JP4706418B2 - エンジンの失火検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの失火を検出する装置に関する。

エンジンの失火が発生すると未燃燃料が大気に排出され排気エミッションが悪化するので、失火が発生するときは、その失火をいち早く検出しドライバに注意を促すことが望ましい。そこで従来より単一気筒又は複数気筒の失火を検出する装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平６−１２９２９８号公報

しかし、前述した従来装置は複数気筒に連続発生する失火は検出できるものの、間欠気筒の失火を検出することはできない。

また近時開発されているハイブリッド車両においては、エンジントルクが急変したときにギヤ等の部品を保護するとともに運転性の悪化を防止するために、エンジンダンパやデュアルマスフライホイールのように弾性体の伸縮作用によってエンジントルクの急変を吸収する構造体が設けられている。ところがこれらが設けられていると、エンジンダンパ等の構造上、上述の従来方法では失火を誤検出してしまう可能性がある。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、間欠気筒における失火も検出することができるとともに、エンジンダンパ等の構造体が設けられていても、正確に失火検出することができる失火検出装置を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、エンジン出力軸（２１）が、各気筒の点火時期から一定角度回転するのに要する各気筒のクランク回転時間を検出する回転時間検出手段（ステップＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２）と、検出した各気筒のクランク回転時間に基づいて各気筒の失火パラメータを演算するパラメータ演算手段（ステップＳ５０）と、演算した各気筒の失火パラメータの大小の組み合わせに基づいて失火気筒を判定する失火気筒判定手段（１５）とを有し、前記パラメータ演算手段（ステップＳ５０）は、着目気筒のクランク回転時間の、その着目気筒以外の全気筒のクランク回転時間の平均値に対する倍率によって、着目気筒についての基本パラメータを演算する基本パラメータ演算部（ステップＳ５１）と、基本パラメータに対して、エンジン回転速度の三乗値を乗するとともにエンジン負荷で除することで、補正パラメータを演算する補正パラメータ演算部（ステップＳ５３）と、着目気筒の補正パラメータとその着目気筒以外の他の気筒の補正パラメータとの比を順次積算して、着目気筒についての失火パラメータを演算する失火パラメータ演算部（ステップＳ５４）と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、各気筒のクランク回転時間に基づいて各気筒の失火パラメータを演算し、その各気筒の失火パラメータの大小の組み合わせに基づいて失火気筒を判定するようにしたので、連続気筒、間欠気筒の失火を検出できるとともに、またエンジンダンパ等の構造体が設けられていても、正確に失火検出することができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１は、本発明による失火検出装置の一実施形態を示す図である。

失火検出装置１０はエンジン２０の失火を検出する装置である。失火検出装置１０は、クランク角センサ１１と、警告ランプ１２と、コントローラ１５とを有する。コントローラ１５は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１５を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。コントローラ１５は、クランク角センサ１１の信号からクランクシャフトが一定角度回転するのにかかるクランク回転時間TINT（すなわちクランク角回転速度の逆数）を検出し、そのクランク回転時間TINTに基づいてエンジン２０の失火を判定する。すなわちクランクシャフトの回転速度が急激に落ち込んでクランク回転時間TINTが急増したときに失火を判定する。コントローラ１５は、失火を判定したときは警告ランプ１２を点灯し、運転者に注意を喚起する。またエンジン２０のクランクシャフトに結合するシャフト（エンジン出力軸）２１にはエンジンダンパ３０が設けられている。このエンジンダンパ３０はエンジントルクが急変したときにギヤ等の部品を保護するとともに、運転性の悪化を防止するものである。

ところで２気筒失火している場合でも、連続２気筒が失火している場合と、間欠２気筒が失火している場合とでは、回転速度の低下度合（クランク回転時間TINTの増加度合）が異なる。すなわち、連続する２気筒が失火した場合には最初の第１失火気筒の失火による回転速度の低下（クランク回転時間TINTの増加）に、さらに次の第２失火気筒の失火による回転速度の低下（クランク回転時間TINTの増加）が加算されることになる。そのため、第２失火気筒の本来点火されるべきタイミングでの回転速度の低下は、第１失火気筒のタイミングにおける回転速度の低下よりも大きく、またクランク回転時間TINTの増加は、第１失火気筒のタイミングにおけるクランク回転時間TINTの増加よりも大きい。これに対して間欠する２気筒が失火した場合には、最初の第１失火気筒の失火によって回転速度が低下し、クランク回転時間TINTが増加するものの、続く気筒で点火されて回転速度（クランク回転時間TINT）が回復した後に次の第２失火気筒の失火によって再び回転速度が低下し、クランク回転時間TINTが増加する。そのため、第２失火気筒の本来点火されるべきタイミングでの回転速度の低下（クランク回転時間TINTの増加）は、第１失火気筒のタイミングにおける回転速度の低下（クランク回転時間TINTの増加）とほぼ同等である。したがって第２失火気筒の回転速度を比較すると、間欠失火の方が連続失火よりも回転速度の低下が小さく、第２失火気筒のクランク回転時間TINTを比較すると、間欠失火の方が連続失火よりもクランク回転時間の増加が小さい。そこで失火を判定するための基準値を、連続２気筒失火の場合と間欠２気筒失火の場合とで異ならせるとよい。本発明は、発明者のこのような知見に基づいてなされたものである。

またエンジンダンパ３０が設けられたエンジンでは、エンジンダンパ３０の影響がノイズとなってクランクシャフトの回転速度が変動する場合がある。

この点についてエンジンダンパの構造について説明しながら明らかにする。

エンジンダンパは図２に示すような構造である。図２（Ａ）はエンジンダンパの側面図、図２（Ｂ）はエンジンダンパをエンジン側プレートとギヤ側プレートとを分離した図、図２（Ｃ）はエンジン側プレート及びギヤ側プレートをそれぞれの接合面から見た図、図２（Ｄ）はギヤ側プレートを透視してエンジン側プレートを見た図である。

エンジンダンパ３０は、エンジン側プレート３１と、ギヤ側プレート３２と、バネ３３とを有する。

図２（Ａ）に示すように、エンジン側プレート３１はエンジン側シャフト２１に連結する。またギヤ側プレート３２はギヤ側シャフト２２に連結する。

また図２（Ｂ），図２（Ｃ）に示すように、エンジン側プレート３１は接合面に突起３１ａを形成する。ギヤ側プレート３２は接合面に突起３２ａを形成する。これらの突起３１ａ，３２ａは、図２（Ｄ）に示すようにバネ３３を介して噛み合っている。

このようにエンジンダンパ３０は、エンジン側シャフト２１とギヤ側シャフト２２とが、バネ３３を介して連結する構造である。エンジンダンパ３０は、このような構造であるので、エンジン出力（エンジントルク）が急変してもその出力変動（トルク変動）をバネ３３の変位で吸収し、ギヤ側シャフト２２に伝達しない。そのためエンジンダンパ３０はギヤ等の部品を保護できる。ところが、エンジンの或る気筒で失火が発生したときは、シャフト２１の回転の落ち込みによって、バネ３３は一旦伸びる。そして縮まろうとする。

するとクランク角センサ１１は、このバネ３３の収縮時の影響でクランクシャフトの回転速度を本来の速度よりも速い速度で検出する可能性がある。このようにノイズの乗った検出値に基づいて失火を判定してはコントローラ１５は失火を誤判定する可能性がある。

そこで発明者は、鋭意研究を重ねることにより、以下のようにすればエンジンダンパによるノイズの影響を除くことができ、失火を正確に判定できることを見いだしたのである。すなわちエンジンダンパの影響は、特定の気筒にのみ影響するというものではなく、全気筒に均等に影響する。そこで、各気筒の回転速度の相対比較をすることでエンジンダンパの影響を除くことができる。またノイズを除去するために失火を検出する気筒以外の気筒については平均速度を算出し、その平均速度と失火検出する気筒とをを比較することで、一層正確に失火を検出できる。

以下では具体的な失火判定ロジックについて説明する。図３は、コントローラの具体的な失火判定ロジックについて説明するフローチャートである。なおコントローラは、微少時間ごと（例えば各気筒の点火タイミングこと）に繰り返し実行する。

ステップＳ１１において、コントローラ５０は、クランクシャフトが＃１気筒の点火時期から一定角度回転するのにかかる第１クランク回転時間TINT1の読み込みタイミングであるか否かを判定する。第１クランク回転時間TINT1の読み込みタイミングのときはステップＳ１２に処理を移行し、第１クランク回転時間TINT1の読み込みタイミングでなければステップＳ２１に処理を移行する。

ステップＳ１２において、コントローラ５０は、第１クランク回転時間TINT1を読み込む。

ステップＳ１３において、コントローラ５０は、気筒番号ｎに１を設定する。

ステップＳ２１において、コントローラ５０は、クランクシャフトが＃２気筒の点火時期から一定角度回転するのにかかる第２クランク回転時間TINT2の読み込みタイミングであるか否かを判定する。第２クランク回転時間TINT2の読み込みタイミングのときはステップＳ２２に処理を移行し、第２クランク回転時間TINT2の読み込みタイミングでなければステップＳ３１に処理を移行する。

ステップＳ２２において、コントローラ５０は、第２クランク回転時間TINT2を読み込む。

ステップＳ２３において、コントローラ５０は、気筒番号ｎに２を設定する。

ステップＳ３１において、コントローラ５０は、クランクシャフトが＃３気筒の点火時期から一定角度回転するのにかかる第３クランク回転時間TINT3の読み込みタイミングであるか否かを判定する。第３クランク回転時間TINT3の読み込みタイミングのときはステップＳ３２に処理を移行し、第３クランク回転時間TINT3の読み込みタイミングでなければステップＳ４１に処理を移行する。

ステップＳ３２において、コントローラ５０は、第３クランク回転時間TINT3を読み込む。

ステップＳ３３において、コントローラ５０は、気筒番号ｎに３を設定する。

ステップＳ４１において、コントローラ５０は、クランクシャフトが＃４気筒の点火時期から一定角度回転するのにかかる第４クランク回転時間TINT4の読み込みタイミングであるか否かを判定する。第４クランク回転時間TINT4の読み込みタイミングのときはステップＳ４２に処理を移行し、第４クランク回転時間TINT4の読み込みタイミングでなければ一旦処理を抜ける。

ステップＳ４２において、コントローラ５０は、第４クランク回転時間TINT4を読み込む。

ステップＳ４３において、コントローラ５０は、気筒番号ｎに４を設定する。

ステップＳ５０において、コントローラ５０は、＃ｎ気筒の失火パラメータＰｎを算出する。具体的な処理内容は後述する。

ステップＳ６０において、コントローラ５０は、＃ｎ気筒の失火パラメータＰｎのステータスを分類する。具体的な処理内容は後述する。

図４は、コントローラの＃ｎ気筒失火パラメータ算出ルーチンについて説明するフローチャートである。

ステップＳ５１において、コントローラ５０は、＃ｎ気筒の基本パラメータPBKnを算出する。具体的には次の（１）式に基づいて算出する。この（１）式から分かるように、基本パラメータPBKnは、第ｎクランク回転時間TINTn(クランクシャフトが＃ｎ気筒の点火時期から一定角度回転するのにかかる時間)の、他の気筒のクランク回転時間TINTの平均値に対する倍率を示す。なお添字ｚは前回値を示す。

ステップＳ５２において、コントローラ５０は、第ｎクランク回転時間の前回値TINTnzを第ｎクランク回転時間の今回値TINTnで更新する。

ステップＳ５３において、コントローラ５０は、運転領域によって補正したパラメータPBnを算出する。具体的には次の（２）式に基づいて算出する。

ステップＳ５４において、コントローラ５０は、失火パラメータPnを算出する。具体的には次の（３）式に基づいて算出する。

図５は、コントローラの＃ｎ気筒失火パラメータＰｎのステータス分類ルーチンについて説明するフローチャートである。またフローチャート中の所定値Ａ，Ｂ，Ｃは、失火パラメータのステータスを分類するための閾値であって、所定値Ａ＞所定値Ｂ＞所定値Ｃの関係にある。具体的な数値はあらかじめ実験を通じて設定される。

ステップＳ６１において、コントローラ５０は、失火パラメータPnが所定値Ａ（第１所定値）よりも大きいか否かを判定する。大きいときにはステップＳ６２に処理を移行し、大きくなければステップＳ６３に処理を移行する。

ステップＳ６２において、コントローラ５０は、＃ｎ気筒の失火パラメータＰｎの＃ｎ気筒ステータスＳｎに３を設定する。

ステップＳ６３において、コントローラ５０は、失火パラメータPnが所定値Ｂ（第３所定値）よりも大きいか否かを判定する。大きいときにはステップＳ６４に処理を移行し、大きくなければステップＳ６５に処理を移行する。

ステップＳ６４において、コントローラ５０は、＃ｎ気筒の失火パラメータＰｎの＃ｎ気筒ステータスＳｎに２を設定する。

ステップＳ６５において、コントローラ５０は、失火パラメータPnが所定値Ｃ（第２所定値）よりも大きいか否かを判定する。大きいときにはステップＳ６６に処理を移行し、大きくなければステップＳ６７に処理を移行する。

ステップＳ６６において、コントローラ５０は、＃ｎ気筒の失火パラメータＰｎの＃ｎ気筒ステータスＳｎに１を設定する。

ステップＳ６７において、コントローラ５０は、＃ｎ気筒の失火パラメータＰｎの＃ｎ気筒ステータスＳｎに０を設定する。

次に図６を参照して、＃１気筒の失火パラメータを算出する場合のコントローラ５０の具体的な処理を説明する。なおここでは＃１気筒の失火パラメータを算出する場合のみを例示して説明するが、他の気筒についても同様である。また上述のフローチャートとの対応が分かりやすくなるように、フローチャートのステップ番号をＳ付けで併記した。

図６においては＃１気筒の失火パラメータを算出するタイミングは、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３である。ここでは時刻ｔ２での算出方法について説明する。

コントローラ５０は、時刻ｔ２において第１クランク回転時間TINT1＝Ｉを読み込むとともに、気筒番号ｎに１を設定する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。

そしてコントローラ５０は、＃１気筒の基本パラメータPBK1を式（４）に基づいて算出する（Ｓ５１）。なお図６より、TINT1z＝Ｅ、TINT2z＝Ｄ、TINT3z＝Ｂ、TINT4z＝Ｃ、TINT2z＝Ｈ、TINT3z＝Ｆ、TINT4z＝Ｇである。

次にコントローラ５０は、TINT1zをＩで更新する（Ｓ５２）。

続いてコントローラ５０は、＃１気筒のパラメータPB1を式（５）に基づいて算出する（Ｓ５３）。

さらにコントローラ５０は、＃１気筒の失火パラメータP1を式（６）に基づいて算出する（Ｓ５４）。

そしてコントローラ５０は、＃１気筒の失火パラメータP1が所定値Ａよりも大きいか（Ｓ６１）、所定値Ｂよりも大きいか（Ｓ６３）、所定値Ｃよりも大きいか（Ｓ６５）、によってステータスを分類し、＃１気筒ステータスＳ１にステータスナンバを設定する（Ｓ６２、Ｓ６４、Ｓ６６、Ｓ６７）。

以上の処理によって＃１気筒〜＃４気筒のステータスナンバＳ１〜Ｓ４を求め、これらのＳ１〜Ｓ４の値に基づいて各気筒の失火を判定する。具体的には図７に基づいて判定する。

（１）＃１気筒ステータスＳ１が３で、＃２気筒ステータスＳ２、＃３気筒ステータスＳ３、＃４気筒ステータスＳ４がすべて０のときは、＃１気筒の単気筒が失火していると判定する。

（２）＃２気筒ステータスＳ２が３で、＃１気筒ステータスＳ１、＃３気筒ステータスＳ３、＃４気筒ステータスＳ４がすべて０のときは、＃２気筒の単気筒が失火していると判定する。

（３）＃３気筒ステータスＳ３が３で、＃１気筒ステータスＳ１、＃２気筒ステータスＳ２、＃４気筒ステータスＳ４がすべて０のときは、＃３気筒の単気筒が失火していると判定する。

（４）＃４気筒ステータスＳ４が３で、＃１気筒ステータスＳ１、＃２気筒ステータスＳ２、＃３気筒ステータスＳ３がすべて０のときは、＃４気筒の単気筒が失火していると判定する。

（５）＃１気筒ステータスＳ１、＃２気筒ステータスＳ２が３又は２であり、＃３気筒ステータスＳ３、＃４気筒ステータスＳ４が０のときは、＃１気筒及び＃２気筒の複数気筒が失火していると判定する。

（６）＃１気筒ステータスＳ１、＃３気筒ステータスＳ３が３又は２であり、＃２気筒ステータスＳ２、＃４気筒ステータスＳ４が０のときは、＃１気筒及び＃３気筒の複数気筒が失火していると判定する。

（７）＃１気筒ステータスＳ１、＃４気筒ステータスＳ４が３又は２又は１であり、＃２気筒ステータスＳ２が０のときは、＃１気筒及び＃４気筒の複数気筒が失火していると判定する。

（８）＃２気筒ステータスＳ２、＃３気筒ステータスＳ３が３又は２又は１であり、＃１気筒ステータスＳ１が０のときは、＃１気筒及び＃４気筒の複数気筒が失火していると判定する。

（９）＃２気筒ステータスＳ２、＃４気筒ステータスＳ４が３又は２であり、＃１気筒ステータスＳ１、＃３気筒ステータスＳ３が０のときは、＃２気筒及び＃４気筒の複数気筒が失火していると判定する。

（１０）＃３気筒ステータスＳ３、＃４気筒ステータスＳ４が３又は２であり、＃１気筒ステータスＳ１、＃２気筒ステータスＳ２が０のときは、＃３気筒及び＃４気筒の複数気筒が失火していると判定する。

なお３気筒が失火していればそもそもエンジンの回転が安定せず、４気筒が失火していればエンジンが回転しないので、失火を判定するまでもない。

本実施形態によれば、各気筒のクランク回転時間TINT1〜TINT4に基づいて各気筒の失火パラメータP1〜P4を演算し、その各気筒の失火パラメータP1〜P4の大小の組み合わせに基づいて失火気筒を判定するようにしたので、連続気筒、間欠気筒であっても失火を検出できる。また失火判定基準値を、連続２気筒失火の場合と間欠２気筒失火の場合とで異ならせるようにしたので、正確に検出することができる。さらに各気筒の回転速度の相対比較をすることでエンジンダンパの影響を除くことができる。さらにまたノイズを除去するために失火を検出する気筒以外の気筒については平均速度を算出し、その平均速度と失火検出する気筒とをを比較することで、一層正確に失火を検出できるのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、弾性体の伸縮作用によってエンジントルクの急変を吸収する構造としてエンジンダンパを例示して説明したが、デュアルマスフライホイールであってもよい。

本発明による失火検出装置の一実施形態を示す図である。 エンジンダンパの構造を示す図である。 コントローラの失火判定ロジックについて説明するフローチャートである。 コントローラの＃ｎ気筒失火パラメータ算出ルーチンについて説明するフローチャートである。 コントローラの＃ｎ気筒失火パラメータＰｎのステータス分類ルーチンについて説明するフローチャートである。 ＃１気筒の失火パラメータを算出する場合のコントローラ５０の具体的な処理を示す図である。 ＃１気筒〜＃４気筒のステータスナンバＳ１〜Ｓ４に基づく失火判定を説明する図である。

符号の説明

１０ 失火検出装置
１１ クランク角センサ
１５ コントローラ
２０ エンジン
２１ シャフト（エンジン出力軸）
３０ エンジンダンパ
３１ エンジン側プレート
３２ ギヤ側プレート
３３ バネ（弾性体）
ステップＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２ 回転時間検出手段
ステップＳ５０ パラメータ演算手段
ステップＳ５１ 基本パラメータ演算部
ステップＳ５３ 補正パラメータ演算部
ステップＳ５４ 失火パラメータ演算部

Claims (5)

1. エンジン出力軸が、各気筒の点火時期から一定角度回転するのに要する各気筒のクランク回転時間を検出する回転時間検出手段と、
   検出した各気筒のクランク回転時間に基づいて各気筒の失火パラメータを演算するパラメータ演算手段と、
   演算した各気筒の失火パラメータの大小の組み合わせに基づいて失火気筒を判定する失火気筒判定手段と、
   を有し、
   前記パラメータ演算手段は、
   着目気筒のクランク回転時間の、その着目気筒以外の全気筒のクランク回転時間の平均値に対する倍率によって、着目気筒についての基本パラメータを演算する基本パラメータ演算部と、
   基本パラメータに対して、エンジン回転速度の三乗値を乗するとともにエンジン負荷で除することで、補正パラメータを演算する補正パラメータ演算部と、
   着目気筒の補正パラメータとその着目気筒以外の他の気筒の補正パラメータとの比を順次積算して、着目気筒についての失火パラメータを演算する失火パラメータ演算部と、
   を含むことを特徴とするエンジンの失火検出装置。
2. 前記エンジン出力軸に設けられ、エンジン出力の急変に応動して伸縮する弾性体によって回転方向の出力急変を吸収する出力急変吸収手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの失火検出装置。
3. 前記失火気筒判定手段は、着目気筒の失火パラメータのみ第１所定値よりも大きく、その他の気筒の失火パラメータが前記第１所定値よりも小さい第２所定値以下であるときには、その着目気筒の単独失火を判定する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの失火検出装置。
4. 前記失火気筒判定手段は、着目気筒の失火パラメータ及びそれに続く気筒の失火パラメータが、前記第１所定値よりは小さく前記第２所定値よりは大きい第３所定値よりも大きく、その他の気筒の失火パラメータが前記第２所定値以下であるときに、その着目気筒及びそれに続く気筒の連続失火を判定する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジンの失火検出装置。
5. 前記失火気筒判定手段は、着目気筒の失火パラメータが前記第２所定値よりも大きく、それに続く気筒の失火パラメータが第２所定値以下であって、さらに続く気筒の失火パラメータが第２所定値よりも大きいときに、その着目気筒及びそれに間欠して続く気筒の失火を検出する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエンジンの失火検出装置。

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