JP7183133B2

JP7183133B2 - 内燃機関失火検出装置

Info

Publication number: JP7183133B2
Application number: JP2019172070A
Authority: JP
Inventors: 勝徳田▲崎▼; 伸宏 ▲高▼武
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2022-12-05
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: JP2021050618A

Description

本発明は、内燃機関の失火を検出する内燃機関失火検出装置に関する。

内燃機関であるエンジンにおいては、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の４つの行程を繰り返すことで出力が生み出されている。エンジンの制御装置は、これらエンジンの各行程を判別することで、燃料の噴射や点火などのタイミングを制御している。この際、エンジンの運転状態に応じて、点火タイミングで点火しないエンジン失火を生じる場合がある。かかるエンジン失火を生じた場合には、ドライバビリティの悪化又は排気性能の悪化等を招く。このため、従来、エンジン失火を検出することにより、この検出結果に基づいて運転者に報知して整備工場への持ち込みを促したり、エンジンの運転状態を制御して、ドライバビリティ又は排気性能の悪化を低減させたりすることが行われている。

従来のエンジン失火の検出方法としては、単一の閾値をクランク軸の回転変動量と比較してエンジン失火を検出するものが知られている。ここで、エンジン失火には、単独でエンジン失火を生じる単独失火状態と、連続してエンジン失火を生じる連続失火状態と、の少なくとも２つの状態がある。この際に、連続失火時のクランク軸の回転変動量は、単独失火時のクランク軸の回転変動量よりも小さくなることが知られている。この場合において、単一の閾値とクランク軸の回転変動量とを比較してエンジン失火を検出する場合には、連続失火を生じているにも関わらず、失火無しと誤検出する可能性がある。

このような状況において、特許文献１は、内燃機関の前回の回転数と今回の回転数との差が第１の閾値を超えた場合には単独失火と判定し、内燃機関の前回の回転数と今回の回転数との差が第１の閾値以下且つ第２の閾値を超えた場合には連続失火と判定し、内燃機関の前回の回転数と今回の回転数との差が第２の閾値以下の場合には失火無しと判定する失火検出装置を開示している。特許文献１の失火検出装置では、異なる閾値を用いて失火を検出するため、失火検出の精度を向上させることができる。

特開２００９－１７４５０３号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、例えば二輪車の内燃機関のような慣性マスの小さな内燃機関では、連続失火を生じた際のクランク軸の回転変動量が失火を生じていない場合のクランク軸の回転変動量に近い場合があることを確認した。これに対して、特許文献１において、第２の閾値を低い値に設定することにより連続失火を検出することができる一方、連続失火以外の要因でクランク軸の回転変動量が小さくなった場合に、連続失火していると誤検出する可能性がある。従って、特許文献１の失火検出装置では、連続失火の誤検出を防ぐために第２の閾値をある程度高い値に設定する必要があり、連続失火を生じているにも関わらず、クランク軸の回転変動量が第２の閾値以下となる場合に、失火を検出できないこととなる。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、連続失火を生じている場合であっても精度よく失火を検出することができる内燃機関失火検出装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、内燃機関の失火を検出する内燃機関失火検出装置であって、所定のクランク角度毎に前記内燃機関の回転速度に応じた回転速度パラメータを算出し、前記回転速度パラメータの基準値を算出し、前記基準値と前記回転速度パラメータとの偏差を算出すると共に、前記偏差の積算値を算出する失火判定パラメータ算出部と、前記積算値と、第１の判定閾値及び第２の判定閾値と、の比較に基づいて失火判定を行う失火判定部と、を有し、前記第１の判定閾値は、前記積算値が前記第２の判定閾値よりも小さい値であり、前記失火判定部は、所定期間における前記積算値が前記第１の判定閾値よりも小さい値である場合に失火回数として１をカウントし、前記所定期間における前記積算値が前記第１の判定閾値よりも大きい値且つ前記第２の判定閾値よりも小さい値である状態が連続して所定回数続いた場合に、前記失火回数として前記所定回数をカウントすることを第１の局面とする。

また、本発明は、第１の局面に加えて、前記失火判定部は、前記所定回数をカウントした後に連続して前記状態を検出した場合に、前記状態を検出する毎に前記失火回数として１をカウントすることを第２の局面とする。

本発明の第１の局面にかかる内燃機関失火検出装置によれば、内燃機関の失火を検出する内燃機関失火検出装置であって、所定のクランク角度毎に内燃機関の回転速度に応じた回転速度パラメータを算出し、回転速度パラメータの基準値を算出し、基準値と回転速度パラメータとの偏差を算出すると共に、偏差の積算値を算出する失火判定パラメータ算出部と、積算値と、第１の判定閾値及び第２の判定閾値と、の比較に基づいて失火判定を行う失火判定部と、を有し、第１の判定閾値は、積算値が第２の判定閾値よりも小さい値であり、失火判定部は、所定期間における積算値が第１の判定閾値よりも小さい値である場合に失火回数として１をカウントし、所定期間における積算値が第１の判定閾値よりも大きい値且つ第２の判定閾値よりも小さい値である状態が連続して所定回数続いた場合に、失火回数として所定回数をカウントするものであるため、連続失火を生じている場合であっても精度よく失火を検出することができる。

また、本発明の第２の局面にかかる内燃機関失火検出装置によれば、失火判定部は、所定回数をカウントした後に連続して状態を検出した場合に、状態を検出する毎に失火回数として１をカウントするものであるため、連続失火を簡単な手法で確実に検出することができる。

図１は、本発明の実施形態における内燃機関失火検出装置及び異常判定装置の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施形態における内燃機関失火検出処理の流れの一例を示すタイムチャートである。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における内燃機関失火検出装置につき、詳細に説明する。

＜異常判定装置の構成＞
図１を参照して、本実施形態における異常判定装置及び内燃機関失火検出装置の構成について説明する。

図１は、本発明の実施形態における異常判定装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態における異常判定装置１は、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）等の電子制御装置によって構成され、図示を省略する鞍乗型車両等の車両に搭載されている。

異常判定装置１は、悪路走行判定部２と、失火率判定閾値算出部３と、内燃機関失火検出装置４と、失火率算出部５と、異常判定部６と、を備えていると共に、図示を省略するメモリ等を備えており、メモリには必要な制御プログラム及び制御データ等が格納されている。なお、これらの悪路走行判定部２、失火率判定閾値算出部３、失火率算出部５及び異常判定部６は、各々、異常判定装置１が備える図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の演算処理装置がメモリから必要な制御プログラム及び制御データを読み出して実行する際の機能ブロックとして示している。

悪路走行判定部２は、車速を検出する車速センサ１３から入力される車速に応じた電気信号に基づいて、悪路走行中であるか否かを判定し、判定結果に応じた電気信号を失火率判定閾値算出部３に出力する。具体的には、悪路走行判定部２は、車速センサ１３から入力される車速に応じた電気信号に基づいて、車速の短期移動平均と長期移動平均とを算出し、車速に応じた監視期間において、短期移動平均と長期移動平均とによって囲まれる領域の面積の面積積算値を算出すると共に、短期移動平均値と長期移動平均値との交差回数を算出する。悪路走行判定部２は、監視期間における面積積算値が所定の閾値以上且つ交差回数が所定の閾値以上の場合に悪路走行中であると判定して、悪路走行中の判定結果を示す電気信号を失火率判定閾値算出部３に出力する。

失火率判定閾値算出部３は、悪路走行判定装置２から入力される悪路走行中の判定結果を示す電気信号に基づいて失火率判定閾値を算出し、算出した失火率判定閾値を示す電気信号を異常判定部６に出力する。具体的には、失火率判定閾値算出部３は、悪路走行判定部２から入力される悪路走行中の判定結果を示す電気信号に基づいて、所定期間に対する悪路走行期間の割り合いと悪路走行期間以外の期間の割り合いとを算出し、算出した各割り合いに各々所定値を乗算すると共に、所定値を乗算した各乗算値を加算して失火率判定閾値を算出する。

内燃機関失火検出装置４は、後述の内燃機関失火検出処理を実行することにより、クランクセンサ１２から入力されるエンジンのクランク角度（図示を省略するクランク軸の回転角度）に応じた電気信号、及び吸気圧力センサ１１から入力されるスロットルバルブとエンジンとの間の吸気圧力に応じた電気信号に基づいて、内燃機関の失火を検出する。内燃機関失火検出装置４は検出した内燃機関の失火に応じた電気信号を失火率算出部５に出力する。

具体的には、内燃機関失火検出装置４は、失火判定パラメータ算出部４１と、失火判定閾値算出部４２と、失火判定部４３と、カウンタ４４と、を有している。なお、これらの失火判定パラメータ算出部４１、失火判定閾値算出部４２及び失火判定部４３は、各々、内燃機関失火検出装置４が備える図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の演算処理装置がメモリから必要な制御プログラム及び制御データを読み出して実行する際の機能ブロックとして示している。

失火判定パラメータ算出部４１は、クランクセンサ１２から入力されるエンジンのクランク角度に応じた電気信号に基づいて、所定のクランク角度毎にクランク軸の角速度（以下、「クランク角速度」と記載する）を算出する。失火判定パラメータ算出部４１は、吸気圧力センサ１１から入力されるスロットルバルブとエンジンとの間の吸気圧力に応じた電気信号、及びクランクセンサ１２から入力されるエンジンのクランク角度に応じた電気信号に基づいて、基準角速度及び所定の積算区間を求める。ここで、所定の積算区間は、例えばエンジンの圧縮行程終了時から膨張行程終了時までの区間である。また、基準角速度は、例えばエンジンの圧縮行程終了時のクランク角速度である。

失火判定パラメータ算出部４１は、所定の積算区間において、クランク角速度から基準角速度を減じてクランク角速度と基準角速度との偏差を算出し、算出した偏差を積算して角速度積算値を求める。失火判定パラメータ算出部４１は、算出した角速度積算値に応じた電気信号を失火判定部４３に出力する。

失火判定閾値算出部４２は、異なる２つの判定閾値を算出して、算出した異なる２つの判定閾値を示す電気信号を失火判定部４３に出力する。

失火判定部４３は、失火判定パラメータ算出部４１から入力される角速度積算値に応じた電気信号と、失火判定閾値算出部４２から入力される異なる２つの判定閾値を示す電気信号と、に基づいて失火の有無を検出すると共に、失火を検出した際にカウンタ４４に失火回数をカウントさせる。失火判定部４３は、カウンタ４４にカウントさせた失火回数を示す電気信号を失火率算出部５に出力する。

カウンタ４４は、失火判定部４３において検出した失火回数をカウントする。

失火率算出部５は、内燃機関失火検出装置４から入力される失火回数を示す電気信号に基づいて、失火率を算出する。具体的には、失火率算出部５は、所定期間における失火の有無の判定回数に対する失火回数の割り合いである失火率を算出する。失火率算出部５は、算出した失火率を示す電気信号を異常判定部６に出力する。

異常判定部６は、失火率算出部５から入力される電気信号の示す失火率と、失火率判定閾値算出部３から入力される電気信号の示す失火率判定閾値と、を比較して、失火率が失火率判定閾値以上の場合に失火異常と判定し、判定結果に応じた電気信号を出力する。

以上のような構成を有する異常判定装置１における内燃機関失火検出装置４は、以下に示す内燃機関失火検出処理を実行することによって、連続失火を生じている場合であっても精度よく失火を検出する。

＜内燃機関失火検出処理＞
図２を参照して、本実施形態における内燃機関失火検出処理の流れについて詳しく説明する。

図２は、本発明の実施形態における内燃機関失火検出処理の流れの一例を示すタイムチャートである。

図２において、図２（ａ）は失火判定パラメータとしての角速度積算値の推移を示しており、図２（ｂ）は単独失火カウントの指示の有無の推移を示しており、図２（ｃ）は連続失火カウント指示値の推移を示しており、図２（ｄ）は失火回数カウント値の推移を示している。なお、図２は、単気筒の内燃機関における運転状態の一例を示している。

失火判定パラメータ算出部４１は、所定の積算区間Ｔｆにおいて、クランク角速度から基準角速度を減じてクランク角速度と基準角速度との偏差を算出し、算出した偏差を積算して角速度積算値を求める。

次に、失火判定部４３は、失火判定パラメータ算出部４１から入力される角速度積算値に応じた電気信号と、失火判定閾値算出部４２から入力される異なる２つの判定閾値である第１の判定閾値ＴＨ１及び第２の判定閾値ＴＨ２を示す電気信号と、に基づいて、失火の有無を検出する。

ここで、失火を生じた際の角速度積算値は、各種の抵抗によるクランク角速度の低下を伴うことにより失火が発生していない場合と比較して小さい値となる。また、第１の判定閾値ＴＨ１は、図２（ａ）に示すように、角速度積算値が第２の判定閾値ＴＨ２よりも小さい値に設定されている。

具体的には、失火判定部４３は、所定期間における角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも小さい値である場合に単独失火が生じたと判定し、失火回数としてカンタ４４に１をカウントさせる。また、失火判定部４３は、所定期間における角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも大きい値且つ第２の判定閾値ＴＨ２よりも小さい値である状態が連続して所定回数続いた場合に、失火回数としてカウンタ４４に所定回数をカウントさせる。

例えば、図２の時刻ｔ＝ｔ１において、失火判定部４３は、角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも小さい値であるため、単独失火が生じたと判定し、カウンタ４４に単独失火カウントを指示する。これにより、カウンタ４４は、失火回数として１をカウントして失火回数カウント値を１とする。

時刻ｔ＝ｔ２において、失火判定部４３は、角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも小さい値であるため、単独失火が生じたと判定し、カウンタ４４に単独失火カウントを指示する。これにより、カウンタ４４は、失火回数として１をカウントして失火回数カウント値を２とする。

時刻ｔ＝ｔ３において、失火判定部４３は、角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも小さい値であるため、単独失火が生じたと判定し、カウンタ４４に１の単独失火カウントを指示する。これにより、カウンタ４４は、失火回数として１をカウントして失火回数カウント値を３とする。

時刻ｔ＝ｔ４において、失火判定部４３は、角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも小さい値であるため、単独失火が生じたと判定し、カウンタ４４に１の単独失火カウントを指示する。これにより、カウンタ４４は、失火回数として１をカウントして失火回数カウント値を４とする。

時刻ｔ＝ｔ５において、失火判定部４３は、角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも大きい値且つ第２の判定閾値ＴＨ２よりも小さい値であるため、カウンタ４４に待機回数として１をカウントさせて、角速度積算値と第１の判定閾値ＴＨ１及び第２の判定閾値ＴＨ２との比較を継続する。これにより、カウンタ４４の失火回数カウント値は４のままであり、カウンタ４４の待機回数は１となる。

時刻ｔ＝ｔ６において、失火判定部４３は、角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも大きい値且つ第２の判定閾値ＴＨ２よりも小さい値であるため、カウンタ４４に待機回数として１をカウントさせて、角速度積算値と第１の判定閾値ＴＨ１及び第２の判定閾値ＴＨ２との比較を継続する。これにより、カウンタ４４の失火回数カウント値は４のままであり、カウンタ４４の待機回数は２となる。

時刻ｔ＝ｔ７において、失火判定部４３は、角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも大きい値且つ第２の判定閾値ＴＨ２よりも小さい値であるため、カウンタ４４に待機回数として１をカウントさせる。失火判定部４３は、カウンタ４４でカウントしている待機回数が所定回数の３に達したことにより、連続失火が生じたと判定し、カウンタ４４に所定回数の連続失火カウントを指示すると共に待機回数をリセットさせる。これにより、カウンタ４４は、失火回数として３をカウントして失火回数カウント値を７とすると共に、待機回数をリセットする。なお、上記の所定回数は、３に限らず、３以外の２又は４以上であってもよい。

時刻ｔ＝ｔ８において、失火判定部４３は、角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも大きい値且つ第２の判定閾値ＴＨ２よりも小さい値であるため、連続失火が生じたと判定し、カウンタ４４に１の連続失火カウントを指示する。これにより、カウンタ４４は、失火回数として１をカウントして失火回数カウント値を８とする。

時刻ｔ＝ｔ８から時刻ｔ＝ｔ９までにおいて、失火判定部４３は、角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも大きい値且つ第２の判定閾値ＴＨ２よりも小さい値であるため、連続失火が生じたと判定し、判定する毎にカウンタ４４に１をカウントさせる連続失火カウントを指示する。これにより、カウンタ４４は、失火回数として１ずつカウントして失火回数カウント値を９、１０、１１・・・とする。

時刻ｔ＝ｔ９において、失火判定部４３は、角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも大きい値であるため、単独失火及び連続失火を生じていないと判定し、カウンタ４４にカウントの指示を与えない。

以上の本実施形態における内燃機関失火検出装置では、第１の判定閾値ＴＨ１が、角速度積算値が第２の判定閾値ＴＨ２よりも小さい値であり、所定期間における角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも小さい値である場合に失火回数として１をカウントし、所定期間における角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも大きい値且つ第２の判定閾値ＴＨ２よりも小さい値である状態が連続して所定回数続いた場合に、失火回数として所定回数をカウントするものであるため、連続失火を生じている場合であっても精度よく失火を検出することができる。

また、本実施形態における内燃機関失火検出装置では、所定回数をカウントした後に連続して所定期間における角速度積算値が第１の判定閾値ＴＨ１よりも大きい値且つ第２の判定閾値ＴＨ２よりも小さい値である状態を検出した場合に、状態を検出する毎に失火回数として１をカウントするものであるため、連続失火を簡単な手法で確実に検出することができる。

また、本実施形態における内燃機関失火検出装置は、クランク角速度を用いて失火を検出したが、これに限らずクランク角速度以外のクランク角速度と相関のある任意のパラメータを用いて失火を検出してもよい。

本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明においては、連続失火を生じている場合であっても精度よく失火を検出することができる内燃機関失火検出装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から鞍乗型車両等の車両の内燃機関失火検出装置に広範に適用され得るものと期待される。

１…異常判定装置
２…悪路走行判定部
３…失火率判定閾値算出部
４…内燃機関失火検出装置
５…失火率算出部
６…異常判定部
１１…吸気圧センサ
１２…クランクセンサ
１３…車速センサ
４１…失火判定パラメータ算出部
４２…失火判定閾値算出部
４３…失火判定部
４４…カウンタ

Claims

内燃機関の失火を検出する内燃機関失火検出装置であって、
所定のクランク角度毎に前記内燃機関の回転速度に応じた回転速度パラメータを算出し、前記回転速度パラメータの第１の基準値を算出し、前記第１の基準値と前記回転速度パラメータとの偏差を算出すると共に、前記偏差の積算値を算出する失火判定パラメータ算出部と、
前記積算値と、第１の判定閾値及び第２の判定閾値と、の比較に基づいて失火判定を行う失火判定部と、
を有し、
前記第１の判定閾値は、
前記積算値が前記第２の判定閾値よりも小さい値であり、
前記失火判定部は、
所定期間における前記積算値が前記第１の判定閾値よりも小さい値である場合に失火回数として１をカウントし、前記所定期間における前記積算値が前記第１の判定閾値よりも大きい値且つ前記第２の判定閾値よりも小さい値である状態が連続して所定回数続いた場合に、前記失火回数として前記所定回数をカウントする、
ことを特徴とする内燃機関失火検出装置。
前記失火判定部は、
前記所定回数をカウントした後に連続して前記状態を検出した場合に、前記状態を検出する毎に前記失火回数として１をカウントする、
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関失火検出装置。