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技術 内燃機関の燃焼状態検出装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 中村俊文稲田貴彦
出願日 2017年10月13日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2017-199067
公開日 2019年5月16日 (5ヶ月経過) 公開番号 2019-073994
状態 特許登録済
技術分野 内燃機関の点火装置 内燃機関の複合的制御
主要キーワード コイルパラメータ 動作後半 電源用スイッチ 通電スイッチ 一部構成要素 二階微分値 点火時刻 第一指
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

内燃機関の広い運転領域においてイオン電流検出による燃焼状態の把握を精度よく行う内燃機関の燃焼状態検出装置を得る。

解決手段

間隙を介して対向する中心電極13aと接地電極13bを有する点火プラグ13と、中心電極13aと接地電極13bとの間隙に発生する火花放電の停止による誘導電流Icを推定する放電停止誘導電流検出装置16を備え、放電停止誘導電流検出装置16により推定された誘導電流Icを用いてイオン電流検出閾値を誘導電流Icの影響を受けない閾値に設定する。

概要

背景

内燃機関運転において、内燃機関の燃焼室内の燃焼に伴って燃焼室内の混合ガス分子電離イオン化)し、電離状態にある燃焼室内に点火プラグを通じて電圧印加すると発生する微小電流が流れる。この微小電流をイオン電流と称する。火花点火式の内燃機関において、点火プラグを用いて点火した後に燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、検出したイオン電流の大きさやイオン電流が発生している時間等から、ノッキングプリイグニッション燃焼限界等の内燃機関の運転状態を検出し、その検出結果に基づいて点火時期を調整したり、燃料噴射量を補正することは、例えば、特開2009−275625号公報(特許文献1)に開示されているように従来から知られている。

しかしながら、上記のように点火プラグをイオン電流検出プローブとして用いる場合、点火装置による点火プラグでの火花放電期間中は火花放電の電流によりイオン電流を用いた燃焼状態の検出ができない。更に、内燃機関の運転条件が高回転高負荷であるなど気筒内の燃焼速度が速い場合には、点火時刻から燃焼によるイオン発生終了までの期間が短くなるため、例えば、特開2006−77762号公報(特許文献2)に開示されているように、燃焼によるイオン発生期間の多くが火花放電期間内に隠れてしまい、イオン電流情報による燃焼状態の検出が困難となる。

図9は、一般的な内燃機関の燃焼状態検出装置動作タイムチャートで、点火コイルに対する点火信号オンオフ信号)と、点火コイルの一次巻線に流れる一次電流I1と、点火プラグの軸線方向に延びる中心電極電位Vpと、点火プラグに流れる二次電流I2と、失火時に検出される失火時イオン電流と、燃焼時に検出される燃焼時イオン電流の各状態を表している。上記のイオン電流情報による燃焼状態の検出が困難となる問題が図9の時刻t12から時刻t13の区間に表れている。

この場合、電流遮断型点火装置の一次巻線を短絡させる等によって電流遮断型の点火装置の火花放電を放電途中強制的に遮断し、運転条件に合わせて火花放電時間を短く調整するとよい。例えば、特開2001−12338号公報(特許文献3)には電流遮断型点火装置の火花放電途中で放電遮断する放電停止装置の提案がなされている。上記のように運転条件に合わせて火花放電時間を短く調整すると、通常の点火では火花放電に隠れていたイオン電流を検出することができるようになる。

概要

内燃機関の広い運転領域においてイオン電流検出による燃焼状態の把握を精度よく行う内燃機関の燃焼状態検出装置を得る。間隙を介して対向する中心電極13aと接地電極13bを有する点火プラグ13と、中心電極13aと接地電極13bとの間隙に発生する火花放電の停止による誘導電流Icを推定する放電停止誘導電流検出装置16を備え、放電停止誘導電流検出装置16により推定された誘導電流Icを用いてイオン電流検出閾値を誘導電流Icの影響を受けない閾値に設定する。

目的

この発明は上記のような課題に鑑み、内燃機関の広い運転領域においてイオン電流検出による燃焼状態の把握を精度よく行うことができる内燃機関の燃焼状態検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

間隙を介して対向する第1電極と第2電極を有し、上記間隙に火花放電を発生して内燃機関燃焼室内の可燃混合気着火させる点火プラグと、一次巻線と上記一次巻線に磁気結合する二次巻線を含む点火装置と、上記一次巻線へ電流を供給する電源装置と、上記一次巻線と上記電源装置との間に配置され、上記電源装置が供給する電流の導通及び遮断を制御するスイッチと、上記第1電極と上記第2電極との間に印加される電圧による上記可燃混合気の燃焼により、上記燃焼室内に生ずるイオンイオン電流として検出するイオン電流検出回路と、上記一次巻線を短絡させて環流経路導通状態にし、上記火花放電を停止させる環流装置と、上記火花放電の停止による誘導電流推定する放電停止誘導電流検出装置と、を備え、上記一次巻線は、上記スイッチを導通状態に切り替えることにより電流を通電し、上記可燃混合気を着火させる上記火花放電を上記点火プラグに発生させるエネルギ蓄積し、上記一次巻線に上記エネルギが蓄積されている状態で、上記スイッチを遮断状態に切り替えて上記電流を遮断し、上記二次巻線に高電圧を発生させ、上記高電圧により上記点火プラグの上記間隙に上記火花放電を発生させることを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置

請求項2

上記放電停止誘導電流検出装置によって上記一次巻線側の情報から推定された誘導電流値を用いて、イオン電流検出閾値燃焼サイクル毎に設定し、気筒内の燃焼状態を判断することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。

請求項3

上記放電停止誘導電流検出装置によって上記一次巻線側の情報から推定された誘導電流値を用いて、イオン電流検出閾値を1燃焼サイクル内のイオン電流検出期間内で逐次変更、または複数回変更させ、気筒内の燃焼状態を判断することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。

請求項4

上記イオン電流検出閾値は、上記内燃機関の運転条件から決定された基礎イオン電流検出閾値と上記放電停止誘導電流検出装置によって推定された誘導電流値との加算により設定することを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。

請求項5

上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線に流れる電流を検出する装置を備え、上記一次巻線に流れる電流を用いて放電停止による上記誘導電流を推定することを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。

請求項6

上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線の発生電圧を検出する装置を備え、上記一次巻線の両端電圧値を用いて放電停止による上記誘導電流を推定することを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。

請求項7

上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線の電流値二階微分値を用いて誘導電流値を推定することを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。

請求項8

上記放電停止誘導電流検出装置は、上記一次巻線の両端電圧微分値を用いて誘導電流値を推定することを特徴とする請求項1から4、6の何れか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。

技術分野

0001

この発明は、内燃機関燃焼状態検出装置係り、より詳しくは、内燃機関の広い運転領域で燃焼状態を精度良く検出できるようにした内燃機関の燃焼状態検出装置に関するものである。

背景技術

0002

内燃機関の運転において、内燃機関の燃焼室内の燃焼に伴って燃焼室内の混合ガス分子電離イオン化)し、電離状態にある燃焼室内に点火プラグを通じて電圧印加すると発生する微小電流が流れる。この微小電流をイオン電流と称する。火花点火式の内燃機関において、点火プラグを用いて点火した後に燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、検出したイオン電流の大きさやイオン電流が発生している時間等から、ノッキングプリイグニッション燃焼限界等の内燃機関の運転状態を検出し、その検出結果に基づいて点火時期を調整したり、燃料噴射量を補正することは、例えば、特開2009−275625号公報(特許文献1)に開示されているように従来から知られている。

0003

しかしながら、上記のように点火プラグをイオン電流検出プローブとして用いる場合、点火装置による点火プラグでの火花放電期間中は火花放電の電流によりイオン電流を用いた燃焼状態の検出ができない。更に、内燃機関の運転条件が高回転高負荷であるなど気筒内の燃焼速度が速い場合には、点火時刻から燃焼によるイオン発生終了までの期間が短くなるため、例えば、特開2006−77762号公報(特許文献2)に開示されているように、燃焼によるイオン発生期間の多くが火花放電期間内に隠れてしまい、イオン電流情報による燃焼状態の検出が困難となる。

0004

図9は、一般的な内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートで、点火コイルに対する点火信号オンオフ信号)と、点火コイルの一次巻線に流れる一次電流I1と、点火プラグの軸線方向に延びる中心電極電位Vpと、点火プラグに流れる二次電流I2と、失火時に検出される失火時イオン電流と、燃焼時に検出される燃焼時イオン電流の各状態を表している。上記のイオン電流情報による燃焼状態の検出が困難となる問題が図9時刻t12から時刻t13の区間に表れている。

0005

この場合、電流遮断型点火装置の一次巻線を短絡させる等によって電流遮断型の点火装置の火花放電を放電途中強制的に遮断し、運転条件に合わせて火花放電時間を短く調整するとよい。例えば、特開2001−12338号公報(特許文献3)には電流遮断型点火装置の火花放電途中で放電遮断する放電停止装置の提案がなされている。上記のように運転条件に合わせて火花放電時間を短く調整すると、通常の点火では火花放電に隠れていたイオン電流を検出することができるようになる。

先行技術

0006

特開2009−275625号公報
特開2006−77762号公報
特開2001−12338号公報

発明が解決しようとする課題

0007

上記のように、従来から電流遮断型点火装置の火花放電途中で放電遮断する放電停止装置の提案がなされており、特許文献3に開示された点火装置では、点火動作時に点火コイルの一次巻線に誘起する電圧がアノードカソード間に順方向に印加される向きの点火エネルギ制御用サイリスタを点火コイルの一次巻線に対して並列に接続し、点火時期に点火コイルの一次電流を遮断した後、適当なタイミングでこのサイリスタをオン状態にして点火コイルの一次巻線を短絡することにより点火出力減衰させ、火花放電を停止させている。

0008

このような放電停止装置においては、点火コイルの一次巻線に電流を流し、点火コイルの鉄心内に残されている磁束に対応する磁界を発生させて放電を停止し、その後に一次巻線の電流を徐々に減らしていくことで再放電させることなく、内燃機関の次の点火サイクルが始まるまでに放電停止プロセスを終了している。
この装置において点火の間隔が短い高回転運転条件まで対応するには、点火コイルの一次巻線を流れる電流を早く減少させる必要があるが、この電流減少により二次巻線側では点火用高電圧同極性の誘導電圧が発生し、点火プラグに印加される。点火プラグでの火花放電が停止していることからわかるように、この誘導電圧は放電維持電圧には満たないが、放電停止中は数百V程度の電圧が発生している。

0009

また、上記のような放電停止装置においては点火コイルの一次巻線に電流を流し、点火コイルの鉄心内に残されている磁束に対応する磁界を発生させ放電を停止し、その後に一次巻線の電流を徐々に減らしていくことで再放電させることなく、内燃機関の次の点火サイクルが始まるまでに放電停止プロセスを終了している。
この時、図10に示すように、磁束の消費に伴って誘導電圧が変動することにより、点火コイルや点火プラグの寄生容量を介して誘導電流が二次巻線に接続されたイオン検出回路で検出される。図10は、従来の放電停止装置を組込んだ一般的な内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートで、電子制御装置から出力されるオン/オフ信号の第一指令信号(S1信号)、第二指令信号(S2信号)と、点火コイルの一次巻線に流れる一次電流I1と、点火プラグの軸線方向に延びる中心電極の電位Vpと、点火プラグに流れる二次電流I2と、失火時に検出される失火時イオン電流と、燃焼時に検出される燃焼時イオン電流の各状態を表している。

0010

しかしながら、この誘導電流によって内燃機関の気筒内の燃焼によるイオン電流検出を行う際には悪影響を及ぼす。なぜならば、現在主流のイオン電流を検出するためのロジックではイオン電流検出量に閾値を設定することにより燃焼と失火を判断している。放電停止中のイオン電流検出回路では、燃焼によるイオン電流と放電停止による誘導電流とが加算されて検出されるため、純粋なイオン電流値計測とはならない。さらに、点火コイルの一次巻線の電流値減少が急激なほど磁束変化は大きく、誘導電圧変化が大きくなり、誘導電流も大きくなる。よって、イオン検出回路に流れる誘導電流は放電停止1サイクル内であっても一定とはならない。(図10の時刻t24から時刻t25の区間参照)

0011

図10に示すように放電停止中の誘導電流が大きな場合には、誘導電流がイオン電流検出閾値を超える状態が発生する。放電停止中での誘導電流がイオン電流検出閾値を超えると、失火状態であるにもかかわらず燃焼状態であると誤って判断されることになる。このような気筒内状態の誤検知は、排ガスの悪化や燃費の低下を招くことになる。そのため、上記のような放電停止装置を備えた点火装置にイオン電流検出装置検出ロジックとを単純に適用することは困難であり、放電停止によって燃焼早期のイオン電流検出が可能であるという利点を生かすことができなくなる。

0012

この発明は上記のような課題に鑑み、内燃機関の広い運転領域においてイオン電流検出による燃焼状態の把握を精度よく行うことができる内燃機関の燃焼状態検出装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0013

この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置は、間隙を介して対向する第1電極と第2電極を有し、上記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気着火させる点火プラグと、一次巻線と上記一次巻線に磁気結合する二次巻線を含む点火装置と、上記一次巻線へ電流を供給する電源装置と、上記一次巻線と上記電源装置との間に配置され、上記電源装置が供給する電流の導通及び遮断を制御するスイッチと、上記第1電極と上記第2電極との間に印加される電圧による上記可燃混合気の燃焼により、上記燃焼室内に生ずるイオンをイオン電流として検出するイオン電流検出回路と、上記一次巻線を短絡させて環流経路導通状態にし、上記火花放電を停止させる環流装置と、上記火花放電の停止による誘導電流を推定する放電停止誘導電流検出装置と、を備え、
上記一次巻線は、上記スイッチを導通状態に切り替えることにより電流を通電し、上記可燃混合気を着火させる上記火花放電を上記点火プラグに発生させるエネルギ蓄積し、上記一次巻線に上記エネルギが蓄積されている状態で、上記スイッチを遮断状態に切り替えて上記電流を遮断し、上記二次巻線に高電圧を発生させ、上記高電圧により上記点火プラグの上記間隙に上記火花放電を発生させる。

発明の効果

0014

この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置によれば、放電停止誘導電流検出装置によってイオン電流検出期間内の放電停止による誘導電流が推定され、推定された誘導電流を用いてイオン電流検出閾値が誘導電流の影響受けない閾値に設定される。これにより、放電停止中であっても誘導電流起因の誤検知が発生することがなく、内燃機関の気筒内燃焼状態の検出性が良好となる。

図面の簡単な説明

0015

この発明の実施の形態1による内燃機関の燃焼状態検出装置の基本構成を示す電気回路図である。
この発明の実施の形態1による内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートである。
この発明の実施の形態1による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
この発明の実施の形態1による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
この発明の実施の形態2による内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートである。
この発明の実施の形態2による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
この発明の実施の形態2による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
この発明の実施の形態3による内燃機関の燃焼状態検出装置の基本構成を示す電気回路図である。
この発明の実施の形態3による内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートである。
この発明の実施の形態3による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
この発明の実施の形態3による内燃機関の燃焼状態検出装置の電子制御装置が実行する処理を表すフローチャートである。
一般的な内燃機関の燃焼状態検出装置の動作タイムチャートである。
一般的な内燃機関の燃焼状態検出装置に従来の放電停止装置を組込んだ動作タイムチャートである。

実施例

0016

以下、この発明による内燃機関の燃焼状態検出装置の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

0017

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による内燃機関の燃焼状態検出装置の基本構成を示す電気回路図である。本実施の形態では単気筒の内燃機関についての説明を行うが、この発明は複数気筒を備える内燃機関についても適用できる。その場合、同様な基本構成のイオン電流検出装置を気筒数分備えてもよいし、環流電流制御装置等の燃焼状態検出装置の一部構成要素を複数気筒で共有してもよい。

0018

図1に示すように、実施の形態1の内燃機関の燃焼状態検出装置によるイオン電流検出装置10は、イオン電流を検出するイオン電流検出回路11と、定電圧を出力する電源装置12と、内燃機関の気筒に設けられ、燃焼室内の可燃混合気を着火させる点火プラグ13と、一次巻線L1とこの一次巻線L1と磁気結合する二次巻線L2とを備え、点火用高電圧を発生する点火装置(以下、点火コイル)14と、一次巻線L1に並列接続されて一次巻線L1の両端を短絡する環流装置の一部を構成するダイオード15と、一次巻線L1が経路に接続された放電停止誘導電流検出装置16と、二次巻線L2の低圧側に接続された逆流防止用ダイオード17と、二次巻線L2と逆流防止用ダイオード17との間に接続されたツェナーダイオード18と、ツェナーダイオード18に並列接続されたコンデンサ19と、を備えている。

0019

また、イオン電流検出装置10は、電源用スイッチ(例えば、トランジスタ)となる第一スイッチSW1と、一次巻線L1と直列接続された点火制御のための第二スイッチSW2と、第一スイッチSW1、第二スイッチSW2のそれぞれに対するオン/オフ信号である第一指令信号(以下、S1信号)、第二指令信号(以下、S2信号)を出力する電子制御装置(以下、ECU)20と、を備えている。

0020

本実施の形態では環流装置は、ダイオード15、環流経路の抵抗値を表す抵抗素子21、及び点火制御のための第二スイッチSW2により構成されているが、一次巻線L1を短絡できれば任意の手段でよく、例えば、サイリスタやトランジスタ等の任意のスイッチング素子を用いて一次巻線L1を短絡する構成でもよい。

0021

放電停止誘導電流検出装置16は、一次巻線L1の電流値を検出するセンス抵抗16a、差動増幅器16b、及び検出した電流値から二次巻線L2で発生する誘導電流Icを推定する演算器16cから構成されているが、比較的低圧である一次巻線L1側に流れる電流を用いて二次巻線L2で発生する誘導電流Icを推測できれば任意の手段でよく、例えば、一次巻線L1の発生電圧を検出して誘導電流Icを推定する構成でもよい。また、センス抵抗16aや差動増幅器16bのような電流検出機能を独自に設けずに、第二スイッチSW2を構成するスイッチングICに内蔵される電流検出機能等を利用してもよい。また、演算器16cを専用に設けず、ECU20の内部で演算処理を行ってもよいし、第二スイッチSW2を構成するスイッチングICに演算機能を持たせてもよい。

0022

ECU20から第一スイッチSW1、第二スイッチSW2のそれぞれに対するオン/オフ信号であるS1信号、S2信号がHiレベルの場合、第一スイッチSW1、第二スイッチSW2はオン状態となって通電可能となる。ここで、第一スイッチSW1、第二スイッチSW2はIGBTやトランジスタ等の任意のスイッチング手段を用いてよい。

0023

点火プラグ13は、第1電極(以下、中心電極)13aと、中心電極13aとの間で間隙を形成する第2電極(以下、接地電極)13bを有している。中心電極13aと接地電極13bとの間に火花放電を発生させる場合、火花放電のための通電スイッチである第一スイッチSW1へのS1信号をLowレベルからHiレベルに切り替えた後、第二スイッチSW2へのS2信号をLowレベルからHiレベルに切り替える。これにより、点火コイル14の一次巻線L1への通電が開始され、火花放電のための通電を十分に行った後、第二スイッチSW2のS2信号をHiレベルからLowレベルに切り替えることにより、点火コイル14の二次巻線L2に点火用高電圧が発生する。この点火用高電圧が点火プラグ13に印加され、中心電極13aと接地電極13bとの間に火花放電が発生する。

0024

次に、第一スイッチSW1のS1信号がLowレベルであり、第二スイッチSW2のS2信号がHiレベルである場合には、点火コイル14の一次巻線L1の両端がダイオード15により短絡されて、一次巻線L1とダイオード15による閉回路が形成される。この時、ダイオード15により一次巻線L1に流れる一次電流I1は上記火花放電のための通電の時に流れる方向と同じ方向にのみ流れることが許容される。

0025

図2は、ECU20の出力信号であるS1信号、S2信号と、点火コイル14の一次巻線L1に流れる一次電流I1と、点火プラグ13の中心電極13aの電位Vpと、点火プラグ13に流れる二次電流I2と、失火時にイオン電流検出回路11により検出される失火時イオン電流と、燃焼時にイオン電流検出回路11により検出される燃焼時イオン電流と、の各状態を表すタイムチャートを示す。

0026

図2の時刻t31において、第一スイッチSW1へのS1信号及び第二スイッチSW2へのS2信号をLowレベルからHiレベルに切り替え、点火コイル14の一次巻線L1に一次電流I1を流す。その後、予め設定された通電時間が経過した時刻t32にて、S1信号、S2信号をHiレベルからLowレベルに切り替えることにより、点火コイル14の一次巻線L1への一次電流I1を遮断すると、点火プラグ13の中心電極13aに負の点火用高電圧が印加されて、その電位Vpが急峻に低下し、点火プラグ13の中心電極13aと接地電極13bとの間に火花放電が発生する。

0027

そして、内燃機関の運転状態に基づいて算出された火花放電持続時間が経過した時刻t33にて再び第二スイッチSW2へのS2信号をLowレベルからHiレベルに切り替える。これにより一次巻線L1に一次電流I1が再び流れはじめる。点火コイル14の鉄心に残されている磁束に対応する磁界を発生する電流値にまで再通電の一次電流I1が達すると(時刻t34)、火花放電時に二次巻線L2に発生していた点火用高電圧とは逆極性の電圧が二次巻線L2に誘導される。そして、中心電極13aと接地電極13bとの間の電圧が放電維持電圧を下回ると点火プラグ13での火花放電が強制的に遮断される。

0028

時刻t34において、ワーストケースを考慮して予め高めに設定された初期イオン電流検出閾値を用いてイオン電流による燃焼状態検出が開始される。初期イオン電流検出閾値は任意であるが、遮断電流と放電時間、及びコイルパラメータなどから概算してもよいし、予め実験的に決定した値を用いてもよい。二次巻線L2で発生する誘導電流Icを燃焼と誤検知することなく燃焼検出するには数十μA程度に調整するとよい。

0029

そして時刻t35において電流値から誘導電流Icの推定が完了し、イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に変更される。なお、時刻t34から時刻t35までの期間は可能な限り短いことが好ましい。

0030

時刻t36において第二スイッチSW2へのS2信号をHiレベルからLowレベルに切り替えることにより、一次巻線L1とダイオード15により形成される閉回路が解放され、内燃機関の1燃焼サイクルにおける放電停止動作が終了する。時刻t36は任意に決定可能であるが、点火コイル14の発熱を最小限に抑制するには、内燃機関の運転状態に合わせて逐次算出するか、またはマップを作成するか、あるいは放電停止誘導電流検出装置16によって推定された誘導電流値が設定した値以下になった時刻をもって時刻t36としてもよい

0031

このように、イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に変更されることで、放電停止での誘導電流Icによるイオン電流誤検出を回避することができる。また、鉄心の残り磁束ばらつき等を考慮したワーストケース想定での高い検出閾値を設定する必要がなくなるため、燃焼によるイオン発生量微小な場合でも燃焼状態を精度よく検出できる。

0032

次に、図3A及び図3Bに示すフローチャートに沿って、ECU20で実行されるイオン電流検出処理について説明する。
ECU20は、内燃機関の火花放電発生時期、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に制御するものであり、以下に説明する点火制御処理のために、別途、内燃機関の吸入空気量(吸気管圧力)、回転速度、スロットル開度冷却水温吸気温等、内燃機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を行っている。

0033

まず、ステップST100において内燃機関の運転状態の読み込みを開始し、ステップST101では読み込んだ運転状態を基に、火花放電発生時刻、火花放電維持時間、イオン電流検出期間、及び一次巻線環流期間を設定する。

0034

次に、ステップST102にて火花放電発生時刻、火花放電維持時間、及び内燃機関の運転状態を基に、点火プラグ13の火花放電のための一次巻線L1への初期通電期間と、一次巻線L1の両端を短絡し環流を発生させる一次巻線環流期間とから、S1信号と電源を制御するS2信号を設定する。なお、各信号の初期値はLowレベルである。

0035

ステップST103では設定された一次巻線L1への初期通電期間に基づき初期通電期間開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。初期通電期間開始時期に達したと判断されるとステップST104に移行する。

0036

ステップST104でS1信号及びS2信号がLowレベルからHiレベルに切り替えられる。これにより点火コイル14の一次巻線L1に通電が開始される。

0037

次に、ステップST105にて点火コイル14の一次巻線L1への初期通電期間が事前に設定した時間に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。設定した時間に達したと判断されるとステップST106に移行する。

0038

ステップST106にてS1信号及びS2信号をHiレベルからLowレベルに切り替える。これにより、点火コイル14の一次巻線L1に流れていた一次電流I1が遮断され、点火コイル14の二次巻線L2に点火用高電圧が発生し、点火プラグ13の中心電極13aと接地電極13bとの間に火花放電が発生する。

0039

次に、ステップST107では事前に設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したと判断されるとステップST108に移行する。

0040

ステップST108にてS2信号がLowレベルからHiレベルに切り替えられ、点火コイル14の一次巻線L1の両端が短絡されることで一次巻線L1に電流が流れはじめ、火花放電が強制的に遮断される。

0041

ステップST109では一次電流及びイオン電流の読み込みを開始する。

0042

ステップST110では読み込んだ一次電流に基づいてイオン電流検出装置10に流れる誘導電流Icを演算器16cで推定する。誘導電流Icの推定手段は種々考えられるが、例えば、一次電流I1の値をフィルタリングしてノイズを取り除いた後の電流値の二階微分と、一次巻線L1と二次巻線L2の巻き数比n2/n1と、点火装置と点火プラグ13の寄生容量Cと、点火コイル14の一次巻線L1のインダクタンスLと、を用いて下記式1のように誘導電流Icが算出される。

0043

0044

ステップST111では内燃機関の運転条件やプラグの燻り状態などから燃焼サイクルに適した基礎イオン電流検出閾値を算出する。この基礎イオン電流検出閾値は数μA程度に調整するとよい。

0045

ステップST112では、ステップST111で算出した基礎イオン電流検出閾値にステップST110で推定した誘導電流Icを加算してイオン電流検出閾値を再設定する。

0046

次に、ステップST113では事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されるとステップST114に移動し、事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したと判断されるとステップST115に移動する。

0047

ステップST114ではイオン電流検出情報に基づいてECU20による燃焼状態判断が完了したか判断する。否定されると再びステップST113に戻る。完了したと判断されると、事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻を待たずにステップST115に移動する。

0048

ステップST115では一次電流及びイオン電流の読み込みを終了する。

0049

次に、ステップST116にて事前に設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されると同ステップを繰り返し、設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したと判断されるとステップST117に移動する。

0050

ステップST117では、S2信号がHiレベルからLowレベルに切り替えられ、一次巻線L1の短絡経路が解放され、ECU20において実行されるイオン電流検出処理を終了する。

0051

なお、本実施の形態では一次巻線環流期間の終了時刻を内燃機関の運転状態から事前に設定したが、一次巻線電流等に基づいてリアルタイムに決定してもよい。

0052

以上のように、実施の形態1による内燃機関の燃焼状態検出装置によれば、放電停止誘導電流検出装置16の演算器16cによってイオン電流検出期間内の放電停止による誘導電流Icが推定され、推定された誘導電流Icを用いてイオン電流検出閾値が誘導電流Icの影響受けない閾値に設定される。これにより、放電停止中であっても誘導電流起因の誤検知が発生することがなく、内燃機関の気筒内燃焼状態の検出性が良好となる。

0053

実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2による内燃機関の燃焼状態検出装置について説明する。
実施の形態1では、放電停止初期の誘導電流に基づいてイオン電流検出閾値を設定する実施の形態について説明した。しかし、放電停止期間中は磁束の消費が徐々に遅くなる傾向があるため、誘導電流は徐々に低下して行き、鉄心内の磁束が消費し終えると誘導電流は発生しなくなる。そのため、放電停止動作後半又は放電停止動作終了後には発生している誘導電流に対してイオン電流検出閾値が過剰に高く設定される状態となり、高EGR率条件(EGR:Exhaust Gas Recirculationの略)やリーン燃焼条件など、燃焼によるイオン発生量が少なく燃焼が遅い条件では、イオン電流がイオン電流検出閾値を超えなくなり、燃焼状態の検出性が低下する可能性がある。

0054

そのような場合、イオン電流検出期間中に繰り返し誘導電流の推定を逐次行い、イオン電流検出閾値を更新するとよい。これにより放電停止動作後半又は放電停止動作終了後で誘導電流が小さくなった場合でもイオン電流検出閾値が過剰に高くなることがなくなる。よって、高EGR率条件やリーン燃焼条件など燃焼によるイオン発生量が少なく燃焼が遅い条件で、より安定した高精度な燃焼状態の検出が可能である。

0055

実施の形態2は、上記イオン電流検出期間中に繰り返し誘導電流の推定を逐次行い、イオン電流検出閾値を更新する実施の形態を説明するもので、燃焼状態検出装置の基本構成については図1に示す実施の形態1と同様のため、その説明を省略する。なお、実施の形態2の説明においては、図1を参照しながら同図の符号を用いて説明する。

0056

図4は、実施の形態2におけるECU20の出力であるS1信号及びS2信号と、一次巻線L1に流れる一次電流I1と、点火プラグ13に流れる二次電流I2と、点火プラグ13の中心電極13aの電位Vpと、失火時にイオン電流検出回路11により検出される失火時イオン電流と、燃焼時にイオン電流検出回路11により検出される燃焼時イオン電流との各状態を表すタイムチャートを示す。

0057

図4の時刻t41において、第一スイッチSW1へのS1信号及び第二スイッチSW2へのS2信号をLowレベルからHiレベルに切り替え、点火コイル14の一次巻線L1に一次電流I1を流す。その後、予め設定された通電時間が経過した時刻t42にて、S1信号、S2信号をHiレベルからLowレベルに切り替えることにより、点火コイル14の一次巻線L1への一次電流I1を遮断すると、点火プラグ13の中心電極13aに負の点火用高電圧が印加されて、その電位Vpが急峻に低下し、点火プラグ13の中心電極13aと接地電極13bとの間に火花放電が発生する。

0058

そして、内燃機関の運転状態に基づいて算出された火花放電持続時間が経過した時刻t43にて再び第二スイッチSW2へのS2信号をLowレベルからHiレベルに切り替える。これにより一次巻線L1に一次電流I1が再び流れはじめる。点火コイル14の鉄心に残されている磁束に対応する磁界を発生する電流値にまで再通電の一次電流I1が達すると(時刻t44)、火花放電時に二次巻線L2に発生していた点火用高電圧とは逆極性の電圧が二次巻線L2に誘導され、中心電極13aと接地電極13bとの間の電圧が放電維持電圧を下回ると点火プラグ13での火花放電が強制的に遮断される。

0059

時刻t44においてワーストケースを考慮して予め高めに設定された初期イオン電流検出閾値を用いてイオン電流による燃焼状態検出が開始される。初期イオン電流検出閾値は任意であるが、遮断電流と放電時間とコイルパラメータなどから概算してもよいし、予め実験的に決定した値を用いてもよい。二次巻線L2で発生する誘導電流Icを燃焼と誤検知することなく燃焼検出するには数十μA程度に調整するとよい。

0060

そして時刻t45において電流値から誘導電流Icの推定が完了し、その後は逐次イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に更新される。なお、時刻t44から時刻t45までの期間は可能な限り短いことが好ましい。

0061

時刻t46において第二スイッチSW2へのS2信号をHiレベルからLowレベルに切り替えることで、一次巻線L1とダイオード15により形成される閉回路が解放され、内燃機関の1燃焼サイクルにおける放電停止動作が終了する。時刻t46は任意に決定可能であるが、点火コイル14の発熱を最小限に抑制するには、内燃機関の運転状態に合わせて逐次算出するか、またはマップを作成するか、または放電停止誘導電流検出装置16によって推定された誘導電流値が設定した値以下になった時刻をもって時刻t46としてもよい。

0062

このように、イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に常に更新されることで、放電停止後半で誘導電流Icが小さくなる場合や、磁束消費後の誘導電流Icが発生しない場合でもイオン電流検出閾値が過剰に高くなることがなくなる。よって、高EGR率条件やリーン燃焼条件など燃焼によるイオン発生量が少なく燃焼が遅い条件であっても、より安定した高精度な燃焼状態の検出が可能である。

0063

次に、図5A及び図5Bに示すフローチャートに沿って、ECU20において実行されるイオン電流検出処理を説明する。
ECU20は、内燃機関の火花放電発生時期、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に制御するためのものであり、以下に説明する点火制御処理のために、別途、内燃機関の吸入空気量(吸気管圧力)、回転速度、スロットル開度、冷却水温、吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を行っている。

0064

まず、ステップST200において内燃機関の運転状態の読み込みを開始し、ステップST201では読み込んだ運転状態を基に火花放電発生時刻、火花放電維持時間、イオン電流検出期間、及び一次巻線環流期間を設定する。

0065

次に、ステップST202にて火花放電発生時刻、火花放電維持時間、及び内燃機関の運転状態を基に、点火プラグ13の火花放電のための一次巻線L1への初期通電期間と、一次巻線L1の両端を短絡し環流を発生させる一次巻線環流期間とから、S1信号と電源を制御するS2信号を設定する。なお、各信号の初期値はLowレベルである。

0066

ステップST203では設定された一次電流I1の初期通電期間に基づき初期通電期間開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。初期通電期間開始時期に達したと判断されるとステップST204に移行する。

0067

ステップST204でS1信号及びS2信号がLowレベルからHiレベルに切り替えられる。これにより点火コイル14の一次巻線L1に通電が開始される。

0068

次に、ステップST205にて点火コイル14の一次巻線L1への初期通電期間が事前に設定した時間に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。設定した時間に達したと判断されるとステップST206に移行する。

0069

ステップST206にてS1信号及びS2信号をHiレベルからLowレベルに切り替える。これにより、点火コイル14の一次巻線L1に流れていた一次電流I1が遮断され、点火コイル14の二次巻線L2に点火用高電圧が発生し、点火プラグ13の中心電極13aと接地電極13bとの間に火花放電が発生する。

0070

次に、ステップST207では事前に設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したと判断されるとステップST208に移行する。

0071

ステップST208にてS2信号がLowレベルからHiレベルに切り替えられ、点火コイル14の一次巻線L1の両端が短絡されることで一次巻線L1に電流が流れはじめ、火花放電が強制的に遮断される。

0072

ステップST209では一次電流及びイオン電流の読み込みを開始する。

0073

ステップST210では読み込んだ一次電流に基づいてイオン電流検出装置10に流れる誘導電流Icを演算器16cで推定する。誘導電流Icの推定手段は種々考えられるが、例えば、実施の形態1と同様に、一次電流I1の値をフィルタリングしてノイズを取り除いた後の電流値の二階微分と、一次巻線L1と二次巻線L2の巻き数比n2/n1と、点火装置と点火プラグ13の寄生容量Cと、点火コイル14の一次巻線L1のインダクタンスLと、を用いて式1から誘導電流Icが算出される。

0074

ステップST211では内燃機関の運転条件やプラグの燻り状態などから燃焼サイクルに適した基礎イオン電流検出閾値を算出する。この基礎イオン電流検出閾値は数μA程度に調整するとよい。

0075

ステップST212では、ステップST211で算出した基礎イオン電流検出閾値にステップST210で推定した誘導電流Icを加算してイオン電流検出閾値を再設定する。

0076

次に、ステップST213では事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されるとステップST214に移動し、設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したと判断されるとステップST215に移動する。

0077

ステップST214ではイオン電流検出情報に基づいてECU20による燃焼状態判断が完了したか判断する。否定されると再びステップST210に戻る。完了したと判断されると、事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻を待たずにステップST215に移動する。

0078

ステップST210に戻ると、再びイオン電流検出装置10に流れる誘導電流Icが推定される。

0079

そして、ステップST211とステップST212によりイオン電流検出閾値が運転状態と誘導電流Icとに適した値に再設定される。

0080

これによりイオン電流検出閾値が変更され、放電停止後半で誘導電流Icが小さくなる場合や磁束消費後の誘導電流Icが発生しない場合でも、常に最適なイオン電流検出閾値が設定されるようになる。

0081

ステップST215では一次電流及びイオン電流の読み込みを終了する。

0082

次に、ステップST216にて事前に設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されると同ステップを繰りかえす。設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したと判断されるとステップST217に移動する。

0083

ステップST217では、S2信号がHiレベルからLowレベルに切り替えられ、一次巻線L1の短絡経路が解放され、ECU20において実行されるイオン電流検出処理を終了する。

0084

本実施の形態では一次巻線環流期間の終了時刻を内燃機関の運転状態から事前に設定したが、一次巻線電流等に基づいてリアルタイムに決定してもよい。また、毎ステップのイオン電流検出閾値の逐次再設定がECU20の計算リソース等の制約を受け困難である場合は、任意のステップ置きに再設定してもよい。また、基礎イオン電流検出閾値も逐次算出せずに1燃焼サイクル内では固定値としてもよい。

0085

一次電流検出手段は上記に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。誘導電流Icの推定手段として電流検出抵抗を用いて検出した電流値の二階微分を利用したが、カレントトランス等を利用してもよい。また、電流検出箇所は一次巻線L1の電流を検出可能ならば任意の箇所でよく、例えば、点火制御のための第二スイッチSW2と一次巻線L1の間等に設置してもよい。

0086

このように、実施の形態2による内燃機関の燃焼状態検出装置は、イオン電流検出期間中に繰り返し誘導電流Icの推定を逐次行い、イオン電流検出閾値を更新するので、放電停止後半で誘導電流Icが小さくなった場合でもイオン電流検出閾値が過剰に高くなることがなくなる。よって、実施の形態1の効果に加え、高EGR率条件やリーン燃焼条件など燃焼によるイオン発生量が少なく燃焼が遅い条件で、より安定した高精度な燃焼状態の検出が可能となる。

0087

実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3による内燃機関の燃焼状態検出装置について説明する。
実施の形態2では、放電停止中の一次電流I1を検出し、二階微分することで放電停止中に発生する誘導電流Icを推定する実施の形態について説明した。しかし、実際に取得できる一次電流値には多数のノイズが重畳するため数値解析的に二階微分を行うことは困難となる場合がある。

0088

そのような場合、実施の形態2で一部説明したように、一次巻線L1の発生電圧を検出して誘導電流Icを推定するとよい。放電停止による磁束消費中は、一次巻線L1には二次巻線L2で発生する電圧が巻き数比n2/n1に応じて発生するため、間接的に二次電圧Vpを容易に観測することができる。例えば、一次巻線L1の両端電圧一階微分と、点火装置と点火プラグ13の寄生容量Cと、を用いて下記式2のように誘導電流Icを推定することができる。

0089

0090

一次巻線L1に発生する電圧を利用することで微分回数が減るため、ノイズの影響を受けにくくなり、より高い精度で放電停止中の誘導電流Icを推定することができる。よって、ノイズの影響が大きい場合でも適切にイオン電流検出閾値を設定でき、安定した高精度な燃焼状態の検出が可能である。

0091

実施の形態3は、一次巻線L1の発生電圧を検出して誘導電流Icを推定する実施の形態を説明するもので、図6は、実施の形態3の燃焼状態検出装置の構成を表す電気回路図である。なお、本実施の形態では単気筒の内燃機関についての説明を行うが、この発明は複数気筒を備える内燃機関についても適用できる。その場合、同様な基本構成のイオン電流検出装置を気筒数分備えてもよいし、環流電流制御装置等の燃焼状態検出装置の一部構成要素を複数気筒で共有してもよい。

0092

図6に示すように、実施の形態3の内燃機関の燃焼状態検出装置によるイオン電流検出装置30は、イオン電流を検出するイオン電流検出回路11と、定電圧を出力する電源装置12と、内燃機関の気筒に設けられた点火プラグ13と、一次巻線L1とこの一次巻線L1と磁気結合する二次巻線L2とを備え、点火用高電圧を発生する点火コイル14と、一次巻線L1に並列接続されて一次巻線L1の両端を短絡する環流装置を構成するダイオード15と、一次巻線L1を経路に接続された放電停止誘導電流検出装置16と、二次巻線L2の低圧側に接続された逆流防止用ダイオード17と、二次巻線L2と逆流防止用ダイオード17との間に挿入されたツェナーダイオード18と、ツェナーダイオード18に並列接続されたコンデンサ19と、を備えている。

0093

また、イオン電流検出装置30は、電源用スイッチ(例えば、トランジスタ)となる第一スイッチSW1と、一次巻線L1と直列接続された点火制御のための第二スイッチSW2と、第一スイッチSW1、第二スイッチSW2のそれぞれに対してS1信号、S2信号を出力するECU20と、を備えている。

0094

本実施の形態では環流装置はダイオード15と環流経路の抵抗値を表す抵抗素子21と点火制御のための第二スイッチSW2により構成されているが、一次巻線L1を短絡できれば任意の手段でよく、例えば、サイリスタやトランジスタ等の任意のスイッチング素子を用いて一次巻線L1を短絡する構成でもよい。

0095

放電停止誘導電流検出装置16は、一次巻線L1の両端電圧を検出する差動増幅器16b、及び検出した電圧から二次巻線L2で発生する誘導電流Icを推定する演算器16cから構成されているが、比較的低圧である一次巻線L1側の電圧を用いて誘導電流Icを推測できれば任意の手段でよい。例えば、演算器16cを専用に設けず、ECU20の内部で演算処理を行ってもよいし、第二スイッチSW2を構成するようなスイッチングIC内に演算機能を持たせてもよい。また、一次巻線L1の両端の電圧が検知できればよいため、差動増幅器16bのような電圧検出手段の取り付け位置は図6の位置に限らない。

0096

図7は、実施の形態3におけるECU20の出力であるS1信号及びS2信号と、一次巻線L1に流れる一次電流I1と、一次巻線L1で発生する電源装置12側端基準の一次巻線L1の両端の電圧Vcと、点火プラグ13の中心電極13aの電位Vpと、点火プラグ13に流れる二次電流I2と、失火時にイオン電流検出回路11により検出される失火時イオン電流と、燃焼時にイオン電流検出回路11により検出される燃焼時イオン電流との各状態を表すタイムチャートを示す。

0097

図7の時刻t51において、第一スイッチSW1へのS1信号及び第二スイッチSW2へのS2信号をLowレベルからHiレベルに切り替え、点火コイル14の一次巻線L1に一次電流I1を流す。その後、予め設定された通電時間が経過した時刻t52にて、S1信号及びS2信号をHiレベルからLowレベルに切り替えることにより、点火コイル14の一次巻線L1への一次電流I1を遮断すると、点火プラグ13の中心電極13aに負の点火用高電圧が印加されて、その電位Vpが急峻に低下し、点火プラグ13の中心電極13aと接地電極13bとの間に火花放電が発生する。

0098

そして、内燃機関の運転状態に基づいて算出された火花放電持続時間が経過した時刻t53にて再び第二スイッチSW2へのS2信号をLowレベルからHiレベルに切り替える。これにより一次巻線L1に一次電流I1が再び流れはじめる。点火コイル14の鉄心に残されている磁束に対応する磁界を発生する電流値にまで再通電の一次電流I1が達すると(時刻t54)、火花放電時に二次巻線L2に発生していた点火用高電圧とは逆極性の電圧が二次巻線L2に誘導され、中心電極13aと接地電極13bとの間の電圧が放電維持電圧を下回ると点火プラグ13での火花放電が強制的に遮断される。

0099

時刻t54においてワーストケースを考慮して予め高めに設定された初期イオン電流検出閾値を用いてイオン電流による燃焼状態検出が開始される。初期イオン電流検出閾値は任意であるが、遮断電流と放電時間とコイルパラメータなどから概算してもよいし、予め実験的に決定した値を用いてもよい。誘導電流Icを燃焼と誤検知することなく燃焼検出するには数十μA程度に調整するとよい。

0100

そして時刻t55において電流値から誘導電流Icの推定が完了し、その後は逐次イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に更新される。なお、時刻t54から時刻t55までの期間は可能な限り短いことが好ましい。

0101

時刻t56において第二スイッチSW2へのS2信号をHiレベルからLowレベルに切り替えることで一次巻線L1とダイオード15により形成される閉回路が解放され、内燃機関の1燃焼サイクルにおける放電停止動作が終了する。時刻t56は任意に決定可能であるが、点火コイル14の発熱を最小限に抑制するには、内燃機関の運転状態に合わせて逐次算出するか、またはマップを作成するか、あるいは放電停止誘導電流検出装置16によって推定された誘導電流値が設定した値以下になった時刻をもって時刻t56としてもよい。

0102

このように、イオン電流検出閾値が誘導電流レベルに適した値に常に更新されることで、放電停止後半で誘導電流Icが小さくなる場合や磁束消費後の誘導電流Icが発生しない場合でもイオン電流検出閾値が過剰に高くなることがなくなる。よって、高EGR率条件やリーン燃焼条件など燃焼によるイオン発生量が少なく燃焼が遅い条件であっても、より安定した高精度な燃焼状態の検出が可能である。

0103

次に、図8A及び図8Bに示すフローチャートに沿って、ECU20において実行されるイオン電流検出処理を説明する。
ECU20は、内燃機関の火花放電発生時期、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に制御するためのものであり、以下に説明する点火制御処理のために、別途、内燃機関の吸入空気量(吸気管圧力)、回転速度、スロットル開度、冷却水温、吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を行っている。

0104

まず、ステップST300において内燃機関の運転状態の読み込みを開始し、ステップST301では読み込んだ運転状態を基に火花放電発生時刻、火花放電維持時間、イオン電流検出期間、及び一次巻線環流期間を設定する。

0105

次に、ステップST302にて火花放電発生時刻、火花放電維持時間、及び内燃機関の運転状態を基に、点火プラグ13の火花放電のための一次巻線L1への初期通電期間と、一次巻線L1の両端を短絡し環流を発生させる一次巻線環流期間とから、S1信号と電源を制御するS2信号を設定する。なお、各信号の初期値はLowレベルである。

0106

ステップST303では設定された一次電流I1の初期通電期間に基づき初期通電期間開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。初期通電期間開始時期に達したと判断されるとステップST304に移行する。

0107

ステップST304でS1信号及びS2信号がLowレベルからHiレベルに切り替えられる。これにより点火コイル14の一次巻線L1に通電が開始される。

0108

次に、ステップST305にて点火コイル14の一次巻線L1への初期通電期間が事前に設定した時間に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。初期通電期間が事前に設定した時間に達したと判断されるとステップST306に移行する。

0109

ステップST306にてS1信号及びS2信号をHiレベルからLowレベルに切り替える。これにより、点火コイル14の一次巻線L1に流れていた一次電流I1が遮断され、点火コイル14の二次巻線L2に点火用高電圧が発生し、点火プラグ13の中心電極13aと接地電極13bとの間に火花放電が発生する。

0110

次に、ステップST307では事前に設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したか否かを判断する。否定された場合は同ステップを繰り返し待機する。設定された一次巻線環流期間の開始時期に達したと判断されるとステップST308に移行する。

0111

ステップST308にてS2信号がLowレベルからHiレベルに切り替えられ、点火コイル14の一次巻線L1の両端が短絡されることで一次巻線L1に電流が流れはじめ、火花放電が強制的に遮断される。

0112

ステップST309では一次巻線L1の両端電圧、及びイオン電流の読み込みを開始する。

0113

ステップST310では内燃機関の運転条件やプラグの燻り状態などから燃焼サイクルに適した基礎イオン電流検出閾値を算出する。この基礎イオン電流検出閾値は数μA程度に調整するとよい。

0114

ステップST311では読み込んだ一次巻線L1の両端電圧に基づいてイオン電流検出装置30に流れる誘導電流Icを演算器16cで推定する。誘導電流Icの推定手段は種々考えられるが、例えば、一次電流I1の値をフィルタリングしてノイズを取り除いた後の一次巻線L1の両端電圧の微分値と、一次巻線L1と二次巻線L2の巻き数比n2/n1と、点火装置と点火プラグ13の寄生容量Cと、を用いて算出される。

0115

ステップST312では、ステップST310で算出した基礎イオン電流検出閾値にステップST311で推定した誘導電流Icを加算してイオン電流検出閾値を再設定する。

0116

次に、ステップST313では事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されるとステップST314に移動し、設定されたイオン電流検出期間の終了時刻に達したと判断されるとステップST315に移動する。

0117

ステップST314ではイオン電流検出情報に基づいてECU20による燃焼状態判断が完了したか判断する。否定されると再びステップST311に戻る。完了したと判断されると、事前に設定されたイオン電流検出期間の終了時刻を待たずにステップST315に移動する。

0118

ステップST311に戻ると、再びイオン電流検出装置30に流れる誘導電流Icが推定される。

0119

そして、ステップST312によりイオン電流検出閾値が運転状態と誘導電流Icとに適した値に再設定される。

0120

これによりイオン電流検出閾値が変更され、放電停止後半で誘導電流Icが小さくなる場合や磁束消費後の誘導電流Icが発生しない場合でも、常に最適なイオン電流検出閾値が設定されるようになる。

0121

ステップST315では一次巻線L1の両端電圧及びイオン電流の読み込みを終了する。

0122

次に、ステップST316にて事前に設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したか否かを判断する。否定されると同ステップを繰りかえす。設定された一次巻線環流期間の終了時刻に達したと判断されるとステップST317に移動する。

0123

ステップST317では、S2信号がHiレベルからLowレベルに切り替えられ、一次巻線L1の短絡経路が解放され、ECU20において実行されるイオン電流検出処理を終了する。

0124

本実施の形態では一次巻線環流期間の終了時刻を内燃機関の運転状態から事前に設定したが、一次巻線電圧等に基づいてリアルタイムに決定してもよい。また、毎ステップのイオン電流検出閾値の逐次再設定がECU20の計算リソース等の制約を受け困難である場合は、任意のステップ置きに再設定してもよい。また、基礎イオン電流検出閾値も1燃焼サイクル内で固定値とせずに、逐次算出または任意のステップ置きに再算出してもよい。

0125

このように、実施の形態3による内燃機関の燃焼状態検出装置は、一次巻線L1に発生する電圧を利用することで微分回数が減るため、ノイズの影響を受けにくくなり、より高い精度で放電停止中の誘導電流Icを推定することができる。よって、実施の形態1による効果に加え、ノイズの影響が大きい場合でも適切にイオン電流検出閾値を設定でき、安定した高精度な燃焼状態の検出が可能である。

0126

上記においては、この発明の実施の形態1から3について説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各発明を自由に組み合わせたり、適宜、変形、省略したりすることが可能である。例えば、一次巻線L1の両端電圧を差動増幅器16bで検出したが、実現手段はこれに限らない。例えば、GND電位基準で電源装置12側の一次巻線端の電圧を測定すれば、スイッチング素子での電圧降下の影響を受けるがシステムの簡略化が可能である。

0127

10、30イオン電流検出装置、11イオン電流検出回路、12電源装置、
13点火プラグ、13a中心電極、13b接地電極、14点火コイル、
15ダイオード、16放電停止誘導電流検出装置、16aセンス抵抗、
16b差動増幅器、16c演算器、17逆流防止用ダイオード、
18ツェナーダイオード、19コンデンサ、20電子制御装置(ECU)、
21抵抗素子、L1一次巻線、L2二次巻線、SW1 第一スイッチ、
SW2 第二スイッチ、Ic 誘導電流

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