JP6156423B2 - エンジンの点火装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの点火装置に関するものである。
ガソリンエンジンの点火装置においてはイグナイタに気筒毎の点火プラグが接続され、イグナイタの点火コイルの一次電流を通電・遮断させて点火コイルの二次側に高電圧を発生させ点火プラグを点火させる。イグナイタの異常を検出するため、電流測定等による異常検出回路付きのイグナイタが使用されている(例えば、特許文献1)。
特開平9−170545号公報
ところで、ガソリンエンジンでの搭載の都合等で異常検出回路付きのイグナイタが使用できない場合は、直接電気的なつながりの無い点火プラグ側の異常検出ができなくなる。また、異常検出回路を搭載した場合はイグナイタのコストがアップする。
本発明の目的は、異常検出回路の無いイグナイタを使用しても異常を検出することができるエンジンの点火装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明では、コントロールユニットおよびイグナイタを有し、前記イグナイタにおいて前記コントロールユニットからの点火信号に基づいて点火コイルの一次電流を通電・遮断させ点火コイルの二次側に高電圧を発生させてエンジンの各気筒に設けた点火プラグを点火させるエンジンの点火装置において、前記コントロールユニットは、エンジンの回転変動量を検出するエンジン回転変動量検出手段と、前記エンジン回転変動量検出手段によるエンジンの回転変動量が第1の閾値以上で、かつ、前記第1の閾値より大きい第2の閾値よりも小さい場合、失火したと判定する第1の判定手段と、前記エンジン回転変動量検出手段によるエンジンの回転変動量が前記第2の閾値以上の場合、前記イグナイタが異常であると判定する第2の判定手段と、を備えることを要旨とする。
請求項1に記載の発明によれば、コントロールユニットは、エンジン回転変動量検出手段と第1の判定手段と第2の判定手段とを備え、エンジン回転変動量検出手段により、エンジンの回転変動量が検出される。そして、第1の判定手段により、エンジン回転変動量検出手段によるエンジンの回転変動量が第1の閾値以上で、かつ、第1の閾値より大きい第2の閾値よりも小さい場合、失火したと判定される。また、第2の判定手段により、エンジン回転変動量検出手段によるエンジンの回転変動量が第2の閾値以上の場合、イグナイタが異常であると判定される。よって、異常検出回路の無いイグナイタを使用しても異常を検出することができる。
請求項2に記載のように、請求項1に記載のエンジンの点火装置において、前記第1の判定手段は、失火した気筒を特定して記憶し、前記第2の判定手段は、異常である気筒を特定して記憶するとよい。
請求項3に記載のように、請求項1または2に記載のエンジンの点火装置において、前記第1の閾値および前記第2の閾値はエンジン回転数によって決定されるとよい。
本発明によれば、異常検出回路の無いイグナイタを使用しても異常を検出することができる。
実施形態におけるエンジンおよびその周辺機器の概略構成を示す図。 エンジンの点火装置の概略構成を示す図。 失火・イグナイタ異常検出処理を示すフローチャート。 (a)〜(c)は失火・イグナイタ異常検出処理を説明するためのタイムチャート。 回転変動量の閾値を説明するための説明図。 別例の回転変動量の閾値を説明するための説明図。
以下、4気筒ガソリンエンジンに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、エンジン10は、シリンダブロック11とシリンダヘッド12を備え、シリンダブロック11に4気筒分のシリンダボア13が形成されている。各シリンダボア13内にはピストン14が摺動可能に設けられ、ピストン14にはコンロッド15を介してクランクシャフト16が連結されている。シリンダボア13の内部においてピストン14とシリンダヘッド12とにより囲まれた空間にて燃焼室17が区画形成されている。シリンダヘッド12には、各気筒(各燃焼室17)に対応して点火プラグ18が設けられている。また、シリンダヘッド12には、各燃焼室17に通じる吸気ポート19および排気ポート20が設けられている。吸気ポート19には吸気通路21が接続されているとともに排気ポート20には排気通路22が接続されている。
吸気ポート19の燃焼室17に通じる開口端には吸気バルブ23が設けられている。また、排気ポート20の燃焼室17に通じる開口端には排気バルブ24が設けられている。吸気バルブ23はクランクシャフト16の動力によって回転する吸気カムシャフト25によって開閉される。排気バルブ24はクランクシャフト16の動力によって回転する排気カムシャフト26によって開閉される。クランクシャフト16の動力はタイミングベルト27およびタイミングプーリ28,29を介してカムシャフト25,26に伝達される。
また、吸気ポート19の近傍には、各気筒に対応して燃料噴射用のインジェクタ30がそれぞれ備えられている。各インジェクタ30には図示しない燃料供給系を介して所定圧力の燃料が供給されている。
エンジン10の運転が開始され、吸気通路21内への吸入空気の導入とともにインジェクタ30から燃料が噴射されることにより、それら吸入空気と燃料とが混合されて混合気となる。そして、エンジン10の吸入行程において、吸気バルブ23により吸気ポート19が開かれることにより混合気が吸気ポート19を通じて燃焼室17に取り込まれ、燃焼室17に取り込まれた混合気が点火プラグ18によって点火されることにより、その混合気が爆発・燃焼してエンジン10に駆動力が得られる。燃焼後の排気ガスは、排気バルブ24により排気ポート20が開かれることによって排気通路22に排出される。
一方、吸気通路21にはサージタンク31が設けられ、このサージタンク31の上流側には、アクセルペダル32の操作に応じて開閉駆動されるスロットルバルブ33が設けられている。スロットルバルブ33の開度、即ち、スロットル開度に応じて吸気通路21へ導入される吸入空気量が調整される。なお、この吸気通路21に導入される吸入空気量は、スロットルバルブ33の更に上流に設けられたエアフローメータ34によって常時検出されている。
また、スロットルバルブ33の近傍にはスロットルセンサ35が設けられている。スロットルセンサ35はスロットル開度に応じた検出信号を出力する。
クランク軸センサ36、カム軸センサ37、エンジン10の冷却水の温度を検出するための水温センサ38等が設けられている。クランク軸センサ36は、回転信号(Ne信号)を出力する。カム軸センサ37は、気筒判別信号(G信号)を出力する。
点火プラグ18はイグナイタ39と接続されている。点火プラグ18はイグナイタ39から出力される高電圧の印加により点火される。
コントロールユニット(エンジンECU)40は、エアフローメータ34、スロットルセンサ35、クランク軸センサ36、カム軸センサ37、水温センサ38等と接続されている。そして、各センサからの検出信号が取り込まれて、それらの検出信号に基づいてインジェクタ30、イグナイタ39等が制御される。
次に、図2を用いてエンジンの点火装置50を説明する。
図2に示すように、エンジンの点火装置50は、コントロールユニット40およびイグナイタ39を有する。コントロールユニット40は、マイコン41とメモリ42を有する。エンジンの点火装置50は、マイコン41による制御システムに故障診断機能を備え、失火検出、イグナイタ39の異常検出などが行われる。イグナイタ39は、気筒毎の点火コイル61,62,63,64と、気筒毎のドライブ回路71,72,73,74と、気筒毎のスイッチング素子81,82,83,84を有する。
第1気筒♯1の点火プラグ18aに対応して、点火コイル61、ドライブ回路71、スイッチング素子81が設けられている。以下同様に、第2気筒♯2の点火プラグ18bに対応して、点火コイル62、ドライブ回路72、スイッチング素子82が設けられている。第3気筒♯3の点火プラグ18cに対応して、点火コイル63、ドライブ回路73、スイッチング素子83が設けられている。第4気筒♯4の点火プラグ18dに対応して、点火コイル64、ドライブ回路74、スイッチング素子84が設けられている。
スイッチング素子81,82,83,84と点火コイル61,62,63,64の一次巻線61a,62a,63a,64aとが直列に接続されている。この直列回路におけるスイッチング素子81,82,83,84側の端部が接地され、一次巻線61a,62a,63a,64a側の端部が車載バッテリに接続されている。そして、スイッチング素子81,82,83,84のオンにより点火コイル61,62,63,64の一次巻線61a,62a,63a,64aにバッテリ電圧Vbが印加される。点火コイル61,62,63,64の二次巻線61b,62b,63b,64bの一端が車載バッテリに接続されているとともに他端が気筒毎の点火プラグ18a,18b,18c,18dに接続されている。
また、ドライブ回路71,72,73,74はコントロールユニット40に接続されている。コントロールユニット40から気筒毎の各ドライブ回路71,72,73,74に点火信号が送られる。各ドライブ回路71,72,73,74は点火信号が入力されると、スイッチング素子81,82,83,84をオンする。
そして、イグナイタ39においては、コントロールユニット40からの点火信号に基づいて気筒毎の各点火コイル61,62,63,64の一次電流(一次巻線61a,62a,63a,64aに流す電流)を通電・遮断させる。この一次電流の通電・遮断により点火コイル61,62,63,64の二次側(二次巻線61b,62b,63b,64b)に高電圧を発生させる。この二次側の高電圧の発生によりエンジン10の各気筒に設けた点火プラグ18a,18b,18c,18dが点火される。
次に、エンジンの点火装置50の作用について、図3,4,5を用いて説明する。
コントロールユニット40のマイコン41は、図3に示す失火・イグナイタ異常検出処理を実行する。エンジンの回転変動についての各種のパターンを、図4(a),(b),(c)に示す。コントロールユニット40のメモリ42には、図5に示すように、エンジンの回転変動量についての第1の閾値th1と、同じくエンジンの回転変動量についての第2の閾値th2とが記憶されている。第1の閾値th1および第2の閾値th2は固定値であるとともに、第2の閾値th2は第1の閾値th1より大きな値である。
図3において、コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ100においてクランク軸センサ36からのNe信号とカム軸センサ37からのG信号を取り込む。G信号およびNe信号に基づいて、コントロールユニット40のマイコン41はステップ101において気筒を判定するとともに、ステップ102においてエンジンの回転変動量Δn(図4(a),(b),(c)参照)を検出する。
さらに、コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ103,104において、エンジンの回転変動量Δnが、
(A)第1の閾値th1より小さいか、
(B)第1の閾値th1以上で、かつ、第2の閾値th2(>th1)より小さいか、
(C)第2の閾値th2以上か否か判定する。
コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ103において、エンジンの回転変動量Δnが、上記(A)の第1の閾値th1より小さい場合、即ち、図4(a)に示す挙動を示すと、失火やイグナイタの異常が検出されなかったとして今回の失火・イグナイタ異常検出処理を終了する。
コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ103,104において、エンジンの回転変動量Δnが、上記(B)の第1の閾値th1以上で、かつ、第1の閾値th1より大きい第2の閾値th2よりも小さい場合、即ち、図4(b)に示す挙動を示すと、失火の可能性があるとしてステップ105に移行する。
コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ105において、同一気筒で連続してM回以上発生しているか否か判定する。なお、Mは所定値である。
コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ105において、図4(b)においてt1のタイミングで示すように、同一気筒で連続してM回以上発生していると(図4(b)ではM=4の場合を例示)、ステップ106に移行する。コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ106において、連続してM回以上発生している気筒において点火プラグが失火していると判定してその旨の故障診断コードをメモリ42に記憶する。例えば、図4(b)のように第1気筒♯1において連続してM回以上発生していると、第1気筒♯1の点火プラグ18aが失火したことがわかる。
そして、修理工場等においてサービスマンが外部診断器によりコントロールユニット40から故障診断コードを読み出して故障診断コードを解読することにより異常系統名(点火系)を表示することが可能であるとともに故障の原因(点火プラグ異常等)や故障個所(失火が検出された気筒)を特定することが可能である。このようにして、失火した気筒を特定して記憶することにより、その後の修理(サービス)に反映させることができる。
一方、コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ105において、同一気筒で連続してM回以上発生していないと、特定の気筒での失火が検出されなかったとしてリターンする。
コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ103,104において、エンジンの回転変動量Δnが、上記(C)の第2の閾値th2以上だと、即ち、図4(c)に示す挙動を示すと、イグナイタ39の異常の可能性があるとしてステップ107に移行する。
コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ107において、同一気筒で連続してN回以上発生しているか否か判定する。なお、Nは所定値である。
コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ107において、図4(c)においてt2のタイミングで示すように、同一気筒で連続してN回以上発生していると(図4(c)ではN=4の場合を例示)、ステップ108に移行する。コントロールユニット40のマイコン41は、ステップ108において、連続してN回以上発生している気筒についてイグナイタにおいて断線等によるイグナイタ異常が発生していると判定してその旨の故障診断コードをメモリ42に記憶する。例えば、図4(c)のように第1気筒♯1において連続してN回以上発生していると、第1気筒♯1の点火コイル61の二次巻線61bに断線(図2において×で示す箇所)が発生していることが考えられる。
そして、修理工場等においてサービスマンが外部診断器によりコントロールユニット40から故障診断コードを読み出して故障診断コードを解読することにより異常系統名(点火系)を表示することが可能であるとともに故障の原因(イグナイタ異常)や故障個所(異常が検出された気筒)を特定することが可能である。このようにして、異常である気筒を特定して記憶することにより、その後の修理(サービス)に反映させることができる。
ステップ107において、コントロールユニット40のマイコン41は、連続してN回以上発生している気筒がないと、特定の気筒でのイグナイタ異常が検出されなかったとしてリターンする。
このようにして、図5に示すように、エンジンの回転変動の大きさ、即ち、回転変動量Δnによって正常/失火/イグナイタ異常判定ができるように閾値th1,th2を設定している。エンジンの回転変動量Δnが第1の閾値th1よりも小さい領域が正常領域である。また、エンジンの回転変動量Δnが第1の閾値th1と第2の閾値th2との間の領域が失火領域であり、イグナイタは正常に動作しているが失火が発生している。さらに、エンジンの回転変動量Δnが第2の閾値th2以上の領域がイグナイタ異常領域であり、イグナイタが正常動作していない。
これに加えて、気筒判別を合わせて行うことにより、どの気筒で異常が発生しているか検出している。
つまり、正常時には各気筒において順に点火により混合気が爆発・燃焼して小さな回転変動しか起きないが、コントロールユニットの点火信号出力側のイグナイタや点火プラグに不具合があり、特定の気筒において混合気の爆発・燃焼に問題があると、その気筒において所望のトルクが出ないので、その気筒だけ回転変動が大きくなる。クランク軸センサ36、カム軸センサ37からの信号により瞬時の回転変動の大きさをモニタして、その気筒に何らかの異常があると判定するとともにその異常が失火なのかイグナイタ異常なのか判定する。
その結果、異常検出回路の無いイグナイタ39を使用しても異常を検出することができるようにすることで、サービス性を確保できるとともにコスト低減を図ることができる。つまり、コントロールユニット40の制御で異常判定できるため、イグナイタの異常検出回路が不要になり、コストが低減できる。また、イグナイタの異常検出回路が不要になるため、エンジンにイグナイタを搭載するときの搭載制限が減少する。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)エンジンの点火装置50の構成として、コントロールユニット40は、エンジン回転変動量検出手段、第1の判定手段および第2の判定手段としてのマイコン41を備える。エンジン回転変動量検出手段としてのマイコン41は、エンジンの回転変動量Δnを検出する。第1の判定手段としてのマイコン41は、エンジンの回転変動量Δnが第1の閾値th1以上で、かつ、第1の閾値th1より大きい第2の閾値th2よりも小さい場合、失火したと判定する。第2の判定手段としてのマイコン41は、エンジンの回転変動量Δnが第2の閾値th2以上の場合、イグナイタ39が異常であると判定する。よって、異常検出回路の無いイグナイタ39を使用しても異常を検出することができる。
(2)第1の判定手段としてのマイコン41は、失火した気筒を特定して記憶し、第2の判定手段としてのマイコン41は、異常である気筒を特定して記憶する。よって、その後の修理等において、失火した気筒やイグナイタが異常である気筒が分り、修理等に反映することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図5に示したように第1の閾値th1および第2の閾値th2は固定値であったが、これに代わり、図6に示すように、第1の閾値th1および第2の閾値th2はエンジン回転数に応じて決定するようにしてもよい。図6においては、エンジン回転数が低いほど第1の閾値th1および第2の閾値th2は大きな値が設定される。
このように、第1の閾値および第2の閾値はエンジン回転数によって決定されると、実用的である。
・図3におけるステップ105の処理やステップ107の処理は行わないようにしてもよい。即ち、マイコン41は、ステップ103,104の処理によりエンジンの回転変動量Δnが第1の閾値th1以上で、かつ、第2の閾値th2よりも小さい場合にはステップ106で失火したと判定してもよい。また、マイコン41は、ステップ103,104の処理によりエンジンの回転変動量Δnが第2の閾値th2以上の場合には、ステップ108でイグナイタ39が異常であると判定してもよい。
・第2の判定手段としてのマイコン41は、異常である気筒を特定した場合に、単に記憶するだけでなく、警報装置などにより運転者等に通知してもよい。
・エンジンの回転変動量をエンジン回転数の上限値と下限値との差分で判断しているが、単位時間当たりのエンジンの回転数の変動量を用いて、エンジンの回転変動量を検出してもよい。
・エンジンの気筒数は問わない。
10…エンジン、18a,18b,18c,18d…点火プラグ、39…イグナイタ、40…コントロールユニット、41…マイコン、50…エンジンの点火装置、61,62,63,64…点火コイル、Δn…回転変動量、th1…第1の閾値、th2…第2の閾値。

Claims (3)

  1. コントロールユニットおよびイグナイタを有し、前記イグナイタにおいて前記コントロールユニットからの点火信号に基づいて点火コイルの一次電流を通電・遮断させ点火コイルの二次側に高電圧を発生させてエンジンの各気筒に設けた点火プラグを点火させるエンジンの点火装置において、
    前記コントロールユニットは、
    エンジンの回転変動量を検出するエンジン回転変動量検出手段と、
    前記エンジン回転変動量検出手段によるエンジンの回転変動量が第1の閾値以上で、かつ、前記第1の閾値より大きい第2の閾値よりも小さい場合、失火したと判定する第1の判定手段と、
    前記エンジン回転変動量検出手段によるエンジンの回転変動量が前記第2の閾値以上の場合、前記イグナイタが異常であると判定する第2の判定手段と、
    を備えることを特徴とするエンジンの点火装置。
  2. 前記第1の判定手段は、失火した気筒を特定して記憶し、
    前記第2の判定手段は、異常である気筒を特定して記憶することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの点火装置。
  3. 前記第1の閾値および前記第2の閾値はエンジン回転数によって決定されることを特徴とする請求項1または2に記載のエンジンの点火装置。
JP2015064502A 2015-03-26 2015-03-26 エンジンの点火装置 Active JP6156423B2 (ja)

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