JP3577217B2 - Spark plug smoldering detector for internal combustion engine - Google Patents

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JP3577217B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、火花点火式エンジンに適用される点火プラグのくすぶりの有無を判定する手段を備えた内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置に関し、特に簡単な構成で点火プラグの電極間の絶縁抵抗を計測することにより、くすぶりの有無を高精度に検出することのできる内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車などの車両の定期点検時の工数を低減させるために、メンテナンスフリー(保守点検やそのための取り外しを必要としない)システムの開発が盛んに行われている。
【0003】
このような技術開発の一環として、内燃機関点火装置の点火プラグに関して言えば、点火プラグ自体がすぐれた品質を有し且つ長寿命であるとともに、信頼性があり、特に、いわゆる「くすぶり」に対して強い特性をもつことが要求されている。
【0004】
一般に、空燃比が濃い(リッチ)状態で連続使用すると、カーボンが発生して点火プラグの発火部に付着するが、このカーボン付着物(他の汚れなども含む)によってハウジングと中心電極間の絶縁が低下し、カーボン付着物を通じて高電圧が漏洩し、点火プラグの間隙で火花が飛ばなくなる現象が発生する。このような現象を「くすぶり」と称される。
【0005】
くすぶりの度合と火花間隙における絶縁抵抗との関係を示すと、たとえば絶縁抵抗が1MΩ以下の場合には、完全なくすぶり状態で、ほとんど発火不能な状態である。
【0006】
また、絶縁抵抗が1MΩ〜10MΩの場合には、運転条件の如何によって発火しない状態であり、10MΩ以上の場合には、たとえカーボン付着物があっても問題はない程度の状態である。
【0007】
上記の例において、絶縁抵抗が10MΩ以上の場合のくすぶり状態を特に問題視するにおよばないと見なしたのは、点火プラグ自体の作動を通じて、自己清浄性が備わっているからである。
【0008】
すなわち、点火プラグに付着したカーボンは、運転条件が高速になってプラグ温度が上昇し、自己清浄温度(ガソリン銘柄によって若干異なるが、たとえば、加鉛ガソリンでは約450℃、無鉛ガソリンでは約500℃〜530℃)以上になると、自然に焼け切れて、清浄化される。
【0009】
このように点火プラグが自己清浄温度に達する車速(自己清浄車速)は、点火プラグの熱価によって当然に変化するものである。点火プラグの熱価とは、点火プラグが受ける熱を発散する度合であり、この熱を発散する度合の大きい点火プラグは高熱価と称され、逆に、熱を発散する度合の小さい点火プラグは低熱価と称される。
【0010】
したがって、市場でしばしば実行されているように、くすぶりが発生した場合の対策の1つとして、低熱価の点火プラグに変更することは、自己清浄車速を低くして、使用中にカーボン付着物が焼き切れるチャンスを多くすることを意味している。
【0011】
従来より、点火プラグのくすぶり検出装置としては、たとえば特開昭56−88962号公報に記載されたものが提案されている。
この従来装置においては、点火コイルの放電中の一次電圧波形および二次電流波形を検出して演算処理し、点火のくすぶり状態を検出しているが、くすぶり検出のための回路構成が複雑となってコストアップを招くことになる。
【0012】
また、たとえば特公平6−80312号公報に記載された装置においては、点火コイルの一次側への通電期間中に点火コイルの一次側または二次側に誘起される電圧値(または、電流値)を検出し、このコイル誘起信号の大きさ(または、これに含まれる振動成分)をくすぶり検出信号として検出し、くすぶり検出信号を分析して点火プラグのくすぶり状態を判定している。
【0013】
この場合、点火プラグのくすぶり発生によって絶縁抵抗が低下したときに、点火コイルの通電電流が負荷変化の影響により脈動(または、電流値が変化)することに着目し、点火プラグのくすぶり状態を検出しているが、やはり、くすぶり検出のための回路構成が複雑となってコストアップを招くことになる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置は以上のように、たとえば特公平6−80312号公報に記載された装置の場合、点火コイルの二次側の絶縁抵抗および浮遊容量によって発生する高周波成分を、フィルタや積分器などの複雑な回路によって抽出し且つ比較することが必要であり、高周波成分の抽出までに経る行程が多く且つ複雑なので、結局、検出精度に支障が生じるという問題点があった。
【0015】
また、点火コイルの二次側の絶縁抵抗が同一であっても、エンジンシステムによって発生する高周波成分が異なることから、エンジンによって回路や判定レベルのマッチング調整作業が必要となり、絶縁抵抗と高周波成分とが単純な比例関係にないので、くすぶりレベルを幅広く検出するためには、個々の絶縁抵抗に対する高周波成分を調査する必要があるという問題点があった。
【0016】
さらに、高周波成分を一次側で検出するシステムにおいては、二次側検出と比べて耐圧などの面で有利になるものの、トランス構成からなる点火コイルを通して高周波成分が小さくなるので、検出処理の面で不利になるという問題点があった。
【0017】
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、簡単な構成で点火プラグの電極間の絶縁抵抗を計測することにより、くすぶりの有無を高精度に検出することのできる内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置を得ることを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項1に係る内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置は、内燃機関の点火装置に設けられた点火コイルと、点火コイルの二次側に接続された点火プラグと、点火コイルの一次側への通電を制御する通電制御手段と、内燃機関の燃焼継続中の期間を除くくすぶり検出期間に点火コイルの二次側にバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、バイアス電圧により点火コイルの二次側に誘起される誘起電圧値を検出する電圧検出手段と、誘起電圧値に基づいて点火プラグのくすぶり状態を判定するくすぶり判定手段とを備え、電圧検出手段は、点火プラグの周辺での燃焼により発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段により構成され、イオン電流を誘起電圧値として検出するものである。
【0020】
また、この発明の請求項2に係る内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置は、請求項1において、電圧印加手段は、内燃機関の点火時に点火コイルの二次側に誘起される二次電圧を蓄積する二次電圧蓄積手段により構成され、二次電圧の蓄積エネルギーをバイアス電圧として印加するものである。
【0021】
また、この発明の請求項3に係る内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置は、請求項1において、電圧印加手段は、点火コイルに給電するためのバッテリ電圧をバイアス電圧として印加するものである。
【0022】
また、この発明の請求項4に係る内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置は、請求項3において、電圧印加手段は、バッテリ電圧を昇降圧してバイアス電圧として印加するものである。
【0023】
また、この発明の請求項5に係る内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置は、請求項1において、電圧印加手段は、内燃機関により駆動される発電装置によって構成され、発電装置の出力電圧をバイアス電圧として印加するものである。
【0024】
また、この発明の請求項6に係る内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置は、請求項1から請求項5までのいずれか1項において、くすぶり判定手段は、内燃機関の理想空燃比による運転領域を除く運転領域において、くすぶり状態を判定するものである。
【0025】
また、この発明の請求項7に係る内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置は、請求項1から請求項5までのいずれか1項において、くすぶり判定手段は、内燃機関の非燃焼期間にくすぶり状態を判定するものである。
【0026】
また、この発明の請求項8に係る内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置は、請求項7において、くすぶり判定手段は、内燃機関の燃料カット運転領域において、くすぶり状態を判定するものである。
【0027】
また、この発明の請求項9に係る内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置は、請求項1から請求項8までのいずれか1項において、くすぶり判定手段は、内燃機関の回転に対応したクランク角信号に同期したタイミングでくすぶり状態を判定するものである。
【0028】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図について説明する。図1はこの発明の実施の形態1によるシステム構成を示す機能ブロック図である。
図1において、100は内燃機関の本体となるエンジン、101は点火信号Pを出力する点火制御装置である。
【0029】
102はトランス構成からなる点火コイルであり、点火信号Pが一次電圧V1として一次側に印加されることにより、一次側と二次側との巻線比に応じた点火用の二次電圧V2を発生する。
点火制御装置101は、点火コイル102の一次側への通電を制御する通電制御手段として機能する。
【0030】
103はエンジン100の各気筒に取り付けられた点火プラグであり、火花点火により各気筒内の混合気を着火するようになっている。
点火制御装置101、点火コイル102および点火プラグ103は、従来よりエンジン100に装着された構成要素である。
【0031】
104は点火コイル102に接続された二次側電圧印加装置であり、点火コイル102の二次側にくすぶり検出用のバイアス電圧Vcを印加する。
105は点火コイル102に接続された二次側電流検出装置であり、バイアス電圧Vcの印加によって点火コイル102の二次側に誘起される誘起電圧値Viを二次側電流i2として検出する。
【0032】
106は二次側電流検出装置105に接続されたくすぶり判定装置であり、二次側電流i2に基づいて、点火プラグ103の「くすぶり状態」を判定する。
二次側電圧印加装置104、二次側電流検出装置105およびくすぶり判定装置106は、この発明により新たに追加された構成要素である。
また、判定装置106は、マイクロコンピュータを含むECU(電子制御ユニット)により構成され得る。
【0033】
二次側電圧印加手段104は、エンジン100の燃焼継続中の期間を除く「くすぶり検出期間」において、点火コイル102の二次側にバイアス電圧Vcを印加するようになっている。
【0034】
図2は図1内の点火制御装置101、点火コイル102、点火プラグ103、二次側電圧印加装置104および二次側電流検出装置105を具体的に示す回路図である。
【0035】
図2において、1は点火コイル102に給電を行うバッテリである。点火コイル102は、一次巻線2aおよび二次巻線2bにより構成されている。
3は点火制御装置101を構成するパワートランジスタであり、一次巻線2aに接続されて、一次電流を通電遮断する。
【0036】
点火プラグ103は、二次巻線2bの高圧側に接続されて、点火用の二次電圧V2が印加されることにより、エンジン100(図1参照)の気筒内の混合気を着火する。
ここでは、1つの気筒に対する点火部のみを代表的に示しているが、同様の点火部が各気筒毎に設けられていることは言うまでもない。
【0037】
この場合、二次側電圧印加装置104および二次側電流検出装置105は、点火プラグ103を通して流れるイオン電流i(二次側電流i2)を検出するイオン電流検出装置を構成しており、くすぶり検出を行う装置としても機能する。
【0038】
二次側電圧印加装置104は、二次巻線2bの低圧側に接続されたバイアス電源となるコンデンサ5と、コンデンサ5に並列接続されたツェナーダイオード6とにより構成されている。
【0039】
コンデンサ5は、エンジン100の点火時に、点火コイル102の二次側に誘起される二次電圧V2を蓄積してバイアス電圧Vcとする。
ツェナーダイオード6は、一端が二次巻線2bの低圧側に接続され、且つ他端が接地されており、コンデンサ5に充電されるバイアス電圧Vcをクランプしている。
【0040】
二次側電流検出装置105は、コンデンサ5の他端に接続されたダイオード7と、ダイオード7に並列接続されたイオン電流検出用の低抗器8とにより構成されている。ダイオード7および抵抗器8の各他端は接地されている。
【0041】
点火プラグ103の周辺で混合気が燃焼すると、燃焼過程の電離作用により、イオンが発生する。
したがって、二次電圧V2の蓄積エネルギーをコンデンサ5のバイアス電圧Vcとして印加することにより、イオン電流iが流れ、二次側電流検出装置105は、イオン電流iを誘起電圧値Viとして検出することができる。
【0042】
次に、図3および図4の回路図、図5および図9の波形図、図6および図7の拡大断面図、ならびに、図8の等価回路図を参照しながら、図2に示したこの発明の実施の形態1の回路動作について説明する。
【0043】
図3は点火時の二次側電流i2の経路(実線参照)、図4はイオン電流iの経路(破線参照)、図5は正常時のイオン電流i、図6は正常時の点火プラグ103の状態、図7はくすぶり発生時の点火プラグ103の状態、図8はくすぶり発生時の等価回路、図9はくすぶり発生時の二次側電流i2をそれぞれ示す。
【0044】
図6および図7において、100aはエンジン100の燃焼室、103aは点火プラグ103の電極間の空隙、103bは点火プラグ103の絶縁部、Rbは点火プラグ103の各電極間の抵抗値である。
【0045】
また、図7において、Cは点火プラグ103の周辺に付着したカーボンである。
また、図8において、Rは点火プラグ103に並列接続された等価的な抵抗器であり、図7内の抵抗値Rbに相当する。
さらに、図9において、iRは燃焼終了後のリーク電流である。
【0046】
まず、図6に示した正常の点火プラグ103の場合の動作について説明する。エンジン100の点火時期において、点火信号Pに応答して、パワートランジスク3により一次巻線2aの通電が遮断されると、二次巻線2bの高圧側に負極性の二次電圧V2が生じる。
【0047】
これにより、図3内の実線矢印で示す経路に沿って放電電流が流れ、点火プラグ4の電極間に放電を生じるので、エンジン100の混合気が着火されるとともに、コンデンサ5が充電される。
このとき、コンデンサ5の充電電圧Vcは、ツェナーダイオード6により任意に設定される。
【0048】
また、混合気の燃焼にともなって、点火プラグ103の周辺の電離作用によりイオンが発生するので、コンデンサ5の正極性のバイアス電圧Vcによる電子の移動により、図4内の破線矢印で示す経路に沿ってイオン電流iが流れる。
このとき、抵抗器8で発生する電圧降下を誘起電圧値Viとして検出することにより、混合気の燃焼状態を示すイオン電流iを検出することができる。
【0049】
こうして検出されたイオン電流i(二次側電流i2)の波形を図5に示す。
図5において、時刻t1〜t3の期間Aは、燃焼過程の期間、時刻t1〜t2の期間A1は、バイアス電圧Vcが二次電圧V2よりも低い動作期間、時刻t2〜t3の期間A2は、バイアス電圧Vcが二次電圧V2よりも高い動作期間、時刻t3以降の期間Bは、燃焼終了期間である。
【0050】
通常、点火プラグ103の電極間の抵抗値Rbは、図6のように無限大と考えられるが、燃焼期間中においては、燃焼過程期間Aにおいて発生するイオンがエンジン100内に存在するので、点火コイル102の二次側に印加したバイアス電圧Vcによってイオンが移動し、イオン電流iとして検出される。
【0051】
ここで、点火時刻t1の直後の一定期間A1にわたってイオン電流iが検出されない理由は、コンデンサ5に充電されているバイアス電圧Vcが点火によって生じた二次電圧V2よりも低いからである。
【0052】
その後、二次電圧V2は、燃焼時に急速に低下していくので、バイアス電圧Vcが二次電圧V2を上回る動作期間A2になったときに、イオン電流iが検出できるようになる。
さらに、燃焼終了期間Bの時刻t3まで達してしまうと、エンジン100内にイオンが存在しなくなるので、イオン電流iが全く検出されなくなる。
【0053】
一方、図7のように、点火プラグ103の電極表面にカーボンCなどが付着した場合においては、図8のように、点火プラグ103の電極間に抵抗値Rb(数MΩ)の抵抗器Rが等価的に存在することになる。
【0054】
したがって、点火コイル103の二次側にバイアス電圧Vcを印加すると、点火プラグ103の電極間に二次側電流i2が流れることになる。
これは、一般的にリーク(漏れ)電流iRと称される。
【0055】
このとき、図9に示すように、燃焼終了後の期間Bにおいても二次側電流i2(リーク電流iR)が検出されることになる。
二次側電流i2は、くすぶり判定装置106(図1参照)に入力され、くすぶり状態の判定に用いられる。
【0056】
くすぶり判定装置106は、たとえば、燃焼レベルのイオン電流iが検出されてから所定期間経過後に、リーク電流iRに相当するレベルの二次側電流i2が検出された場合に、点火プラグ103がくすぶり状態にあるものと判定する。
【0057】
このように、非燃焼期間Bにおいて点火コイル102の二次側にバイアス電圧Vcを印加したときに流れる二次側電流i2を計測することにより、点火プラグ103のくすぶり(絶縁抵抗)状態を直接検出することができる。
【0058】
したがって、通常のイオン電流検出装置を用いた簡単な回路構成により、エンジン100のシステムが異なる場合であっても、回路や判定レベルのマッチング調整作業がほとんど不要で、くすぶり状態を検出することができる。
また、くすぶり度合い(絶縁抵抗)の検出範囲が広く、且つ精度良く検出することができる。
【0059】
なお、ここでは、点火コイル102の二次側にバイアス電圧Vcを印加する手段としてコンデンサ5を用いたが、バッテリ1から直接または昇降して供給してもよく、エンジン100により駆動される発電装置の出力を用いてもよい。
【0060】
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、くすぶり判定条件を特に考慮しなかったが、無用なエネルギーロスを抑制するために、くすぶり判定条件を設定して、くすぶり検出を行う領域を限定してもよい。
【0061】
図10はエンジン100の制御空燃比が理想空燃比の場合にくすぶり判定を禁止して、無用なエネルギーロスを抑制したこの発明の実施の形態2によるくすぶり判定動作を示すフローチャートである。
【0062】
通常、点火プラグ103のくすぶり状態は、不完全な燃焼によるカーボン(未燃焼成分)が点火プラグ103の電極に付着することによって発生するので、理想空燃比(A/F=14.7)で運転されている場合には、点火プラグ103のくすぶり状態が発生することはほとんどない。したがって、理想空燃比においては、無用なくすぶり検出を禁止することが望ましい。
【0063】
図10において、くすぶり判定装置106は、まず、現在の制御空燃比A/Fが理想空燃比(14.7)であるか否かを判定し(ステップS1)、もし、A/F=14.7(すなわち、YES)と判定されれば、くすぶり判定が不要な状態を見なして、くすぶり検出制御を実行しない(ステップS2)。
【0064】
一方、ステップS1において、現在の運転状態がリッチ領域またはリーン領域であって、A/F≠14.7(すなわち、NO)と判定されれば、くすぶりが発生し得る状態なので、続いて、バイアス電圧Vcの印加タイミングであるか否かを判定する(ステップS3)。
【0065】
もし、バイアス電圧Vcの印加タイミングでない(すなわち、NO)と判定されれば、印加タイミングになるまで待機状態となり、バイアス電圧Vcの印加タイミングである(すなわち、YES)と判定されれば、バイアス電圧Vcを印加する(ステップS4)。
【0066】
続いて、燃焼が終了して二次側電流i2の検出可能条件が成立したか否かを判定し(ステップS5)、もし、不成立(すなわち、NO)と判定されれば、成立するまで待機状態となり、検出可能条件が成立した(すなわち、YES)と判定されれば、二次側電流i2を検出する(ステップS6)。
【0067】
最後に、二次側電流i2が0レベルか否(リーク電流iRのレベル以上)かを判定し(ステップS7)、もし、i2=0(すなわち、YES)と判定されれば、くすぶり無しと判定し(ステップS8)、i2>0(すなわち、NO)と判定されれば、くすぶり有りと判定し(ステップS9)、図10の処理ルーチンを終了する。
【0068】
これにより、くすぶりが発生しにくい理想空燃比(A/F=14.7)の場合には、無駄なくすぶり判定処理を禁止することができる。
なお、図10においては、点火コイル102の二次側に対して、燃焼終了前の期間からバイアス電圧Vcを印加したが、先に燃焼終了を確認しておき、その後、バイアス電圧Vcを印加してもよい。
【0069】
実施の形態3.
なお、上記実施の形態2では、理想空燃比を除く運転状態(リーン領域またはリーン領域)をくすぶり判定条件として限定したが、エンジン100の非燃焼期間にくすぶり状態を判定するようにしてもよい。
【0070】
たとえば、上記実施の形態1では、燃焼と燃焼との間の極めて限られた時間内のタイミングでくすぶり検出を実行しているので、装置全体がある程度複雑な構成となってしまう。
【0071】
しかし、エンジンによっては、ほとんどくすぶりが発生しないシステムもあり、このようなエンジンシステムの場合、くすぶり検出処理をごく稀に実行すればよい。
【0072】
したがって、たとえば、燃料カット運転領域でくすぶり検出を実行すれば、燃焼期間を考慮する必要がないので、簡単にくすぶりを検出することができる。
図11は燃料カット中の運転状態をくすぶり判定条件として限定したこの発明の実施の形態3によるくすぶり判定動作を示すフローチャートである。
【0073】
図11において、ステップS2、S4、S6〜S9は前述と同様のステップである。
この場合、くすぶり判定装置106は、まず、現在の運転状態が燃料カット中であるか否かを判定し(ステップS11)、燃料カット中でない(すなわち、NO)と判定されれば、くすぶり検出制御を実行しない。
【0074】
一方、ステップS11において、燃料カット中である(すなわち、YES)と判定されれば、バイアス電圧Vcを点火コイル102の二次側に印加して(ステップS4)、二次側電流i2を検出する(ステップS6)。以下、前述とステップS7〜S9を実行する。
【0075】
このように、エンジン100の燃料カット運転領域においてのみ、くすぶり状態の判定を実行することにより、くすぶり判定の実行頻度がさらに低減されて、エネルギーロスを抑制することができる。
【0076】
また、火花放電を行うエンジン100の非燃焼期間に、点火コイル102の二次側にバイアス電圧Vcを印加し、点火プラグ103の電極間の絶縁抵抗を直接計測するように構成したので、簡単な装置で高精度に点火プラグ103のくすぶりを検出することができる。
【0077】
実施の形態4.
なお、上記実施の形態3では、燃料カット運転領域でくすぶり状態を検出するようにしたが、他の検出方法として、エンジン100の制御に用いられるクランク角信号CAのタイミングでくすぶり状態を検出するようにしてもよい。
【0078】
図12はクランク角信号CAのタイミングをくすぶり判定条件として限定したこの発明の実施の形態4によるくすぶり判定動作を示すタイミングチャートである。
一般に、エンジンによっては、クランク角信号CAのタイミングを利用することも可能である。
【0079】
図12において、クランク角信号CAは、周知のクランク角センサから得られるパルスからなり、各気筒#1〜#4に関して、上死点TDCから75°手前のクランク角位置B75°で立ち上がり、上死点TDCから5°手前のクランク角位置B5°で立ち下がる。
【0080】
この場合、くすぶり判定装置106(図1参照)は、エンジン100の回転に対応したクランク角信号CAに同期したタイミングB75°で二次側電流i2を検出し、二次側電流i2のレベルが0か否か(ステップS7参照)により、点火プラグ103のくすぶり状態を判定する。
【0081】
通常、クランク角信号CAの立ち上がりエッジに対応した各気筒のクランク角位置B75°においては、燃焼前(イオン電流iが発生する前)の状態なので、点火プラグ103の絶縁抵抗に相当する二次側電流i2を確実に検出することができる。
したがって、通常のクランク角信号CAを用いた簡単な構成で、くすぶり状態を高精度に検出することができる。
【0082】
【発明の効果】
以上のようにこの発明の請求項1によれば、内燃機関の点火装置に設けられた点火コイルと、点火コイルの二次側に接続された点火プラグと、点火コイルの一次側への通電を制御する通電制御手段と、内燃機関の燃焼継続中の期間を除くくすぶり検出期間に点火コイルの二次側にバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、バイアス電圧により点火コイルの二次側に誘起される誘起電圧値を検出する電圧検出手段と、誘起電圧値に基づいて点火プラグのくすぶり状態を判定するくすぶり判定手段とを備え、電圧検出手段は、点火プラグの周辺での燃焼により発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段により構成され、イオン電流を誘起電圧値として検出することにより、点火プラグの電極間の絶縁抵抗を計測するようにしたので、簡単な構成でくすぶりの有無を高精度に検出することのできる内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置が得られる効果がある。
【0084】
また、この発明の請求項2によれば、請求項1において、電圧印加手段は、内燃機関の点火時に点火コイルの二次側に誘起される二次電圧を蓄積する二次電圧蓄積手段により構成され、二次電圧の蓄積エネルギーをバイアス電圧として印加するようにしたので、簡単な構成でくすぶりの有無を高精度に検出することのできる内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置が得られる効果がある。
【0085】
また、この発明の請求項3によれば、請求項1において、電圧印加手段は、点火コイルに給電するためのバッテリ電圧をバイアス電圧として印加するようにしたので、簡単な構成でくすぶりの有無を高精度に検出することのできる内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置が得られる効果がある。
【0086】
また、この発明の請求項4によれば、請求項3において、電圧印加手段は、バッテリ電圧を昇降圧してバイアス電圧として印加するようにしたので、簡単な構成でくすぶりの有無を高精度に検出することのできる内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置が得られる効果がある。
【0087】
また、この発明の請求項5によれば、請求項1において、電圧印加手段は、内燃機関により駆動される発電装置によって構成され、発電装置の出力電圧をバイアス電圧として印加するようにしたので、簡単な構成でくすぶりの有無を高精度に検出することのできる内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置が得られる効果がある。
【0088】
また、この発明の請求項6によれば、請求項1から請求項5までのいずれか1項において、くすぶり判定手段は、内燃機関の理想空燃比による運転領域を除く運転領域において、くすぶり状態を判定するようにしたので、簡単な構成でくすぶりの有無を高精度に検出するとともに、エネルギーロスを抑制した内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置が得られる効果がある。
【0089】
また、この発明の請求項7によれば、請求項1から請求項5までのいずれか1項において、くすぶり判定手段は、内燃機関の非燃焼期間にくすぶり状態を判定するようにしたので、簡単な構成でくすぶりの有無を高精度に検出するとともに、エネルギーロスを抑制した内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置が得られる効果がある。
【0090】
また、この発明の請求項8によれば、請求項7において、くすぶり判定手段は、内燃機関の燃料カット運転領域において、くすぶり状態を判定するようにしたので、簡単な構成でくすぶりの有無を高精度に検出するとともに、エネルギーロスを抑制した内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置が得られる効果がある。
【0091】
また、この発明の請求項9によれば、請求項1から請求項8までのいずれか1項において、くすぶり判定手段は、内燃機関の回転に対応したクランク角信号に同期したタイミングでくすぶり状態を判定するようにしたので、簡単な構成でくすぶりの有無を高精度に検出することのできる内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1によるシステム構成を示す機能ブロック図である。
【図2】この発明の実施の形態1の構成を具体的に示す回路図である。
【図3】この発明の実施の形態1による点火時の二次側電流の経路を示す回路図である。
【図4】この発明の実施の形態1による点火時のイオン電流の経路を示す回路図である。
【図5】この発明の実施の形態1による正常時のイオン電流を示す波形図である。
【図6】この発明の実施の形態1による正常時の点火プラグの状態を示す拡大断面図である。
【図7】この発明の実施の形態1によるくすぶり発生時の点火プラグの状態を示す拡大断面図である。
【図8】この発明の実施の形態1によるくすぶり発生時の等価回路図である。
【図9】この発明の実施の形態1によるくすぶり発生時の二次側電流を示す波形図である。
【図10】この発明の実施の形態2によるくすぶり判定動作を示すフローチャートである。
【図11】この発明の実施の形態3によるくすぶり判定動作を示すフローチャートである。
【図12】この発明の実施の形態4によるくすぶり判定動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 バッテリ、2a 一次巻線、2b 二次巻線、3 パワートランジスタ、5 コンデンサ(二次電圧蓄積手段)、101 点火制御装置(通電制御手段)、102 点火コイル、103 点火プラグ、104 二次側電圧印加装置、105 二次側電流検出装置(電圧検出手段)、106 くすぶり判定装置、A燃焼過程の期間、B 燃焼終了期間、B75° くすぶり検出タイミング、Cカーボン、CA クランク角信号、i イオン電流、i2 二次側電流、Vcバイアス電圧、Vi 誘起電圧値、V2 二次電圧、S1 理想空燃比を判定するステップ、S2 くすぶり検出を禁止するステップ、S6 二次側電流を検出するステップ、S7 くすぶりの有無を判定するステップ、S8 くすぶり無しを判定するステップ、S9 くすぶり有りを判定するステップ、S11 燃料カット運転領域を判定するステップ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spark plug smoldering detection device for an internal combustion engine, which is provided with a means for determining the presence or absence of smoldering of a spark plug applied to a spark ignition type engine, and particularly measures insulation resistance between electrodes of a spark plug with a simple configuration. Accordingly, the present invention relates to a spark plug smoldering detection device for an internal combustion engine that can detect the presence or absence of smoldering with high accuracy.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in order to reduce the number of man-hours required for periodic inspections of vehicles such as automobiles, development of a maintenance-free system (which does not require maintenance inspection and removal for the purpose) has been actively performed.
[0003]
As part of such technical development, regarding the spark plug of the internal combustion engine ignition device, the spark plug itself has excellent quality and long service life, and is reliable. It is required to have strong characteristics.
[0004]
In general, if the air-fuel ratio is continuously used in a rich (rich) state, carbon is generated and adheres to the ignition portion of the spark plug. However, the carbon deposit (including other dirt and the like) causes insulation between the housing and the center electrode. , The high voltage leaks through the carbon deposits, and a phenomenon occurs in which the spark does not fly in the gap between the spark plugs. Such a phenomenon is called “smoldering”.
[0005]
The relationship between the degree of smoldering and the insulation resistance in the spark gap is, for example, when the insulation resistance is 1 MΩ or less, the smoldering state is completely smoldering and almost no ignition is possible.
[0006]
When the insulation resistance is 1 MΩ to 10 MΩ, no ignition occurs depending on the operating conditions. When the insulation resistance is 10 MΩ or more, there is no problem even if carbon deposits are present.
[0007]
In the above example, the reason why the smoldering state in the case where the insulation resistance is 10 MΩ or more is not considered to be particularly problematic is that self-cleaning is provided through the operation of the spark plug itself.
[0008]
That is, the carbon deposited on the spark plug is increased in operating conditions to increase the plug temperature and the self-cleaning temperature (for example, about 450 ° C. for leaded gasoline and about 500 ° C. for unleaded gasoline, depending on the gasoline brand). When the temperature exceeds (−530 ° C.) or more, it burns out naturally and is cleaned.
[0009]
Thus, the vehicle speed at which the spark plug reaches the self-cleaning temperature (self-cleaning vehicle speed) naturally changes depending on the heat value of the spark plug. The heat value of a spark plug is the degree to which the heat received by the spark plug is dissipated, and a spark plug having a large degree of dissipating this heat is called a high heat value. It is called low heat value.
[0010]
Therefore, as often practiced in the market, as a countermeasure against smoldering, changing to a low heat value spark plug reduces the self-cleaning vehicle speed and reduces carbon deposits during use. This means increasing the chances of burning out.
[0011]
2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus for detecting smoldering of an ignition plug has been proposed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-88962.
In this conventional device, the primary voltage waveform and the secondary current waveform during the discharge of the ignition coil are detected and subjected to arithmetic processing to detect the smoldering state of ignition, but the circuit configuration for smoldering detection becomes complicated. This leads to increased costs.
[0012]
In addition, for example, in the device described in Japanese Patent Publication No. 6-80312, a voltage value (or a current value) induced on the primary side or the secondary side of the ignition coil during a period of energizing the primary side of the ignition coil. Is detected, the magnitude of the coil induced signal (or the vibration component contained therein) is detected as a smoldering detection signal, and the smoldering detection signal is analyzed to determine the smoldering state of the spark plug.
[0013]
In this case, when the insulation resistance is reduced due to the smoldering of the spark plug, the current flowing through the ignition coil pulsates (or the current value changes) due to the load change, and the smoldering state of the spark plug is detected. However, the circuit configuration for smoldering detection becomes complicated, which leads to an increase in cost.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine, for example, in the case of the device described in Japanese Patent Publication No. 6-80312, detects a high-frequency component generated by the insulation resistance and stray capacitance on the secondary side of the ignition coil. It is necessary to extract and compare by a complicated circuit such as a filter or an integrator, and there is a problem that the detection accuracy is hindered because the process of extracting high-frequency components is many and complicated. .
[0015]
In addition, even if the insulation resistance on the secondary side of the ignition coil is the same, since the high-frequency components generated by the engine system differ, matching work of the circuit and the judgment level is required depending on the engine. However, there is a problem that it is necessary to investigate a high-frequency component with respect to each insulation resistance in order to widely detect the smoldering level, since the relationship is not a simple proportional relation.
[0016]
Furthermore, in a system that detects high-frequency components on the primary side, although it is more advantageous in terms of withstand voltage and the like than secondary-side detection, the high-frequency components are reduced through an ignition coil composed of a transformer, so that detection processing is reduced. There was a problem of disadvantage.
[0017]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. An internal combustion that can detect the presence or absence of smoldering with high accuracy by measuring the insulation resistance between electrodes of a spark plug with a simple configuration. An object of the present invention is to provide a spark plug smoldering detector for an engine.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
An ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention comprises: an ignition coil provided in an ignition device of the internal combustion engine; an ignition plug connected to a secondary side of the ignition coil; Energization control means for controlling energization of the ignition coil, voltage application means for applying a bias voltage to the secondary side of the ignition coil during a smoldering detection period except for a period during which the combustion of the internal combustion engine is continued, and secondary control of the ignition coil by the bias voltage. Voltage detecting means for detecting an induced voltage value induced on the side, and smoldering determining means for determining a smoldering state of the spark plug based on the induced voltage value. And the voltage detecting means is constituted by ion current detecting means for detecting an ion current generated by combustion around the ignition plug, and detects the ion current as an induced voltage value Things.
[0020]
In addition, the present invention Claim 2 The ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to the Claim 1 Wherein the voltage applying means comprises secondary voltage accumulating means for accumulating a secondary voltage induced on the secondary side of the ignition coil when the internal combustion engine is ignited, and applying the stored energy of the secondary voltage as a bias voltage It is.
[0021]
In addition, the present invention Claim 3 The ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to the Claim 1 In the above, the voltage applying means applies a battery voltage for supplying power to the ignition coil as a bias voltage.
[0022]
In addition, the present invention Claim 4 The ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to the Claim 3 In the above, the voltage applying means raises and lowers the battery voltage and applies it as a bias voltage.
[0023]
In addition, the present invention Claim 5 The ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to the Claim 1 , The voltage applying means is constituted by a power generator driven by the internal combustion engine, and applies the output voltage of the power generator as a bias voltage.
[0024]
In addition, the present invention Claim 6 The spark plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to claim 1 Any one of the claims up to claim 5 In the above, the smoldering determination means determines a smoldering state in an operating region excluding an operating region based on an ideal air-fuel ratio of the internal combustion engine.
[0025]
In addition, the present invention Claim 7 The spark plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to claim 1 Any one of the claims up to claim 5 In the above, the smoldering determination means determines a smoldering state during a non-combustion period of the internal combustion engine.
[0026]
In addition, the present invention Claim 8 The ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to the Claim 7 In the above, the smoldering determining means determines a smoldering state in a fuel cut operation region of the internal combustion engine.
[0027]
In addition, the present invention Claim 9 The spark plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to the present invention Any one of up to claim 8 In the above, the smoldering determination means determines the smoldering state at a timing synchronized with a crank angle signal corresponding to the rotation of the internal combustion engine.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing a system configuration according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 100 denotes an engine serving as a main body of the internal combustion engine, and 101 denotes an ignition control device for outputting an ignition signal P.
[0029]
Reference numeral 102 denotes an ignition coil having a transformer configuration. When an ignition signal P is applied to the primary side as a primary voltage V1, an ignition secondary voltage V2 according to a winding ratio between the primary side and the secondary side is generated. appear.
The ignition control device 101 functions as an energization control unit that controls energization to the primary side of the ignition coil 102.
[0030]
Reference numeral 103 denotes an ignition plug attached to each cylinder of the engine 100, and ignites an air-fuel mixture in each cylinder by spark ignition.
The ignition control device 101, the ignition coil 102, and the ignition plug 103 are components conventionally mounted on the engine 100.
[0031]
Reference numeral 104 denotes a secondary-side voltage application device connected to the ignition coil 102, and applies a bias voltage Vc for smoldering detection to the secondary side of the ignition coil 102.
Reference numeral 105 denotes a secondary current detection device connected to the ignition coil 102, and detects an induced voltage value Vi induced on the secondary side of the ignition coil 102 by application of the bias voltage Vc as a secondary current i2.
[0032]
Reference numeral 106 denotes a smoldering determination device connected to the secondary current detection device 105, and determines the “smoldering state” of the ignition plug 103 based on the secondary current i2.
The secondary-side voltage application device 104, the secondary-side current detection device 105, and the smoldering determination device 106 are components newly added according to the present invention.
Further, the determination device 106 can be configured by an ECU (electronic control unit) including a microcomputer.
[0033]
The secondary-side voltage applying means 104 applies the bias voltage Vc to the secondary side of the ignition coil 102 in a “smoldering detection period” excluding a period during which the combustion of the engine 100 is continued.
[0034]
FIG. 2 is a circuit diagram specifically showing the ignition control device 101, the ignition coil 102, the ignition plug 103, the secondary voltage application device 104, and the secondary current detection device 105 in FIG.
[0035]
In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a battery that supplies power to the ignition coil 102. The ignition coil 102 includes a primary winding 2a and a secondary winding 2b.
Reference numeral 3 denotes a power transistor constituting the ignition control device 101, which is connected to the primary winding 2a to cut off the primary current.
[0036]
The ignition plug 103 is connected to the high voltage side of the secondary winding 2b, and ignites an air-fuel mixture in a cylinder of the engine 100 (see FIG. 1) by applying a secondary voltage V2 for ignition.
Here, only the ignition unit for one cylinder is representatively shown, but it goes without saying that a similar ignition unit is provided for each cylinder.
[0037]
In this case, the secondary voltage application device 104 and the secondary current detection device 105 constitute an ion current detection device that detects an ion current i (secondary current i2) flowing through the ignition plug 103, and the smoldering detection is performed. It also functions as a device that performs
[0038]
The secondary side voltage application device 104 includes a capacitor 5 serving as a bias power supply connected to the low voltage side of the secondary winding 2b, and a Zener diode 6 connected in parallel to the capacitor 5.
[0039]
The capacitor 5 accumulates a secondary voltage V2 induced on the secondary side of the ignition coil 102 when the engine 100 is ignited, and sets it as a bias voltage Vc.
The Zener diode 6 has one end connected to the low voltage side of the secondary winding 2b and the other end grounded, and clamps the bias voltage Vc charged in the capacitor 5.
[0040]
The secondary-side current detecting device 105 includes a diode 7 connected to the other end of the capacitor 5 and a low-resistance device 8 for detecting an ionic current connected in parallel to the diode 7. The other ends of the diode 7 and the resistor 8 are grounded.
[0041]
When the air-fuel mixture burns around the spark plug 103, ions are generated due to the ionization effect of the combustion process.
Therefore, by applying the stored energy of the secondary voltage V2 as the bias voltage Vc of the capacitor 5, the ion current i flows, and the secondary-side current detection device 105 can detect the ion current i as the induced voltage value Vi. it can.
[0042]
Next, referring to the circuit diagrams of FIGS. 3 and 4, the waveform diagrams of FIGS. 5 and 9, the enlarged sectional views of FIGS. 6 and 7, and the equivalent circuit diagram of FIG. The circuit operation of the first embodiment of the present invention will be described.
[0043]
3 shows a path of the secondary current i2 during ignition (see a solid line), FIG. 4 shows a path of an ion current i (see a broken line), FIG. 5 shows an ion current i in a normal state, and FIG. 6 shows a spark plug 103 in a normal state. 7, FIG. 7 shows the state of the ignition plug 103 at the time of smoldering, FIG. 8 shows the equivalent circuit at the time of smoldering, and FIG. 9 shows the secondary current i2 at the time of smoldering.
[0044]
6 and 7, 100a is a combustion chamber of the engine 100, 103a is a gap between the electrodes of the ignition plug 103, 103b is an insulating portion of the ignition plug 103, and Rb is a resistance value between the electrodes of the ignition plug 103.
[0045]
In FIG. 7, C is carbon attached to the periphery of the ignition plug 103.
In FIG. 8, R is an equivalent resistor connected in parallel to the ignition plug 103, and corresponds to the resistance value Rb in FIG.
Further, in FIG. 9, iR is a leak current after the end of combustion.
[0046]
First, the operation in the case of the normal spark plug 103 shown in FIG. 6 will be described. At the ignition timing of the engine 100, when the power transistor 3 cuts off the current supply to the primary winding 2a in response to the ignition signal P, a negative secondary voltage V2 is generated on the high voltage side of the secondary winding 2b. .
[0047]
As a result, a discharge current flows along a path indicated by a solid arrow in FIG. 3, and discharge occurs between the electrodes of the ignition plug 4, so that the air-fuel mixture of the engine 100 is ignited and the capacitor 5 is charged.
At this time, the charging voltage Vc of the capacitor 5 is arbitrarily set by the Zener diode 6.
[0048]
Further, ions are generated by the ionization effect around the ignition plug 103 along with the combustion of the air-fuel mixture, so that the movement of the electrons by the positive bias voltage Vc of the capacitor 5 causes the ions to move to the path indicated by the broken arrow in FIG. The ion current i flows along.
At this time, the ion current i indicating the combustion state of the air-fuel mixture can be detected by detecting the voltage drop generated in the resistor 8 as the induced voltage value Vi.
[0049]
FIG. 5 shows the waveform of the ion current i (secondary current i2) detected in this manner.
In FIG. 5, a period A from time t1 to t3 is a combustion process period, a period A1 from time t1 to t2 is an operation period in which the bias voltage Vc is lower than the secondary voltage V2, and a period A2 from time t2 to t3 is An operation period in which the bias voltage Vc is higher than the secondary voltage V2, and a period B after time t3 are combustion termination periods.
[0050]
Normally, the resistance value Rb between the electrodes of the ignition plug 103 is considered to be infinite as shown in FIG. 6, but during the combustion period, the ions generated in the combustion process period A are present in the engine 100. The ions move due to the bias voltage Vc applied to the secondary side of the coil 102 and are detected as an ion current i.
[0051]
Here, the reason that the ion current i is not detected for a certain period A1 immediately after the ignition time t1 is that the bias voltage Vc charged in the capacitor 5 is lower than the secondary voltage V2 generated by the ignition.
[0052]
Thereafter, the secondary voltage V2 rapidly decreases during combustion, so that the ion current i can be detected when the bias voltage Vc enters the operation period A2 in which the secondary voltage V2 exceeds the secondary voltage V2.
Furthermore, when the time reaches the time t3 of the combustion end period B, no ions are present in the engine 100, so that the ion current i is not detected at all.
[0053]
On the other hand, when carbon C or the like adheres to the electrode surface of the ignition plug 103 as shown in FIG. 7, a resistor R having a resistance value Rb (several MΩ) is provided between the electrodes of the ignition plug 103 as shown in FIG. It will exist equivalently.
[0054]
Therefore, when the bias voltage Vc is applied to the secondary side of the ignition coil 103, the secondary side current i2 flows between the electrodes of the ignition plug 103.
This is generally referred to as leakage (leak) current iR.
[0055]
At this time, as shown in FIG. 9, the secondary current i2 (leakage current iR) is also detected in the period B after the end of combustion.
The secondary current i2 is input to the smoldering determination device 106 (see FIG. 1) and is used for determining the smoldering state.
[0056]
The smoldering determination device 106 determines whether the ignition plug 103 is in the smoldering state when the secondary current i2 at a level corresponding to the leak current iR is detected after a predetermined period has elapsed since the detection of the ionic current i at the combustion level. It is determined that there is.
[0057]
Thus, by measuring the secondary current i2 flowing when the bias voltage Vc is applied to the secondary side of the ignition coil 102 in the non-combustion period B, the smoldering (insulation resistance) state of the ignition plug 103 is directly detected. can do.
[0058]
Therefore, with a simple circuit configuration using an ordinary ion current detection device, even if the system of the engine 100 is different, the matching adjustment work of the circuit and the determination level is almost unnecessary, and the smoldering state can be detected. .
Further, the detection range of the degree of smoldering (insulation resistance) is wide and the detection can be performed with high accuracy.
[0059]
Here, although the capacitor 5 is used as a means for applying the bias voltage Vc to the secondary side of the ignition coil 102, the power may be supplied directly from the battery 1 or by raising and lowering it. May be used.
[0060]
Embodiment 2 FIG.
In the first embodiment, the smoldering determination condition is not particularly considered. However, in order to suppress unnecessary energy loss, the smoldering determination condition may be set to limit an area where smoldering is detected.
[0061]
FIG. 10 is a flowchart showing the smoldering determination operation according to the second embodiment of the present invention in which the smoldering determination is prohibited when the control air-fuel ratio of the engine 100 is the ideal air-fuel ratio and unnecessary energy loss is suppressed.
[0062]
Normally, the smoldering state of the ignition plug 103 is generated by carbon (unburned component) due to incomplete combustion adhering to the electrode of the ignition plug 103. Therefore, the operation is performed at an ideal air-fuel ratio (A / F = 14.7). In this case, the smoldering state of the ignition plug 103 hardly occurs. Therefore, at the ideal air-fuel ratio, it is desirable to prohibit unnecessary smolder detection.
[0063]
In FIG. 10, the smoldering determination device 106 first determines whether the current control air-fuel ratio A / F is an ideal air-fuel ratio (14.7) (step S1). If it is determined to be 7 (that is, YES), the smoldering detection control is not executed, assuming that the smoldering determination is unnecessary (step S2).
[0064]
On the other hand, in step S1, if the current operation state is the rich region or the lean region and it is determined that A / F ≠ 14.7 (that is, NO), it is in a state in which smoldering can occur. It is determined whether it is time to apply the voltage Vc (step S3).
[0065]
If it is determined that the timing is not the application timing of the bias voltage Vc (that is, NO), the standby state is established until the application timing is reached, and if it is determined that the application timing of the bias voltage Vc is reached (that is, YES), the bias voltage is applied. Vc is applied (step S4).
[0066]
Subsequently, it is determined whether or not the condition for detection of the secondary current i2 has been satisfied after the combustion is completed (step S5). If it is determined that the condition is not satisfied (that is, NO), the standby state is established until the condition is satisfied. When it is determined that the detectable condition is satisfied (that is, YES), the secondary current i2 is detected (step S6).
[0067]
Finally, it is determined whether or not the secondary current i2 is at the 0 level (more than the level of the leak current iR) (step S7). If it is determined that i2 = 0 (that is, YES), it is determined that there is no smoldering. Then, if it is determined that i2> 0 (that is, NO), it is determined that smoldering is present (step S9), and the processing routine of FIG. 10 is terminated.
[0068]
Thus, in the case of the ideal air-fuel ratio (A / F = 14.7) where smoldering is unlikely to occur, the smoldering determination processing can be prohibited without waste.
In FIG. 10, the bias voltage Vc was applied to the secondary side of the ignition coil 102 from the period before the end of the combustion. However, the end of the combustion was confirmed first, and then the bias voltage Vc was applied. You may.
[0069]
Embodiment 3 FIG.
In the second embodiment, the operating state (lean region or lean region) excluding the ideal air-fuel ratio is limited as the smoldering determination condition. However, the smoldering state may be determined during the non-combustion period of the engine 100.
[0070]
For example, in the first embodiment, smoldering detection is performed at a timing within a very limited time between combustions, so that the entire apparatus has a somewhat complicated configuration.
[0071]
However, there is also a system in which smoldering hardly occurs depending on the engine. In such an engine system, the smoldering detection processing may be executed very rarely.
[0072]
Therefore, for example, if smoldering detection is performed in the fuel cut operation region, there is no need to consider the combustion period, so that smoldering can be easily detected.
FIG. 11 is a flowchart showing a smoldering determination operation according to Embodiment 3 of the present invention in which the operating state during fuel cut is limited as a smoldering determination condition.
[0073]
In FIG. 11, steps S2, S4, and S6 to S9 are the same steps as described above.
In this case, the smoldering determination device 106 first determines whether or not the current operating state is during fuel cut (step S11). If it is determined that fuel is not being cut (that is, NO), smoldering detection control is performed. Do not execute.
[0074]
On the other hand, if it is determined in step S11 that the fuel is being cut (that is, YES), the bias voltage Vc is applied to the secondary side of the ignition coil 102 (step S4), and the secondary side current i2 is detected. (Step S6). Hereinafter, steps S7 to S9 described above are performed.
[0075]
As described above, by performing the determination of the smoldering state only in the fuel cut operation region of the engine 100, the execution frequency of the smoldering determination is further reduced, and the energy loss can be suppressed.
[0076]
Further, since the bias voltage Vc is applied to the secondary side of the ignition coil 102 during the non-combustion period of the engine 100 which performs spark discharge, the insulation resistance between the electrodes of the ignition plug 103 is directly measured, so that the configuration is simple. The device can detect smoldering of the ignition plug 103 with high accuracy.
[0077]
Embodiment 4 FIG.
In the third embodiment, the smoldering state is detected in the fuel cut operation region. However, as another detection method, the smoldering state is detected at the timing of the crank angle signal CA used for controlling the engine 100. It may be.
[0078]
FIG. 12 is a timing chart showing a smoldering determination operation according to Embodiment 4 of the present invention in which the timing of crank angle signal CA is limited as a smoldering determination condition.
In general, the timing of the crank angle signal CA can be used depending on the engine.
[0079]
In FIG. 12, a crank angle signal CA is composed of a pulse obtained from a well-known crank angle sensor, and rises at a crank angle position B 75 ° 75 ° before the top dead center TDC with respect to each of the cylinders # 1 to # 4. It falls at a crank angle position B5 ° 5 ° before the point TDC.
[0080]
In this case, the smoldering determination device 106 (see FIG. 1) detects the secondary current i2 at a timing B75 ° synchronized with the crank angle signal CA corresponding to the rotation of the engine 100, and the level of the secondary current i2 becomes 0. It is determined whether or not the ignition plug 103 is smoldering (see step S7).
[0081]
Normally, at the crank angle position B75 ° of each cylinder corresponding to the rising edge of the crank angle signal CA, the state before combustion (before the generation of the ionic current i) is in the state before the combustion, so the secondary side corresponding to the insulation resistance of the ignition plug 103 The current i2 can be reliably detected.
Therefore, the smoldering state can be detected with high accuracy with a simple configuration using the normal crank angle signal CA.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the ignition coil provided in the ignition device of the internal combustion engine, the ignition plug connected to the secondary side of the ignition coil, and the energization of the primary side of the ignition coil Energizing control means for controlling, a voltage applying means for applying a bias voltage to the secondary side of the ignition coil during a smoldering detection period excluding a period during which combustion of the internal combustion engine is continued, and a voltage induced on the secondary side of the ignition coil by the bias voltage. Voltage detecting means for detecting an induced voltage value, and smoldering determining means for determining a smoldering state of a spark plug based on the induced voltage value. The voltage detecting means is constituted by an ion current detecting means for detecting an ion current generated by combustion around the spark plug, and by detecting the ion current as an induced voltage value. Since the insulation resistance between the electrodes of the spark plug is measured, there is an effect that a spark plug smoldering detection device for an internal combustion engine capable of detecting the presence or absence of smoldering with a simple configuration with high accuracy is obtained.
[0084]
In addition, the present invention Claim 2 According to Claim 1 Wherein the voltage applying means is constituted by secondary voltage accumulating means for accumulating a secondary voltage induced on the secondary side of the ignition coil when the internal combustion engine is ignited, and applying the stored energy of the secondary voltage as a bias voltage. Therefore, there is an effect that an ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine that can detect the presence or absence of smoldering with a simple configuration with high accuracy can be obtained.
[0085]
In addition, the present invention Claim 3 According to Claim 1 Wherein the voltage applying means applies a battery voltage for supplying power to the ignition coil as a bias voltage, so that it is possible to detect the presence or absence of smoldering with a simple configuration and to detect the presence or absence of smoldering with high accuracy in an ignition plug smoldering detection of an internal combustion engine. There is an effect that the device can be obtained.
[0086]
In addition, the present invention Claim 4 According to Claim 3 In the above, since the voltage applying means raises and lowers the battery voltage and applies it as a bias voltage, an ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine that can detect the presence or absence of smoldering with a simple configuration can be obtained. effective.
[0087]
In addition, the present invention Claim 5 According to Claim 1 In the above, the voltage applying means is constituted by a power generating device driven by the internal combustion engine, and applies the output voltage of the power generating device as a bias voltage. There is an effect that a spark plug smoldering detection device for an internal combustion engine that can be obtained.
[0088]
In addition, the present invention Claim 6 According to claim 1, Any one of the claims up to claim 5 In the smoldering determination means, the smoldering state is determined in an operating region other than the operating region based on the ideal air-fuel ratio of the internal combustion engine, so with a simple configuration, the presence or absence of smoldering is detected with high accuracy and energy loss is reduced. There is an effect that a suppressed ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine can be obtained.
[0089]
In addition, the present invention Claim 7 According to claim 1, Any one of the claims up to claim 5 In the above, the smoldering determination means determines the smoldering state during the non-combustion period of the internal combustion engine, so that the presence or absence of smoldering can be detected with high accuracy with a simple configuration, and the ignition plug smoldering of the internal combustion engine with suppressed energy loss There is an effect that a detection device can be obtained.
[0090]
In addition, the present invention Claim 8 According to Claim 7 In the above, the smoldering determination means is configured to determine the smoldering state in the fuel cut operation region of the internal combustion engine, so that the presence of smoldering can be detected with a simple configuration with high accuracy, and the ignition of the internal combustion engine with reduced energy loss can be performed. There is an effect that a plug smoldering detection device can be obtained.
[0091]
In addition, the present invention Claim 9 According to claim 1, Any one of up to claim 8 In the above, the smoldering determination means determines the smoldering state at a timing synchronized with a crank angle signal corresponding to the rotation of the internal combustion engine, so that the presence of smoldering can be detected with a simple configuration with high accuracy. Thus, there is an effect that a spark plug smoldering detecting device of the present invention can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a system configuration according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram specifically showing a configuration of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a path of a secondary current at the time of ignition according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a path of an ion current at the time of ignition according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a waveform chart showing ion current in a normal state according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged sectional view showing a state of the spark plug in a normal state according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a state of the ignition plug when smoldering occurs according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram when smoldering occurs according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a waveform chart showing a secondary current when smoldering occurs according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a smoldering determination operation according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart showing a smoldering determination operation according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 12 is a timing chart showing a smoldering determination operation according to Embodiment 4 of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery, 2a primary winding, 2b secondary winding, 3 power transistor, 5 capacitor (secondary voltage storage means), 101 ignition control device (energization control means), 102 ignition coil, 103 ignition plug, 104 secondary side Voltage application device, 105 Secondary side current detection device (voltage detection means), 106 Smoldering determination device, A combustion process period, B combustion end period, B75 ° smoldering detection timing, C carbon, CA crank angle signal, i ion current I2 secondary current, Vc bias voltage, Vi induced voltage value, V2 secondary voltage, S1 step of determining ideal air-fuel ratio, S2 step of inhibiting smoldering detection, S6 step of detecting secondary current, S7 smoldering Determining whether smoldering is present, S8 determining whether smoldering is not performed, S9 determining smoldering being present, Determining 11 the fuel cut operation region.

Claims (9)

内燃機関の点火装置に設けられた点火コイルと、
前記点火コイルの二次側に接続された点火プラグと、
前記点火コイルの一次側への通電を制御する通電制御手段と、
前記内燃機関の燃焼継続中の期間を除くくすぶり検出期間に前記点火コイルの二次側にバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、
前記バイアス電圧により前記点火コイルの二次側に誘起される誘起電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記誘起電圧値に基づいて前記点火プラグのくすぶり状態を判定するくすぶり判定手段とを備え、
前記電圧検出手段は、
前記点火プラグの周辺での燃焼により発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段により構成され、
前記イオン電流を前記誘起電圧値として検出することを特徴とする内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置。
An ignition coil provided in an ignition device of the internal combustion engine,
A spark plug connected to the secondary side of the ignition coil;
Energization control means for controlling energization to the primary side of the ignition coil,
Voltage applying means for applying a bias voltage to the secondary side of the ignition coil during a smoldering detection period excluding a period during which the combustion of the internal combustion engine is continued,
Voltage detection means for detecting an induced voltage value induced on the secondary side of the ignition coil by the bias voltage,
Smoldering determination means for determining a smoldering state of the spark plug based on the induced voltage value ,
The voltage detecting means,
Ion current detection means for detecting an ion current generated by combustion around the ignition plug,
An ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine, wherein the ionic current is detected as the induced voltage value .
前記電圧印加手段は、
前記内燃機関の点火時に前記点火コイルの二次側に誘起される二次電圧を蓄積する二次電圧蓄積手段により構成され、
前記二次電圧の蓄積エネルギーを前記バイアス電圧として印加することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置。
The voltage applying means,
It is constituted by secondary voltage accumulating means for accumulating a secondary voltage induced on a secondary side of the ignition coil at the time of ignition of the internal combustion engine,
2. The apparatus according to claim 1 , wherein the stored energy of the secondary voltage is applied as the bias voltage.
前記電圧印加手段は、前記点火コイルに給電するためのバッテリ電圧を前記バイアス電圧として印加することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置。The ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the voltage application unit applies a battery voltage for supplying power to the ignition coil as the bias voltage. 前記電圧印加手段は、前記バッテリ電圧を昇降圧して前記バイアス電圧として印加することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置。4. The ignition plug smoldering detection apparatus for an internal combustion engine according to claim 3 , wherein the voltage application unit raises and lowers the battery voltage and applies the battery voltage as the bias voltage. 前記電圧印加手段は、
前記内燃機関により駆動される発電装置によって構成され、
前記発電装置の出力電圧を前記バイアス電圧として印加することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置。
The voltage applying means,
A power generator driven by the internal combustion engine,
The apparatus according to claim 1 , wherein an output voltage of the power generator is applied as the bias voltage.
前記くすぶり判定手段は、前記内燃機関の理想空燃比による運転領域を除く運転領域において、前記くすぶり状態を判定することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置。The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5 , wherein the smoldering determination means determines the smoldering state in an operation region other than an operation region based on an ideal air-fuel ratio of the internal combustion engine. Engine spark plug smoldering detector. 前記くすぶり判定手段は、前記内燃機関の非燃焼期間に前記くすぶり状態を判定することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置。6. The ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the smoldering determination means determines the smoldering state during a non-combustion period of the internal combustion engine. 前記くすぶり判定手段は、前記内燃機関の燃料カット運転領域において、前記くすぶり状態を判定することを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置。The ignition plug smoldering detection device for an internal combustion engine according to claim 7 , wherein the smoldering determination means determines the smoldering state in a fuel cut operation region of the internal combustion engine. 前記くすぶり判定手段は、前記内燃機関の回転に対応したクランク角信号に同期したタイミングで前記くすぶり状態を判定することを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の内燃機関の点火プラグくすぶり検出装置。The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8 , wherein the smoldering determination means determines the smoldering state at a timing synchronized with a crank angle signal corresponding to the rotation of the internal combustion engine. Engine spark plug smoldering detector.
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