JPH0953555A - 内燃機関の失火検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 点火プラグの点火放電終了直後に発生する点
火コイルの一次側の逆方向電流に基づき内燃機関の燃焼
情報を得ること。 【解決手段】 時間演算回路１６でパワートランジスタ
ＰT による一次側電流の遮断後から逆方向電流検出用抵
抗Ｒで逆方向電流Ｉ1 が発生するまでの経過時間として
のアーク時間Ｔ1 が算出される。このアーク時間Ｔ1 が
失火判定器１７で時間閾値設定回路１８による時間閾値
と比較され、アーク時間Ｔ1 が時間閾値より短いときに
は失火と判定される。失火判定器１７からの出力信号が
フェイル信号出力回路１９を介してＥＣＵに出力され
る。このため、アーク時間Ｔ1 に基づき点火プラグＳP
の失火を的確に判定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に装着さ
れる点火プラグの失火を検出する内燃機関の失火検出方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の失火検出方法に関連す
る先行技術文献としては、特開昭５１−８１２３５号公
報にて開示されたものが知られている。このものでは、
点火コイルの一次側電流を遮断するパワートランジスタ
に並列に設けられたツェナダイオードを流れる電流波形
の相違により点火コイルの二次側に設けられた点火プラ
グの失火を検出する技術が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の文献
においては、正常時には逆方向電流が点火プラグの点火
タイミング直後に発生し、失火時にはそれより遅れて発
生すると説明されている。ここで、正常時に点火プラグ
の点火タイミング直後に発生する逆方向電流値は非常に
僅かなノイズ程度であり検出不可能である。喩え、この
逆方向電流値が検出できたとしても、点火コイルの部分
ショートにおける失火時等では、点火コイルの二次側に
おける点火放電時間が短くなり失火時と正常時とにおけ
る逆方向電流の発生する時間差がなくなり判別できない
という不具合があった。また、内燃機関の燃焼状態を把
握することは無理であった。

【０００４】そこで、この発明は、かかる不具合を解決
するためになされたもので、内燃機関の点火プラグの点
火放電終了直後に発生する点火コイルの一次側の逆方向
電流に基づき内燃機関の燃焼情報を得ることが可能な内
燃機関の失火検出方法の提供を課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の内燃機関の失
火検出方法においては、点火コイルの一次側電流を通電
・遮断するスイッチング素子に並列に整流素子が接続さ
れ、そのスイッチング素子による一次側電流の遮断後か
ら点火コイルの二次側の点火放電終了直後に整流素子に
逆方向電流が発生するまでの経過時間に基づき点火コイ
ルの二次側に接続された点火プラグの失火が検出され
る。

【０００６】請求項２の内燃機関の失火検出方法では、
請求項１における経過時間に基づき点火プラグの摩耗が
判定される。つまり、経過時間の長さと点火プラグに着
火するための要求電圧との相反する特性を利用し、経過
時間が所定時間より短くなったときには点火プラグの摩
耗と判定される。

【０００７】請求項３の内燃機関の失火検出方法では、
請求項１または請求項２における経過時間に基づきスイ
ッチング素子による点火コイルの一次側電流の通電時間
が制御される。つまり、経過時間が所定の運転状態にお
いて一定となるように閉角度演算されフィードバック制
御されることで点火コイルの一次側電流の通電時間が最
適制御される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の内燃機関の失火検
出方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。

【０００９】〈実施の形態１〉図１は本発明の第一の実
施の形態にかかる内燃機関の失火検出方法が適用された
内燃機関の失火検出制御を示す点火回路ブロック図であ
る。

【００１０】図１において、ＩC は点火コイルであり、
点火コイルＩC は一次側コイルＬ1及び二次側コイルＬ2
とからなる。点火コイルＩC の一次側コイルＬ1 の一
端はバッテリ電源Ｅに接続され、他端は一次電流断続用
半導体スイッチング素子としてのパワートランジスタＰ
T を介してＧＮＤ（グランド）に接続されている。この
パワートランジスタＰT と並列に直列接続されたツェナ
ダイオードＺD 及び逆方向電流検出用抵抗Ｒが接続され
ている。また、点火コイルＩC の二次側コイルＬ2 の一
端はバッテリ電源Ｅに接続され、他端は点火プラグＳP
を介してＧＮＤ（グランド）に接続されている。

【００１１】また、パワートランジスタＰT のベースに
は駆動回路１１が接続され、逆方向電流検出用抵抗Ｒの
両端子電圧は逆方向電流検出回路１２及び演算増幅器Ｏ
A １３を介して電流比較器１４に入力されている。この
電流比較器１４には電流閾値設定回路１５が接続されて
おり、電流比較器１４からの出力信号は時間演算回路１
６に入力されている。この時間演算回路１６からの点火
放電時間に関する出力信号は失火判定器１７に入力され
ている。この失火判定器１７には時間閾値設定回路１８
が接続されており、失火判定器１７からの出力信号はフ
ェイル信号出力回路１９を介してフェイル制御のため内
燃機関制御用ＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制
御装置）に出力される。

【００１２】次に、その作用について図１の点火回路ブ
ロック図及び図２のタイムチャートを参照して説明す
る。ここで、図１の回路ブロック構成において、ツェナ
ダイオードＺD により一次側正方向電流が逆方向電流検
出用抵抗Ｒを流れることはない。

【００１３】図１において、駆動回路１１からの駆動信
号によりパワートランジスタＰT がＯＮ・ＯＦＦされ
る。また、逆方向電流検出回路１２で逆方向電流検出用
抵抗Ｒを流れる逆方向電流Ｉ1 が検出される。この逆方
向電流Ｉ1 は演算増幅器ＯA １３を介して増幅され電流
比較器１４で電流閾値設定回路１５による所定の電流値
以上であるかを判定する閾値と比較される。そして、電
流比較器１４からの出力信号は時間演算回路１６に入力
され、パワートランジスタＰT による一次側電流の遮断
後から逆方向電流Ｉ1 が発生するまでの経過時間として
のアーク時間Ｔ1が算出される。この時間演算回路１６
で算出されたアーク時間Ｔ1 は失火判定器１７で時間閾
値設定回路１８による失火を判定するための時間閾値と
比較され、アーク時間Ｔ1 が時間閾値より短いときには
失火と判定される。失火判定器１７からの出力信号がフ
ェイル信号出力回路１９を介してＥＣＵに出力される。

【００１４】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、正規（正
常）点火時における点火コイルＩC の一次側コイルＬ1
にかかる一次側電圧Ｖ1 及び逆方向電流検出用抵抗Ｒに
て検出される一次側逆方向電流Ｉ1 を示している。な
お、図２（ａ）は内燃機関が低負荷・低回転のとき、図
２（ｂ）は内燃機関が高負荷・高回転のときの波形であ
る。

【００１５】このように、正規点火時においては、パワ
ートランジスタＰT がＯＮされ一次側電流が通電された
後、点火プラグＳP の点火タイミングでパワートランジ
スタＰT がＯＦＦされる。すると、一次側電圧Ｖ1 は点
火コイルＩC の二次側コイルＬ2 の電磁エネルギによる
点火プラグＳP の点火放電に対応するアーク時間Ｔ1だ
け継続し、点火コイルＩC の二次側コイルＬ2 による点
火放電終了直後に、逆方向電流検出用抵抗Ｒには一次側
逆方向電流Ｉ1 が流れる。

【００１６】この逆方向電流検出用抵抗Ｒを流れる一次
側逆方向電流Ｉ1 が逆方向電流検出回路１２にて検出さ
れる。ここで、正規点火時におけるアーク時間Ｔ1 は
０．６ｍｓを越える長めの時間となり、発明者の実験で
は、図２（ａ）に示す低負荷・低回転のときのアーク時
間Ｔ1 は約１．０ｍｓ、図２（ｂ）に示す高負荷・高回
転のときのアーク時間Ｔ1 は約０．８ｍｓであった。

【００１７】また、図２（ｃ）及び図２（ｄ）は、失火
（異常）時における点火コイルＩCの一次側コイルＬ1
にかかる一次側電圧Ｖ1 及び逆方向電流検出用抵抗Ｒに
て検出される一次側逆方向電流Ｉ1 を示している。な
お、図２（ｃ）は二次側オープン（断線）のとき、図２
（ｄ）は点火コイルＩC の不具合により二次側電圧が小
さくなり、失火に至ったときの波形である。

【００１８】このように、失火時では、逆方向電流検出
用抵抗Ｒによる一次側逆方向電流Ｉ1 の発生タイミング
は正規点火時より速く０．０５〜０．６ｍｓとなり、発
明者の実験では、図２（ｃ）に示す二次側オープンのと
きのアーク時間Ｔ1 は約０．１ｍｓ、図２（ｄ）に示す
点火コイルＩC の不具合のときのアーク時間Ｔ1 は約
０．１ｍｓであった。なお、失火時の一次側逆方向電流
Ｉ1 の波高値は、点火コイルＩC に残存しているエネル
ギが大きい程大きく変動するが、点火コイルＩCの不具
合による失火においてもアーク時間Ｔ1 は短くなるだけ
で、波高値としては０．３Ａ以上で検出可能である。

【００１９】更に、正規点火時のアーク時間を検出する
ことになるため、アーク時間と反比例の関係にある内燃
機関の燃焼状態に関連する要求電圧を検出することにも
なる。

【００２０】このときの作動は、次のようになる。

【００２１】（１）正規点火時・・・点火タイミング直
後、点火プラグＳP で容量放電により飛火するが、その
まま点火コイルＩC のエネルギに従って誘導放電が継続
される。ここで、放電電圧が要求電圧以下になると誘導
放電が終了し、このとき点火コイルＩC に残存するエネ
ルギが一次側逆方向電流Ｉ1 として発生する。つまり、
要求電圧が高いときには（放電電圧）＜（要求電圧）と
なるまでの時間が短くなり、誘導放電が終了したときに
点火コイルＩC に残存するエネルギも大きいため一次側
逆方向電流Ｉ1 も大きくなる。

【００２２】（２）失火時・・・点火タイミング直後、
点火プラグＳP は飛火しないため点火コイルＩC のエネ
ルギがそのまま一次側逆方向電流Ｉ1 となる。このた
め、一次側逆方向電流Ｉ1 の発生タイミングは点火タイ
ミング直後に極めて近いものとなる。

【００２３】このように、本実施の形態の内燃機関の失
火検出方法は、点火コイルＩC の一次側電流を通電・遮
断するパワートランジスタＰT からなるスイッチング素
子に並列にツェナダイオードＺD からなる整流素子を接
続し、前記スイッチング素子による前記一次側電流の遮
断後から点火コイルＩC の二次側の点火放電終了直後に
前記整流素子に逆方向電流Ｉ1 が発生するまでの経過時
間としてのアーク時間Ｔ1 に基づき点火コイルＩC の二
次側に接続された点火プラグＳP の失火を検出するもの
である。

【００２４】したがって、点火コイルＩC の一次側電流
を通電・遮断するパワートランジスタＰT に並列にツェ
ナダイオードＺD が接続され、そのパワートランジスタ
ＰTによる一次側電流の遮断後から点火コイルＩC の二
次側の点火放電終了直後にツェナダイオードＺD に逆方
向電流Ｉ1 が発生するまでのアーク時間Ｔ1 に基づき点
火コイルＩC の二次側に接続された点火プラグＳP の失
火が検出される。このため、経過時間としてのアーク時
間Ｔ1 が分かれば点火プラグＳP の失火を的確に判定す
ることができる。

【００２５】〈実施の形態２〉図３は本発明の第二の実
施の形態にかかる内燃機関の失火検出方法が適用された
内燃機関のプラグ摩耗検出制御を示す点火回路ブロック
図である。なお、図３の点火回路ブロック図における駆
動回路１１〜時間演算回路１６については、上述の第一
の実施の形態の点火回路ブロック図を示す図１と同様で
あり、その詳細な説明を省略する。

【００２６】図３において、時間演算回路１６からの点
火放電時間に関する出力信号はプラグ摩耗判定器２１に
入力されている。このプラグ摩耗判定器２１にはプラグ
摩耗閾値設定回路２２が接続されており、プラグ摩耗判
定器２１からの出力信号はプラグ交換指示出力回路２３
を介してユーザに出力される。

【００２７】次に、その作用について説明する。

【００２８】図３において、上述の第一の実施の形態と
同様に時間演算回路１６で算出されたアーク時間Ｔ1 は
プラグ摩耗判定器２１でプラグ摩耗閾値設定回路２２に
よるプラグ摩耗を判定するための閾値と比較される。こ
れは、アーク時間Ｔ1 と点火プラグＳP に着火するため
の要求電圧とが相反する特性を利用したもので、点火プ
ラグＳP が摩耗し要求電圧が上昇するとアーク時間Ｔ1
が短くなる。このため、アーク時間Ｔ1 が閾値より短く
なったときにプラグ摩耗と判定される。プラグ摩耗判定
器２１からの出力信号がプラグ交換指示出力回路２３に
入力され、警告ランプを点灯する等の方法で点火プラグ
ＳP を交換するようにユーザに指示するものである。

【００２９】このように、本実施の形態の内燃機関の失
火検出方法は、経過時間としてのアーク時間Ｔ1 に基づ
き、点火プラグＳP の摩耗を判定するものである。

【００３０】したがって、アーク時間Ｔ1 に基づき点火
プラグＳP の摩耗が判定される。つまり、アーク時間Ｔ
1 の長さと点火プラグＳP に着火するための要求電圧と
は相反する特性を有しており、アーク時間Ｔ1 が所定時
間より短くなったときには点火プラグＳP の摩耗と判定
される。このため、経過時間としてのアーク時間Ｔ1が
分かれば点火プラグＳP の摩耗を的確に判定することが
できる。

【００３１】〈実施の形態３〉図４は本発明の第三の実
施の形態にかかる内燃機関の失火検出方法が適用された
内燃機関のコイル通電時間制御を示す点火回路ブロック
図である。なお、図４の点火回路ブロック図における駆
動回路１１〜時間演算回路１６については、上述の第一
の実施の形態の点火回路ブロック図を示す図１と同様で
あり、その詳細な説明を省略する。

【００３２】図４において、時間演算回路１６からの点
火放電時間に関する出力信号は最適閉角度演算回路３１
に入力されている。この最適閉角度演算回路３１には通
電マップ３２が接続されており、最適閉角度演算回路３
１からの出力信号は閉角度制御回路３３を介して駆動回
路１１に出力される。

【００３３】次に、その作用について説明する。

【００３４】図４において、上述の第一の実施の形態と
同様に時間演算回路１６で算出されたアーク時間Ｔ1 に
対して最適閉角度演算回路３１で通電マップ３２内に予
め格納されたマップが参照され最適（内燃機関の燃焼に
充分）な閉角度が算出される。そして、最適閉角度演算
回路３１からの出力信号が閉角度制御回路３３に入力さ
れ、閉角度制御回路３３からの出力信号が駆動回路１１
に入力され、アーク時間Ｔ1 が所定の運転状態において
一定になるように最適な閉角度がフィードバック制御さ
れる。

【００３５】このように、本実施の形態の内燃機関の失
火検出方法は、経過時間としてのアーク時間Ｔ1 に基づ
き、パワートランジスタＰT からなるスイッチング素子
による点火コイルＩC の一次側電流の通電時間を制御す
るものである。

【００３６】したがって、アーク時間Ｔ1 に基づきパワ
ートランジスタＰT による点火コイルＩC の一次側電流
の通電時間が制御される。つまり、アーク時間Ｔ1 が所
定の運転状態において一定となるように閉角度演算され
フィードバック制御されることで点火コイルの一次側電
流の通電時間が最適制御される。このため、点火制御シ
ステムにおける省消費電力化が可能となる。

【００３７】更に、図５は上述の実施の形態を変形した
他の実施の形態であり、内燃機関の点火時期制御を示す
点火回路ブロック図である。なお、図５の点火回路ブロ
ック図における駆動回路１１〜時間演算回路１６につい
ては、上述の第一の実施の形態の点火回路ブロック図を
示す図１と同様であり、その詳細な説明を省略する。

【００３８】図５において、時間演算回路１６からの点
火放電時間に関する出力信号は最適点火時期演算回路４
１に入力されている。この最適点火時期演算回路４１に
は補正マップ４２が接続されており、最適点火時期演算
回路４１からの出力信号は点火時期制御回路４３を介し
て駆動回路１１に出力される。

【００３９】次に、その作用について説明する。

【００４０】図５において、上述の第一の実施の形態と
同様に時間演算回路１６で算出されたアーク時間Ｔ1 に
対して最適点火時期演算回路４１で補正マップ４２内に
予め格納された機関回転数・電源電圧・冷却水温に対す
る補正マップが参照され最適な点火時期が算出される。
そして、最適点火時期演算回路４１からの出力信号が点
火時期制御回路４３に入力され、点火時期制御回路４３
からの出力信号が駆動回路１１に入力され、アーク時間
Ｔ1 が所定の運転状態において一定になるように最適な
点火時期がフィードバック制御される。

【００４１】この結果、図６に示すように、内燃機関の
燃焼室内圧力〔ｋｇ・ｆ／ｃｍ² 〕の遷移をクランク角
〔°ＣＡ〕に対して示す指圧線図において、例えば、Ｔ
ＤＣ（Top Dead Center:上死点）に点火時期に伴う圧力
ピークがあり、アーク時間Ｔ1 により異常（プレイグ：
Plague）と判定されたとき（図６に実線で示す）には、
点火時期を機関回転数・電源電圧・冷却水温に基づきフ
ィードバック補正することで圧力ピークを所定のクラン
ク角位置まで矢印のように移動させることで、正常なア
ーク時間Ｔ1 を得ることができ（図６に破線で示す）、
最適な点火時期制御を達成することができる。なお、図
６における一転鎖線は失火時、二点鎖線はモータリング
時を示している。

【００４２】ところで、上記実施の形態の逆方向電流検
出用抵抗Ｒは、ツェナダイオードＺD に直列になるよう
に接続したが、本発明を実施する場合には、これに限定
されるものではなく、例えば、パワートランジスタＰT
と直列に接続された一次側正方向電流フィードバック制
御用の抵抗を用い、フィードバック制御のための電流検
出用と逆方向電流検出用とに適宜切換えて使用してもよ
い。

【００４３】また、上記実施の形態の整流素子は、ツェ
ナダイオードＺD としたが、本発明を実施する場合に
は、これに限定されるものではなく、一次側正方向電流
を流すことなく一次側逆方向電流を流すような素子であ
ればよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の内燃機
関の失火検出方法によれば、点火コイルの一次側電流を
通電・遮断するスイッチング素子に並列に整流素子が接
続され、そのスイッチング素子による一次側電流の遮断
後から点火コイルの二次側の点火放電終了直後に整流素
子に逆方向電流が発生するまでの経過時間に基づき点火
コイルの二次側に接続された点火プラグの失火が検出さ
れる。このため、経過時間に基づき点火プラグの失火を
的確に判定することができる。

【００４５】請求項２の内燃機関の失火検出方法によれ
ば、請求項１の効果に加えて、経過時間に基づき点火プ
ラグの摩耗が判定される。つまり、経過時間の長さと点
火プラグに着火するための要求電圧とは相反する特性を
有しており、経過時間が所定時間より短くなったときに
は点火プラグの摩耗と判定される。このため、経過時間
に基づき点火プラグの摩耗を的確に判定することができ
る。

【００４６】請求項３の内燃機関の失火検出方法によれ
ば、請求項１または請求項２の効果に加えて、経過時間
に基づきスイッチング素子による点火コイルの一次側電
流の通電時間が制御される。つまり、経過時間が所定の
運転状態において一定となるように閉角度演算されフィ
ードバック制御されることで点火コイルの一次側電流の
通電時間が最適制御される。このため、点火制御システ
ムにおける省消費電力化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の第一の実施の形態にかかる内
燃機関の失火検出方法が適用された内燃機関の失火検出
制御を示すブロック図である。

【図２】 図２は図１で検出される一次側電圧及び一次
側逆方向電流を示すタイムチャートである。

【図３】 図３は本発明の第二の実施の形態にかかる内
燃機関の失火検出方法が適用された内燃機関のプラグ摩
耗検出制御を示すブロック図である。

【図４】 図４は本発明の第三の実施の形態にかかる内
燃機関の失火検出方法が適用された内燃機関のコイル通
電時間制御を示すブロック図である。

【図５】 図５は本発明の他の実施の形態にかかる内燃
機関の失火検出方法が適用された内燃機関の点火時期制
御を示すブロック図である。

【図６】 図６は図５の点火時期制御を示す指圧線図で
ある。

【符号の説明】

１１ 駆動回路 １２ 逆方向電流検出回路 ＩC 点火コイル Ｌ1 一次側コイル Ｌ2 二次側コイル ＰT パワートランジスタ（スイッチング素子） ＺD ツェナダイオード（整流素子） Ｒ 逆方向電流検出用抵抗 ＳP 点火プラグ Ｖ1 一次側電圧 Ｉ1 一次側逆方向電流 Ｔ1 アーク時間（経過時間）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点火コイルの一次側電流を通電・遮断す
   るスイッチング素子に並列に整流素子を接続し、前記ス
   イッチング素子による前記一次側電流の遮断後から前記
   点火コイルの二次側の点火放電終了直後に前記整流素子
   に逆方向電流が発生するまでの経過時間に基づき、前記
   点火コイルの二次側に接続された点火プラグの失火を検
   出することを特徴とする内燃機関の失火検出方法。
2. 【請求項２】 前記経過時間に基づき、前記点火プラグ
   の摩耗を判定することを特徴とする請求項１に記載の内
   燃機関の失火検出方法。
3. 【請求項３】 前記経過時間に基づき、前記スイッチン
   グ素子による前記点火コイルの一次側電流の通電時間を
   制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の内燃機関の失火検出方法。