JP2019100300A - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記特定クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度を検出すると共に、前記クランク角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度、及び前記クランク角加速度の時間変化率であるクランク角躍度を算出する角度情報算出部と、
前記クランク角躍度に基づいて、前記内燃機関の1回の燃焼行程に対応して設定した判定期間における前記クランク角躍度の変動量を算出し、前記クランク角躍度の変動量に基づいて、前記1回の燃焼行程の間における失火の有無を判定する失火判定部と、
を備えるものである。
前記特定クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度を検出すると共に、前記クランク角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度、及び前記クランク角加速度の時間変化率であるクランク角躍度を算出する角度情報算出ステップと、
前記クランク角躍度に基づいて、前記内燃機関の1回の燃焼行程に対応して設定した判定期間における前記クランク角躍度の変動量を算出し、前記クランク角躍度の変動量に基づいて、前記1回の燃焼行程の間における失火の有無を判定する失火判定ステップと、
を実行するものである。
実施の形態1に係る内燃機関の制御装置50(以下、単に制御装置50と称す)について図面を参照して説明する。図1及び図2は、本実施の形態に係る内燃機関1及び制御装置50の概略構成図であり、図3は、本実施の形態に係る制御装置50のブロック図である。内燃機関1及び制御装置50は、車両に搭載され、内燃機関1は、車両(車輪)の駆動力源となる。
まず、内燃機関1の構成について説明する。図1に示すように、内燃機関1は、空気と燃料の混合気を燃焼する気筒7を備えている。内燃機関1は、気筒7に空気を供給する吸気路23と、気筒7で燃焼した排気ガスを排出する排気路17とを備えている。内燃機関1は、ガソリンエンジンとされている。内燃機関1は、吸気路23を開閉するスロットルバルブ4を備えている。スロットルバルブ4は、制御装置50により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブとされている。スロットルバルブ4には、スロットルバルブ4の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ19が設けられている。
次に、制御装置50について説明する。
制御装置50は、内燃機関1を制御対象とする制御装置である。図3に示すように、制御装置50は、角度情報算出部51、失火判定部52、及び失火報知部53等の制御部を備えている。制御装置50の各制御部51、52、53等は、制御装置50が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置50は、図4に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93等を備えている。
角度情報算出部51は、特定クランク角センサとされた第2クランク角センサ6の出力信号に基づいて、クランク角度θdを検出すると共に、クランク角度θdの時間変化率であるクランク角速度ωd、及びクランク角速度ωdの時間変化率であるクランク角加速度αd、及びクランク角加速度αdの時間変化率であるクランク角躍度δdを算出する。本実施の形態では、角度情報算出部51は、角度情報検出部60、角度情報補正部61、及び補正後角度情報算出部62を備えており、リングギア25の歯の製造ばらつき等による角度情報の誤差を補正するように構成されている。
角度情報検出部60は、図5に示すように、第2クランク角センサ6の出力信号に基づいてクランク角度θdを検出すると共にクランク角度θdを検出した検出時刻Tdを検出する。そして、角度情報検出部60は、検出したクランク角度θdである検出角度θd及び検出時刻Tdに基づいて、検出角度θdの間の角度区間Sdに対応する角度間隔Δθd及び時間間隔ΔTdを算出する。
Δθd(n)=θd(n)−θd(n−1) ・・・(1)
本実施の形態では、リングギア25の歯の角度間隔は、全て等しくされているので、角度情報検出部60は、全ての角度識別番号nの角度間隔Δθdを、予め設定された角度(本例では4deg)に設定する。
ΔTd(n)=Td(n)−Td(n−1) ・・・(2)
角度情報補正部61は、角度区間Sdのそれぞれの角度間隔Δθd又は時間間隔ΔTdを、角度区間Sdのそれぞれに対応して1つずつ設けた補正値Kcにより補正する。この補正値Kcは、リングギア25の歯の角度間隔の微小なばらつきを補正するためのものであり、リングギア25を内燃機関1に組み付ける前であれば、例えば、リングギア25を単体で一定速度にて回転させた時の、平均時間間隔と角度区間Sdの時間間隔ΔTdの比を用いて、角度区間Sdのそれぞれの補正値Kcを予め算出しておき、それを記憶しておいて用いることができる。また、リングギア25を内燃機関1に組み付けた後であれば、例えば、特許第6012892号公報に開示されている技術と同様に、内燃機関1が燃料カット中などの一定速度で回転している条件下において、角度区間Sdのそれぞれのクランク角躍度δdがゼロに近づくように、角度区間Sdのそれぞれの補正値Kcを変化させてもよい。より簡単には、補正値Kcで補正する代わりに、角度区間Sdの前後にわたる時間間隔ΔTdの移動平均値又は重み付平均値を、角度区間Sdのそれぞれの補正後の時間間隔ΔTdcとして算出するようにしてもよい。
Δθdc(n)=Kc(n)×Δθd(n)
又は ・・・(3)
ΔTdc(n)=Kc(n)×ΔTd(n)
補正後角度情報算出部62は、角度区間Sdのそれぞれの補正値Kcによる補正後の角度間隔Δθdc及び時間間隔ΔTdcに基づいて、検出角度θd又は角度区間Sdのそれぞれに対応する、クランク角度θdの時間変化率であるクランク角速度ωd、及びクランク角速度ωdの時間変化率であるクランク角加速度αd、及びクランク角加速度αdの時間変化率であるクランク角躍度δdを算出する。
ωd(n)=Δθdc(n)/ΔTdc(n) ・・・(4)
αd(n)={ωd(n+1)−ωd(n)}
/{ΔTdc(n+1)+ΔTdc(n)}×2 ・・・(5)
δd(n)={αd(n+1)−αd(n−1)}
/{ΔTdc(n+1)+ΔTdc(n)} ・・・(6)
1−2−2−1.失火判定の原理
クランク角躍度δdにより、失火の有無を判定できる原理について説明する。一般に、回転軸周りの運動方程式は式(7)のように書くことができる。
I×dω/dt=I×α=T ・・・(7)
ここで、Iはイナーシャであり、ωは角速度であり、αは角加速度であり、Tはトルクである。この式は、回転軸周りにトルクがかかると、イナーシャの大きさに反比例した角加速度で回転し、トルクがかからない場合は、一定の角速度で回転すると解釈できる。
Ieng×dωd/dt=Ieng×αd=Tg−Tload ・・・(8)
ここで、Iengは内燃機関のイナーシャであり、ωdはクランク角速度であり、αdはクランク角加速度であり、Tgは燃焼により発生するトルクであり、Tloadは負荷トルクであり、内燃機関や動力伝達機構の摩擦抵抗や車両の走行抵抗などの全ての負荷の合計である。
1回の燃焼行程間の発生トルクの平均値と負荷トルクの平均値が一致している場合、式(8)の右辺はゼロになるので、内燃機関は一定速度で回転していることを示す。これは、例えば内燃機関の回転速度が一定である定常運転状態を示している。また、Tg−Tload>0の場合は、内燃機関は加速している状態であり、Tg−Tload<0の場合は減速している状態である。失火時はTg=0となるので、減速状態となる。このような複数の燃焼行程の間での加速・減速・定常の変化に基づいて失火検出を行う例が、上述の特許文献2に示されるような方法であると言える。しかしながら、内燃機関は間欠的にトルクを発生させる機関であるので、1回の燃焼行程間でのトルクの変化を詳細に見ると、少し様子は変わってくる。
上述のように内燃機関は間欠的にトルクを発生させる機関であるので、1回の燃焼行程間でも、混合気が急速に燃焼している急速燃焼期間と、混合気が急速に燃焼していない非急速燃焼期間が存在している。また、燃焼期間は通常40〜60deg程度の期間であるので、1回の燃焼行程間(3気筒エンジンなら240deg、4気筒エンジンなら180deg)では燃焼していない非燃焼期間の方が一般に長くなる。
1回の燃焼行程間のトルク変動を検出する方法について説明する。ここで改めて式(7)にて、イナーシャを一定と考えると、トルクと角加速度は比例の関係にあることがわかる。今はトルクの変化が知りたいので、式(7)を更に微分した式(9)を考える。
I×dα/dt=I×δ=dT/dt ・・・(9)
ここでδは角躍度である。式(9)は、トルクの微分値、つまり、トルクの時間変化率と角躍度は比例関係にあることを示しているので、これを内燃機関のクランク軸周りで考えると、トルク変動がクランク角躍度に比例する関係にあると言える。つまり、1回の燃焼行程間のクランク角躍度の変動を捉えることができれば、1回の燃焼行程間のトルク変動を捉えたことになり、前述の通り、容易に失火検出を行うことができるようになる。
そこで、以上で説明した失火判定の原理に基づいて、失火判定部52は、クランク角躍度δdに基づいて、1回の燃焼行程に対応して設定した判定期間におけるクランク角躍度の変動量を算出し、クランク角躍度の変動量に基づいて、1回の燃焼行程の間における失火の有無を判定するように構成されている。本実施の形態では、失火判定部52は、角躍度最大値算出部70、角躍度最小値算出部71、及び変動量失火判定部72を備えている。
角躍度最大値算出部70は、補正後角度情報算出部62により算出されたクランク角躍度δdに基づいて、1回の燃焼行程に対応して設定した判定期間におけるクランク角躍度の最大値δdmaxを算出する。本実施の形態では、角躍度最大値算出部70は、1回の燃焼行程の前側に設定された前期間におけるクランク角躍度δdの中の最大値を、クランク角躍度の最大値δdmaxとして算出する。前期間は、混合気が急速に燃焼している急速燃焼期間に対応して予め設定され、例えば、B05degからA55degの期間に予め設定される。角躍度最大値算出部70は、点火時期等の運転条件に応じて、前期間を変化させてもよい。
角躍度最小値算出部71は、補正後角度情報算出部62により算出されたクランク角躍度δdに基づいて、1回の燃焼行程に対応して設定した判定期間におけるクランク角躍度の最小値δdminを算出する。本実施の形態では、角躍度最小値算出部71は、前期間の直前に設定された直前期間、及び前期間の直後に設定された後期間の一方又は双方(本例では、後期間のみ)におけるクランク角躍度δdの中の最小値を、クランク角躍度の最小値δdminとして算出するように構成されている。直前期間は、急速燃焼期間の直前の期間に対応して予め設定され、例えば、B65degからB05degの期間に予め設定される。後期間は、混合気が急速に燃焼していない非急速燃焼期間に対応して予め設定され、例えば、A55degからA115degの期間に予め設定される。角躍度最小値算出部71は、点火時期等の運転条件に応じて、直前期間、後期間を変化させてもよい。
変動量失火判定部72は、クランク角躍度の最大値δdmaxとクランク角躍度の最小値δdminの差Δδd(=δdmax−δdmin)をクランク角躍度の変動量Δδdとして算出する。そして、変動量失火判定部72は、クランク角躍度の変動量Δδdが、予め設定した失火判定値より大きい場合は、対応する1回の燃焼行程では、失火しておらず燃焼したと判定し、クランク角躍度の変動量Δδdが失火判定値以下の場合は、対応する1回の燃焼行程では、失火しており、燃焼していないと判定する。変動量失火判定部72は、失火の判定結果を記憶装置91に記憶する。例えば、変動量失火判定部72は、失火したと判定した場合に、失火したと判定した結果を、失火したと判定した1回の燃焼行程に対応する気筒番号に関連付けて、記憶装置91に記憶する。
失火報知部53は、失火判定部52による失火の判定結果を、報知装置34を介してユーザに報知する。例えば、失火報知部53は、失火の発生頻度が、予め設定された頻度判定値よりも高い場合は、報知装置34としての故障警告灯を点灯させる。また、失火報知部53は、運転席のメーターパネルに設けられた、報知装置34としての表示画面に、失火の判定結果の情報を表示させる。失火報知部53は、失火の判定結果を、OBD(On Board Diagnostic)の故障情報の1つとして、車両に接続された報知装置34としての車両診断装置に伝達する。
本実施の形態に係る制御装置50の概略的な処理の手順(内燃機関1の制御方法)について、図9に示すフローチャートに基づいて説明する。図9のフローチャートの処理は、演算処理装置90が記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行することにより、例えば所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
Claims (5)
- クランク軸と一体回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク角度に設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出する特定クランク角センサと、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記特定クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度を検出すると共に、前記クランク角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度、及び前記クランク角加速度の時間変化率であるクランク角躍度を算出する角度情報算出部と、
前記クランク角躍度に基づいて、前記内燃機関の1回の燃焼行程に対応して設定した判定期間における前記クランク角躍度の変動量を算出し、前記クランク角躍度の変動量に基づいて、前記1回の燃焼行程の間における失火の有無を判定する失火判定部と、
を備える内燃機関の制御装置。 - 前記失火判定部は、前記クランク角躍度に基づいて、前記1回の燃焼行程に対応した前記判定期間における前記クランク角躍度の最大値と前記クランク角躍度の最小値を算出し、前記クランク角躍度の最大値と前記クランク角躍度の最小値の差を前記クランク角躍度の変動量として算出する請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記失火判定部は、
前記1回の燃焼行程の前側に設定された前期間における前記クランク角躍度の中の最大値を、前記クランク角躍度の最大値として算出し、
前記前期間の直前に設定された直前期間、及び前記前期間の直後に設定された後期間の一方又は双方における前記クランク角躍度の中の最小値を、前記クランク角躍度の最小値として算出する請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記失火判定部による失火の判定結果を、報知装置を介してユーザに報知する失火報知部を更に備えた請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- クランク軸と一体回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク角度に設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出する特定クランク角センサと、を備えた内燃機関の制御方法であって、
前記特定クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度を検出すると共に、前記クランク角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度、及び前記クランク角加速度の時間変化率であるクランク角躍度を算出する角度情報算出ステップと、
前記クランク角躍度に基づいて、前記内燃機関の1回の燃焼行程に対応して設定した判定期間における前記クランク角躍度の変動量を算出し、前記クランク角躍度の変動量に基づいて、前記1回の燃焼行程の間における失火の有無を判定する失火判定ステップと、
を実行する内燃機関の制御方法。
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