JP7363714B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の失火検出装置に関する。

たとえば下記特許文献１にはクランク軸がダンパを介して駆動輪側に機械的に連結された内燃機関に適用される失火検出装置が記載されている。この装置は、クランク軸の回転速度と、ダンパのうちの駆動輪側の回転速度である後段側速度との差を入力とする物理モデルに基づき、クランク軸の回転速度のうちの共振によるねじれ速度成分を算出する。そしてこの装置では、クランク軸の回転速度からねじれ速度成分を除去した値に基づき、失火の有無を判定する。さらにこの装置では、ねじれ速度成分の算出処理に、ハイパスフィルタを用いることにより、共振周波数よりも低い周波数成分である低周波成分を除去している。

特開２００８－２４８８７７号公報

上記装置において、ハイパスフィルタを無限応答型のフィルタにて構成する場合、周波数帯に応じて位相特性が異なる。そのため、共振が生じる回転周波数が複数ある場合、ねじれ速度成分を算出する処理を、共振が生じる回転周波数帯毎に各別に設ける必要がある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．ダンパを介して動力の伝達先にクランク軸が接続された多気筒の内燃機関に適用され、前記クランク軸の微小回転角度領域における回転速度であるクランク側速度を取得するクランク側取得処理と、前記ダンパのうちの前記クランク軸とは逆側における微小回転角度領域における回転速度である後段側速度を取得する後段側取得処理と、前記クランク側速度および前記後段側速度の差を入力とし、物理モデルに基づき前記クランク側速度のうち前記ダンパのねじれに起因した成分であるねじれ速度成分を算出する算出処理と、前記ねじれ速度成分が除去された前記クランク軸の回転速度を示す変数である判定用速度変数に基づき、前記内燃機関の失火の有無を判定する判定処理と、を実行し、前記算出処理は、前記物理モデルが扱う変数の値を、該変数の時系列データを有限応答型のローパスフィルタに入力した際の出力値だけ減少補正する補正処理を含む内燃機関の失火検出装置である。

上記構成では、ローパスフィルタを用いることにより、低周波成分を抽出できることから、補正処理によって、物理モデルで扱う変数の値に含まれる低周波成分を低減することができる。そして、ローパスフィルタを有限応答型のフィルタとすることにより、互いに異なる周波数帯における位相特性をそろえることが可能となり、ひいては、狙いとする複数の周波数帯におけるねじれ速度成分を同一の処理によって算出することができる。

２．前記ローパスフィルタは、入力される前記変数の個数を、前記内燃機関の気筒数の倍数個とするフィルタを含む上記１記載の内燃機関の失火検出装置である。
上記構成では、圧縮上死点の出現周波数の整数分の１の倍数の周波数成分のゲインを「１」として且つ位相特性の相違を小さくすることが可能となり、ひいては、ねじれ速度成分を高精度に算出できる。

３．前記ローパスフィルタは、１燃焼サイクルにおける前記変数の値の単純移動平均処理値を出力するフィルタを含む上記１または２記載の内燃機関の失火検出装置である。
上記構成では、回転０．５次の倍数の周波数成分のゲインを「１」として且つ位相特性の相違を小さくするうえで高い性能を発揮できる。

４．前記物理モデルは、前記差に応じた値を入力とする第１積分要素と、該第１積分要素の出力値に応じた値を入力とする第２積分要素とを含み、前記ローパスフィルタは、前記第２積分要素の出力値の時系列データを入力とするフィルタである第２出力側フィルタを含み、前記補正処理は、前記第２積分要素の出力値を前記第２出力側フィルタの出力値によって減少補正する処理を含む上記１～３のいずれか１つに記載の内燃機関の失火検出装置である。

低周波成分が生じる要因には、積分処理が含まれる。そこで上記構成では、第２積分要素の出力値を第２出力側フィルタの出力値によって減少補正することにより、第２積分要素の出力値の低周波成分を低減することができる。

５．前記物理モデルは、前記差に応じた値を入力とする第１積分要素と、該第１積分要素の出力値に応じた値を入力とする第２積分要素とを含み、前記ローパスフィルタは、前記第１積分要素の出力値の時系列データを入力とするフィルタである第１出力側フィルタを含み、前記補正処理は、前記第１積分要素の出力値を前記第１出力側フィルタの出力値によって減少補正する処理を含む上記１～４のいずれか１つに記載の内燃機関の失火検出装置である。

低周波成分が生じる要因には、積分処理が含まれる。そこで上記構成では、第１積分要素の出力値を第１出力側フィルタの出力値によって減少補正することにより、第１積分要素の出力値の低周波成分を低減することができる。

６．前記物理モデルは、前記差に応じた値を入力とする第１積分要素と、該第１積分要素の出力値に応じた値を入力とする第２積分要素とを含み、前記ローパスフィルタは、前記第１積分要素の出力値に応じた値の時系列データを入力とするフィルタである第２入力側フィルタを含み、前記補正処理は、前記第２積分要素の入力となる前記第１積分要素の出力値に応じた値を、前記第２入力側フィルタの出力値によって減少補正した値とする処理を含む上記１～５のいずれか１つに記載の内燃機関の失火検出装置である。

上記構成では、第１積分要素の出力値を第２入力側フィルタの出力値によって減少補正することにより、第２積分要素の入力に含まれる低周波成分を低減できる。
７．前記物理モデルは、前記差に応じた値を入力とする第１積分要素と、該第１積分要素の出力値に応じた値を入力とする第２積分要素とを含み、前記ローパスフィルタは、前記差の時系列データを入力とするフィルタである第１入力側フィルタを含み、前記補正処理は、前記第１積分要素の入力となる前記差に応じた値を、前記第１入力側フィルタの出力値によって前記差を減少補正した値とする処理を含む上記１～６のいずれか１つに記載の内燃機関の失火検出装置である。

上記構成では、第１積分要素の入力となる前記差に応じた値を、第１入力側フィルタの出力値によって前記差を減少補正した値とすることにより、第１積分要素の入力に含まれる低周波成分を低減できる。

８．前記算出処理は、前記第２積分要素の出力値に応じた値のうちの回転０．５次の倍数成分を抽出するコウムフィルタ処理を含む上記４～７のいずれか１つに記載の内燃機関の失火検出装置である。

上記構成では、回転０．５次の倍数成分を抽出するコウムフィルタ処理を採用することにより、回転０．５次の倍数以外の成分を低減することができる。

一実施形態にかかる制御装置および駆動系を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の一部の詳細な手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の一部の詳細な手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる周波数強度分布を示す図。 同実施形態にかかる効果を示す図。 同実施形態にかかる効果を示す図。

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は、４個の気筒である、気筒＃１，＃２，＃３，＃４を有する４ストロークエンジンである。内燃機関１０のクランク軸１２には、歯部２２が設けられたクランクロータ２０が結合されている。歯部２２は、クランク軸１２の複数の回転角度のそれぞれを示す。クランクロータ２０には、基本的には、１０°ＣＡ間隔で歯部２２が設けられているものの、隣接する歯部２２間の間隔が３０°ＣＡとなる箇所である欠け歯部２４が１箇所設けられている。これは、クランク軸１２の基準となる回転角度を示すためのものである。

クランク軸１２には、ダンパ１４を介して動力分割装置３０が機械的に連結されている。動力分割装置３０は、内燃機関１０、第１モータジェネレータ４０、および第２モータジェネレータ５０の動力を分割する。動力分割装置３０は、遊星歯車機構を備えており、遊星歯車機構のキャリアＣにダンパ１４を介してクランク軸１２が機械的に連結されており、サンギアＳに、第１モータジェネレータ４０の回転軸４２が機械的に連結されており、リングギアＲに、第２モータジェネレータ５０の回転軸５２が機械的に連結されている。なお、第１モータジェネレータ４０の端子には、第１インバータ４４の出力電圧が印加される。また、第２モータジェネレータ５０の端子には、第２インバータ５４の出力電圧が印加される。

動力分割装置３０のリングギアＲには、第２モータジェネレータ５０の回転軸５２に加えて、さらに、変速装置３２を介して駆動輪３４が機械的に連結されている。
制御装置６０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量であるトルクや排気成分比率等を制御すべく、内燃機関１０の各種操作部を操作する。また、制御装置６０は、第１モータジェネレータ４０を制御対象とし、その制御量であるトルクや回転速度等を制御すべく、第１インバータ４４を操作する。また、制御装置６０は、第２モータジェネレータ５０を制御対象とし、その制御量であるトルクや回転速度等を制御すべく、第２インバータ５４を操作する。

制御装置６０は、上記制御量を制御する際、クランク角センサ７０の出力信号Ｓｃｒや、第１モータジェネレータ４０の回転軸４２の回転角を検知する第１回転角センサ７２の出力信号Ｓｍ１、第２モータジェネレータ５０の回転軸５２の回転角を検知する第２回転角センサ７４の出力信号Ｓｍ２を参照する。

制御装置６０は、ＣＰＵ６２、ＲＯＭ６４、ＲＡＭ６６および周辺回路６８を備えており、それらがローカルネットワーク６９を介して通信可能とされている。ここで、周辺回路６８は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路や、電源回路、リセット回路等を含む。制御装置６０は、ＲＯＭ６４に記憶されたプログラムをＣＰＵ６２が実行することにより制御量を制御する。

図２に、制御装置６０が実行する処理の手順を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ６４に記憶されたプログラムをＣＰＵ６２が所定のクランク角度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。

図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ６２は、まず、現在のクランク軸１２の回転角度が、気筒＃１～＃４のうちの失火の検出対象とするものの圧縮上死点を基準としてＡＴＤＣ３０°ＣＡであるか否かを判定する（Ｓ１０）。ＣＰＵ６２は、ＡＴＤＣ３０°ＣＡであると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、クランク軸１２が圧縮上死点から３０°ＣＡ回転するまでに要する時間Ｔ３０［０］を取得する（Ｓ１２）。次にＣＰＵ６２は、ＡＴＤＣ９０°ＣＡとなるまで待機する（Ｓ１４：ＮＯ）。そしてＣＰＵ６２は、ＡＴＤＣ９０°ＣＡとなったと判定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、クランク軸１２がＡＴＤＣ６０°ＣＡ～ＡＴＤＣ９０°ＣＡだけ回転するまでに要した時間Ｔ３０［２］を取得する（Ｓ１８）。なお、Ｔ３０の後のカッコ内の数字は、３０°ＣＡ進むごとに「１」だけ増加する変数である。そしてＣＰＵ６２は、時間Ｔ３０［０］から時間Ｔ３０［２］を減算した値を、Ｓ１０の処理によって圧縮上死点が検知された気筒に関する回転変動量ΔＴ３０［０］に代入する（Ｓ２０）。回転変動量ΔＴ３０は、失火の検出対象となる気筒において失火が生じていない場合に負の値となり、失火が生じている場合に正の値となる変数である。なお、ＣＰＵ６２は、回転変動量ΔＴ３０［０］をＲＡＭ６６に記憶させる。

次にＣＰＵ６２は、３６０°ＣＡだけ前の回転変動量ΔＴ３０［２］を読み出す（Ｓ２２）。回転変動量ΔＴ３０［２］は、３６０°ＣＡだけ前にＳ２０の処理によってＲＡＭ６６に記憶された値である。そしてＣＰＵ６２は、回転変動量ΔＴ３０［０］から回転変動量ΔＴ３０［２］を減算した値が、閾値Δｔｈよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２４）。ここで、失火の検出対象となる気筒で失火が生じていない場合には、回転変動量ΔＴ３０［０］と回転変動量ΔＴ３０［２］とは同程度の量となることから、上記減算した値は、ゼロ程度の値となる。これに対し、失火の検出対象となる気筒において失火が生じる場合には、上記減算した値は正の大きい値となる。閾値Δｔｈは、失火が生じた際に上記減算した値がとりうる値に設定されている。

ＣＰＵ６２は、閾値Δｔｈよりも大きいと判定する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、カウンタＣｎをインクリメントする（Ｓ２６）。ＣＰＵ６２は、Ｓ２６の処理を完了する場合やＳ２４の処理において否定判定する場合には、Ｓ２４の処理を始めて実行したタイミングと後述のＳ３６の処理の実行タイミングとのうちのいずれか遅い方のタイミングから所定期間が経過したか否かを判定する（Ｓ２８）。そしてＣＰＵ６２は、所定期間が経過したと判定する場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、カウンタＣｎが閾値Ｃｎｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ３０）。閾値Ｃｎｔｈは、検出対象となる気筒において連続的に失火が生じている場合に所定期間内に同気筒で失火が生じる回数に応じて設定されている。ＣＰＵ６２は、閾値Ｃｎｔｈ以上であると判定する場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、失火の検出対象となる気筒において連続的に失火が生じている旨判定する（Ｓ３２）。そしてＣＰＵ６２は、図１に示した警告灯８０を操作することによって、ユーザにその旨を報知する報知処理を実行する（Ｓ３４）。

一方、ＣＰＵ６２は、カウンタＣｎが閾値Ｃｎｔｈ未満であると判定する場合（Ｓ３０：ＮＯ）、カウンタＣｎを初期化する（Ｓ３６）。
なお、ＣＰＵ６２は、Ｓ３４，Ｓ３６の処理が完了する場合や、Ｓ１０，Ｓ２８の処理において否定判定する場合には、図２に示した一連の処理を一旦終了する。

図３に、クランク軸１２が３０°ＣＡ回転するのに要する時間Ｔ３０を算出する処理の手順を示す。図３に示す処理は、ＲＯＭ６４に記憶されたプログラムをＣＰＵ６２が、クランク軸１２が３０°ＣＡする周期で繰り返し実行することにより実現される。具体的には、たとえばクランク角センサ７０が所定の歯部２２を検知することをトリガとして繰り返し実行される。なお、所定の歯部２２は、３０°ＣＡ毎に定義されているものとする。

図３に示す一連の処理において、ＣＰＵ６２は、まず直近の３０°ＣＡの回転角度領域をクランク軸１２が回転するのに要した時間ｅｔ３ｔｘｄｈを算出する（Ｓ４０）。この処理は、図１に示すように、クランク角センサ７０が３０°ＣＡだけ離間した２つの歯部２２のいずれか一方を検知してから他方を検知するまでに要した時間の計時処理となる。次にＣＰＵ６２は、３０°ＣＡに対応する角度定数ＣＲを時間ｅｔ３ｔｘｄｈによって除算することによって、直近の３０°ＣＡの回転角度領域におけるクランク軸１２の回転速度であるクランク側速度ωｅを算出する（Ｓ４２）。

次にＣＰＵ６２は、ダンパ１４のうちのキャリアＣ側の回転速度である後段側速度ωｏｕｔを算出する（Ｓ４４）。ＣＰＵ６２は、第１モータジェネレータ４０の回転軸４２の微小回転角度領域における回転速度ωｍ１と、第２モータジェネレータ５０の回転軸５２の微小回転角度領域における回転速度ωｍ２と、動力分割装置３０のギア比とに基づき、後段側速度ωｏｕｔを算出する。ここで、微小回転角度領域は、１回転よりも小さい回転角度領域とする。また、回転速度ωｍ１は、第１回転角センサ７２の出力信号Ｓｍ１に基づきＣＰＵ６２によって算出される。また、回転速度ωｍ２は、第２回転角センサ７４の出力信号Ｓｍ２に基づきＣＰＵ６２によって算出される。

次にＣＰＵ６２は、クランク側速度ωｅから後段側速度ωｏｕｔを減算した値を差分速度ωｄａｍｐに代入する（Ｓ４６）。次にＣＰＵ６２は、差分速度ωｄａｍｐの積算処理に基づきダンパ１４のクランク軸１２側とキャリアＣ側とのねじれ角θｄａｍｐを算出する（Ｓ４８）。そして、ＣＰＵ６２は、ねじれ角θｄａｍｐに弾性係数Ｋを乗算した値を、ねじれトルクＴｄａｍｐに代入する（Ｓ５０）。ねじれトルクＴｄａｍｐは、ダンパ１４のクランク軸１２側とキャリアＣ側とのねじれ角θｄａｍｐの絶対値がゼロよりも大きくなることによって発生するトルクである。

そしてＣＰＵ６２は、ねじれトルクＴｄａｍｐの積算処理に基づき、ダンパ１４のねじれによって発生するトルクがクランク軸１２の回転速度に及ぼす影響分を定量化した速度成分であるねじれ速度成分ωｒを算出する（Ｓ５２）。ここでは、ねじれトルクＴｄａｍｐに比例したクランク軸１２の角加速度成分の積算処理によってねじれ速度成分ωｒを算出する物理モデルを用いる。そして、ＣＰＵ６２は、クランク側速度ωｅからねじれ速度成分ωｒを減算した値によって角度定数ＣＲを除算した値を、時間Ｔ３０に代入する（Ｓ５４）。

なお、ＣＰＵ６２は、Ｓ５４の処理を完了する場合には、図３に示した一連の処理を一旦終了する。
図４に、Ｓ４８の処理の詳細な手順を示す。

図４に示す一連の処理において、ＣＰＵ６２は、まず直近に算出された差分速度ωｄａｍｐと、時間ｅｔ３ｔｘｄｈとを取得する（Ｓ６０）。次にＣＰＵ６２は、直近の２４個の差分速度ωｄａｍｐ［０］～ωｄａｍｐ［２３］の単純移動平均処理値を平均差分速度ωｄａｍｐ７２０［０］に代入する（Ｓ６２）。平均差分速度ωｄａｍｐ７２０は、差分速度ωｄａｍｐの高周波成分を除去した変数である。換言すれば、差分速度ωｄａｍｐにローパスフィルタ処理が施された変数である。なお、差分速度ωｄａｍｐ［ｉ］の変数ｉは、値が大きいほどより過去の値を示す。

次にＣＰＵ６２は、差分速度ωｄａｍｐの積算処理によって、ねじれ角θｄａｍｐの原型となるねじれ角θｄａｍｐｂを算出する（Ｓ６４）。本実施形態では、積算処理として、台形近似を例示する。すなわち、本実施形態にかかる積分要素は、今回のねじれ角θｄａｍｐｂ［０］を算出すべく前回のねじれ角θｄａｍｐｂ［１］に加算する変数を、今回の差分速度ωｄａｍｐ［０］に時間ｅｔ３ｔｘｄｈを乗算した値とする代わりに、差分速度ωｄａｍｐ［０］，ωｄａｍｐ［１］の和と時間ｅｔ３ｔｘｄｈとの積の「１／２」相当の量とする。詳しくは、差分速度ωｄａｍｐ［０］，ωｄａｍｐ［１］のそれぞれから低周波成分を除去した値同士の和と時間ｅｔ３ｔｘｄｈとの積の「１／２」とする。ここで、差分速度ωｄａｍｐ［０］から低周波成分を除去した値は、「ωｄａｍｐ［０］－ωｄａｍｐ７２０［０］」であり、差分速度ωｄａｍｐ［１］から低周波成分を除去した値は、「ωｄａｍｐ［１］－ωｄａｍｐ７２０［１］」である。ここで、低周波成分とは、１燃焼サイクルよりも大きい周期を有する成分のことである。

次にＣＰＵ６２は、直近の２４個のねじれ角θｄａｍｐｂ［０］～θｄａｍｐｂ［２３］の単純移動平均処理値を平均ねじれ角θｄａｍｐ７２０に代入する（Ｓ６６）。平均ねじれ角θｄａｍｐ７２０は、ねじれ角θｄａｍｐｂの高周波成分を除去した変数である。換言すれば、ねじれ角θｄａｍｐｂにローパスフィルタ処理が施された変数である。なお、ねじれ角θｄａｍｐｂ［ｉ］の変数ｉは、値が大きいほどより過去の値を示す。

次にＣＰＵ６２は、ねじれ角θｄａｍｐｂ［０］の絶対値が閾値θｔｈ以上であることと、平均ねじれ角θｄａｍｐ７２０の絶対値が閾値θｔｈ以上であることとの論理和が真であるか否かを判定する（Ｓ６８）。この処理は、平均差分速度ωｄａｍｐ７２０を用いても除去しきれなかった低周波成分がねじれ角θｄａｍｐｂに蓄積しているか否かと、平均差分速度ωｄａｍｐ７２０自体に低周波成分が蓄積しているか否かと、を判定する処理である。そしてＣＰＵ６２は、論理和が真であると判定する場合（Ｓ６８：ＹＥＳ）、ねじれ角θｄａｍｐｂ［０］から平均ねじれ角θｄａｍｐ７２０を減算した値をねじれ角θｄａｍｐｂ［０］に代入し、平均ねじれ角θｄａｍｐ７２０および、ねじれ角θｄａｍｐｂ［１］，θｄａｍｐｂ［２］，…を初期化する（Ｓ７０）。

ＣＰＵ６２は、Ｓ７０の処理を完了する場合や、Ｓ６８の処理において否定判定する場合には、ねじれ角θｄａｍｐｂ［０］から平均ねじれ角θｄａｍｐ７２０を減算した値をねじれ角θｄａｍｐａ［０］に代入する（Ｓ７２）。この処理は、ねじれ角θｄａｍｐｂ［０］から低周波成分を除去する処理である。ここで、低周波成分とは、１燃焼サイクルよりも大きい周期を有する成分のことである。

次にＣＰＵ６２は、ねじれ角θｄａｍｐａにコウムフィルタ処理を施すことによって、ねじれ角θｄａｍｐを算出する（Ｓ７４）。本実施形態では、コウムフィルタとして、フィードフォワード型のフィルタを採用する。詳しくは、今回のねじれ角θｄａｍｐａ［０］と１燃焼サイクル前のねじれ角θｄａｍｐａ［２４］との加重移動平均処理をするフィルタを採用する。すなわち、ＣＰＵ６２は、今回のねじれ角θｄａｍｐａ［０］に係数βを乗算した値と、１燃焼サイクル前のねじれ角θｄａｍｐａ［２４］に係数αを乗算した値との和を、ねじれ角θｄａｍｐとする。ここで、「α＋β＝１」である。

なおＣＰＵ６２は、Ｓ７４の処理を完了する場合、図３のＳ４８の処理を完了する。
図５に、図３のＳ５２の処理の詳細な手順を示す。
図５に示すように、ＣＰＵ６２は、まず、Ｓ５０の処理によって算出された最新のねじれトルクＴｄａｍｐ［０］と、時間ｅｔ３ｔｘｄｈとを取得する（Ｓ８０）。次にＣＰＵ６２は、直近の２４個のねじれトルクＴｄａｍｐ［０］～Ｔｄａｍｐ［２３］の単純移動平均処理値を、平均ねじれトルクＴｄａｍｐ７２０［０］に代入する（Ｓ８２）。平均ねじれトルクＴｄａｍｐ７２０は、ねじれトルクＴｄａｍｐの高周波成分を除去した変数である。換言すれば、ねじれトルクＴｄａｍｐにローパスフィルタ処理が施された変数である。なお、ねじれトルクＴｄａｍｐ［ｉ］の変数ｉは、値が大きいほどより過去の値を示す。

次にＣＰＵ６２は、ねじれトルクＴｄａｍｐから慣性係数Ｊを除算した値の積算処理によって、ねじれ速度成分ωｒの原型となるねじれ速度成分ωｒｂを算出する（Ｓ８４）。本実施形態では、積算処理として、台形近似を例示する。すなわち、本実施形態にかかる積分要素は、今回のねじれ速度成分ωｒｂ［０］を算出すべく前回のねじれ速度成分ωｒｂ［１］に加算する変数を、ねじれトルクＴｄａｍｐ［０］，Ｔｄａｍｐ［１］から慣性係数Ｊを除算した値同士の和と時間ｅｔ３ｔｘｄｈとの積の「１／２」相当の量とする。詳しくは、ねじれトルクＴｄａｍｐ［０］，Ｔｄａｍｐ［１］のそれぞれから低周波成分を除去した値同士の和と時間ｅｔ３ｔｘｄｈとの積の「１／２」とする。ここで、ねじれトルクＴｄａｍｐ［０］から低周波成分を除去した値は、「Ｔｄａｍｐ［０］－Ｔｄａｍｐ７２０［０］」であり、ねじれトルクＴｄａｍｐ［１］から低周波成分を除去した値は、「Ｔｄａｍｐ［１］－Ｔｄａｍｐ７２０［１］」である。ここで、低周波成分とは、１燃焼サイクルよりも大きい周期を有する成分のことである。

次にＣＰＵ６２は、直近の２４個のねじれ速度成分ωｒｂ［０］～ωｒｂ［２３］の単純移動平均処理値を平均ねじれ速度成分ωｒ７２０に代入する（Ｓ８６）。平均ねじれ速度成分ωｒ７２０は、ねじれ速度成分ωｒｂの高周波成分を除去した変数である。換言すれば、ねじれ速度成分ωｒｂにローパスフィルタ処理が施された変数である。なお、ねじれ速度成分ωｒｂ［ｉ］の変数ｉは、値が大きいほどより過去の値を示す。

次にＣＰＵ６２は、ねじれ速度成分ωｒｂ［０］の絶対値がωｔｈ以上であることと、平均ねじれ速度成分ωｒ７２０の絶対値が閾値ωｔｈ以上であることとの論理和が真であるか否かを判定する（Ｓ８８）。この処理は、平均ねじれ速度成分ωｒ７２０を用いても除去しきれなかった低周波成分がねじれ速度成分ωｒｂに蓄積しているか否かと、平均ねじれ速度成分ωｒ７２０自体に低周波成分が蓄積しているか否かと、を判定する処理である。そしてＣＰＵ６２は、論理和が真であると判定する場合（Ｓ８８：ＹＥＳ）、ねじれ速度成分ωｒｂ［０］から平均ねじれ速度成分ωｒ７２０を減算した値をねじれ速度成分ωｒｂ［０］に代入し、平均ねじれ速度成分ωｒ７２０および、ねじれ速度成分ωｒｂ［１］，ωｒｂ［２］，…を初期化する（Ｓ９０）。

ＣＰＵ６２は、Ｓ９０の処理を完了する場合や、Ｓ８８の処理において否定判定する場合には、ねじれ速度成分ωｒｂ［０］から平均ねじれ速度成分ωｒ７２０を減算した値をねじれ速度成分ωｒａ［０］に代入する（Ｓ９２）。この処理は、ねじれ速度成分ωｒｂ［０］から低周波成分を除去する処理である。ここで、低周波成分とは、１燃焼サイクルよりも大きい周期を有する成分のことである。

次にＣＰＵ６２は、ねじれ速度成分ωｒａにコウムフィルタ処理を施すことによって、ねじれ速度成分ωｒを算出する（Ｓ９４）。本実施形態では、コウムフィルタとして、フィードフォワード型のフィルタを採用する。詳しくは、今回のねじれ速度成分ωｒａ［０］と１燃焼サイクル前のねじれ速度成分ωｒａ［２４］との加重移動平均処理をするフィルタを採用する。すなわち、ＣＰＵ６２は、今回のねじれ速度成分ωｒａ［０］に係数βを乗算した値と、１燃焼サイクル前のねじれ速度成分ωｒａ［２４］に係数αを乗算した値との和を、ねじれ速度成分ωｒとする。ここで、「α＋β＝１」である。

なお、ＣＰＵ６２は、Ｓ９４の処理を完了する場合、図３のＳ５２の処理を完了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
ＣＰＵ６２は、３０°ＣＡ離間した歯部２２の検出タイミング同士の差である時間ｅｔ３ｔｘｄｈを直接用いる代わりに、クランク側速度ωｅからねじれ速度成分ωｒを減算した値によって角度定数ＣＲを除算した値である時間Ｔ３０を用いて失火の検出処理を行う。ここで、ＣＰＵ６２は、ねじれ速度成分ωｒの算出において、低周波成分を除去するために、有限応答型のローパスフィルタを用いる。これにより、内燃機関１０のクランク軸１２の回転周波数が、回転０．５次の周波数の整数倍となるときのフィルタのゲインを「１」として且つ、位相特性を互いにそろえることができる。そのため、互いに異なる複数の周波数が駆動系の共振周波数と一致する場合であっても、ねじれ速度成分ωｒを算出する共通のフィルタで対処できる。

図６に、本実施形態における共振周波数成分を例示する。図６に示すように、本実施形態では、変速装置３２の変速比が４速であるときには、回転０．５次の周波数が駆動系の共振周波数ｆ１に一致する。また、変速装置３２の変速比が１速であるときには、回転１次の周波数が共振周波数ｆ２と一致する。そして、共振周波数ｆ２が、共振周波数ｆ１の２倍となっている。そのため、ねじれ速度成分ωｒの算出に用いるフィルタにおいて回転０．５次および回転１次のゲインを極力大きくして且つ一定値とするのみならず、それらにおいて位相特性をそろえる必要がある。すなわち、たとえゲイン特性を同等としたところで、位相特性がそろわない場合には、変速比が４速であるか１速であるかに応じてねじれ速度成分ωｒの算出に用いるロジックを変更する必要が生じる。

図７に、本実施形態にかかるフィルタのゲイン特性および位相特性を示す。なお、図７においては、説明の便宜上、模式的に、回転０．５次が１０Ｈｚ、回転１次が２０Ｈｚのときに共振周波数と一致するとしている。

図７に破線にて示す曲線ｆａは、Ｓ６４，Ｓ８４の処理において用いる積分要素の特性を示す。また、一点鎖線に示す曲線ｆｂは、Ｓ６２，Ｓ６６，Ｓ８２，Ｓ８６の処理において用いるローパスフィルタの特性を示す。また、実線にて示す曲線ｆｃは、上記積分要素とローパスフィルタとを組み合わせた特性を示す。図７に示すように、上記積分要素とローパスフィルタとを組み合わせることによって、回転０．５次の整数倍におけるゲインを「１」、位相を「０」にそろえることができる。

図８に示す曲線ｆｄは、Ｓ７４，Ｓ９４の処理において用いたコウムフィルタを加えた特性を示す。図８に示すように、コウムフィルタを用いることにより、回転０．５次よりも低周波のゲインを低下させることができる。これは、コウムフィルタとして、回転０．５次の倍数成分を抽出するフィルタを用いたためである。

図８には、さらに、二点鎖線にて示す曲線ｆｅによって、ねじれ速度成分ωｒの算出に、無限応答型ハイパスフィルタを用いた場合の特性を示す。無限応答型ハイパスフィルタを用いる場合、回転０．５次以上の周波数帯におけるゲインを「１」として且つ、回転０．５次未満の周波数帯のゲインを小さくすることができることから、ゲイン特性のみに関しては非常に望ましい特性を有している。しかし、回転０．５次の整数倍の周波数における位相特性をそろえることができない。そのため、図６に例示したように、４速において回転０．５次成分が共振周波数帯に一致する場合と、１速において回転１次成分が共振周波数帯に一致する場合とで、ねじれ速度成分ωｒを算出するフィルタを各別に設計する必要が生じる。

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する作用および効果が得られる。
（１）Ｓ６２，Ｓ６６，Ｓ８２，Ｓ８６の処理において用いるローパスフィルタを、入力される変数の個数が、内燃機関１０の気筒数の倍数個であるフィルタとした。これにより、圧縮上死点の出現周波数の整数分の１の倍数の周波数成分のゲインを「１」として且つ位相特性の相違を小さくすることが可能となる。

（２）Ｓ６２，Ｓ６６，Ｓ８２，Ｓ８６の処理において用いるローパスフィルタを、１燃焼サイクルにおける変数の値の単純移動平均処理値を出力するフィルタとした。これにより、回転０．５次の倍数の周波数成分のゲインを「１」として且つ位相特性の相違を小さくするうえで高い性能を発揮できる。

（３）ねじれ角θｄａｍｐｂ［０］の絶対値や平均ねじれ角θｄａｍｐ７２０の絶対値が閾値θｔｈを超える場合、ねじれ角θｄａｍｐｂ［１］，θｄａｍｐｂ［２］，…を初期化した。これにより、ローパスフィルタ処理によって低周波成分を完全には除去できないことに起因してねじれ角θｄａｍｐｂの絶対値がある程度大きい値となったとしても、これを解消できる。

（４）ねじれ速度成分ωｒｂ［０］の絶対値や平均ねじれ速度成分ωｒ７２０の絶対値が閾値ωｔｈを超える場合、ねじれ速度成分ωｒｂ［１］，ωｒｂ［２］，…を初期化した。これにより、ローパスフィルタ処理によって低周波成分を完全には除去できないことに起因してねじれ速度成分ωｒｂの絶対値がある程度大きい値となったとしても、これを解消できる。

＜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］クランク側取得処理は、Ｓ４０，Ｓ４２の処理に対応する。後段側取得処理は、Ｓ４４の処理に対応する。算出処理は、Ｓ４８～Ｓ５２の処理に対応する。判定処理は、Ｓ２４～Ｓ３２の処理に対応する。補正処理は、Ｓ６４，Ｓ７２，Ｓ８４，Ｓ９２の処理に対応する。［２］Ｓ６２，Ｓ６６，Ｓ８２，Ｓ８６の処理において、２４個の移動平均処理をしていることに対応する。［３］Ｓ６２，Ｓ６６，Ｓ８２，Ｓ８６の処理に対応する。［４～７］第１積分要素は、Ｓ６４の処理において用いられている積分要素に対応する。第２積分要素は、Ｓ８４の処理において用いられている積分要素に対応する。第２出力側フィルタは、Ｓ８６の処理において利用されるＦＩＲフィルタに対応する。第１出力側フィルタは、Ｓ６６の処理において利用されるＦＩＲフィルタに対応する。第２入力側フィルタは、Ｓ８２の処理に利用されるＦＩＲフィルタに対応する。第１入力側フィルタは、Ｓ６２の処理に利用されるＦＩＲフィルタに対応する。［８］コウムフィルタ処理は、Ｓ９４の処理に対応する。

＜その他の実施形態＞
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。

「ローパスフィルタについて」
・上記実施形態では、ローパスフィルタ処理への入力となる変数の値を３０°ＣＡ毎に算出したが、これに限らない。たとえば、１８０°ＣＡの整数分の１である、１０°ＣＡ毎に算出してもよく、またたとえば６０°ＣＡ毎に算出してもよい。もっとも、それらにも限らない。ただし、ローパスフィルタ処理への入力となる変数の値は、圧縮上死点の出現間隔の整数分の１毎に算出されることが望ましい。

・上記実施形態では、圧縮上死点の出現間隔の整数分の１毎に算出される変数の値の１燃焼サイクルにおける時系列データをローパスフィルタ処理の入力としたが、これに限らない。たとえば、２燃焼サイクルにおける時系列データをローパスフィルタ処理の入力としてもよい。これによっても、回転０．５次の整数倍の周波数におけるゲインおよび位相をそろえることが可能となる。もっとも、１燃焼サイクルの整数倍における時系列データをローパスフィルタ処理の入力とすること自体必須ではない。たとえば、回転１次以上の周波数においてのみ共振がみられる場合、２ストロークにおける時系列データをローパスフィルタ処理の入力としてもよい。

・上記実施形態では、Ｓ６２，Ｓ６６，Ｓ８２，Ｓ８６の処理において用いるローパスフィルタの入力となる変数の値の個数を全て同一としたが、これに限らない。たとえば、Ｓ８２，Ｓ８６の処理において用いるローパスフィルタの入力となる変数の値の個数を２４個としつつも、Ｓ６２，Ｓ６６の処理において用いるローパスフィルタの入力となる変数の値の個数については、１２個としてもよい。その場合であっても、Ｓ６２，Ｓ６６の処理において用いるローパスフィルタの入力となる変数の値は、圧縮上死点の出現間隔の整数分の１毎に算出されることが望ましい。

・上記実施形態では、Ｓ６２，Ｓ６６，Ｓ８２，Ｓ８６の処理において圧縮上死点の出現間隔の整数分の１毎に算出される変数の値の互いに共通した所定期間である１燃焼サイクルにおける時系列データをローパスフィルタ処理の入力としたが、これに限らない。たとえば、Ｓ８２，Ｓ８６の処理においては、１燃焼サイクルにおける時系列データをローパスフィルタ処理の入力としつつも、Ｓ６２，Ｓ６６の処理においては、２燃焼サイクルにおける時系列データをローパスフィルタ処理の入力としてもよい。

・上記実施形態では、Ｓ６２，Ｓ６６，Ｓ８２，Ｓ８６の処理におけるローパスフィルタ処理を全て単純移動平均処理としたが、これに限らない。たとえば、Ｓ８２，Ｓ８６の処理においては、単純移動平均処理としつつも、Ｓ６２，Ｓ６６の処理においては、指数移動平均処理としてもよい。

・Ｓ６２，Ｓ６６，Ｓ８２，Ｓ８６の処理の少なくとも１つにおいて、単純移動平均処理を用いることも必須ではなく、任意の有限応答型のフィルタを用いてよい。
「第１積分要素について」
・上記実施形態では、Ｓ６４の処理における積分要素として、台形近似をするものを例示したが、これに限らない。たとえば、最新の差分速度ωｄａｍｐ［０］と時間間隔との積を都度加算する処理であってもよい。

「第２積分要素について」
・上記実施形態では、Ｓ８４の処理における積分要素として、台形近似をするものを例示したが、これに限らない。たとえば、最新のねじれトルクＴｄａｍｐ［０］から慣性係数Ｊを除算した値と時間間隔との積を都度加算する処理であってもよい。

「物理モデルについて」
・上記実施形態では、ねじれ速度成分ωｒを算出するための物理モデルとして、弾性係数Ｋおよび慣性係数Ｊを固定値とするモデルを例示したが、これに限らない。たとえば、ねじれ角θｄａｍｐの絶対値が大きい場合に小さい場合よりも弾性係数Ｋを大きい値とするなど、ねじれ角θｄａｍｐに応じて弾性係数Ｋを可変としてもよい。

・ねじれ速度成分ωｒを算出するための物理モデルとしては、弾性係数Ｋおよび慣性係数Ｊのみからなるものにも限らない。たとえば、粘性係数と差分速度ωｄａｍｐとの積からなる項と、ねじれ角θｄａｍｐと弾性係数Ｋとの積からなる項との和を、ねじれトルクＴｄａｍｐとするモデルであってもよい。

「算出処理について」
・上記実施形態では、Ｓ６２，Ｓ６６，Ｓ８２，Ｓ８６の処理において、それぞれローパスフィルタ処理を行ったが、これに限らない。たとえば、Ｓ８６の処理のみローパスフィルタ処理を実行しつつも、それ以外については実行しなくてもよい。

・上記実施形態では、Ｓ７４，Ｓ９４の処理の双方においてコウムフィルタ処理を実行したが、これに限らない。たとえばＳ９４の処理を実行しつつも、Ｓ７４の処理については削除してもよい。もっとも、コウムフィルタ処理を実行すること自体必須ではない。

「判定用速度変数について」
・上記実施形態では、判定用速度変数として、微小回転角度領域の回転に要する時間Ｔ３０を例示したが、これに限らない。たとえば、微小回転角度領域における回転速度であってもよい。

「判定処理について」
・上記実施形態では、クランク軸１２が３０°ＣＡ回転するのに要する時間同士の差に基づき、失火の有無を判定したが、これに限らない。たとえば、クランク軸１２が３０°ＣＡ回転するのに要する時間同士の比に基づき失火の有無を判定してもよい。またたとえば、「判定用速度変数について」の欄に記載したように、判定用速度変数を速度の次元を有する変数とする場合、クランク軸１２が３０°ＣＡ回転する際の角速度同士の差に基づき失火の有無を判定してもよい。さらにたとえば、クランク軸１２が３０°ＣＡ回転する際の角速度同士の比に基づき失火の有無を判定してもよい。

・判定処理に利用するクランク軸１２の回転速度または回転に要する時間を定める微小回転角度としては、３０°ＣＡに限らず、圧縮上死点の出現間隔以下の適宜の回転角度としてよい。

・上記実施形態では、特定の気筒で連続的に失火が生じているか否かを判定する処理を例示したが、ねじれ速度成分ωｒに基づく失火判定処理としては、これに限らない。
「ローパスフィルタの用途について」
・上記実施形態では、互いに異なる変速比の各々における共振周波数が互いに異なる場合に、フィルタ処理による位相をそろえるべく、ＦＩＲ型のローパスフィルタを採用したが、これに限らない。変速装置３２を備えない場合であっても、たとえば所定の回転速度ＮＥのときに１気筒の連続失火で共振が発生する場合、所定の回転速度の１／２の回転速度において、互いに１回転だけずれた一対の気筒で連続的に失火が生じる対向気筒失火の場合に共振が発生する。そして、ねじれ速度成分ωｒを算出する際にたとえばＩＩＲ型のハイパスフィルタを用いる場合などには、回転１次と回転０．５次とで位相特性に差が生じることから、１気筒連続失火と、対向気筒失火とを同一のフィルタで扱うことができず、たとえば対向気筒失火の判定においては位相補償を追加するなどすることが要求される。これに対し、上記のようにＦＩＲ型のローパスフィルタを用いることにより、回転１次と回転０．５次とで位相特性をそろえることができることから、１気筒連続失火と対向気筒失火とで、ねじれ速度成分ωｒの算出処理のロジックを共通化することができる。

「失火検出装置について」
・失火検出装置としては、ＣＰＵ６２とＲＯＭ６４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たとえばＡＳＩＣ等の専用のハードウェア回路を備えてもよい。すなわち、失火検出装置は、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。

「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ない。たとえばシリーズハイブリッド車や、パラレルハイブリッド車であってもよい。なお、車載回転機として、内燃機関とモータジェネレータとを備えるものにも限らない。たとえば内燃機関を備えるもののモータジェネレータを備えない車両であってもよく、またたとえばモータジェネレータを備えるものの内燃機関を備えない車両であってもよい。

１０…内燃機関
１２…クランク軸
１４…ダンパ
２０…クランクロータ
２２…歯部
２４…欠け歯部
３０…動力分割装置
３２…変速装置
３４…駆動輪
４０…第１モータジェネレータ
５０…第２モータジェネレータ
６０…制御装置

Claims (7)

1. ダンパを介して動力の伝達先にクランク軸が接続された多気筒の内燃機関に適用され、
   前記クランク軸の微小回転角度領域における回転速度であるクランク側速度を取得するクランク側取得処理と、
   前記ダンパのうちの前記クランク軸とは逆側における微小回転角度領域における回転速度である後段側速度を取得する後段側取得処理と、
   前記クランク側速度および前記後段側速度の差を入力とし、物理モデルに基づき前記クランク側速度のうち前記ダンパのねじれに起因した成分であるねじれ速度成分を算出する算出処理と、
   前記ねじれ速度成分が除去された前記クランク軸の回転速度を示す変数である判定用速度変数に基づき、前記内燃機関の失火の有無を判定する判定処理と、を実行し、
   前記物理モデルは、前記差に応じた値を入力とする第１積分要素と、該第１積分要素の出力値に応じた値を入力とする第２積分要素とを含み、
   前記算出処理は、前記第２積分要素の出力値を、前記第２積分要素の出力値の時系列データを有限応答型のローパスフィルタに入力した際の出力値だけ減少補正する補正処理を含む内燃機関の失火検出装置。
2. ダンパを介して動力の伝達先にクランク軸が接続された多気筒の内燃機関に適用され、
   前記クランク軸の微小回転角度領域における回転速度であるクランク側速度を取得するクランク側取得処理と、
   前記ダンパのうちの前記クランク軸とは逆側における微小回転角度領域における回転速度である後段側速度を取得する後段側取得処理と、
   前記クランク側速度および前記後段側速度の差を入力とし、物理モデルに基づき前記クランク側速度のうち前記ダンパのねじれに起因した成分であるねじれ速度成分を算出する算出処理と、
   前記ねじれ速度成分が除去された前記クランク軸の回転速度を示す変数である判定用速度変数に基づき、前記内燃機関の失火の有無を判定する判定処理と、を実行し、
   前記物理モデルは、前記差に応じた値を入力とする第１積分要素と、該第１積分要素の出力値に応じた値を入力とする第２積分要素とを含み、
   前記算出処理は、前記第１積分要素の出力値を、前記第１積分要素の出力値の時系列データを有限応答型のローパスフィルタに入力した際の出力値だけ減少補正する補正処理を含む内燃機関の失火検出装置。
3. ダンパを介して動力の伝達先にクランク軸が接続された多気筒の内燃機関に適用され、
   前記クランク軸の微小回転角度領域における回転速度であるクランク側速度を取得するクランク側取得処理と、
   前記ダンパのうちの前記クランク軸とは逆側における微小回転角度領域における回転速度である後段側速度を取得する後段側取得処理と、
   前記クランク側速度および前記後段側速度の差を入力とし、物理モデルに基づき前記クランク側速度のうち前記ダンパのねじれに起因した成分であるねじれ速度成分を算出する算出処理と、
   前記ねじれ速度成分が除去された前記クランク軸の回転速度を示す変数である判定用速度変数に基づき、前記内燃機関の失火の有無を判定する判定処理と、を実行し、
   前記物理モデルは、前記差に応じた値を入力とする第１積分要素と、該第１積分要素の出力値に応じた値を入力とする第２積分要素とを含み、
   前記算出処理は、前記第２積分要素の入力となる前記第１積分要素の出力値に応じた値を、前記第１積分要素の出力値に応じた値の時系列データを有限応答型のローパスフィルタに入力した際の出力値だけ減少補正する補正処理を含む内燃機関の失火検出装置。
4. ダンパを介して動力の伝達先にクランク軸が接続された多気筒の内燃機関に適用され、
   前記クランク軸の微小回転角度領域における回転速度であるクランク側速度を取得するクランク側取得処理と、
   前記ダンパのうちの前記クランク軸とは逆側における微小回転角度領域における回転速度である後段側速度を取得する後段側取得処理と、
   前記クランク側速度および前記後段側速度の差を入力とし、物理モデルに基づき前記クランク側速度のうち前記ダンパのねじれに起因した成分であるねじれ速度成分を算出する算出処理と、
   前記ねじれ速度成分が除去された前記クランク軸の回転速度を示す変数である判定用速度変数に基づき、前記内燃機関の失火の有無を判定する判定処理と、を実行し、
   前記物理モデルは、前記差に応じた値を入力とする第１積分要素と、該第１積分要素の出力値に応じた値を入力とする第２積分要素とを含み、
   前記算出処理は、前記第１積分要素の入力となる前記差に応じた値を、前記差の時系列データを有限応答型のローパスフィルタに入力した際の出力値だけ減少補正する補正処理を含む内燃機関の失火検出装置。
5. 前記ローパスフィルタは、入力される前記変数の個数を、前記内燃機関の気筒数の倍数個とするフィルタを含む請求項１～４のいずれか１項に記載の内燃機関の失火検出装置。
6. 前記ローパスフィルタは、１燃焼サイクルにおける前記変数の値の単純移動平均処理値を出力するフィルタを含む請求項１～５のいずれか１項に記載の内燃機関の失火検出装置。
7. 前記算出処理は、前記第２積分要素の出力値に応じた値のうちの回転０．５次の倍数成分を抽出するコウムフィルタ処理を含む請求項１～６のいずれか１項に記載の内燃機関の失火検出装置。