JP6806631B2 - 失火判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの失火を検知、判定する失火判定装置に係り、特に、不等間隔爆発エンジンの失火判定に好適な失火判定装置に関する。

四輪車両において、クランクパルスの発生時間間隔（クランクパルス間時間）から測定されるクランク角速度に基づいてエンジンの失火を判定する技術が知られている。特許文献１には、クランク角速度と筒内圧力を検知する燃焼圧センサとを用いて失火を検知する技術が開示されている。特許文献１では、各気筒に配置された燃焼圧センサにより気筒毎に圧力変動を検知することで失火判定を行う一方、エンジンの低回転域では燃焼圧力変動による失火判定が困難となることから、低回転域ではクランク角速度検出による失火判定に切り替えている。

特開平７−１１９５３２号公報

近年、修理性の向上や環境保護の観点から、自動二輪車においても失火判定技術の採用が検討されている。自動二輪車では、エンジンの性能や特徴に対する多様性の要求、特にスポーツバイクではトラクション性能への期待から、不等間隔爆発エンジンが多数採用されている。

特許文献１では、失火検知をクランク角度ベースの検出方法および燃焼圧ベースの検出方法のお互いの得意領域を分担採用することで検出精度を向上させることができるものの、全ての気筒に筒内圧センサをそれぞれ設けなければならない。したがって、特に多気筒エンジンに採用した場合には、センサ数が増加することにより工数の増加やコストアップを招くという課題があった。

本発明の目的は、上記の技術課題を解決し、不等間隔爆発エンジンにおいて高価な燃焼圧センサの使用を最小限に抑えながら失火を確実に判定できる失火判定装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、爆発順序が連続し、膨張行程の期間が一部重なる爆発タイミング特性を有する気筒ペアを含む４ストローク式の多気筒式内燃機関の失火判定装置において、以下の構成を具備した点に特徴がある。

(1) クランク角速度を検知する手段(53,66,67)と、膨張行程の期間が一部重なる気筒ペアの少なくとも一方に設けられた燃焼圧センサ(40,140)と、燃焼圧センサが設けられた気筒の失火を燃焼圧センサの出力に基づいて判定する燃焼圧ベース失火判定手段(202)と、燃焼圧センサが設けられていない残余全ての気筒の失火をクランク角速度に基づいて判定する角速度ベース失火判定手段(203)とを具備した。

(2) 内燃機関を、爆発間隔が180度未満の気筒ペアを有する不等間隔爆発エンジンとした。

(3) 内燃機関を、爆発間隔が90度の気筒ペアを有する不等間隔爆発エンジンとした。

(4) 燃焼圧ベース失火判定手段(202)が、クランク角を検知する手段(202a)と、燃焼圧センサの出力に基づいて筒内の燃焼圧を検知する手段(202b)と、クランク角に基づく行程容積値と前記燃焼圧センサの出力との関係に表す指圧線図（PV線図）を用いて平均有効圧力（IMEP）を計算する手段(202c)と、前記IMEPに基づいて失火状態を判定する失火判定手段(202d)とを具備した。

(5) 失火判定手段(202d)は、今回サイクルで求めたIMEPを失火判定閾値IMEP_refと比較し、IMEP＜IMEP_refであると失火状態と判定するようにした。

(6) 失火判定手段(202d)は、前回サイクルで算出したIMEP_n-1を今回サイクルで算出したIMEP_nと比較し、IMEP_nがIMEP_n-1よりも小さければ失火状態と判定するようにした。

(7) 燃焼圧センサ(40,140)が隣接する気筒のシリンダヘッドの間に配置され、その感圧部(40b，140b)が燃焼室に連通する連通通路に露出するようにした。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。

(1) 本発明は、爆発順序が連続し、膨張行程の期間が一部重なる爆発タイミング特性を有する気筒ペアを含む４ストローク式の多気筒式内燃機関の失火判定装置において、クランク角速度を検知する手段(53,66,67)と、前記気筒ペアの少なくとも一方に設けられた燃焼圧センサ(40,140)と、前記燃焼圧センサが設けられた気筒の失火を前記燃焼圧センサの出力に基づいて判定する燃焼圧ベース失火判定手段(202)と、前記燃焼圧センサが設けられていない残余全ての気筒の失火を前記クランク角速度に基づいて判定する角速度ベース失火判定手段(203)とを具備した。

したがって、膨張行程の期間が重複せずに角速度ベースでの失火判定が可能な気筒ついては燃焼圧センサを設けずに角速度ベースでの失火判定を行う一方、膨張行程の期間が重複するために角速度ベースでの失火判定が困難な一部の気筒にのみ燃焼圧センサを設けて燃焼圧ベースでの失火判定を行うので、全ての気筒に燃焼圧センサを配置する従来技術に較べて燃焼圧センサの使用数を減らすことでき、簡単な構成かつ低コストで高精度の失火判定を実現できるように。

(2) 内燃機関を、爆発間隔が180度未満の気筒ペアを有する不等間隔爆発エンジンとしたので、膨張行程の期間が一部重なる可能性のある不等間隔爆発エンジンの失火を確実に判定できるようになる。

(3) 内燃機関を、爆発間隔が90度の気筒ペアを有する不等間隔爆発エンジンとしたので、高いトラクション性能を期待できるように爆発タイミングが設定されている不等間隔爆発エンジンの失火を確実に判定できるようになる。

(4) 燃焼圧ベース失火判定手段(202)が、クランク角を検知する手段(202a)と、燃焼圧センサの出力に基づいて筒内の燃焼圧を検知する手段(202b)と、クランク角に基づく行程容積値と前記燃焼圧センサの出力との関係に表す指圧線図（PV線図）を用いて平均有効圧力（IMEP）を計算する手段(202c)と、前記IMEPに基づいて失火状態を判定する失火判定手段(202d)とを具備したので、エンジンの燃焼状態を定量的に把握できるようになり、合理的な失火判定が可能になる。

(5) 失火判定手段(202d)は、今回サイクルで求めたIMEPを失火判定閾値IMEP_refと比較し、IMEP＜IMEP_refであると失火状態と判定するので、失火判定条件をエンジン仕様ごとに最適化することができ、高精度の失火判定が可能になる。

(6) 失火判定手段(202d)は、前回サイクルで算出したIMEP_n-1を今回サイクルで算出したIMEP_nと比較し、IMEP_nがIMEP_n-1よりも小さければ失火状態と判定するようにしたので、エンジン仕様に応じて指圧線図やIMEPが異なることを意識することなく、同様のアルゴリズムで失火判定を行えるようになる。

(7)燃焼圧センサが隣接する気筒のシリンダヘッドの間に配置され、感圧部が検出対象気筒の燃焼室に連通する連通通路に露出するようにしたので、隣り合う気筒の何れか一方ののみを検知したい場合でも、センサの取付位置を共通化しながら、連通通路の形状を異ならせるのみの対応で行えるため、複数種の内燃機関での配置が容易に行えるようになる。

本発明が適用されるエンジン１０の左側面視断面図である。 エンジン１０の背面視断面図である。 パルサリング５３の配置説明図である。 燃焼室３１の周辺部の拡大断面図である。 図４の断面図に示されるシリンダヘッド１８をシリンダブロック部１７側から見た斜視図である。 図４において燃焼圧センサ４０の周辺部を拡大した断面図である。 エンジン１１０の左側面視断面図である。 エンジン１１０の背面視断面図である。 シリンダブロック部１１７をシリンダヘッド１１８側から見た平面図である。 図９のX-X線断面図である。 図１０の燃焼圧センサ１４０の周辺部を拡大した断面図である。 ４気筒の不等間隔爆発エンジンにおけるクランク角（横軸）と角速度（縦軸）との関係およびその周波数解析の結果を示した図である。 本発明の一実施形態に係る失火判定装置の主要部の構成を示した機能ブロック図である。 正常燃焼時[同図(a)]および失火時[同図(b)]における行程容積と筒内の燃焼圧との関係を示した指圧線図の典型例を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここでは初めに、本発明の基本的な考え方について、図１２を参照して説明し、その後、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１２は、V型４気筒の不等間隔爆発エンジンにおけるクランク角（横軸）と角速度（縦軸）との関係を示した図であり、ここでは、点火順序が第１気筒（#1）→第３気筒（#3）→第２気筒（#2）→第４気筒（#4）→第１気筒（#1）の順であって、#1／#3間の爆発間隔が180度、#3／#2間の爆発間隔が270度、#2／#4間の爆発間隔が180度、#4／#1間の爆発間隔が90度の不等間隔爆発エンジンを例にして説明する。

同図(a)は、全ての気筒が正常に爆発している場合（◆）、第３気筒のみで失火が発生している場合（■）、および第４気筒のみで失火が発生している場合（▲）におけるクランク角と角速度との関係を表し、同図(b)は同図(a)の波形を周波数解析して次数とゲインとの関係を示した図である。

同図(a)を参照し、第３気筒（#3）が失火した場合、次の第４気筒の爆発タイミングまでの間隔が長いのでクランク角速度の漸減状態が長く続く。これに対して、第４気筒（#4）が失火した場合、次の第１気筒（#1）の爆発タイミングまでの間隔が短く、第４気筒（#4）と第１気筒（#1）とは膨張行程の期間が一部重なっている。したがって、次の第１気筒（＃1）が正常爆発すると第４気筒（#4）が失火していてもクランク角速度が短時間で上昇に転じてしまい、失火時に固有の角速度変化を観察しにくい。

同図(b)を参照しても、角速度変化の周波数成分を次数成分で表すと、第３気筒（#3）が失火した場合はクランク角速度の漸減状態が長く続き、波形の低周波成分が増えるので低次数成分が増えるのに対して、第４気筒（#4）が失火した場合は第３気筒（#3）が失火した場合に較べて角速度変化の低周波成分が減るので低次数成分が減少している。

本発明では、不等間爆発エンジンにおいて爆発間隔が短くて膨張行程の期間が一部重な気筒ペアのうち、特に爆発タイミングが前の気筒（#1）については、角速度変化に基づく失火判定が難しいことを新たに知見し、これを解決するために、当該気筒と他の気筒との失火判定の構成を異ならせた点に特徴がある。

図１は、本発明が適用される不等間隔爆発エンジン１０の左側面視断面図であり、図２はエンジン１０の背面視断面図である。

エンジン１０は、自動二輪車等の鞍乗型車両に搭載される。エンジン１０は、車体前方側で直列に配置された２気筒と車体後方側で直列に配置された２気筒とを９０度の挟み角で配置したＶ型４気筒の４サイクルエンジンである。

エンジン１０は、自動二輪車の前輪と後輪との間に配置されて車体フレームに支持される。エンジン１０は、車幅方向に延びるクランク軸１１を収容するクランクケース１２と、クランクケース１２に結合されるシリンダ部１３とを備える。シリンダ部１３は、クランクケース１２の上部から自動二輪車の前上方および後上方に略Ｖ字型をなして延出している。クランクケース１２の後部には、エンジン１０の駆動力を減速して後輪側に伝達する変速機ＴＭが収納されている。

クランクケース１２の下部には、オイルパン１５が取り付けられている。シリンダ部１３は、ピストン１６が収容されるシリンダブロック部１７と、シリンダブロック部１７の上面に結合されるシリンダヘッド１８と、シリンダヘッド１８の上面に取り付けられるシリンダヘッドカバー１９とを備える。

シリンダヘッド１８とシリンダヘッドカバー１９との間に形成される動弁室２０には、クランク軸１１と平行に配置される吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２が収容されている。吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２は、シリンダヘッド１８の上面部に支持され、クランク軸１１に連動して回転する。

前後気筒の間の位置には吸気装置２３が取り付けられており、前側気筒のシリンダヘッド１８の前側および後側気筒のシリンダヘッド１８の後側には、排気管が接続される排気ポート３３が形成されている。ピストン１６は、コンロッド２６を介してクランク軸１１に連結される。ピストン１６は、クランク軸１１と平行に設けられるピストンピンを介して、コンロッド２６の先端部に連結されている。

クランク軸１１は、クランクケース１２のクランク室２７に設けられた複数の支持壁２７ａに回転自在に支持されている。ピストン１６は、シリンダブロック部１７に形成される円筒状のシリンダボア２８に収容される。シリンダヘッド１８には、動弁装置２９および点火プラグ３０が設けられる。

シリンダヘッド１８は、ピストン１６の天面１６ａ（図４参照）に対向する燃焼凹部１８ａを備える。燃焼凹部１８ａは、シリンダヘッド１８の下面がシリンダヘッドカバー１９側に窪んだ凹部であり、シリンダボア２８の上面開口を塞ぐ。燃焼室３１は、天面１６ａと燃焼凹部１８ａとの間に形成される。

シリンダヘッド１８は、その下端の開口部３３ａ（図４参照）を介して吸気装置２３を燃焼室３１に連通させる吸気ポート３２と、その下端の開口部３３ａを介して燃焼室３１を排気管２４に連通させる排気ポート３３とを備える。吸気ポート３２内には、燃料供給装置３４によって燃焼が噴射される。

動弁装置２９は、吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２と、吸気ポート３２の開口部３３ａを開閉する吸気弁３５と、排気ポート３３の開口部３３ａを開閉する排気弁３６と、吸気弁３５を閉弁方向に付勢する弁ばねと、排気弁３６を閉弁方向に付勢する弁ばねとを備える。吸気弁３５および排気弁３６は、各気筒に、クランク軸１１の軸方向に並んで一対設けられ。

吸気弁３５は、吸気カムシャフト２１に設けられた吸気カム２１ａに押圧されることで駆動され、所定のタイミングで吸気ポート３２の開口部３３ａを開く。排気弁３６は、排気カムシャフト２２に設けられた排気カムに押圧されることで駆動され、所定のタイミングで排気ポート３３の開口部３３ａを開く。

クランク軸１１は、クランク室２７から外側に突出した軸端部に、駆動スプロケット３７を備える。クランク軸１１の駆動力は、駆動スプロケット３７と吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２とを接続する駆動力伝達部材３８によって動弁装置２９に伝達される。エンジン１０は、右側の気筒の外側に駆動力伝達部材収納室３９を備える。駆動力伝達部材３８は、駆動力伝達部材収納室３９に収納される。駆動力伝達部材３８は、例えば、チェーンである。

ピストン１６は、吸気ポート３２から燃焼室３１に供給される混合気が点火プラグ３０に点火されて燃焼することで、シリンダボア２８内を往復運動する。エンジン１０は、４サイクルエンジンであり、ピストン１６が下がって吸気する吸気行程、ピストン１６が上死点まで上がって混合気を圧縮する圧縮行程、点火プラグ３０で点火された燃焼ガスの膨張によりピストン１６が下死点まで下がる燃焼行程およびピストン１６が上がって排気する排気行程が、それぞれクランク軸１１が１８０°回転する毎に開始される。

クランク軸１１の回動動力は、クラッチＣＬを介して主軸ＭＳに伝達され、主軸ＭＳと副軸ＣＳとの間に設けられる複数の歯車対からなる変速機ＴＭによって減速され、副軸ＣＳの端部から出力される。クランク軸１１の端部には、発電機Ｇが設けられている。

エンジン１０は、点火プラグ３０による点火のタイミングが、４つの気筒で異なるエンジンである。エンジン１０には、シリンダ部１３内の圧力を検出する燃焼圧センサ４０が設けられている。

図３は、パルサリング５３の配置説明図である。パルサリング５３は、回転軸線に同軸にクランク軸１１に結合されて、クランク軸１１と一体に回転する環状板形状に形成される。パルサリング５３は、回転軸線まわりに環状に等間隔に配列される複数のリラクタ６６を備える。磁性体等で構成されるリラクタ６６は所定の中心角ごとに配置される。

エンジン１０は、パルサリング５３の環状軌道に向き合わせられてパルサリング５３の動きに応じてパルス信号を生成するパルサセンサ６７を備える。パルサセンサ６７は、クランクケース１２の内部空間に臨む本体６９と、本体６９に結合されて、クランクケース１２に締結される締結片７２とを備える。貫通孔６８は、第２駆動軸４４の軸心を指向する軸線を有する。パルサセンサ６７は、パルサリング５３の軌道上で検出される磁性体の有無に応じて電気信号を出力する。パルサセンサ６７は、クランク軸１１の角位置を特定するパルス信号を出力する。

締結片７２は、クランクケース１２の上面から突出する台座７３の上面に重ねられてボルト７４で台座７３に締結される。パルサセンサ６７で最も感度の高い検出軸線７５はクランク軸１１の回転軸線を指向する。また、検出軸線７５は回転軸線に直交する。

パルサセンサ６７は、クランク軸１１の軸延長線上の視点から見てカムチェーン３８の循環軌道から外側であって車体前方に配置される。パルサセンサ６７は、カムチェーン３８の循環軌道の下方であって、クランクケース１２の上下合わせ面７６の上方に位置する。

図４は、燃焼室３１の周辺部の拡大断面図である。また、図５は図４の断面図に示されるシリンダヘッド１８をシリンダブロック部１７側から見た斜視図である。燃焼圧センサ４０は、円柱状の本体部４０ａと、その先端部に設けられる感圧部４０ｂと、本体部４０ａの基端部から引き出される配線部４０ｃとを備える。感圧部４０ｂは、本体部４０ａよりも小径に形成されている。燃焼圧センサ４０は、例えば、圧電式のセンサである。感圧部４０ｂで検出された圧力は、本体部４０ａの回路部によって電気信号に変換され、配線部４０ｃを介してエンジン１０または車両の制御部に出力される。

シリンダヘッド１８の下面は、シリンダブロック部１７の上面１７ａに当接して上面１７ａに結合される結合面１８ｂを構成する。シリンダヘッド１８とシリンダブロック部１７とは、シリンダ軸線１３ａに平行な向きでシリンダボア２８の周囲に設けられる複数のボルトで結合される。点火プラグ３０は、シリンダヘッド１８の燃焼凹部１８ａに形成されたプラグ支持孔１８ｃに挿入されて支持されている。プラグ支持孔１８ｃは、シリンダ軸線１３ａ上に設けられる。シリンダヘッド１８の上面は、シリンダヘッドカバー１９が結合されるヘッドカバー結合面１８ｄを構成する。

シリンダヘッド１８は、燃焼室３１Ｌと燃焼室３１Ｒとを仕切る壁部１８ｅを、燃焼室３１Ｌと燃焼室３１Ｒとの間に備える。連通路５０は、シリンダヘッド１８の壁部１８ｅにおける結合面１８ｂに形成された溝５１と、シリンダブロック部１７の上面１７ａとによって区画される孔部である。溝５１は直線状に延びて燃焼室３１Ｌに開口する。溝５１は、例えば、シリンダヘッド１８の鋳造時に一体に形成する方法や、シリンダヘッド１８を鋳造後に機械加工で切削する等の方法によって形成される。本実施の形態では、溝５１がシリンダヘッド１８の端面に形成されて外側に開放しているため、鋳造や機械加工で溝５１を容易に形成できる。

図６は、図４において燃焼圧センサ４０の周辺部を拡大した断面図である。シリンダヘッド１８の壁部１８ｅには、連通路５０に連通するセンサ支持孔４５が形成されている。センサ支持孔４５は、シリンダヘッドカバー１９側から溝５１の底面５１ａに貫通する。詳細には、シリンダヘッド１８において壁部１８ｅとヘッドカバー結合面１８ｄとの間には、エンジン１０の冷却水が流れるウォータージャケット１８ｆが形成されており、センサ支持孔４５は、ウォータージャケット１８ｆと連通路５０とを連通させる。

センサ支持孔４５は、プラグ支持孔１８ｃおよびシリンダ軸線１３ａと平行に設けられる。このため、プラグ支持孔１８ｃおよびセンサ支持孔４５を機械加工等で仕上げる際に、同一の方向からプラグ支持孔１８ｃおよびセンサ支持孔４５を加工でき、センサ支持孔４５を容易に加工できる。

燃焼圧センサ４０は、センサ支持孔４５にウォータージャケット１８ｆ側から挿入されてセンサ支持孔４５に固定される。燃焼圧センサ４０の感圧部４０ｂは、連通路５０内に露出する。燃焼圧センサ４０は、連通路５０上において、燃焼室３１Ｌと燃焼室３１Ｒとの中間地点に配置される。

燃焼圧センサ４０は、連通路５０を密閉できるようにセンサ支持孔４５に固定される。燃焼圧センサ４０は、例えば、燃焼圧センサ４０の外周に設けたねじ部材によってセンサ支持孔４５に固定されるが、この固定方法は特に限定されない。また、シリンダヘッド１８は、燃焼圧センサ４０をヘッドカバー結合面１８ｄ側からセンサ支持孔４５に挿入するためのセンサ通し孔１８ｇを、ウォータージャケット１８ｆを区画する壁に備える。センサ通し孔１８ｇは、燃焼圧センサ４０がセンサ支持孔４５に固定された後、栓部材によって塞がれる。

連通路５０は、溝５１の側面５１ｂから連通路５０内に突出する突出部５２を備える。突出部５２の突出量は、連通路５０を塞がない大きさに設定される。突出部５２の上面は平坦面であり、燃焼圧センサ４０の先端の感圧部４０ｂは、この平坦面に突き当てられて位置決めされる。上記した構成により、連通路５０に配置される燃焼圧センサ４０によって燃焼室３１Ｌの圧力を検出することができる。

図７は、エンジン１１０の左側面視断面図である。また、図８はエンジン１１０の背面視断面図である。エンジン１１０は、４つの気筒が車幅方向に直列に配置された４サイクルエンジンであり、自動二輪車等の鞍乗型車両に搭載される。エンジン１１０は、自動二輪車の前輪と後輪との間に配置され、車体フレームに支持される。エンジン１１０は、車幅方向に延びるクランク軸１１１を収容するクランクケース１１２と、クランクケース１１２に結合されるシリンダ部１１３とを備える。シリンダ部１１３は、クランクケース１１２の前部の上部から自動二輪車の前上方に延出している。シリンダ部１１３のシリンダ軸線１１３ａは、鉛直方向に対して前傾している。

クランクケース１１２の後部には、エンジン１１０の駆動力を減速して後輪側に伝達する変速機が収納されている。クランクケース１１２の下部には、オイルパン１１５が取り付けられている。

クランクケース１１２は、上下に２分割された上ケース１１２ａと下ケース１１２ｂとを結合させて形成される。オイルパン１１５は、下ケース１１２ｂの下面に取り付けられる。シリンダ部１１３は、ピストン１１６が収容されるシリンダブロック部１１７と、シリンダブロック部１１７の上面に結合されるシリンダヘッド１１８と、シリンダヘッド１１８の上面に取り付けられるシリンダヘッドカバー１１９とを備える。シリンダブロック部１１７は、クランクケース１１２の上ケース１１２ａの上部に一体に形成されている。

シリンダヘッド１１８とシリンダヘッドカバー１１９との間に形成される動弁室１２０には、クランク軸１１１と平行に配置される吸気カムシャフト１２１および排気カムシャフト１２２が収容されている。吸気カムシャフト１２１および排気カムシャフト１２２は、シリンダヘッド１１８の上面部に支持され、クランク軸１１１に連動して回転する。

シリンダ部１１３は、クランク軸１１１の軸線１１１ａに沿って配列された４つの気筒１２５を備え、各気筒１２５にピストン１１６が設けられる。各気筒１２５は同様に構成されている。各気筒１２５において、シリンダヘッド１１８の後面部には吸気装置１２３が取り付けられ、シリンダヘッド１１８の前面部には排気管１２４が取り付けられる。

ピストン１１６は、コンロッド１２６を介してクランク軸１１１に連結される。ピストン１１６は、クランク軸１１１と平行に設けられるピストンピン１２６ａを介して、コンロッド１２６の先端部に連結されている。クランク軸１１１は、クランクケース１１２のクランク室１２７に設けられた複数の支持壁１２７ａに回転自在に支持されている。

各気筒１２５は、シリンダブロック部１１７に形成されてピストン１１６が収容されるシリンダボア１２８と、シリンダヘッド１１８に設けられる動弁装置１２９と、シリンダヘッド１１８に取り付けられる点火プラグ１３０とを備える。円筒状に形成されたシリンダボア１２８の軸線は、シリンダ部１１３のシリンダ軸線１１３ａである。各コンロッド１２６は、それぞれクランク軸１１１の周方向に対して９０°間隔をもって連結されているため、爆発間隔がいずれかの気筒との間で不等間隔となるように設定が可能である。

シリンダヘッド１１８は、下端の開口部１３２ａを介して吸気装置１２３を燃焼室１３１に連通させる吸気ポート１３２と、下端の開口部１３３ａを介して燃焼室１３１を排気管１２４に連通させる排気ポート１３３とを備える。吸気ポート１３２内には、燃料供給装置１３４によって燃料が噴射される。

動弁装置１２９は、吸気カムシャフト１２１および排気カムシャフト１２２と、吸気ポート１３２の開口部１３２ａを開閉する吸気弁１３５と、排気ポート１３３の開口部１３３ａを開閉する排気弁１３６と、吸気弁１３５を閉弁方向に付勢する弁ばね１３５ａと、排気弁１３６を閉弁方向に付勢する弁ばね１３６ａとを備える。

吸気弁１３５は、１つの気筒１２５毎に、クランク軸１１１の軸方向に並んで一対設けられる。排気弁１３６は、１つの気筒１２５毎に、クランク軸１１１の軸方向に並んで一対設けられる。すなわち、１つの気筒１２５には、４つの弁１３５，１３６が配置されている。

吸気弁１３５は、吸気カムシャフト１２１に設けられた吸気カム１２１ａに押圧されることで駆動され、所定のタイミングで開口部１３２ａを開く。排気弁１３６は、排気カムシャフト１２２に設けられた排気カム１２２ａに押圧されることで駆動され、所定のタイミングで開口部１３３ａを開く。

クランク軸１１１は、クランク室から外側に突出した軸端部に、駆動スプロケット１３７を備える。クランク軸１１１の駆動力は、駆動スプロケット１３７と吸気カムシャフト１２１および排気カムシャフト１２２とを接続する駆動力伝達部材１３８によって動弁装置１２９に伝達される。エンジン１１０は、複数の気筒１２５の配列におけるもっとも外側の気筒の側方に隣接する位置に駆動力伝達部材収納室１３９を備える。駆動力伝達部材１３８は、駆動力伝達部材収納室１３９に収納される。駆動力伝達部材１３８は、例えばチェーンである。

ピストン１１６は、吸気ポート１３２から燃焼室１３１に供給される混合気が点火プラグ１３０に点火されて燃焼することで、シリンダボア１２８内を往復運動する。エンジン１１０には、シリンダ部１１３内の圧力を検出する燃焼圧センサ１４０が設けられている。

図９は、シリンダブロック部１１７をシリンダヘッド１１８側から見た平面図である。また、図１０は図９のX-X線断面図である。燃焼圧センサ１４０は、円柱状の本体部１４０ａと、その先端部に設けられる感圧部１４０ｂと、本体部１４０ａの基端部から引き出される配線部１４０ｃとを備える。感圧部１４０ｂは、本体部１４０ａよりも小径に形成されている。燃焼圧センサ１４０は、例えば圧電式のセンサである。感圧部１４０ｂで検出された圧力は、本体部１４０ａの回路部によって電気信号に変換され、配線部１４０ｃを介してエンジン１１０または車両の制御部に出力される。

シリンダブロック部１１７は、クランク軸１１１の軸線１１１ａに沿って配設される複数のシリンダボア１２８と、複数のシリンダボア１２８を周囲から囲うように設けられる外壁部１４２と、シリンダボア１２８と外壁部１４２との間に形成されるウォータージャケット１４３とを備える。シリンダブロック部１１７の外壁部１４２の上面部には、シリンダヘッド１１８をシリンダブロック部１１７に結合するボルトが挿通される固定孔１１７ａが複数形成されている。

固定孔１１７ａは、シリンダボア１２８の前方側および後方側において、クランク軸１１１の軸線１１１ａに沿うように複数設けられている。詳細には、固定孔１１７ａは、シリンダボア１２８の配列における両外側のシリンダボア１２８の外側面部の前後と、互いに隣接するシリンダボア１２８同士の結合部の前後とに設けられている。シリンダボア１２８の配設方向は、クランク軸１１１の軸線１１１ａの延在方向である。また、シリンダボア１２８の前後方向は、図９の平面視において軸線１１１ａに直交する方向である。

ウォータージャケット１４３には、エンジン１１０の冷却水が流れる。ウォータージャケット１４３は、シリンダボア１２８の前後に配置されており、シリンダボア１２８を前方および後方から覆う。ウォータージャケット１４３は、クランク軸１１１の軸方向において、互いに隣接する固定孔１１７ａの間に延在している。

シリンダブロック部１１７は、ウォータージャケット１４３の上端部でシリンダボア１２８と外壁部１４２とをシリンダボア１２８の径方向に繋ぐブリッジ部１４４を備える。ブリッジ部１４４は、シリンダボア１２８の前後のウォータージャケット１４３にそれぞれ設けられている。ブリッジ部１４４は、シリンダボア１２８の配列方向でシリンダボア１２８を２等分する面上に設けられている。また、ブリッジ部１４４の上面は、シリンダブロック部１１７とシリンダヘッド１１８との結合面となるシリンダブロック部１１７の上面と面一である。シリンダブロック部１１７の剛性はブリッジ部１４４によって向上する。

図１１は、図１０の燃焼圧センサ１４０の周辺部を拡大した断面図である。シリンダブロック部１１７は、その上部において燃焼室１３１の近傍に、燃焼圧センサ１４０を支持するセンサ支持孔１４５を備える。センサ支持孔１４５は、シリンダブロック部１１７をシリンダボア１２８の径方向に貫通する孔である。センサ支持孔１４５は、シリンダボア１２８の後方に配置されると共に、クランク軸１１１の軸線１１１ａおよびシリンダ軸線１１３ａに直交する向きで配置される。

センサ支持孔１４５は、外壁部１４２、ブリッジ部１４４およびシリンダボア１２８を貫通する孔であり、その一部がブリッジ部１４４に設けられている。センサ支持孔１４５は、外壁部１４２の外面からシリンダボア１２８側へ内側に延びる支持孔部１４５ａと、支持孔部１４５ａをシリンダボア１２８の内部に連通させる検出孔１４５ｂとを備える。

支持孔部１４５ａには、燃焼圧センサ１４０の感圧部１４０ｂおよび本体部１４０ａが挿入されて支持される。検出孔１４５ｂは、燃焼圧センサ１４０の感圧部１４０ｂよりも小径に形成されている。燃焼圧センサ１４０は、シリンダブロック部１１７の後方の外側から支持孔部１４５ａに挿入され、感圧部１４０ｂの先端面の外周部が、検出孔１４５ｂと支持孔部１４５ａとの間の段部に突き当てられる。感圧部１４０ｂは、センサ支持孔１４５を介してシリンダボア１２８の内部に露出する。

燃焼圧センサ１４０は、その軸線であるセンサ軸線１４０ｄが、クランク軸１１１の軸線１１１ａおよびシリンダ軸線１１３ａに直交する向きでセンサ支持孔１４５内に配置され、シリンダボア１２８の後方に位置する。センサ軸線１４０ｄは、感圧部１４０ｂおよび本体部１４０ａの中心を通る。燃焼圧センサ１４０は、シリンダボア１２８内を密閉できるようにセンサ支持孔１４５に固定される。燃焼圧センサ１４０は、例えば、燃焼圧センサ１４０に設けたねじ部等によってセンサ支持孔１４５に固定されるが、この固定方法は特に限定されない。

ピストン１１６は、円板状のピストンヘッド部１５０と、ピストンヘッド部１５０の外周部１５０ａの一部からクランク軸１１１側に延出するスカート部１５１と、ピストンヘッド部１５０の天面１１６ａの裏面側に設けられるピストンピンボス部１５２とを一体に備える。ピストンヘッド部１５０の外周部１５０ａの溝には、天面１１６ａ側から順に、複数のピストンリング１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃが装着されている。

ピストンピンボス部１５２の孔には、ピストンピン１２６ａが挿通される。スカート部１５１は、ピストンヘッド部１５０の前部および後部からそれぞれ下方に延出している。すなわち、スカート部１５１は、ピストン１１６においてピストンピン１２６ａに直交する方向に位置する部分に形成されている。ピストンピンボス部１５２は、スカート部１５１側に延びてスカート部１５１の裏面に結合されている。

ピストンヘッド部１５０の外周部１５０ａの上部には、ピストン１１６の径方向内側に窪む凹部１５５が形成されている。凹部１５５は、ピストン１１６の天面１１６ａまで連続している。凹部１５５の底面は、クランク軸１１１の軸線１１１ａに平行な平坦面であり、凹部１５５は、例えば、外周部１５０ａの一部を機械加工で一段切削することで形成される。

凹部１５５は、最も天面１１６ａに近い位置に配置されるピストンリング１５３ａと天面１１６ａとの間の位置に形成されている。このため、ピストンリング１５３ａを適切な位置に設けながら凹部１５５を設けることができる。凹部１５５の深さは、ピストンリング１５３ａの径方向の厚さｔ１よりも小さい。また、ピストン１１６の軸方向における凹部１５５の長さは、ピストンリング１５３ａの板厚ｔ２よりも大きい。

凹部１５５は、ピストン１１６が上死点の位置にある状態において、燃焼圧センサ１４０のセンサ軸線１４０ｄの延長線上に位置するように設けられている。このため、ピストン１１６が上死点の位置にある状態では、燃焼圧センサ１４０の感圧部１４０ｂは、検出孔１４５ｂを介して凹部１５５内に露出すると共に、凹部１５５に対向する。

また、ピストン１１６が上死点の位置にある状態では、ピストン１１６の天面１１６ａとシリンダヘッド１１８の下面との間には隙間１５６が形成されており、隙間１５６は、凹部１５５に連通している。ピストン１１６が上死点の位置にある状態では、燃焼圧センサ１４０の感圧部１４０ｂは、検出孔１４５ｂ、凹部１５５および隙間１５６を介して燃焼室１３１に連通する。このため、ピストン１１６が上死点の位置にある状態の燃焼室１３１内の圧力を燃焼圧センサ１４０で検出できる。

また、ピストン１１６が上死点の位置以外にある状態、例えば、下死点の位置にピストン１１６がある状態では、燃焼圧センサ１４０の感圧部１４０ｂは、検出孔１４５ｂを介してシリンダボア１２８の内部に露出する。このため、シリンダボア１２８の内部の圧力を燃焼圧センサ１４０で検出することができる。

図１３は、本発明の一実施形態に係る失火判定装置の主要部の構成を示した機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。

失火判定はECUの一機能であり、パルサセンサ６７の出力はECUの失火判定装置２００に入力される。失火判定装置２００は、パルサセンサ６７の出力に基づいてエンジン回転数NEを計算するNE算出部２０１、前記燃焼圧センサ４０，１４０の設けられている気筒の失火を当該センサ４０（１４０）の出力に基づいて判断する燃焼圧ベース失火判定部２０２、および前記燃焼圧センサ４０（１４０）の設けられていない残余全ての気筒の失火をクランク角速度ωの変化に基づいて判断する角速度ベース失火判定部２０３を備える。

前記燃焼圧ベース失火判定部２０２において、クランク角検知部２０２ａは、各シリンダ内の行程容積を求めるためにクランク角を検知する。燃焼圧検知部２０２ｂは、燃焼圧センサ４０（１４０）の出力に基づいて筒内の燃焼圧を計算する。IMEP（平均有効圧力）計算部２０２ｃは、図１４に示したように、前記クランク角に基づいて求まる行程容積値と前記燃焼圧センサ４０（１４０）の出力との関係に基づいて指圧線図（PV線図）を求め、圧縮上死点（TDC）から膨張下死点（BDC）を経て排気上死点へ進み、さらに吸気下死点から圧縮上死点へ戻るまでの曲線内の面積値をIMEPとして計算する。

図１４は、正常燃焼時[同図(a)]および失火時[同図(b)]における行程容積と筒内の燃焼圧との関係を示した指圧線図の典型例を示した図であり、平均有効圧力IMEPは、吸気下死点から上死点を経て膨張行程後の下死点までの囲まれた範囲（斜線部分）の面積として定義される。

正常燃焼時は、同図(a)に示したように、IMEPは所定の面積を有することになる。これに対して、失火状態では、同図(b)に示したように、圧縮行程で断熱圧縮した混合気が燃焼しないので断熱膨張し、同じラインをトレースするので面積はほぼゼロになる。したがってマージンをとって閾値IMEP_refを設定すれば失火を判断できる。

図１３へ戻り、失火判定部２０２ｄは、前記IMEPを所定の閾値IMEP_refと比較し、IMEP＜IMEP_refであれば当該気筒が失火状態と判定する。あるいは、前回サイクルで算出したIMEP_n-1と今回サイクルで算出したIMEP_nとを比較し、IMEP_nがIMEP_n-1よりも有意に小さければ失火状態と判定するようにしても良い。

前記角速度ベース失火判定部２０３において、角速度検知部２０３ａは、パルス間時間に基づいて各クランク角度におけるクランク角速度ωを計算する。失火パラメータ計算部２０３ｂは、クランク角速度ωに基づいて適宜の失火パラメータを計算する。失火判定部２０３ｃは、前記失火パラメータとクランク角速度ωの変化に基づいて失火の有無を判定する。

本実施形態によれば、膨張行程の期間が重複せずに角速度ベースでの失火判定が可能な気筒ついては燃焼圧センサを設けずに角速度ベースでの失火判定を行う一方、膨張行程の期間が重複するために角速度ベースでの失火判定が困難な気筒にのみ燃焼圧センサを設けて燃焼圧ベースでの失火判定を行うので、全ての気筒に燃焼圧センサを配置する従来技術に較べて燃焼圧センサの使用数を減らすことができ、簡単な構成かつ低コストで高精度の失火判定を実現できるようになる。

また、本実施形態によれば、クランク角センサの出力に基づく行程容積値と燃焼圧センサの出力との関係に基づいて指圧線図（PV線図）を求め、指圧線図における圧縮上死点から膨張下死点に至る曲線内の面積値（IMEP）に基づいて失火状態を判定するので、エンジンの燃焼状態を定量的に把握することができ、合理的な失火判定が可能になる。

さらに、本実施形態では、燃焼圧センサを隣接する気筒のシリンダヘッドの間に配置し、その感圧部４０ｂ（１４０ｂ）が検出対象気筒の燃焼室に連通する連通通路に露出するようにしたので、隣り合う気筒の何れか一方ののみを検知したい場合でも、センサの取付位置を共通化しながら、連通通路の形状を異ならせるのみの対応が可能となり、複数種の内燃機関での配置が容易に行えるようになる。

さらに、上記の実施形態では膨張行程の期間が重なる気筒ペアのうち、爆発順序が先の気筒にのみ燃焼圧センサを設けるものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、後の気筒のみ又は気筒ペアの双方に設けるようにしても良い。さらに、膨張行程の期間が重なる気筒ペアが複数存在する場合には、燃焼圧センサを気筒ペアごとにその一方または双方に設けても良い。

１０（１１０）…エンジン，１１（１１１）…クランク軸，１３（１１３）…シリンダ部，１７（１１７）…シリンダブロック部，１８（１１８）…シリンダヘッド，３０（１３０）…点火プラグ，４０（１４０）…筒内の燃焼圧センサ，４０ｂ（１４０ｂ）…感圧部，４５（１４５）…センサ支持孔，５３…パルサリング，６７…パルサセンサ，１２５…気筒，２００…失火判定装置，２０１…NE算出部，２０２…燃焼圧ベース失火判定部，２０３…角速度ベース失火判定部

Claims (7)

1. 爆発順序が連続し、膨張行程の期間が一部重なる爆発タイミング特性を有する気筒ペアを含む４ストローク式の多気筒式内燃機関の失火判定装置において、
   クランク角速度を検知する手段(53,66,67)と、
   前記気筒ペアの少なくとも一方に設けられた燃焼圧センサ(40,140)と、
   前記燃焼圧センサが設けられた気筒の失火を前記燃焼圧センサの出力に基づいて判定する燃焼圧ベース失火判定手段(202)と、
   前記燃焼圧センサが設けられていない残余全ての気筒の失火を前記クランク角速度に基づいて判定する角速度ベース失火判定手段(203)とを具備したことを特徴とする失火判定装置。
2. 前記内燃機関が、爆発間隔が180度未満の気筒ペアを有する不等間隔爆発エンジンであることを特徴とする請求項１に記載の失火判定装置。
3. 前記内燃機関が、爆発間隔が90度の気筒ペアを有する不等間隔爆発エンジンであることを特徴とする請求項２に記載の失火判定装置。
4. 前記燃焼圧ベース失火判定手段(202)が、
   クランク角を検知する手段(202a)と、
   燃焼圧センサの出力に基づいて筒内の燃焼圧を検知する手段(202b)と、
   クランク角に基づく行程容積値と前記燃焼圧センサの出力との関係に表す指圧線図（PV線図）を用いて平均有効圧力（IMEP）を計算する手段(202c)と、
   前記IMEPに基づいて失火状態を判定する失火判定手段(202d)とを具備したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の失火判定装置。
5. 前記失火判定手段(202d)は、今回サイクルで求めたIMEPを失火判定閾値IMEP_refと比較し、IMEP＜IMEP_refであると失火状態と判定することを特徴とする請求項４に記載の失火判定装置。
6. 前記失火判定手段(202d)は、前回サイクルで算出したIMEP_n-1を今回サイクルで算出したIMEP_nと比較し、IMEP_nがIMEP_n-1よりも小さければ失火状態と判定することを特徴とする請求項４に記載の失火判定装置。
7. 前記燃焼圧センサ(40,140)が隣接する気筒のシリンダヘッドの間に配置され、その感圧部(40b，140b)が燃焼室に連通する連通通路に露出することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の失火判定装置。

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