JPH09166041A - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

内燃機関の失火検出装置

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JPH09166041A
JPH09166041A JP32490195A JP32490195A JPH09166041A JP H09166041 A JPH09166041 A JP H09166041A JP 32490195 A JP32490195 A JP 32490195A JP 32490195 A JP32490195 A JP 32490195A JP H09166041 A JPH09166041 A JP H09166041A
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crank
misfire
crank angle
rotation state
internal combustion
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JP32490195A
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Takuya Matsumoto
卓也 松本
Toru Hashimoto
徹 橋本
Mitsuhiro Miyake
光浩 三宅
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Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な装置構成を採りながら、失火の検出を
正確に行えるようにした内燃機関の失火検出装置を提供
する。 【解決手段】 エンジン回転数Ne(n)が切換判定回転数
NeAを超えていた場合、ECU30は、ロータプレート
25に形成された各ベーンの先端がセンサ本体26に進
入するタイミング(すなわち、BTDC75°)に代
え、後端がセンサ本体26から離脱するタイミング(す
なわち、BTDC5°)に基づいて、クランクシャフト
23の角加速度Dω(n)を算出する。次に、ECU30
は、失火判定領域内での角加速度Dω(n)から、各気筒
に対応する平均角加速度Dωave(n)を算出し、これが失
火判定閾値DωAを下回っているか否かを判定し、この
判定がYesであれば、失火時処理サブルーチンにおいて
失火警告灯31の点灯等を行った後、スタートに戻って
制御を繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の失火検
出装置に関し、特に高回転域等においても失火の検出を
正確に行えるようにする技術に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車等に搭載される火花点火内燃機関
では、点火装置や燃料供給装置等に故障が生じると、往
々にして失火が発生する。この場合、HC(炭化水素)
を主とする未燃燃料が排気系に流入し、触媒装置の過熱
や有害排出ガス成分の増加をもたらすため、失火を速や
かに検出する必要があった。また、近年においては、燃
費の向上や有害排出ガス成分の減少を図るべく、希薄空
燃比の混合気を燃焼に供するリーンバーンエンジンが提
案されている。この種のエンジンでは、各気筒の空燃比
を徐々に希薄化することにより、失火限界近傍で燃料噴
射制御を行う場合が多く、気筒ごとの失火を正確に検出
する必要があった。
【0003】内燃機関の失火検出装置としては、従来よ
り、特開平4−58052号公報等に記載された燃焼室
内圧力(以下、筒内圧と記す)の変動に基づき失火を検
出するものや、特開平6−229311号公報等に記載
されたクランク角加速度の変動に基づき失火を検出する
ものが提案されている。前者の装置は、高回転時に点火
時期を遅角するV型2気筒2サイクルエンジンの失火を
検出するもので、シリンダヘッドボルトに組み付けられ
た指圧センサを用い、上死点(TDC)前後における筒
内圧の偏差を検出し、これが所定の閾値を下回ったとき
に失火と判定する。そして、高回転時においては、筒内
圧のピーク値の出現時期が点火時期の遅角に起因して変
動するため、TDC後の検出タイミングも遅角させるよ
うにしている。また、後者の装置は、複数のベーンを有
するロータとセンサ本体とからなるベーン式のクランク
角センサをクランクシャフトに取り付け、例えばクラン
ク角信号の立ち上がり(各ベーンがセンサ本体を横切り
始める瞬間)の時間間隔からクランク角加速度を求め、
これが所定の閾値を下回ったときに失火と判定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の失火検出装置には、以下に述べるごとく、種々の問
題点や欠点があった。例えば、筒内圧の変動に基づき失
火検出を行う装置では、乗用車用等の多気筒エンジンに
適用した場合、装置構成が複雑になると共にコストの上
昇が避けられなかった。すなわち、直列4気筒やV型6
気筒エンジン等では、複数の気筒がシリンダブロックや
シリンダヘッドを共用するため、個々の気筒の筒内圧を
検出するためには、単純な構造の指圧センサを用いるこ
とができず、比較的高価な筒内圧センサをシリンダブロ
ック等に気筒数分設置する必要があった。また、各筒内
圧センサからの信号を伝達するために、エンジン回りの
配線やコネクタ類が増加すると共に、信号を処理するエ
ンジン制御装置用の制御プログラムも複雑になりがちで
あった。
【0005】一方、クランク角加速度の変動に基づき失
火検出を行う装置では、エンジン回転数の上昇によりト
ルク曲線(すなわち、クランク角加速度変化)の位相が
ずれた場合、失火気筒の判別が困難あるいは不可能にな
ることがあった。例えば、低エンジン速度域において所
定クランク角度(例えば、各気筒でのBTDC75゜)
毎に計時を行って平均角加速度を求めた場合、失火時に
は失火気筒に対応するクランク角度領域(例えば、12
0゜)での角加速度が大幅に低下し、平均角加速度が失
火判定閾値以下となって失火が判定される。ところが、
高エンジン速度域では点火時期の進角等に起因してトル
ク曲線の位相が進角側にずれるため、失火気筒だけでは
なく点火順序で直前に位置する気筒に対応するクランク
角度領域でも失火によるトルクの低下が生じる。その結
果、失火気筒とその直前の気筒とに対応する平均角加速
度が共に失火判定閾値以下となり、実際に失火していな
い気筒に対して失火防止処理(例えば、リーンバーンエ
ンジンにおける空燃比のリッチ化等)が行われる虞があ
った。また、失火判定閾値の設定によっては、逆に両気
筒とも失火と判定されず、失火状態のまま走行が続けら
れて有害排出ガス成分が増加する等の虞もあった。
【0006】本発明は、上記状況に鑑みなされたもの
で、簡便な装置構成を採りながら、失火の検出を正確に
行えるようにした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】そこで、本発明の請求項
1では、内燃機関の回転に伴い、複数のクランク角度で
クランク角信号を出力するクランク角センサと、このク
ランク角センサから入力した所定のクランク角信号組を
基準クランク角信号組として、当該内燃機関における所
定クランク角度領域におけるクランク回転状態量を算出
するクランク回転状態量算出手段と、このクランク回転
状態量算出手段の算出結果から得られたクランク回転状
態量の変動に基づき、当該内燃機関の所定気筒の失火を
判定する失火判定手段とを備え、前記クランク回転状態
量算出手段は、前記クランク回転状態量の算出にあた
り、エンジン運転状態量の変化に応じて、前記基準クラ
ンク角信号組として複数のクランク角信号組を使い分け
ることを特徴とする内燃機関の失火検出装置を提案す
る。
【0008】また、請求項2では、請求項1の失火検出
装置において、前記失火判定手段は、前記クランク回転
状態量が所定の閾値を下回ったときに、前記所定気筒が
失火していると判定するものを提案する。また、請求項
3では、請求項1または2の失火検出装置において、前
記エンジン運転状態量がエンジン回転数であり、前記ク
ランク回転状態量算出手段は、当該エンジン回転数が所
定の閾値を超えたことをもって、前記基準クランク角信
号組として進角側のクランク角信号組を用いるものを提
案する。
【0009】また、請求項4では、請求項1〜3の失火
検出装置において、前記クランク角センサは、前記内燃
機関のクランクシャフトの回転に伴なって回転すると共
に複数枚のベーンが周上に略等間隔に形成された回転部
材と、この回転部材に形成されたベーンの進入時と離脱
時とにクランク角信号を発生する信号発生手段とを備
え、前記クランク回転状態量算出手段は、前記基準クラ
ンク角信号組として、前記ベーンの進入時のクランク角
信号組と前記ベーンの離脱時のクランク角信号組とを使
い分けるものを提案する。
【0010】また、請求項5では、請求項1〜4の失火
検出装置において、前記クランク回転状態量算出手段
は、使用するクランク角信号組を切換える際に、所定期
間に亘り前記クランク回転状態量の算出を中断するもの
を提案する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明に係る回
転変動検出方法を適用したエンジン制御系の概略構成図
である。図1において、1は自動車用のV型6気筒ガソ
リンエンジン(以下、単にエンジンと記す)である。エ
ンジン1の吸気ポート2には、各気筒毎に燃料噴射弁3
が取り付けられた吸気マニホールド4を介し、エアクリ
ーナ5,エアフローセンサ6,スロットルバルブ7,I
SC(アイドルスピードコントローラ)8等を具えた吸
気管9が接続している。また、排気ポート10には、排
気マニホールド11を介し、O2 センサ12,三元触媒
13,図示しないマフラー等を具えた排気管14が接続
している。図1中、15はスロットルバルブ7の開度θ
THを検出するスロットルセンサ、16は冷却水温TW を
検出する水温センサ、17は大気圧Pa を検出する大気
圧センサ、18は吸気温度Ta を検出する吸気温センサ
である。
【0012】エンジン1には、そのシリンダヘッド20
に各気筒の燃焼室21に臨むかたちで点火プラグ22が
螺着されると共に、クランクシャフト23の前端側にク
ランク角センサ24が配置されている。クランク角セン
サ24は、クランクシャフト23に直付けされたロータ
プレート25と、ロータプレート25の回転を検出する
センサ本体26とから構成されている。ロータプレート
25には、図2に示したように、角度幅70°の三枚の
ベーン27a,27b,27cが等間隔(120°間
隔)に形成されている。これらベーン27a〜27c
は、いずれかの気筒のクランク角が上死点前75゜(B
TDC75°)となる瞬間に先端がセンサ本体26に進
入し、その気筒のクランク角が上死点前5゜(BTDC
5°)となる瞬間に後端がセンサ本体26から離脱する
ように設定されている。図1中、28は点火プラグ22
に高電圧を出力する点火コイルである。
【0013】車室内には、図示しない入出力装置,多数
の制御プログラムを内蔵した記憶装置(ROM,RA
M,BURAM等),中央処理装置(CPU),タイマ
カウンタ等を具えた、ECU(エンジン制御ユニット)
30が設置されており、エンジン1の総合的な制御を行
う。ECU30の入力側には、上述した各種のセンサ類
からの検出情報が入力する。ECU30は、これらの検
出情報から燃料噴射量や点火時期等の最適値を演算して
燃料噴射弁3や点火コイル28等を駆動する他、いずれ
かの気筒に失火が生じた場合には運転席に設けられた失
火警告灯31を点灯する。
【0014】以下、図3〜図8の制御フローチャートお
よび図9,図10のグラフを用いて、本実施形態におけ
る制御の手順を説明する。運転者がイグニッションキー
をONにしてエンジン1がスタートすると、ECU30
は、所定の制御インターバル(例えば、10ms)で、図
3〜図6のフローチャートに示した失火検出サブルーチ
ンを繰り返し実行する。
【0015】このサブルーチンを開始すると、ECU3
0は先ずステップS1で、後述する切換フラグFCHGが
0であるか否かを判定し、この判定がYes(肯定)であ
った場合には、ステップS3で上述した各センサからの
運転情報をRAMに読み込む。次に、ECU30は、ス
テップS5で、クランク角センサ24からの出力信号の
入力インターバルに基づき今回のエンジン回転数Ne(n)
を算出し、これが予め設定された切換判定回転数NeA
(本実施形態の場合は、4,000rpm)以下であるか
否かを判定する。そして、この判定がYesであった場合
には、ECU30は、ステップS7において、前回のエ
ンジン回転数Ne(n-1)も切換判定回転数NeA以下であっ
たか否かを判定する。そして、この判定がYesであれ
ば、ECU30は、ステップS9において、各ベーン2
7a〜27cの先端がセンサ本体26に進入するタイミ
ング(すなわち、BTDC75°)に基づいて、今回失
火検出の対象となるn番気筒に対応するクランク角度領
域(=120゜…以下、失火判定領域と記す)でのクラ
ンクシャフト23の角加速度Dω(n)を逐次算出する。
【0016】角加速度Dω(n)の算出を終えると、EC
U30は、図4のステップS11で、失火判定領域内で
の角加速度Dω(n)から、各気筒に対応する平均角加速
度Dωave(n)を算出する。しかる後、ECU30は、ス
テップS13で、平均角加速度Dωave(n)が失火判定閾
値DωAを下回っているか否かを判定し、この判定がYe
sであれば、ステップS15で後述する失火時処理サブ
ルーチンを実行した後、スタートに戻って制御を繰り返
す。また、ステップS13の判定がNo(否定)であれ
ば、ステップS17で後述する正常時処理サブルーチン
を実行した後、スタートに戻って制御を繰り返す。図9
には、低速定常運転時におけるクランクシャフト23の
角加速度Dωと平均角加速度Dωaveとを示してあり、
この図から、ある気筒に失火が生じると、主にその気筒
の失火判定領域における角加速度Dωが低下して、平均
角加速度Dωaveも失火判定閾値DωAを下回ることが判
る。尚、図9および後述の図10では、角加速度Dωの
低下量をハッチングで示してある。
【0017】図3のステップS5の判定がNo、すなわ
ち、今回のエンジン回転数Ne(n)が切換判定回転数NeA
を超えていた場合、ECU30は、ステップS21にお
いて、前回のエンジン回転数Ne(n-1)も切換判定回転数
NeAを超えていたか否かを判定する。そして、この判定
がYesであれば、ECU30は、ステップS23におい
て、各ベーン27a〜27cの後端がセンサ本体26か
ら離脱するタイミング(すなわち、BTDC5°)に基
づいて、今回対象となる気筒の失火判定領域におけるク
ランクシャフト23の角加速度Dω(n)を算出する。
【0018】角加速度Dω(n)の算出を終えると、EC
U30は、図4のステップS11に移行し、エンジン回
転数Ne(n)が切換判定回転数NeA以下である場合と同様
に、失火判定やその後の処理を実行する。図10には、
高速定常運転時におけるクランクシャフト23の角加速
度Dωと平均角加速度Dωaveとを示してあり、この図
から、ある気筒に失火が生じると、主にその気筒に対応
する失火判定領域における角加速度Dωが低下して、平
均角加速度Dωaveも失火判定閾値DωAを下回ることが
判る。尚、前述した従来の装置では、点火時期の進角等
に起因してクランク角加速度変化の位相が進角側にずれ
た場合、失火気筒の失火判定領域だけでなく、破線で示
したように、点火順序で失火気筒の直前に位置する気筒
の失火判定領域でも角加速度Dωの低下が生じる。その
結果、両気筒で平均角加速度Dωaveが失火判定閾値D
ωAを下回り、誤検出が生じることになる。
【0019】一方、ステップS7あるいはステップS2
1の判定がNoであった場合、ECU30は、図5のス
テップS31で先ず切換フラグFCHGを1とした後、ス
テップS33でカウントダウンタイマTCDに所定値Tx
(本実施形態では、0.1秒)を代入し、以降の処理を
行わずにスタートに戻る。切換フラグFCHGは、エンジ
ン回転数Ne(n)が切換判定回転数NeAを境に増加あるい
は減少したか否か、すなわち、失火判定領域の基準とな
るクランク角センサ24の出力信号がBTDC75°と
BTDC5°との間で切り換わったか否かを示すもので
ある。ステップS31で切換フラグFCHGが1にされる
と、図1のステップS1の判定がNoとなるため、EC
U30は、図6のステップS35で、カウントダウンタ
イマTCDの値が0であるか否かを判定する。そして、こ
の判定がNoである間は、ECU30は、具体的な処理
を一切行わずに制御を繰り返す。これは、基準とするク
ランク角センサ24の出力信号が切り換わる際には、失
火判定領域のクランク角度幅等が狂い、誤検出が生じる
可能性があるためである。そして、カウントダウンタイ
マTCDのカウントダウンが終了して、ステップS35の
判定がYesになると、ECU30はステップS37で切
換フラグFCHGを0にリセットしてスタートに戻る。
【0020】さて、ステップS15の判定がYesであっ
た場合、ECU30は、図7に示した失火時処理サブル
ーチンを実行する。このサブルーチンを開始すると、E
CU30は、ステップS41で失火警告灯31を点灯し
て運転者に注意を促し、ステップS43でダイアグノー
シス用の故障コードをROMに記憶した後、失火検出サ
ブルーチンに復帰する。また、ステップS15の判定が
Noであった場合、ECU30は、図8に示した正常時
処理サブルーチンを実行する。このサブルーチンを開始
すると、ECU30は、ステップS51で失火警告灯3
1を消灯し、ステップS53でダイアグノーシス用の故
障コードをROMから消去した後、失火検出サブルーチ
ンに復帰する。
【0021】以上で、具体的実施形態の説明を終える
が、本発明の態様はこの実施形態に限るものではない。
例えば、上記実施形態は本発明をV型6気筒エンジンに
適用したものであるが、単気筒エンジンや直列4気筒エ
ンジン等、気筒数やその配列が異なる種々のエンジンに
適用してもよい。また、失火時における処置として、警
告灯の点灯に代えて、空燃比のリッチ化や点火時期のリ
タード等を行うようにしてもよい。また、上記実施形態
では、クランク角センサとしてベーン型のロータプレー
トを有するものを用いたが、クランクシャフトの回転を
1゜毎に検出するようなものを用いるようにしてもよ
い。また、上記実施形態では失火判定領域の切換時にお
ける判定の中断を所定時間に亘って行うようにしたが、
これを所定行程に亘って行うようにしてもよい。また、
上記実施形態ではクランク角加速度の変動に基づいて失
火を検出したが、クランク角速度やクランク回転数等、
他種のクランク回転状態量の変動に基づいて失火を検出
するようにしてもよい。その他、本発明の主旨を逸脱し
ない範囲であれば、具体的な装置構成や制御手順等につ
いても適宜変更可能である。
【0022】
【発明の効果】本発明の請求項1の失火検出装置によれ
ば、内燃機関の回転に伴い、複数のクランク角度でクラ
ンク角信号を出力するクランク角センサと、このクラン
ク角センサから入力した所定のクランク角信号組を基準
クランク角信号組として、当該内燃機関における所定ク
ランク角度領域におけるクランク回転状態量を算出する
クランク回転状態量算出手段と、このクランク回転状態
量算出手段の算出結果から得られたクランク回転状態量
の変動に基づき、当該内燃機関の所定気筒の失火を判定
する失火判定手段とを備え、前記クランク回転状態量算
出手段は、前記クランク回転状態量の算出にあたり、エ
ンジン運転状態量の変化に応じて、前記基準クランク角
信号組として複数のクランク角信号組を使い分けるよう
にしたため、エンジン回転数の上昇に伴い角加速度変化
曲線の位相がずれても、クランク角加速度の低下の大部
分を所定クランク角度領域内に納めることができるよう
になり、失火検出の精度が向上する。
【0023】また、請求項2によれば、請求項1の失火
検出装置において、前記失火判定手段は、前記クランク
回転状態量が所定の閾値を下回ったときに、前記所定気
筒が失火していると判定するようにしたため、減速運転
時や負荷急増時等に失火が生じたと誤検出することがな
くなる。また、請求項3によれば、請求項1または2の
失火検出装置において、前記エンジン運転状態量がエン
ジン回転数であり、前記クランク回転状態量算出手段
は、当該エンジン回転数が所定の閾値を超えたことをも
って、前記基準クランク角信号組として進角側のクラン
ク角信号組を用いるものとしたため、点火時期の進角制
御等に起因する角加速度変化曲線の位相のずれを確実に
捉えることができる。
【0024】また、請求項4によれば、請求項1〜3の
失火検出装置において、前記クランク角センサは、前記
内燃機関のクランクシャフトの回転に伴なって回転する
と共に複数枚のベーンが周上に略等間隔に形成された回
転部材と、この回転部材に形成されたベーンの進入時と
離脱時とにクランク角信号を発生する信号発生手段とを
備え、前記クランク回転状態量算出手段は、前記基準ク
ランク角信号組として、前記ベーンの進入時のクランク
角信号組と前記ベーンの離脱時のクランク角信号組とを
使い分けるものとしたため、比較的簡単な構成を採りな
がら、誤検出を防止できる。
【0025】また、請求項5によれば、請求項1〜4の
失火検出装置において、前記クランク回転状態量算出手
段は、使用するクランク角信号組を切換える際に、所定
期間に亘り前記クランク回転状態量の算出を中断するも
のとしたため、基準クランク角信号組の錯誤に起因した
誤検出を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る失火検出装置を適用したエンジン
制御系の一実施形態を示した概略構成図である。
【図2】クランク角センサを示した斜視図である。
【図3】失火検出サブルーチンの手順を示したフローチ
ャートである。
【図4】失火検出サブルーチンの手順を示したフローチ
ャートである。
【図5】失火検出サブルーチンの手順を示したフローチ
ャートである。
【図6】失火検出サブルーチンの手順を示したフローチ
ャートである。
【図7】失火時処理サブルーチンの手順を示したフロー
チャートである。
【図8】正常時処理サブルーチンの手順を示したフロー
チャートである。
【図9】低速定常運転時における角加速度と平均角加速
度とを示したグラフである。
【図10】高速定常運転時における角加速度と平均角加
速度とを示したグラフである。
【符号の説明】
1 エンジン 22 点火プラグ 23 クランクシャフト 24 クランク角センサ 25 ロータプレート 26 センサ本体 27a〜27c ベーン 28 点火コイル 30 ECU 31 失火警告灯

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の回転に伴い、複数のクランク
    角度でクランク角信号を出力するクランク角センサと、 このクランク角センサから入力した所定のクランク角信
    号組を基準クランク角信号組として、当該内燃機関にお
    ける所定クランク角度領域におけるクランク回転状態量
    を算出するクランク回転状態量算出手段と、 このクランク回転状態量算出手段の算出結果から得られ
    たクランク回転状態量の変動に基づき、当該内燃機関の
    所定気筒の失火を判定する失火判定手段とを備え、 前記クランク回転状態量算出手段は、前記クランク回転
    状態量の算出にあたり、エンジン運転状態量の変化に応
    じて、前記基準クランク角信号組として複数のクランク
    角信号組を使い分けることを特徴とする内燃機関の失火
    検出装置。
  2. 【請求項2】 前記失火判定手段は、前記クランク回転
    状態量が所定の閾値を下回ったときに、前記所定気筒が
    失火していると判定することを特徴とする、請求項1記
    載の内燃機関の失火検出装置。
  3. 【請求項3】 前記エンジン運転状態量がエンジン回転
    数であり、 前記クランク回転状態量算出手段は、当該エンジン回転
    数が所定の閾値を超えたことをもって、前記基準クラン
    ク角信号組として進角側のクランク角信号組を用いるこ
    とを特徴とする、請求項1または2記載の内燃機関の失
    火検出装置。
  4. 【請求項4】 前記クランク角センサは、前記内燃機関
    のクランクシャフトの回転に伴なって回転すると共に複
    数枚のベーンが周上に略等間隔に形成された回転部材
    と、この回転部材に形成されたベーンの進入時と離脱時
    とにクランク角信号を発生する信号発生手段とを備え、 前記クランク回転状態量算出手段は、前記基準クランク
    角信号組として、前記ベーンの進入時のクランク角信号
    組と前記ベーンの離脱時のクランク角信号組とを使い分
    けることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項
    に記載の内燃機関の失火検出装置。
  5. 【請求項5】 前記クランク回転状態量算出手段は、使
    用するクランク角信号組を切換える際に、所定期間に亘
    り前記クランク回転状態量の算出を中断することを特徴
    とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の内燃機
    関の失火検出装置。
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