JPH04101051A - 内燃機関の失火検出装置及び方法 - 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］ この発明は、点火後の爆発行程中の気筒内圧力に基づい
て内燃機関の失火を検出する装置及び方法に関し、特に
気筒内圧力の微分波形に基づいて爆発行程圧力情報を得
ることにより圧力センサのオフセット成分の影響を除去
し、信頼性を向上させた内燃機関の失火検出装置及び方
法に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、自動車用ガソリンエンジン等に用いられる内燃
機関は、複数の気筒（例えば、４気筒）により、それぞ
れ、吸気、圧縮、爆発及び排気の４サイクルで駆動され
ている。このような内燃機関においては、各気筒毎のイ
グナイタによる点火時期及びインジェクタによる燃料噴
射順序等を最適に制御するため、マイクロコンピュータ
により電子的に演算が行われている。

このため、マイクロコンピュータは、各種運転条件及び
運転状態の他に、内燃機関の回転に同期した気筒毎の基
準位置信号及び特定気筒に対応した気筒識別信号等を取
り込み、各気筒毎の動作位置くクランク角）を識別して
最適なタイミングで制御を行っている。基準位置信号及
び気筒識別信号を発生する手段としては、内燃機関のカ
ム軸又はクランク軸の回転を検出して同期信号を発生す
る回転信号発生器が用いられている。

一般に、各気筒の点火制御においては、ピストンで圧縮
された混合気を点火プラグの火花により燃焼させる必要
かあるが、燃料や点火プラグ等の状態によっては点火制
御された気筒が燃焼てきない場合がある。このような状
態が発生すると、他の気筒に対して異常な負荷がかかり
エンジンを損傷するうえ、未然ガスの流出により種々の
障害等をもたらすおそれがある。

従って、機関の安全を確保するためには、各気筒につい
て確実に燃焼が行われたか否かを点火サイクル毎に検出
する必要がある。このため、従来より、点火後の爆発行
程中の気筒内圧力を検出して燃焼状態又は失火状態を判
別する装置が提案されている。

第４図は一般的な内燃機関の失火検出装置を示す構成図
である。

図において、（１）は内燃機関を駆動する気筒てあり、
燃焼室（２）と、燃焼室（２）に設けられた点火プラグ
（３）と、燃焼室（２）内の混合燃料カスの爆発によっ
て駆動されるピストン（４）と、混合燃料ガスを供給す
る吸気部（５）と、燃料後のガスを排出する排気部（６
）と、吸気部（５）と燃焼室（２）との間を開閉制御す
る吸気弁（７）と、燃焼室（２）と排気部（６）との間
を開閉制御する排気弁（８）とを備えている。

点火プラグ（３）は、点火コイル（後述する）に接続さ
れた中心電極と、この中心電極に対向する接地電極とを
有している。又、このような気筒（１）と同様の気筒は
、例えば４気筒エンジンの場合、４個設けられている。

くっ）は吸気部（５）に設けられた燃料供給用のインジ
ェクタてあり、アクセルのスロットル開度に応じた空気
量により、所定の混合燃料ガスを供給するようになって
いる。

（２ａ）は燃焼室（２）の気筒壁に設けられたオリフィ
ス、（１０）はオリフィス（２ａ）を介して燃焼室（２
）内の気筒内圧力を検出する圧力センサ、（１１）は二
次巻線の出力端子が点火プラグ（３）の中心電極に接続
された点火コイル、（１２）は点火コイル（１１）の入
力端子に負の高電圧を印加する電源、り１３）は点火コ
イル（１１）の−次巻線の出力端子に接続された点火装
置である。

（１４）は吸気弁（７）、排気弁（８）、インジェクタ
（９）及び点火装置（１３）等を制御するマイクロコン
ピュータ（以下、ＥＣＵという）であり、気筒（１）の
失火判定基準（スレッショルド）を生成するスレッショ
ルド生成手段並びに各種演算部を有し、気筒状態を表わ
す基準位置信号や各種運転状態等を表わす信号と共に、
圧力センサ（１０）からの気筒内圧力Ｐを取り込んでい
る。

ユニでは、爆発行程中の所定時期の気筒内圧力Ｐを取り
込むために、例えばクランク角に相当する基準位置信号
を発生するための回転角度センサ（図示せず）には、爆
発行程中の所定時期に対応したスリントが形成されてい
る。この所定時期は、爆発の有無に応して気筒内圧力Ｐ
に大きな差を生じるクランク角、即ち、Ａ１０°〜Ａ９
０°（ＴＤＣがら１０°〜９０°後）の範囲内の任意点
に設定される。

次に、第４図に示した内燃機関の失火検出装置の動作に
ついて説明する。

前述のよ、うに、燃焼室（２）においては、ピストン（
４）が２往復運動する間に、吸気、圧縮、爆発及び排気
が行われるが、Ｅ　ＣＵ　（１４）は、吸気行程でのイ
ンジェクタ（９）による燃料供給量や、爆発行程での点
火プラグ（３）による点火タイミング等を運転条件に応
じて最適に制御する。

即ち、吸気弁（７）を開放して吸気部（５）から混合燃
料ガスを燃焼室（２）に吸入する場合、アクセル操作に
よるスロットルの開度に応じて、吸気部（５）に供給さ
れる空気量と共にインジェクタ（９）から供給される燃
料量が制御される。

又、燃焼室（２）内の混合燃料ガスを圧縮した後、所定
のタイミングで点火装置（１３）を駆動し、点火コイル
（１１）の−次巻線を断続的に通電させる。これにより
、点火コイル（１１）の二次巻線から点火プラグ（３）
の中心電極に対して負極性の高電圧が印加され、接地電
極との間で放電による飛火が発生し、燃焼室（２）内で
爆発が起こる。通常、点火時期は、クランク角０°の位
置、即ちＴＤＣ（上死点）の付近である。

点火プラグ（３）の放電により爆発（燃焼）が起こると
、圧力センサ（１０）で検出される燃焼室（２）の気筒
内圧力Ｐは高くなるが、失火により爆発が起こらなけれ
ば気筒内圧力Ｐは低い値となる。

従って、Ｅ　ＣＵ　（１４）は、爆発行程中の所定時期
において気筒内圧力Ｐを取り込み、スレッショルド生成
手段から失火判定用のスレッショルドを生成し、気筒内
圧力Ｐをスレッショルドと比較する。

そして、気筒内圧力Ｐがスレッショルド以下であれば、
気筒の失火状態を判定し、その気筒に対して失火フラグ
を立てる。

しかしながら、圧力センサ（１０）にはオフセット成分
が含まれているため、気筒内圧力Ｐとスレッショルドと
の比較結果のみにより失火状態を判定した場合、例えば
オフセット成分により気筒内圧力Ｐのレベルがスレッシ
ョルドを越える可能性がある。このため、実際には、燃
焼が行われなくても正常に燃焼が行われたと判定してし
まい、前述のような機関の損傷を招くおそれがある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関の失火検出装置及び方法は以上のように
、気筒内圧力Ｐがスレッレヨルドを越えたときに燃焼状
態を判定しているので、スレッショルド以上のレベルの
オフセット成分が重畳された場合、失火しているにもか
かわらず燃焼が行われたと判定してしまい、信頼性の高
い失火検出が困難になるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、気筒内圧力の検出値に圧力センサのオフセッ
ト成分が重畳されても信頼性を損なうことのない内燃機
関の失火検出装置及び方法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に保る内燃機関の失火検出装置は、気筒内圧力
を検出する圧力センサと、気筒内圧力の微分波形を生成
する微分器と、微分波形に基づいて爆発行程圧力情報を
生成する信号処理部と、爆発行程圧力情報に対するスレ
ッショルドを算出するスレッショルド算出部と、爆発行
程圧力情報とスレッショルドとを比較して比較出力を生
成する比較部と、比較出力に基づいて気筒の失火状態を
判定する失火判定部とを備えたものである。

又、この発明に係る内燃機関の失火検出方法は、爆発行
程中の気筒内圧力を検出するステップと、気筒内圧力を
微分して微分波形を生成するステップと、微分波形に基
づいて爆発行程圧力情報を求めるステップと、爆発行程
圧力情報に対するスレッショルドを算出するステップと
、爆発行程圧力情報をスレッショルドと比較するステッ
プと、比較結果に基ついて気筒の失火状態を判定するス
テップとを備えたものである。

［作用］ この発明においては、気筒内圧力の微分波形に基づいて
、圧力センサのオフセット成分による影響を除去した状
態で、爆発行程中の気筒内圧力に相当する爆発行程圧力
情報を求め、この爆発行程圧力情報をスし／ショルｌ〜
と比較して失火状態を検出する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明による内燃機関の失火検出装置の一実施例
を示すブロック図であり、（１０）及び（１４）は前述
と同様のものであり、図示しない部分は第４図に示した
通りである。

この場合、Ｅ　ＣＵ　（１４）は、気筒内圧力Ｐの微分
波形りに基づいて爆発行程圧力情報βを生成する信号処
理部（１５）と、爆発行程圧力情報βに対するスレッシ
ョルドＴＨを算出するスレッショルド算出部（１６）と
、爆発行程圧力情報βとスレッショルドＴＨとを比較し
て比較出力Ｃを生成する比較部（１７）と、比較出力Ｃ
に基づいて気筒の失火状態を判定する失火判定部（１８
）とを備えている。

又、Ｅ　ＣＵ　（１４）は、各気筒毎の基準位置信号及
び運転状態信号に基づいて運転状態を判定する運転状態
検出部（図示せず）を備えており、運転状態に応じてス
レッショルドＴＨを変えるようになっている。

（１９）は圧力センサ（１０）からの気筒内圧力ＰをＥ
ＣＴＪ　（１４）に取り込むためのインタフェース、（
２０）は気筒内圧力Ｐを微分して微分波形りを生成する
微分器である。微分波形りはＥ　ＣＵ　（１４）内の信
号処理部（１５）に入力されている。

第２図は第１図の動作を説明するための波形図であり、
横軸θはクランク角位置、縦軸Ｐは気筒内圧力、ＴＤＣ
はクランク軸に連結されたピストン（４）の上死点、θ
。は微分波形りの零クロス点、Ｖｐは微分波形りのピー
ク値、ＶｄｐはＴＤＣ以降の正微分値（ピーク値）、Ｉ
はＴＤＣ以降の微分波形りの積分値、ＶｉはＴＤＣ以降
の正微分値の積分値である。

次に、第２図の波形図、第３図のフローチャート図並び
に第４図の構成図を参照しながら、第１図に示したこの
発明の一実施例の動作について説明する。

前述のように、各気筒は圧縮行程に続いて爆発行程に移
行するが、このとき、Ｅ　ＣＵ　（１４）は、各気筒の
クランク角を示す基準位置信号に基づいて、ＴＤＣ付近
の所定のタイミングで点火装置（１３）を駆動して点火
プラグ（３）を放電させる。

又、圧力センサ（１０）は、点火直前の圧縮行程を含む
爆発行程中の気筒内圧力Ｐを連続的に検出する（ステッ
プＳｌ）。この気筒内圧力Ｐは、正常な爆発（正常燃焼
）が行われた場きには第２図の実線のように大きなレベ
ルとなり、失火の場合には一点鎖線のように小さなレベ
ルとなる。

即ち、気筒内圧力Ｐは、正常燃焼時にはＴＤＣ以降に息
増するが、失火時には、ピストン（４）が単に往復運動
するときの燃焼室（２）内の容積に関連するのみである
から、ＴＤＣに関して対称の波形となる。

微分器（２０）は、インタフェース（１９）を介して入
力される気筒内圧力Ｐを微分し、微分波形りを生成して
Ｅ　ＣＵ　（１４）に入力する（ステップＳ２）。

微分波形りは、正常燃焼が行われた場合には第２図の実
線のように、又、失火した場合には一点鎖線のようにな
る。即ち、正常燃焼時には、ピーク値Ｖｐが大きく且つ
遅角側となり、零クロス点θ０がＴＤＣ以降の位置とな
る。又、失火時には、ピーク値Ｖｐが小さく且つ進角側
となり、零クロス点がＴＤＣの位置となる。

又、ＴＤＣ以降の微分波形りに着目すれば、正常燃焼時
には正微分値（又は、ピーク値Ｖ　ｄｐ）及び積分値■
が得られ、失火時には正微分値及び積分値Ｔは得られな
いことが分かる。

従って、信号処理部（１５）は、微分波形りに基づいて
爆発行程圧力情報βを生成するが、爆発行程圧力情報β
として、微分波形りに関する上記特徴のうち任意のもの
を選択することができる。即ち、爆発行程圧力情報βは
、ピーク値■ｐ、零クロス点θ。、ＴＤＣ以降の正微分
値Ｖｄｐ、又は、積分値■１のいずれかに設定される。

こうして、爆発行程圧力情報βが求められる（ステップ
Ｓ３）。

この爆発行程圧力情報βは、オフセット成分の影響を全
く受けない微分波形りに基づいているため、圧力センサ
（１０）の特性バラツキ等に依存しない信頼性の高い値
となる。

一方、スレッショルド算出部（１６）は、爆発行程圧力
情報βの値に対し、爆発の有無を正確に判定するための
スレッショルドＴＨを算出する（ステップＳ４）。この
とき、スレッショルドＴＨは、運転状態に応じた値に設
定され、例えば、内燃機関の回転数が高い場合や負荷が
大きい場合には、爆発行程圧力情報βのレベルが上昇す
るので、マツプ等を参照しながら、高いスレッショルド
Ｔ）Ｉが設定される。

次に、比較部（１７）は、爆発行程圧力情報βとスレッ
ショルドＴＨとを比較しくステップＳ５）、もし、爆発
行程圧力情報βがスレッショルドＴＨを越えていれば正
常燃焼を示し、爆発行程圧力情報βがスレッショルドＴ
Ｈ以下であれば気筒の失火状態を示す比較出力Ｃを生成
する。

従って、失火判定部（１８）は、爆発行程圧力情報βが
スレッショルドＴＨを越えていれば正常燃焼と判定しく
ステップＳ６）、爆発行程圧力情報βがスレッショルド
ＴＨ以下であれば気筒の失火状態を判定しくステップＳ
７）、その気筒に対する失火フラグを立てる。

以上のステンプＳ１〜Ｓ７は、点火シーケンスにある各
気筒毎に繰り返され、検出対象気筒に失火が生じると直
ちに検出される。このとき、オフセット成分により気筒
内圧力Ｐのレベルが変動しても、微分波形りに基づく爆
発行程圧力情報βは、全く変動しない安定な値となる。

従って、燃焼状態を誤検出することはなく、常に信頼性
の高い高精度の失火検出が行われる。

尚、スレッショルドＴＨは、爆発行程圧力情報βの特性
に応じて、正常燃焼時と失火時とを明確に分離するレベ
ルに設定される。

例えば、爆発行程圧力情報βが、微分波形りのピーク値
Ｖ　ｐ、Ｔ　Ｄ　Ｃ以降の正微分値Ｖｄｐ又は正微分値
の積分値Ｖｉである場合には、スレッショルドＴＨは正
常燃焼時及び失火時の各ピーク値Ｖ　、）の中間レベル
に設定される。ここで、ＴＤＣ以降に限った場合の正微
分値■ｄｐ及びその積分値〜′ｌは、失火時の値が０と
なるため、正常燃焼時との差が明確になり失火判定の信
頼性か高くなる。

又、爆発行程圧力情報βが零クロス点θ０の場合には、
スレッショルドＴＨは失火時の零クロス点ＴＤＣ（又は
、ＴＤＣ＋α）に設定され、比較ステ・・・プＳ５にお
いては、零クロス点θ。がＴＤＣより遅角側く正常燃焼
）であるか否かが判定される。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、気筒内圧力を検出する
圧力センサと、気筒内圧力の微分波形を生成する微分器
と、微分波形に基づいて爆発行程圧力情報を生成する信
号処理部と、爆発行程圧力情報に対するスレッショル１
〜を算出するスレッショルド算出部と、爆発行程圧力情
報とスレッショルドとを比較して比較出力を生成する比
較部と、比較出力に基づいて気筒の失火状態を判定する
失火判定部とを設け、気筒内圧力の微分波形に基づいて
、圧力センサのオフセット成分による影響を除去した状
態で、爆発行程中の気筒内圧力に相当する爆発行程圧力
情報を求め、この爆発行程圧力情報をスレッショルドと
比較して失火状態を検出するようにしたので、気筒内圧
力の検出値に圧力センサのオフセット成分が重畳されて
も信頼性を損なうことのない内燃機関の失火検出装置が
得られる効果がある。

又、この発明によれば、爆発行程中の気筒内圧力を検出
するステップと、気筒内圧力を微分して微分波形を生成
するステップと、微分波形に基づいて爆発行程圧力情報
を求めるステップと、爆発行程圧力情報に対するスレッ
ショルドを算出するステップと、爆発行程圧力情報をス
レッショルドと比較するステップと、比較結果に基づい
て気筒の失火状態を判定するステップとを設け、気筒内
圧力の微分波形に基づいて、圧力センサのオフセ・ノド
成分による影響を除去した状態で、爆発行程中の気筒内
圧力に相当する爆発行程圧力情報を求め、二の爆発行程
圧力情報をスレッショルドと比較して失火状態を検出す
るようにしたので、気筒内圧力の検出値に圧力センサの
オフセ・ノド成分が重畳されても信頼性を損なうことの
ない内燃機関の失火検出方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による内燃機関の失火検出装置の一実
施例を示すブロック図、第２図は第１図の動作を説明す
るための波形図、第３図はこの発明による内燃機関の失
火検出方法の一実施例を示すフローチャート図、第４図
は一般的な内燃機関の失火検出装置を示す構成図である
。 （１０）・・圧力センサ　　　（１４）・ＥＣＵ（１５
）信号処理部 （１６）・・・スレッショルド算出部 （１７）・・・比較部　　　　　（１８）・・・失火判
定部（２０）・・・微分器 β・爆発行程圧力情報 ＴＨ・・・スレッショルド Ｃ・・・比較出力　　　　　Ｄ・・微分波形Ｐ・・・気
筒内圧力　　　　θ。・・零クロス点Ｓ１・・・気筒内
圧力Ｐを検出するステップＳ２・・微分波形りを生成す
るステップＳ３・・爆発行程圧力情報βを求めるステッ
プＳ４　　スレッショルドＴＨを算出するステップＳ５
・・βとＴＨとを比較するステップＳ７・・・失火状態
を判定するステップ尚、図中、同一符号は同−又は相当
部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）気筒内圧力を検出する圧力センサと、前記気筒内
   圧力の微分波形を生成する微分器と、 前記微分波形に基づいて爆発行程圧力情報を生成する信
   号処理部と、 前記爆発行程圧力情報に対するスレッショルドを算出す
   るスレッショルド算出部と、 前記爆発行程圧力情報と前記スレッショルドとを比較し
   て比較出力を生成する比較部と、前記比較出力に基づい
   て気筒の失火状態を判定する失火判定部と、 を備えた内燃機関の失火検出装置。
2. （２）爆発行程中の気筒内圧力を検出するステップと、 前記気筒内圧力を微分して微分波形を生成するステップ
   と、 前記微分波形に基づいて爆発行程圧力情報を求めるステ
   ップと、 前記爆発行程圧力情報に対するスレッショルドを算出す
   るステップと、 前記爆発行程圧力情報を前記スレッショルドと比較する
   ステップと、 前記比較結果に基づいて気筒の失火状態を判定するステ
   ップと、 を備えた内燃機関の失火検出方法。