JPH086676B2 - 内燃機関の失火診断装置 - Google Patents

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診断装置に関し、詳しくは、
クランク角速度に基づいて失火診断を行うよう構成され
た失火診断装置において、特にコースティング時の誤診
断を防止するための技術に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の失火を診断する装置としては、従来、各気
筒毎に筒内圧を直接に検出して失火診断する装置などが
提案されているが、より簡便な構成で失火を診断できる
装置とて、クランク角速度の変化（機関回転変動）から
失火を診断する装置が先に提案されている（1979年 IS
ATA−Paper「Experiences with a new method for meas
uring the engine roughness」by R.Latsch,E.Mausner,
V.Bianchi及び特願平１−275046号等参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、通常の運転条件では、第８図に示すように
失火の有無によってクランク角速度に大きな変化が表れ
るから、回転周期の計測区間を適宜に選択する（第８図
の場合は1/2回転周期を計測する）ことによって失火診
断が行える。

しかしながら、車両のコースティング状態では、第７
図に示すように、図示平均有効圧Piが全気筒失火してい
るときに略等しい状況となり、失火気筒があっても気筒
間における図示平均有効圧Piの段差がほとんど発生しな
いので、コースティング時には第９図に示すように、失
火有無によってクランク角速度に変化が表れず、たとえ
失火気筒があっても失火無しの診断がなされてしまうこ
とがあり、クランク角速度に基づく失火診断の信頼性を
損ねる原因となっていた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、コー
スティング時にクランク角速度に基づく失火診断を禁止
し、クランク角速度に基づいて精度良く失火診断が行え
る運転条件においてのみ失火診断を許可することによ
り、クランク角速度に基づく失火診断の信頼性を向上さ
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、クランク
角速度検出手段で検出された内燃機関のクランク角速度
に基づいて失火診断を行う失火診断手段を備えた内燃機
関の失火診断装置において、スロットル弁全閉検出手段
により機関の吸気系に介装されたスロットル弁の全閉状
態で検出されていて、かつ、前記クランク角速度が所定
以上であるときに、失火診断禁止手段により前記失火診
断手段による失火診断を禁止するよう構成した。

〈作用〉 かかる構成により、スロットル弁が全閉であってかつ
クランク角速度が所定以上であるときに、クランク角速
度に基づく失火診断を禁止し、クランク角速度に基づく
失火診断の精度が低下するコースティング時に、誤った
診断がなされることを回避し、コースティング以外の運
転状態でクランク角速度に基づいた失火診断を行わせ
る。

即ち、コースティング時のブーストは、第６図に示す
ように変化し、ブーストと図示平均有効圧Piとは略比例
関係にあると見做せるので、たとえスロットル弁全閉時
であっても、より低回転時には図示平均有効圧Piの段差
が失火発生によって失火診断が行える程度に大きくなる
ことがあるから、より広範囲で失火診断が行えるよう
に、スロットル弁が全閉で、かつ、クランク角速度（機
関回転速度）が所定以上であるときに、クランク角速度
に基づく失火診断を禁止するようにした。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を説明する。

一実施例を示す第２図において、４サイクル４気筒内
燃機関１の図示しないクランク軸には、磁性材によって
形成されその周囲にクランク角３゜（３゜CA）毎に120
個の凸部が形成されたシグナルディスクプレート２が軸
支されており、シグナルディスクプレート２の周縁付近
に固定された３゜CA検出用の電磁ピックアップ３の磁石
開放端を、クランク軸の回転に伴って前記凸部が開閉す
ることによって誘導起電力パルスを得るように構成さ
れ、前記シグナルディスクプレート２と３゜CA検出用の
電磁ピックアップ３とによって３゜CA毎の検出信号が得
られるようにしてある。

また、前記シグナルディスクプレート２の一端面に
は、回転軸を挟んで同一円周上に一対の突起部2a,2bを
設けてあり、この突起部2a,2bを検出するTDC検出用の電
磁ピックアップ４によって180゜CA毎に誘導起電力パル
スを得て、シグナルディスクプレート２の突起部2a,2b
と、電磁ピックアップ４との組み合わせによって180゜C
Aの検出信号が得られるようにしてある。ここで、前記
突起部2a,2bの電磁ピックアップ４による検出位置を、
上死点位置（TDC）に位置合わせすることにより、例え
ば点火信号と前記TDC位置検出とによって各気筒の圧縮T
DC位置が検出できるようになっている。

前記各電磁ピックアップ3,4から出力される誘導起電
力は、ゼロクロスコンパレータ5,6にそれぞれ入力さ
れ、0Vレベルに対する大小に基づく0V中心のパルス波に
変換され、更に、次の波形整形回路7,8では、0Vをロー
レベルとするパルス波に整形される。

３゜CA毎に立上がる（立下がる）波形整形回路７の出力
パルス（以下、３゜CAパルスと略す。）は、失火診断を
行うと共に機関１への燃料供給等を制御するコンピュー
タ内蔵のコントロールユニット９のタイマ１に入力さ
れ、タイマ１はこの３゜CAパルスのパルス数をカウント
する。また、各気筒のTDC位置で180゜CA毎に立上がる
（立下がる）波形整形回路８の出力パルス（以下、TDC
パルスと略す。）は、コントロールユニット９のトリガ
１に入力されるようになっている。

更に、コントロールユニット９には、機関１の吸気系
に介装されたスロットル弁10の全閉位置、即ち、アイド
ル位置でONとなるアイドルスイッチ11からのON・OFF信
号が入力されるようになっている。

コントロールユニット９は、前記トリガ１に入力され
るTDCパルスの周期、即ち、本実施例の４気筒機関１で
は180゜CA（TDC）周期を計測すると共に、TDCパルスを
トリガとして前記３゜CAパルスをカウントして、例えば
ATDC15゜付近とする失火診断プログラムの割込実行タイ
ミングを検出し、180゜CA周期で失火診断を行う。

尚、クランク軸の回転位置を検出する手段は、前記誘
導起電力パルスを得るタイプの装置の他、シグナルディ
スクプレートに設けたスリットの通過光を検出してクラ
ンク軸の回転位置を検出する光学式のものであっても良
く、本実施例の装置に限定するものではない。

次に、TDCパルスから３゜CAパルスをカウントして検
出されるTDC直後の実行タイミング（ATDC15゜）になる
と割込実行される失火診断プログラムを、第３図のフロ
ーチャートに従って説明する。

尚、本実施例において、失火診断手段，失火診断禁止
手段としての機能は、前記第３図のフローチャートに示
すようにソフトウェア的に備えられている。また、本実
施例におけるスロットル弁全閉検出手段は、前記アイド
ルスイッチ11が相当し、更に、クランク角速度検出手段
は、シグナルディスクプレート２の突起部2a,2bと、電
磁ピックアップ４との組み合わせからなるセンサ部と、
コントロールユニット９による時間計測機能とによって
実現されている。

まず、ステップ１（図中ではS1と記してある。以下同
様）では、アイドルスイッチ11のON・OFFを判別する。
ここで、アイドルスイッチ11がONであると判別され、ス
ロットル弁10が全閉状態であるときには、ステップ２へ
進み、180℃Ａ周期に基づいて算出され機関回転速度Ｎ
（クランク角速度）が所定速度（例えば1200rpm）を越
えているか否かを判別する。

前記ステップ２で機関回転速度Ｎが所定速度を越えて
いると判別されたときには、そのまま本プログラムを終
了させて失火診断を禁止する。これは、車両のコーステ
ィング時（変速機を中立位置にしてスロットル弁全閉状
態での惰性走行時）には、たとえ失火していても気筒間
の図示平均有効圧Piに段差が殆ど発生せずにクランク角
速度にも失火による影響が表れず、クランク角速度に基
づいて精度の良い失火診断が行えないためである（第７
図及び第９図参照）。

また、スロットル弁10が全閉の状態であっても、機関
回転速度Ｎが所定以下であるときに第６図に示すよう
に、図示平均有効圧Piに対して略比例関係にあるブース
トが上がり、失火発生を区別できる程度に図示平均有効
圧Piの気筒間段差が発生するため、かかる運転領域を失
火診断領域として、なるべく失火診断される運転領域を
拡大するようにしてある。

このようにして、スロットル弁10の全閉時で、かつ、
機関回転速度Ｎ（クランク角速度）が所定速度を越える
ときに、失火診断を禁止するようにすれば、失火が発生
しているのに失火無しと診断されることを回避でき、失
火診断の信頼性を向上させることができると共に、機関
回転速度Ｎの条件を付加することにより無用な領域で診
断が禁止されることがなく、診断が禁止される運転領域
を局部的に限定して、広範囲での失火診断が可能とな
る。

一方、ステップ１でアイドルスイッチ11がOFFである
と判別されたとき、又は、ステップ２で機関回転速度Ｎ
が所定速度以下であると判別されたときには、失火発生
によって図示平均有効圧Piに大きな気筒間段差が発生
し、180゜CA周期（クランク角速度）に基づく失火診断
が行えるから、ステップ３以降へ進んで、失火診断を行
う。

ステップ３では、TDCパルスの入力間隔として計測さ
れるTDC周期（４気筒では180゜周期）の最新値Tnewから
４回前Told4までの値を、それぞれ更新記憶させる。

即ち、本プログラムが割込実行される直前のTDCから
その前のTDCまでの時間として求められる180゜周期の最
新値をTnewにセットし、本プログラムの前回実行時に求
められてTnewにセットされていた周期を１回前（180゜C
A前）の周期データとしてTold1にセットし、同様にし
て、前回における１回前の周期Told1を今度は２回前
（１回転前）の周期Told2にセットし、前回における２
回前の周期Told2を今度は３回前（540゜CA前）の周期To
ld3にセットし、更に、前回における３回前の周期Told3
を今度は４回前（２回転前）の周期Told4にセットす
る。

次のステップ４では、ステップ３で求めた最新周期Tn
ew、１回転前（1/2サイクル前）の周期Told2、２回転前
（１サイクル前）の周期Told4を用いて、下式に従って
気筒間の図示平均有効圧Piの段差に略相当する失火判別
値LUを演算する。

上記式の回転数²/所定値の乗算項を除く部分で図示平
均有効圧Piの段差に略相当する値が算出されるが、回転
数に応じた補正項（回転数²/所定値）を備えない演算式
に従って算出される失火判別値LUのレベルは機関回転速
度Ｎによって大きく異なり、低回転時ほど判別値LUの絶
対値レベルが大きくなる傾向を示す。このため、回転速
度の高いときほど判別値LUを増大補正して、各回転域で
略同程度の判別値LUが算出されるようにして、機関回転
速度Ｎに影響されずに失火判別値LUに基づく失火診断の
精度が保たれるようにしてある。尚、回転数の二乗値を
除算する所定値は、回転数の桁数が異なるときに、判別
値LUの桁を合わせるためのものである。

このように、各回転域で略同程度の判別値LUが算出さ
れるようにすれば、この判別値LUのレベル判定に用いる
スライスレベルSLを機関回転速度に応じて変化させて、
回転速度による判別値LUのレベル変化に対応させる必要
がなく、前記スライスレベルSLを機関回転速度とは無関
係に一定レベルに設定できる。従って、スライスレベル
SLを判別値LUのレベル変化に対応させるためのマッチン
グ工数を低減でき、かつ、回転速度でスライスレベルSL
を変化させる必要がないからスライスレベルSL設定に関
わるメモリ容量を節約できる。

ステップ４で判別値LUを機関回転速度に応じて補正し
て設定すると、次のステップ５では、上記ステップ４で
演算された判別値LUが負の値であって、図示平均有効圧
の減少変化を示しているかを判別する。

判別値LUが、負の値であって平均有効圧の減少変化を
示しているときには、ステップ６へ進み、機関回転速度
によらずに一定であるスライスレベルSLと、ステップ４
で演算された判別値LUとを比較し、今回演算された判別
値LUがスライスレベルSLよりも小さい値であるか否かを
判別する。

ここで、判別値LUがスライスレベルSLよりも小さいと
判別されると、ステップ７へ進んでフラグflagの判別を
行う。前記フラグflagは、判別値LUが負であると判別さ
れたときに、後述するステップ18で１がセットされ、判
別値LUがゼロ以上であるときにはステップ19でゼロがセ
ットされるから、このステップ７でフラグflagがゼロで
あると判別されたときには、判別値LUが負になった初回
においてスライスレベルSL未満であると判別されたこと
になり、この場合には、今回の判別値LUにより図示平均
有効圧Piの減少変化が示された気筒が失火しているもの
と推定し、ステップ８へ進む。

ステップ８では、直前のTDCがどの気筒の圧縮TDCであ
るかによって、最近にサンプリングされたTDC周期に影
響した燃焼行程の気筒を特定し、その気筒を今回の判別
値LUに基づく失火検出気筒とする。即ち、例えば、今回
の圧縮TDCが＃２気筒のものであるときには、点火順が
＃１→＃３→＃４→＃２であれば直前に＃４気筒の燃焼
があり、この＃４気筒の燃焼影響を受けて周期が計測さ
れて判別値LUが演算されたことになるから、今回スライ
スレベルSL未満であると判別された判別値LUに基づいて
＃４気筒の失火発生を判別し、ステップ９へ進んで＃４
気筒の失火発生数をカウントするカウント値C4を１アッ
プさせる。同様にして、今回の圧縮TDCが該当する気筒
の直前に燃焼行程であった気筒で失火が発生したものと
して、失火検出回数C1〜C3のカウントアップを各気筒別
に行わせる（ステップ10〜ステップ12）。

一方、ステップ７でフラグflagに１がセットされてい
ると判別されたときには、判別値LUが継続して負となっ
ている場合であり、この場合には、最初に負となった判
別値LUに基づいて失火気筒を特定するのが正しいので、
ステップ13で最近の圧縮TDCとして特定される燃焼気筒
の前々回に燃焼される気筒が失火したものと判定する。

即ち、今回の圧縮TDCが＃４気筒であるときには、直
前の燃焼気筒が＃３気筒であり、更に、１回前が＃１気
筒であるから、ステップ13で燃焼気筒が＃４気筒である
と判別されたときには、＃１気筒が失火しているものと
推定し、ステップ14へ進んで＃１気筒の失火回数をカウ
ントアップするC1を１アップさせる。燃焼気筒が＃2,＃
1,＃３気筒であるときにも同様にして、＃3,＃4,＃２気
筒の失火を推定して、それぞれの失火検出回数をカウン
トアップする（ステップ15〜ステップ17）。

このようにして、失火気筒を特定して、その気筒の失
火回数をカウントアップした場合と、ステップ６で判別
値LUが負であるがスライスレベルSL以上であると判別さ
れたときには、ステップ18で前記フラグflagに１をセッ
トする。

また、ステップ５で判別値LUがゼロ以上であると判別
されたときには、ステップ19へ進んで前記フラグflagに
ゼロをセットする。

ステップ18又はステップ19でフラグflagの設定を行う
と、ステップ20へ進む。ステップ20では、プログラムの
実行回数をカウントするカウント値cntが所定値（例え
ば1000）になったか否かを判別する。ここで、カウント
値cntが所定値までカウントアップされていないときに
は、ステップ21へ進んでカウント値cntを１アップさせ
て本プログラムを終了させるが、所定値になっていると
きには、ステップ22でカウント値cntをゼロリセットし
た後、ステップ23〜ステップ30で各気筒別の失火発生割
合に基づいて気筒別に失火発生表示を行わせる。

ステップ23では、＃１気筒の失火検出回数がセットさ
れているC1と所定値（例えば40）とを比較することによ
って、カウント値cntが所定値までカウントアップされ
る所定期間中に所定回数以上の割合で＃１気筒の失火が
検出されているときには、ステップ24へ進み、＃１気筒
の失火発生を例えば機関１が搭載されている車両のダッ
シュボード上等に表示して警告する。

同様にして＃２気筒〜＃４気筒の失火検出回数がセッ
トされているC2〜C4と所定値とそれぞれに比較すること
によって、各気筒別に失火頻度が高いか否かを判別し、
所定以上の頻度で失火が発生している気筒に関しては、
失火発生を上記のようにして表示させる（ステップ25〜
30）。

各失火カウント値C1〜C4と所定値とをそれぞれに比較
して失火発生頻度を判別した後は、ステップ31でC1〜C4
をそれぞれゼロリセットし、再度カウント値cntが所定
値までカウントアップされる所定期間中における各気筒
別の失火検出回数が新たに失火カウント値C1〜C4にそれ
ぞれセットされるようにする。

ところで、失火診断は上記の失火判別値LUに基づくも
のに限定されるものではなく、第４図のフローチャート
に示すように、回転周期Ｔが所定以上に増大変化してい
るか否かによって失火を診断する構成であっても良い。

第４図のフローチャートに示すプログラムは、前記第
３図のフローチャートに示すプログラムと同様にATDC15
゜毎に実行され、まず、ステップ51及びステップ52では
前記ステップ１及びステップ２と同様にして、スロット
ル弁10が全閉でかつ機関回転速度Ｎが所定速度以上であ
る診断禁止条件が成立しているか否かを判別する。

スロットル弁10が全閉でかつ機関回転速度Ｎが所定速
度以上であるときには、クランク角速度に基づいて失火
診断が精度良く行えないので、そのままプログラムを終
了させ、失火発生時に失火無しの診断がなされることを
防止する。

そして、失火禁止条件が成立していないときにのみス
テップ53以降へ進んで失火診断を行わせる。

ステップ53では前記ステップ３と同様にTDCパルスの
入力間隔として計測されるTDC周期（４気筒では180゜周
期）の最新値Tnewから４回前Told4までの値を、それぞ
れ更新記憶させる。

そして、次のステップ54では、最新値Tnewから４回前
Told4までのTDC周期の平均値を求めて、その結果をスラ
イスレベルSLにセットする。

次のステップ55では、平均周期として求めたスライス
レベルSLに機関負荷と機関回転速度とをパラメータとし
て可変設定される所定偏差αを加算した値と、最新周期
Tnewと、を比較する。

前記所定偏差αは、第５図のフローチャートに示すプ
ログラムでバックグラウンド処理されて設定されるもの
であり、例えば電子制御燃料噴射装置で設定される基本
燃料噴射量Tp等の機関負荷を代表するパラメータと、機
関回転速度Ｎとをパラメータとして区分される運転領域
毎に、前記所定偏差αを記憶してあるマップから、最新
の機関負荷と機関回転速度Ｎとに基づいて検索される。
この所定偏差αにより、運転条件の違いによる失火発生
時の周期変動レベルの違いに対応し、運転条件毎に失火
診断の精度が確保されるようにしてある。

ステップ55でTnew＞SL＋αであると判別されたときに
は、Tnewが所定以上の偏差を有して平均周期を越えてい
る場合であり、このときには失火による筒内圧の低下に
よって最新周期Tnewが所定以上に延びたものと推定され
るから、失火発生を判別し、ステップ56へ進む。

ステップ56では、現時点において燃焼行程中である気
筒を判別し、この気筒の前に点火された気筒を失火気筒
とする。

即ち、点火順を＃１→＃３→＃４→＃２とすると、例
えば、現時点における燃焼行程気筒が＃２であったとす
ると、最新周期Tnewはその前の＃４気筒の燃焼行程に重
なるTDC周期を計測していたことになるから、失火気筒
は＃４気筒であると判別され、第３図のフローチャート
に示したC1〜C4と同様に、それぞれの気筒の失火検出回
数を示すC1〜C4をカウントアップさせる（ステップ57〜
60）。

一方、ステップ55でTnew≦SL＋αであると判別された
ときには、最新周期Tnewが平均周期に対して所定以上の
偏差を有して延びていないので失火無しと判断し、ステ
ップ56〜60をジャンプしてステップ61へ進む。

ステップ61以降は、前記第３図のフローチャートにお
けるステップ20〜31と同様に失火検出割合に基づき失火
気筒表示を行わせるものであり、ここでは説明を省略す
る。

尚、本実施例では、各気筒別の失火発生頻度が所定以
上であるときに、その気筒を表示して警告するようにし
たが、警告と共にその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ようにしても良い。

また、上記では４気筒内燃機関の失火診断を実施例と
したが、６気筒や８気筒機関であっても良く、また、判
別値LUに基づく失火診断においてより複雑な判定ロジッ
クを用いるものであっても良く、失火診断はクランク角
速度に基づくものであれば良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、スロットル弁が
全閉でかつクランク角速度が所定以上であるコースティ
ング時であって、クランク角速度に基づく失火診断の精
度が低下する状態になると、失火診断が禁止されるの
で、例えばコースティング時に失火が発生しているのに
失火無しの診断がなされたりすることがなく、失火診断
の信頼性が向上すると共に、診断禁止条件としてクラン
ク角速度（機関回転速度）が所定以上であるという条件
を含むことによって、不要な運転領域で失火診断が禁止
されることを防止して、診断が禁止される運転領域を極
力少なくすることができる。

【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図は同上実施
例における失火診断制御の内容を示すフローチャート、
第４図及び第５図はそれぞれ失火診断制御の他の実施例
を示すフローチャート、第６図はコースティング時の機
関回転速度に対するブースト変化を示す線図、第７図は
コースティング時の図示平均有効圧の変化を示すタイム
チャート、第８図及び第９図はそれぞれ失火発生の有無
によるクランク角速度変化を示す線図である。 １……機関、２……シグナルディスクプレート 3,4……電磁ピックアップ、5,6……ゼロクロスコンパレ
ータ、7,8……波形整形回路 ９……コントロールユニット、10……スロットル弁 11……アイドルスイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関のクランク角速度を検出するクラ
   ンク角速度検出手段と、 該クランク角速度検出手段で検出されたクランク角速度
   に基づいて失火診断を行う失火診断手段と、 機関の吸気系に介装されたスロットル弁の全閉状態を検
   出するスロットル弁全閉検出手段と、 該スロットル弁全閉検出手段で前記スロットル弁の全閉
   状態が検出されていて、かつ、前記クランク角速度が所
   定以上であるときに前記失火診断手段による失火診断を
   禁止する失火診断禁止手段と、 を含んで構成した内燃機関の失火診断装置。