JP4372737B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の失火検出装置に関し、特に機関回転速度に応じた回転速度パラメータに基づいて失火の有無を判定するものに関する。

特許文献１には、所定クランク角度の回転に要する時間であるセグメント時間に基づいて形成される特徴信号ｑ(n)に基づいて、失火の有無を判定する手法が示されている。特徴信号ｑ(n)は、セグメント時間を示す信号が、複素平面上の点として示されるように変換された信号であり、特徴信号ｑ(n)の大きさ及び位相に基づいて失火の有無が判定される。

特開平９−１１９３３８号公報

上記従来の手法では、セグメント時間を検出するためのクランクパルサ（特許文献１では、「角度伝送車」と呼ばれているもの）の歯の加工精度や磁気センサの特性ばらつき、あるいはクランク軸の軸芯撓みなどの影響が考慮されていないため、誤検出が発生する可能性があった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、クランクパルサの加工精度、磁気センサの特性ばらつき、あるいはクランク軸の軸芯撓みなどの影響を抑制し、正確な失火検出を行う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。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の回転速度に応じた回転速度パラメータ（Ｔｘ）に基づいて前記機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、前記回転速度パラメータ（Ｔｘ）の周波数成分を複素平面上の周波数成分ベクトル（ＶＸ）として算出する周波数成分ベクトル算出手段と、前記機関への燃料供給を遮断する燃料供給遮断運転中において、前記周波数成分ベクトル算出手段により算出される周波数成分ベクトル（ＶＸ）に応じて原点補正ベクトル（Ｖｐ）を算出する原点補正ベクトル算出手段と、前記機関の通常運転中において算出される前記周波数成分ベクトル（ＶＸ）を、前記原点補正ベクトル（Ｖｐ）により補正する補正手段と、前記補正手段による補正後の周波数成分ベクトル（ＶＸｃ）に基づいて失火判定を行う判定手段と、前記機関の回転数（ＮＥ）及び吸気圧（ＰＢＡ）に応じて運転補正ベクトル（Ｖｎｅ，Ｖｔｑ）を算出する運転補正ベクトル算出手段とを備え、前記運転補正ベクトル算出手段は、前記運転補正ベクトルの実部成分（Ｒｎｅ，Ｒｔｑ）及び虚部成分（Ｉｎｅ，Ｉｔｑ）をそれぞれ前記回転数（ＮＥ）及び吸気圧（ＰＢＡ）に応じて算出し、前記補正手段は、前記原点補正ベクトル（Ｖｐ）及び運転補正ベクトル（Ｖｎｅ，Ｖｔｑ）により、前記機関の通常運転中において算出される前記周波数成分ベクトル（ＶＸ）を補正することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、前記判定手段は、前記補正後の周波数成分ベクトルの絶対値（ＧＶＸｃ）が判定閾値（ＧＪＵＤ）より大きいとき、失火が発生したと判定し、前記補正後の周波数成分ベクトルの位相角（φＶＸｃ）に応じて失火気筒の判定を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の失火検出装置において、前記周波数成分ベクトル算出手段は、前記回転速度パラメータ（Ｔｘ）が入力され、前記機関の回転速度に応じた中心周波数の近傍の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタ（３１）を備え、該バンドパスフィルタ（３１）から出力される前記回転速度パラメータ（Ｔｘｆ）の周波数成分ベクトルを算出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の失火検出装置において、前記周波数成分ベクトル算出手段は、前記機関回転速度（ＮＥ）に対応する周波数成分（Ｘ(2)）の周波数成分ベクトルを算出することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、回転速度パラメータの周波数成分が複素平面上の周波数成分ベクトルとして算出されるとともに、燃料供給遮断運転中において算出される周波数成分ベクトルが、原点補正ベクトルとして算出される。また機関回転数及び吸気圧に応じて運転補正ベクトルが算出される。そして、機関の通常運転中において算出される周波数成分ベクトルが、原点補正ベクトル及び運転補正ベクトルにより補正され、該補正後の周波数成分ベクトルに基づいて失火判定が行われる。クランクパルサの歯精度、角度センサの特性ばらつき、あるいはクランク軸の軸芯撓みなどの影響は、機関の燃焼が行われないときに算出される原点補正ベクトルに反映されるので、原点補正ベクトルによる補正を行うことにより、クランクパルサの加工精度、磁気センサの特性ばらつき、あるいはクランク軸の軸芯撓みなどの影響を抑制し、正確な失火検出を行うことができる。また機関回転数及び／または吸気圧の変化によっても周波数成分ベクトルが変化するので、原点補正ベクトルとともに運転補正ベクトルを適用することにより、機関運転状態の変化に拘わらず正確な失火判定を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、補正後の周波数成分ベクトルの絶対値が判定閾値より大きいとき、失火が発生したと判定され、補正後の周波数成分ベクトルの位相角に応じて失火気筒の判定が行われる。回転速度パラメータの周波数成分のうち、失火が発生すると増加する特定周波数成分、例えば機関回転数に対応する周波数の周波数成分ベクトルを用いることにより、失火の発生をその周波数成分ベクトルの絶対値の増加として検出することができる。またどの気筒で失火が発生したかに依存して、周波数成分ベクトルの位相が変化するので、周波数成分ベクトルの位相によって失火気筒を判定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、回転速度パラメータが、機関の回転速度に応じた中心周波数の近傍の周波数の信号を通過させるバンドパスフィルタにより帯域制限されるので、例えば機関の加減速の影響によって周波数成分ベクトルがずれることを防止し、正確な失火判定を行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、機関回転速度に対応する周波数の周波数成分ベクトルが算出され、その周波数成分ベクトルに基づいて失火判定が行われる。機関回転速度に対応する周波数の周波数成分ベクトルの絶対値は、特定の気筒及び該特定の気筒の作動位相と３６０度ずれた作動位相の気筒において連続的に失火発生すると増加するので、この周波数成分ベクトルに着目することにより、作動位相が３６０度ずれた関係にある複数気筒における連続失火を検出することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、例えば４気筒を有し、吸気管２及び排気管５を備えている。吸気管２にはスロットル弁３が設けられている。また排気管５には排気の浄化を行う触媒コンバータ６が設けられている。

燃料噴射弁４はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されてＥＣＵ２０からの制御信号により燃料噴射弁４の開弁時間が制御される。

スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管２内の圧力を検出する吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ１１が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２０に供給される。
ＥＣＵ２０には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ２０に供給される。クランク角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ２０に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。またＥＣＵ２０は、ＣＲＫパルスの発生時間間隔Ｔ３０Ｄに基づいて、エンジン１における失火の検出を行う。

ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁４などに制御信号を供給する出力回路等から構成される。ＥＣＵ２０のＣＰＵは、以下に説明する失火検出を実行する。

次に本実施形態における失火検出の手法を詳細に説明する。
図２は、発生時間間隔Ｔ３０Ｄの実測データを示すタイムチャートであり、同図（ａ）は失火が発生していない正常燃焼状態に対応し、同図（ｂ）は＃１気筒及び＃４気筒において連続して失火が発生している状態に対応し、同図（ｃ）は＃２気筒及び＃３気筒において連続して失火が発生している状態に対応する。なお、本実施形態では、＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順で点火が行われるので、＃１気筒の点火時期と、＃４気筒の点火時期はクランク角度で３６０度ずれており、＃２気筒の点火時期と、＃３気筒の点火時期の関係も同様である。

本実施形態では、エンジン１の回転速度に応じた回転速度パラメータとして、下記式（１）で定義される時間パラメータＴｘを使用する。式（１）において、ｋは、クランク角３０度回転するのに要する時間で離散化した離散化時刻、ｎはクランク角９０度回転するのに要する時間で離散化した離散化時刻である。
Ｔｘ(n)＝Ｔ３０Ｄ(k)＋Ｔ３０Ｄ(k-1)＋Ｔ３０Ｄ(k-2) （１）

時間パラメータＴｘの周波数成分Ｘ(0)〜Ｘ(7)は、時間パラメータＴｘの検出データ８個Ｔｘ(i)（ｉ＝ｎ〜ｎ−７）を用いて、下記式（２）により算出される。式（２）は離散フーリエ変換を行う数式である。式（２）で算出されるＸ(0)は直流成分、Ｘ(1)はエンジン回転数ＮＥに対応する周波数ｆＮＥの０．５倍の周波数成分（１次成分）、Ｘ(2)は周波数ｆＮＥの周波数成分（２次成分）、Ｘ(3)は周波数ｆＮＥの１．５倍の周波数成分（３次成分）、Ｘ(3)は周波数ｆＮＥの２倍の周波数成分（４次成分）、Ｘ(4)は周波数ｆＮＥの２．５倍の周波数成分（５次成分）、Ｘ(5)は周波数ｆＮＥの３倍の周波数成分（６次成分）、Ｘ(6)は周波数ｆＮＥの３．５倍の周波数成分（７次成分）、Ｘ(7)は周波数ｆＮＥの４倍の周波数成分（８次成分）を示す。

式（２）の２次成分Ｘ(2)は、下記式（３）で与えられる。

ここで２次成分Ｘ(2)を表す複素数の実部Ｒｘ，虚部Ｉｘを用いて２次成分ベクトルＶＸ(2)を表すと、式（４）のようになる。なお、以下の説明ではＶＸ(2)は、「ＶＸ」と略して記載する。
ＶＸ(2)＝（Ｒｘ，Ｉｘ）
＝（Ｔｘ(0)−Ｔｘ(2)＋Ｔｘ(4)−Ｔｘ(6)，
−Ｔｘ(1)＋Ｔｘ(3)−Ｔｘ(5)＋Ｔｘ(7)） （４）

図３は、２次成分ベクトルＶＸの計測データを複素平面上に示した図であり、失火が発生していないときは、白丸で示すように、２次成分ベクトルＶＸの絶対値は「０」に近い値をとるため、２次成分ベクトルＶＸに対応する座標点は原点近傍に分布する。これに対し、＃１気筒及び＃４気筒において連続的に失火が発生しているときは、２次成分ベクトルＶＸの絶対値が増加し、対応する座標点は第２象限に黒丸で示すように、原点から離れた領域に分布する。また＃２気筒及び＃３気筒において連続的に失火が発生しているときは、２次成分ベクトルＶＸに対応する座標点は、第４象限内の原点から離れた領域に分布する。

したがって、２次成分ベクトルＶＸに対応する座標点が、判別円ＣＲの外側に分布しているときは、失火が発生した判定することができる。また位相角φＶＸにより、連続失火が発生している気筒が、＃１気筒及び＃４気筒であるか、＃２気筒及び＃３気筒であるかを判別することができる。

図４は、失火が発生したときの時間パラメータＴｘの変化を模式的に示す波形図であり、図の中央部で＃１気筒及び＃４気筒が連続して失火した（対向２気筒の連続失火が発生した）場合の波形が示されている。このように、対向２気筒の連続失火が発生すると、エンジン回転数ＮＥに対応する周波数ｆＮＥの周波数成分、すなわち２次成分が増加する。

図５は、失火のパターンと、対応する周波数成分との関係を説明するための図である。正常燃焼時は、エンジン１回転当たり２回の燃焼が発生することから４次成分が大きくなる。また上述した対向２気筒連続失火が発生したときは、２次成分が大きくなり、１次成分も若干増加する。また１気筒連続失火（例えば＃１気筒のみが連続して失火するパターン）が発生したとき、あるいは２気筒連続失火（例えば＃１気筒及び＃３気筒が連続失火するパターン）が発生したときは、１次成分が大きくなる。したがって、１気筒連続失火または２気筒連続失火を検出する場合には、１次成分に対応する周波数成分ベクトルに基づいて失火判定を行う。

時間パラメータＴｘは、ＣＲＫパルスの発生時間間隔Ｔ３０Ｄから算出され、ＣＲＫパルスを発生するＣＲＫセンサは、クランク軸に固定されて回転するクランクパルサ（歯車）と、クランクパルサの動きを検出する磁気センサとからなる。したがって、クランクパルサの加工精度や磁気センサの特性ばらつき、さらにクランク軸の軸芯撓みなど（以下「センサ誤差要因」という）によって、時間パラメータＴｘが変化する。

図６（ａ）は、センサ誤差要因により、周波数成分ベクトルに対応する座標点が分布する領域Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２がずれた状態を示す。この例では、領域Ｒ０が正常燃焼状態に対応し、領域Ｒ１及びＲ２が対向２気筒連続失火が発生してる状態に対応している。この例では、領域Ｒ１の一部が判別円ＣＲの内側に入っているので、失火しているにも拘わらず正常燃焼と誤判定する可能性が高くなっている。

そこで、本実施形態では、センサ誤差要因によるずれを補正する原点補正ベクトルを算出し、これによって周波数成分ベクトルＶＸを補正するようにしている。この補正により、図６（ｂ）に示すように、領域Ｒ０〜Ｒ２がそれぞれ領域Ｒ０’〜Ｒ２’に移動し、正確な判定を行うことが可能となる。

次にエンジン回転数ＮＥが急激に変化した場合について、図７を参照して説明する。図７（ａ）は、正常燃焼時の時間パラメータＴｘの推移を示すタイムチャートであり、白丸でプロットした波形がエンジン回転数ＮＥが変化していない状態に対応し、矩形でプロットした波形がエンジン回転数ＮＥが緩やかに減速している状態に対応し、三角形でプロットした波形がエンジン回転数ＮＥが急激に減速している状態に対応する。これらの波形に対応する周波数成分ベクトルＶＸを示す座標点は、図７（ｂ）に示すようになり（矩形及び三角形が減速時に対応）、エンジン回転数ＮＥの減速により、座標点がずれる。そこで本実施形態では、着目している周波数成分を中心周波数としたバンドパスフィルタを設け、時間パラメータＴｘにバンドパスフィルタ処理を施して、周波数成分ベクトルＶＸを算出するようにしている。これにより、図７（ｃ）に示すように、同図（ａ）に示す各波形に対応する座標点がすべて原点近傍に位置するようになり、正確な判定を行うことができる。

図８は、周波数成分ベクトルに対応する座標点の分布を示す図であり、破線で示す領域がバンドパスフィルタ処理を行わない場合の座標点の分布を示し、実線で示す領域がバンドパスフィルタ処理を行った場合の座標点の分布を示す。このように、バンドパスフィルタ処理を施すことにより、失火検出に必要な周波数成分以外のノイズ成分が減衰するため、座標点のばらつきを低減することができる。その結果、失火判定の精度を向上させることができる。

図９は、上述した手法により失火判定を行うとともに、その判定結果に応じてフェールセーフアクションを実行する失火判定モジュールの構成を示すブロック図である。図９に示す失火判定モジュールの機能は、実際にはＥＣＵ２０のＣＰＵによる演算処理により実現される。
図９に示す失火判定モジュールは、バンドパスフィルタ（以下「ＢＰＦ」という）３１と、周波数成分ベクトル算出部３２と、エンジン回転数算出部３３と、補正ベクトル算出部３４と、判定閾値算出部３５と、失火判定部３６と、失火カウント処理部３７と、フェールセーフ処理部３８とからなる。

ＢＰＦ３１は、時間パラメータＴｘに、図７及び図８を参照して説明したバンドパスフィルタ処理を施す。具体的には、下記式（５）により、フィルタ処理後時間パラメータＴｘｆを算出する。式（５）のａ(q)及びｂ(s)は、例えばのゲイン周波数特性が図１０に示す特性となるように設定されるフィルタ係数である。

周波数成分ベクトル算出部３２は、フィルタ処理後時間パラメータＴｘｆを、前記式（４）のＴｘとして適用し、周波数成分ベクトル（２次成分ベクトル）ＶＸを算出する。エンジン回転数算出部３３は、１サイクルの期間に入力される時間パラメータＴｘの平均値を用いてエンジン回転数ＮＥを算出する。

補正ベクトル算出部３４は、エンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ及び周波数成分ベクトルＶＸに応じて、図１１に示す手順により、補正ベクトルＶｅｃ（＝（Ｒｅｃ，Ｉｅｃ））を算出する。

図１１のステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥに応じて図１２（ａ）に示すＲｎｅテーブルを検索し、第１実部補正値Ｒｎｅを算出する。Ｒｎｅテーブルは、低回転数領域では、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、第１実部補正値Ｒｎｅが減少するように設定され、高回転領域では、逆にエンジン回転数ＮＥが増加するほど、第１実部補正値Ｒｎｅが増加するように設定されている。ステップＳ１１では、さらにエンジン回転数ＮＥに応じて図１２（ｂ）に示すＩｎｅテーブルを検索し、第１虚部補正値Ｉｎｅを算出する。Ｉｎｅテーブルは、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、第１虚部補正値Ｉｎｅが増加するように設定されている。ステップＳ１１で算出されるエンジン回転数ＮＥに応じた補正値Ｒｎｅ及びＩｎｅを要素とするベクトルを、回転数補正ベクトルＶｎｅ（＝（Ｒｎｅ，Ｉｎｅ））という。

ステップＳ１２では、吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて図１２（ｃ）に示すＲｔｑテーブルを検索し、第２実部補正値Ｒｔｑを算出する。Ｒｔｑテーブルは、吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、第２実部補正値Ｒｔｑが減少するように設定されている。ステップＳ１２では、さらに吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて図１２（ｄ）に示すＩｔｑテーブルを検索し、第２虚部補正値Ｉｔｑを算出する。Ｉｔｑテーブルは、吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、第２虚部補正値Ｉｔｑが増加するように設定されている。ステップＳ１２で算出される吸気管内絶対圧ＰＢＡ（エンジン負荷）に応じた補正値Ｒｔｑ及びＩｔｑを要素とするベクトルを、負荷補正ベクトルＶｔｑ（＝（Ｒｔｑ，Ｉｔｑ））という。

ステップＳ１３ではフュエルカットフラグＦＦＣが「１」であるか否かを判別する。フュエルカットフラグＦＦＣは、図示しない処理においてエンジン１への燃料供給を遮断する燃料供給遮断運転が実行されるとき、「１」に設定される。フュエルカットフラグＦＦＣが「０」であるときは、直ちにステップＳ１５に進み、フュエルカットフラグＦＦＣが「１」であって燃料供給遮断運転が実行されているときは、周波数成分ベクトル算出部３２で算出される周波数成分ベクトルＶＸ（＝（Ｒｘ，Ｉｘ））、並びにステップＳ１１及びＳ１２で算出された回転数補正ベクトルＶｎｅ及び負荷補正ベクトルＶｔｑを下記式（６）及び（７）に適用し、実部原点補正値Ｒｐ及び虚部原点補正値Ｉｐ、すなわち原点補正ベクトルＶｐ（＝（Ｒｐ，Ｉｐ））を更新する（ステップＳ１４）。
Ｒｐ＝Ａ×（Ｒｘ−Ｒｎｅ−Ｒｔｑ）＋（１−Ａ）×Ｒｐ （６）
Ｉｐ＝Ａ×（Ｉｘ−Ｉｎｅ−Ｉｔｑ）＋（１−Ａ）×Ｉｐ （７）
ここで、Ａは０から１の間の値に設定されるなまし係数であり、右辺のＲｐ及びＩｐは、前回算出値である。

ステップＳ１５では、下記式（８）及び（９）により、補正ベクトルＶｅｃ（＝（Ｒｅｃ，Ｉｅｃ））を算出する。
Ｒｅｃ＝Ｒｐ＋Ｒｎｅ＋Ｒｔｑ （８）
Ｉｅｃ＝Ｉｐ＋Ｉｎｅ＋Ｉｔｑ （９）

図９に戻り、判定閾値算出部３５は、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、図１３に示すＧＪＵＤマップを検索し、判定閾値ＧＪＵＤを算出する。ＧＪＵＤマップは、エンジン回転数ＮＥが減少するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、判定閾値ＧＪＵＤが増加するように設定されている。すなわち図１３においてラインＬ１〜Ｌ４は、それぞれ吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定吸気管内絶対圧ＰＢＡ１（例えば２６．７ＰＡ（２００ｍｍＨｇ）），ＰＢＡ２（例えば５３．３（４００ｍｍＨｇ）），ＰＢＡ３（例えば８０ＰＡ（６００ｍｍＨｇ）），及びＰＢＡ４（例えば１０６ＰＡ（８００ｍｍＨｇ）である場合に対応し、所定吸気管内絶対圧ＰＢＡ１〜ＰＢＡ４は、ＰＢＡ１＜ＰＢＡ２＜ＰＢＡ３＜ＰＢＡ４なる関係を満たす。判定閾値ＧＪＵＤは、図３に示した判別円ＣＲの半径に相当するパラメータである。

失火判定部３６は、周波数成分ベクトルＶＸ、補正ベクトルＶｅｃ、及び判定閾値ＧＪＵＤに基づいて、図１４に示す手順により失火判定を行う。
ステップＳ２１では、下記式（１０）に周波数成分ベクトルＶＸ及び補正ベクトルＶｅｃを適用し、補正周波数成分ベクトルＶＸｃを算出する。
ＶＸｃ＝（Ｒｘｃ，Ｉｘｃ）
＝ＶＸ−Ｖｅｃ＝（Ｒｘ−Ｒｅｃ，Ｉｘ−Ｉｅｃ） （１０）

ステップＳ２２では、下記式（１１）により、補正周波数成分ベクトルＶＸｃの絶対値ＧＶＸｃを算出し、ステップＳ２３では、下記式（１２）により、補正周波数成分ベクトルＶＸｃの位相角φＶＸｃを算出する。

ステップＳ２４では、絶対値ＧＶＸｃが判定閾値ＧＪＵＤより大きいか否かを判別し、この答が否定（ＮＯ）であって補正周波数成分ベクトルＶＸｃに対応する座標点が判別円ＣＲの内部に位置するときは、正常燃焼と判定する（ステップＳ２５）。一方、ＧＶＸｃ＞ＧＪＵＤであるときは、位相角φＶＸｃが所定角度φＲ（例えば９０度）より大きくかつ（φＲ＋１８０度）以下であるか否かを判別する（ステップＳ２６）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、＃１気筒及び＃４気筒において連続失火が発生していると判定する（ステップＳ２７）。またステップＳ２６の答が否定（ＮＯ）であるときは、＃２気筒及び＃３気筒において連続失火が発生していると判定する（ステップＳ２８）。

図９に戻り、失火カウント処理部３７は、失火判定部３６で失火が発生した判定された回数をカウントし、失火率ＲＭＦを算出する。そして、失火率ＲＭＦが所定失火率ＲＭＴＨを超えると失火が発生しているとの判定を確定する。フェールセーフ処理部３８は、失火発生判定が確定したときは、必要なフェールセーフアクション、例えば失火発生気筒への燃料供給の停止を実行する。

以上詳述したように本実施形態では、時間パラメータＴｘに基づいて周波数成分ベクトルＶＸが算出されるとともに、燃料供給遮断運転中において算出される周波数成分ベクトルＶＸに応じて、原点補正ベクトルＶｐが算出される。そして、燃料を供給している通常運転中において算出される周波数成分ベクトルＶＸが、原点補正ベクトルＶｐにより補正され、補正周波数成分ベクトルＶＸｃに基づいて失火判定が行われる。したがって、クランクパルサの加工精度、磁気センサの特性ばらつき、あるいはクランク軸の軸芯撓みなどのセンサ誤差要因の影響が抑制され、正確な失火検出を行うことができる。

より具体的には、補正周波数成分ベクトルＶＸｃの絶対値ＧＶＸｃが判定閾値ＧＪＵＤより大きいとき、失火が発生したと判定され、補正周波数成分ベクトルＶＸｃの位相角φＶＸｃに応じて失火気筒の判定が行われる。
またエンジン回転数ＮＥに応じて回転数補正ベクトルＶｎｅ（補正値Ｒｎｅ，Ｉｎｅ）を算出するとともに、吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて負荷補正ベクトルＶｔｑ（補正値Ｒｔｑ，Ｉｔｑ）を算出し、これらの補正ベクトルＶｎｅ，Ｖｔｑ及び原点補正ベクトルＶｐにより補正された周波数成分ベクトルＶＸｃに基づいて失火判定が行われる。これにより、エンジン運転状態の変化に拘わらず正確な失火判定を行うことができる。なお、失火判定を実行する運転状態を比較的狭い範囲に限定すれば、補正ベクトルＶｎｅ及びＶｔｑ（補正値Ｒｎｅ，Ｉｎｅ，Ｒｔｑ，及びＩｔｑ）による補正は行わなくてもよい。

また、エンジン回転数ＮＥに対応する周波数の近傍の周波数成分を通過させるＢＰＦ３１により時間パラメータＴｘの帯域制限を行い、フィルタ処理後時間パラメータＴｘｆを用いて、周波数成分ベクトルＶＸを算出するようにしたので、エンジン１の加減速の影響や他のノイズ成分による周波数成分ベクトルＶＸのばらつきを抑制し、正確な失火判定を行うことができる。なお、エンジン１が定常的な運転状態にあるときに限定して失火判定を行う場合には、ＢＰＦ３１は設けなくてもよい。

また、本実施形態では、エンジン回転数ＮＥに対応する周波数成分、すなわち２次成分を周波数成分ベクトルＶＸとして、失火判定を行うようにしたので、対向２気筒（＃１気筒と＃４気筒の組、または＃２気筒と＃３気筒の組）の連続失火を検出し、且つ失火気筒を判定することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ２０が、周波数成分ベクトル算出手段、原点補正ベクトル算出手段、補正手段、判定手段、及び運転補正ベクトル算出手段を構成する。具体的には、図９のＢＰＦ３１及び周波数成分ベクトル算出部３２が周波数成分ベクトル算出手段に相当し、図１１のステップＳ１３及びＳ１４が原点補正ベクトル算出手段に相当し、図１４のステップＳ２１が補正手段に相当し、同図のステップＳ２２〜Ｓ２８が判定手段に相当し、図１１のステップＳ１１及びＳ１２が運転補正ベクトル算出手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、周波数成分Ｘ(1)〜Ｘ(7)のうち、２次成分Ｘ(2)に着目して、対向２気筒連続失火を検出する例を示したが、図５を参照すれば明らかなように、１次成分Ｘ(1)に着目すれば、１気筒連続失火または２気筒連続失火を、上述した手法と同様の手法で検出することができる。その場合、ＢＰＦ３１の通過帯域は、１次成分（ｆＮＥ／２に対応する成分）の周波数を中心周波数とした帯域とする。また、時分割で着目する周波数成分を切り換えて、１次成分及び２次成分の双方について、失火判定を行うようにしてもよい。

また時間パラメータＴｘに代えて、時間パラメータＴｘに比例するパラメータ、あるいは時間パラメータＴｘの逆数またはこの逆数に比例するパラメータを回転速度パラメータとして用いてもよい。

また上述した実施形態では、本発明を４気筒のエンジンに適用した例を示したが、エンジンの気筒数はこれに限るものではなく、６気筒エンジンや８気筒エンジンにも適用可能である。失火パターンと、周波数成分との関係は、６気筒エンジンでは図１５（ａ）に示すようになり、８気筒エンジンでは同図（ｂ）に示すようになる。この図から明らかなように、４気筒エンジンの場合と同様に、対向２気筒連続失火は、２次成分に着目し、１気筒連続失火あるいは２気筒連続失火は、１次成分に着目することにより、失火を検出することができる。なお、６気筒エンジン及び８気筒エンジンのいずれにおいても、１次成分の周波数とエンジン回転数ＮＥとの関係は４気筒エンジンと同一である。

また上述した実施形態では、本発明をガソリンエンジンに適用した例を示したが、本発明はディーゼルエンジンにも適用可能である。その場合には、エンジン負荷を示すパラメータとして、アクセルペダルの踏み込み量や単位時間当たりの燃料噴射量が用いられる。さらに本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの失火検出にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 クランク角度３０度毎に発生するパルスの発生時間間隔（Ｔ３０Ｄ）の推移を示すタイムチャートである。 図２に示す信号波形の特定周波数成分の周波数成分ベクトルに対応する座標点の分布を示す図である。 機関回転速度に応じた時間パラメータ（Ｔｘ）の推移を示すタイムチャートである。 失火パターンと周波数成分との関係を説明するための図である。 周波数成分ベクトルに対応する座標点の原点補正を説明するための図である。 時間パラメータ（Ｔｘ）のバンドパスフィルタ処理の必要性を説明するための図である。 バンドパスフィルタ処理の効果を説明するための図である。 失火判定モジュールの構成を示すブロック図である。 バンドパスフィルタのゲイン特性を示す図である。 補正ベクトル（Ｖｅｃ）の算出手順を示すフローチャートである。 補正ベクトルの算出に使用するテーブルを示す図である。 判定閾値（ＧＪＵＤ）の算出に使用するマップを示す図である。 失火判定の手順を示すタイムチャートである。 ６気筒エンジン及び８気筒エンジンにおける失火パターンと周波数成分との関係を説明するための図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１１ 吸気管内絶対圧センサ
１２ クランク角度位置センサ
２０ 電子制御ユニット
３１ バンドパスフィルタ（周波数成分ベクトル算出手段）
３２ 周波数成分ベクトル算出部（周波数成分ベクトル算出手段）
３４ 補正ベクトル算出部（原点補正ベクトル算出手段、運転補正ベクトル算出手段）
３５ 判定閾値算出部
３６ 失火判定部（補正手段、判定手段）

Claims (4)

1. 内燃機関の回転速度に応じた回転速度パラメータに基づいて前記機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、
   前記回転速度パラメータの周波数成分を複素平面上の周波数成分ベクトルとして算出する周波数成分ベクトル算出手段と、
   前記機関への燃料供給を遮断する燃料供給遮断運転中において、前記周波数成分ベクトル算出手段により算出される周波数成分ベクトルに応じて原点補正ベクトルを算出する原点補正ベクトル算出手段と、
   前記機関の通常運転中において算出される前記周波数成分ベクトルを、前記原点補正ベクトルにより補正する補正手段と、
   前記補正手段による補正後の周波数成分ベクトルに基づいて失火判定を行う判定手段と、
   前記機関の回転数及び吸気圧に応じて運転補正ベクトルを算出する運転補正ベクトル算出手段とを備え、
   前記運転補正ベクトル算出手段は、前記運転補正ベクトルの実部成分及び虚部成分をそれぞれ前記回転数及び吸気圧に応じて算出し、
   前記補正手段は、前記原点補正ベクトル及び運転補正ベクトルにより、前記機関の通常運転中において算出される前記周波数成分ベクトルを補正することを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
2. 前記判定手段は、前記補正後の周波数成分ベクトルの絶対値が判定閾値より大きいとき、失火が発生したと判定し、前記補正後の周波数成分ベクトルの位相角に応じて失火気筒の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置。
3. 前記周波数成分ベクトル算出手段は、前記回転速度パラメータが入力され、前記機関の回転速度に応じた中心周波数の近傍の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタを備え、該バンドパスフィルタから出力される前記回転速度パラメータの周波数成分ベクトルを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の失火検出装置。
4. 前記周波数成分ベクトル算出手段は、前記機関回転速度に対応する周波数の周波数成分ベクトルを算出する請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の失火検出装置。

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