JP3978535B2 - 車両用エンジンの不着火検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用エンジンから不着火（ｍｉｓｆｉｒｅ）が発生する場合、これを検出するようにすることに係り、より詳しくは、広域酸素センサの応答信号を利用して不着火を検出する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来におけるエンジンの不着火の検出及び判定方法は、図１及び図２に示すように、ＥＣＵへエンジンの負荷、エンジンの回転数、冷却水温、クランクの角センサ、位相センサ及び排気マニホルド合流点に装着された広域酸素センサなどの信号を入力し、一定の運転条件で前記広域酸素センサの信号をクランク角を基準にサンプリングを行い、広域酸素センサ信号の変動傾きを演算し、その信号の変動傾きが一定なエンジン負荷及びエンジン回転数で基準値を超過すると、エンジンから不着火が発生したものと判定するとともに、前記広域酸素センサ信号の変動傾きカ−ブの２番目のピ−ク位置と位相センサ信号の位置との間に発生された位相差を計算して基準位相角範囲と照合することで、どのシリンダから前記不着火が発生されたかを判別し、チエックエンジン（Ｃｈｅｃｋ Ｅｎｇｉｎｅ）の警告燈を点燈できるようにした。
ここで、位相差は、２次ピークが発生する時点の位相角（クランク角）と、位相センサからパルスが発生する時点の位相角との差を言う。
【０００３】
つまり、前記不着火の判定は不着火が発生する場合、排気ガス中に多量の酸素が排出され、その酸素濃度の急激な変化は広域酸素センサから検出されるため、これを利用して所定のエンジン負荷、エンジン回転数で前記酸素濃度の変化状態を示す広域酸素センサ信号の変動傾きが基準値を超過する場合、不着火が発生したものと判定するものであって、ここで、前記広域酸素センサ信号をそのまま利用せずに、その信号の変動傾きを利用する理由は、正常的な燃焼状態においても空然比の稀い領域で運転された場合、前記広域酸素センサの信号（電圧）が上昇することから、これと見分けるためである。
【０００４】
次に、どのシリンダから不着火が発生したのかを判別するためには、次の原理を利用する。
あるシリンダに不着火が発生すれば、２回の酸素濃度の急激な変化がみられ、広域酸素センサの出力信号を微分すれば２つのピークが検出される。この２つのピークの内の２つ目のピークを２次ピークと定義する。本発明では、広域酸素センサの出力信号をクランク角について微分した値を利用する。
つまり、あるシリンダから不着火が発生すると、その不着火による排気ガスが排気マニホルドを通して排出されつつ前記広域酸素センサに酸素濃度変化として感知されるが、不着火がｎ回発生した場合には、前記広域酸素センサによって検出される酸素濃度の急激な変化、すなわち、広域酸素センサ信号の変化率のピ−クがｎ＋１回感知されるのを利用したものであって、これは、最後の不着火発生以降の次のサイクルで燃料ガスによって押し出されて出る不燃ガスが更に１回広域酸素センサに検知されるためで、不着火による排気ガスが排気マニホルドから一度に排出されずに、ほかのシリンダから排気された排気ガスとの混合（ｍｉｘｉｎｇ）によって現われる一般的な現象である。
【０００５】
つまり、図３に示すグラフを参考に、前記不着火回数ｎに対する酸素濃度の変化回数ｎ＋１の関係を一例として見てみると、クランク角の略３００〜５００度の間で不着火が１回発生すると、クランク角の略９００度及び略１３００度でそれぞれ酸素濃度の急激な変化、すなわち、広域酸素センサ信号の変化率のピ−クが検出されることが分かる。
【０００６】
これを一般化すると、１つのシリンダからｎ回連続して不着火が発生すると、ｎ＋１サイクルにわたってｎ＋１回のピ−クが発生し、２つのシリンダから連続して不着火が発生すると、ｎ＋１サイクルにわたって２ｎ＋１回のピ−クが発生することが分かり、１サイクルは１つのシリンダが４行程を終了するクランク軸の２回転、つまり７２０度である。
【０００７】
ここで、上記のごとき原理を利用して不着火したシリンダを判別するために毎サイクルを区別する基準となる信号が必要であり、このため、位相センサの信号を利用するのであるが、前記位相センサはカム軸の１回転ごとにパルスを提供するセンサであって、図３のグラフで７２０度ごとに０ボルトに落ち込むパルスを提供する。
【０００８】
上記のごとく提供される位相センサの基準パルスと前記広域酸素センサから検出される信号の変動傾きピ−クとの関係において不着火したシリンダを判別するが、前記位相センサの基準パルスから不着火による酸素濃度信号の変動傾きの２番目のピ−クまでの位相差を計算して、当該位相差がいずれかの基準位相角の範囲に属するかによって不着火したシリンダを判別し出す。
【０００９】
ここで、θは、エンジンの回転数およびエンジンの負荷に応じて適切に設定される設計的数値で、広域酸素センサの応答特性を考慮しない場合の特定のシリンダにおいて不着火発生時、位相センサ信号と２番目のピークとの間のクランク角度を意味するものとした場合、４気筒エンジンでは、不着火発生シリンダについて１８０度ずつ差異が発生し、θの測定結果が特定のクランク角 度θ１〜θ２の領域であれば、１番シリンダの不着火と判定し、θ２〜θ３の領域であれば３番シリンダの不着火、θ３〜θ４の領域であれば４番シリンダの不着火、θ４〜θ１＋７２０度の領域であれば２番シリンダの不着火と判定する。
広域酸素センサの応答特性を考慮する場合、２つ目のピークが発生する位置がΦだけ後方に移動するためこれを考慮してθ１，θ２、θ３、θ４を再設定する必要がある。ここで、Φの単位はクランク角度で、センサの応答特性で決定される。
【００１０】
このように一連の不着火発生感知及び不着火発生シリンダの判別は、図４に示す順序図のごとく、まず、各種のセンサから信号などが入力されて広域酸素センサ信号の変動傾きが基準値を超過するかを判断する不着火判断段階が行われた後、位相センサの基準パルスに対する広域酸素センサ信号変動の傾きの２番目のピ−クの位相差を計算する位相差計算段階を行い、前記計算された位相差がいずれかの基準位相角の範囲に属するかを判断して、不着火が発生されたシリンダを見分けだすシリンダ判別段階として要約される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、広域酸素センサの検出信号を利用してエンジンの不着火及び不着火したシリンダを判別する方法は、前記広域酸素センサの過度応答特性の変化に応じて不着火感知性能及び不着火発生シリンダの判別性能が減少される。
特に、センサが老朽化するにつれてセンサの応答特性が遅れ、センサ信号の変動幅が減少し、不着火発生シリンダの区分に使用される位相センサ信号と広域酸素センサ信号の変動傾きの２番目のピ−ク位置との位相差も変化して不着火発生及び不着火発生シリンダの区分確率が大幅に減少する。
さらに、上記のように、不着火感知に使用される広域酸素センサの不着火ガスに対する応答特性は、センサごとに一様でないことから、不着火感知性能もセンサによって変化するという問題点がある。
そこで、この発明は上記種々の問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、従来の不着火感知判定ロジックへの進入以前に酸素の突然の濃度の変化による広域酸素センサの応答特性を測定して、これを踏まえて不着火感知判定の基準値及び不着火発生シリンダを区分するための基準位相角範囲を補正して適確な不着火感知及び不着火発生シリンダの判定が行える車両用エンジンの不着火検出方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するため、この発明による車両用エンジンの不着火検出方法は、エンジンの所定運転条件で燃料噴射量を所定量に急激に減少させて燃料噴射量の減少前後の広域酸素センサ信号の変化を測定するセンサ特性測定段階と、該センサ特性測定段階で測定された広域酸素センサの信号の変化に応じて不着火を判定するための基準値を補正する基準値補正段階と、前記センサ特性測定段階で測定された広域酸素センサの信号の変化を利用して不着火発生シリンダを判別する基準位相角範囲を補正する位相角範囲補正段階と、広域酸素センサ信号の変動傾きが前記補正された基準値を超過するかを判断して、超過時に不着火の発生と判断する不着火判断段階と、不着火発生時に位相センサの基準パルスから前記広域酸素センサ信号の変化率の２次ピ−クとの位相差を計算する位相差計算段階と、該計算された位相差が前記補正された基準位相角範囲のいずれかの範囲に属するかを判断して、不着火発生シリンダを判別するシリンダ判別段階とから構成されたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について添付図に沿つて詳述する。
図５は、本発明の車両用エンジンの不着火検出方法を示す順序図であって、従来の不着火検出方法を示す図４とは次の３段階を追加された点で区別される。即ち、エンジンの所定運転条件で燃料の噴射量を所定量で急激に減少させて燃料噴射量の減少前後の広域酸素センサ信号の変化を測定するセンサ特性測定段階と、該センサ特性測定段階で測定された広域酸素センサの信号変化に応じて不着火判定をするための基準値を補正する基準値補正段階と、前記センサ特性測定段階で測定された広域酸素センサの信号変化を利用して不着火発生シリンダを判別する基準位相角範囲を補正する位相角範囲補正段階が追加されている。
【００１４】
上記の段階以後には、広域酸素センサ信号の変動傾きが前記補正された基準値を超過するかを判断して、超過時に不着火の発生と判断する不着火判断段階と、不着火発生時に位相センサの基準パルスから前記広域酸素センサ信号変化率の２次ピ−クとの位相差を計算する位相差計算段階と、前記計算された位相差が前記補正された基準位相角範囲のいずれかの範囲に属するかを判断して、不着火発生シリンダを判別するシリンダの判別段階がつながれることによって、この発明による車両用エンジンの不着火検出方法が具現されるようになっている。
【００１５】
燃料噴射量を急減させると、広域酸素センサではそれによって検出される酸素濃度信号が急上昇して、ある任意の検出値に収束する。前記センサ特性測定段階は、燃料噴射量の減少開始後、収束値までの変化量の５０％の中間値である所定水準に至るまでの時間、すなわちタイムファクタ（Ｔｆ）を測定する段階のことを言う。
【００１６】
次に、前記基準値補正段階は、前記タイムファクタ（Ｔｆ）の逆数に比例する第１の補正ファクタ（Ｆ１）を求め、該第１の補正ファクタ（Ｆ１）を基準値（Ｃ１）に自乗して補正された基準値（ｍＣ１）を求めるが、これを関係式で表現すると、（ｋは実験的に求められる比例常数）ｍＣ１＝Ｃ１＊Ｆ１である。
一方で、前記位相角範囲補正段階は、前記タイムファクタ（Ｔｆ）に対応する位相角（φ）を第２の補正ファクタ（φ）と定め、前記基準位相角範囲のそれぞれの上下限の位相角から前記第２の補正ファクタ（φ）を減算して補正された基準位相角範囲を求めるが、これを関係式で表現すると、次のとおりである。
【００１７】
つまり、補正された基準位相角範囲は、θ１−φ（エンジン回転数Ｎ，エンジン負荷Ｌ）〜θ２−φ（Ｎ，Ｌ）であれば１番シリンダの不着火範囲、θ２−φ（Ｎ，Ｌ）〜θ３−φ（Ｎ，Ｌ）であれば３番シリンダも不着火範囲、θ３−φ（Ｎ，Ｌ）〜θ４−φ（Ｎ，Ｌ）であれば４番シリンダの不着火範囲、θ４−φ（Ｎ，Ｌ）〜θ１−φ（Ｎ，Ｌ）＋７２０度であれば、２番シリンダの不着火範囲となるのである。したがって、上記のごとく補正された基準値（ｍＣ１）と補正された基準位相角範囲を従来のごとき方法で適用して、エンジンの不着火如否及び不着火発生シリンダの判別を行うようにするのである。
【００１８】
つまり、ＥＣＵに広域酸素センサ信号が入力されて、その変動傾きが前記補正された基準値（ｍＣ１）を超過するかを判断して、超過時に不着火の発生として判断する不着火判断段階を行うことによって、エンジンから不着火が発生されたかどうかを判定し、前記位相差計算段階を通して、不着火の発生時に位相センサの基準パルスから前記広域酸素センサ信号変化率の２次ピ−クとの位相差を計算し、前記計算された位相差が前記第２の補正ファクタによって補正された基準位相角範囲のいずれかの範囲に属するかを判断して不着火発生シリンダを判別するシリンダ判別段階を行うことで、具体的にどのシリンダから不着火が発生したかを突止めることになるのである。
上記のごとき不着火の発生かどうか及び不着火発生シリンダの判別後には、チエックエンジン警告燈を点燈するなど、その他の適切な後続措置がなされることはいうまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
上述のように、従来の不着火感知判定ロジックの進入以前に人為的に酸素の突然の濃度変化を起こして、これによって広域酸素センサの応答特性を測定して、これを踏まえて不着火感知判定の基準値及び不着火発生シリンダを区別するための基準位相角範囲を補正して、不着火感知及び不着火発生シリンダの判定が行われるようにすることで、広域酸素センサの老朽化及びそれぞれのセンサの特性に応じる影響を最少化してより適確な検出作用をする。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの不着火を判定するためのＥＣＵのセンサ類信号入力体系を簡略に示す図である。
【図２】図１に示すＥＣＵの機能的作用を示すブロック図である。
【図３】クランク角に対する広域酸素センサの電圧信号を示すグラフである。
【図４】従来技術に従うエンジンの不着火検出方法を要約した順序図である。
【図５】この発明に従うエンジンの不着火検出方法が示す順序図である。

Claims (5)

1. エンジンの所定運転条件で燃料噴射量を所定量に急激に減少させて燃料噴射量の減少前後の広域酸素センサ信号の変化を測定するセンサ特性測定段階と、
   該センサ特性測定段階で測定された広域酸素センサの信号の変化に応じて不着火を判定するための基準値を補正する基準値補正段階と、
   前記センサ特性測定段階で測定された広域酸素センサの信号の変化を利用して不着火発生シリンダを判別する基準位相角範囲を補正する位相角範囲補正段階と、
   広域酸素センサ信号の変動傾きが前記補正された基準値を超過するかを判断して、超過時に不着火の発生と判断する不着火判断段階と、
   不着火発生時に位相センサの基準パルスから前記広域酸素センサ信号の変化率の２次ピ−クとの位相差を計算する位相差計算段階と、
   該計算された位相差が前記補正された基準位相角範囲のいずれかの範囲に属するかを判断して、不着火発生シリンダを判別するシリンダ判別段階とから構成されたことを特徴とする車両用エンジンの不着火検出方法。
2. 前記センサ特性測定段階は、
   エンジンの所定運転条件で燃料噴射量を所定量に急激に減少させて燃料噴射量の減少前後の広域酸素センサの信号をそれぞれ測定し、
   該広域酸素センサの信号が前記燃料噴射量の減少開始時点から燃料噴射量の減少後に変化される広域酸素センサ信号収束値の所定水準に到達される時点までの時間であるタイムファクタ（ｔｉｍｅｆａｃｔｏｒ）を測定することを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの不着火検出方法。
3. 前記燃料噴射量の減少後に変化される広域酸素センサ信号収束値の所定水準は、５０％であることを特徴とする請求項２に記載の車両用エンジンの不着火検出方法。
4. 前記基準値補正段階は、前記タイムファクタの逆数に比例する第１の補正ファクタを求め、
   該第１の補正ファクタを基準値に自乗して補正された基準値を求めることを特徴とする請求項２に記載の車両用エンジンの不着火検出方法。
5. 前記位相角範囲の補正段階は、前記タイムファクタに対応する位相角を第２の補正ファクタとして定め、
   前記基準位相角範囲のそれぞれの上下限の位相角から前記第２の補正ファクタを減算して補正された基準位相角の範囲を求めることを特徴とする請求項２に記載の車両用エンジンの不着火検出方法。

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