JP2007303352A - 内燃機関の失火判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転状態に応じて失火の判定を適切に行うことができ、それにより、失火の判定精度を向上させることができる内燃機関の失火判定装置を提供する。
【解決手段】気筒３ａ内に発生する筒内圧ＰＣＹＬＦに応じて内燃機関３の失火を判定する内燃機関３の失火判定装置１であって、筒内圧を検出する筒内圧検出手段２０、２と、モータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫを推定するモータリング圧推定手段２と、検出された内燃機関３の運転状態に応じて判定タイミングθＰｍａｘを設定する判定タイミング設定手段２と、内燃機関３の運転状態に基づいてしきい値ＰＣＹＬＬＭＴを設定するしきい値設定手段２と、設定された判定タイミングで得られた筒内圧およびモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫとしきい値ＰＣＹＬＬＭＴとの比較結果に基づいて、内燃機関３が失火しているか否かを判定する失火判定手段２と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、気筒内に発生する筒内圧に応じて内燃機関の失火を判定する内燃機関の失火判定装置に関する。

従来の内燃機関の失火判定装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関はガソリンエンジンであり、各気筒に筒内圧を検出する筒内圧センサが設けられている。この失火判定装置では、内燃機関の回転数および吸入空気量に基づいて、膨張行程開始時の上死点後の所定のクランク角度（例えば４０°）において得られるべき筒内圧の下限値を失火判定値として算出する。そして、その所定のクランク角度において検出された筒内圧が失火判定値よりも小さいときに、内燃機関が失火していると判定する。

しかし、筒内圧の変化の仕方は、必ずしも一定ではなく、内燃機関の運転状態に応じて異なる。例えば、高負荷運転状態のときには、筒内圧は燃焼によって急激に増大し、より早いタイミングでピークに達し、その後、急激に減少する。これに対し、従来の失火判定装置では、所定のクランク角度で検出された筒内圧に基づいて失火判定を行うので、上記のような高負荷運転状態では、筒内圧の急激な減少により、所定のクランク角において筒内圧が失火判定値を下回る結果、失火していると誤判定するおそれがある。逆に、低負荷運転状態のときには、より遅いタイミングでピークに達するため、所定のクランク角度までに筒内圧が上がりきらず、やはり失火と誤判定するおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、運転状態に応じて失火の判定を適切に行うことができ、それにより、失火の判定精度を向上させることができる内燃機関の失火判定装置を提供することを目的とする。

特許第２６２３９２１号公報

この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、気筒３ａ内に発生する筒内圧（実施形態における（以下、本項において同じ）最終筒内圧ＰＣＹＬＦ）に応じて内燃機関３の失火を判定する内燃機関３の失火判定装置１であって、筒内圧を検出する筒内圧検出手段（筒内圧センサ２０、ＥＣＵ２）と、気筒３ａ内で燃焼が行われていないときに発生する筒内圧を、モータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫとして推定するモータリング圧推定手段（ＥＣＵ２）と、内燃機関３の運転状態を検出する運転状態検出手段（ＥＣＵ２）と、検出された内燃機関３の運転状態に応じて判定タイミング（筒内圧最大角度θＰｍａｘ）を設定する判定タイミング設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２）と、内燃機関３の運転状態に基づいてしきい値ＰＣＹＬＬＭＴを設定するしきい値設定手段（ＥＣＵ２、ステップ２２〜２８）と、設定された判定タイミングで得られた筒内圧およびモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫとしきい値ＰＣＹＬＬＭＴとの比較結果に基づいて、内燃機関３が失火しているか否かを判定する失火判定手段（ＥＣＵ２、ステップ４〜６）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の失火判定装置によれば、筒内圧検出手段は、気筒内に発生する筒内圧を検出し、モータリング圧推定手段は、気筒内で燃焼が行われていないときに発生する筒内圧を、モータリング圧として推定する。判定タイミング設定手段は、検出された内燃機関の運転状態に応じて判定タイミングを設定し、しきい値設定手段は、内燃機関の運転状態に基づいてしきい値を設定する。失火判定手段は、判定タイミングで得られた筒内圧およびモータリング圧としきい値との比較結果に基づいて、内燃機関の失火を判定する。

筒内圧検出手段で検出された筒内圧には、燃焼によって生じる燃焼圧とモータリング圧が含まれる。したがって、モータリング圧を失火判定のパラメータの１つとして用いることによって、筒内圧に含まれるモータリング圧の影響を加味しながら、内燃機関の失火を適切に判定することができる。また、前述したように、筒内圧の変化の仕方は内燃機関の運転状態に応じて異なるので、内燃機関の運転状態に応じて失火の判定タイミングを設定することによって、筒内圧の変化の仕方に応じた適切なタイミングで失火の判定を行うことができる。さらに、内燃機関の運転状態が変化すると、燃焼圧の大きさが変化するのに伴って、筒内圧とモータリング圧の関係も変化する。このため、内燃機関の運転状態に基づいてしきい値を設定することによって、筒内圧とモータリング圧の関係を加味しながら適切なしきい値を設定することができる。したがって、運転状態に応じて失火の判定をさらに適切に行うことができ、以上により、失火の判定精度を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の失火判定装置１において、判定タイミング設定手段は、判定タイミングを筒内圧のピークが発生したタイミングに設定することを特徴とする。

この構成によれば、失火の判定タイミングを、燃焼状態が最も明確に現れる筒内圧のピークが発生したタイミングに設定するので、検出された筒内圧の実際のピーク値を用いて、しきい値と比較することによって、失火の判定を適確に行うことができ、その判定精度をさらに向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の失火判定装置１において、判定タイミング設定手段は、判定タイミングを筒内圧のピークが発生したタイミングを含む所定の区間（開始角度ＣＡＳＴ〜終了角度ＣＡＥＮＤ）に設定することを特徴とする。

この構成によれば、失火の判定タイミングを、筒内圧のピークが発生したタイミングを含む所定の区間に設定するので、請求項２に係る発明と同様、燃焼状態が明確に現れる筒内圧を用いて、失火の判定を適確に行うことができる。また、判定タイミングを点ではなく区間として設定することによって、ノイズなどに起因する検出筒内圧の一時的な変動の影響を排除できるので、それによる誤判定を回避できるなど、失火の判定精度をさらに向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関３の失火判定装置１において、失火判定手段は、所定の区間で検出された筒内圧とモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫとの圧力比を算出する算出手段（ＥＣＵ２）と、圧力比の平均値ＲＡＴＰＡＶＲを算出する平均値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４６）と、を有し、圧力比の平均値ＲＡＴＰＡＶＲがしきい値ＰＣＹＬＬＭＴよりも小さいときに内燃機関３が失火していると判定することを特徴とする。

この構成によれば、平均値算出手段により、所定の区間で検出された筒内圧とモータリング圧との圧力比の平均値を算出するとともに、算出した平均値がしきい値よりも小さいときに内燃機関が失火していると判定する。内燃機関が失火状態に近づくほど、筒内圧とモータリング圧との圧力比は値１に近づくので、圧力比の平均値がしきい値よりも小さいときには、内燃機関が失火していると適切に判定することができる。また、圧力比の平均値を用いることによって、ノイズなどに起因する筒内圧の一時的な変動による影響を排除でき、失火判定の精度をより一層、向上させることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による失火判定装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、例えば４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有するガソリンエンジンであり、各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間には、燃焼室３ｅが形成されている。

シリンダヘッド３ｃには、吸気管４および排気管５がそれぞれ接続され、吸気弁４ａおよび排気弁５ａが設けられるとともに、点火プラグ６が、燃焼室３ｅに臨むように取り付けられている。点火プラグ６は、後述するＥＣＵ２からの駆動信号により点火時期ＩＧＬＯＧに応じたタイミングで高電圧が加えられ、次に遮断されることによって、放電し、それにより、各気筒３ａ内で混合気の点火が行われる。

点火プラグ６には、筒内圧センサ２０が一体に取り付けられている。筒内圧センサ２０（筒内圧検出手段）は、リング状の圧電素子で構成され、点火プラグ６とともにシリンダヘッド３ｃにねじ込まれることによって、点火プラグ６とシリンダヘッド３ｃの間に挟み付けられており、エンジン３の気筒３ａ内の圧力の変化量ＤＰＶを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

エンジン３の吸気カムシャフト７および排気カムシャフト８には、複数の吸気カム７ａおよび排気カム８ａ（ともに１つのみ図示）が、一体に設けられている。吸気カムシャフト７は、タイミングチェーン（図示せず）を介して、クランクシャフト３ｄに連結されており、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。吸気カムシャフト７の回転に伴う吸気カム７ａの回転によって、吸気弁４ａが開閉駆動される。

同様に、排気カムシャフト８は、タイミングチェーン（図示せず）を介してクランクシャフト３ｄに連結されており、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転し、この回転に伴う吸気カム８ａの回転によって、排気弁５ａが開閉駆動される。

さらに、図示しないが、吸気カム７ａおよび排気カム８ａの各々は、低速カムと、低速カムよりも高いカムプロフィールを有する高速カムとで構成されている。これらの低速カムおよび高速カムは、カムプロフィール切換機構９によって切り換えられ、それにより、吸気弁４ａおよび排気弁５ａのバルブタイミングが、低速バルブタイミング（以下「ＬＯ．ＶＴ」という）と高速バルブタイミング（以下「ＨＩ．ＶＴ」という）に切り換えられる。ＨＩ．ＶＴのときには、ＬＯ．ＶＴのときよりも、吸気弁４ａおよび排気弁５ａの開弁期間、および両者のバルブオーバーラップが長くなるとともに、バルブリフト量も大きくなることにより、充填効率が高められる。このカムプロフィール切換機構９は、ＥＣＵ２からの駆動信号により電磁制御弁９ａを制御し、カムプロフィール切換機構９に供給される油圧を変化させることによって、制御される。

エンジン３のクランクシャフト３ｄには、気筒判別センサ２１およびクランク角センサ２２が設けられている。これらのセンサ２１，２２はいずれもマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、それぞれの所定クランク角度位置でパルス信号を出力する。具体的には、気筒判別センサ２１は、特定の気筒３ａの所定のクランク角度位置で、気筒判別信号ＣＹＬ（以下「ＣＹＬ信号」という）を発生する。

クランク角センサ２２は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を発生する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１°）ごとに出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づいて、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０°ごとに出力される。

吸気管４には、上流側から順に、スロットル弁１０および燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）１１が設けられている。スロットル弁１０には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ１０ａが接続されている。スロットル弁１０の開度（以下「スロットル開度」という）ＴＨは、アクチュエータ１０ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御される。また、インジェクタ１１の燃料の噴射量および噴射タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される。

また、排気管５には、触媒装置１２が設けられている。この触媒装置１２は、ＮＯｘ触媒と三元触媒を組合わせたものであり、このＮＯｘ触媒は、エンジン３に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンの場合には、排ガス中のＮＯｘを吸着することによって浄化するとともに、空燃比が理論空燃比よりもリッチの場合には、吸着したＮＯｘを還元するという特性を有する。また、三元触媒は、酸化還元作用により、排ガス中のＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘを浄化する。

吸気管４には、スロットル弁１０の上流側にエアフローセンサ２３が、スロットル弁１０の下流側に吸気温センサ２４が設けられている。エアフローセンサ２３は吸入空気量ＱＡを検出し、吸気温センサ２４は吸気管４内の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２５から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、出力される。

ＥＣＵ２は、本実施形態において、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種のセンサ２０〜２５からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに出力される。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、筒内圧検出手段、モータリング圧推定手段、運転状態検出手段、判定タイミング設定手段、しきい値設定手段、失火判定手段、算出手段および平均値算出手段に相当する。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、モータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫおよび最終筒内圧ＰＣＹＬＦを以下のように算出する。

具体的には、このモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫ（ｎ）は、気筒３ａ内で燃焼が行われていないときに発生する筒内圧であり、吸入空気量ＱＡ（ｎ）、吸気温ＴＡ（ｎ）、および、気筒３ａの容積Ｖｃ（ｎ）に応じ、気体の状態方程式を用いることによって算出される。この気筒３ａの容積Ｖｃ（ｎ）は、シリンダヘッド３ｃ、気筒３ａおよびピストン３ｂで囲まれた空間の容積であり、燃焼室３ｅの容積、ピストン３ｂの断面積、クランク角度ＣＡ、コンロッドの長さ、クランクシャフト３ｄのクランク長さに応じて算出される。なお、記号ｎは離散化した時間を表しており、記号（ｎ）付きの各離散データは、ＣＲＫ信号が発生するごとに算出またはサンプリングされたものである。この点は、以下の離散データ（時系列データ）についても同様である。以下の説明では、この記号（ｎ）を適宜、省略する。

また、最終筒内圧ＰＣＹＬＦは、次のようにして算出される。すなわち、まず、筒内圧センサ２０の出力ＤＰＶをチャージアンプで積分した後、その積分値を焦電補正することなどによって、筒内圧の暫定値ＰＣＹＬＴを算出する。次いで、算出した暫定値ＰＣＹＬＴを次のようにして補正することにより、最終筒内圧ＰＣＹＬＦを算出する。

この補正は、筒内圧センサ２０の経時劣化に起因する実際の筒内圧に対する暫定値ＰＣＹＬＴのずれを補正するためのものであり、次のような観点に基づいて行われる。すなわち、圧縮行程の開始時から点火時期ＩＧＬＯＧの直前までの期間（以下「非燃焼圧縮期間」という）では、燃焼が行われないことから、モータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫが実際の筒内圧と等しくなる。また、この非燃焼圧縮期間では、燃焼が同様に行われない吸気行程中および排気行程中と比較して、ピストン３ｂによる気筒３ａ内の容積Ｖｃの圧縮によって筒内圧が大きく変化するので、実際の筒内圧に対する暫定値ＰＣＹＬＴのずれが明確に表れる。以上の理由から、上記の暫定値ＰＣＹＬＴの補正は、非燃焼圧縮期間において得られた暫定値ＰＣＹＬＴおよびモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫを用いて行われる。

暫定値ＰＣＹＬＴ（ｎ）と同定値ＰＣＹＬＴ＿ＨＡＴ（ｎ）との関係は、次式（１）によって定義される。この同定値ＰＣＹＬＴ＿ＨＡＴは、筒内圧センサ２０の経時劣化に起因するずれが補正された暫定値ＰＣＹＬＴを表す。まず、非燃焼圧縮期間において、同式（１）のモデルパラメータＫ１（ｎ）およびＣ１（ｎ）のベクトルθ（ｎ）を、次式（２）〜（８）に示す逐次型最小２乗法により同定する。

ここで、式（２）のＫＰ（ｎ）はゲイン係数のベクトル、ｉｄｅ（ｎ）は同定誤差である。また、式（３）のθ（ｎ）^Tは、θ（ｎ）の転置行列である。また、式（２）の同定誤差ｉｄｅ（ｎ）は、式（４）により算出され、式（５）のζ（ｎ）は、その転置行列が式（６）のように表されるベクトルである。さらに、上記ゲイン係数のベクトルＫＰ（ｎ）は、式（７）により算出され、この式（７）のＰ（ｎ）は、式（８）で定義される２次の正方行列である。また、式（８）の重みパラメータλ₁およびλ₂は、値１に設定されている。

以上の式（２）〜（８）に示すアルゴリズムによって、ベクトルθ（ｎ）は、同定誤差ｉｄｅ（ｎ）が最小になるように算出される。すなわち、同定値ＰＣＹＬＴ＿ＨＡＴ（ｎ）がモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫ（ｎ）になるように、ベクトルθ（ｎ）が同定される。なお、エンジン３の始動時には、式（２）などで用いられるベクトルの前回値θ（ｎ−１）として、所定値が用いられる。

次いで、求めたモデルパラメータＫ１（ｎ）およびＣ１（ｎ）を学習するとともに、学習したＫ１（ｎ）およびＣ１（ｎ）に応じ、次式（９）により暫定値ＰＣＹＬＴ（ｎ）を補正することによって、最終筒内圧ＰＣＹＬＦを算出する。

なお、今回の非燃焼圧縮期間の終了後、次回のベクトルθ（ｎ）の同定が行われるまでの間は、今回の非燃焼圧縮期間において最終的に求めたモデルパラメータＫ１（ｎ），Ｃ１（ｎ）が、最終筒内圧ＰＣＹＬＦの算出に用いられる。

前述したように、非燃焼圧縮期間ではモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫが実際の筒内圧と等しいのに対し、式（１）で示されるモデルのモデルパラメータＫ１，Ｃ１は、同定値ＰＣＹＬＴ＿ＨＡＴがこのＰＣＹＬＭＤＬＫ値になるように求められる。したがって、Ｋ１，Ｃ１は、ＰＣＹＬＴ＿ＨＡＴが実際の筒内圧になるように求められたものといえる。したがって、式（１）のＰＣＹＬＴ＿ＨＡＴを最終筒内圧ＰＣＹＬＦに置き換えた式（９）によって、最終筒内圧ＰＣＹＬＦを筒内圧として精度良く算出することができる。

図２は、筒内圧センサ２０が経時劣化している場合における、（ａ）暫定値ＰＣＹＬＴなどの推移の一例、（ｂ）最終筒内圧ＰＣＹＬＦなどの推移の一例を示している。同図（ａ）に示すように、暫定値ＰＣＹＬＴが、経時劣化により出力ＤＰＶが低下していることと、モデルパラメータＫ１，Ｃ１により補正されていないことから、ＰＣＹＬＴ値は、実際の筒内圧ＰＣＹＬＡＣＴよりも非常に小さくなっている。

これに対し、最終筒内圧ＰＣＹＬＦは、実際の筒内圧ＰＣＹＬＡＣＴとほぼ一致しており、誤差がほとんどなく、その精度は非常に高い。

また、ＣＰＵは、算出した最終筒内圧ＰＣＹＬＦを用いて、エンジン３の失火判定を実行する。この失火判定は、ＣＹＬ信号に基づいて気筒３ａごとに行われる。なお、以下の説明では、気筒３ａごとに同じ処理を行うため、説明の便宜上、１つの気筒３ａについて説明を行うものとする。

図３は、本発明の第１実施形態によるエンジン３の失火判定処理を示すフローチャートである。本処理は、ＣＲＫ信号の発生に同期して実行される。本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、現在のクランク角ＣＡが第１角度ＣＡ１以上でかつ第２角度ＣＡ２以下であるか否かを判別する。この第１角度ＣＡ１および第２角度ＣＡ２は、最終筒内圧θＰｍａｘのピークが発生したクランク角度（以下「筒内圧最大角度」という）θＰｍａｘの算出区間（以下「筒内圧最大角度算出区間」という）を定めるものである。第１角度ＣＡ１は、点火時期ＩＧＬＯＧに相当するクランク角度に、第２角度ＣＡ２は、膨張行程終了時のクランク角度に設定されている。このステップ１の判別結果がＮＯで、ＣＡ＜ＣＡ１またはＣＡ＞ＣＡ２のときには、本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳで、クランク角ＣＡが筒内圧最大角度算出区間内にあるときには、筒内圧最大角度θＰｍａｘを算出する（ステップ２）。

この筒内圧最大角度θＰｍａｘは、図４に示す算出処理によって算出される。まずステップ１１では、クランク角ＣＡが、前記ステップ１と同様、第１角度ＣＡ１以上でかつ第２角度ＣＡ２以下であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、本処理を終了する。一方、ステップ１１の判別結果がＹＥＳのときには、クランク角ＣＡが第１角度ＣＡ１と等しいか否かを判別する（ステップ１２）。この判別結果がＹＥＳで、今回が筒内圧最大角度算出区間の開始時に相当するときには、そのときの最終筒内圧ＰＣＹＬＦ（ｎ）を最大筒内圧ＰＣＹＬＦＭＡＸの暫定値ＰＣＹＬＦＭＡＸＴとしてセットする（ステップ１３）とともに、そのときのクランク角ＣＡである第１角度ＣＡ１を、筒内圧最大角度θＰｍａｘの暫定値θＰｍａｘｔとしてセットした（ステップ１４）後、ステップ１５に進む。また、前記ステップ１２の判別結果がＮＯのときには、前記ステップ１３および１４をスキップし、ステップ１５に直接、進む。

このステップ１５では、最終筒内圧ＰＣＹＬＦ（ｎ）が最大筒内圧の暫定値ＰＣＹＬＦＭＡＸＴよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、ＰＣＹＬＦ（ｎ）＞ＰＣＹＬＦＭＡＸＴのときには、最大筒内圧の暫定値ＰＣＹＬＦＭＡＸＴを最終筒内圧ＰＣＹＬＦ（ｎ）に更新する（ステップ１６）とともに、筒内圧最大角度の暫定値θＰｍａｘｔを、そのときのクランク角ＣＡ（ｎ）に更新した（ステップ１７）後、ステップ１８に進む。一方、ステップ１５の判別結果がＮＯのときには、ステップ１８に直接、進む。

このステップ１８では、クランク角ＣＡが第２角度ＣＡ２と等しいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、本処理を終了する。一方、ステップ１８の判別結果がＹＥＳで今回が筒内圧最大角度算出区間の終了時に相当するときには、そのときまでに得られている暫定値ＰＣＹＬＦＭＡＸＴを最終的な最大筒内圧ＰＣＹＬＦＭＡＸとしてセットする（ステップ１９）とともに、暫定値θＰｍａｘｔを最終的な筒内圧最大角度θＰｍａｘとしてセットし（ステップ２０）、本処理を終了する。

図３に戻り、前記ステップ２に続くステップ３では、筒内圧最大角度θＰｍａｘにおけるモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫを算出する。次に、前記ステップ１９でセットした最大筒内圧ＰＣＹＦＬＭＡＸとこのモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫとの圧力比（ＰＣＹＬＦＭＡＸ／ＰＣＹＬＭＤＬＫ）が、しきい値ＰＣＹＬＬＭＴ以上であるか否かを判別する（ステップ４）。

このしきい値ＰＣＹＬＬＭＴは、図５に示す算出処理によって算出される。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。まずステップ２１では、後述するタイマ値ＴＭＤＬが値０であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３がアイドル運転中であるか否かを判別する（ステップ２２）。この判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３が始動直後における触媒装置１２の暖機運転（以下「触媒暖機運転」という）中であるか否かを判別する（ステップ２３）。

この判別結果がＹＥＳで、エンジン３の触媒暖機運転中には、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡに基づき、図６に示すマップを検索することによって、暖機運転用のマップ値ＰＣＹＬＦＲを求め、このマップ値ＰＣＹＬＦＲをしきい値ＰＣＹＬＬＭＴとしてセットする（ステップ２４）。

このマップでは、マップ値ＰＣＹＬＦＲは、エンジン回転数ＮＥが低いほど、および吸入空気量ＱＡが多いほど、より大きな値に設定されている。これは次の理由による。すなわち、前述したように、筒内圧センサ２０は、点火プラグ６とシリンダヘッド３ｃの間に挟み付けられた状態で設けられているため、ピストン３ｂの下降時には、筒内圧センサ２０に圧力が残る。また、エンジン回転数ＮＥが低いほど、ピストン３ｂの移動速度が小さくなるため、この圧力の残留度合いは大きくなり、それに応じて最終筒内圧ＰＣＹＬＦが高めに検出されるからである。また、吸入空気量ＱＡが少ないほど、燃焼圧が小さくなるので、最終筒内圧ＰＣＹＬＦはモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫにより近づくからである。以上のように、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡに応じてマップ値ＰＣＹＬＦＲを設定することによって、運転状態に応じてしきい値ＰＣＹＬＬＭＴを適切に設定することができる。

図５に戻り、前記ステップ２３の判別結果がＮＯのときには、前記ステップ２４と同様、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡに基づき、マップからアイドル運転用のマップ値ＰＣＹＬＩＤを検索し、しきい値ＰＣＹＬＬＭＴとしてセットする（ステップ２５）。図示しないが、このマップにおいても、マップ値ＰＣＹＬＩＤは、前述した理由から、エンジン回転数ＮＥが低いほど、および吸入空気量ＱＡが多いほど、大きな値に設定されている。また、このマップ値ＰＣＹＬＩＤは、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡの全領域において、暖機運転用のマップ値ＰＣＹＬＦＲよりも大きな値に設定されている。これは、アイドル運転中では、触媒暖機運転中よりも点火時期ＩＧＬＯＧが進角側に制御され、最終筒内圧ＰＣＹＬＦがより大きくなるためである。

一方、前記ステップ２２の判別結果がＮＯで、エンジン３がアイドル運転中でないときには、エンジン３がＬＯ．ＶＴ運転中であるか否かを判別する（ステップ２６）。この判別結果がＹＥＳのときには、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡに基づき、マップからＬＯ．ＶＴ運転用のマップ値ＰＣＹＬＬＯを検索し、しきい値ＰＣＹＬＬＭＴとしてセットする（ステップ２７）。図示しないが、このマップにおいても、マップ値ＰＣＹＬＬＯは、前述した理由から、エンジン回転数ＮＥが低いほど、および吸入空気量ＱＡが多いほど、大きな値に設定されている。また、このマップ値ＰＣＹＬＬＯは、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡの全領域において、アイドル運転用のマップ値ＰＣＹＬＩＤよりも大きな値に設定されている。これは、ＬＯ．ＶＴ運転中には、アイドル運転中よりもエンジン３の負荷が高く、最終筒内圧ＰＣＹＬＦが全体として高くなるからである。

一方、ステップ２６の判別結果がＮＯのときには、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡに基づき、マップからＨＩ．ＶＴ運転用のマップ値ＰＣＹＬＨＩを検索し、しきい値ＰＣＹＬＬＭＴとしてセットする（ステップ２８）。図示しないが、このマップにおいても、マップ値ＰＣＹＬＨＩは、前述した理由から、エンジン回転数ＮＥが低いほど、および吸入空気量ＱＡが多いほど、大きな値に設定されている。また、このマップ値ＰＣＹＬＨＩは、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡの全領域において、ＬＯ．ＶＴ運転用のマップ値ＰＣＹＬＬＯよりも大きな値に設定されている。これは、ＨＩ．ＶＴ運転中には、ＬＯ．ＶＴ運転中よりもエンジン３の負荷が高く、最終筒内圧ＰＣＹＬＦが全体として高くなるからである。

前記ステップ２４、２５、２７または２８に続くステップ２９では、エンジン３の運転状態が、上述した４つの運転（アイドル、触媒暖機、ＬＯ．ＶＴおよびＨＩ．ＶＴ）の任意の２つの間で相互に切り換えられた直後か否かを判別する。

この判別結果がＮＯのときには、本処理を終了する。一方、ステップ２９の判別結果がＹＥＳで、運転状態が切り換えられた直後のときには、ダウンカウント式のタイマ（図示せず）のタイマ値ＴＭＤＬを所定時間ＴＴＭ（例えば０．５ｓｅｃ）にセットする（ステップ３０）。そして、前回のしきい値ＰＣＹＬＬＭＴ（ｎ−１）をしきい値ＰＣＹＬＬＭＴとしてセットし（ステップ３１）、本処理を終了する。

また、前記ステップ２１の判別結果がＮＯのとき、すなわちエンジン３の運転状態が切り換えられてから所定時間ＴＴＭ、経過していないときには、そのまま本処理を終了する。これにより、運転状態の切り換え後、所定時間ＴＴＭが経過するまで前回のしきい値ＰＣＹＬＬＭＴ（ｎ−１）が保持される。

図７は、エンジン３がアイドル運転からＬＯ．ＶＴ運転に切り換えられた場合の、図５の処理によって得られる動作例を示す。同図に示すように、まずタイミングｔ１以前のアイドル運転中には、しきい値ＰＣＹＬＬＭＴは、アイドル運転用のマップ値ＰＣＹＬＩＤに設定されるとともに、スロットル開度ＴＨがほぼ全閉状態、点火時期ＩＧＬＯＧは所定の時期に設定されている。ｔ１において、アクセルペダルが踏みこまれ、エンジン３の運転状態がＬＯ．ＶＴ運転に切り換えられると、タイマ値ＴＭＤＬが所定時間ＴＴＭにセットされ、タイマがスタートする。この運転状態の切り換えに伴い、点火時期ＩＧＬＯＧおよびスロットル開度ＴＨがＬＯ．ＶＴ運転用の値に徐々に変化するように制御される。エンジン３の運転状態の切り換え後、所定時間ＴＴＭが経過するまでは、ステップ２１の判別結果がＮＯになることで、しきい値ＰＣＹＬＬＭＴはアイドル運転用のマップ値ＰＣＹＬＩＤに保持される。その後、運転状態の切り換えから所定時間ＴＴＭが経過したときに（ｔ２）、タイマ値ＴＭＤＬが値０になることによって、しきい値ＰＣＹＬＬＭＴがＬＯ．ＶＴ運転用のマップ値ＰＣＹＬＬＯに設定される。このように、運転状態の切り換え後、所定時間ＴＴＭが経過したときに、切り換え先のしきい値ＰＣＹＬＬＭＴに切り換えることによって、切り換え先のエンジン３の運転状態が確実に安定するのを待ってしきい値ＰＣＹＬＬＭＴを適用できる。

図３に戻り、前記ステップ４の判別結果がＹＥＳで、ＰＣＹＬＦＭＡＸ／ＰＣＹＬＭＤＬＫ≧ＰＣＹＬＬＭＴのときには、最終筒内圧ＰＣＹＬＦとモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫとの圧力比が大きいため、エンジン３が失火していないと判定し、失火フラグＦ＿ＭＦを「０」にセットし（ステップ５）、本処理を終了する。

一方、ステップ４の判別結果がＮＯで、ＰＣＹＬＦＭＡＸ／ＰＣＹＬＭＤＬＫ＜ＰＣＹＬＬＭＴのときには、エンジン３が失火していると判定し、失火フラグＦ＿ＭＦを「１」にセットし（ステップ６）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、筒内圧最大角度θＰｍａｘで得られた最大筒内圧ＰＣＹＬＦＭＡＸとモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫとの圧力比（ＰＣＹＬＦＭＡＸ／ＰＣＹＬＭＤＬＫ）としきい値ＰＣＹＬＬＭＴを比較することによって、エンジン３の失火判定を行う。前述したように、最終筒内圧ＰＣＹＬＦには、燃焼によって生じる燃焼圧とモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫが含まれ、エンジン３が失火状態に近づくほど、燃焼圧が小さくなり、圧力比は値１に近づく。したがって、上記の判定方法により、モータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫの影響を加味しながら、エンジン３の失火を適切に判定することができる。

また、失火の判定タイミングを、燃焼状態が最も明確に現れる筒内圧最大角度θＰｍａｘに設定するとともに、検出された最大筒内圧ＰＣＹＬＦＭＡＸを用いて、しきい値ＰＣＹＬＬＭＴと比較するので、失火の判定を適確に行うことができる。さらに、しきい値ＰＣＹＬＬＭＴをエンジン３の運転状態ごとに設定するので、運転状態に応じて失火の判定をさらに適切に行うことができ、以上により、失火の判定精度を向上させることができる。

さらに、実施形態では、モータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫに基づいて最終筒内圧ＰＣＹＬＦを補正するので、筒内圧センサ２０の経時劣化に起因する出力特性のずれによる影響を排除でき、それにより、失火判定の精度をさらに向上させることができる。

図８は、本発明の第２実施形態によるエンジン３の失火判定処理を示すフローチャートである。本処理では、まずステップ４１において、図３のステップ１と同様、クランク角ＣＡが第１角度ＣＡ１と第２角度ＣＡ２で定められる筒内圧最大角度算出区間内にあるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ４１の判別結果がＹＥＳで、筒内圧最大角度算出区間内にあるときには、現在の最終筒内圧ＰＣＹＬＦを、そのときのクランク角ＣＡｉに対応させてＰＣＹＬＦｉとして記憶する（ステップ４２）。次いで、第１実施形態と同様、図４の処理によって筒内圧最大角度θＰｍａｘを算出する（ステップ４３）とともに、この筒内圧最大角度θＰｍａｘに応じて、失火判定区間の開始角度ＣＡＳＴおよび終了角度ＣＡＥＮＤを算出する（ステップ４４）。この開始角度ＣＡＳＴおよび終了角度ＣＡＥＮＤは、筒内圧最大角度算出区間内において、図９に示すように、筒内圧最大角度θＰｍａｘを中心として所定角度だけ、進角側および遅角側の値にそれぞれ設定されている。

次に、失火判定区間内のクランク角ＣＡｉ（ｉ＝ＣＡＳＴ〜ＣＡＥＮＤ）に相当するモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫｉを算出する（ステップ４５）。

次いで、最終筒内圧ＰＣＹＬＦｉとモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫｉとの圧力比の平均値ＲＡＴＰＡＶＲを算出する（ステップ４６）。この平均値ＲＡＴＰＡＶＲは、失火判定区間内における最終筒内圧ＰＣＹＬＦｉとモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫｉとの圧力比の積算値を、算出回数（ＣＡＥＮＤ−ＣＡＳＴ）で除算することによって、算出される。

次に、算出した平均値ＲＡＴＰＡＶＲがしきい値ＰＣＹＬＬＭＴ以上であるか否かを判別する（ステップ４７）。このしきい値ＰＣＹＬＬＭＴは、第１実施形態と同様、図５の処理によって算出される。

この判別結果がＹＥＳで、平均値ＲＡＴＰＡＶＲがしきい値ＰＣＹＬＬＭＴ以上のときには、失火判定区間における最終筒内圧ＰＣＹＬＦとモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫとの圧力比が大きく、エンジン３が失火していないと判定し、失火フラグＦ＿ＭＦを「０」にセットし（ステップ４８）、本処理を終了する。

一方、ステップ４７の判別結果がＮＯのときには、最終筒内圧ＰＣＹＬＦとモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫとの圧力比が小さく、エンジン３が失火していると判定し、失火判定フラグＦ＿ＭＦを「１」にセットし（ステップ４９）、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、筒内圧最大角度θＰｍａｘを中心とする失火判定区間で得られた最終筒内圧ＰＣＹＬＦとモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫとの圧力比の平均値ＲＡＴＰＡＶＲとしきい値ＰＣＹＬＬＭＴを比較することによって、前述した第１実施形態と同様、失火の判定を適確に行うことができる。また、本実施形態では、失火の判定タイミングを、筒内圧最大角度θＰｍａｘを中心とする失火判定区間として設定するとともに、この区間で得られた圧力比の平均値ＲＡＴＰＡＶＲを用いる。このため、ノイズなどに起因する最終筒内圧ＰＣＹＬＦの一時的な変動による影響を排除でき、失火判定の精度をより一層、向上させることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく種々の態様で実施することができる。例えば、第１および第２実施形態では、失火判定の角度および区間を、筒内圧最大角度θＰｍａｘに基づいて設定しているが、これに限らず、運転状態ごとに、例えばしきい値ＰＣＹＬＬＭＴを設定した４つの運転状態ごとにそれぞれ設定してもよい。また、実施形態では、失火判定を、最終筒内圧ＰＣＹＬＦとモータリング圧ＰＣＹＬＭＤＬＫの圧力比を用いて行っているが、これに限らず、例えば両者の偏差を用いてもよい。

さらに、実施形態は、本発明をガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外の各種のエンジン、例えば、ディーゼルエンジンやクランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の失火判定装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図である。 筒内圧センサが経時劣化している場合における、（ａ）暫定値などの推移の一例、（ｂ）最終筒内圧などの推移の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態による失火判定処理を示すフローチャートである。 筒内圧最大角度の算出処理を示すフローチャートである。 しきい値の算出処理を示すフローチャートである。 図５の処理で用いられる、暖機用のマップ値を算出するためのマップである。 エンジンがアイドル運転からＬＯ．ＶＴ運転に切り換えられた場合の、図５の処理によって得られる動作例を示す図である。 本発明の第２実施形態による失火判定処理を示すフローチャートである。 最終筒内圧およびモータリング圧の推移の一例を示す図である。

符号の説明

１ 失火判定装置
２ ＥＣＵ（筒内圧検出手段、モータリング圧推定手段、運転状態検出手
段、判定タイミング設定手段、しきい値設定手段、失火判定手段、算
出手段および平均値算出手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
２０ 筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
ＰＣＹＬＦ 最終筒内圧（筒内圧）
ＰＣＹＬＭＤＬＫ モータリング圧
ＰＣＹＬＬＭＴ しきい値
ＣＡＳＴ 開始角度（所定の区間）
ＣＡＥＮＤ 終了角度（所定の区間）
ＲＡＴＰＡＶＲ 平均値
θＰｍａｘ 筒内圧最大角（判定タイミング）

Claims (4)

1. 気筒内に発生する筒内圧に応じて内燃機関の失火を判定する内燃機関の失火判定装置であって、
   前記筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
   前記気筒内で燃焼が行われていないときに発生する筒内圧を、モータリング圧として推定するモータリング圧推定手段と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された内燃機関の運転状態に応じて判定タイミングを設定する判定タイミング設定手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいてしきい値を設定するしきい値設定手段と、
   前記設定された判定タイミングで得られた前記筒内圧および前記モータリング圧と前記しきい値との比較結果に基づいて、前記内燃機関が失火しているか否かを判定する失火判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の失火判定装置。
2. 前記判定タイミング設定手段は、前記判定タイミングを前記筒内圧のピークが発生したタイミングに設定することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の失火判定装置。
3. 前記判定タイミング設定手段は、前記判定タイミングを前記筒内圧のピークが発生したタイミングを含む所定の区間に設定することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の失火判定装置。
4. 前記失火判定手段は、
   前記所定の区間で検出された前記筒内圧と前記モータリング圧との圧力比を算出する算出手段と、
   当該圧力比の平均値を算出する平均値算出手段と、を有し、
   当該圧力比の平均値が前記しきい値よりも小さいときに前記内燃機関が失火していると判定することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の失火判定装置。

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