(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転条件毎に最適設定された、正負の差分閾値及び差分間隔と、運転条件を特定する各種センサの出力値との関係を、設定テーブルに記憶する記憶部と、
燃焼室の混合気の燃焼時に発生するイオンに対応したイオン電流を検出する信号検出部と、
前記信号検出部の出力信号をサンプリング間隔で取得して、ＡＤ変換した信号入力データを時間順次に記憶するデータ記憶手段と、
前記差分間隔を、運転条件に基づいて前記設定テーブルから特定し、前記記憶された特定の信号入力データと、そのデータから前記差分間隔だけ以前の信号入力データとを差分演算して、前記特定の信号入力データの傾斜値を特定する傾斜演算手段と、
前記正負の差分閾値を、運転条件に基づいて設定テーブルから特定し、前記傾斜値を、前記正負の差分閾値で特定される数値範囲と対比して、前記数値範囲より上回るか、前記数値範囲より下回るか、前記数値範囲に収まるかの評価結果を特定する評価手段と、
前記傾斜値が前記所定範囲に収まらない場合には、前記傾斜値に対する評価結果が、直前の傾斜値に対する評価結果と一致するか否か判定する重複判定手段と、
直前の傾斜値に対する評価結果と一致する場合には、一致評価の連続回数を増加させる一方、直前の評価結果と不一致の場合には、前記一致評価の連続回数をゼロに戻す計数手段と、
前記連続回数が所定値に達すると内燃機関が燃焼していると判定する検出手段と、を備えて、
前記傾斜演算手段、前記評価手段、前記重複判定手段、前記計数手段、及び前記検出手段は、前記サンプリング間隔より広い前記差分間隔毎に、飛び飛びに機能するよう構成されたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記傾斜演算手段の動作は、前記データ記憶手段による前記特定の信号入力データの記憶動作に連続して直ちに実行される請求項１に記載の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジンなどの内燃機関において、点火プラグの絶縁抵抗が低下した場合でも確実に失火状態を検知できる燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室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。昨今、このイオンに対応するイオン電流に着目した燃焼制御の研究が盛んであり、イオン電流の波形に基づいて失火検知することも行われている。具体的には、例えば、燃焼から排気に至る工程において、イオン電流が所定レベルを越えると燃焼状態であると判定し、一方、所定レベルを越えない場合には失火状態であると判定していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このようなアルゴリズムでは、点火プラグが燻り状態となって絶縁抵抗が低下した場合には、定常的に流れる漏れ電流によって、失火状態を見逃してしまうという問題があった。図５は、点火プラグの絶縁抵抗が低下した状態における燃焼状態と失火状態を図示したものであり、図５（ｂ）（ｃ）は、それぞれイオン電流検出回路の出力波形を示している。なお、図５（ａ）は、点火回路に供給される点火パルスを示しており、点火パルスの立下りタイミングに点火プラグが放電する。
【０００４】
図５（ｂ）（ｃ）の出力波形から明らかなように、点火プラグの絶縁抵抗が低下した場合には、燃焼状態だけでなく、失火状態でも検出信号が閾値ＴＨを超えてしまうので、常に、燃焼状態であると誤判定されるおそれがある。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載のように、燃焼があり得ない状態における２箇所の漏れ電流の差から、燃焼状態で流れる漏れ電流を想定し、想定した漏れ電流を考慮しつつ、イオン電流のレベルから失火検知するという方法も提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１２７２４２号公報
【０００６】
しかし、シリンダー内の状況は時々刻々と変わっており、これに対応してプラグの絶縁抵抗も動的に変化するので、燃焼状態における漏れ電流を正しく予測できない場合も多い。
【０００７】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであって、常に、失火状態を正確に検出できるアルゴリズムを備えた内燃機関の燃焼制御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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置は、運転条件毎に最適設定された、正負の差分閾値及び差分間隔と、運転条件を特定する各種センサの出力値との関係を、設定テーブルに記憶する記憶部と、燃焼室の混合気の燃焼時に発生するイオンに対応したイオン電流を検出する信号検出部と、前記信号検出部の出力信号をサンプリング間隔で取得して、ＡＤ変換した信号入力データを時間順次に記憶するデータ記憶手段と、前記差分間隔を、運転条件に基づいて前記設定テーブルから特定し、前記記憶された特定の信号入力データと、そのデータから前記差分間隔だけ以前の信号入力データとを差分演算して、前記特定の信号入力データの傾斜値を特定する傾斜演算手段と、前記正負の差分閾値を、運転条件に基づいて設定テーブルから特定し、前記傾斜値を、前記正負の差分閾値で特定される数値範囲と対比して、前記数値範囲より上回るか、前記数値範囲より下回るか、前記数値範囲に収まるかの評価結果を特定する評価手段と、前記傾斜値が前記所定範囲に収まらない場合には、前記傾斜値に対する評価結果が、直前の傾斜値に対する評価結果と一致するか否か判定する重複判定手段と、直前の傾斜値に対する評価結果と一致する場合には、一致評価の連続回数を増加させる一方、直前の評価結果と不一致の場合には、前記一致評価の連続回数をゼロに戻す計数手段と、前記連続回数が所定値に達すると内燃機関が燃焼していると判定する検出手段と、を備えて、前記傾斜演算手段、前記評価手段、前記重複判定手段、前記計数手段、及び前記検出手段は、前記サンプリング間隔より広い前記差分間隔毎に、飛び飛びに機能するよう構成されている。
【０００９】
本発明は、点火プラグの絶縁抵抗が動的に変化したとしても、失火状態では、信号検出部の出力信号が、ほぼ一定値に落ち着くことを利用したものであり、前記一定値のレベルに拘わらず、失火検知をすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記した通り、本発明によれば、絶縁抵抗のレベルに拘わらず、常に失火状態を正確に検出できる内燃機関の燃焼制御装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、実施例に係る燃焼制御装置ＥＱＵを示す回路図である。この燃焼制御装置ＥＱＵは、１次コイル１Ｐと２次コイル１Ｓとが電磁結合された点火コイル１と、点火コイル１を断続的に駆動するスイッチングトランジスタ２と、点火コイルの２次コイル１Ｓに接続されたイオン電流検出回路３と、スイッチングトランジスタ２をＯＮ／ＯＦＦ制御すると共にイオン電流検出回路３からのアナログ検出信号ＳＧを受けるワンチップマイコン４とで構成されている。そして、点火コイルの２次コイル１Ｓとグランドラインとの間に点火プラグ５が接続されている。
【００１３】
図示の通り、スイッチングトランジスタ２のベース端子は、ワンチップマイコン４に接続され、コレクタ端子は、点火コイルの一次コイル１Ｐに接続され、エミッタ端子は、グランドラインに接続されている。
【００１４】
イオン電流検出回路３は、点火プラグ５の放電電流で充電されるバイアス用のコンデンサＣと、コンデンサＣに並列接続されてコンデンサＣの充電電圧を規制するチェナーダイオードＺＤと、チェナーダイオードＺＤに直列接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１の両端に接続された増幅部ＡＭＰとで構成されている。
【００１５】
チェナーダイオードＺＤとダイオードＤ１のアノード端子は、互いに直結され、ダイオードＤ１のカソード端子はグランドラインに接続されている。また、チェナーダイオードＺＤのカソード端子は、二次コイル１Ｓに接続されている。
【００１６】
イオン電流検出回路３の増幅部ＡＭＰは、反転端子と非反転端子と出力端子とを有する増幅素子Ｑ１と、増幅素子Ｑ１の反転端子に接続される入力抵抗Ｒ１と、増幅素子Ｑ１の反転端子と出力端子の間に接続される帰還抵抗Ｒ２とで構成されている。なお、増幅素子Ｑ１の反転端子とグランドラインとの間に、増幅素子Ｑ１を保護するためのダイオードＤ２を接続しても良い。
【００１７】
増幅素子Ｑ１として、この実施例では、ＯＰアンプを使用している。ＯＰアンプは、その入力インピーダンスがほぼ無限大（≒∞）で、反転端子と非反転端子との間が、仮想的に短絡状態である(imaginary short)。そのため、図１（ｂ）に示す電流Ｉは、入力抵抗Ｒ１と帰還抵抗Ｒ２に共通して流れることになり、増幅部ＡＭＰの出力電圧Ｖｏｕｔは、電流Ｉと帰還抵抗Ｒ２の積となる（Ｖｏｕｔ＝Ｉ×Ｒ２）。つまり、この増幅部ＡＭＰでは、帰還抵抗Ｒ２が入力電流Ｉの検出抵抗として機能している。
【００１８】
図１の回路構成において、二次コイル１Ｓに負の高電圧が発生すると、点火プラグ５が点火放電し、図１（ａ）に示すように、点火電流がコンデンサＣを充電する。この時、コンデンサＣにはチェナーダイオードＺＤが並列接続されているので、コンデンサＣの両端電圧は、チェナーダイオードＺＤの降伏電圧Ｖｚに一致する。
【００１９】
その後、二次コイル１Ｓの高電圧が消滅すると（図１（ｄ）参照）、コンデンサＣに充電されたバイアス電圧は、図１（ｂ）に示す経路で放電する。この放電電流は、イオン電流Ｉに他ならず（図１（ｅ）参照）、イオン電流Ｉは、増幅素子Ｑ１の出力端子→帰還抵抗Ｒ２→入力抵抗Ｒ１→コンデンサＣ→二次コイル１Ｓ→点火プラグ５の経路で流れる。先に説明した通り、出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｒ２×Ｉの関係が成立するので、増幅部ＡＭＰからはイオン電流Ｉに比例した電圧が得られる。
【００２０】
ワンチップマイコン４は、ＣＰＵコア４ａと、Ａ／Ｄコンバータ４ｂと、出力ポート４ｃと、メモリ部４ｄとが内蔵されて構成されている。そして、Ａ／Ｄコンバータ４ｂは、イオン電流検出回路３からアナログ検出信号ＳＧを直接的に受けて、これデジタルデータに変換している。また、出力ポート４ｃからは、スイッチングトランジスタ２のベース端子に向けて点火パルスが出力されている。なお、図示の燃焼制御装置ＥＱＵでは、イオン電流検出回路３とワンチップマイコン４とが直結されているが、途中にサンプルホールド回路などを設けても良い。
【００２１】
後述するように、この実施例では、差分演算における差分間隔δや、差分演算結果ＤＩを評価する閾値ＴＨの値を、最適に設定することが重要である。但し、これらの最適値は、時々刻々変化する内燃機関の運転条件に基づいてリアルタイムに変化する。そこで、この実施例では、差分間隔δや差分閾値ＴＨの最適値と、運転条件を特定する各種センサの出力値との関係を、メモリ部の設定テーブルＴＢＬ１に格納している。そして、リアルタイムに取得した各種のセンサ値を検索キーにして、設定テーブルＴＢＬ１を検索することで、最適な差分値ＴＨと差分間隔δとを動的に特定している。
【００２２】
続いて、以上の構成からなる燃焼制御装置の動作内容を図２のフローチャートに基づいて説明する。図示の通り、この実施例では、ＣＰＵコア４ａに対するタイマ割込みで起動される割込み処理プログラムにおいて、リアルタイムに失火判定をしている。割込み周期τは、特に限定されないが、イオン電流に重畳するノック信号を正確に取得するためには、割込み周期τを、ノック信号の基本波周期τ０の１／２倍以下に設定する必要がある。ここで、ノック信号の基本周波数１／τ０は、内燃機関の構造に基づいて実験的に特定できるので、この実施例では、τ＜τ０／２の条件を満足する値として、割込み周期τをτ＝３３μＳとしている。
【００２３】
何れにしても、タイマ割込みがあると、ワンチップマイコン４は、イオン電流検出回路３の出力信号ＳＧをＡ／Ｄコンバータ４ｂで受け、デジタル変換した信号入力データＳＧ（ｉ）をメモリ部４ｄに記憶する（ＳＴ１）。なお、このようにして時間順次記憶されるデータＳＧ（ｉ）は、失火判定だけでなくノック信号の抽出処理などにも使用されるが、ノック信号の抽出処理その他は、本発明と特に関係しないので以下では説明しない。
【００２４】
失火判定処理に関してだけ説明を続けると、ステップＳＴ１の処理が終われば、今回が失火判定をするタイミングが否か判定される（ＳＴ２）。これは、この実施例の場合、信号入力データＳＧ（ｉ）の取得処理（ＳＴ１）は、割込み時間間隔（３３μＳ）で毎回実行されるのに対して、失火判定処理は、差分間隔δに対応して、飛び飛びに実行されるためである。そのため、今回が判定処理を実行すべきタイミングでない場合には、直ちに割込み処理を終える。
【００２５】
一方、今回が判定処理を実行すべきタイミングである場合には、今回取得した信号入力データＳＧ（ｉ）と、過去に取得した信号入力データＳＧ（ｉ−δ）との差分を求める（ＳＴ２）。具体的には、ＤＩ＝ＳＧ（ｉ）−ＳＧ（ｉ−δ）の差分演算を実行するが、差分演算の差分間隔δは、エンジンの運転条件に応じて設定テーブルＴＢＬ１を検索してリアルタイムに選択決定され、最適値として選択された差分間隔δが、内燃機関の１サイクルの動作中継続して使用される。なお、以下の説明では、差分間隔δをδ＝１５とするので、時間換算した差分間隔δ×τは、δ×τ≒５００μＳとなる。また、これに対応して、ステップＳＴ３〜ＳＴ１３の失火判定処理は、１５回の割込み処理に１回の頻度で実行される。
【００２６】
ステップＳＴ３の演算によって差分値ＤＩを算出したら、次に、その差分値ＤＩと閾値ＴＨとの比較を行う（ＳＴ４）。この閾値ＴＨについても、エンジンの運転条件に応じて設定テーブルＴＢＬ１を検索してリアルタイムに選択決定され、最適値として選択された閾値ＴＨが、内燃機関の１サイクルの動作中継続して使用される。
【００２７】
そして、ステップＳＴ４の判定処理によって、ＤＩ＜−ＴＨであれば、判定フラグＦＧ（ｉ）を−１に設定して記憶する（ＳＴ５）。一方、ＤＩ＞ＴＨであれば、判定フラグＦＧ（ｉ）を＋１に設定して記憶する（ＳＴ７）。また、−ＴＨ≦ＤＩ≦＋ＴＨであれば、判定フラグＦＧ（ｉ）を０に設定して記憶する（ＳＴ６）。以上の処理によって、信号入力データＳＧ（ｉ）が、緩やかに変化する場合には判定フラグＦＧ（ｉ）が０となり、信号入力データＳＧ（ｉ）の変化が激しい場合には判定フラグＦＧ（ｉ）が１または−１となる。
【００２８】
図３は、燻り状態の点火プラグにおける燃焼状態（ａ）と失火状態（ｂ）とを図示したものであり、信号入力データＳＧ（ｉ）と差分値ＤＩの時間的推移を示している。点火プラグの絶縁抵抗が低下したため定常的にイオン漏れ電流が重畳しており、信号入力のレベルが共にグランド電位（ＧＮＤ）から浮いている点では共通する。
【００２９】
しかし、図３（ａ）に示す燃焼状態では、点火放電が終了した後に検出されるイオン電流が比較的急激に変動するのに対して、図３（ｂ）に示す失火状態では、イオン電流が流れないので、信号入力のレベルが殆ど変化しない。そして、この差異に対応して、図３（ａ）の燃焼状態では、差分値ＤＩが複数回（図示例では３回）連続して同一方向に閾値±ＴＨを超えるが、図３（ｂ）の失火状態では、差分値ＤＩが連続して同一方向に閾値±ＴＨを超えることがない。なお、点火プラグの放電の後に激しい振動波が検出されるが、その周期は、割込み周期（サンプリング間隔）に比べて短いので、複数回連続して同一方向に閾値を超えることはない。つまり、閾値を正方向に超えた後は、閾値を負方向に越えるに過ぎず、同一方向に閾値を超えることはない。
【００３０】
以上の通り、差分値ＤＩが、複数回連続して同一方向に閾値を超えるか否かによって、燃焼状態か失火状態かを判定できることになる。そこで、判定フラグＦＧ（ｉ）の設定が終われば、次に、今回の判定フラグＦＧ（ｉ）が０か否かを判定し（ＳＴ８）、ＦＧ（ｉ）＝０なら、カウンタ変数ＣＴを０にクリアして割込み処理を終える（ＳＴ１１）。ここで、カウンタ変数ＣＴは、連続して同一方向に閾値を超えた連続回数をカウントする変数であり、今回の差分値ＤＩが閾値±ＴＨを越えなかったことから、連続回数をゼロクリアするのである。
【００３１】
一方、ステップＳＴ８の判定によって判定フラグＦＧ（ｉ）がＦＧ（ｉ）≠０であった場合には、前回の判定フラグ値ＦＧ（ｉ−１）と、今回の判定フラグ値ＦＧ（ｉ）とが一致するか否かを判定する（ＳＴ９）。そして、一致しなければ、ステップＳＴ１１に移行して、カウンタ変数ＣＴをゼロクリアする（ＳＴ１１）。ＦＧ（ｉ）≠ＦＧ（ｉ−１）であることから、連続して同一方向に閾値を超えるとは言えないので、連続回数をゼロクリアするのである。
【００３２】
逆に、前回の判定フラグ値ＦＧ（ｉ−１）と、今回の判定フラグ値ＦＧ（ｉ）とが一致する場合には、カウンタ変数ＣＴを＋１して連続回数を増加させる（ＳＴ１０）。そして、その連続回数が基準値ＭＡＸに達するか否か判定して（ＳＴ１２）、もし、ＣＴ＝ＭＡＸであれば、その判定結果をメモリに記憶して割込み処理を終える（ＳＴ１３）。なお、その後は、検出結果に応じた適宜な処理が開始される。
【００３３】
ところで、基準値ＭＡＸは、エンジンの回転数や吸気管圧力などの運転条件に基づいて予め決定されており、運転条件と基準値ＭＡＸとの関係を示す基準値テーブルＴＢＬ２がメモリに格納されている。したがって、ステップＳＴ１２の判定処理では、各種センサの出力に基づいて基準値テーブルＴＢＬ２を検索して、基準値ＭＡＸを特定することになる。
【００３４】
以上の通り、この実施例では、差分値ＤＩが、複数回連続して同一方向に閾値を超えるか否かによって失火状態を判定しており、絶縁抵抗の値や漏れ電流の値を推定することなく、確実に失火判定をすることができる。また、絶縁抵抗の値が変化しても誤判定のおそれがない。
【００３５】
以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。例えば、上記の実施例では、割込み処理によってアナログ信号を取得する毎に、直ちに失火判定をしているが、必要な一群のデータを取得した後に失火判定したのでも良い。
【００３６】
図４は、そのバッチ処理による失火判定の手法を説明するフローチャートである。この実施例では、先ず、一群のデータを全て取得する（ＳＴ３０）。そして、その後、カウンタ変数ＣＴを０に初期設定して（ＳＴ３１）、Ｎ個のデータについて、ステップＳＴ３３〜ＳＴ４３の処理を実行する。
【００３７】
ステップＳＴ３３〜ＳＴ４３は、図２のステップＳＴ３〜ＳＴ１３の処理と実質的に同じであり、失火状態が検出された場合に、失火検知フラグをセットする点だけが異なる（ＳＴ４３）。この実施例でも、差分値ＤＩが、複数回連続して同一方向に閾値を超えるか否かによって失火状態を判定することで、絶縁抵抗の値が変化しても誤判定のおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例に係る燃焼制御装置の回路構成を示す回路図である。
【図２】ワンチップマイコンの制御動作の概要を示すフローチャートである。
【図３】燃焼状態と失火状態について図２のアルゴリズムを説明するタイムチャートである。
【図４】図２の変形例を示すフローチャートである。
【図５】従来技術の問題点を説明する波形図である。
【符号の説明】
【００３９】
ＥＱＵ          燃焼制御装置
３              信号検出部（イオン電流検出回路）
ＳＴ１          データ記憶手段
ＳＴ３          傾斜演算手段
ＳＴ５〜ＳＴ７      評価手段
ＳＴ１０〜ＳＴ１１  計数手段
ＳＴ１３            失火検出手段
【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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