内燃機関の燃焼状態判定方法
【課題】内燃機関において、イオン電流を用いて燃焼状態の判定を行う場合、点火直後に発生するイオン電流のみで判定すると、点火時期の遅角などで燃焼状態が低下している場合を判定できないことがある。
【解決手段】内燃機関の燃焼時に燃焼室内に発生するイオン電流をその検出期間内において検出して燃焼状態を判定する内燃機関の燃焼状態判定方法であって、検出したイオン電流を構成する点火直後に発生する一次イオン電流に基づいて主燃焼期間を検出し、少なくとも検出した主燃焼期間が正常である場合に一次イオン電流消滅以降に発生するイオン電流に基づいて副燃焼期間を検出し、副燃焼期間が所定値より小なる場合には検出した主燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定し、副燃焼期間が所定値より大なる場合にはイオン電流の検出期間の開始から検出期間内における最後の副燃焼期間の終了時点までの全燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定する構成である。
【解決手段】内燃機関の燃焼時に燃焼室内に発生するイオン電流をその検出期間内において検出して燃焼状態を判定する内燃機関の燃焼状態判定方法であって、検出したイオン電流を構成する点火直後に発生する一次イオン電流に基づいて主燃焼期間を検出し、少なくとも検出した主燃焼期間が正常である場合に一次イオン電流消滅以降に発生するイオン電流に基づいて副燃焼期間を検出し、副燃焼期間が所定値より小なる場合には検出した主燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定し、副燃焼期間が所定値より大なる場合にはイオン電流の検出期間の開始から検出期間内における最後の副燃焼期間の終了時点までの全燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定する構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両などに搭載される内燃機関において、イオン電流を用いて燃焼状態を判定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、火花点火式の内燃機関において、燃焼の開始直後に、点火プラグを用いて燃焼室内にイオン電流を発生させ、そのイオン電流の発生している時間を測定して、燃焼状態を判定することが行われている。例えば特許文献１には、イオン電流が設定値より大である期間の時間を合計した時間、あるいは点火からイオン電流が設定値より大である最終時点までの期間のイオン電流が発生している時間から、イオン電流の特性を測定し、燃焼状態を検出するものが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、正常な燃焼において、イオン電流が消滅する位置に基づいて、イオン電流判定タイミングを設定し、そのタイミングまでのイオン電流検出時間に基づいて燃焼時間を測定するものが記載されている。
【特許文献１】特開平６−３４４９１号公報
【特許文献２】特開平１０−１７６５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１及び特許文献２に記載のものはいずれも、点火から燃焼圧が最も高くなる主燃焼により発生するイオン電流にのみ着目したもので、この主燃焼に続く燃焼により発生するイオン電流については、何ら考慮していない。つまり、イオン電流の特性、あるいはイオン電流検出時間を測定するものの、燃焼により発生するイオン電流の一部しか利用しないものである。
【０００５】
このようなイオン電流の利用方法では、必ずしも燃焼状態が低下した際にその燃焼状態を判定することができない場合がある。すなわち、例えば、上述の主燃焼によるイオン電流が発生して比較的短時間で消滅し、その後、排気行程において再度イオン電流が発生するなど、燃焼状態が低下してイオン電流の発生状況が変化する場合、再度発生したイオン電流を考慮しないこととなる。
【０００６】
したがって、燃焼状態が低下した場合、このような主燃焼に対応するイオン電流の特性などから燃焼状態を検出するだけでは、燃焼状態の低下を判定できない場合がある。それゆえに、上記構成のものでは、精度よく燃焼状態を判定することが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の内燃機関の燃焼状態判定方法は、内燃機関の燃焼時に燃焼室内に発生するイオン電流をその検出期間内において検出して燃焼状態を判定する内燃機関の燃焼状態判定方法であって、検出したイオン電流を構成する点火直後に発生する一次イオン電流に基づいて主燃焼期間を検出し、少なくとも検出した主燃焼期間が正常である場合に一次イオン電流消滅以降に発生するイオン電流に基づいて副燃焼期間を検出し、副燃焼期間が所定値より小なる場合には検出した主燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定し、副燃焼期間が所定値より大なる場合にはイオン電流の検出期間の開始から検出期間内における最後の副燃焼期間の終了時点までの全燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定することを特徴とする。
【０００９】
このように、本発明によれば、点火直後に発生するイオン電流に基づいて検出した少なくとも主燃焼期間が正常である場合には、一次イオン電流以降に発生するイオン電流に基づいて副燃焼期間を検出して、その副燃焼期間と所定値との大小関係に基づいて主燃焼期間と全燃焼期間とのいずれかにより燃焼状態を判定するものである。したがって、これまでは活用されていなかった一次イオン電流の後に発生しているイオン電流を活用することにより、一次イオン電流が良好（正常）な燃焼に対応するものであっても、その後にイオン電流が断続するような燃焼状態、例えば点火時期を大きく遅角させているために、燃焼が正常な場合に比べて排気行程側に偏っている場合などを判定することが可能になる。
【００１０】
例えば、排気系に装着される触媒の温度を早期に上昇させるために、点火時期を遅角させることによって燃焼が排気行程側に偏り、一次イオン電流の消滅以降に断続的にイオン電流が発生して燃焼が長い場合などに、判定精度を向上させるためには、副燃焼期間が、複数の副燃焼期間を合わせたものであるものが好ましい。
【００１１】
例えば、空燃比が高い希薄燃焼制御により内燃機関を運転している場合に、その緩慢な燃焼状態を検出しやすくするためには、副燃焼期間が、主燃焼期間の終了時点からイオン電流の検出期間内のイオン電流が最後に消滅するまでの期間であるものが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上説明したような構成であるので、少なくとも主燃焼期間が正常である場合には、副燃焼期間と所定値との大小関係に基づいて主燃焼期間と全燃焼期間とのいずれかにより燃焼状態を判定するものであるので、これまでは活用されていなかった一次イオン電流の後に発生しているイオン電流を活用することにより、一次イオン電流が良好（正常）な燃焼に対応するものであっても、その後にイオン電流が断続するような燃焼状態、例えば点火時期を大きく遅角させているために、燃焼が正常な場合に比べて排気行程側に偏っている場合などを判定することができる。このように、主燃焼期間が正常であっても例えば、点火時期の遅角制御により燃焼が排気行程側においてばらつく場合などにおいても燃焼状態を判定することができるので、燃焼の良否の判定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に概略的に示したエンジン１００は自動車用のもので、その吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６により後述する基本噴射量に基づいて開成制御するようにしている。そして、燃焼室１０の天井部分に対応する位置には、スパークプラグ１８が取り付けてある。また燃焼室１０と排気系２０とは排気弁２５により選択的に連通されるもので、その排気系２０には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ2センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された触媒２２の上流の位置に取り付けられている。
【００１５】
電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されており、その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力を検出するための吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、エンジン１００の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ１４から出力される気筒判別信号Ｇ１とクランク角度基準位置信号Ｇ２とエンジン回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６からのＬＬ信号ｄ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ１７からの水温信号ｅ、上記したＯ2センサ２１からの電流信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またスパークプラグ１８に対してイグニッションパルスｇが出力されるようになっている。
【００１６】
またスパークプラグ１８には、イオン電流を測定するためのバイアス用電源２４及びイオン電流測定用回路２５が接続されている。このバイアス用電源２４を含むイオン電流測定用回路２５それ自体は、当該分野で知られている種々のものが使用できる。バイアス用電源２４は、点火後イオン電流を燃焼室１０内に流すべく電圧をスパークプラグ１８に印加する。また、イオン電流測定用回路２５は、電気的に電子制御装置６の入力インターフェース９に接続され、電圧の印加により発生したイオン電流をアナログ的に計測し、発生したイオン電流に対応するアナログ信号を電子制御装置６に入力する。
【００１７】
電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａとカムポジションセンサ１４から出力される回転数信号ｂとをおもな情報とし、エンジン状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して有効噴射時間を求め、その有効噴射時間に基づいて燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。
【００１８】
また、このようにエンジン１００の運転を制御する一方、点火毎に燃焼室１０内に流れるイオン電流をその検出期間内において検出して燃焼状態を判定するもので、検出したイオン電流を構成する点火直後に発生する一次イオン電流に基づいて主燃焼期間を検出し、少なくとも検出した主燃焼期間が正常である場合に一次イオン電流消滅以降に発生するイオン電流に基づいて副燃焼期間を検出し、副燃焼期間が所定値より小なる場合には検出した主燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定し、副燃焼期間が所定値より大なる場合にはイオン電流の検出期間の開始から検出期間内における最後の副燃焼期間の終了時点までの全燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定するプログラムが電子制御装置６に内蔵してある。
【００１９】
このイオン電流による燃焼状態検出プログラムの概要は、図２に示すようなものである。
【００２０】
イオン電流は、混合気の燃焼状態に応じて、その大きさと発生している期間が異なってくる。この実施形態においては、点火開始から、クランク角度で３６０°経過するまでをイオン電流検出期間として、その間のイオン電流の発生している期間をクランク角度に換算して計測するものである。
【００２１】
イオン電流は、燃焼状態により種々の流れ方つまり電流波形を示すもので、その電流波形は燃焼状態を反映するものである。イオン電流の電流波形を類別すると、図３に示すようになる。
【００２２】
まず、図３の（ａ）に示すものは、燃焼状態が良好な場合に検出されるイオン電流波形である。このイオン電流波形は、点火直後に急峻な変化を呈した後、膨張行程における上死点付近、言い換えれば燃焼圧が最大となるピストンの位置において最大となり、その後はピストンの降下とともに減少するものである。この例の場合、結果として、イオン電流波形から主燃焼期間Ｔａのみを検出するものとなる。以下においては、このように点火後最初に発生するイオン電流を一次イオン電流Ｉｐと称し、一次イオン電流Ｉｐの消滅後、新たに発生するイオン電流を二次イオン電流Ｉ２と称し、以下同様に、順にｎ次イオン電流Ｉｎ（ｎは整数）と称する。この図３の（ａ）に示したイオン電流波形は、ｎ次イオン電流Ｉｎが発生していない例である。
【００２３】
また、一次イオン電流Ｉｐの後に二次イオン電流Ｉ２が不連続に続くことがある。具体的には、排気弁２５が開成することにより燃焼ガスが排気系に移動するのに応じて燃焼ガスの流速が変化して、一次イオン電流Ｉｐの後に二次イオン電流Ｉ２が発生するものである。燃焼状態が良好な場合、図３の（ｂ）に示すように、二次イオン電流Ｉ２の電流波形は、発生している期間も比較的短く、また大きさ（電流値）も一次イオン電流Ｉｐの電流波形に比べて小さいものである。
【００２４】
これに対して、図３の（ｃ）に示すものは、失火に近い状態における燃焼状態に対応して得られるイオン電流の波形であり、イオン電流（この場合は一次イオン電流Ｉｐ）は流れるものの、その電流値は小さく、また発生している期間も他の燃焼状態におけるイオン電流の電流波形に比較して極端に短くなっている。一方、混合気が希薄、つまり空燃比が高く燃焼状態が低下している場合などにあっては、図３の（ｄ）に示すように、一次イオン電流Ｉｐの電流波形は燃焼圧が最大となる時点でも大きくならずに、ほぼ同じ程度の電流値のまま長くなり、イオン電流検出期間の終了時点もしくは終了時点を超えて連続するものである。
【００２５】
これと同様に、燃焼状態が低下している場合に、図３の（ｃ）に示したイオン電流の電流波形と図３の（ｄ）に示したイオン電流の電流波形とを組み合わせたような電流波形となる場合がある。つまり、着火するが燃焼自体が良好ではなく、一次イオン電流Ｉｐが小さく、燃焼の後半に二次イオン電流Ｉ２が比較的長い間発生するものである。
【００２６】
このように、発生するイオン電流が燃焼状態に対応して特徴的に発現する場合とは異なり、燃焼状態によって副次的に複数回イオン電流が発生する場合がある。具体的には、図３の（ｆ）に示すように、例えば、一次イオン電流Ｉｐが一旦消滅した後に、間隔をあけて二次イオン電流Ｉ２、三次イオン電流Ｉ３、四次イオン電流（図示しない）・・・のように発生するものである。
【００２７】
このような挙動を示すイオン電流に対して、一次イオン電流Ｉｐ及びｎ次イオン電流Ｉｎの発生している時間（期間）に基づいて、主燃焼期間Ｔａ及び副燃焼期間Ｔｂをクランク角度に換算して測定するとともに、イオン電流検出期間においてイオン電流の測定開始つまり点火直後から最後のｎ次イオン電流Ｉｎが消滅するまでの経過時間（期間）に対応する全燃焼期間Ｔｃをクランク角度に換算して測定する。
【００２８】
イオン電流の検出（測定）は、各気筒において点火毎に実行する。点火の後、スパークプラグ１８にバイアス用電源２４からバイアス電圧が印加され、これによってスパークプラグ１８を介して燃焼室１０内に発生するイオン電流をイオン電流測定用回路２５によりイオン電流が検出（測定）される。イオン電流測定用回路２５は、イオン電流の電流値に対応するイオン電流信号を電子制御装置６に出力する。そして、電子制御装置６は、入力されたイオン電流信号から、一次イオン電流Ｉｐに基づいて主燃焼期間Ｔａ、ｎ次イオン電流Ｉｎに基づいて副燃焼期間Ｔｂ、及び全燃焼期間Ｔｃを測定する。この場合に、例えば図３の（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示すもののように、一次イオン電流Ｉｐのみが発生するものにおいてもイオン電流検出期間が終了するまではイオン電流信号をモニタしておき、ｎ次イオン電流Ｉｎに基づき副燃焼期間Ｔｂを測定するものである。このように、ｎ次イオン電流Ｉｎが発生していない場合は、副燃焼期間Ｔｂは０°ＣＡである。
【００２９】
測定した主燃焼期間Ｔａ、副燃焼期間Ｔｂ、及び全燃焼期間Ｔｃは、電子制御装置６の記憶装置８に一時的に記憶され、燃焼状態判定のための計算に用いられる。
【００３０】
燃焼状態判定は、主燃焼期間Ｔａと副燃焼期間Ｔｂと全燃焼期間Ｔｃとの大小関係に基づいて行う。
【００３１】
具体的には、例えば点火から３６０°ＣＡ（クランク角度）で設定されるイオン電流検出期間内において、イオン電流の検出を行う。イオン電流検出期間においては、上述のように、イオン電流信号から一次イオン電流Ｉｐの電流波形（あるいは一次イオン電流Ｉｐが発生している期間）に基づき主燃焼期間Ｔａを、ｎ次イオン電流Ｉｎの電流波形に基づき副燃焼期間Ｔｂを、さらに点火時期に対応するクランク角度と最終のｎ次イオン電流Ｉｎの電流波形が消滅するクランク角度とから全燃焼期間Ｔｃをそれぞれ測定する。
【００３２】
具体的には、点火プラグ１８を介してイオン電流測定用回路２５から出力されるイオン電流と、イオン電流を検出し得るように設定する基準レベルとを比較し、その基準レベル以上となる電流値のイオン電流が発生している角度を、イオン電流検出期間内において計測して、イオン電流を検出するものである。この場合、イオン電流が基準レベル以上となった時点からカムポジションセンサ１４から出力されるクランク角度基準位置信号Ｇ２を計数し、イオン電流が基準レベル未満となった時点でクランク角度基準位置信号Ｇ２の計数を停止し、主燃焼期間Ｔａ、副燃焼期間Ｔｂ、及び全燃焼期間Ｔｃを計測するものである。計測した主燃焼期間Ｔａ、副燃焼期間Ｔｂ、及び全燃焼期間Ｔｃは、一時的に記憶装置８に保存される。
【００３３】
以上のイオン電流の検出が完了した後、ステップＳ１において、主燃焼期間Ｔａが正常であるか否かを判定する。この主燃焼期間Ｔａを判定するためには、判定下限値と判定上限値とを設定しておき、測定した主燃焼期間Ｔａが判定上下限値内つまり所定の範囲内に収まる場合に、正常であると判定するものである。判定下限値は例えば、上死点を１０°ＣＡ超えたクランク角度の値に設定し、判定下限値は例えば、上死点から１９０°ＣＡ進んだクランク角度の値に設定する。そして、測定した主燃焼期間Ｔａが判定下限値以下、つまり一次イオン電流Ｉｐは発生するが、非常に短期間である場合、あるいはその逆に判定上限値以上で、非常に長い期間発生する場合には、主燃焼期間Ｔａは異常であるとして、ステップＳ６に進む。
【００３４】
次に、ステップＳ２では、副燃焼期間Ｔｂから主燃焼期間Ｔａを減算し、その差が所定値を下回るか否か、つまり副燃焼期間Ｔｂが所定値に主燃焼期間Ｔａを加算した値を下回るか否かを判定する。所定値は、排気弁２５の開成開始角度にマージンを加えた値、例えば１５０°ＣＡ（クランク角度）に設定する。この場合、図３の（ａ）及び（ｃ）に示す電流波形となるイオン電流を検出した場合には、副燃焼期間Ｔｂは０°ＣＡであり、図３の（ｆ）に示す電流波形となるイオン電流を検出した場合には、副燃焼期間Ｔｂは、二次イオン電流Ｉ２及び三次イオン電流Ｉ３に対応する燃焼期間を合計あるいは積算したもの、つまり副燃焼期間Ｔｂ１と副燃焼期間Ｔｂ２との合計となる。そして、得られた差が所定値を下回っている場合、つまり主燃焼期間Ｔａに比較して副燃焼期間Ｔｂが短いかもしくはほぼ同程度である場合にはステップＳ３に進み、逆に差が所定値以上である場合はステップＳ４に進む。
【００３５】
ステップＳ３では、燃焼状態の判定のための判定燃焼期間として主燃焼期間Ｔａを設定する。ステップＳ４では、燃焼状態の判定のための判定燃焼期間として全燃焼期間Ｔｃを設定する。
【００３６】
ステップＳ５において、判定燃焼期間が短いか否かを判定し、短い場合はステップＳ６に進み、そうでない場合はステップＳ７に進む。このステップＳ５における判定の基準は、判定燃焼期間が上死点ＴＤＣを超えてクランク角度が例えば１０°ＣＡに達するまでの場合に判定燃焼期間が短いと判定するものである。
【００３７】
ステップＳ６では、判定燃焼期間が短いので、燃焼が低下していると判定する。このステップＳ６に先立つステップＳ５において、判定燃焼期間は、ステップＳ２における判定により変化するものであるが、主燃焼期間Ｔａ及び全燃焼期間Ｔｃのいずれにおいても短いと判定した場合には、燃焼が低下していると判定するものである。
【００３８】
ステップＳ７では、判定燃焼期間が長いか否かを判定し、長い場合はステップＳ６に進み、そうでない場合はステップＳ８に進む。このステップＳ７における判定の基準は、判定燃焼期間が上死点ＴＤＣを超えてクランク角度が例えば１９０°ＣＡを超えている場合に判定燃焼期間が長いと判定するものである。ステップＳ８では、燃焼は良好であると判定する。
【００３９】
このような構成において、図３に示したイオン電流を検出した場合それぞれについて、燃焼状態との関係を説明する。
【００４０】
まず、第１の例を説明する。この第１の例は、図３の（ａ）に示すイオン電流の場合のもので、検出されたイオン電流は一次イオン電流Ｉｐのみであり、かつその一次イオン電流Ｉｐは上死点ＴＤＣを超えて下死点ＢＤＣとの中間位置のクランク角度まで継続して発生しているものである。したがって、一次イオン電流Ｉｐに基づく主燃焼期間Ｔａは上述の判定下限値と判定上限値との範囲に含まれるものであるので正常なものであり、ステップＳ１において正常と判定されて、ステップＳ２に進む。なお、この第１の例では、ｎ次イオン電流Ｉｎに基づいて副燃焼期間Ｔｂが測定される副燃焼期間は０°ＣＡとなる。
【００４１】
それゆえ、副燃焼期間Ｔｂは所定値に主燃焼期間Ｔａを加算した値より小さいので、ステップＳ２における判定は、「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ３において主燃焼期間Ｔａを判定燃焼期間に設定する。そして、図３の（ａ）からも明らかなように、この主燃焼期間Ｔａは、ステップＳ５及びステップＳ７において規定する判定燃焼期間のそれぞれの判定基準を満たすものではない。つまり、この場合の判定燃焼期間は、上死点ＴＤＣを超えてクランク角度が１０°ＣＡとなる位置を超えており、かつ上死点ＴＤＣを超えてクランク角度が１９０°ＣＡに達するまでに終了しているものである。したがって、燃焼状態判定のための制御は、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ５及びステップＳ７と進み、ステップＳ８において燃焼は良好と判定するものである。
【００４２】
同様に、第２の例は、図３の（ｂ）に示すイオン電流の場合のもので、検出されたイオン電流は一次イオン電流Ｉｐと二次イオン電流Ｉ２とで構成されるが、一次イオン電流Ｉｐが発生している期間は、上述の第１の例と同じであり、かつ二次イオン電流Ｉ２が発生している期間が短く、したがって副燃焼期間Ｔｂ１が短いものである。それゆえ、副燃焼期間Ｔｂ１と主燃焼期間Ｔａとの差は所定値を下回るものであり、判定燃焼期間としては主燃焼期間Ｔａとなる。この結果、この第２の例においても、制御は、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ５及びステップＳ７と進み、ステップＳ８において燃焼は良好と判定するものである。
【００４３】
次に、図３の（ｃ）に示すイオン電流により第３の例を説明する。図３の（ｃ）に示すイオン電流は、一次イオン電流Ｉｐのみから構成されるものであるが、上死点ＴＤＣを超えて１０°ＣＡのクランク角度までに消滅し、ｎ次イオン電流Ｉｎは発生しないものである。したがって、ステップＳ１において、主燃焼期間Ｔａが異常であると判定し、ステップＳ６に進み、燃焼が悪いと判定するものである。
【００４４】
第４の例として、図３の（ｄ）に示すイオン電流を検出した場合を説明する。この第４の例においても、イオン電流が一次イオン電流Ｉｐのみから構成されるものであるが、第３の例とは異なり、上死点ＴＤＣを超えてクランク角度が１９０°ＣＡより大きなクランク角度にまで達するものである。つまり、ｎ次電流Ｉｐは発生せずに一次イオン電流Ｉｐのみが非常に長く発生している例である。したがって、第３の例と同様に、ステップＳ１において異常と判定し、ステップＳ６において燃焼は低下していると判定するものである。
【００４５】
第５の例は、図３の（ｅ）に示すように、イオン電流が、一次イオン電流Ｉｐと二次イオン電流Ｉ２とで構成され、一次イオン電流Ｉｐより二次イオン電流Ｉ２が長く発生している場合である。この例においても、一次イオン電流Ｉｐに基づく主燃焼期間Ｔａは第３の例と同様に短くて、異常と判定されるものである。したがって、ステップＳ１を実行した後ステップＳ６に進んで、燃焼が低下していると判定する。
【００４６】
このように、二次イオン電流Ｉ２の存在の如何にかかわらず、主燃焼期間Ｔａが短すぎたりあるいは長すぎたりする場合、つまり判定下限値と判定上限値とで設定される範囲に含まれない主燃焼期間Ｔａである場合は、主燃焼期間Ｔａが異常であると判定し、燃焼状態の判定を行うため、上述のステップＳ２〜ステップＳ８（ステップＳ６を除く）を実行する必要がない。したがって、燃焼状態の判定に要するプロセスを簡素化することができ、判定を出すまでの時間を短縮することができる。
【００４７】
イオン電流は、上述したような一次イオン電流Ｉｐと二次イオン電流Ｉ２とで構成されるもの以外に、良好な燃焼時に現れるものと同様な一次イオン電流Ｉｐが発生し消滅した後、一般的な表現をするならば、ｎ次イオン電流Ｉｎが複数断続的に発生する場合がある。このような例の一つとして、図３の（ｆ）に示すように、二次イオン電流Ｉ２の次に三次イオン電流Ｉ３が発生する場合について説明する。
【００４８】
この第６の例においては、一次イオン電流Ｉｐに基づいて主燃焼期間Ｔａを測定するとともに、二次イオン電流Ｉ２及び三次イオン電流Ｉ３に基づいて個別の副燃焼期間Ｔｂ１，Ｔｂ２を測定する。そして、個別の副燃焼期間Ｔｂ１，Ｔｂ２を合計したものを判定燃焼期間のための副燃焼期間Ｔｂとするものである。このようにして、主燃焼期間Ｔａと副燃焼期間Ｔｂとを測定して、主燃焼期間Ｔａの正常か否かの判定（ステップＳ１）の後、副燃焼期間Ｔｂと主燃焼期間Ｔａとの差が所定値を下回る（ステップＳ２において「Ｙｅｓ」）の場合、主燃焼期間Ｔａを判定燃焼期間とするものである（ステップＳ３）。つまり、一次イオン電流Ｉｐの後に、二次及び三次イオン電流Ｉ２，Ｉ３が発生するものの、合計して得られる副燃焼期間Ｔｂが短い燃焼状態の場合、このような結果となる。この第６の例においては、主燃焼期間Ｔａは、良好な燃焼状態に場合と同等であるので、ステップＳ５、ステップＳ７と進んで、ステップＳ８により燃焼は良好と判定される。
【００４９】
この第６の例のように複数のｎ次イオン電流Ｉｎが発生する場合、一次イオン電流Ｉｐが発生している期間、したがって主燃焼期間Ｔａが正常ではあるが短く、ｎ次イオン電流Ｉｎが多数発生することにより副燃焼期間Ｔｂが長くなると、副燃焼期間Ｔｂが所定値に主燃焼期間Ｔａを加算した値を上回る（ステップＳ２において「Ｎｏ」）ことがある。このような場合には、判定燃焼期間に全燃焼期間Ｔｃを設定するので、その全燃焼期間Ｔｃが長くなる（ステップＳ７において「Ｙｅｓ」）と、ステップＳ８において燃焼は低下していると判定する。
【００５０】
このように、エンジン１００の負荷が低くて燃焼が緩慢になる場合や、触媒２２の温度を早期に上昇させるために点火時期を大きく遅角させることにより燃焼が排気行程側にずれる（移行する）場合など、点火直後の主たる燃焼に対応する一次イオン電流Ｉｐ以外のｎ次イオン電流Ｉｎを検出することにより、主たる燃焼以外の燃焼の状態も含めて、イオン電流が最終的に消滅するまでの全体にわたってその電流値の変化（電流波形の変化）を検出して燃焼状態を判定するものである。したがって、一次イオン電流Ｉｐを検出して、その一次イオン電流Ｉｐの状態から燃焼状態を判定する、つまり主たる燃焼のみで燃焼状態を判定するものに比べて、それ以外の燃焼についての判断材料（判断のための情報量）が増すために、燃焼の低下を精度よく判定することができる。
【００５１】
しかも、点火時期を大きく遅角させる場合など、一次イオン電流Ｉｐ以外のｎ次イオン電流Ｉｎに基づく副燃焼期間Ｔｂの長さ、ひいては全燃焼期間Ｔｃの長さに基づいて燃焼状態を判定しているので、このように点火時期を遅角している場合などにおいて、安定に燃焼させることのできる限界を知ることができる。
【００５２】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではない。
【００５３】
上記実施形態においては、判定燃焼期間の長短により燃焼状態の良不良を判定したが、判定燃焼期間が短くも長くもない場合に、判定燃焼期間の変動率の大きさに基づいて燃焼状態を判定するものであってよい。すなわち、図４に示すように、上記実施形態におけるステップＳ７の実行後に、ステップＳ７１を加え、判定燃焼期間の変動率が設定された基準を上回る場合には、ステップＳ６に進んで燃焼の低下を判定し、基準を下回る場合には、ステップＳ８に進んで燃焼状態が良好であると判定するものである。
【００５４】
判定燃焼期間の変動率は、判定燃焼期間の移動平均と、移動平均と判定燃焼期間との差に基づく偏差とから演算するものである。具体的には、今回設定された判定燃焼期間とそれ以前に設定された判定燃焼期間例えば７個の判定燃焼期間とから判定燃焼期間の移動平均を演算し、その移動平均と今回の判定燃焼期間との差の絶対値を、移動平均を演算した際に判定燃焼期間の個数（この例では８個）で除して偏差を演算し、その偏差を移動平均で除して、変動率を演算するものである。
【００５５】
このようにして得る判定燃焼期間の変動率に対して、変動の大きさを判定するための基準は例えば、５０％に設定するものである。ステップＳ７１においては、変動率が５０％以上である場合には、変動率が大きいと判定し、５０％未満である場合には変動率が小さいと判定する。このような変動率を加味した燃焼状態の判定方法においては、主燃焼期間の終了時点から、イオン電流検出期間内における最後のｎ次イオン電流Ｉｎに対応する副燃焼期間Ｔｂｎの終了までを副燃焼期間ＴＢ（図３の（ｂ）、（ｅ）及び（ｆ）に示す）とするものである。
【００５６】
具体的には、図３の（ｂ）、（ｅ）及び（ｆ）において、一次イオン電流Ｉｐが消滅した時点から副燃焼期間ＴＢを測定するための計測を開始し、イオン電流検出期間内において最後に発生するｎ次イオン電流Ｉｎ（図の（ｆ）においては三次イオン電流Ｉ３）の消滅時点でその計測を終了するものである。したがって、二次イオン電流Ｉ２が発生するまでのイオン電流が消滅している期間、及び二次イオン電流Ｉ２と三次イオン電流Ｉ３との間のイオン電流が消滅している期間をも副燃焼期間ＴＢとして採用するものである。
【００５７】
例えば、空燃比を理論空燃比より高くして燃料制御を行う希薄燃焼制御（リーン燃焼制御）においては、燃料の供給量を減少させていくと、安定した燃焼状態を維持し得る限界の燃焼状態に近づくにつれて、燃焼状態が緩慢になる。このように燃焼状態が緩慢になると、一次イオン電流Ｉｐの発生している期間つまり主燃焼期間Ｔａが長くなったり、逆に短くなったりするとともに、ｎ次イオン電流Ｉｎのそれぞれについてもその数や長さが変動し、副燃焼期間ＴＢについてもその長さがばらつくものである。
【００５８】
したがって、例えば、イオン電流検出期間において検出したイオン電流に基づいて主燃焼期間Ｔａ、副燃焼期間ＴＢ及び全燃焼期間Ｔｃを測定した後、主燃焼期間Ｔａが正常である場合（ステップＳ１において「Ｙｅｓ」）、副燃焼期間ＴＢが所定値にこの時の主燃焼期間Ｔａを加算した値を上回っており（ステップＳ２において「Ｙｅｓ」）、判定燃焼期間として全燃焼期間Ｔｃを設定するとする（ステップＳ４）。そして、設定された判定燃焼期間が短くもなく（ステップＳ５において「Ｎｏ」）、長くもない（ステップＳ７において「Ｎｏ」）と判定した場合に、判定燃焼期間の長さがこのような所定の条件を満たしていることのみで燃焼状態を判定するものではなく、その変動率の大きさを判定して（ステップＳ７１）、その結果により燃焼の良不良（ステップＳ６、ステップＳ８）を判定するものである。
【００５９】
したがって、主燃焼期間Ｔａは正常であるものの、イオン電流の検出の毎に主燃焼期間Ｔａ、副燃焼期間ＴＢ及び全燃焼期間Ｔｃが長くなったり短くなったりする場合は、燃焼が限界に近くなっており、燃焼状態が良好な場合と不良となる場合とを判定することができる。このように、判定燃焼期間の変動率を判定することにより、燃焼状態の判定精度をさらに高くすることができる。
【００６０】
上記実施形態においては、主燃焼期間Ｔａが正常である場合にのみ副燃焼期間を用いて燃焼状態の判定を行うものを説明したが、主燃焼期間Ｔａの正常、異常を検出することなく、副燃焼期間を用いるように構成するものであってもよい。
【００６１】
上記実施形態では、イオン電流検出期間の開始を、点火開始に設定したものを説明したが、点火後の膨張行程における上死点に設定してもよい。
【００６２】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態におけるエンジン及び電子制御装置の概略構成を示す概略構成説明図。
【図２】同実施形態の制御手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態のイオン電流の電流波形を示すグラフ。
【図４】本発明の他の実施形態の制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６４】
６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１０…燃焼室
１８…点火プラグ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両などに搭載される内燃機関において、イオン電流を用いて燃焼状態を判定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、火花点火式の内燃機関において、燃焼の開始直後に、点火プラグを用いて燃焼室内にイオン電流を発生させ、そのイオン電流の発生している時間を測定して、燃焼状態を判定することが行われている。例えば特許文献１には、イオン電流が設定値より大である期間の時間を合計した時間、あるいは点火からイオン電流が設定値より大である最終時点までの期間のイオン電流が発生している時間から、イオン電流の特性を測定し、燃焼状態を検出するものが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、正常な燃焼において、イオン電流が消滅する位置に基づいて、イオン電流判定タイミングを設定し、そのタイミングまでのイオン電流検出時間に基づいて燃焼時間を測定するものが記載されている。
【特許文献１】特開平６−３４４９１号公報
【特許文献２】特開平１０−１７６５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１及び特許文献２に記載のものはいずれも、点火から燃焼圧が最も高くなる主燃焼により発生するイオン電流にのみ着目したもので、この主燃焼に続く燃焼により発生するイオン電流については、何ら考慮していない。つまり、イオン電流の特性、あるいはイオン電流検出時間を測定するものの、燃焼により発生するイオン電流の一部しか利用しないものである。
【０００５】
このようなイオン電流の利用方法では、必ずしも燃焼状態が低下した際にその燃焼状態を判定することができない場合がある。すなわち、例えば、上述の主燃焼によるイオン電流が発生して比較的短時間で消滅し、その後、排気行程において再度イオン電流が発生するなど、燃焼状態が低下してイオン電流の発生状況が変化する場合、再度発生したイオン電流を考慮しないこととなる。
【０００６】
したがって、燃焼状態が低下した場合、このような主燃焼に対応するイオン電流の特性などから燃焼状態を検出するだけでは、燃焼状態の低下を判定できない場合がある。それゆえに、上記構成のものでは、精度よく燃焼状態を判定することが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の内燃機関の燃焼状態判定方法は、内燃機関の燃焼時に燃焼室内に発生するイオン電流をその検出期間内において検出して燃焼状態を判定する内燃機関の燃焼状態判定方法であって、検出したイオン電流を構成する点火直後に発生する一次イオン電流に基づいて主燃焼期間を検出し、少なくとも検出した主燃焼期間が正常である場合に一次イオン電流消滅以降に発生するイオン電流に基づいて副燃焼期間を検出し、副燃焼期間が所定値より小なる場合には検出した主燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定し、副燃焼期間が所定値より大なる場合にはイオン電流の検出期間の開始から検出期間内における最後の副燃焼期間の終了時点までの全燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定することを特徴とする。
【０００９】
このように、本発明によれば、点火直後に発生するイオン電流に基づいて検出した少なくとも主燃焼期間が正常である場合には、一次イオン電流以降に発生するイオン電流に基づいて副燃焼期間を検出して、その副燃焼期間と所定値との大小関係に基づいて主燃焼期間と全燃焼期間とのいずれかにより燃焼状態を判定するものである。したがって、これまでは活用されていなかった一次イオン電流の後に発生しているイオン電流を活用することにより、一次イオン電流が良好（正常）な燃焼に対応するものであっても、その後にイオン電流が断続するような燃焼状態、例えば点火時期を大きく遅角させているために、燃焼が正常な場合に比べて排気行程側に偏っている場合などを判定することが可能になる。
【００１０】
例えば、排気系に装着される触媒の温度を早期に上昇させるために、点火時期を遅角させることによって燃焼が排気行程側に偏り、一次イオン電流の消滅以降に断続的にイオン電流が発生して燃焼が長い場合などに、判定精度を向上させるためには、副燃焼期間が、複数の副燃焼期間を合わせたものであるものが好ましい。
【００１１】
例えば、空燃比が高い希薄燃焼制御により内燃機関を運転している場合に、その緩慢な燃焼状態を検出しやすくするためには、副燃焼期間が、主燃焼期間の終了時点からイオン電流の検出期間内のイオン電流が最後に消滅するまでの期間であるものが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上説明したような構成であるので、少なくとも主燃焼期間が正常である場合には、副燃焼期間と所定値との大小関係に基づいて主燃焼期間と全燃焼期間とのいずれかにより燃焼状態を判定するものであるので、これまでは活用されていなかった一次イオン電流の後に発生しているイオン電流を活用することにより、一次イオン電流が良好（正常）な燃焼に対応するものであっても、その後にイオン電流が断続するような燃焼状態、例えば点火時期を大きく遅角させているために、燃焼が正常な場合に比べて排気行程側に偏っている場合などを判定することができる。このように、主燃焼期間が正常であっても例えば、点火時期の遅角制御により燃焼が排気行程側においてばらつく場合などにおいても燃焼状態を判定することができるので、燃焼の良否の判定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に概略的に示したエンジン１００は自動車用のもので、その吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６により後述する基本噴射量に基づいて開成制御するようにしている。そして、燃焼室１０の天井部分に対応する位置には、スパークプラグ１８が取り付けてある。また燃焼室１０と排気系２０とは排気弁２５により選択的に連通されるもので、その排気系２０には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ2センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された触媒２２の上流の位置に取り付けられている。
【００１５】
電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されており、その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力を検出するための吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、エンジン１００の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ１４から出力される気筒判別信号Ｇ１とクランク角度基準位置信号Ｇ２とエンジン回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６からのＬＬ信号ｄ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ１７からの水温信号ｅ、上記したＯ2センサ２１からの電流信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またスパークプラグ１８に対してイグニッションパルスｇが出力されるようになっている。
【００１６】
またスパークプラグ１８には、イオン電流を測定するためのバイアス用電源２４及びイオン電流測定用回路２５が接続されている。このバイアス用電源２４を含むイオン電流測定用回路２５それ自体は、当該分野で知られている種々のものが使用できる。バイアス用電源２４は、点火後イオン電流を燃焼室１０内に流すべく電圧をスパークプラグ１８に印加する。また、イオン電流測定用回路２５は、電気的に電子制御装置６の入力インターフェース９に接続され、電圧の印加により発生したイオン電流をアナログ的に計測し、発生したイオン電流に対応するアナログ信号を電子制御装置６に入力する。
【００１７】
電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａとカムポジションセンサ１４から出力される回転数信号ｂとをおもな情報とし、エンジン状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して有効噴射時間を求め、その有効噴射時間に基づいて燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。
【００１８】
また、このようにエンジン１００の運転を制御する一方、点火毎に燃焼室１０内に流れるイオン電流をその検出期間内において検出して燃焼状態を判定するもので、検出したイオン電流を構成する点火直後に発生する一次イオン電流に基づいて主燃焼期間を検出し、少なくとも検出した主燃焼期間が正常である場合に一次イオン電流消滅以降に発生するイオン電流に基づいて副燃焼期間を検出し、副燃焼期間が所定値より小なる場合には検出した主燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定し、副燃焼期間が所定値より大なる場合にはイオン電流の検出期間の開始から検出期間内における最後の副燃焼期間の終了時点までの全燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定するプログラムが電子制御装置６に内蔵してある。
【００１９】
このイオン電流による燃焼状態検出プログラムの概要は、図２に示すようなものである。
【００２０】
イオン電流は、混合気の燃焼状態に応じて、その大きさと発生している期間が異なってくる。この実施形態においては、点火開始から、クランク角度で３６０°経過するまでをイオン電流検出期間として、その間のイオン電流の発生している期間をクランク角度に換算して計測するものである。
【００２１】
イオン電流は、燃焼状態により種々の流れ方つまり電流波形を示すもので、その電流波形は燃焼状態を反映するものである。イオン電流の電流波形を類別すると、図３に示すようになる。
【００２２】
まず、図３の（ａ）に示すものは、燃焼状態が良好な場合に検出されるイオン電流波形である。このイオン電流波形は、点火直後に急峻な変化を呈した後、膨張行程における上死点付近、言い換えれば燃焼圧が最大となるピストンの位置において最大となり、その後はピストンの降下とともに減少するものである。この例の場合、結果として、イオン電流波形から主燃焼期間Ｔａのみを検出するものとなる。以下においては、このように点火後最初に発生するイオン電流を一次イオン電流Ｉｐと称し、一次イオン電流Ｉｐの消滅後、新たに発生するイオン電流を二次イオン電流Ｉ２と称し、以下同様に、順にｎ次イオン電流Ｉｎ（ｎは整数）と称する。この図３の（ａ）に示したイオン電流波形は、ｎ次イオン電流Ｉｎが発生していない例である。
【００２３】
また、一次イオン電流Ｉｐの後に二次イオン電流Ｉ２が不連続に続くことがある。具体的には、排気弁２５が開成することにより燃焼ガスが排気系に移動するのに応じて燃焼ガスの流速が変化して、一次イオン電流Ｉｐの後に二次イオン電流Ｉ２が発生するものである。燃焼状態が良好な場合、図３の（ｂ）に示すように、二次イオン電流Ｉ２の電流波形は、発生している期間も比較的短く、また大きさ（電流値）も一次イオン電流Ｉｐの電流波形に比べて小さいものである。
【００２４】
これに対して、図３の（ｃ）に示すものは、失火に近い状態における燃焼状態に対応して得られるイオン電流の波形であり、イオン電流（この場合は一次イオン電流Ｉｐ）は流れるものの、その電流値は小さく、また発生している期間も他の燃焼状態におけるイオン電流の電流波形に比較して極端に短くなっている。一方、混合気が希薄、つまり空燃比が高く燃焼状態が低下している場合などにあっては、図３の（ｄ）に示すように、一次イオン電流Ｉｐの電流波形は燃焼圧が最大となる時点でも大きくならずに、ほぼ同じ程度の電流値のまま長くなり、イオン電流検出期間の終了時点もしくは終了時点を超えて連続するものである。
【００２５】
これと同様に、燃焼状態が低下している場合に、図３の（ｃ）に示したイオン電流の電流波形と図３の（ｄ）に示したイオン電流の電流波形とを組み合わせたような電流波形となる場合がある。つまり、着火するが燃焼自体が良好ではなく、一次イオン電流Ｉｐが小さく、燃焼の後半に二次イオン電流Ｉ２が比較的長い間発生するものである。
【００２６】
このように、発生するイオン電流が燃焼状態に対応して特徴的に発現する場合とは異なり、燃焼状態によって副次的に複数回イオン電流が発生する場合がある。具体的には、図３の（ｆ）に示すように、例えば、一次イオン電流Ｉｐが一旦消滅した後に、間隔をあけて二次イオン電流Ｉ２、三次イオン電流Ｉ３、四次イオン電流（図示しない）・・・のように発生するものである。
【００２７】
このような挙動を示すイオン電流に対して、一次イオン電流Ｉｐ及びｎ次イオン電流Ｉｎの発生している時間（期間）に基づいて、主燃焼期間Ｔａ及び副燃焼期間Ｔｂをクランク角度に換算して測定するとともに、イオン電流検出期間においてイオン電流の測定開始つまり点火直後から最後のｎ次イオン電流Ｉｎが消滅するまでの経過時間（期間）に対応する全燃焼期間Ｔｃをクランク角度に換算して測定する。
【００２８】
イオン電流の検出（測定）は、各気筒において点火毎に実行する。点火の後、スパークプラグ１８にバイアス用電源２４からバイアス電圧が印加され、これによってスパークプラグ１８を介して燃焼室１０内に発生するイオン電流をイオン電流測定用回路２５によりイオン電流が検出（測定）される。イオン電流測定用回路２５は、イオン電流の電流値に対応するイオン電流信号を電子制御装置６に出力する。そして、電子制御装置６は、入力されたイオン電流信号から、一次イオン電流Ｉｐに基づいて主燃焼期間Ｔａ、ｎ次イオン電流Ｉｎに基づいて副燃焼期間Ｔｂ、及び全燃焼期間Ｔｃを測定する。この場合に、例えば図３の（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示すもののように、一次イオン電流Ｉｐのみが発生するものにおいてもイオン電流検出期間が終了するまではイオン電流信号をモニタしておき、ｎ次イオン電流Ｉｎに基づき副燃焼期間Ｔｂを測定するものである。このように、ｎ次イオン電流Ｉｎが発生していない場合は、副燃焼期間Ｔｂは０°ＣＡである。
【００２９】
測定した主燃焼期間Ｔａ、副燃焼期間Ｔｂ、及び全燃焼期間Ｔｃは、電子制御装置６の記憶装置８に一時的に記憶され、燃焼状態判定のための計算に用いられる。
【００３０】
燃焼状態判定は、主燃焼期間Ｔａと副燃焼期間Ｔｂと全燃焼期間Ｔｃとの大小関係に基づいて行う。
【００３１】
具体的には、例えば点火から３６０°ＣＡ（クランク角度）で設定されるイオン電流検出期間内において、イオン電流の検出を行う。イオン電流検出期間においては、上述のように、イオン電流信号から一次イオン電流Ｉｐの電流波形（あるいは一次イオン電流Ｉｐが発生している期間）に基づき主燃焼期間Ｔａを、ｎ次イオン電流Ｉｎの電流波形に基づき副燃焼期間Ｔｂを、さらに点火時期に対応するクランク角度と最終のｎ次イオン電流Ｉｎの電流波形が消滅するクランク角度とから全燃焼期間Ｔｃをそれぞれ測定する。
【００３２】
具体的には、点火プラグ１８を介してイオン電流測定用回路２５から出力されるイオン電流と、イオン電流を検出し得るように設定する基準レベルとを比較し、その基準レベル以上となる電流値のイオン電流が発生している角度を、イオン電流検出期間内において計測して、イオン電流を検出するものである。この場合、イオン電流が基準レベル以上となった時点からカムポジションセンサ１４から出力されるクランク角度基準位置信号Ｇ２を計数し、イオン電流が基準レベル未満となった時点でクランク角度基準位置信号Ｇ２の計数を停止し、主燃焼期間Ｔａ、副燃焼期間Ｔｂ、及び全燃焼期間Ｔｃを計測するものである。計測した主燃焼期間Ｔａ、副燃焼期間Ｔｂ、及び全燃焼期間Ｔｃは、一時的に記憶装置８に保存される。
【００３３】
以上のイオン電流の検出が完了した後、ステップＳ１において、主燃焼期間Ｔａが正常であるか否かを判定する。この主燃焼期間Ｔａを判定するためには、判定下限値と判定上限値とを設定しておき、測定した主燃焼期間Ｔａが判定上下限値内つまり所定の範囲内に収まる場合に、正常であると判定するものである。判定下限値は例えば、上死点を１０°ＣＡ超えたクランク角度の値に設定し、判定下限値は例えば、上死点から１９０°ＣＡ進んだクランク角度の値に設定する。そして、測定した主燃焼期間Ｔａが判定下限値以下、つまり一次イオン電流Ｉｐは発生するが、非常に短期間である場合、あるいはその逆に判定上限値以上で、非常に長い期間発生する場合には、主燃焼期間Ｔａは異常であるとして、ステップＳ６に進む。
【００３４】
次に、ステップＳ２では、副燃焼期間Ｔｂから主燃焼期間Ｔａを減算し、その差が所定値を下回るか否か、つまり副燃焼期間Ｔｂが所定値に主燃焼期間Ｔａを加算した値を下回るか否かを判定する。所定値は、排気弁２５の開成開始角度にマージンを加えた値、例えば１５０°ＣＡ（クランク角度）に設定する。この場合、図３の（ａ）及び（ｃ）に示す電流波形となるイオン電流を検出した場合には、副燃焼期間Ｔｂは０°ＣＡであり、図３の（ｆ）に示す電流波形となるイオン電流を検出した場合には、副燃焼期間Ｔｂは、二次イオン電流Ｉ２及び三次イオン電流Ｉ３に対応する燃焼期間を合計あるいは積算したもの、つまり副燃焼期間Ｔｂ１と副燃焼期間Ｔｂ２との合計となる。そして、得られた差が所定値を下回っている場合、つまり主燃焼期間Ｔａに比較して副燃焼期間Ｔｂが短いかもしくはほぼ同程度である場合にはステップＳ３に進み、逆に差が所定値以上である場合はステップＳ４に進む。
【００３５】
ステップＳ３では、燃焼状態の判定のための判定燃焼期間として主燃焼期間Ｔａを設定する。ステップＳ４では、燃焼状態の判定のための判定燃焼期間として全燃焼期間Ｔｃを設定する。
【００３６】
ステップＳ５において、判定燃焼期間が短いか否かを判定し、短い場合はステップＳ６に進み、そうでない場合はステップＳ７に進む。このステップＳ５における判定の基準は、判定燃焼期間が上死点ＴＤＣを超えてクランク角度が例えば１０°ＣＡに達するまでの場合に判定燃焼期間が短いと判定するものである。
【００３７】
ステップＳ６では、判定燃焼期間が短いので、燃焼が低下していると判定する。このステップＳ６に先立つステップＳ５において、判定燃焼期間は、ステップＳ２における判定により変化するものであるが、主燃焼期間Ｔａ及び全燃焼期間Ｔｃのいずれにおいても短いと判定した場合には、燃焼が低下していると判定するものである。
【００３８】
ステップＳ７では、判定燃焼期間が長いか否かを判定し、長い場合はステップＳ６に進み、そうでない場合はステップＳ８に進む。このステップＳ７における判定の基準は、判定燃焼期間が上死点ＴＤＣを超えてクランク角度が例えば１９０°ＣＡを超えている場合に判定燃焼期間が長いと判定するものである。ステップＳ８では、燃焼は良好であると判定する。
【００３９】
このような構成において、図３に示したイオン電流を検出した場合それぞれについて、燃焼状態との関係を説明する。
【００４０】
まず、第１の例を説明する。この第１の例は、図３の（ａ）に示すイオン電流の場合のもので、検出されたイオン電流は一次イオン電流Ｉｐのみであり、かつその一次イオン電流Ｉｐは上死点ＴＤＣを超えて下死点ＢＤＣとの中間位置のクランク角度まで継続して発生しているものである。したがって、一次イオン電流Ｉｐに基づく主燃焼期間Ｔａは上述の判定下限値と判定上限値との範囲に含まれるものであるので正常なものであり、ステップＳ１において正常と判定されて、ステップＳ２に進む。なお、この第１の例では、ｎ次イオン電流Ｉｎに基づいて副燃焼期間Ｔｂが測定される副燃焼期間は０°ＣＡとなる。
【００４１】
それゆえ、副燃焼期間Ｔｂは所定値に主燃焼期間Ｔａを加算した値より小さいので、ステップＳ２における判定は、「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ３において主燃焼期間Ｔａを判定燃焼期間に設定する。そして、図３の（ａ）からも明らかなように、この主燃焼期間Ｔａは、ステップＳ５及びステップＳ７において規定する判定燃焼期間のそれぞれの判定基準を満たすものではない。つまり、この場合の判定燃焼期間は、上死点ＴＤＣを超えてクランク角度が１０°ＣＡとなる位置を超えており、かつ上死点ＴＤＣを超えてクランク角度が１９０°ＣＡに達するまでに終了しているものである。したがって、燃焼状態判定のための制御は、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ５及びステップＳ７と進み、ステップＳ８において燃焼は良好と判定するものである。
【００４２】
同様に、第２の例は、図３の（ｂ）に示すイオン電流の場合のもので、検出されたイオン電流は一次イオン電流Ｉｐと二次イオン電流Ｉ２とで構成されるが、一次イオン電流Ｉｐが発生している期間は、上述の第１の例と同じであり、かつ二次イオン電流Ｉ２が発生している期間が短く、したがって副燃焼期間Ｔｂ１が短いものである。それゆえ、副燃焼期間Ｔｂ１と主燃焼期間Ｔａとの差は所定値を下回るものであり、判定燃焼期間としては主燃焼期間Ｔａとなる。この結果、この第２の例においても、制御は、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ５及びステップＳ７と進み、ステップＳ８において燃焼は良好と判定するものである。
【００４３】
次に、図３の（ｃ）に示すイオン電流により第３の例を説明する。図３の（ｃ）に示すイオン電流は、一次イオン電流Ｉｐのみから構成されるものであるが、上死点ＴＤＣを超えて１０°ＣＡのクランク角度までに消滅し、ｎ次イオン電流Ｉｎは発生しないものである。したがって、ステップＳ１において、主燃焼期間Ｔａが異常であると判定し、ステップＳ６に進み、燃焼が悪いと判定するものである。
【００４４】
第４の例として、図３の（ｄ）に示すイオン電流を検出した場合を説明する。この第４の例においても、イオン電流が一次イオン電流Ｉｐのみから構成されるものであるが、第３の例とは異なり、上死点ＴＤＣを超えてクランク角度が１９０°ＣＡより大きなクランク角度にまで達するものである。つまり、ｎ次電流Ｉｐは発生せずに一次イオン電流Ｉｐのみが非常に長く発生している例である。したがって、第３の例と同様に、ステップＳ１において異常と判定し、ステップＳ６において燃焼は低下していると判定するものである。
【００４５】
第５の例は、図３の（ｅ）に示すように、イオン電流が、一次イオン電流Ｉｐと二次イオン電流Ｉ２とで構成され、一次イオン電流Ｉｐより二次イオン電流Ｉ２が長く発生している場合である。この例においても、一次イオン電流Ｉｐに基づく主燃焼期間Ｔａは第３の例と同様に短くて、異常と判定されるものである。したがって、ステップＳ１を実行した後ステップＳ６に進んで、燃焼が低下していると判定する。
【００４６】
このように、二次イオン電流Ｉ２の存在の如何にかかわらず、主燃焼期間Ｔａが短すぎたりあるいは長すぎたりする場合、つまり判定下限値と判定上限値とで設定される範囲に含まれない主燃焼期間Ｔａである場合は、主燃焼期間Ｔａが異常であると判定し、燃焼状態の判定を行うため、上述のステップＳ２〜ステップＳ８（ステップＳ６を除く）を実行する必要がない。したがって、燃焼状態の判定に要するプロセスを簡素化することができ、判定を出すまでの時間を短縮することができる。
【００４７】
イオン電流は、上述したような一次イオン電流Ｉｐと二次イオン電流Ｉ２とで構成されるもの以外に、良好な燃焼時に現れるものと同様な一次イオン電流Ｉｐが発生し消滅した後、一般的な表現をするならば、ｎ次イオン電流Ｉｎが複数断続的に発生する場合がある。このような例の一つとして、図３の（ｆ）に示すように、二次イオン電流Ｉ２の次に三次イオン電流Ｉ３が発生する場合について説明する。
【００４８】
この第６の例においては、一次イオン電流Ｉｐに基づいて主燃焼期間Ｔａを測定するとともに、二次イオン電流Ｉ２及び三次イオン電流Ｉ３に基づいて個別の副燃焼期間Ｔｂ１，Ｔｂ２を測定する。そして、個別の副燃焼期間Ｔｂ１，Ｔｂ２を合計したものを判定燃焼期間のための副燃焼期間Ｔｂとするものである。このようにして、主燃焼期間Ｔａと副燃焼期間Ｔｂとを測定して、主燃焼期間Ｔａの正常か否かの判定（ステップＳ１）の後、副燃焼期間Ｔｂと主燃焼期間Ｔａとの差が所定値を下回る（ステップＳ２において「Ｙｅｓ」）の場合、主燃焼期間Ｔａを判定燃焼期間とするものである（ステップＳ３）。つまり、一次イオン電流Ｉｐの後に、二次及び三次イオン電流Ｉ２，Ｉ３が発生するものの、合計して得られる副燃焼期間Ｔｂが短い燃焼状態の場合、このような結果となる。この第６の例においては、主燃焼期間Ｔａは、良好な燃焼状態に場合と同等であるので、ステップＳ５、ステップＳ７と進んで、ステップＳ８により燃焼は良好と判定される。
【００４９】
この第６の例のように複数のｎ次イオン電流Ｉｎが発生する場合、一次イオン電流Ｉｐが発生している期間、したがって主燃焼期間Ｔａが正常ではあるが短く、ｎ次イオン電流Ｉｎが多数発生することにより副燃焼期間Ｔｂが長くなると、副燃焼期間Ｔｂが所定値に主燃焼期間Ｔａを加算した値を上回る（ステップＳ２において「Ｎｏ」）ことがある。このような場合には、判定燃焼期間に全燃焼期間Ｔｃを設定するので、その全燃焼期間Ｔｃが長くなる（ステップＳ７において「Ｙｅｓ」）と、ステップＳ８において燃焼は低下していると判定する。
【００５０】
このように、エンジン１００の負荷が低くて燃焼が緩慢になる場合や、触媒２２の温度を早期に上昇させるために点火時期を大きく遅角させることにより燃焼が排気行程側にずれる（移行する）場合など、点火直後の主たる燃焼に対応する一次イオン電流Ｉｐ以外のｎ次イオン電流Ｉｎを検出することにより、主たる燃焼以外の燃焼の状態も含めて、イオン電流が最終的に消滅するまでの全体にわたってその電流値の変化（電流波形の変化）を検出して燃焼状態を判定するものである。したがって、一次イオン電流Ｉｐを検出して、その一次イオン電流Ｉｐの状態から燃焼状態を判定する、つまり主たる燃焼のみで燃焼状態を判定するものに比べて、それ以外の燃焼についての判断材料（判断のための情報量）が増すために、燃焼の低下を精度よく判定することができる。
【００５１】
しかも、点火時期を大きく遅角させる場合など、一次イオン電流Ｉｐ以外のｎ次イオン電流Ｉｎに基づく副燃焼期間Ｔｂの長さ、ひいては全燃焼期間Ｔｃの長さに基づいて燃焼状態を判定しているので、このように点火時期を遅角している場合などにおいて、安定に燃焼させることのできる限界を知ることができる。
【００５２】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではない。
【００５３】
上記実施形態においては、判定燃焼期間の長短により燃焼状態の良不良を判定したが、判定燃焼期間が短くも長くもない場合に、判定燃焼期間の変動率の大きさに基づいて燃焼状態を判定するものであってよい。すなわち、図４に示すように、上記実施形態におけるステップＳ７の実行後に、ステップＳ７１を加え、判定燃焼期間の変動率が設定された基準を上回る場合には、ステップＳ６に進んで燃焼の低下を判定し、基準を下回る場合には、ステップＳ８に進んで燃焼状態が良好であると判定するものである。
【００５４】
判定燃焼期間の変動率は、判定燃焼期間の移動平均と、移動平均と判定燃焼期間との差に基づく偏差とから演算するものである。具体的には、今回設定された判定燃焼期間とそれ以前に設定された判定燃焼期間例えば７個の判定燃焼期間とから判定燃焼期間の移動平均を演算し、その移動平均と今回の判定燃焼期間との差の絶対値を、移動平均を演算した際に判定燃焼期間の個数（この例では８個）で除して偏差を演算し、その偏差を移動平均で除して、変動率を演算するものである。
【００５５】
このようにして得る判定燃焼期間の変動率に対して、変動の大きさを判定するための基準は例えば、５０％に設定するものである。ステップＳ７１においては、変動率が５０％以上である場合には、変動率が大きいと判定し、５０％未満である場合には変動率が小さいと判定する。このような変動率を加味した燃焼状態の判定方法においては、主燃焼期間の終了時点から、イオン電流検出期間内における最後のｎ次イオン電流Ｉｎに対応する副燃焼期間Ｔｂｎの終了までを副燃焼期間ＴＢ（図３の（ｂ）、（ｅ）及び（ｆ）に示す）とするものである。
【００５６】
具体的には、図３の（ｂ）、（ｅ）及び（ｆ）において、一次イオン電流Ｉｐが消滅した時点から副燃焼期間ＴＢを測定するための計測を開始し、イオン電流検出期間内において最後に発生するｎ次イオン電流Ｉｎ（図の（ｆ）においては三次イオン電流Ｉ３）の消滅時点でその計測を終了するものである。したがって、二次イオン電流Ｉ２が発生するまでのイオン電流が消滅している期間、及び二次イオン電流Ｉ２と三次イオン電流Ｉ３との間のイオン電流が消滅している期間をも副燃焼期間ＴＢとして採用するものである。
【００５７】
例えば、空燃比を理論空燃比より高くして燃料制御を行う希薄燃焼制御（リーン燃焼制御）においては、燃料の供給量を減少させていくと、安定した燃焼状態を維持し得る限界の燃焼状態に近づくにつれて、燃焼状態が緩慢になる。このように燃焼状態が緩慢になると、一次イオン電流Ｉｐの発生している期間つまり主燃焼期間Ｔａが長くなったり、逆に短くなったりするとともに、ｎ次イオン電流Ｉｎのそれぞれについてもその数や長さが変動し、副燃焼期間ＴＢについてもその長さがばらつくものである。
【００５８】
したがって、例えば、イオン電流検出期間において検出したイオン電流に基づいて主燃焼期間Ｔａ、副燃焼期間ＴＢ及び全燃焼期間Ｔｃを測定した後、主燃焼期間Ｔａが正常である場合（ステップＳ１において「Ｙｅｓ」）、副燃焼期間ＴＢが所定値にこの時の主燃焼期間Ｔａを加算した値を上回っており（ステップＳ２において「Ｙｅｓ」）、判定燃焼期間として全燃焼期間Ｔｃを設定するとする（ステップＳ４）。そして、設定された判定燃焼期間が短くもなく（ステップＳ５において「Ｎｏ」）、長くもない（ステップＳ７において「Ｎｏ」）と判定した場合に、判定燃焼期間の長さがこのような所定の条件を満たしていることのみで燃焼状態を判定するものではなく、その変動率の大きさを判定して（ステップＳ７１）、その結果により燃焼の良不良（ステップＳ６、ステップＳ８）を判定するものである。
【００５９】
したがって、主燃焼期間Ｔａは正常であるものの、イオン電流の検出の毎に主燃焼期間Ｔａ、副燃焼期間ＴＢ及び全燃焼期間Ｔｃが長くなったり短くなったりする場合は、燃焼が限界に近くなっており、燃焼状態が良好な場合と不良となる場合とを判定することができる。このように、判定燃焼期間の変動率を判定することにより、燃焼状態の判定精度をさらに高くすることができる。
【００６０】
上記実施形態においては、主燃焼期間Ｔａが正常である場合にのみ副燃焼期間を用いて燃焼状態の判定を行うものを説明したが、主燃焼期間Ｔａの正常、異常を検出することなく、副燃焼期間を用いるように構成するものであってもよい。
【００６１】
上記実施形態では、イオン電流検出期間の開始を、点火開始に設定したものを説明したが、点火後の膨張行程における上死点に設定してもよい。
【００６２】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態におけるエンジン及び電子制御装置の概略構成を示す概略構成説明図。
【図２】同実施形態の制御手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態のイオン電流の電流波形を示すグラフ。
【図４】本発明の他の実施形態の制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６４】
６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１０…燃焼室
１８…点火プラグ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼時に燃焼室内に発生するイオン電流をその検出期間内において検出して燃焼状態を判定する内燃機関の燃焼状態判定方法であって、
検出したイオン電流を構成する点火直後に発生する一次イオン電流に基づいて主燃焼期間を検出し、
少なくとも検出した主燃焼期間が正常である場合に一次イオン電流消滅以降に発生するイオン電流に基づいて副燃焼期間を検出し、
副燃焼期間が所定値より小なる場合には検出した主燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定し、
副燃焼期間が所定値より大なる場合にはイオン電流の検出期間の開始から検出期間内における最後の副燃焼期間の終了時点までの全燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定する内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項２】
副燃焼期間が、複数の副燃焼期間を合わせたものである請求項１記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項３】
副燃焼期間が、主燃焼期間の終了時点からイオン電流の検出期間内のイオン電流が最後に消滅するまでの期間である請求項１記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項１】
内燃機関の燃焼時に燃焼室内に発生するイオン電流をその検出期間内において検出して燃焼状態を判定する内燃機関の燃焼状態判定方法であって、
検出したイオン電流を構成する点火直後に発生する一次イオン電流に基づいて主燃焼期間を検出し、
少なくとも検出した主燃焼期間が正常である場合に一次イオン電流消滅以降に発生するイオン電流に基づいて副燃焼期間を検出し、
副燃焼期間が所定値より小なる場合には検出した主燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定し、
副燃焼期間が所定値より大なる場合にはイオン電流の検出期間の開始から検出期間内における最後の副燃焼期間の終了時点までの全燃焼期間に基づいて燃焼状態を判定する内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項２】
副燃焼期間が、複数の副燃焼期間を合わせたものである請求項１記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
【請求項３】
副燃焼期間が、主燃焼期間の終了時点からイオン電流の検出期間内のイオン電流が最後に消滅するまでの期間である請求項１記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−５７５５５（Ｐ２００６−５７５５５Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４０９９６（Ｐ２００４−２４０９９６）
【出願日】平成１６年８月２０日（２００４．８．２０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【出願人】（０００１０９０９３）ダイヤモンド電機株式会社 (387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２０日（２００４．８．２０）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【出願人】（０００１０９０９３）ダイヤモンド電機株式会社 (387)
【Ｆターム（参考）】
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