JP2010138880A - Combustion control device of internal combustion engine - Google Patents

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Mitsuhiro Izumi
光宏 泉
Shinji Morishita
新司 森下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion control device capable of realizing appropriate ignition control by detecting at an early stage whether ignition is realized or not in a multi-ignition method. <P>SOLUTION: This combustion control device includes: an ignition transformer T comprising a primary coil L1 and a secondary coil L2 electromagnetically connected with each other; a switching element Q for controlling ON/OFF of an electric current of the primary coil L1 a plurality of times in one ignition cycle; an ignition plug PG for performing spark discharge by receiving high pressure voltage induced by the secondary coil L2; a signal detecting part for detecting a secondary current and secondary voltage of the ignition transformer T; a level determining part (ST4) for determining whether or not a detection value detected by the detecting part exceeds a determination level in a capacity discharge section; and combustion determining parts (ST6, ST7) for determining the combustion state of a combustion chamber based on output of the level determining part (ST4). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、多重点火方式を採用する内燃機関において、燃焼状態を素早いタイミングで検出でき、検出結果に基づいた適切な制御動作を可能にした燃焼制御装置に関する。   The present invention relates to a combustion control apparatus capable of detecting a combustion state at a quick timing in an internal combustion engine adopting a multiple ignition system, and enabling an appropriate control operation based on the detection result.

自動車エンジンなどの内燃機関では、燃焼室に導入した空気及び燃料の混合気を、点火プラグの点火放電により燃焼させてエネルギーを発生させている。このような内燃機関では、一点火サイクルにおいて、点火プラグを複数回放電させる多重点火方式が知られている。この多重点火方式では、放電動作を間欠的に複数回繰り返すことで、例えば、混合気の空燃比がリーンや、大量EGR(Exhaust Gas Recirculation)状態でも、着火動作を安定化させることができる。   In an internal combustion engine such as an automobile engine, an air / fuel mixture introduced into a combustion chamber is burned by ignition discharge of an ignition plug to generate energy. In such an internal combustion engine, a multiple ignition system is known in which a spark plug is discharged a plurality of times in one ignition cycle. In this multiple ignition method, by repeating the discharge operation a plurality of times intermittently, for example, the ignition operation can be stabilized even when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is lean or in a large amount of exhaust gas recirculation (EGR).

しかしながら、多重点火方式では、一点火サイクルに複数回の放電動作を実行する分だけ、点火プラグや、点火プラグに高電圧を供給する点火トランスの劣化が激しいという問題がある。また、多重点火方式では、混合気が安定的に燃焼している状態でも、不要な放電動作を繰り返すというエネルギー上の無駄もある。   However, in the multiple ignition system, there is a problem that the ignition plug and the ignition transformer that supplies a high voltage to the ignition plug are severely deteriorated as much as the discharge operation is executed a plurality of times in one ignition cycle. In the multiple ignition method, there is also an energy waste that repeats unnecessary discharge operations even when the air-fuel mixture is stably combusting.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、多重点火方式において、着火が実現しているか否かを早期に検出して、適切な点火制御を実現できる燃焼制御装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a combustion control device that can detect whether ignition has been realized at an early stage in the multiple ignition system and realize appropriate ignition control. The issue is to provide.

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が電磁結合されてなる点火トランスと、一点火サイクル中に、前記一次コイルの電流を複数回ON/OFF制御するスイッチング素子と、前記二次コイルに誘起される高電圧を受けて燃焼室内で火花放電する点火プラグと、前記点火トランスの電流、及び/又は、電圧を検出する信号検出部と、前記検出部が検出した電流、及び/又は、電圧の検出値が、容量放電区間において判定レベルを超えるか否かを判定するレベル判定部と、前記レベル判定部の出力に基づいて燃焼室の燃焼状態を判定する燃焼判定部と、を有して構成されている。なお、判定レベルを超えるとは、検出値の正負レベルに応じて、判定レベルを上回る場合だけでなく、判定レベルを下回る場合も含まれるが、検出値の絶対値で評価すれば、判定レベルを上回ることを意味する。   In order to solve the above problems, the present invention provides an ignition transformer in which a primary coil and a secondary coil are electromagnetically coupled, and a switching element that controls ON / OFF of the current of the primary coil a plurality of times during one ignition cycle. An ignition plug that receives a high voltage induced in the secondary coil and sparks in the combustion chamber, a signal detection unit that detects a current and / or voltage of the ignition transformer, and the detection unit detects A level determination unit that determines whether a detected value of current and / or voltage exceeds a determination level in a capacity discharge section, and a combustion determination that determines the combustion state of the combustion chamber based on the output of the level determination unit And a portion. Exceeding the judgment level includes not only the case where the judgment level is exceeded but also the case where the judgment level is below the judgment level depending on the positive / negative level of the detection value. It means exceeding.

本発明において容量放電区間とは、点火プラグが絶縁破壊された後、点火トランスの二次電圧が急激に低下し終わるまでの区間を意味する。一般に、この種の点火回路では、図1(a)に示す通り、点火トランスの二次電圧が点火プラグの絶縁破壊電圧に達すると、それまでに漂遊容量に充電された静電エネルギーが一気に放出されて二次電圧が急激に低下し(容量性放電)、その後の誘導性放電に継続される。   In the present invention, the capacity discharge section means a section from when the spark plug is dielectrically broken until the secondary voltage of the ignition transformer finishes abruptly decreasing. In general, in this type of ignition circuit, as shown in FIG. 1A, when the secondary voltage of the ignition transformer reaches the breakdown voltage of the ignition plug, the electrostatic energy charged in the stray capacity until then is released at once. As a result, the secondary voltage drops rapidly (capacitive discharge), and the subsequent inductive discharge is continued.

以上を踏まえて、本発明者が、点火プラグを繰り返し放電させつつ、点火トランス各部の電圧波形や電流波形を綿密に検討したところ、混合気が燃焼している燃焼状態と、燃焼していない失火状態とで、点火プラグの絶縁破壊直後に有意な差異が生じることが知見された。   Based on the above, the present inventor has carefully examined the voltage waveform and current waveform of each part of the ignition transformer while repeatedly discharging the ignition plug. It was found that there was a significant difference immediately after dielectric breakdown of the spark plug.

すなわち、本発明者の検討結果によれば、多重点火方式において、燃焼が開始された後は、それまでより、絶縁破壊直後の容量放電区間における、点火トランスの一次電圧や二次電圧や二次電流が有意に低いことが明らかとなった。また、この現象に関連して、一次電圧や二次電圧や二次電流を、所定の判定レベル(閾値)と対比して得られる二値信号(判定パルス)についても、燃焼が開始された後は、それまでより、そのパルス幅が狭くなる。   That is, according to the examination result of the present inventors, in the multiple ignition method, after the combustion is started, the primary voltage, secondary voltage, and secondary voltage of the ignition transformer in the capacity discharge section immediately after the dielectric breakdown are more than before. The secondary current was found to be significantly lower. In relation to this phenomenon, a binary signal (determination pulse) obtained by comparing the primary voltage, secondary voltage, or secondary current with a predetermined determination level (threshold) is also used after combustion is started. Has a narrower pulse width than before.

したがって、本発明の構成によれば、レベル判定部における判定レベルを比較的高い適宜な値に設定することで、この判定レベルを超える電流や電圧が、容量放電区間に検出されるか否かに基づいて燃焼状態を検出することができる。或いはまた、レベル判定部における判定レベルを、やや低い適宜な値に設定することで、この判定レベルを超えることを示す判定パルスのパルス幅が、基準値より狭いか否かに基づいて燃焼状態を検出することができる。   Therefore, according to the configuration of the present invention, whether or not current or voltage exceeding the determination level is detected in the capacity discharge section by setting the determination level in the level determination unit to a relatively high appropriate value. Based on this, the combustion state can be detected. Alternatively, by setting the determination level in the level determination unit to a slightly lower appropriate value, the combustion state is determined based on whether or not the pulse width of the determination pulse indicating that the determination level is exceeded is narrower than the reference value. Can be detected.

なお、判定レベルとの対比処理は、図1(a)のように、アナログ信号の状態で実行しても良いし、図1(b)のように、アナログ信号をデジタル変換した後に実行しても良い。前者の場合には、高速処理が可能となる利点があり、後者の場合には、複雑高度な対比処理が可能となる。   Note that the comparison processing with the determination level may be performed in the state of an analog signal as shown in FIG. 1A, or after the analog signal is converted into a digital signal as shown in FIG. Also good. In the former case, there is an advantage that high-speed processing is possible, and in the latter case, complicated and advanced comparison processing is possible.

上記した通り、最も簡易的には、判定レベルを超える電流や電圧が検出されない場合には燃焼状態であると判定することができる。この判定は、時間的推移を踏まえるのが好適であり、例えば、それまで、判定レベルを超える検出信号が継続して検出されていたが、その後の容量放電区間では、判定レベルを超える検出信号が検出されなくなった場合には、燃焼が開始されたと判定することができる。逆に、それまで、判定レベルを超える検出信号が検出されていないのに、その後の容量放電区間で、判定レベルを超える検出信号が検出される場合には、失火状態に至ったと判定することもできる。   As described above, in the simplest case, when a current or voltage exceeding the determination level is not detected, it can be determined that the combustion state is present. This determination is preferably based on temporal transition, for example, until then, detection signals exceeding the determination level were continuously detected, but in the subsequent capacity discharge section, detection signals exceeding the determination level were detected. When it is no longer detected, it can be determined that combustion has started. Conversely, if a detection signal exceeding the determination level has not been detected so far, but a detection signal exceeding the determination level is detected in the subsequent capacity discharge section, it may be determined that a misfire state has been reached. it can.

何れにしても、このような実施態様であれば、レベル判定部をアナログ回路によって構成することができ、コンピュータ回路に制御負荷を与えることなく、一点火サイクル内において、リアルタイムで迅速な処理が可能となる。そして、燃焼判定部が、燃焼が確実に開始されたと判定する場合には、例えば、その後の点火コイルの駆動を停止することができる。逆に、燃焼判定部が失火状態であると判定する場合には、例えば、混合気の供給量や空燃費を調整する対策を採ることができる。   In any case, in such an embodiment, the level determination unit can be configured by an analog circuit, and can be processed quickly in real time within one ignition cycle without applying a control load to the computer circuit. It becomes. And when a combustion determination part determines with combustion having started reliably, the drive of a subsequent ignition coil can be stopped, for example. On the contrary, when the combustion determination unit determines that the misfire state is present, for example, it is possible to take measures to adjust the supply amount of the air-fuel mixture and the air fuel consumption.

本発明において、判定精度を高めるためには、容量放電区間における電圧ピーク値や電流ピーク値のレベル判定のみに依拠するのではなく、電圧値や電流値の時間的推移から算出される判定パラメータを考慮するのが望ましい。例えば、燃焼判定部では、検出電圧が電圧判定レベルを超える超過区間の累積時間、超過区間における検出電圧の累積値、又は、超過区間における検出電圧のピーク値、の何れか一以上に基づいて燃焼状態を判定するのが好適である。   In the present invention, in order to increase the determination accuracy, the determination parameter calculated from the temporal transition of the voltage value or the current value is used instead of relying only on the level determination of the voltage peak value or the current peak value in the capacity discharge section. It is desirable to consider. For example, the combustion determination unit performs combustion based on one or more of the accumulated time of the excess section where the detected voltage exceeds the voltage determination level, the accumulated value of the detected voltage in the excess section, or the peak value of the detected voltage in the excess section. It is preferable to determine the state.

ここで、超過区間は、検出信号が判定レベルを超えることを示す二値信号についてのパルス幅を意味し、燃焼状態では失火状態よりパルス幅が狭くなるので、これを累積することで判定精度を高めることができる。また、複数の判定パラメータを組み合わせて評価することで更に判定精度が高まる。   Here, the excess section means the pulse width of the binary signal indicating that the detection signal exceeds the determination level. In the combustion state, the pulse width is narrower than that in the misfire state. Can be increased. Moreover, determination accuracy is further increased by evaluating a combination of a plurality of determination parameters.

同様に、燃焼判定部では、検出電流が電流判定レベルを超える超過区間の累積時間、超過区間における検出電流の累積値、又は、超過区間における検出電流のピーク値、の何れか一以上に基づいて燃焼状態を判定するのも好適である。   Similarly, in the combustion determination unit, based on one or more of the accumulated time of the excess section where the detected current exceeds the current determination level, the accumulated value of the detected current in the excess section, or the peak value of the detected current in the excess section. It is also preferable to determine the combustion state.

更にまた、信号検出部では、点火トランスの二次側電流と共に、点火トランスの一次側電圧又は二次側電圧である検出電圧を検出し、燃焼判定部では、検出電圧が電圧判定レベルを超える超過区間における、検出電圧と二次側電流との演算結果に基づいて燃焼状態を判定するのも効果的である。   Furthermore, the signal detection unit detects a detection voltage that is a primary side voltage or a secondary side voltage of the ignition transformer together with the secondary side current of the ignition transformer, and the combustion determination unit exceeds the detection voltage exceeding the voltage determination level. It is also effective to determine the combustion state based on the calculation result of the detected voltage and the secondary current in the section.

同様に、信号検出部では、点火トランスの二次側電流と共に、点火トランスの一次側電圧又は二次側電圧である検出電圧を検出し、燃焼判定部では、二次側電流が電流判定レベルを超える超過区間における、検出電圧と二次側電流との演算結果に基づいて燃焼状態を判定するのも効果的である。上記何れの場合も、演算には、検出電圧と二次側電流とを積算する積算演算が好適に例示される。   Similarly, the signal detection unit detects a detection voltage which is the primary side voltage or the secondary side voltage of the ignition transformer together with the secondary side current of the ignition transformer, and the combustion side determination unit detects the current determination level of the secondary side current. It is also effective to determine the combustion state based on the calculation result of the detected voltage and the secondary current in the excess section. In any of the above cases, the calculation is preferably exemplified by an integration calculation that integrates the detection voltage and the secondary current.

なお、一点火サイクル中における、スイッチング素子の一度目のOFF遷移までは燃焼が開始されていないので、一度目のOFF遷移後の点火トランス各部の電流値や電圧値には、殆んど有意な差は認められない。したがって、燃焼判定部は、一点火サイクル中における、スイッチング素子の二度目のOFF遷移後における電流値、及び/又は、電圧値に基づいて燃焼状態を判定するのが効果的である。   In addition, since combustion has not started until the first OFF transition of the switching element in one ignition cycle, the current value and voltage value of each part of the ignition transformer after the first OFF transition are almost significant. There is no difference. Therefore, it is effective that the combustion determination unit determines the combustion state based on the current value and / or the voltage value after the second OFF transition of the switching element during one ignition cycle.

ところで、点火トランスの一次電圧、二次電圧、又は二次電流の状態は、点火プラグのプラグギャップやプラグ形状によって変化するので、レベル判定部で使用する判定レベルは、点火プラグの経年変化などに対応して適宜に修正されるべきである。具体的には、初期状態の判定レベルを用いた燃焼判定の正否を、他のセンサや検出回路からの情報に基づいて検証することで、判定レベルを順次修正する学習機能をコンピュータ回路に搭載するのが好適である。   By the way, the state of the primary voltage, secondary voltage, or secondary current of the ignition transformer changes depending on the plug gap and the plug shape of the spark plug, so the determination level used in the level determination unit depends on the secular change of the spark plug, etc. Corresponding modifications should be made accordingly. Specifically, the computer circuit is equipped with a learning function that sequentially corrects the determination level by verifying whether the combustion determination using the determination level in the initial state is correct or not based on information from other sensors and detection circuits. Is preferred.

上記した本発明の燃焼制御装置によれば、燃焼状態を早期に把握できるので、不必要な点火動作を抑制することができ、点火プラグや点火コイルの高寿命化を実現することができる。また、安定したリーン燃焼や大量EGR燃焼等を実現できるので燃費向上や環境汚染の防止を図ることができる。   According to the above-described combustion control device of the present invention, since the combustion state can be grasped at an early stage, unnecessary ignition operation can be suppressed, and the life of the spark plug and the ignition coil can be increased. Moreover, since stable lean combustion, large-volume EGR combustion, and the like can be realized, fuel consumption can be improved and environmental pollution can be prevented.

以下、本発明の実施例について説明する。図2(a)は、基礎実験に使用した回路構成を図示したものである。   Examples of the present invention will be described below. FIG. 2A illustrates a circuit configuration used in the basic experiment.

図示の燃焼制御装置は、一次コイルL1と二次コイルL2とが電磁結合されてなる点火トランスTと、一次コイルL1の電流をON/OFF制御するスイッチング素子Qと、二次コイルL2に誘起される高電圧を受けて燃焼室内で火花放電する点火プラグPGと、点火トランスTの二次電流I2と二次電圧V2に対応したアナログ検出信号を受けるAD変換器ADC1,ADC2と、AD変換器ADC1,ADC2からデジタル検出信号を受けると共にスイッチング素子Qを駆動するコンピュータ回路COMと、を有して構成されている。   The combustion control device shown in the figure is induced by an ignition transformer T in which a primary coil L1 and a secondary coil L2 are electromagnetically coupled, a switching element Q for ON / OFF control of the current of the primary coil L1, and a secondary coil L2. Spark plug PG that receives a high voltage and sparks in the combustion chamber, AD converters ADC1 and ADC2 that receive analog detection signals corresponding to secondary current I2 and secondary voltage V2 of ignition transformer T, and AD converter ADC1 , And a computer circuit COM that receives the digital detection signal from the ADC 2 and drives the switching element Q.

そして、この燃焼制御装置では、一点火サイクル中に複数回放電動作を繰り返す多重点火方式を採っている。すなわち、コンピュータ回路COMは、一点火サイクル中に、スイッチング素子(IGBT)Qのゲート端子に点火パルスSGを複数回繰り返し供給している。なお、特に限定されるものではないが、点火パルスSGは、200μS〜400μS程度のパルス周期であり、そのデューティ比は、35%〜65%程度である。   In this combustion control device, a multiple ignition method is employed in which the discharge operation is repeated a plurality of times during one ignition cycle. That is, the computer circuit COM repeatedly supplies the ignition pulse SG to the gate terminal of the switching element (IGBT) Q a plurality of times during one ignition cycle. Although not particularly limited, the ignition pulse SG has a pulse period of about 200 μS to 400 μS, and its duty ratio is about 35% to 65%.

図示の通り、点火プラグPGに供給される二次電圧V2は、降圧回路DPとAD変換器ADC1とを経由して、コンピュータ回路COMに供給されている。また、二次コイルL2に流れる二次電流I2は、シャント抵抗RSの両端電圧に変換された後、AD変換器ADC2を経由して、コンピュータ回路COMに供給されている。そして、この実施例では、容量放電区間において検出信号が判定レベルを超えるか否かを判定するレベル判定部と、レベル判定部の出力に基づいて燃焼状態を判定する燃焼判定部とは、ともにコンピュータ回路COMで構成されている。   As illustrated, the secondary voltage V2 supplied to the spark plug PG is supplied to the computer circuit COM via the step-down circuit DP and the AD converter ADC1. The secondary current I2 flowing through the secondary coil L2 is converted into a voltage across the shunt resistor RS, and then supplied to the computer circuit COM via the AD converter ADC2. In this embodiment, the level determination unit that determines whether or not the detection signal exceeds the determination level in the capacity discharge section, and the combustion determination unit that determines the combustion state based on the output of the level determination unit are both computers. The circuit COM is configured.

また、コンピュータ回路COMは、容量放電区間にAD変換器を動作させて、検出信号を取得する一方、その後の誘導放電区間では、取得した検出信号に基づいて燃焼判定及び燃焼制御を実行している(図2(b)参照)。AD変換機のサンプリング周期は、短いほど好ましいが、精密な燃焼判定を実現するためには、例えば、0.1μS程度で動作させるのが好適である。   In addition, the computer circuit COM operates the AD converter in the capacity discharge section to acquire a detection signal, while in the subsequent induction discharge section, performs combustion determination and combustion control based on the acquired detection signal. (See FIG. 2 (b)). The sampling period of the AD converter is preferably as short as possible. However, in order to realize precise combustion determination, for example, it is preferable to operate at about 0.1 μS.

もっとも、AD変換器は、必ずしも必須ではなく、例えば、図1(b)に示す通り、アナログ検出信号と基準電圧とを受けて二値信号を出力するコンパレータを使用しても良い。このような構成の場合には、二次電圧や二次電流のピーク値を取得することはできないが、検出信号が基準電圧を超えることを示す二値信号について、そのパルス幅を評価することで燃焼状態を検出することができる。   However, the AD converter is not necessarily essential. For example, as shown in FIG. 1B, a comparator that receives an analog detection signal and a reference voltage and outputs a binary signal may be used. In such a configuration, the peak value of the secondary voltage or secondary current cannot be acquired, but the pulse width of the binary signal indicating that the detection signal exceeds the reference voltage can be evaluated. The combustion state can be detected.

点火トランスTを構成する一次コイルL1と二次コイルL2は、コイル巻線が同相に巻かれている。そのため、スイッチング素子QがOFF遷移して一次コイルL1の電流が遮断されると、二次コイルL2に、図示の向きの高電圧が誘起される。この誘起電圧は、漂遊容量Cをほぼ瞬時に充電するが、点火プラグPGに加わる高電圧が、その絶縁破壊電圧を超えると、漂遊容量Cに充電された静電エネルギーが瞬間的に放出される容量性放電が実行される。そして、容量性放電によって二次電圧が数100V程度まで低下した後、誘導性放電が継続される。   The primary coil L1 and the secondary coil L2 constituting the ignition transformer T have coil windings wound in the same phase. Therefore, when the switching element Q is turned OFF and the current of the primary coil L1 is cut off, a high voltage in the direction shown in the figure is induced in the secondary coil L2. This induced voltage charges the stray capacitance C almost instantaneously. However, when the high voltage applied to the spark plug PG exceeds its breakdown voltage, the electrostatic energy charged in the stray capacitance C is instantaneously released. Capacitive discharge is performed. And after a secondary voltage falls to about several hundred volts by capacitive discharge, inductive discharge is continued.

図3は、点火トランスTの二次電圧V2と、点火パルスSGとの関係を示すタイムチャートである。図3(b)は、点火パルスSGの最初の立下りエッジで開始された燃焼が、その後も維持されている燃焼状態を示している。一方、図3(c)は、点火プラグPGの火花放電に拘わらず、一貫して混合気が燃焼していない状態を示している。   FIG. 3 is a time chart showing the relationship between the secondary voltage V2 of the ignition transformer T and the ignition pulse SG. FIG. 3B shows a combustion state in which the combustion started at the first falling edge of the ignition pulse SG is maintained thereafter. On the other hand, FIG. 3C shows a state where the air-fuel mixture is not combusted consistently regardless of the spark discharge of the spark plug PG.

図4は、点火トランスTの二次電流I2と、点火パルスSGとの関係を示すタイムチャートであり、図3の場合と同様に、一貫した燃焼状態(図4(b))と、一貫した失火状態(図4(c))とを示している。なお、この実施例では、点火パルスSGは、最初の立下りエッジの後、パルス周期τ(≒280μS)で、繰り返し間欠的にスイッチング素子Qに供給されている。また、デューティ比は60%程度である。   FIG. 4 is a time chart showing the relationship between the secondary current I2 of the ignition transformer T and the ignition pulse SG. As in the case of FIG. 3, the combustion state is consistent with the consistent combustion state (FIG. 4B). The misfire state (FIG. 4C) is shown. In this embodiment, the ignition pulse SG is repeatedly and intermittently supplied to the switching element Q at a pulse period τ (≈280 μS) after the first falling edge. The duty ratio is about 60%.

図3(b)(c)に示される通り、点火パルスSGの立下りエッジ後の容量性放電区間における二次電圧V2の電圧ピーク値は、燃焼時より失火時の方が有意に深い。同様に、二次電流についても、その電流ピーク値は、燃焼時より失火時の方が有意に深い。なお、図4(b)と図4(c)では、縦軸の縮尺が相違しているが、閾値THは同一値である。   As shown in FIGS. 3B and 3C, the voltage peak value of the secondary voltage V2 in the capacitive discharge section after the falling edge of the ignition pulse SG is significantly deeper at the time of misfire than at the time of combustion. Similarly, for the secondary current, the current peak value is significantly deeper during misfire than during combustion. 4B and 4C, the scale of the vertical axis is different, but the threshold value TH is the same value.

図3〜図4から確認される通り、電圧ピーク値や電流ピーク値は、燃焼時と失火時とで有意に相違するので、例えば、判定閾値THを適宜に設定すれば、判定閾値THを超える電圧ピークや電流ピークが存在するか否かによって失火状態か燃焼状態かを判定することができる。   As confirmed from FIGS. 3 to 4, the voltage peak value and the current peak value are significantly different between combustion and misfire. For example, if the determination threshold TH is appropriately set, the determination exceeds the determination threshold TH. Whether there is a misfire state or a combustion state can be determined based on whether a voltage peak or a current peak exists.

また、電圧値や電流値の時間的推移を考慮して、検出電圧が判定閾値THを超える超過区間の累積時間Wjや、超過区間における検出電圧の累積値Sjに基づいて燃焼状態を判定すれば判定精度が向上する。図5(a)は、判定閾値THを超える超過区間についての二次電圧V2を累積したものである(累積値ΣSj)。ここでは、点火プラグSGの点火周期τごとに、超過区間における二次電圧V2を累積しているので、点火周期τごとに増加する階段波形状を示している。一方、図5(b)は、超過区間Wjを、点火周期τごとに累積したものであり(累積値ΣWj)、図5(a)と同様の階段波形状となっている。   If the combustion state is determined based on the accumulated time Wj of the excess section where the detected voltage exceeds the determination threshold TH or the accumulated value Sj of the detected voltage in the excess section in consideration of the temporal transition of the voltage value and the current value. Judgment accuracy is improved. FIG. 5A shows the cumulative secondary voltage V2 for the excess section exceeding the determination threshold TH (cumulative value ΣSj). Here, since the secondary voltage V2 in the excess section is accumulated for each ignition cycle τ of the spark plug SG, a staircase wave shape increasing for each ignition cycle τ is shown. On the other hand, FIG. 5 (b) is obtained by accumulating the excess section Wj for each ignition cycle τ (cumulative value ΣWj), and has the same staircase shape as in FIG. 5 (a).

図5から明らかな通り、超過区間の累積値ΣWjや、超過区間における電圧値や電流値の累積値ΣSjに基づけば、燃焼状態か失火状態かを高精度に特定することが可能となる。例えば、一点火サイクルにおける複数回の点火動作について、各回の点火動作ごとの閾値THjを設けておけば、この閾値THjを連続して上回るか、或いは、連続して下回ることに基づいて確実な燃焼判定をすることができる。なお、閾値THjは、累積値ΣWj、及び/又は、累積値ΣSjに関する値である。   As is clear from FIG. 5, based on the cumulative value ΣWj of the excess section and the cumulative value ΣSj of the voltage value and current value in the excess section, it is possible to specify the combustion state or the misfire state with high accuracy. For example, for a plurality of ignition operations in one ignition cycle, if a threshold value THj is provided for each ignition operation, reliable combustion is performed based on whether the threshold value THj is continuously exceeded or continuously reduced. Judgment can be made. The threshold value THj is a value related to the cumulative value ΣWj and / or the cumulative value ΣSj.

もっとも、毎回の点火動作時に、同一の閾値THに基づいて燃焼判定するのも好適である。この場合には、例えば、多重点火の途中までは、判定パラメータSj、及び又は、判定パラメータWjが、各々の閾値THa,THbを連続して上回っていたのに、その後、閾値THa,THbを下回るような場合には、燃焼が開始されたと判定することができる。   However, it is also preferable to determine combustion based on the same threshold value TH during each ignition operation. In this case, for example, until the middle of multiple ignition, the determination parameter Sj and / or the determination parameter Wj continuously exceeded the respective threshold values THa and THb, but thereafter, the threshold values THa and THb were exceeded. If it falls below, it can be determined that combustion has started.

図6は、内燃機関に搭載される燃焼制御装置について、一点火サイクル中の動作内容を示すフローチャートである。ここでは、コンピュータCOMは、AD変換器ADC1が出力する二次電圧V2に基づいて燃焼制御を実行している。また、以下の説明では、今回が、多重点火動作における第j回目であるとする。   FIG. 6 is a flowchart showing the operation content during one ignition cycle of the combustion control device mounted on the internal combustion engine. Here, the computer COM performs the combustion control based on the secondary voltage V2 output from the AD converter ADC1. In the following description, it is assumed that this is the jth time in the multiple ignition operation.

この場合、コンピュータ回路COMは、最初、点火パルスSGの第j回目の立下りタイミングに達したか否かを判定し(ST1)、立下りタイミングに達すると、AD変換器ADC1の動作を開始させる(ST2)。   In this case, the computer circuit COM first determines whether or not the j-th falling timing of the ignition pulse SG has been reached (ST1), and starts the operation of the AD converter ADC1 when the falling timing is reached. (ST2).

そして、AD変換動作が完了すれば、AD変換された二次電圧V2を、順次、変数DTiに取得する(ST3)。このように、本実施例では、容量性放電が確実に終了するタイミングまで、AD変換処理(ST2)と、変換データDTiの取得処理(ST3)とアンプリング周期ごとに繰り返す(ST4)。   When the AD conversion operation is completed, the AD-converted secondary voltage V2 is sequentially acquired as a variable DTi (ST3). As described above, in the present embodiment, the AD conversion process (ST2), the conversion data DTi acquisition process (ST3), and the amplification cycle are repeated (ST4) until the capacitive discharge ends with certainty.

ここで、ステップST4の処理で判定されるデータ取得区間は、予め実験的に特定される容量放電区間より十分に広い区間であり、例えば20μS前後に設定されている。また、AD変換器ADC1のサンプリング周期は、二次電圧V2のピーク値を確実に特定できるよう0.1μS程度に設定されている。   Here, the data acquisition section determined in the process of step ST4 is a section that is sufficiently wider than the capacity discharge section specified experimentally in advance, and is set to, for example, around 20 μS. In addition, the sampling period of the AD converter ADC1 is set to about 0.1 μS so that the peak value of the secondary voltage V2 can be reliably identified.

以上のようにして、容量放電区間についてのデータ取得処理が終わると、次に、取得した各データDTi(i=0〜N)を、レベル判定用の閾値THと対比して、閾値THを超える超過区間Wj(j=1,2・・・)を特定して、メモリに記憶する(ST5)。また、超過区間に含まれる取得データDTiについて、その値を累積し(Sj←Sj+DTi)、加算結果である累積値Sjをメモリに記憶する(ST5)。   As described above, when the data acquisition process for the capacity discharge section is completed, each acquired data DTi (i = 0 to N) is compared with the threshold value TH for level determination and exceeds the threshold value TH. The excess section Wj (j = 1, 2,...) Is specified and stored in the memory (ST5). Further, the value of the acquired data DTi included in the excess section is accumulated (Sj ← Sj + DTi), and the accumulated value Sj as the addition result is stored in the memory (ST5).

次に、ステップST5の処理で算出された今回(=j回目)の超過区間Wjと累積値Sjとを、過去の算出結果と共に総合評価して燃焼判定を行う(ST6)。総合評価の手法は特に限定されないが、典型的には、過去の算出結果(S1,S2・・・・/W1,W2・・・・)との累積値を算出し、その算出結果に基づいて燃焼判定を行う。   Next, the current (= j-th) excess section Wj calculated in step ST5 and the cumulative value Sj are comprehensively evaluated together with past calculation results to make a combustion determination (ST6). Although the method of comprehensive evaluation is not particularly limited, typically, a cumulative value with past calculation results (S1, S2,... / W1, W2,...) Is calculated, and based on the calculation results. Make a combustion judgment.

例えば、各点火動作時における超過区間内の取得データの累積値Sjを、順次、加算すると(ΣSj)、図5(a)のように、燃焼状態か否かによって顕著な差異が生じる。また、各点火動作時における超過区間Wjを、順次、加算しても(ΣWj)、図5(b)のような顕著な差異が生じる。   For example, when the cumulative value Sj of the acquired data in the excess section during each ignition operation is sequentially added (ΣSj), a significant difference occurs depending on whether or not the combustion state exists as shown in FIG. Further, even if the excess sections Wj at the time of each ignition operation are sequentially added (ΣWj), a significant difference as shown in FIG.

そこで、このような判定パラメータ(ΣSj、ΣWj)による判定結果に基づいて適切な燃焼制御を実施して第j回目の動作を終える(ST7)。具体的には、燃焼が開始されていないと判定される場合には、例えば、混合気の空燃比を調整するとか、点火パルスSGのパルス幅やデューティ比を調整するなどの対策を採り、処理を終える。なお、多重点火動作における第j+1回目以降についても、前記と同様にステップST1〜ST7の処理を繰り返す。   Therefore, appropriate combustion control is performed based on the determination result based on such determination parameters (ΣSj, ΣWj), and the j-th operation is finished (ST7). Specifically, when it is determined that combustion has not started, measures such as adjusting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture or adjusting the pulse width and duty ratio of the ignition pulse SG are taken and processed, for example. Finish. Note that the processes of steps ST1 to ST7 are repeated in the same manner as described above for the j + 1th and subsequent times in the multiple ignition operation.

なお、ステップST5の処理で使用するレベル判定用の閾値THは、点火プラグの交換や経年変化などに対応して適宜に修正される。例えば、燃焼時に燃焼室に発生するイオンを、点火トランスの二次側で検出するイオン電流検出回路を設け、検出されたイオン電流に基づく燃焼判定と、閾値THに基づく燃焼判定とを対比して、閾値THを最適レベルに適宜修正する。   It should be noted that the threshold value TH for level determination used in the process of step ST5 is corrected as appropriate in accordance with replacement of the spark plug, aging, and the like. For example, an ion current detection circuit that detects ions generated in the combustion chamber during combustion on the secondary side of the ignition transformer is provided, and the combustion determination based on the detected ion current is compared with the combustion determination based on the threshold value TH. The threshold value TH is appropriately corrected to the optimum level.

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、実施例では、二次電圧に基づいて燃焼判定する場合を例示したが、二次電圧V2に代えて、一次電圧V1や二次電流I2を利用できるのは勿論である。また、二次電圧V2、二次電流I2、一次電圧V1など、複数の検出値を適宜に組み合わせた判定パラメータに基づいて燃焼判定することもでき、この複合判定パラメータには、V2*I2やV1*I2などの演算値が好適に例示される。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, the concrete description content does not specifically limit this invention. For example, in the embodiment, the case where combustion is determined based on the secondary voltage is illustrated, but it is needless to say that the primary voltage V1 and the secondary current I2 can be used instead of the secondary voltage V2. Further, it is possible to make a combustion determination based on a determination parameter obtained by appropriately combining a plurality of detection values such as the secondary voltage V2, the secondary current I2, and the primary voltage V1, and these composite determination parameters include V2 * I2 and V1. * Calculated values such as I2 are preferably exemplified.

本発明の基本構成を説明する図面である。It is drawing explaining the basic composition of the present invention. 実施例に係る燃焼制御装置を説明する回路ブロック図である。It is a circuit block diagram explaining the combustion control device concerning an example. 多重放電時の点火パルスと二次電圧とを示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the ignition pulse and secondary voltage at the time of multiple discharge. 多重放電時の点火パルスと二次電流とを示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the ignition pulse and secondary current at the time of multiple discharge. 特定の判定パラメータによって燃焼と失火とを判別できることを示す図面である。It is drawing which shows that combustion and misfire can be discriminate | determined with a specific determination parameter. 図1のコンピュータ回路の制御動作を説明するフローチャートである。3 is a flowchart for explaining a control operation of the computer circuit of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

L1 一次コイル
L2 二次コイル
T 点火トランス
Q スイッチング素子
PG 点火プラグ
L1 Primary coil L2 Secondary coil T Ignition transformer Q Switching element PG Spark plug

Claims (7)

一次コイルと二次コイルとが電磁結合されてなる点火トランスと、
一点火サイクル中に、前記一次コイルの電流を複数回ON/OFF制御するスイッチング素子と、
前記二次コイルに誘起される高電圧を受けて燃焼室内で火花放電する点火プラグと、
前記点火トランスの電流、及び/又は、電圧を検出する信号検出部と、
前記検出部が検出した電流、及び/又は、電圧の検出値が、容量放電区間において判定レベルを超えるか否かを判定するレベル判定部と、
前記レベル判定部の出力に基づいて燃焼室の燃焼状態を判定する燃焼判定部と、
を有して構成されたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
An ignition transformer in which a primary coil and a secondary coil are electromagnetically coupled;
A switching element for ON / OFF controlling the current of the primary coil a plurality of times during one ignition cycle;
A spark plug that receives a high voltage induced in the secondary coil and sparks in the combustion chamber;
A signal detector for detecting the current and / or voltage of the ignition transformer;
A level determination unit that determines whether the detected value of the current and / or voltage detected by the detection unit exceeds a determination level in a capacity discharge section;
A combustion determination unit that determines the combustion state of the combustion chamber based on the output of the level determination unit;
A combustion control apparatus for an internal combustion engine, characterized by comprising:
前記燃焼判定部は、前記検出値が判定レベルを超える超過区間における電流値、及び/又は、電圧値の時間的推移に基づいて燃焼状態を判定する請求項1に記載の燃焼制御装置。   The combustion control device according to claim 1, wherein the combustion determination unit determines a combustion state based on a current value and / or a voltage value in a time interval in which the detected value exceeds a determination level. 前記信号検出部では、前記点火トランスの一次側電圧又は二次側電圧である検出電圧を検出し、
前記燃焼判定部では、前記検出電圧が電圧判定レベルを超える超過区間の累積時間、前記超過区間における前記検出電圧の累積値、又は、前記超過区間における前記検出電圧のピーク値、の何れか一以上に基づいて燃焼状態を判定する請求項1又は2に記載の燃焼制御装置。
The signal detection unit detects a detection voltage that is a primary side voltage or a secondary side voltage of the ignition transformer,
In the combustion determination unit, any one or more of the accumulated time of the excess section where the detected voltage exceeds the voltage determination level, the accumulated value of the detected voltage in the excess section, or the peak value of the detected voltage in the excess section The combustion control device according to claim 1, wherein the combustion state is determined based on the above.
前記信号検出部では、前記点火トランスの一次側電流又は二次側電流である検出電流を検出し、
前記燃焼判定部では、前記検出電流が電流判定レベルを超える超過区間の累積時間、前記超過区間における前記検出電流の累積値、又は、前記超過区間における前記検出電流のピーク値、の何れか一以上に基づいて燃焼状態を判定する請求項1又は2に記載の燃焼制御装置。
The signal detection unit detects a detection current which is a primary side current or a secondary side current of the ignition transformer,
In the combustion determination unit, any one or more of the accumulated time of the excess section where the detected current exceeds the current determination level, the accumulated value of the detected current in the excess section, or the peak value of the detected current in the excess section The combustion control device according to claim 1, wherein the combustion state is determined based on the above.
前記信号検出部では、前記点火トランスの二次側電流と共に、前記点火トランスの一次側電圧又は二次側電圧である検出電圧を検出し、
前記燃焼判定部では、前記検出電圧が電圧判定レベルを超える超過区間における、前記検出電圧と前記二次側電流との演算結果に基づいて燃焼状態を判定する請求項1又は2に記載の燃焼制御装置。
The signal detection unit detects a detection voltage that is a primary side voltage or a secondary side voltage of the ignition transformer together with a secondary side current of the ignition transformer,
The combustion control according to claim 1 or 2, wherein the combustion determination unit determines a combustion state based on a calculation result of the detection voltage and the secondary current in an excess section where the detection voltage exceeds a voltage determination level. apparatus.
前記信号検出部では、前記点火トランスの二次側電流と共に、前記点火トランスの一次側電圧又は二次側電圧である検出電圧を検出し、
前記燃焼判定部では、前記二次側電流が電流判定レベルを超える超過区間における、前記検出電圧と前記二次側電流との演算結果に基づいて燃焼状態を判定する請求項1又は2に記載の燃焼制御装置。
The signal detection unit detects a detection voltage that is a primary side voltage or a secondary side voltage of the ignition transformer together with a secondary side current of the ignition transformer,
The combustion determination unit according to claim 1 or 2, wherein the combustion determination unit determines a combustion state based on a calculation result of the detection voltage and the secondary side current in an excess section where the secondary side current exceeds a current determination level. Combustion control device.
前記燃焼判定部は、一点火サイクル中における、前記スイッチング素子の二度目のOFF遷移後における電流値、及び/又は、電圧値に基づいて燃焼状態を判定する請求項1〜6の何れかに記載の燃焼制御装置。   The said combustion determination part determines a combustion state based on the electric current value and / or voltage value after the second OFF transition of the said switching element in one ignition cycle. Combustion control device.
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