JPH109040A

JPH109040A - 内燃機関の失火診断装置

Info

Publication number: JPH109040A
Application number: JP16184296A
Authority: JP
Inventors: Giyoutou Ou; 暁東王
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1998-01-13

Abstract

(57)【要約】【課題】失火以外の要因による角速度ばらつきを精度良
く補正して、角速度に基づく失火診断の精度を向上させ
る。【解決手段】高負荷低回転領域で、角速度に基づいて非
失火状態であることを判別されているときに、気筒間の
角速度ばらつきと機関負荷との相関を学習する。そし
て、低負荷高回転領域での角速度ばらつきを、前記高負
荷低回転領域での学習結果から推定し、前記角速度ばら
つきに基づいて角速度を示す周期ＴＩＮＴの計測結果を
補正し、該補正された周期ＴＩＮＴに基づき失火判定パ
ラメータを演算し、失火の有無を判定させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の失火診断
装置に関し、詳しくは、各気筒の回転の角速度に基づい
て失火の有無を判定する失火診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の失火診断装置として、気筒毎
の回転の角速度に基づいて失火の有無を診断する装置が
従来から知られている（実開平５−１７１７２号公報等
参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記角速度
に基づく失火診断において、高負荷低回転領域では、失
火による角速度変化が比較的大きいため、失火とは無関
係な角速度ばらつき（機械的なばらつきと燃焼ばらつき
とを含む）があっても、失火を精度良く診断させること
が可能である。しかしながら、低負荷高回転領域では、
失火による角速度変化が比較的小さいため、失火とは無
関係な角速度ばらつきと失火による角速度変化とを区別
することが困難であり、失火診断のためには、失火以外
の要因による角速度ばらつきを補正することが必要であ
った。

【０００４】従来、機械的なばらつきによる角速度ばら
つき、例えば、クランク角センサの検出誤差等は、燃料
カット状態における角速度に基づいて補正することが行
なわれていたが、低負荷高回転領域では、燃焼ばらつき
と失火とを区別することが困難であるため、燃焼ばらつ
きによる角速度ばらつきを精度良く補正することができ
ず、燃焼ばらつきによる角速度変動を失火によるものと
して誤判定する惧れがあった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、低負荷高回転領域でも、失火とは無関係な角速度
ばらつきと失火による角速度変化とを区別して、失火を
精度良く診断できるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１記載
の発明では、各気筒の回転の角速度に基づいて失火の有
無を判定する内燃機関の失火診断装置において、失火の
有無による前記角速度の変化幅の大小に基づき機関の運
転領域を少なくとも２分し、前記変化幅が大きい運転領
域において、前記角速度の気筒間におけるばらつきと運
転条件の変化との相関を学習する一方、該学習結果に基
づいて前記変化幅が小さい運転領域における運転条件に
対応する角速度の気筒間のばらつきを推定し、該推定結
果に基づいて各気筒の角速度を補正して失火の有無を判
定する構成とした。

【０００７】失火の有無によって角速度が大きく変化す
る領域では、失火による角速度変化と、失火以外の要因
による角速度変化とを区別することが可能であり、以
て、失火以外の要因による角速度変化の傾向を学習する
ことが可能である。一方、失火以外の要因（特に燃焼ば
らつき）による角速度変化の傾向は、運転条件の変化に
対して一定の相関を持っているもので、失火の有無によ
る角速度変化が大きい領域で学習した傾向が、失火の有
無による角速度変化が比較的小さい領域でもそのまま保
たされるものとして、角速度ばらつきの傾向を推定する
ことが可能である。

【０００８】そこで、失火以外の要因による角速度ばら
つきを、直接的に検出できない領域については、直接的
な検出が可能な領域での学習結果から推定させ、失火以
外の要因による角速度ばらつきを除去した上で失火診断
を行なわせることができるようにしたものである。一
方、請求項２記載の発明は、図１に示すように構成され
る。

【０００９】図１において、学習手段は、前記角速度の
気筒間のばらつきと機関の負荷との相関を機関の高負荷
領域で学習する。また、ばらつき推定手段は、学習手段
による学習結果に基づいて機関の低負荷領域での前記角
速度の気筒間のばらつきを推定する。そして、ばらつき
推定手段で推定されたばらつきに基づいて、前記機関の
低負荷領域で各気筒の角速度を補正する即ち、燃焼ばら
つきによる角速度ばらつきは、機関負荷に相関して変化
するので、失火の有無によって角速度が大きく変化する
高負荷領域で、前記角速度ばらつきと機関負荷との相関
を学習し、これに基づいて低負荷領域で機関負荷に対す
る角速度ばらつきを推定する。

【００１０】請求項３記載の発明では、前記学習手段
が、基準気筒の角速度に対する他気筒の角速度の誤差割
合を、機関の負荷に相関させて各気筒毎に学習する構成
とした。かかる構成によると、低負荷領域で、前記基準
気筒の角速度に他気筒の角速度を揃えるような補正がな
されることになる。

【００１１】請求項４記載の発明では、前記学習手段
が、各気筒の角速度の平均値に対する各気筒毎の角速度
の誤差割合を、機関の負荷に相関させて各気筒毎に学習
する構成とした。かかる構成によると、低負荷領域で、
各気筒の角速度をそれぞれ平均値に揃えるような補正が
なされることになる。

【００１２】請求項５記載の発明では、前記学習手段
が、機関の負荷変化に対してばらつきが比例的に変化す
るものとして、前記角速度の気筒間のばらつきと機関の
負荷との相関を学習する構成とした。燃焼ばらつきによ
る角速度ばらつきは、一般的に機関負荷が大きいときほ
ど比例的に大きくなる傾向を示すから、基本的に該傾向
に沿って角速度ばらつきが変化するものとして相関を学
習させれば、低負荷領域での角速度ばらつきの推定精度
を確保できる。

【００１３】請求項６記載の発明では、前記学習手段
が、機関温度が所定温度以上である定常運転状態であっ
て、かつ、角速度に基づいて失火の無しの判定がなされ
ているときに、前記角速度の気筒間のばらつきと機関の
負荷との相関を学習する構成とした。かかる構成による
と、加減速による角速度変化や、燃焼が不安定な冷機状
態での角速度変化や、失火による角速度変化が誤学習さ
れることを回避できる。

【００１４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、失火によ
る角速度変化が比較的小さい運転領域における失火以外
の要因による角速度ばらつきの特性を、失火による角速
度変化が比較的大きな運転領域での学習結果から推定
し、該推定結果に基づいて燃焼ばらつき等による角速度
変化を除去するので、失火を精度良く診断することが可
能になるという効果がある。

【００１５】請求項２記載の発明によると、負荷に応じ
た燃焼ばらつきの大きさを、高負荷領域で学習し、該学
習結果に基づいて低負荷領域での負荷に応じた燃焼ばら
つきを推定することで、低負荷領域において、燃焼ばら
つき等による角速度変化を除去して、失火を精度良く診
断することが可能になるという効果がある。請求項３記
載の発明によると、低負荷領域において、基準気筒の角
速度に他気筒の角速度を揃えることで、燃焼ばらつき等
による角速度変化を除去して、失火を精度良く診断でき
るという効果がある。

【００１６】請求項４記載の発明によると、低負荷領域
において、各気筒の角速度を平均値に揃えることで、燃
焼ばらつき等による角速度変化を除去して、失火を精度
良く診断できるという効果がある。請求項５記載の発明
によると、高負荷領域において機関負荷変化に対する角
速度ばらつきの傾向を精度良く学習させる一方、低負荷
領域において燃焼ばらつき等による角速度ばらつきを高
精度に推定させることができるという効果がある。

【００１７】請求項６記載の発明によると、高負荷領域
において、加減速等による角速度変化等を誤学習するこ
とが回避して、燃焼ばらつき等による角速度ばらつきを
精度良く学習させることができるという効果がある。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。一実施形態を示す図２において、コ
ントロールユニット10はマイクロコンピュータを内蔵
し、各種センサからの信号に基づいて演算処理を行い、
機関１の各気筒（＃１〜＃４）毎に設けられている燃料
噴射弁２による燃料噴射及び点火栓３による点火を制御
する。

【００１９】前記各種のセンサとしては、クランク角セ
ンサ11、エアフローメータ12、水温センサ13，スロット
ルセンサ14などが設けられている。クランク角センサ11
は、各気筒の行程位相差に相当する角度毎（例えば直列
４気筒であればクランク角180 °毎）の基準信号と単位
クランク角 (１〜２°) 毎の単位信号とを出力し、これ
らにより、クランク角を検出し得ると共に、機関回転速
度Ｎｅを検出することができる。また、前記基準信号に
は気筒判別信号が含まれており、例えば♯１気筒に対応
する基準信号のパルス幅を長くするなどして、気筒判別
を可能としてある。

【００２０】エアフローメータ12は、例えば熱線式であ
って、機関１の吸入空気流量Ｑを検出する。水温センサ
13は、機関１の冷却水温度Ｔｗを検出する。スロットル
センサ14は、スロットル弁15の開度ＴＶＯを検出する。
ここにおいて、コントロールユニット10は、吸入空気流
量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づいて基本燃料噴射量Ｔ
ｐ＝ｋ・Ｑ／Ｎ (ｋは定数) を演算し、これに各種補正
を施して最終的な燃料噴射量Ｔ_I＝Ｔｐ・ＣＯＥＦ (Ｃ
ＯＥＦは各種補正係数) を定め、この燃料噴射量Ｔ_Iに
相当するパルス幅の駆動パルス信号を機関回転に同期し
た所定のタイミングで各気筒の燃料噴射弁２に出力し
て、燃料噴射を行わせる。

【００２１】また、コントロールユニット10は、機関回
転速度Ｎｅと基本燃料噴射量Ｔｐ（機関の負荷を代表す
る値）とに基づいて点火時期を定め、そのタイミングで
点火が行なわれるように点火信号を図示しないパワート
ランジスタに出力して、点火栓３による点火時期を制御
する。また、コントロールユニット10は、図３及び図４
に示す制御ブロック図に従って、各気筒の失火の有無を
判定し、所定の場合に警報ランプ等により警報を発す
る。

【００２２】図３において、診断条件判定部Ａには、各
種センサの検出信号が入力され、診断条件が成立してい
るか否かを判別する。ここで、機関温度を代表する冷却
水温度Ｔｗが所定温度以上であって、スロットル開度Ｔ
ＶＯの変化量ΔＴＶＯ等によって機関の定常運転状態が
判別されていることなどを、診断条件とすることが好ま
しい。

【００２３】診断条件が成立している場合には、角速度
計測部Ｂにおいて、各気筒の角速度が計測される。ここ
では、ＴＤＣから所定角度の角度位置を中心とするある
角度範囲（≦180°ＣＡ）だけ回転するのに要した周期
ＴＩＮＴを、角速度相当値 (角速度の逆数) として計測
する。

【００２４】周期ＴＩＮＴを計測すると、領域判定部Ｃ
では、予め機関負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐと機
関回転速度Ｎｅとによって２つに区分された領域ａ，ｂ
のいずれに該当しているかを判別する。前記領域ａは、
高負荷低回転領域であって、失火による角速度変化が比
較的大きく、気筒間における燃焼ばらつき等があって
も、これによる角速度変化と失火による角速度変化とを
区別して、失火判定を行なえる領域として予め設定され
ている。一方、領域ｂは、低負荷高回転領域であって、
失火による角速度変化が比較的小さく、気筒間における
燃焼ばらつき等による角速度変化と、失火による角速度
変化とを区別することが困難で、燃焼ばらつき等の影響
を除去することが、失火判定の条件となる領域である。

【００２５】領域判定部Ｃでａ領域に該当することが判
別されたときには、周期ＴＩＮＴに対して機械的ばらつ
きの補正を施し、該補正後の周期ＴＩＮＴを失火判定パ
ラメータ演算部Ｄに出力させるようにする。前記機械的
なばらつきとは、例えばクランク角センサ11による検出
角度のばらつきであり、機械ばらつき補正部Ｅは、気筒
間の燃焼ばらつきの影響を受けない燃料カット時に、例
えば特定気筒の周期ＴＩＮＴの変化に他の気筒の周期Ｔ
ＩＮＴが追従して変化して、各気筒の周期ＴＩＮＴが一
定の変化速度で変化するように、前記検出角度のばらつ
きを補正するための補正値を各気筒別に学習するように
なっている。

【００２６】一方、領域判定部Ｃにおいて領域ｂに該当
していると判定されたときには、後述するｂ領域用の補
正値によって周期ＴＩＮＴを補正した後、該補正後の周
期ＴＩＮＴを失火判定パラメータ演算部Ｄに出力させる
ようにする。前記失火判定パラメータ演算部Ｄでは、例
えば、最新の周期ＴＩＮＴをＴ１とし、同様にして求め
られた最新の５個の値 (Ｔ１〜Ｔ５) から、次式に従っ
て、失火判定パラメータとしての失火判定値Ｍ₁を算出
する。尚、Ｔ１は現在気筒判別されている失火判定対象
気筒の値を示し、Ｔ５はその気筒の１サイクル前の周期
を示すことになる。

【００２７】Ｍ₁＝〔３× (Ｔ４−Ｔ５) ＋ (Ｔ４−Ｔ
１) 〕／Ｔ５³ そして、失火判定部Ｆでは、前記失火判定値Ｍ₁と基準
値ＳＬとを比較し、Ｍ ₁≧ＳＬの場合に失火と判定す
る。尚、前記基準値は、現在の運転条件が前記ａ，ｂ領
域のいずれに該当しているかによって、基準値マップ
ａ，基準値マップｂのいずれか一方を参照し、そのとき
の機関負荷，回転速度に応じて設定されるようになって
いる。

【００２８】また、失火判定値として、前記のＭ₁の代
わりに下記のＭ₂を用いることができる。Ｍ₂＝〔２× (Ｔ３−Ｔ５) ＋ (Ｔ３−Ｔ１) 〕／Ｔ５
³ 更に、このＭ₂について、最新値を３個 (Ｍ₂₁〜Ｍ₂₃)
を記憶しておき、失火判定値として下記のＭ₃を用いて
もよい。

【００２９】Ｍ₃＝Ｍ₂₂−Ｍ₂₃ 但し、周期ＴＩＮＴｉを用いた失火診断の方法を、上記
に限定するものではない。失火判定部Ｆにおける判定結
果は、領域ａ，ｂ毎にそれぞれ失火カウント部Ｇに出力
されて、失火判定回数がカウントされ、該カウント結果
に応じて警告ランプ（ＭＩＬ）Ｈが点灯されるようにな
っている。

【００３０】ところで、前記ｂ領域用の補正値は、概略
的には、以下のようにして設定される。まず、ａ領域で
の失火判定の結果、失火無しの判定が下されているとき
に、ａ領域学習部Ｊ（学習手段）において、気筒間にお
ける角速度（周期ＴＩＮＴ）のばらつきをそのときの機
関負荷に対応して学習し、機関負荷の変化に対する角速
度ばらつきの相関を学習する。

【００３１】即ち、ｂ領域では、燃焼ばらつき等の影響
を除去した上でないと、失火の有無を精度良く診断でき
ないが、ａ領域では、燃焼ばらつきの影響があっても、
失火を比較的精度良く診断できる。一方、ａ領域で失火
無しと判別されているときに発生する気筒間における角
速度ばらつき（周期ＴＩＮＴのばらつき）は、前記機械
的ばらつきと燃焼ばらつきとを含むものとなるから、ａ
領域では、失火以外の要因による角速度ばらつきの傾向
を精度良く学習できることになる。

【００３２】更に、失火以外の要因による気筒間におけ
る角速度ばらつきは、図５（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、回転速度と負荷とによって変化するが、同一回転速
度のときには、負荷変化に対して気筒間の角速度ばらつ
きは、比例的に変化する。これは、燃焼ばらつきの大き
さが機関の負荷状態に影響されるためである。そして、
前記ａ領域での機関負荷と角速度ばらつきとの相関は、
ｂ領域においてもその傾向を保つものと推定されるの
で、ａ領域での機関負荷と角速度ばらつきとの相関か
ら、直接的には検出できないｂ領域での機関負荷と角速
度ばらつきとの相関を推定することが可能となる。

【００３３】そこで、ｂ領域補正値算出部Ｋ（ばらつき
推定手段，補正手段）では、前記ａ領域での学習結果か
ら、ｂ領域に該当する機関負荷の状態での気筒間の角速
度ばらつきの特性を推定し、該推定結果に基づいて失火
無し時に各気筒の周期ＴＩＮＴを揃えるような補正値を
設定し、これによって、周期ＴＩＮＴを補正した上で、
失火判定パラメータを算出させるようにする。

【００３４】かかるｂ領域での補正の様子を、図４に従
って更に詳細に説明する。まず、学習条件判定部Ｊ１で
は、冷却水温度Ｔｗが所定温度以上であって、スロット
ル弁開度が略一定の定常運転状態であって、ａ領域に該
当していて、かつ、ａ領域で非失火状態の判別がなされ
ていることを、学習条件として判別する。学習条件が成
立していると、角速度ばらつき演算部Ｊ２では、角速度
ばらつき（周期ＴＩＮＴばらつき）を、回転速度毎，各
気筒毎に、機関負荷に対応して求める。

【００３５】前記周期ＴＩＮＴのばらつきは、予め基準
気筒を設定し、該基準気筒の周期ＴＩＮＴに対する他気
筒の周期ＴＩＮＴの誤差割合として求めても良いし、全
気筒での周期ＴＩＮＴの平均値に対する各気筒の周期Ｔ
ＩＮＴの誤差割合として求めても良い。尚、図５（ａ）
〜（ｃ）は、基準気筒に対する誤差割合を求めた例を示
している。

【００３６】ばらつき関数演算部Ｊ３では、負荷変化に
対して各気筒の誤差割合（ばらつき）が比例的に変化す
るものとして（図５（ａ）〜（ｃ）参照）、実際に検出
されたばらつきに基づいて各気筒，各回転毎の誤差割合
ＫＴＩＮＴを、ＫＴＩＮＴ＝α×Ｔｐ＋β として、一次関数式で近似させる。

【００３７】尚、前記一次関数式で表されるばらつき傾
向は、気筒間の燃焼ばらつきと機関的ばらつきとを含ん
だものとなる。前記一次関数式の近似によって、機関負
荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐに、ｂ領域での値を代
入すれば、ｂ領域での各気筒，各回転毎のばらつきを推
定することができるので、ｂ領域補正値算出部Ｋでは、
補正対象とする気筒及びそのときの回転速度に対応して
設定されている前記一次関数式に、そのときの機関負荷
の情報を代入することで、ばらつき（誤差割合）ＫＴＩ
ＮＴを求め、該ばらつきを補正する補正値（１−ＫＴＩ
ＮＴ）で、補正対象の周期ＴＩＮＴを補正する（ＴＩＮ
Ｔ←ＴＩＮＴ×（１−ＫＴＩＮＴ））。

【００３８】ここで、ばらつきを、基準気筒に対する他
気筒の誤差割合として学習させたときには、前記補正に
よって、失火がない場合の周期を、基準気筒の周期に揃
えるような補正が施されることになり、また、全気筒の
平均値に対する各気筒の誤差割合としてばらつきを学習
させたときには、前記補正によって、失火がない場合の
周期を、前記気筒の平均値に揃えるような補正が施され
ることになる。

【００３９】そして、前記補正によって気筒間の燃焼ば
らつき及び機械的ばらつきを補正した上で、失火判定パ
ラメータを演算させることで、失火による角速度変化が
比較的小さいｂ領域においても、失火の有無を高精度に
診断することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２記載の発明の構成を示すブロック図。

【図２】実施の形態における内燃機関のシステム構成
図。

【図３】実施形態における失火診断の内容を示す制御ブ
ロック図。

【図４】低負荷領域での燃焼ばらつきの影響を除去する
ための補正値学習の様子を示す制御ブロック図。

【図５】気筒間の角速度ばらつきと運転条件との相関を
示す線図。

【符号の説明】

１機関２燃料噴射弁３点火栓 10 コントロールユニット 11 クランク角センサ 12 エアフローメータ 13 水温センサ 14 スロットルセンサ 15 スロットル弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各気筒の回転の角速度に基づいて失火の有
無を判定する内燃機関の失火診断装置において、失火の有無による前記角速度の変化幅の大小に基づき機
関の運転領域を少なくとも２分し、前記変化幅が大きい
運転領域において、前記角速度の気筒間におけるばらつ
きと運転条件の変化との相関を学習する一方、該学習結
果に基づいて前記変化幅が小さい運転領域における運転
条件に対応する角速度の気筒間のばらつきを推定し、該
推定結果に基づいて各気筒の角速度を補正して失火の有
無を判定することを特徴とする内燃機関の失火診断装
置。
【請求項２】各気筒の回転の角速度に基づいて失火の有
無を判定する内燃機関の失火診断装置において、前記角速度の気筒間のばらつきと機関の負荷との相関を
機関の高負荷領域で学習する学習手段と、該学習手段による学習結果に基づいて機関の低負荷領域
での前記角速度の気筒間のばらつきを推定するばらつき
推定手段と、該ばらつき推定手段で推定されたばらつきに基づいて、
前記機関の低負荷領域で各気筒の角速度を補正する補正
手段と、を含んで構成された内燃機関の失火診断装置。
【請求項３】前記学習手段が、基準気筒の角速度に対す
る他気筒の角速度の誤差割合を、機関の負荷に相関させ
て各気筒毎に学習することを特徴とする請求項２記載の
内燃機関の失火診断装置。
【請求項４】前記学習手段が、各気筒の角速度の平均値
に対する各気筒毎の角速度の誤差割合を、機関の負荷に
相関させて各気筒毎に学習することを特徴とする請求項
２記載の内燃機関の失火診断装置。
【請求項５】前記学習手段が、機関の負荷変化に対して
ばらつきが比例的に変化するものとして、前記角速度の
気筒間のばらつきと機関の負荷との相関を学習すること
を特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の内燃
機関の失火診断装置。
【請求項６】前記学習手段が、機関温度が所定温度以上
である定常運転状態であって、かつ、角速度に基づいて
失火の無しの判定がなされているときに、前記角速度の
気筒間のばらつきと機関の負荷との相関を学習すること
を特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の内燃
機関の失火診断装置。