JP2009174361A - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンの失火検出精度を向上させながら、失火判定値の記憶データ量の低減及び制御回路の演算負荷の軽減の要求を満たすことができるようにする。
【解決手段】エンジン11の各気筒の燃焼行程毎にクランク角センサ28の出力信号に基づいて演算した回転速度変動量を失火判定値と比較して失火の有無を判定する。その際、エンジン回転速度が所定回転速度よりも高いか否かによって高回転域か低回転域かを判別し、気筒間の回転速度変動量のばらつきの影響度合が大きくなる高回転域では、ROM32に記憶された高回転域用の失火判定値のマップを参照して、各気筒毎にエンジン回転速度と負荷とに応じた失火判定値を設定する。一方、気筒間の回転速度変動量のばらつきの影響度合が小さくなる低回転域では、ROM32に記憶された低回転域用の失火判定値のマップを参照して、エンジン回転速度と負荷とに応じた全気筒共通の失火判定値を設定する。
【選択図】図1
【解決手段】エンジン11の各気筒の燃焼行程毎にクランク角センサ28の出力信号に基づいて演算した回転速度変動量を失火判定値と比較して失火の有無を判定する。その際、エンジン回転速度が所定回転速度よりも高いか否かによって高回転域か低回転域かを判別し、気筒間の回転速度変動量のばらつきの影響度合が大きくなる高回転域では、ROM32に記憶された高回転域用の失火判定値のマップを参照して、各気筒毎にエンジン回転速度と負荷とに応じた失火判定値を設定する。一方、気筒間の回転速度変動量のばらつきの影響度合が小さくなる低回転域では、ROM32に記憶された低回転域用の失火判定値のマップを参照して、エンジン回転速度と負荷とに応じた全気筒共通の失火判定値を設定する。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の各気筒の燃焼行程毎に回転速度変動量を失火判定値と比較して失火の有無を判定する内燃機関の失火検出装置に関する発明である。
従来、内燃機関の失火検出装置として、各気筒の燃焼行程毎に回転速度変動量の変化量を求め、その回転速度変動量の変化量を全気筒共通の失火判定値と比較して失火の有無を判定するようにしたものがある。しかし、失火が発生していなくても、各気筒の燃焼状態等のばらつきによって各気筒の回転速度変動量にばらつきが生じることがあるため、全気筒共通の失火判定値を設定すると、気筒間の回転速度変動量のばらつきの影響を受けて失火の有無を誤判定する可能性がある。
この対策として、例えば、特許文献1(特開平5−195858号公報)に記載されているように、内燃機関の運転状態に基づいて全気筒共通の基準失火判定値REFをマップにより設定する共に、各気筒毎に内燃機関の回転速度に応じた気筒別補正値ΔREFをマップにより設定して、各気筒毎に基準失火判定値REFを気筒別補正値ΔREFで補正して気筒別失火判定値REFn を設定し、各気筒毎に回転速度変動量の変化量Δωn を気筒別失火判定値REFn と比較して失火の有無を判定することで、失火検出精度を向上させるようにしたものがある。
特開平5−195858号公報(第4頁等)
しかし、上記特許文献1の技術では、内燃機関の低回転域から高回転域までの全回転域において各気筒毎に気筒別補正値ΔREFのデータを制御回路のROM等のメモリに記憶しておく必要があるため、気筒別補正値ΔREFの記憶データ量が増大すると共に、基準失火判定値REFを気筒別補正値ΔREFで補正して気筒別失火判定値REFn を各気筒毎に演算する必要があるため、制御回路の演算負荷が増大するという欠点がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、失火検出精度を向上させることができると共に、失火判定値に関する記憶データ量の低減及び制御回路の演算負荷の軽減の要求を満たすことができる内燃機関の失火検出装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、内燃機関の各気筒の燃焼行程毎に回転速度変動量を演算する回転速度変動量演算手段と、内燃機関の運転状態に応じた失火判定値が記憶された失火判定値記憶手段とを備え、各気筒毎に回転速度変動量演算手段で演算した回転速度変動量を失火判定値記憶手段に記憶された失火判定値と比較して失火の有無を判定する内燃機関の失火検出装置において、失火判定値記憶手段には、内燃機関の回転速度が所定回転速度よりも高い高回転域では各気筒毎に失火判定値が記憶され、内燃機関の回転速度が所定回転速度以下の低回転域では全気筒共通の失火判定値が記憶されている構成としたものである。
一般に、高回転域では失火によって生じる回転速度変動量が相対的に小さくなって、失火による回転速度変動量に対して、気筒間の燃焼状態等のばらつきによる回転速度変動量のばらつきの影響度合が大きくなる傾向があるため、高回転域では各気筒毎に失火判定値を記憶しておいて各気筒毎に失火判定値を設定することで、気筒間の回転速度変動量のばらつきの影響を受けずに失火の有無を精度良く判定することができ、失火検出精度を向上させることができる。
一方、低回転域では失火によって生じる回転速度変動量が相対的に大きくなって、失火による回転速度変動量に対して、気筒間の燃焼状態等のばらつきによる回転速度変動量のばらつきの影響度合が小さくなる傾向があるため、低回転域では全気筒共通の失火判定値を記憶しておいて全気筒共通の失火判定値を設定しても、失火の有無を精度良く判定することができ、失火検出精度を確保することができる。
また、高回転域では各気筒毎に失火判定値を記憶しておくが、低回転域では全気筒共通の失火判定値のみを記憶しておけば良いため、低回転域から高回転域までの全回転域において各気筒毎に失火判定値を記憶しておく場合に比べて、失火判定値の記憶データ量を低減することができる。しかも、失火判定値自体を記憶しておくため、基準失火判定値を気筒別補正値で補正して気筒別失火判定値を求めるといった演算が不要となり、制御回路の演算負荷を軽減することができる。
この場合、請求項2のように、失火判定値記憶手段には、高回転域では内燃機関の回転速度と負荷とに応じて失火判定値が各気筒毎に記憶され、低回転域では内燃機関の回転速度と負荷とに応じて全気筒共通の失火判定値が記憶されているようにしても良い。内燃機関の回転速度や負荷に応じて燃焼状態等が変化して回転速度変動量のばらつきが変化すると共に、内燃機関の回転速度や負荷に応じて回転速度の検出誤差が変化して回転速度変動量の検出誤差が変化するため、内燃機関の回転速度と負荷とに応じて失火判定値を記憶しておけば、内燃機関の回転速度や負荷に応じて回転速度変動量のばらつきや検出誤差が変化するのに対応して、回転速度変動量を評価するための失火判定値を変化させて失火判定値を適正値に設定することができ、失火検出精度を更に向上させることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、モータ15によって開度調節されるスロットルバルブ16と、このスロットルバルブ16の開度(スロットル開度)を検出するスロットル開度センサ17とが設けられている。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、モータ15によって開度調節されるスロットルバルブ16と、このスロットルバルブ16の開度(スロットル開度)を検出するスロットル開度センサ17とが設けられている。
更に、スロットルバルブ16の下流側には、サージタンク18が設けられ、このサージタンク18に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ19が設けられている。また、サージタンク18には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド20が設けられ、各気筒の吸気マニホールド20の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁21が取り付けられている。また、エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ22が取り付けられ、各点火プラグ22の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
一方、エンジン11の排気管23には、排出ガスの空燃比又はリッチ/リーン等を検出する排出ガスセンサ24(空燃比センサ、酸素センサ等)が設けられ、この排出ガスセンサ24の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒25が設けられている。
また、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ26や、ノッキング振動を検出するノックセンサ29が取り付けられている。また、クランク軸27の外周側には、クランク軸27が所定クランク角(例えば30℃A)回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ28が取り付けられ、このクランク角センサ28の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
これら各種センサの出力は、制御回路(以下「ECU」と表記する)30に入力される。このECU30は、CPU31、ROM32、RAM33、バックアップRAM34等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成され、ROM32に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁21の燃料噴射量や点火プラグ22の点火時期を制御する。
また、ECU30は、後述する図2及び図3の失火判定用の各ルーチンを実行することで、各気筒の燃焼行程毎に設定した失火判定区間の回転速度の変動量に基づいて各気筒毎に失火の有無を判定し、失火検出時には警告ランプ35(図1参照)を点灯させて運転者に警告する。
次に、図4(4気筒エンジンの例)に基づいて失火判定方式を説明する。本実施例では、エンジン回転速度が第1の所定回転速度(例えば5000rpm)よりも高い否かによって高回転域か低回転域かを判別し、低回転域では失火判定区間を例えばATDC145℃Aから開始し、その失火判定区間のクランク角度幅を例えば90℃Aとしている。
一方、高回転域では、低回転域と比較して、失火発生後のエンジン回転速度低下の最下点の位置(クランク角)が後側にずれると共に、失火発生後のクランク角に対するエンジン回転速度の下降・上昇が遅くなって最下点付近がほぼフラットになるため、失火判定区間を低回転域より例えば30℃A遅らせてATDC175℃Aから開始すると共に、その失火判定区間のクランク角度を低回転域より例えば30℃A拡大して120℃Aとしている。
そして、エンジン運転中は、失火判定区間内に出力されるクランク角信号のパルス間隔から失火判定区間の時間TMF0を積算し、それを前回(4気筒エンジンでは180℃A前)の失火判定区間の時間TMF1と比較して両者の差DMFを算出することで、失火判定区間の時間の変動量を回転速度変動量として演算し、その回転速度低下量(時間変動量DMF)が失火判定値MFREFを越えたときに失火と判定するようになっている。
その際、本実施例では、エンジン回転速度が第2の所定回転速度(例えば4000〜5000rpm)よりも高いか否かによって高回転域か低回転域かを判別し、高回転域では、図5に示す高回転域用の失火判定値MFREFのマップを参照して、各気筒毎にエンジン回転速度NEと負荷PM(例えば吸気管圧力)とに応じた失火判定値MFREF(#i)を求める。尚、(#i)は気筒番号である。この高回転域用の失火判定値MFREFのマップは、予め実験データや設計データ等に基づいてエンジン回転速度NEと負荷PMとに応じた失火判定値MFREF(#i)が各気筒毎に設定され、ECU30のROM32(失火判定値記憶手段)に記憶されている。
高回転域では失火によって生じる回転速度変動量が相対的に小さくなって、失火による回転速度変動量に対して、気筒間の燃焼状態等のばらつきによる回転速度変動量のばらつきの影響度合が大きくなる傾向があるため、高回転域では各気筒毎に失火判定値MFREF(#i)を設定することで、気筒間の回転速度変動量のばらつきの影響を受けずに失火の有無を精度良く判定することができる。
一方、低回転域では、図6に示す低回転域用の失火判定値MFREFのマップを参照して、エンジン回転速度NEと負荷PM(例えば吸気管圧力)とに応じた全気筒共通の失火判定値MFREFを求める。この低回転域用の失火判定値MFREFのマップは、予め実験データや設計データ等に基づいてエンジン回転速度NEと負荷PMとに応じた全気筒共通の失火判定値MFREFが設定され、この全気筒共通の失火判定値MFREFがECU30のROM32(失火判定値記憶手段)に記憶されている。
低回転域では失火によって生じる回転速度変動量が比較的大きくなって、失火による回転速度変動量に対して、気筒間の燃焼状態等のばらつきによる回転速度変動量のばらつきの影響度合が小さくなる傾向があるため、低回転域では全気筒共通の失火判定値MFREFを設定しても、失火の有無を精度良く判定することができる。
また、エンジン回転速度NEや負荷PMに応じて燃焼状態等が変化して回転速度変動量のばらつきが変化すると共に、エンジン回転速度NEや負荷PMに応じて回転速度NEの検出誤差が変化して回転速度変動量の検出誤差が変化するため、図5及び図6の失火判定値MFREFのマップは、それぞれエンジン回転速度NEや負荷PMに応じて回転速度変動量のばらつきや検出誤差が変化するのに対応して、回転速度変動量(時間変動量DMF)を評価するための失火判定値MFREFを変化させて失火判定値MFREFを適正値に設定するようになっている。
以上説明した失火判定処理は、ECU30によって図2及び図3の各ルーチンに従って実行される。以下、各ルーチンの処理内容を説明する。
[T30割込みルーチン]
図2に示すT30割込みルーチンは、クランク角信号の立ち下がり入力毎に割込み処理にて実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ101で、前回のクランク角信号の立ち下がりから次のクランク角信号の立ち下がりまでの時間T30、つまりクランク軸が30℃A回転するのに要した時間(以下「30℃A時間」という)を算出する。
図2に示すT30割込みルーチンは、クランク角信号の立ち下がり入力毎に割込み処理にて実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ101で、前回のクランク角信号の立ち下がりから次のクランク角信号の立ち下がりまでの時間T30、つまりクランク軸が30℃A回転するのに要した時間(以下「30℃A時間」という)を算出する。
そして、続くステップ102〜107の処理で、過去150℃A前からの30℃A時間データT305〜T300を順次更新する。ここで、T300は今回の30℃A時間であり、T301は前回(30℃A前)の30℃A時間であり、T302は前々回(60℃A前)の30℃A時間であり、T303は90℃A前の30℃A時間であり、T304は120℃A前の30℃A時間であり、T305は150℃A前の30℃A時間である。尚、T30□の□内の数字は図4のクランクNo.に対応している。
[失火検出ルーチン]
図3に示す失火検出ルーチンは、図4に示すクランクNo.0のクランク角信号の立ち下がり入力毎に割込み処理にて実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ201で、エンジン回転速度NEを読み込み、続くステップ202で、エンジン回転速度NEが第1の所定回転速度(例えば5000rpm)よりも高いか否かによって高回転域か低回転域かを判別する。
図3に示す失火検出ルーチンは、図4に示すクランクNo.0のクランク角信号の立ち下がり入力毎に割込み処理にて実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ201で、エンジン回転速度NEを読み込み、続くステップ202で、エンジン回転速度NEが第1の所定回転速度(例えば5000rpm)よりも高いか否かによって高回転域か低回転域かを判別する。
このステップ202で、低回転域(NE≦第1の所定回転速度)であると判定された場合には、ステップ203に進み、低回転域での失火判定区間の時間TMF0を次式により算出する。
TMF0=T304+T303+T302
TMF0=T304+T303+T302
ここで、低回転域での失火判定区間は、ATDC145℃Aから始まってATDC235℃Aで終了するクランク角度90℃Aの区間であり、この区間内に図2のT30割込みルーチンで求められた30℃A時間であるT304,T303,T302を積算して、低回転域での失火判定区間の時間TMF0を算出するものである。
一方、上記ステップ202で、高回転域(NE>第1の所定回転速度)であると判定された場合には、ステップ204に進み、高回転域での失火判定区間の時間TMF0を次式により算出する。
TMF0=T303+T302+T301+T300
TMF0=T303+T302+T301+T300
ここで、高回転域での失火判定区間は、ATDC175℃Aから始まってATDC295℃Aで終了する角度幅120℃Aの区間であり、この区間内の30℃A時間であるT303,T302,T301,T300を積算して、高回転域での失火判定区間の時間TMF0を算出するものである。
以上のようにして回転域に応じて失火判定区間の時間TMF0を算出した後、ステップ205に進み、今回算出した失火判定区間の時間TMF0を前回(4気筒エンジンでは180℃A前)の失火判定区間の時間TMF1と比較して両者の差DMFを算出することで、失火判定区間の時間の変動量を回転速度変動量として演算する。これらのステップ202〜205の処理が特許請求の範囲でいう回転速度変動量演算手段としての役割を果たす。
この後、ステップ206に進み、エンジン回転速度NEが第2の所定回転速度(例えば4000〜5000rpmの範囲で設定した回転速度)よりも高いか否かによって高回転域か低回転域かを判別する。尚、第2の所定回転速度は、第1の所定回転速度と同じ値に設定しても良いし、第1の所定回転速度と異なる値に設定しても良い。また、第2の所定回転速度は、4000〜5000rpmの範囲に限定されず、4000rpmよりも低い回転速度や5000rpmよりも高い回転速度に設定しても良い。
このステップ206で、高回転域(NE>第2の所定回転速度)であると判定された場合には、ステップ208に進み、図5に示す高回転域用の各気筒の失火判定値MFREFのマップの中から今回失火判定する第i気筒#i(今回の時間変化量DMFに対応する気筒)のマップを選択し、そのマップを参照して、エンジン回転速度NEと負荷PM(例えば吸気管圧力)とに応じた第i気筒#iの失火判定値MFREF(#i)を求める。
一方、上記ステップ206で、低回転域(NE≦第2の所定回転速度)であると判定された場合には、ステップ207に進み、図6に示す低回転域用の失火判定値MFREFのマップを参照して、エンジン回転速度NEと負荷PM(例えば吸気管圧力)とに応じた全気筒共通の失火判定値MFREFを求める。
以上のようにして失火判定値MFREFを設定した後、ステップ209に進み、時間変化量DMF(回転速度低下量)を失火判定値MFREFと比較し、DMF>MFREFであれば、失火と判定する。もし、失火(DMF>MFREF)と判定されれば、ステップ210に進み、警告ランプ35を点灯したり、或は、運転席のインストルメントパネルの警告表示部(図示せず)に警告表示して運転者に警告すると共に、続くステップ211で、その失火の情報をECU30のバックアップRAM34等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶した後、次のステップ212で、今回算出した失火判定区間の時間TMF0を前回の失火判定区間の時間TMF1として記憶し、次回の失火判定に用いる。
尚、上記ステップ209で、失火でないと判定された場合(DMF≦MFREF)には、直ちにステップ212へ移行し、今回算出した失火判定区間の時間TMF0を前回の失火判定区間の時間TMF1として記憶して、本ルーチンを終了する。
以上説明した本実施例では、高回転域用の失火判定値MFREFのマップを各気筒毎に設定してECU30のROM32に記憶しておくようにしたので、気筒間の回転速度変動量のばらつきの影響度合が大きくなる高回転域では、各気筒毎に失火判定値MFREFを設定して、気筒間の回転速度変動量のばらつきの影響を受けずに失火の有無を精度良く判定することができ、失火検出精度を向上させることができる。一方、低回転域用の失火判定値MFREFのマップは全気筒共通のマップで設定してECU30のROM32に記憶するようにしたが、気筒間の回転速度変動量のばらつきの影響度合が小さくなる低回転域では、全気筒共通の失火判定値MFREFを設定しても、失火の有無を精度良く判定することができ、失火検出精度を向上させることができる。
また、高回転域用の失火判定値MFREFは各気筒毎に失火判定値MFREFのマップを記憶しておくが、低回転域用の失火判定値MFREFは全気筒共通の失火判定値MFREFのマップのみを記憶しておけば良いため、低回転域から高回転域までの全回転域において各気筒毎に失火判定値MFREFを記憶しておく場合に比べて、失火判定値MFREFの記憶データ量を低減することができ、ROM32の記憶容量を低減することができる。しかも、失火判定値MFREF自体を記憶しておくため、基準失火判定値を気筒別補正値で補正して気筒別失火判定値を求めるといった演算が不要となり、ECU30(CPU31)の演算負荷を軽減することができる。
また、本実施例では、高回転域用の失火判定値MFREFのマップと低回転域用の失火判定値MFREFのマップは、いずれもエンジン回転速度NEと負荷PMとをパラメータとして失火判定値MFREFを設定するマップとしたので、エンジン回転速度NEや負荷PMに応じて回転速度変動量のばらつきや検出誤差が変化するのに対応して、回転速度変動量(時間変化量DMF)を評価するための失火判定値MFREFを変化させて失火判定値MFREFを適正値に設定することができ、失火検出精度を更に向上させることができる。
尚、上記実施例では、エンジン回転速度NEと負荷PMとに応じて失火判定値MFREFを設定する際の負荷PMとして、吸気管圧力を用いるようにしたが、これに限定されず、吸入空気量やスロットル開度等を用いるようにしても良い。
また、上記実施例では、図3のステップ205で、今回算出した失火判定区間の時間TMF0と前回の失火判定区間の時間TMF1との差DMFを算出して回転速度変動量を推定するようにしたが、例えば、次式により今回の失火判定区間の角速度K/TMF0と前回の失火判定区間の角速度K/TMF1との差DMFを算出して回転速度変動量を推定するようにしても良い。
DMF=K/TMF1−K/TMF0 (K:定数)
DMF=K/TMF1−K/TMF0 (K:定数)
また、上記実施例では、クランク角信号を30℃A毎に発生するようにしたが、これに限定されず、例えば15℃A毎に発生するようにしても良い。また、エンジンの気筒数も4気筒に限定されないことは言うまでもない。
その他、本発明は、図1に示すような吸気ポート噴射式の内燃機関に限定されず、筒内噴射式の内燃機関や、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式の内燃機関にも適用して実施できる等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、16…スロットルバルブ、19…吸気管圧力センサ、21…燃料噴射弁、22…点火プラグ、28…クランク角センサ、30…ECU(回転速度変動量演算手段)、32…ROM(失火判定値記憶手段)
Claims (2)
- 内燃機関の各気筒の燃焼行程毎に回転速度変動量を演算する回転速度変動量演算手段と、内燃機関の運転状態に応じた失火判定値が記憶された失火判定値記憶手段とを備え、各気筒毎に前記回転速度変動量演算手段で演算した回転速度変動量を前記失火判定値記憶手段に記憶された失火判定値と比較して失火の有無を判定する内燃機関の失火検出装置において、
前記失火判定値記憶手段には、内燃機関の回転速度が所定回転速度よりも高い高回転域では各気筒毎に前記失火判定値が記憶され、内燃機関の回転速度が前記所定回転速度以下の低回転域では全気筒共通の失火判定値が記憶されていることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 - 前記失火判定値記憶手段には、前記高回転域では内燃機関の回転速度と負荷とに応じて前記失火判定値が各気筒毎に記憶され、前記低回転域では内燃機関の回転速度と負荷とに応じて前記全気筒共通の失火判定値が記憶されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の失火検出装置。
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CN105673241A (zh) * | 2014-12-08 | 2016-06-15 | 卡特彼勒公司 | 发动机系统和方法 |
CN112302823A (zh) * | 2019-08-01 | 2021-02-02 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的状态检测系统、数据解析装置以及车辆 |
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