JP7384145B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents
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Description
1.複数の気筒を有した内燃機関に適用され、前記複数の気筒のうちの一部の気筒における混合気の燃焼制御を停止させる停止処理と、前記複数の気筒のそれぞれにおける混合気の燃焼状態に応じた物理量を検知するセンサの検出値によって定まる、前記複数の気筒のそれぞれにおける燃焼状態を示す変数である燃焼変数の値を取得する燃焼変数取得処理と、前記停止処理の実行時、前記停止処理の対象となる前記気筒と圧縮上死点の出現タイミングが隣接する気筒が失火の有無の判定対象となる気筒の場合、圧縮上死点の出現タイミングが前記停止処理の対象となる前記気筒に隣接して且つ前記判定対象の気筒とは異なる気筒に関する前記燃焼変数の値と前記判定対象の気筒に関する前記燃焼変数の値との乖離度合いが所定以上であることを条件に、前記判定対象の気筒において失火が生じたと判定する判定処理と、を実行し、前記隣接する気筒と、前記異なる気筒とは、いずれも記燃焼制御がなされた気筒である内燃機関の失火検出装置である。
燃焼室内の圧力は、燃焼行程において混合気が燃焼する場合に燃焼しない場合よりも上昇する。そのため、燃焼室内の圧力は、燃焼室内の混合気の燃焼状態を示す適切な変数である。したがって、上記構成では、燃焼室内の圧力を用いて燃焼変数を定量化することにより、燃焼変数を特定の気筒の失火の有無を高精度に示す量とすることができる。
以下、第1の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、気筒#1~#4を備える。内燃機関10の吸気通路12には、スロットルバルブ14が設けられている。吸気通路12の下流部分である吸気ポート12aには、吸気ポート12aに燃料を噴射するポート噴射弁16が設けられている。吸気通路12に吸入された空気やポート噴射弁16から噴射された燃料は、吸気バルブ18の開弁に伴って、燃焼室20に流入する。燃焼室20には、筒内噴射弁22から燃料が噴射される。また、燃焼室20内の空気と燃料との混合気は、点火プラグ24の火花放電に伴って燃焼に供される。そのときに生成される燃焼エネルギは、クランク軸26の回転エネルギに変換される。
条件(b):回転速度NEが規定速度NEth以上である旨の条件である。
図3に、制御装置70が実行する別の処理の手順を示す。図3に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
なお、CPU72は、S52,S54の処理が完了する場合と、S30,S36,S48の処理において否定判定する場合と、S40の処理において肯定判定する場合と、には、図3に示した一連の処理を一旦終了する。
図4に示すように、CPU72は、まず、回転変動量ΔT30[3]が気筒#1に関する量であるか否かを判定する(S60)。この処理は、フラグFが「0」であるときと同様にしてパターン判定ができるか否かを判定する処理である。すなわち、本実施形態では、図5に示すように、気筒#1,#3,#4,#2の順に圧縮上死点が出現する。そのため、回転変動量ΔT30「3」が気筒#1である場合には、回転変動量ΔT30[0]~ΔT30「2」は、いずれも燃焼制御が継続されている気筒に関する量である。
条件(イ)回転変動量ΔT30[0]を回転変動量ΔT30[1]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
一方、CPU72は、S60の処理において否定判定する場合、回転変動量ΔT30[2]が気筒#1に関する量であるか否かを判定する(S66)。この処理は、上記条件(ア)を、異常の有無の判定の条件に用いることが適切ではないか否かを判定する処理である。CPU72は、回転変動量ΔT30[2]が気筒#1に関する量であると判定する場合(S66:YES)、以下の条件(ウ)および上記条件(イ)の論理積が真であるか否かを判定する(S68)。
この処理は、気筒#3の回転変動量ΔT30[1]が、燃焼制御が実行されている気筒において時系列的に前後する回転変動量ΔT30[0],ΔT30[3]に対して突出して大きいか否かを判定する処理である。
一方、CPU72は、回転変動量ΔT30[1]が気筒#1に関する量であると判定する場合(S66:NO)。以下の条件(エ)および上記条件(オ)の論理積が真であるか否かを判定する(S72)。
条件(オ):回転変動量ΔT30[0]を回転変動量ΔT30[2]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
なお、CPU72は、S64,S70,S74の処理が完了する場合と、S62,S68,S72の処理において否定判定する場合と、には、図3に示したS42の処理を完了する。
CPU72は、堆積量DPMが閾値DPMth以上となる場合、GPF34の再生処理を実行する。これにより、気筒#1の吸気行程において吸入された空気は、燃焼に供されることなく、気筒#1の排気行程において排気通路に流出する。また、気筒#2~#4の混合気は、理論空燃比よりもリッチとされることから、気筒#2~#4から排気通路30に排出された排気中には、未燃燃料が多量に含まれる。排気通路30に排出された酸素と未燃燃料とは、三元触媒32等で燃焼に供されることにより、GPF34の温度を上昇させる。また、排気通路30に流出した空気中の酸素は、GPF34においてPMを酸化させる。これにより、PMが燃焼して除去される。
(1)CPU72は、失火の有無の判定対象の気筒の回転変動量ΔT30と比較対象の回転変動量ΔT30との比と判定値Rthとの大小比較に基づき、失火が生じたか否かを判定した。回転変動量ΔT30の大きさは、内燃機関10の回転速度NEや負荷に応じて変化する。そのため、判定対象の気筒の回転変動量ΔT30と比較対象の回転変動量ΔT30との差に基づき乖離度合いを定める場合には、失火の有無を判定するうえで適切な判定値の大きさが回転速度NEや負荷に応じて大きく変動する。これに対し、一対の回転変動量ΔT30の比は、回転変動量ΔT30の大きさと比較すると、回転速度NEや負荷に応じた変化が小さい。そのため、本実施形態では、比を用いることにより、失火の有無の判定精度を高く維持しつつも判定値Rthを固定値とすることができる。
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図7に、本実施形態にかかる失火の有無の判定に関する処理の手順を示す。図7に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、図7において、図3に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一のステップ番号を付与している。
図8に示す一連の処理において、CPU72は、まず筒内圧積算値InPc[3]が気筒#1に関する量であるか否かを判定する(S60a)。CPU72は、筒内圧積算値InPc[3]が気筒#1に関する量であると判定する場合(S60a:YES)、以下の条件(カ)および条件(キ)の論理積が真であるか否かを判定する(S62a)。
条件(キ)筒内圧積算値InPc[1]を筒内圧積算値InPc[0]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
CPU72は、論理積が真であると判定する場合(S62a:YES)、気筒#4において失火が生じている判定する(S64)。すなわち、気筒#4において失火が生じている場合には、失火が生じていない場合と比較して、筒内圧Pcが小さくなることから、筒内圧積算値InPcも小さくなる。そのため、気筒#4において失火が生じる場合には、上記条件(カ)および条件(キ)を満たす。
この処理は、気筒#3の筒内圧積算値InPc[1]が、燃焼制御が実行されている気筒において時系列的に前後する筒内圧積算値InPc[0],InPc[3]に対して突出して小さいか否かを判定する処理である。
一方、CPU72は、筒内圧積算値InPc[1]が気筒#1に関する量であると判定する場合(S66a:NO)。以下の条件(ケ)および上記条件(コ)の論理積が真であるか否かを判定する(S72a)。
条件(オ):筒内圧積算値InPc[2]を筒内圧積算値InPc[0]で除算した値が判定値Rth以下である旨の条件である。
なお、CPU72は、S64,S70,S74の処理が完了する場合や、S62a,S68a,S72aの処理において否定判定する場合には、図7に示したS42aの処理を完了する。
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]停止処理は、S22の処理に対応する。燃焼変数取得処理は、図3のS38の処理と、図7のS84の処理に対応する。判定処理は、S42,S42aの処理に対応する。[2]回転変動量は、回転変動量ΔT30に対応する。瞬時速度変数は、時間T30に対応する。[3]S62,S68,S72の処理に対応する。[4]異なる気筒は、図6(b)の気筒#2と図6(c)の気筒#3とに対応する。近接して且つ燃焼制御が実行される気筒は、図6(b)の気筒#4と、図6(c)の気筒#4とに対応する。[5,6]センサは、筒内圧センサ89に対応する。燃焼変数は、筒内圧積算値InPcに対応する。
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。
・回転変動量ΔT30としては、失火の判定対象となる気筒のTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30を1つ後に圧縮上死点となる気筒のTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30から減算した値に限らない。たとえば、失火の判定対象となる気筒のTDC~30ATDCの区間の回転に要する時間T30を、同気筒の90ATDC~120ATDCの区間の回転に要する時間T30から減算した値としてもよい。
・再生処理の実行条件に、上記条件(a)および条件(b)の双方が含まれることは必須ではない。たとえば条件(a)および条件(b)の2つの条件に関しては、それらのうちのいずれか1つの条件のみを含んでもよい。もっとも、それら2つの条件の双方ともに含まなくてもよい。
・上記実施形態では、燃焼状態を検出するセンサとして筒内圧センサを例示したが、これに限らない。たとえばイオン電流を検出するセンサであってもよい。
・クランク角センサ82の出力信号Scrを入力として算出される燃焼変数としては、回転変動量に限らない。たとえば内燃機関10の軸トルクの所定期間における平均値であってもよい。これは、以下の式(c1)に基づき算出できる。
ここで、軸トルクTe、時間T30の逆数等から算出される内燃機関10の瞬時速度ωeの変化速度dωe、内燃機関10の慣性モーメントIe、第1モータジェネレータ52の慣性モーメントIg1、第1モータジェネレータ52の角加速度dωm1、第1モータジェネレータ52の反力トルクTr、遊星歯車機構50のプラネタリギア比ρを用いた。なお、上記所定期間は、圧縮上死点の出現間隔以下の期間とする。
・回転変動量に基づくパターン判定としては、失火の有無の判定対象となる気筒とは圧縮上死点が前後するそれぞれの気筒であって、燃焼制御を実行して且つ直近の気筒のそれぞれの回転変動量との乖離度合いである2つの乖離度合いに基づき、失火の有無を判定するものに限らない。たとえば、失火の有無の判定対象となる気筒よりも圧縮上死点が進角側に位置する気筒であって、燃焼制御を実行して且つ直近の気筒の回転変動量との乖離度合いのみに基づき、失火の有無を判定してもよい。その場合であっても、進角側の直近の気筒において燃焼制御が停止されている場合、その1つ前の気筒の回転変動量を比較対象とすることが有効である。また、比較対象とする回転変動量が1つまたは2つであることも必須ではない。たとえば、3つ以上であってもよい。
・燃焼制御を停止する気筒の数としては、1つに限らない。また、燃焼制御を停止する気筒を予め定められた気筒に固定することも必須ではない。たとえば、1燃焼サイクル毎に、燃焼制御を停止する気筒を変更してもよい。その場合であっても、図6を用いて説明した要領で失火の有無を判定することは有効である。
・停止処理としては、再生処理に限らない。たとえば、内燃機関10の出力を調整するために一部の気筒における燃料の供給を停止する処理であってもよい。またたとえば、1部の気筒において異常が生じた場合に、その気筒における燃焼制御を停止する処理であってもよい。またたとえば、三元触媒32の酸素吸蔵量が規定値以下となる場合に、三元触媒32に酸素を供給すべく一部の気筒のみ燃焼制御を停止し、残りの気筒における混合気の空燃比を理論空燃比とする制御を実行する処理であってもよい。
・上記実施形態では、失火が生じたと判定する場合、警告灯100を用いた報知処理を実行したが、報知処理としては、視覚情報を出力する装置を操作対象とする処理に限らず、たとえば聴覚情報を出力する装置を操作対象とする処理であってもよい。
・堆積量DPMの推定処理としては、図2において例示したものに限らない。たとえば、GPF34の上流側と下流側との圧力の差と吸入空気量Gaとに基づき堆積量DPMを推定してもよい。具体的には、圧力の差が大きい場合に小さい場合よりも堆積量DPMを大きい値に推定し、圧力の差が同一であっても、吸入空気量Gaが小さい場合に大きい場合よりも堆積量DPMを大きい値に推定すればよい。ここで、GPF34の下流側の圧力を一定値とみなす場合、差圧に代えて上記圧力Pexを用いることができる。
・GPF34としては、三元触媒が担持されたフィルタに限らず、フィルタのみであってもよい。また、GPF34としては、排気通路30のうちの三元触媒32の下流に設けられるものに限らない。また、後処理装置がGPF34を備えること自体必須ではない。たとえば後処理装置が三元触媒32のみからなる場合であっても、上記「停止処理について」の欄に記載したように、一部の気筒で燃焼制御を停止して三元触媒32に酸素を供給する際には、失火の検出処理として、上記実施形態やそれらの変更例に例示した処理を実行することが有効である。
・制御装置としては、CPU72とROM74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、制御装置は、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。
・車両としては、シリーズ・パラレルハイブリッド車に限らず、たとえばパラレルハイブリッド車やシリーズハイブリッド車であってもよい。もっとも、ハイブリッド車に限らず、たとえば、車両の動力発生装置が内燃機関10のみの車両であってもよい。
32…三元触媒
34…GPF
40…クランクロータ
42…歯部
44…欠け歯部
70…制御装置
82…クランク角センサ
89…筒内圧センサ
Claims (3)
- 複数の気筒を有した内燃機関(気筒数が2個の内燃機関を除く)に適用され、
前記複数の気筒のうちの1つの気筒における混合気の燃焼制御を停止させる停止処理と、
前記複数の気筒のそれぞれにおける混合気の燃焼状態に応じた物理量を検知するセンサの検出値によって定まる、前記複数の気筒のそれぞれにおける燃焼状態を示す変数である燃焼変数の値を取得する燃焼変数取得処理と、
前記停止処理の実行時、前記停止処理の対象となる前記気筒と圧縮上死点の出現タイミングが隣接する気筒が失火の有無の判定対象となる気筒の場合、圧縮上死点の出現タイミングが前記停止処理の対象となる前記気筒に隣接して且つ前記判定対象の気筒とは異なる気筒の前記燃焼変数の値と前記判定対象の気筒の前記燃焼変数の値との乖離度合いが所定以上であることを条件に、前記判定対象の気筒において失火が生じたと判定する判定処理と、を実行し、
前記失火の有無の判定対象となる気筒と、前記異なる気筒とは、いずれも前記燃焼制御がなされた気筒であり、
前記センサは、クランク角センサであり、
前記燃焼変数は、前記内燃機関のクランク軸の回転変動量であり、
前記回転変動量は、複数の瞬時速度変数同士の大きさの相違に関する変数であり、
前記瞬時速度変数は、前記内燃機関の圧縮上死点の出現間隔以下の所定角度間隔における前記クランク軸の回転速度を示す変数であり、
前記複数の気筒のうちの特定の気筒の前記回転変動量の前記複数の瞬時速度変数には、前記特定の気筒の圧縮上死点と該圧縮上死点の次の圧縮上死点との間の期間における前記瞬時速度変数が含まれる内燃機関の失火検出装置。 - 前記判定処理は、前記異なる気筒の前記回転変動量と前記判定対象の前記回転変動量との比と判定閾値との大小比較に基づき、前記乖離度合いが所定以上であるか否かを判定する処理を含む請求項1記載の内燃機関の失火検出装置。
- 前記判定処理は、前記異なる気筒の前記回転変動量と前記判定対象の気筒の前記回転変動量との乖離度合いが所定以上であることに加えて、前記圧縮上死点の出現タイミングが前記異なる気筒よりも前記判定対象の気筒に近接して且つ燃焼制御が実行される気筒の前記回転変動量と前記判定対象の気筒の前記回転変動量との乖離度合いが所定以上であることを条件に、前記判定対象の気筒において失火が生じたと判定する処理である請求項1または2記載の内燃機関の失火検出装置。
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