JP4484772B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関における失火の有無を精度良く検出する装置に関する。特に、360°クランク角毎に繰り返す失火(対向気筒失火)を精度良く検出する装置に関する。

各気筒の燃焼時におけるクランクシャフトの回転の角速度を検出する角速度検出手段と、爆発行程が連続する２つの気筒間の角速度の偏差を求めることにより第１の回転変動量を算出する第１回転変動量算出手段と、前記第１回転変動量算出手段が第１の回転変動量を算出するために角速度を検出した時期よりも360°ＣＡ前における２つの気筒間の角速度の偏差を求めることにより第２の回転変動量を算出する第２回転変動量算出手段と、第１回転変動量算出手段が算出した第１回転変動量と第２回転変動量算出手段が算出した第２回転変動量とを加算する加算手段と、前記加算手段により加算された回転変動量と予め定めた判定値を比較して360°ＣＡ毎に発生する失火を検出する失火検出手段を具備することを特徴とする多気筒内燃機関の失火検出装置が知られている(特許文献1参照)。

このような構成の失火検出装置を用いることで、対向気筒失火が精度良く検出できるとされてきた。

特許第3463476号公報

例えば、従来技術を用いて６気筒エンジンの失火を検出する場合を考える。各気筒の燃焼行程における角速度をω(i)とする。ただし、iはサンプリング番号である。第１回転変動量算出手段が算出する第１回転変動量はω(i)-ω(i-1)、第２回転変動量算出手段が算出する第２回転変動量はω(i-3)-ω(i-4)なので、加算手段の出力は、{ω(i)-ω(i-1)}+{ω(i-3)-ω(i-4)}である。

i番目のサンプリング時点とi-3番目のサンプリング時点に爆発行程である気筒が失火しているとき、気筒毎の角速度の誤差がないと仮定すれば、
ω(i)<ω(i-1)
ω(i-3)<ω(i-4)
である。したがって、加算手段の出力は
{ω(i)-ω(i-1)}+{ω(i-3)-ω(i-4)}<0
となり、これによって失火検出はできる。

ところが、気筒毎に角速度の誤差があると仮定すると、i番目のサンプリング時点とi-3番目のサンプリング時点に爆発行程である気筒が失火しているときでも、必ずしも
ω(i)<ω(i-1)
ω(i-3)<ω(i-4)
は成立しないので、
{ω(i)-ω(i-1)}+{ω(i-3)-ω(i-4)}<0
が成立するかどうかで対向気筒失火の有無を判定することはできない。
本発明の目的は、内燃機関において精度良く失火を検出できる失火検出装置を提供することにある。

上記目的は、内燃機関のクランク軸が一定角度回転するのに要する時間を計測する回転検出手段と、回転所要時間を処理することで内燃機関の失火を検出する信号処理手段を備えた失火検出装置において、信号処理手段は、燃料カット指令が出ているときに気筒ごとの回転所要時間を記憶する非燃焼時回転所要時間メモリと、気筒ごとの燃焼ばらつきを製造時に記憶する燃焼ばらつきメモリと、燃焼行程気筒に応じてこれら２つのメモリから出力される非燃焼時回転所要時間と燃焼ばらつきの和を回転検出手段が出力する回転所要時間から引いた値から特定成分を抽出するフィルタと、フィルタの出力が閾値を超えるときに失火と判定する閾値判定手段からなる失火検出装置、によって達成される。

本発明を用いることでリングギアの製造誤差と燃焼むらによる回転所要時間の誤差が補正でき、精度良く失火、特に対向気筒失火が検出できる。失火が精度良く検出できることで、未燃燃料が大気中に放出されるのを防ぐことができる。

図１は本発明の構成の一例を示す図である。この図を用いて本発明の第一の実施形態を説明する。

失火検出装置は、内燃機関のクランク軸が一定角度回転するのに要する時間を計測する回転検出手段１と、回転所要時間を処理することで内燃機関の失火を検出する信号処理手段２に大きく分けられる。

回転検出手段１は、リングギア１１と磁気センサ１２からなる。リングギア１１には、図２に示すような歯が取り付けられている。歯が磁気センサ１２に接近すると磁気センサ１２の出力が変化し、磁気センサ１２の出力の変化の間隔を計測することで一定角度を回転するのに要する回転所要時間が計測される。図２は特に６気筒内燃機関に適したリングギア１１である。６気筒内燃機関の場合、クランク軸が１回転する問に、３つの気筒が爆発するので、図２（ａ），（ｂ）のそれぞれの矢印付の円弧で示された歯と歯の間の区間は、一つの気筒が爆発する間にリングギア１１が回転する角度とみなせる。図２（ａ）の歯間区間はエンジン回転数が低いとき、図２（ｂ）の歯間区間はエンジン回転数が高いときの１つの気筒が爆発する間にリングギアが回転する角度に相当する。

失火検出装置における信号処理手段の構成の一例を図３に示す。信号処理手段２は、燃料カット指令が出ているときに気筒ごとの回転所要時間を記憶する非燃焼時回転所要時間メモリ２１と、気筒ごとの燃焼ばらつきを製造時に記憶する燃焼ばらつきメモリ２２と、燃焼行程気筒に応じてこれら２つのメモリから出力される非燃焼時回転所要時間と燃焼ばらつきの和を回転検出手段１が出力する回転所要時間から引いた値から特定成分を抽出するフィルタ２３と、フィルタ２３の出力が閾値を超えるときに失火と判定する閾値判定手段２４とから構成される。

回転検出手段１が出力し、信号処理手段２に入力される回転所要時間の一例を図４に示す。失火が起こらなくても回転所要時問は有る程度の大きさで変動している。失火が起こると、回転所要時間は失火がない時の変動より大きく変動する。しかし、エンジンの回転数が高くなると、失火がない時の回転所要時間の変動の大きさと、失火があるときの回転所要時間の変動の大きさの間の差が小さくなる。そのため、失火検出の精度が低下する。

回転所要時間の変動の要因には、失火の有無、気筒毎の燃焼むら、リングギア１１の製造誤差があげられる。したがって、回転所要時間から燃焼むらによる変動、リングギア１１の製造誤差による変動を引いた値を用いて失火検出を行えば、精度は向上する。リングギア１１の製造誤差による回転所要時間の変動は、燃料カット時の各気筒の回転所要時間の変動としてあらわれる。また、燃焼むらによる回転所要時間の変動は、主に吸気管の設計による吸気量、排ガス再循環量のむらに依存する。そのため、エンジン系の設計に主に依存し、エンジンの個体差にはほとんど依存しないので、あるエンジンの燃焼むらによる回転所要時間の変動は、同じ設計の他のエンジンの燃焼むらによる変動とほぼ同じである。

したがって、図３に示すように、信号処理手段２には非燃焼時回転所要時間メモリ２１と燃焼ばらつきメモリ２２を備え、燃料カット指令がでているときには、燃焼行程気筒判別手段５が出力する燃焼行程気筒に基づいて、各気筒の回転所要時間を非燃焼時回転所要時間メモリ２１に記憶し、製造時には燃焼ばらつきによる回転所要時間の変動を、燃焼行程気筒に基づいて燃焼ばらつきメモリ２２に記憶する。燃料カット指令がでないときは、回転検出手段１から得られる回転所要時間から、非燃焼時回転所要時間メモリ２１に記憶される燃焼行程気筒に対応した非燃焼時回転所要時間と、燃焼ばらつきメモリ２２に記憶される燃焼行程気筒に対応した燃焼ばらつきによる回転所要時間を引く。これによって得られる値は、失火の有無による回転所要時間の変動を精度良く表しているので、フィルタ２３を通して図５のような失火の有無による回転所要時間の変動を抽出する。図４に示す回転所要時間から図５に示す失火の有無による回転所要時間の変動を得るフィルタの一例としては、現在の燃焼行程にある気筒の通過時間から、一つ前の気筒の通過時間を引くフィルタがある。閾値判定手段２４では、図５に示すように、フィルタ２３の出力が一定値を超えたら失火有り、超えなければ失火無し、と判定する。

このようにすることで、燃焼むらによる回転所要時間の変動、リングギア１１の製造誤差による回転所要時問の変動が補正され、対向気筒失火が精度良く検出される。

ここで、ある失火検出装置が本実施例を適用した場合の特徴について図7を用いて説明する。回転検出手段１が出力する回転所要時間をTi、一つ前の時点での回転所要時問をTi-1、２つ前の時点での回転所要時間をTi-2、………とする。Ti,Ti-1,Ti-2,………を軸とする空間に、失火検出結果が失火となったときは×、正常燃焼となったときは○をプロットする。
すると、図７のように、ある平面で○の領域と×の領域に分割される。

燃焼ばらつきメモリ２２に記憶される燃焼ばらつきによる回転所要時間の変動は、燃焼行程気筒に依存する。そのため、失火検出結果も燃焼行程気筒によって変化する。燃料カット指令を入れないことで非燃焼時回転所要時間メモリ２１を一定値に保ったとき、図７に示すTi,Ti-1,Ti-2,………空問での○と×の領域が燃焼行程気筒のみによって変わるなら、燃焼行程気筒に依存した燃焼ばらつきメモリ２２が使われていることがわかる。

また、燃料カット指令がでているときに第ｊ気筒に対応した回転所要時間がτjであるとし、前回の燃料カット指令が出ているときとの第ｊ気筒に対応した回転所要時間の差を△τjとする。この燃料カット指令が終了し、失火検出が開始された後に図７のように、Ti,Ti-1,Ti-2,………を軸とする空間に、矢火検出結果が失火となったときは×、正常燃焼となったときは○をプロットする(この空問を失火空間と呼ぶ)。現在の燃焼行程気筒をj(i)、一時点前の燃焼行程気筒をｊ(i-1)、２時点前の燃焼行程気筒をj(i-2)とすると、非燃焼時回転所要時問メモリ２１があれば、失火空間は燃料カット前と比べて、Ti,Ti-1,Ti-2,………方向に、△τj(i),△τj(i-1),△τj(i-2),………シフトする。失火空間のこのような変化によって本発明を実施したかどうかが確認できる。

図３に示す第一の実施形態の信号処理手段２において、非燃焼時回転所要時間と燃焼ばらつきはエンジン回転数に依存する。第２の実施形態は、エンジン回転数を考慮した実施形態である。第２の実施形態の信号処理手段２の構成を図７に示す。第２の実施形態の信号処理手段２は、第１の実施形態の信号処理手段２にエンジン回転数算出手段２５を加え、非燃焼時回転所要時問メモリ２１と燃焼ばらつきメモリ２２でエンジン回転数に基く補正を行うものである。

エンジン回転数算出手段２５では、回転検出手段が出力する回転所要時間丁から
ｎ＝1/(3T)
によってエンジン回転数が求められる。

非燃焼時回転所要時間Ｔ_nofireは、エンジン回転数ｎに反比例する。したがって、燃料カット時には、各気筒の通過時問にエンジン回転数を乗じた値を非燃焼時回転所要時問メモリ２１に記憶しておく。燃料供給時は、燃焼行程気筒判別手段が出力する気筒に対応して非燃焼時回転所要時間メモリ２１に記憶してある値をエンジン回転数で割り、該当気筒の非燃焼時回転所要時問とし、回転検出手段から得られる回転所要時間の補正に用いる。

燃焼ばらつきによる回転所要時間の変動は、必ずしもエンジン回転数に反比例しない。各気筒ごとに一定の値をとることもあるし、各気筒ごとに回転数の関数となることもある。一定の値をとる場合は、燃焼ばらつきメモリ２２に記憶する燃焼ばらつきによる変動は気筒ごとに一つの値を記憶する。回転数によって変わる場合は、例えば、回転数と燃焼ばらつきによる回転所要時問変動の関係のマップを各気筒ごとに記憶しておくか、あるいは、回転数と燃焼ばらつきによる変動の関係を表す関数のパラメータを記憶しておく。いずれの場合も、燃焼ばらつきによる回転所要時間の変動は、製造時に燃焼ばらつきメモリ２２に記憶される。

このように、第一の実施形態の信号処理手段２にエンジン回転数算出手段を加え、非燃焼時回転所要時間メモリ２１と燃焼ばらつきメモリ２２で補正を行うことで、より精度良く対向気筒の失火検出が行える。

本発明の実施形態の一例を示す図である。 本発明の実施形態におけるリングギアの例を示す図である。 本発明の実施形態における信号処理装置の一例を示す図である。 本発明の実施形態における回転所要時問の例を示す図である。 本発明の実施形態におけるフィルタ出力の例を示す図である。 本発明の実施を確認する方法を説明する図である。 本発明の実施形態における信号処理装置の一例を示す図である。

符号の説明

1…回転検出手段、2…信号処理手段、3…クランク軸、4…気筒、5…燃焼行程気筒判別手段、6…エンジン制御手段、11…リングギア、12…磁気センサ、21…非燃焼時回転所要時問メモリ、22…燃焼ばらつきメモリ、23…フィルタ、24…閾値判定手段、25…エンジン回転数算出手段。

Claims (2)

1. 内燃機関のクランク軸が一定角度回転するのに要する時間を計測する回転検出手段と、回転所要時間を処理することで内燃機関の失火を検出する信号処理手段とを備えた内燃機関の失火検出装置において、
   信号処理手段は、燃料カット指令が出ているときに気筒ごとの回転所要時間を記憶する非燃焼時回転所要時問メモリと、気筒ごとの燃焼ばらつきを製造時に記憶する燃焼ばらつきメモリと、燃焼行程気筒に応じてこれら２つのメモリから出力される非燃焼時回転所要時間と燃焼ばらつきとの和を回転検出手段が出力する回転所要時間から引いた値から特定成分を抽出するフィルタと、フィルタの出力が閾値を超えるときに失火と判定する閾値判定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、信号処理手段に、回転所要時間からエンジン回転数を算出するエンジン回転数検出手段を加え、非燃焼時回転所要時間メモリと燃焼ばらつきメモリとでエンジン回転数にもとづく補正を行うことを特徴とした内燃機関の失火検出装置。
   

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