JPH03206342A

JPH03206342A - 多気筒内燃機関の失火検出方法及びその装置

Info

Publication number: JPH03206342A
Application number: JP2000509A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Takaku; 豊高久; Mineo Kashiwatani; 峰雄柏谷; Toshio Ishii; 俊夫石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-01-08
Filing date: 1990-01-08
Publication date: 1991-09-09
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: JP2559509B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は多気筒内燃機関の動作を検出する方法及び装置
に関し、特に、各気筒における燃焼状態を検出するに好
適な多気筒内燃機関の燃焼状態検出方向及びその装置に
関する。

〔従来の技術〕

多気筒内燃機関においては，近年、特にその複数気筒間
における出力の不均一性による回転変動が問題となって
おり、そのため、従来においては、例えば特開昭５８−
５１２４３号公報にも示す様に、各気筒の燃焼行程内に
おいて２点における回転速度を検出し、これらの検出し
た２点での回転速度の差である回転速度変動値を求めて
内燃機関の燃焼状態を判別することが提案されている。

そして、この従来技術では、上記の検出・算出により求
められた回転速度変動値の標準偏差等を演算し、これを
用いて内燃機関の燃焼状態を判断していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の従来技術によれば、内燃機関の各
種の運転状態における回転速度変動の差異、さらには内
燃機関個別の差異については配慮されておらず、これで
は、内燃機関の各種運転状態に対応してその燃焼状態を
正確に判別することは困難であった。すなわち、上記の
従来の方法では、内燃機関の各運転状態別に判別のため
の閾値を設定しなければならないが、しかしながら、こ
の判別のための閾値の設定自体が非常に困難であり、更
に，クランク軸のねじれ振動等の影響を考慮した場合、
たとえば適正な閾値が設定出来たとしても各気筒におけ
る燃焼状態の異常までも検出することは困難であった。

そこで、本発明は、上記の従来技術における問題点に鑑
み、内燃機関の各気筒毎にその燃焼状態を正確に判別す
ることが出来、また、そのための構成もあまり複雑にな
らず、現実に車載することの可能な実用的にも優れた多
気筒内燃機関の燃焼状態検出方法及びその装置を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明の目的は、先ず、多気筒内燃機関の各気筒の
燃焼状態を検出する方法であって、上記多気筒内燃機関
の各気筒に対応して少なくとも三つの時点でその回転速
度の瞬時値を検出し、これら少なくとも三つの時点にお
ける回転速度の検出値から各気筒における回転速度の変
化状態を算出し、この算出された回転速度の変化状態に
基づいて各気筒の燃焼状態を検出する内燃機関の燃焼状
態検出方法によって達威される。

また、上記本発明の目的は、多気筒内燃機関の各気筒の
燃焼状態を検出する検出装置であって、少なくとも、上
記多気筒内燃機関の各気筒毎の回転数変動を検出する回
転数検出手段と、上記多気筒内燃機関の各気筒毎の燃焼
行程を表わす気筒別燃焼行程信号を発生する手段と、上
記回転数検出手段及び上記気筒別燃焼行程信号発生手段
からの出力信号に基づき、上記多気筒内燃機関の各気筒
に対応して少なくとも三つの時点でその回転速度の瞬時
値を検出し、これら少なくとも三つの時点における回転
速度の検出値から各気筒における回転速度の変化状態を
算出し、この算出された回転速度の変化状態に基づいて
各気筒の燃焼状態を検出する内燃機関の燃焼状態検出装
置によっても達或される。

〔作用〕

上記の本発明になる多気筒内燃機関の燃焼状態検出方法
及びその装置によれば、内燃機関の各気筒に対応して少
なくとも三つの時点でその回転速度の瞬時値を検出し、
これらの検出値から各気筒における回転速度の変化状態
からその燃焼状態を判別するため、各気筒の燃焼異常を
正確に判別することが可能となる。

また、その判別方法についても、添付の第７図及び第８
図にも示す様に、各気筒における燃焼異常は回転速度Ｎ
ｅの変動状態に明確に表われることを実験的にも確認し
、これに基づいているため、確実に各気筒の燃焼異常を
判別することが可能となる。

さらに、その装置構戊においても、従来の同種の装置に
比較して、特に複雑になることもなく、あまり大きな変
更を伴わずに容易に実装することが可能である。

〔実施例〕

以下，本発明になる内燃機関の燃焼状態検出装置の実施
例について詳述する。

まず、添付の第２図において、多気筒（具体的には６気
筒）の内燃機関１０（図示の実施例では４気筒）のクラ
ンク軸１２には、いわゆるリングギア１４が固定されて
おり、このリングギアエ４の歯車に対向して第１のマグ
ネットピックアップ１６が配置されている。そのため、
上記第１のマグネットピックアップ１６は、リングギア
ｌ４の歯車の歯の数だけのパルス状の出力信号ａを発生
することとなる。また、上記リングキア１４の側面（図
中の右側側面）には、いわゆる突起部１７が形成されて
おり、この突起部１７に対向した位置には、より具体的
には、上記リングギアエ４の右側部に、第２のマグネッ
トピックアップ１８が配置されている。この第２のマグ
ネットピックアップ１８は、上述の構造からも明らかな
様に、上記クランク軸１２の１回転（３６０度）につい
て１個のパルス状の出力信号ｂを発生する。

さらに、上記の内燃機関１０には、その上部には各気筒
のバルブを開閉するためのカム軸２０が設けられ、この
カム軸２０の端部にはカム軸の回転角度を検出するため
の、いわゆるカム角度センサ２２が取り付けられている
。このカム角度センサ２２は、上記クランク軸１２の２
回転につき１個のパルス状の出力信号Ｃを出力する。

また、図において、上記内燃機関１０のクランク軸１２
は、クラッチ２４及び変速機２６を介して自動車の駆動
輸に接続されることは一般の自動車の駆動機構と同様で
ある。

次に、上記の各種センサ、具体的には、上記第工のマグ
ネットピックアップ１６，第２のマグネットピックアッ
プｌ８及びカム角度センサ２２の出力信号は、後にその
詳細な回路構或が説明される演算回路部２８に入力され
、もって、上記内燃機関の回転速度及びクランク角度が
計算されることとなる。なお、上記の実施例では、リン
グギア１４を利用して内燃機関の回転速度等を検出する
構或を示しているが、この他に、例えばクランク軸１２
に上記リングギア１４とは異なる他のセンサを取り付け
てクランク軸工２の回転角度を検出してもよい。

第３図には、上記演算回路部２８の詳細な内部構或が示
されており、図において、上記カム角度センサ２２の出
力信号Ｃ及び上記第２のマグネットピックアップ１８の
出力信号ｂを二つの入力信号としてその入力端子に接続
するアンドゲート２８１が設けられており、このアンド
ゲート２８１の出力は第１のカウンタ２８２のリセット
端子（Ｒｅｓｅｔ）に接続されている。また、この第工
のカウンタ２８２の他の入力端子（図中、上記リセット
端子の下方）には、上記第ｌのマグネットピックアップ
１６の出力信号ａが入力されている。

上記第１のカウンタ２８２の出力信号ｄは、次に、タイ
マ回路２８３へ印加される。このタイマ回路２８３は、
まず、気筒を識別する機能と，さらには、所定のクラン
ク角度位置でサンプリングの機能を有している。すなわ
ち、上記タイマ回路は、その二つの出力端子に、気筒識
別信号ｅ及びタイマ信号ｆを出力する。

上記タイマ信号ｆは、次に、第２のカウンタ２８４に入
力される。この第２のカウンタ２８４には、さらに、ク
ロック信号発生器２８５からのクロツク信号ｇが入力さ
れており、この第２カウンタ２８４は、上記タイマ回路
２８３からのタイマ信号ｆが出力されている間のみ上記
クロック信号ｇをカウントする。そして、このカウント
結果は、後段の回転速度計算部２８６へ入力される。

この回転速度計算部２８６では、上記カウンタ２８４の
カウント結果（ｎｃ　＝カウント数）に基づき、以下の
式（１）により回転速度Ｎｅを計算する。

？Ｎｅ　＝Ｋ・■　　　　　　　　　　　　　　・・・（
１）ｎＣここで、Ｋは定数である。

以上の様にして求められた回転速度Ｎ６は、次に、気筒
毎回転速度演算処理部２８７へ入力される。この気筒毎
回転速度演算処理部２８７には，さらに、上記タイマ回
路２８３からの気筒識別信号ｅが入力され、各気筒毎に
、その燃焼行程における回転速度変動状態を判別する。

すなわち、本発明によれば、次段の燃焼状態判別部２８
８において、各気筒毎の燃焼行程における回転速度の変
動状態が上側に凸な程度を表わすＰを算出する。

そして、このＰの値により、次段の燃焼状態判別部にお
いて、各気筒での燃焼状態の良否を判断することとなる
。

また、上記燃焼状態判別部２８８において内燃機関１０
の一部の気筒において燃焼異常と判別された場合には、
例えば図に符号２９により示される燃焼異常警報装置に
より運転者に警告を与えたり、あるいは、図示はしない
が、その気筒の点火時期あるいは噴射燃料量を補正して
やることは考えられる。

添付の第４図（ａ）〜（ｄ）は、上記の各種センサの出
力信号の波形及びそのタイミング関係を、さらには、上
記演算回路部２４のカウンタ２８２におけるカウント数
を示している。すなわち、第４図（ａ）には上記第１の
マグネットピックアップ１４の出力信号ａが、第４図（
ｂ）には上記第２のマグネットピックアップ１６の出力
信ｂが、そして、第４図（ｃ）には上記カム角度センサ
２０の出力信号の波形が示されている。なお、これら各
種センサからの波形は、図示されない波形戊形回路によ
り波形或形した後の波形である。そして，カウンタ２８
２のカウント数である出力ｄは、第４図（ｄ）に示され
る様に、クランク軸１２の２回転毎に、具体的は上記出
力Ｃとｂとが同時に発生した時にリセットされるため、
図示の様に、内燃機関１０の動作に同期してその値と変
化されることとなる。

第５図には、内燃機関１０の各気筒の行程とクランク回
転角度との関係が示されている。そして、図からも明ら
かな様に、各気筒の爆発行程は瞬接する気筒のそれと重
なり合うが、例えば各気筒の上死点付近を界にし、図の
最下段に示す様に、クランク軸の２回転（７２０度）を
６個の気筒にふり分ける。上記第３図のタイマ回路２８
３は、具体的には、クランク回転角度で３０度から１５
０度までの範囲を第４気筒に、１５０度から２７０度ま
でを第５気筒に、２７０度から３９０度までを第６気筒
に、３９０度から５１０度までを第１気筒に、５１０度
から６３０度までを第２気筒に、６３０度から次のサイ
クルの３０度までを第３気筒に対応させて気筒判別を行
っている。

第１図には、内燃機関１０の回転速度Ｎｅの変動状態と
その検出タイミングの関係が示されている。すなわち、
内燃機関１０の回転速度Ｎｅは、各気筒の上死点（ＴＤ
Ｃ）付近で発生トルクを最小とし、その後の爆発行程に
おいてトルク出力を最大と、回転速度はこの発生トルク
出力に依存するため、第１図（ａ）に示す様な変化を示
すこととなる。また、第ｌ図（ｂ）には、上記第５図に
より示したタイマ回路２８３の気筒識別信号ｅが示され
ている。上記タイマ回路２８３は、さらに、所定のクラ
ンク角度位置で回転速度Ｎｅをサンプングするためのタ
イマ信号ｆを出力する。このタイマ信号ｆの波形は第１
図（ｃ）に示されており、その幅はクランク角度で常に
一定の角度θＳ　（例えば、２４度程度）に保たれてい
る。

すなわち、上記タイマ回路２８３がタイマ信号ｆを出力
している間、カウンタ２８４はクロック信号発生器２８
５からのクロック信号ｇを入力してカウントし，そのカ
ウント結果を後段の回転速度計算部２８６に出力する。

その結果、上記回転速度計算部２８６は上記の（１）式
によって回転速度Ｎｅを計算する。この算出された回転
速度Ｎｅは、次段の気筒毎回転速度演算処理部２８７に
おいて、上記気筒判別信号ｅとにより、内燃機関１０の
各燃焼行程毎の回転速度Ｎｅの変動が上に凸な程度を表
わすＰを計算することとなる。

そして、この第１図に示す波形例においては、各気筒の
燃焼行程における回転速度Ｎｅのサンプリングタイミン
グ（即ち、タイマ信号ｆの発生タイミング）を簡便化の
ために最低の３回とし、さらに、その３回のタイミング
の内の２回を隣り合う燃焼行程（例えば第１気筒（気筒
識別信号ｅが＃１）の場合、第６気筒と第２気筒）のサ
ンプリングタイミングと共用している。この場合、回転
速度Ｎｅは以下の式で求められる。

６ｎｃ０　Ｔｃ上式において、Ｔｃは上記クロツク信号発生器２８５の
クロック周期（Ｓ）である。

そして、本実施例では、以下の式によって上記Ｐの値を
求めている。

エＰ’＋＝Ｎｋｚ　　　（Ｎｈｔ＋Ｎｋｇ）　　　　　　
・・・（３）２且し、上記（３）式において、ｋは気筒の番号を示して
おり上から６までの整数値となる。このＰ，の値は、ｋ
気筒が失火している場合にはＰ　ｋ”ＦＯとなり、失火
していない場合にはＰｈ＞Ｏとなる性質を有している。

そのため、例えば、あらかじめＰの閾値Ｐｔｈを設定し
、（ｉ）Ｐ＋＋＜Ｐｔｈの場合は欠火（異常）と、（ｉｉ
）Ｐｈ≧Ｐ’ｒｈの場合は正常と、判別することが可能
である。なお、特に、失火していない場合のＰｋの値が
小さく、上記の閾値ＰＴｈを設定し難い場合には、例え
ば、一の燃焼行程当りの回転速度Ｎｅの検出点数を増や
し、第６図中に斜線を施した面積を求めることにより精
度良く各気筒毎の燃焼状態の正常及び異常を判断するこ
とが可能となる。更に、数回分のＰｋを平均化する等の
手法によっても、その精度を高めることが可能である。

第７図及び第８図は、６気筒エンジンを実際に運転した
場合の回転速度Ｎ。の変動状態を示したものであり、前
者は各気筒が正常な燃焼を行っている場合の状態を、後
者は第２気筒（＃２）が失火した場合の変動状態を示し
ている。これらの図からも明らかな様に、エンジンの各
気筒が正常に燃焼している場合には各気筒における回転
速度Ｎｅの変動は上側に凸になっている。すなわち、各
気筒の最初と最後の部分における回転速度Ｎｅの値の間
に引いた線（図中に一点鎖線で示す）に対し，その中間
における回転速度Ｎ８の値が高くなっており、このこと
は、各気筒において燃料が正常に爆発してトルクを発生
していることを意味する。一方、エンジンの複数気筒の
一部、すなわち第２気筒（＃２）が失火している場合に
は、上記中間における回転速度Ｎｅの値は一点鎖線の上
に出ることなく平坦となり、その一つ前の第１気筒の燃
焼行程の後半において減少した状態のまま減少し続ける
こととなる。すなわち、上記第２気筒の燃焼行程中には
トルクが発生されないこととなる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかな様に、本発明によれば、多気筒
内燃機関の複数気筒内における燃焼異常を，比較的簡単
な方法により、正確に判別することが可能となる。また
、これを利用することにより、気筒間の撚焼状態の不均
一を解消し、よりスムーズな出力を取り出すことの出来
る優れた多気筒内燃機関を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明になる燃焼状態検出方法
の原理を説明するための各種波形図、第２図は本発明に
なる燃焼状態検出装置の全体構或を示す図、第３図は上
記燃焼状態検出装置の演算回路の詳細構成を示す回路図
、第４図（ａ）〜（ｄ）は上記演算回路の動作を説明す
る各部波形図、第５図は上記燃焼状態検出装置を適用す
る内燃機関の各気筒の動作状態を説明する行程説明図、
第６図は本発明の他の実施例になる検出方法の原理を説
明する波形図、そして、第７図及び第８図は実際のエン
ジンにおける回転速度変動を実測して得たグラフである
。１０・・・内燃機関、工２・・・クランク軸、ｌ４・・
・リングギア、↓６・・・第１のマグネットピックアッ
プ、１７・・・突起部、１８・・・第２のマグネットピツクア第１図第２図第３図第４図第５図第６図クラノク角第了図１２０２４０　　　　３６０　　　　４８０Ｃｒａｎｋ　Ａｎｇｌｅ　（ｄｅｇ） θ〕Ｏ７２０第８図

Claims

【特許請求の範囲】１、多気筒内燃機関の各気筒の燃焼状態を検出する方法
であつて、上記多気筒内燃機関の各気筒に対応して少な
くとも三つの時点でその回転速度の瞬時値を検出し、こ
れら少なくとも三つの時点における回転速度の検出値か
ら各気筒における回転速度の変化状態を算出し、この算
出された回転速度の変化状態に基づいて各気筒の燃焼状
態を検出する多気筒内燃機関の燃焼状態検出方法。２、多気筒内燃機関の各気筒の燃焼状態を検出する検出
装置であつて、少なくとも、上記多気筒内燃機関の各気
筒毎の回転数変動を検出する回転数検出手段と、上記多
気筒内燃機関の各気筒毎の燃焼行程を表わす気筒別燃焼
行程信号を発生する手段と、上記回転数検出手段及び上
記気筒別燃焼行程信号発生手段からの出力信号に基づき
、上記多気筒内燃機関の各気筒に対応して少なくとも三
つの時点でその回転速度の瞬時値を検出し、これら少な
くとも三つの時点における回転速度の検出値から各気筒
における回転速度の変化状態を算出し、この算出された
回転速度の変化状態に基づいて各気筒の燃焼状態を検出
する多気筒内燃機関の燃焼状態検出装置。