JP4408550B2 - RUNNING STATE DETECTION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

RUNNING STATE DETECTION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDF

Info

Publication number
JP4408550B2
JP4408550B2 JP2000313611A JP2000313611A JP4408550B2 JP 4408550 B2 JP4408550 B2 JP 4408550B2 JP 2000313611 A JP2000313611 A JP 2000313611A JP 2000313611 A JP2000313611 A JP 2000313611A JP 4408550 B2 JP4408550 B2 JP 4408550B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion current
current detection
voltage
detection signal
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000313611A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002122064A (en
Inventor
達範 山田
靖 坂倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Spark Plug Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2000313611A priority Critical patent/JP4408550B2/en
Publication of JP2002122064A publication Critical patent/JP2002122064A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4408550B2 publication Critical patent/JP4408550B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグの火花放電により燃料混合気を燃焼させる内燃機関において、燃料混合気の燃焼により発生するイオンにより流れるイオン電流に基づいて、燃料混合気の燃焼状態や運転状態等を検出する内燃機関の運転状態検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、内燃機関における燃料混合気の燃焼状態(失火やノッキング等)を検出するために、内燃機関の点火プラグの火花放電後に、点火プラグの電極近傍に発生するイオンによって流れるイオン電流を利用する技術が知られている。また、イオン電流を用いることで、内燃機関における燃料混合気の燃焼状態の他、内燃機関の各種運転状態(空燃比,空燃比のリーン限界,排気再循環量の限界など)を検出することも可能である。
【0003】
即ち、内燃機関のシリンダ内では、点火プラグによる火花放電後の燃焼(火炎伝播)時にイオンが発生し、このイオンの発生量に応じて点火プラグの電極間の抵抗値が変化する。そして、イオンの発生量は、燃料混合気の燃焼状態や内燃機関の運転状態に応じて異なる。このため、点火プラグへの点火用高電圧の印加後(つまり点火プラグの火花放電後)に、点火プラグに対して外部から電圧を印加し、それによって流れるイオン電流を検出することにより、点火プラグの電極間の抵抗値の変化(つまり、燃料混合気の燃焼状態や運転状態の変化)を検出することができるのである。
【0004】
ところで、このようにイオン電流に基づき内燃機関の運転状態を判定する判定処理装置としては、例えば、イオン電流に応じて変化する電圧信号を用いるものがあるが、こうした判定処理装置では、電圧信号として入力可能な電圧上限値が存在する。つまり、判定処理装置では、入力される電圧信号の大きさを判定するが、判定処理装置を駆動するために供給される駆動電圧よりも大きい電圧については、大きさを判定することができない。そして、例えば、車両用内燃機関に備えられる判定処理装置は、車載電源装置(バッテリ)からの出力電圧を駆動電圧として動作するため、バッテリの出力電圧よりも大きい電圧が入力された場合、判定処理装置は正常に動作できず、場合によっては判定処理装置の破壊に至る虞がある。このため、判定処理装置では、駆動電圧に等しい電圧値が、電圧信号として入力可能な電圧上限値となる。
【0005】
そこで、判定処理装置への入力信号を電圧上限値以下に制御するために、例えば、特開平10ー318114号公報に記載のイオン電流検出装置が提案されている。このイオン電流検出装置では、抵抗の分圧によりイオン電流に応じた電圧信号の電圧値を制御しており、電圧信号の電圧値を電圧上限値以下に制御することで、判定処理装置での誤動作を抑えている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載のイオン電流検出装置では、判定処理装置へ入力する電圧信号を電圧上限値以下に制御することに伴い、イオン電流波形に重畳する微小な信号成分(例えば、ノッキング(ノック)周波数成分)の信号検出精度が低下するという問題が発生する。
【0007】
つまり、電圧信号の電圧値を電圧上限値以下に制御することは、イオン電流波形を全体的に振幅方向に縮小することになり、これに伴い、イオン電流波形に重畳される微小な信号成分についても振幅方向に縮小されてしまう。このように微小な信号成分についての振幅が小さくなるため、微小な信号成分の変化を精度良く検出することが困難となり、信号検出精度が低下してしまい、内燃機関の燃焼状態などの判定を正確に行うことが難しくなる。
【0008】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、イオン電流に基づき内燃機関の運転状態を検出するにあたり、イオン電流の信号検出精度の低下を抑えて、内燃機関の運転状態等を精度良く判定することができる内燃機関の運転状態検出装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項1記載の発明は、一次巻線と二次巻線とを備え、該二次巻線の両端に点火用高電圧を発生する点火コイルと、二次巻線に直列接続され、点火用高電圧が印加されることにより、中心電極と接地電極との間に放電を発生する点火プラグと、を備えると共に、点火用高電圧により充電された後、蓄積した電荷を放電することにより、中心電極と前記接地電極との間に電圧を印加する容量素子と、抵抗素子により構成されると共に容量素子に直列接続される抵抗回路と、容量素子および抵抗回路からなる直列回路に並列接続され、充電時の容量素子の両端電圧を一定値以下に制限するツェナーダイオードと、を備えて、容量素子による電圧の印加により中心電極と接地電極との間に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、このイオン電流検出手段により検出されたイオン電流に基づき、内燃機関の運転状態を判定する判定手段と、を備えて、イオン電流に基づいて内燃機関の運転状態を検出する内燃機関の運転状態検出装置であって、イオン電流検出手段は、抵抗回路の両端電圧を第1イオン電流検出信号として出力すると共に、抵抗回路における一端とこの抵抗回路内部の中点との間の電圧を第2イオン電流検出信号として出力し、第1イオン電流検出信号として出力される電圧の最大電圧値が、定電圧電源からの供給電圧値よりも大きくなるように、前記イオン電流検出手段に備えられる前記抵抗回路の両端間の抵抗値が設定されており、第1イオン電流検出信号から特定の周波数成分を抽出し、抽出した信号成分を特定イオン電流検出信号として出力する特定成分抽出手段、が設けられ、判定手段は、第2イオン電流検出信号および特定イオン電流検出信号に基づき、内燃機関の運転状態を判定することを特徴とする。
【0010】
つまり、本発明(請求項1)の内燃機関の運転状態検出装置では、イオン電流に基づき内燃機関の運転状態を検出するにあたり、振幅の異なるイオン電流検出信号(第1イオン電流検出信号および第2イオン電流検出信号)を用いている。
そして、第1イオン電流検出信号は、抵抗回路全体の両端電圧として出力されるため、イオン電流が流れることにより発生する信号波形の振幅が大きい信号であり、イオン電流に重畳される微小な信号による変動が、第1イオン電流検出信号の波形として表れ易くなる。このため、特定成分抽出手段において、イオン電流波形から特定の周波数成分を抽出するにあたり、第1イオン電流検出信号を用いることで、精度良く特定の周波数成分を抽出することが可能となる。
【0011】
また、特定成分抽出手段から出力される特定イオン電流検出信号は、第1イオン電流検出信号における特定の周波数成分を抽出した信号であることから、特定イオン電流検出信号が変動する電圧範囲は、第1イオン電流検出信号が変動する電圧範囲よりも狭い範囲となる。
【0012】
このため、第1イオン電流検出信号の電圧最大値が判定手段に入力可能な電圧上限値を上回る場合でも、特定イオン電流検出信号は、判定手段に入力可能な電圧上限値を超えることが少なくなる。
特に、本発明の内燃機関の運転状態検出装置では、第1イオン電流検出信号として出力される電圧の最大電圧値が、定電圧電源からの供給電圧値よりも大きくなるように、前記イオン電流検出手段に備えられる前記抵抗回路の両端間の抵抗値が設定されている。
これにより、第1イオン電流検出信号は、イオン電流の波形全体を判定手段に入力できるよう設定されたイオン電流検出信号に比べて、少なくとも振幅が大きくなり、微小な信号成分をより正確な波形として表すことができる。このような第1イオン電流検出信号を用いることで、イオン電流検出信号に含まれる微小な信号成分である特定イオン電流検出信号を良好に検出することができる。
したがって、本発明の内燃機関の運転状態検出装置によれば、イオン電流波形に重畳される微小な信号成分を良好に検出することができ、内燃機関の運転状態の検出精度を向上させることができる。
なお、抵抗回路における中点の数をさらに増加することで、異なる電圧範囲(電圧レンジ)のイオン電流検出信号をより多く生成することが可能となり、更に検出精度を向上させることが可能である。
【0013】
さらに、第2イオン電流検出信号は、抵抗回路における一端と中点との間の電圧として出力されるため、イオン電流が発生した場合の波形の振幅が、第1イオン電流検出信号に比べて小さくなる。このため、第2イオン電流検出信号を用いることで、第1イオン電流検出信号を用いる場合に比べて、イオン電流の波形全体を検出するために必要となる電圧範囲を、狭い範囲に設定することができる。
【0014】
これらのことから、判定手段は、第2イオン電流検出信号および特定イオン電流検出信号を用いることで、第2イオン電流検出信号からイオン電流波形の全体的な変化を検出することができ、特定イオン電流検出信号からイオン電流波形における微小な信号の変化を検出することができる。つまり、判定手段は、第2イオン電流検出信号および特定イオン電流検出信号が入力されることにより、全体的な変化から微小な変化にわたるイオン電流波形の変化を詳細に検出することができる。これにより、判定手段では、高精度に検出されたイオン電流に基づき、内燃機関の運転状態を良好に判定することができる。
【0015】
したがって、本発明(請求項1)の内燃機関の運転状態検出装置によれば、イオン電流検出信号が判定手段へ入力可能な電圧上限値を上回ることなく、イオン電流波形を詳細に検出することができ、内燃機関の運転状態をより良好に検出することが可能となる。
【0016】
そして、判定手段にて内燃機関の運転状態について判定するにあたっては、請求項2に記載のように、判定手段が、第2イオン電流検出信号に基づき失火判定を行い、特定イオン電流検出信号に基づきノッキング判定を行うとよい。
つまり、失火判定は、燃料混合気の燃焼が正常に行われたか否かを判定するものであり、イオンの発生の有無により判定することができる。そして、イオンの発生の有無を判定するには、イオン電流波形の全体的な変化を検出する必要がある。そこで、第2イオン電流検出信号を用いることにより、イオン電流波形の全体的な変化を良好に検出することができ、失火判定を精度良く行うことができる。
【0017】
また、ノッキング判定は、ノッキングにより発生する特定の周波数からなる振動成分がイオン電流検出信号に重畳されているか否かにより判定するが、ノッキングによる振動成分は微小な信号であるため、振幅の小さいイオン電流検出信号からでは検出が比較的困難である。これに対して、第1イオン電流検出信号は、振幅が大きいことから微小な信号による変動が波形に表れ易いため、ノッキングに対応する周波数成分が波形に表れ易くなる。そして、特定成分抽出手段が、ノッキングに対応する周波数成分を第1イオン電流検出信号から抽出し、特定イオン電流検出信号として出力すれば、ノッキングによる振動成分を良好に検出することができる。よって、特定イオン電流検出信号を用いることで、ノッキングにより発生する振動成分を良好に検出することができ、ノッキング判定を精度良く行うことができる。
【0018】
なお、判定手段では、第2イオン電流検出信号および特定イオン電流検出信号のそれぞれに基づき、異なる種類の内燃機関の運転状態を判定するのではなく、第2イオン電流検出信号および特定イオン電流検出信号の両方を用いて、内燃機関の運転状態における1項目について判定しても良い。このように、内燃機関の運転状態における1項目を、イオン電流の全体的な変化および微小な変化の両者に基づき判断することで、内燃機関の運転状態をより正確に判定することが可能となる。
【0019】
ところで、第2イオン電流検出信号は、イオン電流の大きさを電圧値の大きさで表す信号であり、抵抗回路における一端と中点との間の抵抗値により第2イオン電流検出信号のとりうる最大値が決定される。また、判定手段は、マイコンあるいは電子回路等により実現されることが一般的であるが、これらマイコンあるいは電子回路等は、正常な動作を維持するために、電圧信号として入力可能な電圧上限値が存在する。
【0020】
そこで、判定手段においてイオン電流の波形全体を確実に検出するためには、請求項3に記載のように、第2イオン電流検出信号として出力される電圧の最大電圧値が、判定手段に入力可能な電圧上限値以下となるように、イオン電流検出手段に備えられる抵抗回路における中点から両端までの各抵抗値が設定されるとよい。つまり、抵抗回路の一端と中点との間に発生する最大電圧値が判定手段に入力可能な電圧上限値以下となるように、抵抗回路における中点から両端までの各抵抗値の比率を設定するのである。
【0021】
これにより、第2イオン電流検出信号としての電圧値が、判定手段に入力可能な電圧上限値よりも大きくなることが無くなり、判定手段の動作を正常に維持することができると共に、イオン電流の波形全体を検出することが可能となる。
よって、本発明(請求項3)の内燃機関の運転状態検出装置によれば、確実にイオン電流波形全体を検出することが可能となり、内燃機関の運転状態の検出精度を向上させることができる。
【0022】
なお、一般的には、マイコンあるいは電子回路等を駆動するための駆動電圧よりも低い電圧が、電圧上限値として設定されている。
【0025】
ところで、内燃機関の運転状態に影響を与える要因の一つとして、点火プラグの中心電極周囲の絶縁体(碍子部)にカーボン等が付着することで発生するくすぶり汚損がある。そして、イオン電流波形についても、くすぶり汚損による影響を受けるが、イオン電流波形は、くすぶり汚損の有無よりもイオンの発生状態による影響を大きく受けるため、くすぶり汚損の検出精度が低くなる虞がある。
【0026】
そこで、上述した内燃機関の運転状態検出装置において、点火プラグのくすぶり汚損を検出するには、請求項に記載のように、点火用高電圧の印加により中心電極と接地電極との間に発生した放電時にツェナーダイオードに流れる電流を検出する放電電流検出手段と、この放電電流検出手段により検出される電流に基づき、くすぶり判定を行うくすぶり判定手段と、を備えるとよい。
【0027】
つまり、点火用高電圧の印加による中心電極と接地電極との間に発生する放電時に点火プラグの電極間に流れる放電電流(二次電流)は、正規の火花放電ギャップにて火花放電(以下、正常放電という)する場合と、絶縁体表面に付着したカーボンを通じて火花放電する、所謂“奥飛び放電”の場合とでは、異なる波形を示す。つまり、正常放電時と奥飛び放電時では、カーボンの有無により放電経路の抵抗値が異なることから、放電電流が異なる値を示すのである。
【0028】
このため、放電電流検出手段により検出された火花放電時の電流を用いることで、正常放電であるか奥飛び放電であるかを判断することができ、ひいては、くすぶり汚損の有無を判断することが可能となる。
そして、電流に基づきくすぶり判定を行う手法の一つとしては、点火プラグの電極間にて火花放電期間中に流れる電流を積分し、その電流の積分値と所定の積分判定基準値との比較結果を用いて、くすぶり汚損の有無を判定する手法がある。例えば、火花放電発生期間中に流れる放電電流を積分し、この放電電流積分値が正常放電と奥飛びとを識別するための所定の積分判定基準値よりも大きいか否かを判定し、積分値が積分判定基準値以下であるときに奥飛びが発生したとして、くすぶり汚損有りと判定するのである。
【0029】
また、他の手法としては、放電期間中の電流の電流値が予め定められた検出基準値以上となる電流検出時間を算出し、この電流検出時間と所定の検出時間判定基準値との比較結果を用いて、くすぶり汚損の有無を判定する手法が挙げられる。例えば、放電時に流れる電流が検出基準値以上となる電流検出時間を算出し、この電流検出時間が正常放電と奥飛びとを識別するための所定の検出時間判定基準値よりも大きいか否かを判定し、電流検出時間が検出時間判定基準値以下であるときに奥飛びが発生したとして、くすぶり汚損有りと判定するのである。
【0030】
なお、このように放電時に流れる電流の積算値、あるいは電流検出時間の積算値を算出してくすぶり判定を行う手法は、放電時に流れる電流の瞬時値を用いてくすぶり判定を行う手法に比べて、瞬時的に発生する外部からのノイズの影響を抑えることができる。
【0031】
よって、請求項に記載の内燃機関の運転状態検出装置によれば、内燃機関の運転状態に影響を与える要因の1つであるくすぶり汚損の有無を、精度良く判定することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
まず、図1は、イオン電流に基づいて内燃機関の運転状態を検出する内燃機関の運転状態検出装置の構成を表す電気回路図である。なお、本実施例で説明する内燃機関の運転状態検出装置は複数の気筒を備えた内燃機関に適用することも可能であるが、図1では、図面を見やすくするために、1気筒分のみを記載している。
【0033】
図1に示すように、本実施例の内燃機関の運転状態検出装置1は、直流定電圧(例えば電圧12[V])を発生する直流電源装置(バッテリ)11と、一次巻線L1と二次巻線L2とを備えた点火コイル13と、一次巻線L1と直列接続されたnpn型パワートランジスタからなる主制御用トランジスタ15と、二次巻線L2とともに閉ループを形成して中心電極17aと接地電極17bとの間に火花放電を発生する点火プラグ17と、二次巻線L2および点火プラグ17からなる閉ループ上に設けられて燃料混合気の燃焼により発生するイオンにより流れるイオン電流を検出するためのイオン電流検出回路29と、入力信号における特定の周波数成分を抽出して出力するバンドパスフィルタ(BPF)41と、入力信号の正負を反転させた信号を出力する反転増幅回路43と、バンドパスフィルタ41および反転増幅回路43からの信号に基づき内燃機関の運転状態を判定する判定回路45と、主制御用トランジスタ15に対して点火指令信号IGを出力し、判定回路45からノッキング検出信号Skおよび失火検出信号Smが入力される電子制御装置(以下、ECUと呼ぶ)21と、を備えている。
【0034】
そして、点火コイル13における一次巻線L1は、一端が直流電源装置11の正極に接続され、他端が主制御用トランジスタ15のコレクタに接続されている。また、二次巻線L2は、一端が点火プラグ17の中心電極17aに接続され、他端がイオン電流検出回路29に接続されている。さらに、点火プラグ17の接地電極17bは、直流電源装置11の負極と同電位のグランドに接地されている。そして、主制御用トランジスタ15は、ベースがECU21における点火指令信号IGの出力端子に接続され、エミッタが直流電源装置11の負極と同電位のグランドに接地されている。
【0035】
このため、主制御用トランジスタ15のベースに入力される点火指令信号IGがローレベル(一般にグランド電位)である場合には、主制御用トランジスタ15にベース電流は流れず、主制御用トランジスタ15はオフ状態となり、主制御用トランジスタ15を通じて一次巻線L1に電流が流れることはない。また、点火指令信号IGがハイレベル(例えば、定電圧電源からの供給電圧5[V])である場合には、主制御用トランジスタ15はオン状態となり、直流電源装置11の正極側から点火コイル13の一次巻線L1を通り、主制御用トランジスタ15を介して直流電源装置11の負極側に至る一次巻線L1の通電経路を形成し、一次巻線L1に一次電流i1が流れる。
【0036】
なお、ここで、主制御用トランジスタ15のオン状態とは、主制御用トランジスタ15のコレクタ−エミッタ間が導通した状態(短絡された状態)を表し、オフ状態とは、主制御用トランジスタ15のコレクタ−エミッタ間が導通していない状態(開放された状態)を表している。
【0037】
したがって、点火指令信号IGがハイレベルであることで一次巻線L1に一次電流i1が流れている時に、点火指令信号IGがローレベルになると、主制御用トランジスタ15がターンオフし、一次巻線L1への一次電流i1の通電を停止(遮断)することになる。すると、点火コイル13の磁束密度が急激に変化して二次巻線L2に点火用高電圧が発生し、この点火用高電圧が点火プラグ17に印加されて、点火プラグ17の電極17a−17b間に火花放電が発生する。
【0038】
尚、点火コイル13は、主制御用トランジスタ15による一次巻線L1における一次電流i1の通電遮断により、点火プラグ17の中心電極17a側にグランド電位よりも低い負の点火用高電圧を発生するように構成されている。これにより、点火プラグ17での火花放電に伴い二次巻線L2に流れる二次電流i2は、点火プラグ17の中心電極17aから二次巻線L2を通って、イオン電流検出回路29に向かう方向に流れる。
【0039】
次に、イオン電流検出回路29について説明する。
図1に示すように、イオン電流検出回路29は、一端が直流電源装置11の負極と同電位のグランドに接地された抵抗31と、抵抗31に直列接続された抵抗33と、抵抗33における抵抗31側とは反対側の端部に一端が接続されたコンデンサ35と、アノードが接地されるとともにカソードがコンデンサ35における抵抗33との接続側とは反対側の端部に接続されたツェナーダイオード37と、カソードが接地されるとともにアノードが抵抗33とコンデンサ35との接続点に接続されたダイオード39と、を備えて構成されている。
【0040】
そして、このイオン電流検出回路29では、ダイオード39が、抵抗31と抵抗33とからなる直列回路に並列に接続されることになり、また、ツェナーダイオード37が、抵抗31、抵抗33およびコンデンサ35からなる直列回路に並列接続されることになる。
【0041】
また、このように構成されたイオン電流検出回路29は、コンデンサ35とツェナーダイオード37との接続点が二次巻線L2に接続されており、抵抗33とコンデンサ35との接続点がバンドパスフィルタ41に接続されており、抵抗31と抵抗33との接続点が反転増幅回路43に接続されている。
【0042】
そして、イオン電流検出回路29では、二次巻線L2に点火用高電圧が発生して火花放電が発生した直後には、二次巻線L2から流れ込む二次電流i2が、コンデンサ35,ダイオード39を通過する経路を通じて流れる。そして、二次電流i2が流れることによりコンデンサ35が充電されてコンデンサ35の両端電圧が上昇していき、コンデンサ35およびダイオード39からなる直列回路の両端電圧が、ツェナーダイオード37のツェナー電圧Vzと等しくなると、二次電流i2はツェナーダイオード37を通じて流れるようになる。このため、コンデンサ35は、ツェナーダイオード37のツェナー電圧Vzからダイオード39の順方向電圧Vfだけ小さい電圧Vc(=Vz−Vf)で充電される。
【0043】
このあと、二次巻線L2における点火用高電圧が低下して火花放電が終了し、点火用高電圧による二次電流i2が流れなくなると、コンデンサ35に充電された電圧によって点火プラグ17の中心電極17aと接地電極17bとの間にイオン電流が流れることによって、コンデンサ35,二次巻線L2,点火プラグ17,抵抗31、抵抗33の順に電流Iioが流れる。このとき、抵抗31および抵抗33のそれぞれの両端電圧は、この電流Iioの大きさに比例した値となる。そして、抵抗33とコンデンサ35との接続点の電位V2が、第1イオン電流検出信号Si1としてバンドパスフィルタ41に出力され、抵抗31と抵抗33との接続点の電位V1が、第2イオン電流検出信号Si2として反転増幅回路43に出力される。
【0044】
そして、バンドパスフィルタ41は、イオン電流検出回路29からの第1イオン電流検出信号Si1におけるノックに対応する所定周波数成分(例えば、3[kHz ]〜20[kHz ])を抽出して第3イオン電流検出信号Si3として出力する。
【0045】
なお、抵抗31および抵抗33は、コンデンサ35の放電時に、抵抗31および抵抗33の直列回路の両端に発生する電圧(電位V2)の最大値が、定電圧電源からの供給電圧(例えば、5[V])よりも大きくなると共に第3イオン電流検出信号Si3の最大電圧が定電圧電源からの供給電圧以下となり、かつ、抵抗31の両端に発生する電圧(電位V1)の最大値が定電圧電源からの供給電圧以下となるように、それぞれの抵抗値が設定されている。つまり、第1イオン電流検出信号Si1は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧よりも高くなる電圧信号として出力され、第2イオン電流検出信号Si2は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧以下となる電圧信号として出力され、第3イオン電流検出信号Si3は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧以下となる電圧信号として出力される。
【0046】
また、反転増幅回路43は、イオン電流検出回路29からの第2イオン電流検出信号Si2の正負を反転させた信号を、第4イオン電流検出信号Si4として出力する。なお、本実施例の反転増幅回路43では、信号の増幅は行わず、第4イオン電流検出信号Si4の振幅は、第2イオン電流検出信号Si2の振幅と等しくなる。
【0047】
次に、判定回路45について説明する。
図1に示すように、判定回路45は、バンドパスフィルタ41から出力される第3イオン電流検出信号Si3に基づきノッキング判定を行うノック判定回路47と、反転増幅回路43から出力される第4イオン電流検出信号Si4に基づき失火判定を行う失火判定回路49と、を備えている。なお、判定回路45は、CPU,RAM,ROMおよび入出力部を主要部とするマイクロコンピュータ(以下、マイコンともいう)にて構成されている。また、判定回路45は、定電圧電源からの供給電圧(5[V])を駆動電圧として動作しているため、判定回路45に入力可能な信号の電圧上限値は、5[V]である。
【0048】
そして、ノック判定回路47は、第3イオン電流検出信号Si3の他に、ECU21からの第1ウインドウ信号W1が入力されており、第1ウインドウ信号W1がハイレベル(例えば、定電圧電源からの供給電圧5[V])である期間中に入力される第3イオン電流検出信号Si3の波形に基づき、ノッキング判定処理を行う。このノッキング判定処理による判定結果に応じて、ノック判定回路47は、ノッキング検出信号SkをECU21に対して出力する。
【0049】
ここで、ノック判定回路47で実行されるノッキング判定処理の処理内容について説明する。なお、ノッキング判定処理は、第1ウインドウ信号W1がローレベルからハイレベルに変化するとともに処理が開始される。
そして、ノッキング判定処理が開始されると、まず、バンドパスフィルタ41からの第3イオン電流検出信号Si3と、予め設定されている規定値電圧Vsとの比較が行われる。このあと、第1ウインドウ信号W1がハイレベルからローレベルに変化するまでの期間中に、第3イオン電流検出信号Si3が規定値電圧Vs以上となる時間を積算する。続いて、この積算時間Tsが、予め設定されているノッキング判定用の判定基準時間Tkよりも大きいか否かを判断し、積算時間Tsが判定基準時間Tkよりも大きい場合に、ノッキングが発生していると判定する。また、積算時間Tsが判定基準時間Tk以下である場合には、ノッキングが発生していないと判定する。そして、ノッキングが発生していると判定する場合にはノッキング検出信号Skをハイレベルとして出力し、ノッキングが発生していないと判定する場合にはノッキング検出信号Skをローレベルとして出力する。
【0050】
このように、第3イオン電流検出信号Si3に基づきノッキング判定(ノック判定)を行い、判定結果に応じたノッキング検出信号SkをECU21に出力すると、ノッキング判定処理が終了する。
なお、ECU21は、点火時期を基準としてノッキング判定に適した期間(開始時期および終了時期)を設定しており、この期間中に第1ウインドウ信号W1をハイレベルとして出力し、それ以外の期間には第1ウインドウ信号W1をローレベルとして出力する。
【0051】
次に、失火判定回路49は、第4イオン電流検出信号Si4の他に、ECU21からの第2ウインドウ信号W2が入力されており、第2ウインドウ信号W2がハイレベル(例えば、定電圧電源からの供給電圧5[V])である期間中に入力される第4イオン電流検出信号Si4の波形に基づき、失火判定を行う。この失火判定処理による判定結果に応じて、失火判定回路49は、失火検出信号SmをECU21に対して出力する。
【0052】
ここで、失火判定回路49で実行される失火判定処理の処理内容について説明する。なお、失火判定処理は、第2ウインドウ信号W2がローレベルからハイレベルに変化するとともに処理が開始される。
そして、失火判定処理が開始されると、まず、反転増幅回路43からの第4イオン電流検出信号Si4と、予め設定されている失火判定用の失火判定基準電圧Vmとの比較が行われる。このあと、第2ウインドウ信号W2がハイレベルからローレベルに変化するまでの間、第4イオン電流検出信号Si4が失火判定基準電圧Vm以上となるか否かを判断し、第2ウインドウ信号W2がハイレベルである期間中に第4イオン電流検出信号Si4が失火判定基準電圧Vm以上となる積算時間を算出する。続いて、算出した積算時間が、失火判定用に定められた所定時間以下となるか否かを判断し、積算時間が所定時間以下となる場合に失火と判定する。そして、失火が発生していると判定する場合には失火検出信号Smをハイレベルとして出力し、正常燃焼と判定する場合には失火検出信号Smをローレベルとして出力する。
【0053】
このように、第4イオン電流検出信号Si4に基づき失火判定を行い、判定結果に応じた失火検出信号SmをECU21に出力すると、失火判定処理が終了する。
なお、ECU21は、点火時期を基準として失火判定に適した期間(開始時期および終了時期)を設定しており、この期間中に第2ウインドウ信号W2をハイレベルとして出力し、それ以外の期間には第2ウインドウ信号W2をローレベルとして出力する。
【0054】
ここで、本実施例の内燃機関の運転状態検出装置における点火指令信号IG,第1イオン電流検出信号Si1,第3イオン電流検出信号Si3の各状態を表すタイムチャートを図2に示す。
なお、図2では、図1に示す回路図において抵抗33からコンデンサ35に向かう方向に電流Iioが流れる場合に、第1イオン電流検出信号Si1の波形が負の値となるように表している。このため、第1イオン電流検出信号Si1の値が負の値になるほど(図2において下方向に延びるほど)大きい電流Iioが流れていることを示している。また、図2では図示を省略しているが、第2イオン電流検出信号Si2は、第1イオン電流検出信号Si1の波形を振幅方向に縮小した波形となる。
【0055】
そして、図2に示す時刻t1にて、点火指令信号IGがローレベル(一般にグランド電位)からハイレベル(例えば、定電圧電源からの供給電圧5[V])になると、主制御用トランジスタ15がオン状態となり、一次電流i1(図2では図示省略)の通電が開始される。そして、時刻t2にて点火指令信号IGがハイレベルからローレベルになると、一次電流i1が遮断されて二次巻線L2に点火用高電圧が発生し、点火プラグ17の電極間に火花放電が発生する。
【0056】
時刻t2にて火花放電が発生した後、火花放電の継続時間が経過した時刻t3にて火花放電が終了すると、コンデンサ35の放電が開始される。すると、第1イオン電流検出信号Si1は、放電開始直後に負の領域において大きく変動(振動)したあと、一旦電圧値が0[V]に近づき、時刻t4を過ぎた後、徐々にイオン電流が増加する方向に電圧値が変化する。そして、時刻t5から僅かに経過した時点で、第1イオン電流検出信号Si1は、ピーク値を示し、そのあと徐々に0[V]に近付いていく。
【0057】
なお、時刻t3の直後における第1イオン電流検出信号Si1の大きな振動は、点火用高電圧の停止に伴い発生するノイズ成分であり、実際のイオン電流は、この振動が収束した後(時刻t4)から流れ始め、その後徐々に電流値が増加し、時刻t5から僅かに経過した時点でピーク値となり、そのあと徐々に電流値が減少していく。
【0058】
また、バンドパスフィルタ41から出力される第3イオン電流検出信号Si3は、時刻t5から時刻t6まで期間においては、比較的大きな値を示しており、このような波形を示すのは、ノッキングが発生しているためである。また、時刻t3から時刻t4までの期間、すなわち、火花放電の終了直後においても、第3イオン電流検出信号Si3が大きな値を示しているが、前述したように点火用高電圧の停止により発生したノイズ成分であり、ノッキングによるものではない。
【0059】
このため、第3イオン電流検出信号Si3に基づいてノッキング判定を行うには、点火用高電圧の停止による影響を避けることが望ましいことから、本実施例では、図2に示す時刻t5から時刻t6までの期間に相当する第3イオン電流検出信号Si3を用いてノッキング判定を行っている。なお、本実施例では、ECU21が、ノッキング判定に用いる第3イオン電流検出信号Si3の検出期間を設定して、この検出期間を第1ウインドウ信号W1を用いてノック判定回路47に通知している。
【0060】
そして、ノック判定回路47は、第3イオン電流検出信号Si3に基づき、前述したノッキング判定処理を行い、ノッキング検出信号Skを用いて判定結果をECU21に通知する。
また、第4イオン電流検出信号Si4は、第2イオン電流検出信号Si2を反転増幅回路43にて正負を反転させた波形であり、図2に示す第1イオン電流検出信号Si1の波形を振幅方向に縮小して正負を反転させた波形を示す。
【0061】
そして、第4イオン電流検出信号Si4についても、時刻t3から時刻t4までの期間に、点火用高電圧の停止により発生するノイズ成分を含んでいる。このことから、第4イオン電流検出信号Si4を用いて失火判定を行うには、この振動成分の影響を避けることが望ましいことから、本実施例では、図2に示す時刻t4から時刻t6までの期間に相当する第4イオン電流検出信号Si4を用いて失火判定を行っている。なお、本実施例では、ECU21が、失火判定に用いる第4イオン電流検出信号Si4の検出期間を設定し、この検出期間を第2ウインドウ信号W2を用いて失火判定回路49に通知している。
【0062】
次に、ECU21で実行される点火制御処理について説明する。
なお、ECU21は、内燃機関の運転状態に基づいて、内燃機関の火花放電発生時期(点火時期)、燃料噴射量、エンジン回転数等を総合的に制御するために備えられており、CPU,RAM,ROMおよび入出力部を主要部とするマイクロコンピュータ(以下、マイコンともいう)にて構成されている。そして、ECU21は、以下に説明する点火制御処理の他に、内燃機関の吸入空気量(吸気管圧力),回転速度,スロットル開度,冷却水温,吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理や、燃料噴射時期で燃料を吸気管内に供給するための燃料制御処理などを行っている。
【0063】
なお、点火制御処理は、内燃機関の始動後、例えば、内燃機関の回転角度(クランク角)を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気,圧縮,燃焼,排気を行う1燃焼サイクルに1回の割合で実行される。
そして、内燃機関が始動されて点火制御処理が開始されると、まず、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、読み込んだ運転状態に基づいて予め設定されたマップあるいは計算式を用いて、内燃機関の運転状態に適した点火時期を設定する。このとき読み込む運転状態の中には、判定回路45からノッキング検出信号Skおよび失火検出信号Smにより通知される運転状態が含まれている。
【0064】
なお、点火時期を設定するための上記マップあるいは計算式は、例えば、内燃機関のエンジン回転速度やエンジン負荷などの運転状態をパラメータとして、内燃機関の運転状態に応じた点火時期を設定するように構成されている。そして、ノッキングが発生している場合には、ノッキングの発生を抑制する方向に点火時期を補正し、また、失火が発生している場合には、失火を抑制する方向に点火時期を補正することで、点火時期等を補正する。
【0065】
そして、点火制御処理における次の処理では、設定された点火時期(図2における時刻t2)を基準として、この点火時期よりも所定時間だけ早い時刻(図2における時刻t1)で、点火指令信号IGをハイレベルに変化させて主制御用トランジスタ15をオン状態にすることで、一次電流i1の通電を開始する。ここでの所定時間とは、火花放電前の一次電流通電時間のことであり、着火性の劣る運転条件においても確実に燃料に着火できる火花放電を発生させるため、つまり、高い点火用高電圧を発生させるために、一次電流通電時間には点火コイルに十分な磁束エネルギを蓄積できる時間が予め設定されている。
【0066】
そして、点火制御処理における次の処理では、点火指令信号IGをハイレベルに変化させてから一次電流通電時間が経過した点火時期(図2における時刻t2)にて、点火指令信号IGをローレベルに変化させて、主制御用トランジスタ15をオフ状態にする。こうして主制御用トランジスタ15をオフ状態にすることで一次電流i1を急峻に遮断し、誘導起電力である点火用高電圧を二次巻線L2に発生させて、点火プラグ17に火花放電を発生させる。
【0067】
よって、点火制御処理は、内燃機関の運転状態に応じて点火時期を設定し、この点火時期から予め定められた一次電流通電時間だけ早い通電開始時期で点火指令信号IGをハイレベルに変化させて一次電流i1の通電を開始する(図2における時刻t1)。このあと、一次電流通電時間が経過した時点、すなわち、内燃機関の運転状態に応じて設定した点火時期(図2における時刻t2)で、点火指令信号IGをローレベルに変化させて、点火プラグ17の電極間に火花放電を発生させ、燃料混合気を燃焼させる処理を行っている。
【0068】
次に、第1ウインドウ信号W1の状態を制御するノック検出期間制御処理について説明する。
なお、ノック検出期間制御処理は、内燃機関の始動後、例えば、内燃機関の回転角度(クランク角)を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気,圧縮,燃焼,排気を行う1燃焼サイクルに1回の割合で実行される。
【0069】
そして、内燃機関が始動されてノック検出期間制御処理が開始されると、まず、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、読み込んだ運転状態に基づいて予め設定されたマップあるいは計算式を用いて、第1ウインドウ信号W1のハイレベル出力期間を設定する。このとき、ハイレベル出力期間の開始時期および終了時期が、点火時期を基準とする相対時期として設定される。
【0070】
なお、第1ウインドウ信号W1のハイレベル出力期間を設定するための上記マップあるいは計算式は、例えば、内燃機関のエンジン回転速度やエンジン負荷などの運転状態をパラメータとして、ノッキング判定に適した期間を第1ウインドウ信号W1のハイレベル出力期間として設定するように構成されている。
【0071】
そして、点火制御処理にて設定された点火時期(図2における時刻t2)を経過した後、マップあるいは計算式を用いて設定された第1ウインドウ信号W1のハイレベル出力期間の開始時期(図2における時刻t5)となると、第1ウインドウ信号W1をローレベルからハイレベルに変化させる。その後、第1ウインドウ信号W1のハイレベル出力期間の終了時期(図2における時刻t6)となると、第1ウインドウ信号W1をハイレベルからローレベルに変化させる。
【0072】
この第1ウインドウ信号W1をローレベルに変化させる処理が終了すると、ノック検出期間制御処理が終了する。
このように、ノック検出期間制御処理が、第1ウインドウ信号W1の状態を変化させることにより、ノック判定回路47にてノッキング判定処理が実行され、ノッキング判定が行われる。
【0073】
次に、第2ウインドウ信号W2の状態を制御する失火検出期間制御処理について説明する。
なお、失火検出期間制御処理は、内燃機関の始動後、例えば、内燃機関の回転角度(クランク角)を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気,圧縮,燃焼,排気を行う1燃焼サイクルに1回の割合で実行される。
【0074】
そして、内燃機関が始動されて失火検出期間制御処理が開始されると、まず、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、読み込んだ運転状態に基づいて予め設定されたマップあるいは計算式を用いて、第2ウインドウ信号W2のハイレベル出力期間を設定する。このとき、ハイレベル出力期間の開始時期および終了時期が、点火時期を基準とする相対時期として設定される。
【0075】
なお、第2ウインドウ信号W2のハイレベル出力期間を設定するための上記マップあるいは計算式は、例えば、内燃機関のエンジン回転速度やエンジン負荷などの運転状態をパラメータとして、失火判定に適した期間を第2ウインドウ信号W2のハイレベル出力期間として設定するように構成されている。
【0076】
そして、点火制御処理にて設定された点火時期(図2における時刻t2)を経過した後、マップあるいは計算式を用いて設定された第2ウインドウ信号W2のハイレベル出力期間の開始時期(図2における時刻t4)となると、第2ウインドウ信号W2をローレベルからハイレベルに変化させる。その後、第2ウインドウ信号W2のハイレベル出力期間の終了時期(図2における時刻t6)となると、第2ウインドウ信号W2をハイレベルからローレベルに変化させる。
【0077】
この第2ウインドウ信号W2をローレベルに変化させる処理が終了すると、失火検出期間制御処理が終了する。
このように、失火検出期間制御処理が、第2ウインドウ信号W2の状態を変化させることにより、失火判定回路49にて失火判定処理が実行され、失火判定が行われる。
【0078】
なお、本実施例の内燃機関の運転状態検出装置では、コンデンサ35が特許請求の範囲に記載の容量素子に相当し、抵抗31および抵抗33からなる直列回路が抵抗回路に相当し、抵抗31と抵抗33との接続点が抵抗回路の中点に相当し、イオン電流検出回路29がイオン電流検出手段に相当し、判定回路45が判定手段に相当し、バンドパスフィルタ41が特定成分抽出手段に相当し、第3イオン電流検出信号Si3が特定イオン電流検出信号に相当している。
【0079】
以上説明したように、本実施例のイオン電流を用いた内燃機関の運転状態検出装置では、第1イオン電流検出信号Si1および第2イオン電流検出信号Si2の振幅の異なる2個のイオン電流検出信号を用いて、内燃機関の運転状態を検出している。そして、第1イオン電流検出信号Si1は、抵抗31および抵抗33の各両端電圧の合計電圧である電位V2として出力され、第2イオン電流検出信号Si2は、抵抗31の両端電圧である電位V1として出力される。
【0080】
このとき、第1イオン電流検出信号Si1は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧(5[V])よりも高くなる電圧信号として出力され、その振幅は、第2イオン電流検出信号Si2の振幅に比べて大きくなり、微小な信号成分をより正確に検出できる。このため、バンドパスフィルタ41が、第1イオン電流検出信号Si1におけるノックに対応する所定周波数成分を抽出して第3イオン電流検出信号Si3として出力するにあたり、良好にノック周波数成分を抽出することができる。
【0081】
また、第3イオン電流検出信号Si3は、第1イオン電流検出信号Si1におけるノック周波数成分を抽出した信号であることから、第3イオン電流検出信号Si3の電圧上限値は、第1イオン電流検出信号Si1よりも低くなり、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧(5[V])以下となる電圧信号として出力される。これにより、第3イオン電流検出信号Si3が、判定回路45の駆動電圧よりも高電位の信号とならないため、判定回路45(詳細には、ノック判定回路47)の誤動作を防ぐことができる。
【0082】
さらに、第2イオン電流検出信号Si2は、第1イオン電流検出信号Si1に比べて振幅が小さい信号となるため、第1イオン電流検出信号Si1を用いる場合に比べて、イオン電流の波形全体を検出するために必要となる電圧範囲(電圧レンジ)を、狭い範囲に設定することができる。そして、イオンの発生の有無により失火判定する場合には、イオン電流波形の全体的な変化を検出する必要があるため、第2イオン電流検出信号を用いることで、イオン電流波形の全体的な変化を良好に検出することができ、失火判定を精度良く行うことができる。
【0083】
また、第2イオン電流検出信号Si2は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧(5[V])以下となる電圧信号として出力されるため、振幅を伸縮するための変換処理を行うことなく、イオン電流の波形全体を示す信号として判定回路45に入力することができる。なお、本実施例では、第2イオン電流検出信号Si2が負の値として出力されるため、反転増幅回路を用いて正負を反転させた第4イオン電流検出信号Si4が、判定回路45(詳細には、失火判定回路49)に入力されている。
【0084】
したがって、本実施例の内燃機関の運転状態検出装置によれば、判定回路45に入力されるイオン電流検出信号が、入力可能な電圧上限値(5[V])を上回ることがないため、イオン電流検出信号の電圧値が上昇することにより判定回路45が誤動作するのを防ぐことができる。また、第1イオン電流検出信号(第3イオン電流検出信号)および第2イオン電流検出信号(第4イオン電流検出信号)を用いることで、イオン電流波形における全体的な変化から微小な変化にわたり、波形の変化を詳細に検出することができ、内燃機関の運転状態を精度良く判定することができる。
【0085】
次に、第2実施例として、上記実施例(以下、第1実施例という)にくすぶり判定回路が追設された内燃機関の運転状態検出装置について説明する。
そして、図3に、第2実施例としての内燃機関の運転状態検出装置の構成を表す電気回路図を示す。なお、第1実施例と同様に、本第2実施例で説明する内燃機関の運転状態検出装置は複数の気筒を備えた内燃機関に適用することも可能であるが、図3では、図面を見やすくするために、1気筒分のみを記載している。
【0086】
図3に示すように、本第2実施例の内燃機関の運転状態検出装置1は、直流定電圧(例えば電圧12[V])を発生する直流電源装置(バッテリ)11と、一次巻線L1と二次巻線L2とを備えた点火コイル13と、一次巻線L1と直列接続されたnpn型パワートランジスタからなる主制御用トランジスタ15と、二次巻線L2とともに閉ループを形成して中心電極17aと接地電極17bとの間に火花放電を発生する点火プラグ17と、二次巻線L2および点火プラグ17からなる閉ループ上に設けられて燃料混合気の燃焼により発生するイオンにより流れるイオン電流を検出するためのイオン電流検出回路29と、入力信号における特定の周波数成分を抽出して出力するバンドパスフィルタ(BPF)41と、入力信号の正負を反転させた信号を出力する反転増幅回路43と、バンドパスフィルタ41および反転増幅回路43からの信号に基づき内燃機関の運転状態を判定する判定回路45と、主制御用トランジスタ15に対して点火指令信号IGを出力し、判定回路45からノッキング検出信号Skおよび失火検出信号Smが入力される電子制御装置(以下、ECUと呼ぶ)21と、を備えている。
【0087】
なお、第2実施例の内燃機関の運転状態検出装置1は、第1実施例の内燃機関の運転状態検出装置に、抵抗51、くすぶり判定回路55が追加された構成である。そこで、以下の説明では、これら追加された箇所を中心に説明する。
まず、抵抗51は、イオン電流検出回路29に備えられており、一端がツェナーダイオード37のアノードと接続され、他端が直流電源装置11の負極と同電位のグランドに接続されている。そして、抵抗51とツェナーダイオード37との接続点の電位V3が、放電電流検出信号S5として、判定回路45(詳細には、くすぶり判定回路55)に出力される。
【0088】
そして、点火用高電圧発生時に、コンデンサ35およびダイオード39からなる直列回路の両端電圧がツェナーダイオード37のツェナー電圧Vzと等しくなり、二次電流i2がツェナーダイオード37を通じて流れると、この二次電流i2が抵抗51に流れることになり、抵抗51の両端電圧が発生する。
【0089】
また、抵抗51は、点火用高電圧発生時の二次電流i2が流れることで発生する両端電圧(電位V3)の最大値が、定電圧電源からの供給電圧(5[V])以下となるように、抵抗値が設定されている。つまり、放電電流検出信号S5は、最大電圧が定電圧電源からの供給電圧(5[V])以下となる電圧信号として出力される。
【0090】
次に、くすぶり判定回路55について説明する。
くすぶり判定回路55は、判定回路45に備えられており、イオン電流検出回路29からの放電電流検出信号S5に基づきくすぶり判定を行う。また、くすぶり判定回路55は、放電電流検出信号S5の他に、ECU21からの第3ウインドウ信号W3が入力されており、第3ウインドウ信号W3がハイレベル(例えば、定電圧電源からの供給電圧5[V])である期間中に入力される放電電流検出信号S5の波形に基づき、くすぶり判定処理を行う。このくすぶり判定処理による判定結果に応じて、くすぶり判定回路55は、くすぶり検出信号ScをECU21に対して出力する。
【0091】
ここで、くすぶり判定回路55で実行されるくすぶり判定処理の処理内容について説明する。なお、くすぶり判定処理は、第3ウインドウ信号W3がローレベルからハイレベルに変化するとともに処理が開始される。
そして、くすぶり判定処理が開始されると、まず、くすぶり判定回路55からの放電電流検出信号S5の電圧値の積分処理を開始し、このあと、第3ウインドウ信号W3がハイレベルからローレベルに変化するまで積分処理を行い、放電電流検出信号S5の積分値SSを算出する。続いて、この積分値SSが、予め設定されているくすぶり判定用の判定基準値RSよりも小さいか否かを判断し、積分値SSが判定基準値RSよりも小さい場合に、くすぶり汚損が発生していると判定する。また、積分値SSが判定基準値RS以上である場合に、くすぶり汚損が発生していないと判定する。そして、くすぶり汚損が発生していると判定する場合には、くすぶり検出信号Scをハイレベルとして出力し、くすぶり汚損が発生していないと判定する場合には、くすぶり検出信号Scをローレベルとして出力する。
【0092】
このように、放電電流検出信号S5に基づきくすぶり判定を行い、判定結果に応じたくすぶり検出信号ScをECU21に出力すると、くすぶり判定処理が終了する。
なお、ECU21は、点火時期を基準としてくすぶり判定に適した期間(開始時期および終了時期)を設定しており、この期間中に第3ウインドウ信号W3をハイレベルとして出力し、それ以外の期間には第3ウインドウ信号W3をローレベルとして出力する。本実施例では、このようにECU21が、くすぶり判定に用いる放電電流検出信号S5の検出期間を設定して、この検出期間を第3ウインドウ信号W3を用いてくすぶり判定回路55に通知している。
【0093】
ここで、図2では図示を省略しているが、二次電流i2は、図2における時刻t2から時刻t3の期間に発生することから、この期間の放電電流検出信号S5を積分する必要があり、本実施例では、図2に示す時刻t2から時刻t3までの放電電流検出信号S5の積分値SSを用いてくすぶり判定を行っている。
【0094】
つまり、くすぶり判定回路55は、ECU21から通知された検出期間における放電電流検出信号S5に基づき、前述したくすぶり判定処理を行い、くすぶり検出信号Scを用いて判定結果をECU21に通知する。
次に、ECU21で実行されるくすぶり検出期間制御処理について説明する。なお、くすぶり検出期間制御処理は、第3ウインドウ信号W3の状態を制御するために実行される。
【0095】
なお、くすぶり検出期間制御処理は、内燃機関の始動後、例えば、内燃機関の回転角度(クランク角)を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気,圧縮,燃焼,排気を行う1燃焼サイクルに1回の割合で実行される。
【0096】
そして、内燃機関が始動されてくすぶり検出期間制御処理が開始されると、まず、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込み、読み込んだ運転状態に基づいて予め設定されたマップあるいは計算式を用いて、第3ウインドウ信号W3のハイレベル出力期間を設定する。
【0097】
なお、第3ウインドウ信号W3のハイレベル出力期間を設定するための上記マップあるいは計算式は、例えば、内燃機関のエンジン回転速度やエンジン負荷などの運転状態をパラメータとして、くすぶり判定に適した期間を第3ウインドウ信号W3のハイレベル出力期間として設定するように構成されている。このとき、ハイレベル出力期間の開始時期は、点火制御処理にて設定された点火時期(図2における時刻t2)と同時期に設定される。
【0098】
そして、点火制御処理にて設定された点火時期、つまり、マップあるいは計算式を用いて設定された第3ウインドウ信号W3のハイレベル出力期間の開始時期(図2における時刻t2)となると、第3ウインドウ信号W3をローレベルからハイレベルに変化させる。その後、第3ウインドウ信号W3のハイレベル出力期間の終了時期(図2における時刻t3)となると、第3ウインドウ信号W3をハイレベルからローレベルに変化させる。
【0099】
この第3ウインドウ信号W3をローレベルに変化させる処理が終了すると、くすぶり検出期間制御処理が終了する。
このように、くすぶり検出期間制御処理が、第3ウインドウ信号W3の状態を変化させることにより、くすぶり判定回路55にてくすぶり判定処理が実行され、くすぶり汚損の有無が判定される。
【0100】
なお、本第2実施例の内燃機関の運転状態検出装置では、抵抗51が特許請求の範囲における放電電流検出手段に相当し、くすぶり判定回路55がくすぶり判定手段に相当する。
以上説明したように、第2実施例の内燃機関の運転状態検出装置では、二次電流i2の大きさに応じて変化する電位V3を放電電流検出信号S5としてくすぶり判定回路55に入力し、くすぶり判定を行っている。
【0101】
ここで、点火用高電圧の印加時、すなわち火花放電時に点火プラグの電極間に流れる放電電流(二次電流)は、カーボンの有無により放電経路の抵抗値が異なることから、正常放電時と奥飛び放電時とでは異なる値を示す。このため、放電電流検出信号S5に基づき検出された火花放電時の放電電流を用いることで、正常放電であるか奥飛び放電であるかを判断することができ、ひいては、くすぶり汚損の有無を判断することが可能となる。
【0102】
そして、第2実施例では、放電電流検出信号S5の積分値SSを算出してくすぶり汚損の有無を判定していることから、放電電流検出信号S5の瞬時値を用いてくすぶり判定を行う手法に比べて、瞬時的に発生する外部からのノイズの影響を抑えることができる。
【0103】
よって、第2実施例の内燃機関の運転状態検出装置によれば、内燃機関の運転状態に影響を与える要因の1つであるくすぶり汚損の有無を、精度良く判定することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【0104】
例えば、上述した実施例では、ノック検出期間制御処理、失火検出期間制御処理、くすぶり検出期間制御処理を、1燃焼サイクルに1回の割合で実行しているが、複数回の燃焼サイクルに1回の割合で実行しても良い。これにより、判定回路での処理負荷の過度な上昇を抑えることができる。なお、各処理の実行間隔を広げることで処理負荷の低減が可能であるが、その半面、検出精度の低下する虞があるため、各処理の実行間隔については、内燃機関の運転に支障が生じない範囲で設定する必要がある。
【0105】
また、第2実施例におけるくすぶり判定の他の手法としては、放電電流検出信号が予め定められた検出基準値以上となる電流検出時間を算出し、この電流検出時間が正常放電と奥飛びとを識別するための所定の検出時間判定基準値よりも大きいか否かを判定してもよい。そして、電流検出時間が検出時間判定基準値以下であるときに奥飛びが発生したとして、くすぶり汚損有りと判定するのである。
【0106】
さらに、判定回路45での判定処理を、ECU21における内部処理として実現するように、内燃機関の運転状態検出装置を構成しても良い。
また、第2イオン電流検出信号Si2を生成する抵抗回路として、中点の位置が変更できるように構成されて、中点と両端との間の各抵抗値の割合が変更可能な抵抗回路を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例の内燃機関の運転状態検出装置の構成を表す電気回路図である。
【図2】 内燃機関の運転状態検出装置における各部の状態を表すタイムチャートである。
【図3】 第2実施例の内燃機関の運転状態検出装置の構成を表す電気回路図である。
【符号の説明】
1…運転状態検出装置、11…直流電源装置、13…点火コイル、15…主制御用トランジスタ、17…点火プラグ、17a…中心電極、17b…接地電極、21…電子制御装置(ECU)、29…イオン電流検出回路、31…抵抗、33…抵抗、35…コンデンサ、37…ツェナーダイオード、39…ダイオード、41…バンドパスフィルタ、43…反転増幅回路、45…判定回路、47…ノック判定回路、49…失火判定回路、51…抵抗、55…くすぶり判定回路、L1…一次巻線、L2…二次巻線。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In an internal combustion engine that burns a fuel mixture by spark discharge of a spark plug, the present invention detects a combustion state, an operating state, and the like of the fuel mixture based on an ionic current that flows due to ions generated by the combustion of the fuel mixture. The present invention relates to an operating state detection device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to detect the combustion state (misfire, knocking, etc.) of a fuel mixture in an internal combustion engine, an ionic current that flows due to ions generated in the vicinity of the spark plug electrode after the spark discharge of the ignition plug of the internal combustion engine is used. Technology is known. It is also possible to detect various operating states of the internal combustion engine (air-fuel ratio, air-fuel ratio lean limit, exhaust recirculation limit, etc.) in addition to the combustion state of the fuel mixture in the internal-combustion engine by using an ionic current. Is possible.
[0003]
That is, in the cylinder of the internal combustion engine, ions are generated during combustion (flame propagation) after spark discharge by the spark plug, and the resistance value between the electrodes of the spark plug changes according to the amount of the generated ion. The amount of ions generated varies depending on the combustion state of the fuel mixture and the operating state of the internal combustion engine. For this reason, after applying a high voltage for ignition to the spark plug (that is, after spark discharge of the spark plug), a voltage is applied from the outside to the spark plug, and the ionic current flowing thereby is detected, whereby the spark plug is detected. It is possible to detect a change in the resistance value between the electrodes (that is, a change in the combustion state or operating state of the fuel mixture).
[0004]
By the way, as a determination processing device that determines the operating state of the internal combustion engine based on the ionic current as described above, for example, there is a device that uses a voltage signal that changes in accordance with the ionic current. There is an upper voltage limit that can be entered. In other words, the determination processing device determines the magnitude of the input voltage signal, but cannot determine the magnitude of a voltage that is higher than the drive voltage supplied to drive the determination processing device. For example, since the determination processing device provided in the vehicle internal combustion engine operates using the output voltage from the in-vehicle power supply device (battery) as the driving voltage, the determination processing is performed when a voltage larger than the output voltage of the battery is input. The apparatus cannot operate normally, and in some cases, the determination processing apparatus may be destroyed. For this reason, in the determination processing device, a voltage value equal to the drive voltage is a voltage upper limit value that can be input as a voltage signal.
[0005]
Therefore, in order to control the input signal to the determination processing device to be equal to or lower than the voltage upper limit value, for example, an ion current detection device described in JP-A-10-318114 has been proposed. In this ion current detection device, the voltage value of the voltage signal corresponding to the ion current is controlled by dividing the resistance, and the voltage value of the voltage signal is controlled to be equal to or lower than the voltage upper limit value. Is suppressed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the ion current detection device described in the above publication, a minute signal component (for example, knocking (knock)) superimposed on the ion current waveform is accompanied by controlling the voltage signal input to the determination processing device to be equal to or lower than the voltage upper limit value. There arises a problem that the signal detection accuracy of the frequency component is lowered.
[0007]
In other words, controlling the voltage value of the voltage signal to be equal to or lower than the voltage upper limit value reduces the ionic current waveform as a whole in the amplitude direction, and as a result, about the minute signal component superimposed on the ionic current waveform. Is also reduced in the amplitude direction. Since the amplitude of such a small signal component becomes small, it becomes difficult to accurately detect a change in the small signal component, the signal detection accuracy is lowered, and the determination of the combustion state of the internal combustion engine and the like is accurate. Difficult to do.
[0008]
The present invention has been made in view of these problems, and in detecting the operating state of the internal combustion engine based on the ion current, it is possible to accurately determine the operating state of the internal combustion engine while suppressing a decrease in the signal detection accuracy of the ion current. An object of the present invention is to provide an operating state detection device for an internal combustion engine.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes a primary winding and a secondary winding, an ignition coil for generating a high voltage for ignition at both ends of the secondary winding, and a secondary winding. A spark plug that is connected in series to the winding and generates a discharge between the center electrode and the ground electrode when a high voltage for ignition is applied, and is stored after being charged with the high voltage for ignition. A capacitor element that applies a voltage between the center electrode and the ground electrode by discharging the generated charge; a resistor circuit configured by the resistor element and connected in series to the capacitor element; and the capacitor element and the resistor circuit And a zener diode that is connected in parallel to the series circuit and limits the voltage across the capacitive element during charging to a certain value or less, and ions generated between the center electrode and the ground electrode by application of voltage by the capacitive element Current An ionic current detection means that outputs the ionic current, and a determination means that determines the operating state of the internal combustion engine based on the ionic current detected by the ionic current detection means, and detects the operating state of the internal combustion engine based on the ionic current An internal combustion engine operating state detecting device, wherein the ion current detecting means outputs a voltage across the resistor circuit as a first ion current detection signal, and between one end of the resistor circuit and a middle point inside the resistor circuit. Is output as a second ion current detection signal,The resistance value between both ends of the resistance circuit provided in the ion current detection means is such that the maximum voltage value of the voltage output as the first ion current detection signal is larger than the supply voltage value from the constant voltage power supply. Is set,Specific component extraction means for extracting a specific frequency component from the first ion current detection signal and outputting the extracted signal component as a specific ion current detection signal is provided. The determination means includes the second ion current detection signal and the specific ion. The operating state of the internal combustion engine is determined based on the current detection signal.
[0010]
That is, in the operating state detecting device for an internal combustion engine of the present invention (Claim 1), when detecting the operating state of the internal combustion engine based on the ionic current, the ionic current detecting signals (the first ionic current detecting signal and the second ionic current detecting signal having different amplitudes) are detected. Ion current detection signal) is used.
Since the first ion current detection signal is output as a voltage across the entire resistance circuit, it is a signal having a large amplitude of a signal waveform generated when the ion current flows, and is based on a minute signal superimposed on the ion current. The fluctuation easily appears as the waveform of the first ion current detection signal. For this reason, when the specific component extraction unit extracts the specific frequency component from the ion current waveform, the specific frequency component can be accurately extracted by using the first ion current detection signal.
[0011]
Further, since the specific ion current detection signal output from the specific component extraction means is a signal obtained by extracting a specific frequency component in the first ion current detection signal, the voltage range in which the specific ion current detection signal fluctuates is One ion current detection signal is in a narrower range than the voltage range in which it fluctuates.
[0012]
For this reason, even when the maximum voltage value of the first ion current detection signal exceeds the voltage upper limit value that can be input to the determination means, the specific ion current detection signal rarely exceeds the voltage upper limit value that can be input to the determination means.The
  In particular, in the operating state detection apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the ion current detection is performed so that the maximum voltage value of the voltage output as the first ion current detection signal is larger than the supply voltage value from the constant voltage power supply. A resistance value between both ends of the resistance circuit provided in the means is set.
  As a result, the first ion current detection signal has at least an amplitude larger than the ion current detection signal set so that the entire waveform of the ion current can be input to the determination means, and a minute signal component is made a more accurate waveform. Can be represented. By using such a first ion current detection signal, a specific ion current detection signal that is a minute signal component included in the ion current detection signal can be detected satisfactorily.
Therefore, according to the internal combustion engine operating state detection device of the present invention, a minute signal component superimposed on the ion current waveform can be detected well, and the operating state detection accuracy of the internal combustion engine can be improved. .
Note that by further increasing the number of midpoints in the resistor circuit, more ion current detection signals in different voltage ranges (voltage ranges) can be generated, and detection accuracy can be further improved.
[0013]
Furthermore, since the second ion current detection signal is output as a voltage between one end and the middle point in the resistor circuit, the waveform amplitude when the ion current is generated is smaller than that of the first ion current detection signal. Become. For this reason, by using the second ion current detection signal, the voltage range required for detecting the entire waveform of the ion current is set to a narrower range than when the first ion current detection signal is used. Can do.
[0014]
From these, the determination means can detect the entire change of the ion current waveform from the second ion current detection signal by using the second ion current detection signal and the specific ion current detection signal, and the specific ion A minute signal change in the ion current waveform can be detected from the current detection signal. That is, the determination means can detect in detail the change in the ion current waveform ranging from the overall change to the minute change by inputting the second ion current detection signal and the specific ion current detection signal. As a result, the determination means can satisfactorily determine the operating state of the internal combustion engine based on the ion current detected with high accuracy.
[0015]
Therefore, according to the operation state detection apparatus for an internal combustion engine of the present invention (claim 1), the ion current waveform can be detected in detail without the ion current detection signal exceeding the voltage upper limit value that can be input to the determination means. This makes it possible to better detect the operating state of the internal combustion engine.
[0016]
When determining the operating state of the internal combustion engine by the determining means, as described in claim 2, the determining means performs misfire determination based on the second ion current detection signal, and based on the specific ion current detection signal. A knocking determination may be performed.
That is, the misfire determination is to determine whether or not the fuel mixture is normally burned, and can be determined based on whether or not ions are generated. In order to determine whether or not ions are generated, it is necessary to detect an overall change in the ion current waveform. Therefore, by using the second ion current detection signal, the overall change in the ion current waveform can be detected satisfactorily, and misfire determination can be performed with high accuracy.
[0017]
The knocking determination is made based on whether or not a vibration component having a specific frequency generated by knocking is superimposed on the ion current detection signal. However, since the vibration component due to knocking is a minute signal, ions having a small amplitude are used. Detection is relatively difficult from the current detection signal. On the other hand, since the first ion current detection signal has a large amplitude, fluctuation due to a minute signal is likely to appear in the waveform, and thus the frequency component corresponding to knocking is likely to appear in the waveform. And if a specific component extraction means extracts the frequency component corresponding to knocking from a 1st ion current detection signal, and outputs it as a specific ion current detection signal, the vibration component by knocking can be detected favorably. Therefore, by using the specific ion current detection signal, the vibration component generated by knocking can be detected well, and knocking determination can be performed with high accuracy.
[0018]
The determination means does not determine the operating state of different types of internal combustion engines based on the second ion current detection signal and the specific ion current detection signal, but rather the second ion current detection signal and the specific ion current detection signal. Both may be used to determine one item in the operating state of the internal combustion engine. In this way, it is possible to more accurately determine the operating state of the internal combustion engine by determining one item in the operating state of the internal combustion engine based on both the overall change and minute change of the ionic current. .
[0019]
By the way, the second ion current detection signal is a signal representing the magnitude of the ion current as a voltage value, and can be taken by the resistance value between one end and the middle point in the resistance circuit. The maximum value is determined. The determination means is generally realized by a microcomputer or an electronic circuit, etc., but these microcomputers or electronic circuits have a voltage upper limit value that can be input as a voltage signal in order to maintain normal operation. Exists.
[0020]
Therefore, in order to reliably detect the entire ion current waveform in the determination means, the maximum voltage value of the voltage output as the second ion current detection signal can be input to the determination means as described in claim 3. Each resistance value from the middle point to both ends in the resistance circuit provided in the ionic current detection means may be set so as to be equal to or less than the upper limit voltage. In other words, the ratio of each resistance value from the middle point to both ends in the resistor circuit is set so that the maximum voltage value generated between one end and the middle point of the resistor circuit is less than or equal to the upper limit voltage that can be input to the judgment means. To do.
[0021]
As a result, the voltage value as the second ion current detection signal does not become larger than the voltage upper limit value that can be input to the determination means, the operation of the determination means can be maintained normally, and the waveform of the ion current can be maintained. It becomes possible to detect the whole.
Therefore, according to the operating state detection device for an internal combustion engine of the present invention (Claim 3), the entire ion current waveform can be reliably detected, and the detection accuracy of the operating state of the internal combustion engine can be improved.
[0022]
  In general, a voltage lower than the drive voltage for driving a microcomputer or an electronic circuit is set as the voltage upper limit value.The
[0025]
By the way, as one of the factors that affect the operating state of the internal combustion engine, there is smoldering pollution caused by carbon or the like adhering to an insulator (insulator portion) around the center electrode of the spark plug. The ionic current waveform is also affected by smoldering contamination, but the ionic current waveform is more affected by the state of ion generation than the presence or absence of smoldering contamination, so there is a risk that the detection accuracy of smoldering contamination will be lowered.
[0026]
  In order to detect smoldering fouling of the spark plug in the above-described internal combustion engine operating state detection device, a claim is provided.4A discharge current detecting means for detecting a current flowing through the Zener diode during a discharge generated between the center electrode and the ground electrode by applying a high voltage for ignition, and a current detected by the discharge current detecting means And smolder determining means for performing smolder determination.
[0027]
In other words, the discharge current (secondary current) that flows between the electrodes of the spark plug at the time of discharge that occurs between the center electrode and the ground electrode due to the application of the high voltage for ignition is spark discharge (hereinafter referred to as the following spark discharge gap). Different waveforms are shown in the case of normal discharge) and in the case of so-called “backward discharge” in which spark discharge occurs through carbon attached to the insulator surface. That is, during normal discharge and during deep discharge, the resistance value of the discharge path varies depending on the presence or absence of carbon, so the discharge current shows a different value.
[0028]
For this reason, by using the current at the time of spark discharge detected by the discharge current detecting means, it is possible to determine whether the discharge is normal discharge or deep discharge, and in turn, it is possible to determine the presence or absence of smoldering contamination. It becomes possible.
As one of the methods for determining smoldering based on current, the current flowing during the spark discharge period is integrated between the electrodes of the spark plug, and the comparison result between the integrated value of the current and a predetermined integration determination reference value is obtained. There is a method for determining the presence or absence of smoldering contamination using the. For example, the discharge current flowing during the spark discharge occurrence period is integrated, and it is determined whether or not this discharge current integrated value is larger than a predetermined integration determination reference value for distinguishing between normal discharge and deepening, and the integrated value Is determined to be smoldering fouling, assuming that a jump occurs when the value is less than or equal to the integral determination reference value.
[0029]
As another method, a current detection time during which the current value of the current during the discharge period is equal to or greater than a predetermined detection reference value is calculated, and a comparison result between the current detection time and a predetermined detection time determination reference value A method for determining the presence or absence of smoldering stain using For example, it calculates a current detection time when the current flowing during discharge is equal to or greater than a detection reference value, and determines whether or not the current detection time is greater than a predetermined detection time determination reference value for distinguishing between normal discharge and skipping. When the current detection time is less than or equal to the detection time determination reference value, it is determined that there is smoldering contamination, assuming that a jump occurs.
[0030]
In addition, the method for performing the smoldering determination by calculating the integrated value of the current flowing at the time of discharge or the integrated value of the current detection time in this way is compared with the method of performing the smoldering determination using the instantaneous value of the current flowing at the time of discharging, The influence of external noise that occurs instantaneously can be suppressed.
[0031]
  Therefore, the claim4According to the internal combustion engine operating state detection device described in 1), it is possible to accurately determine the presence or absence of smoldering contamination, which is one of the factors affecting the operating state of the internal combustion engine.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is an electric circuit diagram showing the configuration of an internal combustion engine operating state detection device that detects an internal combustion engine operating state based on ion current. Note that the internal combustion engine operating state detection device described in the present embodiment can be applied to an internal combustion engine having a plurality of cylinders. However, in FIG. It is described.
[0033]
As shown in FIG. 1, the internal combustion engine operating state detection device 1 of the present embodiment includes a DC power supply (battery) 11 that generates a DC constant voltage (for example, a voltage of 12 [V]), a primary winding L1, and two An ignition coil 13 having a secondary winding L2, a main control transistor 15 composed of an npn-type power transistor connected in series with the primary winding L1, and a central electrode 17a by forming a closed loop together with the secondary winding L2. An ignition plug 17 that generates a spark discharge with respect to the ground electrode 17b, an ion current that is provided on a closed loop including the secondary winding L2 and the ignition plug 17 and that flows due to ions generated by the combustion of the fuel mixture is detected. An ionic current detection circuit 29 for extracting, a band pass filter (BPF) 41 for extracting and outputting a specific frequency component in the input signal, and the sign of the input signal are inverted An inverting amplifier circuit 43 that outputs a signal, a determination circuit 45 that determines the operating state of the internal combustion engine based on signals from the bandpass filter 41 and the inverting amplifier circuit 43, and an ignition command signal IG to the main control transistor 15 And an electronic control unit (hereinafter referred to as an ECU) 21 to which the knocking detection signal Sk and the misfire detection signal Sm are input from the determination circuit 45.
[0034]
The primary winding L1 of the ignition coil 13 has one end connected to the positive electrode of the DC power supply device 11 and the other end connected to the collector of the main control transistor 15. The secondary winding L <b> 2 has one end connected to the center electrode 17 a of the spark plug 17 and the other end connected to the ion current detection circuit 29. Furthermore, the ground electrode 17 b of the spark plug 17 is grounded to the ground having the same potential as the negative electrode of the DC power supply device 11. The base of the main control transistor 15 is connected to the output terminal of the ignition command signal IG in the ECU 21, and the emitter is grounded to the ground having the same potential as the negative electrode of the DC power supply device 11.
[0035]
Therefore, when the ignition command signal IG input to the base of the main control transistor 15 is at a low level (generally a ground potential), the base current does not flow through the main control transistor 15, and the main control transistor 15 In the off state, no current flows through the primary winding L1 through the main control transistor 15. When the ignition command signal IG is at a high level (for example, the supply voltage 5 [V] from the constant voltage power supply), the main control transistor 15 is turned on, and the ignition coil is connected to the ignition coil from the positive side of the DC power supply 11. An energization path of the primary winding L1 passing through the primary winding L1 of 13 through the main control transistor 15 to the negative electrode side of the DC power supply device 11 is formed, and the primary current i1 flows through the primary winding L1.
[0036]
Here, the on state of the main control transistor 15 represents a state in which the collector and the emitter of the main control transistor 15 are conductive (short-circuited state), and the off state represents the state of the main control transistor 15. This represents a state where the collector and emitter are not conducting (open state).
[0037]
Therefore, when the ignition command signal IG goes low when the ignition command signal IG goes low when the primary current i1 flows through the primary winding L1 due to the ignition command signal IG being high level, the primary winding L1 is turned off. The primary current i1 is stopped (cut off). Then, the magnetic flux density of the ignition coil 13 changes abruptly and a high voltage for ignition is generated in the secondary winding L2. This high voltage for ignition is applied to the spark plug 17, and the electrodes 17a-17b of the spark plug 17 are applied. A spark discharge occurs in the meantime.
[0038]
The ignition coil 13 generates a negative ignition high voltage lower than the ground potential on the center electrode 17a side of the spark plug 17 when the primary current i1 in the primary winding L1 is cut off by the main control transistor 15. It is configured. Thereby, the secondary current i2 flowing through the secondary winding L2 due to the spark discharge at the spark plug 17 passes from the center electrode 17a of the spark plug 17 to the ion current detection circuit 29 through the secondary winding L2. Flowing into.
[0039]
Next, the ion current detection circuit 29 will be described.
As shown in FIG. 1, the ionic current detection circuit 29 includes a resistor 31 having one end grounded to the ground having the same potential as the negative electrode of the DC power supply device 11, a resistor 33 connected in series to the resistor 31, and a resistor in the resistor 33. A capacitor 35 having one end connected to an end opposite to the 31 side, and a Zener diode 37 having an anode connected to the ground and a cathode connected to the end opposite to the connection side of the capacitor 35 to the resistor 33. And a diode 39 whose cathode is grounded and whose anode is connected to the connection point between the resistor 33 and the capacitor 35.
[0040]
In the ion current detection circuit 29, the diode 39 is connected in parallel to the series circuit including the resistor 31 and the resistor 33, and the Zener diode 37 is connected to the resistor 31, the resistor 33, and the capacitor 35. Is connected in parallel to the series circuit.
[0041]
Further, in the ion current detection circuit 29 configured as described above, the connection point between the capacitor 35 and the Zener diode 37 is connected to the secondary winding L2, and the connection point between the resistor 33 and the capacitor 35 is the band pass filter. 41, and a connection point between the resistor 31 and the resistor 33 is connected to the inverting amplifier circuit 43.
[0042]
In the ion current detection circuit 29, immediately after the ignition high voltage is generated in the secondary winding L2 and the spark discharge is generated, the secondary current i2 flowing from the secondary winding L2 is converted into the capacitor 35 and the diode 39. It flows through a route that passes through. When the secondary current i2 flows, the capacitor 35 is charged and the voltage across the capacitor 35 rises. The voltage across the series circuit composed of the capacitor 35 and the diode 39 is equal to the Zener voltage Vz of the Zener diode 37. Then, the secondary current i2 flows through the Zener diode 37. Therefore, the capacitor 35 is charged with a voltage Vc (= Vz−Vf) that is smaller than the Zener voltage Vz of the Zener diode 37 by the forward voltage Vf of the diode 39.
[0043]
After that, when the ignition high voltage in the secondary winding L2 is reduced and the spark discharge is finished, and the secondary current i2 due to the ignition high voltage stops flowing, the voltage charged in the capacitor 35 causes the center of the spark plug 17 to When an ionic current flows between the electrode 17a and the ground electrode 17b, a current Iio flows in the order of the capacitor 35, the secondary winding L2, the spark plug 17, the resistor 31, and the resistor 33. At this time, the voltage between both ends of the resistor 31 and the resistor 33 becomes a value proportional to the magnitude of the current Iio. The potential V2 at the connection point between the resistor 33 and the capacitor 35 is output to the bandpass filter 41 as the first ion current detection signal Si1, and the potential V1 at the connection point between the resistor 31 and the resistor 33 is the second ion current. The detection signal Si2 is output to the inverting amplifier circuit 43.
[0044]
The band-pass filter 41 extracts a predetermined frequency component (for example, 3 [kHz] to 20 [kHz]) corresponding to the knock in the first ion current detection signal Si1 from the ion current detection circuit 29 to extract the third ion. The current detection signal Si3 is output.
[0045]
Note that the resistor 31 and the resistor 33 have a maximum value of the voltage (potential V2) generated at both ends of the series circuit of the resistor 31 and the resistor 33 when the capacitor 35 is discharged. V]) and the maximum voltage of the third ion current detection signal Si3 is less than or equal to the supply voltage from the constant voltage power source, and the maximum value of the voltage (potential V1) generated across the resistor 31 is the constant voltage power source. Each resistance value is set so as to be equal to or lower than the supply voltage from. That is, the first ion current detection signal Si1 is output as a voltage signal whose maximum voltage is higher than the supply voltage from the constant voltage power supply, and the second ion current detection signal Si2 is the supply voltage from the constant voltage power supply. The third ion current detection signal Si3 is output as a voltage signal whose maximum voltage is equal to or lower than the supply voltage from the constant voltage power source.
[0046]
The inverting amplifier circuit 43 outputs a signal obtained by inverting the sign of the second ion current detection signal Si2 from the ion current detection circuit 29 as the fourth ion current detection signal Si4. In the inverting amplifier circuit 43 of this embodiment, the signal is not amplified, and the amplitude of the fourth ion current detection signal Si4 is equal to the amplitude of the second ion current detection signal Si2.
[0047]
Next, the determination circuit 45 will be described.
As shown in FIG. 1, the determination circuit 45 includes a knock determination circuit 47 that performs knock determination based on the third ion current detection signal Si3 output from the bandpass filter 41, and a fourth ion output from the inverting amplifier circuit 43. A misfire determination circuit 49 that performs misfire determination based on the current detection signal Si4. The determination circuit 45 is constituted by a CPU (hereinafter also referred to as a microcomputer) having a CPU, a RAM, a ROM, and an input / output unit as main parts. Further, since the determination circuit 45 operates using the supply voltage (5 [V]) from the constant voltage power supply as a drive voltage, the upper limit voltage value of a signal that can be input to the determination circuit 45 is 5 [V]. .
[0048]
The knock determination circuit 47 receives the first window signal W1 from the ECU 21 in addition to the third ion current detection signal Si3, and the first window signal W1 is at a high level (for example, supplied from a constant voltage power source). The knocking determination process is performed based on the waveform of the third ion current detection signal Si3 input during the period of voltage 5 [V]). In response to the determination result of the knock determination process, knock determination circuit 47 outputs a knock detection signal Sk to ECU 21.
[0049]
Here, the processing content of the knocking determination process executed by the knock determination circuit 47 will be described. The knocking determination process starts when the first window signal W1 changes from the low level to the high level.
When the knocking determination process is started, first, the third ion current detection signal Si3 from the bandpass filter 41 is compared with a preset specified value voltage Vs. Thereafter, during the period until the first window signal W1 changes from the high level to the low level, the time during which the third ion current detection signal Si3 is equal to or higher than the specified value voltage Vs is integrated. Subsequently, it is determined whether or not the accumulated time Ts is larger than a preset determination reference time Tk for knocking determination, and knocking occurs when the accumulated time Ts is larger than the determination reference time Tk. It is determined that Further, when the accumulated time Ts is equal to or shorter than the determination reference time Tk, it is determined that knocking has not occurred. When it is determined that knocking has occurred, the knocking detection signal Sk is output as a high level, and when it is determined that knocking has not occurred, the knocking detection signal Sk is output as a low level.
[0050]
As described above, when the knocking determination (knock determination) is performed based on the third ion current detection signal Si3 and the knocking detection signal Sk corresponding to the determination result is output to the ECU 21, the knocking determination process ends.
Note that the ECU 21 sets a period (start timing and end timing) suitable for knocking determination based on the ignition timing. During this period, the ECU 21 outputs the first window signal W1 as a high level, and during other periods. Outputs the first window signal W1 as a low level.
[0051]
Next, in addition to the fourth ion current detection signal Si4, the misfire determination circuit 49 receives the second window signal W2 from the ECU 21, and the second window signal W2 is at a high level (for example, from a constant voltage power source). The misfire determination is performed based on the waveform of the fourth ion current detection signal Si4 input during the period of the supply voltage 5 [V]). The misfire determination circuit 49 outputs a misfire detection signal Sm to the ECU 21 in accordance with the determination result of the misfire determination process.
[0052]
Here, the processing content of the misfire determination process executed by the misfire determination circuit 49 will be described. Note that the misfire determination process starts when the second window signal W2 changes from the low level to the high level.
When the misfire determination process is started, first, the fourth ion current detection signal Si4 from the inverting amplifier circuit 43 is compared with a preset misfire determination reference voltage Vm for misfire determination. Thereafter, until the second window signal W2 changes from the high level to the low level, it is determined whether or not the fourth ion current detection signal Si4 is equal to or higher than the misfire determination reference voltage Vm, and the second window signal W2 is An integrated time during which the fourth ion current detection signal Si4 is equal to or higher than the misfire determination reference voltage Vm during the high level period is calculated. Subsequently, it is determined whether or not the calculated integration time is equal to or less than a predetermined time set for misfire determination. When the integration time is equal to or less than a predetermined time, it is determined that misfire has occurred. When it is determined that misfire has occurred, the misfire detection signal Sm is output as a high level, and when it is determined that normal combustion is performed, the misfire detection signal Sm is output as a low level.
[0053]
As described above, when the misfire determination is performed based on the fourth ion current detection signal Si4 and the misfire detection signal Sm corresponding to the determination result is output to the ECU 21, the misfire determination process ends.
Note that the ECU 21 sets a period (start timing and end timing) suitable for misfire determination based on the ignition timing, and outputs the second window signal W2 as a high level during this period, and during other periods. Outputs the second window signal W2 as a low level.
[0054]
Here, FIG. 2 shows a time chart representing the states of the ignition command signal IG, the first ion current detection signal Si1, and the third ion current detection signal Si3 in the operating state detection device for the internal combustion engine of the present embodiment.
In FIG. 2, when the current Iio flows in the direction from the resistor 33 toward the capacitor 35 in the circuit diagram shown in FIG. 1, the waveform of the first ion current detection signal Si1 is expressed as a negative value. For this reason, it is shown that the larger the value of the first ion current detection signal Si1 is, the larger the current Iio flows (as it extends downward in FIG. 2). Although not shown in FIG. 2, the second ion current detection signal Si2 is a waveform obtained by reducing the waveform of the first ion current detection signal Si1 in the amplitude direction.
[0055]
When the ignition command signal IG changes from a low level (generally a ground potential) to a high level (for example, supply voltage 5 [V] from a constant voltage power supply) at time t1 shown in FIG. The ON state is entered, and energization of the primary current i1 (not shown in FIG. 2) is started. When the ignition command signal IG changes from the high level to the low level at time t2, the primary current i1 is cut off, a high voltage for ignition is generated in the secondary winding L2, and a spark discharge is generated between the electrodes of the spark plug 17. appear.
[0056]
After the spark discharge occurs at time t2, when the spark discharge ends at time t3 when the duration of the spark discharge has elapsed, the discharge of the capacitor 35 is started. Then, after the first ion current detection signal Si1 fluctuates (oscillates) in the negative region immediately after the start of discharge, the voltage value once approaches 0 [V], and after time t4, the ion current gradually increases. The voltage value changes in an increasing direction. Then, when a little has elapsed from time t5, the first ion current detection signal Si1 shows a peak value, and then gradually approaches 0 [V].
[0057]
Note that the large vibration of the first ion current detection signal Si1 immediately after time t3 is a noise component generated with the stop of the ignition high voltage, and the actual ion current is after the vibration has converged (time t4). The current value gradually increases after that, reaches a peak value at a point slightly after time t5, and then gradually decreases.
[0058]
In addition, the third ion current detection signal Si3 output from the bandpass filter 41 shows a relatively large value during the period from time t5 to time t6. Such a waveform shows knocking. It is because it is doing. Further, even during the period from time t3 to time t4, that is, immediately after the end of the spark discharge, the third ion current detection signal Si3 shows a large value, but as described above, it occurred due to the stop of the ignition high voltage. It is a noise component and not due to knocking.
[0059]
Therefore, in order to perform knocking determination based on the third ion current detection signal Si3, it is desirable to avoid the influence due to the stop of the ignition high voltage. Therefore, in this embodiment, from time t5 to time t6 shown in FIG. The knocking determination is performed using the third ion current detection signal Si3 corresponding to the period up to. In this embodiment, the ECU 21 sets a detection period of the third ion current detection signal Si3 used for knocking determination and notifies the knock determination circuit 47 of this detection period using the first window signal W1. .
[0060]
The knock determination circuit 47 performs the above-described knock determination process based on the third ion current detection signal Si3, and notifies the ECU 21 of the determination result using the knock detection signal Sk.
The fourth ion current detection signal Si4 has a waveform obtained by inverting the sign of the second ion current detection signal Si2 by the inverting amplifier circuit 43. The waveform of the first ion current detection signal Si1 shown in FIG. The waveform is shown by reversing and reversing positive and negative.
[0061]
The fourth ion current detection signal Si4 also includes a noise component generated by the stop of the ignition high voltage during the period from time t3 to time t4. Therefore, in order to perform misfire determination using the fourth ion current detection signal Si4, it is desirable to avoid the influence of this vibration component. Therefore, in this embodiment, from time t4 to time t6 shown in FIG. The misfire determination is performed using the fourth ion current detection signal Si4 corresponding to the period. In this embodiment, the ECU 21 sets a detection period of the fourth ion current detection signal Si4 used for misfire determination, and notifies the misfire determination circuit 49 of this detection period using the second window signal W2.
[0062]
Next, an ignition control process executed by the ECU 21 will be described.
The ECU 21 is provided to comprehensively control the spark discharge generation timing (ignition timing), fuel injection amount, engine speed, etc. of the internal combustion engine based on the operating state of the internal combustion engine. , ROM and a microcomputer (hereinafter, also referred to as a microcomputer) whose main part is an input / output part. In addition to the ignition control process described below, the ECU 21 detects the operating state of each part of the engine, such as the intake air amount (intake pipe pressure), rotation speed, throttle opening, cooling water temperature, intake air temperature, etc. of the internal combustion engine. Operation state detection processing, fuel control processing for supplying fuel into the intake pipe at the fuel injection timing, and the like are performed.
[0063]
The ignition control processing is performed after the internal combustion engine is started, for example, based on a signal from a crank angle sensor that detects the rotation angle (crank angle) of the internal combustion engine, the internal combustion engine performs intake, compression, combustion, and exhaust 1 Run once per combustion cycle.
Then, when the internal combustion engine is started and the ignition control process is started, first, the operation state of the internal combustion engine detected by the operation state detection process that is separately executed is read and set in advance based on the read operation state. The ignition timing suitable for the operating state of the internal combustion engine is set using the map or calculation formula. The operation state read at this time includes the operation state notified from the determination circuit 45 by the knocking detection signal Sk and the misfire detection signal Sm.
[0064]
Note that the map or calculation formula for setting the ignition timing is, for example, to set the ignition timing according to the operating state of the internal combustion engine using the operating state such as the engine speed of the internal combustion engine and the engine load as parameters. It is configured. If knocking has occurred, correct the ignition timing in a direction to suppress the occurrence of knocking. If misfire has occurred, correct the ignition timing in a direction to suppress misfire. Then correct the ignition timing.
[0065]
Then, in the next process in the ignition control process, the ignition command signal IG is set at a time (time t1 in FIG. 2) earlier than the ignition timing by using the set ignition timing (time t2 in FIG. 2) as a reference. Is changed to a high level to turn on the main control transistor 15 to start energization of the primary current i1. The predetermined time here is the primary current energization time before the spark discharge, in order to generate a spark discharge that can reliably ignite the fuel even under operating conditions with poor ignitability, that is, a high ignition high voltage. In order to generate this, a time during which sufficient magnetic flux energy can be accumulated in the ignition coil is set in advance in the primary current energization time.
[0066]
In the next process in the ignition control process, the ignition command signal IG is set to low level at the ignition timing (time t2 in FIG. 2) when the primary current energization time has elapsed since the ignition command signal IG was changed to high level. As a result, the main control transistor 15 is turned off. Thus, by turning off the main control transistor 15, the primary current i1 is sharply cut off, and an ignition high voltage as an induced electromotive force is generated in the secondary winding L2, and a spark discharge is generated in the spark plug 17. Let
[0067]
Therefore, the ignition control process sets the ignition timing according to the operating state of the internal combustion engine, and changes the ignition command signal IG to a high level at an energization start timing that is earlier than the ignition timing by a predetermined primary current energization time. Energization of the primary current i1 is started (time t1 in FIG. 2). Thereafter, the ignition command signal IG is changed to a low level at the time when the primary current energization time has elapsed, that is, at the ignition timing (time t2 in FIG. 2) set according to the operating state of the internal combustion engine, and the spark plug 17 A spark discharge is generated between the electrodes and the fuel mixture is burned.
[0068]
Next, a knock detection period control process for controlling the state of the first window signal W1 will be described.
The knock detection period control processing is performed after the internal combustion engine is started, for example, based on a signal from a crank angle sensor that detects the rotation angle (crank angle) of the internal combustion engine. It is executed at a rate of once per combustion cycle.
[0069]
When the internal combustion engine is started and the knock detection period control process is started, first, the operation state of the internal combustion engine detected in the operation state detection process that is separately executed is read, and based on the read operation state in advance. The high level output period of the first window signal W1 is set using the set map or calculation formula. At this time, the start timing and end timing of the high-level output period are set as relative timings based on the ignition timing.
[0070]
The above map or calculation formula for setting the high level output period of the first window signal W1 has a period suitable for knocking determination using, for example, the operating state such as the engine rotation speed and engine load of the internal combustion engine as a parameter. The high-level output period of the first window signal W1 is set.
[0071]
Then, after the ignition timing set in the ignition control process (time t2 in FIG. 2) has elapsed, the start timing (FIG. 2) of the high-level output period of the first window signal W1 set using a map or a calculation formula. At time t5), the first window signal W1 is changed from the low level to the high level. Thereafter, at the end of the high level output period of the first window signal W1 (time t6 in FIG. 2), the first window signal W1 is changed from the high level to the low level.
[0072]
When the process of changing the first window signal W1 to the low level is finished, the knock detection period control process is finished.
As described above, the knock detection period control process changes the state of the first window signal W1, so that the knock determination circuit 47 executes the knock determination process and performs the knock determination.
[0073]
Next, a misfire detection period control process for controlling the state of the second window signal W2 will be described.
The misfire detection period control process is performed after the start of the internal combustion engine, for example, based on a signal from a crank angle sensor that detects the rotation angle (crank angle) of the internal combustion engine. It is executed at a rate of once per combustion cycle.
[0074]
When the internal combustion engine is started and the misfire detection period control process is started, first, the operation state of the internal combustion engine detected in the operation state detection process that is separately executed is read, and based on the read operation state in advance. The high level output period of the second window signal W2 is set using the set map or calculation formula. At this time, the start timing and end timing of the high-level output period are set as relative timings based on the ignition timing.
[0075]
The above map or calculation formula for setting the high level output period of the second window signal W2 is a period suitable for misfire determination, for example, with the operating state of the internal combustion engine such as the engine speed and engine load as parameters. The high-level output period of the second window signal W2 is set.
[0076]
Then, after the ignition timing set in the ignition control process (time t2 in FIG. 2) has elapsed, the start timing (FIG. 2) of the high-level output period of the second window signal W2 set using a map or a calculation formula. At time t4), the second window signal W2 is changed from the low level to the high level. Thereafter, at the end of the high-level output period of the second window signal W2 (time t6 in FIG. 2), the second window signal W2 is changed from the high level to the low level.
[0077]
When the process of changing the second window signal W2 to the low level is finished, the misfire detection period control process is finished.
As described above, the misfire detection period control process changes the state of the second window signal W2, whereby the misfire determination circuit 49 executes the misfire determination process and performs the misfire determination.
[0078]
In the internal combustion engine operating state detection device according to the present embodiment, the capacitor 35 corresponds to the capacitive element recited in the claims, and the series circuit including the resistor 31 and the resistor 33 corresponds to the resistor circuit. The connection point with the resistor 33 corresponds to the middle point of the resistor circuit, the ion current detection circuit 29 corresponds to the ion current detection means, the determination circuit 45 corresponds to the determination means, and the bandpass filter 41 serves as the specific component extraction means. The third ion current detection signal Si3 corresponds to the specific ion current detection signal.
[0079]
As described above, in the operating state detection apparatus for an internal combustion engine using the ion current of the present embodiment, two ion current detection signals having different amplitudes of the first ion current detection signal Si1 and the second ion current detection signal Si2. Is used to detect the operating state of the internal combustion engine. The first ion current detection signal Si1 is output as a potential V2 that is the sum of the voltages at both ends of the resistor 31 and the resistor 33. The second ion current detection signal Si2 is output as a potential V1 that is the voltage across the resistor 31. Is output.
[0080]
At this time, the first ion current detection signal Si1 is output as a voltage signal whose maximum voltage is higher than the supply voltage (5 [V]) from the constant voltage power supply, and the amplitude thereof is the second ion current detection signal Si2. It becomes larger than the amplitude, and a minute signal component can be detected more accurately. Therefore, when the band-pass filter 41 extracts the predetermined frequency component corresponding to the knock in the first ion current detection signal Si1 and outputs it as the third ion current detection signal Si3, the knock frequency component can be extracted well. it can.
[0081]
Since the third ion current detection signal Si3 is a signal obtained by extracting the knock frequency component in the first ion current detection signal Si1, the voltage upper limit value of the third ion current detection signal Si3 is the first ion current detection signal. It is output as a voltage signal that is lower than Si1 and whose maximum voltage is not more than the supply voltage (5 [V]) from the constant voltage power supply. As a result, the third ion current detection signal Si3 does not become a signal having a higher potential than the drive voltage of the determination circuit 45, and thus malfunction of the determination circuit 45 (specifically, the knock determination circuit 47) can be prevented.
[0082]
Furthermore, since the second ion current detection signal Si2 has a smaller amplitude than the first ion current detection signal Si1, the entire ion current waveform is detected as compared with the case where the first ion current detection signal Si1 is used. The voltage range (voltage range) required for the operation can be set to a narrow range. When misfire determination is made based on whether or not ions are generated, since it is necessary to detect the overall change in the ion current waveform, the overall change in the ion current waveform can be achieved by using the second ion current detection signal. Can be detected satisfactorily, and misfire determination can be performed with high accuracy.
[0083]
In addition, the second ion current detection signal Si2 is output as a voltage signal whose maximum voltage is equal to or lower than the supply voltage (5 [V]) from the constant voltage power supply, so that conversion processing for expanding and contracting the amplitude is not performed. The signal indicating the entire waveform of the ion current can be input to the determination circuit 45. In the present embodiment, since the second ion current detection signal Si2 is output as a negative value, the fourth ion current detection signal Si4 obtained by inverting the positive / negative using the inverting amplifier circuit is determined by the determination circuit 45 (in detail). Is input to the misfire determination circuit 49).
[0084]
Therefore, according to the operating state detection apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment, the ion current detection signal input to the determination circuit 45 does not exceed the input voltage upper limit (5 [V]). It is possible to prevent the determination circuit 45 from malfunctioning due to an increase in the voltage value of the current detection signal. In addition, by using the first ion current detection signal (third ion current detection signal) and the second ion current detection signal (fourth ion current detection signal), from the overall change in the ion current waveform to the minute change, The change in waveform can be detected in detail, and the operating state of the internal combustion engine can be accurately determined.
[0085]
Next, as a second embodiment, an internal combustion engine operating state detection device in which a smoldering determination circuit is additionally provided in the above-described embodiment (hereinafter referred to as the first embodiment) will be described.
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing the configuration of the internal combustion engine operating state detection apparatus as the second embodiment. As in the first embodiment, the internal combustion engine operating state detection apparatus described in the second embodiment can be applied to an internal combustion engine having a plurality of cylinders. For ease of viewing, only one cylinder is shown.
[0086]
As shown in FIG. 3, the operating state detection device 1 for the internal combustion engine of the second embodiment includes a DC power supply device (battery) 11 that generates a DC constant voltage (for example, a voltage 12 [V]), and a primary winding L1. And the secondary coil L2, the main control transistor 15 comprising an npn-type power transistor connected in series with the primary coil L1, and the secondary coil L2 to form a closed loop to form the center electrode An ionic current flowing by the ions generated by the combustion of the fuel mixture provided on the closed loop composed of the spark plug 17 that generates a spark discharge between 17a and the ground electrode 17b, the secondary winding L2 and the spark plug 17 An ion current detection circuit 29 for detection, a band pass filter (BPF) 41 that extracts and outputs a specific frequency component in the input signal, and the polarity of the input signal is inverted. An inverting amplifier circuit 43 that outputs the detected signal, a determination circuit 45 that determines the operating state of the internal combustion engine based on signals from the bandpass filter 41 and the inverting amplifier circuit 43, and an ignition command signal IG to the main control transistor 15 And an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 21 to which the knocking detection signal Sk and the misfire detection signal Sm are input from the determination circuit 45.
[0087]
Note that the internal combustion engine operating state detection device 1 of the second embodiment has a configuration in which a resistor 51 and a smoldering determination circuit 55 are added to the internal combustion engine operating state detection device of the first embodiment. Therefore, in the following description, these added portions will be mainly described.
First, the resistor 51 is provided in the ion current detection circuit 29, and one end is connected to the anode of the Zener diode 37 and the other end is connected to the ground having the same potential as the negative electrode of the DC power supply device 11. The potential V3 at the connection point between the resistor 51 and the Zener diode 37 is output to the determination circuit 45 (specifically, the smolder determination circuit 55) as the discharge current detection signal S5.
[0088]
When the ignition high voltage is generated, when the voltage across the series circuit composed of the capacitor 35 and the diode 39 becomes equal to the Zener voltage Vz of the Zener diode 37 and the secondary current i2 flows through the Zener diode 37, the secondary current i2 Flows to the resistor 51, and a voltage across the resistor 51 is generated.
[0089]
In the resistor 51, the maximum value of the both-end voltage (potential V3) generated by the flow of the secondary current i2 when the ignition high voltage is generated is equal to or less than the supply voltage (5 [V]) from the constant voltage power source. Thus, the resistance value is set. That is, the discharge current detection signal S5 is output as a voltage signal whose maximum voltage is equal to or lower than the supply voltage (5 [V]) from the constant voltage power supply.
[0090]
Next, the smoldering determination circuit 55 will be described.
The smolder determination circuit 55 is provided in the determination circuit 45, and performs smolder determination based on the discharge current detection signal S5 from the ion current detection circuit 29. The smolder determination circuit 55 receives the third window signal W3 from the ECU 21 in addition to the discharge current detection signal S5, and the third window signal W3 is at a high level (for example, the supply voltage 5 from the constant voltage power source). The smoldering determination process is performed based on the waveform of the discharge current detection signal S5 input during the period [V]). The smolder determination circuit 55 outputs a smolder detection signal Sc to the ECU 21 according to the determination result of the smolder determination process.
[0091]
Here, the processing content of the smoldering determination process executed by the smoldering determination circuit 55 will be described. Note that the smoldering determination process starts when the third window signal W3 changes from the low level to the high level.
When the smoldering determination process is started, first, the integration process of the voltage value of the discharge current detection signal S5 from the smoldering determination circuit 55 is started, and then the third window signal W3 changes from the high level to the low level. Integration processing is performed until an integral value SS of the discharge current detection signal S5 is calculated. Subsequently, it is determined whether or not the integral value SS is smaller than a preset determination reference value RS for smoldering determination. When the integral value SS is smaller than the determination reference value RS, smoldering contamination occurs. It is determined that Further, when the integral value SS is equal to or greater than the determination reference value RS, it is determined that smoldering contamination has not occurred. When it is determined that smoldering contamination has occurred, the smolder detection signal Sc is output as a high level, and when it is determined that smoldering contamination has not occurred, the smolder detection signal Sc is output as a low level. To do.
[0092]
As described above, when the smolder determination is performed based on the discharge current detection signal S5 and the smolder detection signal Sc corresponding to the determination result is output to the ECU 21, the smolder determination process ends.
The ECU 21 sets a period (start timing and end timing) suitable for smoldering determination based on the ignition timing. During this period, the ECU 21 outputs the third window signal W3 as a high level, and during other periods. Outputs the third window signal W3 as a low level. In this embodiment, the ECU 21 thus sets the detection period of the discharge current detection signal S5 used for the smolder determination, and notifies the smolder determination circuit 55 of this detection period using the third window signal W3.
[0093]
Here, although not shown in FIG. 2, since the secondary current i2 is generated in the period from time t2 to time t3 in FIG. 2, it is necessary to integrate the discharge current detection signal S5 in this period. In this embodiment, the smoldering determination is performed using the integral value SS of the discharge current detection signal S5 from time t2 to time t3 shown in FIG.
[0094]
That is, the smolder determination circuit 55 performs the above-described smolder determination process based on the discharge current detection signal S5 in the detection period notified from the ECU 21, and notifies the ECU 21 of the determination result using the smolder detection signal Sc.
Next, the smoldering detection period control process executed by the ECU 21 will be described. The smoldering detection period control process is executed to control the state of the third window signal W3.
[0095]
The smoldering detection period control process is performed after the internal combustion engine is started, for example, based on a signal from a crank angle sensor that detects a rotation angle (crank angle) of the internal combustion engine. It is executed at a rate of once per combustion cycle.
[0096]
When the internal combustion engine is started and the smoldering detection period control process is started, first, the operation state of the internal combustion engine detected in the operation state detection process that is separately executed is read, and based on the read operation state in advance. The high level output period of the third window signal W3 is set using the set map or calculation formula.
[0097]
Note that the above map or calculation formula for setting the high level output period of the third window signal W3 has a period suitable for smoldering determination using, for example, the operating state such as the engine speed of the internal combustion engine and the engine load as a parameter. The high-level output period of the third window signal W3 is set. At this time, the start timing of the high-level output period is set at the same time as the ignition timing (time t2 in FIG. 2) set in the ignition control process.
[0098]
When the ignition timing set in the ignition control process, that is, the start timing (time t2 in FIG. 2) of the high-level output period of the third window signal W3 set using a map or a calculation formula, The window signal W3 is changed from the low level to the high level. Thereafter, at the end of the high level output period of the third window signal W3 (time t3 in FIG. 2), the third window signal W3 is changed from the high level to the low level.
[0099]
When the process of changing the third window signal W3 to the low level is finished, the smoldering detection period control process is finished.
As described above, the smolder detection period control process changes the state of the third window signal W3, so that the smolder determination circuit 55 executes the smolder determination process, and determines the presence or absence of smolder contamination.
[0100]
In the internal combustion engine operating state detection device of the second embodiment, the resistor 51 corresponds to the discharge current detection means in the claims, and the smolder determination circuit 55 corresponds to the smolder determination means.
As described above, in the internal combustion engine operating state detection apparatus according to the second embodiment, the potential V3 that changes according to the magnitude of the secondary current i2 is input to the smolder determination circuit 55 as the discharge current detection signal S5, and the smoldering is detected. Judgment is being made.
[0101]
Here, the discharge current (secondary current) that flows between the electrodes of the spark plug during application of a high voltage for ignition, that is, during spark discharge, differs in the resistance value of the discharge path depending on the presence or absence of carbon. The value is different from that at the time of jump discharge. For this reason, by using the discharge current at the time of spark discharge detected based on the discharge current detection signal S5, it is possible to determine whether the discharge is normal discharge or deep discharge, and in turn, the presence or absence of smoldering contamination is determined. It becomes possible to do.
[0102]
In the second embodiment, since the integral value SS of the discharge current detection signal S5 is calculated to determine the presence or absence of smoldering contamination, the method for performing smoldering determination using the instantaneous value of the discharge current detection signal S5 is used. In comparison, it is possible to suppress the influence of external noise that occurs instantaneously.
[0103]
Therefore, according to the operating state detection apparatus for an internal combustion engine of the second embodiment, it is possible to accurately determine the presence or absence of smoldering contamination, which is one of the factors affecting the operating state of the internal combustion engine.
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various aspect can be taken.
[0104]
For example, in the above-described embodiment, the knock detection period control process, the misfire detection period control process, and the smolder detection period control process are executed at a rate of once per combustion cycle, but once every multiple combustion cycles. It may be executed at a rate of. Thereby, an excessive increase in the processing load in the determination circuit can be suppressed. Although it is possible to reduce the processing load by widening the execution interval of each process, on the other hand, there is a possibility that the detection accuracy may be lowered, so that the operation interval of each process may hinder the operation of the internal combustion engine. It is necessary to set within the range.
[0105]
In addition, as another method for determining smoldering in the second embodiment, a current detection time when the discharge current detection signal is equal to or greater than a predetermined detection reference value is calculated, and the current detection time is determined as normal discharge and skipping. It may be determined whether or not it is larger than a predetermined detection time determination reference value for identification. Then, when the current detection time is equal to or less than the detection time determination reference value, it is determined that there is smoldering contamination, assuming that there is a jump.
[0106]
Furthermore, the operating state detection device for the internal combustion engine may be configured so that the determination process in the determination circuit 45 is realized as an internal process in the ECU 21.
Further, as the resistor circuit that generates the second ion current detection signal Si2, a resistor circuit that is configured so that the position of the middle point can be changed and the ratio of each resistance value between the middle point and both ends can be changed is used. May be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a configuration of an internal combustion engine operating state detection apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a time chart showing the state of each part in the operating state detection device for the internal combustion engine.
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing the configuration of an internal combustion engine operating state detection apparatus according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Operating condition detection apparatus, 11 ... DC power supply device, 13 ... Ignition coil, 15 ... Main control transistor, 17 ... Spark plug, 17a ... Center electrode, 17b ... Ground electrode, 21 ... Electronic control unit (ECU), 29 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Ion current detection circuit, 31 ... Resistance, 33 ... Resistance, 35 ... Capacitor, 37 ... Zener diode, 39 ... Diode, 41 ... Band pass filter, 43 ... Inversion amplifier circuit, 45 ... Determination circuit, 47 ... Knock determination circuit, 49 ... Misfire determination circuit, 51 ... Resistance, 55 ... Smoldering determination circuit, L1 ... Primary winding, L2 ... Secondary winding.

Claims (4)

一次巻線と二次巻線とを備え、該二次巻線の両端に点火用高電圧を発生する点火コイルと、
前記二次巻線に直列接続され、前記点火用高電圧が印加されることにより、中心電極と接地電極との間に放電を発生する点火プラグと、を備えると共に、
前記点火用高電圧により充電された後、蓄積した電荷を放電することにより、前記中心電極と前記接地電極との間に電圧を印加する容量素子と、抵抗素子により構成されると共に該容量素子に直列接続される抵抗回路と、該容量素子および該抵抗回路からなる直列回路に並列接続され、充電時の前記容量素子の両端電圧を一定値以下に制限するツェナーダイオードと、を備えて、前記容量素子による前記電圧の印加により前記中心電極と前記接地電極との間に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
該イオン電流検出手段により検出されたイオン電流に基づき、内燃機関の運転状態を判定する判定手段と、
を備えて、イオン電流に基づいて内燃機関の運転状態を検出する内燃機関の運転状態検出装置であって、
前記イオン電流検出手段は、前記抵抗回路の両端電圧を第1イオン電流検出信号として出力すると共に、前記抵抗回路における一端と該抵抗回路内部の中点との間の電圧を第2イオン電流検出信号として出力し、
前記第1イオン電流検出信号として出力される電圧の最大電圧値が、定電圧電源からの供給電圧値よりも大きくなるように、前記イオン電流検出手段に備えられる前記抵抗回路の両端間の抵抗値が設定されており、
前記第1イオン電流検出信号から特定の周波数成分を抽出し、該抽出した信号成分を特定イオン電流検出信号として出力する特定成分抽出手段、が設けられ、
前記判定手段は、前記第2イオン電流検出信号および前記特定イオン電流検出信号に基づき、内燃機関の運転状態を判定すること、
を特徴とする内燃機関の運転状態検出装置。
An ignition coil comprising a primary winding and a secondary winding, and generating a high voltage for ignition at both ends of the secondary winding;
A spark plug that is connected in series to the secondary winding and generates a discharge between the center electrode and the ground electrode when the ignition high voltage is applied, and
After being charged with the high voltage for ignition, the accumulated charge is discharged to thereby apply a voltage between the center electrode and the ground electrode, and a resistance element. A resistor circuit connected in series; and a Zener diode connected in parallel to a series circuit composed of the capacitor element and the resistor circuit, and limiting a voltage across the capacitor element during charging to a predetermined value or less. An ion current detecting means for detecting an ion current generated between the center electrode and the ground electrode by application of the voltage by an element;
Determination means for determining the operating state of the internal combustion engine based on the ion current detected by the ion current detection means;
An internal combustion engine operating state detection device for detecting an internal combustion engine operating state based on an ion current,
The ion current detection means outputs a voltage across the resistor circuit as a first ion current detection signal, and outputs a voltage between one end of the resistor circuit and a middle point in the resistor circuit as a second ion current detection signal. Output as
A resistance value between both ends of the resistance circuit provided in the ion current detection means so that a maximum voltage value of the voltage output as the first ion current detection signal is larger than a supply voltage value from a constant voltage power source. Is set,
Specific component extraction means for extracting a specific frequency component from the first ion current detection signal and outputting the extracted signal component as a specific ion current detection signal is provided,
The determination means determines an operating state of the internal combustion engine based on the second ion current detection signal and the specific ion current detection signal;
An operating state detecting device for an internal combustion engine characterized by the above.
前記判定手段は、前記第2イオン電流検出信号に基づき失火判定を行い、前記特定イオン電流検出信号に基づきノッキング判定を行うこと、
を特徴とする請求項1に記載の内燃機関の運転状態検出装置。
The determination means performs misfire determination based on the second ion current detection signal, and performs knocking determination based on the specific ion current detection signal;
The operating state detecting device for an internal combustion engine according to claim 1.
前記第2イオン電流検出信号として出力される電圧の最大電圧値が、前記判定手段に入力可能な電圧上限値以下となるように、前記イオン電流検出手段に備えられる前記抵抗回路における前記中点から両端までの各抵抗値が設定されたこと、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の運転状態検出装置。
From the middle point in the resistance circuit provided in the ion current detection means so that the maximum voltage value of the voltage output as the second ion current detection signal is equal to or less than the voltage upper limit value that can be input to the determination means. Each resistance value to both ends is set,
The operating state detecting device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized by the above-mentioned.
前記点火用高電圧の印加により前記中心電極と前記接地電極との間に発生した放電時に前記ツェナーダイオードに流れる電流を検出する放電電流検出手段と、A discharge current detecting means for detecting a current flowing through the Zener diode at the time of discharge generated between the center electrode and the ground electrode by application of the ignition high voltage;
該放電電流検出手段により検出される電流に基づき、くすぶり判定を行うくすぶり判定手段と、を備えたこと、  Smoldering determining means for performing smoldering determination based on the current detected by the discharge current detecting means;
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の内燃機関の運転状態検出装置。  The operating state detecting device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein
JP2000313611A 2000-10-13 2000-10-13 RUNNING STATE DETECTION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE Expired - Fee Related JP4408550B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000313611A JP4408550B2 (en) 2000-10-13 2000-10-13 RUNNING STATE DETECTION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000313611A JP4408550B2 (en) 2000-10-13 2000-10-13 RUNNING STATE DETECTION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002122064A JP2002122064A (en) 2002-04-26
JP4408550B2 true JP4408550B2 (en) 2010-02-03

Family

ID=18793003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000313611A Expired - Fee Related JP4408550B2 (en) 2000-10-13 2000-10-13 RUNNING STATE DETECTION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4408550B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002122064A (en) 2002-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6512375B1 (en) Method of detecting spark plug fouling and ignition system having means for carrying out the same
JP3715082B2 (en) Knock control device for internal combustion engine
US6222368B1 (en) Ion current detection apparatus
JP4528469B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
US5925819A (en) Combustion monitoring apparatus for internal combustion engine
JPH05149230A (en) Knocking detecting device for internal combustion engine
US6725834B2 (en) Ignition system with ion current detecting circuit
US10934991B2 (en) Internal combustion engine combustion state detecting device
JP2006077762A (en) Ion current detecting device for internal combustion engine
JP4408550B2 (en) RUNNING STATE DETECTION DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE
JP4141014B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
JP2002202039A (en) Smoldering elimination control method
JP4005815B2 (en) Misfire detection device
JP2007032352A (en) Ignition device equipped with ion current detection device
JP2008261304A (en) Ion current detection device for internal combustion engine
JP4169266B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
JP4521502B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
JP2009203864A (en) Combustion state detection device and ignition control system
JP3577217B2 (en) Spark plug smoldering detector for internal combustion engine
JP2007309274A (en) Combustion condition determining device for internal combustion engine
JPH1122615A (en) Knock detecting method and device for internal combustion engine
JPH11351053A (en) Knocking detecting device for internal-combustion engine
JP2003286933A (en) Ignition device for internal combustion engine
JPH08210175A (en) Knock detecting device for engine
JP2002138892A (en) Knock detection method using ion current

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061211

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090529

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090602

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090731

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091013

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091110

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees