JP2003343411A - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

内燃機関の失火検出装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーク電流に重畳するイオン電流が単調減少
し、イオン電流の増加区間が無い場合でも、正確に燃焼
／失火判定することのできる内燃機関の失火検出装置を
得る。 【解決手段】 内燃機関の燃焼室内の混合気の燃焼時に
発生するイオン電流に応じたイオン電流信号を検出する
イオン電流検出手段と、混合気の点火後に、第１の検出
間隔毎のイオン電流信号の第１の傾きと、第１の検出間
隔よりも長い第２の検出間隔毎のイオン電流信号の第２
の傾きとを検出する傾き検出手段と、第１および第２の
傾きに基づいて燃焼室内の燃焼または失火を判定する判
定手段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関のシリ
ンダ内の燃焼／失火を、混合気の燃焼で生じるイオン量
の変化により検知する内燃機関の失火検出装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関のシリンダ（燃焼室、気筒）内
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。そこで、シリンダ内にバイアス電圧とし
て高電圧を印加したプローブを設置すると、発生したイ
オンは、そのイオン量に応じたイオン電流として観測す
ることができる。つまり、イオン電流の有無を検出する
ことで全シリンダ内の燃焼／失火を個別に判定すること
ができる。
【０００３】しかし、内燃機関の運転状態によっては、
混合気の燃焼により点火プラグの電極間に煤が付着する
場合があった。
【０００４】図８は、従来の内燃機関の失火検出装置の
動作を示す説明図であり、図９は、特開２００１−９０
６４７号公報に示された従来の内燃機関の失火検出装置
のブロック構成図を示す。
【０００５】例えば、バイアス電圧を１００Ｖ、煤付着
時の点火プラグの絶縁抵抗を５ＭΩとすると、２０μＡ
のリーク電流が流れる。その結果、図８に示すように、
点火パルスＩＢの印加に伴って、リーク電流が所定の時
定数で単調減衰しながらイオン電流検出部に流れる。ま
た、点火プラグの放電開始後には、煤による高抵抗とバ
イアス回路２のコンデンサ成分Ｃによる時定数ＣＲで徐
々に単調減少するリーク電流に、燃焼によるイオン電流
が重畳されて流れる。
【０００６】図９において、内燃機関の失火検出装置の
バイアス回路２は、シリンダ内の混合気を着火する点火
プラグ（図示せず）に対してバイアス電圧を印加し、点
火プラグの電極間に発生したリーク電流に重畳されたイ
オン電流（パルス）を出力する。
【０００７】マスク回路５は、バイアス回路２から出力
された固定閾値で波形整形されたイオン電流のパルスを
所定時間の間マスクし、イオン電流中のノイズ（点火ノ
イズ等）をカット（マスク）する（マスク信号を生成す
る）。
【０００８】マスク解除後のボトム値はボトムホールド
値として維持され、ボトムホールド値に基づいて、イオ
ン電流の有無を判定するための閾値が設定される。
【０００９】ボトムホールド波形整形回路２０は、マス
ク時間経過後、バイアス回路２より出力されたイオン電
流を入力し、イオン電流のレベルとボトムホールド値に
基づいて設定された閾値とを比較する。閾値との比較に
より、入力したイオン電流のレベルが閾値を超えた時点
を「燃焼」と判定し、燃焼パルスを出力する。
【００１０】このように、リーク電流に重畳されたイオ
ン電流は、燃焼パルスに波形整形されて出力される。し
たがって、リーク電流の大きさに左右されずに爆発気筒
内の燃焼を検出することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関の失火
検出装置は以上のように、例えば、図１０のようにリー
ク電流に重畳するイオン電流が時間とともに単調減少し
てしまい、図８のｔ１１区間のようなイオン電流の増加
区間が無い場合には、ボトムホールド値から燃焼／失火
を判定することができないという問題点があった。
【００１２】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、リーク電流に重畳するイオン電
流が単調減少し、イオン電流の増加区間が無い場合で
も、正確に燃焼／失火判定することのできる内燃機関の
失火検出装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の失火検出装置は、内燃機関の燃焼室内の混合気の燃焼
時に発生するイオン電流に応じたイオン電流信号を検出
するイオン電流検出手段と、混合気の点火後に、第１の
検出間隔毎のイオン電流信号の第１の傾きと、第１の検
出間隔よりも長い第２の検出間隔毎のイオン電流信号の
第２の傾きとを検出する傾き検出手段と、第１および第
２の傾きに基づいて燃焼室内の燃焼または失火を判定す
る判定手段とを備えたものである。
【００１４】また、この発明に係る内燃機関の失火検出
装置の判定手段は、第１の傾きと第２の傾きとの偏差を
算出し、偏差と閾値とを比較することにより燃焼室内の
燃焼または失火を判定するものである。
【００１５】また、この発明に係る内燃機関の失火検出
装置の判定手段は、第１の検出間隔よりも長く、第２の
検出間隔よりも短い第３の検出間隔毎に、第１の傾きと
第２の傾きとの偏差の和算値と、第３の検出間隔および
第２の傾きの乗算値とを算出し、和算値と乗算値との偏
差および閾値を比較することにより燃焼室内の燃焼また
は失火を判定するものである。
【００１６】また、この発明に係る内燃機関の失火検出
装置の判定手段は、閾値を設定し、偏差および閾値を比
較する閾値手段と、偏差が閾値以上であると連続して判
定した回数をカウントする燃焼判定カウント手段と、回
数と所定値とを比較することにより燃焼室内の燃焼また
は失火を判定する燃焼判定出力手段とを備えたものであ
る。
【００１７】また、この発明に係る内燃機関の失火検出
装置の傾き検出手段は、混合気の着火後、所定期間の
間、イオン電流信号をマスクするマスク手段を備えたも
のである。
【００１８】また、この発明に係る内燃機関の失火検出
装置の傾き検出手段は、イオン電流信号を所定期間だけ
取り出すウィンドウ手段を備えたものである。
【００１９】また、この発明に係る内燃機関の失火検出
装置の傾き検出手段は、第１および第２の検出間隔の少
なくともどちらか一方を燃焼室の燃焼状態を示すパラメ
ータによって設定するものである。
【００２０】また、この発明に係る内燃機関の失火検出
装置の傾き検出手段は、第１および第２の検出間隔の少
なくともどちらか一方の各検出間隔を、直前の検出間隔
に重ねて設定するものである。
【００２１】さらに、この発明に係る内燃機関の失火検
出装置の傾き検出手段は、第１および第２の傾きの少な
くともどちらか一方を平滑化する平滑化手段を備えたも
のである。
【００２２】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、図面を参照
しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明
する。
【００２３】図１は、この発明の実施の形態１を示すブ
ロック構成図である。なお、図１において、前述（図９
参照）と同様のものについては、符号の後に「Ａ」を付
して詳述を省略する。
【００２４】図１において、内燃機関の失火検出装置
は、点火プラグ２０を接続したイングニンションコイル
１と、点火プラグ２０にバイアス電圧を印可するバイア
ス電源（バイアス回路）２Ａと、燃焼時に発生するイオ
ン電流を検出するイオン電流検出回路３と、失火検出装
置の動作を制御するＥＣＵ１４と、燃焼／失火の判定を
行うマイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）（Ｍ
ＰＵ）１８とを備えており、ＥＣＵ１４とマイクロプロ
セッサ１８とは、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１３で接
続されている。
【００２５】次に、マイクロプロセッサ１８の構成につ
いて説明する。マイクロプロセッサ１８は、イオン電流
に応じたイオン電流信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
４と、イオン電流信号を所定時間の間マスクするマスク
手段５Ａと、所定間隔毎にイオン電流信号を抽出する抽
出手段６と、所定間隔毎にイオン電流信号の傾きを検出
する第１のイオン電流信号傾き算出手段７および第２の
イオン電流信号傾き算出手段８とにより構成されてい
る。
【００２６】また、検出された傾きを平滑化する平滑化
手段９と、平滑化された傾きと比較する閾値を設定する
閾値手段１０と、閾値との比較結果をカウントする燃焼
判定カウント手段１１と、カウント数に基づいて燃焼／
失火を判定する燃焼判定出力手段１２とで構成されてい
る。
【００２７】次に、イオン電流を利用した内燃機関の燃
焼／失火検出に関して説明する。
【００２８】内燃機関のシリンダ内にバイアス電圧を印
加すると、シリンダ内の混合気の燃焼に伴い発生するイ
オンおよび電子を電流（イオン電流）として検出できる
ことが知られている。このときシリンダ内にバイアス電
圧がかかる瞬間もしくは直後に発生するノイズ、もしく
は点火ノイズ、外来ノイズ等を除いて、燃焼が発生して
いないときには、イオン電流は発生しないか、もしくは
単調減少するリーク電流のみが発生するかのいずれかと
なる。
【００２９】一方、燃焼が発生しているときには、イオ
ン電流は増加から減少といった一連のサイクルを数回繰
り返す。具体的には、燃焼化学変化に伴うサイクル、圧
力・温度変化に伴うサイクルが通常燃焼時に発生するサ
イクルであり、これ以外にも残存ガスに伴うイオン電流
の増加サイクルが発生する場合もある。
【００３０】この燃焼時に発生するイオン電流を検出
し、検出結果に応じて燃焼／失火を判定する。
【００３１】次に、図１とともに図２〜図５を参照しな
がら、この発明の実施の形態１による動作について説明
する。
【００３２】図２は、この発明の実施の形態１による動
作を説明するタイミングチャートであり、図３〜図５
は、この発明の実施の形態１による動作を示すフローチ
ャートである。
【００３３】図１において、イグニションコイル内の一
次巻線、パワートランジスタは、インターフェース（Ｉ
／Ｆ回路）１３を介して、ＥＣＵ１４により通電遮断制
御されると、遮断時にイングニションコイル内の二次巻
線端に高電圧を発生する。この高電圧が二次巻線端に接
続された点火プラグ２０へと印加され、点火プラグ２０
のギャップ間で放電が起こり、シリンダ内の混合気を点
火する。
【００３４】また、点火時にはイグニションコイル１の
点火エネルギーの一部によりバイアス電源２Ａの充電が
行われ、イオン電流検出用のバイアス電圧が生成され
る。このバイアス電圧はイグニションコイル１を介し点
火プラグ２０へと印加され、混合気の燃焼に伴い発生し
たイオンの移動によりイオン電流が流れる。イオン電流
検出回路３はイオン電流を検出し、電圧変換したイオン
電流信号としてマイクロプロセッサ１８に出力する。
【００３５】マイクロプロセッサ中のＡ／Ｄ変換器４
は、所定のサンプリング時間間隔Ｔｂで、イオン電流信
号をアナログデータからデジタルデータへと変換する。
【００３６】マスク手段５Ａは、イオン電流信号を所定
時間の間マスクし、バイアス電圧印加時に発生するイオ
ン電流信号内のノイズ（図２ Ｔ１区間）をカットす
る。
【００３７】抽出手段６は、マスク時間経過後のイオン
電流信号を所定の時間間隔Ｔａ（サンプリング時間間隔
Ｔｂより長い時間間隔）毎に区切り（図２ Ｔ２区間〜
Ｔ１４区間）、時間間隔Ｔａ単位のデータ群を１集合と
して抽出する。
【００３８】第１のイオン電流信号傾き算出手段７は、
時間間隔Ｔａ間におけるサンプリング時間間隔Ｔｂ毎の
データ群において、それぞれ直前のデータとの傾きを算
出し、サンプリング時間間隔Ｔｂ毎の傾き（データ変化
量）ｂ（ｋ）を算出する。
【００３９】また、第２のイオン電流信号傾き算出手段
８は、抽出手段６で抽出された時間間隔Ｔａ間のデータ
群の中から、時間軸に対して、先頭（図２ ｆ（０））
と最後尾（図２ ｆ（Ｔａ））のデータを用いて、時間
間隔Ｔａ全体（時間間隔Ｔａ毎）の傾きｃ（図２ Ｑ
２）を算出する。
【００４０】平滑化手段９は、第１のイオン電流信号傾
き算出手段７により算出された、時間間隔Ｔｂ毎の傾き
ｂ（ｋ）に基づいて、先頭のデータ（図２ ｆ（０））
からの傾きｂ（ｋ）の平均値ｂ２（ｋ）を算出し（図２
Ｑ１）、イオン電流信号の細かいノイズによる影響を
打ち消す。
【００４１】閾値手段１０は、傾きｃと、平滑化された
それぞれの傾きｂ２（ｋ）との偏差（傾き偏差）ｄ
（ｋ）を算出して、所定の閾値と比較する。燃焼判定カ
ウント手段１１は、傾き偏差ｄ（ｋ）が閾値以上である
状態が連続する場合、その連続数をカウントする。
【００４２】燃焼判定出力手段１２は、燃焼判定カウン
ト手段１１でのカウント数（連続数）が所定値以上の場
合に「燃焼」と判定し、インターフェース１３を介し
て、燃焼パルスをＥＣＵ１４へ送信する。
【００４３】次に、マイクロプロセッサ１８の動作につ
いて詳細に説明する。
【００４４】図３において、マイクロプロセッサ１８
は、Ａ／Ｄ変換器４でイオン電流信号をサンプリング時
間間隔ＴｂでＡ／Ｄ変換して、サンプリングされたデー
タ（図２ Ｐ１）を読み込み（ステップＳ３０１）、イ
オン電流信号をマスクするための検出閾値と比較して、
データが検出閾値以上か否かを判定する（ステップＳ３
０２）。
【００４５】ステップＳ３０２において、データが検出
閾値以上である場合（すなわち、ＹＥＳ）、マスク手段
５Ａは、マスク時間をカウントするためのタイマーをス
タートさせる（ステップＳ３０３）。一方、データが検
出閾値より小さい場合（すなわち、ＮＯ）、ステップＳ
３０３をスキップして、ステップＳ３０４に進む。
【００４６】次に、マスク手段５Ａは、タイマーを参照
して、所定のマスク時間（マスク期間）（図２ Ｔ１区
間）が経過したか否かを判定する（ステップＳ３０
４）。
【００４７】ステップＳ３０４において、マスク時間が
経過していない場合（すなわち、ＮＯ）、マスク時間が
経過するまでの間、読み込んだデータを無視して、メモ
リ（図示せず）に取り込まない。
【００４８】マスク時間が経過した場合（すなわち、Ｙ
ＥＳ）、マイクロプロセッサ１８へ取り込まれたサンプ
リング時間間隔Ｔｂ単位のデータを、例えば、ａ
（１）、ａ（２）、ａ（３）・・・のように配列された
マイクロプロセッサ内のメモリに順に格納していく（図
２ Ｔ２以降のイオン電流信号のデータが格納）。
【００４９】なお、メモリへ格納されるデータの時間間
隔は、Ａ／Ｄ変換器４でのサンプリング時間間隔である
時間間隔Ｔｂである。つまり、データが配列ａ（１）に
格納されてから次のデータが配列ａ（２）に格納される
までの時間がＴｂとなる。
【００５０】また、タイマーのスタートからマスク時間
が経過するまでにマイクロプロセッサ１８へと取り込ま
れたデータ（図２ Ｔ１区間）は、メモリに格納されず
無視される。
【００５１】データを格納するメモリ（バッファ）は、
２つ備えられており（ａ１（ｋ）、ａ２（ｋ））、保存
用として一方のメモリにデータを格納しながら、計算用
として他方のメモリに既に格納されているデータを対象
に判定処理を行っていく。一方のメモリに格納されたデ
ータを対象にした判定処理が終了すると、メモリが切り
換えられ、データ保存用としてデータが格納されていた
メモリを計算用のメモリとし、計算用として判定処理が
行われていたメモリを保存用のメモリとし、この切り換
えが繰り返される。
【００５２】このメモリの切り換え用にフラグ（メモリ
切り換えフラグ）が用いられており、時間間隔Ｔａ中の
データ群の処理が終了すると、フラグの内容が変更され
てメモリの切り換えが行われ、次の時間間隔Ｔａのデー
タの処理が行われる。
【００５３】データ保存用のメモリは、時間間隔Ｔａ間
のデータ群を格納しており、メモリの格納エリアａ１に
は、時間間隔Ｔａ間の先頭のデータをａ１（０）、次を
ａ１（１）、・・・、最後のデータをａ１（Ｔａ／Ｔｂ
− １）というように順に格納されている（計算用の
メモリの格納エリアａ２も同様）。このように、１つの
メモリに格納されるデータ数は、時間間隔Ｔａをサンプ
リング時間間隔Ｔｂで割った数となる。
【００５４】なお、時間間隔Ｔａおよびサンプリング時
間間隔Ｔｂは、時間間隔Ｔａをサンプリング時間間隔Ｔ
ｂで割った数が整数となるように設定される。
【００５５】ステップＳ３０５において、メモリ切り換
えフラグが「０」であるか否かを判定する。
【００５６】ステップＳ３０５において、メモリ切り換
えフラグが「０」である場合（すなわち、ＹＥＳ）、図
４のステップＳ３０６からステップＳ３２０までの処理
を行う。また、メモリ切り換えフラグが「０」以外であ
る場合（すなわち、ＮＯ）、図５のステップＳ３２１か
らステップＳ３３５までの処理を行う。
【００５７】次に、ステップＳ３０５において、メモリ
切り換えフラグが「０」のときの動作について説明す
る。
【００５８】図４において、データ保存用のメモリａ１
（ｋ）にデータａ（ｎ）が格納され（ステップＳ３０
６）、時間間隔Ｔａにおけるデータをカウントするため
のカウンタｋをインクリメントする（ステップＳ３０
７）。
【００５９】このカウンタｋのカウントにより、データ
保存用と計算用とのメモリの切り換え周期（時間間隔）
Ｔａを検知することができる。
【００６０】次に、傾き計算可能フラグ２が「１」か否
かを判定する（ステップＳ３０８）。この傾き計算可能
フラグ２は、計算用として用いられるメモリａ２に時間
間隔Ｔａ間のデータ群がすべて格納されていれば「１」
に設定され、次のステップからの傾き計算が開始され
る。例えばマスク時間経過直後のように、時間間隔Ｔａ
間の全データが格納されていない場合には「０」に設定
されている。
【００６１】ステップＳ３０８において、傾き計算可能
フラグ２が「１」以外の場合（すなわち、ＮＯ）、ステ
ップＳ３０９からステップＳ３１６までをスキップす
る。また、傾き計算可能フラグ２が「１」の場合（すな
わち、ＹＥＳ）、第１のイオン電流信号傾き算出手段７
による傾き計算を行う（ステップＳ３０９）。
【００６２】第１のイオン電流信号傾き算出手段７によ
り行われる傾き計算は、計算用のメモリ内のデータに基
づいて、現在のデータａ２（ｋ）と直前のデータａ２
（ｋ−１）との傾きｂ（ｋ）を以下の式（１）により算
出する。
【００６３】 ｂ（ｋ） ＝ ｜ａ２（ｋ） − ａ２（ｋ−１）｜ ・・・ （１）
【００６４】算出されたｂ（ｋ）は、マイクロプロセッ
サ１８のサンプリング時間間隔Ｔｂで除算されていない
が、イオン電流信号の傾きを示すものとなる。
【００６５】続いて、第２のイオン電流信号傾き算出手
段８による傾き計算が行われる。この傾き計算は、以下
の式（２）により、時間間隔Ｔａ間の先頭および最後尾
のデータを用いて傾きを算出する（ステップＳ３１
０）。
【００６６】 ｃ ＝ ｜ａ２（Ｔａ／Ｔｂ − １） − ａ２（０）｜ ／ （Ｔａ／Ｔｂ） ・・・ （２）
【００６７】続いて、平滑化手段９は、ステップＳ３０
９にて算出された、時間間隔Ｔａの先頭のデータｂ
（０）から現在のデータｂ（ｋ）までのデータを用い
て、以下の式（３）により、傾きを平滑化させる（ステ
ップＳ３１１）。
【００６８】 ｂ２（ｋ） ＝ ｛ｂ（ｋ） ＋ ｂ（ｋ−１） ＋ ・・・ ＋ ｂ（ｋ−ｍ）｝ ／ （ｍ＋１） ・・・ （３）
【００６９】平滑化された傾きｂ２（ｋ）は、イオン電
流信号の傾きの傾向を示すものとなる。
【００７０】閾値手段１０は、平滑化された傾きｂ２
（ｋ）と時間間隔Ｔａの傾きｃとに基づいて、以下の式
（４）により傾き偏差ｄ（ｋ）を算出し（ステップＳ３
１２）、傾き偏差ｄ（ｋ）が閾値以上か否かを判定する
（ステップＳ３１３）。
【００７１】 ｄ（ｋ） ＝ ｜ｂ２（ｋ） − ｃ｜ ・・・ （４）
【００７２】ステップＳ３１３において、算出された傾
き偏差ｄ（ｋ）が閾値より小さい場合（すなわち、Ｎ
Ｏ）、傾き偏差ｄ（ｋ）が閾値以上である時にカウント
する燃焼カウンタに「０」をセットし、ステップＳ３１
４からステップＳ３１６までをスキップする。また、傾
き偏差ｄ（ｋ）が閾値以上の場合（すなわち、ＹＥ
Ｓ）、燃焼判定カウント手段１１は、燃焼判定カウンタ
を「１」だけインクリメントする（ステップＳ３１
４）。
【００７３】燃焼判定出力手段１２は、燃焼判定カウン
タが所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３
１５）。
【００７４】ステップＳ３１５において、燃焼判定カウ
ンタが所定値以上の場合には（すなわち、ＹＥＳ）、
「燃焼」と判定し、インターフェース１３を介して、Ｅ
ＣＵ１４に燃焼パルスを送信する（ステップＳ３１
６）。燃焼判定カウンタが所定値より小さい場合には
（すなわち、ＮＯ）、「失火」と判定し、ステップＳ３
１６をスキップする。
【００７５】このように、傾き偏差ｄ（ｋ）が閾値以上
であっても、その傾き偏差ｄ（ｋ）が所定時間の間連続
しない場合には「燃焼」と判定されない。
【００７６】なお、図２に、この閾値手段１０での比較
後に燃焼パルスが出力された場合のパルス波形（図２
燃焼パルス（閾値手段後））と、燃焼判定カウント手段
１１でのカウント結果を判定した後に燃焼パルスが出力
された場合のパルス波形とを示す（図２ 燃焼パルス
（燃焼判定カウント手段後））。
【００７７】ただし、データを保存用のメモリに格納し
ている間、前回格納されたデータ群を対象に判定処理が
行われるため、イオン電流信号のデータが入力されてか
ら時間Ｔａだけ傾き計算用のデータ群をメモリに貯めて
いることになる。したがって、実際の燃焼パルスの送信
は、イオン電流信号入力に対して時間Ｔａだけ遅れるこ
とになる（図２ 燃焼パルス（実際の出力））。
【００７８】続いて、以下の式（５）により、カウンタ
ｋが時間間隔Ｔａ間のデータ群をすべてカウントしたか
否かを判定する（ステップＳ３１７）。
【００７９】 ｋ ＝ Ｔａ／Ｔｂ ・・・ （５）
【００８０】ステップＳ３１７において、時間間隔Ｔａ
間のすべてのデータ群をカウントしていない場合（すな
わち、ＮＯ）、ステップＳ３１８からステップＳ３２０
をスキップして、残りのデータの判定処理を行う。
【００８１】一方、ステップＳ３１７において、時間間
隔Ｔａ間のデータ群をすべてカウントした場合（すなわ
ち、ＹＥＳ）、カウンタｋに「０」をセットし（ステッ
プＳ３１８）、傾き計算フラグ１に「１」をセットし
（ステップＳ３１９）、メモリ切り換えフラグに「１」
をセットして（ステップＳ３２０）、次の時間間隔Ｔａ
の判定処理を行う。
【００８２】時間Ｔａが経過し、ステップＳ３２０にお
いてメモリ切り換えフラグが「１」にセットされると、
計算用のメモリがａ１、保存用のメモリがａ２に切り換
えられ、メモリａ１に格納されたデータを対象に同様の
傾き計算処理が行われ、メモリａ２には、データが格納
される（図５参照）。つまり、図２のＴ２区間でメモリ
切り換えフラグが「０」であると、次のＴ３区間では
「１」となり、保存用と計算用のメモリを時間間隔Ｔａ
単位に切り換え、図４と図５の処理ルーチンが切り換え
られる。
【００８３】なお、図５の処理は、図４に対して、保存
用と計算用のメモリが異なるだけで処理内容は同様であ
るため、動作説明は省略する。
【００８４】このように、図１０において、イオン電流
にリーク電流が含まれ、区間Ｋ１において、検出間隔Ｔ
５０で検出された傾きと、検出間隔Ｔ５０よりも長い検
出間隔Ｔ５１で検出された傾きＡとを比較すると、燃焼
時には、所定値以上の傾き偏差ｄ（ｋ）が出るため、両
者の傾きから算出される偏差により燃焼や失火の判定を
することができる。
【００８５】したがって、リーク電流が発生し、イオン
電流が単調減少し、イオン電流の増加区間が無い場合で
も、燃焼や失火を検出することができる。
【００８６】また、傾き偏差ｄ（ｋ）と閾値との比較だ
けで燃焼と判定せずに、傾き偏差ｄ（ｋ）が閾値以上と
なった時間が所定時間以上となった場合のみ燃焼と判定
するので、突発的に発生する細く大きいノイズによる傾
きの変動に対する誤動作を防ぐことができる。
【００８７】なお、演算処理にマイクロプロセッサ（マ
イクロコンピュータ）１８を用いたが、デジタルシグナ
ルプロセッサ、もしくはゲートアレイ回路によるロジッ
クＩＣを用いてもよい。
【００８８】なお、時間周期Ｔａを検出するためにカウ
ンタｋを使用したが、タイマーを用いて時間経過を認識
させてもよい。
【００８９】なお、マスク手段５Ａにおいて、イオン電
流信号のマスク時間を認識するためにタイマーを用いた
が、タイマーの代わりにカウンタを用いて、所定カウン
ト数の経過をもってマスク時間の経過と判定してもよ
い。
【００９０】また、マスク手段５Ａでは、バイアス電圧
印加時に発生するノイズをマスクし、このノイズによる
誤動作を防いだが、マスク手段５Ａの代わりに、イオン
電流信号の検出したい区間のみを取り出すウィンドウ手
段を用いて、ノイズによる誤動作を防いでもよい。
【００９１】なお、時間間隔Ｔａ、Ｔｂは、内燃機関の
気筒内の燃焼状態を示すエンジンの回転数、負荷、気筒
内圧、イオン電流信号の振幅、所定時間における傾き偏
差の和Σｄ（ｋ）、Ａｉｒ／Ｆｕｅｌなどを検出し、そ
の燃焼状態に応じた値を設定してもよい。
【００９２】例えば、高回転域では、時間間隔Ｔａ、Ｔ
ｂは低回転域に対して短く設定することにより、燃焼に
よるイオン電流の変動を確実に捕らえられ、短く間隔を
取らないときに対して、精度が良くなる。
【００９３】なお、傾きを算出する間隔は、時間間隔Ｔ
ａ、Ｔｂで等間隔で区間を設定したが、直前の区間に重
ねて設定してもよい。
【００９４】例えば、図２のＴ２区間に対してＴ３区間
をＴ２区間の中間部から始め、時間間隔を重ねる。した
がって、時間間隔ＴａおよびＴｂの傾きを算出する回数
が増え、傾きの精度が高くなるので、イオン電流信号の
変動をより確実に捕らえることができる。
【００９５】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
は、２つの傾きの偏差を算出して燃焼／失火を判定した
が、どちらか一方の傾きによって判定してもよい。
【００９６】この発明の実施の形態２を示す構成は、前
述（図１参照）と同一であり、詳述を省略する。
【００９７】また、図３の処理も同一であり、詳述を省
略する。
【００９８】図６は、この発明の実施の形態２による動
作を示すフローチャートである。図６のステップＳ６０
１〜Ｓ６０６、Ｓ６０８〜Ｓ６１４は、図４のステップ
Ｓ３０６〜Ｓ３１１、Ｓ３１４〜Ｓ３２０にそれぞれ対
応し、詳述を省略する。
【００９９】図６において、第１のイオン電流信号傾き
算出手段７により時間間隔Ｔｂで検出されて平滑化され
た傾きｂ２（ｋ）および第２のイオン電流信号傾き算出
手段８により時間間隔Ｔａで検出された傾きｃが、閾値
以上の正の傾きであるか否かを判定する（ステップＳ６
０７）。
【０１００】ステップＳ６０７において、傾きｂ２
（ｋ）または傾きｃが閾値以上である場合（すなわち、
ＹＥＳ）、閾値以上であった傾き用の燃焼判定カウンタ
を「１」だけインクリメントする（ステップＳ６０
８）。
【０１０１】傾きｂ２（ｋ）および傾きｃの両方が閾値
よりも小さい場合（すなわち、ＮＯ）、傾きｂ２（ｋ）
および傾きｃの燃焼カウンタに「０」をセットし、ステ
ップＳ６０８からステップＳ６１０までをスキップす
る。
【０１０２】燃焼判定出力手段１２は、傾きｂ２（ｋ）
および傾きｃの燃焼判定カウンタが所定値以上であるか
否かを判定する（ステップＳ６０９）。
【０１０３】ステップＳ６０９において、どちらか一方
の燃焼判定カウンタが所定値以上の場合（すなわち、Ｙ
ＥＳ）、「燃焼」と判定し、インターフェース１３を介
して、ＥＣＵ１４に燃焼パルスを送信する（ステップＳ
６１０）。両方の燃焼判定カウンタが所定値より小さい
場合には（すなわち、ＮＯ）、「失火」と判定し、ステ
ップＳ６１０をスキップする。
【０１０４】このように、第１のイオン電流信号傾き算
出手段７により時間間隔Ｔｂで検出されて平滑化された
傾きｂ２（ｋ）が閾値以上の正の傾きを所定回数以上連
続して持つ場合や、第２のイオン電流信号傾き算出手段
８により時間間隔Ｔａで検出された傾きｃが、閾値以上
の正の傾きを所定回数以上連続して持つ場合に「燃焼」
と判定する。
【０１０５】なお、検出されたイオン電流信号が負の場
合は、逆に閾値以上の負の傾きを持つ場合に「燃焼」と
判定することとなる。
【０１０６】したがって、リーク電流が発生し、イオン
電流が単調減少し、イオン電流の増加区間が無い場合で
も、燃焼や失火を検出することができる。
【０１０７】なお、ステップＳ６０７において、平滑化
された傾きｂ２（ｋ）を用いて判定を行ったが、平滑化
前の傾きｂ（ｋ）を用いてもよい。
【０１０８】なお、メモリが切り換わった処理は、図４
と図５との関係と同様に、保存用と計算用のメモリが異
なるだけで処理内容は同様であり、図６と同様であるの
で動作説明は省略する。
【０１０９】実施の形態３．なお、上記実施の形態１で
は、時間間隔Ｔａでの傾きｃと時間間隔Ｔｂでの傾きｂ
（ｋ）の偏差を算出して燃焼／失火を判定したが、時間
間隔Ｔｃ分の傾きｂ（ｋ）の和算値によって判定しても
よい。
【０１１０】この発明の実施の形態３を示す構成は、前
述（図１参照）と同一であり、詳述を省略する。
【０１１１】また、図３の処理も同一であり、詳述を省
略する。
【０１１２】図７は、この発明の実施の形態３による動
作を示すフローチャートである。図７のステップＳ７０
１〜Ｓ７０６、Ｓ７１１〜Ｓ７１７は、図４のステップ
Ｓ３０６〜Ｓ３１１、Ｓ３１４〜Ｓ３２０にそれぞれ対
応し、詳述を省略する。
【０１１３】図７において、平滑化された傾きｂ２
（ｋ）を傾きの和Σｂ２（ｋ）に加える（ステップＳ７
０７）。
【０１１４】次に、所定の時間間隔Ｔｃ（Ｔｂ＜Ｔｃ＜
Ｔａ）が経過したか否かを判定し（ステップＳ７０
８）、時間間隔Ｔｃが経過していない場合（すなわち、
ＮＯ）、ステップＳ７０１に戻り、時間間隔Ｔｃが経過
するまで、傾きの和Σｂ２（ｋ）に傾きｂ２（ｋ）を加
えていく。
【０１１５】ステップＳ７０８において、時間間隔Ｔｃ
が経過した場合（すなわち、ＹＥＳ）、以下の式（６）
により、時間間隔Ｔｃにおける平滑化された傾きｂ２
（ｋ）の和算値と、時間間隔Ｔａの傾きｃと時間間隔Ｔ
ｃとの乗算値との偏差の和（傾き偏差の和）Σｄ（ｋ）
を算出する（ステップＳ７０９）。
【０１１６】 Σｄ（ｋ） ＝ ｜Σｂ２（ｋ） − ｃ×Ｔｃ｜ ・・・ （６）
【０１１７】続いて、算出された傾き偏差の和Σｄ
（ｋ）が閾値以上か否かを判定し（ステップＳ７１
０）、傾き偏差の和Σｄ（ｋ）が閾値以上である場合
（すなわち、ＹＥＳ）、燃焼判定カウンタを「１」だけ
インクリメントし（ステップＳ７１１）、傾き偏差の和
Σｄ（ｋ）が閾値よりも小さい場合（すなわち、Ｎ
Ｏ）、ステップＳ７１１からステップＳ７１３をスキッ
プする。
【０１１８】次に、燃焼判定カウンタが所定値以上であ
るか否かを判定し（ステップＳ７１２）、所定値以上で
ある場合（すなわち、ＹＥＳ）、「燃焼」と判定し、燃
焼パルスを出力する（ステップＳ７１３）。また、所定
値よりも小さい場合には、「失火」と判定し、ステップ
Ｓ７１３をスキップする。
【０１１９】したがって、リーク電流が発生し、イオン
電流が単調減少し、イオン電流の増加区間が無い場合で
も、燃焼や失火を検出することができる。
【０１２０】なお、メモリが切り換わった処理は、図４
と図５との関係と同様に、保存用と計算用のメモリが異
なるだけで処理内容は同様であり、図７と同様であるの
で動作説明は省略する。
【０１２１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、内燃
機関の燃焼室内の混合気の燃焼時に発生するイオン電流
に応じたイオン電流信号を検出するイオン電流検出手段
と、混合気の点火後に、第１の検出間隔毎のイオン電流
信号の第１の傾きと、第１の検出間隔よりも長い第２の
検出間隔毎のイオン電流信号の第２の傾きとを検出する
傾き検出手段と、第１および第２の傾きに基づいて燃焼
室内の燃焼または失火を判定する判定手段とを備えたの
で、リーク電流が発生しイオン電流が単調減少し、イオ
ン電流の増加区間が存在しない場合にも燃焼あるいは失
火を検出することのできる内燃機関の失火検出装置が得
られる効果がある。
【０１２２】また、この発明によれば、判定手段は、第
１の傾きと第２の傾きとの偏差を算出し、偏差と閾値と
を比較することにより燃焼室内の燃焼または失火を判定
するので、リーク電流が発生しイオン電流が単調減少
し、イオン電流の増加区間が存在しない場合にも燃焼あ
るいは失火を検出することのできる内燃機関の失火検出
装置が得られる効果がある。
【０１２３】また、この発明によれば、判定手段は、第
１の検出間隔よりも長く、第２の検出間隔よりも短い第
３の検出間隔毎に、第１の傾きと第２の傾きとの偏差の
和算値と、第３の検出間隔および第２の傾きの乗算値と
を算出し、和算値と乗算値との偏差および閾値を比較す
ることにより燃焼室内の燃焼または失火を判定するの
で、リーク電流が発生しイオン電流が単調減少し、イオ
ン電流の増加区間が存在しない場合にも燃焼あるいは失
火を検出することのできる内燃機関の失火検出装置が得
られる効果がある。
【０１２４】また、この発明によれば、判定手段は、閾
値を設定し、偏差および閾値を比較する閾値手段と、偏
差が閾値以上であると連続して判定した回数をカウント
する燃焼判定カウント手段と、回数と所定値とを比較す
ることにより燃焼室内の燃焼または失火を判定する燃焼
判定出力手段とを備えたので、突発的に発生する細く大
きいノイズによる傾きの変動に対する誤動作を防ぐこと
のできる内燃機関の失火検出装置が得られる効果があ
る。
【０１２５】また、この発明によれば、傾き検出手段
は、混合気の着火後、所定期間の間、イオン電流信号を
マスクするマスク手段を備えたので、バイアス電圧印加
時に発生するノイズによる傾きの変動に対する誤動作を
防ぐことのできる内燃機関の失火検出装置が得られる効
果がある。
【０１２６】また、この発明によれば、傾き検出手段
は、イオン電流信号を所定期間だけ取り出すウィンドウ
手段を備えたので、バイアス電圧印加時に発生するノイ
ズによる傾きの変動に対する誤動作を防ぐことができ、
内燃機関の燃焼室内の燃焼状態によって抽出したい範囲
のイオン電流信号の傾きを検出することのできる内燃機
関の失火検出装置が得られる効果がある。
【０１２７】また、この発明によれば、傾き検出手段
は、第１および第２の検出間隔の少なくともどちらか一
方を燃焼室の燃焼状態を示すパラメータによって設定す
るので、燃焼状態によって変動するイオン電流信号に対
して精度良くイオン電流信号の傾きを検出することので
きる内燃機関の失火検出装置が得られる効果がある。
【０１２８】また、この発明によれば、傾き検出手段
は、第１および第２の検出間隔の少なくともどちらか一
方の各検出間隔を、直前の検出間隔に重ねて設定するの
で、燃焼状態によって変動するイオン電流信号に対して
精度良くイオン電流信号の傾きを検出することのできる
内燃機関の失火検出装置が得られる効果がある。
【０１２９】さらに、この発明によれば、傾き検出手段
は、第１および第２の傾きの少なくともどちらか一方を
平滑化する平滑化手段を備えたので、ノイズ等の微少変
化に影響されることなく燃焼に伴うイオン電流の変化を
確実に検出することのできる内燃機関の失火検出装置が
得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示すブロック構成
図である。
【図２】 この発明の実施の形態１を動作を示すタイミ
ングチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態１による動作を示すフ
ローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態１による動作を示すフ
ローチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態１による動作を示すフ
ローチャートである。
【図６】 この発明の実施の形態２による動作を示すフ
ローチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態３による動作を示すフ
ローチャートである。
【図８】 従来の内燃機関の失火検出装置の動作を示す
タイミングチャートである。
【図９】 従来の内燃機関の失火検出装置を示すブロッ
ク構成図である。
【図１０】 内燃機関の失火検出装置の動作を説明する
説明図である。
【符号の説明】
１ イグニションコイル、２Ａ バイアス電源、３ イ
オン電流検出回路、４Ａ／Ｄ変換器、５Ａ マスク手
段、６ 抽出手段、７ 第１のイオン電流信号傾き算出
手段、８ 第２のイオン電流信号傾き算出手段、９ 平
滑化手段、１０閾値手段、１１ 燃焼判定カウント手
段、１２ 燃焼判定出力手段、１３ インターフェース
（Ｉ／Ｆ）、１４ ＥＣＵ、１８ マイクロプロセッサ
（ＭＰＵ）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G087 AA13 BB14 CC35 EE21 FF07 FF13 FF23 FF28 3G019 CC14 CD06 DB02 DB07 GA00 GA16 LA05 3G084 EA02 EA05 EA11 EB06 EB24 EB25 FA24

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼室内の混合気の燃焼時に
    発生するイオン電流に応じたイオン電流信号を検出する
    イオン電流検出手段と、 前記混合気の点火後に、第１の検出間隔毎のイオン電流
    信号の第１の傾きと、前記第１の検出間隔よりも長い第
    ２の検出間隔毎のイオン電流信号の第２の傾きとを検出
    する傾き検出手段と、 前記第１および前記第２の傾きに基づいて前記燃焼室内
    の燃焼または失火を判定する判定手段とを備えたことを
    特徴とする内燃機関の失火検出装置。
  2. 【請求項２】 前記判定手段は、 前記第１の傾きと前記第２の傾きとの偏差を算出し、前
    記偏差と閾値とを比較することにより前記燃焼室内の燃
    焼または失火を判定することを特徴とする請求項１に記
    載の内燃機関の失火検出装置。
  3. 【請求項３】 前記判定手段は、 前記第１の検出間隔よりも長く、前記第２の検出間隔よ
    りも短い第３の検出間隔毎に、前記第１の傾きと前記第
    ２の傾きとの偏差の和算値と、前記第３の検出間隔およ
    び前記第２の傾きの乗算値とを算出し、前記和算値と前
    記乗算値との偏差と、閾値とを比較することにより前記
    燃焼室内の燃焼または失火を判定することを特徴とする
    請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置。
  4. 【請求項４】 前記判定手段は、 前記閾値を設定し、前記偏差および前記閾値を比較する
    閾値手段と、 前記偏差が閾値以上であると連続して判定した回数をカ
    ウントする燃焼判定カウント手段と、 前記回数と所定値とを比較することにより前記燃焼室内
    の燃焼または失火を判定する燃焼判定出力手段とを備え
    たことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内
    燃機関の失火検出装置。
  5. 【請求項５】 前記傾き検出手段は、 前記混合気の着火後、所定期間の間、前記イオン電流信
    号をマスクするマスク手段を備えたことを特徴とする請
    求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機
    関の失火検出装置。
  6. 【請求項６】 前記傾き検出手段は、 前記イオン電流信号を所定期間だけ取り出すウィンドウ
    手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４ま
    でのいずれか１項に記載の内燃機関の失火検出装置。
  7. 【請求項７】 前記傾き検出手段は、 前記第１および前記第２の検出間隔の少なくともどちら
    か一方を前記燃焼室の燃焼状態を示すパラメータによっ
    て設定することを特徴とする請求項１から請求項６まで
    のいずれか１項に記載の内燃機関の失火検出装置。
  8. 【請求項８】 前記傾き検出手段は、 前記第１および前記第２の検出間隔の少なくともどちら
    か一方の各検出間隔を、直前の検出間隔に重ねて設定す
    ることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれ
    か１項に記載の内燃機関の失火検出装置。
  9. 【請求項９】 前記傾き検出手段は、 前記第１および前記第２の傾きの少なくともどちらか一
    方を平滑化する平滑化手段を備えたことを特徴とする請
    求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の内燃機
    関の失火検出装置。
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