JP2013068092A

JP2013068092A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2013068092A
Application number: JP2011205213A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Fukuhara; 光浩福原
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: JP5843543B2

Abstract

【課題】機関の回転変動に基づく失火判定における誤検出を減らす。特にＥＧＲ中の失火判定において正常燃焼したにもかかわらず失火したと誤判定することを予防することができる。
【解決手段】内燃機関の回転速度の変動から失火したか否かを判定する内燃機関の制御装置において、内燃機関に付帯するＥＧＲ装置を作動させてＥＧＲを行っている場合において回転速度と比較する判定閾値を、ＥＧＲ中に反復的に計測した回転速度及びその発生頻度の分布に基づいて学習し更新することとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の回転速度を常時監視し、回転速度の変動から気筒内での失火を検出することが既知である（例えば、下記特許文献を参照）。図４に示すように、クランクシャフトが所定角度回転するのに要する時間を横軸にとり、その所要時間の出現頻度を縦軸にとると、失火せず正常に燃焼した場合の所要時間の分布（実線で示す）と、失火した場合の所要時間の分布（破線で示す）との間には差異が存在する。そこで、両分布の間に位置する閾値を設定しておき、クランクシャフトが所定角度回転するのに要した時間を実測してこの判定閾値と比較することで、失火したか否かの判定を行うことが可能である。

ところで、近時の車両用内燃機関においては、ポンピングロスの低減やＮＯ_xの排出量の削減を企図してＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を付帯させていることが少なくない。

ＥＧＲ装置を作動させ、排気の一部を吸気系に還流させて吸気に混入するＥＧＲを実行すると、図４中に鎖線で示すように、クランクシャフトが所定角度回転する所要時間の分布に変化が現れる。このため、分布の裾の部分が判定閾値を超えてしまい、正常に燃焼したにもかかわらず失火が発生したと誤検出することがあった。

特開平０７−３１０５８６号公報

本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであり、機関の回転変動に基づく失火判定における誤検出を減らすことを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関の回転速度の変動から失火したか否かを判定する内燃機関の制御装置であって、内燃機関に付帯するＥＧＲ装置を作動させてＥＧＲを行っている場合において回転速度と比較する判定閾値を、ＥＧＲ中に反復的に計測した回転速度及びその発生頻度の分布に基づいて学習し更新することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、機関の回転変動に基づく失火判定における誤検出を減らすことができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。同実施形態の制御装置が実施するＥＧＲ中の失火判定の閾値について説明する図。同実施形態の制御装置が実施するＥＧＲ中の失火判定における、機関の回転速度の指標となる所要時間の実測値の時系列を示す図。従来のＥＧＲ中の失火判定の閾値について説明する図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。

内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３内の吸気温を検出する温度センサから出力される吸気温信号ｄ、吸気通路３内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力される排気カム信号ｇ等が入力される。エンジン回転センサは、１０°ＣＡ（クランク角度）毎にパルス信号ｂを発する。カム角センサは、７２０°ＣＡを気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば２４０°ＣＡ毎にパルス信号ｇを発する。

出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｊ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）及びＥＧＲバルブ２２の開度といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能であるので説明を割愛する。しかして、運転パラメータに対応した各種制御信号ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、内燃機関の回転速度を常時監視し、その回転速度の変動から気筒１内での失火を検出する。ＥＣＵ０は、クランクシャフトが所定角度（例えば、３０°ＣＡ）回転するのに要する時間をエンジン回転センサから出力される信号ｂを参照して反復的に計測し、その計測した所要時間を判定閾値と比較して、所要時間が判定閾値よりも大きくなったとき、つまりは回転速度が判定閾値以下に低下したときに、失火が発生したものと判定する。

判定閾値は、排気の一部を吸気に混入するＥＧＲを行っている場合と行っていない場合とで相異する。アイドル運転時や高負荷運転時等の、ＥＧＲを行っていない場合における判定閾値は、従前通り、予め与えられた値とする。

これに対し、ＥＧＲを行っている場合における判定閾値は、運転中に学習して更新する。ＥＣＵ０は、以下の条件（Ａ）ないし（Ｅ）のうち少なくとも一つが成立するときに、ＥＧＲ中であると判断する。
（Ａ）ＥＣＵ０で決定した要求ＥＧＲ率が０でない、または正の所定値以上である
（Ｂ）ＥＧＲバルブ２２の開度が０でない（全閉していない）、または正の所定値以上である
（Ｃ）サージタンク３４における吸気圧がＥＧＲ中であることを示唆する値となっている（通常、ＥＧＲ中と非ＥＧＲ中とでは吸気圧が異なる）
（Ｄ）サージタンク３４における吸気温がＥＧＲ中であることを示唆する値となっている（通常、ＥＧＲ中と非ＥＧＲ中とでは吸気温が異なる）
（Ｅ）吸気通路３に向けて還流するＥＧＲガスの流れを感知できるセンサがＥＧＲ通路または吸気通路３に設けられているならば、そのセンサによりＥＧＲガスの流れを検出している、または検出したＥＧＲガス流量が所定値以上である
因みに、ＥＧＲバルブ２２の開閉操作を通じたＥＧＲ制御には遅延が存在するので、条件（Ａ）や（Ｂ）が成立しているとしても、実際に吸気にＥＧＲガスが混交していると常に断ずることはできない。そこで、上記の条件のうちの複数が同時に成立している、特に（Ｃ）及び／または（Ｄ）が成立している場合に、ＥＧＲを実行中であると判断することが好ましい。

ＥＣＵ０は、ＥＧＲの実行中、クランクシャフトが所定角度回転する所要時間を、当該所定角度毎に反復的に計測し続ける。そして、気筒１内で失火が起こっていないと思われる状況下での実測所要時間の発生頻度の分布を得るとともに、その分布に基づいて判定閾値を算出し、学習値としてメモリに記憶する。

図２に示しているように、失火が起こっていないと思われる状況下での所要時間の平均をＡ、同状況下での所要時間の分布の標準偏差をσ、係数をｋとおくと、ＥＧＲ中の失火判定に用いる新たな判定閾値の学習値＝Ａ＋ｋσとなる。係数ｋは、例えば４とする。

ＥＧＲ中の判定閾値の学習では、気筒１内で失火が起こったと思しき状況下で計測された所要時間の実測値を破棄する必要がある。ＥＣＵ０は、反復的に計測した所要時間の実測値のうち、以下の条件（ｉ）ないし（iv）のうち少なくとも一つが成立したときに計測された実測値は除いた上で、所要時間の平均Ａ及び標準偏差σを演算し、ひいては新たな判定閾値を算定する。換言すれば、条件（ｉ）ないし（iv）のうち少なくとも一つが成立しているときには、判定閾値の学習及び更新を実施しない。
（ｉ）気筒１に充填されるガスの空燃比が所定以上のリーンである
（ii）要求ＥＧＲ率が所定以上に高い、またはＥＧＲバルブ２２の開度が所定以上に大きい
（iii）所要時間の実測値の極大値が突き抜けて大きくなった
（iv）所要時間の実測値が学習して記憶している判定閾値を超えている
（ｉ）及び（ii）は、失火するおそれが比較的高い状況であることから、そのときの実測値を実際に失火したかどうかによらず機械的に排除するものである。

（iii）は、所要時間の実測値の時系列から、失火が現実に起こったと推定するものである。機関の回転速度は、点火直前に最も衰え、燃料の燃焼により再び加速する。それ故、図３に例示するように、所要時間の実測値の時系列は、各気筒１における点火（の直前）の時点ｔ₀、ｔ₁、ｔ₃、ｔ₄に極大値となり、点火の後に減少する。失火が発生した場合、失火時点ｔ₂以後の所要時間の実測値は減少せず、逆に増加する。そして、次の気筒１の点火時点ｔ₃にて正常燃焼した暁には、機関の回転速度が回復し、所要時間の実測値が減少してゆく。このように、点火時点における所要時間の実測値が、他の点火時点における極大値に比べて所定以上大きくなった場合には、過去に失火が起こったものと推定し、失火時点ｔ₂やその後の点火燃焼時点ｔ₃等を含む一定範囲の実測値の時系列を除いて、所要時間の平均Ａ及び標準偏差σを演算する。

その上で、ＥＣＵ０は、ＥＧＲ中、計測した所要時間の実測値を、学習して記憶した判定閾値Ａ＋ｋσと比較して、失火したか否かの判定を下す。ＥＧＲの実行を終了した後は、判定閾値を元の予め与えられている値に戻す。

本実施形態によれば、内燃機関の回転速度の変動から失火したか否かを判定するものであって、内燃機関に付帯するＥＧＲ装置２を作動させてＥＧＲを行っている場合において回転速度と比較する判定閾値を、ＥＧＲ中に反復的に計測した回転速度及びその発生頻度の分布に基づいて学習し更新することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成したため、ＥＧＲ中の失火判定において正常燃焼したにもかかわらず失火したと誤判定することを予防することができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
２…ＥＧＲ装置

Claims

内燃機関の回転速度の変動から失火したか否かを判定する内燃機関の制御装置であって、
内燃機関に付帯するＥＧＲ装置を作動させてＥＧＲを行っている場合において回転速度と比較する判定閾値を、ＥＧＲ中に反復的に計測した回転速度及びその発生頻度の分布に基づいて学習し更新することを特徴とする内燃機関の制御装置。