JP4420951B2

JP4420951B2 - 内燃機関の点火診断装置、及び内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4420951B2
Application number: JP2007265632A
Authority: JP
Inventors: 公彦棚谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: US8014916B2; DE102008045367B4; JP2009092035A; DE102008045367A1; US20090099722A1

Description

この発明は、点火装置による飛火放電の状態を診断する内燃機関の点火診断装置、及びこの点火診断装置を備えた内燃機関の制御装置に関するものである。

近年、環境保全、燃料枯渇の問題が提起されており、自動車業界に於いてもこれらへの対応が大きな課題となっている。

この対応として、機関効率を最大限までに引上げようとする技術が多く開発されており、中には吸気損失を低減するために排気還流（以下、ＥＧＲと称する）を利用するものがある。

このＥＧＲは、既燃物である排気ガスを再度燃焼室に取り込むものであり、特に大量のＥＧＲを利用するものであれば、燃え難い既燃物が多く燃焼に関与することとなり、燃焼温度が低下すると共に燃焼火炎が拡がり難く、燃焼性が悪くなりやすいため、内燃機関の同一の燃焼室に複数の点火プラグを使用して燃焼性を確保する、所謂、多点点火システムを用いた内燃機関が提唱され、実現されている。

ところが多点点火システムの場合、この内の一部の点火システムが故障した場合でも燃焼を継続して実施できる場合が多く、既存の失火検出システムではこの異常を検知すること
ができない。しかしながら要求される点火エネルギーを得られず、燃焼状態の悪化に伴う排出ガス（エミッション）の悪化、出力低下に伴う燃費の悪化等を招き、環境保全の側面で不都合を生じてしまう。

又、点火コイルの故障診断を行う装置として、点火コイルの１次巻線に流れる１次電流を検出し、この１次電流が流れているか否かに基づいて故障診断を行うものである（例えば、特許文献１参照）。

特許第３６１４１５０号公報

特許文献１に示された従来の装置の場合は、点火コイルを動作させるための入力信号が入力され、この入力信号に基づいて入力段、つまり点火コイルの１次巻線側の動作が行われたか否かを確認しているに過ぎず、最終的に飛火しているかどうかについては不問である。例えば点火コイルの２次巻線のショートや、点火プラグの電極間短絡のような故障モードでの非飛火動作ではこれを検出することができず、この故障モード時に発生する燃費の悪化やエミッションの悪化を認知することができないという課題があった。

この発明は、従来の装置における上記のような課題を解決するためになされたものであって、確実に飛火放電の状態を診断することができる内燃機関の点火診断装置を提供することを目的とするものである

又、この発明は、確実に飛火放電の状態を診断することができる点火診断装置を備え、診断した飛火放電の状態に基づいて内燃機関の制御を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明による内燃機関の点火診断装置は、内燃機関の燃焼室内に供給された燃料に着火するための飛火放電を発生する動作を行う点火装置と、前記飛火放電を発生させるための高電圧を発生して前記点火装置に印加する高圧装置とを有する内燃機関に設けられ、前記点火装置による前記飛火放電の状態を診断する内燃機関の点火診断装置であって、前記高電圧の極性とは逆極性のバイアス電圧を生成して前記点火装置に印加するバイアス装置と、前記バイアス電圧の印加に基づいて発生する信号を抽出する信号抽出装置と、前記抽出された信号を処理する第１の検出区間を設定する第１の区間設定手段と、前記抽出された信号を処理する第２の検出区間を設定する第２の区間設手段と、前記第１の検出区間及び前記第２の検出区間内の前記信号に基づいて前記飛火放電の状態を診断する診断手段とを備え、前記第１の区間設定手段は、前記飛火放電の発生タイミングを含む所定の区間に前記第１の検出区間を設定し、前記第２の区間設定手段は、前記第１の検出区間の後に前記第２の検出区間を設定し、前記診断手段は、前記第２の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の正常を判断し、前記第２の検出区間内の信号状態に係わらず前記第１の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の異常を判断するように構成されていることを特徴とするものである。

又、この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の同一の燃焼室に設けられ前記燃焼室内に供給された燃料に着火するための飛火放電を発生する動作を行う複数個の点火装置と、前記複数個の点火装置に飛火放電を発生させるための高電圧を発生して前記複数個の点火装置に印加する高圧装置と、前記高電圧の極性とは逆極性のバイアス電圧を生成して前記複数個の点火装置に印加するバイアス装置と、前記複数個の点火装置の前記動作を制御すると制御手段と、前記複数個の点火装置全ての前記飛火放電の状態を診断する点火診断装置とを備え、前記点火診断装置は、前記バイアス電圧の印加に基づいて発生する信号を抽出する信号抽出装置と、前記抽出された信号を処理する第１の検出区間を設定する第１の区間設定手段と、前記抽出された信号を処理する第２の検出区間を設定する第２の区間設手段と、前記第１の検出区間及び前記第２の検出区間内の前記信号に基づいて前記飛火放電の状態を診断する診断手段とを備え、前記第１の区間設定手段は、前記飛火放電の発生タイミングを含む所定の区間に前記第１の検出区間を設定し、前記第２の区間設定手段は、前記第１の検出区間の後に前記第２の検出区間を設定し、前記診断手段は、前記第２の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の正常を判断し、前記第２の検出区間内の信号状態に係わらず前記第１の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の異常を判断するように構成されていることを特徴とするものである。

この発明に係る内燃機関の点火診断装置によれば、高圧装置が発生する高電圧の極性とは逆極性のバイアス電圧を生成して前記点火装置に印加するバイアス装置と、前記バイアス電圧の印加に基づいて発生する信号を抽出する信号抽出装置と、前記抽出された信号を処理する第１の検出区間を設定する第１の区間設定手段と、前記抽出された信号を処理する第２の検出区間を設定する第２の区間設手段と、前記第１の検出区間及び前記第２の検出区間内の前記信号に基づいて飛火放電の状態を診断する診断手段とを備え、前記第１の区間設定手段は、前記飛火放電の発生タイミングを含む所定の区間に前記第１の検出区間を設定し、前記第２の区間設定手段は、前記第１の検出区間の後に前記第２の検出区間を設定し、前記診断手段は、前記第２の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の正常を判断し、前記第２の検出区間内の信号状態に係わらず前記第１の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の異常を判断するように構成されているので、確実に飛火放電の状態を診断することができ、内燃機関の点火システムの故障を認知して、その故障が原因による燃費の低下、エミッションの悪化等発生した場合でも、ドライバーへ故障箇所の修理を促し、迅速な修理を実施できるようになり、従って環境保全に役立てることが可能となる。

又、この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の同一の燃焼室に設けられ前記燃焼室内に供給された燃料に着火するための飛火放電を発生する動作を行う複数個の点火装置と、前記複数個の点火装置に飛火放電を発生させるための高電圧を発生して前記複数個の点火装置に印加する高圧装置と、前記高電圧の極性とは逆極性のバイアス電圧を生成して前記複数個の点火装置に印加するバイアス装置と、前記複数個の点火装置の前記動作を制御すると制御手段と、前記複数個の点火装置全ての前記飛火放電の状態を診断する点火診断装置とを備え、前記点火診断装置は、前記バイアス電圧の印加に基づいて発生する信号を抽出する信号抽出装置と、前記抽出された信号を処理する第１の検出区間を設定する第１の区間設定手段と、前記抽出された信号を処理する第２の検出区間を設定する第２の区間設手段と、前記第１の検出区間及び前記第２の検出区間内の前記信号に基づいて前記飛火放電の状態を診断する診断手段とを備え、前記第１の区間設定手段は、前記飛火放電の発生タイミングを含む所定の区間に前記第１の検出区間を設定し、前記第２の区間設定手段は、前記第１の検出区間の後に前記第２の検出区間を設定し、前記診断手段は、前記第２の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の正常を判断し、前記第２の検出区間内の信号状態に係わらず前記第１の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の異常を判断するように構成されているので、多点点火システムに於いて個々の点火装置による飛火状態の診断を行うことができ、同一の燃焼室に設けられた複数個の点火装置のうちの一部の点火装置が故障した場合でも、適切にシステムの故障を認知することができる。従がって、点火装置の故障が原因による燃費の低下、エミッションの悪化等発生した場合でも、ドライバーへ故障箇所の修理を促し、迅速な修理を実施できるようになり、従って環境保全に役立てることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火診断装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火診断装置の構成図、図２は、その動作を説明するタイミングチャート、図３及び図４は、その動作を説明するフローチャートである。

図１に於いて、内燃機関（図示せず）を制御するエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと称する）１は、高圧装置としてのイグニッションコイル２を動作させるための点火信号１１を発生し、イグニッションコイル２の１次巻線２１に直列接続されたスイッチング素子２３のベースに入力する。イグニッションコイル２の２次巻線２２は、磁性コアを介して１次巻線２１に結合しており、一端が点火装置である点火プラグ３の一方の電極に接続されている。ＥＣＵ１は、点火プラグ３の飛火放電の動作を制御する制御手段でもある。

点火プラグ３の他方の電極は、アース電位に保たれている。この点火プラグは、内燃機関の燃焼室に設けられ、所定の間隙を介して対向する電極間で飛火放電を発生し、燃焼室内に供給された燃料に着火して燃焼させる。

バイアス装置４は、陽極側がイグニッションコイル２の二次巻線２２の他端に接続されたゼナーダイオード４１とこのゼナーダイオード４１に並列接続されたコンデンサ４２とにより構成されている。このバイアス装置４は逆並列接続された一対のダイオード５１、５２を介して接地されている。

信号抽出装置６は、一方の入力端子がバイアス装置４のコンデンサ４２に接続された差動増幅器６２と、この差動増幅器６１の出力端子に接続された一対のトランジスタ６３、６４と、トランジスタ６４のコレクタに一端が接続され他端がアースされた抵抗６５とにより構成されている。信号抽出装置６は、後述するように点火プラグ３の電極間に流れる電流信号と所定の比較レベルとを比較してその比較結果に基づく診断信号を出力するので、比較装置とも称するが、以下の説明では、信号抽出装置と称する。

第１の区間設定手段１１１と、第２の区間設定手段１１２と、診断手段１１３とは、ＥＣＵ１内のマイクロプロセッサ１０に設けられており、Ａ／Ｄ変換回路１２を介して信号抽出装置６の出力端子に接続されている。第１の区間設定手段１１１と、第２の区間設定手段と、診断手段１１３の機能については後述する。

図２は、ＥＣＵ１が発生する点火信号１１の波形図（ａ）と、点火プラグ３の電極間に流れる電流信号１２の波形図（ｂ）と、これらの電流信号１２を所定の比較レベル１３と比較した比較結果に基づく診断信号１４の波形図（ｃ）とを、状態１乃至状態４に分けて示している。尚、図２の状態１乃至状態４に於ける波形図（ｂ）は、何れも、信号抽出装置６により抽出される電流、即ちコンデンサ４２から二次巻線２２を介して点火プラグ３に流れる電極間電流の波形を示しており、信号抽出装置６により抽出されない電流、即ち点火プラグ３から二次巻線２２を介してコンデンサ４２に流れる電極間電流は示していない。

ここで、状態１は、正常な火花放電を発生し、正常な燃焼が実施され、これが正常にＥＣＵ１のマイクロプロセッサ１０に送信された場合を示し、状態２は、点火プラグ３の電極間に高電圧を発生したが、飛火に失敗し、これが正常にＥＣＵ１のマイクロプロセッサ１０に送信された場合を示し、状態３は、点火プラグ３の電極間に高電圧を発生できず、飛火に失敗し、これが正常にＥＣＵ１のマイクロプロセッサ１０に送信された場合を示し、状態４は、点火プラグ３の電極間に正常な火花放電を発生し、正常な燃焼が実施されたが、診断結果を通信する経路が断線したために、信号抽出装置６からの診断信号１４が正常にＥＣＵ１に送信されなかった場合を示している。

図１及び図２に於いて、今、点火プラグ３による飛火放電動作が正常である状態１に於いて、ＥＣＵ１からの点火信号１１が時点ｔ１でローレベルからハイレベルに変化すると、スイッチング素子２３が導通し、イグニッションコイル２の１次巻線２１に流れる１次電流が自己誘導作用の影響により徐々に立ち上がる。この時点ｔ１に於いては、１次電流の変化割合が小さいので、二次巻線２２に誘起される二次電圧は小さく点火プラグ３は飛火放電を発生することはないが、図２の状態１に於ける（ｂ）に示すように、コンデンサ４２の充電電流が点火プラグ３の電極間を通じて瞬間的に流れる。

この充電電流に基づく電流信号１２１が信号抽出装置６に印加され、その電流信号１２１が信号抽出装置６の差動増幅器６１に設定されている比較レベル１３を超えている間、図２の状態１に於ける（ｃ）に示すように、信号抽出装置６から出力される診断信号１４はハイレベル１４１となり、ＥＣＵ１のＡ／Ｄ変換回路１２に入力されてデジタル信号に変換される。

次に、点火タイミングである時点ｔ２に於いて、ＥＣＵ１からの点火信号１１はハイレベルからローレベルに変化し、スイッチング素子２３は非導通となる。これにより、イグニッションコイル２の１次巻線２１に流れる電流は遮断され、時点ｔ１にて誘起された電圧とは逆極性の高電圧が誘起され、点火プラグ３の電極間に印加される。この二次巻線２２に誘起される高電圧は、点火プラグ３の電極間に飛火放電が発生するに充分な値であり、点火プラグ３は内燃機関の燃焼室内で飛火放電を発生し、供給された燃料に点火する。尚、二次巻き線２２に誘起され点火プラグ３の電極間に火花放電を発生させる高電圧に基づく電流は、図２の各状態に於ける波形図（ｂ）には表示されていない。

点火プラグ３に飛火放電が発生すると、イグニッションコイル２の２次電流が、点火プラグ３からバイアス装置４に向かって流れ、バイアス装置４内のコンデンサ４２が充電さ
れる。このときの充電電流は、時点ｔ３から時点ｔ４の間である後述する第１の検出区間１５に於いて流れる急峻な電流となるが、前述の時点t１に於いて流れる充電電流とは逆方向であり、信号抽出装置６からは抽出されることはない。このときのコンデンサ４２の充電電流は、前述したように図２の各状態に於ける波形図（ｂ）には表示されていない。コンデンサ４２の充電電圧がゼナーダイオード４１の許容電圧を超えると、イグニッションコイル２の２次電流はブレイクしたゼナーダイオード４１を介してアースへ流れる。

次に、点火プラグ３による飛火放電が終了すると、バイアス装置４内のチャージアップされたコンデンサ４２の端子電圧がイグニッションコイル２の２次巻線２２を介して点火プラグ３の電極間に印加される。このとき電極間に印加される電圧は、飛火放電時に電極間に印加される電圧とは逆極性であり、その印加開始の時点ｔ４に於いて瞬間的にコンデンサ４２からの放電電流が２次コイル２２及び点火プラグ３の電極を介して流れる。

この放電電流に基づく電流信号１２２は、信号抽出装置６に印加され、その電流信号１２２が信号抽出装置６の差動増幅器６１に設定されている比較レベル１３を超えている間、信号抽出装置６から図２の状態１に於ける（ｃ）に示すように信号抽出装置６から出力される診断信号１４はハイレベル１４１となり、ＥＣＵ１のＡ／Ｄ変換回路１２に入力されてデジタル信号に変換される。

ＥＣＵ１のマイクロプロセッサ１０に設けられた第１の区間設定手段１１１は、図２に示す第１の検出区間１５を設定する。この第１の区間設定手段１１１により設定される第１の検出区間１５は、点火ノイズの影響を回避するため、点火タイミングの時点ｔ２から、内燃機関の回転数、負荷等の運転条件毎に設定される所定時間若しくは所定角度区間を経過した位置に対応する時点ｔ３から開始され、内燃機関の回転数、負荷等の運転条件毎に設定される所定時間若しくは所定角度区間が終了する時点ｔ４までの時間間隔に設定される。点火プラグ３による飛火放電は、第１の検出区間１５の間に発生する。

又、ＥＣＵ１のマイクロプロセッサ１０に設けられた第２の区間設定手段１１２は、図２に示す第２の検出区間１６を設定する。この第２の区間設定手段１１２により設定される第２の検出区間１６は、第１の検出区間１５の終了時点ｔ４から、内燃機関の回転数、負荷等の運転条件毎に設定される所定時間若しくは所定角度区間を経過した位置に対応する時点ｔ５までの時間に設定される。尚、第２の検出区間１６は、第１の検出区間１５の終了時点ｔ４から所定時間経過後に開始されるように設定しても良い。

前述の角度とは、内燃機関のクランクの角度を示しており、以降の説明に於いて特に注記のない限り、角度とはクランクの角度を指すものとする。又、位置や区間に関し、以降の説明に於いては、時刻若しくは時間での表現を用いるが、これらは角度位置、角度区間であっても同様に装置を構成できるものである。

次に、この発明の実施の形態１に係る点火診断装置の動作を説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火診断装置の動作を説明するフローチャートである。尚、図３のフローチャート中の変数Ａは飛火診断の結果を示しており、「０」は不定、「１」は点火正常、「２」と「３」は点火異常を夫々示す。

先ず、図２の状態１の場合に於ける点火診断動作について説明する。図３に於いて、ＥＣＵ１のマイクロプロセッサ１０に設けられた診断手段１１３は、先ずステップＳ３１に於いて、点火信号１１が立下りとなったか否かを確認する。図２の（ａ）に示すように、時点ｔ２に於いて点火信号１１の立下りが発生するので、この時点ｔ２でステップＳ３２へと進み、点火診断結果を示す変数Ａを「０」にクリアする。

図２に示す時刻ｔ２を過ぎると、ステップＳ３１からステップＳ３３へと進み、「Ａ＝０」か否かを判定するが、ステップＳ３２により「Ａ＝０」とされているので（Ｙ）、ステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、第１の検出区間１５にあるか否かを判定する。図２に示す時点ｔ３に於いて第１の検出区間１５に入ると、第１の検出区間１５にあると判定され（Ｙ）、ステップＳ３５へと進み、第１の検出区間１５に於ける診断信号１４の立上りエッジ数をカウントする。図２の状態１では、立上りエッジ数は「０」であるので、変数Ｎ１を「Ｎ１＝０」としてステップＳ３６へと進み、「Ｎ１＞０」か否かを判定する。ステップＳ３６での判定は「Ｎ１＝０」であり（Ｎ）、ステップＳ３７へと進み、「Ａ＝０」の状態、即ち不定を維持して診断を終了する。

次に、図２に示す時刻ｔ４に達すると、第２の検出区間１６へ入るので、ステップＳ３４での判定結果はＮとなり、ステップＳ３８へと進む。ステップＳ３８では、第２の検出区間１６にあることを判定し（Ｙ）、ステップＳ３９に進む。ステップＳ３９では、第２の検出区間１６に於ける診断信号１４の立上りエッジ数をカウントする。図２の状態１では、第２の検出区間１６に於ける診断信号１４の立上りエッジ数は「１」であるので、変数Ｎ２を「Ｎ２＝１」とし、ステップＳ３１０へと進む。ステップＳ３１０では「Ｎ２＞０」か否かを判定結果は、「Ｎ２＝１」であり（Ｎ）、ステップＳ３１１に進み、「Ａ＝１」、即ち点火正常と判定される。このように、図２の状態１の場合には、診断手段１１３は点火正常と診断する。

次に、図２の状態２に於ける点火診断動作を説明する。前述のように、図１の時点ｔ２に於いて点火信号６１の立下りが発生するので、ステップＳ３１からステップＳ３２へと進み変数Ａを「０」にクリアする。

図２に示す時刻ｔ２を過ぎると、ステップＳ３１からステップＳ３へと進み、「Ａ＝０」か否かを判定するが、ステップＳ３２により「Ａ＝０」とされているので（Ｙ）、ステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、第１の検出区間１５にあるか否かを判定する。図２に示す時点ｔ３に於いて第１の検出区間１５に入ると、第１の検出区間１５にあると判定され（Ｙ）、ステップＳ３５へと進み、第１の検出区間１５に於ける診断信号１４の立上りエッジ数をカウントする。

図２の状態２では、立上りエッジ数は「３」であるので、変数Ｎ１を「Ｎ１＝３」としてステップＳ３６へと進み、「Ｎ１＞０」か否かを判定する。ステップＳ３６での判定は「Ｎ１＝３」であり（Ｙ）、ステップＳ３１２へと進み、「Ａ＝２」の状態、即ち点火異常と診断し終了する。このように、図２の状態２の場合では、診断手段１１３は第１の検出区間１５に於いて点火異常と診断する。

次に、図２の状態３に於ける点火診断動作を説明する。この場合、図２の時点ｔ４で第２の検出区間１６に至るところまで、即ちステップＳ３１からステップＳ３８までは前述の状態１の場合と同様である。

第２の検出区間１６での診断信号１４の立上りエッジ数は「０」であり、ステップＳ３９に於いて、変数Ｎ２は「Ｎ２＝０」となり、ステップＳ３１０へと進み「Ｎ２＞０」か否かを判定する。ステップＳ１０での判定の結果はＮであり、ステップＳ３１３へ進み、「Ａ＝３」、即ち点火異常の結果を得る。前述の図２の状態２の場合は「Ａ＝２」により点火異常と診断されたが、状態３の場合には「Ａ＝３」で点火異常と診断されるので、状態２の場合との区別は可能である。

更に、図２の状態４に於ける点火診断動作を説明する。この場合、図３に示すフローチャートでの診断結果は、状態３の場合と同一の「Ａ＝３」で点火異常となる。しかし、状態４は正常に飛火放電が行われており点火異常の状態ではないので、状態３の場合に於ける診断結果とは区別する必要がある。そこで、これを区別するために断線診断の実施も併せて行われる。

図４は、診断手段１１３に於ける断線診断動作を説明するフローチャートである。図４に於いて、ステップＳ４１では、第１の検出区間１５にあるか否かの判定を行う。図２に示す時点ｔ３に達すると、第１の検出区間１５へと入るため、ステップＳ４１での判定はＹとなり、ステップＳ４２の処理へと進む。

ステップＳ４２では、第１の検出区間１５内に於ける電流信号１２と比較レベル１３との比較結果である診断信号１４の積算処理を実施し、その積算結果を変数Ｃへ格納する。図２に示す状態４の場合、点火プラグ３の電極間に正常な火花放電を発生し、正常な燃焼が実施されたが、診断結果を通信する経路が断線したために信号抽出装置６からの診断信号１４が正常にＥＣＵ１に送信されなかった場合であり、診断信号１４は常にハイレベルとなっている。ステップＳ４２での積算処理が終了すると、ステップＳ４３へと進み、積算処理中であることを示すべく変数Ｆを「０」としておく。

図２の時点ｔ４に達すると第１の検出区間１５から外れるので、ステップＳ４１での判定結果はＮとなり、ステップＳ４４へと進む。ステップＳ４４では「Ｆ＝０」か否かを判定し、「Ｆ＝０」の状態であるので（Ｙ）、更にステップＳ４５へと進む。ステップＳ４５に於いては、第１の検出区間１５内の比較結果である診断信号１４の積算値である変数Ｃと所定の閾値とを比較する。変数Ｃが閾値を上回っていれば（Ｙ）、診断結果を通信する経路が断線状態であると判断しステップＳ４７へと進み、断線状態を示すように変数Ｆを「２」とする。前述の閾値のマッチング値は、第１の検出区間１５内で発生し得る診断信号１４の最大積分値の半分程度としておくのが妥当である。

又、ステップＳ４７で「Ｆ＝２」となる状態が単発で発生するだけで、直ちに断線状態と判断して車両のドライバーに修理を促すのは時期尚早であり、連続で所定回数発生するか、若しくは単位時間内に所定回数以上発生した場合に断線状態であると判断し、ドライバーに修理を促すようランプを点灯する等のサインを発生するようにしたほうが良い。

図２の状態４に於いては、診断信号１４は常にハイレベルであり、変数Ｃは第１の検出区間１５内で発生し得る最大の積分値となっており、且つ変数Ｃと比較する閾値がその最大の積分値の半分とされているので、ステップＳ４５に於ける判定結果はＹとなり、ステップＳ４７へと進む。ステップＳ４７では「Ｆ＝２」であり、断線状態であるとの診断結果を得ることができる。

一方、前述の図２に示す状態４に於ける断線診断動作に対して、状態３の場合に於ける断線診断動作は以下の通りとなる。即ち、図４に於いて、第１の検出区間１５内での診断信号１４はローレベルであり、ステップＳ４２に於ける比較結果である診断信号１４の積分値は「０」であり、従ってその積分値である変数Ｃは「Ｃ＝０」となる。ステップＳ４５に於いて変数Ｃと比較する閾値を最大積分値の半分としているので、ステップＳ４５に於ける判定結果はＮとなり、ステップＳ４５からステップＳ４６へと進む。ステップＳ４６では断線はなく正常状態であることを示す「Ｆ＝１」の結果が得られる。即ち、前述の状態４の場合の診断結果との区別が可能となる。

又、図２に示す状態１の場合に於ける断線診断動作は、第１の検出区間１５内での診断信号１４が３回のハイレベルとなるが、その積分値である変数Ｃは、最大積分値の半分に設定されている閾値より小さく、従ってステップＳ４５での判定結果はＮとなってステップＳ４６に進み、断線はなく正常状態であることを示す「Ｆ＝１」の結果が得られる。

更に、図２に示す状態２の場合に於ける断線診断動作は、第１の検出区間１５内での診断信号１４はローレベルである。従って、前述の状態３の場合に於ける断線診断動作と同様であり、ステップＳ４６に於いて、断線はなく正常状態であることを示す「Ｆ＝１」の結果が得られる。

尚、図４では、第１の検出区間１５内の比較結果である診断信号の積分を求めたが、図２に示す点火信号１１の立下りの時点ｔ２から時点ｔ４までの区間の積分結果としても同様の効果を得ることができる。

又、図４では、第１の検出区間１５内に於ける比較結果の積分を求めたが、燃焼火炎等の影響によるイオンが筒内に無い行程若しくは期間に於ける任意区間の積分結果としても良い。但し。このような区間設定を行うと、点火プラグ３電極間に付着するカーボン等の影響によるリーク電流の影響により正しく判断できない場合があるので、リーク電流の発生時には図４による断線診断を行わないようにする等の配慮が必要である。

尚、前述では、診断信号１４は、電流信号１２が比較レベル１３を上回っている場合にハイレベルとし、これ以外の場合はローレベルとなる様にしたが、このハイレベルとローレベルの関係を反転させても良い。但し、反転した状態、つまり比較結果である診断信号１４が、電流信号１２が比較レベル１３を上回っている場合はローレベルに、これ以外の場合はハイレベルとなる様にすると、図４のフローチャートを用いた断線判断を行うことができないので、この場合は断線診断用の専用パルスを信号に載せておくか、若しくは信号のローレベルを０から少し浮かせた状態となるようにしておき、ローレベルが浮いていなければ断線と判断するようにしても同様の効果を得ることができる。

以上のようにこの発明の実施の形態１による内燃機関の点火診断装置によれば、点火系の故障診断を確実に行うことができるので、適切にシステムの故障を認知することができ、故障が原因による燃費の低下、エミッションの悪化等発生した場合でも、ドライバーへ故障箇所の修理を促し、迅速な修理を実施できるようになり、従って環境保全に役立てることができる。

実施の形態２．

単一の燃焼室、つまり同一の燃焼室に複数の点火装置を配置するようにした内燃機関が実用化されている。同一の燃焼室内に複数の点火装置を設ける理由は幾つかあり、一つには燃焼効率を上げ、内燃機関の熱効率を上げようとする考え方、もう一つには燃焼し難い状態に対する補助の考え方である。

その理由の何れの場合も、必要があって複数の点火装置を用いるものであり、従って同一の燃焼室に設けられた複数の点火装置の内の一部の点火装置が故障すれば、内燃機関としての期待された効果を得ることができず、例えば期待された出力を得ることができず、燃費が悪化や、又、未燃領域の拡大によりエミッションが悪化が懸念される。

しかしながら、複数ある点火装置の内の全部でない一部、例えば１つの点火装置が故障したからといって、直ちに燃焼しなくなってしまうものではなく、僅かな燃焼性の低下や、エミッションが悪化するばかりであって、このような状態をドライバーが認知することは困難な場合が多い。

従って、このような単一の燃焼室に複数の点火装置を有する内燃機関に於いて、各点火装置の点火診断を行う点火診断装置があれば、前述した一部の点火装置の故障時にも、適切にシステムの故障を認知し、適切な対応を実施することができるようになり、環境保全へと役立てられる。

以下述べるこの発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置に於いては、一般的な例として、単一の燃焼室、即ち同一の燃焼室に対して２つの点火装置を有するものとして説明する。又、高圧装置は、イグニッションコイルを用いたものであるとして説明する。

図５、この発明の実施の形態２に係る点火診断装置を備えた内燃機関の制御装置の構成図である。図５に於いて、ＥＣＵ１００は、高圧装置としてのイグニッションコイル２０１及び２０２を駆動するための図２の（ａ）に示す点火信号１１と同様の点火信号１１０１、１１０２を、イグニッションコイル２０１、及び２０２に夫々送る。前述の図１に示す実施の形態１の場合と同様に、点火信号１１０１、１１０２に基づいてイグニッションコイル２０１、２０２は負の高電圧を生成し、点火装置としての点火プラグ３０１及び３０２の電極間に飛火放電を発生させ、燃焼室に供給された燃料に着火し、燃焼室内に燃焼を発生させ、内燃機関の運転が行われる。ＥＣＵ１００は、点火プラグ３０１、３０２の飛火放電の動作を制御する制御手段でもある。

ここで、このように構成された内燃機関の制御装置は、図１に示す実施の形態１と同様に構成された点火診断装置を、高圧装置であるイグニッションコイル２０１と点火プラグ３０１からなる点火系と、高圧装置であるイグニッションコイル２０２と点火プラグ３０２からなる点火系とに、夫々設けられている。

即ち、夫々の点火系に於ける点火診断装置は、前述の実施の形態１に於いて説明したように、点火プラグ３０１、３０２の電極間に正の電圧を印加するバイアス装置４と、その正の電圧を印加することで得られる電流信号と比較値とを比較しその比較結果である診断信号を出力する信号抽出装置６と、信号抽出装置６からの診断信号を用いて飛火放電の診断を行う診断手段１１を備えている。診断手段１１３は、ＥＣＵ１００のマイクロプロセッサ１０に設けられている。又、マイクロプロセッサ１０には、第１の区間設定手段１１１、及び第２の区間設定手段１１２とを備えている。このように構成された点火診断装置は、実施の形態１による点火診断装置の構成及び動作と同様である。

この実施の形態２に於いては、この点火診断装置を構成するバイアス印加装置４と信号抽出装置６は、夫々のイグニッションコイル２０１、２０２の内部に配置され、マイクロプロセッサ１０により構成された診断手段１１３と第１の区間設定手段１１１と第２の区間設定手段１１２とは、前述のようにＥＣＵ１００の内部に配置されている。

つまり、図２に示す診断信号１４と同様の診断信号１４０１、１４０２が、ＥＣＵ１００へと送られ、ＥＣＵ１００の内部にて図２、図３のフローチャートに示す診断処理が実施されることとなる。

その結果、飛火放電の異常が発生している場合には、ＥＣＵ１００は、図６に示すフローチャートに従って、フェールセーフ制御を実施し、エミッションの悪化を防止する措置をとるように内燃機関を制御する。図６は、実施の形態２に於ける内燃機関の制御装置の動作を説明するフローチャートである。

即ち、図６に於いて、ステップＳ６１にて先ず、単一の点火系の故障であるか否かの判定を行う。実施の形態２に於いては、同一の燃焼室に２個のイグニッションコイル２０１、２０２と、２個の点火プラグ３０１、３０２による２つの点火系が設けられているので、故障した点火系が何れか１つであるなら（Ｙ）、ステップＳ６２へと進む。

ステップＳ６２では、ドライバーが要求する運転状態が、１つの点火系で運転可能な領域であるか否かの判断を行う。例えば、内燃機関の熱効率を求めるような場合、高回転では２点点火をすることの効果代が小さく、従ってこのような運転条件である場合には１つのイグニッションコイルによる点火系により運転可能であると判断し、ステップＳ６４へと進む。

ステップＳ６４では、１つのイグニッションコイルによる点火系での運転可能領域ではあるが、故障している点火系があるので、ドライバーに故障している装置を知らせる。この知らせる手段は、ランプの点灯や、点滅でも良いし、ブザーを鳴らす等の処置をとってもよい。

ステップＳ６２へと戻り、１つのイグニッションコイルによる点火系で運転可能な状態ではないと判定した場合（Ｎ）は、ステップＳ６３へと進み、運転可能な領域となるようにＥＣＵ１００によりフェールセーフ制御を実施する。例えば、低回転の高負荷域では２点点火を必要とするが、低負荷域では必要としないというような場合には、負荷に制限を設け、所定の回転域では所定の負荷以上とならないようにエンジンを制御する。

又、その回転域ではどの負荷域でも２点点火を必要とするような場合には、燃料の噴射量とスロットル開度の制御を行い、１点点火で運転可能な回転数域、負荷域となるように制御する。基本的には回転数も負荷も下げる方向に制御したいが、必要に応じ上げる方向に制御する。このようにして、運転領域に制限を設けるよう制御を行った後、ステップＳ６４へと進み、前述と同様にドライバーに異常を告知する。

同一気筒、つまり同一の燃焼室に設けられている複数の点火系が故障している場合、つまり、実施の形態２の場合には２つの点火系統全てが故障している場合には、ステップＳ６１からステップＳ６５へと進み、ステップＳ６５では複数の点火系の異常か否かを判定し、複数の点火系の異常と判定すれば（Ｙ）、ステップＳ６６へと進む。ステップＳ６６では、対象気筒の燃料の供給と点火を停止しステップＳ６４へと進み、故障をドライバーに知らせる。ここで、ステップＳ６６に於いては点火を停止しなくとも同様の効果を得ることができる。

又、点火系の故障が１つである場合で、かつ残りの点火系、例えば１点点火で運転可能な領域がある場合を前述したが、この領域は点火系の配置により大きく情勢を変えることがある。

例えば、同一気筒に対し２点点火するシステムであって、主点火とサブ点火に分れるような場合には、このどちらが故障するかによって、単一点火で運転できる領域は大きく変わる。このような場合には、故障する点火系に応じて運転可能領域を選ぶ、若しくは対象気筒の燃料供給を停止する等の判断は臨機応変に決定すれば良い。

又、先述では点火系の故障が１つである場合にはステップＳ６３へと向かい、運転領域に制限を設けるように説明したが、１つでも点火系の故障が発生すれば無条件に直接ステップＳ６６の処理を実施するようにしても良い。

以上のようにこの発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置によれば、多点点火システムに於いて個々に点火の診断を行うことができるので、一部の点火システムが故障した場合でも、適切にシステムの故障を認知することができ、故障が原因による燃費の低下、エミッションの悪化等発生した場合でも、ドライバーへ故障箇所の修理を促し、迅速な修理を実施できるようになり、従って環境保全に役立てることができる。

実施の形態２の変形例
尚、前述では、点火診断装置を構成するバイアス印加装置と、比較装置でもある信号抽出装置とは、イグニッションコイルの内部に配置し、点火判断装置は、ＥＣＵ内部に配置した場合を説明したが、バイアス印加装置のみをイグニッションコイルの内部に配置し、信号抽出装置と点火診断装置とをＥＣＵ内部に配置しても良い。

更に、信号抽出装置は、ＥＣＵ内のハードウエアとして構成しても良いし、ソフトウエア的な構成としても良い。

前述の構成により、イグニッションコイル内に配置する装置を必要最小限に留めることでイグニッションコイルの小型、軽量化に貢献し、又、信号抽出装置をＥＣＵ内のソフトウエアの構成とすればさらに部品点数を削減することが可能となり、ＥＣＵの小型、軽量化、低コスト化へ貢献することができる。

又、バイアス印加装置、信号抽出装置と点火診断装置の点火診断装置の全てをイグニッションコイルの内部に配置しても良い。

更に、信号抽出装置と点火診断装置は１パッケージのＡＳＩＣ化とすることで、イグニッションコイルの小型化に貢献することができる。

前述の構成により、イグニッションコイルの付加価値向上に貢献し、又、ＥＣＵ内部品点数を削減することが可能となり、ＥＣＵの小型、軽量化へ貢献すると共に、ＥＣＵの処理負荷を軽減することが可能となる。

以上述べた実施の形態２の変形例によれば、多点点火システムに於いて個々に点火の診断を行うことができ、一部の点火システムが故障した場合でも、適切にシステムの故障を認知することができるようになると共に、イグニッションコイルやＥＣＵの構成の最適化により小型化、軽量化、低コスト化へ貢献することができる。

実施の形態３．
高回転の高負荷時には放電時間が短くなるために、実施の形態１及び実施の形態２に示した点火診断装置による第１の検出区間、第２の検出区間の設定が困難となる。従って、実施の形態３に係る点火診断装置では、このような運転状態では点火診断を実施しないようにする。

実施の形態３によれば、点火の誤診断を防止できるので、従って点火系の故障診断を適切に行うことができ、システムの故障を認知することができるようになる。

この発明に係る点火診断装置は、内燃機関を利用する自動車、二輪車、船外機、他特機などに搭載され、内燃機関運転のための点火動作の異常を適切に検出する装置であって、点火動作異常による、燃費の悪化、エミッションの悪化を防止し、燃料枯渇問題、環境保全に役立てられるものである。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火診断装置の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火診断装置の動作を説明するタイミングチャートである。この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火診断装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態１に係る内燃機関の点火診断装置の断線検出動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の動作を説明するフローチャートである。

１、１００エンジンコントロールユニット
２、２０１、２０２イグニッションコイル
２１１次巻線
２２２次巻線
２３スイッチング素子
３、３０１、３０２点火プラグ
４バイアス装置
４１ゼナーダイオード
５１、５２ダイオード
６信号抽出装置
６１差動増幅器
６３、６４トランジスタ
６５抵抗
１０マイクロプロセッサ
１１１第１の区間設定手段
１１２第２の区間設定手段
１１３診断手段

Claims

内燃機関の燃焼室内に供給された燃料に着火するための飛火放電を発生する動作を行う点火装置と、前記飛火放電を発生させるための高電圧を発生して前記点火装置に印加する高圧装置とを有する内燃機関に設けられ、前記点火装置による前記飛火放電の状態を診断する内燃機関の点火診断装置であって、前記高電圧の極性とは逆極性のバイアス電圧を生成して前記点火装置に印加するバイアス装置と、前記バイアス電圧の印加に基づいて発生する信号を抽出する信号抽出装置と、前記抽出された信号を処理する第１の検出区間を設定する第１の区間設定手段と、前記抽出された信号を処理する第２の検出区間を設定する第２の区間設手段と、前記第１の検出区間及び前記第２の検出区間内の前記信号に基づいて前記飛火放電の状態を診断する診断手段とを備え、前記第１の区間設定手段は、前記飛火放電の発生タイミングを含む所定の区間に前記第１の検出区間を設定し、前記第２の区間設定手段は、前記第１の検出区間の後に前記第２の検出区間を設定し、前記診断手段は、前記第２の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の正常を判断し、前記第２の検出区間内の信号状態に係わらず前記第１の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の異常を判断するように構成されていることを特徴とする内燃機関の点火診断装置。
内燃機関の同一の燃焼室に設けられ前記燃焼室内に供給された燃料に着火するための飛火放電を発生する動作を行う複数個の点火装置と、前記複数個の点火装置に飛火放電を発生させるための高電圧を発生して前記複数個の点火装置に印加する高圧装置と、前記高電圧の極性とは逆極性のバイアス電圧を生成して前記複数個の点火装置に印加するバイアス装置と、前記複数個の点火装置の前記動作を制御すると制御手段と、前記複数個の点火装置全ての前記飛火放電の状態を診断する点火診断装置とを備え、前記点火診断装置は、前記バイアス電圧の印加に基づいて発生する信号を抽出する信号抽出装置と、前記抽出された信号を処理する第１の検出区間を設定する第１の区間設定手段と、前記抽出された信号を処理する第２の検出区間を設定する第２の区間設手段と、前記第１の検出区間及び前記第２の検出区間内の前記信号に基づいて前記飛火放電の状態を診断する診断手段とを備え、前記第１の区間設定手段は、前記飛火放電の発生タイミングを含む所定の区間に前記第１の検出区間を設定し、前記第２の区間設定手段は、前記第１の検出区間の後に前記第２の検出区間を設定し、前記診断手段は、前記第２の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の正常を判断し、前記第２の検出区間内の信号状態に係わらず前記第１の検出区間の信号状態に基づいて前記飛火放電の異常を判断するように構成されていることを特徴とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記内燃機関が所定の運転状態にあるときは、前記点火診断装置による前記診断が禁止されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、前記点火診断装置により前記同一の燃焼室に設けられた前記複数個の点火装置のうちの一部の点火装置の飛火放電の状態が異常であると判断されたときは、前記異常により前記内燃機関が所定の燃焼性能低下の運転状態とならないように前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、前記点火診断装置により前記同一の燃焼室に設けられた前記複数個の点火装置のうちの一部の点火装置の飛火放電の状態が異常であると判断されたときは、前記燃焼室への燃料供給を停止させるように動作することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記点火診断装置は、前記点火装置と同一のパッケージ内に配置されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記点火診断装置は、前記制御手段と同一のパッケージ内に配置されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。