JPH07111152B2 - 内燃機関の失火気筒検出装置 - Google Patents

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気筒検出装置に関し、詳しく
は、機関回転周期に基づいて平均有効圧の変化量に略相
当する判別値を演算し、この判別値とスライスレベルと
を比較することで失火気筒を検出するよう構成された失
火気筒検出装置に関する。

＜従来の技術＞ 内燃機関においては、点火系又は燃料噴射弁等の燃料供
給系の故障、更に、圧縮漏れ等によって失火が発生する
ことがあり、失火が発生すると、かかる失火気筒に供給
された燃料が燃焼しないまま排気系に排出され、この未
燃焼ガスが排気浄化用に設けられた触媒装置で燃焼して
該触媒装置を焼損させることがあり、触媒装置が焼損す
ると、排気浄化能力の低下によって排気中の有害成分濃
度を増大させてしまうという問題が発生する。

このため、失火発生を検出し、失火が検出されたときに
は、失火発生を警告したり、失火している気筒への燃料
供給を停止するなどのフェイルセーフ制御を実行するこ
とが要求される。

失火を検出する装置としては、以下に示すように機関回
転変動に基づき失火気筒を判別するものがある（1979年
ISATA−Paper「Experiences with a new method for me
asuring the engine roughness」by R.Latsch,E.Mausne
r,V.Bianchi参照）。

即ち、機関の変動度合い（エンジンラフネス度）を平均
有効圧の変化量として示す判別値LUnを各気筒別に演算
し、この判別値LUnに基づき失火気筒を検出するもので
あり、判別値LUnは以下のようにして導かれる。

ここで、Ｍ＝機関発生トルク、Ｗ＝負荷トルク、ω＝ク
ランク角速度、θ＝イナーシャモーメント、ｔ＝時間、
Ｔ＝クランク回転周期瞬時値、ξ＝クランク角度、ｊ＝
0,1,3,・・・、Tj＝2or1クランク軸回転周期、Tj_-1＝１
回前のTjとすると、 上記式を１クランク軸回転に対し積分すると、 ここで、Ｗを定数と仮定し、かつ、Tj≒Tj_-1≒Tj_-2とす
ると、 となり、上記式の左辺が失火気筒の発生と密接な関係に
ある内燃機関の平均有効圧の変化量ΔPiに略相当するこ
とから、右辺の回転周期に関わる演算を行えば、間接的
に平均有効圧の変化を捉えることができ、これによって
失火気筒を特定できるから、右辺の演算結果を機関変動
度合い判別値LUnとして、この判別値LUnに基づき平均有
効圧が所定以上に減少変化しているか否かを気筒別に判
別して失火気筒を検出できるようにする。

ここで、平均有効圧Piの変化量ΔPiに略相当する機関変
動度合い判別値LUnの演算式は、下式のように、 となるが、実用上で簡単に演算できるように以下のよう
に簡略化する。

即ち、Δ（ΔTj）＝（Tj_-1−Tj_-2）−（Tj−Tj_-1）であ
るが、４気筒内燃機関の場合にはTj_-1＝360゜前の180゜
周期（４気筒の場合のTDC周期）、Tj_-2＝720゜（２回
転）前の180゜周期、Tj＝最新の180゜周期とする。更
に、Tj³は演算が大変であるから、Tj,Tj_-1又はTj_-2に置
き換える。ここで、360゜（１回転）前の180゜周期をha
lf、720゜（２回転）前の180゜周期をold、最新の180゜
周期をnewとし、かつ、Tj³の代わりにTj_-2（720゜前の1
80゜周期＝old）を用いるものとすれば、前記機関変動
度合い判別値LUnの演算式は、以下のように簡略化され
る。

尚、例えば６気筒機関では、TDC周期が120゜となって、
同じく最近のTDC周期new,1/2サイクル前の周期half及び
１サイクル前の周期oldをそれぞれ上記式に代入すれば
判別値LUが求められる。

上記演算式に基づく機関変動度合い判別値LUnの設定を
行うと、例えば第４図（４サイクル４気筒機関で＃１気
筒の失火発生状態）に示すように、４気筒内燃機関の＃
１気筒に対応する判別値LU1は、TDC毎（180゜）に更新
される180゜周期計測結果の最新値が＃１気筒の筒内圧
（燃焼行程）に影響されるものであるときに演算され、
newをこの＃１気筒の最新180゜周期、halfを１回転前
（1/2サイクル前）の＃４気筒の筒内圧に影響される180
゜周期、oldを２回転前（１サイクル前に）に＃１気筒
の筒内圧に影響される180゜周期として演算される。

ここで、上記判別値LUnによる失火気筒判別は、スライ
スレベルSL以下の判別値LUnがあったとき失火有りと判
別し、連続して判別値LUnが平均有効圧の減少を示し、
かつ、その何れかがSLを越える減少量を示すときには、
最初のものを失火によるものと判別するという判定ロジ
ックに基づいて行われ、第４図に示すように＃１気筒が
継続して失火している場合には、図に示すように判別値
LUnは、＃１気筒，＃３気筒に対応する判別値LU1,LU3が
それぞれマイナスの値となって、然も両方がスライスレ
ベルSL以下となっているが、＃１気筒に対応する判別値
LU1が最初であるから＃１気筒が失火していると判別さ
れる。

＜発明が解決しようとする課題＞ ところで、上記のようにして算出される判別値LUは、第
５図に示すように、機関回転速度によってそのレベルが
大きく異なるため、前記スライスレベルを機関回転速度
に応じて変化させないと、スライスレベルSLとの比較に
よって失火を精度良く判別することができなくなってし
まう。

ことため、従来では、予め実験によって機関回転速度毎
に判別値LUのレベルを失火の有無でそれぞれサンプリン
グし、各回転域で失火発生時にのみ判別値LUがスライス
レベルSL以下となるようにスライスレベルSLを決定し、
この機関回転速度に対応するスライスレベルSLのマップ
をROM上に記憶させ、かかるROM上のマップから該当する
スライスレベルSLを検索して求めて判別値LUと比較させ
るようにしていた。従って、従来では、スライスレベル
SLのマッチングに多大な工数を必要とし、また、スライ
スレベルSL用に多くのROM容量を消費することになって
いた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、前記ス
ライスレベルを機関回転速度に応じて変化させることを
不要とし、スライスレベルのマッチング工数を低減する
と共に、ROM容量を節約できる失火気筒検出装置を提供
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、内燃機関の
回転周期を計測する回転周期計測手段と、これにより計
測された回転周期に基づいて平均有効圧の変化量に略相
当する値である機関変動度合い判別値を各気筒に対応さ
せて演算する機関変動度合い判別値演算手段と、これに
より演算された機関変動度合い判別値を機関回転速度に
基づいて補正する判別値補正手段と、この判別値補正手
段で補正された機関変動度合い判別値と所定のスライス
レベルとを比較して失火気筒を判別する失火気筒判別手
段と、を含んで内燃機関の失火気筒検出装置を構成する
ようにした。

ここで、前記機関変動度合い判別値演算手段が、最近の
回転周期をTnew,1/2サイクル前の回転周期をT1,1サイク
ル前の回転周期をT2としたときに、前記機関変動度合い
判別値LUを、 として演算するよう構成することが好ましい。

＜作用＞ かかる構成の失火気筒検出装置によると、回転周期計測
手段で計測される内燃機関の回転周期に基づき、機関変
動度合い判別値演算手段が、平均有効圧の変化量に略相
当する値である機関変動度合い判別値を演算する。そし
て、判別値補正手段は、機関回転速度に基づいて前記回
転周期に基づく機関変動度合い判別値を補正する。失火
気筒判別手段は、この判別値補正手段で補正された機関
変動度合い判別値と所定のスライスレベルとを比較して
失火気筒を判別する。

即ち、機関回転速度に応じた判別値のレベル変化を、予
め判別値補正手段で補正した上でスライスレベルと比較
させるようにしたものであり、これによりスライスレベ
ルを機関回転速度に応じて変化させる必要がなくなる。

前記機関変動度合い判別値LUは、最近の回転周期をTne
w,1/2サイクル前の回転周期をT1,1サイクル前の回転周
期をT2としたときに、以下の式にこれらを代入して算出
される。

＜実施例＞ 以下に本発明の実施例を説明する。

一実施例を示す第２図において、４サイクル４気筒内燃
機関１の図示しないクランク軸には、磁性材によって形
成されその周囲にクランク角３゜（３゜CA）毎の120個
の凸部が形成されたシグナルディスクプレート２が軸支
されており、シグナルディスクプレート２の周縁付近に
固定された３゜CA検出用の電磁ピックアップ３の磁石開
放端を、クランク軸の回転に伴って前記凸部が開閉する
ことによって誘導起電力パルスを得るように構成され、
前記シグナルディスクプレート２と３゜CA検出用の電磁
ピックアップ３とによって３゜CA毎の検出信号が得られ
るようにしてある。

また、前記シグナルディスクプレート２の一端面には、
回転軸を挟んで同一円周上に一対の突起部2a,2bを設け
てあり、この突起部2a,2bを検出するTDC検出用の電磁ピ
ックアップ４によって180゜CA毎に誘導起電力パルスを
得て、シグナルディスクプレート２の突起部2a,2bと、
電磁ピックアップ４との組み合わせによって180゜CAの
検出信号が得られるようにしてある。ここで、前記突起
部2a,2bの電磁ピックアップ４による検出位置を、上死
点位置（TDC）に位置合わせすることにより、例えば点
火信号と前記TDC位置検出とによって各気筒の圧縮TDC位
置が検出できるようになっている。

前記各電磁ピックアップ3,4から出力される誘導起電力
は、ゼロクロスコンパレータ5,6にそれぞれ入力され、0
Vレベルに対する大小に基づく0V中心のパルス波に変換
され、更に、次の波形整形回路7,8では、0Vをローレベ
ルとするパルス波に整形される。

３゜CA毎に立上がる（立下がる）波形整形回路７の出力
パルス（以下、３゜CAパルスと略す。）は、失火気筒検
出を行うと共に機関１への燃料供給等を制御するコンピ
ュータ内蔵のコントロールユニット９のタイマ１に入力
され、タイマ１はこの３゜CAパルスのパルス数をカウン
トする。また、各気筒のTDC位置で180゜CA毎に立上がる
（立下がる）波形整形回路８の出力パルス（以下、TDC
パルスと略す。）は、コントロールユニット９のトリガ
１に入力されるようになっている。

コントロールユニット９は、前記トリガ１に入力される
TDCパルスの周期、即ち、本実施例の４気筒機関１では1
80゜CA（TDC）周期を計測すると共に、TDCパルスをトリ
ガとして前記３゜CAパルスをカウントして、例えばATDC
20゜付近とする失火検出プログラムの割込実行タイミン
グを検出し、180゜CA周期で失火気筒検出を行う。

尚、クランク軸の回転位置を検出する手段は、前記誘導
起電力パルスを得るタイプの装置の他、シグナルディス
クプレートに設けたスリットの通過光を検出してクラン
ク軸の回転位置を検出する光学式のものであっても良
く、本実施例の装置に限定するものではない。

次に、TDCパルスから３゜CAパルスをカウントして検出
されるTDC直後の実行タイミング（ATDC20゜）になると
割込実行される失火気筒検出プログラムを、第３図のフ
ローチャートに従って説明する。

尚、本実施例において、回転周期計測手段，機関変動度
合い判別値演算手段，判別値補正手段，失火気筒判別手
段としての機能は、前記第３図のフローチャートに示す
ようにソフトウェア的に備えられている。

まず、ステップ１（図中ではS1と記してある。以下同
様）では、TDCパルスの入力間隔として計測されるTDC周
期（４気筒では180゜周期）の最新値Tnewから４回前Tol
d4までの値を、それぞれ更新記憶させる。

即ち、本プログラムが割込実行される直前のTDCからそ
の前のTDCまでの時間として求められる180゜周期の最新
値をTnewにセットし、本プログラムの前回実行時に求め
られてTnewにセットされていた周期を１回前（180゜CA
前）の周期データとしてTold1にセットし、同様にし
て、前回における１回前の周期Told1を今度は２回前
（１回転前）の周期Told2にセットし、前回における２
回前の周期Told2を今度は３回前（540゜CA前）の周期To
ld3にセットし、更に、前回における３回前の周期Told3
を今度は４回前（２回転前）の周期Told4にセットす
る。

次のステップ２では、ステップ１で求めた最新周期Tne
w、１回転前（1/2サイクル前）の周期Told2、２回転前
（１サイクル前）の周期Told4を用いて下式に従い機関
変動度合い判別値LUを演算する。

上記式の回転数²/所定値の乗算項を除く部分は、前述し
た平均有効圧の変化量に略相当する値である判別値LUを
算出する下式と同義であるから、周期Tnew,Told2,Told4
を用いて直前のTDC周期中に燃焼行程であった気筒の平
均有効圧の変化が推定される。

（但し、new＝最新の180゜周期、half＝１回転前の180
゜周期、old＝２回転前の180゜周期） ところで、本実施例では、かかる従来からの判別値LUの
算出式に対して上記のように、回転数²/所定値の乗算項
を付加してある。これは、第５図に示すように、回転数
に応じた補正項を備えない演算式に従って算出される判
別値LUのレベルは機関回転速度によって大きく異なり、
低回転時ほど判別値LUの絶対値レベルが大きくなる傾向
を示すため、回転速度の高いときほど判別値LUを増大補
正して、各回転域で略同程度の判別値LUが算出されるよ
うにするためである。尚、回転数の二乗値を除算する所
定値は、回転数の桁数が異なるときに、判別値LUの桁を
合わせるためのものである。但し、回転速度に基づく判
別値LUの補正は、上記回転数²/所定値の乗算項に限るも
のではなく、回転速度による判別値LUのレベル変化を補
正できるものであれば良い。

このように、各回転域で略同程度の判別値LUが算出され
るようにすれば、この判別値LVのレベル判定に用いるス
ライスレベルSLを機関回転速度に応じて変化させて、回
転速度による判別値LUのレベル変化に対応させる必要が
なく、前記スライスレベルSLを機関回転速度とは無関係
に一定レベルに設定できる。従って、スライスレベルSL
を判別値LUのレベル変化に対応させるためのマッチング
工数を低減でき、かつ、回転速度でスライスレベルSLを
変化させる必要がないからスライスレベルSL設定に関わ
るメモリ容量を節約できる。

ステップ２で判別値LUを機関回転速度に応じて補正して
設定すると、次のステップ３では、上記ステップ２で演
算された判別値LUが負の値であって、平均有効圧の減少
変化を示しているかを判別する。

判別値LUが、負の値であって平均有効圧の減少変化を示
しているときには、ステップ４へ進み、機関回転速度に
よらずに一定であるスライスレベルSLと、ステップ２で
演算された判別値LUとを比較し、今回演算された判別値
LUがスライスレベルSLよりも小さい値であるか否かを判
別する。

ここで、判別値LUがスライスレベルSLよりも小さいと判
別されると、ステップ５へ進んでフラグflagの判別を行
う。前記フラグflagは、判別値LUが負であると判別され
たときに、後述するステップ16で１がセットされ、判別
値LUがゼロ以下であるときにはステップ17でゼロがセッ
トされるから、このステップ５でフラグflagがゼロであ
ると判別されたときには、判別値LUが負になった初回に
おいてスライスレベルSL未満であると判別されたことに
なり、この場合には、今回の判別値LUにより平均有効圧
の減少変化が示された気筒が失火しているものと推定
し、ステップ６へ進む。

ステップ６では、直前のTDCがどの気筒の圧縮TDCである
かによって、最近にサンプリングされたTDC周期に影響
した燃焼行程の気筒を特定し、その気筒を今回の判別値
LUに基づく失火検出気筒とする。即ち、例えば、今回の
圧縮TDCが＃２気筒のものであるときには、点火順が＃
１→＃３→＃４→＃２であれば直前に＃４気筒の燃焼が
あり、この＃４気筒の燃焼影響を受けて周期が計測され
て判別値LUが演算されたことになるから、今回スライス
レベルSL未満であると判別された判別値LUに基づいて＃
４気筒の失火発生を判別し、ステップ７へ進んで＃４気
筒の失火発生数をカウントンするカウント値C4を１アッ
プさせる。同様にして、今回の圧縮TDCが該当する気筒
の直前に燃焼した気筒で失火が発生したものとして、失
火検出回数C1〜C3のカウントアップを各気筒別に行わせ
る（ステップ８〜ステップ10）。

一方、ステップ５でフラグflagに１がセットされている
と判別されたときには、第４図に示すように、判別値LU
が継続して負となっている場合であり、この場合には、
最初に負となった判別値LUに基づいて失火気筒を特定す
るのが正しいので、ステップ11で最近の圧縮TDCとして
特定される燃焼気筒の前々回に燃焼される気筒が失火し
たものと判定する。

即ち、今回の圧縮TDCが＃４気筒であるときには、直前
の燃焼気筒が＃３気筒であり、更に、１回前が＃１気筒
であるから、ステップ11で燃焼気筒が＃４気筒であると
判別されたときには、＃１気筒が失火しているものと推
定し、ステップ12へ進んで＃１気筒の失火回数をカウン
トアップするC1を１アップさせる。燃焼気筒が＃2,＃1,
＃３気筒であるときにも同様にして、＃3,＃4,＃２気筒
の失火を推定して、それぞれの失火検出回数をカウント
アップする（ステップ13〜ステップ15）。

このようにして、失火気筒を特定して、その気筒の失火
回数をカウントアップした場合と、ステップ４で判別値
LUが負であるがスライスレベルSL以上であると判別され
たときには、ステップ16で前記フラグflagに１をセット
する。

また、ステップ３で判別値LUがゼロ以上であると判別さ
れたときには、ステップ17へ進んで前記フラグflagにゼ
ロをセットする。

ステップ16又はステップ17でフラグflagの設定を行う
と、ステップ18へ進む。ステップ18では、プログラムの
実行回数をカウントするカウント値cntが所定値（例え
ば1000）になったか否かを判別する。ここで、カウント
値cntが所定値までカウントアップされていないときに
は、ステップ19へ進んでカウント値cntを１アップさせ
て本プログラムを終了させるが、所定値になっていると
きには、ステップ20でカウント値cntをゼロリセットし
た後、ステップ21〜ステップ28で各気筒別の失火発生割
合に基づいて気筒別に失火発生表示を行わせる。

ステップ21では、＃１気筒の失火検出回数がセットされ
ているC1と所定値（例えば40）とを比較することによっ
て、カウント値cntが所定値までカウントアップされる
所定期間中に所定回数以上の割合で＃１気筒の失火が検
出されているときには、ステップ22へ進み、＃１気筒の
失火発生を例えば機関１が搭載されている車両のダッシ
ュボード上等に表示して警告する。

同様にして＃２気筒〜＃４気筒の失火検出回路がセット
されているC2〜C4と所定値とそれぞれに比較することに
よって、各気筒別に失火頻度が高いか否かを判別し、所
定以上の頻度で失火が発生している気筒に関しては、失
火発生を上記のようにして表示させる（ステップ23〜2
8）。

各失火カウント値C1〜C4と所定値とをそれぞれに比較し
て失火発生頻度を判別した後は、ステップ29でC1〜C4を
それぞれゼロリセットし、再度カウント値cntが所定値
までカウントアップされる所期間中における各気筒別の
失火検出回数が新たに失火カウント値C1〜C4にそれぞれ
セットされるようにする。

尚、本実施例では、各気筒別の失火発生頻度が所定以上
であるときに、その気筒を表示して警告するようにした
が、警告と共にその気筒への燃料供給を停止するなどの
フェイルセーフ制御を実行するようにしても良い。ま
た、上記では４気筒内燃機関の失火気筒検出を実施例と
したが、６気筒や８気筒機関であっても良く、本実施例
と同様に回転周期に基づいて演算されて平均有効圧の変
化量を示す判別値LUを、機関回転速度に応じて補正すれ
ば、本実施例と同様な効果が得られる。

＜発明の効果＞ 以上説明したように本発明によると、平均有効圧の変化
量に略相当する機関変動度合い判別値を回転周期に基づ
いて演算し、この判別値とスライスレベルとを比較して
失火気筒検出を行わせるに当たり、前記判別値を機関回
転速度に基づいて補正するようにしたので、回転速度に
よる判別値のレベル変化に対応すべく、スライスレベル
を機関回転速度に応じて可変設定する必要がなくなり、
スライスレベルのマッチング工数を低減できると共に、
スライスレベル設定用のメモリ容量を節約できるという
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図は同上実施
例における失火気筒検出制御の内容を示すフローチャー
ト、第４図は４気筒機関における判別値LUに基づいた失
火気筒検出の特性を説明するためのタイムチャート、第
５図は判別値LUの機関回転速度によるレベル変化を示す
線図である。 １……機関、２……シグナルディスクプレート、3,4…
…電磁ピックアップ、5,6……ゼロクロスコンパレー
タ、7,8……波形整形回路、９……コントロールユニッ
ト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の回転周期を計測する回転周期計
   測手段と、 該計測された回転周期に基づいて平均有効圧の変化量に
   略相当する値である機関変動度合い判別値を各気筒に対
   向させて演算する機関変動度合い判別値演算手段と、 該演算された機関変動度合い判別値を機関回転速度に基
   づいて補正する判別値補正手段と、 該判別値補正手段で補正された機関変動度合い判別値と
   所定のスライスレベルとを比較して失火気筒を判別する
   失火気筒判別手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の失火気
   筒検出装置。
2. 【請求項２】前記機関変動度合い判別値演算手段が、最
   近の回転周期にTnew,1/2サイクル前の回転周期をT1,1サ
   イクル前の回転周期をT2としたときに、前記機関変動度
   合い判別値LUを、 として演算するよう構成されたことを特徴とする請求項
   １記載の内燃機関の失火気筒検出装置。