JPWO2011086765A1 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関の回転速度を示す回転速度パラメータに基づいて機関の失火を検出する失火検出装置が提供される。回転速度パラメータの第１所定期間における平均変化量及び機関の回転に伴う慣性速度変化成分が算出され、該平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて回転速度パラメータを補正して、第１補正回転速度パラメータが算出される。失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍に位置する基準時期に検出される回転速度パラメータに対応する第１補正回転速度パラメータである第１基準値と、第１補正回転速度パラメータとの偏差に応じて第１相対速度パラメータが算出される。第１相対速度パラメータをクランク角度７２０／Ｎ（Ｎは機関の気筒数）度の積算期間に亘って積算することにより第１判定パラメータが算出され、第１判定パラメータに基づいて失火判定が行われる。上記基準時期及び積算期間の開始時期が、機関の点火時期に応じて設定される。

Description

本発明は、内燃機関の失火検出装置に関し、特に機関回転速度を示す回転速度パラメータに基づいて失火の有無を判定するものに関する。

特許文献１には、機関の回転速度変動を示す回転変動パラメータに応じて、機関の暖機運転中における失火を判定する装置が示されている。この装置によれば、各気筒の点火時期に対応して回転変動が算出され、さらにクランク角３６０度前の回転変動との差である回転変動差Ｎｘｄ３６０及びクランク角７２０度前の回転変動との差である回転変動差Ｎｘｄ７２０が算出される。そして、回転変動差Ｎｘｄ３６０及びＮｘｄ７２０に基づいて失火判定が行われる。

特開２００６−２６６２５３号公報

機関の回転速度は、機関の回転に伴って必然的に発生する速度変化成分である慣性速度変動成分を含み、この慣性速度変動成分は各気筒のピストン位置に対応して変化する。特許文献１に示された装置では、点火時期に対応して回転変動が算出されるが、このとき慣性速度変動成分は考慮されていない。したがって、点火時期の変化によって回転変動の算出時期が変化すると、慣性速度変動成分の影響度合も変化し、算出される回転変動の精度が低下するおそれがある。
また特許文献１の装置は、機関の暖機運転中における失火を判定するものであり、機関の加速運転状態あるいは減速運転状態は考慮されていない。

本発明は上述した点に着目してなされたものであり、機関運転状態の変化に拘わらず、正確な失火判定を行うことができる内燃機関の失火検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関の回転速度を示す回転速度パラメータ（ＯＭＧ）を検出する回転速度パラメータ検出手段を備え、検出される回転速度パラメータ（ＯＭＧ）に基づいて前記機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置を提供する。この失火検出装置は、前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）の第１所定期間（クランク角７２０度に相当する期間）における平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ／４π）及び前記機関の回転に伴う慣性速度変化成分（ＯＭＧＩ）を算出し、該平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）を補正することにより、第１補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＡ）を算出する第１補正手段と、失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍にある基準時期（ＩＧＯＦＳＴ）に検出される前記回転速度パラメータに対応する第１補正回転速度パラメータである第１基準値（ＯＭＧＭＡＴＤＣ）と、前記第１補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＡ）との偏差（ＯＭＧＲＥＦＡ）に応じて第１相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＭＡ）を算出する第１相対速度パラメータ算出手段と、前記第１相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＭＡ）をクランク角度７２０／Ｎ（Ｎは前記機関の気筒数）度の積算期間に亘って積算することにより第１判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＡ）を算出する第１判定パラメータ算出手段と、前記第１判定パラメータに基づいて失火判定を行う判定手段とを備え、前記基準時期（ＩＧＯＦＳＴ）及び前記積算期間の開始時期（ＩＧＯＦＳＴ）を、前記機関の点火時期（ＩＧＬＯＧ）に応じて設定することを特徴とする。

この構成によれば、機関回転速度を示す回転速度パラメータの第１所定期間における平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて、回転速度パラメータを補正することにより、第１補正回転速度パラメータが算出され、失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍にある基準時期に検出される回転速度パラメータに対応する第１補正回転速度パラメータである第１基準値と、第１補正回転速度パラメータとの偏差に応じて、第１相対速度パラメータが算出され、第１相対速度パラメータをクランク角度７２０／Ｎ度の積算期間に亘って積算することにより第１判定パラメータが算出される。そして、基準時期及び積算期間の開始時期が、点火時期に応じて設定される。基準時期及び積算期間の開始時期を点火時期に拘わらず一定とすると、点火時期が遅角方向に変更されたときに、失火発生時の第１判定パラメータの値が正常燃焼時の値に近づくため、誤判定し易くなる。基準時期及び積算期間の開始時期を点火時期に応じて設定することにより、点火時期に拘わらずに正確な判定を行うことが可能となる。

さらに、前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）の、前記第１所定期間（クランク角７２０度に相当する期間）より長い第２所定期間（クランク角１４４０度に相当する期間）における平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢ／８π）及び前記機関の回転に伴う慣性速度変化成分（ＯＭＧＩ）を算出し、該平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）を補正することにより、第２補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＢ）を算出する第２補正手段と、前記基準時期（ＩＧＯＦＳＴ）に検出される前記回転速度パラメータに対応する第２補正回転速度パラメータである第２基準値（ＯＭＧＭＢＴＤＣ）と、前記第２補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＢ）との偏差（ＯＭＧＲＥＦＢ）に応じて第２相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＭＢ）を算出する第２相対速度パラメータ算出手段と、前記第２相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＭＢ）を前記積算期間に亘って積算することにより第２判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＢ）を算出する第２判定パラメータ算出手段とを備え、前記判定手段は、前記機関が所定運転状態（ＦＣＳＴＡ＝１）にあるとき前記第２判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＢ）に基づいて失火判定を行い、前記機関が前記所定運転状態以外の運転状態にあるとき前記第１判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＡ）に基づいて失火判定を行うことが望ましい。

この構成によれば、回転速度パラメータの、第１所定期間より長い第２所定期間における平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて回転速度パラメータを補正することにより、第２補正回転速度パラメータが算出され、基準時期に検出される回転速度パラメータに対応する第２補正回転速度パラメータである第２基準値と、第２補正回転速度パラメータとの偏差に応じて、第２相対速度パラメータが算出され、第２相対速度パラメータを積算期間に亘って積算することにより第２判定パラメータが算出される。そして機関が所定運転状態にあるとき第２判定パラメータに基づいて失火判定が行われ、機関が所定運転状態以外の運転状態にあるとき第１判定パラメータに基づいて失火判定が行われる。比較的長い第２所定期間における平均変化量に応じて補正された第２補正回転速度パラメータは、突発的に不整燃焼（失火ではないが正常燃焼に比べて発生トルクが小さい燃焼）が発生した気筒以外の気筒については、その不整燃焼の影響を受け難くなるため、第２判定パラメータを用いることにより、不整燃焼が発生し易い運転状態（所定運転状態）において不整燃焼と区別して失火を正確に判定することができる。また所定運転状態以外の運転状態では、通常の第１所定期間における平均変化量に応じて補正された第１補正回転速度パラメータに基づく第１判定パラメータを用いて判定を行うことにより、例えば機関の過渡運転状態においても正確な失火判定を行うことができる。

前記所定運転状態は、前記機関の冷間始動直後における暖機運転状態とすることが望ましい。この構成によれば、機関の冷間始動直後における暖機アイドル運転状態において、不整燃焼と区別して失火を正確に判定することができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 失火気筒の燃焼行程における相対回転速度（ＯＭＧＲＥＦ）の推移を示すタイムチャートである。 本実施形態における積算期間（ＴＩＮＴＧ）を説明するためのタイムチャートである。 失火判定を行う処理のフローチャートである。 失火判定を行う処理のフローチャートである。 図２及び図３の処理を説明するためのタイムチャートである。 図４の処理で参照されるテーブルを示す図である。 点火時期の変更に対する改善効果を説明するため図である。 突発的な不整燃焼に対する改善効果を説明するためのタイムチャートである。 図５に示す処理の変形例のフローチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、例えば６気筒を有し、吸気管２及び排気管５を備えている。吸気管２にはスロットル弁３が設けられている。また排気管５には排気の浄化を行う触媒コンバータ６が設けられている。

燃料噴射弁４はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されてＥＣＵ２０からの制御信号により燃料噴射弁４の開弁時間が制御される。

エンジン１の各気筒の点火プラグ７は、ＥＣＵ２０に接続されており、ＥＣＵ２０からの点火信号により点火時期が制御される。
スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管２内の吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ１１が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２０に供給される。

ＥＣＵ２０には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ２０に供給される。クランク角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（６気筒エンジンではクランク角１２０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ２０に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。またＥＣＵ２０は、ＣＲＫパルスの発生時間間隔（以下「時間パラメータ」という）ＣＲＭＥに基づいて、エンジン１における失火の検出を行う。

ＣＲＫセンサは、クランク軸に固定され、外周部に一定角度間隔で歯が形成されたパルスホイールと、該パルスホイールに対向して配置されたピックアップコイルとを備える。パルスホイールの回転によりピックアップコイルに交流信号が発生し、その交流信号がＣＲＫパルスに変換されて出力される。

ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁４などに制御信号を供給する出力回路等から構成される。ＥＣＵ２０のＣＰＵは、以下に説明する失火検出を実行する。

本実施形態における失火判定手法の基本的な構成は、特開２００７−１９８３６８号公報に記載されたものと同一のものであり、本実施形態は、基準とするエンジン回転速度（基準値）の検出時期（基準時期）と、基準値とエンジン回転速度との差分に相当する相対速度パラメータの積算期間の開始時期とを、点火時期ＩＧＬＯＧに応じて設定するようにしたものである。さらに本実施形態では、失火判定を行うための判定パラメータが２つの手法で算出され（第１及び第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ，ＭＦＰＡＲＡＭＢ）、エンジンの運転状態に応じて２つの判定パラメータの一方が適宜選択され、または双方を用いて失火判定が行われる。

図２は、圧縮上死点におけるエンジン回転速度を基準値とした相対回転速度ＯＭＧＲＥＦの、失火発生時の推移を示すタイムチャートである（横軸はクランク角度ＣＡ）。破線Ｌ１は、点火時期ＩＧＬＯＧが遅角されていない状態に対応し、実線Ｌ２は、点火時期ＩＧＬＯＧが圧縮上死点より遅角された状態に対応する。図２に示されるように、点火時期が遅角されると、失火発生時の相対回転速度ＯＭＧＲＥＦが増加するため、失火が発生しているにも拘わらず正常燃焼と誤判定される可能性が高くなる。

図３（ａ）は、点火時期が遅角されている状態で、クランク角度ＣＡが１２０度から２４０度の期間が燃焼行程となる気筒で失火が発生したときのエンジン回転速度ＯＭＧの推移を示す。同図に示すＯＭＧＴＤＣは、エンジン回転速度の基準値であり、ＴＩＮＴＧが積算期間であり、各気筒の燃焼行程と一致するように設定されている。点火時期を遅角することによって、失火気筒の燃焼行程の最初の部分（ＣＡ＝１２０〜１５０ｄｅｇ）で回転速度ＯＭＧが若干増加していることが示されている。

そこで、本実施形態では、相対回転速度ＯＭＧＲＥＦ（＝ＯＭＧ−ＯＭＧＴＤＣ）を積算する積算期間の開始時期ＣＡＩＳを図３（ｂ）に示すようにＣＡＩＳ１（＝ＣＡＲＴＤ），ＣＡＩＳ２（＝１２０＋ＣＡＲＴＤ），ＣＡＩＳ３（＝２４０＋ＣＡＲＴＤ）．．．に設定し、回転速度基準値ＯＭＧＴＤＣを開始時期ＣＡＩＳにおける回転速度に設定するようにしている（以下「点火時期依存補正」という）。この図に示すＣＡＲＴＤは、点火時期ＩＧＬＯＧの遅角量に対応する補正角度である。本実施形態では、時間パラメータＣＲＭＥは、クランク角６度毎に検出されるので、実際には角度６度で離散化された点火時期インデクスＩＧＯＦＳＴを用いて点火時期依存補正が行われる。

図４及び図５は、ＣＲＫセンサにより検出される時間パラメータＣＲＭＥに基づいて失火判定を行う処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０のＣＰＵでＴＤＣパルスに同期して実行される。なお、クランク角度６度毎に発生するＣＲＫパルスの発生時間間隔である時間パラメータＣＲＭＥ(i)は、クランク角度１４４０度分のデータ（ｉ＝０〜２４０）及び点火時期インデクスＩＧＯＦＳＴに対応するためのデータが、記憶回路内のバッファメモリに格納されている。また、点火順の気筒識別番号をｋ（＝１〜６）とし、１ＴＤＣ期間内のデータ数をＮＴＤＣ（本実施形態ではＮＴＤＣ＝２０）とすると、本処理の１回の実行で、インデクスパラメータｉが（ｋ−１）ＮＴＤＣから（ｋＮＴＤＣ−１）までの演算、または｛（ｋ−１）ＮＴＤＣ＋１２０｝から｛（ｋＮＴＤＣ−１）＋１２０｝までの演算が行われる。例えば今回の処理が１番目の気筒（ｋ＝１）に対応する演算を行うときは、インデクスパラメータｉは０から１９までの値、または１２０から１３９までの値をとり、今回の処理が３番目の気筒（ｋ＝３）に対応する演算を行うときは、インデクスパラメータｉは４０から５９までの値、または１６０から１７９までの値をとる。

ステップＳ１１では、下記式（１）により、時間パラメータＣＲＭＥ(i)を回転速度ＯＭＧ(i)[rad/s]に変換する。
ＯＭＧ(i)＝Ｄθ／ＣＲＭＥ(i) （１）
ここで、Ｄθは、時間パラメータＣＲＭＥを計測する角度間隔であり、本実施形態では、π／３０［ｒａｄ］である。

ステップＳ１２では、対象気筒のピストンが圧縮上死点にあるときの回転速度を、上死点回転速度ＯＭＧＴＤＣとする。具体的には、上死点回転速度ＯＭＧＴＤＣは、ＯＭＧ{(k-1)NTDC}またはＯＭＧ{(k-1)NTDC+120}に設定される。

ステップＳ１３では、クランク角度７２０度の期間における回転速度ＯＭＧ(i)の変化量（以下「第１変化量」という）ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡを下記式（２）により算出する。第１変化量ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡは、図６に示すようにクランク角１４４０度分のデータの中心に位置する７２０度の期間における速度変化量として算出される。
ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ＝ＯＭＧ(180)−ＯＭＧ(60) （２）

ステップＳ１４では、クランク角度１４４０度の期間における回転速度ＯＭＧ(i)の変化量（以下「第２変化量」という）ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢを下記式（３）により算出する（図６参照）。
ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢ＝ＯＭＧ(240)−ＯＭＧ(0) （３）

ステップＳ１５では、上死点回転速度ＯＭＧＴＤＣを下記式（４）に適用し、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)を算出する。慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)は、エンジン１が回転することにより必然的に発生する速度変化成分を示すパラメータであり、エンジン１の往復運動部品（ピストン及びコンロッド）の質量、コンロッドの長さ、クランク半径、及びクランクプーリ、トルクコンバータ、ロックアップクラッチなどのエンジン１の負荷側の回転部品の慣性モーメントＩに応じて算出される。式（４）のＫは所定の値に設定される定数であり、慣性モーメントＩはエンジンの仕様にしたがって予め算出される。ＦＣＲ(i)は、外乱の影響を排除するための燃焼相関関数であり、本実施形態では、下記式（５）で与えられる。なお、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)の詳細な算出手法は、上記特開２００７−１９８３６８号公報に示されている。式（５）の「Ｎ」は気筒数であり、本実施形態では「６」である。
ＯＭＧＩ(i)＝Ｋ×ＯＭＧＴＤＣ×（−２）×ＦＣＲ(i)／３Ｉ （４）
ＦＣＲ(i)＝｛１−ｃｏｓ（Ｎ・Ｄθ・ｉ／２）｝／２ （５）

ステップＳ１６では、点火時期ＩＧＬＯＧ（圧縮上死点に対応するクランク角度位置からの進角量で定義される）に応じて図７に示すＩＧＯＦＳＴテーブルを検索し、点火時期インデクスＩＧＯＦＳＴを算出する。ＩＧＯＦＳＴテーブルは、点火時期ＩＧＬＯＧが遅角されるほど（遅角量が増加するほど）、点火時期インデクスＩＧＯＦＳＴが増加するように設定されている。

ステップＳ１７では、下記式（６）により７２０度フィルタ処理を実行するとともに、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)の影響を相殺し、第１補正回転速度ＯＭＧＭＡ(i+IGOFST)を算出する。７２０度フィルタ処理は、１サイクルの期間における線形変化分をキャンセルし、比較的周期の短い変動を抽出する処理である。７２０度フィルタ処理は、エンジン１の負荷側からエンジン１に加わるトルク（エンジン１により駆動される車両のタイヤや補機から加わるトルク、あるいはエンジン１の摺動部品の摩擦によるトルクなど）に起因する回転変動成分を除くために行うものである。なお、インデクスパラメータｉが１２０以上であるときは、下記式（６ａ）により、第１補正回転速度ＯＭＧＭＡ(i+IGOFST)を算出する。
ＯＭＧＭＡ(i+IGOFST)＝ＯＭＧ(i+IGOFST)
−ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ×Ｄθ×ｉ／４π
−ＯＭＧＩ(i) （６）
ＯＭＧＭＡ(i+IGOFST)＝ＯＭＧ(i+IGOFST)
−ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ×Ｄθ×（ｉ−１２０）／４π
−ＯＭＧＩ(i) （６ａ）

ステップＳ１８では、下記式（７）により１４４０度フィルタ処理を実行するとともに、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)の影響を相殺し、第２補正回転速度ＯＭＧＭＢ(i+IGOFST)を算出する。第２補正回転速度ＯＭＧＭＢ(i+IGOFST)は、後述するようにエンジン１の冷間始動直後の暖機アイドル運転状態における失火判定に適用される。
ＯＭＧＭＢ(i+IGOFST)＝ＯＭＧ(i+IGOFST)
−ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢ×Ｄθ×ｉ／８π
−ＯＭＧＩ(i) （７）

ステップＳ１９では、下記式（８）により、第１相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡ(i+IGOFST)を算出する。
ＯＭＧＲＥＦＡ(i+IGOFST)＝ＯＭＧＭＡ(i+IGOFST)−ＯＭＧＭＡＴＤＣ
（８）
ここで、ＯＭＧＭＡＴＤＣは第１基準回転速度であり、判定対象の気筒のピストンが圧縮上死点（燃焼行程が開始される上死点）近傍に位置する基準時期（＝（ｋ−１）ＮＴＤＣ＋ＩＧＯＦＳＴまたは（ｋ−１）ＮＴＤＣ＋１２０＋ＩＧＯＦＳＴ）における第１補正回転速度に相当する。

ステップＳ２０では、下記式（９）により、第２相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＢ(i+IGOFST)を算出する。
ＯＭＧＲＥＦＢ(i+IGOFST)＝ＯＭＧＭＢ(i+IGOFST)−ＯＭＧＭＢＴＤＣ
（９）
ここで、ＯＭＧＭＢＴＤＣは第２基準回転速度であり、判定対象の気筒のピストンが圧縮上死点（燃焼行程が開始される上死点）近傍に位置する基準時期（＝（ｋ−１）ＮＴＤＣ＋ＩＧＯＦＳＴまたは（ｋ−１）ＮＴＤＣ＋１２０＋ＩＧＯＦＳＴ）における第２補正回転速度に相当する。

ステップＳ２１では、ステップＳ１９で算出した第１相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i+IGOFST)及び燃焼相関関数ＦＣＲ(i)（式（５））を下記式（１０）に適用し、第１修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i+IGOFST)を算出する。
ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i+IGOFST)＝ＯＭＧＲＥＦＡ(i+IGOFST)×ＦＣＲ(i)
（１０）

ステップＳ２２では、ステップＳ２０で算出した第２相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i+IGOFST)及び燃焼相関関数ＦＣＲ(i)を下記式（１１）に適用し、第２修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i+IGOFST)を算出する。
ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i+IGOFST)＝ＯＭＧＲＥＦＢ(i+IGOFST)×ＦＣＲ(i)
（１１）

ステップＳ２３では、下記式（１２）または式（１２ａ）に第１修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i+IGOFST)を適用し、第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)を算出する。式（１２）及び式（１２ａ）により、失火判定対象気筒の積算期間中に検出された回転速度ＯＭＧ(i+IGOFST)に対応する第１修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ(i+IGOFST)を積算する演算が行われる。式（１２ａ）は、インデクスパラメータｉが１２０以上の値をとるときに使用される。

ステップＳ２４では、下記式（１３）または式（１３ａ）に第２修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i+IGOFST)を適用し、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)を算出する。式（１３）及び式（１３ａ）により、失火判定対象気筒の積算期間中に検出された回転速度ＯＭＧ(i+IGOFST)に対応する第２修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i+IGOFST)を積算する演算が行われる。式（１３ａ）は、インデクスパラメータｉが１２０以上の値をとるときに使用される。

続くステップＳ３１（図３）では、第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)が第１判定閾値ＭＦＪＵＤＡ（例えば「０」）より大きいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、正常燃焼が行われたと判定し、失火フラグＦＭＦ(k)を「０」に設定する（ステップＳ３５）。一方、第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)≦ＭＦＪＵＤＡであるときは、暖機運転フラグＦＣＳＴＡが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ３２）。暖機運転フラグＦＣＳＴＡは、エンジン１が冷間始動直後における暖機アイドル運転状態にあるとき「１」に設定される。

ステップＳ３２でＦＣＳＴＡ＝０であってエンジン１が暖機アイドル運転状態にないときは、気筒識別番号ｋに対応する気筒（本実施形態では、ｋ＝１，２，３，４，５，及び６が、それぞれ＃１気筒、＃５気筒、＃３気筒、＃６気筒、＃２気筒、及び＃４気筒に対応する）で失火が発生したと判定し、失火フラグＦＭＦ(k)を「１」に設定する（ステップＳ３４）。

ステップＳ３２でＦＣＳＴＡ＝１であってエンジン１が暖機アイドル運転状態にあるときは、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)が第２判定閾値ＭＦＪＵＤＢより大きいか否かを判別する（ステップＳ３３）。第２判定閾値ＭＦＪＵＤＢは、第１判定閾値ＭＦＪＵＤＡより小さな値に設定される。ステップＳ３３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは正常燃焼または不整燃焼が行われたと判定し、前記ステップＳ３５に進む。一方、ＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)≦ＭＦＪＵＤＢであるときは、気筒識別番号ｋに対応する気筒で失火が発生したとき判定し、前記ステップＳ３４に進む。

ステップＳ３６では、気筒識別番号ｋが気筒数Ｎと等しいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、気筒識別番号ｋを「１」だけインクリメントする（ステップＳ３８）。またｋ＝Ｎであるときは、気筒識別番号ｋを「１」に戻す（ステップＳ３７）。

図８は、点火時期ＩＧＬＯＧを遅角方向に変更したときの失火判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡの計測データを示す図であり、図８（ａ）が点火時期インデクスＩＧＯＦＳＴによる点火時期依存補正を行わない場合に対応し、図８（ｂ）が点火時期依存補正を行う本実施形態に対応する。これらの図において白丸（○）が正常燃焼（または不整燃焼）に対応し、黒丸（●）が失火に対応する。点火時期依存補正を行わないと失火を精度良く判定することが困難であるが（図８（ａ））、点火時期依存補正を行うことにより、正確な失火判定が可能となる（図８（ｂ））ことが確認できる。

以上のように図４及び図５の処理によれば、７２０度フィルタ処理により、第１補正回転速度ＯＭＧＭＡが算出され、第１補正回転速度ＯＭＧＭＡと、基準時期における第１補正回転速度に相当する第１基準回転速度ＯＭＧＭＡＴＤＣとの差として第１相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡが算出される。そして、第１相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡに燃焼相関関数ＦＣＲを乗算することにより、第１修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡが算出され、第１修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡを積算期間ＴＩＮＴＧについて積算することにより、第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)が算出され、第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡと第１判定閾値ＭＦＪＵＤＡとの比較結果に応じた失火判定が行われる。さらに基準時期及び積算期間ＴＩＮＴＧの開始時期について点火時期依存補正が行われるので、点火時期が遅角方向に変更されたときに、失火発生時の第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡの値が正常燃焼時の値に近づくことが防止され、点火時期に拘わらずに正確な判定を行うことが可能となる。

また１４４０度フィルタ処理により第２補正回転速度ＯＭＧＭＢが算出され、第２補正回転速度ＯＭＧＭＢと第２基準回転速度ＯＭＧＭＢＴＤＣとの差として第２相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＢが算出される。さらに第２相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＢに燃焼相関関数ＦＣＲを乗算することにより、第２修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＢが算出され、第２修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＢ(i+IGOFST)を積算期間ＴＩＮＴＧについて積算することにより、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)が算出される。

そして第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)により失火発生の可能性が高いと判定され、かつエンジン１が冷間始動直後における暖機アイドル運転状態にあるときは、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)により失火判定が行われる。クランク角７２０度の期間より長いクランク角１４４０度の期間における第２変化量ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢを用いて算出される平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢ／８π）は、突発的な不整燃焼の影響を受けにくくなるため、第２補正回転速度ＯＭＧＭＢは、突発的に不整燃焼が発生した気筒以外の気筒については、その不整燃焼の影響を受け難くなる。したがって、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢを用いることにより、不整燃焼が発生し易い暖機アイドル運転状態において不整燃焼と区別して失火を正確に判定することができる。また暖機アイドル運転状態以外の運転状態では、通常のクランク角７２０度の期間における第１変化量ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡを用いて算出される平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ／４π）に応じて補正された第１補正回転速度ＯＭＧＭＡ(i+IGOFST)に基づく第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡを用いて判定を行うことにより、例えばエンジン１の過渡運転状態においても正確な失火判定を行うことができる。

また本実施形態では、第２所定期間（請求項２）をクランク角１４４０度に対応する期間とし、１４４０度の期間における回転速度の変化量を平均化することにより得られる平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢ／８π）を用いて、第２補正回転速度ＯＭＧＭＢを算出するようにしたが、第２所定期間を１４４０度より長い期間としてもよい。ただし、７２０度の整数倍の期間とすることが望ましい。

図９（ａ）は、不整燃焼と、失火とがランダムに発生している状態（例えば冷間始動直後の運転状態）において、７２０度フィルタ処理を用いて算出された第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡの推移を示す図であり、黒丸（●）が失火したときの値を示し、白丸（○）が不整燃焼が発生したときの値を示す。この図から、７２０度フィルタ処理では、失火と不整燃焼とを区別して判定することが困難であることが確認できる。

図９（ｂ）は、図９（ａ）と同様の運転状態で１４４０度フィルタ処理を行って算出された第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢの推移を示し、黒丸（●）が失火が発生したときの値を示し、白丸（○）が不整燃焼が発生したときの値を示す。失火が発生したときの値が、不整燃焼が発生したときの値を上回る場合がまだ多少あるが、図９（ａ）に示す第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡよりかなり改善されることが確認できる。

図９（ｃ）は、第２所定期間をさらに長くして２８８０度とした場合の第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ’の推移を示す。この図から明らかなように、第２所定期間を長くすることにより、失火と不整燃焼とをより正確に判別することが可能となる。

本実施形態では、クランク角度位置センサ１２及びＥＣＵ２０が回転速度パラメータ検出手段を構成し、ＥＣＵ２０が、第１補正手段、第２補正手段、第１相対速度パラメータ算出手段、第２相対速度パラメータ、第１判定パラメータ算出手段、第２判定パラメータ算出手段、及び判定手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１３及びＳ１７が第１補正手段に相当し、ステップＳ１４及びＳ１８が第２補正手段に相当し、ステップＳ１９が第１相対速度パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ２０が第２相対速度パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ２３及びＳ２４がそれぞれ第１判定パラメータ算出手段及び第２判定パラメータ算出手段に相当し、図３のステップＳ３１〜Ｓ３５が判定手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、時間パラメータＣＲＭＥを回転速度ＯＭＧに変換して失火判定を行うようにしたが、特開２００７−１９８３６８号公報に示されるように時間パラメータＣＲＭＥそのものを回転速度パラメータとして用いて失火判定を行うようにしてもよい。

また上述した実施形態では、エンジン１の冷間始動直後の暖機アイドル運転状態において、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢを用いた判定を行うようにしたが、エンジン１のアイドル運転状態において空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行っている運転状態で、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢを用いた判定を行うようにしてもよい。

また図５に示す処理は、図１０に示すように変形してもよい。図１０においては、先ず暖機運転フラグＦＣＳＴＡが「１」であるか否かを判別し（ステップＳ３２）、ＦＣＳＴＡ＝０であるときは、第１判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ(k)による判定を行い（ステップＳ３１）、ＦＣＳＴＡ＝１であるときは、第２判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＢ(k)による判定を行う（ステップＳ３３）。

また上述した実施形態では、相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡ，ＯＭＧＲＥＦＢを燃焼相関関数ＦＣＲにより修正した修正相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＭＡ，ＯＭＧＲＥＦＭＢを積算して判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ，ＭＦＰＡＲＡＭＢを算出したが、燃焼相関関数ＦＣＲによる修正を行っていない相対回転速度ＯＭＧＲＥＦＡ，ＯＭＧＲＥＦＢを積算して判定パラメータＭＦＰＡＲＡＭＡ，ＭＦＰＡＲＡＭＢを算出するようにしてもよい。その場合には、慣性力回転速度ＯＭＧＩ(i)を算出する式（４）のＦＣＲ(i)を一定値（例えば「１」）に設定する。

また上述した実施形態では、６気筒エンジンに本願発明を適用した例を示したが、本願発明は気筒数に拘わらず適用可能である。また、本願発明は、燃料を燃焼室内に直接噴射するガソリンエンジンの失火判定にも適用可能である。さらに本願発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの失火判定にも適用が可能である。

１ 内燃機関
１２ クランク角度位置センサ（回転速度パラメータ検出手段）
２０ 電子制御ユニット（回転速度パラメータ検出手段、第１補正手段、第２補正手段、第１相対速度パラメータ算出手段、第２相対速度パラメータ、第１判定パラメータ算出手段、第２判定パラメータ算出手段、判定手段）

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関の回転速度を示す回転速度パラメータ（ＯＭＧ）を検出する回転速度パラメータ検出手段を備え、検出される回転速度パラメータ（ＯＭＧ）に基づいて前記機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置を提供する。この失火検出装置は、前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）の第１所定期間（クランク角７２０度に相当する期間）における第１平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＡ／４π）を算出するとともに、前記機関の回転に伴う慣性速度変化成分（ＯＭＧＩ）を算出し、該第１平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）を補正することにより、第１補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＡ）を算出する第１補正手段と、失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍にある基準時期（ＩＧＯＦＳＴ）に検出される前記回転速度パラメータに対応する第１補正回転速度パラメータである第１基準値（ＯＭＧＭＡＴＤＣ）と、前記第１補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＡ）との偏差（ＯＭＧＲＥＦＡ）に応じて第１相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＭＡ）を算出する第１相対速度パラメータ算出手段と、前記第１相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＭＡ）をクランク角度７２０／Ｎ（Ｎは前記機関の気筒数）度の積算期間に亘って積算することにより第１判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＡ）を算出する第１判定パラメータ算出手段と、前記第１判定パラメータに基づいて失火判定を行う判定手段とを備え、前記基準時期（ＩＧＯＦＳＴ）及び前記積算期間の開始時期（ＩＧＯＦＳＴ）を、前記機関の点火時期（ＩＧＬＯＧ）に応じて設定することを特徴とする。

この構成によれば、機関回転速度を示す回転速度パラメータの第１所定期間における第１平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて、回転速度パラメータを補正することにより、第１補正回転速度パラメータが算出され、失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍にある基準時期に検出される回転速度パラメータに対応する第１補正回転速度パラメータである第１基準値と、第１補正回転速度パラメータとの偏差に応じて、第１相対速度パラメータが算出され、第１相対速度パラメータをクランク角度７２０／Ｎ度の積算期間に亘って積算することにより第１判定パラメータが算出される。そして、基準時期及び積算期間の開始時期が、点火時期に応じて設定される。基準時期及び積算期間の開始時期を点火時期に拘わらず一定とすると、点火時期が遅角方向に変更されたときに、失火発生時の第１判定パラメータの値が正常燃焼時の値に近づくため、誤判定し易くなる。基準時期及び積算期間の開始時期を点火時期に応じて設定することにより、点火時期に拘わらずに正確な判定を行うことが可能となる。

さらに、前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）の、前記第１所定期間（クランク角７２０度に相当する期間）より長い第２所定期間（クランク角１４４０度に相当する期間）における第２平均変化量（ＤＥＬＴＡＯＭＧＴＤＣＢ／８π）を算出するとともに、前記機関の回転に伴う慣性速度変化成分（ＯＭＧＩ）を算出し、該第２平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータ（ＯＭＧ）を補正することにより、第２補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＢ）を算出する第２補正手段と、前記基準時期（ＩＧＯＦＳＴ）に検出される前記回転速度パラメータに対応する第２補正回転速度パラメータである第２基準値（ＯＭＧＭＢＴＤＣ）と、前記第２補正回転速度パラメータ（ＯＭＧＭＢ）との偏差（ＯＭＧＲＥＦＢ）に応じて第２相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＭＢ）を算出する第２相対速度パラメータ算出手段と、前記第２相対速度パラメータ（ＯＭＧＲＥＦＭＢ）を前記積算期間に亘って積算することにより第２判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＢ）を算出する第２判定パラメータ算出手段とを備え、前記判定手段は、前記機関が所定運転状態（ＦＣＳＴＡ＝１）にあるとき前記第２判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＢ）に基づいて失火判定を行い、前記機関が前記所定運転状態以外の運転状態にあるとき前記第１判定パラメータ（ＭＦＰＡＲＡＭＡ）に基づいて失火判定を行うことが望ましい。

この構成によれば、回転速度パラメータの、第１所定期間より長い第２所定期間における第２平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて回転速度パラメータを補正することにより、第２補正回転速度パラメータが算出され、基準時期に検出される回転速度パラメータに対応する第２補正回転速度パラメータである第２基準値と、第２補正回転速度パラメータとの偏差に応じて、第２相対速度パラメータが算出され、第２相対速度パラメータを積算期間に亘って積算することにより第２判定パラメータが算出される。そして機関が所定運転状態にあるとき第２判定パラメータに基づいて失火判定が行われ、機関が所定運転状態以外の運転状態にあるとき第１判定パラメータに基づいて失火判定が行われる。比較的長い第２所定期間における第２平均変化量に応じて補正された第２補正回転速度パラメータは、突発的に不整燃焼（失火ではないが正常燃焼に比べて発生トルクが小さい燃焼）が発生した気筒以外の気筒については、その不整燃焼の影響を受け難くなるため、第２判定パラメータを用いることにより、不整燃焼が発生し易い運転状態（所定運転状態）において不整燃焼と区別して失火を正確に判定することができる。また所定運転状態以外の運転状態では、通常の第１所定期間における第１平均変化量に応じて補正された第１補正回転速度パラメータに基づく第１判定パラメータを用いて判定を行うことにより、例えば機関の過渡運転状態においても正確な失火判定を行うことができる。

Claims (6)

1. 内燃機関の回転速度を示す回転速度パラメータを検出する回転速度パラメータ検出手段を備え、検出される回転速度パラメータに基づいて前記機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、
   前記回転速度パラメータの第１所定期間における平均変化量及び前記機関の回転に伴う慣性速度変化成分を算出し、該平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータを補正することにより、第１補正回転速度パラメータを算出する第１補正手段と、
   失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍に位置する基準時期に検出される前記回転速度パラメータに対応する第１補正回転速度パラメータである第１基準値と、前記第１補正回転速度パラメータとの偏差に応じて第１相対速度パラメータを算出する第１相対速度パラメータ算出手段と、
   前記第１相対速度パラメータをクランク角度７２０／Ｎ（Ｎは前記機関の気筒数）度の積算期間に亘って積算することにより第１判定パラメータを算出する第１判定パラメータ算出手段と、
   前記第１判定パラメータに基づいて失火判定を行う判定手段とを備え、
   前記基準時期及び前記積算期間の開始時期を、前記機関の点火時期に応じて設定することを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
2. 前記回転速度パラメータの、前記第１所定期間より長い第２所定期間における平均変化量及び前記慣性速度変化成分を算出し、該平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータを補正することにより、第２補正回転速度パラメータを算出する第２補正手段と、
   前記基準時期に検出される前記回転速度パラメータに対応する第２補正回転速度パラメータである第２基準値と、前記第２補正回転速度パラメータとの偏差に応じて第２相対速度パラメータを算出する第２相対速度パラメータ算出手段と、
   前記第２相対速度パラメータを前記積算期間に亘って積算することにより第２判定パラメータを算出する第２判定パラメータ算出手段とをさらに備え、
   前記判定手段は、前記機関が所定運転状態にあるとき前記第２判定パラメータに基づいて失火判定を行い、前記機関が前記所定運転状態以外の運転状態にあるとき前記第１判定パラメータに基づいて失火判定を行う請求項１の失火検出装置。
3. 前記所定運転状態は、前記機関の冷間始動直後における暖機アイドル運転状態である請求項２の失火検出装置。
4. 内燃機関の回転速度を示す回転速度パラメータを検出し、検出される回転速度パラメータに基づいて前記機関の失火を検出する内燃機関の失火検出方法であって、
   ａ）前記回転速度パラメータの第１所定期間における平均変化量及び前記機関の回転に伴う慣性速度変化成分を算出し、
   ｂ）該平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータを補正することにより、第１補正回転速度パラメータを算出し、
   ｃ）失火判定の対象となる気筒のピストンが圧縮上死点近傍に位置する基準時期に検出される前記回転速度パラメータに対応する第１補正回転速度パラメータである第１基準値と、前記第１補正回転速度パラメータとの偏差に応じて第１相対速度パラメータを算出し、
   ｄ）前記第１相対速度パラメータをクランク角度７２０／Ｎ（Ｎは前記機関の気筒数）度の積算期間に亘って積算することにより第１判定パラメータを算出し、
   ｅ）前記第１判定パラメータに基づいて失火判定を行うステップを備え、
   前記基準時期及び前記積算期間の開始時期が、前記機関の点火時期に応じて設定されることを特徴とする内燃機関の失火検出方法。
5. ｆ）前記回転速度パラメータの、前記第１所定期間より長い第２所定期間における平均変化量及び前記慣性速度変化成分を算出し、
   ｇ）該平均変化量及び慣性速度変化成分に応じて前記回転速度パラメータを補正することにより、第２補正回転速度パラメータを算出し、
   ｈ）前記基準時期に検出される前記回転速度パラメータに対応する第２補正回転速度パラメータである第２基準値と、前記第２補正回転速度パラメータとの偏差に応じて第２相対速度パラメータを算出し、
   ｉ）前記第２相対速度パラメータを前記積算期間に亘って積算することにより第２判定パラメータを算出するステップをさらに備え、
   前記機関が所定運転状態にあるとき前記第２判定パラメータに基づいて失火判定が行われ、前記機関が前記所定運転状態以外の運転状態にあるとき前記第１判定パラメータに基づいて失火判定が行われる請求項４の失火検出方法。
6. 前記所定運転状態は、前記機関の冷間始動直後における暖機アイドル運転状態である請求項５の失火検出方法。

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