JP2011226379A

JP2011226379A - 点火プラグのくすぶり汚損検出装置

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Publication number: JP2011226379A
Application number: JP2010096883A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Enoki; 圭一榎木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-04-20
Also published as: CN102235291A; JP4859990B2; CN102235291B

Abstract

【課題】カーボンデポジットと金属デポジットとを早期に精度良く区別して検出することができる点火プラグのくすぶり汚損検出装置を提供することを目的としている。
【解決手段】くすぶり汚損検出装置２６は、点火プラグ１にバイアスを与えるバイアス回路２４と、バイアス回路２４に接続され点火プラグ１に流れる電流を検出する電流検出回路２５と、電流検出回路２５で検出された電流から点火プラグ１の絶縁抵抗を算出すると供にトランジスタ２３に点火指令信号を送出するエンジン制御装置３と、エンジン制御装置３から送出される出力信号により警告を発する警告モニタ５とから構成されている。エンジンの運転領域の変化に伴う絶縁抵抗の変化量を検出して、金属デポジットの付着の有無を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の点火プラグへのデポジットの付着により発生するくすぶりを検出する点火プラグのくすぶり汚損検出装置に関するものである。

一般的に、エンジンの点火装置として、エンジンのヘッドカバーに発火部が燃焼室内に直接突き出すように配置される点火プラグに対して、イグニッションコイルにて発生した高電圧を印加する方式が採られている。

このような点火装置に用いられる点火プラグは、例えば、図１０に示すように、筒状の取付金具１１に保持された碍子１２と、この碍子１２内部に保持され、先端部が碍子１２の先端から突出する中心電極１３と、この中心電極１３に対し所定の火花ギャップを隔てて対向する接地電極１４とを備えている。中心電極１３と接地電極１４は、碍子１２によって、電気的に絶縁されている。イグニッションコイルにて発生した高電圧を中心電極１３と接地電極１４との間に印加することにより、中心電極１３と接地電極１４との間に火花放電が発生する構造となっている。

ところで、エンジンの運転状態によっては、点火プラグにカーボンデポジットが付着して、くすぶりが発生することがある。カーボンデポジットは、点火プラグ近傍の空燃比がリッチでかつ点火プラグ温度が低いときに、不完全燃焼で発生した煤（カーボン）が碍子に堆積して生成される。図１１に示すように、碍子にカーボンデポジットの堆積が進むと点火プラグの絶縁抵抗値が低下して（Ａ）、碍子表面を電流がリークして（Ｂ）、碍子と取付金具の間で火花放電が起こる、いわゆる奥飛びと呼ばれる現象が発生する（Ｃ）。この奥飛びが発生するようになると、燃焼室内で火炎が正常に伝播せず失火が起こる。頻繁に失火が起こるようになると、排気系へ未燃混合気が排出されて排気系の温度が上昇し、触媒が劣化したり、ひどい場合には触媒が溶損したりするおそれがある。

このような点火プラグのくすぶりに対し、点火プラグのくすぶり度合いを検出する検出方法として、例えば、点火プラグの電極間（接地電極と中心電極との間）に電圧を印加して、電極間に流れる電流（リーク電流）を電流検出装置にて検出し、その電流検出値に基づいて絶縁抵抗値低下を推定するという方法がある。

近年、ＭＭＴ（Ｃ９Ｈ７ＭｎＯ３：メチルシクロペンタジエニルマンガントリカルボニル）やフェロセン（Ｃ１０Ｈ１０Ｆｅ）など燃料添加剤に含まれる金属成分（Ｍｎ、Ｆｅ）が、点火プラグの碍子に付着して生じた金属デポジットによっても、同様のくすぶり現象が発生することが問題になっている。上述した従来のくすぶり検出技術では、点火プラグの絶縁抵抗値のみに基づいて、くすぶり度合を検出しているため、点火プラグへ付着した金属デポジットによるくすぶりとカーボンデポジットによるくすぶりとを区別して検出することができず、実際に金属デポジットが発生したときに、これをカーボンデポジットと誤判定する結果となっていた。

一般に、カーボンデポジットは、点火プラグ温度が低い低回転・低負荷領域で発生する。点火プラグは、温度が高温になると碍子表面に付着しているカーボンデポジットを焼き切る自己清浄作用を持つことが知られている。このため、カーボンデポジットによるくすぶりを回復させるには、点火プラグの温度を上昇させることが効果的である。これに対して、金属デポジットは、碍子表面に付着した金属デポジットが高回転・高負荷領域の高温環境下で絶縁抵抗値が低下することで発生するくすぶり現象である。従って、金属デポジ
ットによるくすぶりを防ぐには、カーボンデポジットとは逆に点火プラグの温度を上昇させてはならない。特に、高回転・高負荷領域の方がエンジンの燃焼量が多いため、絶縁抵抗値の低下による失火が起こった場合に触媒へ与えるダメージが大きい。

このように、金属デポジットとカーボンデポジットとでは、発生条件や回復条件が異なるため、点火プラグのくすぶり現象が発生したときには、それが金属デポジットかカーボンデポジットかを区別して検出しないと、間違った処置によりかえって点火プラグのくすぶりを悪化させてしまうという問題がある。

この金属デポジットとカーボンデポジットとを区別する方法として、例えば、特許文献１に示される内燃機関の点火装置では、点火プラグの絶縁抵抗値が所定値未満であるときに、カーボンデポジットを焼き切るよう点火プラグの温度が高くなるようにエンジンの運転状態を切り替えて、点火プラグ洗浄の促進をはかる。このようなくすぶり対策の実施状態をカウントし、そのカウント値がある程度の値を超えたとき、つまり、くすぶり対策を充分実施した状況下で、点火プラグの絶縁抵抗値が所定値未満である場合、導電性デポジットが、点火プラグに付着していると判定する方法が開示されている。

また、特許文献２に示される点火プラグのくすぶり汚損検出装置では、点火プラグの絶縁抵抗値を検出して、この絶縁抵抗値を所定のくすぶり判定値と比較して点火くすぶり汚損の有無を判定する。その結果、くすぶり汚損が検出された場合は、くすぶり汚損検出時の運転領域が、金属デポジット汚損が発生しやすい高回転・高負荷領域であるか、カーボンデポジット汚損が発生しやすい低回転・低負荷領域であるかを判定し、両者を区別して検出する方法が開示されている。

特開２００７−１４６８１４号公報特開２００６−２７４８２４号公報

しかしながら、特許文献１による内燃機関の点火装置では、もし点火プラグに金属デポジットが付着しているにもかかわらず、点火プラグが高温となるような運転を行うと、かえって金属デポジットによる絶縁抵抗の低下を引き起こし、失火により触媒が破損する可能性があるという課題があった。

また、特許文献２による点火プラグのくすぶり汚損検出装置では、点火プラグの絶縁抵抗値が失火するくすぶりであると検出されて、初めてカーボンデポジットか金属デポジットかを判定しているので、高回転・高負荷で運転することが少ない運転者に対しては、金属デポジットを判定する機会が少なくなり、運転者に対して早期に適切な警告を与えることができない可能性があった。早期にくすぶりであると検出するためにくすぶり判定値を上げると、カーボンデポジットであるのか金属デポジットであるのかを区別することができず、誤判定する可能性があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、カーボンデポジットと金属デポジットとを早期に精度良く区別して検出することができる点火プラグのくすぶり汚損検出装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の点火プラグのくすぶり汚損検出装置に
おいては、内燃機関の点火プラグに流れる電流を検出する電流検出装置と、前記電流検出装置で検出された電流から前記点火プラグの絶縁抵抗値を算出し、前記絶縁抵抗値により前記点火プラグのくすぶり汚損を判定すると共に前記内燃機関を制御する内燃機関制御装置とを備え、前記内燃機関を低回転・低負荷の第１運転領域から高回転・高負荷の第２運転領域に移行させて算出された絶縁抵抗値の変化量と、前記第２運転領域から前記第１運転領域に移行させて算出された絶縁抵抗値の変化量とから、前記点火プラグへの金属デポジットの付着によるくすぶり汚損の有無を判定することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２の点火プラグのくすぶり汚損検出装置においては、前記内燃機関の気筒別に算出された前記絶縁抵抗値の中から、直近の燃焼サイクル期間における前記絶縁抵抗値の最小値を抽出し、その最小値を均しフィルタ処理されたものを前記絶縁抵抗値とすることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３の点火プラグのくすぶり汚損検出装置においては、前記絶縁抵抗値の変化量により前記点火プラグに金属デポジットが付着していると判定され、かつ前記絶縁抵抗値が所定値より低くなった場合に、前記内燃機関への燃料供給を制限することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４の点火プラグのくすぶり汚損検出装置においては、前記絶縁抵抗値は、前記点火プラグの中心電極と接地電極との間に電圧を印加して前記電極間に流れるリーク電流により算出されるものであることを特徴とするものである。

本発明の請求項１の構成によれば、低回転・低負荷の第１運転領域から高回転・高負荷の第２運転領域に移行させて算出された絶縁抵抗値の変化量と、前記第２運転領域から前記第１運転領域に移行させて算出された絶縁抵抗値の変化量とから、金属デポジットの付着の有無を判定するようにしたので、判定する機会が増えるため精度良く検出することができる。また、失火が発生する絶縁抵抗値にまで低下する以前に、金属デポジットの付着を判定することが可能になる。

また、デポジット付着により形成されたリーク電流の経路がひどく不安定となる場合があり、リーク電流により算出された絶縁抵抗値の挙動が短時間の間に大きく変動して、絶縁状態が悪化と良化を繰り返す場合がある。このような状態でも実際には失火が頻発するので、絶縁が悪化した状態を正確に検出する必要がある。そこで、本発明の請求項２の構成によれば、気筒別に直近の燃焼サイクル期間における絶縁抵抗値から最小値を算出し、さらにその最小値に均しフィルタ処理をするようにしたので、確実に点火プラグのくすぶりが悪化した状態を検出することができ、デポジット付着判定の誤判定を防ぐことができる。

また、金属デポジットはいったん付着すると取れないので、点火プラグがデポジットのない状態に回復することはない。したがって、金属デポジットが付着した状態で、失火が発生するレベルまで絶縁抵抗値が低下した場合、点火プラグが高温となる高負荷運転を行う度に失火が発生し、触媒を劣化もしくは破損を引き起こす要因となる。そこで、本発明の請求項３の構成によれば、金属デポジットが付着していると判定され、かつ絶縁抵抗値が所定値よりも低くなった場合に、内燃機関への燃料供給を制限し、失火を未然に防ぐことができる。

さらに、最近のエンジン制御システムでは、エンジンの燃焼を直接検出するために燃焼時に発生する燃焼イオンを検出するイオン電流検出装置が搭載されている。このイオン電流検出装置は失火、プレイグニッション、ノッキングなどを検出することを主な目的とす
るが、他に点火プラグにデポジットが付着した場合のリーク電流も検出することができる。そこで、本発明の請求項４の構成によれば、点火プラグの絶縁抵抗値を検出する方法として、点火プラグの中心電極と接地電極との間に電圧を印加して電極間に流れるリーク電流を検出することにより点火プラグの絶縁抵抗値を算出するようにしたので、イオン電流検出装置を搭載した内燃機関に本発明を適用する場合には、新たにリーク電流検出装置を設ける必要がなく、コストを抑制することができる。

実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置を有するエンジン制御システムの全体構成を示す回路ブロック図である。実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置での電流検出回路で検出されるイオン電流とリーク電流の波形図である。実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置での金属デポジットが付着した場合の運転条件による絶縁抵抗の変化を示す図である。実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置でのデポジット検出ルーチンを示すフロー図である。実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置での絶縁抵抗検出ルーチンを示すフロー図である。実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置でのデポジット種類判定ルーチンを示すフロー図である。実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置でのデポジット警告ルーチンを示すフロー図である。実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置での絶縁抵抗の時間変化を示す図である。実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置での運転領域の移動に伴う絶縁抵抗の変化を示す図である。一般的な点火プラグの構造を示す概略図である。デポジット付着による点火プラグのリーク電流を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係る点火プラグのくすぶり汚損検出装置について図１〜図９に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置を有するエンジン制御システムの全体構成を示す回路ブロック図である。
図１において、エンジン制御システムは、１次コイル２１と２次コイル２２を持つ点火コイル２０と、１次コイル２１の一端２１ａに接続されたバッテリ４と、コレクタが点火コイル２０の１次コイル２１の他端２１ｂに接続され、１次コイル２１に流れる電流のオンオフを行うトランジスタ２３とを備え、点火コイル２０の２次コイル２２の一端２２ａが点火プラグ１に接続される点火装置２と、点火コイルの２次コイル２２の他端２２ｂに接続され、点火プラグ１にバイアスを与えるバイアス回路２４と、バイアス回路２４に接続され点火プラグ１に流れる電流を検出する電流検出回路２５と、電流検出回路２５で検出された電流から点火プラグ１の絶縁抵抗値を算出すると供にトランジスタ２３に点火指令信号を送出するエンジン制御装置３と、エンジン制御装置３から送出される出力信号により警告を発する警告モニタ５とからなるくすぶり汚損検出装置２６とで構成されている。ここで、点火コイル２０の２次電圧を利用して電流を検出するために、電流の検出プローブとしての点火プラグ１には、バイアス回路２４により、正のバイアス電圧が印加されている。

次に、実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置の動作について、図１、図２を参照して説明する。

図１のエンジン制御システムにおいて、エンジン制御装置３からの点火指令信号によってトランジスタ２３がオンすると、バッテリ４から１次コイル２１に１次電流が流れ、その後、トランジスタ２３がオフされると、１次コイル２１の１次電流が遮断され、２次コイル２２に電磁誘導により負の高電圧が発生し、点火プラグ１の中心電極１３と接地電極１４の間に火花放電が発生する。図２の（ａ）に点火指令信号を示す。点火指令信号は、時刻ｔ１で立ち上がり、時刻ｔ２で立ち下がることによって、点火プラグ１の中心電極１３と接地電極１４との間に高電圧が印加される。これにより、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に放電火花が飛んで混合気に着火され、時刻ｔ３以後にイオン電流Ｉ_ionが流れる。
このイオン電流Ｉ_ionは、エンジンの気筒内の圧力の上昇に応じて増加し、気筒内の圧力
の低下とともに減少して消滅する。図１の装置によれば、放電後の点火プラグ１には、バイアス回路２４により正のバイアス電圧がかかっているため、イオン電流Ｉ_ionが流れ、
電流検出回路２５で検出される。電流検出回路２５より出力されたイオン電流信号は、エンジン制御装置３に入力される。

エンジン制御装置３は、ノイズマスク、ピークホールド回路、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、そのＲＯＭに記憶された各種のエンジン制御ルーチンによって燃料噴射制御や点火時期制御を行うと共に、電流検出回路２５の出力を利用して、失火、プレイグニッション、ノッキング等の検出が行われる。

燃焼が正常に行われた場合の電流を図２（ｂ）に示す。点火プラグ１を流れる電流は、放電期間の後に出力波形として検出される。点火後の所定期間、イオン電流Ｉ_ionの波形
が見られないのは、放電期間中は点火プラグ１にバイアス電圧をかけることができないためにイオン電流Ｉ_ionを検出することができないためである。

しかし、図２（ｃ）に示すように、点火プラグ１にくすぶりが発生して、中心電極１３と接地電極１４との間の絶縁抵抗値が低下していると、点火コイル２０の通電期間中（時刻ｔ１からｔ２の間）に、２次コイル２２による誘導電圧により、点火プラグ１の中心電極１３と接地電極１４との間にイオン電流Ｉ_ionと同方向にリーク電流Ｉ_leakが流れる。

また、点火終了後においては、バイアス回路２４によって点火プラグ１の中心電極１３と接地電極１４との間に電圧が印加されるため、くすぶりにより中心電極１３と接地電極１４との間の絶縁抵抗値が低下していると、図２（ｃ）に示すように、放電後においても中心電極１３と接地電極１４との間にイオン電流Ｉ_ionと同方向にリーク電流Ｉ_leakが流
れる。このように、くすぶりが有る状態で着火した場合には、放電後にはイオン電流Ｉ_ionとリーク電流Ｉ_leakとが重畳して流れるが、イオン電流Ｉ_ionは短時間で消滅するため、その後はリーク電流Ｉ_leakのみが流れ続ける。従って、リーク電流Ｉ_leakを検出する場合、イオン電流Ｉ_ion消滅後の時刻ｔ４で検出すれば、イオン電流Ｉ_ionの影響を受けずに、リーク電流Ｉ_leakのみを精度良く検出することができる。

以上のように、点火プラグ１にくすぶりが発生している場合には、点火コイル２０の１次電流通期間中（時刻ｔ１からｔ２の間）及び放電後（時刻ｔ４）に、それぞれリーク電流Ｉ_leakが流れるので、イオン電流Ｉ_ionが発生しない期間にリーク電流Ｉ_leakを検出す
ることで、リーク電流値Ｉ_leakから点火プラグ１の絶縁抵抗値Ｒｄを算出することができる。

点火プラグにくすぶりを発生させるデポジットの種類には、カーボンデポジットと金属デポジットとがある。まず、カーボンデポジットと金属デポジットとの違いについて説明
する。

一般的に、カーボンデポジットは、点火プラグの温度が低い低回転・低負荷運転時に点火プラグの碍子表面に煤（カーボン）が付着し、蓄積することにより発生する。しかし、点火プラグには、温度が高温になると碍子表面に付着しているカーボンデポジットを焼き切る自己清浄作用があり、くすぶりを防ぐことができる。

これに対して、金属デポジットは、ＭＭＴやフェロセンなど燃料添加剤に含まれる金属成分（Ｍｎ、Ｆｅ）が点火プラグの碍子に付着することにより発生するものであり、特に、高回転・高負荷運転時のような点火プラグが高温となる環境下において、絶縁抵抗値Ｒｄを低下させる原因となる。

しかし、本発明者は、実験結果から、図３に示すように、高回転・高負荷運転を行って金属デポジットが付着したことにより絶縁抵抗Ｒｄの低下が認められる第２運転領域Ｂと、その後、低回転・低負荷運転に戻ることにより、金属デポジットの付着があっても絶縁抵抗Ｒｄの回復が認められる第１運転領域Ａとが存在するという知見を得た。このことから、運転条件の変化による絶縁抵抗値Ｒｄの変化量ΔＲｄから、カーボンデポジットであるか金属デポジットであるかを区別できることが明らかになった。本発明は、この現象を利用したものである。

次に、判定フロー処理によってエンジン制御装置３が、点火プラグ１の絶縁抵抗値Ｒｄを算出して、デポジットがカーボンデポジットによるものか金属デポジットによるものかを判別する方法について説明する。図４に、運転条件の変化による絶縁抵抗値Ｒｄの変化量ΔＲｄから、カーボンデポジットか金属デポジットかを区別し、デポジットの種類と絶縁抵抗値Ｒｄとに応じて警告を発するデポジット検出ルーチンのフロー図を示す。このデポジット検出ルーチンは、絶縁抵抗検出ルーチン（ステップＳ１０１）、デポジット種類判定ルーチン（ステップＳ１０２）及びデポジット警告検出ルーチン（ステップＳ１０３）からなる。

まず、絶縁抵抗検出ルーチン（ステップＳ１０１）では、点火プラグ１を流れる電流Ｉ_leakから絶縁抵抗値Ｒｄを算出し、その後、この算出された絶縁抵抗値Ｒｄに対してノイズ処理を行う。デポジット付着状態が不安定な場合、デポジット付着によるリーク経路が変動し、瞬時の間に絶縁抵抗値Ｒｄが良化と悪化を繰り返すことがある。そこで、算出された絶縁抵抗値Ｒｄをそのまま使うと誤判定が多くなってしまうため、直近の燃焼サイクル期間における絶縁抵抗値Ｒｄの悪化側のみを抽出するように演算処理を行う。

続いて、デポジット種類判定ルーチン（ステップＳ１０２）では、運転領域が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂへ、もしくは第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに移行したときの絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄから金属デポジットであるかどうかを判定する。すなわち、点火プラグ温度が低い低負荷運転から点火プラグ温度が高い高負荷運転に移行したときに、絶縁抵抗値Ｒｄが所定値以上減少した場合、あるいは高負荷から低負荷に移行したときに絶縁抵抗値Ｒｄが所定値以上増加した場合には金属デポジットであると判定する。

さらに、デポジット警告ルーチン（ステップＳ１０３）では、デポジットの種類と絶縁抵抗値Ｒｄからそれぞれに応じた処置を行う。点火プラグ１に付着したデポジットがカーボンデポジットであるか金属デポジットであるかによって適切な警告内容は異なる。

点火プラグへのカーボンデポジット付着は、主に冬季に短距離運転を繰り返すような状況で発生することが多い。これはエンジンが冷態の間は空燃比がリッチとなることが多く、かつ短距離運転の繰り返しではエンジンの燃焼室における温度が点火プラグの煤を熱分解できるほどの高温にまで上昇しないからである。したがって、点火プラグにカーボンデポジットが付着している場合には、点火プラグが高温となるような運転を所定時間実施すれば解消されるので、上記の運転を実施するように警告を出す。

これに対して、金属デポジットの場合には、金属デポジットは、いったん付着すると取り除くことができないので点火プラグの交換が必要となる。したがって、絶縁抵抗値にある程度の余裕を持って、点火プラグの交換を促す警告を出す。しかし、運転者が点火プラグの交換を怠って、さらに絶縁抵抗値が低下した場合には、高負荷・高回転運転を制限し、高負荷・高回転運転時における失火のダメージを未然に防ぐようにする。

図４のデポジット検出ルーチンの内容を具体的に、図５から図７のフロー図を用いて詳細に説明する。まず、絶縁抵抗検出ルーチン（ステップＳ１０１）の詳細を図５に示す。最初に、エンジンの各気筒の各燃焼毎に点火プラグ１に流れる電流Ｉ_leakから絶縁抵抗値Ｒｄ＃を算出する（ステップＳ２０１）。＃は気筒番号で例えば、第１気筒であれば＃＝１、第２気筒であれば＃＝２・・・というように番号が割り当てられる。そして、該気筒の今回値から直近５燃焼サイクルの中から絶縁抵抗値Ｒｄ＃の最小値Ｒｄ＃ｍを抽出する（式（１）、ステップＳ２０２）。

Ｒｄ＃ｍ＝ｍｉｎ（Ｒｄ＃（ｉ），Ｒｄ＃（ｉ−１），Ｒｄ＃（ｉ−２），
Ｒｄ＃（ｉ−３），Ｒｄ＃（ｉ−４））・・・（１）
ここで、ｉ、ｉ−１、ｉ−２、・・・は、今回値、前回値、前々回値・・・を表す。
ここでは、直近５燃焼サイクル期間としたが、絶縁抵抗値Ｒｄ＃の変動に応じて適切な燃焼サイクル期間を決めればよい。

さらに、抽出した絶縁抵抗値Ｒｄ＃の最小値Ｒｄ＃ｍに均しフィルタ処理を施す（式（２）、ステップＳ２０３）。

Ｒｄ＃ｆ（ｉ）＝Ｋ＊Ｒｄ＃ｆ（ｉ−１）＋（１−Ｋ）＊Ｒｄ＃ｍ（ｉ）・・・（２）
ここで、定数Ｋはフィルタゲインである。
このようにして、算出した絶縁抵抗値Ｒｄ＃の時系列データを処理すれば、例えば、図８に示すように点火プラグのくすぶりが悪化した状態（図８の実線）を安定して検出することができ、デポジット付着判定における誤判定を防ぐことができる。
絶縁抵抗検出ルーチン（ステップＳ１０１）の終了後、図６に示すデポジット種類判定ルーチン（ステップＳ１０２）に移る。

デポジット種類判定ルーチン（ステップＳ１０２）では、最初に、運転領域が第２運転領域Ｂであるかどうかを判定する（ステップＳ４０１）。第２運転領域Ｂは、点火プラグが高温となって金属デポジットによる絶縁抵抗Ｒｄ＃の低下現象が現れる運転領域である。具体的には、図３に示すような高回転かつ高負荷となる運転領域である。運転領域が第２運転領域Ｂであれば、気筒別に第２運転領域Ｂの絶縁抵抗値Ｒｄ＃ＢをＲｄ＃ｆに更新する（ステップＳ４０２）。第１運転領域Ａであれば、気筒別に第１運転領域Ａの絶縁抵抗値Ｒｄ＃ＡをＲｄ＃ｆに更新する（ステップＳ４０３）。

次に、運転領域が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂへ移行し、かつ時間ｔ_int1（ｓｅｃ）経過しているかどうか判定する（ステップＳ４０４）。この条件を満たしていれば、式（３）にて、気筒別に絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄ＃ＡＢを算出する（ステップＳ４０５）。
ΔＲｄ＃ＡＢ＝Ｒｄ＃Ｂ−Ｒｄ＃Ａ・・・（３）
この条件を満たしていなければ、この処理をスキップする。
運転領域が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａへ移行し、かつ時間ｔ_int2（ｓｅｃ）経
過しているかどうか判定する（ステップＳ４０６）。この条件を満たしていれば、式（４）にて、気筒別に絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄ＃ＢＡを算出する（ステップＳ４０７）。

ΔＲｄ＃ＢＡ＝Ｒｄ＃Ａ−Ｒｄ＃Ｂ・・・（４）
この条件を満たしていなければ、この処理をスキップする。
ここでは、エンジンおよび点火プラグの熱容量のために、運転領域が変化しても点火プラグの絶縁抵抗値Ｒｄ＃が変化するまでに所定の時間遅れがあるので、運転領域が変化後に所定時間が経過したら絶縁抵抗値Ｒｄ＃の変化量を算出するようにしている。

運転領域が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂへ移行したときの絶縁抵抗変化量ΔＲｄ＃Ａ２Ｂが、金属デポジット判定値１以下、または運転領域が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａへ移行したときの絶縁抵抗の変化量ΔＲｄ＃Ｂ２Ａが金属デポジット判定値２以上であるかどうか判定する（ステップＳ４０８）。この条件を満たしていれば、金属デポジットが付着していると判定し、金属デポジット判定フラグをＯＮにする（ステップＳ４０９）。この条件を満たしていなければ、金属デポジット判定フラグをＯＦＦする（ステップＳ４０９）。
この絶縁抵抗検出ルーチン（ステップＳ１０１）の終了後、図６に示すデポジット種類判定ルーチン（ステップＳ１０２）に移る。

次に、図９（ａ）は金属デポジットが付着している場合の、図９（ｂ）はカーボンデポジットが付着している場合の、図９（ｃ）は軽度のカーボンデポジットと金属デポジットが同時に付着している場合の、図９（ｄ）は重度のカーボンデポジットと金属デポジットが同時に付着している場合のそれぞれのケースにおける絶縁抵抗値Ｒｄの変化を模式的に示すものである。図６のデポジット種類判定ルーチン（ステップＳ１０２）の処理フローの検出動作に沿って絶縁抵抗値Ｒｄの変化を説明する。

まず、図９（ａ）に示すように、金属デポジットが付着している場合には、アクセルが踏み込まれて、スロットル開度が大きくなると、第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに移行し、点火プラグが高温となり、金属デポジットにより絶縁抵抗値Ｒｄ＃が低下する。運転領域が変化してから時間ｔ_int1後に絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄ＃ＡＢが算出されて、ΔＲｄ＃ＡＢが金属デポジット判定値１以下であれば、金属デポジットが付着していると判定され、金属デポジット判定フラグはＯＮにされる。次に、アクセルが離されてスロットル開度が小さくなると、運転領域が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａに移行し、点火プラグの温度が元に戻って絶縁が回復するため、絶縁抵抗値Ｒｄ＃が上昇する。この運転領域が変化してから時間ｔ_int2後に絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄ＃ＢＡが算出されて、ΔＲｄ＃ＢＡが金属デポジット判定値２以上であれば、金属デポジット判定フラグはＯＮにされる。

続いて、図９（ｂ）に示すように、カーボンデポジットが付着している場合には、運転領域が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂへ移行すると点火プラグが高温となるので碍子に付着したカーボンが熱分解されて点火プラグが清浄化される。そうすると、絶縁が回復するため、絶縁抵抗値Ｒｄ＃は上昇する。このとき絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄ＃ＡＢは増加するため、金属デポジットは付着していないと判定され、金属デポジット判定フラグはＯＦＦにされる。また、一度、点火プラグが清浄化されると、再びカーボンが付着して絶縁が悪化するには、冷機始動・アイドルのようなエンジンが低温でかつ空燃比がリッチであるような運転を所定時間経過しなければならない。このため、運転領域が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａへ移行しても所定時間は絶縁抵抗値Ｒｄ＃が回復した状態を保ち続けるため、絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄ＃ＢＡはほぼ同じ値となるので、金属デポジット判定フラグはＯＦＦのままである。

図９（ｃ）に示すように、軽度のカーボンデポジットと金属デポジットが同時に付着している場合には、運転領域が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂへ移行すると、カーボンデポジットは熱分解されて絶縁抵抗値Ｒｄ＃が少し増加するが、金属デポジットによって絶縁抵抗値Ｒｄ＃が減少するので、全体としては絶縁抵抗値Ｒｄ＃が減少する場合がある。このとき、絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄ＃ＡＢは減少するので、ΔＲｄ＃ＡＢが金属デポジット判定値１以下であれば、金属デポジット判定フラグはＯＮにされる。そして、運転領域が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａへ戻ると金属デポジットの影響がなくなるので絶縁抵抗値Ｒｄ＃が回復するため、絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄ＃ＢＡは増加し、ΔＲｄ＃ＢＡが金属デポジット判定値２以上であれば、金属デポジット判定フラグはＯＮにされる。

図９（ｄ）に示すように、重度のカーボンデポジットと金属デポジットが同時に付着している場合には、そもそも第１運転領域Ａにおいて絶縁抵抗値Ｒｄ＃がかなり低い。運転領域が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂへ移行するとカーボンデポジットは熱分解されて絶縁抵抗値Ｒｄ＃が増加するが、金属デポジットによって絶縁抵抗値Ｒｄ＃が減少するので、全体としては絶縁抵抗値Ｒｄ＃がやや増加する場合がある。そうすると絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄ＃ＡＢが増加するため、金属デポジット判定フラグはＯＦＦにされる。そして、運転領域が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａへ戻ると金属デポジットの影響がなくなるので絶縁抵抗値Ｒｄ＃が回復するため、絶縁抵抗値の変化量ΔＲｄ＃ＢＡは増加し、ΔＲｄ＃ＢＡが金属デポジット判定値２以上であれば、金属デポジット判定フラグはＯＮにされる。

以上、説明したように、運転領域が第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂに移行したときに起こる絶縁抵抗値の減少、あるいは運転領域が第２運転領域Ｂから第１運転領域Ａへ戻ったときに起こる絶縁抵抗値の増加を検出すれば、カーボンデポジットの有無にかかわらず、金属デポジットの付着を検出することができる。

最後に、デポジット警告ルーチン（Ｓ１０３）の詳細を図７に示す。このデポジット警告ルーチン（Ｓ１０３）では、まず、金属デポジット判定フラグを確認する（Ｓ５０１）。金属デポジット判定フラグがＯＮであれば、第２運転領域Ｂの絶縁抵抗値Ｒｄ＃Ｂがくすぶり判定値１以下であるかどうか判定する（Ｓ５０２）。ここで、くすぶり判定値１以下であると判定された場合には、プラグ交換を促すように警告を発する（Ｓ５０３）。続けて、Ｒｄ＃Ｂがくすぶり判定値２以下にまで下がっているかどうか判定する（Ｓ５０４）。Ｒｄ＃Ｂがくすぶり判定値２以下にまで下がっていれば、燃料供給を制限して、例えば、スロットル開度を制限して（Ｓ５０５）、金属デポジットによる絶縁低下が起こる高負荷運転領域で運転できないようにして、このルーチン処理を終了する。第２運転領域Ｂの絶縁抵抗値Ｒｄ＃Ｂがくすぶり判定値１を超えており、くすぶり判定値２も超えている場合は、このルーチン処理を終了する。なお、くすぶり判定値１は、まだ失火に至るまで余裕があるが金属デポジットの付着が着実に進んでおり、早めに点火プラグを交換した方がよい程度の絶縁抵抗値を設定する。また、くすぶり判定値２は、金属デポジットにより失火が発生するおそれがあるくすぶり判定値１より低い絶縁抵抗値を設定する。

一方、金属デポジット判定フラグがＯＦＦであれば、カーボンデポジットが付着していることになるので、第１運転領域Ａの絶縁抵抗値Ｒｄ＃Ａが、くすぶり判定値３以下であるかどうかを判定する（Ｓ５０６）。Ｒｄ＃Ａが、くすぶり判定値３以下である場合は、プラグくすぶりと判定して、警告を発する（Ｓ５０７）。さらに、所定時間、高負荷運転することを促す（Ｓ５０８）。Ｒｄ＃Ａが、くすぶり判定値３を超える場合には、このルーチン処理を終了する。なお、くすぶり判定値３はカーボンデポジットにより失火が発生するおそれがある絶縁抵抗値を設定する。

このように、実施の形態１における点火プラグのくすぶり汚損検出装置によれば、運転領域が第１運転領域から第２運転領域に移行したときに起こる絶縁抵抗値の減少、あるいは運転領域が第２運転領域から第１運転領域へ戻ったときに起こる絶縁抵抗値の増加を検出するようにしたので、金属デポジットを判定する機会を増やすことができ、点火プラグのくすぶりが失火のおそれがある絶縁抵抗値にまで下がる前に、点火プラグに付着したデポジットがカーボンデポジットであるか金属デポジットであるかを判定することができ、早期に適切な警告を発することができるという顕著な効果がある。

なお、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１点火プラグ
２点火装置
３エンジン制御装置
４バッテリ
５警告モニタ
１１取付金具
１２碍子
１３中心電極
１４接地電極
２０点火コイル
２１１次コイル
２２２次コイル
２３トランジスタ
２４バイアス回路
２５電流検出回路
２６くすぶり汚損検出装置

Claims

内燃機関の点火プラグに流れる電流を検出する電流検出装置と、
前記電流検出装置で検出された電流から前記点火プラグの絶縁抵抗値を算出し、前記絶縁抵抗値により前記点火プラグのくすぶり汚損を判定すると共に前記内燃機関を制御する内燃機関制御装置とを備え、
前記内燃機関を低回転・低負荷の第１運転領域から高回転・高負荷の第２運転領域に移行させて算出された絶縁抵抗値の変化量と、前記第２運転領域から前記第１運転領域に移行させて算出された絶縁抵抗値の変化量とから、前記点火プラグへの金属デポジットの付着によるくすぶり汚損の有無を判定することを特徴とする点火プラグのくすぶり汚損検出装置。
前記内燃機関の気筒別に算出された前記絶縁抵抗値の中から、直近の燃焼サイクル期間における前記絶縁抵抗値の最小値を抽出し、その最小値を均しフィルタ処理されたものを前記絶縁抵抗値とすることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグのくすぶり汚損検出装置。
前記絶縁抵抗値の変化量により前記点火プラグに金属デポジットが付着していると判定され、かつ前記絶縁抵抗値が所定値より低くなった場合に、前記内燃機関への燃料供給を制限することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点火プラグのくすぶり汚損検出装置。
前記絶縁抵抗値は、前記点火プラグの中心電極と接地電極との間に電圧を印加して前記電極間に流れるリーク電流により算出されるものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の点火プラグのくすぶり汚損検出装置。