JPH0337376A - 内燃機関の失火診断装置及び点火時期補正制御装置 - Google Patents

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〉 本発明は内燃機関の失火診断装置及び点火時期補正制御
装置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の点火装置として電子制御式のものでは、−殻
内に機関回転速度Ｎや機関負荷等に基づいて細分した運
転領域毎に最適点火時期（最適点火進角値）を記憶した
マツプをマイクロコンピュータのメモリに予め記憶させ
ておき、検出された実際の運転条件に基づいて前記マツ
プから点火時期を検索して求め、この点火時期に基づい
て各気筒の点火を制御するようにしている（特開昭６０
−１８４９６７号公報等参照）。

（発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記のような点火装置では、点火栓に対する
通電経路に異常があることは容易に検出することができ
るが、点火栓による火花点火によって実際に混合気が着
火燃焼したか、或いは、失火したかを判別することが困
難であるという問題があった。このため、特定気筒で失
火が発生している状態で運転される慣れがあり、失火が
発生すると、未燃ガスが排管側で燃焼して排気浄化用の
触媒装置を焼損させ、排気有害成分であるＣ０５ＨＣ，
ＮＯｘの排出量が増大してしまう。

かかる問題を解消すべく失火を正確に判別するには、排
気圧や筒内圧（燃焼圧）を検出するセンサを設ければ良
いが、このようなセンサは高価であるため、コストアッ
プを招くという問題がある。

また、従来から、排気中の酸素濃度を検出する酸素セン
サを設け、このセンサによって機関吸入混合気の空燃比
を間接的に検出して、実際の空燃比を目標空燃比に近づ
けるように燃料供給量を制御する空燃比フィードバック
制御機能を有した電子制御燃料噴射装置があり、かかる
燃料噴射装置を備えたものでは、特定気筒で失火が発生
すると、この失火による排気中酸素濃度の変化が前記酸
素センサで検出されるが、酸素センサの検出値がとの気
筒の排気に影響されたものであるかを特定することが困
難であるため、酸素センサによって気筒毎の失火を正確
に判断することは難しかった。

更に、点火時期制御においては、最大トルクを最小の進
角値で得ることが最良であり、前記最良点火時期を予め
実験等によって求めておいてマツプ設定を行うようにし
ているが、マツプ点火時期に設定ミスがあると、最大ト
ルクを発生させることができなくなるという問題もあっ
た。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃焼・
失火によりピストンスピードが最も早くなる時期が異な
ることを利用して、コストアップを招くことなく失火判
断が正確に行える失火診断装置を提供すると共に、前記
ピストンスピードが最も早くなる時期を監視することに
よって、点火時期を最良時期に補正し得る点火時期補正
制御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〉 そのため本発明では、第１図に示すように、機関クラン
ク軸が所定の単位角度回転する毎に検出信号を出力する
回転角検出手段と、この回転角検出手段から出力された
検出信号の周期を計測する周期計測手段と、燃焼圧力を
伴わないクランキング状態において各気筒のピストンス
ピードが最大となる所定角度位置を検出する最大スピー
ド位置検出手段と、周期計測手段で計測される周期の最
も短くなる角度位置が、前記最大スピード位置検出手段
で検出される前記所定角度位置と略一致したときに失火
発生を判別する失火判別手段と、を備えて失火診断装置
を構成した。

また、第１図点線毛のように、周期計測手段で計測され
る周期の最も短くなる角度位置が、各気筒毎に最大トル
クを得る角度位置となるように点火時期を補正制御する
点火時期補正制御手段を含んで点火時期補正制御装置を
構成するようにした。

く作用〉 かかる構成において、回転角検出手段から機関クランク
軸が所定の単位角度回転する毎に出力される検出信号の
周期（機関回転速度相当（ａ）が、周期計測手段で計測
される。また、最大スピード位置検出手段は、燃焼圧力
を伴わないクランキング状態、即ち、内燃機関がポンプ
作用のみを行っている状態において各気筒のピストンス
ピードが最大となる所定角度位置を検出する。

そして、失火判別手段は、周期計測手段で計測される周
期の最も短くなる角度位置が、前記最大スピード位置検
出手段で検出される前記所定角度位置と略一致したとき
、即ち、燃焼圧力が発生していないときと同じ角度位置
で機関回転スピードが最大となったときには、失火によ
り燃焼圧力が発生しなかったものと見做して失火発生を
判別する。

また、最大トルクを得る角度位置で点火が行われている
ときには、これに伴って所定角度位置でピストンスピー
ドが最大となるから、点火時期補正制御手段は、逆にピ
ストンスピードが最大となる角度位置を周期計測手段で
計測される周期の最も短くなる角度位置として検出し、
この角度位置が最大トルク発生時の所定角度位置となる
ように点火時期を補正制御する。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例のシステム構成を示す第２図において、機関ｌ
には、エアクリーナ２から吸気ダクト３゜スロットル弁
４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。

吸気マニホールド５のブランチ部には、各気筒毎に燃料
噴射弁６が設けられている。前記燃料噴射弁６は、ソレ
ノイドに通電されて開弁し通電停止されて閉弁する・電
磁式燃料噴射弁であって、後述するコントロールユニッ
１２１２からの駆動パルス信号により通電されて開弁し
、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギ
ュレータにより所定の圧力に調整された燃料を噴射供給
する。

機関１の各燃焼室には、点火栓７が設けられていて、こ
れにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。そして
、機関１からは、排気マニホールド８．排気ダクト９．
三元触媒１０及びマフラー１１を介して排気が排出され
る。

コントロールユニット１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ。

ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスを含ん
で構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの入力信号を受け、該入力信号に基づいて燃料噴
射量を演算処理して、燃料噴射弁６の作動を制御すると
共に、点火時期ＡＤＶ　（点火進角値）を設定制御して
点火栓７による点火時期を制御する。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式あ
るいはフラップ式等のエアフローメータ１３が設けられ
ていて、吸入空気流ＩＱに応じた電圧信号を出力する。

また、機関１のクランク軸（又はカムシャフト）に付設
させてクランク角センサ１４が設けられていて、４気筒
の場合、クランク角１８０°毎（本実施例ではＢＴＤＣ
７０°毎）の基準角度信号ＲＥＦと、クランク角２°毎
の単位角度信号ＰＯ３とを出力する。従って、本実施例
における回転角検出手段は前記クランク角センサ１４が
相当し、所定の単位角度は２″である。

更に、機関１のウォータジャケットの冷却水温度Ｔｗを
検出する水温センサ１５が設けられている。

ここで、コントロールユニット１２に内蔵されたマイク
ロコンピュータのＣＰＵは、第３図〜第５図にフローチ
ャートとして示すＲＯＭ上のプログラムに従って演算処
理を行い、機関ｌにおける失火発生の診断を行うと共に
、最大トルクを発生させるべく点火時期ＡＤＶ　（点火
進角値）の補正制御を行う。

従って、本実施例において、周期計測手段、最大スピー
ド位置検出手段、失火判別手段２点火時期補正制御手段
としての機能は、第３図〜第５図にフローチャートに示
され、コントロールユニッ目２は失火診断装置及び点火
時期補正制御装置を兼ねるものである。

第３図のフローチャートに示すプログラムは、クランク
角センサ１４から単位角度信号ＰＯ３が出力される毎に
実行されるものであり、まず、ステップ１（図中ではＳ
ｌとしである。以下同様）では、後述するようにクラン
ク角センサ１４から基準角度信号ＲＥＦが出力される毎
にゼロリセットされて周期Ｔをカウントするカウント値
ｃｎｔを１アツプする。

次のステップ２では、前回の単位角度信号ＰＯ３から今
回のＰＯ３までの時間（周Ｍ）を計測した結果を、単位
角度信号ＰＯ５の周期時間を示すＴにセットする。尚、
本実施例では、単位角度信号ＰＯ３の周期を計測するよ
うにしたが、単位角度信号ＰＯ３を分周したパルス信号
の周期を計測するようにしても良い、また、前記周期Ｔ
は、機関回転速度に相当する値であるから、周期１゛に
基づいて演算された機関回転速度を、周期′ｒに代えて
用いるようにしても良い。

また、ステップ３では、今回の計測結果がセットされた
周期時間Ｔを、カウント値ｃｎｔで順番管理される値と
してＴ（ｃｎｔ）にセットする。

従って、例えばＴ　（１０）は、基準角度信号ＲＥＦか
ら１０番目に計測された周期Ｔであることを示すことに
なる。

次に第４図のフローチャートに示すルーチンはクランク
角センサ１４から基準角度信号ＲＥＦが出力されたとき
に実行されるものであり、まず、ステップ１１では、前
記カウント値ｃｎｔをゼロリセットし、次ステツプ１２
では初期設定処理として、周期Ｔを順番に比較させるた
めのカウンタｉに１をセットする一方、周期Ｔの最小値
（機関回転速度の最大値）がセットされるＭＩＮに所定
の最大値（最小機関回転速度）をセットする。

そして、次のステップ１３では、前記カウンタｉが所定
値９０を越えたか否かを判別し、カウンタｉが所定値９
０を越えるまではステップ１４へ進んでステップ１４〜
１７の処理が繰り返されるようにする。

ステップ１４では、前記第３図のフローチャートに従っ
て計測した順番に番号付けがなされている周期Ｔのうち
、カウンタｉ相当の順番の周期Ｔ〔ｉ〕と、最小値ＭＩ
Ｎとを比較し、周期Ｔ（ｉ）がより小さいときには、ス
テップ１５へ進んで周期Ｔ　（ｉ）を最小値ＭＩＮにセ
ットする。そして、次のステップ１６では、最小値ＭＩ
Ｎにどの順番の周期Ｔがセットされているかを知るため
に、今回のカウンタｉをｍにセットする。

次のステップ１７では、カウンタｉを１アツプさせ、再
びステップ１３へ戻る。また、ステップ１４で今回の周
期Ｔ（ｉ）が最小値ＭＩＮ以上であると判別されたとき
には、ステップ１７ヘジヤンプして進み最小値ＭＥＮの
更新は行わない。

即ち、カウンタｉが所定値９ｏになるまでの間、周期Ｔ
を１番目から順番に比較していって最小値ＭＩＮをサン
プリングするものであり、カウンタｉによって周期Ｔの
順番が処理されるから、結果、基準信号ＲＥＦ間（２＠
Ｘ９０）でサンプリングされた周期Ｔについて全て最小
値ＭＩＮとの比較がなされる。

基準角度信号ＲＥＦ間における周期Ｔの最小値ＭＩＮの
サンプリングが終了し、ステップ１３でカウンタｉが所
定値９０を越えたことが判別されると、ステップ１８へ
進んで、最小値ＭＩＮにセットされた周期Ｔの順番を示
すｍが所定値８ｏ付近であるか否かを判別する０ｍが８
０であるということは、基準角度信号ＲＥＦから８００
番目周期Ｔが最小であったことを示すものであり、周期
Ｔがクランク角２°であるから、基準角度信号ＲＥＦか
ら１６０＠の角度位置で周期Ｔが最も短くなったことを
示す。

基準角度信号ＲＥＦは、本実施例においてＢＴＤＣ７０
”で出力されるから、基準角度信号ＲＥＦから１６０’
の角度位置はＡＴＤＣ９０’″に相当する。

失火が発生すると、燃焼圧力が発生せずに機関ｌはポン
プ作用のみを行うクランキング状態となるため、燃焼室
内ではピストンによる圧縮圧力のみが発生し、筒内圧は
第６図に示すように圧縮上死点で最大となり、この筒内
圧の最大時にピストンスピードは低くなって、各気筒の
圧縮上死点間となるＡＴＤＣ９０“の位置でピストンス
ピードは最大となる。ピストンスピードが最大というこ
とは、クランク軸の回転スピードが最大ということであ
り、周期Ｔがこのとき最も短くなるはずである。これに
対し、失火が発生せずに燃焼したときには、この燃焼圧
によって筒内圧の最大は圧縮上死点よりも遅れた位置に
ずれ、これに伴ってピストンスピードの最／Ｊい最大位
置も、圧縮上死点・ＡＴＤＣ９０”からより遅れた位置
にずれることになる。

尚、６気筒内燃機関の場合には、第７図に示すように、
失火発生時にはＡＴＤＣ６０＠の位置でピストンスぐ−
ドが最大となり（周３ｔ、１１Ｔが最も短くなり）、ま
た、８気筒ではＡＴＤＣ４５°の位置でピストンスピー
ドが最大となることが分かっているので、上記のような
失火判別は、４気筒に限って行えるものではない。

従って、ステップ１８でｍが略８０であると判別され、
ＡＴＤＣ９０°の角度位置で周期Ｔが最も短くなったと
きには、失火の発生により筒内圧の最大が圧縮上死点と
なっている状態であると推測されれる。このようにして
失火発生が判別されると、ステップ１９へ進んで失火判
別回数をカウントするカウンタ１を１アツプし、次のス
テップ２０では、基準角度信号ＲＥＦをカウントするカ
ウンタ０を１アツプする。

また、最小値ＭＩＮがサンプリングされためが基準角度
信号ＲＥＦから８０番目の角度位置でないときには、ス
テップ１９をジャンプしてステップ２０へ進む。

次のステップ２１では、基準角度信号ＲＥＦをカウント
するカウンタＯが所定値４００になったか否かを判別し
、カウンタＯが所定値４００になったときには、ステッ
プ２２で失火率の演算を行う。

失火率は、カウンタｌ／カウンタ０で算出され、基準角
度信号ＲＥＦの所定回数当たり何回失火が検出されたか
を示すものである。ステップ２２で失火率を算出すると
、次回から新たに失火判別を行わせるべく前記カウンタ
１及びカウンタ０をゼロリセットする。

また、ステップ２４では、今回検出された周期Ｔが最も
短くなる角度位置ｍに基づいて、点火時期ＡＤＶ　（圧
縮上死点からの点火進角値）の補正制御を以下の式に従
って行う。

（但し、Ｋは定数） ここで、右辺のＡＤＶは、例えば機関回転速度と基本燃
料噴射量とに基づいて予め設定されている点火時期であ
り、基準角度信号ＲＥＦがＢＴＤＣ７０”で出力されこ
の７０°がカウンタで３５に相当するので、ｍ−３５は
圧縮上死点から周期Ｔが最も短くなる角度位置までのカ
ウント数を示すことになる。また、１１７／２は、周期
Ｔが最も短くなる角度位置の目標を示すもので、最大ト
ルクを発生させたときにピストンスピードが最大となる
角度位置が例えばＡＴＤＣ１１７°であるとすると、逆
にこのＡＴＤＣ１１７°（カウント数１１７／２）で周
期Ｔが最も短くなるように点火時期ＡＤＶを補正すれば
、最大トルクを発生させることができるので、最大トル
クを発生させたときに周期Ｔが最も短くなる時期に対し
て実際に周期Ｔが短くなった時期の差を（ｍ　−３５−
１１７／２）で求め、例えば最大トルク発生時に対して
実際に周期Ｔが最も短くなった時期が遅れていて（ｍ　
−３５−１１７／２）がプラスの値となると、マツプ点
火時期ＡＤＶにプラス補正がなされてより進角され、周
期Ｔが最も短くなる時期を早めて最大トルク発生時に近
づけるようにする。

ステップ２４で、点火時期ＡＤＶの補正を行うと、ステ
ップ２５でマツプ点火時期ＡＤＶを補正して得た点火時
期ＡＤＶを出力し、最大トルク発生時に周期Ｔが最も短
くなる角度位置と略同様な時期に周期Ｔが最も短くなる
ようにして点火栓７による点火が行われる。

第５図のフローチャートに示すプログラムは、バッググ
ラウンド処理されるものであり、ステップ３１では第４
図のフローチャートにおけるステップ２２で演算された
失火率が所定値（例えば２５％）以上であるか否かを判
別し、所定値以上の割合で失火が発生しているときには
、ステップ３２へ進んで失火が頻繁に発生している異常
状態であることを運転者に対して表示する。

尚、上記のように本実施例では、失火を気筒別に検出せ
ず、全気筒でどの程度の割合で発生しているかによって
失火の診断結果を表示させるようにしたが、第６図及び
第７図から明らかなように失火気筒を特定できるため、
気筒別に失火率を求めてその結果を表示させることも可
能である。

このように本実施例の失火診断装置によると、点火時期
ＡＤＶ制御や機関回転速度を検出するセンサとして一般
的に備えられているクランク角センサ１４の信号に基づ
いて失火を診断するよう構成されているので、失火発生
を精度良く診断することができると共に、失火診断装置
を比較的廉価に実現できるものである。また、最大トル
クを発生させたときに周期Ｔが最も短くなる（機関回転
速度が最もと早くなる）角度位置で実際の周期Ｔが最も
短くなるように点火時期ＡＤＶが補正されるので、最大
トルクを得る点火時！１ｌｌＡＤｖで点火制御させて、
出力特性・燃費を向上させることができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、機関クランク軸
が所定の単位角度回転するのに要する時間（周期）、即
ち、ピストンスピードであり機関回転速度が、燃焼・失
火によりその最も早くなる角度位置が異なることを利用
して失火診断を行うようにしたので、コストアップを招
くことなく失火判断が正確に行えるという効果がある。

また、最大トルク発生時においてクランク軸が単位角度
回転するのに要する時間が最も短くなる角度位置が決ま
っているので、この最大トルク発生時の特性に近づける
ように点火時期を補正することによって、最大トルクを
発生し得る最良の点火時期で点火制御が行えるようにな
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図〜第５図は
それぞれ同上実施例における制御内容を示すフローチャ
ート、第６図及び第７図はそれぞれ失火発生時と正常燃
焼時とにおける筒内圧とピストンスピードとの変化を示
すタイムチャートである。 １・・・機関　　７・・・点火栓　　１２・・・コント
ロールユニット　　１４・・・クランク角センサ第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関クランク軸が所定の単位角度回転する毎に検
   出信号を出力する回転角検出手段と、 該回転角検出手段から出力された検出信号の周期を計測
   する周期計測手段と、 燃焼圧力を伴わないクランキング状態において各気筒の
   ピストンスピードが最大となる所定角度位置を検出する
   最大スピード位置検出手段と、前記周期計測手段で計測
   される周期の最も短くなる角度位置が、前記最大スピー
   ド位置検出手段で検出される前記所定角度位置と略一致
   したときに失火発生を判別する失火判別手段と、 を備えて構成されたことを特徴とする内燃機関の失火診
   断装置。
2. （２）前記周期計測手段で計測される周期の最も短くな
   る角度位置が、各気筒毎に最大トルクを得る角度位置と
   なるように点火時期を補正制御する点火時期補正制御手
   段を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の点火
   時期補正制御装置。