JP3194676B2 - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

内燃機関の失火検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の燃焼室に
設けられた点火プラグに流れるイオン電流の検出に基づ
いて失火を検出する内燃機関の失火検出装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関では燃料と空気の混合気を圧縮
させ、燃焼室内に設置された点火プラグに高電圧を印加
することにより生じる電気火花により混合気を燃焼させ
る。混合気の燃焼が行われなかった状態を失火と呼ぶ
が、その場合、内燃機関として出力が充分に得られない
ばかりでなく、排気系に燃料を多量に含む混合気が流入
し、消音器等を腐食させるなどの問題が生じる。従っ
て、失火の状態を検出し、運転者に対して警告を行う必
要がある。
【０００３】内燃機関の失火検出装置としては、燃焼室
に設けられた点火プラグに流れるイオン電流を検出する
ことにより失火を検出する回路がある。燃焼室内におい
て、燃焼が行われると、それに伴って、燃焼室内の分子
は電離(イオン化)する。電離状態にある燃焼室内に点火
プラグを通じて電圧を印加すると、微小な電流が流れる
が、これをイオン電流と呼ぶ。失火時にはイオン電流が
極めて小さくなるため、これを検出し、失火の判定を行
うことができる。
【０００４】図７は従来のこの種の内燃機関の失火検出
装置として例えば特開平４−１９１４６５号公報に開示
されたものである。図７において、１は点火コイル、１
ａおよび１ｂは点火コイル１のそれぞれ１次コイルと２
次コイル、２は燃焼室２０内に設けられている点火プラ
グであり、２次コイル１ｂの負極側に接続される。１次
コイル１ａは正極側が電源４に接続され、負極側が電流
スイッチング用のトランジスタ５のコレクタに接続され
ている。トランジスタ５のエミッタはアースに接続さ
れ、ベースは燃焼を制御する制御装置(図示せず)に制御
されている。
【０００５】８は失火検出回路であり、９は２次コイル
１ｂの正極側に接続されたコンデンサ、１０は２次コイ
ル１ｂの正極側とアースの間に接続されてコンデンサ９
に充電される電圧を設定するためのツェナーダイオー
ド、１１はコンデンサ９側をアノードとする向きに接続
され、かつコンデンサ９の低電位側とアースの間に接続
されたダイオード、１２は抵抗を示す。
【０００６】以上のように構成された回路において、内
燃機関の点火時期には、燃焼を制御する制御装置(図示
せず)の制御によりトランジスタ５がオン状態から急激
にオフ状態となる。この時、点火コイル１の１次電流が
急激に減少し、コイルの逆起電力により高電圧が発生す
る。点火コイル１の２次側では、１次側に発生する電圧
が１次コイル１ａと２次コイル１ｂのコイルの巻数比に
従って増幅されて現れる。従って、点火プラグ２には、
結果として、例えば約−１０ＫＶ〜−２５ＫＶの電圧が
印加される。
【０００７】図７に示す回路では、点火時のエネルギー
を利用して、コンデンサ９にイオン電流を検出するのに
充分な電荷を蓄積し、このコンデンサ９から供給される
電圧により点火直後にイオン電流の検出を行っている。
点火時の電流は、図７の矢印２ｃの方向に沿って流れ、
点火プラグ２で放電を生じ、燃焼室２０内の混合気を着
火させる。この放電電流は、コンデンサ９の充電を行
い、コンデンサ９はツェナーダイオード１０に制限され
る電圧に充電される。
【０００８】点火のための矢印２ｃの方向の電流が減少
しゼロとなると、コンデンサ９に保持された電圧が点火
プラグ２に印加される。このとき、燃焼室２０内におい
て、燃焼が正常に行われていると、イオン電流が矢印２
ｄの方向に沿って抵抗１２を通って流れるため、この抵
抗１２で電圧降下が生じ、その電圧降下を検出信号とし
て、これから失火の有無を判断する。ここで、失火の場
合には流れるイオン電流が極めて少なく、実質的に出力
にはこれによる電圧が現れないことになる。
【０００９】ところで、このような内燃機関の失火検出
装置としては、後述するように、浮遊容量等の原因によ
り失火検出に誤検出を招くという問題があった。すなわ
ち、失火検出回路は、実際には点火コイル等と共に自動
車のエンジンルーム内に設置される。設置に際しては、
エンジン構造等により様々な形態で行われるが、特に、
図７に示す点火コイル１と点火プラグ２の間は、長いも
のであれば２ｍ程度となる場合がある。配線が長くなる
と、他の電位の配線、特にアースとの間に浮遊容量が発
生する。
【００１０】図７に示す回路の場合、アースに対する浮
遊容量をＣｆ[Ｆ](ファラッド)とすると、浮遊容量Ｃｆ
とコンデンサ９と抵抗１２の直列回路が形成される。こ
の直列回路の動作は、浮遊容量値Ｃｆと抵抗１２の抵抗
値により定まる充放電時定数の影響を大きく受け、特
に、ノイズ信号の時間幅を大きくするという不具合を生
じた。実例を示すと、１００μｓｅｃ(マイクロ秒)、１
０ｍＡ(ミリアンペア)のノイズ電流が、イオン電流と比
較して問題のない１μＡ(マイクロアンペア)以下に減衰
するためには、浮遊容量Ｃｆが５００ｐＦ(ピコファラ
ッド)、抵抗１２が２００ＫΩ(キロオーム)であるとす
ると、約１ｍｓｅｃ(ミリ秒)の時間が必要となり、ノイ
ズ電流波形が約１０倍に広がることになる。これによ
り、ノイズをイオン電流と誤って検出する可能性があ
る。
【００１１】対策としては、抵抗１２の抵抗値を小さく
するか、浮遊容量を下げるなどの方法が考えられるが、
抵抗値を下げることは、失火検出感度の低下により、イ
オン電流値が減少する低回転域において、検出不可能と
なるなどの問題を生じ、また、浮遊容量の低減は、検出
回路の設置場所、設置方法に大きな制約を与えることに
なる。
【００１２】このような点に鑑み、浮遊容量の原因によ
る誤検出を防止して、より信頼性の高めた内燃機関の失
火検出回路が本発明者により既に提案されている（特願
平６−８８８０号、出願日：平成６年（西暦１９９４
年）１月２８日）。図８は上述した浮遊容量による誤検
出を防止するようにした内燃機関の失火検出装置と同様
な回路を示す構成図である。
【００１３】図８において、図７と同一部分は同一符号
を示し、その説明は省略する。新たな符号として、２ａ
と２ｂは点火コイル１の２次コイル１ｂの両極で発生す
る高電圧で電気火花を飛ばす同時着火方式の点火プラ
グ、３はカソードが点火プラグ２ｂに接続されるととも
にアノードが失火検出回路８内のコンデンサ９の正極側
に接続されたイオン電流検出用の高耐圧ダイオードを示
し、上記点火コイル１の１次コイル１ａの負極側には、
電流スイッチング用のトランジスタ５のコレクタが接続
されると共に、抵抗６及び高圧ダイオード７を介して失
火検出回路８のコンデンサ９が接続され、コンデンサ９
へ正極性バイアス電圧が印加されて上記点火コイル１の
１次コイル１ａから抵抗６及び高圧ダイオード７を介し
て充電電流が供給されるようになされている。
【００１４】また、新たな符号としての１３は、コンデ
ンサ９の低電位側にアノードが接続されると共にアース
側にカソードが接続されたダイオード１１を第１のダイ
オードとするのに対し、第２のダイオードをなすもの
で、カソードがコンデンサ９の低電位側に接続されると
共にアノードがアース側に接続されている。１４は反転
入力をダイオード１１のアノードに、非反転入力をアー
スにそれぞれ接続すると共に、反転入力と出力間には帰
還抵抗１５が接続された演算増幅器（以下オペアンプと
する）である。
【００１５】上述した図８に示すように構成された回路
において、内燃機関の点火時期には、燃焼を制御する制
御装置（図示せず）の制御によりトランジスタ５がオン
状態から急激にオフ状態となる。この時、点火コイル１
の１次電流が急激に減少し、コイルの逆起電力により高
電圧が発生する。点火コイル１の２次側では、１次側に
発生する電圧が１次コイル１ａと２次コイル１ｂのコイ
ルの巻数比に従って増幅されて現れる。従って、点火プ
ラグ２ａには、例えば約−１０Ｖ〜−２５ＫＶの負電圧
が印加されると共に、点火コイル２ｂには例えば約１０
ＫＶ〜２５ＫＶの正電圧が印加される。
【００１６】図８に示す回路では、点火コイル１の１次
側から逆起電力により高電圧が発生した期間、点火コイ
ル１の１次側から抵抗６及び高圧ダイオード７を介して
コンデンサ９に流れる電流により、コンデンサ９はツェ
ナーダイオード１０に制限される電圧（例えばツェナー
ダイオード１０のツェナー電圧：ＶZ ＝５０Ｖ）に充電
され、コンデンサ９にイオン電流を検出するのに充分な
電荷を蓄積し、このコンデンサ９に充電される電圧に基
づいて点火コイル１の２次側に流れるイオン電流の検出
を行っている。
【００１７】図９には図８に示す回路の各部分Ｓ１とＳ
２の波形図を示した。Ｓ１は点火コイル１の１次コイル
１ａに流れる電流を制御するトランジスタ５のベース電
位、Ｓ２は１次コイル１ａの負極側端電位をそれぞれ示
す。ここで、トランジスタ５は１次コイル１ａに電流を
流すＯＮ期間にはＯＮ、１次コイル１ａの電流を止める
ＯＦＦ期間にはＯＦＦされる。トランジスタ５がＯＮか
らＯＦＦに変化する時に、コイルの逆起電力のために１
次コイル１ａの負極側端であるＳ２での電圧は、このと
き、ＶH ＝約３００Ｖ程度に上昇する。この電圧はトラ
ンジスタ５のコレクターエミッタ間耐圧に等しい。この
逆起電力発生期間に、抵抗６及びダイオード７を介して
コンデンサ９に電流が流れ、コンデンサ９はほぼツェナ
ーダイオード１０で制限されるツェナー電圧Ｖｚ（例え
ば５０Ｖ）付近まで充電され、点火コイル１の１次コイ
ル１ａの負極端Ｓ２での電圧Ｖ2 はほぼツェナー電圧Ｖ
ｚの値に降下する。なお、厳密には抵抗６の電圧降下と
ダイオード７の順方向電圧とが加算された値に降下す
る。
【００１８】上記点火コイル１の１次コイル１ａに発生
した高電圧ＶH は、点火コイル１の１次コイル１ａと２
次コイル１ｂの巻数比に従って増幅され、２次コイル１
ｂの負極端に接続された点火プラグ２ａに印加され、点
火プラグ２ａを点火する。この点火時の電流は矢印２ｃ
の方向に流れ、点火プラグ２ａで火花を発生して放電を
生じ燃焼室２０内の混合気を着火させる。そして、上記
コンデンサ９の充電が完了すると、コンデンサ９に保持
された電圧が点火プラグ２ａに印加される状態になり、
このとき、燃焼室２０内で正常に燃焼が行われている
と、点火コイル１の２次側に矢印２ｄの方向にイオン電
流が流れる。
【００１９】このイオン電流を、失火検出回路８によ
り、電圧変換し、変換された電圧が一定のしきい値を超
えるか超えないかで失火の有無を判断する。すなわち、
失火の場合、つまり燃焼が行われていない時には流れる
イオン電流が極めて少ないので、実質的に出力にはこれ
による電圧が現れない。なお、点火コイル１の１次コイ
ル１ａ端Ｓ２での電圧は、コンデンサ９による放電後、
次第に減少し電源４のバッテリ電圧ＶBAT に至って、そ
の後、トランジスタ５がＯＦＦ制御されると０となる。
【００２０】ここで、上記コンデンサ９の低電位側の電
圧は、上記オペアンプ１４と抵抗１５で構成される反転
増幅器の反転入力の電圧であり、正常にオペアンプ１４
が動作して入る場合、この反転入力電圧と非反転入力電
圧とが等しくゼロボルトとなる。オペアンプ１４が正常
に動作しない場合とは、矢印２ｃの方向に電流が流れた
場合と、矢印２ｄの方向の電流が大き過ぎてオペアンプ
１４の出力が飽和した場合の２種類があり、矢印２ｃの
方向に電流が流れた場合、すなわち、コンデンサ９が充
電状態の場合には、１次コイル１ａから抵抗６及びダイ
オード７を介してコンデンサ９に充電電流が流れるの
で、コンデンサ９の低電位側での電圧が第１のダイオー
ド１１の順方向電圧（０．７Ｖ）となり、また、矢印２
ｄの方向の電流が大き過ぎてオペアンプ１４の出力が飽
和した場合は、第２のダイオード１３が導通状態にな
り、それぞれ順方向電圧分だけコンデンサ９の低電位側
端での電圧が下がる。オペアンプ１４が正常に動作して
いる場合には、イオン電流は抵抗１５の電圧降下として
現われ、アース基準の信号に変換され、これが出力され
る。
【００２１】このような回路構成を採ることにより、コ
ンデンサ９の低電位側は電流変化に対する電圧変化が小
さくなる。オペアンプ１４が正常であれば、見かけ上、
コンデンサ９の低電位側端での電圧はゼロボルト一定、
オペアンプ１４の動作が正常でなくても、ダイオードの
順方向電圧で一定となる。すなわち、コンデンサ９の低
電位の点から見た検出回路のインピーダンスが極めて低
いことになる。この作用により、イオン電流の電流／電
圧変換特性(検出感度)を損なうことなく、回路のインピ
ーダンスを低減させ、結果として、浮遊容量と回路のイ
ンピーダンスによる誤動作耐量を著しく向上させること
ができる。
【００２２】具体的な値として、浮遊容量が２００ｐＦ
(ピコファラッド)程度で誤動作していたものが、同様の
検出感度を保ちつつ、２０００ｐＦ程度の容量に対して
も動作でき、実用上発生し得る浮遊容量に対して、充分
な動作マージンを得ることができる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図８に示す内燃機関の失火検出装置には、次のような
問題があった。イオン電流を検出するためのコンデンサ
９は、点火コイル１の１次コイル１ａから充電電流を受
けて充電を行うため、２次側の点火にかかわらず、コン
デンサ９が充電される。そのため、点火プラグ２ａで放
電を生じた際にも、イオン電流の検出が可能な状態とな
っており、２次側の放電電圧の変動を受けて誤検出して
しまうことがあった。
【００２４】この発明は上述した点に鑑みなされたもの
で、点火コイルの２次側の放電電圧の変動を受ける期間
に誤検出をすることなく精度の高い失火検出を行うこと
ができる内燃機関の失火検出装置を得ることを目的とす
る。
【００２５】
【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の失火検出装置は、１次コイルの一端に電源を接続する
と共に他端に内燃機関の点火時期にスイッチング制御さ
れるスイッチング素子を接続してなる点火コイルと、こ
の点火コイルの２次コイル側に接続されて高電圧の印加
に基づいて内燃機関の燃焼室内で放電を生じさせて混合
気を着火させる点火プラグと、上記点火コイルの１次コ
イル側からのバイアス電圧の供給を受けて充電し上記点
火プラグの放電時に該充電された電圧を点火プラグ側に
印加してイオン電流を流出させるコンデンサ、このコン
デンサの低電位側とアースとの間に上記コンデンサへの
充電電流の供給方向に接続された第１のダイオード及び
上記コンデンサからのイオン電流の流出方向に接続され
た第２のダイオード、上記コンデンサの高電位側とアー
ス間に接続されて該コンデンサの充電電圧を設定する充
電電圧設定用ツェナーダイオード、上記コンデンサの低
電位側を反転入力端子としアースを非反転入力端子とす
ると共に上記反転入力端子と出力端子間に帰還抵抗を接
続してなる演算増幅器を有し、上記コンデンサから流出
されるイオン電流の検出に基づいて失火の有無を判断す
る失火検出回路とを備えた内燃機関の失火検出装置にお
いて、上記点火プラグの放電期間中は上記演算増幅器か
ら出力が送出されるのを阻止して失火検出回路による誤
検出を防止する放電期間検出部を設けたことを特徴とす
るものである。
【００２６】また、上記放電期間検出部として、上記１
次コイルの他端と上記演算増幅器の反転入力端子との間
に設けられて、上記充電電圧設定用ツェナーダイオード
のツェナー電圧以下のツェナー電圧を有し、そのツェナ
ー電圧を越えて流れる電流を上記演算増幅器の反転入力
端子側に流出させる方向に接続した放電期間検出用ツェ
ナーダイオードを備えたことを特徴とするものである。
【００２７】また、上記放電期間検出部として、上記１
次コイルに発生する１次側電圧と上記電源の電源電圧と
を比較して１次側電圧が電源電圧より高いときにハイレ
ベルの信号を上記演算増幅器の反転入力端子側に与える
比較器を備えたことを特徴とするものである。
【００２８】また、上記放電期間検出部として、上記１
次コイルに発生する１次側電圧を複数に分圧する複数の
１次側電圧分圧抵抗と、上記電源の電源電圧を複数に分
圧する複数の電源電圧分圧抵抗と、これら分圧抵抗によ
って分圧された１次側電圧と電源電圧とをそれぞれ比較
して１次側電圧が電源電圧より高いときにハイレベルの
信号を出力する複数の比較器と、これら比較器の出力の
論理和を得てその論理和出力を上記演算増幅器の反転入
力端子側に与える論理和素子とを備えたことを特徴とす
るものである。
【００２９】また、上記放電期間検出部として、上記演
算増幅器の出力と第１の設定値とを比較して該演算増幅
器の出力が第１の設定値より高いときにハイレベルの信
号を出力する第１の比較器と、上記コンデンサの高電位
側電圧と第２の設定値とを比較してコンデンサの高電位
側電圧が第２の設定値より高いときにハイレベルの信号
を出力する第２の比較器と、上記第１の比較器の出力の
反転出力を得るインバータと、このインバータの出力と
上記第２の比較器の出力との論理和を得る論理和素子と
を備えたことを特徴とするものである。
【００３０】
【作用】この発明に係る内燃機関の失火検出装置におい
ては、点火プラグの放電期間中は失火検出回路内の演算
増幅器から出力が送出されるのを阻止して失火検出回路
による誤検出を防止する放電期間検出部を設けたことに
より、放電電圧の変動を受ける期間に、失火検出の誤検
出をしなく、精度の高い内燃機関の失火検出装置が得ら
れる。
【００３１】また、上記放電期間検出部として、１次コ
イルの他端と演算増幅器の反転入力端子との間に設けら
れて、充電電圧設定用ツェナーダイオードのツェナー電
圧以下のツェナー電圧を有し、そのツェナー電圧を越え
て流れる電流を上記演算増幅器の反転入力端子側に流出
させる方向に接続した放電期間検出用ツェナーダイオー
ドを備えたことにより、放電期間はイオン電流の検出が
阻止されて失火検出回路による誤検出が防止され、この
ため、放電電圧の変動を受ける期間に、誤検出をしな
い。
【００３２】また、上記放電期間検出部として、１次コ
イルに発生する１次側電圧と電源の電源電圧とを比較し
て１次側電圧が電源電圧より高いときにハイレベルの信
号を演算増幅器の反転入力端子側に与える比較器を備え
たことにより、失火検出回路をモノリシックＩＣで構成
する場合、設計上耐圧マージンの問題も生じることがな
いので放電期間検出部をもそのモノリシックＩＣ内に一
体化させて構成することができ、設置上の点からも特に
有効なものとなる。
【００３３】また、上記放電期間検出部として、１次コ
イルに発生する１次側電圧を複数に分圧する複数の１次
側電圧分圧抵抗と、電源の電源電圧を複数に分圧する複
数の電源電圧分圧抵抗と、これら分圧抵抗によって分圧
された１次側電圧と電源電圧とをそれぞれ比較して１次
側電圧が電源電圧より高いときにハイレベルの信号を出
力する複数の比較器と、これら比較器の出力の論理和を
得てその論理和出力を演算増幅器の反転入力端子側に与
える論理和素子とを備えたことにより、他の比較器の比
較出力がローレベルであってもいずれかの比較器の比較
出力がハイレベルであれば、そのハイレベルの信号を演
算増幅器の反転入力端子側に与えることができ、従っ
て、１次コイルに接続されて点火時期にスイッチングさ
れるスイッチング素子のオン期間中、電源電圧の変動を
受けずに、また、放電期間中もイオン電流の検出を行わ
ないので、さらに、検出精度の良好な検出装置が得られ
ることになる。
【００３４】また、上記放電期間検出部として、演算増
幅器の出力と第１の設定値とを比較して該演算増幅器の
出力が第１の設定値より高いときにハイレベルの信号を
出力する第１の比較器と、コンデンサの高電位側電圧と
第２の設定値とを比較してコンデンサの高電位側電圧が
第２の設定値より高いときにハイレベルの信号を出力す
る第２の比較器と、上記第１の比較器の出力の反転出力
を得るインバータと、このインバータの出力と上記第２
の比較器の出力との論理和を得る論理和素子とを備えた
ことにより、放電期間中、第２の比較器の出力がハイレ
ベルである時に論理和素子からの出力をハイレベルとす
るため、従って、放電期間中の電圧変動による失火の誤
検出がなくなり、精度の高い検出装置が得られると共
に、放電期間検出部の回路構成は、コンパレータと論理
素子のみで構成されていて、抵抗等を全く必要としない
ので電力消費が極めて少なく、さらに、失火検出回路を
モノリシックＩＣで構成する場合に、そのモノリシック
ＩＣ内に放電期間検出部をも簡単に一体化することを可
能にする。
【００３５】
【実施例】 実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１は実施例１に係る内燃機関の失火検出装置を示
す回路構成図である。図１において、１〜１１及び１３
〜１５は図８に示す内燃機関の失火検出装置と同一部分
を示し、１は１次コイルの正極側に電源４を接続すると
共に負極側に内燃機関の点火時期にスイッチングされる
トランジスタ５を接続してなる点火コイル、１ａおよび
１ｂは点火コイル１のそれぞれ１次コイルと２次コイ
ル、２ａと２ｂは点火コイル１の２次コイル１ｂの負極
側と正極側でそれぞれ発生する高電圧により電気火花を
飛ばす同時着火方式の点火プラグ、３はカソードが点火
プラグ２ｂに接続されるとともにアノードが失火検出回
路８内のコンデンサ９の正極側に接続されたイオン電流
検出用の高耐圧ダイオード、４は電源、５はコレクタが
点火コイル１の１次コイル１ａの負極側に接続されると
共にエミッタがアースに接続され、かつベースが燃焼を
制御する制御装置(図示せず)により制御される電流スイ
ッチング素子としてのトランジスタ、６と７は点火コイ
ル１の１次コイル１ａの負極側に接続された直列体をな
す抵抗と高圧ダイオードを示し、点火コイル１の１次コ
イル１ａからの正極性バイアスを失火検出回路８のコン
デンサ９へ供給するようになされている。なお、２０は
燃焼室を示す。
【００３６】また、８は後述するコンデンサ９から流出
されるイオン電流の検出に基づいて失火の有無を判断す
る失火検出回路であり、９は１次コイル１ａの負極側に
抵抗６及びダイオード７を介して接続されると共に２次
コイル１ｂの正極側に高耐圧ダイオード３を介して接続
されて、１次コイル１ａからのバイアス電圧の供給を受
けて充電し点火プラグの放電時に該充電された電圧を点
火プラグ側に印加することにより点火コイル１の２次側
にイオン電流を流出させるためのコンデンサ、１０はこ
のコンデンサ９の高電位側とアースとの間に接続されて
コンデンサ９に充電される電圧を設定する例えばツェナ
ー電圧ＶZ が５０Ｖの充電電圧設定用ツェナーダイオー
ド、１１はコンデンサ９の低電位側をアノードとしてコ
ンデンサ９の低電位側とアースとの間にコンデンサ９へ
の充電電流の供給方向に接続された第１のダイオード、
１３はコンデンサ９の低電位側をカソードとしてコンデ
ンサ９の低電位側とアースとの間にコンデンサ９からの
イオン電流の流出方向に接続された第２のダイオード、
１４は反転入力端子がコンデンサ９の低電位側に接続さ
れると共に非反転入力端子がアース側に接続され、かつ
反転入力端子と出力間に帰還抵抗１５が接続された演算
増幅器（以下オペアンプとする）である。
【００３７】さらに、新たな符号として、１６は点火コ
イル１の１次コイル１ａの負極側に接続された抵抗、１
７はその抵抗１６の他端とオペアンプ１４の反転入力端
子（コンデンサ９の低電位側）との間に設けられて上記
充電電圧設定用ツェナーダイオード１０のツェナー電圧
以下の例えば約２０〜３０Ｖでクランプするツェナー電
圧を有し、そのツェナー電圧を越えて流れる電流をオペ
アンプ１４の反転入力端子側に流出させる方向に接続さ
れた放電期間検出用ツェナーダイオードであり、上記抵
抗１６とツェナーダイオード１７とで、点火プラグの放
電期間中はオペアンプ１４から出力が送出されるのを阻
止して失火検出回路８による失火の誤検出を防止する２
次側の放電期間検出部を構成している。
【００３８】以下、図１に示す回路の動作を図２に示す
波形図を参照して説明する。図２には図１に示す回路の
各部分Ｓ１〜Ｓ３の波形図を示した。Ｓ１は点火コイル
の１次側の電流を制御するトランジスタ５のベース電
位、Ｓ２は点火コイル１の１次コイル１ａの負極端での
電位、Ｓ３は点火コイル１の２次コイル１ｂの負極端に
接続された点火プラグ２ａの接続端での電位をそれぞれ
示している。ここで、トランジスタ５は１次コイル１ａ
に電流を流すＯＮ期間にはＯＮ、１次コイル１ａの電流
を止めるＯＦＦ期間にはＯＦＦされる。トランジスタ５
がＯＮからＯＦＦに変化する時に、コイルの逆起電力の
ために１次コイル１ａの負極側端であるＳ２の電圧は例
えば約ＶH ＝３００Ｖ程度に上昇する。この電圧はトラ
ンジスタ５のコレクターエミッタ間耐圧に等しい。ま
た、この際、抵抗６及びダイオード７を介してコンデン
サ９に電流が流れ、コンデンサ９はほぼツェナーダイオ
ード１０で制限される電圧ＶZ に充電される。
【００３９】Ｓ２に発生した高電圧は、点火コイル１の
１次コイル１ａと２次コイル１ｂの巻数比に従って増幅
され、２次コイル１ｂの負極端に接続された点火プラグ
２ａの接続端Ｓ３での電位は例えば約３０ＫＶに達し、
点火プラグ２ａに火花が発生して放電が生じ燃焼室２０
内の混合気が着火する。この放電期間中、すでにコンデ
ンサ９にはほぼツェナーダイオード１０で制限される電
圧ＶZ が保持されているため、点火のためのＳ２での高
電圧ＶH が急激に低下してほぼツェナーダイオード１０
で制限される電圧ＶZ に至り、これに伴いＳ３での電圧
が低下して、矢印２ｃの方向に流れる電流が減少しゼロ
になると、上記コンデンサ９に保持された電圧ＶZ が点
火プラグ２ａに印加される状態になり、イオン電流が矢
印２ｄの方向に流れることが可能となる。
【００４０】この２次側放電期間中はイオン電流の検出
が可能な状態になるので２次側の放電電圧の変動を受け
て誤検出する可能性があるが、図１に示す回路において
は、１次コイル１ａの負極側端、つまりＳ２での電圧は
ほぼツェナーダイオード１０のツェナー電圧ＶZ ＝５０
Ｖあり、これは、ツェナーダイオード１７のツェナー電
圧を超えているため、ツェナー電流が抵抗１６を通って
オペアンプ１４の反転入力端子側（コンデンサ９の低電
位側）に流れるため、これにより、２次側放電期間中
に、オペアンプ１４は出力されなく、その結果として、
２次側放電期間はイオン電流の検出が阻止されて失火検
出回路８による誤検出が防止される。このため、２次側
の放電電圧の変動を受ける期間に、誤検出をしないので
精度の高い内燃機関の失火検出装置を得ることができ
る。
【００４１】実施例２．次に、図３は実施例２に係る内
燃機関の失火検出装置を示す回路構成図である。図３に
おいて、１〜１１及び１３〜１５は図１に示す実施例１
と同一部分を示し、その説明は省略する。新たな符号と
して、１８と１９は電源４とアース間に接続されて電源
４の電源電圧を分圧する電源電圧分圧抵抗、２０と２１
は点火コイル１の１次コイル１ａの負極側端とアース間
に接続されて１次側電圧を分圧する１次側電圧分圧抵
抗、２２は各分圧抵抗による分圧電圧の入力に基づいて
電源電圧と１次側電圧とを比較して１次側電圧が電源電
圧より高いときにハイレベルの信号を出力する比較器
（以下、比較器をコンパレータとする）であり、上記分
圧抵抗１８〜２１とコンパレータ２２とで、点火プラグ
の放電期間中はオペアンプ１４からの出力の送出を阻止
して失火検出回路８による誤検出を防止する２次側の放
電期間検出部を構成している。
【００４２】このように構成された回路により、１次コ
イル１ａの負極端電圧が電源電圧ＶBAT を超える期間、
つまり２次側放電期間中は、コンパレータ２２の出力が
“Ｈ”となり、このハイレベルの信号がオペアンプ１４
の反転入力側に入力される。この結果、オペアンプ１４
の出力は送出されないため、２次側放電期間中はイオン
電流の検出が阻止されて失火検出回路８による誤検出が
防止されることになり、実施例１と同様の効果を得るこ
とができる。
【００４３】また、この実施例２に係る回路構成によれ
ば、放電期間検出部としては、抵抗とコンパレータとに
より構成されており、上述した実施例１のように、ツェ
ナーダイオードを用いていないため、失火検出回路８を
モノリシックＩＣで構成する場合、放電期間検出部をも
そのモノリシックＩＣ内に一体化させて構成することが
できる。すなわち、実施例１による放電期間検出部内の
放電期間検出用ツェナーダイオード１７のツエナ−電圧
（２０〜３０Ｖ）が失火検出回路８内の充電電圧設定用
ツェナーダイオード１０のツエナ−電圧（５０Ｖ）と異
なり、失火検出回路８をモノリシックＩＣで構成する場
合、実施例１では、設計上耐圧マージンがなく、従っ
て、放電期間検出部を外付けする必要があったが、実施
例２においては、失火検出回路８をモノリシックＩＣで
構成する場合、放電期間検出部をもそのモノリシックＩ
Ｃ内に一体化させることができ、設置上の点からも特に
有効なものとなる。
【００４４】実施例３．次に、図４は実施例３に係る内
燃機関の失火検出装置を示す回路構成図である。図４に
おいて、１〜１１及び１３〜１５は図１に示す実施例１
と同一部分を示し、その説明は省略する。新たな符号と
して、２３〜２５は電源４の電源電圧を分圧する電源電
圧分圧抵抗、２６〜２８は１次側電圧を分圧する１次側
電圧分圧抵抗、２９と３０はこれら分圧抵抗によって分
圧された１次側電圧と電源電圧をそれぞれ比較して１次
側電圧が電源電圧より高いときにハイレベルの信号を出
力するコンパレータ、３１はコンパレータ２９と３０の
出力の論理和を得てその論理和出力をオペアンプ１４の
反転入力端子側に与える論理和素子であり、これら電源
電圧分圧抵抗２３〜２５、１次側電圧分圧抵抗２６〜２
８、コンパレータ２９と３０、及び論理和素子３１で、
点火プラグの放電期間中はオペアンプ１４からの出力の
送出を阻止して失火検出回路８による誤検出を防止する
放電期間検出部を構成している。
【００４５】このように構成された回路によれば、コン
パレータ２９または３０のいずれか一方の比較出力がロ
ーレベルであっても他方がハイレベルであれば、そのハ
イレベルの信号をオペアンプ１４の反転入力端子側に与
える構成となっているため、トランジスタ５のオン期間
中、電源電圧の変動を受けずに、また、放電期間中もイ
オン電流の検出を行わないので、さらに、検出精度の良
好な検出装置を得ることができる。
【００４６】実施例４．次に、図５は実施例４に係る内
燃機関の失火検出装置を示す回路構成図である。図５に
おいて、１〜１１及び１３〜１５は図１に示す実施例１
と同一部分を示し、その説明は省略する。新たな符号と
して、３２はオペアンプ１４の出力と第１の設定値Ｖ1
（例えば５Ｖ）とを比較して該オペアンプ１４の出力が
第１の設定値より高いときに出力信号Ａとしてハイレベ
ルの信号を出力する第１のコンパレータ、３３はコンデ
ンサ９の高電位側電圧と第２の設定値（例えば実施例１
のツェナーダイオード１７のツェナー電圧と同様な２０
〜３０Ｖ）とを比較してコンデンサ９の高電位側電圧が
第２の設定値より高いときに出力信号Ｂとしてハイレベ
ルの信号を出力する第２のコンパレータ、３４は上記第
１のコンパレータ３２の出力の反転出力を得るインバー
タ、３５はこのインバータ３４の出力と上記第２のコン
パレータ３３の出力との論理和を得る論理和素子であ
り、これら第１のコンパレータ３２、第２のコンパレー
タ３３、インバータ３４、及び論理和素子３５で、点火
プラグの放電期間中はオペアンプ１４からの出力の送出
を阻止して失火検出回路８による誤検出を防止する放電
期間検出部を構成している。
【００４７】図５に示す回路構成によれば、２次側の放
電期間中、第２のコンパレータ３３の出力Ｂが“Ｈ”で
ある時は、第１のコンパレータ３２の出力をＡ、第２の
コンパレータ３３の出力をＢ、論理和素子３５の出力を
ＯＵＴとして示す図６の論理値表のように、論理和素子
３５からの出力ＯＵＴとしては“Ｈ”となるため、結果
的に失火の検出がなされず、従って、放電期間中の電圧
変動による失火の誤検出がなくなり、精度の高い検出装
置が得られる。また、図５に示す放電期間検出部の回路
構成は、コンパレータと論理素子のみで構成されてい
て、抵抗等を全く必要としないので電力消費が極めて少
なく、さらに、失火検出回路８をモノリシックＩＣで構
成する場合に、そのモノリシックＩＣ内に放電期間検出
部をも簡単に一体化することができる。
【００４８】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る内燃機関
の失火検出装置によれば、失火検出回路内に２次側の点
火に拘わらず１次側から充電されるコンデンサを有する
内燃機関の失火検出装置において、点火プラグの放電期
間中は失火検出回路内の演算増幅器から出力が送出され
るのを阻止して失火検出回路による誤検出を防止する放
電期間検出部を設けたことにより、放電電圧の変動を受
ける期間に、失火検出の誤検出をしなく、精度の高い内
燃機関の失火検出装置が得られるという効果がある。
【００４９】また、上記放電期間検出部として、１次コ
イルの他端と演算増幅器の反転入力端子との間に設けら
れて、充電電圧設定用ツェナーダイオードのツェナー電
圧以下のツェナー電圧を有し、そのツェナー電圧を越え
て流れる電流を上記演算増幅器の反転入力端子側に流出
させる方向に接続した放電期間検出用ツェナーダイオー
ドを備えたことにより、放電期間中はイオン電流の検出
が阻止されて失火検出回路による誤検出が防止され、こ
のため、放電電圧の変動を受ける期間に、誤検出をしな
いという効果がある。
【００５０】また、上記放電期間検出部として、１次コ
イルに発生する１次側電圧と電源の電源電圧とを比較し
て１次側電圧が電源電圧より高いときにハイレベルの信
号を演算増幅器の反転入力端子側に与える比較器を備え
たことにより、失火検出回路をモノリシックＩＣで構成
する場合、設計上耐圧マージンの問題も生じることがな
いので放電期間検出部をもそのモノリシックＩＣ内に一
体化させて構成することができ、設置上の点からも特に
有効なものとなる。
【００５１】また、上記放電期間検出部として、１次コ
イルに発生する１次側電圧を複数に分圧する複数の１次
側電圧分圧抵抗と、電源の電源電圧を複数に分圧する複
数の電源電圧分圧抵抗と、これら分圧抵抗によって分圧
された１次側電圧と電源電圧とをそれぞれ比較して１次
側電圧が電源電圧より高いときにハイレベルの信号を出
力する複数の比較器と、これら比較器の出力の論理和を
得てその論理和出力を演算増幅器の反転入力端子側に与
える論理和素子とを備えたことにより、他の比較器の比
較出力がローレベルであってもいずれかの比較器の比較
出力がハイレベルであれば、そのハイレベルの信号を演
算増幅器の反転入力端子側に与えることができ、従っ
て、１次コイルに接続されて点火時期にスイッチングさ
れるスイッチング素子のオン期間中、電源電圧の変動を
受けずに、また、放電期間中もイオン電流の検出を行わ
ないので、さらに、検出精度の良好な検出装置が得られ
る。
【００５２】また、上記放電期間検出部として、演算増
幅器の出力と第１の設定値とを比較して該演算増幅器の
出力が第１の設定値より高いときにハイレベルの信号を
出力する第１の比較器と、コンデンサの高電位側電圧と
第２の設定値とを比較してコンデンサの高電位側電圧が
第２の設定値より高いときにハイレベルの信号を出力す
る第２の比較器と、上記第１の比較器の出力の反転出力
を得るインバータと、このインバータの出力と上記第２
の比較器の出力との論理和を得る論理和素子とを備えた
ことにより、放電期間中、第２の比較器の出力がハイレ
ベルである時に論理和素子からの出力をハイレベルとす
るため、従って、放電期間中の電圧変動による失火の誤
検出がなくなり、精度の高い検出装置が得られると共
に、放電期間検出部の回路構成は、コンパレータと論理
素子のみで構成されていて、抵抗等を全く必要としない
ので、失火検出回路をモノリシックＩＣで構成する場合
に、そのモノリシックＩＣ内に放電期間検出部をも簡単
に一体化でき、かつ電力消費が極めて少ないものとな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例１に係る内燃機関の失火検
出装置を示す回路構成図である。
【図２】 図１の回路動作を説明するための各部電圧波
形図である。
【図３】 この発明の実施例２に係る内燃機関の失火検
出装置を示す回路構成図である。
【図４】 この発明の実施例３に係る内燃機関の失火検
出装置を示す回路構成図である。
【図５】 この発明の実施例４に係る内燃機関の失火検
出装置を示す回路構成図である。
【図６】 図５の回路動作を説明するときの論理値表で
ある。
【図７】 従来の内燃機関の失火検出装置を示す回路構
成図である。
【図８】 浮遊容量の影響による誤検出を防止するため
の内燃機関の失火検出装置を示す回路構成図である。
【図９】 図８の回路動作を説明するための各部電圧波
形図である。
【符号の説明】
１ 点火コイル、１ａ １次コイル、１ｂ ２次コイ
ル、２ａ、２ｂ 同時着火方式の点火プラグ、４ 電
源、５ トランジスタ、８ 失火検出回路、９ コンデ
ンサ、１０ 充電電圧設定用ツェナーダイオード、１１
第１のダイオード、１３ 第２のダイオード、１４
演算増幅器、１５ 帰還抵抗、１７ 放電期間検出用ツ
ェナーダイオード、２２、２９、３０ 比較器、２３〜
２５ 電源電圧分圧抵抗、２６〜２８ １次側電圧分圧
抵抗、３１、３５ 論理和素子、３２ 第１の比較器、
３３ 第２の比較器、３４ インバータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−191466（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−265474（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−194367（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−140481（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02P 17/12 F02P 3/04 304

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １次コイルの一端に電源を接続すると共
    に他端に内燃機関の点火時期にスイッチング制御される
    スイッチング素子を接続してなる点火コイルと、この点
    火コイルの２次コイル側に接続されて高電圧の印加に基
    づいて内燃機関の燃焼室内で放電を生じさせて混合気を
    着火させる点火プラグと、上記点火コイルの１次コイル
    側からのバイアス電圧の供給を受けて充電し上記点火プ
    ラグの放電時に該充電された電圧を点火プラグ側に印加
    してイオン電流を流出させるコンデンサ、このコンデン
    サの低電位側とアースとの間に上記コンデンサへの充電
    電流の供給方向に接続された第１のダイオード及び上記
    コンデンサからのイオン電流の流出方向に接続された第
    ２のダイオード、上記コンデンサの高電位側とアース間
    に接続されて該コンデンサの充電電圧を設定する充電電
    圧設定用ツェナーダイオード、上記コンデンサの低電位
    側を反転入力端子としアースを非反転入力端子とすると
    共に上記反転入力端子と出力端子間に帰還抵抗を接続し
    てなる演算増幅器を有し、上記コンデンサから流出され
    るイオン電流の検出に基づいて失火の有無を判断する失
    火検出回路とを備えた内燃機関の失火検出装置におい
    て、上記点火プラグの放電期間中は上記演算増幅器から
    出力が送出されるのを阻止して失火検出回路による誤検
    出を防止する放電期間検出部を設けたことを特徴とする
    内燃機関の失火検出装置。
  2. 【請求項２】 上記放電期間検出部は、上記１次コイル
    の他端と上記演算増幅器の反転入力端子との間に設けら
    れて、上記充電電圧設定用ツェナーダイオードのツェナ
    ー電圧以下のツェナー電圧を有し、そのツェナー電圧を
    越えて流れる電流を上記演算増幅器の反転入力端子側に
    流出させる方向に接続した放電期間検出用ツェナーダイ
    オードを備えたことを特徴とする請求項１記載の内燃機
    関の失火検出装置。
  3. 【請求項３】 上記放電期間検出部は、上記１次コイル
    に発生する１次側電圧と上記電源の電源電圧とを比較し
    て１次側電圧が電源電圧より高いときにハイレベルの信
    号を上記演算増幅器の反転入力端子側に与える比較器を
    備えたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の失火
    検出装置。
  4. 【請求項４】 上記放電期間検出部は、上記１次コイル
    に発生する１次側電圧を複数に分圧する複数の１次側電
    圧分圧抵抗と、上記電源の電源電圧を複数に分圧する複
    数の電源電圧分圧抵抗と、これら分圧抵抗によって分圧
    された１次側電圧と電源電圧とをそれぞれ比較して１次
    側電圧が電源電圧より高いときにハイレベルの信号を出
    力する複数の比較器と、これら比較器の出力の論理和を
    得てその論理和出力を上記演算増幅器の反転入力端子側
    に与える論理和素子とを備えたことを特徴とする請求項
    １記載の内燃機関の失火検出装置。
  5. 【請求項５】 上記放電期間検出部は、上記演算増幅器
    の出力と第１の設定値とを比較して該演算増幅器の出力
    が第１の設定値より高いときにハイレベルの信号を出力
    する第１の比較器と、上記コンデンサの高電位側電圧と
    第２の設定値とを比較してコンデンサの高電位側電圧が
    第２の設定値より高いときにハイレベルの信号を出力す
    る第２の比較器と、上記第１の比較器の出力の反転出力
    を得るインバータと、このインバータの出力と上記第２
    の比較器の出力との論理和を得る論理和素子とを備えた
    ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の失火検出装
    置。
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