JP6212953B2 - Engine misfire detection device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの失火検出装置に関する。 The present invention relates to an engine misfire detection apparatus.
近年、ディーゼルエンジンのOBD(自己故障診断)として、失火の検出が必要となってきている。そのため、失火によるエンジン回転速度の変化を検出して失火を検出する技術が実用化されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, detection of misfire has become necessary as OBD (self-diagnosis diagnosis) of diesel engines. Therefore, a technique for detecting misfire by detecting a change in engine rotation speed due to misfire has been put into practical use (for example, see Patent Document 1).
ところで、エンジン回転速度の検出は、例えばクランク角センサの歯の周期を計測することにより行うが、エンジン回転速度が高回転になれば歯の周期が短くなり、エンジン回転速度変化の検出分解能はエンジン制御ユニットの周期計測機能のクロック次第となる制約がある。そのため、高回転域ではエンジン回転速度変化の検出分解能が低下し、各気筒内の燃焼状態を精度良く検出することが困難であった。 By the way, the engine rotation speed is detected by, for example, measuring the tooth period of the crank angle sensor. However, if the engine rotation speed becomes high, the tooth period becomes shorter, and the detection resolution of the engine rotation speed change is the engine resolution. There are restrictions depending on the clock of the period measurement function of the control unit. Therefore, the detection resolution of the engine rotation speed change is lowered in the high rotation range, and it is difficult to accurately detect the combustion state in each cylinder.
本発明の目的は、全運転域において失火を精度良く検出することができるエンジンの失火検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an engine misfire detection device capable of accurately detecting misfire in the entire operation range.
上述の目的を達成するため、本発明のエンジンの失火検出装置は、エンジンの振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段により検出された振動信号から所定の高周波数範囲の振動成分を抽出し、抽出した振動成分を積分して振動エネルギーを算出する振動エネルギー算出手段と、前記振動エネルギー算出手段が算出した振動エネルギーの大きさから失火を判定する失火判定手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an engine misfire detection apparatus according to the present invention extracts vibration components in a predetermined high frequency range from vibration detection means for detecting vibrations of the engine and vibration signals detected by the vibration detection means. And vibration energy calculation means for calculating vibration energy by integrating the extracted vibration components, and misfire determination means for determining misfire from the magnitude of vibration energy calculated by the vibration energy calculation means. And
また、前記振動検出手段により検出された振動信号から前記高周波数範囲よりも低周波側の低周波数範囲の振動成分を抽出し、抽出した振動成分から着火時期を算出する着火時期算出手段をさらに備え、前記失火判定手段は、前記着火時期算出手段が算出した着火時期の基準時期に対する遅れから失火を判定するものであってもよい。 Further, the apparatus further comprises ignition timing calculation means for extracting a vibration component in a low frequency range lower than the high frequency range from the vibration signal detected by the vibration detection means, and calculating an ignition timing from the extracted vibration component. The misfire determination means may determine misfire based on a delay of the ignition timing calculated by the ignition timing calculation means with respect to a reference time.
また、前記失火判定手段は、前記振動エネルギー算出手段が算出した振動エネルギーと、前記着火時期算出手段が算出した着火時期との両方の情報を用いて失火を判定するものであってもよい。 Further, the misfire determination means may determine misfire using information on both vibration energy calculated by the vibration energy calculation means and ignition timing calculated by the ignition timing calculation means.
本発明のエンジンの失火検出装置によれば、全運転域において失火を精度良く検出することができる。 According to the engine misfire detection apparatus of the present invention, misfire can be detected with high accuracy in the entire operation range.
以下、図1〜3に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンの失火検出装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, based on FIGS. 1-3, the misfire detection apparatus of the engine which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. The same parts are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)10は複数の気筒#1〜#4を備える直列4気筒エンジンである。なお、エンジン10は4気筒以外の多気筒エンジンもしくは、単気筒エンジンであってもよい。
A diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 is an in-line four-cylinder engine having a plurality of
インジェクタ20は、エンジン10の各気筒にそれぞれ対応して設けられており、コモンレール11から供給される高圧燃料を各気筒の燃焼室内に直接噴射する。インジェクタ20の燃料噴射量や噴射時期は、電子制御ユニット(以下、ECU)40から電磁ソレノイドに入力される噴射指示信号のパルス幅(時間幅)に応じて芯弁がリフトされ、ノズル先端の噴射孔を開閉することでコントロールされる。
The
振動加速度センサ30は、各気筒内の燃焼に起因してエンジン10に生じる振動を検出可能な、例えばノックセンサ等であって、#1気筒と#2気筒との間に一個、#3気筒と#4気筒との間に一個の計二個が設けられている。振動加速度センサ30で検出されるエンジン10の振動は、電気的に接続されたECU40に出力されている。本実施形態において、振動加速度センサ30は、エンジン10のシリンダブロックCBに設けられているが、各気筒内の燃焼に起因してエンジン10に生じる振動を検出できる位置であれば、シリンダヘッド等、他の部品に設けることもできる。また、各気筒にそれぞれ対応してセンサを設けてもよく、振動はシリンダブロックCBを伝わり検出されるので、多気筒エンジンでも一個のセンサで対応することも可能である。
The
ECU40は、エンジン10の各種制御を行うもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うために、ECU40には、振動加速度センサ30、エンジン回転センサ(クランク角センサ)31、アクセル開度センサ32等の出力信号が入力される。
The ECU 40 performs various controls of the
また、ECU40は、振動エネルギー算出部41と、着火時期算出部42と、失火判定部43とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるECU40に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
In addition, the ECU 40 includes a vibration
振動エネルギー算出部41は、エンジン10に設けた振動加速度センサ30により計測された振動信号に基づいて、各気筒内の燃焼によりエンジン10に生じる振動のエネルギー(振動エネルギー)を算出する。より詳しくは、振動加速度センサ30により検出された振動信号を例えば5〜20kHzの通過帯域特性を有するバンドパスフィルタによりフィルタリングし、振動加速度センサ30により検出された振動信号から高周波数範囲の振動成分を抽出する。そして、抽出した高周波数範囲の振動成分の積分(例えば、絶対値積分あるいは二乗積分)を計算し、その積分して得た値(積分値)を振動エネルギーEとする(図2参照)。失火が生じた場合には燃焼エネルギーが低下し、それに伴い振動エネルギーも低下するので、その振動エネルギーの大きさから失火を判定することができる。なお、積分値は、例えば膨張下死点において0にリセットされる。
The vibration
着火時期算出部42は、エンジン10に設けた振動加速度センサ30により計測された振動信号に基づいて、各気筒内において燃焼が生じるタイミング(着火時期)を算出する。より詳しくは、振動加速度センサ30により検出された振動信号を例えば2kHz程度のローパスフィルタによりフィルタリングし、振動加速度センサ30により検出された振動信号から低周波数範囲の振動成分を抽出する。そして、抽出した低周波数範囲の振動成分は各気筒内の燃焼圧力波形に相関の高い波形を持つので、その波形の形状が変化するピーク点に対応する時間(あるいはクランク角)を各気筒内において燃焼が生じたタイミング(着火時期)Tとする(図3参照)。失火が生じた場合には着火時期が基準時期から遅れるので、その着火時期の基準時期に対する遅れから失火を判定することができる。
The ignition
失火判定部43は、振動エネルギー算出部41が算出した振動エネルギーと、着火時期算出部42が算出した着火時期との両方の情報を用いて失火を判定する。より詳しくは、振動エネルギー算出部41が算出した振動エネルギー、および、着火時期算出部42が算出した着火時期の遅れをそれぞれ、基準状態が「1.0」であり失火の度合いが大きいほど数値が小さくなる係数に変換する。また、変換した各係数に重み付けを行った後、それら係数を合算する。例えば、エンジン10の運転状態が高負荷になるほど、振動エネルギーの大きさによる係数の重み付けが減少され、着火時期の遅れによる係数の重み付けが増大されるように構成することが考えられる。
The
そして、失火が生じた場合には上記の係数は小さくなるので、合算した係数がエンジン10の運転状態に応じて設定された基準係数(閾値)を下回った場合に、失火と判断する。そのため、ECU40には、エンジン10の運転状態(エンジン回転速度Ne、燃料噴射量Q)と基準係数との関係を示す基準係数マップ(不図示)が記憶されている。
When the misfire occurs, the above coefficient becomes small. Therefore, when the combined coefficient falls below a reference coefficient (threshold value) set according to the operating state of the
次に、本実施形態による失火検出装置による作用効果を説明する。 Next, the function and effect of the misfire detection device according to the present embodiment will be described.
本実施形態の失火検出装置では、エンジン10に設けた振動加速度センサ30を利用し、各気筒内の燃焼によるエネルギーを振動エネルギーとして捉え、その振動エネルギーの大きさから失火の検出を行う。すなわち、本実施形態の失火検出装置は、エンジン10の高回転域でも検出が容易なエンジン振動を検出することで、エンジン回転速度変化から各気筒内の燃焼状態を検出する技術に比べて、各気筒内の燃焼状態が確実に検出される。
In the misfire detection apparatus of the present embodiment, the
したがって、本実施形態の失火検出装置によれば、振動加速度センサ30により検出された振動信号を失火判定に利用することで、全運転域において失火を精度良く検出することができる。
Therefore, according to the misfire detection device of the present embodiment, misfire can be accurately detected in the entire operation region by using the vibration signal detected by the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably and can implement.
例えば、エンジン10はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等、他のエンジンにも広く適用することが可能である。また、失火の判定は、振動エネルギーおよび着火時期の情報に加えて、エンジン回転速度変化の情報も用いて行うこともできる。
For example, the
10 エンジン
30 振動加速度センサ(振動検出手段)
40 ECU
41 振動エネルギー算出部(振動エネルギー算出手段)
42 着火時期算出部(着火時期算出手段)
43 失火判定部(失火判定手段)
10
40 ECU
41 Vibration energy calculation unit (vibration energy calculation means)
42 Ignition timing calculation unit (Ignition timing calculation means)
43 misfire determination unit (misfire determination means)
Claims (3)
前記振動検出手段により検出された振動信号から所定の高周波数範囲の振動成分を抽出し、抽出した振動成分を積分して振動エネルギーを算出する振動エネルギー算出手段と、
前記振動検出手段により検出された振動信号から前記高周波数範囲よりも低周波側の低周波数範囲の振動成分を抽出し、抽出した振動成分から着火時期を算出する着火時期算出手段と、
前記振動エネルギー算出手段が算出した振動エネルギーの大きさと、前記着火時期算出手段が算出した着火時期の基準時期に対する遅れとの両方の情報を用いて失火を判定する失火判定手段と、を備え、
前記失火判定手段は、振動エネルギーの大きさおよび着火時期の遅れをそれぞれ係数に変換し、変換した各係数に重み付けを行った後、それら係数を合算し、合算した係数を基準係数と比較して失火を判定する
ことを特徴とするエンジンの失火検出装置。 Vibration detecting means for detecting engine vibration;
Vibration energy calculation means for extracting vibration components in a predetermined high frequency range from the vibration signal detected by the vibration detection means, and calculating vibration energy by integrating the extracted vibration components;
Ignition timing calculation means for extracting a vibration component in a low frequency range on a lower frequency side than the high frequency range from the vibration signal detected by the vibration detection means, and calculating an ignition timing from the extracted vibration component;
Misfire determination means for determining misfire using information on both the magnitude of vibration energy calculated by the vibration energy calculation means and a delay with respect to a reference time of the ignition timing calculated by the ignition timing calculation means ,
The misfire determination means converts the magnitude of vibration energy and the delay in ignition timing into coefficients, weights each converted coefficient, adds the coefficients, and compares the combined coefficients with a reference coefficient. A misfire detection device for an engine characterized by determining misfire.
前記失火判定手段は、合算した係数が基準係数を下回った場合に失火と判断する
請求項1に記載のエンジンの失火検出装置。 The coefficient is a coefficient that decreases as the degree of misfire increases,
The engine misfire detection device according to claim 1, wherein the misfire determination unit determines that a misfire has occurred when a combined coefficient falls below a reference coefficient .
請求項1または2に記載のエンジンの失火検出装置。 The engine misfire determination unit according to claim 1 or 2, wherein the misfire determination means decreases the weighting of the coefficient due to the magnitude of vibration energy and increases the weighting of the coefficient due to a delay in the ignition timing as the engine operating state becomes higher . Misfire detection device.
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