JP3906880B2

JP3906880B2 - Internal combustion engine control device

Info

Publication number: JP3906880B2
Application number: JP12558598A
Authority: JP
Inventors: 達也岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2018-05-08
Also published as: JPH11324881A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃費向上、排気浄化率向上等を狙って内燃機関を安定運転限界に制御する内燃機関制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関（エンジン）の気筒内で混合気が燃焼する際にイオンが発生する点に着目し、このイオン電流を点火プラグを介して検出することで、ノッキング、失火等を検出する技術が提案されている。更に、最近では、イオン電流の検出値から燃焼状態を判定して、それをエンジン制御に反映させるために、特開平６−２４９０４８号公報、特開平６−１９３５１４号公報に示すように、イオン電流の検出値から燃焼ラフネス値（燃焼のばらつき度合を表すパラメータ）を算出し、この燃焼ラフネス値が目標燃焼ラフネス値に一致するように燃料噴射量やＥＧＲ量（排気還流量）をフィードバック制御することが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、イオン電流は、エンジン運転条件によって大きく変動するため、イオン電流の検出値から算出した燃焼ラフネス値には、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、燃焼ラフネス値の算出精度が悪く、混合気の燃焼状態を精度良く判定できない。従って、イオン電流の検出値から算出した燃焼ラフネス値を用いてエンジン制御を行ったのでは、エンジン制御に実際の燃焼状態を精度良く反映させることができない。
【０００４】
また、特開平６−３４４９１号公報に示すように、イオン電流がしきい値以上になる期間の長さやイオン電流のピーク値のばらつきの度合によってリーン限界を検出し、リーン限界付近で空燃比制御を行うことが提案されている。しかし、イオン電流がしきい値以上になる期間の長さやイオン電流のピーク値のばらつきの度合は、エンジン運転条件によるイオン電流の変動の影響を受けて変動してしまい、リーン限界を精度良く検出することができず、リーン限界付近で空燃比制御を精度良く行うことができない。
【０００５】
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、イオン電流の検出情報を用いて内燃機関の制御を精度良く行うことができる内燃機関制御装置を提供することにある。
【０００６】
【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の内燃機関制御装置によれば、イオン電流検出手段の出力信号からイオン電流の発生タイミングを発生タイミング判定手段により判定し、その判定結果に基づいて内燃機関の制御値（以下「機関制御値」という）を制御手段によって内燃機関の安定運転限界付近に制御する（以下、この制御を「安定運転限界制御」という）。例えば、空燃比を稀薄化したりＥＧＲ量を増加するに従って、混合気の燃焼時の火炎伝播速度が遅くなって燃焼期間が長くなり、更に、安定運転限界領域では、火炎伝播速度不良により未燃混合気が排気行程で燃焼する後燃え発生サイクルが発生する。イオン電流は、混合気の燃焼により発生するため、安定運転限界領域では、後燃え発生サイクルにより排気行程でもイオン電流が発生する。
【０００７】
この特性に着目し、本発明では、イオン電流の発生タイミングから安定運転限界を判定して内燃機関の運転状態を安定運転限界付近に制御するものである。安定運転限界におけるイオン電流の発生タイミングは、エンジン運転条件によるイオン電流の増減変動の影響を受けないため、イオン電流の発生タイミングから安定運転限界を精度良く検出することができ、安定運転限界付近で安定した内燃機関の制御が可能となる。
【０００８】
しかも、請求項１に係る発明では、イオン電流が排気行程中に発生したか否かを判定し、イオン電流が排気行程中に発生する状態を内燃機関の安定運転限界として機関制御値を制御するようにしている。これにより、失火寸前の状態（着火限界）となる、例えばリーン限界、ＥＧＲ限界で安定した制御が可能となり、燃費低減、排気浄化率向上等を実現できる。
【０００９】
更に、請求項２，３のように、発生タイミング判定手段の判定結果から内燃機関の運転状態が安定運転限界であるか否かを判定する手段と、その判定結果に応じて機関制御値を増減補正する手段とを有し、所定期間の機関制御値の変動幅が所定範囲内に収まる毎に該機関制御値の増減補正量を縮小するようにしても良い。このようにすれば、機関制御値を安定運転限界付近に収束させることができ、安定運転限界制御を更に安定させることができる。
【００１０】
また、請求項４のように、学習手段によって所定期間の機関制御値の平均値やなまし値等を求めて、これを機関制御値の初期値として学習するようにしても良い。このようにすれば、安定運転限界制御を開始又は再開する際に、機関制御値の初期値（学習値）と安定運転限界値とのずれを少なくすることができ、機関制御値を安定運転限界付近に速やかに収束させることができる。
【００１１】
また、請求項５のように、安定運転限界制御を空燃比フィードバック制御中に実行するようにしても良い。つまり、空燃比フィードバック制御が停止されている期間は、内燃機関の運転状態が比較的不安定であるため、この期間に安定運転限界制御を行うと、内燃機関の運転状態が更に不安定になるおそれがある。これを回避するため、安定運転限界制御を空燃比フィードバック制御中に実行するようにすれば、内燃機関の運転状態の安定性を損なうことなく、実効性の高い安定運転限界制御を行うことができる。
【００１２】
【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及びイオン電流検出系の回路構成を説明する。点火コイル１１の一次コイル１２の一端は、バッテリ電圧ＶB が供給される電源供給端子（＋Ｂ）に接続され、該一次コイル１２の他端は、点火制御用のパワートランジスタ１５のコレクタに接続されている。点火コイル１１の二次コイル１６の一端は点火プラグ１７に接続され、該二次コイル１６の他端は、２つのツェナーダイオード１８，１９を介してグランドに接続されている。
【００１３】
２つのツェナーダイオード１８，１９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１８にコンデンサ２０が並列に接続され、他方のツェナーダイオード１９にイオン電流検出抵抗２１が並列に接続されている。コンデンサ２０とイオン電流検出抵抗２１との間の電位Ｖinが抵抗２２を介して増幅回路２３の−入力端子に入力されて増幅される。イオン電流検出回路２４（イオン電流検出手段）は、ツェナーダイオード１８，１９、コンデンサ２０、イオン電流検出抵抗２１、増幅回路２３等から構成されている。このイオン電流検出回路２４の出力電圧（増幅回路２３の出力電圧）がイオン電流信号として信号処理回路２８に入力される。
【００１４】
エンジン運転中は、エンジン制御回路２７から出力される点火信号ＩＧｔの立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ１５がオン／オフする。パワートランジスタ１５がオンすると、バッテリ（図示せず）から一次コイル１２に一次電流が流れ、その後、パワートランジスタ１５がオフすると、一次コイル１２の一次電流が遮断されて、二次コイル１６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１７の電極３０，２９間に火花放電が発生する。
【００１５】
この際、火花放電電流は点火プラグ１７の接地電極２９から中心電極３０へ流れ、二次コイル１６を経てコンデンサ２０に充電されると共に、ツェナーダイオード１８，１９を経てグランド側に流れる。コンデンサ２０の充電後は、ツェナーダイオード１８のツェナー電圧によって規制されるコンデンサ２０の充電電圧を電源としてイオン電流検出回路２４が駆動され、次のようにしてイオン電流が検出される。
【００１６】
火花放電終了後は、コンデンサ２０の充電電圧によって点火プラグ１７の電極３０，２９間に電圧が印加され、混合気が燃焼する際に発生したイオンがイオン電流として点火プラグ１７の電極３０，２９間に流れる。このイオン電流は、中心電極３０から接地電極２９へ流れ、更に、グランド側からイオン電流検出抵抗２１を通ってコンデンサ２０に流れる。
【００１７】
この際、イオン電流検出抵抗２１に流れるイオン電流の変化に応じて増幅回路２３の入力電位Ｖinが変化し、この増幅回路２３の出力端子からイオン電流に応じた電圧のイオン電流信号が信号処理回路２８に出力される。
【００１８】
この信号処理回路２８には、ノイズマスク２５と比較回路２６とが設けられ、ノイズマスク２５では、入力されるイオン電流信号から火花放電直後のＬＣ共振ノイズを取り除き、比較回路２６では、ノイズマスク２５を通過したイオン電流信号Ｖion を所定のしきい値Ｖthと比較し、Ｖion ≧Ｖthの時にハイレベル信号をエンジン制御回路２７に出力する。そして、エンジン制御回路２７は、比較回路２６の出力Ｖout がローレベルからハイレベルに反転するタイミング（ラッチ時間Ｔup）を検出することで、イオン電流の発生タイミングを判定する。尚、このラッチ時間Ｔupは、エンジン制御回路２７のＲＡＭ（図示せず）に一時的に記憶される。
【００１９】
次に、混合気の燃焼状態とイオン電流の発生タイミングとの関係を説明する。正常燃焼時には、図２に示すように、点火後の燃焼に伴って比較的大きなイオン電流が流れる。正常燃焼時には、膨張行程で燃焼室内の混合気が全て燃焼し終えるため、膨張行程のみにイオン電流が発生し、排気行程では、イオン電流は発生しない。
【００２０】
正常燃焼領域でも、空燃比を稀薄化したりＥＧＲ量（排気還流量）を増加するに従って、混合気の燃焼時の火炎伝播速度が遅くなって燃焼期間が長くなると共に、イオン電流のピーク値が低下する。この傾向が更に進むと、膨張行程で、火炎伝播速度不良により燃焼室内の混合気の一部が燃焼せずに残り、その未燃混合気が排気行程で燃焼する後燃え発生サイクルが発生する。このような運転領域は、失火が発生する寸前の安定運転限界領域であり、空燃比をリーンにできる限界（リーン限界）であると共に、ＥＧＲ量を増加できる限界（ＥＧＲ限界）でもある。従って、空燃比やＥＧＲ量を安定運転限界付近に制御することで、燃費低減や排気浄化率向上が可能となる。
【００２１】
この安定運転限界領域では、図３に示すように、膨張行程でイオン電流が発生すると共に、排気行程でも、後燃え発生サイクルによりイオン電流が発生する。このため、膨張行程と排気行程の双方でイオン電流信号Ｖion がしきい値Ｖthを越え、イオン電流が検出される。
【００２２】
この安定運転限界領域より燃焼性が更に低下すると、膨張行程で火炎伝播不良により火炎が燃え広がる途中で消える“失火”が発生する。失火時には、膨張行程で火炎が途中で消えるまで、イオン電流が僅かに発生するが、イオン電流信号Ｖion がしきい値Ｖth以下であるため、イオン電流は検出されない。尚、完全失火時には、着火不良により混合気に全く着火されないため、イオン電流は全く発生しない。
【００２３】
以上のようなイオン電流の発生タイミングと混合気の燃焼状態、安定運転限界との関係を考慮し、エンジン制御回路２７は、イオン電流の発生タイミングから安定運転限界を判定して、機関制御値（例えば空燃比）を安定運転限界付近（リーン限界付近）に制御する。この安定運転限界制御は、エンジン制御回路２７のＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図５のイオン電流発生タイミング判定プログラムと図６の安定運転限界制御プログラムによって次のように実行される。
【００２４】
図５のイオン電流発生タイミング判定プログラムは、例えば各気筒の排気行程終了毎に実行され、特許請求の範囲でいう発生タイミング判定手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、点火後にイオン電流が検出されたか否か（つまり比較回路２６からハイレベル信号Ｖout が出力されたか否か）を判定し、もし、イオン電流が検出されなかった場合（つまり失火が検出された場合）には、念のために空燃比をリッチ側に戻すために、ステップ１０５に進み、燃焼フラグＩexを後述する安定運転限界時と同じく「１」にセットして本プログラムを終了する。
【００２５】
これに対し、点火後にイオン電流が検出された場合には、ステップ１０２に進み、比較回路２６の出力Ｖout がローレベルからハイレベルに反転したタイミング（ラッチ時間Ｔup）をエンジン制御回路２７のＲＡＭ（図示せず）から読み込む。尚、点火後にイオン電流が複数回検出された場合には、最も遅い時期のラッチ時間Ｔupを読み込む。
【００２６】
この後、ステップ１０３で、ラッチ時間Ｔupをクランク角に換算して、イオン電流の発生タイミングθupをクランク角で求める。この後、イオン電流の発生タイミングθupが排気行程中であるか否か、つまり、θ1 ＜θup＜θ2 （θ1 は排気行程開始時のクランク角、θ2 は排気行程終了時のクランク角）であるか否かを判定し、イオン電流の発生タイミングθupが排気行程中であれば、ステップ１０５に進み、燃焼フラグＩexを、安定運転限界（失火寸前の状態）を意味する「１」にセットして本プログラムを終了する。
【００２７】
一方、イオン電流の発生タイミングθupが排気行程中でないと判定されれば、ステップ１０６に進み、燃焼フラグＩexを、正常燃焼を意味する「０」にセットして本プログラムを終了する。
【００２８】
図６の安定運転限界制御プログラムは、例えば噴射タイミング毎（所定クランク角毎）に実行され、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、空燃比フィードバック制御中であるか否かを判定し、空燃比フィードバック制御中でなければ、以降の安定運転限界制御の処理を行わず、後述する補正回数カウンタｉを初期値「１」にリセットして（ステップ２０２）、本プログラムを終了する。空燃比フィードバック制御の停止中は、エンジン運転状態が比較的不安定であるため、この期間に安定運転限界制御を行うと、エンジン運転状態が更に不安定になるおそれがあるためである。
【００２９】
一方、空燃比フィードバック制御中であれば、ステップ２０３に進み、燃焼フラグＩexをが安定運転限界（失火寸前の状態）を意味する「１」であるか否かを判定し、Ｉex＝１（安定運転限界）であれば、ステップ２０４に進み、空燃比補正量ΔＶを−ｖ1 （リッチ側補正量）に設定し、Ｉex＝０（正常燃焼）であれば、ステップ２０５に進み、空燃比補正量ΔＶをｖ2 （リーン側補正量）に設定する。ここで、リッチ側補正量｜−ｖ1 ｜は、リーン側補正量｜ｖ2 ｜よりも大きい値に設定されている。空燃比補正量ΔＶの設定後、ステップ２０６で、前回の空燃比Ｖi に空燃比補正量ΔＶを加算して、空燃比Ｖi をリーン側又はリッチ側に補正する。ここで、空燃比Ｖi の添字のi は空燃比の補正回数を表す。
【００３０】
そして、次のステップ２０７で、補正回数カウンタｉが例えば「５０」であるか否か、つまり、本プログラムによる空燃比Ｖi の補正回数が５０回になったか否かを判定し、５０回未満であれば、ステップ２０８に進み、補正回数カウンタｉを１だけカウントアップして本プログラムを終了する。
【００３１】
以上のようにして、空燃比フィードバック制御中に空燃比Ｖi の補正回数が５０回になるまで、ステップ２０３〜２０６の処理により燃焼フラグＩexの値に応じて空燃比Ｖi の増減補正を繰り返す。その後、空燃比Ｖi の補正回数が５０回になると、ステップ２０７からステップ２０９に進み、過去５０回の空燃比Ｖi の変動幅ΔＶＨ、つまり空燃比Ｖi の最大値 (Ｖi)max と最小値 (Ｖi)min との差を算出する。
【００３２】
この後、ステップ２１０で、空燃比の変動幅ΔＶＨが所定範囲内（Ａ＜ΔＶＨ＜Ｂ）であるか否かを判定し、所定範囲内であれば、空燃比が安定運転限界（リーン限界）の付近で比較的安定していると判断し、ステップ２１１に進み、空燃比補正量ｖ1 ，ｖ2 の縮小割合を決めるための係数ａ，ｂを共に例えば１／２に設定し、空燃比補正量ｖ1 ，ｖ2 を１／２に縮小する（ステップ２１３）。これにより、空燃比Ｖi を安定運転限界（リーン限界）付近に収束させる。尚、係数ａ，ｂは、１／２に限定されず、２／３、３／４等、他の値であっても良い。
【００３３】
これに対し、上記ステップ２１０で、空燃比の変動幅ΔＶＨが所定範囲外（ΔＶＨ≦Ａ又はΔＶＨ≧Ｂ）と判定された場合、つまり、空燃比の変動が大きすぎる場合、又は、空燃比の変動が十分に小さい場合は、空燃比補正量ｖ1 ，ｖ2 を縮小する必要がないので、ステップ２１２に進み、空燃比補正量ｖ1 ，ｖ2 を決めるための係数ａ，ｂを共に１に設定し、空燃比補正量ｖ1 ，ｖ2 を縮小しない（ステップ２１３）。
【００３４】
この後、ステップ２１４で、過去５０回の空燃比Ｖi の平均値を算出して、これを空燃比の初期値Ｖ0 として学習する。この空燃比の初期値Ｖ0 の学習値は、安定運転限界制御を開始又は再開する際の空燃比の初期値Ｖ0 として用いられる。このステップ２１４の処理が特許請求の範囲でいう学習手段として機能する。尚、空燃比の初期値Ｖ0 の学習値は、過去５０回の空燃比Ｖi をなまし処理して求めても良い。学習終了後、ステップ２１５で、補正回数カウンタｉを初期値「１」にリセットして、本プログラムを終了する。
【００３５】
以上説明した安定運転限界制御の一例を図７に示すタイムチャートに従って説明する。空燃比フィードバック制御の停止中は、エンジン運転状態が比較的不安定であるため、安定運転限界制御は行われない。その後、空燃比フィードバック制御が開始されると同時に、安定運転限界制御が開始される。安定運転限界制御開始時の空燃比の初期値Ｖ0 は、図６のステップ２１４で学習した過去５０回の空燃比Ｖi の平均値が用いられる。
【００３６】
安定運転限界制御中（空燃比フィードバック制御中）は、Ｉex＝０（正常燃焼）であれば、空燃比Ｖi を噴射タイミング毎にリーン側に小刻みに補正して（リーン側補正量＝ｖ2 ）、空燃比Ｖi をリーン限界（安定運転限界）に近付ける。これにより、空燃比Ｖi がリーン限界まで補正されると、排気行程で後燃え発生サイクルによりイオン電流が発生し始めるため、燃焼フラグＩexがリーン限界（失火寸前の状態）を意味する「１」にセットされる。
【００３７】
Ｉex＝１になると、空燃比Ｖi がリッチ側に補正される。この時のリッチ側補正量｜−ｖ1 ｜は、空燃比Ｖi がリーン限界内に確実に戻されるように、ある程度大きな値に設定されている。従って、空燃比Ｖi がリッチ側に補正されると、再び、Ｉex＝０（正常燃焼）となり、以後、リーン限界付近で、上述した空燃比Ｖi のリーン側補正又はリッチ側補正が繰り返される。
【００３８】
その後、空燃比Ｖi の補正回数が例えば５０回になると、過去５０回の空燃比Ｖi の変動幅ΔＶＨ、つまり空燃比の最大値 (Ｖi)max と最小値 (Ｖi)min との差を算出し、空燃比の変動幅ΔＶＨが所定範囲内（Ａ＜ΔＶＨ＜Ｂ）であれば、空燃比がリーン限界付近で比較的安定していると判断し、空燃比のリーン側／リッチ側補正量を例えば１／２に縮小する（空燃比Ｖi の変動幅ΔＶＨが所定範囲外の場合にはリーン側／リッチ側補正量を縮小しない）。以後、このリーン側／リッチ側補正量を用いて、リーン限界付近で、上述した空燃比Ｖi のリーン側補正又はリッチ側補正を繰り返し、空燃比Ｖi をリーン限界付近に収束させる。
【００３９】
以上説明した実施形態（１）では、イオン電流の発生タイミングからリーン限界を判定するようにしたので、エンジン運転条件によるイオン電流の増減変動の影響を受けずに、イオン電流の発生タイミングからリーン限界を精度良く検出することができ、リーン限界付近で安定した空燃比の制御が可能となる。しかも、所定期間の空燃比の変動幅が所定範囲内に収まる毎に空燃比補正量を縮小するようにしたので、空燃比をリーン限界付近に収束させることができ、空燃比制御の安定性を高めることができる。更に、所定期間の空燃比から空燃比の初期値を学習するようにしたので、安定運転限界制御を開始又は再開する際に、空燃比の初期値（学習値）とリーン限界値とのずれを少なくすることができ、空燃比をリーン限界付近に速やかに収束させることができる。
【００４０】
尚、上記実施形態は、本発明を空燃比（燃料噴射量）のリーン限界制御に適用したものであるが、ＥＧＲ量をＥＧＲ限界に制御するＥＧＲ限界制御に適用しても良く、その他、排気浄化用の触媒を点火時期の遅角により暖機する際に点火時期を遅角限界に制御する触媒暖機制御等に適用しても良い。
【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及びイオン電流検出系の回路構成を示す図
【図２】正常燃焼時のイオン電流信号Ｖion と比較回路出力Ｖout の信号波形を示すタイムチャート
【図３】安定運転限界時のイオン電流信号Ｖion と比較回路出力Ｖout の信号波形を示すタイムチャート
【図４】失火時のイオン電流信号Ｖion と比較回路出力Ｖout の信号波形を示すタイムチャート
【図５】イオン電流発生タイミング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】安定運転限界制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図７】安定運転限界制御の一例を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…点火コイル、１７…点火プラグ、２１…イオン電流検出抵抗、２４…イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）、２５…ノイズマスク、２６…比較回路、２７…エンジン制御回路（制御手段，発生タイミング判定手段，学習手段）、２８…信号処理回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine control apparatus that controls an internal combustion engine to a stable operation limit with the aim of improving fuel consumption and exhaust purification rate.
[0002]
[Prior art]
In recent years, focusing on the fact that ions are generated when the air-fuel mixture burns in a cylinder of an internal combustion engine (engine), a technique for detecting knocking, misfire, etc. by detecting this ionic current through an ignition plug has been developed. Proposed. Further, recently, in order to determine the combustion state from the detected value of the ion current and reflect it in the engine control, as shown in Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-2449048 and 6-193514, A combustion roughness value (a parameter indicating the degree of variation in combustion) is calculated from the detected value of the fuel, and the fuel injection amount and the EGR amount (exhaust gas recirculation amount) are feedback controlled so that the combustion roughness value matches the target combustion roughness value. Has been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the ionic current varies greatly depending on the engine operating conditions, the combustion roughness value calculated from the detected value of the ionic current includes the influence of the fluctuation of the ionic current due to the engine operating conditions, and the combustion roughness value The calculation accuracy is poor, and the combustion state of the mixture cannot be accurately determined. Therefore, if the engine control is performed using the combustion roughness value calculated from the detected value of the ion current, the actual combustion state cannot be accurately reflected in the engine control.
[0004]
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-34491, the lean limit is detected based on the length of the period during which the ion current is equal to or greater than the threshold value or the degree of variation in the peak value of the ion current, and the air-fuel ratio control is performed near the lean limit. Has been proposed to do. However, the length of the period during which the ion current exceeds the threshold and the degree of variation in the peak value of the ion current vary due to the influence of the fluctuation of the ion current due to engine operating conditions, and the lean limit is detected accurately. The air-fuel ratio control cannot be performed with high accuracy near the lean limit.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and therefore, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine control apparatus capable of accurately controlling an internal combustion engine using detection information of ion current. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the internal combustion engine controller of claim 1 of the present invention, the generation timing of the ion current is determined from the output signal of the ion current detection means by the generation timing determination means, and based on the determination result. Then, the control value of the internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine control value”) is controlled near the stable operation limit of the internal combustion engine by the control means (hereinafter, this control is referred to as “stable operation limit control”). For example, as the air-fuel ratio is diluted or the EGR amount is increased, the flame propagation speed at the time of combustion of the air-fuel mixture becomes slower and the combustion period becomes longer. Further, in the stable operation limit region, unburned mixture is caused by poor flame propagation speed. After-burning occurs in the exhaust stroke, a burn-up cycle occurs. Since the ion current is generated by the combustion of the air-fuel mixture, the ion current is also generated in the exhaust stroke by the afterburn generation cycle in the stable operation limit region.
[0007]
Focusing on this characteristic, in the present invention, the stable operation limit is determined from the generation timing of the ion current, and the operation state of the internal combustion engine is controlled near the stable operation limit. Since the ion current generation timing at the stable operation limit is not affected by fluctuations in the ion current due to engine operating conditions, the stable operation limit can be accurately detected from the ion current generation timing. Stable control of the internal combustion engine is possible.
[0008]
In addition, in the invention according to claim 1, it is determined whether or not an ionic current is generated during the exhaust stroke, and the engine control value is controlled with the state in which the ionic current is generated during the exhaust stroke as a stable operation limit of the internal combustion engine. I try to do it . As a result, it becomes possible to perform stable control at the lean limit or EGR limit, which is just before the misfire (ignition limit), and it is possible to reduce fuel consumption, improve the exhaust gas purification rate, and the like.
[0009]
Further, as in claims 2 and 3, the means for determining whether or not the operating state of the internal combustion engine is at the stable operation limit from the determination result of the generation timing determination means, and the engine control value is increased or decreased according to the determination result. The engine control value increase / decrease correction amount may be reduced every time the fluctuation range of the engine control value within a predetermined period falls within a predetermined range. In this way, the engine control value can be converged near the stable operation limit, and the stable operation limit control can be further stabilized.
[0010]
Further, as described in claim 4, the learning means may obtain an average value or a smoothed value of the engine control value for a predetermined period and learn it as an initial value of the engine control value. In this way, when starting or restarting stable operation limit control, the deviation between the initial value (learned value) of the engine control value and the stable operation limit value can be reduced, and the engine control value can be reduced to the stable operation limit control. It is possible to quickly converge to the vicinity.
[0011]
Further, as in claim 5, the stable operation limit control may be executed during the air-fuel ratio feedback control. In other words, since the operation state of the internal combustion engine is relatively unstable during the period when the air-fuel ratio feedback control is stopped, if the stable operation limit control is performed during this period, the operation state of the internal combustion engine becomes more unstable. There is a fear. In order to avoid this, if stable operation limit control is performed during air-fuel ratio feedback control, highly effective stable operation limit control can be performed without impairing the stability of the operating state of the internal combustion engine. .
[0012]
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 and the ion current detection system will be described with reference to FIG. One end of the primary coil 12 of the ignition coil 11 is connected to the power supply terminal (+ B) to which the battery voltage VB is supplied, and the other end of the primary coil 12 is connected to the collector of the power transistor 15 for ignition control. Yes. One end of the secondary coil 16 of the ignition coil 11 is connected to the spark plug 17, and the other end of the secondary coil 16 is connected to the ground via two Zener diodes 18 and 19.
[0013]
The two Zener diodes 18 and 19 are connected in series in opposite directions, a capacitor 20 is connected in parallel to one Zener diode 18, and an ion current detection resistor 21 is connected in parallel to the other Zener diode 19. A potential Vin between the capacitor 20 and the ion current detection resistor 21 is input to the negative input terminal of the amplifier circuit 23 via the resistor 22 and amplified. The ion current detection circuit 24 (ion current detection means) is composed of Zener diodes 18 and 19, a capacitor 20, an ion current detection resistor 21, an amplifier circuit 23, and the like. The output voltage of the ion current detection circuit 24 (the output voltage of the amplifier circuit 23) is input to the signal processing circuit 28 as an ion current signal.
[0014]
During engine operation, the power transistor 15 is turned on / off at the rise / fall of the ignition signal IGt output from the engine control circuit 27. When the power transistor 15 is turned on, a primary current flows from a battery (not shown) to the primary coil 12. After that, when the power transistor 15 is turned off, the primary current of the primary coil 12 is cut off and a high voltage is applied to the secondary coil 16. Is generated by the high voltage and spark discharge is generated between the electrodes 30 and 29 of the spark plug 17.
[0015]
At this time, the spark discharge current flows from the ground electrode 29 of the spark plug 17 to the center electrode 30, charges the capacitor 20 through the secondary coil 16, and flows to the ground side through the Zener diodes 18 and 19. After the capacitor 20 is charged, the ion current detection circuit 24 is driven using the charging voltage of the capacitor 20 regulated by the Zener voltage of the Zener diode 18 as a power source, and the ion current is detected as follows.
[0016]
After the spark discharge is finished, a voltage is applied between the electrodes 30 and 29 of the spark plug 17 by the charging voltage of the capacitor 20, and ions generated when the air-fuel mixture burns are converted into an ionic current between the electrodes 30 and 29 of the spark plug 17. Flowing into. This ion current flows from the center electrode 30 to the ground electrode 29, and further flows from the ground side through the ion current detection resistor 21 to the capacitor 20.
[0017]
At this time, the input potential Vin of the amplifier circuit 23 changes according to the change of the ion current flowing through the ion current detection resistor 21, and an ion current signal having a voltage corresponding to the ion current is output from the output terminal of the amplifier circuit 23 to the signal processing circuit. 28 is output.
[0018]
The signal processing circuit 28 is provided with a noise mask 25 and a comparison circuit 26. The noise mask 25 removes LC resonance noise immediately after spark discharge from the input ion current signal, and the comparison circuit 26 has a noise mask 25. Is compared with a predetermined threshold value Vth, and a high level signal is output to the engine control circuit 27 when Vion ≧ Vth. The engine control circuit 27 determines the generation timing of the ion current by detecting the timing (latch time Tup) at which the output Vout of the comparison circuit 26 is inverted from the low level to the high level. The latch time Tup is temporarily stored in a RAM (not shown) of the engine control circuit 27.
[0019]
Next, the relationship between the combustion state of the air-fuel mixture and the generation timing of the ionic current will be described. At the time of normal combustion, as shown in FIG. 2, a relatively large ion current flows with combustion after ignition. During normal combustion, the air-fuel mixture in the combustion chamber is completely combusted in the expansion stroke, so that an ion current is generated only in the expansion stroke, and no ion current is generated in the exhaust stroke.
[0020]
Even in the normal combustion region, as the air-fuel ratio is diluted or the EGR amount (exhaust gas recirculation amount) is increased, the flame propagation speed during combustion of the air-fuel mixture becomes slower, the combustion period becomes longer, and the peak value of the ionic current decreases. To do. When this tendency further progresses, in the expansion stroke, a part of the air-fuel mixture in the combustion chamber remains unburned due to poor flame propagation speed, and a post-burn generation cycle occurs in which the unburned air-fuel mixture burns in the exhaust stroke. Such an operation region is a stable operation limit region immediately before the occurrence of misfire, and is a limit (lean limit) at which the air-fuel ratio can be made lean and a limit (EGR limit) at which the EGR amount can be increased. Therefore, by controlling the air-fuel ratio and EGR amount to near the stable operation limit, it becomes possible to reduce fuel consumption and improve exhaust purification rate.
[0021]
In this stable operation limit region, as shown in FIG. 3, an ionic current is generated in the expansion stroke, and an ionic current is generated in the afterburn generation cycle in the exhaust stroke. For this reason, the ion current signal Vion exceeds the threshold value Vth in both the expansion stroke and the exhaust stroke, and the ion current is detected.
[0022]
If the combustibility further decreases from the stable operation limit region, a “misfire” occurs in the expansion stroke and disappears in the middle of the flame spreading due to flame propagation failure. At the time of misfire, an ionic current is slightly generated until the flame disappears in the expansion stroke, but the ionic current is not detected because the ionic current signal Vion is below the threshold value Vth. At the time of complete misfire, no ionic current is generated because the air-fuel mixture is not ignited at all due to poor ignition.
[0023]
Considering the relationship between the generation timing of the ionic current, the combustion state of the mixture, and the stable operation limit as described above, the engine control circuit 27 determines the stable operation limit from the generation timing of the ionic current and determines the engine control value ( For example, the air-fuel ratio is controlled to be close to the stable operation limit (near the lean limit). This stable operation limit control is executed as follows by the ion current generation timing determination program of FIG. 5 and the stable operation limit control program of FIG. 6 stored in the ROM (storage medium) of the engine control circuit 27.
[0024]
The ion current generation timing determination program shown in FIG. 5 is executed, for example, every time the exhaust stroke of each cylinder ends, and serves as generation timing determination means in the claims. When this program is started, it is first determined in step 101 whether or not an ionic current has been detected after ignition (that is, whether or not a high level signal Vout has been output from the comparison circuit 26). If not (that is, if misfire is detected), in order to return the air-fuel ratio to the rich side just in case, the routine proceeds to step 105 and the combustion flag Iex is set to “1” as in the stable operation limit described later. Set this to quit this program.
[0025]
On the other hand, if an ionic current is detected after ignition, the process proceeds to step 102, and the timing (latch time Tup) at which the output Vout of the comparison circuit 26 is inverted from the low level to the high level is set in the RAM ( Read from (not shown). If the ion current is detected a plurality of times after ignition, the latest latch time Tup is read.
[0026]
Thereafter, in step 103, the latch time Tup is converted into a crank angle, and the ion current generation timing θup is obtained by the crank angle. After this, whether the ion current generation timing θup is in the exhaust stroke, that is, whether θ1 <θup <θ2 (θ1 is the crank angle at the start of the exhaust stroke, θ2 is the crank angle at the end of the exhaust stroke) If the ion current generation timing θup is in the exhaust stroke, the routine proceeds to step 105 where the combustion flag Iex is set to “1” which means a stable operation limit (a state just before the misfire). Exit the program.
[0027]
On the other hand, if it is determined that the ion current generation timing θup is not in the exhaust stroke, the routine proceeds to step 106, where the combustion flag Iex is set to “0” meaning normal combustion, and this program ends.
[0028]
The stable operation limit control program of FIG. 6 is executed, for example, at each injection timing (every predetermined crank angle), and plays a role as control means in the claims. When this program is started, it is first determined in step 201 whether or not the air-fuel ratio feedback control is being performed. If the air-fuel ratio feedback control is not being performed, the subsequent stable operation limit control processing is not performed and will be described later. The correction number counter i is reset to the initial value “1” (step 202), and this program ends. This is because the engine operating state is relatively unstable while the air-fuel ratio feedback control is stopped, and if the stable operation limit control is performed during this period, the engine operating state may be further unstable.
[0029]
On the other hand, if the air-fuel ratio feedback control is in progress, the routine proceeds to step 203, where it is determined whether or not the combustion flag Iex is “1” meaning a stable operation limit (a state just before the misfire), and Iex = 1 (stable If the operation limit), the process proceeds to step 204, where the air-fuel ratio correction amount ΔV is set to -v1 (rich side correction amount). If Iex = 0 (normal combustion), the process proceeds to step 205, where the air-fuel ratio correction amount. ΔV is set to v2 (lean side correction amount). Here, the rich side correction amount | −v1 | is set to a value larger than the lean side correction amount | v2 |. After setting the air-fuel ratio correction amount ΔV, in step 206, the air-fuel ratio correction amount ΔV is added to the previous air-fuel ratio Vi to correct the air-fuel ratio Vi to the lean side or the rich side. Here, the subscript i of the air-fuel ratio Vi represents the number of corrections of the air-fuel ratio.
[0030]
Then, in the next step 207, it is determined whether or not the correction number counter i is, for example, “50”, that is, whether or not the correction number of the air-fuel ratio Vi by this program has become 50 times. If there is, the process proceeds to step 208, where the correction number counter i is incremented by 1, and the program is terminated.
[0031]
As described above, during the air-fuel ratio feedback control, the increase / decrease correction of the air-fuel ratio Vi is repeated according to the value of the combustion flag Iex by the processing of steps 203 to 206 until the number of corrections of the air-fuel ratio Vi reaches 50. Thereafter, when the number of corrections of the air-fuel ratio Vi reaches 50, the process proceeds from step 207 to step 209, where the fluctuation range ΔVH of the air-fuel ratio Vi in the past 50 times, that is, the maximum value (Vi) max and minimum value (Vi) of the air-fuel ratio Vi. ) Calculate the difference from min.
[0032]
Thereafter, in step 210, it is determined whether or not the variation range ΔVH of the air-fuel ratio is within a predetermined range (A <ΔVH <B). If the variation range ΔVH is within the predetermined range, the air-fuel ratio is stable operation limit (lean limit). , The process proceeds to step 211, where both the coefficients a and b for determining the reduction ratio of the air-fuel ratio correction amounts v1 and v2 are set to 1/2, for example, and the air-fuel ratio correction amount is set. v1 and v2 are reduced to 1/2 (step 213). As a result, the air-fuel ratio Vi is converged to the vicinity of the stable operation limit (lean limit). The coefficients a and b are not limited to 1/2, and may be other values such as 2/3, 3/4.
[0033]
On the other hand, if it is determined in step 210 that the air-fuel ratio fluctuation range ΔVH is outside the predetermined range (ΔVH ≦ A or ΔVH ≧ B), that is, if the air-fuel ratio fluctuation is too large, If the fluctuation is sufficiently small, it is not necessary to reduce the air-fuel ratio correction amounts v1 and v2. Therefore, the process proceeds to step 212, and both the coefficients a and b for determining the air-fuel ratio correction amounts v1 and v2 are set to 1. The air-fuel ratio correction amounts v1 and v2 are not reduced (step 213).
[0034]
Thereafter, in step 214, an average value of the past 50 air-fuel ratios Vi is calculated and learned as an initial value V0 of the air-fuel ratio. The learned value of the initial value V0 of the air-fuel ratio is used as the initial value V0 of the air-fuel ratio when starting or restarting the stable operation limit control. The processing in step 214 functions as learning means in the claims. The learned value of the initial value V0 of the air-fuel ratio may be obtained by smoothing the past 50 air-fuel ratios Vi. After completion of learning, in step 215, the correction number counter i is reset to the initial value “1”, and this program is terminated.
[0035]
An example of the stable operation limit control described above will be described with reference to the time chart shown in FIG. While the air-fuel ratio feedback control is stopped, the engine operation state is relatively unstable, and thus stable operation limit control is not performed. Thereafter, the stable operation limit control is started simultaneously with the start of the air-fuel ratio feedback control. As the initial value V0 of the air-fuel ratio at the start of stable operation limit control, the average value of the past 50 air-fuel ratios Vi learned in step 214 of FIG. 6 is used.
[0036]
During stable operation limit control (air-fuel ratio feedback control), if Iex = 0 (normal combustion), the air-fuel ratio Vi is corrected to the lean side at every injection timing (lean side correction amount = v2), The air-fuel ratio Vi is brought close to the lean limit (stable operation limit). As a result, when the air-fuel ratio Vi is corrected to the lean limit, an ionic current starts to be generated by the afterburn generation cycle in the exhaust stroke, so the combustion flag Iex is set to “1” which means the lean limit (the state just before the misfire). Set.
[0037]
When Iex = 1, the air-fuel ratio Vi is corrected to the rich side. The rich side correction amount | -v1 | at this time is set to a large value to some extent so that the air-fuel ratio Vi is reliably returned to within the lean limit. Accordingly, when the air-fuel ratio Vi is corrected to the rich side, Iex = 0 (normal combustion) again, and thereafter the above-described lean-side correction or rich-side correction of the air-fuel ratio Vi is repeated near the lean limit.
[0038]
After that, when the number of corrections of the air-fuel ratio Vi becomes 50, for example, the fluctuation range ΔVH of the air-fuel ratio Vi in the past 50 times, that is, the difference between the maximum value (Vi) max and the minimum value (Vi) min of the air-fuel ratio is calculated. If the fluctuation range ΔVH of the air-fuel ratio is within a predetermined range (A <ΔVH <B), it is determined that the air-fuel ratio is relatively stable near the lean limit, and the lean-side / rich-side correction amount of the air-fuel ratio is set. For example, it is reduced to 1/2 (when the fluctuation range ΔVH of the air-fuel ratio Vi is outside the predetermined range, the lean side / rich side correction amount is not reduced). Thereafter, using the lean / rich side correction amount, the above-described lean side correction or rich side correction of the air-fuel ratio Vi is repeated near the lean limit, and the air-fuel ratio Vi is converged near the lean limit.
[0039]
In the embodiment (1) described above, since the lean limit is determined from the ion current generation timing, the lean limit is determined from the ion current generation timing without being affected by fluctuations in the ion current due to engine operating conditions. Can be detected with high accuracy, and the air-fuel ratio can be controlled stably near the lean limit. Moreover, since the air-fuel ratio correction amount is reduced every time the fluctuation range of the air-fuel ratio within the predetermined period falls within the predetermined range, the air-fuel ratio can be converged near the lean limit, and the stability of the air-fuel ratio control can be improved. Can be increased. Furthermore, since the initial value of the air-fuel ratio is learned from the air-fuel ratio for a predetermined period, when starting or restarting the stable operation limit control, the deviation between the initial value of the air-fuel ratio (learned value) and the lean limit value is detected. The air-fuel ratio can be quickly converged to the vicinity of the lean limit.
[0040]
In the above embodiment, the present invention is applied to the lean limit control of the air-fuel ratio (fuel injection amount), but may be applied to the EGR limit control for controlling the EGR amount to the EGR limit. The present invention may be applied to catalyst warm-up control for controlling the ignition timing to the retard limit when the purifying catalyst is warmed up by retarding the ignition timing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing circuit configurations of an ignition control system and an ion current detection system in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a time chart showing signal waveforms of an ion current signal Vion and a comparison circuit output Vout during normal combustion. 3 is a time chart showing the signal waveforms of the ion current signal Vion and the comparison circuit output Vout at the time of stable operation limit. FIG. 4 is a time chart showing the signal waveforms of the ion current signal Vion and the comparison circuit output Vout at the time of misfire. Flow chart showing the flow of processing of the ion current generation timing determination program FIG. 6 Flow chart showing the flow of processing of the stable operation limit control program FIG. 7 Time chart showing an example of stable operation limit control
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Ignition coil, 17 ... Spark plug, 21 ... Ion current detection resistor, 24 ... Ion current detection circuit (ion current detection means), 25 ... Noise mask, 26 ... Comparison circuit, 27 ... Engine control circuit (control means, generation | occurrence | production) Timing determination means, learning means), 28... Signal processing circuit.

Claims

Ionic current detection means for detecting ionic current generated during combustion of the air-fuel mixture;
Generation timing determination means for determining the generation timing of the ion current from the output signal of the ion current detection means;
An internal combustion engine control device comprising control means for controlling a control value of the internal combustion engine (hereinafter referred to as "engine control value") near the stable operation limit of the internal combustion engine based on a determination result of the generation timing determination means ;
The generation timing determination means determines whether or not the ion current is generated during an exhaust stroke,
The control means controls the engine control value with a state where the ion current is generated during an exhaust stroke as a stable operation limit of the internal combustion engine.

The control means determines from the determination result of the generation timing determination means whether or not the operating state of the internal combustion engine is at a stable operating limit; and means for correcting increase or decrease of the engine control value according to the determination result; the have internal combustion engine control apparatus according to claim 1, the variation width of the engine control value of the predetermined period, characterized in that to reduce the increase and decrease correction amount of the engine control value for each within a predetermined range.

Ionic current detection means for detecting ionic current generated during combustion of the air-fuel mixture;
Generation timing determination means for determining the generation timing of the ion current from the output signal of the ion current detection means;
An internal combustion engine control device comprising control means for controlling a control value of the internal combustion engine (hereinafter referred to as "engine control value") near the stable operation limit of the internal combustion engine based on a determination result of the generation timing determination means;
The control means determines from the determination result of the generation timing determination means whether or not the operating state of the internal combustion engine is at a stable operating limit; and means for correcting increase or decrease of the engine control value according to the determination result; And an engine control value increase / decrease correction amount is reduced every time the fluctuation range of the engine control value within a predetermined range falls within a predetermined range.

4. The internal combustion engine control device according to claim 1, further comprising learning means for learning an initial value of the engine control value from the engine control value for a predetermined period.

5. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the control means executes stable operation limit control for controlling the engine control value to a stable operation limit of the internal combustion engine during air-fuel ratio feedback control. Control device.