JP5084574B2 - Misfire detection device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、自動車エンジンなどの内燃機関において、コロナ放電などによるノイズの存在に拘わらず失火状態を正確に検出できる失火検出装置に関する。 The present invention relates to a misfire detection apparatus capable of accurately detecting a misfire state in an internal combustion engine such as an automobile engine regardless of the presence of noise due to corona discharge or the like.
内燃機関の燃焼室で発生するイオン電流に着目して、失火状態を検出する研究が進められており、本出願人も、検出精度の高い失火検出装置について既に特許出願している（特許文献１）。
この発明では、イオン電流検出回路からの検出信号を二値的な判定パルスに変換し、その判定パルスのパルス幅に基づいて失火検知をしている。具体的には、取得した複数個の判定パルスについて、そのパルス幅を平均化し、その平均値が閾値より小さい場合には失火状態であると判定している。 In the present invention, the detection signal from the ion current detection circuit is converted into a binary determination pulse, and misfire detection is performed based on the pulse width of the determination pulse. Specifically, the pulse widths of the plurality of acquired determination pulses are averaged, and when the average value is smaller than the threshold value, it is determined that the misfire state is present.
しかしながら、特許文献１のアルゴルリズムでは、失火時にコロナ放電が多発するような場合や、或いは、イオン電流検出回路からの検出信号に、何らかの理由でオフセットがのったような場合には、失火状態を見落とすおそれがあった。
However, in the algorithm of
図１０は、失火時にコロナ放電が多発する状態を図示したものであり、ノイズ同士の干渉などにより、比較的パルス幅の広い判定パルスが生成されている。この図１０に示すパルス幅は、燃焼時に発生する判定パルスと同程度であるので、失火状態であるにも拘わらず、燃焼状態であると誤判定してしまうことになる。 FIG. 10 illustrates a state in which corona discharge frequently occurs at the time of misfire, and a determination pulse having a relatively wide pulse width is generated due to interference between noises or the like. Since the pulse width shown in FIG. 10 is about the same as the determination pulse generated during combustion, it is erroneously determined that the combustion state exists despite the misfire state.
また、図１１は、点火プラグの絶縁抵抗の劣化などの影響で、失火時の検出信号にオフセットがのった場合を示している。この場合には、検出信号のレベルが、長期間にわたって、コンパレータの閾値ＴＨを下回らないので、燃焼時の場合と同程度の判定パルスが生成されてしまい、誤検出を引き起こしていた。 FIG. 11 shows a case where an offset is added to the detection signal at the time of misfire due to the influence of deterioration of the insulation resistance of the spark plug. In this case, since the level of the detection signal does not fall below the threshold value TH of the comparator for a long period of time, a determination pulse similar to that in the case of combustion is generated, causing erroneous detection.
本発明は、この問題点に鑑みてなされたものであって、例外的な動作状態の場合であっても、失火状態を確実に把握できる内燃機関の失火検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to provide a misfire detection device for an internal combustion engine that can reliably grasp the misfire state even in an exceptional operating state. .
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、点火プラグに高電圧を供給する点火コイルと、前記点火コイルを断続的に駆動するスイッチング素子と、前記点火コイルの二次コイルに接続されたイオン電流検出回路と、を有して、イオン電流検出回路からの検出信号を二値的な検出パルスに変換し、その検出パルスのパルス幅の広狭に基づいて燃焼状態か失火状態かを判定する失火検出装置において、前記イオン電流検出回路の検出信号を所定値と対比して判定パルスを出力するコンパレータを設け、前記判定パルスを受ける電子制御回路は、前記判定パルスが繰り返し発生する振動区間の時間幅を抽出する区間抽出手段と、抽出された前記時間幅が、閾値より広いか否かに基づいて、燃焼状態と誤判定される可能性のある特定の失火状態を検出する判定手段と、を有して構成されている。
In order to achieve the above object, the invention according to
また、請求項２に係る発明は、点火プラグに高電圧を供給する点火コイルと、前記点火コイルを断続的に駆動するスイッチング素子と、前記点火コイルの二次コイルに接続されたイオン電流検出回路と、を有して、イオン電流検出回路からの検出信号を二値的な検出パルスに変換し、その検出パルスのパルス幅の広狭に基づいて燃焼状態か失火状態かを判定する失火検出装置において、前記イオン電流検出回路の検出信号を受ける電子制御回路は、前記検出信号を所定値と比較して二値信号に変換する変換手段と、前記二値信号が繰り返し発生する振動区間の時間幅を抽出する区間抽出手段と、抽出された前記時間幅が、閾値より広いか否かに基づいて、燃焼状態と誤判定される可能性のある特定の失火状態を検出する判定手段と、を有して構成されている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an ignition coil for supplying a high voltage to an ignition plug, a switching element for intermittently driving the ignition coil, and an ion current detection circuit connected to a secondary coil of the ignition coil. In a misfire detection device that converts a detection signal from an ion current detection circuit into a binary detection pulse and determines whether it is a combustion state or a misfire state based on the width of the pulse width of the detection pulse. The electronic control circuit that receives the detection signal of the ion current detection circuit compares the detection signal with a predetermined value and converts the detection signal into a binary signal, and the time width of the vibration section in which the binary signal is repeatedly generated. Section extracting means for extracting , and determining means for detecting a specific misfire state that may be erroneously determined as a combustion state based on whether or not the extracted time width is wider than a threshold value. The It has been made.
上記何れの発明も、イオン電流検出回路からの検出信号が、所定値を超えて振動する振動区間を問題にしている。そして。点火コイルの二次回路は、点火プラグを含んだＲＬＣ共振回路を構成しているので、その振動電流ｉは
ｉ＝−２＊Ｑ／Ｃ＊ＳＱＲ（４＊Ｌ／Ｃ−Ｒ２）ＥＸＰ（−α＊ｔ）ｓｉｎ（β＊ｔ）で与えられる。ここで、α＝−Ｒ／（２＊Ｌ） β＝｛ＳＱＲ（４＊Ｌ／Ｃ−Ｒ２）｝／（２＊Ｌ）である。
In any of the above-mentioned inventions, the problem is the vibration section in which the detection signal from the ion current detection circuit vibrates exceeding a predetermined value. And then. Since the secondary circuit of the ignition coil constitutes an RLC resonance circuit including an ignition plug, the oscillation current i is i = −2 * Q / C * SQR (4 * L / C−R 2 ) EXP ( -Α * t) sin (β * t). Here, α = −R / (2 * L) β = {SQR (4 * L / C−R 2 )} / (2 * L).
ここで、混合気が燃焼している場合と失火している場合とでは、イオンの有無による抵抗値に差が生じるので、振動電流の振動周期が顕著に相違する。そこで、本発明では、この振動周期の差異を検出するため、判定パルスなどが振動を繰り返す振動区間の時間幅を抽出し、その長短に基づいて失火を検出している。すなわち、失火状態では、振動電流の個々の振動周期が長いので、振動区間の全体としての時間幅も長くなるので、この性質を利用して失火検出をしている。 Here, there is a difference in resistance value depending on the presence / absence of ions between when the air-fuel mixture is burning and when it is misfiring, so the vibration period of the vibration current is significantly different. Therefore, in the present invention, in order to detect this difference in vibration period, the time width of the vibration section in which the determination pulse repeats vibration is extracted, and misfire is detected based on the length. That is, in the misfire state, since the individual vibration period of the oscillating current is long, the time width of the entire vibration section is also long. Therefore, misfire detection is performed using this property.
具体的には、本発明の判定手段は、好ましくは、抽出された時間幅を基準時間幅と対比して、時間幅が基準時間幅より広い場合には、失火状態であると判定するべきである。但し、このアルゴリズムでは、対応できない特殊な場合もあり、例えば、後燃えなどと称される緩慢燃焼の場合には、失火状態ではないにも拘わらず、上記した振動区間が長くなってしまう。 Specifically, the determination means of the present invention should preferably determine that the misfire state is present when the extracted time width is compared with the reference time width and the time width is wider than the reference time width. is there. However, there are special cases that cannot be handled by this algorithm. For example, in the case of slow combustion called afterburning, the above-described vibration section becomes long although it is not misfired.
そこで、緩慢燃焼についても確実に把握するには、スイッチング素子の遷移によって前記点火プラグに高電圧が供給されてから、前記振動区間が終わるまでの経過時間を算出する計時手段を更に設けるのが好ましい。緩慢燃焼などの場合には、点火プラグに高電圧が供給されてから振動区間が終わるまでの経過時間が長くなるので、判定手段は、抽出された前記時間幅と前記経過時間との比率を、基準比率と対比して、前記規準比率を超えるか否かによって、失火状態か否かを判定することができる。例えば、経過時間／時間幅の比率を用いれば、前記経過時間の長い緩慢燃焼などを特異的に検出することができる。したがって、経過時間／時間幅の比率が規準比率より小さい場合には失火状態であると判定される。 Therefore, in order to reliably grasp the slow combustion, it is preferable to further provide a time measuring means for calculating an elapsed time from when a high voltage is supplied to the spark plug by switching element switching until the end of the vibration section. . In the case of slow combustion or the like, since the elapsed time from when the high voltage is supplied to the spark plug until the end of the vibration section becomes longer, the determination means determines the ratio between the extracted time width and the elapsed time, In contrast to the reference ratio, whether or not a misfire has occurred can be determined based on whether or not the reference ratio is exceeded. For example, if the ratio of elapsed time / time width is used, the slow combustion with a long elapsed time can be specifically detected. Therefore, if the ratio of elapsed time / time width is smaller than the reference ratio, it is determined that the vehicle is misfiring.
但し、必ずしも、点火プラグに高電圧が供給されてから振動区間が終わるまでの経過時間だけに判定パラメータが限定されるものではない。例えば、運転状態に基づいて予め決定されている切出しウインドの領域内において、前記イオン電流検出回路の検出信号の積分値を算出する積分手段を設けるのも好適である。この場合、抽出された前記時間幅と前記積分値との比率を、基準比率と対比して、前記規準比率を超えるか否かによって、失火状態か否かを判定することができる。 However, the determination parameter is not necessarily limited only to the elapsed time from when the high voltage is supplied to the spark plug until the end of the vibration section. For example, it is also preferable to provide integration means for calculating the integral value of the detection signal of the ion current detection circuit within the region of the extraction window that is predetermined based on the operating state. In this case, the ratio of the extracted time width and the integral value is compared with the reference ratio, and it can be determined whether or not a misfire state is caused by whether or not the reference ratio is exceeded.
ところで、振動区間の時間幅は、最初に検出された判定パルスの第一エッジから、最後に検出された判定パルスの第一エッジまでの経過時間で算出されるのが典型例である。もっとも、最初に検出された判定パルスの第一エッジから、最後に検出された判定パルスの第二エッジまでの経過時間を使用しても良いのは勿論である。 By the way, the time width of the vibration section is typically calculated by the elapsed time from the first edge of the determination pulse detected first to the first edge of the determination pulse detected last. Of course, the elapsed time from the first edge of the determination pulse detected first to the second edge of the determination pulse detected last may be used.
なお、信号区間の時間幅は、運転状態に基づいて予め決定されている切出しウインドの領域内で算出されるのが好適であり、運転状態は、内燃機関の回転数と、吸気管圧力とを含んだセンサ出力に基づいて把握されるのが好ましい。 The time width of the signal section is preferably calculated within the region of the cut window that is determined in advance based on the operating state, and the operating state includes the rotational speed of the internal combustion engine and the intake pipe pressure. It is preferable to grasp based on the included sensor output.
前記電子制御回路は、好ましくは、ＣＰＵの複数の割込み端子を備えて構成され、前記判定パルスは、前記複数の割込み端子に供給されている。このような構成であれば、判定パルスの第一エッジによって第一の割込み処理を起動する一方、判定パルスの第二エッジによって第二の割込み処理を起動することができ、振動を繰り返す判定パルスの挙動を確実に記憶することができ、その記憶内容に基づいて、その後の失火判定を正確に実行することができる。 The electronic control circuit is preferably configured to include a plurality of interrupt terminals of a CPU, and the determination pulse is supplied to the plurality of interrupt terminals. With such a configuration, the first interrupt process can be started by the first edge of the determination pulse, while the second interrupt process can be started by the second edge of the determination pulse. The behavior can be reliably stored, and the subsequent misfire determination can be accurately executed based on the stored content.
以上説明した本発明によれば、検出パルスなどの二値信号が、繰り返し振動する振動区間の時間幅を抽出する区間抽出手段と、抽出された前記時間幅に基づいて失火状態を検出する判定手段とを有して失火状態を検出するので、失火状態を誤認することがない。 According to the present invention described above, section extraction means for extracting a time width of a vibration section in which a binary signal such as a detection pulse vibrates repeatedly, and determination means for detecting a misfire state based on the extracted time width. Therefore, the misfire state is detected so that the misfire state is not misidentified.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、内燃機関用の失火検出装置ＥＱＵの一例を示す回路図である。また、図２は、図１の失火検出装置ＥＱＵの動作内容を説明する図面である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a misfire detection apparatus EQU for an internal combustion engine. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation content of the misfire detection apparatus EQU of FIG.
図１に示す通り、この失火検出装置ＥＱＵは、一次コイル１Ｐと二次コイル１Ｓとが電磁結合され点火プラグＰＧに高電圧を供給する点火コイル１と、点火コイル１を断続的に駆動するスイッチングトランジスタ２と、点火プラグＰＧと二次コイル１Ｓに直列接続されたイオン電流検出回路３と、イオン電流検出回路３のアナログ検出信号ＡＧを所定値ＥＴＨと対比して判定パルスＤＧを出力するコンパレータ４と、イオン電流検出回路３及びコンパレータ４からの信号出力ＡＧ，ＤＧを受けるＥＣＵ（Electronic Control Unit）５と、を中心に構成されている。
As shown in FIG. 1, the misfire detection device EQU includes an
ＥＣＵ５は、この回路例ではワンチップマイコンで構成されており、ＣＰＵコア５ａやメモリ５ｂの他に、イオン電流検出回路３の検出信号ＡＧを受けるＡ／Ｄコンバータ５ｃや、スイッチングトランジスタ２を駆動する出力ポート５ｄを備えて構成されている。
The
また、ワンチップマイコンは、ＣＰＵコア５ａの２つの割込み端子ＩＲＱ１、ＩＲＱ２に、判定パルスＤＧを重複して受けている。そして、判定パルスＤＧの立下りエッジでは、割込み端子ＩＲＱ１に対応する第一割込み処理プログラムが起動される一方、判定パルスの立上りエッジでは、割込み端子ＩＲＱ２に対応する第二割込み処理プログラムが起動されるよう設定されている。 Further, the one-chip microcomputer receives the determination pulse DG redundantly at the two interrupt terminals IRQ1 and IRQ2 of the CPU core 5a. The first interrupt processing program corresponding to the interrupt terminal IRQ1 is activated at the falling edge of the determination pulse DG, while the second interrupt processing program corresponding to the interrupt terminal IRQ2 is activated at the rising edge of the determination pulse. It is set as follows.
ＥＣＵ５のワンチップマイコンは、出力ポート５ｄから出力する点火パルスＳＧによってスイッチングトランジスタ２のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御している。図示の通り、スイッチングトランジスタ２のベース端子は、ワンチップマイコンに接続され、コレクタ端子は、点火コイルの一次コイル１Ｐに接続され、エミッタ端子は、グランドラインに接続されている。
The one-chip microcomputer of the
イオン電流検出回路３は、点火プラグＰＧの放電電流で充電されるバイアス用のコンデンサＣと、コンデンサＣに並列接続されてコンデンサＣの充電電圧を規制するツェナーダイオードＺＤと、ツェナーダイオードＺＤに直列接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１の両端に接続された増幅部ＡＭＰとで構成されている。
The ion
ツェナーダイオードＺＤとダイオードＤ１のアノード端子は、互いに直結され、ダイオードＤ１のカソード端子はグランドラインに接続されている。また、ツェナーダイオードＺＤのカソード端子は、二次コイル１Ｓに接続されている。 The anode terminals of the Zener diode ZD and the diode D1 are directly connected to each other, and the cathode terminal of the diode D1 is connected to the ground line. The cathode terminal of the Zener diode ZD is connected to the secondary coil 1S.
イオン電流検出回路３の増幅部ＡＭＰは、反転端子と非反転端子と出力端子とを有する増幅素子Ｑ１と、増幅素子Ｑ１の反転端子に接続される入力抵抗Ｒ１と、増幅素子Ｑ１の反転端子と出力端子の間に接続される帰還抵抗Ｒ２と、増幅素子Ｑ１の出力端子とグランドラインとの間に接続される負荷抵抗ＲＬで構成されている。なお、増幅素子Ｑ１の反転端子とグランドラインとの間に、増幅素子Ｑ１を保護するためのダイオードＤ２を接続しても良い。
The amplification unit AMP of the ion
増幅素子Ｑ１として、この実施例では、ＯＰアンプを使用している。ＯＰアンプは、その入力インピーダンスがほぼ無限大で、反転端子と非反転端子との間が、仮想的に短絡状態である(imaginary short)。そのため、図２（ｂ）に示す電流Ｉは、入力抵抗Ｒ１と帰還抵抗Ｒ２に共通して流れることになり、増幅部ＡＭＰの出力電圧Ｖｏｕｔは、電流Ｉと帰還抵抗Ｒ２の積となる（Ｖｏｕｔ＝Ｉ×Ｒ２）。つまり、この増幅部ＡＭＰでは、帰還抵抗Ｒ２が入力電流Ｉの検出抵抗として機能している。 In this embodiment, an OP amplifier is used as the amplifying element Q1. The OP amplifier has an almost infinite input impedance, and the inverting terminal and the non-inverting terminal are virtually short-circuited (imaginary short). Therefore, the current I shown in FIG. 2B flows in common to the input resistor R1 and the feedback resistor R2, and the output voltage Vout of the amplifier AMP is the product of the current I and the feedback resistor R2 (Vout = I * R2). That is, in this amplification unit AMP, the feedback resistor R2 functions as a detection resistor for the input current I.
図１の回路構成において、二次コイル１Ｓに負の高電圧が発生すると、図２（ａ）に示すように、点火プラグＰＧが点火放電し、点火電流がコンデンサＣを充電する。この時、コンデンサＣにはツェナーダイオードＺＤが並列接続されているので、コンデンサＣの両端電圧は、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧Ｖｚに一致する。 In the circuit configuration of FIG. 1, when a negative high voltage is generated in the secondary coil 1S, the spark plug PG is ignited and discharged, and the ignition current charges the capacitor C as shown in FIG. At this time, since the Zener diode ZD is connected in parallel to the capacitor C, the voltage across the capacitor C matches the breakdown voltage Vz of the Zener diode ZD.
その後、二次コイル１Ｓの高電圧が消滅すると（図２（ｄ）参照）、コンデンサＣに充電されたバイアス電圧は、図２（ｂ）に示す経路で放電する。この放電電流は、イオン電流Ｉに他ならず（図２（ｅ）参照）、イオン電流Ｉは、増幅素子Ｑ１の出力端子→帰還抵抗Ｒ２→入力抵抗Ｒ１→コンデンサＣ→二次コイル１Ｓ→点火プラグＰＧの経路で流れる。先に説明した通り、出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｒ２×Ｉの関係が成立するので、増幅部ＡＭＰからはイオン電流Ｉに比例した電圧が得られる。 Thereafter, when the high voltage of the secondary coil 1S disappears (see FIG. 2D), the bias voltage charged in the capacitor C is discharged through the path shown in FIG. This discharge current is nothing but the ionic current I (see FIG. 2 (e)). The ionic current I is the output terminal of the amplifying element Q1, the feedback resistance R2, the input resistance R1, the capacitor C, the secondary coil 1S, and the ignition. It flows through the path of the plug PG. As described above, since the relationship of the output voltage Vout = R2 × I is established, a voltage proportional to the ion current I is obtained from the amplifying unit AMP.
図５は、本装置ＥＱＵの動作概要を説明するタイムチャートであり、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、それぞれ、スイッチングトランジスタ２への点火パルスＳＧと、増幅部ＡＭＰからの検出信号ＡＧと、コンパレータ４からの判定パルスＤＧとを示している。なお、一点鎖線で示す時間領域は、イオン電流波形の切出しウインドＷｉｎである。最適な切出しウインドＷｉｎは、エンジン回転数や吸気管圧力などの運転条件に応じて動的に変化するので、この実施例では、運転条件とイオン電流との関係を予め実験的に求めてメモリに記憶しておき、実際の運転時には、各種センサから得られるデータに基づいて最適な切出しウインドＷｉｎを決定している。
FIG. 5 is a time chart for explaining an outline of the operation of the apparatus EQU. FIGS. 5A to 5C show an ignition pulse SG to the switching
上記のような回路構成において、スイッチングトランジスタ２に点火パルスＳＧが供給されると、点火プラグＰＧの放電に対応して、通常は、図５（ｂ）に示すようなイオン電流検出回路３からの検出信号ＡＧが得られる。そして、この検出信号ＡＧがコンパレータ４で基準電圧ＥＴＨと比較されることで、図５（ｃ）のような適当な期間、Ｌレベルを示す判定パルスＤＧが得られる。
In the circuit configuration as described above, when the ignition pulse SG is supplied to the switching
一方、点火プラグＰＧが放電しても燃焼が生じない失火時には、切出しウインドＷｉｎ内は、通常、図５（ｄ）のように、イオン電流検出回路３からの検出信号ＡＧが得られない。そのため、切出しウインドＷｉｎにおけるコンパレータ４からの判定パルスＤＧは、常時Ｈレベルとなる（図５（ｅ）参照）。
On the other hand, at the time of misfire in which combustion does not occur even when the spark plug PG is discharged, the detection signal AG from the ion
但し、点火プラグＰＧの碍子部に帯電した電荷が放電してコロナ放電などが生じると、失火状態でも、図９（ｂ）に示すようなスパイク状の高周波ノイズが、イオン電流検出回路３からの検出信号ＡＧとして検出される。したがって、この場合にも、Ｌレベル期間を有するデジタル判定信号ＤＧが検出され、燃焼状態と区別できないおそれがある。 However, if the electric charge charged in the insulator part of the spark plug PG is discharged and corona discharge or the like occurs, spike-like high frequency noise as shown in FIG. It is detected as a detection signal AG. Therefore, also in this case, the digital determination signal DG having the L level period is detected, and there is a possibility that it cannot be distinguished from the combustion state.
しかし、本実施例では、以下に説明する独特の燃焼判定を実行することによって、燃焼状態と失火状態との誤認を防止している。図３と図４は、失火状態を正確に検出可能な第一実施例と第二実施例を説明するフローチャートである。 However, in this embodiment, by performing the unique combustion determination described below, misidentification between the combustion state and the misfire state is prevented. FIG. 3 and FIG. 4 are flowcharts for explaining the first embodiment and the second embodiment capable of accurately detecting the misfire state.
これら第一と第二の実施例では、切出しウインドＷｉｎの前後の適当な区間は、割込み端子ＩＲＱ１，ＩＲＱ２への外部割込みが割込み許可状態となるが、それ以外では、割込み禁止状態になるようプログラム処理されている（図５参照）。第一実施例の場合には、割込み許可状態は、切出しウインドＷｉｎの最終タイミングで完了するが、第二実施例の場合には、切出しウインドＷｉｎの最終タイミング以降も割込み禁止状態が継続される。 In these first and second embodiments, external interrupts to the interrupt terminals IRQ1 and IRQ2 are in an interrupt enabled state in an appropriate section before and after the extraction window Win. It has been processed (see FIG. 5). In the case of the first embodiment, the interrupt permission state is completed at the final timing of the cut window Win, but in the case of the second embodiment, the interrupt prohibition state is continued after the final timing of the cut window Win.
先に説明した通り、割込み許可状態では、割込み端子ＩＲＱ１に供給される判定パルスＤＧが立下がると、その立下りエッジで第一割込み処理ルーチンが起動される。一方、割込み端子ＩＲＱ２に供給される判定パルスＤＧが立上ると、その立上りエッジで第二割込み処理ルーチンが起動されるよう設定されている。 As described above, in the interrupt enabled state, when the determination pulse DG supplied to the interrupt terminal IRQ1 falls, the first interrupt processing routine is started at the falling edge. On the other hand, when the determination pulse DG supplied to the interrupt terminal IRQ2 rises, the second interrupt processing routine is set to be started at the rising edge.
＜第一実施例＞
以下、図３に示す第一実施例から説明する。図３（ａ）は、判定パルスＤＧの立下りエッジで起動される第一割込み処理ルーチンを示すフローチャート、図３（ｂ）は、判定パルスＤＧの立上りエッジで起動される第二割込みルーチンを示すフローチャート、図３（ｃ）は、一群のデータを取得した後に起動されるメインルーチンの判定処理サブルーチンを示すフローチャートである。
<First Example>
The first embodiment shown in FIG. 3 will be described below. FIG. 3A is a flowchart showing a first interrupt processing routine activated at the falling edge of the determination pulse DG, and FIG. 3B shows a second interrupt routine activated at the rising edge of the determination pulse DG. FIG. 3C is a flowchart showing a determination processing subroutine of a main routine that is started after acquiring a group of data.
判定パルスＤＧがＬレベルに立下がったことにより第一割込み処理ルーチンが起動されると、ワンチップマイコンは、ゼロに初期設定されている回数カウンタｎの値をインリメントすると共に（ＳＴ１）、回数カウンタｎの値を判定する（ＳＴ２）。初回の第一割込みタイミングであれば、回数カウンタｎが１であるので、この場合には、内部カウンタＣＴをリセットして計時動作を開始させる（ＳＴ３）。なお、内部カウンタＣＴは、ワンチップマイコンに内蔵された適宜なカウンタで実現される。一方、回数カウンタｎが１でなければ（ｎ＞１）、ステップＳＴ３の処理がスキップされる。 When the first interrupt processing routine is started when the determination pulse DG falls to the L level, the one-chip microcomputer increments the value of the number counter n that is initially set to zero (ST1), and the number of times The value of the counter n is determined (ST2). If it is the first interrupt timing for the first time, the number counter n is 1, and in this case, the internal counter CT is reset to start the time measuring operation (ST3). The internal counter CT is realized by an appropriate counter built in the one-chip microcomputer. On the other hand, if the number counter n is not 1 (n> 1), the process of step ST3 is skipped.
何れにしても、続くステップＳＴ４の処理では、内部カウンタＣＴの値が取得されて、その取得値ＣＴが配列ＳＴＲ（ｎ）に記憶される。例えば、最初の第一割込み処理ルーチンであれば、ＳＴＲ（ｎ）にはゼロが記憶されるが、二回目以降の第一割込み処理ルーチンであれば、初回の判定パルスの立下りエッジから、その回の判定パルスＤＧの立下りエッジまでの経過時間が配列ＳＴＲ（ｎ）に記憶される。 In any case, in the subsequent step ST4, the value of the internal counter CT is acquired, and the acquired value CT is stored in the array STR (n). For example, zero is stored in STR (n) in the case of the first interrupt processing routine for the first time, but in the case of the first interrupt processing routine for the second and subsequent times, from the falling edge of the first determination pulse, The elapsed time until the falling edge of the determination pulse DG is stored in the array STR (n).
以上のように、図３（ａ）の処理によって、判定パルスＤＧがＬレベルに立下がったタイミングが、逐次、配列ＳＴＲ（ｎ）に記憶されて第一割込みルーチンの処理が終わる。 As described above, the timing at which the determination pulse DG falls to the L level by the processing of FIG. 3A is sequentially stored in the array STR (n), and the processing of the first interrupt routine ends.
一方、判定パルスＤＧがＨレベルに立上ると、第二割込み処理ルーチンが起動される。そして、ワンチップマイコンは、そのタイミングにおける内部カウンタＣＴの値を取得して、これを配列ＥＮＤ（ｎ）に記憶して、第二割込みルーチンの処理が完了する（ＳＴ５）。 On the other hand, when the determination pulse DG rises to the H level, the second interrupt processing routine is started. Then, the one-chip microcomputer acquires the value of the internal counter CT at that timing, stores it in the array END (n), and completes the processing of the second interrupt routine (ST5).
したがって、図３（ａ）と図３（ｂ）の処理の結果、ワンチップマイコンのメモリの記憶テーブルＴＢＬには、判定パルスＤＧの立下りタイミングと、立上りタイミングとが、配列ＳＴＲ（ｎ）とＥＮＤ（ｎ）に順次記憶されることになる（図３（ｃ）参照）。なお、記憶テーブルＴＢＬにおいて、回数カウンタｎの値は、判定パルスＤＧの振動回数を意味している。 Therefore, as a result of the processing of FIGS. 3A and 3B, the storage table TBL of the memory of the one-chip microcomputer has the falling timing and the rising timing of the determination pulse DG as the array STR (n). The data are sequentially stored in END (n) (see FIG. 3C). In the storage table TBL, the value of the number counter n means the number of vibrations of the determination pulse DG.
以上のようにして、判定パルスＤＧの取得処理が終わると、全ての検出信号ＡＧの取得を終えた後に、図３（ｄ）に示す判定処理ルーチンが起動される。 As described above, when the acquisition process of the determination pulse DG is completed, the determination process routine illustrated in FIG. 3D is started after the acquisition of all the detection signals AG is completed.
判定処理では、先ず、回数カウンタｎの値が判定される（ＳＴ６）。そして、複数回の割込みがあった場合（ｎ＞１）には、判定パルスＤＧの最後の立下りタイミングを示すＳＴＲ（ｎ）の値を、変数ＷＩＤＴＨに記憶する（ＳＴ７）。変数ＷＩＤＴＨの記憶値は、最初の判定パルスＤＧの立下りエッジから、最後の判定パルスＤＧの立下りエッジまでの経過時間であり、繰り返し振動する判定パルスの振動区間ＷＩＤＴＨを意味している。 In the determination process, first, the value of the number counter n is determined (ST6). If there are multiple interruptions (n> 1), the value of STR (n) indicating the last falling timing of the determination pulse DG is stored in the variable WIDTH (ST7). The stored value of the variable WIDTH is the elapsed time from the falling edge of the first determination pulse DG to the falling edge of the last determination pulse DG, and means the vibration section WIDTH of the determination pulse that vibrates repeatedly.
一方、回数カウンタｎの値が１である場合には、燃焼期間が長い燃焼状態であると評価して、変数ＷＩＤＴＨを最低値ＭＩＮに設定する（ＳＴ８）。また、回数カウンタｎの値が０である場合には、燃焼が開始されなかったと評価して、変数ＷＩＤＴＨに最大値ＭＡＸを設定する（ＳＴ９）。 On the other hand, if the value of the number counter n is 1, it is evaluated that the combustion state is long and the variable WIDTH is set to the minimum value MIN (ST8). When the value of the number counter n is 0, it is evaluated that combustion has not started, and the maximum value MAX is set in the variable WIDTH (ST9).
以上のように、変数ＷＩＤＴＨの設定が終われば、振動区間を示す変数ＷＩＤＴＨを、予め実験的に算出されている閾値ＴＨと対比する（ＳＴ１０）。そして、振動区間ＷＩＤＴＨが、閾値ＴＨより長い場合には失火状態であると判定し（ＳＴ１２）、振動区間ＷＩＤＴＨが、閾値ＴＨより短い場合には燃焼状態であると判定する（ＳＴ１１）。 As described above, when the setting of the variable WIDTH is completed, the variable WIDTH indicating the vibration section is compared with the threshold value TH that is experimentally calculated in advance (ST10). When the vibration section WIDTH is longer than the threshold value TH, it is determined that the vehicle is in a misfire state (ST12), and when the vibration section WIDTH is shorter than the threshold value TH, it is determined that the vehicle is in a combustion state (ST11).
図６は、点火パルス（ａ）と、燃焼状態における検出信号（ｂ）と、判定パルス（ｃ）とを示すタイムチャートである。図示例の場合、変数ＷＩＤＴＨによって特定される判定パルスＤＧの振動区間が狭いことから（ＷＩＤＴＨ＜ＴＨ）、燃焼状態を正しく検出することができる。 FIG. 6 is a time chart showing the ignition pulse (a), the detection signal (b) in the combustion state, and the determination pulse (c). In the case of the illustrated example, since the vibration section of the determination pulse DG specified by the variable WIDTH is narrow (WIDTH <TH), the combustion state can be detected correctly.
一方、図７は、点火パルス（ａ）と、コロナノイズが発生している失火状態の検出信号（ｂ）と、判定パルス（ｃ）とを示すタイムチャートである。図示例の場合、変数ＷＩＤＴＨによって特定される判定パルスＤＧの振動区間が広いことから（ＷＩＤＴＨ≧ＴＨ）、失火状態を正しく検出することができる。 On the other hand, FIG. 7 is a time chart showing an ignition pulse (a), a detection signal (b) of a misfire state in which corona noise is generated, and a determination pulse (c). In the case of the illustrated example, since the vibration section of the determination pulse DG specified by the variable WIDTH is wide (WIDTH ≧ TH), the misfire state can be detected correctly.
＜第二実施例＞
ところで、緩慢燃焼の場合には、図８に示すような、いわゆる後燃えが発生する。そのため、第一実施例のアルゴリズムだけでは、変数ＷＩＤＴＨによって特定される振動区間が広くなり、燃焼状態であるにも拘わらず、これを失火状態であると誤判定してしまうおそれがある。
<Second Example>
By the way, in the case of slow combustion, what is called afterburning as shown in FIG. 8 occurs. Therefore, only with the algorithm of the first embodiment, the vibration section specified by the variable WIDTH becomes wide, and there is a possibility that it may be erroneously determined to be a misfire state although it is in a combustion state.
そこで、第二実施例では、スイッチングトランジスタ２がＯＦＦ状態に遷移して、点火プラグＰＧに高電圧が供給されてから、燃焼が完了するまでの経過時間（燃焼時間）ＢＵＲＮを、判定パラメータに追加している。また、この第二実施例では、切出しウインドＷｉｎの後方でも、引き続き割込み許可状態を維持することで、最終の判定パルスの立上りエッジを確実に捕捉している。なお、割込み許可状態とすべき時間幅は、燃焼状態に応じて予め実験的に特定されており、内燃機関からの各種のセンサ出力に基づいてリアルタイムに最適値に設定される。
Therefore, in the second embodiment, the elapsed time (combustion time) BURN from when the switching
以下、図４（ａ）のフローチャートから説明する。判定パルスＤＧがＬレベルに立下ったことにより、第一割込み処理ルーチンが起動されると、ワンチップマイコンは、ゼロに初期設定されている回数カウンタｎの値をインリメントすると共に（ＳＴ１）、内部カウンタＣＴの値を配列ＳＴＲ（ｎ）に記憶する（ＳＴ４）。 Hereinafter, description will be made with reference to the flowchart of FIG. When the first interrupt processing routine is started by the determination pulse DG falling to the L level, the one-chip microcomputer increments the value of the number counter n that is initially set to zero (ST1), The value of the internal counter CT is stored in the array STR (n) (ST4).
この第二実施例では、内部カウンタＣＴは、ワンチップマイコンが点火パルスＳＧを立下げるのに合わせてリセットされ、計数動作が開始されている。そのため、配列ＳＴＲ（ｎ）には、点火パルスＳＧの立下りエッジからｎ回目の判定パルスＤＧの立下りエッジまでの経過時間が記憶されることになる。 In the second embodiment, the internal counter CT is reset as the one-chip microcomputer lowers the ignition pulse SG, and the counting operation is started. Therefore, the elapsed time from the falling edge of the ignition pulse SG to the falling edge of the nth determination pulse DG is stored in the array STR (n).
次に、図４（ｂ）のフローチャートにつき説明する。判定パルスＤＧがＨレベルに立上ったことにより、第二割込み処理ルーチンが起動された場合には、内部カウンタＣＴの値が配列ＥＮＤ（ｎ）に記憶される（ＳＴ５）。したがって、配列ＥＮＤ（ｎ）には、点火パルスＳＧの立下りエッジからｎ回目の判定パルスＤＧの立上りエッジ（終了エッジ）までの経過時間が記憶される。 Next, the flowchart of FIG. 4B will be described. When the second interrupt processing routine is started by the determination pulse DG rising to the H level, the value of the internal counter CT is stored in the array END (n) (ST5). Therefore, the array END (n) stores an elapsed time from the falling edge of the ignition pulse SG to the rising edge (end edge) of the nth determination pulse DG.
このように、第二実施例では、判定パルスＤＧがＥＣＵ５に繰り返し供給される毎に、その立下りエッジ（開始エッジ）と、立上りエッジ（終了エッジ）のタイミングが、配列ＳＴＲ（ｎ）と配列ＥＮＤ（ｎ）に順次記憶されることになる。そして、切出しウインドＷｉｎの区間を超えた後も、最終の判定パルスＤＧの立上りエッジのタイミングが記憶され、割込み許可状態の区間（図５参照）が終了する。ここでは、説明の都合上、ｎ回目の割込み（ｎ個目の判定パルスＤＧ）で、切出しウインドＷｉｎが終了し、ｍ回目の割込み（ｍ個目の判定パルスＤＧ）で、割込み許可状態の区間が終了したことにする。
Thus, in the second embodiment, every time the determination pulse DG is repeatedly supplied to the
上記のようにして、判定パルスＤＧの取得処理が終わると、全ての検出信号ＡＧの取得を終えた後に、図４（ｄ）に示す判定処理ルーチンが起動される。 When the acquisition process of the determination pulse DG is completed as described above, the determination process routine shown in FIG. 4D is started after the acquisition of all the detection signals AG is completed.
判定処理では、先ず、回数カウンタｎの値が判定される（ＳＴ２０）。そして、複数回の割込みがあった場合（ｎ＞１）には、切出しウインドＷｉｎ範囲内における、判定パルスＤＧの最後の立下りタイミングを示すＳＴＲ（ｎ）の値と、最初の立下りタイミングを示すＳＴＲ（１）の値との差（振動区間＝ＳＴＲ（ｎ）−ＳＴＲ（１））が算出され、これが変数ＷＩＤＴＨに記憶される（ＳＴ２１）。 In the determination process, first, the value of the number counter n is determined (ST20). If there are multiple interruptions (n> 1), the value of STR (n) indicating the last falling timing of the determination pulse DG and the first falling timing within the extraction window Win range are set. A difference from the value of STR (1) shown (vibration section = STR (n) −STR (1)) is calculated and stored in the variable WIDTH (ST21).
一方、回数カウンタｎの値が１である場合には、燃焼期間が長い燃焼状態であると評価して、変数ＷＩＤＴＨを最低値ＭＩＮに設定する（ＳＴ２２）。また、回数カウンタｎの値が０である場合には、燃焼が開始されなかったと評価して、変数ＷＩＤＴＨに最大値ＭＡＸを設定する（ＳＴ２３）。なお、ここまでの処理は、第一実施例の場合と実質的に同じである。 On the other hand, when the value of the number counter n is 1, it is evaluated that the combustion state is long, and the variable WIDTH is set to the minimum value MIN (ST22). When the value of the number counter n is 0, it is evaluated that combustion has not started, and the maximum value MAX is set in the variable WIDTH (ST23). The processing so far is substantially the same as in the case of the first embodiment.
次に、割込み許可区間における、判定パルスＤＧの最後の立上りタイミングを示すＥＮＤ（ｍ）の値を、燃焼時間として変数ＢＵＲＮに記憶する（ＳＴ２４）。また、変数ＢＵＲＮと変数ＷＩＤＴＨの比を算出して、算出値ＢＵＲＮ／ＷＩＤＴＨを判定用の判定変数ＪＵＤＧに記憶する（ＳＴ２４）。 Next, the value of END (m) indicating the last rising timing of the determination pulse DG in the interrupt permission section is stored in the variable BURN as the combustion time (ST24). Further, the ratio between the variable BURN and the variable WIDTH is calculated, and the calculated value BURN / WIDTH is stored in the determination variable JUDG for determination (ST24).
そして、判定変数ＪＵＤＧを、予め実験的に算出されている閾値ＴＨ’と対比し（ＳＴ２５）、判定変数ＪＵＤＧの値が閾値ＴＨ’より大きい場合には燃焼状態であると判定する（ＳＴ２６）。逆に、判定変数ＪＵＤＧの値が、閾値ＴＨ’より小さい場合には失火状態であると判定する（ＳＴ２７）。 Then, the determination variable JUDG is compared with a threshold value TH 'that has been experimentally calculated in advance (ST25). If the value of the determination variable JUDG is greater than the threshold value TH', it is determined that the combustion state is present (ST26). On the contrary, when the value of the determination variable JUDG is smaller than the threshold value TH ′, it is determined that the misfire state is present (ST27).
図８は、点火パルス（ａ）と、緩慢燃焼状態における検出信号（ｂ）と、判定パルス（ｃ）とを示すタイムチャートである。図示例の場合、振動区間ＷＩＤＴＨは広いものの（ＷＩＤＴＨ＜ＴＨ）、燃焼期間ＢＵＲＮも広いので、ＢＵＲＮ／ＷＩＤＴＨによる判定変数ＪＵＤＧは、閾値ＴＨ’より大きい値となり、燃焼状態を正しく検出することができる。なお、図６〜図７の場合も、判定変数ＪＵＤＧ＝ＢＵＲＮ／ＷＩＤＴＨの判定パラメータは有効であり、燃焼状態（図６）と失火状態（図７）とを特異的に抽出することができる。 FIG. 8 is a time chart showing the ignition pulse (a), the detection signal (b) in the slow combustion state, and the determination pulse (c). In the case of the illustrated example, although the vibration section WIDTH is wide (WIDTH <TH), the combustion period BURN is also wide. Therefore, the determination variable JUDG based on BURN / WIDTH is larger than the threshold value TH ′, and the combustion state can be detected correctly. . 6 to 7, the determination parameter of the determination variable JUDG = BURN / WIDTH is effective, and the combustion state (FIG. 6) and the misfire state (FIG. 7) can be specifically extracted.
以上の通り、本発明の実施例を具体的に説明したが、具体的な内容は特に本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱することなく各種の改変が可能である。例えば、第二実施例では、燃焼時間ＢＵＲＮを算出して判定パラメータとしたが、これに代えて、検出信号ＡＧの時間積分値ＳＵＭ（面積）を判定パラメータとしても良い。この場合には、ＳＵＭ／ＷＩＤＴＨの値に基づいて、燃焼状態か否かが判定される。 As described above, the embodiments of the present invention have been specifically described. However, the specific contents do not particularly limit the present invention, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the second embodiment, the combustion time BURN is calculated and used as the determination parameter, but instead of this, the time integrated value SUM (area) of the detection signal AG may be used as the determination parameter. In this case, based on the value of SUM / WIDTH, it is determined whether the combustion state is present.
また、回路構成は、図１のものに限定されるものではなく、例えば、コンパレータ４を設けない図８の構成も好適である。図８の場合には、コンパレータを設けない代わりに、Ａ／Ｄコンバータ５ｃに入力されたアナログ検出信号ＡＧをデジタル変換した後、そのデータを閾値ＴＨと比較することで二値信号に変換される。この二値信号は、コンパレータ４の出力である判定パルスＤＧに対応するが、この実施形態では、閾値ＴＨの値を、リアルタイムに且つ任意に変更できる利点がある。なお、二値信号に変換された後の処理は、図３又は図４の場合と実質的に同一で良い。
Further, the circuit configuration is not limited to that shown in FIG. 1. For example, the configuration shown in FIG. 8 in which the
ＰＧ 点火プラグ
１ 点火コイル
２ スイッチング素子
３ イオン電流検出回路
４ コンパレータ
５ 電子制御回路
ＰＧ 点火プラグ
ＡＧ 検出信号
ＤＧ 判定パルス
ＷＩＤＴＨ 振動区間
Claims (9)
前記イオン電流検出回路の検出信号を所定値と対比して判定パルスを出力するコンパレータを設け、
前記判定パルスを受ける電子制御回路は、
前記判定パルスが繰り返し発生する振動区間の時間幅を抽出する区間抽出手段と、抽出された前記時間幅が、閾値より広いか否かに基づいて、燃焼状態と誤判定される可能性のある特定の失火状態を検出する判定手段と、を有することを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 It includes an ignition coil for supplying a high voltage to the spark plug, a switching element for intermittently driving the ignition coil, and a ion current detecting circuit connected to the secondary coil of the ignition coil, the ion current detecting In a misfire detection device that converts a detection signal from a circuit into a binary detection pulse and determines whether it is a combustion state or a misfire state based on the width of the pulse width of the detection pulse .
A comparator for outputting a determination pulse by comparing the detection signal of the ion current detection circuit with a predetermined value;
The electronic control circuit that receives the determination pulse is:
A section extraction unit that extracts a time width of a vibration section in which the determination pulse repeatedly occurs and a specification that may be erroneously determined as a combustion state based on whether the extracted time width is wider than a threshold value a determining means for detecting a misfire condition, the misfire detecting device for an internal combustion engine and having a.
前記イオン電流検出回路の検出信号を受ける電子制御回路は、
前記検出信号を所定値と比較して二値信号に変換する変換手段と、前記二値信号が繰り返し発生する振動区間の時間幅を抽出する区間抽出手段と、抽出された前記時間幅が、閾値より広いか否かに基づいて、燃焼状態と誤判定される可能性のある特定の失火状態を検出する判定手段と、を有することを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 It includes an ignition coil for supplying a high voltage to the spark plug, a switching element for intermittently driving the ignition coil, and a ion current detecting circuit connected to the secondary coil of the ignition coil, the ion current detecting In a misfire detection device that converts a detection signal from a circuit into a binary detection pulse and determines whether it is a combustion state or a misfire state based on the width of the pulse width of the detection pulse .
The electronic control circuit that receives the detection signal of the ion current detection circuit,
Conversion means for comparing the detection signal with a predetermined value to convert it to a binary signal, section extraction means for extracting a time width of a vibration section in which the binary signal repeatedly occurs, and the extracted time width is a threshold value A misfire detection device for an internal combustion engine , comprising: a determination unit that detects a specific misfire state that may be erroneously determined as a combustion state based on whether the combustion state is wider .
前記判定手段は、抽出された前記時間幅と前記経過時間との比率を、基準比率と対比して、前記規準比率を超えるか否かによって、特定の失火状態か否かを判定する請求項１又は２に記載の失火検出装置。 A timing unit for calculating an elapsed time from when a high voltage is supplied to the spark plug by transition of the switching element until the end of the vibration section;
The determination means determines whether or not a specific misfire state is caused by whether or not the ratio of the extracted time width and the elapsed time exceeds the reference ratio in comparison with a reference ratio. Or the misfire detection apparatus of 2.
前記判定手段は、抽出された前記時間幅と前記積分値との比率を、基準比率と対比して、前記規準比率を超えるか否かによって、特定の失火状態か否かを判定する請求項１又は２に記載の失火検出装置。 In the region of the extraction window that is determined in advance based on the operating state, an integration unit that calculates an integrated value of the detection signal of the ion current detection circuit is further provided,
The determination means determines whether or not a specific misfire state is caused by whether or not the ratio of the extracted time width and the integral value exceeds the reference ratio in comparison with a reference ratio. Or the misfire detection apparatus of 2.
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