WO2018179341A1 - 単気筒エンジンの失火検知装置および方法ならびに車両 - Google Patents

単気筒エンジンの失火検知装置および方法ならびに車両 Download PDF

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信之 岸
明彦 友田
西田　憲二
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本田技研工業株式会社
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    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for detecting a misfire in a single cylinder engine, and to a vehicle, and in particular, the misfire detection can be accurately performed without measuring an inter-tooth error of the crank pulser rotor for each vehicle by utilizing features of the single cylinder engine.
  • the invention relates to a single cylinder engine misfire detection device and method and vehicle that make it possible to do.
  • misfire parameter the parameter (misfire parameter) of the misfire determination includes the angular velocity component resulting from the inter-dental error of the crank pulser rotor, it is necessary to remove this for accurate misfire determination.
  • Patent Document 2 in a single-cylinder engine, the difference in the amount of change in crank angular velocity is calculated for each cycle, and this value is used as a misfire parameter to eliminate the angular velocity component caused by the inter-tooth error of the crank pulsar rotor.
  • the method for removing the inter-tooth error of the crank pulsar rotor in the misfire detection method of Patent Document 1 is a technology that utilizes the characteristics of the equally-spaced explosion engine, its principle can not be applied to a single-cylinder engine. Further, with the misfire detection method of Patent Document 2, it is not possible to remove the angular velocity component due to the change of the pumping torque, the load torque generated during one cycle, and the friction.
  • An object of the present invention is to solve the above technical problems and remove an angular velocity component caused by an inter-tooth error of a crank pulsar rotor from a misfire parameter without measuring an inter-tooth error of a crank pulsar rotor in a single cylinder engine. It is an object of the present invention to provide a single cylinder engine misfire detection method and apparatus, and a vehicle, which enable accurate misfire detection.
  • the present invention is characterized in that the misfire detection method and apparatus for a single cylinder engine and the vehicle are provided with the following configurations.
  • the misfire detection device of the present invention is in the vicinity of the compression top dead center and the exhaust top dead center of the engine based on the means for detecting the angular velocity of each crank angle from the time between crank pulses and the angular velocity of each crank angle.
  • a means for calculating the relative angular velocity of each crank angle with respect to the detected reference angular velocity a means for integrating the relative angular velocity within a predetermined crank angle range to calculate an integrated angular velocity for each expansion stroke and intake stroke, and the integrated angular velocity
  • the misfire parameter calculation means which calculates the integral angular velocity resulting from a combustion torque from the said reference angular velocity and the pumping torque component acquired separately, and uses it as a misfire parameter.
  • the misfire detection method detects the angular velocity at each crank angle from the time between crank pulses, and is detected near the compression top dead center and the exhaust top dead center of the engine based on the angular velocity of each crank angle
  • the relative angular velocity of each crank angle with respect to the reference angular velocity is calculated, and the relative angular velocity is integrated within a predetermined crank angle range to calculate the integrated angular velocity of each of the expansion stroke and the intake stroke.
  • the integrated angular velocity attributable to the combustion torque is calculated from the pumping torque component acquired in the above to be a misfire parameter.
  • the single-cylinder engine vehicle of the present invention is based on the means for detecting the angular velocity of each crank angle from the time between crank pulses and the angular velocity near the compression top dead center and exhaust top dead center of the engine.
  • a misfire parameter calculation means is provided which calculates an integrated angular velocity attributable to the combustion torque from the integrated angular velocity, the reference angular velocity and the separately acquired pumping torque component to obtain a misfire parameter.
  • the misfire parameter calculation means removes the integrated angular velocity component resulting from the pumping torque from the integrated angular velocity of the expansion stroke to obtain the integrated angular velocity after the first removal, and the integrated angular velocity of the intake stroke to the pumping torque
  • a means for removing the first angular velocity fluctuation component that may occur in the on-vehicle engine from the detection result of the angular velocity, and the means for calculating the relative angular velocity targets the angular velocity from which the first angular velocity fluctuation component has been removed The relative angular velocity was calculated.
  • the first angular velocity fluctuation component is characterized in that it is an angular velocity fluctuation component caused by a load torque applied from a tire or an accessory of a vehicle driven by the engine and friction of a sliding component of the engine.
  • the misfire detection device in a single cylinder engine, there is only one explosion during one cycle, and an expansion stroke in which combustion torque is generated and an intake stroke in which combustion torque is not generated. Since measuring the angular velocity of each crank angle at the same portion of the crank pulsar rotor can be used to remove the inter-tooth error component from the misfire parameter without measuring the inter-tooth error of the crank pulsar rotor, High precision misfire determination is possible.
  • the misfire parameter calculation means removes the integrated angular velocity component resulting from the pumping torque from the integrated angular velocity of the expansion stroke to obtain the integrated angular velocity after the first removal, and originates from the pumping torque from the integrated angular velocity of the intake stroke
  • the integrated angular velocity component is removed to obtain the integrated angular velocity after second removal, and the integrated angular velocity after removed second corrected by the ratio of the reference angular velocity of the expansion stroke and the intake stroke is subtracted from the integrated angular velocity after first removal to determine a misfire parameter Therefore, it is possible to remove the interdental error component from the misfire parameter regardless of the angular velocity difference between the expansion stroke and the intake stroke.
  • FIG. 1 is a function block diagram of a misfire detection method and apparatus for a single cylinder engine to which the present invention is applied, and a vehicle. It is a figure showing an example of angular velocity of each crank angle at the time of steady operation in a fuel cut state by a chassis. It is a figure for demonstrating the function of a 720 degree
  • FIG. 7 is a diagram showing a misfire detection method in which a relative angular velocity is obtained from an angular velocity detected each time a crank pulse is generated, and the integrated value is used as a misfire parameter (without a misfire).
  • FIG. 7 is a diagram (misfire presence) showing a misfire detection method in which a relative angular velocity is obtained from an angular velocity detected for each occurrence of a crank pulse and the integrated value is used as a misfire parameter.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams showing an example of a misfire detection method in which the relative angular velocity is obtained from the angular velocity detected each time a crank pulse is generated in a two-cylinder engine and the integrated value (integrated angular velocity) is used as the misfire parameter.
  • the relative angular velocity is calculated by subtracting the reference angular velocity detected in the vicinity of the compression top dead center of each cylinder of the engine from the angular velocity detected each time a crank pulse is generated [each figure (a)].
  • # 1 and # 2 are cylinder identifiers assigned to identify two cylinders in the order of ignition, and FIG. 9 shows that combustion is normally performed in any of # 1 and # 2 cylinders. FIG. 10 shows the case where a misfire has occurred only in the # 1 cylinder.
  • the integrated angular velocity obtained by integrating the relative angular velocity within the predetermined crank angle range is a positive value for the cylinder in which combustion was normally performed, and a negative value for the cylinder in which the misfire has occurred. It can be used as a parameter to determine [each figure (c)].
  • the pumping torque is the torque generated by the pump operation of the piston in each stroke of the intake, compression, expansion, and exhaust of the engine, and is different from the pumping loss representing the energy loss generated in the intake stroke and the exhaust process of the engine. It is an index.
  • an environment in which the inter-tooth error component is eliminated is prepared by preparing in advance a standard vehicle Mref provided with an ideal crank pulser rotor having substantially zero inter-tooth error, for each type of vehicle performing misfire detection. Furthermore, using this standard vehicle Mref, the integrated angular velocity dominated by the pumping torque component is determined by removing the fluctuation components other than the pumping torque by the above-described appropriate method, and extracted as the pumping torque component specific to the vehicle type The data is set in the ECU of each mass sales vehicle. Thereby, the pumping torque component can be removed from the misfire parameter.
  • Integrated angular velocity (first integrated angular velocity) based on the reference angular velocity detected near the compression top dead center, which is the starting point of the expansion stroke, and the reference angular velocity detected near the exhaust top dead center, which is the starting point of the intake stroke
  • the interangular error component and the inertia torque component are included in the integrated angular velocity (the second integrated angular velocity)
  • the interdental error component and the inertial torque component are proportional to the angular velocity, so the angular velocity difference between strokes is corrected If so, the inter-dental error component and the inertia torque component included in the first integrated angular velocity and the second integrated angular velocity become equal.
  • the interdental error component and the inertia torque component in the first and second integrated angular velocities are equal if they are after the angular velocity correction Because it is removed from the misfire parameter.
  • the angular velocity fluctuation component caused by the noise, the load torque, the friction and the pumping torque included in the misfire parameter can be removed by the above-mentioned appropriate method.
  • the misfire determination can be performed with high accuracy without measuring the inter-tooth error of the crank pulser rotor for each vehicle.
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining a misfire detection method and apparatus for a single cylinder engine to which the present invention is applied, and a vehicle.
  • the standard vehicle Mref is mounted with a single-cylinder engine E, and its crankshaft 2 is equipped with an ideal crank pulsar rotor 3ref with substantially zero inter-tooth error, and has a pumping torque component extraction device 100.
  • the crank angular velocity measuring unit 5a measures the angular velocity in a state where combustion torque is substantially not generated, so the time between pulses of the ideal crank pulser rotor 3ref in the fuel cut state is measured by the crank pulser sensor 4a. Measure and calculate the angular velocity of each crank angle. A known moving averaging process or the like is applied to the angular velocity of each crank angle to remove noise components.
  • FIG. 2 shows a change in angular velocity when steady operation is performed in a fuel cut state on the chassis.
  • the 720-degree filter processing unit 6a cancels a linear change in one cycle period on the basis of the calculation result of the angular velocity ⁇ , and extracts a fluctuation component having a relatively short cycle. As a result, it is possible to remove an angular velocity fluctuation component due to a load torque applied from a tire of a vehicle driven by an engine or an accessory or friction of a sliding component of the engine.
  • FIG. 3 shows an example in which a 720-degree filter is applied to a cycle in which combustion torque is generated but decelerated by load torque. Since extraction of the pumping torque component is performed in steady operation in the chassis, there is almost no linear change in angular velocity in one cycle.
  • the fluctuation component is removed in a state where the combustion torque is substantially absent, so that the obtained angular velocity ⁇ substantially includes only the fluctuation component due to the inertia torque and the pumping torque.
  • the relative angular velocity calculator 7a sets the angular velocity ⁇ measured near the compression top dead center (crank angle 0 degree) as the reference angular velocity ⁇ 1 ref [FIG.
  • the integrated angular velocity calculation unit 8a integrates the first and second relative angular velocities ⁇ 1_i and ⁇ 2_j to calculate a first integrated angular velocity ⁇ 1_i and a second integrated angular velocity ⁇ 2_j.
  • the inertial torque component removing unit 9a removes an inertial torque component obtained by desktop calculation from the first and second integrated angular velocities ⁇ 1_i, ⁇ 2_j, and performs a first post-removal integrated angular velocity ⁇ 1'_i and a second post-removal integrated angular velocity ⁇ 2 ' Calculate _j.
  • the inertial torque Tq for a single cylinder is based on the connecting rod length L, the crank radius R, the offset e, the angular velocity ⁇ of the crankshaft, and the total mass m of the piston and connecting rod as shown in, for example, Patent Document 2. It can be determined, for example, as shown in FIG.
  • the inertia torque Tq can be approximated by the equation of motion of rotation of the following equation (1), where I is an inertia mass such as a piston, a connecting rod, a crank, and the like.
  • Tq I ⁇ (d ⁇ / dt) (1)
  • the angular velocity change amount d ⁇ due to the inertial torque can be determined using the inertial torque Tq generated at a certain engine speed, the inertial mass I, and the required time dt required for unit angle rotation at the relevant engine speed. It becomes like (a). Therefore, when the reference angular velocities of the expansion stroke and the intake stroke are equal, it is understood that the relative angular velocities based on the compression top dead center and the exhaust top dead center are equal.
  • a value obtained by integrating the relative angular velocity based on the compression top dead center is required. Therefore, the integration of the relative value d ⁇ 'based on the value of the compression top dead center of the angular velocity change amount d ⁇ due to the inertia torque You just need to find the value. Further, with respect to the angular velocity change amount d ⁇ ′, it is necessary to perform the same processing as the noise removal method applied to the angular velocity of each crank angle.
  • the inertial torque component at each engine speed is obtained by obtaining the integrated value of the angular velocity change amount d ⁇ ′ in unit speed and setting data in the pumping torque extraction device 100 and multiplying this value by the reference angular velocity.
  • FIG. 7B shows an example of extracting the pumping torque component (3) by removing the inertia torque component (2) from the integrated value (1) of the relative angular velocity.
  • the pumping torque component depends on the engine speed and the throttle valve opening degree, and the pumping torque component when the throttle valve is fully closed is, for example, as shown in FIG.
  • the extraction of the pumping torque component is obtained, for example, in the form of a map based on the engine speed and the intake manifold pressure, using the engine speed as a parameter.
  • the pumping torque component obtained as described above is common to each vehicle if it is the same vehicle type, the pumping torque component is data set in the ECU of each mass-produced vehicle M of the same vehicle type and used for correction of the misfire parameter .
  • each mass sales vehicle M includes the misfire determination device 300, and calculates a misfire parameter during actual traveling to determine whether or not a misfire has occurred.
  • the crank angular velocity measurement unit 5b determines the angular velocity ⁇ .
  • the 720 degree filter processing unit 6b removes the angular velocity fluctuation component due to the load torque and the friction.
  • the relative angular velocity calculation unit 7b calculates first and second relative angular velocities ⁇ 1_i and ⁇ 2_j.
  • the integrated angular velocity calculation unit 8b calculates first and second integrated angular velocities ⁇ 1_i and ⁇ 2_j.
  • the misfire parameter calculation unit 10b uses the first and second integrated angular velocities, the data of the pumping torque component set in the ECU using the standard vehicle Mref, and the misfire parameters using the first and second reference angular velocities ⁇ 1ref and ⁇ 2ref. Calculate
  • the integrated angular velocity ⁇ 1_i (first integrated angular velocity) of the expansion stroke and the integrated angular velocity ⁇ 2_j (second integrated angular velocity) of the intake stroke are N for the combustion torque component, and the pumping torque components for the expansion stroke and the intake stroke are P1 (first pumping torque component , P2 (second pumping torque component), inertia torque components of the expansion stroke and the intake stroke as I1 and I2, and components of the expansion stroke and the intake stroke due to the inter-tooth error as H1 and H2 4).
  • the first pumping torque component P1 is removed from the first integrated angular velocity to obtain a first post-removal integrated angular velocity
  • the second pumping torque component P2 is removed from the second integrated angular velocity to obtain a second post-removal integrated angular velocity.
  • the integrated angular velocity after the second removal is multiplied by the ratio ⁇ 1ref / ⁇ 2ref of the reference angular velocity, and this is subtracted from the first integrated angular velocity.
  • the misfire determination unit 11 b determines the presence or absence of a misfire based on the misfire parameter.

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Abstract

単気筒エンジンにおいて、クランクパルサロータの歯間誤差を計測することなく正確な失火判定を可能にする。　クランク角速度測定部（５ｂ）は、各クランク角の角速度を測定する。７２０度フィルタ処理部（６ｂ）は、負荷変化およびフリクション変化成分を除去する。相対角速度計算部（７ｂ）は、エンジンの圧縮上死点近傍および排気上死点近傍で検知された基準角速度に対する各クランク角の相対角速度を計算する。積算角速度計算部（８ｂ）は、所定のクランク角範囲内で相対角速度を積算して膨張行程と吸気行程それぞれの積算角速度を計算する。失火パラメータ計算部（１０ｂ）は、積算角速度および前記基準角速度ならびにECUに予め設定したポンピングトルク成分から失火パラメータを算出する。失火判定部（１１ｂ）は、この失火パラメータに基づいて失火の有無を判定する。

Description

単気筒エンジンの失火検知装置および方法ならびに車両
　本発明は、単気筒エンジンの失火検知装置および方法ならびに車両に係り、特に、単気筒エンジンの特徴を利用して、車両毎にクランクパルサロータの歯間誤差を計測することなく失火検知を精度良く行うことを可能にする、単気筒エンジンの失火検知装置および方法ならびに車両に関する。
　四輪車両において、クランクパルスの発生時間間隔（クランクパルス間時間）から測定されるクランク角速度に基づいてエンジンの失火を判定する技術が知られている。ここで、失火判定のパラメータ（失火パラメータ）にはクランクパルサロータの歯間誤差に起因した角速度成分が含まれることから、正確な失火判定のためにはこれを除去する必要がある。
　特許文献１には、各クランク角の角速度に基づいて、エンジンの圧縮上死点近傍で検知された基準角速度に対する各クランク角の相対角速度を計算し、前記相対角速度を積算した値を失火パラメータとして失火を判定する技術が開示されている。
　特許文献２には、単気筒エンジンにおいて、サイクル毎にクランク角速度の変化量の差を算出し、この値を失火パラメータとすることにより、クランクパルサロータの歯間誤差に起因した角速度成分を失火パラメータから除去する技術が開示されている。
特開２００８－１１１３５４号公報 特開２０１４－１９９０４０号公報
　近年、修理性の向上や環境保護の観点から、自動二輪車においても失火判定技術の採用が検討されている。自動二輪車では、エンジンの性能や特徴に対する多様性の要求から、不等間隔爆発エンジンや単気筒エンジンが多数採用されている。
　特許文献１の失火検知手法におけるクランクパルサロータの歯間誤差除去方法は、等間隔爆発エンジンの特性を利用した技術であるため、単気筒エンジンにその原理を適用することができない。また、特許文献２の失火検知手法では、ポンピングトルクおよび１サイクル中に生じる負荷トルク並びにフリクションの変化に起因した角速度成分が除去できない。
　本発明の目的は、上記の技術課題を解決し、単気筒エンジンにおいてクランクパルサロータの歯間誤差を計測することなく、失火パラメータからクランクパルサロータの歯間誤差に起因した角速度成分を除去して失火検知を精度良く行うことを可能にする、単気筒エンジンの失火検知方法および装置ならびに車両を提供することにある。
　上記の目的を達成するために、本発明は、単気筒エンジンの失火検知方法および装置ならびに車両において、以下の各構成を具備した点に特徴がある。
　(1) 本発明の失火検知装置は、クランクパルス間時間から各クランク角の角速度を検知する手段と、各クランク角の角速度に基づいて、エンジンの圧縮上死点近傍および排気上死点近傍で検知された基準角速度に対する各クランク角の相対角速度を計算する手段と、所定のクランク角範囲内で前記相対角速度を積算して膨張行程および吸気行程ごとに積算角速度を計算する手段と、前記積算角速度および前記基準角速度ならびに別途に取得したポンピングトルク成分から、燃焼トルクに起因した積算角速度を計算して失火パラメータとする失火パラメータ計算手段とを具備した。
　(2) 本発明の失火検知方法は、クランクパルス間時間から各クランク角における角速度を検知し、各クランク角の角速度に基づいて、エンジンの圧縮上死点近傍および排気上死点近傍で検知された基準角速度に対する各クランク角の相対角速度を計算し、所定のクランク角範囲内で前記相対角速度を積算して膨張行程と吸気行程それぞれの積算角速度を計算し、前記積算角速度および前記基準角速度ならびに別途に取得したポンピングトルク成分から、燃焼トルクに起因した積算角速度を計算して失火パラメータとするようにした。
　(3) 本発明の単気筒エンジンの車両は、クランクパルス間時間から各クランク角の角速度を検知する手段と、各クランク角の角速度に基づいて、エンジンの圧縮上死点近傍および排気上死点近傍で検知された基準角速度に対する各クランク角の相対角速度を計算する手段と、所定のクランク角範囲内で前記相対角速度を積算して膨張行程と吸気行程それぞれの積算角速度を計算する手段と、前記積算角速度および前記基準角速度ならびに別途に取得したポンピングトルク成分から、燃焼トルクに起因した積算角速度を計算して失火パラメータとする失火パラメータ計算手段を具備した。
　(4) 前記失火パラメータ計算手段は、膨張行程の積算角速度からそのポンピングトルクに起因した積算角速度成分を除去して第１除去後積算角速度を求める手段と、吸気行程の積算角速度からそのポンピングトルクに起因した積算角速度成分を除去して第２除去後積算角速度を求める手段と、膨張行程と吸気行程の基準角速度の比で補正した第２除去後積算角速度を第１除去後積算角速度から減じて失火パラメータを求める手段とを含むようにした。
　(5) 前記角速度の検知結果から、車載エンジンに生じ得る第1角速度変動成分を除去する手段を具備し、相対角速度を計算する手段は、前記第1角速度変動成分を除去された角速度を対象に相対角速度を計算するようにした。
　(6) 前記第１角速度変動成分が、エンジンにより駆動される車両のタイヤや補機から加わる負荷トルク並びにエンジンの摺動部品のフリクションに起因する角速度変動成分であることを特徴とする。
　(1) 本発明の失火検知装置、失火検知方法および車両によれば、単気筒エンジンでは１サイクル中に１回の爆発しかなく、燃焼トルクが発生する膨張行程および燃焼トルクが発生しない吸気行程における各クランク角の角速度をクランクパルサロータの同じ部分で測定することを利用して、クランクパルサロータの歯間誤差を計測することなく失火パラメータから歯間誤差成分を除去することが可能となるので、高精度の失火判定が可能になる。
　(2) 失火パラメータ計算手段は、膨張行程の積算角速度から、そのポンピングトルクに起因した積算角速度成分を除去して第１除去後積算角速度を求め、吸気行程の積算角速度から、そのポンピングトルクに起因した積算角速度成分を除去して第２除去後積算角速度を求め、膨張行程と吸気行程の基準角速度の比で補正した第２除去後積算角速度を第１除去後積算角速度から減じて失火パラメータを求めるので、膨張行程および吸気行程の角速度差にかかわらず失火パラメータから歯間誤差成分を除去することが可能になる。
　(3) 角速度の検知結果から、車載エンジンに生じ得る第1角速度変動成分を除去する手段を具備し、前記相対角速度を計算する手段は、第1角速度変動成分を除去された角速度を対象に相対角速度を計算するので、第１角速度変動成分の影響を排除することが可能となる。
　(4) 第１角速度変動成分として、エンジンにより駆動される車両のタイヤや補機から加わる負荷トルク並びにエンジンの摺動部品のフリクションに起因する角速度変動成分を除去するので、高精度の失火判定が可能になる。
本発明を適用した単気筒エンジンの失火検知方法および装置ならびに車両の機能ブロック図である。 シャーシにて燃料カット状態で定常運転した時の各クランク角の角速度の例を示した図である。 ７２０度フィルタ処理部の機能を説明するための図である。 相対角速度計算部の機能を説明するための図である。 積算角速度計算部の機能を説明するための図である。 慣性トルクの机上計算結果の例を示した図である。 慣性トルク成分除去部の機能を説明するための図である。 スロットルバルブ全閉時のポンピングトルク成分の例を示した図である。 クランクパルスの発生毎に検出される角速度から相対角速度を求め、その積算値を失火パラメータとする失火検知手法を示した図（失火無し）である。 クランクパルスの発生毎に検出される角速度から相対角速度を求め、その積算値を失火パラメータとする失火検知手法を示した図（失火有り）である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここでは初めに、クランク角速度に基づく失火検知手法および本発明の概要について説明し、次いで、その実施形態について詳細に説明する。
　図９，１０は、二気筒エンジンにおいて、クランクパルスの発生毎に検出される角速度から相対角速度を求め、その積算値（積算角速度）を失火パラメータとする失火検知手法の例を示した図である。ここで相対角速度は、エンジンの各気筒の圧縮上死点近傍で検出される基準角速度を、クランクパルスの発生ごとに検出される角速度から減じることで算出される[各図(a)]。
　図９，１０における＃１，＃２は、点火順に２つの気筒を識別するために付した気筒識別子であり、図９は、＃１，＃２のいずれの気筒でも正常に燃焼が行われている場合を示し、図１０は、＃１の気筒のみで失火が発生している場合を示している。
　相対角速度は、圧縮上死点後の燃焼行程において正常に燃焼が行われれば増速するが失火が発生すると減速する[各図(b)]。したがって、相対角速度を所定のクランク角範囲内で積算することにより得られる積算角速度は、正常に燃焼が行われた気筒では正の値となり失火が発生した気筒では負の値となるので、失火気筒を判定するパラメータとして利用できる[各図(c)]。
　しかしながら、前記積算角速度には、燃焼トルク以外にクランクパルサロータの歯間誤差、センサギャップの動的変化などにより生じるノイズ、負荷トルク、フリクション、慣性トルクおよびポンピングトルク等に起因して変動する角速度成分が含まれる。したがって、失火検知を正確に行うためには、前記積算角速度からこれらの変動成分を全て除去する必要がある。
　これらの変動成分のうち、ノイズ、負荷トルク、フリクションおよび慣性トルクについては、統計処理やエンジン制御あるいは机上計算等により除去する手法が知られているが、ポンピングトルクについては、その有効な除去手法が確立されていない。
　ここでポンピングトルクとは、エンジンの吸気・圧縮・膨張・排気の各行程において、ピストンのポンプ動作により生じるトルクであり、エンジンの吸気行程と排気工程に発生するエネルギー損失を表すポンピングロスとは異なる指標である。
　そこで、本発明では失火検知を行う車種毎に、歯間誤差が実質的にゼロの理想クランクパルサロータを備えた標準車両Mrefを予め用意することで歯間誤差成分を排除した環境を用意する。更に、この標準車両Mrefを用いて、上述の適宜の手法でポンピングトルク以外の変動成分を除去することで、ポンピングトルク成分が支配的な積算角速度を求め、当該車種に固有のポンピングトルク成分として抽出し、これを各量販車両のECUにデータ設定する。これにより、失火パラメータからポンピングトルク成分を除去することが出来る。
　ここで、単気筒エンジンの場合、１サイクル中に１回の爆発しかないので、燃焼トルクが発生する膨張行程および燃焼トルクが発生しない吸気行程における各クランク角の角速度をクランクパルサロータの同じ部分で測定することができる。
　膨張行程の起点である圧縮上死点近傍で検知された基準角速度を基準とした積算角速度（第１積算角速度）、および吸気行程の起点である排気上死点近傍で検知された基準角速度を基準とした積算角速度（第２積算角速度）には、歯間誤差成分および慣性トルク成分が含まれているが、歯間誤差成分および慣性トルク成分は角速度に比例するため、行程間の角速度差を補正すれば、第１積算角速度および第２積算角速度に含まれる歯間誤差成分と慣性トルク成分は等しくなる。
　行程間の角速度差を補正した第１積算角速度と第２積算角速度との差を失火パラメータとすると、第１および第２積算角速度において歯間誤差成分と慣性トルク成分は角速度補正後であれば等しいため失火パラメータから除去される。前記失火パラメータに含まれるノイズ、負荷トルク、フリクションおよびポンピングトルクに起因した角速度変動成分は上述の適宜の手法で除去できる。以上により、単気筒エンジンにおいて、車両ごとにクランクパルサロータの歯間誤差計測を行うことなく、高精度な失火判定が可能となる。
　次いで、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明を適用した単気筒エンジンの失火検知方法および装置ならびに車両を説明するためのブロック図である。
　標準車両Mrefは、単気筒エンジンEを搭載し、そのクランクシャフト２には歯間誤差が実質的にゼロの理想クランクパルサロータ３refが装備され、ポンピングトルク成分抽出装置１００を有する。
　ポンピングトルク成分抽出装置１００において、クランク角速度測定部５ａは、燃焼トルクが実質的に発生しない状態で角速度を測定するため、燃料カット状態で理想クランクパルサロータ３refのパルス間時間をクランクパルサセンサ４ａで測定し、各クランク角の角速度を計算する。各クランク角の角速度には、周知の移動平均化処理等が適用されてノイズ成分が除去される。図２は、シャーシにて燃料カット状態で定常運転したときの角速度の変化を示している。
　７２０度フィルタ処理部６ａは、角速度ωの計算結果を対象に１サイクル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成分を抽出する。これにより、エンジンにより駆動される車両のタイヤや補機から加わる負荷トルクあるいはエンジンの摺動部品のフリクションによる角速度変動成分を除去できる。
　図３は、燃焼トルクが発生しているが負荷トルクにより減速したサイクルに７２０度フィルタを適用した例を示している。ポンピングトルク成分の抽出はシャーシでの定常運転にて行うため、１サイクル中における角速度の線形変化分はほとんどない。
　上記のフィルタ処理により、燃焼トルクが実質的に無い状態で前記変動成分が除去されるので、得られる角速度ωには、実質的に慣性トルクとポンピングトルクによる変動成分のみが含まれることになる。
　相対角速度計算部７ａは、図４に示したように、圧縮上死点（クランク角０度）近傍で測定された角速度ωを基準角速度ω1refとして[同図(a)]、当該圧縮上死点から１８０度のクランク角範囲内の各クランク角iで測定された角速度ω1_iと基準角速度ω1refとの差分を第１相対角速度ωω1_i（=ω1_i-ω1ref）として求める[同図(b)]。
　同様に、排気上死点（クランク角３６０度）近傍で測定された角速度ωを基準角速度ω2refとして、当該排気上死点から１８０度のクランク角範囲内の各クランク角jで測定された角速度ω2_jと基準角速度ω2refとの差分を第２相対角速度ωω2_j（=ω2_j-ω2ref）として求める。
　積算角速度計算部８ａは、図５に示したように、前記第１および第２相対角速度ωω1_i，ωω2_jをそれぞれ積算し、第１積算角速度Σωω1_iおよび第２積算角速度Σωω2_jを算出する。
　慣性トルク成分除去部９ａは、前記第１および第２積算角速度Σωω1_ｉ，Σωω2_ｊから机上計算により求めた慣性トルク成分を除去し、第１除去後積算角速度Σωω1'_ｉおよび第２除去後積算角速度Σωω2'_ｊを算出する。
　ここで、単一気筒分の慣性トルクTqは、例えば特許文献２に示されるように、コンロッド長L、クランク半径R、オフセットe、クランク軸の角速度ω、ピストンおよびコンロッドの合計質量mに基づいて求めることができ、例えば図６のようになる。
　慣性トルクTqは、ピストン・コンロッド・クランクなどの慣性マスをIとして、次式(1)の回転の運動方程式で近似できる。
　　　　Tq＝I×(dω／dt)　…(1)
　ここで、本実施形態で求めるべきは慣性トルクTqによる角速度変化dωであり、上式(1)を次式(2)のように変換して求められる。
　　　　dω＝Tq×(dt／I)　…(2)
　すなわち、慣性トルクによる角速度変化量dωは、あるエンジン回転数において発生する慣性トルクTq、慣性マスIおよび当該エンジン回転数における単位角度回転に要する所要時間dtを用いて求めることができ、例えば図７(a)のようになる。したがって、膨張行程と吸気行程の基準角速度が等しい場合、圧縮上死点および排気上死点を基準とした相対角速度が等しいことがわかる。
　そして本実施形態では、圧縮上死点を基準とした相対角速度を積算した値が必要となるので、慣性トルクによる角速度変化量dωの圧縮上死点の値を基準とした相対値dω'の積算値を求めればよい。また、前記角速度変化量dω'については、各クランク角の角速度に適用したノイズ除去手法と同じ処理を行う必要がある。各エンジン回転数における慣性トルク成分は、前記角速度変化量dω'の積算値を単位回転数で求めてポンピングトルク抽出装置１００にデータ設定し、この値に基準角速度を乗じることで求められる。
　本実施形態では、以上のようにして第１および第２除去後積算角速度Σωω1'_i，Σωω2'_jが求まると、これらが膨張行程のポンピングトルク成分と吸気行程のポンピングトルク成分して抽出される。図７(b)は、相対角速度の積算値(1)から慣性トルク成分(2)を除去してポンピングトルク成分(3)を抽出する例を示している。
　ポンピングトルク成分は、エンジン回転数およびスロットルバルブ開度に依存し、スロットルバルブ全閉時のポンピングトルク成分は、例えば図８のようになる。前記ポンピングトルク成分の抽出はエンジン回転数をパラメータとして、例えばエンジン回転数とインテークマニホールド圧力によるマップ形式で求められる。
　上記のようにして求められたポンピングトルク成分は、同一車種であれば各車両に共通なので、前記ポンピングトルク成分を車種が同一の各量産車両MのECUにデータ設定し、失火パラメータの補正に用いる。
　図１へ戻り、各量販車両Mは失火判定装置３００を備え、実走行時に失火パラメータを算出して失火発生の有無を判定する。失火判定装置３００において、クランク角速度測定部５ｂは、角速度ωを求める。
　７２０度フィルタ処理部６ｂは、負荷トルクおよびフリクションによる角速度変動成分を除去する。相対角速度計算部７ｂは、第１および第２相対角速度ωω1_ｉ，ωω2_ｊを算出する。積算角速度計算部８ｂは、第１および第２積算角速度Σωω1_ｉ，Σωω2_ｊを算出する。
　失火パラメータ計算部１０ｂは、前記第１および第２積算角速度、前記標準車両Mrefを用いてECUに設定したポンピングトルク成分のデータ、ならびに前記第１および第２基準角速度ω1ref，ω2refを用いて失火パラメータを算出する。
　膨張行程の積算角速度Σωω1_ｉ（第１積算角速度）および吸気行程の積算角速度Σωω2_ｊ（第２積算角速度）は、燃焼トルク成分をN、膨張行程および吸気行程のポンピングトルク成分をP１(第１ポンピングトルク成分)、P2(第２ポンピングトルク成分)、膨張行程および吸気行程の慣性トルク成分をI1，I2、膨張行程および吸気行程の歯間誤差による成分をH1、H2とすれば次式(3)，(4)で表せる。
　　　　Σωω1_ｉ＝N＋P1＋I1＋H1　…(3)
　　　　Σωω2_ｊ＝P2＋I2＋H2　…(4)
　慣性トルク成分Iおよび歯間誤差成分Hはエンジン回転数に比例するので、単位回転数時の慣性トルク成分および歯間誤差成分をそれぞれI0，H0とすると次式(5)，(6)のように近似できる。
　　　　I1＝ω1ref×I0，H1＝ω1ref×H0　…(5)
　　　　I2＝ω2ref×I0，H2＝ω2ref×H0　…(6)
　また、上式(3)，(5)より次式(7)が導出され、上式(4)，(6)より次式(8)が導出される。
　　　　Σωω1_i＝N＋P1＋I１＋H1＝N＋P1＋ω1ref×(I0＋H0)
　　　　∴N＝(Σωω1_ｉ－P1)－ω1ref×(I0＋H0) 　…(7)
　　　　Σωω2_ｊ＝P2＋I2＋H2＝P2＋ω2ref×(I0＋H0)
　　　　∴I0＋H0＝１/ω2ref×(Σωω2_ｊ－P2) 　…(8)
　そして、上式(7)，(8)より、燃焼トルクによる積算角速度成分は次式(9)のようにして求まる。
　　　　N＝Σωω1_ｉ－P1－(I1＋H1)
　　　　　＝(Σωω1_ｉ－P1)－ω1ref/ω2ref×(Σωω2_ｉ－P2)　…(9)
　すなわち、第１積算角速度から第１ポンピングトルク成分P1を除去して第１除去後積算角速度を求め、第２積算角速度から第２ポンピングトルク成分P2を除去して第２除去後積算角速度を求める。そして、行程間の角速度差を補正すべく、基準角速度の比ω1ref/ω2refを第２除去後積算角速度に乗じ、これを第１積算角速度から減じた上式(9)の値Nを失火パラメータとする。失火判定部１１bは、この失火パラメータに基づいて失火の有無を判定する。
　本実施形態によれば、単気筒エンジンにおいて、標準車両におけるクランクパルサロータの歯間誤差を計測することなく、失火パラメータから歯間誤差を除去することが可能となり、高精度の失火判定が可能となる。
　２…クランクシャフト，３…クランクパルサロータ，３ref…理想クランクパルサロータ，４ａ，４ｂ…クランクパルサセンサ，５ａ、５ｂ…クランク角速度測定部，６ａ，６ｂ…７２０度フィルタ処理部，７ａ，７ｂ…相対角速度計算部，８ａ、８ｂ…積算角速度計算部，９ａ…慣性トルク成分除去部，１０ｂ…失火パラメータ計算部，１１ｂ…失火判定部，１００…ポンピングトルク成分抽出装置，３００…失火判定装置

Claims (10)

  1. 　単気筒エンジンの失火検知装置において、
    　クランクパルス間時間から各クランク角の角速度を検知する手段(4a，4b)と、
    　各クランク角の角速度に基づいて、エンジンの圧縮上死点近傍および排気上死点近傍で検知された基準角速度に対する各クランク角の相対角速度を計算する手段(7ｂ)と、
    　所定のクランク角範囲内で前記相対角速度を積算して膨張行程および吸気行程ごとに積算角速度を計算する手段(8ｂ)と、
    　前記積算角速度および前記基準角速度ならびに別途に取得したポンピングトルク成分から、燃焼トルクに起因した積算角速度を計算して失火パラメータとする失火パラメータ計算手段(10ｂ)を具備したことを特徴とする単気筒エンジンの失火検知装置。
  2. 　前記失火パラメータ計算手段は、
    　膨張行程の積算角速度から、そのポンピングトルクに起因した積算角速度成分を除去して第１除去後積算角速度を求める手段と、
    　吸気行程の積算角速度から、そのポンピングトルクに起因した積算角速度成分を除去して第２除去後積算角速度を求める手段と、
    　膨張行程と吸気行程の基準角速度の比で補正した第２除去後積算角速度を第１除去後積算角速度から減じて失火パラメータを求める手段とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の単気筒エンジンの失火検知装置。
  3. 　前記角速度の検知結果から、車載エンジンに生じ得る第1角速度変動成分を除去する手段(6ｂ)を具備し、
    　前記相対角速度を計算する手段は、前記第1角速度変動成分を除去された角速度を対象に相対角速度を計算することを特徴とする、請求項１または２に記載の単気筒エンジンの失火検知装置。
  4. 　前記第１角速度変動成分が、エンジンにより駆動される車両のタイヤや補機から加わる負荷トルク並びにエンジンの摺動部品のフリクションに起因する角速度変動成分であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の単気筒エンジンの失火検知装置。
  5. 　単気筒エンジンの失火検知方法において、
    　クランクパルス間時間から各クランク角における角速度を検知し、
    　各クランク角の角速度に基づいて、エンジンの圧縮上死点近傍および排気上死点近傍で検知された基準角速度に対する各クランク角の相対角速度を計算し、
    　所定のクランク角範囲内で前記相対角速度を積算して膨張行程と吸気行程それぞれの積算角速度を計算し、
    　前記積算角速度および前記基準角速度ならびに別途に取得したポンピングトルク成分から、燃焼トルクに起因した積算角速度を計算して失火パラメータとすることを特徴とする単気筒エンジンの失火検知方法。
  6. 　膨張行程の積算角速度から、そのポンピングトルクに起因した積算角速度成分を除去して第１除去後積算角速度を求め、
    　吸気行程の積算角速度から、そのポンピングトルクに起因した積算角速度成分を除去して第２除去後積算角速度を求め
    　膨張行程と吸気行程の基準角速度の比で補正した第２除去後積算角速度を第１除去後積算角速度から減じて失火パラメータを求めることを特徴とする、請求項５に記載の単気筒エンジンの失火検知方法。
  7. 　前記角速度の検知結果から、車載エンジンに生じ得る第１角速度変動成分を除去し、当該第１角速度変動成分を除去された角速度を対象に相対角速度を計算することを特徴とする、請求項５または６に記載の単気筒エンジンの失火検知方法。
  8. 　前記第１角速度変動成分が、エンジンにより駆動される車両のタイヤや補機から加わる負荷トルク並びにエンジンの摺動部品のフリクションに起因する角速度変動成分であることを特徴とする、請求項５ないし７のいずれかに記載の単気筒エンジンの失火検知方法。
  9. 　単気筒エンジンを搭載した車両において、
    　クランクパルス間時間から各クランク角の角速度を検知する手段と、
    　各クランク角の角速度に基づいて、エンジンの圧縮上死点近傍および排気上死点近傍で検知された基準角速度に対する各クランク角の相対角速度を計算する手段と、
    　所定のクランク角範囲内で前記相対角速度を積算して膨張行程と吸気行程それぞれの積算角速度を計算する手段と、
    　前記積算角速度および前記基準角速度ならびに別途に取得したポンピングトルク成分から、燃焼トルクに起因した積算角速度を計算して失火パラメータとする失火パラメータ計算手段を具備したことを特徴とする、単気筒エンジンの車両。
  10. 　前記失火パラメータ計算手段は、
    　膨張行程の積算角速度から、そのポンピングトルクに起因した積算角速度成分を除去して第１除去後積算角速度を求める手段と、
    　吸気行程の積算角速度から、そのポンピングトルクに起因した積算角速度成分を除去して第２除去後積算角速度を求める手段と、
    　膨張行程と吸気行程の基準角速度の比で補正した第２除去後積算角速度を第１除去後積算角速度から減じて失火パラメータを求める手段を含むことを特徴とする、請求項９に記載の単気筒エンジンの車両。
    　
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