JP5386004B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の失火検出装置に関し、特に出力軸がねじれ要素を介して変速機の入力軸に接続されている機関の回転速度を示す回転速度パラメータに基づいて失火を判定するものに関する。
特許文献1は、出力軸がダンパ(ねじれ要素)を介して変速機の入力軸に接続されている内燃機関の失火検出装置を開示する。この装置によれば、機関出力軸が所定角度回転するのに要する回転時間の減少量が基準減少量より大きいときに、ダンパの影響を受けたと判定され、回転時間の減少量が基準減少量と一致するように回転時間が修正され、修正後の回転時間の変動に基づいて失火判定が行われる。より具体的には、上記基準減少量は、機関回転速度及び負荷に応じて算出され、回転時間を時間微分することにより算出される失火パラメータが基準値より大きいときに失火が発生したと判定される。
特許文献1に示される装置では、回転時間の減少量が基準減少量より大きいときは、回転時間の減少量が基準減少量と一致するように回転時間を修正するという単純な修正手法が採用されており、また基準減少量を設定する際にねじれ要素の共振の影響が考慮されていないため、ねじれ要素の影響を除去するための修正精度の点で改善の余地があった。
本発明はこの点に着目してなされたものであり、ねじれ要素の影響が大きくなる機関運転状態において機関回転速度を示す回転速度パラメータを適切に修正し、失火判定の精度を向上させ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、出力軸(8)がねじれ要素(21)を介して変速機(24)の入力軸(23)に接続されている内燃機関の回転速度を示す機関回転速度パラメータ(OMGCRK)を検出する機関回転速度パラメータ検出手段を備え、検出される機関回転速度パラメータ(OMGCRK)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、前記変速機の入力軸の回転速度を示す変速機回転速度パラメータ(OMGMAIN)を検出する変速機回転速度パラメータ検出手段と、前記変速機回転速度パラメータ(OMGMAIN)と、前記ねじれ要素の入力側の機関回転モーメント(ICRK)と、前記ねじれ要素の出力側の変速機回転モーメント(IMAIN)とに基づいて、検出される機関回転速度パラメータ(OMGCRK)を修正することにより、修正機関回転速度パラメータ(OMG)を算出する修正手段と、前記修正機関回転速度パラメータ(OMG)に基づいて失火判定を行う失火判定手段とを備え、前記修正手段は、下記式(A)を用いて前記修正機関回転速度パラメータ(OMG)を算出することを特徴とする:
OMG=OMGCRK+(IMAIN/ICRK)×OMGMAINAC×α (A)
ここでOMGは前記修正機関回転速度パラメータ、OMGCRKは前記検出機関回転速度パラメータ、OMGMAINACは前記検出変速機回転速度パラメータの変動成分を示す変動成分パラメータ、ICRKは前記機関回転モーメント、IMAINは前記変速機回転モーメント、αは前記ねじれ要素の共振に関連する補正係数である。
OMG=OMGCRK+(IMAIN/ICRK)×OMGMAINAC×α (A)
ここでOMGは前記修正機関回転速度パラメータ、OMGCRKは前記検出機関回転速度パラメータ、OMGMAINACは前記検出変速機回転速度パラメータの変動成分を示す変動成分パラメータ、ICRKは前記機関回転モーメント、IMAINは前記変速機回転モーメント、αは前記ねじれ要素の共振に関連する補正係数である。
前記変動成分パラメータOMGMAINACは、前記検出変速機回転速度パラメータ(OMGMAIN)の移動平均値と、前記検出変速機回転速度パラメータ(OMGMAIN)との差分として算出することが望ましい。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の失火検出装置において、前記修正手段は、前記機関回転速度パラメータ(OMGMAIN)が所定速度範囲(NERL≦NE≦NERHまたはNE≦NERHに対応する範囲)内にあるときに前記補正係数αを「1.0」より大きな値に設定し、前記所定速度範囲外にあるときに前記補正係数αを「1.0」に設定することを特徴とする。
前記所定速度範囲は、前記ねじれ要素(21)の共振周波数(fRTSN)のN倍(Nは前記機関の気筒数)に相当するねじり共振対応周波数(fRNET)の近傍の所定共振範囲、または前記所定共振範囲の上限周波数以下の範囲に対応する速度範囲(NERL≦NE≦NERHまたはNE≦NERHに対応する範囲)に設定することが望ましい。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の内燃機関の失火検出装置において、前記機関の負荷(PBA)を検出する負荷検出手段を備え、前記修正手段は、前記補正係数αを、検出される機関負荷(PBA)が増加するほど増加するように設定することを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか1項に記載の内燃機関の失火検出装置において、前記失火判定手段は、前記修正機関回転速度パラメータ(OMG)の所定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)を所定クランク角度毎に算出し、前記平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記修正機関回転速度パラメータ(OMG)を補正することにより、補正回転速度パラメータ(OMGMA)を算出する補正手段と、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位置する基準時期(IGOFST)に検出される前記機関回転速度パラメータに対応する補正回転速度パラメータである基準値(OMGMATDC)と、前記補正回転速度パラメータ(OMGMA)との偏差に応じて、前記所定クランク角度毎に相対速度パラメータ(OMGREFMA)を算出する相対速度パラメータ算出手段と、前記相対速度パラメータ(OMGREFMA)をクランク角度720/N(Nは前記機関の気筒数)度の積算期間(TINTG)に亘って積算することにより判定パラメータ(OMGREFMA)を算出する判定パラメータ算出手段とを有し、前記判定パラメータ(OMGREFMA)に基づいて失火判定を行うことを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、検出される変速機回転速度パラメータと、ねじれ要素の入力側の機関回転モーメントと、ねじれ要素の出力側の変速機回転モーメントとに基づいて、検出される機関回転速度パラメータを上記式(A)を用いて修正することにより、修正機関回転速度パラメータが算出され、修正機関回転速度パラメータに基づいて失火判定が行われる。したがって、ねじれ要素の影響を除去して正確な失火判定を行うことができ、さらにねじれ要素の共振に関連する補正係数αを用いることにより、ねじれ要素の共振の影響が大きくなる機関運転状態において高い判定精度を維持することができる。
請求項2に記載の発明によれば、機関回転速度パラメータが所定速度範囲内にあるときに補正係数αが「1.0」より大きな値に設定され、所定速度範囲外にあるときに補正係数αが「1.0」に設定されるので、所定速度範囲をねじれ要素の共振周波数に対応して適切に設定することにより、ねじれ要素の共振の影響を確実に除去することができる。
請求項3に記載の発明によれば、補正係数αは、検出される機関負荷が増加するほど増加するように設定される。機関負荷が増加すると、ねじれ要素のねじれ量がねじれ限界まで到達することがあり、そのような状態では変速機入力軸のねじり共振の影響も加わってねじれ要素の共振の影響が顕著に表れることが確認されている。したがって、機関負荷が増加するほど補正係数αを増加するように設定することにより、適切な補正を行うことができる。
請求項4に記載の発明によれば、修正機関回転速度パラメータの所定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、修正機関回転速度パラメータを補正することにより、補正回転速度パラメータが算出される。さらに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基準時期に検出される回転速度パラメータに対応する補正回転速度パラメータである基準値と、補正回転速度パラメータとの偏差に応じて、相対速度パラメータが所定クランク角度毎に算出され、相対速度パラメータをクランク角度720/N度の積算期間に亘って積算することにより判定パラメータが算出され、その判定パラメータを用いて失火判定が行われる。平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて補正された補正回転速度パラメータを用いることにより、機関の回転に伴って必然的に発生する慣性速度変化成分の影響を除去して機関回転速度が変化する過渡状態においても、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。
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。
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。
燃料噴射弁6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)5に電気的に接続されてECU5からの制御信号により燃料噴射弁6の開弁時間が制御される。
エンジン1の各気筒の点火プラグ13は、ECU5に接続されており、ECU5からの点火信号により点火時期が制御される。
吸気管2のスロットル弁3の下流には吸気圧PBAを検出する吸気圧センサ9が設けられており、その検出信号はECU5に供給される。
吸気管2のスロットル弁3の下流には吸気圧PBAを検出する吸気圧センサ9が設けられており、その検出信号はECU5に供給される。
ECU5には、エンジン1のクランク軸8の回転角度を検出するクランク角度位置センサ10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ECU5に供給される。クランク角度位置センサ10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ECU5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ECU5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。
エンジン1のクランク軸8はねじれ要素21及びクラッチ22を介して、変速機24のメインシャフト(入力軸)23に連結されている。本実施形態では、ねじれ要素21として、入力側フライホイール21aと、出力側フライホイール21bと、両フライホイール21a及び21bを連結するトーションばね21cとを備えるデュアルマスフライホイールが用いられている。本実施形態では、図2に示すようにトーションばね21cを2つ備えるタイプのデュアルマスフライホイールが使用される。図2に示す入力トルクTINの方向に入力側フライホイール21aが回転することにより、トーションばね21cを介して入力トルクTINが出力側フライホイール21bに伝達される。
変速機24には、メインシャフト23を直接回転駆動可能なモータ25が設けられており、モータ25はその回転速度を検出するためのレゾルバ26を有する。レゾルバ26の検出信号は、図示しないモータ制御用電子制御ユニットに供給されるとともに、ECU5に供給される。レゾルバ26の検出信号に基づいて、メインシャフト23の回転速度(以下「変速機回転速度」という)OMGMAINが、ECU5のCPUで算出される。
ECU5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6、点火プラグ13などに制御信号を供給する出力回路等から構成される。ECU5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、特開2007−198368号公報に記載されたものと同一のものであるが、以下の点で改良が加えられている。すなわち、検出される時間パラメータCRMEから算出される検出エンジン回転速度OMGCRKについて、ねじれ要素21の影響を考慮した修正を行うことにより、修正回転速度OMGを算出し、修正回転速度OMGに基づいて失火判定が行われる。また、基準とするエンジン回転速度(基準値)の検出時期(基準時期)と、基準値とエンジン回転速度との差分に相当する相対速度パラメータの積算期間の開始時期とが、点火時期IGLOGに応じて設定される。さらに本実施形態では、失火判定を行うための判定パラメータが2つの手法で算出され(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が適宜選択され、または双方を用いて失火判定が行われる。
先ず修正回転速度OMGの算出手法を説明する。
ねじれ要素21が発生する入力側のトルクをクランク軸トルクTCRKとし、出力側のトルクをメインシャフトトルクTMAINとすると、作用反作用の法則により、下記式(1)が成立する。
TCRK=−TMAIN (1)
ねじれ要素21が発生する入力側のトルクをクランク軸トルクTCRKとし、出力側のトルクをメインシャフトトルクTMAINとすると、作用反作用の法則により、下記式(1)が成立する。
TCRK=−TMAIN (1)
これらのねじれ要素21が発生するトルクTCRK及びTMAINを用いると、ねじれ要素トルク回転速度ωCRKTSN及びねじれ要素トルク変速機回転速度ωMAINTSNはそれぞれ下記式(2)及び(3)で与えられる。
ねじれ要素トルク回転速度ωCRKTSNはクランク軸トルクTCRKによる回転速度であり、ねじれ要素トルク変速機回転速度ωMAINTSNはメインシャフトトルクTMAINによる回転速度である。また式(2)のICRKは、クランク軸8(及びクランク軸8と一体に回転する部品)の慣性モーメント(以下「エンジン回転モーメント」という)であり、式(3)のIMAINは、メインシャフト23(及びメインシャフト23と一体に回転する部品)の慣性モーメント(以下「変速機回転モーメント」という)である。
ここで、クランク軸トルクTCRKとメインシャフトトルクTMAINとは絶対値が等しいので、下記式(4)の関係が成立する。
|ωCRKTSN|:|ωMAINTSN|=IMAIN:ICRK (4)
|ωCRKTSN|:|ωMAINTSN|=IMAIN:ICRK (4)
式(1)及び(4)の関係より、ねじれ要素トルクエンジン回転速度ωCRKTSNは、下記式(5)で表すことができる。
ωCRKTSN=−(IMAIN/ICRANK)×ωMAINTSN (5)
ωCRKTSN=−(IMAIN/ICRANK)×ωMAINTSN (5)
一方、失火判定に適用すべきエンジントルククランク回転速度ωCRKEは、検出エンジン回転速度ωCRKOBSから、ねじれ要素の影響を示すねじれ要素トルクエンジン回転速度ωCRKTSNを減算することにより得られるので、下記式(6)により算出することができる。
ωCRKE=ωCRKOBS−ωCRKTSN (6)
ωCRKE=ωCRKOBS−ωCRKTSN (6)
ねじれ要素21の出力側の回転変動は、ねじれ要素21が共振していない非共振状態では非常に小さくなり、ねじれ要素21の共振状態で大きくなるということに着目して、共振状態における出力側回転変動を、ねじれ要素21の入力側に影響を与える共振影響成分として捉えることにより、式(7)のねじれ要素トルク変速機回転速度ωMAINTSNは、変速機回転速度ωMAINOBSの変動成分を示すパラメータ、すなわち変速機回転速度変動成分ωMAINOBSACで近似できる。したがって、ωCRKE,ωCRKOBS,及びωMAINOBSACをそれぞれ修正回転速度OMG,検出エンジン回転速度OMGCRK,及び変動成分パラメータOMGMAINACとすることにより、下記式(8)が得られる。
OMG=OMGCRK+(IMAIN/ICRK)×OMGMAINAC (8)
OMG=OMGCRK+(IMAIN/ICRK)×OMGMAINAC (8)
変速機回転速度変動成分ωMAINOBSACは、下記式(9)により算出される。
ωMAINOBSAC=ωMAINOBS−ωMAINOBSDC (9)
ここで、ωMAINOBSDCは、変速機回転速度ωMAINOBSの直流成分(変動成分ωMAINOBSACと比べて時間変化率の小さい緩やかな変動成分を含む)であり、本実施形態では、直近の1燃焼サイクル(クランク角度720度)の期間における移動平均値として算出される。すなわち本実施形態では、変動成分パラメータOMGMAINACは、変速機回転速度OMGMAINの移動平均値OMGMAINAVと、変速機回転速度OMGMAINとの差分(OMGMAIN−OMGMAINAV)として算出される。
ωMAINOBSAC=ωMAINOBS−ωMAINOBSDC (9)
ここで、ωMAINOBSDCは、変速機回転速度ωMAINOBSの直流成分(変動成分ωMAINOBSACと比べて時間変化率の小さい緩やかな変動成分を含む)であり、本実施形態では、直近の1燃焼サイクル(クランク角度720度)の期間における移動平均値として算出される。すなわち本実施形態では、変動成分パラメータOMGMAINACは、変速機回転速度OMGMAINの移動平均値OMGMAINAVと、変速機回転速度OMGMAINとの差分(OMGMAIN−OMGMAINAV)として算出される。
式(8)により算出される修正回転速度OMGを用いて失火判定を行うことにより、ねじれ要素21の影響を排除して正確な判定を行うことが可能である。ただし、エンジン1の高負荷運転状態においては、図2に示すトーションばね21cが収縮限界まで収縮して動作すること(以下「フルストローク動作」という)があり、そのような場合には式(8)による修正では不十分であることが確認されている。
図3はフルストローク動作が行われた状態における検出エンジン回転速度OMGCRKと、変速機回転速度OMGMAINの推移を示すタイムチャートであり(横軸はクランク角度CA)、この図のA部においてフルストローク動作が行われている。このフルストローク動作が失火発生時に行われる可能性は、検出エンジン回転速度OMGCRKに対応する周波数fNE(=NE[rpm]/60)と、ねじれ要素21の共振周波数(以下「ねじれ要素共振周波数」という)fRTSNとが下記式(10)の関係を満たすときに高くなる傾向があることが確認されている。これは、ねじれ要素21に入力されるトルクの変動周波数の主たる成分は、エンジン1の気筒数Nによって変化し、正常燃焼時は周波数fNEの(N/2)倍の周波数成分(クランク角度(720/N)周期成分)となる。一方、失火発生時は周波数fNEの(1/2)倍の周波数成分(クランク角度720度周期の成分)が大きくなるため、エンジン回転周波数fNEが下記式(10)を満たす場合にフルストローク動作が発生し易くなる。
fNE=fRTSN×N (10)
ここでNはエンジン1の気筒数であり、本実施形態では「6」に設定される。
fNE=fRTSN×N (10)
ここでNはエンジン1の気筒数であり、本実施形態では「6」に設定される。
換言すれば、周波数fNEがねじれ要素共振周波数fRTSNのN倍に相当するねじり共振対応周波数fRNET(=fRTSN×N)の近傍にある場合に、ねじれ要素21のフルストローク動作が発生する可能性が高くなる。そこで、本実施形態では、上記式(8)に補正係数αを付加した下記式(8a)を使用して、修正回転速度OMGを算出するようにしている。
OMG=OMGCRK+(IMAIN/ICRK)×OMGMAINAC×α
(8a)
OMG=OMGCRK+(IMAIN/ICRK)×OMGMAINAC×α
(8a)
補正係数αは、後述するように周波数fNEがねじり共振対応周波数fRNETの近傍にあるときに、吸気圧PBAに応じて「1.0」より大きな値に設定される。本実施形態では気筒数Nが「6」であるため、ねじり共振対応周波数fRNETは(6×fRTSN)となり、例えばねじれ要素共振周波数fRTSNが5[Hz]であるとき、ねじり共振対応周波数fRNETは30[Hz](1800rpm)となる。
式(8a)を使用し、かつ補正係数αを適切に設定することにより、エンジン1の高負荷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4は、圧縮上死点におけるエンジン回転速度を基準値とした相対回転速度OMGREF(=OMG−OMGTDC)の、失火発生時の推移を示すタイムチャートである(横軸はクランク角度CA)。破線L1は、点火時期IGLOGが遅角されていない状態に対応し、実線L2は、点火時期IGLOGが圧縮上死点より遅角された状態に対応する。図4に示されるように、点火時期が遅角されると、失火発生時の相対回転速度OMGREFが増加するため、失火が発生しているにも拘わらず正常燃焼と誤判定される可能性が高くなる。
図5(a)は、点火時期が遅角されている状態で、クランク角度CAが120度から240度の期間が燃焼行程となる気筒で失火が発生したときの修正エンジン回転速度OMGの推移を示す。同図に示すOMGTDCは、エンジン回転速度の基準値であり、TINTGが積算期間であり、各気筒の燃焼行程と一致するように設定されている。点火時期を遅角することによって、失火気筒の燃焼行程の最初の部分(CA=120〜150deg)で回転速度OMGが若干増加していることが示されている。
そこで、本実施形態では、相対回転速度OMGREF(=OMG−OMGTDC)を積算する積算期間の開始時期CAISを図5(b)に示すようにCAIS1(=CARTD),CAIS2(=120+CARTD),CAIS3(=240+CARTD)...に設定し、回転速度基準値OMGTDCを開始時期CAISにおける回転速度に設定するようにしている(以下「点火時期依存補正」という)。この図に示すCARTDは、点火時期IGLOGの遅角量に対応する補正角度である。本実施形態では、時間パラメータCRMEは、クランク角6度毎に検出されるので、実際には角度6度で離散化された点火時期インデクスIGOFSTを用いて点火時期依存補正が行われる。
なお、図4及び図5に示す例においては、ねじれ要素21によるねじれの影響は無視しうるものとする(OMG≒OMGCRK)。
図6及び図7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、ECU5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)及び点火時期インデクスIGOFSTに対応するためのデータが、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S10では、下記式(11)により、時間パラメータCRME(i)をエンジン回転速度OMGCRK(i)[rad/s]に変換する。
OMGCRK(i)=Dθ/CRME(i) (11)
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。
OMGCRK(i)=Dθ/CRME(i) (11)
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S11では、図8に示す処理を実行し、補正係数αを算出する。図8のステップS41では、エンジン回転数NEが所定共振範囲内あるか否か、すなわち共振下限値NERL以上でかつ共振上限値NERH以下であるか否かを判別する。共振下限値NERL[rpm]は、例えば(fRNET[Hz]×0.8×60」に設定され、共振上限値NERH[rpm]は例えば(fRNET[Hz]×1.2×60)に設定される。fRNETは、上述したねじり共振対応周波数である。
ステップS41の答が肯定(YES)であるときは、吸気圧PBAに応じて図9に示すαテーブルを検索し、補正係数αを算出する(ステップS42)。αテーブルは、吸気圧PBAが所定吸気圧PBA1(例えば53kPa(400mmHg))以下の範囲では、補正係数αが「1.0」に設定され、吸気圧PBAが所定吸気圧PBA1より高い範囲で吸気圧PBAが高くなるほど補正係数αが増加するように設定されている。
一方ステップS41の答が否定(NO)であるときは、補正係数αを「1.0」に設定する(ステップS43)。
図6に戻り、ステップS12では、エンジン回転速度OMGCRK(i)を下記式(12)に適用し、修正回転速度OMG(i)を算出する。式(12)は前記式(8a)と実質的に同一の式である。
OMG(i)=OMGCRK(i)
+(IMAIN/ICRK)×OMGMAINAC(i)×α (12)
OMG(i)=OMGCRK(i)
+(IMAIN/ICRK)×OMGMAINAC(i)×α (12)
ステップS13では、対象気筒のピストンが圧縮上死点にあるときの修正回転速度OMG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S14では、クランク角度720度の期間における修正回転速度OMG(i)の変化量(以下「第1変化量」という)DELTAOMGTDCAを下記式(13)により算出する。第1変化量DELTAOMGTDCAは、図11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) (13)
DELTAOMGTDCA=OMG(180)−OMG(60) (13)
ステップS15では、クランク角度1440度の期間における修正回転速度OMG(i)の変化量(以下「第2変化量」という)DELTAOMGTDCBを下記式(14)により算出する(図11参照)。
DELTAOMGTDCB=OMG(240)−OMG(0) (14)
DELTAOMGTDCB=OMG(240)−OMG(0) (14)
ステップS16では、上死点回転速度OMGTDCを下記式(15)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(15)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(16)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、上記特開2007−198368号公報に示されている。式(16)の「N」は気筒数であり、本実施形態では「6」である。
OMGI(i)=K×OMGTDC×(−2)×FCR(i)/3I (15)
FCR(i)={1−cos(N・Dθ・i/2)}/2 (16)
OMGI(i)=K×OMGTDC×(−2)×FCR(i)/3I (15)
FCR(i)={1−cos(N・Dθ・i/2)}/2 (16)
ステップS17では、点火時期IGLOG(圧縮上死点に対応するクランク角度位置からの進角量で定義される)に応じて図10に示すIGOFSTテーブルを検索し、点火時期インデクスIGOFSTを算出する。IGOFSTテーブルは、点火時期IGLOGが遅角されるほど(遅角量が増加するほど)、点火時期インデクスIGOFSTが増加するように設定されている。
ステップS18では、下記式(17)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+IGOFST)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+IGOFST)を算出する。
OMGMA(i+IGOFST)=OMG(i+IGOFST)
−DELTAOMGTDCA×Dθ×i/4π
−OMGI(i) (17)
OMGMA(i+IGOFST)=OMG(i+IGOFST)
−DELTAOMGTDCA×Dθ×(i−120)/4π
−OMGI(i) (17a)
OMGMA(i+IGOFST)=OMG(i+IGOFST)
−DELTAOMGTDCA×Dθ×i/4π
−OMGI(i) (17)
OMGMA(i+IGOFST)=OMG(i+IGOFST)
−DELTAOMGTDCA×Dθ×(i−120)/4π
−OMGI(i) (17a)
ステップS19では、下記式(18)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+IGOFST)を算出する。第2補正回転速度OMGMB(i+IGOFST)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+IGOFST)=OMG(i+IGOFST)
−DELTAOMGTDCB×Dθ×i/8π
−OMGI(i) (18)
OMGMB(i+IGOFST)=OMG(i+IGOFST)
−DELTAOMGTDCB×Dθ×i/8π
−OMGI(i) (18)
ステップS20では、下記式(19)により、第1相対回転速度OMGREFA(i+IGOFST)を算出する。
OMGREFA(i+IGOFST)=OMGMA(i+IGOFST)−OMGMATDC (19)
OMGREFA(i+IGOFST)=OMGMA(i+IGOFST)−OMGMATDC (19)
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)近傍に位置する基準時期(=(k−1)NTDC+IGOFSTまたは(k−1)NTDC+120+IGOFST)における第1補正回転速度に相当する。
ステップS21では、下記式(20)により、第2相対回転速度OMGREFB(i+IGOFST)を算出する。
OMGREFB(i+IGOFST)=OMGMB(i+IGOFST)−OMGMBTDC (20)
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)近傍に位置する基準時期(=(k−1)NTDC+IGOFSTまたは(k−1)NTDC+120+IGOFST)における第2補正回転速度に相当する。
OMGREFB(i+IGOFST)=OMGMB(i+IGOFST)−OMGMBTDC (20)
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)近傍に位置する基準時期(=(k−1)NTDC+IGOFSTまたは(k−1)NTDC+120+IGOFST)における第2補正回転速度に相当する。
ステップS22では、ステップS19で算出した第1相対回転速度OMGREFMA(i+IGOFST)及び燃焼相関関数FCR(i)(式(16))を下記式(21)に適用し、第1修正相対回転速度OMGREFMA(i+IGOFST)を算出する。
OMGREFMA(i+IGOFST)=OMGREFA(i+IGOFST)×FCR(i) (21)
OMGREFMA(i+IGOFST)=OMGREFA(i+IGOFST)×FCR(i) (21)
ステップS23では、ステップS21で算出した第2相対回転速度OMGREFMB(i+IGOFST)及び燃焼相関関数FCR(i)を下記式(22)に適用し、第2修正相対回転速度OMGREFMB(i+IGOFST)を算出する。
OMGREFMB(i+IGOFST)=OMGREFB(i+IGOFST)×FCR(i) (22)
OMGREFMB(i+IGOFST)=OMGREFB(i+IGOFST)×FCR(i) (22)
ステップS24では、下記式(23)または式(23a)に第1修正相対回転速度OMGREFMA(i+IGOFST)を適用し、第1判定パラメータMFPARAMA(k)を算出する。式(23)及び式(23a)により、失火判定対象気筒の積算期間中に検出された修正回転速度OMG(i+IGOFST)に対応する第1修正相対回転速度OMGREFMA(i+IGOFST)を積算する演算が行われる。式(23a)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S25では、下記式(24)または式(24a)に第2修正相対回転速度OMGREFMB(i+IGOFST)を適用し、第2判定パラメータMFPARAMB(k)を算出する。式(24)及び式(24a)により、失火判定対象気筒の積算期間中に検出された修正回転速度OMG(i+IGOFST)に対応する第2修正相対回転速度OMGREFMB(i+IGOFST)を積算する演算が行われる。式(24a)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7)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)。
以上のように本実施形態によれば、検出される変速機回転速度OMGMAINと、ねじれ要素21の入力側の回転モーメントであるエンジン回転モーメントICRKと、ねじれ要素21の出力側の回転モーメントである変速機回転モーメントIMAINとに基づいて、検出エンジン回転速度OMGCRKを式(8a)を用いて修正することにより、修正回転速度OMGが算出され、修正回転速度OMGに基づいて失火判定が行われる。したがって、ねじれ要素21の影響を除去して正確な失火判定を行うことができ、さらにねじれ要素21の共振に関連する補正係数αを用いることにより、ねじれ要素21の共振の影響が大きくなるエンジン運転状態において高い判定精度を維持することができる。
またエンジン回転数NEが所定速度範囲(NERL〜NERH)内にあるときに補正係数αが「1.0」より大きな値に設定され、所定速度範囲外にあるときに補正係数αが「1.0」に設定される。所定速度範囲は、ねじれ要素共振周波数fRTSNの気筒数N倍に相当するねじり共振対応周波数fRNETの近傍の所定共振範囲に対応するエンジン回転数範囲に設定されるので、ねじれ要素21の共振の影響を確実に除去することができる。
またエンジン負荷が増加すると、ねじれ要素21のトーションばね21cが収縮限界まで到達するフルストローク動作が行われることがあり、そのような状態ではメインシャフト23のねじり共振の影響も加わってねじれ要素21の共振の影響が顕著に表れることが確認されている。したがって、補正係数αを、機関負荷を示す吸気圧PBAが増加するほど増加するように設定することにより、適切な補正を行うことができる。
また慣性力回転速度OMGI(i)の影響を相殺するとともに720度フィルタ処理を適用することにより、第1補正回転速度OMGMAが算出され、第1補正回転速度OMGMAと、基準時期における第1補正回転速度に相当する第1基準回転速度OMGMATDCとの差として第1相対回転速度OMGREFAが算出される。そして、第1相対回転速度OMGREFAに燃焼相関関数FCRを乗算することにより、第1修正相対回転速度OMGREFMAが算出され、第1修正相対回転速度OMGREFMAを積算期間TINTGについて積算することにより、第1判定パラメータMFPARAMA(k)が算出され、第1判定パラメータMFPARAMAと第1判定閾値MFJUDAとの比較結果に応じた失火判定が行われるので、エンジン1の回転に伴って必然的に発生する慣性速度変化成分の影響を除去して機関回転速度が変化する過渡状態においても、正確な失火判定を行うことができる。
さらに基準時期及び積算期間TINTGの開始時期について点火時期依存補正が行われるので、点火時期IGLOGが遅角方向に変更されたときに、失火発生時の第1判定パラメータMFPARAMAの値が正常燃焼時の値に近づくことが防止され、点火時期に拘わらずに正確な判定を行うことが可能となる。
また1440度フィルタ処理により第2補正回転速度OMGMBが算出され、第2補正回転速度OMGMBと第2基準回転速度OMGMBTDCとの差として第2相対回転速度OMGREFBが算出される。さらに第2相対回転速度OMGREFBに燃焼相関関数FCRを乗算することにより、第2修正相対回転速度OMGREFMBが算出され、第2修正相対回転速度OMGREFMB(i+IGOFST)を積算期間TINTGについて積算することにより、第2判定パラメータ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+IGOFST)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。
本実施形態では、吸気圧センサ9が負荷検出手段に相当し、レゾルバ26及びECU5が変速機回転速度パラメータ検出手段を構成し、クランク角度位置センサ10及びECU5が機関回転速度パラメータ検出手段を構成し、ECU5が、修正手段、補正手段、相対速度パラメータ算出手段、判定パラメータ算出手段、及び失火判定手段を構成する。具体的には、図6のステップS10及びS11が修正手段に相当し、ステップS13〜S25及びS31〜S35が失火判定手段に相当する。すなわち、ステップS14,S15,S18,及びS19が補正手段に相当し、ステップS20及びS21が相対速度パラメータ算出手段に相当し、ステップS24及びS25がそれぞれ判定パラメータ算出手段に相当する。
図12は、式(8)により検出エンジン回転速度OMGCRKを修正することによる効果を説明するためのタイムチャートであり、この図は上述した実施形態とは異なり、4気筒エンジンの#1気筒及び#3気筒で失火が発生している状態における実測データを示す。図12(a)及び(b)は、それぞれ検出エンジン回転速度OMGCRK及び修正回転速度OMGの推移を示し、各図の上部に示す数字は、気筒番号であって、各気筒の燃焼行程に対応する。図12(a)の曲線L11,L12,L13は、それぞれ異なる車速VP1,VP2,VP3に対応し、VP1<VP2<VP3なる関係を有する。また図12(b)に示す曲線L21,L22,L23は、それぞれ曲線L11〜L13に対応する修正回転速度の推移を示す。
曲線L12及びL13に示す特性では、失火気筒(#1,#3)で、回転速度OMGCRKが減少する傾向があり、失火判定が行える可能性があるが、曲線L11に示す特性では、失火気筒#3で回転速度OMGCRKが増加し、正常燃焼気筒#2で減少するため、正確な失火判定を行うことはできない。
これに対し修正回転速度OMGは、曲線L21〜L23のすべての特性において失火気筒で減少するので、正確な失火判定が可能となる。
これに対し修正回転速度OMGは、曲線L21〜L23のすべての特性において失火気筒で減少するので、正確な失火判定が可能となる。
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、図8に示すα算出処理は、図13に示すように変形してもよい。図13は、図8のステップS41をS41aに代えたものであり、ステップS41aではエンジン回転数NEが共振上限値NERH以下であるか否を判別する。したがって、図13の処理では、エンジン回転数NEが共振上限値NERH以下であるときに、補正係数αの吸気圧PBAに応じた設定が行われる。ねじれ要素21のフルストローク動作の影響は、ねじり共振対応周波数fRNETに対応する回転速度より低い回転数範囲で影響が表れ易く、また共振下限値NERLより低い回転数範囲で補正係数αの値を「1.0」より大きな値に設定しても弊害がないことが確認されているからである。
またねじれ要素21としては、トーションばね21cを2個備えるデュアルマスフライホイールだけでなく、例えば特表2010−539396号公報に示されるような種々のデュアルマスフライホイールを適用可能である。またクラッチダンパ(クラッチ22のクラッチ板とシャフトとの間に設けられるトーションダンパ)を用いてもよい。
また上述した実施形態では、時間パラメータCRMEをエンジン回転速度OMGCRKに変換して失火判定を行うようにしたが、特開2007−198368号公報に示されるように時間パラメータCRMEそのものをエンジン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。変速機回転速度OMGMAINについても同様であり、変速機回転速度OMGMAINの逆数に比例する時間パラメータを変速機回転速度パラメータとして用いて、修正エンジン回転速度パラメータを算出するようにしてもよい。
また上述した実施形態では、レゾルバ26により変速機回転速度OMGMAINを検出するようにしたが、メインシャフト23の回転速度を検出するセンサを別に設けても良い。
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を用いた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、相対回転速度OMGREFA,OMGREFB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を積算して判定パラメータMFPARAMA,MFPARAMB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を積算して判定パラメータMFPARAMA,MFPARAMB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(15)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、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。
1 内燃機関
5 電子制御ユニット(機関回転速度パラメータ検出手段、変速機回転速度パラメータ検出手段、修正手段、補正手段、相対速度パラメータ算出手段、判定パラメータ算出手段、判定手段)
8 クランク軸(出力軸)
10 クランク角度位置センサ(機関回転速度パラメータ検出手段)
21 ねじれ要素
23 メインシャフト(変速機入力軸)
26 レゾルバ(変速機回転速度パラメータ検出手段)
5 電子制御ユニット(機関回転速度パラメータ検出手段、変速機回転速度パラメータ検出手段、修正手段、補正手段、相対速度パラメータ算出手段、判定パラメータ算出手段、判定手段)
8 クランク軸(出力軸)
10 クランク角度位置センサ(機関回転速度パラメータ検出手段)
21 ねじれ要素
23 メインシャフト(変速機入力軸)
26 レゾルバ(変速機回転速度パラメータ検出手段)
Claims (4)
- 出力軸がねじれ要素を介して変速機の入力軸に接続されている内燃機関の回転速度を示す機関回転速度パラメータを検出する機関回転速度パラメータ検出手段を備え、検出される機関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、
前記変速機の入力軸の回転速度を示す変速機回転速度パラメータを検出する変速機回転速度パラメータ検出手段と、
前記変速機回転速度パラメータと、前記ねじれ要素の入力側の機関回転モーメントと、前記ねじれ要素の出力側の変速機回転モーメントとに基づいて、検出される機関回転速度パラメータを修正することにより、修正機関回転速度パラメータを算出する修正手段と、
前記修正機関回転速度パラメータに基づいて失火判定を行う失火判定手段とを備え、
前記修正手段は、下記式(A)を用いて前記修正機関回転速度パラメータを算出することを特徴とする内燃機関の失火検出装置:
OMG=OMGCRK+(IMAIN/ICRK)×OMGMAINAC×α (A)
ここでOMGは前記修正機関回転速度パラメータ、OMGCRKは前記検出機関回転速度パラメータ、OMGMAINACは前記検出変速機回転速度パラメータの変動成分を示す変動成分パラメータ、ICRKは前記機関回転モーメント、IMAINは前記変速機回転モーメント、αは前記ねじれ要素の共振に関連する補正係数である。 - 前記修正手段は、前記機関回転速度パラメータが所定速度範囲内にあるときに前記補正係数αを「1.0」より大きな値に設定し、前記所定速度範囲外にあるときに前記補正係数αを「1.0」に設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の失火検出装置。
- 前記機関の負荷を検出する負荷検出手段を備え、
前記修正手段は、前記補正係数αを、検出される機関負荷が増加するほど増加するように設定することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の失火検出装置。 - 前記失火判定手段は、
前記修正機関回転速度パラメータの所定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所定クランク角度毎に算出し、前記平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記修正機関回転速度パラメータを補正することにより、補正回転速度パラメータを算出する補正手段と、
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位置する基準時期に検出される前記機関回転速度パラメータに対応する補正回転速度パラメータである基準値と、前記補正回転速度パラメータとの偏差に応じて、前記所定クランク角度毎に相対速度パラメータを算出する相対速度パラメータ算出手段と、
前記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)度の積算期間に亘って積算することにより判定パラメータを算出する判定パラメータ算出手段とを有し、
前記判定パラメータに基づいて失火判定を行うことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の内燃機関の失火検出装置。
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