JP2010077804A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】失火状態を見逃すことがない内燃機関の燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】スイッチング素子Qに点火信号SGを供給してON/OFF動作させる制御装置ECUと、内燃機関の燃焼状態を示すイオン電流に比例した検出信号Voを検出するイオン電流検出回路IONと、を有して構成される。制御装置ECUは、内燃機関が燃焼状態であるはずの区間について取得した検出信号Voが、所定レベルを継続して上回る継続時間が、基準時間を超えるか否かを判定する第1手段(ST3)と、基準時間を超える場合には、前記継続時間について、検出信号Voを積分して、その積分値が基準積分値を超えるか否かを判定する第2手段(ST5)と、基準積分値を超える場合には、検出信号Voの挙動に基づいて、燃焼状態か失火状態かを判定する第3手段(ST7)と、を有して構成されている。
【選択図】図3
【解決手段】スイッチング素子Qに点火信号SGを供給してON/OFF動作させる制御装置ECUと、内燃機関の燃焼状態を示すイオン電流に比例した検出信号Voを検出するイオン電流検出回路IONと、を有して構成される。制御装置ECUは、内燃機関が燃焼状態であるはずの区間について取得した検出信号Voが、所定レベルを継続して上回る継続時間が、基準時間を超えるか否かを判定する第1手段(ST3)と、基準時間を超える場合には、前記継続時間について、検出信号Voを積分して、その積分値が基準積分値を超えるか否かを判定する第2手段(ST5)と、基準積分値を超える場合には、検出信号Voの挙動に基づいて、燃焼状態か失火状態かを判定する第3手段(ST7)と、を有して構成されている。
【選択図】図3
Description
本発明は、コロナノイズが連続しても、失火状態を見逃すことのない内燃機関の燃焼制御装置に関する。
内燃機関の燃焼室に導入された混合気が、全点火サイクルで正しく燃焼していることを把握することは極めて重要であり、従来、イオン電流を解析することで、燃焼状態か失火状態かを判定することが行われてきた(例えば、特許文献1)。
特開2006−70896号公報
特許文献1に記載の燃焼制御装置では、点火プラグの点火放電とは逆向きに流れるイオン電流に比例した出力電圧を生成するイオン電流検出回路を設けて構成されている。そして、イオン電流検出回路の出力電圧を、0.2〜0.4V程度の比較電圧Vrと比較して、比較電圧Vrを超えるイオン電流検出回路の出力電圧を積分して、その積分値(便宜上、イオン面積という)が、基準レベルを超える場合には燃焼状態であると判定している。
しかしながら、失火状態であっても、例えば、コロナノイズが連続している場合には、イオン電流検出回路の出力電圧が連続的に比較電圧Vrを超えるので、燃焼状態と同様のイオン面積が検出されてしまうことがあった。
かかる場合には、失火状態を見逃すことになるので、適切な燃焼制御を実行することができず、内燃機関の運転に支障が生じることになる。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、失火状態を見逃すことがない内燃機関の燃焼制御装置を提供することが課題とする。
上記の課題を解決するため、本発明は、一次コイルと二次コイルとからなる点火コイルと、前記一次コイルの通電を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に点火信号を供給してON/OFF動作させる制御装置と、前記二次コイルの誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグと、内燃機関の燃焼状態を示すイオン電流に比例した検出信号を出力するイオン電流検出回路と、を有して構成され、前記制御装置は、内燃機関が燃焼状態であるはずの区間について取得した前記検出信号が、所定レベルを継続して上回る継続時間が、基準時間を超えるか否かを判定する第1手段と、前記基準時間を超える場合には、前記継続時間について、前記検出信号を積分して、その積分値が基準積分値を超えるか否かを判定する第2手段と、前記基準積分値を超える場合には、前記検出信号の挙動に基づいて、燃焼状態か失火状態かを判定する第3手段と、を有して構成されている。本発明に係る燃焼制御装置は、直接的には失火検出装置として機能する。
前記第3手段は、好ましくは、基準時間を超える継続時間中の検出信号の挙動を問題にするが、これに代えて、基準積分値を超えた区間についての検出信号の挙動だけを問題にしてもよい。
但し、更に好ましくは、前記第3手段は、前記基準時間を超える前記継続時間中の前記検出信号について、その時間的な偏差に基づいて、その挙動を評価するべきである。
更に好ましくは、前記第3手段は、前記偏差について、その絶対値の累積値を算出し、算出した累積値が、基準累積値を超える場合には失火状態であると判定している。
上記した本発明によれば、コロナノイズなどが連続している場合でも、正確に失火状態を検出することができる。
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図1は、実施例に係る燃焼制御装置(失火検出装置)IGNを示す回路図であり、図2は、燃焼制御装置IGN各部の概略波形を示すタイムチャートである。
図示の通り、この燃焼制御装置IGNは、内燃機関の電子制御ユニットたるECU(Engine Control Unit)と、一次コイルL1と二次コイルL2からなる点火コイルCLと、ECUから受ける点火パルスSGに基づく遷移動作によって一次コイルL1の電流ic1をON/OFF制御するスイッチング素子Qと、二次コイルL2の誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグPGと、イオン電流検出回路IONと、を中心に構成されている。
そして、イオン電流検出回路IONの出力電圧Voは、ECUのA/Dコンバータ(不図示)に供給され、デジタルデータとしてECUのメモリに記憶される。ここで、イオン電流検出回路IONの出力電圧Voは、切出しウインドWIN(図2(d)参照)の区間について、点火サイクル毎にECUにおいて評価される。なお、切出しウインドWINは、点火コイルCLの磁路の残留磁気による残留磁気ノイズが収まった後を始期とし、燃焼反応が収束する時期が終期とされ、各々、運転条件を考慮して決定される。
以下、回路構成について詳述すると、スイッチング素子Qは、ここではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用されている。そして、スイッチング素子Qのコレクタ端子は、一次コイルL1を経由してバッテリ電圧VBを受けており、エミッタ端子は、グランドに接続されている。
イオン電流検出回路IONは、電流検出回路として機能するOPアンプAMPを中心に構成され、コンデンサC1、ツェナーダイオードZD、ダイオードD1,D2、抵抗R1〜R3を有して構成されている。コンデンサC1とツェナーダイオードZDの並列回路によって、イオン電流検出時のバイアス電圧が生成される。
二次コイルL2の高圧端子は、点火プラグPGに接続され、低圧端子は、前記バイアス電圧を生成するコンデンサC1及びツェナーダイオードZDの並列回路に接続されている。そして、コンデンサC1及びツェナーダイオードZDの並列回路は、ダイオードD1を通して、グランドに接続されている。図示の通り、ダイオードD1のカソード端子がグランドに接続されている。
一方、ダイオードD1のアノード端子は、電流制限抵抗R1を経由してOPアンプの反転入力端子(−)に接続されている。そして、OPアンプAMPの反転入力端子(−)と出力端子の間に、電流検出抵抗R2が接続され、出力端子のグランド間には、負荷抵抗R3が接続されている。また、OPアンプの非反転端子(+)は、グランドに接続され、反転端子(−)には、ダイオードD2のカソード端子が接続されている。なお、ダイオードD2のアノード端子はグランドに接続されている。
上記した構成の燃焼制御装置IGNでは、タイミングT0において、点火パルスSGがHレベルからLレベルに変化すると、二次コイルL2に誘起される高電圧によって点火プラグPGが放電する。この放電電流は、点火プラグPG→二次コイルL2→コンデンサC1→ダイオードD1の経路で流れるので、コンデンサC1は、ツェナーダイオードZDの降伏電圧により規定される電圧値に充電される。
点火プラグPGの放電によって燃焼室の混合気が着火されると、その後、急速に燃焼反応が進行するが、イオン電流iは、電流検出抵抗R2→電流制限抵抗R1→コンデンサC1→二次コイルL2→点火プラグPGの経路で流れる。したがって、イオン電流検出回路IONの出力電圧Voは、Vo=R2*iとなり、イオン電流iに比例した値となる。
続いて、本実施例の失火判定方法について説明する。図3は、ECUにおける判定アルゴリズムを説明するフローチャートである。
ECUは、各点火サイクルにおいて、OPアンプAMPの出力信号Voを受け、点火プラグPGが点火放電したタイミングT0以後の信号をAD変換してメモリに記憶する(ST1)。特に限定されるものではないが、この実施例では、サンプリング周波数を、コロナノイズの周波数域の2倍以上である30kHzとしている。
図4(a)と図5(a)は、燃焼状態と失火状態の一例について、点火プラグPGが点火放電した後の原データを記載している。図4(a)では、イオン電流が低レベルである燃焼状態を例示し、図5(a)では、燃焼状態と区別困難なワーストケースの失火状態を例示している。
ステップST1の処理によって、点火放電後の全ての原データが取得されると、最初に、残留磁気ノイズの収束タイミングをソフトウェア処理によって検出し、残留磁気ノイズの終了直後を切出しウインドWINの始期に設定する(ST2)。ここで、切出しウインドWINの始期は、例えば、特願2007−290609号に記載の手法が採用される。一方、ウインドWINの終期は、運転状態に対応して自動的に決定される。
このようにして切出しウインドWINが確定されると(ST2)、AD変換された原データを、所定レベルの閾値と比較することで、「1」又は「0」の二値化パルスデータに変換する(ST3)。図4(b)と図5(b)は、燃焼状態と失火状態の一例について、二値化されたパルスデータを例示している。
燃焼反応が認められる場合には、イオン電流検出回路IONから有意レベルのイオン電流信号Voが検出されるが、このイオン電流信号Voは、所定の周波数帯域であって、且つ、実験的に決定されている閾値レベルを有意に超えている。一方、燃焼反応が認められない失火状態では、一般には、閾値レベルを超えるデータが検出されないか、或いは、閾値レベルを超えても、それが高周波ノイズであるため、繰返し周期が有意に短い。
但し、コロナノイズが連続しているような例外的な場合には、失火状態であるにも拘らず、燃焼反応と区別できない擬似イオン電流信号が取得される場合もある。図5は、このような例外的な失火状態を図示しており、燃焼状態の場合と同程度のパルス幅のパルスデータP3,P4が検出されている。
何れにしても、ステップST2の処理が終われば、先ず、明白な失火状態を検出するべく、二値化されたパルスデータのパルス幅を判定し、予め実験的に規定されている基準パルス幅より広いパルスデータが存在するか否かが判定される(ST4)。そして、基準パルス幅より広いパルスデータが存在しない場合には、明らかに失火状態であると判定される(ST9)。
逆に、基準パルス幅より広いパルスデータが存在する場合には、失火状態であるか、燃焼状態であるかを断言できない。例えば、図4に示す燃焼状態では、基準パルス幅より広いパルスデータP1,P2が認められるものの、図5に示す失火状態でも、基準パルス幅より広いパルスデータP3,P4が存在するので、ステップST3の判定だけでは、正確な失火判定ができない。
そこで、次に、基準パルス幅より広いパルスデータの区間について、原データを時間軸上に積分する(ST5)。この積分処理は、基準パルス幅より広いパルスデータの区間だけに限定されるので、微小レベルのノイズや、コロナノイズなどが排除されることになり、通常は、特異的に抽出されたイオン電流成分だけの累積値が算出されることになる。
このようにして算出された累積値(積分値)は、次に、基準積分値を超えるか否かが判定される(ST6)。そして、実験的に予め決定されている基準積分値を下回る場合には、失火状態であると判定される(ST9)。コロナノイズはスパイク状に現れるので、ステップST5の処理で算出される累積値は、イオン電流の場合と比較すると特異的に小さい値となる。したがって、仮に、ステップST4の判定で排除できないノイズであっても、通常は、ステップST6の判定によって失火状態であることが判明する。
但し、図5(a)に示す失火状態のような例外的な場合もあり、この場合には、ステップST5の処理で算出される累積値が、正規のイオン電流成分の場合と同等又はそれ以上の値となり、ステップST6の判定では、失火状態を検出することができない。
そこで、次に、基準パルス幅より広いパルスデータの区間について、逐次、原データの偏差を計算すると共に、偏差の累積値(積分値)を算出する(ST6)。偏差Riは、具体的には、隣接する2つの原データDi−1,Diの差分値として算出され、Ri←Di−Di−1の演算が実行される。また、偏差の累積値は、時間軸上の積分演算により算出されるが、具体的には、偏差Riの絶対値ABS[Ri]について、Σ(ABS[Ri])の総和演算が使用される。
例えば、図4(a)に示す燃焼状態では、パルスP1の区間におけるt=1266.7μSのタイミングで切出しウインドWINが開始されるのでt≧1266.7μSの原データについて、Ri←Di−Di−1の演算が実行され、この偏差Riの絶対値ABS[Ri]について、累積値Σ(ABS[Ri])が算出される。本来のイオン電流信号の場合には、図4(a)に示す通り、大きく振動することがないので、信号成分の微分値たる偏差も微小である。この実施例では、偏差の絶対値の累積値Σ(ABS[Ri])は、0.3程度まで増加している。
一方、図5(a)に示す失火状態では、切出しウインドWINが、パルスP3の区間の終了タイミング後に開始されるので、t≧1633.3μSの原データについて、Ri←Di−Di−1の演算が実行され、この偏差Riの絶対値ABS[Ri]について、累積値Σ(ABS[Ri])が算出される。擬似イオン電流信号の場合には、図5(a)に示す通り、繰返し大きく振動するので、信号成分の微分値たる偏差も大きい。この実施例では、偏差の絶対値の累積値Σ(ABS[Ri])は、7付近まで増加している。
図4(c)の縦軸と、図5(c)縦軸を比較すれば明らか通り、本来のイオン電流成分と擬似イオン電流成分とでは、偏差の絶対値の累積値Σ(ABS[Ri])の比率が、1:20程度であって顕著に相違する。
そこで、偏差の絶対値の累積値Σ(ABS[Ri])についての判定基準値を、予め実験的に求めておき、この判定基準値を超える場合には失火状態であると判定し(ST7,ST8)、判定基準値を超えない場合には燃焼状態であると判定する(ST7,ST9)。
以上の通り、この実施例では、擬似的にイオン電流成分のような挙動を示すコロナノイズであっても、繰返し振動するノイズの性状を利用して、確実に、失火状態を検出している。したがって、失火状態であるにも拘らず、これを燃焼状態であると誤判定するような事態を未然に防止することができる。
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。例えば、イオン電流検出回路は、最も簡易な回路構成を例示したに過ぎず、より複雑な回路構成と採っても良いのは勿論である。
L1 一次コイル
L2 二次コイル
CL 点火コイル
ECU 制御装置
SG 点火信号
Q スイッチング素子
PG 点火プラグ
ION イオン電流検出回路
Vo 検出信号
ST3 第1手段
ST5 第2手段
ST7 第3手段
L2 二次コイル
CL 点火コイル
ECU 制御装置
SG 点火信号
Q スイッチング素子
PG 点火プラグ
ION イオン電流検出回路
Vo 検出信号
ST3 第1手段
ST5 第2手段
ST7 第3手段
Claims (3)
- 一次コイルと二次コイルとからなる点火コイルと、前記一次コイルの通電を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に点火信号を供給してON/OFF動作させる制御装置と、前記二次コイルの誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグと、内燃機関の燃焼状態を示すイオン電流に比例した検出信号を出力するイオン電流検出回路と、を有して構成され、
前記制御装置は、
内燃機関が燃焼状態であるはずの区間について取得した前記検出信号が、所定レベルを継続して上回る継続時間が、基準時間を超えるか否かを判定する第1手段と、
前記基準時間を超える場合には、前記継続時間について、前記検出信号を積分して、その積分値が基準積分値を超えるか否かを判定する第2手段と、
前記基準積分値を超える場合には、前記検出信号の挙動に基づいて、燃焼状態か失火状態かを判定する第3手段と、
を有して構成されている内燃機関の燃焼制御装置。 - 前記第3手段は、前記基準時間を超える前記継続時間中の前記検出信号について、その時間的な偏差に基づいて、その挙動を評価している請求項1に記載の燃焼制御装置。
- 前記第3手段は、前記偏差について、その絶対値の累積値を算出し、
算出した累積値が、基準累積値を超える場合には失火状態であると判定している請求項2に記載の燃焼制御装置。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002089426A (ja) * | 2000-09-18 | 2002-03-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関の失火検出装置 |
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JP2008051031A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | 内燃機関の点火装置及びこれを用いた失火検出方法 |
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2008
- 2008-09-16 JP JP2008236136A patent/JP2010077804A/ja active Pending
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