(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグにイオン電流検出用電圧を印加し、燃焼反応によって生成されたイオンが上記点火プラグの両電極に移動するときに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、上記イオン電流検出回路で検出したイオン電流から特定周波数成分を除去するフィルタ回路とを備えるエンジンの燃焼制御装置において、
制御回路に、
上記点火プラグによる火花放電期間後の特定期間の上記フィルタ回路を通過したイオン電流波形に基づきイオン電流振動値を特定周期毎に検出すると共に記憶回路に格納する手段と、
上記記憶回路に格納されているイオン電流振動値を最後のデータから最初のデータ方向へ検索する手段と、
検索した上記データ間の変化量に基づきノッキング値を設定する手段と、
上記ノッキング値に基づいてノッキング発生の有無を判別する手段とを設けたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
【請求項２】
点火プラグにイオン電流検出用電圧を印加し、燃焼反応によって生成されたイオンが上記点火プラグの両電極に移動するときに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、上記イオン電流検出回路で検出したイオン電流から特定周波数成分を除去するフィルタ回路とを備えるエンジンの燃焼制御装置において、
制御回路に、
上記点火プラグによる火花放電期間後の特定期間の上記フィルタ回路を通過したイオン電流波形に基づきイオン電流値及びイオン電流振動値を特定周期毎に検出すると共に記憶回路に格納する手段と、
上記記憶回路に格納されている上記イオン電流値を検索する手段と、
検索した上記イオン電流値の中から該イオン電流値のピーク値を検出する手段と、
上記ピーク値に対応するクランク位置を算出する手段と、
上記クランク位置をエンジン運転領域毎に平均化処理して最大燃焼圧クランク位置を算出する手段と、
上記記憶回路に記憶した上記イオン電流振動値を最後のデータから最初のデータ方向へ検索する手段と、
検索した上記データ間の変化量の積算値からノッキング値を算出する手段と、
上記ノッキング値に基づきノッキング発生の有無を判別する手段と、
ノッキング発生時は点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を遅角補正した値で更新し、又ノッキング非検出時は上記最大燃焼圧クランク位置を上記点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を進角補正した値で更新し点火時期が最大トルクを得る点火時期に近づくように補正する手段とを設けたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
【請求項３】
点火プラグにイオン電流検出用電圧を印加し、燃焼反応によって生成されたイオンが上記点火プラグの両電極に移動するときに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、上記イオン電流検出回路で検出したイオン電流から特定周波数成分を除去するフィルタ回路とを備えるエンジンの燃焼制御装置において、
制御回路に、
上記点火プラグによる火花放電期間後の特定期間の上記フィルタ回路を通過したイオン電流波形に基づきイオン電流値及びイオン電流振動値を特定周期毎に検出すると共に記憶回路に格納する手段と、
上記記憶回路に記憶されている上記イオン電流値を検索する手段と、
検索した上記イオン電流値の中から該イオン電流値のピーク値を検出する手段と、
上記ピーク値に対応するクランク位置を算出する手段と、
上記クランク位置をエンジン運転領域毎に平均化処理して最大燃焼圧クランク位置を算出する手段と、
上記記憶回路に記憶した上記イオン電流振動値を最後のデータから最初のデータ方向へ検索する手段と、
検索した上記データ間の変化量の積算値からノッキング値を算出する手段と、
上記ノッキング値を加重平均処理してノッキング頻度を算出する手段と、
上記ノッキング頻度に基づきノッキングの発生の有無を検出する手段と、
ノッキング発生時は、点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を遅角補正した値で更新し、又ノッキング非検出時は上記最大燃焼圧クランク位置を上記点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を進角補正した値で更新し点火時期が最大トルクを得る点火時期に近づくように補正する手段とを設けたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
【請求項４】
前記最大燃焼圧クランク位置を算出する際に実行される平均化処理が加重平均処理であることを特徴とする請求項２或いは３記載のエンジンの燃焼制御装置。
【請求項５】
前記最大燃焼圧クランク位置を算出する際に実行される平均化処理が移動平均処理であることを特徴とする請求項２或いは３記載のエンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼の際の点火プラグに流れるイオン電流を検出し、該検出値に基づき最大燃焼圧クランク位置を算出すると共に最適点火時期を設定するエンジンの燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車などの車両に搭載されているエンジンの燃焼状態を、燃焼の際の点火プラグに流れるイオン電流を計測し、その計測値に基づいて評価する技術が知られている。
【０００３】
例えば、特開平６−１５９２０８号公報、或いは特開平６−３３８５５号公報には燃焼時の点火プラグに流れるイオン電流を計測し、このイオン電流の特性やイオン電流が最大値となる時間とから最大トルクを得るように点火時期を制御する、いわゆるＭＢＴ（Minimum Spark Advance for Best Torque）制御の技術が開示されている。
【０００４】
又、特開平５−１４９２３０号公報には、点火後の特定時期、或いは特定クランク位置において点火プラグに流れるイオン電流を検出し、このイオン電流値が設定レベル以上のときはノッキング発生と判定する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、イオン電流は機械振動等によるノイズの影響を受けて変化しやすく、イオン電流に基づき点火時期を制御する技術では、上記ノイズの影響の少ない定速運転領域でのみＭＢＴ制御が可能で、例えば加速走行などの過渡運転時には行うことができず、ＭＢＴ制御を行う運転領域が限定される。
【０００６】
同様に、点火後の特定時期、或いは特定クランク角におけるイオン電流値の大きさでノッキング発生の有無を判定する技術においても、上記ノイズの影響で上記イオン電流波形が変化しやすいため、ノッキング発生の有無を正確に検出することが困難である。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、機械振動等によるノイズの影響を受けることなく、イオン電流波形に基づいて、常にＭＢＴ制御を行うことができると共に、ノッキング発生の有無を正確に検出することのできるエンジンの燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による第１のエンジンの燃焼制御装置は、点火プラグにイオン電流検出用電圧を印加し、燃焼反応によって生成されたイオンが上記点火プラグの両電極に移動するときに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、上記イオン電流検出回路で検出したイオン電流から特定周波数成分を除去するフィルタ回路とを備えるものにおいて、制御回路に、上記点火プラグによる火花放電期間後の特定期間の上記フィルタ回路を通過したイオン電流波形に基づきイオン電流振動値を特定周期毎に検出すると共に記憶回路に格納する手段と、上記記憶回路に格納されているイオン電流振動値を最後のデータから最初のデータ方向へ検索する手段と、検索した上記データ間の変化量に基づきノッキング値を設定する手段と、上記ノッキング値に基づいてノッキング発生の有無を判別する手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
本発明による第２のエンジンの燃焼制御装置は、点火プラグにイオン電流検出用電圧を印加し、燃焼反応によって生成されたイオンが上記点火プラグの両電極に移動するときに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、上記イオン電流検出回路で検出したイオン電流から特定周波数成分を除去するフィルタ回路とを備えるエンジンの燃焼制御装置において、前記制御回路に、上記点火プラグによる火花放電期間後の特定期間の上記フィルタ回路を通過したイオン電流波形に基づきイオン電流値及びイオン電流振動値を特定周期毎に検出すると共に記憶回路に格納する手段と、上記記憶回路に格納されている上記イオン電流値を検索する手段と、検索した上記イオン電流値の中から該イオン電流値のピーク値を検出する手段と、上記ピーク値に対応するクランク位置を算出する手段と、上記クランク位置をエンジン運転領域毎に平均化処理して最大燃焼圧クランク位置を算出する手段と、上記記憶回路に記憶した上記イオン電流振動値を最後のデータから最初のデータ方向へ検索する手段と、検索した上記データ間の変化量の積算値からノッキング値を算出する手段と、上記ノッキング値に基づきノッキング発生の有無を検出する手段と、ノッキング発生時は点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を遅角補正した値で更新し、又ノッキング非検出時は上記最大燃焼圧クランク位置を上記点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を進角補正した値で更新し点火時期が最大トルクを得る点火時期に近づくように補正する手段とを設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明による第３のエンジンの燃焼制御装置は、点火プラグにイオン電流検出用電圧を印加し、燃焼反応によって生成されたイオンが上記点火プラグの両電極に移動するときに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、上記イオン電流検出回路で検出したイオン電流から特定周波数成分を除去するフィルタ回路とを備えるエンジンの燃焼制御装置において、前記制御回路に、上記点火プラグによる火花放電期間後の特定期間の上記フィルタ回路を通過したイオン電流波形に基づきイオン電流値及びイオン電流振動値を特定周期毎に検出すると共に記憶回路に格納する手段と、上記記憶回路に記憶されている上記イオン電流値を検索する手段と、検索した上記イオン電流値の中から該イオン電流値のピーク値を検出する手段と、上記ピーク値に対応するクランク位置を算出する手段と、上記クランク位置をエンジン運転領域毎に平均化処理して最大燃焼圧クランク位置を算出する手段と、上記記憶回路に記憶した上記イオン電流振動装置を最後のデータから最初のデータ方向へ検索する手段と、検索した上記データ間の変化量の積算値からノッキング値を算出する手段と、上記ノッキング値を加重平均処理してノッキング頻度を算出する手段と、上記ノッキング頻度に基づきノッキングの発生の有無を検出する手段と、ノッキング発生時は、点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を遅角補正した値で更新し、又ノッキング非検出時は上記最大燃焼圧クランク位置を上記点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を進角補正した値で更新し点火時期が最大トルクを得る点火時期に近づくように補正する手段とを設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明による第４のエンジンの燃焼制御装置は、第２或いは第３のエンジンの燃焼制御装置において、前記最大燃焼圧クランク位置を算出する際に実行される平均化処理が加重平均処理であることを特徴とする。
【００１６】
本発明による第５のエンジンの燃焼制御装置は、第２或いは第３のエンジンの燃焼制御装置において、前記最大燃焼圧クランク位置を算出する際に実行される平均化処理が移動平均処理であることを特徴とする。
【００２１】
第１のエンジンの燃焼制御装置では、点火プラグによる火花放電期間後の特定期間における特定周波数成分を除去したイオン電流波形に基づきイオン電流振動値を特定周期毎に記憶し、記憶したイオン電流振動値を最後のデータから最初のデータ方向へ検索して該イオン電流振動値の変化量を設定し、この変化量からノッキング値を算出し、該ノッキング値に基づいてノッキング発生の有無を判別する判別する。
【００２２】
第２のエンジンの燃焼制御装置では、第１のエンジンの燃焼制御装置において、上記点火プラグによる火花放電期間後の特定期間の上記フィルタ回路を通過したイオン電流波形に基づきイオン電流値及びイオン電流振動値を特定周期毎に検出すると共に記憶回路に格納し、又、記憶回路に格納されているイオン電流値を検索する。そして、検索したイオン電流値の中から該イオン電流値のピーク値を検出し、該ピーク値に対応するクランク位置を算出する。そして、クランク位置をエンジン運転領域毎に平均化処理して最大燃焼圧クランク位置を算出すると共に、上記記憶回路に記憶した上記イオン電流振動値を最後のデータから最初のデータ方向へ検索して該イオン電流振動値の変化量の積算値を算出し、該算出値に基づきノッキング値を設定し、該ノッキング値に基づきノッキング発生の有無を検出し、ノッキング発生時は点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を遅角補正した値で更新し、又ノッキング非検出時は最大燃焼圧クランク位置を上記点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を進角補正した値で更新し点火時期が最大トルクを得る点火時期に近づくように補正することで、エンジン運転領域毎の最適点火進角度を設定する。
【００２３】
第３のエンジンの燃焼制御装置は、第１或いは第２のエンジンの燃焼制御装置において、上記点火プラグによる火花放電期間後の特定期間の上記フィルタ回路を通過したイオン電流波形に基づきイオン電流値及びイオン電流振動値を特定周期毎に検出すると共に記憶回路に格納し、又、上記記憶回路に記憶されている上記イオン電流値を検索し、検索した上記イオン電流値の中から該イオン電流値のピーク値を検出する。そして、上記ピーク値に対応するクランク位置をエンジン運転領域毎に平均化処理して最大燃焼圧クランク位置を算出すると共に、上記記憶回路に記憶した上記イオン電流振動装置を最後のデータから最初のデータ方向へ検索して該イオン電流振動値の変化量の積算値に基づきノッキング値を算出した後、該ノッキング値を加重平均処理してノッキング頻度を算出し、このノッキング頻度に基づきノックキング発生の有無を検出し、ノッキング発生時は点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を遅角補正した値で更新し、又ノッキング非検出時は上記最大燃焼圧クランク位置を上記点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を進角補正した値で更新し点火時期が最大トルクを得る点火時期に近づくように補正することで、エンジン運転領域毎の最適点火進角度を設定する。
【００２４】
第４のエンジンの燃焼制御装置は、第２或いは第３のエンジンの燃焼制御装置において、前記クランク位置をエンジン運転領域毎に加重平均処理し、その値を最大燃焼圧クランク位置とする。
【００２５】
第５のエンジンの燃焼制御装置では、第２或いは第３のエンジンの燃焼制御装置において、前記クランク位置をエンジン運転領域毎に移動平均処理し、その値を最大燃焼圧クランク位置とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図１〜図７に本発明の第１実施の形態を示す。
【００２７】
図１の符号１は多気筒エンジン（本実施の形態では４気筒エンジン）の各気筒に各々配設されている点火プラグ、２は各点火プラグ１に２次巻線側を各々接続する点火コイル、３は該点火コイル２の１次巻線側に接続して１次電流を遮断するパワートランジスタであり、後述する制御回路２３から出力されるドエル信号によりＯＮ動作し、点火信号によりＯＦＦ動作される。又、上記各点火コイル２の２次巻線側にイオン電流検出回路４が接続され、更に、このイオン電流検出回路４に信号処理回路５が接続されている。
【００２８】
上記イオン電流検出回路４の符号６はダイオードで、そのカソードが各点火コイル２の２次巻線側に接続され、アノード側が接地されている。又、符号７はイオン電流検出用電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力供給源で、抵抗８、該抵抗８にアノード側を接続するダイオード９を介して上記各点火コイル２の二次巻線側に接続されている。
【００２９】
更に、上記抵抗８、ダイオード９間に、直列接続された高抵抗値を有する抵抗１０，１１が分圧接続され、この両抵抗１０，１１間に増幅器１２の非反転入力端子が分圧接続されている。この増幅器１２は出力端子を負帰還接続したバッファ回路を構成しており、この増幅器１２の非反転入力端子側に、アノード側を接地するツェナダイオード１４のカソード側が分圧接続されている。
【００３０】
又、上記抵抗８とダイオード９との間に抵抗１３を介して、上記点火プラグ１に印加する電圧値を切換える電圧切換手段の一例であるパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Feld Effetct Transistor）１５のドレイン側が接続され、このパワーＭＯＳＦＥＴ１５のソース側がアースされている。又、このパワーＭＯＳＦＥＴ１５のゲート側にゲート抵抗１６を介して上記増幅器１２の出力端子が接続されていると共に、一端を接地する抵抗１７の他端が分圧接続されている。尚、上記抵抗１３，１６，１７及び上記パワーＭＯＳＦＥＴ１５で電圧変換回路が構成されている。
【００３１】
上記信号処理回路５は上記イオン電流検出回路４の増幅器１２から出力される電圧を処理する１次処理回路としてのローパスフィルタ回路２１と、このローパスフィルタ回路２１によって処理された電圧を処理する２次処理回路としてのハイパスフィルタ回路２２とで構成されている。
【００３２】
又、符号２３は制御回路であり、この制御回路２３の信号入力ポートに、上記両フィルタ回路２１，２２、及びクランク角度センサ２４、カムセンサ２５、冷却水温センサ２６、吸入空気量センサ２７、過給圧センサ２８、アクセル開度センサ２９等の各センサ類が接続され、信号出力ポートに上記パワートランジスタ３のベースが接続されている。更に、この制御回路２３にＲＡＭ等からなる記憶回路３０がバスラインを介して接続されている。
【００３３】
上記クランク角センサ２４はエンジン回転数に同期して設定クランク角毎にクランクパルスを出力し、又、上記カムセンサ２５は特定気筒の気筒判別パルスを出力する。
【００３４】
尚、本実施の形態で採用するエンジンは、スロットル弁とアクセルペダルとが機械的に連設しておらず、スロットル弁は併設する電動モータ、油圧モータ等のスロットルアクチュエータの回動によりアクセル開度センサ２９で検出したアクセル開度等に基づいて開度設定される。勿論、スロットル弁とアクセルペダルとが機械的に連設している場合には、上記アクセル開度センサ２９に代えてスロットル開度センサを採用し、このスロットル開度センサによりスロットル弁の開度を検出する。
【００３５】
又、上記クランク角センサ２４はクランクシャフトと同期回転するシグナルプレートに設けた特定クランク角を示す突起或いはスリットを検出してクランクパルスを出力し、又、上記カムセンサ２５は上記クランクシャフトに対し１／２の速さで回転するカムシャフトに同期して回転するシグナルプレートに設けた突起或いはスリットを検出してカムパルスを出力する。
【００３６】
すなわち、本実施の形態では、図７に示すようにエンジンの点火順序が＃１→＃２→＃３→＃４であり、上記クランク角センサ２４では、少なくとも圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）９７°ＣＡ（クランク角度）のクランクパルスを出力し、又、上記カムセンサ２５では、例えば＃１気筒の圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）２０°ＣＡのカムパルスを出力するように設定されており、上記制御回路２３では上記クランクパルスに対する上記カムパルスの割り込みで気筒判別を行い、又、クランクパルスの入力間隔時間からエンジン回転数を算出する。
【００３７】
上記制御回路２３では、冷却水温センサ２６の出力信号に基づき冷却水温を算出し、吸入空気量センサ２７の出力信号に基づき吸入空気量を算出し、過給圧センサ２８の出力信号に基づきスロットル弁下流の吸気管圧力を算出し、アクセル開度センサ２９の出力信号に基づきアクセル開度を算出する。
【００３８】
又、記憶回路３０には所定時間毎に計測したイオン電流値、及びイオン電流振動値を気筒毎に順次記憶する。
【００３９】
そして、上記制御回路２３において、上記吸入空気量、冷却水温、アクセル開度に基づきマップを補間計算付で参照して実際の吸入空気量（実吸入空気量）を設定し、上記記憶回路３０に記憶されているイオン電流値、イオン電流振動値に基づき最大燃焼圧力、及びノッキング発生の有無等を気筒毎に演算すると共に最大燃焼圧力を示すクランク角を算出する。
【００４０】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
制御回路２３から点火対象気筒のパワートランジスタ３にドエル信号を出力すると、該パワートランジスタ３がＯＮし、点火コイル２の１次巻線側に１次電流が通電され、次いで上記制御回路２３から点火信号を出力すると上記パワートランジスタ３がＯＦＦし、上記１次電流が遮断され、点火コイル２の２次巻線側に高電圧が誘起され、点火プラグ１の両電極に放電電流が流れ、筒内に充填されている混合気に着火する。
【００４１】
一方、イオン電流検出回路４から上記点火プラグ１に対しては、電力供給源７からイオン電流検出用電圧（本実施の形態では300Ｖ）が抵抗８、ダイオード９を介してエンジン運転中は常時印加されている。
【００４２】
図５（ａ）に示すように、上記点火プラグ１の放電期間（ｔ0〜ｔ1）においては、ダイオード６から点火コイル２の二次巻線側を通り、点火プラグ１へ電流が供給されるため、抵抗８をセンシング抵抗とし、その端子電圧を検出する接続点ａ（図１参照）の電圧はほぼ０［Ｖ］となり、従って、増幅器１２の出力側の端子電圧が１［Ｖ］以下になるためパワーＭＯＳＦＥＴ１５のゲートに印加されるバイアス電圧が低く、このパワーＭＯＳＦＥＴ１５がＯＦＦする。
【００４３】
その結果、上記点火プラグ１に対しては、電力供給源７から抵抗８，１０，１１によって分圧された高電圧のイオン電流検出用電圧ＶHが印加される。
【００４４】
又、放電期間経過後（ｔ1以降）は、抵抗８、ダイオード９、点火コイル２の二次巻線側を経て点火プラグ１に、該点火プラグ１の周辺に燃焼によって発生したイオン量に相関の有る電流（イオン電流）が流れる（図５（ｂ）参照）。すなわち、筒内に充填されている混合気が点火プラグ１の火花放電により着火して燃焼すると、電離作用によりイオンが発生し、このイオンが上記点火プラグ１の両電極に移動するためである。
【００４５】
放電期間経過後（ｔ1以降）の上記接続点ａの電圧は、図５（ａ）に示すよう上昇し、従って、増幅器１２の出力側の端子電圧が上昇し、上記パワーＭＯＳＦＥＴ１５のゲートに印加されるバイアス電圧が高くなり、このパワーＭＯＳＦＥＴ１５がＯＮ動作し、上記点火プラグ１に対しては、抵抗８，１０，１１，１３によって分圧された低い電圧のイオン電流検出用電圧ＶLが印加される。
【００４６】
そして、上記点火プラグ１の電極間にイオン電流が流れると上記抵抗８の両端に電圧が発生し、この電圧を抵抗１０，１１間に非反転入力端子を分圧接続する増幅器１２で増幅し、ローパスフィルタ回路２１で機械振動等によるノイズである高周波成分を除去した後、制御回路２３及びハイパスフィルタ回路２２へ出力する。この制御回路２３では、入力された上記イオン電流値に基づきイオン電流Ｉxを計測する。
【００４７】
図５（ｂ）に上記ローパスフィルタ回路２１で処理し上記制御回路２３で計測したイオン電流波形を示す。同図に示すように、イオン電流検出領域では、イオン電流のピークが火花放電期間経過直後（ｔ3）と、圧縮上死点（ＴＤＣ）経過後（ｔ5）との２度検出される。最初のピーク（電流値Ｉ1）は着火直後の火炎の外輪が点火プラグ１の外側電極に差し掛ったときと考えられ、二度目のピーク（電流値Ｉ2）は火炎が成長し、その外輪がピストン表面及びシリンダヘッド内壁面に対して最大の面積で接触したときと考えられ、この二度目のピーク（電流値Ｉ2）を検出したときのクランク位置と、燃焼圧力の最大値を示すクランク位置とは、極めて強い相関がある。
【００４８】
又、上記ハイパスフィルタ回路２２に入力された電圧は、この電圧に重畳されている通常燃焼によって発生する圧力振動波成分が除去され、上記制御回路２３へ出力されてイオン電流振動波形が計測される。
【００４９】
図６（ａ）にハイパスフィルタ回路２２で処理した電圧波形を示し、同図（ｂ）に該電圧波形に基づき制御回路２３で計測されたイオン電流波形を示す。例えば、燃焼行程においてノッキングが発生した場合、同図（ｂ）に示すように、イオン電流に激しい振動波が重畳される。これはノッキングに基づく圧力振動によって点火プラグ１の電極付近のイオン濃度が変動し、イオン電流に乱れを生じさせたためと考えられる。
【００５０】
尚、イオン電流検出時において、点火プラグの両電極には火花放電期間に印加された高電圧のイオン電流検出用電圧により多量のイオンが移動されているため、放電期間経過後も放電が持続され、その結果、イオン電流の発生が持続される。又、イオン電流検出時には上記イオン電流検出用電圧が低電圧に切換えられているため、上記イオン電流を高感度に検出することができる。
【００５１】
上記制御回路２３では、計測したイオン電流値、及びイオン振動電流波形に基づき各気筒の点火時期制御を行う。
【００５２】
以下、図２〜図４に示すフローチャートに基づき上記制御回路２３で実行する点火時期制御について説明する。
【００５３】
図２には最大燃焼圧クランク位置検出ルーチンが示されている。先ず、ステップＳ１でクランクパルスと該クランクパルスに対するカムパルスの割り込み信号とに基づき点火対象気筒である計測気筒Ｘ（Ｘ＝＃１，＃２，＃３，＃４）が何れの気筒であるかの気筒判別を行い、ステップＳ２へ進む。
【００５４】
ステップＳ２では当該計測気筒Ｘの圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）９７°ＣＡを示すクランクパルスが入力されたか否かを判別し、入力されたときステップＳ３へ進み、イオン電流値Ｉxを読込み、記憶回路３０の所定アドレスにイオン電流値データＩx(1)として記憶した後、ステップＳ４へ進み、次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡを示すクランクパルスが入力されたかを判別する。
【００５５】
そして、未だ、次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡを示すクランクパルスが入力されていないときは、サンプリング周期Δｔ経過後にステップＳ４へ戻り、次のイオン電流値Ｉxを読込み、記憶回路３０の別のアドレスにイオン電流値データＩx(2)として記憶する。このように、ステップＳ３では、当該計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡから次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡまでのイオン電流値Ｉxをサンプリング周期Δｔ毎に読込んで、記憶回路３０にイオン電流値データＩx(0)，Ｉx(1)，Ｉx(2)…Ｉx(n)として順次記憶し、次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡを示すクランクパルスが検出されたとき、ステップＳ５へ進む。
【００５６】
その結果、図７に示すように上記計測気筒Ｘに対するイオン電流値Ｉxの計測区間θ#xは、当該計測気筒ＸのＢＴＣＤ９７°ＣＡから次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡ間での１８０°ＣＡとなる。
【００５７】
次いで、ステップＳ５へ進むと、上記記憶回路３０に記憶されているイオン電流値Ｉx(1)，Ｉx(2)…Ｉx(n)を最初に記憶したデータから順に読出し、火花放電期間（図５(b)のｔ0〜ｔ1）経過後を判定するスライスレベルＨとを比較し、０＜Ｉx≦Ｈを示す最初のイオン電流値ＩxHを検索する。
【００５８】
そして、０＜Ｉx≦Ｈを示す最初のイオン電流値ＩxHが検索されたとき、ステップＳ６へ進み、記憶回路３０に記憶されている上記イオン電流値ＩxH以後のイオン電流値Ｉxを古いデータ(old)から新しいデータ(new)へ順次読出し、その差分からイオン電流変化量ΔＩx（ΔＩx←Ｉx(new)−Ｉx(old)）を算出し、このイオン電流変化量ΔＩxが、ΔＩx＜０からΔＩx≧０へ変化したとき（図５(b)のｔ2，ｔ4）、ステップＳ７へ進み、それ以後のイオン電流変化量ΔＩxを順次算出し、ΔＩx≧０からΔＩx＜０へ変化したときステップＳ８へ進む。
【００５９】
ステップＳ８では、上記イオン電流変化量ΔＩxのΔＩx≧０からΔＩx＜０への変化が２回目かを判別し、１回目のときはステップＳ６へ戻り、２回目のときはステップＳ９へ進み、そのときのクランク位置Ａxを、当該計測気筒Ｘの最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxとして上記記憶回路３０に記憶し（ＡＰXmax←Ａx）、ステップＳ１へ戻る。
【００６０】
図５（ｂ）に示すように、イオン電流値Ｉxの波形特性は、火花放電期間経過後（ｔ1以降）に一旦急激に低下し、次いで、圧縮上死点（ＴＤＣ）を挟んで二度ピーク値を示す。上記ステップＳ５ではイオン電流値ＩxとスライスレベルＨとを比較することで、火花放電期間（ｔ0〜ｔ1）を経過したか否かを判別し、ステップＳ６では、イオン電流値が低下した状態から上昇へ転じた時点を検出し、次いでステップＳ７で上記イオン電流値が上昇した状態から下降へ転じた時点、すなわち、イオン電流値Ｉxのピーク値を検出する。
【００６１】
次に、図３に示すフローチャートに基づきノッキング値設定ルーチンについて説明する。先ず、ステップＳ１１でクランクパルス及び該クランクパルスに対するカムパルスの割り込み信号に基づき点火対象気筒である計測気筒Ｘを判別し、ステップＳ１２で、当該計測気筒Ｘの圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）９７°ＣＡを示すクランクパルスが入力されたか否かを判別し、入力されたときステップＳ１３へ進み、ハイパスフィルタ回路２２から出力された電圧に基づいて計測したイオン電流振動値ＩＤxを読込み、記憶回路３０に記憶した後、ステップＳ１４へ進み、次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡを示すクランクパルスが入力されたか否かを判別する。
【００６２】
そして、未だ、次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡを示すクランクパルスが入力されていないときは、サンプリング周期Δｔ経過後にステップＳ１３へ戻り、次のイオン電流振動値ＩＤxを読込み、記憶回路３０に記憶する。このように、ステップＳ１３では、当該計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡから次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡまでのイオン電流振動値ＩＤxをサンプリング周期Δｔ毎に読込んで、記憶回路３０に順次記憶し、次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡを示すクランクパルスが検出されたとき、ステップＳ１４からステップＳ１５へ進む。
【００６３】
その結果、図７に示すように上記計測気筒Ｘに対するイオン電流振動値ＩＤxの計測区間θ#xは、当該計測気筒ＸのＢＴＣＤ９７°ＣＡから次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡ間での１８０°ＣＡとなる。
【００６４】
ステップＳ１５では、上記記憶回路３０に記憶したイオン電流振動値ＩＤxを最新のデータから順に任意の時間Τ分だけ読込み、次式に基づきノッキング値ＩＫxを算出する。
ＩＫx←（Σ｜ＩＤx(n)−ＩＤx(n-1)｜）／Ｔ
すなわち、本実施の形態では、イオン電流振動値ＩＤxのサンプリング周期Δｔ当たりのイオン電流振動変化量を絶対値で算出し、このイオン電流振動変化量の絶対値の設定時間Ｔ当たりの積算値の平均値をノッキング値ＩＫxとしている。ノッキングは圧縮上死点ＴＤＣを挟む区間で発生し易く、上記設定時間Ｔは予め設定され、或いはエンジン回転数などをパラメータとしてテーブル検索により設定される。
【００６５】
上記最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmax、及びノッキング値ＩＫxは、図４に示す点火時期設定ルーチンにおいて読込まれる。このルーチンでは、先ずステップＳ２１で、今回の計測気筒Ｘを判別し、ステップＳ２２で、吸入空気量、冷却水温、アクセル開度に基づきマップを補間計算付で参照して設定した実吸入空気量とエンジン回転数とをパラメータとして点火時期マップの領域を決定する。
【００６６】
次いで、ステップＳ２３で、記憶回路３０に記憶されている同一運転領域における当該計測気筒Ｘに対応する最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmax、及びノッキング値ＩＫxとを読込み、ステップＳ２４で、上記ノッキング値ＩＫxとノッキング判定値Ｋとを比較し、ＩＫx＞Ｋのノッキング検出のときはステップＳ２５へ進み、上記点火時期マップの領域に格納されている点火進角度θＩＧを設定角θｋ分遅角補正した値で更新し、ステップＳ２１へ戻る。
【００６７】
又、上記ステップＳ２４で、ＩＫx≦Ｋのノッキング不検出のときはステップＳ２６へ進み、上記最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxから得られる実際の点火時期（点火クランク位置）が予め設定した最適点火クランク位置θAPより遅れているかを判定し、遅れているときはステップＳ２７へ進み、上記点火時期マップの領域に格納されている点火進角度θＩＧを設定角θｋ分進角補正した値で更新し、ステップＳ２１へ戻る。又、上記最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxから得られる実際の点火時期が予め設定した最適点火クランク位置θAPに対して遅れていないときは、そのままステップＳ２１へ戻る。
【００６８】
その結果、上記点火時期マップの各領域に格納されている点火進角度θＩＧがエンジンの運転領域毎に更新され、全ての領域において最大トルクを得る最適点火進角度（ＭＢＴ点火時期）が設定される。
【００６９】
尚、上記点火時期マップに格納されている点火進角度θＩＧは、点火時期制御の際に、エンジン回転数と実吸入空気量とをパラメータとして読込まれ、エンジン運転領域毎に最適な点火時期が設定される。
【００７０】
このように、本実施の形態では、ローパスフィルタ回路２１により機械振動等によるノイズを除去したイオン電流値に基づいて最大燃焼圧力を計測するようにしたので、定常走行は勿論のこと加速走行などの過渡運転状態であっても該最大燃焼圧力示すクランク位置を高精度に検出することができ、常に、最適な点火時期を設定することができる。
【００７１】
又、図８に本発明の第２実施の形態による最大燃焼圧クランク位置検出ルーチンを示す。尚、図２と同一のステップについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００７２】
本実施の形態では、最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxを最大燃焼圧クランク位置マップの領域毎に格納し、この各領域に格納されている最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxを加重平均処理することで順次更新する。
【００７３】
先ず、ステップＳ１で点火対象気筒である計測気筒Ｘを判別し、ステップＳ３１で、吸入空気量と冷却水温とアクセル開度とに基づきマップを補間計算付で参照して設定した実吸入空気量と、エンジン回転数とをパラメータとして点火時期マップの領域を決定する。
【００７４】
次いで、ステップＳ２〜Ｓ８でイオン電流値Ｉxの２度目のピーク値を計測したときのクランク位置Ａxを算出し、ステップＳ３２で、今回算出したクランク位置Ａxと前回算出した同一運転領域のクランク位置Ａx(old)とに基づき、次式に示す加重平均処理により今回の最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxを算出する。
ＡＰXmax←（α・Ａx(old)＋β・Ａx）／（α＋β）
ここで、α、βは加重平均の重みを設定する係数である。
【００７５】
そして、ステップＳ３３で、上式から算出された最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxで上記最大燃焼圧クランク位置マップの上記ステップＳ３１で決定した領域に格納されている最大燃焼圧クランク位置データを更新し、ステップＳ１へ戻る。
【００７６】
このように、本実施の形態によれば最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxを加重平均処理により算出するので、点火時期制御の際に上記最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxを最大燃焼クランク位置マップから読込んでも、前回の点火時期と今回の点火時期とが急激に変化することがなく、点火時期を無理なく制御することができる。
【００７７】
図９に本発明の第３実施の形態による最大燃焼圧クランク位置検出ルーチンを示す。尚、図８と同一のステップについては同一の符号を付して説明を省略する。上述した第２実施の形態では、最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxを加重平均処理により求めているが、本実施の形態では上記最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxを移動平均処理により求める。
【００７８】
すなわち、図８に示すフローチャートと同様ステップＳ８でイオン電流値Ｉxの２度目のピーク値を計測してステップＳ３６へ進むと、今回のイオン電流値Ｉxのピーク値を示すクランク位置Ａxと、同一運転領域のテーブルに格納されている前回までの所定数ｎのイオン電流値Ｉx(n)とに基づき次式に示す移動平均処理により、今回の最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxを算出する。
【数１】
0003897851.tif 000002
ここで、αは任意の係数である。
【００７９】
そして、ステップＳ３７で、上記テーブルに格納されている前回までのクランク位置データＡx(0)，Ａx(1)…Ａx(n-2)，Ａx(n-1)をひとつずつ繰り上げて格納すると共に、最新のクランク位置データＡx(0)を今回算出したクランク位置Ａxで更新して、ステップＳ１へ戻る。
【００８０】
又、図１０に本発明の第４実施の形態による最大燃焼圧クランク位置検出ルーチンを示す。上述した第１実施の形態、及び第２実施の形態では最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxを火花放電期間経過後の設定時間Δｔ毎に記憶したイオン電流値Ｉxの変化量ΔＩxを最初のデータＩx(0)から最後のデータＩx(n)方向へ順に算出しているが、本実施の形態では、上記変化量ΔＩxを最後のデータＩx(n)から最初のデータＩx(0)へ順に算出し、この変化量ΔＩxが負の値から正の値へ変化したときをイオン電流値Ｉxのピーク値とし、そのときのクランク位置Ａxを最大燃焼クランク位置ＡＰXmaxとするものである。
【００８１】
すなわち、ステップＳ１〜ステップＳ３で計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡから次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡの区間のイオン電流値Ｉxを設定時間Δｔ間隔で計測した後、ステップＳ４１へ進むと、最新のイオン電流値データＩＩx(n)から最初のイオン電流値データＩＩx(0)の方向へ順に新しいデータ(new)と古いデータ(old)とを読出し、その差分からイオン電流変化量ΔＩx（ΔＩx←Ｉx(new)−Ｉx(old)）を算出し、このイオン電流変化量ΔＩxが、ΔＩx＜０からΔＩx≧０へ変化したとき（図５(b)のｔ5）、ステップＳ９へ進み、そのときのクランク位置Ａxを、当該計測気筒Ｘの最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmaxとして上記記憶回路３０に記憶し（ＡＰXmax←Ａx）、ステップＳ１へ戻る。
【００８２】
このように、本実施の形態によれば記憶回路３０に記憶されているイオン電流値Ｉxを最新のデータから最初のデータの方向へ読出して、変化量ΔＩxを算出するようにしたので、イオン電流値Ｉxのピーク値を早期に検出することができ、制御回路２３の演算負担が軽減される。
【００８３】
又、図１１、図１２に本発明の第５の実施の形態を示す。上述した第１実施の形態では、イオン電流振動値ＩＤxのサンプリング周期Δｔ当たりの平均値から算出したノッキング値ＩＫxに基づいてノッキング発生の有無を判別しているが、本実施の形態では、上記ノッキング値ＩＫxを加重平均処理して得られたノッキング頻度ＩＫＨxに基づいてノッキング発生の有無を判別するものである。
【００８４】
図１１に示すノッキング値設定ルーチンでは、ステップＳ１１で計測気筒Ｘを判別した後、ステップＳ４６へ進むと、吸入空気量と冷却水温とアクセル開度とに基づきマップを補間計算付で参照して設定した実吸入空気量と、エンジン回転数とをパラメータとしてノッキング頻度マップの領域を決定する。
【００８５】
次いで、ステップＳ１２〜Ｓ１４で、当該計測気筒ＸのＢＴＣＤ９７°ＣＡから次の計測気筒ＸのＢＴＤＣ９７°ＣＡ間での区間の設定時間Δｔ毎にイオン電流振動値ＩＤxを計測し、ステップＳ１５でこのイオン電流振動値ＩＤxの変化の積算値からノッキング値ＩＫxを算出した後、ステップＳ４７へ進むと、今回算出したノッキング値ＩＫｘと前回算出した同一運転領域のノッキング値ＩＫx(old)とに基づき、次式に示す加重平均処理により今回のノッキング頻度ＩＫＨxを算出する。
ＩＫＨx←（α・ＩＫx(old)＋β・ＩＫx）／（α＋β）
ここで、α、βは加重平均の重みを設定する係数である。
【００８６】
そして、ステップＳ４８で、上式から算出されたノッキング頻度ＩＫＨxで上記ノッキング頻度マップの上記ステップＳ４６で決定した領域に格納されている最大燃焼圧クランク位置データを更新し、ステップＳ１１へ戻る。
【００８７】
上記ノッキング頻度ＩＫＨxは、図１２に示す点火時期設定ルーチンにおいて読込まれる。すなわち、ステップＳ２１で今回の計測気筒Ｘを判別し、ステップＳ２２で実吸入空気量とエンジン回転数とをパラメータとして点火時期マップの領域を決定した後、ステップＳ５１へ進む。
【００８８】
ステップＳ５１では、記憶回路３０に記憶されている同一運転領域における当該計測気筒Ｘに対応する最大燃焼圧クランク位置ＡＰXmax、及びノッキング頻度ＩＫＨxとを読込み、ステップＳ５２で上記ノッキング頻度ＩＫＨxとノッキング頻度判定値ＫＨとを比較し、ＩＫＨx＞ＫＨのノッキング検出のときはステップＳ２５へ進み、又、ＩＫＨx≦ＫＨのノッキング不検出のときはステップＳ２６へ進む。
【００８９】
そして、ステップＳ２５，Ｓ２６で第１実施の形態と同様に点火進角度θＩＧを設定した後、ステップＳ２１へ戻る。
【００９３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、火花放電期間後に検出するイオン電流波形をフィルタ回路を通して特定周波数成分を除去し、この除去したイオン電流値に基づいてノッキング発生時の振動波と相関のあるイオン電流振動値の変化量を算出し、該変化量に基づきノッキング値を設定するようにしたので、機械振動等によるノイズが除去されたイオン電流振動値に基づきノッキング値を正確に算出することができ、該ノッキング値に基づきノッキング発生の有無を高精度に判別することができる。
【００９４】
請求項２記載の発明によれば、上記イオン電流振動値の変化量の積算値に基づきノッキング値を設定し、該ノッキング値に基づきノッキング発生の有無を判別するようにしたので、ノッキングの発生を高精度に検出することができると共に、ノッキング発生時は点火進角度を所定量遅角補正し、又、ノッキング非検出時は最大燃焼圧クランク位置を点火時期マップの領域に格納されている点火進角度を進角補正した値で後進し点火時期が最大トルクを得る点火時期に近づくように補正したので、ノッキングを有効に回避しつつ、常にＭＢＴ制御を行うことができる。
【００９５】
請求項３記載の発明によれば、イオン電流振動値の変化量の積算値を加重平均処理した値に基づきノッキング発生の有無を判別するようにしたので、イオン電流振動波形にノイズが一時的に重畳された場合であっても、ノッキングの発生を誤判定することなく、適正なノッキング制御を行うことができる。
【００９６】
この場合、請求項２或いは３記載の発明では、請求項４或いは５に記載されているように、検出したクランク位置をエンジン運転領域毎に加重平均、或いは移動平均処理して最大燃焼圧クランク位置を算出することで、最大燃焼圧の一時的な変化に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施の形態による燃焼制御装置の回路図
【図２】同、最大燃焼圧クランク位置検出ルーチンを示すフローチャート
【図３】同、ノッキング値設定ルーチンを示すフローチャート
【図４】同、点火時期設定ルーチンを示すフローチャート
【図５】同、ローパスフィルタ回路を通したイオン電流波形と電圧との関係を示す図表
【図６】同、ハイパスフィルタ回路を通したイオン電流波形と電圧との関係を示す図表
【図７】同、イオン電流検出区間を示すタイミングチャート
【図８】第２実施の形態による最大燃焼圧クランク位置検出ルーチンを示すフローチャート
【図９】第３実施の形態による最大燃焼圧クランク位置検出ルーチンを示すフローチャート
【図１０】第４実施の形態による最大燃焼圧クランク位置検出ルーチンを示すフローチャート
【図１１】第５実施の形態によるノッキング値設定ルーチンを示すフローチャート
【図１２】同、点火時期設定ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
１…点火プラグ
４…イオン電流検出回路
２１，２２…フィルタ回路
２３…制御回路
３０…記憶回路
ＡＰxmax…最大燃焼圧クランク位置
Ａx…クランク位置
ＩＤx…イオン電流振動値
ＩＫx…ノッキング値
ＩＫＨx…ノッキング頻度
Ｉx…イオン電流値
ｔ0〜ｔ1…火花放電期間
Δｔ…周期
θAP…最適点火クランク位置
θＩＧ…点火進角度
【図１】
0003897851.tif 000003
【図２】
0003897851.tif 000004
【図３】
0003897851.tif 000005
【図４】
0003897851.tif 000006
【図５】
0003897851.tif 000007
【図６】
0003897851.tif 000008
【図７】
0003897851.tif 000009
【図８】
0003897851.tif 000010
【図９】
0003897851.tif 000011
【図１０】
0003897851.tif 000012
【図１１】
0003897851.tif 000013
【図１２】
0003897851.tif 000014