JP5004034B2 - 点火プラグ劣化判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、火花点火方式の内燃機関に用いられる点火プラグの劣化状態を判定する方法に関する。

火花点火方式の内燃機関に用いられる点火プラグの劣化が進むと、正常な点火がなされなくなり、失火が発生して所望の出力を得られないのはもちろん、燃費や排気の状態も悪化してしまい、排気浄化装置の触媒の負担も増大する。このため、定期的に点火プラグの点検や交換を行うことが推奨されているけれども、点火プラグの点検や交換作業に伴う無駄な手間や時間などを可能な限り回避できることが望まれる。

このため、点火プラグの失火状態を検出し、これに基づいて点火プラグの劣化を予測することが考えられている。例えば、特許文献１においては、まず燃焼開始前から燃焼開始後に至るまでの所定の間に定められた計測点での熱発生量指標ＰＶ^κを算出し、これらのうちの２点間の熱発生量指標ＰＶ^κの差ΔＰＶ^κを算出する。そして、この積算値が所定値を超えた場合に失火が発生したと判定している。なお、熱発生量指標ＰＶ^κは、筒内圧Ｐの検出時における瞬時熱発生量に関する制御パラメータであり、内燃機関の燃焼室内の圧力、つまり筒内圧Ｐと、この筒内圧Ｐの検出時における燃焼室の容積Ｖとの積を所定の指数、より具体的には比熱比κで累乗した値である。

特開２００６−７０８８５号公報

特許文献１に開示された方法によって失火の有無を判定する場合、失火の原因が点火プラグの劣化に基づくものであるのか、あるいは他の別な理由に基づくものであるのかを正確に判別することができない。このため、失火の有無が点火プラグの劣化に基づくものであることをより正確に把握し、これに基づいて点火プラグの劣化を判定することができる方法に対する要求がある。

本発明の目的は、火花点火方式の内燃機関に用いられる点火プラグの劣化状態を高信頼性を以て容易に判定し得る方法を提供することにある。

本発明の第１の形態は、火花点火方式の内燃機関に用いられる点火プラグの劣化状態を判定する方法であって、個々の点火時における燃焼室内の空燃比と圧力とを検出する第１のステップと、個々の点火時における失火の発生の有無を判定する第２のステップと、これら第１および第２のステップを繰り返し、燃焼室内の空燃比および圧力を変数とする個々の点火条件での失火確率を求める第３のステップと、燃焼室内の空燃比および圧力を変数とする個々の点火条件での基準失火確率を設定する第４のステップと、この第４のステップにて設定された基準失火確率と前記第３のステップにて求められた失火確率とに基づいて点火プラグの劣化状態を判定する第５のステップとを具えたことを特徴とするものである。

本発明においては、点火プラグの劣化に伴って失火確率が低下する傾向を利用し、内燃機関に新たな点火プラグを装着した直後の失火確率に対し、点火プラグの劣化が進行した状態での失火確率の変化を把握する。

本発明の第１の形態による点火プラグ劣化判定方法において、第４のステップにて設定される基準失火確率は、点火プラグが内燃機関に最初に装着されたものである場合、この点火プラグを内燃機関に最初に装着した直後からこれが所定の点火回数に至るまでの第３のステップにて求められた失火確率であってよい。

また、基準失火確率を設定する第４のステップは、点火プラグが新たに交換されたものである場合、点火プラグを新たに交換した直後からこれが所定の点火回数に至るまでの第３のステップにて求められた失火確率を用い、すでに設定されている基準失火確率を更新するステップを含むことができる。

点火プラグの劣化状態を判定する第５のステップは、第３のステップにて求められた失火確率と第４のステップにて設定された基準失火確率との差が予め設定された閾値を越えた場合、点火プラグが劣化したと判定するものであってよい。

本発明の第２の形態は、火花点火方式の内燃機関に用いられる点火プラグの劣化状態を判定する方法であって、個々の点火時における燃焼室内の空燃比と圧力と最大燃焼可能時間とを求める第１のステップと、個々の点火時における燃焼室内の燃焼割合を算出する第２のステップと、これら第１および第２のステップを繰り返し、燃焼室内の空燃比，圧力，最大燃焼可能時間を変数とする個々の点火条件での燃焼割合を求める第３のステップと、燃焼室内の空燃比，圧力，最大燃焼可能時間を変数とする個々の点火条件での基準燃焼割合を設定する第４のステップと、この第４のステップにて設定された基準燃焼割合と前記第３のステップにて求められた燃焼割合とを比較して点火プラグの劣化状態を判定する第５のステップとを具えたことを特徴とするものである。

本発明においては、点火プラグの劣化に伴って点火エネルギーも低下するため、ストイキオ領域を含め、内燃機関のあらゆる運転領域において燃焼速度が低下することとなる。すなわち、内燃機関に新たな点火プラグを装着した直後の燃焼割合に対し、点火プラグの劣化が進行した状態での燃焼割合は低下する傾向を持つ。

本発明の第２の形態による点火プラグ劣化判定方法において、第４のステップにて設定される基準燃焼割合は、点火プラグが内燃機関に最初に装着されたものである場合、この点火プラグを内燃機関に最初に装着した直後からこれが所定の点火回数に至るまでの第３のステップにて求められた燃焼割合の平均値およびその標準偏差を含むものであってよい。特に、基準燃焼割合を設定する第４のステップは、点火プラグが新たに交換されたものである場合、点火プラグを新たに交換した直後からこれが所定の点火回数に至るまでの第３のステップにて求められた燃焼割合の平均値およびその標準偏差を用い、すでに設定されている基準燃焼割合を更新するステップを含むことが好ましい。

点火プラグの劣化状態を判定する第５のステップは、第３のステップにて求められた燃焼割合が第４のステップにて設定された基準燃焼割合に含まれない場合、点火プラグが劣化したと判定するものであってよい。

本発明の第１の形態によると、点火プラグの点火に伴って求められる失火確率と予め設定した基準失火確率とに基づいて点火プラグの劣化状態を判定するようにしたので、点火プラグの劣化判定を従来のものよりも簡便に行うことができる。

基準失火確率が、点火プラグを内燃機関に最初に装着した直後からこれが所定の点火回数に至るまでに求められた失火確率の場合、点火プラグが内燃機関に最初に装着されたものであっても、個々の内燃機関に適合した基準失火確率を設定することができる。

点火プラグを新たに交換した直後からこれが所定の点火回数に至るまでに求められた失火確率を用い、すでに設定されている基準失火確率を更新する場合、基準失火確率をより信頼性の高いものに設定することができる。

求められた失火確率と設定された基準失火確率との差が予め設定された閾値を越えた場合、点火プラグが劣化したと判定することにより、劣化判定の信頼性をより高いものにすることができる。

本発明の第２の形態によると、燃焼室内の燃焼割合と予め設定した基準燃焼割合とを比較して点火プラグの劣化状態を判定するようにしたので、ストイキオ領域を含め、内燃機関のあらゆる運転状態において点火プラグの高精度な劣化検出が可能となる。

基準燃焼割合が、この点火プラグを内燃機関に最初に装着した直後からこれが所定の点火回数に至るまでに求められた燃焼割合の平均値およびその標準偏差を含む場合、この点火プラグに適合した基準燃焼割合を設定することができる。

点火プラグを新たに交換した直後からこれが所定の点火回数に至るまでに求められた燃焼割合の平均値およびその標準偏差を用い、すでに設定されている基準燃焼割合を更新する場合、基準燃焼割合をより信頼性の高いものに設定することができる。

求められた燃焼割合が設定された基準燃焼割合に含まれない場合に点火プラグが劣化したと判定することにより、劣化判定の信頼性をより高いものにすることができる。

本発明による点火プラグ劣化判定方法の一実施形態における制御ブロック図である。 図１に示した実施形態における点火プラグの劣化判定手順を表すフローチャートである。 本発明による点火プラグ劣化判定方法の他の一実施形態における制御ブロック図である。 図３に示した実施形態における燃焼室内での燃料の燃焼時間とこの燃焼室の空燃比との関係を表すマップである。 図３に示した実施形態における点火プラグの劣化判定手順を表すフローチャートである。

本発明による点火プラグ劣化判定方法の実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、必要に応じてこれらをさらに組み合わせたりすることができることは言うまでもない。

第１の本実施形態における制御ブロックを図１に示す。すなわち、本実施形態における内燃機関は、火花点火方式の４サイクル内燃機関であることが前提であり、その図示しない吸気管の途中には、ここを流れる吸気の流量を検出してこれをＥＣＵに出力するエアフローメーター１０が設けられている。また、図示しないシリンダーヘッドには、燃焼室内の圧力を検出してこれをＥＣＵ１１に出力する筒内圧センサー１２が装着されている。さらに、この点火プラグ劣化判定システムにおいては、内燃機関の図示しないクランク軸の回転位相を検出してこれをＥＣＵ１１に出力するクランク角センサー１３と、図示しない点火プラグが劣化していることを警告するための警報装置１４とを具えている。この警報装置１４は、聴覚や視覚などを利用して内燃機関を駆動する車両の運転者などに対する注意を喚起し得るものであればよい。

ＥＣＵ１１は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器および入出力インタフェースなどを含むマイクロコンピュータを含む。このＥＣＵ１１は、内燃機関の円滑な運転がなされるように、上述したエアフローメーター１０や筒内圧センサー１２に加え、図示しないアクセル開度センサーなどからの検出信号に基づいて所定の演算処理を行う。そして、予め設定されたプログラムに従って図示しない燃料噴射弁からの燃料噴射量や、点火プラグの点火時期や、図示しない吸排気弁の開閉時期などを制御する。このため、ＥＣＵ１１は、運転状態判定部１５と、燃料噴射量設定部１６と、点火時期設定部１７と、吸排気弁開閉時期設定部１８とを含む。

運転状態判定部１５は、先のエアフローメーター１０，筒内圧センサー１２，アクセル開度センサーなどからの検出信号に基づいて内燃機関の運転状態に関する情報を燃料噴射量設定部１６，点火時期設定部１７，吸排気弁開閉時期設定部１８に出力する。さらに、後述するＥＣＵ１１の燃焼室空燃比算出部１９，運転領域選択部２０，図示トルク算出部２１にも同様な運転状態に関する情報が運転状態判定部１５から出力されるようになっている。

燃料噴射量設定部１６は、運転状態判定部１５からの情報に基づき、燃料噴射弁などを含む燃料供給系から内燃機関の燃焼室内に供給されるに燃料噴射量を設定し、その情報をＥＣＵ１１の燃焼室空燃比算出部１９に出力する。

点火時期設定部１７は、運転状態判定部１５からの情報に基づき、点火プラグの点火時期を設定する。この情報は、ＥＣＵ１１の運転領域選択部２０および図示トルク算出部２１にも出力される。

吸排気弁開閉時期設定部１８は、運転状態判定部１５からの情報に基づき、吸排気弁の開閉時期を設定する。このうち、排気弁の開弁時期に関する情報は、ＥＣＵ１１の図示トルク算出部２１に出力される。なお、内燃機関が可変動弁機構を持たない吸排気弁の開閉時期が固定式のものであっても本発明を実施することが可能であり、この場合には、吸排気弁の開閉時期が不変であるので、ＥＣＵ１１には吸排気弁開閉時期設定部１８が不要となることに注意されたい。

また、このＥＣＵ１１は、点火プラグの劣化状態を判定して必要に応じて警報装置１４を駆動するため、燃焼室空燃比算出部１９と、運転領域選択部２０と、図示トルク算出部２１と、点火プラグ交換フラグ設定部２２と、燃焼室容積変化率算出部２３と、失火判定部２４と、失火確率算出部２５と、失火確率マップ記憶・更新部２６と、比較判定部２７と、警報装置駆動部２８とをさらに具えている。

燃焼室空燃比算出部１９は、燃料噴射量と、筒内圧と、点火時期とから、燃焼室内の空燃比Ｒを算出してこれを運転領域選択部２０に出力する。従って、この燃焼室空燃比算出部１９には、燃料噴射量設定部１６からの情報と、運転状態判定部１５からの筒内圧に関する情報と、点火時期設定部１７からの情報とが入力される。なお、この燃焼室空燃比Ｒの詳細な算出手順などに関しては、特開２００６−９７５８８号公報に開示されており、本発明においてはこれが発明の主体ではないので、簡単に説明するに留める。すなわち、燃焼室空燃比算出部１９には、図２に示すような燃焼時間ｔ_Fと空燃比Ｒとの関係を表すマップが予め記憶されている。燃焼室空燃比算出部１９は、燃焼室に供給された燃料の燃焼時間に基づき、図２に示すマップから燃焼室空燃比Ｒを読み出す。このため、燃焼室空燃比算出部１９では燃焼室内に供給される燃料噴射量に基づいて理論的に求められる熱発生量Ｑ_Rと、点火プラグの点火から実際に算出される熱発生量Ｑ_nとがほぼ等しくなった時点におけるクランク角位相を算出する。さらに、点火プラグの点火時からこのクランク角位相に至るまでの時間、つまり燃料の燃焼時間ｔ_Fを算出する。実際の熱発生量Ｑ_nは、クランク角位相に対応した筒内容積Ｖと、この時に筒内圧センサー１２によって検出される筒内圧Ｐとから算出される瞬間熱発生量ｑを、点火プラグの点火時期θ_Sから排気弁の開弁時期θ_Oに至るまで積分することにより算出される。この瞬間熱発生量ｑは、
ｑ＝{κ/(κ−１)}ＰdＶ＋{１/(κ−１)}ＶdＰ
で表すことができる。ここでκは燃料の比熱比であり、dＶ，dＰは筒内容積Ｖ，筒内圧Ｐのそれぞれ微分値、すなわち変化率を示している。従って、点火プラグを点火してからのこの瞬間熱発生量ｑの積分値Ｑ_nと理論的に求められる熱発生量Ｑ_Rとがほぼ等しくなった時点までの時間が燃焼時間ｔ_Fとして算出され、図２に示すマップから対応する燃焼室空燃比が読み出される。

運転領域選択部２０は、失火判定部２４にてなされる失火の判定が、どの点火時における筒内圧Ｐの範囲に属するものであるか、どの燃焼室の空燃比Ｒの範囲に属するものであるかを選択するためのものである。このため、運転領域選択部２０には、点火時期設定部１７からの点火時期に関する情報と、筒内圧情報と、燃焼室空燃比算出部１９からの燃焼室空燃比に関する情報とが入力される。そして、選択された筒内圧Ｐおよび燃焼室空燃比Ｒに関する情報が失火確率算出部２５へと出力される。

図示トルク算出部２１には、筒内圧Ｐに関する情報と、排気弁の開弁時期θ_Oに関する情報と、点火プラグの点火時期θ_Fに関する情報と、燃焼室容積変化率算出部２３からの燃焼室容積変化率dＶ/dδに関する情報とが入力する。図示トルク算出部２１は、これらの情報に基づき、点火プラグの点火時期θ_Fから排気弁開弁時期θ_Oまでの間の瞬間トルクｅを積分し、これを図示トルクＥとして失火判定部２４に出力する。瞬間トルクｅは
ｅ＝Ｐ・dＶ
で表すことができる。

点火プラグ交換フラグ設定部２２は、新たな点火プラグが内燃機関に装着された場合に点火プラグ交換フラグをセットするためのものであり、これは例えば点火プラグを交換する人によって操作される専用のセットスイッチなどを含むことができる。この点火プラグ交換フラグ設定部２２にて点火プラグ交換フラグがセットされている場合、点火プラグを一定期間、例えば数千回点火した後、この点火プラグ交換フラグがリセットされるようになっている。また、点火プラグ交換フラグがリセットされている場合、ＥＣＵ１１は直ちに点火プラグの劣化判定に移行する。

燃焼室容積変化率算出部２３は、図示トルク算出部２１にて図示トルクを算出するため、燃焼室の容積Ｖの変化率dＶをクランク角位相δに関係付けてdＶ/dδとして算出し、これを図示トルク算出部２１に出力する。

失火判定部２４は、図示トルク算出部２１からの出力Ｅに基づき、これが負の場合に失火であると判定してその情報を失火確率算出部２５に出力する。

失火確率算出部２５は、失火判定部２４からの判定結果と、運転領域選択部２０からの情報とを新たな点火プラグが内燃機関に装着された直後から蓄積して失火確率Ｙを算出し、これを失火確率マップ記憶・更新部２６と比較判定部２７とに出力する。より具体的には、点火時の筒内圧Ｐ_Sと、この時の燃焼室の空燃比Ｒとが同じ領域における点火回数に対する失火回数の割合を失火確率Ｙとして算出する。つまり、個々の点火条件、本実施形態では点火時の筒内圧Ｐ_Sと、この時の燃焼室の空燃比Ｒとを変数とする失火確率Ｙに関するデーターを新たな点火プラグが内燃機関に装着された直後から作成し、これを失火確率マップ記憶・更新部２６に出力する。

失火確率マップ記憶・更新部２６は、新たな点火プラグが内燃機関に装着された直後からこの点火プラグをあらかじめ設定した所定点火回数に達するまで、失火確率算出部２５にて算出された失火確率Ｙに関するデーターを蓄積する。そして、これを基準失火確率Ｙ_Rのマップとして記憶する。そして、この基準失火確率Ｙ_Rを比較判定部２７に出力する。この場合、失火確率マップ記憶・更新部２６がすでに基準失火確率Ｙ_Rのマップを記憶している場合には、新たに算出されるマップを最新の基準失火確率Ｙ_Rとして更新する。

比較判定部２７は、失火確率算出部２５にて算出された失火確率Ｙと、失火確率マップ記憶・更新部２６に記憶されている点火時の筒内圧Ｐ_Sと、この時の燃焼室の空燃比Ｒとが同じ条件における基準失火確率Ｙ_Rとを比較する。そして、算出された失火確率Ｙが基準失火確率Ｙ_Rに対して所定の許容誤差εの範囲内に存在しない場合、つまり本発明における閾値を超えた場合、点火プラグが劣化していると判定してこれを警報装置駆動部２８に出力する。

警報装置駆動部２８は、比較判定部２７からの判定結果に基づき、点火プラグが劣化している場合に警報装置１４を駆動する。

次に、このような本実施形態における点火プラグの劣化判定手順を図３のフローチャートを参照して説明する。まず、Ｓ３１のステップにてクランク角センサー１３および筒内圧センサー１２からの検出信号を取得すると共に点火時期θ_Sおよび排気弁開弁時期θ_Oを取得する。そして、Ｓ３２のステップにて点火プラグの点火時における筒内圧Ｐ_Sと、これによる燃焼室内の空燃比Ｒとを取得する。そして、Ｓ３３のステップにて今回の運転領域を選択した後、Ｓ３４のステップに移行して選択された運転領域のカウントアップを行い、Ｓ３５のステップに移行する。

上述したＳ３２〜Ｓ３４のステップと並行して次のＳ３６〜Ｓ３８のステップが実行される。すなわち、Ｓ３６のステップでは図示トルクを算出し、Ｓ３７のステップにて失火の有無を判定する。ここで失火が発生したと判断した場合には、Ｓ３８のステップに移行してＳ３４のステップにて選択された運転領域における失火カウンタのカウントアップを行い、Ｓ３５のステップに移行する。また、Ｓ３７のステップにて失火が発生していないと判断した場合には、そのままＳ３５のステップに移行する。

Ｓ３５のステップでは、Ｓ３３のステップにて選択された運転領域での失火確率Ｙを算出し、Ｓ３９のステップに移行して点火プラグ交換フラグがセットされているか否かを判定する。最初は点火プラグ交換フラグセットされている、つまり点火プラグが内燃機関に最初に装着された直後であるので、Ｓ４０のステップに移行して更新カウンタのカウントアップを行う。次に、Ｓ４１のステップにてこの更新カウンタのカウント値Ｃ_nがあらかじめ設定した所定値Ｃ_Rに達したか否かを判定する。そして、更新カウンタのカウント値Ｃ_nが所定値Ｃ_Rに達するまで、上述したＳ３１〜Ｓ４０のステップが繰り返される。

このようにして点火プラグを新しいものに交換した直後からこれを所定回数Ｃ_R点火させるまでは基準失火確率Ｙ_Rを作成するためのデーターを蓄積し、点火回数がＣ_Rに達した時点でＳ４２のステップに移行する。そして、これまで蓄積された失火確率Ｙに関するデーターを基準失火確率Ｙ_Rとして失火確率マップ記憶・更新部２６に記憶する。なお、すでに基準失火確率Ｙ_Rが失火確率マップ記憶・更新部２６に記憶されていた場合、これを最新の基準失火確率Ｙ_Rに更新する。しかる後、Ｓ４３のステップに移行し、点火プラグ交換フラグをリセットすると共に更新カウンタのカウント値Ｃ_nを０にリセットしてＳ３１のステップに戻る。

先のＳ３９のステップにて点火プラグ交換フラグがリセットされている、つまり基準失火確率Ｙ_Rが作成されているか、または更新されていると判断した場合には、Ｓ４４のステップに移行する。そして、今回算出された失火確率Ｙを対応する運転領域における基準失火確率Ｙ_Rから減算した値の絶対値が本発明における閾値としての許容値εを越えているか否かを判定する。

ここで、今回算出されたＹを基準失火確率Ｙ_Rから減算した値の絶対値が許容値εを越えている、つまり点火プラグの劣化が進んでいると判断した場合には、Ｓ４５のステップに移行して点火プラグの劣化警報を出力して制御を終了する。また、Ｓ４４のステップにて今回算出されたＹを基準失火確率Ｙ_Rから減算した値の絶対値が許容値ε以下である、つまり点火プラグが劣化していないと判断した場合には、何もせずに再びＳ３１以降の処理が繰り返される。

次に、燃焼割合に基づいて点火プラグの劣化を判断する本発明の第２の実施形態を図４，図５を用いて説明する。なお、先の実施形態と基本的に同一機能の要素にはこれと同じ符号を記すに留め、重複する説明は省略するものとする。

最初に本実施形態における制御ブロックを図４に示す。すなわち、ＥＣＵ１１は、先の実施形態における運転状態判定部１５，燃料噴射量設定部１６，点火時期設定部１７，吸排気弁開閉時期設定部１８，燃焼室空燃比算出部１９，運転領域選択部２０，点火プラグ交換フラグ設定部２２，比較判定部２７，警報装置駆動部２８を具えている。さらに、熱発生量算出部２９と、筒内最大燃焼可能時間算出部３０と、燃焼割合算出部３１と、平均燃焼割合および標準偏差算出部３２と、燃焼割合マップ記憶・更新部３３とを新たに具えている。つまり、これらは先の実施形態における燃焼室容積変化率算出部２３，図示トルク算出部２１，失火判定部２４，失火確率算出部２５，失火確率マップ記憶・更新部２６に代わるものである。

なお、本実施形態における運転領域選択部２０は、燃焼割合算出部３１にて算出された燃焼割合Ｘが、どの点火時における筒内圧Ｐの範囲に属するものであるか、どの筒内最大燃焼可能時間ｔ_mの範囲に属するものであるか、どの燃焼室の空燃比Ｒの範囲に属するものであるかを選択する。つまり、点火時の筒内圧Ｐ_Sと、この時の筒内最大燃焼可能時間ｔ_mおよび燃焼室の空燃比Ｒとを変数とする燃焼割合Ｘに関するデーターを作成してこれを平均燃焼割合および標準偏差算出部３２に出力する。

熱発生量算出部２９は、点火プラグの点火時期θ_Sから排気弁の開弁時期θ_Oに至る瞬間熱発生量ｑの積分値を熱発生量Ｑ_mとして算出し、これを燃焼割合算出部３１に出力する。従って、熱発生量算出部２９には、クランク角位相に対応した筒内圧Ｐおよび筒内容積Ｖに関する情報と、点火時期設定部１７からの点火プラグの点火時期θ_Sに関する情報と、吸排気弁開閉時期設定部１８からの排気弁の開弁時期θ_Oに関する情報とが入力される。

なお、上述した熱発生量Ｑ_n，Ｑ_mに代えて特許文献１に開示された熱発生量指標ＰＶ^κを用い、これらをより簡便に算出することも可能である。

筒内最大燃焼可能時間算出部３０は、点火プラグの点火時期θ_Sから排気弁の開弁時期θ_Oに至る時間、つまり燃焼室内にて点火プラグを点火して排気弁が開弁するまでの筒内最大燃焼可能時間ｔ_mを算出する。従って、筒内最大燃焼可能時間算出部３０には、点火プラグの点火時期θ_Sに関する情報と、排気弁の開弁時期θ_Oに関する情報と、単位時間あたりの内燃機関のクランク軸の回転数、すなわち機関回転数Ｎに関する情報とが運転状態判定部１５から入力される。なお、機関回転数Ｎに関する情報は、クランク角センサー１３からの出力によって算出される単位時間あたりの内燃機関のクランク軸の回転数として運転状態判定部１５から筒内最大燃焼可能時間算出部３０に入力される。筒内最大燃焼可能時間ｔ_mは、
Ｔ_m＝{(θ_O−θ_S)×６０}/３６０Ｎ
で表すことができる。

燃焼割合算出部３１は、熱発生量算出部２９にて算出された熱発生量Ｑ_mから下式に基づいて燃焼割合Ｘを算出する。
Ｘ＝(Ｑ_m/Ｑ_C)
ここでＱ_Cは燃料の性状に応じて決まる低位発熱量であり、予め燃焼割合算出部３１に記憶されているが、燃料の性状に応じて変更できるようにしておくことも可能である。

平均燃焼割合および標準偏差算出部３２は、新たな点火プラグの使用直後から所定期間、例えば所定の点火回数に至るまで、点火時の筒内圧Ｐ_Sと、この時の筒内最大燃焼可能時間ｔ_mおよび燃焼室の空燃比Ｒと、燃焼割合Ｘとの関係を記憶してこれを蓄積する。そして、燃焼割合Ｘの平均値Ｘ_Mおよびその標準偏差σを個々の点火条件、本実施形態では点火時の筒内圧Ｐ_Sと、この時の筒内最大燃焼可能時間ｔ_mおよび燃焼室の空燃比Ｒとを変数とするマップとして算出し、これを燃焼割合マップ記憶・更新部３３に出力する。

燃焼割合マップ記憶・更新部３３は、平均燃焼割合および標準偏差算出部３２にて算出されたマップを基準燃焼割合Ｘ_M±σとして記憶し、これを比較判定部２７に出力する。この場合、燃焼割合マップ記憶・更新部３３がすでに基準燃焼割合Ｘ_M±σを記憶している場合には、新たに平均燃焼割合および標準偏差算出部３２にて算出されたマップを最新の基準燃焼割合Ｘ_M±σとして更新する。

本実施形態における比較判定部２７は、燃焼割合算出部３１にて算出された燃焼割合Ｘと、燃焼割合マップ記憶・更新部３３に記憶されている点火時の筒内圧Ｐ_Sと、この時の筒内最大燃焼可能時間ｔ_mおよび燃焼室の空燃比Ｒとが同じ条件における基準燃焼割合Ｘ_M±σとを比較する。そして、算出された燃焼割合Ｘが基準燃焼割合Ｘ_M±σの範囲内に存在しない場合、点火プラグが劣化していると判定してこれを警報装置駆動部２８に出力する。

警報装置駆動部２８は、比較判定部２７からの判定結果に基づき、点火プラグが劣化している場合に警報装置１４を駆動する。本実施形態における警報装置駆動部２８は、点火プラグ交換フラグ設定部２２にて点火プラグ交換フラグがセットされるまで、警報装置１４を駆動し続けるようになっている。

このような本実施形態における点火プラグの劣化判定手順を図５のフローチャートを参照して説明すると、まずＳ１１のステップにて点火プラグ交換フラグがセットされているか否かを判定する。一番最初は点火プラグ交換フラグセットされている、つまり点火プラグが内燃機関に最初に装着した直後であるので、Ｓ１２のステップに移行する。そして、クランク角センサー１３および筒内圧センサー１２からの検出信号を取得すると共に点火時期θ_Sおよび排気弁開弁時期θ_Oを取得する。次に、Ｓ１３のステップにて点火プラグの点火時における筒内圧Ｐ_Sと、これによる燃焼室内の空燃比Ｒと、エンジン回転数Ｎとを取得する。そして、Ｓ１４のステップにて筒内最大燃焼時間ｔ_mを算出し、今回の運転領域をＳ１５のステップにて選択した後、Ｓ１６のステップに移行する。上述したＳ１３〜Ｓ１５のステップと並行してＳ１７，Ｓ１８のステップが実行される。すなわち、Ｓ１７のステップでは熱発生量Ｑ_nを算出し、Ｓ１８のステップにて燃焼割合Ｘを算出した後、Ｓ１６のステップに移行してこの時の燃焼割合Ｘを記憶する。

次いで、Ｓ１９のステップにて更新カウンタのカウントアップを行い、Ｓ２０のステップにて更新カウンタのカウント値Ｃ_nが予め設定した値Ｃ_Rに達したか否かが判定される。ここでカウント値Ｃ_nが設定値Ｃ_Rである、つまり点火プラグによる点火回数が所定値に達したと判断した場合には、Ｓ２１のステップに移行してこれまでの燃焼割合Ｘの平均値Ｘ_Mを算出すると共にその標準偏差σを算出し、これを基準燃焼割合Ｘ_M±σとして記憶する。なお、すでに基準燃焼割合Ｘ_M±σが記憶されている場合には、これを最新の基準燃焼割合Ｘ_M±σに更新する。そして、Ｓ２２のステップにて点火プラグ交換フラグをリセットすると共に更新カウンタのカウント値Ｃ_nを０にリセットする。

このようにして、点火プラグを新しいものに交換した直後からこれを所定回数点火させるまでは基準燃焼割合Ｘ_M±σを作成するためのデーターを蓄積し、基準燃焼割合Ｘ_M±σを作成または更新した後は、以下に説明する点火プラグの劣化判定に移行する。すなわち、先のＳ１１のステップにて点火プラグ交換フラグがリセットされている、つまり基準燃焼割合Ｘ_M±σが作成されているか、または更新されていると判断した場合には、Ｓ２３のステップに移行して燃焼割合Ｘの算出を行う。次に、Ｓ２４のステップに移行してこれが基準燃焼割合Ｘ_M±σの範囲に含まれているか否か、つまり基準燃焼割合Ｘの平均値Ｘ_Mから算出したＸを減算した値の絶対値が標準偏差σを越えているか否かを判定する。なお、Ｓ２３のステップにおける燃焼割合Ｘの算出は、先のＳ１２〜Ｓ１８のステップにおける処理と基本的に同じである。

Ｓ２４のステップにて基準燃焼割合Ｘの平均値Ｘ_Mから算出したＸを減算した値の絶対値が標準偏差σを越えている、つまり点火プラグの劣化が進んでいると判断した場合には、Ｓ２５のステップに移行して点火プラグの劣化警報を出力して制御を終了する。また、Ｓ２４のステップにて基準燃焼割合Ｘの平均値Ｘ_Mから算出したＸを減算した値の絶対値が標準偏差σ以下である、つまり点火プラグが劣化していないと判断した場合には、何もせずに再びＳ１１以降の処理が繰り返される。

通常、内燃機関の一般的な使用運転領域は、点火プラグの失火が起こりにくいストイキオ領域近傍がほとんどである。このため、先の実施形態で説明したような失火確率に基づいて点火プラグの劣化を判断する場合よりも、本実施形態のように燃焼割合Ｘに基づいて点火プラグの劣化を判断する方がストイキオ領域近傍での点火プラグの劣化判定をより確実に行うことが可能である。

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

１０ エアフローメーター
１１ ＥＣＵ
１２ 筒内圧センサー
１３ クランク角センサー
１４ 警報装置
１５ 運転状態判定部
１６ 燃料噴射量設定部
１７ 点火時期設定部
１８ 吸排気弁開閉時期設定部
１９ 燃焼室空燃比算出部
２０ 運転領域選択部
２１ 図示トルク算出部
２２ 点火プラグ交換フラグ設定部
２３ 燃焼室容積変化率算出部
２４ 失火判定部
２５ 失火確率算出部
２６ 失火確率マップ記憶・更新部
２７ 比較判定部
２８ 警報装置駆動部
２９ 熱発生量算出部
３０ 筒内最大燃焼可能時間算出部
３１ 燃焼割合算出部
３２ 平均燃焼割合および標準偏差算出部
３３ 燃焼割合マップ記憶・更新部
Ｘ 燃焼割合
Ｘ_M 燃焼割合の平均値
σ 燃焼割合の平均値の標準偏差
Ｙ 失火確率
Ｙ_R 基準失火確率
ε 許容値

Claims (8)

1. 火花点火方式の内燃機関に用いられる点火プラグの劣化状態を判定する方法であって、
   個々の点火時における燃焼室内の空燃比と圧力とを検出する第１のステップと、
   個々の点火時における失火の発生の有無を判定する第２のステップと、
   これら第１および第２のステップを繰り返し、燃焼室内の空燃比および圧力を変数とする個々の点火条件での失火確率を求める第３のステップと、
   燃焼室内の空燃比および圧力を変数とする個々の点火条件での基準失火確率を設定する第４のステップと、
   この第４のステップにて設定された基準失火確率と前記第３のステップにて求められた失火確率とに基づいて点火プラグの劣化状態を判定する第５のステップと
   を具えたことを特徴とする点火プラグ劣化判定方法。
2. 前記第４のステップにて設定される基準失火確率は、点火プラグが内燃機関に最初に装着されたものである場合、この点火プラグを内燃機関に最初に装着した直後からこれが所定の点火回数に至るまでの前記第３のステップにて求められた失火確率であることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ劣化判定方法。
3. 基準失火確率を設定する前記第４のステップは、点火プラグが新たに交換されたものである場合、点火プラグを新たに交換した直後からこれが所定の点火回数に至るまでの前記第３のステップにて求められた失火確率を用い、すでに設定されている基準失火確率を更新するステップを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点火プラグ劣化判定方法。
4. 前記点火プラグの劣化状態を判定する第５のステップは、前記第３のステップにて求められた失火確率と前記第４のステップにて設定された基準失火確率との差が予め設定された閾値を越えた場合、点火プラグが劣化したと判定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の点火プラグ劣化判定方法。
5. 火花点火方式の内燃機関に用いられる点火プラグの劣化状態を判定する方法であって、
   個々の点火時における燃焼室内の空燃比と圧力と最大燃焼可能時間とを求める第１のステップと、
   個々の点火時における燃焼室内の燃焼割合を算出する第２のステップと、
   これら第１および第２のステップを繰り返し、燃焼室内の空燃比，圧力，最大燃焼可能時間を変数とする個々の点火条件での燃焼割合を求める第３のステップと、
   燃焼室内の空燃比，圧力，最大燃焼可能時間を変数とする個々の点火条件での基準燃焼割合を設定する第４のステップと、
   この第４のステップにて設定された基準燃焼割合と前記第３のステップにて求められた燃焼割合とを比較して点火プラグの劣化状態を判定する第５のステップと
   を具えたことを特徴とする点火プラグ劣化判定方法。
6. 前記第４のステップにて設定される基準燃焼割合は、点火プラグが内燃機関に最初に装着されたものである場合、この点火プラグを内燃機関に最初に装着した直後からこれが所定の点火回数に至るまでの前記第３のステップにて求められた燃焼割合の平均値およびその標準偏差を含むことを特徴とする請求項５に記載の点火プラグ劣化判定方法。
7. 基準燃焼割合を設定する前記第４のステップは、点火プラグが新たに交換されたものである場合、点火プラグを新たに交換した直後からこれが所定の点火回数に至るまでの前記第３のステップにて求められた燃焼割合の平均値およびその標準偏差を用い、すでに設定されている基準燃焼割合を更新するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の点火プラグ劣化判定方法。
8. 前記点火プラグの劣化状態を判定する第５のステップは、前記第３のステップにて求められた燃焼割合が前記第４のステップにて設定された基準燃焼割合に含まれない場合、点火プラグが劣化したと判定することを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の点火プラグ劣化判定方法。

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