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技術 内燃機関の失火検出装置、内燃機関の失火検出システム、データ解析装置、内燃機関の制御装置、内燃機関の失火検出方法、および受信実行装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 安澤巧
出願日 2019年3月29日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-065885
公開日 2020年10月8日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-165365
状態 特許登録済
技術分野 内燃機関に供給する空気・燃料の電気的制御 内燃機関の複合的制御 点火時期の電気的制御
主要キーワード 写像データ 補正比率 瞬時速度 もっともらしさ プログラム格納装置 出現間隔 活性化関数 結合演算
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

演算負荷を軽減しつつも失火変数の値を高精度に算出できるようにした内燃機関失火検出装置を提供する。

解決手段

CPU72は、水温THWが所定温度以下であって且つ吸入空気量Gaの積算値所定値以下の場合、点火時期を遅角させる暖機処理を実行する。CPU72は、圧縮上死点間の間隔よりも小さい角度間隔におけるクランク軸24の回転速度である瞬時回転速度同士の相違を示す回転波形変数を入力とするニューラルネットワークの出力によって、失火変数の値を算出する。ニューラルネットワークは、暖機処理の実行の有無に応じて各別に学習された暖機後写像データ76aと暖機時用写像データ76bとによって各別に規定されている。

概要

背景

たとえば下記特許文献1には、時系列的圧縮上死点出現タイミングが隣接する一対の気筒のそれぞれの燃焼行程に伴うクランク軸の回転速度同士の差と判定値との大小比較に基づき、失火の有無を判定する装置が記載されている。

概要

演算負荷を軽減しつつも失火変数の値を高精度に算出できるようにした内燃機関失火検出装置を提供する。CPU72は、水温THWが所定温度以下であって且つ吸入空気量Gaの積算値所定値以下の場合、点火時期を遅角させる暖機処理を実行する。CPU72は、圧縮上死点間の間隔よりも小さい角度間隔におけるクランク軸24の回転速度である瞬時回転速度同士の相違を示す回転波形変数を入力とするニューラルネットワークの出力によって、失火変数の値を算出する。ニューラルネットワークは、暖機処理の実行の有無に応じて各別に学習された暖機後写像データ76aと暖機時用写像データ76bとによって各別に規定されている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

記憶装置と、実行装置と、を備え、前記記憶装置は、回転波変数を入力とし、失火が生じた確率に関する変数である失火変数を出力する写像を規定するデータである写像データであって、内燃機関排気通路に設けられた触媒暖機処理の実行の有無に応じた各別の写像データを記憶しており、前記実行装置は、前記内燃機関のクランク軸回転挙動を検知するセンサ検出値に基づく前記回転波形変数を取得する取得処理、前記取得処理によって取得された変数を入力とする前記写像の出力に基づき前記失火の有無を判定する判定処理、および前記判定処理によって失火が生じたと判定する場合、所定のハードウェアを操作することによって失火が生じたことに対処するための対処処理、前記暖機処理の実行の有無に応じて前記判定処理に利用する写像データを選択する選択処理を実行し、前記回転波形変数は、前記内燃機関の圧縮上死点出現間隔よりも小さい角度間隔における前記クランク軸の回転速度である瞬時速度に関する変数である瞬時速度変数の互いに異なる前記角度間隔における値同士の相違を示す変数であり、前記写像は、前記回転波形変数の値と機械学習によって学習されたパラメータとの結合演算によって前記失火変数の値を出力する内燃機関の失火検出装置

請求項2

前記暖機処理の実行時用の前記写像データによって規定される写像の入力には、前記暖機処理による前記内燃機関の操作部の操作量に関する変数である暖機用操作量変数が含まれ、前記取得処理は、前記暖機処理の実行時、前記暖機用操作量変数を取得する処理を含み、前記判定処理は、前記暖機処理の実行時、前記取得処理によって取得された前記暖機用操作量変数を前記写像への入力にさらに含めた前記写像の出力に基づき前記失火の有無を判定する処理である請求項1記載の内燃機関の失火検出装置。

請求項3

前記暖機処理は、当該暖機処理が実行されないときと比較して点火時期を遅角する処理を含み、前記取得処理によって取得される前記暖機用操作量変数は、点火時期の遅角量に関する変数を含む請求項2記載の内燃機関の失火検出装置。

請求項4

前記内燃機関は、吸気バルブバルブ特性可変とするバルブ特性可変装置を備え、前記暖機処理は、前記バルブ特性可変装置を操作する処理を含み、前記取得処理によって取得される前記暖機用操作量変数は、前記バルブ特性に関する変数であるバルブ特性変数を含む請求項2または3記載の内燃機関の失火検出装置。

請求項5

前記暖機処理は、前記内燃機関の燃焼室内において燃焼対象とされる混合気空燃比を当該暖機処理の進行状況に応じて変更する処理を含み、前記取得処理によって取得される前記暖機用操作量変数は、前記空燃比に関する変数である空燃比変数を含む請求項2〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の失火検出装置。

請求項6

前記写像の入力には、前記内燃機関の動作点を規定する変数である動作点変数が含まれ、前記取得処理は、前記動作点変数を取得する処理を含み、前記判定処理は、前記取得処理によって取得された前記動作点変数を前記写像への入力にさらに含めた前記写像の出力に基づき前記失火の有無を判定する処理であり、前記写像は、前記回転波形変数と前記動作点変数と前記機械学習によって学習されたパラメータとの結合演算によって前記失火変数の値を出力する請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の失火検出装置。

請求項7

請求項1〜5のいずれか1項に記載の前記実行装置および前記記憶装置を備え、前記判定処理は、前記取得処理によって取得された変数を入力とする前記写像の出力値を算出する出力値算出処理を含み、前記実行装置は、第1実行装置および第2実行装置を含み、前記第1実行装置は、車両に搭載されて且つ、前記取得処理と、前記取得処理によって取得されたデータを車両の外部に送信する車両側送信処理と、前記出力値算出処理の算出結果に基づく信号を受信する車両側受信処理と、前記対処処理と、を実行し、前記第2実行装置は、前記車両の外部に配置されて且つ、前記車両側送信処理によって送信されたデータを受信する外部側受信処理と、前記出力値算出処理と、前記選択処理と、前記出力値算出処理の算出結果に基づく信号を前記車両に送信する外部側送信処理と、を実行する内燃機関の失火検出システム

請求項8

請求項7記載の前記第2実行装置および前記記憶装置を備えるデータ解析装置

請求項9

請求項7記載の前記第1実行装置を備える内燃機関の制御装置

請求項10

請求項1〜6のいずれか1項に記載の前記取得処理、前記判定処理、および前記対処処理をコンピュータによって実行させる内燃機関の失火検出方法

技術分野

0001

本発明は、内燃機関失火検出装置、内燃機関の失火検出システムデータ解析装置、内燃機関の制御装置、および内燃機関の失火検出方法に関する。

背景技術

0002

たとえば下記特許文献1には、時系列的圧縮上死点出現タイミングが隣接する一対の気筒のそれぞれの燃焼行程に伴うクランク軸の回転速度同士の差と判定値との大小比較に基づき、失火の有無を判定する装置が記載されている。

先行技術

0003

特開2002−4936号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上記差と比較する判定値は、内燃機関の動作点等に応じて適切な値が異なることから、適合工数が大きくなる。そこで発明者は、上記回転速度同士の差を示す変数等を入力変数とし、入力変数と機械学習によって学習されたパラメータとの結合演算によって失火が生じた確率に関する変数である失火変数の値を出力する写像を用いることを検討した。しかし、その場合、触媒暖機処理の実行の有無にかかわらず同一の写像を用いる場合、失火変数の値を高精度に算出するうえでは、写像の構造が複雑化し、ひいては演算負荷が大きくなるおそれがある。

課題を解決するための手段

0005

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
1.記憶装置と、実行装置と、を備え、前記記憶装置は、回転波形変数を入力とし、失火が生じた確率に関する変数である失火変数を出力する写像を規定するデータである写像データであって、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の暖機処理の実行の有無に応じた各別の写像データを記憶しており、前記実行装置は、前記内燃機関のクランク軸の回転挙動を検知するセンサ検出値に基づく前記回転波形変数を取得する取得処理、前記取得処理によって取得された変数を入力とする前記写像の出力に基づき前記失火の有無を判定する判定処理、および前記判定処理によって失火が生じたと判定する場合、所定のハードウェアを操作することによって失火が生じたことに対処するための対処処理、前記暖機処理の実行の有無に応じて前記判定処理に利用する写像データを選択する選択処理を実行し、前記回転波形変数は、前記内燃機関の圧縮上死点の出現間隔よりも小さい角度間隔における前記クランク軸の回転速度である瞬時速度に関する変数である瞬時速度変数の互いに異なる前記角度間隔における値同士の相違を示す変数であり、前記写像は、前記回転波形変数の値と機械学習によって学習されたパラメータとの結合演算によって前記失火変数の値を出力する内燃機関の失火検出装置である。

0006

上記構成では、互いに異なる角度間隔におけるクランク軸の回転挙動が失火の有無に応じて異なることに鑑み、写像への入力に回転波形変数を含める。また、上記構成では、暖機処理の実行の有無に応じた写像を各別に備え、暖機処理の実行の有無に応じて失火変数の値を算出する写像を変更する。そのため、各写像を、暖機処理の実行の有無に応じた専用の写像とすることができることから、各写像の構造を簡素化しつつも、失火変数の値を高精度に算出できる。そのため、上記構成では、暖機処理の実行の有無にかかわらず単一
の写像にて対処する場合と比較して、演算負荷を軽減しつつも失火変数の値を高精度に算出できる。

0007

2.前記暖機処理の実行時用の前記写像データによって規定される写像の入力には、前記暖機処理による前記内燃機関の操作部の操作量に関する変数である暖機用操作量変数が含まれ、前記取得処理は、前記暖機処理の実行時、前記暖機用操作量変数を取得する処理を含み、前記判定処理は、前記暖機処理の実行時、前記取得処理によって取得された前記暖機用操作量変数を前記写像への入力にさらに含めた前記写像の出力に基づき前記失火の有無を判定する処理である上記1記載の内燃機関の失火検出装置である。

0008

上記構成では、暖機用操作量変数を含めることにより、暖機用操作量に応じたクランク軸の回転挙動を反映した失火変数の値を算出できる。
3.前記暖機処理は、当該暖機処理が実行されないときと比較して点火時期を遅角する処理を含み、前記取得処理によって取得される前記暖機用操作量変数は、点火時期の遅角量に関する変数を含む上記2記載の内燃機関の失火検出装置である。

0009

点火時期によって燃焼エネルギトルクに変換される効率が変化することから、点火時期によってクランク軸の回転挙動が異なる。そこで上記構成では、写像への入力に点火時期の遅角量に関する変数を含めることにより、点火時期の遅角量に応じたクランク軸の回転挙動を反映した失火変数の値を算出できる。

0010

4.前記内燃機関は、吸気バルブバルブ特性可変とするバルブ特性可変装置を備え、前記暖機処理は、前記バルブ特性可変装置を操作する処理を含み、前記取得処理によって取得される前記暖機用操作量変数は、前記バルブ特性に関する変数であるバルブ特性変数を含む上記2または3記載の内燃機関の失火検出装置である。

0011

吸気バルブのバルブ特性が変更されると、吸気バルブの開弁期間排気バルブの開弁期間とのオーバーラップ量が変化する。そしてオーバーラップ量によって内部EGR量が異なり、内部EGR量によって燃焼室内における混合気燃焼状態が変化し、ひいてはクランク軸の回転挙動が変化する。そこで上記構成では、写像への入力にバルブ特性変数を含めることにより、オーバーラップ量に応じたクランク軸の回転挙動を反映した失火変数の値を算出できる。

0012

5.前記暖機処理は、前記内燃機関の燃焼室内において燃焼対象とされる混合気の空燃比を当該暖機処理の進行状況に応じて変更する処理を含み、前記取得処理によって取得される前記暖機用操作量変数は、前記空燃比に関する変数である空燃比変数を含む上記2〜4のいずれか1つに記載の内燃機関の失火検出装置。

0013

空燃比が変更されると、燃焼室内における混合気の燃焼状態が変化し、ひいてはクランク軸の回転挙動が変化する。そこで上記構成では、写像への入力に空燃比変数を含めることにより、空燃比に応じたクランク軸の回転挙動を反映した失火変数の値を算出できる。

0014

6.前記写像の入力には、前記内燃機関の動作点を規定する変数である動作点変数が含まれ、前記取得処理は、前記動作点変数を取得する処理を含み、前記判定処理は、前記取得処理によって取得された前記動作点変数を前記写像への入力にさらに含めた前記写像の出力に基づき前記失火の有無を判定する処理であり、前記写像は、前記回転波形変数と前記動作点変数と前記機械学習によって学習されたパラメータとの結合演算によって前記失火変数の値を出力する上記1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の失火検出装置である。

0015

失火の有無に応じてクランク軸の回転挙動が互いに異なる度合いは、内燃機関の動作点に応じて変動する。そのため、たとえば、失火の検出対象となる気筒と当該気筒とは異なる気筒との2つの気筒のそれぞれの圧縮上死点に対応する瞬時速度変数同士の差と判定値との大小比較に基づき失火の有無を判定する場合、判定値を動作点毎に適合する必要がある。これに対し、上記構成では、回転波形変数と動作点変数と機械学習によって学習されたパラメータとの結合演算によって失火変数の値を出力する写像を学習対象とすることから、互いに異なる動作点に対して共通のパラメータを学習することが可能となる。

0016

7.上記1〜5のいずれか1つに記載の前記実行装置および前記記憶装置を備え、前記判定処理は、前記取得処理によって取得された変数を入力とする前記写像の出力値を算出する出力値算出処理を含み、前記実行装置は、第1実行装置および第2実行装置を含み、前記第1実行装置は、車両に搭載されて且つ、前記取得処理と、前記取得処理によって取得されたデータを車両の外部に送信する車両側送信処理と、前記出力値算出処理の算出結果に基づく信号を受信する車両側受信処理と、前記対処処理と、を実行し、前記第2実行装置は、前記車両の外部に配置されて且つ、前記車両側送信処理によって送信されたデータを受信する外部側受信処理と、前記出力値算出処理と、前記選択処理と、前記出力値算出処理の算出結果に基づく信号を前記車両に送信する外部側送信処理と、を実行する内燃機関の失火検出システムである。

0017

上記構成では、出力値算出処理を車両の外部で行うことで、車載装置の演算負荷を軽減できる。
8.上記7記載の前記第2実行装置および前記記憶装置を備えるデータ解析装置である。

0018

9.上記7記載の前記第1実行装置を備える内燃機関の制御装置である。
10.上記1〜6のいずれか1つに記載の前記取得処理、前記判定処理、および前記対処処理をコンピュータによって実行させる内燃機関の失火検出方法である。

0019

上記方法によれば、上記1〜6記載の構成と同様の効果を奏する。

図面の簡単な説明

0020

第1の実施形態にかかる制御装置および車両の駆動系の構成を示す図。
同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図。
同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。
同実施形態にかかる写像の入力変数を示すタイムチャート
同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。
同実施形態にかかるクランク軸の回転挙動波形を示すタイムチャート。
第2の実施形態にかかる制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図。
同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。
第3の実施形態にかかる失火検出システムの構成を示す図。
(a)および(b)は、失火検出システムが実行する処理の手順を示す流れ図。

実施例

0021

<第1の実施形態>
以下、内燃機関の失火検出装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

0022

図1に示す車両VCに搭載された内燃機関10において、吸気通路12には、スロットルバルブ14が設けられている。吸気通路12から吸入された空気は、吸気バルブ16が
開弁することによって各気筒#1〜#4の燃焼室18に流入する。内燃機関10の燃焼室18には、燃料噴射弁20によって燃料噴射される。燃焼室18において、空気と燃料との混合気は、点火装置22の火花放電によって燃焼に供され、燃焼によって生じたエネルギは、クランク軸24の回転エネルギとして取り出される。燃焼に供された混合気は、排気バルブ26の開弁に伴って、排気として、排気通路28に排出される。排気通路28には、酸素吸蔵能力を有した触媒30が設けられている。

0023

クランク軸24の回転動力は、可変バルブタイミング装置40を介して吸気側カム軸42に伝達される。可変バルブタイミング装置40は、吸気側カム軸42とクランク軸24との相対的な回転位相差を変更する。

0024

クランク軸24には、クランク軸24の回転角度を示す複数個(ここでは、34個)の歯部52が設けられたクランクロータ50が結合されている。クランクロータ50には、基本的には、10°CA間隔で歯部52が設けられているものの、隣接する歯部52間の間隔が30°CAとなる箇所である欠け歯部54が1箇所設けられている。これは、クランク軸24の基準となる回転角度を示すためのものである。

0025

クランク軸24は、動力分割機構を構成する遊星歯車機構60のキャリアCに機械的に連結されている。遊星歯車機構60のサンギアSには、第1のモータジェネレータ62の回転軸が機械的に連結されており、遊星歯車機構60のリングギアRには、第2のモータジェネレータ64の回転軸および駆動輪69が機械的に連結されている。第1のモータジェネレータ62の各端子には、インバータ66によって交流電圧印加され、第2のモータジェネレータ64の各端子には、インバータ68によって交流電圧が印加される。

0026

制御装置70は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量であるトルクや排気成分比率等を制御するために、スロットルバルブ14や、燃料噴射弁20、点火装置22、可変バルブタイミング装置40等の内燃機関10の操作部を操作する。また、制御装置70は、第1のモータジェネレータ62を制御対象とし、その制御量であるトルクや回転速度を制御するために、インバータ66を操作する。また、制御装置70は、第2のモータジェネレータ64を制御対象とし、その制御量であるトルクや回転速度を制御するために、インバータ68を操作する。なお、図1には、スロットルバルブ14、燃料噴射弁20、点火装置22、可変バルブタイミング装置40、インバータ66,68のそれぞれの操作信号MS1〜MS6を記載している。

0027

制御装置70は、制御量の制御に際し、エアフローメータ80によって検出される吸入空気量Gaや、触媒30の上流側に設けられた空燃比センサ82の検出値Af、欠け歯部54を除き10°CA毎に設けられた歯部52間の角度間隔毎のパルスを出力するクランク角センサ84の出力信号Scr、カム角センサ86の出力信号Scaを参照する。また制御装置70は、水温センサ88によって検出される内燃機関10の冷却水の温度である水温THWや、アクセルセンサ90によって検出されるアクセルペダル踏み込み量アクセル操作ACCP)を参照する。

0028

制御装置70は、CPU72、ROM74、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリである記憶装置76、および周辺回路77を備え、それらがローカルネットワーク78によって通信可能とされたものである。なお、周辺回路77は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路や、電源回路リセット回路等を含む。

0029

制御装置70は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72が実行することによって、上記制御量の制御を実行する。
図2に、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72が実行することによって実現
される処理の一部を示す。

0030

要求トルク算出処理M10は、アクセル操作量ACCPが大きい場合に小さい場合よりも内燃機関10に対する要求トルクTrqdを大きい値に算出する処理である。目標充填効率設定処理M12は、内燃機関10のトルクを要求トルクTrqdとする上で要求される目標充填効率η0*を設定する処理である。目標充填効率補正処理M14は、目標充填効率η0*に充填効率補正量Δηを加算して目標充填効率η*を算出する処理である。スロットル操作処理M16は、目標充填効率η*が大きい場合に小さい場合よりもスロットルバルブ14の開口度を大きい値に制御すべくスロットルバルブ14に操作信号MS1を出力する処理である。

0031

ベース点火時期設定処理M18は、内燃機関10の動作点を規定する回転速度NEおよび充填効率ηに基づき、点火時期のベース値であるベース点火時期aig0を設定する処理である。なお、回転速度NEは、CPU72により、出力信号Scrに基づき算出される。また、充填効率ηは、CPU72により、回転速度NEおよび吸入空気量Gaに基づき算出される。点火時期補正処理M20は、ベース点火時期aig0に点火時期補正量Δaigを加算して点火時期aigを算出する処理である。点火操作処理M22は、点火装置22による火花放電の時期を点火時期aigとすべく点火装置22に操作信号MS3を出力する処理である。

0032

暖機補正処理M24は、触媒30の暖機処理の実行要求が生じる場合、点火時期補正量Δaigを点火時期aigを遅角させる値に算出して、点火時期補正処理M20に入力する処理を含む。暖機補正処理M24は、暖機処理の実行要求が生じる場合、充填効率補正量Δηをゼロよりも大きい値に算出して、目標充填効率補正処理M14に入力する処理を含む。なお、暖機処理が実行されない場合、点火時期補正量Δaigや充填効率補正量Δηはゼロとされる。具体的には、暖機補正処理M24は、暖機処理によって内燃機関10の燃焼室18内の混合気の燃焼エネルギがトルクに変換される効率を低下させるべく効率低下量vefを設定し、これに基づき点火時期補正量Δaigを遅角側の量として設定する。なお、充填効率補正量Δηは、効率低下量vefがゼロではない場合に要求トルクTrqdを満たすために空気量を増量するためのものである。ちなみに、本実施形態では、暖機処理の実行要求は、水温THWが所定温度以下であることと吸入空気量Gaの始動時からの積算値所定値以下であることとの論理積が真である場合に生じるものとする。

0033

吸気位相差算出処理M30は、クランク角センサ84の出力信号Scrとカム角センサ86の出力信号Scaとに基づき、クランク軸24の回転角度に対する吸気側カム軸42の回転角度の位相差である吸気位相差DINを算出する処理である。目標吸気位相差算出処理M32は、基本的には、内燃機関10の動作点に基づき、目標吸気位相差DIN*を可変設定する処理である。なお、本実施形態では、回転速度NEと充填効率ηとによって動作点を定義している。また、目標吸気位相差算出処理M32は、暖機処理が実行される場合に暖機補正処理M24からの補正指示に基づき、動作点に応じた目標吸気位相差DIN*に対して実際の目標吸気位相差DIN*を変更する処理を含む。具体的には、目標吸気位相差算出処理M32は、暖機処理が実行される場合に暖機補正処理M24からの補正指示に基づき、吸気バルブ16の開弁期間と排気バルブ26の開弁期間との重複期間(オーバーラップ量RO)を変更することによって内部EGR量を変更する処理を含む。

0034

吸気位相差制御処理M34は、吸気位相差DINを目標吸気位相差DIN*に制御するために可変バルブタイミング装置40を操作すべく、可変バルブタイミング装置40に操作信号MS4を出力する処理である。

0035

ベース噴射量算出処理M36は、充填効率ηに基づき、燃焼室18内の混合気の空燃比
目標空燃比とするための燃料量のベース値であるベース噴射量Qbを算出する処理である。詳しくは、ベース噴射量算出処理M36は、たとえば充填効率ηが百分率表現される場合、空燃比を目標空燃比とするための充填効率ηの1%当たりの燃料量QTHに、充填効率ηを乗算することによりベース噴射量Qbを算出する処理とすればよい。ベース噴射量Qbは、燃焼室18内に充填される空気量に基づき、空燃比を目標空燃比に制御するために算出された燃料量である。本実施形態では、目標空燃比として、理論空燃比を例示する。

0036

フィードバック処理M40は、検出値Afを目標値Af*にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック操作量としてのベース噴射量Qbの補正比率δに「1」を加算したフィードバック補正係数AFを算出して出力する処理である。詳しくは、フィードバック処理M40は、検出値Afと目標値Af*との差を入力とする比例要素および微分要素各出力値と、同差に応じた値の積算値を保持し出力する積分要素の出力値との和を補正比率δとする。

0037

要求噴射量算出処理M42は、ベース噴射量Qbにフィードバック補正係数KAFを乗算することによって、要求噴射量Qdを算出する処理である。
噴射弁操作処理M44は、燃料噴射弁20から1燃焼サイクル内に要求噴射量Qdに応じた燃料を噴射すべく燃料噴射弁20に操作信号MS2を出力する処理である。

0038

目標値設定処理M46は、目標値Af*を設定する処理である。目標値設定処理M46は、暖機処理の実行中には、暖機補正処理M24からの指令に応じて、暖機処理の前半においては、目標値Af*を理論空燃比に対応するストイキ点Afsよりもリーンとし、暖機処理の後半においては、目標値Af*をストイキ点Afsよりもリッチとする処理を含む。これは、触媒30の暖機前には、未燃燃料浄化が難しいことに鑑みた設定である。

0039

制御装置70は、内燃機関10の稼働時において、失火の有無を判定する処理を実行する。この際、暖機処理の実行の有無に応じて制御が大きく変更されることに鑑み、互いに異なる処理にて失火の有無を判定する。

0040

図3に、失火の検出に関する処理の手順を示す。図3に示す処理は、ROM74に記憶されている失火用プログラム74aをCPU72が、たとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「S」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。

0041

図3に示す一連の処理において、CPU72は、まず、暖機処理の実行があるか否かを判定する(S8)。そしてCPU72は、暖機処理を実行していないと判定する場合(S8:YES)、微小回転時間T30を取得する(S10)。微小回転時間T30は、CPU72により、クランク角センサ84の出力信号Scrに基づき、クランク軸24が30°CA回転するのに要する時間を計時することによって算出される。次にCPU72は、S10の処理において取得した最新の微小回転時間T30を、微小回転時間T30(0)とし、より過去の値ほど、微小回転時間T30(m)の変数「m」を大きい値とする(S12)。すなわち、「m=1,2,3,…」として、S12の処理がなされる直前における微小回転時間T30(m−1)を微小回転時間T30(m)とする。これにより、たとえば、図3の処理が前回実行されたときにS10の処理により取得された微小回転時間T30は、微小回転時間T30(1)となる。

0042

次に、CPU72は、S10の処理において取得された微小回転時間T30が、気筒#1〜#4のいずれかの圧縮上死点前30°CAから圧縮上死点までの角度間隔の回転に要する時間であるか否かを判定する(S14)。そしてCPU72は、圧縮上死点までの角
度間隔の回転に要する時間であると判定する場合(S14:YES)、360°CAだけ前に圧縮上死点となった気筒の失火の有無を判定すべく、まず、失火の有無の判定処理の入力とする回転波形変数の値を算出する。

0043

すなわち、CPU72は、まず、圧縮上死点前30°CAから圧縮上死点までの角度間隔に関する微小回転時間T30の互いに180°だけ離間した値同士の差を気筒間変数ΔTaとして算出する(S16)。詳しくは、CPU72は、「m=1,2,3,…」として、気筒間変数ΔTa(m−1)を、「T30(6m−6)−T30(6m)」とする。

0044

図4に、気筒間変数ΔTaを例示する。なお、本実施形態では、気筒#1、気筒#3、気筒#4、気筒#2の順に圧縮上死点が出現し、その順で燃焼行程となるものを例示している。図4には、S10の処理において気筒#4の圧縮上死点前30°CAから圧縮上死点までの角度間隔の微小回転時間T30(0)を取得することにより、失火の有無の検出対象が気筒#1である例を示している。この場合、気筒間変数ΔTa(0)は、気筒#4の圧縮上死点と、1つ前に圧縮上死点となった気筒#3の圧縮上死点とのそれぞれに対応する微小回転時間T30同士の差となる。図4には、気筒間変数ΔTa(2)が、失火の検出対象となる気筒#1の圧縮上死点に対応する微小回転時間T30(12)と、気筒#2の圧縮上死点に対応する微小回転時間T30(18)との差であることを記載している。

0045

図3戻り、CPU72は、気筒間変数ΔTa(0),ΔTa(1),ΔTa(2),…のうちの互いに720°CAだけ離間した値同士の差である気筒間変数ΔTbを算出する(S18)。詳しくは、CPU72は、「m=1,2,3,…」として、気筒間変数ΔTb(m−1)を、「ΔTa(m−1)−ΔTa(m+3)」とする。

0046

図4に、気筒間変数ΔTbを例示する。図4には、気筒間変数ΔTb(2)が、「ΔTa(2)−Ta(6)」であることが記載されている。
図3に戻り、CPU72は、失火の検出対象となる気筒に対応する気筒間変数ΔTbと、それ以外の気筒に対応する気筒間変数ΔTbとの相対的な大きさの関係を示す変動パターン変数FLを算出する(S20)。本実施形態では、変動パターン変数FL[02],FL[12],FL[32]を算出する。

0047

ここで、変動パターン変数FL[02]は、「ΔTb(0)/ΔTb(2)」によって定義される。すなわち、変動パターン変数FL[02]は、図4の例を用いると、失火の検出対象となる気筒#1に対応する気筒間変数ΔTb(2)で、その次の次に圧縮上死点となる気筒#4に対応する気筒間変数ΔTb(0)を除算した値である。また、変動パターン変数FL[12]は、「ΔTb(1)/ΔTb(2)」によって定義される。すなわち、変動パターン変数FL[12]は、図4の例を用いると、失火の検出対象となる気筒#1に対応する気筒間変数ΔTb(2)で、その次に圧縮上死点となる気筒#3に対応する気筒間変数ΔTb(1)を除算した値である。また、変動パターン変数FL[32]は、「ΔTb(3)/ΔTb(2)」によって定義される。すなわち、変動パターン変数FL[32]は、図4の例を用いると、失火の検出対象となる気筒#1に対応する気筒間変数ΔTb(2)で、その1つ前に圧縮上死点となっていた気筒#2に対応する気筒間変数ΔTb(3)を除算した値である。

0048

次に、CPU72は、内燃機関10の動作点を規定する回転速度NEおよび充填効率ηを取得する(S22)。
そして、CPU72は、検出対象となる気筒において失火が生じた確率に関する変数である失火変数PRを出力する写像の入力変数x(1)〜x(6)に、S18,S20の処理によって取得した回転波形変数の値と、S22の処理によって取得した変数の値とを代
入する(S24)。すなわち、CPU72は、入力変数x(1)に気筒間変数ΔTb(2)を代入し、入力変数x(2)に変動パターン変数FL[02]を代入し、入力変数x(3)に変動パターン変数FL[12]を代入し、入力変数x(4)に変動パターン変数FL[32]を代入する。また、CPU72は、入力変数x(5)に、回転速度NEを代入し、入力変数x(6)に充填効率ηを代入する。

0049

次にCPU72は、図1に示す記憶装置76に記憶された暖機後用写像データ76aによって規定される写像に入力変数x(1)〜x(6)を入力することによって、写像の出力値である失火変数PRの値を算出する(S26)。

0050

本実施形態において、この写像は、中間層が1層のニューラルネットワークによって構成されている。上記ニューラルネットワークは、入力側係数wA(1)jk(j=0〜n,k=0〜6)と、入力側係数wA(1)jkによって規定される線形写像である入力側線形写像の出力のそれぞれを非線形変換する入力側非線形写像としての活性化関数h(x)を含む。本実施形態では、活性化関数h(x)として、ReLUを例示する。ちなみに、wA(1)j0等は、バイアスパラメータであり、入力変数x(0)は、「1」と定義されている。

0051

また、上記ニューラルネットワークは、出力側係数wA(2)ij(i=1〜2,j=0〜n)と、出力側係数wA(2)ijによって規定される線形写像である出力側線形写像の出力である原型変数yR(1),yR(2)のそれぞれを入力として、失火変数PRを出力するソフトマックス関数とを含む。これにより、本実施形態において、失火変数PRは、実際に失火が生じたことのもっともらしさの大小を「0」よりも大きく「1」よりも小さい所定領域内で連続的な値として定量化したものとなる。

0052

次に、CPU72は、失火変数PRの値が判定値Pth以上であるか否かを判定する(S28)。そしてCPU72は、判定値Pth以上であると判定する場合(S28:YES)、カウンタCRをインクリメントする(S30)。そして、CPU72は、S28の処理が最初に実行された時点または後述のS36の処理がなされた時点から所定期間が経過したか否かを判定する(S32)。ここで所定期間は、1燃焼サイクルの期間よりも長く、望ましくは、1燃焼サイクルの10倍以上の長さを有することが望ましい。

0053

CPU72は、所定期間が経過したと判定する場合(S32:YES)、カウンタCRが閾値Cth以上であるか否かを判定する(S34)。この処理は、許容範囲を超える頻度で失火が生じたか否かを判定する処理である。CPU72は、閾値Cth未満であると判定する場合(S34:NO)、カウンタCRを初期化する(S36)。これに対し、CPU72は、閾値Cth以上であると判定する場合(S34:YES)、異常に対処することをユーザに促すべく、図1に示す警告灯100を操作する報知処理を実行する(S38)。

0054

なお、CPU72は、S36,S38の処理が完了する場合や、S8,S14,S28,S32の処理において否定判定する場合には、図3に示す一連の処理を一旦終了する。
図5に、失火の検出に関する処理の手順を示す。図5に示す処理は、ROM74に記憶されている失火用プログラム74aをCPU72が、たとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、図5において、図3に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付与する。

0055

図5に示す一連の処理においては、CPU72は、暖機処理が実行されていると判定する場合(S8:NO)にS10の処理に移行し、その後、S20の処理が完了する場合、回転速度NE、充填効率ηに加えて、効率低下量vef、目標値Af*、およびオーバー
ラップ量ROを取得する(S22a)。

0056

次にCPU72は、入力変数x(1)〜x(6)に、S18,S20,S22aの処理によって取得した変数の値を代入する(S24a)。すなわち、CPU72は、入力変数x(1)〜x(6)には、S24の処理と同じ変数を代入するとともに、入力変数x(7)に効率低下量vefを代入し、入力変数x(8)に目標値Af*を代入し、入力変数x(9)にオーバーラップ量ROを代入する。

0057

次にCPU72は、図1に示す記憶装置76に記憶されている暖機時用写像データ76bによって規定される写像に入力変数x(1)〜x(9)を入力することによって、写像の出力値である失火変数PRの値を算出する(S26a)。

0058

本実施形態において、この写像は、中間層が1層のニューラルネットワークによって構成されている。上記ニューラルネットワークは、入力側係数wB(1)jk(j=0〜n,k=0〜9)と、入力側係数wB(1)jkによって規定される線形写像である入力側線形写像の出力のそれぞれを非線形変換する入力側非線形写像としての活性化関数h(x)とを含む。本実施形態では、活性化関数h(x)として、ReLUを例示する。ちなみに、wB(1)j0等は、バイアスパラメータであり、入力変数x(0)は、「1」と定義されている。

0059

また、上記ニューラルネットワークは、出力側係数wB(2)ij(i=1〜2,j=0〜n)と、出力側係数wB(2)ijによって規定される線形写像である出力側線形写像の出力である原型変数yR(1),yR(2)のそれぞれを入力として、失火変数PRを出力するソフトマックス関数とを含む。

0060

なお、CPU72は、S26aの処理が完了する場合、S28以降の処理を実行する。
ちなみに、上記暖機後用写像データ76aは、たとえば次のようにして生成されたものである。すなわち、テストベンチにてクランク軸24にダイナモメータを接続した状態で内燃機関10を稼働させ、内燃機関10の暖機後において、気筒#1〜#4のそれぞれにおいて要求される燃料を噴射すべきタイミングのうちランダムに選択したタイミングでは燃料噴射を停止させる。そして燃料の噴射を停止させた気筒においては失火変数PRの値を「1」としたデータを教師データとし、燃料の噴射を停止させていない気筒においては、失火変数PRの値を「0」としたデータを教師データに含める。そして、都度の回転波形変数やS22の処理によって取得する変数の値を用いて、S24,S26の処理と同様の処理によって、失火変数PRの値を算出する。こうして算出された失火変数PRの値と教師データとの差を縮めるように、上記入力側係数wA(1)jkや出力側係数wA(2)ijの値を学習する。具体的には、たとえば、公差エントロピーを最小化するように、入力側係数wA(1)jkや出力側係数wB(1)ijの値を学習すればよい。

0061

これに対し、暖機時用写像データ76bは、上記の処理を、暖機時にS24a,S26aの処理と同様の処理によって失火変数PRの値を算出するように変更して、上記入力側係数wB(1)jkや出力側係数wB(2)ijの値を学習すればよい。

0062

このように、機械学習を用いることにより、様々な動作点をとるようにしつつ内燃機関10を比較的自由に稼働することによって生成される教師データを用いて暖機後用写像データ76aや暖機時用写像データ76bを学習可能である。このため、各動作点毎に、失火の有無におけるクランク軸24の挙動の検知に基づきマップデータを適合する場合と比較すると、適合工数を軽減できる。

0063

ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
CPU72は、回転波形変数に基づき失火変数PRの値を算出することによって、失火の有無を判定する。ここで、CPU72は、暖機処理が実行されていない場合には、暖機後用写像データ76aを用いて失火変数PRの値を算出する一方、暖機処理が実行されている場合には、暖機時用写像データ76bを用いて失火変数の値PRの値を算出する。触媒暖機時には、燃焼効率を低下させて内燃機関10を稼働することなどに起因して、クランク軸24の挙動が、暖機処理が実行されていない場合とは異なるものとなる。

0064

図6に、破線にて正常時の微小回転時間T30の推移を例示し、実線にて失火が生じたときに暖機処理が実行されない場合の微小回転時間T30の推移を例示し、一点鎖線にて失火が生じたときに暖機処理が実行される場合の微小回転時間T30の推移を例示する。図5に示すように、失火が生じたときに暖機処理が実行される場合には、実行されない場合と比較して、微小回転時間T30の変動が小さくなっている。そのため、失火が生じていないときに暖機処理が実行された場合の微小回転時間T30の変動と、失火が生じたときに暖機処理が実行されていない場合の微小回転時間T30の変動との差が小さくなる。このため、暖機処理の有無に応じて処理を変更しない場合、失火が生じていないときに暖機処理が実行された場合の微小回転時間T30の変動と、失火が生じたときに暖機処理を実行していない場合の微小回転時間T30の変動との識別の精度が低下するおそれがある。

0065

そこで、本実施形態では、暖機後用写像データ76aと暖機時用写像データ76bとを各別のデータとした。ここで、仮に暖機処理の実行の有無にかかわらず同一のデータにて対処する場合には、入力変数の次元を拡大する要求や中間層の層数を大きくする要求が生じ、写像の構造が複雑化しやすい。これに対し本実施形態では、暖機処理の実行の有無に応じて各別の写像を用いることにより、写像の簡素化することができ、ひいては失火変数PRの値を高精度に算出しつつも演算負荷を軽減できる。

0066

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する作用効果が得られる。
(1)内燃機関10の動作点を規定する動作点変数としての回転速度NEおよび充填効率ηを写像の入力とした。燃料噴射弁20や点火装置22等の内燃機関10の操作部の操作量は、内燃機関10の動作点に基づき定められる傾向がある。そのため、動作点変数は、各操作部の操作量に関する情報を含む変数である。したがって、動作点変数を写像の入力とすることにより、各操作部の操作量に関する情報に基づき失火変数PRの値を算出することができ、ひいては操作量によるクランク軸24の回転挙動の変化を反映して失火変数PRの値をより高精度に算出することができる。

0067

また、動作点変数を入力変数とすることにより、回転波形変数と動作点変数との、機械学習によって学習されたパラメータである入力側係数wA(1)jk,wB(1)jkによる結合演算によって失火変数PRの値が算出される。このため、動作点変数毎に適合値を適合する必要が生じない。これに対し、たとえば気筒間変数ΔTbと判定値との大小比較をする場合には、判定値を動作点変数毎に適合する必要が生じることから、適合工数が大きくなる。

0068

(2)効率低下量vefを入力変数に含めた。これにより、暖機処理の実行の有無を示す2値的な変数を入力変数とする場合と比較すると、クランク軸24の回転挙動に及ぼされる影響についてのより詳細な情報を得ることができることから、失火変数PRの値をより高精度に算出しやすい。

0069

(3)オーバーラップ量ROを入力変数に含めた。オーバーラップ量ROによって内部EGR量が異なり、内部EGR量によって燃焼室18内における混合気の燃焼状態が変化し、ひいてはクランク軸24の回転挙動が変化する。そのため、本実施形態では、写像へ
の入力にオーバーラップ量ROを含めることにより、オーバーラップ量ROに応じたクランク軸24の回転挙動を反映した失火変数PRの値を算出できる。

0070

(4)目標値Af*を入力変数に含めた。空燃比が変更されると、燃焼室18内における混合気の燃焼状態が変化し、ひいてはクランク軸24の回転挙動が変化する。そのため、本実施形態では、写像への入力に目標値Af*を含めることにより、空燃比に応じたクランク軸24の回転挙動を反映した失火変数PRの値を算出できる。

0071

(5)入力変数xとなる回転波形変数を、微小回転時間T30のうちの圧縮上死点付近の値を選択的に用いて生成した。失火の有無で相違が最も生じるのは、微小回転時間T30のうちの圧縮上死点付近の値である。そのため、微小回転時間T30のうちの圧縮上死点付近の値を選択的に用いることにより、入力変数xの次元が大きくなることを抑制しつつも、失火の有無の判定に必要な情報を極力取り込むことができる。

0072

(6)回転波形変数に、気筒間変数ΔTb(2)を含めた。気筒間変数ΔTb(2)は、失火の検出対象となる気筒とこれに隣接する気筒との圧縮上死点に対応する微小回転時間T30同士の差を予め1次元で定量化したものである。そのため、小さい次元数の変数で失火の有無の判定に必要な情報を効率的に取り込むことができる。

0073

(7)回転波形変数に、気筒間変数ΔTb(2)のみならず、変動パターン変数FLを含めた。クランク軸24には、路面からの振動等が重畳することから、回転波形変数を気筒間変数ΔTb(2)のみとする場合には、誤判定が生じる懸念がある。これに対し、本実施形態では、気筒間変数ΔTb(2)に加えて、変動パターン変数FLを用いて失火変数PRの値を算出することにより、気筒間変数ΔTb(2)のみから算出する場合と比較して、失火変数PRの値を、失火が生じたもっともらしさの度合い(確率)をより高精度に示す値とすることができる。

0074

しかも、本実施形態では、機械学習によって学習されたパラメータである入力側係数wA(1)jk,wB(1)jkによる気筒間変数ΔTb(2)と変動パターン変数FLとの結合演算によって失火変数PRの値を算出する。そのため、気筒間変数ΔTb(2)と判定値との比較と、変動パターン変数FLと判定値との比較とに基づき失火の有無を判定する場合と比較して、気筒間変数ΔTb(2)および変動パターン変数FLと失火の有無とのより詳細な関係に基づき失火の有無を判定することができる。

0075

<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

0076

図7に、本実施形態にかかる制御装置70が実行する処理の一部を示す。図7に示す処理は、ROM74に記憶されているプログラムをCPU72が実行することにより実現される。なお、図7において、図2に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一の符号を付している。

0077

振幅値変数出力処理M50は、クランク軸24が2回転する期間において燃焼対象となる混合気である気筒#1〜#4のそれぞれにおける混合気を1つに集めた場合の空燃比を目標値Af*としつつも、燃焼対象とする混合気の空燃比を気筒間で異ならせるディザ制御の振幅値変数αを算出して出力する処理である。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、第1の気筒#1〜第4の気筒#4のうちの1つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの3つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする。そして、リッチ燃焼気筒における
噴射量を、上記要求噴射量Qdの「1+α」倍とし、リーン燃焼気筒における噴射量を、要求噴射量Qdの「1−(α/3)」倍とする。これにより、1燃焼サイクルにおいて気筒#1〜#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、以下の2つの値(ア)および値(イ)が等しくなる。

0078

値(ア):リッチ燃焼気筒における要求噴射量Qdに対する増量比率(ここでは、「α」)の、クランク軸が2回転する期間におけるリッチ燃焼気筒の燃焼行程の出現回数(ここでは、1回)分の和(ここでは、「α」自体)。

0079

値(イ):リーン燃焼気筒における要求噴射量Qdに対する減量比率(ここでは、「α/3」)の、クランク軸が2回転する期間におけるリーン燃焼気筒の燃焼行程の出現回数(ここでは、3回)分の和(ここでは、「α」自体)。

0080

値(ア)と値(イ)とを等しくすることにより、1燃焼サイクルにおいて気筒#1〜#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、内燃機関10の気筒#1〜#4のそれぞれにおいて燃焼対象となる混合気を1つに集めた場合の空燃比を目標値Af*と同一とすることができる。

0081

暖機処理時には、振幅値変数出力処理M50により、振幅値変数αがゼロよりも大きい値とされる。詳しくは、振幅値変数出力処理M50は、回転速度NEおよび充填効率ηに基づき、振幅値変数αを可変設定する処理を含む。具体的には、回転速度NEおよび充填効率ηを入力変数とし、振幅値変数αを出力変数とするマップデータがROM74に予め記憶された状態で、CPU72により振幅値変数αがマップ演算される。ちなみに、図7には、回転速度NEや充填効率ηが大きい領域においては、振幅値変数αがゼロであることを例示している。これは、高負荷領域等においては、ディザ制御を実行しなくても、触媒30に流入する排気のエネルギ流量が大きくなることに鑑みたものである。

0082

なお、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とするのに対し、一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。

0083

補正係数算出処理M52は、「1」に、振幅値変数αを加算して、リッチ燃焼気筒に関し、要求噴射量Qdの補正係数を算出する処理である。ディザ補正処理M54は、要求噴射量Qdに補正係数「1+α」を乗算することによって、リッチ燃焼気筒とされる気筒#wの噴射量指令値Q*を算出する処理である。ここで、「w」は、「1」〜「4」のいずれかを意味する。

0084

乗算処理M56は、振幅値変数αを「−1/3」倍する処理であり、補正係数算出処理M58は、「1」に、乗算処理M56の出力値を加算して、リーン燃焼気筒に関し、要求噴射量Qdの補正係数を算出する処理である。ディザ補正処理M60は、要求噴射量Qdに補正係数「1−(α/3)」を乗算することによって、リーン燃焼気筒とされる気筒#x,#y,#zの噴射量指令値Q*を算出する処理である。ここで、「x」,「y」,「z」は、「1」〜「4」のいずれかであって、且つ、「w」,「x」,「y」,「z」は、互いに異なるものとする。

0085

噴射弁操作処理M44は、ディザ補正処理M54が出力する噴射量指令値Q*に基づき、リッチ燃焼気筒とされる気筒#wの燃料噴射弁20に操作信号MS2を出力し、燃料噴射弁20から噴射される燃料量の総量を噴射量指令値Q*に応じた量とする。また、噴射
弁操作処理M44は、ディザ補正処理M60が出力する噴射量指令値Q*に基づき、リーン燃焼気筒とされる気筒#x,#y,#zの燃料噴射弁20に操作信号MS2を出力し、同燃料噴射弁20から噴射される燃料量の総量を噴射量指令値Q*に応じた量とする。

0086

図8に、失火の検出に関する処理の手順を示す。図8に示す処理は、ROM74に記憶されている失火用プログラム74aをCPU72が、たとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、図8において、図5に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付与する。

0087

図8に示す一連の処理において、CPU72は、S20の処理が完了する場合、回転速度NE、充填効率ηに加えて、振幅値変数αを取得する(S22b)。
次にCPU72は、入力変数xに、S18,S20,S22bの処理によって取得した変数の値を代入する(S24b)。すなわち、CPU72は、入力変数x(1)〜x(6)には、S24の処理と同じ変数の値を代入するとともに、入力変数x(7)に振幅値変数αを代入する。

0088

次にCPU72は、暖機時用写像データ76bによって規定される写像に入力変数x(1)〜x(7)を入力することによって、写像の出力値である失火変数PRの値を算出する(S26b)。

0089

本実施形態において、この写像は、中間層が1層のニューラルネットワークによって構成されている。上記ニューラルネットワークは、入力側係数wB(1)jk(j=0〜n,k=0〜7)と、入力側係数wB(1)jkによって規定される線形写像である入力側線形写像の出力のそれぞれを非線形変換する入力側非線形写像としての活性化関数h(x)とを含む。本実施形態では、活性化関数h(x)として、ReLUを例示する。ちなみに、wB(1)j0等は、バイアスパラメータであり、入力変数x(0)は、「1」と定義されている。

0090

また、上記ニューラルネットワークは、出力側係数wB(2)ij(i=1〜2,j=0〜n)と、出力側係数wB(2)ijによって規定される線形写像である出力側線形写像の出力である原型変数yR(1),yR(2)のそれぞれを入力として、失火変数PRを出力するソフトマックス関数とを含む。

0091

なお、CPU72は、S26bの処理が完了する場合、S28以降の処理を実行する。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

0092

本実施形態では、失火変数PRの算出処理を車両の外部で行う。
図9に本実施形態にかかる失火検出システムを示す。なお、図9において、図1に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。

0093

図9に示す車両VC内の制御装置70は、通信機79を備えている。通信機79は車両VCの外部のネットワーク110を介してセンター120と通信するための機器である。
センター120は、複数の車両VCから送信されるデータを解析する。センター120は、CPU122、ROM124、記憶装置126、周辺回路127および通信機129を備えており、それらがローカルネットワーク128によって通信可能とされるものである。

0094

図10に、本実施形態にかかる失火の検出に関する処理の手順を示す。図10(a)に
示す処理は、図9に示すROM74に記憶されている失火用サブプログラム74bをCPU72が実行することにより実現される。また、図10(b)に示す処理は、ROM124に記憶されている失火用メインプログラム124aをCPU122が実行することにより実現される。なお、図10において図5に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。以下では、失火検出処理の時系列に沿って、図10に示す処理を説明する。

0095

すなわち、車両VCにおいてCPU72は、図10(a)に示すS14の処理において肯定判定する場合、微小回転時間T30(0),T30(6),T30(12),T30(18),T30(24),T30(30),T30(36),T30(42),T30(48)を取得する(S40)。これら微小回転時間T30は、互いに異なる角度間隔のそれぞれにおける微小回転時間T30同士の相違に関する情報を含む変数である回転波形変数を構成する。特に、上記微小回転時間T30は、圧縮上死点前30°CAから圧縮上死点までの角度間隔の回転に要する時間であり、しかも、圧縮上死点の出現タイミングの9回分の値である。そのため、それら微小回転時間T30の組データは、互いに異なる圧縮上死点のそれぞれに対応した微小回転時間T30同士の相違に関する情報を示す変数となっている。なお、上記の9個の微小回転時間T30は、気筒間変数ΔTb(2)、および変動パターン変数FL[02],FL[12],FL[32]を算出するときに用いた微小回転時間T30の全てである。

0096

次に、CPU72は、回転速度NEおよび充填効率ηを取得する処理(S42)を実行し、さらに暖機処理時には効率低下量vef、目標値Af*およびオーバーラップ量ROを取得する処理(S42)を実行する。そしてCPU72は、通信機79を操作することによって、それらS40,S42の処理において取得したデータと、同データが暖機処理の実行時のものか否かの情報(実行有無情報)とを、車両VCの識別情報(車両ID)とともにセンター120に送信する(S44)。

0097

これに対し、センター120のCPU122は、図10(b)に示すように、送信されたデータを受信する(S50)。そして、CPU122は、S50の処理によって取得した変数の値を入力変数x(1)〜x(11)に代入する(S52)。すなわち、CPU122は、入力変数x(1)に微小回転時間T30(0)を代入し、入力変数x(2)に微小回転時間T30(6)を代入し、入力変数x(3)に微小回転時間T30(12)を代入し、入力変数x(4)に微小回転時間T30(18)を代入する。またCPU122は、入力変数x(5)に微小回転時間T30(24)を代入し、入力変数x(6)に微小回転時間T30(30)を代入し、入力変数x(7)に微小回転時間T30(36)を代入する。またCPU122は、入力変数x(8)に微小回転時間T30(42)を代入し、入力変数x(9)に微小回転時間T30(48)を代入する。またCPU122は、入力変数x(10)に回転速度NEを代入し、入力変数x(11)に充填効率ηを代入する。

0098

次に、CPU72は、上記取得したデータが暖機処理の実行をしていないときのものであるか否かを実行有無情報に基づき判定する(S54)。そして、CPU122は、実行していないときのものであると判定する場合(S54:YES)、図9に示す記憶装置126に記憶されている暖機後用写像データ126aによって規定される写像に入力変数x(1)〜x(11)を入力することによって、写像の出力値である失火変数PRの値を算出する(S56)。

0099

本実施形態において、この写像は、中間層が「α」個であって且つ、各中間層の活性化関数h1〜hαが、ReLUであり、出力層の活性化関数がソフトマックス関数であるニューラルネットワークによって構成されている。たとえば、第1の中間層の各ノードの値は、係数wA(1)ji(j=0〜n1,i=0〜11)によって規定される線形写像に
上記入力変数x(1)〜x(11)を入力した際の出力を活性化関数h1に入力することによって生成される。すなわち、m=1,2,…,αとすると、第mの中間層の各ノードの値は、係数wA(m)によって規定される線形写像の出力を活性化関数hmに入力することによって生成される。図10において、n1,n2,…,nαは、それぞれ、第1、第2、…、第αの中間層のノード数である。ちなみに、wA(1)j0等は、バイアスパラメータであり、入力変数x(0)は、「1」と定義されている。

0100

一方、CPU122は、暖機処理時のものであると判定する場合(S54:NO)、入力変数x(12)に効率低下量vefを代入し、入力変数x(13)に目標値Af*を代入し、入力変数x(14)にオーバーラップ量ROを代入する(S58)。

0101

次にCPU122は、図9に示す記憶装置126に記憶されている暖機時用写像データ126bによって規定される写像に入力変数x(1)〜x(14)を入力することによって、写像の出力値である失火変数PRの値を算出する(S60)。

0102

本実施形態において、この写像は、中間層が「α」個であって且つ、各中間層の活性化関数h1〜hαが、ReLUであり、出力層の活性化関数がソフトマックス関数であるニューラルネットワークによって構成されている。たとえば、第1の中間層の各ノードの値は、係数wB(1)ji(j=0〜n1,i=0〜14)によって規定される線形写像に上記入力変数x(1)〜x(14)を入力した際の出力を活性化関数h1に入力することによって生成される。すなわち、m=1,2,…,αとすると、第mの中間層の各ノードの値は、係数wB(m)によって規定される線形写像の出力を活性化関数hmに入力することによって生成される。ここで、n1,n2,…,nαは、それぞれ、第1、第2、…、第αの中間層のノード数である。ちなみに、wB(1)j0等は、バイアスパラメータであり、入力変数x(0)は、「1」と定義されている。

0103

次に、CPU122は、通信機129を操作することによって、S50の処理によって受信したデータが送信された車両VCに、失火変数PRの値を示す信号を送信し(S62)、図10(b)に示す一連の処理を一旦終了する。これに対し、図10(a)に示すように、CPU72は、失火変数PRの値を受信し(S46)、S28以降の処理を実行する。

0104

このように、本実施形態では、センター120においてS56,S60の処理を実行するため、CPU72の演算負荷を軽減できる。
対応関係
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。[1]失火検出装置は、制御装置70に対応する。実行装置は、CPU72およびROM74に対応する。記憶装置は、記憶装置76に対応する。回転波形変数は、気筒間変数ΔTb(2)および変動パターン変数FL[02],FL[12],FL[32]に対応する。取得処理は、S18〜S22の処理や、S18,S20,S22aの処理に対応し、判定処理は、S24〜S36の処理や、S24a,S26a,S28〜S36の処理に対応し、対処処理は、S38の処理に対応する。暖機処理は、図2においては、暖機補正処理M24、点火時期補正処理M20、点火操作処理M22、目標吸気位相差算出処理M32、吸気位相差制御処理M34、目標値設定処理M46、噴射弁操作処理M44に対応する。また、図7においては、振幅値変数αがゼロではない場合における、振幅値変数出力処理M50、補正係数算出処理M52、ディザ補正処理M54、乗算処理M56、補正係数算出処理M58、ディザ補正処理M60および噴射弁操作処理M44に対応する。選択処理は、S8の処理に対応する。[2]暖機用操作量変数は、効率低下量vef、目標値Af*およびオーバーラップ量ROや
、振幅値変数αに対応する。[3]遅角量に関する変数は、効率低下量vefに対応する。[4]バルブ特定可変装置は、可変バルブタイミング装置40に対応する。バルブ特性変数は、オーバーラップ量ROに対応する。[5]空燃比変数は、目標値Af*に対応する。[6]動作点変数は、回転速度NEおよび充填効率ηに対応する。[7]第1実行装置は、CPU72およびROM74に対応する。第2実行装置は、CPU122およびROM124に対応する。回転波形変数は、微小回転時間T30(0),T30(6),T30(12),…,T30(48)に対応する。取得処理は、S40,S42の処理に対応し、車両側送信処理は、S44の処理に対応し、車両側受信処理は、S46の処理に対応する。外部側受信処理は、S50の処理に対応し、出力値算出処理は、S52〜S60の処理に対応し、外部側送信処理は、S62の処理に対応する。[8]データ解析装置は、センター120に対応する。[9]内燃機関の制御装置は、図9に示す制御装置70に対応する。[10]コンピュータは、CPU72およびROM74や、CPU72,CPU122およびROM74,ROM124に対応する。

0105

<その他の実施形態>
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

0106

・「バルブ特性変数について」
上記実施形態では、バルブ特性変数としてオーバーラップ量ROを例示したが、これに限らない。たとえば目標吸気位相差DIN*や吸気位相差DINを用いてもよい。またたとえば、S26の処理等の実行周期における目標吸気位相差DIN*や吸気位相差DINの平均値を用いてもよい。

0107

・「空燃比変数について」
上記実施形態では、空燃比変数として目標値Af*を例示したがこれに限らない。たとえば検出値Afの所定期間における平均値を用いてもよい。

0108

・「点火時期の遅角量に関する変数について」
上記実施形態では、点火時期の遅角量に関する変数として、効率低下量vefを用いたが、これに限らない。たとえば点火時期補正量ΔaigのS26の処理等の実行周期における平均値であってもよい。

0109

なお、たとえば暖機処理の実行期間にわたって効率低下量vefを一定とする場合、点火時期の遅角量に関する変数を暖機時用写像データ76b,126bによって規定される写像への入力に含めなくてもよい。もっとも、暖機処理の実行期間にわたって効率低下量vefを一定とする場合に効率低下量vefを写像への入力に含めないことは必須ではない。こうした場合に効率低下量vefを写像への入力に含めることにより、たとえば効率低下量vefが異なる複数の仕様に対して単一の暖機時用写像データ76b,126bで対処することができる。

0110

・「気筒間変数について」
気筒間変数ΔTbとしては、互いに圧縮上死点の出現タイミングが隣接する一対の気筒のそれぞれの圧縮上死点に対応する微小回転時間T30同士の差の720°CAだけ離間した値同士の差に限らない。たとえば、互いに圧縮上死点の出現タイミングが360°CAだけ離間した気筒のそれぞれの圧縮上死点に対応する微小回転時間T30同士の差の720°CAだけ離間した値同士の差であってもよい。この場合、気筒間変数ΔTb(2)は、「T30(12)−T30(24)−{T30(36)−T30(48)}」となる。

0111

また、一対の気筒のそれぞれの圧縮上死点に対応する微小回転時間T30同士の差の720°CAだけ離間した値同士の差に限らず、失火の検出対象となる気筒と、それ以外の気筒とのそれぞれの圧縮上死点に対応する微小回転時間T30同士の差であってもよい。

0112

またたとえば、気筒間変数を、一対の気筒のそれぞれの圧縮上死点に対応する微小回転時間T30同士の比としてもよい。
なお、気筒間変数ΔTbを定義する際の微小回転時間としては、30°CAの回転に要する時間に限らず、たとえば45°CAの回転に要する時間等であってもよい。この際、微小回転時間は、圧縮上死点の出現間隔以下の角度間隔の回転に要する時間であることが望ましい。

0113

さらに、上記において、微小回転時間に代えて、所定の角度間隔の回転に要する時間によって所定の角度間隔を除算した瞬時回転速度を用いてもよい。
・「変動パターン変数について」
変動パターン変数の定義としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、気筒間変数ΔTbを、「気筒間変数について」の欄において例示したもの等に変更することによって、変動パターン変数の定義を変更してもよい。

0114

さらに、互いに異なる圧縮上死点の出現タイミングに対応した気筒間変数ΔTb同士の比として変動パターン変数を定義することも必須ではなく、比の代わりに差をとってもよい。この場合であっても、内燃機関10の動作点変数を入力に含めることにより、変動パターン変数の大きさが、動作点に応じて変化することを反映して失火変数PRの値を算出できる。

0115

・「回転波形変数について」
S26の処理では、気筒間変数ΔTb(2)および変動パターン変数FL[02],FL[12],FL[32]によって回転波形変数を構成したが、これに限らない。たとえば、回転波形変数を構成する変動パターン変数を、変動パターン変数FL[02],FL[12],FL[32]のいずれか1つまたは2つとしてもよい。またたとえば、変動パターン変数FL[02],FL[12],FL[32],FL[42]等、4つ以上の変動パターン変数を含めてもよい。

0116

S56,S60の処理では、互いに圧縮上死点の出現タイミングが異なる9個のタイミングのそれぞれに対応した微小回転時間T30によって回転波形変数を構成したが、これに限らない。たとえば失火の検出対象となる気筒の圧縮上死点を中央として、圧縮上死点の出現する角度間隔の2倍以上の区間を30°CAの間隔で分割したそれぞれにおける微小回転時間T30によって回転波形変数を構成してもよい。また上記において、失火の検出対象となる気筒の圧縮上死点を中央とすることは必須ではない。さらに、ここでの微小回転時間としては、30°CAの間隔の回転に要する時間に限らない。また、微小回転時間に代えて、所定の角度間隔の回転に要する時間によって所定の角度間隔を除算した瞬時回転速度を用いてもよい。

0117

・「動作点変数について」
動作点変数としては、回転速度NEおよび充填効率ηに限らない。たとえば、吸入空気量Gaと回転速度NEとであってもよい。またたとえば下記「内燃機関について」の欄に記載したように、圧縮着火式内燃機関を用いる場合、噴射量と回転速度NEとであってもよい。なお、動作点変数を写像の入力とすることは必須ではない。たとえば下記「車両について」の欄に記載したシリーズハイブリッド車に搭載される内燃機関に適用される場合において、内燃機関が特定の動作点に限って運転される場合等には、動作点変数を入力変数に含めなくても、失火変数PRの値を高精度に算出できる。

0118

・「外部側送信処理について」
S62の処理では、失火変数PRの値を送信したが、これに限らない。たとえば、原型変数yR(1),yR(2)の値を送信してもよい。またたとえば、センター120において、S28〜S36の処理を実行することとし、異常があるか否かの判定結果を送信してもよい。

0119

・「対処処理について」
上記実施形態では、警告灯100を操作することによって、視覚情報を通じて失火が生じた旨を報知したが、これに限らない。たとえば、スピーカを操作することによって、聴覚情報を通じて失火が生じた旨を報知してもよい。また、たとえば図1に示す制御装置70が通信機79を備えることとし、通信機79を操作してユーザの携帯端末に失火が生じた旨の信号を送信する処理としてもよい。これは、ユーザの携帯端末に、報知処理を実行するアプリケーションプログラムインストールしておくことにより実現できる。

0120

対処処理としては、報知処理に限らない。たとえば、内燃機関10の燃焼室18内の混合気の燃焼を制御するための操作部を失火が生じた旨の情報に応じて操作する操作処理であってもよい。具体的には、たとえば操作部を点火装置22として失火が生じた気筒の点火時期を進角させてもよい。またたとえば、操作部を燃料噴射弁20として、失火が生じた気筒の燃料噴射量を増量させてもよい。

0121

・「写像への入力について」
ニューラルネットワークへの入力や、下記「機械学習のアルゴリズムについて」の欄に記載した回帰式への入力等としては、各次元が単一の物理量や変動パターン変数FLからなるものに限らない。たとえば上記実施形態等において写像への入力とした複数種類の物理量や変動パターン変数FLの一部については、ニューラルネットワークや回帰式への直接の入力とする代わりに、それらの主成分分析によるいくつかの主成分を、ニューラルネットワークや回帰式への直接の入力としてもよい。もっとも、主成分をニューラルネットワークや回帰式の入力とする場合に、ニューラルネットワークや回帰式への入力の一部のみが主成分となることは必須ではなく、全部を主成分としてもよい。なお、主成分を写像への入力とする場合、暖機後用写像データ76a,126aや暖機時用写像データ76b,126bには、主成分を定める写像を規定するデータが含まれることとなる。

0122

・「写像データについて」
車両において実行される演算に用いられる写像を規定する写像データを暖機後用写像データ126aや暖機時用写像データ126bとしてもよい。

0123

センター120において実行される演算に用いられる写像を規定する写像データを暖機後用写像データ76aや暖機時用写像データ76bとしてもよい。
たとえば図10の記載によれば、ニューラルネットワークの中間層の層数は、2層よりも多い表現となっているが、これに限らない。

0124

上記実施形態では、活性化関数h,h1,h2,…hαを、ReLUとし、出力の活性化関数をソフトマックス関数としたが、これに限らない。たとえば活性化関数h,h1,h2,…hαを、ハイパボリックタンジェントとしてもよい。またとえば、活性化関数h,h1,h2,…hαをロジスティックジグモイド関数としてもよい。

0125

またたとえば、出力の活性化関数を、ロジスティックジグモイド関数としてもよい。この場合、たとえば出力層のノード数を1個とし、出力変数を失火変数PRとすればよい。その場合、出力変数の値が所定値以上である場合に異常と判定することによって、異常の
有無を判定できる。

0126

・「機械学習のアルゴリズムについて」
機械学習のアルゴリズムとしては、ニューラルネットワークを用いるものに限らない。たとえば、回帰式を用いてもよい。これは、上記ニューラルネットワークにおいて中間層を備えないものに相当する。また、たとえば、サポートベクトルマシンを用いてもよい。この場合、出力の値の大きさ自体には意味がなく、その値が正であるか否かに応じて、失火が生じたか否かを表現する。換言すれば、失火変数の値が3値以上の値を有してそれらの値の大小が失火の確率の大小を表現するものとは相違する。

0127

・「学習工程について」
上記実施形態では、ランダムに失火が生じる状況において学習を実行したが、これに限らない。たとえば、特定の気筒で連続的に失火が生じる状況において学習を実行してもよい。ただし、その場合、写像への入力となる気筒間変数や変動パターン変数に用いる気筒間変数ΔTbを、「気筒間変数について」の欄に記載したように、失火の検出対象となる気筒と、それ以外の気筒とのそれぞれの圧縮上死点に対応する微小回転時間T30同士の差等とすることが望ましい。

0128

・「データ解析装置について」
図10(b)の処理を、たとえばユーザが所持する携帯端末によって実行してもよい。これは、携帯端末に図10(b)の処理を実行するアプリケーションプログラムをインストールしておくことにより実現できる。なお、この際、たとえばS44の処理におけるデータの送信が有効な距離が車両の長さ程度である設定とするなどして、車両IDの送受信処理を削除してもよい。

0129

・「実行装置について」
実行装置としては、CPU72(122)とROM74(124)とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、実行装置は、以下の(a)〜(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア実行装置や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。

0130

・「記憶装置について」
上記実施形態では、暖機後用写像データ76a,126aや暖機時用写像データ76b,126bが記憶される記憶装置と、失火用プログラム74aや失火用メインプログラム124aが記憶される記憶装置(ROM74,124)とを別の記憶装置としたが、これに限らない。

0131

・「コンピュータについて」
コンピュータとしては、車両に搭載されたCPU72およびROM74等の実行装置と、センター120が備えるCPU122およびROM124等の実行装置とから構成されるものに限らない。たとえば、車両に搭載された実行装置とセンター120が備える実行装置と、ユーザの携帯端末内のCPUおよびROM等の実行装置とによって、構成してもよい。これは、たとえば図10のS62の処理を、ユーザの携帯端末に送信する処理とし、図10(a)のS46,S28〜S38の処理を携帯端末において実行することで実現
できる。

0132

・「内燃機関について」
上記実施形態では、燃料噴射弁として、燃焼室18内に燃料を噴射する筒内噴射弁を例示したがこれに限らない。たとえば吸気通路12に燃料を噴射するポート噴射弁であってもよい。またたとえば、ポート噴射弁と筒内噴射弁との双方を備えてもよい。

0133

内燃機関としては、火花点火式内燃機関に限らず、たとえば燃料として軽油などを用いる圧縮着火式内燃機関等であってもよい。
・「車両について」
車両としては、シリーズパラレルハイブリッド車に限らない。たとえば、パラレルハイブリッド車やシリーズハイブリッド車であってもよい。また、ハイブリッド車に限らず、車両の推力を生成する装置が内燃機関のみの車両であってもよい。

0134

10…内燃機関、12…吸気通路、14…スロットルバルブ、16…吸気バルブ、18…燃焼室、20…燃料噴射弁、22…点火装置、24…クランク軸、26…排気バルブ、28…排気通路、30…触媒、40…可変バルブタイミング装置、42…吸気側カム軸、50…クランクロータ、52…歯部、54…欠け歯部、60…遊星歯車機構、62…第1のモータジェネレータ、64…第2のモータジェネレータ、66,68…インバータ、69…駆動輪、70…制御装置、72…CPU、74…ROM、74a…失火用プログラム、74b…失火用サブプログラム、76…記憶装置、76a…暖機後用写像データ、76b…暖機時用写像データ、77…周辺回路、78…ローカルネットワーク、79…通信機、80…エアフローメータ、82…空燃比センサ、84…クランク角センサ、86…カム角センサ、88…水温センサ、90…アクセルセンサ、100…警告灯、110…ネットワーク、120…センター、122…CPU、124…ROM、124a…失火用メインプログラム、126…記憶装置、126a…暖機後用写像データ、126b…暖機時用写像データ、127…周辺回路、128…ローカルネットワーク、129…通信機。

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