(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火栓周りに濃い混合気を形成させる成層燃焼運転が行われる直噴式火花点火機関の失火検出装置であって、
機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
該筒内圧検出手段で検出された筒内圧に基づいて失火を検出する失火検出手段と、
該失火検出手段により失火の発生が検出されたときに、前回のサイクルにおいて前記筒内圧検出手段で検出された燃焼圧力波形に基づいて、筒内の空燃比が最適空燃比よりもリッチであるためのリッチ失火と、リーンであるためのリーン失火とのいずれであるかを判別するリッチ・リーン失火判別手段と、
を含んで構成され、
前記リッチ・リーン失火判別手段が、前記前回のサイクルにおける燃焼圧力波形に基づき燃焼割合を求めると共に、該燃焼割合から燃焼期間の長さを求め、前記燃焼期間の長さに基づいてリッチ失火とリーン失火とを判別することを特徴とする直噴式火花点火機関の失火検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の直噴式火花点火機関の失火検出装置を含んで構成される一方、
前記リッチ・リーン失火判別手段によりリッチ失火の発生が判別されたときに次回の燃料噴射量を減量補正する燃料減量補正手段と、
前記リッチ・リーン失火判別手段によりリーン失火の発生が判別されたときに次回の燃料噴射量を増量補正する燃料増量補正手段と、
を備えたことを特徴とする直噴式火花点火機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の直噴式火花点火機関の失火検出装置を含んで構成される一方、
前記リッチ・リーン失火判別手段によりリッチ失火の発生が判別されたときに次回の燃料噴射量を減量補正する燃料減量補正手段と、
前記リッチ・リーン失火判別手段によりリーン失火の発生が判別されたときに１次コイルへの通電時間を増大補正する通電時間増大補正手段と、
を備えたことを特徴とする直噴式火花点火機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴式火花点火機関の失火検出装置及び制御装置に関し、詳しくは、点火栓周りに濃い着火用の混合気を形成させる成層燃焼運転が行われる直噴式火花点火機関において、点火栓周りの空燃比が最適空燃比よりもリッチであるためのリッチ失火と、リーンであるためのリーン失火とを判別し、また、これらリッチ失火，リーン失火を低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、失火の発生を検出して失火低減を図る装置，方法としては、以下のようなものがあった。特開昭６０−４５７５０号公報には、燃焼圧力に基づいて始動時の失火を検出し、失火発生が検出されたときには燃料量を減量補正する構成の開示がある。
【０００３】
また、特開昭６２−２５８１５０号公報には、特定気筒の燃焼状態を検出し、前記特定気筒については失火限界の燃料量で燃焼させる一方、他の気筒に対しては前記特定気筒の燃料量よりも増量した燃料を供給する構成の開示がある。また、特開平３−１５１５４４号公報には、三元触媒の上下流にそれぞれ設けられた空燃比センサに基づく空燃比補正量，空燃比学習補正量に基づいて点火系失火異常と燃料系失火異常とを判別する構成の開示がある。
【０００４】
更に、特開平５−１１８２４５号公報には、吸気行程噴射と圧縮行程噴射とに分けて燃料を筒内に直接噴射する内燃機関において、筒内圧に基づく失火の検出結果に基づいて吸気行程噴射による燃料量と圧縮行程噴射による燃料量との比を変化させる構成の開示がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、点火栓周りに着火用の濃い混合気を形成させ、超希薄空燃比での燃焼を可能にする成層燃焼運転が行われる直噴式火花点火機関においては、点火栓周りに点火に最適な空燃比の混合気を形成させる必要があり、前記最適空燃比よりもリッチになっても失火が発生し、また、リーンになっても失火が発生する。即ち、成層燃焼時には、平均空燃比としては点火に最適な空燃比よりもリーンであっても、点火栓周りの空燃比は点火に最適な空燃比よりもリッチになったり、リーンになったりする可能性があったものである。
【０００６】
従って、成層燃焼が行われる機関では、リッチ失火とリーン失火とを区別して診断し、それぞれの失火に適した対策を施す必要があるが、特開昭６０−４５７５０号公報や特開昭６２−２５８１５０号公報に開示されるようなものでは、失火がリッチ失火かリーン失火かのいずれかに限定される構成であって、リッチ失火，リーン失火を診断する構成を備えないため、前記成層燃焼機関における失火診断には適さないという問題があった。
【０００７】
また、特開平３−１５１５４４号公報のように、空燃比学習の結果を用いて失火診断を行う構成や、燃料補正後の失火の増減傾向からリッチ失火，リーン失火を判別する構成では、応答良く失火対策を施すことができないという問題がある。更に、特開平５−１１８２４５号公報の場合には、吸気行程噴射量と圧縮行程噴射量との比率から、点火栓周りの空燃比状態をリッチとリーンとに分け、失火が発生したときに、前記噴射量比率からリーン失火とリッチ失火とに判別する構成であるため、圧縮行程噴射のみで成層燃焼を行わせる構成には適用できず、また、点火栓周りの空燃比状態を精度良く判断することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、成層燃焼が行われる直噴式火花点火機関において、リッチ失火，リーン失火を応答良くかつ高精度に検出できる失火検出装置を提供することを目的とする。更に、前記リッチ失火，リーン失火の検出結果に基づいて、失火を効果的に低減できる制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、点火栓周りに濃い混合気を形成させる成層燃焼運転が行われる直噴式火花点火機関の失火検出装置であって、機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、該筒内圧検出手段で検出された筒内圧に基づいて失火を検出する失火検出手段と、該失火検出手段により失火の発生が検出されたときに、前回のサイクルにおいて前記筒内圧検出手段で検出された燃焼圧力波形に基づいて、筒内の空燃比が最適空燃比よりもリッチであるためのリッチ失火と、リーンであるためのリーン失火とのいずれであるかを判別するリッチ・リーン失火判別手段と、を含んで構成され、前記リッチ・リーン失火判別手段が、前記前回のサイクルにおける燃焼圧力波形に基づき燃焼割合を求めると共に、該燃焼割合から燃焼期間の長さを求め、前記燃焼期間の長さに基づいてリッチ失火とリーン失火とを判別することを特徴とする。
【００１０】
空燃比が最適空燃比よりもリッチである場合には前記燃焼期間が短くなり、逆に、最適空燃比よりもリーンである場合には燃焼期間が長くなる。従って、失火が発生したときには、前回のサイクルでの燃焼期間から最適空燃比に対してリッチであるかリーンであるかを判断し、以て、今回検出された失火がリッチ失火であるかリーン失火であるかを判別する。
【００１１】
また、請求項２記載の発明に係る直噴式火花点火機関の制御装置は、上記の失火検出装置を含んで構成される一方、前記リッチ・リーン失火判別手段によりリッチ失火の発生が判別されたときに次回の燃料噴射量を減量補正する燃料減量補正手段と、前記リッチ・リーン失火判別手段によりリーン失火の発生が判別されたときに次回の燃料噴射量を増量補正する燃料増量補正手段と、を備える。
【００１２】
かかる構成によると、リッチ失火発生時には、燃料噴射量を減量させることで、点火栓周りの空燃比をリーン側に修正して最適空燃比に近づけるようにする。同様に、リーン失火発生時には、燃料噴射量を増量させることで、点火栓周りの空燃比をリッチ側に修正して最適空燃比に近づけるようにする。
【００１３】
一方、請求項３記載の発明に係る直噴式火花点火機関の制御装置は、上記の失火検出装置を含んで構成される一方、前記リッチ・リーン失火判別手段によりリッチ失火の発生が判別されたときに次回の燃料噴射量を減量補正する燃料減量補正手段と、前記リッチ・リーン失火判別手段によりリーン失火の発生が判別されたときに１次コイルへの通電時間を増大補正する通電時間増大補正手段と、を備える。
【００１４】
かかる構成によると、リッチ失火発生時には、燃料噴射量を減量させることで、点火栓周りの空燃比をリーン側に修正して最適空燃比に近づけるようにする。一方、リーン失火発生時には、１次コイルへの通電時間を増大補正することで点火エネルギーを増大させ、点火栓周りの空燃比が最適空燃比よりもリーンであっても失火を低減できるようにする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、失火発生時の前回のサイクルにおける燃焼期間に基づいて筒内の空燃比が最適空燃比に対してリーン状態であったかリッチ状態であったかを判断することで、失火をリッチ失火とリーン失火とに応答良く判別できるという効果がある。
【００１６】
請求項２記載の発明によると、空燃比を最適空燃比に近づけてリッチ失火，リーン失火を応答良く低減できるという効果がある。請求項３記載の発明によると、リッチ失火時には空燃比を最適空燃比に近づけることでリッチ失火を低減でき、また、リーン失火時にはリーン空燃比を保ったまま点火エネルギーを増大修正することでリーン失火を低減できるという効果がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。図１は、実施の形態における内燃機関のシステム概略図である。この図１において、点火栓１は、燃料噴射弁２によって直接シリンダ内に噴射される燃料によって形成される混合気に点火して着火燃焼させるものであり、本実施の形態における内燃機関は、所謂直噴式火花点火機関である。
【００１８】
前記燃料噴射弁２は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット６からの制御信号によって開弁制御され、前記コントロールユニット６には、前記燃料噴射制御等のために、エアフローメータ３，スロットルセンサ４，回転数センサ５，筒内圧検出装置１１（筒内圧検出手段）等からの検出信号が入力されるようになっている。
【００１９】
前記エアフローメータ３は機関の吸入空気流量を検出し、スロットルセンサ４はスロットル弁開度を検出し、回転数センサ５は機関の回転数（rpm)を検出する。また、筒内圧検出装置１１は、筒内圧を検出する。
【００２０】
ここで、前記コントロールユニット６は、図２のフローチャートに示すようにして、失火診断を行うと共に、失火検出時には失火低減のための制御を行う。
【００２１】
図２のフローチャートにおいて、まず、Ｓ21では、前記筒内圧検出装置11によって筒内圧を検出する。Ｓ22では、前記筒内圧検出装置11で検出された１サイクル間の筒内圧（燃焼圧力波形）に基づいて燃焼割合（マスバーント）を演算する（図３参照）。具体的には、例えば、前記筒内圧，シリンダ容積等に基づいて熱発生率を求め、熱発生率が０になった点を燃焼割合100％とし、トータルの熱発生率に対する各クランク角タイミングでの発生割合として燃焼割合を求める。
【００２２】
Ｓ23では、前記燃焼割合を記憶する。Ｓ24では、前記筒内圧検出装置11によって検出される筒内圧に基づいて失火を検出する（失火検出手段）。該筒内圧に基づく失火検出は、筒内圧の最大値や変動、また、所定クランク角位置における筒内圧、筒内圧の積分値などに基づいて行える。
【００２３】
そして、筒内圧に基づいて失火の発生が検出されたときには、Ｓ25へ進み、前回サイクルの正常燃焼時に求めた燃焼割合から最適空燃比よりもリッチであったかリーンであったかを判別する。即ち、筒内内の混合気が最適な空燃比よりもリッチであるときには、前記燃焼割合から求められる燃焼期間が短くなり、逆に、最適空燃比よりもリーンであるときには、前記燃焼割合から求められる燃焼期間が長くなるので、最適空燃比相当の基準燃焼期間と実際に前回サイクルにおける燃焼割合から求めた燃焼期間とを比較し、基準期間よりも実際の燃焼期間が短かった場合には、空燃比が最適空燃比よりもリッチであったことになり、また、基準期間よりも実際の燃焼期間が長かった場合には、空燃比が最適空燃比よりもリーンであったことになる。
【００２４】
従って、前回のサイクル（正常燃焼時）の燃焼期間が基準よりも短くリッチ空燃比であったときには、今回の失火はリッチ失火であると推定されることになり、逆に、前回のサイクル（正常燃焼時）の燃焼期間が基準よりも長くリーン空燃比であったときには、今回の失火はリーン失火であると推定されることになる。尚、前記基準の燃焼期間も、吸入空気流量，機関回転数，スロットル開度などの運転条件に応じて可変に設定する構成とすることが好ましい。
【００２５】
Ｓ25では、上記のように失火発生時の前回サイクルでの空燃比状態から、今回検出された失火がリッチ失火であるかリーン失火であるかを判別する（リッチ・リーン失火判別手段）。そして、リッチ失火が判別されたときには、Ｓ26へ進み、次回の燃料噴射量を所定量だけ減量補正する設定を行い、該減量補正によって空燃比をリーン化させて最適空燃比に近づけ、リッチ失火の低減を図る（燃料減量補正手段）。
【００２６】
一方、リーン失火が判別されたときには、Ｓ27へ進み、次回の燃料噴射量を所定量だけ増量補正する設定を行い、該増量補正によって空燃比をリッチ化させて最適空燃比に近づけ、リーン失火の低減を図るか（燃料増量補正手段）、または、１次コイル（点火コイルの１次側）への通電時間を増大補正することで点火エネルギーを大きくし、最適な空燃比よりもリーンであっても前記点火エネルギーの増大によって正常燃焼が図られるようにする（通電時間増大補正手段）。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における直噴式火花点火機関のシステム構成図。
【図２】実施の形態における失火診断及び失火対策の様子を示すフローチャート。
【図３】空燃比による燃焼期間の違いを示す図。
【符号の説明】
１…点火栓
２…燃料噴射弁
３…エアフローメータ
４…スロットルセンサ
５…回転数センサ
６…コントロールユニット
１１…筒内圧検出装置
【図１】
0003959781.tif 000002
【図２】
0003959781.tif 000003
【図３】
0003959781.tif 000004