JP2014074344A - 内燃機関用イオン電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＰＵで実施される複数の演算処理を所定期間内に完了させることが可能な内燃機関用イオン電流検出装置を提供する。
【解決手段】イオン電流検出装置１３０によると、ＣＰＵを経由するデータ作成処理とＤＭＡＣを経由するデータ作成処理とを併設させ、複数の波形データを各々異なるルートでサンプリングさせている。このため、イオン電流検出装置１３０では、波形データの性質に応じて好ましいルートが選択可能となり、ＣＰＵで実施される各種演算処理の集中を回避することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関用イオン電流検出装置に関し、特に、メモリ回路の記憶領域へ入力データを作成させる際に用いて好適のものである。

近年、自動車に代表される輸送用内燃機関の技術分野では、燃費改善及びドライバビリティ向上といった様々な要請のもと、イオン電流の解析結果によって機関を好適に制御させる技術が検討されている。其の検討事項は、失火／燃焼判定，燻り判定，ノッキング判定，点火タイミング制御、排ガス循環制御等、多岐に及ぶものである。

かかる技術では、内燃機関用イオン電流検出装置を実現させる信号処理回路が用いられ、この信号処理回路には、ＣＰＵ，Ａ／Ｄ変換回路，メモリ回路，及び，これらの動作を規定し所望の機能を構築させるプログラムが構成されている。

特開平０２−１１２６５０号公報（特許文献１）では、エンジンの電子制御装置が紹介されており、当該電子制御装置にはＤＭＡＣ（Direct Memory Access Controler）が組込まれている。そして、当該電子制御装置によれば、ＤＭＡＣを介して入力データ（Ａ／Ｄ入力）からメモリ回路へデータ転送を行い、一方、ＣＰＵを介して所定の入力データに基づく演算処理を実施させている。このように、特許文献１に係る電子制御装置では、データの作成処理をＤＭＡＣに委ねることで、データ演算処理のバス占有率を確保し、演算処理の停滞を解消させている。

特開平０２−１１２６５０号公報

上述の如く、特許文献１の技術によれば、入力データ（波形データ）の全てのサンプリングが完了してから、ＣＰＵ経由による演算処理が実行されることになる。このため、複数種類の入力データ（波形データ）を取り扱う場合、入力データ（波形データ）の全てのサンプリングが終了してから各演算処理を実行させることになる。そうすると、運転サイクル（点火サイクル等）によって規定される残りの処理期間では、全ての演算処理を完了させることができなくなり、最新の情報を次回サイクルの制御動作へ反映させることが出来なくなるとの問題が生じる。

また、特許文献１では、入力データの作成処理を全てＤＭＡＣに委ねてしまうので、複数種類の入力データ（波形データ）を取り扱う場合、ＣＰＵでの演算処理もこれに応じて増え、当該演算処理に与えるべき時間を十分に確保できなくなる。

本発明は上記課題に鑑み、ＣＰＵで実施される複数の演算処理を所定期間内に完了させ得る内燃機関用イオン電流検出装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような内燃機関用イオン電流検出装置の構成とする。即ち、ＣＰＵとＤＭＡＣとメモリ回路とを備え、内燃機関で発生したイオン電流の検出信号に基づいて前記イオン電流の波形データを作成するイオン電流検出装置において、
前記ＣＰＵに構成されたデータレジスタを介して第１の波形データを前記メモリ回路へ作成させるＣＰＵデータ作成処理と、前記ＤＭＡＣに構成されたデータレジスタを介して第２の波形データを前記メモリ回路へ作成させるＤＭＡＣデータ作成処理とを機能させることとする。

好ましくは、前記ＤＭＡＣデータ作成処理は、点火サイクルに対してデータ作成期間と非データ作成期間とが設定されており、前記データ作成期間にて所定時間間隔毎に前記第２の波形データの構成データを作成させる処理であって、前記データ作成期間は、前記イオン電流の燃焼波形の全て含む時間的範囲に設定されていることとする。

好ましくは、前記ＣＰＵは、前記波形データの離散値情報に基づいて第１のパラメータを演算する波形成分抽出処理と、前記波形データの二値化情報に基づいて第２のパラメータを作成する矩形波処理とを機能させ、前記第２の波形データは、前記矩形波処理で用いられることとする。

好ましくは、前記ＣＰＵデータ作成処理のデータ作成期間は、前記ＤＭＡＣデータ作成処理のデータ作成期間の一部期間に設定され、前記第１の波形データは、前記波形成分抽出処理で用いられることとする。

好ましくは、前記ＣＰＵデータ作成処理のデータ作成期間は、前記点火サイクルのうち燃焼行程を含む期間として設定されることとする。特に、前記第１のパラメータは、ノッキングの状態を解析する際に用いられるパラメータであるのが好ましい。

好ましくは、前記波形成分抽出処理は、前記ＣＰＵデータ作成処理のデータ作成期間満了後に起動され、前記矩形波処理は、前記ＤＭＡＣデータ作成処理のデータ作成期間満了後に起動されることとする。

本発明に係る内燃機関用イオン電流検出装置によると、ＣＰＵを経由するデータ作成処理とＤＭＡＣを経由するデータ作成処理とを併設させ、複数の波形データを各々異なるルートでサンプリングさせることが可能となる。このため、波形データの性質に応じて好ましいルートを設定させ、ＣＰＵで実施される各種演算処理の集中を回避することが可能となる。

また、データ作成処理の処理期間（データ作成期間）が短い波形データをＣＰＵデータ作成処理でデータ作成させることにより、当該ＣＰＵ側のデータ作成処理期間が終了すると、ＤＭＡＣデータ作成処理の処理期間（データ作成期間）の終了を待たずして、ＣＰＵデータ作成処理によって得られたデータに基づく演算処理を開始させ、ＣＰＵにおける演算処理の分散化を図ることが可能となる。

内燃機関制御システムの構成を示す図。 電流検出回路の動作を説明する図。 実施の形態に係る信号処理回路の内部構成を示す図。 実施の形態に係るＣＰＵデータ作成処理を説明する図。 実施の形態に係るＤＭＡＣデータ作成処理を説明する図。 実施の形態に係る各波形及び処理期間のタイミングチャート。

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関制御システムが示されている。内燃機関制御システム１０は、図示の如く、内燃機関制御装置１１０と、点火コイル１２０と、内燃機関用イオン電流検出装置１３０とから構成される。以下、内燃機関制御装置１１０をコントロールユニット１１０と呼び換え、内燃機関用イオン電流検出装置１３０を単にイオン電流検出装置１３０と呼び換えることとする。

コントロールユニット１１０は、回転数，吸気圧，車速，等の様々なパラメータが入力され、これらの情報に基づいて内燃機関の点火タイミングを規定する。コントロールユニット１１０は、所謂ＥＣＵ（Engine Control Unit）と呼ばれる装置であり、情報処理回路及び情報通信回路を内蔵させている。コントロールユニット１１０は、エンジンの回転数情報Ｎｅ，吸気圧情報Ｐｂ，及び，充填効率情報ηｃ等を、車両各部位に配備されたセンサから受け取る。このうち、吸気圧情報Ｐｂは、インテークマニホールドに配された圧力センサの検出信号，エアフローメータの検出信号，又は，スロットルポジションセンサの制御情報等によって特定される。また、回転数情報Ｎｅは、クランクポジションセンサ，カムポジションセンサ等によって特定される情報である。また、充填効率ηｃは、シリンダー容積に対する混合気の実充填量を示すものであって、吸気圧情報Ｐｂに基づいて算出される。更に、コントロールユニット１１０には、イオン電流検出装置１３０から情報ＩＮＦ（波形データを含む）が送られる。このようなデータ通信は、ＣＡＮ（Control Area Network），ＬＩＮ（Local Area Network），又は，シリアル通信規格，といった周知の通信規格を利用して、情報の送受信が行われる。

かかるコントロールユニット１１０では、各種センサから受け取った情報及びイオン電流検出装置１３０から受信した波形データに基づいて、波形データ失火／燃焼判定，燻り判定，ノッキング判定，点火タイミング制御等を行う。そして、これらの処理結果に基づき、点火信号ＳＧを出力させている。

点火コイル１２０は、一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２を具備するトランスＣＬと、パワートランジスタＴｒとから構成され、車載バッテリＶｂが一次コイルＬ１へ印加されている。点火コイル１２０は、入力された点火信号ＳＧに応じてパワートランジスタＴｒが駆動され、二次コイルＬ２で高電圧を発生させる。尚、点火コイル１２０には、イグナイタを搭載させて、点火信号ＳＧの波形を修正させるようにしても良い。この場合にあってもパワートランジスタＴｒは、点火信号ＳＧによって駆動されることに変わりない。

イオン電流検出装置１３０は、図示の如く、電流検出回路１３１と信号処理回路１３２とから構成される。信号ラインＬａは、電流検出回路１３１の出力端と信号処理回路１３２の入力端とを接続させ、電流検出回路１３１から出力された電圧信号Ｖｉを伝達させる。信号ラインＬｄは、信号処理回路１３２とコントロールユニット１１０との間に介在する通信ケーブルであって、イオン電流検出装置１３０から与えられた情報ＩＮＦをコントロールユニット１１０へ伝送させる。尚、本実施の形態では、電流検出回路１３１を含めてイオン電流検出装置１３０としているが、特許請求の範囲におけるイオン電流検出装置は、これに限らず、信号処理回路１３２のみから成る形態をも含んでいる。

電流検出回路１３１は、ダイオードＤ１及びツェナーダイオードＤｚ１及びツェナーダイオードＤｚ２から成る直列回路、ツェナーダイオードＤｚ１に並列接続されたコンデンサＣ１、接続端Ａ及びＣに並列接続された抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ４を介して反転入力端子へ接続端Ｂが接続され非反転端子がグランド電位とされたオペアンプ１３１ａ、オペアンプ１３０ａの出力ゲインを規定する増幅抵抗Ｒ２、オペアンプ１３１ａの出力信号のオフセット量を規定する抵抗Ｒ３、及び、抵抗Ｒ１とオペアンプ１３１ａの反転端子との間に接点を有するツェナーダイオードＤｚ３、によって構成されている。このうち、オペアンプ１３１ａは、検出信号の上限検出限界値が５〔Ｖ〕とされ、下限検出限界値が０〔Ｖ〕とされている。そして、電流検出回路１３１では、放電後に現れるイオン電流波形の変化を検出可能とする為、当該イオン電流波形が０〔Ｖ〕〜５〔Ｖ〕に収まるよう抵抗素子等の定数が設定されている。

尚、図示の如く、接続点ＡはダイオードＤ１のカソード側と抵抗Ｒ１との接点であり、接続点ＢはダイオードＤ１のアノード側とツェナーダイオードＤｚ１のアノード側との接点であり、接続点ＣはツェナーダイオードＤｚ１のカソード側とツェナーダイオードＤｚ２のカソード側との接点である。また、オペアンプ１３１ａの出力側には、接続点Ｄが設けられ、当該接点Ｄに信号ラインＬａが接続されている。

ここで、図２を参照して、イオン電流検出装置１３０の動作について説明する。先ず、点火コイルＣＬの二次側に負の高電圧が生じた場合、点火プラグＰＧでは、プラグギャップで絶縁破壊を起こし、電流検出回路１３１にも放電電流Ｉｓを発生させることとなる。放電電流Ｉｓは、グランドＧＮＤ→ツェナーダイオードＤｚ２→ツェナーダイオードＤｚ１→二次コイルＬ２を通じて、点火コイルＰＧに当該電流が流れる。このとき、コンデンサＣ１にも放電電流Ｉｓの一部が流れ込むため、当該コンデンサＣ１には、これに伴う電荷が蓄積される。また、この場面での接続点Ｂの電圧値は、マイナス数百〔Ｖ〕とされる為、増幅抵抗Ｒ２に流れる電流値Ｉｑａは、イオン電流波形を検出しているときに比べ約１０００倍程度の大きさとなる。この為、オペアンプ１３１ａから出力される電圧信号Ｖｉは、非常に大きくなり、上限検出限界値Ｖｉｍである５〔Ｖ〕へ容易に達してしまう。

一方、絶縁破壊が収束する頃、プラグギャップでは、其の周辺にラジカルな分子が分布することになるので、電荷の移動経路が形成されることとなる。このとき、電流検出回路１３０では、コンデンサＣに蓄えられた電荷を消費させることで、コンデンサＣ１→抵抗Ｒ１→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧ→グランド（ＧＮＤ），という経路のイオン電流Ｉｒを発生させる。この場面での接続点Ｂの電圧値は、先の場面での電圧値に比べ十分に低下し、増幅抵抗Ｒ２に流れる電流値Ｉｑｂは、数μ〔Ａ〕程度の大きさとなる。このとき、電流検出回路１３１から出力される電圧信号Ｖｉは、イオン電流に比例する凸状の波形を示すこととなる。

ここで、図１に戻り、信号処理回路１３２について説明する。信号処理回路１３２は、ＣＰＵ，メモリ回路Ｍｅ，ＤＭＡＣ（Direct Memory Access Controler），クロック回路（図示なし），ＡＤ変換回路，及び，Ｉ／Ｏ回路等が内蔵され、これらが内部バスによってデータ授受可能に接続されている。尚、本実施の形態の場合、メモリ回路Ｍｅは、不揮発性記憶装置（Read Only Memory／ＲＯＭ）と揮発性記憶装置（Random Access Memory／ＲＡＭ）とから構成される。

ＣＰＵ１０（Central Processing Unit）は、図３に示す如く、プログラムカウンタ１１，命令レジスタ１２，アドレスレジスタ１３，データレジスタ１４といった各種レジスタ（ＣＰＵレジスタ）を備えている。このうち、プログラムカウンタ１１は、次回実行される命令プログラムのメモリ上のアドレス情報が格納される。命令レジスタ１２は、フェッチされた命令プログラムが格納され、ＣＰＵ１０は、命令レジスタ１２に格納された命令情報に応じて、データ入出力等の処理命令を行う。アドレスレジスタ１３は、参照または書込むべき記憶領域（メモリ回路）のアドレスが格納される。データレジスタ１４は、記憶領域から取得したデータ，又は，記憶領域へ格納するデータを一時的に格納する。当該データレジスタ１４には、レジスタ内のデータについて基本演算させる機能も与えられている。

ＤＭＡＣ２０（Direct Memory Access Controler）は、転送元レジスタ２１，転送先レジスタ２２，命令レジスタ２３，データレジスタ２４といった各種レジスタ（ＤＭＡレジスタ）を備えている。転送元レジスタ２１には、Ａ／Ｄ変換回路５０に設けられているレジスタを特定させる情報が格納される。転送先レジスタ２２には、Ａ／Ｄ変換回路から情報転送させるべき記憶領域のアドレス情報が格納される。命令レジスタ２３は、ＤＭＡデータ転送ルーチンの起動タイミング（割込みタイミング）等が設定されている。尚、本実施の形態にあっては、其の起動タイミングが２０μｓｅｃとされている。また、ＤＭＡＣ２０のデータレジスタ２４は、Ａ／Ｄ変換回路５０で作成されたデータの一部を一時的に格納させる。

ＲＯＭ３０（Read Only Memory）は、適宜記憶領域が割当てられ、ＣＰＵルーチンを規定するプログラム，及び，その他の制御プログラムが記録されている。また、ＲＯＭ３０の記憶領域には、ＤＭＡＣ２０の転送元レジスタ２１，転送先レジスタ２２，及び，命令レジスタ２３の各々に与える情報（以下、ＤＭＡ初期設定情報と呼ぶ）を格納させている。

ＲＡＭ４０（Random Access Memory）は、第１の波形データＤｔ１を保持する記憶領域と、第２の波形データＤｔ２を保持する記憶領域とが割り当てられている。これらの波形データＤｔ１，Ｄｔ２は、所定波形の入力データに基づいて作成されるものであり、追って詳しく説明することとする。

Ａ／Ｄ変換回路５０は、ＡＤレジスタ及びＡＤポートを具備し、ＡＤポートへ印加された電圧信号ＶｉをＡＤレジスタ内に格納させる。これにより、ＡＤレジスタには、イオン電流に比例する情報（イオン電流の波形データ）が、電圧値情報として格納されることになる。Ａ／Ｄ変換回路５０は、ＣＰＵ１０又はＤＭＡＣからの指令に応じて、データレジスタへ波形読込データを出力させる。このうち、ＣＰＵ１０のデータレジスタへは、ＡＤレジスタの波形読込データに基づいて第１の波形データを出力させ、ＤＭＡＣ２０のデータレジスタへも、Ａ／Ｄレジスタの波形読込データに基づいて第２の波形データを出力させる。

また、上述したＩ／Ｏ回路は、適宜のプロトコルに基づき、Ｉ／Ｏポートを介してデータ通信を行う。そして、これらの回路が内部バス６０によって適宜接続され、波形データ，アドレス情報，命令情報，タイミング情報等のやり取りが行われる。尚、内部バス６０は、このような情報の送受信を行うため、データバス，ＤＭＡ専用データバス，アドレスバス，及び，コントロールバスが構成されている。

ＣＰＵルーチン，及び，ＤＭＡデータ転送ルーチン等を規定する制御プログラムには、ＣＰＵデータ作成処理，ＤＭＡＣデータ作成処理，波形成分抽出処理（ＣＰＵで実施される演算処理の一形態），矩形波処理（ＣＰＵで実施される演算処理の一形態）等が含まれる。そして、このプログラムは、記述されている命令がシーケンス順に実行されることで、先のハードウェア資源と協働して所定の機能を構築させる。

次に、図４を参照し、ＣＰＵデータ作成処理について説明する。図示の如く、ＣＰＵ１０は、データ作成に係る命令情報をフェッチし、其の命令情報を命令レジスタ１２へ格納させる。ＣＰＵ１０は、命令情報に規定される処理をシーケンス順に実行させることで、ＡＤレジスタの波形読込データをデータレジスタ１４へ格納させ、その後、データレジスタ１４に格納された波形読込データをＲＡＭ４０へ出力させる。この波形読込データは、ＲＡＭ４０の記憶領域に保持され、其の情報は第１の波形データとされる。このように、第１の波形データは、ＣＰＵデータ作成処理によって作成されるデータであって、ＣＰＵに構成されたデータレジスタを介してＲＡＭ４０に記録される。

かかる第１の波形データは、上述の如く、命令情報のフェッチ→命令の実行→レジスタへのデータ読込→メモリへのデータ書込，という処理工程によってデータ作成される。従って、ＣＰＵデータ作成処理では、命令情報のフェッチという動作が常に必要となる。

次に、図５を参照し、ＤＭＡＣデータ作成処理について説明する。ＤＭＡＣ２０の初期設定は、ＣＰＵ１０によって行われる処理である。例えば、転送元レジスタをＤＭＡＣ２０に初期設定させる場合、所期情報設定命令のフェッチ→転送元レジスタ情報のＣＰＵレジスタ格納→転送元レジスタ情報のＤＭＡレジスタへの出力，という処理をシーケンス順に実行させてゆく。また、かかる動作は、転送先レジスタ情報及び他の命令情報についても同様である。

本実施の形態の場合、ＤＭＡＣ２０の初期設定は、内燃機関の点火サイクル毎にＣＰＵ１０を介して設定変更される。そして、ＤＭＡＣ２０では、起動タイミング毎（２０μｓｅｃ）にＤＭＡデータ転送ルーチンを起動させ、データレジスタ２４へのデータ格納→ＲＡＭ４０へのデータ出力，というデータ転送動作が繰り返される。このため、内燃機関の点火サイクルの期間内にあっては、初期設定が一度行われると、次回初期設定の到来時刻まで、波形データ転送に係るＣＰＵ１０の処理は省略となる。

このように、ＤＭＡＣ２０は、ＤＭＡＣに構成されたデータレジスタ２４を介して波形読込データを転送させ、ＲＡＭ４０では、このルートで転送された波形データを第２の波形データとして、適宜の記憶領域へデータ作成する。従って、本実施の形態に係るＲＡＭ４０には、共通の波形読込データに基づいて、複数の波形データ（第１の波形データ及び第２の波形データ）が作成されることとなる。

本実施の形態によると、ＣＰＵを経由するデータ作成処理とＤＭＡＣを経由するデータ作成処理とを併設させ、複数の波形データを各々異なるルートでサンプリングさせることが可能となる。このため、イオン電流検出装置１３０では、波形データの性質に応じて好ましいルートが選択可能となり、ＣＰＵで実施される各種演算処理の集中を回避することができる。

次に、図６を参照して、ＣＰＵで実施される各種演算処理の起動タイミングについて説明する。図示の如く、内燃機関の点火システム１００では、ＥＣＵ１１０から点火信号ＳＧが出力されると、当該信号ＳＧのパルス期間ｔｒ〜ｔｓに応じて点火コイル１２０に流れる一次電流Ｉ１が上昇し、時刻ｔｓ（信号ＳＧの立下りエッジ）が到来すると、其の一次電流Ｉ１が瞬断される。この瞬間、点火プラグＰＧには数千ｋＶの高電圧Ｖ２が加わり、プラグギャップに放電電流Ｉｓが流れる。

電流検出回路１３１では、この放電電流Ｉｓを検出すると共に、イオン電流Ｉｒを検出することとなる。尚、本実施の形態にあっては、ピーク値側の極性をグランド電位側とすることで、閾値ｔｈ１に対するグランド電位変動の影響を低減させ、後述する矩形波の精度を向上させている。また、放電電流Ｉｓは、矩形波状に表現されているが、放電波形の現れ方によっては時間間隔の細かいパルス波が集合したものとなる場合もある。

ＣＰＵ１０では、図示の如く、データ作成期間（ｔｘ〜ｔｙ）を設定し、この期間についてＣＰＵデータ作成処理を実行させる。データ作成期間（ｔｘ〜ｔｙ）は、内燃機関の回転数，吸気圧，未燃混合気の充填効率といったエンジンの運転条件に応じて適宜設定される。この設定は、点火サイクル毎に随時変更される。

ＣＰＵデータ作成処理は、上述したデータ作成期間（ｔｘ〜Ｔｙ）について、数μｓｅｃ程度の所定時間間隔毎に波形データ（以下、第１の波形データＤｔ１）の各構成データを作成させる。本実施の形態では、この所定時間間隔が２０μｓｅｃに設定されている。ＣＰＵデータ作成処理は、データ作成期間（ｔｘ〜ｔｙ）において、構成データの各々を２０μｓｅｃ毎に順次作成してゆく。これにより、ＣＰＵデータ作成処理は、データ作成期間（ｔｘ〜ｔｙ）が終了すると、波形データＤｔ１の全ての構成データを作成したことになる。

ここで作成される第１の波形データＤｔ１は、イオン電流検出信号の生波形を離散化させた情報（離散値情報）であって、波形を所定解像度で表現させたデータ群である。ＣＰＵ１０では、ＣＰＵデータ作成処理が終了すると、図示の如く、演算処理ＰＲＣ１を開始させる。当該演算処理ＰＲＣ１は、このデータ群（第１の波形データ）に基づいて適宜の演算を実施させる処理である。

本実施の形態では、第１の波形データＤｔ１は、ノック信号を抽出する検査対象として用いられる。このため、データ作成期間（ｔｘ〜ｔｙ）は、イオン電流Ｉｒのピーク値後段あたりに設定され、第１の波形データＤｔ１は、この期間についてデータ作成されたものであるから、ノック振動の波形が反映されることになる。また、演算処理ＰＲＣ１は、このノック波形に基づくパラメータ（第１パラメータ）を演算する処理であり、以下、波形成分抽出処理ＰＲＣ１と呼ぶこととする。

波形成分抽出処理ＰＲＣ１は、図示の如く、バンドパスフィルタによって高周波成分を抽出させた波形パラメータＤｋｎ１，この波形パラメータのうち閾値周波数を上回るデータをカウント（計数）したパラメータＤｋｎ２，等を算出する。これらパラメータは、全て、ノッキングの状態を解析する際に用いられる「第１のパラメータ」に属する。

第１の波形データＤｔ１は、本実施の形態のように、点火サイクルに対して非常に短い期間のデータ群をサンプリングする際に適している。何故なら、ＣＰＵ１０では、波形成分抽出処理ＰＲＣ１又は後述する矩形波処理ＰＲＣ２といった演算処理を実施する都合上、データ作成期間の長い波形データを作成させると、其のデータ作成処理後に演算処理を完了させることが難しくなるからである。このため、本実施の形態では、ノック解析用のデータを第１の波形データＤｔ１とし、後段での演算処理に要する時間を確保させている。

更に、ＣＰＵ１０では、図示の如く、データ作成期間（ｔ１〜ｔｎ）を設定し、ＤＭＡＣ経由でデータ作成させる期間を規定する。この期間に属さない期間については、非データ作成期間と呼ぶ。データ作成期間（ｔ１〜ｔｎ）については、内燃機関の回転数，吸気圧，未燃混合気の充填効率といったエンジンの運転条件に応じて適宜設定され、点火サイクル毎に随時設定変更される。以下、ＤＭＡＣ経由でデータ作成させる処理を、ＤＭＡＣデータ作成処理と呼ぶ。

ＤＭＡＣデータ作成処理は、ＣＰＵデータ作成処理と同期しながら、データ作成期間（ｔ１〜ｔｎ）について波形データ（以下、第２の波形データＤｔ２）の各構成データを作成させる。ここでのデータ作成期間（ｔ１〜ｔｎ）は、始期が信号ＳＧの立下り時刻ｔｓとされ、終期が点火サイクルの中盤（約３６０ＣＡ）とされているところ、イオン電流Ｉｒの全てを含む時間的範囲に設定されることになる。本実施の形態に係るＤＭＡＣデータ作成処理は、ＣＰＵデータ作成処理に同期して実行されるところ、第２の波形データを構成する各データも２０μｓｅｃ毎に作成される。そして、時刻ｔｎを迎えた時点で、第２の波形データＤｔ２を構成する全てのデータが作成されたことになる。

このように、第２の波形データＤｔ２は、期間満了時刻が点火サイクルの中盤以後に差し掛かってしまう。このような性質の波形データＤｔ２は、ＣＰＵ経由でデータ作成させると、ＣＰＵ内の命令レジスタに命令情報をフェッチさせる動作を伴うので、点火サイクル全般に亘り処理速度の低下を招くことになる。また、当該波形データＤｔ２のデータ作成が完了するのを待って演算処理を開始していたのでは、其の演算処理が点火サイクル内に全てを終えることができないとの事態も招く。このため、本実施の形態にあっては、第２の波形データＤｔ２をＤＭＡＣ経由で作成させることで、データ転送に係る処理動作の簡素化と、ＣＰＵ１０における一部演算処理（波形成分抽出処理ＰＲＣ１）の早期開始と、を実現させているのである。

ここで作成される第２の波形データＤｔ２は、上述した離散値情報と同等の情報であるが、以降の処理で二値化処理されることが予定されているデータ群である。ＣＰＵ１０では、ＤＭＡＣデータ作成処理の処理期間が満了すると、図示の如く、矩形波処理ＰＲＣ２を実行開始させる。当該矩形波処理ＰＲＣ２は、波形データＤ２のデータ群に基づいて演算実施させるものであって、第２の波形データＤｔ２の各構成データを二値化させる処理（二値化処理），この二値化情報の各々と閾値ｔｈ１とを比較させ燃焼期間ｔｆ〜ｔｇを特定する処理（燃焼期間特定処理），この他、二値化情報に基づいて波形情報を抽出する処理（二値化データ解析処理），を実行させる。

このうち、燃焼期間特例処理では、時間的なパラメータを作成することで、燃焼期間ｔｆ〜ｔｇを表現する。また、二値化データ解析処理では、閾値時刻ｔａ〜ｔｃを設定し、其の期間に対応して各種パラメータを演算する。例えば、期間Δｔ１では、放電電流Ｉｓとイオン電流Ｉｒとが切換る時刻を求め、放電開始時刻を現すパラメータが作成される。また、期間Δｔ２では、主燃焼の収束時刻に関するパラメータが作成される。これら、燃焼期間特定処理及び二値化データ解析処理にて算出されるパラメータは、特許請求の範囲における第２のパラメータに属する。

本実施の形態によると、ＣＰＵデータ作成処理の期間満了時刻ｔｙがＤＭＡＣデータ作成処理の期間満了時刻ｔｎよりも十分早い時刻とされる。このため、ＣＰＵ１０で実行されるべき演算処理の一つ（波形成分抽出処理ＰＲＣ１）が早い段階で実行可能となる。このため、ＣＰＵ１０が矩形波処理ＰＲＣ２を機能させる頃には、波形成分抽出処理ＰＲＣ１を終えさせることが期待できる。仮に、矩形波処理ＰＲＣ２の開始時刻までに波形成分抽出処理ＰＲＣ１の全てを終えることができなくても、双方の処理を実行させる重複期間が短くなるので、結果として演算処理の全工程期間が短縮される。

このように、本実施の形態に係るイオン電流検出装置１３０によると、演算処理の一部を非常に速いタイミングで開始できるので、当該演算処理の分散化が図られ、次回点火信号ＳＧの出力時前にＣＰＵ１０での演算処理を全て完了させることが可能となる。

尚、本実施の形態によると、波形成分抽出処理ＰＲＣ１がノック成分の抽出に関するものであるから、ＣＰＵデータ作成処理の期間満了時刻ｔｙがＤＭＡＣデータ作成処理の期間満了時刻ｔｎよりも十分早い設定となる。しかし、このような条件を満たすのは、データ作成期間（ｔ１〜ｔｎ）の一部期間にデータ作成期間（ｔｘ〜ｔｙ）が設定されるのだから、４サイクルエンジンにおける点火サイクルの燃焼行程を含む期間（燃焼行程の一部期間であっても良い）で波形成分抽出処理ＰＲＣ１が行われれば、双方処理の終了時刻の関係が本実施の形態と同様となる。従って、例えば、波形の面積パラメータ等を算出する処理等、燃焼波形近傍の波形解析を行う処理であれば、ＣＰＵデータ作成処理の終了時刻ｔｙがＤＭＡＣデータ作成処理の終了時刻ｔｎよりも十分早い設定となり、上述した各効果を享受できる。

１００ 内燃機関制御システム， １１０ エンジン制御ユニット， Ｎｅ 回転数情報， Ｐｂ 吸気圧情報， １２０ 点火コイル， ＰＧ 点火プラグ， Ｉ１ 放電電流， Ｉ２ イオン電流， １３１ 電流検出回路， １３２ 信号処理回路， １３０ 内燃機関用イオン電流検出装置， １０ ＣＰＵ（Central Processing Unit）， １４ データレジスタ， ２０ ＤＭＡＣ（Direct Memory Access Controler）， ２１ データレジスタ， ３０ ＲＯＭ（Read Only Memory／メモリ回路の一つ）， ３１ ＣＰＵルーチンを規定するプログラム， ４０ ＲＡＭ（Random Access Memory／メモリ回路の一つ）， Ｄｔ１ 第１の波形データ， Ｄｔ２ 第２の波形データ， ５０ Ａ／Ｄ， ＰＲＣ１ 波形成分抽出処理， ＰＲＣ２ 矩形波処理。

Claims (7)

1. ＣＰＵとＤＭＡＣとメモリ回路とを備え、内燃機関で発生したイオン電流の検出信号に基づいて前記イオン電流の波形データを作成するイオン電流検出装置において、
   前記ＣＰＵに構成されたデータレジスタを介して第１の波形データを前記メモリ回路へ作成させるＣＰＵデータ作成処理と、前記ＤＭＡＣに構成されたデータレジスタを介して第２の波形データを前記メモリ回路へ作成させるＤＭＡＣデータ作成処理と、を機能させることを特徴とする内燃機関用イオン電流検出装置。
2. 前記ＤＭＡＣデータ作成処理は、点火サイクルに対してデータ作成期間と非データ作成期間とが設定されており、前記データ作成期間にて所定時間間隔毎に前記第２の波形データの構成データを作成させる処理であって、
   前記データ作成期間は、前記イオン電流の燃焼波形の全て含む時間的範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用イオン電流検出装置。
3. 前記ＣＰＵは、前記波形データの離散値情報に基づいて第１のパラメータを演算する波形成分抽出処理と、前記波形データの二値化情報に基づいて第２のパラメータを作成する矩形波処理と、を機能させ、
   前記第２の波形データは、前記矩形波処理で用いられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用イオン電流検出装置。
4. 前記ＣＰＵデータ作成処理のデータ作成期間は、前記ＤＭＡＣデータ作成処理のデータ作成期間の一部期間に設定され、前記第１の波形データは、前記波形成分抽出処理で用いられることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用イオン電流検出装置。
5. 前記ＣＰＵデータ作成処理のデータ作成期間は、前記点火サイクルのうち燃焼行程を含む期間として設定されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関用イオン電流検出装置。
6. 前記第１のパラメータは、ノッキングの状態を解析する際に用いられるパラメータであることを特徴とする請求項３乃至請求項４のうち何れか１項に記載の内燃機関用イオン電流検出装置。
7. 前記波形成分抽出処理は、前記ＣＰＵデータ作成処理のデータ作成期間満了後に起動され、前記矩形波処理は、前記ＤＭＡＣデータ作成処理のデータ作成期間満了後に起動されることを特徴とする請求項３乃至請求項６のうち何れか１項に記載の内燃機関用イオン電流検出装置。

Images