燃焼状態を細かく判定できるので、エンジンの燃焼状態をより細かく、適切に制御できる。また、ＴＤＣ前後、及びＴＤＣで筒内圧力を測定し、燃焼状態の判定にはＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率を用いるので、筒内圧力のサンプリング及び計算の負荷を極めて軽くすることができる。その結果、処理部をＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）と共用する場合には、エンジンの点火時期制御やノッキング制御その他のエンジン制御に対する影響を低減できる。さらに、エンジンの運転条件によって筒内圧力を取得するタイミングを決定するので、過渡状態における失火の検出精度を向上させることができる。なお、このエンジンの燃焼状態判定方法では、ＴＤＣにおける筒内圧力を測定し、この測定した筒内圧力を用いて筒内圧力上昇率と筒内圧力下降率とを求め、エンジンの燃焼状態を判定する。
【０００９】
次の発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、予め定めた、エンジンの運転条件と、エンジンの燃焼状態に関する閾値及びエンジンの筒内圧力を取得するタイミングとの関係を格納する記憶部と、運転中におけるエンジンの運転条件に基づいて、この運転条件に対応したエンジンの燃焼状態に関する閾値と前記エンジンの筒内圧力を取得するタイミングとを前記記憶部から取得し、前記所定タイミングで前記エンジンに取り付けられる圧力センサから前記エンジンの筒内圧力を取得し、この前記筒内圧力と前記エンジンの運転条件から算出したＴＤＣにおける筒内圧力基準値とを用いてＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求め、さらに、前記閾値と前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて、前記エンジンの燃焼状態を判定する処理部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
このエンジンの燃焼状態判定装置は、ＴＤＣにおける筒内圧力値を実測しないで、エンジンの運転条件から予測する。これにより、エンジンの筒内圧力を少なくともＴＤＣの前後２点で測定すればよいので、筒内圧力のサンプリング負荷をさらに軽くすることができる。その結果、処理部をＥＣＵと共用する場合には、ＥＣＵに対する負荷をさらに低減できる。また、筒内圧力のサンプリング回数を少なくできるので、エンジン１の運転中に発生する圧力以外の振動や電気ノイズ等を拾う危険性を低減して、安定してエンジンの燃焼状態を把握できる。さらに、筒内圧力の変化が比較的小さくＴＤＣにおける筒内圧力Ｐを正確に測定できない場合でも、ＴＤＣにおける筒内圧力値を予測することにより、正確にエンジンの燃焼状態を把握できる。
【００１１】
次の発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、上記エンジンの燃焼状態判定装置において、前記処理部は、ＴＤＣにおいて取得した筒内圧力から求める筒内圧力上昇率又は下降率のうち少なくとも一方と、前記エンジンの燃焼状態に関する閾値のうちコンプレッションに関する閾値とを比較して、前記エンジンのコンプレッション異常を判定することを特徴とする。
【００１２】
このような構成により、単に失火の判定のみならず、コンプレッション異常、動弁系の異常その他のエンジン異常を検出することができるので、点検・修理に要する手間を軽減できる。また、記憶部にエンジン異常を記録しておけば、点検・修理の際に異常の原因を容易に特定できる。
【００１３】
次の発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、上記エンジンの燃焼状態判定装置において、前記処理部は、前記エンジンの負荷に応じて前記筒内圧力を取得するタイミングを変更することを特徴とする。
【００１４】
エンジンの負荷状態に応じて筒内圧力の絶対値が変動するが、このような構成により、負荷に対応した適切なタイミングで筒内圧力を取得できる。これにより、エンジンの負荷にかかわらず、エンジンの燃焼状態を確実に把握することができる。
【００１５】
次の発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、上記エンジンの燃焼状態判定装置において、前記処理部は、前記エンジンが低負荷の場合には、前記エンジンが高負荷の場合よりもサンプリング角を大きくしたタイミングで前記筒内圧力を取得することを特徴とする。
【００１６】
エンジンがアイドリングしている状態のように低負荷の場合には、燃焼のばらつきが大きい。しかし、エンジンが高負荷の場合よりもサンプリング角を大きくしたタイミングで筒内圧力を取得すれば、燃焼のばらつきが大きい部分を回避して筒内圧力を取得することができる。これにより、エンジンが低負荷の場合でも精度よく燃焼状態を判定できる。
【００１７】
次の発明によるエンジンの燃焼状態判定方法は、エンジンの筒内圧力を取得するタイミングと前記エンジンの燃焼状態に関する閾値とを決定する工程と、前記所定タイミングで前記エンジンの筒内圧力を取得する工程と、取得した前記筒内圧力から、ＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求める工程と、前記閾値と、前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて前記エンジンの燃焼状態を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
このエンジンの燃焼状態判定方法は、エンジンの燃焼状態に関する閾値とＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率とに基づいてエンジンの燃焼状態を判断する。これによって、エンジンの燃焼状態を細かく判定することができる。また、ＴＤＣ前後、及びＴＤＣで筒内圧力を測定し、燃焼状態の判定にはＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率を用いるので、筒内圧力の取得行程及び燃焼状態判定行程における計算の負荷を極めて軽くすることができる。
【００１９】
次の発明によるエンジンの燃焼状態判定方法は、エンジンの運転条件から、前記エンジンの筒内圧力を取得するタイミングと前記エンジンの燃焼状態に関する閾値とを決定する工程と、前記所定タイミングで前記エンジンの筒内圧力を取得する工程と、取得した前記筒内圧力から、ＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求める工程と、前記閾値と、前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて前記エンジンの燃焼状態を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
このエンジンの燃焼状態判定方法は、エンジンの燃焼状態に関する閾値とＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率とに基づいてエンジンの燃焼状態を判断する。これによって、単なる失火の有無のみならず、半失火も検出でき、また、正常に燃焼している場合でも異なる燃焼状態を細かく判定できる。また、ＴＤＣ前後、及びＴＤＣで筒内圧力を測定し、燃焼状態の判定にはＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率を用いるので、筒内圧力のサンプリング及び計算の負荷を極めて軽くすることができる。さらに、エンジンの運転条件によって筒内圧力を取得するタイミングを決定するので、過渡状態における失火の検出精度を向上させることができる。なお、このエンジンの燃焼状態判定方法では、ＴＤＣにおける筒内圧力を測定し、この測定した筒内圧力を用いて筒内圧力上昇率と筒内圧力下降率とを求め、エンジンの燃焼状態を判定する。
【００２１】
次の発明によるエンジンの燃焼状態判定方法は、エンジンの運転条件から、前記エンジンの筒内圧力を取得するタイミングと前記エンジンの燃焼状態に関する閾値とを決定する工程と、前記所定タイミングで前記エンジンの筒内圧力を取得する工程と、取得した前記筒内圧力と、前記エンジンの運転条件から求めたＴＤＣにおける筒内圧力基準値とから、ＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求める工程と、前記閾値と、前記筒内圧力上昇率及び前記筒内圧力下降率とに基づいて前記エンジンの燃焼状態を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２２】
このエンジンの燃焼状態判定方法は、ＴＤＣにおける筒内圧力値を実測しないでエンジンの運転条件から予測し、これを用いてＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求める。これにより、エンジンの筒内圧力は少なくともＴＤＣの前後２点で測定すればよいので、筒内圧力のサンプリング負荷をさらに軽くすることができる。また、筒内圧力のサンプリング回数を少なくできるので、エンジン１の運転中に発生する圧力以外の振動や電気ノイズ等を拾う危険性が低減できる。さらに、例えばアイドリング時のように筒内圧力の変化が比較的小さくＴＤＣにおける筒内圧力を正確に測定できない場合でも、ＴＤＣにおける筒内圧力値を予測するので、正確にエンジンの燃焼状態を把握できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るエンジンの燃焼状態判定装置を備えたエンジンを示す説明図である。図２は、圧力センサを取り付けたエンジンを示す説明図である。本発明は、ＴＤＣの前後における筒内圧力の変化率を比較し、所定の閾値と比較することにより、失火の有無及びエンジンの燃焼状態を判定する点に特徴がある。次に、このエンジンの燃焼状態判定装置及び燃焼状態判定方法について説明する。なお、以下の説明ではガソリンエンジンを例にとるが、本発明はディーゼルエンジンに対しても適用できる。また、本発明の適用対象であるエンジンの用途は車両用に限定されるものではない。
【００２５】
この燃焼状態判定装置１０は、エンジン１のシリンダ３内における筒内圧力Ｐを圧力センサ５によって検出する。本発明に適用できる圧力センサ５としては、例えばピエゾ素子等の圧電素子を用いたものや、光ファイバの曲率変化に基づく入力信号に対する出力信号振動の変動を利用するもの等が適用できる。
【００２６】
図２は、圧力センサをエンジンに取り付ける一例を示す断面図である。この圧力センサ５は圧電素子を利用したものであり、圧力検出部５Ｐがエンジン１のシリンダ３内における雰囲気に接するように、エンジン１のシリンダヘッド８に取り付けられる。そして、圧力検出部５Ｐがシリンダ３内の筒内圧力Ｐを検出し、その検出した圧力値は電気信号に変換され、出力信号ＳＡとして受信部７へ送られる。
【００２７】
圧力センサ５から取り出される出力信号ＳＡは受信部７へ取り込まれ、ここでディジタル信号ＳＤに変換される。そして、このディジタル信号ＳＤを燃焼状態判定装置１０の処理部１２が処理できるデータの書式に変換してから、当該処理部１２へ送る。処理部１２は、本発明に係るエンジンの燃焼状態判定方法によってエンジン１の燃焼状態を判定する。
【００２８】
なお、記憶部１４は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）や、揮発性のメモリ（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはこれらの組み合わせにより構成される。この処理部１２は専用のハードウエアにより実現されるものであってもよい。また、この処理部１２はメモリ及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：中央演算装置）により構成され、処理部１２の機能を実現するためのプログラムを処理部１２のメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。このとき、処理部１２の機能を実現するためのプログラムを記憶部１４に予め書き込んでおき、これを必要に応じて処理部１２のメモリへロードする。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態１に係る燃焼状態判定方法を示すフローチャートである。図３を用いて、本発明の実施の形態１に係るエンジンの燃焼状態判定方法を説明する。まず、エンジン１の運転条件を、図１に示すアクセル開度センサ３２、空気流量測定センサ３３、燃料供給量測定センサ３４等の各センサから読み取る（ステップＳ１０１）。この運転条件とは、例えばエンジン１の負荷Ｌ、回転数Ｒ、吸入空気量Ｑ、投入燃料の量Ｆ、アクセル開度Ｏ、点火時期ＳＴ（ディーゼルエンジンにおいては燃料噴射時期）等である。各センサから読み取った前記運転条件は、燃焼状態判定装置１０の処理部１２へ取り込まれる。
【００３０】
次に、処理部１２は、読み取った前記各運転条件から筒内圧力のサンプリング角θ（筒内圧力の取得タイミング）、エンジン１の燃焼状態に関する閾値α、β、エンジン１の異常に関するγ、及びＴＤＣにおける筒内圧力基準値ＰＴＤＣを決定する（ステップＳ１０２）。これらの閾値α、β、γ及びＴＤＣにおける前記筒内圧力基準値ＰＴＤＣは、予め実験等によりエンジン１の異なる運転条件に対して定めておく。そして、運転条件と前記閾値α、β、γとの関係を記述したＭＡＰ２０を燃焼状態判定装置１０の記憶部１４へ格納しておく。処理部１２は、エンジン１の運転中に取得した前記各運転条件に対応した閾値α、β、γをＭＡＰ２０から前記閾値等を決定する。なお、エンジン１の運転条件によらず前記閾値及び筒内圧力の取得タイミングを決定しても、エンジン１の大まかな燃焼状態は判定することができる。しかし、エンジン１の運転条件によって筒内圧力を取得するタイミングを決定すれば、過渡状態における失火の検出精度を向上させることができる。
【００３１】
図４は、ＭＡＰの一例を示す説明図である。図４に示す例のＭＡＰ２０は、簡略化のためエンジン１の運転条件として、エンジン１の負荷Ｌと回転数Ｒとをパラメータとしている。同図（ａ）、（ｂ）に示すように、ＭＡＰ２０は、エンジン１の負荷Ｌと回転数Ｒとによって変化させたエンジン１の燃焼状態に関する閾値α、βを記述してある。このように、エンジン１の運転条件に応じて適切な閾値α、βを用いることにより、適切にエンジン１の燃焼状態を把握することができる。同様に、同図（ｃ）に示すように、負荷Ｌと回転数Ｒとによってサンプリング角θを変化させて、エンジン１の運転条件に応じた最適なタイミングで筒内圧力Ｐを測定する。なお、筒内圧力は、少なくともＴＤＣの前後２点で測定すればよく、測定点を３以上としてもよい。
【００３２】
図５は、エンジンの燃焼時及び失火時における筒内圧力Ｐの変化を示した説明図である。図５中の曲線ａは、失火が発生したときにおける筒内圧力Ｐの変化を示し、同図５中の曲線ｂは、燃焼時における筒内圧力Ｐの変化を示している。一般に、クランクＣＡがＴＤＣ前３０度〜０度の範囲で、エンジン１のシリンダ３（図１参照）内へ導入された混合ガスに点火する。このとき、混合ガスが正常に燃焼していれば、筒内圧力Ｐは曲線ｂのようにＴＤＣ通過後に上昇するが、失火が発生すると、筒内圧力Ｐは、図５中の曲線ａのようにＴＤＣを中心として略対象となる。このため、ＴＤＣを中心として同じクランク角ＣＡの範囲で筒内圧力Ｐを測定し、ＴＤＣ前後における筒内圧力Ｐの変化率を比較すれば、失火の発生を検出できる。
【００３３】
ＴＤＣにおける筒内圧力Ｐを実測することによりエンジン１の燃焼状態を判定してもよいが、上記のようにエンジン１の運転条件に基づいて予め求めた前記筒内圧力基準値ＰＴＤＣを用いて燃焼状態を判定すると、次のような利点がある。まず、エンジン１の運転中には、筒内圧力Ｐ以外の振動等を圧力センサ５が検出して、その出力信号ＳＡにノイズとして乗ったり、エンジン１の運転中にスパークプラグ、インジェクタ等から発生する電気ノイズが圧力センサ５の出力信号ＳＡに乗ったりする。そして、このようなノイズが、出力信号ＳＡのＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を低下させてしまい、正確にエンジン１の燃焼状態を把握できない。
【００３４】
しかし、本発明では、エンジン１の運転条件に基づいて、予め記述したＭＡＰ２０からＴＤＣにおける前記筒内圧力基準値ＰＴＤＣを求める。これにより、ＴＤＣにおける前記筒内圧力基準値ＰＴＤＣを実測しないので、圧力センサ５の出力信号ＳＡにノイズが乗る危険性を低くすることができる。また、エンジン１のアイドリング時のように低回転、低負荷の状態においては、筒内圧力Ｐの変化が大きくない。その結果、ノイズや検出器の精度の関係で、ＴＤＣにおける筒内圧力Ｐを正確に測定できないことがある。このような場合でも、ＴＤＣにおける筒内圧力基準値ＰＴＤＣを計算により求めるので、筒内圧力変化を高い精度で予測することができる。なお、筒内圧力上昇率等の計算にはＭＡＰ２０から求めた前記筒内圧力基準値ＰＴＤＣを用い、後述するコンプレッション異常その他のエンジン異常の判定には、実測したＴＤＣにおける筒内圧力Ｐを用いてもよい。
【００３５】
次に、決定したサンプリング角θで筒内圧力Ｐを取得する（ステップＳ１０３）。このときには、エンジン１のクランク軸に取り付けられたクランク角センサ３１（図１参照）から送られるクランク角ＣＡの信号を基準にして、処理部１２が筒内圧力Ｐを取得する。そして、処理部１２は、取得した筒内圧力値Ｐθ１、Ｐθ２及び、筒内圧力基準値ＰＴＤＣから、ＴＤＣ前の筒内圧力上昇率Ｒ１と、ＴＤＣ後の筒内圧力下降率Ｒ２とを算出し（ステップＳ１０４）、両者を比較する（ステップＳ１０５）。ここで、Ｒ１、Ｒ２は式（１）、（２）で表される。また、Ｒ１は単調増加し、Ｒ２は単調減少する。
Ｒ１＝（ＰＴＤＣ−Ｐθ１）／（θ０−θ１）・・・（１）
Ｒ２＝（Ｐθ２−ＰＴＤＣ）／（θ２−θ０）・・・（２）
なお、ステップＳ１０４においてＲ１とＲ２とを比較する場合、圧力センサ５の測定誤差等を考慮して、両者の値がある程度の範囲内に収まっている場合には、Ｒ１とＲ２とが等しいと判定してもよい。
【００３６】
図６は、筒内圧力上昇率Ｒ１、筒内圧力下降率Ｒ２とエンジン燃焼に関する閾値との関係を示す説明図である。図６中の直線ｄで示すように、Ｒ１とＲ２との値が等しい場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）であって、かつ、Ｒ１とＲ２とが０である場合には、（ステップＳ１０６）、圧力センサ５から出力信号されないことになる。したがって、燃焼状態の判定においては、圧力センサ５が異常であると判断する（ステップＳ１０６）。
【００３７】
Ｒ１とＲ２とが等しくない場合には（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、前記閾値α、β、γと、Ｒ１及びＲ２の和とを比較する（ステップＳ１０７）。そして、Ｒ１＋Ｒ２＜αである場合には完全失火（図６中の曲線ａ）、α＜Ｒ１＋Ｒ２＜βである場合には半失火（図６中の曲線ｃ）、β＜Ｒ１＋Ｒ２である場合には燃焼（図６中の曲線ｂ）、Ｒ１＝−Ｒ２＜γである場合にはコンプレッション異常、動弁系の故障、吸気絞りの故障等のエンジン異常と判定する（ステップＳ１０８）。
【００３８】
図７は、筒内圧力上昇率Ｒ１、筒内圧力下降率Ｒ２とエンジンのサイクル毎における燃焼状態を示す説明図である。この運転状態においては、１〜４サイクルまではエンジン１は正常に燃焼しているが、５サイクル目に半失火になっていることがわかる。そして、６、７サイクル目には完全失火、８サイクル目には半失火となり、９サイクル目で正常燃焼になったことがわかる。このように、Ｒ１、Ｒ２、及びエンジンの燃焼に関する閾値α、β、γに基づいて燃焼状態を判定すれば、容易にエンジンの燃焼状態を知ることができる。
【００３９】
次に、コンプレッション異常や動弁系異常のようなエンジンの異常を判定する手順について説明する。図８は、エンジンの異常を示す説明図である。エンジンの運転条件から予測するＴＤＣにおける前記筒内圧力基準値ＰＴＤＣを用いたのでは、コンプレッション異常のようなエンジンの異常は判定できない。このようなエンジンの異常を判定するためには、ＴＤＣ以前における筒内圧力Ｐを実際に測定する必要がある。したがって、例えばコンプレッション異常を判定するためには、クランク角ＣＡがＴＤＣ前の９０度までの間における２点で測定した筒内圧力Ｐを用いて筒内圧力上昇率Ｒ１を求める。なお、ＴＤＣとＴＤＣ後＋９０度までの間における２点で筒内圧力Ｐを測定して求めた筒内圧力下降率Ｒ２によってコンプレッション異常を判定してもよい。
【００４０】
この例では、サンプリング角θを−９０度と０度として、筒内圧力Ｐを取得する。そして、筒内圧力上昇率Ｒ１＝（Ｐθ０−Ｐθ−９０）／（θ０−θ−９０）を求め、Ｒ１がエンジン異常に関する閾値γよりも小さい場合には、図８の曲線ｅに示すように、エンジン１にコンプレッション異常のような異常が発生していると判定できる。また、コンプレッション異常のようなエンジン異常は、ＴＤＣ前における２点で筒内圧力Ｐを測定すれば判定できるので、例えばθが−９０度と−３０度とで筒内圧力Ｐを取得してもよい。
【００４１】
図９は、エンジンのサイクルと筒内圧力上昇率Ｒ１等との関係を示す説明図である。同図は、エンジン１のサイクル毎におけるコンプレッション異常その他のエンジン異常の発生を表している。この運転状態においては、１〜４サイクルまではコンプレッション異常等のエンジン異常は発生していないが、５サイクル目以降にエンジン異常が発生していることがわかる。このように、このように、Ｒ１（−Ｒ２）と、エンジン異常に関する閾値γとを比較すれば、容易にエンジンの異常を知ることができ、これによってエンジン１を速やかに検査・修理することができる。
【００４２】
以上の手順によってエンジン１の燃焼状態を判定したら、運転条件の制御によって燃焼状態を正常に戻すことができる場合には、処理部１２は点火手段６（図１参照）により点火時期ＳＴを調整したり、燃料供給量Ｑ等を調整したりする。また、失火や半失火、あるいはコンプレッション異常や動弁系の異常等を検出した場合には、処理部１２がその検出結果を記憶部１４に記憶させたり、車内の計器パネル１６に設けられた警告灯１６Ｌ（図１参照）を点灯させたりして運転者に警告することもできる。修理・点検の際には、前記検出結果を調べることによってエンジン１の故障原因を容易に特定することができる。さらに、筒内圧力上昇率Ｒ１や筒内圧力下降率Ｒ２を、予め定めた基準値と比較することによって、その他のエンジンの状態を判定することもできる。
【００４３】
次に、サンプリング角θ及び燃焼状態の判定について説明する。図１０は、ＴＤＣを中心とした筒内圧力Ｐのクランク角ＣＡに対する変化を示す説明図である。本発明においては、サンプリング角θをエンジン１の運転条件によって変化させることができる。図１０中、曲線ａは失火を表し、曲線ｃは半失火を表す。曲線ｂ、ｆ、ｇ、ｈは、いずれも燃焼している状態を表すが、それぞれ燃焼状態が異なることを示している。このように、エンジン１の燃焼状態は、失火、半失火以外にもさまざまな状態がある。このような燃焼状態を把握するためには、サンプリング角θをＴＤＣの前後±９０度内で変化させて、筒内圧力Ｐをサンプリングすることが好ましい。そして、曲線ｂ、ｆ、ｇ、ｈそれぞれの燃焼状態に対応する閾値をＭＡＰ２０内に記述しておけば、これらの燃焼状態を把握することができる。
【００４４】
また、エンジン１がアイドリング状態であるときのように低負荷の場合には、燃焼のばらつきが大きいので、図１０中のＲ１１、Ｒ２１のように、ＴＤＣを中心としてサンプリング角θを大きくして筒内圧力を取得することが好ましい。具体的には、ＴＤＣの前後±９０度程度で筒内圧力Ｐを測定し、好ましいサンプリング角θの範囲は、ＴＤＣの前後９０〜７５度程度である。このようにすれば、燃焼のばらつきが大きい部分を回避して筒内圧力を取得することができるので、エンジン１が低負荷の場合でも精度よくエンジン１の燃焼状態を判定できる。
【００４５】
また、エンジン１が高負荷のときに失火や半失火が発生すると、それだけ多くの未燃ガスを排出することになる。したがって、高負荷領域においてはできるだけ正確にエンジン１の燃焼状態を把握して、失火が発生しないように制御することが好ましい。このような場合には、エンジン１の燃焼状態をより正確に把握するために、ＴＤＣを中心としてサンプリング角θを小さくすることが好ましい。具体的には、図１０中のＲ１２、Ｒ２２のように、ＴＤＣの前後６０度程度で筒内圧力Ｐを測定するようにサンプリング角θを変更する。なお、この場合のサンプリング角θの範囲は、ＴＤＣの前後３０〜４５度程度が好ましい。エンジン１がある程度回転しており、かつ低負荷のときには、筒内圧力上昇率Ｒ１とＲ２との差が表れ難いので、サンプリング角θをＴＤＣに近い方向に移動させる。このようなサンプリング角θの調整は、エンジンの運転条件のうち、例えば充填効率と負荷とのマップによってサンプリング角θを変更することにより実行できる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態１に係るエンジンの燃焼状態判定装置及び燃焼状態判定方法によれば、単に失火の有無だけでなく、半失火も検出でき、また、通常に燃焼している場合でも異なる燃焼状態を判定できる。このように、エンジンの燃焼状態を細かく知ることができる。また、筒内圧力の測定点はＴＤＣ前後の少なくとも２点（上記例では２又は３点）であり、燃焼状態の判定にはＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率を用いるので、筒内圧力のサンプリング及び計算の負荷を極めて軽くすることができる。これによって、エンジンが高速回転している場合でも十分な応答性で余裕を持ってエンジンの燃焼状態を判定できる。特に、処理部をＥＣＵと共用する場合には、エンジンの点火時期制御やノッキング制御その他のエンジン制御に対する影響を低減できる。
【００４７】
さらに、筒内圧力上昇率又は筒内圧力下降率自体がある閾値よりも小さい場合には、エンジンのコンプレッション異常、動弁系の異常等と判断できるので、エンジン自体の故障を推定することができる。また、圧力センサ５自体の誤差もあるので、積分によってＴＤＣ前後における筒内圧力を求めると誤差が大きいが、本発明のように筒内圧力の変化率によれば、このような積分誤差を低減して、正確に燃焼状態を把握できる。
【００４８】
なお、実施の形態１においては、単気筒エンジンを例にしているが、多気筒エンジンにおいても角気筒に圧力センサを備えることにより、気筒毎に燃焼状態を判定することができる。これにより、クランク角検出手段によって燃焼行程の位相差がとらえられない場合でも、確実に各気筒の燃焼状態を把握することができる。また、本発明では、多気筒エンジンで失火が発生した場合でもこれを確実に判定できるので、失火を検出した場合には、その気筒に対する燃料供給を停止することにより、無駄な燃料消費を防ぐことができる。また、多気筒エンジンでコンプレッション異常や動弁系異常等が発生した場合でも、その気筒に対する燃料供給を停止して、無駄な燃料消費を防ぐことができる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態２では、他の閾値決定手順例について説明する。この閾値決定手順は、エンジン１の運転条件からこれ以上失火が発生してはいけない割合を求め、この失火割合を判定できるように失火判定の閾値α、β、γを求める点に特徴がある。その他の構成は実施の形態１と同様なのでその説明を省略する。
【００５０】
エンジン１の運転条件である負荷Ｌ、回転数Ｒ、吸入空気量Ｑ、投入燃料の量Ｆ、アクセル開度Ｏ、点火時期ＳＴ等をパラメータとして読み込んだら、関係式（３）〜（５）にこれらの値を代入して、失火判定の閾値α、β、γを求める。この関係式（３）〜（５）は、エンジンのある運転条件において排出される未燃分量の限界値に達しないように、運転条件のパラメータから理論的に求めるものである。なお、運転条件のパラメータによって、関係式（３）〜（５）の項数は変化する。
α＝ａ１×Ｌ＋ｂ１×Ｒ＋ｃ１×Ｑ＋ｄ１×Ｆ＋ｅ１×Ｏ＋ｆ１×ＳＴ・・（３）
β＝ａ２×Ｌ＋ｂ２×Ｒ＋ｃ２×Ｑ＋ｄ２×Ｆ＋ｅ２×Ｏ＋ｆ２×ＳＴ・・（４）
γ＝ａ３×Ｌ＋ｂ３×Ｒ＋ｃ３×Ｑ＋ｄ３×Ｆ＋ｅ３×Ｏ＋ｆ３×ＳＴ・・（５）
なお、ここではエンジンの燃焼状態に関する閾値及びエンジン異常に関する閾値がα、β、γの３個なので関係式も３個であるが、より細かく燃焼状態を判定する場合には失火判定の閾値も多くなるので、関係式もそれに応じた数となる。
【００５１】
実施の形態１における失火判定の閾値決定手順では、各運転条件に対応させた閾値を格納したＭＡＰ２０を用いるので、精密な制御が必要な場合にはそれに応じてテーブルのデータ量も大きくなる。実施の形態２に係る失火判定の閾値決定手順では、閾値と運転条件との関係式に基づいて閾値を決定するので、関係式をのみを記憶部１４に格納しておけばよい。これにより、記憶部１４の占める容量が小さくて済むという利点がある。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、記憶部に格納したエンジンの燃焼状態に関する閾値とＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率とに基づいてエンジンの燃焼状態を判断するようにした。これによって、エンジンの燃焼状態を細かく判定することができる。
【００５３】
また、次の発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、記憶部に格納したエンジンの燃焼状態に関する閾値とＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率とに基づいてエンジンの燃焼状態を判断するようにした。これによって、単なる失火の有無のみならず、半失火も検出でき、また、通常に燃焼している場合でも異なる燃焼状態を細かく判定できるので、エンジンの燃焼状態をより細かく、適切に制御できる。
【００５４】
また、次の発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、ＴＤＣにおける筒内圧力値を実測しないで、エンジンの運転条件から予測するようにした。これにより、エンジンの筒内圧力を少なくともＴＤＣの前後２点で測定すればよいので、筒内圧力のサンプリング負荷をさらに軽くすることができる。
【００５５】
また、次の発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、前記エンジンの負荷に応じて前記筒内圧力を取得するタイミングを変更するようにしたので、エンジンの負荷にかかわらず、エンジンの燃焼状態を確実に把握することができる。
【００５６】
また、次の発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、ＴＤＣにおいて取得した筒内圧力から求める筒内圧力上昇率又は下降率のうち少なくとも一方と、前記エンジンの燃焼状態に関する閾値のうちコンプレッションに関する閾値とを比較して、前記エンジンのコンプレッション異常を判定するようにした。これにより、単に失火の判定のみならず、コンプレッション異常、動弁系の異常その他のエンジン異常を検出することができるので、点検・修理に要する手間を軽減できる。
【００５７】
また、次の発明によるエンジンの燃焼状態判定装置は、エンジンが高負荷の場合よりもサンプリング角を大きくしたタイミングで筒内圧力を取得るようにした。これにより、燃焼のばらつきが大きい部分を回避して筒内圧力を取得することができるので、エンジンが低負荷の場合でも精度よく燃焼状態を判定できる。
【００５８】
また、次の発明によるエンジンの燃焼状態判定方法は、エンジンの燃焼状態に関する閾値とＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率とに基づいてエンジンの燃焼状態を判断するようにした。これによって、エンジンの燃焼状態を細かく判定することができる。
【００５９】
また、次の発明によるエンジンの燃焼状態判定方法は、エンジンの燃焼状態に関する閾値とＴＤＣ前後における筒内圧力上昇率及び筒内圧力下降率とに基づいてエンジンの燃焼状態を判断するようにした。これによって、単なる失火の有無のみならず、半失火も検出でき、また、通常に燃焼している場合でも異なる燃焼状態を細かく判定できる。
【００６０】
また、次の発明によるエンジンの燃焼状態判定方法は、ＴＤＣにおける筒内圧力値を実測しないでエンジンの運転条件から予測し、これを用いてＴＤＣ前における筒内圧力上昇率とＴＤＣ後における筒内圧力下降率とを求めるようにした。これにより、エンジンの筒内圧力は少なくともＴＤＣの前後２点で測定すればよいので、筒内圧力のサンプリング負荷をさらに軽くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るエンジンの燃焼状態判定装置を備えたエンジンを示す説明図である。
【図２】圧力センサを取り付けたエンジンを示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る燃焼状態判定方法を示すフローチャートである。
【図４】ＭＡＰの一例を示す説明図である。
【図５】エンジンの燃焼時及び失火時における筒内圧力Ｐの変化を示した説明図である。
【図６】筒内圧力上昇率Ｒ１、筒内圧力下降率Ｒ２とエンジン燃焼に関する閾値との関係を示す説明図である。
【図７】筒内圧力上昇率Ｒ１、筒内圧力下降率Ｒ２とエンジンのサイクル毎における燃焼状態を示す説明図である。
【図８】エンジンの異常を示す説明図である。
【図９】エンジンのサイクルと筒内圧力上昇率Ｒ１等との関係を示す説明図である。
【図１０】ＴＤＣを中心とした筒内圧力Ｐのクランク角ＣＡに対する変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１  エンジン
５  圧力センサ
７  受信部
１０  燃焼状態判定装置
１２  処理部
１４  記憶部
【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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