JP2021095855A - 内燃機関システム、及び失火検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関を小型化できる内燃機関システム及び失火検出方法を提供する。【解決手段】内燃機関システムは、クランク軸を有する内燃機関２と、第１の条件下において、クランク軸に直結されたロータを介してクランク軸に回転力を与え、第１の条件下とは異なる第２の条件下において、クランク軸の回転力を受けて発電を行う回転電機４と、ロータ１０の回転位置を検出し、ロータ１０の回転位置を示すロータ位置情報を出力するロータ位置検出部３０と、第１の条件下において、ロータ位置検出部が出力するロータ位置情報に基づいて、回転電機のロータを回転駆動させる駆動回路を制御する駆動制御部５１と、ロータ位置情報に基づくロータの回転位置の単位時間当たりの変化量に基づいて、内燃機関の失火が発生したことを検出する失火検出部６０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関システム、及び失火検出方法に関する。

内燃機関の失火を検出する技術として、内燃機関の回転変動に基づいて、失火を検出する技術が知られている。このような内燃機関の失火を検出する技術では、クランクシャフトにリングギアを設置し、リングギアの外周の凹凸パターンを検出して回転変動を検出していた。

特開平４−３７０３４４号公報

しかしながら、上述したような従来技術では、クランクシャフトにリングギアを設置する必要があるため、内燃機関のサイズが大きくなるという課題があった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、内燃機関を小型化することができる内燃機関システム、及び失火検出方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、クランク軸を有する内燃機関と、第１の条件下において、前記クランク軸に直結されたロータを介して前記クランク軸に回転力を与え、前記第１の条件下とは異なる第２の条件下において、前記クランク軸の回転力を受けて発電を行う回転電機と、前記ロータの回転位置を検出し、前記ロータの回転位置を示すロータ位置情報を出力するロータ位置検出部と、前記第１の条件下において、前記ロータ位置検出部が出力する前記ロータ位置情報に基づいて、前記回転電機の前記ロータを回転駆動させる駆動回路を制御する駆動制御部と、前記ロータ位置情報に基づく前記ロータの回転位置の単位時間当たりの変化量に基づいて、前記内燃機関の失火が発生したことを検出する失火検出部と備えることを特徴とする内燃機関システムである。

また、本発明の一態様は、上記の内燃機関システムにおいて、前記回転電機は、コイルが巻装されたステータと、内周面沿いに磁極を交互にしてマグネットが複数配置され、前記ステータの周囲を回転自在に配設された前記ロータとを有し、前記ロータ位置検出部は、前記回転電機に内蔵された複数の磁気センサであって、前記ロータと対向して配置され、対向する前記マグネットの極性を検出して出力する複数の磁気センサを有するようにしてもよい。

また、本発明の一態様は、上記の内燃機関システムにおいて、前記磁気センサが出力する出力パターンが切り替わる間隔の時間を計測して出力するタイマーを備え、前記失火検出部は、前記タイマーが出力する、前記切り替わる間隔の時間の変化に基づいて、前記内燃機関の失火が発生したことを検出するようにしてもよい。

また、本発明の一態様は、上記の内燃機関システムにおいて、前記失火検出部は、前記タイマーの出力値が所定の閾値以上になった場合に、前記内燃機関の失火が発生したと判定するようにしてもよい。

また、本発明の一態様は、上記の内燃機関システムにおいて、前記タイマーが直近に出力した複数の出力結果を記憶する出力記憶部を備え、前記失火検出部は、前記出力記憶部が記憶する複数の前記出力結果のうち、所定の閾値以上になったものが所定の回数以上発生した場合に、前記内燃機関の失火が発生したと判定するようにしてもよい。

また、本発明の一態様は、上記の内燃機関システムにおいて、前記タイマーが直近に出力した複数の出力結果を記憶する出力記憶部を備え、前記失火検出部は、前記出力記憶部が記憶する複数の前記出力結果の平均値が所定の閾値以上になった場合に、前記内燃機関の失火が発生したと判定するようにしてもよい。

また、本発明の一態様は、上記の内燃機関システムにおいて、前記コイルの数であるスロット数が、１８個であり、前記マグネットの数である磁極数が、１２個であり、前記回転電機は、３相ブラシレスモータとして機能し、前記複数の磁気センサは、３相に対応する前記マグネットの極性を検出して出力するようにしてもよい。

また、本発明の一態様は、クランク軸を有する内燃機関と、第１の条件下において、前記クランク軸に直結されたロータを介して前記クランク軸に回転力を与え、前記第１の条件下とは異なる第２の条件下において、前記クランク軸の回転力を受けて発電を行う回転電機とを備える内燃機関システムの失火検出方法であって、ロータ位置検出部が、前記ロータの回転位置を検出し、前記ロータの回転位置を示すロータ位置情報を出力するロータ位置検出ステップと、駆動制御部が、前記第１の条件下において、前記ロータ位置検出ステップによって出力された前記ロータ位置情報に基づいて、前記回転電機の前記ロータを回転駆動させる駆動回路を制御する駆動制御ステップと、失火検出部が、前記ロータ位置情報に基づく前記ロータの回転位置の単位時間当たりの変化量に基づいて、前記内燃機関の失火が発生したことを検出する失火検出ステップと含むことを特徴とする失火検出方法である。

本発明によれば、内燃機関の構成を簡略化することができ、内燃機関を小型化することができる。

第１の実施形態による内燃機関システムの一例を示すブロック図である。 第１の実施形態における始動発電機の構成例を示す断面図である。 第１の実施形態におけるマグネットとステータとの位置関係を示す平面図である。 第１の実施形態におけるマグネットとホール素子との位置関係を示す図である。 第１の実施形態におけるホール素子の出力信号の一例を示す図である。 第１の実施形態による内燃機関システムの動作の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態による内燃機関システムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態による内燃機関システム、及び失火検出方法について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態による内燃機関システム１の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、内燃機関システム１は、内燃機関２と、クランク軸３と、始動発電機４と、バッテリ５と、駆動回路４０と、制御部５０とを備える。

内燃機関２は、例えば、二輪車や自動車などを駆動するエンジンである。内燃機関２は、回転軸としてクランク軸３を有し、クランク軸３に回転力を与える。
クランク軸３は、後述するロータ１０に直結されている。

始動発電機４（回転電機の一例）は、内燃機関２の始動用モータと、内燃機関２の回転から発電する交流発電機との両方の機能を兼ね備えている。始動発電機４は、内燃機関２を始動する場合（第１の条件下）において、クランク軸３に直結されたロータ１０を介してクランク軸３に回転力を与えて、内燃機関２を始動させる。また、始動発電機４は、内燃機関２が動作中である場合（第２の条件下）において、クランク軸３の回転力を受けて発電を行う。始動発電機４は、例えば、アウターロータ型の３相ブラシレスモータ型である。
また、始動発電機４は、ロータ１０と、ステータ２０とを備えている。

ロータ１０（回転子の一例）は、クランク軸３に直結され、且つ、ステータ２０の周囲を回転自在に配設されている。また、ロータ１０は、有底筒状に形成されており、内周面沿いに磁極を交互にしてマグネット１１が複数配置されている。

ステータ２０は、ロータ１０の内側に配置され、複数のコイル２１と、複数のホール素子３１とを備える。
ここで、図２〜図４を参照して、ロータ１０及びステータ２０の各構成の配置例について説明する。

図２は、本実施形態における始動発電機４の構成例を示す断面図である。
なお、以下の説明において、ロータ１０の回転軸方向を単に軸方向と称し、回転軸方向に直交するステータ２０の径方向を単に径方向と称し、ロータ１０の回転方向を単に回転方向、または周方向と称す。

図２に示すように、クランク軸３に直結されたロータ１０の内側には、マグネット１１が配置されている。また、ロータ１０の内側に、コイル２１が、マグネット１１に対向するように、ステータ２０が配置されている。

ステータ２０には、円弧形状に形成されたセンサケース２２が配置されており、センサケース２２によって、ホール素子３１が、マグネット１１に対向する位置に固定されている。

また、図３は、本実施形態におけるマグネット１１とステータ２０との位置関係を示す平面図である。
図３に示すように、ステータ２０は、電磁鋼板を積層して成るステータ鉄心２３と、ステータ鉄心２３に巻回される三相巻線であるコイル２１と、を備えている。ステータ鉄心２３は、円環状に形成された本体部２３ａと、この本体部の外周面から径方向外側に向かって放射状に突出する複数のティース部２３ｂと、を有している。各ティース部２３ｂは、軸方向平面視で略Ｔ字状に形成されている。

各ティース部２３ｂは、それぞれ三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に割り当てられる。また、コイル２１は、各ティース部２３ｂに巻回されている。
図３に示すように、本実施形態における始動発電機４は、１２極１８スロットであり、コイル２１及びティース部２３ｂの数は、１８個ある。１８個のコイル２１及びティース部２３ｂは、周方向にＵ相、Ｖ相、Ｗ相、・・・の順に割り当てられている。なお、以下の説明において、Ｕ相のコイル２１をＵ相コイル２１Ｕと称し、Ｖ相のコイル２１をＶ相コイル２１Ｖと称し、Ｗ相のコイル２１をＷ相コイル２１Ｗと称する。

ロータ１０の内周面には、Ｎ極及びＳ極を交互に着磁された複数のマグネット１１が周方向に等間隔で配置されている。すなわち、ロータ１０の内周面には、Ｎ極のマグネット（以下、「Ｎ極マグネット」という。）１１ＮとＳ極のマグネット（以下、「Ｓ極マグネット」という。）１１Ｓが交互に周方向に沿って等間隔に並んで取り付けられている。

ここで、Ｎ極マグネット１１Ｎは、径方向内側の全体の面がＮ極に着磁されていると共に、Ｓ極マグネット１１Ｓは、径方向内側の全体の面がＳ極に着磁されている。
なお、本実施形態において、マグネット１１の数である磁極数が、１２個である。

また、３個のホール素子３１が、センサケース２２によって、図４に示すように、ロータ１０のマグネット１１と対向して配置されている。３個のホール素子３１は、電気角１２０度の間隔で配置されている。
図４は、本実施形態におけるマグネット１１とホール素子３１との位置関係を示す図である。

なお、本実施形態において、Ｖ相用のホール素子３１をホール素子３１−１と称し、Ｕ相用のホール素子３１をホール素子３１−２と称し、Ｗ相用のホール素子３１をホール素子３１−３と称する。また、始動発電機４が内蔵する任意のホール素子を示す場合には、ホール素子３１として説明する。

ホール素子３１（磁気センサの一例）は、対向するマグネット１１の極性を検出して出力する。ホール素子３１は、例えば、マグネット１１の極性を、２値信号として出力する。ホール素子３１−１は、Ｖ相用のロータ１０の回転位置を検出するための出力信号を出力し、ホール素子３１−２は、Ｕ相用のロータ１０の回転位置を検出するための出力信号を出力する。また、ホール素子３１−３は、Ｗ相用のロータ１０の回転位置を検出するための出力信号を出力する。各ホール素子３１の出力信号の詳細については、図５を参照して後述する。

図１の説明に戻り、バッテリ５は、例えば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池であり、始動発電機４を３相ブラシレスモータとして駆動させる場合（第１の条件下）に、電力を供給する。また、バッテリ５は、始動発電機４を発電機として動作させる場合（第２の条件下）に、発電された電力の一部が充電される。

駆動回路４０は、例えば、インバータ回路であり、バッテリ５から供給される直流電流を交流電流に変換してコイル２１（Ｕ相コイル２１Ｕ、Ｖ相コイル２１Ｖ、Ｗ相コイル２１Ｗ）のそれぞれに駆動信号として供給して、ロータ１０を回転駆動させる。駆動回路４０は、後述する制御部５０の駆動制御部５１が出力する制御信号に基づいて、各相の駆動信号を出力する。なお、本実施形態において、始動発電機４は、３相ブラシレスモータであり、駆動回路４０は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号として、１２０度通電駆動信号を出力する。
また、駆動回路４０は、始動発電機４が発電した交流電力を整流して、バッテリ５を充電する。

制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含むプロセッサであり、始動発電機４を統括的に制御する。制御部５０は、ロータ位置判定部３２と、駆動制御部５１と、タイマー５２と、出力記憶部５３と、失火判定部５４とを備える。
なお、本実施形態において、ホール素子３１（３１−１〜３１−３）と、ロータ位置判定部３２とは、ロータ位置検出部３０に対応する。すなわち、ロータ位置検出部３０は、ホール素子３１（３１−１〜３１−３）と、ロータ位置判定部３２を備える。

ロータ位置検出部３０は、ロータ１０の回転位置を検出し、ロータ１０の回転位置を示すロータ位置情報を出力する。ロータ位置検出部３０は、複数のホール素子３１（３１−１〜３１−３）の出力信号に基づいて、ロータ１０の回転位置を検出する。ここで、図５を参照して、ホール素子３１（３１−１〜３１−３）の出力信号について説明する。

図５は、本実施形態におけるホール素子３１の出力信号の一例を示す図である。
図５において、波形Ｗ１は、Ｕ相検出信号であり、ホール素子３１−１の出力信号を示し、波形Ｗ２は、Ｖ相検出信号であり、ホール素子３１−２の出力信号を示している。また、波形Ｗ３は、Ｗ相検出信号であり、ホール素子３１−３の出力信号を示している。また、横軸は、時間を示している。

Ｕ相検出信号、Ｖ相検出信号、及びＷ相検出信号は、位相が１２０度（電気角１２０度）づれた矩形波信号であり、各信号の切り替わりタイミングに基づいて、駆動回路４０の制御信号を生成可能になっている。
また、例えば、時刻Ｔ１のＷ相検出信号の立下りと、時刻Ｔ２のＶ相検出信号の立上りとの間隔ＴＲ１が、ロータ１０の機械角１０度を示しており、時刻Ｔ２のＶ相検出信号の立上りと、時刻Ｔ３のＷ相検出信号の立上りとの間隔ＴＲ２が、ロータ１０の機械角２０度を示している。このように、Ｕ相検出信号、Ｖ相検出信号、及びＷ相検出信号の切り替わりの間隔を検出することで、機械角の回転速度を計測可能である。

再び図１の説明に戻り、ロータ位置判定部３２は、ホール素子３１（３１−１〜３１−３）の出力信号に基づいて、ロータ１０の位置情報を検出し、ロータ１０の回転位置を示すロータ位置情報を出力する。ロータ位置判定部３２は、内燃機関２を始動する場合に、ホール素子３１の出力信号に基づいて、例えば、１２０度通電制御を行うためのタイミング信号を、ロータ位置情報として生成し、当該タイミング信号を駆動制御部５１に出力する。

また、ロータ位置判定部３２は、内燃機関２が動作中である場合に、例えば、ホール素子３１の出力信号に基づいて、ホール素子３１が出力する出力パターンが切り替わる間隔の時間を計測するためのタイマー５２の制御信号を生成し、当該制御信号をタイマー５２に出力する。
このように、ロータ位置判定部３２は、内燃機関２を始動する場合（第１の条件下）と、内燃機関２が動作中である場合（第２の条件下）とで、上述した処理を切り替えて実行する。すなわち、ロータ位置判定部３２は、内燃機関２を始動する場合（第１の条件下）と、内燃機関２が動作中である場合（第２の条件下）とで、異なるロータ位置情報を生成し、駆動制御部５１とタイマー５２とで切り替えて出力する。

駆動制御部５１は、ロータ位置検出部３０が出力するロータ位置情報に基づいて、始動発電機４のロータ１０を回転駆動させる駆動回路４０を制御する。駆動制御部５１は、ロータ位置検出部３０から出力されたタイミング信号をロータ位置情報として、例えば、１２０度通電制御の制御信号を駆動回路４０に出力する。

なお、本実施形態において、タイマー５２、出力記憶部５３、及び失火判定部５４は、失火検出部６０に対応する。すなわち、失火検出部６０は、タイマー５２、出力記憶部５３、及び失火判定部５４を備える。

タイマー５２は、ホール素子３１が出力する出力パターンが切り替わる間隔の時間を計測して、失火判定部５４に出力する。すなわち、タイマー５２は、ロータ位置検出部３０から出力されたタイマー５２の制御信号をロータ位置情報として、上述した図５の間隔ＴＲ１のような出力パターンが切り替わる間隔の時間を計測する。タイマー５２は、出力パターンが切り替わる間隔の計測結果を失火判定部５４に出力する。

失火判定部５４は、ロータ位置検出部３０が出力するロータ位置情報に基づくロータ１０の回転位置の単位時間当たりの変化量に基づいて、内燃機関２の失火が発生したことを検出する。失火判定部５４は、例えば、タイマー５２が出力する、切り替わる間隔の時間の変化に基づいて、内燃機関２の失火が発生したことを検出する。ここで、タイマー５２の出力結果である切り替わる間隔の時間は、ロータ１０の回転速度（すなわち、ロータ１０の回転位置の単位時間当たりの変化量）又はロータ１０の回転周期に対応する。失火判定部５４は、タイマー５２の出力値（出力結果）が所定の閾値以上になった場合に、内燃機関２の失火が発生したと判定する。

また、失火判定部５４は、タイマー５２の出力結果を、順次、出力記憶部５３に記憶させる。失火判定部５４は、例えば、出力記憶部５３が記憶する複数の出力結果のうち、所定の閾値以上になったものが所定の回数以上発生した場合に、内燃機関２の失火が発生したと判定する。

出力記憶部５３は、上述したように、タイマー５２が直近に出力した複数の出力結果を記憶する。
なお、失火判定部５４は、内燃機関２の失火が発生したと判定した場合に、内燃機関２の失火が発生したことを示す警告情報を出力し、例えば、警告灯などを点灯させる。

次に、図面を参照して、本実施形態による内燃機関システム１の動作について説明する。
図６は、第１の実施形態による内燃機関システム１の動作の一例を示すフローチャートである。

図６に示すように、内燃機関システム１の制御部５０は、まず、モータを駆動するか否かを判定する（ステップＳ１０１）。すなわち、制御部５０（ロータ位置検出部３０）のロータ位置判定部３２は、始動発電機４をモータとして駆動させるか否かを判定する。ロータ位置判定部３２は、始動発電機４をモータとして駆動させる場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０７に進める。また、ロータ位置判定部３２は、始動発電機４をモータとして駆動させない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０２に進める。

なお、始動発電機４をモータとして駆動させない場合とは、例えば、内燃機関２が動作しており、始動発電機４を発電機として使用する場合に相当する。

ステップＳ１０２において、ロータ位置判定部３２は、ホール素子３１の出力パターンの切り替わりを検出する。ロータ位置判定部３２は、図５に示すような３相のホール素子３１（３１−１〜３１−３）の出力信号に基づいて、ホール素子３１が出力する出力パターンが切り替わる間隔の時間を計測するためのタイマー５２の制御信号を生成する。

次に、ロータ位置判定部３２は、タイマー５２に切り替わり間隔の時間を計測させる（ステップＳ１０３）。すなわち、ロータ位置判定部３２は、上述した出力パターンが切り替わる間隔の時間を計測するためのタイマー５２の制御信号をタイマー５２に出力する。

次に、制御部５０の失火判定部５４は、タイマー５２の出力結果を出力記憶部５３に記憶させる（ステップＳ１０４）。失火判定部５４は、タイマー５２から出力された出力結果である切り替わり間隔の時間を、順次、出力記憶部５３に記憶させる。これにより、出力記憶部５３には、タイマー５２が直近に出力した複数の出力結果が記憶される。

次に、失火判定部５４は、直近のタイマー５２の出力結果のうちの所定の閾値以上になった回数が所定の回数以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。すなわち、失火判定部５４は、出力記憶部５３が記憶するタイマー５２の出力結果を参照し、直近のタイマー５２の出力結果のうちの所定の閾値以上になるものがあるか否かを判定するとともに、所定の閾値以上になった出力結果の回数をカウントする。失火判定部５４は、当該所定の閾値以上になった出力結果の回数が、所定の回数以上であるか否かを判定する。

失火判定部５４は、所定の閾値以上になった出力結果の回数が、所定の回数以上である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０６に進める。また、失火判定部５４は、所定の閾値以上になった出力結果の回数が、所定の回数未満である場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０１に戻す。

ステップＳ１０６において、失火判定部５４は、内燃機関２が失火したと判定する。失火判定部５４は、内燃機関２の失火が発生したことを示す警告情報を出力し、例えば、警告灯などを点灯させる。ステップＳ１０６の処理後に、失火判定部５４は、処理をステップＳ１０１に戻す。

また、ステップＳ１０７（始動発電機４をモータとして駆動させる場合）において、ロータ位置検出部３０のロータ位置判定部３２は、ホール素子３１の出力に基づいて、ロータ１０の回転位置を検出する。ロータ位置判定部３２は、３相のホール素子３１（３１−１〜３１−３）の出力信号に基づいて、例えば、１２０度通電制御を行うためのタイミング信号を、ロータ位置情報として生成して、当該タイミング信号を制御部５０の駆動制御部５１に出力する。

次に、駆動制御部５１は、ロータ１０の回転位置に基づいて、駆動回路４０を制御する（ステップＳ１０８）。すなわち、駆動制御部５１は、ロータ位置検出部３０が出力したタイミング信号に基づいて、１２０度通電制御を行うように、駆動回路４０を制御する。例えば、駆動制御部５１は、駆動回路４０のインバータ回路を駆動する制御信号を駆動回路４０に出力する。これにより、駆動回路４０は、３相（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）の駆動信号を始動発電機４に出力して、駆動信号を始動発電機４をモータとして回転（駆動）させる。ステップＳ１０８の処理後に、駆動制御部５１は、処理をステップＳ１０１に戻す。

以上説明したように、本実施形態による内燃機関システム１は、クランク軸３を有する内燃機関２と、始動発電機４（回転電機）と、ロータ位置検出部３０と、駆動制御部５１と、失火検出部６０とを備える。始動発電機４は、第１の条件下（例えば、内燃機関２を始動する場合）において、クランク軸３に直結されたロータ１０を介してクランク軸３に回転力を与える。また、始動発電機４は、第１の条件下とは異なる第２の条件下（例えば、内燃機関２が動作している場合）において、クランク軸３の回転力を受けて発電を行う。ロータ位置検出部３０は、ロータ１０の回転位置を検出し、ロータ１０の回転位置を示すロータ位置情報を出力する。駆動制御部５１は、第１の条件下において、ロータ位置検出部３０が出力するロータ位置情報に基づいて、始動発電機４のロータ１０を回転駆動させる駆動回路４０を制御する。失火検出部６０は、ロータ位置情報に基づくロータ１０の回転位置の単位時間当たりの変化量に基づいて、内燃機関２の失火が発生したことを検出する。

これにより、本実施形態による内燃機関システム１は、ロータ位置検出部３０が検出したロータ位置情報を、始動発電機４をモータとして駆動する場合（第１の条件下）における駆動制御と、内燃機関２が動作している場合（第２の条件下）における内燃機関２の失火検出との両方に使用する。すなわち、本実施形態による内燃機関システム１では、既に備えているロータ位置検出部３０を、内燃機関２の失火検出にも利用する。そのため、本実施形態による内燃機関システム１は、例えば、従来技術のように、クランク軸３にリングギアを設置する必要がなく、内燃機関２の構成を簡略化することができる。よって、本実施形態による内燃機関システム１は、内燃機関２の構成を簡略化することができ、内燃機関２を小型化することができる。

また、本実施形態では、始動発電機４は、コイル２１が巻装されたステータ２０と、内周面沿いに磁極を交互にしてマグネット１１が複数配置され、ステータ２０の周囲を回転自在に配設されたロータ１０とを有する。ロータ位置検出部３０は、始動発電機４に内蔵された複数のホール素子３１（磁気センサ）であって、ロータ１０と対向して配置され、対向するマグネット１１の極性を検出して出力する複数のホール素子３１を有する。

これにより、本実施形態による内燃機関システム１は、始動発電機４に内蔵された複数のホール素子３１（磁気センサ）を利用することで、別途、内燃機関２の失火検出用のセンサを備える必要がなく、内燃機関２の構成を簡略化することができる。

また、本実施形態による内燃機関システム１は、ホール素子３１が出力する出力パターンが切り替わる間隔の時間を計測して出力するタイマー５２を備える。失火検出部６０（失火判定部５４）は、タイマー５２が出力する、切り替わる間隔の時間の変化に基づいて、内燃機関２の失火が発生したことを検出する。
これにより、本実施形態による内燃機関システム１は、簡易な構成により、内燃機関２の失火を適切に検出することができる。

また、本実施形態では、失火検出部６０（失火判定部５４）は、タイマー５２の出力値が所定の閾値以上になった場合に、内燃機関２の失火が発生したと判定する。
ここで、タイマー５２の出力値は、ホール素子３１が出力する出力パターンが切り替わる間隔の時間を示しているため、内燃機関２の失火した場合には、内燃機関２による動力が得られなくなり、タイマー５２の出力値が大きくなることが考えられる。このことから、本実施形態では、失火検出部６０（失火判定部５４）は、所定の閾値により判定するという簡易な手法により、内燃機関２の失火を適切に検出することができる。

また、本実施形態による内燃機関システム１は、タイマー５２が直近に出力した複数の出力結果を記憶する出力記憶部５３を備える。失火検出部６０（失火判定部５４）は、出力記憶部５３が記憶する複数の出力結果のうち、所定の閾値以上になったものが所定の回数以上発生した場合に、内燃機関２の失火が発生したと判定する。

例えば、内燃機関２を搭載した車両が悪路を走行する際など、タイマー５２の出力結果が突発的に所定の閾値以上になる場合が考えられる。上述の構成によれば、本実施形態による内燃機関システム１は、このように突発的に所定の閾値以上になる場合であっても、正確に内燃機関２の失火が発生したことを判定することができる。すなわち、本実施形態による内燃機関システム１は、内燃機関２の失火の誤検出を低減することができる。

また、本実施形態では、コイル２１の数であるスロット数が、１８個であり、マグネット１１の数である磁極数が、１２個である。始動発電機４は、１２極１８スロットの３相ブラシレスモータとして機能する。複数のホール素子３１は、３相に対応するマグネット１１の極性を検出して出力する。

これにより、本実施形態による内燃機関システム１は、ロータ位置検出部３０による最小分解能が機械角１０度（図５の間隔ＴＲ１参照）であり、内燃機関２の失火の検出精度を高めることができる。

また、本実施形態による失火検出方法は、クランク軸３を有する内燃機関２と、第１の条件下において、クランク軸３に直結されたロータ１０を介してクランク軸３に回転力を与え、且つ、第１の条件下とは異なる第２の条件下において、クランク軸３の回転力を受けて発電を行う始動発電機４とを備える内燃機関システム１の失火検出方法であって、ロータ位置検出ステップと、駆動制御ステップと、失火検出ステップとを含む。ロータ位置検出ステップにおいて、ロータ位置検出部３０が、ロータ１０の回転位置を検出し、ロータ１０の回転位置を示すロータ位置情報を出力する。駆動制御ステップにおいて、駆動制御部５１が、第１の条件下において、ロータ位置検出ステップによって出力されたロータ位置情報に基づいて、始動発電機４のロータ１０を回転駆動させる駆動回路を制御する。失火検出ステップにおいて、失火検出部６０（失火判定部５４）が、ロータ位置情報に基づくロータ１０の回転位置の単位時間当たりの変化量に基づいて、内燃機関２の失火が発生したことを検出する。

これにより、本実施形態による失火検出方法は、上述した本実施形態による内燃機関システム１と同様の効果を奏し、内燃機関２の構成を簡略化することができ、内燃機関２を小型化することができる。

［第２の実施形態］
次に、図面を参照して第２の実施形態による内燃機関システム１について説明する。
本実施形態では、失火検出部６０（失火判定部５４）による内燃機関２の失火の検出における変形例について説明する。

なお、本実施形態による内燃機関システム１の基本的な構成は、上述した図１〜図４に示す第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。
本実施形態では、失火判定部５４による内燃機関２の失火の判定処理が、第１の実施形態と異なり、以下、本実施形態における失火判定部５４の処理について説明する。

本実施形態における失火判定部５４は、出力記憶部５３が記憶する複数の出力結果の平均値が所定の閾値以上になった場合に、内燃機関２の失火が発生したと判定する。例えば、失火判定部５４は、出力記憶部５３から直近の所定の回数の出力結果を取得し、所定の回数分の出力結果の平均値を算出する。失火判定部５４は、算出した出力結果の平均値が、所定の閾値以上になった場合に、内燃機関２の失火が発生したと判定する。

次に、図７を参照して、本実施形態による内燃機関システム１の動作について説明する。
図７は、本実施形態による内燃機関システム１の動作の一例を示すフローチャートである。

図７において、ステップＳ２０１からステップＳ２０４までの処理は、上述した図６に示すステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理と同様であるため、ここではその説明を省略する。

ステップＳ２０５において、失火判定部５４は、タイマーの出力結果の直近の所定回数の平均値を生成する。すなわち、失火判定部５４は、出力記憶部５３が記憶するタイマー５２の出力結果を、直近の所定の回数分を取得する。失火判定部５４は、取得した直近の所定の回数分におけるタイマー５２の出力結果の平均値を生成する。

次に、失火判定部５４は、平均値が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。失火判定部５４は、生成した平均値が所定の閾値以上である場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ２０７に進める。また、失火判定部５４は、生成した平均値が所定の閾値未満である場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）に、処理をステップＳ２０１に戻す。

ステップＳ２０７において、失火判定部５４は、内燃機関２が失火したと判定する。失火判定部５４は、内燃機関２の失火が発生したことを示す警告情報を出力し、例えば、警告灯などを点灯させる。ステップＳ２０７の処理後に、失火判定部５４は、処理をステップＳ２０１に戻す。

また、ステップＳ２０８及びステップＳ２０９の処理は、上述した図６に示すステップＳ１０７及びステップＳ１０９の処理と同様であるため、ここではその説明を省略する。ステップＳ２０９の処理後に、駆動制御部５１は、処理をステップＳ２０１に戻す。

以上説明したように、本実施形態による内燃機関システム１は、クランク軸３を有する内燃機関２と、始動発電機４（回転電機）と、ロータ位置検出部３０と、駆動制御部５１と、失火判定部５４と、タイマー５２と、タイマー５２が直近に出力した複数の出力結果を記憶する出力記憶部５３とを備える。本実施形態における失火判定部５４（失火検出部６０）は、出力記憶部５３が記憶する複数の出力結果の平均値が所定の閾値以上になった場合に、内燃機関２の失火が発生したと判定する。

これにより、本実施形態による内燃機関システム１は、内燃機関２を搭載した車両が悪路を走行する際などのように、突発的に所定の閾値以上になる場合であっても、平均値をもちいることで、正確に内燃機関２の失火が発生したことを判定することができる。すなわち、本実施形態による内燃機関システム１は、第１の実施形態と同様に、内燃機関２の失火の誤検出を低減することができる。

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の各実施形態において、磁気センサの一例としてホール素子を用いる例を説明したが、これに限定されるものではなく、他の磁気センサをもちるようにしてもよい。

また、上記の各実施形態において、内燃機関システム１は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３個のホール素子３１（３１−１〜３１−３）を備える例を説明したが、さらに、内燃機関２を点火する点火タイミング信号を生成するホール素子３１を追加で備えてもよい。

また、上記の各実施形態において、ロータ位置判定部３２が、制御部５０に含まれる例を説明したが、これに限定されるものではなく、ロータ位置判定部３２が、制御部５０の外部に備えるようにしてもよい。また、制御部５０は、始動発電機４の制御に限定されるものではなく、例えば、内燃機関２の制御を含んでもよい。

また、上記の各実施形態において、始動発電機４は、１２極１８スロットの３相ブラシレスモータである例を説明したが、これに限定されるものではなく、他の極数、及び他のスロット数のモータであってもよい。

また、上記の第２の実施形態において、失火検出部６０（失火判定部５４）は、複数の出力結果の平均値を用いる例を説明したが、単純な平均値の代わりに、重み付けを考慮した加重平均値を用いるようにしてもよい。

なお、上述した内燃機関システム１が備える各構成は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した内燃機関システム１が備える各構成の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述した内燃機関システム１が備える各構成における処理を行ってもよい。ここで、「記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する」とは、コンピュータシステムにプログラムをインストールすることを含む。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、インターネットやＷＡＮ、ＬＡＮ、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、ＣＤ−ＲＯＭ等の非一過性の記録媒体であってもよい。

また、記録媒体には、当該プログラムを配信するために配信サーバからアクセス可能な内部又は外部に設けられた記録媒体も含まれる。なお、プログラムを複数に分割し、それぞれ異なるタイミングでダウンロードした後に内燃機関システム１が備える各構成で合体される構成や、分割されたプログラムのそれぞれを配信する配信サーバが異なっていてもよい。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

また、上述した機能の一部又は全部を、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

１ 内燃機関システム
２ 内燃機関
３ クランク軸
４ 始動発電機
５ バッテリ
１０ ロータ
１１ マグネット
１１Ｎ Ｎ極マグネット
１１Ｓ Ｓ極マグネット
２０ ステータ
２１ コイル
２１Ｕ Ｕ相コイル
２１Ｖ Ｖ相コイル
２１Ｗ Ｗ相コイル
２２ センサケース
３０ ロータ位置検出部
３１、３１−１、３１−２、３１−３ ホール素子
３２ ロータ位置判定部
４０ 駆動回路
５０ 制御部
５１ 駆動制御部
５２ タイマー
５３ 出力記憶部
５４ 失火判定部
６０ 失火検出部

Claims (8)

1. クランク軸を有する内燃機関と、
   第１の条件下において、前記クランク軸に直結されたロータを介して前記クランク軸に回転力を与え、前記第１の条件下とは異なる第２の条件下において、前記クランク軸の回転力を受けて発電を行う回転電機と、
   前記ロータの回転位置を検出し、前記ロータの回転位置を示すロータ位置情報を出力するロータ位置検出部と、
   前記第１の条件下において、前記ロータ位置検出部が出力する前記ロータ位置情報に基づいて、前記回転電機の前記ロータを回転駆動させる駆動回路を制御する駆動制御部と、
   前記ロータ位置情報に基づく前記ロータの回転位置の単位時間当たりの変化量に基づいて、前記内燃機関の失火が発生したことを検出する失火検出部と
   備えることを特徴とする内燃機関システム。
2. 前記回転電機は、コイルが巻装されたステータと、内周面沿いに磁極を交互にしてマグネットが複数配置され、前記ステータの周囲を回転自在に配設された前記ロータとを有し、
   前記ロータ位置検出部は、前記回転電機に内蔵された複数の磁気センサであって、前記ロータと対向して配置され、対向する前記マグネットの極性を検出して出力する複数の磁気センサを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関システム。
3. 前記磁気センサが出力する出力パターンが切り替わる間隔の時間を計測して出力するタイマーを備え、
   前記失火検出部は、前記タイマーが出力する、前記切り替わる間隔の時間の変化に基づいて、前記内燃機関の失火が発生したことを検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関システム。
4. 前記失火検出部は、前記タイマーの出力値が所定の閾値以上になった場合に、前記内燃機関の失火が発生したと判定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関システム。
5. 前記タイマーが直近に出力した複数の出力結果を記憶する出力記憶部を備え、
   前記失火検出部は、前記出力記憶部が記憶する複数の前記出力結果のうち、所定の閾値以上になったものが所定の回数以上発生した場合に、前記内燃機関の失火が発生したと判定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関システム。
6. 前記タイマーが直近に出力した複数の出力結果を記憶する出力記憶部を備え、
   前記失火検出部は、前記出力記憶部が記憶する複数の前記出力結果の平均値が所定の閾値以上になった場合に、前記内燃機関の失火が発生したと判定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関システム。
7. 前記コイルの数であるスロット数が、１８個であり、
   前記マグネットの数である磁極数が、１２個であり、
   前記回転電機は、３相ブラシレスモータとして機能し、
   前記複数の磁気センサは、３相に対応する前記マグネットの極性を検出して出力する
   ことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関システム。
8. クランク軸を有する内燃機関と、第１の条件下において、前記クランク軸に直結されたロータを介して前記クランク軸に回転力を与え、前記第１の条件下とは異なる第２の条件下において、前記クランク軸の回転力を受けて発電を行う回転電機とを備える内燃機関システムの失火検出方法であって、
   ロータ位置検出部が、前記ロータの回転位置を検出し、前記ロータの回転位置を示すロータ位置情報を出力するロータ位置検出ステップと、
   駆動制御部が、前記第１の条件下において、前記ロータ位置検出ステップによって出力された前記ロータ位置情報に基づいて、前記回転電機の前記ロータを回転駆動させる駆動回路を制御する駆動制御ステップと、
   失火検出部が、前記ロータ位置情報に基づく前記ロータの回転位置の単位時間当たりの変化量に基づいて、前記内燃機関の失火が発生したことを検出する失火検出ステップと
   含むことを特徴とする失火検出方法。

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