JP2843221B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

内燃機関制御装置

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JP2843221B2
JP2843221B2 JP4344486A JP34448692A JP2843221B2 JP 2843221 B2 JP2843221 B2 JP 2843221B2 JP 4344486 A JP4344486 A JP 4344486A JP 34448692 A JP34448692 A JP 34448692A JP 2843221 B2 JP2843221 B2 JP 2843221B2
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits

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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、イオン電流検出値に
基づいて失火を検出すると共に失火検出時に制御パラメ
ータを補正する内燃機関制御装置に関し、特にノイズ重
畳によるイオン電流レベルの誤検出を防止して失火検出
の信頼性を向上させた内燃機関制御装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】一般に、複数気筒によりクランク軸を介
して駆動される内燃機関においては、各気筒の点火時期
及び燃料噴射時期等のタイミング制御時期を決定するた
め、機関回転に同期した基準位置信号が用いられる。
又、基準位置信号を生成する角度検出手段は、基準位置
信号がクランク角(クランク軸の回転角度)に対応した所
定の基準位置を示すように、クランク軸又はカム軸に設
けられている。
【0003】又、点火サイクルの制御対象気筒が失火し
て爆発が行われない場合には、点火サイクル以降でアフ
タバーンと呼ばれる異常爆発が発生して気筒を損傷した
り、未燃ガスが排気されて排気ガス処理用の触媒を損傷
したりする。従って、失火検出時には、機関保護のため
に種々の失火回避対策を行う必要がある。
【0004】図5は従来の内燃機関制御装置を示す機能
ブロック図である。図において、1は例えば機関のカム
軸に設けられた回転板からなる角度検出手段であり、機
関回転に同期して各気筒の所定クランク角(基準位置)に
対応したパルス状の基準位置信号Tθを生成する。通
常、基準位置は例えばB75°(上死点から75°手前)又は
B5°等に設定される。
【0005】2はエンジン負荷を示す流入空気量(スロ
ットル開度)、回転数及び吸気温度等の運転条件Dを検
出する各種センサ、20は気筒の燃焼により生じるイオン
を検出するためのイオン電流検出手段である。機関の燃
焼状態を検出するイオン電流検出手段20は、必要に応じ
て全ての気筒又は任意の気筒に設けられる。
【0006】3はマイクロコンピュータからなる制御装
置であり、基準位置信号Tθ及び運転条件Dに基づいて
各気筒毎の制御パラメータTaを演算する制御パラメー
タ設定手段31と、基準位置信号Tθ及びイオン電流検出
値Iに基づいて機関の失火検出信号Cを生成する失火検
出手段32とを含んでいる。又、失火検出手段32は、イオ
ン電流検出値Iを運転条件Dに応じた基準レベルと比較
する比較手段(図示せず)を含んでいる。
【0007】制御パラメータ設定手段31は、例えば点火
時期に対応した制御時間等を制御パラメータTaとして
生成すると共に、イオン電流検出値Iが失火レベルを示
す場合には、失火検出信号Cに基づいて失火抑制処理
(例えば、失火気筒の点火電源能力アップ等)や失火気
筒の燃料噴射停止による未燃ガス流出抑制等の制御を行
う。制御パラメータTaとしては、点火時期のみなら
ず、燃料噴射タイミングや点火コイルへの通電時間等、
種々の制御要素が含まれる。
【0008】図6はイオン電流検出手段20の構成を示す
回路図であり、21は一次巻線21a及び二次巻線21bを有
する点火コイル、22は点火時期に対応した点火パルスP
により一次巻線21aの通電電流i1を遮断するパワートラ
ンジスタ、23は二次巻線21bに発生する高電圧により放
電される点火プラグ、24は点火プラグ23での放電爆発に
より発生するイオンをイオン電流iとして放電するため
の直流電源、25は直流電源24に直列接続されてイオン電
流iを電圧信号に変換するための抵抗器、26は電圧信号
からなるイオン電流検出値Iを出力する出力端子であ
る。
【0009】図7はイオン電流iを示す波形図であり、
点火パルスPにより一次電流i1が遮断されて点火プラグ
23で放電爆発が起こり、燃焼すると、火炎の成長に対応
してイオン電流iが大きくなることを示している。
【0010】次に、図6及び図7を参照しながら、図5
に示した従来の内燃機関制御装置の動作について説明す
る。通常、制御パラメータ設定手段31は、点火時期制御
を例にとると、基準位置信号Tθの立ち上がり及び立ち
下がりタイミングを基準位置とすると共に、運転条件D
に応じた最適の点火時期をマップを参照して求め、基準
位置から点火時期までの制御時間を制御パラメータTa
として演算する。
【0011】一方、失火検出手段32は、回転検出手段1
からの基準位置信号Tθ及びイオン電流検出手段20から
のイオン電流検出値Iに基づいて、各点火サイクルにお
ける気筒の燃焼状態を確認し、爆発行程のイオン電流検
出値Iが基準レベルより小さい場合には該当気筒の失火
検出信号Cを生成する。制御パラメータ設定手段31は、
失火検出信号Cが入力された場合には、失火気筒に対し
て、失火発生を抑制するように制御パラメータTaを補
正する。
【0012】例えば、点火エネルギ(点火コイル一次電
流i1の通電時間)を増大させて点火を確実にする。
又、燃料噴射制御に対しては、燃料噴射時間を増大又は
減少させて混合気をリッチ化又はリーン化し、混合気の
空燃比により失火を回避できるか否かを確認する。更
に、これら失火抑制側への制御パラメータTaの補正で
失火状態が改善されない場合には、失火気筒への燃料噴
射を停止して未燃ガスの排気を防止する等の処置を行
う。
【0013】一般に、点火サイクルの気筒においては、
点火パルスPによりパワートランジスタ22が遮断される
と、二次巻線21bに接続された点火プラグ23に負極性の
高電圧が印加され、点火プラグ23の電極間で放電が発生
して混合気が着火され、この爆発燃焼により、爆発気筒
内には電離作用によるイオンが発生する。このとき、放
電後の点火プラグ23は、直流電源24のバイアス電圧が印
加されているため、イオン電流iを検出するための電極
として作用する。
【0014】気筒内の電離イオンは、直流電源24の正極
性バイアスにより移動してイオン電流iとなって流れ、
イオン電流iは、抵抗器25により検出値Iに変換されて
出力端子26から出力される。従って、イオン電流検出値
Iのレベルを参照すれば、点火サイクル気筒が確実に着
火されたか否かを判別することができる。
【0015】通常、イオン電流検出値Iのレベル判定に
は、スレショルド以上の検出値Iを波形整形したパル
ス、又は、イオン電流検出値Iのピークホールド値や積
分値等が用いられる。又、イオン電流検出値Iのレベル
は運転条件Dによって異なるので、失火検出用の比較基
準レベルは、運転条件Dに応じて適宜変更され得る。
【0016】しかしながら、点火コイルが駆動される
と、ノイズが発生してイオン電流検出値Iに重畳するお
それがある。従って、点火コイルの駆動タイミングにイ
オン電流検出値Iを読取ると、イオン電流レベルを誤検
出してしまい、失火を誤検出したり、失火が発生しても
これを検出することができない場合が起こり得る。もし
イオン電流レベルを誤検出すると、不必要な失火回避制
御を行ったり、失火発生時に失火回避制御を行うことが
できなくなる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関制御装
置は以上のように、イオン電流検出値Iの読取タイミン
グを考慮せずに基準レベルと比較して失火検出信号Cを
生成しているので、点火コイルの駆動によってノイズが
重畳した場合に、失火検出の信頼性が低く、不必要な失
火回避制御を行ったり失火発生時に失火回避制御を行う
ことができないおそれがあるという問題点があった。
【0018】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、ノイズ重畳によるイオン電流レ
ベルの誤検出を防止して失火検出の信頼性を向上させた
内燃機関制御装置を得ることを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る内燃機関制御装置は、失火検出手段が、イオン電流の
検出値を保持する検出値保持手段と、制御対象気筒の点
火コイルへの通電開始直前に検出値を読取る検出値読取
手段と、読取られた検出値を基準レベルと比較して失火
検出信号を生成する比較手段とから構成されたものであ
る。
【0020】又、この発明の請求項2に係る内燃機関制
御装置は、更に、制御対象気筒の点火コイル駆動期間に
おける検出値を無効にするためのウィンド設定手段を設
けたものである。
【0021】
【作用】この発明の請求項1においては、機関の燃焼状
態を示すイオン電流検出値を、ノイズが発生することの
ない点火コイルの通電開始直前に読取り、失火発生の有
無を正確に検出する。
【0022】又、この発明の請求項2においては、機関
の燃焼状態を示すイオン電流検出値を、ノイズが発生す
る可能性の高い点火コイル駆動機関を回避して読取り、
失火発生の有無を更に正確に検出する。
【0023】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の実施例1を図について説明
する。図1はこの発明の実施例1を示す機能ブロック図
であり、3A及び32Aは制御装置3及び失火検出手段32に
それぞれ対応しており、31、C、Tθ、D及びIは前述
と同様のものである。又、検出値Iを生成するイオン電
流検出手段20の構成は図6に示した通りである。
【0024】失火検出手段32Aは、イオン電流検出値I
をIhとして保持する検出値保持手段33と、制御対象気
筒の点火コイル21(図6参照)の一次巻線21aへの通電開
始直前に検出値IhをInとして読取る検出値読取手段
34と、読取られた検出値Inを基準レベルと比較して失
火検出信号Cを生成する比較手段35とから構成されてい
る。尚、点火コイル21への通電開始タイミングは、制御
パラメータTaに含まれている。
【0025】図2は失火検出手段32Aの動作を説明する
ための波形図であり、点火コイル21の一次巻線21aへの
通電電流i1と、パワートランジスタ22をオフさせて一
次電流i1を遮断する点火パルスPと、イオン電流iと、
イオン電流レベルをスレッショルドTHと比較した検出
値Ihと、通電開始直前tnで読取られた検出値Inと
を示している。
【0026】イオン電流検出値Ihは、イオン電流レベ
ルをスレッショルドTHと比較してパルス化され、更
に、このパルスを所定(1kHz)以上の周波数成分を取
り除くローパスフィルタで波形整形されたものである。
このパルス波形を整形する際、ローパスフィルタにより
高周波成分を取り除く理由は、点火時及びその他の電気
的ノイズの重畳に対する誤出力を防止するためである。
【0027】図2は、点火コイルの駆動に対応する一次
電流i1の通電時及び遮断時にノイズが重畳された場合を
示しており、一次電流i1の通電開始時よりも遮断時の方
が高いノイズレベルとなる。尚、ローパスフィルタ機能
は検出値保持手段33内に含まれており、検出されたイオ
ン電流検出値Ihは、検出値保持手段33内のフリップフ
ロップ又はラッチ等で保持される。
【0028】次に、図2を参照しながら、図1に示した
この発明の実施例1の動作について説明する。通常、制
御パラメータ設定手段31は、前述と同様に、基準位置信
号Tθ及び運転条件Dに基づいて制御時間Taを演算す
ると共に、失火検出信号Cが入力されたときに制御パラ
メータTaの補正を行う。
【0029】一方、失火検出手段32A内の検出値保持手
段33は、イオン電流iがスレッショルドTHを越えた時
点でHレベルとなったパルスを、ローパスフィルタを介
して出力されるイオン電流検出値Ihとして保持し、検
出値読取手段34は、制御気筒の点火コイル21への次の通
電開始直前(通電開始処理の起動初期)tnに前回の検出
値Inを読取る。
【0030】検出値Inの読取タイミングtnは、通電
開始の制御処理タイミングと一致するので、新たに設定
される必要はない。又、通電開始直前tnにおいては、
点火コイルが動作直前であるため、ノイズが発生するこ
とはなく、従って、読取られた検出値Inにノイズが重
畳されることはない。検出値Inが読取られた後、検出
値保持手段33はリセットされる。
【0031】こうして読取られた検出値Inは、比較手
段35により基準レベルと比較され、基準レベル以下であ
れば失火と見なされて失火検出信号Cが生成される。制
御パラメータ設定手段31は、失火検出信号Cが入力され
ると、失火検出された気筒に対する制御パラメータTa
を失火抑制側に補正するが、失火発生を防止することが
できない場合には、未燃ガスの排気を防止するため、失
火気筒への燃料噴射を遮断する。
【0032】このように、通電開始直前tnに読取られ
た検出値Inに基づいて失火検出することにより、簡単
なロジック構成で高信頼性の失火検出信号Cを生成する
ことができる。
【0033】ここでは、イオン電流検出値Ihが波形整
形されたパルスの場合を示したが、前述のようにピーク
ホールド値や積分値等であってもよい。いずれの場合
も、検出値保持手段33は、点火後にセット(保持機能が
許可)され、保持値の読取から次の点火後のセット時期
までリセット(保持機能が不許可)される。
【0034】実施例2. 尚、実施例1では、検出値Inの読取タイミングを通電
開始直前tnに設定してノイズの重畳を回避したが、
れに加えて、失火検出手段32に入力されるイオン電流検
出値Iにウィンドを設定し、ノイズが重畳される時期で
のイオン電流検出値Iをマスク作用により無効にしても
よい。
【0035】図3はこの発明の実施例2を示す機能ブロ
ック図であり、3Bは制御装置3Aに対応している。又、失
火検出手段32は、図1内の失火検出手段32Aと同様の機
能を有しているものとする。36は制御対象気筒の点火コ
イル駆動期間における検出値Iを無効にするためのウィ
ンド設定手段であり、点火コイル駆動期間を含む制御パ
ラメータTaに基づいて、失火検出手段32に対する検出
値Iの有効期間即ちウィンドWを設定し、少なくとも点
火コイル21の駆動期間を含む所定期間の検出値Iをマス
クする。
【0036】図4はウィンド設定手段36の動作を説明す
るための波形図であり、点火コイル21の一次巻線21aへ
の通電電流i1と、イオン電流iと、ウィンドWとの関係
を示している。図のように、イオン電流iには、点火コ
イルに関する通電開始時及び通電終了(点火)時にノイズ
が重畳されるため、点火コイル駆動期間を含む所定期間
をマスクしたウィンドWが設定される。
【0037】このようにウィンドWで設定された期間に
イオン電流検出値Iを入力することにより、失火検出手
段32は、ノイズの影響を全く受けないイオン電流検出値
Iに基づいて失火検出信号Cを生成することができる。
従って、失火検出の信頼性は更に向上する。即ち、図1
に示した検出値読取手段34を含む失火検出手段32Aに加
えて、上記ウィンド設定手段36を用いることにより、更
に信頼性の高い失火検出を行うことができる。
【0038】
【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項1によれ
ば、失火検出手段が、イオン電流の検出値を保持する検
出値保持手段と、制御対象気筒の点火コイルへの通電開
始直前に検出値を読取る検出値読取手段と、読取られた
検出値を基準レベルと比較して失火検出信号を生成する
比較手段とから構成され、ノイズが発生することのない
時点でイオン電流検出値を読取り、失火発生の有無を正
確に検出するようにしたので、ノイズ重畳によるイオン
電流レベルの誤検出を防止して失火検出の信頼性を向上
させた内燃機関制御装置が得られる効果がある。
【0039】又、この発明の請求項2によれば、更に、
制御対象気筒の点火コイル駆動期間における検出値を無
効にするためのウィンド設定手段を設け、ノイズが発生
する可能性の高い点火コイル駆動機関を回避してイオン
電流検出値を読取り、失火発生の有無を正確に検出する
ようにしたので、ノイズ重畳によるイオン電流レベルの
誤検出を防止して失火検出の信頼性を更に向上させた内
燃機関制御装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1を示す機能ブロック図であ
る。
【図2】図1内の失火検出手段の動作を説明するための
波形図である。
【図3】この発明の実施例2を示す機能ブロック図であ
る。
【図4】図3内のウィンド設定手段の動作を説明するた
めの波形図である。
【図5】従来の内燃機関制御装置を示す機能ブロック図
である。
【図6】一般的なイオン電流検出手段を示す回路図であ
る。
【図7】一般的なイオン電流を示す波形図である。
【符号の説明】
1 角度検出手段 2 各種センサ 20 イオン電流検出手段 21 点火コイル 31 制御パラメータ設定手段 32、32A 失火検出手段 33 検出値保持手段 34 検出値読取手段 35 比較手段 36 ウィンド設定手段 C 失火検出信号 D 運転条件 i イオン電流 I、Ih、In イオン電流検出値 Tθ 基準位置信号 Ta 制御パラメータ W ウィンド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 45/00 368 F02P 17/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機関の回転に同期して各気筒の所定クラ
    ンク角に対応した基準位置信号を生成する角度検出手段
    と、 前記機関の運転条件を検出する各種センサと、 前記気筒のうちの少なくとも1つの気筒のイオン電流を
    検出するイオン電流検出手段と、 前記基準位置信号及び前記運転条件に基づいて前記機関
    の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段
    と、 前記イオン電流の検出値に基づいて前記機関の失火検出
    信号を生成する失火検出手段と、 を備え、前記制御パラメータ設定手段が前記失火検出信
    号に基づいて前記制御パラメータを補正する内燃機関制
    御装置において、 前記失火検出手段は、 前記イオン電流の検出値を保持する検出値保持手段と、 制御対象気筒の点火コイルへの通電開始直前に前記検出
    値を読取る検出値読取手段と、 読取られた前記検出値を基準レベルと比較して前記失火
    検出信号を生成する比較手段と、 から構成されたことを特徴とする内燃機関制御装置。
  2. 【請求項2】 制御対象気筒の点火コイル駆動期間にお
    ける前記検出値を無効にするためのウィンド設定手段を
    設けたことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御
    装置。
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