JP5362601B2 - 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、ＥＧＲ経路の異常を自動判定して異常状態に適合した燃焼制御を実現する燃焼制御装置に関する。

内燃機関の回転数が所定レベルに達すると、燃焼状態が良好となって燃焼温度が著しく高くなり、ＮＯｘの発生量が多くなる場合がある。そこで、排気ガスの一部を吸気通路に還流して燃焼温度を下げ、ＮＯｘの発生量を抑制するＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)制御を採ることがある。また、ＥＧＲ量を増加させるとポンピングロス（吸入抵抗損失）の低減などによって燃費が改善されることにもなる。

ところが、エンジンの経年使用によって、燃料やエンジンオイルなどの不完全燃焼生成物が、デポジットとしてＥＧＲバルブなどのＥＧＲ経路に堆積すると、設計通りのＥＧＲ量が還流されないことがある。

このような場合、ＥＣＵ(Engine Control Unit)は、所定のＥＧＲ量が還流されていると判断して燃焼制御を継続するので、設計通りのトルクを発生させることが出来ないという問題がある。図１２は、正常なＥＧＲ制御が実現されている場合と、ＥＧＲ量が不足している場合とのトルク出力を模式的に図示している。図示の通り、ＥＣＵは、最適な点火タイミングでエンジンを駆動しているつもりでも、実際のエンジンにとっては、過進角状態となってしまい燃焼効率が劣化している。

特開平０２−１５７４６６号公報 特開平０６−１３７２１９号公報 特開平０７−１１９５５９号公報 特開平０７−３３２１６３号公報 特開平０８−１２８３６０号公報 特開平０８−１５８９５６号公報 特開平０８−２８４７６４号公報 特開２００４−２４５１１８号公報 特開２００９−１２１３８１号公報 特開２００９−１５６２１６号公報

ここで、ＥＧＲバルブなどの故障診断の手法について、各種の提案があるが（特許文献１〜特許文献１０）、何れも専用部材やセンサの追加が必要となり、簡易性に欠けるという問題がある。

ところで、最近では、混合気の燃焼時に発生するイオンに着目して、正確に失火判定やノッキング判定することが可能となっており、このイオン電流の挙動に基づいてＥＧＲ経路の異常を判定できれば、専用部材やセンサの追加が不要となる。

本発明は、上記の着想に基づくものであり、イオン電流の挙動に基づいて、ＥＧＲ経路の異常を判定し、これに対応した制御動作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、本発明者は、外部ＥＧＲ制御において、ＥＧＲ量が設定値である場合と、設定値より不足する場合について、各々、燃焼室に発生するイオン電流の挙動を検討した。なお、各種の運転条件において検討したが、イオン電流の検出は、例えば、図１０の回路構成を採用した。

その結果、一般に、ＥＧＲ量が不足するほど、点火プラグの点火放電後に発生するＬＣ振動区間（放電ノイズ区間）と、その後の燃焼によるイオン発生区間とが近接するか、或いは重複することが明らかとなった。図１（ａ）と図１（ｂ）は、ＥＧＲ量が正常値である場合と、設定値より不足した場合のイオン電流の挙動を示す計測結果である。図１（ａ）に示すＥＧＲ量の正常状態では、ＬＣ振動区間とイオン発生区間とがほぼ峻別されるが、図１（ｂ）に示すＥＧＲ量の不足状態では、ＬＣ振動区間とイオン発生区間とが混在化されることが確認される。

本発明は、上記の知見に基づくものであって、一次コイルと二次コイルとを有する点火コイルと、前記一次コイルの通電を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させると共に適宜なタイミングでＥＧＲ制御を実行する制御装置と、前記スイッチング素子の遷移動作に対応して発生する前記二次コイルの誘起電圧を受けて点火放電をする点火プラグと、前記点火放電後の点火プラグの電流信号を検出して前記制御装置に供給する信号検出回路と、を有して構成され、前記点火放電後に発生するＬＣ振動波を、前記電流信号に基づいて特定し、ＬＣ振動波の収束タイミングが、その運転状態における正規タイミングより早いか否かに基づいてＥＧＲ経路の異常を判定する判定手段と、ＥＧＲ経路の異常が判定されると、その後の燃焼制御内容を変更する変更手段と、をＥＧＲ制御中の制御装置に設けたことを特徴とする。

前記判定手段は、好ましくは、各点火サイクルにおいて、ＬＣ振動波の開始タイミングから前記正規タイミングまで、前記電流信号を時間軸上で積分演算し、この時間積分値に基づいてＥＧＲ経路が異常であると判定するべきである。ここで、前記判定手段は、複数回の点火サイクルにおいて、前記時間積分値が、所定の閾値を継続して上回る場合に、ＥＧＲ経路が異常であると判定するか、或いは、前記時間積分値について複数回の点火サイクルにおける平均値、又はバラツキを特定する統計値を算出し、前記平均値や統計値が、所定の閾値を上回る場合に、ＥＧＲ経路が異常であると判定すると更に好ましい。なお、本明細書において、積分演算とは、純粋数学的な意味ではなく、総和演算など、実質的に同等な全ての演算を含む概念である。

また、各点火サイクルにおいて、ＬＣ振動波の継続区間とこれに続く区間について、前記電流信号を時間軸上で積分演算し、この時間積分値が素早く増加する状態が、複数回の点火サイクルにおいて継続される場合に、ＥＧＲ経路が異常であると判定するのも好ましい。或いは、各点火サイクルにおいて、ＬＣ振動波の継続区間とこれに続く区間について、前記電流信号を時間軸上で積分演算し、この時間積分値の最終値の１／Ｎ倍に達するまでの経過時間を特定し（Ｎ＞１）、各点火サイクルにおける前記経過時間か、複数回の点火サイクルにおける前記経過時間の統計値が、所定の閾値を下回る場合に、ＥＧＲ経路が異常であると判定するのも効果的である。

また、前記正規タイミング経過後の前記電流信号のピーク位置を判定し、前記ピーク位置が基準位置より早く出現する場合には、前記ＬＣ振動波が正規タイミングより早く収束したと判定するか、或いは、前記正規タイミングの途中から前記電流信号の変動を判定し、前記電流信号の変動が基準値より少ない場合は、前記ＬＣ振動波が正規タイミングより早く収束したと判定するのも好適である。

更に、各点火タイミングにおいて、前記電流信号と基準値とを時間順次に対比して、対比結果を示すパルス信号を生成すると共に、前記パルス信号のパルス幅が規定値より長いことに基づいて、ＬＣ振動波の収束タイミングを特定し、この収束タイミングが基準タイミングより早い場合には、前記ＬＣ振動波が早く収束したと判定するのも好適である。なお、ここで、パルス信号とは、必ずしも、物理的なパルス信号を意味せず、プログラム処理によって生成される二値データも包含する概念である。

本発明では、ＬＣ振動波の収束タイミングについての正規タイミングを、運転条件毎に予め特定しておくのが望ましい。ここで、運転条件には、好ましくは、エンジンの回転数、エンジンの吸気管圧力、及び設計上のＥＧＲ量が含まれる。

以上説明した本発明に係る燃焼制御装置によれば、イオン電流の挙動に基づいて、ＥＧＲ経路の異常を判定し、これに対応した制御動作を実現することができる。

第１実施例の原理を説明する図面である。 第１実施例の制御例を説明するフローチャートである。 第１実施例の別の制御例を説明するフローチャートである。 第２実施例の原理を説明する図面である。 第２実施例の制御例を説明するフローチャートである。 第３実施例の原理を説明する図面である。 第３実施例の制御例を説明するフローチャートである。 第４実施例の原理を説明する図面である。 第４実施例の制御例を説明するフローチャートである。 各実施例で使用される燃焼制御装置の構成を示す回路図である。 燃焼制御装置の動作を説明するタイムチャートである。 ＥＧＲ制御におけるトルク特性を示す図面である。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１０は、実施例に係る燃焼制御装置ＤＥＴを示す回路図であり、図１１は、燃焼制御装置ＤＥＴ各部の概略波形を示すタイムチャートである。

図１０に示す通り、この燃焼制御装置ＤＥＴは、内燃機関の電子制御ユニットたるＥＣＵ(Engine Control Unit)と、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２からなる点火コイルＣＬと、ＥＣＵから受ける点火パルスＳＧに基づく遷移動作によって一次コイルＬ１の電流ｉｃ１をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子Ｑと、二次コイルＬ２の誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグＰＧと、イオン電流検出回路ＩＯＮと、を中心に構成されている。

そして、イオン電流検出回路ＩＯＮの出力電圧Ｖｏは、ＥＣＵのＡ／Ｄコンバータ（不図示）に供給され、デジタルレベルの検出信号としてＥＣＵのメモリに記憶される。ここで、イオン電流検出回路ＩＯＮの出力電圧Ｖｏは、実施例１〜実施例４に対応して、適宜なデータ取得区間において取得される。そのため、ＥＣＵには、データ取得区間を、運転状態毎に特定する参照テーブルＴＢＬが設けられている。また、ＥＣＵは、エンジンの回転数、エンジンの吸気管圧力、自動車の車速、エンジンの冷却水温度などを把握可能に構成されている。

以下、回路構成について詳述すると、スイッチング素子Ｑは、ここではＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用されている。そして、スイッチング素子Ｑのコレクタ端子は、一次コイルＬ１を経由してバッテリ電圧ＶＢを受けており、エミッタ端子は、グランドに接続されている。

イオン電流検出回路ＩＯＮは、電流検出回路として機能するＯＰアンプＡＭＰを中心に構成され、コンデンサＣ１、ツェナーダイオードＺＤ、ダイオードＤ１，Ｄ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を有して構成されている。コンデンサＣ１とツェナーダイオードＺＤの並列回路によって、イオン電流検出時のバイアス電圧が生成される。

二次コイルＬ２の高圧端子は、点火プラグＰＧに接続され、低圧端子は、前記バイアス電圧を生成するコンデンサＣ１及びツェナーダイオードＺＤの並列回路に接続されている。そして、コンデンサＣ１及びツェナーダイオードＺＤの並列回路は、ダイオードＤ１を通して、グランドに接続されている。図示の通り、ダイオードＤ１のカソード端子がグランドに接続されている。

一方、ダイオードＤ１のアノード端子は、電流制限抵抗Ｒ１を経由してＯＰアンプの反転入力端子（−）に接続されている。そして、ＯＰアンプＡＭＰの反転入力端子（−）と出力端子の間に、電流検出抵抗Ｒ２が接続され、出力端子のグランド間には、負荷抵抗Ｒ３が接続されている。また、ＯＰアンプの非反転端子（＋）は、グランドに接続され、反転端子（−）には、ダイオードＤ２のカソード端子が接続されている。なお、ダイオードＤ２のアノード端子はグランドに接続されている。

上記した構成の燃焼制御装置ＤＥＴでは、タイミングＴ０において、点火パルスＳＧがＨレベルからＬレベルに変化すると、二次コイルＬ２に誘起される高電圧によって点火プラグＰＧが放電する。この放電電流は、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→コンデンサＣ１→ダイオードＤ１の経路で流れるので、コンデンサＣ１は、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧により規定される電圧値に充電される。

点火プラグＰＧの放電によってＬＣ振動が開始され、燃焼室の混合気が着火されると、その後、急速に燃焼反応が進行して燃焼室にイオンが発生する。そして、そのためイオンを介して閉回路が構成され、イオン電流ｉは、電流検出抵抗Ｒ２→電流制限抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧの経路で流れる。したがって、イオン電流検出回路ＩＯＮの出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｒ２＊ｉとなり、イオン電流ｉに比例した値となる。

続いて、図１に基づいて、ＥＧＲ量が正常値である場合（図１（ａ）参照）と、ＥＧＲ量が設定値より不足する場合（図１（ｂ）参照）について、イオン電流検出回路ＩＯＮの出力電圧Ｖｏの挙動について説明する。図１（ａ）と図１（ｂ）から確認できる通り、ＥＧＲ量が正常値であれば、ＬＣ振動区間とイオン発生区間とがほぼ峻別されるが、ＥＧＲ量が設計値より不足すると、ＬＣ振動区間とイオン発生区間とが混在化される。これは、ＥＧＲ量が不足すると、その分だけ、点火放電後の燃焼反応の進行が速まるためであると推測される。

＜第１実施例＞
そこで、この特徴的な挙動の差異を数量化するべく、第１実施例では、正常なＥＧＲ制御において、点火放電後のＬＣ振動が収束するはずのＬＣ振動区間を運転条件毎に特定した。図１（ａ）に示す通り、ＬＣ振動区間の始期Ｔ０は、便宜上、一次コイルの通電ＯＦＦ時であるとした。一方、ＬＣ振動区間の終期Ｔ１は、エンジンの回転数、吸気管の圧力、及び設計上のＥＧＲ量などに基づいて実験的に確定される。

図２は、上記した規定区間［Ｔ０〜Ｔ１］のイオン電流の挙動に基づいて、ＥＧＲ経路の異常を検出する制御方法を説明するフローチャートである。先ず、ＥＣＵは、各点火サイクルの点火タイミングで、点火パルスＳＧを立下げて（Ｔ０）、一次コイルＬ１の電流を遮断状態にした後、規定区間［Ｔ０〜Ｔ１］について、イオン電流検出回路ＩＯＮの出力電圧Ｖｏを、デジタル変換して検出信号としてメモリに記憶する（ＳＴ１）。

ステップＳＴ１の処理で取得される検出信号は、図１（ａ）のように、ＬＣ振動区間の明確な挙動を示す正常状態と、図１（ａ）のように、ＬＣ振動区間とイオン発生区間とが重複される異常状態とがある。そこで、次に、規定区間［Ｔ０〜Ｔ１］について時間軸上の積分値を求める（ＳＴ２）。なお、積分演算は、実際には、検出信号の時間軸上の累積値ＳＵＭを算出して実行されるので、ステップＳＴ１のデータ取得処理に合わせて積分演算を実行しても良い。

ところで、この時間積分値ＳＵＭは、ＥＧＲ量が不足するほど大きな値になることが本発明者の実験により確認されている。図１（ｃ）は、所定のエンジン運転条件において、正常なＥＧＲ量で運転した場合と、意図的にＥＧＲ量を減少させて運転した場合と、ＥＧＲ量を更に減少させて運転した場合とについて、各々、複数回（例えば２５０回）の点火サイクルにおける時間積分値ＳＵＭをヒストグラム化したものである。

図示の通り、ＥＧＲ量が正常値であると、横軸（時間積分値）０．００４〜０．００６の範囲に、時間積分値ＳＵＭの出現が集中する。一方、ＥＧＲ量が減少すると、時間積分値ＳＵＭが０．００６〜０．００８の範囲に集中し、ＥＧＲ量が更に減少すると、０．００８〜０．０１０の範囲を中心に、時間積分値ＳＵＭが大きくばらつくことが確認される。そして、ＥＧＲ量が正常値か否かを、所定の時間積分値ＴＨ（例えば０．００７付近）によって切り分けることができることも確認される。

そこで、図２のステップＳＴ２の処理に続いて、時間積分値ＳＵＭが所定の閾値ＴＨを超えるか否かを判定し（ＳＴ３）、閾値ＴＨより小さい場合には、カウンタＣＮＴをゼロクリアすると共に（ＳＴ４）、ＥＧＲ経路に異常がないと判定する。そして、異常なしと判定された場合、次回の点火サイクルにおいて、設計通りのＥＧＲ制御に基づいて、点火時期を決定する（ＳＴ５）。

一方、ステップＳＴ３の判定において、時間積分値ＳＵＭ≧閾値ＴＨと判定される場合には、ゼロに初期設定されているカウンタＣＮＴの値をインクリメント（＋１）して更新すると共に（ＳＴ６）、更新後のカウンタＣＮＴの値が、限界値ＬＴを超えている否かを判定する（ＳＴ７）。

以上の処理の結果、カウンタＣＮＴは、時間積分値ＳＵＭが閾値ＴＨを超えた連続回数を示すことになる。そこで、本実施例では、インクリメント処理後のカウンタＣＮＴの値が限界値ＬＴを超えることを条件に、ＥＧＲ経路に異常が発生していると判定している（ＳＴ８）。

図２（ｂ）には、ＥＧＲ異常時における、時間積分値ＳＵＭの点火サイクル毎の推移と、カウンタＣＮＴの値の点火サイクル毎の推移とを示している。ここでは、閾値ＴＨが、例えば０．００７に設定され、カウンタＣＮＴの限界値ＬＴが、例えば２に設定されている。

そして、更新後のカウンタＣＮＴの値が限界値ＬＴを超えている場合には、次回の点火サイクルにおいて、例えば、点火時期を設計位置より遅角させる（ＳＴ８）。ＥＧＲ経路に異常が発生している場合には、図１２に示す通り、設計通りのトルクが発生していないと思われるが、あえて、点火時期を設計位置より遅角させることで（図１２の←参照）、トルク不足を抑制できると考えられる。なお、ＥＧＲ経路の異常時の燃焼制御は、特に限定されるものではなく、例えば、外部ＥＧＲ量の不足分を、内部ＥＧＲで補足する燃焼制御を採っても良い。

また、ＥＧＲ異常の判定アルゴリズムも適宜に変更可能である。図３は、時間積分値の移動平均ＡＶに基づく判定アルゴリズムを示すフローチャートである。ここでは、各点火サイクルにおける時間積分値ＳＵＭを保存するため、先頭領域ＢＵＦ（ＴＯＰ）から最終領域ＢＵＦ（ＢＴＭ）まで、Ｎ区画されたバッファ領域を設けている。また、ポインタＰＴを設けて時間積分値の保存先ＢＵＦ（ＴＯＰ）を特定している。

以上を踏まえて図３の処理内容を説明する。図２の場合と同様に、規定区間［Ｔ０〜Ｔ１］について時間積分値ＳＵＭを求め（ＳＴ１０〜ＳＴ１１）、これをポインタＰＴが示すバッファ領域ＢＵＦ（ＴＯＰ）に保存する（ＳＴ１２）。次に、ポインタＰＴの値が先頭位置ＴＯＰに一致するか否かを判定し、ＰＴ＞ＴＯＰであって一致しない場合には、ポインタＰＴの値をデクリメント（−１）する（ＳＴ１４）。そして、ステップＳＴ１４の処理に続いて、設計通りのＥＧＲ制御を継続するが（ＳＴ１５）、ステップＳＴ１４の処理を繰り返すことによって、バッファ領域には、最終領域ＢＵＦ（ＢＴＭ）から先頭領域ＢＵＦ（ＴＯＰ）に向けて、点火サイクルＮ回分の時間積分値ＳＵＭが記憶されることになる。

そして、Ｎ区画されたバッファ領域に、Ｎ個データ（時間積分値）が記憶されたタイミングで、ポインタＰＴの値が、先頭位置ＴＯＰの値に一致するので、Ｎ個の時間積分値の平均値ＡＶを算出する（ＳＴ１６）。また、ＢＵＦ（ＰＴ）〜ＢＵＦ（ＢＴＭ−１）のＮ−１個のデータを、一領域ずつ、ずらしてＢＵＦ（ＰＴ＋１）〜ＢＵＦ（ＢＴＭ）に移動させる（ＳＴ１７）。

次に、ステップＳＴ１６で算出された移動平均ＡＶを閾値ＴＨと対比し（ＳＴ１８）、閾値ＴＨ以上となる場合には、ＥＧＲ経路に異常があると判定して、次回の点火サイクルでは、異常に対応した適宜な燃焼制御を実施する（ＳＴ１９）。

図３（ｃ）は、ＥＧＲ量が正常値である場合と、ＥＧＲ量が不足した場合と、ＥＧＲ量が更に不足した場合について、移動平均値ＡＶの出現頻度を示すヒストグラムである。図３（ｃ）から確認できる通り、移動平均値は、特異的な数値範囲を採るので、移動平均値を判定パラメータとすることによって、時間積分値を判定パラメータとする場合より判定精度を高めることが可能となる（図１（ｃ）及び図３（ｃ）参照）。

また、移動平均ＡＶに代えて、時間積分値ＳＵＭの散らばり具合（ばらつき）を特定する標準偏差σや分散などに基づいて異常判定しても良い。図１（ｃ）に示す通り、ＥＧＲ量が不足するほど時間積分値ＳＵＭのバラツキが大きくなるので、例えば、図３（ｄ）のアルゴリズムでは、標準偏差σの閾値ＴＨσを設定しておき、σ≧ＴＨσの場合にＥＧＲ経路に異常があると判定している（ＳＴ１６’，ＳＴ１８’）。

＜第２実施例＞
以上、正常なＥＧＲ制御におけるＬＣ振動区間［Ｔ０〜Ｔ１］の判定パラメータに基づいて異常判定する手法を説明したが、特に、この手法に限定されるものではない。例えば、ＬＣ振動区間［Ｔ０〜Ｔ１］に代えて、イオン電流が消滅するまでの区間［Ｔ０〜Ｔｅ］のデータを使用するのも好適である。なお、イオン電流の消滅タイミングＴｅは、運転条件毎に予め実験的に特定しておく。

図４（ａ）と図４（ｂ）は、ＥＧＲ正常時とＥＧＲ不足時におけるイオン電流の挙動を示したものである。先に説明した通り、ＥＧＲ不足時には、ＬＣ振動区間と、イオン発生区間とが近接するか重複する。そこで、以下の実施例では、この差異を数量化するため、ＬＣ振動区間とイオン発生区間とを加えた全区間［Ｔ０〜Ｔｅ］について、時間積分値ＴＯＴＡＬを求め、その半分の値（ＴＯＴＡＬ／２）に達する時間位置Ｔｍ（以下、５０％位置という）を特定することで、異常判定を行っている。

図４（ｃ）は、所定のエンジン運転条件において、正常なＥＧＲ量で運転した場合と、意図的にＥＧＲ量を減少させて運転した場合と、ＥＧＲ量を更に減少させて運転した場合とについて、各々、複数回（例えば２５０回）の点火サイクルにおける全時間積分値の５０％位置Ｔｍの移動平均値をヒストグラム化したものである。

図示の通り、ＥＧＲ量が正常値であると、時間軸０．００２付近に、５０％位置Ｔｍがややばらついて出現する。一方、ＥＧＲ量が減少すると、５０％位置Ｔｍが０．００１７付近に出現し、ＥＧＲ量が更に減少すると、０．００１６付近に集中して、５０％位置Ｔｍが出現することが確認される。そのため、ＥＧＲ量が正常値か否かを、所定の閾値ＴＨ（例えば、経過時間０．００１８付近）によって切り分けることができる。

図５（ａ）は、全区間［Ｔ０〜Ｔｅ］の時間積分値ＴＯＴＡＬの５０％位置Ｔｍを判定パラメータとする異常判定アルゴリズムを示すフローチャートである。処理内容は、図２（ａ）と基本的に同じであるが、ここでは、全区間［Ｔ０〜Ｔｅ］の検出信号を取得した後（ＳＴ１’）、検出信号の時間積分値ＴＯＴＡＬを算出して、その５０％位置Ｔｍを特定する（ＳＴ２’）。

そして、この５０％位置Ｔｍが閾値ＴＨを下回る連続回数のカウンタＣＮＴで計測し（ＳＴ６）、インクリメント処理後のカウンタＣＮＴの値が限界値ＬＴを超えることを条件にＥＧＲ経路が異常であると判定している（ＳＴ７〜ＳＴ８）。

なお、各点火サイクルにおける５０％位置Ｔｍに基づいて異常判定するのではなく、５０％位置Ｔｍについて、移動平均、標準偏差、分散などの統計値を使用しても良いのは、先の実施例の場合と同じである。図５（ｂ）は、図３（ａ）の処理に類似するものであり、５０％位置Ｔｍの移動平均値ＡＶに基づいて異常判定している。

＜第３実施例＞
一般に、イオン電流は第一ピークを示した後、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、イオン電流の第二ピークを示すことが知られている。ここで、第一ピーク付近の波形は、燃焼開始時のケミカルイオンの挙動を示し、第二ピーク付近の波形は、燃焼開始後の熱発生により発生するサーマルイオンの挙動を示している。

一方、ＥＧＲの異常時には、ＬＣ振動区間とイオン発生区間とが近接又は重複するので（図６（ａ）及び図６（ｂ）参照）、イオン電流の第一ピークや第二ピークの発生タイミングが早まることになる。

そこで、第３実施例では、ＬＣ振動がほぼ消滅した後のイオン電流の最大ピークＰＥＡＫの出現位置Ｔｐに着目してＥＧＲ異常を判定している。なお、点火放電後のＬＣ振動がほぼ消滅するタイミングＴｓは、ＥＧＲ正常時のＬＣ振動に基づいて運転条件毎に予め実験的に特定しておく。

図７（ａ）は、第３実施例のアルゴリズムを説明するフローチャートであり、図５（ａ）の処理に類似している。ここでも、全区間［Ｔ０〜Ｔｅ］の検出信号を取得する（ＳＴ３０）。そして、ＬＣ振動（放電ノイズ）がほぼ消滅すると思われるタイミングＴｓ以降におけるピーク値ＰＥＡＫを示す検出信号の位置（ピーク位置）Ｔｐを特定する（ＳＴ３１）。

そして、ピーク位置Ｔｐが閾値ＴＨより早く出現する場合は、その連続回数をカウンタで計測し（ＳＴ３６）、インクリメント処理後のカウンタＣＮＴの値が限界値ＬＴを超えることを条件にＥＧＲ経路が異常であると判定している（ＳＴ３７〜ＳＴ３８）。

なお、各点火サイクルにおけるピーク位置Ｔｐに基づいて異常判定するのではなく、ピーク位置Ｔｐについて、移動平均、標準偏差、分散などの統計値を使用しても良い。図７（ｂ）は、図３（ａ）や図５（ｂ）の処理に類似するものであり、ピーク位置Ｔｐの移動平均値ＡＶ（又は標準偏差σ）に基づいて異常判定している。

図６（ｃ）は、所定のエンジン運転条件において、正常なＥＧＲ量で運転した場合と、意図的にＥＧＲ量を減少させて運転した場合と、ＥＧＲ量を更に減少させて運転した場合とについて、各々、複数回（例えば２５０回）の点火サイクルにおけるピーク位置Ｔｐの移動平均値ＡＶをヒストグラム化したものである。

図示の通り、ＥＧＲ量が正常値であると、時間軸０．００２３付近にピーク位置Ｔｐが出現し、ＥＧＲ量が減少すると、ピーク位置Ｔｐが０．００１８付近に出現し、ＥＧＲ量が更に減少すると、０．００１７付近にピーク位置Ｔｐが出現する。そのため、ＥＧＲ量が正常値か否かを、所定の閾値ＴＨ（例えば、０．００２付近）によって切り分けることができる。

＜第４実施例＞
次に、イオン電流検出回路ＩＯＮからの検出信号について、正常なＬＣ振動区間の後半以降（判定区間）の挙動を解析する第４実施例を説明する。なお、判定区間は、ＥＧＲ正常時のＬＣ振動に基づいて運転条件毎に予め実験的に特定しておく。

図８（ａ）に示す通り、ＥＧＲ正常時には、判定区間においてもＬＣ振動が持続しているので、検出信号の変動が著しい。一方、図８（ｂ）のように、ＥＧＲ不足時には、判定区間において、ＬＣ振動が既に収束しているので、検出信号の変動が穏やかである。

そこで、第４実施例では、図９に示す通り、全区間［Ｔ０〜Ｔｅ］の検出信号Ｓｉを取得した後（ＳＴ５０）、判定区間について、検出信号Ｓｉの偏差を特定する（ＳＴ５１）。具体的には、例えば、Ｄｉ←Ｓｉ−Ｓｉ−１の演算によって検出信号Ｓｉの差分Ｄｉを算出する。

そして、偏差Ｄｉを時間軸上に積分し、この時間積分値ＳＵＭに基づいて異常判定を実行する。図８（ｂ）と図８（ｃ）に示す通り、正常時には偏差が大きく、異常時には偏差が小さいので、時間積分値が閾値ＴＨを下回る場合は、その連続回数をカウンタで計測し（ＳＴ５６）、インクリメント処理後のカウンタＣＮＴの値が限界値ＬＴを超えることを条件にＥＧＲ経路が異常であると判定する（ＳＴ５７〜ＳＴ５８）。

なお、この実施例でも、各点火サイクルにおける偏差Ｄｉの時間積分値ＳＵＭに基づいて異常判定するのではなく、偏差Ｄｉの時間積分値ＳＵＭについて、移動平均、標準偏差、分散などの統計値を使用しても良いのは勿論である。

以上、実施例１〜実施例４について説明したが、各実施例で使用した判定パラメータを適宜に組み合わせて使用しても良いのは言うまでもない。

また、本発明では、ＬＣ振動区間とイオン発生区間とが近接しているか否か、或いは、重複しているか否かが問題となるので、上記の構成に代えて、ＬＣ振動の周波数に着目してＬＣ振動区間の終期タイミングを特定し、終期タイミングが早いか遅いかでＥＧＲ異常を判定しても良い。なお、終期タイミングが異常に早い場合には、ＥＧＲ経路の異常が推察される。

ＬＣ振動区間の終期タイミングを特定するには、例えば、各点火サイクルにおけるイオン電流検出回路ＩＯＮからの検出信号（瞬時値）を、適宜レベルの閾値ＴＨ（図８（ａ）及び図８（ｂ）参照）と対比して、コンパレータ出力（パルス波）を生成すれば良い。そして、コンパレータ出力のパルス幅が所定値より大きくなったタイミングで、ＬＣ振動が収束したと判定することができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、具体的な記載内容は、特に本発明を限定するものではない。例えば、実施例では、イオン電流検出回路として、最も簡易な回路構成を例示したが、より複雑な回路構成と採っても良いのは勿論である。

ＥＱＵ 燃焼制御装置
Ｌ１ 一次コイル
Ｌ２ 二次コイル
ＣＬ 点火コイル
Ｑ スイッチング素子
ＥＣＵ 制御装置
Ｖｏ 電流信号
ＩＯＮ 信号検出回路
ＳＴ２〜ＳＴ７ 判定手段
ＳＴ８ 変更手段

Claims (9)

1. 一次コイルと二次コイルとを有する点火コイルと、前記一次コイルの通電を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させると共に適宜なタイミングでＥＧＲ制御を実行する制御装置と、前記スイッチング素子の遷移動作に対応して発生する前記二次コイルの誘起電圧を受けて点火放電をする点火プラグと、前記点火放電後の点火プラグの電流信号を検出して前記制御装置に供給する信号検出回路と、を有して構成され、
   前記点火放電後に発生するＬＣ振動波を、前記電流信号に基づいて特定し、ＬＣ振動波の収束タイミングが、その運転状態における正規タイミングより早いか否かに基づいてＥＧＲ経路の異常を判定する判定手段と、
   ＥＧＲ経路の異常が判定されると、その後の燃焼制御内容を変更する変更手段と、
   をＥＧＲ制御中の制御装置に設けたことを特徴とする燃焼制御装置。
2. 前記判定手段は、各点火サイクルにおいて、ＬＣ振動波の開始タイミングから前記正規タイミングまで、前記電流信号を時間軸上で積分演算し、この時間積分値に基づいてＥＧＲ経路が異常であると判定する請求項１に記載の燃焼制御装置。
3. 前記判定手段は、複数回の点火サイクルにおいて、前記時間積分値が、所定の閾値を継続して上回る場合に、ＥＧＲ経路が異常であると判定する請求項２に記載の燃焼制御装置。
4. 前記判定手段は、前記時間積分値について複数回の点火サイクルにおける平均値、又はバラツキを特定する統計値を算出し、前記平均値や統計値が、所定の閾値を上回る場合に、ＥＧＲ経路が異常であると判定する請求項２に記載の燃焼制御装置。
5. 前記判定手段は、各点火サイクルにおいて、ＬＣ振動波の継続区間とこれに続く区間について、前記電流信号を時間軸上で積分演算し、この時間積分値が素早く増加する状態が、複数回の点火サイクルにおいて継続される場合に、ＥＧＲ経路が異常であると判定する請求項１に記載の燃焼制御装置。
6. 前記判定手段は、各点火サイクルにおいて、ＬＣ振動波の継続区間とこれに続く区間について、前記電流信号を時間軸上で積分演算し、この時間積分値の最終値の１／Ｎ倍に達するまでの経過時間を特定し（Ｎ＞１）、
   各点火サイクルにおける前記経過時間か、複数回の点火サイクルにおける前記経過時間の統計値が、所定の閾値を下回る場合に、ＥＧＲ経路が異常であると判定する請求項１に記載の燃焼制御装置。
7. 前記判定手段は、前記正規タイミング経過後の前記電流信号のピーク位置を判定し、
   前記ピーク位置が基準位置より早く出現する場合には、前記ＬＣ振動波が正規タイミングより早く収束したと判定する請求項１に記載の燃焼制御装置。
8. 前記判定手段は、前記正規タイミングの途中から前記電流信号の変動を判定し、
   前記電流信号の変動が基準値より少ない場合は、前記ＬＣ振動波が正規タイミングより早く収束したと判定する請求項１に記載の燃焼制御装置。
9. 前記判定手段は、各点火タイミングにおいて、前記電流信号と基準値とを時間順次に対比して、対比結果を示すパルス信号を生成すると共に、
   前記パルス信号のパルス幅が規定値より長いことに基づいて、ＬＣ振動波の収束タイミングを特定し、この収束タイミングが基準タイミングより早い場合には、前記ＬＣ振動波が早く収束したと判定する請求項１に記載の燃焼制御装置。