JP3361948B2 - 内燃機関の燃焼状態検出装置 - Google Patents

内燃機関の燃焼状態検出装置

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JP3361948B2 JP03396697A JP3396697A JP3361948B2 JP 3361948 B2 JP3361948 B2 JP 3361948B2 JP 03396697 A JP03396697 A JP 03396697A JP 3396697 A JP3396697 A JP 3396697A JP 3361948 B2 JP3361948 B2 JP 3361948B2
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    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
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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燃焼に
より生じるイオン量の変化を検出することにより内燃機
関の燃焼状態を検出して点火時期や燃料噴射量の制御を
行う内燃機関の燃焼状態検出装置に関し、特に電子制御
装置(マイクロコンピュータ)側の負担を増大させるこ
となく、高い信頼性で失火を検出して点火時期を適性化
することのできる内燃機関の燃焼状態検出装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、内燃機関においては、各気筒の
燃焼室内に導入された空気および燃料(混合気)をピス
トンの上昇により圧縮し、燃焼室内の点火プラグに高電
圧を印加することにより、点火プラグに発生する電気火
花で圧縮混合気を燃焼させ、このときの爆発エネルギを
ピストンの押し下げ力として取り出し、回転出力に変換
している。
【0003】上記爆発行程において気筒の燃焼室内で燃
焼が行われると、燃焼室内の分子が電離(イオン化)す
るので、爆発行程の直後に、燃焼室内に設置されたイオ
ン電流検出用の電極に高電圧を印加すると、電荷を有す
るイオンがイオン電流として流れる。
【0004】また、イオン電流は燃焼室内の燃焼状態に
応じて敏感に変化することが知られており、したがっ
て、イオン電流の状態(ピーク値等)を検出することに
より、気筒内の燃焼状態(失火やノックの発生)を判別
することができる。
【0005】そこで、従来より、特開平2−10497
8号公報などに参照されるように、点火プラグをイオン
電流検出用の電極として用い、点火直後に検出されるイ
オン電流量に基づいて内燃機関の燃焼状態(失火状態)
を検出する装置が提案されている。
【0006】図8は従来の内燃機関の燃焼状態検出装置
を概略的に示すブロック構成図であり、ここでは、各気
筒の点火プラグ8a〜8dに対してディストリビュータ
7を介した高圧配電を行う場合を示している。
【0007】また、図9は図8内の各信号(電圧)の動
作波形を示すタイミングチャートであり、正常燃焼時に
おける点火信号P、イオン電流iの検出信号Eiおよび
イオンパルスFiの各波形を示している。
【0008】図8において、内燃機関すなわちエンジン
(図示せず)のクランク軸にはクランク角センサ1が設
けられており、クランク角センサ1は、エンジン回転数
に応じたパルスからなるクランク角信号SGTを出力す
る。クランク角信号SGTは、マイクロコンピュータか
らなるECU(電子制御装置)2に入力されて種々の制
御演算に用いられる。
【0009】クランク角信号SGTの各パルスエッジ
は、内燃機関の各気筒(図示せず)の基準クランク角を
示している。たとえば図9に示すように、クランク角信
号SGTの立ち上がりエッジは、内燃機関の種々の制御
パラメータ(点火時期など)の制御基準となる第1の基
準位置B75°(圧縮上死点TDCの75°手前)に対
応し、立ち下がりエッジは、TDC近傍の第2の基準位
置B5°(クランキング時のイニシャル点火時期)に対
応している。
【0010】ECU2は、クランク角センサ1からのク
ランク角信号SGTと、各種センサ3(周知の吸気量セ
ンサおよびスロットル開度センサ等を含む)からの運転
情報とに基づいて、点火コイル4を駆動するパワートラ
ンジスタTRに対する点火信号Pと、各気筒毎のインジ
ェクタ5に対する燃料噴射信号Qと、各種アクチュエー
タ6(スロットルバルブやISCバルブ等)に対する駆
動信号を出力する。
【0011】ECU2から出力された点火信号Pは、パ
ワートランジスタTRのベースに印加され、パワートラ
ンジスタTRをオンオフ制御する。これにより、パワー
トランジスタTRは、点火コイル4の一次巻線4aに流
れる一次電流i1を通電遮断して一次電圧V1を昇圧
し、点火コイル4の二次巻線4bから点火用の高電圧
(数10kV)の二次電圧V2を発生させる。
【0012】二次巻線4bの出力端子に接続されたディ
ストリビュータ7は、二次電圧V2を各気筒内の点火プ
ラグ8a〜8dに分配し、二次電圧V2の印加により、
点火制御気筒の燃焼室内に放電火花を発生させて混合気
を燃焼させる。
【0013】ダイオードD1、電流制限用の抵抗器R
1、電圧制限用のツェナーダイオードDZおよびダイオ
ードD2からなる直列回路は、一次巻線4aの一端とグ
ランドとの間に挿入され、イオン電流検出用のバイアス
電源(後述するコンデンサ)に対する充電経路を構成し
ている。
【0014】ツェナーダイオードDZの両端間に並列接
続されたコンデンサ9は、充電電流により所定電圧に充
電されてイオン電流検出用の電源として機能し、点火制
御の直後に放電することによりイオン電流iを流す。
【0015】コンデンサ9の一端と各点火プラグ8a〜
8dの一端との間に挿入されたダイオード11a〜11
d、ならびに、コンデンサ9の他端とグランドとの間に
挿入された抵抗器R2は、コンデンサ9とともにイオン
電流検出手段を構成しており、イオン電流iの流れる経
路となる。
【0016】抵抗器R2は、イオン電流iを電圧変換し
てイオン電流検出信号Eiとし、これをECU2に入力
する。また、パルス生成回路20は、イオン電流検出信
号Eiを基準レベルEr(図9参照)と比較して波形整
形し、イオンパルスFPを含むイオンパルス信号Fiと
してECU2に入力する。
【0017】ECU2は、内燃機関の制御パラメータを
演算するとともに、イオン電流検出信号Eiまたはイオ
ンパルス信号Fiに基づいて、点火プラグ8a〜8dに
おける燃焼状態を検出し、制御パラメータを補正するよ
うになっている。
【0018】次に、図9を参照しながら、図8に示した
従来の内燃機関の燃焼状態検出装置の動作について説明
する。まず、クランク角センサ1は、内燃機関の回転に
応じてクランク角信号SGTを出力し、ECU2は、各
気筒毎のクランク角位置を示すクランク角信号SGTと
各種センサ3からの運転状態信号とにより、各種駆動信
号たとえばパワートランジスタTRの通電および遮断を
行う点火信号Pを出力する。
【0019】パワートランジスタTRは、点火信号Pが
H(ハイ)レベルのときに通電状態となり、点火コイル
コイル4の一次巻線4aに一次電流i1を流し、点火信
号PがHレベルからL(ロー)レベルになると、点火コ
イル4の一次電流i1を遮断する。
【0020】このとき、一次巻線4aには、逆起電圧に
よる一次電圧V1が発生し、これにより、ダイオードD
1、抵抗器R1およびダイオードD2からなる充電電流
経路を介して、コンデンサ9が充電される。コンデンサ
9の充電は、コンデンサ9の充電電圧がツェナーダイオ
ードDZの逆方向降伏電圧と等しくなった時点で終了す
る。
【0021】一方、点火コイル4の二次巻線4bは、一
次巻線4aに一次電圧V1が発生すると、数10kVの
二次電圧V2を発生し、この二次電圧V2は、ディスト
リビュータ7を介して各気筒の点火プラグ8a〜8dに
印加され、火花放電を発生させて混合気を燃焼させる。
【0022】こうして混合気が燃焼すると、燃焼気筒の
燃焼室内にイオンが発生するので、コンデンサ9の充電
電圧が電源となってイオン電流iが流れる。たとえば、
点火プラグ8aで混合気が燃焼した場合は、コンデンサ
9→ダイオード11a→点火プラグ8a→グランド→抵
抗器R2→コンデンサ9の経路でイオン電流iが流れ
る。このとき、抵抗器R2は、イオン電流iを電圧に変
換し、イオン電流検出信号EiとしてECU2に入力す
る。
【0023】また、パルス生成回路20は、イオン電流
検出信号Eiをイオンパルス信号FiとしてECU2に
入力する。ECU2は、イオン電流検出信号Eiおよび
イオンパルス信号Fiに基づいて燃焼状態を判定し、た
とえば、失火判定時には燃料供給をカットし、また、ノ
ック発生時には点火時期を遅角補正してノックを抑制す
る。
【0024】このように、燃焼状態を制御パラメータ
(点火信号Pおよび燃料噴射信号Q)に反映させて、点
火時期または燃料噴射量などの制御量を最適化すること
により、最適且つ最大のエンジン出力トルクを得ること
ができる。
【0025】しかしながら、点火信号Pの立ち上がりタ
イミングおよび立ち下がりタイミング(点火コイル4へ
の通電時および電流遮断時)においては、イオン電流検
出信号Eiに瞬時的なノイズ信号En(図9参照)が重
畳される。
【0026】このノイズ信号Enは、基準レベルErを
越えた場合、そのままノイズパルスFnとなり、イオン
パルス信号FiとしてECU2に入力される。したがっ
て、ECU2は、ノイズパルスFnにより、燃焼状態を
誤判定するおそれがある。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関の燃焼
状態検出装置は以上のように、イオン電流iに基づいて
燃焼状態を判定しているものの、点火制御時にイオン電
流検出信号Eiに重畳されるノイズ信号Enなどに対し
て有効な対策を施していないので、内燃機関の燃焼状態
を精度よく検出することができないという問題点があっ
た。
【0028】また、ECU2側の演算処理でイオンパル
ス信号Fiの有効期間などを設定しようとすると、EC
U2の演算処理の負担が増大して、ECU2の本来の制
御機能に支障を生じるおそれがあるという問題点があっ
た。
【0029】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、簡単な回路構成でイオン電流
検出信号をパルス化するとともに、簡単な判定ロジック
を用いてECU側の演算処理の負担を軽減することによ
り、コストアップを招くことなくイオンパルス信号のS
N比を向上させ、インターフェイス性に優れ且つ検出精
度および制御信頼性のよい内燃機関の燃焼状態検出装置
を得ることを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の燃焼状態検出装置は、点火用高電圧を発生する点火コ
イルと、点火用高電圧の印加により放電して内燃機関の
気筒内の混合気を着火する点火プラグと、混合気の燃焼
直後の気筒内で発生するイオン量に応じたイオン電流を
イオン電流検出信号として検出するイオン電流検出回路
と、イオン電流検出信号を波形整形してイオンパルス信
号を生成するパルス生成回路と、気筒の第1および第2
の基準クランク角を示すクランク角信号を生成するクラ
ンク角センサと、クランク角信号に基づいて点火コイル
を通電遮断するための点火信号を生成するとともに、イ
オンパルス信号に基づいて点火プラグにおける燃焼状態
を検出するECUとを備え、第1の基準クランク角は、
気筒を点火制御するための制御基準に対応し、第2の基
準クランク角は、気筒の圧縮上死点の近傍に対応し、E
CUは、第2の基準クランク角から第1の基準クランク
角までの検出区間内でイオンパルス信号に含まれるイオ
ンパルスの終了エッジを検出するエッジ検出手段と、第
1の基準クランク角におけるイオンパルス信号のレベル
を検出するレベル検出手段と、エッジ検出手段およびレ
ベル検出手段の各検出結果に基づいて内燃機関の燃焼状
態を判定する判定手段とを含むものである。
【0031】また、この発明に係る内燃機関の燃焼状態
検出装置の判定手段は、検出区間内で終了エッジが検出
された場合、または、第1の基準クランク角におけるイ
オンパルス信号のレベルがイオンパルスの存在に対応し
た第1レベルを示す場合に、点火プラグで燃焼が行われ
たことを判定し、検出区間内で終了エッジが検出され
ず、且つ、第1の基準クランク角におけるイオンパルス
信号のレベルがイオンパルスの不在に対応した第2レベ
ルを示す場合に、点火プラグで失火が発生したことを判
定するものである。
【0032】また、この発明に係る内燃機関の燃焼状態
検出装置の判定手段は、所定の制御サイクル数の間に失
火を判定した回数を計数するカウンタを含み、カウンタ
の計数値が所定値に達した場合に異常失火状態を判定し
て異常表示を行うものである。
【0033】また、この発明に係る内燃機関の燃焼状態
検出装置のパルス生成回路は、イオン電流検出信号を基
準レベルと比較する比較回路と、イオン電流検出信号か
らノイズを除去するためのタイマ処理回路とを含むもの
である。
【0034】また、この発明に係る内燃機関の燃焼状態
検出装置の第1の基準クランク角は、各気筒のB90°
からB60°までの間に設定され、第2の基準クランク
角は、各気筒のB10°からA10°までの間に設定さ
れたものである。
【0035】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.以下、この発明の実施の形態1を図につ
いて説明する。図1はこの発明の実施の形態1を概略的
に示すブロック構成図であり、図2は図1内の各電圧信
号の動作波形を示すタイミングチャートである。各図に
おいて、前述(図8および図9参照)と同様の構成につ
いては、同一符号を付してここでは詳述を省略する。
【0036】図1において、イオン電流検出回路を構成
する抵抗器R2に一端には、パルス生成回路20Aが接
続されている。パルス生成回路20Aは、イオン電流検
出信号Eiをパルス化する比較回路21と、比較回路2
1からのイオンパルス信号Fi内のノイズ信号Fn(図
9参照)を除去するタイマ処理回路22とを含み、イオ
ン電流検出信号Eiに基づくイオンパルス信号Giを生
成する。
【0037】比較回路21は、イオン電流検出信号Ei
を所定の基準レベルEr(図2参照)と比較し、イオン
電流検出信号Eiが基準レベルErを越えたときにイオ
ンパルスFi(図9参照)を出力する。
【0038】タイマ処理回路22は、比較回路21から
のイオンパルス信号Fiに基づいて、イオン電流検出信
号Eiが基準レベルErを一定時間τ(図2参照)にわ
たって連続的に越えたときにイオンパルスGPを生成
し、ノイズが除去された最終的なイオンパルス信号Gi
としてECU2Aに入力する。
【0039】図3はECU2A内の具体的構成を示す機
能ブロック図であり、イオンパルス信号Giおよびクラ
ンク角信号SGTから各気筒の燃焼状態(失火)を判定
するためのロジック構成を示している。
【0040】図3において、ECU2Aは、イオンパル
ス信号Giおよびクランク角信号SGTを取り込む入力
インターフェイス31および32と、イオンパルス信号
Giおよびクランク角信号SGTに基づいて燃焼状態を
判定する演算処理部33と、演算処理部33からの異常
失火判定信号MDを出力して異常失火表示部35を駆動
する出力インターフェイス34とを備えている。
【0041】演算処理部33は、各基準クランク角間で
のイオンパルスGPの立ち下がりエッジ数Niを計数す
るカウンタ36と、第1の基準クランク角B75°での
イオンパルス信号GiのレベルLiを検出するレベル検
出手段37と、立ち下がりエッジ数NiおよびレベルL
iに基づいて失火(燃焼状態)を判定する失火判定手段
38と、所定期間内に生成された失火判定信号Mを計数
して異常失火判定信号MDを出力する失火回数カウンタ
39とを備えている。
【0042】カウンタ36は、クランク角信号SGTの
立ち下がりエッジをスタートタイミングとし、次の立ち
上がりエッジをリセットタイミングとしており、第2の
基準クランク角B5°から第1の基準クランク角B75
°までの検出区間TD(図2参照)内で、イオンパルス
信号Gi内のイオンパルスGPの立ち下がりエッジ(終
了エッジ)を検出するためのエッジ検出手段を構成して
いる。
【0043】失火判定手段38は、検出区間TD内で立
ち下がりエッジ数Ni(≧1)が得られた場合、また
は、第1の基準クランク角B75°でのイオンパルス信
号GiのレベルLiがHレベル(イオンパルスGPの存
在に対応)を示す場合に、点火プラグ8a〜8dで燃焼
が行われたことを判定する。
【0044】また、失火判定手段38は、検出区間TD
内で立ち下がりエッジ数Niが検出されず、且つ、第1
の基準クランク角B75°でのイオンパルス信号Giの
レベルLiがLレベル(イオンパルスGPの不在に対
応)を示す場合に、点火プラグ8a〜8dで失火が発生
したことを判定して失火判定信号Mを出力する。
【0045】失火回数カウンタ39は、失火判定手段3
8と協動して燃焼状態の判定手段を構成しており、失火
判定信号Mを統計処理するために、制御サイクル数CT
を計数するカウンタと、失火判定信号Mの発生回数CM
を計数するカウンタとを含んでいる。
【0046】失火回数カウンタ39は、所定の制御サイ
クル数αの間に生成された失火判定信号Mの回数CMを
計数し、計数値CMが所定値βに達した場合に異常失火
状態を判定して異常失火判定信号MDを出力し、異常失
火表示部35に異常表示を行う。
【0047】次に、図1〜図3とともに、図4のフロー
チャートを参照しながら、この発明の実施の形態1の失
火判定処理動作について説明する。図4は失火判定手段
38および失火回数カウンタ39の動作を示すフローチ
ャートであり、失火回数カウンタ39内の各カウンタの
計数値CTおよびCMは、あらかじめリセット(0クリ
ア)されているものとする。
【0048】なお、ECU2Aによる一般的な点火制御
動作などについては、前述と同様なので省略し、ここで
は、前述と異なるイオンパルス信号Giに基づく処理動
作のみに注目して説明する。
【0049】まず、パルス生成回路20A内の比較回路
21は、イオン電流検出信号Eiと基準レベルErとを
比較し、Ei>Erを示す期間にわたってHレベルとな
るイオンパルス信号Fiを出力する。
【0050】また、タイマ処理回路22は、イオンパル
ス信号FiがHレベルとなる期間が一定時間τだけ継続
したときにHレベルとなるイオンパルスGPを生成す
る。これにより、点火コイル4の通電遮断時に生成する
ノイズ信号Enが除去されたイオンパルス信号GiがE
CU2Aに入力される。ECU2Aには、イオンパルス
信号Giとともにクランク角信号SGTが入力される。
【0051】ECU2Aにおいて、演算処理部33内の
カウンタ36は、制御対象気筒(たとえば、#1気筒)
の第2の基準位置B5°から、次の制御対象気筒(たと
えば、#3気筒)の第1の基準位置B75°まで(検出
区間TD)に検出されるイオンパルスGPの立ち下がり
エッジ数Niを計数する。
【0052】また、レベル検出手段37は、次の制御対
象気筒(#3気筒)の第1の基準位置B75°におい
て、制御気筒(#1気筒)からのイオンパルス信号Gi
のレベルLiを検出する。
【0053】次に、図4において、失火判定手段38
は、立ち下がりエッジ数Niが1以上であるか否かによ
り、検出区間TD内にイオンパルスGPが存在したか否
かを判定する(ステップS1)。
【0054】もし、検出区間TD内でイオンパルスGP
の立ち下がりエッジが1回でも存在すれば、ステップS
1において、Ni≧1(すなわち、YES)と判定され
るので、制御対象気筒(#1気筒)が「燃焼」したもの
と見なし、失火回数カウンタ39は、制御サイクル数C
Tをインクリメントする(ステップS2)。
【0055】続いて、失火回数カウンタ39は、制御サ
イクル数CTが判定用の所定サイクル数αに達したか否
かを判定し(ステップS3)、もし、CT<α(すなわ
ち、NO)と判定されれば、リターンして図4の判定ロ
ジックを繰り返す。
【0056】一方、ステップS1において、Ni<1
(すなわち、NO)と判定されれば、失火判定手段38
は、続いて、次の制御対象気筒(#3気筒)の第1の基
準位置B75°におけるイオンパルス信号Giのレベル
LiがHレベルか否かを判定する(ステップS4)。
【0057】もし、イオンパルス信号GiのレベルLi
がHレベル(すなわち、YES)と判定されれば、制御
対象気筒(#1気筒)は「燃焼」したものと見なし、制
御サイクル数CTのインクリメント用ステップS2に進
む。
【0058】また、ステップS4において、イオンパル
ス信号GiのレベルLiがLレベル(すなわち、NO)
と判定されれば、制御対象気筒(#1気筒)が「失火」
したものと見なし、失火判定手段38は失火判定信号M
を出力する。これにより、失火回数カウンタ39は、失
火回数計数値CMをインクリメントし(ステップS
5)、制御サイクル数CTのインクリメント用ステップ
S2に進む。
【0059】こうしてステップS2を繰り返すことによ
り、制御サイクル数CTが所定サイクル数αに達する
と、ステップS3において、CT≧α(すなわち、YE
S)と判定される。
【0060】このとき、失火回数カウンタ39は、失火
判定回数の計数値CMが所定値βに達したか否かを判定
し(ステップS6)、もし、CM<β(すなわち、N
O)と判定されれば、制御対象気筒(#1気筒)が異常
失火状態ではないと見なして、各カウンタ計数値CTお
よびCMを0クリアし(ステップS7)、ステップS1
にリターンする。
【0061】一方、ステップS6において、CM≧β
(すなわち、YES)と判定されれば、失火回数カウン
タ39は、異常失火判定信号MDにより異常失火表示部
35を駆動し(ステップS8)、カウンタ計数値のリセ
ット用ステップS7に進む。以下、オペレータが適切な
失火対策を施して、異常失火表示部35を解除操作する
まで異常失火が表示され続ける。
【0062】このように、パルス生成回路20A内にお
いて、簡単なタイマ処理回路22を用いるとともに、E
CU2A内において、検出区間TD内でのイオンパルス
GPの立ち下がりエッジ数Niと、第1の基準クランク
角B75°でのイオンパルス信号GiのレベルLiを検
出するという、簡単な判定ロジックを用いるのみで、容
易に且つ確実に燃焼状態(失火)を検出することができ
る。
【0063】したがって、全体の回路構成およびECU
2A内の演算処理部33の負担が増大することもなく、
コストアップを招くこともない。また、ノイズ信号En
の除去によりイオンパルス信号GiのSN比が向上する
ので、ECU2Aは、高精度のイオンパルス信号Giに
基づいて、演算処理の負担を増やすことなく、高い信頼
性で燃焼状態を判定することができる。
【0064】さらに、失火判定手段38と協動する失火
回数カウンタ39を用いて、複数の失火判定結果を統計
処理して異常失火状態を判定するようにしたので、異常
失火状態を高い信頼性で判定することができる。
【0065】ところで、一般に、イオン電流検出信号E
iの出力レベルは、制御対象気筒の爆発行程中の前半、
すなわち圧縮上死点からA90°(圧縮上死点から90
°回転後)までの範囲において特に大きいことが知られ
ている。また、次の制御対象気筒の第1の基準クランク
角B75°は、制御対象気筒のA105°に対応してい
る。
【0066】したがって、検出区間TDは、イオン電流
検出信号Eiの出力レベルが大きい範囲(圧縮上死点〜
A90°)を含んでいるので、上記検出区間TDにおい
てイオンパルス信号Giを参照することにより、有効に
燃焼状態(失火状態)を判定することができる。なお、
ECU2Aは、燃焼状態の判定結果に基づいて、種々の
制御パラメータ(たとえば、点火時期)を補正可能こと
は言うまでもない。
【0067】また、上記実施の形態1においては、図2
のように正常燃焼状態の動作波形を示したが、種々の燃
焼状態に対しても適切に判定処理を行うことができる。
たとえば、図5は#1気筒において早期着火(プレイグ
ニション)などが発生した場合の電圧波形を示すタイミ
ングチャートであり、検出区間TDよりも手前でイオン
電流検出信号Eiが生成されている。
【0068】このように、#1気筒のクランク角位置B
10°以前に、正常燃焼時とは異なるイオン電流検出信
号Eiが生成される状態は、プレイグニションによりイ
オン電流が流れた場合のみならず、筒内噴射式の内燃機
関において点火プラグ8a〜8dが圧縮行程中に燃料噴
射された場合の漏れ電流などによっても生じ得る。
【0069】この場合、#1気筒の第1の基準クランク
角B75°〜第2の基準クランク角B°の範囲でイオン
パルスGPが発生するが、検出区間TD内でイオンパル
スGPが発生しないので、失火判定手段38が#1気筒
の燃焼状態を判定することはない。
【0070】また、たとえば、図6に示すように、点火
時期が進角側に制御されている場合には、第2の基準ク
ランク角B5°よりも手前でイオンパルスGPが立ち上
がることになる。
【0071】この場合、検出区間TD内でイオンパルス
GPの立ち下がりエッジ(終了エッジ)が検出されるの
で、失火判定手段38は、#1気筒が「燃焼」したこと
を判定することができ、失火を誤判定することはない。
【0072】また、たとえば、図7に示すように、長時
間にわたって燃焼が続いた場合には、イオン電流が流れ
続けるので、イオンパルスGPは、#3気筒の第1の基
準位置B75°以降まで立ち下がらなくなる。
【0073】この場合、検出区間TD内でイオンパルス
GPの立ち下がりエッジを検出することができないが、
#3気筒の第1の基準位置B75°におけるイオンパル
ス信号GiのレベルLiがHレベルであることから、失
火判定手段38は、#1気筒でイオン発生(燃焼)した
ことを判定することができる。一般に、図7のような長
期燃焼は、点火時期が遅角側に設定された場合に発生
し、あまり良好な燃焼状態とはいえないが、失火とは見
なされない。
【0074】実施の形態2.なお、上記実施の形態1で
は、内燃機関の複数気筒に対してイオン電流検出手段を
共用した場合を考慮して、一系列のイオンパルスGPを
気筒毎に区別するために、制御対象気筒の第2の基準位
置B5°から、次の制御対象気筒の第1の基準位置B7
5°までを検出区間TDとしている。
【0075】しかし、各気筒に対応して複数のイオン電
流検出手段が設けられ、気筒毎に個別の信号系列として
イオンパルスGPが取得可能な場合には、検出区間TD
の終了タイミングを次の制御対象気筒の第2の基準クラ
ンク角B5°に設定し、検出区間TDを広げてもよい。
【0076】この場合、たとえば図5内の#1気筒よう
に、#3気筒の圧縮行程後期(#1気筒の爆発行程後
期)にプレイグニションが発生したとしても、このプレ
イグニションによるイオンパルスは、別のイオン電流検
出装置により検出されるので、#1気筒のイオンパルス
GPの検出し対して何ら障害とはならない。
【0077】実施の形態3.なお、上記実施の形態1で
は、各気筒に対する制御パラメータの演算基準となる第
1の基準クランク角をB75°に設定し、各気筒の圧縮
上死点近傍となる第2の基準クランク角をB5°に設定
したが、第1の基準クランク角をB90°〜B60°の
範囲内の値に設定し、第2の基準クランク角をB10°
〜A10°の範囲内の値にしてもよい。
【0078】上記許容範囲内であれば、何ら支障なく点
火時期の制御および燃焼状態の検出を行うことができ、
前述と同等の作用効果を奏する。
【0079】実施の形態4.また、上記実施の形態1で
は、点火用高電圧を各気筒に高圧配電する場合を例にと
って説明したが、低圧配電であってもよく、気筒群毎に
グループ着火する場合にも適用可能なことは言うまでも
ない。
【0080】
【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項1によれ
ば、点火用高電圧を発生する点火コイルと、点火用高電
圧の印加により放電して内燃機関の気筒内の混合気を着
火する点火プラグと、混合気の燃焼直後の気筒内で発生
するイオン量に応じたイオン電流をイオン電流検出信号
として検出するイオン電流検出回路と、イオン電流検出
信号を波形整形してイオンパルス信号を生成するパルス
生成回路と、気筒の第1および第2の基準クランク角を
示すクランク角信号を生成するクランク角センサと、ク
ランク角信号に基づいて点火コイルを通電遮断するため
の点火信号を生成するとともに、イオンパルス信号に基
づいて点火プラグにおける燃焼状態を検出するECUと
を備え、第1の基準クランク角は、気筒を点火制御する
ための制御基準に対応し、第2の基準クランク角は、気
筒の圧縮上死点の近傍に対応し、ECUは、第2の基準
クランク角から第1の基準クランク角までの検出区間内
でイオンパルス信号に含まれるイオンパルスの終了エッ
ジを検出するエッジ検出手段と、第1の基準クランク角
におけるイオンパルス信号のレベルを検出するレベル検
出手段と、エッジ検出手段およびレベル検出手段の各検
出結果に基づいて内燃機関の燃焼状態を判定する判定手
段とを含み、簡単な回路構成でイオン電流検出信号をパ
ルス化するとともに、簡単な判定ロジックを用いてEC
U側の演算処理の負担を軽減するようにしたので、コス
トアップを招くことなくイオンパルス信号のSN比を向
上させ、インターフェイス性に優れ且つ検出精度および
制御信頼性のよい内燃機関の燃焼状態検出装置が得られ
る効果がある。
【0081】また、この発明の請求項2によれば、請求
項1において、判定手段は、検出区間内で終了エッジが
検出された場合、または、第1の基準クランク角におけ
るイオンパルス信号のレベルがイオンパルスの存在に対
応した第1レベルを示す場合に、点火プラグで燃焼が行
われたことを判定し、検出区間内で終了エッジが検出さ
れず、且つ、第1の基準クランク角におけるイオンパル
ス信号のレベルがイオンパルスの不在に対応した第2レ
ベルを示す場合に、点火プラグで失火が発生したことを
判定するようにしたので、簡単な判定ロジックで失火判
定可能な内燃機関の燃焼状態検出装置が得られる効果が
ある。
【0082】また、この発明の請求項3によれば、請求
項2において、判定手段は、所定の制御サイクル数の間
に失火を判定した回数を計数するカウンタを含み、カウ
ンタの計数値が所定値に達した場合に異常失火状態を判
定して異常表示を行うようにしたので、統計処理に基づ
いて信頼性の高い異常失火判定が可能な内燃機関の燃焼
状態検出装置が得られる効果がある。
【0083】また、この発明の請求項4によれば、請求
項1において、パルス生成回路は、イオン電流検出信号
を基準レベルと比較する比較回路と、イオン電流検出信
号からノイズを除去するためのタイマ処理回路とを含
み、ノイズを除去したイオンパルス信号を取得するよう
にしたので、信頼性の高い内燃機関の燃焼状態検出装置
が得られる効果がある。
【0084】また、この発明の請求項5によれば、請求
項1において、第1の基準クランク角を各気筒のB90
°からB60°までの間に設定し、第2の基準クランク
角を各気筒のB10°からA10°までの間に設定した
ので、簡単な判定ロジックを用いて信頼性の高い内燃機
関の燃焼状態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を概略的に示す構成
図である。
【図2】 この発明の実施の形態1の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。
【図3】 図1内のECUの具体的構成例を示す機能ブ
ロック図である。
【図4】 この発明の実施の形態1による失火判定処理
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による早期着火時の
燃焼状態判定動作を説明するためのタイミングチャート
である。
【図6】 この発明の実施の形態1による進角点火時の
燃焼状態判定動作を説明するためのタイミングチャート
である。
【図7】 この発明の実施の形態1による長期燃焼時の
燃焼状態判定動作を説明するためのタイミングチャート
である。
【図8】 従来の内燃機関の燃焼状態検出装置を概略的
に示す構成図である。
【図9】 従来の内燃機関の燃焼状態検出装置の動作を
説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 クランク角センサ、2A ECU、3 各種セン
サ、4 点火コイル、8a〜8d 点火プラグ、9 コ
ンデンサ、11a〜11d ダイオード、20Aパルス
生成回路、21 比較回路、22 タイマ処理回路、3
3 演算処理部、35 異常失火表示部、36 カウン
タ(エッジ検出手段)、37 レベル検出手段、38
失火判定手段、39 失火回数カウンタ、B75° 第
1の基準クランク角、B5° 第2の基準クランク角、
CM、CT 計数値、Ei イオン電流検出信号、En
ノイズ信号、Er 基準レベル、i イオン電流、G
iイオンパルス信号、GP イオンパルス、Li イオ
ンパルス信号のレベル、M 失火判定信号、MD 異常
失火判定信号、Ni 立ち下がりエッジ数、P点火信
号、R2 抵抗器、SGT クランク角信号、TD 検
出区間、V2 二次電圧、α 所定回数、β 所定値、
τ 一定時間、S1 エッジの有無を判定するステッ
プ、S2 制御サイクル数を計数するステップ、S3
制御サイクル数を所定サイクル数と比較するステップ、
S4 イオンパルス信号のレベルを判定するステップ、
S5 失火回数を計数するステップ、S6 失火回数を
所定値と比較するステップ、S8 異常失火表示させる
ステップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−26092(JP,A) 特開 平5−149230(JP,A) 特開 平4−54282(JP,A) 特開 平5−280411(JP,A) 特開 平4−136485(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02P 17/12 F02D 45/00 G01M 15/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 点火用高電圧を発生する点火コイルと、 前記点火用高電圧の印加により放電して内燃機関の気筒
    内の混合気を着火する点火プラグと、 前記混合気の燃焼直後の気筒内で発生するイオン量に応
    じたイオン電流をイオン電流検出信号として検出するイ
    オン電流検出回路と、 前記イオン電流検出信号を波形整形してイオンパルス信
    号を生成するパルス生成回路と、 前記気筒の第1および第2の基準クランク角を示すクラ
    ンク角信号を生成するクランク角センサと、 前記クランク角信号に基づいて前記点火コイルを通電遮
    断するための点火信号を生成するとともに、前記イオン
    パルス信号に基づいて前記点火プラグにおける燃焼状態
    を検出するECUとを備え、 前記第1の基準クランク角は、前記気筒を点火制御する
    ための制御基準に対応し、 前記第2の基準クランク角は、前記気筒の圧縮上死点の
    近傍に対応し、 前記ECUは、 前記第2の基準クランク角から前記第1の基準クランク
    角までの検出区間内で前記イオンパルス信号に含まれる
    イオンパルスの終了エッジを検出するエッジ検出手段
    と、 前記第1の基準クランク角における前記イオンパルス信
    号のレベルを検出するレベル検出手段と、 前記エッジ検出手段および前記レベル検出手段の各検出
    結果に基づいて前記内燃機関の燃焼状態を判定する判定
    手段とを含むことを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出
    装置。
  2. 【請求項2】 前記判定手段は、 前記検出区間内で前記終了エッジが検出された場合、ま
    たは、前記第1の基準クランク角における前記イオンパ
    ルス信号のレベルが前記イオンパルスの存在に対応した
    第1レベルを示す場合に、前記点火プラグで燃焼が行わ
    れたことを判定し、 前記検出区間内で前記終了エッジが検出されず、且つ、
    前記第1の基準クランク角における前記イオンパルス信
    号のレベルが前記イオンパルスの不在に対応した第2レ
    ベルを示す場合に、前記点火プラグで失火が発生したこ
    とを判定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機
    関の燃焼状態検出装置。
  3. 【請求項3】 前記判定手段は、 所定の制御サイクル数の間に前記失火を判定した回数を
    計数するカウンタを含み、 前記カウンタの計数値が所定値に達した場合に異常失火
    状態を判定して異常表示を行うことを特徴とする請求項
    2に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
  4. 【請求項4】 前記パルス生成回路は、前記イオン電流
    検出信号を基準レベルと比較する比較回路と、前記イオ
    ン電流検出信号からノイズを除去するためのタイマ処理
    回路とを含むことを特徴とする請求項1に記載の内燃機
    関の燃焼状態検出装置。
  5. 【請求項5】 前記第1の基準クランク角は、前記各気
    筒のB90°からB60°までの間に設定され、 前記第2の基準クランク角は、前記各気筒のB10°か
    らA10°までの間に設定されたことを特徴とする請求
    項1に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
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