(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に点火ごとに発生させるイオン電流を検出し、検出したイオン電流が閾値以上である期間の時間に基づき燃焼状態を判定する燃焼状態判定方法であって、
点火後の上死点を含む所定の測定開始時点から点火後最初に発生する主燃焼に基づくイオン電流が閾値を下回る時点までの主燃焼時間と、前記測定開始時点から主燃焼後に発生する後燃えのうち最後のものに基づくイオン電流が閾値を下回る時点までの全経過時間と、前記測定開始時点から主燃焼後に発生する後燃えの全てに基づくイオン電流が閾値以上である期間を積算したものと前記主燃焼時間とを合算した燃焼持続時間とをそれぞれ計測し、
全経過時間の燃焼持続時間に対する比率が所定値を下回る場合、燃焼状態を判定する基準として全経過時間を選択し、
全経過時間の燃焼持続時間に対する比率が所定値を上回る場合、燃焼状態を判定する基準として主燃焼時間を選択することを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に点火ごとに発生させるイオン電流を検出し、検出したイオン電流を利用して燃焼状態の判定を行う内燃機関の燃焼状態判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の始動時には、始動時補正により空燃比が理論空燃比よりリッチ側になるように燃料噴射量を増量することが行われてきているが、排気ガス中の炭化水素の排出量を抑える規制に対応すべく、内燃機関の始動後は直ちに空燃比を排気ガス中の炭化水素濃度が最も低くなる理論空燃比前後に変化させるようにする必要が発生している。しかし、このように設定すると、重質燃料が燃料タンクに入れられた際に、Ｏ2センサが活性化していない冷間始動時において、燃料が十分気化しないことにより燃焼状態の悪化が発生することがある。そこで、このような燃焼状態の悪化を検知できる方法が求められている。このような方法の一例として、例えば次に述べるようなものが考えられている。すなわち、内燃機関の燃焼室内に点火ごとに発生させるイオン電流を検出し、検出したイオン電流が閾値以上である期間を燃焼状態の持続時間として数回計測し、この持続時間の変動率が所定値以上であった場合に燃焼状態が悪化しているものと判定するものが考えられている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平６−４２３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、空燃比が理論空燃比前後であれば、点火後最初に発生する主燃焼の後発生する後燃えは少ない。また、運転に用いられるトルクの大半は点火後最初に発生する主燃焼から得られるものであり、後燃えから得られるトルクは無視できるほど小さい。しかして、特許文献１記載の方法で計測される燃焼状態の持続時間には後燃えの持続時間が含まれる。このような方法を採用すると、考慮すべきでない後燃えまで前記全持続時間に含められることにより持続時間の変動率が大きくなり、燃焼状態が悪化したと誤判定されることがある。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決すべく構成するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明に係る内燃機関の燃焼状態判定方法は、内燃機関の燃焼室内に点火ごとに発生させるイオン電流を検出し、検出したイオン電流が閾値以上である期間の時間に基づき燃焼状態を判定する燃焼状態判定方法であって、点火後の上死点を含む所定の測定開始時点から点火後最初に発生する主燃焼に基づくイオン電流が閾値を下回る時点までの主燃焼時間と、前記測定開始時点から主燃焼後に発生する後燃えのうち最後のものに基づくイオン電流が閾値を下回る時点までの全経過時間と、前記測定開始時点から主燃焼後に発生する後燃えの全てに基づくイオン電流が閾値以上である期間を積算したものと前記主燃焼時間とを合算した燃焼持続時間とをそれぞれ計測し、全経過時間の燃焼持続時間に対する比率が所定値を下回る場合、燃焼状態を判定する基準として全経過時間を選択し、全経過時間の燃焼持続時間に対する比率が所定値を上回る場合、燃焼状態を判定する基準として主燃焼時間を選択することを特徴とする。
【０００６】
このようなものであれば、後燃えの比率が小さくなることにより主燃焼終了後に燃焼が途切れる時間帯の比率が大きくなった場合、すなわち全経過時間の燃焼持続時間に対する比率が大きくなる場合には、測定開始点から燃焼終了までの全経過時間でなく主燃焼時間を燃焼状態を判定する基準として用いることにより、考慮すべきでない後燃えによる影響を除外することによって、燃焼状態が悪化したと誤判定することを防ぐことができる。さらに、検出したイオン電流が閾値以上である期間のクランク角でなく時間に基づき燃焼状態を判定するので、回転数によらず燃焼状態の判定精度を確保できる。加えて、経過時間の燃焼持続時間に対する比率は無次元数であるので、後燃えの比重を判断する際に他のパラメータによる影響を排除してロバスト性を向上できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の燃焼状態判定方法によれば、後燃えの比率が小さくなることにより主燃焼終了後に燃焼が途切れる時間帯の比率が大きくなった場合、すなわち全経過時間の燃焼持続時間に対する比率が大きくなる場合には、後燃えは無視できるものと見なして、全経過時間でなく主燃焼時間を利用して燃焼状態の判定を行うことにより考慮すべきでない後燃えによる影響を除外することによって、燃焼状態が悪化したと誤判定することを防ぐことができる。さらに、検出したイオン電流が閾値以上である期間のクランク角でなく時間に基づき燃焼状態を判定するので、回転数によらず燃焼状態の判定精度を確保できる。加えて、経過時間の燃焼持続時間に対する比率は無次元数であるので、後燃えの比重を判断する際に他のパラメータによる影響を排除してロバスト性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１に概略的に示した内燃機関たるエンジン１００は自動車用の４気筒のもので、その吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する吸気系１の吸気マニホルド４の、シリンダ１０に吸気弁１０ａを介して連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６により各気筒毎に独立して噴射すべく制御するようにしている。また排気系２０には、排気ガス中の酸素濃度を測定するための空燃比センサであるＯ2センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。このＯ2センサ２１は通常のＯ2センサとして周知のものとほぼ同様の構成を有している。
【００１０】
電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されており、その入力インターフェース９には、サージタンク３内の吸気圧ＰＭＴＰＢを検出するための吸気圧センサ１３からの吸気圧信号ａ、エンジン１００の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ１４から出力されるクランク角度基準位置信号Ｇとエンジン回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５からの車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６からのＬＬ信号ｄ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ１７からの水温信号ｅ、上記したＯ2センサ２１からの電流信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またスパークプラグ１８に対してイグニッションパルスｇが出力されるようになっている。
【００１１】
このスパークプラグ１８には、イオン電流Ｉを測定するためのバイアス用電源２４が接続され、入力インターフェース９とこのバイアス電源２４との間にはイオン電流測定用回路２５が接続されている。バイアス用電源２４は、イグニションパルスｇが消滅した時点でスパークプラグ１８にイオン電流測定のためのバイアス電圧を印加するものである。そして、電圧の印加により、スパークプラグ１８の電極間に流れたイオン電流Ｉｉｏｎは、イオン電流測定用回路２５により測定される。また、イオン電流測定用回路２５は、後述する波形整形回路たるコンパレータ２５ａを有し、電子制御装置６の入力インターフェース９に電気的に接続され、電圧の印加により発生したアナログ信号であるイオン電流を、方形波（パルス）状に波形整形して出力する。コンパレータ２５ａは、図２に示すように、あらかじめ設定されたイオン電流Ｉｉｏｎの閾値に対応する強さの所定電流値Ｉｒｅｆとバイアス用電源２４を介して入力されるイオン電流Ｉｉｏｎとを比較し、イオン電流Ｉｉｏｎが前記所定電流値Ｉｒｅｆを上回った場合に出力信号Ｉｏｕｔを出力する。すなわち、出力信号Ｉｏｕｔは、前記所定電流値Ｉｒｅｆを上回った時点で立ち上がり（オンし）、下回った時点で立ち下がる（オフする）方形波となる。このコンパレータ２５ａの出力端は、イオン電流Ｉｉｏｎの持続時間を計測するために入力インターフェース９を介して中央演算処理装置７に接続される。このようなバイアス用電源２４とイオン電流測定用回路２５とは、当該分野でよく知られている種々のものを適用することができる。
【００１２】
電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂとを主な情報とし、エンジン状況に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Ｔを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵している。
【００１３】
加えて、前記電子制御装置６には、点火から所定時間の間、点火後の上死点を含む所定の測定開始時点から点火後最初に発生する主燃焼に基づくイオン電流Ｉｉｏｎが閾値を下回る時点までの主燃焼時間ａｔｄｃと、前記測定開始時点から主燃焼後に発生する後燃えのうち最後のものに基づくイオン電流Ｉｉｏｎが閾値を下回る時点までの全経過時間ａｔｄｃｍａｘと、前記測定開始時点から主燃焼後に発生する後燃えの全てに基づくイオン電流Ｉｉｏｎが閾値以上である期間を積算したものと前記主燃焼時間ａｔｄｃとを合算した燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔとを計測し、全経過時間ａｔｄｃｍａｘ又は主燃焼時間ａｔｄｃの一方を燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４として選択し、選択された燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４に基づき燃焼状態を判定する燃焼状態判定プログラムも内蔵している。
【００１４】
ここで、主燃焼時間ａｔｄｃ、全経過時間ａｔｄｃｍａｘ、及び燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔの計測は、コンパレータ２５ａからの出力信号Ｉｏｕｔが、イオン電流Ｉｉｏｎが閾値に対応する前記所定電流値Ｉｒｅｆを上回った時点で立ち上がり（オンし）、閾値に対応する前記所定電流値Ｉｒｅｆを下回った時点で立ち下がることを利用して行う。
【００１５】
また、前記燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４の選択は、全経過時間ａｔｄｃｍａｘの燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔに対する比率Ｒ２に基づいて行う。すなわち、前記比率Ｒ２が２を上回る場合には全経過時間ａｔｄｃｍａｘのうち大きな割合、具体的には半分以上は主燃焼終了後の燃焼が途切れている時間帯であり、後燃えは無視できるとして、主燃焼時間ａｔｄｃを燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４として選択し、そうでない場合は全経過時間ａｔｄｃｍａｘを燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４として選択する。そして、選択された燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４が燃焼状態悪化判定閾値Ｌより長いか否かを判定することにより燃焼状態が悪化しているか否かを判定するようにしている。前記燃焼状態悪化判定閾値Ｌは、空燃比が理論空燃比近傍である際の平均的な主燃焼時間ａｔｄｃよりも十分長い値に設定している。
【００１６】
次いで、燃焼状態判定プログラムによる制御の流れをフローチャートである図３を参照しつつ以下に述べる。
【００１７】
ステップＳ１では、主燃焼時間ａｔｄｃ、全経過時間ａｔｄｃｍａｘ、及び燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔを計測する。それから、ステップＳ２に進む。
【００１８】
ステップＳ２では、全経過時間ａｔｄｃｍａｘの燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔに対する比率Ｒ２を求め、ステップＳ３に進む。
【００１９】
ステップＳ３では、前記比率Ｒ２が所定値、本実施形態では２を上回るか否かを判定する。前記比率Ｒ２が２を上回る場合は、ステップＳ４に進む。そうでない場合は、ステップＳ５に進む。
【００２０】
ステップＳ４では、主燃焼時間ａｔｄｃを燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４とし、ステップＳ６に進む。
【００２１】
ステップＳ５では、全経過時間ａｔｄｃｍａｘを燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４とし、ステップＳ６に進む。
【００２２】
ステップＳ６では、燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４が燃焼状態悪化判定閾値Ｌを上回るか否かを判定する。燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４が燃焼状態悪化判定閾値Ｌを上回る場合は、ステップＳ７に進む。そうでない場合は、ステップＳ８に進む。
【００２３】
ステップＳ７では、燃焼状態は悪化していると判定する。
【００２４】
ステップＳ８では、燃焼状態は良好であるものと判定する。
【００２５】
すなわち、このような構成においては、空燃比が理論空燃比近傍ないしよりリッチ側である場合は、後燃えが発生しにくいので、図４の（ａ）に示すように、全経過時間ａｔｄｃｍａｘが燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔの２倍以上である場合には、全経過時間のうち半分以上は燃焼が途切れている。すなわち、ステップＳ３で全経過時間ａｔｄｃｍａｘの燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔに対する比率Ｒ２が２を上回ると判定されるので、ステップＳ４で主燃焼時間ａｔｄｃを燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４として選択し、その後ステップＳ６の処理を行う。そして、上述したように主燃焼時間ａｔｄｃは前記燃焼状態悪化判定閾値Ｌより十分短いため、ステップＳ８で燃焼状態は良好であると判定する処理を行い、燃焼状態判定プログラムを終了する。すなわち、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ８の処理を順次行う。その際、上述したように主燃焼時間ａｔｄｃは前記燃焼状態悪化判定閾値Ｌより十分短いため、燃料噴射量を増加させずに燃焼状態判定プログラムを終了する。一方、空燃比が理論空燃比よりリーン側である場合は後燃えが発生しやすく、図４の（ｂ）に示すように、全経過時間のうち燃焼が途切れている時間帯の割合が半分を下回ることがある。このような場合、ステップＳ３での判定の後はステップＳ５に進んで全経過時間ａｔｄｃｍａｘを燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４として選択し、その後ステップＳ６の処理を行う。そして、全経過時間ａｔｄｃｍａｘが前記燃焼状態悪化判定閾値Ｌを上回る場合は、ステップＳ７で燃焼状態は悪化したものと判定する処理を行う。すなわち、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ７の処理を順次行う。
【００２６】
すなわち本実施形態に係る燃焼状態判定方法を採用すれば、後燃えの比率が小さく、全経過時間のうち半分以上は燃焼が途切れ、全経過時間ａｔｄｃｍａｘの燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔに対する比率Ｒ２が所定値２より大きくなる場合、主燃焼時間ａｔｄｃを燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４として選択し、この燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４に基づき燃焼状態の判定を行うことにより、考慮すべきでない後燃えによる影響を除外し、燃焼状態が悪化したと誤判定することを防ぐことができる。さらに、クランク角でなく実時間を単位として全経過時間ａｔｄｃｍａｘ又は主燃焼時間ａｔｄｃに基づき燃焼状態を判定するので、回転数によらず燃焼状態の判定精度を確保できる。さらに、検出したイオン電流Ｉｉｏｎが閾値以上である期間のクランク角でなく時間に基づき燃焼状態を判定するので、回転数によらず燃焼状態の判定精度を確保できる。加えて、全経過時間ａｔｄｃｍａｘの燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔに対する比率Ｒ２は無次元数であるので、後燃えの比重を判断する際に他のパラメータによる影響を排除してロバスト性を向上できる。
【００２７】
なお、本発明は以上に述べたような実施形態に限らない。
【００２８】
例えば、上述した実施形態の燃焼状態判定プログラムにおいて、ステップＳ１において主燃焼時間ａｔｄｃ、全経過時間ａｔｄｃｍａｘ、及び燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔを計測した後、ステップＳ３において全経過時間ａｔｄｃｍａｘの燃焼持続時間ａｔｄｃｉｎｔに対する比率Ｒ２が所定値を上回るか否か判定するより前に、主燃焼時間ａｔｄｃが０であるか否かの判定、及び、イオン電流Ｉｉｏｎにノイズが多く含まれるか否かの判定を行うとともに、主燃焼時間ａｔｄｃが所定値を下回る、又はイオン電流Ｉｉｏｎにノイズが多く含まれると判定された場合、以下の燃焼状態判定プログラムには移らず、燃焼状態が悪化したものと判定して燃料噴射量を所定量だけ増加させる制御を行うようにするか、全経過時間を燃焼判定時間ａｔｃｏｍｂｌ４として選択するとなおよい。ここで、イオン電流Ｉｉｏｎにノイズが多く含まれるか否かの判定は、例えば、前記コンパレータ２５ａから出力信号Ｉｏｕｔの立ち上がり又は立ち下がりが入力された回数に基づき、この回数が所定値を上回る場合にイオン電流Ｉｉｏｎにノイズが多く含まれると判定する態様等を用いるとよい。
【００２９】
また、上述した実施形態における燃焼時間測定プログラムにおいて、全経過時間ａｔｄｃｍａｘ及び主燃焼時間ａｔｄｃの測定開始時点は、上死点ではなく、上死点近傍の他の時点に設定するようにしてもよい。
【００３０】
加えて、本発明に係る燃焼状態判定方法は、冷間始動時に限らず、Ｏ2センサが故障し空燃比のフィードバック制御が不可能な場合にも利用してよい。
【００３１】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンを示す概略図。
【図２】同実施形態に係る波形整形を行う電気回路のブロック図。
【図３】同実施形態に係る燃焼状態判定プログラムにおける制御の流れを示すフローチャート。
【図４】同実施形態に係る作用説明図。
【符号の説明】
【００３３】
１００…エンジン
６…制御装置
１８…スパークプラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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