JP5011896B2 - 内燃機関の失火判定装置および車両 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の失火判定装置および車両に関し、詳しくは、出力軸がねじれ要素を介して後段の入力軸に接続された複数気筒の内燃機関の失火を判定する内燃機関の失火判定装置およびこうした内燃機関の失火判定装置を備える車両に関する。

従来、この種の内燃機関の失火判定装置としては、モータによりエンジンのクランク軸のトルク変動を打ち消すよう制振制御を行なう車両において、モータによる制振制御のためにモータから出力するトルクを補正するトルク補正量を算出し、このモータのトルク補正量に基づいてエンジンの失火状態を検出するものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−６５４０２号公報

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（例えば変速機構など）に接続されている車両などに搭載されている動力出力装置では、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失火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。モータによりエンジンのクランク角のトルク変動に対して制振制御を行なうと、ねじれ要素やねじれ要素を含む後段の共振を助長する場合も生じ、エンジンのいずれかの気筒の失火の検出の精度は更に低くなってしまう。

本発明の内燃機関の失火判定装置および車両は、出力軸がねじれ要素を介して後段の入力軸に接続された複数気筒の内燃機関の失火を精度良く判定することを目的とする。

本発明の内燃機関の失火判定装置および車両は、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。

本発明の内燃機関の失火判定装置は、
出力軸がねじれ要素を介して後段の入力軸に接続された複数気筒の内燃機関の失火を判定する内燃機関の失火判定装置であって、
前記内燃機関の出力軸の回転角速度である出力軸角速度を検出する出力軸角速度検出手段と、
前記入力軸の回転角速度である入力軸角速度を検出する入力軸角速度検出手段と、
前記後段の慣性モーメントである後段慣性モーメントと前記検出した入力軸角速度とに基づいて前記ねじれ要素のねじれに基づいて前記出力軸に作用するトルクである影響トルクによって前記出力軸の回転角速度に与える影響成分を演算する影響成分演算手段と、
前記演算した出力軸角速度から前記演算した影響成分を減じて得られる判定用角速度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の失火判定装置では、ねじれ要素より後段の慣性モーメントである後段慣性モーメントと後段の入力軸の回転角速度である入力軸角速度とに基づいてねじれ要素のねじれに基づいて内燃機関の出力軸に作用するトルクである影響トルクによって出力軸の回転角速度に与える影響成分を演算し、内燃機関の出力軸の回転角速度である出力軸角速度から演算した影響成分を減じて得られる判定用角速度に基づいて内燃機関の失火を判定する。この結果、ねじれ要素のねじれに基づく共振が生じても、内燃機関の失火を精度良く判定することができる。

こうした本発明の内燃機関の失火判定装置において、前記影響成分演算手段は、前記後段慣性モーメントと前記入力軸角速度の微分値との積を含む第１演算項と前記影響トルクを含む第１影響トルク項とが等しいとする第１の関係式と前記出力軸より前記内燃機関側の慣性モーメントである機関側慣性モーメントと前記影響成分の微分値との積を含む第２演算項と前記影響トルクを含む第２影響トルク項とが等しいとする第２の関係式とを連立させて前記影響成分について得られる解として前記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。ここで、第１の関係式や第２の関係式は、運動方程式として導かれるものである。この場合であって、前記後段は前記入力軸へのトルクの作用が可能な電動機を有し、前記電動機の回転軸の回転角速度である電動機角速度を検出する電動機角速度検出手段を備える態様では、前記第１演算項は、前記入力軸の慣性モーメントと前記入力軸角速度の微分値との積と、前記電動機の慣性モーメントの前記入力軸への影響成分として換算される換算慣性モーメントと前記検出された電動機角速度の微分値との積と、の和であり、前記第１影響トルク項は、前記影響トルクと、前記電動機からの出力トルクの前記入力軸への作用分として換算される換算トルクと、の和である、ものとすることもできる。更に、この場合、前記入力軸角速度検出手段は、前記電動機角速度検出手段により検出された電動機角速度に基づいて前記入力軸角速度を演算する手段であるものとすることもできる。こうすれば、入力軸の角速度を検出するセンサを電動機の角速度を検出するセンサと兼ねることができる。また、前記後段は、前記入力軸と前記電動機の回転軸と駆動力の出力先である駆動軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する遊星歯車機構を有する態様では、前記換算慣性モーメントは前記電動機の慣性モーメントと前記遊星歯車機構のギヤ比とを用いて演算されてなり、前記換算トルクは前記電動機からの出力トルクと前記遊星歯車機構のギヤ比とをを用いて演算されてなる、ものとすることもできる。

本発明の車両は、
出力軸がねじれ要素を介して車軸側である後段の入力軸に接続された複数気筒の内燃機関の失火を判定する内燃機関と、
前記内燃機関の失火を判定する上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関の失火判定装置、即ち、基本的には、出力軸がねじれ要素を介して後段の入力軸に接続された複数気筒の内燃機関の失火を判定する内燃機関の失火判定装置であって、前記内燃機関の出力軸の回転角速度である出力軸角速度を検出する出力軸角速度検出手段と、前記入力軸の回転角速度である入力軸角速度を検出する入力軸角速度検出手段と、前記後段の慣性モーメントである後段慣性モーメントと前記検出した入力軸角速度とに基づいて前記ねじれ要素のねじれに基づいて前記出力軸に作用するトルクである影響トルクによって前記出力軸の回転角速度に与える影響成分を演算する影響成分演算手段と、前記演算した出力軸角速度から前記演算した影響成分を減じて得られる判定用角速度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、を備える内燃機関の失火判定装置と、
を備え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の失火判定装置を備えるから、本発明の内燃機関の失火判定装置が奏する効果、例えば、ねじれ要素のねじれに基づく共振が生じても、内燃機関の失火を精度良く判定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。

本発明の参考例としての内燃機関の失火判定方法は、
出力軸がねじれ要素を介して後段の入力軸に接続された複数気筒の内燃機関の失火を判定する内燃機関の失火判定方法であって、
前記後段の慣性モーメントと前記入力軸の回転角速度とに基づいて前記ねじれ要素のねじれに基づいて前記出力軸に作用するトルクである影響トルクによって前記出力軸の回転角速度に与える影響成分を演算し、前記内燃機関の出力軸の回転角速度から前記演算した影響成分を減じて得られる判定用角速度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。

この本発明の参考例としての内燃機関の失火判定方法では、ねじれ要素より後段の慣性モーメントと後段の入力軸の回転角速度とに基づいてねじれ要素のねじれに基づいて内燃機関の出力軸に作用するトルクである影響トルクによって内燃機関の出力軸の回転角速度に与える影響成分を演算し、内燃機関の出力軸の回転角速度から演算した影響成分を減じて得られる判定用角速度に基づいて内燃機関の失火を判定する。この結果、ねじれ要素のねじれに基づく共振が生じても、内燃機関の失火を精度良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の失火判定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２段変速の変速機３５と、この変速機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。

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。

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にはキャリア軸３４ａとダンパ２８とを介してエンジン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を介して変速機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。また、モータＥＣＵ４０は、所定タイミング毎（実施例では、クランクシャフト２６が１０度回転するタイミング毎）に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やこの回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転角速度ωｍ１，ωｍ２を計算し、必要に応じてハイブリッド用電子制御ユニット７０に送信してハイブリッド用電子制御ユニット７０のＲＡＭ７６に記憶するようにしている。

変速機３５は、図示しないが、二つのプラネタリギヤと、二つのプラネタリギヤのリングギヤを回転不能にケースに固定する二つのブレーキと、二つのブレーキをオンオフする油圧回路とにより構成されており、二つのブレーキの一方をオンとすると共に他方をオフとすることによりモータＭＧ２の回転数を減速してリングギヤ軸３２ａに伝達するＬｏギヤと、二つのブレーキの一方をオフとすると共に他方をオンとすることによりモータＭＧ２の回転数を減速せずにリングギヤ軸３２ａに伝達するＨｉギヤと、二つのブレーキの双方をオフとすることによりモータＭＧ２をリングギヤ軸３２ａから切り離すニュートラルと、の３つの状態を切り替えることができるニュートラル付きの２段変速機として構成されている。

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からは、変速機３５の二つのブレーキをオンオフする油圧回路に駆動信号が出力されている。また、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。

ここで、実施例の内燃機関の失火判定装置としては、主として、クランクポジションセンサ１４０およびこのクランクポジションセンサ１４０からのエンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置に基づいて後述するエンジン回転角速度ωｅを演算したりエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４と、回転位置検出センサ４３，４４およびこの回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２や回転角速度ωｍ１，ωｍ２を演算するモータＥＣＵ４０と、が該当する。

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の各気筒の失火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の一例を示すフローチャートである。このルーチンは、いずれかの気筒が圧縮行程の上死点から９０度の位置を通過する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、エンジン回転角速度ωｅやキャリア軸回転角速度ωｉｎｐ，モータＭＧ１の回転角速度ωｍ１，モータＭＧ１のトルクＴｍ１を入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン回転角速度ωｅは、実施例では、エンジンＥＣＵ２４により実行される図４のωｅ演算処理により、クランク角ＣＡを入力すると共に（ステップＳ２００）、クランクポジションセンサ１４０からの整形波から入力したクランク角ＣＡが１０度回転するまでの経過時間ｔを演算し、クランクシャフト２６が１０度回転する毎のエンジン回転角速度ωｅを２π（１０／３６０）／ｔにより演算し（ステップＳ２１０）、ＲＡＭ２４ｃに記憶されているものを入力するものとした。キャリア軸回転角速度ωｉｎｐは、実施例では、エンジンＥＣＵ２４により実行される図５のキャリア軸回転角速度演算処理により、モータＥＣＵ４０により計算されハイブリッド用電子制御ユニット７０のＲＡＭ７６に記憶されている所定タイミング毎（実施例ではクランクシャフト２６が１０度回転する毎）のモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を通信により入力し（ステップＳ３００）、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）と変速機３５のギヤ比Ｇｒとを用いて次式（１）によりキャリア軸回転数Ｎｃを計算し（ステップＳ３１０）、キャリア軸回転数Ｎｃから式（２）により所定タイミング毎のキャリア軸回転角速度ωｉｎｐとして演算し（ステップＳ３２０）、ＲＡＭ２４ｃに記憶されたものを入力するものとした。モータ回転角速度ωｍ１は、モータＥＣＵ４０により計算されハイブリッド用電子制御ユニット７０のＲＡＭ７６に記憶されている所定タイミング毎のモータＭＧ１のモータ回転角速度ωｍ１を通信により入力するものとした。モータＭＧ１のトルクＴｍ１は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される図示しない駆動制御ルーチンによりアクセルペダルポジションセンサ８４により検出されるアクセル開度Ａｃｃと車速センサ８８により検出される車速Ｖとに基づいて設定される車両要求トルクに対応する車両要求パワーをエンジン２２から効率よく出力するための運転ポイントでエンジン２２を運転するためにモータＭＧ１から出力すべきトルクとして設定されるトルク指令Ｔｍ１＊をトルクＴｍ１としてハイブリッド用電子制御ユニット７０から通信により入力するものとした。

続いて、入力したキャリア軸回転角速度ωｉｎｐ，モータＭＧ１の回転角速度ωｍ１，モータＭＧ１のトルクＴｍ１に基づいて次式（３）によりダンパ２８のねじれを含むダンパ２８より後段のトルクによりクランクシャフト２６に影響を与える影響トルク成分Ｔｄｍｐを計算する（ステップＳ１１０）。式（３）は、ダンパ２８より後段側の運動方程式であり、左辺は、キャリア軸３４ａ系の慣性モーメント（Ｉｉｎｐ）とキャリア軸回転角速度ωｉｎｐの微分値の積と、モータＭＧ１のロータ系の慣性モーメント（Ｉｍｇ１）のキャリア軸３４ａに換算したものとモータ回転角速度ωｍ１の微分値との積と、の和として表わされ、右辺は、影響トルク成分Ｔｄｍｐと、モータＭＧ１のトルクＴｍ１のキャリア軸３４ａに換算したものと、の和として表わされる。影響トルク成分Ｔｄｍｐは、式（３）を影響トルク成分Ｔｄｍｐについて解いて、変数としてのキャリア軸回転角速度ωｉｎｐの微分値とモータ回転角速度ωｍ１の微分値とモータＭＧ１のトルクＴｍ１とを代入して計算することにより得られる。なお、キャリア軸３４ａ系の慣性モーメント（Ｉｉｎｐ）やモータＭＧ１のロータ系の慣性モーメント（Ｉｍｇ１）については予め求めておくことができる。また、影響トルク成分Ｔｄｍｐは、運動方程式的には、式（４）の右辺第１項に示すバネ定数によるトルク項と同式右辺第２項の減衰項との和として計算される。式（４）中の「Ｋｄｍｐ」はダンパ２８のバネ定数であり、「Ｃｄｍｐ」は減衰項の定数であり、「Δθ」はクランクシャフト２６とキャリア軸３４ａとにおけるねじれ角である。

次に、計算した影響トルク成分Ｔｄｍｐをダンパ２８よりエンジン２２側の慣性モーメント（Ｉｅ）で除したものの積分計算（式（５））によりダンパ２８より後段がクランクシャフト２６の回転角速度に与える影響成分である影響成分ωｄｍｐを計算する（ステップＳ１２０）。式（５）は、その微分表示した式（６）を変形したものであり、この式（６）は、ダンパ２８よりエンジン２２側の慣性モーメント（Ｉｅ）と影響成分ωｄｍｐの微分値との積とダンパ２８のねじれを含むダンパ２８より後段のトルクによりクランクシャフト２６に影響を与える影響トルク成分Ｔｄｍｐとが等しいとする運動方程式に基づくものである。

こうして影響成分ωｄｍｐを計算すると、入力したエンジン回転角速度ωｅから計算した影響成分ωｄｍｐを減じて判定用角速度ωｊを計算する（ステップＳ１３０）。この判定用角速度ωｊは、クランクポジションセンサ１４０からの回転位置に基づいて計算して得られたエンジン回転角速度ωｅからダンパ２８より後段がクランクシャフト２６の回転角速度に与える影響成分である影響成分ωｄｍｐを減じて得られるから、エンジン２２の各気筒の爆発燃焼によって生じる回転角速度をより忠実に反映するものとなる。

そして、各気筒の圧縮行程の上死点から０度（ＴＤＣ）と上死点から９０度（ＡＴＤＣ９０）の判定用角速度ωｊ（ＴＤＣ），ωｊ（ＡＴＤＣ９０）の差分［ωｊ（ＴＤＣ）−ωｊ（ＡＴＤＣ９０）］を角速度差分ωＤとして計算すると共に（ステップＳ１４０）、計算した角速度差分ωＤの３６０度前に角速度差分ωＤとして計算される値との差（角速度差分ωＤの３６０度差）［ωＤ−ωＤ（３６０度前）］を判定用値Ｊωとして計算し（ステップＳ１５０）、計算した判定用値Ｊωを閾値Ｊｒｅｆと比較し（ステップＳ１６０）、判定用値Ｊωが閾値Ｊｒｅｆより大きいときには、判定用値Ｊωの計算の対象となる気筒が失火していると判定して（ステップＳ１７０）、本処理を終了し、判定用値Ｊωが閾値Ｊｒｅｆより小さいときには失火していないと判定して本処理を終了する。ここで、クランク角９０度毎に爆発燃焼を生じる８気筒のエンジン２２であることを考慮すれば、若干の変動は生じるものの、角速度差分ωＤおよび判定用値Ｊωは、全ての気筒が正常に燃焼（爆発）していれば値０となり、対象の気筒が失火していると正の値となる。したがって、閾値Ｊｒｅｆとして適当な正の値を設定することにより、判定用値Ｊωが閾値Ｊｒｅｆより大きいときに対応する気筒が失火していると判定することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０に搭載された内燃機関の失火判定装置によれば、キャリア軸３４ａ系の慣性モーメント（Ｉｉｎｐ）やキャリア軸回転角速度ωｉｎｐ，モータＭＧ１のロータ系の慣性モーメント（Ｉｍｇ１），モータＭＧ１のトルクＴｍ１を用いてダンパ２８より後段側の運動方程式によりダンパ２８のねじれを含むダンパ２８より後段のトルクによりクランクシャフト２６に影響を与える影響トルク成分Ｔｄｍｐを演算すると共に演算した影響トルク成分Ｔｄｍｐやダンパ２８よりエンジン２２側の慣性モーメント（Ｉｅ）とを用いてダンパ２８のねじれに基づく運動方程式によりダンパ２８より後段がクランクシャフト２６の回転角速度に与える影響成分である影響成分ωｄｍｐを演算し、クランクポジションセンサ１４０からの回転位置に基づいて演算したエンジン回転角速度ωｅから影響成分ωｄｍｐを減じて得られる判定用角速度ωｊを用いてエンジン２２の失火を判定するから、エンジン２２の各気筒の爆発燃焼によって生じる回転角速度をより忠実に反映するものによってエンジン２２の失火を判定することになり、ダンパ２８のねじれに基づく影響が生じても、エンジン２２の失火を精度良く判定することができる。しかも、モータＭＧ１のロータ系の慣性モーメント（Ｉｍｇ１）やモータＭＧ１のトルクＴｍ１も考慮しているから、モータＭＧ１によりリングギヤ軸３２ａのトルク変動に伴う振動を抑制する制振制御を行なっている場合でも、エンジン２２の失火を精度良く判定することができる。

上述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失火判定装置における失火の判定処理では、モータＭＧ１によりリングギヤ軸３２ａのトルク変動に基づく振動を抑制する制振制御を行なっている場合について説明したが、モータＭＧ１による制振制御に加えてモータＭＧ２による制振制御を行なっている場合にも適用することができる。その場合、式（３）にモータＭＧ２のトルクが変速機３５や動力分配統合機構３０を介してキャリア軸３４ａに与える影響成分を加味すればよい。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関の失火判定装置では、クランクポジションセンサ１４０からの整形波とクランク角ＣＡとからクランクシャフト２６が１０度回転する毎のクランクシャフト２６の回転角速度を演算してエンジン回転角速度ωｅとすると共に同様にクランクシャフト２６が１０度回転する毎のモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，回転角速度ωｍ１，ωｍ２を計算してエンジン２２の失火の判定に用いるものとしたが、クランクシャフト２６が他の角度、例えば１度や５度，２０度など回転する毎のエンジン回転角速度ωｅやモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，回転角速度ωｍ１，ωｍ２を計算してエンジン２２の失火の判定に用い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の失火判定装置では、判定用角速度ωｊ（ＴＤＣ），ωｊ（ＡＴＤＣ９０）の差分により角速度差分ωＤを計算すると共に計算した角速度差分ωＤの３６０度差により判定用値Ｊωを計算し、この計算した判定用値Ｊωに基づいてエンジン２２の失火を判定するものとしたが、判定用角速度ωｊの他の角度における角速度差分を計算すると共に計算した角速度差分の３６０度差などにより判定用値を計算し、この計算した判定用値に基づいてエンジン２２の失火を判定するものや、判定用角速度ωｊの６０度差分などの所定角度差分を判定用値として用いてエンジン２２の失火を判定するものなど、エンジン回転角速度ωｅから影響成分ωｄｍｐを減じて得られる判定用角速度ωｊを用いてエンジン２２の失火を判定するものであれば、如何なる手法を用いてエンジン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の失火判定装置では、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２からキャリア軸回転数Ｎｃを計算すると共にこのキャリア軸回転数Ｎｃからキャリア軸回転角速度ωｉｎｐ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回転数Ｎｃを検出すると共に検出したキャリア軸回転数Ｎｃからキャリア軸回転角速度ωｉｎｐを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の失火判定装置では、８気筒のエンジン２２のいずれかの気筒の失火を判定するものとしたが、６気筒のエンジンのいずれかの気筒の失火を判定するものとしたり、４気筒のエンジンのいずれかの気筒の失火を判定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失火を判定するものであれば、気筒数はいくつでも構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関の失火判定装置では、２段変速の変速機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の失火の判定を行なうものとしたが、３段以上の変速機や無段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の失火の判定を行なうものとしてもよく、変速機３５に代えて減速ギヤを介してモータ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の失火の判定を行なうものとしてもよい。また、変速機３５や減速ギヤを介さずにモータ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の失火の判定を行なうものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関の失火判定装置では、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に変速機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の失火を判定するものとしたが、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６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６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の失火を判定するものとしてもよいし、図７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の失火を判定するものとしてもよい。この場合、モータＭＧ２は変速機３５や減速ギヤを介して車軸側に接続されていてもよいし、変速機３５や減速ギヤを介さずに車軸側に接続されていてもよい。

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にねじれ要素としてのダンパ２８を介して後段の入力軸であるキャリア軸３４ａに接続された８気筒のエンジン２２が「内燃機関」に相当し、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からのクランクシャフト２６の回転位置に基づいてエンジン回転角速度ωｅを演算するエンジンＥＣＵ２４とが「出力軸角速度検出手段」に相当し、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からの回転位置に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算するモータＥＣＵ４０とこのモータＥＣＵ４０により演算されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２に基づいて図５の処理によりキャリア軸回転角速度ωｉｎｐを演算するエンジンＥＣＵ２４とが「入力軸角速度検出手段」に相当し、キャリア軸３４ａ系の慣性モーメント（Ｉｉｎｐ）やキャリア軸回転角速度ωｉｎｐ，モータＭＧ１のロータ系の慣性モーメント（Ｉｍｇ１），モータＭＧ１のトルクＴｍ１を用いてダンパ２８より後段側の運動方程式によりダンパ２８のねじれを含むダンパ２８より後段のトルクによりクランクシャフト２６に影響を与える影響トルク成分Ｔｄｍｐを演算すると共に演算した影響トルク成分Ｔｄｍｐやダンパ２８よりエンジン２２側の慣性モーメント（Ｉｅ）とを用いてダンパ２８のねじれに基づく運動方程式によりダンパ２８より後段がクランクシャフト２６の回転角速度に与える影響成分である影響成分ωｄｍｐを演算する図３の失火判定処理のＳ１００〜Ｓ１３０の処理を実行するエンジンＥＣＵ２４が「影響成分演算手段」に相当し、エンジン回転角速度ωｅから影響成分ωｄｍｐを減じて得られる判定用角速度ωｊを用いてエンジン２２の失火を判定する図３の失火判定処理のＳ１４０〜Ｓ１８０の処理を実行するエンジンＥＣＵ２４が「失火判定手段」に相当する。また、モータＭＧ１が「電動機」に相当し、回転位置検出センサ４３とこの回転位置検出センサ４３からの回転位置に基づいてモータＭＧ１の回転角速度ωｍ１を演算するモータＥＣＵ４０とが「電動機角速度検出手段」に相当し、キャリア軸３４ａとリングギヤ軸３２ａとモータＭＧ１の回転軸に接続された動力分配統合機構３０が「遊星歯車機構」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失火判定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失火判定装置に適用するものとしてもよい。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失火判定装置に適用してもよいし、移動しない設備に組み込まれた内燃機関の失火判定装置に適用するものとしても構わない。また、内燃機関の失火判定装置やこれを搭載する車両の形態ではなく、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、内燃機関の失火判定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燃焼状態判定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。 失火判定処理の一例を示すフローチャートである。 ωｅ演算処理の一例を示すフローチャートである。 キャリア軸回転角速度演算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 変速機、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 (4)

1. 出力軸がねじれ要素としてのダンパを介して、入力軸と該入力軸へのトルクの作用が可能な電動機とを有する後段の該入力軸に接続された複数気筒の内燃機関の失火を判定する内燃機関の失火判定装置であって、
   前記内燃機関の出力軸の回転角速度である出力軸角速度を検出する出力軸角速度検出手段と、
   前記入力軸の回転角速度である入力軸角速度を検出する入力軸角速度検出手段と、
   前記電動機の回転軸の回転角速度である電動機角速度を検出する電動機角速度検出手段と、
   前記後段の慣性モーメントである後段慣性モーメントと前記検出した入力軸角速度の微分値との積を含む第１演算項と前記ダンパのねじれに基づいて前記出力軸に作用するトルクである影響トルクを含む第１影響トルク項とが等しいとする第１の関係式と、前記出力軸より前記内燃機関側の慣性モーメントである機関側慣性モーメントと前記影響トルクによって出力軸の回転角速度に与える影響成分の微分値との積を含む第２演算項と前記影響トルクを含む第２影響トルク項とが等しいとする第２の関係式と、を連立させて前記影響成分について得られる解として該影響成分を演算する影響成分演算手段と、
   前記演算した出力軸角速度から前記演算した影響成分を減じて得られる判定用角速度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、
   前記第１演算項は、前記入力軸の慣性モーメントと前記入力軸角速度の微分値との積と、前記電動機の慣性モーメントの前記入力軸への影響成分として換算される換算慣性モーメントと前記検出された電動機角速度の微分値との積と、の和であり、
   前記第１影響トルク項は、前記影響トルクと、前記電動機からの出力トルクの前記入力軸への作用分として換算される換算トルクと、の和である、
   内燃機関の失火判定装置。
2. 前記入力軸角速度検出手段は、前記電動機角速度検出手段により検出された電動機角速度に基づいて前記入力軸角速度を演算する手段である請求項１記載の内燃機関の失火判定装置。
3. 請求項１または２記載の内燃機関の失火判定装置であって、
   前記後段は、前記入力軸と前記電動機の回転軸と駆動力の出力先である駆動軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する遊星歯車機構を有し、
   前記換算慣性モーメントは、前記電動機の慣性モーメントと前記遊星歯車機構のギヤ比とを用いて演算されてなり、
   前記換算トルクは、前記電動機からの出力トルクと前記遊星歯車機構のギヤ比とをを用いて演算されてなる、
   内燃機関の失火判定装置。
4. 出力軸がねじれ要素を介して車軸側である後段の入力軸に接続された複数気筒の内燃機関の失火を判定する内燃機関と、
   前記内燃機関の失火を判定する請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関の失火判定装置と、
   を備える車両。