JP7327358B2 - ハイブリッド車両のエンジン失火検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、ハイブリッド車両のエンジン検出装置に関し、より詳細には、発電専用の内燃機関を備えるハイブリッド車両のエンジン失火検出装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の失火判定装置が開示されている。この内燃機関は、動力分割方式のハイブリッド車両に搭載されている。そして、内燃機関は、トーショナルダンパを介して後段（主に、動力分割機構及び２つのモータジェネレータ（ＭＧ１及びＭＧ２））と接続されている。失火判定装置は、エンジン運転状態がダンパを含む後段の共振領域に属しないときには通常時失火検出処理（第１の手法）により失火を判定する。一方、エンジン運転状態がダンパを含む後段の共振領域に属するときには通常時失火検出処理と異なる共振領域失火検出処理（第２の手法）により失火を判定する。これら第１及び第２の手法は、何れもエンジン回転変動に基づく失火検出手法である。

また、特許文献２には、一定時間継続してすべての気筒に対して燃料カットを実行し、その後に１気筒ずつ順番に燃料カットを解除しながら失火気筒を特定する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、エンジンデバイスの動作確認を正確かつ簡単に行うために、エンジンを一定の軸トルクで回転させているときのエンジンの回転速度が一定となるようにモータジェネレータの出力をフィードバック制御する技術が開示されている。

特開２０１１－０５２６９８号公報 特開２０００－２４８９８９号公報 特開２００１－２６８７１１号公報

ところで、発電専用の内燃機関を備えるシリーズ方式のハイブリッド車両（レンジエクステンダ式電気自動車も同様）において、内燃機関と発電機との間にトーショナルダンパが介在する構成が知られている。このようなシリーズ方式では、車両走行用電動機とともに内燃機関が車輪に接続される方式（例えば、特許文献１に記載の動力分割方式、又はパラレル方式）と比べて、トーショナルダンパに対して非エンジン側（すなわち、発電機又は電動機の側）に位置する回転要素のイナーシャが小さくなる。その結果、特定の１つの気筒において連続失火が発生した際のエンジン回転速度によっては、反共振点の影響でエンジン回転変動が生じにくくなる。このため、シリーズ方式のハイブリッド車両に搭載された発電専用の内燃機関においては、従来のエンジン回転変動（クランク軸の回転変動）を利用した手法では連続失火を適切に検出することが困難な状況が生じ得る。したがって、失火検出手法の改善が求められる。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド車両に搭載された発電専用の内燃機関の連続失火の検出精度を高めることができるエンジン失火検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係るハイブリッド車両のエンジン失火検出装置は、内燃機関と発電機とを備えるハイブリッド車両に搭載されている。内燃機関は、複数の気筒とクランク軸とを有し、発電専用である。発電機は、トーショナルダンパを介してクランク軸と連結されている。
エンジン失火検出装置は、発電機回転角センサとプロセッサとを備える。発電機回転角センサは、発電機回転軸の回転角を検出する。プロセッサは、内燃機関の失火を検出する失火検出処理を実行する。
失火検出処理は、発電機回転軸の回転速度の振幅の大きさに相関し且つ発電機回転角センサを用いて検出される振幅相関値が判定閾値よりも大きい場合に、内燃機関に失火が生じたと判定する第１失火検出処理を含む。

エンジン失火検出装置は、クランク角センサをさらに備えてもよい。失火検出処理は、クランク角センサを用いて検出されるクランク軸の回転変動に基づいて内燃機関の失火を検出する第２失火検出処理を含んでもよい。クランク角センサを用いて検出されるクランク軸の回転速度に対応するエンジン回転周波数の２分の１の周波数値が特定周波数値以下の場合には第１失火検出処理を選択してもよい。そして、上記２分の１の周波数値が特定周波数値よりも大きい場合には第２失火検出処理を選択してもよい。特定周波数値は、内燃機関のトルクに対するクランク軸の回転角変位の比である伝達関数のゲインが、内燃機関のトルクに対する発電機回転軸の回転角変位の比である伝達関数のゲインと等しくなるときの周波数の値である。

プロセッサは、上記２分の１の周波数値が特定周波数値以下であって且つ内燃機関の点火時期を最適点火時期よりも遅角しているエンジン運転条件において、第１失火検出処理を選択してもよい。

プロセッサは、内燃機関の冷間始動直後のファストアイドル運転時に、第１失火検出処理を実行してもよい。

振幅相関値は、発電機回転軸の回転速度の全振幅の大きさであってもよい。

トーショナルダンパに対して発電機の側に位置する回転要素のイナーシャが小さくなるシリーズ方式のハイブリッド車両（レンジエクステンダ式電気自動車も同様）では、特定の１つの気筒において連続失火が生じた際に、トーショナルダンパの共振の影響によってクランク軸の回転変動よりも発電機回転軸の回転変動の方が生じ易くなるエンジン回転速度領域（例えば、後述の図１０に示す低周波数帯域Ｂ１に対応）がある。本発明に係る第１失火検出処理によれば、発電機回転軸の回転速度の振幅の大きさに相関する振幅相関値が判定閾値よりも大きい場合に、内燃機関に失火が生じたと判定される。このような手法によれば、上記エンジン回転速度領域の使用中に、簡易な手法で連続失火の検出精度を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係るハイブリッド車両の構成の一例を示す模式図である。 回転変動指標値とイナーシャ比Ｒとの関係を表したグラフである。 図１に示すシリーズハイブリッド車両の動力伝達系Ｐをモデル化して示す図である。 ハイブリッド車両Ｘと図１に示すシリーズハイブリッド車両との間で回転変動指標値と周波数ｆとの関係を比較して説明するためのグラフである。 失火が生じていない場合のエンジン回転速度Ｎｅ及びＭＧ回転速度Ｎｍｇの波形を説明するためのタイムチャートである。 特定の１つの気筒で連続失火が生じている場合のエンジン回転速度Ｎｅ及びＭＧ回転速度Ｎｍｇの波形を説明するためのタイムチャートである。 ハイブリッド車両Ｘと図１に示すシリーズハイブリッド車両との間での連続失火時のエネルギ比率の違いを表した図である。 ランダム失火が生じている場合のエンジン回転速度Ｎｅ及びＭＧ回転速度Ｎｍｇの波形を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態１に係る失火検出処理Ａの流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る失火検出処理の選択手法を説明するためのグラフである。 実施の形態２に係る失火検出処理の流れを示すフローチャートである。

以下に説明される各実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１
１－１．ハイブリッド車両の構成
図１は、実施の形態１に係るハイブリッド車両１の構成の一例を示す模式図である。より詳細には、図１には、ハイブリッド車両１が備えるパワートレーンシステム１０が表されている。パワートレーンシステム１０は、内燃機関１２と、第１モータジェネレータ（第１ＭＧ）１４と、第２モータジェネレータ（第２ＭＧ）１６と、バッテリ１８と、制御装置２０とを備えている。

第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６は、例えば三相交流型のモータジェネレータである。バッテリ１８は、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６に供給される電力を蓄える。制御装置２０は、内燃機関１２、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６を制御するように構成されている。制御装置２０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２と、電力制御ユニット（ＰＣＵ）２４とを備えている。ＰＣＵ２４は、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６を駆動するためのインバータを含む電力変換装置であり、ＥＣＵ２２からの指令に基づいて第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６を制御する。

内燃機関１２は、一例として火花点火式エンジンである。内燃機関１２は、複数（一例として、３つ）の気筒１２ａ（第１～第３気筒＃１～＃３）と、クランク軸１２ｂとを備えている。クランク軸１２ｂは、３つの気筒１２ａで共有されている。クランク軸１２ｂは、トーショナルダンパ２６を介して第１ＭＧ１４の回転軸１４ａと連結されている。また、内燃機関１２は、点火装置１２ｃ（各気筒１２ａに配置された点火プラグのみ図示）を備えている。ＥＣＵ２２は、点火装置１２ｃを制御することで点火時期を変更することができる。さらに、内燃機関１２の排気通路１２ｄには、排気浄化触媒１２ｅが配置されている。

第１ＭＧ１４は主に発電機として機能する。具体的には、第１ＭＧ１４は、内燃機関１２の動力を用いて発電を行う。このため、第１ＭＧ１４及びその回転軸１４ａは、それぞれ、本発明に係る「発電機」及び「発電機回転軸」の一例に相当する。ＰＣＵ２４は、第１ＭＧ１４によって生成された電力を交流から直流に変換してバッテリ１８に蓄える。その結果、バッテリ１８が充電される。また、第１ＭＧ１４は、エンジン始動時には電動機として機能する。具体的には、ＰＣＵ２４は、バッテリ１８に蓄えられた電力を直流から交流に変換して第１ＭＧ１４に供給し、第１ＭＧ１４は、内燃機関１２のクランキングを行う。ただし、本発明に係る「発電機」は、内燃機関１２の動力を利用する発電機としての機能のみを有してもよい。

第２ＭＧ１６は、ディファレンシャルギヤ等のギヤ類（図示省略）とともに電動駆動ユニット２８内に収容されている。第２ＭＧ１６は主に車両を駆動する電動機として機能する。具体的には、ＰＣＵ２４は、バッテリ１８に蓄えられた電力を直流から交流に変換して第２ＭＧ１６に供給し、第２ＭＧ１６は、駆動軸３０及びこれに接続される車輪３２を駆動するためのトルクを発生させる。その結果、車両（車輪３２）が駆動される。

内燃機関１２は、上述のように第１ＭＧ１４とは連結されているが、駆動軸３０とは連結されていない。すなわち、内燃機関１２は発電専用エンジンであり、発電を行うために始動される。付け加えると、内燃機関１２だけでなく第１ＭＧ１４も、駆動軸３０と連結されていない。

ＥＣＵ２２は、プロセッサ２２ａとメモリ２２ｂとを有する。メモリ２２ｂには、内燃機関１２、第１ＭＧ１４及び第２ＭＧ１６の各種の処理及び制御に用いられるマップを含む各種のデータ及び各種の制御プログラムが記憶されている。プロセッサ２２ａがメモリ２２ｂから制御プログラムを読み出して実行することにより、制御装置２０による各種の処理及び制御が実現される。なお、制御装置２０は、複数のＥＣＵを用いて構成されてもよい。具体的には、制御装置２０は、例えば、パワートレーンシステム１０を統括的に制御するＥＣＵと、内燃機関１２を制御するＥＣＵと、第１ＭＧ１４を制御するＥＣＵと、第２ＭＧ１６を制御するＥＣＵとを個別に備えてもよい。

制御装置２０（ＥＣＵ２２）は、さらに、パワートレーンシステム１０の動作を制御するためのセンサ類からセンサ信号を取り込む。センサ類は、クランク軸１２ｂの回転角（クランク角）を検出するクランク角センサ３４と、第１ＭＧ１４の回転軸１４ａの回転角を検出するレゾルバ（発電機回転角センサ）３６とを含む。プロセッサ２２ａは、クランク角センサ３４の信号に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出でき、また、プロセッサ２２ａは、レゾルバ３６の信号に基づいて回転軸１４ａの回転速度（以下、「ＭＧ回転速度Ｎｍｇ」と称する）を算出できる。

パワートレーンシステム１０が搭載されたハイブリッド車両１は、いわゆるシリーズ方式のハイブリッド車両である。また、本発明の適用対象となるハイブリッド車両は、パワートレーンシステム１０に対して外部充電機能が加えられたシリーズ方式のプラグインハイブリッド車両であってもよい。さらに、本発明の適用対象となる車両は、いわゆるレンジエクステンダ式電気自動車（Range Extended Electric Vehicle）であってもよい。このようなレンジエクステンダ式電気自動車は、例えば、図１に示すパワートレーンシステム１０の基本構成を利用しつつ外部充電機能を追加し、かつ、バッテリ１８の容量を高めることによって構成することができる。

１－２．失火検出処理
図１に示すＥＣＵ２２が備えるプロセッサ２２ａは、本発明に係る「エンジン失火検出装置が備えるプロセッサ」の一例に相当する。プロセッサ２２ａは、内燃機関１２の失火を検出するための失火検出処理を実行する。本実施形態では、失火検出処理として、本発明に係る「第１失火検出処理」に相当する後述の「失火検出処理Ａ」が実行される。

内燃機関１２に発生する失火のパターンには、特定の１つの気筒が複数のサイクルにわたって連続的に失火する「連続失火」と、複数の気筒を対象として非連続的且つランダムに失火する「ランダム失火」とが含まれる。以下に説明される失火検出処理Ａは、シリーズ方式のハイブリッド車両１に搭載される発電専用の内燃機関１２の連続失火の検出において高い失火検出性を有するものである。ただし、この失火検出処理Ａは、ランダム失火の検出にも用いることができる。

１－２－１．シリーズハイブリッド車両における連続失火の検出に関する課題
シリーズ方式のハイブリッド車両（以下、単に「シリーズハイブリッド車両」とも称する）１では、他の方式（例えば、動力分割方式又はパラレル方式）のハイブリッド車両と比べて、トーショナルダンパ２６に対して非エンジン側（すなわち、第１ＭＧ１４の側）に位置する回転要素のイナーシャＩｍｇが小さくなる。その結果、これらの方式の違いによって振動モードが変化するため、連続失火が発生した際のエンジン回転速度Ｎｅによっては、内燃機関１２からトーショナルダンパ２６を介した第１ＭＧ１４までの動力伝達系Ｐ（後述の図３参照）の反共振点の影響でエンジン回転変動（すなわち、クランク軸１２ｂの回転変動）が生じにくくなる。このため、シリーズハイブリッド車両１に搭載された発電専用の内燃機関１２においては、一般的なエンジン回転変動を利用した手法では連続失火を適切に検出することが困難な状況が生じ得る。したがって、失火検出手法の改善が求められる。

次に、上述の課題及びそれから得られた知見について、上記他の方式のハイブリッド車両の一例であるハイブリッド車両Ｘ（特許文献１に記載のような動力分割方式）とシリーズハイブリッド車両１とを比較しつつ詳述する。また、上述の課題が顕著に生じるエンジン運転条件の例として、点火時期の遅角（目的は、例えば触媒暖機）を伴うファストアイドル運転条件がある。そこで、上述の課題に関する以下の詳細説明は、このような触媒暖機を伴うファストアイドル運転条件を主に取り上げつつ行われる。なお、ファストアイドル運転とは、エンジン冷却水温度が所定値未満で行われる冷間始動の直後にアイドル回転速度を高めつつ行われるエンジン運転（エンジン暖機運転）のことである。そして、ファストアイドル運転中に行われる点火時期の遅角によれば、例えば排気浄化触媒１２ｅの暖機促進のために、点火時期が最適点火時期ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque)よりも遅角される。

失火が発生していない場合には、クランク軸１２ｂの２回転中に、各気筒１２ａにおいて１回の燃焼が生じる。これに対し、特定の１つの気筒において連続失火が生じている場合には、クランク軸１２ｂの２回転中に１回という周期で失火が生じる。その結果、この連続失火の影響によって生じるエンジントルクＴｅの周期的な変動成分（すなわち、回転０．５次周波数のトルク変動成分）がトーショナルダンパ２６に入力されることになる。このような連続失火に起因するトルク変動成分は、動力伝達系Ｐの共振の影響を受けて第１ＭＧ１２の回転軸１２ａの回転変動に影響を及ぼすことになる。

図２は、回転変動指標値とイナーシャ比Ｒとの関係を表したグラフである。図２に示す関係は、動力伝達系（内燃機関、トーショナルダンパ、及びトーショナルダンパよりも後段の構成要素）の仕様に基づいて定まるものである。なお、図２中の「エンジン側」とは、トーショナルダンパに対するエンジン側の回転要素（すなわち、主にはクランク軸及びフライホイール）を示している。また、「ＭＧ側」とは、トーショナルダンパに対して非エンジン側の回転要素（ハイブリッド車両Ｘでは上述の後段の回転要素がこれに相当し、シリーズハイブリッド車両１では第１ＭＧ１４の回転軸１４ａがこれに相当）を示している。

図２は、触媒暖機を伴うファストアイドル運転条件（エンジン回転速度Ｎｅとしては、例えば１３００ｒｐｍ）における関係を示している。図２の縦軸の２０ｌｏｇ_１０（ＭＡＧ）は、エンジントルクＴｅ（入力）に対するエンジン側／ＭＧ側の回転角変位（出力）の比である伝達関数のゲインをデシベル表示したものであり、以下、便宜上「回転変動指標値」とも称する。この伝達関数の具体例は、図３を参照して後述される。この回転変動指標値は、その値が大きいほど、連続失火に伴うエンジントルクＴｅの（変動成分の）入力を受けた際にトーショナルダンパのねじり共振の影響によって回転変動が生じ易くなること（換言すると、回転速度Ｎｅ又はＮｍｇの振幅が大きくなること）を示している。回転速度Ｎｅ又はＮｍｇの振幅が大きいことは、回転変動を利用した失火検出を精度良く行う上で好ましい。したがって、図２に示すように、回転変動指標値が大きいほど、失火検出性は良好となる。

図２の横軸のイナーシャ比Ｒは、「エンジン側」の回転要素のイナーシャＩｅｎｇに対する「ＭＧ側」の回転要素のイナーシャＩｍｇの比に相当する。図２に示す例では、イナーシャ比Ｒが所定値Ｒ１である場合に、エンジン側及びＭＧ側の回転変動指標値が交差している。そして、所定値Ｒ１未満の低イナーシャ比範囲では、ＭＧ側の回転変動指標値がエンジン側のそれを上回っている。したがって、この低イナーシャ比範囲では、ＭＧ側の回転変動を利用することで、高い失火検出性を確保できると考えられる。一方、所定値Ｒ１よりも高い高イナーシャ比範囲では、エンジン側の回転変動指標値がＭＧ側のそれを上回っている。したがって、この高イナーシャ比範囲では、エンジン側の回転変動を利用することで、高い失火検出性を確保できるといえる。

既に説明したように、シリーズハイブリッド車両１では、非エンジン側（ＭＧ側）のイナーシャＩｍｇが小さい。このため、シリーズハイブリッド車両１のイナーシャ比Ｒは、０．２６等の低イナーシャ比範囲に属する値をとる。このことは、シリーズハイブリッド車両１の例に限らず、シリーズハイブリッド車両全般にいえることである。一方、動力分割方式のハイブリッド車両Ｘ（パラレル方式も同様）では、イナーシャＩｍｇはエンジン側のイナーシャＩｅｎｇと近い値をとり、したがって、そのイナーシャ比Ｒは、０．７４等の高イナーシャ比範囲に属する値をとる。

上述した図２に示す関係から、触媒暖機を伴うファストアイドル運転条件では、ＭＧ側の回転変動を利用することにより、シリーズハイブリッド車両１に搭載された内燃機関１２の連続失火の検出性を高められることが分かる。

図３は、シリーズハイブリッド車両１の動力伝達系Ｐをモデル化して示す図である。図３では、内燃機関１２及び第１ＭＧ１４とともに、これらの間に介在するトーショナルダンパ２６がバネ要素及び減衰要素によって表されている。図３において、Ｉｅｎｇ及びＩｍｇはそれぞれエンジン側及びＭＧ側の回転要素のイナーシャであり、Ｔｅはエンジントルクである。θｅｎｇはクランク角であり、θｍｇは第１ＭＧ１４の回転軸１４ａの回転角である。ｋはバネ要素のバネ定数であり、ｃは、減衰要素の減衰係数であり、例えば、ｋ／１０００という値をとる。

エンジン側の回転要素の運動方程式、及びＭＧ側の回転要素の運動方程式は、次の（１）及び（２）式のようにそれぞれ表すことができる。（１）及び（２）式にラプラス変換を施すことにより、（３）及び（４）式をそれぞれ得ることができる。（３）式は、エンジン側におけるエンジントルクＴｅ（入力）に対する回転角変位Ｘｅｎｇ（出力）の関係を示す伝達関数を表している。（４）式は、ＭＧ側におけるエンジントルクＴｅ（入力）に対する回転角変位Ｘｍｇ（出力）の関係を示す伝達関数を表している。図２及び後述の図４（Ａ）、４（Ｂ）及び１０では、このようにして算出される伝達関数が用いられている。

次に、図４（Ａ）及び４（Ｂ）は、ハイブリッド車両Ｘとシリーズハイブリッド車両１との間で回転変動指標値と周波数ｆとの関係を比較して説明するためのグラフである。図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示す関係は、上述の図２に示す関係と同様に、動力伝達系（内燃機関、トーショナルダンパ、及びトーショナルダンパよりも後段の構成要素）の仕様に基づいて定まるものである。また、各図には、トーショナルダンパ（より詳細には、動力伝達系）の共振点及び反共振点が表されている。さらに、各図に示す周波数値ｆｎｅ１は、触媒暖機を伴うファストアイドル運転条件におけるエンジン回転速度Ｎｅ（クランク軸１２ｂの回転速度）の値の一例である１３００ｒｐｍに対応するエンジン回転周波数ｆｎｅの０．５次の周波数値（すなわち、エンジン回転周波数ｆｎｅの２分の１の周波数値）である１０．８Ｈｚを示している。

図４（Ａ）は、比較のためのハイブリッド車両Ｘに関する回転変動の周波数特性を示している。トーショナルダンパの後段側（ＭＧ側）のイナーシャＩｍｇがシリーズハイブリッド車両１のそれと比べて大きいハイブリッド車両Ｘでは、ファストアイドル運転時のエンジン回転周波数値ｆｎｅ１は、共振点（９．４Ｈｚ）よりも高周波側に位置している。そして、このエンジン回転周波数値ｆｎｅ１では、エンジン側の回転変動指標値がＭＧ側のそれを上回っている。したがって、ハイブリッド車両Ｘにおけるファストアイドル運転時であれば、エンジン側の回転変動を利用する公知の失火検出手法を使用することは妥当であるといえる。

一方、ＭＧ側のイナーシャＩｍｇがハイブリッド車両Ｘのそれと比べてはるかに小さくなるシリーズハイブリッド車両１では、共振点は図４（Ｂ）に示すように車両Ｘのそれよりも高周波側に移動する。その結果、エンジン回転周波数ｆｎｅ１は、共振点（１３．４Ｈｚ）よりも低周波側に位置し、かつ、共振点よりも低周波側に位置する反共振点に近づいている。そして、エンジン回転周波数ｆｎｅ１では、エンジン側の回転変動指標値がハイブリッド車両Ｘのそれと比べて小さくなっている。このため、エンジン側の回転変動が生じにくくなる。したがって、シリーズハイブリッド車両１におけるファストアイドル運転時では、一般的なエンジン回転変動を利用した失火検出手法の利用は適切ではないことが分かる。その一方で、エンジン回転周波数ｆｎｅ１では、ＭＧ側の回転変動は生じ易くなっていることが分かる。

１－２－２．エンジン回転速度及びＭＧ回転速度の波形
次に、図５は、失火が生じていない場合のエンジン回転速度Ｎｅ及びＭＧ回転速度Ｎｍｇの波形を説明するためのタイムチャートである。図６は、特定の１つの気筒で連続失火が生じている場合のエンジン回転速度Ｎｅ及びＭＧ回転速度Ｎｍｇの波形を説明するためのタイムチャートである。これらの図では、比較のために参照するハイブリッド車両Ｘに関する波形は細い実線で示され、本実施形態のシリーズハイブリッド車両１に関する波形は太い実線で示されている。また、これらの図には、触媒暖機を伴うファストアイドル運転時の波形が表されており、エンジン回転速度Ｎｅは一定値（一例として１３００ｒｐｍ）を中心に推移している。

まず、図５に示すように、失火が生じていない場合には、１サイクル中に第１気筒＃１、第２気筒＃２及び第３気筒＃３の順で燃焼トルク（エンジントルクＴｅ）が発生する。エンジン回転速度Ｎｅは、この燃焼トルクの変化に連動して変動する。付け加えると、失火が生じてない場合には、シリーズハイブリッド車両１におけるエンジン回転速度Ｎｅは、ハイブリッド車両Ｘの同様に変動する。一方、ＭＧ回転速度Ｎｍｇには、両者の間で違いが見られる。具体的には、エンジン側からＭＧ側に入力されるトルクはトーショナルダンパの存在によってなまされるが、イナーシャＩｍｇが相対的に小さいシリーズハイブリッド車両１におけるＭＧ回転速度Ｎｍｇの波形は、ハイブリッド車両Ｘのそれと比べて高周波数で変動する。

次に、図６に示す例では、特定の気筒（第３気筒＃３）において連続失火が生じている。ハイブリッド車両Ｘでは、図４を参照して説明したように、ファストアイドル運転時にはエンジン側の回転変動（すなわち、エンジン回転速度Ｎｅの変動）の方がＭＧ側の回転変動よりも生じ易くなる。具体的には、失火が生じると、図６中に矢印Ａを付して示すようにエンジン回転速度Ｎｅが上昇せず、かつ、その後、矢印Ｂを付して示すようにエンジン回転速度Ｎｅが大きく低下する。これは、シリーズハイブリッド車両１と比べてイナーシャＩｍｇが大きなハイブリッド車両Ｘでは、失火により燃焼トルクがなくなると、エンジン回転速度Ｎｅが下がり易くなるためである。その結果、記号Ｃを付して示すように、連続失火の発生に伴うエンジン回転速度Ｎｅの振れ幅が大きくなる。このため、ハイブリッド車両Ｘでは、触媒暖機を伴うファストアイドル運転時にエンジン回転変動を利用する一般的な手法によって失火検出性を確保できる。

一方、シリーズハイブリッド車両１では、ＭＧ側のイナーシャＩｍｇが小さいため、矢印Ｄを付して示すように、失火が生じてもエンジン回転速度Ｎｅが下がりにくくなる。その結果、連続失火の発生に伴うエンジン回転速度Ｎｅの振れ幅が、ハイブリッド車両Ｘのそれと比べて小さくなる。その一方で、ＭＧ回転速度Ｎｍｇについては、失火なしの場合と対して大きな相違が見られないハイブリッド車両Ｘとは異なり、大きく変動することが図６から分かる。なお、図６に示す連続失火時の例では、ＭＧ回転速度Ｎｍｇは、トーショナルダンパの共振（より詳細には、動力伝達系）の影響を受けて変動している。したがって、図６に示すように、共振周波数（例えば、１３．４Ｈｚ）が相対的に高いシリーズハイブリッド車両１の波形におけるＭＧ回転速度Ｎｍｇの周期は、共振周波数（例えば、９．４Ｈｚ）が相対的に低いハイブリッド車両Ｘの波形におけるそれよりも短くなっている。

次に、図７（Ａ）及び７（Ｂ）を参照して、エネルギの観点による連続失火時の振動モードの解析結果について補足的に説明する。図７（Ａ）及び７（Ｂ）は、ハイブリッド車両Ｘとシリーズハイブリッド車両１との間での連続失火時のエネルギ比率の違いを表した図である。図７に示すエネルギ比率の算出結果は、図６に示すものと同じ試験データに基づくものである。内燃機関１２から出力されたトルク（すなわち、エンジントルクＴｅ）は、エンジン側及びＭＧ側の運動エネルギと、トーショナルダンパの歪エネルギとに変換される。

図７（Ａ）と図７（Ｂ）とを比較すると分かるように、トーショナルダンパの歪エネルギの比率については同等である。一方、運動エネルギについては、シリーズハイブリッド車両１では、ハイブリッド車両Ｘと比べて、エンジン側の運動エネルギの比率よりもＭＧ側の運動エネルギの比率の方が明らかに大きくなっている。このことは、シリーズハイブリッド車両１では、連続失火の発生時に、エンジン側の回転変動は生じにくく、その一方でＭＧ側の回転変動は生じ易いことを示している。

１－２－３．失火検出処理Ａの概要
上述の課題及び知見に鑑み、本実施形態では、内燃機関１２の失火検出のために、ＭＧ側の回転変動を利用した失火検出処理Ａが実行される。具体的には、失火検出処理Ａでは、プロセッサ２２ａは、「振幅相関値」が所定の判定閾値よりも大きい場合に、内燃機関１２に失火が生じたと判定する。

ここでいう振幅相関値とは、ＭＧ回転速度Ｎｍｇの振幅の大きさに相関する値である。本実施形態で用いられる振幅相関値の具体例は、例えば図６中に記号Ｅを付して示す全振幅である。また、振幅相関値は、例えば、同図中に記号Ｆ１及びＦ２を付して示す振幅（片振幅（換言すると、最大値と平均値との差、又は、平均値と最小値との差））の一方であってもよい。このような振幅相関値は、例えば、レゾルバ３６の出力信号を用いて算出することができる。

また、失火検出自体は、基本的には内燃機関１２の運転中に常時実行される。上述の説明は、触媒暖機を伴うファストアイドル運転条件を中心に連続失火を対象として行った。しかしながら、本実施形態では、一例として、当該ファストアイドル運転条件における失火検出だけでなく、エンジン運転中に行われるすべての失火検出が、失火検出処理Ａを用いて実行される。

より具体的には、本実施形態では、エンジン運転中に用いられるエンジン回転速度Ｎｅによらずに（換言すると、エンジン回転周波数ｆｎｅの０．５次の周波数値によらずに）、失火検出処理Ａが実行される。また、失火検出処理Ａによって検出可能な失火のパターンは、図６に示すようにＭＧ回転速度Ｎｍｇに対して上述の共振の影響が反映される連続失火に限られない。すなわち、失火検出処理Ａは、例えば次の図８を参照して説明されるランダム失火の検出に用いることもできる。

図８は、ランダム失火が生じている場合のエンジン回転速度Ｎｅ及びＭＧ回転速度Ｎｍｇの波形を説明するためのタイムチャートである。この図においても、比較のために参照するハイブリッド車両Ｘに関する波形は細い実線で示され、本実施形態のシリーズハイブリッド車両１に関する波形は太い実線で示されている。また、この図には、触媒暖機を伴うファストアイドル運転時の波形が表されており、エンジン回転速度Ｎｅは一定値（一例として１３００ｒｐｍ）付近で推移している。

ランダム失火の例でも、図８中に矢印Ｇを付して示すように、失火の発生に伴ってエンジン回転速度Ｎｅが低下する。ただし、単発的に失火が発生するランダム失火の例では、ＭＧ回転速度Ｎｍｇは、トーショナルダンパ（より詳細には、動力伝達系）の共振の影響を受けない。このため、同図中に矢印Ｈを付して示すように、失火の発生に伴ってＭＧ側に大きな回転変動が生じた後に、ＭＧ側の回転変動は直ちに収束に向かっている。このようなＭＧ回転速度Ｎｍｇの波形が得られるランダム失火の例においても、所定クランク角期間（例えば、１サイクル分の７２０°ＣＡ）を対象としてＭＧ回転速度Ｎｍｇの振幅相関値（例えば、全振幅の大きさ）を取得することにより、失火検出処理Ａを利用してランダム失火の検出が可能となる。

１－２－４．プロセッサによる処理
図９は、実施の形態１に係る失火検出処理Ａの流れを示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、内燃機関１２の始動完了後のエンジン運転中に繰り返し実行される。

図９では、プロセッサ２２ａは、まずステップＳ１００において、ＭＧ回転速度Ｎｍｇの全振幅の大きさを算出する。より具体的には、プロセッサ２２ａは、全振幅の大きさ（振幅相関値）の算出に必要な所定クランク角期間（例えば、１サイクル分の７２０°ＣＡ）中にレゾルバ３６を用いて検出されるＭＧ回転速度Ｎｍｇのデータに基づいて、全振幅の大きさを算出する。その後、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、プロセッサ２２ａは、ステップＳ１００にて算出した全振幅の大きさが所定の閾値ＴＨ１よりも大きいか否かを判定する。この閾値ＴＨ１は、連続失火を含む各種パターンの失火が生じた時の全振幅の大きさを、失火が生じていない時の全振幅の大きさと区別可能な値として事前に決定されている。

ステップＳ１０２において、全振幅の大きさが閾値ＴＨ１以下である場合には、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、プロセッサ２２ａは、内燃機関１２に失火が生じていないと判定する。

一方、全振幅の大きさが閾値ＴＨ１よりも大きい場合には、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、プロセッサ２２ａは、内燃機関１２に失火が生じていると判定する。

１－３．効果
以上説明したように、ＭＧ側のイナーシャＩｍｇが小さいシリーズハイブリッド車両１のための失火検出処理Ａによれば、ＭＧ側の回転変動の振幅相関値の利用により、ＭＧ側の回転変動がエンジン側の回転変動よりも生じ易い低周波数帯域（図４（Ｂ）参照）を使用するエンジン運転条件（例えば、触媒暖機を伴うファストアイドル運転条件）において、簡易な手法で連続失火の検出精度を高めることができる。

付け加えると、エンジン側の回転変動を利用する一般的な失火検出手法では、連続失火の検出精度の向上のために、エンジン回転速度Ｎｅに重畳するトーショナルダンパのねじり振動成分を排除したエンジン回転速度Ｎｅの取得のために複雑な処理が用いられることがあった。これに対し、回転角センサ（レゾルバ）３６を利用してＭＧ側の回転変動（振幅相関値）を取得する失火検出処理Ａによれば、連続失火の発生に伴って動力伝達系Ｐに生じる回転変動を直接的に検出できるようになる。このため、上述のような複雑な処理を用いることなく、連続失火を精度よく検出できるようになる。

また、本実施形態に係る失火検出処理Ａでは、振幅相関値としてＭＧ回転速度Ｎｍｇの全振幅の大きさが利用される。これにより、振幅（片振幅）の大きさを利用する例と比べて、大きな振幅相関値を判定閾値と比較できるようになる。このため、失火に起因するＭＧ回転速度Ｎｍｇの変動検出に関するＳ／Ｎ比を高めることができ、失火検出の精度を向上できる。

また、触媒暖機を伴うファストアイドル運転時のように点火時期が最適点火時期ＭＢＴに対して遅角されると、気筒１２ａ内での燃焼が緩慢となる。このため、最適点火時期ＭＢＴの使用時と比べて、エンジン側の回転変動が生じにくくなる。したがって、触媒暖機を伴うファストアイドル運転時に連続失火が生じた場合には、図４（Ｂ）を参照して説明した理由によってエンジン側の回転変動が生じにくいことに加え、点火時期の遅角の影響によってもエンジン側の回転変動が生じにくくなる。すなわち、エンジン側の回転変動を利用した一般的な失火検出手法では、連続失火を精度良く検出することが顕著に難しくなる。これに対し、エンジン側の回転変動を利用しない失火検出処理Ａによれば、そのような状況下における連続失火の検出性を効果的に高めることができる。付け加えると、触媒暖機を伴うファストアイドル運転時においてエンジン側の回転変動の検出性を高めるために点火時期の遅角量を減らすことは、触媒暖機に要する時間が長くなるので排気エミッション（未燃炭化水素ＨＣ）の排出量の増加に繋がる。これに対し、失火検出処理Ａの利用により、そのような点火時期の遅角量の低下を招くことなく、連続失火の検出性を確保できる。

２．実施の形態２
実施の形態２は、以下に説明する手法で内燃機関１２の運転中に失火検出処理が変更される点を除き、上述した実施の形態１と同様である。

２－１．失火検出処理
図１０は、実施の形態２に係る失火検出処理の選択手法を説明するためのグラフである。図１０は、図４（Ｂ）と同じ関係を示している。図１０中の特定周波数値ｆｔｈは、ＭＧ側の回転変動指標値（伝達関数のゲイン）とエンジン側の回転変動指標値とが交差する（すなわち、等しくなる）ときの周波数ｆの値に相当する。この特定周波数値ｆｔｈより低い低周波数帯域Ｂ１では、ＭＧ側の回転変動の方がエンジン側の回転変動よりも生じ易くなる。一方、周波数値ｆｔｈより高い高周波数帯域Ｂ２では、エンジン側の回転変動の方がＭＧ側の回転変動よりも生じ易くなる。したがって、２つの周波数帯域Ｂ１、Ｂ２の双方での高い失火検出性を両立させるためには、低周波数帯域Ｂ１ではＭＧ側の回転変動を利用し、高周波数帯域Ｂ２ではエンジン側の回転変動を利用することが好ましいといえる。

そこで、本実施形態では、エンジン回転周波数ｆｎｅの０．５次の周波数値（２分の１の周波数値）が特定周波数値ｆｔｈ以下の場合には、上述の失火検出処理Ａが選択される。一方、０．５次の周波数値が特定周波数値ｆｔｈよりも大きい場合には、失火検出処理Ｂが選択される。この失火検出処理Ｂは、クランク角センサ３４を用いて検出されるクランク軸１２ｂの回転変動に基づいて内燃機関１２の失火を検出する処理である（本発明に係る「第２失火検出処理」に相当）。

２－２．プロセッサによる処理
図１１は、実施の形態２に係る失火検出処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、内燃機関１２の始動完了後のエンジン運転中に繰り返し実行される。

図１１では、プロセッサ２２ａは、まずステップＳ２００において、エンジン回転周波数ｆｎｅの０．５次の周波数値（２分の１の周波数値）が特定周波数値ｆｔｈ（図１０参照）以下であるか否かを判定する。０．５次の周波数値は、クランク角センサ３４の信号を用いて算出される。

ステップＳ２００において、０．５次の周波数値が特定周波数値ｆｔｈ以下である場合には、処理はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、プロセッサ２２ａは、ＭＧ側の回転変動を利用する失火検出処理Ａを選択する。したがって、プロセッサ２２ａは、図９に示すフローチャートの処理を実行する。

一方、ステップＳ２００において、０．５次の周波数値が特定周波数値ｆｔｈよりも大きい場合には、処理はステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、プロセッサ２２ａは、クランク角センサ３４を用いて検出されるエンジン側の回転変動を利用する失火検出処理Ｂを選択する。具体的には、失火検出処理Ｂは、エンジン側の回転変動（エンジン回転速度Ｎｅの変動）を利用した手法であれば公知の任意の手法（例えば、特許文献１に記載の手法）を用いることができる。このため、ここでは、失火検出処理Ｂについての詳細な説明は省略される。

２－３．効果
以上説明した実施の形態２によれば、エンジン回転周波数ｆｎｅの０．５次の周波数値（２分の１の周波数値）が特定周波数値ｆｔｈ以下の場合には、ＭＧ側の回転変動を利用する失火検出処理Ａが選択され、０．５次の周波数値が特定周波数値ｆｔｈよりも大きい場合には、エンジン側の回転変動を利用する失火検出処理Ｂが選択される。これにより、２つの周波数帯域Ｂ１、Ｂ２（図１０参照）の双方での高い失火検出性を両立させることができる。

３．他の実施の形態
（失火検出処理Ａを使用するエンジン運転条件の他の例）
ＭＧ側の回転変動を利用する失火検出処理Ａ（第１失火検出処理）は、ファストアイドル運転条件に限らず、０．５次の周波数値（２分の１の周波数値）が特定周波数値ｆｔｈ（図１０参照）以下となる他のエンジン運転条件において、触媒暖機又は他の目的で最適点火時期ＭＢＴに対する点火時期の遅角が行われているときに実行されてもよい。

また、イナーシャＩｍｇが小さいシリーズハイブリッド車両におけるファストアイドル運転条件では、０．５次の周波数値（２分の１の周波数値）は、シリーズハイブリッド車両の仕様に関係なく低周波帯域Ｂ１（図１０参照）に属する。失火検出処理Ａは、触媒暖機又は他の目的での最適点火時期ＭＢＴに対する点火時期の遅角を伴わないファストアイドル運転時に実行されてもよい。

（イナーシャ比Ｒに応じた失火検出処理の選択例）
ＭＧ側の回転要素がギヤ比を有する場合には、ＭＧ側のイナーシャＩｍｇは当該ギヤ比（より詳細には、ギヤ比の２乗）の影響を受ける。したがって、当該ギヤ比を変更可能に構成されたパワートレーンシステムでは、内燃機関１２の運転中に、ギヤ比の変更に伴ってイナーシャＩｍｇが変化し、さらにはイナーシャ比Ｒ（図２参照）が変化することになる。その結果、内燃機関１２の運転中にイナーシャ比Ｒが所定値Ｒ１（図２参照）よりも低いか高いかに応じて、失火検出のためにＭＧ側の回転変動とエンジン側の回転変動のどちらを用いるのが適切であるかが変化し得る。そこで、このような構成を有するパワートレーンシステムを備えるシリーズハイブリッド車両では、エンジン失火検出装置のプロセッサは、内燃機関の運転中にイナーシャ比Ｒを算出するように構成されてもよい。そのうえで、プロセッサは、イナーシャ比Ｒが所定値Ｒ１以下の場合には失火検出処理Ａ（第１失火検出処理）を選択し、イナーシャ比Ｒが所定値Ｒ１よりも高い場合には失火検出処理Ｂ（第２失火検出処理）を選択してもよい。

１ シリーズ方式のハイブリッド車両
１０ パワートレーンシステム
１２ 内燃機関
１２ａ 気筒
１２ｂ クランク軸
１２ｃ 点火装置
１２ｅ 排気浄化触媒
１４ 第１モータジェネレータ（発電機）
１４ａ 第１モータジェネレータの回転軸（発電機回転軸）
１６ 第２モータジェネレータ（電動機）
１８ バッテリ
２０ 制御装置
２２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２２ａ プロセッサ
２６ トーショナルダンパ
３２ 車輪
３４ クランク角センサ
３６ レゾルバ（発電機回転角センサ）

Claims (5)

1. 複数の気筒とクランク軸とを有する発電専用の内燃機関と、トーショナルダンパを介して前記クランク軸と連結された発電機回転軸を有する発電機とを備えるハイブリッド車両に搭載されたエンジン失火検出装置であって、
   前記エンジン失火検出装置は、
   前記発電機回転軸の回転角を検出する発電機回転角センサと、
   前記内燃機関の失火を検出する失火検出処理を実行するプロセッサと、
   を備え、
   前記失火検出処理は、前記発電機回転軸の回転速度の振幅の大きさに相関し且つ前記発電機回転角センサを用いて検出される振幅相関値が判定閾値よりも大きい場合に、前記内燃機関に失火が生じたと判定する第１失火検出処理を含む
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン失火検出装置。
2. 前記エンジン失火検出装置は、クランク角センサをさらに備え、
   前記失火検出処理は、前記クランク角センサを用いて検出される前記クランク軸の回転変動に基づいて前記内燃機関の失火を検出する第２失火検出処理を含み、
   前記クランク角センサを用いて検出される前記クランク軸の回転速度に対応するエンジン回転周波数の２分の１の周波数値が特定周波数値以下の場合には前記第１失火検出処理を選択し、
   前記２分の１の周波数値が前記特定周波数値よりも大きい場合には前記第２失火検出処理を選択し、
   前記特定周波数値は、前記内燃機関のトルクに対する前記クランク軸の回転角変位の比である伝達関数のゲインが、前記内燃機関のトルクに対する前記発電機回転軸の回転角変位の比である伝達関数のゲインと等しくなるときの周波数の値である
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジン失火検出装置。
3. 前記プロセッサは、前記２分の１の周波数値が前記特定周波数値以下であって且つ前記内燃機関の点火時期を最適点火時期よりも遅角しているエンジン運転条件において、前記第１失火検出処理を選択する
   ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両のエンジン失火検出装置。
4. 前記プロセッサは、前記内燃機関の冷間始動直後のファストアイドル運転時に、前記第１失火検出処理を実行する
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１つに記載のハイブリッド車両のエンジン失火検出装置。
5. 前記振幅相関値は、前記発電機回転軸の回転速度の全振幅の大きさである
   ことを特徴とする請求項１～４の何れか１つに記載のハイブリッド車両のエンジン失火検出装置。

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