JP4782036B2 - 内燃機関用の燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車エンジンなどの内燃機関において、その燃焼を適切に制御できる装置に関し、特に、スパイクノイズが重畳したイオン電流であったり、或いは、イオン電流の発生位置を正確に特定できない場合であっても、イオン電流のピーク値を正確に抽出できる燃焼制御装置に関する。

内燃機関の燃焼室で混合気を燃焼させるとイオンが発生することが一般に知られている。そして、昨今、このイオンに対応するイオン電流に着目した燃焼制御の研究が盛んであり、計測したイオン電流に基づいてノッキング検出や失火検出をする試みがなされている。特に、イオン電流のピーク位置やそのピーク値は、重要な制御パラメータであり、例えば、ピーク値の有無によって失火判定をするとか、或いは、ピーク位置とピーク値とに基づいて点火タイミングの遅角制御や進角制御を行うなどの制御が可能となる。

図８（ａ）は、イオン電流を検出して燃焼制御を行う従来の回路構成を例示したものである。図示の通り、この燃焼制御装置は、イオン電流検出回路５０と、イオン電流検出回路５０の検出信号ＳＧのピーク値を検出するピークホールド回路５１と、内燃機関各部の動作を制御するワンチップマイコン５２とで構成されている。

ピークホールド回路５１は、イオン電流検出回路５０の検出信号ＳＧを受け、切出しウインドＷｉｎの時間幅における検出信号ＳＧの最大値を保持する構成を有している。また、ワンチップマイコン５２は、ＣＰＵコアと、メモリと、Ａ／Ｄ変換器と、出力ポートとを内蔵しており、ピークホールド回路５１のアナログ出力は、Ａ／Ｄ変換器においてデジタル変換されてメモリに記憶されるようになっている。なお、ワンチップマイコン５２は、ピークホールド回路５１の動作時間を規定する切出しウインドＷｉｎを、出力ポートを通して、ピークホールド回路５１に指示している。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の燃焼制御装置の正常な動作状態を示すタイムチャートである。図示の通り、検出信号ＳＧは、比較的緩やかに増減する本来のイオン電流波形の手前に、鋭く増減する第1ピークを含むのが通例である。但し、図示例では、検出信号ＳＧにスパイクノイズが重畳しておらず、また、検出信号ＳＧと切出しウインドＷｉｎとの位置関係は適切に設定されている。ここで、切出しウインドＷｉｎは、動的に変化する運転条件に基づいて決定され、本来のイオン電流波形を確実に含むよう、やや広めの領域が確保されている。そして、図７（ｂ）に示す正常動作状態では、Ａ／Ｄ変換器に、検出信号ＳＧの正確な第２ピークのピーク値が供給されるので、ワンチップマイコン５２は正確なピーク値を取得することが可能となる。

しかしながら、イオン電流検出回路５０からの検出信号ＳＧのバラツキによっては、切出しウインドＷｉｎの中に第１ピークが入ってしまう場合がある。図７（ｃ）は、この異常状態を図示したものであり、切出しウインドＷｉｎの領域中に第１ピークが含まれるため、ピークホールド回路５１からは第１ピークのレベル値が出力されてしまうことになる（誤動作（１））。

また、図７（ｄ）に示すように、イオン電流に、コロナ放電ノイズなどのスパイクノイズが重畳することもある。この場合には、ピークホールド回路５１から、スパイクノイズのピーク値が出力されることになる（誤動作（２））。

ところで、自動車エンジンなどの内燃機関の動作状態は、時々刻々変化するので、イオン電流と切出しウインドＷｉｎとの位置関係を、常に最適状態に維持することは困難であり、したがって、不正確な位置関係であってもイオン電流検出回路５０からの検出信号ＳＧのピーク値を正確に特定できる装置が強く望まれるところである。また、もしピークホールド回路を省略することができれば、装置規模をより小型化することも可能となり更に望ましい。

そして、検出信号のピーク位置を正確に特定できれば、より確実なＭＢＴ(Minimum spark advance for Best Torque)制御も可能となる。すなわち、内燃機関が正常に燃焼している場合、イオン電流は第１ピークを示した後、上死点ＴＤＣの手前で減少して再び増加し、燃焼圧が最大となるクランク角の近傍で最大となり、イオン電流の第２ピークを示す（図９参照）。そして、点火時期がＭＢＴに適合している場合には、燃焼圧の最大値となる圧力ピーク位置が、上死点ＴＤＣから特定のクランク角度だけ遅角した点に一致する。燃焼圧のピーク位置は、例えば、上死点から１５°ＣＡ（クランク角）遅角した位置に現れる。

一方、燃焼圧のピーク位置とイオン電流の第二ピーク位置とは、ほぼ一致するので、イオン電流の第２ピーク位置を正確に把握して、第２ピーク位置が上死点ＴＤＣからどれだけ遅角あるいは進角しているかを判定することで、その時の点火時期がＭＢＴに対して、どの程度ずれているかを判定することができる。

本発明は、これらの課題に着目してなされたものであって、内燃機関の動作状態の変動に拘わらず、常に、イオン電流のピーク位置及びピーク値を正確に抽出できる燃焼制御装置を提供することを目的とする。また、正確に抽出されたピーク位置に基づいて正確なＭＢＴ制御を実現する燃焼制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、燃焼室の混合気の燃焼時に発生するイオンに対応したイオン電流を検出する信号検出部と、信号検出部の検出信号を直接的に受け、これをデジタル変換して得られるデジタルデータを微分演算し、その演算結果が所定値を超える第１状態かそれ以外の第２状態かを二値的に判定するデータ判定部と、データ判定部での判定結果に基づき、イオン電流のピーク位置に特定するピーク特定部と、を有する燃焼制御装置であって、ピーク特定部は、データ判定部の判定結果を時間順次に評価して、第１状態が連続すると、その連続個数を計数カウントでカウントする計数手段と、データ判定部の判定結果を時間順次に評価して、第２状態を検出すると、その連続個数が限界値を超えるか否かを判定する第１手段と、第１手段の判定の結果、第２状態の連続個数が限界値を超えない場合には、計数カウントのカウント値をそのまま維持する一方、限界値を越える場合には、計数カウントのカウント値を初期値に戻す第２手段と、を有して構成され、計数カウンタのカウント値が最大値を示す位置をイオン電流のピーク位置に特定している。

また、請求項６に係る発明は、燃焼室の混合気の燃焼時に発生するイオンに対応したイオン電流を検出する信号検出部と、信号検出部の検出信号を直接的に受け、これをデジタル変換して得られるデジタルデータを微分演算し、その演算結果が所定値を超える第１状態かそれ以外の第２状態かを二値的に判定するデータ判定部と、データ判定部での判定結果に基づき、イオン電流のピーク位置に特定するピーク特定部と、特定されたピーク位置に基づいて、ＭＢＴが実現されるよう点火時期を決定する点火手段と、を有する燃焼制御装置であって、ピーク特定部は、データ判定部の判定結果を時間順次に評価して、第１状態が連続すると、その連続個数を計数カウントでカウントする計数手段と、データ判定部の判定結果を時間順次に評価して、第２状態を検出すると、その連続個数が限界値を超えるか否かを判定する第１手段と、第１手段の判定の結果、第２状態の連続個数が限界値を超えない場合には、計数カウントのカウント値をそのまま維持する一方、限界値を越える場合には、計数カウントのカウント値を初期値に戻す第２手段と、を有して構成され、計数カウンタのカウント値が最大値を示す位置をイオン電流のピーク位置に特定している。

本発明では、検出信号を直接的に受け、ピークホールド回路などの波形処理回路を介在させないので、低コスト化を実現できると共に、装着する部品点数を減少させることができる。また、イオン電流のピーク値はソフトウェア処理によって抽出されるので、取得したデジタルデータに応じた柔軟な処理が可能となる。

計数手段及び第１手段は、特に限定されるものではないが、好ましくは、データ判定部の判定結果の評価処理を、時間軸上を負方向に実行するべきである。評価処理を、時間軸上負方向に実行することによって、本来のイオン電流波形の手前に発生する第１ピークの影響を確実に排除することができる。

また、本発明の入力記憶部は、好ましくは、内燃機関の運転条件に基づいて動的に決定される所定の範囲内の信号を取得するべきである。なお、実施例では、この所定範囲を切出しウインドＷｉｎと称しており、ウインド算出テーブルＴＢＬ１を検索して、切出しウインドＷｉｎの開始位置と終了位置を決定している。

請求項６の発明において、点火時期の決定手法は特に限定されないが、燃焼圧のピーク位置とイオン電流の第二ピーク位置とが、ほぼ一致することを活用するのが好適である。すなわち、（１）先ず、イオン電流の第二ピーク位置を正確に把握して、第二ピーク位置（燃焼圧のピーク位置）が、上死点ＴＤＣからどれだけ遅角あるいは進角しているかを判定する。（２）次に、この遅角又は進角の度合いを利用して、イオン電流の第二ピーク位置が上死点ＴＤＣから目標値だけ遅角した位置になるように点火時期を調節する。遅角すべき目標値は、例えば１５°ＣＡ（クランク角）である。

以上説明した本発明によれば、内燃機関の動作状態の変動に拘わらず、常に、イオン電流のピーク位置及びピーク値を正確に抽出できる燃焼制御装置を実現することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１（ａ）は、実施例に係る内燃機関用の燃焼制御装置ＥＱＵを示す回路図である。この燃焼制御装置ＥＱＵは、１次コイル１Ｐと２次コイル１Ｓとが電磁結合された点火コイル１と、点火コイル１を断続的に駆動するスイッチングトランジスタ２と、点火コイルの２次コイル１Ｓに接続されたイオン電流検出回路３と、スイッチングトランジスタ２をＯＮ／ＯＦＦ制御すると共にイオン電流検出回路３からのアナログ検出信号ＳＧを受けるワンチップマイコン４とで構成されている。そして、点火コイルの２次コイル１Ｓとグランドラインとの間に点火プラグ５が接続されている。

図示の通り、スイッチングトランジスタ２のベース端子は、ワンチップマイコン４に接続され、コレクタ端子は、点火コイルの一次コイル１Ｐに接続され、エミッタ端子は、グランドラインに接続されている。

イオン電流検出回路３は、点火プラグ５の放電電流で充電されるバイアス用のコンデンサＣと、コンデンサＣに並列接続されてコンデンサＣの充電電圧を規制するチェナーダイオードＺＤと、チェナーダイオードＺＤに直列接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１の両端に接続された増幅部ＡＭＰとで構成されている。

チェナーダイオードＺＤとダイオードＤ１のアノード端子は、互いに直結され、ダイオードＤ１のカソード端子はグランドラインに接続されている。また、チェナーダイオードＺＤのカソード端子は、二次コイル１Ｓに接続されている。

イオン電流検出回路３の増幅部ＡＭＰは、反転端子と非反転端子と出力端子とを有する増幅素子Ｑ１と、増幅素子Ｑ１の反転端子に接続される入力抵抗Ｒ１と、増幅素子Ｑ１の反転端子と出力端子の間に接続される帰還抵抗Ｒ２とで構成されている。なお、増幅素子Ｑ１の反転端子とグランドラインとの間に、増幅素子Ｑ１を保護するためのダイオードＤ２を接続しても良い。

増幅素子Ｑ１として、この実施例では、ＯＰアンプを使用している。ＯＰアンプは、その入力インピーダンスがほぼ無限大（≒∞）で、反転端子と非反転端子との間が、仮想的に短絡状態である(imaginary short)。そのため、図１（ｂ）に示す電流Ｉは、入力抵抗Ｒ１と帰還抵抗Ｒ２に共通して流れることになり、増幅部ＡＭＰの出力電圧Ｖｏｕｔは、電流Ｉと帰還抵抗Ｒ２の積となる（Ｖｏｕｔ＝Ｉ×Ｒ２）。つまり、この増幅部ＡＭＰでは、帰還抵抗Ｒ２が入力電流Ｉの検出抵抗として機能している。

図１の回路構成において、二次コイル１Ｓに負の高電圧が発生すると、図１（ａ）に示すように、点火プラグ５が点火放電し、点火電流がコンデンサＣを充電する。この時、コンデンサＣにはチェナーダイオードＺＤが並列接続されているので、コンデンサＣの両端電圧は、チェナーダイオードＺＤの降伏電圧Ｖｚに一致する。なお、この放電時には、ダイオードＤ１が短絡状態（ＯＮ）となるので、入力抵抗Ｒ１やその他の回路素子に流れる電流を無視することができる。

その後、二次コイル１Ｓの高電圧が消滅すると（図１（ｄ）参照）、コンデンサＣに充電されたバイアス電圧は、図１（ｂ）に示す経路で放電する。この放電電流は、イオン電流Ｉに他ならず（図１（ｅ）参照）、イオン電流Ｉは、増幅素子Ｑ１の出力端子→帰還抵抗Ｒ２→入力抵抗Ｒ１→コンデンサＣ→二次コイル１Ｓ→点火プラグ５の経路で流れる。先に説明した通り、出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｒ２×Ｉの関係が成立するので、増幅部ＡＭＰからはイオン電流Ｉに比例した電圧が得られる。

ワンチップマイコン４は、ＣＰＵコア４ａと、Ａ／Ｄコンバータ４ｂと、出力ポート４ｃと、メモリ部４ｄとが内蔵されて構成されている。そして、Ａ／Ｄコンバータ４ｂは、イオン電流検出回路３からアナログ検出信号ＳＧを直接的に受けて、これデジタルデータに変換している。また、出力ポート４ｃからは、スイッチングトランジスタ２のベース端子に向けて点火パルスが出力されている。

以上の通り、実施例に係る燃焼制御装置ＥＱＵは、イオン電流検出回路３とワンチップマイコン４とが直結されており、途中にピークホールド回路などを設けていない。そして、ＣＰＵコア４ａにおける以下の独特の処理によってイオン電流のピーク値を正確に抽出している。以下、図２（ａ）のフローチャートに基づいて、ＣＰＵコア４ａによって実行される演算処理の内容を説明する。

先ず、ワンチップマイコン４は、イオン電流検出回路３から得られるアナログ検出信号ＳＧを、直接Ａ／Ｄコンバータ４ｂで受け、デジタル変換されたデータをメモリ部４ｄに記憶する（ＳＴ１）。データ取得時のサンプリング周波数は、例えば、３０ＫＨｚ程度に設定され、この実施例ではサンプリング周期τを３３μＳとしている。なお、実際に取得されるデータは、図２（ｂ）に示す切出しウインドＷｉｎの範囲（Ｔ）よりやや広い範囲（Ｔ＋α）のデータであるが、説明の都合上、図２（ｂ）には、点火パルスの立ち下がりタイミング（ｔ＝０）から＋２５ｍＳのデータを全て図示している。

図２（ａ）のステップＳＴ１の処理によって必要な範囲のデータ取得が終われば、次に、メモリ部４ｄに記憶した切出しウインドＷｉｎ内のＮ個のデータＳ（ｉ）について、Ｄ（ｉ）←Ｓ（ｉ）−Ｓ（ｉ−ａ）の差分演算によって微分処理を施す（ＳＴ２）。ここで、切出しウインドＷｉｎの位置及びその時間幅Ｔ（＝３３μＳ×（Ｎ−１））は、発生するイオン電流を確実に捕捉できるよう設定される。

イオン電流は、点火プラグ５の放電終了後に発生するが（図１（ｅ）参照）、点火プラグ５の放電終了時や、発生したイオン電流の消失タイミングは、エンジン回転数やエンジン負荷などの運転条件に応じて動的に変化する。そこで、この実施例では、運転条件と発生するイオン電流との関係を予め実験的に求めておき、その関係を示すウインド算出テーブルＴＢＬ１をメモリ部４ｄに設けている。そして、実際の運転時には、各種センサから得られるデータに基づいて前記ウインド算出テーブルＴＢＬ１を検索し、その検索結果に基づいて、切出しウインドＷｉｎの開始位置と終了位置とをリアルタイムに決定している。

図２（ｂ）は、イオン電流検出回路から得られるアナログ信号波形と、時間幅Ｔの切出しウインドとの関係を図示したものであり、ここでは、点火パルスの立ち下がりタイミング（ｔ＝０）を基準にして＋４ｍＳから＋１５ｍＳの範囲を切出しウインドＷｉｎとしている。

図３（ａ）に示すフローチャートの通り、図２（ａ）の微分処理（ＳＴ２）は、ｉ＝１・・・ＮのＮ個のデータＳ（ｉ）について、Ｄ（ｉ）←Ｓ（ｉ）−Ｓ（ｉ−ａ）の演算によって実行される（ＳＴ２１〜ＳＴ２３）。図３（ｂ）は、イオン電流検出回路から得られるアナログ検出信号ＳＧ（原波形）と、微分演算による微分波形とを図示している。なお、微分処理は、切出しウインド内のＮ個のデータについて、時間間隔ａ×τの差分を求めることを意味するが、差分時間間隔ａ×τは、イオン電流に重畳する高周波ノイズの周期τ_ｎより長いが、イオン電流の基本波周期Ｗ_０より短く設定される（Ｗ_ｎ＜ａ×τ＜Ｗ_０）。このような差分時間間隔ａ×τを用いて微分処理を実行することによって、イオン電流に重畳する高周波ノイズの影響を排除して、イオン電流波形の全体的な増減傾向を把握することができる。

ところで、イオン電流の基本周波数Ｆ＝１／Ｗ_０は、エンジンの回転数やエンジン負荷などの運転条件に応じて動的に変化する。そこで、この実施例では、運転条件とイオン電流の基本波周期Ｗ_０との関係を示すデータテーブルＴＢＬ２をメモリ部４ｄに設け、上記したＷ_ｎ＜ａ×τ＜Ｗ_０の条件を満たす時間間隔ａ×τをリアルタイムに決定している。なお、ノイズ周期Ｗ_ｎは、イオン電流の基本周波数Ｆより高いノイズを確実に除去する趣旨から、イオン電流の基本波周期Ｗ_０より若干短い値（＝Ｗ_０−β）に設定される。図示例では、運転条件から２．５ＫＨｚ程度のイオン電流の基本周波数が予想されるので、ａ×τ＜４００μＳの関係を満たす値としてａ＝１０に設定して、差分時間間隔ａ×τを３３０μＳにしている。

図２（ａ）のステップＳＴ２の微分処理が終われば、次に、微分値Ｄ（ｉ）を微分閾値ＴＨと比較し、微分結果フラグＦＧ（ｉ）を算出する（ＳＴ３）。図４（ａ）は、判定処理の具体的な内容を示すフローチャートであり、図４（ｂ）は、微分値Ｄ（ｉ）の推移を示す微分波形と、微分波形から算出される微分結果フラグＦＧ（ｉ）との関係を図示している。

図４（ａ）のステップＳＴ３２〜ＳＴ３４に示す通り、変数ｉ＝１・・・ＮのＮ個のデータについて、微分値Ｄ（ｉ）が微分閾値ＴＨ以上であれば微分結果フラグＦＧ（ｉ）をＦＧ（ｉ）＝０とし、逆に、微分値Ｄ（ｉ）が微分閾値ＴＨ未満であれば微分結果フラグＦＧ（ｉ）をＦＧ（ｉ）＝１とする。ここで閾値ＴＨは、適宜に設定されるが、通常は、ＴＨ＝０とすれば足りる。

なお、閾値ＴＨ＝０と設定した場合、アナログ信号波形ＳＧが時間軸方向に増加傾向（Ｄ（ｉ）＞０）となる時間帯は、判定処理（ＳＴ３）によって微分結果フラグＦＧ（ｉ）が０となり、逆に、アナログ信号波形ＳＧが時間軸方向に減少傾向（Ｄ（ｉ）＜０）となる時間帯は、微分結果フラグＦＧ（ｉ）が１となる。

何れにしても、図２（ａ）のステップＳＴ３の処理によって微分結果フラグＦＧ（ｉ）を算出したら、次に、Ｎ個の微分結果フラグＦＧ（ｉ）について、時間軸上を逆向きに（換言するとＦＧ（Ｎ）からＦＧ（１）まで降順に）、特殊なカウント処理を行う（図２のＳＴ４）。

図５（ａ）に示す通り、このカウント処理では、最初にカウンタ変数ＣＴの全領域をゼロクリアした後（ＳＴ４１）、ｉ＝Ｎから開始してｉ＝１まで時間軸上を逆向きに、ステップＳＴ４３〜ＳＴ４８の処理を実行する。ここで、時間軸上を逆方向に処理するのは、(a)エンジン制御において、イオン電流波形の第２ピークから波形終了までのデータが重要であること、及び(b)エンジン点火からイオン電流の第２ピークに至るまでの波形は比較的乱れやすいため、時間軸上を正方向に処理すると第２ピークを誤検出する可能性が高まること、のためである。

図５（ａ）に示すステップＳＴ４３〜ＳＴ４８の処理を具体的に説明すると、変数ｉに対する処理では、先ず、微分結果フラグＦＧ（ｉ）の値が１か否か判定される（ＳＴ４３）。そして、微分結果フラグＦＧ（ｉ）が１であれば、ＣＴ（ｉ）←ＣＴ（ｉ＋１）＋１の演算によって、カウンタ値ＣＴ（ｉ）を、時間軸上の上隣りのカウンタ値ＣＴ（ｉ＋１）より一つ増加させる（ＳＴ４７）。一方、微分結果フラグＦＧ（ｉ）が０であれば、時間軸上で時間軸変数ｉより上方であって、ノイズパルス幅分のｂ個のカウンタ値ＣＴ（ｉ＋１），ＣＴ（ｉ＋２），・・・，ＣＴ（ｉ＋ｂ）が同一値か否かが判定される（ＳＴ４４）。

そして、全てのカウンタ値が同一値であれば、カウンタ値ＣＴ（ｉ）をゼロクリアし（ＳＴ４５）、逆に、一致しないカウンタ値が存在すれば、ＣＴ（ｉ）←ＣＴ（ｉ＋１）の演算によってカウンタ値ＣＴ（ｉ）の値を一つ上方のカウンタ値ＣＴ（ｉ＋１）と同一値にする（ＳＴ４６）。

図５（ａ）のアルゴリズムにおいて、ノイズパルス幅ｂ（時間換算するとｂ×τ）は、排除すべきスパイクノイズのパルス幅に対応して決定され、より具体的には、運転条件から把握されるイオン電流の基本周波数に基づいて決定される。例えば、実施例の運転条件では、イオン電流の基本周波数が２．５ＫＨｚ程度であるので、この周波数より十分高いノイズを排除するべく、ｂ＝３と決定している。例えば、ノイズパルス幅ｂ＝３とした場合には、時間換算したノイズパルス幅ｂ×τが９９μＳとなり、このパルス幅９９μＳを有するノイズの周波数は５ＫＨｚ程度となる。したがって、図５のアルゴリズムでノイズパルス幅ｂ＝３と設定することで、周波数５ＫＨｚ以上のノイズ成分を排除することが可能となる。

図６（ａ）は、ノイズパルス幅ｂをｂ＝３に設定した場合について、図５のアルゴリズムを説明するための図面であり、メモリ部４ｄに確保されている微分結果フラグ領域ＦＧとカウンタ領域ＣＴとを示している。ｂ＝３に設定した場合には、カウンタ領域ＣＴ（ｉ）の値を決定する際には、微分結果フラグＦＧ（ｉ）の値が問題になり（ＳＴ４３）、ＦＧ（ｉ）＝０なら、ＣＴ（ｉ＋１）、ＣＴ（ｉ＋２）、ＣＴ（ｉ＋３）の値が問題になり、全て同一値なら、ゼロクリアされた値がカウンタ領域ＣＴ（ｉ）に格納される（ＳＴ４５）。また、ＣＴ（ｉ＋１）、ＣＴ（ｉ＋２）、ＣＴ（ｉ＋３）の値が一致しなければ、ＣＴ（ｉ＋１）の値がそのままカウンタ領域ＣＴ（ｉ）に格納される（ＳＴ４６）。

以上の通り、このアルゴリズムでは、微分結果フラグＦＧ（ｉ）＝１の場合だけ、カウンタ値がインクリメント（＋１）される。先に説明した通り、微分結果フラグＦＧ（ｉ）＝１は、時間間隔ａ×τの微分値Ｄ（ｉ）が、閾値ＴＨより小さいことを意味するが（Ｄ（ｉ）＜ＴＨ）、特に、閾値ＴＨ＝０に設定した本実施例では、微分結果フラグＦＧ（ｉ）＝１は、時間軸正方向の微分値Ｄ（ｉ）が負であることを意味する。図６（ｂ）は、この関係を図示したものであり、原波形の傾きが正の場合には、微分結果フラグＦＧ（ｉ）が０となり、原波形の傾きが負の場合には、微分結果フラグＦＧ（ｉ）が１になっている。なお、微分結果フラグＦＧ（ｉ）の位相がやや遅れるのは、時間間隔ａ×τの差分による微分演算を採っているからである。

何れにしても、本実施例では、時間軸上の上方から下方に向けて特殊なカウント演算を行い、微分結果フラグＦＧ（ｉ）が１の場合だけ、カウンタ値をインクリメント（＋１）する。そして、微分結果フラグＦＧ（ｉ）が０の場合には、それがノイズパルス幅ｂ分だけ連続しない限り、カウンタ値を変化させず、もしノイズパルス幅ｂ以上に連続してＦＧ（ｉ）＝０の場合には、カウンタ値をゼロクリアする。したがって、時間軸上逆向きに原波形が単調増加する状態を、カウンタ値で算出することになり、スパイクノイズのように、途中に急峻に増減する部分が含まれていても、これは読み飛ばされることになり、なだらかなピークのみが抽出される。

さて、図２に戻って説明を続けると、図２（ａ）のステップＳＴ５の処理では、カウンタ領域ＣＴ（１）〜ＣＴ（Ｎ）の各数値から、その最大値を抽出し、最大値を示すカウンタ位置からイオン電流のピーク位置（第２ピーク位置）を特定する。そして、特定されたピーク位置における入力データＳ（ｉ）からイオン電流のピーク値を特定する（ＳＴ５）。

この場合、図７（ｃ）に示すように、検出したピーク位置に、たまたまスパイクノイズが重畳している可能性もあり、その場合にはイオン電流のピーク値が不正確な値となる。そこで、ステップＳＴ５の処理でピーク位置が検出されたら、改めてステップＳＴ２で算出された微分値（図３参照）をチェックして、その微分値が閾値を超える位置（つまりノイズの位置）を検証する（ＳＴ６）。そして、検証されたノイズの発生位置が、ステップＳＴ５の処理で検出されたイオン電流のピーク位置と一致する場合には、イオン電流のピーク位置を時間軸上後方にずらして、ノイズの重畳していないピーク位置を採用することになる（ＳＴ６）。なお、微分値と閾値との対比に代えて、この微分値の再微分値と閾値とを対比するもの効果的である。

以上の通り、上記の構成によれば、イオン電流と切出しウインドの位置関係が最適状態でなく、切出しウインドの中にイオン電流の発生前のピークが含まれても、或いはまた、コロナ放電ノイズのようなスパイクノイズがイオン電流波形に重畳されても、イオン電流のピーク位置及びピーク電流値を正確に検出することができる。

なお、上記した具体的な説明は、特に本発明を限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱することなく、各種の改変が可能である。例えば、図７は特殊カウント処理を別のアルゴリズムを例示したものであり、微分結果フラグＦＧ（ｉ）＝０の場合には、時間軸の上側のｂ−１個の微分フラグＦＧ（ｉ＋１），ＦＧ（ｉ＋２）・・・ＦＧ（ｉ＋ｂ−１）が全てゼロか否かを判定している（ＳＴ４４）。この場合にも、実質的に図６の場合と同様の処理が実行されて、イオン電流のピーク位置を正確に抽出することができる。

実施例に係る燃焼制御装置の回路構成を示す回路図である。 ワンチップマイコンの制御動作の概要を示すフローチャートと、イオン電流検出回路の検出信号波形である。 微分処理を示すフローチャートと、微分波形及び原波形の波形図である。 判定処理を示すフローチャートと、微分波形及び微分結果フラグを示す図面である。 カウンタ処理を示すフローチャートと、微分結果フラグ及びカウント結果を示す図面である。 カウントアルゴリズムと、原波形及び微分結果フラグを示す図面である。 別のカウンタ処理とそのアルゴリズムを示す図面である。 従来技術の問題点を説明する図面である。 正常燃焼時におけるイオン電流波形と燃焼圧力波形との関係を示す図面である。

符号の説明

ＥＱＵ 燃焼制御装置
３ 信号検出部（イオン電流検出回路）
４ 入力記憶部（ワンチップマイコン）
ＳＴ１ 入力記憶部
ＳＴ２〜ＳＴ３ データ判定部
ＳＴ４〜ＳＴ６ ピーク特定部

Claims (6)

1. 燃焼室の混合気の燃焼時に発生するイオンに対応したイオン電流を検出する信号検出部と、信号検出部の検出信号を直接的に受け、これをデジタル変換して得られるデジタルデータを微分演算し、その演算結果が所定値を超える第１状態かそれ以外の第２状態かを二値的に判定するデータ判定部と、データ判定部での判定結果に基づき、イオン電流のピーク位置に特定するピーク特定部と、を有する燃焼制御装置であって、
   ピーク特定部は、
   データ判定部の判定結果を時間順次に評価して、第１状態が連続すると、その連続個数を計数カウントでカウントする計数手段と、
   データ判定部の判定結果を時間順次に評価して、第２状態を検出すると、その連続個数が限界値を超えるか否かを判定する第１手段と、
   第１手段の判定の結果、第２状態の連続個数が限界値を超えない場合には、計数カウントのカウント値をそのまま維持する一方、限界値を越える場合には、計数カウントのカウント値を初期値に戻す第２手段と、を有して構成され、
   計数カウンタのカウント値が最大値を示す位置をイオン電流のピーク位置に特定して内燃機関の燃焼制御を行うことを特徴とする燃焼制御装置。
2. 計数手段及び第１手段は、データ判定部の判定結果の評価処理を、時間軸上を負方向に実行する請求項１に記載の燃焼装置。
3. 内燃機関の運転条件と、運転条件下で発生するイオン電流の基本周波数の周期との関係を特定するデータテーブルを用意しておき、動的に変化する運転条件に基づいてデータテーブルを参照して、その時のイオン電流の基本周波数の周期を把握し、把握した周期に基づいて限界値が決定される請求項１又は２に記載の燃焼装置。
4. 内燃機関の運転条件と、運転条件下で発生するイオン電流の基本周波数の周期との関係を特定するデータテーブルを用意しておき、動的に変化する運転条件に基づいてデータテーブルを参照して、その時のイオン電流の基本周波数の周期を把握し、把握した周期に対応して決定される差分時間幅で差分演算を実行することで微分演算を実現する請求項１〜３の何れかに記載の燃焼装置。
5. 検出信号を直接的に受け、デジタルデータに変換して記憶する入力記憶部を設け、
   入力記憶部は、内燃機関の運転条件に基づいて動的に決定される所定の範囲内の信号を取得する請求項１〜４の何れかに記載の燃焼装置。
6. 燃焼室の混合気の燃焼時に発生するイオンに対応したイオン電流を検出する信号検出部と、信号検出部の検出信号を直接的に受け、これをデジタル変換して得られるデジタルデータを微分演算し、その演算結果が所定値を超える第１状態かそれ以外の第２状態かを二値的に判定するデータ判定部と、データ判定部での判定結果に基づき、イオン電流のピーク位置に特定するピーク特定部と、特定されたピーク位置に基づいて、ＭＢＴが実現されるよう点火時期を決定する点火手段と、を有する燃焼制御装置であって、
   ピーク特定部は、
   データ判定部の判定結果を時間順次に評価して、第１状態が連続すると、その連続個数を計数カウントでカウントする計数手段と、
   データ判定部の判定結果を時間順次に評価して、第２状態を検出すると、その連続個数が限界値を超えるか否かを判定する第１手段と、
   第１手段の判定の結果、第２状態の連続個数が限界値を超えない場合には、計数カウントのカウント値をそのまま維持する一方、限界値を越える場合には、計数カウントのカウント値を初期値に戻す第２手段と、を有して構成され、
   計数カウンタのカウント値が最大値を示す位置をイオン電流のピーク位置に特定して内燃機関の燃焼制御を行うことを特徴とする燃焼制御装置。

Images