JP4816574B2 - 内燃機関の出力状態検出装置、車両及び内燃機関の出力状態検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の出力状態検出装置、車両及び内燃機関の出力状態検出方法に関し、詳しくは、出力軸がねじれ要素を介して後段の後段軸に接続された複数気筒の内燃機関の出力状態を検出する内燃機関の出力状態検出装置およびこうした内燃機関の出力状態を検出する出力状態検出方法並びにこうした出力状態検出装置を備える車両に関する。

従来、内燃機関の出力状態検出装置としては、エンジンの各気筒の爆発行程に伴って現れる回転速度を１点火サイクル内の少なくとも２点以上でセンサにより検出し、この検出した回転速度を用いて回転速度変化量を逐次求め、求められた回転速度変化量の前回値と今回値との差を演算し、演算した結果を用いてエンジンの燃焼状態の判別を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６１−１１４４０号公報

ところで、エンジンのクランク軸にダンパのようなねじれ要素を介して後段に接続されている車両などに搭載されている装置では、エンジンの爆発燃焼によるクランク軸のトルク変動がねじれ要素やこのねじれ要素を含む後段の共振を誘発し、共振によりクランク軸に回転変動が生じる結果、クランク角の回転変動に基づいてエンジンのいずれかの気筒の燃焼状態を検出しようとしても、精度良く検出することができないことがあった。

本発明の内燃機関の出力状態検出装置、車両及び内燃機関の出力状態検出方法は、出力軸がねじれ要素を介して後段の後段軸に接続された複数気筒の内燃機関の出力状態を精度良く検出することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関の出力状態検出装置は、
出力軸がねじれ要素を介して後段の後段軸に接続された複数気筒の内燃機関の出力状態を検出する内燃機関の出力状態検出装置であって、
前記出力軸の回転数である出力軸回転数を検出する出力軸回転数検出手段と、
前記後段軸の回転数である後段軸回転数を検出する後段軸回転数検出手段と、
前記検出された出力軸回転数と前記検出された後段軸回転数とに基づいて前記ねじれ要素のねじれに基づく共振が前記出力軸の回転数に影響を及ぼす共振影響成分を演算する共振影響成分演算手段と、
前記検出された出力軸回転数から前記演算された共振影響成分を減じて得られる検出用回転数に基づいて前記内燃機関の出力状態を検出する出力状態検出手段と、
を備えるものである。

この内燃機関の出力状態検出装置では、出力軸の回転数である出力軸回転数と後段軸の回転数である後段軸回転数とに基づいてねじれ要素のねじれに基づく共振が出力軸の回転数に影響を及ぼす共振影響成分を演算し、出力軸回転数から演算された共振影響成分を減じて得られる検出用回転数に基づいて内燃機関の出力状態を検出する。このように、内燃機関の回転数に含まれるねじれ要素のねじれに基づく共振の影響を排除するのである。したがって、出力軸がねじれ要素を介して後段の後段軸に接続された複数気筒の内燃機関の出力状態を精度良く検出することができる。

本発明の内燃機関の出力状態検出装置において、前記共振影響成分演算手段は、前記検出された出力軸回転数と前記検出された後段軸回転数とにより前記ねじれ要素のねじれ角を演算すると共に該演算したねじれ角と前記ねじれ要素のバネ定数と前記ねじれ要素より前記内燃機関側の慣性モーメントとに基づいて前記共振影響成分を演算する手段であるものとすることもできる。このとき、前記共振影響成分演算手段は、前記検出された出力軸回転数から前記検出された後段軸回転数を減じた値の積分計算に基づいて前記ねじれ角を演算し、前記バネ定数と前記慣性モーメントとの定数関係値に前記ねじれ角を乗じたものの積分計算に基づいて前記共振影響成分を演算する手段であるものとすることができる。

本発明の内燃機関の出力状態検出装置において、前記出力状態検出手段は、前記得られた検出用回転数から内燃機関の出力軸の所定の単位回転角毎の回転に要する時間である単位回転角所要時間を該内燃機関の出力軸の回転毎に演算すると共に該演算した単位回転角所要時間に関する分散度を求め、該求めた分散度が所定の安定範囲外であるときに前記内燃機関の出力状態が異常状態であると検出する手段であるものとしてもよい。こうすれば、単位回転角所要時間に関する分散度を利用して複数気筒の内燃機関の出力状態を精度良く検出することができる。ここで、「分散度」とは、値のばらつき度合いを示すものとすることができる。このとき、前記出力状態検出手段は、前記演算された単位回転角所要時間の７２０度差を求めると共に前記単位回転角所要時間に関する分散度としての該求めた７２０度差の分散度を求め、該７２０度差の分散度を用いて前記内燃機関の出力状態を検出する手段であるものとしてもよい。このように、特定気筒の１点火周期における値を示す単位回転角所要時間の７２０度差を用いることによって、比較的容易に複数気筒の内燃機関の出力状態を精度良く検出することができる。

本発明の車両は、出力軸がねじれ要素を介して後段の後段軸に接続された複数気筒の内燃機関と、前記内燃機関の出力状態を検出する上述したいずれかに記載の内燃機関の出力状態検出装置と、を備えるものである。この車両では、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関の出力状態検出装置を備えるから、本発明の内燃機関の出力状態検出装置が奏する効果、例えば、ねじれ要素のねじれに基づく共振が生じても、内燃機関の出力状態を精度良く検出することができる効果などと同様な効果を奏することができる。

本発明の車両は、前記ねじれ要素より後段の前記後段軸側に動力を出力可能な電動機を備え、前記後段軸回転数検出手段は、前記電動機の回転数である電動機回転数を検出する手段を兼ねてなり、該検出した電動機回転数を換算することにより前記後段軸回転数を検出する手段であるものとしてもよい。こうすれば、後段軸回転数検出手段として電動機の回転数を検出する高精度のセンサを兼用することにより、新たに後段軸回転数検出手段を設ける必要がない。

本発明の車両は、前記後段軸と車軸側とに接続され、電力と動力の入出力を伴って前記後段軸と前記車軸側とに動力を入出力する電力動力入出力手段、を備え、前記電動機は、前記車軸側に動力を出力可能に接続され、前記後段軸回転数検出手段は、前記電力動力入出力手段の駆動状態を検出する手段を兼ねてなり、前記検出した電動機回転数と前記検出した駆動状態とに基づく演算により前記後段軸回転数を検出する手段であるものとしてもよい。

本発明の内燃機関の出力状態検出方法は、
出力軸がねじれ要素を介して後段の後段軸に接続された複数気筒の内燃機関の出力状態を検出する内燃機関の出力状態検出方法であって、
前記出力軸の回転数である出力軸回転数と前記後段軸の回転数である後段軸回転数とに基づいて前記ねじれ要素のねじれに基づく共振が前記出力軸の回転数に影響を及ぼす共振影響成分を演算し、前記出力軸回転数から前記演算された共振影響成分を減じて得られる検出用回転数に基づいて前記内燃機関の出力状態を検出するものである。

この内燃機関の出力状態検出方法では、出力軸の回転数である出力軸回転数と後段軸の回転数である後段軸回転数とに基づいてねじれ要素のねじれに基づく共振が出力軸の回転数に影響を及ぼす共振影響成分を演算し、出力軸回転数から演算された共振影響成分を減じて得られる検出用回転数に基づいて内燃機関の出力状態を検出する。このように、内燃機関の回転数に含まれるねじれ要素のねじれに基づく共振の影響を排除するのである。したがって、出力軸がねじれ要素を介して後段の後段軸に接続された複数気筒の内燃機関の出力状態を精度良く検出することができる。

本発明の内燃機関の出力状態検出方法において、前記検出用回転数に基づいて前記内燃機関の出力状態を検出するに際して、前記得られた検出用回転数から内燃機関の出力軸の所定の単位回転角毎の回転に要する時間である単位回転角所要時間を該内燃機関の出力軸の回転毎に演算すると共に該演算した単位回転角所要時間に関する分散度を求め、該求めた分散度が所定の安定範囲外であるときに前記内燃機関の出力状態が異常状態であると検出するものとしてもよい。こうすれば、単位回転角所要時間に関する分散度を利用して複数気筒の内燃機関の出力状態を精度良く検出することができる。

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の出力状態検出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、実施例の内燃機関の出力状態検出装置としては、主としてエンジン２２を制御するエンジン用電子制御ユニット２４と後述するエンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０とモータＭＧ１，モータＭＧ２の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４などが該当する。

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８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（クランク角ＣＡ）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（クランク角ＣＡ）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の開閉タイミングの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。なお、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。なお、上述したクランクポジションセンサ１４０は、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。エンジンＥＣＵ２４では、このクランクポジションセンサ１４０からの整形波に基づいてクランクシャフト２６が３０度回転する毎の回転数をエンジン２２の回転数Ｎｅとして計算している。

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に接続されたキャリア軸３４ａにはダンパ２８を介してエンジン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。回転位置検出センサ４３，４４は、レゾルバにより構成されており、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいて所定時間毎（例えば５０μｓｅｃ毎や１００μｓｅｃ毎など）にモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。

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のいずれかの気筒の出力状態（燃焼状態）を検出する際の動作について説明する。図３は、エンジンＥＣＵ２４により実行される出力状態検出処理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。

出力状態検出処理が実行されると、エンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａは、まず、クランク角３０度毎のクランク角ＣＡとエンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）とモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１（ＣＡ），Ｎｍ２（ＣＡ）とを入力し（ステップＳ１００）、入力したモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１（ＣＡ），Ｎｍ２（ＣＡ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）と減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いてダンパ２８の動力分配統合機構３０側の回転数、即ち、キャリア軸３４ａの回転数であるダンパ後段回転数Ｎｄ（ＣＡ）を次式（１）により計算する（ステップＳ１１０）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）については、クランクポジションセンサ１４０からの整形波に基づいてクランクシャフト２６が３０度回転する毎に計算されるエンジン２２の回転数Ｎｅのうちクランク角ＣＡに対応するものを入力するものとし、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１（ＣＡ），Ｎｍ２（ＣＡ）については、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいて計算されるもののうちクランク角ＣＡに対応するものをモータＥＣＵ４０から入力するものとした。

Nd(CA)=[Nm2(CA)・Gr+ρ・Nm1(CA)]/(1+ρ) (1)

次に、エンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）と計算したダンパ後段回転数Ｎｄ（ＣＡ）とを用いてダンパ２８のねじれ角θｄ（ＣＡ）を次式（２）により計算し（ステップＳ１２０）、ダンパ２８のバネ定数Ｋとダンパ２８よりエンジン２２側の慣性モーメントＪとの比である定数関係値（Ｋ／Ｊ）と計算したねじれ角θｄ（ＣＡ）とを用いてダンパ２８の共振によるエンジン２２の回転数に与える影響として低周波ノイズを含むノイズ含有共振影響成分Ｎｄｅｎ（ＣＡ）を計算する（ステップＳ１３０）。

θd(CA)=∫[Ne(CA)-Nd(CA)]dt (2)
Nden(CA)=(K/J)・∫θd(CA) dt (3)

続いて、ノイズ含有共振影響成分Ｎｄｅｎ（ＣＡ）の低周波ノイズを除去するためハイパスフィルタをノイズ含有共振影響成分Ｎｄｅｎ（ＣＡ）に施して共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を計算し（ステップＳ１４０）、エンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）から計算した共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を減じて検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を計算する（ステップＳ１５０）。ここで、ハイパスフィルタについては、ダンパ２８の共振の周波数帯は減衰しないがそれより低周波の周波数帯を減衰するようカットオフ周波数を設定すればよい。こうしたハイパスフィルタを施すことにより、上述の式（２）や式（３）による積分計算により蓄積される低周波成分も除去することができる。この検出用回転数演算処理により演算される検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）は、クランクポジションセンサ１４０により検出され計算された回転数、即ち、ダンパ２８のねじれに基づく共振の影響を受けた回転数であるエンジン２２の回転数Ｎｅからダンパ２８のねじれに基づく共振の影響の成分である共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を減じたものであるから、エンジン２２の各気筒の爆発（燃焼）により生じる回転変動のみが反映されたものとなる。

続いて、演算された検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）の逆数によりクランクシャフト２６が３０度回転するのに要する３０度回転所要時間Ｔ３０（ＣＡ）を計算すると共に、計算した３０度回転所要時間Ｔ３０（ＣＡ）をＲＡＭ２４ｃに格納する処理を実行する（ステップＳ１６０）。次に、所定気筒の演算タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。ここでは、所定気筒としてすべての気筒（１〜８番気筒）について各々演算タイミングであるか否かを判定するものとした。また、この演算タイミングは、対象となる気筒の圧縮行程の上死点から６０度後（ＡＴＤＣ６０）に定められている。所定気筒の演算タイミングでないときには、そのままこのルーチンを終了し、所定気筒（例えば１番気筒）の演算タイミングであるときには、この対象となる気筒の圧縮行程の上死点から３０度後（ＡＴＤＣ３０）と６０度後（ＡＴＤＣ６０）の３０度回転所要時間Ｔ３０（ＡＴＤＣ３０），Ｔ３０（ＡＴＤＣ６０）の差分［Ｔ３０（ＡＴＤＣ３０）−Ｔ３０（ＡＴＤＣ６０）］を所要時間差分ＴＤ３０として計算すると共に計算した所要時間差分ＴＤ３０をＲＡＭ２４ｃに格納し（ステップＳ１８０）、計算した所要時間差分ＴＤ３０の７２０度前に所要時間差分ＴＤ３０として計算される値との差（所要時間差分ＴＤ３０の７２０度差）［ＴＤ３０−ＴＤ３０（７２０度前）］をトルク変動相当値Ｊ３０として計算する（ステップＳ１９０）。ここで、所要時間差分ＴＤ３０は、圧縮上死点からの角度から考えれば、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る。また、トルク変動相当値Ｊ３０は、対象の気筒が正常に燃焼（爆発）していれば所要時間差分ＴＤ３０が略一定値になることから値０近傍の値となり、対象の気筒の燃焼状態が悪化していれば正常に燃焼している気筒の所要時間差分ＴＤ３０の絶対値の値より大きな正の値などとなる。

そして、今回及び前回以前に計算した所定数のトルク変動相当値Ｊ３０を用いて所定サイクルのあいだのトルク変動σＪ３０を計算する（ステップＳ２００）。このトルク変動σＪ３０は、所要時間差分ＴＤ３０のばらつき（分散度）を表す値であり、例えば標準偏差などの値とすることができる。即ち、トルク変動σＪ３０が分散していない値であるときには、対象の気筒が安定して爆発していることを示し、トルク変動σＪ３０が分散している値であるときには、対象の気筒がばらついた燃焼状態で爆発していることを示す。なお、対象の気筒が失火しているときにもトルク変動σＪ３０が分散していないこととなるが、この失火については出力状態検出処理とは別の失火判定処理を実行することにより検出するものとした。

続いて、計算したトルク変動σＪ３０を閾値σｒｅｆと比較する（ステップＳ２１０）。この閾値σｒｅｆは、対象となる気筒の燃焼状態が安定しているとみなすことができる安定範囲を外れているか否かを判定する値であり、実験等により経験的に求めることができる。トルク変動σＪ３０が閾値σｒｅｆを超えていないとき、即ちトルク変動σＪ３０が閾値σｒｅｆ以下であるときには、対象となる気筒の燃焼状態が安定範囲内にあるものとみなし、そのままこのルーチンを終了する。一方、トルク変動σＪ３０が閾値σｒｅｆを超えているときには、対象となる気筒の燃焼状態が安定範囲外にあるものとみなし、この対象となる気筒が燃焼異常気筒である旨の情報をＲＡＭ２４ｃに格納し（ステップＳ２２０）、このルーチンを終了する。このように、ダンパ２８で生じる共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を除去した検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を用いて、エンジン２２の各気筒のトルク変動σＪ３０を計算し、各々の気筒の出力状態を検出するのである。なお、燃焼異常は、燃料噴射弁１２６からの燃料の過剰供給や供給不足、点火プラグ１３０の着火不良などにより発生する。

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の出力状態検出装置によれば、エンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）とダンパ２８の後段側のダンパ後段回転数Ｎｄ（ＣＡ）とを用いて共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を計算し、エンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）から共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を減じて検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を求め、検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）から３０度回転所要時間Ｔ３０を求め、この３０度回転所要時間Ｔ３０の７２０度差分からトルク変動σＪ３０を求め、このトルク変動σＪ３０に基づいてエンジン２２の出力状態を検出する。このように、エンジン２２の回転数Ｎｅに含まれるダンパ２８などのねじれ要素のねじれに基づく共振の影響を排除するのである。したがって、エンジン２２の出力状態を精度良く検出することができる。また、エンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）とダンパ後段回転数Ｎｄ（ＣＡ）とを検出してねじれ要素のねじれに基づく共振の影響を排除するから、ねじれ要素のねじれに基づく共振の周波数がどのような値であっても、この共振の影響を排除してエンジン２２の出力状態を精度良く検出することができる。また、特定気筒の１点火周期における値を示す３０度回転所要時間Ｔ３０の７２０度差分からトルク変動σＪ３０を求めてエンジン２２の出力状態を検出する、即ち同じ気筒での爆発によるトルク変動の分散度からその気筒の出力状態を検出するため、より正確に内燃機関の出力状態を検出することができる。更に、ダンパ２８の後段側のダンパ後段回転数Ｎｄ（ＣＡ）を回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいて計算するから、新たにダンパ２８の後段側のダンパ後段回転数Ｎｄ（ＣＡ）を検出するセンサを設ける必要がない。更にまた、検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を求める際に低周波ノイズを除去するためハイパスフィルタを施すから、ダンパ２８のねじれ角θｄ（ＣＡ）やノイズ含有共振影響成分Ｎｄｅｎ（ＣＡ）を計算する際の積分計算によって蓄積される低周波成分を除去することができる。この結果、より精度良くエンジン２２の出力状態を検出することができる。そして、検出したエンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）とダンパ２８の後段側のダンパ後段回転数Ｎｄ（ＣＡ）とを用いてエンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）から共振影響成分を排除した検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を求めるため、共振成分がどのような周波数であってもその影響を比較的容易に排除することができる。

上述した実施例では、エンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）とダンパ２８の後段側のダンパ後段回転数Ｎｄ（ＣＡ）とからダンパ２８のねじれ角θｄ（ＣＡ）を計算すると共にダンパ２８のバネ定数Ｋと定数関係値（Ｋ／Ｊ）とねじれ角θｄ（ＣＡ）とからノイズ含有共振影響成分Ｎｄｅｎ（ＣＡ）を計算し、これにハイパスフィルタ処理を施して共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を計算し、エンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）から共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を減じて検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を求め、この検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）に基づいてエンジン２２の出力状態を検出するものとしたが、エンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）とダンパ２８の後段側のダンパ後段回転数Ｎｄ（ＣＡ）とを用いて共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を計算するものであれば、如何なる計算手法を用いるものでもよい。また、ノイズ含有共振影響成分Ｎｄｅｎ（ＣＡ）にハイパスフィルタ処理を施すものとしたが、これを省略しても構わない。

上述した実施例では、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２からダンパ後段回転数Ｎｄを計算するものとしたが、キャリア軸３４ａに回転数センサを取り付けて直接キャリア軸３４ａの回転数を検出してダンパ後段回転数Ｎｄとするものとしてもよい。

上述した実施例では、クランク角３０度毎のクランク角ＣＡとエンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）とモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１（ＣＡ），Ｎｍ２（ＣＡ）を入力してダンパ後段回転数Ｎｄ（ＣＡ）を計算すると共に共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を計算し、検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を計算したが、検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を計算するクランク角は何度でもよいから、クランク角１０度毎や５度毎に共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）や検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を計算するものとしてもよい。

上述した実施例では、検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）から３０度回転所要時間Ｔ３０（ＣＡ）を求め、対象の気筒の圧縮行程の上死点から３０度後（ＡＴＤＣ３０）と６０度後（ＡＴＤＣ６０）の３０度回転所要時間Ｔ３０（ＡＴＤＣ３０），Ｔ３０（ＡＴＤＣ６０）の差分として所要時間差分ＴＤ３０を計算し、更に所要時間差分ＴＤ３０の７２０度差によるトルク変動相当値Ｊ３０を計算してエンジン２２の出力状態を検出したが、検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を用いてエンジン２２の出力状態を検出するものであれば、例えば、対象の気筒の圧縮行程の上死点から第１の角度後と第１の角度と異なる第２の角度後の差分（例えば、３０度回転所要時間Ｔ３０（ＡＴＤＣ３０），Ｔ３０（ＡＴＤＣ９０）の差分など）として所要時間差分ＴＤ３０を計算したり、所要時間差分ＴＤ３０の１２０度差や３６０度差などによるトルク変動相当値Ｊ３０を計算したり、如何なる計算手法によりエンジン２２の出力状態を検出するものとしても構わない。

上述した実施例では、８気筒のエンジン２２のいずれかの気筒の出力状態を検出するものとしたが、６気筒のエンジンのいずれかの気筒の出力状態を検出するものとしたり、４気筒のエンジンのいずれかの気筒の出力状態を検出するものとするなど、複数気筒のエンジンのいずれかの気筒の出力状態を検出するものであれば、気筒数はいくつでも構わない。

上述した実施例では、減速ギヤ３５を介してモータＭＧ２をリングギヤ軸３２ａに接続する構成におけるエンジン２２の出力状態を検出するものとしたが、減速ギヤ３５に代えて変速機を介してモータＭＧ２をリングギヤ軸３２ａに接続する構成におけるエンジン２２の出力状態を検出するものとしてもよい。あるいは、減速ギヤ３５や変速機を介さずにモータＭＧ２を直接リングギヤ軸３２ａに接続する構成におけるエンジン２２の出力状態を検出するものとしてもよい。

上述した実施例では、特に、車軸側に接続されるリングギヤ軸３２ａのトルク変動に基づく振動を抑制する制振制御をモータＭＧ１やモータＭＧ２により行なうことを前提としていないが、モータＭＧ１やモータＭＧ２による制振制御を行なうものとしても上述の出力状態の検出処理によりエンジン２２の出力状態を検出することができる。

上述した実施例では、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とを備える車両におけるエンジン２２の出力状態を検出するものとしたが、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４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４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の出力状態を検出するものとしてもよいし、図５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に動力を出力する車軸側に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を車軸側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の出力状態を検出するものとしてもよい。この場合、モータＭＧ２は減速ギヤ３５や変速機を介して車軸側に接続されていてもよいし、減速ギヤ３５や変速機を介さずに車軸側に接続されていてもよい。あるいは、ダンパ２８が接続されたエンジン２２と駆動用のモータとを搭載したいかなるハイブリッド車両（シリーズハイブリッドやパラレルハイブリッドなど）に適用するものとしてもよい。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、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とこのクランクポジションセンサ１４０からの整形波に基づいてクランクシャフト２６が３０度回転する毎の回転数をエンジン２２の回転数Ｎｅとして計算するエンジンＥＣＵ２４が「出力軸回転数検出手段」に相当し、モータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４とこの回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算するモータＥＣＵ４０とモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とに基づいてダンパ２８の後段のキャリア軸３４ａ（後段軸に相当）の回転数としてのダンパ後段回転数Ｎｄを計算するエンジンＥＣＵ２４とが「後段軸回転数検出手段」に相当し、エンジン２２の回転数Ｎｅとダンパ後段回転数Ｎｄとを用いてダンパ２８のねじれ角θｄを式（２）により計算すると共にダンパ２８のバネ定数Ｋとダンパ２８よりエンジン２２側の慣性モーメントＪとの比である定数関係値（Ｋ／Ｊ）とねじれ角θｄとを用いてダンパ２８の共振によるエンジン２２の回転数に与える影響として低周波ノイズを含むノイズ含有共振影響成分Ｎｄｅｎ（ＣＡ）を計算し更にハイパスフィルタにより低周波ノイズを除去して共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を計算するエンジンＥＣＵ２４が「共振影響成分演算手段」に相当し、エンジン２２の回転数Ｎｅ（ＣＡ）から共振影響成分Ｎｄｅ（ＣＡ）を減じて検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を計算し、この検出用回転数Ｎｊ（ＣＡ）を用いてエンジン２２の出力状態を検出する図３の出力状態検出処理を実行するエンジンＥＣＵ２４が「出力状態検出手段」に相当する。また、ダンパ２８の後段のキャリア軸３４ａ側、即ち、更に後段のリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して出力するモータＭＧ２が「電動機」に相当し、ダンパ２８の後段のキャリア軸３４ａと車軸側のリングギヤ軸３２ａとに接続された動力分配統合機構３０とこの動力分配統合機構３０のサンギヤ３１に接続されたモータＭＧ１とが「電力動力入出力手段」に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

実施例では、ハイブリッド自動車２０に搭載された内燃機関の出力状態検出装置として説明したが、走行用の電動機や発電機などを備えない自動車に搭載された内燃機関の出力状態検出装置としてもよい。また、自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載される内燃機関の出力状態検出装置としてもよいし、移動しない設備に組み込まれた内燃機関の出力状態検出装置としても構わない。また、内燃機関の出力状態検出装置やこれを搭載する車両の形態ではなく、内燃機関の出力状態検出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、内燃機関の出力状態検出装置およびこれを備える車両の製造産業に利用可能である。

本発明の一実施例である内燃機関の出力状態検出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。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 出力状態検出処理の一例を示すフローチャートである。 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、３４ａ キャリア軸、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、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. 出力軸がねじれ要素を介して後段の後段軸に接続された複数気筒の内燃機関の出力状態を検出する内燃機関の出力状態検出装置であって、
   前記出力軸の回転数である出力軸回転数を検出する出力軸回転数検出手段と、
   前記後段軸の回転数である後段軸回転数を検出する後段軸回転数検出手段と、
   前記検出された出力軸回転数と前記検出された後段軸回転数とに基づいて前記ねじれ要素のねじれに基づく共振が前記出力軸の回転数に影響を及ぼす共振影響成分を演算する共振影響成分演算手段と、
   前記検出された出力軸回転数から前記演算された共振影響成分を減じて得られる検出用回転数に基づいて前記内燃機関の出力状態を検出する出力状態検出手段と、を備え、
   前記出力状態検出手段は、前記得られた検出用回転数から内燃機関の出力軸の所定の単位回転角毎の回転に要する時間である単位回転角所要時間を該内燃機関の出力軸の回転毎に演算すると共に該演算した単位回転角所要時間に関する分散度を求め、該求めた分散度が所定の安定範囲外であるときに前記内燃機関の出力状態がばらついた燃焼状態で爆発している異常状態であると検出する手段である、内燃機関の出力状態検出装置。
2. 前記共振影響成分演算手段は、前記検出された出力軸回転数と前記検出された後段軸回転数とにより前記ねじれ要素のねじれ角を演算すると共に該演算したねじれ角と前記ねじれ要素のバネ定数と前記ねじれ要素より前記内燃機関側の慣性モーメントとに基づいて前記共振影響成分を演算する手段である、請求項１に記載の内燃機関の出力状態検出装置。
3. 前記共振影響成分演算手段は、前記検出された出力軸回転数から前記検出された後段軸回転数を減じた値の積分計算に基づいて前記ねじれ角を演算し、前記バネ定数と前記慣性モーメントとの定数関係値に前記ねじれ角を乗じたものの積分計算に基づいて前記共振影響成分を演算する手段である、請求項２に記載の内燃機関の出力状態検出装置。
4. 前記出力状態検出手段は、前記演算された単位回転角所要時間の７２０度差を求めると共に前記単位回転角所要時間に関する分散度としての該求めた７２０度差の分散度を求め、該７２０度差の分散度を用いて前記内燃機関の出力状態を検出する手段である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の出力状態検出装置。
5. 出力軸がねじれ要素を介して後段の後段軸に接続された複数気筒の内燃機関と、
   前記内燃機関の出力状態を検出する請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の出力状態検出装置と、
   を備える車両。
6. 請求項５に記載の車両であって、
   前記ねじれ要素より後段の前記後段軸側に動力を出力可能な電動機を備え、
   前記後段軸回転数検出手段は、前記電動機の回転数である電動機回転数を検出する手段を兼ねてなり、該検出した電動機回転数を換算することにより前記後段軸回転数を検出する手段である、車両。
7. 請求項６に記載の車両であって、
   前記後段軸と車軸側とに接続され、電力と動力の入出力を伴って前記後段軸と前記車軸側とに動力を入出力する電力動力入出力手段を備え、
   前記電動機は、前記車軸側に動力を出力可能に接続され、
   前記後段軸回転数検出手段は、前記電力動力入出力手段の駆動状態を検出する手段を兼
   ねてなり、前記検出した電動機回転数と前記検出した駆動状態とに基づく演算により前記後段軸回転数を検出する手段である、車両。
8. 出力軸がねじれ要素を介して後段の後段軸に接続された複数気筒の内燃機関の出力状態を検出する内燃機関の出力状態検出方法であって、
   前記出力軸の回転数である出力軸回転数と前記後段軸の回転数である後段軸回転数とに基づいて前記ねじれ要素のねじれに基づく共振が前記出力軸の回転数に影響を及ぼす共振影響成分を演算し、前記出力軸回転数から前記演算された共振影響成分を減じて得られる検出用回転数に基づいて前記内燃機関の出力状態を検出し、
   前記検出用回転数に基づいて前記内燃機関の出力状態を検出するに際して、前記得られた検出用回転数から内燃機関の出力軸の所定の単位回転角毎の回転に要する時間である単位回転角所要時間を該内燃機関の出力軸の回転毎に演算すると共に該演算した単位回転角所要時間に関する分散度を求め、該求めた分散度が所定の安定範囲外であるときに前記内燃機関の出力状態がばらついた燃焼状態で爆発している異常状態であると検出する、内燃機関の出力状態検出方法。
   

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