JP2006250070A - 失火検出装置および失火検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の振動を用いて確実に失火を検出することができる失火検出装置および失火検出方法を提供すること。
【解決手段】内燃機関の振動（加速度信号）および機関回転数ＮＥを取得し（ステップＳＴ１０１）、取得された振動から取得された機関回転数ＮＥに応じた爆発１次成分および爆発２次成分を抽出し（ステップＳＴ１０２）、抽出波形を生成し（ステップＳＴ１０３）、気筒ごとの判定区間を決定し、機関回転数に応じてこの判定区間内のピーク値（ＰＬ₁〜ＰＬ₄あるいはＰＨ₁〜ＰＨ₄）を決定し（ステップＳＴ１０６，１１０）、気筒ごとのしきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄あるいはＳＨ₁〜ＳＨ₄）を決定し（ステップＳＴ１０７，１１１）、ピーク値としきい値とを比較して失火を判定する（ステップＳＴ１０８、１０９、１１２、１１３、１１４）。
【選択図】 図６

Description

この発明は、失火検出装置および失火検出方法に関し、更に詳しくは、検出された内燃機関の振動により失火を判定する失火検出装置および失火検出方法に関する。

一般に、乗用車、トラック、バスなどの車両に搭載されるガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関は、各気筒の燃焼室内で燃料が燃焼する。このとき、内燃機関の運転状態によっては、各気筒のいずれかの燃焼室内の燃料が燃焼せず、失火する虞がある。失火が発生すると、燃焼室内の燃料がそのまま排気経路を介して外部に放出される虞があるため、失火を確実に検出することが重要である。

従来の失火を検出する失火検出装置としては、例えば、各気筒内の圧力を検出し、その検出された圧力の変動に基づいて、気筒ごとの失火を検出するものがある。しかし、この失火検出装置では、圧力を検出するための圧力センサが気筒ごとに必要であるため、装置が複雑化するという問題があった。そこで、特許文献１，２に示すように、内燃機関の振動を検出し、その検出された振動に基づいて気筒全体あるいは気筒ごとの失火を検出する失火検出装置がある。

特許文献１に示す失火検出装置は、検出された振動のうち各気筒の燃焼タイミングごとに設定された検出範囲において、機関の負荷から算出される振動とこの検出範囲内の振動とを比較して、失火を検出するものである。また、特許文献２に示す失火検出装置は、検出された振動から失火時の振動成分を含む周波数帯を失火振動成分として抽出し、この失火振動成分の波形のレベルを計測することにより、失火を検出するものである。

特開平５−７１４０７号公報 特開平５−１１３１４９号公報

ここで、内燃機関には、燃焼室内の燃料の燃焼による燃焼振動のみならず、内燃機関の燃焼振動を除く機械振動や、内燃機関に取り付けられた補助装置が発生する振動や、内燃機関が搭載される車体の車体振動などが発生している。従って、検出された振動には、燃焼振動とこの燃焼振動以外の振動が含まれている。上記特許文献１，２に示すような従来の失火検出装置では、燃焼振動以外の振動を含んだ内燃機関の振動に基づいて、失火の判定を行うため、実際に失火が発生していないのに内燃機関に失火が発生したと誤判定する虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関の振動を用いて確実に失火を検出することができる失火検出装置および失火検出方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、内燃機関の振動を検出する振動検出手段と、前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、前記検出された振動から前記検出された機関回転数に応じた爆発１次成分および爆発２次成分を抽出し、抽出波形を生成する抽出波形生成手段と、前記生成された抽出波形に基づいて、失火を判定する失火判定手段とを備えることを特徴とする。

また、この発明では、上記失火検出装置において、前記失火判定手段は、前記抽出波形の特性値の変化に応じて、失火を判定することを特徴とする。

また、この発明では、上記失火検出装置において、前記失火判定手段は、前記変化した抽出波形の特性値としきい値とを比較することで、失火を判定することを特徴とする。

また、この発明では、上記失火検出装置において、前記内燃機関の振動および機関回転数を検出する手順と、前記検出された振動から前記検出された機関回転数に応じた爆発１次成分および爆発２次成分を抽出し、抽出波形を生成する手順と、前記生成された抽出波形に基づいて、失火を判定する手順とを含むことを特徴とする。

これらの発明によれば、検出された機関回転数により算出される爆発１次周波数および爆発２次周波数に基づいて、検出された内燃機関の振動から爆発１次成分および爆発２次成分を抽出し、抽出波形を生成する。この抽出波形は、内燃機関の軸トルク波形と相似性のある波形であり、この内燃機関の燃焼振動以外の振動が除かれた波形である。従って、この生成された抽出波形に基づいて、例えば抽出波形の特性値としきい値とを比較して失火を判定するので、内燃機関の振動を用いて確実に失火を検出することができる。

また、この発明では、上記失火検出装置において、前記内燃機関の気筒の判別を行う気筒判別手段をさらに備え、前記失火判定手段は、前記生成された抽出波形に基づいて気筒ごとに失火を判定することを特徴とする。

内燃機関の振動を１つの振動検出手段により検出する場合、検出される内燃機関の振動には、内燃機関の気筒ごとの爆発振動が含まれることとなる。この発明によれば、気筒判別手段は、内燃機関の気筒の判別をし、すなわち生成された抽出波形に対する内燃機関の気筒ごとの判定区間を決定し、例えば、この気筒ごとの判定区間内の抽出波形の特性値と、しきい値とを比較して失火を判定する。従って、１つの振動検出手段により検出された内燃機関の振動からこの内燃機関の失火を気筒ごとに確実に検出することができる。

また、この発明では、上記失火検出装置において、前記失火判定手段は、前記検出された機関回転数に応じて、前記しきい値を変更することを特徴とする。

内燃機関の振動を１つの振動検出手段により検出する場合、この振動検出手段と各気筒との距離や各気筒の特性などにより、生成された抽出波形において気筒ごとに特性値が異なる場合がある。この発明によれば、失火判定手段は、気筒判別手段により内燃機関の気筒ごとの判定区間を決定し、例えば、この気筒ごとの判定区間内の抽出波形の特性値と、この気筒に対応して決定されたしきい値とを比較して失火を判定する。従って、１つの振動検出手段により検出された内燃機関の振動からこの内燃機関の失火を気筒ごとにさらに確実に検出することができる。

この発明にかかる失火検出装置および失火検出方法は、内燃機関の振動から爆発１次成分および爆発２次成分を抽出し、生成された抽出波形に基づいて失火を判定するので、内燃機関の振動を用いて確実に失火を検出することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。なお、下記の実施例では、１つの振動検出手段により、各気筒の燃焼振動を含む内燃機関の振動を検出するが、これに限定されるものではなく、気筒ごとに振動検出手段を備え、主に気筒ごとの燃焼振動を含む気筒の振動を検出するようにしても良い。また、下記の実施例では、この発明にかかる失火検出装置は、４気筒の内燃機関に備えられるが、これに限定されるものではなく、６気筒、８気筒などの他の多気筒の内燃機関や単気筒の内燃機関に備えられても良い。

図１は、実施例にかかる失火検出装置を備える内燃機関の構成例を示す図である。図２は、抽出波形生成部の構成例を示す図である。図１に示すように、内燃機関１は、ガソリンエンジンなどである内燃機関本体１０と、吸気経路２０と、燃料供給装置３０と、排気経路４０と、失火検出装置でありこの内燃機関１の運転制御を行うＥＣＵ（Engine Control Unit）５０とにより構成されている。なお、６０はクランクシャフトであり、６１はこのクランクシャフトのクランク角度に基づいて内燃機関１の機関回転数を出し、後述するＥＣＵ５０に出力するクランク角度センサである。また、７０はアクセルペダルであり、７１はアクセルペダル７０のアクセル開度を検出し、後述するＥＣＵ５０に出力するアクセルペダルセンサである。

内燃機関本体１０には、吸気経路２０が接続されており、この吸気経路２０を介して、外部から空気および燃料がこの内燃機関本体１０の各気筒１１に導入される。また、内燃機関本体１０には、排気経路４０が接続されており、この排気経路４０を介して、内燃機関本体１０の各気筒１１から排気された排気ガスが外部に排気される。

この内燃機関本体１０の各気筒１１は、それぞれピストン１２およびコンロッド１３と、点火プラグ１４とにより構成される。また、内燃機関本体１０には、バルブ装置１５が備えられている。ここで、各気筒１１には、気筒ごとに燃焼室Ａが形成されている。この各燃焼室Ａは、それぞれ吸気ポート１６ａに接続されており、この吸気ポート１６ａが吸気経路２０に接続されている。また、気筒ごとの燃焼室Ａは、それぞれ排気ポート１６ｂに接続されており、この排気ポート１６ｂがそれぞれ排気通路４０に接続されている。

ピストン１２は、コンロッド１３に回転自在に支持されている。このコンロッド１３は、１つのクランクシャフト６０に回転自在に支持されている。つまり、クランクシャフト６０は、気筒ごとの燃焼室Ａ内の吸入空気と燃料との混合ガスが燃焼することにより、ピストン１２が気筒１１内を往復運動することで回転するものである。

バルブ装置１５は、それぞれ吸気バルブ１５ａおよび排気バルブ１５ｂの開閉を行うものである。このバルブ装置１５は、吸気バルブ１５ａと、排気バルブ１５ｂと、図示しないインテークカムシャフトおよびエキゾーストカムシャフトとにより構成されている。吸気バルブ１５ａは、吸気ポート１６ａと気筒ごとの燃焼室Ａとの間に配置され、インテークカムシャフトが回転することにより、吸気ポート１５ａを介して吸気経路２０と気筒ごとの燃焼室Ａとの連通を繰り返し行うものである。また、排気バルブ１５ｂは、気筒ごとの燃焼室Ａと排気ポート１６ｂとの間に配置され、エキゾーストカムシャフトが回転することにより、排気ポート１６ｂを介して気筒ごとの燃焼室Ａと排気経路４０との連通を行うものである。

この内燃機関本体１０には、振動検出手段である加速度センサ１７が一つ取り付けられている。この加速度センサ１７は、内燃機関本体１０の振動、すなわち内燃機関１の振動を加速度として検出するものである。この加速度センサ１７により検出された加速度は、加速度信号として、後述するＥＣＵ５０に出力される。ここで、この加速度センサ１７により検出された加速度、すなわち内燃機関１の振動には、全気筒１１の燃焼振動およびこの燃焼振動以外の振動（機械振動、車両振動など）が含まれている。なお、この実施例では、振動検出手段として加速度センサ１７を用いるがこれに限定されるものではなく、内燃機関１のノッキングを検出するノックセンサを用いて内燃機関１の振動を検出しても良い。

吸気経路２０は、エアクリーナー２１と、吸気通路２２と、エアフロメータ２３と、スロットルバルブ２４とにより構成されている。エアクリーナー２１により、粉塵が除去された空気は、吸気通路２２を介して、内燃機関本体１０の各気筒１１に導入される。エアフロメータ２３は、この内燃機関本体１０に導入、すなわち吸気される空気の吸入空気量を検出し、後述するＥＣＵ５０に出力するものである。スロットルバルブ２４は、アクチュエータ２４ａにより駆動されることで、内燃機関本体１０の各気筒１１に吸気される吸入空気量を調整するものである。このスロットルバルブ２４の開度の制御、すなわちバルブ開度制御は、後述するＥＣＵ５０により行われる。

燃料供給装置３０は、内燃機関１−１に燃料を供給するものであり、燃料噴射弁３１と、燃料通路３２と、図示しない燃料ポンプと、図示しない燃料タンクとにより構成されている。燃料噴射弁３１は、各気筒１１と連通する吸気経路２０の吸気通路２２に設けられている。この燃料噴射弁３１には、図示しない燃料ポンプが駆動することで、燃料通路３２を介して、図示しない燃料タンクに貯留されていた燃料が圧送される。燃料噴射弁３１の燃料噴射量や噴射タイミングなどの制御、すなわち噴射制御は、後述するＥＣＵ５０により行われる。なお、この燃料噴射弁３１は、各気筒１１内に設けられていても良い。

排気経路４０は、浄化装置４１と、排気通路４２とにより構成されている。内燃機関本体１０から排気された排気ガスは、排気通路４２を介して浄化装置４１に導入され、この浄化装置４１により有害物質が浄化された後、外部に排気される。浄化装置４１は、少なくとも、排ガスに含まれる有害物質のうちＨＣを浄化、すなわち酸化し、無害な物質にするものである。なお、浄化装置４１より上流側の排気通路４２には、この排気通路４２に排気される排気ガスの空燃比を検出し、後述するＥＣＵ５０に出力するＡ／Ｆセンサ４３が設けられている。

ＥＣＵ５０は、この発明にかかる失火検出装置としての機能を有するものであるとともに、この内燃機関１を運転制御するものである。このＥＣＵ５０は、内燃機関１が搭載された図示しない車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。具体的には、クランクシャフト６０に取り付けられた角度センサ６１により検出された機関回転数、加速度センサ１７により検出され、加速度信号として入力される加速度（内燃機関１の振動）、エアフロメータ２３により検出された吸入空気量、Ａ／Ｆセンサ４３により検出された排気ガスの空燃比に基づいた内燃機関１の空燃比などがある。ＥＣＵ５０は、これら入力信号および記憶部５３に記憶されている各種マップに基づいて各種出力信号を出力する。具体的には、スロットルバルブ２４のバルブ開弁制御を行うバルブ開度信号、燃料噴射弁３１の噴射制御を行う噴射信号、点火プラグ１４の点火制御を行う点火信号などの出力信号などがある。

具体的に、このＥＣＵ５０は、上記入力信号や出力信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）５１と、処理部５２と、燃料噴射量マップ、点火時期マップなどの各種マップなどを格納する記憶部５３とにより構成されている。処理部５２は、失火判定装置として機能するために、抽出波形生成手段である抽出波形生成部５４と、気筒判別手段である気筒判別部５５と、失火判定手段である失火判定部５６とを有するものである。この処理部５２は、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、内燃機関１の制御方法や後述する失火判定方法などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、この内燃機関の運転方法や失火判定方法などを実現させるものであっても良い。また、記憶部５３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な揮発性のメモリあるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。ここで、この発明では、失火判定方法をＥＣＵ５０により実現させるが、これに限定されるものではなく、このＥＣＵ５０とは個別に形成された失火判定制御装置により実現しても良い。

抽出波形生成部５４は、内燃機関１の振動から抽出波形を生成するものである。この抽出波形生成部５４は、図２に示すように、爆発１次周波数計算部５４ａと、爆発２次周波数計算部５４ｂと、バンドパスフィルタ５４ｃとにより構成されている。この抽出波形生成部５４は、加速度センサ１７により検出された内燃機関の振動から抽出波形を生成するものである。爆発１次周波数計算部５４ａおよび爆発２次周波数計算部５４ｂは、クランク角度センサ６１により検出されたクランクシャフト６０のクランク角に基づく機関回転数が入力され、この機関回転数に応じた爆発１次周波数ｆ１および爆発２次周波数ｆ２をそれぞれ算出する。バンドパスフィルタ５４ｃは、加速度センサ１７により検出された加速度が加速度信号として入力されるとともに、上記爆発１次周波数計算部５４ａおよび爆発２次周波数計算部５４ｂにより算出された機関回転数に応じた爆発１次周波数ｆ１および爆発２次周波数ｆ２が入力される。このバンドパスフィルタ５４ｃは、入力された加速度、すなわち内燃機関の振動から爆発１次周波数および爆発２次周波数を通過帯として、爆発１次成分及び爆発２次成分を抽出し、これら爆発１次成分および爆発２次成分を合わせたものを抽出波形として生成し、失火判定部５６に出力するものである。

気筒判別部５５は、上記抽出波形生成部５４により生成された抽出波形に対して、内燃機関１の気筒１１の判別を行うものである。ここで、この実施例では、内燃機関１の振動を１つの加速度センサ１７により検出するため、検出される内燃機関１の振動には、内燃機関１の気筒ごとの爆発振動が含まれることとなる。この抽出波形は、経過時間、すなわちクランク角度に基づくものである。一方、この抽出波形には、各気筒１１の燃焼室Ａ内の燃料の爆発による振動が含まれるものである。従って、この気筒判別部５５は、上記クランク角度センサ６１により検出されたクランクシャフト６０のクランク角を入力し、内燃機関１の各気筒１１の燃料爆発時におけるクランク角を含む範囲を判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）として決定する。そして、この判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）を失火判定部５６に出力するものである。

失火判定部５６は、生成された抽出波形に基づいて、失火を判定するものである。この失火判定部５６には、抽出波形生成部５４より抽出波形、気筒判別部５５より判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）が入力される。失火判定部５６は、この抽出波形のうち判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）のクランク角度範囲の抽出波形における特性値に基づいて失火を判定するものである。

ここで、内燃機関１が発生する軸トルクと、内燃機関１の振動の燃焼成分との関係について説明する。図３は、軸トルクとクランク角度との関係を示す図である。図４は、低回転時の軸トルクとクランク角度との関係を示す図である。図５は、高回転時の軸トルクとクランク角度との関係を示す図である。図３に示すように、内燃機関１が発生する軸トルク（同図実線）は、各気筒１１の爆発による爆発トルク（同図点線）と、往復質量による慣性トルク（同図一点鎖線）との和となる。内燃機関１に失火が発生すると、この軸トルクが変動するものである。これは、爆発トルクと慣性トルクとの和であった軸トルクが、慣性トルクのみとなるためである。例えば、図４に示すように、内燃機関１の低回転時に失火が発生した場合、軸トルクのピーク（プラス側の最大値）は、失火が発生した気筒１１（同図では、１番気筒（＃１））と失火が発生していない気筒１１（同図では、２〜４番気筒（＃２〜＃４））との間で、Ｔ１だけ変動する。また、図５に示すように、内燃機関１の高回転時に失火が発生した場合、軸トルクのピーク（マイナス側の最大値）は、失火が発生した気筒１１（同図では、１番気筒（＃１））と失火が発生していない気筒１１（同図では、２〜４番気筒（＃２〜＃４））との間で、Ｔ２だけ変動する。つまり、内燃機関の機関回転数に関係なく、内燃機関１に失火が発生した場合、失火が発生した気筒１１とその他の気筒１１との間に軸トルクの差が生じ、これが軸トルクのトルク変動となる。従って、この軸トルクのクランク角度に対する変化、すなわち軸トルク波形を検出できれば失火を判定することができる。

ここで、本発明者の鋭意研究の結果、本発明者は、この軸トルク波形と、内燃機関１に取り付けられた加速度センサにより検出された加速度、すなわち内燃機関１の振動から抽出された爆発１次成分および爆発２次成分を合わせた抽出波形とに相似性があることを見出した。これは、軸トルク波形が爆発トルクの成分と慣性トルクの成分との和であり、図３に示すように、１つの気筒１１の燃料の爆発ごとに２つのピークを持つ波形となるため内燃機関１の振動のうち爆発１次成分と爆発２次成分を抽出すればよいと考えられるものである。従って、軸トルク波形のかわりに、内燃機関１の振動のうち、爆発１次成分および爆発２次成分を合わせたこの内燃機関１の燃焼振動以外の振動が除かれた抽出波形を用いることで、燃機関の振動を用いて確実に失火を検出することができることとなる。

次に、実施例にかかる失火検出装置であるＥＣＵ５０の動作について説明する。図６は、実施例にかかる失火検出装置の動作フローを示す図である。図７は、抽出波形と判別区間との関係を示す図である。図８は、低回転時におけるピーク値としきい値との関係を示す図である。図９は、高回転時におけるピーク値としきい値との関係を示す図である。

まず、図６に示すように、ＥＣＵ５０の処理部５２の抽出波形生成部５４は、加速度信号と機関回転数Ｎｅを取得する（ステップＳＴ１０１）。つまり、抽出波形生成部５４は、加速度センサ１７により検出され、ＥＣＵ５０に加速度信号として出力された加速度、すなわち内燃機関１の振動と、クランク角度センサ６１により検出され、ＥＣＵ５０に出力されたクランク角度に基づく機関回転数とを取得する。

次に、処理部５２の抽出波形生成部５４は、爆発１次周波数ｆ１および爆発２次周波数ｆ２を算出する（ステップＳＴ１０２）。具体的には、抽出波形生成部５４の爆発１次周波数計算部５４ａおよび爆発２次周波数計算部５４ｂは、取得された機関回転数に応じた爆発１次周波数ｆ１および爆発２次周波数ｆ２を算出する。ここで、例えば４気筒の内燃機関１の場合、クランクシャフト６０が１回転するごとに２つの気筒１１の燃焼室Ａ内の燃料が爆発するため、爆発トルクは２つのピークが発生することとなる。従って、例えば機関回転数ＮＥが６００（ｒｐｍ）とすると、爆発１次周波数ｆ１は、６００（ｒｐｍ）／６０（秒）×２＝２０（Ｈｚ）となる。一方、４気筒の内燃機関１の場合、クランクシャフト６０が１回転するごとに慣性トルクも２つのピークが発生することとなる。従って、爆発トルクと慣性トルクとの成分の和である軸トルク（爆発トルクおよび慣性トルクの両波形の射そう状態により）１回転するごとに４つのピークが発生することとなる。例えば、機関回転数ＮＥが６００（ｒｐｍ）とすると、爆発２次周波数ｆ２は、６００（ｒｐｍ）／６０（秒）×４＝４０（Ｈｚ）となる。

次に、処理部５２の抽出波形生成部５４は、抽出波形を生成する（ステップＳＴ１０３）。具体的には、抽出波形生成部５４のバンドパスフィルタ５４ｃは、取得された機関回転数ＮＥに応じた爆発１次周波数ｆ１および爆発２次周波数ｆ２を算出する。取得された加速度、すなわち内燃機関１の振動から爆発１次周波数ｆ１および爆発２次周波数ｆ２を通過帯として、爆発１次成分及び爆発２次成分を抽出する。そして、この抽出されたこれら爆発１次成分および爆発２次成分を合わせたものを抽出波形として生成する。

次に、処理部５２に気筒判別部５５は、気筒（＃１〜＃４）ごとの判定区間を決定する（ステップＳＴ１０４）。図７に示すように、抽出波形のうち気筒（＃１〜＃４）ごとのピーク値（例えば、高回転時ではＰＨ₁〜ＰＨ₄）の部分、すなわち内燃機関１の各気筒１１の燃料爆発時におけるクランク角を含む範囲を判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）として決定する。なお、判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）は、機関回転数ＮＥに応じて変化する場合もあるので、気筒判別部５５は、機関回転数ＮＥに応じて、判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）を変化させても良い。

次に、処理部５２の失火判定部５６は、機関回転数ＮＥが所定の機関回転数ＮＥ１以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０５）。内燃機関１の軸トルクは、図４および図５に示すように、内燃機関１の機関回転数に応じて、その変化の幅、変化の方向が異なる。従って、軸トルク波形に対して相似性を有する抽出波形においても、判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）におけるピーク値は、例えば、図８および図９に示すように、低回転時におけるピーク値（ＰＬ₁〜ＰＬ₄）と高回転時におけるピーク値（ＰＨ₁〜ＰＨ₄）とでは、その大きさ、方向が異なることとなる。従って、内燃機関１の機関回転数ＮＥによって、後述するしきい値を変化させることで、内燃機関１の機関回転数ＮＥの変化に応じて、気筒ごとの失火の検出をすることができる。

次に、処理部５２の失火判定部５６は、機関回転数ＮＥが所定の機関回転数ＮＥ１以上でない場合は、内燃機関１の低回転時に生成される抽出波形Ｗ１の判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）内のピーク値（ＰＬ₁〜ＰＬ₄）を決定する（ステップＳＴ１０６）。この実施例では、内燃機関１の低回転時に生成される抽出波形Ｗ１の判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）内で、プラス側に最大値となる部分をピーク値（ＰＬ₁〜ＰＬ₄）として決定する。例えば、気筒１１のうち１番気筒（＃１）のピーク値を決定する場合は、図８に示すように、内燃機関１の低回転時に生成された抽出波形Ｗ１の判定区間（Ｃ₁）内で、プラス側に最大値となる部分をピーク値（ＰＬ₁）に決定する。

次に、処理部５２の失火判定部５６は、気筒ごと（＃１〜＃４）のしきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄）を決定する（ステップＳＴ１０７）。ここで、１つの加速度センサ１７により、加速度、すなわち内燃機関１の振動を検出する場合、図７示すように、この加速度センサ１７と各気筒１１との距離や各気筒１１の特性などにより、内燃機関１が正常に運転していても、生成された抽出波形において気筒ごと（＃１〜＃４）の特性値であるピーク値（例えば、高回転時ではＰＨ₁〜ＰＨ₄）が異なる場合がある。従って、気筒ごと（＃１〜＃４）のピーク値（例えば、高回転時ではＰＨ₁〜ＰＨ₄）を１つのしきい値と比較すると、失火反転部５６が失火をしていても失火と判定しない、あるいは失火していなくても失火と判定する虞がある。そこで、失火判定部５６は、低回転時における気筒ごと（＃１〜＃４）のしきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄）を決定し、このしきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄）と低回転時におけるピーク値（ＰＬ₁〜ＰＬ₄）とを比較する。これにより、内燃機関１の振動により、低回転時における失火を気筒ごとに確実に検出することができる。

なお、このしきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄）は、内燃機関１の低回転時に生成された抽出波形Ｗ１の判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）内で、この内燃機関１が正常に運転している場合におけるピーク値未満に設定することが好ましい。

次に、処理部５２の失火判定部５６は、低回転時における気筒ごと（＃１〜＃４）のピーク値（ＰＬ₁〜ＰＬ₄）がしきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄）を超えるか否かを判定する（ステップＳＴ１０８）。そして、失火判定部５６は、ピーク値（ＰＬ₁〜ＰＬ₄）がしきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄）を超える場合に正常判定とし（ステップＳＴ１０９）、ピーク値（ＰＬ₁〜ＰＬ₄）がしきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄）以下の場合に失火判定とする（ステップＳＴ１１４）。

次に、処理部５２の失火判定部５６は、機関回転数ＮＥが所定の機関回転数ＮＥ１以上である場合は、内燃機関１の高回転時に生成される抽出波形Ｗ２の判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）内のピーク値（ＰＨ₁〜ＰＨ₄）を決定する（ステップＳＴ１１０）。この実施例では、内燃機関１の高回転時に生成される抽出波形Ｗ２の判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）内で、マイナス側に最大値となる部分をピーク値（ＰＨ₁〜ＰＨ₄）として決定する。例えば、気筒１１のうち１番気筒（＃１）のピーク値を決定する場合は、図９に示すように、内燃機関１の低回転時に生成された抽出波形Ｗ２の判定区間（Ｃ₁）内で、マイナス側に最大値となる部分をピーク値（ＰＨ₁）に決定する。

次に、処理部５２の失火判定部５６は、気筒ごと（＃１〜＃４）のしきい値（ＳＨ₁〜ＳＨ₄）を決定する（ステップＳＴ１１１）。つまり、失火判定部５６は、高回転時における気筒ごと（＃１〜＃４）のしきい値（ＳＨ₁〜ＳＨ₄）を決定し、このしきい値（ＳＨ₁〜ＳＨ₄）と高回転時におけるピーク値（ＰＨ₁〜ＰＨ₄）とを比較する。これにより、内燃機関１の振動により、高回転時における失火を気筒ごとに確実に検出することができる。

なお、このしきい値（ＳＨ₁〜ＳＨ₄）は、内燃機関１の高回転時に生成された抽出波形Ｗ２の判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）内で、この内燃機関１が正常に運転している場合におけるピーク値を超えて設定することが好ましい。また、これらしきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄，ＳＨ₁〜ＳＨ₄）、失火を判定するごとに算出することで決定しても良いし、記憶部５３に予め機関回転数ＮＥと、気筒番号（＃１〜＃４）と、しきい値とからなるしきい値マップを格納し、適宜このしきい値マップを用いて決定しても良い。

次に、処理部５２の失火判定部５６は、低回転時における気筒ごと（＃１〜＃４）のピーク値（ＰＨ₁〜ＰＨ₄）がしきい値（ＳＨ₁〜ＳＨ₄）未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ１１２）。そして、ピーク値（ＰＨ₁〜ＰＨ₄）がしきい値（ＳＨ₁〜ＳＨ₄）を未満の場合に正常判定とし（ステップＳＴ１１３）、ピーク値（ＰＨ₁〜ＰＨ₄）がしきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄）以上の場合に失火判定とする（ステップＳＴ１１４）。

以上のように、この発明にかかる失火検出装置であるＥＣＵ５０は、内燃機関１の振動から、機関回転数に応じた爆発１次成分および爆発２次成分を抽出し、抽出波形を生成し、この抽出波形に基づいて、失火を判定するので、内燃機関１の振動を用いて確実に失火を検出することができる。

なお、上記実施の形態では、内燃機関の低回転時と高回転時とに場合分けして、失火の判定を行ったが、この発明はこれに限定されるものではない。図１０は、実施例にかかる失火検出装置の他の動作フローを示す図である。なお、図１０に示す失火検出装置の動作および図６に示す実施例１にかかる失火検出装置の動作の基本動作はほぼ同様であるため、簡略して説明する。

まず、図１０に示すように、ＥＣＵ５０の処理部５２の抽出波形生成部５４は、加速度信号と機関回転数Ｎｅを取得する（ステップＳＴ２０１）。次に、抽出波形生成部５４は、爆発１次周波数ｆ１および爆発２次周波数ｆ２を算出する（ステップＳＴ２０２）。次に、抽出波形生成部５４は、抽出波形を生成する（ステップＳＴ２０３）。

次に、抽出波形生成部５４は、生成した抽出波形を絶対値波形に変換する（ステップＳＴ２０４）。つまり、抽出波形生成部５４は、生成した抽出波形のマイナス側の波形をプラス側に折り返す。例えば、図９に示す抽出波形Ｗ２では、０を基準に、マイナス側の波形をプラス側に折り返す。

次に、処理部５２に気筒判別部５５は、気筒（＃１〜＃４）ごとの判定区間を決定する（ステップＳＴ２０５）。次に、失火判定部５６は、生成された抽出波形の判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）内のピーク値（ＰＡ₁〜ＰＡ₄）を決定する（ステップＳＴ２０６）。次に、失火判定部５６は、気筒ごと（＃１〜＃４）のしきい値（ＳＡ₁〜ＳＡ₄）を決定する（ステップＳＴ２０７）。ここで、内燃機関１の低回転時および高回転時のいずれにおいても抽出波形の判定区間（Ｃ₁〜Ｃ₄）内のピーク値（ＰＡ₁〜ＰＡ₄）はプラス側となるため、低回転時および高回転時に場合分けして、しきい値（ＳＬ₁〜ＳＬ₄，ＳＨ₁〜ＳＨ₄）を決定しなくても良い。

次に、処理部５２の失火判定部５６は、気筒ごと（＃１〜＃４）のピーク値（ＰＡ₁〜ＰＡ₄）がしきい値（ＳＡ₁〜ＳＡ₄）を超えるか否かを判定する（ステップＳＴ２０８）。そして、失火判定部５６は、ピーク値（ＰＡ₁〜ＰＡ₄）がしきい値（ＳＡ₁〜ＳＡ₄）を超える場合に正常判定とし（ステップＳＴ２０９）、ピーク値（ＰＡ₁〜ＰＡ₄）がしきい値（ＳＡ₁〜ＳＡ₄）以下の場合に失火判定とする（ステップＳＴ２１０）。

以上のように、この発明にかかる失火検出装置および失火検出方法は、内燃機関の振動を用いて失火を判定する失火検出装置および失火検出方法に有用であり、特に、内燃機関の振動から失火を確実に検出することができる。

実施例にかかる失火検出装置を備える内燃機関の構成例を示す図である。 抽出波形生成部の構成例を示す図である。 軸トルクとクランク角度との関係を示す図である。 低回転時の軸トルクとクランク角度との関係を示す図である。 高回転時の軸トルクとクランク角度との関係を示す図である。 実施例にかかる失火検出装置の動作フローを示す図である。 抽出波形と判別区間との関係を示す図である。 低回転時におけるピーク値としきい値との関係を示す図である。 高回転時におけるピーク値としきい値との関係を示す図である。 実施例にかかる失火検出装置の他の動作フローを示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１０ 内燃機関本体
１１ 気筒
１７ 加速度センサ（振動検出手段）
２０ 吸気経路
３０ 燃料供給装置
４０ 排気経路
５０ ＥＣＵ（失火検出装置）
５１ 入出力ポート
５２ 処理部
５３ 記憶部
５４ 抽出波形生成部（抽出波形生成手段）
５５ 気筒判別部（気筒判別手段）
５６ 失火判定部（失火判定手段）
Ａ 燃焼室

Claims (7)

1. 内燃機関の振動を検出する振動検出手段と、
   前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
   前記検出された振動から前記検出された機関回転数に応じた爆発１次成分および爆発２次成分を抽出し、抽出波形を生成する抽出波形生成手段と、
   前記生成された抽出波形に基づいて、失火を判定する失火判定手段と、
   を備えることを特徴とする失火検出装置。
2. 前記内燃機関の気筒の判別を行う気筒判別手段をさらに備え、
   前記失火判定手段は、前記生成された抽出波形に基づいて気筒ごとに失火を判定することを特徴とする請求項１に記載の失火検出装置。
3. 前記失火判定手段は、前記抽出波形の特性値の変化に応じて、失火を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の失火検出装置。
4. 前記失火判定手段は、前記変化した抽出波形の特性値としきい値とを比較することで、失火を判定することを特徴とする請求項３に記載の失火検出装置。
5. 前記失火判定手段は、前記検出された機関回転数に応じて、前記しきい値を変更することを特徴とする請求項４に記載の失火検出装置。
6. 前記失火判定手段は、前記気筒ごとに、前記しきい値を変更することを特徴とする請求項４または５に記載の失火検出装置。
7. 前記内燃機関の振動および機関回転数を検出する手順と、
   前記検出された振動から前記検出された機関回転数に応じた爆発１次成分および爆発２次成分を抽出し、抽出波形を生成する手順と、
   前記生成された抽出波形に基づいて、失火を判定する手順と、
   を含むことを特徴とする失火検出方法。

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