JPH06500375A - 内燃機関のための点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関のための点火装置 本発明は、請求項１の上位概念に記載の点火装置に関する。排気ガス値に対する 環境庁の要求や殊にアメリカ合衆国の厳しい要求に適合させるために、４サイク ルオツトーエンジンにおいてできるかぎり最小の有害物質排出量を保証する点火 制御を開発する努力がなされている。

この目的で使用可能な請求項１の上位概念による点火装置は、例えば特開昭５６ −５０２６３号公報により公知である。

点火装置の機能を監視する方法はすでに公知である。

例えばドイツ連邦共和国特許第３６３４５８７号公報には、ホールセンサを用い て時相信号を得る方法が記載されている。

点火および爆発の検出は、各シリンダの燃焼室内の圧力センサまたは光学センサ により可能である。

このような公知の点火制御の欠点は、機能監視のために付加的にセンサを点火装 置内に組み込まなければならないことである。このことにより、一方ではセンサ 自体のコストで、他方ではセンサをシリンダ内に組み込む際に生じる製造コスト により、必要な信号検出は著しくコストがかかる。しかもこのような付加的なセ ンサが問題なく動作しているかのも監視しなければならない。

発明の利点 公知の手段に対し、請求項１の特徴部分に記載の構成を有する本発明による解決 手段は、１次点火電圧の検出および監視により動作監視を行ない、したがってエ ンジン室内における付加的な構成素子とりわけセンサが不要である、という利点 を有する。ホールセンサや誘導センサのような付加的な構成素子を設けることな く作動するこの形式の動作監視手段は、著しくコストが安くなる。必要な評価電 子装置は、制御電子装置とともに１つの機器内に集積可能である。

請求項２以下に記載された構成により、請求項１記載の１次側における点火電圧 監視手段の有利な実施形態が可能である。とりわけ有利なのは、各シリンダにお ける圧縮サイクルを検出するための時相信号を得ることであって、この信号は、 シリンダ個々の噴射および／または点火を行なうための前提である。このことに よりエンジンの出力最適化が可能となり、同時に点火装置の磨耗も低減でき、さ らにシリンダのアクティブな診断処置も可能となる。

さらに別の主要な利点は、各シリンダにおいて点火ないし爆発信号を検出するこ とにより、それらのシリンダのうちの１つにおける誤動作を検出し、そのシリン ダを相応のエラー表示を伴って遮断することができる。つまり燃焼しないいかな る燃料−空気混合物も排出されない、このことにより同時に触媒の保護も得られ る。

図面 図面には本発明の実施例が示されており、以下で詳細に説明する。

第１図は、個別スパーク制御部および集積化された評価ロジックを備えた点火装 置の基本回路図であり、第２図は、１次側の点火電圧特性曲線を示す図であり、 第３図は、時相信号を得るために１つのシリンダの相続く２つの点火過程を比較 するプログラムシーケンスを示す図であり、さらに第４図は、点火および爆発検 出信号を得るためのプログラムシーケンスを示す図である。

第１図に示された基本回路図には、４気筒４サイクルオツトーモータの一般的な 構造が、本発明による各シリンダのための１次側電圧検出回路ｌおよびこれに接 続された個々の電圧経過特性のための評価ロジック２とともに示されている。

この図において、４つの点火コイル８〜１１の４つの２次巻線４〜７がそれらの 点火プラグ１２〜１５と接続されている。これら個々の点火コイル８〜１１の１ 次巻線１６〜１９は、それぞれ点火トランジスタ２０〜２３を介して電圧供給部 ＵＢと接続されており、例えばここでは図示されていない自動車のバッテリと接 続されている。点火トランジスタ２０〜２３はそれぞれ、それらに所属する制御 端子２４〜２７を介して制御ロジック３により制御される。１次巻線１６〜１９ において、各シリンダごとにその１次側の電圧経過特性Ｕｐが回路１内で検出さ れ、共通の評価ロジック２へ導かれる。評価ロジックにおいてめられた結果は制 御ロジック３へ導かれ、クランクシャフト位置、回転数、吸気圧等のその他のパ ラメータとともに、点火膜制御の基本とする。

第２図には、所定の回転数の際の規則正しい点火過程における１次側の点火電圧 Ｕｐの代表的な経過特性曲線が示されている０時点１０において点火信号が始ま り、これによりまず１次電圧ｔｒｐの過渡振幅が生じる。この過渡振幅は評価の ために重要でないので、短期間の時間遅延後、時点ｔｌになってはじめて評価が 開始される。このようにして開かれた測定窓２８は、時点ｔ２まで有効状態に保 たれる。この期間中、１次側において点火プラグにおける点火スパーク点弧電圧 の経過特性が検出され、この経過特性から１次側の平が算出される。１次側の点 弧電圧の経過特性に関して、場合によっては必要なエラー診断を導入することが できる。測定窓は時点ｔ２までしか有効ではないにもかかわらず、時点ｔ４まで 開かれたままである。時点ｔ２とｔ３の間のスパーク終了時の１次電圧の電圧経 過特性つまり過渡振幅は平均電圧Ｕｚの算出に対して重要ではな（、したがって これは検出されない、しかし時点ｔ４におけるスパーク終了後の１次側の点火電 圧は重要である。Ｕｚと、時点ｔ４における電圧Ｕｐとの間の電圧の跳躍的変化 ΔＵは、所定の比較値Ｕｓｌ（例えば少なくとも１０ｖ）を越えており、この電 圧の跳躍的変化ΔＵによりスパークの終了が通報され、その結果として規則正し い点火スパークが行われたことが通報される。

＄３図に示された回路−プログラムシーケンス図は、エンジン作動開始時に制御 ロジック３において行われるべき、１つのシリンダの−ここではシリンダ１の一 相続く２つの点火過程の比較のためのものである。一方はシリンダの排気サイク ル中に生じ他方は圧縮サイクル中に生じる、相続く点火過程の比較により、まず 始めに圧縮サイクル検出用の時相信号をめるようにし、これにより引き続いて排 気サイクル中の点火過程を中止させ、場合によっては各シリンダに対する噴射を 正しい時相で制御する。

回転するクランクシャフトマーク２９はセンサ３０と共働する。このセンサは、 一方では測定窓発生器３１と接続されており、他方では時限段３２を介して切換 スイッチ３３と接続されている。切換スイッチ３３は、各パルス後に２つの端子 ３４と３５の間で交互に切り換わる。１次電圧Ｕｐは、測定窓発生器３１により 制御されるスイッチ３６を介して切換スイッチ３３へ加わり、さらにこの切換ス イッチの出力端子３４を介して第１信号メモリ３７へ、あるいは出力端子３５を 介して第２信号メモリ３８へ加わる。これらの信号メモリ３７．３８の出力側と 接続されたカウンタ３９は、第１スイツチ４０と第２スイツチ４１を制御する。

両方のスイッチ４０および４１は信号メモリ３７および３８を、比較器４２を介 してプログラム部４３へ接続する。このプログラム部分４３は、買間ステップ４ ４を介して別の質問ステップ４５と結ばれている。これらの質問ステップ４４と ４５における肯定の答えは一以下で説明するように一シリンダｌの時相信号の検 出４６を意味する。破線の枠４７内には、この時相信号検出４６がすべてのシリ ンダに対して同様に実施されることが示唆されている。続いて質問ステップ４８ により時相信号の個数が監視される。複数個の時相信号であれば、質問ステップ ５０において所定の点火結果に対する時相信号のもっともらしさが検査される。

検出された時相信号が点火結果に対しもっともらしければ、この時相信号は個別 スパーク制御のために制御ロジック３へ転送される。このことは、もはや点火ト ランジスタ２０〜２３はシリンダの圧縮サイクル中にだけ制御すればよく、さら に噴射はシリンダを選択して行なえることを意味する。質問ステップ４４．４５ ．４８．５０において否定の答えであればプログラム部分４９へ進み、このプロ グラムにより信号メモリ３７．３Ｂが消去され、時相信号検出が新たにスタート する。

第３図の上述の回路−プログラム図は以下に説明する動作を有する。

クランクシャフトマーク２９により、３６０°ごとに１つのパルスがセンサ３０ 内でトリガされる。このパルスは測定窓発生器３１へ転送され、この発生器はク ランクシャフトの回転に依存して、各シリンダに対し回転角度がずらされて３６ ０°とごに１つの測定窓を開く。つまりスイッチ３６が閉じられ、１次電圧Ｕｐ が切換スイッチ３３へ印加される。この切換スイッチ３３は、センサ３０の各パ ルス後に時間遅延されて−したがってスイッチ３６は開かれ一端子３４から端子 ３５へ切り換わり、またはその逆に切り換わる。このことにより、１次電圧Ｕｐ の信号経過特性は１つ動作サイクル中に信号メモリ３７と３８内に交互に格納さ れるようになる。シリンダのピストンは１つの動作サイクル中に２回、つまり排 気サイクルと吸気サイクルとの間で、ないしは圧縮サイクルと作動サイクルとの 間で、上死点に達する。したがって一方の信号メモリ内には圧縮サイクル中の１ 次電圧の信号経過特性が格納され、他方の信号メモリ内には排気サイクル中の信 号経過特性が格納される。正確な結果を保証する目的で、これらの信号メモリ内 において所定数ｎ個（例えばｎ＝１〜１０）の信号経過特性が記憶される。両方 のメモリ３７と３８がいっばいになると、スイッチ４０と４１が閉じられ、比較 器４２において比較が実施される。ここにおいて著しい偏差があるか否かが判定 される。著しい偏差がなければプログラム部分４９において信号メモリが消去さ れ、信号検出が新たに開始される。著しい偏差が検出された場合には、４３にお いてこの偏差および極性符号３ｉｇｎ　（Δｎ）が式Δｎ＝（Ｕｐ　−Ｕｐ＋１ ）にしたがって算出される。つまり相続く２つの信号経過特性の間の偏差および 極性符号Δｎが算出されて一時記憶される。信号メモリ３７と３８の一方におい て新たな信号が記憶されるたびに、プログラム部分４３において偏差Δｎおよび 極性符号ｓｉｇｎ　（Δｎ）が新たに算出される。これとともに比較器４２にお いて、まず始めに圧縮サイクルの以前の信号と排気サイクルの新しい信号の偏差 Δｎが算出され、次に後続の圧縮サイクルの信号とすでに一度用いられた排気サ イクルの信号の偏差Δ（ｎ＋１）が算出される０次の質問ステップ４４において 、上記の偏差Δｎが所定の閾値を越えた否かが監視される。この場合、圧縮サイ クルないし排気サイクル中の信号経過特性の最小偏差は少なくとも１０％である と考えられる。このような最小偏差が存在する場合、このシリンダに対する時相 信号を検出することができる。そして質問ステップ４５において、極性符号Δｎ とΔ（ｎ＋１）とが異なっているか否かが検査される。異なっていなければ（ｓ ｉｇｎΔｎ　−ｓｉｇｎ　（Δｎ＋１）＝Ｏ）、これによりプログラムステップ ４６においてシリンダ１に対する圧縮サイクル検出用の時相信号をめることがで きる。つまりメモリ３７．３８内に読み込まれた信号の種々異なる信号経過特性 から、圧縮サイクル中にまたは排気サイクル中に点火が行われたか否かの判別が 行われる。既述のプログラムシーケンスは、すべてのシリンダで実施される。質 問ステップ４３．４５．４８または５０において否定の答えが生じたならば、信 号検出が新たに開始される。

質問ステップ４８において少なくとも２つのシリンダに対して時相信号が発生す るとただちに、これらは質問ステップ５０において所定の点火シーケンスとの一 致に関して検査される。時相信号結果が所定の点火シーケンスと一致していれば 、制御ロジック３により各シリンダに対し、圧縮サイクル中の点火装置の個別ス パーク動作用の点火段を制御するために、ならびに各シリンダに対する燃料供給 を制御するために、以降のエンジン作動時に得られる時相信号が用いられる。

したがって排気サイクル中の点火スパークが遮断される。

第４図には、点火および爆発検出信号を捕捉するプログラムシーケンス図（点火 過程診断）が示されている。この信号は、エンジンの正しい作動時に点火段を制 御するために、ないしは所定のシリンダにおける障害時にこのシリンダにおける 点火および燃料供給を停止するために用いることができる。

点火信号Ｔｓは、第２図のように時点ｔｏでスタートする。短期間の時間遅延後 、測定窓発生器５１は時点ｔ１において開かれる。つまりこの発生器はスイッチ ５２を閉じる。１０とｔｌＯ間の１次電圧の過渡振幅を取り除くために上記の遅 延が必要である。質問ステップ５３においてＵ（ｔ）／ａｔが一定であることが 検出されると、あるいはこのことが所定の時間ＴｍａＸ（約２ｍ５）後に生じな いと、スイッチ５２は再び開かれる。測定窓が閉じられる時点は、時点ｔ４であ る。しかし第１図に関して述べたように点火終了時の過渡振幅を除去する目的で 、測定窓の有効範囲は期間Ｔ２だけ短い。この有効範囲Ｔｍａｘ−７２はプログ ラムステップ５４で算出され、この場合、Ｔ２は、過渡振幅が生じている期間を 含んでいる。有効測定窓期間ｔ２−ｔｌの算出後、プログラムステップ５５にお いて、この有効範囲中の１次側の平均点火電圧れる。これと並行してステップ５ ６において、電圧ＵＰの瞬時値が検出され、ステップ５７において一時記憶され る。

平均１次点火電圧Ｕｚの算出後、質問ステップ５８において、平均点火電圧Ｕｚ に対する電圧の跳躍的変化ΔＵが時点ｔ４において存在しているか否かが調べら れる。その際、点火スパーク発生時におけるこのような電圧の跳躍的変化は、少 なくとも５ｖの値Ｕｓｌになるはずである。このような比較電圧Ｕｓｌ〜Ｕｓ５ は（後でさらに言及するように）、エンジン状態判別基準に依存して設定される 比較電圧値であって、これらの電圧値は評価ロジック２のメモリに格納されてい る。

点火スパークを検出できたならば、プログラムステップ５９において、点火スパ ークによりガス爆発が生じたか否かが調べられる。この目的で質問ステップ５９ において、点火スパークの開始時点ｔｌの電圧値と終了時点ｔ２の電圧値とが比 較される。これら両方の電圧値の差が比較電圧Ｕ、ｓ　２よりも大きければ（例 えば約２０Ｖ）、点火は燃料供給なしの圧縮状態で行われたことになる。このこ とは、いかなるガス爆発も行われていないとプログラムステップ６０で識別され たことを意味する。そうでない場合、規則正しいガス爆発過程がプログラムステ ップ６１において識別される。

ガス爆発欠如の情報−プログラムステップ６０の情報−は、エラー表示装置６９ を介して制御ロジック３へ転送される。

頁間ステップ５８においていかなる点火スパークも検出できなければ、プログラ ムステップ６２．６３ならびに６４においてエラー原因について貢べられる。

質問ステップ６２において、平均点火電圧Ｕｚが比較電圧Ｕｓ３（例えば２Ｖ） よりも小さかったか否かが調べられる。小さかったならば、プログラムステップ ６６において２次側で出力遮断が検出される。１次側の点火電圧Ｕｚが時点ｔ３ の電圧値と等しければ（Ｕｚ＝Ｕ　（ｔ　３）　）　、これは１次側の短絡に関 するものであって、この短絡はプログラムステップ６７において表示される。２ 次側の短絡は、点火電圧Ｕｚと電圧Ｕ（ｔ３）の差が比較値Ｕｓ４（例えば５Ｖ ）よりも小さい場合（Ｕｚ−Ｕ　（ｔ３）＜Ｕｓ４）に生じる。

メモリ５７に格納される電圧値Ｕ（ｔｔ）、Ｕ（ｔ２）およびＵ（ｔ３）は、プ ログラムステップ５６において時点ｔｌ、ｔ２、ｔ３における電圧測定により得 られ、シーケンスロジック中で必要に応じてメモリから読み出される。

プログラムステップ６０．６６．６７および６８において得られたエラー原因に 関する情報は、エラー表示装置６９へ転送され、これらの情報により制御ロジッ ク３において相応の処理が行われ、例えば誤動作しているシリンダが遮断される 。上述の比較電圧は各車種ごとにめることができ、相応に制御ロジック内に記憶 することができる。ある車両に対してこれらの比較値がテストルームにおいてめ らた。それらの値は例えばＵｓｌ＝１０Ｖ、Ｕｓ２＝２０Ｖ、Ｕｓ３＝２Ｖ、Ｕ ｓ４＝５Ｖであった。

このような点火過程診断のシーケンスロジックは、すべてのシリンダに対して適 用される。１つのシリンダにおいてエラーが検出されると、エラー表示装置が作 動され、許容できない有害物質の排出を避けるために相応のシリンダにおいて噴 射および点火が停止される。

エラーのある点火信号が検出された場合、点火が再び機能するか否かを（例えば 点火プラグの自由燃焼により）テストするために、周期的な間隔で噴射なしで点 火を行なわせることができる。この場合、再び規則正しい点火スパークが発生し たならば、噴射を再び行なわせることができる。

確実な信号の取得を保証するために、第４図による既述の方法を点火過程診断の ための他の方法およびシステム（例えばクランクシャフトの回転変動検出）と組 み合わせることもできる。このことは例えば、ガス爆発欠如の検出がエンジンの 必ずしもすべての動作点では確実に行なえない場合に好適である。

ＦＩ６．２ ＦＩ［３，３ ＦＩＧ、４ 国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　シュドライプ、マルチインドイツ連邦共和国　Ｄ−７０００シ ュツットガルト　シルドアツバ−シュトラーセ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．静止形点火ディストリビュータを備え、各シリンダに点火プラグ、点火コイ ル、および個別スパーク作動用点火装置制御回路の出力段が配属されている、４ サイクルオットーエンジンの点火装置において、各点火過程の動作監視のために 、点火電圧（Ｕｐ）の時間経過特性を１次側で捕捉検出し評価することを特徴と する、４サイクルオットーエンジンの点火装置。
2. ２．エンジン始動時に、各シリンダそれぞれの２つの相続く点火過程を比較する ことにより、すなわち排気サイクル中ないし圧縮サイクル中の点火時におけるそ のつど１回の点火過程を比較することにより、圧縮サイクル識別用の時相信号を 得る、請求項１記載の点火装置。
3. ３．各シリンダに対し、得られた時相信号をエンジンの以降の作動時に、点火装 置の個別スパーク作動用の各シリンダの出力段を制御するために、および燃料供 給を制御するために用いる、請求項２記載の点火装置。
4. ４．各シリンダに対し各点火過程ごとに、測定された瞬時の電圧値を、規則正し い点火爆発過程の際に測定されメモリに格納された電圧値と比較することにより 、点火および爆発検出信号を得る、請求項１記載の点火装置。
5. ５．エラーのある点火および爆発検出信号の場合、制御ロジックにおいてエラー を表示し、該当するシリンダを遮断する、請求項１または４記載の点火装置。
6. ６．シリンダ遮断後、周期的にテスト用点火スパークを当該シリンダに供給し、 規則正しい点火過程であれば該シリンダを再び付加投入する、静求項５記載の点 火装置。
7. ７．動作監視のために、点火電圧の１次側における捕捉検出および評価に加えて 別の監視システムも設けられている、請求項１、４または５記載の点火装置。