JPH07139416A - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】全運転領域で失火を高精度に検出することがで
きる内燃機関の失火検出装置を提供すること。 【構成】筒内圧力センサ８により、筒内圧力Ｐ（θ）を
サンプリングして（Ｓ１）、該Ｐ（θ）に基づいてＰＶ
＝ＧＲＴの式から燃焼温度Ｔ（θ）を演算し、当該燃焼
温度Ｔ（θ）の平均燃焼温度或いは最高燃焼温度等を実
際の燃焼温度Ｔｅとして記憶する（Ｓ３）。そして、運
転状態から理論的に求まる理論燃焼温度Ｔ_thを求め（Ｓ
４）、前記実際の燃焼温度Ｔｅと該理論燃焼温度Ｔ_thと
の差ＳＡ（Ｓ５）を求める。そして、該ＳＡに基づい
て、Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８にて、失火の有無を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の失火を検出
する装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関において失火が発生す
ると、未燃燃料の排出による排気有害成分の増大、触媒
コンバータの過熱化、アフターバーン、及び回転変動等
の種々の不具合が発生する。そこで、失火の発生を検出
し、失火検出時には、失火の発生を抑制するように燃料
噴射量、点火タイミング等を補正制御することが行なわ
れている。

【０００３】なお、失火を検出する装置としては、従来
より、クランクシャフトの回転変動から失火を検出する
もの（回転変動検出方式）、筒内圧力の変動（例えば特
開平３−３１５６４号公報等）から失火を検出するもの
（筒内圧力検出方式）、或いは排気の空燃比の変動から
失火を検出するもの（空燃比検出方式）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各失火検出装置には、以下のような問題があった。つま
り、回転変動検出方式のものでは、クランクシャフトの
回転変動の検出結果に基づいて失火を検出するため、駆
動系からの逆入力（不整路面走行時等）により誤検出し
てしまう場合があり、失火の検出精度が低かった。

【０００５】また、筒内圧力検出方式のものでは、アイ
ドル運転領域等の燃焼圧力の増大が小さい領域では、失
火と正常燃焼との区別が難しく、失火検出精度が低かっ
た。また、空燃比検出方式のものでは、排気中の酸素濃
度を検出するため応答遅れが大きい。また、リーン空燃
比制御を行なう場合には、空燃比センサの出力が失火と
同様リーンに維持されているため、失火の検出が困難で
あるという問題があった。

【０００６】本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされ
たものであり、全運転領域で失火を高精度に検出するこ
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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明にかか
る内燃機関の失火検出装置は、図１に示すように、内燃
機関の各気筒内の圧力を検出する筒内圧力検出手段Ａ
と、前記筒内圧力検出手段Ａにより検出される筒内圧力
に基づいて燃焼温度を演算する燃焼温度演算手段Ｂと、
前記燃焼温度演算手段Ｂにより演算された燃焼温度に基
づいて失火の有無を検出する失火検出手段Ｃと、を備え
て構成した。

【０００８】

【作用】かかる構成を備える本発明は、筒内圧力検出手
段により筒内圧力（燃焼圧力）Ｐを検出して、ＰＶ＝Ｇ
ＲＴの式から、燃焼温度演算手段により燃焼温度（筒内
温度）Ｔを演算し、失火検出手段により前記燃焼温度Ｐ
に基づいて失火を検出する。これにより、筒内圧力（或
いは図示平均有効圧力）の変化に基づいて失火の検出を
行なうものに較べて、失火の検出感度を向上させること
ができ、以ってアイドル運転領域等の燃焼圧力の増大巾
が小さな運転領域であっても、失火と正常燃焼との区別
を良好に行なうことができる。

【０００９】つまり、オットーサイクル機関であって
も、実際には複合サイクルとなっているため、燃焼行程
における上死点後所定期間では等圧燃焼（燃焼により筒
内ガスに熱量が供給されても、容積Ｖが増大するので、
燃焼圧力Ｐが変化しない状態）に近い燃焼が行なわれ
る。つまり、この間において、筒内圧力検出手段により
検出される筒内圧力（燃焼圧力）Ｐが最大圧力Ｐmax 付
近で略一定となっていても、燃焼温度（筒内温度）Ｔは
この間において更に最高燃焼温度Ｔmax に向けて上昇を
続けていることになる。したがって、燃焼圧力Ｐの変動
幅（例えば圧縮初めや圧縮終わりの筒内圧力若しくは失
火時の最大圧力等と、燃焼時の最大圧力Ｐmax との差）
に比較して、燃焼温度Ｔの変動幅（例えば圧縮初めや圧
縮終わりの筒内温度若しくは失火時の最高温度等と、最
高温度Ｔmax との差）は増幅されることになるので、筒
内圧力に基づいて燃焼状態の変化を検出するものに較べ
て、燃焼変化の検出感度が向上することになるのであ
る。

【００１０】また、燃焼温度Ｔは、運転状態（回転速度
や負荷）の変化に応じて変化する割合についても、燃焼
圧力Ｐに比較して小さくなる。つまり、例えば回転速度
或いは負荷が小さい場合には、燃焼圧力Ｐ、及びガス重
量Ｇ（吸入空気流量＋燃料重量）が小さくなるが、該Ｇ
が小さくなることは、ＰＶ＝ＧＲＴの関係から、燃焼温
度Ｔを高める方向に作用することになる。また、例えば
回転速度或いは負荷が大きい場合には、燃焼圧力Ｐ、及
びガス重量Ｇが大きくなるが、該Ｇが大きくなること
は、ＰＶ＝ＧＲＴの関係から、燃焼温度Ｔを下げる方向
に作用することになる。したがって、運転状態の変化に
応じて燃焼圧力Ｐが変化する割合と、燃焼温度Ｔが変化
する割合では、燃焼温度Ｔが変化する割合の方が大幅に
小さくなる。

【００１１】よって、燃焼状態の変化の検出に際し、燃
焼圧力（筒内圧力）Ｐに基づくものでは、運転状態の変
化の大きさに応じて判定基準値を大きく変化させる必要
があるのに対して、燃焼温度Ｔに基づくものでは判定基
準値を大きく変化させる必要がないので、この点でも、
判定精度が向上することになるのである。

【００１２】

【実施例】以下に本発明にかかる実施例を図面に基づい
て説明する。図２において、機関１には、図示しないエ
アクリーナから、吸入空気流量Ｑを検出するエアフロー
メータ２、吸気ダクト３、スロットル弁４及び吸気マニ
ホールド５を介して空気が吸入される。吸気マニホール
ド５の各ブランチ部には、各気筒別に燃料噴射弁６が設
けられている。この燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電
されて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射
弁であって、後述するコントロールユニット50からの駆
動パルス信号により通電されて開弁し、燃料ポンプから
圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制
御された燃料を、機関１に噴射供給する。

【００１３】機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられ
ており、コントロールユニット50からの点火信号に基づ
いて混合気に火花点火して燃焼させる。なお、該点火栓
７には、ピエゾ素子を用いた点火栓座金型の筒内圧セン
サ８が備えられている。該筒内圧力センサ８の出力信号
は、コントロールユニット50に入力される。そして、機
関１からは、排気マニホールド９、排気管10、排気浄化
触媒としての三元触媒11、図示しない消音装置を介して
排気が大気中に排出される。

【００１４】また、図２で図示しないカムシャフト或い
はクランクシャフトには、気筒判別（ＲＥＦ信号）用の
パルス信号を出力するＲＥＦ信号用クランク角センサ12
と、クランク角度１度毎（ＰＯＳ信号）のパルス信号を
出力するＰＯＳ信号用クランク角センサ13と、が設けら
れている。これらのセンサの出力信号は、コントロール
ユニット50に入力される。

【００１５】コントロールユニット50は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等
を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種
センサからの入力信号を受け、燃料噴射弁６、点火栓７
の作動を制御する。ところで、燃料噴射弁６の噴射量制
御は、概略以下のようにして行なわれる。すなわち、コ
ントロールユニット50は、前記エアフローメータ２によ
り検出される吸入空気流量Ｑと、ＰＯＳ信号用クランク
角センサ12のパルス信号を一定時間カウントして求めた
機関回転速度Ｎと、から基本燃料噴射量Ｔｐ（Ｔｐ＝ｋ
×Ｑ／Ｎ，ｋは定数）を演算し、該基本燃料噴射量Ｔｐ
を各種補正係数（例えば、空燃比フィードバック補正係
数、水温補正係数、学習補正係数、負荷補正係数等）に
より補正して得られる最終的な燃料噴射量Ｔｅを駆動パ
ルス信号として、燃料噴射弁６に送るようになってい
る。

【００１６】なお、コントロールユニット50には、失火
検出手段としての機能が備えられている。本発明にかか
る失火検出手段は、筒内圧力Ｐを検出して、ＰＶ＝ＧＲ
Ｔの式から、燃焼温度（筒内温度）Ｔを演算し、該燃焼
温度（筒内温度）Ｔに基づいて失火を検出するようにし
ている。これは、筒内圧力（或いは図示平均有効圧力）
の変化に基づいて失火の検出を行なうものに較べて、失
火の検出感度を向上させることができ、以ってアイドル
運転領域等の燃焼圧力の増大巾が小さな運転領域であっ
ても、失火と正常燃焼との区別を良好に行なうことがで
きるためである。つまり、実際の燃焼サイクルは複合サ
イクルであるため、燃焼行程の上死点後所定期間は等圧
燃焼（燃焼により筒内ガスに熱量が供給されても、容積
Ｖが増大するので、燃焼圧力Ｐが変化しない状態）に近
い燃焼が行なわれることになる。すなわち、この間にお
いて、筒内圧力センサ８により検出される筒内圧力（燃
焼圧力）Ｐが最大圧力Ｐmax 付近で略一定となっていて
も、燃焼温度（筒内温度）Ｔはこの間において更に最高
燃焼温度Ｔmax に向けて上昇を続けていることになる。
したがって、燃焼圧力Ｐの変動幅（例えば圧縮初めや圧
縮終わりの筒内圧力若しくは失火時の最大圧力等と、燃
焼時の最大圧力Ｐmax との差）に比較して、燃焼温度Ｔ
の変動幅（例えば圧縮初めや圧縮終わりの筒内温度若し
くは失火時の最高温度等と、燃焼時の最高温度Ｔmax と
の差）は増幅されることになるので、筒内圧力に基づい
て燃焼状態の変化を検出するものに較べて、燃焼変化の
検出感度が向上することになるのである。

【００１７】また、前述したように、燃焼温度Ｔは、運
転状態の変化よって変化する割合についても、燃焼圧力
Ｐに比較して小さくなるので、燃焼状態の変化の検出に
際し、燃焼圧力（筒内圧力）Ｐに基づくものでは、運転
状態の変化の大きさに応じて判定基準値を大きく変化さ
せる必要があるのに対して、燃焼温度Ｔに基づくもので
は判定基準値を大きく変化させる必要がないので、この
点でも、判定精度が向上することになるのである。

【００１８】ここで、失火検出手段としてのコントロー
ルユニット50が行なう失火検出制御について、図３のフ
ローチャートに従って説明する。該フローは、前記ＲＥ
Ｆ信号用クランク角センサ13からの信号入力毎に実行さ
れる。ステップ１（図では、Ｓ１と記してある。以下、
同様。）では、筒内圧力センサ８の出力値（筒内圧力）
Ｐ（θ）を所定クランク角度（θ）毎にサンプリングす
る。該θは、失火判定が正確に行なうことができる角度
であれば、如何なる角度であって構わない。また、サン
プリング区間を、圧縮・膨張行程などの燃焼にかかわる
区間に限ってもよく、これにより、ボトミングサイクル
（吸・排気行程）におけるポンピングロス等の影響を排
除した燃焼成分のみを抽出することができるので、燃焼
変動の検出精度をより高精度にすることができると共
に、コントロールユニット50のメモリ容量や演算時間を
削減することができる。

【００１９】ステップ２では、エアフローメータ２から
吸入空気流量Ｑをサンプリングする。ステップ３では、
前記サンプリングしたＰ（θ）と、クランク角度（θ）
における筒内容積Ｖ（θ）と、ガス重量Ｇ〔＝吸入空気
流量Ｑ＋残留ガス重量＋気化燃料重量（Ｔｐ相当）。な
お、４サイクル機関では、前記残留ガス重量は省略可能
である。〕と、に基づいて、以下の式から燃焼温度（筒
内温度）Ｔ（θ）を演算する。

【００２０】Ｔ（θ）＝Ｐ（θ）・Ｖ（θ）／（Ｒ・
Ｇ） Ｒ：ガス定数 なお、このようにして求めた所定クランク角度毎の燃焼
温度Ｔ（θ）から、平均燃焼温度或いは最高燃焼温度等
を求めて、実際の燃焼温度Ｔｅとして記憶する。ステッ
プ４では、シミレーション計算等から理論的に（実際に
噴射された燃料の発熱量等から）求まる燃焼温度Ｔ
_th（平均燃焼温度或いは最高燃焼温度等）を、例えば予
め点火タイミング毎に機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量
Ｔｐとに基づいてマップ等に設定記憶しておき、該マッ
プを参照して前記理論燃焼温度Ｔ_thを検索する。勿論、
その都度計算により求めるようにしても構わない。

【００２１】ステップ５では、前記理論燃焼温度Ｔ_thと
前記実際の燃焼温度Ｔｅとの差ＳＡ（＝Ｔ_th−Ｔｅ）を
演算する。ステップ６では、ステップ５で求めたＳＡ
が、予め設定してある判定値より大きいか否かを判断す
る。ＹＥＳであれば、ステップ７へ進む。ＮＯであれ
ば、ステップ８へ進むステップ７では、実際の燃焼温度
Ｔｅが十分に上昇しておらず、失火が発生していると判
断して、失火判定フラグMISSを１として本フローを終了
する。

【００２２】ステップ８では、実際の燃焼温度Ｔ（θ）
が十分に理論燃焼温度Ｔ_th近傍まで上昇しており、燃焼
が正常に行なわれたと判断して、失火判定フラグMISSを
０として本フローを終了する。なお、コントロールユニ
ット50では、上記フローにより、失火が検出されると、
燃料噴射量、点火時期等を制御して、失火の発生を抑制
し、未燃燃料の排出による排気有害成分の増大、触媒コ
ンバータの過熱化、アフターバーン、及び回転変動等を
抑制するようになっている。

【００２３】このように、本実施例によれば、筒内圧力
Ｐから求まる実際の燃焼温度（筒内温度）Ｔｅに基づい
て、失火の有無を検出するようにしたので、筒内圧力
（或いは図示平均有効圧力）を検出するものに較べ、よ
り燃焼状態の変化を高精度に検出することができ、以っ
て全運転領域において失火の判定精度を向上させること
ができる。つまり、実際の機関１の燃焼過程は複合サイ
クルとなるため、燃焼行程の上死点後所定期間は等圧燃
焼（燃焼により筒内ガスに熱量が供給されても、容積Ｖ
が増大するので、燃焼圧力Ｐが変化しない状態）に近い
燃焼が行なわれる。すなわち、この間において、筒内圧
力センサ８により検出される筒内圧力（燃焼圧力）Ｐが
最大圧力Ｐmax で略一定となっていても、燃焼温度（筒
内温度）Ｔｅはこの間において更に最高燃焼温度Ｔmax
に向けて上昇を続けていることになる。したがって、筒
内圧力Ｐの変動幅に比較して、燃焼温度Ｔｅの変動幅は
増幅されることになるので、筒内圧力Ｐに基づいて燃焼
状態の変化を検出するものに較べて、燃焼変化の検出感
度が向上することになるのである。

【００２４】さらに、燃焼温度Ｔｅは、運転状態の変化
によって変化する割合についても、燃焼圧力Ｐに比較し
て小さくなるので、燃焼状態の変化の検出に際し、燃焼
圧力（筒内圧力）Ｐに基づくものでは、運転状態の変化
の大きさに応じて判定基準値を大きく変化させる必要が
あるのに対して、燃焼温度Ｔに基づくものでは判定基準
値を大きく変化させる必要がないので、この点でも、判
定精度が向上することになるのである。

【００２５】なお、本実施例では、機関１の運転状態か
ら理論的に求まる燃焼温度Ｔ_thと、前記実際の筒内圧力
Ｐから求まる燃焼温度Ｔｅと、を比較するようにした
が、例えば失火が生じた際の筒内圧力Ｐから求まる筒内
温度を予め実験等により求めて記憶しておいて、該失火
時の筒内温度と、前記燃焼温度Ｔｅと、を比較すること
で失火の検出を行なうようにすることも可能である。ま
た、理論燃焼温度Ｔ_thと、実際の筒内圧力Ｐから求まる
燃焼温度Ｔｅと、を比較する際に、平均燃焼温度或いは
最高燃焼温度同士で比較するようにして説明したが、こ
れに限るものではなく、勿論予め設定した所定クランク
角度における燃焼温度同士で比較してもよいことは自明
である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
筒内圧力に基づいて燃焼温度を演算し、該演算した燃焼
温度に基づいて失火の有無を判定するようにしたので、
燃焼状態の変化を高精度に検出することができるので、
以ってアイドル運転時等の燃焼による筒内圧力変化が少
ない領域を含む全ての運転領域において、高精度な失火
の検出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるブロック図

【図２】 本発明にかかる一実施例の全体構成図

【図３】 同上実施例における失火検出制御を示すフロ
ーチャート

【図４】 筒内圧力変動により失火を検出する装置の失
火検出不可能領域を示す図

【符号の説明】

１ 機関 ８ 筒内圧力センサ 12 ＲＥＦ信号用クランク角センサ 13 ＰＯＳ信号用クランク角センサ 50 コントロールユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の各気筒内の圧力を検出する筒内
   圧力検出手段と、 前記筒内圧力検出手段により検出される筒内圧力に基づ
   いて燃焼温度を演算する燃焼温度演算手段と、 前記燃焼温度演算手段により演算された燃焼温度に基づ
   いて失火の有無を検出する失火検出手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。