JP5904768B2 - Combustion state determination device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の気筒における燃焼状態を判定する判定装置に関する。   The present invention relates to a determination device that determines a combustion state in a cylinder of an internal combustion engine.

気筒での燃料の燃焼状態を推測する手法の一として、燃焼の際に点火プラグの電極を流れるイオン電流を検出するものが知られている(例えば、下記特許文献1を参照)。オーバーリーン等の不良燃焼時には、正常燃焼時に比べて燃焼が過度に緩慢となり、イオン電流のピークが低くなり、またイオン電流の流れている時間が長くなる。イオン電流の推移を計測し、その最大値が判定閾値を上回るか否か、またはイオン電流が判定閾値(この閾値は、前記閾値とは異なる)を超えている時間が短いか長いかを判断することで、燃焼が正常であるか否かの判定を下すことが可能である。イオン電流を検出できない場合には、当該気筒にて失火が起こっていることは言うまでもない。   As a method for estimating the combustion state of the fuel in the cylinder, one that detects an ionic current flowing through the electrode of a spark plug during combustion is known (see, for example, Patent Document 1 below). At the time of poor combustion such as over leaning, the combustion becomes excessively slow compared with the normal combustion, the peak of the ionic current is lowered, and the time during which the ionic current is flowing becomes longer. The transition of the ionic current is measured, and it is determined whether the maximum value exceeds the determination threshold or whether the time during which the ionic current exceeds the determination threshold (this threshold is different from the threshold) is short or long. Thus, it is possible to determine whether or not the combustion is normal. Needless to say, if the ion current cannot be detected, a misfire has occurred in the cylinder.

イオン電流を検出するにあたっては、キャパシタに蓄えた電荷による高いバイアス電圧を点火プラグの中心電極に印加することが通例である(例えば、下記特許文献2を参照)。   In detecting the ionic current, it is usual to apply a high bias voltage due to the charge stored in the capacitor to the center electrode of the spark plug (see, for example, Patent Document 2 below).

しかし、キャパシタに蓄えている電荷はイオン電流が流れる際に放出されることから、点火プラグの電極に印加するバイアス電圧は膨張行程において逓減してゆく。故に、燃焼過程の中盤以降に検出されるイオン電流のレベルは必然的に低下するが、従前の手法ではバイアス電圧の低下を考慮することなく専らイオン電流の実測値に依拠して判定を実施していた。このため、時として燃焼状態についての誤判定を招くことがあり得た。   However, since the charge stored in the capacitor is released when the ionic current flows, the bias voltage applied to the electrode of the spark plug gradually decreases during the expansion stroke. Therefore, the level of the ion current detected after the middle of the combustion process inevitably decreases, but the conventional method makes a judgment based solely on the measured value of the ion current without considering the decrease of the bias voltage. It was. For this reason, the misjudgment about the combustion state was sometimes caused.

特開平06−034490号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-034490 特開2006−200432号公報JP 2006-200432 A

上記の問題に初めて着目してなされた本発明は、イオン電流を参照した燃焼状態の判定の精度を一層高めることを所期の目的とする。   The present invention, which has been made by paying attention to the above-mentioned problem for the first time, aims to further improve the accuracy of determination of the combustion state with reference to the ion current.

本発明では、キャパシタに蓄えた電荷によるバイアス電圧を点火プラグの電極に印加して当該電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用し、内燃機関の気筒における燃焼状態を判定するものであって、膨張行程中に検出されるイオン電流を反復的に計測し、その計測値の時系列からキャパシタから流出した電荷量またはキャパシタ電圧を演算し、その電荷量またはキャパシタ電圧を基に、膨張行程中の点火プラグの電極間の抵抗値を求め、その膨張行程中の抵抗値を判定閾値と比較することを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置を構成した。並びに、本発明では、キャパシタに蓄えた電荷によるバイアス電圧を点火プラグの電極に印加して当該電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用し、内燃機関の気筒における燃焼状態を判定するものであって、イオン電流を反復的に計測し、その計測値の時系列からキャパシタから流出した電荷量またはキャパシタ電圧を演算し、その電荷量またはキャパシタ電圧を基に、点火プラグの電極間の抵抗値を求めるかまたはイオン電流の計測値に補正を加えるものであり、反復的に演算しているキャパシタからの電荷の放出量がキャパシタに元々蓄えていた電荷量に略等しくなった場合には、点火プラグに故障が生じた旨を示す情報をメモリに書き込むとともに、運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知することを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置を構成した。 In the present invention, a circuit for detecting a ionic current flowing through an electrode of a spark plug by applying a bias voltage based on an electric charge stored in a capacitor to detect an ionic current flowing through the electrode is used to determine a combustion state in a cylinder of an internal combustion engine, The ion current detected during the expansion stroke is repeatedly measured, and the amount of charge or capacitor voltage flowing out of the capacitor is calculated from the time series of the measured values. Based on the amount of charge or capacitor voltage, the current during the expansion stroke is calculated . A combustion state determination device for an internal combustion engine is characterized in that a resistance value between the electrodes of the spark plug is obtained and the resistance value during the expansion stroke is compared with a determination threshold value . In addition, in the present invention, a circuit for detecting a ionic current flowing through an electrode of a spark plug by applying a bias voltage based on the charge stored in the capacitor to the electrode of the spark plug is used to determine the combustion state in the cylinder of the internal combustion engine. Then, the ion current is repeatedly measured, the amount of charge flowing out from the capacitor or the capacitor voltage is calculated from the time series of the measured value, and the resistance value between the electrodes of the spark plug is calculated based on the amount of charge or the capacitor voltage. If the amount of charge released from the capacitor, which is repeatedly calculated, is approximately equal to the amount of charge originally stored in the capacitor, the ignition plug is calculated. An internal combustion engine characterized in that information indicating that a failure has occurred is written in a memory, and is notified in a manner appealing to the driver's vision or hearing. To constitute a combustion state determining apparatus.

本発明によれば、イオン電流を参照した燃焼状態の判定の精度を一層高めることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the precision of the determination of the combustion state which referred the ion current can be improved further.

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the internal combustion engine in one Embodiment of this invention. 同実施形態における火花点火装置の回路図。The circuit diagram of the spark ignition device in the embodiment. 内燃機関の各気筒における燃焼圧及びイオン電流のそれぞれの推移を示す図。The figure which shows each transition of the combustion pressure and ion current in each cylinder of an internal combustion engine. 内燃機関の各気筒におけるイオン電流の圧縮行程以降の推移を示す図。The figure which shows transition after the compression stroke of the ionic current in each cylinder of an internal combustion engine.

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における火花点火式内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)と、各気筒1内に燃料を噴射するインジェクタ10と、各気筒1に吸気を供給するための吸気通路3と、各気筒1から排気を排出するための排気通路4と、吸気通路3を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機5と、排気通路4から吸気通路3に向けてEGRガスを還流させる外部EGR装置2とを具備している。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of a spark ignition type internal combustion engine in the present embodiment. This internal combustion engine is of a direct injection type, and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1), an injector 10 that injects fuel into each cylinder 1, An intake passage 3 for supplying intake air to the cylinder 1, an exhaust passage 4 for discharging exhaust from each cylinder 1, an exhaust turbocharger 5 for supercharging intake air flowing through the intake passage 3, and an exhaust passage And an external EGR device 2 that recirculates EGR gas from 4 toward the intake passage 3.

気筒1の燃焼室の天井部には、点火プラグ13を取り付けてある。図2に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ13は、点火コイル12にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル12は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ11とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。   A spark plug 13 is attached to the ceiling of the combustion chamber of the cylinder 1. FIG. 2 shows an electric circuit for spark ignition. The spark plug 13 receives spark voltage generated by the ignition coil 12 and causes spark discharge between the center electrode and the ground electrode. The ignition coil 12 is integrally incorporated in a coil case together with an igniter 11 that is a semiconductor switching element.

内燃機関の燃焼状態判定装置たるECU(Electronic Control Unit)0からの点火信号oをイグナイタ11が受けると、まずイグナイタ11が点弧して点火コイル12の一次側に電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ11が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ13の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。   When the igniter 11 receives an ignition signal o from an ECU (Electronic Control Unit) 0, which is a combustion state determination device for an internal combustion engine, the igniter 11 is first ignited and a current flows to the primary side of the ignition coil 12, and the ignition immediately thereafter. The igniter 11 is extinguished at the timing, and this current is cut off. Then, a self-induction action occurs, and a high voltage is generated on the primary side. Since the primary side and the secondary side share the magnetic circuit and the magnetic flux, a higher induced voltage is generated on the secondary side. This high induction voltage is applied to the center electrode of the spark plug 13, and spark discharge occurs between the center electrode and the ground electrode.

ECU0は、燃料の爆発燃焼の際に気筒1の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流を参照して、燃焼状態の判定を行う。   The ECU 0 detects an ionic current generated in the combustion chamber of the cylinder 1 during the explosion combustion of the fuel, and refers to the ionic current to determine the combustion state.

図2に示しているように、火花点火用の電気回路には、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部14と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部15とを付設してある。バイアス電源部14は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ141と、キャパシタ141の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード142と、電流阻止用のダイオード143、144と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗145とを含む。増幅部15は、オペアンプに代表される電圧増幅器151を含む。   As shown in FIG. 2, the electrical circuit for spark ignition has a bias power supply unit 14 for effectively detecting the ionic current, and an amplification that amplifies and outputs a detection voltage corresponding to the amount of the ionic current. The part 15 is attached. The bias power supply unit 14 includes a capacitor 141 that stores a bias voltage, a Zener diode 142 for increasing the voltage of the capacitor 141 to a predetermined voltage, current blocking diodes 143 and 144, and a load that outputs a voltage corresponding to the ion current. A resistor 145. The amplifying unit 15 includes a voltage amplifier 151 typified by an operational amplifier.

点火プラグ13の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ141が充電され、その後キャパシタ141に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗145にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることに起因して生じる抵抗145の両端間の電圧は、増幅部15により増幅されてイオン電流信号hとしてECU0に受信される。   During arc discharge between the center electrode and the ground electrode of the spark plug 13, the capacitor 141 is charged, and then an ion current flows through the load resistor 145 by the bias voltage charged in the capacitor 141. The voltage between both ends of the resistor 145 generated due to the flow of the ionic current is amplified by the amplifying unit 15 and received by the ECU 0 as the ionic current signal h.

図3に、燃焼圧(図中破線で示す)及びイオン電流(図中実線で示す)のそれぞれの推移を例示している。正常燃焼の場合のイオン電流は、点火の瞬間にサージ状に急激に流れ(誘導放電)、圧縮上死点の手前で減少した後、再び増加する(容量放電)。そして、燃焼圧がピークを迎えるのと略同時にイオン電流も極大となる。   FIG. 3 illustrates respective transitions of the combustion pressure (indicated by a broken line in the figure) and the ionic current (indicated by a solid line in the figure). In the case of normal combustion, the ionic current suddenly flows like a surge at the moment of ignition (inductive discharge), decreases before compression top dead center, and then increases again (capacitive discharge). And, at the same time as the combustion pressure reaches its peak, the ionic current also becomes maximum.

吸気通路3は、外部から空気を取り入れて気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、過給機5のコンプレッサ51、インタクーラ32、電子スロットルバルブ33、サージタンク34、吸気マニホルド35を、上流からこの順序に配置している。   The intake passage 3 takes in air from the outside and guides it to the intake port of the cylinder 1. On the intake passage 3, an air cleaner 31, a compressor 51 of the supercharger 5, an intercooler 32, an electronic throttle valve 33, a surge tank 34, and an intake manifold 35 are arranged in this order from the upstream side.

排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42、過給機5の駆動タービン52及び三元触媒41を配置している。加えて、タービン52を迂回する排気バイパス通路43、及びこのバイパス通路43の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ44を設けてある。ウェイストゲートバルブ44は、アクチュエータに制御信号lを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてDCサーボモータを用いている。   The exhaust passage 4 guides exhaust generated as a result of burning fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of the cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42, a drive turbine 52 for the supercharger 5, and a three-way catalyst 41 are disposed on the exhaust passage 4. In addition, an exhaust bypass passage 43 that bypasses the turbine 52 and a waste gate valve 44 that is a bypass valve that opens and closes the inlet of the bypass passage 43 are provided. The waste gate valve 44 is an electric waste gate valve that can be opened and closed by inputting a control signal l to the actuator, and a DC servo motor is used as the actuator.

排気ターボ過給機5は、駆動タービン52とコンプレッサ51とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン52を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ51にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒1に送り込む。   The exhaust turbocharger 5 is configured such that the drive turbine 52 and the compressor 51 are connected and linked in a coaxial manner. Then, the driving turbine 52 is rotationally driven by using the energy of the exhaust gas, and the compressor 51 is pumped by using the rotational force, whereby the intake air is pressurized and compressed (supercharged) and sent to the cylinder 1.

外部EGR装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものである。外部EGR通路の入口は、排気通路4におけるタービン52の上流の所定箇所に接続している。外部EGR通路の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ33の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク34に接続している。外部EGR通路上にも、EGRクーラ21及びEGRバルブ22を設けてある。   The external EGR device 2 realizes a so-called high-pressure loop EGR. The inlet of the external EGR passage is connected to a predetermined location upstream of the turbine 52 in the exhaust passage 4. The outlet of the external EGR passage is connected to a predetermined location downstream of the throttle valve 33 in the intake passage 3, specifically to a surge tank 34. An EGR cooler 21 and an EGR valve 22 are also provided on the external EGR passage.

ECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。   The ECU 0 is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.

入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ33の開度をアクセル開度として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号c、吸気通路3(特に、サージタンク34)内の吸気温及び吸気圧(または、過給圧)を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号d、シフトポジション(ギアポジション)スイッチから出力されるシフトポジション信号e、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム信号g、燃焼室内でのプラズマの生成及び混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号h、エアコンディショナが作動しているか否かに関する作動信号i、車載バッテリの充電状態を示唆する指標を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号j等が入力される。エンジン回転センサは、10°CA(クランク角度)毎にパルス信号bを発する。カム角センサは、720°CAを気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば240°CA毎にパルス信号gを発する。エアコンディショナの作動信号iは、運転者がエアコンディショナをONにするべく手動操作したスイッチから発される信号であったり、オートエアコンシステムを司るオートエアコンECUから発される信号であったりする。バッテリ状態信号jは、例えばバッテリ電流、バッテリ電圧及びバッテリ温度を表示する。   The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor for detecting the vehicle speed, an engine rotation signal b output from an engine rotation sensor for detecting the rotation angle and engine speed of the crankshaft, an accelerator pedal depression amount or a throttle. An accelerator opening signal c output from an accelerator opening sensor that detects the opening of the valve 33 as an accelerator opening, intake air temperature and intake pressure (or supercharging pressure) in the intake passage 3 (especially the surge tank 34). The intake air temperature / intake pressure signal d output from the temperature / pressure sensor for detecting engine, the shift position signal e output from the shift position (gear position) switch, and the cooling output from the water temperature sensor for detecting the cooling water temperature of the internal combustion engine. Cam signal output from cam angle sensor at multiple cam angles of water temperature signal f and intake camshaft , An ion current signal h output from a circuit for detecting an ion current generated by the generation of plasma in the combustion chamber and the combustion of the air-fuel mixture, an operation signal i regarding whether or not the air conditioner is operating, The battery state signal j etc. output from the sensor which detects the parameter | index which suggests a charge state are input. The engine rotation sensor generates a pulse signal b every 10 ° CA (crank angle). The cam angle sensor generates a pulse signal g at an angle obtained by dividing 720 ° CA by the number of cylinders, or every 240 ° CA for a three-cylinder engine. The operation signal i of the air conditioner may be a signal issued from a switch manually operated by the driver to turn on the air conditioner or a signal issued from an auto air conditioner ECU that controls the auto air conditioner system. . The battery status signal j displays, for example, battery current, battery voltage, and battery temperature.

出力インタフェースからは、スロットルバルブ33に対して開度操作信号k、ウェイストゲートバルブ44に対して開度操作信号l、EGRバルブ22に対して開度操作信号m、インジェクタ10に対して燃料噴射信号n、イグナイタ11に対して点火信号o、クランクシャフトから駆動力の伝達を受けて発電するオルタネータの出力電圧を制御する電圧レギュレータに対して電圧指示信号p等を出力する。   From the output interface, the opening operation signal k for the throttle valve 33, the opening operation signal l for the waste gate valve 44, the opening operation signal m for the EGR valve 22, and the fuel injection signal for the injector 10. n, an ignition signal o is output to the igniter 11, and a voltage instruction signal p is output to a voltage regulator that controls the output voltage of the alternator that generates power upon receiving the driving force transmitted from the crankshaft.

ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、h、i、jを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、EGR量(または、EGR率)及びEGRバルブ22の開度、オルタネータによる発電電力といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能であるので説明を割愛する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号k、l、m、n、o、pを出力インタフェースを介して印加する。   The processor of the ECU 0 interprets and executes a program stored in the memory in advance, calculates operation parameters, and controls the operation of the internal combustion engine. The ECU 0 obtains various information a, b, c, d, e, f, g, h, i, j necessary for operation control of the internal combustion engine via the input interface, knows the engine speed, and uses the cylinder 1 Estimate the amount of intake air to be filled. Based on the engine speed and intake air amount, the required fuel injection amount, fuel injection timing (including the number of times of fuel injection for one combustion), fuel injection pressure, ignition timing, EGR amount (or EGR rate) And various operating parameters such as the opening degree of the EGR valve 22 and the electric power generated by the alternator. As the operation parameter determination method itself, a known method can be adopted, and the description thereof will be omitted. The ECU 0 applies various control signals k, l, m, n, o, and p corresponding to the operation parameters via the output interface.

本実施形態のECU0は、イオン電流を反復的に計測し、その計測値の時系列からキャパシタ141から流出した電荷量及び/またはキャパシタ141の電圧を演算する。そして、その電荷量またはキャパシタ電圧を基に、点火プラグ13の中心電極と接地電極との間の抵抗値を求める。   The ECU 0 of this embodiment repeatedly measures the ionic current, and calculates the amount of charge flowing out from the capacitor 141 and / or the voltage of the capacitor 141 from the time series of the measured values. Then, a resistance value between the center electrode of the spark plug 13 and the ground electrode is obtained based on the charge amount or the capacitor voltage.

キャパシタ141が蓄えている電荷をQ、キャパシタ141の電圧をV、キャパシタ141の容量をCとおくと、
Q=CV
なる関係が成立する。他方、点火プラグ13の中心電極と接地電極との間の抵抗値をR、点火後に容量放電により点火プラグ13の電極を流れる電流をIとおくと、
V=(R+r)I
なる関係が成立する。rは負荷抵抗145の抵抗値である。尤も、このrは無視しても構わない。
If the charge stored in the capacitor 141 is Q, the voltage of the capacitor 141 is V, and the capacitance of the capacitor 141 is C,
Q = CV
This relationship is established. On the other hand, if the resistance value between the center electrode of the spark plug 13 and the ground electrode is R, and the current flowing through the electrode of the spark plug 13 by capacitive discharge after ignition is I,
V = (R + r) I
This relationship is established. r is the resistance value of the load resistor 145. However, this r may be ignored.

容量放電が開始されてから経過した時間をtとおく。t=Tの時点で、キャパシタ141から流れ出た電荷の量Q’は、
Q’(T)=∫0 TI(t)dt
である。現実には、ECU0はイオン電流信号hを所定の周期で反復的にサンプリングしており、ECU0はそのサンプリング値I(t)にサンプリング周期を乗じたものを積算することで電荷量Q’(T)を演算する。
Let t be the time that has elapsed since the start of capacitive discharge. At time t = T, the amount of charge Q ′ flowing out of the capacitor 141 is
Q ′ (T) = ∫ 0 T I (t) dt
It is. Actually, the ECU 0 repeatedly samples the ion current signal h at a predetermined cycle, and the ECU 0 integrates the sampling value I (t) multiplied by the sampling cycle to thereby accumulate the charge amount Q ′ (T ) Is calculated.

t=Tの時点でキャパシタ141に残存している電荷量Q及びキャパシタ電圧Vは、
Q(T)=Q(0)−Q’(T)
V(T)=Q(T)/C
となる。Q(0)は、容量Cのキャパシタ141を所定電圧まで充電したときの電荷量である。
The amount of charge Q and the capacitor voltage V remaining in the capacitor 141 at the time of t = T are:
Q (T) = Q (0) −Q ′ (T)
V (T) = Q (T) / C
It becomes. Q (0) is the charge amount when the capacitor 141 having the capacitance C is charged to a predetermined voltage.

そして、t=T時点におけるイオン電流のサンプリング値I(T)とキャパシタ電圧V(T)とから、点火プラグ13の電極間の抵抗値R(T)を得ることができる。即ち、
R(T)={V(T)/I(T)}−r={Q(0)−∫0 TI(t)dt}/{CI(T)}−r
となる。
The resistance value R (T) between the electrodes of the spark plug 13 can be obtained from the sampling value I (T) of the ionic current at the time t = T and the capacitor voltage V (T). That is,
R (T) = {V (T) / I (T)} − r = {Q (0) −∫ 0 T I (t) dt} / {CI (T)} − r
It becomes.

基本的に、抵抗値Rは、燃料の燃焼により燃焼室内に発生したイオンの量に依存する燃焼抵抗を示している。十分な燃焼が行われたとき、このRは低下するが、燃焼が不十分であったときにはRは大きいままとなる。とりわけ、着火せず、または火炎が途中で消失する失火に陥ってしまった暁には、Rは点火プラグ13の中心電極と接地電極との間の絶縁抵抗そのものとなる。要するに、R(t)を反復的に算出し、その推移または最小値を参照することで、気筒1における燃焼状態を推測、判定することが可能である。   Basically, the resistance value R indicates a combustion resistance that depends on the amount of ions generated in the combustion chamber by the combustion of fuel. When sufficient combustion is performed, this R decreases, but when combustion is insufficient, R remains large. In particular, when the flame does not ignite or is misfired in which the flame disappears in the middle, R becomes the insulation resistance itself between the center electrode of the spark plug 13 and the ground electrode. In short, it is possible to estimate and determine the combustion state in the cylinder 1 by repeatedly calculating R (t) and referring to the transition or the minimum value.

例えば、膨張行程にて燃焼抵抗R(t)の最小値が判定閾値を下回れば正常燃焼と判断し、R(t)が判定閾値を下回ることがなければ不良燃焼または失火と判断する。または、膨張行程にて燃焼抵抗R(t)が判定閾値(この閾値は、前記閾値とは異なり、前記閾値よりも高い)を下回る期間がある長さ未満であれば正常燃焼と判断し、ある長さ以上であれば不良燃焼と判断する。後者によれば、オーバーリーン等による燃焼の過度の緩慢化を感知することができる。   For example, if the minimum value of the combustion resistance R (t) is below the determination threshold in the expansion stroke, it is determined that the combustion is normal, and if R (t) does not fall below the determination threshold, it is determined that the combustion is defective or misfiring. Alternatively, if the combustion resistance R (t) in the expansion stroke is less than a certain length during which the combustion resistance R (t) is lower than a determination threshold value (which is different from the threshold value and higher than the threshold value), the normal combustion is determined. If it is longer than the length, it is judged as defective combustion. According to the latter, it is possible to sense an excessive slowing of combustion due to overlean or the like.

但し、点火プラグ13には、経年変化としてカーボン等が徐々に付着し、堆積してゆく。このカーボン等は、点火プラグ13の電極間の絶縁抵抗を低下させ、漏洩電流を増加させる。経年変化が著しいと、抵抗値Rのうちの絶縁抵抗低下分が占める割合が増大し、Rが燃焼に伴うイオン発生によるものかカーボン等の付着によるものかの区別がつきにくくなる。極端な場合、不良燃焼であるにもかかわらずRが正常燃焼時の抵抗値に近い値をとってしまう可能性もある。   However, carbon or the like gradually adheres and accumulates on the spark plug 13 as aging. This carbon or the like reduces the insulation resistance between the electrodes of the spark plug 13 and increases the leakage current. If the secular change is significant, the ratio of the resistance value R to the decrease in insulation resistance increases, and it becomes difficult to distinguish whether R is due to the generation of ions accompanying combustion or due to adhesion of carbon or the like. In an extreme case, there is a possibility that R takes a value close to the resistance value during normal combustion in spite of poor combustion.

そこで、点火プラグ13の絶縁抵抗を知得し、点火プラグ13のダイアグノーシスに活用することが好ましい。気筒1における膨張行程、排気行程、そして同気筒1における次回のサイクルの吸気行程へと遷移するにつれて、キャパシタ141が蓄えている電荷量Qは逓減するが、キャパシタ141からの電荷の放出量Q’(t)が元々蓄えていた電荷量Q(0)に等しくなった場合には、点火プラグ13の電極間の絶縁抵抗が低下し当該電極間での漏洩電流によりキャパシタ141が全ての電荷を放電してしまったと見なすことができる。従って、ECU0は、
Q’(t)≒Q(0)
の条件が成立したことを以て、点火プラグ13に故障が生じたものと判定し、その旨を示す情報をメモリに書き込むとともに、運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様(例えば、コックピット内にてランプを点灯させる、ディスプレイに情報を表示させる、アラーム音を鳴らす等)で報知する。
Therefore, it is preferable to know the insulation resistance of the spark plug 13 and use it for diagnosis of the spark plug 13. The charge amount Q stored in the capacitor 141 gradually decreases as the cylinder 1 shifts to the expansion stroke, the exhaust stroke, and the intake stroke of the next cycle in the cylinder 1, but the charge discharge amount Q ′ from the capacitor 141 decreases. When (t) becomes equal to the amount of charge Q (0) originally stored, the insulation resistance between the electrodes of the spark plug 13 is lowered, and the capacitor 141 discharges all charges due to the leakage current between the electrodes. Can be regarded as having done. Therefore, ECU0
Q ′ (t) ≈Q (0)
If the condition is satisfied, it is determined that a failure has occurred in the spark plug 13, information indicating that is written in the memory, and an aspect that appeals to the driver's vision or hearing (for example, a lamp in the cockpit) Are turned on, information is displayed on the display, an alarm is sounded, etc.).

上式の条件が成立しない場合、点火プラグ13の電極間の絶縁抵抗を推算することが可能である。即ち、図4に示すように、燃料の燃焼が既に終了している時期、特に吸気行程以降の時点t=Tdにおいてプラグ13の電極を流れる電流I(Td)は漏洩電流であり、当該時点t=Tdについて演算した抵抗値R(Td)が、絶縁抵抗ということになる。 When the condition of the above equation is not satisfied, it is possible to estimate the insulation resistance between the electrodes of the spark plug 13. That is, as shown in FIG. 4, the current I (T d ) flowing through the electrode of the plug 13 at the time when fuel combustion has already ended, particularly at the time t = T d after the intake stroke, is a leakage current, The resistance value R (T d ) calculated for the time point t = T d is the insulation resistance.

その上で、燃焼状態の判定に際して、演算した抵抗値R(t)から絶縁抵抗R(Td)を減算したものを真の燃焼抵抗とし、この真の燃焼抵抗{R(t)−R(Td)}を判定閾値と比較するようにしてもよい。 Then, when determining the combustion state, a value obtained by subtracting the insulation resistance R (T d ) from the calculated resistance value R (t) is defined as a true combustion resistance, and this true combustion resistance {R (t) −R ( T d )} may be compared with a determination threshold.

本実施形態によれば、キャパシタ141に蓄えた電荷Qによるバイアス電圧Vを点火プラグ13の電極に印加して当該電極を流れるイオン電流Iを検出する回路を利用し、内燃機関の気筒1における燃焼状態を判定するものであって、イオン電流Iを反復的に計測し、その計測値の時系列からキャパシタ141から流出した電荷量Q’またはキャパシタ電圧Vを演算し、その電荷量Q’またはキャパシタ電圧Vを基に、点火プラグ13の電極間の抵抗値Rを求めることを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置0を構成したため、キャパシタ141の電荷の放電に伴うバイアス電圧Vの低下をも加味してより精確な燃焼状態の推測を行うことが可能となる。   According to the present embodiment, the combustion in the cylinder 1 of the internal combustion engine is performed using the circuit that detects the ion current I flowing through the electrode by applying the bias voltage V due to the charge Q stored in the capacitor 141 to the electrode of the spark plug 13. The state is determined, the ion current I is repeatedly measured, the charge amount Q ′ or the capacitor voltage V flowing out from the capacitor 141 is calculated from the time series of the measured values, and the charge amount Q ′ or the capacitor is calculated. Since the combustion state determination device 0 of the internal combustion engine is characterized in that the resistance value R between the electrodes of the spark plug 13 is obtained based on the voltage V, the bias voltage V is reduced due to the discharge of the charge of the capacitor 141. Considering this, it becomes possible to estimate the combustion state more accurately.

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、燃焼抵抗Rを求め、燃焼抵抗Rを判定閾値と比較する燃焼状態判定を考えていた。しかし、燃焼抵抗Rは巨大な値であり、燃焼状態判定装置たるECU0での取り扱いが必ずしも容易でない。即ち、プロセッサにおける丸め誤差の発生を回避する手立てをとる必要があるかもしれない。   The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. In the above-described embodiment, the combustion resistance R is obtained, and the combustion state determination in which the combustion resistance R is compared with the determination threshold value is considered. However, the combustion resistance R is a huge value, and it is not always easy to handle the ECU 0 as a combustion state determination device. That is, it may be necessary to take measures to avoid the occurrence of rounding errors in the processor.

上記の事情に鑑み、従前の判定手法に倣い、イオン電流I自体を判定閾値を比較することが考えられる。この場合、キャパシタ141から流出した電荷量Q’またはキャパシタ電圧Vを基に、判定閾値と比較するべきイオン電流Iの値を底上げする補正を行う。   In view of the above circumstances, it is conceivable to compare the determination threshold value of the ionic current I itself with the conventional determination method. In this case, based on the charge amount Q ′ flowing out from the capacitor 141 or the capacitor voltage V, correction is performed to raise the value of the ion current I to be compared with the determination threshold value.

例えば、点火プラグ13の中心電極に印加されるバイアス電圧が衰えず一定であるという状況を仮定し、その仮定の下で流れるイオン電流量を算出することを考える。一定のバイアス電圧V(0)の下では、
V(0)={R(t)+r}{I(t)+I’(t)}
なる関係が成立する。V(0)は、所定電圧である。I(t)は、イオン電流の実測値である。そして、I’(t)は、イオン電流の実測値に加味する補正量である。
For example, assume that the bias voltage applied to the center electrode of the spark plug 13 is constant and does not decay, and the amount of ion current flowing under this assumption is calculated. Under a constant bias voltage V (0),
V (0) = {R (t) + r} {I (t) + I ′ (t)}
This relationship is established. V (0) is a predetermined voltage. I (t) is an actually measured value of the ionic current. I ′ (t) is a correction amount added to the measured value of the ionic current.

しかして、燃焼抵抗R(t)について、
R(t)+r=V(t)/I(t)
が成立することから、
I(t)+I’(t)=V(0)I(t)/V(t)=CV(0)I(t)/Q(t)
として、補正量を加味した、判定閾値と比較するべきイオン電流量{I(t)+I’(t)}を求めることができる。
Thus, regarding the combustion resistance R (t),
R (t) + r = V (t) / I (t)
From the fact that
I (t) + I ′ (t) = V (0) I (t) / V (t) = CV (0) I (t) / Q (t)
As a result, the ion current amount {I (t) + I ′ (t)} to be compared with the determination threshold value with the correction amount taken into account can be obtained.

燃焼状態判定装置たるECU0は、膨張行程にてイオン電流量{I(t)+I’(t)}の最大値が判定閾値を上回れば正常燃焼と判断し、イオン電流量{I(t)+I’(t)}が判定閾値を上回ることがなければ不良燃焼または失火と判断する。または、膨張行程にてイオン電流量{I(t)+I’(t)}が判定閾値(この閾値は、前記閾値とは異なり、前記閾値よりも低い)を上回る期間がある長さ未満であれば正常燃焼と判断し、ある長さ以上であれば不良燃焼と判断する。   The ECU 0 as the combustion state determination device determines normal combustion if the maximum value of the ion current amount {I (t) + I ′ (t)} exceeds the determination threshold in the expansion stroke, and determines the ion current amount {I (t) + I. If '(t)} does not exceed the determination threshold, it is determined that the combustion is defective or misfiring. Alternatively, if the ion current amount {I (t) + I ′ (t)} exceeds the determination threshold value (this threshold value is lower than the threshold value, which is different from the threshold value) during the expansion stroke, the length is less than a certain length. If it is longer than a certain length, it is determined as defective combustion.

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。   The present invention can be applied to control of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.

0…燃焼状態判定装置(ECU)
1…気筒
13…点火プラグ
14…バイアス電源部
141…キャパシタ
15…増幅部
0 ... Combustion state determination device (ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 13 ... Spark plug 14 ... Bias power supply part 141 ... Capacitor 15 ... Amplification part

Claims (2)

キャパシタに蓄えた電荷によるバイアス電圧を点火プラグの電極に印加して当該電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用し、内燃機関の気筒における燃焼状態を判定するものであって、
膨張行程中に検出されるイオン電流を反復的に計測し、その計測値の時系列からキャパシタから流出した電荷量またはキャパシタ電圧を演算し、その電荷量またはキャパシタ電圧を基に、膨張行程中の点火プラグの電極間の抵抗値を求め、その膨張行程中の抵抗値を判定閾値と比較することを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置。
A circuit for detecting a ionic current flowing through an electrode of a spark plug by applying a bias voltage based on an electric charge stored in a capacitor and detecting an ionic current flowing through the electrode to determine a combustion state in a cylinder of an internal combustion engine,
The ion current detected during the expansion stroke is repeatedly measured, and the amount of charge or capacitor voltage flowing out of the capacitor is calculated from the time series of the measured values. Based on the amount of charge or capacitor voltage, the current during the expansion stroke is calculated . A combustion state determination device for an internal combustion engine, wherein a resistance value between electrodes of a spark plug is obtained and the resistance value during the expansion stroke is compared with a determination threshold value .
キャパシタに蓄えた電荷によるバイアス電圧を点火プラグの電極に印加して当該電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用し、内燃機関の気筒における燃焼状態を判定するものであって、A circuit for detecting a ionic current flowing through an electrode of a spark plug by applying a bias voltage based on an electric charge stored in a capacitor and detecting an ionic current flowing through the electrode to determine a combustion state in a cylinder of an internal combustion engine,
イオン電流を反復的に計測し、その計測値の時系列からキャパシタから流出した電荷量またはキャパシタ電圧を演算し、その電荷量またはキャパシタ電圧を基に、点火プラグの電極間の抵抗値を求めるかまたはイオン電流の計測値に補正を加えるものであり、Whether ion current is measured repeatedly, the amount of charge or capacitor voltage flowing out of the capacitor is calculated from the measured time series, and the resistance value between the electrodes of the spark plug is calculated based on the amount of charge or capacitor voltage. Or it adds correction to the measured value of ion current,
反復的に演算しているキャパシタからの電荷の放出量がキャパシタに元々蓄えていた電荷量に略等しくなった場合には、点火プラグに故障が生じた旨を示す情報をメモリに書き込むとともに、運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知することを特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置。When the amount of charge released from the capacitor, which is repeatedly calculated, is approximately equal to the amount of charge originally stored in the capacitor, information indicating that a failure has occurred in the spark plug is written in the memory and the operation is performed. A combustion state determination device for an internal combustion engine, which is notified in a manner appealing to a person's vision or hearing.
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