JP2007231905A

JP2007231905A - エンジンの失火検出装置および失火検出方法

Info

Publication number: JP2007231905A
Application number: JP2006057704A
Authority: JP
Inventors: Takane Hayashi; 孝根林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】アイドリング時などエンジンが無負荷状態のときでも、失火を正確に検出することができるエンジンの失火検出装置を提供する。
【解決手段】所定の周期でクランクシャフトの回転速度を検出する回転速度検出手段と１０、クランクシャフトの回転速度から失火パラメータを算出する失火パラメータ算出手段と、失火パラメータに基づいてエンジンの失火を判定する失火判定手段と、を備えたエンジンの失火検出装置であって、失火パラメータ算出手段は、ＡとＢを異なる自然数としてある時点ｔ₀における失火パラメータＰ₀を、ｔ₀の時点よりＡ回前に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_-Aおよびｔ₀の時点よりＢ回後に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_Bを用いて求めるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの失火を検出する失火検出装置および失火検出方法に関する。

エンジンが失火すると未燃ガスが排出されエミッション悪化する。そこで従来より失火を検出する装置が種々提案されている。例えば従来の失火検出装置では、瞬間的なエンジン回転速度の落ち込みがあったときにエンジンの失火を検出するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３１７４０２号公報

ところで従来の失火検出装置では（例えば、特許文献１参照）、エンジンの回転数の微分値を求め、この微分値の変動量に基づいてエンジンが失火しているかどうかを判定するようにしていた。しかし、このような方法で失火を検出すると、アイドリング時などエンジンが無負荷状態のときに、失火の場合と無失火の場合における微分値の差が少ないため、無失火の場合に失火と誤判定したり、失火の場合に無失火と誤判定してしまうという問題点があった。

本発明は、このような従来の失火検出装置の問題点に着目してなされたものであり、アイドリング時などエンジンが無負荷状態のときでも、失火を正確に検出することができるエンジンの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。

本発明に係るエンジンの失火検出装置は、所定の周期でクランクシャフトの回転速度を検出する回転速度検出手段と、クランクシャフトの回転速度から失火パラメータを算出する失火パラメータ算出手段と、失火パラメータに基づいてエンジンの失火を判定する失火判定手段と、を備えたエンジンの失火検出装置であって、失火パラメータ算出手段は、ＡとＢを異なる自然数としてある時点ｔ₀における失火パラメータＰ₀を、ｔ₀の時点よりＡ回前に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_-Aおよびｔ₀の時点よりＢ回後に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_Bを用いて求めるものである。

本発明に係るエンジンの失火検出装置は、ｔ₀の時点よりＡ回前に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_-Aおよびｔ₀の時点よりＢ回後に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_B（但し、Ａ≠Ｂ）を用いることにより、クランクシャフトの回転変動に敏感な失火パラメータＰ₀を算出することが可能となる。そして、この失火パラメータＰ₀に基づいてエンジンの失火を判定するため、アイドリング時などエンジンが無負荷状態のときでも、失火を正確に検出することができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。図１は、本発明に係るエンジンの失火検出装置の一実施形態を示す図である。

失火検出装置１０はエンジン２０の失火を検出する装置である。失火検出装置１０は、クランク角センサ（回転速度検出手段）１１と、警告ランプ１２と、コントローラ１５とを有する。コントローラ１５は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および入出力インターフェース（Ｉ／Ｏインターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。なおコントローラ１５は、複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。コントローラ１５は、クランク角センサ１１が検出したクランクシャフト２３の回転速度を読み込み、以下に示す失火パラメータを算出する。なおクランクシャフト２３の回転速度は、クランクシャフト２３の角速度として検出してもよい。またコントローラ１５は、算出された失火パラメータに基づいてエンジンの失火を判定し、エンジンが失火していると判定した場合には警告ランプ１２を点灯して、運転者に注意を喚起する。この失火の判定については、後に説明する。

またエンジン２０のクランクシャフト２３に結合するエンジン側シャフト２１にはエンジンダンパ３０が設けられている。このエンジンダンパ３０はエンジントルクが急変したときにギヤ等の部品を保護するとともに、運転性の悪化を防止するものである。

図２はエンジンダンパ３０の構造を示す図である。図２（Ａ）はエンジンダンパ３０の側面図、図２（Ｂ）はエンジンダンパ３０をエンジン側プレート３１とギヤ側プレート３２とを分離した図、図２（Ｃ）はエンジン側プレート３１及びギヤ側プレート３２をそれぞれの接合面から見た図、図２（Ｄ）はギヤ側プレート３２を透視してエンジン側プレート３１を見た図である。

エンジンダンパ３０は、エンジン側プレート３１と、ギヤ側プレート３２とバネ３３とを有する。図２（Ａ）に示すように、エンジン側プレート３１はエンジン側シャフト２１に連結する。またギヤ側シャフト３２はギヤ側シャフト２２に連結する。さらにギヤ側シャフト２２は図１に示すように、発電機４０およびモータ５０と連結し、発電機４０及びモータ５０はギヤ側シャフト２２を介して接続されている。

また図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すように、エンジン側プレート３１は接合面に突起３１ａが形成されている。またギヤ側プレート３２は接合面に突起３２ａが形成されている。これらの突起３１ａ、３２ａは図２（Ｄ）に示すようにバネ３３を介して噛み合っている。

このようにエンジンダンパ３０は、エンジン側シャフト２１とギヤ側シャフト２２とがバネ３３を介して連結する構造である。エンジンダンパ３０は、このような構造であるのでエンジン出力（エンジントルク）が急変してもその出力変動（トルク変動）をバネ３３の変位で吸収し、ギヤ側シャフト２２に伝達しない。そのため、エンジンダンパ３０によってギヤ等の部品を保護することができる。

次に、本発明に係る失火検出装置１０が失火の検出を行う際の手順について説明する。図３は本発明に係る失火検出装置１０が失火の検出を行う際の手順を示したフローチャートである。なお本実施形態では、エンジン２０が４つの気筒を有するものとし、クランクシャフト２３が２回転する間に１つのサイクル（燃焼、排気、吸入、圧縮）が行われるものとする。

エンジン２０が駆動を開始すると、失火検出装置１０が起動し（Ｓ１）、クランク角センサ（回転速度検出手段）１１が所定の周期でクランクシャフト２３の回転速度を検出する（Ｓ２）。なお本実施形態では、エンジン２０が４気筒であるため、クランクシャフト２３が１８０°回転するごとに回転速度を検出するようになっている。

そして、コントローラ１５の失火パラメータ算出手段は、クランクシャフト２３の回転速度から失火パラメータを算出する（Ｓ３）。このとき失火パラメータ算出手段は、ＡとＢを異なる自然数として、ある時点ｔ₀における失火パラメータＰ₀を、ｔ₀の時点よりＡ回前に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_-Aおよびｔ₀の時点よりＢ回後に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_Bを用いて求める。具体的には、第１の所定値をＡ、第２の所定値をＢとして、

Ｐ₀＝Ａ×（Ｒ_B−Ｒ₀）＋Ｂ×（Ｒ_-A−Ｒ₀） …（１）

という式に従ってある時点ｔ₀における失火パラメータＰ₀を求める。ただし、ＡとＢは異なる自然数であり、Ｒ₀はｔ₀におけるクランクシャフトの回転速度、Ｒ_-Aはｔ₀の時点よりＡ回前に検出したクランクシャフトの回転速度、Ｒ_Bはｔ₀の時点よりＢ回後に検出したクランクシャフトの回転速度である。本実施形態では、Ａ＝１、Ｂ＝３として、ＡとＢの和がエンジン２０の気筒数（＝４）と等しくなるように設定されている。例えば、エンジン２０が６気筒である場合には、Ａ＝１、Ｂ＝５やＡ＝２、Ｂ＝４等に設定することができる。このように、ＡとＢの和とエンジン２０の気筒数を等しくすることで、クランクシャフト２３の回転速度が失火等により落ち込んだ場合のみ失火パラメータＰ₀の値が大きくなるようにすることができる。なお、クランクシャフト２３の回転変動に敏感なパラメータＰ₀を算出するためには、Ａ＜Ｂとするのが望ましい。

図４は、本発明の失火パラメータの算出方法を説明するためのグラフである。なお、図４では理解を容易にするためにクランクシャフト２３の回転速度を模式的に示している。図４中の記号を用いて、上記の（１）式を本実施形態に即して書き直すと、

Ｐ₀＝（Ｒ₃−Ｒ₀）＋３×（Ｒ_-1−Ｒ₀） …（２）

となる。ここで、Ｒ₀はｔ₀（クランク角度０°）におけるクランクシャフトの回転速度、Ｒ_-1はｔ₀の時点より１回前（クランク角度−１８０°）に検出したクランクシャフトの回転速度、Ｒ₃はｔ₀の時点より３回後（クランク角度５４０°）に検出したクランクシャフトの回転速度である。なお図４において、ｔ₀の時点でクランクシャフト２３の回転速度が低下しており、ここで失火が発生しているものと考えられる。（２）式に、例えばＲ₀＝１０、Ｒ_-1＝２０、Ｒ₃＝４０を代入すると、Ｐ₀＝６０が得られる。

これに対して、従来の失火検出装置では失火パラメータＰ₀’を以下に示すような式に従って求めている。

Ｐ₀’＝２×（Ｒ₂−Ｒ₀）＋２×（Ｒ_-2−Ｒ₀） …（３）

ここで、Ｒ₀はｔ₀（クランク角度０°）におけるクランクシャフトの回転速度、Ｒ_-2はｔ₀の時点より２回前（クランク角度−３６０°）に検出したクランクシャフトの回転速度、Ｒ₂はｔ₀の時点より２回後（クランク角度３６０°）に検出したクランクシャフトの回転速度である。（３）式に、例えばＲ₀＝１０、Ｒ_-2＝１０、Ｒ₂＝３０を代入すると（図４参照）、Ｐ₀’＝４０が得られる。このように、本発明に係るエンジンの失火検出装置では、従来のものに比べてクランクシャフト２３の回転変動に敏感な失火パラメータＰ₀を得ることができる。

失火パラメータ算出手段が失火パラメータを算出した後、コントローラ１５の失火判定手段は失火パラメータに基づいてエンジンが失火しているかどうかを判定する（図３、Ｓ４）。図５は、本発明に係る失火パラメータ算出手段が算出した失火パラメータの例を示すグラフである。なお、図５の点線部分においてエンジン２０が失火しているものとする。

図５のグラフに示すように、失火したときに失火パラメータが大きくなっている。これはエンジン２０が失火することにより、クランクシャフト２３の回転速度が低下するためである（式（２）参照）。失火判定手段は、失火パラメータが所定値（図５の失火ライン）以上となった場合にエンジンが失火したと判定する。なお、従来のエンジンの失火検出装置では、失火パラメータが所定の上限値を越えたとき又は所定の下限値以下になったときに、失火を判定しないようにしているものがあるが、本発明ではこのような処理は行っていない。これは、本発明に係る失火パラメータは、クランクシャフト２３の回転変動に敏感なためである。なお、失火パラメータが非常に大きくなったり小さくなったりする原因としては、エンジンダンパ３０のバネ３３の伸縮等によってクランクシャフト２３の回転速度が変化することが考えられる。図５に示すように本発明の失火パラメータを用いた場合には、エンジン２０が失火していないときに失火と判定したり、失火しているのに無失火と判定するなどの誤判定がないことが分かる。

また本発明に係る失火判定手段は、所定期間内における失火パラメータの総和又は平均値が所定値以上である場合に、その期間の終了後の失火の判定をキャンセルするようにしている。これは、例えばある時点ｔ₀から前の４つ分の失火パラメータの総和又は平均値が所定値以上である場合には、ある時点ｔ₀においてエンジンが失火した場合でも失火の判定をキャンセルするということである。なお本実施形態では、所定期間内における失火パラメータ（ある時点から前の４つ分の失火パラメータ）の移動平均を取り、その移動平均が所定値以上である場合に、その所定期間終了直後に失火の判定を１回キャンセルするようにしている。これは、悪路走行時においてクランクシャフト２３の回転速度が大きく変動し、実際に失火していなくても失火パラメータが所定値を越えてしまうためである。図６は、通常の失火時と悪路走行時における失火パラメータ及び失火パラメータの移動平均を比較したグラフである。図６（Ａ）に示すように通常の失火時における失火パラメータの移動平均は比較的小さく、所定値を越えないようになっている。しかし、図６（Ｂ）における悪路走行時の失火パラメータの移動平均は大きく変動しており、移動平均が所定値を越えた場合は失火の判定がキャンセルされる。

さらに本発明に係る失火判定手段は、１回失火を判定した後からクランクシャフト２３が２回転するまでの間、失火の判定を停止するようになっている。なおクランクシャフト２３が２回転する期間とは、１つのサイクル（燃焼、排気、吸入、圧縮）が行われる期間である。図７は、１回失火を判定してから１サイクルの間、失火の判定を停止する様子を示すグラフである。

エンジン２０の４つの気筒は、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順に点火される。図７においては、１つ目のサイクルで第３気筒、第４気筒が実際に失火しているが、最初に第３気筒の失火が判定されてから１サイクルの間、失火の判定が停止されるため、失火判定手段は第３気筒のみが失火していると判定する。２つ目のサイクルにおいても最初に失火が判定された第３気筒について失火していると判定し、第２気筒の失火は判定されない。このように１回失火を判定してから１サイクルの間、失火の判定を停止するのは、エンジンダンパ３０のバネ３３の伸縮等によってクランクシャフト２３の回転速度が変化し、失火パラメータのピークが複数現れてどの気筒が失火しているか分からなくなるからである。しかし、１回失火を判定してから１サイクルの間、失火の判定を停止することにより、どの気筒に異常があるか（図７においては、第３気筒）を判別することが可能となる。

また本発明では、モータ５０と発電機４０を備えたハイブリッド車両を例として挙げているが、モータ５０及び発電機４０のいずれか１つのトルク変動が所定値以上となった場合に失火の判定を停止するようにしてもよい。具体的には、失火判定手段が、モータ５０及び発電機４０のいずれか１つのトルク変動が所定値以上となってから所定の期間、失火の判定を停止するようにすればよい。これは、モータ５０や発電機４０のトルクが急変したときにエンジンが失火したと誤判定するのを防止するためである。なお、モータ５０及び発電機４０のトルク変動は、制御装置（図示せず）の指令値等から検出することができる。

本発明に係るエンジンの失火検出装置では、ｔ₀の時点よりＡ回前に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_-Aおよびｔ₀の時点よりＢ回後に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_B（但し、Ａ≠Ｂ）を用いることにより、クランクシャフトの回転変動に敏感な失火パラメータＰ₀を算出することが可能となる。そして、この失火パラメータＰ₀に基づいてエンジンの失火を判定するため、アイドリング時などエンジンが無負荷状態のときでも、失火を正確に検出することができる。

なお本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。例えば、弾性体の伸縮作用によってエンジントルクの急変を吸収する構造としてエンジンダンパを例示して説明したが、デュアルマスフライホイール等を用いてもよい。

本発明に係るエンジンの失火検出装置の一実施形態を示す図である。エンジンダンパの構造を示す図である。本発明の失火検出装置が失火の検出を行う際の手順を示したフローチャートである。本発明の失火パラメータの算出方法を説明するためのグラフである。失火パラメータ算出手段が算出した失火パラメータの例を示すグラフである。通常の失火時と悪路走行時における失火パラメータ及び失火パラメータの移動平均を比較したグラフである。１回失火を判定してから１サイクルの間、失火の判定を停止する様子を示すグラフである。

符号の説明

１０失火検出装置
１１クランク角センサ（回転速度検出手段）
１２警告ランプ
１５コントローラ
２０エンジン
２１エンジン側シャフト
２２ギヤ側シャフト
２３クランクシャフト
３０エンジンダンパ
３１エンジン側プレート
３１ａ突起
３２ギヤ側シャフト
３２ａ突起
３３バネ
４０発電機
５０モータ

Claims

所定の周期でクランクシャフトの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記クランクシャフトの回転速度から失火パラメータを算出する失火パラメータ算出手段と、
前記失火パラメータに基づいてエンジンの失火を判定する失火判定手段と、を備えたエンジンの失火検出装置であって、
前記失火パラメータ算出手段は、ＡとＢを異なる自然数としてある時点ｔ₀における失火パラメータＰ₀を、ｔ₀の時点よりＡ回前に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_-Aおよびｔ₀の時点よりＢ回後に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_Bを用いて求めることを特徴とするエンジンの失火検出装置。
前記失火パラメータ算出手段は、第１の所定値をＡ、第２の所定値をＢとして、ある時点ｔ₀における失火パラメータＰ₀を以下に示される式に従って求めることを特徴とする請求項１記載のエンジンの失火検出装置。

Ｐ₀＝Ａ×（Ｒ_B−Ｒ₀）＋Ｂ×（Ｒ_-A−Ｒ₀）

ただし、ＡとＢは異なる自然数とし、Ｒ₀はｔ₀におけるクランクシャフトの回転速度、Ｒ_-Aはｔ₀の時点よりＡ回前に検出したクランクシャフトの回転速度、Ｒ_Bはｔ₀の時点よりＢ回後に検出したクランクシャフトの回転速度とする。
前記第１の所定値Ａおよび前記第２の所定値Ｂの和と、前記エンジンの気筒数が等しいことを特徴とする請求項２記載のエンジンの失火検出装置。
前記エンジンは４つの気筒を有し、前記第１の所定値Ａが１であり、前記第２の所定値が３であることを特徴とする請求項３記載のエンジンの失火検出装置。
前記失火判定手段は、所定期間内における失火パラメータの総和または平均値が所定値以上である場合には、前記所定期間終了後の失火の判定をキャンセルすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの失火検出装置。
前記失火判定手段は、前記所定期間終了直後に失火の判定を１回キャンセルすることを特徴とする請求項５記載のエンジンの失火検出装置。
前記失火判定手段は、前記失火パラメータが所定値以上となった場合に、前記エンジンの失火を判定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のエンジンの失火検出装置。
前記失火判定手段は、１回失火を判定した後から前記クランクシャフトが２回転するまでの間、失火の判定を停止することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のエンジンの失火検出装置。
モータと、このモータに接続された発電機を有するハイブリッド車両に用いられるエンジンの失火検出装置において、前記失火判定手段は、前記モータおよび前記発電機の少なくともいずれか１つのトルク変動が所定値以上となった場合に、失火の判定を停止することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のエンジンの失火検出装置。
前記失火判定手段は、前記モータおよび前記発電機の少なくともいずれか１つのトルク変動が所定値以上となってから所定の期間、失火の判定を停止することを特徴とする請求項９記載のエンジンの失火検出装置。
所定の周期でクランクシャフトの回転速度を検出する回転速度検出工程と、
前記クランクシャフトの回転速度から失火パラメータを算出する失火パラメータ算出工程と、
前記失火パラメータに基づいてエンジンの失火を判定する失火判定工程と、を有するエンジンの失火検出方法であって、
前記失火パラメータ算出工程は、ＡとＢを異なる自然数としてある時点ｔ₀における失火パラメータＰ₀を、ｔ₀の時点よりＡ回前に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_-Aおよびｔ₀の時点よりＢ回後に検出したクランクシャフトの回転速度Ｒ_Bを用いて求めることを特徴とするエンジンの失火検出方法。
前記失火パラメータ算出工程は、第１の所定値をＡ、第２の所定値をＢとして、ある時点ｔ₀における失火パラメータＰ₀を以下に示される式に従って求めることを特徴とする請求項１１記載のエンジンの失火検出方法。

Ｐ₀＝Ａ×（Ｒ_B−Ｒ₀）＋Ｂ×（Ｒ_-A−Ｒ₀）

ただし、ＡとＢは異なる自然数とし、Ｒ₀はｔ₀におけるクランクシャフトの回転速度、Ｒ_-Aはｔ₀の時点よりＡ回前に検出したクランクシャフトの回転速度、Ｒ_Bはｔ₀の時点よりＢ回後に検出したクランクシャフトの回転速度とする。