JP4687578B2

JP4687578B2 - 内燃機関の失火判定装置

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Publication number: JP4687578B2
Application number: JP2006169224A
Authority: JP
Inventors: 庄三吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2026-06-19
Also published as: JP2007332940A

Description

本発明は、内燃機関が失火したときの原因を特定する内燃機関の失火判定装置に関するものである。

例えば、燃料を燃焼室に直接噴射する筒内噴射式エンジンでは、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入されてピストンにより圧縮され、この高圧空気に対してインジェクタから燃料が直接噴射され、燃焼室内の高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気が点火プラグに導かれて着火して爆発することで駆動力を得ることができ、排気弁の開放時に、燃焼後の排気ガスが排気ポートから排出される。

この場合、一般的に、制御装置は、検出した吸入空気量に基づいて基準燃料噴射量を設定し、始動後には、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいてこの基準燃料噴射量を補正すると共に、排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。また、制御装置は、吸気圧、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて基準点火時期を設定し、始動後には、吸気温度、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいてこの基準点火時期を補正すると共に、空燃比のフィードバック補正に応じて燃料噴射量を補正している。そして、制御装置は、設定した燃料噴射量（燃料噴射時間）や点火時期に基づいてインジェクタや点火プラグを駆動制御している。

このようなエンジン制御では、燃料噴射量、空燃比、点火時期などが現在のエンジンの運転状態に適応したものに設定されていないと失火を招いてしまい、排気ガス特性やドライバビリティの悪化を引き起こしてしまうばかりでなく、エンジン停止に至る可能性もある。そのため、制御装置は、常時、エンジンの失火を検出してその原因を特定し、燃料噴射量、空燃比、点火時期などを補正する必要がある。

エンジンの失火を判定する失火判定装置としては、例えば、下記特許文献１、２に記載されたものがある。この特許文献１の内燃機関の失火判定装置は、排気集合部の空燃比センサの検出値に基づいて排出ガスの空燃比を推定し、この空燃比が正常燃焼範囲内であるか否かで正常燃焼と失火とを判定し、この失火気筒の実噴射量と全気筒の実噴射量平均値との差に基づいて失火の原因が燃料系であるか否かを判定すると共に、失火気筒の推定空気量と全気筒の実空気量平均値との差に基づいて失火の原因が空気系であるか否かを判定するものである。

また、特許文献２の内燃機関の失火診断装置は、制御プログラムに優先して空燃比を目標値にオープン制御し、このオープン制御時に特定の気筒の燃料噴射を停止させたときに失火気筒を判別すると共に、燃料噴射強制停止作動前と作動時の程度に基づいて燃料噴射系の故障による失火であるか、あるいは点火系の故障による失火であるかを判別するものである。

特開２００５−１６３６９６号公報特開平０５−２０２８０１号公報

上述した特許文献１の内燃機関の失火判定装置では、排気ガスの空燃比に基づいて失火を検出し、燃料噴射量と吸入空気量に基づいて失火の原因を判定している。また、特許文献２の内燃機関の失火診断装置では、機関回転速度変化に基づいて失火を検出し、排気空燃比に基づいて失火の原因を判別している。ところが、失火の原因は、多種のものが考えられ、上述した燃料噴射量、吸入空気量、排気空燃比だけでは、失火の原因を詳細に解明できておらず、十分な対策を施すことができない。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、燃焼室における燃焼状態を解析することで失火の原因を高精度に特定可能とした内燃機関の失火判定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の失火判定装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段が検出した運転状態に基づいて前記内燃機関の失火を検出する失火検出手段と、燃焼室における熱発生状況に対応した熱発生パラメータを検出する熱発生状況検出手段と、前記失火検出手段が前記内燃機関の失火を検出したときに前記熱発生状況検出手段が検出した熱発生パラメータが予め設定された判定値より高い場合に失火の原因を点火時期の遅れによる燃焼の失速と特定して熱発生パラメータが前記判定値以下である場合に失火の原因を残留ガスの過多による燃焼の伝播不良であると特定する失火原因特定手段とを具えたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の失火判定装置では、燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサを設け、前記熱発生状況検出手段は、前記筒内圧センサが検出した燃焼室の圧力に基づいて前記熱発生パラメータとしての熱発生率を算出することを特徴としている。

本発明の内燃機関の失火判定装置では、前記熱発生状況検出手段は、点火から排気ポート閉止までの期間における最大熱発生率を算出することを特徴としている。

本発明の内燃機関の失火判定装置では、前記失火原因特定手段が前記内燃機関の失火の原因を点火時期の遅れと特定したときは、点火時期の進角処理を実行する一方、前記内燃機関の失火の原因を残留ガスの過多であると特定したときは、吸気ポートの開放期間と排気ポートの開放期間とが重なるオーバーラップ期間を減少する処理を実行することを特徴としている。

本発明の内燃機関の失火判定装置では、前記失火原因特定手段は、空燃比が予め設定された基準空燃比領域にあって、前記燃焼室の圧力が予め設定された基準圧力以上であるときに、前記熱発生状況検出手段が検出した熱発生パラメータに基づいて失火の原因を特定することを特徴としている。

本発明の内燃機関の失火判定装置によれば、内燃機関の運転状態に基づいて失火を検出する失火検出手段と、燃焼室における熱発生状況に対応した熱発生パラメータを検出する熱発生状況検出手段とを設け、失火原因特定手段は、内燃機関の失火を検出したときに熱発生パラメータが予め設定された判定値より高い場合に失火の原因を点火時期の遅れによる燃焼の失速と特定し、熱発生パラメータが判定値以下である場合に失火の原因を残留ガスの過多による燃焼の伝播不良であると特定している。従って、燃焼室における熱発生状況に対応した熱発生パラメータに基づいて失火の原因を特定することで、現在の燃焼状態を適正に解析して失火の原因を高精度に特定することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の失火判定装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の失火判定装置が適用された内燃機関を表す概略構成図、図２は、本実施例の内燃機関の失火判定装置における失火判定制御のフローチャート、図３は、点火時期における筒内圧判定値を表すグラフ、図４は、本実施例の内燃機関の失火判定装置における筒内圧による失火判定方法を表すグラフ、図５は、本実施例の内燃機関の失火判定装置における熱発生率による失火判定方法を表すグラフである。

本実施例の内燃機関の失火判定装置において、図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１０は多気筒筒内噴射式であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。

燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。

なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。

従って、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。

また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２７，２８となっている。この吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。

吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の下流側にスロットル弁３９を有する電子スロットル装置４０が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）４１が装着されており、このインジェクタ４１は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜して配置されている。各気筒に装着されるインジェクタ４１はデリバリパイプ４２に連結され、このデリバリパイプ４２には高圧燃料供給管４３を介して高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）４４が連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ４５が装着されている。

一方、排気ポート２０には、排気マニホールド４６を介して排気管４７が連結されており、この排気管４７には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する三元触媒４８，４９が装着されている。また、エンジン１０には、クランキングを行うスタータモータ５０が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。

ところで、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、インジェクタ４１や点火プラグ４５などを制御可能となっている。即ち、吸気管３７の上流側にはエアフローセンサ５２及び吸気温センサ５３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ５４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力しており、アクセルポジションセンサ５６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ５１に出力している。更に、クランク角センサ５７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５８が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ５１に出力している。更に、シリンダヘッド１２には燃焼室１８内の圧力、つまり、筒内圧力を検出する筒内圧センサ５９が設けられており、検出した筒内圧力をＥＣＵ５０に出力している。また、各インジェクタ４１に連通するデリバリパイプ４２には燃料圧力を検出する燃圧センサ６０が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ５１に出力している。一方、排気管４７には、三元触媒４８の上流側及び下流側に位置して排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ６１，６２が設けられており、検出した酸素濃度をＥＣＵ５１に出力している。なお、ＥＣＵ５０には、イグニッションスイッチ（ＩＧ−ＳＷ）６３のＯＮ／ＯＦＦ信号が入力される。

従って、ＥＣＵ５１は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧燃料ポンプ４４を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射時間）、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ５１は、検出した排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。

また、ＥＣＵ５１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。

そして、本実施例では、エンジン１０の運転状態を検出する運転状態検出手段として、ＥＣＵ５１とクランク角センサ５７を適用し、このＥＣＵ５１は、クランク角センサ５７が検出したクランク角度に基づいてエンジン回転数を算出する。また、エンジン１０の運転状態に基づいて失火を検出する失火検出手段として、ＥＣＵ５１を適用し、このＥＣＵ５１は、算出したエンジン回転数に基づいて回転変動を検出し、このエンジン回転変動が発生したときに、エンジン１０が失火したと検出している。更に、燃焼室１８における熱発生状況に対応した熱発生パラメータを検出する熱発生状況検出手段として、ＥＣＵ５１と筒内圧センサ５９を適用し、このＥＣＵ５１は、筒内圧センサ５９が検出した筒内圧力に基づいて熱発生率（熱発生パラメータ）を算出している。

そして、失火原因特定手段としてのＥＣＵ５１は、エンジン１０の失火を検出したとき、算出した熱発生率の最大値（最大熱発生率）が予め設定された熱発生率判定値より高い場合に失火の原因を点火時期の遅れと特定し、熱発生率が熱発生率判定値以下である場合に失火の原因を残留ガスの過多であると特定している。そして、エンジン１０の失火の原因を点火時期の遅れと特定したとき、ＥＣＵ５１は、点火時期の進角処理を実行する一方、エンジン１０の失火の原因を残留ガスの過多であると特定したとき、ＥＣＵ５１は、吸気ポート１９の開放期間と排気ポート２０の開放期間とが重なるオーバーラップ期間を減少する処理を実行するようにしている。

ここで、本実施例の内燃機関の失火判定装置による失火判定制御について、図２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

実施例の内燃機関の失火判定装置による失火判定制御において、図２に示すように、ステップＳ１１では、イグニッションスイッチ（ＩＧ−ＳＷ）６３がＯＮされたかどうかを判定し、ここで、イグニッションスイッチ６３がＯＦＦ状態であれば、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１１にて、イグニッションスイッチ６３がＯＮされたら、ステップＳ１２移行の処理に進む。

ステップＳ１２にて、現在の点火時期ＳＡを取り込み、ステップＳ１３にて、現在の吸気弁２１による吸気ポート１９の開閉時期ＩＮＶＴ及び排気弁２２による排気ポート２０の開閉時期ＥＸＶＴを取り込み、ステップＳ１４にて、エンジン回転数ＮＥを取り込み、ステップＳ１５にて、吸入空気量ＧＡを取り込み、ステップＳ１６にて、燃料噴射量ＧＦを取り込み、ステップＳ１７にて、空燃比ＡＦＲを取り込む。この場合、吸入空気量ＧＡは計測値、吸気ポート１９の開閉時期ＩＮＶＴ及び排気ポート２０の開閉時期ＥＸＶＴ、エンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量ＧＦは計測値からの計算値、空燃比ＡＦＲは、吸入空気量ＧＡ／燃料噴射量ＧＦである。

そして、ステップＳ１８では、ＥＣＵ５１がエンジン回転数ＮＥに基づいて回転変動が発生してエンジン１０が失火したかどうかを判定する。ここで、ＥＣＵ５１が回転変動に基づいてエンジン１０が失火していないと判定したときには、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、ＥＣＵ５１が回転変動に基づいてエンジン１０が失火したと判定したときには、ステップＳ１９にて、空燃比ＡＦＲが適正領域にあるかどうかを判定する。この場合、空燃比ＡＦＲ（吸入空気量ＧＡ／燃料噴射量ＧＦ）が、理論空燃比近傍の適正領域（例えば、９．５≦ＡＦＲ≦１５．５）にあるときに適正であると判定する。ここで、ＥＣＵ５１は、空燃比ＡＦＲが適正でないと判定したとき、失火の原因を空燃比のばらつきと特定し、ステップＳ３２に移行し、空燃比ＡＦＲが適正領域に入るように燃料噴射量を補正（増減）する。そして、ＥＣＵ５１は、補正した燃料噴射量に基づいてインジェクタ４１を駆動制御する。

一方、ステップＳ１９にて、空燃比ＡＦＲが適正領域にあると判定したときには、ステップＳ２０にて、現在のクランク角度θを取り込み、ステップＳ２１にて、クランク角度θが点火時期ＳＡとなったかどうかを判定し、クランク角度θが点火時期ＳＡとなっていなければ、クランク角度θが点火時期ＳＡになるまで待機する。そして、ステップＳ２１にて、クランク角度θが点火時期ＳＡとなったと判定されたら、ステップＳ２２にて、そのときの筒内圧力Ｐｉｇを取り込み、ステップＳ２３にて、クランク角度θが点火時期ＳＡに至ったときの筒内圧力Ｐｉｇが予め設定された筒内圧力判定値Ｐｃｒより大きいかどうかを判定する。

この筒内圧力判定値Ｐｃｒは、図３に示すように、エンジン回転数ＮＥの増加に伴って増加するものであり、予め実験などによりマップとして作成されている。なお、このマップは、エンジン負荷に対する筒内圧力判定値Ｐｃｒを表すものであればよく、エンジン回転数ＮＥに代えて吸入空気量ＧＡや燃料噴射量ＧＦ、スロットル開度、アクセル開度、堆積効率などを適用してもよい。ここで、ＥＣＵ５１は、図４に示すように、筒内圧力Ｐｉｇが筒内圧判定値Ｐｃｒ以下であると判定したとき、失火の原因を点火時期が早すぎると特定し、ステップＳ３３に移行し、点火時期ＳＡの遅角処理を実行する。即ち、所定の遅角量ΔＳＡを設定しておき、現在の点火時期ＳＡとこの所定の遅角量ΔＳＡに基づいて補正する点火時期ＳＡnextを算出する。
ＳＡnext＝ＳＡ＋ΔＳＡ
そして、ＥＣＵ５１は、補正した点火時期に基づいて点火プラグ４５を駆動制御する。

一方、ステップＳ２３にて、クランク角度θが点火時期ＳＡに至ったときの筒内圧力Ｐｉｇが筒内圧力判定値Ｐｃｒより大きいと判定されたら、ステップＳ２４〜Ｓ２６にて、所定のサイクルタイムごとに筒内圧力から熱発生率を算出する。即ち、ステップＳ２４にて、クランク角θを取り込み、ステップＳ２５にて、このときの筒内圧力Ｐｃｙｌを取り込み、ステップＳ２６にて、この筒内圧力Ｐｃｙｌに基づいて熱発生率（熱発生パラメータ）ｄＱを算出する。この場合、下記数式に基づいて熱発生率ｄＱを算出する。
ｄＱ＝｛１／（ｋ−１）｝｛ｋＰｃｄＶ−ＶｄＰｃ｝
ここで、ｋは、燃焼室１８内にある混合気の比熱比（一定値、例えば、ｋ＝１．３２）、Ｐｃは、筒内圧力、Ｖは、燃焼室容積であって、クランク角度θとエンジン１０の諸源（シリンダボア径やクランク半径など）に基づいて算出され、クランク角度θの関数として設定される。

ステップＳ２７では、クランク角度θが排気弁２２の開放時期ＥＶＯになったかどうかを判定し、クランク角度θが排気弁２２の開放時期ＥＶＯになっていなければ、クランク角度θが排気弁２２の開放時期ＥＶＯになるまでステップＳ２４に戻り、ステップＳ２４〜Ｓ２６にて、熱発生率を算出する処理を繰り返す。そして、ステップＳ２７にて、クランク角度θが排気弁２２の開放時期ＥＶＯとなったと判定されたら、ステップＳ２８にて、熱発生率の最大値（最大熱発生率）ｄＱｍａｘを算出する。

そして、ステップＳ２９では、図５に示すように、熱発生率の最大値ｄＱｍａｘが予め設定された熱発生率判定値ｄＱｃｒより高いかどうかを判定する。この熱発生率判定値ｄＱｃｒは、エンジン１０の形態に応じて設定されるものであり、予め実験などによりマップとして作成されている。ここで、熱発生率の最大値ｄＱｍａｘが熱発生率判定値ｄＱｃｒより高いと判定されたら、失火の原因を点火時期の遅れと特定し、ステップＳ３０にて、ＥＣＵ５１は、点火時期の進角処理を実行する。即ち、所定の遅角量ΔＳＡを設定しておき、現在の点火時期ＳＡとこの所定の遅角量ΔＳＡに基づいて補正する点火時期ＳＡnextを算出する。
ＳＡnext＝ＳＡ−ΔＳＡ
そして、ＥＣＵ５１は、補正した点火時期に基づいて点火プラグ４５を駆動制御する。

一方、ステップＳ２９にて、熱発生率の最大値ｄＱｍａｘが熱発生率判定値ｄＱｃｒ以下であると判定されたら、失火の原因を残留ガスの過多であると特定し、ステップＳ３１にて、ＥＣＵ５１は、吸気ポート１９の開放期間と排気ポート２０の開放期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を減少する処理を実行する。即ち、所定の進角量及び遅角量ΔＶＴを設定しておき、現在の吸気弁２１による吸気ポート１９の開閉時期ＩＮＶＴ及び排気弁２２による排気ポート２０の開閉時期ＥＸＶＴとこの所定の進角量及び遅角量ΔＶＴに基づいて補正する開閉時期ＩＮＶＴnext及び開閉時期ＥＸＶＴnextを算出する。
ＩＮＶＴnext＝ＩＮＶＴ−ΔＩＮＶＴ
ＥＮＶＴnext＝ＥＮＶＴ−ΔＥＮＶＴ
そして、ＥＣＵ５０は、補正した吸気ポート１９の開放期間と排気ポート２０の開放期間に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を駆動制御する。

即ち、エンジン１０の失火が判定（ステップＳ１８）されたにも拘らず、空燃比が適正と判定（ステップＳ１９）され、筒内圧力Ｐｉｇが十分であると判定（ステップＳ２３）されるため、失火の原因は、燃焼室１８での燃焼が適正でない点であると特定することができる。そして、この失火の原因の詳細は、点火時期の遅れで圧縮筒上死点（ＴＤＣ）を過ぎて筒内圧力が低下してから点火するために燃焼が失速してしまうか、または、バルブオーバーラップで燃焼室１８内の残留ガス（排気ガス）が多すぎて着火による燃焼が伝播しないかであることが判明する。従って、熱発生率の最大値ｄＱｍａｘが熱発生率判定値ｄＱｃｒより高いときには、失火の原因を点火時期の遅れと特定し、点火時期を進角する。一方、熱発生率の最大値ｄＱｍａｘが熱発生率判定値ｄＱｃｒ以下であるときには、失火の原因を残留ガスの過多であると特定し、バルブオーバーラップ期間を減少する。

このように本実施例の内燃機関の失火判定装置にあっては、燃焼室１８における熱発生状況に対応した熱発生パラメータを検出する熱発生状況検出手段として、筒内圧センサ５９とこの筒内圧センサ５９が検出した筒内圧力に基づいて熱発生率を算出するＥＣＵ５１を設け、クランク角センサ５７がクランク角度を検出し、ＥＣＵ５１は、このクランク角度の検出結果に基づいてもエンジン１０の回転変動から失火を検出したときには、熱発生率の最大値が熱発生率判定値より高い場合に失火の原因を点火時期の遅れと特定し、熱発生率が熱発生率判定値以下である場合に失火の原因を残留ガスの過多であると特定している。

従って、燃焼室１８における熱発生状況に対応した熱発生パラメータ、つまり、熱発生率に基づいてエンジン１０の失火の原因を特定することで、現在の燃焼状態を適正に解析して失火の原因を高精度に特定することができる。

また、燃焼室１８の圧力を検出する筒内圧センサ５９を設け、この筒内圧センサ５９が検出した筒内圧力に基づいて熱発生パラメータとしての熱発生率を算出し、点火から排気ポート閉止までの期間における最大熱発生率に基づいてエンジン１０の失火を特定している。従って、簡単な構成で、エンジン１０の失火を適正に判定することができる。

そして、本実施例では、熱発生率の最大値が熱発生率判定値より高いときに、失火の原因を点火時期の遅れと特定し、点火時期を進角する一方、熱発生率の最大値が熱発生率判定値以下であるときに、失火の原因を残留ガスの過多であると特定し、バルブオーバーラップ期間を減少するようにしている。従って、エンジン１０の失火原因に対して適正な対策を実行することで、失火を早期に抑制して排気ガス特性やドライバビリティの悪化を防止することができる。

また、本実施例の内燃機関の失火判定装置では、空燃比が予め設定された適正領域（基準空燃比領域）にあって、燃焼室１８の圧力、つまり、筒内圧力が予め設定された筒内圧力判定値（基準圧力）以上であるときに、熱発生率の最大値に基づいて失火の原因を特定するようにしている。従って、エンジン１０の空燃比、筒内圧力、熱発生率の順に異常を検出することで、効率良くエンジン１０の失火原因を特定することができる。

なお、上述した実施例では、運転状態検出手段としてＥＣＵ５１とクランク角センサ５７を適用すると共に、失火検出手段としてＥＣＵ５１を適用し、ＥＣＵ５１は、クランク角センサ５７が検出したクランク角度に基づいてエンジン回転数を算出し、このエンジン回転数に基づいて回転変動を検出し、このエンジン回転変動が発生したときに失火と判定したが、この構成に限定されるものではない。例えば、排気空燃比の変動、燃焼室１８での発熱量（熱発生量、熱発生率）などに基づいて失火を判定してもよい。

また、燃焼室１８における熱発生状況に対応した熱発生パラメータを検出する熱発生状況検出手段として、ＥＣＵ５１と筒内圧センサ５９を適用し、ＥＣＵ５１は、筒内圧センサ５９が検出した筒内圧力に基づいて最大熱発生率を算出し、この最大熱発生率に基づいて失火の原因を特定したが、この構成に限定されるものではない。例えば、熱発生率に代えて、熱発生量の積算値を用いて熱発生パラメータとし、この熱発生量の積算値に基づいて失火の原因を特定してもよい。

そして、上述した実施例では、本発明の内燃機関の失火判定装置を筒内噴射式の多気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、直列型またはＶ型エンジンに適用することもでき、ポート噴射式の内燃機関に適用しても同様の作用効果を奏することができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の失火判定装置は、燃焼室における燃焼状態を解析することで失火の原因を高精度に特定可能としたものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。

本発明の一実施例に係る内燃機関の失火判定装置が適用された内燃機関を表す概略構成図である。本実施例の内燃機関の失火判定装置における失火判定制御のフローチャートである。点火時期における筒内圧判定値を表すグラフである。本実施例の内燃機関の失火判定装置における筒内圧による失火判定方法を表すグラフである。本実施例の内燃機関の失火判定装置における熱発生率による失火判定方法を表すグラフである。

符号の説明

１０エンジン（内燃機関）
１４ピストン
１６クランクシャフト
１８燃焼室
１９吸気ポート
２０排気ポート
２１吸気弁
２２排気弁
４１インジェクタ
４５点火プラグ
５１電子制御ユニット、ＥＣＵ（失火検出手段、失火原因特定手段）
５２エアフローセンサ
５７クランク角センサ（運転状態検出手段）
５９筒内圧センサ（熱発生状況検出手段）

Claims

内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段が検出した運転状態に基づいて前記内燃機関の失火を検出する失火検出手段と、燃焼室における熱発生状況に対応した熱発生パラメータを検出する熱発生状況検出手段と、前記失火検出手段が前記内燃機関の失火を検出したときに前記熱発生状況検出手段が検出した熱発生パラメータが予め設定された判定値より高い場合に失火の原因を点火時期の遅れによる燃焼の失速と特定して熱発生パラメータが前記判定値以下である場合に失火の原因を残留ガスの過多による燃焼の伝播不良であると特定する失火原因特定手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の失火判定装置。
請求項１に記載の内燃機関の失火判定装置において、燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサを設け、前記熱発生状況検出手段は、前記筒内圧センサが検出した燃焼室の圧力に基づいて前記熱発生パラメータとしての熱発生率を算出することを特徴とする内燃機関の失火判定装置。
請求項２に記載の内燃機関の失火判定装置において、前記熱発生状況検出手段は、点火から排気ポート閉止までの期間における最大熱発生率を算出することを特徴とする内燃機関の失火判定装置。
請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の失火判定装置において、前記失火原因特定手段が前記内燃機関の失火の原因を点火時期の遅れと特定したときは、点火時期の進角処理を実行する一方、前記内燃機関の失火の原因を残留ガスの過多であると特定したときは、吸気ポートの開放期間と排気ポートの開放期間とが重なるオーバーラップ期間を減少する処理を実行することを特徴とする内燃機関の失火判定装置。
請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関の失火判定装置において、前記失火原因特定手段は、空燃比が予め設定された基準空燃比領域にあって、前記燃焼室の圧力が予め設定された基準圧力以上であるときに、前記熱発生状況検出手段が検出した熱発生パラメータに基づいて失火の原因を特定することを特徴とする内燃機関の失火判定装置。