JP5575319B1 - 内燃機関の失火検出装置および失火検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒数が少なく、回転慣性が小さい車両に適用した場合であっても、Ｏ２フィードバック制御時に限定されることなくエンジンの失火状態を正確に検出することのできる内燃機関の失火検出装置および失火検出方法を得る。
【解決手段】失火判定対象の気筒から排出される排気ガスの空燃比がリーン状態であり、かつ内燃機関でリーン制御が実行されていなければ、この空燃比のリッチ化処理を実行し、このリッチ化処理を実行してもこの空燃比がリーン状態を継続していれば、失火判定対象の気筒で失火有りと判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の気筒を有する内燃機関に適用でき、気筒毎に失火の有無を判定する内燃機関の失火検出装置および失火検出方法に関するものである。

近年、環境対策のために、四輪車だけでなく二輪車等においても、未燃焼ガスの排出を防止したり、内燃機関（以降では、エンジンとも称す）の排気系統に設けられた触媒を保護したりすることを目的として、エンジンの失火状態を検出することが求められている。

ここで、エンジンの失火状態を検出する第１の手段として、エンジンの回転速度（クランク軸の回転速度）の変化を監視し、この回転変動に基づいてエンジンの失火状態を検出する手段がある（例えば、特許文献１参照）。

また、エンジンの失火状態を検出する第２の手段として、エンジンで燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比を検出する空燃比センサからの検出信号のリッチ／リーン周期に基づいてエンジンの失火状態を検出する手段がある（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５８−１９５３２号公報 特許第５２０８２８９号公報

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１に記載の従来技術では、例えばＶ型２気筒のように気筒数が少なく、フライホイールが小さくて回転慣性が小さい車両（例えば、二輪車）に適用した場合、回転変動が大きいので、エンジンの失火状態を正確に検出することができない。すなわち、気筒間で生じる燃焼状態のばらつきの影響等で、失火していない正常時の回転変動が大きくなるので、失火の誤判定あるいは失火の検出もれが発生し、エンジンの失火状態を正確に検出できないおそれがある。

また、特許文献２に記載の従来技術では、エンジンの複数の気筒のそれぞれに接続される排気管に１つずつ空燃比センサが設けられるのではなく、これらの排気管の集合部に空燃比センサが設けられる。しかしながら、適用する車両によっては、空燃比センサが集合部から離れた位置に設けられざるを得ない場合がある。このような場合、失火時に排出される未燃焼ガスと正常時に排出される燃焼ガスとが混ざった状態で空燃比センサの検出範囲に到着するので、失火時と正常時のリッチ／リーン周期の違いを正確に検出できないおそれがある。したがって、空燃比センサからの検出信号のリッチ／リーン周期に基づいてエンジンの失火状態を正確に検出できないおそれがある。

また、特許文献２に記載の従来技術では、エンジンの複数の気筒のそれぞれから排気管の集合部までの長さが異なる場合、各気筒から排出される燃焼ガスおよび未燃焼ガスが空燃比センサの検出範囲に到着するタイミングが異なるので、失火時と正常時のリッチ／リーン周期の違いを正確に検出できないおそれがある。

また、特許文献２に記載の従来技術では、空燃比センサを使った空燃比制御におけるクローズループ（Ｏ２フィードバックともいう）制御時に限定して失火状態を検出している。さらに、Ｏ２フィードバック制御時であっても、一般的に、エンジン挙動への影響を緩和させるために、はっきりとリッチ／リーンが起こるような燃料量の増減を行わず、緩やかな燃料増減補正を行っている。したがって、気筒間で生じる燃焼状態のばらつきの影響等で、正常燃焼であっても燃焼後のリッチ／リーン周期が意図通りの値を得られるとは限らない場合が多々ある。そのため、失火時と正常時のリッチ／リーン周期が区別できず、それぞれを正確に見極められないおそれがある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、気筒数が少なく、回転慣性が小さい車両に適用した場合であっても、Ｏ２フィードバック制御時に限定されることなくエンジンの失火状態を正確に検出することのできる内燃機関の失火検出装置および失火検出方法を得ることを目的とする。

本発明における内燃機関の失火検出装置は、排気ガスを排出する排気管が接続されるとともに、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサが排気管に設けられた複数の気筒を有し、複数の気筒のそれぞれから排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御が実行される内燃機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置であって、複数の気筒のうち、失火判定対象の気筒である第１気筒に対応する空燃比センサである第１空燃比センサからの検出信号に基づいて、第１気筒から排出される排気ガスの空燃比である第１空燃比がリーン状態であるか否かを判定する空燃比状態判定部と、複数の気筒のうち、第１気筒とは異なる残りの気筒である第２気筒のそれぞれに対応する空燃比センサである第２空燃比センサからの検出信号に基づいて、内燃機関で実行される空燃比制御としてリーン制御が実行されているか否かを判定する空燃比制御判定部と、空燃比状態判定部により第１空燃比がリーン状態であると判定され、かつ、空燃比制御判定部によりリーン制御が内燃機関で実行されていないと判定された時刻ｔ０からリッチ化待機時間Ｔ_Ｒが経過後の時刻ｔ１において、第１空燃比のリッチ化処理を実行する空燃比調整部と、時刻ｔ０からリッチ化待機時間Ｔ_Ｒよりも長い時間である失火判定待機時間Ｔ_Ｆが経過後の時刻ｔ２において、空燃比調整部が時刻ｔ１においてリッチ化処理を実行したにもかかわらず、空燃比状態判定部により第１空燃比がリーン状態であると判定された場合、第１気筒で失火有りと判定する失火判定部と、を備えたものである。

また、本発明における失火検出方法は、排気ガスを排出する排気管が接続されるとともに、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサが排気管に設けられた複数の気筒を有し、複数の気筒のそれぞれから排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御が実行される内燃機関の失火を検出する内燃機関の失火検出方法であって、複数の気筒のうち、失火判定対象の気筒である第１気筒に対応する空燃比センサである第１空燃比センサからの検出信号に基づいて、第１気筒から排出される排気ガスの空燃比である第１空燃比がリーン状態であるか否かを判定する空燃比状態判定ステップと、複数の気筒のうち、第１気筒とは異なる残りの気筒である第２気筒のそれぞれに対応する空燃比センサである第２空燃比センサからの検出信号に基づいて、内燃機関で実行される空燃比制御としてリーン制御が実行されているか否かを判定する空燃比制御判定ステップと、空燃比状態判定ステップにより第１空燃比がリーン状態であると判定され、かつ、空燃比制御判定ステップによりリーン制御が内燃機関で実行されていないと判定された時刻ｔ０からリッチ化待機時間Ｔ_Ｒが経過後の時刻ｔ１において、第１空燃比のリッチ化処理を実行する空燃比調整ステップと、時刻ｔ０からリッチ化待機時間Ｔ_Ｒよりも長い時間である失火判定待機時間Ｔ_Ｆが経過後の時刻ｔ２において、空燃比調整ステップにより時刻ｔ１においてリッチ化処理を実行したにもかかわらず、空燃比状態判定ステップにより第１空燃比がリーン状態であると判定された場合、第１気筒で失火有りと判定する失火判定ステップと、を備えたものである。

本発明によれば、失火判定対象の気筒から排出される排気ガスの空燃比がリーン状態であり、かつ内燃機関でリーン制御が実行されていなければ、この空燃比のリッチ化処理を実行し、このリッチ化処理を実行してもこの空燃比がリーン状態を継続していれば、失火判定対象の気筒で失火有りと判定する。これにより、気筒数が少なく、回転慣性が小さい車両に適用した場合であっても、Ｏ２フィードバック制御時に限定することなくエンジンの失火状態を正確に検出することのできる内燃機関の失火検出装置および失火検出方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１における失火検出装置を含むシステム全体を示す構成図である。 本発明の実施の形態１における失火検出装置が失火有りと判定する場合の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１における失火検出装置が失火有りと判定しない場合の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１における失火検出装置の一連の動作手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における失火検出装置の一連の動作手順を示すフローチャートである。

以下、本発明による内燃機関の失火検出装置および失火検出方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態では、本願発明を二輪車の内燃機関に適用した場合を例示して説明するが、本願発明は、二輪車の内燃機関だけでなく、あらゆる車両の内燃機関に適用できる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における失火検出装置を含むシステム全体を示す構成図である。なお、図１においては、Ｖ型２気筒エンジンのシステム構成を例示している。

図１において、アクセルポジションセンサ１は、アクセル開度の位置を検出する。また、エンジンの吸気側に設けられたエアクリーナボックス２には、エンジンに供給する吸入空気を浄化するエアフィルタ３と、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ４とが取り付けられている。

Ｖ型２気筒エンジンの第１気筒５ａおよび第２気筒５ｂは、エアクリーナボックス２の下流側に設けられている。また、第１気筒５ａおよび第２気筒５ｂには、それぞれ第１吸気管６ａおよび第２吸気管６ｂが接続される。エアクリーナボックス２内の空気は、吸入空気として第１吸気管６ａを通過して第１気筒５ａに供給されるとともに、第２吸気管６ｂを通過して第２気筒５ｂに供給される。

第１吸気管６ａの上流側には、スロットル開度を制御する第１電子スロットル制御モータ７ａと、スロットル開度を検出する第１スロットルポジションセンサ８ａとを有する第１電子スロットル９ａが設けられる。同様に、第２吸気管６ｂの上流側には、スロットル開度を制御する第２電子スロットル制御モータ７ｂと、スロットル開度を検出する第２スロットルポジションセンサ８ｂとを有する第２電子スロットル９ｂが設けられる。そして、これらの第１電子スロットル９ａおよび第２電子スロットル９ｂのそれぞれのスロットル開度を独立制御することで吸入空気の量を調整することが可能である。

第１吸気管６ａの下流側には、吸入空気圧を検出する第１吸気圧センサ１０ａと、第１吸気管６ａに燃料を噴射する第１インジェクタ１１ａとが設けられる。同様に、第２吸気管６ｂの下流側には、吸入空気圧を検出する第２吸気圧センサ１０ｂと、第２吸気管６ｂに燃料を噴射する第２インジェクタ１１ｂとが設けられる。なお、第１インジェクタ１１ａが第１気筒５ａに燃料を噴射し、第２インジェクタ１１ｂが第２気筒５ｂに燃料を噴射するようにしてもよい。

第１気筒５ａには、気筒内の混合気（吸入空気と燃料とが混合された気体）が燃焼するように火花を発生させる第１点火プラグ１２ａが設けられる。同様に、第２気筒５ｂには、気筒内の混合気が燃焼するように火花を発生させる第２点火プラグ１２ｂが設けられる。

また、第２気筒５ｂには、エンジンの壁面温度を検出することでエンジンの冷却水温度を検出する水温センサ１３が設けられる。さらに、エンジンのクランクシャフト（図示せず）には、クランクシャフトの位置を検出するクランク角センサ１４が設けられる。なお、このエンジンのクランクシャフトは、第１気筒５ａおよび第２気筒５ｂ内で混合気が燃焼することによって押し出されるピストンと連動して回転する。

また、第１気筒５ａおよび第２気筒５ｂには、それぞれ第１排気管１５ａおよび第２排気管１５ｂが接続される。第１気筒５ａから排出される排気ガスは、第１排気管１５ａを通過し、第２気筒５ｂから排出される排気ガスは、第２排気管１５ｂを通過する。そして、第１排気管１５ａおよび第２排気管１５ｂを通過したそれぞれの排気ガスは、各排気管の下流側で合流した後、触媒１６によって浄化される。

また、エアクリーナボックス２には、２次エア配管１８に接続される２次エアソレノイド１９が設けられる。また、２次エア配管１８は、第１排気管１５ａおよび第２排気管１５ｂに分岐して接続される。エアクリーナボックス２内の空気は、２次エアとして２次エア配管１８とワンウェイバルブ（図示せず）とを通過して第１排気管１５ａおよび第２排気管１５ｂに供給される。

ここで、一般的に２次エアが各排気管に供給されれば、各排気管内に酸素が供給されることとなる。したがって、この酸素と、排気ガス中の一酸化炭素とが反応し二酸化炭素が生成される等によって、一酸化炭素濃度が下がる等の効果が期待される。

第１排気管１５ａの上流側には、第１気筒５ａから排出される排気ガスの空燃比（酸素濃度）を検出する第１空燃比センサ１７ａが設けられる。同様に、第２排気管１５ｂの上流側には、第２気筒５ｂから排出される排気ガスの空燃比（酸素濃度）を検出する第２空燃比センサ１７ｂが設けられる。

なお、第１空燃比センサ１７ａおよび第２空燃比センサ１７ｂは、Ｏ２センサとも呼ぶ。また、以降では、第１気筒５ａから排出される排気ガスの空燃比を第１空燃比Ｒ１と称し、第２気筒５ｂから排出される排気ガスの空燃比を第２空燃比Ｒ２と称す。

ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ；電子制御ユニット）１００は、エンジン全体の動作を制御するためのプログラムおよびマップを格納したメモリと、ＣＰＵとを有するマイクロプロセッサ（図示せず）で構成される。

続いて、ＥＣＵ１００内の各構成部について説明する。ＥＣＵ１００は、燃料噴射制御部１０１、点火制御部１０２、失火検出部１０３、スロットル開度制御部１０４および２次エア制御部１０５を備える。

燃料噴射制御部１０１は、エンジンの負荷等に応じて、エンジンの各気筒の空燃比（第１空燃比Ｒ１および第２空燃比Ｒ２）が所望の空燃比になるように燃料噴射を制御する。すなわち、燃料噴射制御部１０１は、空燃比をストイキオ状態（理論空燃比）にするストイキオ制御、空燃比をリーン状態にするリーン制御、または空燃比をリッチ状態にするリッチ制御といった空燃比制御を実行する。

なお、ストイキオ制御の具体例としては、空燃比をストイキオ状態にするようにフィードバック制御するＯ２フィードバック制御が挙げられる。また、リーン制御の具体例としては、燃料噴射を停止する燃料カット処理制御が挙げられる。さらに、リッチ制御の具体例としては、空燃比をリッチ化するようにオープンループ制御するエンリッチ制御が挙げられる。

また、燃料噴射制御部１０１は、各種センサからの検出信号に基づいて、第１インジェクタ１１ａおよび第２インジェクタ１１ｂのそれぞれの動作を制御する。具体的には、燃料噴射制御部１０１は、各種センサからの検出信号に基づいて、適切な燃料噴射時期および燃料噴射量を演算し、第１インジェクタ１１ａおよび第２インジェクタ１１ｂのそれぞれに駆動信号を出力する。この駆動信号が出力されれば、第１インジェクタ１１ａおよび第２インジェクタ１１ｂのそれぞれは、燃料を噴射する。

点火制御部１０２は、各種センサからの検出信号に基づいて、第１点火プラグ１２ａおよび第２点火プラグ１２ｂのそれぞれの動作を制御する。具体的には、点火制御部１０２は、各種センサからの検出信号に基づいて、適切な点火タイミングを演算し、点火コイルに点火信号を出力する。この点火信号が出力されれば、第１点火プラグ１２ａおよび第２点火プラグ１２ｂのそれぞれは、火花を発生させる。

失火検出部１０３（失火検出装置）は、第１空燃比センサ１７ａおよび第２空燃比センサ１７ｂからの検出信号に基づいて、第１気筒５ａおよび第２気筒５ｂの失火状態を検出する。また、失火検出部１０３は、空燃比状態判定部、空燃比制御判定部、空燃比調整部および失火判定部を有する。なお、本実施の形態１の技術的特徴である失火検出部１０３の動作の詳細については後述する。

スロットル開度制御部１０４は、各種センサからの検出信号に基づいて、第１電子スロットル９ａおよび第２電子スロットル９ｂのそれぞれのスロットル開度を制御する。また、スロットル開度制御部１０４は、失火検出部１０３によって失火有りと判定された気筒に対応するスロットル開度の制限値を、時間の経過とともに徐々に低減させる。

２次エア制御部１０５は、各種センサからの検出信号に基づいて、２次エアソレノイド１９の動作を制御する。具体的には、２次エア制御部１０５は、各種センサからの検出信号に基づいて、２次エアソレノイド１９に駆動信号を出力する。この駆動信号が出力されれば、第１排気管１５ａおよび第２排気管１５ｂに２次エアが供給される。

次に、本実施の形態１における失火検出部１０３（失火検出装置）の動作について、図２および図３を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１における失火検出装置が失火有りと判定する場合の一例を示す説明図である。図３は、本発明の実施の形態１における失火検出装置が失火有りと判定しない場合の一例を示す説明図である。また、図２および図３のタイミングチャートにおいて、（ａ）は空燃比状態判定部の動作、（ｂ）は空燃比調整部の動作、（ｃ）は失火判定部の動作、（ｄ）は第１空燃比センサ１７ａの検出信号、（ｅ）は第２空燃比センサ１７ｂの検出信号をそれぞれ示す。

はじめに、失火検出部１０３が失火有りと判定する場合について、図２を参照しながら説明する。なお、ここでは、失火判定対象の気筒が第１気筒５ａであり、失火判定対象外の気筒が第２気筒５ｂであるものとする。また、エンジン全体でエンリッチ制御が実行されている際に、時刻ｔ０において第１気筒５ａでは失火が発生するのに対して、第２気筒５ｂでは失火が発生することなくエンリッチ制御にしたがって混合気が正常に燃焼しているものとする。

失火検出部１０３内の空燃比状態判定部は、第１空燃比センサ１７ａからの検出信号に基づいて、第１空燃比Ｒ１がリーン状態であるか否かを判定する。

具体的には、図２に示すように、時刻ｔ０以前において、第１気筒５ａで失火が発生しておらず、エンリッチ制御にしたがって第１空燃比Ｒ１がリッチ状態となる。したがって、第１空燃比センサ１７ａからの検出信号は、リッチ信号（閾値電圧よりも電圧が大きい信号）を示すこととなる。このような場合、空燃比状態判定部は、第１空燃比Ｒ１がリーン状態でないと判定する。

また、時刻ｔ０において、第１気筒５ａで点火できなくなって失火が発生すれば、第１空燃比Ｒ１がリーン状態となる。したがって、第１空燃比センサ１７ａは、リーン信号（閾値電圧よりも電圧が小さい信号）を検出することとなる。このような場合、図２（ａ）に示すように、空燃比状態判定部は、第１空燃比Ｒ１がリーン状態であると判定する。

失火検出部１０３内の空燃比制御判定部は、第２空燃比センサ１７ｂからの検出信号に基づいて、エンジン全体でリーン制御が実行されているか否かを判定する。

具体的には、図２に示すように、第１気筒５ａと異なり、第２気筒５ｂでは失火が発生することなくエンリッチ制御にしたがって混合気が正常に燃焼している。したがって、第２空燃比センサ１７ｂは、リッチ信号をあらかじめ規定した時間継続して検出することとなる。このような場合、空燃比制御判定部は、エンジン全体でリーン制御が実行されていないと判定する。

なお、空燃比制御判定部がエンジン全体でリーン制御が実行されていないと判定する場合の具体例として、第２空燃比センサ１７ｂがリッチ信号をあらかじめ規定した時間継続して検出した場合を例示したが、これに限定されない。すなわち、エンジン全体でリーン制御が実行されている場合とされていない場合とで、第２空燃比センサ１７ｂからの検出信号の特性が異なるので、この特性の違いを考慮して、空燃比制御判定部がエンジン全体でリーン制御が実行されているか否かを判定するように構成すればよい。

ここで、第１空燃比Ｒ１がリーン状態であると空燃比状態判定部が判定し、かつ、エンジン全体でリーン制御が実行されていないと空燃比制御判定部が判定した場合、失火検出部１０３内に設けられた失火判定用リーン状態継続タイマＴ（以降では、タイマＴと称す）のカウントアップが開始される。

また、失火検出部１０３内の空燃比調整部は、タイマＴのカウントアップを開始してからリッチ化待機時間Ｔ_Ｒが経過すれば、第１空燃比Ｒ１をリッチ状態にすることを試みる。すなわち、図２（ｂ）に示すように、第１空燃比Ｒ１のリッチ化処理を実行する。

具体的には、時刻ｔ０からリッチ化待機時間Ｔ_Ｒが経過後の時刻ｔ１において、空燃比調整部は、第１気筒５ａへ供給する燃料の量が増加するように制御することで第１空燃比Ｒ１をリッチ状態にすることを試みる。すなわち、空燃比調整部は、燃料噴射制御部１０１が演算した燃料噴射量に対して、例えば、あらかじめ規定した割合だけ増加するように補正する。そして、燃料噴射制御部１０１は、第１インジェクタ１１ａの燃料噴射量が補正後の燃料噴射量になるように制御する。

ここで、第１気筒５ａで失火が発生していなければ、空燃比調整部の動作によって第１気筒５ａへ供給する燃料の量が増加したので、第１空燃比Ｒ１がリッチ状態となる。しかしながら、第１気筒５ａで失火が発生しているので、第１空燃比Ｒ１がリッチ状態とならず、リーン状態のままである。

すなわち、時刻ｔ１において第１空燃比Ｒ１のリッチ化処理が実行されたにも関わらず、時刻ｔ１以降において第１空燃比Ｒ１がリッチ状態になることはなく、リーン状態のままである。したがって、第１空燃比センサ１７ａは、時刻ｔ１以降においてもリーン信号を検出することとなる。このような場合、空燃比状態判定部は、第１空燃比Ｒ１がリーン状態であると時刻ｔ１以降においても継続して判定する。

失火検出部１０３内の失火判定部は、タイマＴのカウントアップを開始してからリッチ化待機時間Ｔ_Ｒよりも長い時間である失火判定待機時間Ｔ_Ｆが経過するまでの間に、第１空燃比センサ１７ａがリッチ信号を検出しなければ、失火有りと判定する。

具体的には、時刻ｔ０から失火判定待機時間Ｔ_Ｆが経過後の時刻ｔ２においても、第１空燃比Ｒ１がリーン状態を継続している。したがって、空燃比調整部は、時刻ｔ０から時刻ｔ２の間において、第１空燃比Ｒ１がリーン状態であると継続して判定する。このような場合、図２（ｃ）に示すように、失火判定部は、第１気筒５ａで失火有りと判定する。

次に、失火検出部１０３が失火有りと判定しない場合について、図３を参照しながら説明する。なお、ここでは、先と同様に、失火判定対象の気筒が第１気筒５ａであり、失火判定対象外の気筒が第２気筒５ｂであるものとする。また、エンジン全体でＯ２フィードバック制御が実行されており、第１気筒５ａおよび第２気筒５ｂでは失火が発生することなく、この制御にしたがって混合気が正常に燃焼しているものとする。

ここで、図３に示すように、時刻ｔ０において、第１気筒５ａでは失火が発生していないが、気筒間で生じる燃焼状態のばらつきの影響等で、第１空燃比センサ１７ａがリーン信号を検出することがある。このような場合、図３（ａ）に示すように、空燃比状態判定部は、第１空燃比Ｒ１がリーン状態であると判定する。

また、先と同様に、空燃比制御判定部は、第２空燃比センサ１７ｂからの検出信号に基づいて、エンジン全体でリーン制御が実行されているか否かを判定する。

具体的には、図３に示すように、第１気筒５ａと同様に、第２気筒５ｂでは失火が発生することなく、Ｏ２フィードバック制御にしたがって混合気が正常に燃焼している。したがって、第２空燃比センサ１７ｂは、あらかじめ規定した時間間隔であらかじめ規定した回数繰り返されたリッチ信号とリーン信号とを検出することとなる。このような場合、空燃比制御判定部は、エンジン全体でリーン制御が実行されていないと判定する。

ここで、先と同様に、第１空燃比Ｒ１がリーン状態であると空燃比状態判定部が判定し、かつ、エンジン全体でリーン制御が実行されていないと空燃比制御判定部が判定することとなるので、タイマＴのカウントアップが開始される。また、空燃比調整部は、タイマＴのカウントアップを開始してからリッチ化待機時間Ｔ_Ｒが経過すれば、第１空燃比Ｒ１をリッチ状態にすることを試みる。すなわち、図３（ｂ）に示すように、第１空燃比Ｒ１のリッチ化処理を実行する。第１空燃比Ｒ１のリッチ化処理を実行する。

ここで、第１気筒５ａでは失火が発生しておらず、空燃比調整部の動作によって第１気筒５ａへ供給する燃料の量が増加したので、第１空燃比Ｒ１がリーン状態からリッチ状態となる。したがって、第１空燃比センサ１７ａは、時刻ｔ１以降においてリッチ信号を検出することとなる。このような場合、図３（ａ）に示すように、空燃比状態判定部は、第１空燃比Ｒ１がリッチ状態であると判定する。なお、失火が発生していないときにリッチ化処理が実行された場合、タイマＴのカウントアップを開始してから失火判定待機時間Ｔ_Ｆが経過するまでの間に、空燃比がリッチ状態となる。

また、タイマＴのカウントアップを開始してから失火判定待機時間Ｔ_Ｆが経過するまでの間に、第１空燃比Ｒ１がリッチ状態であると空燃比状態判定部が判定すれば、タイマＴのカウントアップが停止され、タイマＴがクリアされる（タイマＴのカウントが０に戻される）。そして、図３（ｃ）に示すように、失火判定部は、タイマＴが失火判定待機時間Ｔ_Ｆに達しなければ、動作することなく、失火有りとは判定しない。

このように、エンジン全体でリーン制御が実行されていないときに第１空燃比センサ１７ａによってリーン信号が検出された場合であっても、リッチ化処理を実行することで、検出される信号がリーン信号のままか、リッチ信号に変化するかを確認するので、失火の誤判定をすることがない。

次に、前述した失火判定待機時間Ｔ_Ｆおよびリッチ化待機時間Ｔ_Ｒについて説明する。失火判定待機時間Ｔ_Ｆは、タイマＴのカウントアップを開始してから失火判定部が失火有りと判定するまでに待機する時間であり、具体的には、失火に伴う触媒焼損（触媒１６の焼損）を回避しつつ、失火の誤判定を回避する時間となるようにあらかじめ設定する。

ここで、失火に伴う触媒焼損の程度は、エンジンの排気量、回転速度および負荷状態と、エンジンから触媒までの距離等とで異なり、一般的にエンジンが高回転、高負荷になるのにしたがって大きくなる。そのため、エンジンが高回転、高負荷になるのにしたがって、失火判定待機時間Ｔ_Ｆが短くなるように設定される。

なお、失火判定待機時間Ｔ_Ｆの具体的な数値として、例えば、大型車であってエンジンの回転速度が４０００ｒ／ｍｉｎ、アクセル開度が５０％程度の場合では、約１０秒〜２０数秒程度に設定されることがある。また、エンジンが低回転、低負荷であるアイドル状態の場合では、３０秒以上に設定されることもある。

このように、失火判定待機時間Ｔ_Ｆは、エンジン回転速度およびエンジン負荷に応じた値となる。したがって、エンジン回転速度と、エンジン負荷と、失火判定待機時間Ｔ_Ｆとを関連付けたマップをあらかじめ規定しておき、このマップに基づいて、第１空燃比Ｒ１がリーン状態であると判定された時のエンジン回転速度およびエンジン負荷に対応する失火判定待機時間Ｔ_Ｆを設定されるようにしてもよい。

また、リッチ化待機時間Ｔ_Ｒは、タイマＴのカウントアップを開始してから空燃比調整部が第１空燃比Ｒ１のリッチ化処理の実行を開始するまでに待機する時間であり、具体的には、頻繁にリッチ化処理が実行されることを回避しつつ、失火の誤判定を回避する時間となるようにあらかじめ設定する。なお、リッチ化待機時間Ｔ_Ｒの具体的な数値として、例えば、失火判定待機時間Ｔ_Ｆの半分の時間に設定されることがある。

次に、本実施の形態１における失火検出部１０３（失火検出装置）の一連の動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。図４は、本発明の実施の形態１における失火検出装置の一連の動作手順を示すフローチャートである。なお、ここでは、先と同様に、失火検出部１０３による失火判定対象の気筒が第１気筒５ａである場合を例示する。また、図４のフローチャートは、あらかじめ任意に設定される処理周期で繰り返し実行される。

ステップＳ４０１において、失火判定対象の気筒に対応する空燃比センサからの検出信号に基づいて、空燃比がリーン状態であるか否かを判定する。なお、ここでは、失火検出部１０３は、第１気筒５ａに対応する第１空燃比センサ１７ａからの検出信号に基づいて、第１空燃比Ｒ１がリーン状態であるか否かを判定する。

そして、ステップＳ４０１において、失火検出部１０３は、第１空燃比Ｒ１がリーン状態である（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ４０２へと進み、第１空燃比Ｒ１がリーン状態でない（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ４０４へと進む。

ステップＳ４０２において、失火検出部１０３は、失火判定対象外の気筒に対応する空燃比センサからの検出信号に基づいて、エンジン全体でリーン制御が実行されているか否かを判定する。なお、ここでは、第２気筒５ｂに対応する第２空燃比センサ１７ｂからの検出信号に基づいて、エンジン全体でリーン制御が実行されているか否かを判定する。

そして、ステップＳ４０２において、失火検出部１０３は、リーン制御が実行されていない（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、ステップＳ４０３へと進み、リーン制御が実行されている（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ４０４へと進む。

ステップＳ４０３において、失火検出部１０３は、失火判定用リーン状態継続タイマＴのカウントアップを開始し、ステップＳ４０５へと進む。

ステップＳ４０４において、失火検出部１０３は、タイマＴの初期化処理をするために、カウントアップを停止し、タイマＴをクリアし（タイマＴのカウントを０に戻し）、一連の処理を終了し、次の処理周期へと進む。

ステップＳ４０５において、失火検出部１０３は、カウントアップされているタイマＴがリッチ化待機時間Ｔ_Ｒ以上である否かを判定する。

そして、ステップＳ４０５において、失火検出部１０３は、タイマＴがリッチ化待機時間Ｔ_Ｒ以上である（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ４０６へと進み、タイマＴがリッチ化待機時間Ｔ_Ｒ未満である（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、一連の処理を終了し、次の処理周期へと進む。

ステップＳ４０６において、失火検出部１０３は、失火判定対象の気筒に対応する空燃比のリッチ化処理を実行する。なお、ここでは、失火検出部１０３は、第１空燃比Ｒ１のリッチ化処理を実行するため、第１気筒５ａに供給される燃料の量が増加するように燃料噴射量を補正し、ステップＳ４０７へと進む。前述したように、失火検出部１０３が燃料噴射量を補正することで、燃料噴射制御部１０１は、第１インジェクタ１１ａの燃料噴射量が補正後の燃料噴射量になるように制御することとなる。

ステップＳ４０７において、失火検出部１０３は、カウントアップされているタイマＴが失火判定待機時間Ｔ_Ｆ以上であるか否かを判定する。そして、ステップＳ４０７において、失火検出部１０３は、タイマＴが失火判定待機時間Ｔ_Ｆ以上である（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ４０８へと進み、タイマＴが失火判定待機時間Ｔ_Ｆ未満である（すなわち、ＮＯ）と判定した場合には、一連の処理を終了し、次の処理周期へと進む。

ステップＳ４０８において、失火検出部１０３は、失火判定対象の気筒（ここでは、第
１気筒５ａ）で失火有りと判定し、一連の処理を終了し、次の処理周期へと進む。

ここで、第１気筒５ａで失火が発生していなければ、ステップＳ４０６で第１空燃比Ｒ１のリッチ化処理が実行されることで、第１空燃比Ｒ１がリーン状態からリッチ状態に変化する。このような場合、次の処理周期で実行されるステップＳ４０１で第１空燃比Ｒ１がリーン状態でないと判定されるので、ステップＳ４０４でタイマＴの初期化処理が実行される。したがって、エンジン全体でリーン制御が実行されていないときに第１空燃比センサ１７ａによってリーン信号が検出された場合であっても、第１気筒５ａで失火が発生していなければ、ステップＳ４０８が実行されることがないので、失火有りと判定されない。

また、第１気筒５ａで失火が発生していれば、ステップＳ４０６で第１空燃比Ｒ１のリッチ化処理が実行されても、第１空燃比Ｒ１がリーン状態のままである。このような場合、次の処理周期で実行するステップＳ４０１で第１空燃比Ｒ１がリーン状態であると判定されるので、ステップＳ４０４でタイマＴの初期化処理が実行されない。したがって、タイマＴがカウントアップされ続けることとなり、失火判定待機時間Ｔ_Ｆ以上になれば、ステップＳ４０８が実行されるので、失火有りと判定される。

なお、図４のフローチャートでは図示していないが、失火有りと判定された気筒が存在する場合、運転者に知らせるために、故障であることを表示してもよい。また、触媒の焼損を防止するために、失火有りと判定された気筒に対して、強制的に電子スロットルを閉じ、さらには燃料噴射を停止するようにしてもよい。

以上、本実施の形態１によれば、失火判定対象の気筒から排出される排気ガスの空燃比がリーン状態であり、かつ内燃機関でリーン制御が実行されていなければ、この空燃比のリッチ化処理を実行し、このリッチ化処理を実行してもこの空燃比がリーン状態を継続していれば、失火判定対象の気筒で失火有りと判定する。これにより、気筒数が少なく、回転慣性が小さい車両に適用した場合であっても、Ｏ２フィードバック制御時に限定することなくエンジンの失火状態を正確に検出することができる。

また、各気筒のそれぞれから排出される排気ガスの空燃比を気筒毎に検出するために、各気筒に接続される各排気管に空燃比センサを設けるとともに、気筒で失火が発生すれば空燃比センサがリーン信号を検出する特性を利用して気筒毎の失火判定を行う。これにより、従来では回転変動での失火判定が困難な場合であっても、本願発明では失火の誤判定あるいは失火の検出もれが発生することがない。

また、各気筒に接続される各排気管に空燃比センサを設けるので、各排気管の形状が違っていても各気筒から排出される燃焼ガスおよび未燃焼ガスが空燃比センサの検出範囲に到着するタイミングを考慮する必要がない。

また、各気筒に接続される各排気管に設けられた空燃比センサの検出信号に基づいて、失火判定を行うので、Ｏ２フィードバック制御時に限定することなく、他の制御（例えば、エンリッチ制御）時であっても、失火判定を正確に行うことができる。

また、失火判定対象の気筒に対応する空燃比センサによってリーン信号が検出されるとともに、他の気筒に対応する空燃比センサによってエンジン全体でリーン制御が実行されていないことを示す信号が検出された場合、空燃比を強制的にリッチ状態にすべくリッチ化処理が実行される。したがって、気筒間で生じる燃焼状態のばらつきの影響等で、失火判定対象の気筒に対応する空燃比センサによってリーン信号が継続して検出された場合であっても、失火の誤判定をすることがなく、失火判定を正確に行うことができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、空燃比のリッチ化処理として、失火判定対象の気筒に供給される燃料の量が増加するように補正する場合について説明した。これに対して、本発明の実施の形態２では、空燃比のリッチ化処理として、失火判定対象の気筒に接続される排気管に対して供給される２次エアを供給停止する場合について説明する。なお、以降では、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同じ点については説明を省略する。

図５は、本発明の実施の形態２における失火検出装置の一連の動作手順を示すフローチャートである。なお、図５のフローチャートは、先の図４のフローチャートに対して、ステップＳ４０６の代わりにステップＳ４０６Ａを設けたものである。

すなわち、図５では、ステップＳ４０６Ａにおいて、失火検出部１０３は、第１空燃比Ｒ１のリッチ化処理として、２次エア制御部１０５が２次エアの供給を停止するように制御する。

ここで、２次エアを常時供給する場合、空燃比センサに検出される排気ガスの空燃比において空気の割合が増加する。したがって、気筒で失火が発生していない時の排気ガスの空燃比がリッチ状態であっても、２次エアが供給されれば排気ガスの空燃比がリーン状態となる。このような場合、空燃比センサは、リーン信号を検出することとなる。

そして、失火検出部１０３は、ステップＳ４０６Ａにおいて、第１空燃比Ｒ１のリッチ化処理として、燃料噴射量を補正する代わりに２次エアの供給を停止する。このような場合、第１気筒５ａで失火が発生していなければ、２次エアが供給される前の第１空燃比がリッチ状態であるので、２次エアの供給を停止することで、第１空燃比Ｒ１がリッチ状態となる。これに対して、第１気筒５ａで失火が発生していなければ、２次エアが供給される前の第１空燃比がリーン状態であるので、２次エアの供給を停止しても、第１空燃比Ｒ１がリーン状態のままである。

このように、２次エアを常時供給する場合においては、失火判定対象の気筒に供給される燃料の量が増加するように補正するかわりに、排気管に対して供給される２次エアを供給停止するようにしてもよい。これにより、失火判定対象の気筒で失火が発生していなければ、空燃比をリーン状態からリッチ状態に変化させることができる。

以上、本実施の形態２によれば、空燃比のリッチ化処理として、２次エアの供給を停止する。これにより、燃料噴射量を増加させる必要がないのでエンジン自体の燃焼を変更することがなく、運転者は燃焼の変化に気づくようなことがないので、ドラビリとしては好都合となる。

なお、本実施の形態１、２では、失火検出部１０３が空燃比のリッチ化処理として、燃料噴射量の増加あるいは２次エアの供給停止のいずれかを実行する場合を例示したが、両方を実行するように構成してもよい。

１ アクセルポジションセンサ、２ エアクリーナボックス、３ エアフィルタ、４ 吸気温センサ、５ａ 第１気筒、５ｂ 第２気筒、６ａ 第１吸気管、６ｂ 第２吸気管、７ａ 第１電子スロットル制御モータ、７ｂ 第２電子スロットル制御モータ、８ａ 第１スロットルポジションセンサ、８ｂ 第２スロットルポジションセンサ、９ａ 第１電子スロットル、９ｂ 第２電子スロットル、１０ａ 第１吸気圧センサ、１０ｂ 第２吸気圧センサ、１１ａ 第１インジェクタ、１１ｂ 第２インジェクタ、１２ａ 第１点火プラグ、１２ｂ 第２点火プラグ、１３ 水温センサ、１４ クランク角センサ、１５ａ 第１排気管、１５ｂ 第２排気管、１６ 触媒、１７ａ 第１空燃比センサ、１７ｂ 第２空燃比センサ、１８ ２次エア配管、１９ ２次エアソレノイド、１００ ＥＣＵ、１０１ 燃料噴射制御部、１０２ 点火制御部、１０３ 失火検出部、１０４ スロットル開度制御部、１０５ ２次エア制御部。

Claims (5)

1. 排気ガスを排出する排気管が接続されるとともに、前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサが前記排気管に設けられた複数の気筒を有し、前記複数の気筒のそれぞれから排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御が実行される内燃機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置であって、
   前記複数の気筒のうち、失火判定対象の気筒である第１気筒に対応する空燃比センサである第１空燃比センサからの検出信号に基づいて、前記第１気筒から排出される排気ガスの空燃比である第１空燃比がリーン状態であるか否かを判定する空燃比状態判定部と、
   前記複数の気筒のうち、前記第１気筒とは異なる残りの気筒である第２気筒のそれぞれに対応する空燃比センサである第２空燃比センサからの検出信号に基づいて、前記内燃機関で実行される前記空燃比制御としてリーン制御が実行されているか否かを判定する空燃比制御判定部と、
   前記空燃比状態判定部により前記第１空燃比がリーン状態であると判定され、かつ、前記空燃比制御判定部により前記リーン制御が前記内燃機関で実行されていないと判定された時刻ｔ０からリッチ化待機時間Ｔ_Ｒが経過後の時刻ｔ１において、前記第１空燃比のリッチ化処理を実行する空燃比調整部と、
   前記時刻ｔ０から前記リッチ化待機時間Ｔ_Ｒよりも長い時間である失火判定待機時間Ｔ_Ｆが経過後の時刻ｔ２において、前記空燃比調整部が前記時刻ｔ１において前記リッチ化処理を実行したにもかかわらず、前記空燃比状態判定部により前記第１空燃比がリーン状態であると判定された場合、前記第１気筒で失火有りと判定する失火判定部と、
   を備えた内燃機関の失火検出装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、
   前記空燃比調整部は、
   前記リッチ化処理として、前記空燃比制御が実行されることで前記第１気筒に供給される燃料の量が増加するように制御する
   内燃機関の失火検出装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、
   前記空燃比調整部は、
   前記第１気筒に接続される排気管に２次エアが供給され、前記２次エアが供給された後の前記排気ガスの空燃比が第１空燃比センサによって検出される場合、前記リッチ化処理として、前記２次エアの供給を停止するように制御する
   内燃機関の失火検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の失火検出装置において、
   前記空燃比制御判定部は、
   前記第２空燃比センサがリッチ信号をあらかじめ規定した時間継続して検出した場合、あるいは前記第２空燃比センサがあらかじめ規定した時間間隔であらかじめ規定した回数繰り返されているリッチ信号とリーン信号とを検出した場合に、前記リーン制御が前記内燃機関で実行されていないと判定する
   内燃機関の失火検出装置。
5. 排気ガスを排出する排気管が接続されるとともに、前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサが前記排気管に設けられた複数の気筒を有し、前記複数の気筒のそれぞれから排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御が実行される内燃機関の失火を検出する内燃機関の失火検出方法であって、
   前記複数の気筒のうち、失火判定対象の気筒である第１気筒に対応する空燃比センサである第１空燃比センサからの検出信号に基づいて、前記第１気筒から排出される排気ガスの空燃比である第１空燃比がリーン状態であるか否かを判定する空燃比状態判定ステップと、
   前記複数の気筒のうち、前記第１気筒とは異なる残りの気筒である第２気筒のそれぞれに対応する空燃比センサである第２空燃比センサからの検出信号に基づいて、前記内燃機関で実行される前記空燃比制御としてリーン制御が実行されているか否かを判定する空燃比制御判定ステップと、
   前記空燃比状態判定ステップにより前記第１空燃比がリーン状態であると判定され、かつ、前記空燃比制御判定ステップにより前記リーン制御が前記内燃機関で実行されていないと判定された時刻ｔ０からリッチ化待機時間Ｔ_Ｒが経過後の時刻ｔ１において、前記第１空燃比のリッチ化処理を実行する空燃比調整ステップと、
   前記時刻ｔ０から前記リッチ化待機時間Ｔ_Ｒよりも長い時間である失火判定待機時間Ｔ_Ｆが経過後の時刻ｔ２において、前記空燃比調整ステップにより前記時刻ｔ１において前記リッチ化処理を実行したにもかかわらず、前記空燃比状態判定ステップにより前記第１空燃比がリーン状態であると判定された場合、前記第１気筒で失火有りと判定する失火判定ステップと、
   を備えた内燃機関の失火検出方法。

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