JP6802663B2

JP6802663B2 - エンジン制御装置

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Publication number: JP6802663B2
Application number: JP2016157794A
Authority: JP
Inventors: 紘世細野
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2036-08-10
Also published as: JP2018025158A

Description

本発明は、燃欠時の失火を検出するエンジン制御装置に関する。

従来、エンジン制御装置では、気筒ごとに、空燃比が予め設定された閾値以上となった回数をカウントしていき、カウントした回数が所定回数に到達すると、その気筒が失火していると判定するようになされている（例えば、特許文献１参照）。

特表平３−５０１１４８号公報

ところで、燃料の残量がわずかとなった燃欠時においては、空燃比が意図しないリーン状態となり、触媒温度が急激に上昇して触媒が溶損するおそれがある。そこで、燃欠時の触媒保護のため、燃料カット中でないにも拘わらず空燃比が一定時間以上所定のリーン状態となった場合に失火と判定し、燃料カットを実施することが考えられる。しかしながら、空燃比で燃欠時の失火を判定しようとすると、燃欠時はインジェクタから燃料が噴射される状態と噴射されない状態とが混在しているため空燃比がある一定以上のリーン状態を継続するとは限らず、他の失火要因と区別するのに時間を要するといった問題があった。

そこで、本発明は、燃欠時の失火を早期に判定することが可能なエンジン制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のエンジン制御装置は、エンジンの空燃比を検出する空燃比検出部と、前記エンジンにおける回転変動値を導出する回転変動導出部と、前記空燃比検出部によって検出される前記空燃比が所定の空燃比閾値以上であり、かつ、前記回転変動導出部によって導出された前記回転変動値が所定の回転変動閾値以上である場合に、前記エンジンが燃欠によって失火していると判定する燃欠失火判定処理を実行する燃欠失火判定部と、を備え、前記燃欠失火判定部は、前記空燃比検出部によって検出される前記空燃比が前記空燃比閾値以上である場合に、前記回転変動導出部によって導出された前記回転変動値が前記回転変動閾値以上である回数をカウントし、カウントした回数が予め設定されたカウント閾値以上になると、前記エンジンが燃欠によって失火していると判定する。

また、前記燃欠失火判定部によって前記エンジンが燃欠によって失火していると判定された場合に、該エンジンに対する燃料の供給をカットする燃料供給制御部をさらに備えるとよい。

また、前記燃欠失火判定部は、予め設定された実行条件が成立した場合に前記燃欠失火判定処理を開始し、前記実行条件には、燃料タンク内の燃料が所定の残量閾値以下であること、前記エンジンに対する燃料の供給がカットされていないこと、ＴＧＶの開度が変更されていないこと、電気負荷の変動がないことの少なくとも１つが設定されているとよい。

本発明によれば、燃欠時の失火を早期に判定することができる。

エンジン制御装置の構成を示す概略図である。燃欠時におけるエンジン回転数、車速、空燃比、回転変動値、失火カウント値、燃料噴射期間の関係を説明する図である。エンジン制御処理を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン制御装置１の構成を示す概略図である。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

図１に示すように、エンジン制御装置１は、エンジン２およびＥＣＵ３（Engine Control Unit）が設けられており、ＥＣＵ３によってエンジン２全体が駆動制御される。エンジン２は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０と一体形成されたクランクケース１２と、シリンダブロック１０に連結されたシリンダヘッド１４とが設けられている。

シリンダブロック１０には、複数のシリンダ１６が形成されており、シリンダ１６には、ピストン１８が摺動自在にコンロッド２０に支持される。そして、シリンダヘッド１４と、シリンダ１６と、ピストン１８の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室２２として形成される。

また、エンジン２には、クランクケース１２によってクランク室２４が形成されており、クランク室２４内にクランクシャフト２６が回転自在に支持される。クランクシャフト２６には、コンロッド２０を介してピストン１８が連結される。

シリンダヘッド１４には、吸気ポート２８および排気ポート３０が燃焼室２２に連通するように形成される。

吸気ポート２８には、インテークマニホールド３２を含む吸気流路３４が接続される。吸気ポート２８は、インテークマニホールド３２に臨む吸気の上流側に１つの開口が形成されるとともに、燃焼室２２に臨む下流側に２つの開口が形成されており、上流から下流に向かう途中で流路が２つに分岐される。吸気ポート２８と燃焼室２２との間には、吸気バルブ３６の先端が位置し、不図示のカムシャフトの回転に伴って吸気バルブ３６が吸気ポート２８を燃焼室２２に対して開閉する。

排気ポート３０には、エキゾーストマニホールド３８を含む排気流路４０が接続される。排気ポート３０は、燃焼室２２に臨む排気の上流側に２つの開口が形成されるとともに、エキゾーストマニホールド３８に臨む下流側に１つの開口が形成されており、上流から下流に向かう途中で流路が１つに統合される。排気ポート３０と燃焼室２２との間には、排気バルブ４２の先端が位置し、不図示のカムシャフトの回転に伴って排気バルブ４２が排気ポート３０を燃焼室２２に対して開閉する。

また、シリンダヘッド１４には、先端が燃焼室２２内に位置するようにインジェクタ４４および点火プラグ４６が設けられており、吸気ポート２８を介して燃焼室２２に流入した空気に対してインジェクタ４４から燃料が噴射される。そして、空気と燃料との混合気が、所定のタイミングで点火プラグ４６に点火されて燃焼する。かかる燃焼により、ピストン１８がシリンダ１６内で往復運動を行い、その往復運動が、コンロッド２０を通じてクランクシャフト２６の回転運動に変換される。

吸気流路３４には、上流側から順に、エアクリーナ４８、スロットル弁５０、ＴＧＶ５２（Tumble Generation Valve）、隔壁５４が設けられている。エアクリーナ４８は、外気から吸入された空気に混合する異物を除去する。スロットル弁５０は、アクセル（不図示）の開度に応じてアクチュエータ５６により開閉駆動され、燃焼室２２へ送出する空気量を調節する。

ＴＧＶ５２は、アクチュエータ５８により開閉駆動され、隔壁５４によって区分けされた流路の一方を開閉する。隔壁５４は、吸気ポート２８内で空気の流れ方向に沿って延在し、吸気ポート２８を２つの流路に区分けする。

図１に示すように、ＴＧＶ５２の開度が最小となり、ＴＧＶ５２によって、隔壁５４に区分けされた一方の流路が閉じられると、吸気流路３４に導かれた空気は、隔壁５４によって区分けされた他方の流路を通過して燃焼室２２に導かれる。

エンジン２では、負荷が小さく吸気流量が少ない場合、ＴＧＶ５２の開度を絞り、吸気のほとんどを隔壁５４によって区分けされた他方の流路に通過させる。こうして、エンジン２では、流速を高めた空気を燃焼室２２に流入させることで、燃焼室２２内において強いタンブル流を生成させ、燃料の急速燃焼を実現し、燃費改善や燃焼安定性の向上を可能とする。

排気流路４０内には、触媒６０が設けられる。触媒６０は、例えば、三元触媒（Three-Way Catalyst）であって、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含んで構成され、燃焼室２２から排出された排出ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。

また、エンジン制御装置１には、燃料センサ７０、アクセル開度センサ７２、クランク角センサ７４、フローメータ７６、空燃比センサ７８が設けられる。

燃料センサ７０は、燃料タンク（不図示）内に設けられ、燃料タンク内の燃料の残量（液位）を検出する。アクセル開度センサ７２は、アクセルペダルの踏み込み量を検出する。

クランク角センサ７４は、クランクシャフト２６近傍に設けられており、クランクシャフト２６が所定角度回転する毎にパルス信号を出力する。

フローメータ７６は、吸気流路３４内におけるスロットル弁５０の下流に設けられており、スロットル弁５０を通過し燃焼室２２へ供給される空気量を検出する。

空燃比センサ７８（空燃比検出部）は、排気流路４０内における触媒６０よりも上流に設けられ、燃焼室２２から排出される排出ガスの空燃比（Ａ／Ｆ（Air By Fuel））を検出する。

ＥＣＵ３は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなり、エンジン２を統括制御する。本実施形態では、ＥＣＵ３は、エンジン制御処理を実行する際、駆動制御部８０、実行条件判定部８２、回転変動導出部８４、燃欠失火判定部８６として機能する。

駆動制御部８０は、クランク角センサ７４によって検出されたパルス信号に基づいて現時点のエンジン回転数を導出し、導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ７２によって検出されたアクセル開度（エンジン負荷）に基づき、予め記憶されたマップを参照して目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。

また、駆動制御部８０は、導出した目標エンジン回転数および目標トルクに基づいて、各シリンダ１６に供給する目標空気量を決定し、決定した目標空気量に基づいて、目標スロットル開度および目標ＴＧＶ開度を決定する。そして、駆動制御部８０は、決定した目標スロットル開度でスロットル弁５０が開口するように、アクチュエータ５６を駆動するとともに、決定された目標ＴＧＶ開度でＴＧＶ５２が開口するように、アクチュエータ５８を駆動する。

また、駆動制御部８０は、決定した目標空気量に基づいて、例えば理論空燃比（λ＝１）となる燃料量を目標噴射量として決定し、決定した目標噴射量の燃料をピストン１８の吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ４４から噴射させるために、インジェクタ４４の目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。そして、駆動制御部８０は、決定した目標噴射時期および目標噴射期間でインジェクタ４４を駆動することで、インジェクタ４４から目標噴射量の燃料を噴射させる。すなわち、駆動制御部８０は、燃料供給制御部としての機能を有する。

また、駆動制御部８０は、導出した目標エンジン回転数、および、クランク角センサ７４によって検出されるパルス信号に基づいて、点火プラグ４６の目標点火時期を決定する。そして、駆動制御部８０は、決定した目標点火時期で点火プラグ４６を点火させる。

ところで、燃欠時（燃料タンク内の燃料が欠乏しているとき）には、燃焼室２２内に供給される燃料が減少して空燃比が上昇する（リーンになる）可能性がある。空燃比がリーンになると、燃焼室２２内において燃料が点火プラグ４６による点火で燃焼せずに（失火して）、未燃焼のまま排気流路４０へと排出される。この場合、未燃焼の燃料が排気流路４０内で燃焼し、排出ガスの温度が上昇して触媒６０を溶損（破損）してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、実行条件判定部８２によって燃欠失火判定処理を実行するための実行条件の成立可否を判定し、実行条件が成立している場合に、燃欠失火判定部８６によって、燃欠による失火を判定する燃欠失火判定処理を実行する。そして、燃欠による失火と判定された場合、駆動制御部８０によってインジェクタ４４からの燃料の噴射（供給）をカット（停止）することで、触媒６０が溶損（破損）してしまうことを防止する。

具体的には、実行条件判定部８２は、実行条件が成立しているか否かを判定する。ここで、実行条件としては、燃料センサ７０によって検出される燃料タンク内の燃料が燃欠時であることを示す残量閾値以下であること、駆動制御部８０によってインジェクタ４４から噴射される燃料がカットされていないこと、エアコンやパワーウィンドウ等の電気機器あるいはオルタネータのオンオフが切り替えられていないこと（すなわち、電気負荷の変動が所定以上ないこと）、および、ＴＧＶ５２の開度が変更されていないことが設定されている。

燃料センサ７０によって検出される燃料タンク内の燃料が残量閾値以下であることが実行条件として設定されている理由は、燃料タンク内の燃料が残量閾値より多いである場合には、燃欠が生じるおそれがないためである。

また、駆動制御部８０によってインジェクタ４４から噴射される燃料がカットされていないことが実行条件として設定されている理由は、駆動制御部８０によって意図的に燃料がカットされている場合に燃欠失火判定処理を行うと、燃欠していないにも拘わらず燃欠による失火であると誤判定されてしまうおそれがあるためである。

また、電気負荷の変動がないことが実行条件に設定されている理由は、電気負荷に所定以上の変動が生じると、エンジン２（クランクシャフト２６）に回転変動がおき、後述する燃欠失火判定処理で誤判定されてしまうおそれがあるためである。

また、ＴＧＶ５２の開度が変更されていないことが実行条件に設定されている理由は、ＴＧＶ５２の開度が変更されると、エンジン２（クランクシャフト２６）に回転変動が起き、後述する燃欠失火判定処理で誤判定されてしまうおそれがあるためである。

実行条件判定部８２によって実行条件の全てが成立していると判定された場合、回転変動導出部８４は、燃欠失火判定処理を開始する。ここで、燃欠時にシリンダ１６（燃焼室２２）に供給される燃料が減少して失火が発生すると、燃料が燃焼されないことによりクランクシャフト２６の回転数が低下する。

そこで、回転変動導出部８４は、クランク角センサ７４によって検出されるパルス信号に基づいて、各シリンダ１６に対する回転変動値を導出する。例えば、回転変動導出部８４は、対象となるシリンダ１６におけるピストン１８のＴＤＣ（圧縮上死点）から、１燃焼工程遅れているシリンダ１６におけるピストン１８のＴＤＣまでの間の角速度を、対象となるシリンダ１６に対する回転速度として導出する。そして、回転変動導出部８４は、対象となるシリンダ１６に対する回転速度から、１燃焼工程遅れているシリンダ１６に対する回転速度を減算した値を、対象となるシリンダ１６に対する回転変動値として導出する。

燃欠失火判定部８６は、空燃比センサ７８によって検出される空燃比が予め設定された空燃比閾値ＴＨａｆ以上である場合に、回転変動導出部８４によって導出された回転変動値の絶対値が予め設定された回転変動閾値ＴＨｒ以上であれば、失火カウント値を加算する。なお、空燃比閾値ＴＨａｆは、インジェクタ４４から燃料が噴射されないとされる空燃比（例えば、λ＝１．３）に設定されている。また、回転変動閾値ＴＨｒは、失火が起きた場合に生じる回転変動値に設定されている。

そして、燃欠失火判定部８６は、カウントされた失火カウント値が燃欠による失火として確からしいカウント閾値ＴＨｃに達すると、燃欠による失火が起こっていると判定する。そして、駆動制御部８０は、燃欠失火判定部８６によって燃欠による失火が起こっていると判定された場合、インジェクタ４４の目標噴射期間を０にし、インジェクタ４４から噴射される燃料をカット（停止）する。これにより、エンジン２は、燃焼室２２内に燃料が供給されなくなるため、回転数およびトルクが減少していき停止する。

図２は、燃欠時におけるエンジン回転数、車速、空燃比、回転変動値、失火カウント値、燃料噴射期間の関係を説明する図である。なお、図２（ａ）にはエンジン回転数および車速を示し、図２（ｂ）には空燃比を示し、図２（ｃ）には回転変動値を示し、図２（ｄ）には失火カウント値を示し、図２（ｅ）には燃料噴射期間を示す。以下では、燃欠時に実際に検出、導出されたエンジン回転数、車速、空燃比、回転変動値に基づいて、失火カウント値および燃料噴射期間の変化を説明する。

図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、時刻Ｔ１において燃欠が発生しインジェクタ４４から噴射される燃料が減少し始めると、それに伴ってエンジン回転数（クランクシャフト２６の回転数）および車速が低下していくとともに、空燃比が上昇していく。

そして、実行条件判定部８２によって実行条件が全て成立していると判定されると、燃欠失火判定部８６は、空燃比が空燃比閾値ＴＨａｆ以上であり、かつ、回転変動値の絶対値が回転変動閾値ＴＨｒ以上になる度に、失火カウント値を１ずつ加算していく。なお、図２（ｃ）においては、回転変動閾値ＴＨｒを＋ＴＨｒ、−ＴＨｒとして図示している。

その後、空燃比が空燃比閾値ＴＨａｆ以上を維持し続け、その間に、失火カウント値がカウント閾値ＴＨｃ（ここでは、４回）以上になる時刻Ｔ２で、燃欠失火判定部８６は、燃欠によって失火が発生していると判定し、駆動制御部８０は、インジェクタ４４に対する燃料噴射期間を０にする。つまり、駆動制御部８０は、全ての燃焼室２２に対する燃料の噴射をカットする。

このように、エンジン制御装置１は、空燃比が空燃比閾値ＴＨａｆ以上である場合に、回転変動値が回転変動閾値ＴＨｒ以上である回数（失火カウント値）を１ずつ加算していき、失火カウント値がカウント閾値ＴＨｃになると、全ての燃焼室２２に対する燃料の噴射をカットする。

これにより、エンジン制御装置１は、空燃比が空燃比閾値ＴＨａｆの前後で推移していても、誤判定するリスクを低減することができ、また、誤判定するリスクが少ないことから、カウント閾値ＴＨｃを大きな値に設定する必要がなくなる。そのため、エンジン制御装置１は、燃欠による失火を早期に判定することができる。

また、エンジン制御装置１は、燃欠による失火を早期に判定することができるため、燃料の噴射を早期にカットすることができ、触媒６０が溶損（破損）してしまうことをより確実に防止することができる。

また、エンジン制御装置１は、実行条件が成立している場合に燃欠失火処理を開始するため、燃欠による失火の誤判定を低減することができる。

図３は、エンジン制御処理を示すフローチャートである。図３に示すように、実行条件判定部８２は、全ての実行条件が成立しているかを判定する（Ｓ１００）。その結果、全ての実行条件が成立している場合（Ｓ１００におけるＹＥＳ）、燃欠失火判定部８６は、空燃比センサ７８によって検出される空燃比が予め設定された空燃比閾値ＴＨａｆ以上であるか判定する（Ｓ１０２）。

その結果、空燃比が空燃比閾値ＴＨａｆ以上である場合（Ｓ１０２におけるＹＥＳ）、回転変動導出部８４は、クランク角センサ７４によって検出されるパルス信号に基づいて、各シリンダ１６の回転変動値を導出する。そして、燃欠失火判定部８６は、回転変動導出部８４によって導出された回転変動値の絶対値が回転変動閾値ＴＨｒ以上であるかを判定する（Ｓ１０４）。

その結果、回転変動値の絶対値が回転変動閾値ＴＨｒ以上である場合（Ｓ１０４におけるＹＥＳ）、燃欠失火判定部８６は、失火カウント値を１加算する（Ｓ１０６）。また、燃欠失火判定部８６は、失火カウント値がカウント閾値ＴＨｃ以上であるかを判定し（Ｓ１０８）、失火カウント値がカウント閾値ＴＨｃ以上である場合（Ｓ１０８におけるＹＥＳ）、駆動制御部８０は、燃料カット処理としてインジェクタ４４から噴射される燃料をカットし（Ｓ１１０）、当該エンジン制御処理を終了する。

一方、全てまたはいずれかの実行条件が成立していない場合（Ｓ１００におけるＮＯ）、燃欠失火判定部８６は、失火カウント値をリセットし（Ｓ１１２）、Ｓ１００の処理に戻る。また、空燃比が空燃比閾値ＴＨａｆ以上でない場合（Ｓ１０２におけるＮＯ）、回転変動値の絶対値が回転変動閾値ＴＨｒ以上でない場合（Ｓ１０４におけるＮＯ）、および、失火カウント値がカウント閾値ＴＨｃ以上でない場合（Ｓ１０８におけるＮＯ）、Ｓ１００の処理に戻る。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記の実施形態では、実行条件として４つの条件が設定されるようにしたが、これに限らず、実行条件を設定しないようにしてもよく、また、４つの条件のうち、少なくとも１つの条件が成立した場合に燃欠失火判定処理を実行するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、全てのシリンダ１６に対する回転変動値を導出するようにしたが、これに限らず、１つのシリンダ１６に対する回転変動値を導出するようにしてもよい。

本発明は、エンジンを保護するエンジン制御装置に利用できる。

１エンジン制御装置
２エンジン
７８空燃比センサ（空燃比検出部）
８０駆動制御部（燃料供給制御部）
８２実行条件判定部
８４回転変動導出部
８６燃欠失火判定部

Claims

エンジンの空燃比を検出する空燃比検出部と、
前記エンジンにおける回転変動値を導出する回転変動導出部と、
前記空燃比検出部によって検出される前記空燃比が所定の空燃比閾値以上であり、かつ、前記回転変動導出部によって導出された前記回転変動値が所定の回転変動閾値以上である場合に、前記エンジンが燃欠によって失火していると判定する燃欠失火判定処理を実行する燃欠失火判定部と、
を備え、
前記燃欠失火判定部は、
前記空燃比検出部によって検出される前記空燃比が前記空燃比閾値以上である場合に、前記回転変動導出部によって導出された前記回転変動値が前記回転変動閾値以上である回数をカウントし、カウントした回数が予め設定されたカウント閾値以上になると、前記エンジンが燃欠によって失火していると判定することを特徴とするエンジン制御装置。
前記燃欠失火判定部によって前記エンジンが燃欠によって失火していると判定された場合に、該エンジンに対する燃料の供給をカットする燃料供給制御部をさらに備える請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記燃欠失火判定部は、
予め設定された実行条件が成立した場合に前記燃欠失火判定処理を開始し、
前記実行条件には、
燃料タンク内の燃料が所定の残量閾値以下であること、前記エンジンに対する燃料の供給がカットされていないこと、ＴＧＶの開度が変更されていないこと、電気負荷の変動がないことの少なくとも１つが設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン制御装置。