JP3795828B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関において、燃焼により生じるイオン量の変化を検出することにより、燃焼もしくは失火を検知する内燃機関の失火検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダ内で混合気を燃焼させるとイオンが発生することが一般に知られている。そこで、シリンダ内に高電圧をバイアス電圧として印加したプローブを設置すると、このイオンをイオン電流として観測することができる。つまり、イオン電流の有無を検出することで全気筒の燃焼もしくは失火を個別に判定することができる。しかしながら、内燃機関の運転状態によっては、混合気の燃焼により点火プラグの電極間に煤が付着する場合がある。
【０００３】
例えば、バイアス電圧を１００Ｖ、煤付着時の点火プラグの絶縁抵抗を５ＭΩとすると、２０μＡのリーク電流が流れる。その結果、図８に示すように、点火パルスの印加に伴ってリーク電流が所定の時定数で単調減衰しながらイオン電流検出部に流れる。また、点火プラグの放電開始後には、煤による高抵抗とバイアス回路のコンデンサ成分Ｃによる時定数ＣＲで徐々に単調減少するリーク電流に燃焼によるイオン電流が重畳されて流れる。
【０００４】
図９は、特開２００１−９０６４７に開示された、従来の内燃機関の失火検出装置の構成図を示す。図９において、１Ａはイオン電流検出部となるバイアス回路であり、リーク発生時には単調減少するリーク電流に重畳されたイオン電流を出力する。バイアス回路１Ａよりマスク回路４Ａを通して出力されたマスク後のボトムレベルをボトムホールド値として維持し、このボトムホールド値を基にイオン電流判定用のしきい値を設定する。６Ａはボトムホールド値による波形整形回路（ボトムホールド波形整形回路と記載する。）であり、バイアス回路１Ａより入力されたイオン電流のマスク時間後のレベルとしきい値とを比較して燃焼パルスを出力する。
【０００５】
次に、従来装置の動作を、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）を参照して説明する。点火パルスＩＢ（図１０（ａ）参照）の印加に伴ってリーク電流が所定の時定数で単調減衰しながらイオン電流検出部となるバイアス回路１Ａに流れる。バイアス回路１Ａにより検出されたイオン電流（図１０（ｂ）参照）は、マスク回路４Ａに入力され、固定しきい値で波形整形されたパルスが所定時間カットされ、マスク信号が生成される。マスク解除後のボトム値をボトムホールド値として維持する。このボトムホールド値を基にイオン電流判定用のしきい値を設定する（図１０（ｃ）参照）。
【０００６】
ボトムホールド値波形整形回路６Ａは、バイアス回路より出力されたイオン電流を入力すると、マスク解除後のイオン電流のボトムレベルとを比較する。そして、イオン電流のレベルがしきい値を超えた時点で燃焼パルスを出力する。この結果、リーク電流の大きさに左右されずに、リーク電流に重畳されたイオン電流を燃焼パルスに波形整形して出力することで爆発気筒内の燃焼を検出できる（図１０（ｄ）参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来装置においては、内燃機関の運転状態によっては、図８に示すように、リーク電流に重畳し、ボトムホールド値を超過しない、燃焼に伴うイオン電流が発生する場合がある。
【０００８】
ボトムホールド閾値では、図１０のｔ１１区間のように、イオン電流が増加する区間がなければ、燃焼と判定することが出来ず、このような場合、燃焼を検出できずに、失火として誤検出してしまうという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、リーク電流に燃焼に伴うイオン電流が重畳した場合に、イオン電流に増加成分が含まれていなくても燃焼を検出できる内燃機関の失火検出装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の失火検出装置は、内燃機関の燃焼室内に設置される電極に電圧を印加し、燃焼に伴い燃焼室内に発生するイオンを介して電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記イオン電流検出手段により検出されるイオン電流の変化の傾向を認識する傾向認識手段と、前記傾向認識手段の出力に対し閾値を設定する閾値決定手段と、前記傾向認識手段および前記閾値決定手段の出力に基づいて燃焼もしくは失火を判定する判定手段とを備え、前記傾向認識手段は、前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流を検出する際に発生するノイズをマスクするマスク手段と、前記マスク手段を介して前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流の連続する配列データにおける個々のデータ変化量を計算することで導関数を計算する導関数計算手段と、前記導関数手段の出力に基づいて連続する所定数個のデータ変化量の平均値を計算することで平準化してデータの変化の傾向を抽出する平滑化手段とを有するるものである。
【００１１】
また、前記閾値決定手段は、前記傾向認識手段の出力のピークに基づいて閾値を設定することを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記閾値決定手段は、前記傾向認識手段の出力のボトムに基づいて閾値を設定することを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記導関数手段と前記平滑化手段の少なくとも一方の処理を少なくとも１回起動するカウンタ手段をさらに備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記閾値決定手段は、前記傾向認識手段の出力に基づいて閾値の設定を開始してから次のイオン電流の傾向の変化点を検出するまで閾値の傾向を維持することを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記閾値決定手段は、設定された閾値の傾向を所定時間維持することを特徴とするものである。
【００１８】
また、前記閾値決定手段は、設定された所定区間が経過していなくても、閾値とイオン電流が交差したとき、閾値の傾向もしくは値の維持を解除し、イオン電流の形状にしたがって閾値を設定することを特徴とするものである。
【００１９】
また、前記閾値決定手段は、設定された閾値をオフセットし、新たな閾値として設定することを特徴とするものである。
【００２０】
さらに、前記判定手段は、前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流が、前記閾値設定手段により設定された閾値を所定区間以上超過したときに、燃焼もしくは失火と判定することを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
まず始めに、この発明に係るイオン電流を利用した内燃機関の燃焼もしくは失火検出に関して説明する。シリンダ内にバイアス電圧を印加すると、燃焼に伴い発生するイオンおよび電子を電流として検出できることが知られている。このとき、シリンダ内にバイアスがかかる瞬間もしくは直後に発生するノイズ、もしくは点火ノイズ、外来ノイズ等を除いては、燃焼が発生していないとき、電流は検出されない、もしくは単調減少をするリーク電流が検出されるかのいずれかである。
【００２２】
燃焼が発生しているときは、イオン電流は増加から減少といった一連のサイクルを数回繰り返す。具体的には、燃焼化学変化に伴うサイクル、圧力・温度変化に伴うサイクルが通常燃焼時に発生するサイクルであり、これ以外にも残存ガスに伴うイオン電流の増加サイクルが発生する場合もある。
【００２３】
この発明は、リーク電流発生時に、燃焼に伴い発生するイオン電流の傾きの変動を検出したとき、この傾きを示す値に対しピークホールド閾値を適用することによって、リーク電流発生時でも確実に燃焼もしくは失火の検出を行えるようにするものである。
【００２４】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について、添付図面を参照して説明する。図１と図２は、本実施の形態１に係る内燃機関の失火検出装置の機能ブロック図とハードウエア構成図である。これら図において、１は本実施の形態１に係るイオン電流検出部となるバイアス回路であり、リーク発生時には単調減少するリーク電流に重畳されたイオン電流を出力する。バイアス回路１より出力されたイオン電流は、Ａ／Ｄ変換装置３を介してアナログデーダからデジタルデータへと変換され、マイクロプロセッサ２へと入力される。
【００２５】
マイクロプロセッサ２内部において、入力データは、マスク装置４を介してバイアス電圧印加時に発生するノイズをマスクし、リーク判定装置５にてリーク電流が発生していると判定されたとき、導関数計算装置６にて個々のデータの変化量ｂ（ｎ）が計算される。データ平滑化装置７により、前記導関数計算装置６において計算された連続した数個のデータ変化量ｂ（ｎ）の平均値ｃ（ｎ）を計算し、データの変化の傾向を抽出する。すなわち、マスク装置４、リーク判定装置５、導関数計算装置６およびデータ平滑化装置７により、イオン電流の変化の傾向を認識する傾向認識部を構成している。そして、前記データ変化の傾向ｃ（ｎ）に対し、閾値設定装置８により、そのピークを維持してピークホールド閾値ＰＨを設定し、カウンタ装置９および判定装置１０により、データの変化の傾向ｃ（ｎ）がピークホールド閾値ＰＨを所定回数以上連続で、もしくは所定期間の間に累積で所定期間以上下回ったとき燃焼パルスを出力する。
【００２６】
次に、上記構成による内燃機関の失火検出装置において、特にマイクロプロセッサ２の内部動作を、図３（ａ）〜図３（ｇ）に示すタイミングチャートと図４に示すフローチャートを用いて説明する。マイクロコンピュータ２へ取り込まれたデータ（図３（ａ）のＰ１）は、検出閾値と比較され、データが検出閾値を上回ったとき、タイマーをスタートさせる（図４のステップＳ１−Ｓ６→Ｓ１〜Ｓ２）。マスク設定時間Ｐが経過すると、マイクロコンピュータ２へ取り込まれたデータは順次メモリへ配列にａ（１）、ａ（２）、ａ（３）・・・のように格納される（図３（ｂ）のＰ２、図４のステップＳ１０）。なお、タイマーのスタートからマスク時間が経過するまでにマイクロコンピュータ２へと取り込まれたデータはメモリに格納されず無視される。
【００２７】
メモリに格納された配列データａ（ｎ）は、導関数計算装置６によって、
ｂ（ｎ）＝ａ（ｎ）−ａ（ｎ−１） （１）
の計算がなされ、この計算結果は配列ｂ（ｎ）へと格納される（図４のステップＳ１１）。このとき得られた配列ｂ（ｎ）は１次導関数に相当するものであり、つまりイオン電流の傾きを示すものである（図３（ｃ）のＰ３）。さらに、
ｃ（ｎ）＝｛（ｂ（ｎ）＋ｂ（ｎ−１）＋ ・・・ ＋ｂ（ｎ−ｋ））｝／（ｋ＋１） （２）
の式に準じて配列ｂ（ｎ）は平滑化装置７において平滑化され、このとき得られた配列ｃ（ｎ）は１次導関数が平滑化されたものであり、つまりイオン電流の傾きの傾向を示すものである（図３（ｄ）のＰ４、図４のステップＳ１２）。
【００２８】
同時にｃ（０）を初期値としてピークホールド閾値ＰＨへ格納しておく。この判定閾値ＰＨは、順次ｃ（１）、ｃ（２）・・・ｃ（ｎ）と比較され、常に値の大きな方がピークホールド閾値ＰＨへと格納される（図３（ｄ）のＰ５、図４のステップＳ１３〜Ｓ１５）。
【００２９】
ピークホールド閾値ＰＨと比較してｃ（ｎ）の方が小さいとき、カウンタ装置９をスタートさせる。ピークホールド閾値ＰＨの値が書き換えられたときにはカウンタ値は０にクリアされ出力は１となる（図４のステップＳ１５〜Ｓ１６）。カウンタ値が所定値Ｊを超過したときは燃焼が発生していると判定され（出力＝０）、燃焼パルスが出力ポート１１より出力され、ＥＣＵ１２へ送信される（図３（ｅ）のＰ６、図４のステップＳ１５→Ｓ１８〜Ｓ２０）。
【００３０】
したがって、実施の形態１によれば、リーク電流に燃焼に伴うイオン電流が重畳した場合に、イオン電流に増加成分が含まれていなくても燃焼を検出できる。
【００３１】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、データを取り込んだ順のデータの変化の傾向に対し、順次ピークホールド閾値を設定していたが、時間をさかのぼってボトムホールド閾値を順次設定してもよい（図３（ｅ）のＰ７）。つまりデータ取込の終了した時点から、データ取込開始時点の方向へ向かってボトムホールド閾値を設定していくことである。このときの出力は（図３（ｇ）のＰ８）のようになり、燃焼に伴い発生する凸部分のイオン電流のみを検出することができ、検出精度をより上げることができる。
【００３２】
実施の形態３．
本実施の形態３は、燃焼に伴うイオン電流の増加もしくは傾向の変化を検出するものである。具体的には入力曲線の上に凸の部分を検出するものであり、これを数学的に表現すれば、入力曲線の２次導関数値が負になる領域を検出することである。
【００３３】
我々の認識したい燃焼に伴うイオン電流値の変化はマクロなものであって、具体的には５００μｓ〜５ｍｓ間隔程度の変化である。しかし、イオン電流をミクロな視点で見ると、外来ノイズ等の影響により、常に変動を繰り返していることがわかる。また、実際に、マイクロコンピュータ等によりデータを処理する為には、Ａ／Ｄ変換器等を介する必要があり、このとき、離散化されたデータは急峻な変化を伴うデータとなる。
【００３４】
このため、入力されたデータに対し、直接的にデータの変化量である導関数を演算していくと、非常に乱雑に上下する結果を得る事になってしまい、燃焼に伴い発生する凹凸のみを検出する事は困難であった。
【００３５】
これに対し、ノイズの影響等を回避もしくは緩和する為に、所定間隔毎のデータを導関数演算に用いる方法が考えられるが、この方式では、突発的に発生するノイズの頂点を偶然にサンプルしてしまう場合、もしくは突発的にデータの落ち込みを生じるノイズの谷を偶然にサンプルしてしまう場合など、ノイズに伴うデータの変動を伴うことがある。
【００３６】
本実施の形態３では、連続して得られた何点かの演算結果の平均値を順次計算していき、この平均値の変動、すなわちデータ変化の傾向を捉える事で、微細なノイズ、もしくはデータ離散化に伴う変動に影響されることなく、燃焼に伴う変動のみを抽出する事が可能となった。
【００３７】
以下、この発明の実施の形態３を添付図面を参照して説明する。図２と図５は、本実施の形態３に係る内燃機関の失火検出装置のハードウエア構成図と機能ブロック図である。これらの図において、データがマイクロプロセッサ２へと入力されるまでの動作は実施の形態１と同様である。
【００３８】
マイクロプロセッサ２内部において、入力データは、マスク装置２２を介してバイアス電圧印加時に発生するノイズをマスクし、導関数計算装置２３にて個々のデータの変化量ｂ（ｎ）が計算される。データ平滑化装置２４により前記導関数計算装置２３において計算された連続した数個のデータ変化量ｂ（ｎ）の平均値ｃ（ｎ）を計算し、データの変化の傾向を抽出する。この後、カウンタ装置２５においてカウンタ値を減算し、比較装置２６において、カウンタ値と比較値とを比較し、カウンタ値が比較値より大きいときには、フィードバック装置２７を介して平滑化装置２４の出力が導関数装置２３へ再び入力される。この操作をカウンタ値が比較値と等しくなるまで繰り返し、等しくなると、平滑化装置の出力は、判定装置２８に入力され燃焼もしくは失火の判定を行い、判定結果は、出力ポート１１を介してマイクロプロセッサ２より出力されＥＣＵ１２へと取り込まれる。
【００３９】
次に、上記構成による内燃機関の失火検出装置において、特にマイクロプロセッサ２の内部動作を図６に示すタイミングチャートと図７に示すフローチャートを用いて説明する。マイクロコンピュータへ取り込まれたデータ（図６（ａ）のＰ１１）は検出閾値と比較され、データが検出閾値を上回ったとき、タイマーをスタートさせる（図７のステップＳ３１−Ｓ３６→Ｓ３１，Ｓ３２）。マスク設定時間Ｐが経過すると、マイクロコンピュータ２へ取り込まれたデータは順次メモリへ配列にａ（１）、ａ（２）、ａ（３）・・・のように格納される（図６（ｃ）のＰ１２、図７のステップＳ４０）。なお、タイマーのスタートからマスク時間が経過するまでにマイクロコンピュータ２へと取り込まれたデータはメモリに格納されず無視される。
【００４０】
メモリに格納された配列データａ（ｎ）は、導関数計算装置２３によって、
ｂ（ｎ）＝ａ（ｎ）―ａ（ｎ−１） （３）
の計算がなされ、この計算結果は配列ｂ（ｎ）へと格納される（図７のステップＳ４１）。このとき得られた配列ｂ（ｎ）は１次導関数に相当するものであり、イオン電流の傾きを示すものである（図６（ｃ）のＰ１３）。さらに、
ｃ（ｎ）＝｛（ｂ（ｎ）＋ｂ（ｎ−１）＋ ・・・ ＋ｂ（ｎ−ｋ））｝／（ｋ＋１） （４）
の式に準じて配列ｂ（ｎ）は平滑化装置２４において平滑化され、このとき得られた配列ｃ（ｎ）は１次導関数が平滑化されたものであり、イオン電流の傾きの傾向を示すものである（図６（ｄ）のＰ１４、図７のステップＳ４２）。
【００４１】
本実施の形態３では、あらかじめカウンタ値を２と設定しておいたとすると、カウンタ装置２５のカウンタ値を１減算することで、カウンタ値は１となり、比較装置２６において比較値０と比較される。カウンタ値１は比較値０よりも大きいので、フィードバック装置２７へと処理が進み、配列ｃ（ｎ）は配列ａ（ｎ）へとコピーされる。再び式（３）へ戻り式（４）まで処理される（図７のステップＳ４３−Ｓ４５→Ｓ４１）。このとき得られた配列ｂ（ｎ）は２次導関数を示しており（図６（ｅ）のＰ１５）、配列ｃ（ｎ）は２次導関数を平滑化したものであり、イオン電流の凹凸の変化の傾向を示すものである（図６（ｆ）のＰ１６）。カウンタ値を１減算し、カウンタ値は０となり比較値０を上回らないので、フィードバックループを抜ける（図７のステップＳ４４→Ｓ４６）。
【００４２】
次に、判定装置２８にて、燃焼に伴い発生するイオン電流を検出したいので、上に凸のイオン電流を検出する。２次導関数を意味する配列ｃ（ｎ）が負の値をとるときイオン電流は上に凸の変化を持つことになるので負の所定閾値Ｔｈ（図６（ｆ）のＰ１７）を下回る値が配列ｃ（ｎ）中に連続して所定回数以上継続して存在するとき、もしくは、その負の面積が所定値以下であるとき、もしくはその両方を満たすとき、これを燃焼と判定し、燃焼パルスが出力ポート１１より出力され、ＥＣＵ１２へ送信される（図６（ｇ）のＰ１８、図７のＳ４６−Ｓ５１）。
【００４３】
したがって、実施の形態３によれば、精度よく燃焼もしくは失火を検出することができる。
【００４４】
実施の形態４．
上述した各実施の形態１−３において、例えば実施の形態１に記載されるｃ（ｎ）を、−ｃ（ｎ）として置き換え、閾値の設定方法としてはピークホールド方式であったものをボトムホールド方式とし、このとき設定された閾値をｃ（ｎ）が超過したとき燃焼パルスを発生するといったように、信号を正負反転し、判定も正負方向に反転することで、実施の形態１、実施の形態２、及び実施の形態３と同様に燃焼の発生を判定できる。
【００４５】
実施の形態５．
実施の形態１と３では、平滑化装置７および平滑化装置２４において、平滑化の方法を式（２）および式（４）のようにしたが、
ｃ（ｎ）＝ｍ×ｃ（ｎ−１）＋（１−ｍ）×ｂ（ｎ）
のように、移動平均を採る方法でデータを平滑化しても良い。
【００４６】
実施の形態６．
実施の形態１、実施の形態３では、演算処理のためにマイクロコンピュータ２を用いたが、デジタルシグナルプロセッサ、もしくはゲートアレイ回路によるロジックＩＣを用いても良い。
【００４７】
実施の形態７．
実施の形態１、実施の形態３では、マスク装置４およびマスク装置２２において、信号をマスクするための時間の経過を認識するために、タイマーを用いたが、タイマーの代わりにカウンタを用いて、所定カウンタ回数の経過をもってマスク時間の経過を判断しても良い。
【００４８】
実施の形態８．
実施の形態１、実施の形態３では、導関数装置、平滑化装置の順に信号を処理したが、順序を入れ替え平滑化装置、導関数装置の順としても同様の結果を得ることができる。
【００４９】
実施の形態９．
実施の形態１では、図３（ｄ）のＰ５のように、イオン電流の傾きの傾向Ｐ４に対し、ピーク値を常にホールドすることで閾値を設定し、燃焼もしくは失火の検出を行った。この方式は、計算負荷が軽く、高速に行えるという利点をもっており、単純に燃焼もしくは失火のみの判定を行うときには有利である。しかし、燃焼に基づく電流部分のみの検出性が劣っている。例えば図３（ａ）のＰ１にあるような、燃焼による山の後、電流値が単調に減少を続けるような場合には、燃焼による山部分からあとの電流をすべて燃焼区間と判定してしまうことがある。これに対し、イオン電流の傾きの傾向Ｐ４（図３（ｄ）参照）に対し、ピーク値を検出してから後、閾値としてその値を保持し続けずに、所定の減衰量をもって、閾値を減少させることで、燃焼部分のみの検出性を向上させることができる。
【００５０】
具体的には、次のような手法で閾値を減衰させる。イオン電流の傾きの傾向を示す数値列ｃ（ｎ）を得るまでの過程は、実施の形態１と同様とする。閾値の初期値にはマスク装置後のイオン電流の傾きの傾向を示す値ｃ（ｎ）の初期の値ｃ（０）としても良いし、マスク装置後から所定回数以下の任意のｃ（ｎ）を初期値とする、もしくは負の傾きとしてありうる最も大きな傾斜を示す値以上の値を初期値として与えておいても良い。
【００５１】
新しく入ってきたデータと、現在までに決まっている閾値とを比較し、値の大きな方を新たな閾値としてメモリ内に格納しておく。このとき、新しく入ってきたデータが現在までに設定されている閾値を超過したとき、すぐに閾値を新しいデータに更新せずに、新しく入ってきたデータが現在までに設定されている閾値を超過したとき、カウンタ１をスタートさせ、カウンタ１の値が所定値に達するまで閾値は現在までに設定されている値を維持しておき、カウンタ１の値が所定値に達した時点、もしくは達した次点の値と現在までに設定されている閾値とを比較して、その値の大きい方を新たな閾値として更新し、メモリに格納しても良い。このようにすることで、ノイズ等による閾値の不当な上昇を防止でき誤判定を防止できる。
【００５２】
閾値が新しいデータに更新された時点もしくは次点でカウンタ２をスタートさせる。カウンタ２の値が所定の値に達するまでは閾値は維持されるか、新しく入ってきたデータが閾値を超過したときは閾値は新しい値へと更新される。このとき、カウンタ２の設定値はカウンタ１の設定値より大きくしておかなければならず、カウンタ１の設定値に達するまでは、新しいデータが現在の閾値を超過しても閾値の更新は行わないものとする。
【００５３】
カウンタ２の値が設定値に達した後はｃ（ｎ）が閾値を依然超過していないときは、閾値を減少させていく。減衰率はカウンタ２がカウントを開始した時点より、カウンタ２の値が設定値に達した時点までのｃ（ｎ）の傾きに相当する値と、０との間の値に設定し、以降このように設定された閾値とｃ（ｎ）とが交差するまでこの減衰率を維持して設定値を設定することとする。
【００５４】
このようにして設定された閾値と、ｃ（ｎ）とを比較することで、実施の形態１に対し、より精度良く燃焼に伴うイオン電流の山の終端部分を検出できる。このときの閾値に対して検出されるパルス幅は、イオン電流の山のピークから後半部分のみを示す幅であるから、全体の幅はこの閾値により検出される幅を２倍にすることで推測が可能である。
【００５５】
実施の形態１０．
実施の形態９では、ｃ（ｎ）の傾きに基づいて閾値を減少させたが、あらかじめ運転条件によって設定される、所定の変化率ｈで閾値を変化させても良い。
【００５６】
実施の形態１１．
実施の形態１もしくは実施の形態９では、閾値がｃ（ｎ）と交差するまで閾値の傾向を維持したが、検出精度を要求されず、計算負荷や、スピードを要求されるような場合は、運転条件により設定される所定時間だけ閾値の変化の傾向を維持し、その後は変化量に関する演算を止め、その値を維持するだけでも良いし、運転条件により設定される所定時間の経過後は、閾値の変化の傾向や値の維持を解除し、閾値を再びｃ（ｎ）へと設定するか、もしくはこの時点で、燃焼もしくは失火の演算を止めてしまっても良い。
【００５７】
実施の形態１２．
実施の形態１もしくは実施の形態９では、閾値がｃ（ｎ）と交差するまで閾値の傾向を維持したが、次のイオン電流の傾向の変化点まで閾値の傾向を維持することで、演算負荷が実施の形態１や実施の形態９に対して大きくなるが、よりいっそうの精度の向上を得ることが可能となる。
【００５８】
例えば、ｃ（ｎ）の極大点および極小点は、イオン電流の傾きの傾向の変化点である。実施の形態９に示されるようにカウンタを用いて、設定値以上の間、閾値が維持されていると判断された時点を変化点とすれば、ピークホールドを用いて極大点を検出した後、ボトムホールドを用いて極小値を検出するまでの間、閾値の傾向を維持しておき、極小値を検出した時点で閾値の傾向を解除し、閾値をｃ（ｎ）に更新することで、精度良くイオン電流の山の終端点を検出することが可能となる。
【００５９】
実施の形態１３．
実施の形態２の方式に対して、実施の形態９、実施の形態１０、実施の形態１１、実施の形態１２の方法を適用することで、これらに対して計算負荷やスピードに関して劣るが、より一層の検出精度の確保が可能となる。
【００６０】
実施の形態１４．
上記実施の形態１から実施の形態１３に記述される閾値を、僅かに検出感度を下げる方向にオフセットすることで、多少の検出感度の低下があるが、ノイズ等による誤判定を防止することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、リーク電流に燃焼に伴うイオン電流が重畳した場合に、イオン電流に増加成分が含まれていなくとも燃焼を検出することが可能となる。
【００６２】
また、効率良く燃焼もしくは失火のみの判定を行うことが可能となる。
【００６３】
また、効率に加え、精度良く燃焼もしくは失火の判定を行うことが可能となる。
【００６４】
また、ノイズ等が信号に混入した際にも精度良く燃焼もしくは失火を判定することが可能となる。
【００６５】
また、ノイズによる影響を良く除去することができる。
【００６６】
また、効率良く、かつすばやく燃焼もしくは失火の判定をすることができる。
【００６７】
また、装置の演算負荷を軽減できる。
【００６８】
また、ノイズ等による誤判定を防止することができる。
【００６９】
さらに、ノイズ等による誤判定を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に関する内燃機関の失火検出装置を示す概略図である。
【図２】 この発明の実施の形態１および２に関する内燃機関の失火検出装置を示す概略図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に関する内燃機関の失火検出装置で使用される、失火検出手段における燃焼判定処理を表すタイミングチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態１に関する、内燃機関の失火検出装置で使用される、失火検出手段における燃焼判定方法のフローチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態３に関する内燃機関の失火検出装置を示す概略図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に関する内燃機関の失火検出装置で使用される、失火検出手段における燃焼判定処理を表すタイミングチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態３に関する内燃機関の失火検出装置で使用される、失火検出手段における燃焼判定方法のフローチャートである。
【図８】 リーク電流に重畳するボトムの無いイオン電流波形例である。
【図９】 従来装置の全体構成図である。
【図１０】 従来装置におけるタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ バイアス装置、１Ａ バイアス回路、２ マイクロプロセッサ、３ Ａ／Ｄ装置、４ マスク装置、４Ａ マスク回路、５ リーク判定装置、６ 導関数装置、６Ａ ボトムホールド波形整形回路、７ 平滑化装置、８ 閾値装置、９カウンタ装置、１０ 判定装置、１１ 出力ポート、１２ ＥＣＵ、２１ バイアス装置、２２ マスク装置、２３ 導関数装置、２４ 平滑化装置、２５ カウンタ装置、２６ 比較装置、２７ フィードバック装置、２８ 判定装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関において、燃焼により生じるイオン量の変化を検出することにより、燃焼もしくは失火を検知する内燃機関の失火検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダ内で混合気を燃焼させるとイオンが発生することが一般に知られている。そこで、シリンダ内に高電圧をバイアス電圧として印加したプローブを設置すると、このイオンをイオン電流として観測することができる。つまり、イオン電流の有無を検出することで全気筒の燃焼もしくは失火を個別に判定することができる。しかしながら、内燃機関の運転状態によっては、混合気の燃焼により点火プラグの電極間に煤が付着する場合がある。
【０００３】
例えば、バイアス電圧を１００Ｖ、煤付着時の点火プラグの絶縁抵抗を５ＭΩとすると、２０μＡのリーク電流が流れる。その結果、図８に示すように、点火パルスの印加に伴ってリーク電流が所定の時定数で単調減衰しながらイオン電流検出部に流れる。また、点火プラグの放電開始後には、煤による高抵抗とバイアス回路のコンデンサ成分Ｃによる時定数ＣＲで徐々に単調減少するリーク電流に燃焼によるイオン電流が重畳されて流れる。
【０００４】
図９は、特開２００１−９０６４７に開示された、従来の内燃機関の失火検出装置の構成図を示す。図９において、１Ａはイオン電流検出部となるバイアス回路であり、リーク発生時には単調減少するリーク電流に重畳されたイオン電流を出力する。バイアス回路１Ａよりマスク回路４Ａを通して出力されたマスク後のボトムレベルをボトムホールド値として維持し、このボトムホールド値を基にイオン電流判定用のしきい値を設定する。６Ａはボトムホールド値による波形整形回路（ボトムホールド波形整形回路と記載する。）であり、バイアス回路１Ａより入力されたイオン電流のマスク時間後のレベルとしきい値とを比較して燃焼パルスを出力する。
【０００５】
次に、従来装置の動作を、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）を参照して説明する。点火パルスＩＢ（図１０（ａ）参照）の印加に伴ってリーク電流が所定の時定数で単調減衰しながらイオン電流検出部となるバイアス回路１Ａに流れる。バイアス回路１Ａにより検出されたイオン電流（図１０（ｂ）参照）は、マスク回路４Ａに入力され、固定しきい値で波形整形されたパルスが所定時間カットされ、マスク信号が生成される。マスク解除後のボトム値をボトムホールド値として維持する。このボトムホールド値を基にイオン電流判定用のしきい値を設定する（図１０（ｃ）参照）。
【０００６】
ボトムホールド値波形整形回路６Ａは、バイアス回路より出力されたイオン電流を入力すると、マスク解除後のイオン電流のボトムレベルとを比較する。そして、イオン電流のレベルがしきい値を超えた時点で燃焼パルスを出力する。この結果、リーク電流の大きさに左右されずに、リーク電流に重畳されたイオン電流を燃焼パルスに波形整形して出力することで爆発気筒内の燃焼を検出できる（図１０（ｄ）参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来装置においては、内燃機関の運転状態によっては、図８に示すように、リーク電流に重畳し、ボトムホールド値を超過しない、燃焼に伴うイオン電流が発生する場合がある。
【０００８】
ボトムホールド閾値では、図１０のｔ１１区間のように、イオン電流が増加する区間がなければ、燃焼と判定することが出来ず、このような場合、燃焼を検出できずに、失火として誤検出してしまうという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、リーク電流に燃焼に伴うイオン電流が重畳した場合に、イオン電流に増加成分が含まれていなくても燃焼を検出できる内燃機関の失火検出装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の失火検出装置は、内燃機関の燃焼室内に設置される電極に電圧を印加し、燃焼に伴い燃焼室内に発生するイオンを介して電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記イオン電流検出手段により検出されるイオン電流の変化の傾向を認識する傾向認識手段と、前記傾向認識手段の出力に対し閾値を設定する閾値決定手段と、前記傾向認識手段および前記閾値決定手段の出力に基づいて燃焼もしくは失火を判定する判定手段とを備え、前記傾向認識手段は、前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流を検出する際に発生するノイズをマスクするマスク手段と、前記マスク手段を介して前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流の連続する配列データにおける個々のデータ変化量を計算することで導関数を計算する導関数計算手段と、前記導関数手段の出力に基づいて連続する所定数個のデータ変化量の平均値を計算することで平準化してデータの変化の傾向を抽出する平滑化手段とを有するるものである。
【００１１】
また、前記閾値決定手段は、前記傾向認識手段の出力のピークに基づいて閾値を設定することを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記閾値決定手段は、前記傾向認識手段の出力のボトムに基づいて閾値を設定することを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記導関数手段と前記平滑化手段の少なくとも一方の処理を少なくとも１回起動するカウンタ手段をさらに備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、前記閾値決定手段は、前記傾向認識手段の出力に基づいて閾値の設定を開始してから次のイオン電流の傾向の変化点を検出するまで閾値の傾向を維持することを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記閾値決定手段は、設定された閾値の傾向を所定時間維持することを特徴とするものである。
【００１８】
また、前記閾値決定手段は、設定された所定区間が経過していなくても、閾値とイオン電流が交差したとき、閾値の傾向もしくは値の維持を解除し、イオン電流の形状にしたがって閾値を設定することを特徴とするものである。
【００１９】
また、前記閾値決定手段は、設定された閾値をオフセットし、新たな閾値として設定することを特徴とするものである。
【００２０】
さらに、前記判定手段は、前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流が、前記閾値設定手段により設定された閾値を所定区間以上超過したときに、燃焼もしくは失火と判定することを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
まず始めに、この発明に係るイオン電流を利用した内燃機関の燃焼もしくは失火検出に関して説明する。シリンダ内にバイアス電圧を印加すると、燃焼に伴い発生するイオンおよび電子を電流として検出できることが知られている。このとき、シリンダ内にバイアスがかかる瞬間もしくは直後に発生するノイズ、もしくは点火ノイズ、外来ノイズ等を除いては、燃焼が発生していないとき、電流は検出されない、もしくは単調減少をするリーク電流が検出されるかのいずれかである。
【００２２】
燃焼が発生しているときは、イオン電流は増加から減少といった一連のサイクルを数回繰り返す。具体的には、燃焼化学変化に伴うサイクル、圧力・温度変化に伴うサイクルが通常燃焼時に発生するサイクルであり、これ以外にも残存ガスに伴うイオン電流の増加サイクルが発生する場合もある。
【００２３】
この発明は、リーク電流発生時に、燃焼に伴い発生するイオン電流の傾きの変動を検出したとき、この傾きを示す値に対しピークホールド閾値を適用することによって、リーク電流発生時でも確実に燃焼もしくは失火の検出を行えるようにするものである。
【００２４】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について、添付図面を参照して説明する。図１と図２は、本実施の形態１に係る内燃機関の失火検出装置の機能ブロック図とハードウエア構成図である。これら図において、１は本実施の形態１に係るイオン電流検出部となるバイアス回路であり、リーク発生時には単調減少するリーク電流に重畳されたイオン電流を出力する。バイアス回路１より出力されたイオン電流は、Ａ／Ｄ変換装置３を介してアナログデーダからデジタルデータへと変換され、マイクロプロセッサ２へと入力される。
【００２５】
マイクロプロセッサ２内部において、入力データは、マスク装置４を介してバイアス電圧印加時に発生するノイズをマスクし、リーク判定装置５にてリーク電流が発生していると判定されたとき、導関数計算装置６にて個々のデータの変化量ｂ（ｎ）が計算される。データ平滑化装置７により、前記導関数計算装置６において計算された連続した数個のデータ変化量ｂ（ｎ）の平均値ｃ（ｎ）を計算し、データの変化の傾向を抽出する。すなわち、マスク装置４、リーク判定装置５、導関数計算装置６およびデータ平滑化装置７により、イオン電流の変化の傾向を認識する傾向認識部を構成している。そして、前記データ変化の傾向ｃ（ｎ）に対し、閾値設定装置８により、そのピークを維持してピークホールド閾値ＰＨを設定し、カウンタ装置９および判定装置１０により、データの変化の傾向ｃ（ｎ）がピークホールド閾値ＰＨを所定回数以上連続で、もしくは所定期間の間に累積で所定期間以上下回ったとき燃焼パルスを出力する。
【００２６】
次に、上記構成による内燃機関の失火検出装置において、特にマイクロプロセッサ２の内部動作を、図３（ａ）〜図３（ｇ）に示すタイミングチャートと図４に示すフローチャートを用いて説明する。マイクロコンピュータ２へ取り込まれたデータ（図３（ａ）のＰ１）は、検出閾値と比較され、データが検出閾値を上回ったとき、タイマーをスタートさせる（図４のステップＳ１−Ｓ６→Ｓ１〜Ｓ２）。マスク設定時間Ｐが経過すると、マイクロコンピュータ２へ取り込まれたデータは順次メモリへ配列にａ（１）、ａ（２）、ａ（３）・・・のように格納される（図３（ｂ）のＰ２、図４のステップＳ１０）。なお、タイマーのスタートからマスク時間が経過するまでにマイクロコンピュータ２へと取り込まれたデータはメモリに格納されず無視される。
【００２７】
メモリに格納された配列データａ（ｎ）は、導関数計算装置６によって、
ｂ（ｎ）＝ａ（ｎ）−ａ（ｎ−１） （１）
の計算がなされ、この計算結果は配列ｂ（ｎ）へと格納される（図４のステップＳ１１）。このとき得られた配列ｂ（ｎ）は１次導関数に相当するものであり、つまりイオン電流の傾きを示すものである（図３（ｃ）のＰ３）。さらに、
ｃ（ｎ）＝｛（ｂ（ｎ）＋ｂ（ｎ−１）＋ ・・・ ＋ｂ（ｎ−ｋ））｝／（ｋ＋１） （２）
の式に準じて配列ｂ（ｎ）は平滑化装置７において平滑化され、このとき得られた配列ｃ（ｎ）は１次導関数が平滑化されたものであり、つまりイオン電流の傾きの傾向を示すものである（図３（ｄ）のＰ４、図４のステップＳ１２）。
【００２８】
同時にｃ（０）を初期値としてピークホールド閾値ＰＨへ格納しておく。この判定閾値ＰＨは、順次ｃ（１）、ｃ（２）・・・ｃ（ｎ）と比較され、常に値の大きな方がピークホールド閾値ＰＨへと格納される（図３（ｄ）のＰ５、図４のステップＳ１３〜Ｓ１５）。
【００２９】
ピークホールド閾値ＰＨと比較してｃ（ｎ）の方が小さいとき、カウンタ装置９をスタートさせる。ピークホールド閾値ＰＨの値が書き換えられたときにはカウンタ値は０にクリアされ出力は１となる（図４のステップＳ１５〜Ｓ１６）。カウンタ値が所定値Ｊを超過したときは燃焼が発生していると判定され（出力＝０）、燃焼パルスが出力ポート１１より出力され、ＥＣＵ１２へ送信される（図３（ｅ）のＰ６、図４のステップＳ１５→Ｓ１８〜Ｓ２０）。
【００３０】
したがって、実施の形態１によれば、リーク電流に燃焼に伴うイオン電流が重畳した場合に、イオン電流に増加成分が含まれていなくても燃焼を検出できる。
【００３１】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、データを取り込んだ順のデータの変化の傾向に対し、順次ピークホールド閾値を設定していたが、時間をさかのぼってボトムホールド閾値を順次設定してもよい（図３（ｅ）のＰ７）。つまりデータ取込の終了した時点から、データ取込開始時点の方向へ向かってボトムホールド閾値を設定していくことである。このときの出力は（図３（ｇ）のＰ８）のようになり、燃焼に伴い発生する凸部分のイオン電流のみを検出することができ、検出精度をより上げることができる。
【００３２】
実施の形態３．
本実施の形態３は、燃焼に伴うイオン電流の増加もしくは傾向の変化を検出するものである。具体的には入力曲線の上に凸の部分を検出するものであり、これを数学的に表現すれば、入力曲線の２次導関数値が負になる領域を検出することである。
【００３３】
我々の認識したい燃焼に伴うイオン電流値の変化はマクロなものであって、具体的には５００μｓ〜５ｍｓ間隔程度の変化である。しかし、イオン電流をミクロな視点で見ると、外来ノイズ等の影響により、常に変動を繰り返していることがわかる。また、実際に、マイクロコンピュータ等によりデータを処理する為には、Ａ／Ｄ変換器等を介する必要があり、このとき、離散化されたデータは急峻な変化を伴うデータとなる。
【００３４】
このため、入力されたデータに対し、直接的にデータの変化量である導関数を演算していくと、非常に乱雑に上下する結果を得る事になってしまい、燃焼に伴い発生する凹凸のみを検出する事は困難であった。
【００３５】
これに対し、ノイズの影響等を回避もしくは緩和する為に、所定間隔毎のデータを導関数演算に用いる方法が考えられるが、この方式では、突発的に発生するノイズの頂点を偶然にサンプルしてしまう場合、もしくは突発的にデータの落ち込みを生じるノイズの谷を偶然にサンプルしてしまう場合など、ノイズに伴うデータの変動を伴うことがある。
【００３６】
本実施の形態３では、連続して得られた何点かの演算結果の平均値を順次計算していき、この平均値の変動、すなわちデータ変化の傾向を捉える事で、微細なノイズ、もしくはデータ離散化に伴う変動に影響されることなく、燃焼に伴う変動のみを抽出する事が可能となった。
【００３７】
以下、この発明の実施の形態３を添付図面を参照して説明する。図２と図５は、本実施の形態３に係る内燃機関の失火検出装置のハードウエア構成図と機能ブロック図である。これらの図において、データがマイクロプロセッサ２へと入力されるまでの動作は実施の形態１と同様である。
【００３８】
マイクロプロセッサ２内部において、入力データは、マスク装置２２を介してバイアス電圧印加時に発生するノイズをマスクし、導関数計算装置２３にて個々のデータの変化量ｂ（ｎ）が計算される。データ平滑化装置２４により前記導関数計算装置２３において計算された連続した数個のデータ変化量ｂ（ｎ）の平均値ｃ（ｎ）を計算し、データの変化の傾向を抽出する。この後、カウンタ装置２５においてカウンタ値を減算し、比較装置２６において、カウンタ値と比較値とを比較し、カウンタ値が比較値より大きいときには、フィードバック装置２７を介して平滑化装置２４の出力が導関数装置２３へ再び入力される。この操作をカウンタ値が比較値と等しくなるまで繰り返し、等しくなると、平滑化装置の出力は、判定装置２８に入力され燃焼もしくは失火の判定を行い、判定結果は、出力ポート１１を介してマイクロプロセッサ２より出力されＥＣＵ１２へと取り込まれる。
【００３９】
次に、上記構成による内燃機関の失火検出装置において、特にマイクロプロセッサ２の内部動作を図６に示すタイミングチャートと図７に示すフローチャートを用いて説明する。マイクロコンピュータへ取り込まれたデータ（図６（ａ）のＰ１１）は検出閾値と比較され、データが検出閾値を上回ったとき、タイマーをスタートさせる（図７のステップＳ３１−Ｓ３６→Ｓ３１，Ｓ３２）。マスク設定時間Ｐが経過すると、マイクロコンピュータ２へ取り込まれたデータは順次メモリへ配列にａ（１）、ａ（２）、ａ（３）・・・のように格納される（図６（ｃ）のＰ１２、図７のステップＳ４０）。なお、タイマーのスタートからマスク時間が経過するまでにマイクロコンピュータ２へと取り込まれたデータはメモリに格納されず無視される。
【００４０】
メモリに格納された配列データａ（ｎ）は、導関数計算装置２３によって、
ｂ（ｎ）＝ａ（ｎ）―ａ（ｎ−１） （３）
の計算がなされ、この計算結果は配列ｂ（ｎ）へと格納される（図７のステップＳ４１）。このとき得られた配列ｂ（ｎ）は１次導関数に相当するものであり、イオン電流の傾きを示すものである（図６（ｃ）のＰ１３）。さらに、
ｃ（ｎ）＝｛（ｂ（ｎ）＋ｂ（ｎ−１）＋ ・・・ ＋ｂ（ｎ−ｋ））｝／（ｋ＋１） （４）
の式に準じて配列ｂ（ｎ）は平滑化装置２４において平滑化され、このとき得られた配列ｃ（ｎ）は１次導関数が平滑化されたものであり、イオン電流の傾きの傾向を示すものである（図６（ｄ）のＰ１４、図７のステップＳ４２）。
【００４１】
本実施の形態３では、あらかじめカウンタ値を２と設定しておいたとすると、カウンタ装置２５のカウンタ値を１減算することで、カウンタ値は１となり、比較装置２６において比較値０と比較される。カウンタ値１は比較値０よりも大きいので、フィードバック装置２７へと処理が進み、配列ｃ（ｎ）は配列ａ（ｎ）へとコピーされる。再び式（３）へ戻り式（４）まで処理される（図７のステップＳ４３−Ｓ４５→Ｓ４１）。このとき得られた配列ｂ（ｎ）は２次導関数を示しており（図６（ｅ）のＰ１５）、配列ｃ（ｎ）は２次導関数を平滑化したものであり、イオン電流の凹凸の変化の傾向を示すものである（図６（ｆ）のＰ１６）。カウンタ値を１減算し、カウンタ値は０となり比較値０を上回らないので、フィードバックループを抜ける（図７のステップＳ４４→Ｓ４６）。
【００４２】
次に、判定装置２８にて、燃焼に伴い発生するイオン電流を検出したいので、上に凸のイオン電流を検出する。２次導関数を意味する配列ｃ（ｎ）が負の値をとるときイオン電流は上に凸の変化を持つことになるので負の所定閾値Ｔｈ（図６（ｆ）のＰ１７）を下回る値が配列ｃ（ｎ）中に連続して所定回数以上継続して存在するとき、もしくは、その負の面積が所定値以下であるとき、もしくはその両方を満たすとき、これを燃焼と判定し、燃焼パルスが出力ポート１１より出力され、ＥＣＵ１２へ送信される（図６（ｇ）のＰ１８、図７のＳ４６−Ｓ５１）。
【００４３】
したがって、実施の形態３によれば、精度よく燃焼もしくは失火を検出することができる。
【００４４】
実施の形態４．
上述した各実施の形態１−３において、例えば実施の形態１に記載されるｃ（ｎ）を、−ｃ（ｎ）として置き換え、閾値の設定方法としてはピークホールド方式であったものをボトムホールド方式とし、このとき設定された閾値をｃ（ｎ）が超過したとき燃焼パルスを発生するといったように、信号を正負反転し、判定も正負方向に反転することで、実施の形態１、実施の形態２、及び実施の形態３と同様に燃焼の発生を判定できる。
【００４５】
実施の形態５．
実施の形態１と３では、平滑化装置７および平滑化装置２４において、平滑化の方法を式（２）および式（４）のようにしたが、
ｃ（ｎ）＝ｍ×ｃ（ｎ−１）＋（１−ｍ）×ｂ（ｎ）
のように、移動平均を採る方法でデータを平滑化しても良い。
【００４６】
実施の形態６．
実施の形態１、実施の形態３では、演算処理のためにマイクロコンピュータ２を用いたが、デジタルシグナルプロセッサ、もしくはゲートアレイ回路によるロジックＩＣを用いても良い。
【００４７】
実施の形態７．
実施の形態１、実施の形態３では、マスク装置４およびマスク装置２２において、信号をマスクするための時間の経過を認識するために、タイマーを用いたが、タイマーの代わりにカウンタを用いて、所定カウンタ回数の経過をもってマスク時間の経過を判断しても良い。
【００４８】
実施の形態８．
実施の形態１、実施の形態３では、導関数装置、平滑化装置の順に信号を処理したが、順序を入れ替え平滑化装置、導関数装置の順としても同様の結果を得ることができる。
【００４９】
実施の形態９．
実施の形態１では、図３（ｄ）のＰ５のように、イオン電流の傾きの傾向Ｐ４に対し、ピーク値を常にホールドすることで閾値を設定し、燃焼もしくは失火の検出を行った。この方式は、計算負荷が軽く、高速に行えるという利点をもっており、単純に燃焼もしくは失火のみの判定を行うときには有利である。しかし、燃焼に基づく電流部分のみの検出性が劣っている。例えば図３（ａ）のＰ１にあるような、燃焼による山の後、電流値が単調に減少を続けるような場合には、燃焼による山部分からあとの電流をすべて燃焼区間と判定してしまうことがある。これに対し、イオン電流の傾きの傾向Ｐ４（図３（ｄ）参照）に対し、ピーク値を検出してから後、閾値としてその値を保持し続けずに、所定の減衰量をもって、閾値を減少させることで、燃焼部分のみの検出性を向上させることができる。
【００５０】
具体的には、次のような手法で閾値を減衰させる。イオン電流の傾きの傾向を示す数値列ｃ（ｎ）を得るまでの過程は、実施の形態１と同様とする。閾値の初期値にはマスク装置後のイオン電流の傾きの傾向を示す値ｃ（ｎ）の初期の値ｃ（０）としても良いし、マスク装置後から所定回数以下の任意のｃ（ｎ）を初期値とする、もしくは負の傾きとしてありうる最も大きな傾斜を示す値以上の値を初期値として与えておいても良い。
【００５１】
新しく入ってきたデータと、現在までに決まっている閾値とを比較し、値の大きな方を新たな閾値としてメモリ内に格納しておく。このとき、新しく入ってきたデータが現在までに設定されている閾値を超過したとき、すぐに閾値を新しいデータに更新せずに、新しく入ってきたデータが現在までに設定されている閾値を超過したとき、カウンタ１をスタートさせ、カウンタ１の値が所定値に達するまで閾値は現在までに設定されている値を維持しておき、カウンタ１の値が所定値に達した時点、もしくは達した次点の値と現在までに設定されている閾値とを比較して、その値の大きい方を新たな閾値として更新し、メモリに格納しても良い。このようにすることで、ノイズ等による閾値の不当な上昇を防止でき誤判定を防止できる。
【００５２】
閾値が新しいデータに更新された時点もしくは次点でカウンタ２をスタートさせる。カウンタ２の値が所定の値に達するまでは閾値は維持されるか、新しく入ってきたデータが閾値を超過したときは閾値は新しい値へと更新される。このとき、カウンタ２の設定値はカウンタ１の設定値より大きくしておかなければならず、カウンタ１の設定値に達するまでは、新しいデータが現在の閾値を超過しても閾値の更新は行わないものとする。
【００５３】
カウンタ２の値が設定値に達した後はｃ（ｎ）が閾値を依然超過していないときは、閾値を減少させていく。減衰率はカウンタ２がカウントを開始した時点より、カウンタ２の値が設定値に達した時点までのｃ（ｎ）の傾きに相当する値と、０との間の値に設定し、以降このように設定された閾値とｃ（ｎ）とが交差するまでこの減衰率を維持して設定値を設定することとする。
【００５４】
このようにして設定された閾値と、ｃ（ｎ）とを比較することで、実施の形態１に対し、より精度良く燃焼に伴うイオン電流の山の終端部分を検出できる。このときの閾値に対して検出されるパルス幅は、イオン電流の山のピークから後半部分のみを示す幅であるから、全体の幅はこの閾値により検出される幅を２倍にすることで推測が可能である。
【００５５】
実施の形態１０．
実施の形態９では、ｃ（ｎ）の傾きに基づいて閾値を減少させたが、あらかじめ運転条件によって設定される、所定の変化率ｈで閾値を変化させても良い。
【００５６】
実施の形態１１．
実施の形態１もしくは実施の形態９では、閾値がｃ（ｎ）と交差するまで閾値の傾向を維持したが、検出精度を要求されず、計算負荷や、スピードを要求されるような場合は、運転条件により設定される所定時間だけ閾値の変化の傾向を維持し、その後は変化量に関する演算を止め、その値を維持するだけでも良いし、運転条件により設定される所定時間の経過後は、閾値の変化の傾向や値の維持を解除し、閾値を再びｃ（ｎ）へと設定するか、もしくはこの時点で、燃焼もしくは失火の演算を止めてしまっても良い。
【００５７】
実施の形態１２．
実施の形態１もしくは実施の形態９では、閾値がｃ（ｎ）と交差するまで閾値の傾向を維持したが、次のイオン電流の傾向の変化点まで閾値の傾向を維持することで、演算負荷が実施の形態１や実施の形態９に対して大きくなるが、よりいっそうの精度の向上を得ることが可能となる。
【００５８】
例えば、ｃ（ｎ）の極大点および極小点は、イオン電流の傾きの傾向の変化点である。実施の形態９に示されるようにカウンタを用いて、設定値以上の間、閾値が維持されていると判断された時点を変化点とすれば、ピークホールドを用いて極大点を検出した後、ボトムホールドを用いて極小値を検出するまでの間、閾値の傾向を維持しておき、極小値を検出した時点で閾値の傾向を解除し、閾値をｃ（ｎ）に更新することで、精度良くイオン電流の山の終端点を検出することが可能となる。
【００５９】
実施の形態１３．
実施の形態２の方式に対して、実施の形態９、実施の形態１０、実施の形態１１、実施の形態１２の方法を適用することで、これらに対して計算負荷やスピードに関して劣るが、より一層の検出精度の確保が可能となる。
【００６０】
実施の形態１４．
上記実施の形態１から実施の形態１３に記述される閾値を、僅かに検出感度を下げる方向にオフセットすることで、多少の検出感度の低下があるが、ノイズ等による誤判定を防止することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、リーク電流に燃焼に伴うイオン電流が重畳した場合に、イオン電流に増加成分が含まれていなくとも燃焼を検出することが可能となる。
【００６２】
また、効率良く燃焼もしくは失火のみの判定を行うことが可能となる。
【００６３】
また、効率に加え、精度良く燃焼もしくは失火の判定を行うことが可能となる。
【００６４】
また、ノイズ等が信号に混入した際にも精度良く燃焼もしくは失火を判定することが可能となる。
【００６５】
また、ノイズによる影響を良く除去することができる。
【００６６】
また、効率良く、かつすばやく燃焼もしくは失火の判定をすることができる。
【００６７】
また、装置の演算負荷を軽減できる。
【００６８】
また、ノイズ等による誤判定を防止することができる。
【００６９】
さらに、ノイズ等による誤判定を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に関する内燃機関の失火検出装置を示す概略図である。
【図２】 この発明の実施の形態１および２に関する内燃機関の失火検出装置を示す概略図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に関する内燃機関の失火検出装置で使用される、失火検出手段における燃焼判定処理を表すタイミングチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態１に関する、内燃機関の失火検出装置で使用される、失火検出手段における燃焼判定方法のフローチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態３に関する内燃機関の失火検出装置を示す概略図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に関する内燃機関の失火検出装置で使用される、失火検出手段における燃焼判定処理を表すタイミングチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態３に関する内燃機関の失火検出装置で使用される、失火検出手段における燃焼判定方法のフローチャートである。
【図８】 リーク電流に重畳するボトムの無いイオン電流波形例である。
【図９】 従来装置の全体構成図である。
【図１０】 従来装置におけるタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ バイアス装置、１Ａ バイアス回路、２ マイクロプロセッサ、３ Ａ／Ｄ装置、４ マスク装置、４Ａ マスク回路、５ リーク判定装置、６ 導関数装置、６Ａ ボトムホールド波形整形回路、７ 平滑化装置、８ 閾値装置、９カウンタ装置、１０ 判定装置、１１ 出力ポート、１２ ＥＣＵ、２１ バイアス装置、２２ マスク装置、２３ 導関数装置、２４ 平滑化装置、２５ カウンタ装置、２６ 比較装置、２７ フィードバック装置、２８ 判定装置。
Claims (9)
- 内燃機関の燃焼室内に設置される電極に電圧を印加し、燃焼に伴い燃焼室内に発生するイオンを介して電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
前記イオン電流検出手段により検出されるイオン電流の変化の傾向を認識する傾向認識手段と、
前記傾向認識手段の出力に対し閾値を設定する閾値決定手段と、
前記傾向認識手段および前記閾値決定手段の出力に基づいて燃焼もしくは失火を判定する判定手段と
を備え、
前記傾向認識手段は、
前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流を検出する際に発生するノイズをマスクするマスク手段と、
前記マスク手段を介して前記イオン電流検出手段で検出されたイオン電流の連続する配列データにおける個々のデータ変化量を計算することで導関数を計算する導関数計算手段と、
前記導関数手段の出力に基づいて連続する所定数個のデータ変化量の平均値を計算することで平準化してデータの変化の傾向を抽出する平滑化手段と
を有する内燃機関の失火検出装置。 - 請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、
前記閾値決定手段は、前記傾向認識手段の出力のピークに基づいて閾値を設定する
ことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 - 請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、
前記閾値決定手段は、前記傾向認識手段の出力のボトムに基づいて閾値を設定する
ことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 - 請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、
前記導関数手段と前記平滑化手段の少なくとも一方の処理を少なくとも１回起動するカウンタ手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 - 請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、
前記閾値決定手段は、前記傾向認識手段の出力に基づいて閾値の設定を開始してから次のイオン電流の傾向の変化点を検出するまで閾値の傾向を維持する
ことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 - 請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、
前記閾値決定手段は、設定された閾値の傾向を所定時間維持する
ことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 - 請求項６に記載の内燃機関の失火検出装置において、
前記閾値決定手段は、設定された所定区間が経過していなくても、閾値とイオン電流が交差したとき、閾値の傾向もしくは値の維持を解除し、イオン電流の形状にしたがって閾値を設定する
ことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 - 請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、
前記閾値決定手段は、設定された閾値をオフセットし、新たな閾値として設定する
ことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。 - 請求項１に記載の内燃機関の失火検出装置において、
前記判定手段は、前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流が、前記閾値設定手段により設定された閾値を所定区間以上超過したときに、燃焼もしくは失火と判定する
ことを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
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