JP2018127973A - 失火判定手段及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の半失火状態を適切に検出する。【解決手段】内燃機関の燃焼状態を示す燃焼相関パラメータに基づいて、上記内燃機関の失火度合を３段階以上に分けて判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、失火判定手段及び制御装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、エンジン（内燃機関）のクランク角の角加速度を算出し、各加速度に基づいて、各気筒の失火判定を行う燃焼状態検出装置が開示されている。特許文献１に開示された燃焼状態検出装置では、気筒ごとに、角加速度の時間偏差である角加速度偏差が所定の閾値よりも高い場合を失火と判定し、角速度偏差が所定の閾値以下の場合は失火していないと判定している。

特許第５３０５０４３号公報

ところで、内燃機関の燃焼室においては、特許文献１で「失火」と判定している完全失火以外にも、失火している可能性があるものの判定閾値を超えないために失火と判定されない場合や、燃料噴射量の不足により失火に近い状態に至る場合等、様々な燃焼不良が考えられる。しかしながら、特許文献１における燃焼状態検出装置は、「失火している」状態と、「失火していない」状態との二値的な判定を実施しているため、上記のような失火しているか曖昧な半失火状態を認識することが難しい。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、内燃機関の半失火状態を適切に検出することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、失火判定手段に係る第１の手段として、内燃機関の燃焼状態を示す燃焼相関パラメータに基づいて、上記内燃機関の失火度合を３段階以上に分けて判定する、という構成を採用する。

失火判定手段に係る第２の手段として、上記失火判定手段に係る第１の手段において、上記燃焼相関パラメータに基づいて算出される第１パラメータと、上記第１パラメータの時間変化量である第２パラメータとに基づいて上記失火度合を判定する、という構成を採用する。

失火判定手段に係る第３の手段として、上記失火判定手段に係る第１または第２の手段において、上記燃焼相関パラメータは、上記内燃機関のクランク角の瞬時角速度である、という構成を採用する。

失火判定手段に係る第４の手段として、上記失火判定手段に係る第１〜３のいずれかの手段において、複数回計測された完全失火状態の場合の上記燃焼相関パラメータの中心点を予め算出し、上記中心点からの距離に基づいて、上記失火度合の判定閾値を設定する、という構成を採用する。

制御装置に係る第１の手段として、上記失火判定手段に係る第１〜４のいずれかの手段の失火判定手段と、失火度合に基づいて内燃機関の制御値を算出する制御値算出手段と、上記制御値に基づいて制御を行う制御実行手段とを備える、という構成を採用する。

制御装置に係る第２の手段として、上記制御装置に係る第１の手段において、上記制御値算出手段は、上記制御値として、燃料噴射量を算出し、上記制御実行手段は、上記燃料噴射量に基づいて、燃料噴射制御を行う、という構成を採用する。

制御装置に係る第３の手段として、上記制御装置に係る第１または第２の手段において、上記制御値算出手段は、上記制御値として、上記内燃機関の燃焼室での点火タイミングを算出し、上記制御実行手段は、上記点火タイミングに基づいて、点火制御を行う、という構成を採用する。

本発明によれば、失火判定手段は、内燃機関の燃焼状態を、３段階以上に分けて判定する。したがって、「失火している」及び「失火していない」状態以外の状態についても判定することができ、従来は「失火していない」と判定されていた失火判定閾値に近い半失火状態を判定することができる。すなわち、失火判定手段は、内燃機関の半失火状態を適切に検出することができる。

本発明の一実施形態におけるＥＣＵのシステム構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における失火発生時の各燃焼相関パラメータの挙動の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態における二次元マッピングデータの一例である。 本発明の一実施形態におけるＥＣＵの失火判定処理を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるＥＣＵの燃焼補正処理を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明における制御装置の一実施形態として、ＥＣＵ１（制御装置）について説明する。本実施形態において、本発明に係る点火制御装置は、自動二輪車のＥＣＵ（Engine Control Unit）の一機能として組み込まれている。図１は、本実施形態におけるＥＣＵ１のシステム構成を示すブロック図である。

ＥＣＵ１は、内燃機関と、内燃機関に関わる各機関とを制御する制御装置であり、図１に示すように、燃焼状態算出部２と、失火判定部３（失火判定手段）と進角値算出部４（制御値算出手段）と、点火制御部５（制御実行手段）と、燃料噴射量算出部６（制御値算出手段）と、燃料噴射制御部７（制御実行手段）と、を備えている。燃焼状態算出部２は、不図示の内燃機関の回転角度センサからクランク角を取得し、クランク角の瞬時角速度（燃焼相関パラメータ）を算出する。また、燃焼状態算出部２は、内燃機関に設けられた内燃機関の回転数センサ、スロットル開度センサ及び吸入圧力センサから、それぞれ運転状態を取得しており、運転状態データとして記憶している。

失火判定部３は、燃焼状態算出部２よりクランク角の瞬時角速度を取得し、瞬時角速度にコムフィルタを適用することにより、パラメータＡ（第１パラメータ）を算出する。さらに、失火判定部３は、パラメータＡの時間変化量をパラメータＢ（第２パラメータ）として算出することで、パラメータＡを第１軸、パラメータＢを第２軸とした二次元マッピング上で失火判定を行う。また、失火判定部３は、完全失火と判定された場合に、車両の表示装置に失火を表示させる。

図２は、本実施形態における失火発生時の各燃焼相関パラメータの挙動の一例を示すグラフである。図２の上段は瞬時角速度のデータを示し、中段はパラメータＡのデータを示し、下段はパラメータＢのデータを示している。図２に示すように、パラメータＡは、クランク角の瞬時角速度にコムフィルタを適用することにより、失火発生による数値の変化以外の成分を減衰させている。パラメータＢは、パラメータＡの時間変化量であり、失火発生直後にパラメータＡに発生する数値の揺り戻しによるノイズを減衰させることができる。

図３は、本実施形態における二次元マッピングデータの一例である。本実施形態においては、図３に示すように、パラメータＡを横軸、パラメータＢを縦軸として二次元マッピングを作成している。失火判定部３は、予め実験により求められた判定基準である中心点Ｐ（Ａ１，Ｂ１）と、この中心点Ｐからの二次元的距離についての判定閾値である第１閾値Ｘ及び第２閾値Ｙ（Ｘ＜Ｙ）を記憶している。また、図３に示すマッピングデータでは、パラメータＡが所定の値Ａ２（Ａ１＜Ａ２）以上の領域及びパラメータＢが所定の値Ｂ２（Ｂ１＜Ｂ２）以上の領域について、計測対象外としている。ＥＣＵ１は、このような計測対象外の領域に含まれるデータを計測した場合には、計測エラーとして、処理をスキップする。

失火判定部３は、算出されたパラメータＡ及びパラメータＢが、第１閾値Ｘ以下の場合を完全失火と判定し、第１閾値Ｘより大きくかつ第２閾値Ｙ以下である場合には、半失火と判定する。さらに、失火判定部３は、算出されたパラメータＡ及びパラメータＢが、第２閾値より大きい場合には、正常と判定する。また、失火判定部３は、半失火については、例えば、第２閾値を０、第１閾値を１として、中心点Ｐからの二次元的距離に応じて半失火点数として算出する。当該半失火点数は半失火判定が行われるたびに記憶され、半失火点数が点数閾値を超えると、燃焼補正処理が実施される。

進角値算出部４は、燃焼状態算出部２から取得した運転状況に合わせて、内燃機関の点火進角値（点火タイミング）を算出している。さらに、進角値算出部４は、失火判定部３により半失火点数が点数閾値を超えたと判断されると、点火進角値を進角または遅角させる補正を実施する。点火制御部５は、燃焼補正処理として、進角値算出部４により算出された進角値（制御値）に基づいて内燃機関に設けられた不図示の点火装置の点火制御を実施する。

燃料噴射量算出部６は、燃焼状態算出部２から運転状況に合わせて内燃機関の燃焼室への燃料噴射量を算出している。さらに、燃料噴射量算出部６は、点火制御部５による燃焼補正処理が完了し、かつ半失火が改善されない場合に、燃料噴射量の増加または減少を伴う燃料噴射量の補正を実施する。燃料噴射制御部７は、燃焼補正処理として、燃料噴射量算出部６により算出された燃料噴射量（制御値）に基づいて、内燃機関に設けられた不図示の燃料噴射装置の燃料噴射制御を実施する。

このような本実施形態におけるＥＣＵ１の失火判定装置としての動作を、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態におけるＥＣＵ１の失火判定処理を説明するフローチャートである。
まず、燃焼状態算出部２により、燃焼状態が算出される（ステップＳ１）。ステップＳ１では、燃焼状態算出部２がクランク角度センサからクランク角を取得し、クランク角の瞬時角速度を算出する。次に、失火判定部３により、パラメータＡ及びパラメータＢが算出される（ステップＳ２）。ステップＳ２では、失火判定部３が、瞬時角速度にコムフィルタを適用することにより、パラメータＡを算出し、記憶する。さらに、失火判定部３は、パラメータＡの時間変化量を微分により算出し、記憶する。

続いて、失火判定部３により、中心点Ｐからの距離Ｌが算出される（ステップＳ３）。ステップＳ３では、失火判定部３が、ステップＳ２において求めたパラメータＡ及びパラメータＢと、中心点Ｐ（Ａ１，Ｂ１）との距離Ｌを算出する。さらに、失火判定部３により、距離Ｌが第１閾値Ｘよりも大きいかが判断される（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、距離Ｌが第１閾値Ｘよりも大きい場合、すなわち、判断がＹＥＳの場合には、失火判定部３により、距離Ｌが第２閾値Ｙよりも大きいかが判断される（ステップＳ５）。ステップＳ５において、距離Ｌが第２閾値Ｙよりも大きい場合、すなわち、判断がＹＥＳの場合には、失火判定部３により、燃焼状態が「正常」であると判断される（ステップＳ６）。

また、ステップＳ４において、距離Ｌが第１閾値以下である場合、すなわち、判断がＮＯの場合には、失火判定部３により、「完全失火」と判定される（ステップＳ７）。さらに、失火判定部３が、表示装置に完全失火を知らせる表示を行い（ステップＳ８）、処理を完了する。

また、ステップＳ５において、距離Ｌが第２閾値以下である場合、すなわち、判断がＮＯの場合には、失火判定部３により、「半失火」と判定される（ステップＳ９）。さらに、失火判定部３により、距離Ｌの大きさに応じた点数の算出が行われる（ステップＳ１０）。ステップＳ１０では、失火判定部３が、予め記憶している算出方法に基づいて、距離Ｌが小さいほど点数が高くなるように重み付けして、点数を算出する。なお、点数は、例えば、距離Ｌの大きさが第１閾値と等しい場合の点数が１．０点、第２閾値Ｙと等しい場合の点数が０．０点となるように、距離Ｌに応じて設定されている。

次に、失火判定部３により、点数が点数閾値以上であるかが判定される（ステップＳ１１）。ステップＳ１１では、失火判定部３は、点数が予め記憶している点数閾値以上であるかを判断する。なお、点数閾値は、０．０から１．０の間の数値が設定される。ステップＳ１１において、点数が点数閾値以上である場合、すなわち、判断がＹＥＳの場合、失火判定部３により、燃焼補正処理が指示され（ステップＳ１２）、処理が完了する。ステップＳ１２では、失火判定部３が、進角値算出部４へと進角値の補正を指示する。

次に、ＥＣＵ１の、燃焼補正処理の動作を、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態におけるＥＣＵ１の燃焼補正処理を説明するフローチャートである。
まず、進角値算出部４により、進角値の進角方向への補正が行われる（ステップＳ２１）。ステップＳ２１では、進角値算出部４が、現状の進角値に対してより進角方向となるように補正進角値を算出する。なお、進角値算出部４は、ステップＳ２１における補正量を、算出された距離Ｌの値に依存して決定する。次に、点火制御部５により、点火制御が行われる（ステップＳ２２）。ステップＳ２２では、点火制御部５が、進角値算出部４により算出された補正進角値に基づいて、内燃機関に設けられた不図示の点火装置を制御する。

続いて、失火判定部３により、距離Ｌが第２閾値Ｙよりも大きいかが判断される（ステップＳ２３）。ステップＳ２３では、燃焼状態算出部２及び失火判定部３が、図４に示すフローチャートのステップＳ１〜ステップＳ３に基づいて、ステップＳ２２が実施された後の距離Ｌを算出し、この距離Ｌと第２閾値Ｙとの比較を実施する。ステップＳ２３において、距離Ｌが第２閾値Ｙよりも小さいと判断された場合、すなわち、判断がＹＥＳの場合には、半失火状態が改善されていないため、進角値算出部４により、進角値の遅角方向への補正が行われる（ステップＳ２４）。ステップＳ２４では、失火判定部３の指示に基づいて、進角値算出部４が、現状の進角値に対してより遅角方向となるように補正進角値を算出する。なお、進角値算出部４は、ステップＳ２４における補正量を、ステップＳ２３において算出された距離Ｌの値に依存して決定する。次に、点火制御部５により、点火制御が行われる（ステップＳ２５）。

続いて、失火判定部３により、距離Ｌが第２閾値Ｙよりも大きいかが判断される（ステップＳ２６）。ステップＳ２６では、失火判定部３が、ステップＳ２３と同様に距離Ｌを算出し、第２閾値Ｙとの比較を実施する。ステップＳ２６において、距離Ｌが第２閾値Ｙよりも小さいと判断された場合、すなわち、判断がＹＥＳの場合には、半失火状態が改善されていないため、燃料噴射量算出部６により燃料噴射量の増量補正が実施される（ステップＳ２７）。ステップＳ２７では、失火判定部３からの指示に基づいて、燃料噴射量算出部６が、現状の燃料噴射量に対して増量された補正燃料噴射量を算出する。なお、燃料噴射量算出部６は、ステップＳ２７における補正量を、ステップＳ２６において算出された距離Ｌの値に依存して決定する。さらに、燃料噴射制御部７により、燃料噴射制御が実施される（ステップＳ２８）。ステップＳ２８では、燃料噴射制御部７が、補正燃料噴射量に基づいて、燃料噴射装置を制御する。

続いて、失火判定部３により、距離Ｌが第２閾値Ｙよりも大きいかが判断される（ステップＳ２９）。ステップＳ２９では、失火判定部３が、ステップＳ２３と同様に距離Ｌを算出し、第２閾値Ｙとの比較を実施する。ステップＳ２９において、距離Ｌが第２閾値Ｙよりも小さいと判断された場合、すなわち、判断がＹＥＳの場合には、半失火状態が改善されていないため、燃料噴射量算出部６により燃料噴射量の減量補正が実施される（ステップＳ３０）。なお、燃料噴射量算出部６は、ステップＳ３０における補正量を、ステップＳ２９において算出された距離Ｌの値に依存して決定する。さらに、燃料噴射制御部７により、燃料噴射制御が実施される（ステップＳ３１）。ステップＳ３１では、燃料噴射制御部７が、補正燃料噴射量に基づいて、燃料噴射装置を制御する。最後に、燃料噴射量算出部６により燃料噴射量が記憶され、処理が完了する。

また、ステップＳ２３において、距離Ｌが第２閾値Ｙ以上と判断された場合、すなわち、判断がＮＯの場合には、半失火状態が改善されているため、進角値算出部４により補正進角値が記憶され（ステップＳ３３）、処理が完了する。さらに、ステップＳ２６において、距離Ｌが第２閾値Ｙ以上と判断された場合、すなわち、判断がＮＯの場合には、同様に、ステップＳ３３が実施される。さらに、ステップＳ２９において、距離Ｌが第２閾値Ｙ以上と判断された場合、すなわち、判断がＮＯの場合には、ステップＳ３２が実施される。

このような本実施形態におけるＥＣＵ１によれば、失火判定部３により、失火度合を「正常」、「半失火」及び「完全失火」の３段階で評価している。このような評価を実施することにより、従来は「失火していない」と判断された燃焼状態についても、燃焼状態に異常がある場合をＥＣＵ１が把握することができる。すなわち、本実施形態におけるＥＣＵ１は、内燃機関の半失火状態を適切に検出することができる。

本実施形態におけるＥＣＵ１によれば、失火判定部３は、クランク角の瞬時角速度に基づくパラメータＡと、パラメータＡの時間変化量であるパラメータＢとの二次元マッピングに基づいて、失火度合を判定している。パラメータＡは、計測された瞬時角速度のデータに対してコムフィルタを適用したものであり、瞬時角速度のデータから失火による変化の成分を減衰させ、失火による変化の成分を抽出することができる。また、パラメータＢは、パラメータＡのデータから、失火による変化の揺り戻しの成分を減衰させることができ、失火度合の判定におけるノイズ成分を除去することができる。したがって、このような２つのパラメータを用いることにより、失火判定をより正確に実施することができる。

また、本実施形態におけるＥＣＵ１によれば、完全失火状態を示す領域の中心点Ｐを算出し、この中心点からの距離Ｌに基づいて、失火度合を判定している。これにより、例えば、パラメータＡまたはパラメータＢにおける数値にバラツキがある場合においても、二次元マッピング上において、完全失火及び半失火を検出することができる。

また、本実施形態におけるＥＣＵ１は、半失火状態と判定した場合に、燃焼補正処理を実施している。これにより、ＥＣＵ１は、燃焼が不安定な状態である半失火状態を改善させることができる。したがって、走行性を向上させると共に、燃費の向上を図ることができる。

また、本実施形態におけるＥＣＵ１によれば、「半失火」の判定をされたデータについて、さらに０〜１．０の点数付けを行い、さらに所定期間に記憶された点数を加算して評価することにより、頻繁に半失火状態となる場合を検出することができる。したがって、燃焼状態が不安定な場合の挙動と、計測ノイズとを分離することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

（１）上記実施形態においては、燃焼相関パラメータとして、クランク角の瞬時角速度を用いているが、本発明はこれに限定されない。燃焼相関パラメータは、瞬時エンジン回転数またはパルス間時間を適用することも可能である。

（２）また、上記実施形態においては、燃焼補正処理として、進角値の補正を実施した後に、燃焼状態が改善しない場合に燃料噴射量の補正を実施する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。燃焼補正処理は、燃料噴射量の補正を実施した後に進角値の補正を実施することも可能である。

（３）また、上記実施形態においては、失火度合を、「正常」「半失火」「完全失火」の３段階で評価している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、失火判定部３は、例えば、「正常」「僅かに失火可能性あり」「失火可能性あり」「完全失火」のように４段階で判定することも可能である。なお、この場合、例えば、燃焼補正処理は、失火可能性ありの状態に対して適用することが考えられる。

（４）また、ＥＣＵ１により、「半失火」と判定された場合について、燃焼状態算出部２により、内燃機関の負荷状態（内燃機関回転数、スロットル開度等）が記録され、失火判定部３が記録された負荷状態において所定回数にわたって「半失火」と判定した場合に、上記燃焼補正処理を実施する構成としてもよい。

（５）また、失火判定部３が算出された点数を記憶し、所定期間にわたり記録された半失火点数の累積値が、点数閾値を超えた場合に燃焼補正処理を実施する構成とすることも可能である。

（６）また、ＥＣＵ１は、半失火の判定記録をエンジン回転数、バルブ吸入圧等のデータと共に記憶することにより、車検等のメンテナンス時において読み出すことにより、不良原因の検出において利用することも可能である。

１……ＥＣＵ
２……燃焼状態算出部
３……失火判定部
４……進角値算出部
５……点火制御部
６……燃料噴射量算出部
７……燃料噴射制御部

Claims (7)

1. 内燃機関の燃焼状態を示す燃焼相関パラメータに基づいて、前記内燃機関の失火度合を３段階以上に分けて判定することを特徴とする失火判定手段。
2. 前記燃焼相関パラメータに基づいて算出される第１パラメータと、前記第１パラメータの時間変化量である第２パラメータとに基づいて前記失火度合を判定する
   ことを特徴とする請求項１記載の失火判定手段。
3. 前記燃焼相関パラメータは、前記内燃機関のクランク角の瞬時角速度であることを特徴とする請求項１または２記載の失火判定手段。
4. 複数回計測された完全失火状態の場合の前記燃焼相関パラメータの中心点を予め算出し、前記中心点からの距離に基づいて、前記失火度合の判定閾値を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の失火判定手段。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の失火判定手段と、失火度合に基づいて内燃機関の制御値を算出する制御値算出手段と、前記制御値に基づいて制御を行う制御実行手段とを備えることを特徴とする制御装置。
6. 前記制御値算出手段は、前記制御値として、燃料噴射量を算出し、
   前記制御実行手段は、前記燃料噴射量に基づいて、燃料噴射制御を行う
   ことを特徴とする請求項５記載の制御装置。
7. 前記制御値算出手段は、前記制御値として、前記内燃機関の燃焼室での点火タイミングを算出し、
   前記制御実行手段は、前記点火タイミングに基づいて、点火制御を行う
   ことを特徴とする請求項５または６記載の制御装置。

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