JPH0921381A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の点火装置において、点火プラグに
おける分路形成のような点火コイルの２次側における障
害をミスファイアが生じる前にすでに検出できるように
する。 【解決手段】 点火コイル１０の１次側１１に伝達され
る２次電圧を捕捉する手段Ｍ１，Ｍ２が設けられてい
る。これらの手段により捕捉された信号Ｕ_１１またはＵ
_１２は評価装置１６へ導かれる。評価装置１６により、
スパーク終了時点ｔ_２後の電圧信号Ｕ_１１またはＵ_１２
における減衰が検出され、その際、この減衰が２次側に
おける分路抵抗の大きさに対する基準尺度を成す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサにより検出
された内燃機関の動作パラメータに基づき制御量を定め
る制御ユニットと、点火コイルの１次側に伝達される２
次電圧を捕捉する少なくとも１つの手段と、該少なくと
も１つの手段により捕捉された１次電圧の供給される評
価装置とが設けられている、内燃機関の点火装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】スパーク期間の１次側での監視に基づき
点火装置の監視が行われる形式の点火装置は、アメリカ
合衆国特許第４９１８３８９号明細書ないしは対応のヨ
ーロッパ特許出願第０３４４３４９号明細書からすでに
公知である。このため、１次側に伝達された燃焼電圧が
捕捉されこれに応じて所定の閾値と比較され、これによ
り閾値からの偏差が生じたときには障害のある燃焼であ
ると判定される。

【０００３】点火装置の機能を監視するためのさらに別
の公知の方式はたとえば、触媒装置の温度の監視、走行
不安定特性の検出およびたとえばラムダセンサ信号の検
出である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、点火
プラグにおける分路形成のような点火コイルの２次側に
おける障害をミスファイアが生じる前にすでに検出でき
るようにすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段および利点】本発明によれ
ばこの課題は、評価装置により、点火装置の動作に対す
る基準尺度としてスパーク終了後の２次電圧の減衰が捕
捉されることにより解決される。

【０００６】上記の構成を備えた点火装置の有する利点
とは、点火プラグにおける分路形成のような点火コイル
の２次側における障害を、ミスファイが生じる前にすで
に検出可能なことである。

【０００７】この場合、スパーク消滅後の点火コイルに
おける残留エネルギーの補償プロセスが捕捉されて評価
される。点火コイルにおける残留エネルギーの補償プロ
セスによって点火コイルの１次側と２次側とに揺動性の
（不安定に揺れ動く）振動が生じ、これは点火プラグに
生じる可能性のある分路抵抗により種々の程度の強さで
減衰される。したがってこの減衰は、２次回路中に存在
している分路抵抗に対する基準尺度を成す。このことで
たとえば、点火コイル自体を取り外す必要なく、点火プ
ラグの状態に関して精確な情報を形成することもでき
る。つまり、スパーク終了後におけるこのポストプロセ
スの解析により、気中放電の条件とは無関係にしたがっ
て他の影響とは無関係に評価が行われる。この場合、点
火装置における電気的なパラメータだけが影響を与え
る。

【０００８】従属請求項に記載された構成により、請求
項１に記載された点火装置の有利な実施形態が可能であ
る。したがってたとえば、スパーク終了後の減衰特性の
捕捉を種々異なる形態で行うことができる。つまり、減
衰特性を捕捉するための評価装置を制御装置自体の中に
統合して、制御量を求める際にじかに考慮できる。たと
えば可能性として、分路抵抗による強い減衰により点火
エネルギーが高まり、場合によっては点火プラグの自由
燃焼が生じることである。

【０００９】次に、図面を参照しながら本発明の実施例
について詳細に説明する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１には点火装置の基本回路図が
示されている。この場合、点火コイル１０は１次巻線１
１と２次巻線１２により構成されている。１次巻線１１
の一方の端部は、給電電圧源Ｕ_Ｂたとえば図示されてい
ない内燃機関のバッテリと接続されている。１次巻線１
１の他方の端部は点火段１３を介してアースと接続され
ている。図示されていない内燃機関のセンサにより、回
転数ｎ、クランクシャフト角度ＫＷ、温度Ｔのような動
作パラメータが捕捉される。センサにより捕捉された信
号は入力量１５として制御ユニット１４へ供給される。
この制御ユニット１４により、捕捉された動作パラメー
タと格納されている特性マップとに基づき種々の制御量
が定められる。したがって点火装置のための閉時間およ
び点火時点が定められ、相応に出力信号として点火段１
３の制御入力側へ送出される。さらに１次側には、１次
側に伝達された２次電圧を捕捉可能な手段も設けられて
いる。１次電圧を捕捉するための回路装置はたとえばア
メリカ合衆国特許第４９１８３８９号明細書からすでに
公知であり、したがってここではこれについて詳細には
説明しない。しかし基本的には、１次側に伝達された２
次電圧を手段Ｍ１により１次巻線１１における電圧降下
Ｕ_Ｌにより捕捉できるし、あるいは１次巻線の出力側と
アースとの間の電圧降下を手段Ｍ２を有する終段１３を
介して捕捉することもできる。１次側に伝達された２次
電圧を捕捉するこれらの手段Ｍ１，Ｍ２の出力信号は評
価装置１６へ供給され、この評価装置１６は図１では制
御ユニット１４内に統合されている。もちろんこの評価
装置１６を別個に配置させることもでき、その場合には
この評価装置１６の出力信号を制御ユニット１４へ導く
必要がある。点火コイル１０の２次コイル１２は点火プ
ラグ１７と接続されており、したがって点火コイルに相
応の高電圧が加わると火花放電が生じる。点火コイル１
０の２次巻線１２の一方の端部と点火プラグ１７との間
にはダイオード１８が設けられており、これによってス
イッチオン時のスパーク抑圧が実現される。しかしこの
ダイオード１８を省略することもできる。２次側には等
価素子としてコンデンサ１９、コンデンサ２０および抵
抗２１が示されており、コンデンサ１９は点火コイル内
部の２次キャパシタンスを表し、コンデンサ２０は点火
コイル外部の２次キャパシタンスたとえば点火容器の線
路容量以外の２次キャパシタンスを表し、さらに抵抗２
１は分路抵抗を表すものである。等価回路として表され
たこれらのインダクタンス、キャパシタンスおよび抵抗
により振動回路が形成され、ここにおいて振動回路の減
衰は分路抵抗２１の大きさに依存する。それというのは
分路抵抗は、内燃機関の作動中にたとえば焼き減りや汚
れにより変化するただ１つの量だからである。

【００１１】図２には、スイッチオン時のスパーク抑圧
用のダイオード１８を備えた図１による点火装置におい
て生じるような１次電圧と２次電圧が示されている。こ
こには示されていない時点において点火コイル１０の１
次巻線１１に充電電流が流れ始め、たとえば算出された
時点の時点ｔ_１において遮断される。これにより２次側
に高電圧が誘起され、この電圧によって点火プラグにお
いてスパーク放電が引き起こされ、スパーク終了を表す
時点ｔ_２までの図示された典型的な燃焼電圧経過特性で
燃え尽きることになる。その際、特性曲線２２により２
次側の電圧経過特性Ｕ_２（ｔ）が示されている。特性曲
線２３により１次側に伝達される電圧経過特性が示され
ており、これはたとえば捕捉手段Ｍ２により捕捉されて
評価回路１６へ導かれる。スイッチオン時のスパーク抑
圧用のダイオード１８を備えた図１による回路の場合、
２次電圧が落ち込むと組み込まれたダイオードにより２
次回路が分離される。残留した２次キャパシタンス２０
は、無視できる程度のイオン電流と分路抵抗２１を流れ
る電流によってのみ放電可能である。この場合、典型的
な時定数はτ＝４．１ｍｓである。特性曲線２３は１次
側に伝達される２次電圧を示しており、つまりは残留振
動回路の動作特性をも示すものである。図２の電圧経過
特性は、分路抵抗Ｒ_Ｎが無視できる程度に小さい事例に
対し予期される理想の形態である。

【００１２】ここで、点火プラグ１７における分路抵抗
が変化すると、２次回路の振動特性ならびに減衰特性も
変化することになる。このため、スパーク終了後つまり
時点ｔ_２後の振動特性の評価により２次回路の状態を明
示することができる。つまりたとえば、ミスファイアが
生じてはじめて対処するということなく、後続の点火サ
イクルにおける点火電圧の上昇によって起こり得る分路
抵抗に対処できる。したがって、電気的な特性の評価に
基づききわめて迅速に点火装置の動作に対し制御操作を
加えることができる。

【００１３】図３および図４には、スイッチオン時のス
パーク抑圧用ダイオードと分路抵抗がある場合の点火回
路における電圧経過特性が２次側（Ｕ_２（ｔ））と１次
側（Ｕ_{１２（ｔ）}）とで示されている。ここで、図３の
電圧経過特性における分路抵抗は１ＭΩであり、図４の
電圧経過特性における分路抵抗は１０ＭΩである。特性
曲線２４ａないし２４ｂは２次側の電圧経過特性であ
る。２次回路が分路抵抗を伴っている場合、減衰特性は
著しく僅かな時定数τしか有していないことがわかる。
図３の場合、時定数はτ＝０．０６ｍｓであり、図４の
場合、時定数はτ＝０．４５ｍｓである。特性曲線２５
ａないし２５ｂにより、１次側に伝達された２次電圧に
おけるスパーク終了時点ｔ_２後の電圧経過特性が表され
ている。小さい分路抵抗を介して点火容器におけるキャ
パシタンスが放電する際、２次巻線に誘起された電圧ピ
ークが残留電圧よりも大きいと、ダイオードが導通状態
になって振動回路からエネルギーが取り去られる。この
ことは、１次側において振動ピークの減衰が強まってい
るときに特性曲線２５ａから識別できる。分路抵抗が１
０ＭΩのとき、１次電圧は第１の電圧ピークのほかにさ
らに４つの別の電圧最大値を有する。図３のように分路
抵抗が１ＭΩまで低減していれば、強く減衰されたただ
１つの別の電圧最大値しか識別できない。分路抵抗が大
きくなればなるほど振動特性が強まることになる。

【００１４】図５および図６にも図１に示されているよ
うな点火装置の電圧経過特性が示されているが、ここで
はスイッチオン時のスパーク抑圧用ダイオード１８は設
けられていない。この場合、図５の測定での分路抵抗は
１ＭΩであり、図６の測定での分路抵抗は１０ＭΩであ
る。スイッチオン時のスパーク抑圧の行われない図１に
よる回路の場合、点火コイル外部での２次回路の分離は
行われない。図６の場合のように分路抵抗が１０ＭΩで
あると、１次電圧における振動と２次電圧における振動
は互いに類似している。図６の特性曲線２６ｂにより１
０ＭΩの分路抵抗における２次電圧経過特性Ｕ_２（ｔ）
が示されており、特性曲線２７により１次側に伝達され
た電圧経過特性Ｕ_{１２（ｔ）}が示されている。図５には
１ＭΩの分路抵抗における測定曲線２６ａと２７ａが示
されており、これら両方の電圧がいっしょに減衰してい
ることがわかる。

【００１５】スパーク終了時点ｔ_２後に１次側で捕捉さ
れる２次電圧を評価するための理論的な基礎は以下のと
おりである。この場合、１次電圧の経過特性に対するモ
デルは、

【００１６】

【数１】

【００１７】であり、ここでτ_ｐは時定数であり、ωは
固有振動数であり、ｕ_ｌｘはｕ_１１ないしｕ_１２と同義
である。この式はヒルベルト変換により以下のように表
すこともできる：

【００１８】

【数２】

【００１９】したがって減衰を表す特徴は量τである。
τを精確に求めるためには、モデルに依拠する種々の方
法が可能である。

【００２０】分路抵抗の影響を表す別の特徴は、第１の
正の電圧ピークと第２の正の電圧ピークとの比として規
定され、これは次式によって表される：

【００２１】

【数３】

【００２２】先に述べたように分路抵抗が著しく小さい
場合、２次側において構造変化の生じる可能性があり、
このため点火コイルにおける揺動性の放電は非周期的な
振動で推移することになる（図２のＵ_２（ｔ）参照）。
この場合、１次電圧の第２の最大値はなくなる。あるい
は、ピーク値Ｕ^２ _ｌｘが第１の最大値に対し一定の間隔
で形成される。この一定の間隔Ｔ_Ｐは揺動する振動の周
期持続時間であり、次式で表される：

【００２３】

【数４】

【００２４】ここで、ｔ_ｍａｘは第１の最大値の時点で
あり、Ｔ_Ｐは周期持続時間である。

【００２５】図７には評価回路１６の可能な構成が示さ
れている。この評価回路１６へ、手段Ｍ１ないしＭ２に
より捕捉された１次電圧信号Ｕ_１１またはＵ_１２が供給
される。同時にこの信号は装置３０へも供給され、この
装置３０はスパーク終了時点ｔ_２を判定して相応のトリ
ガ信号を評価装置１６へ転送する。この場合、評価装置
１６内では装置３１によって時間窓が開かれ、この時間
窓内で装置３２によって信号Ｕ_１１またはＵ_１２の減衰
特性が求められる。減衰に対する基準尺度は値τであ
り、これは次に加算器３３において特性マップないし時
間に依存する一定の基準値と合成される。この基準値は
たとえば適用に際して求められ、メモリ４０に格納され
る。この場合、特性マップに依存する一定の基準値は負
の値として設定されており、したがって次に比較器３４
においてこれら両方の値の差が評価され、これに基づき
制御ユニット１４に対する補正信号が求められる。

【００２６】図８には評価装置１６の第２の可能な構成
が示されている。この評価装置１６へ、手段Ｍ１または
Ｍ２により捕捉された１次電圧信号Ｕ_１１またはＵ_１２
が供給される。同時にこの信号は装置３０へも供給さ
れ、この装置３０はスパーク終了時点ｔ_２を判定して相
応のトリガ信号を評価装置１６へ転送する。評価装置１
６では装置３１により第１の時間窓が生成され、この時
間窓内で装置３５により第１のピーク値が形成される。
さらに評価装置１６において装置３１により第２の時間
窓が形成され、この時間窓内で装置３６により第２の信
号ピーク値が形成される。次に装置３７において、これ
らのピーク値の除算により減衰に対する基準尺度を成す
値が算出される。この値はメモリ４０から供給され特性
マップないし時間に依存する一定の基準値と比較され、
比較器３９において制御ユニット１４に対する補正信号
が求められる。

【００２７】図９には評価装置１６の構成についての第
３の変形実施例が示されており、ここではディジタルシ
ステムたとえば信号プロセッサにより構成されている。
この評価装置１６へも図７，図８の場合と同様に手段Ｍ
１ないしＭ２により捕捉された１次電圧信号が供給され
るが、この場合には低域通過フィルタ４１による低域通
過フィルタ処理ならびにＡ／Ｄ変換器４０によるアナロ
グ／ディジタル変換を経て、評価装置１６へ供給され
る。ディジタル化された信号は装置３０へ供給され、こ
の装置３０によりスパーク終了時点が判定されてスパー
ク終了とともに時間窓が開かれる。時間窓が開かれてい
る間、メモリ４３にディジタル信号が記憶される。装置
４４において記憶されたディジタル信号から、信号Ｕ
_１１ないしＵ_１２の減衰に対する基準尺度が求められ
る。この値は特性マップまたは時間に依存する一定の基
準値と比較され、制御ユニット１４のための補正信号が
求められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための点火装置の基本回路図
である。

【図２】１００ＭΩの分路抵抗を有する点火装置の１次
電圧および２次電圧の経過特性を示す図である。

【図３】ダイオードおよび１ＭΩの分路抵抗を有する点
火装置の１次電圧および２次電圧における過渡状態の終
了していく過程を示す図である。

【図４】ダイオードおよび１０ＭΩの分路抵抗を有する
点火装置の１次電圧および２次電圧における過渡状態の
終了していく過程を示す図である。

【図５】スイッチオン時のスパーク阻止用のダイオード
がなく１ＭΩの分路抵抗を有する点火装置の１次電圧お
よび２次電圧における過渡状態の終了していく過程を示
す図である。

【図６】スイッチオン時のスパーク阻止用のダイオード
がなく１０ＭΩの分路抵抗を有する点火装置の１次電圧
および２次電圧における過渡状態の終了していく過程を
示す図である。

【図７】信号の減衰特性を求める評価装置の第１実施例
を示す図である。

【図８】評価装置の第２の実施例を示す図である。

【図９】評価装置の第３の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 点火コイル １１ １次巻線 １２ ２次巻線 １３ 点火段 １４ 制御ユニット １５ 入力量 １６ 評価装置

フロントページの続き (72)発明者 ヴァルター ゴリン ドイツ連邦共和国 ザクセンハイム ゲー テシュトラーセ 57 (72)発明者 フランク ハックレンダー ドイツ連邦共和国 シュツットガルト タ ールドルファー シュトラーセ 10 (72)発明者 ユルゲン フェルスター ドイツ連邦共和国 ヒェムニツ エフエル −フィアテル−シュトラーセ 90

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサにより検出された内燃機関の動作
   パラメータに基づき制御量を定める制御ユニットと、点
   火コイルの１次側に伝達される２次電圧を捕捉する少な
   くとも１つの手段と、該少なくとも１つの手段により捕
   捉された１次電圧の供給される評価装置とが設けられて
   いる、内燃機関の点火装置において、 評価装置（１６）により、点火装置の動作に対する基準
   尺度としてスパーク終了後の２次電圧の減衰が捕捉され
   ることを特徴とする、内燃機関の点火装置。
2. 【請求項２】 前記の減衰は２次側における分路抵抗の
   大きさに対する基準尺度を成す、請求項１記載の点火装
   置。
3. 【請求項３】 前記評価装置（１６）における評価結果
   は、後続の点火サイクルに対する制御量を定めるために
   制御ユニット（１４）へ供給される、請求項１または２
   記載の点火装置。
4. 【請求項４】 スパーク終了時にアクティブにされる測
   定窓内で２次電圧の評価が行われる、請求項１〜３のい
   ずれか１項記載の点火装置。
5. 【請求項５】 減衰に対する基準尺度として、スパーク
   終了後の２次電圧における第１のピーク値と第２のピー
   ク値の商が求められる、請求項１〜４のいずれか１項記
   載の装置。