JP3883701B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の気筒を有する内燃機関に発生する失火を各気筒の回転数から判断し、失火気筒を検出する内燃機関の失火検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、多気筒の内燃機関(以下、エンジンという)では、気筒内の燃焼室で失火が発生すると、エンジンの回転速度が低下する。このような内燃機関の失火を検出する装置としては、例えば、特開昭61−258955号公報に開示されているように、各気筒毎の回転数を検出し、各気筒の回転数の最大値と最小値との差である回転変動を求め、今回と前回の上記回転変動の比が小さくなった場合に当該気筒が失火気筒であるとするものである。また、特開昭62−118031号公報では、上記回転変動が少ない気筒を失火気筒であると判定している。
また、特開平8−270490号公報には、各気筒の点火直後は失火時でも回転速度に影響がないことに注目し、検出された各気筒毎の回転数から、各気筒間の回転速度偏差を学習し、上記学習された回転速度偏差と回転時の回転速度偏差とを比較して失火判定を行うことにより、エンジンのバラツキや経時変化による誤判定を防ぐようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各気筒の回転数は、当該気筒で噴射された燃料の爆発によって決まる部分と、それ以前の爆発による慣性の影響による部分とがあるため、上記従来の失火検出装置のように、各気筒の回転数が当該気筒の爆発にのみ起因するものとして失火気筒の判定を行うと、失火気筒を誤って特定してしまう恐れがあった。特に、気筒数が増加するにしたがって、どの気筒が失火気筒であるかを確認するのが困難であるといった問題点があった。
【0004】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、失火の発生した気筒を確実に検出することができる内燃機関の失火検出装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に記載の内燃機関の失火検出装置は、複数の気筒の回転数を検出する回転数検出手段により検出された気筒の回転数を、当該気筒以前の爆発による慣性の影響を取り除くために、当該気筒以前に検出された気筒の回転数に基づいて、補正する回転数補正手段と、上記補正された回転数と予め設定された失火判定値とを比較して各気筒の失火の有無を検出する失火判定手段とを備えたものである。
【0006】
請求項2に記載の内燃機関の失火検出装置は、上記補正された回転数である当該気筒の噴射量に起因する回転数N0(T)を、当該気筒の回転数の測定値をN(T)、前回に爆発した気筒の回転数の平均回転数との差である誤差回転数をΔN(T−t)、3回前の気筒の誤差回転数をΔN(T−3t)、4回前の気筒の誤差回転数をΔN(T−4t)、内燃機関の大きさ等により予め設定された前筒の影響を表わす係数をαとし、N0(T)=N(T)−α・ΔN(T−t)+α3・ΔN(T−3t)−α4・ΔN(T−4t)なる式で近似したものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図1は本発明の実施の形態に係わるラインポンプを備えた6気筒エンジンの燃料噴射装置の概略を示す図で、#1〜#6はエンジンの気筒、1は上記各気筒#1〜#6内の図示しない各ピストンと連接棒を介して連結されたクランク軸、2は上記各気筒#1〜#6に燃料を供給するラインポンプ、3は上記各気筒#1〜#6の噴射量を制御するラック、4は上記ラック3を駆動するガバナ、5はラインポンプ2のカム軸、6は上記カム軸5に設けられたパルサ6Aと上記パルサ6Aの位置を検出する電磁ピックアップ6Bから成る回転数検出手段である。また、クランク軸1とカム軸5とは、クランク軸1のギア1Gとカム軸5のギア5Gにより連結されており、エンジンの回転、すなわちクランク軸1の回転は上記ギア1G,ギア5Gを介してカム軸5に伝達されラインポンプ2が駆動される。
上記電磁ピックアップ6Bは、エンジンの各気筒#1〜#6内の図示しないピストンが上死点(TDC)に達した直後に、ラインポンプ2のカム軸5に設けられた上記パルサ6Aの突起6a〜6fと上記電磁ピックアップ6Bとが対応するような位置に設置されており、エンジンの各気筒がTDCの位置にきたことを検出する。エンジンの各気筒#1〜#6は、ラインポンプ2の1回転(エンジンの2回転)のほぼ1/6の周期で、#1→#4→#2→#6→#3→#5→#1→#4,‥‥の順で爆発し、エンジンのクランク軸1を回転させる。
各気筒の回転数N(T)は、図2に示すように、上記パルサ6Aと電磁ピックアップ6Bとより検出される出力の間隔、すなわち、TDCの間隔をパルス間隔t0のクロックにより読み取り算出する。例えば、気筒#1からの出力と気筒#4からの出力との間にPn個のパルスがあった場合、上記気筒#1の回転数N(T)は出力間隔がTn=t0・Pnであることから、気筒数をz(ここでは、z=6)として、N(T)=2・60/(t0・Pn・z)rpmと表わせる。
【0008】
次に、各気筒#1〜#6の回転数N(T)の補正方法について説明する。
まず、ラインポンプ2のカム軸5が1回転する間の各気筒の回転数N(T)を平均したものを平均回転数Na(T)とする。なお、今回検出した気筒の回転数をN(T)とし、前回検出した気筒の回転数をN(T−t)とし、前々回検出した気筒の回転数をN(T−2t)とする。また、今回の回転数N(T)と平均回転数Na(T)の差ΔN(T)を誤差回転数とし、今回噴射を行った気筒にのみ起因する回転変動値をn(T)、k回前に検出した気筒の回転変動値をn(T−kT)とする(kは自然数)。上記n(T),n(T−kT)は未知数である。
ところで、上記誤差回転数ΔN(T)が、上記当該気筒の噴射量にのみ起因する回転変動値n(T)と、前回の回転変動値による影響(α・n(T−t))及び前々回の回転変動値による影響(α2・n(T−2t))とに分けられるものとすると、誤差回転数ΔN(T)は下記の式(1)のように表わせる。ここで、上記αは、内燃機関の大きさや気筒数に起因する係数で、それ以前の爆発による慣性の影響の大きさを与えるもので、例えば、気筒数が多い場合には大きくなり、気筒が大型で重い場合には小さくなる。なお、α<1である。
また、当該気筒にのみ起因する回転数N0(T)は、平均回転数Naと上記当該気筒の噴射量にのみ起因する回転変動値n(T)との和である。
N0(T)=Na(T)+n(T)‥‥‥(2)
上記式(2)により、上記式(1)は以下のように変形できる。
すなわち、実測された当該気筒の回転数N(T)は、当該気筒のみに起因する回転数N0に対して、前回及び前々回に爆発した気筒の回転変動の影響分であるαn(T−t)とα2n(T−2t)とを含んでいる。
あるいは、上記式(3)は、以下の式(3a)のように変形できるので、
当該気筒のみに起因する回転数N0は、実測された当該気筒の回転数N(T)から前回及び前々回に爆発した気筒の回転変動の影響分であるαn(T−t)とα2n(T−2t)とを除去したものであるということもできる。
なお、上記各式(1)〜(3)において、N(T),Na(T),ΔN(T)等の値は実測から求められるので、上記式(1)〜(3)を用いて未知数である回転変動分n(T)の近似的に求め、当該気筒の噴射量にのみに起因する回転数N0(T)の近似式を求めることができる。
【0009】
以下に、当該気筒の噴射量にのみに起因する回転数N0(T)の近似式を求める方法について説明する。式(1)を再掲する。
式(1)より、回転変動分n(T)は、以下の式(4)で表わせる。
n(T)=ΔN(T)−αn(T−t)−α2n(T−2t)‥‥‥(4)
ここで、前回の回転変動分n(T−t)は、式(4)で、Tを(T−t)に置き換えることにより、
n(T−t)=ΔN(T−t)−α・n(T−2t)−α2・n(T−3t)
と表わされるので、これを式(4)に代入すると、回転変動分n(T)は、
実測から求められる値であるΔN(T)及びΔN(T−t)と、未知数である3回前の回転変動分n(T−3t)を用いた式(5)で表わされる。
n(T)=ΔN(T)−α・ΔN(T−t)+α3・n(T−3t)‥‥(5)
近似を更に進め、上記3回前の回転変動分n(T−3t)を、
n(T−3t)=ΔN(T−3t)−α・n(T−4t)−α2・n(T−5t)
として式(5)に代入してする。回転変動分n(T)は、
となる。更に、 n(T−4t)も同様に置き換えると、
となる。
ここで、α<1であるのでα6の項を省略して、該気筒のみに起因する回転数N0(T)を求めると、N0(T)=Na(T)+n(T)より、
となる。上式(8)の第2項までをN0(T)の1次近似式、第3項までをN0(T)の3次近似式、第4項までをN0(T)の4次近似式という。
【0010】
図3,図4は、アイドリング時に、各気筒の噴射量を一定としてエンジンを回転させたときの、上述したTDCの間隔から求めた各気筒の回転数N(T)の変化と、上記回転数N(T)を用いて求めた各気筒のみに起因する回転数N0(T)の変化を比較した図で、横軸は爆発した気筒すなわち回転数を検出した気筒の番号を示し、縦軸は回転数を示す。ここで、図3は気筒#1の噴射量を減らした場合、図4は各気筒間にバラツキがない例で、いずれの場合もα=0.7とした。図中の△印は回転数N(T)、図中の○印はN0(T)の4次近似式(8)を用いて算出した各気筒のみに起因する回転数、図中の●印はN0(T)の1次近似式を用いて算出した各気筒のみに起因する回転数である。なお、図中の×印は上記回転数N(T)の平均値Na(T)の変化を示す。
図3から明らかなように、検出された各筒の回転数N(T)は、気筒#1の噴射量を減らしたにもかかわらず、上記#1気筒の次に爆発した#4の気筒の回転数が最も低くなっている。一方、上記4次近似式(8)を用いて算出した回転数N0(T)では、実際に噴射量を減らした#1の気筒の回転数が最も低くなっている。このことから、各気筒の回転数は、当該気筒で噴射された燃料の爆発によって決まる部分と、それ以前の爆発による慣性の影響による部分とがあり、検出された各筒の回転数N(T)に対して、上記それ以前の爆発による慣性の影響による部分を除去するような補正を行うことにより、当該気筒の噴射量にのみ起因する回転数を求めることができる。
【0011】
図5は、本発明の実施形態に係わる内燃機関の失火検出装置の構成を示す図で、7は入力された各気筒#1〜#6の回転数N(T)からカム軸5が1回転する間の各気筒の回転数N(T)を平均した平均回転数Na(T)を算出する平均値算出手段、8は上記平均回転数Na(T)と各気筒回転数N(T)とから誤差回転数ΔN(T),ΔN(T−3t),ΔN(T−4t)を算出する誤差回転数算出手段、9は当該気筒の回転数N(T)と上記各誤差回転数とから、上述したN0(T)の4次近似式(8)を用いて、当該気筒の噴射量のみに起因する回転数N0(T)を演算する回転数補正手段、10は上記回転数N0(T)と予め設定された失火判定値Nkとを比較し、失火判定を行う失火判定手段である。
失火判定手段10は、回転数補正手段9で演算された当該気筒の噴射量にのみ起因する回転数N0(T)が上記失火判定値Nk以下の場合には、当該気筒が失火気筒であると判断し、回転数N0(T)が上記失火判定値Nkより高い場合には、当該気筒を正常であると判断する。
このように、本実施の形態に係わる失火検出装置は、当該気筒の噴射量のみに起因する回転数N0(T)に基づいて失火判定を行っているので、失火気筒を精度よく検出できるとともに、失火気筒の誤判定を十分防ぐことができる。
【0012】
なお、本実施の形態においては、1回の比較により失火気筒の判定を行うように記載したが、判定の確実性を図るため、所定時間内に上記回転数N0(T)が複数回上記失火判定値Nk以下になった場合、あるいは上記回転数N0(T)が連続して複数回上記失火判定値Nk以下となった場合、当該気筒を失火気筒と判定するようにしてもよいことは言うまでもない。
また、上記例では、当該気筒の噴射量にのみ起因する回転数N0(T)を、4次近似式(8)を用いて算出したが、上述した1次近似式あるいは、3次近似式を用いて算出した回転数N0(T)を用いても、十分失火気筒を検出することができる。
【0013】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、検出された気筒の回転数を、当該気筒以前の爆発による慣性の影響を取り除くために、当該気筒の以前に検出された気筒の回転数に基づいて補正する回転数補正手段を備え、上記補正された回転数に基づいて失火判定を行うようにしたので、失火気筒を精度よく検出できるとともに、失火気筒の誤判定を十分防ぐことができる。
【0014】
請求項2に記載の発明によれば、上記補正された回転数である当該気筒の噴射量に起因する回転数N0(T)を、N0(T)=N(T)−α・ΔN(T−t)+α3・ΔN(T−3t)−α4・ΔN(T−4t)なる式で近似したので、当該気筒の回転数を精度よく補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係わる燃料噴射装置の概略を示す図である。
【図2】各気筒の回転数の検出方法を示す図である。
【図3】#1の気筒の噴射量を減らした場合の各気筒の検出回転数と気筒の噴射量に起因する回転数とを比較した図である。
【図4】各気筒がバランスした状態での各気筒の検出回転数と気筒の噴射量に起因する回転数とを比較した図である。
【図5】本発明の実施形態に係わる内燃機関の失火検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
#1〜#6 エンジンの気筒、1 クランク軸、2 ラインポンプ、3 ラック、4 ガバナ、5 カム軸、6 回転数検出手段、6A パルサ、6B 電磁ピックアップ、7 平均値算出手段、8 誤差回転数算出手段、9 回転数補正手段、10 失火判定手段。
Claims (2)
- 複数の気筒の回転数を検出する回転数検出手段により検出された気筒の回転数を、当該気筒以前の爆発による慣性の影響を取り除くために、当該気筒以前に検出された気筒の回転数に基づいて、補正する回転数補正手段と、上記補正された回転数と予め設定された失火判定値とを比較して各気筒の失火の有無を検出する失火判定手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
- 上記補正された回転数である当該気筒の噴射量に起因する回転数N0(T)を、当該気筒の回転数の測定値をN(T)、前回に爆発した気筒の回転数の平均回転数との差である誤差回転数をΔN(T−t)、3回前の気筒の誤差回転数をΔN(T−3t)、4回前の気筒の誤差回転数をΔN(T−4t)、内燃機関の大きさ等により予め設定された前筒の影響を表わす係数をαとし、N0(T)=N(T)−α・ΔN(T−t)+α3・ΔN(T−3t)−α4・ΔN(T−4t)なる式で近似したことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の失火検出装置。
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