WO2019049446A1 - 失火発生判定装置、失火発生判定システム、失火発生判定方法、および、プログラム - Google Patents

失火発生判定装置、失火発生判定システム、失火発生判定方法、および、プログラム Download PDF

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WO2019049446A1
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ignition
misfire
unit
occurrence
coil
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PCT/JP2018/021527
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English (en)
French (fr)
Inventor
寛 八島
川越　純
Original Assignee
株式会社ミクニ
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current

Definitions

  • a device which estimates and detects misfires by monitoring the amount of fluctuation of the angular velocity of the crankshaft.
  • this apparatus first, when the “cycle-to-cycle fluctuation amount difference” which is the difference between the crank angular velocity fluctuation amount in both cycles of a certain cycle and the cycle immediately before that exceeds the predetermined threshold, Count as "large cycle”. Then, when the number of “variable large cycles” reaches the predetermined number of misfire detections within the monitoring cycle of the number of cycles set in advance, the engine misfire has been estimated and detected (see Patent Document 1).
  • an ion current detection circuit that detects an ionization current that flows when the atmosphere between the electrodes of the spark plug is ionized, and a waveform processing circuit that performs signal processing on the ionization current.
  • the waveform processing circuit inverts the output of the ion current detection circuit and compares and outputs the first reference voltage with the first reference voltage, and the discharge waveform of the time constant circuit charged / discharged by the comparison output as the second reference voltage And a second function of producing a constant time for the mask (see Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 6068234 (pages 1-10, FIG. 10)
  • Patent Document 2 Patent No. 3831640 (page 1-7, FIG. 1)
  • Patent Document 1 In order to detect and detect a misfire, the apparatus of Patent Document 1 needs to calculate multiple types of parameters such as inter-cycle variation, and needs to prepare multiple types of flags and work areas such as ring buffers. was there. Therefore, the amount of computation is large and the amount of memory used is also large. Moreover, in this device, since it is essential to provide a plurality of reluctors in the pickup for detecting the rotation of the crankshaft, the manufacturing cost is increased accordingly.
  • the apparatus of patent document 2 needed to be equipped with the ionization electric current detection apparatus which is a special apparatus, in order to detect misfire.
  • the ionization electric current detection apparatus which is a special apparatus, in order to detect misfire.
  • wiring etc. are required, and there is a problem such as an increase in manufacturing cost.
  • the present invention has been made to solve the conventional problems, and provides a misfire occurrence determination device, a misfire occurrence determination system, a misfire occurrence determination method, and a program capable of determining misfire occurrence with an inexpensive configuration. To aim.
  • harmonic components of the ignition noise can be used as the ignition noise.
  • the specific frequency component extraction unit be configured of a band pass filter.
  • An amplification unit that amplifies the signal of the extracted specific frequency component or an attenuation unit that attenuates the signal may be further provided after the specific frequency component extraction unit.
  • the misfire occurrence determination unit determines whether the ignition by the spark plug is normal ignition or a misfire occurrence depending on whether the amplitude of the ignition noise exceeds a predetermined value.
  • the specific constant frequency may be a predetermined frequency band (for example, ⁇ 0.5 (kHz)) near the center frequency of 4 (kHz).
  • the receiving unit may be an antenna provided on a printed circuit board on which a control device for controlling an engine is provided.
  • the receiving unit can be realized, for example, by any one of a conductor pattern formed of a conductive material on an insulating substrate of a printed circuit board (PCB), an inductor element, and a resistance element having an inductor component. .
  • an ignition occurrence determination method of the present invention is a method capable of determining a misfire occurrence in an ignition plug sparked by a secondary side current of an ignition coil, and outputting an ignition control signal for controlling an ignition operation; And the step of controlling the on / off control of the primary side current of the ignition coil according to the ignition control signal, receiving the ignition noise emitted from the ignition plug, and generating the misfire based on the emitted ignition noise. And a step of determining an ignition occurrence determination method.
  • the misfire occurrence determination program of the present invention is a program for making it possible to determine the presence or absence of a misfire occurrence in an ignition plug sparked by the secondary current of the ignition coil, and an ignition control signal for controlling an ignition operation.
  • To make the computer execute the process of determining the occurrence of a misfire based on the process of outputting the signal, the process of enabling or deactivating the primary side current of the ignition coil, and the ignition noise emitted from the spark plug.
  • the present invention can also provide a non-transitory recording medium recording a program.
  • non-temporary recording media for recording a program include semiconductor elements such as ROM, optical elements such as CD and DVD, and magnetic elements such as magnetic disks, but these are merely examples.
  • the type of recording medium is not limited as long as it can be executed on the computer by storing the program and reading the stored program by the reading means.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view of the configuration outline of the engine 1.
  • FIG. 2 is a functional configuration diagram of the control device 100.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the misfire occurrence determination unit 180.
  • FIG. 4 is a hardware configuration diagram of the control device 100.
  • FIG. 5 is an example of the frequency characteristic of the BPF.
  • FIG. 6 is a schematic explanatory view of an antenna.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation.
  • FIG. 8 is a waveform example for explaining an operation example.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a control system including an engine 1 and a control device 100.
  • the engine 1 has a cylinder 2 and a piston 3 slidably fitted in the vertical direction inside the cylinder 2.
  • One end side of the connecting rod 4 is connected to the piston 3, and the other end side of the connecting rod 4 is connected to the crankshaft 5.
  • a flywheel 7 is rotatably fixed to an end of the crankshaft 5 on the transmission (not shown) side.
  • a reluctor 20 which is a protrusion made of a magnetic material is formed.
  • the electromagnetic pickup 22 disposed opposite to the crankshaft 5 outputs a pulse of positive voltage when the reluctor 20 approaches, and outputs a pulse of negative voltage when the reluctor 20 moves away.
  • the pulse is shaped so that one rectangular pulse is output based on the positive / negative bipolar pulse signal by a known pulse shaping circuit, one rectangular pulse is output each time the flywheel 7 makes one rotation. . Therefore, since the crankshaft 5 rotates 720 degrees in one cycle of "intake ⁇ compression ⁇ combustion ⁇ exhaust", a rectangular signal (engine rotation signal) of two pulses is output from the electromagnetic pickup 22 in one cycle.
  • an intake pipe 50 and an exhaust pipe 60 are connected to the cylinder head at the top of the cylinder 2.
  • the inside of the intake pipe 50 is an intake passage 51 for taking in fresh air into the combustion chamber 70 from the outside.
  • an air cleaner 32 for removing dust and the like from the upstream side a throttle valve 24 for adjusting the intake amount of fresh air, and an injector 40 for performing fuel injection are arranged from the upstream side. It is done.
  • the timing at which fresh air is taken into the combustion chamber 70 is controlled by the opening / closing operation of the intake valve 12 biased in the valve closing direction by a spring (not shown).
  • the spark plug 45 is disposed at the top of the cylinder head with its tip facing the combustion chamber.
  • a throttle opening degree sensor 26 for detecting the opening degree of the throttle valve is provided.
  • the fuel stored in the fuel tank is supplied to the injector 40 via the supply hose, while the surplus fuel is collected in the fuel tank via the recovery hose, and the injector 40 The fuel pressurized to a predetermined pressure is always supplied.
  • the inside of the exhaust pipe 60 is an exhaust passage 61 for discharging the exhaust gas from the combustion chamber 70. Downstream position of the exhaust passage 61, is disposed catalytic converter 30 for purifying exhaust, at the upstream side of the catalyst device 30, the O 2 sensor 28 for detecting the concentration of oxygen remaining in the exhaust is provided. It is also possible to adopt a configuration in which the exhaust system is cleaned by the catalyst device 30 and then muffled by the silencer.
  • the discharge timing of the exhaust gas from the combustion chamber 70 is controlled by the opening / closing operation of the exhaust valve 10 biased in the valve closing direction by a spring (not shown).
  • Signals from the throttle opening sensor 26, the electromagnetic pickup 22, the O 2 sensor 28 and the like are input to the control device 100 that controls the operation of the engine 1.
  • a throttle opening degree signal indicating the opening degree of the throttle valve is input from the throttle opening degree sensor 26, and a rectangular pulse signal corresponding to the above-described engine rotation is input from the electromagnetic pickup 22.
  • an O 2 sensor output signal indicating the concentration of oxygen remaining in the exhaust gas is input from the O 2 sensor 28.
  • a fuel injection control signal for driving and controlling the injector 40 and an ignition control signal for ignition control of the spark plug 45 are input from the control device 100.
  • the control device 100 performs fuel injection control (injection amount, injection timing) by the injector 40 and ignition timing control by the spark plug 45 based on the throttle opening signal, the engine rotation signal, the O 2 sensor output signal, etc. .
  • the control apparatus 100 of this embodiment is comprised so that discrimination
  • production is possible.
  • a spark gap (not shown) is formed at the end of the ignition plug 45 on the combustion chamber side, and is discharged in the air between the spark gaps by the secondary current of the ignition coil 185 described later to generate an electric spark. . That is, the spark plug 45 sparks by the secondary current of the ignition coil 185.
  • the ignition plug 45 since spark discharge is performed under high pressure, in the normally ignited state, the ignition plug 45 emits a large ignition noise due to the spark discharge to the space. On the other hand, when a misfire occurs, the ignition noise is not radiated to the space because the spark discharge is not properly performed. Ignition, ignition, and various types of spark plugs 45 such as grooved electrode type, 4-pole type and creeping type have the possibility of misfire occurrence, and even these types can be emitted into space Ignition noise is presumed not to be emitted at the time of misfire occurrence. Also, the ignition noise has harmonics that are higher in frequency than its fundamental frequency. The harmonic is composed of the nth harmonic (n is an integer of 2 or more).
  • the up and down reciprocating motion of the piston 1 in the cylinder 2 is converted to the rotational motion of the crankshaft 5.
  • the rotational movement of the crankshaft 5 is transmitted to the drive wheels via a transmission (not shown), and the vehicle (two wheels, four wheels) is advanced by repeating the stroke of "intake ⁇ compression ⁇ combustion ⁇ exhaust".
  • FIG. 1 is an example of the configuration of the engine 1 and the control device 100.
  • the control device 100 may use the intake air temperature of the engine 1 in addition to the throttle opening signal, the engine rotation signal and the O 2 sensor output signal.
  • the control of the engine 1 can also be performed with reference to the coolant temperature and the like. That is, in order to improve drivability, it is also possible to calculate engine parameters such as an air-fuel ratio correction coefficient by increasing the types of sensors.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of an ignition control system 80 including the control device 100.
  • the control device 100 includes a feedback control unit 120, a storage unit 130, a fuel injection control unit 150, an ignition control unit 160, an ignite unit 170, a receiving unit 190, and a misfire occurrence determination unit 180.
  • the ignition control system 80 also includes a coil 185 and an ignition plug 45 as control targets of the control device 100.
  • the tip of the spark plug 45 is provided with a spark gap which is a gap for performing spark discharge.
  • the storage unit 130 includes a program 132, a map 134, a non-volatile storage area 136, and a work area 138.
  • the work area 138 is a temporary storage area for temporarily storing various parameters and the like in an operation process or the like, and the non-volatile storage area 136 non-volatilely stores parameters such as a fuel injection amount correction value. Storage area.
  • the feedback control unit 120 calculates the control deviation between the actual air-fuel ratio according to the O 2 sensor output signal from the O 2 sensor 26 and the target air-fuel ratio, and corrects the fuel injection amount so that the calculated control deviation becomes zero. Determine the value.
  • the fuel injection control unit 150 obtains a fuel injection amount based on the throttle opening degree signal output from the throttle opening degree sensor 26 and the fuel injection amount correction value obtained by the feedback control unit 120.
  • the fuel injection amount control unit 150 gives a fuel injection control signal corresponding to the obtained fuel injection amount to the injector 40 at a timing based on the engine rotation signal from the electromagnetic pickup 22. That is, the fuel injection control unit 150 obtains the fuel injection amount, and gives the injector 40 a fuel injection control signal according to the obtained fuel injection amount.
  • the injector 40 injects the fuel at a fuel injection amount corresponding to the fuel injection control signal.
  • the fuel injection control unit 150 divides fuel injection into halves in each of the compression stroke and the exhaust stroke until the stroke determination of the engine 1 is completed, and collectively performs the fuel injection in the exhaust stroke after the stroke determination is completed. To the injector 40.
  • the ignition control unit 160 determines the ignition timing based on the engine rotation signal from the electromagnetic pickup 22, generates an ignition control signal, and supplies the ignition control unit 170 with the ignition control signal.
  • the ignite unit 170 conducts and controls the primary side current of the ignition coil 185 according to the ignition control signal.
  • the ignition coil 185 comprises a primary coil and a secondary coil. When the ignite unit 170 conducts the primary current flowing to the primary coil, a current from a battery (not shown) flows in FIG. 2, and then the ignite unit 170 shuts off and controls the primary current.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the misfire occurrence determination unit 180.
  • the misfire occurrence determination unit 180 includes a specific frequency component extraction unit 186, an amplification unit 187, and a determination unit 188.
  • the specific frequency component extraction unit 186 extracts a specific frequency component of the ignition noise received by the reception unit 190.
  • the amplification unit 187 amplifies the specific frequency component of the ignition noise extracted by the specific frequency component extraction unit 186.
  • an attenuation unit may be provided downstream of the specific frequency component extraction unit 186 to attenuate the specific frequency component of the ignition noise extracted by the specific frequency component extraction unit 186.
  • the determination unit 188 determines the occurrence of a misfire based on the output from the amplification unit 187 (or the output from the attenuation unit). As described above, only the frequency component of the ignition noise is extracted from the ignition noise received by the reception unit 190, and the other noise components are removed, so that the determination accuracy of the misfire occurrence is improved.
  • the receiving unit 190 can be realized by, for example, a conductor pattern formed of a conductive material on an insulating substrate of a printed circuit board (PCB), an inductor element such as a coil, a resistor having an inductor component, or the like.
  • the receiving unit 190 can be realized by an antenna mounted on a printed circuit board on which the control device 100 is mounted.
  • the control device 100 that can determine the occurrence of a misfire with a small and simple configuration.
  • the operation program for the misfire occurrence determination can be simplified, an apparatus capable of the misfire occurrence determination can be realized at extremely low cost.
  • it is possible to determine the occurrence of a misfire by utilizing the ignition noise which has conventionally occurred unavoidably.
  • FIG. 4 is a hardware configuration diagram of the control device 100.
  • the control device 100 includes a CPU 200 mounted with a ROM 210, a RAM 220, and a flash memory 230. Further, the control device 100 includes a pre-driver unit 315, an ignition coil drive circuit 320, an antenna 330, a BPF (Band Pass Filter) 310, and an amplification circuit 300.
  • a pre-driver unit 315 an ignition coil drive circuit 320, an antenna 330, a BPF (Band Pass Filter) 310, and an amplification circuit 300.
  • BPF Band Pass Filter
  • the ignition control system 80 includes an ignition coil 185 consisting of a primary coil T1 and a secondary coil T2, and a spark plug 45 provided with a spark gap at its tip. Also, a battery 400 is installed, and its plus terminal is connected to the ignition coil 185 and connected to a predetermined place of the control device 100 to supply power. The negative terminal of the battery 400 is grounded.
  • Various sensor signals are input to the CPU 200.
  • the sensor signal a throttle opening signal from a throttle opening sensor 26, an engine rotation detection signal from the electromagnetic pickup 22, and, the O 2 sensor output signal from the O 2 sensor 28 and the like.
  • the CPU 200 outputs a fuel injection control signal to the injector 40, an ignition control signal to the ignition system 80, and the like.
  • the CPU 200 reads the program 132 recorded in the ROM 210 and executes the program 132 while using the work area 138 and the like formed in the RAM 220. In the execution process, the calculated fuel injection amount correction value and the like are updated and stored in the non-volatile storage area 136 of the flash memory 230.
  • the CPU 200 executes the program 132 recorded in the recording medium such as the ROM 210, the feedback control unit 120, the fuel injection control unit 150, the ignition control unit 160, etc. shown in FIG. 2 can be realized.
  • the ROM 210, the RAM 220, and the flash memory 230 implement the storage unit 130.
  • the pre-driver unit 315 is a drive circuit for driving the ignition coil drive circuit 320 based on the ignition control signal output from the CPU 200.
  • the pre-driver unit 315 is configured to include, for example, a plurality of transistors, and boosts the ignition control signal output from the CPU 200.
  • the ignition drive circuit 320 includes a transistor TR1 having a gate and an emitter connected by a resistor R2 and having a protective resistor R1 at its gate terminal.
  • the transistor TR1 is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor: Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like which is a power element.
  • the resistor R1 is 1 (k ⁇ ) and the resistor R2 is 16 (k ⁇ ).
  • Resistor R2 connecting the gate and the emitter fixes the potential when the input high impedance of IGBT TR1 is established, and resistor R1 connecting the pre-driver block 315 and the gate determines the input voltage of IGBT TR1 by a combination with R2. There is.
  • One end of the primary coil T1 is connected to the collector of the transistor TR1, and the positive terminal of the battery 400 is connected to the connection point between the primary coil T1 and the secondary coil T2.
  • an ignition plug 45 is connected to one end of the secondary coil T2, and the secondary current of the ignition coil 185 can be supplied to the ignition plug 45.
  • the antenna 330 can be realized, for example, by a microstrip antenna which can be realized by printed wiring of a printed circuit board (PCB), an inductor element such as a coil, a resistor having an inductor component, or the like. One end of the antenna 330 is grounded, and the other end is connected to one end of the capacitor C1 of the BPF 310.
  • PCB printed circuit board
  • FIG. 6 is a schematic drawing of the antenna 330. As shown in FIG. 6 (a) is a plan view, and FIG. 6 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA.
  • the antenna 330 shown in FIG. 6 is a patch type (microstrip type) antenna, and is formed by forming a conductive pattern 510 on an insulating substrate 500 of a printed circuit board (PCB).
  • the conductor pattern 510 has a length "L” and a width "W”.
  • the ignition noise to be received by the antenna 330 is a harmonic whose frequency is higher than the fundamental frequency.
  • the antenna is designed to receive the fundamental frequency 4 (kHz)
  • the antenna length and the substrate size become large.
  • the fundamental frequency is 4 (kHz)
  • a quarter wavelength will be "18737029 (mm)""
  • the BPF 310 is an active filter having an operational amplifier 302.
  • the non-inversion terminal of the operational amplifier 302 is grounded.
  • a parallel circuit of a capacitor C2 and a resistor R3 is connected between the inverting terminal and the output terminal of the operational amplifier 302.
  • a capacitor C1 is also connected to the inverting terminal of the operational amplifier 302, and one end of the capacitor C1 and one end of the antenna 330 are connected.
  • FIG. 5 shows an example of the frequency characteristic of the BPF 310, with the horizontal axis representing frequency and the vertical axis representing amplification.
  • the frequency characteristic shown in FIG. 5 is a characteristic of a typical band pass filter in which the amplification degree becomes smaller as the amplification degree at the center frequency is maximized and the lower band side and the higher band side are shifted.
  • the center frequency can be 4 (kHz).
  • the amplification circuit 300 includes an operational amplifier 301, and the non-inversion terminal of the operational amplifier 301 is grounded.
  • the value of A can be adjusted by adjusting the values of the resistors R4 and R5.
  • the pre-driver unit 315 When the rectangular pulse type ignition control signal is output from the CPU 200, the pre-driver unit 315 amplifies the ignition control signal and inputs it to the gate terminal of the ignition coil drive circuit 320. Since a rectangular signal is input to the gate terminal of the transistor TR1, the ignition coil drive circuit 320 performs on / off control of the transistor TR1. As a result, conduction and interruption of the collector current are controlled, and conduction and interruption control of the primary current flowing through the primary coil T1 are performed.
  • the antenna 330 receives the ignition noise radiated into space, the BPF 310 extracts only a specific frequency component therefrom, and the amplification circuit 300 amplifies the extracted specific frequency component.
  • the CPU 200 determines that normal ignition (without occurrence of a misfire) has been performed.
  • the CPU 200 determines that a misfire has occurred.
  • the predetermined value can be adjusted by the vehicle structure or the like.
  • each function realized by the execution of the program 132 by the CPU 200 corresponds to each of the feedback control unit 120, the combustion injection control unit 150, and the ignition control unit 160 in the functional configuration diagram of FIG. It corresponds.
  • the ignition coil drive circuit 320 corresponds to the ignition part 170
  • the antenna 330 corresponds to the reception part 190.
  • the BPF 310 and the amplifier circuit 300 correspond to the specific frequency component extraction unit 186 and the amplification unit 187 of the misfire occurrence determination unit 180, respectively.
  • a misfire determination function that can be realized by the CPU 200 executing the program 132 corresponds to the determination unit 188.
  • FIG. 8A shows the output waveform of the predrive unit 315 at this time, that is, the waveform of the input voltage to the gate terminal of the transistor TR1 of the ignition coil drive circuit 320.
  • the voltage has risen to about 7 (V).
  • the voltage rises rapidly to about 0.002 (sec) after the CPU 200 outputs the ignition control signal, and falls at once at about 0.012 (sec).
  • the signal of the waveform shown in FIG. 8A is input to the gate terminal of the transistor TR1 via the protective resistor R1.
  • the transistor TR1 is turned on / off, so that the current flowing from the battery 400 to the primary coil T1 of the ignition coil 185 is controlled to conduct / cut off.
  • FIG. 8B shows an example of the voltage waveform (ignition primary signal) of the primary side coil T1 at this time.
  • the signal (gate signal) shown in FIG. 8 (a) falls, the voltage of the primary coil T1 is pulsed and has a high voltage of 100 (V) or more.
  • FIG. 8C is a voltage waveform example (ignition secondary signal) of the secondary coil T2 at this time.
  • a high voltage negative voltage is generated in the secondary coil T2.
  • the magnitude of the voltage generated in the secondary coil T2 is 3000 (V) or more.
  • spark discharge occurs in the spark gap of the spark plug 45.
  • ignition noise which is noise due to spark discharge, is generated and emitted to the space.
  • the ignition noise has harmonics of the second harmonic or higher.
  • spark discharge does not occur in the spark gap of the spark plug 45, and no ignition noise occurs.
  • the antenna 330 receives the ignition noise. Then, the BPF 310 extracts the specific frequency component of the ignition noise received by the antenna 330 (S4 in FIG. 7), and the amplifier circuit 300 amplifies the frequency component extracted by the BPF 310 (S5 in FIG. 7). Thus, signal processing accuracy is enhanced by removing components other than the specific frequency component.
  • the setting of the specific frequency can be performed by selecting a harmonic that is easy to process the signal by performing frequency analysis of the level of the harmonic of the ignition noise using a spectrum analyzer or the like. If the ignition noise is too strong in S5, an attenuation circuit for attenuating the frequency component extracted by the BPF 310 may be provided downstream of the BPF 310, instead of the amplification circuit.
  • 5 (V) is input to the CPU 200 operating at 0-5 (V) voltage as the ignition noise received by the antenna 330, and at the time of misfire occurrence, 0 (V) voltage is sent to the CPU 200.
  • the CPU 200 detects a 5 (V) voltage that rises momentarily during normal ignition, it determines that the ignition is successful.
  • the amplification factor of the amplification circuit 300 (or the attenuation factor of the attenuation circuit) is set so that the input level to the microcomputer becomes 5 (V).
  • amplification circuit 300 is configured to perform inversion amplification, a circuit that further inverts the inverted amplification signal is provided at the subsequent stage of the amplification circuit 300, or the CPU 200 absoluteizes the output signal of the amplification circuit 300. Processing can also be performed.
  • the ignition coil drive circuit 320 conducts and shuts off the primary side current of the ignition coil 185 in accordance with the ignition control signal output from the CPU 200, and the antenna 330 controls the ignition coil drive circuit 320.
  • ignition noise emitted from the spark plug 45 to the space is received.
  • the CPU 200 determines the occurrence of misfire based on the emitted ignition noise. More specifically, the CPU 200 determines the occurrence of misfire according to whether or not the ignition noise is received. That is, according to whether the amplitude of the signal of the amplifier circuit 300 according to the presence or absence of the ignition noise exceeds the predetermined value for misfire determination, the CPU 200 determines whether the ignition by the ignition plug 45 is normal ignition or Determine if a misfire has occurred.
  • the ignition noise can be used to determine the occurrence of a misfire, and complicated software or the like is not required to determine the occurrence of a misfire.
  • the control device 100 capable of determining the occurrence of a misfire at low cost can be realized.
  • the BPF 310 is configured by a digital filter, and the ignition noise received by the antenna 330 is analog-to-digital converted to be input to the digital filter, or the output signal of the digital filter is amplified by a digital amplifier and input to the CPU 200 It can also be done.
  • the ignition control signal output from the CPU 200 may be amplified by a digital amplifier or the like whose gain can be programmed to directly drive the ignition coil drive circuit 320.
  • the specific frequency is set to a predetermined frequency band where the center frequency is 4 (kHz).
  • the above-mentioned resistance value, capacitor capacity value, and waveform , Specific frequencies, etc. are all examples. If the resistance value, the capacitance value, etc. are made variable, it becomes possible to tune and set the specific frequency according to the vehicle environment etc.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and changes are possible.
  • HPF High Pass Filter
  • LPF Low Pass Filter
  • the present invention can be applied to an engine control device or the like that determines the occurrence of a misfire.

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Abstract

簡易な構成で、点火ノイズを利用して失火発生を判定可能とする。点火コイル１８５の２次側電流によってスパークする点火プラグ４５における失火発生を判定可能な制御装置１００である。点火動作を制御するための点火制御信号を出力する点火制御部１６０と、点火制御信号に応じて、点火コイル１８５の１次側電流を導通、遮断制御するイグナイト部１７０と、イグナイト部の制御動作によって点火プラグ４５から放射される点火ノイズを受信する受信部１９０と、放射される点火ノイズに基づいて、失火発生を判定する失火発生判定部１８０と、を備える。

Description

失火発生判定装置、失火発生判定システム、失火発生判定方法、および、プログラム
　本発明は、簡易な構成で失火発生を判定可能な失火発生判定装置、失火発生判定システム、失火発生判定方法、および、プログラムに関する。
　従来から、失火検出可能な種々の装置が提案されてきた。例えば、クランク軸の角速度変動量を監視することで、失火を推測検知する装置が提案されていた。この装置は、まず、或るサイクルとその直前のサイクルとの両サイクルにおける、クランク角速度変動量の差分である「サイクル間変動量差分」が、所定しきい値を超えると、当該サイクルを「変動大サイクル」としてカウントする。そして、予め設定されたサイクル数の監視サイクル内で「変動大サイクル」の数が、所定失火検知回数に達した場合、エンジンの失火を推測検知していた（特許文献１参照。）。
　また、他の失火検出可能な装置としては、点火プラグの電極間の雰囲気がイオン化したときに流れるイオン化電流を検出するイオン電流検出回路と、イオン化電流に対して信号処理を施す波形処理回路とを備えている。そして、波形処理回路は、イオン電流検出回路の出力を反転して第一の基準電圧と比較出力する第１機能と、当該比較出力により充放電する時定数回路の放電波形を第二の基準電圧と比較して、マスクのための一定時間を作り出す第２機能とを有していた（特許文献２参照。）。
　特許文献１：特許第６０６８２３４号公報（第１－１０頁、第１０図）
　特許文献２：特許第３８３１６４０号公報（第１－７頁、第１図）
　しかしながら、特許文献１の装置は、失火を推測検知するために、サイクル間変動量差分などの複数種類のパラメータを算出する必要があり、複数種類のフラグやリングバッファ等のワークエリアを準備する必要があった。そのため、演算量が多く、メモリの使用量も多かった。しかも、この装置にあっては、クランク軸の回転を検出するためのピックアップに、リラクタを複数設けることが必須になるため、その分、製造コストの上昇を招いていた。
　また、特許文献２の装置は、失火を検出するために、特別な装置であるイオン化電流検出装置を備える必要があった。当該イオン化検出装置の出力をエンジン制御ユニットに入力するためには、配線の引き回しなどが必要になり、製造コストの上昇等の課題があった。
　本発明は、従来の課題を解決するためになされたもので、安価な構成で失火発生を判定可能な失火発生判定装置、失火発生判定システム、失火発生判定方法、および、プログラムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するための本発明の制御装置は、点火コイルの２次側電流によってスパークする点火プラグにおける失火発生を判定可能な装置であって、点火動作を制御するための点火制御信号を出力する点火制御部と、点火制御信号に応じて、点火コイルの１次側電流を導通、遮断制御するイグナイト部と、イグナイト部の制御動作によって点火プラグから放射される点火ノイズを受信する受信部と、放射される点火ノイズの有無に基づいて、失火発生を判定する失火発生判定部と、を備えた構成とした。
　特に、点火ノイズとして、点火ノイズの高調波成分を利用することができる。
　また、受信された点火ノイズの特定周波数成分を抽出する特定周波数成分抽出部をさらに備えた構成とすることもできる。さらに、特定周波数成分抽出部は、バンドパスフィルタで構成されることが好ましい。
　抽出された特定周波数成分の信号を増幅させる増幅部、または、減衰させる減衰部を、特定周波数成分抽出部の後段にさらに備えることもできる。
　そして、失火発生判定部が、点火ノイズの振幅が所定値を超えたか否かに応じて、点火プラグによる点火が、通常点火であるか、または、失火発生であるかを判定する構成とすることもできる。一例として、特定定周波数を、中心周波数を４（kHz）とする、その近傍の所定周波数帯（例えば±０．５（kHz））とすれば良いことを机上検討している。
　また、受信部を、エンジンを制御する制御装置が設けられるプリント基板に設けられるアンテナとすることもできる。また、受信部は、例えば、プリント基板（ＰＣＢ）の絶縁基板上に導電性材料で形成された導体パターン、インダクタ素子、インダクタ成分を有する抵抗素子の内のいずれか１つで実現することができる。
　本発明の他の態様のシステムは、失火発生を判定可能なシステムであって、１次コイルおよび２次コイルで成る点火コイルと、２次コイルに流れる２次側電流によってスパークする点火プラグと、点火動作を制御するための点火制御信号を出力する点火制御部と、与えられる点火制御信号に応じて、１次コイルに流れる１次側電流を導通、遮断制御するイグナイト部と、イグナイト部に前記点火制御信号を出力する点火制御部と、イグナイト部の制御動作によって、点火プラグから放射される点火ノイズを受信する受信部と、放射される点火ノイズに基づいて、失火発生を判定する失火発生判定部と、を含む失火発生判定システムである。
　また、本発明の点火発生判定方法は、点火コイルの２次側電流によってスパークする点火プラグにおける失火発生を判定可能な方法であって、点火動作を制御するための点火制御信号を出力するステップと、点火制御信号に応じて、点火コイルの１次側電流を導通、遮断制御するステップと、点火プラグから放射される点火ノイズを受信するステップと、放射される点火ノイズに基づいて、失火発生を判定するステップと、を含む点火発生判定方法である。
　そして、本発明の失火発生判定プログラムは、点火コイルの２次側電流によってスパークする点火プラグにおける失火発生の有無を判定可能とするためのプログラムであって、点火動作を制御するための点火制御信号を出力する処理と、点火コイルの１次側電流を通電または遮断制御を可能とする処理と、点火プラグから放射される点火ノイズに基づいて、失火発生を判定する処理と、をコンピュータに実行させるための失火発生判定プログラムである。
　さらに、本発明は、プログラムを記録した非一時的な記録媒体も提供することができる。プログラムを記録する非一時的な記録媒体としては、ＲＯＭ等の半導体素子、ＣＤ、ＤＶＤ等の光学素子、磁気ディスク等の磁性素子などが挙げられるが、これらは例示に過ぎない。記録媒体は、プログラムを記憶しておき、この記憶しておいたプログラムを読み取り手段によって読み取ることによって、コンピュータ上で実行可能となれば、その種類等は問われない。
　本発明によれば、安価な構成で失火の有無の判定を行うことができるという効果が得られる。
図１は、エンジン１の構成概要の模式的説明図である。 図２は、制御装置１００の機能構成図である。 図３は、失火発生判定部１８０の機能構成図である。 図４は、制御装置１００のハードウエア構成図である。 図５は、ＢＰＦの周波数特性の一例である。 図６は、アンテナの模式的説明図である。 図７は、動作説明のための流れ図である。 図８は、動作例を説明するための波形例である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。以下に説明する本発明の実施形態は一例であり、本発明は、以下の実施形態に限定されず、本実施形態の構成例等に対して種々の変形、変更等が可能である。以下に示す実施形態では、特に、単気筒で４サイクルの行程を有するエンジン１を想定しているが、本発明は、気筒数やシリンダ配列態様は、適宜のものに適用し得る。
（エンジン１の概要）
　図１は、エンジン１、および、制御装置１００を含む制御システムの模式的な構成図である。エンジン１は、シリンダ２と、シリンダ２の内部で上下方向に摺動可能に嵌合されたピストン３とを有する。ピストン３には、コンロッド４の一端側が接続されているとともに、コンロッド４の他端側は、クランクシャフト５に連結されている。クランクシャフト５の変速機（不図示）側の端部には、フライホイール７が回転可能に固定されている。フライホイール７の外周の所定の角度領域には、磁性体でなる突起であるリラクタ２０が形成されている。
　クランクシャフト５に対向して配置される電磁ピックアップ２２は、リラクタ２０が近づく時には、正電圧のパルスを出力するとともに、リラクタ２０が遠ざかる時には、負電圧のパルスを出力する。公知のパルス整形回路により、正・負両極パルス信号に基づいて、１個の矩形パルスが出力されるようにパルスを整形すると、フライホイール７が１回転する毎に矩形パルスが１パルス出力される。よって、「吸気→圧縮→燃焼→排気」の１サイクルにおいて、クランクシャフト５が７２０°回転するので、電磁ピックアップ２２から１サイクルで２パルスの矩形信号（エンジン回転信号）が出力される。
　電磁ピックアップ２２からのエンジン回転信号に基づいて、エンジン１の回転数を求めることができる。また、フライホイール７の外周上におけるリラクタ２０の形成位置を適宜の角度領域とし、電磁ピックアップ２２からのエンジン回転信号に基づいて、点火プラグ４５に点火制御信号を与えて燃料点火するタイミングを、所望のタイミングとすることができる。所望のタイミングとは、上死点（TDC）、上死点より進角（BTDC）側、または、遅角(ATDC)側に対応したタイミングである。
　また、シリンダ２の上部のシリンダヘッドには、吸気管５０と排気管６０とが接続されている。吸気管５０の内部は、外部から燃焼室７０内に新気を取り込むための吸気通路５１となっている。また、吸気通路５１には、上流側から、新気の塵等を除去するためのエアクリーナ３２、新気の吸入量を調整するためのスロットル弁２４、燃料噴射を行うためのインジェクタ４０などが配置されている。そして、新気を燃焼室７０内へ取り込むタイミングは、不図示のスプリングで閉弁方向に付勢される吸気弁１２の開弁・閉弁動作により制御される。
　点火プラグ４５は、その先端が燃焼室内を臨む姿勢でシリンダヘッドの頂部に配置されている。また、スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ２６が設けられている。なお、図示はしないが、インジェクタ４０には、燃料タンクに貯留された燃料が供給ホースを介して供給される一方、余剰燃料が回収ホースを介して燃料タンクに回収されており、インジェクタ４０には、常時、所定圧に加圧された燃料が供給されている。
　一方、排気管６０の内部は、燃焼室７０からの排気を排出するための排気通路６１となっている。排気通路６１の下流位置には、排気を浄化する触媒装置３０が配置され、触媒装置３０の上流側には、排気中に残存する酸素の濃度を検出するＯ2センサ２８が設けられている。触媒装置３０で排気の浄化を行った後に消音器で消音を行う構成とすることもできる。そして、排気の燃焼室７０内からの排出タイミングは、不図示のスプリングで閉弁方向に付勢される排気弁１０の開弁・閉弁動作により制御される。
　エンジン１の動作を制御する制御装置１００には、スロットル開度センサ２６、電磁ピックアップ２２、および、Ｏ2センサ２８などからの信号が入力される。スロットル開度センサ２６からは、スロットル弁の開度を示すスロットル開度信号が入力され、また、電磁ピックアップ２２からは、上記したエンジン回転に応じた矩形パルス信号が入力される。さらに、Ｏ2センサ２８からは、排気ガス中に残存する酸素の濃度を示すＯ2センサ出力信号が入力される。一方、制御装置１００からは、インジェクタ４０を駆動制御するための燃料噴射制御信号、および、点火プラグ４５を点火制御するための点火制御信号が入力される。
　制御装置１００は、スロットル開度信号、エンジン回転信号、および、Ｏ2センサ出力信号等に基づいて、インジェクタ４０による燃料噴射制御（噴射量、噴射時期）と点火プラグ４５による点火時期制御等を行う。そして、本実施形態の制御装置１００は、通常点火と失火発生とを判別可能に構成されている。
　点火プラグ４５の燃焼室側の端部には、火花ギャップ（不図示）が形成されていて、後述する点火コイル１８５の２次側電流によって、火花ギャップ間に空中放電して電気火花を発生させる。つまり、点火コイル１８５の２次側電流によって点火プラグ４５はスパークする。
　そして、高圧下で火花放電が行われるため、通常点火される状態では、点火プラグ４５からは、火花放電に起因する大きな点火ノイズが空間に放射される。一方、失火発生時には、火花放電が正常に行われないため、点火ノイズが空間に放射されない。点火、点火また、溝付き電極型、４極型、沿面型等の各種タイプの点火プラグ４５であっても、失火発生の可能性はあり、これらのタイプであっても、空間に放射される点火ノイズは、失火発生時では放射されないと推定される。また、点火ノイズは、その基本周波数よりも周波数の高い高調波を有する。高調波は第ｎ高調波（ｎは２以上の整数）で成る。
　シリンダ２内でのピストン１の上下方向の往復運動が、クランクシャフト５の回転運動に変換される。クランクシャフト５の回転運動は、不図示の変速機を介して駆動輪に伝達され、「吸気→圧縮→燃焼→排気」の行程を繰り返すことにより、車両（二輪、四輪）が前進する。
　なお、図１は、エンジン１および制御装置１００の構成の一例であり、例えば、制御装置１００は、スロットル開度信号、エンジン回転信号、および、Ｏ2センサ出力信号の他にエンジン１の吸気温度、冷却水温度などを参照して、エンジン１の制御を行うようにすることもできる。つまり、ドライバビリティを向上させるため、センサの種類を増やして空燃比補正係数等のエンジンパラメータを算出することも可能である。
（制御装置１００の機能構成）
　図２は、制御装置１００を含む点火制御システム８０の機能構成図である。制御装置１００は、フィードバック制御部１２０、記憶部１３０、燃料噴射制御部１５０、点火制御部１６０、イグナイト部１７０、受信部１９０、および、失火発生判定部１８０を有する。また、点火制御システム８０は、制御装置１００の制御対象として、コイル１８５と点火プラグ４５とを備える。点火プラグ４５の先端部には、火花放電を行うための間隙である火花ギャップを備えている。
　記憶部１３０は、プログラム１３２、マップ１３４、不揮発性記憶エリア１３６、および、ワークエリア１３８を有する。ワークエリア１３８は、演算過程等で各種パラメータ等を一時的に記憶するための一時記憶領域であり、また、不揮発性記憶エリア１３６は、燃料噴射量補正値等のパラメータを不揮発的に記憶するための記憶領域である。
　フィードバック制御部１２０は、Ｏ２センサ２６からのＯ２センサ出力信号に応じた実空燃比と、目標空燃比との制御偏差を求め、求めた制御偏差が零となるように、燃料噴射量補正値を求める。燃料噴射制御部１５０は、スロットル開度センサ２６から出力されるスロットル開度信号と、フィードバック制御部１２０が求めた燃料噴射量補正値に基づいて燃料噴射量を求める。燃料噴射量制御部１５０は、求めた燃料噴射量に対応する燃料噴射制御信号を、電磁ピックアップ２２からのエンジン回転信号に基づいたタイミングでインジェクタ４０に与える。つまり、燃料噴射制御部１５０は、燃料噴射量を求め、求めた燃料噴射量に応じた燃料噴射制御信号をインジェクタ４０に与える。これにより、インジェクタ４０は、燃料噴射制御信号に応じた燃料噴射量で燃料を噴射する。
　燃料噴射制御部１５０は、例えば、エンジン１の行程判別完了までは、圧縮行程と排気行程の各々において半分ずつ分けて燃料噴射を行い、また、行程判別完了後は、排気行程で纏めて燃料噴射を行うような燃料噴射制御信号をインジェクタ４０に与える。
　点火制御部１６０は、電磁ピックアップ２２からのエンジン回転信号に基づいて点火時期を判断し、点火制御信号を生成して、イグナイト部１７０に与える。イグナイト部１７０は、点火制御信号に応じて、点火コイル１８５の１次側電流を導通、遮断制御する。点火コイル１８５は、１次側コイルと２次側コイルで成っている。イグナイト部１７０が、１次コイルに流れる１次側電流を導通させると、図２では不図示のバッテリからの電流が流れ、次いで、イグナイト部１７０が１次側電流を遮断制御する。
　２次側コイルには、１次側電流の導通・遮断制御によって、２次側電流が生起される。そして、２次側電流が点火プラグ４５に供給され、その火花ギャップに火花放電を行う。受信部１９０は、火花放電によって、点火プラグ４５から空間に放射される点火ノイズを受信する。受信された点火ノイズは、失火発生判定部１８０に送られる。失火発生判定部１８０は、放射される点火ノイズに基づいて、失火発生を判定する。
　図３は、失火発生判定部１８０の機能構成図である。失火発生判定部１８０は、特定周波数成分抽出部１８６と、増幅部１８７と、判定部１８８とを有する。特定周波数成分抽出部１８６は、受信部１９０により受信された点火ノイズの特定周波数成分を抽出する。増幅部１８７は、特定周波数成分抽出部１８６により抽出された点火ノイズの特定周波数成分を増幅する。なお、増幅部１８７に代えて、特定周波数成分抽出部１８６の後段に減衰部を設けて、特定周波数成分抽出部１８６により抽出された点火ノイズの特定周波数成分を減衰させる構成としても良い。
　判定部１８８は、増幅部１８７からの出力（または減衰部からの出力）に基づいて失火発生を判定する。このように、受信部１９０が受信した点火ノイズに対し、点火ノイズの周波数成分のみを抽出して、他のノイズ成分を除去するので、失火発生の判定精度が向上される。
　受信部１９０は、例えば、プリント基板（PCB）の絶縁基板上に導電性材料で形成された導体パターン、コイル等のインダクタ素子、インダクタ成分を有する抵抗などで実現できる。この結果、受信部１９０は、制御装置１００を搭載したプリント基板に搭載されるアンテナで実現できる。その結果、小型、かつ、簡易な構成で失火発生判定可能な制御装置１００を実現できる。また、失火発生判定のための動作プログラムも簡素なもので済むため、失火発生判定可能な装置を極めて低コストで実現できる。しかも、従来は不可避的に発生していた点火ノイズを活用することにより、失火発生を判定することが可能となる。
（ハードウエア構成）
　図４は、制御装置１００のハードウエア構成図である。制御装置１００は、ＲＯＭ２１０を搭載したＣＰＵ２００、ＲＡＭ２２０、および、フラッシュメモリ２３０を有する。また、制御装置１００は、プリドライバ部３１５、点火コイル駆動回路３２０、アンテナ３３０、ＢＰＦ（Band Pass Filter：バンドパスフィルタ）３１０、および、増幅回路３００を有する。
　さらに、点火制御システム８０は、１次側コイルＴ１と２次側コイルＴ２とで成る点火コイル１８５と、先端に火花ギャップを備える点火プラグ４５とを備える。また、バッテリ４００が設置されていて、そのプラス端子は、点火コイル１８５に接続されているとともに、制御装置１００の所定箇所に接続され電源供給を行っている。バッテリ４００のマイナス端子は、接地されている。
　ＣＰＵ２００には、各種のセンサ信号が入力される。センサ信号には、スロットル開度センサ２６からのスロットル開度信号、電磁ピックアップ２２からのエンジン回転検出信号、および、Ｏ2センサ２８からのＯ2センサ出力信号などである。一方、ＣＰＵ２００は、インジェクタ４０への燃料噴射制御信号、および、点火システム８０への点火制御信号などを出力する。
　ＣＰＵ２００は、ＲＯＭ２１０に記録されたプログラム１３２を読み出し、ＲＡＭ２２０に形成されたワークエリア１３８等を利用しながら、プログラム１３２を実行する。その実行過程において、算出された燃料噴射量補正値等は、フラッシュメモリ２３０の不揮発性記憶エリア１３６に更新して記憶保持される。ＣＰＵ２００が、ＲＯＭ２１０等の記録媒体に記録されたプログラム１３２を実行することによって、図２に示したフィードバック制御部１２０、燃料噴射制御部１５０、点火制御部１６０等を実現することができる。また、ＲＯＭ２１０、ＲＡＭ２２０、および、フラッシュメモリ２３０が、記憶部１３０を実現する。
　プリドライバ部３１５は、ＣＰＵ２００から出力される点火制御信号に基づき、点火コイル駆動回路３２０を駆動するためのドライブ回路である。プリドライバ部３１５は、例えば、複数のトランジスタを有して構成されていて、ＣＰＵ２００から出力される点火制御信号を昇圧する。点火駆動回路３２０は、ゲートとエミッタとを抵抗Ｒ２で接続されるとともに、ゲート端子に保護抵抗Ｒ１を備えたトランジスタＴＲ１で成っている。トランジスタＴＲ１は、パワー素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等である。例えば、抵抗Ｒ１は１（kΩ）、抵抗Ｒ２は１６（kΩ）である。
　ゲートとエミッタとを接続する抵抗Ｒ２は、ＩＧＢＴＴＲ１の入力ハイインピーダンス時の電位固定を図り、プリドライバブ３１５とゲートとを接続する抵抗Ｒ１は、Ｒ２との組み合わせによって、ＩＧＢＴＴＲ１の入力電圧を定めている。
　トランジスタＴＲ１のコレクタには、１次側コイルＴ１の一端側が接続されており、１次側コイルＴ１と２次側コイルＴ２との接続点には、バッテリ４００のプラス端子が接続されている。一方、２次側コイルＴ２の一端には、点火プラグ４５が接続され、点火コイル１８５の２次側電流が、点火プラグ４５に供給可能になっている。
　アンテナ３３０は、例えば、プリント基板（ＰＣＢ）の印刷配線で実現可能なマイクロストリップアンテナの他、コイル等のインダクタ素子、インダクタ成分を有する抵抗等で実現可能である。アンテナ３３０の一端側は、接地されているとともに、他端側は、ＢＰＦ３１０のコンデンサＣ１の一端側に接続されている。
　図６は、アンテナ３３０の模式的な図面である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）はＡ－Ａ断面図である。図６に示すアンテナ３３０は、パッチ型（マイクロストリップ型）のアンテナであり、プリント基板（ＰＣＢ）の絶縁基板５００上に導体パターン５１０を形成して成る。導体パターン５１０の長さは「Ｌ」、幅は「Ｗ」である。一例として、４（kHz）の周波数の点火ノイズを受信する場合には、点火ノイズを１０6逓倍したとすれば、「Ｌ＝（１／４）×λ（波長）＝18.75(mm)」、幅Ｗが１～２（mm）程度の値となる。ノイズ周波数帯によって逓倍するのが不向きな場合等には、インダクタ素子、インダクタ成分を有する抵抗等を利用することができる。
　アンテナ３３０の受信対象となる点火ノイズは、その基本周波数よりも周波数の高い高調波である。例えば、基本周波数４（kHz）を受信するようにアンテナ設計を行うと、アンテナ長、基板サイズが大きくなってしまう。基本周波数４（kHz）とすると四分の１波長が「18737029(mm)」になってしまうので、高周波を受信対象としてアンテナ設計を行うのが好ましい。
　ＢＰＦ３１０は、演算増幅器３０２を有するアクティブフィルタである。演算増幅器３０２の非反転端子は接地されている。一方、演算増幅器３０２の反転端子と出力端子との間には、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ３との並列回路が接続されている。また、演算増幅器３０２の反転端子には、コンデンサＣ１も接続されており、このコンデンサＣ１の一端側とアンテナ３３０の一端側とが接続されている。
　図５は、横軸を周波数、縦軸を増幅度として、ＢＰＦ３１０の周波数特性の一例を示している。図５に示す周波数特性は、中心周波数での増幅度を最大として、低域側と高域側とに移行するにしたがって増幅度が小さくなる典型的なバンドパスフィルタの特性である。例えば、抵抗Ｒ３を３０（kΩ）、コンデンサＣ１、Ｃ２をそれぞれ０．６８、１５（nＦ）とすれば、中心周波数を４（kHz）とすることができる。抵抗Ｒ３、コンデンサＣ１、Ｃ２の値を調整することにより、中心周波数を調節することが可能になる。
　増幅回路３００は、演算増幅器３０１を有しており、演算増幅器３０１の非反転端子は接地されている。一方、演算増幅器３０１の反転端子には、抵抗Ｒ４が接続されているとともに、反転端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ５が接続されている。演算増幅器３０１は、抵抗Ｒ５で負帰還され、非反転端子が接地されているため、仮想接地状態となっているので、「Vin/R4=Vout/R5（Vin、Voutは入・出力電圧）」となり、増幅回路３００の増幅度の絶対値Ａは、「A＝R5／R4」となる。例えば、抵抗Ｒ４は１（kΩ）、抵抗Ｒ５は３（kΩ）として、「A＝３．０」とすることができる。抵抗Ｒ４、Ｒ５の値を調整することによって、Ａの値を調節することができる。
（動作概要）
　ＣＰＵ２００から、矩形パルス型の点火制御信号が出力されると、プリドライバ部３１５が、点火制御信号を増幅し、点火コイル駆動回路３２０のゲート端子に入力する。点火コイル駆動回路３２０は、トランジスタＴＲ１のゲート端子で矩形型信号が入力されるので、トランジスタＴＲ１をオン・オフ制御する。これにより、コレクタ電流の導通、遮断が制御されて、１次側コイルＴ１に流れる１次側電流が導通、遮断制御される。
　これに応じて、２次側コイルＴ２に所定期間、電流が流れて点火プラグ４５にこの電流が供給される。これにより、点火プラグ４５の火花ギャップにおいて火花放電が行われる。この結果、点火ノイズが発生して空間に放射される。一方、点火プラグ４５において失火が発生した場合には、点火ノイズは放射されない。
　アンテナ３３０は、空間に放射された点火ノイズを受信し、ＢＰＦ３１０は、その内の特定周波数成分のみを抽出し、増幅回路３００は、抽出された特定周波数成分を増幅する。ＣＰＵ２００は、増幅回路３００からの出力信号が所定値以上の場合には正常な通常点火（失火発生無し）が行われたと判定する。一方、ＣＰＵ２００は、増幅回路３００からの出力信号が所定値未満の場合には、失火発生が有ったと判定する。所定値は、車両構造等により調整することができる。
　具体的には、ＣＰＵ２００にハイ信号が入力された時には、火花ノイズが正常に発生されたとして、通常点火が行われたと判定する。その一方で、ＣＰＵ２００に増幅器３０１からのハイ信号が入力されない時には、失火が発生したと判定する。
　以上説明したハードウエア構成において、ＣＰＵ２００が、プログラム１３２を実行することにより実現される各機能は、それぞれ、図２の機能構成図におけるフィードバック制御部１２０、燃焼噴射制御部１５０、点火制御部１６０に対応する。また、点火コイル駆動回路３２０はイグナイト部１７０に対応し、アンテナ３３０は受信部１９０に対応する。また、ＢＰＦ３１０と増幅回路３００は、それぞれ、失火発生判定部１８０の特定周波数成分抽出部１８６、増幅部１８７に対応する。また、ＣＰＵ２００がプログラム１３２を実行することによって実現可能となる失火判定機能は判定部１８８に対応する。
（詳細動作説明）
　次に、図４の構成図、図７の流れ図、図８の波形図を参照して、詳細な動作を説明する。また、図８の各波形図において、横軸は「時間（sec）」、縦軸は「電圧（Ｖ）」である。まず、図７の流れ図のＳ１に示すように１次側コイルＴ１を駆動する。ＣＰＵ２００が点火制御信号を出力すると、プリドライブ部３１５が、これを昇圧して電力増強する。図８（ａ）は、この時のプリドライブ部３１５の出力波形、つまり、点火コイル駆動回路３２０のトランジスタＴＲ１のゲート端子への入力電圧の波形である。
　通常時にＣＰＵ２００から出力される「０－５（V）」矩形型の出力電圧と比較すると、電圧が７（V）程度まで上昇している。図８（ａ）に示すように、電圧は、ＣＰＵ２００が点火制御信号を出力した後、約０．００２（sec）に一気に上昇し、また、約０．０１２（sec）後に一気に下降する。そして、図８（ａ）に示す波形の信号は、保護抵抗Ｒ１を介して、トランジスタＴＲ１のゲート端子に入力される。これにより、トランジスタＴＲ１はオン・オフするので、バッテリ４００から、点火コイル１８５の１次側コイルＴ１に流れる電流が導通・遮断制御される。
　図８（ｂ）は、この時の１次側コイルＴ１の電圧波形例（点火１次信号）である。図８（ａ）に示す信号（ゲート信号）の立ち下がり時に、１次側コイルＴ１の電圧がパルス状になって、１００（V）以上の高圧になっている。図８（ｃ）は、この時の２次側コイルＴ２の電圧波形例（点火２次信号）である。１次側コイルＴ１が高圧となったことに応答して、２次側コイルＴ２では高圧の負電圧が発生している。２次側コイルＴ２に生起される電圧の大きさは、３０００（Ｖ）以上になっている。
　そして、図７のＳ２に示すように、２次側コイルＴ２に流れる２次側電流が点火プラグ４５に供給されると、点火プラグ４５の火花ギャップにおいて火花放電が発生する。通常点火時には、火花放電が正常に行われて、火花放電に起因するノイズである点火ノイズが発生して空間に放射される。点火ノイズは、第２高調波以上の次数の高調波を有する。一方、失火発生の場合には、点火プラグ４５の火花ギャップにおける火花放電が発生せず、点火ノイズも発生しない。
　次いで、図７のＳ３に示すように、アンテナ３３０は点火ノイズを受信する。そして、アンテナ３３０が受信した点火ノイズは、ＢＰＦ３１０によってその特定周波数成分が抽出（図７のＳ４）され、増幅回路３００は、ＢＰＦ３１０によって抽出された周波数成分を増幅する（図７のＳ５）。このように特定周波数成分以外の成分を除去することによって信号処理精度が高められている。
　特定周波数の設定は、点火ノイズの高調波のレベルをスペクトラムアナライザ等によって周波数解析することで信号処理し易い高調波を選択して行うことができる。なお、Ｓ５において、点火ノイズが強すぎる場合には、増幅回路に代えて、ＢＰＦ３１０によって抽出された周波数成分を減衰させる減衰回路をＢＰＦ３１０の後段に設ける構成とすることもできる。
　そして、図７のＳ６、Ｓ７に示すように、増幅回路３００の出力レベルが所定値以上であれば「通常点火」と判定する。一方、Ｓ８、Ｓ９に示すように、増幅回路３００の出力レベルが所定値未満である場合には、失火発生と判定する。つまり、通常点火の場合には、点火プラグ４５が正常に火花放電するため、増幅回路３００の出力レベルが高いが、失火発生の場合には、点火プラグ４５で正常に火花放電が行われず、増幅回路３００からの出力がないので、点火ノイズを利用して失火発生の判定を行うことができる。
　具体的には、通常点火時には、アンテナ３３０が受信した点火ノイズが、０－５（V）電圧で動作するＣＰＵ２００に５（V）が入力され、失火発生時には、０（V）電圧がＣＰＵ２００に入力され続ける。ＣＰＵ２００は、通常点火時に一瞬立ち上がる５（V）電圧を検出した場合、点火が成功したと判定する。この時、増幅回路３００の増幅率（または減衰回路の減衰率）は、マイコンへの入力レベルが５（V）となるように設定する。
　なお、増幅回路３００が反転増幅する構成であれば、反転増幅された信号をさらに反転する回路を増幅回路３００の後段に設けた構成にしたり、ＣＰＵ２００が増幅回路３００の出力信号を絶対値化する処理を行うようにすることもできる。
　以上説明したように、点火コイル駆動回路３２０は、ＣＰＵ２００から出力される点火制御信号に応じて、点火コイル１８５の１次側電流を導通、遮断制御し、アンテナ３３０は、点火コイル駆動回路３２０制御動作によって、点火プラグ４５から空間に放射される点火ノイズを受信する。そして、ＣＰＵ２００は、放射される点火ノイズに基づいて、失火発生を判定する。より具体的には、ＣＰＵ２００は、点火ノイズを受信したか否かに応じて、失火発生を判定する。つまり、ＣＰＵ２００は、点火ノイズの発生有無に応じた増幅回路３００の信号の振幅が失火判定用所定値を超えたか否かに応じて、点火プラグ４５による点火が、通常点火であるか、または、失火発生であるかを判定する。
　この結果、点火ノイズを利用して、失火発生を判定することが可能となり、しかも、失火発生の判定には、複雑なソフトウエア等は不要となる。かくして、低コストで失火発生判定可能な制御装置１００を実現することができる。
　以上の動作は、アナログ回路系を多く利用した制御装置１００について説明してきたが、これを極力ソフトウエア処理で実現することもできる。例えば、ＢＰＦ３１０をデジタルフィルタで構成し、アンテナ３３０が受信した点火ノイズをアナログデジタル変換したものを、当該デジタルフィルタに入力する構成としたり、デジタルフィルタの出力信号をデジタルアンプで増幅してＣＰＵ２００に入力させたりすることもできる。この場合、ＣＰＵ２００から出力される点火制御信号を、利得をプログラム制御可能なデジタルアンプ等で増幅して直接、点火コイル駆動回路３２０を駆動させる構成とすることもできる。このように、制御装置１００を可能な限りデジタルデバイスで構成し、ＣＰＵ２００がプログラム１３２で実行することができる構成部分を極力多くすることも可能である。
　また、特定周波数を、中心周波数を４（kHz）とする所定周波数帯に設定すれば失火発生判定の精度が向上することを机上検討しているが、上述してきた抵抗値、コンデンサ容量値、波形、特定周波数などは総て例示である。なお、抵抗値、容量値などを可変とすれば、特定周波数を車両環境等に応じてチューニングして設定することが可能となる。
　以上説明してきたが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能である。例えば、（１）失火発生に関する情報、例えば所定期間内での失火発生回数を、ＣＰＵ２００がフラッシュメモリ２３０の不揮発性記憶エリア１３６に記憶させるようにすること、（２）所定期間内の失火発生が所定回数を超えて失火発生が頻繁である時、ユーザに注意を喚起する情報を報知する報知部を設けること、（３）ＢＰＦの代わりに、ＨＰＦ（High Pass Filter）とＬＰＦ（Low Pass Filter）を２段組み合わせたものにすること、等が挙げられるが、この例に限られない。
　以上説明してきたように、本発明は、失火発生を判定するエンジン制御装置等に適用することができる。
１　エンジン
２２　電磁ピックアップ
２６　スロットル開度センサ
２８　Ｏ2センサ
４０　インジェクタ
４５　点火プラグ
１００　制御装置
１２０　フィードバック制御部
１３０　記憶部
１３２　プログラム
１３６　不揮発性記憶エリア
１５０　燃料噴射制御部
１６０　点火制御部
１７０　イグナイト部
１８０　失火発生判定部
１８５　点火コイル
１９０　受信部
３００　増幅回路
３１０　ＢＰＦ
３２０　点火コイル駆動回路
３３０　アンテナ

Claims (11)

  1. 　点火コイルの２次側電流によってスパークする点火プラグにおける失火発生を判定可能な装置であって、
    　点火動作を制御するための点火制御信号を出力する点火制御部と、
    　前記点火制御信号に応じて、前記点火コイルの１次側電流を導通、遮断制御するイグナイト部と、
    　前記イグナイト部の制御動作によって前記点火プラグから放射される点火ノイズを受信する受信部と、
    　前記放射される点火ノイズに基づいて、失火発生を判定する失火発生判定部と、
    　を備えた失火発生判定装置。
  2. 　請求項１に記載の装置であって、　
    　前記点火ノイズは、火花放電に起因する点火ノイズの高調波成分であることを特徴とする制御装置。
  3. 　請求項１または２に記載の装置であって、
    　前記受信された点火ノイズの特定周波数成分を抽出する特定周波数成分抽出部をさらに備えたことを特徴とする失火発生判定装置。
  4. 　請求項３に記載の装置であって、
    　前記特定周波数成分抽出部は、バンドパスフィルタで構成されることを特徴とする失火発生判定装置。
  5. 　請求項３または４に記載の装置であって、
    　前記抽出された特定周波数成分の信号を増幅させる増幅部、または、減衰させる減衰部を、前記特定周波数成分抽出部の後段にさらに備えたことを特徴とする失火発生判定装置。
  6. 　請求項１、２、３、４および５のいずれか一項に記載の装置であって、
    　前記失火発生判定部は、
    　前記点火ノイズの振幅が所定値を超えたか否かに応じて、前記点火プラグによる点火が、通常点火であるか、または、失火発生であるかを判定することを特徴とする失火発生判定装置。
  7. 　請求項１、２、３、４、５および６の内のいずれか一項に記載の装置であって、
    　前記受信部は、
    　エンジンを制御する制御装置が設けられるプリント基板に設けられるアンテナであることを特徴とする失火発生判定装置。
  8. 　請求項７に記載の装置であって、
    　前記アンテナは、
    　前記プリント基板の絶縁基板上に導電性材料で形成された導体パターン、インダクタ素子、および、インダクタ成分を有する抵抗の内のいずれかであることを特徴とする失火発生判定装置。
  9. 　失火発生を判定可能なシステムであって、
    　１次コイルおよび２次コイルで成る点火コイルと、
    　前記２次コイルに流れる２次側電流によってスパークする点火プラグと、
    　与えられる点火制御信号に応じて、前記１次コイルに流れる１次側電流を導通、遮断制御するイグナイト部と、
    　前記イグナイト部に前記点火制御信号を出力する点火制御部と、
    　前記イグナイト部の制御動作によって、前記点火プラグから放射される点火ノイズを受信する受信部と、
    　前記放射される点火ノイズに基づいて、失火発生を判定する失火発生判定部と、
    　を含む失火発生判定システム。
  10. 　点火コイルの２次側電流によってスパークする点火プラグにおける失火発生を判定可能な方法であって、
    　点火動作を制御するための点火制御信号を出力するステップと、
    　前記点火制御信号に応じて、前記点火コイルの１次側電流を導通、遮断制御するステップと、
    　前記点火プラグから放射される点火ノイズを受信するステップと、
    　前記放射される点火ノイズに基づいて、失火発生を判定するステップと、
    　を含む失火発生判定方法。
  11. 　点火コイルの２次側電流によってスパークする点火プラグにおける失火発生の有無を判定可能とするためのプログラムであって、
    　点火動作を制御するための点火制御信号を出力する処理と、
    　前記点火コイルの１次側電流を通電または遮断制御を可能とする処理と、
    　前記点火プラグから放射される点火ノイズに基づいて、失火発生を判定する処理と、
    　をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5166941A (ja) * 1974-12-07 1976-06-10 Fuoresuto Kk Enjinshitsukakeihosochi
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