CN117803473A - 内燃机的失火判定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机的失火判定装置，具备：参数计算部(40)，其根据由速度检测部(21)检测出的内燃机(1)的输出轴(107)的转速，计算与多个气缸各自的燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的失火参数，是转速的增加量越大则越增加那样的失火参数；以及失火判定部(50)，其当判定为失火参数小于第一阈值时，判定为发生在多个气缸中的单个气缸的失火即单缸失火，当判定为失火参数小于第二阈值时，判定为发生单缸失火或在多个气缸中的两个以上的气缸的失火即多缸失火。

Description

内燃机的失火判定装置

技术领域

本发明涉及一种判定内燃机有无失火的内燃机的失火判定装置。

背景技术

以往，一直在进行缓解气候变化或减轻气候变化的影响为目的的努力，并且为实现这一目的进行关于改善排放的研究开发。关于这一点，以往已知有如下装置：在排气管具备催化转化器的发动机，将针对每一规定曲轴角检测出的内燃机的转速与基准转速之差在整个燃烧行程进行积分，计算失火判定参数，并判定失火判定参数是否比规定的阈值小，由此来判定有无失火。这样的装置例如记载于专利文献1中。

然而，通常在具有多个气缸的内燃机中，多个气缸失火时的转速降低的比例比单个气缸失火时降低的比例小。因此，如专利文献1记载的装置那样，如果只判定失火判定参数是否比规定的阈值小，在多个气缸失火的情况下有可能无法良好地判定内燃机有无失火。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-198368号公报(JP2007-198368A)。

发明内容

本发明的一技术方案的内燃机的失火判定装置具备：速度检测部，其检测具有多个气缸的内燃机的输出轴的转速；参数计算部，其基于由速度检测部检测出的转速，计算多个气缸各自的燃烧行程中的与转速的变化量具有相关关系的失火参数，即转速的增加量越大则越增加那样的失火参数；失火判定部，其具有判定由参数计算部计算出的失火参数是否小于第一阈值的第一判定部和判定失火参数是否小于比第一阈值大的第二阈值的第二判定部，并根据第一判定部和第二判定部的判定结果判定内燃机有无失火。失火判定部在由第一判定部判定为失火参数小于第一阈值时，判定为发生在多个气缸中的单个气缸的失火即单缸失火，在由第二判定部判定为失火参数小于第二阈值时，判定为发生单缸失火或在多个气缸中的两个以上的气缸的失火即多缸失火。

附图说明

本发明的目的、特征以及优点，通过与附图相关的以下实施方式的说明进一步阐明。

图1是概略地示出应用本发明的实施方式的失火判定装置的发动机的主要部分结构的图。

图2是示出图1的发动机的控制结构的框图。

图3A是示出以在发动机的各气缸的压缩上止点附近检测出的转速为基准的相对转速的变化的图。

图3B是示出与图3A的相对转速对应的失火参数的图。

图4是针对发动机的多个失火模式的每个模式示出失火参数的变化的图。

图5是示出本发明的实施方式的内燃机的失火判定装置的主要部分结构的框图。

图6是并列示出正常循环的失火参数和失火循环的失火参数的一例的图。

图7是示出从图5的框图输出的标志信号与失火模式的关系的图。

图8是示出图5的一部分的变形例的图。

具体实施方式

以下，参照图1～图8对本发明一实施方式进行说明。本发明的实施方式的内燃机的失火判定装置构成为判定具有多个气缸的内燃机有无失火。首先，对作为应用本实施方式的内燃机的汽油发动机的结构进行说明。发动机搭载于车辆，作为行驶驱动源使用。车辆可以是仅以发动机作为驱动源行驶的发动机车辆和以发动机和电动机作为驱动源行驶的混合动力车辆中的一者。

图1是概略地示出应用本发明的实施方式的失火判定装置的发动机1的主要部分结构的图。发动机1是在动作周期期间经过进气、膨胀、压缩以及排气这四个行程的四冲程发动机。将进气行程开始到排气行程结束称为发动机1的燃烧的一个循环或简称为一个循环。膨胀行程是混合气燃烧的行程，也称为燃烧行程。发动机1是具有四个气缸的四气缸发动机。需要说明的是，只要具有多个气缸，发动机1的气缸数量就不限于此，也可以是六气缸发动机、八气缸发动机。图1中示出单个气缸的结构。各气缸的构成彼此相同。

如图1所示，发动机1具有在缸体101形成的缸102、能够滑动地配置于缸102的内部的活塞103、在活塞103的冠面(活塞冠面)103a与缸盖104之间形成的燃烧室105。在活塞冠面103a例如以沿着缸内的滚流的方式形成凹部103b。活塞103经由连杆106与曲轴107连结，活塞103沿缸102的内壁往复运动，由此曲轴107旋转。曲轴107相当于发动机1的输出轴。

在缸盖104设置进气口111和排气口112。燃烧室105经由进气口111与进气通道113连通，另一方面，经由排气口112与排气通路114连通。进气口111通过进气阀115开闭，排气口112通过排气阀116开闭。在进气阀115的上游侧的进气通道113设置节流阀119。节流阀119例如由蝶形阀构成，由节流阀119调节向燃烧室105的吸入空气量。进气阀115和排气阀116由气门机构120驱动开闭。

在缸盖104分别面对燃烧室105安装火花塞11和喷射器12。火花塞11配置于进气口111与排气口112之间，利用电能在规定的时机产生火花，对燃烧室105内的燃料与空气的混合气进行点火。

喷射器12配置于进气阀115的附近，由电能驱动从而喷射燃料。更详细而言，借助燃料泵从燃料箱向喷射器12供给高压的燃料。喷射器12将燃料高微粒化，在规定的时机朝向斜下方向燃烧室105内喷射燃料。需要说明的是，在图1中，将喷射器12设为筒内喷射型的燃料喷射阀，但喷射器12的配置不限于此，例如还可以面向进气口111配置喷射器12，构成端口喷射型的燃料喷射阀。

气门机构120具有进气凸轮轴121和排气凸轮轴122。进气凸轮轴121一体具有与各气缸(缸102)分别对应的进气凸轮121a，排气凸轮轴122一体具有与各气缸分别对应的排气凸轮122a。进气凸轮轴121与排气凸轮轴122经由未图示的同步带与曲轴107连结，曲轴107每旋转两周，进气凸轮轴121与排气凸轮轴122分别旋转一周。

进气阀115通过进气凸轮轴121的旋转，通过未图示的进气摇臂在与进气凸轮121a的轮廓相对应的规定的时机开闭。排气阀116借助排气凸轮轴122的旋转，通过未图示的排气摇臂，在与排气凸轮122a的轮廓相对应的规定的时机开闭。

在排气通道114上夹装用于净化排出气体的催化装置13。催化装置13是具有通过氧化还原作用来去除和净化排出气体中含有的HC、CO、NOx的功能的三效催化剂。需要说明的是，也能够使用对排出气体中的CO、HC进行氧化的氧化催化剂等其他催化装置。当催化装置13所包含的催化剂的温度升高时，催化剂活化，催化装置13对排出气体的净化作用提高。因此，在发动机1启动时等催化剂的温度较低时，混合气延迟燃烧，促进催化剂的温度上升。

在曲轴107的附近设置曲轴角传感器21。曲轴角传感器21构成为随着曲轴107的旋转输出脉冲信号(曲轴信号)。即，每当曲轴107旋转规定角度(例如6°)，就输出曲轴信号。进而，曲轴角传感器21在特定气缸的规定曲轴角位置输出用于判别发动机1的气缸的气缸信号，并在任一气缸中，在活塞103处于比上止点稍微靠近前的规定曲轴角位置时输出上止点信号。

图2是概略地示出发动机1的控制结构的框图。如图2所示，控制器20被输入来自曲轴角传感器21和其他传感器22(方便起见，称为传感器组)的信号。控制器20根据来自曲轴角传感器21的信号确定以活塞103的上止点TDC的位置为基准的曲轴107的旋转角度(曲轴角)，并计算发动机转数。传感器组22包括检测加速踏板的操作量的加速器开度传感器、检测发动机冷却水的温度的水温传感器、检测发动机1的吸入空气量的进气量传感器、检测排出气体的空燃比的AF传感器等。

控制器20是发动机控制用的电子控制单元(ECU)，包含具有CPU(中央处理器)等运算部、ROM(只读存储器)RAM(随机存取存储器)等存储部、其他外围电路的计算机而构成。控制器20根据来自曲轴角传感器21和传感器组22的信号执行规定的处理，根据运转模式向火花塞11和喷射器12输出控制信号。即，按照与促进催化装置13的暖机而实现催化剂的提前活化的催化剂暖机模式、燃料消耗成为最佳的均质提高模式、抑制爆燃的发生的爆燃抑制模式等运转状态对应的图、特性，控制火花塞11喷射器12的动作。

更具体而言，控制器20向火花塞11输出控制信号，使得在催化剂暖机模式下点火正时比最佳点火正时MBT延迟，在催化剂暖机完成后的均质提高模式下点火正时成为最佳点火正时，或者为抑制爆燃的发生而延迟，在爆燃抑制模式下点火正时从延迟提前到MBT侧。另外，控制器20进行由AF传感器检测出的实际空燃比成为目标空燃比(例如理论空燃比)那样的反馈控制，同时根据由进气量传感器检测出的吸入空气量计算每一循环的目标喷射量。然后，考虑每一循环的喷射器12的喷射次数计算每一次的目标喷射量(单位目标喷射量)，并向喷射器12输出控制信号，使得喷射器12在规定的时机喷射该单位目标喷射量。

在进行这样的火花塞11和喷射器2的控制时，控制器20执行判定发动机1有无失火的失火判定处理。在失火判定处理中，计算燃烧行程(膨胀行程)中的每一气缸的失火参数，并使用失火参数判定每一气缸有无失火。失火参数根据来自曲轴角传感器21的信号如下进行计算。需要说明的是，以下将发动机1的四个气缸按照点火顺序称为#1气缸、#2气缸、#3气缸以及#4气缸。失火在燃烧扭矩小的弱燃烧时容易发生，在催化剂暖机模式等使点火正时延迟了时也容易发生。

图3A是示出以在发动机1的一个循环中的各气缸的压缩上止点附近检测出的转速(称为基准转速RV0)为基准的相对转速RV1的变化的图。相对转速RV1通过从根据曲轴信号的发生时间间隔计算出的转速RV减去基准转速RV0来计算。在图3A中，曲轴角θ在0到θ1(180°)的范围#1气缸为燃烧行程，在θ1到θ2(360°)的范围#2气缸为燃烧行程，在θ2到θ3的范围#3气缸为燃烧行程，在θ3到θ4(720°)的范围#4气缸为燃烧行程。

在图3A的例子中，#1气缸、#2气缸以及#4气缸的相对转速RV1比#3气缸的相对转速RV1大。在压缩上止点后的燃烧行程(膨胀行程)中，当发生失火时，相对转速RV1比没发生失火时小。因此，推定为在#1气缸、#2气缸以及#4气缸中燃烧正常，在#3气缸发生失火。

控制器20的存储器中保存最近的一个循环中的、在每规定曲轴角(6°)输出的曲轴信号的发生时间间隔的数据(曲轴角数据)。并且，控制器20在各气缸的燃烧行程中对根据该曲轴角数据计算出的每一规定曲轴角的相对转速RV1进行积分，计算出该积分值作为各气缸的失火参数α。需要说明的是，控制器20还可以在对相对转速RV1实施了取消一个循环的期间(720°)中的线性变化部分那样的过滤处理之后，使用过滤处理后的相对转速RV1来计算失火参数α。还可以在对相对转速RV1进行了补偿因发动机1的可移动零件的惯性力引起的惯性力转速成分那样的校正后，使用校正后的相对转速RV1计算失火参数α。

图3B是示出与图3A的相对转速RV1相对应的失火参数α的图。如图3B所示，关于#1气缸、#2气缸以及#4气缸的失火参数α比关于#3气缸的失火参数α大。因此，设定阈值A1以区分这些失火参数α，能够通过比较失火参数α与阈值A1的大小，判定各气缸有无失火。

如图3B所示，在单个#3气缸失火的单缸失火的情况下，该气缸(称为失火气缸)与正常燃烧的气缸(称为正常气缸)，即#1气缸、#2气缸、#4气缸之间的失火参数α的差较大。但是，在多个气缸失火的多缸失火的情况下，与单缸失火大情况相比较，关于失火气缸的相对转速RV1的减少量较小。因此，仅比较失火参数α与单个阈值A1的大小，难以良好地判定有无失火。尤其是在燃烧扭矩小的弱燃烧时，关于正常气缸的失火参数α变小，与关于失火气缸的失火参数α的差减少，因此更加难以判定有无失火。关于这一点会进一步说明。

图4是针对发动机1的多个失火的模式示出一个循环(720°)的失火参数α的变化的图。以下，方便起见，将燃烧行程中或燃烧行程刚刚结束之后的气缸，即得到最新的失火参数α的气缸称为对象气缸c0，将其之前处于燃烧行程的气缸称为第一参照气缸c1，将第一参照气缸c1之前处于燃烧行程的气缸称为第二参照气缸c2，将第二参照气缸c2之前处于燃烧行程的气缸称为第三参照气缸c3。对象气缸c0是作为失火判定有无的对象的气缸，参照气缸c1～c3是与对象气缸c0不同的气缸。

第一参照气缸c1是比对象气缸c0提前一个(这里为曲轴角提前180°)处于燃烧行程的气缸，第二参照气缸c2是比对象气缸c0提前两个(这里为曲轴角提前360°)处于燃烧行程的缸，第三参照气缸c3是比对象气缸c0提前三个(这里为曲轴角提前540°)处于燃烧行程的气缸。例如在#1气缸是对象气缸c0时，#4气缸为第一参照气缸c1、#3气缸为第二参照气缸c2、#2气缸为第三参照气缸c3。在#3气缸是对象气缸c0时，#2气缸为第一参照气缸c1，#1气缸为第二参照气缸c2，#4气缸为第三参照气缸c3。曲轴角每变化180°，对象气缸c0依次切换。

图4的〇标志表示所有气缸c0～c3没有发生失火的情况即所有气缸c0～c3为正常气缸的正常循环的情况下的失火参数α的变化。×标志表示在一部分气缸发生失火的情况即包括失火气缸的失火循环的情况下的失火参数α的变化。需要说明的是，失火参数α在每一个循环发生一定程度的变动，但〇标志和×标志是考虑了该变动的失火参数α的平均值或中位数。

失火的模式包括仅对象气缸c0失火的单缸失火、对象气缸c0和第一参照气缸c1、第二参照气缸c2、第三参照气缸c3中的任一者失火的多缸失火。多缸失火分为对向失火、后连续失火、前连续失火。对向失火是在对象气缸c0和燃烧行程的顺序与对象气缸c0不连续的第二参照气缸c2失火。后连续失火是在对象气缸c0和燃烧行程的顺序与对象气缸c0连续且在对象气缸c0之后成为燃烧行程的第三参照气缸c3失火。前连续失火是在对象气缸c0和燃烧行程的顺序与对象气缸c0连续且在对象气缸c0之前成为燃烧行程的第一参照气缸c1失火。

在图4中用阴影线示出燃烧扭矩小的气缸即弱燃烧的气缸。图4的失火模式固定地反复。因此，例如后连续失火，是在对象气缸c0和对象气缸c0的下一个第三参照气缸c3发生失火。假如当前的对象气缸是#3气缸，在发生后连续失火时，在发动机1的燃烧的循环中，在#3气缸和#4气缸反复发生失火。在图4中，对象气缸c0是弱燃烧的气缸，在任一失火模式下都在包括对象气缸c0的弱燃烧的气缸(阴影区域)发生失火。

当对象气缸c0发生失火时，在计算接下来成为对象气缸c0的第三参照气缸c3的失火参数时的基准转速(在压缩上止点附近计算出的转速)RV0变小。因此，如图4所示，在任一失火模式下，第三参照气缸c3的失火参数α均变得比对象气缸c0的失火参数α大。另外，在对象气缸c0发生了失火时的失火参数α(×标志)比关于对象气缸c0的正常燃烧时的失火参数α(〇标志)小。但是，多缸失火时因对象气缸c0的失火参数α受其他气缸c1～c3的失火的影响，所以失火参数α的减少量比单缸失火时小。尤其在前连续失火的情况下，强烈受前一第一参照气缸c1的失火影响，对象气缸c0中的燃烧行程开始时的基准转速RV0变小，因此相对转速RV1变大，对象气缸c0的失火参数α容易变大。

当着眼于正常循环中的对象气缸c0的失火参数α(变动的最小值)与失火循环中的对象气缸c0的失火参数α(变动的最大值)之差Δα时，差Δα的大小根据失火的模式而不同，在前连续失火时，差Δα最小。其结果是，若仅比较失火参数α与阈值A1(图3B)的大小，有可能无法精确地判定失火。也就是说，有可能当将阈值A1设定得过小时，发生失火却误判定为是正常燃烧，当将阈值A1设定得过大时，是正常燃烧却判定为发生失火。因此，本实施方式如下构成失火判定装置，使得即使在弱燃烧时等也能够正确地判定有无失火。

图5是示出本实施方式的失火判定装置10的主要部分结构的框图。如图5所示，失火判定装置10具有曲轴角传感器21、存储部30、参数计算部40、判定部50。存储部30、参数计算部40、判定部50是控制器20的功能性结构。因此，失火判定装置10硬件上由曲轴角传感器21和控制器20构成。

存储部30是暂时存储来自曲轴角传感器21的曲轴信号的缓冲存储器。存储部30中存储从当前的曲轴角至少追溯了一个循环(720°)的曲轴角的范围中的曲轴信号的发生时间间隔的数据，即一个循环的最新的曲轴角数据。换言之，存储能够计算关于如图4所示的对象气缸c0、第一参照气缸c1、第二参照气缸c2、第三参照气缸c3各自的相对转速RV1的变化和失火参数α那样的曲轴角数据。

参数计算部40具有基准参数计算部41和合计参数计算部42。基准参数计算部41根据存储在存储部30的曲轴角数据，如上所述计算发动机1的燃烧行程中的各气缸的相对转速RV1，并且在各气缸的燃烧行程(膨胀行程)中对相对转速RV1进行积分来计算各气缸的失火参数α。即，分别计算对象气缸c0、第一参照气缸c1、第二参照气缸c2以及第三参照气缸c3的失火参数α。在图5中分别用α0、α1、α2以及α3表示对象气缸c0、第一参照气缸c1、第二参照气缸c2以及第三参照气缸c3的失火参数α。

需要说明的是，还可以每当由基准参数计算部41计算对象气缸c0的失火参数α0，将失火参数α0存储在存储部30，每当燃烧行程的气缸移动，使失火参数α0、α1、α2分别变化为α1、α2、α3。由此，在计算对象气缸c0的失火参数α的时间点，第一参照气缸c1、第二参照气缸c2以及第三参照气缸c3的失火参数α已经存储在存储部30中，因此基准参数计算部41仅计算对象气缸c0的失火参数α0即可，能够减轻处理负荷。

合计参数计算部42具有进行失火参数α的加法运算处理的加法电路43～45。加法电路43将对象气缸c0的失火参数α0和第一参照气缸c1的失火参数α1相加，计算合计参数α11。加法电路44将对象气缸c0的失火参数α0和第二参照气缸c2的失火参数α2相加，计算合计参数α12。加法电路45将对象气缸c0的失火参数α0和第三参照气缸c3的失火参数α3相加，计算合计参数α13。

判定部50具有对失火参数α和阈值A1～A4进行比较的比较电路51～55和OR电路56、AND电路57。需要说明的是，在图5中在参数计算部40和判定部50之间用黑点表示多个气缸c0～c3中的成为失火判定的对象的气缸，用白点表示其他气缸。比较电路51判定对象气缸c0的失火参数α0和预定的阈值A1的大小。阈值A1(图3B)是考虑单缸失火时的失火参数α的减少量而设定的。即，与多个气缸分别发生单缸失火时的失火参数α的变化建立对应关系而设定的。

图6是并列显示正常循环的失火参数α(〇标志)和失火循环的失火参数α(×标志)的一例的图。如图6所示，在失火循环中单缸失火时的失火参数α比多缸失火时的失火参数α小。阈值A1是考虑以弱燃烧引起的单缸失火时设想的失火参数α的减少量和多缸失火时设想的失火参数α的减少量，被设定为比单缸失火时设想的失火参数α大且比多缸失火时设想的失火参数α小的值。在图5的比较电路51中判定为对象气缸c0的失火参数α0小于阈值A1时，有可能在对象气缸c0发生单缸失火。在该情况下，比较电路51输出表示单缸失火的可能性的标志信号f0。

比较电路55判定对象气缸c0的失火参数α0和预定的阈值A2的大小。阈值A2是考虑因弱燃烧引起的多缸失火时设想的失火参数α0的减少量而设定的。即，与在多个气缸中的对象气缸c0与其他气缸c1～c3的全部组合(c0、c1)、(c0、c2)、(c0、c3)中它们分别失火(多缸失火)时的对象气缸c0的失火参数α0的变化建立对应关系而设定的。如图6所示，阈值A2被设定为比阈值A1大的值。更详细而言，考虑多缸失火时设想的失火参数α的减少量和正常燃烧时设想的失火参数α的变动量，设定为比多缸失火时设想的对象气缸c0的失火参数α0大且比正常燃烧时设想的失火参数α小的值。

当在图5的比较电路55中判定为对象气缸c0的失火参数α0小于阈值A2时，有可能在对象气缸c0发生单缸失火(α＜A1＜A2)或在对象气缸c0与其他的气缸c1～c3中的任一者发生多缸失火(A1＜α＜A2)。在该情况下，比较电路55输出表示有单缸失火或多缸失火的可能性的标志信号f4。这样，判定为在对象气缸c0失火的条件为至少输出标志信号f4，在没有输出标志信号f4时判定为在对象气缸c0没有失火。

比较电路52判定合计参数α11和预定的阈值A3的大小。比较电路53判定合计参数α12和预定的阈值A4的大小。比较电路54判定合计参数α13和预定的阈值A3的大小。阈值A3是与连续失火相对应地设定的，阈值A4是与对向失火相对应地设定的。

更详细而言，阈值A3是考虑因弱燃烧引起的连续失火时设想的多个失火参数α的减少量而设定的。即，阈值A3是与将在多个气缸中的对象气缸c0与第一参照气缸c1的组合(c0、c1)和对象气缸c0与第三参照气缸c3的组合(c0、c3)中发生多缸失火时设想的失火参数α0和α1或α0和α3合计得到的合计参数α11、α13的变化建立对应关系而设定的。阈值A4是考虑因弱燃烧引起的对向失火时设想的多个失火参数α的减少量而设定的。即，阈值A4是与将在多个气缸中的对象气缸c0和第二参照气缸c2的组合(c0，c2)中发生多缸失火时设想的失火参数α0和α2合计得到的合计参数α12的变化建立对应关系而设定的。

更具体而言，在将与合计参数α11、α12、α13对应的、正常循环中的气缸的失火参数α(图4的〇标志)相加得到的值作为正常循环中的合计参数时，阈值A3、A4设定为比失火循环中的合计参数α11、α12、α13大且比正常循环中的合计参数小的值。需要说明的是，还可以使用弱燃烧时设想的正常循环的失火参数α(对象气缸c0的失火参数α)的二倍的值作为正常循环中的合计参数。还可以将阈值A3和阈值A4设定为相同的值。还可以在前连续失火和后连续失火中将阈值A3设定为不同的值。

失火循环中的合计参数α11、α12、α13与正常循环中的合计参数之差比失火循环中的失火参数α与正常循环中的失火参数α之差Δα(图4)大。因此，满足比失火循环中的合计参数α11、α12、α13大且比正常循环中的合计参数小这样的条件的阈值A3、A4的设定比较容易。比较电路52当判定为合计参数α11小于阈值A3时，输出表示发生前连续失火的可能性的标志信号f1。比较电路53当判定为合计参数α12小于阈值A4时，输出表示发生对向失火的可能性的标志信号f2。比较电路54当判定为合计参数α13小于阈值A3时，输出表示发生后连续失火的可能性的标志信号f3。

OR电路56当被输入标志信号f0～f3中的任一者时，输出该标志信号f0～f3。在标志信号f0～f3均未被输入时，输出断开信号。

AND电路57具有作为判定发动机1有无失火的判定电路的功能。AND电路57在从OR电路56输出标志信号f0～f3中的任一者且从比较电路55输出标志信号f4时，判定为发动机1发生失火也就是发动机1以失火循环运转。另一方面，在从OR电路56输出断开信号或从比较电路55没有输出标志信号f4时，AND电路57判定为发动机1没有发生失火也就是发动机1以正常循环运转。

AND电路57当判定为发动机1以失火循环运转时，进而根据标志信号f0～f3确定失火模式。即，AND电路57在标志信号f0被输出、标志信号f1～f3均没有被输出时，判定为在对象气缸c0发生单缸失火。在标志信号f1被输出、标志信号f0没有被输出时，判定为在对象气缸c0和第一参照气缸c1发生多缸失火(前连续失火)。在标志信号f2被输出、标志信号f0没有被输出时，判定为在对象气缸c0和第二参照气缸c2发生多缸失火(对向失火)。在标志信号f3被输出、标志信号f0没有被输出时，判定为在对象气缸c0和第三参照气缸c3发生多缸失火(后连续失火)。当标志信号f0被输出且标志信号f1～f3中的任一者被输出时，判定为在对象气缸c0发生单缸失火或在包括对象气缸c0的多个气缸发生多缸失火。

当在AND电路57判定为发动机1发生失火时，控制器20(图2)执行抑制失火那样的处理。例如，在使点火正时延迟时，向火花塞11输出控制信号，以对点火正时进行提前角校正。或者，向喷射器12输出控制信号，以变更喷射模式、喷射时机。

图7是示出标志信号f0～f4与失火模式的关系的图。在图7中，用〇标志表示标志信号f0～f4被输出了时，用×标志表示没有被输出时。需要说明的是，关于标志信号f1～f3总结为用〇标志表示标志信号f1～f3中的任一者被输出了时，用×标志表示均没有被输出时。标志信号f0～f4被输出时是至少在对象气缸c0发生失火时，在这里不设想在对象气缸c0正常燃烧、在其他气缸发生失火的情况。

如图7所示，在标志信号f0和标志信号f4被输出、标志信号f1～f3没有被输出时，判定为失火参数α0小于阈值A1(图6)，在对象气缸c0发生单缸失火。在标志信号f0～f4均没有被输出时，判定为发动机1以正常循环燃烧。

在标志信号f4被输出、标志信号f0～f3没有被输出时，也判定为发动机1以正常循环燃烧。在该情况下，尽管在对象气缸c0没有失火，但由于弱燃烧而对象气缸c0的失火参数α0变得比阈值A2小，因此可以认为标志信号f4被输出了。即，因为阈值A2比阈值A1大，所以尽管没有发生失火，但有时失火参数α0比阈值A2小。但是，在本实施方式中，不仅是标志信号f4被输出，还将标志信号f1～f3中的任一者被输出作为多缸失火的条件。因此，即使在满足α0＜A2的情况下，也能够与正常燃烧区别，从而可靠地判定多缸失火的发生。

在标志信号f0和标志信号f4被输出，另外标志信号f1～f3中的任一者被输出时，判定为在对象气缸c0发生单缸失火或在包括对象气缸c0的多个气缸发生多缸失火。在标志信号f1～f3中的任一者被输出、标志信号f0、f4均没有被输出时，尽管在对象气缸c0没有发生失火，但由于弱燃烧而合计参数α11～α13中的任一者变得比阈值A3、A4小，由此认为标志信号f1～f3中的任一者被输出了。因此，判定为发动机1以正常循环燃烧。

在标志信号f1～f3中的任一者和标志信号f4被输出、标志信号f0没有被输出时，判断为在包括对象气缸c0的多个气缸发生多缸失火。假设将标志信号f0没有被输出而标志信号f4被输出了作为多缸失火判定的条件时，尽管发动机1在正常燃烧，但有可能误判定为失火。相对于此，通过将标志信号f1～f3中的任一者被输出加入到多缸失火判定内的条件，能够可靠地判定有无发生多缸失火。

采用本实施方式能够起到如下的作用效果。

(1)内燃机的失火判定装置10具备：曲轴角传感器21，其检测具有多个气缸的发动机1的曲轴107的转速；参数计算部40，其根据由曲轴角传感器21检测出的转速，计算与多个气缸的各个燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的失火参数α，即转速的增加量越大则越增加那样的失火参数α；判定部50，其具有判定由参数计算部40(基准参数计算部41)计算出的失火参数α0是否小于阈值A1(第一阈值)的比较电路51和判定失火参数α0是否小于比阈值A1大的阈值A2(第二阈值)的比较电路55，并根据比较电路51、55的判定结果判定发动机1有无失火(图5)。判定部50在由比较电路51判定为失火参数α0小于阈值A1时，判定为发生在多个气缸中的单个气缸的失火即单缸失火，当由比较电路55判定为失火参数α0小于阈值A2时，判定为发生单缸失火或在多个气缸中的两个以上的气缸的失火即多缸失火(图5)。

通过该结构，能够良好地判定发动机1有无多缸失火。即，在单缸失火和多缸失火，其失火参数α0的减少量不同，因此若仅将失火参数α0和单个阈值A1或A2进行比较，难以精确地判定有无失火，但通过将失火参数α0和不同的两个阈值A1、A2进行比较，能够精确地判定有无单缸失火和多缸失火。

(2)判定部50确定作为多个气缸中的处于燃烧行程中或燃烧行程刚刚结束后的气缸即对象气缸c0，并且当判定为失火参数α0小于阈值A1时，判定为在对象气缸c0发生单缸失火，当判定为失火参数α0为阈值A1以上且小于阈值A2时，判定为在包括对象气缸c0的两个气缸发生多缸失火(图6)。由此，能够确定发生失火的气缸，并且区别判定单缸失火和多缸失火。

(3)参数计算部40根据由曲轴角传感器21检测出的转速，计算与对象气缸c0的燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的失火参数α0和与在以对象气缸c0的燃烧行程作为起点追溯了发动机1的一个循环的曲轴角的范围内的参照气缸c1～c3的燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的失火参数α1～α3，并计算失火参数α0与失火参数α1～α3中的任一者的和，即合计参数(合计失火参数)α11～α13(图5)。判定部50还具有判定由参数计算部40计算出的合计参数α11～α13是否小于阈值A3、A4(第三阈值)的比较电路52～54(图5)。并且，判定部50在由比较电路51判定为失火参数α0小于阈值A1和/或由比较电路52～54判定为合计参数α11～α13小于阈值A3、A4且由比较电路55判定为失火参数α0小于阈值A2时，判定为在对象气缸c0发生失火，在由比较电路51判定为失火参数α0为在阈值A1以上且由比较电路52～54判定为合计参数α11～α13在阈值A3、A4以上时，即使由比较电路55判定为失火参数α0小于阈值A2，也判定为在对象气缸c0没有发生失火(图5、图7)。合计参数α11～α13能够良好地反映多缸失火时的失火参数α的特性。因此，使用合计参数α11～α13能够正确地判定有无多缸失火。

(4)判定部50在由比较电路51判定为失火参数α0小于阈值A1且由比较电路52～54判定为合计参数α11～α13在阈值A3、A4以上时，判定为在对象气缸c0发生单缸失火(图5、7)。即，在失火参数α0小于阈值A1时，满足失火参数α0小于阈值A2这一条件，因此判定部50能够无需比较失火参数α0与阈值A2的大小而判定为在对象气缸c0发生单缸失火。由此，能够正确地判定有无发生单缸失火。

(5)判定部50在由比较电路51判定为失火参数α0在阈值A1以上且由比较电路55判定为失火参数α0小于阈值A2且由比较电路52～54判定为合计参数α11～α13小于阈值A3、A4时，判定为在包括对象气缸c0的两个气缸发生多缸失火(图5、7)。由此能够正确地判定有无发生多缸失火。

(6)阈值A1是预先与多个气缸分别发生单缸失火时的失火参数α0的变化建立对应关系而设定的(图6)。通过这样设定阈值A1，能够明确区别单缸失火和多缸失火，能够精确检测单缸失火的发生。

(7)阈值A2是预先与由多个气缸的全部的组合构成的两个气缸发生多缸失火时的失火参数α0的变化建立对应关系而设定的(图6)。通过这样设定阈值A2，能够明确区别单缸失火和多缸失火，能够精确地检测多缸失火的发生。

(8)阈值A3、A4是预先与多个气缸的全部的组合构成的两个气缸发生多缸失火时的合计参数α11～α13的变化建立对应关系而设定的。通过这样设定阈值A3、A4，能够明确区别多缸失火和正常燃烧，能够精确地检测多缸失火的发生。

在上述实施方式中，对发动机1具有四个气缸的情况进行了说明，但只要具有多个气缸，气缸数量不限于四个，可以是五个以上。气缸数量为例如六缸发动机1的情况下，曲轴角θ每变化120°，在不同的气缸依次开始燃烧行程。在该情况下，参数计算部40在对象气缸c0开始燃烧行程之后到下一气缸(其他气缸)开始燃烧行程为止(曲轴角θ变化120°为止)，根据由曲轴角传感器21检测出的曲轴角数据，计算关于对象气缸c0的失火参数α即可。由此，即使气缸数量为五个以上，也能够精确地判定发动机1有无失火。

在上述实施方式中，在利用发动机1的动力行驶的发动机车辆上应用了失火判定装置10，但也能够在具有发动机1和行驶电动机的混合动力车辆上应用失火判定装置。在该情况下，如图8所示，失火判定装置10还具备检测行驶电动机的转数的解析器等转数检测器23，参数计算部40根据由曲轴角传感器21(第一速度检测部)检测出的曲轴角数据和由转数检测器23(第二速度检测部)检测出的行驶电动机的转速来计算失火参数α即可。由此，能够除去行驶电动机的旋转对发动机1的转速的影响地精确地判定发动机1有无失火。需要说明的是，由发动机1的动力驱动旋转的电动设备可以不是行驶电动机而是发电机等其他电动设备，还可以设为由转数检测器23检测发电机等的转速。还可以设置检测作用于电动设备的负荷的传感器，参数计算部40根据由该传感器检测出的负荷和曲轴角数据来计算失火参数α。

在上述实施方式中，以作为内燃机的发动机1的多个气缸中、在发动机1的燃烧的一个循环中两个气缸失火的情况作为多缸失火的例子进行了说明，但多缸失火时的失火的气缸数量不限于两个，也可以是三个以上。在上述实施方式中，由曲轴角传感器21检测发动机1的曲轴(输出轴)107的转速，但速度检测部的构成不限于以上所述。在上述实施方式中，参数计算部40根据存储在存储部30的曲轴角数据计算在发动机1的一个循环中关于多个气缸各自的燃烧行程的失火参数α。即，参数计算部40基于曲轴角数据计算与对象气缸c0的燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的失火参数α0(第一失火参数)和与以对象气缸c0的燃烧行程作为起点追溯了一个循环的曲轴角的范围内的参照气缸c1～c3的燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的失火参数α1～α3(第二失火参数)，并且计算失火参数α0与失火参数α1～α3的和，即合计参数α11～α13，但只要是计算与燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系并且转速的增加量越大则越增加那样的值作为失火参数，参数计算部的构成就可以是任何形式。

在上述实施方式中，在作为第一判定部的比较电路51中判定是否为α0＜A1，在作为第二判定部的比较电路55中判定是否为α0＜A2，进而在作为第三判定部的比较电路52～54中判定是否为α11＜A3、α12＜A4、α13＜A3，并根据判定结果判定发动机1有无失火，但失火判定部的构成不限于此。例如还可以从失火判定部中除去第三判定部，不经由图5的AND电路57，根据第一判定部和第二判定部的判定结果判定对象气缸c0有无失火。在上述实施方式中，预先在存储部30存储各种阈值A1(第一阈值)、阈值A2(第二阈值)、阈值A3、A4(第三阈值)。关于这一点，只要是与失火参数相对应地设定为能够判定是否发生单缸失火的值，阈值A1的值就可以是任意的。只要是与失火参数相对应地设定为能够判定是否单缸失火或多缸失火的值，阈值A2的值就可以是任意的。只要是与合计失火参数相对应地设定为能够判定是否发生多缸失火的值，阈值A3、A4的设定就可以是任意的。需要说明的是，阈值A1～A4根据发动机1的运转条件而变化。因此，还可以根据运转条件将阈值A1～A4预先通过图等存储在存储器。

在上述实施方式中，在对象气缸c0的失火参数α0小于阈值A1时，判定为发生单缸失火，但有时在多缸失火的情况下失火参数α0也小于阈值A1。例如在发动机被限定的状况下，在发生失火时动力装置发生共振，因来自设置在发动机与车轴之间的扭矩传递路径上的变速器的反作用，在发生了对向失火和后连续失火时(不是前连续失火时)，有时失火参数α0小于阈值A1。考虑到这一点，失火判定部还可以在由第一判定部判定为失火参数α0小于阈值A1时，判定为发生在对象气缸c0的失火即单缸失火，或在包含对象气缸c0且不包含在对象气缸c0前一个成为燃烧行程的气缸(第一参照气缸c1)的两个以上的气缸(c0、c2)或(c0、c3)的失火即多缸失火(将之称为第一多缸失火)，在由第二判定部判定为失火参数α0小于阈值A2时，判定为发生单缸失火或在包括对象气缸c0的两个以上的气缸(c0、c1)、(c0、c2)或(c0，c3)的失火即多缸失火(将之称为第二多缸失火)。

本发明还能够作为内燃机的失火判定方法使用，该方法包括：检测具有多个气缸的内燃机1的输出轴的转速的步骤；根据转速计算与多个气缸的各个燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的失火参数，即转速的增加量越大则越增加那样的失火参数的步骤；以及根据失火参数判定内燃机1有无失火的步骤，判定的步骤包括：当判定为失火参数小于第一阈值时，判定为发生在多个气缸中的单个气缸的失火即单缸失火，当判定为失火参数小于比第一阈值大的第二阈值时，判定为发生单缸失火或在多个气缸中的两个以上的气缸的失火即多缸失火。

既能够任意组合上述实施方式和变形例的一个或者多个，也能够将各变形例彼此进行组合。

采用本发明，即使在多个气缸失火了的情况下也能够良好地判定内燃机有无失火。

上文结合优选实施方式对本发明进行了说明，但本领域技术人员应理解，在不脱离后述权利要求书的公开范围的情况下能够进行各种修改和变更。

Claims (15)

1.一种内燃机的失火判定装置，其特征在于，具备：

速度检测部(21)，其检测具有多个气缸的内燃机(1)的输出轴(107)的转速；

参数计算部(40)，其根据由所述速度检测部(21)检测出的转速，计算与所述多个气缸各自的燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的、转速的增加量越大则越增加的失火参数；以及

失火判定部(50)，其具有判定由所述参数计算部(40)计算出的所述失火参数是否小于第一阈值的第一判定部(51)和判定所述失火参数是否小于比所述第一阈值大的第二阈值的第二判定部(55)，根据所述第一判定部(51)和所述第二判定部(55)的判定结果判定所述内燃机(1)有无失火，

当由所述第一判定部(51)判定为所述失火参数小于所述第一阈值时，所述失火判定部(50)判定为发生在所述多个气缸中的单个气缸的失火即单缸失火，当由所述第二判定部(55)判定为所述失火参数小于所述第二阈值时，所述失火判定部(50)判定为发生所述单缸失火或在所述多个气缸中的两个以上的气缸的失火即多缸失火。

2.根据权利要求1所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

所述失火判定部(50)确定所述多个气缸中的处于燃烧行程中的气缸即对象气缸(c0)，并且判定为所述失火参数小于所述第一阈值时，判定为在所述对象气缸(c0)发生所述单缸失火，当判定为所述失火参数在所述第一阈值以上且小于所述第二阈值时，判定为在包括所述对象气缸(c0)的两个以上的气缸发生所述多缸失火。

3.根据权利要求2所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

所述多个气缸包括所述对象气缸(c0)和与所述对象气缸(c0)不同的参照气缸(c1-c3)，

所述参数计算部(40)根据由所述速度检测部(21)检测出的转速，计算与所述对象气缸(c0)的燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的第一失火参数和与以所述对象气缸(c0)的燃烧行程作为起点追溯了所述内燃机的一个循环的范围内的所述参照气缸(c1-c3)的燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的第二失火参数，并计算所述第一失火参数与所述第二失火参数的和即合计失火参数，

所述失火判定部(50)还具备判定由所述参数计算部(40)计算出的所述合计失火参数是否小于第三阈值的第三判定部(52-54)，当由所述第一判定部(51)判定为所述第一失火参数小于所述第一阈值和/或由所述第三判定部(52-54)判定为所述合计失火参数小于所述第三阈值且由所述第二判定部(55)判定为所述第一失火参数小于所述第二阈值时，所述失火判定部(50)判定为在所述对象气缸(c0)发生失火，

当由所述第一判定部(51)判定为所述第一失火参数在所述第一阈值以上，且由所述第三判定部(52-54)判定为所述合计失火参数在所述第三阈值以上时，即使由所述第二判定部(55)判定为所述第一失火参数小于所述第二阈值，所述失火判定部(50)也判定为在所述对象气缸(c0)没有发生失火。

4.根据权利要求3所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

当由所述第一判定部(51)判定为所述第一失火参数小于所述第一阈值，且由所述第三判定部(52-54)判定为所述合计失火参数在所述第三阈值以上时，所述失火判定部(50)判定为在所述对象气缸(c0)发生所述单缸失火。

5.根据权利要求3或4所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

当由所述第一判定部(51)判定为所述第一失火参数在所述第一阈值以上，且由所述第二判定部(55)判定为所述第一失火参数小于所述第二阈值，且由所述第三判定部(52-54)判定为所述合计失火参数小于所述第三阈值时，所述失火判定部(50)判定为在包括所述对象气缸(c0)和所述参照气缸(c1-c3)的两个以上的气缸发生所述多缸失火。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

所述第一阈值是预先与所述多个气缸各自发生所述单缸失火时的所述失火参数的变化建立对应关系而设定的。

7.根据权利要求3或4所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

所述第二阈值是预先与由所述多个气缸的全部的组合构成的两个以上的气缸发生所述多缸失火时的所述第一失火参数的变化建立对应关系而设定的。

8.根据权利要求3或4所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

所述第三阈值是预先与由所述多个气缸的全部的组合构成的两个以上的气缸发生所述多缸失火时的所述合计失火参数的变化建立对应关系而设定的。

9.根据权利要求2至4中任选一项所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

所述内燃机(1)具有五个以上的气缸，

所述参数计算部(40)从所述对象气缸(c0)开始燃烧行程到继所述对象气缸(c0)开始燃烧行程的其他气缸开始燃烧行程为止，根据由所述速度检测部(21)检测出的转速，计算关于所述对象气缸(c0)的所述失火参数。

10.根据权利要求2至4中任一项所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

所述速度检测部(21)为第一速度检测部，

还具备检测由从所述内燃机(1)输出的动力驱动旋转的电动设备的转速的第二速度检测部(23)，

所述参数计算部(40)根据由所述第一速度检测部(21)检测出的所述内燃机(1)的转速和由所述第二速度检测部(23)检测出的所述电动设备的转速，计算所述失火参数。

11.一种内燃机的失火判定装置，其特征在于，具备：

速度检测部，其检测具有多个气缸的内燃机(1)的输出轴(107)的转速；

参数计算部(40)，其根据由所述速度检测部(21)检测出的转速，计算与所述多个气缸各自的燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的、转速的增加量越大则越增加的失火参数；以及

失火判定部(50)，其具有判定由所述参数计算部(40)计算出的所述失火参数是否小于第一阈值的第一判定部(51)和判定所述失火参数是否小于比所述第一阈值大的第二阈值的第二判定部(55)，根据所述第一判定部(51)和所述第二判定部(55)的判定结果，判定所述内燃机(1)有无失火，并确定所述多个气缸中的处于燃烧行程中的气缸即对象气缸(c0)，

当由所述第一判定部(51)判定为所述失火参数小于所述第一阈值时，所述失火判定部(50)判定为是所述多个气缸中的单个气缸，发生在所述对象气缸(c0)的失火即单缸失火或在包括所述对象气缸(c0)且不包含在所述对象气缸(c0)前一个成为燃烧行程的气缸的两个以上的气缸的失火即第一多缸失火，当由所述第二判定部(55)判定为所述失火参数小于所述第二阈值时，所述失火判定部(50)判定为发生所述单缸失火或在包括所述对象气缸(c0)的两个以上的气缸的失火即第二多缸失火。

12.根据权利要求1～4中任一项所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

所述多个气缸具有第一气缸和第二气缸，

所述内燃机(1)具有可滑动地配置在所述第一气缸的第一活塞和可滑动地配置在所述第二气缸的第二活塞，

所述参数计算部(40)在将在所述第一活塞位于压缩上止点时由所述速度检测部(21)检测出的转速定义为所述第一气缸的第一基准转速时，从在所述第一气缸处于燃烧行程时由所述速度检测部(21)检测出的转速减去所述第一基准转速而对所述内燃机(1)的每一规定曲轴角计算与所述第一气缸对应的第一相对转速，并基于所述第一相对转速计算所述第一气缸的失火参数，

在将在所述第二活塞位于压缩上止点时由所述速度检测部(21)检测出的转速定义为所述第二气缸的第二基准转速时，从在所述第二气缸处于燃烧行程时由所述速度检测部(21)检测出的转速减去所述第二基准转速而对所述内燃机(1)的每一所定曲轴角计算与所述第二气缸对应的第二相对转速，并基于所述第二相对转速计算所述第二气缸的失火参数。

13.根据权利要求12所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

所述参数计算部(40)在所述第一气缸的燃烧行程中对所述第一相对转速进行积分而计算所述第一气缸的失火参数，在所述第二气缸的燃烧行程中对所述第二相对转速进行积分而计算所述第二气缸的失火参数。

14.根据权利要求12所述的内燃机的失火判定装置，其特征在于，

还具备存储部(30)，其存储在从所述多个气缸各自的进气行程开始至排气行程结束的期间由所述速度检测部(21)检测出的每一所述规定曲轴角的转速，

所述参数计算部(40)使用存储在所述存储部(30)的转速计算所述多个气缸各自的所述失火参数。

15.一种内燃机的失火判定方法，其特征在于，包括：

检测具有多个气缸的内燃机(1)的输出轴(107)的转速的步骤；

根据所述转速，计算与所述多个气缸各自的燃烧行程中的转速的变化量具有相关关系的、转速的增加量越大则越增加的失火参数的步骤；以及

根据所述失火参数判定所述内燃机(1)有无失火的步骤，

所述判定的步骤包括当判定为所述失火参数小于第一阈值时，判定为发生在所述多个气缸中的单个气缸的失火即单缸失火，当判定为所述失火参数小于比所述第一阈值大的第二阈值时，判定为发生所述单缸失火或在所述多个气缸中的两个以上的气缸的失火即多缸失火。