(57)【要約】【課題】  エンジンの失火検出について、簡易な構成であらゆるエンジン運転状態においても迅速かつ確実にエンジンの失火の検出および失火した気筒を特定できるようにする。【解決手段】  エンジン回転信号に基いて波形作成部１０ａがエンジン回転速度の変動による脈動波形を作成し、この脈動波形を失火判定部１０ｂでウエーブレット変換し正弦波マッチングを行って、失火判別のための類似度を求める尺度として平均二乗誤差を計算し、その値の小さいものを失火と判定する。また失火検出の時期とエンジン気筒毎の点火時期との対比で失火した気筒を特定する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン回転信号出力手段による出力信号をエンジン回転速度の変動による脈動波形として検知し、当該脈動波形を基に失火判定手段で所定の基準値と比較することにより失火の検出および失火した気筒を特定するエンジンの失火検出方法において、
前記脈動波形にウエーブレット変換処理を施し周波数成分の分析を行うことにより失火を検出する、
ことを特徴とするエンジンの失火検出方法。
【請求項２】
前記ウエーブレット変換処理における正弦波マッチングは、波形のピーク位置のみにおいて実行するものとされている請求項１に記載したエンジンの失火検出装方法。
【請求項３】
前記正弦波マッチングにおける失火検出の尺度として平均二乗誤差値を算出し、当該平均二乗誤差値が小さい場合を失火と判別するものとされている請求項１または２に記載したエンジンの失火検出方法。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載した失火検出方法において、失火した気筒の特定がエンジンの各気筒の点火時期をモニタして、失火と判定した脈動波形の発生時期と前記各気筒の点火時期とを対比させ、これらが一致した気筒を失火したものと特定することによって行われるものであることを特徴とするエンジンの失火検出方法。
【請求項５】
請求項１，２，３または４に記載したエンジンの失火検出方法を実行するためのプログラムが記憶手段に格納されており前記エンジンの失火検出方法を実行する電子式制御装置を具えたことを特徴とするエンジンの失火検出装置。
【請求項６】
前記プログラムがエンジン回転速度の変動による脈動波形を作成する段階、前記脈動波形の変動をウエーブレット変換する段階、前記変換の結果に対して正弦波マッチングを行って類似度を求める段階、前記正弦波マッチングの結果から失火のみを検出する段階を包含したものである請求項５に記載したエンジンの失火検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン失火の検知および失火した気筒の特定をするための失火検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の増加に伴って増加する排ガスにより大気汚染が問題とされており、古くから種々の排ガス規制法が施行されてきた。その排ガス規制法のうち、ＯＢＤ−ＩＩは乗用車の排ガスエミッション改善のため電子式制御装置を用いてオンボー
ドでモニタすることを要求することに加え、エンジンの失火検出と失火した気筒の特定をも要求するものである。これは、エンジンが失火した場合、排ガスのエミッションレベルを悪化させるとともに触媒の損傷を招く原因となることによるものである。
【０００３】
斯かるエンジン失火の検出法については従前より様々な技術が開発されており、例えば特開平５−２６１４５号公報に、点火プラグの火花放電終了後にプラス極性の二次電圧を発生させてその減衰特性を検出することで失火を判定する方法が提示され、特開平８−２７０４９０号公報にはエンジンの回転角度毎に回転信号を検出して各気筒の爆発行程毎の回転速度変動率を算出し所定の基準値と比較することにより失火を判定する方法が提示されている。
【０００４】
しかし、前者の技術はプラス極性の二次電圧を発生させるための逆二次電圧発生手段およびそのための分圧器などの追加の装置が必要であるとともに構成が複雑となってコスト面で不利であり、後者の方法は高速運転時等にエンジン回転周期信号の変動率の分析が困難になったりスライスレベルのキャリブレーションが困難となったりする、という問題がある。
【０００５】
これに対し、例えば特開２００１―４１０９８号公報にエンジンのフライホイール角速度の変動をフーリエ変換を用いて周波数分析することによりエンジンの失火を判定する技術も提示されている。この手法は高速運転時等でもエンジン回転周期信号の変動率の分析が比較的容易で、しかもサイン関数およびコサイン関数を用いないため電子式制御装置のメモリにかかる負担が少ないものである。
【０００６】
しかしながら、この技術は周波数という単一のパラメータを用いて信号がどのような周波数成分を持つかを表現するだけのものであり、アイドル状態や過渡運転時などエンジンの運転状態によっては詳細な周波数分析が困難となって、失火を確実に検出できない場合も生じる。
【特許文献１】特開平５−２６１４５号公報
【特許文献２】特開平８−２７０４９０号公報
【特許文献３】特開２００１―４１０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、簡易な構成であらゆるエンジン運転状態においても迅速かつ確実にエンジンの失火の検出および失火した気筒を特定できるようにすることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は、エンジンの回転信号を出力する回転信号出力手段の出力信号をエンジン回転速度の変動による脈動波形として検知し、これを基に失火判定手段で所定の基準値と比較することにより失火の検出および失火した気筒を特定するエンジンの失火検出方法において、この脈動波形にウエーブレット変換処理を施し周波数成分の分析を行うことにより失火を検出するものとした。
【０００９】
これにより、エンジンに付帯させる電子式制御装置に上述した動作を行うためのプログラムを格納するだけで実施可能となるとともに、周波数のみをパラメータとしてフーリエ変換を行って解析する方法と異なり、周波数のパラメータに加えて時間に対応したシフトパラメータを用いることでより精密かつ確実な周波数解析が可能となって、アイドル状態や加速減速状態などあらゆるエンジン運転状態においても迅速かつ確実にエンジンの失火の検出および失火した気筒の特定を行えるようになる。
【００１０】
また、このウエーブレット変換処理における正弦波マッチングを波形のピーク位置のみにおいて実行するものとすれば、装置の処理負担を軽減することができるとともに判定作業が迅速かつ効率的なものとなる。
【００１１】
さらにまた、正弦波マッチングにおける失火検出ための尺度として平均二乗誤差（ＲＭＳＥ：Root Mean Square Error）値を算出し、これが小さい場合を失火と判別するものとすれば、より検出精度が高いものとなる。そして、失火した気筒の特定を、エンジンの各気筒の点火時期を点火プラグなどをからモニタして失火と判定した脈動波形の発生時期と各気筒の点火時期とを対比させ、これらが一致した気筒を失火したものと特定するものとすれば、気筒の特定のための新たな部品を必要とせずに失火した気筒を確実に特定することができる。
【００１２】
加えて、上述したエンジンの失火検出方法を実行するためのプログラムが記憶手段に格納されこの失火検出方法を実行する電子式制御装置を具えたものとすれば、これをエンジンに付帯させるだけで、或いはエンジン制御のための既設の電子式制御装置にこのプログラムを格納することにより、本発明の失火検出を容易に実施できるようになる。
【００１３】
そして、このプログラムを、エンジン回転速度の変動による脈動波形を作成する段階、脈動波形の変動をウエーブレット変換する段階、変換の結果に対して正弦波マッチングを行って類似度を求める段階、正弦波マッチングの結果から失火のみを検出する段階を包含したものとすれば、上述した失火検出方法を効率よく実施することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、簡易な構成であらゆるエンジン運転状態において迅速かつ確実にエンジンの失火の検出および失火した気筒を特定することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明すると、図１は本実施の形態の失火検出装置である電子式制御装置１０が配置されたエンジンシステムの配置図を示している。複数の気筒を有するエンジン２のクランク軸２０に固定されたフライホイール２１に近接してクランク角センサ１１が配置されており、エンジン２の回転を電子式制御装置１０が回転信号として検知できるようになっている。また、各気筒に設けられた点火プラグ２２はそれぞれ電子式制御装置１０に接続され、各気筒について点火時期が検知されるようになっている。
【００１６】
エンジン２の運転において、その気筒内で圧縮された混合気に点火プラグ２２で点火を行うとき、点火時期または混合気の組成によっては混合気が完全に燃焼する場合と完全に燃焼しないで失火する場合とがある。そして、エンジン２の複数の気筒中で失火した気筒があるとエンジン回転速度の変動による脈動には特徴的な波形が生じるものであるが、本発明はその脈動波形における特徴部分をウエーブレット変換処理により詳細に解析して抽出しようとするものである。
【００１７】
本実施の形態で実施するウエーブレット変換の内容について以下に説明する。従来の失火検出のためにエンジン回転速度の波形解析において多用されるフーリエ変換は周波数（ω）という単一のパラメータを有し、信号がどのような周波数成分をもっているかを表現するのに対し、本実施の形態において用いるウエーブレット変換は、スケールパラメータ（ａ）とシフトパラメータ（ｂ）という２種類のパラメータを有している。即ち、（ａ）は周波数に対応し、（ｂ）は時間に対応するものであり、ある時間にどのような周波数成分を持っているかを表現できるものであり、より詳細な分析を可能にすることが特徴である。
【００１８】
ウエーブレット変換は一つの母関数に拡大縮小と平行移動を適用することで作られる基底関数を核関数とする積分変換であり、その実施には最初にマザーウエーブレットと呼ばれる関数Ψ(t)を用意し、これを拡大縮小および平行移動することで、数式１で表されるウエーブレット基底関数Ψab(t)を構成する。即ち、このマザーウエーブレットは、エンジン回転速度の脈動波形において失火の発生により生じる特徴的な波形を表したものであり、これをフィルターとして類似した波形部分を抽出するものである。
【数１】
2005240658.tif 000003
【００１９】
そして、ｘ(t)のウエーブレット変換をｘ(a,b)とすると、数式２，数式３のようになる。尚、数式２中で＊は複素共役を表している。
【数２】
2005240658.tif 000004
【数３】
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【００２０】
以下に、本実施の形態の失火検出装置を構成する主要部分である電子式制御装置１０によるエンジン２の失火の検出手順について、図２および図３のブロック図を用いて説明する。図２を参照して、クランク角センサ１１からのエンジン回転信号が電子式制御装置１０に入力され、これが波形作成部１０ａでエンジン２の所定周期毎の回転速度の変動による脈動波形とされ、これが失火判定部１０ｂでウエーブレット変換処理され周波数成分が詳細に分析される。
【００２１】
ウエーブレット変換を用いた失火の検出を詳細に説明するための図３を参照して、生成された脈動波形を上述した数式１，数式２でウエーブレット変換を行い、その絶対値を求める（Ｓ１）。そして、マッチングの前処理として以下の数式４の各単位時間周波数分布Ｓのピークを検出してマッチング位置（時刻）を検出する（Ｓ２）。正弦波マッチングは波形のピーク位置において実行すれば十分であり、またその方が効率的である。
【数４】
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【００２２】
次に、（Ｓ２）の結果を基に正弦波マッチングを行い、失火の判別のための類似度を求める尺度として平均二乗誤差値を計算する（Ｓ３）。そして最後にこの正弦波マッチングの結果を基に平均二乗誤差値の小さいものを失火と判定する（Ｓ４）。
【００２３】
本実施の形態による失火した気筒の特定方法について説明すると、電子式制御装置１０は図１に示すように、エンジン２の各気筒の点火プラグ２２に接続されて気筒毎の点火時期をモニタしている。一方、上述したようにウエーブレット変換による失火の検出が時間に関連づけられたものであることから、電子式制御装置１０において失火と判定した脈動波形の発生時期と各気筒の点火時期とを対比させ、これらが一致した気筒を失火したものと特定するものである（Ｓ５）。
【００２４】
以上述べたように、本発明は例えばエンジン制御のための既設の電子式制御装置に上述した失火検出を実行するためのプログラムを格納させるだけで実施可能であるとともに、エンジン回転速度の変動による脈動信号にウエーブレット変換処理を実施して解析することで、エンジンのアイドル状態や加速減速状態などのあらゆる運転状態において、エンジンの失火および失火した気筒の特定を迅速かつ確実に行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態である配置図。
【図２】図１の電子式制御装置の動作を示すブロック図。
【図３】図２における動作の詳細を示すブロック図。
【符号の説明】
【００２６】
２  エンジン、１０  電子式制御装置、１０ａ  波形生成部、１０ｂ  失火判定部、１１  クランク角センサ、２２  点火プラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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