(57)【要約】【課題】合理的な燃焼判定をすることができる内燃機関の燃焼制御装置を提供する。【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関について、各気筒の燃焼室の点火タイミングに先行して、クランクシャフトの回転数、及び／又は、燃焼室への吸入空気量を特定して運転状態を特定する検出手段（ＳＴ１１）と、次に点火タイミングを迎える燃焼室について、燃焼判定処理の判定閾値を初期決定する決定手段（ＳＴ２３）と、一つ手前のタイミングで失火判定されている場合には、初期決定された判定閾値を修正する修正手段（ＳＴ２５）と、点火タイミング後の一群のセンサ信号を取得する信号取得手段（ＳＴ２１）と、信号取得手段が取得したセンサ信号を時間軸方向に評価して生成される評価データを、取得手段又は修正手段が特定した判定閾値と対比して、当該燃焼室についての燃焼判定処理を実行する判定手段（ＳＴ２６）とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有して構成され、各気筒の燃焼室に導入された混合気が、点火タイミングに達する毎に順番に点火制御される内燃機関について、
各燃焼室の点火タイミングに先行して、内燃機関のクランクシャフトの回転数、及び／又は、燃焼室への吸入空気量を特定して運転状態を特定する検出手段と、
検出手段が特定する運転状態に基づいて、次に点火タイミングを迎える燃焼室について、燃焼判定処理の判定閾値を初期決定する決定手段と、
一つ手前のタイミングで点火制御された燃焼室についての燃焼判定処理において、失火判定されている場合には、初期決定された判定閾値を修正する修正手段と、
判定閾値が特定された燃焼室に関して、点火タイミング後の一群のセンサ信号を取得する信号取得手段と、
信号取得手段が取得したセンサ信号を時間軸方向に評価して生成される評価データを、取得手段又は修正手段が特定した判定閾値と対比して、当該燃焼室についての燃焼判定処理を実行する判定手段と、
を有して構成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
運転状態は、クランクシャフトが所定のクランク角に達する毎に特定される請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記センサ信号は、内燃機関の燃焼室に発生するイオン電流に基づいて生成される請求項１又は２に記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記センサ信号は、クランクシャフトの回転変動に基づいて生成される請求項１又は２に記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記センサ信号は、燃焼室の圧力に基づいて生成される請求項１又は２に記載の燃焼制御装置。
【請求項６】
内燃機関の燃焼室に発生するイオン電流に基づくセンサ信号、クランクシャフトの回転変動に基づいて生成されるセンサ信号、燃焼室の圧力に基づいて生成されるセンサ信号の全部又は一部は組み合わされて使用される請求項１又は２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、内燃機関の燃焼室に発生するイオン信号などに基づいて失火状態を含む燃焼状態を高精度に検出して、適切な運転を実現する燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、新車には自己故障診断機能（ＯＢＤ：On-Board Diagnostics）を付加することが義務づけられ、排ガス装置などの異常検出時にはドライバーに警告を発すると共に、故障の診断結果をＥＣＵが記録されるようになっている。そして、このようなＯＢＤ対応として失火検知機能を搭載したエンジンも増えている。
【０００３】
そして、内燃機関の燃焼室で発生するイオン電流に着目して、失火状態を検出する研究も進められており、本出願人も、検出精度の高い失火検出装置について既に特許出願している（特許文献１〜５）。
【０００４】
例えば、引用文献１に記載の発明では、イオン電流検出回路からのイオン検出信号を二値的な判定パルスに変換し、その判定パルスのパルス幅に基づいて失火検知をしている。具体的には、取得した複数個の判定パルスについて、そのパルス幅を平均化し、その平均値が判定閾値より小さい場合には失火状態であると判定している。
【０００５】
その他、所定レベル以上を維持するイオン検出信号について、その積分値（累積値）を算出して、その累積値と判定閾値との対比により燃焼状態か失火状態かを判定し、この判定結果に対応した燃焼制御をする一方、複数の点火サイクル（例えば３００回）において、失火状態であると判定された回数が基準値を超える場合には、ＯＢＤとして警告動作などを実行するようになっている。
【０００６】
但し、何れの手法を採る場合でも、判定閾値は、運転状態に基づいて固定的に規定される。ここで、運転状態は、例えば、クランクシャフトの回転数や吸気管圧力などによって特定され、特定された運転状態に対応する判定閾値が、メモリのパラメータテーブルから抽出されて使用されるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２００６−１３０９３５号公報
【特許文献２】特開２０１０−０７７８０４号公報
【特許文献３】特開２０１０−０５９９０５号公報
【特許文献４】特開２０１０−０５３７８１号公報
【特許文献５】特開２０１０−０５３７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、イオン検出信号のパルス幅で判定するか、イオン検出信号の積分値で判定するかに拘らず、ＯＢＤの精度を高めるためには、誤判定の回数を低減化することが極めて重要である。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、より正確で合理的な燃焼判定をすることができる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】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明者が種々実験を繰り返した結果、各種センサの検出値に基づいて運転状態を特定し、この運転状態に対応する判定閾値をパラメータテーブルから抽出するという画一的な判定をするのではなく、この判定閾値を、直近の失火判定の結果に基づいて修正することで、より正確で合理的な失火判定ができることを見出して本発明を完成させた。
【００１１】
すなわち、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置は、複数の気筒を有して構成され、各気筒の燃焼室に導入された混合気が、点火タイミングに達する毎に順番に点火制御される内燃機関について、各燃焼室の点火タイミングに先行して、内燃機関のクランクシャフトの回転数、及び／又は、燃焼室への吸入空気量を特定して運転状態を特定する検出手段と、検出手段が特定する運転状態に基づいて、次に点火タイミングを迎える燃焼室について、燃焼判定処理の判定閾値を初期決定する決定手段と、一つ手前のタイミングで点火制御された燃焼室についての燃焼判定処理において、失火判定されている場合には、初期決定された判定閾値を修正する修正手段と、判定閾値が特定された燃焼室に関して、点火タイミング後の一群のセンサ信号を取得する信号取得手段と、信号取得手段が取得したセンサ信号を時間軸方向に評価して生成される評価データを、取得手段又は修正手段が特定した判定閾値と対比して、当該燃焼室についての燃焼判定処理を実行する判定手段と、を有して構成されている。
【００１２】
本発明を構成する各手段は、その記載順序が、必ずしも動作順序を規定するものではない。また、判定閾値の修正手法は適宜に決定されるが、例えば、燃焼状態を失火状態であるとする誤判定を、複数の気筒において連続させないためには、失火状態であると判定された次段の気筒での燃焼判定では、判定閾値を、失火判定されにくい方向（甘い方向）に修正するのが好ましい。これは、真に失火状態となった気筒に続く気筒では、クランクシャフトの回転数がやや低下することなどに対応して、混合気の吸引量がやや増加して燃焼しやすい環境が整うことを考慮したものである。
【００１３】
すなわち、先行する失火判定がもし正しければ、これに続く気筒では、通常は、自然に燃焼条件が整うので、甘い判定閾値に基づいて燃焼判定をしても得に何の問題も生じない。一方、先行する失火判定が間違っていて、燃焼状態であるにも拘らず、これを失火状態であると誤判定している場合には、これに続く気筒において甘い判定閾値に基づいて燃焼判定することで、正しい判定結果を得ることができると期待できる。なお、先行する失火判定では、燃焼状態を失火状態であると誤判定する一方、修正した判定閾値に基づいて、後の燃焼判定では、失火状態を燃焼状態であると誤判定する可能性もあるが、この場合でも、失火判定された回数の累積値は、同じであるという合理性もある。
【００１４】
なお、上記した判定手法とは逆に、先行する失火判定において、燃焼状態であるにも拘らず、これを失火状態であると誤判定した場合に、これに続く気筒において厳しい判定閾値（厳しい方向）を採用すると、引き続き、燃焼状態を失火状態であると誤判定する可能性が高く、その後も、同一の誤判定が継続する可能性が高いので、採用に値しない。
【００１５】
何れにしても、本発明において、運転状態は、クランクシャフトが所定のクランク角に達する毎に特定されるのが好適である。また、前記センサ信号は、内燃機関の燃焼室に発生するイオン電流に基づいて生成されるか、クランクシャフトの回転変動に基づいて生成されるか、燃焼室の圧力に基づいて生成されるのが好ましい。
【００１６】
なお、内燃機関の燃焼室に発生するイオン電流に基づくセンサ信号、クランクシャフトの回転変動に基づいて生成されるセンサ信号、燃焼室の圧力に基づいて生成されるセンサ信号の全部又は一部は組み合わされて使用される構成も好適である。
【発明の効果】
【００１７】
上記した本発明によれば、先行する気筒の判定結果に基づいて、続く気筒での燃焼判定を実行するので、より正確で合理的な失火判定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例に係る燃焼制御装置を示す回路図である。
【図２】実施例の処理内容を説明するフローチャートである。
【図３】実施例の動作内容を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、実施例に係る燃焼制御装置ＥＱＵの回路図である。なお、この実施例の内燃機関（エンジン）は、３気筒（＃１〜＃３）からなり（図３参照）、各気筒の点火プラグＰＧが順番に点火制御されるが、図１では、便宜上、単一の点火プラグＰＧだけを図示している。
【００２０】
図１に示す通り、この燃焼制御装置ＥＱＵは、イオン信号Ｖｏを出力するイオン電流検出回路ＩＯＮと、イオン信号Ｖｏをデジタル変換するＡＤ変換部１４と、ＡＤ変換部１４の出力データを受けて燃焼判定処理を実行するコンピュータ回路１５と、点火パルスＩＧＮを出力すると共に、コンピュータ回路１５から燃焼判定結果を受けるＥＣＵ（Engine Control Unit）と、を中心に構成されている。
【００２１】
そして、この回路構成では、イオン電流検出回路ＩＯＮとＡＤ変換部１４とで信号取得手段を構成している。なお、ＡＤ変換部１４は、サンプル＆ホールド機能を有しており、コンピュータ回路１５は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を構成要素にしている。
【００２２】
イオン電流検出回路ＩＯＮは、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２からなる点火トランスＣＬと、点火パルスＩＧＮに基づく遷移動作によって一次コイルＬ１の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子Ｑと、二次コイルＬ２の誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグＰＧと、信号検出部ＤＥＴと、を中心に構成されている。
【００２３】
スイッチング素子Ｑは、ここではＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が使用されている。そして、スイッチング素子Ｑのコレクタ端子は、一次コイルＬ１を経由してバッテリ電圧ＶＢを受けており、エミッタ端子は、グランドに接続されている。
【００２４】
信号検出部ＤＥＴは、電流検出回路として機能するＯＰアンプＡＭＰを中心に構成され、コンデンサＣ１、ツェナーダイオードＺＤ、ダイオードＤ１，Ｄ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を有して構成されている。コンデンサＣ１とツェナーダイオードＺＤの並列回路によって、イオン電流検出時のバイアス電圧が生成される。
【００２５】
二次コイルＬ２の高圧端子は、点火プラグＰＧに接続され、低圧端子は、前記バイアス電圧を生成するコンデンサＣ１及びツェナーダイオードＺＤの並列回路に接続されている。そして、コンデンサＣ１及びツェナーダイオードＺＤの並列回路は、ダイオードＤ１を通して、グランドに接続されている。図示の通り、ダイオードＤ１のカソード端子がグランドに接続されている。
【００２６】
一方、ダイオードＤ１のアノード端子は、電流制限抵抗Ｒ１を経由してＯＰアンプの反転入力端子（−）に接続されている。そして、ＯＰアンプＡＭＰの反転入力端子（−）と出力端子の間に、電流検出抵抗Ｒ２が接続され、出力端子とグランド間には、負荷抵抗Ｒ３が接続されている。また、ＯＰアンプの非反転端子（＋）は、グランドに接続され、反転端子（−）には、ダイオードＤ２のカソード端子が接続されている。なお、ダイオードＤ２のアノード端子はグランドに接続されている。
【００２７】
上記した構成のイオン電流検出回路ＩＯＮでは、点火パルスＩＧＮがＨレベルからＬレベルに変化すると、二次コイルＬ２に誘起される高電圧によって点火プラグＰＧが放電する。この放電電流は、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→コンデンサＣ１→ダイオードＤ１の経路で流れるので、コンデンサＣ１は、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧により規定される電圧値に充電される。
【００２８】
点火プラグＰＧの放電によって燃焼室の混合気が着火されると、その後、急速に燃焼反応が進行するが、イオン電流ｉは、電流検出抵抗Ｒ２→電流制限抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧの経路で流れる。したがって、イオン電流検出回路ＩＯＮの出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｒ２＊ｉとなり、イオン電流ｉに比例した値となる。
【００２９】
図２は、コンピュータ回路１５において実現される実施例のソフトウェア処理を示すフローチャートである。図２（ａ）は、各気筒の点火動作後に実行される燃焼判定処理を示し、図２（ｂ）は、ＴＤＣ（Top Dead Center）のタイミングで実行される計測処理を示している。
【００３０】
先に説明した通り、この実施例は、３気筒エンジンであるので、図３に示すように、クランク角ＣＡ＝０°，ＣＡ＝２４０°，ＣＡ＝４８０°の各タイミングが、各気筒（＃１〜＃３）のＴＤＣとなる。そこで、図２（ｂ）に示す計測処理では、ＴＤＣのタイミング毎に、各種センサからの信号を取得して（ＳＴ１０）、一つ手前のＴＤＣからの経過時間に基づいてエンジン回転数と吸入空気量を特定して記憶している（ＳＴ１１）。なお、エンジン回転数と吸入空気量は、その後に点火タイミングが到来する気筒について、切出ウインドＷｉｎや判定閾値ＴＨを決定するための運転状態を特定する動作量であり、計測処理毎にリアルタイムに変化する。
【００３１】
このような計測処理の後、何れかの気筒の点火タイミングに達すると、点火トランスＣＬに、点火パルスＩＧＮが供給されると共に、図２（ａ）の燃焼判定処理が起動される。燃焼判定処理では、計測処理（図２（ｂ））によって特定された運転状態に基づいて、動作パラメータテーブルＴＢＬ１（図２（ｃ））を検索して、切出ウインドＷｉｎの始期と終期が特定される（ＳＴ２０）。
【００３２】
ここで、動作パラメータテーブルＴＢＬ１には、運転状態に対応して、切出ウインドＷｉｎと、判定閾値ＴＨとを含む各種の動作パラメータが記憶されている。なお、この実施例では、運転状態が、エンジン回転数と吸入空気量とに基づいて特定されるが、これらに変わる条件に基づいて運転状態を特定しても良いし、これらの条件に、他の条件を付加して運転状態を特定しても良いのは勿論である。
【００３３】
次に、点火された気筒について点火タイミング後に取得されるイオン信号のうち、設定された切出ウインドＷｉｎ区間の一連のイオン信号Ｄｉを取得して記憶する（ＳＴ２１）。特に限定されないが、この実施例では、サンプリング周波数ｆｓを３０ｋＨｚとしている。そして、一連のイオン信号Ｄｉのうち、所定値以上のレベルを維持するイオン信号Ｄｉの絶対値ＡＢＳ（Ｄｉ）について、その総和値（積分値）ＳＵＭ＝ΣＡＢＳ（Ｄｉ）を算出して記憶する（ＳＴ２２）。
【００３４】
続いて、ステップＳＴ１１の処理で記憶されているエンジン回転数と吸入空気量とに基づいて、動作パラメータテーブルＴＢＬ１を検索して、ステップＳＴ２２の積分値ＳＵＭを評価するための判定閾値ＴＨを初期設定する（ＳＴ２３）。
【００３５】
そして、エラーフラグＥＲの値を判定して、もしエラーフラグＥＲがＥＲ＝１であれば、ステップＳＴ１１の処理で特定されているエンジン回転数と吸入空気量に基づいて補正係数テーブルＴＢＬ２を検索して、ステップＳＴ２３の処理で初期設定された判定閾値ＴＨを適宜に補正する（ＳＴ２５）。特に限定されないが、例えば、初期設定された判定閾値ＴＨに、補正係数値ＡＭを積算する補正演算が実行される（ＴＨ←ＴＨ×ＡＭ）。
【００３６】
ここで、エラーフラグＥＲは、先行する気筒での燃焼判定において失火状態であると判定されたことを意味する。図３の模式図では、第１気筒＃１は、燃焼状態であったが、第２気筒＃２が失火状態であった場合を例示しており、各気筒＃１〜＃３の圧力波形についても模式的に示している。このような場合の第３気筒の燃焼動作を想定すると、第２気筒が失火しているため、その分だけ過渡的に回転数がやや低下し、また、吸気慣性によって第３気筒での混合気の充填率が高くなる。そのため、一般には、第３気筒の燃焼室では、燃焼し易く、燃焼時には気筒内圧力が高くなる傾向がある（図３の＃３圧力波形）。
【００３７】
但し、第２気筒が燃焼状態であるにも拘らず、その燃焼判定処理において、失火状態であると誤判定する可能性も否定できない。そこで、本実施例では、先の気筒で失火判定された場合には、これに続く気筒での燃焼判定処理のための判定閾値を補正することで、判定精度を高めている。
【００３８】
本実施例の補正係数は、予め実験的に求めた最適値が、運転状態毎に補正係数テーブルＴＢＬ２に記憶されている。したがって、一概には言えないが、補正係数の一般的な傾向としては、燃焼状態を失火状態であるとする誤判定を、複数の気筒において連続させない数値となっている。具体的には、失火状態であると判定された次段の気筒での燃焼判定では、判定閾値を、失火判定されにくい方向（甘い方向）に補正する補正係数値となっている。
【００３９】
何れにしても、初期設定された判定閾値ＴＨか、補正演算を経た判定閾値ＴＨを使用して、ステップＳＴ２２の積分値ＳＵＭと判定閾値ＴＨとが対比される（ＳＴ２５）。そして、例えば、ＳＵＭ＞ＴＨであれば当該気筒の燃焼室は燃焼状態であると判定され、ＳＭ≦ＴＨであれば、失火状態であると判定される（ＳＴ２６）。
【００４０】
そして、燃焼状態であると判定されるとエラーフラグＥＲをＥＲ＝０として燃焼時の燃焼制御が実行される（ＳＴ２７）。一方、失火状態であると判定されるとエラーフラグＥＲをＥＲ＝１とすると共に、累積失火回数ＣＴをインクリメント処理して（ＣＮＴ←ＣＮＴ＋１）、失火時の燃焼制御が実行される（ＳＴ２８）。
【００４１】
なお、所定の点火サイクルを終えたタイミングで累積失火回数ＣＴが基準値を超えた場合には、ＯＢＤ（On-Board Diagnostics）処理が起動される。但し、本実施例では、判定閾値を動的に補正して燃焼判定を実行しているので、失火判定の精度が増し、意味もなく警報が出されることが防止される。
【００４２】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではなく、適宜な改変が可能である。例えば、上記の実施例では、もっぱらイオン信号を使用したが、クランクシャフトの回転変動や、シリンダーの内圧を示す圧力信号などに基づいて燃焼判定する場合にも同様に使用できる。この場合、イオン信号、クランクシャフトの回転変動、及びシリンダーの内圧を示す圧力信号を適宜に組み合わせるのも好適である。
【００４３】
また、実施例では、ステップＳＴ２０〜ＳＴ２６の時間経過で説明したが、この順番は適宜に変更可能である。例えば、ステップＳＴ２３〜ＳＴ２５の処理は、ステップＳＴ２１の処理に先行させても良いのは勿論である。
【符号の説明】
【００４４】
ＳＴ１１      検出手段
ＳＴ２３      決定手段
ＳＴ２５    修正手段
ＳＴ２１    信号取得手段
ＳＴ２６    判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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