失火検出システム
【課題】失火検出をより正確に行う。
【解決手段】内燃機関の運動エネルギを利用して作動し、発電電圧を変更可能な発電機１１０と、充電電圧が相違する複数のバッテリ１０２ａ，１０３ａと、複数のバッテリバッテリ１０２ａ，１０３ａのそれぞれに接続される電気負荷バッテリ１０２ｂ，１０３ｂと、内燃機関の回転変動に基づいて失火を検出する検出手段２０と、複数のバッテリバッテリ１０２ａ，１０３ａのなかで、発電機１１０を接続することで発電負荷が最も大きくなる一のバッテリを選択する選択手段２０と、検出手段２０により失火を検出するときに、選択手段により選択される一のバッテリを発電機１１０に接続すると共に、発電機１１０の発電電圧を該一のバッテリの充電電圧に合わせて該発電機を作動させる制御手段２０と、を備える。
【解決手段】内燃機関の運動エネルギを利用して作動し、発電電圧を変更可能な発電機１１０と、充電電圧が相違する複数のバッテリ１０２ａ，１０３ａと、複数のバッテリバッテリ１０２ａ，１０３ａのそれぞれに接続される電気負荷バッテリ１０２ｂ，１０３ｂと、内燃機関の回転変動に基づいて失火を検出する検出手段２０と、複数のバッテリバッテリ１０２ａ，１０３ａのなかで、発電機１１０を接続することで発電負荷が最も大きくなる一のバッテリを選択する選択手段２０と、検出手段２０により失火を検出するときに、選択手段により選択される一のバッテリを発電機１１０に接続すると共に、発電機１１０の発電電圧を該一のバッテリの充電電圧に合わせて該発電機を作動させる制御手段２０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、失火検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
失火判定中に発電機の発電負荷を、失火判定し易いように制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、充電電圧の異なる複数のバッテリを備えている場合には、夫々のバッテリの残容量（ＳＯＣ）、電気負荷、発電電圧などによって、発電機の発電負荷が異なる。したがって、失火判定中に充電しているバッテリによっては、失火判定がし難くなる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５２３３２号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１７０１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１０１１９７号公報
【特許文献４】特開平１０−２５２４５３号公報
【特許文献５】特開２００６−１８３５３６号公報
【特許文献６】特開２００６−２２６２０５号公報
【特許文献７】特開２００４−３０８５８２号公報
【特許文献８】特開２００４−２３９２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、失火検出をより正確に行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による失火検出システムは、
内燃機関の運動エネルギを利用して作動し、発電電圧を変更可能な発電機と、
充電電圧が相違する複数のバッテリと、
前記複数のバッテリのそれぞれに接続される電気負荷と、
前記内燃機関の回転変動に基づいて失火を検出する検出手段と、
前記複数のバッテリのなかで、前記発電機を接続することで発電負荷が最も大きくなる一のバッテリを選択する選択手段と、
前記検出手段により失火を検出するときに、前記選択手段により選択される一のバッテリを発電機に接続すると共に、前記発電機の発電電圧を該一のバッテリの充電電圧に合わせて該発電機を作動させる制御手段と、
を備える。
【０００７】
ここで、内燃機関の低負荷領域では、燃焼ばらつきが大きくなる。このため、内燃機関の低負荷領域において回転変動を利用して失火を検出すると精度が低くなる虞がある。そこで、制御手段は、内燃機関の低負荷領域において失火の検出を行わないように、発電機の発電負荷を増加させることで、内燃機関の負荷を増加させている。これにより、燃焼ばらつきの小さくなる内燃機関の中、高負荷領域で失火の検出を行うことができるため、検出精度を高めることができる。
【０００８】
そして、複数のバッテリの中から最も発電負荷の大きくなるバッテリを選択することで、より大きな負荷を内燃機関に与えることができるので、燃焼ばらつきをより小さくすることができる。したがって、失火の検出精度をより高めることができる。
【０００９】
本発明においては、前記選択手段は、前記複数のバッテリの夫々の残容量及び前記複数のバッテリの夫々に接続される電気負荷の消費電力に基づいて、発電負荷を算出することができる。
【００１０】
ここで、バッテリの残容量（ＳＯＣ）によって発電負荷が変化する。また、発電機の発電電圧によっても発電負荷が変化する。そして、ＳＯＣが小さくなるほど、また、充電電圧が高いほど、バッテリの充電電力（バッテリの受入性）は大きくなるため、発電負荷が大きくなる。
【００１１】
また、充電時に使用している電気負荷によっても発電負荷が変化する。すなわち、消費電力が大きいほど発電負荷が大きくなる。
【００１２】
以上より、バッテリごとに発電負荷を算出し、その中から最も大きな発電負荷となるバッテリを発電機に接続すれば、内燃機関の負荷を最も大きくすることができるため、失火の検出精度をより高めることができる。
【００１３】
本発明においては、前記内燃機関の排気通路に設けられ、電力の供給により発熱する担体に触媒を担持させた電気加熱式触媒と、
前記検出手段により失火を検出するときに、前記電気加熱式触媒へ電力を供給する触媒制御手段と、
を備えることができる。
【００１４】
ここで、失火を検出している最中にも燃焼が安定せずに失火が発生している場合がある。そして、失火が発生すると、内燃機関からＨＣが排出され、該ＨＣが触媒に付着する虞がある。その後、排気温度が上昇したときに、触媒に付着しているＨＣが一斉に燃焼すると、該触媒が過熱する虞がある。これに対し、失火を検出するときに電気加熱式触媒へ通電することにより、内燃機関から排出されるＨＣを該電気加熱式触媒にて随時燃焼させることができるので、多くのＨＣが一斉に燃焼することを抑制できる。また、電気加熱式触媒へ電力を供給することにより、発電機の発電負荷を大きくし得る。このため、内燃機関の負荷を増加させることができるので、失火の検出精度を高めることができる。また、バッテリに充電されることによりＳＯＣが大きくなると、発電負荷が減少するが、電気加熱式触媒へ電力を供給することにより、ＳＯＣが大きくなることを抑制できる。
【００１５】
本発明においては、前記内燃機関の吸気通路に設けられ、電力の供給により過給を行うターボチャージャと、
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、電力の供給により発熱して前記内燃機関の吸気の温度を上昇させる吸気ヒータと、
前記検出手段により失火が検出される頻度に応じて、前記ターボチャージャまたは前記吸気ヒータに電力を供給する供給手段と、
を備えることができる。
【００１６】
すなわち、失火が発生する頻度に応じて内燃機関の吸入空気の温度を上昇させれば、吸入空気の温度を上昇させ過ぎることもないため、失火の発生を効率よく抑制できる。また、発電機の発電負荷を増加させることで、内燃機関の負荷を増加させることができるため、失火の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、失火検出をより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例に係る車両の概略構成を示す図である。
【図２】電気系回路の概略構成を示す図である。
【図３】機関トルクと、失火シグナルとノイズとの比（失火シグナル／ノイズ）であるＳ／Ｎ比と、の関係を示した図である。
【図４】バッテリの充電電圧とバッテリの充電電力との関係を示した図である。
【図５】失火頻度に対して作動させる高電圧負荷を示した図である。
【図６】筒内圧力と筒内温度と着火限界との関係を示した図である。
【図７】失火を抑制するときの各装置の作動状態を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る失火検出システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２０】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る車両の概略構成を示す図である。図１において、車両には、原動機としての内燃機関１が搭載されている。内燃機関１の出力軸はトランスミッション２の入力軸に連結されている。トランスミッション２の出力軸はプロペラシャフト３を介してデファレンシャルギア４に連結されている。デファレンシャルギア４には、二本のドライブシャフト５が接続され、ドライブシャフト５は左右の駆動輪６にそれぞれ接続されている。前記したトランスミッション２としては、トルクコンバータまたはクラッチ機構と、変速比を段階的または無段階に変更する変速機構と、を組み合わせたものを例示することができる。
【００２１】
内燃機関１から出力された動力（出力軸の回転トルク）は、トランスミッション２により速度変換された後にプロペラシャフト３に伝達され、次いでデファレンシャルギア４により減速された後にドライブシャフト５及び駆動輪６に伝達される。
【００２２】
内燃機関１には、電気系回路１００が併設されている。図２は、電気系回路１００の概略構成を示す図である。電気系回路１００は、図２に示すように、発電ユニット１０１、高電圧系回路１０２、低電圧系回路１０３を備えている。
【００２３】
発電ユニット１０１は、オルタネータ１１０と切替スイッチ１２０を備えている。なお、本実施例ではオルタネータ１１０が、本発明における発電機に相当する。
【００２４】
オルタネータ１１０は、内燃機関１の出力軸（または、該出力に連動して回転する部材）とプーリやベルトなどを介して連結され、出力軸の運動エネルギ（回転エネルギ）を電気エネルギに変換する発電機である。詳細には、オルタネータ１１０は、三相の捲線を有するステータコイルと、ロータに巻回されたフィールドコイルと、ステータコイルに発生した交流電流を直流電流に整流する整流器と、フィールドコイルに対する界磁電流（フィールド電流）の通電（オン）と非通電（オフ）を切り換えるレギュレータ１１０ａと、を具備する三相交流発電機である。このように構成されたオルタネータ１１０は、フィールドコイルに界磁電流（フィールド電流）が通電されたときに、ステータコイルに誘起電流（三相交流電流）を発生させ、発生した三相交流電流を直流電流に整流して出力する。
【００２５】
切替スイッチ１２０は、オルタネータ１１０の出力を低電圧系回路１０３又は高電圧系回路１０２の何れか一方に入力させるための機器である。切替スイッチ１２０は、一つの
入力端子１２０ａと二つの出力端子１２０ｂ，１２０ｃを具備し、２つの出力端子１２０ｂ，１２０ｃの何れか一方を入力端子１２０ａと導通させる。入力端子１２０ａには、オルタネータ１１０の出力が入力されるようになっている。２つの出力端子１２０ｂ，１２０ｃの一方の出力端子（以下、「第１出力端子」と称する）１２０ｂは、高電圧系回路１０２に接続されている。二つの出力端子１２０ｂ，１２０ｃの他方（以下、「第２出力端子」と称する）１２０ｃは、低電圧系回路１０３に接続されている。なお、切替スイッチ１２０としては、有接点スイッチを利用することもできるが、無接点スイッチを利用することが望ましい。
【００２６】
高電圧系回路１０２は、高電圧Ｖｈ（たとえば、４３．５Ｖ程度）の電気を入出力可能な回路であり、高電圧バッテリ１０２ａや高電圧負荷１０２ｂが並列に接続された回路である。高電圧負荷１０２ｂは、たとえば、内燃機関１の潤滑油を加熱するためのオイルヒータ、内燃機関１の冷却水を加熱するための冷却水ヒータ、電気加熱式触媒、内燃機関１の吸気を加熱するための吸気ヒータ、内燃機関１の燃料または吸気を加熱するグロープラグ、或いはモータアシスト式のターボチャージャ（以下、モータアシストターボという。）などである。オイルヒータは、電力を供給することで発熱して潤滑油の温度を上昇させる。冷却水ヒータは、電力を供給することで発熱して冷却水の温度を上昇させる。吸気ヒータは、電力を供給することで発熱して吸気の温度を上昇させる。また、グロープラグは、電力を供給することで発熱して吸気または燃料の温度を上昇させる。また、モータアシストターボは、電力を供給することで過給を行う。
【００２７】
そして、電気加熱式触媒は、内燃機関１の排気通路に設けられる。電気加熱式触媒は、電気抵抗となって、通電により発熱する材質の触媒担体に、酸化機能を有する触媒が担持されている。触媒担体は、排気の流れる方向に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。また、触媒は、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒などを挙げることができる。なお、通電により発熱する発熱体よりも下流側に触媒を備えることで電気加熱式触媒としてもよい。
【００２８】
一方、低電圧系回路１０３は、低電圧Ｖｌ（たとえば、１４．５Ｖ程度）の電気を入出力可能な回路であり、低電圧バッテリ１０３ａや低電圧負荷１０３ｂが並列に接続された回路である。低電圧負荷１０３ｂは、たとえば、各種のアクチュエータやラジエータ用ファンなどである。
【００２９】
ここで図１に戻り、車両には、内燃機関１、トランスミッション２、及び電気系回路１００を電気的に制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。なお、図１においては、ＥＣＵ２０は一つであるが、内燃機関１を制御するためのＥＣＵとトランスミッション２を制御するためのＥＣＵと電気系回路１００を制御するためのＥＣＵとに分割されていてもよい。
【００３０】
ＥＣＵ２０には、アクセルポジションセンサ２１、シフトポジションセンサ２２、ブレーキセンサ２３、クランクポジションセンサ２４、車速センサ２５等の各種センサの出力信号が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０には、高電圧バッテリ１０２ａおよび低電圧バッテリ１０３ａの放電電圧も入力されるようになっている。
【００３１】
アクセルポジションセンサ２１は、アクセルペダルの操作量（踏み込み量）に応じた電気信号を出力するセンサである。シフトポジションセンサ２２は、シフトレバーの操作位置に応じた電気信号を出力するセンサである。ブレーキセンサ２３は、ブレーキペダルの操作量（踏み込み量）に応じた電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ２４は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に応じた電気信号を出
力するセンサである。車速センサ２５は、車両の走行速度に応じた電気信号を出力するセンサである。
【００３２】
ＥＣＵ２０は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１、トランスミッション２、電気系回路１００などを制御する。以下、電気系回路１００の制御方法について述べる。
【００３３】
ＥＣＵ２０は、レギュレータ１１０ａのオン／オフをデューティ制御することにより、オルタネータ１１０の発電電圧を変更する。たとえば、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１０の発電電圧を高める場合は、レギュレータ１１０ａのオン時間が長く（オフ時間が短く）なるようにデューティ比を決定する。オルタネータ１１０の発電電圧を低める場合は、ＥＣＵ２０は、レギュレータ１１０ａのオン時間が短く（オフ時間が長く）なるようにデューティ比を決定する。ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１０の実際の発電電圧をセンシングし、実際の発電電圧と目標発電電圧との差に応じてデューティ比のフィードバック制御も行う。
【００３４】
高電圧系回路１０２に電気を供給するときは、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１０の発電電圧圧を高電圧系回路１０２に適した電圧（高電圧）Ｖｈと一致するようにレギュレータ１１０ａをデューティ制御するとともに、入力端子１２０ａと第１出力端子１２０ｂとが接続されるように切替スイッチ１２０を制御する。
【００３５】
低電圧系回路１０３に電気を供給するときは、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１０の発電電圧を低電圧系回路１０３に適した電圧（低電圧）Ｖｌと一致するようにレギュレータ１１０ａをデューティ制御するとともに、入力端子１２０ａと第２出力端子１２０ｃとが接続されるように切替スイッチ１２０を制御する。
【００３６】
また、車両が減速走行状態にあるとき、たとえば、車速が零より大きく且つアクセルペダルの操作量が零であるときは、駆動輪６の運動エネルギがドライブシャフト５、デファレンシャルギア４、プロペラシャフト３、トランスミッション２、及び内燃機関１を介してオルタネータ１１０へ伝達される。つまり、オルタネータ１１０のロータが駆動輪６に連動して回転する。その際、オルタネータ１１０にフィールド電流が印加されれば、駆動輪６の運動エネルギを電気エネルギに変換（回生）することができる。
【００３７】
また、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の失火を検出する。ここで、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２４の出力信号に基づいて内燃機関１の回転変動を検出することで、該内燃機関１に失火が発生している否か判定する。なお、本実施例では、内燃機関１の回転変動に基づいて失火検出を行えばよく、その手法については限定しない。なお、本実施例においては失火を検出するＥＣＵ２０が、本発明における検出手段に相当する。
【００３８】
例えば、１０ＣＡ（クランクアングル）回転するのに要する時間を検出し、この時間を３０ＣＡ回転するのに要する時間に変換する。この時間に基づいて、クランク角速度ωｎを算出する。さらに、１１回前のクランク角速度ωｎ−１１から最新のクランク角速度ωｎまでの移動平均Ｓｎを算出する。この移動平均Ｓｎは、クランク軸１回転に対応する平均値である。次に、コムフィルタ処理によりコムフィルタ値Ｃｎを算出する。コムフィルタ値Ｃｎは、最新の移動平均Ｓｎからクランクアングル１８０度前に算出された移動平均Ｓｎ−６を減算することにより得る。本実施例では、クランク軸が１８０度回転する毎に何れかの気筒で膨張行程となる。したがって、移動平均Ｓｎ−６は、１つ前の燃焼サイクルで算出された平均値に相当する。このコムフィルタ値Ｃｎを基にして、気筒平均処理により気筒平均処理値Ｍｎを算出する。気筒平均処理値Ｍｎは、５回前のコムフィルタ値Ｃｎ−５から最新のコムフィルタ値Ｃｎまでの平均値である。すなわち、クランクアングル
で１８０度の期間におけるコムフィルタ値Ｃｎの平均値に相当する。そして、最新の気筒平均処理値Ｍｎから１回前の気筒平均処理値Ｍｎ−１を減算することで、気筒間差分ΔＭｎを算出する。次いで、３回前から最新までの気筒間差分ΔＭｎの平均値を算出する。この平均値から気筒間差分ΔＭｎの減算を、３回前の気筒間差分ΔＭｎ−３から最新の気筒間差分ΔＭｎまで行い、これら４回分の算出結果の絶対値の総和を失火インデックスＭＳとする。この失火インデックスＭＳは、失火の発生に応じて値が大きくなる。
【００３９】
そして、失火インデックスＭＳと閾値とを比較し、該失火インデックスＭＳが閾値以上であれば失火が発生したと判定され、閾値未満であれば失火は発生していないと判定される。また、所定期間において失火が発生した回数に応じて失火の頻度を検出することもできる。なお、失火インデックスＭＳが閾値未満となる頻度を該頻度の閾値と比較し、この頻度が閾値以上であったときに失火していると確定してもよい。そして、失火が検出されるか、または、失火の頻度が所定値以上であれば、たとえばＥＧＲガスの供給量を減少させることで失火の発生を抑制してもよい。
【００４０】
このようにクランクアングルを使用して失火の検出を行う場合には、高回転、低負荷において失火の検出精度が低くなる。
【００４１】
ここで、図３は、機関トルクと、失火シグナルとノイズとの比（失火シグナル／ノイズ）であるＳ／Ｎ比と、の関係を示した図である。図３に示されるように、機関トルクが高いほど、Ｓ／Ｎ比が高くなり、失火を検出し易くなる（一点鎖線参照）。一方、低トルクでは、燃焼ばらつきが元々大きいため、失火との切り分けが困難となる。
【００４２】
そこで本実施例では、低負荷時において失火の検出が行われないようにする。このため、失火の検出を行うときには、オルタネータ１１０の発電負荷を増加させることで、内燃機関１の負荷を増加させる。
【００４３】
ところで、本実施例のように高電圧系回路１０２と低電圧系回路１０３とを備えている場合には、どちらの回路に対して発電を行うのかにより、発電負荷が異なる。このため、より発電負荷の大きな方を選択することにより、内燃機関１の負荷をより大きくすることができる。この選択はＥＣＵ２０により行われる。なお、本実施例においてはこのような選択を行うＥＣＵ２０が、本発明における選択手段に相当する。
【００４４】
ここで、高電圧バッテリ１０２ａ及び低電圧バッテリ１０３ａの残容量（ＳＯＣ）に応じてオルタネータ１１０の発電負荷が変わる。また、高電圧負荷１０２ｂ及び低電圧負荷１０３ｂの作動状況に応じてもオルタネータ１１０の発電負荷が変わる。さらに、発電電圧によってオルタネータ１１０の発電効率が変わる。これらを考慮すれば、何れの回路に対して発電を行えば、発電負荷が大きくなるか判断できる。
【００４５】
ここで、図４は、バッテリの充電電圧とバッテリの充電電力との関係を示した図である。充電電圧が３６Ｖのバッテリは高電圧バッテリ１０２ａに相当し、充電電圧が１２Ｖのバッテリは低電圧バッテリ１０３ａに相当する。夫々のバッテリにおいては充電電圧に幅があり、夫々のバッテリにおいて充電電圧が大きくなるほど、充電電力が大きくなる。また、バッテリの充電電力（バッテリ受入性）は、バッテリのＳＯＣが低いほど、また、充電電圧が大きいほど、大きくなる。そして、バッテリの充電電力が大きいほど、オルタネータ１１０の発電負荷が大きくなり、内燃機関１の負荷を大きくすることができる。
【００４６】
また、高電圧負荷１０２ｂ及び低電圧負荷１０３ｂにおいては、電気負荷が大きくなるほど、オルタネータ１１０の発電負荷が大きくなる。なお、本実施例においては高電圧負荷１０２ｂ及び低電圧負荷１０３ｂが、本発明における電気負荷に相当する。
【００４７】
そこで、本実施例では、各バッテリの充電状態と各バッテリに接続された電気負荷の消費電力とをパラメータとして各回路の電気負荷を夫々演算し、高電圧バッテリ１０２ａ及び低電圧バッテリ１０３ａのうち、電気負荷が大きい方の回路へオルタネータ１１０から電力を供給する。
【００４８】
ここで、各回路に接続したときにオルタネータ１１０が発生させる電力Ｗは、以下の数式（１）により演算することができる。
Ｗ＝（Ｖａｌｔ２−Ｖｂａ＊Ｖａｌｔ）／｛Ｒ１＋（Ｒ２＊Ｒ３）／（Ｒ２＋Ｒ３）｝・・・（１）
【００４９】
上記した式中のＶａｌｔはオルタネータ１１０の発電電圧を示し、Ｖｂａは各バッテリの定格電圧を示し、Ｒ１はオルタネータ１１０から各バッテリに至る電気配線の抵抗の大きさを示し、Ｒ２は各バッテリのＳＯＣをパラメータとして特定される内部抵抗の大きさを示し、Ｒ３は各電気負荷の消費電力を抵抗値に換算した値を示す。
【００５０】
ＥＣＵ２０は、高電圧系回路１０２と低電圧系回路１０３とのそれぞれについて発生電力Ｗを演算する。なお、以下では、高電圧系回路１０２の発生電力をＷｈと記し、低電圧系回路１０３の発生電力をＷｌと記すものとする。
【００５１】
そして、ＥＣＵ２０は、高電圧系回路１０２の発生電力Ｗｈと、低電圧系回路１０３の発生電力Ｗｌとを比較し、発生電力Ｗが大きい方の回路に電力が供給されるように、オルタネータ１１０及び切替スイッチ１２０を制御する。なお、本実施例においてはこのようにオルタネータ１１０及び切替スイッチ１２０を制御するＥＣＵ２０が、本発明における制御手段に相当する。
【００５２】
また、発電効率は発電電圧によって大きく異なるため、上記数式（１）により得られる発生電力Ｗに発電効率を乗算した値を発電電力Ｗとしてもよい。
【００５３】
ところで、失火が発生しているか否かを判断する処理を行っている最中に、失火が発生することもあり得る。そして、失火が発生すると、内燃機関１からＨＣが排出される。このＨＣが触媒へ付着すると、失火検出後に正常な燃焼状態となり排気の温度が上昇したときに、該ＨＣが急激に燃焼して該触媒が過熱する虞がある。
【００５４】
そこで、失火を検出する処理の最中には、高電圧負荷１０２ｂの一つである電気加熱式触媒に電力を供給する。これにより、内燃機関１から排出されたＨＣを電気加熱式触媒にて燃焼させることができる。すなわち、ＨＣが電気加熱式触媒へ到達すると該ＨＣがすぐに燃焼されるため、触媒にＨＣが多く付着した状態で一斉に燃焼することを抑制できる。これにより、電気加熱式触媒およびその下流側の触媒の過熱を抑制できる。
【００５５】
また、電気加熱式触媒に電力を供給することで、オルタネータ１１０の電気負荷を増加させることができる。ここで、失火が発生しているか否かを判断する処理の最中にバッテリへの充電が進んでＳＯＣが高くなると、発電負荷が減少してしまう。これに対し、電気加熱式触媒に電力を供給することで、ＳＯＣが高くなることを抑制できる。これにより、発電負荷の減少を抑制できる。なお、本実施例においては失火検出中に電気加熱式触媒へ通電するＥＣＵ２０が、本発明における触媒制御手段に相当する。
【００５６】
ここで、本実施例では、高電圧負荷１０２ｂとして、モータアシストターボ、吸気ヒータ、グロープラグ等を備えている。これらの高電圧負荷１０２ｂを作動させることで燃焼状態を改善して失火を抑制できる。また、これらの高電圧負荷１０２ｂを作動させると、
高電圧バッテリ１０２ａのＳＯＣが低下する虞がある。これに対し、高電圧負荷１０２ｂを作動させると同時に、オルタネータ１１０による発電を行うことにより、電気負荷を大きくしつつ、失火を抑制できる。
【００５７】
なお、失火の頻度に基づいて、作動させる高電圧負荷１０２ｂを選択してもよい。ここで、図５は、失火頻度に対して作動させる高電圧負荷を示した図である。失火頻度は、所定サイクル中に失火が発生した回数に応じて３段階に分けられる。
【００５８】
失火が多く発生する場合を「多」、失火の発生頻度が中程度の場合を「中」、失火の発生が少ない場合を「少」としている。また、図５中で示される「発電」は、オルタネータ１１０による発電を示し、ＯＮのときに発電が行われ、ＯＦＦのときに発電が停止される。「ＥＧＲ」は、ＥＧＲガスの供給を示し、「低減」は、ＥＧＲガスの供給量を内燃機関１の運転状態に応じて決定されるＥＧＲガスの供給量を低減させることを示している。内燃機関１の運転状態に応じて決定されるＥＧＲガスの供給量、及び、失火頻度に応じて決定されるＥＧＲガスの供給量は予め実験等により最適値を求めておく。「噴射時期」は、気筒内への燃料噴射の時期を示している。「進角」とは、内燃機関１の運転状態に応じて決定される噴射時期よりも進角させることを示している。内燃機関１の運転状態に応じて決定される噴射時期、及び、失火頻度に応じて決定される噴射時期は予め実験等により最適値を求めておく。「モータアシストターボ」及び「吸気ヒータ」は、夫々「ＯＮ」のときに作動し、「ＯＦＦ」のときに停止される。
【００５９】
失火頻度が「多」のときには、燃焼状態を速やかに改善させるため、ＥＧＲガスの供給量を低減させ、且つ、噴射時期を進角させる。また、オルタネータ１１０で発電を行いつつ、モータアシストターボ及び吸気ヒータを作動させる。
【００６０】
失火頻度が「中」のときには、モータアシストターボまたは吸気ヒータの何れか一方で、より効果が大きな方を選択して作動させる。例えば、吸気温度、吸気圧力等から筒内圧力及び筒内温度を推定する。そして、着火限界まで圧力または温度を上昇させるために、圧力または温度のどちらがより低い電力で上昇可能なのか演算を行う。そして、低電力で着火限界に達することができる方を作動させる。
【００６１】
ここで、図６は、筒内圧力と筒内温度と着火限界との関係を示した図である。着火限界を示す実線よりも筒内圧力及び筒内温度が高くなければ着火しない。現時点における筒内圧力がＡで示され、現時点における筒内温度がＣで示される。モータアシストターボにより筒内圧力を上昇させて着火限界に到達させるためには、筒内圧力をＣで示される値まで上昇させなければならない。一方、吸気ヒータにより筒内温度を上昇させて着火限界に到達させるためには、筒内温度をＤで示される値まで上昇させなければならない。なお、筒内温度の上昇量および筒内圧力の上昇量と、モータアシストターボ及び吸気ヒータの夫々の電力消費量と、の関係を予め実験等により求めてＥＣＵ２０に記憶させておく。
【００６２】
なお、失火頻度が「多」のときのほうが、「中」のときよりも、ＥＧＲ率をより高くし、噴射時期の進角量をより大きくする。これにより、失火頻度に応じたＥＧＲ率の設定及び噴射時期の設定が可能となる。
【００６３】
また、失火頻度が「少」のときには、ＥＧＲ率及び噴射時期をマップを用いて設定する。このマップは予め実験等により求めておく。なお、失火頻度が高いほど、ＥＧＲ率を低くしてもよく、または、噴射時期を進角させてもよい。また、失火頻度が「少」のときには、モータアシストターボ及び吸気ヒータを停止させる。なお、本実施例においてはモータアシストターボおよび吸気ヒータに電力を供給するＥＣＵ２０が、本発明における供給手段に相当する。
【００６４】
このように、失火頻度に応じて失火を抑制することで、短時間且つ低電力で失火を抑制できる。
【００６５】
図７は、失火を抑制するときの各装置の作動状態を示したタイムチャートである。横軸は時間であり、始点において内燃機関１が始動される。
【００６６】
機関回転数は始動と共に上昇し、アイドル回転数で略一定となる。機関回転数が一定となると、失火検出が行われる。失火検出が行われているときには、失火検出中フラグがＯＮとなる。そして、失火頻度が算出される。なお、図７では、失火検出中フラグがＯＮからＯＦＦとなるときに、失火頻度が「中」と判定されたものとする。
【００６７】
図７中の「発電」は、オルタネータ１１０により発電が行われている時期を示している。ＯＮのときに発電が行われる、ＯＦＦのときに発電が停止されている。オルタネータ１１０による発電は、機関回転数が一定となってから開始される。
【００６８】
また、図７中の「ＥＨＣ」は、電気加熱式触媒へ通電が行われる時期を示している。ＯＮのときに通電され、ＯＦＦのときに通電が停止される。電気加熱式触媒への通電は、機関回転数が一定となってから行われる。電気加熱式触媒への通電は、失火の発生時に内燃機関１から排出される未燃燃料を酸化させるためにＯＮとされるので、失火頻度が十分に少なくなるとＯＦＦとされる。
【００６９】
「オイルヒータ」は、オイルヒータへ通電が行われる時期を示している。ＯＮのときに通電され、ＯＦＦのときに通電が停止される。そして、オイルヒータは、内燃機関１の始動時に通電される。しかし、失火を抑制する必要がある場合には、他の失火を抑制し得る高電圧負荷１０２ｂに電力を供給するため、オイルヒータへの通電はＯＦＦとされる。
【００７０】
モータアシストターボと、吸気ヒータとは、たとえば吸気ヒータが選択されて通電させる。そして、吸気ヒータへの通電のみでは失火を抑制することができない場合には、さらにモータアシストターボを作動させる。また、失火頻度が「中」のときには、ＥＧＲ率が比較的低くされる。
【００７１】
以上説明したように本実施例によれば、失火の検出を行うときには、オルタネータ１１０の発電負荷を増加させることで、内燃機関１の負荷を増加させることができるため、失火検出をより正確に行うことができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 内燃機関
２ トランスミッション
３ プロペラシャフト
４ デファレンシャルギア
５ ドライブシャフト
６ 駆動輪
２０ ＥＣＵ
２１ アクセルポジションセンサ
２２ シフトポジションセンサ
２３ ブレーキセンサ
２４ クランクポジションセンサ
２５ 車速センサ
１００ 電気系回路
１０１ 発電ユニット
１０２ 高電圧系回路
１０２ａ 高電圧バッテリ
１０２ｂ 高電圧負荷
１０３ 低電圧系回路
１０３ａ 低電圧バッテリ
１０３ｂ 低電圧負荷
１１０ オルタネータ
１２０ 切替スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、失火検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
失火判定中に発電機の発電負荷を、失火判定し易いように制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、充電電圧の異なる複数のバッテリを備えている場合には、夫々のバッテリの残容量（ＳＯＣ）、電気負荷、発電電圧などによって、発電機の発電負荷が異なる。したがって、失火判定中に充電しているバッテリによっては、失火判定がし難くなる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５２３３２号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１７０１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１０１１９７号公報
【特許文献４】特開平１０−２５２４５３号公報
【特許文献５】特開２００６−１８３５３６号公報
【特許文献６】特開２００６−２２６２０５号公報
【特許文献７】特開２００４−３０８５８２号公報
【特許文献８】特開２００４−２３９２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、失火検出をより正確に行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による失火検出システムは、
内燃機関の運動エネルギを利用して作動し、発電電圧を変更可能な発電機と、
充電電圧が相違する複数のバッテリと、
前記複数のバッテリのそれぞれに接続される電気負荷と、
前記内燃機関の回転変動に基づいて失火を検出する検出手段と、
前記複数のバッテリのなかで、前記発電機を接続することで発電負荷が最も大きくなる一のバッテリを選択する選択手段と、
前記検出手段により失火を検出するときに、前記選択手段により選択される一のバッテリを発電機に接続すると共に、前記発電機の発電電圧を該一のバッテリの充電電圧に合わせて該発電機を作動させる制御手段と、
を備える。
【０００７】
ここで、内燃機関の低負荷領域では、燃焼ばらつきが大きくなる。このため、内燃機関の低負荷領域において回転変動を利用して失火を検出すると精度が低くなる虞がある。そこで、制御手段は、内燃機関の低負荷領域において失火の検出を行わないように、発電機の発電負荷を増加させることで、内燃機関の負荷を増加させている。これにより、燃焼ばらつきの小さくなる内燃機関の中、高負荷領域で失火の検出を行うことができるため、検出精度を高めることができる。
【０００８】
そして、複数のバッテリの中から最も発電負荷の大きくなるバッテリを選択することで、より大きな負荷を内燃機関に与えることができるので、燃焼ばらつきをより小さくすることができる。したがって、失火の検出精度をより高めることができる。
【０００９】
本発明においては、前記選択手段は、前記複数のバッテリの夫々の残容量及び前記複数のバッテリの夫々に接続される電気負荷の消費電力に基づいて、発電負荷を算出することができる。
【００１０】
ここで、バッテリの残容量（ＳＯＣ）によって発電負荷が変化する。また、発電機の発電電圧によっても発電負荷が変化する。そして、ＳＯＣが小さくなるほど、また、充電電圧が高いほど、バッテリの充電電力（バッテリの受入性）は大きくなるため、発電負荷が大きくなる。
【００１１】
また、充電時に使用している電気負荷によっても発電負荷が変化する。すなわち、消費電力が大きいほど発電負荷が大きくなる。
【００１２】
以上より、バッテリごとに発電負荷を算出し、その中から最も大きな発電負荷となるバッテリを発電機に接続すれば、内燃機関の負荷を最も大きくすることができるため、失火の検出精度をより高めることができる。
【００１３】
本発明においては、前記内燃機関の排気通路に設けられ、電力の供給により発熱する担体に触媒を担持させた電気加熱式触媒と、
前記検出手段により失火を検出するときに、前記電気加熱式触媒へ電力を供給する触媒制御手段と、
を備えることができる。
【００１４】
ここで、失火を検出している最中にも燃焼が安定せずに失火が発生している場合がある。そして、失火が発生すると、内燃機関からＨＣが排出され、該ＨＣが触媒に付着する虞がある。その後、排気温度が上昇したときに、触媒に付着しているＨＣが一斉に燃焼すると、該触媒が過熱する虞がある。これに対し、失火を検出するときに電気加熱式触媒へ通電することにより、内燃機関から排出されるＨＣを該電気加熱式触媒にて随時燃焼させることができるので、多くのＨＣが一斉に燃焼することを抑制できる。また、電気加熱式触媒へ電力を供給することにより、発電機の発電負荷を大きくし得る。このため、内燃機関の負荷を増加させることができるので、失火の検出精度を高めることができる。また、バッテリに充電されることによりＳＯＣが大きくなると、発電負荷が減少するが、電気加熱式触媒へ電力を供給することにより、ＳＯＣが大きくなることを抑制できる。
【００１５】
本発明においては、前記内燃機関の吸気通路に設けられ、電力の供給により過給を行うターボチャージャと、
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、電力の供給により発熱して前記内燃機関の吸気の温度を上昇させる吸気ヒータと、
前記検出手段により失火が検出される頻度に応じて、前記ターボチャージャまたは前記吸気ヒータに電力を供給する供給手段と、
を備えることができる。
【００１６】
すなわち、失火が発生する頻度に応じて内燃機関の吸入空気の温度を上昇させれば、吸入空気の温度を上昇させ過ぎることもないため、失火の発生を効率よく抑制できる。また、発電機の発電負荷を増加させることで、内燃機関の負荷を増加させることができるため、失火の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、失火検出をより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例に係る車両の概略構成を示す図である。
【図２】電気系回路の概略構成を示す図である。
【図３】機関トルクと、失火シグナルとノイズとの比（失火シグナル／ノイズ）であるＳ／Ｎ比と、の関係を示した図である。
【図４】バッテリの充電電圧とバッテリの充電電力との関係を示した図である。
【図５】失火頻度に対して作動させる高電圧負荷を示した図である。
【図６】筒内圧力と筒内温度と着火限界との関係を示した図である。
【図７】失火を抑制するときの各装置の作動状態を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る失火検出システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２０】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る車両の概略構成を示す図である。図１において、車両には、原動機としての内燃機関１が搭載されている。内燃機関１の出力軸はトランスミッション２の入力軸に連結されている。トランスミッション２の出力軸はプロペラシャフト３を介してデファレンシャルギア４に連結されている。デファレンシャルギア４には、二本のドライブシャフト５が接続され、ドライブシャフト５は左右の駆動輪６にそれぞれ接続されている。前記したトランスミッション２としては、トルクコンバータまたはクラッチ機構と、変速比を段階的または無段階に変更する変速機構と、を組み合わせたものを例示することができる。
【００２１】
内燃機関１から出力された動力（出力軸の回転トルク）は、トランスミッション２により速度変換された後にプロペラシャフト３に伝達され、次いでデファレンシャルギア４により減速された後にドライブシャフト５及び駆動輪６に伝達される。
【００２２】
内燃機関１には、電気系回路１００が併設されている。図２は、電気系回路１００の概略構成を示す図である。電気系回路１００は、図２に示すように、発電ユニット１０１、高電圧系回路１０２、低電圧系回路１０３を備えている。
【００２３】
発電ユニット１０１は、オルタネータ１１０と切替スイッチ１２０を備えている。なお、本実施例ではオルタネータ１１０が、本発明における発電機に相当する。
【００２４】
オルタネータ１１０は、内燃機関１の出力軸（または、該出力に連動して回転する部材）とプーリやベルトなどを介して連結され、出力軸の運動エネルギ（回転エネルギ）を電気エネルギに変換する発電機である。詳細には、オルタネータ１１０は、三相の捲線を有するステータコイルと、ロータに巻回されたフィールドコイルと、ステータコイルに発生した交流電流を直流電流に整流する整流器と、フィールドコイルに対する界磁電流（フィールド電流）の通電（オン）と非通電（オフ）を切り換えるレギュレータ１１０ａと、を具備する三相交流発電機である。このように構成されたオルタネータ１１０は、フィールドコイルに界磁電流（フィールド電流）が通電されたときに、ステータコイルに誘起電流（三相交流電流）を発生させ、発生した三相交流電流を直流電流に整流して出力する。
【００２５】
切替スイッチ１２０は、オルタネータ１１０の出力を低電圧系回路１０３又は高電圧系回路１０２の何れか一方に入力させるための機器である。切替スイッチ１２０は、一つの
入力端子１２０ａと二つの出力端子１２０ｂ，１２０ｃを具備し、２つの出力端子１２０ｂ，１２０ｃの何れか一方を入力端子１２０ａと導通させる。入力端子１２０ａには、オルタネータ１１０の出力が入力されるようになっている。２つの出力端子１２０ｂ，１２０ｃの一方の出力端子（以下、「第１出力端子」と称する）１２０ｂは、高電圧系回路１０２に接続されている。二つの出力端子１２０ｂ，１２０ｃの他方（以下、「第２出力端子」と称する）１２０ｃは、低電圧系回路１０３に接続されている。なお、切替スイッチ１２０としては、有接点スイッチを利用することもできるが、無接点スイッチを利用することが望ましい。
【００２６】
高電圧系回路１０２は、高電圧Ｖｈ（たとえば、４３．５Ｖ程度）の電気を入出力可能な回路であり、高電圧バッテリ１０２ａや高電圧負荷１０２ｂが並列に接続された回路である。高電圧負荷１０２ｂは、たとえば、内燃機関１の潤滑油を加熱するためのオイルヒータ、内燃機関１の冷却水を加熱するための冷却水ヒータ、電気加熱式触媒、内燃機関１の吸気を加熱するための吸気ヒータ、内燃機関１の燃料または吸気を加熱するグロープラグ、或いはモータアシスト式のターボチャージャ（以下、モータアシストターボという。）などである。オイルヒータは、電力を供給することで発熱して潤滑油の温度を上昇させる。冷却水ヒータは、電力を供給することで発熱して冷却水の温度を上昇させる。吸気ヒータは、電力を供給することで発熱して吸気の温度を上昇させる。また、グロープラグは、電力を供給することで発熱して吸気または燃料の温度を上昇させる。また、モータアシストターボは、電力を供給することで過給を行う。
【００２７】
そして、電気加熱式触媒は、内燃機関１の排気通路に設けられる。電気加熱式触媒は、電気抵抗となって、通電により発熱する材質の触媒担体に、酸化機能を有する触媒が担持されている。触媒担体は、排気の流れる方向に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。また、触媒は、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒などを挙げることができる。なお、通電により発熱する発熱体よりも下流側に触媒を備えることで電気加熱式触媒としてもよい。
【００２８】
一方、低電圧系回路１０３は、低電圧Ｖｌ（たとえば、１４．５Ｖ程度）の電気を入出力可能な回路であり、低電圧バッテリ１０３ａや低電圧負荷１０３ｂが並列に接続された回路である。低電圧負荷１０３ｂは、たとえば、各種のアクチュエータやラジエータ用ファンなどである。
【００２９】
ここで図１に戻り、車両には、内燃機関１、トランスミッション２、及び電気系回路１００を電気的に制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。なお、図１においては、ＥＣＵ２０は一つであるが、内燃機関１を制御するためのＥＣＵとトランスミッション２を制御するためのＥＣＵと電気系回路１００を制御するためのＥＣＵとに分割されていてもよい。
【００３０】
ＥＣＵ２０には、アクセルポジションセンサ２１、シフトポジションセンサ２２、ブレーキセンサ２３、クランクポジションセンサ２４、車速センサ２５等の各種センサの出力信号が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２０には、高電圧バッテリ１０２ａおよび低電圧バッテリ１０３ａの放電電圧も入力されるようになっている。
【００３１】
アクセルポジションセンサ２１は、アクセルペダルの操作量（踏み込み量）に応じた電気信号を出力するセンサである。シフトポジションセンサ２２は、シフトレバーの操作位置に応じた電気信号を出力するセンサである。ブレーキセンサ２３は、ブレーキペダルの操作量（踏み込み量）に応じた電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ２４は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に応じた電気信号を出
力するセンサである。車速センサ２５は、車両の走行速度に応じた電気信号を出力するセンサである。
【００３２】
ＥＣＵ２０は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１、トランスミッション２、電気系回路１００などを制御する。以下、電気系回路１００の制御方法について述べる。
【００３３】
ＥＣＵ２０は、レギュレータ１１０ａのオン／オフをデューティ制御することにより、オルタネータ１１０の発電電圧を変更する。たとえば、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１０の発電電圧を高める場合は、レギュレータ１１０ａのオン時間が長く（オフ時間が短く）なるようにデューティ比を決定する。オルタネータ１１０の発電電圧を低める場合は、ＥＣＵ２０は、レギュレータ１１０ａのオン時間が短く（オフ時間が長く）なるようにデューティ比を決定する。ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１０の実際の発電電圧をセンシングし、実際の発電電圧と目標発電電圧との差に応じてデューティ比のフィードバック制御も行う。
【００３４】
高電圧系回路１０２に電気を供給するときは、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１０の発電電圧圧を高電圧系回路１０２に適した電圧（高電圧）Ｖｈと一致するようにレギュレータ１１０ａをデューティ制御するとともに、入力端子１２０ａと第１出力端子１２０ｂとが接続されるように切替スイッチ１２０を制御する。
【００３５】
低電圧系回路１０３に電気を供給するときは、ＥＣＵ２０は、オルタネータ１１０の発電電圧を低電圧系回路１０３に適した電圧（低電圧）Ｖｌと一致するようにレギュレータ１１０ａをデューティ制御するとともに、入力端子１２０ａと第２出力端子１２０ｃとが接続されるように切替スイッチ１２０を制御する。
【００３６】
また、車両が減速走行状態にあるとき、たとえば、車速が零より大きく且つアクセルペダルの操作量が零であるときは、駆動輪６の運動エネルギがドライブシャフト５、デファレンシャルギア４、プロペラシャフト３、トランスミッション２、及び内燃機関１を介してオルタネータ１１０へ伝達される。つまり、オルタネータ１１０のロータが駆動輪６に連動して回転する。その際、オルタネータ１１０にフィールド電流が印加されれば、駆動輪６の運動エネルギを電気エネルギに変換（回生）することができる。
【００３７】
また、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の失火を検出する。ここで、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２４の出力信号に基づいて内燃機関１の回転変動を検出することで、該内燃機関１に失火が発生している否か判定する。なお、本実施例では、内燃機関１の回転変動に基づいて失火検出を行えばよく、その手法については限定しない。なお、本実施例においては失火を検出するＥＣＵ２０が、本発明における検出手段に相当する。
【００３８】
例えば、１０ＣＡ（クランクアングル）回転するのに要する時間を検出し、この時間を３０ＣＡ回転するのに要する時間に変換する。この時間に基づいて、クランク角速度ωｎを算出する。さらに、１１回前のクランク角速度ωｎ−１１から最新のクランク角速度ωｎまでの移動平均Ｓｎを算出する。この移動平均Ｓｎは、クランク軸１回転に対応する平均値である。次に、コムフィルタ処理によりコムフィルタ値Ｃｎを算出する。コムフィルタ値Ｃｎは、最新の移動平均Ｓｎからクランクアングル１８０度前に算出された移動平均Ｓｎ−６を減算することにより得る。本実施例では、クランク軸が１８０度回転する毎に何れかの気筒で膨張行程となる。したがって、移動平均Ｓｎ−６は、１つ前の燃焼サイクルで算出された平均値に相当する。このコムフィルタ値Ｃｎを基にして、気筒平均処理により気筒平均処理値Ｍｎを算出する。気筒平均処理値Ｍｎは、５回前のコムフィルタ値Ｃｎ−５から最新のコムフィルタ値Ｃｎまでの平均値である。すなわち、クランクアングル
で１８０度の期間におけるコムフィルタ値Ｃｎの平均値に相当する。そして、最新の気筒平均処理値Ｍｎから１回前の気筒平均処理値Ｍｎ−１を減算することで、気筒間差分ΔＭｎを算出する。次いで、３回前から最新までの気筒間差分ΔＭｎの平均値を算出する。この平均値から気筒間差分ΔＭｎの減算を、３回前の気筒間差分ΔＭｎ−３から最新の気筒間差分ΔＭｎまで行い、これら４回分の算出結果の絶対値の総和を失火インデックスＭＳとする。この失火インデックスＭＳは、失火の発生に応じて値が大きくなる。
【００３９】
そして、失火インデックスＭＳと閾値とを比較し、該失火インデックスＭＳが閾値以上であれば失火が発生したと判定され、閾値未満であれば失火は発生していないと判定される。また、所定期間において失火が発生した回数に応じて失火の頻度を検出することもできる。なお、失火インデックスＭＳが閾値未満となる頻度を該頻度の閾値と比較し、この頻度が閾値以上であったときに失火していると確定してもよい。そして、失火が検出されるか、または、失火の頻度が所定値以上であれば、たとえばＥＧＲガスの供給量を減少させることで失火の発生を抑制してもよい。
【００４０】
このようにクランクアングルを使用して失火の検出を行う場合には、高回転、低負荷において失火の検出精度が低くなる。
【００４１】
ここで、図３は、機関トルクと、失火シグナルとノイズとの比（失火シグナル／ノイズ）であるＳ／Ｎ比と、の関係を示した図である。図３に示されるように、機関トルクが高いほど、Ｓ／Ｎ比が高くなり、失火を検出し易くなる（一点鎖線参照）。一方、低トルクでは、燃焼ばらつきが元々大きいため、失火との切り分けが困難となる。
【００４２】
そこで本実施例では、低負荷時において失火の検出が行われないようにする。このため、失火の検出を行うときには、オルタネータ１１０の発電負荷を増加させることで、内燃機関１の負荷を増加させる。
【００４３】
ところで、本実施例のように高電圧系回路１０２と低電圧系回路１０３とを備えている場合には、どちらの回路に対して発電を行うのかにより、発電負荷が異なる。このため、より発電負荷の大きな方を選択することにより、内燃機関１の負荷をより大きくすることができる。この選択はＥＣＵ２０により行われる。なお、本実施例においてはこのような選択を行うＥＣＵ２０が、本発明における選択手段に相当する。
【００４４】
ここで、高電圧バッテリ１０２ａ及び低電圧バッテリ１０３ａの残容量（ＳＯＣ）に応じてオルタネータ１１０の発電負荷が変わる。また、高電圧負荷１０２ｂ及び低電圧負荷１０３ｂの作動状況に応じてもオルタネータ１１０の発電負荷が変わる。さらに、発電電圧によってオルタネータ１１０の発電効率が変わる。これらを考慮すれば、何れの回路に対して発電を行えば、発電負荷が大きくなるか判断できる。
【００４５】
ここで、図４は、バッテリの充電電圧とバッテリの充電電力との関係を示した図である。充電電圧が３６Ｖのバッテリは高電圧バッテリ１０２ａに相当し、充電電圧が１２Ｖのバッテリは低電圧バッテリ１０３ａに相当する。夫々のバッテリにおいては充電電圧に幅があり、夫々のバッテリにおいて充電電圧が大きくなるほど、充電電力が大きくなる。また、バッテリの充電電力（バッテリ受入性）は、バッテリのＳＯＣが低いほど、また、充電電圧が大きいほど、大きくなる。そして、バッテリの充電電力が大きいほど、オルタネータ１１０の発電負荷が大きくなり、内燃機関１の負荷を大きくすることができる。
【００４６】
また、高電圧負荷１０２ｂ及び低電圧負荷１０３ｂにおいては、電気負荷が大きくなるほど、オルタネータ１１０の発電負荷が大きくなる。なお、本実施例においては高電圧負荷１０２ｂ及び低電圧負荷１０３ｂが、本発明における電気負荷に相当する。
【００４７】
そこで、本実施例では、各バッテリの充電状態と各バッテリに接続された電気負荷の消費電力とをパラメータとして各回路の電気負荷を夫々演算し、高電圧バッテリ１０２ａ及び低電圧バッテリ１０３ａのうち、電気負荷が大きい方の回路へオルタネータ１１０から電力を供給する。
【００４８】
ここで、各回路に接続したときにオルタネータ１１０が発生させる電力Ｗは、以下の数式（１）により演算することができる。
Ｗ＝（Ｖａｌｔ２−Ｖｂａ＊Ｖａｌｔ）／｛Ｒ１＋（Ｒ２＊Ｒ３）／（Ｒ２＋Ｒ３）｝・・・（１）
【００４９】
上記した式中のＶａｌｔはオルタネータ１１０の発電電圧を示し、Ｖｂａは各バッテリの定格電圧を示し、Ｒ１はオルタネータ１１０から各バッテリに至る電気配線の抵抗の大きさを示し、Ｒ２は各バッテリのＳＯＣをパラメータとして特定される内部抵抗の大きさを示し、Ｒ３は各電気負荷の消費電力を抵抗値に換算した値を示す。
【００５０】
ＥＣＵ２０は、高電圧系回路１０２と低電圧系回路１０３とのそれぞれについて発生電力Ｗを演算する。なお、以下では、高電圧系回路１０２の発生電力をＷｈと記し、低電圧系回路１０３の発生電力をＷｌと記すものとする。
【００５１】
そして、ＥＣＵ２０は、高電圧系回路１０２の発生電力Ｗｈと、低電圧系回路１０３の発生電力Ｗｌとを比較し、発生電力Ｗが大きい方の回路に電力が供給されるように、オルタネータ１１０及び切替スイッチ１２０を制御する。なお、本実施例においてはこのようにオルタネータ１１０及び切替スイッチ１２０を制御するＥＣＵ２０が、本発明における制御手段に相当する。
【００５２】
また、発電効率は発電電圧によって大きく異なるため、上記数式（１）により得られる発生電力Ｗに発電効率を乗算した値を発電電力Ｗとしてもよい。
【００５３】
ところで、失火が発生しているか否かを判断する処理を行っている最中に、失火が発生することもあり得る。そして、失火が発生すると、内燃機関１からＨＣが排出される。このＨＣが触媒へ付着すると、失火検出後に正常な燃焼状態となり排気の温度が上昇したときに、該ＨＣが急激に燃焼して該触媒が過熱する虞がある。
【００５４】
そこで、失火を検出する処理の最中には、高電圧負荷１０２ｂの一つである電気加熱式触媒に電力を供給する。これにより、内燃機関１から排出されたＨＣを電気加熱式触媒にて燃焼させることができる。すなわち、ＨＣが電気加熱式触媒へ到達すると該ＨＣがすぐに燃焼されるため、触媒にＨＣが多く付着した状態で一斉に燃焼することを抑制できる。これにより、電気加熱式触媒およびその下流側の触媒の過熱を抑制できる。
【００５５】
また、電気加熱式触媒に電力を供給することで、オルタネータ１１０の電気負荷を増加させることができる。ここで、失火が発生しているか否かを判断する処理の最中にバッテリへの充電が進んでＳＯＣが高くなると、発電負荷が減少してしまう。これに対し、電気加熱式触媒に電力を供給することで、ＳＯＣが高くなることを抑制できる。これにより、発電負荷の減少を抑制できる。なお、本実施例においては失火検出中に電気加熱式触媒へ通電するＥＣＵ２０が、本発明における触媒制御手段に相当する。
【００５６】
ここで、本実施例では、高電圧負荷１０２ｂとして、モータアシストターボ、吸気ヒータ、グロープラグ等を備えている。これらの高電圧負荷１０２ｂを作動させることで燃焼状態を改善して失火を抑制できる。また、これらの高電圧負荷１０２ｂを作動させると、
高電圧バッテリ１０２ａのＳＯＣが低下する虞がある。これに対し、高電圧負荷１０２ｂを作動させると同時に、オルタネータ１１０による発電を行うことにより、電気負荷を大きくしつつ、失火を抑制できる。
【００５７】
なお、失火の頻度に基づいて、作動させる高電圧負荷１０２ｂを選択してもよい。ここで、図５は、失火頻度に対して作動させる高電圧負荷を示した図である。失火頻度は、所定サイクル中に失火が発生した回数に応じて３段階に分けられる。
【００５８】
失火が多く発生する場合を「多」、失火の発生頻度が中程度の場合を「中」、失火の発生が少ない場合を「少」としている。また、図５中で示される「発電」は、オルタネータ１１０による発電を示し、ＯＮのときに発電が行われ、ＯＦＦのときに発電が停止される。「ＥＧＲ」は、ＥＧＲガスの供給を示し、「低減」は、ＥＧＲガスの供給量を内燃機関１の運転状態に応じて決定されるＥＧＲガスの供給量を低減させることを示している。内燃機関１の運転状態に応じて決定されるＥＧＲガスの供給量、及び、失火頻度に応じて決定されるＥＧＲガスの供給量は予め実験等により最適値を求めておく。「噴射時期」は、気筒内への燃料噴射の時期を示している。「進角」とは、内燃機関１の運転状態に応じて決定される噴射時期よりも進角させることを示している。内燃機関１の運転状態に応じて決定される噴射時期、及び、失火頻度に応じて決定される噴射時期は予め実験等により最適値を求めておく。「モータアシストターボ」及び「吸気ヒータ」は、夫々「ＯＮ」のときに作動し、「ＯＦＦ」のときに停止される。
【００５９】
失火頻度が「多」のときには、燃焼状態を速やかに改善させるため、ＥＧＲガスの供給量を低減させ、且つ、噴射時期を進角させる。また、オルタネータ１１０で発電を行いつつ、モータアシストターボ及び吸気ヒータを作動させる。
【００６０】
失火頻度が「中」のときには、モータアシストターボまたは吸気ヒータの何れか一方で、より効果が大きな方を選択して作動させる。例えば、吸気温度、吸気圧力等から筒内圧力及び筒内温度を推定する。そして、着火限界まで圧力または温度を上昇させるために、圧力または温度のどちらがより低い電力で上昇可能なのか演算を行う。そして、低電力で着火限界に達することができる方を作動させる。
【００６１】
ここで、図６は、筒内圧力と筒内温度と着火限界との関係を示した図である。着火限界を示す実線よりも筒内圧力及び筒内温度が高くなければ着火しない。現時点における筒内圧力がＡで示され、現時点における筒内温度がＣで示される。モータアシストターボにより筒内圧力を上昇させて着火限界に到達させるためには、筒内圧力をＣで示される値まで上昇させなければならない。一方、吸気ヒータにより筒内温度を上昇させて着火限界に到達させるためには、筒内温度をＤで示される値まで上昇させなければならない。なお、筒内温度の上昇量および筒内圧力の上昇量と、モータアシストターボ及び吸気ヒータの夫々の電力消費量と、の関係を予め実験等により求めてＥＣＵ２０に記憶させておく。
【００６２】
なお、失火頻度が「多」のときのほうが、「中」のときよりも、ＥＧＲ率をより高くし、噴射時期の進角量をより大きくする。これにより、失火頻度に応じたＥＧＲ率の設定及び噴射時期の設定が可能となる。
【００６３】
また、失火頻度が「少」のときには、ＥＧＲ率及び噴射時期をマップを用いて設定する。このマップは予め実験等により求めておく。なお、失火頻度が高いほど、ＥＧＲ率を低くしてもよく、または、噴射時期を進角させてもよい。また、失火頻度が「少」のときには、モータアシストターボ及び吸気ヒータを停止させる。なお、本実施例においてはモータアシストターボおよび吸気ヒータに電力を供給するＥＣＵ２０が、本発明における供給手段に相当する。
【００６４】
このように、失火頻度に応じて失火を抑制することで、短時間且つ低電力で失火を抑制できる。
【００６５】
図７は、失火を抑制するときの各装置の作動状態を示したタイムチャートである。横軸は時間であり、始点において内燃機関１が始動される。
【００６６】
機関回転数は始動と共に上昇し、アイドル回転数で略一定となる。機関回転数が一定となると、失火検出が行われる。失火検出が行われているときには、失火検出中フラグがＯＮとなる。そして、失火頻度が算出される。なお、図７では、失火検出中フラグがＯＮからＯＦＦとなるときに、失火頻度が「中」と判定されたものとする。
【００６７】
図７中の「発電」は、オルタネータ１１０により発電が行われている時期を示している。ＯＮのときに発電が行われる、ＯＦＦのときに発電が停止されている。オルタネータ１１０による発電は、機関回転数が一定となってから開始される。
【００６８】
また、図７中の「ＥＨＣ」は、電気加熱式触媒へ通電が行われる時期を示している。ＯＮのときに通電され、ＯＦＦのときに通電が停止される。電気加熱式触媒への通電は、機関回転数が一定となってから行われる。電気加熱式触媒への通電は、失火の発生時に内燃機関１から排出される未燃燃料を酸化させるためにＯＮとされるので、失火頻度が十分に少なくなるとＯＦＦとされる。
【００６９】
「オイルヒータ」は、オイルヒータへ通電が行われる時期を示している。ＯＮのときに通電され、ＯＦＦのときに通電が停止される。そして、オイルヒータは、内燃機関１の始動時に通電される。しかし、失火を抑制する必要がある場合には、他の失火を抑制し得る高電圧負荷１０２ｂに電力を供給するため、オイルヒータへの通電はＯＦＦとされる。
【００７０】
モータアシストターボと、吸気ヒータとは、たとえば吸気ヒータが選択されて通電させる。そして、吸気ヒータへの通電のみでは失火を抑制することができない場合には、さらにモータアシストターボを作動させる。また、失火頻度が「中」のときには、ＥＧＲ率が比較的低くされる。
【００７１】
以上説明したように本実施例によれば、失火の検出を行うときには、オルタネータ１１０の発電負荷を増加させることで、内燃機関１の負荷を増加させることができるため、失火検出をより正確に行うことができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 内燃機関
２ トランスミッション
３ プロペラシャフト
４ デファレンシャルギア
５ ドライブシャフト
６ 駆動輪
２０ ＥＣＵ
２１ アクセルポジションセンサ
２２ シフトポジションセンサ
２３ ブレーキセンサ
２４ クランクポジションセンサ
２５ 車速センサ
１００ 電気系回路
１０１ 発電ユニット
１０２ 高電圧系回路
１０２ａ 高電圧バッテリ
１０２ｂ 高電圧負荷
１０３ 低電圧系回路
１０３ａ 低電圧バッテリ
１０３ｂ 低電圧負荷
１１０ オルタネータ
１２０ 切替スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運動エネルギを利用して作動し、発電電圧を変更可能な発電機と、
充電電圧が相違する複数のバッテリと、
前記複数のバッテリのそれぞれに接続される電気負荷と、
前記内燃機関の回転変動に基づいて失火を検出する検出手段と、
前記複数のバッテリのなかで、前記発電機を接続することで発電負荷が最も大きくなる一のバッテリを選択する選択手段と、
前記検出手段により失火を検出するときに、前記選択手段により選択される一のバッテリを発電機に接続すると共に、前記発電機の発電電圧を該一のバッテリの充電電圧に合わせて該発電機を作動させる制御手段と、
を備える失火検出システム。
【請求項２】
前記選択手段は、前記複数のバッテリの夫々の残容量及び前記複数のバッテリの夫々に接続される電気負荷の消費電力に基づいて、発電負荷を算出する請求項１に記載の失火検出システム。
【請求項３】
前記内燃機関の排気通路に設けられ、電力の供給により発熱する担体に触媒を担持させた電気加熱式触媒と、
前記検出手段により失火を検出するときに、前記電気加熱式触媒へ電力を供給する触媒制御手段と、
を備える請求項１または２に記載の失火検出システム。
【請求項４】
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、電力の供給により過給を行うターボチャージャと、
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、電力の供給により発熱して前記内燃機関の吸気の温度を上昇させる吸気ヒータと、
前記検出手段により失火が検出される頻度に応じて、前記ターボチャージャまたは前記吸気ヒータに電力を供給する供給手段と、
を備える請求項１から３の何れか１項に記載の失火検出システム。
【請求項１】
内燃機関の運動エネルギを利用して作動し、発電電圧を変更可能な発電機と、
充電電圧が相違する複数のバッテリと、
前記複数のバッテリのそれぞれに接続される電気負荷と、
前記内燃機関の回転変動に基づいて失火を検出する検出手段と、
前記複数のバッテリのなかで、前記発電機を接続することで発電負荷が最も大きくなる一のバッテリを選択する選択手段と、
前記検出手段により失火を検出するときに、前記選択手段により選択される一のバッテリを発電機に接続すると共に、前記発電機の発電電圧を該一のバッテリの充電電圧に合わせて該発電機を作動させる制御手段と、
を備える失火検出システム。
【請求項２】
前記選択手段は、前記複数のバッテリの夫々の残容量及び前記複数のバッテリの夫々に接続される電気負荷の消費電力に基づいて、発電負荷を算出する請求項１に記載の失火検出システム。
【請求項３】
前記内燃機関の排気通路に設けられ、電力の供給により発熱する担体に触媒を担持させた電気加熱式触媒と、
前記検出手段により失火を検出するときに、前記電気加熱式触媒へ電力を供給する触媒制御手段と、
を備える請求項１または２に記載の失火検出システム。
【請求項４】
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、電力の供給により過給を行うターボチャージャと、
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、電力の供給により発熱して前記内燃機関の吸気の温度を上昇させる吸気ヒータと、
前記検出手段により失火が検出される頻度に応じて、前記ターボチャージャまたは前記吸気ヒータに電力を供給する供給手段と、
を備える請求項１から３の何れか１項に記載の失火検出システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１９６８８（Ｐ２０１２−２１９６８８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５２３６（Ｐ２０１１−８５２３６）
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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