JP2505620B2

JP2505620B2 - 内燃機関失火検出装置

Info

Publication number: JP2505620B2
Application number: JP2164186A
Authority: JP
Inventors: 渉福井; 俊雄岩田; 俊雄大沢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPH0454283A

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失火を検出する装置に関
し、特にイオン電流のレベルに相当する電流成分信号を
スレッショルドと比較することにより、ノイズ誤検出を
防止して信頼性を向上させた内燃機関失火検出装置に関
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
縮された混合気を点火プラグの火花により燃焼させる必
要があるが、燃料や点火プラグ等の状態によっては点火
制御された気筒が燃焼できない場合がある。このような
状態が発生すると、他の気筒に対して異常な負荷がかか
りエンジンを損傷するうえ、未然ガスの流出により種々
の障害をもたらすおそれがある。

従って、機関の安全を確保するためには、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
出する必要がある。このため、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又は失
火状態を判別する装置が提案されている。

第５図は従来の内燃機関失火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）は失火判定手段となるマイクロコンピュータを
含む電子制御装置（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５図に示した従来の内燃機関失火検出装置の
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ECU（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。

ECU（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
圧に変換された後、コンデンサ（26）により直流成分が
カットされ、更に、分圧抵抗器（24）及び（25）により
イオン電流値Ｖに変換されて、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、気筒の失火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］従来の内燃機関失火検出装置は以上のように、イオン
電流値（失火情報）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、失火しているにも
かかわらず燃焼が行われたと判定してしまい、信頼性の
高い失火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されても信頼
性を損なうことのない内燃機関失火検出装置を得ること
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失火検出装置は、イオン電流
信号を生成するイオン電流検出手段と、イオン電流信号
のレベルに相当する電流成分信号を生成する電流成分検
出手段と、電流成分信号を所定のスレッショルドと比較
して気筒の失火状態を検出する失火判定手段と、所定タ
イミング毎に電流成分信号をデジタル信号に変換するAD
変換器と、内燃機関の運転状態を判定する運転状態検出
手段と、運転状態に応じてスレッショルドを算出するス
レッショルド演算手段と、電流成分信号とスレッショル
ドとを比較して失火検出信号を出力する比較手段とを備
えたものである。

［作用］この発明においては、イオン電流のレベルに相当する
電流成分信号をスレッショルドと比較し、電流成分信号
がスレッショルド以下の場合に失火を検出する。

又、失火判別用のスレッショルドを運転状態に応じて
最適値に設定する。

［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図はこの発明による内燃機関失火検出装置の一実施例
を示す構成図、第２図は第１図の動作を説明するための
波形図、第３図は第１図内のECU（失火判定手段）の処
理動作を示すフローチャート図である。

第１図において、（10A）及び（20A）はECU（10）及
びイオン電流検出器（20）にそれぞれ対応しており、
（13）、（14）及び（21）〜（23）は前述と同様のもの
であり、図示されない構成は第５図に示した通りであ
る。

この場合、イオン電流検出器（20A）は、点火プラグ
（13）の一端に接続された逆流防止用のダイオード（2
1）と、イオン電流Ｉを電圧値に変換する負荷抵抗器（2
2）と、負荷抵抗器（22）に接続された直流電源（23）
とから構成されており、電圧値に変換されたイオン電流
信号Ｅは、負荷抵抗器（22）の両端から取り出されてい
る。

又、ECU（10A）は、イオン電流信号Ｅのレベルに相当
する電流成分信号Ｆをデジタル信号に変換するAD変換器
（16）と、基準位置信号Ｌ及び運転状態信号Ｄに基づい
て内燃機関の運転状態を判定する運転状態検出部（17）
と、運転状態検出部（17）からの運転状態判定信号Ｇに
基づいてスレッショルドTHを算出するスレッショルド演
算部（18）と、AD変換された電流成分信号Ｆとスレッシ
ョルドTHとを比較して失火検出信号Ｈを出力するための
比較部（19）とから構成されている。

運転状態検出器（17）は、基準位置信号Ｌの立ち上が
り（B75°）に同期したタイミング信号ＴをAD変換器（1
6）に出力しており、AD変換器（16）は、所定タイミン
グで電流成分信号ＦをAD変換入力するようになってい
る。又、運転状態検出器（17）は、電流成分信号ＦのAD
変換入力直後に、電流成分信号Ｆをリセットするための
リセット信号Ｒを出力している。このリセット信号Ｒ
は、電流成分信号Ｆの信頼性を向上させるため、イオン
電流信号Ｅのノイズ区間に対応したウィンド幅を有して
いる。

（30）はイオン電流信号Ｅに基づいて電流成分信号Ｆ
を生成する電流成分検出器（例えば、積分器）であり、
運転状態検出部（17）からのリセット信号Ｒにより、電
流成分信号Ｆの出力動作がマスクされるようになってい
る。

次に、第２図の波形図及び第３図のフローチャート図
を参照しながら、この発明の一実施例の動作について説
明する。

前述と同様に、ECU（10A）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、所定のタイミング
で点火プラグ（13）を放電させる。

このとき、放電直後に点火プラグ（13）のギャップ間
に発生したイオン電流Ｉは、イオン電流検出器（20A）
に引き込まれ、負荷抵抗器（22）の両端間の電圧に変換
され、イオン電流信号Ｅとして出力される。

続いて、イオン電流信号Ｅは、電流成分検出器（30）
により、例えば第２図のように積分され、イオン電流信
号Ｅのレベルに対応した電流成分信号Ｆとなる。

ECU（10A）は、基準位置信号Ｌの立ち上がり（B75
°）でタイミング信号Ｔを生成し、所定タイミングで電
流成分信号ＦをAD変換して取り込む（ステップS1）。

そして、電流成分信号ＦのAD入力タイミング（B75
°）の直後に、リセット信号Ｒを立ち上げて、電流成分
信号Ｆをリセットする。このリセット信号Ｒは、所定時
間だけ電流成分信号Ｆをマスクし、次の点火後に立ち下
げられる。これにより、電流成分信号Ｆは、基準位置信
号Ｌの立ち下がり（B5°）より手前のタイミングで再び
立ち上がり始める。従って、点火行程の直前のノイズ成
分が電流成分信号Ｆに重畳されることはなく、信頼性の
高いイオン電流信号Ｆが取り込まれる。

ECU（10A）にAD入力された電流成分信号Ｆは、所定の
スレッショルドTHと比較されてもよいが、運転状態によ
ってイオン電流Ｉのレベルが変動するため、運転状態に
応じたスレッショルドTHと比較されることが望ましい。

このため、運転状態検出部（17）は、基準位置信号Ｌ
及び運転状態信号Ｄに基づいて運転状態を検出し（ステ
ップS2）、運転状態判定信号Ｇを生成する。続いて、ス
レッショルド演算部（18）は、運転状態判定信号Ｇに基
づいてスレッショルドTHを算出する（ステップS3）。例
えば、内燃機関の回転数が高い場合や負荷が大きい場合
には、イオン電流Ｉのレベルが上昇するので、高いスレ
ッショルドTHを設定する。

最後に、比較部（19）はAD変換された電流成分信号Ｆ
とスレッショルドTHとを比較し（ステップS4）、Ｆ≦THであれば、失火検出信号Ｈを出力して検出対象気筒の失火
フラグをセットする（ステップS5）。

又、Ｆ＞TH であれば、検出対象気筒の失火フラグをリセットする
（ステップS6）。

以上のステップS1〜S6は、基準位置信号Ｌのタイミン
グに基づいて繰り返され、検出対象気筒に失火が生じる
と、その失火状態は直ちに判定される。

このとき、ノイズパルスの重畳によりイオン電流信号
Ｅのピークレベルが変動しても、例えば積分波形からな
る電流成分信号Ｆは、ほとんど変動しない安定な値とな
る。従って、燃焼状態を誤検出することはなく、常に信
頼性の高い高精度の失火検出が行われる。

尚、上記実施例では、電流成分検出器（30）を積分器
で構成したが、例えばピークホールド回路で構成しても
よい。この場合、電流成分信号Ｆは、第４図のようにピ
ークホールド波形となるが、前述と同様に、タイミング
信号Ｔにより、所定のタイミング毎にECU（10A）にAD入
力される。又、電流成分検出器（30）の入力側にローパ
スフィルタ（図示せず）を適宜挿入すれば、電流成分信
号Ｆに頂上されるノイズパルスの影響を除去することが
できる。

又、運転状態信号Ｄとしては、内燃機関の回転数、負
荷、水温、吸気温及び燃料噴射量等があり、スレッショ
ルド演算部（18）は、例えば、運転状態検出部（17）か
ら得られる運転状態判定信号Ｇ（回転数及び負荷等）に
基づいてスレッショルドマップを検索した後、燃料噴射
量等に基づいてスレッショルドTHを補正してもよい。こ
の場合、燃料噴射量が多いとイオン電流Ｉのレベルが増
大するため、スレッショルドTHは増大するように補正さ
れる。

又、スレッショルド演算部（18）が運転状態判定信号
Ｇのみに基づいてスレッショルドTHを算出する例を示し
たが、マップ等を用いずに、運転状態判定信号Ｇ及び電
流成分信号Ｆに基づいてスレッショルドTHを算出しても
よい。

この場合、例えば、電流成分信号Ｆに基づいて、 TH＝Ｆ・ＪからスレッショルドTHを算出することができる。但し、
Ｊは運転状態に応じた補正係数である。

更に、スレッショルドTHを平均化処理し、 TH_n＝k₁・TH_n-1＋k₂・F_n＋Ｋから平均スレッショルドTH_nを求めることができる。但
し、TH_n-1は前回のスレッショルド、F_nは今回の電流成
分信号、Ｋは運転状態に応じた補正項である。又、k₁及
びk₂は平均化処理係数であり、１＞k₁＞k₂＞０の範囲の値をとる。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、イオン電流信号を生
成するイオン電流検出手段と、イオン電流信号のレベル
に相当する電流成分信号を生成する電流成分検出手段
と、電流成分信号を所定のスレッショルドと比較して気
筒の失火状態を検出する失火判定手段と、所定タイミン
グ毎に電流成分信号をデジタル信号に変換するAD変換器
と、内燃機関の運転状態を判定する運転状態検出手段
と、運転状態に応じてスレッショルドを算出するスレッ
ショルド演算手段と、電流成分信号とスレッショルドと
を比較して失火検出信号を出力する比較手段とを備え、
電流成分信号がスレッショルド以下の場合に失火を検出
すると共に、失火判別用のスレッショルドを運転状態に
応じて最適値に設定するようにしたので、イオン電流値
にノイズが重畳されても信頼性を損なうことのない内燃
機関失火検出装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による内燃機関失火検出装置の一実施
例を示す構成図、第２図は第１図の動作を説明するため
の波形図、第３図は第１図内のECUの処理動作を示すフ
ローチャート図、第４図はこの発明の他の実施例の動作
を説明するための波形図、第５図は従来の内燃機関失火
検出装置を示す構成図である。（10A）……ECU、（13）……点火プラグ（16）……AD変換器、（17）……運転状態検出部（18）……スレッショルド演算部（19）……比較部（20A）……イオン電流検出器（30）……電流成分検出器Ｉ……イオン電流、Ｅ……イオン電流信号Ｆ……電流成分信号、TH……スレッショルドＴ……タイミング信号、Ｄ……運転状態信号Ｇ……運転状態判定信号、Ｈ……失火検出信号 S1……電流成分信号を取り込むステップ S2……運転状態を検出するステップ S3……スレッショルドを算出するステップ S4……電流成分信号をスレッショルドと比較するステッ
プ S5……失火状態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

(57)【特許請求の範囲】

【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
に設けられてイオン電流信号を生成するイオン電流検出
手段と、前記イオン電流信号を前記気筒の点火後の所定区間だけ
取り込んで前記イオン電流信号のレベルに相当する電流
成分信号を生成する電流成分検出手段と、前記電流成分信号を所定のスレッショルドと比較して前
記気筒の失火状態を検出する失火判定手段と、所定タイミング毎に前記電流成分信号をデジタル信号に
変換するAD変換器と、内燃機関の運転状態を判定する運転状態検出手段と、前記運転状態に応じてスレッショルドを算出するスレッ
ショルド演算手段と、前記電流成分信号と前記スレッショルドとを比較して失
火検出信号を出力する比較手段と、を備えた内燃機関失火検出装置。