JP4005815B2 - Misfire detection device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグに発生する火花放電により混合気への着火を行う内燃機関において、失火を検出する失火検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車エンジン等に使用される内燃機関としては、点火プラグの電極間に発生する火花放電により混合気への着火を行う構成の内燃機関が知られている。
【０００３】
しかし、点火プラグにて正常に火花放電が発生しない場合には、混合気への着火が行われず失火に至るため、内燃機関を正常に運転することができない。また、火花放電が発生した場合であっても、混合気への着火が正常に行われない場合には失火となり、内燃機関を正常に運転できなくなる。
【０００４】
そのため、内燃機関を正常に運転するには、失火を早期に発見して、点火時期や空燃比などの制御パラメータを失火を抑える値に設定することが望ましい。
そして、失火を検出するための方法としては、例えば、イオン電流を用いた方法が知られている。つまり、内燃機関において、点火プラグによる火花放電により混合気が燃焼すると、その燃焼に伴ってイオンが発生することから、点火プラグの火花放電後にその点火プラグの電極間に電圧を印加した場合には、イオン電流が流れる。このため、正常燃焼した場合と失火した場合とでは、イオンの発生量が異なることから、このイオン電流を検出し、解析処理を行うことによって、失火を検出することができる。
【０００５】
そして、イオン電流を用いた失火検出装置としては、点火プラグによる火花放電発生時（主放電発生時）に発生する火花放電電流（二次電流）によりコンデンサを一定電圧に充電し、火花放電後にこのコンデンサを放電することで点火プラグの電極間に電圧を印加し、この時流れるイオン電流を検出する構成のものが主流である（例えば、特開平４−１９１４６５号公報参照）。また、このような失火検出装置としては、コンデンサに並列にツェナーダイオードを備えて、コンデンサが過充電により破壊するのを防ぐとともに、コンデンサの両端電圧を一定電圧に制限する構成の失火検出装置がある。
【０００６】
このようにコンデンサをイオン電流発生用の電源として用いる失火検出装置においては、イオン電流が流れる場合には正常燃焼と判定し、イオン電流が流れない場合には失火と判断することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、イオン電流を発生させるのに必要な電圧は数百［Ｖ］と高いため、上記のイオン電流を用いた失火検出装置に備えるコンデンサとして、高耐圧（耐電圧が数百［Ｖ］以上）のものを用いることが望ましい。また、点火プラグにて火花放電を発生させるための点火用高電圧は、数十［ｋＶ］以上と非常に高電圧であり、火花放電時に流れる火花放電電流は大電流となる。このため、ツェナーダイオードとしては、瞬間的に発生する数十［Ｗ］の比較的大きな電力（ツェナー電圧×火花放電電流）に耐えることができるものを用いることが望ましい。
【０００８】
しかし、従来から知られたイオン電流を用いる失火検出装置では、火花放電電流の一部を利用してコンデンサに電荷を蓄え失火判定用印加電圧を生成する構成であるために、イオン電流の検出精度を高めるべく過度の電荷を蓄えようとすると、その分、火花放電電流が減少し、点火プラグによる点火性能が悪化する虞がある。そのために、過度に高耐圧（耐電圧が数百［Ｖ］以上）のコンデンサを使用することはできず、高電圧が印加され、大電流が流れるという厳しい環境下で使用される失火検出装置では、コンデンサやツェナーダイオードの破損等が発生し易くなり、耐久信頼性に優れるものとは言い難い。
【０００９】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、内燃機関における失火を検出するにあたり、失火判定用印加電圧の生成に主放電用電圧を使用しないようにして、耐久信頼性の高い失火検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、一次巻線および二次巻線を有し、一次巻線に流れる一次電流を遮断することで二次巻線に誘導電圧を発生する点火コイルと、二次巻線と共に閉ループを形成する点火プラグと、を備え、点火コイルの一次巻線を主放電用通電時間にわたり通電し、点火時期に一次巻線に流れる一次電流の遮断により二次巻線に発生した主放電用誘導電圧を点火プラグに印加することで、この点火プラグに主火花放電を発生させて混合気への着火を行う内燃機関に設けられて、この内燃機関に生じる失火を検出する失火検出装置であって、主火花放電が終了した後、主放電用通電時間よりも短い副放電用通電時間にわたり一次巻線を通電し、この一次巻線に流れる一次電流を遮断することで、主放電用誘導電圧よりも低電圧の副放電用誘導電圧を二次巻線に発生させる副放電用電圧発生手段と、副放電用誘導電圧の点火プラグへの印加により、この点火プラグに副火花放電が発生した場合には正常燃焼と判断し、副火花放電が発生しない場合には失火と判断する失火判定手段と、少なくとも内燃機関の回転速度または機関負荷を含む運転状態に基づき、副放電用誘導電圧が、点火プラグの電極近傍にイオンが存在しない場合の火花放電の発生に必要な第１要求電圧よりも低電圧であり、かつ点火プラグの電極近傍にイオンが存在する場合の火花放電の発生に必要な第２要求電圧よりも高電圧である電圧値となるように、一次電流の副放電用通電時間を設定する副放電用通電時間設定手段と、を備えることを特徴とする失火検出装置である。
【００１１】
つまり、この失火検出装置は、１燃焼サイクルにおいて、主火花放電が終了した後に、一次巻線を再通電して遮断することで副放電用誘導電圧を二次巻線に発生し、この副放電用誘導電圧を、失火判定のために点火プラグの電極間に印加する失火判定用印加電圧として用いるように構成されている。
【００１２】
このため、失火判定用印加電圧を発生するためのエネルギを、主放電用誘導電圧を用いて蓄積する必要が無くなり、失火判定用印加電圧の生成に伴う点火プラグの点火性能の悪化を抑えることができる。また、失火を検出するにあたり、主放電用誘導電圧から失火判定用印加電圧を生成するための電子部品を別途に設ける必要が無く、装置自体の耐久信頼性の向上を達成することができる。
【００１３】
他方、混合気への着火が行われて正常燃焼すると電離作用によるイオンが発生するため、点火プラグの電極近傍にイオンが存在し、火花放電の発生に必要な要求電圧は低下する。このため、正常燃焼した際には、主放電用誘導電圧よりも低電圧の副放電用誘導電圧を印加した場合でも、点火プラグの電極間に火花放電を発生させることができる。
【００１４】
反対に、混合気への着火が行われず失火するとイオンは発生せず、点火プラグの電極近傍にイオンは存在しないため、火花放電の発生に必要な要求電圧が低下しない。このため、失火した際に、主放電用誘導電圧よりも低電圧の副放電用誘導電圧を印加した場合には、点火プラグの電極間に火花放電を発生させることができない。
【００１５】
これらのことから、主火花放電が終了した後、副放電用誘導電圧を点火プラグの電極間に印加した際に火花放電が発生するか否かを検出し、その検出結果に基づいて、正常燃焼であるかあるいは失火であるのかを判定することが可能となる。
【００１６】
よって、本発明（請求項１）によれば、失火を検出するための失火判定用印加電圧を生成するために主放電用誘導電圧を用いる必要が無く、耐久信頼性に優れた失火検出装置を実現することができる。
なお、主火花放電の終了には、点火コイルに蓄積されたエネルギの消費に伴い主放電用誘導電圧が低下して火花放電が終了する自然終了の場合や、火花放電を強制的に遮断して終了する強制終了の場合がある。そして、火花放電の強制終了としては、例えば、一次巻線への再通電を行うことで二次巻線に主放電用誘導電圧とは逆極性の誘導電圧を発生し、点火プラグの電極間に印加する電圧を低下させて、火花放電を強制的に終了させる方法がある。
【００１７】
また、副放電用誘導電圧の発生時期は、主火花放電の終了直後に限らず、一定期間経過した後に設定しても良く、混合気の燃焼により発生するイオンが最も多くなる時期に設定することで、失火の検出精度を向上させることができる。
ところで、点火プラグの電極間に火花放電を発生するために必要となる要求電圧は、内燃機関の運転状態（回転速度や機関負荷など）によって変動することが知られている。
そして、請求項１の失火検出装置においては、少なくとも内燃機関の回転速度または機関負荷を含む運転状態に基づき、副放電用誘導電圧が、点火プラグの電極近傍にイオンが存在しない場合の火花放電の発生に必要な第１要求電圧よりも低電圧であり、かつ点火プラグの電極近傍にイオンが存在する場合の火花放電の発生に必要な第２要求電圧よりも高電圧である電圧値となるように、一次電流の副放電用通電時間を設定する副放電用通電時間設定手段を備えている。
つまり、この失火検出装置は、副放電用誘導電圧を、内燃機関の運転状態に応じて、第１要求電圧よりも低電圧であり、かつ第２要求電圧よりも高電圧である電圧値となるように設定することで、正常燃焼時には確実に副火花放電を発生させることができ、失火時には副火花放電が発生しないように、副放電用誘導電圧を適切な値に設定することができる。これにより、請求項１の失火検出装置は、副火花放電の発生有無に基づいて、正常燃焼および失火を確実に区別することができ、失火の検出精度を向上させることができる。
なお、一次電流の通電遮断により二次巻線の両端に発生する誘導電圧は、遮断前の一次電流の通電時間に応じて変化することから、内燃機関の運転状態に応じて、副放電用通電時間を設定することで、副放電用誘導電圧を任意に設定することが可能となる。
ところで、上述（請求項１）の失火検出装置においては、失火判定手段における副火花放電の発生有無の判断方法として、例えば、燃焼室内における点火プラグの電極間を観察可能に設置された光センサを用いて、火花放電が発する光の検出の有無に基づいて副火花放電の発生有無を判定する方法を採ることができる。そして、光を検出した場合には副火花放電が発生したと判断し、光を検出しない場合には副火花放電が発生していないと判断することで、副火花放電の発生有無を判定することができ、失火判定を行うことが可能となる。
【００１８】
しかし、光センサを用いた構成では、光センサの設置スペースをシリンダヘッド等に設ける必要があるため内燃機関の構造が複雑になるという問題があり、また、光センサの設置スペースの加工作業が必要となるため製造コストが高くなるという問題がある。
【００１９】
そこで、上述（請求項１）の失火検出装置は、請求項２に記載のように、点火プラグの電極間に流れる火花放電電流を検出する電流検出手段を備えて、失火判定手段が、電流検出手段により検出される火花放電電流に基づいて副火花放電が発生したか否かを判断して、失火判定を行うように構成すると良い。
【００２０】
つまり、火花放電が発生する場合には点火プラグの電極間に電流（火花放電電流）が継続的に一方向に流れるが、火花放電が発生しない場合には点火プラグの電極間に減衰振動を生じたノイズ電流が流れる。このため、火花放電電流を検出することで、その検出結果に基づいて副火花放電が発生したか否かを判断することができ、失火の判定を行うことが可能となる。
【００２１】
また、点火プラグの電極間に流れる火花放電電流は、点火プラグおよび二次巻線を含んで形成される通電経路（閉ループ）上であれば、どの位置でも検出できるため、シリンダヘッドを加工することなく火花放電電流を検出することが可能となる。
【００２２】
よって、本発明（請求項２）の失火検出装置によれば、内燃機関の構造を複雑化することなく、また製造コストの上昇を抑えつつ、副火花放電の発生有無を判断することができ、失火判定を行うことが可能となる。
なお、電流検出手段は、例えば、抵抗素子を用いて構成することができ、具体的には、点火プラグおよび二次巻線を含んで形成される通電経路に抵抗素子からなる検出用抵抗を直列接続することで、検出用抵抗の両端電圧に基づいて火花放電電流を検出することができる。
【００２３】
しかし、過度に抵抗値の大きい検出用抵抗を設けた場合には、検出用抵抗での電圧降下が大きくなるため、点火プラグの電極間に印加される点火コイルからの主放電用誘導電圧が大きく低下してしまい、点火プラグにて主火花放電を発生させることができなくなる虞がある。
【００２４】
そこで、上述（請求項２）の失火検出装置おいては、請求項３に記載のように、電流検出手段が、火花放電電流が流れる通電経路に直列接続されると共に、主放電用誘導電圧発生時における点火プラグへの印加電圧値が点火プラグの火花放電に要する要求電圧を下回らない抵抗値に設定された検出用抵抗を備えて、検出用抵抗の両端電圧に基づいて火花放電電流を検出するとよい。
【００２５】
このため、検出用抵抗を火花放電電流が流れる通電経路に直列接続し、検出用抵抗を介しての電圧変換値から火花放電電流を検出する構成を図るにあたっても、主放電用誘導電圧発生時における点火プラグへの印加電圧が火花放電に必要となる要求電圧よりも小さくならないため、火花放電を発生可能な電圧値を確保することができる。
【００２６】
よって、本発明（請求項３）の失火検出装置によれば、点火コイルの主放電用誘導電圧印加時に点火プラグの火花放電発生に必要な電圧値が確保され、また、安定した失火検出を継続することができる。
そして、検出用抵抗を備える上述（請求項３）の失火検出装置は、請求項４に記載のように、検出用抵抗が、二次巻線の抵抗値の１００分の１以下の抵抗値となる抵抗素子を用いて構成されていると良い。
【００２７】
このような低い抵抗値の検出用抵抗であれば、主放電用誘導電圧の発生時における検出用抵抗での電圧降下が小さくなり、点火プラグの電極間に印加される電圧の低下割合を小さく抑えることができる。
よって、本発明（請求項４）の失火検出装置によれば、主放電用誘導電圧の発生時における点火プラグの電極間への印加電圧の低下を抑制でき、主火花放電として使用可能なエネルギ量の低下を抑制できる。
【００２８】
ところで、失火した場合であっても、副放電用誘導電圧の印加時に通電経路上に瞬時的にノイズ電流が流れる場合があり、このノイズ電流を火花放電電流として誤検出してしまう虞がある。
ここで、正常燃焼時（着火時）と失火時（点火プラグの電極間において絶縁破壊（ブレイクダウン）しない時）のそれぞれにおいて、二次電圧（波形ａ、縦軸：２［ｋＶ／ｄｉｖ］）、燃焼圧力（波形ｂ、縦軸：０．５［ＭＰａ／ｄｉｖ］）、二次電流（波形ｃ縦軸：０．１［Ａ／ｄｉｖ］）を測定した測定結果を図６に示す。なお、図６では、左側に正常燃焼時の測定結果を、右側に失火時の測定結果を記載しており、また、上段の座標平面（横軸：１［ｍｓ／ｄｉｖ］）に記載した波形における横軸（時間軸）を拡大した波形を下段の座標平面（横軸：０．２［ｍｓ／ｄｉｖ］）に記載している。
【００２９】
そして、図６の右側下段の座標平面に示す波形から、失火時においても二次電流（ノイズ電流）が発生していることが判る。しかし、失火時の二次電流は瞬時的に発生して減衰振動するものであり、正常燃焼時の二次電流は継続して発生していることが判る。なお、図６に示す測定結果においては、燃焼圧力の差異に基づいて正常燃焼であるか失火であるかを判断できる。
【００３０】
そこで、上述（請求項２から請求項４のいずれか）の失火検出装置においては、請求項５に記載のように、火花放電電流の電圧変換値を積分して積分値を検出する積分検出手段と、積分検出手段にて検出した積分値と、失火検出用判定値とを比較する比較手段と、を備え、失火判定手段が、比較手段の比較結果に基づき、積分値が失火検出用判定値以上となる場合に火花放電電流が発生したと判断し、積分値が失火検出用判定値より小さい場合に火花放電電流が発生していないと判断して、失火判定を行うとよい。
【００３１】
つまり、主火花放電の終了後に副火花放電が発生した場合には継続的に一方向に火花放電電流が流れるのに対して、副火花放電が発生しない場合には減衰振動を生じたノイズ電流が流れるものであることから、火花放電電流の積分値は、副火花放電が発生した場合と発生しない場合とで大きく差が生じることになる。このため、火花放電電流の瞬時値を用いて判断する場合よりも、火花放電電流の積分値を用いて判断する場合の方が、副火花放電の発生有無を精度良く判定することができる。
【００３２】
よって、本発明（請求項５）の失火検出装置によれば、副火花放電の発生有無の判定精度を向上させることができるため、失火検知の検出精度を向上させることができる。
なお、ノイズ電流における減衰振動の振動周期は短く、減衰振動するノイズ電流の電流値は高速に変化することになる。そして、図６の右側下段の座標平面に示す失火時の測定結果は、減衰振動するノイズ電流（波形ｃ）を示しており、ノイズ電流が短い周期で正の値および負の値に変動し、一方向に流れていないことが判る。
【００３３】
また、積分検出手段は、例えば、火花放電電流の電流値に応じて充電されるコンデンサを用いて構成できるが、コンデンサの充放電における時定数が大きい場合には、減衰振動の振動周期に追従することができず、ノイズ電流の積分値を適正に検出できない虞がある。
【００３４】
そこで、上述（請求項５）の失火検出装置においては、請求項６に記載のように、積分検出手段が、火花放電電流の電流値に応じて充電されるコンデンサと、コンデンサの放電時の時定数をコンデンサの充電時の時定数よりも小さい値に変更する時定数変更手段を備えるとよい。
【００３５】
このように構成された積分検出手段は、同量の電荷をコンデンサに充電および放電する際のそれぞれの所要時間に関して、放電時の所要時間を充電時の所要時間よりも短縮することができる。このため、減衰振動するノイズ電流が発生した場合には、コンデンサに蓄積される電荷は速やかに放出されることから、コンデンサの両端電圧は低電圧となる。つまり、失火した際に発生する減衰振動のノイズ電流によりコンデンサの両端電圧が不当に高電圧に維持されるのを防ぐことができる。
【００３６】
これに対して、火花放電が発生して火花放電電流が流れる場合には、コンデンサに火花放電電流の電流値に応じた電荷が蓄積されるため、コンデンサの両端電圧は火花放電電流の積分値に応じた高電圧となる。
よって、本発明（請求項６）の失火検出装置によれば、減衰振動するノイズ電流から副火花放電の発生と誤検出するのを防止でき、失火検出の検出精度を向上させることができる。
【００３７】
ところで、本発明の失火検出装置においては、副火花放電の発生の有無を判断するものであるため、主放電用誘導電圧の発生時に流れる火花放電電流を積分検出手段にて検出する場合、主放電用誘導電圧の低下を招く可能性がある。
そこで、上述（請求項５または請求項６）の失火検出装置は、請求項７に記載のように、副放電用誘導電圧の発生時に、積分検出手段を火花放電電流の通電経路に接続する検出経路接続手段を備えるとよい。
【００３８】
つまり、積分検出手段を、常に、火花放電電流の通電経路に接続するのではなく、副放電用誘導電圧の発生時に積分検出手段を火花放電電流の通電経路に接続するように、失火検出装置を構成するのである。これにより、主放電用誘導電圧の発生時に、積分検出手段の影響により点火コイルにて発生した主放電用誘導電圧が低下するのを防止できる。
【００３９】
よって、本発明（請求項７）の失火検出装置によれば、より安定した点火プラグによる点火性能と失火検出を継続することができる。
【００４０】
次に、上述（請求項１から請求項７のいずれか）の失火検出装置においては、請求項８に記載のように、副放電用通電時間設定手段は、一次電流の前記副放電用通電時間を設定するにあたり、内燃機関の回転速度が高回転になるほど、または、内燃機関の機関負荷が高負荷になるほど、前記副放電用通電時間を短く設定する、という構成を採ることができる。
【００４１】
つまり、内燃機関の回転速度が高回転になるほど、第１要求電圧および第２要求電圧は低下するため、副放電用誘導電圧は低い電圧値に設定するとよく、すなわち、高回転になるほど副放電用通電時間は短く設定すると良い。
【００４２】
また、内燃機関の機関負荷が高負荷になるほど、第１要求電圧および第２要求電圧は低下するため、副放電用誘導電圧は低い電圧値に設定するとよく、すなわち、高負荷になるほど副放電用通電時間は短く設定すると良い。
【００４３】
そして、この失火検出装置は、内燃機関の回転速度が高回転になるほど副放電用通電時間を短く設定する、または、内燃機関の機関負荷が高負荷になるほど副放電用通電時間を短く設定することから、内燃機関の運転状態に応じて、失火判定に適した副放電用誘導電圧を発生できる。
【００４４】
よって、本発明（請求項８）の失火検出装置によれば、内燃機関の運転状態に応じて、失火判定に適した副放電用誘導電圧を発生できるため、内燃機関の運転状態の変化に影響されることなく、失火判定の判定精度を向上させることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
まず、内燃機関に備えられる実施例の失火検出装置の構成を表す電気回路図を図１に示す。なお、本実施例では、１気筒分について説明を行うが、本発明は複数の気筒を備える内燃機関についても適用でき、各気筒毎の失火検出装置の基本構成は同様である。
【００４６】
図１に示すように、本実施例の失火検出装置１は、定電圧（例えば電圧１２［Ｖ］）を出力する電源装置１１（以下、バッテリ１１ともいう）と、中心電極２５および接地電極２７を有して内燃機関の気筒に設けられた点火プラグ１３と、一次巻線２１および二次巻線２３を有して放電用誘導電圧を発生する点火コイル１５と、一次巻線２１と直列接続されたｎｐｎ型パワートランジスタから成るイグナイタ１７と、イグナイタ１７を駆動制御するための第１指令信号３７を出力する電子制御装置１９（以下、ＥＣＵ１９ともいう）と、二次巻線２３と直列に接続される検出抵抗３１を備える電流電圧変換回路３０（以下、Ｉ−Ｖ変換回路３０ともいう）と、検出抵抗３１の両端電圧に基づき失火判定を行う失火判定回路３５と、を備えて構成されている。
【００４７】
これらのうち、イグナイタ１７は、点火コイル１５の一次巻線２１への通電・遮断をＥＣＵ１９からの第１指令信号３７に基づいてスイッチング駆動される半導体素子からなるスイッチング素子であり、本実施例の内燃機関に備えられる点火装置はフルトランジスタ型点火装置である。
【００４８】
また、ＥＣＵ１９は、第１指令信号３７の他に検出タイミング信号４０などの指令信号を出力可能に構成されており、また、判定結果信号４６などの外部信号を入力可能に構成されている。
そして、一次巻線２１は、一端が電源装置１１の正極に接続され、他端がイグナイタ１７のコレクタに接続されている。また、二次巻線２３は、一端が検出抵抗３１を介して電源装置１１の負極と同電位のグランドに接続され、他端が点火プラグ１３の中心電極２５に接続されており、二次巻線２３の抵抗値は１５［ｋΩ］である。
【００４９】
また、二次巻線２３と検出抵抗３１との接続点は、失火判定回路３５の入力端子に接続されている。なお、失火判定回路３５の構成については後述する。
さらに、点火プラグ１３において、接地電極２７は、中心電極２５と対向して火花放電を発生させる火花放電ギャップを形成すると共に、電源装置１１の負極と同電位のグランドに接地されており、イグナイタ１７は、ベースがＥＣＵ１９の第１指令信号３７の出力端子に接続され、エミッタが電源装置１１の負極と導電位のグランドに接地されている。
【００５０】
そして、ＥＣＵ１９から出力される第１指令信号３７がローレベル（一般にグランド電位）である場合には、ベース電流１８が流れずイグナイタ１７はオフ状態（遮断状態）となり、イグナイタ１７によって一次巻線２１に電流（一次電流２２）が流れることはない。また、ＥＣＵ１９から出力される第１指令信号３７がハイレベル（一般に、定電圧電源装置が出力する電源電圧Ｖｃ（例えば、５［Ｖ］））である場合には、ベース電流１８が流れてイグナイタ１７はオン状態（通電状態）となり、イグナイタ１７によって一次巻線２１に電流（一次電流２２）が流れる。
【００５１】
このため、第１指令信号３７がハイレベルであり一次巻線２１に一次電流２２が流れている状態で、第１指令信号３７がローレベルになると、イグナイタ１７がオフ状態となり、一次巻線２１への一次電流２２の通電が停止される。すると、点火コイル１５における磁束密度が急激に変化して、二次巻線２３に放電用誘導電圧（点火用高電圧）が発生し、この放電用誘導電圧が点火プラグ１３に印加されることで、点火プラグ１３の電極２５−２７間に火花放電が発生する。
【００５２】
なお、点火コイル１５は、通電中の一次巻線２１の遮断により、二次巻線２３における点火プラグ１３の中心電極２５の側にグランド電位よりも低い負極性の放電用誘導電圧を発生するように構成されており、この放電用誘導電圧の供給により点火プラグの電極２５−２７間に火花放電が発生する。
【００５３】
そして、火花放電に伴い二次巻線２３に流れる二次電流２４（以下、火花放電電流２４ともいう）は、点火プラグ１３の中心電極２５から二次巻線２３，Ｉ−Ｖ変換回路３０（検出抵抗３１）を通り、グランドを介して点火プラグ１３の接地電極２７に流れる。
【００５４】
このとき、Ｉ−Ｖ変換回路３０における検出抵抗３１の両端には、火花放電電流２４の電流値に応じた電圧値が発生し、この電圧値は失火判定回路３５に対して出力される。つまり、Ｉ−Ｖ変換回路３０は、火花放電電流２４の電流値を電圧値に変換して失火判定回路３５に対して出力するよう構成されている。
【００５５】
次に、失火判定回路３５について説明する。
図１に示すように、失火判定回路３５は、検出抵抗３１との接続経路を接続状態あるいは遮断状態に設定する経路接続スイッチ３９と、検出抵抗３１で検出した電圧変換値を積分して積分結果信号４２として出力する積分回路４１と、積分回路４１が出力する積分結果信号４２の電圧と失火検出用判定電圧値Ｖｏとを比較する判定用比較器４３と、を備えて構成されている。
【００５６】
まず、経路接続スイッチ３９は、ＥＣＵ１９からの検出タイミング信号４０に基づき自身の両端を開放状態または短絡状態のいずれかに設定可能に構成されており、短絡状態になることで積分回路４１と検出抵抗３１との接続経路を接続状態に設定し、開放状態になることで積分回路４１と検出抵抗３１との接続経路を遮断状態に設定する。
【００５７】
また、積分回路４１は、コンデンサ４５、第１抵抗４７および第１ダイオード４９を備えて構成されている。なお、コンデンサ４５は、一端がグランドに接続され、他端が第１抵抗４７を介して経路接続スイッチ３９に接続されており、第１ダイオード４９は、アノードがコンデンサ４５と第１抵抗４７との接続点に接続され、カソードが第１抵抗４７と経路接続スイッチ３９との接続点に接続されている。そして、コンデンサ４５は、経路接続スイッチ３９により接続経路が接続状態に設定されると、検出抵抗３１の両端電圧によって充電され、火花放電電流２４の電圧変換値を積分した積分値に応じた電圧値に充電される。この結果、積分回路４１は、コンデンサ４５の両端電圧値を積分結果信号４２として、判定用比較器４３に対して出力する。
【００５８】
なお、コンデンサ４５の充電時には第１抵抗４７を介して充電電流が流れ、コンデンサ４５の放電時には第１ダイオード４９を介して放電電流が流れることから、充電時と放電時とでは電流が流れる経路の抵抗値が異なる値となる。このため、単位時間あたりの電荷の移動量は、充電時よりも放電時の方が多くなり、充電時の時定数は放電時の時定数よりも大きくなる。
【００５９】
そして、判定用比較器４３は、積分回路４１が出力する積分結果信号４２の電圧値（コンデンサ４５の両端電圧値）と、判定基準電源装置５１が出力する失火検出用判定電圧値Ｖｏとをそれぞれ入力するための入力端子を備えており、コンデンサ４５の両端電圧と失火検出用判定電圧値Ｖｏとの比較結果に応じた判定結果信号４６を出力端子からＥＣＵに対して出力する。
【００６０】
つまり、判定用比較器４３は、コンデンサ４５の両端電圧が失火検出用判定電圧値Ｖｏ以上となる場合には、副火花放電が発生したと判断して正常燃焼の判定結果を表すハイレベルの判定結果信号４６をＥＣＵ１９に対して出力し、また、コンデンサ４５の両端電圧が失火検出用判定電圧値Ｖｏより小さくなる場合には、副火花放電が発生していないと判断して失火の判定結果を表すローレベルの判定結果信号４６をＥＣＵ１９に対して出力する。
【００６１】
なお、判定基準電源装置５１が出力する失火検出用判定電圧値Ｖｏは、後述する副火花放電の発生時に流れる副火花放電電流によって充電されるコンデンサ４５の両端電圧よりも低電圧であり、副火花放電が発生しない場合におけるコンデンサ４５の両端電圧よりも高電圧となる電圧値に設定されている。
【００６２】
次に、ＥＣＵ１９において実行される失火検出処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明すると共に、失火検出処理の実行時における失火検出装置１の各部の状態について、図３に示すタイムチャートを用いて説明する。
なお、ＥＣＵ１９は、内燃機関の火花放電発生時期（点火時期）、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に制御するためのものであり、以下に説明する失火検出処理のほかに、別途、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力），回転速度（エンジン回転数）、スロットル開度、冷却水温、吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理等を実行している。
【００６３】
そして、図２に示す失火検出処理は、例えば、内燃機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気，圧縮，燃焼，排気を行う１燃焼サイクルに１回の割合で実行されており、点火制御のための処理も実行している。
【００６４】
なお、図３は、正常燃焼時（着火時）および失火時のそれぞれについて、図１に示す回路図における第１指令信号３７、点火プラグ１３の中心電極２５の電位、検出抵抗３１の一端の電位（火花放電電流）、ＥＣＵ１９が出力する検出タイミング信号４０、積分回路４１が出力する積分結果信号４２、判定用比較器４３が出力する判定結果信号４６、の各状態を表すタイムチャートである。
【００６５】
そして、内燃機関が始動されて失火検出処理が開始されると、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）では、別途実行される運転状態検出処理にて検出された内燃機関の運転状態を読込む処理を行う。なお、Ｓ１１０での処理では、内燃機関のエンジン回転速度と、スロットル開度や吸気管負圧（吸入空気量）等を用いて算出されるエンジン負荷とを含む運転状態を読み込む処理を行う。
【００６６】
次に、Ｓ１２０では、Ｓ１１０で読み込んだ運転状態に基づき、主放電発生時期ｔｓ（所謂、点火時期）、副放電発生時期ｔｒおよび副放電用通電開始時期ｔｑをそれぞれ設定する。そして、Ｓ１２０での処理では、主放電発生時期ｔｓについては、エンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとするマップ若しくは計算式を用いて制御基準値を求め、これを冷却水温，吸気温等に基づき補正する、といった従来から知られている手順で設定される。
【００６７】
また、副放電発生時期ｔｒは、エンジン回転速度とエンジン負荷を含む運転状態に基づいて、予め用意されたマップ若しくは計算式を用いて設定される。なお、このとき用いるマップもしくは計算式は、イオンが最も多く発生する時期に副放電発生時期ｔｒを設定するように構成されている。
【００６８】
さらに、副放電用通電開始時期ｔｑは、副放電発生時期ｔｒを基準として副放電用通電時間Ｔｔだけ早い時期に設定されており、副放電用通電時間Ｔｔは、エンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとするマップ若しくは計算式を用いて設定される。そして、副放電用通電時間Ｔｔを設定するためのマップもしくは計算式は、混合気の燃焼が緩慢に進む運転条件下（低回転低負荷時等）には、副放電用誘導電圧の持続時間を長くする必要があるため、点火コイルへの蓄積エネルギを大きくするべく副放電用通電時間Ｔｔを長く設定するように構成されている。また、副放電用通電時間Ｔｔを設定するためのマップもしくは計算式は、混合気の燃焼が急速に進む運転条件下（高回転高負荷時等）には、副放電用誘導電圧の持続時間は短くてよいことから、点火コイルへの蓄積エネルギを小さくするべく副放電用通電時間Ｔｔを短く設定するように構成されている。
【００６９】
なお、本実施例では、後述する主火花放電が自然終了する時期よりも遅い時期に副放電用通電開始時期ｔｑが設定されるように、副放電用通電時間Ｔｔが設定されている。さらに、副放電用通電時間Ｔｔは、副放電用誘導電圧が、点火プラグ１３の電極近傍にイオンが存在しない場合の火花放電の発生に必要な第１要求電圧よりも低電圧であり、かつ点火プラグ１３の電極近傍にイオンが存在する場合の火花放電の発生に必要な第２要求電圧よりも高電圧である電圧値となる時間に設定される。このため、副放電用通電時間Ｔｔは、後述する主放電用通電時間よりも短い値に設定されることから、副放電用誘導電圧は、主放電用誘導電圧よりも低電圧となる。
【００７０】
次に、Ｓ１３０では、Ｓ１２０にて設定した主放電発生時期ｔｓに基づき、主放電発生時期ｔｓに対して、予め設定された主放電用通電時間だけ早い一次巻線２１の主放電用通電開始時期を求め、主放電用通電開始時期に達した時点（図３に示す時刻ｔ１）で、第１指令信号３７をローレベルからハイレベルに変化させる。なお、主放電用通電時間は、一次巻線２１への通電によって点火コイル１５に蓄積されるエネルギが、内燃機関のあらゆる運転条件下で混合気を燃焼させることができる最大の火花エネルギとなるように、予め設定されている。
【００７１】
そして、Ｓ１３０の処理により、図３に示す時刻ｔ１にて、第１指令信号３７がローレベルからハイレベルに切り換わると、点火コイル１５の一次巻線２１に電流（一次電流２２）が流れ始める。
そして、続くＳ１４０では、クランク角センサからのクランク角検出信号に基づき、Ｓ１２０で設定した主放電発生時期ｔｓに達したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで、主放電発生時期ｔｓになるまで待機する。そして、Ｓ１４０にて、主放電発生時期ｔｓに達したと判断されて肯定判定されると（図３に示す時刻ｔ２）、Ｓ１５０に移行する。
【００７２】
すると、Ｓ１５０では、第１指令信号３７をハイレベルからローレベルに反転させ、この結果、イグナイタ１７がターンオフして一次電流２２が急峻に遮断され、点火コイル１５の磁束密度が急激に変化して二次巻線２３に主放電用誘導電圧（数十［ｋＶ］以上）が発生する。そして、点火プラグ１３の中心電極２５に負極性の主放電用誘導電圧が印加されて、中心電極２５の電位が急峻に低下し、点火プラグ１３の電極２５−２７間に火花放電（主火花放電）が発生して、二次巻線２３に二次電流２４（主火花放電電流）が流れる。
【００７３】
次のＳ１６０では、Ｓ１２０で設定した副放電用通電開始時期ｔｑに達したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで、副放電用通電開始時期ｔｑになるまで待機する。そして、Ｓ１６０にて、副放電用通電開始時期ｔｑに達したと判断されると（図３に示す時刻ｔ３）、Ｓ１７０に移行して、Ｓ１７０では、第１指令信号３７をローレベルからハイレベルに反転する。
【００７４】
そして、Ｓ１７０での処理により第１指令信号３７がハイレベルになると、イグナイタ１７がオン状態となり、一次巻線２１には再び一次電流２２が通電されて、点火コイル１５に対し、副放電用誘導電圧を発生させるためのエネルギの蓄積が開始される。
【００７５】
次のＳ１８０では、予め定められた副放電電流検出開始時期に達したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで、副放電電流検出開始時期になるまで待機する。そして、Ｓ１８０にて、副放電電流検出開始時期に達したと判断されると（図３に示す時刻ｔ４）、Ｓ１９０に移行して、Ｓ１９０では、検出タイミング信号４０をローレベルからハイレベルに反転する。
【００７６】
そして、Ｓ１９０での処理により、検出タイミング信号４０がハイレベルになると、経路接続スイッチ３９は、自身の両端を短絡状態に設定し、積分回路４１と検出抵抗３１との接続経路を接続状態に設定する。これにより、失火判定回路３５は、検出抵抗３１の両端電圧を入力可能となり、検出抵抗３１の両端電圧に基づいて失火判定可能な状態となる。
【００７７】
続くＳ２００では、失火判定回路３５の判定用比較器４３が出力する判定結果信号４６を読み込む処理を開始する。
次のＳ２１０では、Ｓ１２０で設定した副放電発生時期ｔｒに達したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで、副放電発生時期ｔｒになるまで待機する。そして、Ｓ２１０にて、副放電発生時期ｔｒに達したと判断されると（図３に示す時刻ｔ５）、Ｓ２２０に移行して、Ｓ２２０では、第１指令信号３７をハイレベルからローレベルに反転する。
【００７８】
この結果、イグナイタ１７がターンオフして一次電流２２が急峻に遮断されて、点火コイル１５の磁束密度が急激に変化して二次巻線２３に主放電用誘導電圧よりも低電圧の副放電用誘導電圧が発生して、点火プラグ１３の中心電極２５に負極性の副放電用誘導電圧が印加される。この副放電用誘導電圧の印加時に、点火プラグ１３の電極近傍にイオンが存在する場合には、点火プラグ１３の電極２５−２７間に副火花放電が発生して継続的に一方向に火花放電電流が流れ、点火プラグ１３の電極近傍にイオンが存在しない場合には、点火プラグ１３の電極２５−２７間に副火花放電は発生せず、減衰振動を生じたノイズ電流が流れる。
【００７９】
なお、混合気への着火が行われて正常燃焼すると、電離作用により発生するイオンが点火プラグ１３の電極近傍に存在するため、電圧値の低い副放電用誘導電圧であっても火花放電を発生でき、火花放電電流が流れることになる。このことから、正常燃焼時には、図３における着火時（左側）のタイムチャートに示すように、検出抵抗３１の一端の電位は振動することなく正電位の値を示す。このため、積分回路４１が出力する積分結果信号４２は、時間経過に伴い電圧値が上昇して失火検出用判定電圧値Ｖｏを上回ることになり、その結果、判定用比較器４３は、判定結果信号４６をローレベルからハイレベルに切り換えて出力する（図３に示す時刻ｔ６）。なお、このあと、積分結果信号４２の電圧値が失火検出用判定電圧値Ｖｏを下回ると、判定用比較器４３は、判定結果信号４６をハイレベルからローレベルに切り換えて出力する（図３に示す時刻ｔ７）。
【００８０】
また、混合気への着火が行われず失火すると、電離作用によるイオンが発生せず、点火プラグ１３の電極近傍にイオンは存在しないため、副放電用誘導電圧の印加により、図３における失火時（右側）のタイムチャートに示すように、検出抵抗３１の一端の電位は減衰振動する。このため、積分回路４１が出力する積分結果信号４２は、電圧値は僅かしか上昇せず、失火検出用判定電圧値Ｖｏを上回ることはないため、その結果、判定用比較器４３は、ローレベルの判定結果信号４６を継続して出力する。
【００８１】
次のＳ２３０では、Ｓ２１０で肯定判定された時点から、予め定められた副放電持続時間が経過したか否かを判断し、否定判定された場合には、同ステップを繰り返し実行することで、副放電持続時間が経過するまで待機する。そして、Ｓ２３０にて、副放電持続時間が経過したと判断されると（図３に示す時刻ｔ８）、Ｓ２４０に移行する。Ｓ２４０では、Ｓ２００で判定結果信号４６の読み込みを開始した時点からＳ２３０で肯定判定される時点までの検出期間内において、判定結果信号４６が一度でもハイレベルとなっている場合には正常燃焼（着火）と判定し、判定結果信号４６が一度もハイレベルとなっていない場合には失火と判定する。
【００８２】
続くＳ２５０では、検出タイミング信号４０をハイレベルからローレベルに反転する処理を行う。この結果、経路接続スイッチ３９は、自身の両端を開放状態に設定し、積分回路４１と検出抵抗３１との接続経路を遮断状態に設定する。なお、Ｓ２４０での処理に要する時間は極めて短く、Ｓ２３０で肯定判定される時期とＳ２５０の処理実行時期とは略同時期と見なすことができるため、図３に示すように、時刻ｔ８において検出タイミング信号４０の状態変化処理（Ｓ２５０での処理）が行われる。
【００８３】
そして、Ｓ２５０における処理が終了すると、本失火検出処理が終了する。
なお、上記実施例においては、ＥＣＵ１９で実行される失火検出処理のＳ１６０，Ｓ１７０，Ｓ２１０，Ｓ２２０およびイグナイタ１７が、特許請求の範囲における副放電用電圧発生手段に相当し、ＥＣＵ１９で実行される失火検出処理のＳ２４０、Ｉ−Ｖ変換回路３０および失火判定回路３５が失火判定手段に相当し、Ｉ−Ｖ変換回路３０が電流検出手段に相当し、検出抵抗３１が検出用抵抗に相当し、積分回路４１が積分検出手段に相当し、判定用比較器４３が比較手段に相当し、判定基準電源装置５１が出力する失火検出用判定電圧値Ｖｏが失火検出用判定値に相当し、第１抵抗４７および第１ダイオード４９が時定数変更手段に相当し、経路接続スイッチ３９が検出経路接続手段に相当し、ＥＣＵ１９で実行される失火検出処理のＳ１２０が副放電用通電時間設定手段に相当する。
【００８４】
以上説明したように、実施例の失火検出装置１においては、ＥＣＵ１９の指令によるイグナイタ１７のスイッチング駆動により、二次巻線２３に発生した主放電用誘導電圧を点火プラグ１３に印加して、電極２５−２７間に主火花放電を発生させて混合気への着火を行っている。そして、その後、副放電用通電時間Ｔｔにわたり一次電流２２の再通電を行い、副放電発生時期ｔｒにおいて二次巻線２３に副放電用誘導電圧を発生し、副放電用誘導電圧を点火プラグ１３の電極間に印加して、副火花放電が発生するか否かに基づいて失火判定を行うよう構成されている。
【００８５】
このため、失火判定のために点火プラグ１３の電極間に印加する失火判定用印加電圧を発生するためのエネルギを、主放電用誘導電圧を用いて蓄積する必要が無くなり、失火判定用印加電圧の生成に伴う点火プラグの点火性能の悪化を抑えることができる。また、失火を検出するにあたり、主放電用誘導電圧から失火判定用印加電圧を生成するための電子部品を別途に設ける必要が無く、装置自体の耐久信頼性の向上を図ることができる。
【００８６】
また、第１要求電圧よりも低電圧であり、かつ第２要求電圧よりも高電圧である電圧値に設定された副放電用誘導電圧を印加して、火花放電（副火花放電）が発生するか否かを検出していることから、その検出結果（副火花放電の有無）に基づいて正常燃焼であるかあるいは失火であるのかを判定することができる。
【００８７】
なお、本実施例では、内燃機関の運転状態に応じて、イオンが最も多く発生する時期に副放電発生時期ｔｒが設定されることから、内燃機関の運転状態が変化した場合でも、失火判定の判定精度が低下するのを防止できる。具体的に副放電発生時期ｔｒの設定時期としては、クランク角が上死点（０°ＣＡ）に達してから上死点後３０°ＣＡまでの期間に設定することが好ましく、クランク角が上死点（０°ＣＡ）に達してから上死点後１４°ＣＡまでの期間に設定することがより好ましい。
【００８８】
また、本実施例の失火検出装置１は、火花放電電流の通電経路上に直列接続された検出抵抗３１を用いて火花放電電流を検出し、検出した火花放電電流の電圧変換値の積分値に基づいて失火判定を行っている。このため、副火花放電の発生有無を判定するための光センサをエンジン本体（シリンダヘッドなど）に備える必要が無い。
【００８９】
したがって、本実施例の失火検出装置１を用いることで、副火花放電の発生有無を判断した判断結果に基づいて失火判定を行うにあたり、内燃機関の構造を複雑化することがなくなり、また内燃機関の製造コストの上昇を抑制できる。
また、検出抵抗３１は、抵抗値が５０［Ω］であり、二次巻線２３の抵抗値（１５［ｋΩ］）に対して、１００分の１以下の抵抗値となっている。このような低い抵抗値の検出抵抗３１を用いることで、主放電用誘導電圧の発生時における検出抵抗３１での電圧降下が小さくなり、点火プラグ１３の電極間に印加される電圧の低下割合を小さく抑えることができる。
【００９０】
このことから、本実施例の失火検出装置１によれば、主放電用誘導電圧の発生時において、主火花放電として使用可能なエネルギ量の低下を抑制できるため、混合気への着火性が劣化するのを防止することができる。
そして、失火判定回路３５では、検出抵抗３１で検出された副火花放電電流の電圧変換値の積分値を積分回路４１に蓄積し、積分値に応じた電圧値となる積分結果信号４２と失火検出用判定電圧値Ｖｏとを比較判定する判定用比較器４３が、判定結果に応じた判定結果信号４６を出力している。つまり、失火判定回路３５では、副火花放電電流の瞬時値ではなく積分値に基づいて失火判定を行うことから、失火時に、副放電用誘導電圧の印加に伴い減衰振動を生じたノイズ電流が発生しても、副火花放電の発生有無の判定精度を向上でき、失火検知の検出精度を向上させることができる。
【００９１】
そして、ＥＣＵ１９で実行される失火検出処理のＳ１２０では、運転状態に基づき、副放電用誘導電圧が、第１要求電圧よりも低電圧であり、第２要求電圧よりも高電圧である電圧値となるように、一次電流の副放電用通電時間Ｔｔを設定している。このため、正常燃焼時には確実に副火花放電を発生させることができ、失火時には副火花放電が発生しないように、副放電用誘導電圧を適切な値に設定することができる。
【００９２】
よって、本実施例の失火検出装置１によれば、内燃機関の運転状態に応じて、失火判定に適した副放電用誘導電圧を発生できるため、内燃機関の運転状態の変化に影響されることなく失火判定を行うことができ、失火判定の判定精度を向上させることができる。
【００９３】
さらに、本実施例の失火検出装置１では、副放電用誘導電圧として要求される電圧値が低く、副放電用通電時間が短い時間に設定されるため、副放電用通電時間におけるイグナイタ１７や一次巻線２１の発熱量を抑えることができ、一次電流の通電に伴い発生する熱により各種回路が故障するのを防止できる。
【００９４】
ここで、本実施例の失火検出装置を用いて、正常燃焼時および失火時のそれぞれについて判定結果信号４６の状態変化を測定した測定結果を図５に示す。
なお、図５では、左側に正常燃焼時（着火時）の測定結果を、右側に失火時の測定結果を記載しており、また、上段の座標平面（横軸：０．５［ｍｓ／ｄｉｖ］）に記載した波形における横軸（時間軸）を拡大した波形を下段の座標平面（横軸：０．１［ｍｓ／ｄｉｖ］）に記載している。そして、図５では、火花放電電流（波形ａ、縦軸：４０［ｍＡ／ｄｉｖ］）、積分回路４１が出力する積分結果信号４２（波形ｂ、縦軸：１［Ｖ／ｄｉｖ］）、ＥＣＵ１９が出力する検出タイミング信号４０（波形ｃ、縦軸：５［Ｖ／ｄｉｖ］）、判定用比較器４３が出力する判定結果信号４６（波形ｄ、縦軸：５［Ｖ／ｄｉｖ］）、の各状態の測定結果を表している。なお、火花放電電流は、検出抵抗３１の両端電圧に比例した値となることから、検出抵抗３１の一端の電位に基づき検出することができる。
【００９５】
図５に示す下段の拡大図によれば、副放電用誘導電圧発生時（座標平面の略中央部分）における火花放電電流の波形（波形ａ）の最大振幅は、正常燃焼時と失火時とではほとんど差はないことが判る。なお、着火時の火花放電電流の波形（波形ａ）については、ブレイクダウン（絶縁破壊）しており、また、失火時の火花放電電流の波形（波形ａ）については、減衰振動している。
【００９６】
これに対して、積分結果信号４２の波形（波形ｂ）の最大振幅については、正常燃焼時と失火時とで明らかに差が生じていることが判る。そして、正常燃焼時には、判定結果信号４６（波形ｄ）がハイレベル（パルス有り）となっており、失火時には、判定結果信号４６（波形ｄ）がローレベル（パルス無し）となっている。
【００９７】
よって、図５に示す測定結果から、本実施例の失火検出装置は、減衰振動が発生する場合であっても、正常燃焼であるか失火であるかを適切に判定できることが判る。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【００９８】
例えば、Ｉ−Ｖ変換回路３０は、抵抗素子を備える構成に限らず、図４に示すようにオペアンプ６９を有する第２Ｉ−Ｖ変換回路５３を用いて失火検出装置を構成しても良い。なお、第２Ｉ−Ｖ変換回路５３は、第１入力端子５５が二次巻線２３（図１参照）に接続され、第２入力端子５７がグランド（図１参照）に接続され、電圧出力端子５９が失火判定回路３５（図１参照）に接続されている。
【００９９】
そして、第２Ｉ−Ｖ変換回路５３は、アノードが第１入力端子５５に接続され、カソードが第２入力端子５７に接続される第２ダイオード６１と、アノードが第２入力端子５７に接続され、カソードが第１入力端子５５に接続されて、第２ダイオード６１に並列接続される第３ダイオード６３とを備えている。また、オペアンプ６９は、反転入力端子−が第２ダイオード６１のアノードに接続され、反転入力端子−と出力端子とが第２抵抗６５を介して接続され、非反転入力端子＋が第３抵抗６７を介してグランドに接続され、出力端子が電圧出力端子５９に接続されている。
【０１００】
このように構成された第２Ｉ−Ｖ変換回路５３においては、二次巻線２３から第２ダイオード６１に流れる火花放電電流２４と同等の電流が第２抵抗６５に流れる。このことから、第２Ｉ−Ｖ変換回路５３は、火花放電電流２４の電流値Ｉと第２抵抗６５の抵抗値Ｒとの乗算して得られる電圧値Ｖ（＝Ｉ×Ｒ）を電圧出力端子５９から出力する。そして、電圧値Ｖは電流値Ｉに比例した値となることから、第２Ｉ−Ｖ変換回路５３は、火花放電電流２４（副火花放電電流）の電流値を電圧値に変換して失火判定回路３５に対して出力するよう動作する。
【０１０１】
よって、Ｉ−Ｖ変換回路３０に代えて第２Ｉ−Ｖ変換回路５３を備えて構成した失火検出装置についても、副火花放電電流の検出結果に基づき副火花放電の発生有無を判定し、その判定結果に基づいて適切に失火判定を行うことが出来る。
また、上記実施例では、主火花放電を自然終了させているが、強制的に終了させる構成としてもよい。つまり、一次巻線２１への再通電を行うことで二次巻線２３に主放電用誘導電圧とは逆極性の誘導電圧を発生し、点火プラグ１３の電極間に印加する電圧を低下させて、火花放電を強制的に終了させるのである。なお、一次巻線２１の再通電は、主火花放電の強制遮断時期にイグナイタ１７をＯＮ状態にすることで実現でき、あるいは、一次巻線２１に対してサイリスタを並列接続して、主火花放電の強制遮断時期にサイリスタをＯＮ状態に駆動制御することで実現できる。
【０１０２】
また、判定基準電源装置５１は、固定電圧を出力する電源装置に限らず、出力電圧値を変更可能な電源装置を用いて構成してもよい。この場合には、失火検出用判定電圧値Ｖｏを内燃機関の運転状態に応じて失火判定に適した値に設定することで、失火判定の判定精度を向上させることができる。
【０１０３】
さらに、イグナイタ１７は、ｎｐｎ型パワートランジスタ（バイポーラトランジスタ）に限らず、ＦＥＴやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）などのスイッチング素子を用いて構成してもよく、一次巻線への通電・遮断を切替制御可能に構成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内燃機関に備えられる実施例の失火検出装置の構成を表す電気回路図である。
【図２】 電子制御装置（ＥＣＵ）において実行される失火検出処理の処理内容を表すフローチャートである。
【図３】 失火検出処理の実行時における失火検出装置の各部の状態を表すタイムチャートである。
【図４】 オペアンプを有する第２Ｉ−Ｖ変換回路の電気回路図である。
【図５】 実施例の失火検出装置を用いて、正常燃焼時および失火時のそれぞれについて判定結果信号の状態変化を測定した測定結果である。
【図６】 正常燃焼時（着火時）と失火時のそれぞれにおいて、二次電圧、燃焼圧力、二次電流を測定した測定結果である。
【符号の説明】
１…失火検出装置、１１…電源装置（バッテリ）、１３…点火プラグ、１５…点火コイル、１７…イグナイタ、１９…電子制御装置（ＥＣＵ）、２１…一次巻線、２３…二次巻線、２５…中心電極、２７…接地電極、３０…電流電圧変換回路（Ｉ−Ｖ変換回路）、３１…検出抵抗、３５…失火判定回路、３９…経路接続スイッチ、４１…積分回路、４３…判定用比較器、４５…コンデンサ、４７…第１抵抗、４９…第１ダイオード、５１…判定基準電源装置、５３…第２Ｉ−Ｖ変換回路、６９…オペアンプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a misfire detection device for detecting misfire in an internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by spark discharge generated in a spark plug.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an internal combustion engine used for an automobile engine or the like, an internal combustion engine configured to ignite an air-fuel mixture by spark discharge generated between electrodes of a spark plug is known.
[0003]
However, when spark discharge does not occur normally at the spark plug, the air-fuel mixture is not ignited and misfire occurs, so the internal combustion engine cannot be operated normally. Even if spark discharge occurs, if the mixture is not normally ignited, misfire occurs and the internal combustion engine cannot be operated normally.
[0004]
Therefore, in order to operate the internal combustion engine normally, it is desirable to detect misfire early and set control parameters such as ignition timing and air-fuel ratio to values that suppress misfire.
As a method for detecting misfire, for example, a method using an ionic current is known. In other words, in the internal combustion engine, when the air-fuel mixture burns due to spark discharge by the spark plug, ions are generated along with the combustion, so when a voltage is applied between the spark plug electrodes after spark discharge of the spark plug , An ionic current flows. For this reason, since the amount of generated ions is different between the case of normal combustion and the case of misfire, misfire can be detected by detecting this ion current and performing analysis processing.
[0005]
As a misfire detection device using an ionic current, a capacitor is charged to a constant voltage by a spark discharge current (secondary current) generated when a spark discharge is generated by a spark plug (main discharge is generated). A configuration in which a voltage is applied between electrodes of a spark plug by discharging a capacitor and an ionic current flowing at this time is detected is the mainstream (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-191465). Moreover, as such a misfire detection device, there is a misfire detection device having a configuration in which a zener diode is provided in parallel with the capacitor to prevent the capacitor from being destroyed by overcharging, and the voltage across the capacitor is limited to a constant voltage. .
[0006]
As described above, in the misfire detection device using the capacitor as a power source for generating an ionic current, it can be determined that the combustion is normal when the ionic current flows, and can be determined as the misfire when the ionic current does not flow.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the voltage required to generate the ionic current is as high as several hundreds [V], a high breakdown voltage (withstand voltage of several hundreds [V] or more) is used as a capacitor provided in the misfire detection device using the ionic current. It is desirable to use those. Further, the high voltage for ignition for generating a spark discharge by the spark plug is a very high voltage of several tens [kV] or more, and the spark discharge current flowing during the spark discharge is a large current. For this reason, it is desirable to use a Zener diode that can withstand a relatively large electric power (zener voltage × spark discharge current) of several tens [W] generated instantaneously.
[0008]
However, the conventional misfire detection device using an ionic current is configured to store a charge in a capacitor using a part of the spark discharge current and generate an applied voltage for misfire determination. If excessive charge is stored in order to increase the spark discharge current, the spark discharge current is reduced accordingly, and the ignition performance by the spark plug may be deteriorated. For this reason, in a misfire detection device used in a severe environment in which a capacitor with an excessively high breakdown voltage (withstand voltage of several hundred [V] or more) cannot be used and a high voltage is applied and a large current flows. It is difficult to say that the capacitor and the Zener diode are easily damaged and have excellent durability and reliability.
[0009]
The present invention has been made in view of such problems, and in detecting misfire in an internal combustion engine, the misfire detection with high endurance reliability is achieved by avoiding the use of the main discharge voltage to generate the misfire determination applied voltage. An object is to provide an apparatus.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 has a primary winding and a secondary winding, and generates an induced voltage in the secondary winding by interrupting the primary current flowing in the primary winding. An ignition coil that forms a closed loop together with the secondary winding, and energizes the primary winding of the ignition coil over the main discharge energization time, and shuts off the primary current that flows through the primary winding at the ignition timing. By applying the main discharge induction voltage generated in the secondary winding to the spark plug, the spark plug is caused to generate a main spark discharge to ignite the air-fuel mixture. A misfire detection device that detects a misfire that occurs.After the main spark discharge is completed, the primary winding is energized for a sub-discharge energization time shorter than the main discharge energization time, and the primary current flowing through the primary winding is By shutting off, the main discharge A sub-spark discharge is generated in the spark plug by the sub-discharge voltage generating means for generating a sub-discharge inductive voltage in the secondary winding that is lower than the induced voltage and the sub-discharge inductive voltage applied to the spark plug. A misfire determination means for determining that the combustion is normal combustion, and for determining if a secondary spark discharge does not occur.Based on the operating state including at least the rotational speed of the internal combustion engine or the engine load, the auxiliary discharge induction voltage is lower than the first required voltage required for generating spark discharge when ions are not present in the vicinity of the spark plug electrode. The sub-discharge energization time of the primary current is set to a voltage value that is higher than the second required voltage required for the occurrence of spark discharge when ions are present in the vicinity of the spark plug electrode. And a sub-discharge energization time setting means for setting.
[0011]
That is, this misfire detection device generates an auxiliary discharge induced voltage in the secondary winding by re-energizing the primary winding after the main spark discharge is completed in one combustion cycle, and this secondary discharge is generated. The induced voltage is used as a misfire determination applied voltage applied between the electrodes of the spark plug for misfire determination.
[0012]
For this reason, it is not necessary to store the energy for generating the misfire determination application voltage using the main discharge induction voltage, and the deterioration of the ignition performance of the spark plug accompanying the generation of the misfire determination application voltage can be suppressed. it can. Further, when detecting misfire, there is no need to separately provide an electronic component for generating a misfire determination applied voltage from the main discharge induced voltage, and the durability reliability of the apparatus itself can be improved.
[0013]
On the other hand, when the air-fuel mixture is ignited and normally combusted, ions are generated due to the ionization action, so that ions are present near the electrode of the spark plug, and the required voltage required for generating the spark discharge decreases. For this reason, when normal combustion is performed, a spark discharge can be generated between the electrodes of the spark plug even when a sub discharge induction voltage lower than the main discharge induction voltage is applied.
[0014]
On the contrary, if the mixture is not ignited and misfired, no ions are generated and no ions are present in the vicinity of the electrode of the spark plug, so that the required voltage required for generating the spark discharge does not decrease. For this reason, when a sub discharge induction voltage lower than the main discharge induction voltage is applied when a misfire occurs, a spark discharge cannot be generated between the electrodes of the spark plug.
[0015]
From these, after the main spark discharge is completed, it is detected whether or not a spark discharge is generated when an auxiliary discharge induction voltage is applied between the electrodes of the spark plug, and normal combustion is performed based on the detection result. Or misfire can be determined.
[0016]
Therefore, according to the present invention (Claim 1), there is no need to use the main discharge induction voltage for generating the misfire determination applied voltage for detecting misfire, and the misfire detection apparatus having excellent durability and reliability is provided. Can be realized.
Note that when the main spark discharge ends, the main discharge induced voltage decreases with the consumption of energy stored in the ignition coil and the spark discharge ends, or the spark discharge is forcibly cut off. There may be a forced termination that ends. For example, the spark discharge is forcibly terminated by, for example, re-energizing the primary winding to generate an induced voltage having a polarity opposite to that of the main discharge in the secondary winding, and between the spark plug electrodes. There is a method of forcibly terminating the spark discharge by reducing the applied voltage.
[0017]
In addition, the generation time of the induced voltage for the sub-discharge is not limited to immediately after the end of the main spark discharge, but may be set after a certain period of time, and should be set to the time when the number of ions generated by the combustion of the air-fuel mixture is greatest. Thus, the misfire detection accuracy can be improved.
By the way, it is known that the required voltage required for generating a spark discharge between the electrodes of the spark plug varies depending on the operating state (rotational speed, engine load, etc.) of the internal combustion engine.
In the misfire detection device according to claim 1, the induced voltage for secondary discharge is based on the operating state including at least the rotational speed of the internal combustion engine or the engine load, and the spark discharge when no ions are present in the vicinity of the electrode of the spark plug. The voltage value is lower than the first required voltage required for generation and higher than the second required voltage required for generation of spark discharge when ions are present in the vicinity of the electrode of the spark plug. In addition, sub-discharge energization time setting means for setting the sub-discharge energization time of the primary current is provided.
That is, in this misfire detection device, the induced voltage for sub-discharge has a voltage value that is lower than the first required voltage and higher than the second required voltage, depending on the operating state of the internal combustion engine. By setting in this way, the sub-spark discharge can be surely generated at the time of normal combustion, and the sub-discharge induction voltage can be set to an appropriate value so that the sub-spark discharge is not generated at the time of misfire. Thus, the misfire detection device according to claim 1 can reliably distinguish between normal combustion and misfire based on whether or not the sub-spark discharge is generated, and can improve the misfire detection accuracy.
The induced voltage generated at both ends of the secondary winding due to the interruption of the primary current energization changes according to the energization time of the primary current before the interruption, so the sub-discharge energization depends on the operating state of the internal combustion engine. By setting the time, it is possible to arbitrarily set the sub-discharge induced voltage.
By the way, in the misfire detection apparatus of the above (Claim 1), as a method for determining whether or not the sub-spark discharge is generated in the misfire determination means, for example, an optical sensor installed so as to be able to observe the electrodes of the spark plug in the combustion chamber is used. It is possible to use a method of determining whether or not the sub-spark discharge is generated based on whether or not the light emitted by the spark discharge is detected. Then, when light is detected, it is determined that a sub-spark discharge has occurred, and when light is not detected, it is determined that a sub-spark discharge has not occurred, thereby determining whether a sub-spark discharge has occurred. This makes it possible to make a misfire determination.
[0018]
However, in the configuration using the optical sensor, there is a problem that the structure of the internal combustion engine becomes complicated because the installation space for the optical sensor needs to be provided in the cylinder head or the like, and the processing work for the installation space for the optical sensor is necessary. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost becomes high.
[0019]
Therefore, the misfire detection device of the above (Claim 1) includes a current detection means for detecting a spark discharge current flowing between the electrodes of the spark plug as described in Claim 2, and the misfire determination means includes a current detection means. It may be configured to make a misfire determination by determining whether or not a sub-spark discharge has occurred based on the spark discharge current detected by the means.
[0020]
In other words, when a spark discharge occurs, a current (spark discharge current) continuously flows in one direction between the electrodes of the spark plug, but when no spark discharge occurs, a damped oscillation occurs between the electrodes of the spark plug. Noise current flows. Therefore, by detecting the spark discharge current, it is possible to determine whether or not a sub-spark discharge has occurred based on the detection result, and it is possible to determine misfire.
[0021]
Since the spark discharge current flowing between the electrodes of the spark plug can be detected at any position on the energization path (closed loop) formed including the spark plug and the secondary winding, the cylinder head must be processed. Therefore, it is possible to detect the spark discharge current.
[0022]
Therefore, according to the misfire detection device of the present invention (Claim 2), it is possible to determine whether or not a secondary spark discharge has occurred without complicating the structure of the internal combustion engine and suppressing an increase in manufacturing cost. It becomes possible to perform misfire determination.
The current detection means can be configured using, for example, a resistance element. Specifically, a detection resistor composed of a resistance element is connected in series to an energization path formed including a spark plug and a secondary winding. By connecting, the spark discharge current can be detected based on the voltage across the detection resistor.
[0023]
However, when a detection resistor having an excessively large resistance value is provided, the voltage drop at the detection resistor becomes large, so that the induced voltage for main discharge from the ignition coil applied between the electrodes of the spark plug is large. The main spark discharge may not be generated by the spark plug.
[0024]
Therefore, in the misfire detection device described above (claim 2), as described in claim 3, the current detection means is connected in series to the energization path through which the spark discharge current flows and the main discharge induced voltage is generated. When the spark discharge current is detected on the basis of the voltage across the detection resistor, the detection resistor is set to a resistance value that is set so that the applied voltage value to the spark plug does not fall below the required voltage required for spark discharge of the spark plug. Good.
[0025]
For this reason, when the detection resistor is connected in series to the energization path through which the spark discharge current flows and the spark discharge current is detected from the voltage conversion value via the detection resistor, Since the voltage applied to the spark plug does not become lower than the required voltage required for spark discharge, a voltage value capable of generating spark discharge can be ensured.
[0026]
Therefore, according to the misfire detection device of the present invention (Claim 3), a voltage value necessary for generating spark discharge of the spark plug is secured when the main discharge induction voltage is applied to the ignition coil, and stable misfire detection is continued. can do.
And the misfire detection apparatus of the above-mentioned (Claim 3) provided with the resistance for a detection, as described in Claim 4, the resistance for a detection is a resistance value below 1/100 of the resistance value of a secondary winding. It is preferable to use a resistor element.
[0027]
With such a low-resistance detection resistor, the voltage drop at the detection resistor when the main discharge induction voltage is generated is small, and the rate of decrease in the voltage applied between the electrodes of the spark plug is kept small. be able to.
Therefore, according to the misfire detection device of the present invention (Claim 4), a decrease in the voltage applied between the electrodes of the spark plug when the main discharge induction voltage is generated can be suppressed, and the amount of energy that can be used as the main spark discharge Can be suppressed.
[0028]
By the way, even in the case of misfire, a noise current may instantaneously flow on the energization path when the sub-discharge induction voltage is applied, and this noise current may be erroneously detected as a spark discharge current.
Here, the secondary voltage (waveform a, vertical axis: 2 [kV / div]) at each time of normal combustion (ignition) and misfire (when no breakdown (breakdown) occurs between the electrodes of the spark plug) FIG. 6 shows the measurement results obtained by measuring the combustion pressure (waveform b, vertical axis: 0.5 [MPa / div]) and secondary current (waveform c vertical axis: 0.1 [A / div]). In FIG. 6, the measurement result at the time of normal combustion is shown on the left side, the measurement result at the time of misfire is shown on the right side, and the waveform shown on the upper coordinate plane (horizontal axis: 1 [ms / div]) A waveform obtained by enlarging the horizontal axis (time axis) is shown in the lower coordinate plane (horizontal axis: 0.2 [ms / div]).
[0029]
Then, it can be seen from the waveform shown in the lower right coordinate plane of FIG. 6 that a secondary current (noise current) is generated even during a misfire. However, it can be seen that the secondary current at the time of misfire is instantaneously generated and damped, and the secondary current at the time of normal combustion is continuously generated. In addition, in the measurement result shown in FIG. 6, it can be judged whether it is normal combustion or misfire based on the difference in combustion pressure.
[0030]
Therefore, in the misfire detection device described above (any one of claims 2 to 4), as described in claim 5, the integral detection means for integrating the voltage conversion value of the spark discharge current and detecting the integral value. And a comparison means for comparing the integral value detected by the integral detection means with the determination value for misfire detection, and the misfire determination means is based on the comparison result of the comparison means, and the integral value is the determination value for misfire detection. It is determined that the spark discharge current has occurred when the above is true, and it is good to determine that the spark discharge current has not occurred when the integral value is smaller than the misfire detection determination value, and perform the misfire determination.
[0031]
In other words, if a secondary spark discharge occurs after the main spark discharge ends, a spark discharge current flows continuously in one direction, whereas if a secondary spark discharge does not occur, a noise current that causes a damped oscillation is generated. Since the electric current flows, the integral value of the spark discharge current greatly differs between when the secondary spark discharge occurs and when it does not occur. For this reason, it is possible to accurately determine whether or not the sub-spark discharge has occurred in the case where the determination is made using the integral value of the spark discharge current rather than the case where the determination is made using the instantaneous value of the spark discharge current.
[0032]
Therefore, according to the misfire detection device of the present invention (Claim 5), it is possible to improve the accuracy of determining whether or not a sub-spark discharge has occurred, and thus it is possible to improve the detection accuracy of misfire detection.
Note that the vibration period of the damped vibration in the noise current is short, and the current value of the damped vibration noise current changes at high speed. And the measurement result at the time of misfiring shown in the lower right coordinate plane of FIG. 6 shows a noise current (waveform c) that oscillates damped, and the noise current fluctuates to a positive value and a negative value in a short cycle, It turns out that it is not flowing in one direction.
[0033]
Further, the integral detection means can be configured using, for example, a capacitor that is charged according to the current value of the spark discharge current. However, when the time constant for charging and discharging the capacitor is large, the integral detection means follows the vibration period of the damped vibration. The integrated value of the noise current may not be detected properly.
[0034]
Therefore, in the misfire detection device described above (claim 5), as described in claim 6, the integral detection means includes a capacitor charged according to the current value of the spark discharge current, and a time when the capacitor is discharged. It is preferable to provide time constant changing means for changing the constant to a value smaller than the time constant at the time of charging the capacitor.
[0035]
The integral detection means configured in this way can shorten the time required for discharging compared to the time required for charging with respect to the respective required times for charging and discharging the same amount of charge to and from the capacitor. For this reason, when a noise current that oscillates damped is generated, the electric charge accumulated in the capacitor is quickly released, so that the voltage across the capacitor becomes a low voltage. That is, it is possible to prevent the voltage between both ends of the capacitor from being unduly maintained at a high voltage due to the noise current of the damped vibration generated when a misfire occurs.
[0036]
On the other hand, when a spark discharge occurs and a spark discharge current flows, a charge corresponding to the current value of the spark discharge current is accumulated in the capacitor, so that the voltage across the capacitor becomes an integral value of the spark discharge current. The corresponding high voltage.
Therefore, according to the misfire detection device of the present invention (Claim 6), it is possible to prevent erroneous detection of the occurrence of a sub-spark discharge from a noise current that oscillates and to improve the detection accuracy of misfire detection.
[0037]
By the way, in the misfire detection device of the present invention, since it is used to determine whether or not a sub-spark discharge has occurred, when the integral discharge means detects the spark discharge current that flows when the main discharge induction voltage is generated, This may lead to a decrease in the induction voltage.
Therefore, the misfire detection device of the above (Claim 5 or Claim 6), as described in
[0038]
In other words, the integral detection means is not always connected to the spark discharge current energization path, but the misfire detection device is connected so that the integral detection means is connected to the spark discharge current energization path when the auxiliary discharge induction voltage is generated. Make up. As a result, when the main discharge induction voltage is generated, it is possible to prevent the main discharge induction voltage generated in the ignition coil from being lowered due to the influence of the integral detection means.
[0039]
Therefore, according to the misfire detection device of the present invention (claim 7), more stable ignition performance and misfire detection by the spark plug.Can continue.
[0040]
Next, in the misfire detection device described above (any one of claims 1 to 7), as described in claim 8, the sub-discharge energization time setting means includes the primary current energization time for the sub-discharge. Is set such that the sub-discharge energization time is set shorter as the rotational speed of the internal combustion engine becomes higher or the engine load of the internal combustion engine becomes higher.
[0041]
That is, the first required voltage and the second required voltage decrease as the rotational speed of the internal combustion engine increases. Therefore, the sub-discharge induction voltage may be set to a lower voltage value, that is, as the engine speed increases, the sub-discharge induction voltage is increased. The energization time should be set short.
[0042]
Further, since the first required voltage and the second required voltage decrease as the engine load of the internal combustion engine becomes higher, the auxiliary discharge induction voltage may be set to a lower voltage value, that is, as the load becomes higher, the auxiliary discharge use voltage. The energization time should be set short.
[0043]
The misfire detection device sets the energizing time for sub-discharge shorter as the rotational speed of the internal combustion engine becomes higher, or sets the energizing time for sub-discharge shorter as the engine load of the internal combustion engine becomes higher. Therefore, an auxiliary discharge induction voltage suitable for misfire determination can be generated according to the operating state of the internal combustion engine.
[0044]
Therefore, according to the misfire detection device of the present invention (claim 8), the induced voltage for sub-discharge suitable for the misfire determination can be generated according to the operating state of the internal combustion engine, which affects the change in the operating state of the internal combustion engine. Without being done, the determination accuracy of misfire determination can be improved.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, FIG. 1 shows an electric circuit diagram showing the configuration of a misfire detection device of an embodiment provided in an internal combustion engine. Although the present embodiment will be described for one cylinder, the present invention can also be applied to an internal combustion engine having a plurality of cylinders, and the basic configuration of the misfire detection device for each cylinder is the same.
[0046]
As shown in FIG. 1, the misfire detection device 1 of the present embodiment includes a power supply device 11 (hereinafter also referred to as a battery 11) that outputs a constant voltage (for example, voltage 12 [V]), a
[0047]
Among these, the
[0048]
The
The primary winding 21 has one end connected to the positive electrode of the
[0049]
The connection point between the secondary winding 23 and the detection resistor 31 is connected to the input terminal of the
Further, in the
[0050]
When the
[0051]
For this reason, when the
[0052]
The
[0053]
A secondary current 24 (hereinafter also referred to as a spark discharge current 24) flowing through the secondary winding 23 due to the spark discharge is transferred from the
[0054]
At this time, a voltage value corresponding to the current value of the spark discharge current 24 is generated at both ends of the detection resistor 31 in the
[0055]
Next, the
As shown in FIG. 1, the
[0056]
First, the
[0057]
The integration circuit 41 includes a
[0058]
A charging current flows through the first resistor 47 when the
[0059]
Then, the determination comparator 43 uses the voltage value of the integration result signal 42 output from the integration circuit 41 (the voltage value across the capacitor 45) and the misfire detection determination voltage value Vo output from the determination reference
[0060]
That is, the determination comparator 43 determines that the secondary spark discharge has occurred when the voltage across the
[0061]
Note that the misfire detection determination voltage value Vo output from the determination reference
[0062]
Next, the misfire detection process executed in the
The
[0063]
The misfire detection process shown in FIG. 2 is, for example, one combustion cycle in which the internal combustion engine performs intake, compression, combustion, and exhaust based on a signal from a crank angle sensor that detects the rotation angle (crank angle) of the internal combustion engine. This is executed at a rate of once, and processing for ignition control is also executed.
[0064]
3 shows the
[0065]
When the internal combustion engine is started and the misfire detection process is started, first, in S110 (S represents a step), a process of reading the operation state of the internal combustion engine detected in the operation state detection process that is executed separately. I do. In the process at S110, a process for reading the operating state including the engine speed of the internal combustion engine and the engine load calculated using the throttle opening, intake pipe negative pressure (intake air amount), and the like is performed.
[0066]
Next, in S120, based on the operation state read in S110, a main discharge generation timing ts (so-called ignition timing), a sub-discharge generation timing tr, and a sub-discharge energization start timing tq are set. In the process at S120, for the main discharge occurrence time ts, a control reference value is obtained using a map or calculation formula using the engine speed and the engine load as parameters, and this is calculated based on the cooling water temperature, the intake air temperature, and the like. It is set by a conventionally known procedure such as correction.
[0067]
The sub-discharge generation time tr is set using a map or calculation formula prepared in advance based on the operating state including the engine speed and the engine load. It should be noted that the map or calculation formula used at this time is configured to set the sub-discharge generation time tr at the time when ions are most generated.
[0068]
Further, the sub-discharge energization start timing tq is set to a time earlier by the sub-discharge energization time Tt with respect to the sub-discharge generation timing tr, and the sub-discharge energization time Tt is determined by the engine rotational speed and the engine load. It is set using a map or calculation formula as a parameter. The map or calculation formula for setting the sub-discharge energization time Tt shows the duration of the sub-discharge induction voltage under operating conditions where the combustion of the air-fuel mixture is slow (such as at low rotation and low load). Since it is necessary to make it longer, the sub-discharge energization time Tt is set to be longer in order to increase the energy stored in the ignition coil. In addition, the map or calculation formula for setting the energization time Tt for the sub-discharge indicates that the duration of the induced voltage for the sub-discharge is as follows under operating conditions in which the combustion of the air-fuel mixture proceeds rapidly (during high rotation and high load). Since it may be short, the sub-discharge energization time Tt is set short in order to reduce the energy stored in the ignition coil.
[0069]
In this embodiment, the sub-discharge energization time Tt is set so that the sub-discharge energization start timing tq is set at a time later than the time when the main spark discharge described later ends spontaneously. Further, the secondary discharge energization time Tt is lower than the first required voltage required for generating the spark discharge when the secondary discharge induced voltage is not present near the electrode of the
[0070]
Next, in S130, based on the main discharge occurrence timing ts set in S120, the main discharge energization start timing of the primary winding 21 that is earlier than the main discharge occurrence timing ts by a preset main discharge energization time. When the main discharge energization start time is reached (time t1 shown in FIG. 3), the
[0071]
When the
In subsequent S140, based on the crank angle detection signal from the crank angle sensor, it is determined whether or not the main discharge occurrence timing ts set in S120 has been reached. If the determination is negative, the same step is repeated. By doing so, it waits until the main discharge occurrence time ts. When it is determined in S140 that the main discharge occurrence time ts has been reached and an affirmative determination is made (time t2 shown in FIG. 3), the process proceeds to S150.
[0072]
Then, in S150, the
[0073]
In the next S160, it is determined whether or not the sub-discharge energization start timing tq set in S120 has been reached. If the determination is negative, the same step is repeatedly executed to thereby determine the sub-discharge energization start timing tq. Wait until When it is determined in S160 that the sub-discharge energization start timing tq has been reached (time t3 shown in FIG. 3), the process proceeds to S170, and in S170, the
[0074]
Then, when the
[0075]
In the next S180, it is determined whether or not a predetermined sub-discharge current detection start time has been reached. If a negative determination is made, the same step is repeatedly executed to reach the sub-discharge current detection start time. Wait until. When it is determined in S180 that the sub-discharge current detection start time has been reached (time t4 shown in FIG. 3), the process proceeds to S190, and in S190, the
[0076]
When the
[0077]
In subsequent S200, the process of reading the determination result signal 46 output from the determination comparator 43 of the
In the next S210, it is determined whether or not the sub-discharge generation time tr set in S120 has been reached. If the determination is negative, the same step is repeatedly executed until the sub-discharge generation time tr is reached. To do. When it is determined in S210 that the sub-discharge generation time tr has been reached (time t5 shown in FIG. 3), the process proceeds to S220, and in S220, the
[0078]
As a result, the
[0079]
When the air-fuel mixture is ignited and burns normally, ions generated by ionization are present in the vicinity of the electrode of the
[0080]
Further, if the mixture is not ignited and misfired, ions due to ionization do not occur, and no ions are present in the vicinity of the electrode of the
[0081]
In the next S230, it is determined whether or not a predetermined sub-discharge duration has elapsed from the time when an affirmative determination is made in S210. If a negative determination is made, the same step is repeatedly executed, Wait until the discharge duration has elapsed. When it is determined in S230 that the sub-discharge duration has elapsed (time t8 shown in FIG. 3), the process proceeds to S240. In S240, normal combustion (ignition) is performed when the determination result signal 46 is at a high level even once in the detection period from the time when reading of the determination result signal 46 is started in S200 to the time when an affirmative determination is made in S230. If the determination result signal 46 has never been at the high level, it is determined that misfire has occurred.
[0082]
In subsequent S250, the
[0083]
Then, when the process in S250 ends, the misfire detection process ends.
In the above embodiment, the misfire detection processes S160, S170, S210, S220 and the
[0084]
As described above, in the misfire detection device 1 of the embodiment, the main discharge induction voltage generated in the secondary winding 23 is applied to the
[0085]
For this reason, it is not necessary to store energy for generating the misfire determination applied voltage applied between the electrodes of the
[0086]
In addition, a spark discharge (sub-spark discharge) is generated by applying a sub-discharge induction voltage set to a voltage value lower than the first required voltage and higher than the second required voltage. Therefore, it is possible to determine whether the combustion is normal combustion or misfire based on the detection result (presence / absence of sub-spark discharge).
[0087]
In the present embodiment, the sub-discharge generation time tr is set at the time when the most ions are generated according to the operation state of the internal combustion engine. Therefore, even when the operation state of the internal combustion engine changes, the misfire determination is performed. It is possible to prevent the determination accuracy from being lowered. Specifically, the setting time of the sub-discharge generation time tr is preferably set to a period from when the crank angle reaches the top dead center (0 ° CA) to 30 ° CA after the top dead center. It is more preferable to set the period from reaching the dead point (0 ° CA) to 14 ° CA after the top dead center.
[0088]
Further, the misfire detection device 1 of the present embodiment detects the spark discharge current using the detection resistor 31 connected in series on the current path of the spark discharge current, and sets the integrated value of the voltage conversion value of the detected spark discharge current. Based on the misfire judgment. For this reason, it is not necessary to equip an engine body (cylinder head etc.) with the optical sensor for judging the occurrence of sub spark discharge.
[0089]
Therefore, by using the misfire detection device 1 of the present embodiment, the structure of the internal combustion engine is not complicated when the misfire determination is performed based on the determination result of determining whether or not the secondary spark discharge has occurred, and the internal combustion engine is not complicated. An increase in manufacturing cost can be suppressed.
The detection resistor 31 has a resistance value of 50 [Ω], which is a resistance value of 1/100 or less of the resistance value of the secondary winding 23 (15 [kΩ]). By using the detection resistor 31 having such a low resistance value, the voltage drop at the detection resistor 31 when the induced voltage for main discharge is generated is reduced, and the rate of decrease in the voltage applied between the electrodes of the
[0090]
From this, according to the misfire detection device 1 of the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in the amount of energy that can be used as the main spark discharge when the induced voltage for main discharge is generated, so that the ignitability to the air-fuel mixture is deteriorated. Can be prevented.
In the
[0091]
In S120 of the misfire detection process executed by the
[0092]
Therefore, according to the misfire detection device 1 of the present embodiment, an induced voltage for sub-discharge suitable for misfire determination can be generated according to the operating state of the internal combustion engine, which is influenced by changes in the operating state of the internal combustion engine. The misfire determination can be performed without any problem, and the determination accuracy of the misfire determination can be improved.
[0093]
Further, in the misfire detection device 1 of the present embodiment, the voltage value required as the sub discharge induction voltage is low and the sub discharge energization time is set to a short time. Therefore, the
[0094]
Here, the measurement result which measured the state change of the determination result signal 46 about each at the time of normal combustion and the time of misfire using the misfire detection apparatus of a present Example is shown in FIG.
In FIG. 5, the measurement result at the time of normal combustion (ignition) is shown on the left side, and the measurement result at the time of misfiring is shown on the right side, and the upper coordinate plane (horizontal axis: 0.5 [ms / div). ] Is a waveform obtained by enlarging the horizontal axis (time axis) in the waveform described in []] on the lower coordinate plane (horizontal axis: 0.1 [ms / div]). In FIG. 5, the spark discharge current (waveform a, vertical axis: 40 [mA / div]), the integration result signal 42 (waveform b, vertical axis: 1 [V / div]) output from the integration circuit 41, the
[0095]
According to the enlarged view of the lower stage shown in FIG. 5, the maximum amplitude of the waveform of the spark discharge current (waveform a) when the sub-discharge induced voltage is generated (substantially the central portion of the coordinate plane) is It turns out that there is almost no difference. The spark discharge current waveform (waveform a) during ignition is broken down (insulation breakdown), and the spark discharge current waveform (waveform a) during misfire is damped.
[0096]
On the other hand, it can be seen that there is a clear difference between the maximum amplitude of the waveform (waveform b) of the integration result signal 42 between normal combustion and misfire. The determination result signal 46 (waveform d) is at a high level (with a pulse) during normal combustion, and the determination result signal 46 (waveform d) is at a low level (without a pulse) during a misfire.
[0097]
Therefore, it can be seen from the measurement results shown in FIG. 5 that the misfire detection apparatus of the present embodiment can appropriately determine whether it is normal combustion or misfire even when damped vibration occurs.
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various aspect can be taken.
[0098]
For example, the
[0099]
The second
[0100]
In the second
[0101]
Therefore, the misfire detection device configured to include the second
Moreover, in the said Example, although the main spark discharge is terminated naturally, it is good also as a structure which is terminated compulsorily. That is, by re-energizing the primary winding 21, an induced voltage having a polarity opposite to that of the main discharge induced voltage is generated in the secondary winding 23, and the voltage applied between the electrodes of the
[0102]
Further, the determination reference
[0103]
Further, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a configuration of a misfire detection device of an embodiment provided in an internal combustion engine.
FIG. 2 is a flowchart showing the processing content of misfire detection processing executed in an electronic control unit (ECU).
FIG. 3 is a time chart showing the state of each part of the misfire detection device when misfire detection processing is executed.
FIG. 4 is an electric circuit diagram of a second IV conversion circuit having an operational amplifier.
FIG. 5 is a measurement result obtained by measuring a change in state of a determination result signal for each of normal combustion and misfire using the misfire detection device of the example.
FIG. 6 shows measurement results obtained by measuring secondary voltage, combustion pressure, and secondary current during normal combustion (ignition) and misfire, respectively.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Misfire detection apparatus, 11 ... Power supply device (battery), 13 ... Spark plug, 15 ... Ignition coil, 17 ... Igniter, 19 ... Electronic control unit (ECU), 21 ... Primary winding, 23 ... Secondary winding, 25 ... center electrode, 27 ... ground electrode, 30 ... current-voltage conversion circuit (IV conversion circuit), 31 ... detection resistor, 35 ... misfire determination circuit, 39 ... path connection switch, 41 ... integration circuit, 43 ... for determination Comparator, 45 ... capacitor, 47 ... first resistor, 49 ... first diode, 51 ... judgment reference power supply device, 53 ... second IV conversion circuit, 69 ... operational amplifier.
Claims (8)
前記二次巻線と共に閉ループを形成する点火プラグと、を備え、
前記点火コイルの前記一次巻線を主放電用通電時間にわたり通電し、点火時期に前記一次巻線に流れる前記一次電流の遮断により前記二次巻線に発生した主放電用誘導電圧を前記点火プラグに印加することで、該点火プラグに主火花放電を発生させて混合気への着火を行う内燃機関に設けられて、該内燃機関に生じる失火を検出する失火検出装置であって、
前記主火花放電が終了した後、前記主放電用通電時間よりも短い副放電用通電時間にわたり前記一次巻線を通電し、該一次巻線に流れる前記一次電流を遮断することで、前記主放電用誘導電圧よりも低電圧の副放電用誘導電圧を前記二次巻線に発生させる副放電用電圧発生手段と、
前記副放電用誘導電圧の前記点火プラグへの印加により、該点火プラグに副火花放電が発生した場合には正常燃焼と判断し、前記副火花放電が発生しない場合には失火と判断する失火判定手段と、
少なくとも内燃機関の回転速度または機関負荷を含む運転状態に基づき、前記副放電用誘導電圧が、前記点火プラグの電極近傍にイオンが存在しない場合の火花放電の発生に必要な第１要求電圧よりも低電圧であり、かつ前記点火プラグの電極近傍にイオンが存在する場合の火花放電の発生に必要な第２要求電圧よりも高電圧である電圧値となるように、前記一次電流の前記副放電用通電時間を設定する副放電用通電時間設定手段と、
を備えることを特徴とする失火検出装置。An ignition coil that has a primary winding and a secondary winding, and generates an induced voltage in the secondary winding by interrupting a primary current flowing in the primary winding;
A spark plug that forms a closed loop with the secondary winding, and
The primary winding of the ignition coil is energized over the main discharge energizing time, and the main discharge induction voltage generated in the secondary winding by the interruption of the primary current flowing in the primary winding at the ignition timing is the ignition plug. A misfire detection device that is provided in an internal combustion engine that generates a main spark discharge in the spark plug to ignite an air-fuel mixture by detecting the misfire that occurs in the internal combustion engine,
After the main spark discharge is completed, the primary discharge is energized over a sub-discharge energization time shorter than the main discharge energization time, and the primary current flowing in the primary winding is interrupted, thereby the main discharge Sub-discharge voltage generating means for generating a sub-discharge induction voltage in the secondary winding that is lower than the induction voltage;
A misfire determination in which when the sub-spark discharge is generated in the spark plug due to the application of the sub-discharge induction voltage to the spark plug, it is determined as normal combustion, and when the sub-spark discharge does not occur, it is determined as misfire. Means,
Based on the operating state including at least the rotational speed of the internal combustion engine or the engine load, the induced voltage for sub-discharge is higher than the first required voltage required for generating spark discharge when ions are not present near the electrode of the spark plug. The secondary discharge of the primary current has a low voltage and a voltage value that is higher than a second required voltage required for the occurrence of spark discharge when ions are present in the vicinity of the electrode of the spark plug. Energizing time setting means for sub-discharge for setting energizing time for use,
Misfire detecting device, characterized in that it comprises a.
前記失火判定手段は、前記電流検出手段により検出される前記火花放電電流に基づいて前記副火花放電が発生したか否かを判断して、失火判定を行うこと、
を特徴とする請求項１に記載の失火検出装置。Current detection means for detecting a spark discharge current flowing between the electrodes of the spark plug;
The misfire determination means determines whether the sub-spark discharge has occurred based on the spark discharge current detected by the current detection means, and makes a misfire determination;
The misfire detection device according to claim 1.
を特徴とする請求項２に記載の失火検出装置。The current detecting means is connected in series to a current-carrying path through which the spark discharge current flows, and a voltage value applied to the spark plug when the main discharge induction voltage is generated is a required voltage required for the spark discharge of the spark plug. A detection resistor set to a resistance value not lower than the detection resistor, and detecting the spark discharge current based on the voltage across the detection resistor;
The misfire detection device according to claim 2.
を特徴とする請求項３に記載の失火検出装置。The detection resistor has a resistance value of 1/100 or less of the resistance value of the secondary winding;
The misfire detection device according to claim 3.
前記積分検出手段にて検出した前記積分値と、失火検出用判定値とを比較する比較手段と、を備え、
前記失火判定手段は、前記比較手段の比較結果に基づき、前記積分値が失火検出用判定値以上となる場合に前記火花放電電流が発生したと判断し、前記積分値が失火検出用判定値より小さい場合に前記火花放電電流が発生していないと判断して、失火判定を行うこと、
を特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の失火検出装置。An integral detection means for detecting an integral value by integrating a voltage conversion value of the spark discharge current;
Comparing means for comparing the integral value detected by the integral detecting means with a judgment value for misfire detection,
The misfire determination means determines that the spark discharge current has occurred when the integral value is greater than or equal to the misfire detection determination value based on the comparison result of the comparison means, and the integral value is greater than the misfire detection determination value. When it is small, it is determined that the spark discharge current has not occurred, and misfire determination is performed.
The misfire detection device according to any one of claims 2 to 4, wherein:
前記火花放電電流の電流値に応じて充電されるコンデンサと、
前記コンデンサの放電時の時定数を前記コンデンサの充電時の時定数よりも小さい値に変更する時定数変更手段と、を備えること、
を特徴とする請求項５に記載の失火検出装置。The integral detection means includes
A capacitor charged according to the current value of the spark discharge current;
Time constant changing means for changing the time constant at the time of discharging the capacitor to a value smaller than the time constant at the time of charging the capacitor,
The misfire detection device according to claim 5.
を特徴とする請求項５または請求項６に記載の失火検出装置。A detecting path connecting means for connecting the integral detecting means to the energizing path of the spark discharge current when the induced voltage for sub-discharge is generated;
The misfire detection apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that:
を特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の失火検出装置。 The sub-discharge energization time setting means sets the sub-discharge energization time of the primary current, the higher the rotational speed of the internal combustion engine or the higher the engine load of the internal combustion engine, Set the sub-discharge energization time short,
The misfire detection device according to any one of claims 1 to 7, wherein:
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