JP2005155634A - ピーク及び積分イオン化電流信号を用いる内燃エンジン診断システム - Google Patents

Abstract

【課題】 既知のエンジン診断システムと比較して少ないレートでのデータ・サンプリングを可能にすることにより、イオン化電流信号を用いた低コストのエンジン診断方法を提供すること。
【解決手段】 本発明は、エンジン診断方法及びルーチンを含むものであり、イオン化信号を用いてエンジン診断ルーチンを実施する方法は、該イオン化信号を検出し、第１のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号を積分して第１の積分イオン化値を生成し、該第１のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号のピークを検出して第１のピークイオン化値を生成し、第２のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号を積分して第２の積分イオン化値を生成し、該第２のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号のピークを検出して第２のピークイオン化値を生成し、該イオン化信号を用いてエンジンを診断するステップを含む。
【選択図】 図５

Description

本発明は内燃エンジンの診断及び制御分野に関する。より具体的には、本発明は、イオン化電流信号のピーク値及び積分値を用いてエンジン診断を行う内燃エンジン診断システムに関する。

内燃エンジンの燃焼室における空気／燃料混合物の燃焼が、検出することができるイオンを発生させる。電圧がスパーク・プラグのギャップ間に印加された場合、これらのイオンは引き付けられて、電流を生成する。この電流は、イオン化電流信号Ｉ_IONと呼ばれる検出可能な信号を発生させる。イオン化電流信号Ｉ_IONは、検出された後、エンジン診断及び閉ループ・エンジン燃焼制御のために、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）内で処理することができる。種々の方法を用いて、内燃エンジンの燃焼室で発生したイオン化電流信号を検出し、処理することができる。

図３は、例えばアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１１０を用いてイオン化電流信号を直接サンプリングし、次いで、該サンプリングされたイオン化電流信号Ｉ_IONをマイクロプロセッサ１２０で処理するイオン化電流信号処理回路を示す。この回路は、圧縮行程及び膨張行程にわたって、分解したクランク角度ごとにイオン化電流信号をサンプリングする。この回路はまた、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）のメイン・プロセッサ１３０ではなく、Ａ／Ｄコンバータ１１０からのデータ・サンプリング・レートを扱うのに十分な動作速度及びメモリ１４０を備えていない独立したマイクロプロセッサ１２０で信号を処理し、エンジン診断ルーチンを実施する。増大したデータ・サンプル・レートを処理するために独立したマイクロプロセッサ１２０を使用することにより、製造コストが上昇する。さらに、独立したマイクロプロセッサ１２０は、Ａ／Ｄコンバータ１１０からのデータ・サンプルを処理するのに十分な動作速度及びメモリを持たなければならず、製造コストがさらに上昇することになる。

以上を考慮して、本発明は、内燃エンジンの燃焼室からのイオン化電流信号を処理し、エンジン診断を実施する改善された方法に向けられる。

好ましい実施形態においては、本発明は、イオン化信号を検出し、第１のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号を積分して第１の積分イオン化値を生成し、該第１のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号のピークを検出して第１のピークイオン化値を生成し、第２のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号を積分して第２の積分イオン化値を生成し、該第２のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号のピークを検出して第２のピークイオン化値を生成し、該第１の積分イオン化値と、該第１のピークイオン化値と、該第２の積分イオン化値と、該第２のピークイオン化値のうちの少なくとも１つを用いてエンジン診断ルーチンを実施するステップを含む、イオン化信号を用いてエンジン診断を行う方法を含む。

本発明の別の実施形態においては、エンジン診断ルーチンを実施する方法は、少なくとも２つのシリンダ・バンクについて、クランク・モードの間に該エンジン診断ルーチンを実施し、正常作動モードの間に該エンジン診断ルーチンを実施することを含む。

本発明の更に別の実施形態においては、エンジン診断ルーチンを実施するためのコンピュータ・システムは、イオン化信号を検出し、第１のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号を積分して第１の積分イオン化値を生成し、該第１のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号のピークを検出して第１のピークイオン化値を生成し、第２のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号を積分して第２の積分イオン化値を生成し、該第２のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号のピークを検出して第２のピークイオン化値を生成し、該第１の積分イオン化値、該第１のピークイオン化値、該第２の積分イオン化値、及び該第２のピークイオン化値のうちの少なくとも１つを用いて該エンジン診断ルーチンを実施するステップを行うプログラムを格納しているメモリと、該プログラムを実行するためのプロセッサと、を含む。

本発明のさらにまた別の実施形態においては、コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータ・システムにエンジン診断ルーチンを実施させる内容を含み、該コンピュータ・システムは、イオン化信号を検出し、第１のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号を積分して第１の積分イオン化値を生成し、該第１のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号のピークを検出して第１のピークイオン化値を生成し、第２のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号を積分して第２の積分イオン化値を生成し、該第２のサンプリング・ウィンドウにわたって該イオン化信号のピークを検出して第２のピークイオン化値を生成し、該第１の積分イオン化値、該第１のピークイオン化値、該第２の積分イオン化値、及び該第２のピークイオン化値のうちの少なくとも１つを用いて該エンジン診断ルーチンを実施するステップを実行するプログラムを有する。

本発明の更なる適用可能性の範囲は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び図面から明らかとなるであろう。しかしながら、本発明の精神及び範囲内の種々の変更及び修正は当業者に明らかとなるので、詳細な説明及び特定の例示は、本発明の好ましい実施形態を示すものではあるが、単なる例示として与えられると理解されるべきである。

本発明は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面から、より完全に理解されることになるであろう。
本発明は、内燃エンジンの燃焼室で発生したイオン化電流信号を検出し、該イオン化電流信号を処理してエンジンの性能及び作動を評価する種々のエンジン診断ルーチンを実施することに関する。

本詳細な説明は、イオン化電流信号の検出及び処理に全体的に関係する多数の新規な特徴を含む。この特徴は、単独で用いても、他の説明される特徴と組み合わせて用いてもよい。

火花点火式エンジンにおいては、スパーク・プラグがエンジンの燃焼室内に延びており、検出装置として用いることができる。スパーク・プラグを検出装置として使用することにより、燃焼室内部の状態を監視するために独立したセンサを該燃焼室内に設置する必要がなくなる。

エンジン内部での燃焼の間に、火炎前面における化学反応が、様々なイオンをプラズマの中で発生させる。Ｈ₃Ｏ⁺イオン、Ｃ₃Ｈ₃ ⁺イオン、及びＣＨＯ⁺イオンを含むこれらのイオンは、検出されるのに十分長く持続する励起時間を有する。スパーク・プラグのギャップ間に電圧を印加することによって、これらの自由イオンは、該スパーク・プラグのギャップ領域に引き付けられ、イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを発生させることができる。

図１に示されるように、イオン化信号検出システム２８０は、スパーク・プラグのギャップ（すなわちスパークプラグの先端）にバイアス電圧を印加するための装置を各々のコイルに含むコイル・オン・プラグ構成体２８１を備えている。コイル・オン・プラグ構成体２８１は、イオン化電流信号処理システムを含むモジュール２８２に取り付けられる。

イオン化電流信号Ｉ_IONは、点火及び燃焼中のスパーク・プラグのギャップにおける局所伝導率を測定する。図２に示されるように、イオン化電流信号Ｉ_IONは、点火及び燃焼中に変化する。（図２に示されるイオン化信号は、点火の間及び点火の後に、スパーク・プラグのギャップ間に流れる検出されたイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎに比例する、イオン化電圧Ｖ_ION２０５であることに注意されたい。）この変化は、燃焼過程の異なる段階において検出して、エンジンのシリンダクランク角と比較することができる。

イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎは、典型的には、点火すなわちスパークフェーズ２２０と、点火後すなわち燃焼フェーズ２３０の２つのフェーズを持つ。点火フェーズ２２０の間に、点火コイルが充電され、次いで放電されて、空気／燃料混合物に点火する。点火後フェーズ２３０では、燃焼が起っている。点火後フェーズ２３０は、典型的には、火炎前面フェーズと火炎後フェーズの２つのフェーズを持つ。火炎前フェーズは、燃焼炎（火炎核形成の際の火炎面の移動）がシリンダ内で発達するときに起こる。理想的な状況下では、火炎前フェーズは単一のピーク値を有する。火炎前フェーズの間に発生したイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎは、空気／燃料比に深く関係することが示されてきた。火炎前面後フェーズは、シリンダ内で発生する温度及び圧力に関係する。以下により詳細に説明されるように、火炎前後フェーズは、ピークシリンダ圧の位置と良好に相関するピークを持つイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを生成する。

図２は、点火フェーズ２２０及び点火後フェーズ２３０中のイオン化電流の生成によってもたらされるイオン化電圧信号Ｖ_ION２０５のグラフを示す。バイアス電圧Ｖ_BIASが、点火前フェーズ２１０、点火フェーズ２２０、及び点火後フェーズ２３０中に、スパーク・プラグのギャップに印加される。好ましい実施形態においては、バイアス電圧Ｖ_BIASは約０．５Ｖである。しかしながら、当業者であれば、エンジンの作動状態に応じて、この値より大きい又は小さいバイアス電圧Ｖ_BIASを用いることができることを理解するであろう。

図２は、点火フェーズ２２０及び点火後フェーズ２３０中のイオン化電流のフェーズも示す。点火フェーズ２２０中に、点火コイルが充電され、次いで放電されて、電流がスパーク・プラグのギャップにアークを生じさせ、シリンダ内の空気／燃料混合物に点火する。点火フェーズ２２０に続いて、バイアス電圧Ｖ_BIASは、空気／燃料混合物の燃焼中に生成されたイオンを引き付ける。典型的にはＨ₃Ｏ⁺イオン、Ｃ₃Ｈ₃ ⁺イオン、及びＣＨＯ⁺イオンを含むイオンが、バイアス電圧Ｖ_BIASによってスパーク・プラグのギャップ領域に引き付けられるので、イオン化電流がスパーク・プラグのギャップに流れる。このイオン化電流は、図２においてイオン化電圧信号Ｖ_ION２０５によって表される。点火後フェーズ２３０中に、燃焼が進行して火炎面がシリンダ内を移動するにつれて、イオン化電圧信号Ｖ_ION２０５はピーク電圧２４０まで上昇することになる。シリンダ内の燃焼状態によっては、シリンダ内の圧力及び温度が高まることによって、第２のピーク２５０が現れることもある。

図４は、イオン化電流信号を用いてエンジン診断ルーチンを実施する内燃エンジン診断システム３００を示す。イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎは、イオン信号処理のために、エンジンの各々のシリンダにあるイオン検出組立体３０５ａ〜３０５ｎからイオン信号処理を行なうアナログ回路３１０に送信される。アナログ回路３１０からは、処理されたイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎが、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ３２０に送信される。次に、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ３２０は、デジタル化されたイオン化信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０のメイン・プロセッサ３３０に送信する。パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０は、調整され、デジタル化された信号を用いて、種々のエンジン診断及び制御ルーチン３３５を実施する。エンジン診断ルーチンは、シリンダ識別、全域にわたる不点火（失火）検出、及び二次オープン検出を含む。システム３００は、必要に応じて、アナログ回路３１０、及びメイン・プロセッサ３３０のエンジン診断ルーチンを再校正することを可能にする。このシステムはまた、広範囲のエンジン及び内燃作動状態及びパラメータにわたって、より大きな自由度をもたらす。

図５に示されるように、本発明の好ましい実施形態のアナログ信号調整システム４００は、信号分離器４１０と、増幅器４２０と、オン／オフコントローラ４３０と、ピーク及び積分リセットコントローラ４４０と、ピーク検出器４５０と、イオン電流積分器４６０とを備えている。

２種類の信号が、アナログ信号調整システム４００に入力される。第１に、アナログ信号調整システム４００は、内燃エンジンのイオン化センサＩ_{SENSOR 1-n}３０５ａ〜３０５ｎから、イオン化信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを受信する。アナログ信号調整システム４００はまた、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０の、例えば時間処理ユニット（ＴＰＵ）４７０などのタイム・プロセッサから、オン／オフ制御信号４８０及びリセット制御信号４７５を受信する。

エンジン燃焼サイクルの逐次的な特性のため、イオン化センサ３０５ａ〜３０５ｎからのイオン化電流信号１００ａ〜１００ｎは、信号の損失又は歪みなしに、アナログ信号調整システム４００の信号分離器４１０への単一の入力として合成してもよい。イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを１つのピンに多重化することができる１つの理由は、該イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎは、一次コイル巻線の充電、点火、及び燃焼中のみ検出可能なことである。これら３つの期間は、シリンダの活動期間と呼ばれ、１２０度のクランク角度より小さい範囲にわたる（図２参照）。イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを多重化することができる別の理由は、イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎが電流源であることである。したがって、イオン化信号情報のいかなる顕著な損失又は歪みもなく、イオン化電流信号をまとめて、各々のシリンダからの個々のイオン化信号１００ａ、１００ｂ、１００ｎを合成した単一の信号にすることができる。

信号分離器４１０は、イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎからバイアス電流Ｉ_BIASを引くことによって、検出されたイオン化電流信号を分離する。上述したように、バイアス電流Ｉ_BIASは、バイアス電圧Ｖ_BIASをスパーク・プラグのギャップに印加してイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを発生させた時に生じる。信号分離器４１０は、電流ミラー回路を用いて、イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎからバイアス電流Ｉ_BIASを取り除く。次いで、イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎは、以下に説明するように、アナログ信号調整システム４００内部で増幅され、処理される。

増幅器４２０は、信号分離器４１０から、分離されたイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを受信する。好ましい実施形態においては、増幅器４２０は、電流ミラー回路を用いてイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを増幅する。増幅器４２０はまた、オン／オフコントローラ４３０からオン／オフ制御信号を受信する。

オン／オフコントローラ４３０は、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０の時間処理ユニット（ＴＰＵ）４７０からオン／オフ制御信号４８０を受信する。オン／オフコントローラ４３０は、オン／オフ信号４８０を処理し、これらの信号に基づいて増幅器４２０を「オン」及び「オフ」にして、イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎのピーク検出及び積分を可能にする。

ピーク及び積分リセットコントローラ４４０は、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０の時間処理ユニット（ＴＰＵ）４７０からリセット制御信号４７５を受信する。リセットコントローラ４４０は、これらの信号を処理して、ピーク検出器４５０及びイオン電流積分器４６０をそれぞれの初期値にリセットする。ピーク検出器４５０がリセットされた後で、該ピーク検出器４５０は、増幅器４２０がオン／オフコントローラ４３０によって「オン」にされたときに、増幅されたイオン化電流信号を処理して、ピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を生成する。ピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０又は同様のエンジン診断及び制御プロセッサに送信することができる。イオン電流積分器４６０がリセットされた後で、該イオン電流積分器４６０は、増幅器がオン／オフコントローラ４３０によって「オン」にされたときに、増幅されたイオン化電流信号を処理して、積分イオン化電流信号Ｉ_INT４６５を生成する。積分イオン化電流信号Ｉ_INT４６５を、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０又は同様のエンジン診断及び制御プロセッサに送信することができる。

ピーク検出器４５０は、増幅されたイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを増幅器４２０から受信し、ピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を生成する。好ましい実施形態においては、ピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５は、増幅器４２０がオン／オフコントローラ４３０によって「オン」にされた期間中のピーク検出器４５０の最終リセット以降に測定されたピークイオン化電圧と等しい。本発明の好ましい実施形態においては、ピーク検出器４５０は、点火フェーズ２２０及び点火後フェーズ２３０についてのピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を生成する。しかしながら、ピーク検出器４５０は、エンジンの作動状態及びエンジン診断ルーチンに応じて、２つより多いか又は少ないピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を生成するようにしてもよい。

イオン電流積分器４６０は、増幅されたイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを増幅器４２０から受信し、積分イオン化信号Ｉ_INT４６５を生成する。好ましい実施形態においては、積分イオン化信号Ｉ_INT４６５は、増幅器４２０がオン／オフコントローラ４３０によって「オン」にされた期間中のイオン電流積分器４６０の最終リセット以降のイオン化電流Ｉ_IONの積分値と等しい。本発明の好ましい実施形態においては、イオン化電流信号Ｉ_IONは、点火フェーズ２２０及び点火後フェーズ２３０について積分される。しかしながら、イオン電流積分器４６０は、エンジンの作動状態及びエンジン診断ルーチンに応じて、２つより多いか又は少ない積分イオン化電流信号Ｉ_INT４６５を生成するようにしてもよい。

図６は、正常燃焼の場合における信号調整システム４００の代表的な入力及び出力信号を示す。図６の最上部のチャートは、イオン化センサ３０５ａ〜３０５ｎから受信されたイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎである。第２及び第３のチャートは、それぞれ、時間処理ユニット（ＴＰＵ）４７０からアナログ調整システム４００に送信されるオン／オフ制御信号Ｐａ４８０及びリセット制御信号Ｐｂ４７５である。点火充電信号６４０は、最下部のチャートの曲線として示される。

オン／オフ制御信号４８０及びリセット制御信号４７５は、パルス列である。オン／オフ制御信号４８０は、論理レベル０（「ＬＬ０」）の時に「オン」である。リセット制御信号４７５は、論理レベル１（「ＬＬ１」）の時に「オン」である。オン／オフ制御信号４８０及びリセット制御信号４７５の作動は、以下の領域に従って説明することができる。当初は、時間０．０〜０．１５ミリ秒において、オン／オフ制御信号４８０及びリセット制御信号４７５は、「オフ」状態である。この「オフ」状態は、オン／オフ制御信号４８０についてはＬＬ１（イナクティブ「高」）として、及び、リセット制御信号４７５についてはＬＬ０（イナクティブ「低」）として、示される。領域ａにおいて、リセット制御信号４７５を「オン」及び「オフ」にして、点火フェーズ２２０に先立ち、積分器４６０及びピーク検出器４５０をリセットする。このリセットにより、ウィンドウ＃１として示される点火フェーズ２２０について、ピーク検出器４５０がピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を生成し、積分器４６０が積分イオン化信号Ｉ_INT４６５を生成することが可能になる。

領域ｂにおいて、オン／オフ制御信号４８０は「オン」にされる。オン／オフコントローラ４３０は、ピーク検出器４５０が増幅されたイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを受信して、点火フェーズ２２０（ウィンドウ＃１）についてのピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を検出するように、増幅器４２０を「オン」にする。積分器４６０は、増幅されたイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを受信して、点火フェーズ２２０（ウィンドウ＃１）についての積分イオン化電流信号Ｉ_INT４６５を生成する。積分イオン化電流信号Ｉ_INTを用いて、二次コイル・オープン診断ルーチン、エンジン不点火及び不完全燃焼診断ルーチン、並びにシリンダ識別診断ルーチンを実施することができる。領域ｂのスパーク・ウィンドウは、図６では約５００マイクロ秒である。しかしながら、エンジンの作動状態及び点火システムに応じて、持続時間がより長いか又はより短いスパーク・ウィンドウを用いることができる。例えば、スパーク・ウィンドウは、点火システムの実際のスパーク持続時間に応じて、３００マイクロ秒から３ミリ秒までのいずれかの間続くようにすることもできる。

領域ｂと領域ｃとの間の領域において、オン／オフ制御信号４８０は「オフ」状態にされる。これにより、増幅器４２０が「オフ」になり、ピーク検出器４５０及び積分器４６０に対するそれ以上の信号供給が停止する。積分イオン化信号Ｉ_INT４６５は、適切な点火チャージがシリンダに対して行われたかどうか、すなわちスパークが起こったかどうかを判断するために、閾値と比較される。スパーク・ウィンドウについての積分イオン化信号Ｉ_INT４６５が閾値を超える場合は、スパークが起こったものと判断される。積分イオン化信号Ｉ_INT４６５がこの閾値を下回る場合は、スパークは起こらなかったものと判断される。

領域ｃにおいて、リセット制御信号４７５は「オン」及び「オフ」にされる。この制御動作により、積分器４６０及びピーク検出器４５０が初期値にリセットされる。このようにして、ウィンドウ＃２として識別される点火後フェーズ２３０の間に発生したイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎについて、ピーク検出及び積分を実行することができる。

領域ｄにおいて、リセット制御信号４７５は「オフ」状態に維持され、オン／オフ制御信号４８０は「オン」及び「オフ」にされる。このリセット制御動作により、点火後フェーズ２３０の間に、ピーク検出器４５０及び積分器４６０が、それぞれピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５及び積分イオン化信号Ｉ_INT４６５を検出することが可能になる。オン／オフコントローラ４３０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて、オン／オフ制御信号Ｐａ４８０を調節する。パルス幅変調により、データ・オーバーフローを起こすことなく、様々な毎分エンジン回転数（ＲＰＭ）で、点火後フェーズ２３０についてのピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５及び積分イオン化信号Ｉ_INT４６５を計算することが可能になる。その周波数は、１０ｋＨｚに固定される。しかしながら、エンジンの作動状態によっては、より高いか又はより低い周波数を用いてもよい。以下の表に示されるように、オン／オフ制御信号４８０のパルス幅のデューティサイクルは、エンジンＲＰＭに従ってオン周期の間が変動する。

上述のように、パルス幅変調された制御信号４８０のデューティサイクルは、ＲＰＭ単位のエンジン速度の関数である。パルス幅変調は、領域ｄにわたって、主に積分オーバーフローを防止し、良好な信号対雑音比を得るように用いられる。領域ｄの積分ウィンドウは、エンジン・サイクルのクランク角度に基づいている。本発明の第一の実施形態においては、６０度のクランク角度にわたって、積分ウィンドウをとる。言うまでも無く、６０度のクランク角度より大きいか又は小さい積分ウィンドウを用いることもできる。６００ＲＰＭでは、６０度のクランク角度の積分ウィンドウは、約１６．１７ｍｓの時間間隔である。６０００ＲＰＭでは、６０度のクランク角度の積分ウィンドウは、約１．６６７ｍｓの時間間隔である。このように、６００ｒｐｍでの固定クランク角度にわたる時間ベースの積分は、６，０００ＲＰＭでの同じ固定クランク角度にわたる時間ベースの積分と比較して、１０倍増加する。

積分オーバーフローを防止する従来の手法は、可変積分ゲインを用いるものである。しかしながら、この手法は、特にアナログ回路に導入するには比較的高価である。本発明によれば、オン／オフ制御信号４８０のパルス幅変調を用いて、高いエンジンＲＰＭでは積分が続き、エンジン速度が選択されたＲＰＭを下回るデューティサイクルでは続かないように、増幅器４２０を「オン」及び「オフ」に切り換えることができる。この手法は、良好な信号出力分解能を維持しつつ、積分器のオーバーフローを防止するものである。

点火後フェーズ２３０（ウィンドウ＃２）についての積分イオン化信号Ｉ_INT４６５は、種々の診断ルーチンに用いることができる。例えば、不点火及び不完全燃焼診断ルーチンは、第２のウィンドウ（ウィンドウ＃２）についての補正された、すなわち正規化された積分イオン化信号ＩＮＴＣ_i2（ｉ＝１，２）を用いる。本発明のこれらの実施形態においては、点火後フェーズ２３０（ウィンドウ＃２）についての積分イオン化電流信号Ｉ_INT４６５を正規化して、時間領域の積分をクランク角ベースの値に変換することができる。第２のウィンドウについての積分イオン化信号Ｉ_INT４６５は、次式に従ってクランク角度で表すことができる。
∫Ｉｏｎ（θ）ｄθ＝（∫Ｉｏｎ（ｔ）ｄｔ）×６×ＲＰＭ（ｉ＝１又は２）

第２のウィンドウについての時間ベースの積分イオン化値ＩＮＴＣ_i2は、エンジン速度の関数としてアナログ調整回路４００から出力され、次式によってエンジンＲＰＭに関連付けることができる。
ＩＮＴＣ_i2＝∫Ｉｏｎ(ｔ)ｄｔ×ＰＷＭ_DC＝∫Ｉｏｎ(θ)ｄθ×ＰＷＭ_DC／(６×ＲＰＭ)

従って、アナログ信号調整システム４００から得られた点火後フェーズ２３０（ウィンドウ＃２）についての積分イオン化信号Ｉ_INT４６５を正規化して、時間領域の積分を、エンジンＲＰＭに基づくクランク角ベースの値に変換することができる。すなわち、
ＩＮＴＣ_i2＝∫Ｉｏｎ（θ）ｄθ＝６×ＲＰＭ×ＩＮＴＣ_i2／ＰＷＭ_DC
となる。パルス幅のデューティサイクル（ＰＷＭ_DC）はエンジン速度の関数なので、時間ベースの積分ＩＮＴＣ_i2を、下表を用いてクランク角ベースの積分に変換することができる。

領域ｄの後は、オン／オフ制御信号４８０は「オフ」にされ、リセット制御信号４７５は「オフ」のまま留まる。積分器４６０及びピーク検出器４５０の出力が読み込まれ、それぞれ、点火後フェーズ２３０（ウィンドウ＃２）についての積分イオン化信号Ｉ_INT４６５及びピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５が得られる。

図７に示されるように、各々のエンジン燃焼サイクルの間に、２つのデータ・サンプル６１０、６２０が取得される。これらのデータ・サンプル６１０、６２０を処理して、正常燃焼の場合の積分イオン化信号Ｉ_INT４６５及びピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を生成する。第１のデータ・サンプル６１０が第１のデータ・サンプリング・ウィンドウ（ウィンドウ＃１）で取得され、点火フェーズ２２０についての積分イオン化信号Ｉ_INT４６５及びピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を生成する。第２のデータ・サンプルが第２のデータ・サンプリング・ウィンドウ（ウィンドウ＃２）で取得され、点火後フェーズ２３０についての積分イオン化信号Ｉ_INT４６５及びピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を生成する。アナログ信号調整システム４００は、これらの２つのサンプルからのデータを処理して、点火フェーズ２２０及び点火後フェーズ２３０についてのピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５及び積分イオン化信号Ｉ_INT４６５を生成する。アナログ信号調整システム４００は、これらの値をパワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０に出力する。従って、アナログ信号調整システム４００は、点火フェーズ２２０及び点火後フェーズ２３０中のイオン化電流をサンプリングし、各々のエンジン燃焼サイクルについて、２つのピークイオン化信号及び２つの積分イオン化信号を生成する。このように、各々のエンジン燃焼サイクル中のシリンダ識別、点火診断、不点火／不完全燃焼検出、及び同様のエンジン診断ルーチンのために、４つのパラメータがパワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０に送られる。しかしながら、当業者であれば、エンジンの診断必要条件、作動状態、及び同様のパラメータに応じて、本発明に従っていかなる数のデータサンプリング・ウィンドウを用いてもよいことを理解するであろう。

本発明のアナログ信号調整システムは、既知の信号調整システムと比較して、データ・サンプル・レートを大きく低下させる。本発明と矛盾しない１つの実施形態によると、各々のシリンダからのイオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎは、各々のエンジン燃焼事象、すなわち点火フェーズ２２０、点火後フェーズ２３０について一回サンプリングすることができ、各々のエンジン燃焼サイクルについて二回サンプリングすることができる。このサンプル・レートは、独立したマイクロプロセッサを用いてイオン化電流信号を直接サンプリングする既知のシステムにおいて取得されるエンジン燃焼サイクルあたり何百個ものサンプルと比べて、著しく少ない。既知のシステムにおいては、イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎは、少なくともクランク角度ごとに、又はエンジン燃焼サイクルあたり数百回、サンプリングされる。本発明は、エンジン燃焼サイクルあたりのデータ・サンプル・レートを百倍以上低減させることにより、著しい経費節減及び効率向上をもたらす。

本発明のアナログ回路３１０は、例えば、図４に示されるように同じ回路基板の一部にするなどして、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０と一体にすることができる。この構成は、製造コストを最小にし、システムの自由度を向上させる。アナログ回路３１０はエンジン燃焼サイクルあたり２つのデータ・サンプルを用いるので、データ・サンプリング・レートの増加に対応するためにパワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０のメモリ３４０を増やす必要はない。パルス幅変調を用いることにより、アナログ回路３１０が広範なエンジン作動状態にわたって２つのピークイオン化信号及び２つの積分イオン化信号を調整して出力することが可能になる。さらに、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０のエンジン診断ルーチン３３５は、異なる作動状態に対して変化させることができる。この自由度により、メイン・プロセッサ３３０が広範なエンジン作動状態にわたって積分イオン化信号Ｉ_INT４６５及びピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を処理することが可能になる。好ましい実施形態においては、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ３２０は、メイン・プロセッサ３３０の一部にすることができる。他の実施形態においては、アナログ回路３１０は、パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０から独立させることができる。

２以上のアナログ回路３１０を組み合わせて、イオン化電流信号Ｉ_ION１００ａ〜１００ｎを処理し、調整することができる。図８は、２つのアナログ回路７１０、７２０を備える本発明の実施形態を示す。この実施形態においては、内燃エンジンのシリンダは、バンク＃１及びバンク＃２の２つのシリンダ・バンクに分けられる。図８に示されるように、各々のシリンダ・バンクは、アナログ回路７１０、７２０の一方に接続される。発火順序が１、３、４、２である４気筒内燃エンジン用途では、一方のシリンダ・バンク、例えばバンク＃１が、シリンダ１及び３を含み、もう一方のシリンダ・バンク、例えば＃２が、シリンダ２及び４を含むものとすることができる。「Ｖ」型エンジンの場合、内燃エンジンのシリンダは、バンク＃１とバンク＃２の間で分けることができる。内燃エンジンのシリンダをバンク＃１及びバンク＃２に分けることにより、特にシリンダの数が増加する場合、シリンダ識別を改善し、それぞれのイオン化信号の間の干渉を防止するために、圧縮／膨張行程及び排気／給気行程をずらしてシリンダを対にすることが可能になる。

２つのデータサンプリング・ウィンドウを伴う本発明の好ましい実施形態においては、アナログ調整回路７１０、７２０の各々は、２つのイオン化信号サンプルを調整して、各々の燃焼サイクルにつき４つの値、すなわち２つの積分イオン化信号Ｉ_INT４６５及び２つのピークイオン化信号Ｉ_PEAK４５５を生成する。アナログ回路７１０、７２０は、合わせて、エンジン燃焼サイクルあたり８つの値を発生させる。アナログ回路７１０、７２０は、シリンダ識別、不点火／不完全燃焼検出、及び同様のエンジン診断ルーチンのために、これらの値をパワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）３５０に送信する。

本発明を用いて、エンジン・クランク・モード中のシリンダ識別を実施することができる。シリンダ内の気体混合物が圧縮されるときは、その密度が大きくなり、その結果、スパーク・プラグの電極間の絶縁破壊電圧が高くなる。絶縁破壊電圧はまた、多くの異なる要因（密度、湿度、温度等）にも左右される。絶縁破壊電圧が高くなることによって、幾つかの明確な効果が生じる。例えば、圧縮行程にあるシリンダのスパーク持続時間は、圧縮行程にないシリンダのスパーク持続時間と比べて短くなる。さらに、スパークがアークを生じる前に電圧を増加させるのに、より時間がかかるようになる。各々のシリンダの点火コイルに同一の点火エネルギーが充電されると仮定すると、エネルギーが失われて電圧が下がるにつれて、スパークは、圧縮行程にあるシリンダの中でより早く終わることになる。アナログ信号調整システム４００は、スパーク・ウィンドウにわたって、すなわち各々のシリンダについての点火フェーズ２２０中のイオン化信号を積分し、該スパーク・ウィンドウについての積分イオン化信号Ｉ_INT４６５を所定の閾値と比較することによって、圧縮行程にあるシリンダを識別することができる。

本発明の別の実施形態においては、アナログ調整システムは、領域ｄにわたる積分及びピークイオン化電流信号を用いて、エンジンの不点火及び不完全燃焼診断ルーチンを実施する。ピークイオン化電流信号Ｉ_PEAK及び積分イオン化信号Ｉ_INTが所定の閾値より大きいときは、正常燃焼が宣言される。ピークイオン化信号Ｉ_PEAK又は積分イオン化信号Ｉ_INTの一方のみが所定の閾値より大きい場合は、不完全燃焼が宣言される。燃焼が相対的に遅れて起こることにより、領域ｄにわたる積分値が減少するので、この状況は不完全燃焼サイクルにおいて起こる。ピークイオン化信号Ｉ_PEAK及び積分イオン化信号Ｉ_INTがそれぞれの所定の閾値より小さい場合は、不点火が宣言される。

アナログ信号調整システムを用いて、二次巻線オープン検出、故障したコイル／イオン検出組立体、及びバンク・センサ／入力の接地短絡の診断ルーチンを実施することができる。二次巻線オープンは、スパークが起こるかどうかを観察することによって検出することができる。好ましい実施形態においては、イオン化信号Ｉ_IONはスパーク・ウィンドウにわたって積分され、積分イオン化信号Ｉ_INTは閾値と比較される。積分イオン化信号Ｉ_INTが閾値より小さい場合、診断ルーチンは、スパークが起こらなかったと判断し、二次巻線オープンを宣言する。スパークが起こらないときは、二次巻線は内部の「環状」電流のみを発生させるので、積分イオン化信号Ｉ_INTは閾値より小さい。結果として、スパーク・ウィンドウにわたるイオン化信号は、５０パーセントのデューティサイクル方形波に近づく。スパーク・ウィンドウにわたって検出されたピークイオン化値が閾値を下回る場合は、コイル及びイオン検出組立体の故障が宣言される。燃焼ウィンドウ（領域ｄ）にわたって検出されたピークイオン化信号が閾値より小さい場合は、バンク・センサ／入力のバッテリ短絡が宣言される。これらの診断ルーチンの各々は、以下により詳細に説明される。

本発明の好ましい実施形態に従って、エンジン・クランク・モード及び正常エンジン作動モード中に、エンジン診断ルーチンを実行することができる。図９は、エンジン・クランク・モードの間に実施されるエンジン診断ルーチンのフローチャートである。例えばアルゴリズムなどのクランク・モード診断ルーチンは、いくつかの予備条件が満たされると、エンジン診断及びシリンダ識別のサブルーチンを実施する。クランクシャフト・センサが同期しなければならず、カムシャフトが同期せず、各々のシリンダ・バンクの点火コイルが充電され（８００）、ＴＤＣ（上死点）近傍で放電されなければならない。これらの条件のいずれかが満たされない場合は、メイン・プロセッサ３３０はクランク・モード診断制御ルーチンを実施しない（８０５）。クランク・モード診断ルーチンは、カムシャフトが同期するまで実行されることになる。

クランクシャフト位置センサが、毎分回転数（「ｒｐｍ」）及びクランクシャフトの回転位置を検出する。好ましい実施形態においては、クランクシャフト位置センサは、磁気ピックアップ、ホール効果スイッチ、又は可変リラクタンス・センサである。クランクシャフトが回転すると、クランクシャフト位置センサはクランクシャフトの位置に基づく信号を生成し、該クランクシャフト位置センサからの信号に基づいてエンジンｒｐｍを計算することができる。信号は、この信号を処理して各々のシリンダ・バンクで上死点（ＴＤＣ）にあるピストンを識別し、次のサイクルでＴＤＣに来ることになる各々のバンクのシリンダについて点火休止パルスを生成する点火モジュール及び／又はメイン・プロセッサ３３０に送信される。点火が完了した後で、クランク・モード診断制御ルーチンは圧縮行程にあるシリンダを識別し、シリンダ識別プロセスを完了することができる。休止パルス幅が広すぎるか又は狭すぎて圧縮行程にあるシリンダを識別できないときは、診断ルーチンは、シリンダ識別プロセスが完了するまで、以下により詳細に説明される双方向プロセスにおいてパルス幅を調節する。

クランクシャフト位置センサが同期し、各々のシリンダ・バンクのコイルが充電され放電されると、エンジン・クランク・モード診断ルーチンは、各々のシリンダ・バンクについて、２つのデータサンプリング・ウィンドウ６１０、６２０にわたってピークイオン化信号Ｉ_PEAK及び積分イオン化信号Ｉ_INTをサンプリングする。本発明の好ましい実施形態においては、クランク・モード診断ルーチンは、スパーク・ウィンドウ６１０とも呼ばれる点火フェーズ２２０の間、及び、燃焼ウィンドウ６２０とも呼ばれる点火後フェーズ２３０の間に、バンク＃１及びバンク＃２の両方について、ピークイオン化信号Ｐ_i1及び積分イオン化信号ＩＮＴ_i1（ｉ＝１，２）をサンプリングする。

クランクシャフト位置センサが同期し、カム同期フラグが設定されず、各々のシリンダ・バンクの点火コイルが充電され、放電される場合、クランク・モード診断ルーチンは、故障したコイル／イオン検出組立体診断サブルーチン８１０、８２０を実施する。このサブルーチンは、スパーク・ウィンドウ６１０（すなわち、ウィンドウ１）の間にサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i1（ｉ＝１，２）を、故障したコイル／イオン検出組立体閾値ＴＨ_FCと比較して、コイル及びイオン化センサ組立体が故障したかどうかを判断する。この診断サブルーチンは、ウィンドウ１におけるバンク＃１についてのピークイオン化信号Ｐ_i1を、故障したコイル／イオン検出閾値ＴＨ_FCと比較して、バンク＃１において点火コイル及びイオン化センサ組立体が故障したかどうかを判断する（ステップ８１０）。このサブルーチンはまた、ウィンドウ１におけるバンク＃２についてのピークイオン化信号Ｐ₂₁を、故障したコイル／イオン検出閾値ＴＨ_FCと比較して、バンク＃２においてコイル及びイオン化センサ組立体が故障したかどうかを判断する（ステップ８２０）。

バンク＃１についてサンプリングされたピークイオン化値Ｐ₁₁が、故障したコイル／イオン検出組立体閾値ＴＨ_FCより小さい場合、診断サブルーチンは、対応するバンク＃１のコイル／イオン検出組立体の故障を宣言する（ステップ８１５）。バンク＃１についてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ₁₁が、故障したコイル／イオン検出組立体閾値ＴＨ_FCより小さくない場合、診断サブルーチンは、対応するバンク＃１のコイル及びイオン化センサ組立体が点火フェーズ２２０の間に故障しなかったものと判断する。クランク・モード診断ルーチンは、エンジンのバンク＃２について同様のサブルーチンを実施する。バンク＃２についてサンプリングされたピークイオン化値Ｐ₂₁が、故障したコイル／イオン検出組立体閾値ＴＨ_FCより小さい場合、診断サブルーチンは、点火フェーズ２２０の間にバンク＃２の点火コイル／イオン検出組立体の故障が起こったものと判断し、対応するコイル／イオン検出組立体の故障を宣言する（ステップ８２５）。バンク＃２についてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ₂₁が、故障したコイル／イオン検出組立体閾値ＴＨ_FCより小さくない場合、エンジン・クランク・モード診断サブルーチンは、対応する点火コイル及びイオン化センサ組立体が故障しなかったものと判断する。

故障したコイル／イオン電流検出組立体の故障がどちらのシリンダ・バンクについても宣言される場合、メイン・プロセッサ３３０はその故障を記録する。さらに、メイン・プロセッサ３３０は、例えば、エンジンｒｐｍなどのエンジン作動パラメータを制限することによって、エンジンをリンプ・ホーム・モードに置くか、又はメイン・プロセッサ３３０は、エンジンを停止させることができる。メイン・プロセッサ３３０は、故障を記録することもできる。メイン・プロセッサ３３０は、故障したコイル／イオン電流検出の故障を宣言してリンプ・ホーム・モードを開始するか又はエンジンを停止させる前に、数回、エンジン・クランク・モード診断ルーチンを実施することができる。

エンジン・クランク・モード診断ルーチンが故障したコイル／イオン電流検出組立体の故障を検出しない場合、クランク・モード診断ルーチンは、燃焼ウィンドウ（ウィンドウ２）でサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i2（Ｉ＝１，２）を用いて、バンク＃１及びバンク＃２についてのセンサ／入力のバッテリ短絡サブルーチンを実施する（ステップ８３０及びステップ８４０）。診断サブルーチンは、バンク＃１についてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ₁₂と、バンク＃２についてサンプリングされたＰ₂₂とを、イオン・センサのバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBと比較する。バンク＃１についてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ₁₂が、イオン・センサのバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBより小さい場合、診断サブルーチンは、バンク＃１にあるイオン化センサ・フィードバック・チャネルの少なくとも１つがバッテリに短絡していることを宣言する（ステップ８３５）。バンク＃１についてのピークイオン化値Ｐ₁₂が、センサのバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBより小さくない場合、診断サブルーチンは、バンク＃１においてはイオン・センサのバッテリ短絡がないものと判断する。

クランク・モード診断ルーチンは、バンク＃２についてサンプリングされたピークイオン化値Ｐ₂₂をセンサのバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBと比較すること８４０によって、エンジンのバンク＃２について同様のサブルーチンを実施する。バンク＃２についてサンプリングされたピークイオン化値Ｐ₂₂が、センサのバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBより小さい場合、診断サブルーチンは、バンク＃２にあるイオン化センサ・フィードバック・チャネルの少なくとも１つがバッテリに短絡していることを宣言する（ステップ８４５）。バンク＃２についてサンプリングされたピークイオン化値Ｐ₂₂がセンサのバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBより小さくない場合、診断サブルーチンは、バンク＃２においてはイオン・センサ入力のバッテリ短絡がないものと判断する。

本発明の１つの実施形態においては、故障したコイル／イオン検出閾値ＴＨ_FC及びセンサのバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBは、所定の定数とすることができる。本発明の別の実施形態においては、故障したコイル／イオン検出閾値ＴＨ_FC及びセンサのバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBは、エンジン速度、エンジン負荷、及び同様の作動パラメータの関数として定めることができる。

クランク・モード診断ルーチンが、故障したコイル／イオン検出組立体の故障又はセンサのバッテリ短絡故障を検出しない場合、診断ルーチンは、シリンダ識別サブルーチンを実施して、バンク＃１及び／又はバンク＃２において圧縮状態にあるシリンダを識別する。各々のコイルの休止持続時間は、圧縮状態にあるシリンダについては比較的高い気体混合物密度のためにスパークせず、圧縮状態にないシリンダについてはスパークするように選択される。この診断サブルーチンは、バンク＃１についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₁₁と、バンク＃２についてサンプリングされたＩＮＴ₂₁とをシリンダ識別閾値ＴＨ_IDと比較して、どのシリンダが圧縮行程にあるのかを判断する。図９においてステップ８５０で表されるように、このサブルーチンは、バンク＃１の積分イオン化信号ＩＮＴ₁₁からバンク＃２の積分イオン化信号ＩＮＴ₂₁を引く。ウィンドウ１でバンク＃１についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₁₁から、ウィンドウ１でバンク＃２についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₂₁を引いた差が、シリンダ識別閾値ＴＨ_IDを超える場合、診断サブルーチンは、バンク＃１のシリンダが圧縮状態にあると判断し、該サブルーチンは、バンク＃１についてカム同期フラグを設定する（ステップ８５５）。同様に、ウィンドウ１でバンク＃２についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₂₁から、ウィンドウ１でバンク＃１についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₁₁を引いた差が、シリンダ識別閾値ＴＨ_IDを超える場合、サブルーチンは、バンク＃２のシリンダが圧縮状態にあると判断し、該サブルーチンは、バンク＃２についてカム同期フラグを設定する（ステップ８６５）。

両方のシリンダがスパークしたか、又はどちらのシリンダもスパークしなかったかのいずれかのために、クランク・モード診断サブルーチンが初めに圧縮状態にあるシリンダを識別できない場合、該サブルーチンは、圧縮状態にあるシリンダがスパークせず、圧縮状態にないシリンダがスパークするまで、充電持続時間を段階的な処理で調節する。このように、次のシリンダ識別事象の間、すなわちバンク＃１及びバンク＃２における次の点火フェーズの間に、シリンダ識別を行うことができる。

クランク・モード診断ルーチンの充電持続時間調整サブルーチンは、以下のように作動する。バンク＃２についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₂₁とバンク＃１についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₁₁との間の差の絶対値が、シリンダ識別閾値ＴＨ_IDより大きくない場合、クランク・モード診断ルーチンは、ＩＮＴ₁₁とＩＮＴ₂₁の合計を点火閾値ＴＨ_IGNと比較して、コイル充電持続時間を長くすべきか又は短くすべきかを判断する（ステップ８７０）。このように、どちらの診断基準も満足されない場合（すなわち、｜ＩＮＴ₂₁−ＩＮＴ₁₁｜＜ＴＨ_ID）、充電持続時間サブルーチンは、例えば段階的な又は双方向の処理を通じてコイル充電持続時間を変更し、シリンダ識別が適応的に行われるようにする。

適応的な休止持続時間調整サブルーチンは、バンク＃２についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₂₁とバンク＃１についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₁₁とを加え、その合計を点火閾値ＴＨ_IGNと比較する（ステップ８７０）。バンク＃２についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₂₁とバンク＃１についてサンプリングされたＩＮＴ₁₁の合計が点火閾値ＴＨ_IGNより大きい場合、充電持続時間サブルーチンは、ステップ８７０において、たとえバンク＃１及びバンク＃２のシリンダの一方が圧縮状態にあったとしても、両方のシリンダがスパークしたものと判断する。診断サブルーチンは、ステップ８７５において、次の燃焼サイクル中の段階的な処理で各々のシリンダ・バンクのコイル充電持続時間を短くし、圧縮状態にあるシリンダが次の燃焼サイクルの間にスパークせず、圧縮状態にないシリンダがスパークするようにする。バンク＃２についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₂₁とバンク＃１についてサンプリングされたＩＮＴ₁₁の合計が、次の燃焼サイクルにおいても依然として点火閾値ＴＨ_IGNより大きい場合、診断サブルーチンは、圧縮状態のシリンダがスパークせず、圧縮状態にないシリンダがスパークするまで、ステップ８７０において、段階的にコイル充電持続時間を短くし続ける。このように、クランク・モード診断ルーチンは、圧縮状態にあるシリンダの識別を可能にし、同期フラグを設定する。

バンク＃１についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₁₁とバンク＃２についてサンプリングされたＩＮＴ₂₁の合計が、点火閾値ＴＨ_IGNより大きくない場合、クランク・モード診断ルーチンは、どちらのシリンダもスパークしなかったものと判断し、圧縮状態にないシリンダがスパークし、圧縮状態にあるシリンダがスパークしない状態が続くようになるまで、段階的な処理で充電持続時間を長くする（ステップ８８０）。バンク＃２についてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ₂₁とバンク＃１についてサンプリングされたＩＮＴ₁₁の合計が、次の燃焼サイクルにおいて点火閾値ＴＨ_IGNより大きくない場合、診断サブルーチンは、圧縮状態にないシリンダがスパークし、圧縮状態にあるシリンダがスパークしない状態が続くようになるまで、段階的にコイル充電持続時間を長くし続ける（ステップ８８０）。このように、充電持続時間サブルーチンは、クランク・モード診断ルーチンがバンク＃１及びバンク＃２において圧縮状態にあるシリンダを識別し、カム同期フラグを設定することを可能にする。

クランク・モード診断ルーチンが、圧縮状態にあるシリンダを識別してカム同期フラグを設定すると、メイン・プロセッサ３３０は、図１０に示されるように、正常作動モード診断ルーチンを実施する。この診断ルーチンのための前提条件は、ステップ９００において示され、クランクシャフト位置センサが同期し、カムシャフトのフェーズすなわちセンサが同期し、点火休止が有効であること９００、すなわち言い換えれば、エンジンが正常作動モードであることを含む。上で説明されたように、クランクシャフト位置センサは、クランク・モード診断ルーチンの作動に先立って同期される。カムシャフト・センサは、クランク・モード診断ルーチンが圧縮状態にあるシリンダを識別すると、同期される。点火休止が「有効」に設定されることにより、コイル充電持続時間は、正常なエンジン作動の間に空気／燃料混合物を点火するのに十分な長さになる。クランクシャフト位置センサ若しくはカムシャフト・センサが同期されないか、又は点火休止が無効の場合は、正常作動モード診断ルーチンは実施されないことになる（ステップ９０５）。

正常作動モード診断ルーチンは、故障したコイル／イオン・センサ組立体サブルーチン、及びバンク・センサ／入力のバッテリ短絡サブルーチンを実施する。故障したコイル／イオン検出診断サブルーチンは、今問題としているシリンダ・バンク（バンク＃１又はバンク＃２のいずれか）についてウィンドウ１の間にサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i1（ここで「ｉ」はシリンダのバンク＃１又はバンク＃２を表す）を、故障したコイル／イオン検出閾値ＴＨ_FCと比較する（ステップ９２０）。今問題としているバンク＃１についてウィンドウ１の間にサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i1（ｉ＝１又は２）が、故障したコイル／イオン検出閾値ＴＨ_FCより小さい場合、診断サブルーチンは、今問題としているシリンダ・バンクについての対応する点火コイル／イオン・センサ組立体の故障を宣言する（ステップ９２５）。ウィンドウ１で今問題としているバンクについてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i1（ｉ＝１又は２）が、故障したコイル／イオン検出閾値ＴＨ_FCより小さくない場合、診断サブルーチンは、対応する点火コイル／イオン・センサ組立体の故障が今問題としているバンクにおいて起こらなかったものと判断する。

次いで、正常作動モード診断ルーチンは、バンク・センサ／入力のバッテリ短絡診断サブルーチンを実施する（ステップ９３０）。このサブルーチンは、今問題としているバンクについてウィンドウ２の間にサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i2（ここで「ｉ」はシリンダ・バンク＃１又は＃２を表す）を、バンク・センサのバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBと比較する（ステップ９３０）。今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i2（ｉ＝１又は２）が、バンク・センサのバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBより小さい場合、診断サブルーチンは、今問題としているシリンダ・バンクについてセンサのバッテリ短絡故障を宣言する（ステップ９３５）。

今問題としているバンクについてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i2（ｉ＝１又は２）が、バンク・センサ／入力のバッテリ短絡閾値ＴＨ_SBより小さくない場合、正常エンジン作動診断サブルーチンは、二次オープン診断サブルーチンを実施する（ステップ９４０）。

二次オープン診断サブルーチンは、今問題としているシリンダ・バンクについてウィンドウ１の間にサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ_i1（ｉ＝１又は２）を、二次オープン閾値ＴＨ_OSと比較する（ステップ９４０）。今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ_i1（ｉ＝１又は２）が、二次オープン閾値ＴＨ_OSより小さい場合、診断サブルーチンは、今問題としているバンクにおける対応するシリンダの二次オープン故障を宣言する（ステップ９４５）。ウィンドウ１で今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされた積分イオン化信号ＩＮＴ_i1（ｉ＝１又は２）が、二次オープン閾値ＴＨ_OSより大きいか又は等しい場合、診断サブルーチンは、今問題としているシリンダ・バンクにおいて二次オープン故障が起こらなかったものと判断する。本発明の１つの実施形態においては、二次オープン閾値ＴＨ_OSは、エンジン速度、負荷などの関数として導き出すことができる。本発明の別の実施形態においては、二次オープン閾値ＴＨ_OSは、定数値とすることができる。

正常エンジン作動診断ルーチンが、コイル／イオン検出組立体サブルーチンと、センサのバッテリ短絡故障サブルーチンと、二次オープン故障サブルーチンとを実行することに成功すると、正常エンジン作動診断ルーチンは、エンジン燃料システムが稼動していることを確認する（ステップ９５０）。エンジン燃料システムは、燃料をポート燃料噴射（ＰＦＩ）の吸気ポートを通して間接的にエンジンシリンダに供給するか、又は、ガソリン直接噴射（ＧＤＩ）の場合は燃料を直接シリンダ内部に供給する。例えば燃料噴射システムが稼動状態であるなど、燃料システムが稼動している場合、正常作動診断ルーチンは、エンジン不点火／不完全燃焼診断サブルーチンを実施する（ステップ９６０）。

このサブルーチンは、ウィンドウ２にわたって、すなわち燃焼フェーズの間にサンプリングされたピーク値及び補正された積分値を用いて、不点火及び不完全燃焼エンジン診断を実施する。このサブルーチン９６０は、今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i2（ｉ＝１又は２）をピーク不点火閾値ＴＨ_PMと比較する。このサブルーチン９６０はまた、今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされた補正済みの、すなわち正規化済みの積分イオン化信号ＩＮＴＣ_i2（ｉ＝１又は２）を、積分不点火閾値ＴＨ_IMと比較する。

今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i2（ｉ＝１又は２）が、ピーク不点火閾値ＴＨ_PMを超え、かつ、今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされた補正済みの、すなわち正規化済みの積分イオン化信号ＩＮＴＣ_i2（ｉ＝１又は２）が積分不点火閾値ＴＨ_IMを超える場合、不点火診断サブルーチンは、正常燃焼が今問題としているバンクの対応するシリンダ内で起こったものと判断し、カム同期フラグを確認する（ステップ９６５）。

エンジン不点火／不完全燃焼基準の一方のみが満たされる場合、すなわち、ピーク不点火閾値ＴＨ_PM又は積分不点火閾値ＴＨ_IMの一方のみを超える場合（ステップ９７０）、診断サブルーチンは、不完全燃焼を宣言する（ステップ９７５）。例えば、ウィンドウ２で今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i2（ｉ＝１又は２）はピーク不点火閾値ＴＨ_PMを超えるが、ウィンドウ２で今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされた補正済みの積分イオン化信号ＩＮＴＣ_i2（ｉ＝１又は２）は積分不点火閾値ＴＨ_IMを超えない場合（ステップ９７０）、サブルーチンは、今問題としているバンクの対応するシリンダにおける不完全燃焼を宣言する（ステップ９７５）。あるいは、ウィンドウ２で今問題としているバンクについてサンプリングされた補正済みの積分イオン化信号ＩＮＴＣ_i2（ｉ＝１又は２）は積分不点火閾値ＴＨ_IMを超えるが、ウィンドウ２で今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i2（ｉ＝１又は２）はピーク不点火閾値ＴＨ_PMを超えない場合（ステップ９７０）、サブルーチンは、バンク＃１における不完全燃焼を宣言する９７５。

基準Ｐ_i2及びＩＮＴＣ_i2（ｉ＝１又は２）のいずれもそれぞれの閾値ＴＨ_PM及びＴＨ_IMを超えない場合、不点火が宣言される（ステップ９８０）。例えば、ウィンドウ２で今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされたピークイオン化信号Ｐ_i2（ｉ＝１又は２）がピーク不点火閾値ＴＨ_PMより小さいか又はこれと等しく、ウィンドウ２で今問題としているシリンダ・バンクについてサンプリングされた補正済みの積分イオン化信号ＩＮＴＣ_i2（ｉ＝１又は２）が積分不点火閾値ＴＨ_IMより小さいか又はこれと等しい場合、今問題としているシリンダ・バンクの対応するシリンダについて不点火が宣言される（ステップ９８０）。

ピークイオン化信号Ｐ_i2（ｉ＝１又は２）及び積分イオン化信号ＩＮＴＣ_i2（ｉ＝１又は２）は、エンジン速度及びエンジン負荷の状態が変わるのに従って変化するので、ピーク不点火閾値ＴＨ_PM及び積分不点火閾値ＴＨ_IMは、エンジン速度及びエンジン負荷の関数として選択することができる。本発明の別の実施形態においては、ピーク不点火閾値ＴＨ_PM及び積分不点火閾値ＴＨ_IMは、定数とすることができる。

このように、本発明は、エンジン診断ルーチンを実施するのに必要なデータ・サンプル・レートを、既知のエンジン診断システム及び方法と比較して、少なくとも１００分の１に減少させる。エンジン診断ルーチンは、広範囲のエンジンｒｐｍ及び作動状態にわたって作動させることができる。これらの効率は、既知のシステム及び方法に比べ、実質的にエンジン診断の効率を改善し、診断システムのコストを低減する。

上記の考察は、本発明の例示的な実施形態を開示し、説明するものである。当業者であれば、こうした考察並びに添付図面及び特許請求の範囲から、特許請求の範囲によって定められる本発明の真の精神及び正当な範囲から逸脱することなく、種々の変更、修正、及び変形を行うことが可能であることを容易に認識するであろう。

イオン化電流検出システムを示す。 イオン化電圧信号のグラフである。 既知のエンジン診断システムを示す。 イオン化信号を用いる内燃エンジン診断システムを示す。 イオン化信号調整システムを示す。 イオン化電流信号、オン／オフ制御信号、リセット制御信号、及び点火充電信号のグラフを示す。 正常燃焼の場合において、入力イオン化信号及び制御信号を伴うピーク検出信号及び積分イオン化信号のグラフである。 エンジン診断システムを示す。 クランク・モード診断ルーチンのブロック図である。 正常作動モード診断ルーチンのブロック図である。

符号の説明

１１０：アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ
１２０：マイクロプロセッサ
１３０：パワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）メイン・プロセッサ
１４０：メモリ
２１０：点火前フェーズ
２２０：点火フェーズ
２３０：点火後フェーズ
２８０：イオン化信号検出システム
２８１：コイル・オン・プラグ構成
２８２：モジュール

Claims (6)

1. コンピュータ・システムにエンジン診断ルーチンを実施させるコンテンツをもったコンピュータ読み取り可能媒体であって、
   前記コンピュータ・システムが、
   ａ）イオン化信号を検出し、
   ｂ）第１のサンプリング・ウィンドウにわたって前記イオン化信号を積分して、第１の積分イオン化値を生成し、
   ｃ）前記第１のサンプリング・ウィンドウにわたって前記イオン化信号のピークを検出して、第１のピークイオン化値を生成し、
   ｄ）第２のサンプリング・ウィンドウにわたって前記イオン化信号を積分して、第２の積分イオン化値を生成し、
   ｅ）前記第２のサンプリング・ウィンドウにわたって前記イオン化信号のピークを検出して、第２のピークイオン化値を生成し、
   ｆ）前記第１の積分イオン化値と、前記第１のピークイオン化値と、前記第２の積分イオン化値と、前記第２のピークイオン化値のうちの少なくとも１つを用いて、前記エンジン診断ルーチンを実施する、ステップを実行するプログラムを有する、
   ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能媒体。
2. 前記プログラムが、さらに、
   前記第１のピークイオン化値を故障したコイル／イオン検出閾値と比較し、
   前記第１のピークイオン化値が前記故障したコイル／イオン検出閾値より小さいときは、点火コイル／イオン検出組立体の故障を宣言し、
   前記第２のピークイオン化値をセンサのバッテリ短絡閾値と比較し、
   前記第２のピークイオン化値が前記センサのバッテリ短絡閾値より小さいときは、センサのバッテリ短絡故障を宣言し、
   シリンダ識別ルーチンを実行し、該シリンダ識別ルーチンでは、
   第１のシリンダ・バンクのシリンダについての前記第１の積分イオン化値から、第２のシリンダ・バンクのシリンダについての前記第１の積分イオン化値を引いて、第１の差を生成し、
   前記第１の差をシリンダ識別閾値と比較して、該第１の差が前記シリンダ識別閾値を超える場合は、前記第１のシリンダ・バンクの前記シリンダについてカム同期フラグを設定し、
   前記第２のシリンダ・バンクの前記シリンダについての前記第１の積分イオン化値から、前記第１のシリンダ・バンクの前記シリンダについての前記第１の積分イオン化値を引いて、第２の差を生成し、
   前記第２の差を前記シリンダ識別閾値と比較して、該第２の差が該シリンダ識別閾値を超える場合は、前記第２のシリンダ・バンクについてカム同期フラグを設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
3. 前記プログラムが、さらに、
   前記第１の差及び前記第２の差が前記シリンダ識別閾値を越えない場合は、
   前記第２のシリンダ・バンクの前記シリンダについての前記第１の積分イオン化値を、前記第１のシリンダ・バンクの前記シリンダについての前記第１の積分イオン化値に加えて合計値を生成し、
   前記合計値を点火閾値と比較し、
   前記合計値が前記点火閾値を越える場合は、コイル充電持続時間を長くする、
   ステップを含む段階的な方法で前記コイル充電持続時間を調整し、
   前記合計値が前記点火閾値を超えない場合は、前記コイル充電持続時間を短くするステップを実行する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
4. 前記プログラムが、さらに、
   前記第１のピークイオン化値を故障したコイル／イオン検出閾値と比較し、
   前記第１のピークイオン化値が前記故障したコイル／イオン検出閾値より小さい場合は、点火コイル／イオン検出組立体の故障を宣言し、
   前記第２のピークイオン化値をセンサのバッテリ短絡閾値と比較し、
   前記第２のピークイオン化値が前記センサ／入力のバッテリ短絡閾値より小さい場合は、センサのバッテリ短絡故障を宣言し、
   前記第１の積分イオン化値を二次オープン閾値と比較し、
   前記第１の積分イオン化値が前記二次オープン閾値より小さい場合は、二次オープン故障を宣言し、
   燃料システムが稼動している場合は、判断を行うステップを実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
5. 前記プログラムが、さらに、
   前記第２のピークイオン化値を不完全燃焼閾値と比較し、
   前記第２の積分値の補正値を不点火閾値と比較し、
   前記第２のピークイオン化値及び前記第２の積分値の補正値が前記不完全燃焼閾値を越える場合は、正常燃焼を宣言し、
   前記第２のピークイオン化値及び前記第２の積分値の補正値の一方のみが前記不完全燃焼閾値を越える場合は、不完全燃焼を宣言し、
   前記第２のピークイオン化値及び前記第２の積分値の補正値のいずれも前記不完全燃焼閾値を越えない場合は、不点火を宣言するステップを実行する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
6. 前記プログラムが、さらに、
   クランク・センサが同期しているかどうかを判断し、
   カム同期フラグが設定されているかどうかを判断し、
   少なくとも１つのシリンダ・バンクのコイルが充電されているかどうかを判断し、
   前記クランク・センサが同期し、前記カム同期フラグが設定されず、前記少なくとも１つのシリンダ・バンクの前記コイルが充電されている場合は、クランク・モード診断ルーチンを実施し、
   クランク・センサが同期しているかどうかを判断し、
   カム同期フラグが設定されているかどうかを判断し、
   点火休止が有効かどうかを判断し、
   前記クランク・センサが同期し、前記カム同期フラグが設定され、前記点火休止が有効な場合は、正常作動モード診断ルーチンを実施するステップを実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。

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