(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関内の混合気の燃焼あるいは失火を、混合気の燃焼時に発生するイオン電流により検出する内燃機関の失火検出装置において、前記内燃機関における気筒内の混合気の燃焼直後に前記気筒内で発生するイオン量に応じたイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記イオン電流検出値に基づいて所定の導関数を演算し、その大きさがしきい値を超えたとき燃焼と判定する失火判定手段を備えることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
【請求項２】
前記イオン電流の初期ノイズをマスクして導関数を演算する導関数演算手段と、前記導関数が減少する区間および減少量を演算し、前記区間および前記減少量がそれぞれのしきい値より大きな領域が存在するとき燃焼と判定する失火判定手段を備える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。
【請求項３】
前記イオン電流の初期ノイズをマスクして二次導関数を演算する二次導関数演算手段と、二次導関数が負となる領域の区間および面積を演算し、前記区間および前記面積がそれぞれのしきい値より大きな領域が存在するとき、燃焼と判定する失火判定手段を備える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。
【請求項４】
前記導関数、二次導関数は差分法により算出するものとし、その差分幅を区間のしきい値の４分の１から４分の３程度とすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の失火検出装置。
【請求項５】
前記導関数、二次導関数を算出する差分法は中心差分を用いることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の失火検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の燃焼／失火をイオン電流によって検出する内燃機関の失火検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダ内で混合気を燃焼させるとイオンが発生することが一般に知られている。そこで、シリンダ内に高電圧をバイアス電圧として印加したプローブを設置すると、このイオンをイオン電流として観測することができる。
つまり、イオン電流の有無を検出することで全気筒の燃焼、失火を個別に判定することができる。
【０００３】
図４は従来の内燃機関の失火検出装置を示す構成図であり、図５はその動作を示すタイミングチャートである。図において１は点火部であり、この点火部１は一次巻線１１の高圧側に正極の電圧ＶＢを印加し、低圧側はアースとの間に一次電流遮断用のスイッチング素子１３を接続し、二次巻線１２の高圧側に点火プラグ１４を接続し、低圧側に配線導体を介してイオン電流検出部１５を接続したイグニッションコイルＩＧを備えている。
【０００４】
イオン電流検出部１５は点火プラグ１４に対して正極のバイアス電圧を印加するバイアス回路１６より構成される。
【０００５】
次に、従来装置の動作について説明する。
バイアス回路１６は、イグニッションコイルＩＧの二次電圧を利用してイオン電流を検出するために、イオン電流の検出プローブとして点火プラグ１４に正極の高電圧（バイアス電圧）をチャージする。
【０００６】
スイッチング素子１３に点火パルスＩＢを与えると点火パルスＩＢの立ち下がりエッジでのイグニッションコイルＩＧの一次巻線１１の一次電流は遮断される。そして、二次巻線１２に接続された点火プラグ４には負極性の高電圧が印加され、点火プラグ１４の電極間で放電が開始されることで混合気に着火されて爆発燃焼する。混合気の爆発燃焼により爆発気筒内には電離作用でイオンが発生する。
【０００７】
このとき、点火プラグ１４は、二次電圧によりチャージされたバイアス回路１６により正極のバイアス電圧がかかっているため、電離イオンはバイアス電圧により電子移動を生じさせてイオン電流として検出される。
【０００８】
しかし、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、イオンが検出される前に点火パルスＩＢの立ち上がり時に急峻なパルスが発生すると共に、点火プラグ１４による放電による混合気への点火時にもイオン電流発生時に急峻なパルスが点火ノイズとして発生する。
【０００９】
一般にイオン電流のピーク値は機関の運転状態によって変化するが、エンジンの回転数が低いときはピーク値は小さく、回転数が高いときはピーク値は大きくなる傾向がある。その値は数μＡ〜数百μＡとなる。エンジンの運転条件の全域で、イオン電流の有無に基づいて失火を検出するために、イオン電流検出のためのしきい値は数μＡに設定されている。
【００１０】
しかし、実際、しきい値を数μＡに設定すると、点火パルスＩＢの立ち上がる時、点火プラグ１４の点火時に発生する点火ノイズをも燃焼パルスとして誤検出することがある。従って、これらパルス幅の狭いパルスはマスク回路１７にて排除した後に、イオン電流成分のみを波形整形回路１８でパルス整形し、燃焼パルスとして出力する。
従って、正常燃焼の場合は、図５の（ｃ）に示されるように、放電開始からマスク時間後に、イオン電流を波形整形回路１８で波形整形した燃焼パルスが出力される。
【００１１】
図５の（ｄ）は失火時のイオン電流波形であるが、点火パルス立ち上がり時のパルスあるいはパルス立ち下がり時のパルス、点火ノイズによるパルスはマスク回路で除去されるため出力されない。従って、図５の（ｅ）に示すように、当然、失火によりシリンダ内で燃焼爆発を起こさないためイオン電流による燃焼パルスも出力されない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
通常の燃焼状態では上記のようにイオン電流を所定の固定しきい値で波形整形して燃焼パルスの有無を判定することで、燃焼、失火を判定することができる。しかしながら、内燃機関の運転状態によっては、混合気の燃焼により点火プラグの電極間に煤が付着する場合がある。
【００１３】
例えば、バイアス電圧を１００Ｖ、煤付着時の点火プラグ１４の絶縁抵抗を５ＭΩとすると、２０μＡのリーク電流が流れる。その結果、図６に示すように、点火パルスＩＢの印加に伴ってリーク電流が所定の時定数で単調減衰しながらイオン電流検出部１５に流れる。また、点火プラグ１４の放電開始時には、煤による高抵抗とバイアス回路のコンデンサ成分Ｃによる時定数ＣＲで徐々に単調減少するリーク電流に燃焼によるイオン電流が重畳されて流れる。
【００１４】
従って、リーク電流が流れると、マスク回路を通して入力したイオン電流を波形整形回路でパルス整形すると、失火、燃焼に関わりなく、点火パルス印加により発生する所定パルス幅のリーク電流、時定数ＣＲで徐々に単調減少するリーク電流を燃焼パルスとして検出してしまうという問題点があった。
【００１５】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、リーク電流が発生しても燃焼時には、燃焼によるイオン電流成分のみを検出できる内燃機関の失火検出装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る内燃機関の失火検出装置は、内燃機関内の混合気の燃焼あるいは失火を、混合気の燃焼時に発生するイオン電流により検出する内燃機関の失火検出装置において、前記内燃機関における気筒内の混合気の燃焼直後に前記気筒内で発生するイオン量に応じたイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記イオン電流の検出値に基づいて所定の導関数を演算し、その大きさがしきい値を超えたとき燃焼と判定する失火判定手段を備えたものである。
【００１７】
請求項２の発明に係る内燃機関の失火検出装置は、前記イオン電流の初期ノイズをマスクして導関数を演算する導関数演算手段と、前記導関数が減少する区間および減少量を演算し、前記区間および前記減少量がそれぞれのしきい値より大きな領域が存在するとき燃焼と判定する失火判定手段を備えたものである。
【００１８】
請求項３の発明に係る内燃機関の失火検出装置は、前記イオン電流の初期ノイズをマスクとし二次導関数を演算する二次導関数演算手段と、二次導関数が負となる領域の区間および面積を演算し、前記区間および前記面積がそれぞれのしきい値より大きな領域が存在するとき燃焼と判定する失火判定手段を備えたものである。
【００１９】
請求項４の発明に係る導関数、二次導関数算出手段は差分の幅を失火判定の区間のしきい値の４分の１から４分の３程度とするものである。
【００２０】
請求項５の発明に係る導関数、二次導関数算出手段は差分法で中心差分を用いるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を各添付図を参照して説明する。
図１は本実施の形態１に係る内燃機関の失火検出装置の構成図である。
【００２２】
次に、本実施の形態の動作を図１、図３にしたがって説明する。
イオン電流を検出し、導関数を算出する。導関数を算出するのに例えばマイクロプロセッサ、ＤＳＰなどを用いる。イオン電流波形の初期の部分にマスクを行い初期ノイズを除去する。イオン電流波形には初期ノイズによるピークが発生するがこのピーク以降の波形データのみを用いるようにマスクを行った領域で導関数を計算する。
【００２３】
導関数の減少区間、およびその区間における導関数の減少量を算出する。例えば、導関数を算出すると同時に二次導関数も算出しておき、前記二次導関数を用いて前記導関数が減少する区間を求め、そしてその区間での前記導関数の減少量を算出する。
【００２４】
前記区間と前記減少量の絶対値をそれぞれのしきい値と比較する。ともにしきい値以上なら燃焼判定を、そうでなければ失火判定を下す。
【００２５】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を各添付図を参照して説明する。
図２は本実施の形態２に係る内燃機関の失火検出装置の構成図である。
【００２６】
次に、本実施の形態の動作を図２、図３にしたがって説明する。
イオン電流を検出し、二次導関数を算出する。二次導関数を算出するのに例えばマイクロプロセッサ、ＤＳＰなどを用いる。イオン電流波形の初期の部分にマスクを行い初期ノイズを除去する。イオン電流波形には初期ノイズによるピークが発生するがこのピーク以降の波形データのみを用いるようにマスクを行った領域で導関数を計算する。
【００２７】
二次導関数が負となる区間、およびその区間の波形面積を算出する。
【００２８】
前記区間と前記波形面積の絶対値をそれぞれのしきい値と比較する。ともにしきい値以上なら燃焼判定を、そうでなければ失火判定を下す。
【００２９】
実施の形態３．
マイクロプロセッサ、ＤＳＰなどを用いて導関数を計算する際、差分法を用いる。差分法の差分幅は失火判定の区間幅のしきい値の４分の１から４分の３程度とする。
【００３０】
実施の形態４．
マイクロプロセッサ、ＤＳＰなどを用いて導関数を計算する際、差分法を用いる。差分法は中心差分を用いることとする。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、精度の高い燃焼・失火判定が可能であり、リーク電流が発生していて失火している時にも誤って燃焼判定することがないという効果がある。
【００３２】
請求項２、３の発明によれば、導関数、または二次導関数を用いるとともに、所定の区間及び減少量または面積を用いて判定を行うことで、比較的容易な演算により精度の高い燃焼・失火判定が可能となる。
【００３３】
請求項４の発明によれば、導関数および二次導関数演算手段は、差分幅が十分に小さいため、点火イオン電流を逃すことがなく、また、差分幅が十分に大きいため、ノイズを拾うことがないという効果がある。
【００３４】
請求項５の発明によれば、導関数および二次導関数演算手段は、中心差分を用いるため、数値的な誤差が小さく、かつ、イオン電流、その導関数、およびその二次導関数の変化に時間的なずれが生じにくいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の失火検出装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る内燃機関の失火検出装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１、２の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】従来の内燃機関の失火検出装置の構成図である。
【図５】従来の内燃機関の失火検出装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図６】従来の内燃機関の失火検出装置の問題点を説明するタイミングチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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