JPH0819893B2 - 内燃機関燃焼検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、点火プラグのギャップ間に発生するイオ
ン電流に基づいて内燃機関の燃焼を検出する方法に関
し、特にイオン電流を時間管理することにより、ノイズ
誤検出を防止して信頼性を向上させた内燃機関燃焼検出
方法に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、自動車用ガソリンエンジン等に用いられる内
燃機関は、複数の気筒（例えば、４気筒）により、吸
気、圧縮、爆発及び排気の４サイクルで駆動されてお
り、各気筒毎のイグナイタによる点火時期及びインジェ
クタによる燃料噴射順序等を最適に制御するため、マイ
クロコンピュータにより電子的に演算が行われている。
このため、マイクロコンピュータは、各種運転条件の他
に、内燃機関の回転に同期した気筒毎の基準位置信号及
び特定気筒に対応した気筒識別信号等を取り込み、各気
筒毎の動作位置を識別して最適なタイミングで制御を行
っている。又、基準位置信号及び気筒識別信号を発生す
る手段としては、内燃機関のカム軸又はクランク軸の回
転を検出して同期信号を発生する回転信号発生器が用い
られている。

例えば、各気筒の点火制御においては、ピストンで圧
縮された混合気に点火プラグで火花を飛ばして混合気を
燃焼させる必要がある。しかし、燃料状態や点火装置の
状態等によっては、点火制御された気筒が燃焼できない
場合があり、このような状態が発生すると、未燃ガスが
排出され、排気触媒の損傷を招くおそれがある。従っ
て、機関の安全を保守するためには、各気筒について確
実に燃焼が行われたか否かを点火サイクル毎に検出する
必要があり、従来より、点火プラグのギャップ間に発生
するイオン電流を検出して燃焼状態を判別する装置が提
案されている。

第３図は一般的な内燃機関燃焼検出装置を示す構成図
である。

図において、（１）は内燃機関の駆動軸となるクラン
ク軸であり、複数の気筒（図示せず）のピストンに連結
されて回転駆動されるようになっている。（２）はクラ
ンク軸（１）と同期して回転するカム軸、（３）はクラ
ンク軸（１）とカム軸（２）とを連結するタイミングベ
ルトである。

一般的な４サイクルエンジンの場合、クランク軸
（１）の２回転に対して吸入、圧縮、爆発及び排気が行
われ、クランク軸（１）の２回転に対してカム軸（２）
が１回転し、カム軸（２）は、各気筒の４サイクル動作
の１周期に同期して１回転するようになっている。従っ
て、４気筒エンジンの場合、各気筒の動作位置は、クラ
ンク軸（１）に対しては１回転の1/2周期分（180°）ず
つ位相がずれており、カム軸（２）に対しては、1/4周
期ずつ位相がずれている。

（４）はカム軸（２）に連結された回転信号発生器の
回転軸、（５）は回転軸（４）の一端に設けられた基準
位置検出用の回転円板である。（６）は回転円板（５）
に形成されたスリット状の窓であり、各気筒毎の基準位
置（所定回転角度）に対応するように設けられている。
又、回転円板（５）には、特定気筒に対応した気筒識別
用の窓（図示せず）が必要に応じて設けられている。

（８）は回転円板（５）の一部に対向配置された固定
板である。この固定板（８）には、窓（６）に対向する
フォトカプラセンサ（図示せず）が設けられており、各
気筒毎の基準位置信号Ｌを生成するようになっている。
ここでは、窓（６）の回転方向前方側の一端が各気筒の
第１の基準位置に対応し、回転方向後方側の一端が各気
筒の第２の基準位置に対応しており、基準位置信号Ｌ
は、第１の基準位置で立ち上がり、第２の基準位置で立
ち下がるパルス波形となる。

（10）は電子制御装置を構成するマイクロコンピュー
タ（以下、ECUという）であり、基準位置信号Ｌと、図
示しない各種センサからの運転状態信号とに基づいて、
各気筒の燃料制御及び点火制御等を行うようになってい
る。ECU（10）は、判別された気筒順序に従って各気筒
を点火制御する分配手段を備えている。

（11）はECU（10）からの点火信号Ｄにより駆動され
るエミッタ接地のパワートランジスタ、（12）は一次コ
イル側がパワートランジスタ（11）に接続された点火コ
イル、（13）は点火コイル（12）の二次コイル側に接続
された点火プラグ、（14）は点火コイル（12）と点火プ
ラグ（13）との間に挿入された逆流防止用のダイオード
である。尚、ここでは、１つの気筒に対する点火部を代
表的に示しているが、このような点火部は各気筒に設け
られている。

（20）は点火プラグ（13）の一端とECU（10）との間
に挿入されたイオン電流検出器であり、点火プラグ（1
3）の一端に接続された逆流防止用のダイオード（21）
と、ダイオード（21）のカソードに接続された負荷抵抗
器（22）と、負荷抵抗器（22）に直列接続された陽極接
地の直流電源（23）と、負荷抵抗器（22）及び直流電源
（23）からなる直列回路に並列接続された分圧抵抗器
（24）及び（25）と、負荷抵抗器（22）及び分圧抵抗器
（24）の接続点に挿入されたコンデンサ（26）と、分圧
抵抗器（24）及び（25）の接続点が比較入力端子（−）
に接続され且つ出力端子がECU（10）に接続された比較
器（27）と、電源及びグランド間に直列接続されて中間
接続点から比較器（27）の基準入力端子（＋）にスレッ
ショルドTHを入力する分圧抵抗器（28）及び（29）とを
備えている。

分圧抵抗器（24）及び（25）は、イオン電流Ｉに対応
した電圧（イオン電流値）Ｖを生成する電圧生成手段を
構成し、分圧抵抗器（28）及び（29）は、燃焼判定基準
となるスレッショルドTHを生成するスレッショルド生成
手段を構成している。

以上の構成からなるイオン電流検出器（20）は、必要
に応じて、特定気筒の点火プラグ（13）のみに、又は、
各気筒毎の点火プラグ（13）に設けられている。

次に、第３図に示した内燃機関燃焼検出装置の動作に
ついて説明する。

クランク軸（１）と連動するカム軸（２）と共に回転
円板（５）が回転すると、固定板（８）上のフォトカプ
ラセンサからは、窓（６）に対応した基準位置信号Ｌが
出力される。この基準位置信号Ｌは、例えば、各気筒の
第１の基準位置B75°で立ち上がり、第２の基準位置B5
°で立ち下がる波形となる。第１の基準位置B75°は、T
DC（上死点）から75°手前のクランク角位置であり、制
御基準及びイニシャル通電角度に相当する。又、第２の
基準位置B5°は、TDCから５°手前のクランク角位置で
あり、クランキング時のイニシャル点火位置に相当す
る。又、別の気筒識別信号（基準位置信号Ｌに含まれ得
る）は、特定気筒（例えば、＃１気筒）に対応する基準
位置信号Ｌの発生時に出力される。

こうして得られた基準位置信号Ｌは、運転状態信号と
共にマイクロコンピュータ（10）に入力される。又、運
転状態信号としては、例えば、エンジン（クランク）回
転数や負荷状態（アクセル開度）が入力される。

マイクロコンピュータ（10）は、基準位置信号Ｌによ
り識別された各気筒に対し、点火信号Ｄを分配し、＃１
気筒、＃３気筒、＃４気筒及び＃２気筒の順にパワート
ランジスタ（11）をオンさせる。そして、点火コイル
（12）の一次コイル電流を所要時間だけ通電した後、パ
ワートランジスタ（11）を遮断し、点火コイル（12）の
二次コイル側を駆動して点火プラグ（13）に火花を発生
させる。このとき、点火コイル（12）に印加される電源
電圧は負の高電圧であるが、点火プラグ（13）で放電が
行われた後は遮断される。

この放電により、点火プラグ（13）の周辺で爆発（燃
焼）が起こると、直後に、点火プラグ（13）のギャップ
間に多量の陽イオンが発生する。この陽イオンは、イオ
ン電流Ｉとなり、点火プラグ（13）のギャップ間から、
直流電源（23）の負電圧に引かれて、ダイオード（21）
及び負荷抵抗器（22）を介して流れる。

このイオン電流Ｉは、負荷抵抗器（22）の両端間の電
圧となり、更に、分圧抵抗器（24）及び（25）によりイ
オン電流値Ｖに変換され、比較器（27）の比較入力端子
（−）に入力される。イオン電流値Ｖは、通常、爆発が
起これば高い値となり、爆発が起こらなければ低い値と
なる。一方、比較器（27）の基準入力端子（＋）には、
分圧抵抗器（28）及び（29）によって予め適切に設定さ
れたスレッショルドTHが入力されている。

従って、比較器（27）は、イオン電流値Ｖがスレッシ
ョルドTHより小さければ出力信号をオフとし、スレッシ
ョルドTH以上であれば出力信号をオンとし、Ｈレベルの
イオン電流Ｉを検出したときのみ、Ｈレベルのイオン電
流検出値ＣをECU（10）に入力する。

ECU（10）は、基準位置信号Ｌから識別された気筒
と、イオン電流検出値Ｃとに基づいて、点火制御された
気筒で正常に燃焼が行われたことを確認する。もし、点
火制御された気筒が正常であれば、点火プラグ（13）の
放電により爆発が起こり、点火プラグ（13）の間に多く
の陽イオンが生成されるが、何らかの支障があって爆発
が起こらなければ、陽イオンはほとんど生成されない。
これにより、気筒の燃焼状態を判別することができる。

しかしながら、イオン電流値Ｖには、例えば、点火時
等パルス幅の短いノイズが重畳され易く、イオン電流値
Ｖのレベルが上昇してしまう。従って、スレッショルド
THとの比較結果のみにより燃焼を判定した場合、ノイズ
により比較器（27）がＨレベルのイオン電流検出値Ｃを
出力する可能性がある。このため、実際には、燃焼が行
われなくても正常に燃焼が行われたと判定してしまい、
前述のような機関の損傷を招くおそれがある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関燃焼検出方法は以上のように、イオン
電流値ＶがスレッショルドTHを越えたときに燃焼状態を
判定しているので、スレッショルドTH以上のレベルのノ
イズが重畳された場合、イオン電流値Ｖの判定が正確に
行われず、信頼性の高い燃焼検出が困難になるという問
題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、イオン電流値にノイズが重畳しても信頼性
を損なうことのない内燃機関燃焼検出方法を得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関燃焼検出方法は、気筒の点火
信号のエッジを検出してから次の点火信号のエッジを検
出するまでのイオン電流検出時間を算出するステップ
と、イオン電流検出時間を所定値と比較することにより
気筒の燃焼を判定するステップとを設けたものである。

［作用］ この発明による内燃機関燃焼検出方法においては、イ
オン電流検出値を時間管理し、イオン電流検出時間が所
定値を越えたときに燃焼状態を判定する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の一実施例による内燃機関燃焼検出方法
を示すフローチャート図であり、第２図は、点火信号
Ｄ、イオン電流値Ｖ及びイオン電流検出値Ｃを示す波形
図である。尚、この発明が適用される装置は第３図に示
したものと同様であり、ECU（10）内のプログラムの一
部が変更されていればよい。

次に、第１図〜第３図を参照しながら、この発明の一
実施例について説明する。

前述と同様に、ECU（10）は、各気筒のクランク角に
対応した基準位置信号Ｌに基づいて、パワートランジス
タ（11）を駆動し、所定のタイミングで点火プラグ（1
3）を放電させる。続いて、イオン電流検出器（20）
は、放電直後に点火プラグ（13）のギャップ間に発生す
るイオン電流Ｉを取り込み、比較器（27）によりイオン
電流値ＶをスレッショルドTHと比較して、イオン電流検
出値Ｃを出力する。

このとき、ECU（10）は、点火信号Ｄに基づいてイオ
ン電流検出値Ｃを時間管理し、点火信号Ｄと次の点火信
号Ｄとの間で総計されるイオン電流検出時間Ｔが所定値
αを越えたときに燃焼状態であることを判定する。

第１図において、まず、イオン電流検出時間Ｔ及びイ
オン電流検出時間Ｔの演算に用いられるカウンタ変数Ｋ
を所期設定し（ステップS1）、 Ｋ＝０ Ｔ＝０ にリセットする。

次に、点火制御タイミングに相当する点火信号Ｄの立
ち下がりエッジが検出されたか否かを判定し（ステップ
S2）、点火信号エッジを検出した時点で、イオン電流検
出値ＣがＨレベルか否かを判定する（ステップS3）。

もし、イオン電流検出値ＣがＨレベルであれば、イオ
ン電流検出回数を示すカウンタの値Ｋをインクリメント
する（ステップS4）。

もし、イオン電流検出値ＣがＨレベルでなければ、ス
テップS3からステップS4に進まないので、カウンタの値
Ｋはインクリメントされずに保持される。ここで、イオ
ン電流検出値ＣがＬレベルのままであった場合を考慮し
て、ステップS3の繰り返しループ中に時間オーバフロー
の判定ステップ（図示せず）を挿入し、オーバフローし
たときにはリターンするようにしてもよい。

次に、ステップS4に続いて、次の点火信号Ｄの立ち下
がりエッジが検出されたか否かを判定し（ステップS
5）、もし、次の点火信号エッジが検出されなければ、
ステップS3〜S5を繰り返す。

これらのステップS3〜S5により、点火信号エッジを検
出してから次の点火信号エッジを検出するまでの実質的
なイオン電流検出回数Ｋが求められる。又、ステップS3
〜S5は、一定時間のtm秒毎に繰り返されるタイマルーチ
ンとなっている。

ステップS5において、次の点火信号エッジの検出が判
定されると、タイマ時間ｔ［ｍ秒］及びカウンタの値Ｋ
に基づいて、 Ｔ＝ｔ・Ｋ から、２つの点火信号Ｄの間に総計されたイオン電流検
出時間Ｔを算出する（ステップS6）。

そして、イオン電流検出時間Ｔを所定値αと比較し
（ステップS7）、イオン電流検出時間Ｔが所定値αを越
えていれば、対象気筒が燃焼状態にあることを判別し
（ステップS8）、所定値α以下であれば失火状態である
ことを判別し（ステップS9）、リターンする。

通常、燃焼時のイオン電流値Ｖのピークレベルは、第
２図のように変動しても、スレッショルドTHを越えた時
間の総和が変動することはほとんどなく、イオン電流検
出値Ｃのパルス幅の総計はほぼ一定である。

このように、イオン電流検出値ＣがＨレベルを示す総
計時間、即ち、１点火毎のイオン電流検出時間Ｔは、非
常に安定な値となる。従って、イオン電流値Ｖにパルス
幅の短いノイズが重畳されても、燃焼状態を誤検出する
ことはなく、常に信頼性の高い燃焼検出が行われる。

尚、気筒燃焼時のイオン電流検出時間Ｔは、エンジン
回転数によって変動するので、所定値αは、例えば、前
回の値α_-1に所定係数ｋ（＜１）を乗算した値（ｋ・α
_-1）に設定すればよい。これにより、運転状態によって
イオン電流検出時間Ｔが変化しても、燃焼状態を確実に
検出することができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、点火信号のエッジを
検出してから次の点火信号のエッジを検出するまでのイ
オン電流検出時間を算出するステップと、イオン電流検
出時間を所定値と比較することにより気筒の燃焼を判定
するステップとを設け、イオン電流検出値を時間管理し
て、イオン電流検出時間が所定値を越えたときに燃焼状
態を判別するようにしたので、イオン電流値にノイズが
重畳しても信頼性を損なうことのない内燃機関燃焼検出
方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すフローチャート図、
第２図はこの発明の実施例を説明するための波形図、第
３図は一般的な内燃機関燃焼検出装置を示す構成図であ
る。 （10）…ECU、（13）…点火プラグ （20）…イオン電流検出器 Ｉ…イオン電流、Ｖ…イオン電流値 Ｃ…イオン電流検出値、Ｄ…点火信号 S2…点火信号エッジを検出するステップ S3…イオン電流検出値を判定するステップ S5…次の点火信号エッジを検出するステップ S6…イオン電流検出時間を算出するステップ S7…燃焼を判定するステップ 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の回転に同期して点火制御される
   複数の気筒と、 これら気筒のうちの少なくとも１つの気筒の点火プラグ
   に設けられたイオン電流検出器と、 このイオン電流検出器からのイオン電流検出値に基づい
   て前記気筒の燃焼状態を判定するECUと、 を備え、 前記ECUは、 前記気筒の点火信号のエッジを検出してから次の点火信
   号のエッジを検出するまでのイオン電流検出時間を算出
   するステップと、 前記イオン電流検出時間を所定値と比較することにより
   前記気筒の燃焼を判定するステップと、 を実行することを特徴とする内燃機関燃焼検出方法。