JP2009185611A - 内燃機関の失火気筒数判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】失火気筒数の判別を簡易且つ的確に行うことのできる内燃機関の失火気筒数判別装置を提供する。
【解決手段】アイドル運転時において機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために必要な機関出力は一定のため、失火気筒数が多くなるほど、稼働気筒の１気筒当りの出力が増大し、各気筒に導入される空気量が増すことになる。このときの失火気筒にも、稼働気筒と同様に空気が供給されるため、失火気筒数が増加するほど、機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために必要な内燃機関全体に対する空気の供給量、すなわち吸入空気量は増大する。そこで電子制御ユニット２５は、アイドル運転時の吸入空気量に基づいて失火気筒数の判別を行うこととした。
【選択図】図１

Description

本発明は、多気筒内燃機関の失火気筒数を判別する内燃機関の失火気筒数判別装置に関する。

多気筒内燃機関では、失火が発生すると、トルク変動が生じる他、その気筒に供給された燃料が燃焼されないまま排出されてしまい、排気エミッションが悪化するようになる。そこで失火が発生した場合には、失火中の気筒への燃料供給を停止することで、失火に伴う排気エミッションの悪化を防止するようにしている。こうした失火気筒の休止を行うには、いずれの気筒で失火が発生しているかを特定する必要がある。そして失火気筒の特定の前には、失火気筒数を判別する必要がある。

従来、そうした多気筒内燃機関の失火気筒数を判別する装置として、特許文献１に記載のものが知られている。同文献に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置では、機関回転速度の変動量の大きさから、単一気筒失火と複数気筒失火とを判別するようにしている。
特開平１０−２５９７５４号公報

単一気筒失火であるか複数気筒失火であるかといった大雑把な判別であれば、上記従来の内燃機関の失火気筒数判別装置のような機関回転速度の変動量に基づいて行うことが可能である。しかしながら、こうした態様では、２気筒失火であるか、３気筒失火であるかといったような失火気筒数の具体的な特定までは、正確に行うことが困難である。

すなわち、機関回転速度の変動パターンは、失火気筒数が同じでも、失火気筒の組み合わせにより変化してしまう。例えば同じ２気筒失火であっても、点火順序において連続した２つの気筒が続けて失火したときと、間に無失火の気筒を挟んで間欠的に失火したときとでは、機関回転速度の変動パターンは大きく異なる。そのため、機関回転速度の変動量に基づくだけでは、正確な失火気筒数の特定は、困難となっている。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、失火気筒数の判別を簡易且つ的確に行うことのできる内燃機関の失火気筒数判別装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、多気筒内燃機関の失火気筒数を判別する内燃機関の失火気筒数判別装置において、内燃機関が規定の基準出力で運転されているときの、無失火時の機関出力に相関する内燃機関の制御パラメータである機関出力パラメータの値に基づいて失火気筒数を判別する判別手段を備えることをその要旨としている。

失火発生時には、稼働気筒数が減るため、同一の機関出力を得るために必要な稼働気筒の１気筒当りの出力はより大きくなる。失火発生時にも、失火気筒への燃料や空気の供給は継続されるため、同一の機関出力を得るために必要な内燃機関に対する燃料や空気の供給量は、無失火時よりも多くなることになる。また内燃機関では、機関出力や機関負荷、機関発生エネルギが燃料や空気の供給量に基づいて計算されているが、これらの計算は、無失火を前提に行われているため、失火発生時には無失火時よりも、それら計算値が大きくなる。

こうした内燃機関に対する燃料、空気の供給量や、上記機関出力や機関負荷の計算値は、無失火時の機関出力に相関する機関制御パラメータと言うことができる。また換言すれば、稼働気筒の１気筒当りの出力に相関する機関制御パラメータとも言うことができる。こうした機関制御パラメータの値、すなわち機関出力パラメータの値は、機関出力が同一であれば、無失火時よりも失火発生時の方が大きくなる。また失火気筒数が増えるほど、その値は大きくなる。そのため、機関出力が規定の基準出力となっているときのこれら機関出力パラメータの値からは、失火気筒数を求めることができるようになる。

その点、上記構成では、内燃機関が規定の基準出力で運転されているときの機関出力パラメータの値に基づいて失火気筒数が判別されるようになる。そのため、失火気筒数の判別を簡易且つ的確に行うことができるようになる。

なお、こうした判別態様によっては、失火気筒数の指標値として失火率を求めるようにすることもできる。失火率とは、点火を実施した気筒数に対する失火気筒数の比率であり、例えば４気筒内燃機関において１気筒が失火したときの失火率は「２５％」となり、２気筒が失火したときの失火率は「５０％」となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置において、前記機関出力パラメータは、吸入空気量、吸気圧、燃料噴射量のいずれか１つであることをその要旨とする。

上述したように、同一の機関出力を得るために必要な内燃機関に対する燃料、空気の供給量は、無失火時よりも失火発生時の方が、また失火気筒数が多いほど、多くなる。よって、内燃機関が規定の基準出力で運転されているときの吸入空気量、吸気圧、燃料噴射量に基づくことで、失火気筒数を判別することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置において、前記機関出力パラメータは、無失火を前提に計算された、機関負荷、機関出力、機関トルク及び機関発生エネルギのいずれか１つの計算値であることをその要旨としている。

上述したように内燃機関では、内燃機関に対する燃料や空気の供給量に基づいて、機関負荷や機関出力、機関トルク、機関発生エネルギが計算されている。これらの計算値は、無失火を前提に計算されており、稼働気筒の１気筒当りの出力が大きくなるほど大きくなる。そのため、失火が発生して、同一の機関出力を得るために稼働気筒の１気筒当りの出力が大きくなると、これらの計算値も大きくなることになる。したがって、内燃機関が規定の基準出力で運転されているときの、これら機関負荷、機関出力、機関発生エネルギの計算値に基づくことで、失火気筒数を判別することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置において、前記判別手段は、機関回転速度を目標値とすべく、機関回転速度のフィードバック制御の行なわれるアイドル運転時に前記失火気筒数の判別を行うことをその要旨としている。

内燃機関のアイドル運転時には、機関回転速度を目標値とすべく、燃料噴射量や吸入空気量などのフィードバック制御が行われている。こうしたフィードバック制御を通じて機関回転速度がその目標値となっているときの機関出力は、いつでもほぼ一定となる。そのため、アイドル運転時の機関出力は、規定の基準出力となっており、このときの上記機関出力パラメータに基づくことで、失火気筒数を判別することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置において、前記判別手段は、当該内燃機関の搭載された車両が規定の基準走行条件で走行されているときに前記失火気筒数の判別を行うことをその要旨としている。

車両の走行条件がすべて同じであれば、その走行を維持するために必要な機関出力は、いつでもほぼ一定となる。そのため、車両が基準走行条件で走行されているときの、上記機関出力パラメータに基づくことで、失火気筒数を判別することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置において、前記判別手段は、前記失火気筒数の判別に係る判定値を、機関冷却水温、機関潤滑油温、大気圧、車室内空調装置のオン／オフ、電気負荷のいずれかに応じて可変設定することをその要旨としている。

機関冷却水温や機関潤滑油温が低いときには、潤滑油の粘度上昇のため、内燃機関の各摺動部の摩擦が大きくなる。また大気圧が低いときには、吸入される空気の密度が薄くなり、吸気の流量が同一でも、実際に吸入される空気の質量は小さくなる。更に車室内空調装置のオン／オフの切り替えや電気負荷の増減によっては、補機駆動に要する内燃機関の負荷が変化する。そのため、これらパラメータによっては、アイドル運転や基準走行条件での車両走行を維持するために必要な機関出力が変化することになる。その点、上記構成では、これらパラメータに応じて失火気筒数の判別に係る判定値が可変設定されるため、より高精度に失火気筒数の判別を行うことが可能となる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の内燃機関の失火気筒数判別装置を具体化した第１の実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお本実施の形態では、車両に搭載された４気筒の内燃機関に本発明を適用した場合を例に説明する。

図１は、本実施の形態の適用される内燃機関の構成を示している。この内燃機関は、燃料の着火方式として火花着火方式を採用し、主に吸入空気量の調量により機関出力の調整を行うように構成されている。

同図に示すように、この内燃機関の吸気通路１０には、上流から順に、吸入した空気を浄化するエアクリーナ１１、吸入空気量を検出するエアフローメータ１２、吸入空気量の調節するスロットルバルブ１３、吸気圧を検出する吸気圧センサ１４、燃料を噴射供給するインジェクタ１５が設置されている。燃焼室１７には、吸気通路１０を通じて吸入された空気とインジェクタ１５から噴射された燃料との混合気を火花放電により着火させる点火プラグ１８が設置されている。また排気通路２０には、排気の酸素濃度を検出し、ひいては燃焼された混合気の空燃比を検出する空燃比センサ２１が設置されている。さらに、こうした内燃機関の出力軸であるクランクシャフト２２には、補機として車室内空調装置用のコンプレッサ２３や発電用のオルタネータ２４が駆動連結されている。

こうした内燃機関の各種制御は、電子制御ユニット２５により実施されている。電子制御ユニット２５は、機関制御に係る各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータの記憶された読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）を備えて構成されている。

こうした電子制御ユニット２５の入力ポートには、上記エアフローメータ１２、吸気圧センサ１４及び空燃比センサ２１に加え、機関運転状況や車両の走行状況を検出するための各種センサの検出信号が入力されている。そうしたセンサとしては、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ２６、機関回転速度を検出するＮＥセンサ２７、機関冷却水温を検出する水温センサ２８、機関潤滑油温を検出する油温センサ２９、大気圧を検出する大気圧センサ３０、スロットルバルブ１３の開度を検出するストッロルセンサ３１、車速を検出する車速センサ３２などがある。また電子制御ユニット２５の出力ポートには、スロットルバルブ１３、インジェクタ１５、点火プラグ１８等の駆動回路が接続されている。そして電子制御ユニット２５は、上記各センサの検出信号に基づいて、これらの駆動回路に指令信号を出力することで、スロットルバルブ１３の開度調整による吸入空気量制御やインジェクタ１５からの燃料噴射制御、点火プラグ１８による点火時期制御等の機関制御を実施する。

こうした機関制御の一環として、電子制御ユニット２５は、アイドル・スピード・コントロール（ＩＳＣ）を実施する。このＩＳＣは、内燃機関のアイドル運転時に、機関回転速度を目標値であるアイドル回転速度とすべく、スロットルバルブ１３の開度を、ひいては内燃機関への空気供給量を調整して、機関回転速度をフィードバック制御することで行われる。

さて本実施の形態の内燃機関の失火気筒数判別装置では、こうしたＩＳＣの実施されるアイドル運転時の吸入空気量に基づいて、失火気筒数の判別を行うようにしている。以下、こうした本実施の形態における失火気筒数判別の詳細について説明する。

ここではまず、こうしたアイドル運転時の吸入空気量に基づく失火気筒数の判別の原理について説明する。上述したようなＩＳＣの実施される内燃機関のアイドル運転時には、機関回転速度が規定のアイドル回転速度となるように、内燃機関に対する空気の供給量がフィードバック調整されている。ここで、内燃機関の各部の摩擦による摺動抵抗や補機の駆動負荷が一定であるとすると、機関回転速度がアイドル回転速度となっているときの機関出力は常に一定となる。

ここで失火が発生して稼働気筒数が減少すると、アイドル回転速度の維持に必要な機関出力を、より少ない気筒数で発生しなければならなくなり、稼働気筒の１気筒当りの出力は、無失火時よりも増大することになる。すなわち、失火発生時にアイドル回転速度を維持するには、稼働気筒のそれぞれに導入される空気量を増加させ、各気筒の出力を増大しなければならなくなる。一方、このときの失火気筒にも、空気は導入されているため、失火発生時には、アイドル回転速度が維持されているときの内燃機関全体に対する空気の供給量は、無失火時よりも多くなる。また失火気筒数が増えれば、その分、稼働気筒数は減ることとなり、アイドル回転速度の維持に必要な稼働気筒の１気筒当りの出力は、ひいては内燃機関全体に対する空気の供給量は、より増大することになる。よって、失火気筒数が多いときほど、アイドル運転時の吸入空気量は、増大することになる。

図２は、アイドル運転時の吸入空気量の分布を失火気筒数毎に示したものである。同図に示すように、アイドル運転時の吸入空気量の分布は、失火気筒数によって明確に区分けされている。したがって、例えば同図に示すように判定値Ｊ１〜Ｊ３を設定することで、アイドル運転時の吸入空気量に基づく失火気筒数の判別を行うことができる。具体的には、アイドル運転時の吸入空気量が判定値Ｊ１未満であれば無失火と、判定値Ｊ１以上、判定値Ｊ２未満であれば１気筒失火と、判定値Ｊ２以上、判定値Ｊ３未満であれば２気筒失火と、判定値Ｊ３以上であれば３気筒失火と判別することが可能となる。

なお失火の発生パターンとしては、特定の気筒が連続して失火し続ける連続失火と、それ以外のランダム失火とがある。本実施の形態では、こうしたアイドル運転時の吸入空気量に基づく失火気筒数の判別を、連続失火のときにのみ行うようにしている。

図３は、こうした本実施の形態において失火気筒数の判別を行うための失火気筒数判別ルーチンの処理手順を示している。本ルーチンの処理は、機関回転速度の変動量の増大等により、失火の発生が確認されているときに、電子制御ユニット２５によって周期的に実行されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット２５はまず、ステップＳ１０において、機関回転速度の変動パターンに周期性が見られるか否かにより、連続失火か、ランダム失火かを判定する。すなわち、このときの電子制御ユニット２５は、機関回転速度の変動パターンに周期性が見られれば、連続失火と判定し、そうでなければランダム失火と判定するようにしている。

連続失火であると判定されたときには、電子制御ユニット２５は、処理をステップＳ２０に移行し、そのステップＳ２０においてアイドル運転中であるか否かを確認する。ここで電子制御ユニット２５は、アイドル運転中であれば（Ｓ２０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ３０に移行し、そうでなければ（Ｓ２０：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理を終了する。

ステップＳ３０において電子制御ユニット２５は、車両が停止中であるか否かを確認する。ここで電子制御ユニット２５は、車両が停止中であれば（Ｓ３０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ４０に移行し、そうでなければ（Ｓ２０：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理を終了する。

処理がステップＳ４０に移行すると、電子制御ユニット２５はそのステップＳ４０において、そのときの吸入空気量の検出値を読み込む。そして続くステップＳ５０，Ｓ６０において、その読み込んだ吸入空気量に基づいて失火気筒数の判別を行なう。すなわち、電子制御ユニット２５は、このときの吸入空気量が上記判定値Ｊ２未満であれば（Ｓ５０：ＮＯ）、失火気筒数が「１気筒」であると判別する（Ｓ７０）。また電子制御ユニット２５は、このときの吸入空気量が上記判定値Ｊ２以上、且つ上記判定値Ｊ３未満であれば（Ｓ５０：ＹＥＳ，且つＳ６０：ＮＯ）、失火気筒数が「２気筒」であると判別する（Ｓ８０）。そして電子制御ユニット２５は、このときの吸入空気量が上記判定値Ｊ３以上であれば（Ｓ５０：ＹＥＳ，且つＳ６０：ＹＥＳ）、失火気筒数が「３気筒」であると判別する（Ｓ８０）。

こうして失火気筒数を判別した後、電子制御ユニット２５は処理をステップＳ１００に移行し、そのステップＳ１００において機関回転速度の変動パターンに基づいて失火気筒の特定を行う。このときには既に失火気筒数が確認されているため、こうした機関回転速度の変動パターンに基づく失火気筒の特定は、比較的容易、且つ的確に行うことが可能である。そして失火気筒を特定すると、電子制御ユニット２５は、今回の本ルーチンの処理を終了する。

一方、上記ステップＳ１０においてランダム失火であると判定されたときには、電子制御ユニット２５は、ステップＳ１１０において、気筒別の失火カウンタの積算処理を実施する。この処理において電子制御ユニット２５は、各気筒の点火直後の機関回転速度の変動量より失火の有無を判定し、失火有りと判定された気筒についての失火カウンタの値をインクリメントする。

続くステップＳ１２０において電子制御ユニット２５は、こうした失火カウンタの積算処理が規定の期間（例えば「２００ｒｅｖ」）、行ったか否かを確認する。そして電子制御ユニット２５は、積算処理の実施期間が規定に達していれば（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１３０に移行し、そうでなければ（Ｓ１２０：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理を一旦終了する。

処理がステップＳ１３０に移行すること、電子制御ユニット２５はそのステップＳ１３０において、失火カウンタの値が規定の失火判定値を越えた気筒を失火気筒と特定する。そして電子制御ユニット２５は、失火気筒の特定を終えると、本ルーチンの処理を終了する。

なお、こうした本実施の形態では、上記失火気筒数判別ルーチンのステップＳ４０〜Ｓ６０の処理が、上記判別手段の行う処理に相当している。
以上説明した本実の施形態の内燃機関の失火気筒数判別装置によれば、次の効果を奏することができる。

（１）本実施形態では、内燃機関が規定の基準出力で運転されているアイドル運転時の吸入空気量に基づいて失火気筒数を判別するようにしている。失火発生時には、稼働気筒数が減るため、同一の機関出力を得るために必要な稼働気筒の１気筒当りの出力はより大きくなる。失火発生時にも、失火気筒への燃料や空気の供給は継続されるため、同一の機関出力を得るために必要な内燃機関全体に対する空気の供給量は、無失火時よりも多くなることになる。すなわち、吸入空気量は、無失火時の機関出力に相関する機関制御パラメータと、或いは稼働気筒の１気筒当りの出力に相関する機関制御パラメータと言うことができる。こうした機関制御パラメータの値、すなわち機関出力パラメータの値は、機関出力が同一であれば、無失火時よりも失火発生時の方が大きくなる。また失火気筒数が増えるほど、その値は大きくなる。そのため、機関出力が規定の基準出力となっているときのこれら機関出力パラメータの値からは、失火気筒数を求めることができるようになる。その点、本実施の形態構成では、内燃機関が規定の基準出力で運転されているときの機関出力パラメータの値に基づいて失火気筒数が判別されるようになる。そのため、失火気筒数の判別を簡易且つ的確に行うことができるようになる。

（２）本実施の形態では、機関回転速度を目標値とすべく、機関回転速度のフィードバック制御の行なわれるアイドル運転時に、上記のような吸入空気量に基づく失火気筒数の判別を行うようにしている。内燃機関のアイドル運転時には、機関回転速度を目標値とすべく、燃料噴射量や吸入空気量などのフィードバック制御が行われている。こうしたフィードバック制御を通じて機関回転速度がその目標値となっているときの機関出力は、いつでもほぼ一定となる。そのため、アイドル運転時の機関出力は、規定の基準出力となっており、このときの上記機関出力パラメータに基づくことで、失火気筒数を判別することが可能となる。

なお、こうした本実施の形態の内燃機関の失火気筒数判別装置は、以下のように変更して実施することもできる。
・失火気筒数の判別精度をより高めるには、上記失火気筒数判別ルーチンでのステップＳ４０〜Ｓ６０における吸入空気量に基づく失火気筒数の判別に係る処理の実行条件をより限定すれば良い。例えば、ステップＳ４０〜Ｓ６０における判別処理の実行条件を、以下のように設定することで、失火気筒数の判別精度を高めることができる。

（吸入空気量に基づく失火気筒数の判別処理の実行条件の一例）
以下の（ａ）〜（ｆ）がすべて成立すること。
（ａ）車両が停止中であること、すなわち車速が「０ｋｍ／ｈ」であること。
（ｂ）アクセル操作量が「０」であること。
（ｃ）機関冷却水温が「８０℃」以上であること。
（ｄ）機関潤滑油温が「８０℃」以上であること。
（ｅ）大気圧が「１０００ｈＰａ」以上であること。
（ｆ）車室内空調装置がオフであること、すなわちコンプレッサ２３が非稼働であること。

・上記態様での失火気筒数の判別は、吸気圧センサ１４により検出された吸気圧に基づいても行うことができる。すなわち、吸入空気量を増大すべく、スロットルバルブ１３の開度を増大させると、そのスロットルバルブ１３の下流側の吸気圧が大気圧に近づくようになる。そのため、吸気圧も、無失火時の内燃機関の出力に相関する機関制御パラメータ、或いは稼働気筒の１気筒当りの出力に相関する機関制御パラメータとなっており、アイドル運転時の吸気圧に基づくことで、失火気筒数の判別を上記実施の形態と同様に行うことが可能である。

・上記実施の形態では、適用される内燃機関が、吸入空気量の調量に基づいて機関出力を調整するように構成されているため、失火気筒数の判別を吸入空気量で行うようにしていたが、燃料噴射量の調量により機関出力調整を行う内燃機関の場合には、失火気筒数の判別に燃料噴射量を用いることができる。すなわち、こうした内燃機関では、燃料噴射量が、無失火時の内燃機関の出力に相関する機関制御パラメータ、或いは稼働気筒の１気筒当りの出力に相関する機関制御パラメータとなっており、アイドル運転時の燃料噴射量に基づくことで、同様の失火気筒数の判別を行うことが可能である。

・多くの内燃機関の電子制御ユニットでは、吸入空気量や燃料噴射量、アクセル操作量、点火時期、空燃比等に基づいて、機関負荷、機関出力、機関トルク及び機関発生エネルギを計算している。これらの計算値は、無失火であることを前提に計算されており、それ故、実際の機関出力が同じでも、失火発生時には、その値が増大する。また失火気筒数が多くなるほど、その値が増大する。そのため、これらの県産値も、無失火時の内燃機関の出力に相関する機関制御パラメータ、或いは稼働気筒の１気筒当りの出力に相関する機関制御パラメータと言うことができる。よって、アイドル運転時の機関負荷、機関出力、機関トルク及び機関発生エネルギのいずれかの計算値に基づくことによっても、失火気筒数の判別を同様に行うことが可能である。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明に係る内燃機関の失火気筒数判別装置を具体化した第２の実施の形態を、図４を併せ参照して、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。なお本実施の形態及び後述の第３の実施の形態において、前述の実施の形態と同等、或いはそれに順じた構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

アイドル運転時の機関出力は、厳密には一定ではなく、種々の要因によって多少上下する。例えば機関冷却水温や機関潤滑油温が低いときには、潤滑油の粘度上昇のため、内燃機関の各摺動部の摩擦が大きくなり、その結果、機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために必要な機関出力はより大きくなる。また車室内空調装置のオン／オフの切り替え（コンプレッサ２３の稼働／非稼働の切り替え）や電気負荷の増減によっては、補機駆動に要する内燃機関の負荷が変化する。そのため、機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために必要な機関出力は、補機の駆動負荷の増減によっても変化する。

加えて、機関冷却水温が低いときや車室内空調装置のオン時には、アイドル回転速度を通常よりも高く設定する、いわゆるアイドルアップが実施されることがある。こうしたアイドルアップの実施時には、そうでないときに比して、機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために必要な機関出力は大きくなることになる。

さらに吸入空気量について言えば、大気圧が低いときには、吸入される空気の密度が薄くなり、吸気の流量が同一でも、実際に吸入される空気の質量は小さくなる。よって大気圧が低いときには、機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために、より多くの吸入空気量が必要となる。

そのため、失火気筒数の判別精度をより高めるためには、アイドル運転時の吸入空気量等に基づく失火気筒数の判別を常に一律の態様で行うのではなく、これらのパラメータに応じて判別態様を可変とすることが望ましい。本実施の形態では、アイドル運転時の吸入空気量に基づく失火気筒数の判別に係る判定値を、機関冷却水温に応じて可変設定することで、失火気筒数の判別精度を高めるようにしている。

図４には、機関冷却水温が「２５℃」のときと「８０℃」のときとの２つの温度条件におけるアイドル運転時の吸入空気量の分布が失火気筒数別に示されている。同図に示されるように、アイドル運転時の吸入空気量は、いずれの失火気筒数においても、機関冷却水温が「８０℃」のときよりも「２５℃」のときの方が多くなる傾向がある。このように、アイドル運転時の吸入空気量は、機関冷却水温が低いときほど、多くなる。

そこで本実施の形態では、吸入空気量に基づく失火気筒数の判別に係る判定値として、機関冷却水温が低いとき（例えば「６０℃」未満）用と、機関冷却水温が高いとき（例えば「６０℃」以上）用との２種類の判定値を設定するようにしている。具体的には、同図に示されるように、低温時用の判定値Ｊ１ｃ，Ｊ２ｃ，Ｊ３ｃと、高温時用の判定値Ｊ１ｈ，Ｊ２ｈ，Ｊ３ｈをそれぞれ設定する。ここで低温時用の各判定値Ｊ１ｃ，Ｊ２ｃ，Ｊ３ｃは、高温時用の各判定値Ｊ１ｈ，Ｊ２ｈ，Ｊ３ｈよりも大きい値にそれぞれ設定されている（Ｊ１ｃ＞Ｊ１ｈ，Ｊ２ｃ＞Ｊ２ｈ，Ｊ３ｃ＞Ｊ３ｈ）。そして機関冷却水温が低いときには低温時用の判定値Ｊ１ｃ〜Ｊ３ｃを、機関冷却水温が高いときには高温時用の判定値Ｊ１ｈ〜Ｊ３ｈをそれぞれ用いて、上記失火気筒判別ルーチン（図３参照）のステップＳ４０〜Ｓ６０におけるアイドル運転時の吸入空気量に基づく失火気筒数の判別を行うようにしている。

以上説明した本実施の形態の内燃機関の失火気筒数判別装置によれば、上記（１）、（２）に記載の効果に加え、更に次の効果を奏することができる。
（３）機関冷却水温が低いときには、潤滑油の粘度上昇による内燃機関の各摺動部の摩擦抵抗の増大により、機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために必要な機関出力が増大する。その点、本実施の形態では、アイドル運転時の吸入空気量に基づく失火気筒数の判別に係る判定値を、機関冷却水温に応じて可変設定するようにしている。そのため、アイドル運転時の吸入空気量に基づく失火気筒数の判別をより高精度に行うことができる。

なお、こうした本実施の形態の内燃機関の失火気筒数判別装置は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、機関冷却水温に応じて、失火気筒数の判別に係る判定値を２段階に切り替えるようにしていたが、判定値の切り替えを３段階以上としたり、機関冷却水温に応じて連続可変としたりするようにしても良い。

・上述したように大気圧が低いときには、内燃機関に吸入される空気の密度が低くなり、機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために必要な吸入空気量が増大する。そのため、失火気筒数の判別に係る判定値を、大気圧に応じて可変設定することによっても、同様に判別精度を向上することができる。具体的には、大気圧が低いときほど、判定値を大きい値に設定することで、判定精度の向上が可能となる。

・上記実施の形態では、アイドル運転時の吸入空気量に基づいて失火気筒数の判別を行う場合を説明したが、その他のパラメータを用いて失火気筒数の判別を行う場合にも、その判別に係る判定値を機関冷却水温に応じて同様に可変設定することで、その判別精度を高めることができる。すなわち、吸気圧、燃料噴射量、或いは機関負荷、機関出力、機関トルク及び機関発生エネルギの計算値などを失火気筒数の判別に用いる場合にも、その判別に係る判定値を機関冷却水温に応じて同様に可変設定することで、判別精度の向上を図ることができる。

・機関潤滑油温も、機関冷却水温と同様に、内燃機関の温度状態を示す指標値となる。そのため、失火気筒数の判別に係る判定値を、機関潤滑油温に応じて可変設定することによっても、同様に判別精度を向上することができる。具体的には、機関潤滑油温が低いときほど、判定値を大きい値に設定することで判定精度の向上が可能となる。

・上述したように、車室内空調装置のオン／オフや、電気負荷の増減等による内燃機関の補機駆動負荷の増減によっても、機関回転速度をアイドル回転速度に維持するために必要な機関出力は変化する。そのため、失火気筒数の判別に係る判定値を、こうした補機駆動負荷に応じて可変設定することによっても、判別精度の向上を図ることができる。具体的には、補機駆動負荷が大きいときほど、判定値を大きい値に設定することで、判定精度の向上が可能となる。

（第３の実施の形態）
続いて、本発明に係る内燃機関の失火気筒数判別装置を具体化した第３の実施の形態を、図５を併せ参照して、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

内燃機関の搭載された車両の走行条件がすべて同じであれば、その条件での車両走行を維持するために必要な機関出力は、常に一定となる。ここで失火が発生すれば、その必要な機関出力をより少ない気筒数で賄うことになり、稼働気筒の１気筒当りの出力は、無失火時よりも大きくなる。また失火気筒数が増加するほど、稼働気筒の１気筒当りの出力は大きくなる。よって、車両が規定の基準走行条件で走行されているときには、内燃機関が規定の基準出力で運転されていると見做すことができ、このときの吸入空気量等の機関出力パラメータに基づいても、アイドル運転時と同様に失火気筒数の判別を行うことが可能である。そこで本実施の形態では、車両が規定の車速（例えば「６０ｋｍ／ｈ」）で定常走行しているときの吸入空気量に基づいて失火気筒数の判別を行うこととしている。

図５には、車両が規定の車速（「６０ｋｍ／ｈ」）で定常走行しているときの吸入空気量の分布を、失火気筒数の別に示されている。同図に示されるように、このときの吸入空気量の分布は、失火気筒数によって明確に区分けされている。よって、例えば同図に示すように判定値Ｊ１ｓ〜Ｊ３ｓを設定することで、このときの吸入空気量に基づく失火気筒数の判別を行うことができる。具体的には、このときの吸入空気量が判定値Ｊ１ｓ未満であれば無失火と、判定値Ｊ１ｓ以上、判定値Ｊ２ｓ未満であれば１気筒失火と、判定値Ｊ２ｓ以上、判定値Ｊ３ｓ未満であれば２気筒失火と、判定値Ｊ３ｓ以上であれば３気筒失火と判別するようにしている。

以上説明した本実施の形態によれば、次の効果を奏することができる。
（４）本実施形態では、当該内燃機関の搭載された車両が規定の車速で定常走行されているときの吸入空気量に基づいて失火気筒数を判別するようにしている。車両の走行条件がすべて同じであれば、その条件での車両走行を維持するために必要な機関出力は一定となる。ここで失火が発生すると、必要な機関出力をより少ない稼働気筒数で賄わなければならなくなり、稼働気筒の１気筒当りの出力は増大することになる。一方、空気の供給は失火気筒に対しても継続されるため、失火発生時には、内燃機関全体の吸入空気量が増大する。そのため、車両が規定の車速で定常走行されているときの吸入空気量に基づくことで、失火気筒数の判別を簡易且つ的確に行うことができるようになる。

なお本実施の形態の内燃機関の失火気筒数判別装置は、以下のように変更して実施することもできる。
・失火気筒数の判別精度をより高めるには、吸入空気量に基づく失火気筒数の判別に係る処理の実行条件をより限定すれば良い。例えば、判別処理の実行条件を、以下のように設定することで、失火気筒数の判別精度を高めることができる。

（失火気筒数の判別処理の実行条件の一例）
以下の（ａ）〜（ｄ）がすべて成立すること。
（ａ）車速が規定の車速範囲内（例えば「６０±５ｋｍ／ｈ」）であること。
（ｂ）機関回転速度が安定していること。例えば機関回転速度の変動量が十分小さい状態が規定時間以上継続していること。
（ｃ）スロットルバルブ１３の開度が安定していること。例えばスロットルバルブ１３の開度の変化量が十分小さい状態が規定時間以上継続していること。
（ｄ）車両が平坦な道路を走行していること。なお車両が平坦な道路を走行しているか否かは、例えばカーナビゲーションシステムから現在走行中の道路の傾斜情報を取得することで判定することができる。

・上記態様での失火気筒数の判別は、吸入空気量の代りに、吸気圧や燃料噴射量、或いは機関負荷、機関出力、機関トルク及び機関発生エネルギの計算値などを用いても行うことができる。

・上記実施の形態での失火気筒数の判別に係る判定値Ｊ１ｓ〜Ｊ１ｃを、機関冷却水温、機関潤滑油温、大気圧、内燃機関の補機駆動負荷の増減（車室内空調装置のオン／オフや、電気負荷の増減）に応じて可変設定するようにすれば、失火気筒数の判別を更に高精度で行うことができるようになる。

以上説明した各実施の形態は、更に以下のように変更することもできる。
・上記実施の形態では、吸入空気量等の機関出力パラメータに基づいて失火気筒数を判別するようにしていたが、失火気筒数そのものでなく、その指標値となる失火率を求めるようにすることもできる。失火率とは、点火を実施した気筒数に対する失火気筒数の比率であり、例えば４気筒内燃機関において１気筒が失火したときの失火率は「２５％」となり、２気筒が失火したときの失火率は「５０％」となる。また、ある程度の期間における吸入空気量等の機関出力パラメータの平均値や積算値に基づくことで、ランダム失火時の失火率を求めるようにすることもできる。

・第１及び第２の実施の形態及びその変形例に係る内燃機関の失火気筒数判別装置は、車載以外の内燃機関にも同様に適用することができる。
・上記実施の形態では、４気筒の内燃機関に本発明を適用した場合を説明したが、本発明は勿論、気筒数が４つ以外の内燃機関にも同様に適用することができる。

本発明の第１実施形態についてその全体構成を模式的に示す略図。 アイドル運転時の失火気筒数別の吸入空気量の分布、及び同実施形態での失火気筒判別に係る判定値の設定態様の一例を示すグラフ。 同実施形態に採用される失火気筒数判別ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 機関冷却水温が低いときと高いときとの２つの温度条件におけるアイドル運転時の失火気筒数別の吸入空気量の分布、及び本発明の第２実施形態での失火気筒数判別に係る判定値の設定態様の一例を示すグラフ。 車両が規定車速で定常走行されているときの失火気筒数別の吸入空気量の分布、及び本発明の第３実施形態での失火気筒数判別に係る判定値の設定態様の一例を示すグラフ。

符号の説明

１０…吸気通路、１１…エアクリーナ、１２…エアフローメータ、１３…スロットルバルブ、１４…吸気圧センサ、１５…インジェクタ、１７…燃焼室、１８…点火プラグ、２０…排気通路、２１…空燃比センサ、２２…クランクシャフト、２３…コンプレッサ、２４…オルタネータ、２５…電子制御ユニット（判別手段）、２６…アクセルセンサ、２７…ＮＥセンサ、２８…水温センサ、２９…油温センサ、３０…大気圧センサ、３１…ストッロルセンサ、３２…車速センサ。

Claims (6)

1. 多気筒内燃機関の失火気筒数を判別する内燃機関の失火気筒数判別装置において、
   無失火時の内燃機関の出力に相関する機関制御パラメータである機関出力パラメータについて、内燃機関が規定の基準出力で運転されているときのその値に基づいて失火気筒数を判別する判別手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の失火気筒数判別装置。
2. 前記機関出力パラメータは、吸入空気量、吸気圧、燃料噴射量のいずれか１つである
   請求項１に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置。
3. 前記機関出力パラメータは、無失火を前提に計算された、機関負荷、機関出力、機関トルク及び機関発生エネルギのいずれか１つの計算値である
   請求項１に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置。
4. 前記判別手段は、機関回転速度を目標値とすべく、機関回転速度のフィードバック制御の行なわれるアイドル運転時に、前記失火気筒数の判別を行う
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置。
5. 前記判別手段は、当該内燃機関の搭載された車両が規定の基準走行条件で走行されているときに前記失火気筒数の判別を行う
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置。
6. 前記判別手段は、前記失火気筒数の判別に係る判定値を、機関冷却水温、機関潤滑油温、大気圧、車室内空調装置のオン／オフ、電気負荷のいずれかに応じて可変設定する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の失火気筒数判別装置。

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