JPH11270450A

JPH11270450A - 内燃機関制御装置

Info

Publication number: JPH11270450A
Application number: JP10072948A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kokubo; 小久保　　直樹; Koji Sakakibara; 榊原　　浩二; Kazuhisa Mogi; 和久茂木; Koichi Nakada; 浩一中田
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン電流検出回路の故障時等のノッキング
制御を適正化する。【解決手段】イオン電流検出回路の故障時や点火コイ
ルの二次側回路の断線時に、イオン電流検出回路の出力
が低下して失火と判定される点に着目し、失火有りと判
定した時に、ノッキングの判定を禁止すると共に、点火
時期を最遅角させてノッキングを抑制する（ステップ１
０１，１０５，１０６）。このようにすれば、イオン電
流検出回路の故障時や点火コイルの二次側回路の断線時
に、ノッキング無しと誤判定することを未然に防止でき
るため、ノッキングの誤判定による点火時期の誤進角
（ノッキングの発生）を防止できる。しかも、ノッキン
グの判定を禁止する時に点火時期を最遅角させるため、
万一、ノッキングが発生していたとしても、そのノッキ
ングを確実に抑制することができ、ノッキングによる点
火プラグの電極やピストンの損傷を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノッキングと失火
の双方を検出する機能を備えた内燃機関制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関の燃焼状態を検出するた
めに、特開平５−３４２４４号公報に示すように、点火
毎に点火プラグの端子に流れるイオン電流を検出し、そ
のイオン電流検出信号に基づいて、失火やノッキング等
を検出する技術が開発されている。一般に、内燃機関の
制御では、ノッキングが検出されると、点火時期を遅角
させてノッキングを抑制し、ノッキング無しの状態が続
くと、点火時期を徐々に進角させて、点火時期をノッキ
ング限界で制御して、出力向上、燃費向上を実現するよ
うにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、イオン電流
検出回路の故障検出は、出力の有無からは判別困難であ
る。何故なら、失火の場合にイオン電流検出回路の出力
が無くなるため、失火と故障とを判別できないためであ
る。

【０００４】そこで、イオン電流検出回路に故障検出回
路を設け、例えば、イオン電流検出信号ラインにオフセ
ット電位をかけて、オフセット電位の有無でイオン電流
検出回路の正常／故障を判別することが考えられる。

【０００５】しかしながら、新たに故障検出回路を設け
ることは、回路構成の複雑化、コストアップを招く要因
となり、しかも、この故障検出方法では、イオン電流検
出信号ラインの断線は判別できるが、点火コイルの二次
側回路の断線は検出できない。何故なら、点火コイルの
二次側回路には高電圧が印加されるため、二次側回路が
断線していても、その断線のギャップが小さければ、高
電圧がその断線のギャップを通って点火プラグに印加さ
れ、火花放電が発生するが、イオン電流は微弱であるた
め、僅かな断線でも、イオン電流を正常に検出できず、
イオン電流検出回路の出力が失火と同じ状態（オフセッ
ト電位のみの状態）になってしまうためである。この場
合、仮に、ノッキングが発生していても、ノッキング無
しと判定してしまうため、ノッキング発生時に点火時期
を進角させてノッキングを益々大きくしてしまい、点火
プラグの電極やピストンを損傷するおそれがある。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、新たな故障検出回路
を追加しなくても、故障時の点火時期の誤進角を防止で
き、低コスト化の要求を満たしつつ、故障時のノッキン
グ制御を適正化できる内燃機関制御装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、イオン電流検出手段の故障時や点火コイ
ルの二次側回路の断線時に、イオン電流検出手段の出力
（イオン電流検出信号）が低下して失火と判定される点
に着目し、失火判定手段で失火有りと判定された時に、
ノッキング制御手段は、ノッキング判定手段によるノッ
キングの判定を禁止すると共に点火時期を遅角させるよ
うにしたものである（請求項１）。このように、失火有
りと判定された時にノッキングの判定を禁止すること
で、イオン電流検出手段の故障時や点火コイルの二次側
回路の断線時にノッキング無しと誤判定することを未然
に防止できる。

【０００８】例えば、ノッキングが発生している時に、
イオン電流検出手段の故障や点火コイルの二次側回路の
断線によりノッキング無しと誤判定すると、点火時期を
進角させてノッキングを益々大きくしてしまい、点火プ
ラグの電極やピストンを損傷するおそれがあるが、本発
明では、イオン電流検出手段の故障時や点火コイルの二
次側回路の断線時にノッキング無しと誤判定することを
未然に防止できるため、ノッキングの誤判定による点火
時期の誤進角を防止でき、しかも、ノッキング判定禁止
時に点火時期を遅角させるため、万一、ノッキングが発
生していたとしても、そのノッキングを抑制することが
でき、ノッキングによる点火プラグの電極やピストンの
損傷を防止できる。更に、このようなイオン電流検出手
段の故障時や点火コイルの二次側回路の断線時のノッキ
ング対策をソフトウエアで実現できるため、新たな故障
検出回路を追加する必要がなく、低コスト化の要求も満
たすことができる。

【０００９】この場合、請求項２のように、失火判定手
段で失火有りと判定された時に点火時期を最遅角させる
ようにしても良い。このようにすれば、イオン電流検出
手段の故障時や点火コイルの二次側回路の断線時のノッ
キング抑制をより確実に実施することができる。

【００１０】ところで、点火プラグに接続されている高
圧コード等が浮遊インダクタンスや浮遊キャパシタンス
を有することに起因して、点火プラグの火花放電直後に
点火コイルに残留している磁気エネルギによるＬＣ共振
が発生し、このＬＣ共振波形成分が点火コイルの残留磁
気ノイズとしてイオン電流に含まれる（図２参照）。従
って、イオン電流検出手段や点火コイルの二次側回路が
正常に機能してイオン電流が正常に検出されれば、必ず
残留磁気ノイズが検出される。

【００１１】この点に着目し、請求項３のように、イオ
ン電流に含まれる点火コイルの残留磁気ノイズの有無を
残留磁気ノイズ検出手段によって検出し、残留磁気ノイ
ズが検出されない時にノッキング判定手段によるノッキ
ングの判定を禁止すると共に点火時期を遅角させるよう
にしても良い。つまり、残留磁気ノイズが検出されない
時は、イオン電流が全く検出されない時であり、それ
は、イオン電流検出手段の故障時か、点火コイルの二次
側回路の断線時であるため、残留磁気ノイズが検出され
ない時にノッキングの判定を禁止することで、イオン電
流検出手段の故障時や点火コイルの二次側回路の断線時
にノッキング無しと誤判定することを未然に防止でき
る。しかも、ノッキング判定禁止時に点火時期を遅角さ
せるため、万一、ノッキングが発生していたとしても、
そのノッキングを抑制することができ、ノッキングによ
る点火プラグの電極やピストンの損傷を防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態（１）を
図１乃至図３に基づいて説明する。まず、図１に基づい
て点火制御系及びイオン電流検出系の回路構成を説明す
る。点火コイル１１の一次コイル１２の一端は電源供給
端子（＋Ｂ）に接続され、該一次コイル１２の他端は、
点火制御用のパワートランジスタ１５のコレクタに接続
されている。点火コイル１１の二次コイル１６の一端は
点火プラグ１７に接続され、該二次コイル１６の他端
は、２つのツェナーダイオード１８，１９を介してグラ
ンドに接続されている。

【００１３】２つのツェナーダイオード１８，１９は互
いに逆向きに直列接続され、一方のツェナーダイオード
１８にコンデンサ２０が並列に接続され、他方のツェナ
ーダイオード１９にイオン電流検出抵抗２１が並列に接
続されている。コンデンサ２０とイオン電流検出抵抗２
１との間の電位Ｖinが抵抗２２を介して反転増幅回路２
３の反転入力端子（−）に入力されて反転増幅される。
イオン電流検出回路２４（イオン電流検出手段）は、ツ
ェナーダイオード１８，１９、コンデンサ２０、イオン
電流検出抵抗２１、反転増幅回路２３等から構成されて
いる。

【００１４】エンジン運転中は、マイクロコンピュータ
２８から出力される点火信号ＩＧｔの立ち上がり／立ち
下がりでパワートランジスタ１５がオン／オフする。パ
ワートランジスタ１５がオンすると、バッテリ（図示せ
ず）から一次コイル１２に一次電流が流れ、その後、パ
ワートランジスタ１５がオフすると、一次コイル１２の
一次電流が遮断されて、二次コイル１６に高電圧が電磁
誘導され、この高電圧によって点火プラグ１７の電極２
９，３０間に火花放電が発生する。この際、火花放電電
流は点火プラグ１７の接地電極２９から中心電極３０へ
流れ、二次コイル１６を経てコンデンサ２０に充電され
ると共に、ツェナーダイオード１８，１９を経てグラン
ド側に流れる。

【００１５】これに対し、イオン電流は、火花放電電流
とは反対方向に流れる。つまり、イオン電流は、中心電
極３０から接地電極２９へ流れ、更に、グランド側から
イオン電流検出抵抗２１を通ってコンデンサ２０に流れ
る。この際、イオン電流検出抵抗２１に流れるイオン電
流の変化に応じて反転増幅回路２３の入力電位Ｖinが変
化し、反転増幅回路２３の出力端子からイオン電流に応
じた電圧のイオン電流検出信号Ｓ1 がバンドパスフィル
タ２５とコンパレータ４１に入力される。

【００１６】バンドパスフィルタ２５は、イオン電流検
出信号Ｓ1 からノッキング発生周波数帯域（例えば６Ｋ
Ｈｚ付近）の信号成分を抽出して、それをピークホール
ド回路２６に入力する。このピークホールド回路２６
は、点火から所定時間経過後（ＬＣ共振終了後）にバン
ドパスフィルタ２５の出力信号のピークホールドを開始
する。このピークホールド回路２６で保持されたピーク
値は、Ａ／Ｄ変換器２７を介してエンジン制御用のマイ
クロコンピュータ２８に読み込まれる。

【００１７】このマイクロコンピュータ２８は、ピーク
ホールド回路２６のピークホールド区間が終了する毎
に、ピークホールド回路２６で保持されたピーク値を読
み込み、このピーク値（又はピーク値をなまし処理した
値）がノッキング判定値を越えているか否かで、ノッキ
ングの有無を判定する。この機能が特許請求の範囲でい
うノッキング判定手段に相当する役割を果たす。

【００１８】また、コンパレータ４１は、イオン電流検
出回路２４から出力されるイオン電流検出信号Ｓ1 を所
定のしきい値（基準電圧）と比較し、図２に示すよう
に、イオン電流検出信号Ｓ1 がしきい値以上の時にコン
パレータ４１の出力Ｓ2 がハイレベルとなり、イオン電
流検出信号Ｓ1 がしきい値未満の時に、コンパレータ４
１の出力Ｓ2 がローレベルとなる。

【００１９】このコンパレータ４１から出力される信号
Ｓ2 は、パルス幅フィルタ４２に入力される。このパル
ス幅フィルタ４２は、図２に示すように、点火直後に発
生するＬＣ共振によるノイズをカットするためのフィル
タであり、コンパレータ４１の出力信号Ｓ2 の幅が所定
時間Ｄ以上の時に該信号Ｓ2 を通過させ、所定時間Ｄ未
満の信号の通過を阻止する。このパルス幅フィルタ４２
の出力Ｓ3 は、ラッチ４３に入力されると共に、該パル
ス幅フィルタ４２の出力Ｓ3 によってゲート４４がオン
／オフされる。このゲート４４は、イオン電流検出回路
２４とピークホールド回路４５との間に設けられ、該ゲ
ート４４がオン状態の時（つまりパルス幅フィルタ４２
の出力Ｓ3 がハイレベルの時）に、イオン電流検出回路
２４の出力信号Ｓ1 がゲート４４を通過してピークホー
ルド回路４５に入力される。このピークホールド回路４
５は、ゲート４４の通過信号Ｓ4 のピーク値を検出し
て、それを保持する。このピークホールド回路４５の出
力Ｓ5 は、Ａ／Ｄ変換器４６を介してマイクロコンピュ
ータ２８に読み込まれる。

【００２０】このマイクロコンピュータ２８は、ピーク
ホールド回路４５のピークホールド区間が終了する毎
に、ピークホールド回路４５で保持されたピーク値を読
み込み、そのピーク値が失火判定値以下であるか否か
で、失火の有無を判定する。この機能が特許請求の範囲
でいう失火判定手段に相当する役割を果たす。

【００２１】ところで、イオン電流検出回路２４が断線
等により故障し、或は、点火コイル１１の二次側の回路
（二次コイル１６や高圧コード４７）が断線すると、イ
オン電流を検出できなくなるため、バンドパスフィルタ
２５を通過したイオン電流検出信号のピーク値（又はピ
ーク値をなまし処理した値）がノッキング判定値よりも
小さくなり、ノッキング無しと判定される。しかし、イ
オン電流検出回路２４の故障時でも、点火は正常に実施
され、また、点火コイル１１の二次側回路が断線してい
ても、その断線のギャップが小さければ、高電圧がその
断線のギャップを通って点火プラグ１７に印加され、点
火が実施されるため、点火時期の進角量によってはノッ
キングが発生することがある。従って、イオン電流検出
回路２４の故障時や点火コイル１１の二次側回路の断線
時に、イオン電流検出信号からノッキング無しと判定し
て、点火時期を進角させると、ノッキングを発生させた
り、そのノッキングを益々大きくしてしまう結果とな
り、点火プラグ１７の電極２９，３０やピストンを損傷
するおそれがある。

【００２２】そこで、本実施形態（１）では、イオン電
流検出回路２４の故障時や点火コイル１１の二次側回路
の断線時に、イオン電流検出回路２４の出力（イオン電
流検出信号）が低下して失火と判定される点に着目し
て、マイクロコンピュータ２８は、図３に示すノッキン
グ制御プログラムに従って、失火有りと判定した時に、
ノッキングの判定を禁止すると共に、点火時期を最遅角
させてノッキングを抑制する。

【００２３】このノッキング制御プログラムは、イオン
電流検出信号のピークホールド区間終了毎（例えばＡＴ
ＤＣ６０℃Ａ毎）にマイクロコンピュータ２８により実
行され、特許請求の範囲でいうノッキング制御手段とし
ての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず
ステップ１０１で、失火有りか否かを判定する。この失
火判定は、ピークホールド回路４５で保持されたピーク
値を読み込み、そのピーク値が失火判定値以下であるか
否かで、失火の有無を判定する。もし、失火無しと判定
されれば、ノッキング制御正常モードとなり、ステップ
１０２に進み、ノッキング有りか否かを判定する。この
ノッキング判定は、ピークホールド回路２６で保持され
たピーク値を読み込み、このピーク値（又はピーク値を
なまし処理した値）がノッキング判定値を越えているか
否かで、ノッキングの有無を判定する。もし、ノッキン
グ無しと判定されれば、ステップ１０３に進み、点火時
期の進角を許可し、ノッキング有りと判定されれば、ス
テップ１０４に進み、点火時期を遅角させてノッキング
を抑制する。

【００２４】一方、上記ステップ１０１で、失火有りと
判定されれば、ノッキング制御故障モードとなり、ステ
ップ１０５に進み、ノッキング判定を禁止し、更に、次
のステップ１０６で、点火時期を最遅角させて本プログ
ラムを終了する。

【００２５】以上説明した本実施形態（１）によれば、
失火有りと判定した時に、ノッキングの判定を禁止する
と共に点火時期を最遅角させるようにしたので、イオン
電流検出回路２４の故障時や点火コイル１１の二次側回
路の断線時に、イオン電流検出回路２４の出力（イオン
電流検出信号）が低下し、従来ならばノッキング無しと
誤判定されるような場合であっても、これを未然に防止
でき、点火時期の誤進角（ノッキングの発生）を防止で
きる。しかも、ノッキング判定禁止時に点火時期を最遅
角させるため、万一、ノッキングが発生していたとして
も、そのノッキングを確実に抑制することができ、ノッ
キングによる点火プラグ１７の電極２９，３０やピスト
ンの損傷を防止できる。更に、このようなイオン電流検
出回路２４の故障時や点火コイル１１の二次側回路の断
線時のノッキング対策を図３に示すような極めて簡単な
プログラムで実現できるため、新たな故障検出回路を追
加する必要がなく、低コスト化の要求も満たすことがで
きる。

【００２６】尚、本実施形態（１）では、失火有りと判
定した時（ノッキング判定禁止時）に、点火時期を最遅
角させるようにしたが、点火時期を徐々に遅角させるよ
うにしても良く、この場合でも、故障時のノッキング抑
制を図ることができる。

【００２７】また、本実施形態（１）で説明したノッキ
ング判定方法や失火判定方法は、一例であり、これに限
定されず、イオン電流検出信号からノッキングや失火を
判定する方法であれば、どの様な方法を採用しても良
い。

【００２８】ところで、点火プラグ１７に接続されてい
る高圧コード４７等が浮遊インダクタンスや浮遊キャパ
シタンスを有することに起因して、点火プラグ１７の火
花放電直後に点火コイル１７に残留している磁気エネル
ギによるＬＣ共振が発生し、このＬＣ共振波形成分が点
火コイル１７の残留磁気ノイズとしてイオン電流に含ま
れる（図２参照）。従って、イオン電流検出回路２４や
点火コイル１７の二次側回路が正常に機能してイオン電
流が正常に検出されれば、必ず残留磁気ノイズが検出さ
れる。このことから、残留磁気ノイズが検出されない時
は、イオン電流が全く検出されない時であり、それは、
イオン電流検出回路２４の故障時か、点火コイル１７の
二次側回路の断線時であるこの点に着目し、本発明の実
施形態（２）では、点火毎に図４に示すノッキング制御
プログラムを実行し、まずステップ１０１ａで残留磁気
ノイズを検出したか否かを判定し、残留磁気ノイズを検
出していれば、ノッキング制御正常モードとなり、前記
実施形態と同じく、ノッキングの有無に応じて点火時期
近く／進角許可を切り換える（ステップ１０２〜１０
４）。

【００２９】これに対し、残留磁気ノイズが検出されな
い時には、ノッキング制御故障モードとなり、前記実施
形態（１）と同じく、ノッキング判定を禁止し、点火時
期を最遅角させてノッキングを抑制する。

【００３０】この実施形態（２）のように、残留磁気ノ
イズが検出されない時にノッキングの判定を禁止すれ
ば、前記実施形態（１）と同じく、イオン電流検出回路
２４の故障時や点火コイル１１の二次側回路の断線時に
ノッキング無しと誤判定することを未然に防止できる。
しかも、ノッキング判定禁止時に点火時期を最遅角させ
るため、万一、ノッキングが発生していたとしても、そ
のノッキングを抑制することができ、ノッキングによる
点火プラグ１７の電極２９，３０やピストンの損傷を防
止できる。

【００３１】尚、本実施形態（２）では、残留磁気ノイ
ズが検出されない時（ノッキング判定禁止時）に、点火
時期を最遅角させるようにしたが、点火時期を徐々に遅
角させるようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（１）における点火制御系と
イオン電流検出系の構成を示す回路図

【図２】イオン電流検出信号処理回路の各部の信号波形
を示すタイミングチャート

【図３】本発明の実施形態（１）のノッキング制御プロ
グラムの処理の流れを示すフローチャート

【図４】本発明の実施形態（２）のノッキング制御プロ
グラムの処理の流れを示すフローチャート

【符号の説明】

１１…点火コイル、１７…点火プラグ、２１…イオン電
流検出抵抗、２４…イオン電流検出回路（イオン電流検
出手段）、２５…バンドパスフィルタ、２６…ピークホ
ールド回路、２８…マイクロコンピュータ（ノッキング
判定手段，失火判定手段，ノッキング制御手段）、４１
…コンパレータ、４２…パルス幅フィルタ、４４…ゲー
ト、４５…ピークホールド回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０１Ｎ 27/62 (72)発明者茂木和久愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者中田浩一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の点火毎に点火プラグの電極に
流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記イオン電流検出手段から出力されるイオン電流検出
信号に基づいてノッキングの有無を判定するノッキング
判定手段と、前記イオン電流検出手段から出力されるイオン電流検出
信号に基づいて失火の有無を判定する失火判定手段と、前記失火判定手段で失火有りと判定された時に前記ノッ
キング判定手段によるノッキングの判定を禁止すると共
に点火時期を遅角させるノッキング制御手段とを備えて
いることを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】前記ノッキング制御手段は、前記失火判
定手段で失火有りと判定された時に点火時期を最遅角さ
せることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装
置。
【請求項３】内燃機関の点火毎に点火プラグの電極に
流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記イオン電流に含まれる点火コイルの残留磁気ノイズ
を検出する残留磁気ノイズ検出手段と、前記イオン電流検出手段から出力されるイオン電流検出
信号に基づいてノッキングの有無を判定するノッキング
判定手段と、前記残留磁気ノイズ検出手段で残留磁気ノイズが検出さ
れない時に前記ノッキング判定手段によるノッキングの
判定を禁止すると共に点火時期を遅角させるノッキング
制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関制御
装置。