WO2023007604A1

WO2023007604A1 - 多気筒エンジンの失火検知装置および失火検知方法

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Publication number: WO2023007604A1
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Inventors: 智広宮内
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Abstract

多気筒エンジンの失火検知装置（２０）は、複数の気筒（２ａ，２ｂ）と、複数の気筒（２ａ，２ｂ）からの排気ガスを浄化する触媒装置（９）と、を有するエンジン（１）における複数の気筒（２ａ，２ｂ）のいずれかが失火している失火状態を検知する。多気筒エンジンの失火検知装置（２０）は、エンジン（１）の回転速度を検出する回転センサ（３ａ）と、プロセッサ（１１）とプロセッサ（１１）に接続されたメモリ（１２）とを有し、エンジン（１）の動作を制御するように構成された電子制御ユニット（１０）と、を備える。プロセッサ（１１）は、回転センサ（３ａ）により検出されたエンジン（１）の回転速度に基づいてエンジン（１）の失火状態を検知する。

Description

多気筒エンジンの失火検知装置および失火検知方法

　本発明は、多気筒エンジンの失火状態を検知する多気筒エンジンの失火検知装置および失火検知方法に関する。

　この種の技術として、従来、都市ガスを燃料とするガスエンジンの失火状態を検知するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、触媒を通過した排気ガスの温度を介して未燃焼ガスの酸化反応による温度上昇を検出し、ガスエンジンの失火状態を検知する。

　触媒によりエンジンからの排気ガスを浄化することで、有害な化学物質の大気への放出を削減し、人の健康や環境への悪影響を最小化することができる。

特開２０１３－２０９９５１号公報

　ところで、排気ガス浄化触媒は、通常の使用温度域を超えて長時間、高温に曝されると、シンタリングにより浄化性能が低下するため、触媒温度の上昇につながるエンジンの失火を早期に検知することが求められる。しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように排気温度を監視するだけでは、エンジンの失火状態を早期に検知することが難しい。

　本発明の一態様である多気筒エンジンの失火検知装置は、複数の気筒と、複数の気筒からの排気ガスを浄化する触媒装置と、を有するエンジンにおける複数の気筒のいずれかが失火している失火状態を検知する。多気筒エンジンの失火検知装置は、エンジンの回転速度を検出する回転センサと、プロセッサとプロセッサに接続されたメモリとを有し、エンジンの動作を制御するように構成された電子制御ユニットと、を備える。プロセッサは、回転センサにより検出されたエンジンの回転速度に基づいてエンジンの失火状態を検知する。

　本発明の別の態様である多気筒エンジンの失火検知方法は、複数の気筒と、複数の気筒からの排気ガスを浄化する触媒装置と、を有するエンジンにおける複数の気筒のいずれかが失火している失火状態を検知する。多気筒エンジンの失火検知方法は、エンジンの回転速度に基づいてエンジンの失火状態を検知することを含む。

　本発明によれば、エンジンの失火状態を早期に検知することができる。

本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置が適用されるエンジンの構成の一例を概略的に示す図。図１Ａのエンジンの側面図。図１Ａのエンジンの背面図本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置の要部構成の一例を概略的に示すブロック図。図１Ａの全気筒で正常な燃焼が行われている場合の、エンジンの始動期間における回転速度の変化特性について説明するための図。図１Ａの一方の気筒で失火が発生している場合の、エンジンの始動期間における回転速度の変化特性について説明するための図。図１Ａの他方の気筒で失火が発生している場合の、エンジンの始動期間における回転速度の変化特性について説明するための図。図１Ａのエンジンの通常運転中に一方の気筒で失火が発生した場合の、排気温度の変化特性について説明するためのタイムチャート。図４の運転停止時にスロットルバルブを全閉した場合の、運転停止後の排気温度の変化特性について説明するためのタイムチャート。図４の運転停止時にスロットルバルブを全開した場合の、運転停止後の排気温度の変化特性について説明するためのタイムチャート。本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置により実行される始動時の失火検知処理の一例を示すフローチャート。本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置により実行される始動時の燃焼停止処理の一例を示すフローチャート。本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置により実行される通常運転時の失火検知処理の一例を示すフローチャート。本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置により実行される通常運転時の失火検知処理の別の例を示すフローチャート。本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置による動作の一例を示すタイムチャート。

　以下、図１Ａ～図９を参照して本発明の一実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置は、複数の気筒を有する内燃機関に適用される。以下では、特に、小型汎用エンジンとして普及している火花点火式の空冷４ストロークＶ型２気筒エンジンに適用される例を説明する。

　図１Ａ～図１Ｃは、本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置が適用されるエンジン１の構成の一例を概略的に示す図である。図１Ａ～図１Ｃに示すように、エンジン１は、第１気筒２ａと第２気筒２ｂとを有する。各気筒２ａ，２ｂの内部には、それぞれ不図示のピストンが摺動可能に配置され、各気筒２ａ，２ｂの内壁とピストン冠面との間に燃焼室が形成される。

　各気筒２ａ，２ｂのピストンは、それぞれ不図示のコンロッドを介してエンジン１の出力軸であるクランクシャフト３に連結される。各気筒２ａ，２ｂの内壁に沿ってピストンが往復動することによりクランクシャフト３が回転し、これによりエンジン１（出力軸）が回転する。クランクシャフト３には、クランクシャフト３が所定角度θ（例えば、１５°）回転するごとにパルス信号を出力するパルサコイルなどの回転センサ３ａが設けられる。回転センサ３ａからのパルス信号に基づいてエンジン１の回転速度ＮＥを算出することができる。回転センサ３ａからのパルス信号は、エンジン１の動作を制御する電子制御ユニット１０（図２）に入力される。

　図１Ａに示すように、各気筒２ａ，２ｂに供給される新気を取り込む吸気路４は、各気筒２ａ，２ｂに対応する吸気路４ａ，４ｂに分岐する。吸気路４は、各気筒２ａ，２ｂの間のエンジン１上部に配置されたエアクリーナ１３（図１Ｂ）を介して外部から新気を取り込む。各気筒２ａ，２ｂには、不図示の吸気バルブにより開閉される吸気ポートを介して各吸気路４ａ，４ｂがそれぞれ連通し、不図示の排気バルブにより開閉される排気ポートを介して各気筒２ａ，２ｂに対応する排気路５ａ，５ｂがそれぞれ連通する。吸気バルブおよび排気バルブの動作は、電子制御ユニット１０（図２）により制御される。

　各吸気路４ａ，４ｂに分岐する分岐地点の上流側の吸気路４には、スロットルバルブ６が介装される。スロットルバルブ６は、例えばバタフライ弁により構成され、スロットルバルブ６により各気筒２ａ，２ｂに供給される新気の流量（新気量）が調整される。スロットルバルブ６には、スロットルバルブ６の開度を調整するスロットルバルブ・アクチュエータ６ａが設けられる。スロットルバルブ・アクチュエータ６ａの動作は、電子制御ユニット１０（図２）により制御される。

　各気筒２ａ，２ｂの吸気ポート付近の吸気路４ａ，４ｂには、それぞれインジェクタ７ａ，７ｂが設けられる。各インジェクタ７ａ，７ｂは、電気エネルギーにより駆動されて開弁し、不図示の燃料ポンプを介して燃料タンクから供給される所定圧力の燃料を噴射し、これにより吸気ポートを介して各気筒２ａ，２ｂの燃焼室に燃料が供給される。各気筒２ａ，２ｂには、それぞれ燃焼室を臨むように点火プラグ８ａ，８ｂが設けられる。各点火プラグ８ａ，８ｂは、電気エネルギーにより火花を発生し、各気筒２ａ，２ｂの燃焼室内の新気と燃料との混合気を点火する。各インジェクタ７ａ，７ｂおよび各点火プラグ８ａ，８ｂの動作は、電子制御ユニット１０（図２）により制御される。

　図１Ａ～図１Ｃに示すように、エンジン１の後方上部において各排気路５ａ，５ｂが合流する合流地点の下流側の排気路５には、各気筒２ａ，２ｂから排出された排気ガスを浄化する触媒装置９が介装される。触媒装置９で浄化された排気ガスは、マフラー１５を介して外部に排出される。触媒装置９には、排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯを酸化し、ＮＯｘを還元することで排気ガスを浄化する三元触媒などの貴金属触媒が用いられる。このような触媒は、浄化性能を確保しつつ貴金属使用量を抑制するため、含浸法などにより高分散状態で担体上に担持されるが、通常の使用温度域を超えて高温に曝され続けるとシンタリングにより比表面積および活性点数が減少し、浄化性能が不可逆的に低下する。

　エンジン１が運転を開始し、各気筒２ａ，２ｂから燃焼後の高温排気ガスが流入すると、触媒装置９の触媒温度が上昇し、例えば３００℃～７００℃程度の通常の使用温度域において十分な浄化性能が発揮される。触媒装置９の下流側の排気路５には、排気ガスの温度（排気温度）Ｔｅｘを検出する排気温センサ９ａが設けられる。排気温センサ９ａからの信号は、電子制御ユニット１０（図２）に入力される。

　ところで、複数の気筒２ａ，２ｂの一部が失火した状態で、残りの正常気筒での燃焼継続によりエンジン１全体としての運転が継続されると、失火気筒を通過した大量の未燃焼ガスが触媒装置９に流入する。この場合、未燃焼ガスとして流入したＨＣの酸化反応（発熱反応）により触媒温度が通常の使用温度域を超えて上昇し、触媒装置９の浄化性能が損なわれるおそれがある。

　例えば、エンジン１のメンテナンス後に点火プラグ８ａ，８ｂの一方のプラグキャップを戻し忘れた場合、一方の気筒２ａ，２ｂが点火不良により失火した失火状態でエンジン１が始動され、そのまま運転が継続された場合には触媒装置９が損傷するおそれがある。そこで、本実施形態では、始動直後からエンジン１の失火状態を検知し、必要に応じて迅速にエンジン１の運転を停止することで触媒装置９を適切に保護できるよう、以下のように多気筒エンジンの失火検知装置を構成する。

　図２は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置（以下、装置）２０の要部構成の一例を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、装置２０は、主に電子制御ユニット１０により構成される。電子制御ユニット１０は、ＣＰＵなどのプロセッサ１１と、ＲＯＭ，ＲＡＭなどのメモリ１２と、その他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。電子制御ユニット１０には、回転センサ３ａと、排気温センサ９ａと、スロットルバルブ・アクチュエータ６ａと、インジェクタ７ａ，７ｂと、点火プラグ８ａ，８ｂとが接続される。

　電子制御ユニット１０のプロセッサ１１は、回転センサ３ａにより検出されたエンジン１の回転速度ＮＥ、または排気温センサ９ａにより検出された排気温度Ｔｅｘに基づいて、一方の気筒２ａ，２ｂが失火しているエンジン１の失火状態を検知する。そして、エンジン１の失火状態が検知されると、必要に応じてエンジン１が運転を停止するようにスロットルバルブ・アクチュエータ６ａ、インジェクタ７ａ，７ｂ、および点火プラグ８ａ，８ｂの動作を制御する。

［始動モード失火検知］
　図３Ａ～図３Ｃは、エンジン１の始動期間における回転速度ＮＥの変化特性について説明するための図であり、エンジン１が２回転する間、回転センサ３ａによりｎ番目のパルス信号が検出されるごとに算出されるエンジン１の瞬間的な回転速度ＮＥの一例を示す。図３Ａ～図３Ｃを参照して、エンジン１の始動期間中に回転センサ３ａにより検出されるエンジン１の瞬間的な回転速度ＮＥに基づいてエンジン１の失火状態を検知する場合について説明する。

　回転センサ３ａにより検出されるパルス信号は、クランクシャフト３が所定角度θ（例えば、１５°）回転するごとに発生する。したがって、例えば、回転センサ３ａにより連続して検出された２つのパルス間の時間間隔ｔｉに基づいてクランクシャフト３の瞬間的な角速度θ／ｔｉ［ｒａｄ／ｓ］を算出し、エンジン１の瞬間的な回転速度ＮＥ［ｒｐｍ］に換算することができる。

　４ストロークエンジンであるエンジン１は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、および排気行程を含む燃焼行程の１サイクルで２回転する。また、Ｖ型２気筒エンジンであるエンジン１は、１サイクルで２回転する間、各気筒２ａ，２ｂの圧縮上死点および排気上死点に対応する４回の上死点を経験する。すべての気筒２ａ，２ｂで正常な燃焼が行われている場合、図３Ａに示すように、エンジン１の瞬間的な回転速度ＮＥは、各気筒２ａ，２ｂの点火時期に対応する例えば２回の圧縮上死点の直前に、各気筒２ａ，２ｂでの燃焼開始（着火）に伴って上昇する。

　例えば、各気筒２ａ，２ｂの上死点に対応するパルス信号と、その直前のパルス信号との間の時間間隔ｔｉに基づいて、エンジン１の２回転ごとに４回、瞬間的な回転速度ＮＥを算出し、前回値と今回値とを比較して回転速度ＮＥの上昇の有無を判定する。図３Ａに示すように、エンジン１の２回転ごとに２回、瞬間的な回転速度ＮＥが上昇している場合は、すべての気筒２ａ，２ｂで正常な燃焼が行われていると判定することができる。

　一方、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、エンジン１の２回転ごとに１回しか瞬間的な回転速度ＮＥが上昇していない場合は、一方の気筒２ａ，２ｂが失火しているエンジン１の失火状態であると判定することができる。また、エンジン１の瞬間的な回転速度ＮＥの上昇が見られたパルス信号に対応する気筒２ａ，２ｂを、正常な燃焼が行われている正常気筒として推定し、回転速度ＮＥの上昇が見られなかった気筒２ａ，２ｂを、失火している失火気筒として推定することができる。

　このようなエンジン１の瞬間的な回転速度ＮＥに基づく失火状態の検知は、エンジン１の始動期間中に行われる。すなわち、セルモータやリコイルスタータなどによるエンジン１のクランキングが終了し、回転速度ＮＥが完爆回転相当の所定速度ＮＥ０を超えて上昇し始めると開始され、回転速度ＮＥがアイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に収束するまでの始動期間中に行われる。

　このような始動期間中は、エンジン１の回転が不安定であり、外気温や外気圧、エンジン１の温度状態などの始動条件に応じて回転速度ＮＥの変化特性（変動パターン）が変化する。このため、エンジン１の始動期間における回転速度ＮＥの変化特性に基づいて失火状態を検知すると、失火状態を誤検知したり、正常気筒・失火気筒の推定を誤ったりすることがある。

　電子制御ユニット１０のプロセッサ１１は、始動期間中は継続的にエンジン１の２回転ごとの失火状態の有無を判定し、始動期間中に所定回数（例えば、１回）以上、失火状態であると判定された場合にエンジン１の失火状態を検知する。これにより、確実にエンジン１の失火状態を検知することができる。このような所定回数は、２回以上としてもよく、始動条件に応じて変更するようにしてもよい。この場合、必要に応じて失火状態の誤検知を抑制することができる。

［始動モード停止動作］
　エンジン１の失火状態が検知されると、電子制御ユニット１０のプロセッサ１１は、正常気筒として推定された一方の気筒２ａ，２ｂへの燃料供給および点火を停止するようにインジェクタ７ａ，７ｂおよび点火プラグ８ａ，８ｂの動作を制御する。失火検知および正常気筒・失火気筒の推定が正しければ、正常気筒の燃料供給および点火が停止されることで、すべての気筒２ａ，２ｂで燃焼が停止してエンジン１全体が停止し、触媒装置９が保護される。

　一方、失火検知または正常気筒・失火気筒の推定が誤っていれば、燃料供給および点火が停止されていない正常気筒での燃焼が継続することでエンジン１全体の運転が継続し、エンジン１の回転速度ＮＥがアイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に維持される。この場合、誤検知によるエンジン１の運転停止でユーザの利便性を損なうことがない。

　失火検知または正常気筒・失火気筒の推定が誤っていた場合、電子制御ユニット１０のプロセッサ１１は、正常気筒として推定された気筒２ａ，２ｂへの燃料供給および点火を再開するようにインジェクタ７ａ，７ｂおよび点火プラグ８ａ，８ｂの動作を制御する。また、失火気筒として推定された他方の気筒２ａ，２ｂへの燃料供給および点火を停止するようにインジェクタ７ａ，７ｂおよび点火プラグ８ａ，８ｂの動作を制御する。

　失火検知そのものが正しければ、誤って失火気筒として推定された正常気筒の燃料供給および点火が停止されることで、すべての気筒２ａ，２ｂで燃焼が停止してエンジン１全体が停止し、触媒装置９が保護される。一方、失火検知そのものが誤っていれば、燃料供給および点火が再開された正常気筒での燃焼が継続することでエンジン１全体の運転が継続する。この場合、誤検知によるエンジン１の運転停止でユーザの利便性を損なうことがない。

　前回の運転直後などの高温状態ではない常温状態のエンジン１が始動して運転を開始し、触媒装置９の触媒温度が通常の使用温度域に達するまでには、通常、一定の時間（例えば、数十分程度）を要する（触媒暖機期間）。このような触媒暖機期間中は、エンジン１が失火状態で運転を継続していたとしても、触媒温度が低く、未燃焼ガスが触媒装置９に流入したとしても酸化反応は進行し難いため、排気温度Ｔｅｘに基づいてエンジン１の失火状態を検知することが難しい。排気温度Ｔｅｘによらず回転速度ＮＥに基づいて検知することで、始動期間中でも早期にエンジン１の失火状態を検知し、触媒装置９を適切に保護することができる。

　また、エンジン１の失火状態が検知されると複数の気筒２ａ，２ｂのそれぞれについて順次、燃焼を停止させる停止動作を行うため、失火状態を誤検知した場合であってもエンジン１の運転を継続することができる。このため、誤検知によるエンジン１の運転停止でユーザの利便性を損なうことがない。

［通常モード失火検知］
　図４は、エンジン１の通常運転中に一方の気筒２ａ，２ｂで失火が発生した場合の、排気温度Ｔｅｘの変化特性について説明するためのタイムチャートである。図４を参照して、エンジン１の通常運転中に排気温センサ９ａにより検出される排気温度Ｔｅｘに基づいてエンジン１の失火状態を検知する場合について説明する。

　図４に示すように、一方の気筒２ａ，２ｂが失火し（時刻ｔ１）、エンジン１が失火状態のまま運転を継続すると、失火気筒を通過して触媒装置９に流入する未燃焼ガスの酸化反応により触媒温度Ｔｃａｔが上昇する（時刻ｔ１～ｔ３）。このとき、触媒温度Ｔｃａｔの上昇に伴い、触媒装置９を通過した後の排気温度Ｔｅｘも上昇する。

　電子制御ユニット１０のプロセッサ１１は、エンジン１の始動期間が経過した後の通常運転中、排気温センサ９ａにより検出されたエンジン１の排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔ０を超えた状態が所定時間継続すると（時刻ｔ２～ｔ３）、エンジン１の失火状態を検知する。あるいは、排気温度Ｔｅｘの上昇速度ΔＴｅｘが閾値ΔＴ０を超えると、エンジン１の失火状態を検知する。未燃焼ガスの酸化反応による触媒温度Ｔｃａｔの上昇に相当する排気温度Ｔｅｘの上昇を監視することで、一方の気筒２ａ，２ｂが失火している蓋然性が高い場合にエンジン１の失火状態を検知することができる。

［通常モード停止動作］
　プロセッサ１１は、排気温度Ｔｅｘに基づいてエンジン１の失火状態が検知されると、エンジン１が停止するようにスロットルバルブ・アクチュエータ６ａ、インジェクタ７ａ，７ｂ、および点火プラグ８ａ，８ｂの動作を制御する（時刻ｔ３）。図５Ａおよび図５Ｂは、エンジン１の運転停止後の排気温度Ｔｅｘの変化特性について説明するためのタイムチャートであり、図５Ａは、スロットルバルブ６を全閉した場合の温度変化を示し、図５Ｂは、スロットルバルブ６を全開した場合の温度変化を示す。

　排気温度Ｔｅｘに基づいてエンジン１の失火状態が検知されると、各気筒２ａ，２ｂへの燃料供給および点火を停止するようにインジェクタ７ａ，７ｂおよび点火プラグ８ａ，８ｂの動作が制御され、これによりエンジン１の運転が直ちに停止する（時刻ｔ３）。このとき、図４および図５Ａに示すように、さらにスロットルバルブ６を全閉して直ちに新気の供給を停止することで、未燃焼ガスの酸化反応を迅速に停止させ、エンジン１の運転停止後の触媒温度の上昇を最小限にすることができる。すなわち、図５Ｂに示すようにスロットルバルブ６を全開してエンジン１の運転を停止する場合よりも、エンジン１の運転停止後の触媒温度の上昇を抑制することができる（排気温度Ｔｅｘの上昇：ΔＴ１＜ΔＴ２）。

　図６～図８Ｂは、電子制御ユニット１０のプロセッサ１１により実行される処理の一例を示すフローチャートであり、図６は、始動時の失火検知処理を示し、図７は、始動時の燃焼停止処理を示し、図８Ａおよび図８Ｂは、通常運転時の失火検知処理を示す。図６～図８Ｂの処理は、電子制御ユニット１０が起動すると開始し、所定周期で繰り返される。例えば、エンジン１の１サイクルごとに繰り返される。

　図６に示す始動時の失火検知処理では、先ずステップＳ１で、エンジン１が始動期間後の通常運転中であるか否かが判定される。ステップＳ１で肯定されると、処理が終了する。ステップＳ１で否定されると、処理がステップＳ２に進む。ステップＳ２では、エンジン１のクランキングが終了して回転速度ＮＥが完爆回転相当の所定速度ＮＥ０を超えたか否かが判定される。ステップＳ２で否定されると、エンジン１がクランキング中であると判定され、処理が終了する。ステップＳ２で肯定されると、処理がステップＳ３に進む。ステップＳ３では、回転速度ＮＥが低下し、アイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に収束し始めたか否かが判定される。

　ステップＳ３で否定されると、始動期間中であると判定され、処理がステップＳ４～Ｓ６に進む。ステップＳ４では、失火検知モードが、始動期間中の瞬間的な回転速度ＮＥに基づいて失火状態を検知する始動モードに切り替えられる。次いで、ステップＳ５で、エンジン１の１サイクルに相当する２回転あたり２回、瞬間的な回転速度ＮＥが上昇しているか否かが判定される。ステップＳ５で肯定されると、ステップＳ６で正常カウンタが“＋１”加算され、処理がステップＳ３に戻る。ステップＳ５で否定されると、正常カウンタが加算されずに、処理がステップＳ３に戻る。

　ステップＳ３で肯定されると、始動期間が終了したと判定され、処理がステップＳ７～Ｓ９に進む。ステップＳ７では、正常カウンタが"０"であるか否かが判定される。ステップＳ７で肯定されると、エンジン１が失火状態であると判定され、処理がステップＳ８に進み、始動モードの停止動作（図７）が指令される。ステップＳ７で否定されると、エンジン１が失火状態でないと判定され、処理がステップＳ９に進み、失火検知モードが、通常運転中の排気温度Ｔｅｘに基づいて失火状態を検知する通常モード（図８Ａ、図８Ｂ）に切り替えられる。

　図７に示す始動時の燃焼停止処理では、先ずステップＳ１０で、始動モードの停止動作が指令されたか否かが判定される。ステップＳ１０で否定されると、処理が終了する。ステップＳ１０で肯定されると、処理がステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、正常気筒として推定された一方の気筒２ａ，２ｂへの燃料供給および点火を停止するようにインジェクタ７ａ，７ｂおよび点火プラグ８ａ，８ｂの動作が制御される。次いで、ステップＳ１２で、回転速度ＮＥがアイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に維持されているか否かが判定される。ステップＳ１２で否定されると、処理が終了する。この場合、回転速度ＮＥが低下し、エンジン１の運転が停止する。

　ステップＳ１２で肯定されると、処理がステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、回転速度ＮＥがアイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に維持されたまま所定時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ１３で否定されると、処理がステップＳ１２に戻る。ステップＳ１３で肯定されると、失火検知または正常気筒・失火気筒の推定が誤っていたと判定され、処理がステップＳ１４に進む。

　ステップＳ１４では、正常気筒として推定された一方の気筒２ａ，２ｂへの燃料供給および点火を再開するようにインジェクタ７ａ，７ｂおよび点火プラグ８ａ，８ｂの動作が制御される。また、失火気筒として推定された他方の気筒２ａ，２ｂへの燃料供給および点火を停止するようにインジェクタ７ａ，７ｂおよび点火プラグ８ａ，８ｂの動作が制御される。

　次いで、ステップＳ１５で、回転速度ＮＥがアイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に維持されているか否かが判定される。ステップＳ１５で否定されると、処理が終了する。この場合、回転速度ＮＥが低下し、エンジン１の運転が停止する。ステップＳ１５で肯定されると、処理がステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、回転速度ＮＥがアイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に維持されたまま所定時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ１６で否定されると、処理がステップＳ１５に戻る。ステップＳ１６で肯定されると、失火検知そのものが誤っていたと判定され、処理がステップＳ１７に進む。

　ステップＳ１７では、失火気筒として推定された他方の気筒２ａ，２ｂへの燃料供給および点火を再開するようにインジェクタ７ａ，７ｂおよび点火プラグ８ａ，８ｂの動作が制御される。次いで、ステップＳ１８で、失火検知モードが、通常運転中の排気温度Ｔｅｘに基づいて失火状態を検知する通常モード（図８Ａ、図８Ｂ）に切り替えられる。

　図８Ａに示す通常運転時の失火検知処理では、先ずステップＳ２０で、エンジン１が始動期間後の通常運転中であるか否かが判定される。ステップＳ２０で否定されると、処理が終了する。ステップＳ２０で肯定されると、処理がステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔ０を超えているか否かが判定される。ステップＳ２１で否定されると、処理が終了する。ステップＳ２１で肯定されると、処理がステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔ０を超えたまま所定時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ２２で否定されると、処理がステップＳ２１に戻る。ステップＳ２２で肯定されると、エンジン１が失火状態であると判定され、処理がステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、各気筒２ａ，２ｂへの燃料供給および点火を停止して直ちにエンジン１の運転を停止するようにインジェクタ７ａ，７ｂおよび点火プラグ８ａ，８ｂの動作が制御される。また、スロットルバルブ６を全閉して直ちに新気の供給を停止するようにスロットルバルブ・アクチュエータ６ａの動作が制御される。

　図８Ｂに示す通常運転時の失火検知処理では、先ずステップＳ２０で、エンジン１が始動期間後の通常運転中であるか否かが判定される。ステップＳ２０で否定されると、処理が終了する。ステップＳ２０で肯定されると、処理がステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、排気温度Ｔｅｘの上昇速度ΔＴｅｘが閾値ΔＴ０を超えているか否かが判定される。ステップＳ２４で否定されると、処理が終了する。ステップＳ２４で肯定されると、エンジン１が失火状態であると判定され、処理がステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、各気筒２ａ，２ｂへの燃料供給および点火を停止して直ちにエンジン１の運転を停止するようにインジェクタ７ａ，７ｂおよび点火プラグ８ａ，８ｂの動作が制御される。また、スロットルバルブ６を全閉して直ちに新気の供給を停止するようにスロットルバルブ・アクチュエータ６ａの動作が制御される。

　図９は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの失火検知装置による動作の一例を示すタイムチャートである。図９に示すように、時刻ｔ０でエンジン１のクランキングが開始され、時刻ｔ５で回転速度ＮＥが完爆回転相当の所定速度ＮＥ０を超えると、始動モードの失火検知が開始される（図６のステップＳ１～Ｓ６）。始動モードでは、排気温度Ｔｅｘによらず回転速度ＮＥに基づいてエンジン１の失火状態が検知されるため、クランキング終了直後からエンジン１の失火状態を検知することができる。

　時刻ｔ６で回転速度ＮＥが低下し、アイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に収束し始めるまでの始動期間中にエンジン１の失火状態が検知されると、時刻ｔ６で始動モードの停止動作が開始される（図６のステップＳ３，Ｓ７，Ｓ８）。時刻ｔ６で始動モードの停止動作が開始されると、先ず、正常気筒として推定された第１気筒２ａへの燃料供給および点火が停止される（図７のステップＳ１０，Ｓ１１）。失火検知および正常気筒・失火気筒の推定が正しければ、破線で示すように回転速度ＮＥが低下し、エンジン１が停止することで触媒装置９が保護される（図７のステップＳ１２で“ＮＯ”）。一方、失火検知または正常気筒・失火気筒の推定が誤っていれば、回転速度ＮＥがアイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に維持される（図７のステップＳ１２，Ｓ１３で“ＹＥＳ”）。時刻ｔ７で回転速度ＮＥがアイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に維持されたまま所定時間が経過すると、第１気筒２ａへの燃料供給および点火が再開される（図７のステップＳ１４）。

　次いで、時刻ｔ８で、失火気筒として推定された第２気筒２ｂへの燃料供給および点火が停止される（図７のステップＳ１４）。失火検知そのものが正しければ、破線で示すように回転速度ＮＥが低下し、エンジン１が停止することで触媒装置９が保護される（図７のステップＳ１５で“ＮＯ”）。一方、失火検知そのものが誤っていれば、回転速度ＮＥがアイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に維持される（図７のステップＳ１５，Ｓ１６で“ＹＥＳ”）。時刻ｔ９で回転速度ＮＥがアイドル回転相当の所定速度ＮＥ１に維持されたまま所定時間が経過すると、第２気筒２ｂへの燃料供給および点火が再開される（図７のステップＳ１７）。

　始動モードでは、時刻ｔ５～ｔ６の始動期間中にエンジン１の失火状態が検知されると、時刻ｔ６～ｔ９で各気筒２ａ，２ｂについて順次、燃焼を停止させる停止動作が行われるため、失火状態を誤検知した場合であってもエンジン１の運転を継続することができる。このため、誤検知によるエンジン１の運転停止でユーザの利便性を損なうことがない。また、このような始動モードは、エンジン１のクランキング開始から例えば１０秒以内の短時間で行われるため、ユーザの利便性を損なうことがない。

　本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）装置２０は、複数の気筒２ａ，２ｂと、複数の気筒２ａ，２ｂからの排気ガスを浄化する触媒装置９とを有するエンジン１における複数の気筒２ａ，２ｂのいずれかが失火している失火状態を検知する（図１Ａ～図１Ｃ）。装置２０は、エンジン１の回転速度ＮＥを検出する回転センサ３ａと、プロセッサ１１とプロセッサ１１に接続されたメモリ１２とを有し、エンジン１の動作を制御するように構成された電子制御ユニット１０とを備える（図１Ａ、図２）。プロセッサ１１は、回転センサ３ａにより検出されたエンジン１の回転速度ＮＥに基づいてエンジン１の失火状態を検知する（図３Ａ～図３Ｃ、図６）。エンジン１の回転速度ＮＥに基づいて検知するため、簡易な構成でクランキング直後からエンジン１の失火状態を検知することができる。

（２）装置２０は、エンジン１の排気温度Ｔｅｘを検出する排気温センサ９ａをさらに備える（図１Ａ、図１Ｂ、図２）。プロセッサ１１は、回転センサ３ａにより検出されたエンジン１の回転速度ＮＥまたは排気温センサ９ａにより検出された排気温度Ｔｅｘに基づいてエンジン１の失火状態を検知する（図３Ａ～図４、図６、図８Ａ、図８Ｂ）。エンジン１の回転速度ＮＥに基づいて検知する場合は、より早期にエンジン１の失火状態を検知することができ、排気温度Ｔｅｘに基づいて検知する場合は、より確実にエンジン１の失火状態を検知することができる。

（３）排気温センサ９ａは、触媒装置９を通過した後の排気温度Ｔｅｘを検出する（図１Ａ、図１Ｂ）。一方の気筒２ａ，２ｂが失火した状態でエンジン１の運転を継続すると、失火気筒を通過して触媒装置９に流入する未燃焼ガスの酸化反応により触媒温度が上昇する。触媒装置９を通過した後の排気温度Ｔｅｘを検出することで、未燃焼ガスの酸化反応による触媒温度の上昇を監視し、一方の気筒２ａ，２ｂが失火している蓋然性が高い場合にエンジン１の失火状態を検知することができる。

（４）エンジン１は、複数の気筒２ａ，２ｂに供給される新気量を調整するスロットルバルブ６を有する（図１Ａ）。プロセッサ１１は、エンジン１のクランキング終了後、エンジン１の回転速度ＮＥが上昇する始動期間の経過後、排気温センサ９ａにより検出された排気温度Ｔｅｘに基づいてエンジン１の失火状態を検知する（図４、図６、図８Ａ、図８Ｂ）。プロセッサ１１は、排気温センサ９ａにより検出された排気温度Ｔｅｘに基づいてエンジン１の失火状態が検知されると、エンジン１が停止するようにスロットルバルブ６の動作を制御する（図４、図５Ａ）。

　排気温度Ｔｅｘに基づいてエンジン１の失火状態が検知され、一方の気筒２ａ，２ｂが失火している蓋然性が高い場合には、直ちにエンジン１の運転を停止することで、触媒装置９の損傷を防止することができる。また、スロットルバルブ６を閉じて直ちに新気の供給を停止することで、未燃焼ガスの酸化反応を迅速に停止させ、触媒温度の上昇を最小限にすることができる。

（５）プロセッサ１１は、始動期間の経過後、排気温センサ９ａにより検出された排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔ０を超えた状態が所定時間継続するとエンジン１の失火状態を検知する（図８Ａ）。これにより、エンジン１の失火状態を精度よく検知することができる。

（６）プロセッサ１１は、始動期間の経過後、排気温センサ９ａにより検出された排気温度Ｔｅｘの上昇速度ΔＴｅｘが閾値ΔＴ０を超えるとエンジン１の失火状態を検知する（図８Ｂ）。これにより、エンジン１の失火状態を精度よく検知することができる。

（７）プロセッサ１１は、エンジン１のクランキング終了後、エンジン１の回転速度ＮＥが上昇する始動期間に、回転センサ３ａにより検出されたエンジン１の回転速度ＮＥに基づいてエンジン１の失火状態を検知する（図３Ａ～図３Ｃ、図６）。常温状態からの始動など、通常のエンジン１の始動期間には、触媒温度が通常の使用温度域よりも低く、未燃焼ガスが触媒装置９に流入したとしても酸化反応は進行し難いため、排気温度Ｔｅｘに基づいてエンジン１の失火状態を検知することが難しい。排気温度Ｔｅｘによらず回転速度ＮＥに基づいて検知することで、このような始動期間中であってもエンジン１の失火状態を検知することができる。

（８）エンジン１は、１サイクルあたり２回転する４ストロークエンジンである。プロセッサ１１は、エンジン１の２回転ごとに、回転センサ３ａにより検出されたエンジン１の回転速度ＮＥの変化特性に基づいてエンジン１の失火状態を検知する（図３Ａ～図３Ｃ、図６）。エンジン１の１サイクルに相当する２回転あたり、気筒数に相当する２回、エンジン１の回転速度ＮＥの上昇が見られるか否かを判定することで、すべての気筒２ａ，２ｂで正常な燃焼が行われているか、一方の気筒が失火しているかを判別することができる。

（９）エンジン１は、複数の気筒２ａ，２ｂのそれぞれに燃料を供給するインジェクタ７ａ，７ｂを有する（図１Ａ）。プロセッサ１１は、回転センサ３ａにより検出されたエンジン１の回転速度ＮＥに基づいてエンジン１の失火状態が検知されると、エンジン１が停止するようにインジェクタ７ａ，７ｂの動作を制御する（図７）。例えば、エンジン１の回転速度ＮＥの変化特性（変動パターン）に基づいて正常気筒と失火気筒とを推定し、正常気筒への燃料供給を停止するようにインジェクタ７ａ，７ｂの動作を制御することでエンジン１を停止し、触媒装置９を保護することができる。この場合、失火状態を誤検知したとしても、そのままエンジン１の運転を継続することができるため、ユーザの利便性を損なうことがない。

（１０）エンジン１は、小型汎用エンジンとして普及しているＶ型２気筒エンジンである（図１Ａ～図１Ｃ）。回転センサ３ａの検出値を利用することで、小型汎用エンジンのように簡易な構成であっても早期にエンジン１の失火状態を検知し、触媒装置９を適切に保護することができる。

　上記実施形態では、装置２０を火花点火式の空冷４ストロークＶ型２気筒エンジン１に適用する例を説明したが、複数の気筒と触媒装置とを有するエンジンは、このようなものに限らない。圧縮着火式、水冷式、２ストローク、水平対向型や直列型、３気筒以上のエンジンについても、１サイクル中の回転変動に基づいて一部の気筒が失火している失火状態を検知することができる。また、図１Ｂ、図１Ｃなどで水平方向に動力を取り出すホリゾンタルタイプ（横軸型）のエンジン１を例示したが、垂直方向に動力を取り出すバーチカルタイプ（縦軸型）であってもよい。

　上記実施形態では、図８Ａなどで排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔ０を超えた状態が継続した場合にエンジン１の失火状態を検知する例を説明した。また、図８Ｂなどで排気温度Ｔｅｘの上昇速度ΔＴｅｘが閾値ΔＴ０を超えた場合にエンジン１の失火状態を検知する例を説明した。しかしながら、排気ガスの温度に基づくエンジンの失火状態の検知は、このようなものに限らない。例えば、排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔ０を超えた状態が継続し、かつ、排気温度Ｔｅｘの上昇速度ΔＴｅｘが閾値ΔＴ０を超えた場合にエンジン１の失火状態を検知してもよい。

　以上では、本発明を多気筒エンジンの失火検知装置２０として説明したが、本発明は、複数の気筒２ａ，２ｂと、複数の気筒２ａ，２ｂからの排気ガスを浄化する触媒装置９とを有するエンジン１における複数の気筒２ａ，２ｂのいずれかが失火している失火状態を検知する多気筒エンジンの失火検知方法として用いることもできる。すなわち、多気筒エンジンの失火検知方法は、エンジン１の回転速度ＮＥに基づいてエンジン１の失火状態を検知することを含む（図６のステップＳ５）。

　以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１　エンジン、２ａ　第１気筒、２ｂ　第２気筒、３　クランクシャフト、３ａ　回転センサ、６　スロットルバルブ、６ａ　スロットルバルブ・アクチュエータ、７ａ，７ｂ　インジェクタ、８ａ，８ｂ　点火プラグ、９　触媒装置、９ａ　排気温センサ、１０　電子制御ユニット、１１　プロセッサ、１２　メモリ、１３　エアクリーナ、１５　マフラー、２０　多気筒エンジンの失火検知装置（装置）

Claims

　複数の気筒と、前記複数の気筒からの排気ガスを浄化する触媒装置と、を有するエンジンにおける前記複数の気筒のいずれかが失火している失火状態を検知する多気筒エンジンの失火検知装置であって、
　前記エンジンの回転速度を検出する回転センサと、
　プロセッサと該プロセッサに接続されたメモリとを有し、前記エンジンの動作を制御するように構成された電子制御ユニットと、を備え、
　前記プロセッサは、前記回転センサにより検出された前記エンジンの回転速度に基づいて前記エンジンの失火状態を検知することを特徴とする多気筒エンジンの失火検知装置。
　請求項１に記載の多気筒エンジンの失火検知装置において、
　前記エンジンの排気ガスの温度を検出する排気温センサをさらに備え、
　前記プロセッサは、前記回転センサにより検出された前記エンジンの回転速度または前記排気温センサにより検出された前記エンジンの排気ガスの温度に基づいて前記エンジンの失火状態を検知することを特徴とする多気筒エンジンの失火検知装置。
　請求項２に記載の多気筒エンジンの失火検知装置において、
　前記排気温センサは、前記触媒装置を通過した後の前記エンジンの排気ガスの温度を検出することを特徴とする多気筒エンジンの失火検知装置。
　請求項２または３に記載の多気筒エンジンの失火検知装置において、
　前記エンジンは、前記複数の気筒に供給される新気量を調整するスロットルバルブを有し、
　前記プロセッサは、
　前記エンジンのクランキング終了後、前記エンジンの回転速度が上昇する始動期間の経過後、前記排気温センサにより検出された前記エンジンの排気ガスの温度に基づいて前記エンジンの失火状態を検知し、
　前記排気温センサにより検出された前記エンジンの排気ガスの温度に基づいて前記エンジンの失火状態が検知されると、前記エンジンが停止するように前記スロットルバルブの動作を制御することを特徴とする多気筒エンジンの失火検知装置。
　請求項４に記載の多気筒エンジンの失火検知装置において、
　前記プロセッサは、前記始動期間の経過後、前記排気温センサにより検出された前記エンジンの排気ガスの温度が閾値を超えた状態が所定時間継続すると前記エンジンの失火状態を検知することを特徴とする多気筒エンジンの失火検知装置。
　請求項４に記載の多気筒エンジンの失火検知装置において、
　前記プロセッサは、前記始動期間の経過後、前記排気温センサにより検出された前記エンジンの排気ガスの温度の上昇速度が閾値を超えると前記エンジンの失火状態を検知することを特徴とする多気筒エンジンの失火検知装置。
　請求項１～６のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの失火検知装置において、
　前記プロセッサは、前記エンジンのクランキング終了後、前記エンジンの回転速度が上昇する始動期間に、前記回転センサにより検出された前記エンジンの回転速度に基づいて前記エンジンの失火状態を検知することを特徴とする多気筒エンジンの失火検知装置。
　請求項７に記載の多気筒エンジンの失火検知装置において、
　前記エンジンは、１サイクルあたり２回転する４ストロークエンジンであり、
　前記プロセッサは、前記エンジンの２回転ごとに、前記回転センサにより検出された前記エンジンの回転速度の変化に基づいて前記エンジンの失火状態を検知することを特徴とする多気筒エンジンの失火検知装置。
　請求項１～８のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの失火検知装置において、
　前記エンジンは、前記複数の気筒のそれぞれに燃料を供給するインジェクタを有し、
　前記プロセッサは、前記回転センサにより検出された前記エンジンの回転速度に基づいて前記エンジンの失火状態が検知されると、前記エンジンが停止するように前記インジェクタの動作を制御することを特徴とする多気筒エンジンの失火検知装置。
　請求項１～９のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの失火検知装置において、
　前記エンジンは、Ｖ型２気筒エンジンであることを特徴とする多気筒エンジンの失火検知装置。
　複数の気筒と、前記複数の気筒からの排気ガスを浄化する触媒装置と、を有するエンジンにおける前記複数の気筒のいずれかが失火している失火状態を検知する多気筒エンジンの失火検知方法であって、
　前記エンジンの回転速度に基づいて前記エンジンの失火状態を検知することを含むことを特徴とする多気筒エンジンの失火検知方法。