JP6150614B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。特に、点火プラグまたは点火プラグに接続している火花点火用の回路において異常が発生している場合に、その異常を感知する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to a control device that detects an abnormality when an abnormality occurs in a spark plug or a spark ignition circuit connected to the ignition plug.
近時、車両等に搭載される内燃機関には、その故障を感知するための自己診断システムが付随していることが多い。例えば、下記特許文献1には、燃焼の際に点火プラグの電極を流れるイオン電流を検出し、気筒での燃料の燃焼状態の良否を判断するものが開示されている。また、下記特許文献2には、インジェクタに供給される燃料のリリーフ流量を推算し、燃料の圧力が適正範囲に保たれているかどうかを判断するものが開示されている。内燃機関において何らかの故障が生じたことを感知したときには、車両のコックピット内のエンジンチェックランプ(警告灯)を点灯させて、ユーザに異常の旨を報知する。 Recently, an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like is often accompanied by a self-diagnosis system for detecting the failure. For example, Patent Document 1 below discloses an apparatus that detects an ionic current flowing through an electrode of a spark plug during combustion and determines whether the combustion state of the fuel in the cylinder is good or bad. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses a technique for estimating the relief flow rate of fuel supplied to an injector and determining whether the fuel pressure is maintained within an appropriate range. When it is detected that some failure has occurred in the internal combustion engine, an engine check lamp (warning light) in the cockpit of the vehicle is turned on to notify the user of the abnormality.
気筒において失火が続発する場合、エンジンチェックランプを点灯させることとなるが、その原因は様々である。具体的には、点火プラグの経年劣化、点火プラグに火花放電のための高電圧を印加する電気回路または点火コイル、キャパシタの損傷の他、インジェクタに燃料を供給する燃料系の異常、気筒に充填される吸気を供給する吸気系または排気ガス再循環系の異常、等が考えられる。 When misfiring continues in a cylinder, the engine check lamp is lit, but there are various causes. Specifically, the aging of the spark plug, the electric circuit or ignition coil that applies a high voltage for spark discharge to the spark plug, damage to the capacitor, abnormality in the fuel system that supplies fuel to the injector, and filling the cylinder An abnormality in the intake system for supplying the intake air or the exhaust gas recirculation system may be considered.
点火プラグのみをとっても、中心電極または接地電極が損耗してプラグギャップが拡大することもあれば、カーボンのような導電性のデポジットが堆積して中心電極と接地電極との間が短絡することもある。これらは何れも、点火プラグの両電極間の火花放電を不可能にする。 Even if only the spark plug is taken, the center electrode or the ground electrode may be worn out and the plug gap may be widened, or a conductive deposit such as carbon may be deposited to cause a short circuit between the center electrode and the ground electrode. is there. Both of these make spark discharge between the electrodes of the spark plug impossible.
さらには、中心電極と接地電極との間に介在する絶縁碍子がひび割れたり、点火プラグを収容するチューブに孔が開いたりして、そのひび割れまたは孔の箇所で放電を起こしてしまうこともあり得る。このような不意の放電は、点火の際に点火プラグの中心電極に印加される電圧を低下させることにつながり、混合気への点火にとって支障となる。 Furthermore, an insulator interposed between the center electrode and the ground electrode may be cracked, or a hole may be opened in the tube that accommodates the spark plug, causing discharge at the crack or hole. . Such an unexpected discharge leads to a decrease in the voltage applied to the center electrode of the spark plug during ignition, which hinders the ignition of the air-fuel mixture.
上に述べた通り、故障には様々な種類があり、故障の内容を特定するためには内燃機関及び車両の各部を精査する手間をかける必要があった。 As described above, there are various types of failures. In order to specify the content of the failure, it has been necessary to scrutinize each part of the internal combustion engine and the vehicle.
本発明は、内燃機関の不調の原因の一である点火プラグの異常を簡便に知得できるようにすることを所期の目的としている。 An object of the present invention is to make it possible to easily know an abnormality of a spark plug, which is one cause of malfunction of an internal combustion engine.
本発明に係る内燃機関の故障診断装置は、内燃機関の気筒に設けられた点火プラグの現在の状態を判断するものであって、火花点火に先んじて点火コイルの一次側コイルに通電を行う期間において、点火プラグの電極に接続している回路を流れる電流を反復的に計測し、前記期間に計測した電流値の時系列、またはその電流値の時系列から求められる点火プラグの電極を含む回路の電気抵抗値の大きさに基づいて、点火プラグの現在の状態を判断することとし、前記期間に計測した電流値が一定以下の短い時間だけ閾値を超えている、または前記期間に計測した電流値から求められる点火プラグの電極を含む回路の電気抵抗値が一定以下の短い時間だけ閾値を下回っている場合に、点火プラグにおける不意の放電または回路における不意の漏電が発生していると判断することを特徴とする。 A failure diagnosis device for an internal combustion engine according to the present invention is for determining a current state of a spark plug provided in a cylinder of the internal combustion engine, and energizing a primary coil of an ignition coil prior to spark ignition. In the circuit, the current flowing through the circuit connected to the electrode of the spark plug is repeatedly measured, and the circuit including the electrode of the spark plug obtained from the time series of the current value measured during the period or the time series of the current value The current state of the spark plug is determined based on the magnitude of the electrical resistance value, and the current value measured during the period exceeds the threshold for a short time equal to or less than a certain value, or the current measured during the period If the electrical resistance value of the circuit including the electrode of the spark plug determined from the value is below the threshold value for a short period of time below a certain value, an unexpected discharge in the spark plug or an unexpected leakage in the circuit Characterized by determining that There has occurred.
本発明によれば、内燃機関の不調の原因の一である点火プラグの異常を簡便に知得できる。 According to the present invention, it is possible to easily know the abnormality of the spark plug, which is one cause of the malfunction of the internal combustion engine.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の4ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition type 4-stroke gasoline engine, and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an
図2に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ12は、点火コイル14にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル14は、半導体スイッチング素子131を有するイグナイタ13とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
FIG. 2 shows an electric circuit for spark ignition. The
内燃機関の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0からの点火信号iをイグナイタ13が受けると、まずイグナイタ13の半導体スイッチ131が点弧して点火コイル14の一次側に電流が流れ、その直後の火花点火のタイミングで半導体スイッチ131が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。二次側の誘導電圧は、10kVないし30kVに達する。この高い誘導電圧が点火プラグ12の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。
When the
点火コイル14の一次側コイルは、半導体スイッチ131を介して車載の電源バッテリ17に接続する。半導体スイッチ131を点弧し、バッテリ17から供給される直流電圧を一次側コイルに印加して通電を開始すると、一次側コイルを含む一次側(低圧系)の回路を流れる一次電流は逓増する。
The primary coil of the
図3に、一次側コイルへの通電開始後の一次電流の推移を例示する。図3中、電流制限機能が働かない場合を破線で描画し、電流制限機能が働く場合を実線で描画している。バッテリ17及び一次側コイルを含む一次側の電気回路をRL直列回路と仮定すると、t=0時点にて直流電圧Eを印加した場合の一次電流I(t)は、
I(t)≒{1−e-(R/L)t}E/R
となる。即ち、過渡現象として一次電流は逓増するが、その増加の速さは徐々に衰える。十分に長い時間が経過すると、図3中の破線のように一次電流はE/Rに飽和する。
FIG. 3 illustrates the transition of the primary current after the start of energization of the primary coil. In FIG. 3, the case where the current limiting function does not work is drawn with a broken line, and the case where the current limiting function works is drawn with a solid line. Assuming that the primary side electric circuit including the
I (t) ≈ {1-e- (R / L) t } E / R
It becomes. That is, the primary current increases as a transient phenomenon, but the rate of increase gradually decreases. When a sufficiently long time elapses, the primary current saturates to E / R as shown by the broken line in FIG.
イグナイタ13は、一次電流の過大化を抑制する電流制限機能を有している。この電流制限機能は、今日普及している既製のイグナイタのそれと同様である。具体的には、制御回路132が、検出抵抗133を介して、一次電流を当該抵抗133の両端間電圧の形で恒常的に計測する。そして、その一次電流(抵抗133の両端間電圧)の大きさが既定値以下である間は半導体スイッチ131を点弧する一方、既定値を超えたときには半導体スイッチ131を消弧する。これにより、一次電流を図3中の実線のように既定値にクリップする。
The
なお、イグナイタ13は、点火コイル14またはイグナイタ13自身の温度が閾値を超えるような異常発熱を感知した場合に、一次側コイルへの通電を強制的に遮断する機能をも有している。
The
本実施形態のECU0は、燃料の燃焼の際に気筒1の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、そのイオン電流を参照して燃焼状態の判定を行うことができる。
The
図2に示すように、本実施形態では、火花点火用の電気回路に、イオン電流を検出するための回路を付加している。この検出回路は、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部15と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部16とを備える。バイアス電源部15は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ151と、キャパシタ151の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード152と、電流阻止用のダイオード153、154と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗155とを含む。増幅部16は、オペアンプに代表される電圧増幅器161を含む。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, a circuit for detecting an ionic current is added to the electric circuit for spark ignition. This detection circuit includes a bias power supply unit 15 for effectively detecting an ionic current and an
点火プラグ12の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ151が充電され、その後キャパシタ151に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗155にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることで生じる抵抗155の両端間の電圧は、増幅部16により増幅されてイオン電流信号hとしてECU0に受信される。
The
図4に、正常燃焼における、イオン電流及び気筒1内の燃焼圧力(筒内圧)のそれぞれの推移を例示する。図4中、イオン電流を破線で描画し、燃焼圧力を実線で描画している。イオン電流は、点火のための放電中は検出することができない。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。また、燃焼圧がピークを迎えるのとほぼ同時にイオン電流も極大となる。 FIG. 4 illustrates respective transitions of the ionic current and the combustion pressure in the cylinder 1 (in-cylinder pressure) in normal combustion. In FIG. 4, the ionic current is drawn with a broken line, and the combustion pressure is drawn with a solid line. The ionic current cannot be detected during the discharge for ignition. In the case of normal combustion, the ionic current decreases by a chemical reaction before the compression top dead center after the end of spark ignition, and then increases again by thermal dissociation. In addition, the ionic current reaches a maximum almost simultaneously with the peak of the combustion pressure.
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。 The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-way catalyst 41 are disposed on the exhaust passage 4.
内燃機関の運転制御を司るECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
The
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号g、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力される電流信号h等が入力される。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle and engine speed of the crankshaft, and depression of an accelerator pedal. An accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount or the opening of the
出力インタフェースからは、イグナイタ13に対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k等を出力する。
From the output interface, an ignition signal i is output to the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、kを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
しかして、本実施形態のECU0は、燃焼の際に点火プラグ12の電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用して、点火プラグ12の故障その他の異常を感知する。
Thus, the
図5ないし図9に、ECU0からイグナイタ13に与える点火信号i、及びECU0がイオン電流検出用の回路を介して取得する電流信号hの値の時系列の推移を示す。電流信号hは、点火プラグ12の電極を流れる電流を表すものであり、点火プラグ12の両電極間の抵抗の大きさを表すものでもある。
FIGS. 5 to 9 show the time-series transition of the ignition signal i given from the
ECU0は、火花点火に先んじてイグナイタ13の半導体スイッチ131を点弧し、点火コイル14の一次側コイルに通電する。図3に示した通り、一次側コイルを流れる一次電流は、半導体スイッチ131の点弧の後逓増する。そして、半導体スイッチ131の点弧の時点t0から所定の通電時間が経過した後の時点t1にて、ECU0は半導体スイッチ131を消弧し、点火コイル14の一次側コイルへの通電を遮断する。基本的に、半導体スイッチ131の点弧/消弧を制御する点火信号iの推移は、図5ないし図9の全てにおいて共通である。
The
図5は、正常燃焼の場合を示している。正常燃焼の場合の電流信号hは、半導体スイッチ131の消弧に伴い点火プラグ12の両電極間に惹起される火花放電の期間を経過した時点t2の後に顕著に現れる、気筒1の燃焼室内に発生したイオン電流の信号を含むものとなる。より詳しくは、時点t2にてLC共振による信号が現れ、その後に燃焼に起因したイオン電流信号が現れる。
FIG. 5 shows the case of normal combustion. The current signal h in the case of normal combustion is noticeable after the time t 2 when a spark discharge period caused between the two electrodes of the
因みに、半導体スイッチ131の点弧時t0には、スパイク状のノイズが発生して電流信号hに重畳される。また、半導体スイッチ131の消弧時t1の直前の時期に、電流信号hが振動しているが、この振動は、点火コイル14の一次側に流れる一時電流の大きさを規定値以下に抑制するための制御回路132の機能(半導体スイッチ131のON/OFFスイッチング動作)によるものである。
Incidentally, at the time t 0 when the
図6は、点火プラグ12による火花放電は正常であったものの、気筒1の燃焼室内の混合気がうまく燃焼せず失火した場合を示している。図5との相異は、火花放電期間後の時点t2にてLC共振発生後、十分な大きさ及び長さのイオン電流信号が電流信号hに現れていないことである。
FIG. 6 shows the case where the spark discharge by the
図7ないし図9はそれぞれ、点火プラグ12に何らかの異常が存在している場合の例である。その中で、図7は、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間に介在する絶縁碍子がひび割れたり、点火プラグ12を収容するチューブに孔が開いたりしているような場合を示している。
7 to 9 are examples in the case where some abnormality exists in the
図5または図6では、半導体スイッチ131の点弧時点t0から消弧時点t1までの間の期間において、時点t0と略同時のスパイクノイズや時点t1直前の制御回路132の動作(一次電流の飽和)時期を除き、電流信号hは低位で安定していた。
In FIG. 5 or FIG. 6, during the period from the ignition time t 0 to the extinction time t 1 of the
対して、図7では、半導体スイッチ131の点弧時点t0からある程度の時間が経過したときに、瞬間的に増大したスパイク状の電流信号hが現れている。これは、半導体スイッチ131の点弧後、一次電流の逓増とともに徐々に昇圧される点火プラグ12の中心電極側と、恒常的に接地されている点火プラグ12の接地電極側との電位差により、点火プラグ12の絶縁碍子の亀裂やチューブの孔等を介して放電が発生した、あるいは、点火プラグ12の中心電極と点火コイル14の二次側コイルとを接続する二次側(高圧系)の回路の何れかの箇所で瞬間的な漏電が発生したためである。
On the other hand, in FIG. 7, when a certain amount of time has elapsed from the ignition time t 0 of the
そして、このような放電または漏電が、点火タイミングt1にて点火プラグ12の中心電極に印加するべき電気エネルギを失わせることから、中心電極と接地電極との間のギャップにおける火花放電、ひいては混合気への火花点火がうまくゆかなくなる。従って、火花放電の生起するべき期間後の時点t2にて、十分な大きさ及び長さのイオン電流信号が電流信号hに現れない。図7では、時点t2以降のイオン電流信号hが0となってしまっている。
Then, since such discharge or leakage causes loss of electrical energy to be applied to the center electrode of the
上記の放電または漏電は、正常な火花点火の際に中心電極に印加されるものと比べて低い、1kV強の電位差により生ずる。既に述べた通り、半導体スイッチ131の点弧時点t0から消弧時点t1までの期間においては、消弧直前の制御回路132の動作時期を除き、点火コイル14の一次側コイルを流れる電流が逓増する。よって、同期間中、点火コイル14の二次側コイルに、1kVないし2kVの誘導電圧が発生する。
The above discharge or electric leakage is caused by a potential difference of just over 1 kV, which is lower than that applied to the center electrode during normal spark ignition. As already described, during the period from the ignition time t 0 of the
放電や漏電は、電子がより通りやすい経路を介して発生し得る。比較的内燃機関の負荷が低い運転領域では、気筒1に充填される吸気量が少なく、気筒1の燃焼室内の密度が低い。故に、相対的に点火プラグ12の中心電極と接地電極との間で放電しやすい状況と言える。だが、1kVないし2kV程度の大きさの印加電圧では、両電極間のギャップにおいて火花放電を引き起こすには足りない。
Discharge and leakage can occur through a path through which electrons are more likely to pass. In the operation region where the load of the internal combustion engine is relatively low, the amount of intake air charged into the cylinder 1 is small, and the density in the combustion chamber of the cylinder 1 is low. Therefore, it can be said that the discharge is relatively easy between the center electrode of the
翻って、比較的内燃機関の負荷が高い運転領域では、気筒1に充填される吸気量が多く、気筒1の燃焼室内の密度が高まる。故に、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間で放電しにくく、相対的に絶縁碍子の亀裂やチューブの孔等の箇所で放電しやすい状況となる。碍子の亀裂またはチューブの孔等を介した望まれざる放電や、二次側回路における望まれざる漏電は、内燃機関の運転領域如何によって発生したり発生しなかったりする。
In contrast, in the operation region where the load of the internal combustion engine is relatively high, the amount of intake air charged into the cylinder 1 is large, and the density in the combustion chamber of the cylinder 1 increases. Therefore, it is difficult to discharge between the center electrode of the
図8は、点火プラグ12の中心電極及び/または接地電極にカーボン等の導電性のデポジットが付着、堆積して、両電極間が短絡または短絡に近い状態となった場合を示している。デポジットの堆積により両電極間の絶縁抵抗が低下しているため、半導体スイッチ131の点弧時点t0から消弧時点t1までの期間中、比較的長い時間に亘って0でない漏れ電流hが現れる。時点t2以降の電流信号hが0となっている点は、図7の場合と同様である。
FIG. 8 shows a case where a conductive deposit such as carbon is deposited and deposited on the center electrode and / or the ground electrode of the
図9は、点火プラグ12の中心電極及び/または接地電極が損耗し、両電極間のギャップが許容される大きさよりも拡開してしまった場合を示している。放電や漏電が生じたわけではないので、半導体スイッチ131を点弧している時点t0ないし時点t1の期間における電流信号hは、図5または図6と同様である。
FIG. 9 shows a case where the center electrode and / or the ground electrode of the
しかし、プラグギャップの絶縁抵抗が過大になっているため、半導体スイッチ131を消弧して点火プラグ12の中心電極に高電圧を印加したとしても、点火プラグ12の電極にはノイズのような電流が断続的に流れるのみであり、点火に適した火花放電は惹起されない。結果、図9に示すように、半導体スイッチ131を消弧した時点t1の直後にノイズのような波形が電流信号hに現れる。加えて、火花放電そのものに失敗することから、本来の火花放電期間の後の時点t2以降ではイオン電流信号hが0となる。
However, since the insulation resistance of the plug gap is excessive, even if the
なお、図9に示しているような火花放電の不良は、点火プラグ12の中心電極及び/または接地電極にシリカ(二酸化ケイ素)等の絶縁性のデポジットが付着、堆積した場合にも発生する。
The failure of the spark discharge as shown in FIG. 9 also occurs when an insulating deposit such as silica (silicon dioxide) adheres to and accumulates on the center electrode and / or the ground electrode of the
ECU0は、火花放電期間後の時点t2以降の電流信号hを参照して、気筒1での燃料の燃焼状態の良否を判断することができる。時点t2以降に、十分な大きさ及び/または長さのイオン電流信号hが現れていれば、気筒1において良好な燃焼が行われたと判断する。逆に、時点t2以降に十分な大きさ及び/または長さのイオン電流信号hが現れていなければ、気筒1において失火が発生した、または気筒1における燃焼が不安定であったと判断する。
The
その上で、本実施形態のECU0は、半導体スイッチ131の点弧時点t0からその消弧時点t1まで(より厳密には、一次電流の飽和に伴う制御回路132の動作以前)の期間に二次側回路を流れる二次電流hの大きさを反復的に計測し、その電流値の時系列を基に、点火プラグ12を含む二次側の回路の電気抵抗値を推算する。この電気抵抗は主として、点火プラグ12の中心電極と接地電極との間のギャップの絶縁抵抗である。
In addition, the ECU 0 of the present embodiment has a period from the ignition time t 0 of the
点弧時点t0から消弧時点t1までの期間における、一次側コイルに発生する誘導電圧V(t)は、一次側コイルを流れる一次電流I(t)の時間微分に一次側コイルのリアクタンスLを乗じた
V(t)≒e-(R/L)tE
として演算が可能である。そして、同期間内の任意の時点tにおいて二次側コイルに発生する誘導電圧は、上記の誘導電圧V(t)及び点火コイル14の変圧比等から求められる。二次側の回路の電気抵抗値、要するに点火プラグ12による絶縁抵抗の大きさは、二次側コイルに発生する誘導電圧を、二次側コイルを流れる電流hの計測値で除することによって得られる。
The induced voltage V (t) generated in the primary coil during the period from the starting time t 0 to the extinguishing time t 1 is the reactance of the primary coil in the time differentiation of the primary current I (t) flowing through the primary coil. V (t) multiplied by L ≒ e- (R / L) t E
Can be computed as Then, the induced voltage generated in the secondary coil at an arbitrary time t within the same period is obtained from the induced voltage V (t) and the transformation ratio of the
電極にデポジットが付着しておらず、絶縁碍子の割れやチューブの穿孔等も生じていない(換言すれば、未使用の正常品の)点火プラグ12の電極間の絶縁抵抗は、500MΩ程度である。
No deposits are attached to the electrodes, and no insulator cracks or tube perforations occur (in other words, an unused normal product) the insulation resistance between the electrodes of the
電極にカーボン等のデポジットが付着するくすぶりが発生すると、点火プラグ12の電極間の絶縁抵抗が低下する。つまり、二次側の回路を流れる電流hを計測し、その電気抵抗値を算定すれば、当該電気抵抗値を点火プラグ12のくすぶりの度合いを評価する指標値として用いることができる。即ち、電気抵抗値が低いほど、くすぶりによる点火プラグ12の電極の汚損が進行しているということになる。
When smoldering deposits of carbon or other deposits occur on the electrodes, the insulation resistance between the electrodes of the
尤も、点火プラグ12の絶縁碍子が割れていたりチューブに孔が開いていたりして当該箇所で放電を起こしたときや、二次側の回路で漏電を起こしたときには、二次側回路を流れる電流hの計測値がスパイク状に増加する。そして、その放電または漏電の発生時に、二次側回路の電気抵抗値が一瞬ながら低落する。二次電流hの計測値を基に推算される電気抵抗値を根拠として点火プラグ12の状態を正しく把握するためには、くすぶりによる恒常的な電気抵抗値の低下と、放電または漏電に伴う瞬時的な電気抵抗値の低下とを区別する必要がある。
However, when the insulator of the
そこで、本実施形態のECU0は、図10に示すように、点弧時点t0から消弧時点t1までの期間において推算した二次側回路の電気抵抗値が閾値を下回る時間TAを計数し、そのTAが一定値以上の長い時間である場合に、点火プラグ12の電極がくすぶっていると判断する。閾値は、例えば100MΩに設定する。
Therefore, as shown in FIG. 10, the ECU 0 of the present embodiment counts the time T A when the electrical resistance value of the secondary circuit estimated during the period from the ignition time t 0 to the extinction time t 1 falls below the threshold value. and, the T a is in the case of long time of more than a predetermined value, it is determined that the smoldering electrode of the
点火プラグ12の電極がくすぶっているとの判定を下したECU0は、点火プラグ12の電極に堆積したカーボン等を除去するためのクリーニング処理を実行する。クリーニング処理では、例えば、気筒1に充填される吸気量に対して燃料噴射量を減量し混合気の空燃比をリーン化したり、逆に燃料噴射量を増量して混合気の空燃比をリッチ化したり、気筒1の排気行程中や燃料カット(燃料噴射の一時停止)中に敢えて点火プラグ12において火花放電を生じさせたりすることが考えられる。何れも、点火プラグ12の電極に付着しているカーボン等の酸化を促し、二酸化炭素の形で気筒1外に排出しようとするものである。
The
一つの気筒1において、クリーニング処理を所定回数(一回または複数回)実行したにもかかわらず、依然として点火プラグ12がくすぶっていると判断されるならば、点火プラグ12のくすぶりを除去できない旨を示す情報(ダイアグノーシスコード)をECU0のメモリに書き込んで記憶保持し、事後の修理作業における原因究明及び修繕箇所の特定の助けとする。加えて、内燃機関に異常が存在していることを、ユーザの視覚または聴覚に訴えかける態様にて報知する。例えば、コックピット内に設置されたエンジンチェックランプ(警告灯)を点灯させたり、ディスプレイに警告を表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。
If it is determined that the
並びに、本実施形態のECU0は、図11に示すように、点弧時点t0から消弧時点t1までの期間において推算した二次側回路の電気抵抗値が閾値を下回る時間TBを計数し、そのTBが一定値以下の極短い時間である場合に、絶縁碍子の割れやチューブの穿孔等による不意の放電、または二次側回路の何れかの箇所における不意の漏電が発生したと判断する。放電または漏電の有無を判定する際に電気抵抗値と比較する閾値は、点火プラグ12の電極がくすぶっているかどうかを判定する際に電気抵抗値と比較する閾値と同一の値としてもよく、これとは異なる値としてもよい。時間TBと比較する一定値もまた、上述の時間TAと比較する一定値と同一の値としてもよいし、これとは異なる値としてもよい。
And, ECU0 of the present embodiment, as shown in FIG. 11, counting the time T B which electrical resistance of the secondary circuit which is estimated in the period from the firing time t 0 to the extinguishing time t 1 is below a threshold and, in that case T B is less very short time constant, the leakage of the unexpected in any point of cracking and unexpected discharge caused by drilling or the like of the tube or the secondary circuit, the insulator occurs to decide. The threshold value to be compared with the electric resistance value when determining the presence or absence of discharge or electric leakage may be the same value as the threshold value to be compared with the electric resistance value when determining whether or not the electrode of the
一つの気筒1について、不意の放電または漏電の発生を所定回数(一回または複数回)判定したECU0は、点火プラグ12における放電または二次側回路における漏電が発生している旨を示す情報をECU0のメモリに書き込んで記憶保持し、事後の修理作業における原因究明及び修繕箇所の特定の助けとする。加えて、内燃機関に異常が存在していることを、ユーザの視覚または聴覚に訴えかける態様にて報知する。例えば、コックピット内に設置されたエンジンチェックランプを点灯させたり、ディスプレイに警告を表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。
The
また、点弧時点t0から消弧時点t1までの期間において推算した二次側回路の電気抵抗値を指標値として、点火プラグ12の電極の損耗の程度や、シリカ等の絶縁性のデポジットの付着の程度を評価することもできる。即ち、電気抵抗値が高いほど、点火プラグ12の電極が損耗してプラグギャップが拡大している、または絶縁性のデポジットによる点火プラグ12の電極の汚損が進行しているということになる。
Further, using the electric resistance value of the secondary circuit estimated during the period from the ignition time t 0 to the extinction time t 1 as an index value, the degree of wear of the electrode of the
ECU0は、点弧時点t0から消弧時点t1までの期間において推算した二次側回路の電気抵抗値が閾値を上回っている場合に、プラグギャップが許容範囲を超えて拡大し、または絶縁性のデポジットが堆積していると判定する。ここでの閾値は、電極にデポジットが付着しておらず、絶縁碍子の割れやチューブの穿孔等も生じていない(換言すれば、未使用の正常品の)点火プラグ12の電極間の絶縁抵抗よりも高い値に設定する。
When the electrical resistance value of the secondary side circuit estimated during the period from the ignition time t 0 to the extinguishing time t 1 exceeds the threshold, the ECU 0 increases the plug gap beyond the allowable range or performs insulation. It is determined that a sex deposit is deposited. The threshold value here is that no deposit is attached to the electrodes, and there is no cracking of the insulator or perforation of the tube (in other words, the insulation resistance between the electrodes of the
一つの気筒1について、プラグギャップの拡大または絶縁性のデポジットの堆積を所定回数(一回または複数回)判定したECU0は、点火プラグ12の電極が損耗しまたは絶縁性のデポジットが堆積している旨を示す情報をECU0のメモリに書き込んで記憶保持し、事後の修理作業における原因究明及び修繕箇所の特定の助けとする。加えて、内燃機関に異常が存在していることを、ユーザの視覚または聴覚に訴えかける態様にて報知する。例えば、コックピット内に設置されたエンジンチェックランプを点灯させたり、ディスプレイに警告を表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。
The
本実施形態では、内燃機関の気筒1に設けられた点火プラグ12の現在の状態を判断するものであって、火花点火に先んじて点火コイル14の一次側コイルに通電を行う(イグナイタ13の点弧時点t0から消弧時点t1までの)期間において、点火プラグ12の電極に接続している二次側の回路を流れる二次電流hを反復的に計測し、前記期間に計測した電流値の時系列から求められる、点火プラグ12の電極を含む二次側の回路の電気抵抗値の大きさに基づいて、点火プラグ12の現在の状態を判断することを特徴とする内燃機関の制御装置0を構成した。
In the present embodiment, the current state of the
本制御装置0は、一次側コイルに通電を行う期間に計測した電流値から求められる二次側回路の電気抵抗値が一定時間以上閾値を下回っていることを条件として、点火プラグ12の電極がくすぶっていると判断する。そして、そのくすぶりを除去するためのクリーニング処理を実行する。
The
並びに、本制御装置0は、一次側コイルに通電を行う期間に計測した電流値から求められる二次側回路の電気抵抗値が一定以下の短い時間だけ閾値を下回っていることを条件として、点火プラグ12における不意の放電または回路における不意の漏電が発生していると判断する。
In addition, the
本実施形態によれば、内燃機関の不調の原因の一である点火プラグ12または二次側回路の異常を簡便に知得できるようになる。のみならず、その異常の内容が何であるのか、例えば、点火プラグ12の碍子の亀裂またはチューブの穿孔であるのか、くすぶりによる電極間の短絡であるのか、電極間のギャップの拡大またはシリカの堆積であるのかをも、特定することが可能となる。
According to the present embodiment, it is possible to easily know the abnormality of the
内燃機関の気筒1において失火が続発したような場合に、その原因が点火プラグ12の損傷(または、損耗)であるのか、点火プラグ12以外の装置の異常であるのかを切り分けて特定することができるため、内燃機関及び車両の各部を逐一精査する手間をかける必要がなくなり、保守、点検、整備のコストの低減につながる。点火プラグ12やチューブの損傷ならば、点火プラグ12やチューブを交換することで足る。点火プラグ12またはチューブの損傷でないならば、燃料系や吸気系等の装置を調査すればよい。
When misfiring continues in the cylinder 1 of the internal combustion engine, it is possible to identify and identify whether the cause is damage (or wear) of the
既存のイオン電流信号検出用の回路を流用して、点火プラグ12の異常を感知できることも強みである。碍子のひび割れ等の箇所における漏電の有無を調査する目的で、点火プラグ12の中心電極に印加される電圧を常時監視するためのハードウェアを新たに実装するような必要がない。
It is also an advantage that an abnormality of the
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、半導体スイッチ131の点弧時点t0から消弧時点t1までの期間において、点火プラグ12の中心電極と点火コイル14の二次側コイルとを接続する二次側回路を流れる電流hを計測し、その計測値から二次側回路の電気抵抗値を推算して、点火プラグ12の異常の有無や異常の種類を診断していた。だが、当該期間において二次側回路を流れる電流hの計測値そのものを参照して、点火プラグ12の異常の有無や異常の種類を診断するようにしても、上記実施形態と同等の効果を奏し得る。
The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. In the above embodiment, during the period from the ignition time t 0 of the
その場合、制御装置たるECU0は、図12に示すように、当該期間において計測した電流値が閾値を上回る時間TCを計数し、そのTCが一定値以上の長い時間である場合に、点火プラグ12の電極がくすぶっていると判断する。
In that case, as shown in FIG. 12, the
点火プラグ12の電極のくすぶりを感知したECU0は、上記実施形態と同様に、電極のくすぶりを除去するためのクリーニング処理を実行したり、電極がくすぶっている旨を示す情報(ダイアグノーシスコード)をメモリに記憶したり、その旨をユーザの視覚または聴覚に訴えかける態様にて報知したりする。
The
並びに、ECU0は、図13に示すように、当該期間において計測した電流値が閾値を上回る時間TDを計数し、そのTDが一定値以下の極短い時間である場合に、絶縁碍子の割れやチューブの穿孔等による不意の放電、または二次側回路の何れかの箇所における不意の漏電が発生したと判断する。放電または漏電の有無を判定する際に電流値と比較する閾値は、点火プラグ12の電極がくすぶっているかどうかを判定する際に電流値と比較する閾値と同一の値としてもよく、これとは異なる値としてもよい。時間TDと比較する一定値もまた、上述の時間TCと比較する一定値と同一の値としてもよいし、これとは異なる値としてもよい。
And, ECU0, as shown in FIG. 13, when the current value measured in the period counted time T D above a threshold, its T D the following very short time constant, cracking of the insulator It is determined that an unexpected discharge due to a perforation of the tube or an unexpected electric leakage occurred in any part of the secondary circuit. The threshold value to be compared with the current value when determining the presence or absence of discharge or electric leakage may be the same value as the threshold value to be compared with the current value when determining whether or not the electrode of the
不意の放電または漏電を感知したECU0は、上記実施形態と同様に、放電または漏電が発生している旨を示す情報をメモリに記憶し、その旨をユーザの視覚または聴覚に訴えかける態様にて報知する。
The
加えて、当該期間において計測した電流値が閾値を下回っている場合に、プラグギャップが許容範囲を超えて拡大し、または絶縁性のデポジットが堆積していると判定することも考えられる。ここでの閾値は、点火プラグ12の電極にデポジットが付着しておらず、絶縁碍子の割れやチューブの穿孔等も生じていない(または、未使用の正常品の)状況の下で二次側回路を流れる電流の最小値よりも低い値に設定する。
In addition, when the current value measured in the period is lower than the threshold value, it may be determined that the plug gap expands beyond an allowable range or that an insulating deposit is deposited. The threshold value here is the secondary side under the condition that no deposit is attached to the electrode of the
プラグギャップの拡大または絶縁性のデポジットの堆積を感知したECU0は、上記実施形態と同様に、プラグギャップが拡大しまたは絶縁性のデポジットが電極に堆積している旨を示す情報をメモリに記憶し、その旨をユーザの視覚または聴覚に訴えかける態様にて報知する。
The
総じて言えば、点火コイル14の一次側コイルに通電を行う期間において、点火プラグ12の電極に接続している二次側回路を流れる電流hの計測値、またはその計測値から求められる二次側回路の電気抵抗値は、点火プラグ12の電極のくすぶりや、電極の損耗またはシリカ等の堆積の度合いを表す指標値となる。さらに、当該期間において、二次側回路を流れる電流hの計測値または二次側回路の電気抵抗値が極僅かな時間だけ変動(瞬間的な電流hの増大または電気抵抗値の低落)した場合には、点火プラグ12または二次側回路の何れかの箇所で放電または漏電が起こったと判断される。
Generally speaking, during the period in which the primary coil of the
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。 The present invention can be applied to control of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
12…点火プラグ
13…イグナイタ
14…点火コイル
h…電流信号
0 ... Control unit (ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (1)
火花点火に先んじて点火コイルの一次側コイルに通電を行う期間において、点火プラグの電極に接続している回路を流れる電流を反復的に計測し、
前記期間に計測した電流値の時系列、またはその電流値の時系列から求められる点火プラグの電極を含む回路の電気抵抗値の大きさに基づいて、点火プラグの現在の状態を判断することとし、
前記期間に計測した電流値が一定以下の短い時間だけ閾値を超えている、または前記期間に計測した電流値から求められる点火プラグの電極を含む回路の電気抵抗値が一定以下の短い時間だけ閾値を下回っている場合に、点火プラグにおける不意の放電または回路における不意の漏電が発生していると判断する内燃機関の制御装置。 Determining the current state of a spark plug provided in a cylinder of an internal combustion engine,
During the period in which the primary coil of the ignition coil is energized prior to spark ignition, the current flowing through the circuit connected to the electrode of the spark plug is repeatedly measured,
Based on the magnitude of the time series or electrical resistance of the circuit including the electrode of the spark plug obtained from the time series of the current value, the current value measured in the time period, and to determine the current state of the spark plug ,
The current value measured during the period exceeds the threshold for a short time that is less than or equal to a certain time, or the electrical resistance value of the circuit that includes the electrode of the spark plug obtained from the current value measured during the period is equal to or less than a certain time The control device for an internal combustion engine that determines that an unexpected discharge in the spark plug or an unexpected electric leakage in the circuit occurs when the value is lower than .
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