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

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。