JP6624325B1 - 内燃機関の失火検出装置、内燃機関の失火検出システム、データ解析装置、内燃機関の制御装置、内燃機関の失火検出方法、および受信実行装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1.クランク軸にモータジェネレータが機械的に連結された内燃機関の失火検出装置であって、記憶装置と、実行装置と、を備え、前記記憶装置は、前記内燃機関の圧縮上死点の出現間隔よりも小さい角度間隔における前記クランク軸の回転速度である瞬時速度の互いに異なる前記角度間隔における値同士の相違に関する情報を含む変数である回転波形変数と、車両の動力伝達系の振動を抑制すべく前記モータジェネレータのトルクを操作する制振処理の状態に関する変数である制振変数とを入力とし、失火が生じた確率に関する変数である失火変数を出力する写像を規定するデータである写像データを記憶しており、前記実行装置は、前記クランク軸の回転挙動を検知するセンサの検出値に基づく前記回転波形変数と前記制振変数とを取得する取得処理、前記取得処理によって取得された変数を入力とする前記写像の出力に基づき前記失火の有無を判定する判定処理、および前記判定処理によって失火が生じたと判定する場合、所定のハードウェアを操作することによって失火が生じたことに対処するための対処処理を実行し、前記写像は、機械学習によって学習されたパラメータに基づく前記回転波形変数と前記制振変数との結合演算によって前記失火変数の値を出力する内燃機関の失火検出装置である。
、制振変数の状態毎に各別の適合をする必要がない。そのため、適合工数を軽減できる。
上記構成では、動作点に応じて補正トルクの大きさを変更することにより、クランク軸のトルク変動に起因した振動を抑制する場合などには、補正トルクを固定値とする場合と比較して、補正トルクを振動を抑制するうえでより適切な値とすることができる。また、上記構成では、補正トルクを制振変数とすることにより、補正トルクの大きさを反映して失火変数の値を算出でき、ひいては、補正トルクの大きさの情報に基づくことなく失火変数の値を算出する場合と比較して、失火変数の値をより高精度に算出できる。
に基づく信号を前記車両に送信する外部側送信処理と、を実行する内燃機関の失火検出システムである。
6.上記5記載の前記第2実行装置および前記記憶装置を備えるデータ解析装置である。
8.上記1〜4のいずれか1つに記載の前記取得処理、前記判定処理、および前記対処処理をコンピュータによって実行させる内燃機関の失火検出方法である。
以下、内燃機関の失火検出装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図2に、ROM64に記憶されたプログラムをCPU62が実行することによって実現される処理の一部を示す。
第2MG操作処理M16は、要求出力Pmg2に基づき、第2のモータジェネレータ44の出力を制御すべく、インバータ48に操作信号MS5を出力する処理である。詳しくは、第2MG操作処理M16は、要求トルク算出処理M16a、補正処理M16bおよび操作信号出力処理M16cを含む。
図3に、失火の検出に関する処理の手順を示す。図3に示す処理は、ROM64に記憶された失火用プログラム64aをCPU62が、たとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「S」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。
Taとして算出する(S16)。詳しくは、CPU62は、「m=1,2,3,…」として、気筒間変数ΔTa(m−1)を、「T30(6m−6)−T30(6m)」とする。
次に、CPU62は、失火の検出対象となる気筒に対応する気筒間変数ΔTbと、それ以外の気筒に対応する気筒間変数ΔTbとの相対的な大きさの関係を示す変動パターン変数FLを算出する(S20)。本実施形態では、変動パターン変数FL[02],FL[12],FL[32]を算出する。
そして、CPU62は、検出対象となる気筒において失火が生じた確率に関する変数である失火変数PRを出力する写像の入力変数x(1)〜x(7)に、S18,S20の処理によって取得した回転波形変数の値と、S22の処理によって取得した変数の値とを代入する(S24)。すなわち、CPU62は、入力変数x(1)に気筒間変数ΔTb(2)を代入し、入力変数x(2)に変動パターン変数FL[02]を代入し、入力変数x(3)に変動パターン変数FL[12]を代入し、入力変数x(4)に変動パターン変数FL[32]を代入する。また、CPU62は、入力変数x(5)に、回転速度NEを代入し、入力変数x(6)に充填効率ηを代入し、入力変数x(7)に補正トルクΔTrqを代入する。
ちなみに、上記写像データ66aは、たとえば次のようにして生成されたものである。すなわち、テストベンチにてクランク軸24にダイナモメータを接続した状態で内燃機関10を稼働させ、気筒#1〜#4のそれぞれにおいて要求される燃料を噴射すべきタイミングのうちランダムに選択したタイミングでは燃料噴射を停止させる。そして燃料の噴射を停止させた気筒においては失火変数PRの値を「1」としたデータを教師データとし、燃料の噴射を停止させていない気筒においては、失火変数PRの値を「0」としたデータを教師データに含める。そして、都度の回転波形変数やS22の処理によって取得する変数の値を用いて、S24,S26の処理と同様の処理によって、失火変数PRの値を算出する。こうして算出された失火変数PRの値と教師データとの差を縮めるように、上記入力側係数wFjkや出力側係数wSijの値を学習する。具体的には、たとえば、公差エントロピーを最小化するように、入力側係数wFjkや出力側係数wSijの値を学習すればよい。なお、制振処理の実行の有無は、ダイナモメータがクランク軸24に付与するトルクによって模擬すればよい。このように、機械学習を用いることにより、様々な動作
点をとるようにしつつ内燃機関10を比較的自由に稼働することによって生成される教師データを用いて写像データ66aを学習可能である。このため、様々な動作点毎に、失火の有無におけるクランク軸24の挙動の検知に基づきマップデータを適合する場合と比較すると、適合工数を軽減できる。
CPU62は、回転波形変数に基づき失火変数PRの値を算出することによって、失火の有無を判定する。また、CPU62は、クランク軸24のトルク変動を検知すると、第2のモータジェネレータ44のトルクを補正トルクΔTrqにて補正することにより、制振処理を実行する。ここで、失火が生じると、トルク変動が生じることから、制振処理が実行されることがある。そしてその場合、クランク軸24の回転変動が抑制される。
(1)内燃機関10の動作点を規定する動作点変数としての回転速度NEおよび充填効率ηを写像の入力とした。燃料噴射弁20や点火装置22等の内燃機関10の操作部の操作量は、内燃機関10の動作点に基づき定められる傾向がある。そのため、動作点変数は、各操作部の操作量に関する情報を含む変数である。したがって、動作点変数を写像の入力とすることにより、各操作部の操作量に関する情報に基づき失火変数PRの値を算出することができ、ひいては操作量によるクランク軸24の回転挙動の変化を反映して失火変数PRの値をより高精度に算出することができる。
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図6に本実施形態にかかる失火検出システムを示す。なお、図6において、図1に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
センター90は、複数の車両VCから送信されるデータを解析する。センター90は、CPU92、ROM94、記憶装置96、周辺回路97および通信機99を備えており、それらがローカルネットワーク98によって通信可能とされるものである。記憶装置96には、写像データ96aが記憶されている。
によって生成される。図7において、n1,n2,…,nαは、それぞれ、第1、第2、…、第αの中間層のノード数である。ちなみに、w(1)j0等は、バイアスパラメータであり、入力変数x(0)は、「1」と定義されている。
<対応関係>
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。[1〜3]失火検出装置は、制御装置60に対応する。実行装置は、CPU62およびROM64に対応する。記憶装置は、記憶装置66に対応する。回転波形変数は、気筒間変数ΔTb(2)および変動パターン変数FL[02],FL[12],FL[32]に対応する。制振変数は、補正トルクΔTrqに対応する。制振処理は、補正トルク算出処理M18、および補正トルクΔTrqがゼロではないときの第2MG操作処理M16に対応する。取得処理は、S18〜S22の処理に対応し、判定処理は、S24〜S36の処理に対応し、対処処理は、S38の処理に対応する。[4]動作点変数は、回転速度NEおよび充填効率ηに対応する。[5]第1実行装置は、CPU62およびROM64に対応する。第2実行装置は、CPU92およびROM94に対応する。取得処理は、S50,S22の処理に対応し、車両側送信処理は、S52の処理に対応し、車両側受信処理は、S54の処理に対応する。外部側受信処理は、S60の処理に対応し、出力値算出処理は、S62,S64の処理に対応し、外部側送信処理は、S66の処理に対応する。[6]データ解析装置は、センター90に対応する。[7]内燃機関の制御装置は、図6に示す制御装置60に対応する。[8]コンピュータは、CPU62およびROM64や、CPU62,CPU92およびROM64,ROM94に対応する。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
上記実施形態では、補正トルクΔTrqを、内燃機関10の動作点に応じて可変設定したが、これに限らない。たとえば、予め定められた所定値としてもよい。
のモータジェネレータ44のトルクを補正することによって実現できる。
制振変数としては、補正トルクΔTrqに限らない。たとえば「制振処理について」の欄に記載したように、補正トルクΔTrqが所定値に固定されている場合、たとえば、制振処理の実行の有無を示す2値的な変数を制振変数としてもよい。もっとも、補正トルクΔTrqが可変設定される場合であっても、制振変数を、制振処理の実行の有無を示す2値的な変数とすることは可能である。ちなみに、こうした場合であっても、たとえば補正トルクΔTrqが内燃機関10の動作点に応じて可変設定されて且つ動作点を規定する変数を写像への入力とするなら、ニューラルネットワークの中間層の層数を増加させるなどして、失火変数PRの値を高精度に算出できる。
気筒間変数ΔTbとしては、互いに圧縮上死点の出現タイミングが隣接する一対の気筒のそれぞれの圧縮上死点に対応する微小回転時間T30同士の差の720°CAだけ離間した値同士の差に限らない。たとえば、互いに圧縮上死点の出現タイミングが360°CAだけ離間した気筒のそれぞれの圧縮上死点に対応する微小回転時間T30同士の差の720°CAだけ離間した値同士の差であってもよい。この場合、気筒間変数ΔTb(2)は、「T30(12)−T30(24)−{T30(36)−T30(48)}」となる。
なお、気筒間変数ΔTbを定義する際の微小回転時間としては、30°CAの回転に要する時間に限らず、たとえば45°CAの回転に要する時間等であってもよい。この際、微小回転時間は、圧縮上死点の出現間隔以下の角度間隔の回転に要する時間であることが望ましい。
・「変動パターン変数について」
変動パターン変数の定義としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、気筒間変数ΔTbを、「気筒間変数について」の欄において例示したもの等に変更することによって、変動パターン変数の定義を変更してもよい。
S26の処理では、気筒間変数ΔTb(2)および変動パターン変数FL[02],FL[12],FL[32]によって回転波形変数を構成したが、これに限らない。たとえば、回転波形変数を構成する変動パターン変数を、変動パターン変数FL[02],FL[12],FL[32]のいずれか1つまたは2つとしてもよい。またたとえば、変動パ
ターン変数FL[02],FL[12],FL[32],FL[42]等、4つ以上の変動パターン変数を含めてもよい。
動作点変数としては、回転速度NEおよび充填効率ηに限らない。たとえば、吸入空気量Gaと回転速度NEとであってもよい。またたとえば下記「内燃機関について」の欄に記載したように、圧縮着火式内燃機関を用いる場合、噴射量と回転速度NEとであってもよい。なお、動作点変数を写像の入力とすることは必須ではない。たとえば下記「車両について」の欄に記載したシリーズハイブリッド車に搭載される内燃機関に適用される場合において、内燃機関が特定の動作点に限って運転される場合等には、動作点変数を入力変数に含めなくても、失火変数PRの値を高精度に算出できる。
S66の処理では、失火変数PRの値を送信したが、これに限らない。たとえば、出力活性化関数としてのソフトマックス関数の入力となる原型変数yR(1),yR(2)の値を送信してもよい。またたとえば、センター90において、S28〜S36の処理を実行することとし、異常があるか否かの判定結果を送信してもよい。
上記実施形態では、警告灯78を操作することによって、視覚情報を通じて失火が生じた旨を報知したが、これに限らない。たとえば、スピーカを操作することによって、聴覚情報を通じて失火が生じた旨を報知してもよい。また、たとえば図1に示す制御装置60が通信機69を備えることとし、通信機69を操作してユーザの携帯端末に失火が生じた旨の信号を送信する処理としてもよい。これは、ユーザの携帯端末に、報知処理を実行するアプリケーションプログラムをインストールしておくことにより実現できる。
ニューラルネットワークへの入力や、下記「機械学習のアルゴリズムについて」の欄に記載した回帰式への入力等としては、各次元が単一の物理量や変動パターン変数FLからなるものに限らない。たとえば上記実施形態等において写像への入力とした複数種類の物理量や変動パターン変数FLの一部については、ニューラルネットワークや回帰式への直接の入力とする代わりに、それらの主成分分析によるいくつかの主成分を、ニューラルネットワークや回帰式への直接の入力としてもよい。もっとも、主成分をニューラルネットワークや回帰式の入力とする場合に、ニューラルネットワークや回帰式への入力の一部の
みが主成分となることは必須ではなく、全部を主成分としてもよい。なお、主成分を写像への入力とする場合、写像データ66a,96aには、主成分を定める写像を規定するデータが含まれることとなる。
車両において実行される演算に用いられる写像を規定する写像データを、S64の処理において例示した写像を規定するデータとしてもよい。
上記実施形態では、活性化関数h,h1,h2,…hαを、ReLUとし、出力の活性化関数をソフトマックス関数としたが、これに限らない。たとえば活性化関数h,h1,h2,…hαを、ハイパボリックタンジェントとしてもよい。またとえば、活性化関数h,h1,h2,…hαをロジスティックジグモイド関数としてもよい。
機械学習のアルゴリズムとしては、ニューラルネットワークを用いるものに限らない。たとえば、回帰式を用いてもよい。これは、上記ニューラルネットワークにおいて中間層を備えないものに相当する。また、たとえば、サポートベクトルマシンを用いてもよい。この場合、出力の値の大きさ自体には意味がなく、その値が正であるか否かに応じて、失火が生じたか否かを表現する。換言すれば、失火変数の値が3値以上の値を有してそれらの値の大小が失火の確率の大小を表現するものとは相違する。
上記実施形態では、ランダムに失火が生じる状況において学習を実行したが、これに限らない。たとえば、特定の気筒で連続的に失火が生じる状況において学習を実行してもよい。ただし、その場合、写像への入力となる気筒間変数や変動パターン変数に用いる気筒間変数ΔTbを、「気筒間変数について」の欄に記載したように、失火の検出対象となる気筒と、それ以外の気筒とのそれぞれの圧縮上死点に対応する微小回転時間T30同士の差等とすることが望ましい。
たとえばS62,S64の処理に代えて、S24,S26の処理等をセンター90によって実行してもよい。
を削除してもよい。
実行装置としては、CPU62(92)とROM64(94)とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、実行装置は、以下の(a)〜(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア実行装置や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。
上記実施形態では、写像データ66a,96aが記憶される記憶装置と、失火用プログラム64aや失火用メインプログラム94aが記憶される記憶装置(ROM64,94)とを別の記憶装置としたが、これに限らない。
コンピュータとしては、車両に搭載されたCPU62およびROM64等の実行装置と、センター90が備えるCPU92およびROM94等の実行装置とから構成されるものに限らない。たとえば、車両に搭載された実行装置とセンター90が備える実行装置と、ユーザの携帯端末内のCPUおよびROM等の実行装置とによって、構成してもよい。これは、たとえば図7のS66の処理を、ユーザの携帯端末に送信する処理とし、S54,S28〜S36の処理を携帯端末において実行することで実現できる。
上記実施形態では、燃料噴射弁として、燃焼室18内に燃料を噴射する筒内噴射弁を例示したがこれに限らない。たとえば吸気通路12に燃料を噴射するポート噴射弁であってもよい。またたとえば、ポート噴射弁と筒内噴射弁との双方を備えてもよい。
・「車両について」
車両としては、シリーズ・パラレルハイブリッド車に限らず、たとえば、パラレルハイブリッド車であってもよい。
Claims (9)
- クランク軸にモータジェネレータが機械的に連結された内燃機関の失火検出装置であって、
記憶装置と、実行装置と、を備え、
前記記憶装置は、前記内燃機関の圧縮上死点の出現間隔よりも小さい角度間隔における前記クランク軸の回転速度である瞬時速度の互いに異なる前記角度間隔における値同士の相違に関する情報を含む変数である回転波形変数と、車両の動力伝達系の振動を抑制すべく前記モータジェネレータのトルクを操作する制振処理の状態に関する変数である制振変数とを入力とし、失火が生じた確率に関する変数である失火変数を出力する写像を規定するデータである写像データを記憶しており、
前記実行装置は、前記クランク軸の回転挙動を検知するセンサの検出値に基づく前記回転波形変数と前記制振変数とを取得する取得処理、前記取得処理によって取得された変数を入力とする前記写像の出力に基づき前記失火の有無を判定する判定処理、および前記判定処理によって失火が生じたと判定する場合、所定のハードウェアを操作することによって失火が生じたことに対処するための対処処理を実行し、
前記写像は、機械学習によって学習されたパラメータに基づく前記回転波形変数と前記制振変数との結合演算によって前記失火変数の値を出力するものであり、
前記回転波形変数は、気筒間変数と変動パターン変数とを含む、または、圧縮上死点の出現する角度間隔の2倍以上の区間を前記出現する角度間隔よりも小さい間隔に分割した複数の部分区間のそれぞれの回転に要する時間または前記部分区間のそれぞれにおける回転速度を含み、
前記気筒間変数は、失火の検出対象の気筒と当該気筒とは異なる気筒との2つの気筒のそれぞれの圧縮上死点に対応する前記瞬時速度同士の相違を定量化した変数であり、
前記変動パターン変数は、前記検出対象の気筒と当該気筒とは異なる気筒との2つの気筒である第1組の気筒の前記瞬時速度同士の相違と前記第1組とは異なる2つの気筒である第2組の気筒の前記瞬時速度同士の相違との関係を定量化した変数である内燃機関の失火検出装置。 - 前記制振処理は、前記モータジェネレータに対する要求トルクに対して前記振動を抑制するためのトルクである補正トルクを重畳する処理であり、
前記取得処理は、前記制振変数として前記補正トルクを取得する処理である請求項1記載の内燃機関の失火検出装置。 - 前記制振処理は、前記補正トルクの大きさを前記内燃機関の動作点に応じて変更する処理を含む請求項2記載の内燃機関の失火検出装置。
- 前記写像の入力には、前記内燃機関の動作点を規定する変数である動作点変数が含まれ、
前記取得処理は、前記動作点変数を取得する処理を含み、
前記判定処理は、前記取得処理によって取得された前記動作点変数を前記写像への入力にさらに含めた前記写像の出力に基づき前記失火の有無を判定する処理である請求項3記載の内燃機関の失火検出装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の前記実行装置および前記記憶装置を備え、
前記判定処理は、前記取得処理によって取得された変数を入力とする前記写像の出力値を算出する出力値算出処理を含み、
前記実行装置は、第1実行装置および第2実行装置を含み、
前記第1実行装置は、少なくともその一部が車両に搭載されて且つ、前記取得処理と、前記取得処理によって取得されたデータを車両の外部に送信する車両側送信処理と、前記出力値算出処理の算出結果に基づく信号を受信する車両側受信処理と、前記対処処理と、を実行し、
前記第2実行装置は、前記車両の外部に配置されて且つ、前記車両側送信処理によって送信されたデータを受信する外部側受信処理と、前記出力値算出処理と、前記出力値算出処理の算出結果に基づく信号を前記車両に送信する外部側送信処理と、を実行する内燃機関の失火検出システム。 - 請求項5記載の前記第2実行装置および前記記憶装置を備えるデータ解析装置。
- 請求項5記載の前記第1実行装置を備える内燃機関の制御装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の前記取得処理、前記判定処理、および前記対処処理をコンピュータによって実行させる内燃機関の失火検出方法。
- 前記第1実行装置は、車両に搭載される車載実行装置と、該車載実行装置とは別の受信実行装置とを備え、
前記車載実行装置は、前記取得処理と、前記取得処理によって取得されたデータを車両の外部に送信する車両側送信処理と、を実行し、
前記受信実行装置は、携帯端末に備えられて且つ、少なくとも前記車両側受信処理を実行する、請求項5記載の内燃機関の失火検出システムにおける前記受信実行装置。
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