JP5318398B2 - 内燃機関の燃焼制御装置 - 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、放電ノイズの終了タイミングを実データに基づいて特定することで、最適な切出し区間でイオン電流信号を抽出することができる燃焼制御装置に関する。

内燃機関の燃焼室で発生するイオン電流に着目して、失火状態などを検出する研究が進められており、各種のイオン電流検出装置が提案されている。

しかし、どのような構成の検出装置であっても、点火コイルの二次コイルには浮遊容量が存在するため、この浮遊容量と二次コイルとによってＬＣ共振回路が形成されることは避けられない。そのため、点火プラグの火花放電終了直後に、点火コイルの残留磁気エネルギによってＬＣ共振波（放電ノイズ）が発生することになり、この放電ノイズが、イオン電流検出信号に重畳してしまう。

そこで、一般には、この放電ノイズ区間をエンジンの構成や運転条件に合わせて予め実験的に特定しておき、放電ノイズ区間（マスク区間）の後のイオン電流検出信号を解析して失火状態などを判定するようにしている。

しかし、前記したマスク区間については、ある程度の余裕をもって設定せざるを得ないので、実際の放電ノイズ区間が、予定より短い場合には、イオン電流検出信号の重要部分を読み落とすことになる。そのため、例えば、燃焼速度が速い場合には、燃焼状態になるにも拘わらず、これを失火状態であると誤判定してしまう。

ここで、放電ノイズ区間を最適に抽出する方法として、例えば、特許文献１に記載された発明も提案されているが、この発明では専用のハードウェア回路が必要となり、コスト的にもスペース的にも簡易性に欠ける。
特開２００２−１８８５５２号公報

本発明は、この問題点に鑑みてなされたものであって、専用回路を追加することなく、ソフトウェア処理だけで、放電ノイズの終了タイミングを正確に把握できるようにした内燃機関の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、本発明者が種々検討した結果、(ａ)放電ノイズはＬＣ共振によるため、いつでもほぼ左右対称であると考えて良いこと、また、(b)放電ノイズ波形と本来のイオン電流波形とは、その急峻度において区別可能であること、に着目して本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明に係る燃焼制御装置は、点火プラグに高電圧を供給して放電動作を実現する点火コイルと、スイッチング動作によって前記点火コイルに高電圧を誘起させるスイッチング素子と、前記点火プラグの放電動作と逆方向の電流を検出するイオン電流検出回路と、前記イオン電流検出回路の検出信号を受ける電子制御回路とを備え、前記電子制御回路は、前記点火プラグに高電圧が供給された後の検出信号を記憶する記憶手段と、記憶手段が記憶した検出信号そのもの、又は、記憶手段が記憶した検出信号からノイズ信号を排除した検出信号の何れか一方を評価して、評価対象の検出信号のレベルとその偏差レベルとに基づいて、検出信号が急増し続ける急増区間の時間幅を特定する区間特定手段と、前記急増区間を終えた検出信号が減少を開始するか否かを判定し、減少を開始する場合には、この減少開始タイミングと前記急増区間の時間幅との加算値に対応して放電ノイズの終了タイミングを予備的に特定する予備特定手段と、予備特定手段が機能した後、減少を開始した検出信号が微増を開始するか否かを判定し、微増を開始する場合には、予備特定手段の特定に代えて、微増開始タイミングを放電ノイズの終了タイミングとする最終特定手段と、予備特定手段又は最終特定手段で特定された放電ノイズの終了タイミング以後の検出信号について解析する解析手段と、を有して構成される。

前記第二手段は、好ましくは、前記偏差レベルが連続して所定の閾値を超える場合に、その連続回数をカウントする処理と、急増フラグをセットする処理とを含んで構成される。また、前記第三手段は、好ましくは、前記微増の連続回数が所定の閾値を超えた場合に、それ以前が急増区間であったことを条件に、前記放電ノイズの終了タイミングを特定する。

更にまた、前記第三手段又は前記第四手段によって前記放電ノイズの終了タイミングが特定された後も、前記第一手段で記憶された全ての前記検出信号について、前記第二手段乃至前記第四手段が機能するよう構成されているのが好ましい。

以上説明した本発明によれば、燃焼サイクル毎に取得した実データに基づいて放電ノイズ区間を正確に特定するので、イオン電流検出信号の読み落しがない。また、第一手段乃至第五手段は、全てソフトウェアによって実現できるので、専用回路を必要としない。

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。図１（ａ）は、実施形態に係る内燃機関用の燃焼制御装置を示す回路図である。この燃焼制御装置は、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ＥＣＵ(Electronic Control Unit)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、ＥＣＵ４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ツェナーダイオードＺＤと、ツェナーダイオード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。

ツェナーダイオード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、ツェナーダイオード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、この実施形態では、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にはツェナーダイオード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、ツェナーダイオード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、放電ノイズが先行するイオン電流に他ならず（図１（ｅ）参照）、これらの放電電流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からは放電電流Ｉに比例した電圧が得られる。

ＥＣＵ４は、ＣＰＵ４ａと、Ａ／Ｄコンバータ４ｂと、出力ポート４ｃと、メモリ４ｄとを有して構成されている。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、これを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。なお、図示の燃焼制御装置では、イオン電流検出回路３とＥＣＵ４とが直結されているが、途中にサンプルホールド回路などを設けても良い。

図１の回路構成において、ＥＣＵ４は、点火パルスの立下りタイミング以降の検出信号ＳＧをメモリ４ｄに記憶している。そして、各燃焼サイクル毎に、記憶された検出信号の挙動を解析することで放電ノイズ区間（マスク区間）を特定し、それ以降の切出しウインドＷｉｎの検出信号から失火判定などを行っている（図１（ｆ）参照）。

図２は、ＥＣＵ４のメモリ４ｄに記憶された検出信号を解析して、放電ノイズ区間を特定するＥＣＵ４の処理内容を説明するフローチャートである。なお、このプログラムで使用される変数Ｎ、急増カウンタＣＮＴ、微増カウンタＬＯ、及び急増フラグＦＬＧは、初期条件として、全てゼロに初期設定されている。

また、図２の処理を実行するに先立って、ＥＣＵ４のメモリ４ｄには、検出信号ＳＧ（Ｎ）の他に、偏差を示す微分信号ＤＩＦ（Ｎ）＝ＳＧ（Ｎ＋１）−ＳＧ（Ｎ）が記憶されている。図３は、図２の処理内容を説明するための原理図であり、便宜上、正弦波に擬制した検出信号ＳＧ（Ｎ）と、検出信号ＳＧ（Ｎ）より９０度位相が進んだ微分信号ＤＩＦ（Ｎ）とを図示している。一方、図４は、図２の処理に供される実際の検出信号ＳＧ（Ｎ）と微分信号ＤＩＦ（Ｎ）について、それらの一例を示す波形図である。

以下、図２に基づいて説明すると、ＥＣＵ４のＣＰＵ４ａは、メモリ４ｄに記憶された検出信号ＳＧ（Ｎ）を特定する変数Ｎをインクリメントした後（ＳＴ１）、全ての検出信号ＳＧ（Ｎ）について処理を完了したか否かを判定する（ＳＴ２）。そして、未だ全ての処理が完了していない場合には、Ｎ番目の検出信号ＳＧ（Ｎ）が閾値ＴＨ_Ｓを超えているか否かを判定する（ＳＴ３）。検出信号の閾値ＴＨ_Ｓは適宜に設定されるが、図４の場合には、０．１４に設定されている。なお、この閾値ＴＨ_Ｓは、低レベルの検出信号ＳＧ（Ｎ）を読み飛ばすために使用され、ＳＧ（Ｎ）＜ＴＨ_Ｓの場合にはステップＳＴ１の処理に移行される。

一方、ＳＧ（Ｎ）≧ＴＨ_Ｓである場合には、次に、微分信号ＤＩＦ（Ｎ）が閾値ＴＨ_Ｄを超えるか否かが判定される（ＳＴ４）。この閾値ＴＨ_Ｄは、放電ノイズと本来のイオン電流信号とを区別するために使用され、実験的に最適値が特定されるが、図４の場合には、０．１が使用されている。

そして、ステップＳＴ４の判定において、ＤＩＦ（Ｎ）≧ＴＨ_Ｄであった場合には、急増カウンタＣＮＴをインクリメントすると共に、急増フラグＦＬＧを１にセットする（ＳＴ５）。また、微増カウンタＬＯをゼロにリセットする（ＳＴ５）。微増カウンタＬＯをリセットするのは、ステップＳＴ７の微増処理を実行した後に、ステップＳＴ５の急増処理を実行する可能性もあるからである。

ステップＳＴ３〜ＳＴ５の処理を、図３に基づいて確認すると、タイミングＴ１〜Ｔ２では検出信号ＳＧ（Ｎ）が急増する。また、微分信号ＤＩＦ（Ｎ）は、９０度位相が進んだ状態で正レベルであるので、ＤＩＦ（Ｎ）≧ＴＨ_Ｄである限り、急増カウンタＣＮＴは、増加を続けることになる（ＳＴ５）。しかし、その後、ＤＩＦ（Ｎ）＜ＴＨ_Ｄとなると、ステップＳＴ４からステップＳＴ６に処理が移行される。

ステップＳＴ６では、微分信号ＤＩＦ（Ｎ）の正負が判定されるが、図３の例では、ＤＩＦ（Ｎ）＜０であるから、急増フラグＦＬＧの値が判定される（ＳＴ１２）。この時には、ステップＳＴ５の処理によって、急増フラグＦＬＧが既に１にセットされているので、放電ノイズの終了タイミングが、一応、Ｎ＋ＣＮＴに設定される（ＳＴ１３）。これは、放電ノイズが、基本的にＬＣ共振波であって左右対称形となるので、急増カウンタＣＮＴの値で特定される急増区間と同じ区間だけ、急減区間が生じると仮定して良いからである。したがって、図３の場合には、タイミングＴ３が、放電ノイズの終了タイミングであると、ステップＳＴ１３の処理によって特定される。

次に、急増フラグＦＬＧと急増カウンタＣＮＴとをゼロリセットして（ＳＴ１１）、ステップＳＴ１に処理に戻る。図３の場合であれば、その後、タイミングＴ２〜Ｔ３の間、ステップＳＴ１→ＳＴ２→ＳＴ３→ＳＴ４→ＳＴ６→ＳＴ１２→ＳＴ１１→ＳＴ１・・・の処理を繰り返す。

その後、タイミングＴ３を過ぎると、微分信号ＤＩＦ（Ｎ）が正となり、且つ、微分信号ＤＩＦ（Ｎ）が閾値ＴＨ_Ｄを超えるので（ＤＩＦ（Ｎ）≧ＴＨ_Ｄ）、再度、ステップＳＴ５の処理が繰り返されることになる。つまり、急増カウンタＣＮＴの値が、再度ゼロから増加して、タイミングＴ３〜Ｔ４の急増区間を特定する。

その後、タイミングＴ４を過ぎると、ＤＩＦ（Ｎ）＜０となるので、急増フラグＦＬＧの値が判定される（ＳＴ１２）。この時には、ステップＳＴ５の処理によって、急増フラグＦＬＧが再度１にセットされているので、放電ノイズの終了タイミングがＮ＋ＣＮＴに設定される（ＳＴ１３）。したがって、図３の場合には、タイミングＴ４＋Ｔが、放電ノイズの終了タイミングであると、ステップＳＴ１３の処理によって特定される。

次に、急増フラグＦＬＧと急増カウンタＣＮＴとがゼロリセットされ（ＳＴ１１）、ステップＳＴ１に処理に戻る。その後、暫くは、ステップＳＴ１→ＳＴ２→ＳＴ３→ＳＴ４→ＳＴ６→ＳＴ１２→ＳＴ１１→ＳＴ１の処理を繰り返すが、やがて、タイミングＴ５の付近で検出信号ＳＧ（Ｎ）が微増を開始する。

すると、ステップＳＴ６の判定からステップＳＴ７の処理に移行して、微増カウンタＬＯと急増カウンタＣＮＴとが共にインクリメントされる。そして、増加後の微増カウンタＬＯの値が閾値ＴＨ_Ｌを比較され（ＳＴ８）、ＬＯ＜ＴＨ_Ｌである限り、ステップＳＴ１→ＳＴ２→ＳＴ３→ＳＴ４→ＳＴ６→ＳＴ７→ＳＴ８の処理が繰り返される。閾値ＴＨ_Ｌの値も実験的に最適値が選択されるが、例えば、閾値ＴＨ_Ｌ＝２となる。

したがって、例えば、ステップＳＴ７の処理を二回実行した後、急増区間を経た直後の微増区間である場合には、このタイミングが放電ノイズ区間の終了時であると判定される（ＳＴ１０）。具体的には、変数Ｎの値によって、放電ノイズの終了タイミングが特定される。したがって、タイミングＴ４で、ステップＳＴ１３の処理で特定された放電ノイズの終了タイミングが、ステップＳＴ１０の処理によって新規に書き直されることになる。

その後も、図２の処理は継続されるが、急増区間が生じない限り、ステップＳＴ１０の処理で設定された放電ノイズの終了タイミングが書き直されることはない。つまり、図３の波形においは、放電ノイズの終了タイミングが、ステップＳＴ１０の処理で特定された状態で、全ての検出信号ＳＧ（Ｎ）の処理が終わる。

次に、図２の処理について、図３の波形とは別の挙動を示す図４の検出信号の波形に基づいて説明する。図４に示す検出信号ＳＧ（Ｎ）では、３つの波形ピークが現れるので、波形ピークが現れる毎に、放電ノイズの終了タイミングは、Ｎ＋ＣＮＴであると設定される（ＳＴ１３）。そして、３番目の波形ピークの後、急減した波形が、急減傾向の途中から微増を開始するが、微分信号ＤＩＦ（Ｎ）が閾値ＴＨ_Ｄを超えることは無いので、ステップＳＴ５の処理が実行されることはない。また、微分信号ＤＩＦ（Ｎ）は、正であっても、微増カウンタＬＯのカウント値が閾値ＴＨ_Ｌを超えないので、ステップＳＴ１０の処理が実行されることもない。

したがって、３番目の波形ピーク時に設定された、放電ノイズの終了タイミング（Ｎ＋ＣＮＴ）がそのまま維持されて全ての処理を終える。具体的に確認すると、３番目の波形ピークは、正の微分信号ＤＩＦを２つ経て達成されているので（ＣＮＴ＝２）、３番目の波形ピーク位置（Ｎ＝２７）から＋２の位置（Ｎ＋２＝２９）が、放電ノイズの終了タイミングであると特定される。したがって、Ｎ＝３０以降の検出信号が本来のイオン電流検出信号であるとして、波形の解析処理が実行される。特に限定されるものではないが、Ｎ＝３０以降の切出しウインドＷｉｎ（図１（ｆ）参照）の範囲内の検出信号について、ＢＰＦ(Band Pass Filter)処理によって、イオン電流検出信号が抽出される。

以上の通り、この実施形態では、各燃焼サイクルの実データに基づいて、放電ノイズの終了タイミングを特定するので、最適な切出しウインドＷｉｎを設定することができ、イオン電流波形を読み落とすことがない。

ところで、以上の説明では、Ａ／Ｄコンバータ４ｂが取得する検出信号ＳＧには、コロナノイズなどのスパイクノイズが重畳していない理想的な場合を想定している。しかし、実際には、碍子部の帯電状態に応じて、不規則にスパイク状のコロナノイズが発生するのが実情であり、かかるスパイクノイズが発生した場合にも、確実に、放電ノイズ区間を検出する必要がある。

そこで、図２の処理に先行して、検出信号ＳＧからスパイクノイズを除去するのが効果的である。スパイクノイズの除去方法は、特に、限定されないが、好ましくは、図５〜図８に示す方法が例示される。

図５（ａ）は、この除去アルゴリズムの全体構成を図示したものである。図示の通り、ＥＣＵ４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ＳＧ（ｉ）をメモリ部４ｄに記憶する（ＳＰ１）。なお、ここでは、点火パルスの立下り後の全てのデータＳＧ（ｉ）を記憶する。

このデータ取得処理では、検出信号に重畳する放電ノイズを正確に取得する必要があるので、サンプリング周波数は、放電ノイズの周波数の２倍以上に設定される。放電ノイズの周波数は、点火コイルのインダクタンスや浮遊容量などで決まるが、以下の説明では、放電ノイズの周波数が例えば５ＫＨｚであるとする。そのため、この実施例では、サンプリング周波数Ｆ＞２×５ＫＨｚの条件を満たす値として、サンプリング周波数Ｆを約２０ＫＨｚ、言い換えると、サンプリング周期τ（＝１／Ｆ）を５０μＳとしている。なお、イオン電流信号を含む検出信号ＳＧを、精密に取得する意味では、サンプリング周波数Ｆを約３０ＫＨｚ程度に設定するべきであるが、ここでは、便宜上、サンプリング周波数Ｆが２０ＫＨｚであるとする。

図５（ａ）のステップＳＰ１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Ｎ個の信号入力データＳＧ（ｉ）について、差分演算によって微分処理を施す（ＳＰ２）。図５（ｂ）のフローチャートに示す通り、微分処理（ＳＰ２）は、ｉ＝１・・・ＮのＮ個のデータＳＧ（ｉ）について、Ｄ（ｉ）←ＳＧ（ｉ）−ＳＧ（ｉ−１）の差分演算によって実行される（ＳＰ２１〜ＳＰ２３）。

このようにして微分処理（ＳＰ２）が終われば、次に、微分値Ｄ（ｉ）を微分閾値ＴＨと比較し、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）を算出する（ＳＰ３）。図６（ａ）は、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）の算出処理を示すフローチャートである。

図示の通り、ｉ＝１〜ｎについて昇順に、微分値Ｄ（ｉ）と閾値ＴＨとを比較し（ＳＰ３２）、Ｄ（ｉ）≧ＴＨであれば、一つ手前の微分値Ｄ（ｉ−１）が閾値ＴＨより小さいことを条件に（ＳＰ３３）、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）を１にする（ＳＰ３４）。一方、微分値Ｄ（ｉ）が閾値ＴＨより小さい場合、或いは、Ｄ（ｉ）≧ＴＨであっても、一つ手前の微分値Ｄ（ｉ−１）も含め、Ｄ（ｉ−１）≧ＴＨである場合には、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）を０にする（ＳＰ３５）。

以上の処理は、要するに、ｉ＝１〜ｎについて昇順に判定し、初めてＤ（ｉ）≧ＴＨとなった場合には、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）＝１に設定することを意味する（図６（ｃ）参照）。したがって、仮にその後も、微分値Ｄ（ｉ＋１）、Ｄ（ｉ＋２）・・・の値が、連続して閾値ＴＨ以上であったとしても、各急傾斜フラグＴｎ（ｉ＋１）、Ｔｎ（ｉ＋２）・・・は、全て０に設定される。このような処理によって、イオン電流波形が急上昇を開始する位置を検出できることになる。なお、検出信号が急上昇を開始するのは、検出信号に放電ノイズが重畳しているか、或いは、スパイクノイズが重畳しているためである。

図６（ａ）の判定処理で使用する閾値ＴＨは、取得した検出信号波形やその微分波形の統計値に基づいて適宜に設定される。例えば、正の値を示す微分値（Ｄ（ｉ）＞０）のみを積和演算して平均値ＡＶを求め（ＡＶ＝ΣＤ（ｊ）／Ｍ）、算出した平均値ＡＶに、適宜な定数γを積算することで閾値ＴＨとすれば良い（ＴＨ＝γ×ＡＶ）。或いは、また、正の値を示す微分値Ｄ（ｉ）について、平均値ＡＶと標準偏差σとを算出し、これらに基づいて閾値ＴＨを決定するもの好適である。

何れにしても、図６（ａ）の処理によって急傾斜フラグＴｎ（ｉ）を算出したら、次に、Ｎ個の急傾斜フラグＴｎ（ｉ）について、その値が１を示す時間間隔を判定する。すなわち、放電ノイズによる急傾斜開始位置には、一定の時間周期αがある筈であり、しかも、その時間周期αは、点火回路の構成に基づいて予め特定されている。これに対して、コロナノイズは、ランダムに発生するので、急傾斜開始位置を検索して、それが所定周期τｎ＝α（この例では１／５ＫＨｚ）で発生していれば放電ノイズであり、そうでなければ、スパイクノイズであると判定することができる。

急傾斜開始位置が、放電ノイズによるものか、或いは、スパイクノイズによるものかの判定処理は、図６（ｂ）に示す通りである。先ず、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）が０か１かを判定して（ＳＰ４１）、もし急傾斜フラグＴｎ（ｉ）＝１であれば、続いて所定周期α以前（Ｔｎ（ｉ−α））か、或いは、所定周期α以降（Ｔｎ（ｉ＋α））に、急傾斜開始位置が存在するか否かを判定する（ＳＰ４２）。なお、この実施例では、放電ノイズの周期が２００μＳ（＝１／５ＫＨｚ）であるのに対してサンプリング周期τが５０μＳであるので、α＝４（＝２００／５０）となり、Ｔｎ（ｉ−３）、Ｔｎ（ｉ−４）、Ｔｎ（ｉ＋３）、Ｔｎ（ｉ＋４）の全てが判定対象となる。

そして、急傾斜フラグＴｎ（ｉ−３）、Ｔｎ（ｉ−４）、Ｔｎ（ｉ＋３）、Ｔｎ（ｉ＋４）のいずれか１であれば、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）＝１は、放電ノイズによる急傾斜開始位置を意味していると判定して、ノイズフラグＮＳ（ｉ）をＮＳ（ｉ）＝０に設定する（ＳＰ４４）。一方、急傾斜フラグＴｎ（ｉ−３）、Ｔｎ（ｉ−４）、Ｔｎ（ｉ＋３）、Ｔｎ（ｉ＋４）の全てが０であれば、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）＝１は、スパイクノイズによる急傾斜開始位置を意味していると判定して、ノイズフラグＮＳ（ｉ）をＮＳ（ｉ）＝１に設定する（ＳＰ４３）。なお、図４（ｃ）では、ｉ＝Ｘの位置にスパイクノイズが検出されて、ＮＳ（Ｘ）＝１となっている。

以上のようにしてスパイクノイズを特定すると、信号入力データＳＧ（ｉ）のうち、スパイクノイズと思われるデータを補正して、スパイクノイズを削除する（図５（ａ）のＳＰ５）。図７は、そのノイズ除去処理を具体的に説明するフローチャートである。

先ず、ｉ＝１〜Ｎについて昇順に、ノイズフラグＮＳ（ｉ）が１であるか否かを判定する（ＳＰ５２）。そして、例えばノイズフラグＮＳ（Ｘ）がＮＳ（Ｘ）＝１であれば、ｉ＝Ｘの位置を基準にして、時間軸前方と時間軸後方に、開始基準位置ＢＧＮと終了基準位置ＥＮＤとを決定する（ＳＰ５３）。

開始基準位置ＢＧＮと終了基準位置ＥＮＤの具体的な決定手法は適宜であるが、例えば、開始基準位置は、急傾斜フラグＴｎ（ＢＧＮ）＝０であることを条件に、ＢＧＮ＝Ｘ−２に決定される。但し、急傾斜フラグＴｎ（ＢＧＮ）＝Ｔｎ（Ｘ−２）＝１であれば、ＢＧＮ＝Ｘ−１とする。なお、本実施例では、図６（ａ）のステップＳＰ３２〜ＳＰ３３の処理を設けているので、Ｔｎ（Ｘ）は急傾斜の開始位置であって、一つ手前でＴｎ（Ｘ−１）＝１となることはない。

一方、終了基準位置ＥＮＤは、Ｔｎ（Ｘ＋１）〜Ｔｎ（Ｘ＋α−１）が全て０であることを条件にＥＮＤ＝Ｘ＋αとされる。この実施例ではα＝４となるので、Ｔｎ（Ｘ＋１）〜Ｔｎ（Ｘ＋α−１）の判定ではα＝４を使用し、終了基準位置はＥＮＤ＝Ｘ＋４とする。但し、もしＴｎ（Ｘ＋１）〜Ｔｎ（Ｘ＋α−１）の範囲内に０でないものが存在し、例えば、時間軸上最初にＴｎ（Ｘ＋β）が１となるのであれば、終了基準位置ＥＮＤを一つ手前の（Ｘ＋β−１）とする。

上記のようにして、開始基準位置ＢＧＮと終了基準位置ＥＮＤとが決まれば（ＳＰ５３）、信号入力データＳＧ（ｉ）について、ＳＧ（ＢＧＮ）とＳＧ（ＥＮＤ）とを仮想的に直線で接続して、ＳＧ（ＢＧＮ＋１）〜ＳＧ（ＥＮＤ−１）の信号入力データを直線補間する（ＳＰ５４）。図７（ｃ）は、補間処理を図示したものであり、ＳＧ（ＢＧＮ）とＳＧ（ＥＮＤ）の値に基づいて、ＳＧ（ＢＧＮ＋１）〜ＳＧ（ＥＮＤ−１）のスパイクノイズが実質的に除去されている。

以上ようにして、放電ノイズを残しつつノイズ成分のみを除去できるので、後は、図２に示す処理によって放電ノイズ区間を特定することになる。以上の通り、本実施例では、放電ノイズの周期性に着目してスパイクノイズを排除するので、スパイクノイズと放電ノイズの周波数帯域に一致しても、スパイクノイズを排除することができる。

なお、上記したアルゴリズムでは、予め特定されている放電ノイズの発生周期α（＝τｎ）のみを根拠にして、放電ノイズとスパイクノイズとを区別しているが、このアルゴリズムに加えて、放電ノイズよりスパイクノイズの方が高周波数であることを利用してスパイクノイズを抽出するもの好適である。

図８は、スパイクノイズ検出について、この別の手法を説明するフローチャートである。図示の通り、先ず、カウンタ変数ＣＮＴをゼロクリアした後（ＳＰ６０）、図６（ａ）のステップＳＰ３と同様に、ｉ＝１〜ｎについて、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）の値を設定してゆく。但し、この場合には、閾値ＴＨ’をステップＳＰ３の場合より大きく設定する。この閾値ＴＨ’は、スパイクノイズの急峻な立上りのみを特異的に抽出するための閾値であり、放電ノイズの立上り特性より、スパイクノイズの方が鋭く立ち上がることに基づき、閾値ＴＨ’が予め実験的に決定されている。但し、この閾値ＴＨ’も、微分演算の演算結果から導出される統計値に基づいて決定しても良い。統計値としては、微分演算結果の平均値や標準偏差値が例示されるが、この平均値や標準偏差値は、微分結果の正の値のみから算出するのが好ましい。

何れにしても、図８のアルゴリズムでは、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）＝１となった個数をカウンタ変数ＣＮＴで計数する（ＳＰ６６）。そして、ステップＳＰ５１〜６７の処理が終われば、カウンタ変数ＣＮＴの値がゼロか否かを判定し（ＳＰ６８）、もしＣＮＴ＝０なら処理を終える。

一方、ステップＳＰ６８の判定でカウンタ変数ＣＮＴ≠０であった場合には、カウンタ変数ＣＮＴが１か否かを判定する（ＳＰ６９）。カウンタ変数ＣＹＴ＝１である場合は、特別に急峻な変化を示す信号（高周波ノイズ）が一回だけ検出されたことを意味するので、ステップＳＰ７２のデータ補間処理に移行する。なお、データ補間処理は、図７の場合と同じであり、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）＝１となる前後の信号入力データＳＧ（ＢＧＮ）〜ＳＧ（ＥＮＤ）に基づいて、ノイズと判定された信号入力データＳＧ（ＢＧＮ＋１）〜ＳＧ（ＥＮＤ−１）を補正する。

また、ステップＳＰ６９の判定でカウンタ変数ＣＮＴ＞１と判定された場合には、複数個検出された急傾斜フラグＴｎ（ｉ）の発生時間間隔Ｔを算出する（ＳＰ７０）。ステップＳＰ６２，６３の判定における閾値ＴＨ’を適宜に設定することにより、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）＝１となるのは、スパイクノイズ検出を意味している可能性が高い。しかし、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）＝１となる箇所が複数個存在する場合には、これらが放電ノイズである可能性もある。そこで、ステップＳＰ７０の処理で算出された時間間隔Ｔと、予め特定されている放電ノイズ周期τｎとを比較して、時間間隔Ｔが放電ノイズ周期τｎより有意に低い場合には、急傾斜フラグＴｎ（ｉ）＝１となる箇所がノイズであると判定する。すなわち、時間間隔Ｔが放電ノイズ周期τｎより有意に低いＴ＜τｎ−αの場合には、ステップＳＰ７２に移行させる。一方、Ｔ≧τｎ−αの場合には、放電ノイズが検出されていると判定して何もしないで処理を終える。

燃焼制御装置の回路構成を示す回路図である。 燃焼制御装置の動作アルゴリズムを示すフローチャートである。 動作アルゴリズムを説明するための原理図である。 イオン電流検出回路の検出信号とその偏差を示す波形図である。 検出信号からスパイクノイズを除去するアルゴリズムを説明するフローチャートである。 図５の一部を詳細に示すフローチャートである。 図５の別の一部を詳細に示すフローチャートである。 図５の更に別の一部を詳細に示すフローチャートである。

符号の説明

１ 点火コイル
２ スイッチング素子
３ イオン電流検出回路
４ 電子制御回路
５ 点火プラグ
ＳＧ 検出信号
ＳＴ５ 第二手段
ＳＴ１０ 第三手段
ＳＴ１３ 第四手段

Claims (2)

1. 点火プラグに高電圧を供給して放電動作を実現する点火コイルと、スイッチング動作によって前記点火コイルに高電圧を誘起させるスイッチング素子と、前記点火プラグの放電動作と逆方向の電流を検出するイオン電流検出回路と、前記イオン電流検出回路の検出信号を受ける電子制御回路とを備え、
   前記電子制御回路は、
   前記点火プラグに高電圧が供給された後の検出信号を記憶する記憶手段と、
   記憶手段が記憶した検出信号そのもの、又は、記憶手段が記憶した検出信号からノイズ信号を排除した検出信号の何れか一方を評価して、評価対象の検出信号のレベルとその偏差レベルとに基づいて、検出信号が急増し続ける急増区間の時間幅を特定する区間特定手段と、
   前記急増区間を終えた検出信号が減少を開始するか否かを判定し、減少を開始する場合には、この減少開始タイミングと前記急増区間の時間幅との加算値に対応して放電ノイズの終了タイミングを予備的に特定する予備特定手段と、
   予備特定手段が機能した後、減少を開始した検出信号が微増を開始するか否かを判定し、微増を開始する場合には、予備特定手段の特定に代えて、微増開始タイミングを放電ノイズの終了タイミングとする最終特定手段と、
   予備特定手段又は最終特定手段で特定された放電ノイズの終了タイミング以後の検出信号について解析する解析手段と、を有して構成される内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記予備特定手段は、前記偏差レベルが連続して所定の閾値を超える場合に、その連続回数をカウントする処理と、急増フラグをセットする処理とを含んで構成される請求項１に記載の燃焼制御装置。

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