(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグに点火火花を発生させるための点火指令信号が出力されている期間中に、前記点火プラグとグランドとの間を流れる電流に基づきプレイグニッションの発生を検出するプレイグニッション検出手段と、
バッテリ側からの電圧変動量が所定範囲内のときのみ、前記プレイグニッション検出手段によるプレイグニッションの検出を許可する検出許可手段と
を具備することを特徴とする内燃機関のプレイグニッション検出装置。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグに点火火花を発生させるための点火指令信号が出力されている期間中に、前記点火プラグとグランドとの間を流れる電流に基づきプレイグニッションの発生を検出するプレイグニッション検出手段と、
点火コイルにおける１次巻線側の電圧変動量が所定範囲内のときのみ、前記プレイグニッション検出手段によるプレイグニッションの検出を許可する検出許可手段と
を具備することを特徴とする内燃機関のプレイグニッション検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のプレイグニッション（Ｐｒｅ−Ｉｇｎｉｔｉｏｎ：過早点火）の発生を内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグとグランドとの間を流れる電流に基づき検出する内燃機関のプレイグニッション検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のプレイグニッションの発生を内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグとグランドとの間を流れる電流に基づき検出しようとすることが行われており（例えば、特開昭６３−６８７７４号公報）、この際、バッテリ側が正常なときには、電圧変動が殆どないことからその影響は考慮されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、内燃機関の運転中において、バッテリにケーブル外れ等の異常が起こり電圧変動が大きく現れると、プレイグニッション発生時と同じような出力波形が現れることでプレイグニッション発生の検出の信頼性が損なわれるという不具合があった。
【０００４】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、バッテリ側の正常／異常に基づき内燃機関のプレイグニッション発生を的確に検出することができる内燃機関のプレイグニッション検出装置の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関のプレイグニッション検出装置によれば、検出許可手段でバッテリ側の電圧変動量が所定範囲内のときのみ、点火プラグに点火火花を発生させるための点火指令信号が出力されている期間中における点火プラグとグランドとの間を流れる電流に基づきプレイグニッション検出手段による内燃機関のプレイグニッションの検出が許可される。このように、１次側の電圧変動量が小さく、かつ点火プラグに点火指令信号が出力されている期間中にはプレイグニッションの発生と誤認識されるような信号波形が２次側に現れることがないため、内燃機関のプレイグニッション発生が的確に検出される。
【０００６】
請求項２の内燃機関のプレイグニッション検出装置によれば、検出許可手段で点火コイルにおける１次巻線側の電圧変動量が所定範囲内のときのみ、点火プラグに点火火花を発生させるための点火指令信号が出力されている期間中における点火プラグとグランドとの間を流れる電流に基づきプレイグニッション検出手段による内燃機関のプレイグニッションの検出が許可される。このように、１次側の電圧変動量が小さく、かつ点火プラグに点火指令信号が出力されている期間中にはプレイグニッションの発生と誤認識されるような信号波形が２次側に現れることがないため、内燃機関のプレイグニッション発生が的確に検出される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のプレイグニッション検出装置の概略構成を示す回路図である。
【００１１】
図１において、１０は点火コイルであり、１０ａは点火コイル１０の１次巻線、１０ｂは点火コイル１０の２次巻線である。１２は図示しない内燃機関の燃焼室に配設される点火プラグである。点火コイル１０の１次巻線１０ａにはイグニッションスイッチ３０によって通電状態が保持されるリレー３１を介してバッテリ３２が接続されている。このバッテリ３２には内燃機関により回転される交流発電機であるオルタネータ３３が接続され、バッテリ３２からの電圧及びオルタネータ３３による電圧はリレー３１を介して後述のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）４０に入力されている。
【００１２】
点火コイル１０の１次巻線１０ａにはスイッチング素子１１が接続されており、イグニッションスイッチ３０によりリレー３１がオンとされたのち、スイッチング素子１１のゲートにＥＣＵ４０からの点火信号（点火指令信号）ＩＧｔが入力され、スイッチング素子１１がオンとされることで、点火コイル１０の１次巻線１０ａにバッテリ３２の電源電圧＋Ｂに基づく１次電流Ｉ１  が通電される。
【００１３】
また、点火コイル１０の２次巻線１０ｂ側における２次電流Ｉ２  が環流する電流路は、点火プラグ１２、点火コイル１０の２次巻線１０ｂ、ツェナダイオード１３及びツェナダイオード１４によって形成されている。ここで、ツェナダイオード１４は２次電流Ｉ２  （２次環流電流）の流れる方向に対して順方向に接続されている。なお、ツェナダイオード１３は、これに並列に接続されたイオン電流検出用電源としてのコンデンサ１５を充電するためのダイオードである。また、ツェナダイオード１４に並列にイオン電流検出抵抗１６が接続されている。
【００１４】
イオン電流検出時には、コンデンサ１５から点火コイル１０の２次巻線１０ｂ、点火プラグ１２の順にイオン電流ＩＩＯＮ  が流れ、更に、演算増幅器２０の反転（−）端子側に抵抗１７を介してコンデンサ１５とイオン電流検出抵抗１６との間の電位Ｖｉｎが入力される。なお、演算増幅器２０の反転（−）端子と出力端子との間に接続された抵抗２１は演算増幅器２０のゲインを設定するための増幅用抵抗である。ここで、演算増幅器２０からの出力信号ｖは周知のようにフィルタリングされたのちＥＣＵ４０に入力される。なお、点火プラグ１２には等価回路としてコンデンサ１８が並列接続されたものと見做すことができる。
【００１５】
ＥＣＵ４０は、周知の中央処理装置としてのＣＰＵ４１、制御プログラムを格納したＲＯＭ４２、各種データを格納するＲＡＭ４３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ４４、Ａ／Ｄ変換器４５ａを含み各種センサからの検出信号等を入力する入力回路４５及び各種アクチュエータに制御信号を出力する出力回路４６等に対しバスライン４７を介して接続されている。
【００１６】
図２は図１の回路図でバッテリケーブル外れ等がなく正常であるときの各端子等における信号波形を示すタイムチャートであり、図３は図１の回路図でバッテリケーブル外れの異常があるときの各端子等における信号波形を示すタイムチャートである。
【００１７】
まず、バッテリケーブル外れ等がなく正常であるときについて、図２を参照して説明する。
【００１８】
時刻ｔ１  において、ＥＣＵ４０からの点火信号ＩＧｔがＨ（Ｈｉｇｈ：高）レベルとなると（図２（ａ）参照）、スイッチング素子１１がオンとなり点火コイル１０の１次巻線１０ａに１次電流Ｉ１  が流れ始める。同時に、演算増幅器２０の出力信号ｖには点火オンノイズ信号ＳＮｏｎが重畳する（図２（ｄ），図２（ｅ）参照）。すると、点火プラグ１２に対する印加電圧Ｖ２  は図２（ｃ）の時刻ｔ１  〜時刻ｔ２  に示すように変動し、この間におけるバッテリ電圧＋Ｂの電圧変動量は小さい（図２（ｂ）参照）。
【００１９】
時刻ｔ２  において、ＥＣＵ４０からの点火信号ＩＧｔがＬ（Ｌｏｗ：低）レベルとなると（図２（ａ）参照）、スイッチング素子１１がオフとなり点火コイル１０の１次巻線１０ａに流れる１次電流Ｉ１  が遮断される。このため、点火コイル１０の２次巻線１０ｂに２次電流Ｉ２  が流れ始め、点火プラグ１２に対する印加電圧Ｖ２  は図２（ｃ）の時刻ｔ２  〜時刻ｔ３  に示すように変動する。
【００２０】
時刻ｔ３  の直後において、点火コイル１０の２次巻線１０ｂに２次電流Ｉ２  が流れ終わると、点火コイル１０の鉄心中に残った残留磁気の影響で演算増幅器２０の出力信号ｖに残留磁気ノイズ信号ＳＮＲＭが重畳する（図２（ｄ），図２（ｅ）参照）。この残留磁気ノイズ信号ＳＮＲＭに続いて内燃機関の着火に基づくイオン電流信号ＳＩＩＯＮ  が現れる（図２（ｄ），図２（ｅ）参照）。
【００２１】
なお、内燃機関の実際の点火以前（時刻ｔ２  の直前）にプレイグニッションが発生すると、それに伴い演算増幅器２０の出力信号ｖにプレイグニッション信号ＳＩＰＲＥＩＧ  が現れる（図２（ｅ）参照）。
【００２２】
次に、バッテリケーブル外れの異常があるときについて、図３を参照して説明する。
【００２３】
上述の図２と同様、時刻ｔ１  において、ＥＣＵ４０からの点火信号ＩＧｔがＨ（Ｈｉｇｈ：高）レベルとなると（図３（ａ）参照）、スイッチング素子１１がオンとなり点火コイル１０の１次巻線１０ａに１次電流Ｉ１  が流れ始める。バッテリ電圧＋Ｂはバッテリケーブル外れがあるため、オルタネータ３３による発電に伴う電圧変動がそのまま現れるため、バッテリ電圧＋Ｂの電圧変動量は大きい（図３（ｂ）参照）。
【００２４】
このとき、点火プラグ１２に対する印加電圧Ｖ２  は図３（ｃ）の時刻ｔ１  〜時刻ｔ２  に示すように変動すると同時に、演算増幅器２０の出力信号ｖにはバッテリ電圧＋Ｂに同期した電圧変動信号ＳＩＢＣが現れる（図３（ｄ）参照）。この演算増幅器２０の出力信号ｖにおける電圧変動信号ＳＩＢＣのうち時刻ｔ２  の直前に近いものは、図２（ｅ）に示すプレイグニッション信号ＳＩＰＲＥＩＧ  とほぼ同等の信号波形として現れる。即ち、演算増幅器２０の出力信号ｖに電圧変動信号ＳＩＢＣが現れるような条件のときには、内燃機関におけるプレイグニッション発生を検出することはできないこととなる。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のプレイグニッション検出装置で使用されているＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１におけるプレイグニッション検出許可の処理手順を示す図４のフローチャートに基づき、上述の図２及び図３のタイミングチャートを参照して説明する。なお、このプレイグニッション検出許可ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて繰返し実行される。
【００２６】
図４において、まず、ステップＳ１０１でバッテリ電圧＋Ｂが入力回路４５のＡ／Ｄ変換器４５ａでＡ／Ｄ変換（アナログ−ディジタル変換）されたＡ／Ｄ変換値Ｂｉ  が読込まれる。次にステップＳ１０２に移行して、イグニッションスイッチ３０がオンされた直後でなく図示しない内燃機関の機関回転数が安定状態である始動時以外であるかが判定される。なお、ステップＳ１０２の判定条件が成立せず、始動時であるときには何もすることなく本ルーチンを終了する。
【００２７】
一方、ステップＳ１０２の判定条件が成立し、始動時以外であるときにはステップＳ１０３に移行し、バッテリ電圧変動値ΔＢｉ  が前回のバッテリ電圧Ａ／Ｄ変換値Ｂｉ−１  と今回のバッテリ電圧Ａ／Ｄ変換値Ｂｉ  とから次式（１）により算出される。
【００２８】
【数１】
ΔＢｉ  ＝Ｂｉ−１  −Ｂｉ                                      ・・・（１）
次にステップＳ１０４に移行して、バッテリ電圧の変動値ΔＢｉ  のサンプリング回数が１００回以上であるかが判定される。なお、ステップＳ１０４の判定条件が成立せず、バッテリ電圧変動値ΔＢｉ  のサンプリング回数が１００回未満であるときには、何もすることなく本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１０３によるバッテリ電圧変動値ΔＢｉ  のサンプリング回数が１００回となり、ステップＳ１０４の判定条件が成立するときにはステップＳ１０５に移行し、ステップＳ１０３で算出されたバッテリ電圧変動値ΔＢｉ  のうち上位２０回分の平均値から下位２０回分の平均値を減算して所定期間内におけるバッテリ電圧変動平均値ΔＢが算出される。
【００２９】
次にステップＳ１０６に移行して、ステップＳ１０５で算出されたバッテリ電圧変動平均値ΔＢが４〔Ｖ〕以上であるかが判定される。ステップＳ１０６の判定条件が成立し、バッテリ電圧変動平均値ΔＢが４〔Ｖ〕以上と大きいときにはステップＳ１０７に移行する。ステップＳ１０７では、バッテリ電圧変動平均値ΔＢが大きいことで、図３の時刻ｔ１  〜ｔ２  の間に示すようにバッテリ電圧＋Ｂの変動タイミングに対応して演算増幅器２０の出力信号ｖに大きな電圧変動信号ＳＩＢＣが発生され（図３（ｄ）参照）、時刻ｔ２  の直前で内燃機関にプレイグニッションが発生しているときに演算増幅器２０の出力信号ｖに現れるプレイグニッション信号ＳＩＰＲＥＩＧ  （図２（ｅ）参照）と誤認識される可能性があるため、プレイグニッション検出が禁止状態とされる。そして、ステップＳ１０８に移行し、バッテリ系異常としてバッテリケーブル外れ等が考えられるため、警告ランプ（図示略）が点灯されたのち本ルーチンを終了する。
【００３０】
一方、ステップＳ１０６の判定条件が成立せず、バッテリ電圧変動平均値ΔＢが４〔Ｖ〕未満と小さいときにはステップＳ１０９に移行し、図２（ｅ）で時刻ｔ２  の直前で内燃機関にプレイグニッションが発生しているときに演算増幅器２０の出力信号ｖに現れるプレイグニッション信号ＳＩＰＲＥＩＧ  と誤認識されるような、図３（ｄ）の時刻ｔ１  〜ｔ２  の間に示すような大きな電圧変動信号ＳＩＢＣが現れることがないため、プレイグニッション検出が許可状態とされ本ルーチンを終了する。
【００３１】
このように、本実施例の内燃機関のプレイグニッション検出装置は、内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグ１２に点火火花を発生させるための点火信号ＩＧｔがＨレベル出力されている期間中に、点火プラグ１２とグランドとの間（等価回路としてのコンデンサ１８）を流れる電流に基づきプレイグニッションの発生を検出する点火コイル１０の２次巻線１０ｂ、点火プラグ１２、ツェナダイオード１４、演算増幅器２０等にて構成されるプレイグニッション検出手段と、バッテリ３２側の電圧変動量としてのバッテリ電圧変動平均値ΔＢが所定範囲内（４〔Ｖ〕未満）のときのみ、前記プレイグニッション検出手段によるプレイグニッション信号ＳＩPREIG の検出を許可するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成される検出許可手段とを具備するものである。
【００３２】
したがって、点火プラグ１２に点火火花を発生させるための点火信号ＩＧｔがＨレベル出力されている期間中で、バッテリ３２側の所定時間毎に検出された１００回分のバッテリ電圧変動値ΔＢi のうち上位２０回分の平均値と下位２０回分の平均値との差分であるバッテリ電圧変動平均値ΔＢが４Ｖ未満であるときには、内燃機関にプレイグニッションが発生しているときに現れるプレイグニッション信号ＳＩPREIG と誤認識されるようなバッテリ３２側からの電圧変動に伴う大きな電圧変動信号ＳＩBCが現れることがない。このとき、検出許可手段を達成するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にてプレイグニッション信号ＳＩPREIG の検出が許可されることで、内燃機関のプレイグニッション発生が的確に検出される。
【００３３】
また、本実施例の内燃機関のプレイグニッション検出装置は、内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグ１２に点火火花を発生させるための点火信号ＩＧｔがＨレベル出力されている期間中に、点火プラグ１２とグランドとの間（等価回路としてのコンデンサ１８）を流れる電流に基づきプレイグニッションの発生を検出する点火コイル１０の２次巻線１０ｂ、点火プラグ１２、ツェナダイオード１４、演算増幅器２０等にて構成されるプレイグニッション検出手段と、点火コイル１０における１次巻線１０ａ側の電圧変動量としてのバッテリ電圧変動平均値ΔＢが所定範囲内（４〔Ｖ〕未満）のときのみ、前記プレイグニッション検出手段によるプレイグニッション信号ＳＩPREIG の検出を許可するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成される検出許可手段とを具備するものと同等なものである。
【００３４】
つまり、バッテリ３２側と点火コイル１０における１次巻線１０ａ側とはリレー３１を介して接続されておりイグニッションスイッチ３０でリレー３１がオン状態となっているときには、点火コイル１０における１次巻線１０ａ側の電圧変動はバッテリ３２側からのバッテリ電圧変動値ΔＢi と同じになる。したがって、点火プラグ１２に点火火花を発生させるための点火信号ＩＧｔがＨレベル出力されている期間中で、このときのバッテリ電圧変動平均値ΔＢが４Ｖ未満であれば、内燃機関にプレイグニッションが発生しているときに現れるプレイグニッション信号ＳＩPREIG と誤認識されるようなバッテリ３２側からの電圧変動に伴う大きな電圧変動信号ＳＩBCが現れることがない。このため、検出許可手段を達成するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にてプレイグニッション信号ＳＩPREIG の検出が許可されることで、内燃機関のプレイグニッション発生が的確に検出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のプレイグニッション検出装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】図２は図１の回路図でバッテリケーブル外れ等がなく正常であるときの各端子等における信号波形を示すタイムチャートである。
【図３】図３は図１の回路図でバッテリケーブル外れ等の異常があるときの各端子等における信号波形を示すタイムチャートである。
【図４】図４は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関のプレイグニッション検出装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおけるプレイグニッション検出許可の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０    点火コイル
１０ｂ  ２次巻線（プレイグニッション検出手段）
１２    点火プラグ（プレイグニッション検出手段）
１４    ツェナダイオード（プレイグニッション検出手段）
２０    演算増幅器（プレイグニッション検出手段）
３２    バッテリ
３３    オルタネータ
４０    ＥＣＵ（電子制御ユニット）
４１    ＣＰＵ
【図１】
0003582961.tif 000002
【図２】
0003582961.tif 000003
【図３】
0003582961.tif 000004
【図４】
0003582961.tif 000005