CN1796754A - 内燃机的失火检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内燃机失火检测装置，其结构简单，可以精度良好地检测失火的发生，并且在多气缸内燃机连续发生失火的情况下也能精度良好地确定这些失火气缸。每过预定曲轴角度(15度)检测内燃机(发动机)(10)的曲轴角速度(DNE)(高通滤波器800a)，算出对与发动机的燃烧周期(曲轴转角720度)同步地对各气缸(i)的转矩生成进行模型化而设定的周期函数Fcyl#i进行检索所得的值Fcyl#i与检测到的曲轴角速度之积，并将所算出的积在预定曲轴角度区间内进行积分，进行移动平均而算出相关函数Cr#i(相关函数计算部800b、基准信号生成部800c)，把所算出的积分值与判定阈值进行比较，从而检测失火的发生(失火判定部800d)。

Description

内燃机的失火检测装置

技术领域

本发明涉及内燃机的失火检测装置。

背景技术

以往，作为内燃机的失火检测装置的例子，如下述专利文献1所述，提出了以下技术：检测曲轴的角速度，使用带通滤波器抽出由于发生失火而产生的角速度的周期性变化，使用该周期性变化判定有无失火。

[专利文献1]特开平5-180063号公报

另外，伴随最近的废气排放限制的强化，为了抑制由失火而引起排出HC和导致催化剂劣化，期望进一步提高失火检测精度。特别是，最近，要求不仅判定任意气缸中有无失火，而且确定失火气缸。然而，如上述专利文献1所述的失火检测技术那样，当仅根据曲轴角速度的周期性变化进行失火检测时，由于在1个气缸失火的情况(单气缸失火)和连续2个气缸失火的情况(连续2个气缸失火)下，发动机转速变化呈现同一周期，因而在判别失火的气缸时，必须进行峰值保持和绝对值运算或者平均处理等的用于去除振动分量的各种附加处理，检测算法的设定需要很多时间。

发明内容

因此，本发明的目的是解决上述课题，提供一种结构简单的内燃机失火检测装置，该装置能够精度良好地检测失火的发生，并且在多气缸内燃机中连续发生失火的情况下也能精度良好地确定这些失火气缸。

为了解决上述目的，在根据权利要求1的内燃机失火检测装置中，构成为具有：曲轴角速度检测单元，其每过预定曲轴角度检测内燃机的曲轴角速度；计算单元，其算出每过前述预定曲轴角度对与前述内燃机的燃烧周期同步地对各气缸的转矩生成进行模型化而设定的周期函数进行检索所得到的值与前述检测到的曲轴角速度之积，在预定区间内对前述所算出的积进行积分来算出积分值；以及失火检测单元，其把前述所算出的积分值与预定值进行比较，检测前述内燃机的失火的发生。

在根据权利要求2的内燃机失火检测装置中，构成为：前述预定区间被设定成与前述燃烧周期的整数倍相当的值。

在根据权利要求3的内燃机失火检测装置中，构成为：前述周期函数是根据前述内燃机的运转状态而设定的。

在根据权利要求1的内燃机失火检测装置中，由于构成为：每过预定曲轴角度检测内燃机的曲轴角速度，算出每过该预定曲轴角度对与燃烧周期同步地对各气缸的转矩生成进行模型化而设定的周期函数进行检索所得到的值与检测到的曲轴角速度之积，在预定区间内对所算出的积进行积分而算出积分值，把所算出的积分值与预定值进行比较，检测内燃机的失火的发生，因而可精度良好地检测失火的发生，并且即使在多气缸发动机中连续地发生了失火的情况下，也能精度良好地确定这些失火气缸。

即，由燃烧引起的转矩变动和曲轴角速度存在相关关系，而通过求出对在燃烧周期内对各气缸的转矩生成进行模型化而得到的周期函数进行检索所得的值和曲轴角速度的积，可根据其相关关系检测失火。并且，可以通过在预定区间、例如预定曲轴角度区间内进行积分，算出其积分值，作为去除了振动成分的常数值。因此，通过把所算出的积分值与预定值进行比较来检测内燃机的失火的发生，可精度良好地检测失火的发生，并且即使在多气缸内燃机中连续发生了失火的情况下，也能精度良好地确定这些失火气缸。

并且，由于在失火判定中使用的积分值可作为常数值而不是振动的值来算出，因而可省略峰值保持和绝对值运算或者平均处理等的用于去除振动成分的运算处理，可简化运算。

在根据权利要求2的内燃机失火检测装置中，由于构成为：预定区间被设定成与燃烧周期的整数倍相当的值，因而除了上述效果以外，还可更好地作为常数值而不是振动的值而算出在失火判定中使用的积分值。

在根据权利要求3的内燃机失火检测装置中，由于构成为：周期函数是根据内燃机的运转状态而设定的，因而除了上述效果以外，由于可以将失火判定中使用的积分值作为在失火发生时与正常燃烧不同的值而更明确地算出，因而可进一步提高失火检测精度。

附图说明

图1是示意性地示出根据本发明第1实施例的内燃机失火检测装置的概略图。

图2是以气门系统为中心更具体地示出图1所示的发动机的发动机侧视图。

图3是示意性地示出图1所示的可变相位机构的侧视图。

图4是图3所示的可变相位机构的正视图。

图5是示意性地示出图4所示的可变相位机构中的电磁制动器的结构的正视图。

图6是功能性地示出图1所示的ECU的动作中的失火检测动作的方框图。

图7是示出图6的基准周期信号生成部所生成的基准周期信号Fcyl#i的特性的图。

图8是示出使用由函数f1、f2构成的值F一般性地表示图6所示的相关函数Cr#I，并使该相关函数F的计算区间与函数f1、f2的周期不同时的相关函数F的算出结果(仿真结果)的曲线图。

图9同样是示出使用由函数f1、f2构成的值F一般性地表示图6所示的相关函数Cr#I，并使该相关函数F的计算区间与函数f1、f2的周期相同时的相关函数F的算出结果(仿真结果)的曲线图。

图10是示出图6所示的ECU的失火检测动作中的相关函数Cr#i的计算处理的流程图。

图11是示出图6所示的ECU的失火检测动作中的失火检测处理的流程图。

图12是示出图1所示的ECU执行的其它动作，即发动机的控制动作的流程图。

图13是图12的流程图的进气量控制的子程序流程图。

图14是图13的流程图中的压缩比目标值、升程目标值以及相位目标值计算的子程序流程图。

图15是图13的流程图中的压缩比、升程以及相位控制的子程序流程图。

图16是示出使用图6的结构进行失火检测的仿真时的条件的说明图。

图17是示出在图16所示的条件下使用图6的结构进行失火检测仿真时的结果的曲线图。

图18同样是示出在图16所示的条件下使用图6的结构进行失火检测仿真时的结果的曲线图。

图19同样是示出当在图16所示的条件下使用图6的结构进行失火检测仿真时的结果的曲线图。

图20同样是示出当在图16所示的条件下使用图6的结构进行失火检测仿真时的结果的曲线图。

图21同样是示出当在图16所示的条件下使用图6的结构进行失火检测仿真时的结果的曲线图。

图22是示出使用现有技术进行失火检测仿真时的结果的曲线图。

符号说明

10…发动机(内燃机)；20…进气门；22…燃烧室；40…可变升程机构；42…可变相位机构；44…可变压缩比机构；60…曲轴转角传感器；80…ECU(电子控制单元)；800a…高通滤波器；800b…相关函数计算部；800c…基准周期信号生成部；800d…失火判定部

具体实施方式

以下，结合附图对根据本发明的内燃机失火检测装置的最佳实施方式进行说明。

图1是示意性地示出根据本发明第1实施例的内燃机失火检测装置的概略图。

以下进行说明，符号10表示内燃机(以下称为“发动机”)，发动机10由4冲程4气缸的DOHC型汽油发动机构成。发动机10具有进气管12，在进气管12中从空气过滤器(未作图示)吸入的空气流经进气歧管(未作图示)。在4个气缸(仅示出了1个)14的进气口附近配置有喷射器(燃料喷射阀)16，当通电时，向所吸入的空气中喷射燃料(汽油)。而且，4个气缸的点火顺序(燃烧顺序)为#1(第1)气缸、#3(第3)气缸、#4(第4)气缸、#2(第2)气缸。

当2个进气门(仅示出了1个)20打开时，这样产生的混合气流入燃烧室22内，由火花塞24点火而燃烧，朝图中下方驱动活塞26，使曲轴30旋转。当2个排气门(同样仅示出了1个)32打开时，由燃烧产生的废气通过排气歧管和与其连接的排气系统34，由催化剂装置36净化后，排出到发动机10的外部。

在发动机10内设置有：可变升程机构40，其可变地调节进气门20的升程(提升高度)；可变相位机构42，其可变地调节驱动进气门20和排气门32的进气凸轮轴和排气凸轮轴的相位(开闭正时)；以及可变压缩比机构44，其改变活塞26的上止点(和下止点)来可变地调节压缩比。

首先对可变升程机构40进行说明。

图2是以气门系统为中心更具体地示出图1所示的发动机10的发动机10的侧视图。如图所示，进气凸轮轴50和排气凸轮轴52平行地配置在进气门20和排气门32上，通过正时皮带等(未作图示)与曲轴30连接，分别以曲轴30的转速的1/2转速旋转。

在进气凸轮轴50上安装有进气凸轮50a，并在其附近将摇臂40a配置成在一端与进气凸轮50a抵接，在另一端与进气门20的杆的末端抵接。上联臂40b通过连接销40b1与摇臂40a连接，另一方面，下联臂40c也通过连接销40c1与摇臂40a连接。上联臂40b通过另一连接销40b2固定在缸体(发动机主体)14a上。

下联臂40c的另一连接销40c2与平行于曲轴30配置的可动轴(控制轴。未作图示)连接，可动轴通过减速齿轮(未作图示)与电动机40d连接。在上述结构中，使用电动机40d通过减速齿轮使可动轴旋转，这样，使连接上联臂40b的连接销40b1、40b2的线、和连接下联臂40c的连接销40c1、40c2的线交叉的旋转中心移动，从而使进气凸轮50a和摇臂40b的距离变化，改变(控制)进气门20的升程量。

下面对可变相位机构42进行说明，可变相位机构42与进气凸轮轴50连接。

图3是示意性地示出可变相位机构42的侧视图，图4是其正视图，图5是示意性地示出其中的电磁制动器的结构的正视图。

参照图3～图5进行说明，可变相位机构42具有：行星齿轮机构42a，以及固定在缸体14a上的电磁制动器42b。在行星齿轮机构42a中，齿圈42a1固定在上述进气凸轮轴50上。3个行星轮42a2相互隔开120度的间隔与齿圈42a1啮合。

如图4很好地示出，3个行星轮42a2被平面图中呈正三角形的行星架42a3相互连接，并通过行星架42a3，如图3所示，与(由曲轴30驱动的)链轮56连接。行星架42a3通过图5所示的电磁制动器42b的连接构件42b1与回位弹簧(压缩弹簧)42b2的一端连接。

太阳轮42a4与3个行星轮42a2啮合。太阳轮42a4同样固定在图5所示的电磁制动器42b的连接构件42b3上，通过连接构件42b3与回位弹簧42b2的另一端连接。

如图5所示，电磁制动器42b具有：配置在与太阳轮42a4连接的环状连接构件42b3的外周上的同样为环状的永久磁铁42b4，以及配置在其外周的同样为环状的电磁铁42b5。永久磁铁42b4为N极和S极的4个磁铁片交替配置而成的2极结构。

电磁铁42b5也由与其对应配置的4个导电体(层叠钢板)构成，当缠绕在其上的线圈(未作图示)被未作图示的通电电路通电时，按照通电方向励磁为N极或S极。这样，电磁制动器42b具有与直流电动机相同的结构。

回位弹簧42b2通过连接构件42b1、42b3使太阳轮42a4在图5中顺时针地、具体地说是向滞后方向、更具体地说是在进气门20的开阀正时(和闭阀正时)相对于曲轴30的旋转滞后的方向上，对行星架42a3进行推压。

在可变相位机构42中，在图示的结构中，随着曲轴30的旋转，链轮56向图4中箭头a所示的方向以其1/2的转速旋转。链轮56的旋转通过行星架42a3被传递给行星轮42a2，使其向图4中箭头b所示的方向旋转，从而使齿圈42a1和与其连接的进气凸轮轴50向与链轮56的旋转方向(箭头a)相同的方向旋转，并使太阳轮42a4向图4中箭头c所示的方向旋转。

此时，当通过对电磁铁42b5的通电，使通过连接构件42b3与太阳轮42a4连接的永久磁铁42b4的旋转制动时，进气凸轮轴50相对于链轮56在图5中箭头d所示的超前方向上移动与该制动力对应的距离，使前述进气凸轮50a和摇臂40a的接触时刻相对于曲轴角度提早(超前)。

因此，当太阳轮42a4相对旋转了预定角度时，如果制动力和回位弹簧力平衡，则行星轮42a2停止动作，链轮56和凸轮轴50在维持预定相对角的同时一体旋转。即，随着制动力的增减，凸轮相位在超前或滞后方向得到控制。而且，尽管省略了详细说明，然而排气凸轮轴52也与同种的可变相位机构42连接，排气门32的相位(开闭正时)被可变地调节(控制)。

下面对压缩比可变机构44进行说明。如图2所示，活塞26的连杆26a通过连接销44a与平面图中大致呈三角形状的第1联杆44b连接。

第1联杆44b在相对于连接销40a偏心的位置处具有旋转自如地收容曲轴30的孔44b1，并且在一端通过连接销44b2与第2联杆44c连接。第2联杆44c在末端具有小径的连接销44c1，连接销44c1与固定在缸体14a上的第3联杆44d的末端所形成的直径比其大的可动轴(控制轴)44c2偏心连接。

在由图示的第1联杆44b、第2联杆44c以及第3联杆44d构成的4节联杆结构中，通过使用油压机构44e使可动轴44c2旋转，改变活塞26的上止点(和下止点)，从而可变地调节(控制)燃烧室22的压缩比。

回到图1的说明，在曲轴30的附近配置有曲轴转角传感器60，其输出：确定4个气缸14的曲轴角度位置的气缸判别信号、表示与4个活塞26的TDC(上止点)相关联的位置的TDC信号、以及针对每单位曲轴角度、例如15度表示曲轴角度信号(CRK信号)的信号。

在进气凸轮轴50(图2所示)的附近配置有凸轮轴传感器62，其每过进气凸轮轴50的预定旋转角度，例如1度输出信号。并且，在可变升程机构40中，在电动机40d的减速齿轮附近配置有由旋转编码器等构成的升程传感器64，其通过减速后的电动机40d的旋转，输出与进气门20的升程量(开量)Liftin对应的信号。而且，在可变压缩比机构44中，在油压机构44e的附近配置有压缩比传感器66，其根据油压机构44e的行程(旋转量)生成与燃烧室22的实际压缩比Cr对应的输出。

在进气管12的前端附近配置有空气流量计(AFM)68，其输出与所吸入的空气量Q对应的信号，并且在气缸14的冷却水通路(未作图示)的附近配置有水温传感器70，其输出表示发动机10的冷却水温TW的信号。

而且，在搭载了发动机10的车辆(未作图示)的驾驶员座位的地面上配置的油门踏板(未作图示)的附近配置有油门开度传感器74，其输出与驾驶员操作的油门开度(油门踏板踩下量)AP对应的信号。

上述传感器组的输出被输入到ECU(Electronic Control Unit。电子控制单元)80中。ECU 80如图所示，由微计算机构成，该微计算机包含CPU 80a、存储器80b、输入接口80c和输出接口80d以及未作图示的A/D转换电路、波形整形电路、计数器等。故障指示灯(MalfunctionIndicator Lamp。警告灯)80e与ECU 80连接。

曲轴转角传感器60等的输出由波形整形电路进行波形整形，并且空气流量计68等的输出由A/D转换电路转换成数字值。ECU 80通过计数器对从曲轴转角传感器60输出的CRK信号进行计数，检测发动机转速NE。并且，ECU 80根据CRK信号和凸轮轴传感器62的输出，检测凸轮相位Cain(进气门20的开闭正时)。

ECU 80根据这些值及其它传感器输出，如后所述，控制发动机10的可变相位机构42等的可变机构、燃料喷射量、以及点火正时。

图6是功能性地示出该ECU 80的动作中的失火检测动作的方框图。

在对该图进行说明前，再次对本发明的课题进行说明，如前所述，近年来，要求不仅判定任意气缸中有无失火，而且要确定失火气缸，然而如上述专利文献1所述的技术那样，当仅根据曲轴角速度的周期性变化进行失火检测时，如图22所示，由于在1个气缸失火的情况(单气缸失火)和连续2个气缸失火的情况(连续2个气缸失火)下发动机转速变化呈现同一周期，因而在判别失火的气缸时，必须进行各种附加处理，检测算法的设定需要很多时间。

因此，在根据本实施例的失火检测装置中，为了解决该课题，按图6所示来构成(构建算法)。图示的装置具有：高通滤波器800a、相关函数计算部800b、基准周期信号生成部800c、以及失火判定部800d。而且，在本实施例中，由于针对每个气缸来检测失火，因而对气缸14分别附上气缸编号i(i＝1～4)来确定。

以下进行说明，首先，在高通滤波器800a中，对根据曲轴转角传感器60输出的CRK信号而检测出的发动机转速NE进行滤波。具体地说，通过以下的差分运算，每过预定曲轴角度(例如15度)算出曲轴角速度DNE。

[式1]

DNE(n)＝NE(n)-NE(n-1)                               (1-1)

n：与曲轴转角同步的采样时刻(例如：每15度)

然后，在相关函数计算部800b中，每过上述预定曲轴角度(例如15度)对周期函数Fcyl#i(以下称为“基准周期信号”)进行检索而得到值Fcyl#i，由乘法段800b1算出所得到的值与检测出的曲轴角速度DNE之积，其中，周期函数Fcyl#i是与发动机10的1个燃烧周期(曲轴转角720度)同步地对各气缸的转矩生成进行模型化，如此而由基准周期信号生成部800c生成(设定)的。然后，在积分段800b2中将所算出的积在1个燃烧周期(预定曲轴角度区间)内进行积分，并在除法段800b3中算出其移动平均值，作为(算出)相关函数Cr#i(积分值)。以下示出该计算。而且，在本说明书和附图中省略了乘法符号。

[式2]

$\mathrm{Cr}\#i\left(k\right)\⇐\mathrm{Cr}\#i^{\′}\left(n\right)----(1-2)$

(下采样)

$\mathrm{Cr}\#i^{\′}\left(n\right)=\frac{1}{N}\underset{j=n-N+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{DNE}\left(i\right)\mathrm{Fcy}1\#i\left(j\right)----(1-3)$

N：1个周期中的采样数据

(曲轴脉冲是每15度的情况：N＝48)

k：与燃烧周期对应的采样时刻

图7示出了基准周期信号Fcyl#i的特性。由于由各气缸i的燃烧引起的转矩变动(生成)和曲轴角速度具有相关关系，因而在根据本实施例的装置中，通过求出对在1个燃烧周期内对各气缸的转矩生成进行模型化而得到的基准周期信号Fcyl#i(周期函数)进行检索而得到的值与曲轴角速度之积，根据该相关关系检测失火。

并且，通过将该积分值(相关函数Cr#i)在预定曲轴角度区间(预定区间)内进行积分来求出移动平均，作为去除了振动成分的常数值而算出。对此进行说明，图6所示相关函数Cr#i等的函数f1和f2间的相关函数(互相关函数)F一般定义如下。

[式3]

$F\left(k\right)=\frac{1}{N+1}\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left\{f1\left(l\right)f2\left(l\right)\right\}$

这里，函数f1和f2各自定义如下。

[式4]

f1(k)＝sin(ωkΔT)

f2(k)＝sin(ωkΔT+2π/6)

并且，式3所示的式中的N定义如下。

[式5]

$\mathrm{Tp}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}\≠\mathrm{N\ΔT}$

如上所述，当求出使函数f1、f2的周期与相关函数F的计算区间不同的情况下的相关函数时，如图8所示。从图8可以明白，在相关函数F的计算区间与函数f1、f2的周期不同的情况下，相关函数周期性地变化。

另一方面，当相关函数F的计算区间如以下那样与函数f1、f2的周期相同时，如图9所示。

[式6]

$\mathrm{Tp}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}=\mathrm{N\ΔT}$

从图9可以明白，当使相关函数F的计算区间与函数f1、f2的周期相同或是整数倍时，相关函数F总是为固定的值，不表现出周期性的性质。在本实施例中，着眼于相关函数的这个特性，使积分区间与1个燃烧周期(曲轴转角720度)相同。而且，从上述可以明白，积分区间可以是1个燃烧周期的n倍(n：大于等于2的整数)。

在图示的结构中，在失火判定部800d中，如下所示，通过把相关函数Cr#i和判定阈值(预定值)Cr_misf进行比较，判定(检测)气缸i各自的失火发生。

[式7]

F_MISF#i：各气缸失火判定标志

而且，在图6所示的结构中，相关函数计算部800b和失火判定部800d执行的动作相当于由ECU 80的CPU 80a所执行的动作。并且，对于基准周期信号生成部800c，具体地说，存储图7所示的特性的存储器80b与其相当。

下面，对图6所示的装置的动作进行说明。

图10和图11是示出该动作的流程图。

图10所示的程序是算出相关函数Cr#i的处理，每过前述预定曲轴角度(曲轴转角15度)，按照#1、#3、#4、#2气缸的顺序(点火顺序)针对各气缸来执行。图9所示的程序是进行基于此的失火检测的处理，针对每个前述预定曲轴角度区间(1个燃烧周期(曲轴转角720度))以相同的气缸顺序来执行。

首先对图10所示的处理进行说明，在S10中使曲轴同步周期计数器C_crk的值增加1，进到S12，判断计数器的值是否超过48。当在S12中为肯定时，进到S14，使计数器的值复位为0。即，当该计数器的值为47时，意味着曲轴转角达到720度，因而初始化为零。而且，当在S12中为否定时，跳过S14。

然后进到S16，根据计数器的值(表示曲轴角度)和发动机10的负荷状态(具体地说进气量目标值。后述)以及发动机转速NE，对在存储器80b中作为映射图存储的图示的特性(与图7的特性基本相同)进行检索，针对相应的气缸检索基准周期信号Fcyl#i。

即，在基准周期信号生成部800c中，为了进一步提高失火检测精度，根据发动机负荷(图7所示)对基准周期信号Fcyl#i进行变更(预先规划)，并且为了对伴随发动机转速NE上升的曲轴转角传感器60的响应(检测)滞后进行补偿，也根据发动机转速NE进行变更。

具体地说，基准周期信号被设定成最大值随着负荷增减而增减。并且，曲轴转角传感器60的响应滞后的绝对时间由于随着发动机转速NE的上升而延长，因而被设定成随着发动机转速NE的上升而滞后。

这样，根据发动机10的运转状态，改变基准周期信号Fcyl#i。而且，出于同一意图，可以根据同样的运转参数对判定阈值Cr_misf#i进行变更(预先规划)。

然后进到S18，根据式1-1和式1-3所示的算式，算出前述曲轴角速度DNE和相关函数Cr#i。

接着，对图11的处理进行说明。而且，图示的程序如上所述，是针对每曲轴转角720度，即，各气缸i的每个燃烧周期来执行的，并与各个气缸i的燃烧正时(例如排气行程TDC)同步地执行。例如，就#3气缸来说，在#3、#4、#2、#1点火燃烧后，在#3气缸的排气行程TDC中执行。而且，在排气行程执行是为了能够最早地检测到相关气缸的燃烧结果。

以下进行说明，在S20中，根据式1-2、式1-4、式1-5进行失火判断。即，把相关函数Cr#i与判定阈值Cr_misf#i进行比较，当相关函数小于判定阈值时，根据式1-4把F_MISF#i(k)的位设置为1，当相关函数大于等于判定阈值时，根据式1-5把标志位复位为0。把该标志位设置为1意味着发生了失火，复位为0意味着正常燃烧(没有发生失火)。

然后进到S22，判断该标志F_MISF#i的位是否是1(初始值)。而且，由于是针对每个气缸判断失火，因而对标志F_MISF#附上气缸编号i。当在S22中为肯定，即，判断为发生了失火时，进到S24，使对相关气缸的失火发生次数进行计数的失火发生次数计数器C_misf#i增加1，进到S26，使标志F_MISF#i的位复位为0。而且，在S22中为否定而判断为没有发生失火时，跳过S24、S26的处理。

然后进到S28，使该气缸的运算次数计数器C_all#i的值增加1，进到S30，判断该计数器的值是否超过1000。当在S30中为肯定时，进到S32，判断失火率阈值R_mil是否超过了失火发生次数计数器C_misfi#i的值除以运算次数计数器C_all#i的值所得到的商值。而且，失火率阈值R_mil被合适地设定为例如0.01(％)等。该值是各气缸共同的值。

当在S32中为肯定时，意味着失火率阈值超过商值，即，在大于等于运算次数1000中失火发生次数所占的比率，即失火率不大于等于阈值，因而就这样结束程序，并且当为否定时，意味着失火率大于等于失火率阈值，因而进到S34，点亮故障指示灯80e。

而且，当在S30中为否定时，跳过以后的处理。这是为了当运算次数小于1000而较少时，在例如发生了数次失火的情况下，防止错误地点亮故障指示灯80e。

然后，对作为ECU 80执行的其它动作的发动机10的控制动作进行说明。

图12是示出该动作的流程图。

以下进行说明，在S50中执行进气量控制。更具体地说，根据从传感器输出检测到的发动机10的运转状态，控制可变升程机构40、可变相位机构42以及可变压缩比机构44，根据所检测出的运转状态把发动机10的进气量控制成最佳。而且，S50的处理在发动机10起动时开始，以后每过预定的时间间隔，例如10msec而执行。并且，S52、S54的处理在发动机10起动时开始，以后与TDC或其附近的曲轴角度同步地执行。

图13是示出该处理的子程序流程图。

以下进行说明，在S100中判断气门系统，即由可变升程机构40、可变相位机构42以及可变压缩比机构44组成的3种机构中的至少任意一种是否有故障，当为肯定时，进到S102，把对可变压缩比机构44的指令值U_Cr设定为成为最终压缩比的故障时用指令值U_Cr_fs，把对可变升程机构40的指令值U_Liftin设定为可缓慢行驶的故障时用指令值U_Liftin_fs，以及把对可变相位机构42的指令值U_Cain设定为相位为滞后侧的故障时用指令值U_Cain_fs(具体地说是0(通电量零))。

当在S100中为否定时，进到S104，判断发动机10是否是在起动中。这是通过判定所检测到的发动机转速NE是否小于完爆转速来判断的。

当在S104中为肯定时，进到S106，根据所检测到的发动机冷却水温TW，按照图示的特性检索进气量的起动用目标值Gcyl_cmd_crk，进到S108，把所检索到的值设为进气量目标值Gcyl_cmd。

当在S104中为否定时，进到S110，判断所检测到的油门开度AP是否是全闭开度，即，是否没有踩下油门踏板。当在S110中为否定时，判断为执行了驾驶员的驱动请求，因此进到S112，根据所检测到的发动机转速NE和油门开度AP，按照图示的特性检索进气量的驱动用目标值Gcyl_cmd_drv，进到S114，把所检索到的值设为进气量目标值Gcyl_cmd。

当在S110中为肯定时，判断为处于怠速状态，因此进到S116，判断是否经过了催化剂装置36的预热时间。当在S116中为肯定时，进到S112，同样地算出进气量的驱动用目标值。而且，在此情况下，由于油门开度AP是全闭的，因而与在S110中为肯定的情况相比，驱动用目标值为低负荷侧的值，即小的值。

当在S116中为否定时，进到S118，为了促进催化剂装置36的升温，根据从发动机10起动开始的经过时间和所检测出的发动机冷却水温TW，按照图示的特性检索进气量的起动后用目标值Gcyl_cmd_ast，进到S120，把所检索到的值设为进气量目标值Gcyl_cmd。而且，图示的程序随着发动机10的起动而开始，以后，每10msec执行一次，由此根据该循环次数求出从发动机10起动开始的经过时间。

然后进到S122，算出可变压缩比机构44、可变升程机构40以及可变相位机构42的目标值，即压缩比目标值、升程目标值以及相位目标值。

图14是示出该处理的子程序流程图。

首先，根据在S200中检测出的发动机转速NE和所算出的目标进气量Gcyl_cmd，按照图示的特性算出升程目标值Liftin_cmd。由于目标进气量越增加，即成为高负荷侧的值，并且发动机转速NE越上升，则发动机10的进气行程的时间越短，因而为了确保必要的进气量，设定成使进气门20的升程目标值也增加。

然后进到S202，根据所检测出的发动机转速NE和检测出的实际升程量Liftin，按照图示的特性算出相位目标值Cain_cmd。这里，相位目标值被设定成：实际升程量越增加，并且发动机转速NE越上升，就越滞后，即在曲轴角度中滞后，这样设定是为了：越高速旋转，就越将在进气行程中发生的进气管内的流速维持在压缩行程前半部分，换言之，通过使气门开角滞后，并在压缩行程前半部分打开进气门20，以获得高的填充效率。

并且，设定成在低负荷侧超前是为了可在低负荷中进行微小的进气量控制，以及随着重叠增加，实现内部EGR量的增大和泵损的减少，从而进一步提高效率。

然后进到S204，同样，根据所检测出的发动机转速NE和所检测出的实际升程量Liftin，按照图示的特性算出压缩比目标值Cr_cmd。这里，实际升程量越减少，压缩比目标值就被设定为越高的值，这是为了提高燃烧稳定性。并且，压缩比目标值在低转速侧设定为低值是为了避免：在低转速侧扫气效果下降，残留废气在气缸14内部增加而使混合气温度上升，以及由于缸内流动性的下降而使火焰传播滞后，爆震余裕度下降。并且，在高转速侧设定为低值是为了减少爆震抑制用的点火正时的滞后量。而且，在S202、S204中根据实际升程量来计算是为了避免活塞26和进气门20的干涉。

回到图13的流程图的说明，然后进到S124，执行压缩比、升程以及相位控制。即，根据上述目标值控制可变压缩比机构44、可变升程机构40以及可变相位机构42。

图15是示出这些处理的子程序流程图。

而且，在这些控制中，为了防止由于发生相对于目标值的过冲而引起的活塞26和进气门20的干涉，通过简易型的2自由度滑动模式控制来执行。

首先，在S300中，根据图示的式(a)～(d)算出升程指令值(操作量)U_Liftin。

以下进行说明，滑动模式控制是可指定控制量的收敛速度的响应指令型控制，而2自由度滑动模式控制使滑动模式控制得到发展，是可以分别指定控制量对目标值的追随速度、以及当外加了干扰时的控制量的收敛速度的控制。

在2自由度滑动模式控制中，如式(d)所示，使用目标值追随响应指令参数pole_f_lf，采用一次延迟滤波算法，算出升程目标值的滤波值Liftin_cmd_f(k)。目标值追随响应指令参数pole_f_lf规定了控制量对目标值的追随速度，如图所示，被设定成大于-1且小于0的值。而且，(k)是离散系统的采样编号，更具体地说是图13的流程图的执行时刻。

然后，如式(c)所示，从升程检测值Liftin(k)中减去升程目标值的滤波值Liftin_cmd_f(k)，从而算出偏差E_lf(k)，然后如式(b)所示，将干扰抑制响应指定参数pole_lf与偏差的上次值相乘，把这样获得的积与偏差的本次值相加来算出切换函数σ_lf(k)。干扰抑制响应指定参数pole_lf规定了当外加了干扰时的偏差E_lf的收敛速度，如图所示，被设定成大于-1且小于0的值。

然后，如式(a)所示，从切换函数σ_lf(k)乘以第1反馈增益Krcn_lf的负值所得到的积中减去切换函数σ_lf(k)的积分值乘以第2反馈增益Kadp_lf所得的积，算出升程指令值(操作量)U_Liftin。

在式(a)中，右边的第1项是用于把状态量放到切换线上的到达律输入，如图所示作为切换函数的比例项而算出。并且，右边的第2项是用于在抑制稳定偏差的同时，把状态量放到切换线上的适应律输入，如图所示作为切换函数的积分项而算出。而且，第1、第2反馈增益是通过仿真和实验等而设定的值。

同时，根据所算出的升程指令值，使可变升程机构40的电动机40d动作来执行升程控制。

然后进到S302，同样根据图示的式(a)～(d)算出相位指令值(操作量)U_Cain，根据所算出的相位指令值算出对可变相位机构42的电磁制动器42b的通电量，使其动作来执行可变相位控制。

然后进到S304，同样根据图示的式(a)～(d)算出压缩比指令值(操作量)U_Cr，根据所算出的压缩比指令值，使可变压缩比机构44的油压机构44e动作来执行压缩比控制。

而且，S302和S304中的指令值的计算本身由于仅下标不同，此外与S300没有不同，因而省略说明。

回到图12的流程图的说明，然后进到S52，执行燃料控制。即，根据所算出的进气量目标值Gcyl_cmd和所检测出的油门开度AP检索预先设定的特性，算出燃料喷射量以达到理论空燃比，根据所算出的燃料喷射量驱动喷射器16。

然后进到S54，执行点火控制。该点火控制通过以下进行，即：根据所检测出的发动机转速NE和先前算出的进气量目标值Gcyl_cmd，按照预定的特性检索基准点火正时，根据其它的发动机运转状态校正所检索到的基准点火正时，从而决定点火正时。

这里，图17～图21示出了使用前述图6的结构在图16的条件下执行失火检测的仿真的结果，以下进行总结。

CASE1：

这是没有发生失火、且没有各气缸的转矩偏差的条件，在此情况下，如图17所示，可检测(判定)出没有失火气缸。

CASE2：

这是没有发生失火、且#3气缸的转矩比其它气缸低20％的条件，在此情况下，如图18所示，没有检测(判定)出#3气缸失火，可检测(判定)出所有气缸没有失火。

CASE3：

这是#3气缸的转矩比#1和#2气缸低20％、且#4气缸失火的条件(单气缸失火)，在此情况下，如图19所示，可判定出#4气缸失火，并可检测(判定)出其它气缸没有失火。

CASE4：

这是#3气缸的转矩比#1气缸低20％、且#2气缸和#4气缸失火的条件(连续2个气缸失火)，在此情况下，如图20所示，可判定出#2气缸和#4气缸失火，另一方面，可检测(判定)出#1气缸和#3气缸没有失火。

CASE5：

这是#1和#2气缸为正常燃烧、且#3气缸和#4气缸失火的条件(对置2个气缸失火)，在此情况下，如图21所示，可判定出#3气缸和#4气缸失火，并可检测(判定)出#1气缸和#2气缸没有失火。

从上述可以明白，本实施例的失火检测装置由于构成为：算出每过预定曲轴角度对与燃烧周期同步地对各气缸的转矩生成进行模型化而设定的周期函数Fcyl#i(基准周期信号)进行检索所得到的值与所检测到的曲轴角速度之积，将所算出的积在预定曲轴角度区间内进行积分，并求出其移动平均值作为相关函数Cr#i，将其与判定阈值进行比较来检测失火的发生，因而可精度良好地检测失火的发生，并且即使在多气缸发动机中连续发生了失火的情况下，也能精度良好地确定这些失火气缸。

即，由燃烧引起的转矩变动和曲轴角速度存在相关的关系，然而通过求出对在燃烧周期内对各气缸的转矩生成进行模型化而得到的周期函数进行检索所得到的值与曲轴角速度之积，可根据该相关关系检测失火。并且，通过将该积分值在预定曲轴角度区间内进行积分，并算出其移动平均，可作为去除了振动成分的常数值而计算出。因此，通过把所算出的积分值与判定阈值进行比较，可精度良好地检测失火的发生，并且即使在具有4个气缸的情况下连续地发生了失火时，也能精度良好地确定这些失火气缸。

并且，由于在失火判定中使用的相关函数Cr#i可作为常数值而不是振动的值而算出，因而可省略峰值保持和绝对值运算或者平均处理等的用于去除振动成分的运算处理，可简化运算。

如上所述，在本实施例中，构成为具有：曲轴角速度检测单元(ECU80、高通滤波器800a，S18)，其每过预定曲轴角度(15度)检测发动机(内燃机)10的曲轴角速度DNE；第1计算单元(ECU 80、相关函数计算部800b、基准周期信号生成部800c，S10～S18)，其算出每过前述预定曲轴角度对与前述发动机(内燃机)的燃烧周期(曲轴转角720度)同步地对各气缸i的转矩生成进行模型化而设定的周期函数Fcyl#i(基准周期信号)进行检索所得的值Fcyl#i与前述检测到的曲轴角速度之积，将前述算出的积在预定区间(具体地说是预定曲轴角度区间，更具体地说是曲轴转角720度)内进行积分(具体地说是算出其移动平均值)，从而算出相关函数(积分值)Cr#i；以及失火检测单元(ECU 80、失火判定部800d，S20～S34)，其将前述所算出的积分值与预定值(判定阈值)Cr_misf进行比较来检测前述发动机(内燃机)的失火的发生。

并且，构成为，前述预定曲轴角度区间被设定成与前述燃烧周期的整数倍(例如1倍)相当的值。

并且，构成为，前述周期函数是根据前述发动机(内燃机)10的运转状态，更具体地说是负荷(进气量目标值、发动机转速NE)而设定的。

而且，在图6所示的结构中使用了高通滤波器800a，然而也可以使用离散时间傅立叶变换器或者小波变换器等。

并且，作为表示发动机10的负荷的参数，使用了进气量目标值，然而不限于此，只要是表示发动机10的负荷的参数，则任何参数都可以。

并且，在进气量的计算等中使用了简易型的滑动模式控制，然而可以使用其它滑动模式控制，而且可以使用自适应控制或者PID控制等的其它控制算法。

Claims (3)

1.一种内燃机的失火检测装置，其特征在于，具有：曲轴角速度检测单元，其每过预定曲轴角度检测内燃机的曲轴角速度；计算单元，其算出每过前述预定曲轴角度对与前述内燃机的燃烧周期同步地对各气缸的转矩生成进行模型化而设定的周期函数进行检索所得到的值与前述检测到的曲轴角速度之积，将前述所算出的积在预定区间内进行积分而算出积分值；以及失火检测单元，其把前述所算出的积分值与预定值进行比较，检测前述内燃机的失火的发生。

2.根据权利要求1所述的内燃机的失火检测装置，其特征在于，前述预定区间被设定成与前述燃烧周期的整数倍相当的值。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的失火检测装置，其特征在于，前述周期函数是根据前述内燃机的运转状态而设定的。

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