JP6742470B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1の技術では、クランク角センサにより検出したクランク軸角度の検出周期を計測し、角度検出周期から内燃機関の回転速度を算出する。そして、失火を判定する気筒の圧縮行程の上死点付近における回転速度の検出値を基準回転速度とし、その基準回転速度と、上死点後の燃焼行程における各クランク軸角度で検出される回転速度との偏差を積算し、積算値に基づいて失火の有無を判定するように構成されている。
例えば、車両が加速又は減速していれば、角度検出周期が全体的に減少又は増加する。また、吸入空気量が大きくなればなるほど、燃焼トルクが大きくなるため、燃焼行程における角度検出周期の変動量も大きくなる。特に、例えば2輪車両のように、車両及び動力伝達機構の慣性が小さい場合は、失火以外の要因による、角度検出周期の減少量又は増加量が大きくなる。
前述のように、失火以外の要因による回転変動の影響は、燃焼行程の角度検出周期にも表れる。従って、特許文献1の技術のように、基準回転速度と、上死点後の燃焼行程における各クランク軸角度で検出される回転速度との偏差の積算値に基づいて、失火の有無を判定すると、失火以外の要因によって、燃焼行程の角度検出周期が変動した場合、その変動した角度検出周期に基づいた前記回転速度偏差を積算値に含めてしまう。それにより失火検出の精度が下がる可能性がある。
そこで、失火以外の要因により、内燃機関の回転変動が生じる場合でも、精度よく失火の有無を判定することができる内燃機関の制御装置が望まれる。
前記制御装置は、前記基準角度区間より後の失火検出閾値比較区間で演算された前記角度検出周期を閾値比較対象周期として前記記憶装置が記憶するように、構成され、
前記制御装置は、前記演算処理装置が、前記基準検出周期と閾値調整係数とを乗算して失火検出閾値周期を算出するように、構成され、
前記制御装置は、前記演算処理装置が、前記失火検出閾値周期と前記閾値比較対象周期とに基づいて失火の有無を判定するように、構成され、
前記閾値調整係数の設定値に基づいて、失火以外の要因による回転変動の影響が表れた角度検出周期は前記判定から除外されるものである。
実施の形態1に係る内燃機関の制御装置121(以下、単に制御装置121と称す)及び内燃機関の制御方法について図1を参照して説明し、その後、実施の形態1の制御装置の構成および機能について図2から図6を参照して説明する。なお、本実施の形態は、内燃機関100及び制御装置121が2輪車両に搭載される場合について例示されており、内燃機関100は、車輪の駆動力源となる。
内燃機関100は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の4サイクルを1燃焼サイクルとして行う4サイクル機関とされている。内燃機関100は、ガソリン内燃機関である。内燃機関100は、空気と燃料の混合気を燃焼する燃焼室105を有している。燃焼室105を、気筒とも称す。燃焼室105は、シリンダ及びピストン113により構成されている。シリンダは、シリンダの壁面を構成するシリンダブロック122と、シリンダの頂部を構成するシリンダヘッド123とにより構成されている。本実施の形態では、内燃機関100は、V型の2気筒エンジンとされている。なお、図1には、第1気筒を代表して示しており、以下では第1気筒を代表して説明する。
クランク角センサ118は、信号板124の歯124Tがこのクランク角センサ118を横切る時に、矩形状のクランク信号を出力する。
制御装置121は、内燃機関100を制御対象とする制御装置である。図2に示すように、制御装置121は、角度情報検出部51、基準周期算出部52、失火検出閾値算出部53、失火検出閾値比較部54、失火判定部55、及び失火報知部56、等の各種の制御部を備えている。これら各種の制御部である角度情報検出部51、基準周期算出部52、失火検出閾値算出部53、失火検出閾値比較部54、失火判定部55、および失火報知部56の各機能は、制御装置121が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置121は、図3に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りをする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、及び演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93、等を備えている。
入力回路92は、後述の各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置90に入力するA/D変換器等(図示省略)を備えている。
出力回路93は、後述の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置90からの制御信号を出力する駆動回路等(図示省略)を備えている。
なお、各種の制御部である角度情報検出部51、基準周期算出部52、失火検出閾値算出部53、失火検出閾値比較部54、失火判定部55、および失火報知部56等が用いる判定値等の設定データは、ソフトウェア(プログラム)の一部として、ROM等の記憶装置91に記憶されている。
出力回路93には、インジェクタ110、点火プラグ112、及び報知装置126等が接続されている。
制御装置121は、入力回路92には、吸気圧センサ104、クランク角センサ118、O2センサ120、及び外気温センサ125、等の各種のセンサの出力信号等に基づいて内燃機関100の各種の運転状態を検出する。制御装置121は、基本的な制御として、検出した運転状態に基づいて、燃料噴射量等を算出し、インジェクタ110及び点火プラグ112等を駆動制御する。
角度情報検出部51は、クランク角センサ118の出力信号に基づいて、クランク軸角度を検出すると共に、クランク軸角度の検出毎にクランク軸角度の検出周期TR(以下、角度検出周期TRと称す)を検出する。本実施の形態では、角度情報検出部51は、クランク角センサ118の出力信号(矩形波)の立下りエッジ(又は立上りエッジ)を検出した時のクランク軸角度を判定する。また、角度情報検出部51は、立下りエッジを検出した時に、前回の立下りエッジの検出時点から、今回の立下りエッジの検出時点までの時間間隔を測定し、角度検出周期TRとして算出する。
本実施の形態では、CN=31が、第1気筒の圧縮行程の上死点後10度に対応しており、CN=7〜18が第1気筒の吸気行程に対応し、CN=19〜30が第1気筒の圧縮行程に対応し、CN=31〜42が第1気筒の燃焼行程に対応し、CN=43〜6が第1気筒の排気行程に対応している。
V型の2気筒エンジンであるため、CN=0が、第2気筒の圧縮行程の上死点後10度に対応しており、それを基準に、第1気筒と同様に、クランク番号CNと各行程が対応している。
TR(CN)=T(CN)−T(CN−1) ・・・(1)
2つの欠け歯124NTの後のCN=0、24で算出される角度検出周期TR(0)、TR(24)は、45度のクランク軸角度間隔に対応する周期になるため、他の角度検出周期の3倍になる。
次に、図4に示すフローチャートに従って、失火検出処理を説明する。図4に示す処理は、クランク番号CN(立下りエッジ)を検出する毎に、繰り返し実行される。失火検出処理は、気筒毎に行われるが、以下では、第1気筒を代表して説明する。
ステップS12で、基準周期算出部52は、クランク軸角度の検出値(本例では、クランク番号CN)及び角度検出周期TRに基づいて、第1気筒の圧縮行程の上死点を含む予め設定されたクランク軸角度区間である基準角度区間内で検出された角度検出周期TRを、基準検出周期Tkiとして算出する。基準周期算出部52は、基準検出周期TkiをRAM等の記憶装置91に記憶する。なお、圧縮行程の上死点は、圧縮行程と燃焼行程との間のピストンの上死点であり、燃焼行程の上死点と表現することもできる。また、本願において、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、及び排気行程の各行程は、ピストンの上死点と下死点との間の期間に対応しているものとする。
Tki={TR(30)+TR(31)+TR(32)}/3 ・・・(2)
次に、ステップS13で、失火検出閾値算出部53は、失火検出閾値比較区間を算出するため、閾値比較演算番号Nを割り当てる。閾値比較演算番号Nは、基準周期算出時点Ptkiの次のクランク番号を閾値比較演算開始点N=0とし、クランク番号CNを検出する毎にNに1を加算する。ただし、2つの欠け歯124NTの後のCN=0、24の場合、Nに3を加算する。本例では、N=0は、CN=33(圧縮行程の上死点後40度)に設定され、N=0からN=21までの区間を、失火検出閾値比較区間に設定する。
Tkitrs(N)=Tki×αKI(N) ・・・(3)
N:0から23
次に、ステップS16で、失火検出閾値比較部54は、第1気筒の圧縮行程の上死点後から排気行程の上死点までのクランク軸角度区間である失火検出閾値比較区間において、前記失火検出閾値周期Tkitrs(N)と閾値比較対象周期TRtrs(N)とを比較する。閾値比較対象周期TRtrs(N)が失火検出閾値周期Tkitrs(N)よりも大きい場合、失火検出カウンタNOVERに1を加算する。
本実施の形態では、失火検出閾値比較区間は、クランク番号CN=33から6の区間、すなわち第1気筒の圧縮行程の上死点後40度から355度に設定されている。
そして、ステップS17で、失火判定部55は、今回のクランク番号CNが、予め設定された第1気筒の最終演算時点Pendであるか否かを判定する。本例では、第1気筒の最終演算時点Pendは、第1気筒の4サイクルの終了時点であるCN=6(排気行程の上死点前5度)に設定されている。失火判定部55は、第1気筒の最終演算時点Pendであると判定した場合(ステップS17:Yes)は、ステップS18に進み、第1気筒の最終演算時点Pendでないと判定した場合(ステップS17:No)は、処理を終了する。
本実施の形態では、失火判定部55は、失火検出カウンタNOVERと失火検出判定値MFCNTとの大小を比較し、失火の有無を判定する。
失火検出判定値MFCNTは、固定の設定値でも良いし、エンジン回転速度、スロットル開度、吸入空気圧といったエンジン状態に応じて変化するマップを用いた設定値でも良い。
失火が発生していない場合は、失火検出カウンタNOVERは失火検出判定値MFCNTより小さく、失火が発生している場合は、失火検出カウンタNOVERは失火検出判定値MFCNTより大きくなる。
失火判定部55は、失火検出カウンタNOVERが、予め設定した失火検出判定値MFCNTよりも大きい場合は、失火が発生したと判定し、失火検出カウンタNOVERが、失火検出判定値MFCNTよりも小さい場合は、失火が発生していないと判定する。
次に、ステップS19で、失火報知部56は、失火判定部55による失火の判定結果を、報知装置126を介してユーザに報知する。例えば、失火報知部56は、失火の発生頻度が、予め設定された頻度判定値よりも高い場合は、報知装置126としての故障警告灯を点灯させる。また、失火報知部56は、メーターパネルに設けられた、報知装置126としての表示画面に、失火の判定結果の情報を表示させる。失火報知部56は、失火の判定結果を、OBD(On Board Diagnostic)の故障情報の1つとして、車両に接続された報知装置126としての車両診断装置に伝達する。
失火及び失火以外の要因による回転変動の影響は、前記上死点後の失火検出閾値比較区間の検出周期に表れる。例えば、車両の加速又は減速により、失火検出閾値比較区間の検出周期は変動する。また、エンジンの運転領域毎に失火を検出しやすいポイントがあることが実験的に計測して分かっており、例えば、エンジン負荷に相関して失火を検出しづらいポイントが移動する。吸入空気量が少なく燃焼が弱い場合、クランク軸角度の周期変化が小さく、失火による回転変動は、圧縮上死点近傍での変化が少ない。この場合は、燃焼行程および排気行程までの周期変化を含めた方が失火検出の精度は向上する。吸入空気量が多く燃焼が強い場合、クランク軸角度の周期変化が大きく、失火による回転変動は圧縮上死点近傍でも変化が大きい。そのポイントを抽出して失火を検出することが望ましい。また複数気筒を有するエンジンの場合、他気筒の燃焼の影響を受けるポイントがあるため、そのポイントは除去して失火を検出することが望ましい。本願に係る内燃機関の制御装置によれば、失火以外の要因及び失火による回転変動の影響が表れた失火検出閾値比較区間において、失火を検出しやすいポイントのみを抽出して失火を判定することができ、幅広いエンジンの運転領域において失火による回転変動の影響を評価して、失火を精度よく判定できる。
更に概略的には、失火以外の要因により、内燃機関の回転変動が生じる場合でも、精度よく失火の有無を判定することができる内燃機関の制御装置を提供することができるように、圧縮行程の上死点を含む基準角度区間内で検出された検出周期を、基準検出周期として算出し、基準検出周期と検出周期毎に設定した係数の積である閾値周期を算出し、閾値周期と検出周期とに基づいて、上死点後の燃焼行程における失火の有無を判定する内燃機関の制御装置である。
次いで、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
(1)前述の実施の形態1においては、内燃機関100は、2気筒エンジンとされている場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、内燃機関100は、1気筒、3気筒等の任意の気筒数を有するエンジンとされてもよく、制御装置121は、各気筒の失火を判定するように構成されてもよい。
(2)前述の実施の形態1においては、内燃機関100及び制御装置121は、2輪車両に搭載されている場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、本願の実施の形態の内燃機関100及び制御装置121は、4輪車両、ほか各種の乗り物に搭載されてもよい。
(3)前述の実施の形態1においては、基準周期算出部52は、基準角度区間内で検出された複数の角度検出周期TRの平均値を、基準検出周期Tkiとして算出する場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、基準周期算出部52は、基準角度区間内で検出された1つの角度検出周期TR(例えば、クランク番号CN=31で検出された角度検出周期TR(31))を、基準検出周期Tkiとして算出するように構成されてもよい。
(4)前述の実施の形態1においては、制御装置121は、角度検出周期TRをそのまま用いて、基準検出周期Tki、失火検出閾値周期Tkitrsを算出している場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、制御装置121は、角度検出周期TRを回転速度相当に変換した値(例えば、角度検出周期TRの逆数)を用いて、基準検出周期Tki、失火検出閾値周期Tkitrsを算出するように構成されてもよい。
(5)前述の実施の形態1においては、「回転部材」として、クランク軸115と一体回転する信号板124が設けられ、「被検出部」として、信号板124の歯124NT(欠け歯124NTを含む)が設けられ、「角度センサ」として、クランク角センサ118が設けられている場合を例に説明した。 しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。
ところで、内燃機関100は、クランク軸115とチェーンで連結されたカム軸を備えている。カム軸は、吸気バルブ111及び排気バルブ116を開閉する。クランク軸115が2回転する間に、カム軸は1回転する。内燃機関100は、カム軸と一体回転するカム用の信号板を備えてもよい。カム用の信号板は、予め定められた複数のカム軸角度に複数の歯124Nを設けている。カム軸角度は、クランク軸角度と所定の対応関係にある。
内燃機関100は、シリンダブロック122に固定され、カム用の信号板の歯124Nを検出するカム角センサを備えてもよい。
角度情報検出部51は、カム角センサの出力信号に基づいて、カム軸角度とクランク軸角度との対応関係を用い、クランク軸角度を検出すると共に、クランク軸角度の検出毎にクランク軸角度の検出周期TRを検出するように構成されてもよい。
このように、「回転部材」として、カム軸と一体回転するカム用の信号板が設けられ、「被検出部」として、カム用の信号板の歯が設けられ、「角度センサ」としてカム角センサが設けられてもよい。
(6)前述の実施の形態1において、失火判定部は、失火カウンタと失火判定値との差を算出し、前記差に基づいて、失火の有無を判定するようにしてもよい。
(7)前述の実施の形態1において、失火判定部は、失火カウンタと失火判定値との比を算出し、前記比に基づいて、失火の有無を判定するようにしてもよい。
Claims (5)
- 角度センサの出力信号から算出された角度検出周期に基づいて失火の有無を判定する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、演算処理装置と記憶装置と入力回路とを備え、
前記制御装置は、前記演算処理装置が、前記入力回路から入力された前記角度センサの前記出力信号から前記角度検出周期を演算し、前記内燃機関の圧縮行程の上死点を含む基準角度区間の範囲内で演算された前記角度検出周期を基準検出周期として前記記憶装置が記憶するように、構成され、
前記制御装置は、前記基準角度区間より後の失火検出閾値比較区間で演算された前記角度検出周期を閾値比較対象周期として前記記憶装置が記憶するように、構成され、
前記制御装置は、前記演算処理装置が、前記基準検出周期と閾値調整係数とを乗算して失火検出閾値周期を算出するように、構成され、
前記制御装置は、前記演算処理装置が、前記失火検出閾値周期と前記閾値比較対象周期とに基づいて失火の有無を判定するように、構成され、
前記閾値調整係数の設定値に基づいて、失火以外の要因による回転変動の影響が表れた角度検出周期は前記判定から除外される
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記制御装置は、前記演算処理装置が、前記基準角度区間の範囲内で演算された複数の前記角度検出周期の平均値を、前記基準検出周期として算出するように、構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - クランク軸と同期して回転する回転部材に予め定められた複数のクランク軸角度に対応して設けられた複数の被検出部、および非回転部材に固定され前記被検出部を検出する角度センサを備え、角度センサの出力信号から算出された角度検出周期に基づいて失火の有無を判定する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置では、前記角度センサの前記出力信号から前記角度検出周期が演算され、前記内燃機関の圧縮行程の上死点を含む基準角度区間の範囲内で演算された前記角度検出周期が基準検出周期とされ、
前記制御装置では、前記基準角度区間より後の失火検出閾値比較区間で演算された前記角度検出周期が閾値比較対象周期とされ、
前記制御装置では、前記基準検出周期と閾値調整係数とを乗算して失火検出閾値周期が算出され、
前記制御装置では、前記失火検出閾値周期と前記閾値比較対象周期とに基づいて失火の有無が判定され、
前記制御装置は、前記角度センサの出力信号に基づいて、前記クランク軸角度を検出すると共に、前記クランク軸角度の検出毎に前記クランク軸角度の検出周期を検出する角度情報検出部と、前記クランク軸角度の検出値および前記検出周期に基づいて、基準角度区間の範囲内で検出された前記検出周期を、基準検出周期として算出する基準周期算出部と、 前記基準検出周期と前記閾値調整係数とを乗算した失火検出閾値周期を算出する失火検出閾値算出部と、前記失火検出閾値周期と前記閾値比較対象周期とに基づいて、前記基準角度区間より後の失火検出閾値比較区間において、失火検出カウンタを算出する失火検出閾値比較部と、前記失火検出カウンタに基づいて、前記上死点の後の燃焼行程における失火の有無を判定する失火判定部と、を備え、
前記閾値調整係数の設定値に基づいて、失火以外の要因による回転変動の影響が表れた角度検出周期は前記判定から除外される
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記基準周期算出部は、前記基準角度区間の範囲内で検出された複数の前記検出周期の平均値を、前記基準検出周期として算出する
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記失火検出閾値比較区間は、少なくとも前記上死点の後の燃焼行程の範囲内の区間を含むように設定されている
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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