JP3707644B2 - Combustion state detection device for internal combustion engine - Google Patents

Description

【０００４】
また、後者（特開平６−１９３５１４号公報）は、点火プラグの電極に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路の検出電圧を、比較器で所定のしきい電圧と比較し、該検出電圧がしきい電圧を越えている時間、つまり比較器の出力がハイレベルになっている時間（パルス幅ＴＰ）を計測することで、燃焼ラフネス度を求める。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、イオン電流は、エンジン運転条件によって非常に大きく変動するため、エンジン運転条件によるイオン電流の変動の影響を排除しないと、イオン電流から燃焼ラフネス度を精度良く求めることができない。この点について、上記従来のものは、いずれも考慮されていないため、燃焼ラフネス度の算出値にエンジン運転条件によるイオン電流の変動の影響がそのまま含まれてしまい、燃焼ラフネス度の算出精度が悪く、混合気の燃焼状態を精度良く判定できないという欠点がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃焼ラフネス度を精度良く求めることができる内燃機関の燃焼状態検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の燃焼状態検出装置は、点火プラグの電極に流れるイオン電流をイオン電流検出手段により検出し、このイオン電流検出手段の出力を判定値と比較して該出力が判定値以下又は以上となる割合（以下「出力割合」という）を出力割合演算手段により演算し、この出力割合演算手段で演算した出力割合に基づいて燃焼ラフネス度を判定手段により判定する。出力割合は、内燃機関運転条件によるイオン電流の変動の影響が少ないため、燃焼ラフネス度を従来よりも精度良く求めることができる。
【０００８】
更に、請求項２のように、前記判定手段で判定した燃焼ラフネス度に基づいて内燃機関制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段を設けた構成としても良い。ここで、内燃機関制御パラメータとしては、例えば排気ガス還流装置の排気ガス還流量（ＥＧＲ量）、燃料蒸発ガス（エバポガス）パージ装置のパージ量等があり、少なくとも１つの内燃機関制御パラメータを燃焼ラフネス度に基づいて設定することで、燃焼状態を安定させることができる。
【０００９】
ところで、点火プラグの使用期間が長くなるに従って、点火プラグの中心電極の外周面に絶縁物デポジットが徐々に付着し、中心電極の露出面積が少なくなることがある。このようになると、中心電極に流れるイオン電流が減少して、イオン電流検出手段の出力が低下し、出力割合の演算結果にも影響が出る。
【００１０】
この対策として、請求項３のように、点火プラグとして多極プラグ又は沿面放電プラグを用いるようにしても良い。多極プラグや沿面放電プラグは、点火プラグの中心電極の外周面に向かって側方から火花放電が発生するため、その放電エネルギによって中心電極の外周面が清浄化されて、絶縁物デポジットの付着が少ない。従って、多極プラグ又は沿面放電プラグを用いれば、絶縁物デポジットの付着によるイオン電流検出手段の出力の低下を防ぐことができ、長期間に亘って出力割合の演算精度を良好に維持できる。
【００１１】
また、請求項４のように、判定値として複数の異なる判定値を有し、各々の判定値についてそれぞれ出力割合を演算し、これら複数の出力割合に基づいて燃焼ラフネス度を判定するようにしても良い。このようにすれば、燃焼ラフネス度の判定精度を更に向上することができる。
【００１２】
また、請求項５のように、出力割合の対数正規分布の平均値及び標準偏差に基づいて燃焼ラフネス度を判定しても良い。このように、対数正規分布を用いれば、図１１に示すように、出力割合の分布が直線になり、平均値と標準偏差を極めて簡単な計算式で算出することができ、演算処理が極めて容易である。
【００１３】
また、内燃機関運転条件によってイオン電流が変化することを考慮し、請求項６のように、内燃機関運転条件に基づいて判定値を設定することが好ましい。このようにすれば、内燃機関運転条件によるイオン電流の変化に応じて、判定値を変化させることができ、内燃機関運転条件によるイオン電流の変動の影響を一層確実に排除することができる。
【００１４】
また、請求項７のように、出力割合に応じて判定値を補正するようにしても良い。これにより、点火プラグのイオン電流検出特性の経時的な変化等にも対処することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいて点火制御系の回路構成を説明する。点火コイル２１の一次コイル２２の一端はバッテリ２３に接続され、該一次コイル２２の他端は、イグナイタ２４に内蔵されたパワートランジスタ２５のコレクタに接続されている。二次コイル２６の一端は点火プラグ２７に接続され、該二次コイル２６の他端は、２つのツェナーダイオード２８，２９を介してグランドに接続されている。
【００１６】
２つのツェナーダイオード２８，２９は互いに逆向きに直列接続され、一方のツェナーダイオード２８にコンデンサ３０が並列に接続され、他方のツェナーダイオード２９にイオン電流検出抵抗３１が並列に接続されている。コンデンサ３０とイオン電流検出抵抗３１との間の電位Ｖinが抵抗３２を介して反転増幅回路３３の反転入力端子（−）に入力されて反転増幅され、この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖがイオン電流検出信号としてエンジン制御回路３４に入力される。イオン電流検出回路３５（イオン電流検出手段）は、ツェナーダイオード２８，２９、コンデンサ３０、イオン電流検出抵抗３１、反転増幅回路３３等から構成されている。
【００１７】
エンジン運転中は、エンジン制御回路３４からイグナイタ２４に送信される点火指令信号の立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ２５がオン／オフする。パワートランジスタ２５がオンすると、バッテリ２３から一次コイル２２に一次電流が流れ、その後、パワートランジスタ２５がオフすると、一次コイル２２の一次電流が遮断されて、二次コイル２６に高電圧が電磁誘導され、この高電圧によって点火プラグ２７の電極３６，３７間に火花放電が発生する。これにより、図２に示すように発生した火花放電電流は、点火プラグ２７の接地電極３７から中心電極３６へ流れ、二次コイル２６を経てコンデンサ３０に充電されると共に、ツェナーダイオード２８，２９を経てグランド側に流れる。
【００１８】
これに対し、イオン電流は、火花放電電流とは反対方向に流れる。つまり、イオン電流は、中心電極２７から接地電極２８へ流れ、更に、グランド側からイオン電流検出抵抗３１を通ってコンデンサ３０に流れる。この際、イオン電流検出抵抗３１に流れるイオン電流の変化に応じて反転増幅回路３３の入力電位Ｖinが変化し、反転増幅回路３３の出力端子からイオン電流に応じた電圧（イオン電流検出信号）がエンジン制御回路３４に出力される。
【００１９】
エンジン制御回路３４内には、ノイズマスク３８、ピークホールド回路３９、Ａ／Ｄ変換器４０及びマイクロコンピュータ４１が内蔵されている。イオン電流検出回路３５の出力電圧は、ノイズマスク３８にてノイズ成分が除去された後、ピークホールド回路３９に入力される。このピークホールド回路３９は、ノイズマスク３８の出力電圧のピーク値を検出して、それを保持する（図２参照）。このピークホールド回路３９の出力は、Ａ／Ｄ変換器４０を介してマイクロコンピュータ４１に読み込まれる。
【００２０】
マイクロコンピュータ４１のＲＯＭ（記憶媒体）には、燃料噴射制御や点火時期制御を行うための各種のエンジン制御プログラムが記憶されていると共に、図３乃至図６に示す燃焼状態制御用の各プログラムが記憶されている。以下、このマイクロコンピュータ４１が実行する燃焼状態制御用の各プログラムの処理内容を説明する。
【００２１】
図３の燃焼状態制御プログラムでは、まずステップ１０１で、吸気管圧力センサ（図示せず）で検出された吸気管圧力Ｐｍとエンジン回転センサ（図示せず）で検出されたエンジン回転数Ｎｅとを読み込む。この後、ステップ１０２で、吸気管圧力Ｐｍとエンジン回転数Ｎｅとから、図７のマップに示すＡ／Ｆフィードバック領域又はＥＧＲフィードバック領域であるか否かを判定する。ここで、Ａ／Ｆフィードバック領域は、エンジン始動時に空燃比（Ａ／Ｆ）をフィードバック補正する運転領域であり、ＥＧＲフィードバック領域は、排気ガス還流装置の排気ガス還流量（ＥＧＲ量）をフィードバック補正するＥＧＲ制御領域である。
【００２２】
上記ステップ１０２で、いずれのフィードバック領域にも該当しないと判定された場合には、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。これに対し、いずれかのフィードバック領域に該当すると判定された場合には、ステップ１０３に進み、後述する図４及び図５のプログラムを実行し、イオン電流検出信号（ピークホールド回路３９の出力電圧）Ｉp をＡ／Ｄ変換器４０を介して読み込んで出力割合を判定する。
【００２３】
この後、ステップ１０４に進み、Ａ／Ｆフィードバック条件が成立しているか否かを判定し、Ａ／Ｆフィードバック条件成立と判定された場合には、ステップ１０５に進み、図１２のＡ／Ｆ補正係数ｋ3 マップを用いて第２の判定電圧ｋ2 より小さい出力割合Ｗ2 に対応するＡ／Ｆ補正係数ｋ3 を補間計算する。この後、ステップ１０６に進み、燃料噴射量算出プログラム（図示せず）で算出された燃料噴射量にＡ／Ｆ補正係数ｋ3 を乗算して燃料噴射量（Ａ／Ｆ）を補正し、本プログラムを終了する。
【００２４】
上記ステップ１０４で、Ａ／Ｆフィードバック条件不成立と判定された場合には、ステップ１０７に進み、ＥＧＲフィードバック条件がしているか否かを判定し、ＥＧＲフィードバック条件不成立と判定された場合には、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００２５】
これに対し、ＥＧＲフィードバック条件成立と判定された場合には、ステップ１０８に進み、出力割合の目標平均値ｘo と目標標準偏差σo を読み込む。この後、ステップ１０９で、出力割合の平均値ｘと目標平均値ｘo との比Δｘを算出すると共に、標準偏差σと目標標準偏差σo との比Δσを算出する。これらの比ΔｘとΔσは、燃焼ラフネス度を表す指標となり、その値が１に近いほど目標値とのずれが少なく、燃焼状態が安定していることを意味する。このステップ１０９の処理が特許請求の範囲でいう判定手段として機能する。
【００２６】
この後、ステップ１１０に進み、図１３と図１４に示すＥＧＲ補正係数マップを用いて、上記ステップ１０９で算出したΔｘとΔσに対応するＥＧＲ補正係数ｋ4 ，ｋ5 を補間計算する。そして、次のステップ１１１で、基本ＥＧＲ量算出プログラム（図示せず）で算出された基本ＥＧＲ量にＥＧＲ補正係数ｋ4 ，ｋ5 を乗算し、エンジン制御パラメータの１つであるＥＧＲ量を算出する（ＥＧＲ量＝基本ＥＧＲ量×ｋ4 ×ｋ5 ）。これにより、ΔｘとΔσ（燃焼ラフネス度）に応じてＥＧＲ量を設定でき、燃焼状態を安定させることができる。上記ステップ１１０，１１１の処理が特許請求の範囲でいう制御パラメータ設定手段として機能する。
【００２７】
この後、ステップ１１２で、後述する図６の判定電圧補正プログラムを実行して、第１の判定電圧ｋ1 と第２の判定電圧ｋ2 を補正し、燃焼状態制御プログラムを終了する。この場合、第１の判定電圧ｋ1 と第２の判定電圧ｋ2 は、いずれも特許請求の範囲でいう判定値に相当する。
【００２８】
尚、ＥＧＲフィードバック領域（ＥＧＲフィードバック条件成立時）でも、Ａ／Ｆフィードバック領域（Ａ／Ｆフィードバック条件成立時）と同じく、出力割合に応じてＥＧＲ量を補正しても良い。
【００２９】
次に、前記ステップ１０３で実行する図４のイオン電流検出信号読み込みプログラムの処理の流れを説明する。本プログラムでは、まずステップ１２１で、イオン電流検出信号（ピークホールド回路３９の出力電圧）Ｉp をＡ／Ｄ変換器４０を介して読み込む。この後、ステップ１２２，１２３で、エンジン運転状態が急激に変化する過渡運転状態であるか否かを吸気管圧力変化量ΔＰｍとエンジン回転数変化量ΔＮｅに基づいて判定する。つまり、吸気管圧力変化量ΔＰｍが所定量Ｃ1 以上の場合、又はエンジン回転数変化量ΔＮｅが所定量Ｃ2 以上の場合には、いずれも、過渡運転状態と判定し、ステップ１２９に移行して、カウンタｉを初期値である１にリセットした後、ステップ１３０に進み、図９に示すテーブルＴ1 に格納されたイオン電流検出信号のデータＩp1〜Ｉp31 を全てリセットして、本プログラムを終了する。
【００３０】
上記ステップ１２２，１２３で、ΔＰｍ＜Ｃ1 、且つ、ΔＮｅ＜Ｃ2 の場合には、定常運転状態と判定されて、ステップ１２４に進み、今回読み込んだイオン電流検出信号（電圧値）のデータＩp をＩpi（但し、i は１〜３１で順次インクリメントされる）とし、このＩpiを図９に示すテーブルＴ1 に格納する（ステップ１２５）。この後、ステップ１２６で、カウンタｉが例えば３１（テーブルＴ1 のデータ数に相当）に達したか否かを判定し、３１に達していなければ、ステップ１２７に進み、カウンタｉを１だけインクリメントして本プログラムを終了する。
【００３１】
以上のような処理を繰り返すことで、図９に示すテーブルＴ1 に例えば３１個のイオン電流検出信号のデータＩp1〜Ｉp31 を全て格納し終えると、上記ステップ１２６の判定結果が「Ｙｅｓ」となり、ステップ１２８に進み、図５に示す出力割合判定プログラムを実行する。尚、図９に示すテーブルＴ1 に格納するイオン電流検出信号のデータ数は３１個に限定されず、３０個以下又は３２個以上であっても良い。
【００３２】
出力割合の判定後は、ステップ１２９に進み、カウンタｉを初期値である１にリセットした後、ステップ１３０に進み、図９のテーブルＴ1 に格納されたイオン電流検出信号のデータＩp1〜Ｉp31 を全てリセットして、本プログラムを終了する。
【００３３】
次に、上記ステップ１２８で実行する図５の出力割合判定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムでは、まずステップ１３１で、３つのカウンタｊ1 ，ｊ2 ，ｉを初期化して、ｊ1 ＝０，ｊ2 ＝０，ｉ＝１にする。この後、ステップ１３２で、図９のテーブルＴ1 に格納されたイオン電流検出信号のデータＩpi（但しi は１〜３１で順次インクリメントされる）を読み込むと共に、図８に示す判定電圧ｋ1 ，ｋ2 マップより、吸気管圧力Ｐｍとエンジン回転数Ｎｅに対応する第１の判定電圧ｋ1 と第２の判定電圧ｋ2 を読み込む。
【００３４】
尚、エンジン始動時のＡ／Ｆフィードバック領域では、判定電圧ｋ1 ，ｋ2 は固定値であり、ＥＧＲフィードバック領域では、吸気管圧力Ｐｍとエンジン回転数Ｎｅに応じてΔｋ1 ，Δｋ2 が補正される。これにより、エンジン運転条件（吸気管圧力Ｐｍとエンジン回転数Ｎｅ）によるイオン電流の変動を考慮した適切な判定電圧ｋ1 ，ｋ2 が設定される。
【００３５】
一方、ステップ１３３では、カウンタｉが３１（テーブルＴ1 のデータ数に相当）を越えたか否かを判定し、３１を越えていなければ、ステップ１３４に進み、イオン電流検出信号のデータＩpiを第１の判定電圧ｋ1 と比較し、Ｉpiがｋ1 より小さければ、ステップ１３５に進み、カウンタｊ1 を１インクリメントする。この後、ステップ１３５で、イオン電流検出信号のデータＩpiを第２の判定電圧ｋ2 と比較し（但しｋ2 ＜ｋ1 ）、Ｉpiがｋ2 より小さければ、ステップ１３７に進み、カウンタｊ2 を１インクリメントした後、ステップ１３８に進み、カウンタｉを１インクリメントして、ステップ１３２に戻り、上述した処理を繰り返す。
【００３６】
また、ステップ１３４で、Ｉpiが第１の判定電圧ｋ1 以上である場合には、ステップ１３８に進み、カウンタｉを１インクリメントして、ステップ１３２に戻る。また、ステップ１３６で、Ｉpiが第２の判定電圧ｋ2 以上である場合にも、ステップ１３８に進み、カウンタｉを１インクリメントして、ステップ１３２に戻る。
【００３７】
以上の処理を繰り返すことで、図９のテーブルＴ1 に格納されたイオン電流検出信号の３１個のデータＩp1〜Ｉp31 のうち、第１の判定電圧ｋ1 より小さいデータ数がカウンタｊ1 によりカウントされ、第２の判定電圧ｋ2 より小さいデータ数がカウンタｊ2 によりカウントされる。そして、カウンタｉが３１（テーブルＴ1 のデータ数に相当）を越えた時点で、ステップ１３３からステップ１３９に進み、第１の判定電圧ｋ1 より小さい出力割合Ｗ1 （＝ｊ1 ／３１）と第２の判定電圧ｋ2 より小さい出力割合Ｗ2 （＝ｊ2 ／３１）を算出する。これらステップ１３１〜１３９の処理が出力割合演算手段として機能する。
【００３８】
尚、本実施形態では、各判定電圧ｋ1 ，ｋ2 より小さい出力割合Ｗ1 ，Ｗ2 を算出したが、各判定電圧ｋ1 ，ｋ2 以上となる出力割合を算出するようにしても良い。また、本実施形態では、２つの判定電圧ｋ1 ，ｋ2 を設定して、２つの出力割合Ｗ1 ，Ｗ2 を算出するようにしたが、判定電圧を１つのみ、又は３つ以上設定して、出力割合を１つのみ、又は３つ以上算出するようにしても良い。
【００３９】
出力割合Ｗ1 ，Ｗ2 の算出後、ステップ１４０に進み、図１０に示す対数正規分布テーブルを用いて出力割合Ｗ1 ，Ｗ2 を補間変換して標準偏差σ1 ，σ2 を算出する。この後、ステップ１４１に進み、出力割合の対数正規分布の平均値ｘと標準偏差σを図１１に示す数式により算出する。図１１に示すように、対数正規分布では、出力割合の分布は直線で表され、縦軸のσ＝０に対応する対数目盛の横軸の値（対数値）が平均値ｘとなり、また、出力割合の分布の直線の傾きの逆数が標準偏差σとなる。このように、対数正規分布を用いることで、対数正規分布の平均値ｘと標準偏差σの算出が極めて容易になる。
【００４０】
次に、前述した図３のステップ１１２で実行する図６の判定電圧補正プログラムの処理の流れを説明する。本プログラムでは、まずステップ１５１で、標準偏差σ1 の絶対値が０．４よりも大きいか否かを判定し、標準偏差σ1 の絶対値が例えば０．４よりも大きい場合には、ステップ１５２に進んで、第１の判定電圧ｋ1 を次のようにして補正する。
【００４１】
▲１▼σ1 ＞０．４の時は次式により第１の判定電圧ｋ1 を補正する。
ｋ1 ＝ｋ1 −Δｋ1 ……（１）
▲２▼σ1 ＜−０．４の時は次式により第１の判定電圧ｋ1 を補正する。
ｋ1 ＝ｋ1 ＋Δｋ1 ……（２）
【００４２】
上記（１），（２）式の右辺のｋ1 は、図８に示す判定電圧マップにより、吸気管圧力Ｐｍとエンジン回転数Ｎｅに基づいて算出した第１の判定電圧であり、Δｋ1 は補正量である。このような第１の判定電圧ｋ1 の補正は、σ1 ＝０（５０％点）を狙う方向に働く。
【００４３】
第１の判定電圧ｋ1 の補正後、ステップ１５３に進む。また、上記ステップ１５１で、標準偏差σ1 の絶対値が０．４以下の場合、つまり第１の判定電圧ｋ1 の補正が不要な場合にも、ステップ１５３に進む。
【００４４】
このステップ１５３では、−２．２＜σ2 ＜−０．９であるか否かを判定し、「Ｎｏ」の場合には、ステップ１５４に進み、第２の判定電圧ｋ2 を次のようにして補正する。
▲１▼σ2 ≧−０．９の時は次式により第２の判定電圧ｋ2 を補正する。
ｋ2 ＝ｋ2 −Δｋ2 ……（３）
▲２▼σ1 ≦−２．２の時は次式により第１の判定電圧ｋ1 を補正する。
ｋ2 ＝ｋ2 ＋Δｋ2 ……（４）
【００４５】
上記（３），（４）式の右辺のｋ2 は、図８に示す判定電圧マップにより、吸気管圧力Ｐｍとエンジン回転数Ｎｅに基づいて算出した第２の判定電圧であり、Δｋ2 は補正量である。このような第２の判定電圧ｋ2 の補正は、σ2 を−２から−１．５の範囲内に収めるために行う。
【００４６】
第２の判定電圧ｋ2 の補正後、ステップ１５５に進む。また、上記ステップ１５３で、−２．２＜σ2 ＜−０．９と判定された場合、つまり、第２の判定電圧ｋ2 の補正が不要な場合にも、ステップ１５５に進む。
このステップ１５５では、ステップ１５２又は１５４で補正した判定電圧ｋ1 ，ｋ2 を、図８に示す判定電圧ｋ1 ，ｋ2 マップに書き込んで、本プログラムを終了する。
【００４７】
本実施形態では、点火プラグとして、図１５（ａ）に示すような一般的な構造の点火プラグ２７、つまり、接地電極３７の先端部が中心電極３６の軸方向先端面に対向した点火プラグ２７を用いているが、これに代えて、同図（ｂ）に示すように、２本以上の接地電極５１の先端部が中心電極５２の外周面に対向した多極プラグ５３を用いても良く、或は、同図（ｃ）に示すように、接地電極５４が中心電極５５の周囲を取り囲む円筒壁状に形成された沿面放電プラグ５６を用いても良い。勿論、これ以外の種々の形状の点火プラグを用いても良いことは言うまでもない。
【００４８】
ところで、図１５（ａ）に示すように、中心電極３６の軸方向先端面と接地電極３７の先端部との間で軸方向に火花放電が発生する一般的な点火プラグ２７では、点火プラグ２７の使用期間が長くなるに従って、点火プラグ２７の中心電極３６の外周面に絶縁物デポジットが徐々に付着し、最終的には、図１６（ａ）に示すように、中心電極３６の軸方向先端面（放電面）を除く外周面全体が絶縁物デポジットで覆われて、中心電極３６の露出面積が極端に少なくなることがある。このようになると、中心電極３６に流れるイオン電流が減少して、イオン電流検出回路３５の出力（以下「イオン電流出力」という）が低下し、出力割合の演算結果にも影響が出る。
【００４９】
ちなみに、図１７は、点火プラグの中心電極への絶縁物デポジットの付着によるイオン電流出力劣化特性の例を示している。図１５（ａ）の一般的構造のＮｉ点火プラグ、Ｐｔ点火プラグでは、使用期間が長くなるに従って、中心電極の外周面への絶縁物デポジットの付着割合が増加して、中心電極の露出面積が少なくなり、イオン電流出力が低下する。
【００５０】
これに対し、図１５（ｂ）の多極プラグ５３では、中心電極５２への絶縁物デポジットの付着によるイオン電流出力の低下はほとんど見られない（図１７参照）。つまり、多極プラグ５３では、２本以上の接地電極５１の先端部が中心電極５２の外周面に対向し、中心電極５２の外周面に向かって側方から火花放電が発生するため、図１６（ｂ）に示すように、放電エネルギによって中心電極５２の外周面が清浄化されて、絶縁物デポジットの付着が少ない。従って、多極プラグ５３を用いれば、絶縁物デポジットの付着によるイオン電流出力の低下を防ぐことができ、長期間に亘って出力割合の演算精度を良好に維持できる。
【００５１】
同様に、図１５（ｃ）の沿面放電プラグ５６を用いても、中心電極５５の外周面に向かって側方から火花放電が発生するため、その放電エネルギによって中心電極５２の外周面を清浄化できて、絶縁物デポジットの付着によるイオン電流出力の低下を防ぐことができる。
【００５２】
尚、本実施形態では、イオン電流検出信号としてピークホールド回路３９の出力電圧Ｉp を読み込むようにしたが、イオン電流検出回路３５の出力電圧（ノイズマスク３８の出力電圧）が所定のしきい値以上になっている時間を計測して、この時間が判定値以下又は以上となる割合（出力割合）を算出するようにしても良い。この場合には、イオン電流検出回路３５の出力電圧（ノイズマスク３８の出力電圧）がしきい値以上になっている時間の計測値が特許請求の範囲でいうイオン電流検出手段の出力となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における点火制御系とイオン電流検出回路の構成を示す回路図
【図２】各部の信号波形を示すタイムチャート
【図３】燃焼状態制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】イオン電流検出信号読み込みプログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図５】出力割合判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】判定電圧補正プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図７】フィードバック領域マップを概念的に示す図
【図８】判定電圧ｋ1 ，ｋ2 マップを概念的に示す図
【図９】イオン電流検出信号（ピークホールド回路３９の出力電圧）Ｉp を格納するテーブルＴ1 を概念的に示す図
【図１０】対数正規分布テーブルを概念的に示す図
【図１１】出力割合の対数正規分布の平均値ｘと標準偏差σの算出方法を説明する図
【図１２】Ａ／Ｆ補正係数ｋ3 マップを概念的に示す図
【図１３】ＥＧＲ補正係数ｋ4 マップを概念的に示す図
【図１４】ＥＧＲ補正係数ｋ5 マップを概念的に示す図
【図１５】（ａ）は一般の点火プラグの発火部形状を示す拡大正面図、（ｂ）は多極プラグの発火部形状を示す拡大正面図、（ｃ）は沿面放電プラグの発火部形状を示す拡大斜視図
【図１６】（ａ）は一般の点火プラグの中心電極への絶縁物デポジットの付着状態を示す拡大斜視図、（ｂ）は多極プラグの中心電極への絶縁物デポジットの付着状態を示す拡大斜視図
【図１７】多極プラグ、Ｎｉプラグ、Ｐｔプラグについて中心電極への絶縁物デポジットの付着によるイオン電流出力劣化特性を示す図
【符号の説明】
２１…点火コイル、２２…一次コイル、２３…バッテリ、２４…イグナイタ、２５…パワートランジスタ、２６…二次コイル、２７…点火プラグ、３１…イオン電流検出抵抗、３３…反転増幅回路、３４…エンジン制御回路、３５…イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）、３６…中心電極、３７…接地電極、３８…ノイズマスク、３９…ピークホールド回路、４１…マイクロコンピュータ（出力割合演算手段，判定手段，制御パラメータ設定手段）、５１…接地電極、５２…中心電極、５３…多極プラグ、５４…接地電極、５５…中心電極、５６…沿面放電プラグ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion state detection apparatus for an internal combustion engine that detects an ionic current flowing through an electrode of a spark plug to detect a combustion state of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, focusing on the point that ions are generated when the air-fuel mixture burns in the cylinder of the internal combustion engine (engine), the combustion state of the internal combustion engine is detected by detecting this ion current through the electrode of the spark plug. Techniques to do this have been proposed. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-249048 and 6-193514, the combustion roughness degree is calculated from the detected value of the ion current as a parameter indicating the combustion state of the air-fuel mixture. The former (Japanese Patent Laid-Open No. 6-249048) calculates the standard deviation of the N-cycle ion current as the combustion roughness degree by the following equation.
[0003]
[Expression 1]

[0004]
The latter (Japanese Patent Laid-Open No. 6-193514) compares a detection voltage of an ion current detection circuit that detects an ion current flowing through an electrode of a spark plug with a predetermined threshold voltage by a comparator. The combustion roughness degree is obtained by measuring the time when the threshold voltage is exceeded, that is, the time when the output of the comparator is high level (pulse width TP).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the ionic current varies greatly depending on the engine operating conditions, the degree of combustion roughness cannot be accurately determined from the ionic current unless the influence of the fluctuation of the ionic current due to the engine operating conditions is excluded. In this regard, since none of the above conventional ones is taken into consideration, the calculation value of the combustion roughness degree includes the influence of the fluctuation of the ion current due to the engine operating condition as it is, and the calculation accuracy of the combustion roughness degree is poor. There is a drawback that the combustion state of the mixture cannot be accurately determined.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances. Accordingly, an object of the present invention is to provide a combustion state detection device for an internal combustion engine that can accurately determine the degree of combustion roughness.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a combustion state detecting device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention detects an ionic current flowing through an electrode of a spark plug by an ionic current detecting means and determines an output of the ionic current detecting means. A ratio at which the output is less than or equal to the judgment value compared to the value (hereinafter referred to as “output ratio”) is calculated by the output ratio calculation means, and the degree of combustion roughness is calculated based on the output ratio calculated by the output ratio calculation means. Judgment is made by the judging means. Since the output ratio is less affected by fluctuations in the ionic current due to operating conditions of the internal combustion engine, the degree of combustion roughness can be obtained with higher accuracy than in the past.
[0008]
Further, a control parameter setting unit that sets an internal combustion engine control parameter based on the degree of combustion roughness determined by the determination unit may be provided. Here, the internal combustion engine control parameters include, for example, the exhaust gas recirculation amount (EGR amount) of the exhaust gas recirculation device, the purge amount of the fuel evaporative gas (evaporative gas) purge device, and the like. By setting based on the degree, the combustion state can be stabilized.
[0009]
By the way, as the use period of the spark plug becomes longer, the insulator deposit gradually adheres to the outer peripheral surface of the center electrode of the spark plug, and the exposed area of the center electrode may be reduced. In this case, the ion current flowing through the center electrode decreases, the output of the ion current detection means decreases, and the output ratio calculation result is affected.
[0010]
As a countermeasure, a multipolar plug or a creeping discharge plug may be used as the ignition plug as in claim 3. Multi-polar plugs and creeping discharge plugs generate a spark discharge from the side toward the outer peripheral surface of the center electrode of the spark plug, so that the outer peripheral surface of the center electrode is cleaned by the discharge energy, and the insulator deposit adheres. Less is. Therefore, if a multipolar plug or a creeping discharge plug is used, it is possible to prevent a decrease in the output of the ion current detecting means due to the adhesion of the insulator deposit, and it is possible to maintain a good calculation accuracy of the output ratio over a long period.
[0011]
According to another aspect of the present invention, a plurality of different determination values are used as determination values, an output ratio is calculated for each determination value, and the degree of combustion roughness is determined based on the plurality of output ratios. Also good. In this way, the determination accuracy of the degree of combustion roughness can be further improved.
[0012]
Further, as in claim 5, the degree of combustion roughness may be determined based on the average value and standard deviation of the lognormal distribution of the output ratio. As described above, when the lognormal distribution is used, as shown in FIG. 11, the distribution of the output ratio becomes a straight line, the average value and the standard deviation can be calculated by a very simple calculation formula, and the arithmetic processing is extremely easy. It is.
[0013]
Further, it is preferable to set the determination value based on the internal combustion engine operating condition as described in claim 6 in consideration that the ion current changes depending on the internal combustion engine operating condition. In this way, the determination value can be changed according to the change of the ionic current due to the internal combustion engine operating condition, and the influence of the fluctuation of the ionic current due to the internal combustion engine operating condition can be more reliably eliminated.
[0014]
Further, as in claim 7, the determination value may be corrected according to the output ratio. As a result, it is possible to cope with changes over time in the ionic current detection characteristics of the spark plug.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the circuit configuration of the ignition control system will be described with reference to FIG. One end of the primary coil 22 of the ignition coil 21 is connected to the battery 23, and the other end of the primary coil 22 is connected to the collector of the power transistor 25 built in the igniter 24. One end of the secondary coil 26 is connected to a spark plug 27, and the other end of the secondary coil 26 is connected to the ground via two Zener diodes 28 and 29.
[0016]
The two Zener diodes 28 and 29 are connected in series in opposite directions, a capacitor 30 is connected in parallel to one Zener diode 28, and an ion current detection resistor 31 is connected in parallel to the other Zener diode 29. A potential Vin between the capacitor 30 and the ionic current detection resistor 31 is input to the inverting input terminal (−) of the inverting amplifier circuit 33 via the resistor 32 and is inverted and amplified. The output voltage V of the inverting amplifier circuit 33 is ionized. The current detection signal is input to the engine control circuit 34. The ion current detection circuit 35 (ion current detection means) is composed of Zener diodes 28 and 29, a capacitor 30, an ion current detection resistor 31, an inverting amplification circuit 33, and the like.
[0017]
During engine operation, the power transistor 25 is turned on / off at the rise / fall of the ignition command signal transmitted from the engine control circuit 34 to the igniter 24. When the power transistor 25 is turned on, a primary current flows from the battery 23 to the primary coil 22. After that, when the power transistor 25 is turned off, the primary current of the primary coil 22 is cut off and a high voltage is electromagnetically induced in the secondary coil 26. This high voltage causes spark discharge between the electrodes 36 and 37 of the spark plug 27. As a result, the spark discharge current generated as shown in FIG. 2 flows from the ground electrode 37 of the spark plug 27 to the center electrode 36 and is charged to the capacitor 30 via the secondary coil 26, and the zener diodes 28 and 29 are passed through. After that it flows to the ground side.
[0018]
On the other hand, the ion current flows in the opposite direction to the spark discharge current. That is, the ionic current flows from the center electrode 27 to the ground electrode 28, and further flows from the ground side to the capacitor 30 through the ionic current detection resistor 31. At this time, the input potential Vin of the inverting amplifier circuit 33 changes according to the change of the ionic current flowing through the ionic current detection resistor 31, and a voltage (ion current detection signal) corresponding to the ionic current is output from the output terminal of the inverting amplifier circuit 33. It is output to the engine control circuit 34.
[0019]
The engine control circuit 34 includes a noise mask 38, a peak hold circuit 39, an A / D converter 40, and a microcomputer 41. The output voltage of the ion current detection circuit 35 is input to the peak hold circuit 39 after the noise component is removed by the noise mask 38. The peak hold circuit 39 detects the peak value of the output voltage of the noise mask 38 and holds it (see FIG. 2). The output of the peak hold circuit 39 is read into the microcomputer 41 via the A / D converter 40.
[0020]
Various engine control programs for performing fuel injection control and ignition timing control are stored in a ROM (storage medium) of the microcomputer 41, and each program for combustion state control shown in FIGS. 3 to 6 is stored. It is remembered. Hereinafter, processing contents of each program for controlling the combustion state executed by the microcomputer 41 will be described.
[0021]
In the combustion state control program of FIG. 3, first, at step 101, the intake pipe pressure Pm detected by the intake pipe pressure sensor (not shown) and the engine speed Ne detected by the engine speed sensor (not shown) are calculated. Read. Thereafter, in step 102, it is determined from the intake pipe pressure Pm and the engine speed Ne whether or not the A / F feedback area or the EGR feedback area shown in the map of FIG. Here, the A / F feedback region is an operation region in which the air-fuel ratio (A / F) is feedback-corrected when the engine is started, and the EGR feedback region is a feedback correction of the exhaust gas recirculation amount (EGR amount) of the exhaust gas recirculation device. This is an EGR control area.
[0022]
If it is determined in step 102 that none of the feedback areas correspond, this program is terminated without performing the subsequent processing. On the other hand, if it is determined that any one of the feedback regions is satisfied, the process proceeds to step 103, the program shown in FIGS. 4 and 5 described later is executed, and an ion current detection signal (output voltage of the peak hold circuit 39) is executed. Ip is read through the A / D converter 40 to determine the output ratio.
[0023]
Thereafter, the process proceeds to step 104 to determine whether or not the A / F feedback condition is satisfied. When it is determined that the A / F feedback condition is satisfied, the process proceeds to step 105 and the A / F correction of FIG. An A / F correction coefficient k3 corresponding to an output ratio W2 smaller than the second determination voltage k2 is interpolated using the coefficient k3 map. Thereafter, the process proceeds to step 106, where the fuel injection amount (A / F) is corrected by multiplying the fuel injection amount calculated by the fuel injection amount calculation program (not shown) by the A / F correction coefficient k3. Exit.
[0024]
If it is determined in step 104 that the A / F feedback condition is not satisfied, the process proceeds to step 107, where it is determined whether or not the EGR feedback condition is satisfied, and if it is determined that the EGR feedback condition is not satisfied, This program is terminated without performing the above process.
[0025]
On the other hand, if it is determined that the EGR feedback condition is satisfied, the process proceeds to step 108, and the target average value xo and the target standard deviation σo of the output ratio are read. Thereafter, in step 109, the ratio Δx between the average value x of the output ratio and the target average value xo is calculated, and the ratio Δσ between the standard deviation σ and the target standard deviation σo is calculated. These ratios Δx and Δσ serve as indices representing the degree of combustion roughness, and the closer the value is to 1, the smaller the deviation from the target value and the more stable the combustion state. The processing of step 109 functions as a determination means in the claims.
[0026]
Thereafter, the process proceeds to step 110, and EGR correction coefficients k4 and k5 corresponding to Δx and Δσ calculated in step 109 are interpolated using the EGR correction coefficient maps shown in FIGS. 13 and 14. In the next step 111, the basic EGR amount calculated by a basic EGR amount calculation program (not shown) is multiplied by EGR correction coefficients k4 and k5 to calculate an EGR amount which is one of the engine control parameters ( EGR amount = basic EGR amount × k4 × k5). Thus, the EGR amount can be set according to Δx and Δσ (combustion roughness degree), and the combustion state can be stabilized. The processing of steps 110 and 111 functions as control parameter setting means in the claims.
[0027]
Thereafter, in step 112, a determination voltage correction program shown in FIG. 6 described later is executed to correct the first determination voltage k1 and the second determination voltage k2, and the combustion state control program is terminated. In this case, both the first determination voltage k1 and the second determination voltage k2 correspond to the determination values in the claims.
[0028]
In the EGR feedback region (when the EGR feedback condition is satisfied), the EGR amount may be corrected in accordance with the output ratio as in the A / F feedback region (when the A / F feedback condition is satisfied).
[0029]
Next, the flow of processing of the ion current detection signal reading program of FIG. 4 executed in step 103 will be described. In this program, first, in step 121, an ion current detection signal (output voltage of the peak hold circuit 39) Ip is read through the A / D converter 40. Thereafter, in steps 122 and 123, it is determined based on the intake pipe pressure change amount ΔPm and the engine speed change amount ΔNe whether the engine operation state is a transient operation state in which the engine operation state changes rapidly. That is, when the intake pipe pressure change amount ΔPm is greater than or equal to the predetermined amount C1, or when the engine speed change amount ΔNe is greater than or equal to the predetermined amount C2, it is determined that the engine is in a transient operation state, and the process proceeds to step 129. After the counter i is reset to the initial value 1, the process proceeds to step 130, where all the data Ip1 to Ip31 of the ion current detection signals stored in the table T1 shown in FIG. 9 are reset, and this program is terminated.
[0030]
If ΔPm <C1 and ΔNe <C2 in steps 122 and 123, it is determined that the operation state is steady, and the process proceeds to step 124 where the data Ip of the ion current detection signal (voltage value) read this time is set to Ipi. (Where i is sequentially incremented from 1 to 31), and this Ipi is stored in the table T1 shown in FIG. 9 (step 125). Thereafter, in step 126, it is determined whether or not the counter i has reached, for example, 31 (corresponding to the number of data in the table T1). If not, the process proceeds to step 127 and the counter i is incremented by 1. Exit this program.
[0031]
By repeating the process as described above, for example, when all the data Ip1 to Ip31 of the 31 ion current detection signals are stored in the table T1 shown in FIG. 9, the determination result of Step 126 is “Yes”. Proceeding to 128, the output ratio determination program shown in FIG. 5 is executed. The number of data of the ion current detection signal stored in the table T1 shown in FIG. 9 is not limited to 31 and may be 30 or less or 32 or more.
[0032]
After the determination of the output ratio, the process proceeds to step 129, the counter i is reset to 1 which is the initial value, and then the process proceeds to step 130, where all the data Ip1 to Ip31 of the ion current detection signal stored in the table T1 of FIG. Reset and exit this program.
[0033]
Next, processing contents of the output ratio determination program of FIG. 5 executed in step 128 will be described. In this program, first, in step 131, the three counters j1, j2, and i are initialized so that j1 = 0, j2 = 0, and i = 1. Thereafter, in step 132, the ion current detection signal data Ipi (where i is sequentially incremented from 1 to 31) stored in the table T1 of FIG. 9 are read and the determination voltages k1 and k2 shown in FIG. Thus, the first determination voltage k1 and the second determination voltage k2 corresponding to the intake pipe pressure Pm and the engine speed Ne are read.
[0034]
In the A / F feedback region at the time of starting the engine, the determination voltages k1 and k2 are fixed values. In the EGR feedback region, Δk1 and Δk2 are corrected according to the intake pipe pressure Pm and the engine speed Ne. As a result, appropriate determination voltages k1 and k2 are set in consideration of variations in ion current depending on engine operating conditions (intake pipe pressure Pm and engine speed Ne).
[0035]
On the other hand, in step 133, it is determined whether or not the counter i exceeds 31 (corresponding to the number of data in the table T1). If it does not exceed 31, the process proceeds to step 134 and the data Ipi of the ion current detection signal is set to the first. If Ipi is smaller than k1, the process proceeds to step 135 and the counter j1 is incremented by one. Thereafter, in step 135, the data Ipi of the ion current detection signal is compared with the second determination voltage k2 (where k2 <k1). If Ipi is smaller than k2, the process proceeds to step 137 and the counter j2 is incremented by 1. In step 138, the counter i is incremented by 1, and the flow returns to step 132 to repeat the above-described processing.
[0036]
If it is determined in step 134 that Ipi is equal to or higher than the first determination voltage k1, the process proceeds to step 138, increments the counter i by 1, and returns to step 132. In step 136, if Ipi is equal to or higher than the second determination voltage k2, the process proceeds to step 138, the counter i is incremented by 1, and the process returns to step 132.
[0037]
By repeating the above processing, the number of data smaller than the first determination voltage k1 is counted by the counter j1 among the 31 pieces of data Ip1 to Ip31 of the ion current detection signal stored in the table T1 of FIG. The number of data smaller than the determination voltage k2 of 2 is counted by the counter j2. When the counter i exceeds 31 (corresponding to the number of data in the table T1), the process proceeds from step 133 to step 139, where the output ratio W1 (= j1 / 31) smaller than the first determination voltage k1 and the second An output ratio W2 (= j2 / 31) smaller than the judgment voltage k2 is calculated. The processes in steps 131 to 139 function as output ratio calculation means.
[0038]
In this embodiment, the output ratios W1 and W2 smaller than the determination voltages k1 and k2 are calculated. However, the output ratios that are equal to or higher than the determination voltages k1 and k2 may be calculated. In this embodiment, two determination voltages k1 and k2 are set and two output ratios W1 and W2 are calculated. However, only one determination voltage or three or more determination voltages are set and output. Only one ratio or three or more ratios may be calculated.
[0039]
After calculating the output ratios W1 and W2, the process proceeds to step 140, and the standard deviations σ1 and σ2 are calculated by interpolating the output ratios W1 and W2 using the lognormal distribution table shown in FIG. Thereafter, the process proceeds to step 141, where the average value x and the standard deviation σ of the logarithmic normal distribution of the output ratio are calculated by the mathematical formula shown in FIG. As shown in FIG. 11, in the lognormal distribution, the distribution of the output ratio is represented by a straight line, and the value (logarithmic value) on the horizontal axis of the logarithmic scale corresponding to σ = 0 on the vertical axis is the average value x, The reciprocal of the slope of the straight line of the output ratio distribution is the standard deviation σ. As described above, by using the lognormal distribution, it is very easy to calculate the average value x and the standard deviation σ of the lognormal distribution.
[0040]
Next, the process flow of the determination voltage correction program of FIG. 6 executed in step 112 of FIG. 3 described above will be described. In this program, first, in step 151, it is determined whether or not the absolute value of the standard deviation σ1 is larger than 0.4. If the absolute value of the standard deviation σ1 is larger than 0.4, for example, step 152 is executed. Then, the first determination voltage k1 is corrected as follows.
[0041]
(1) When σ1> 0.4, the first determination voltage k1 is corrected by the following equation.
k1 = k1 -Δk1 (1)
(2) When σ1 <−0.4, the first determination voltage k1 is corrected by the following equation.
k1 = k1 + Δk1 (2)
[0042]
K1 on the right side of the above equations (1) and (2) is the first determination voltage calculated based on the intake pipe pressure Pm and the engine speed Ne from the determination voltage map shown in FIG. 8, and Δk1 is the correction amount. It is. Such correction of the first determination voltage k1 works in a direction aiming for σ1 = 0 (50% point).
[0043]
After the correction of the first determination voltage k1, the process proceeds to step 153. If the absolute value of the standard deviation .sigma.1 is 0.4 or less in step 151, that is, if correction of the first determination voltage k1 is unnecessary, the process proceeds to step 153.
[0044]
In this step 153, it is determined whether -2.2 <σ2 <-0.9. If "No", the process proceeds to step 154, and the second determination voltage k2 is set as follows. to correct.
(1) When σ 2 ≧ −0.9, the second determination voltage k 2 is corrected by the following equation.
k2 = k2 -Δk2 (3)
(2) When σ1 ≦ −2.2, the first judgment voltage k1 is corrected by the following equation.
k2 = k2 + Δk2 (4)
[0045]
K2 on the right side of the above equations (3) and (4) is a second determination voltage calculated based on the intake pipe pressure Pm and the engine speed Ne from the determination voltage map shown in FIG. 8, and Δk2 is the correction amount. It is. Such correction of the second determination voltage k2 is performed in order to keep σ2 within the range of -2 to -1.5.
[0046]
After the correction of the second determination voltage k2, the process proceeds to step 155. If it is determined in step 153 that −2.2 <σ 2 <−0.9, that is, if correction of the second determination voltage k 2 is not necessary, the process proceeds to step 155.
In step 155, the determination voltages k1 and k2 corrected in step 152 or 154 are written in the determination voltage k1 and k2 map shown in FIG. 8, and the program is terminated.
[0047]
In this embodiment, as the spark plug, a spark plug 27 having a general structure as shown in FIG. 15A, that is, a spark plug 27 in which the tip end portion of the ground electrode 37 is opposed to the tip end surface in the axial direction of the center electrode 36. However, instead of this, a multipolar plug 53 in which the tips of two or more ground electrodes 51 are opposed to the outer peripheral surface of the center electrode 52 may be used as shown in FIG. Alternatively, a creeping discharge plug 56 in which the ground electrode 54 is formed in a cylindrical wall shape surrounding the periphery of the center electrode 55 may be used as shown in FIG. Of course, it goes without saying that spark plugs having various shapes other than these may be used.
[0048]
By the way, as shown in FIG. 15A, in a general spark plug 27 in which spark discharge is generated in the axial direction between the front end face of the center electrode 36 and the front end portion of the ground electrode 37, the spark plug 27 As the period of use increases, the insulator deposit gradually adheres to the outer peripheral surface of the center electrode 36 of the spark plug 27. Finally, as shown in FIG. The entire outer peripheral surface except the surface (discharge surface) may be covered with an insulator deposit, and the exposed area of the center electrode 36 may be extremely reduced. As a result, the ion current flowing through the center electrode 36 decreases, the output of the ion current detection circuit 35 (hereinafter referred to as “ion current output”) decreases, and the calculation result of the output ratio is affected.
[0049]
Incidentally, FIG. 17 shows an example of the ionic current output deterioration characteristic due to the adhesion of the insulator deposit to the center electrode of the spark plug. In the Ni spark plug and the Pt spark plug having the general structure shown in FIG. 15A, as the period of use increases, the deposit ratio of the insulator deposit to the outer peripheral surface of the center electrode increases, and the exposed area of the center electrode is reduced. The ion current output is reduced.
[0050]
On the other hand, in the multipolar plug 53 of FIG. 15B, there is almost no decrease in the ionic current output due to the adhesion of the insulator deposit to the center electrode 52 (see FIG. 17). That is, in the multipolar plug 53, the tip portions of the two or more ground electrodes 51 face the outer peripheral surface of the center electrode 52, and spark discharge is generated from the side toward the outer peripheral surface of the center electrode 52. As shown in (b), the outer peripheral surface of the center electrode 52 is cleaned by the discharge energy, and the deposit of the insulator deposit is small. Therefore, if the multipolar plug 53 is used, it is possible to prevent a decrease in the ionic current output due to the adhesion of the insulator deposit, and the calculation accuracy of the output ratio can be favorably maintained over a long period.
[0051]
Similarly, even when the creeping discharge plug 56 of FIG. 15C is used, a spark discharge is generated from the side toward the outer peripheral surface of the center electrode 55. Therefore, the outer peripheral surface of the center electrode 52 is cleaned by the discharge energy. Therefore, it is possible to prevent a decrease in ionic current output due to adhesion of the insulator deposit.
[0052]
In this embodiment, the output voltage Ip of the peak hold circuit 39 is read as the ion current detection signal. However, the output voltage of the ion current detection circuit 35 (output voltage of the noise mask 38) is equal to or higher than a predetermined threshold value. It is also possible to measure the time when the time is equal to and calculate the ratio (output ratio) at which this time is less than or equal to the determination value. In this case, the measured value of the time during which the output voltage of the ion current detection circuit 35 (the output voltage of the noise mask 38) is equal to or greater than the threshold value is the output of the ion current detection means in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an ignition control system and an ion current detection circuit in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing signal waveforms at various parts.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of processing of a combustion state control program.
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing of an ion current detection signal reading program.
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing of an output ratio determination program.
FIG. 6 is a flowchart showing a process flow of a determination voltage correction program.
FIG. 7 is a diagram conceptually showing a feedback area map.
FIG. 8 is a diagram conceptually showing judgment voltage k1 and k2 maps.
FIG. 9 is a diagram conceptually showing a table T1 for storing an ion current detection signal (output voltage of the peak hold circuit 39) Ip.
FIG. 10 is a diagram conceptually showing a lognormal distribution table.
FIG. 11 is a diagram for explaining a method of calculating an average value x and a standard deviation σ of a lognormal distribution of output ratios
FIG. 12 is a diagram conceptually showing an A / F correction coefficient k3 map.
FIG. 13 is a diagram conceptually showing an EGR correction coefficient k4 map.
FIG. 14 is a diagram conceptually showing an EGR correction coefficient k5 map.
15 (a) is an enlarged front view showing the shape of an ignition part of a general spark plug, (b) is an enlarged front view showing the shape of an ignition part of a multipolar plug, and (c) is the shape of an ignition part of a creeping discharge plug. Enlarged perspective view showing
16A is an enlarged perspective view showing the state of attachment of an insulator deposit to the center electrode of a general spark plug, and FIG. 16B is an enlarged view showing the state of attachment of an insulator deposit to the center electrode of a multipolar plug. Perspective view
FIG. 17 is a graph showing ion current output deterioration characteristics due to adhesion of an insulator deposit to the center electrode for multipolar plugs, Ni plugs, and Pt plugs.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Ignition coil, 22 ... Primary coil, 23 ... Battery, 24 ... Igniter, 25 ... Power transistor, 26 ... Secondary coil, 27 ... Spark plug, 31 ... Ion current detection resistor, 33 ... Inversion amplification circuit, 34 ... Engine Control circuit 35 ... Ion current detection circuit (ion current detection means) 36 ... Center electrode 37 ... Ground electrode 38 ... Noise mask 39 ... Peak hold circuit 41 ... Microcomputer (output ratio calculation means, determination means, Control parameter setting means), 51 ... ground electrode, 52 ... center electrode, 53 ... multipolar plug, 54 ... ground electrode, 55 ... center electrode, 56 ... creeping discharge plug.

Claims (7)

Ionic current detection means for detecting ionic current flowing through the electrode of the spark plug;
An output ratio calculation means for comparing the output of the ion current detection means with a determination value and calculating a ratio at which the output is equal to or lower than the determination value (hereinafter referred to as “output ratio”);
A combustion state detection apparatus for an internal combustion engine, comprising: determination means for determining a degree of combustion roughness based on the output ratio calculated by the output ratio calculation means. 2. The combustion state detecting device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising control parameter setting means for setting an internal combustion engine control parameter based on the degree of combustion roughness determined by the determining means. The combustion state detection device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein a multipolar plug or a creeping discharge plug is used as the ignition plug. The output ratio calculation means has a plurality of different determination values as the determination value, calculates an output ratio for each determination value,
The combustion state detecting device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the determining means determines the degree of combustion roughness based on a plurality of output ratios calculated by the output ratio calculating means. The said determination means determines a combustion roughness degree based on the average value and standard deviation of the logarithm normal distribution of the output ratio calculated by the said output ratio calculation means. A combustion state detection device for an internal combustion engine. 6. The combustion state detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the output ratio calculation means includes means for setting the determination value based on an internal combustion engine operating condition. The combustion state detecting device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the output ratio calculation means includes means for correcting the determination value in accordance with the output ratio.

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