JPH03194154A - 内燃機関の失火気筒検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関の失火気筒検出装置に関し、特に機関
回転周期に基づいて１サイクル毎のクランク角速度の変
動を捉えて失火気筒を判別するよう構成された検出装置
に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関においては、点火系又は燃料噴射弁等の燃料供
給系の故障、更に、圧縮漏れ等によって失火が発生する
ことがある。

失火が発生すると、かかる失火気筒に供給された燃料が
燃焼しないまま排気系に排出され、この未燃焼ガスが排
気浄化用に設けられた触媒装置で燃焼して該触媒装置を
焼損させることがあり、触媒装置の焼損による排気浄化
能力の低下によって排気中の有害成分濃度を増大させて
しまうという問題が発生する。このため、失火発生を検
出し、失火が検出されたときには、失火発生を運転者に
警告したり、失火している気筒への燃料供給を停止する
などのフェイルセーフ制御を実行することが要求される
。

失火を検出する装置としては、従来、以下に示すように
１サイクル毎のクランク角速度の変動を捉えて失火気筒
を判別する装置がある（１．９７９年Ｉ　５ＡＴＡ−Ｐ
　ａ　ｐ　ｅ　ｒ　ｒ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｗｉ
ｔｈ　ａｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｍｅａｓｕｒ
ｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅ　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ」
ｂｙ　　Ｒ，Ｌａｔｓｃｈ、Ｅ、Ｍａｕｓｎｅｒ、　　
Ｖ、Ｂｆａｎｃｈｉ及び特願平１−２７５０４６号等参
照）。

即ち、例えば４気筒内燃機関では、各気筒のＴＤＣ毎の
周期（１８０°周期）を計測し、３６０°（１回転、工
／２サイクル）前の１８０°周期をｈａｌｆ、７２０゜
（２回転、１サイクル）前の１８０°周期をｏｌｄ、最
新の１８０°周期をｎｅｗとして、これらの周期データ
を以下の演算式に代入して、気筒間の図示平均有効圧の
段差、換言すれば、ｌサイクル毎のクランク角速度の変
動量に相当する判別値ＬＵｎを算出する。

ｏｌｄ 上記演算式に基づく判別値Ｌ　Ｕ　ｎの設定を行うと、
例えば第７図（４気筒機関で＃１気筒の失火発生状態）
に示すように、４気筒内燃機関の＃１気筒に対応する判
別値ＬＵ（＋１は、ＴＤＣ毎（１８０°）に更新される
１８０°周期計測結果の最新値が＃１気筒の筒内圧に影
響されるものであるときに演算され、ｎｅＷをこの＃１
気筒の最新１８０°周期、ｈａｌｆを１回転前の＃４気
筒の筒内圧に影響される１８０゜周期、ｏｌｄを２回転
前に＃１気筒の筒内圧に影響される１８０°周期として
演算される。

ここで、上記判別値ＬＵｎによる失火気筒判別は、基本
的には、運転条件（例えば機関回転速度及び機関負荷）
で決定されるスライスレベルＳＬ以下の判別値ＬＵｎが
あったとき失火有りと判別し、連続して判別値ＬＵｎが
マイナスで平均有効圧の減少を示し、かつ、その何れか
がＳＬ以下であるときには、最初のものを失火によるも
のと判別するという判定ロジックに基づいて行われ、例
えば第７図に示すように＃工気筒が継続して失火してい
る場合には、図に示すように判別値ＬＵｎは、＃１気筒
、＃３気筒に対応する判別値ＬＵ（１）ＬＵ＋ｚ、がそ
れぞれマイナスの値となって、然も両方がスライスレベ
ルＳＬ以下となっているが、＃１気筒に対応する判別値
ＬＵＩが最初であるから＃１気筒が失火していると判別
される。

尚、前記スライスレベルＳＬは、全気筒で失火が発生し
ていないときの最小のＬＵｎと、失火発生時の最小ＬＵ
ｎと、の中間値付近となるとなるように運転条件に応じ
て予めマツプに記憶させておき、運転条件の違いによる
ＬＵｎレベルの変化に対応して判別精度が確保できるよ
うにしである。

また、上記演算式に基づく判別値ＬＵｎによる失火判別
の他、例えばクランク角１０°毎の周期を計測し、この
周期波形を機関回転速度の周期と略一致したバンドパス
フィルターを通し、各気筒の圧縮ＴＤＣ後に各気筒間で
の差をモニターすることにより、ｌサイクル毎のクラン
ク角速度の変動を捉えて失火気筒を検出する方式の装置
もある。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記のように１サイクル毎のクランク角速度
の変動を捉えて失火判別する装置では、加減速時及び加
減速後の所定期間において車両のねじれ振動が発生し、
かかるねじれ振動に影響されてクランク角速度が大きく
変動することがあり、この場合失火による回転変動と上
記のようなねじれ振動による回転変動との区別が付かな
いために、失火が無いのに失火発生を判別したり、失火
気筒があるときに他の気筒を失火気筒であると判定して
しまうことがあった（第８図参照）。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、機関が
過渡運転されたときの車両のねじれ振動に影響されて失
火気筒が誤判定されることを回避して、失火気筒検出の
信頬性を向上させることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明では、第１図に示すように、内燃機関の
回転周期を計測する回転周期計測手段と、この回転周期
計測手段で計測された回転周期に基ついて１ザイクル毎
のクランク角速度の変動を検出するクランク角速度変動
検出手段と、このクランク角速度変動検出手段で検出さ
れた１サイクル毎のクランク角速度の変動に基づいて失
火気筒を判別する失火気筒判別手段と、を含んで構成さ
れた内燃機関の失火気筒検出装置において、内燃機関の
過渡運転状態を検出する過渡運転検出手段と、この過渡
運転検出手段により過渡運転状態が検出されているとき
及び過渡運転から定常運転に移行してから所定期間内に
おいて前記失火気筒判別手段による失火気筒の判別を禁
止する過渡時失火判別禁止手段と、を設けるようにした
。

〈作用〉 かかる構成の失火気筒検出装置によると、回転周期計測
手段で計測された機関の回転周期に基づき、クランク角
速度変動検出手段が１サイクル毎のクランク角速度の変
動を検出し、このクランク角速度の変動に基づき失火気
筒判別手段が失火気筒を判別する。

ここで、過渡時失火判別禁止手段は、過渡運転検出手段
により過渡運転状態が検出されているとき及び過渡運転
から定常運転に移行してから所定期間内において前記失
火気筒判別手段による失火気筒の判別を禁止するから、
過渡運転中及び過渡運転から定常運転に移行してからの
所定期間においては、１サイクル毎のクランク角速度の
変動が失火の発生を示していても、失火気筒判別が行わ
れない。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

一実施例を示す第２図において、点火基準センサｌば、
４気筒内燃機関の各気筒の点火制御基準位置となる点火
基準信号ＲＥＦを出力するものであり、本実施例でば各
気筒の圧縮上死点前７０°（ＢＴＤＣ７０°）の位置で
立ち上がるパルス信号として前記基準信号ＲＥＦが出力
されるようにしてあり、また、＃１気筒に対応する点火
基準のパルスが他と区別できるようになっている。かか
る点火基準センサ１から出力される点火基準信号ＲＥＦ
は、図示しない４気筒内燃機関の点火を制御するコント
ロールユニット２に入力され、コントロールユニット２
は、＃１気筒用の点火基準パルスに基づいて各パルスを
各気筒に対応させ、かかるパルス信号の立ち上がりを基
準位置として所望の点火角度位置（詳しくは、点火コイ
ルへの通電開始位置及び通電遮断位Ｗ）を検出して、各
気筒毎に点火時期を制御する。尚、本実施例における点
火順は、＃１→＃３→＃４→＃２とする。

また、ＴＤＣセンサ３は、各気筒の圧縮上死点（圧縮Ｔ
ＤＣ）で立ち上がるパルス信号であるＴＤＣ信号を出力
するものであり、このＴＤＣ信号も前記コントロールユ
ニット２に入力されるようにしである。

尚、前記点火基準センサ１及びＴＤＣセンサ３は、例え
ばカム軸と一体に回転するシグナルディスクプレートの
所定位置に設けた突起を、電磁ピックアップで検出する
ことによって前記突起位置で一周期の誘導起電力パルス
を得て、これをゼロクロスコンパレータ等で処理するこ
とにより、第２図中に示すような矩形波を得るよう構成
しである。

更に、図示しないアクセルペダルと連動して機関の吸入
空気量を制御するスロットル弁の開度Ｔ■Ｏをポテンシ
ョメータにより検出するスロットルセンサ４が設けられ
ており、このスロットルセンサ４の開度ＴＶＯ検出信号
も前記コントロールユニット２に入力される。

コントロールユニット２は前述のように各気筒別に点火
時期を制御するのみならず、前記各種センサからの検出
信号に基づいて失火気筒を検出して、失火発生が検出さ
れた気筒ナンバーをコード化して、例えば車両の運転席
付近等に設けられる表示装置５に表示する機能を後述す
るように備えている。

ここで、コントロールユニット２による失火気筒検出制
御を、第３図〜第５図のフローチャートにそれぞれ示す
プログラムに従って説明する。尚、本実施例において、
クランク角速度変動検出手段。

失火気筒判別手段、過渡時失火判別禁止手段としての機
能は、前記第３図〜第５図のフローチャー０ トにそれぞれ示すようにソフトウェア的に備えられてお
り、また、回転周期計測手段は前記ＴＤＣセンサ３とコ
ントロールユニット２とによって、更に、過渡運転検出
手段は前記スロットルセンサ４とコントロールユニット
２とによって構成される。

まず、第３図のフローチャートに示すプログラムについ
て説明する。このプログラムは所定微小時間（例えば１
０ｍ５）毎に実行されるものであり、ステップ１（図中
ではＳｌとしである。以下同様）では、スロットルセン
サ４によって検出されるスロットル弁開度ＴＶＯを入力
し、次のステップ２では本ルーチン実行周期間の変化量
として開度変化率ΔＴＶＯを算出する。

そして、ステップ３では、前記ステップ２で求めた開度
変化率ΔＴＶＯが略ゼロであるか否かを判別する。

ここで、開度変化率ΔＴＶＯが略ゼロでないと判別され
たとき、即ち、機関の過渡運転状態であるときには、ス
テップ４へ進んでタイマーｔｍｒ１ に所定値（例えば３００）をセットする。

一方、ステップ３で開度変化率ΔＴＶＯが略ゼロである
と判別されたときには、定常運転状態であり、このとき
には、ステップ５へ進んで前記タイマーｔｍｒがゼロで
あるか否かを判別する。前記タイマーｔｍｒは、前述の
ようにスロットル弁の開度ＴＶＯが変化している過渡運
転状態において所定値がセットされるから、過渡運転か
ら定常運転に移行した初期には、前記タイマーｔ　ｍ、
　ｒはゼロでなく、ステップ５でタイマーｔｍｒがゼロ
でないと判別されると、ステップ６へ進んで前記タイマ
ーｔｍｒを１ダウンさせる。

即ち、前記タイマーｔｍｒは、スロットル弁開度ＴＶＯ
に基づく過渡運転状態には所定値がセットされ、かつ、
過渡運転から定常運転に移行すると前記所定値から本プ
ログラムが実行される毎に１ずつ減少していって、前記
所定値で決定される所定時間（所定期間）は定常運転に
移行してからもゼロにならないようになっており、この
タイマーｔ　ｍ　ｒがゼロであるか否かによって、過渡
運転２ 状態又は過渡から定常に移行してから所定時間内である
かを判別できるようにしである。

第４図のフローチャートに示すプログラムは、後述する
ＴＤＣ毎に行われる失火気筒検出における失火気筒を特
定するためのカウンタＩｃｎｔをセットするためのもの
であり、点火基準センサ１から点火基準信号ＲＥＦ　（
ＢＴＤＣ７０°毎）が出力される毎に実行される。

前記点火基準信号ＲＥＦは、各パルスを各気筒に対応さ
せることができるように、前述のように＃１気筒の点火
基準となるパルスが他のパルスと区別できるようにしで
あるので、第４図のフローチャートに示すプログラムで
は、今回の点火基準信号ＲＥＦが、４気筒の中のどの気
筒の点火基準となるものであるかを判別しくステップＬ
Ｌ１３．１５１７）、判別された気筒ナンバーを前記カ
ウンタＩｃｎｔにセットする（ステップ１２．１４．１
６．１８）。

次に第５図のフローチャートに示す失火判別プログラム
は、ＴＤＣセンサ３から各気筒の圧縮ＴＤＣ位置で立ち
上がるＴＤＣパルス信号の立ち上がり毎に実行されるも
のであり、まず、ステップ２１では、前記第４図のフロ
ーチャートにおいて点火基準信号ＲＥＦに基づいて気筒
ナンバーがセットされているカウンタＩ　ｃｎｔの値を
判別し、ここでの気筒判別結果に基づいてステップ２２
〜２５のいずれかで失火発生の有無を判別するための失
火気筒判別値ＬＵｎを各気筒別に算出させる。

ステップ２１で例えばカウンタＩ　ｃｎｔに＃３がセッ
トされていると判別されたときには、第６図に示すよう
に、今回の本プログラムの実行トリガーとなったＴＤＣ
は、＃３気筒の圧縮ＴＤＣであり、ここで後述するよう
に１サイクル毎のクランク角速度の変動を捉えて失火発
生の有無を判別するが、最新のＴＤＣ周期は、＃１気筒
の筒内圧（燃焼圧）の影響を受けて変動するものである
から、今回は＃１気筒における失火発生を判別するもの
あり、この場合にはＴＤＣ周期に基づき算出される失火
判別値ＬＵが＃工気筒に対応するデータであることを示
すためにＬＵ（１１とする。即ち、前記判別値ＬＵは、
ＴＤＣ周期に基づいて算出され３ ４ るから、その値だけではどの気筒の失火発生を判別する
ものであるかが不明なので、ここで、判別値ＬＵに失火
の有無を検出する気筒ナンバーを付して、算出結果から
直ちに失火気筒が判別できるようにするものである。

前記判別値ＬＵは、以下のようにして算出される。即ち
、ＴＤＣセンサ３から出力されるＴＤＣパルス信号の立
ち上がり周期（１８０°周期）を計測し、かかる計測結
果の少なくとも３６０°ＣＡ　（１回転、１／２サイク
ル）前の値ｈａｌｆ及び７２０°ＣＡ　（２回転、１サ
イクル）前の値ｏｌｄを記憶しておき、最新の１８０°
周期をｎｆ３Ｗとして、これらの周期データを下式に代
入して判別（！ＬＵを算出する。

上記判別値ＬＵは、図示平均有効圧の段差、換言すれば
１サイクル毎のクランク角速度の変動に相当する値であ
り、失火がなければ略ゼロ近傍の値になるはずであるが
、失火が発生して図示平均有効圧に段差が生じると、低
回転高負荷時はど大５ きな変動を示し、失火発生による図示平均有効圧の落ち
込みをマイナス値として示すから、判別値ＬＵが所定値
以下のマイナス値であるか否かによって失火発生の有無
を判別できるものである。

上記のように、ステップ２１での気筒判別結果を受けて
、今回失火判別される気筒に対応する判別値ＬＵｎを算
出すると（ステップ２２〜ステツプ２５）、次のステッ
プ２６ではスロットル弁の開度変化率ΔＴＶＯが略ゼロ
であるか否かを判別する。ここで、開度変化率ΔＴＶＯ
が略ゼロであると判別されると、ステップ２７へ進み前
記第３図のフローチャートで設定制御されるタイマーｔ
ｍｒがゼロであるか否かを判別する。

ステップ２７でタイマーｔｍｒがゼロであると判別され
たときには、スロットル弁開度ＴＶＯが略一定していて
、然も、過渡から定常に移行してから所定時間が経過し
ないとゼロにならないタイマー　ｔ　ｍ　ｒがゼロであ
るから、安定した定常運転状態であり、このときにのみ
ステップ２８以降へ進んで失火気筒判別を行わせる。

６ 過渡運転されると、かかる過渡運転の影響による車両の
ねじれ振動の発生でクランク角速度（ＴＤＣ周期）が大
きく変動するため、失火気筒を誤判定する惧れがあるの
で、上記のように過渡運転によるねじれ振動が発生する
運転状態のときには、失火気筒判定を禁止するようにし
たものであり、スロットル弁開度ＴＶＯの動きが停止し
てからも過渡運転の影響による回転変動がある程度の時
間継続するので（第８図参照）、前記タイマーｔｍｒで
かかる時間を計測して、過渡運転による回転変動が略収
束してから失火気筒判別が行われるようにしである。

従って、ステップ２６でスロットル弁開度変化率ΔＴＶ
○が略ゼロでないと判別されたときと、ステップ２７で
前記タイマーｔｍｒがゼロでないと判別されたときには
、失火気筒判定を行うことなくそのまま本プログラムを
終了させ、過渡運転による回転変動を捉えて失火気筒が
誤判定されることを回避する。

ステップ２８では、例えば電子制御燃料噴射装置におい
で機関の吸入空気流量又は吸気圧力と機関回転速度との
情報に基づいて設定される基本燃料噴射量Ｔｐを機関負
荷を代表する値として用い、この機関負荷のデータと機
関回転速度Ｎとに基づいて失火判別のためのスライスレ
ベルＳＬを設定する。このように機関負荷と機関回転速
度ＮとによってスライスレベルＳＬを可変設定するのは
、前記判別値ＬＵｎが機関負荷及び機関回転速度の変化
によってその大きさが変化するのに対応して、失火検出
精度を確保するためである。

次のステップ２９では、今回ステップ２２〜２５のいず
れかで算出された判別値Ｌ　Ｕ　（＋）〜ＬＵ、。と、
上記ステップ２８で設定されたスライスレベルＳＬとを
比較し、判別値Ｌ　Ｕ　（１）〜ＬＵ（４）がスライス
レベルＳＬ以下であるときには、判別値ＬＵに付記した
気筒ナンバーの気筒、即ち、今回圧縮上死点である気筒
の前に点火された気筒が失火しているものと判断し、か
かる失火気筒のナンバーを表示装置５に表示させること
により、運転者に失火気筒を知らせてメンテナンスを促
す。

７ ８ ここで、第７図に示すように、連続する判別値ＬＵ（＋
＋〜ＬＵ（４）がいずれもマイナスであって、然も、そ
のいずれか一方がスライスレベルＳＬ以下であるときに
は、最初のマイナス判別値Ｌ　Ｕ（１）〜Ｌ　Ｕ　（４
）が示す気筒を失火気筒として判定するように構成する
ことが、検出精度を確保する上から好ましい。

尚、本実施例では、スロットル弁開度ＴＶＯが変化して
いるとき及び開度ＴＶＯが略一定になってから所定時間
内を、失火気筒判別の禁止期間としたが、前記所定時間
の代わりに開度ＴＶＯが一定になってから機関が所定回
転数だけ回転する間を失火判別禁止期間としても良い。

また、本実施例では、ＴＤＣ周期に基づき上記のような
失火判別（ｉＬＵを演算して、この判別値ＬＵに基づき
失火気筒を検出する構成としたが、１サイクル毎のクラ
ンク角速度の変動を捉えて失火気筒を検出する装置であ
れば、本実施例と同様に過渡時の失火判別を禁止するこ
とで、失火検出精度を向上させることができる。

９ 〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、過渡運転状態が検
出されているとき及び過渡運転から定常運転に移行して
から所定期間内においては失火気筒の判別を禁止するよ
うにしたので、過渡運転による車両のねじれ振動の発生
で回転変動が発生しているときに失火判別を実行され、
失火気筒が誤判別されることを防止でき、失火気筒検出
の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図〜第５図は
それぞれ同上実施例における失火気筒検出に関わる制御
内容を示すフローチャート、第６図は同上実施例におけ
る各種制御実行タイミングを説明するためのタイムチャ
ート、第７図は失火気筒検出の従来例を示すタイムチャ
ート、第８図は従来の失火検出における問題点を説明す
るためのタイムチャートである。 １・・・点火基準センサ　　２・・・コントロールユニ
０ ット ンサ ３・・・ＴＤＣセンサ ４・・・スロットルセ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の回転周期を計測する回転周期計測手段と、 該回転周期計測手段で計測された回転周期に基づいて１
   サイクル毎のクランク角速度の変動を検出するクランク
   角速度変動検出手段と、 該クランク角速度変動検出手段で検出された１サイクル
   毎のクランク角速度の変動に基づいて失火気筒を判別す
   る失火気筒判別手段と、 を含んで構成された内燃機関の失火気筒検出装置におい
   て、 内燃機関の過渡運転状態を検出する過渡運転検出手段と
   、 該過渡運転検出手段により過渡運転状態が検出されてい
   るとき及び過渡運転から定常運転に移行してから所定期
   間内において前記失火気筒判別手段による失火気筒の判
   別を禁止する過渡時失火判別禁止手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の失火気筒検出装置
   。