JP4702180B2 - 内燃機関装置および内燃機関の失火判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関装置および内燃機関の失火判定方法に関し、詳しくは、ねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力可能な複数気筒の内燃機関を有する内燃機関装置およびこうした内燃機関装置における内燃機関の失火を判定する失火判定方法に関する。

従来、この種の内燃機関装置としては、エンジンの回転数が低いときにはハイパスフィルタを用いてエンジンの失火を判定し、エンジンの回転数が高いときにはローパスフィルタを用いてエンジンの失火を判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、エンジンの回転数が低いときには、クランク軸の回転変動量検出に際してエンジンの所謂「揺り返し」による低周波ノイズが混入することから、これを除去するためにハイパスフィルタを用いて失火を判定し、エンジンの回転数が高いときには、クランク軸の回転変動量検出に際してクランク軸のねじれ振動や所謂「がたつき」による高周波ノイズが混入することから、これを除去するためにローパスフィルタを用いて失火を判定する。そして、これにより、エンジンの回転数に拘わらず、精度よく失火を判定することができる、としている。
特開平５−１８００６４号公報

上述の内燃機関装置では、エンジンの回転数が低いときにハイパスフィルタを用い、エンジンの回転数が高いときにはローパスフィルタを用いるから、エンジンの回転数に応じて異なるフィルタを用意する必要がある。

また、ねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力する内燃機関では、失火によるクランク軸の回転変動がねじれ要素による共振を生じさせ、クランク軸の回転変動による失火判定は困難なものとなっている。

本発明の内燃機関装置および内燃機関の失火判定方法は、内燃機関の回転数に拘わらず、ねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力する内燃機関の失火をより確実に精度よく判定することを目的の一つとする。また、本発明の内燃機関装置および内燃機関の失火判定方法は、内燃機関の回転数に応じて、ねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力する内燃機関の失火をより確実に精度よく判定することを目的の一つとする。

本発明の内燃機関装置および内燃機関の失火判定方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関装置は、
ねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力可能な複数気筒の内燃機関を有する内燃機関装置であって、
前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記検出された回転位置に基づいて前記内燃機関の回転変動を演算する回転変動演算手段と、
前記検出された回転数に基づいて前記ねじれ要素の共振によって前記内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去するための影響成分除去処理の諸元を設定すると共に前記演算した回転変動に前記諸元を設定した影響成分除去処理を施して前記ねじれ要素の共振によって前記内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去してなる影響成分除去済回転変動を得る影響成分除去手段と、
前記得られた影響成分除去済回転変動に基づいて前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の内燃機関装置では、内燃機関の回転数に基づいてねじれ要素の共振によって内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去するための影響成分除去処理の諸元を設定すると共に内燃機関の出力軸の回転位置に基づいて演算した回転変動に諸元を設定した影響成分除去処理を施してねじれ要素の共振によって内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去してなる影響成分除去済回転変動を得る。そして、得られた影響成分除去済回転変動に基づいて内燃機関の失火を判定する。即ち、内燃機関の回転数に応じた諸元の影響成分除去処理を施して得られる影響成分除去済回転変動に基づいて内燃機関の失火を判定するのである。これにより、内燃機関の回転数に拘わらずにねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力する内燃機関の失火をより確実に精度よく判定することができると共に内燃機関の回転数に応じてねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力する内燃機関の失火をより確実に精度よく判定することができる。

こうした本発明の内燃機関装置において、前記影響成分除去処理は前記ねじれ要素の共振周波数領域をカットするハイパスフィルタを施す処理であり、前記影響成分除去処理の諸元は前記ハイパスフィルタの時定数である、ものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の回転数に応じてハイパスフィルタの時定数を設定し、この時定数により特定されるハイパスフィルタを影響成分除去処理として影響成分除去済回転変動を得ることができる。この場合、前記ハイパスフィルタは、前記内燃機関の出力軸の２回転に対して１回の割合の周波数以上の周波数をカットオフ周波数とするフィルタであるものとすることもできる。これは、吸気行程，圧縮行程，膨張行程，排気行程の４行程からなる内燃機関では、単気筒の失火による回転変動に与える影響の周波数が内燃機関の出力軸の２回転に対して１回の割合となることに基づく。

ハイパスフィルタを施す処理を影響成分除去処理とする態様の本発明の内燃機関装置において、前記影響成分除去手段は、前記検出された回転数に基づいて前記内燃機関の所定回転角毎の回転変動をサンプリング周期としたときの前記ハイパスフィルタの伝達関数を設定する手段であるものとすることもできる。この場合、前記所定回転角を「θ」、サンプルタイムを「Ｓ」、時定数を「Ｔ」、ラプラス演算子を「ｓ」、前記伝達関数を「Ｇ」としたときに、伝達関数Ｇは式（１）により表わされ、サンプルタイムと時定数とが式（２）により表わされてなるものとすることもできる。なお、「所定回転角」としては、３０度を用いることができる。
Ｇ＝Ｔｓ／（Ｔｓ＋１） （１）
Ｓ／Ｔ＝θ・π／３６０ （２）

こうした所定回転角毎の回転変動をサンプリング周期としてハイパスフィルタの伝達関数を設定して失火を判定する態様の本発明の内燃機関装置において、前記影響成分除去手段は、前記所定回転角毎の回転変動が得られるときには前記検出された回転数に基づいて前記内燃機関の所定回転角毎の回転変動をサンプリング周期としたときの前記ハイパスフィルタの伝達関数を設定すると共に該設定したハイパスフィルタを用いて影響成分除去済回転変動を得、前記所定回転角毎の回転変動が連続して得られず前記所定回転角の２倍の回転角の回転変動となるときには前記検出された回転数に基づいて前記２倍の回転角毎の回転変動をサンプリング周期としたときの前記ハイパスフィルタの伝達関数を設定すると共に該設定したハイパスフィルタを用いて影響成分除去済回転変動を得る手段であるものとすることもできる。こうすれば、何らかの理由により所定回転角毎の回転変動が得られないときにも内燃機関の失火をより確実に精度よく判定することができる。この場合、前記回転位置検出手段は、前記内燃機関の出力軸の回転に同期して回転し、基準位置を欠歯として除いて所定角度毎に設けられた複数の歯を有する回転体を用いて該出力軸の回転位置を検出する手段であり、前記影響成分除去手段は、前記欠歯のタイミングとなることにより前記所定回転角毎の回転変動が連続して得られないときに前記所定回転角の２倍の回転角の回転変動となるときとして前記検出された回転数に基づいて前記２倍の回転角毎の回転変動をサンプリング周期としたときの前記ハイパスフィルタの伝達関数を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、欠歯を用いた内燃機関の出力軸の回転位置を検出するものを用いても、内燃機関の失火をより確実に精度よく判定することができる。

また、本発明の内燃機関装置において、前記回転位置検出手段は、前記内燃機関の出力軸の回転に同期して回転し、基準位置を欠歯として除いて所定角度毎に設けられた複数の歯を有する回転体を用いて該出力軸の回転位置を検出する手段であり、前記失火判定手段は、前記影響成分除去済回転変動のうち前記内燃機関の各気筒の圧縮行程の上死点を基準としたときに前記欠歯の影響のない回転位置に対する回転変動に基づいて前記内燃機関の失火を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、欠歯による失火判定の誤判定を抑制することができる。

さらに、本発明の内燃機関装置において、前記回転変動演算手段は、前記内燃機関の回転変動として前記出力軸が所定の単位回転角だけ回転する毎に該出力軸が該所定の単位回転角だけ回転するのに要する時間である単位回転角所要時間を演算する手段であるものとすることもできる。

あるいは、本発明の内燃機関装置において、前記ねじれ要素を介して前記内燃機関の出力軸に接続されると共に前記駆動軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記出力軸と前記駆動軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段を備えるものとすることもできる。この場合、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸との３軸に接続されて該３軸のうちのいずれか２軸に入出力された動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える手段であるものとすることもできる。

本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置、即ち、基本的には、ねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力可能な複数気筒の内燃機関を有する内燃機関装置であって、前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記検出された回転位置に基づいて前記内燃機関の回転変動を演算する回転変動演算手段と、前記検出された回転数に基づいて前記ねじれ要素の共振によって前記内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去するための影響成分除去処理の諸元を設定すると共に前記演算した回転変動に前記諸元を設定した影響成分除去処理を施して前記ねじれ要素の共振によって前記内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去してなる影響成分除去済回転変動を得る影響成分除去手段と、前記得られた影響成分除去済回転変動に基づいて前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段と、を備える内燃機関装置を動力源として搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなることを要旨とする。

この本発明の車両では、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置を搭載するから、本発明の内燃機関装置が奏する効果、例えば、内燃機関の回転数に拘わらずにねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力する内燃機関の失火をより確実に精度よく判定することができる効果や内燃機関の回転数に応じてねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力する内燃機関の失火をより確実に精度よく判定することができる効果と同様な効果を奏することができる。

本発明の内燃機関の失火判定方法は、
ねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力可能な複数気筒の内燃機関を有する内燃機関装置における該内燃機関の失火を判定する失火判定方法であって、
前記内燃機関の出力軸の回転位置に基づいて前記内燃機関の回転変動を演算し、前記内燃機関の回転数に基づいて前記ねじれ要素の共振によって前記内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去するための影響成分除去処理の諸元を設定すると共に前記演算した回転変動に前記諸元を設定した影響成分除去処理を施して前記ねじれ要素の共振によって前記内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去してなる影響成分除去済回転変動を求め、該求めた影響成分除去済回転変動に基づいて前記内燃機関の失火を判定する、
ことを特徴とする。

この本発明の内燃機関の失火判定方法では、内燃機関の回転数に基づいてねじれ要素の共振によって内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去するための影響成分除去処理の諸元を設定すると共に内燃機関の出力軸の回転位置に基づいて演算した回転変動に諸元を設定した影響成分除去処理を施してねじれ要素の共振によって内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去してなる影響成分除去済回転変動を得る。そして、得られた影響成分除去済回転変動に基づいて内燃機関の失火を判定する。即ち、内燃機関の回転数に応じた諸元の影響成分除去処理を施して得られる影響成分除去済回転変動に基づいて内燃機関の失火を判定するのである。これにより、内燃機関の回転数に拘わらずにねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力する内燃機関の失火をより確実に精度よく判定することができると共に内燃機関の回転数に応じてねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力する内燃機関の失火をより確実に精度よく判定することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例である内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にねじれ要素としてのダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。ここで、実施例の内燃機関装置としては、主としてエンジン２２とこのエンジン２２にダンパ２８を介して接続された動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とエンジン２２を制御するエンジン用電子制御ユニット２４が該当する。

エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な６気筒の内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に気筒毎に設けられた燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。

エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温，空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ，酸素センサ１３５ｂからの酸素信号などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。上述したクランクポジションセンサ１４０は、図３に示すように、クランクシャフト２６と回転同期して回転するように取り付けられて１０度毎に歯が形成されると共に基準位置検出用に２つ分の欠歯を形成したタイミングローター１４０ａを有する電磁ピックアップセンサとして構成されており、クランクシャフト２６が１０度回転する毎に整形波を生じさせる。なお、タイミングローター１４０ａの欠歯は、実施例では、点火順における２番気筒と５番気筒の圧縮行程における上死点の３０度前（ＢＴＤＣ３０）となる位置に形成されている。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０に搭載されたエンジン２２のいずれかの気筒が失火しているか否かを判定する際の動作について説明する。図３は、エンジンＥＣＵ２４により実行される失火判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。

失火判定処理が実行されるとエンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａは、まず、クランクポジションセンサ１４０により検出されるクランク角ＣＡやエンジン２２の回転数Ｎｅ，図５に例示するＴ３０演算処理により演算されるクランクシャフト２６が３０度回転するのに要する時間である３０度所要時間Ｔ３０を入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ１４０により検出されるクランク角ＣＡに基づいて計算されたものを用いることができる。また、３０度所要時間Ｔ３０は、図５のＴ３０演算処理に示すように、基準となるクランク角から３０度毎のクランク角ＣＡとそのクランク角ＣＡを検出した検出時刻ｔを入力し（ステップＳ２００）、３０度毎のクランク角ＣＡの入検出時刻の差分を計算する（ステップＳ２１０）、ことにより求めることができる。ここで、３０度所要時間Ｔ３０は、その逆数をとるとクランクシャフト２６が３０度回転する毎のエンジン２２の回転数（以下、３０度回転数Ｎ３０）となるから、３０度回転数Ｎ３０の変化の程度、即ち回転変動を時間の単位を用いて表わしたものとになる。

続いて、入力したエンジン２２の回転数Ｎｅに基づいて３０度所要時間Ｔ３０の時間変化に対してダンパ２８の共振成分を除去するハイパスフィルタの時定数Ｔを次式（１）により計算し（ステップＳ１１０）、計算した時定数Ｔを式（２）に代入してハイパスフィルタの伝達関数Ｇを設定する（ステップＳ１２０）。ここで、式（２）中「ｓ」はラプラス演算子である。

T=60/(π・Ne) (1)

ハイパスフィルタの時定数Ｔが上述した式（１）により求めることができるのは次の理由による。上述したハイパスフィルタの伝達関数Ｇを時間領域に変換すると連続時間における状態方程式は次式（３）および式（４）により表わされる。ここで、式（３）および式（４）中の「ｘ」は状態変数を表わし、「ｙ」は取り出したい信号を表わし、「ｕ」は入力を表わす。これをサンプルタイムＳを用いて離散時間変換すると、その漸化式は式（５）および式（６）として表わすことができる。なお、式（５）および式（６）中の「ｋ」は離散時間におけるステップを表わす。いま、エンジン２２のいずれかの気筒が失火している場合を考えると、失火はエンジン２２のクランクシャフト２６が２回転するのに１回の割合で生じるから、失火の周波数ｆ１はｆ１＝（Ｎｅ／６０）／２となる。ハイパスフィルタのカットオフ周波数をこの失火の周波数ｆ１とすれば、ハイパスフィルタの時定数ＴはＴ＝１／（ｆ１・２π）となるから、失火の周波数ｆ１を代入して式（７）を得る。一方、離散系におけるサンプル周期をクランクシャフト２６がθ度回転するタイミングとすると、サンプルタイムＳは、式（８）により表わされる。式（７）と式（８）からサンプルタイムＳ／時定数Ｔを求めると式（９）となり、式（８）を用いて式（９）からサンプルタイムＳを消去すると、式（１）となる。式（１）から解るように、サンプルタイムをクランクシャフト２６の回転角度により定めれば時定数Ｔはサンプルタイムに拘わらずエンジン２２の回転数Ｎｅによって定まる。こうして得られるハイパスフィルタのボード線図の一例を図６に示す。なお、実施例では、サンプル周期としてクランクシャフト２６が３０度回転するタイミング（θ＝３０）を用いた。

ハイパスフィルタを設定すると、入力した３０度所要時間Ｔ３０の時間変化に対して設定したハイパスフィルタを施してダンパ２８の共振成分を除去したフィルタ後所要時間Ｆ３０を得て（ステップＳ１３０）、各気筒の圧縮行程の上死点から１２０度前（ＢＴＤＣ１４０）と６０度前（ＢＴＤＣ６０）のフィルタ後所要時間Ｆ３０の差分［Ｆ３０（ＢＴＤＣ１２０）−Ｆ３０（ＢＴＤＣ６０）］を所要時間差分Ｄ３０として計算すると共に（ステップＳ１４０）、計算した所要時間差分Ｄ３０の３６０度差分［Ｄ３０−Ｄ３０（３６０度前）］を判定用差分Ｊ３０として計算し（ステップＳ１５０）、計算した所要時間差分Ｄ３０と判定用差分Ｊ３０が共に正の値であるか否かを判定する（ステップＳ１６０，Ｓ１７０）。ここで、所要時間差分Ｄ３０をタイミングローター１４０ａの欠歯の位置、即ち点火順における２番気筒と５番気筒の圧縮行程における上死点の３０度前（ＢＴＤＣ３０）となる位置を避けて各気筒の圧縮行程の上死点から１２０度前（ＢＴＤＣ１２０）と６０度前（ＢＴＤＣ６０）のフィルタ後所要時間Ｆ３０の差分として計算することにより、所要時間差分Ｄ３０からタイミングローター１４０ａの欠歯の影響を排除することができる。また、所要時間差分Ｄ３０は、エンジン２２の燃焼（爆発）によるピストン１３２の加速の程度から、その気筒が正常に燃焼（爆発）していれば負の値となり、その気筒が失火していると正の値となる。判定用差分Ｊ３０は、その気筒が失火していれば失火している気筒の所要時間差分Ｄ３０と正常に燃焼している気筒の所要時間差分Ｄ３０との差となるから必ず正の値となる。従って、所要時間差分Ｄ３０と判定用差分Ｊ３０が共に正の値であるときに失火を判定することができる。実施例では、所要時間差分Ｄ３０と判定用差分Ｊ３０が共に正の値であるときに、その気筒（所要時間差分Ｄ３０に対応する気筒）を失火気筒として特定して（ステップＳ１８０）、失火判定処理を終了し、所要時間差分Ｄ３０と判定用差分Ｊ３０と双方またはいずれか一方が負の値であるときには、失火は生じていないと判断して失火判定処理を終了する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置によれば、エンジン２２の回転数Ｎｅに基づいてダンパ２８の共振成分を除去するハイパスフィルタを設定すると共に設定したハイパスフィルタをエンジン２２の回転変動を表わす３０度所要時間Ｔ３０に施してダンパ２８の共振成分を除去したフィルタ後所要時間Ｆ３０を求め、これを用いて失火を判定するから、ダンパ２８のねじれ共振が生じても、エンジン２２の回転数Ｎｅに拘わらず或いはエンジン２２の回転数Ｎｅに応じてエンジン２２の失火をより確実に精度よく判定することができる。しかもタイミングローター１４０ａの欠歯の位置を避けて所要時間差分Ｄ３０を計算すると共にこの所定時間差分Ｄ３０を用いて判定用差分Ｊ３０を計算し、計算した所定時間差分Ｄ３０と判定用差分Ｊ３０とにより失火を判定するから、タイミングローター１４０ａの欠歯に基づく失火の誤検出を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置では、ダンパ２８の共振成分を除去するハイパスフィルタにおけるカットオフ周波数として失火の周波数ｆ１を用いたが、失火の周波数ｆ１を除去するものであればよいから、カットオフ周波数は失火の周波数ｆ１より大きな周波数であってもよい。例えば、値１より大きく値２より小さな係数ｃを用いてカットオフ周波数をｃ・（Ｎｅ／６０）／２とすることもできる。この場合でも、時定数Ｔはエンジン２２の回転数Ｎｅによって定めることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置では、エンジン２２の回転数Ｎｅに基づいてダンパ２８の共振成分を除去するハイパスフィルタの時定数Ｔを計算し、この時定数Ｔを用いてハイパスフィルタの伝達関数Ｇを計算することによりハイパスフィルタを設定したが、エンジン２２の回転数Ｎｅに基づいて伝達関数Ｇを直接計算するものとしてもよいし、エンジン２２の回転数Ｎｅに基づいてサンプルタイムＳを計算し、このＳを用いて時定数Ｔを計算し、更に計算した時定数Ｔを用いて伝達関数Ｇを計算するものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置では、クランクポジションセンサ１４０のタイミングローター１４０ａの欠歯を点火順における２番気筒と５番気筒の圧縮行程における上死点の３０度前（ＢＴＤＣ３０）となる位置に形成するものとしたが、如何なる位置に形成するものとしてもよい。この場合、タイミングローター１４０ａの欠歯の位置を避けて所定時間差分Ｄ３０や判定用差分Ｊ３０を計算すればよい。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置では、３０度所要時間Ｔ３０の時間変動に対してダンパ２８の共振成分を除去するハイパスフィルタを施してフィルタ後所要時間Ｆ３０を求め、タイミングローター１４０ａの欠歯の位置を避けるために各気筒の圧縮行程の上死点から１２０度前（ＢＴＤＣ１２０）と６０度前（ＢＴＤＣ６０）のフィルタ後所要時間Ｆ３０の差分［Ｆ３０（ＢＴＤＣ１２０）−Ｆ３０（ＢＴＤＣ６０）］を所要時間差分Ｄ３０として計算すると共にこの所定時間差分Ｄ３０により判定用差分Ｊ３０を計算して失火を判定するものとしたが、タイミングローター１４０ａの欠歯の影響を避ければよいから、所定時間差分Ｄ３０としては各気筒の圧縮行程の上死点から１２０度前（ＢＴＤＣ１２０）と６０度前（ＢＴＤＣ６０）のフィルタ後所要時間Ｆ３０の差分［Ｆ３０（ＢＴＤＣ１２０）−Ｆ３０（ＢＴＤＣ６０）］に限定されるものではなく、各気筒の圧縮行程の上死点から１５０度前（ＢＴＤＣ１５０）と９０度前（ＢＴＤＣ９０）のフィルタ後所要時間Ｆ３０の差分などのように種々の角度のフィルタ後所要時間Ｆ３０の差分として計算するものとしてもよい。また、タイミングローター１４０ａの欠歯の影響を避けて失火を判定するものであれば、所定時間差分Ｄ３０や判定用差分Ｊ３０以外の値を用いて失火を判定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置では、タイミングローター１４０ａの欠歯の位置を避けて所要時間差分Ｄ３０を計算すると共にこの所定時間差分Ｄ３０を用いて判定用差分Ｊ３０を計算し、計算した所定時間差分Ｄ３０と判定用差分Ｊ３０とにより失火を判定するものとしたが、タイミングローター１４０ａの欠歯の位置を用いて所要時間差分Ｄを計算すると共にこの所定時間差分Ｄを用いて判定用差分Ｊを計算し、計算した所定時間差分Ｄと判定用差分Ｊとにより失火を判定するものとしてもよい。この場合、タイミングローター１４０ａの欠歯のタイミングに対するハイパスフィルタとしてサンプル周期がクランクシャフト２６が２θ度回転するタイミングによるものを用いて補正すればよい。この場合、サンプルタイムＳ／時定数Ｔは式（９）の「θ」に「２θ」を代入すればよいから式（１０）となる。このときの時定数Ｔは、上述したようにサンプルタイムに無関係にエンジン２２の回転数Ｎｅで決まるから、上述の式（１）となる。また、この場合の所定時間差分Ｄと判定用差分Ｊは、例えば、各気筒の圧縮行程の上死点から９０度前（ＢＴＤＣ９０）と３０度前（ＢＴＤＣ３０）のフィルタ後所要時間Ｆ３０の差分［Ｆ３０（ＢＴＤＣ９００）−Ｆ３０（ＢＴＤＣ３０）］として所定時間差分Ｄを計算し、計算した所要時間差分Ｄの３６０度差分［Ｄ−Ｄ（３６０度前）］として判定用差分Ｊを計算すればよい。したがって、点火順における２番気筒と５番気筒の圧縮行程における上死点の３０度前（ＢＴＤＣ３０）となる位置以外では実施例のサンプル周期としてクランクシャフト２６がθ度回転するタイミングによるものを用いて求めたハイパスフィルタを使用し、点火順における２番気筒と５番気筒の圧縮行程における上死点の３０度前（ＢＴＤＣ３０）となる位置ではサンプル周期としてクランクシャフト２６が２θ度回転するタイミングによるものを用いて求めたハイパスフィルタを使用したもので補正すればよい。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置では、タイミングローター１４０ａの欠歯の位置を避けて所要時間差分Ｄ３０を計算すると共にこの所定時間差分Ｄ３０を用いて判定用差分Ｊ３０を計算し、計算した所定時間差分Ｄ３０と判定用差分Ｊ３０とにより失火を判定するものとしたが、クランクポジションセンサとして欠歯を用いずに基準位置を検出するタイプのセンサを用いるものとすれば、欠歯の位置を避けて所要時間差分Ｄ３０や判定用差分Ｊ３０を計算する必要はなく、上述した変形例のように各気筒の圧縮行程の上死点から９０度前（ＢＴＤＣ９０）と３０度前（ＢＴＤＣ３０）のフィルタ後所要時間Ｆ３０の差分［Ｆ３０（ＢＴＤＣ９００）−Ｆ３０（ＢＴＤＣ３０）］として所定時間差分Ｄを計算し、計算した所要時間差分Ｄの３６０度差分［Ｄ−Ｄ（３６０度前）］として判定用差分Ｊを計算するなど、種々のクランク角ＣＡに対応するフィルタ後所要時間Ｆ３０に基づいて計算するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置では、クランクシャフト２６が３０度回転するのに要する時間である３０度所要時間Ｔ３０の時間変化に対してダンパ２８の共振成分を除去するハイパスフィルタを施してフィルタ後所要時間Ｆ３０を求め、このフィルタ後所要時間Ｆ３０を用いて計算した所要時間差分Ｄ３０と判定用差分Ｊ３０とにより失火を判定するものとしたが、３０度所要時間Ｔ３０はクランクシャフト２６の３０度毎の回転数である３０度回転数Ｎ３０の逆数であるから、３０度回転数Ｎ３０の時間変化に対してハイパスフィルタを施してフィルタ後回転数ＦＮ３０を求め、このフィルタ後回転数ＦＮ３０を用いて各気筒の圧縮行程における上死点の１２０度前と６０度前のフィルタ後回転数ＦＮ３０の差分として所要回転数差ＤＮ３０を計算すると共にこの所定回転数差分ＤＮ３０の３６０度差分として判定用回転数差分ＪＮ３０を計算し、計算した所定移転数差分ＤＮ３０と判定用回転数差分ＪＮ３０とにより失火を判定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置では、クランクシャフト２６が３０度回転するのに要する時間としての３０度所要時間Ｔ３０をベースとしてエンジン２２の失火を判定するものとしたが、クランクシャフト２６が５度回転するのに要する時間として５度所要時間Ｔ５や１０度回転するのに要する時間として１０度所要時間Ｔ１０など種々の所要時間を用いてエンジン２２の失火を判定するものとしてもかまわない。また、５度毎のクランクシャフト２６の回転数である５度回転数Ｎ５や１０度毎のクランクシャフト２６の回転数である１０度回転数Ｎ１０など種々の回転数を用いてエンジン２２の失火を判定するものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置では、６気筒のエンジン２２の失火を判定するものとして説明したが、４気筒のエンジンの失火を判定するものとしてもよく、８気筒のエンジンの失火を判定するものとしてもよく、複数気筒であれば如何なるエンジンの失火を判定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２のクランクシャフト２６にねじれ要素としてのダンパ２８を介して接続されると共にモータＭＧ１の回転軸や駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに接続される動力分配統合機構３０とリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して接続されるモータＭＧ２とを備える装置におけるエンジン２２の失火判定装置としたが、エンジンのクランクシャフトがねじれ要素としてのダンパを介して後段に接続されているものであればよいから、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するもののエンジン２２の失火判定装置としてもよいし、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるもののエンジン２２の失火判定装置としてもよい。

また、こうしたハイブリッド自動車に搭載された内燃機関装置に限定されるものではなく、自動車以外の移動体などに搭載された内燃機関や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた内燃機関などの内燃機関装置としても構わない。また、内燃機関の失火判定方法の形態としてもよい。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、内燃機関装置や車両の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 タイミングローター１４０ａの一例を示す説明図である。 エンジンＥＣＵ２４により実行される失火判定処理の一例を示すフローチャートである。 ３０度所要時間Ｔ３０の演算処理の一例を示すフローチャートである。 ハイパスフィルタのボード線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａ ＣＰＵ、２４ｂ ＲＯＭ、２４ｃ ＲＡＭ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２
ピストン、１３４ 浄化装置、１３５ａ 空燃比センサ、１３５ｂ 酸素センサ、１３６ スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４０ａ タイミングローター、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ、２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (8)

1. ねじれ要素を介して駆動軸に動力を出力可能な複数気筒の内燃機関を有する内燃機関装置であって、
   前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記検出された回転位置に基づいて前記内燃機関の回転変動を演算する回転変動演算手段と、
   前記ねじれ要素の共振によって前記内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去するために前記ねじれ要素の共振周波数領域をカットするよう前記内燃機関の出力軸の２回転に対して１回の割合の周波数以上の周波数をカットオフ周波数とするハイパスフィルタを施す処理である影響成分除去処理における該ハイパスフィルタの時定数を前記検出された回転数に基づいて設定すると共に前記演算した回転変動に前記時定数を設定したハイパスフィルタを用いた影響成分除去処理を施して前記ねじれ要素の共振によって前記内燃機関の回転変動に与える影響成分を除去してなる影響成分除去済回転変動を得る影響成分除去手段と、
   前記得られた影響成分除去済回転変動に基づいて前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段と、
   を備え、
   前記影響成分除去手段は、前記内燃機関の所定回転角毎の回転変動が得られるときには前記検出された回転数に基づいて前記内燃機関の所定回転角毎の回転変動をサンプリング周期としたときの前記ハイパスフィルタの伝達関数を設定すると共に該設定したハイパスフィルタを用いて影響成分除去済回転変動を得、前記所定回転角毎の回転変動が連続して得られず前記所定回転角の２倍の回転角の回転変動となるときには前記検出された回転数に基づいて前記２倍の回転角毎の回転変動をサンプリング周期としたときの前記ハイパスフィルタの伝達関数を設定すると共に該設定したハイパスフィルタを用いて影響成分除去済回転変動を得る手段である、
   内燃機関装置。
2. 前記所定回転角を「θ」、サンプルタイムを「Ｓ」、時定数を「Ｔ」、ラプラス演算子を「ｓ」、前記伝達関数を「Ｇ」としたときに、伝達関数Ｇは式（１）により表わされ、サンプルタイムと時定数とが式（２）により表わされてなる請求項１記載の内燃機関装置。
   Ｇ＝Ｔｓ／（Ｔｓ＋１） （１）
   Ｓ／Ｔ＝θ・π／３６０ （２）
3. 前記所定回転角は３０度である請求項１または２記載の内燃機関装置。
4. 請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関装置であって、
   前記回転位置検出手段は、前記内燃機関の出力軸の回転に同期して回転し、基準位置を欠歯として除いて所定角度毎に設けられた複数の歯を有する回転体を用いて該出力軸の回転位置を検出する手段であり、
   前記影響成分除去手段は、前記欠歯のタイミングとなることにより前記所定回転角毎の回転変動が連続して得られないときに前記所定回転角の２倍の回転角の回転変動となるときとして前記検出された回転数に基づいて前記２倍の回転角毎の回転変動をサンプリング周期としたときの前記ハイパスフィルタの伝達関数を設定する手段である
   内燃機関装置。
5. 前記回転変動演算手段は、前記内燃機関の回転変動として前記出力軸が所定の単位回転角だけ回転する毎に該出力軸が該所定の単位回転角だけ回転するのに要する時間である単位回転角所要時間を演算する手段である請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関装置。
6. 前記ねじれ要素を介して前記内燃機関の出力軸に接続されると共に前記駆動軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記出力軸と前記駆動軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段を備える請求項１ないし５いずれか記載の内燃機関装置。
7. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸との３軸に接続されて該３軸のうちのいずれか２軸に入出力された動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える手段である請求項６記載の内燃機関装置。
8. 請求項１ないし７いずれか記載の内燃機関装置を動力源として搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる車両。
   

Images