JP5843546B2

JP5843546B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP5843546B2
Application number: JP2011210769A
Authority: JP
Inventors: 山田　博之; 博之山田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: JP2013072317A

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の回転速度を常時監視し、回転速度の変動から気筒内での失火を検出することが既知である（例えば、下記特許文献を参照）。図３に示すように、クランクシャフトが所定角度回転するのに要する時間を横軸にとり、その所要時間の出現頻度を縦軸にとると、失火せず正常に燃焼したケースでの所要時間の分布（実線で示す）と、失火したケースでの所要時間の分布（破線で示す）との間には差異が存在する。そこで、両分布の間に位置する判定値を設定しておき、クランクシャフトが所定角度回転するのに要した時間を実測してこの判定値と比較することで、失火したか否かの判定を行うことが可能である。

失火判定は、正常燃焼時と失火時とで機関の回転速度に差が生じないような状況では困難となる。従って、単位回転あたりの吸気量または燃料噴射量が所定閾値以下となる運転領域では失火判定を実施しないものとして、誤判定を予防している。

ある吸気量または燃料噴射量に対する機関の出力トルクは、燃料の性状によって異なる。例えば、ＣＯ₂排出の削減を目的としてエタノールを２０％配合したＥ２０燃料は、通常の燃料と比較して酸素含有量が多く、その分出力も大きくなる。

しかしながら、現状、失火判定を行うか行わないかの条件となる上記の閾値は、燃料の性状によらず一定とされている。Ｅ２０燃料のような高めの出力トルクを発生させる燃料に合わせて閾値を設定した場合に、通常の燃料が使用されると、失火しても回転速度に変動が見られないような低出力の運転領域において失火判定を実施してしまい、失火の有無を誤判定する機会が増えることとなる。

特開平０７−３１０５８６号公報

本発明は、失火の有無の誤判定を減らすことを所期の目的としている。

本発明では、車載の内燃機関が失火したか否かを判定する制御装置において、単位回転あたりの吸気量若しくは燃料噴射量が閾値以上であることを条件として失火判定を行い、閾値未満では失火判定を行わないこととし、運転者によりアクセルペダルの踏み込みが緩められる減速時に、内燃機関と車軸との間のトルクの伝達が断たれている状態でスロットルバルブまたはアイドルスピードコントロールバルブを開き操作するとともに燃料を噴射して燃焼させ、そのときのエンジン回転の減速度が所定値以下となるような単位回転あたりの吸気量若しくは燃料噴射量並びにエンジン回転数を知得して、これに基づいて前記閾値を定めることとした。

本発明によれば、失火の有無の誤判定を減らすことができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。同実施形態における自動変速機の構成を示す図。同実施形態の制御装置が実施する失火判定の手法について説明する図。同実施形態の制御装置が実施する失火判定の可否の判断に係る閾値の学習の手法について説明する図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。

図２に、車両用の自動変速機の一例を示す。この自動変速機は、トルクコンバータ７及びベルト式ＣＶＴ９を具備する無段変速機である。内燃機関が出力する回転駆動力は、内燃機関のクランク軸からトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、遊星歯車機構を用いた前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５には出力ギヤ１０１を固設してあり、この出力ギヤ１０１はデファレンシャル装置のリングギヤ１０２と噛合して車軸及び駆動輪（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構（図示せず）を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とをロックアップするロックアップクラッチと、ロックアップクラッチを断接切替駆動するための油圧を制御するロックアップソレノイドバルブとを要素とする。ロックアップ機構は、自動変速機による変速比の変更を伴わない状況においてロックアップクラッチを接続、入力側と出力側とを締結する。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１が入力軸７３を介してタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な油圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、入力軸７３）との間にも、断接切換可能な油圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。

走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、入力軸７３の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。翻って、Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、入力軸７３と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、リバースクラッチ８４、フォワードブレーキ８５をともに切断し、内燃機関と車軸との間のトルクの伝達を遮断する。なお、燃費の向上その他の目的で、Ｄレンジであっても、リバースクラッチ８４及びフォワードブレーキ８５を極短時間ではあるが切断することがある。

ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。

内燃機関及びＣＶＴ９の運転制御を司るＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号ｂ、アクセルペダルの踏込量（または、スロットルバルブ３３の開度）を要求負荷として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧（または、過給圧）を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温信号及び吸気圧信号ｄ、シフトレバーの位置（シフトレンジ）を検出するシフトポジションスイッチから出力されるシフトポジション信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力される排気カム信号ｇ等が入力される。エンジン回転センサは、１０°ＣＡ（クランク角度）毎にパルス信号ｂを発する。カム角センサは、７２０°ＣＡを気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば２４０°ＣＡ毎にパルス信号ｇを発する。

出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｊ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｌ、ＣＶＴ９に対して変速比信号ｍ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）及びＥＧＲバルブ２２の開度、ＣＶＴ９の変速比といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能であるので説明を割愛する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ０は、内燃機関の回転速度を恒常的に監視し、その回転速度の変動から気筒１内での失火を検出する。既に述べた通り、クランクシャフトが所定角度回転するのに要する時間を横軸にとり、その所要時間の出現頻度を縦軸にとると、失火せず正常に燃焼したケースでの所要時間の分布（図３中実線で示す）と、失火したケースでの所要時間の分布（図３中破線で示す）との間には差異が存在する。両分布の間に位置する判定値を設定しておき、クランクシャフトが所定角度回転するのに要した時間を実測してこの判定値と比較すれば、失火したか否かの判定を行うことが可能である。

ＥＣＵ０は、クランクシャフトが所定角度（例えば、３０°ＣＡ）回転するのに要する時間を、エンジン回転センサから出力される信号ｂを参照して反復的に計測し、その計測した所要時間を判定値と比較して、所要時間が判定値よりも大きくなったとき、つまりは回転速度が判定値以下に低下したときに、失火が発生したものと判定する。

但し、上記の失火判定は、クランクシャフトの単位回転（例えば、一回転）あたりの吸気量若しくは燃料噴射量が閾値以下である場合には行わない。吸気量ひいては燃料噴射量が少ない状況では、燃料の燃焼により発生する機関の出力トルクが小さく、失火を起こしたとしても機関の回転速度に有意な変化が現れないからである。

図４に、失火判定の実施の条件となる閾値の特性を示す。横軸は一定時間あたりのエンジン回転数、縦軸は単位回転あたりの吸気量若しくは燃料噴射量である。機関の出力トルクが比較的低くなる性状の燃料が使用されているケース（図４中実線で示す）では、出力トルクが比較的高くなる性状の燃料が使用されているケース（図４中破線で示す）に比して、閾値を高く設定することが望ましい。なお、燃料の性状如何にかかわらず、中回転から高回転の運転領域では、エンジン回転数が高いほど閾値を大きくする。これは、エンジン回転数が高くなると吸気抵抗等が増大することによる。

その上で、ＥＣＵ０は、内燃機関と車軸との間のトルクの伝達が断たれている状態で、スロットルバルブ３３を開き操作するとともに燃料を噴射して燃焼させ、そのときのエンジン回転数並びに吸気量若しくは燃料噴射量を計測して、それらに基づいて燃料の性状に合致する閾値を学習し、閾値を更新する。因みに、吸気量の計測は、吸気圧及びエンジン回転数等から推算する形で間接的に行う。

閾値の学習に関して詳述すると、ＥＣＵ０は、運転者によりアクセルペダルの踏み込みが緩められる減速時に、閾値の学習を実行する。Ｄレンジでの減速であれば、内燃機関のクランクシャフトと車軸とを繋ぐクラッチであるリバースクラッチ８４及びフォワードブレーキ８５を一時的に切断する。他方、Ｎレンジでの減速であれば、元よりクラッチ８４、８５が切れている。そして、クラッチ８４、８５を切断した状態で、スロットルバルブ３３を少なくとも一度開き、インジェクタ１１から燃料を噴射して気筒１内で燃焼させるとともに、機関の回転速度の変動をモニタリングする。

エンジン回転数がある程度（燃料カット許可回転数）以上高い状況で運転者の足がアクセルペダルから離れたときには、燃料供給を停止する燃料カットを実行することが通例であるが、その燃料カットの期間中であったとしても、閾値の学習を実行するものとし、敢えて一旦スロットルバルブ３３を開いて燃料を噴射、点火して燃焼させる。

新たな閾値を得るために必要となるのは、燃料を燃焼させた結果、燃料を燃焼させない場合（換言すれば、失火した場合）と比較して機関の回転速度の低下が遅れる、または回転速度が上昇するような最小の吸気量若しくは燃料噴射量である。そのために、ＥＣＵ０は、クランクシャフトが所定角度（例えば、３０°ＣＡ）回転する所要時間を、当該所定角度毎に反復的に計測し続ける。そして、計測した所要時間の時系列を参照し、所定の時間またはＣＡあたりの回転速度の変化量即ち減速度が所定値以下であるときに、そのときの単位回転あたりの吸気量若しくは燃料噴射量、並びに一定時間あたりのエンジン回転数を学習値としてメモリに記憶する。

減速度が所定値を上回るときには、内燃機関の出力トルクが不足して減速していることになるから、スロットルバルブ３３の開度及び燃料噴射量を増大させた上で再度の燃焼を行い、減速度が所定値以下となるような単位回転あたりの吸気量若しくは燃料噴射量並びにエンジン回転数を知得する。あるいは、スロットルバルブ３３の開度を徐々に縮小し、かつ燃料噴射量を徐々に減少させながら複数回の燃焼を行い、減速度が所定値を上回らない最小の吸気量若しくは燃料噴射量並びにエンジン回転数を知得してもよい。

しかして、学習した吸気量若しくは燃料噴射量並びにエンジン回転数から、失火判定を行うか否かに係わる判断の条件となる閾値を更新することができる。つまり、図４に示すように、閾値のライン（図４中鎖線で示す）を、学習した吸気量若しくは燃料噴射量並びにエンジン回転数のプロット点（図４中黒丸で示す）を通るレベルに位置づける。以後、ＥＣＵ０は、このライン上の閾値を判断基準として、失火判定を行うか否かを決定する。

スロットルバルブ３３の開弁、燃料噴射及び燃焼を伴う閾値の学習は、運転者によりアクセルペダルの踏み込みが緩められる減速の開始直後に実行することが好ましい。減速開始初期であれば、閾値の学習を目的とした燃焼を行っても運転者に違和感を与えにくく、燃焼騒音の上昇も目立たないからである。

本実施形態によれば、車載の内燃機関の回転速度の変動から失火したか否かを判定する制御装置０において、単位回転あたりの吸気量若しくは燃料噴射量が閾値以上であることを条件として失火判定を行い、閾値未満では失火判定を行わないこととし、内燃機関と車軸との間のトルクの伝達が断たれている状態でスロットルバルブ３３を開き操作するとともに燃料を噴射して燃焼させ、そのときのエンジン回転数並びに吸気量若しくは燃料噴射量に基づいて前記閾値を定める学習を実行することとしたため、燃料の性状及び潤滑油の劣化、機関の経時変化等の影響を加味して閾値を設定することが可能となり、失火しても回転速度に変動が見られないような低出力の運転領域において失火判定を実施することを回避できる。従って、失火の有無を誤判定する機会が減少し、失火判定精度が向上する。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。閾値の学習に際し、上記実施形態では、制御装置たるＥＣＵ０が電子スロットルバルブ３３を開き操作していたが、アイドルスピードコントロールバルブを実装している内燃機関においては、このアイドルスピードコントロールバルブを開き操作することとしてもよい。周知の通り、アイドルスピードコントロールバルブは、吸気通路におけるスロットルバルブの上流側と下流側とを連通するバイパス通路を開閉する流量制御弁である。

失火判定手法は、機関の回転速度の変動を参照するものには限定されず、その他の手法、例えばイオン電流を検知してこれに基づく失火判定を行うものや、回転変動とイオン電流とを併用するもの等であっても構わない。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御に利用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
３３…スロットルバルブ

Claims

車載の内燃機関が失火したか否かを判定する制御装置において、
単位回転あたりの吸気量若しくは燃料噴射量が閾値以上であることを条件として失火判定を行い、閾値未満では失火判定を行わないこととし、
運転者によりアクセルペダルの踏み込みが緩められる減速時に、内燃機関と車軸との間のトルクの伝達が断たれている状態でスロットルバルブまたはアイドルスピードコントロールバルブを開き操作するとともに燃料を噴射して燃焼させ、そのときのエンジン回転の減速度が所定値以下となるような単位回転あたりの吸気量若しくは燃料噴射量並びにエンジン回転数を知得して、これに基づいて前記閾値を定める
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。