JP3133150B2 - クランク軸回転変動による失火検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クランク軸回転変動に
よる失火検出方法に関し、特に、失火検出に用いる判別
基準値を統計的処理によって適正に設定して、失火発生
の有無を正確に検出可能にした失火検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の運転中に、燃料噴射装置の故
障等によって気筒内での燃焼が正常に行われない失火状
態が発生すると、内燃機関の排ガス特性等が悪化する。
そこで、従来は、例えば特開平２ー３０９５４号に開示
のように、エンジンの各気筒毎に対応した所定クランク
角毎の周期より回転数相当の情報を演算し、この情報の
変化量又は変化率によりエンジンの失火状態を検出し、
失火が確認された気筒への燃料供給を停止している。こ
の種の失火検出方法は、気筒内で失火が発生したときに
内燃機関のトルク出力の低下に起因してクランク軸の回
転速度（角速度）が低下することに着目したもので、ク
ランク軸の回転速度変化率（角加速度）を繰り返し検出
している間に回転速度変化率が判別基準値を下回って負
になったときに失火発生を判別している。

【０００３】又、特開平２ー４９９５５号の記載によれ
ば、内燃機関での燃焼行程に合わせて点火間隔毎に算出
される、内燃機関の回転角速度と基準角速度（判別基準
値）としての１点火前の回転角速度との偏差、すなわち
回転変動に基づいて失火検出を行うと、偶発的な失火が
生じ或は数回転に１回程度の割合で失火が生じる場合
に、失火を正確に検出できないことがある。そこで、特
開平２ー４９９５５号では、基準角速度すなわち判別基
準値を必要に応じて更新するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クラン
ク軸回転変動による失火検出に用いる判別基準値を適正
に設定することは困難で、判別基準値の設定が不適正に
なると誤検出が生じる。特に、クランク軸回転速度が小
さい内燃機関の低速運転中にあっては、失火発生に伴う
回転速度の減少分も小さくなる。即ち、低速運転時に
は、正常燃焼状態と失火状態との間でのクランク軸回転
速度変化率に関するＳ／Ｎ比が低下し、クランク軸回転
速度変化率に基づいて正常燃焼状態と失火状態とを弁別
することが難しくなる。換言すれば、正常燃焼状態での
クランク軸回転速度変化率と失火状態でのそれとを区分
するための判別基準値を適正に設定することがより困難
になる。そして、判別基準値が適正値よりも小さい過小
な値に設定されている場合、例えばエンジン低速運転中
である等の理由から失火発生によるクランク軸回転速度
の減少分が小さいと、実際には失火状態が発生している
ときにも回転速度変化率が判別基準値よりも大きいと判
別されることがある。この場合、失火状態が発生してい
るにもかかわらず、正常燃焼状態であると誤検出され
る。一方、判別基準値が過大であれば、失火状態でない
にもかからわず、失火状態であると誤検出されることが
ある。

【０００５】そこで、本発明は、失火検出に用いる判別
基準値を統計的処理によって適正に設定して、失火発生
の有無を正確に検出可能にした失火検出方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、クランク軸回転速度の変化率が判別基準値を下回っ
たときに失火状態を検出する失火検出方法において、本
発明は、失火状態及び正常燃焼状態の夫々におけるクラ
ンク軸回転速度変化率の分布を予め求め、前記判別基準
値を、失火状態でのクランク軸回転速度変化率の分布と
正常燃焼状態でのクランク軸回転速度変化率の分布とに
基づいて予め設定し、斯く設定した前記判別基準値に基
づいて失火検出を行うことを特徴とする。

【０００７】

【作用】失火検出を伴う内燃機関の実際運転に先だっ
て、失火検出に用いる判別基準値を設定するための実験
が行われる。この実験において、失火状態及び正常燃焼
状態のいずれか一方例えば失火状態で内燃機関を運転し
つつ、クランク軸回転速度変化率を実測する。このた
め、例えば、各気筒に対応するクランク軸回転角度領域
にクランク軸が突入してから離脱するまでの時間間隔を
クランク角センサ等を用いて検出し、相次いで検出した
時間間隔に基づいてクランク軸回転速度変化率をコンピ
ュータ等によって算出し、算出データを記憶装置に記憶
しておく。同様に、内燃運転を正常燃焼状態で運転しつ
つクランク軸回転速度変化率を実測し、変化率算出デー
タを記憶しておく。

【０００８】次に、失火状態及び正常燃焼状態の夫々に
ついてのクランク軸回転速度変化率の算出データを統計
処理して各状態での変化率の分布を求め、失火状態での
クランク軸回転速度変化率の分布と正常燃焼状態でのク
ランク軸回転速度変化率の分布とに基づいて、失火検出
のための判別基準値を決定する。その後の内燃機関の実
際運転中、クランク軸回転速度の変化率を算出し、この
算出変化率と判別基準値との比較結果に応じて失火状態
を検出する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例のクランク軸回転変
動による失火検出方法を説明する。本実施例の失火検出
方法を実施するための装置は、例えば、内燃機関として
の６気筒エンジン（図示略）に搭載されるもので、図１
に示すように、コントローラ１０，クランク角センサ２
０および気筒判別センサ３０を主要要素として備えてい
る。

【００１０】図２を参照すると、クランク角センサ２０
は、エンジンのクランク軸（図示略）に同期して回転す
るカムシャフト１に一体回転自在に装着された回転部材
２１とこの回転部材２１に臨んで配された検出部２２と
を有し、回転部材２１の周縁にはカムシャフト半径方向
に突出する第１，第２及び第３のベーン２１ａ，２１ｂ
及び２１ｃが形成され、検出部２２によってベーン２１
ａ，２１ｂ又は２１ｃの通過を光学的に或は電磁気的に
検出したときにパルス出力を発生するようになってい
る。第１ないし第３のベーン２１ａ，２１ｂ及び２１ｃ
は、各々が一定角度のクランク軸回転角度に対応する周
方向長さを有し、互いに所定角度間隔をおいて周方向に
離間して配され、従って、相隣るベーンの対応する端同
士間の角度間隔は１２０度になっている。但し、実際に
は、クランク角センサ２０の構成上の誤差、特にベーン
２１ａ，２１ｂ及び２１ｃの製造および取付け誤差に起
因して、相隣るベーンの端間の角度間隔は正確には１２
０度であるとは限らず、一般には、約１度以下の角度間
隔誤差がある。

【００１１】気筒判別センサ３０は、カムシャフト１に
これと一体回転自在に装着され、クランク軸が２回転し
てカムシャフト１が１回転する間に、カムシャフト１が
一つの気筒に対応する特定の回転位置をとる毎にパルス
出力を発生するようになっている。コントローラ１０
は、失火検出装置の主要要素として機能すると共に通常
の各種エンジン制御を実行するもので、各種制御プログ
ラムを実行するためのプロセッサ１１と、制御プログラ
ムを格納したリードオンリメモリ１２と、データの一時
記憶等のためのランダムアクセスメモリ１３とを有して
いる。プロセッサ１１は、入力回路１４を介して、クラ
ンク角センサ２０，気筒判別センサ３０，イグニッショ
ンスイッチ４０，吸気量センサ，吸気温センサ，水温セ
ンサ等の各種センサ及びスイッチ（一部図示略）に接続
されると共に、出力回路１５を介して、燃料噴射弁５０
を含む各種アクチュエータ，警告ランプ６０等を駆動す
るための各種駆動回路（要素５０，６０に対応するもの
のみを参照符号５１，６１で示す）に接続されている。

【００１２】点火動作が気筒番号順に行われる６気筒エ
ンジンに搭載される本実施例の装置は、例えば、第３ベ
ーン２１ｃの端（前端２１ｃ’又は後端）が検出部２２
を通過したときに、第１気筒グループをなす第１気筒及
び第４気筒のいずれか一方（好ましくは、当該一方の気
筒での主に膨張行程）に対応する第１クランク軸回転角
度領域にクランク軸が突入すると共に、第１ベーン２１
ａの端が検出部２２を通過したときにクランク軸が第１
回転角度領域から離脱するようになっている。同様に、
第１ベーン２１ａの端の通過時に、第２気筒グループを
構成する第２及び第５気筒のいずれか一方に対応する第
２クランク軸回転角度領域に突入しかつ第２ベーン２１
ｂの端の通過時に同領域から離脱し、更に、第２ベーン
２１ｂの端の通過時に第３気筒グループをなす第３及び
第６気筒の一方に対応する第３クランク軸回転角度領域
への突入が行われると共に第３ベーン２１ｃの端の通過
時に同領域からの離脱が行われるようになっている。な
お、第１気筒と第４気筒との識別，第２気筒と第５気筒
との識別および第３気筒と第６気筒との識別は、気筒判
別センサ３０の出力に基づいて行われる。

【００１３】失火検出を伴うエンジンの実際運転に先だ
って、失火検出に用いる判別基準値を適正に設定すべ
く、正常燃焼状態及び失火状態の夫々におけるクランク
軸回転速度変化率データを生成するための実験及び統計
処理が順次行われる。この実験において、オペレータ
は、例えば先ず、エンジンが正常燃焼状態で定速運転さ
れていることを確認した後、変化率データ生成処理開始
指令をコントローラ１０のキーボード（図示略）を介し
てコントローラ１０に入力する。開始指令の入力を判別
すると、プロセッサ１１は、図３に示すデータ生成処理
プログラムの実行を開始し、正常燃焼状態でのエンジン
運転であるか或は失火状態でのエンジン運転であるのか
を問う質問メッセージを回答用の選択肢と共にコントロ
ーラ１０の表示画面（図示略）上に表示し、オペレータ
操作に待機する。オペレータが正常燃焼状態を示す選択
肢をキーボード操作によって選択すると、プロセッサ１
１は、フラグＦを正常燃焼状態を表す値「１」にセット
し（ステップＳ１）、クランク角センサ２０及び気筒判
別センサ３０からのパルス出力の入力に待機する。

【００１４】フラグＦの設定終了後にクランク角センサ
パルス出力が入力されると、プロセッサ１１は、このパ
ルス出力が、気筒判別センサ３０のパルス出力の入力時
点以降に順次入力したクランク角センサパルス出力のう
ちの何番目のものであるのかを先ず判別する。これによ
り、入力したクランク角センサパルス出力に対応する気
筒が何番目の気筒であるのかが識別される（ステップＳ
２）。好ましくは、主に膨張行程（出力行程）を現時点
で実行中の気筒が識別気筒として識別される。

【００１５】なお、プロセッサ１１は、クランク角セン
サ２０のパルス出力の入力に応じて、識別気筒グループ
ｍ（ｍは１，２又は３）に対応するクランク軸回転角度
領域への突入を判別すると、周期計測用タイマ（図示
略）をリスタートさせる。識別気筒グループｍは、ステ
ップＳ２で識別した気筒を含む。クランク角センサ２０
から次のパルス出力を入力すると、プロセッサ１１は、
識別気筒グループｍに対応するクランク軸回転角度領域
からの離脱を判別し、周期計測用タイマの計時動作を停
止させて計時結果を読み取る（ステップＳ３）。この計
時結果は、識別気筒グループｍに対応するクランク軸回
転角度領域への突入時点から当該領域からの離脱時点ま
での時間間隔Ｔm(n)、すなわち、識別気筒グループに対
応する２つの所定クランク角によって定まる周期Ｔm(n)
を表している。ここで、周期Ｔm(n)での添え字ｎは、当
該周期が識別気筒におけるｎ回目（今回）の点火動作に
対応することを表す。又、周期Ｔm(n)は、６気筒エンジ
ンでは識別気筒グループの１２０度クランク角間周期に
なり、より一般的には、Ｎ気筒エンジンでの（７２０／
Ｎ）度クランク角間周期になる。

【００１６】そして、プロセッサ１１は、ベーン製造，
取付け上のベーン角度間隔のばらつきによる周期測定誤
差を除去すべく、識別気筒グループｍに関連する補正係
数ＫLm(n)を、式ＫLm(n)＝ａ・ＫLm(n-1)＋（１−ａ）
・ＫLmに従って算出する（ステップＳ４）。ここで、記
号ａは、メモリ１２に予め格納しておいたフィルタ定数
で、０以上でかつ１以下の値をとる。記号ＫLm(n-1)
は、先の検出サイクルで算出されメモリ１３に格納して
おいた識別気筒グループｍに関連する補正係数を表し、
ＫLmは、式ＫLm＝Ｔm(n)÷（Ｔ(n)／３）に従って算出
される値を表す。ここで、記号Ｔm(n)は、上述したよう
に、識別気筒グループｍの今回検出した１２０度クラン
ク角間周期を表す。又、記号Ｔ(n)は、先の２つの検出
サイクル及び今回の検出サイクルで相次いで計測した第
１ないし第３気筒グループの１２０度クランク角間周期
の和すなわち３６０度クランク角間周期（Ｔ(n)＝Ｔ1
(n)＋Ｔ2(n)＋Ｔ3(n)）を表す。エンジン回転数が一定
であれば、この３６０度クランク角間周期を値３で除し
た値Ｔ(n)／３は、ベーン角度間隔に誤差がない場合で
の正確な１２０度クランク角間周期に等しい。従って、
算出値ＫLmは、正確な１２０度クランク角間周期と識別
気筒グループｍの１２０度クランク角間周期との比を示
す。

【００１７】更に、プロセッサ１１は、今回の検出サイ
クルのステップＳ３で計測した１２０度クランク間周期
Ｔn（＝Ｔm(n)）から当該周期におけるクランク軸の平
均角速度ωn（＝１２０度／Ｔn）すなわち回転速度を算
出すると共に、先の検出サイクルで計測してメモリ１３
に格納しておいた平均角速度ωn-1を読み出す。次に、
プロセッサ１１は、計測値Ｔn，Ｔn-1及び算出値ωn，
ωn-1とステップ３で算出した補正係数ＫLm(n)とを用い
て、今回の検出サイクルの１２０度クランク間周期にお
けるクランク軸の平均角加速度Ｄωすなわち回転速度変
化率を、式Ｄω＝ＫLm(n)・（ωn−ωn-1）÷｛（１／
２）・（Ｔn＋Ｔn-1）｝に従って算出する（ステップＳ
５）。ここで、記号Ｄは微分演算子記号で、ｄ／ｄｔを
表す。この様にして、補正係数ＫLm(n)を用いて補正し
た計測周期に基づいてクランク軸角加速度が求められる
ことになる。

【００１８】次に、プロセッサ１１は、フラグＦが値
「１」であるか否かを判別する（ステップＳ６）。ここ
では、Ｆ＝１であるので、ステップＳ５で算出した平均
角加速度Ｄωはメモリ１３の第１メモリ領域（図示略）
に格納される（ステップＳ７）。プロセッサ１１は、オ
ペレータによるキーボード操作の有無を判別することに
よりデータ生成中断指令が入力されたか否かを判別し
（ステップＳ８）、指令入力がなければ、例えばイグニ
ッションスイッチ４０がオフされているか否かを判別し
てエンジン運転が停止されたか否かを更に判別する（ス
テップＳ９）。エンジン運転が停止されていなければ、
上記ステップＳ２に戻って、次のクランク角センサパル
ス出力の入力に待機する。その後、クランク角センサパ
ルス出力が入力される毎に上記一連のステップＳ２ない
しＳ９が実行され、これにより、正常燃焼状態において
順次算出されたクランク軸平均角加速度Ｄωが回転速度
変化率データとしてメモリ１３の第１メモリ領域内に順
次格納される。

【００１９】正常燃焼状態でのクランク軸回転速度変化
率データを充分に得たと判断すると、オペレータはデー
タ生成中断指令を手動入力すると共に運転中のエンジン
において失火状態を人為的に作る。指令入力直後でのス
テップＳ８において指令入力が判別されると、上記ステ
ップＳ１に戻って質問メッセージ及び選択肢が再度画面
表示される。そこで、オペレータが失火状態を示す選択
肢を選択すると、プロセッサ１１はフラグＦを失火状態
を表す値「０」にセットし（ステップＳ１）、正常燃焼
状態の場合と同様に上記ステップＳ２ないしＳ６を順次
実行する。この場合、ステップＳ６での判別結果が否定
になるので、ステップＳ５で算出された平均角加速度Ｄ
ωはメモリ１３の第２メモリ領域（図示略）に格納され
る（ステップＳ１０）。次に、データ生成中断指令が入
力されていないと上記ステップＳ８で判別されると共に
エンジン運転が停止されていないと上記ステップＳ９で
判別されると、上記ステップＳ２に戻る。その後、クラ
ンク角センサ２０のパルス出力が入力される毎に上記一
連のステップＳ２ないしＳ６，Ｓ１０，Ｓ８及びＳ９が
実行され、これにより、失火状態において順次算出され
たクランク軸平均角加速度Ｄωがメモリ１３の第２メモ
リ領域内に順次格納される。

【００２０】失火状態でのクランク軸回転速度変化率デ
ータを充分に得たと判断してオペレータがイグニッショ
ンスイッチ４０をオフすると、図３の変化率データ生成
処理が終了する。次いで、オペレータがキーボードを操
作して統計処理開始指令をコントローラ１０に入力する
と、プロセッサ１１は、失火検出に用いる判別基準値を
適正に設定するための、図４に示す統計処理を開始す
る。

【００２１】この統計処理において、プロセッサ１１
は、正常燃焼状態において得た回転速度変化率データと
してのクランク軸平均角加速度Ｄωをメモリ１３の第１
メモリ領域から読み出して（ステップＳ１０１）、該デ
ータに統計的処理を施して、角加速度Ｄωの分布を表
す、角加速度Ｄωの平均ｘN及び標準偏差σNを求める
（ステップＳ１０２）。次に、プロセッサ１１は、失火
状態において得た回転速度変化率データとしてのクラン
ク軸平均角加速度Ｄωをメモリ１３の第２メモリ領域か
ら読み出して（ステップＳ１０３）、該データに統計的
処理を施して、角加速度Ｄωの分布を表す、角加速度Ｄ
ωの平均ｘM及び標準偏差σMを求め（ステップＳ１０
４）、更に、上記算出値ｘN，ｘM，σN及びσMに基づい
て、値｛（ｘN−３σN）＋（ｘM＋３σM）｝／２を判別
基準値として求める（ステップＳ１０５）。そして、こ
の判別基準値をメモリ１３に格納して、図４の統計処理
を終了する。

【００２２】この様にして求めた判別基準値によれば、
正常燃焼状態におけるクランク軸平均角加速度Ｄω（ク
ランク軸回転速度変化率）の分布と失火状態におけるそ
れとを区分可能になる。即ち、失火検出に用いる判別基
準値が、統計的処理によって適正に設定される。実際の
エンジン運転中、プロセッサ１１は、クランク角センサ
２０からのパルス出力と気筒判別センサ３０からのパル
ス出力とを逐次入力しつつ、図５に示す失火検出処理を
周期的に繰り返し実行する。

【００２３】プロセッサ１１は、クランク角センサ２０
のパルス出力を入力する毎に失火検出処理サイクルを開
始する。各検出サイクルにおいて、プロセッサ１１は、
図３を参照して説明したクランク軸回転速度変化率デー
タ生成処理におけるステップＳ２ないしＳ５に夫々対応
するステップＳ２０１ないしＳ２０４を順次実行する。

【００２４】即ち、簡略に述べれば、プロセッサ１１
は、現時点で入力したクランク角センサパルス出力に対
応する気筒が何番目の気筒であるのかを識別し（ステッ
プＳ２０１）、識別気筒を含む識別気筒グループｍに対
応する１２０度クランク間周期Ｔm(n)を計測し（ステッ
プＳ２０２）、識別気筒グループｍに関連する補正係数
ＫLm(n)を算出し（ステップＳ２０３）、更に、１２０
度クランク間周期におけるクランク軸の平均角加速度Ｄ
ωを算出する（ステップＳ２０４）。

【００２５】次いで、プロセッサ１１は、識別気筒での
失火発生の有無を検出すべく、ステップＳ４で算出され
クランク軸の回転変動を表す平均角加速度Ｄωとメモリ
１３に予め格納された失火判定のための判別基準値との
大小関係を判別する（ステップＳ２０５）。なお、判別
基準値は一般には負の値に設定されている。算出値Ｄω
が判別基準値よりも小さいと判別すると、プロセッサ１
１は、ランプ駆動回路６１に例えばＨレベルの駆動信号
を送出して警告ランプ６０を点灯させ、これにより、識
別気筒に失火が生じたことを警告し（ステップＳ２０
６）、更に、ステップＳ２０１で判別した識別気筒に失
火が生じたことをメモリ１３内に記憶させる（ステップ
Ｓ２０７）。一方、クランク軸の平均角加速度Ｄωが判
別基準値以上であるとステップＳ２０５で判別すると、
プロセッサ１１は例えばＬレベルの駆動信号を送出して
警告ランプ６０を消灯させて識別気筒に失火が生じてい
ないことを告知する（ステップＳ２０８）。

【００２６】ステップ２０７での失火気筒記憶又はステ
ップＳ２０８での警告ランプ消灯を終えると、プロセッ
サ１１は、クランク角センサ２０からの次のパルス出力
の入力に待機し、パルス出力を入力すると、図５の処理
を再開する。上記実施例では本発明を６気筒エンジンに
適用した場合について説明したが、本発明は４気筒エン
ジンなどの種々のエンジンに適用可能である。

【００２７】又、上記実施例では、クランク軸角加速度
データ生成処理（図３）及び失火検出処理（図５）にお
いて、ベーン角度間隔のばらつきによる周期測定誤差を
除去すべく補正係数を演算しかつこれを用いてクランク
軸角加速度Ｄωを算出したが、補正係数演算及び補正係
数に基づく角加速度算出は必須ではない。又、角加速度
データ生成処理における気筒識別も必須ではない。

【００２８】

【発明の効果】上述のように、クランク軸回転速度の変
化率が判別基準値を下回ったときに失火状態を検出する
失火検出方法において、本発明は、失火状態及び正常燃
焼状態の夫々におけるクランク軸回転速度変化率の分布
を予め求め、前記判別基準値を、失火状態でのクランク
軸回転速度変化率の分布と正常燃焼状態でのクランク軸
回転速度変化率の分布とに基づいて予め設定し、斯く設
定した判別基準値に基づいて失火検出を行うので、失火
検出に用いる判別基準値を統計的処理によって適正に設
定でき、従って、内燃機関の、低速運転領域を含む種々
の運転領域において失火発生の有無を正確に検出可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の失火検出方法を実施するための装置を
示す概略ブロック図である。

【図２】図１に示す装置のクランク角センサを示す斜視
図である。

【図３】本発明の一実施例の失火検出方法におけるクラ
ンク軸回転速度変化率データ生成処理をしめすフローチ
ャートである。

【図４】同実施例の失火検出方法における統計処理を示
すフローチャートである。

【図５】同実施例の失火検出方法における失火検出処理
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ クランク軸 １０ コントローラ １１ プロセッサ ２０ クランク角センサ ３０ 気筒判別センサ ４０ イグニッションスイッチ ６０ 警告ランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 徹 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 吉田 泰久 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 笠井 聡 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−149189（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−157000（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸回転速度の変化率が判別基準
   値を下回ったときに失火状態を検出する失火検出方法に
   おいて、失火状態及び正常燃焼状態の夫々におけるクラ
   ンク軸回転速度変化率の分布を予め求め、前記判別基準
   値を、失火状態でのクランク軸回転速度変化率の分布と
   正常燃焼状態でのクランク軸回転速度変化率の分布とに
   基づいて予め設定し、斯く設定した前記判別基準値に基
   づいて失火検出を行うことを特徴とする、クランク軸回
   転変動による失火検出方法。