JP2009275663A - 内燃機関の燃焼状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノックセンサの代わりに、クランク軸の回転変化を基にしてプレイグニッションの発生を判断することにより、コストアップ無しで簡単に実施可能な燃焼状態検出装置を提供する。
【解決手段】クランク角センサからの信号に基づいて内燃機関の回転情報を演算する回転情報取得手段と、各種センサからの信号に基づき演算範囲を決定する演算範囲決定手段と、上記各種センサの出力に基づき比較値を決定する比較値決定手段と、上記回転情報と前記演算範囲に基づきパラメータを演算するパラメータ演算手段と、上記パラメータと比較値に基づきプレイグニッションの発生を判断するプレイグニッション判断手段と、上記クランク角センサ及び各種センサの出力に基づきプレイグニッション検出の実行を許可する実行判断手段とを備えたもの。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関を利用する自動車、二輪車、船外機、他特機などに搭載され、内燃機関運転のための燃焼状態を検出する装置に関し、特に、プレイグニッションの発生を検出する燃焼状態検出装置に関するものである。

近年、環境保全、燃料枯渇の問題が提起されており、自動車業界においてもこれらへの対応が大きな課題となっている。
この対策として、機関効率を最大限まで引上げようとする技術が多く開発されており、例えば、燃費向上・排出ガス削減のために圧縮比の設定を高くするなどの工夫がなされている。圧縮比を高くすることは、燃焼室内で発生した燃焼を駆動系に伝達する効率を高めることができ、燃費向上に有効である。

しかしながら、圧縮比が高い場合、燃焼室内の燃焼温度が高温となり、点火プラグの放電による混合気への点火以前に自然着火する、いわゆるプレイグニッションを引き起こすおそれがある。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、爆発工程において、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、この時の爆発エネルギー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。

ところで、プレイグニッションが発生すると、上述の爆発エネルギーが増大し、それとともにピストンの押し下げ力も大きくなるので、上記回転出力に変化が生じる。これに伴い、内燃機関の動作が不調となると共に、場合によっては内燃機関にダメージを与えることがある。この問題に対応するため、従来から、プレイグニッションの発生を検出することにより上記ダメージを防止するための必要な処置を取ることが行われている。

プレイグニッションの発生を検出する方法として、これまでノックセンサの信号を用いるものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の方法は、ノックセンサによりノッキングと判定した場合に点火時期の遅角制御を行うが、これによってもノッキングが収束せず、且つ空気燃料比が遅角前の空気燃料比より小さいときにはプレイグニッションが発生したものと判定し、必要な処置、例えば内燃機関の溶損等を防止のための燃料噴射の停止やスロットル弁の閉鎖等の処置を行うものである。

特開平１１-２４７７５０号公報

上記特許文献１のノックセンサによる方法は、ノックセンサが振動レベルを検出するものであるため、目途とする燃焼による振動以外に内燃機関で機械的に発生する振動の影響を受けざるを得ない。特に高回転域では燃焼による振動以外の影響が大きくなりやすく、このためノックセンサによるプレイグニッション判定精度に誤差が生じ易く誤判定の原因となっていた。
本発明は、クランク軸の回転変化を基にしてプレイグニッションの発生を判断することにより、誤判定やコストアップ無しで高精度にプレイグニッションの発生を検出する燃焼状態検出装置を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関の燃焼状態検出装置は、クランク角センサからの信号に基づいて内燃機関の回転情報を演算する回転情報取得手段と、各種センサからの信号に基づいて演算範囲を決定する演算範囲決定手段と、上記各種センサの出力に基づき比較値を決定する比較値決定手段と、上記回転情報と前記演算範囲に基づきパラメータを演算するパラメータ演算手段と、上記パラメータ演算手段により得られたパラメータと上記比較値決定手段により得られた比較値に基づきプレイグニッションの発生を判断するプレイグニッション判断手段と、上記クランク角センサ及び各種センサの出力に基づきプレイグニッション検出の実行を許可する実行判断手段を備え、上記プレイグニッション判断手段は、上記回転情報取得手段により得られた回転情報の変化に基づきプレイグニッションの発生を判断することを特徴とするものである。

プレイグニッションの発生をエンジンの振動の影響なく検出することができるので、内燃機関にダメージを与えることなく、高効率、高精度な運転が実施できるようになり、燃焼状態を適切に管理することで、燃料枯渇問題、環境保全に役立てることができる。
また、プレイグニッション検出のために、新たなセンサを追加する必要がないため、コストアップなく簡単に実装することが可能となる。

実施の形態１．
図１はこの発明になる内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を示すブロック図である。
図において、１はクランク角センサ、２は各種センサ、３は内燃機関の各種制御を行うエンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）で、ここでは燃焼状態検出装置のための構成のみを示している。ＥＣＵ３は回転情報取得手段４、プレイグニッション検出手段５、実行判断手段６、演算範囲決定手段７、及び比較値決定手段８から構成されている。更に、上記プレイグニッション検出手段５はパラメータ演算手段９とプレイグニッション判断手段１０とから構成されている。

図２は本発明の回転情報取得手段４の動作を説明するための各信号のタイミングチャートを示しており、図３は演算範囲決定手段７の動作を説明するための燃焼状態毎の回転情報を示している。また、図４は本発明の実行判断手段６の動作のフローチャートを、図５は本発明のプレイグニッション検出手段５の動作のフローチャートを示し、更に、図６は本発明のパラメータ演算手段９の動作のフローチャートを、図７は本発明のプレイグニッション判断手段１０の動作のフローチャートをそれぞれ示している。

次に、図１の構成図に従ってこの発明の実施の形態１による燃焼状態検出方法を説明する。ＥＣＵ３には、クランク角センサ１と各種センサ２からの必要な情報が入力される。ＥＣＵ３内部の回転情報取得手段４は、クランク角センサ１の信号に基づいてクランク軸の回転情報、例えば回転速度の変化、あるいは回転速度の変化量の形式で取得するものである。具体的な回転情報の取得方法は図２の各信号のタイミングチャートを用いて説明する。

図２において、クランク角センサ１はクランク軸の回転角度を検出するセンサであるが、この出力はコンパレータ等を用いて波形整形され、図２の上段に示すパルス形状のクランク角信号を得る。図２の下段に示すタイマカウンタは、上記クランク角信号のエッジ間隔を演算している。具体的にはクランク角信号のＨＩＧＨからＬＯＷへの切換えタイミングを始点としてカウントを開始すると共に、次にＨＩＧＨからＬＯＷへと切換わるタイミングでカウント値を保持し、その後初期値に戻して再びカウントを開始する、といったサイクルを繰り返し実行する。このエッジ間隔を利用すれば、単位角度当りに要する時間を得ることができる。この単位角度当りに要する時間を単位角度時間と呼ぶことにする。図２の下段の点線は単位角度時間の推移を示している。

図１に戻り、構成図の続きを説明する。演算範囲決定手段７は、後述するパラメータＰａｒａを演算するための開始ポイントであるθ_ｓｔａｒｔと、演算を終了するポイント
であるθ_ｅｎｄを設定する。θ_ｓｔａｒｔは点火コイル等による強制点火のタイミングからクランク角で２０ｄｅｇ進角側に設定し、θ_ｅｎｄはθ_ｓｔａｒｔから６０ｄｅｇ遅角側に設定する。例えば前記強制点火のタイミングが検出対象気筒のピストンクランク角の上死点ＴＤＣ（０ｄｅｇ位置）である場合は、θ_ｓｔａｒｔ＝Ｂ２０ｄｅｇ（上死点前２０ｄｅｇ位置）、θ_ｅｎｄ＝Ａ４０ｄｅｇ（上死点後４０ｄｅｇ位置）となる。

前述では、θ_ｓｔａｒｔを点火タイミングの２０ｄｅｇ進角側に設定すると説明したが、この程度はエンジンの運転状態、例えばエンジン回転数、負荷、空燃比、吸気バルブを開くタイミング、もしくは点火タイミング等に応じて設定されるマップ値であっても良い。また、θ_ｅｎｄもθ_ｓｔａｒｔから６０ｄｅｇ遅角側に設定すると記載したが、同様にこの程度もエンジンの運転状態、例えばエンジン回転数、負荷、空燃比、吸気バルブを開くタイミング、もしくは点火タイミング等に応じて設定されるマップ値であっても良い。

次に、図３のパラメータ演算手段９のフローチャートを使って、パラメータ演算手段９の動作について説明する。まず、ステップＳ３１では上記回転情報取得手段４及び演算範囲決定手段７よりの信号から、クランク角度θが開始ポイントθ_ｓｔａｒｔとなった時点の単位角度時間を取得し、これを基準パラメータ（ＢａｓｅＰａｒａ）とする。続いて、ステップＳ３２ではパラメータ（Ｐａｒａ）の演算を行う。

パラメータ（Ｐａｒａ）の演算は、各クランク角度θ毎にＢａｓｅＰａｒａから単位角度時間を差引いた値の積算値、すなわち、Para+（BasePara-単位角度時間(θ)）として求められるもので、この積算はステップＳ３３に示すように、クランク角度θがパラメータ演算の終了ポイントであるθ_ｅｎｄとなるまで続けられる。ここで、ＢａｓｅＰａｒａより単位角度時間(θ)が大きいクランク角度位置の積算値をとれば負の値となり、この点には注意が必要である。

比較値決定手段８は前記パラメータ演算手段９からの出力Ｐａｒａと比較するための比較値Ｄω_ｔｈ、Ｄω_ｔｈｄをプレイグニッション判断手段１０に入力するものであり、エンジン回転数、負荷の軸からなるマップ値として決定する。比較値Ｄω_ｔｈ、Ｄω_ｔｈｄは、クランク軸の回転数、内燃機関の充填効率（燃料噴射量）、もしくは点火のタイミングに応じて補正、変更されても良い。

次に、プレイグニッション判断手段１０の動作を図４について説明する。プレイグニッションが発生すると通常の点火タイミングより早いタイミングから燃焼が開始されるため、クランク軸の回転が上がるタイミングが通常燃焼時の点火時期よりも早くなる。これを単位角度時間の挙動に置き換えると、図４の下段に示すように、プレイグニッション発生時には通常燃焼(Ａ点)に対し単位角度時間が小さくなり始めるクランク角度タイミングが早くなる(Ｂ点)。つまり前述のＰａｒａの値としては、プレイグニッション発生時には通常燃焼に対し大きくなる。

図５のフローチャートを用いて、上記プレイグニッション判断手段１０の動作を更に詳しく説明する。ステップＳ４１において、前記比較値決定手段８で得た比較値Ｄω_ｔｈと前記パラメータ演算手段９で得たパラメータＰａｒａとの比較を行う。パラメータＰａｒａが比較値Ｄω_ｔｈを超えている場合はステップＳ４２へと進み、プレイグニッションが発生したと判断する。ステップＳ４１でパラメータＰａｒａが比較値Ｄω_ｔｈを下回っている場合はステップＳ４３へと進み、比較値Ｄω_ｔｈｄとの比較を行う。非常に強いプレイグニッションが発生した場合には、逆にピストンの上昇を阻害する場合が考えられるため、パラメータＰａｒａが比較値Ｄω_ｔｈｄをさらに下回ることがあり、この場合にもプレイグニッションが発生したと判断する。ステップＳ４３でＰａｒａが比較値Ｄω_ｔｈｄを下回っていなければステップＳ４４へと進み通常燃焼であると判断する。

次に実行判断手段６について説明する。実行判断手段６はプレイグニッション検出の実行を許可するかどうかの判断を行うものである。
クランク軸に回転数変化を引起こす要因としてプレイグニッションの発生以外にもいくつかあることが知られている。代表的なところとして、例えばスロットルを急激に開けたような場合、車輪が空転するような場合、悪路走行時のようなエンジン回転数が安定しない状態である場合、更には変速機のギア比が変化する時等があげられる。また、プレイグニッションは、燃焼室内の温度が高いほど発生し易い、充填効率の大きい運転状態ほど発生し易い、回転数が高いほど発生し難い等の特徴を持っている。

図６のフローチャートに示すように、ステップＳ１１でスロットルを急激に開いていないかどうかを判定し、急激に開いた場合にステップ１９へ進み、プレイグニッションの検出の実行を禁止する。スロットルを急激に開いていない場合にはステップ１２へ進み、ステップ１２で車輪が空転していないかどうかを判定する。ステップ１２で車輪が空転するような場合にはステップＳ１９へ進み、プレイグニッションの検出の実行を禁止する。車輪が空転していない場合はステップＳ１３へ進む。

以下同様に、ステップＳ１３で悪路走行時のようなエンジン回転数が安定しない状態の場合、ステップＳ１４で変速機のギア比が変化する場合、ステップＳ１５で温度が低い場合、ステップＳ１６で充填効率が低い場合、更に、ステップＳ１７で回転数が高いときには、それぞれステップＳ１９へ進み、プレイグニッションの検出の実行を阻止し、プレイグニッションの誤判定を防止、軽減することができる。なお、上記条件の全てが充足されたときに初めてステップＳ１８へ進み、プレイグニッションの検出の実行を行う。
なお、上記ステップＳ１１からステップＳ１７の各判断条件は必要に応じて取捨選択することができるのは言うまでもない。これらのステップ１１〜１７はクランク角センサ１と各種センサ２により判断され、各種センサ２には水温センサ、吸気圧センサ、スロットルセンサ等が選定される。

これらの条件をプレイグニッション検出の実施の判断指標に加えることで、無駄な演算負荷を押さえることができるようになる。
なお、Ａ_Ｆｌｇが更新されるタイミングは、燃焼サイクル毎が理想である。例えばＢ６０の実行判断実施信号タイミング（図２矢印参照）を受け取った場合に実施する。このＢ６０のタイミングは演算が重ならないタイミングとし、演算負荷軽減のため数燃焼サイクル毎に１回実施、もしくは、所定時間経過毎に実施しても良い。

図６の実行判断結果を用い、図７のフローチャートに従ってパラメータ演算手段９およびプレイグニッション判断手段１０の実行要否が決定される。すなわち、図７において、ステップＳ２１で実行判断手段６がプレイグニッションの検出の実行を指示した場合（Ａ_Ｆｌｇ＝１）、ステップＳ２２で前述したパラメータ演算手段９を実行し、更にステップＳ２３で前述したプレイグニッション判断手段１０を実行するものである。

以上のように本発明の実施の形態１によれば、プレイグニッションの発生を検出できるので、エンジンへのダメージを回避することが可能となり、高効率・高精度な運転が実施できるようになる。また、プレイグニッション検出のために、新たなセンサ等を追加する必要がないため、コストアップを抑えることが可能となる。なお、本実施例では、単位角度当りの時間を用いた場合を説明したが、単位時間当りの角度を用いても同様の結果を得ることができる。

実施の形態２．
先述の実施の形態１では、前記パラメータ演算手段９で演算されるパラメータＰａｒａとして、単位角度時間の積算値を用いたが、本実施例では積算値の代わりに単位角度時間が演算範囲内で最小となった値（最小値）を用いることもできる。最小値を用いても、単位角度時間の演算範囲内での変化量を捉えることができるため、プレイグニッション検出が可能となり、実施の形態１と同等の効果を得ることができる。なお、単位角度時間の代わりに単位時間角度を用いても同様であり、以下同じである。

実施の形態３．
先述の実施の形態１では、前記パラメータ演算手段９で演算されるパラメータＰａｒａとして、単位角度時間の積算値を用いたが、本実施例では積算値の代わりに単位角度時間が演算範囲内で最小値を示した地点（最小値発生位置）を用いることができる。最小値発生位置を用いることによって、単位角度時間の演算範囲内での変化タイミングを捉えることができる。よって、最小値発生位置が比較値Ｄω_ｔｈより早い位置であるときに、プレイグニッションが発生したと判断できる。これより、プレイグニッション検出が可能となり、実施の形態１と同等の効果を得ることができる。

実施の形態４．
先述の実施の形態１では、前記パラメータ演算手段９で演算されるパラメータＰａｒａとして、単位角度時間の積算値を用いたが、本実施例では、積算値の代わりに演算範囲内の単位角度時間に重みを加えて演算した重心位置を用いる。重心位置を求める方法を図１０、図１１を用いて説明する。まず、ステップ６１では、前記回転情報取得手段４及び演算範囲決定手段７よりの信号から、クランク角度θが開始ポイントθ_startとなった時点の単位角度時間を取得し、これを基準パラメータ（ＢａｓｅＰａｒａ）とする。続いて、ステップ６ではパラメータ１（Ｐａｒａ１）の演算を行う。

パラメータ１（Ｐａｒａ１）の演算は、各クランク角度θ毎にＢａｓｅＰａｒａから単位角度時間を差引いた値の積算値、すなわち、Para+（BasePara-単位角度時間（θ））として求められる。次にステップ６３ではパラメータ２（Ｐａｒａ２）の演算を行う。
パラメータ２（Ｐａｒａ２）の演算は、各クランク角度θ毎にＢａｓｅ Ｐａｒａから単位角度時間を差引いた値に角度情報（θ）が乗算されたものの積算値で、すなわち、Para+（（BasePara-単位角度時間（θ））* θ ）として求められる。

前記パラメータ１とパラメータ２の演算はステップ６４に示すように、クランク角度θがパラメータ演算の終了ポイントであるθ_endとなるまで続けられる。
ステップ６４でクランク角度θがパラメータ演算の終了ポイントであるθ_endとなると、ステップ６５へと進み、重心位置（Para）を得る。重心位置はパラメータ２をパラメータ１で割算することによって得られる。

図１１の上段に通常燃焼時の重心位置と、下段にプレイグニッション発生時の重心位置を矢印にて表示している。通常燃焼時の重心位置に比べ、プレイグニッション発生時の重心位置は早い位置となっている。したがって、重心位置が比較値Dω_thより早い位置であるときに、プレイグニッションが発生したと判断できる。これより、プレイグニッション検出が可能となり、実施の形態1と同等の効果を得ることができる。

実施の形態５．
この実施例はプレイグニッションの判定を前記実施の形態１〜４の組み合わせで行うようにしたものである。すなわち、前記プレイグニッション判断手段１０の動作を示している図５において、Ｓ４２、Ｓ４４でプレイグニッションの発生有無をＰＦｌｇに代入し、このＰＦｌｇを前記実施の形態１〜４それぞれのパラメータＰａｒａに対応してＰＦｌｇ１〜４を用意し、ＰＦｌｇ１〜４の組合せによってプレイグニッションの最終判定をする。つまり、積算値を用いてプレイグニッション判定ＰＦｌｇ１を、最小値を用いてプレイグニッション判定ＰＦｌｇ２を、最小値発生位置を用いてプレイグニッション判定ＰＦｌｇ３を、重心位置を用いてプレイグニッション判定ＰＦｌｇ４を得るようにしたものである。プレイグニッションの最終判定を、ＰＦｌｇ１〜４のＡＮＤ条件により判定することで確実な判定を行うことができるし、ＯＲ条件により判定することで検出感度を上げることができるという効果がある。

実施の形態６．
先述の実施の形態１〜５とは、前記比較値決定手段８の比較値Ｄω_ｔｈの決定方法が異なる。実施の形態１では比較値Ｄω_ｔｈが回転数・負荷によるマップ値によって決定されるとして説明したが、本実施の形態では比較値Ｄω_ｔｈは前回サイクルまでのパラメータの平均によって決定されるようにしたものである。

前記比較値決定手段８は、サイクル毎に実行され、前回のサイクルで通常燃焼と判断されたときに比較値Ｄω_ｔｈは更新され、プレイグニッションと判断された場合は、比較値Ｄω_ｔｈは前回値を保持する。更新される比較値Ｄω_ｔｈは、移動平均を用いて決定される。この方法によれば、マップによって決定されるものに比べて、経年変化及び機差に対応することができるため、更に精度よくプレイグニッションを検出することが可能となる。

実施の形態７．
先述の実施の形態１と異なり、前記パラメータ演算手段９において、単位角度時間の傾きを求め、その傾きに基づいて回転変化を捉えるようにしたものである。
図８のフローチャートを使って、パラメータ演算手段９の処理の流れを説明する。パラメータ演算手段９は、前述の演算範囲決定手段７で決定した開始ポイントθ_ｓｔａｒｔから終了ポイントθ_ｅｎｄまでの単位角度時間の傾きの最小値を得るように実施される。

ステップＳ５１では初期値を求める。開始ポイントθ_ｓｔａｒｔにおいて、開始ポイントθ_ｓｔａｒｔの単位角度時間と前回の単位角度時間との差分を求め、パラメータＰａｒａに代入する。
ステップＳ５２に進んで、今回の単位角度時間の傾きを求める。前回の単位角度時間と今回の単位角度時間の差分を求め、単位角度時間の傾きをパラメータＣｕｒｒｅｎｔＰａｒａに代入する。次にステップＳ５３でパラメータＰａｒａと今回の単位角度時間の傾きＣｕｒｒｅｎｔＰａｒａを比較する。ＣｕｒｒｅｎｔＰａｒａが小さい場合、パラメータＰａｒａの更新処理を行うためステップＳ５４に進み、ステップＳ５４で更新処理実施後、ステップＳ５５へ進む。そうでなかった場合は更新処理を行わずにステップＳ５５へ進む。ステップＳ５５でパラメータ演算の終了ポイントθ_ｅｎｄがくるまでステップＳ５２へ戻り、パラメータＰａｒａの演算を行う。終了ポイントθ_ｅｎｄになったら処理を終了する。

単位角度時間の傾きがマイナスを示す時、下向きの力が加えられていることを示し、単位角度時間の傾きの最小値は、下向きに一番力が加わった時の力の大きさである。
よって、プレイグニッション判断手段１０ではパラメータＰａｒａが比較値Ｄω_ｔｈを下回る場合に、プレイグニッションが発生したと判断する。
以上のように、単位角度時間の傾きを用いても、回転変化を捉えることができ、実施の形態１〜６と同等の結果を得ることができる。

実施の形態８．
本実施の形態の構成図を図９に、動作説明図を図１２に示す。先述の実施の形態１と基本的には同様の構成であるが、イオン電流検出手段１１が追加されており、上述のパラメータ演算手段９の出力とこのイオン電流検出手段１１の出力の双方に応じてプレイグニッションの発生を判断するようにしたものである。内燃機関の運転において、燃焼室内の燃焼に伴って燃焼室内の混合ガスの分子は電離（イオン化）し、電離状態にある燃焼室内に点火プラグを通じて電圧を印加すると微小な電流が流れるが、この微小な電流をイオン電流と呼ぶ。火花点火式の内燃機関において、燃焼に伴って燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流が点火前に発生している場合はプレイグニッションが発生していると判定する。

実行判断手段６にて過渡時やシフトチェンジが行われるような運転状況下であると判定された場合は、その影響による回転変動が発生し、正確にプレイグニッション発生による回転変動を捉えることが出来ない可能性がある。実施の形態１では、そのような運転状況下においては、プレイグニッション判断手段１０は実行されないが、本実施の形態８ではイオン電流検出手段１１を備えることにより、常時プレイグニッション判定が行えるようになる。

図１２において、ステップ７１で実行判断手段６がプレイグニッションの検出を指示した場合（A_Flｇ＝1）は、実施の形態１と同様にステップ７２でパラメータ演算手段９へ進みパラメータの演算を行った後、ステップ７４でプレイグニッション判断手段１０を実行する。ステップ７１でプレイグニッションの検出が許可されなかった場合（A_Flg＝0）は、ステップ７３でイオン電流検出手段１１へ進む。イオン電流検出手段１１では検出されたイオン電流の発生位置を取得する。ステップ７４でプレイグニッション判断手段１０を実行し、前記イオン電流発生位置が点火前に発生しているかどうかの判定を行い、その判定結果に基づきプレイグニッション判定を行う。
本実施の形態８により、シフトチェンジ等の急激な回転変動が発生した場合においても、プレイグニッションの判定を正確に行うことが可能となる。

この発明の実施の形態１になる内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を示すブロック図、 この発明の実施の形態１になる回転情報取得手段の動作を説明するための各信号のタイミングチャート、 この発明の実施の形態１になるパラメータ演算手段のフローチャート、 この発明の実施の形態１になる演算範囲決定手段の動作を説明するための燃焼状態毎の回転情報を示す図、 この発明の実施の形態１になるプレイグニッション判断手段のフローチャート、 この発明の実施の形態１になる実行判断手段のフローチャート、 この発明の実施の形態１になるプレイグニッション検出手段のフローチャート、 本発明の実施の形態７におけるパラメータ演算手段のフローチャート、 本発明の実施の形態８における内燃機関の燃焼状態検出装置の構成を示すブロック図、 本発明の実施の形態４における重心位置を求める方法を示すフローチャート、 本発明の実施の形態４における重心位置を求める場合の演算範囲決定手段の動作を説明するための燃焼状態毎の回転情報を示す図、 この発明の実施の形態８になるプレイグニッション判断手段のフローチャートである。

符号の説明

１ クランク角センサ、
２ 各種センサ、
３ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、
４ 回転情報取得手段、
５ プレイグニッション検出手段、
６ 実行判断手段、
７ 演算範囲決定手段、
８ 比較値決定手段、
９ パラメータ演算手段、
１０ プレイグニッション判断手段、
１１ イオン電流検出手段。

Claims (15)

1. クランク角センサからの信号に基づいて内燃機関の回転情報を演算する回転情報取得手段と、各種センサからの信号に基づいて演算範囲を決定する演算範囲決定手段と、上記各種センサの出力に基づき比較値を決定する比較値決定手段と、上記回転情報と前記演算範囲に基づきパラメータを演算するパラメータ演算手段と、上記パラメータ演算手段により得られたパラメータと上記比較値決定手段により得られた比較値に基づきプレイグニッションの発生を判断するプレイグニッション判断手段と、上記クランク角センサ及び各種センサの出力に基づきプレイグニッション検出の実行を許可する実行判断手段を備え、上記プレイグニッション判断手段は、上記回転情報取得手段により得られた回転情報の変化に基づきプレイグニッションの発生を判断することを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
2. 上記回転情報取得手段は回転速度の変化あるいは回転速度の変化量を回転情報として演算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. 上記演算範囲決定手段は、パラメータ演算手段ための開始ポイントであるθ_ｓｔａｒｔ
   と、演算を終了するポイントであるθ_ｅｎｄを設定し、θ_ｓｔａｒｔは点火コイルによる強制点火のタイミングからクランク角で進角側に設定し、θ_ｅｎｄはθ_ｓｔａｒｔから遅角側に設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。
4. 上記パラメータ演算手段は、上記回転情報取得手段及び演算範囲決定手段よりの信号から、クランク角度θが開始ポイントθ_ｓｔａｒｔとなった時点の単位角度時間あるいは単
   位時間角度の積算値を用いてパラメータＰａｒａの演算を行う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. 上記比較値決定手段は上記パラメータ演算手段からの出力Ｐａｒａと比較するための比較値Ｄω_ｔｈ、Ｄω_ｔｈｄをプレイグニッション判断手段に入力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。
6. 上記プレイグニッション判断手段は、上記比較値決定手段で得た比較値Ｄω_ｔｈと上記
   パラメータ演算手段で得たパラメータＰａｒａとの比較を行い、パラメータＰａｒａが比較値Ｄω_ｔｈを超えている場合はプレイグニッションが発生したと判断することを特徴
   とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
7. 上記実行判断手段は、プリイグニッションの発生以外のクランク軸に回転数変化を引起こす要因を検出して、これらの要因が存在する場合にはプレイグニッションの検出の実行を禁止と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。
8. 上記クランク軸に回転数変化を引起こす要因として、スロットルを急激に開けたような場合、車輪が空転するような場合、悪路走行時のようなエンジン回転数が安定しない状態である場合、変速機のギア比が変化する場合、温度が低い時、充填効率が小さい時、回転数が高い時の少なくとも一つが該当することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
9. 上記パラメータ演算手段で演算されるパラメータＰａｒａとして、単位角度時間あるいは単位時間角度が演算範囲内で最小となった値（最小値）を用い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。
10. 上記パラメータ演算手段で演算されるパラメータＰａｒａとして、単位角度時間が演算範
    囲内で最小値を示した地点（最小値発生位置）を用い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。
11. 上記パラメータ演算手段で演算されるパラメータＰａｒａとして、演算範囲内の単位角度時間に重みを加えて演算した重心位置を用い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。
12. 上記パラメータ演算手段で演算されるパラメータＰａｒａとして、上記請求項４、請求項９、請求項１０、請求項１１の組み合わせを用いてプレイグニッションの判定を行うようにし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。
13. 上記比較値決定手段は、比較値Ｄω_ｔｈが回転数・負荷によるマップ値によって決定さ
    れるか、前回サイクルまでのパラメータの平均によって決定されるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
14. 上記演算範囲決定手段は、パラメータ演算手段ための開始するポイントであるθ_ｓｔａ
    ｒｔと、演算を終了するポイントであるθ_ｅｎｄを設定し、
    上記パラメータ演算手段は、上記回転情報取得手段及び演算範囲決定手段で決定した開始ポイントθ_ｓｔａｒｔから終了ポイントθ_ｅｎｄまでの単位角度時間あるいは単位時間角度の傾きを求め、その傾きを用いてパラメータＰａｒａの演算を行う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。
15. 燃焼室内の混合ガスのイオン化により流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段を備え、上記実行判断手段がプレイグニッション検出の実行を禁止した場合において、イオン電流が点火前に発生しているかどうかの判定に基づきプレイグニッション判定を行う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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