JP2010048171A - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼が排気弁の開弁後も継続し得る内燃機関において失火を正確に検出する。
【解決手段】排気弁開弁前の熱発生率の履歴が検出される。次いで、燃焼期間にわたる熱発生率履歴を表すモデル式が排気弁開弁前の熱発生率履歴に基づいて決定される。次いで、少なくとも燃焼期間にわたりモデル式を積分することによって熱発生量が算出される。その上で、熱発生量がしきい値よりも小さいときには失火が発生していると判断され、熱発生量がしきい値よりも大きいときには失火が発生していないと判断される。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の失火検出装置に関する。

燃焼期間を含むクランク角範囲における筒内圧履歴を算出し、筒内圧履歴から実際の熱発生率履歴を算出し、実際の熱発生率履歴を理論上の熱発生履歴と比較することにより異常燃焼ないしノックの発生を検出する内燃機関が公知である（特許文献１参照）。この内燃機関では、熱力学上のエネルギ保存則を用いて筒内圧から熱発生率履歴を算出するようにしている。

特開２００７−１７０３４５号公報

ところで、例えば点火時期又は燃料噴射時期を遅角すると燃焼期間が遅角され、その結果排気弁が開弁した後にも燃焼が継続し、熱発生が継続する場合がある。

しかしながら、排気弁が開弁した後には、筒内圧と熱発生率との間にエネルギ保存則はもはや成立しない。そうすると、排気弁が開弁した後にも燃焼が継続する場合には、エネルギ保存則を用いて筒内圧履歴から実際の熱発生率履歴を正確に検出することができず、したがって異常燃焼の発生を正確に検出できないおそれがある。

前記課題を解決するために本発明によれば、燃焼が排気弁の開弁後も継続し得る内燃機関において、排気弁開弁前の熱発生率履歴を求める手段と、排気弁開弁後の熱発生率履歴を該排気弁開弁前の熱発生率履歴に基づいて推定する手段と、該排気弁開弁後の熱発生率履歴に基づいて熱発生量を推定する手段と、該熱発生量がしきい値よりも小さいときに失火が発生していると判断する手段と、を具備している。

燃焼が排気弁の開弁後も継続し得る内燃機関において失火を正確に検出することができる。

図１は本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。

図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓をそれぞれ示す。吸気ポート７は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアクリーナ１４に連結される。吸気ダクト１３内には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１５と、アクチュエータ１６により駆動されるスロットル弁１７とが配置される。また、吸気ポート７には電子制御式の燃料噴射弁１８が取り付けられる。これら燃料噴射弁１８は共通のコモンレール１９を介し燃料ポンプ２０に連結され、燃料ポンプ２０は燃料タンク２１に連結される。一方、排気ポート９は排気マニホルド２２及び排気管２３を介して触媒コンバータ２４に連結され、触媒コンバータ２４は排気管２５に連結される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。シリンダブロック２には機関冷却水温を検出するための水温センサ２６が取り付けられる。また、機関本体１にはエンジンオイル温度を検出するためのオイル温度センサ２７が取り付けられる。更に、アクセルペダル３９にはアクセルペダルの踏み込み量を検出するための負荷センサ４０が取り付けられる。エアフローメータ１５、水温センサ２６、オイル温度センサ２７及び負荷センサ４０の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが一定角度例えば３０クランク角度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。エアフローメータ１５により検出される吸入空気量、水温センサ２７により検出される機関冷却水温Ｔｗ、オイル温度センサ２７により検出されるエンジンオイル温度Ｔｏ、クランク角センサ４１により検出されるクランク角θは一定時間ごとに時間ｔの関数としてＲＡＭ３３内に記憶される。なお、ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火栓１０、アクチュエータ１６、燃料噴射弁１８及び燃料ポンプ２０にそれぞれ接続される。

次に、本発明による第１実施例を、図２を参照しながらまず概略的に説明する。なお、図２において、ｄＱ（θ）／ｄθは熱発生率を、θはクランク角を、θＥＶＯは排気弁８の開弁時期を、それぞれ表している。

本発明による第１実施例ではまず、排気弁開弁前の熱発生率の履歴ｄＱ（θ）／ｄθ、すなわちクランク角間隔Δθごとの複数のデータ組（θ，ｄＱ（θ）／ｄθ）が検出される。排気弁開弁前の熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθの一例が図２（Ａ）にプロットの形で示されている。次いで、少なくとも燃焼期間にわたる熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθを表すモデル式Ｍが排気弁開弁前の熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθに基づいて決定される。このモデル式Ｍの一例が図２（Ｂ）に実線で示されている。次いで、少なくとも燃焼期間にわたりモデル式Ｍを積分することによって熱発生量Ｑｔが算出される。この熱発生量Ｑｔは図２（Ｃ）にハッチングが付された領域の形で示されている。

その上で、熱発生量Ｑｔが例えば一定のしきい値Ｑｍｆよりも小さいときには失火が発生していると判断され、熱発生量Ｑｔがしきい値Ｑｍｆよりも大きいときには失火が発生していないと判断される。

本発明による第１実施例では、熱発生率ｄＱ（θ）／ｄθは熱力学上のエネルギ保存則から得られる次式（１）を用いて算出される。

ここで、γは筒内ガスの比熱比、Ｐｃ（θ）は筒内圧、Ｖ（θ）は筒内容積、をそれぞれ表している。

比熱比γは一定値とされる。なお、比熱比γを温度の関数としてもよい。

筒内容積Ｖ（θ）はクランク角θの関数として図３に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。また、筒内容積の変化率ｄＶ（θ）／ｄθは筒内容積Ｖ（θ）から算出される。

筒内圧Ｐｃ（θ）は例えば筒内圧センサによって検出することもできるが、本発明による第１実施例では次式（２）を用いて算出される。

ここで、ＴＱｐ（θ）は筒内圧Ｐｃ（θ）がピストン４に及ぼす力によって生ずるトルクである筒内圧トルクを表している。

筒内圧トルクＴＱｐ（θ）はクランクシャフトについての運動方程式から導かれる次式（３）を用いて算出される。

ここで、Ｊ（θ）は機関本体１の慣性モーメントを、ω（θ）はクランク角θの関数としてのクランク角速度を、ＴＱｍ（θ）は機関本体１のピストン等の運動部材の慣性により生ずるトルクである慣性質量トルクを、ＴＱｆ（θ）は機関本体１の機械損失によって生ずるトルクである機械損失トルクを、それぞれ表している。

慣性モーメントＪ（θ）及び慣性質量トルクＴＱｍ（θ）はそれぞれ、クランク角θの関数として図４及び図５に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

クランク角速度ω（θ）は時間ｔの関数としてのクランク角速度ω（ｔ）をクランク角θの関数に変換することにより算出される。クランク角速度ω（ｔ）は時間ｔの関数としてのクランク角θ（ｔ）から次式（４）を用いて算出される。

機械損失トルクＴＱｆ（θ）はクランク角速度ω（θ）と、クランク角θの関数としての機関負荷率ＫＬ（θ）と、クランク角θの関数としてのエンジンオイル温度Ｔｏ（θ）との関数として図６に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

機関負荷率ＫＬ（θ）は全負荷に対する機関負荷の割合を表すものである。本発明による第１実施例では、エアフローメータ１５により検出される吸入空気量に基づいて時間ｔの関数としての機関負荷率ＫＬ（ｔ）があらかじめ算出されており、このＫＬ（ｔ）をクランク角θ（ｔ）を用いてクランク角θの関数に変換することによりＫＬ（θ）が算出される。

エンジンオイル温度Ｔｏ（θ）は時間ｔの関数としてのエンジンオイル温度Ｔｏ（ｔ）をクランク角θ（ｔ）を用いてクランク角θの関数に変換することにより算出される。

すなわち、クランク角履歴θ（ｔ）からクランク角速度履歴ω（θ）が算出され、クランク角速度履歴ω（θ）、機関負荷率履歴ＫＬ（θ）及びエンジンオイル温度履歴Ｔｏ（θ）から機械損失トルク履歴ＴＱｆ（θ）が算出される。次いで、慣性モーメント履歴Ｊ（θ）、クランク角速度履歴ω（θ）、慣性質量トルク履歴ＴＱｍ（θ）及び機械損失トルク履歴ＴＱｆ（θ）から式（３）を用いて筒内圧トルク履歴ＴＱｐ（θ）が算出される。次いで、筒内圧トルク履歴ＴＱｐ（θ）及び筒内容積履歴Ｖ（θ）から式（２）を用いて筒内圧履歴Ｐｃ（θ）が算出される。次いで、筒内圧履歴Ｐｃ（θ）及び筒内容積履歴Ｖ（θ）から式（１）を用いて熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθが算出される。

ここで、本発明による第１実施例では、熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθはクランク角間隔Δθごとに、燃焼開始前の時期例えば点火時期θＳＡから排気弁開弁時期θＥＶＯまでにわたり算出される。燃焼開始前は当然のことながら熱発生がなく、排気弁８の開弁後は式（１）で表されるエネルギ保存則が成立しないからである。もっとも、熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθを燃焼開始前の例えば吸気弁閉弁時期θＩＶＣから算出するようにしてもよい。なお、他のクランク速度履歴ω（θ）や機関負荷率履歴ＫＬ（θ）等は熱発生量Ｑｔの算出に必要な限りで算出されればよい。

一方、モデル式Ｍには種々の関数式を用いることができる。本発明による第１実施例では、モデル式Ｍとして次式（５）で示されるＷｉｅｂｅ関数が用いられる。

ここで、ａは定数（例えば６．９）、Ｑｆは筒内に供給された燃料の熱量、ｋは燃料の熱量Ｑｆが熱に変換される効率を表す効率パラメータ、θｐはクランク角幅により表される燃焼期間、ｍは熱発生率曲線の形状を表す形状パラメータ、θｂは熱発生開始クランク角、をそれぞれ表している。

燃料の熱量Ｑｆは例えば図７に示されるように燃料噴射時間ＴＡＵの関数としてあらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。なお、燃料の熱量Ｑｆを燃料噴射時間ＴＡＵ及び燃料噴射時期の一方又は両方に基づいて求めるようにしてもよい。

そうすると、効率パラメータｋ、燃焼期間θｐ、形状パラメータｍ及び熱発生開始クランク角θｂという４つのパラメータを算出すれば、モデル式Ｍを決定できることになる。

本発明による第１実施例では、まず、上述した熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθすなわちｎ個のデータ組（θ，ｄＱ（θ）／ｄθ）を式（５）に代入することにより、ｎ個の方程式が作成される。これら方程式は次式（６）により表される。

次いで、これら方程式を例えば最小二乗法を用いて解くことにより、４つのパラメータｋ，θｐ，ｍ，θｂが算出される。したがって、モデル式Ｍが決定される。

なお、未知のパラメータの数が４であるから、モデル式Ｍを決定するために必要な方程式又はデータ組の数ｎ４以上であるということになる。

モデル式Ｍが決まると、燃焼発生前の時期例えば点火時期θＳＡから燃焼完了後の時期例えば排気上死点θＴＤＣＥまで、モデル式Ｍないし式（５）を積分することにより、熱発生量Ｑｔが算出される。すなわち、熱発生量Ｑｔは次式（７）により表される。

このようにして算出されるＱｔは燃焼が排気弁開弁後も継続する場合でも熱発生量を正確に表している。したがって、失火の発生の有無を正確に判断することができる。

したがって、一般化して言うと、排気弁開弁前の熱発生率履歴を求め、排気弁開弁後の熱発生率履歴を排気弁開弁前の熱発生率履歴に基づいて推定し、排気弁開弁後の熱発生率履歴に基づいて熱発生量を推定しているということになる。この場合、排気弁開弁前の筒内圧履歴が求められ、排気弁開弁前の熱発生率履歴が排気弁開弁前の筒内圧履歴に基づいて求められる。更に、少なくとも排気弁開弁後の熱発生率履歴を表すモデル式が排気弁開弁前の熱発生率履歴に基づいて決定され、モデル式を用いて熱発生量が推定される。

図８は本発明による第１実施例の失火検出ルーチンを実行するためのフローチャートを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。

図８を参照すると、まずステップ１００では熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図９に示されている。続くステップ２００ではモデル式Ｍの決定ルーチンが実行される。このルーチンは図１０に示されている。続くステップ３００では熱発生量Ｑｔの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図１１に示されている。続くステップ４００では熱発生量Ｑｔがしきい値Ｑｍｆよりも小さいか否かが判別される。Ｑｔ＜Ｑｍｆのときにはステップ５００に進み、失火が発生していると判断される。これに対し、Ｑｔ≧Ｑｍｆのときには次いでステップ６００に進み、失火が発生していないと判断される。

熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθの算出ルーチンを示す図９を参照すると、ステップ１０１では図４のマップを用いて慣性モーメント履歴Ｊ（θ）が算出される。続くステップ１０２では、クランク角センサ４１により検出されているクランク角履歴θ（ｔ）が獲得され、すなわち読み込まれる。続くステップ１０３では、式（４）を用いてクランク角速度履歴ω（ｔ）が算出される。続くステップ１０４では、ω（ｔ）からクランク角速度履歴ω（θ）が算出される。続くステップ１０５では、クランク角速度ω（θ）の変化率の履歴ｄω（θ）／ｄｔが算出される。続くステップ１０６では、図５のマップを用いて慣性質量トルク履歴ＴＱｍ（θ）が算出される。続くステップ１０７では、吸入空気量に基づいて算出されている機関負荷率履歴ＫＬ（ｔ）が獲得される。続くステップ１０８では、ＫＬ（ｔ）及びθ（ｔ）から機関負荷率履歴ＫＬ（θ）が算出される。続くステップ１０９では、オイル温度センサ２７により検出されているエンジンオイル温度履歴Ｔｏ（ｔ）が獲得される。続くステップ１１０では、Ｔｏ（ｔ）及びθ（ｔ）からエンジンオイル温度履歴Ｔｏ（θ）が算出される。続くステップ１１１では、図６のマップを用いて機械損失トルク履歴ＴＱｆ（θ）が算出される。続くステップ１１２では、式（３）を用いて筒内圧トルク履歴ＴＱｐ（θ）が算出される。続くステップ１１３では、図３のマップを用いて筒内容積履歴Ｖ（θ）が算出される。続くステップ１１４では、筒内容積Ｖ（θ）の変化率の履歴ｄＶ（θ）／ｄθが算出される。続くステップ１１５では、式（２）を用いて筒内圧履歴Ｐｃ（θ）が算出される。

続くステップ１１６では、筒内圧Ｐｃ（θ）の変化率の履歴ｄＰｃ（θ）／ｄθが算出される。続くステップ１１７では、比熱比γが獲得される。続くステップ１１８では、点火時期θＳＡが獲得される。続くステップ１１９では、排気弁開弁時期θＥＶＯが獲得される。続くステップ１２０では、点火時期θＳＡから排気弁開弁時期θＥＶＯまでの熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθが式（１）を用いて算出される。

モデル式Ｍの決定ルーチンを示す図１０を参照すると、ステップ２０１では、図７のマップを用いて燃料の熱量Ｑｆが算出される。続くステップ２０２では、熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθを用いて方程式が作成される。続くステップ２０３では、方程式を解くことにより未知のパラメータ（ｋ，θｐ，ｍ，θｂ）が算出される。このようにして、モデル式Ｍが決定される。

熱発生量Ｑｔの算出ルーチンを示す図１１を参照すると、ステップ３０１では、排気上死点θＴＤＣＥが獲得される。続くステップ３０２では、点火時期θＳＡから排気上死点θＴＤＣＥまで、モデル式Ｍを積分することにより、熱発生量Ｑｔが算出される。

次に、本発明による第２実施例を説明する。

筒内ガスの熱量の変化は燃焼だけでなく、筒内ガスと筒壁との間の熱移動ないし熱損失によっても生じ得る。すなわち、上述のｄＱ（θ）／ｄθを見かけ上の熱発生率ｄＱ（θ）／ｄθと称すると、この見かけ上の熱発生率ｄＱ（θ）／ｄθは次式（８）で表される。

ここで、ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθは燃焼による熱発生率である燃焼熱発生率を、ｄＱｔｈ（θ）／ｄθは筒内ガスから筒壁への熱損失率を、それぞれ表している。

したがって、燃焼熱発生率ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθは次式（９）によって表される。

さて、本発明による第２実施例ではまず、排気弁開弁前の燃焼熱発生率の履歴ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθが算出される。次いで、少なくとも燃焼期間にわたる燃焼熱発生率履歴ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθを表すモデル式Ｍが燃焼熱発生率履歴ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθに基づいて決定される。

この場合、モデル式Ｍとして燃焼熱発生率ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθを表す次式（１０）が用いられる。

次いで、少なくとも燃焼期間にわたりモデル式Ｍないし式（１０）を積分することによって熱発生量Ｑｔが算出される。

その上で、熱発生量Ｑｔがしきい値Ｑｍｆよりも小さいときには失火が発生していると判断され、熱発生量Ｑｔがしきい値Ｑｍｆよりも大きいときには失火が発生していないと判断される。

この場合の熱発生量Ｑｔは燃焼による熱発生量を正確に表しており、この熱発生量Ｑｔに基づいて失火検出が行われるので、失火検出をより正確に行うことができる。また、Ｗｅｉｂｅ関数が燃焼による熱発生を模擬するものであることから、燃焼熱発生率ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθを表すモデル式Ｍを用いることにより、燃焼熱発生率ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθを正確に表すことができ、したがって熱発生量Ｑｔを正確に算出することができる。

具体的に説明すると、本発明による第２実施例では、第１実施例と同様に、点火時期θＳＡから排気弁開弁時期θＥＶＯまでの見かけ上の熱発生率ｄＱ（θ）／ｄθの履歴が算出される。また、点火時期θＳＡから排気弁開弁時期θＥＶＯまでの熱損失率履歴ｄＱｔｈ（θ）／ｄθが算出される。次いで、式（９）を用いて点火時期θＳＡから排気弁開弁時期θＥＶＯまでの燃焼熱発生率履歴ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθが算出される。

熱損失率ｄＱｔｈ（θ）／ｄθは本発明による第２実施例では次式（１１）を用いて算出される。

ここで、ｋは筒内ガスと筒壁ないし機関冷却水との間の熱伝達係数を、Ｔｃ（θ）は筒内ガス温度を、Ｔｗは機関冷却水温（θ）を、それぞれ表している。

筒内ガス温度Ｔｃ（θ）は状態方程式から導かれる次式（１２）を用いて算出される。

ここで、Ｒはガス定数を表している。

機関冷却水温Ｔｗ（θ）は時間ｔの関数としての機関冷却水温Ｔｗ（ｔ）をクランク角θの関数に変換することにより算出される。

熱伝達係数ｋは、燃焼開始前の時期例えば点火時期θＳＡにおける筒内ガス温度Ｔｃ（θＳＡ）、機関冷却水温Ｔｗ（θＳＡ）及び熱損失率ｄＱｔｈ（θＳＡ）／ｄθを式（１１）に代入して得られる式（１３）を用いて算出される。

点火時期θＳＡにおける熱損失率ｄＱｔｈ（θＳＡ）／ｄθは点火時期θＳＡにおける見かけ上の熱発生率ｄＱ（θＳＡ）／ｄθの負値（−ｄＱ（θＳＡ）／ｄθ）に相当し、したがって次式（１４）で表される。

すなわち、点火時期θＳＡにおける筒内ガス温度Ｔｃ（θＳＡ），機関冷却水温Ｔｗ（θＳＡ），熱損失率ｄＱｔｈ（θＳＡ）／ｄθから式（１３）を用いて熱伝達係数ｋが算出され、熱伝達係数ｋ、筒内ガス温度履歴Ｔｃ（θ）及び機関冷却水温履歴Ｔｗ（θ）から式（１１）を用いて熱損失率履歴ｄＱｔｈ（θ）／ｄθが算出される。次いで、見かけ上の熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθ及び熱損失率履歴ｄＱｔｈ（θ）／ｄθから式（９）を用いて燃焼熱発生率履歴ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθが算出される。

次いで、点火時期θＳＡから排気弁開弁時期θＥＶＯまでの燃焼熱発生率履歴ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθを式（１０）に代入することにより、複数の方程式が作成される。これら方程式は例えば次式（１５）により表される。

次いで、これら方程式を例えば最小二乗法を用いて解くことにより、モデル式Ｍが決定される。

次いで、このモデル式Ｍないし式（１０）を例えば点火時期θＳＡから排気上死点θＴＤＣＥまで積分することにより、熱発生量Ｑｔが算出される。すなわち、熱発生量Ｑｔは次式（１６）により表される。

したがって、一般化して言うと、排気弁開弁前の熱損失率履歴を求め、排気弁開弁前の熱発生率履歴と熱損失率履歴とに基づいて排気弁開弁前の燃焼熱発生率履歴を求め、排気弁開弁後の燃焼熱発生率履歴を排気弁開弁前の燃焼熱発生率履歴に基づいて推定し、排気弁開弁後の燃焼熱発生率履歴に基づいて熱発生量を推定しているということになる。

図１２は本発明による第２実施例の失火検出ルーチンを実行するためのフローチャートを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。

図１２を参照すると、まずステップ１００では見かけ上の熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図９に示されている。続くステップ１４０では、熱損失率履歴ｄＱｔｈ（θ）／ｄθの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図１３に示されている。続くステップ１６０では、式（９）を用いて燃焼熱発生率履歴ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθが算出される。

続くステップ２００ではモデル式Ｍの決定ルーチンが実行される。このルーチンは図１０に示されている。ただし、本発明による第２実施例では、このルーチンで決定されるモデル式Ｍは式（１０）で表されるものである。また、ステップ２０２において燃焼熱発生率履歴ｄＱｃｏｍｂ（θ）／ｄθを用いて方程式が作成される。

続くステップ３００では熱発生量Ｑｔの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図１１に示されている。ただし、本発明による第２実施例では、ステップ３０２で積分されるモデル式Ｍは式（１０）で表されるものである。

続くステップ４００では熱発生量Ｑｔがしきい値Ｑｍｆよりも小さいか否かが判別される。Ｑｔ＜Ｑｍｆのときにはステップ５００に進み、失火が発生していると判断される。これに対し、Ｑｔ≧Ｑｍｆのときには次いでステップ６００に進み、失火が発生していないと判断される。

熱損失率履歴ｄＱｔｈ（θ）／ｄθの算出ルーチンを示す図１３を参照すると、ステップ１４１ではＰｃ（θ）及びＶ（θ）から式（１２）を用いて筒内ガス温度履歴Ｔｃ（θ）が算出される。続くステップ１４２では、水温センサ２６により検出されている機関冷却水温履歴Ｔｗ（ｔ）が獲得される。続くステップ１４３では、Ｔｗ（ｔ）及びθ（ｔ）から機関冷却水温履歴Ｔｗ（θ）が算出される。続くステップ１４４では、点火時期θＳＡにおける筒内ガス温度履歴Ｔｃ（θＳＡ）が算出される。続くステップ１４５では、点火時期θＳＡにおける機関冷却水温履歴Ｔｗ（θＳＡ）が算出される。続くステップ１４６では、式（１４）を用いて点火時期θＳＡにおける熱損失率ｄＱｔｈ（θＳＡ）／ｄθが算出される。続くステップ１４７では、式（１３）を用いて熱伝達係数ｋが算出される。続くステップ１４８では、熱伝達係数ｋ、筒内ガス温度履歴Ｔｃ（θ）及び機関冷却水温履歴Ｔｗ（θ）から式（１１）を用いて熱損失率履歴ｄＱｔｈ（θ）／ｄθが算出される。

本発明による第２実施例その他の構成及び作用は本発明による第１実施例と同様であるので説明を省略する。

次に、本発明による第３実施例を説明する。

これまで述べてきた本発明による第１及び第２実施例では、しきい値Ｑｍｆは一定値に設定されている。

しかしながら、燃焼による熱発生量、特に燃料の低位発熱量はガソリン、アルコール、軽油といった燃料の種類に応じて変動し得る。

そこで本発明による第３実施例では、燃料の種類を表す燃料性状を検出し、しきい値Ｑｍｆを燃料性状に基づいて設定するようにしている。その結果、燃料の種類にかかわらず、失火検出を正確に行うことができる。

具体的に説明すると、本発明による第３実施例では、しきい値Ｑｍｆは次式（１７）を用いて算出される。

ここで、ｋｍｆは失火判定余裕代係数を、Ｑｂｓは燃料の低位発熱量を、それぞれ表している。

失火判定余裕代係数ｋｍｆは０から１までの値であって、例えば０．２から０．３が好ましい。

低位発熱量Ｑｂｓは燃料性状に応じて定まる燃料性状代表値Ｉの関数として図１４に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

燃料性状代表値Ｉは次のようにして算出される。すなわち、層流燃焼が終了する時間ないし時刻ｔＬＥにおける燃焼速度を層流燃焼速度ＳＬと称すると、層流燃焼速度ＳＬが燃料性状代表値Ｉの関数として図１５に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。本発明による第３実施例では、層流燃焼速度ＳＬが算出され、この層流燃焼速度ＳＬに最も近いＳＬを与えるＩが燃料性状代表値Ｉとされる。

層流燃焼速度ＳＬは次のようにして算出される。すなわち、まず燃焼速度の履歴Ｓｆ（ｔ）が算出される。次いで、層流燃焼終了時間ｔＬＥが算出される。次いで、層流燃焼終了時間ｔＬＥにおける燃焼速度Ｓｆ（ｔＬＥ）が層流燃焼速度ＳＬとされる。すなわち、層流燃焼速度ＳＬは次式（１８）を用いて算出される。

燃焼速度Ｓｆ（ｔ）は次のようにして算出される。すなわち、燃焼期間中には図１６に示されるように筒内に球状の既燃ガス部分Ｐｂとその周りの未燃ガス部分Ｐｕｂとが形成されると考えると、燃焼の進行と共に既燃ガス部分Ｐｂは拡大する。したがって、燃焼速度Ｓｆ（ｔ）は既燃ガス部分Ｐｂの半径ｒｂ（ｔ）から次式（１９）を用いて算出される。

既燃ガス部分Ｐｂ半径ｒｂ（ｔ）は既燃ガス部分Ｐｂの容積Ｖｂ（ｔ）から次式（２０）を用いて算出される。

既燃ガス部分容積Ｖｂ（ｔ）は次式（２１）を用いて算出される。

ここで、Ｖ（ｔ）は時間ｔの関数としての筒内容積を、ｘｂ（ｔ）は燃焼割合を、それぞれ表している。

筒内容積Ｖ（ｔ）は筒内容積Ｖ（θ）及びクランク角θ（ｔ）から算出される。筒内容積Ｖ（θ）は図３に示されるマップを用いて算出される。

燃焼割合ｘｂ（ｔ）は次式（２２）を用いて算出される。

ここで、ｔ（θ）はクランク角がθのときの時間を表している。

式（２２）において、分母は上述したように燃焼開始から燃焼終了までの熱発生量Ｑｔ、すなわち総熱発生量を表している。一方、分子は点火時期θＳＡからクランク角θまで熱発生率ｄＱ（θ）／ｄθを積分したもの、すなわち燃焼開始から時間ｔ（θ）までの熱発生量を表している。したがって、燃焼割合ｘｂ（ｔ）は時間ｔにおける燃焼の進行の程度を表している（０≦ｘｂ（ｔ）≦１）。

すなわち、熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθ及びクランク角履歴θ（ｔ）から式（２２）を用いて燃焼割合履歴ｘｂ（ｔ）が算出される。次いで、筒内容積履歴Ｖ（ｔ）及び燃焼割合履歴ｘｂ（ｔ）から式（２１）を用いて既燃ガス部分容積履歴Ｖｂ（ｔ）が算出される。次いで、既燃ガス部分容積履歴Ｖｂ（ｔ）から式（２０）を用いて既燃ガス部分半径履歴ｒｂ（ｔ）が算出される。次いで、既燃ガス部分半径履歴ｒｂ（ｔ）から式（１９）を用いて燃焼速度履歴Ｓｆ（ｔ）が算出される。

一方、層流燃焼終了時間ｔＬＥは次のようにして算出される。すなわち、時間ｔの関数としての燃焼速度履歴Ｓｆ（ｔ）が、燃焼が開始されてから層流燃焼が行われている間は下に凸の曲線を描き、層流燃焼が終了すると上に凸の曲線を描くと仮定すると、層流燃焼終了時間ｔＬＥは燃焼速度履歴Ｓｆ（ｔ）に燃焼開始後初めて変曲点が生ずる時間ｔであるということになる。したがって、本発明による第３実施例では、層流燃焼終了時間ｔＬＥは次式（２３）を用いて算出される。

ここで、関数ｍｉｎ｛ｘ｜ｙ，ｚ｝は条件ｙ及びｚを同時に満たすｘのうち最小のものを与える関数である。すなわち、燃焼速度履歴Ｓｆ（ｔ）の２回微分値をゼロにする時間ｔのうち最小のものが層流燃焼終了時間ｔＬＥとされる。

層流燃焼終了時間ｔＬＥが算出されると、式（１８）を用いて層流燃焼速度ＳＬが算出される。次いで、層流燃焼速度ＳＬから図１５のマップを用いて燃料性状代表値Ｉが算出される。次いで、燃料性状代表値Ｉから図１４のマップを用いて燃料の低位発熱量Ｑｂｓが算出される。次いで、燃料の低位発熱量Ｑｂｓから式（１７）を用いてしきい値Ｑｍｆが算出される。

図１７は本発明による第３実施例の失火検出ルーチンを実行するためのフローチャートを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。

図１７を参照すると、まずステップ１００では熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図９に示されている。続くステップ２００ではモデル式Ｍの決定ルーチンが実行される。このルーチンは図１０に示されている。続くステップ３００では発生量Ｑｔの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図１１に示されている。続くステップ３２０では、しきい値Ｑｍｆの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図１８に示されている。続くステップ４００では熱発生量Ｑｔがしきい値Ｑｍｆよりも小さいか否かが判別される。Ｑｔ＜Ｑｍｆのときにはステップ５００に進み、失火が発生していると判断される。これに対し、Ｑｔ≧Ｑｍｆのときには次いでステップ６００に進み、失火が発生していないと判断される。

しきい値Ｑｍｆの算出ルーチンを示す図１８を参照すると、ステップ３２１では、熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθ及びクランク角履歴θ（ｔ）から式（２２）を用いて燃焼割合履歴ｘｂ（ｔ）が算出される。続くステップ３２２では、筒内容積Ｖ（θ）及びクランク角θ（ｔ）から筒内容積履歴Ｖ（ｔ）が算出される。続くステップ３２３では、筒内容積履歴Ｖ（ｔ）及び燃焼割合履歴ｘｂ（ｔ）から式（２１）を用いてＶｂ（ｔ）が算出される。続くステップ３２４では、既燃ガス部分容積履歴Ｖｂ（ｔ）から式（２０）を用いて既燃ガス部分半径履歴ｒｂ（ｔ）が算出される。続くステップ３２５では、既燃ガス部分半径履歴ｒｂ（ｔ）から式（１９）を用いて燃焼速度履歴Ｓｆ（ｔ）が算出される。続くステップ３２６では、燃焼速度履歴Ｓｆ（ｔ）から式（２３）を用いて層流燃焼終了時間ｔＬＥが算出される。続くステップ３２７では、層流燃焼終了時間ｔＬＥから式（１８）を用いて層流燃焼速度ＳＬが算出される。続くステップ３２８では、層流燃焼速度ＳＬから図１５のマップを用いて燃料性状代表値Ｉが算出される。続くステップ３２９では、燃料性状代表値Ｉから図１４のマップを用いて燃料の低位発熱量Ｑｂｓが算出される。続くステップ３３０では、燃料の低位発熱量Ｑｂｓから式（１７）を用いてしきい値Ｑｍｆが算出される。

なお、本発明による第３実施例のその他の構成及び作用は本発明による第１実施例と同様であるので説明を省略する。また、本発明による第３実施例を第２実施例と組み合わせることもできる。

内燃機関の全体図である。 本発明による第１実施例を説明するための図である。 筒内容積Ｖ（θ）のマップを示す図である。 慣性モーメントＪ（θ）のマップを示す図である。 慣性質量トルクＴＱｍ（θ）のマップを示す図である。 機械損失トルクＴＱｆ（θ）のマップを示す図である。 燃料の熱量Ｑｆのマップを示す図である。 本発明による第１実施例の失火検出ルーチンを示すフローチャートである。 熱発生率履歴ｄＱ（θ）／ｄθの算出ルーチンを示すフローチャートである。 モデル式Ｍの決定ルーチンを示すフローチャートである。 熱発生量Ｑｔの算出ルーチンを示すフローチャートである。 本発明による第２実施例の失火検出ルーチンを示すフローチャートである。 熱損失率履歴ｄＱｔｈ（θ）／ｄθの算出ルーチンを示すフローチャートである。 燃料の低位発熱量Ｑｂｓのマップを示す図である。 層流燃焼速度ＳＬのマップを示す図である。 既燃ガス部分Ｐｂを説明するための図である。 本発明による第３実施例の失火検出ルーチンを示すフローチャートである。 しきい値Ｑｍｆの算出ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
５ 燃焼室
８ 排気弁
４１ クランク角センサ

Claims (5)

1. 燃焼が排気弁の開弁後も継続し得る内燃機関において、排気弁開弁前の熱発生率履歴を求める手段と、排気弁開弁後の熱発生率履歴を該排気弁開弁前の熱発生率履歴に基づいて推定する手段と、該排気弁開弁後の熱発生率履歴に基づいて熱発生量を推定する手段と、該熱発生量がしきい値よりも小さいときに失火が発生していると判断する手段と、を具備した失火検出装置。
2. 排気弁開弁前の熱損失率履歴を求め、前記排気弁開弁前の熱発生率履歴と該熱損失率履歴とに基づいて、燃焼による熱発生率の履歴である燃焼熱発生率履歴であって排気弁開弁前の燃焼熱発生率履歴を求め、排気弁開弁後の燃焼熱発生率履歴を該排気弁開弁前の燃焼熱発生率履歴に基づいて推定し、該排気弁開弁後の燃焼熱発生率履歴に基づいて熱発生量を推定するようにした請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置。
3. 燃料性状を求め、前記しきい値を該燃料性状に基づいて設定するようにした請求項１又は２に記載の内燃機関の失火検出装置。
4. 排気弁開弁前の筒内圧履歴を求め、前記排気弁開弁前の熱発生率履歴を該排気弁開弁前の筒内圧履歴に基づいて求めるようにした請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関の失火検出装置。
5. 少なくとも排気弁開弁後の熱発生率履歴を表すモデル式を前記排気弁開弁前の熱発生率履歴に基づいて決定し、該モデル式を用いて熱発生量を推定するようにした請求項１から４まで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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