(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有するエンジンのクランク角を取得するクランク角取得部と、
前記複数の気筒の各々について気筒内のイオン電流値を測定する電流測定部と、
前記クランク角と前記イオン電流値とに基づき前記気筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出部とを備え、
前記燃焼状態検出部は、
非燃焼状態にあるときのイオン電流値を前記気筒ごとに測定し、前記測定した各気筒のイオン電流値の平均値を補正値に設定し、前記補正値の設定後に測定されたイオン電流値を前記補正値で補正した状態検出値が閾値よりも大きいときに前記気筒の燃焼を検出する
燃焼状態検出装置。
【請求項２】
前記燃焼状態検出部は、
前記補正値の設定後に測定されたイオン電流値を前記補正値で減算することにより前記状態検出値を演算する
請求項１に記載の燃焼状態検出装置。
【請求項３】
前記燃焼状態検出部は、
前記気筒が排気行程から吸入行程へ切り替わる際に測定されたイオン電流値から前記補正値を設定する
請求項１または２に記載の燃焼状態検出装置。
【請求項４】
前記燃焼状態検出部は、前記補正値を更新する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃焼状態検出装置。
【請求項５】
複数の気筒を有するエンジンのクランク角を取得するクランク角取得部と、
前記複数の気筒における気筒内のイオン電流値の総和を測定値とする電流測定部と、
前記クランク角と前記測定値とに基づき前記気筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出部とを備え、
前記燃焼状態検出部は、
前記複数の気筒の全てが非燃焼状態にあるときの測定値を補正値に設定し、前記補正値の設定後の測定値を前記補正値で補正した状態検出値が閾値よりも大きいときに前記気筒の燃焼を検出する
燃焼状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内のイオン電流に基づいて気筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気筒内の燃焼状態を検出する装置として、気筒内のイオン電流に基づいて燃焼状態を検出する装置が知られている。例えば特許文献１には、気筒内の混合気に点火する点火プラグの中心電極と接地電極とをプローブとして機能させることにより気筒内のイオン電流を測定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５３７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、上述した燃焼状態の検出結果に基づいて点火時期の制御や燃料噴射量の制御等が行われている。そのため、こうした制御をより正確に行ううえでも、気筒内の燃焼状態の検出精度を向上させることが求められている。
【０００５】
本発明は、気筒内のイオン電流に基づく燃焼状態の検出精度を向上させた燃焼状態検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する燃焼状態検出装置は、エンジンのクランク角を取得するクランク角取得部と、気筒内のイオン電流値を測定する電流測定部と、前記クランク角と前記イオン電流値とに基づき前記気筒内の燃焼状態を検出する燃焼状態検出部とを備え、前記燃焼状態検出部は、前記気筒が非燃焼状態にあるときに測定されたイオン電流値から補正値を設定し、前記補正値の設定後に測定されたイオン電流値を前記補正値で補正した状態検出値が閾値よりも大きいときに前記気筒の燃焼を検出する。
【０００７】
気筒内に生じるイオン電流は、吸入空気に含まれるイオンの影響を受ける。上記構成によれば、気筒内が非燃焼状態にあるときのイオン電流値、すなわち吸入空気に含まれるイオンに基づくイオン電流値から補正値が設定される。そのため、測定されたイオン電流値を補正値で補正することにより、吸入空気に含まれるイオンの影響を抑えることができる。その結果、気筒内の燃焼状態の検出精度を向上させることができる。
【０００８】
上記燃焼状態検出装置において、前記燃焼状態検出部は、前記補正値の設定後に測定されたイオン電流値を前記補正値で減算することにより前記状態検出値を演算してもよい。
上記構成のように、測定されたイオン電流値から補正値を減算した状態検出値を用いて気筒内の燃焼状態を検出することができる。
【０００９】
上記燃焼状態検出装置において、前記燃焼状態検出部は、前記気筒が排気行程から吸入行程へ切り替わる際に測定されたイオン電流値から前記補正値を設定してもよい。
上記構成によれば、気筒内が非燃焼状態にあり、かつ、気筒内の気流が安定しているときに測定されたイオン電流値から補正値が設定される。これにより、補正値の精度を高めることができる。その結果、燃焼状態の検出精度をさらに向上させることができる。
【００１０】
上記燃焼状態検出装置において、前記燃焼状態検出部は、前記補正値を更新することが好ましい。
上記構成によれば、燃焼状態検出装置を搭載した車両が移動して吸入空気の性状が変わったとしても、該吸入空気の性状に応じた補正値が設定される。その結果、燃焼状態の検出精度が高い状態を維持することができる。
【００１１】
前記エンジンが複数の前記気筒を有する場合、上記燃焼状態検出装置において、前記電流測定部は、前記複数の気筒の各々について前記イオン電流値を測定し、前記燃焼状態検出部は、前記複数の気筒の各々について前記補正値を設定することが好ましい。
【００１２】
複数の気筒間においては、例えばイオン電流を測定する電極間のギャップに製造誤差が生じていることが少なくない。そのため、たとえ吸入空気の性状が同じであっても、非燃焼状態における気筒内のイオン電流が異なることがある。上記構成によれば、複数の気筒の各々について補正値が設定されることから、エンジンが複数の気筒を有していた場合であっても各気筒の燃焼状態の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の燃焼状態検出装置の概略構成を示す概略構成図。
【図２】点火プラグの駆動回路の一例を示す回路図。
【図３】クランク角とイオン電流値との関係の一例を示すグラフであって、測定値と補正値との関係の一例を示すグラフ。
【図４】クランク角とイオン電流値との関係の一例を示すグラフであって、測定値と該測定値を補正値で補正した状態検出値との関係の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜図４を参照して、燃焼状態検出装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、エンジン１０は、シリンダーブロック１１とシリンダーヘッド１２とを備えている。シリンダーブロック１１は、複数の気筒１３を備えている。シリンダーヘッド１２には、各気筒１３の吸気ポートに連通するインテークマニホールド１４と、各気筒１３の排気ポートに連通するエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。インテークマニホールド１４は、各気筒１３の吸気ポートに連通する分岐管１４ａを有している。インテークマニホールド１４には、吸気通路１６の下流端が接続され、エキゾーストマニホールド１５には、排気通路１７の上流端が接続される。
【００１５】
各気筒１３には、気筒１３の延在方向に沿って上下動するピストン１８が収容されている。ピストン１８は、コネクティングロッド１９を介してクランクシャフト２０に連結されている。このピストン１８の頂面、気筒１３の内周面、シリンダーヘッド１２によって燃焼室２１が形成される。
【００１６】
燃焼室２１には、吸入空気と燃料供給装置が供給した燃料との混合気が導入される。燃料供給装置２４は、例えば、マルチポイントインジェクション方式であり、所定の圧力で燃料を圧送する燃料供給源２５と各分岐管１４ａに備えられた複数のインジェクター２８とを備え、各分岐管１４ａを流れる吸入空気に燃料を供給する。
【００１７】
シリンダーヘッド１２には、燃焼室２１内の混合気に点火する点火プラグ３０が気筒１３ごとに取り付けられている。点火プラグ３０は、所定の間隔を開けた状態で燃焼室２１内に位置する中心電極３１および接地電極３２を有している。点火プラグ３０は、駆動回路３５を介してＥＣＵ５０によって駆動され、中心電極３１と接地電極３２との間に火花を生じさせることで燃焼室２１内の混合気に点火する。そして、気筒１３における混合気の燃焼が順番に行われることでクランクシャフト２０が回転する。クランク角センサー３６は、クランク角取得部として機能し、クランクシャフト２０の回転に応じたパルス信号をＥＣＵ５０に出力する。
【００１８】
図２に示すように、駆動回路３５は、一次コイル３７と二次コイル３８とで構成される点火コイル３９を備えている。一次コイル３７は、一端がバッテリー４０に電気的に接続され、他端がイグナイター４１を介して接地されている。二次コイル３８は、一端が中心電極３１に電気的に接続され、他端が測定回路４２を介して接地されている。
【００１９】
イグナイター４１は、ＥＣＵ５０によって制御され、一次コイル３７が通電状態となるオン状態と一次コイル３７が非通電状態となるオフ状態とを有する。イグナイター４１は、点火タイミングの少し前にオン状態へと制御されたのち、点火タイミングに合わせてオフ状態へと切り替えられる。イグナイター４１がオン状態からオフ状態に切り替えられると、一次コイル３７には自己誘導作用に基づく起電力が生じる。この際、二次コイル３８には、相互誘電作用によって、一次コイル３７の起電力よりも大きな起電力が生じる。そして、二次コイル３８に生じた起電力が中心電極３１に印加されることにより、中心電極３１と接地電極３２との間に火花が生じる。
【００２０】
電流測定部を構成する測定回路４２は、気筒１３内のイオン電流を測定する既知の電気回路であり、例えば図示されないツェナーダイオード、コンデンサ、負荷抵抗等によって構成されている。測定回路４２においては、一次コイル３７と二次コイル３８との間において相互誘導作用が生じているときにコンデンサにバイアス電圧が充電される。そして、イグナイター４１がオフ状態に制御されている期間、負荷抵抗には、コンデンサに充電されたバイアス電圧によって中心電極３１と接地電極３２との間のイオン電流に応じた電流が流れる。すなわち、中心電極３１と接地電極３２とは、電流測定部のプローブとして機能する。そして、測定回路４２は、こうした負荷抵抗に流れる電流の大きさに応じた信号をＥＣＵ５０に連続的に出力する。
【００２１】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵと、各種制御プログラムおよび各種データが格納されたＲＯＭと、各種演算における演算結果や各種データが一時的に格納されるＲＡＭとを有するマイクロコンピューターを中心に構成される。ＥＣＵ５０は、各種の入力信号に基づく各種情報とＲＯＭに格納された各種制御プログラムや各種データとに基づき、イグナイター４１の制御や各気筒１３の燃焼状態の検出といった各種の処理を行う。なお、以下では、各気筒１３の燃焼状態を検出する燃焼状態検出部として機能するＥＣＵ５０について説明する。
【００２２】
ＥＣＵ５０は、クランク角センサー３６からのパルス信号に基づいてクランクシャフト２０のクランク角を取得する。また、ＥＣＵ５０は、測定回路４２からの信号に基づいて気筒１３内におけるイオン電流を示す測定値を取得する。
【００２３】
図３に示すように、ＥＣＵ５０は、クランク角に基づいて、気筒１３が非燃焼状態にあり、かつ、ノッキングが生じにくい時期であり、かつ、イグナイター４１がオフ状態であるときに測定された測定値を補正値に設定する。例えば、ＥＣＵ５０は、ピストン１８が排気上死点にあって排気行程から吸入行程へと切り替わる際に測定された測定値を補正値に設定する。ＥＣＵ５０は、排気行程から吸入行程へと切り替わる際に測定された測定値として、例えば、ピストン１８が圧縮上死点にあるときのクランク角を０°ＣＡとするとき、クランク角が３６０°ＣＡであるときの測定値を補正値に設定する。ＥＣＵ５０は、補正値の設定後に測定された測定値を補正値で減算した値を状態検出値として気筒１３の燃焼状態を検出する。
【００２４】
例えば、ＥＣＵ５０は、クランク角に基づく燃焼行程において、混合気が燃焼状態にあることを示す閾値と上述した状態検出値とを比較し、状態検出値が閾値以上である場合に「燃焼」を検出し、状態検出値が閾値よりも小さい場合に「失火」を検出する。また例えば、ＥＣＵ５０は、クランク角に基づく圧縮行程や燃焼行程において、状態検出値が閾値よりも大きく、かつ、状態検出値における単位時間あたりの増加率が著しく大きい場合に「ノッキング」を検出する。
【００２５】
そして、ＥＣＵ５０は、圧縮上死点に対するクランク角が３６０°ＣＡのときの測定値を次の燃焼サイクルで取得すると、その取得した測定値を補正値に設定することで補正値を更新する。ＥＣＵ５０は、こうした補正値の設定と状態検出値の演算とを気筒１３ごとに行い、各気筒１３の燃焼状態を検出する。
【００２６】
図４を参照して、上述した燃焼状態検出装置の作用について説明する。
エンジン１０が吸入する吸入空気は、例えば、沿岸地帯ではより多くの塩分を含んでおり、また例えば、高地地域では火山性ガスの硫黄分を含んでいる場合もある。そのため、測定回路４２で測定されるイオン電流は、前者においては塩分の影響を受け、後者においては硫黄分の影響を受ける。
【００２７】
この点、ＥＣＵ５０は、エンジン１０が始動すると、まず、複数の気筒１３の各々について、非燃焼状態にあるときのイオン電流として圧縮上死点に対するクランク角が３６０°ＣＡのときの測定値を補正値に設定する。そしてＥＣＵ５０は、補正値の設定後に測定された測定値から前記補正値を減算することにより状態検出値を演算し、クランク角と状態検出値とに基づいて各気筒１３の燃焼状態を検出する。
【００２８】
すなわち、図４に示すように、ＥＣＵ５０は、測定値ではなく、吸入空気に含まれているイオンの影響を除いた状態検出値で各気筒１３の燃焼状態を検出する。そのため、例えば、測定値に基づいて燃焼状態を検出すると、圧縮行程に始点を有し、かつ、排気行程に終点を有する期間Ａで「燃焼」が検出される場合でも、状態検出値に基づいて燃焼状態を検出すると、燃焼行程に始点および終点を有する期間Ｂで「燃焼」が検出される。すなわち、圧縮行程の終盤から「燃焼」が検出されるイオン電流が測定される場合でも、その測定値を補正値で補正することによって燃焼行程において「燃焼」が検出されるようになる。このように、吸入空気中のイオンの影響が抑えられたイオン電流値で気筒１３の燃焼状態を検出することにより、気筒１３内の燃焼状態の検出精度を向上させることができる。
【００２９】
上記実施形態の燃焼状態検出装置によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）ＥＣＵ５０は、測定値から補正値を減算した状態検出値に基づき燃焼状態を検出している。これにより、燃焼状態の検出精度を向上させることができる。
【００３０】
（２）ＥＣＵ５０は、排気行程から吸入行程へと切り替わる際の測定値として圧縮上死点に対するクランク角が３６０°ＣＡのときの測定値を取得し、その測定値を補正値に設定している。このとき、気筒１３内の気流が安定しているため、吸入空気に含まれているイオンに基づくイオン電流をより正確に測定することができる。これにより、燃焼状態の検出精度をさらに向上させることができる。
【００３１】
（３）ＥＣＵ５０が補正値を更新することで燃焼状態検出装置を搭載した車両が移動したとしても、燃焼状態の検出精度が高い状態を維持することができる。
（４）複数の気筒１３間においては、燃焼室２１の形状や点火プラグ３０における中心電極３１と接地電極３２とのギャップ等に製造誤差が生じているため、同じ条件下であっても測定値が異なる場合が少なくない。この点、上述したＥＣＵ５０は、複数の気筒１３の各々について補正値を設定している。そのため、各気筒１３の環境に応じた補正値が気筒１３ごとに設定される。その結果、複数の気筒１３の各々について、燃焼状態の検出精度を向上させることができる。
【００３２】
（５）点火プラグ３０の中心電極３１と接地電極３２とは、電流測定部のプローブとして機能する。そのため、気筒１３内のイオン電流を測定するための電極を気筒１３内に新たに設置する必要がない。これにより、燃焼状態の検出精度を向上させつつ、燃焼状態検出装置の構成の複雑化を抑えることができる。
【００３３】
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・エンジンは、単気筒エンジンであってもよい。
・ＥＣＵ５０は、複数の気筒１３の各々に対して個別に補正値を設定する構成に限らず、例えば、複数の気筒１３の各々に対して共通する補正値を設定してもよい。この場合、ＥＣＵ５０は、例えば、圧縮上死点に対するクランク角が３６０°ＣＡであるときの測定値を複数の気筒１３の各々について取得し、その取得した測定値の平均値から共通の補正値を設定するとよい。
【００３４】
・ＥＣＵ５０は、燃焼サイクルごとに補正値を更新している。これに限らず、ＥＣＵ５０は、例えば所定のサイクル数ごとや所定の時間ごと、所定の走行距離ごとに補正値を更新してもよい。また、ＥＣＵ５０は、ナビゲーションシステムと連動することにより走行環境が変化したと判断される場合に補正値を更新してもよいし、例えばアイドリングストップ機能を有する場合にはエンジン１０の始動ごとに補正値を設定してもよい。これにより、補正値の更新回数が低減されることで補正値の演算に対する負荷を軽減できる。
【００３５】
・排気行程から吸入行程へと切り替わる際の測定値は、圧縮上死点に対するクランク角が３６０°ＣＡのときのイオン電流値に限らず、例えば、圧縮上死点に対するクランク角が（３６０＋２０）°ＣＡの範囲において測定されたイオン電流値であってもよい。
【００３６】
・補正値は、非燃焼状態における測定値から設定されればよい。そのため、補正値は、圧縮上死点に対するクランク角が３６０°ＣＡのときの測定値に限らず、圧縮上死点に対するクランク角が５４０°ＣＡのときの測定値であってもよいし、所定のクランク角の範囲における測定値の平均値であってもよい。
【００３７】
・また、ＥＣＵ５０は、例えば、予め行った実験やシミュレーションに基づく所定の演算式に対して非燃焼状態における測定値を代入することにより補正値を算出してもよい。また、ＥＣＵ５０は、例えば、測定値と補正値とを対応付けたマップから補正値を選択してもよい。
【００３８】
・ＥＣＵ５０は、測定値から補正値を減算した値を用いて燃焼状態を検出する構成に限らず、例えば、予め行った実験やシミュレーションに基づく所定の演算式に対して測定値および補正値を代入して得られる値を状態検出値として燃焼状態を検出してもよい。
【００３９】
・駆動回路３５において、二次コイル３８の一端が複数の点火プラグ３０の中心電極３１に並列接続されていてもよい。この際、測定値は、複数の気筒１３におけるイオン電流の総和である。そのため、ＥＣＵ５０は、該点火プラグ３０が対応する気筒１３の全てが非燃焼状態にあるときの測定値から補正値を設定する。そして、ＥＣＵ５０は、測定値を補正値で補正した値を用いて上記複数の気筒１３の各々についての燃焼状態を検出する。
【００４０】
・燃料供給装置は、マルチポイントインジェクション方式に限らず、各気筒１３に分配されるまえの吸入空気に対して燃料の供給を行うシングルポイントインジェクション方式であってもよい。また、燃料供給装置は、気筒１３内に直接燃料を噴射する直噴方式であってもよい。
【００４１】
・エンジン１０の燃料は、例えば、圧縮天然ガス、バイオガス、液化天然ガス、液化石油ガス、ジメチルエーテルといったガス燃料であってもよいし、ガソリンや軽油等の液体燃料であってもよい。
【００４２】
・混合気の燃焼に点火プラグ３０による点火が必要なエンジンにおいて、電流測定部は、点火プラグ３０の中心電極３１および接地電極３２とは別に気筒１３内のイオン電流を測定するプローブを備えていてもよい。
【００４３】
・混合気の燃焼に点火プラグ３０が不要なエンジンにおいて、電流測定部は、イオン電流測定用として各気筒１３に点火プラグ３０を備えていてもよい。また、点火プラグ３０が不要なディーゼルエンジンにおいて、電流測定部は、点火プラグ３０に代えてグロープラグを用いてイオン電流を測定してもよい。グロープラグを用いた場合、例えば冷間始動時に燃焼室２１内を昇温させて、エンジンの始動を補助することもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…エンジン、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダーヘッド、１３…気筒、１４…インテークマニホールド、１４ａ…分岐管、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１７…排気通路、１８…ピストン、１９…コネクティングロッド、２０…クランクシャフト、２１…燃焼室、２４…燃料供給装置、２５…燃料供給源、２８…インジェクター、３０…点火プラグ、３１…中心電極、３２…接地電極、３５…駆動回路、３６…クランク角センサー、３７…一次コイル、３８…二次コイル、３９…点火コイル、４０…バッテリー、４１…イグナイター、４２…測定回路、５０…ＥＣＵ。
【図１】
0006595309.tif 000002
【図２】
0006595309.tif 000003
【図３】
0006595309.tif 000004
【図４】
0006595309.tif 000005