JP4691142B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の失火検出装置に関し、特に機関回転速度を示す回転速度パラメータに基づいて失火の有無を判定するものに関する。

特許文献１には、回転速度パラメータに基づいて失火判定を行う失火検出装置が示されている。この装置では、判定の対象となる気筒のピストンが上死点近傍に位置するときに検出される基準回転速度パラメータと、所定クランク角度（６度）毎に検出される回転速度パラメータとの偏差を積算して算出される積算値が判定パラメータとして使用され、判定パラメータと判定閾値との比較結果から失火の有無が判定される。

特開２００７−１９８３６８号公報

特許文献１に示された装置では、例えば機関の加速時あるいは減速時における回転速度パラメータの増減を相殺するために、機関の１運転サイクルの期間における回転速度パラメータの変化量に応じたフィルタ処理（７２０度フィルタ処理）が検出回転速度パラメータについて行われる。この７２０度フィルタ処理によれば、ＴＤＣ周期（機関の何れかの気筒のピストンが圧縮上死点に位置するタイミングの周期、例えば６気筒機関ではクランク角度１２０度に相当する）に比べて十分に長い期間における回転速度パラメータの変化を相殺することができる。

しかしながら、気筒間で燃焼トルクに差異が発生し易い運転状態（例えば機関の冷間始動直後の運転状態）では、７２０度フィルタ処理後の回転速度パラメータに基づいて判定パラメータを算出すると、突発的に発生する不整燃焼（失火はしていないが筒内圧が十分に高くならず、したがって発生トルクが小さくなる燃焼状態）と、失火とを区別して判定することができないという課題があった。

図８（ａ）は、上記不整燃焼と、失火とがランダムに発生している状態において、従来の手法で算出された判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭの推移を示す図であり、黒丸が失火したときの値を示し、白丸が不整燃焼が発生したときの値を示す。この図から、従来の手法では、失火と不整燃焼とを区別して判定することが困難であることが確認できる。

不整燃焼の場合には、排気中の炭化水素量の増加は少量であるが、失火の場合には炭化水素量が大幅に増加するため、両者を区別して判定することは重要である。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、不整燃焼と区別して失火を正確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。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の回転速度を示す回転速度パラメータ（ＯＭＧ）を検出する回転速度パラメータ検出手段を備え、検出される回転速度パラメータ（ＯＭＧ）に基づいて前記機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、所定クランク角度（Ｄθ）毎に検出される前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）のクランク角度７２０度の期間における平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ／４π）及び前記機関の可動部品の慣性力に起因する慣性速度変化成分（ＯＭＧＩ）を算出し、該平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）を前記所定クランク角度（Ｄθ）毎に補正することにより、第１補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＡ）を算出する第１補正手段と、前記慣性速度変化成分（ＯＭＧＩ）を算出し、該慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）を前記所定クランク角度（Ｄθ）毎に補正することにより、第２補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＣ）を算出する第２補正手段と、失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍にあるときに検出される前記回転速度パラメータに対応する第１補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＡＴＤＣ）と、前記第１補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＡ）との偏差（ＯＭＧＲＥＦＡ）に応じて第１相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＡ，ＯＭＧＲＥＦＭＡ）を前記所定クランク角度（Ｄθ）毎に算出する第１相対速度パラメータ算出手段と、失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍にあるときに検出される前記回転速度パラメータに対応する第２補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＣＴＤＣ）と、前記第２補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＣ）との偏差（ＯＭＧＲＥＦＣ）に応じて第２相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＣ，ＯＭＧＲＥＦＭＣ）を前記所定クランク角度（Ｄθ）毎に算出する第２相対速度パラメータ算出手段と、前記第１相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＡ，ＯＭＧＲＥＦＭＡ）をクランク角度７２０／Ｎ（Ｎは前記機関の気筒数）度の期間に亘って積算することにより第１判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＡ）を算出する第１判定パラメータ算出手段と、前記第２相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＣ，ＯＭＧＲＥＦＭＣ）をクランク角度７２０／Ｎ度の期間に亘って積算することにより第２判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＣ）を算出する第２判定パラメータ算出手段と、前記機関が所定運転状態（ＦＣＳＴＡ＝１）にあるとき前記第２判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＣ）に基づいて失火判定を行い、前記機関が前記所定運転状態以外の運転状態にあるとき前記第１判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＡ）に基づいて失火判定を行う判定手段とを備え、前記所定運転状態は、前記機関の冷間始動直後における暖機アイドル運転状態であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、機関回転速度を示す回転速度パラメータのクランク角度７２０度の期間における平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて、回転速度パラメータを所定クランク角度毎に補正することにより、第１補正回転速度パラメータが算出され、慣性速度変化成分に応じて回転速度パラメータを所定クランク角度毎に補正することにより、第２補正回転速度パラメータが算出される。失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍にあるときに検出される回転速度パラメータに対応する第１補正回転速度パラメータ及び第２補正回転速度パラメータと、第１補正回転速度パラメータ及び第２補正回転速度パラメータとの偏差に応じて、第１相対速度パラメータ及び第２相対速度パラメータが所定クランク角度毎に算出され、第１相対速度パラメータをクランク角度７２０／Ｎ度の期間に亘って積算することにより第１判定パラメータが算出され、第２相対速度パラメータをクランク角度７２０／Ｎ度の期間に亘って積算することにより第２判定パラメータが算出される。機関が冷間始動直後における暖機アイドル運転状態にあるとき第２判定パラメータに基づいて失火判定が行われ、機関が暖機アイドル運転状態以外の運転状態にあるとき第１判定パラメータに基づいて失火判定が行われる。回転速度パラメータの平均変化量に応じた補正が行われていない第２補正回転速度パラメータは、突発的に不整燃焼が発生した気筒以外の気筒については、その不整燃焼の影響を受けないため、第２判定パラメータを用いることにより、不整燃焼が発生し易い暖機アイドル運転状態において不整燃焼と区別して失火を正確に判定することができる。また暖機アイドル運転状態以外の運転状態では、クランク角度７２０度の期間における平均変化量に応じて補正された第１補正回転速度パラメータに基づく第１判定パラメータを用いて判定を行うことにより、例えば機関の過渡運転状態においても正確な失火判定を行うことができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、例えば６気筒を有し、吸気管２及び排気管５を備えている。吸気管２にはスロットル弁３が設けられている。また排気管５には排気の浄化を行う触媒コンバータ６が設けられている。

燃料噴射弁４はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されてＥＣＵ２０からの制御信号により燃料噴射弁４の開弁時間が制御される。

スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管２内の吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ１１が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２０に供給される。
ＥＣＵ２０には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ２０に供給される。クランク角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（６気筒エンジンではクランク角１２０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ２０に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。またＥＣＵ２０は、ＣＲＫパルスの発生時間間隔（以下「時間パラメータ」という）ＣＲＭＥに基づいて、エンジン１における失火の検出を行う。

ＣＲＫセンサは、クランク軸に固定され、外周部に一定角度間隔で歯が形成されたパルスホイールと、該パルスホイールに対向して配置されたピックアップコイルとを備える。パルスホイールの回転によりピックアップコイルに交流信号が発生し、その交流信号がＣＲＫパルスに変換されて出力される。

ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁４などに制御信号を供給する出力回路等から構成される。ＥＣＵ２０のＣＰＵは、以下に説明する失火検出を実行する。

本実施形態における失火判定手法の基本的な構成は、上述した特許文献１に記載されたものと同一のものであり、本実施形態は、失火判定を行うための判定パラメータを２つの手法で算出し（第１及び第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ，ＭＦＰＡＲＡＭＢ）、エンジンの運転状態に応じて２つの判定パラメータの一方を適宜選択し、または双方を用いて失火判定を行うようにしたものである。

図２及び図３は、ＣＲＫセンサにより検出される時間パラメータＣＲＭＥに基づいて失火判定を行う処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０のＣＰＵでＴＤＣパルスに同期して実行される。なお、クランク角度６度毎に発生するＣＲＫパルスの発生時間間隔である時間パラメータＣＲＭＥ(i)は、クランク角度１４４０度分のデータ（ｉ＝０〜２４０）が、記憶回路内のバッファメモリに格納されている。また、点火順の気筒識別番号をｋ（＝１〜６）とし、１ＴＤＣ期間内のデータ数をＮＴＤＣ（本実施形態ではＮＴＤＣ＝２０）とすると、本処理の１回の実行で、インデクスパラメータｉが（ｋ−１）ＮＴＤＣから（ｋＮＴＤＣ−１）までの演算、または｛（ｋ−１）ＮＴＤＣ＋１２０｝から｛（ｋＮＴＤＣ−１）＋１２０｝までの演算が行われる。例えば今回の処理が１番目の気筒（ｋ＝１）に対応する演算を行うときは、インデクスパラメータｉは０から１９までの値、または１２０から１３９までの値をとり、今回の処理が３番目の気筒（ｋ＝３）に対応する演算を行うときは、インデクスパラメータｉは４０から５９までの値、または１６０から１７９までの値をとる。

ステップＳ１１では、下記式（１）により、時間パラメータＣＲＭＥ(i)を回転速度ＯＭＧ(i)[rad/s]に変換する。
ＯＭＧ(i)＝Ｄθ／ＣＲＭＥ(i) （１）
ここで、Ｄθは、時間パラメータＣＲＭＥを計測する角度間隔であり、本実施形態では、π／３０［ｒａｄ］である。

ステップＳ１２では、対象気筒のピストンが圧縮上死点にあるときの回転速度を、上死点回転速度ＯＭＧＴＤＣとする。具体的には、上死点回転速度ＯＭＧＴＤＣは、ＯＭＧ{(k-1)NTDC}またはＯＭＧ{(k-1)NTDC+120}に設定される。

ステップＳ１３では、クランク角度７２０度の期間における回転速度ＯＭＧ(i)の変化量（以下「第１変化量」という）ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡを下記式（２）により算出する。第１変化量ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡは、図４に示すようにクランク角１４４０度分のデータの中心に位置する７２０度の期間における速度変化量として算出される。
ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ＝ＯＭＧ(180)−ＯＭＧ(60) （２）

ステップＳ１４では、クランク角度１４４０度の期間における回転速度ＯＭＧ(i)の変化量（以下「第２変化量」という）ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢを下記式（３）により算出する（図４参照）。
ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢ＝ＯＭＧ(240)−ＯＭＧ(0) （３）

ステップＳ１５では、上死点回転速度ＯＭＧＴＤＣを下記式（４）に適用し、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)を算出する。慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)は、エンジン１が回転することにより必然的に発生する速度変化成分を示すパラメータであり、エンジン１の往復運動部品（ピストン及びコンロッド）の質量、コンロッドの長さ、クランク半径、及びクランクプーリ、トルクコンバータ、ロックアップクラッチなどのエンジン１の負荷側の回転部品の慣性モーメントＩに応じて算出される。式（４）のＫは所定の値に設定される定数であり、慣性モーメントＩはエンジンの仕様にしたがって予め算出される。ＦＣＲ(i)は、外乱の影響を排除するための燃焼相関関数であり、本実施形態では、下記式（５）で与えられる。なお、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)の詳細な算出手法は、特許文献１に示されている。
ＯＭＧＩ(i)＝Ｋ×ＯＭＧＴＤＣ×（−２）×ＦＣＲ(i)／３Ｉ （４）
ＦＣＲ(i)＝｛１−ｃｏｓ（Ｎ・Ｄθ・ｉ／２）｝／２ （５）

ステップＳ１６では、下記式（６）により７２０度フィルタ処理を実行するとともに、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)の影響を相殺し、第１補正回転速度ＯＭＧＭＡ(i)を算出する。７２０度フィルタ処理は、１サイクルの期間における線形変化分をキャンセルし、比較的周期の短い変動を抽出する処理である。７２０度フィルタ処理は、エンジン１の負荷側からエンジン１に加わるトルク（エンジン１により駆動される車両のタイヤや補機から加わるトルク、あるいはエンジン１の摺動部品の摩擦によるトルクなど）に起因する回転変動成分を除くために行うものである。なお、インデクスパラメータｉが１２０以上であるときは、下記式（６ａ）により、第１補正回転速度ＯＭＧＭＡ(i)を算出する。
ＯＭＧＭＡ(i)＝ＯＭＧ(i)−ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ×Ｄθ×ｉ／４π
−ＯＭＧＩ(i) （６）
ＯＭＧＭＡ(i)＝ＯＭＧ(i)
−ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ×Ｄθ×（ｉ−１２０）／４π
−ＯＭＧＩ(i) （６ａ）

ステップＳ１７では、下記式（７）により１４４０度フィルタ処理を実行するとともに、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)の影響を相殺し、第２補正回転速度ＯＭＧＭＢ(i)を算出する。第２補正回転速度ＯＭＧＭＢ(i)は、後述するようにエンジン１の冷間始動直後の暖機アイドル運転状態における失火判定に適用される。
ＯＭＧＭＢ(i)＝ＯＭＧ(i)−ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢ×Ｄθ×ｉ／８π
−ＯＭＧＩ(i) （７）

ステップＳ１８では、下記式（８）により、第１相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡ(i)を算出する。
ＯＭＧＲＥＦＡ(i)＝ＯＭＧＭＡ(i)−ＯＭＧＭＡＴＤＣ （８）

ここで、ＯＭＧＭＡＴＤＣは第１基準回転速度であり、判定対象の気筒のピストンが圧縮上死点（燃焼行程が開始される上死点）にあるときの第１補正回転速度に相当する。

ステップＳ１９では、下記式（９）により、第２相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＢ(i)を算出する。
ＯＭＧＲＥＦＢ(i)＝ＯＭＧＭＢ(i)−ＯＭＧＭＢＴＤＣ （９）
ここで、ＯＭＧＭＢＴＤＣは第２基準回転速度であり、判定対象の気筒のピストンが圧縮上死点（燃焼行程が開始される上死点）にあるときの第２補正回転速度に相当する。

ステップＳ２０では、ステップＳ１８で算出した第１相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i)及び燃焼相関関数ＦＣＲ(i)（式（５））を下記式（１０）に適用し、第１修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i)を算出する。
ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i)＝ＯＭＧＲＥＦＡ(i)×ＦＣＲ(i) （１０）

ステップＳ２１では、ステップＳ１９で算出した第２相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i)及び燃焼相関関数ＦＣＲ(i)を下記式（１１）に適用し、第２修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i)を算出する。
ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i)＝ＯＭＧＲＥＦＢ(i)×ＦＣＲ(i) （１１）

ステップＳ２２では、下記式（１２）または式（１２ａ）に第１修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i)を適用し、第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)を算出する。式（１２）及び式（１２ａ）により、失火判定対象気筒の燃焼行程中に検出された回転速度ＯＭＧ(i)に対応する第１修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i)を積算する演算が行われる。式（１２ａ）は、インデクスパラメータｉが１２０以上の値をとるときに使用される。

ステップＳ２３では、下記式（１３）または式（１３ａ）に第２修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i)を適用し、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)を算出する。式（１３）及び式（１３ａ）により、失火判定対象気筒の燃焼行程中に検出された回転速度ＯＭＧ(i)に対応する第２修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i)を積算する演算が行われる。式（１３ａ）は、インデクスパラメータｉが１２０以上の値をとるときに使用される。

続くステップＳ３１（図３）では、第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)が第１判定閾値ＭＦＪＵＤＡ（例えば「０」）より大きいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、正常燃焼が行われたと判定し、失火フラグＦＭＦ(k)を「０」に設定する（ステップＳ３５）。一方、第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)≦ＭＦＪＵＤＡであるときは、暖機運転フラグＦＣＳＴＡが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ３２）。暖機運転フラグＦＣＳＴＡは、エンジン１が冷間始動直後における暖機アイドル運転状態にあるとき「１」に設定される。

ステップＳ３２でＦＣＳＴＡ＝０であってエンジン１が暖機アイドル運転状態にないときは、気筒識別番号ｋに対応する気筒（本実施形態では、ｋ＝１，２，３，４，５，及び６が、それぞれ＃１気筒、＃５気筒、＃３気筒、＃６気筒、＃２気筒、及び＃４気筒に対応する）で失火が発生したと判定し、失火フラグＦＭＦ(k)を「１」に設定する（ステップＳ３４）。

ステップＳ３２でＦＣＳＴＡ＝１であってエンジン１が暖機アイドル運転状態にあるときは、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)が第２判定閾値ＭＦＪＵＤＢより大きいか否かを判別する（ステップＳ３３）。第２判定閾値ＭＦＪＵＤＢは、第１判定閾値ＭＦＪＵＤＡより小さな値に設定される。ステップＳ３３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは正常燃焼または不整燃焼が行われたと判定し、前記ステップＳ３５に進む。一方、ＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)≦ＭＦＪＵＤＢであるときは、気筒識別番号ｋに対応する気筒で失火が発生したとき判定し、前記ステップＳ３４に進む。

ステップＳ３６では、気筒識別番号ｋが気筒数Ｎと等しいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、気筒識別番号ｋを「１」だけインクリメントする（ステップＳ３８）。またｋ＝Ｎであるときは、気筒識別番号ｋを「１」に戻す（ステップＳ３７）。

以上のように図３及び図４の処理によれば、従来の７２０度フィルタ処理により第１補正回転速度ＯＭＧＭＡ(i)が算出されるとととに、１４４０度フィルタ処理により第２補正回転速度ＯＭＧＭＢ(i)が算出され、第１補正回転速度ＯＭＧＭＡ(i)と第１基準回転速度ＯＭＧＭＡＴＤＣとの差として第１相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡ(i)が算出されるとともに、第２補正回転速度ＯＭＧＭＢ(i)と第２準回転速度ＯＭＧＭＢＴＤＣとの差として第２相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＢ(i)が算出される。さらに第１及び第２相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡ(i)，ＯＭＧＲＥＦＢ(i)に燃焼相関関数ＦＣＲを乗算することにより、第１及び第２修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i)，ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i)が算出され、第１及び第２修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i)，ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i)を燃焼行程の期間全体について積算することにより、第１及び第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)，ＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)が算出される。

そして第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)により失火発生の可能性が高いと判定され、かつエンジン１が冷間始動直後における暖機アイドル運転状態にあるときは、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)により失火判定が行われる。クランク角７２０度の期間より長いクランク角１４４０度の期間における第２変化量ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢを用いて算出される平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢ／８π）は、突発的な不整燃焼の影響を受けにくくなるため、第２補正回転速度ＯＭＧＭＢ(i)は、突発的に不整燃焼が発生した気筒以外の気筒については、その不整燃焼の影響を受け難くなる。したがって、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢを用いることにより、不整燃焼が発生し易い暖機アイドル運転状態において不整燃焼と区別して失火を正確に判定することができる。また暖機アイドル運転状態以外の運転状態では、通常のクランク角７２０度の期間における第１変化量ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡを用いて算出される平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ／４π）に応じて補正された第１補正回転速度ＯＭＧＭＡ(i)に基づく第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡを用いて判定を行うことにより、例えばエンジン１の過渡運転状態においても正確な失火判定を行うことができる。

また本実施形態では、第２所定期間（請求項１）をクランク角１４４０度に対応する期間とし、１４４０度の期間における回転速度の変化量を平均化することにより得られる平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢ／８π）を用いて、第２補正回転速度ＯＭＧＢ(i)を算出するようにしたが、第２所定期間を１４４０度より長い期間としてもよい。ただし、７２０度の整数倍の期間とすることが望ましい。

図５（ａ）は、図８（ａ）と同様の運転状態で１４４０度フィルタ処理を行って算出された第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢの推移を示し、黒丸が失火が発生したときの値を示し、白丸が不整燃焼が発生したときの値を示す。失火が発生したときの値が、不整燃焼が発生したときの値を上回る場合がまだ多少あるが、図８（ａ）に示す判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭよりかなり改善されることが確認できる。

図５（ｂ）は、第２所定期間をさらに長くして２８８０度とした場合の第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ’の推移を示す。この図から明らかなように、第２所定期間を長くすることにより、失火と不整燃焼とをより正確に判別することが可能となる。

本実施形態では、クランク角度位置センサ１２及びＥＣＵ２０が回転速度パラメータ検出手段を構成し、ＥＣＵ２０が、第１補正手段、第２補正手段、第１相対速度パラメータ算出手段、第２相対速度パラメータ、第１判定パラメータ算出手段、第２判定パラメータ算出手段、及び判定手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１３及びＳ１６が第１補正手段に相当し、ステップＳ１４及びＳ１７が第２補正手段に相当し、ステップＳ１８が第１相対速度パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ１９が第２相対速度パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ２２及びＳ２３がそれぞれ第１判定パラメータ算出手段及び第２判定パラメータ算出手段に相当し、図３のステップＳ３１〜Ｓ３５が判定手段に相当する。

［第２の実施形態］
本実施形態は、エンジン１の暖機アイドル運転状態ではエンジン回転数ＮＥが大きく変化しない点に着目し、第２補正回転速度ＯＭＧＭＢ(i)の代えて、検出された回転速度ＯＭＧ(i)について慣性力回転速度ＯＭＧＩの影響を相殺する補正のみを行った第３補正回転速度ＯＭＧＭＣ(i)を使用するようにしたものである。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。

図６及び図７は、本実施形態における失火判定処理のフローチャートである。この処理は、図２のステップＳ１４を削除するとともに、ステップＳ１７，Ｓ１９，Ｓ２３及び図３のステップＳ３３を、それぞれステップＳ１７ａ，Ｓ１９ａ，Ｓ２３ａ及びステップＳ３３ａに変更したものである。

なお、本実施形態では時間パラメータＣＲＭＥ(i)のクランク角７２０度分のデータ（ｉ＝０〜１２０）がバッファメモリに格納される。したがって、図６及び図７の処理では、インデクスパラメータｉは、「０」から「１２０」までの値をとり、本処理の１回の実行で、インデクスパラメータｉが（ｋ−１）ＮＴＤＣから（ｋＮＴＤＣ−１）までの演算が行われる。

ステップＳ１７ａでは、下記式（７ａ）により、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)の影響を相殺し、第３補正回転速度ＯＭＧＭＣ(i)を算出する。第３補正回転速度ＯＭＧＭＣ(i)は、エンジン１の冷間始動直後の暖機アイドル運転状態における失火判定に適用される。
ＯＭＧＭＣ(i)＝ＯＭＧ(i)−ＯＭＧＩ(i) （７ａ）

ステップＳ１９ａでは、下記式（９ａ）により、第３相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＣ(i)を算出する。
ＯＭＧＲＥＦＣ(i)＝ＯＭＧＭＣ(i)−ＯＭＧＭＣＴＤＣ （９ａ）
ここで、ＯＭＧＭＣＴＤＣは第３基準回転速度であり、判定対象の気筒のピストンが圧縮上死点（燃焼行程が開始される上死点）にあるときの第３補正回転速度に相当する。

ステップＳ２１ａでは、ステップＳ１９ａで算出した第３相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＣ(i)及び燃焼相関関数ＦＣＲ(i)を下記式（１１ａ）に適用し、第３修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＣ(i)を算出する。
ＯＭＧＲＥＦＭＣ(i)＝ＯＭＧＲＥＦＣ(i)×ＦＣＲ(i) （１１ａ）

ステップＳ２３ａでは、下記式（１３ｂ）に第３修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＣ(i)を適用し、第３判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＣ(k)を算出する。式（１３ｂ）により、失火判定対象気筒の燃焼行程中に検出された回転速度ＯＭＧ(i)に対応する第３修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＣ(i)を積算する演算が行われる。

ステップＳ３３ａでは、第３判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＣ(k)が第３判定閾値ＭＦＪＵＤＣより大きいか否かを判別し、この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは正常燃焼または不整燃焼が行われたと判定し、ステップＳ３５に進む。一方、ＭＦＰＡＲＡＭＣ(k)≦ＭＦＪＵＤＣであるときは、気筒識別番号ｋに対応する気筒で失火が発生したとき判定し、ステップＳ３４に進む。なお、第３判定閾値ＭＦＪＵＤＣは、第１判定閾値ＭＦＪＵＤＡより小さな値に設定される。

本実施形態では、７２０度フィルタ処理を行わっていない第３補正回転速度ＯＭＧＭＣ(i)を用いて第３判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＣ(k)が算出され、第３判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＣ(k)により失火判定が行われる。第３補正回転速度ＯＭＧＭＣ(i)は、突発的に不整燃焼が発生した気筒以外の気筒については、その不整燃焼の影響を受けないため、第３判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＣ(k)を用いることにより、不整燃焼が発生し易い暖機アイドル運転状態において不整燃焼と区別して失火を正確に判定することができる。また暖機アイドル運転状態以外の運転状態では、通常の７２０度フィルタ処理を行った第１補正回転速度ＯＭＧＭＡ(i)を用いて算出される第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)により判定が行われるので、例えばエンジン１の過渡運転状態においても正確な失火判定を行うことができる。

図８（ｂ）は、同図（ａ）に示す判定結果と同様に不整燃焼と失火とがランダムに発生している状態における第３判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＣの推移を示す図であり、判定閾値を適切に設定することにより、不整燃焼（白丸）と失火（黒丸）とを区別して判定可能であることが確認できる。

本実施形態では、図６のステップＳ１３及びＳ１６が第１補正手段に相当し、ステップＳ１７ａが第２補正手段に相当し、ステップＳ１８及びＳ１９ａがそれぞれ第１相対速度パラメータ算出手段及び第２相対速度パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ２２及びＳ２３ａがそれぞれ第１判定パラメータ算出手段及び第２判定パラメータ算出手段に相当し、図３のステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３ａ，Ｓ３４，及びＳ３５が判定手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、時間パラメータＣＲＭＥを回転速度ＯＭＧに変換して失火判定を行うようにしたが、特許文献１に示されるように時間パラメータＣＲＭＥそのものを回転速度パラメータとして用いて失火判定を行うようにしてもよい。

また上述した実施形態では、エンジン１の冷間始動直後の暖機アイドル運転状態において、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢあるいは第３判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＣを用いた判定を行うようにしたが、エンジン１のアイドル運転状態において空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行っている運転状態で、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢあるいは第３判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＣを用いた判定を行うようにしてもよい。

また図３に示す処理は、図９に示すように変形してもよい。図９においては、先ず暖機運転フラグＦＣＳＴＡが「１」であるか否かを判別し、ＦＣＳＴＡ＝０であるときは、第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)による判定を行い（ステップＳ３１）、ＦＣＳＴＡ＝１であるときは、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)による判定を行う（ステップＳ３３）。なお、第２の実施形態の図７の処理も同様に変形することが可能である。

また上述した実施形態では、相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡ，ＯＭＧＲＥＦＢ，ＯＭＧＲＥＦＣを燃焼相関関数ＦＣＲにより修正した修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ，ＯＭＧＲＥＦＭＢ，ＯＭＧＲＥＦＭＣを積算して判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ，ＭＦＰＡＲＡＭＢ，ＭＦＰＡＲＡＭＣを算出したが、燃焼相関関数ＦＣＲによる修正を行っていない相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡ，ＯＭＧＲＥＦＢ，ＯＭＧＲＥＦＣを積算して判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ，ＭＦＰＡＲＡＭＢ，ＭＦＰＡＲＡＭＣを算出するようにしてもよい。その場合には、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)を算出する式（４）のＦＣＲ(i)を一定値（例えば「１」）に設定する。

また上述した実施形態では、相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡ，ＯＭＧＲＥＦＢ，ＯＭＧＲＥＦＣの算出の基準となる基準回転速度は、各気筒の圧縮上死点における回転速度に対応する補正回転速度ＯＭＧＭＡＴＤＣ，ＯＭＧＭＢＴＤＣ，ＯＭＧＭＣＴＤＣを用いたが、サンプリングタイミングが圧縮上死点に正確に一致している必要はなく、圧縮上死点の近傍（例えば±７．５度の範囲内）であればよい。ここで、７．５度は、回転速度パラメータのサンプリング周期が１５度の場合に対応するものであり、一般的にはサンプリング周期をθＳＰＬとすると、±θＳＰＬ／２の範囲内でサンプリングされた回転速度パラメータを用いることができる。

また上述した実施形態では、６気筒エンジンに本願発明を適用した例を示したが、本願発明は気筒数に拘わらず適用可能である。また、本願発明は、燃料を燃焼室内に直接噴射するガソリンエンジン、あるいはディーゼルエンジンの失火判定にも適用可能である。さらに本願発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの失火判定にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 失火判定を行う処理（第１の実施形態）のフローチャートである。 失火判定を行う処理（第１の実施形態）のフローチャートである。 図２及び図３の処理を説明するためのタイムチャートである。 第１の実施形態における改善効果を説明するためのタイムチャートである。 失火判定を行う処理（第２の実施形態）のフローチャートである。 失火判定を行う処理（第２の実施形態）のフローチャートである。 従来の手法の問題点及び第２の実施形態の改善効果を説明するためのタイムチャートである。 図３に示す処理の変形例のフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
１２ クランク角度位置センサ（回転速度パラメータ検出手段）
２０ 電子制御ユニット（回転速度パラメータ検出手段、第１補正手段、第２補正手段、第１相対速度パラメータ算出手段、第２相対速度パラメータ、第１判定パラメータ算出手段、第２判定パラメータ算出手段、判定手段）

Claims (1)

1. 内燃機関の回転速度を示す回転速度パラメータを検出する回転速度パラメータ検出手段を備え、検出される回転速度パラメータに基づいて前記機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、
   所定クランク角度毎に検出される前記回転速度パラメータのクランク角度７２０度の期間における平均変化量及び前記機関の可動部品の慣性力に起因する慣性速度変化成分を算出し、該平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータを前記所定クランク角度毎に補正することにより、第１補正回転速度パラメータを算出する第１補正手段と、
   前記慣性速度変化成分を算出し、該慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータを前記所定クランク角度毎に補正することにより、第２補正回転速度パラメータを算出する第２補正手段と、
   失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍にあるときに検出される前記回転速度パラメータに対応する第１補正回転速度パラメータと、前記第１補正回転速度パラメータとの偏差に応じて第１相対速度パラメータを前記所定クランク角度毎に算出する第１相対速度パラメータ算出手段と、
   失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍にあるときに検出される前記回転速度パラメータに対応する第２補正回転速度パラメータと、前記第２補正回転速度パラメータとの偏差に応じて第２相対速度パラメータを前記所定クランク角度毎に算出する第２相対速度パラメータ算出手段と、
   前記第１相対速度パラメータをクランク角度７２０／Ｎ（Ｎは前記機関の気筒数）度の期間に亘って積算することにより第１判定パラメータを算出する第１判定パラメータ算出手段と、
   前記第２相対速度パラメータをクランク角度７２０／Ｎ度の期間に亘って積算することにより第２判定パラメータを算出する第２判定パラメータ算出手段と、
   前記機関が所定運転状態にあるとき前記第２判定パラメータに基づいて失火判定を行い、前記機関が前記所定運転状態以外の運転状態にあるとき前記第１判定パラメータに基づいて失火判定を行う判定手段とを備え、
   前記所定運転状態は、前記機関の冷間始動直後における暖機アイドル運転状態であることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。

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