(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、従来の失火検出装置よりも検出（判定）精度を向上させた失火検出装置を提供することにある。【解決手段】  本発明に係る内燃機関の失火検出装置は、内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、回転エネルギ量演算手段と、前記回転エネルギ量演算手段で算出される前記回転エネルギ量の変動量と失火を判定するための失火判定値とを比較して前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段と、前記失火判定値が、機関回転速度と、吸入空気量と、の関数値として予めマップに格納されている記憶装置と、を具備し、前記回転エネルギ量は、検出された前記クランク角度に基づいて演算される回転慣性モーメントより算出されることを特徴としている。【選択図】      図２
2007002814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、
回転エネルギ量演算手段と、
前記回転エネルギ量演算手段で算出される前記回転エネルギ量の変動量と失火を判定するための失火判定値とを比較して前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段と、
前記失火判定値が、機関回転速度と、吸入空気量と、の関数値として予めマップに格納されている記憶装置と、を具備し、
前記回転エネルギ量は、検出された前記クランク角度に基づいて演算される回転慣性モーメントより算出されることを特徴とする、内燃機関の失火検出装置。
【請求項２】
前記クランク角度検出手段の一部であるクランク角度基準位置検出手段が、クランク軸の前端近傍と、該前端近傍と同一位相にある後端近傍と、の２箇所に配置され、前記二つのクランク角度基準位置検出手段による同一時刻における二つの検出値から算出された前記前端のクランク角度と前記後端のクランク角度との相対角度差に基づいて前記回転エネルギ量を補正することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置。
【請求項３】
車両に搭載された内燃機関において、内燃機関とトランスミッションとを連結するトルクコンバータに内臓されるタービンの回転速度および／または車輪回転速度および／または補機駆動がオンされる時の該補機の駆動負荷、に基づいて前記回転エネルギ量を補正することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の失火検出装置。
【請求項４】
車両に搭載された内燃機関において、前記回転エネルギ量を数値処理し周波数分析して所定の低周波数の数値を除去した後の前記回転エネルギ量に基づいて前記回転エネルギ量の変動量を算出することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の失火検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に発生する失火を検出する内燃機関の失火検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの失火検出装置に関連する先行技術文献としては、特許文献１または特許文献２に開示されたものが知られている。このうち、特許文献１には、エンジン回転速度の変動量を算出し、該変動量と失火判定値を比較して失火を判定する技術が示されている。また、特許文献２には、エンジン回転加速度に基づいて失火を判定する技術が示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１８６０５号公報
【特許文献２】特開平６−２２９３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、エンジン回転速度およびエンジン回転加速度に対して、実際にはピストン、コンロッド等の往復動質量による、クランク角度ごとに変化する慣性力が影響しているが、特許文献１および特許文献２においては、該慣性力は一定値として取扱われている。また、車両に搭載するエンジンに関しては、ドライブシャフトのねじり振動等がエンジン回転速度等に影響を与えるが、特許文献１または特許文献２においては、この影響は何ら考慮されていない。このため、失火判定の精度は十分なものではなかった。
【０００５】
本発明の目的は、従来の失火検出装置よりも検出（判定）精度を向上させた失火検出（判定）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】
請求項１に記載の発明によれば、
内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、
回転エネルギ量演算手段と、
前記回転エネルギ量演算手段で算出される前記回転エネルギ量の変動量と失火を判定するための失火判定値とを比較して前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段と、
前記失火判定値が、機関回転速度と、吸入空気量と、の関数値として予めマップに格納されている記憶装置と、を具備し、
前記回転エネルギ量は、検出された前記クランク角度に基づいて演算される回転慣性モーメントより算出されることを特徴とする、内燃機関の失火検出装置が提供される。
【０００７】
このように請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置によれば、検出されたクランク角度に基づく回転慣性モーメントにより算出された回転エネルギ量を失火判定値として採用する。このため、回転慣性モーメントを一定値として取扱っている従来の失火判定装置に比し、検出（判定）精度を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、
前記クランク角度検出手段の一部であるクランク角度基準位置検出手段が、クランク軸の前端近傍と、該前端近傍と同一位相にある後端近傍と、の２箇所に配置され、前記二つのクランク角度基準位置検出手段による同一時刻における二つの検出値から算出された前記前端のクランク角度と前記後端のクランク角度との相対角度差に基づいて前記回転エネルギ量を補正することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置が提供される。
このように請求項２に記載の内燃機関の失火検出装置によれば、エンジン回転にともなうクランク軸のねじり振動に起因するクランク角速度の変動量を補正するので、算出される回転エネルギ量の精度が向上し、ひいては検出（判定）精度を向上させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、
車両に搭載された内燃機関において、内燃機関とトランスミッションとを連結するトルクコンバータに内臓されるタービンの回転速度および／または車輪回転速度および／または補機駆動がオンされる時の該補機の駆動負荷、に基づいて前記回転エネルギ量を補正することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の失火検出装置が提供される。
このように請求項３に記載の内燃機関の失火検出装置によれば、車両に搭載された内燃機関において、各種外乱要因に起因するクランク角速度の変動量を補正するので、算出される回転エネルギ量の精度が向上し、ひいては検出（判定）精度を向上させることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、
車両に搭載された内燃機関において、前記回転エネルギ量を数値処理し周波数分析して所定の低周波数の数値を除去した後の前記回転エネルギ量に基づいて前記回転エネルギ量の変動量を算出することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の失火検出装置が提供される。
このように請求項４に記載の内燃機関の失火検出装置によれば、車輪駆動軸系に発生する低周波数のねじり振動に起因する回転エネルギ量変動成分を除去するため、算出される回転エネルギ量の精度が向上し、ひいては検出（判定）精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の失火検出装置よりも検出精度を向上させた失火検出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。最初に、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかる失火検出装置が適用されたエンジンおよびその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１３】
図１において、１０は４サイクル６気筒（第１気筒〜第６気筒）からなるエンジンであり、１１はエアクリーナ１２から導入される吸入空気をエンジン１０側に供給する吸気通路である。１３は吸気通路１１内に導入される吸入空気量ＧＮを検出するエアフローメータ等の吸入空気量センサである。
【００１４】
２１はエンジン１０のクランク軸１６に配設され、所定クランク角毎に信号を出力しエンジン回転速度ＮＥを求めるための回転速度センサであり、２３は通常はディストリビュータ２２に内蔵され、特定気筒を判別するための信号を出力、例えば、第１気筒のピストン１７が最も上昇した時点である圧縮ＴＤＣ（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ：上死点）毎の基準位置Ｇを検出する基準位置センサである。そして、基準位置センサ２３および回転速度センサ２１による二つの検出値に基づきクランク角度を算出することとなる。本書においては、基準位置センサ２３および回転速度センサ２１をクランク角度検出手段と言う。２４はエンジン１０の冷却水路に配設され、冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサである。
【００１５】
３０は吸入空気量センサ１３からの吸入空気量ＧＮ、回転速度センサ２１からのエンジン回転速度ＮＥ、基準位置センサ２３からの基準位置Ｇ、水温センサ２４からの冷却水温ＴＨＷ、その他の各種センサ信号を入力し、燃料系および点火系における最適な制御量を演算し、インジェクタ（燃料噴射弁）２６およびイグナイタ２７等を的確に制御するための制御信号を出力するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）である。
【００１６】
ＥＣＵ３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ３１、制御プログラムや制御マップ等を格納した記憶装置ＲＯＭ３２、各種データ等を格納する記憶装置ＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４、入出力回路３５およびそれらを接続するバスライン３６等からなる論理演算回路として構成されている。なお、２９はＥＣＵ３０によって失火発生と判断されたときに、失火発生を運転者等に知らせるための警告ランプである。
【００１７】
次に、本発明の１実施形態にかかるエンジンの失火検出装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における失火有無判定の処理手順を示す図２のフローチャートに基づき、図３を参照して説明する。ここで、図３は図２で吸入空気量ＧＮおよびエンジン回転速度をパラメータとしてエンジン１０の運転時における失火有無を判定するための失火判定値ＲＥＦを算出するマップである。なお、この失火有無判定ルーチンは所定クランク角、例えば、３０°ＣＡ（Ｃｒａｎｋ Ａｎｇｌｅ：クランク角）毎の割込にてＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００１８】
図２において、まず、ステップＳ１０１では、今回の割込時刻のクランク角度θ1 、並びに、前回の割込時刻と今回の割込時刻との偏差からクランク軸１６が３０°ＣＡ回転するのに要する今回の時間Ｔ３０i 、が算出される。次にステップＳ１０２に移行して、今回の割込タイミングが第１気筒〜第６気筒のうちの何れかの気筒における圧縮ＴＤＣであるかが判定される。ステップＳ１０２の判定条件が成立せず、即ち、今回の割込タイミングが圧縮ＴＤＣでないときには何もすることなく本ルーチンを終了する。
【００１９】
一方、ステップＳ１０２の判定条件が成立、即ち、今回の割込タイミングが第１気筒〜第６気筒のうちの何れかの気筒における圧縮ＴＤＣであるときにはステップＳ１０３に移行し、ステップＳ１０１で算出されたエンジン１０のクランク軸１６が３０°ＣＡ回転するのに要する時間Ｔ３０i の逆数に基づいて、今回の角速度ωiおよびエンジン回転速度ＮＥiが算出される。次にステップＳ１０４に移行して、今回の回転エネルギ量Ｋe i が次式（１）にて算出される。
【００２０】
Ｋei ＝  0.5 ×Ｊ(θi)×ωi2          ・・・（１）
ここで、  Ｋei：回転エネルギ量（圧縮ＴＤＣにおける）、
θi：クランク角度（圧縮ＴＤＣにおける）、  
Ｊ(θi)：回転慣性モーメント（θiにおける）、
ωi：クランク角速度（圧縮ＴＤＣ前３０°ＣＡから圧縮ＴＤＣまでの）
【００２１】
次にステップＳ１０５に移行して、吸入空気量センサ１３から吸入空気量ＧＮが読込まれる。次にステップＳ１０６に移行して、ステップＳ１０５で読込まれた吸入空気量ＧＮおよびステップＳ１０３で算出されたエンジン回転速度ＮＥをパラメータとする図３に示すマップに基づき、失火有無を判定するための失火判定値ＲＥＦが算出される。なお、図３の各パラメータの中間値に対する失火判定値ＲＥＦは補間演算によって求められる。
【００２２】
次にステップＳ１０７に移行して、今回の割込時刻から６０°ＣＡ後（すなわち次々回）の割込時刻と同９０°ＣＡ後（すなわち次々々回、これを「新今回」という）の割込時刻との偏差からクランク軸１６が３０°ＣＡ回転するのに要する新今回の時間Ｔ３０i+1  が算出される。なお、新今回のクランク角度θi+1 は、自動的に算出されている。次にステップＳ１０８に移行して、ステップＳ１０７で算出された時間Ｔ３０i+1 の逆数に基づいて、新今回の角速度ωi+1 が算出される。該新今回の角速度ωi+1 は、直前の圧縮ＴＤＣ付近で正常に燃焼が実行されていれば（失火が無ければ）、今回の角速度ωi より増加しているはずである。
【００２３】
次にステップＳ１０９に移行して、新今回の回転エネルギ量Ｋe i+1 （圧縮ＴＤＣ後９０°ＣＡにおける）が、以下のパラメータを使用して前式（１）にて算出される。
すなわち、パラメータは、θi+1 ：クランク角度（圧縮ＴＤＣ後９０°における）、Ｊ(θi+1 )：回転慣性モーメント（θi+1 における）、ωi+1 ：クランク角速度（圧縮ＴＤＣ後６０°ＣＡから圧縮ＴＤＣ後９０°までの）である。
【００２４】
次にステップＳ１１０に移行して、今回の回転エネルギ変動量ΔＫe i を、ステップＳ１０９で算出された新今回の回転エネルギ量Ｋe i+1 とステップＳ１０４で算出された今回の回転エネルギ量Ｋe i との偏差として次式（２）にて算出される。
ΔＫei ＝ Ｋe i+1  −  Ｋe i        ・・・（２）
【００２５】
次にステップＳ１１１に移行して、ステップＳ１１０で算出された今回の回転エネルギ変動量ΔＫe i  が、ステップＳ１０６で算出された失火判定値ＲＥＦ以上になっているかが判定される。ステップＳ１１１の判定条件が成立、即ち、今回の回転エネルギ変動量ΔＫe i が失火判定値ＲＥＦより小さいときにはステップＳ１１２に移行し、失火判定フラグＸＭＦが失火有りを表わす「１」にセットされる。一方、ステップＳ１１１の判定条件が成立せず、即ち、今回の回転エネルギ変動量ΔＫe i が失火判定値ＲＥＦ以上に大きいときにはステップＳ１１３に移行し、失火判定フラグＸＭＦが失火なしを表わす「０」にセットされる。このようにして、本ルーチンが終了する。
【００２６】
上述の失火有無判定ルーチンで用いられている図３のマップでは、吸入空気量ＧＮおよびエンジン回転速度ＮＥをパラメータとして失火判定値ＲＥＦが算出される。
【００２７】
次に、本発明の一実施形態にかかるエンジンの失火検出装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における異常診断の処理手順を示す図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、この異常診断ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００２８】
図４において、ステップＳ２０１では、上述の失火有無判定ルーチンによる失火判定フラグＸＭＦを含む各種異常判定フラグの状態が読込まれる。次にステップＳ２０２に移行して、ステップＳ２０１で読込まれた各種異常判定フラグの状態に基づき異常の発生が判定される。ステップＳ２０２の判定条件が成立せず、即ち、各種異常判定フラグの状態が全て「０」であるときには異常なしとして、本ルーチンを終了する。
【００２９】
一方、ステップＳ２０２の判定条件が成立、即ち、各種異常判定フラグの状態のうち何れか１つでも「１」であるときにはステップＳ２０３に移行する。ステップＳ２０３では、各種異常判定フラグの状態として、例えば、上述の失火判定フラグＸＭＦが「１」にセットされている場合には、図示しない触媒の保護や排出ガス中のＨＣ（炭化水素）濃度の増大を防止するため、失火発生と判定された気筒に対して燃料供給を停止したり、運転者等に失火発生を知らせるための警告等２９を点灯させる等の異常検出に対応した周知のフェイルセーフ処理が実行され、本ルーチンを終了する。
【００３０】
このように、本実施例のエンジンの失火検出装置は、回転速度センサ２１で検出されるエンジン１０のクランク軸１６が所定期間として３０°ＣＡ回転するのに要する時間の逆数である角速度ωi に基づいて回転エネルギ変動量ΔＫei を算出するＥＣＵ３０にて達成される回転エネルギ変動量演算手段と、前記回転エネルギ変動量演算手段で算出される回転エネルギ変動量ΔＫei と失火を判定するための失火判定値ＲＥＦとを比較してエンジン１０の失火を検出するＥＣＵ３０にて達成される失火検出手段とを具備し、失火判定値ＲＥＦはエンジン回転速度と、吸入空気量と、の関数値として予めマップに格納されているものである。
【００３１】
つまり、失火判定値ＲＥＦがエンジン回転速度と、吸入空気量とをパラメータとして予めマップ化され記憶装置ＲＯＭ３２内に格納（図３参照）されており、回転エネルギ変動量ΔＫe i が失火判定値ＲＥＦと比較されることでエンジン１０における失火の有無が判定される。
【００３２】
そして、本実施形態のエンジンの失火検出装置において、今回の燃焼行程の回転エネルギと、前回の燃焼行程の回転エネルギとは、それぞれの燃焼行程での同一位相におけるものである。
【００３３】
ところで、上記実施例では、エンジン１０として４サイクル６気筒（第１気筒〜第６気筒）を想定して述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、要は、回転エネルギ変動量算出の際に、連続する燃焼行程での同一位相における回転エネルギを用いるようにすればよい。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
周知のように、多気筒エンジンのクランク軸は、ねじり振動が発生する。このねじり振動によりクランク角速度は影響を受け、回転エネルギの算出精度に誤差を発生させる。このためねじり振動によるクランク軸の前端と後端とのねじり相対角度差を計測し、このねじり相対角度差に基づいて前記回転エネルギ量を補正する。
【００３５】
なお、クランク角度検出手段とは、基準位置センサ２３および回転速度センサ２１を言う。この基準位置センサ２３（クランク角度基準位置検出手段）を、クランク軸の前端近傍と、該前端近傍と同一位相にある後端近傍と、の２箇所に配置して、前記二つの基準位置センサ２３による同一時刻における二つの検出値から算出された前記前端のクランク角度と前記後端のクランク角度との相対角度差に基づいて前記回転エネルギ量を補正する。該補正演算処理により失火検出の精度が確保できる。
【００３６】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
車両に搭載されたエンジンにおいては、悪路走行時やシフトチェンジ時には、エンジンに急激な負荷がかかり、前記失火判定手段が失火と誤判定する可能性がある。このため、エンジンとトランスミッションとを連結するトルクコンバータ（図５参照）に内臓されるタービン（図示せず）の回転速度をセンサにより計測し、該タービン回転速度により前記回転エネルギ量を補正する。該タービン回転速度は、トランスミッション側の回転速度である。このため、悪路走行時やシフトチェンジ時にトランスミッション側（プロペラシャフト側）の回転速度が低下した時、その低下量を直接検出できる。該補正演算処理により失火検出の精度が確保できる。
【００３７】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
車両に搭載されたエンジンにおいては、車両駆動系のねじり振動によりクランク角速度は影響を受け、回転エネルギの算出精度に誤差を発生させる。図５に示すように、車両駆動系とは、主としてプロペラシャフト、ドライブシャフトを指す。車両駆動系のねじり振動の振動数は、数ヘルツから２０ヘルツであり、低周波数である。このねじり振動は、車輪回転速度とエンジン回転速度から推定することが可能となる。
すなわち、車輪回転速度を計測することにより、このねじり振動が前記回転エネルギ量に及ぼす影響を補正する演算処理が可能となる。該補正演算処理により失火検出の精度が確保できる。特に、トルクコンバータのロックアップ制御時には、第３実施形態による補正ができないため、本第４実施形態が有用となる。
【００３８】
また、車輪回転速度を計測することに替えて、回転エネルギ量（例えば、直近ｎ個の毎圧縮ＴＤＣの回転エネルギ量）を数値処理し周波数分析して所定の低周波数（数ヘルツから２０ヘルツ）の数値を除去した後の今回および新今回の回転エネルギ量に基づいて回転エネルギ量の変動量を算出する演算処理も可能である。
【００３９】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
車両に搭載されたエンジンにおいては、補機、例えばエアコンやパワーステアリングの駆動がオンされると、エンジンに急激な負荷がかかり、前記失火判定手段が失火と誤判定する可能性がある。このため、補機駆動がオンされる時の該補機の駆動負荷、に基づいて前記回転エネルギ量を補正する。該補正演算処理により失火検出の精度が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態にかかる失火検出装置が適用されたエンジンおよびその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる失火検出装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける失火有無判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】吸入空気量およびエンジン回転速度をパラメータとして失火判定値を算出するマップである。
【図４】本発明の実施形態にかかる失火検出装置の一部であるＥＣＵ内のＣＰＵにおける異常診断の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】車両に搭載されたエンジンと駆動軸系を表す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０    エンジン
１６    クランク軸
２１    回転速度センサ
３０    ＥＣＵ（電子制御ユニット）
３２    ＲＯＭ
１００    車両
【図１】
2007002814.tif 000003
【図２】
2007002814.tif 000004
【図３】
2007002814.tif 000005
【図４】
2007002814.tif 000006
【図５】
2007002814.tif 000007