JP2012126189A

JP2012126189A - 内燃機関の失火検出装置

Info

Publication number: JP2012126189A
Application number: JP2010277664A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Suzuki; 大輔鈴木
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-07-05

Abstract

【課題】ハイブリッド型パワーユニットの発電動機が内燃機関の補助駆動を行っている最中でも、失火誤検出を抑制できる失火検出装置を提供する。
【解決手段】内燃機関を補助的に駆動可能な発電動機と、この発電動機の制御トルクを検出可能なトルク検出手段とを備えたハイブリッド型パワーユニットの内燃機関の失火検出装置において、発電動機により補助的に駆動されている状態下の内燃機関の回転角速度を合成駆動角速度として検出可能な角速度検出手段を設け、発電動機の制御トルクから発電動機駆動成分の角速度変化量を算出し、合成駆動角速度と発電動機駆動成分の角速度変化量とに基づいて内燃機関駆動成分の角速度変化量を算出し、この内燃機関駆動成分の角速度変化量に基づいて失火判定を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の失火検出装置に係り、特に、内燃機関を発電動機により補助的に駆動可能なハイブリッド型パワーユニットの内燃機関の失火について誤検出を減らし、精度の高い失火検出を実現できる内燃機関の失火検出装置に関する。

車両に搭載されたパワーユニットの内燃機関の失火を検出する失火検出装置は、クランク軸の角速度変化により失火を捉えるシステムで、気筒識別を行うためのカム角センサとクランク軸の角速度を検出するためのクランク角センサとから構成され、それぞれのセンサの出力信号から気筒の識別や失火率を演算する。
クランク軸の角速度は、気筒内の燃料の爆発（燃焼）の有無により変化するので、爆発による角速度の変化が最も顕著に現れるクランク軸の角度を選定する。爆発が正常に行われた場合は、角速度が大きくなるので、設定した角度の通過に要する時間は短くなる（角速度が速い）。一方、爆発が正常に行われない場合は、設定した角度の通過に要する時間は長くなる（角速度が遅い）。失火検出装置は、この差を捕らえて失火の判定を行なう。
例えば、図６に示すように、失火検出装置は、４気筒を有する内燃機関で第１気筒♯１の失火を判定しようとした場合、他の３つの第２〜第４気筒♯２〜♯４の設定した角度の通過に要する時間（第２〜第４気筒♯２〜♯４の角速度Ｔ♯２〜Ｔ♯４）の中値Ｕを計算し、その値Ｕに対して下限値となる閾値Ｓを設定する。
失火検出装置は、図６（Ａ）に示すように、第１気筒♯１について設定した角度の通過に要する時間（第１気筒♯１の角速度Ｔ♯１）がこの閾値Ｓを上回っていれば、失火していずに正常と判定する。失火検出装置は、図６（Ｂ）に示すように、第１気筒♯１の設定した角度の通過に要する時間（角速度Ｔ♯１）が閾値Ｓを下回った場合、第１気筒♯１が失火していると判定する。失火検出装置は、第１気筒♯１の失火判定が終了すると、隣の気筒に対して同じ演算を行う。

従来の内燃機関の失火検出装置には、内燃機関を発電動機で補助的に駆動可能なハイブリッド型パワーユニットにおける内燃機関の失火検出技術として、内燃機関の運転に伴う振動を抑制するように発電動機を制御する制振制御を行いつつ、出力軸が単位回転角だけ回転するのに必要な単位回転角所要時間に基づいて内燃機関の失火を仮判定し、失火と仮判定されたときに、さらに２つの本判定を行うことを基本とする失火検出装置が開示されている。（特許文献１）

特許第４００７４０１号公報

ところで、内燃機関と発電動機との２つの動力源を有するハイブリッド型パワーユニットを搭載した車両の場合、ドライバの要求によって内燃機関の運転時に発電動機の駆動力が加わる場合がある。例えば、一定速度で走行している状態から追い越しを掛けると、内燃機関を発電動機で補助的に駆動するモータアシストが働く場合がある。
このような内燃機関を発電動機で補助的に駆動している状態下で内燃機関に失火が起こった場合、図７（Ａ）に示すように、第１気筒♯１の角速度Ｔ♯１は発電動機が駆動したために内燃機関駆動成分に発電動機駆動成分が加わって閾値Ｓを上回り、正常に爆発が行われた場合の第２〜第４気筒♯２〜♯４の角速度Ｔ♯２〜Ｔ♯４と同じ角速度変化となり、失火を見逃して誤判定するおそれがある。また、図７（Ｂ）に示すように、第１気筒♯１は正常な爆発が行われたにもかかわらず、発電動機が駆動したために第２〜第４気筒♯２〜♯４の角速度Ｔ♯２〜Ｔ♯４の変化が発電動機駆動成分の加算で早くなり、その前の第１気筒♯１の爆発による角速度Ｔ♯１が閾値Ｓを下回ってその爆発を失火と誤判定するおそれがある。

前記特許文献１に開示の失火検出装置においては、発電動機の制振制御を行っている最中に失火検出の仮判定を行わなければ、本判定も行われないので、ハイブリッド型パワーユニットの発電動機が内燃機関の補助駆動を行っていても、制振制御を行っていない場合には、この失火判定を利用することができない。また、前記特許文献１は、２つ目の本判定による失火検出を行う為に、発電動機の補助駆動を停止させると、その間にドライバビリティを損ねる可能性が生じる不都合がある。

この発明は、ハイブリッド型パワーユニットの発電動機が内燃機関の補助駆動を行っている最中でも、失火誤検出を抑制できる失火検出装置を提供することを目的とする。

この発明は、内燃機関を補助的に駆動可能な発電動機と、この発電動機の制御トルクを検出可能なトルク検出手段とを備えたハイブリッド型パワーユニットの内燃機関の失火検出装置において、前記発電動機により補助的に駆動されている状態下の内燃機関の回転角速度を合成駆動角速度として検出可能な角速度検出手段を設け、前記発電動機の制御トルクから発電動機駆動成分の角速度変化量を算出し、前記合成駆動角速度と前記発電動機駆動成分の角速度変化量とに基づいて内燃機関駆動成分の角速度変化量を算出し、この内燃機関駆動成分の角速度変化量に基づいて失火判定を行うことを特徴とする。

この発明の内燃機関の失火検出装置は、発電動機駆動成分の角速度変化量を除いて判断するので、失火の誤検出を減らし、精度の高い失火検出を実現できる。

図１は内燃機関の失火検出装置のシステム構成図である。（実施例）図２は発電動機の制御トルクと発電動機駆動成分の角速度変化量とのマップを示す図である。（実施例）図３は失火検出装置による失火検出のフローチャートである。（実施例）図４は失火していると判定したときの失火判定対象気筒と残りの気筒との角速度の関係を示す図である。（実施例）図５は正常と判定したときの失火判定対象気筒と残りの気筒との角速度の関係を示す図である。（実施例）図６（Ａ）は正常と判定したときの失火判定対象気筒と残りの気筒との角速度の関係を示す図、図６（Ｂ）は失火していると判定したときの失火判定対象気筒と残りの気筒との角速度の関係を示す図である。（従来例）図７（Ａ）は失火していると誤判定したときの失火判定対象気筒と残りの気筒との角速度の関係を示す図、図７（Ｂ）は正常と誤判定したときの失火判定対象気筒と残りの気筒との角速度の関係を示す図である。（従来例）

以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図５は、この発明の実施例を示すものである。図１において、１は車両、２はハイリッド型パワーユニット、３は内燃機関、４は発電動機である。車両１のハイブリッド型パワーユニット２は、内燃機関３を補助的に駆動可能な発電動機４を備えている。ハイブリッド型パワーユニット２は、内燃機関３のクランク軸５に内燃機関側プーリ６を設け、発電動機４の駆動軸７に発電動機側プーリ８を設け、内燃機関側プーリ６と発電動機側プーリ８とにベルト状部材９を巻き掛けて、駆動力が相互に伝達されるように連結している。
前記内燃機関３は、複数の気筒を備える多気筒内燃機関、この実施例では４気筒内燃機関であり、変速機１０を介して車輪１１に接続されている。前記発電動機４には、インバータ１２を介してバッテリ１３が接続されている。発電動機４は、バッテリ１３からインバータ１２を介して供給される電力により駆動力を発生し、各プーリ６・８及びベルト状部材９を介して内燃機関３を補助的に駆動する。また、発電動機４は、内燃機関３の駆動力により各プーリ６・８及びベルト状部材９を介して駆動され、発電する。発電された電力は、インバータ１２を介してバッテリ１３に充電される。
ハイブリッド型パワーユニット２は、内燃機関３の駆動力、また、内燃機関３及び発電動機４の駆動力を変速機１０により変換して出力し、車輪１１を駆動して車両１を走行させる。

前記内燃機関３の失火を判定する失火検出装置１４は、４つの気筒♯１〜♯４を備えた内燃機関３の気筒識別を行うためにカム軸のカム角を検出可能なカム角検出手段１５を備え、発電動機４により補助的に駆動されている状態下での内燃機関３の回転角速度（クランク角４の角速度）を合成駆動角速度として検出可能な角速度検出手段（クランク角センサ）１６を備えている。また、インバータ１２には、電動発電機４の駆動トルク及び発電トルクからなる制御トルクを検出可能なトルク検出手段１７を備えている。カム角検出手段１５と、角速度検出手段１６と、トルク検出手段１７とは、失火判定手段１８に接続されている。
失火判定手段１８は、検出手段１５〜１７の検出する信号で気筒の識別や失火を検出する。失火判定手段１８は、発電動機４の制御トルクから発電動機駆動成分の角速度変化量を算出し、合成駆動角速度と発電動機駆動成分の角速度変化量とに基づいて内燃機関駆動成分の角速度変化量を算出し、この内燃機関駆動成分の角速度変化量に基づいて失火判定を行う。
失火判定手段１８による失火判定は、内燃機関３の複数気筒うち一つの失火判定対象気筒の内燃機関駆動成分の角速度変化量と、残りの複数気筒の中値となる内燃機関駆動成分の角速度変化量との偏差に基づいて判定する。

失火検出装置１４は、発電動機４の制御トルクと発電動機駆動成分の角速度変化量のマップを失火判定手段１８に設定している。
このマップは、図５に示すように、発電動機４の制御トルクが駆動トルクの場合に角速度変化量を負（−）の値とし、駆動トルクが増大するほど角速度変化量の絶対値が大きくなるように設定している。一方、マップは、発電動機４の制御トルクが発電トルクの場合に角速度変化量を正（＋）の値とし、発電トルクが増大するほど角速度変化量の絶対値が大きくなるように設定している。
さらに、マップは、駆動トルクと発電トルクとの境界となる中立トルク範囲では角速度変化量をゼロとなるよう設定している。発電動機４の制御トルクが中立トルク範囲では、補助的な駆動や負荷がないので、前記角速度検出手段１６は実質的に内燃機関３のみの回転角速度を検出することになる。
このマップ設定により、失火検出装置１４は、発電動機４が内燃機関３を補助的に駆動（アシスト）している状態での角速度を負の値としているので、単純加算によって、内燃機関３の角速度を算出できる。一方、失火検出装置１４は、発電動機４が発電を行う場合は内燃機関３に対して負荷となるので、逆に角速度を正の値として、やはり単純加算によって、内燃機関３の角速度を算出できる。

次に、図３〜図５に従って、失火検出装置１４の作用を説明する。
内燃機関３は複数の気筒、ここでは４つの気筒を備える多気筒内燃機関であり、失火検出装置１４による失火判定は、複数気筒の相対評価によって判定する。すなわち、図３に示すように、複数気筒うち一つの失火判定対象気筒の内燃機関駆動成分の角速度変化量と、残りの複数気筒の中値となる内燃機関駆動成分の角速度変化量をそれぞれ算出し、相互の偏差に基づいて判定する。なお、図４と図５に一部の例を示すが、図示していない他のケースでも、電動機駆動成分の角速度変化量を除して判断することは、共通する。
失火検出装置１４は、図３に示すように、失火検出のプログラムがスタートすると（Ｓ０１）、カム角検出手段１５、角速度検出手段１６、トルク検出手段１７から各種データを入力する（Ｓ０２）。
角速度検出手段１６のデータである合成駆動角速度を検出し（Ｓ０３）、トルク検出手段１７のデータであるは制御トルクから図５のマップで発電動機駆動成分の角速度変化量を算出し（Ｓ０４）、合成駆動角速度に発電動機駆動成分の角速度変化量を加算して内燃機関駆動成分の角速度変化量を算出する（Ａ０５）。
カム角検出手段１５のデータにより内燃機関３の複数気筒を判別し、複数気筒のうち一つの失火判定対象気筒の内燃機関駆動成分の角速度変化量が、残りの複数気筒の中値から閾値を引いた値以上であるかを判断する（Ｓ０６）。
この判断（Ｓ０６）がＹＥＳの場合は、失火判定対象気筒が失火していずに正常と判定し（Ｓ０７）、プログラムをエンドにする（Ｓ０９）。この判断（Ｓ０６）がＮＯの場合は、失火判定対象気筒が失火している判定し（Ｓ０９）、プログラムをエンドにする（Ｓ０９）。
前記判断（Ｓ０６）においては、例えば、図４に示すように、失火判定対象気筒の第１気筒♯１の発電動機駆動成分を除いた角速度Ｔ♯１の変化量が、失火判定対象気筒以外の第２〜４気筒♯２〜♯４の角速度Ｔ♯２〜Ｔ♯４の中値Ｕに対して設定した下限値の閾値Ｓを下回った場合、第１気筒♯１が失火していると判定する。また、前記判断（Ｓ０６）においては、図５に示すように、失火判定対象気筒の第１気筒♯１の角速度Ｔ♯１の変化量が、失火判定対象気筒以外の第２〜４気筒♯２〜♯４の角速度Ｔ♯２〜Ｔ♯４の発電動機駆動成分を除いた中値Ｕに対して設定した閾値Ｓを上回った場合、第１気筒♯１が失火していずに正常と判定する。失火検出装置１４は、第１気筒♯１の失火判定が終了すると、隣の気筒に対して同じ演算を行う。

このように、内燃機関３の失火検出装置１４は、発電動機４により補助的に駆動されている状態下の内燃機関３の合成駆動角速度から発電動機４の発電動機駆動成分の角速度変化量を除いて失火を判断するので、失火の誤検出を減らし、精度の高い失火検出を実現できる。また、この失火検出装置１４は、発電動機４が内燃機関３の補助駆動を行っている最中でも、失火判定を行うことができる。
前記内燃機関３は複数の気筒を備える多気筒内燃機関であり、この内燃機関３の失火検出装置１４による失火判定は、複数気筒うち一つの失火判定対象気筒の内燃機関駆動成分の角速度変化量と、残りの複数気筒の中値となる内燃機関駆動成分の角速度変化量との偏差に基づいて判定している。
これにより、この内燃機関３の失火検出装置１４は、発電動機４の発電状態や駆動状態、中立状態に関わらず、さらに、それらの状態間を移行している場合においても、失火検出を行うことができる。
この内燃機関３の失火検出装置１４は、発電動機４の制御トルクと発電動機駆動成分の角速度変化量のマップを設定している。このマップは、発電動機４の制御トルクが駆動トルクの場合角速度変化量を負の値とし、駆動トルクが増大するほど角速度変化量の絶対値が大きくなる一方、発電動機４の制御トルクが発電トルクの場合角速度変化量を正の値とし、発電トルクが増大するほど角速度変化量の絶対値が大きくなり、さらに駆動トルクと発電トルクとの境界となる中立トルク範囲では角速度変化量をゼロとなるよう設定している。
これにより、この内燃機関３の失火検出装置１４は、発電動機駆動成分の角速度変化量のマップにより、単純加算によって内燃機関駆動成分の角速度変化量を算出でき、演算負荷を抑制できる。
なお、失火検出装置１４は、失火判定に、残りの複数気筒の中値となる内燃機関駆動成分の角速度変化量を採用しているが、中値に変えて、残りの複数気筒の平均値を算出しても良い。中値が存在しない場合や複数存在する場合に適用できる。

この発明は、発電動機により補助的に駆動される内燃機関の失火の誤検出を減らし、精度の高い失火検出を実現できるものであり、走行時の駆動力の基本を内燃機関とし、発電動機をアシスト的役割として使用するパワーユニットを搭載した車両に適用することができる。

１車両
２ハイリッド型パワーユニット
３内燃機関
４発電動機
１０変速機
１１車輪
１２インバータ
１３バッテリ
１４失火検出装置
１５カム角検出手段
１６角速度検出手段
１７トルク検出手段
１８失火判定手段

Claims

内燃機関を補助的に駆動可能な発電動機と、この発電動機の制御トルクを検出可能なトルク検出手段とを備えたハイブリッド型パワーユニットの内燃機関の失火検出装置において、
前記発電動機により補助的に駆動されている状態下の内燃機関の回転角速度を合成駆動角速度として検出可能な角速度検出手段を設け、
前記発電動機の制御トルクから発電動機駆動成分の角速度変化量を算出し、
前記合成駆動角速度と前記発電動機駆動成分の角速度変化量とに基づいて内燃機関駆動成分の角速度変化量を算出し、
この内燃機関駆動成分の角速度変化量に基づいて失火判定を行うことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
前記内燃機関は複数の気筒を備える多気筒内燃機関であり、
前記失火判定は、複数気筒うち一つの失火判定対象気筒の内燃機関駆動成分の角速度変化量と、残りの複数気筒の中値となる内燃機関駆動成分の角速度変化量との偏差に基づいて判定す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。
前記発電動機の制御トルクと発電動機駆動成分の角速度変化量のマップを設定し、
前記発電動機の制御トルクが駆動トルクの場合角速度変化量を負の値とし、駆動トルクが増大するほど角速度変化量の絶対値が大きくなる一方、
前記発電動機の制御トルクが発電トルクの場合角速度変化量を正の値とし、発電トルクが増大するほど角速度変化量の絶対値が大きくなり、
さらに駆動トルクと発電トルクとの境界となる中立トルク範囲では角速度変化量をゼロとなるよう設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の失火検出装置。