JP3120720B2

JP3120720B2 - 内燃機関の失火検出装置

Info

Publication number: JP3120720B2
Application number: JP07343794A
Authority: JP
Inventors: 卓也松本; 徹橋本; 光浩三宅
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 2000-12-25
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: JPH09184470A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の失火検
出装置に関し、特に失火検出の精度を向上させる技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等に搭載される火花点火内燃機関
では、点火装置や燃料供給装置等に故障が生じると、往
々にして失火が発生する。この場合、ＨＣ（炭化水素）
を主とする未燃燃料が排気系に流入し、触媒装置の過熱
や有害排出ガス成分の増加をもたらすため、失火を速や
かに検出する必要がある。また、近年においては、燃費
の向上や有害排出ガス成分の減少を図るべく、希薄空燃
比の混合気を燃焼に供するリーンバーンエンジンが提案
されている。この種のエンジンでは、各気筒の空燃比を
徐々に希薄化することにより、失火限界近傍で燃料噴射
制御を行う場合が多く、気筒ごとの失火を正確に検出す
ることが求められている。

【０００３】内燃機関の失火検出装置としては、燃焼室
内圧力の変動等に基づいて失火を検出するものもある
が、クランク角速度やクランク角加速度等のクランク回
転状態量に基づいて失火を検出するものが主流となって
いる。例えば、特開平４−２１６４３３号公報に記載さ
れた装置では、多数の歯を有するリングギヤ等からなる
回転数検出センサにより内燃機関の微少時間における角
速度（＝エンジン回転数）を検出するとともに、どの気
筒が爆発行程にあるかを検出し、今回爆発した気筒の角
速度平均値と前回爆発した気筒の角速度平均値との偏差
を求め、その偏差の絶対値が所定値以上となったときに
失火と判定する。また、特開平５−３４２４３号公報に
記載された装置では、気筒数の２倍の歯を有するリング
ギヤ等からなる回転数検出センサにより各気筒の燃焼行
程におけるクランクシャフトの角速度平均値（燃焼行程
前半の経過時間）を検出し、気筒間の角速度平均値の偏
差が２回続けて設定値を超えたときに失火と判定する。
更に、特開平６−２２９３１１号公報等に記載された装
置では、複数のベーンを有するロータ等からなるベーン
式のクランク角センサをクランクシャフトに取り付け、
例えばクランク角信号の立ち上がり（各ベーンがセンサ
本体を横切り始める瞬間）の時間間隔からクランク角加
速度を求め、これが所定の閾値を下回ったときに失火と
判定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、クランク回
転状態量により失火を検出する従来の失火検出装置に
は、以下に述べる問題点があった。すなわち、クランク
角速度やクランク角加速度に基づいて失火検出を行う装
置では、エンジン回転数の上昇によりトルク曲線（すな
わち、クランク角加速度変化）の位相がずれた場合、失
火気筒の判別が困難あるいは不可能になることがあっ
た。例えば、低エンジン速度域において所定クランク角
度毎に計時を行って角速度や角加速度を求めた場合、失
火時には失火気筒に対応するクランク角度領域での角速
度や角加速度が大幅に低下し、平均角速度や平均角加速
度が失火判定閾値以下となって失火が判定される。

【０００５】ところが、高エンジン速度域では点火時期
の進角等に起因してトルク曲線の位相が進角側にずれる
ため、失火気筒だけではなく点火順序で直前に位置する
気筒に対応するクランク角度領域でも失火によるトルク
の低下が生じる。その結果、失火気筒とその直前の気筒
とに対応する平均角速度や平均角加速度が共に失火判定
閾値以下となり、実際に失火していない気筒に対して失
火防止処理（例えば、リーンバーンエンジンにおける空
燃比のリッチ化等）が行われる虞があった。また、失火
判定閾値の設定によっては、逆に両気筒とも失火と判定
されず、失火状態のまま走行が続けられて有害排出ガス
成分が増加する等の虞もあった。

【０００６】本発明は、上記状況に鑑みなされたもの
で、極めて簡単な手法を採りながら、失火の検出を正確
に行えるようにした内燃機関の失火検出装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
１では、内燃機関の回転に伴い、複数のクランク角度で
クランク角信号を出力するクランク角センサと、このク
ランク角センサから入力した所定のクランク角信号組を
基準クランク角信号組として、当該内燃機関における所
定クランク角度領域におけるクランク回転状態量を算出
するクランク回転状態量算出手段と、このクランク回転
状態量算出手段の算出結果から得られたクランク回転状
態量の変動に基づき、当該内燃機関の所定気筒の失火を
判定する失火判定手段とを備え、当該失火判定手段は、
前記クランク回転状態量算出手段が算出した第１の気筒
に対応する第１クランク回転状態量と点火順序で第１の
気筒の直後に位置する第２の気筒に対応する第２クラン
ク回転状態量とを比較し、両クランク回転状態量のうち
値の大きい方を前記第１クランク回転状態量として用い
る内燃機関の失火検出装置を提案する。

【０００８】また、請求項２では、請求項１の失火検出
装置において、前記失火判定手段は、前記第１クランク
回転状態量が所定の閾値を下回ったときに、前記第１の
気筒が失火していると判定するものを提案する。また、
請求項３では、請求項２の失火検出装置において、前記
所定クランク角度領域は、前記第１の気筒に失火が発生
したときに、前記第１クランク回転状態量と前記第２ク
ランク回転状態量とが共に前記閾値を下回るように設定
されているものを提案する。

【０００９】また、請求項４では、請求項１〜３の失火
検出装置において、前記クランク角センサは、前記内燃
機関のクランクシャフトの回転に伴なって回転すると共
に複数枚のベーンが周上に略等間隔に形成された回転部
材と、この回転部材に形成されたベーンの進入時または
離脱時にクランク角信号を発生する信号発生手段とを備
えたものを提案する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る回
転変動検出方法を適用したエンジン制御系の概略構成図
である。図１において、１は自動車用のＶ型６気筒ガソ
リンエンジン（以下、単にエンジンと記す）である。エ
ンジン１の吸気ポート２には、各気筒毎に燃料噴射弁３
が取り付けられた吸気マニホールド４を介し、エアクリ
ーナ５，エアフローセンサ６，スロットルバルブ７，ア
イドルスピードコントローラ８等を具えた吸気管９が接
続している。また、排気ポート１０には、排気マニホー
ルド１１を介し、Ｏ₂センサ１２，三元触媒１３，図示
しないマフラー等を具えた排気管１４が接続している。
図１中、１５はスロットルバルブ７の開度θTHを検出す
るスロットルセンサ、１６は冷却水温ＴW を検出する水
温センサ、１７は大気圧Ｐa を検出する大気圧センサ、
１８は吸気温度Ｔa を検出する吸気温センサである。

【００１１】エンジン１には、そのシリンダヘッド２０
に各気筒の燃焼室２１に臨むかたちで点火プラグ２２が
螺着されると共に、クランクシャフト２３の前端側にク
ランク角センサ２４が配置されている。クランク角セン
サ２４は、クランクシャフト２３に直付けされたロータ
プレート２５と、ロータプレート２５の回転を検出する
センサ本体２６とから構成されている。ロータプレート
２５には、図２に示したように、角度幅７０°の三枚の
ベーン２７ａ，２７ｂ，２７ｃが等間隔（１２０°間
隔）に形成されている。これらベーン２７ａ〜２７ｃ
は、いずれかの気筒のクランク角が上死点前５゜（ＢＴ
ＤＣ５°）となる瞬間に後端がセンサ本体２６から離脱
し、その瞬間にセンサ本体２６からクランク角信号ＳＧ
Ｃが出力される。図１中、２８は点火プラグ２２に高電
圧を出力する点火コイルである。

【００１２】本実施形態では、ＢＴＤＣ５°を基準とし
て失火判定を行うクランク角度領域（＝１２０゜…以
下、失火判定領域と記す）を設定することにより、ｎ番
気筒に失火が生じると、エンジン回転数Ｎeの値に拘わ
らず、ｎ番気筒およびｎ＋１番気筒に対応する平均角加
速度Ｄωave(n)，Ｄωave(n+1)が失火判定閾値ＤωAを
下回る。言い換えれば、クランク角信号ＳＧＣは、失火
による平均角加速度Ｄωaveの低下を二つの連続する失
火判定領域で発生させるべく、実験等によりその出力タ
イミング（クランク角）が設定されている。例えば、図
７には１番気筒が失火した場合のトルク変動曲線と、ク
ランクシャフト２３の失火判定領域内での回転所要時間
Ｔcycと、平均角加速度Ｄωaveとを示してある。この図
から判るように、１番気筒が失火すると、１番気筒と２
番気筒とに対応する失火判定領域においては、低エンジ
ン速度域（実線で示す）だけでなく、トルク曲線に位相
のずれが生じる高エンジン速度域（破線で示す）でも、
トルクの低下と回転所要時間Ｔcycの延長とが起こり、
平均角加速度Ｄωaveが失火判定閾値ＤωAを下回る。

【００１３】車室内には、図示しない入出力装置，多数
の制御プログラムを内蔵した記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡ
Ｍ，ＢＵＲＡＭ等），中央処理装置（ＣＰＵ），タイマ
カウンタ等を具えた、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）
３０が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行
う。ＥＣＵ３０の入力側には、上述した各種のセンサ類
からの検出情報が入力する。ＥＣＵ３０は、これらの検
出情報から燃料噴射量や点火時期等の最適値を演算して
燃料噴射弁３や点火コイル２８等を駆動する他、いずれ
かの気筒に失火が生じた場合には運転席に設けられた失
火警告灯３１を点灯する。

【００１４】以下、図３〜図６の制御フローチャートお
よび図７，図８のグラフを用いて、本実施形態における
失火検出の手順を説明する。運転者がイグニッションキ
ーをＯＮにしてエンジン１がスタートすると、ＥＣＵ３
０は、各気筒の点火毎に、図３，図４のフローチャート
に示した失火検出サブルーチンを繰り返し実行する。

【００１５】このサブルーチンを開始すると、ＥＣＵ３
０は先ずステップＳ１で、上述した各センサからの運転
情報をＲＡＭに読み込む。次に、ＥＣＵ３０は、ステッ
プＳ３で、クランク角センサ２４からのクランク角信号
ＳＧＣに基づき、ｎ番気筒に対応する失火判定領域内で
のクランクシャフト２３の回転所要時間Ｔcyc(n)を逐次
算出する。次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ５で回転所
要時間Ｔcyc(n)に基づきｎ番気筒に対応する平均角加速
度Ｄωave(n)を算出・記憶した後、ステップＳ７で初期
値０の検出開始フラグＦSTが１であるか否かを判定す
る。サブルーチンの初回の処理では、ステップＳ７の判
定がＮｏ（否定）となるため、ＥＣＵ３０は、ステップ
Ｓ９で検出開始フラグＦSTを１とした後にスタートに戻
る。

【００１６】さて、サブルーチンの２回目以降の処理で
は、ステップＳ７の判定がＹes（肯定）となるため、Ｅ
ＣＵ３０は、図４のステップＳ１１で平均角加速度の今
回値Ｄωave(n)が前回値Ｄωave(n-1)より大きいか否か
を判定する。そして、ＥＣＵ３０は、この判定がＹesで
あれば、ステップＳ１３で今回値Ｄωave(n)を前回値Ｄ
ωave(n-1)に代入し、Ｎｏであれば、ステップＳ１５で
前回値Ｄωave(n-1)はそのままとする。つまり、ＥＣＵ
３０は、今回値Ｄωave(n)および前回値Ｄωave(n-1)の
うち大きい方を選択し、これを平均角加速度の前回値Ｄ
ωave(n-1)とする。

【００１７】これにより、図８に示したように、失火発
生時においては、ステップＳ５での平均角加速度Ｄωav
eの算出値が失火気筒とその直後の気筒とで２回連続し
て低下するのに対し、ステップＳ１３の処理を行った調
整値は実際の失火気筒でのみ低下する。尚、ノイズ等に
より平均角加速度Ｄωaveの算出値が１回低下した場合
には、ステップＳ１３の処理を行うことにより、調整値
の低下は起こらない。また、連続する２気筒が失火した
場合には、平均角加速度Ｄωaveの算出値は３回連続し
て低下し、ステップＳ１３の処理を行った調整値は実際
に失火した二つの気筒で低下する。

【００１８】ステップＳ１３あるいはステップＳ１５に
おいて、平均角加速度の前回値Ｄωave(n-1)を求める
と、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１７で前回値Ｄωave(n-
1)が失火判定閾値ＤωAを下回っているか否かを判定す
る。そして、この判定がＹesであれば、ｎ−１番気筒が
失火していると認識して、ステップＳ１９で失火時処理
サブルーチンを実行し、また、ＮｏであればステップＳ
２１で正常時処理サブルーチンを実行した後、スタート
に戻って失火検出を繰り返す。

【００１９】すなわち、ステップＳ１７の判定がＹesで
あった場合、ＥＣＵ３０は、図５に示した失火時処理サ
ブルーチンのステップＳ３１で失火警告灯３１を点灯し
て運転者に注意を促し、ステップＳ３３でダイアグノー
シス用の故障コードをＲＯＭに記憶した後、失火検出サ
ブルーチンに復帰する。また、ステップＳ１７の判定が
Ｎｏであった場合、ＥＣＵ３０は、図６に示した正常時
処理サブルーチンのステップＳ４１で失火警告灯３１を
消灯し、ステップＳ４３でダイアグノーシス用の故障コ
ードをＲＯＭから消去した後、失火検出サブルーチンに
復帰する。

【００２０】以上で、具体的実施形態の説明を終える
が、本発明の態様はこの実施形態に限るものではない。
例えば、上記実施形態は本発明をＶ型６気筒エンジンに
適用したものであるが、単気筒エンジンや直列４気筒エ
ンジン等、気筒数やその配列が異なる種々のエンジンに
適用してもよい。また、上記実施形態では、クランク角
センサとしてベーン型のロータプレートを有するものを
用いたが、クランクシャフトの回転を１゜毎に検出する
ようなものを用いるようにしてもよい。

【００２１】また、上記実施形態ではクランク角加速度
の変動に基づいて失火を検出したが、クランク角速度や
クランク回転数等、他種のクランク回転状態量の変動に
基づいて失火を検出するようにしてもよい。また、失火
時における処置として、警告灯の点灯に代えて、失火気
筒の空燃比のリッチ化や点火時期のリタード等を行うよ
うにしてもよい。その他、本発明の主旨を逸脱しない範
囲であれば、具体的な装置構成や制御手順等についても
適宜変更可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明の請求項１の失火検出装置によれ
ば、内燃機関の回転に伴い、複数のクランク角度でクラ
ンク角信号を出力するクランク角センサと、このクラン
ク角センサから入力した所定のクランク角信号組を基準
クランク角信号組として、当該内燃機関における所定ク
ランク角度領域におけるクランク回転状態量を算出する
クランク回転状態量算出手段と、このクランク回転状態
量算出手段の算出結果から得られたクランク回転状態量
の変動に基づき、当該内燃機関の所定気筒の失火を判定
する失火判定手段とを備え、当該失火判定手段は、前記
クランク回転状態量算出手段が算出した第１の気筒に対
応する第１クランク回転状態量と点火順序で第１の気筒
の直後に位置する第２の気筒に対応する第２クランク回
転状態量とを比較し、両クランク回転状態量のうち値の
大きい方を前記第１クランク回転状態量として用いるよ
うにしたため、エンジン回転数の上昇に伴い角加速度変
化曲線の位相がずれても、実際に失火した気筒のみを特
定できるようになり、失火検出の精度が向上する。

【００２３】また、請求項２によれば、請求項１の失火
検出装置において、前記失火判定手段は、前記第１クラ
ンク回転状態量が所定の閾値を下回ったときに、前記第
１の気筒が失火していると判定するようにしたため、減
速運転時や負荷急増時等に失火が生じたと誤検出するこ
とがなくなる。また、請求項３によれば、請求項２の失
火検出装置において、前記所定クランク角度領域は、前
記第１の気筒に失火が発生したときに、前記第１クラン
ク回転状態量と前記第２クランク回転状態量とが共に前
記閾値を下回るように設定されているものとしたため、
実際に失火した気筒のみを特定できるようになり、失火
検出の精度が向上する。

【００２４】また、請求項４によれば、請求項１〜３の
失火検出装置において、前記クランク角センサは、前記
内燃機関のクランクシャフトの回転に伴なって回転する
と共に複数枚のベーンが周上に略等間隔に形成された回
転部材と、この回転部材に形成されたベーンの進入時ま
たは離脱時にクランク角信号を発生する信号発生手段と
を備えるようにしたため、比較的簡単な構成を採りなが
ら、失火検出を行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る失火検出装置を適用したエンジン
制御系の一実施形態を示した概略構成図である。

【図２】クランク角センサを示した斜視図である。

【図３】失火検出サブルーチンの手順を示したフローチ
ャートである。

【図４】失火検出サブルーチンの手順を示したフローチ
ャートである。

【図５】失火時処理サブルーチンの手順を示したフロー
チャートである。

【図６】正常時処理サブルーチンの手順を示したフロー
チャートである。

【図７】失火時における回転所要時間Ｔcyc(n)と平均角
加速度Ｄωaveとの変化を示したグラフである。

【図８】平均角加速度Ｄωaveの算出値と調整値との変
化を示したグラフである。

【符号の説明】

１エンジン２２点火プラグ２３クランクシャフト２４クランク角センサ２５ロータプレート２６センサ本体２７ａ〜２７ｃベーン２８点火コイル３０ＥＣＵ３１失火警告灯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−229310（ＪＰ，Ａ) 特開平４−81548（ＪＰ，Ａ) 特開平６−229311（ＪＰ，Ａ) 特開平６−336948（ＪＰ，Ａ) 特開平６−241109（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02P 17/12 F02D 45/00 362 F02D 45/00 368 G01M 15/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の回転に伴い、複数のクランク
角度でクランク角信号を出力するクランク角センサと、このクランク角センサから入力した所定のクランク角信
号組を基準クランク角信号組として、当該内燃機関にお
ける所定クランク角度領域におけるクランク回転状態量
を算出するクランク回転状態量算出手段と、このクランク回転状態量算出手段の算出結果から得られ
たクランク回転状態量の変動に基づき、当該内燃機関の
所定気筒の失火を判定する失火判定手段とを備え、当該失火判定手段は、前記クランク回転状態量算出手段
が算出した第１の気筒に対応する第１クランク回転状態
量と点火順序で第１の気筒の直後に位置する第２の気筒
に対応する第２クランク回転状態量とを比較し、両クラ
ンク回転状態量のうち値の大きい方を前記第１クランク
回転状態量として用いることを特徴とする内燃機関の失
火検出装置。
【請求項２】前記失火判定手段は、前記第１クランク
回転状態量が所定の閾値を下回ったときに、前記第１の
気筒が失火していると判定することを特徴とする、請求
項１記載の内燃機関の失火検出装置。
【請求項３】前記所定クランク角度領域は、前記第１
の気筒に失火が発生したときに、前記第１クランク回転
状態量と前記第２クランク回転状態量とが共に前記閾値
を下回るように設定されていることを特徴とする、請求
項２記載の内燃機関の失火検出装置。
【請求項４】前記クランク角センサは、前記内燃機関
のクランクシャフトの回転に伴なって回転すると共に複
数枚のベーンが周上に略等間隔に形成された回転部材
と、この回転部材に形成されたベーンの進入時または離
脱時にクランク角信号を発生する信号発生手段とを備え
たことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記
載の内燃機関の失火検出装置。