JPH1113618A - 内燃機関の点火プラグの燃料かぶり判定装置及び燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 点火プラグの燃料かぶりを判定するための装
置を提供するとともに、そのかぶり判定結果に応じて始
動時の燃料噴射量を制御することにより、内燃機関の始
動性の向上を図る。 【解決手段】 点火プラグの火花放電では、正常な場
合、火花が混合気を貫通して、アークが流れ、短絡に近
い状態になるため、放電電流（二次電流）が流れている
間、二次電圧はほぼ一定の低い値となる。一方、点火プ
ラグが燃料かぶり状態にある場合には、火花が燃料を貫
通して飛んでも、液状燃料に冷やされて、維持されるこ
となく消えてしまい、再度、火花が燃料を貫通して飛ぶ
という現象が繰り返される。したがって、二次電圧波形
は、多数回の放電を繰り返すという状態を表すものとな
り、これにより、二次電流が流れる時間すなわち放電時
間は、正常時に比較して短くなる。このような放電特性
の差からかぶりを判定する。

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（エンジ
ン）の点火プラグの燃料かぶり判定装置及び燃料噴射制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンの始動時すなわちクラ
ンキング時においては、吸入空気量も少なく、吸気管圧
力も不安定であるため、吸入空気量を正確に計測し又は
推定することができない。そのため、始動時には、吸入
空気量にかかわらず、エンジン冷却水温度に基づいて基
本噴射量が算出される。この始動時基本噴射量は、機関
が冷えているほど、壁面に付着した燃料が気化しにくく
なるため、低温側で増量せしめられている。

【０００３】一方、極低温時においては、燃料がほとん
ど気化しないため、吸気ポート内に噴射された燃料が吸
気バルブ周辺に液状にたまる。そして、吸気バルブが開
いたときに燃料が燃焼室内に吸入されるが、多くの液状
燃料がシリンダヘッドの壁面を流れ、その一部が点火プ
ラグに付着する。この付着量が多いと、点火プラグの火
花ギャップに燃料がかぶった状態となり、燃焼を起こさ
せることができなくなる。そして、燃焼室内に供給され
た燃料がそのまま残るとともに、次のサイクル以降でも
燃料が供給されるため、燃焼室内がオーバリッチ状態と
なり、エンジンの始動が不可能となる。

【０００４】このように、低温始動時においては、燃料
噴射量が少なすぎると、可燃混合気を形成することがで
きないためにエンジンを始動することができなくなる一
方、燃料噴射量が多すぎると、点火プラグの燃料かぶり
を誘発するためにエンジンを始動することができなくな
る。

【０００５】そこで、例えば、特開昭63−235633号公報
は、冷却水温に基づく始動時基本噴射量を、吸気管圧力
又は機関回転速度に応じて補正することにより、始動時
の空燃比制御精度を高め、その結果として、点火プラグ
の燃料かぶりを防止し、始動性の向上を図ろうとする技
術を提案している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、単に始動時空燃比制御精度を高めているのみ
であって、実際に点火プラグが燃料かぶり状態にあるか
否かを判定しているわけではないため、燃焼室内（特に
点火プラグの周辺）の燃料状態をも含めて燃料噴射量を
最適化していると言うことはできない。

【０００７】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、実際
に点火プラグの燃料かぶりを判定するための装置を提供
するとともに、そのかぶり判定結果に応じて始動時の燃
料噴射量を制御することができる燃料噴射制御装置を提
供することにより、内燃機関の始動性の向上を図ること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様によれば、点火コイルと、前記
点火コイルの一次側に接続され、一次電流の通電及び遮
断を切り換えるスイッチング手段と、前記点火コイルの
二次側に接続され、前記スイッチング手段による一次電
流の遮断に伴い発生する二次側高電圧に応じて火花放電
を起こすことによりシリンダ内の混合気に点火する点火
プラグと、を具備する内燃機関において、前記点火プラ
グによる火花放電の特性を直接的又は間接的に検出する
検出手段と、前記検出手段によって検出される火花放電
の特性に基づいて前記点火プラグが燃料をかぶった状態
にあるか否かを判定する判定手段と、を具備する、点火
プラグの燃料かぶり判定装置が提供される。

【０００９】また、本発明の第２の態様によれば、前記
第１の態様に係る装置において、前記検出手段は、点火
時期から所定時間経過した時期における前記点火コイル
の二次電圧を検出し、前記判定手段は、該検出された二
次電圧が予め定められた基準値より大きいか小さいかに
基づいて前記かぶりを判定する。

【００１０】また、本発明の第３の態様によれば、前記
第１の態様に係る装置において、前記検出手段は、前記
火花放電の電流量を検出する。

【００１１】また、本発明の第４の態様によれば、前記
第３の態様に係る装置において、前記検出手段は、前記
点火コイルの二次電流の積分値を検出し、前記判定手段
は、該積分値が予め定められた基準値より大きいか小さ
いかに基づいて前記かぶりを判定する。

【００１２】また、本発明の第５の態様によれば、前記
第１の態様に係る装置において、前記検出手段は、前記
火花放電の放電時間を検出する。

【００１３】また、本発明の第６の態様によれば、前記
第５の態様に係る装置において、前記検出手段は、前記
点火コイルの二次電流が流れている間、一定値を積分
し、前記判定手段は、該積分値が予め定められた基準値
より大きいか小さいかに基づいて前記かぶりを判定す
る。

【００１４】また、本発明の第７の態様によれば、前記
第５の態様に係る装置において、前記内燃機関は、前記
点火コイル二次側及び前記点火プラグとともにイオン電
流経路を構成するとともに、前記点火プラグに電圧を印
加し、混合気の燃焼時にシリンダ内に発生するイオンを
介して前記点火プラグに流れるイオン電流を検出する手
段、をさらに具備し、前記検出手段は、点火時期から、
前記点火コイル二次側のインダクタンスと前記イオン電
流経路に形成される浮遊容量とによるＬＣ共振の発生時
期までの時間を検出し、前記判定手段は、該時間が予め
定められた基準値より大きいか小さいかに基づいて前記
かぶりを判定する。

【００１５】また、本発明の第８の態様によれば、前記
第１の態様から第７の態様までのいずれか１つに係る内
燃機関の点火プラグの燃料かぶり判定装置と、該かぶり
判定装置による判定結果に応じて該内燃機関への燃料噴
射量を調整する手段と、を具備する、内燃機関の燃料噴
射制御装置が提供される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【００１７】図１は、本発明の実施形態に係る点火プラ
グの燃料かぶり判定装置及び燃料噴射制御装置を備えた
電子制御式内燃機関の全体概要図である。エンジン１
は、車両に内燃機関として搭載される直列多気筒４サイ
クルレシプロガソリンエンジンである。エンジン１は、
シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を備えてい
る。シリンダブロック２には、上下方向へ延びる複数の
シリンダ４が紙面の厚み方向へ並設され、各シリンダ４
内には、ピストン５が往復動可能に収容されている。各
ピストン５は、コネクティングロッド６を介し共通のク
ランクシャフト７に連結されている。各ピストン５の往
復運動は、コネクティングロッド６を介してクランクシ
ャフト７の回転運動に変換される。

【００１８】シリンダブロック２とシリンダヘッド３と
の間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となって
いる。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室
８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそ
れぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開
閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及
び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能
に支持されている。また、シリンダヘッド３において、
各バルブ１１，１２の上方には、吸気側カムシャフト１
３及び排気側カムシャフト１４がそれぞれ回転可能に設
けられている。カムシャフト１３及び１４には、吸気バ
ルブ１１及び排気バルブ１２を駆動するためのカム１５
及び１６が取り付けられている。カムシャフト１３及び
１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７
及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタ
イミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結
されている。

【００１９】すなわち、クランクシャフト７の回転に伴
いタイミングプーリ１９が回転すると、その回転がタイ
ミングベルト２０を介してタイミングプーリ１７及び１
８に伝達される。その際、タイミングプーリ１９の回転
は、その回転速度が１／２に減速されてタイミングプー
リ１７及び１８に伝達される。タイミングプーリ１７の
回転にともない吸気側カムシャフト１３が回転すると、
カム１５の作用により吸気バルブ１１が往復動し、吸気
ポート９が開閉される。また、タイミングプーリ１８の
回転に伴い排気側カムシャフト１４が回転すると、カム
１６の作用により排気バルブ１２が往復動し、排気ポー
ト１０が開閉される。こうして、クランクシャフト７に
よってカムシャフト１３及び１４が回転駆動せしめら
れ、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が７２０°周期
の一定クランク角において開閉せしめられる。

【００２０】吸気ポート９には、エアクリーナ３１、ス
ロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホル
ド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。エン
ジン１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通
路３０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過す
る。スロットルバルブ３２は、軸３２ａにより吸気通路
３０に回動可能に設けられている。軸３２ａは、ワイヤ
等を介して運転席のアクセルペダル（図示しない）に連
結されており、運転者によるアクセルペダルの踏み込み
操作に連動してスロットルバルブ３２と一体で回動され
る。この際のスロットルバルブ３２の傾斜角度に応じ
て、吸気通路３０を流れる空気の量（吸入空気量）が決
定される。サージタンク３３は、吸入空気の脈動（圧力
振動）を平滑化するためのものである。

【００２１】吸気マニホルド３４には、各吸気ポート９
へ向けて燃料を噴射するインジェクタ４０が取付けられ
ている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そ
こから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４
３を経てインジェクタ４０に供給される。そして、イン
ジェクタ４０から噴射される燃料と吸気通路３０内を流
れる空気とからなる混合気は、吸気行程において吸気バ
ルブ１１を介して燃焼室８へ導入され、圧縮行程におい
てピストン５により圧縮される。

【００２２】この混合気に着火するために、シリンダヘ
ッド３には点火プラグ５０が取付けられている。点火時
には、点火信号を受けたイグナイタ５１が、点火コイル
５２の一次電流の通電及び遮断を制御し、その二次電流
が、点火ディストリビュータ５３を介して点火プラグ５
０に供給される。点火ディストリビュータ５３は、クラ
ンクシャフト７の回転に同期して二次電流を各気筒の点
火プラグ５０に分配するものである。そして、燃焼室８
へ導入された混合気は、点火プラグ５０による点火によ
って爆発・燃焼せしめられる（膨張行程）。この際に生
じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン５が往復動し、
クランクシャフト７が回転せしめられ、エンジン１の駆
動力が得られる。

【００２３】燃焼した混合気は、排気行程において排気
ガスとして排気バルブ１２を介して排気ポート１０に導
かれる。排気ポート１０には、排気マニホルド６１、触
媒コンバータ６２等を備えた排気通路６０が接続されて
いる。触媒コンバータ６２には、不完全燃焼成分である
ＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空
気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮ
Ｏ_x （窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒
が収容されている。こうして触媒コンバータ６２におい
て浄化された排気ガスが大気中に排出される。

【００２４】エンジン１には以下の各種センサが取付け
られている。シリンダブロック２には、エンジン１の冷
却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出するための水温セ
ンサ７４が取付けられている。吸気通路３０には、吸入
空気量（流量ＱＡ）を検出するためのエアフローメータ
７０が取り付けられている。吸気通路３０においてエア
クリーナ３１の近傍には、吸入空気の温度（吸気温ＴＨ
Ａ）を検出するための吸気温センサ７３が取付けられて
いる。吸気通路３０において、スロットルバルブ３２の
近傍には、その軸３２ａの回動角度（スロットル開度Ｔ
Ａ）を検出するためのスロットル開度センサ７２が設け
られている。また、スロットルバルブ３２が全閉状態の
ときには、アイドルスイッチ８２がオンとなり、その出
力であるスロットル全閉信号がアクティブとなる。サー
ジタンク３３には、その内部の圧力（吸気圧ＰＭ）を検
出するための吸気圧センサ７１が取付けられている。排
気通路６０の途中には、排気ガス中の残存酸素濃度を検
出するためのＯ₂ センサ７５が取付けられている。

【００２５】ディストリビュータ５３には、クランクシ
ャフト７の回転に同期して回転するロータが内蔵されて
おり、クランクシャフト７の基準位置を検出するために
ロータの回転に基づいてクランク角（ＣＡ）に換算して
７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させる
クランク基準位置センサ８０が設けられ、また、クラン
クシャフト７の回転速度（エンジン回転速度ＮＥ）を検
出するためにロータの回転に基づいて３０°ＣＡごとに
回転速度検出用パルスを発生させクランク角センサ８１
が設けられている。

【００２６】エンジン電子制御装置（エンジンＥＣＵ）
９０は、燃料噴射制御、点火時期制御等を実行するマイ
クロコンピュータシステムであり、各種センサ及びスイ
ッチからの信号を入力し、その入力信号に基づいて演算
処理を実行し、その演算結果に基づき各種アクチュエー
タ用制御信号を出力する。点火時期制御は、クランク角
センサ８１から得られるエンジン回転速度及びその他の
センサからの信号により、エンジンの状態を総合的に判
定し、最適な点火時期を決定し、イグナイタ５１に点火
信号を送るものである。燃料噴射制御は、基本的には、
エンジン１回転当たりの吸入空気量に基づいて、所定の
目標空燃比を達成する燃料噴射量すなわちインジェクタ
４０による噴射時間を演算し、所定のクランク角に達し
た時点で燃料を噴射すべく、インジェクタ４０を制御す
るものである。なお、エンジン１回転当たりの吸入空気
量は、エアフローメータ７０により計測される吸入空気
流量とクランク角センサ８１から得られるエンジン回転
速度とから算出されるか、又は吸気圧センサ７１から得
られる吸気管圧力とエンジン回転速度とによって推定さ
れる。そして、かかる燃料噴射量演算の際には、スロッ
トル開度センサ７２、吸気温センサ７３、水温センサ７
４等の各センサからの信号に基づく基本的な補正、Ｏ₂
センサ７５からの信号に基づく空燃比フィードバック補
正、そのフィードバック補正値の中央値が理論空燃比と
なるようにする空燃比学習補正等が加えられる。

【００２７】燃料噴射制御には、始動時の制御も含まれ
る。そして、本発明においては、その始動時燃料噴射制
御の精度を向上させるため、点火プラグ５０が燃料をか
ぶった状態にあるか否かを判定するための装置が設けら
れている。放電特性検出回路１００は、そのかぶり判定
のために点火プラグ５０による火花放電の特性を検出す
るためのものである。以下では、かぶり判定方法に関す
る４つの実施形態について説明する。放電特性検出回路
１００として、第１実施形態では、図２に示される点火
コイル二次電圧検出回路１１０が設けられ、第２及び第
３実施形態では、図３に示される点火コイル二次電流検
出回路１２０が設けられ、第４実施形態では、後述する
イオン電流検出回路１３０が設けられている。

【００２８】すなわち、図２は、点火装置及び点火コイ
ル二次電圧検出回路１１０の回路構成を示す図である。
点火コイル５２の一次巻線５２ａの一端は、バッテリ１
０１の正電極に接続され、他の一端は、イグナイタ５１
内のスイッチング用トランジスタ５１ａのコレクタに接
続されている。そのトランジスタ５１ａのエミッタは接
地され、そのベースには点火信号が印加されるように構
成されている。点火コイル５２の二次巻線５２ｂの一端
は、点火プラグ５０の中心電極５０ａに接続されてい
る。点火プラグ５０の外側電極５０ｂは、接地されてい
る。そして、二次電圧を測定するために、点火コイル５
２の高圧線路１０２の一部にコンデンサ１１１が形成さ
れ、さらにこれと直列に別のコンデンサ１１２が設けら
れている。これらのコンデンサ１１１及び１１２による
分圧後の電圧が二次電圧出力信号を与える。

【００２９】まず、点火信号がハイとなり、トランジス
タ５１ａがオンすると、点火コイル一次巻線５２ａに電
流が流れる。次いで、点火信号がロウとされてトランジ
スタ５１ａがオフにされることにより一次電流が遮断さ
れると、点火コイル５２の二次巻線５２ｂに高電圧が誘
起され、その結果、点火プラグ５０にて火花放電が起こ
る。すなわち、点火プラグ５０の中心電極５０ａにマイ
ナス極性の高電圧が印加されることにより、中心電極５
０ａと外側電極（接地電極）５０ｂとの間で火花放電が
起こり、点火コイル二次巻線５２ｂから点火プラグ５０
を介して二次巻線５２ｂへと一巡する電流が流れる。そ
のとき、コンデンサ１１１とコンデンサ１１２との接続
点に二次電圧出力信号が現れ、エンジンＥＣＵ９０に供
給される。

【００３０】また、図３は、点火装置及び点火コイル二
次電流検出回路１２０の回路構成を示す図である。この
図に示されるように、二次電流を測定するために、点火
コイル５２の二次巻線５２ｂとグランドとの間に抵抗１
２１が設けられている。二次電流が流れると、抵抗１２
１にはその電流の大きさに応じた電圧が現れるため、そ
の電圧が二次電流出力信号を与えることとなる。

【００３１】図４は、始動時すなわちクランキング時に
おける二次電圧波形及び二次電流波形を、（Ａ）正常な
場合、（Ｂ）点火プラグが大きな度合いの燃料かぶり状
態にある場合、及び（Ｃ）点火プラグが小さな度合いの
燃料かぶり状態にある場合、のそれぞれについて示すタ
イムチャートである。図４（Ａ）に示されるように、正
常な場合には、火花放電電流すなわち二次電流が流れて
いる間、二次電圧はほぼ一定の低い値となる。これは、
火花が混合気を貫通して、アークが流れ、短絡に近い状
態になるためである。

【００３２】一方、点火プラグ５０が燃料かぶり状態に
ある場合には、図５に示されるように、点火プラグ５０
の火花ギャップを絶縁物である液状燃料が覆ってしまう
ため、火花が燃料を貫通して飛んでも、液状燃料に冷や
されて、維持されることなく消えてしまい、再度、火花
が燃料を貫通して飛ぶという現象が繰り返される。した
がって、二次電圧波形は、図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示さ
れるように、多数回の放電を繰り返すという状態を表す
ものとなり、これにより、二次電流が流れる時間すなわ
ち放電時間は、図４（Ａ）に示される正常時に比較して
短くなる。

【００３３】なお、図４は、点火プラグの燃料かぶり状
態のパターンとして、（Ｂ）及び（Ｃ）を示している。
図４（Ｂ）は、図５のように、点火プラグのギャップを
燃料が完全に覆っている場合を示し、図４（Ｃ）は、火
花放電初期にはギャップを燃料が完全に覆っているもの
の、燃焼室内の空気流動の影響により放電途中で燃料が
離れた状態となる場合を示す。いずれにしても、点火プ
ラグの周囲に多量の燃料が存在しており、点火しても燃
焼が困難な状態にある。ただし、図４（Ｃ）の場合で
は、空気流動で燃料が離れることから、図４（Ｂ）の場
合に比較して、付着燃料量が少ないものと考えられる。

【００３４】図６は、第１実施形態に係る点火プラグの
燃料かぶり判定処理を説明するためのタイムチャートで
あって、（Ａ）は正常な場合、（Ｂ）は点火プラグが燃
料かぶり状態にある場合のものである。この実施形態に
おいては、図２に示される回路にて検出される二次電圧
に基づき、エンジンＥＣＵ９０がかぶり判定処理を行
う。

【００３５】点火信号がオフにされる時期（点火時期）
において点火コイル５２の二次巻線５２ｂに高電圧が発
生し、点火プラグ５０にて放電が始まる。点火時期から
所定時間ｔ（例えば１ｍｓ）経過後の二次電圧（マイナ
ス電圧）の絶対値は、正常時には、図６（Ａ）に示され
るように小さくなる一方、かぶり時には、火花の発生す
る回数が多くなり、図６（Ｂ）に示されるように未だ大
きな値を有している。そこで、ＥＣＵは、点火時期から
所定時間ｔが経過した時期に、二次電圧を読み取り、そ
れが所定の判定基準レベルよりも小さいか大きいかを判
定することで、正常かかぶり状態かを示す判定信号を作
成する。なお、図６では、判定信号は、正常な場合ロウ
（Ｌ）となり、かぶり状態の場合ハイ（Ｈ）となる。

【００３６】図７は、第２実施形態に係る点火プラグの
燃料かぶり判定処理を説明するためのタイムチャートで
あって、（Ａ）は正常な場合、（Ｂ）は点火プラグが大
きな度合いの燃料かぶり状態にある場合、及び（Ｃ）は
点火プラグが小さな度合いの燃料かぶり状態にある場合
のものである。この実施形態においては、火花放電電流
すなわち二次電流の電流量からかぶり状態が判定され
る。すなわち、エンジンＥＣＵ９０は、その電流量を示
す指標として、図３に示される回路にて検出される二次
電流の積分値を求める。

【００３７】点火信号がオフにされる時期（点火時期）
において点火コイル５２の二次巻線５２ｂに高電圧が発
生し、点火プラグ５０にて放電が始まる。二次電流積分
値は、正常時には、火花放電が長く持続するため、図７
（Ａ）に示されるように、大きくなる一方、かぶり時に
は、図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、小さいま
まである。特に、かぶりの度合いが大きいときには、図
７（Ｂ）に示されるように、極端に小さくなる。したが
って、二次電流積分値に基づいて点火プラグの燃料かぶ
り状態を判定することができる。図７においては、二次
電流積分値が判定基準レベルより大きくなる場合にかぶ
り判定信号がハイとなり、正常状態であることが示され
る。なお、判定基準レベルを複数設け、かぶりの度合い
を推定することも可能である。

【００３８】図８は、第３実施形態に係る点火プラグの
燃料かぶり判定処理を説明するためのタイムチャートで
あって、（Ａ）は正常な場合、（Ｂ）は点火プラグが大
きな度合いの燃料かぶり状態にある場合、及び（Ｃ）は
点火プラグが小さな度合いの燃料かぶり状態にある場合
のものである。この実施形態においては、火花放電時間
からかぶり状態が判定される。すなわち、エンジンＥＣ
Ｕ９０は、図３に示される回路にて検出される二次電流
に基づき、その二次電流発生時間を計測し、その時間に
応じてかぶり判定を行う。

【００３９】点火信号がオフにされる時期（点火時期）
において点火コイル５２の二次巻線５２ｂに高電圧が発
生し、点火プラグ５０にて放電が始まる。そして、その
放電電流すなわち二次電流が流れている期間、二次電流
発生信号がハイとなる。次いで、その二次電流発生信号
がハイの間、一定値が積分されていくことで、時間積分
が求められ、それが放電時間に相当する値を表す。時間
積分値は、正常時には、火花放電が長く持続するため、
図８（Ａ）に示されるように、大きくなる一方、かぶり
時には、図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、小さ
いままである。特に、かぶりの度合いが大きいときに
は、図８（Ｂ）に示されるように、極端に小さくなる。
したがって、この時間積分値に基づいて点火プラグの燃
料かぶり状態を判定することができる。図８において
は、時間積分値が判定基準レベルより大きくなる場合に
かぶり判定信号がハイとなり、正常状態であることが示
される。なお、この場合も、判定基準レベルを複数設
け、かぶりの度合いを推定することが可能である。

【００４０】次に、第４実施形態に係る点火プラグの燃
料かぶり判定処理について説明する。エンジンでは、ノ
ック、プレイグニション（過早着火）等の異常燃焼や失
火を防止するための制御を行う必要があるが、近年、エ
ンジンの燃焼状態を検出する方法の一つとして、燃焼室
内のイオン電流を測定し、そのイオン電流によって燃焼
状態を検出する方法が提案されている。すなわち、点火
プラグによる放電が起き、燃焼室内の混合気が燃焼する
と、その混合気はイオン化する。混合気がイオン化した
状態にあるときに、点火プラグに電圧を印加すると、イ
オン電流が流れる。このイオン電流を検出し、解析処理
を行うことによって、ノック、プレイグニション、失火
等の発生を検出することができるのである。このような
イオン電流検出回路を備えたエンジンでは、その回路を
利用して、前記した第３実施形態と同様の放電時間の計
測を行うことができる。

【００４１】図９は、点火装置及びイオン電流検出回路
１３０の回路構成を示す図である。点火コイル５２の二
次巻線５２ｂの一端には、イオン電流検出回路１３０が
設けられている。まず、イオン電流生成用電源となるコ
ンデンサ１３１が二次巻線５２ｂに接続されている。こ
のコンデンサ１３１には、点火コイル二次電流によりコ
ンデンサ１３１に充電される電圧を一定値に制限するた
めの定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）１３２が
並列に接続されている。コンデンサ１３１の他の一端
は、グランド方向へのみ電流を流すダイオード１３３を
介して接地されるとともに、イオン電流検出抵抗１３４
を介して接地されている。

【００４２】そして、コンデンサ１３１とイオン電流検
出抵抗１３４との接続点は、反転増幅回路１３６に接続
されている。この反転増幅回路１３６は、非反転入力端
子（＋端子）が接地された演算増幅器（オペアンプ）１
３７と、演算増幅器１３７の反転入力端子（−端子）に
接続される入力抵抗１３８と、演算増幅器１３７の出力
端子から反転入力端子（−端子）への帰還抵抗１３９と
で構成されている。入力抵抗１３８の抵抗値をＲ_a 、帰
還抵抗１９の抵抗値をＲ_f とすると、電圧増幅度は、周
知のように“−Ｒ_f ／Ｒ_a ”となる。そして、反転増幅
回路１３６の出力は、イオン電流出力信号としてエンジ
ンＥＣＵ９０に供給される。なお、Ｒ_a及びＲ_f は、イ
オン電流検出抵抗１４の抵抗値Ｒ₁ に対して非常に大き
な値である。

【００４３】図１０は、イオン電流検出回路１３０によ
る放電時間の計測について説明するためのタイムチャー
トである。まず、点火信号がハイとなり、イグナイタ５
１内のトランジスタ５１ａがオンすると、点火コイル一
次巻線５２ａに電流が流れる。次いで、点火信号がロウ
とされてトランジスタ５１ａがオフにされることにより
一次電流が遮断されると、点火コイル５２の二次巻線５
２ｂに高電圧が誘起され、その結果、点火プラグ５０に
て火花放電が起こる。すなわち、点火プラグ５０の中心
電極５０ａにマイナス極性の高電圧が印加されることに
より、中心電極５０ａと外側電極（接地電極）５０ｂと
の間で火花放電が起こり、点火コイル二次巻線５２ｂか
ら、コンデンサ１３１及び定電圧ダイオード１３２、ダ
イオード１３３、並びに点火プラグ５０を介して、二次
巻線５２ｂへと一巡する放電電流が流れる。この過程に
おいて、コンデンサ１３１は、定電圧ダイオード１３２
のツェナー電圧（１００Ｖ程度）に一致する電圧にまで
充電される。

【００４４】そして、放電終了後、点火コイルは残留磁
気エネルギを放出しようとし、点火コイル二次巻線５２
ｂのインダクタンスＬ₂ と高電圧線路に形成される浮遊
容量Ｃ₂ （図９参照）との間でＬＣ共振が起こり、ＬＣ
共振電流が流れる。そのＬＣ共振電流はイオン電流検出
抵抗によって検出されるため、放電終了後のイオン電流
波形には、図１０のＩ₁ に示されるように、急峻な変化
が現れるが、これは残留磁気ノイズ（ＬＣ共振ノイズ）
であってイオン電流によるものではない。

【００４５】そして、残留磁気エネルギによるＬＣ共振
電流Ｉ₁ が流れた後に、イオン電流Ｉ₂ が流れる。すな
わち、点火プラグ５０における火花放電により、燃焼室
内の混合気が着火し燃焼すると、その混合気はイオン化
する。混合気がイオン化した状態にあるときには、点火
プラグ５０の両電極間は導電性を有する。なおかつ、コ
ンデンサ１３１の充電電圧により点火プラグ５０の両電
極間には電圧が印加されているため、イオン電流が流れ
るのである。このイオン電流は、コンデンサ１３１の一
端から、点火コイル二次巻線５２ｂ、点火プラグ５０、
及びイオン電流検出抵抗１３４を介して、コンデンサ１
３１の他端へと流れる。そして、イオン電流検出抵抗１
３４とコンデンサ１３１との接続点には“−イオン電流
値×検出抵抗値”の電位が現れ、その電位は反転増幅回
路１３６において反転増幅される。最後に、反転増幅回
路１３６の出力がイオン電流出力信号としてＥＣＵ９０
に供給される。

【００４６】上述のＬＣ共振電流Ｉ₁ は、燃焼イオンに
よるものではなく、燃焼の有無にかかわらず発生する。
そこで、これを利用して、図１０に示すように、点火信
号をオフとした時期からＬＣ共振発生時期までの時間Ｔ
を計測することで、実質的に放電時間を計測したことと
なる。この後のかぶり判定処理は、前記した第３実施形
態（図８）の処理と同一である。なお、定電圧ダイオー
ド１３２に直列に抵抗を設け、この抵抗に生ずる電圧を
見ることで、放電電流を直接計測することも可能であ
る。

【００４７】図１１は、以上説明した点火プラグ燃料か
ぶり判定処理を利用した燃料噴射制御の処理手順を示す
概略フローチャートである。まず、ステップ２０１で
は、水温センサ７４の出力に基づきエンジン冷却水温Ｔ
ＨＷを検出するとともに、吸気温センサ７３の出力に基
づき吸気温ＴＨＡを検出する。次いで、ステップ２０２
では、スタータ（図示せず）のスイッチ信号及びエンジ
ン回転速度ＮＥに基づき、エンジンがクランキング中か
否かを判定し、クランキング（始動）中のときにはステ
ップ２０３に進み、始動後のときにはステップ２０４に
進む。ステップ２０３では、検出された水温ＴＨＷ又は
吸気温ＴＨＡが低い場合に点火プラグが燃料かぶり状態
にあるおそれがあるため、前述のような、点火プラグ燃
料かぶり判定処理を行い、かぶり状態であれば、ステッ
プ２０６に進んで、燃料噴射を停止して燃焼室内に過剰
に液状燃料が供給されるのを防止する。一方、かぶり状
態になければ、ステップ２０４に進んで、各種センサか
らの出力に基づくエンジン運転状態に応じて通常どおり
燃料噴射量を算出し、次いで、ステップ２０５に進んで
燃料噴射を実行する。なお、ステップ２０６では単に燃
料噴射を停止したが、燃料かぶりの度合いに応じて噴射
量を減量するようにしてももちろんよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
実際に点火プラグの燃料かぶりを判定するための装置が
提供されるとともに、そのかぶり判定結果に応じて始動
時の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置が提供され
ることにより、内燃機関の始動性の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る点火プラグの燃料かぶ
り判定装置及び燃料噴射制御装置を備えた電子制御式内
燃機関の全体概要図である。

【図２】点火装置及び点火コイル二次電圧検出回路の回
路構成を示す図である。

【図３】点火装置及び点火コイル二次電流検出回路の回
路構成を示す図である。

【図４】始動時すなわちクランキング時における二次電
圧波形及び二次電流波形を、（Ａ）正常な場合、（Ｂ）
点火プラグが大きな度合いの燃料かぶり状態にある場
合、及び（Ｃ）点火プラグが小さな度合いの燃料かぶり
状態にある場合、のそれぞれについて示すタイムチャー
トである。

【図５】点火プラグの燃料かぶり状態を説明するための
図である。

【図６】第１実施形態に係る点火プラグの燃料かぶり判
定処理を説明するためのタイムチャートであって、
（Ａ）は正常な場合、（Ｂ）は点火プラグが燃料かぶり
状態にある場合のものである。

【図７】第２実施形態に係る点火プラグの燃料かぶり判
定処理を説明するためのタイムチャートであって、
（Ａ）は正常な場合、（Ｂ）は点火プラグが大きな度合
いの燃料かぶり状態にある場合、及び（Ｃ）は点火プラ
グが小さな度合いの燃料かぶり状態にある場合のもので
ある。

【図８】第３実施形態に係る点火プラグの燃料かぶり判
定処理を説明するためのタイムチャートであって、
（Ａ）は正常な場合、（Ｂ）は点火プラグが大きな度合
いの燃料かぶり状態にある場合、及び（Ｃ）は点火プラ
グが小さな度合いの燃料かぶり状態にある場合のもので
ある。

【図９】点火装置及びイオン電流検出回路の回路構成を
示す図である。

【図１０】イオン電流検出回路による放電時間の計測に
ついて説明するためのタイムチャートである。

【図１１】点火プラグ燃料かぶり判定処理を利用した燃
料噴射制御の処理手順を示す概略フローチャートであ
る。

【符号の説明】

１…直列多気筒４サイクルレシプロガソリンエンジン ２…シリンダブロック ３…シリンダヘッド ４…シリンダ ５…ピストン ６…コネクティングロッド ７…クランクシャフト ８…燃焼室 ９…吸気ポート １０…排気ポート １１…吸気バルブ １２…排気バルブ １３…吸気側カムシャフト １４…排気側カムシャフト １５…吸気側カム １６…排気側カム １７，１８，１９…タイミングプーリ ２０…タイミングベルト ３０…吸気通路 ３１…エアクリーナ ３２…スロットルバルブ ３２ａ…スロットルバルブの軸 ３３…サージタンク ３４…吸気マニホルド ４０…インジェクタ ４１…燃料タンク ４２…燃料ポンプ ４３…燃料配管 ５０…点火プラグ ５０ａ…中心電極 ５０ｂ…外側電極 ５１…イグナイタ ５１ａ…スイッチング用トランジスタ ５２…点火コイル ５２ａ…一次巻線 ５２ｂ…二次巻線 ５３…点火ディストリビュータ ６０…排気通路 ６１…排気マニホルド ６２…触媒コンバータ ７０…エアフローメータ ７１…吸気圧センサ ７２…スロットル開度センサ ７３…吸気温センサ ７４…水温センサ ７５…Ｏ₂ センサ ８０…クランク基準位置センサ ８１…クランク角センサ ８２…アイドルスイッチ ９０…エンジンＥＣＵ １００…放電特性検出回路 １０１…バッテリ １０２…高圧線路 １１０…点火コイル二次電圧検出回路 １１１…コンデンサ １１２…コンデンサ １２０…点火コイル二次電流検出回路 １２１…抵抗 １３０…イオン電流検出回路 １３１…コンデンサ（イオン電流生成用電源） １３２…定電圧ダイオード（ツェナーダイオード） １３３…ダイオード １３４…イオン電流検出抵抗 １３６…反転増幅回路 １３７…演算増幅器（オペアンプ） １３８…入力抵抗 １３９…帰還抵抗

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点火コイルと、 前記点火コイルの一次側に接続され、一次電流の通電及
   び遮断を切り換えるスイッチング手段と、 前記点火コイルの二次側に接続され、前記スイッチング
   手段による一次電流の遮断に伴い発生する二次側高電圧
   に応じて火花放電を起こすことによりシリンダ内の混合
   気に点火する点火プラグと、 を具備する内燃機関において、 前記点火プラグによる火花放電の特性を直接的又は間接
   的に検出する検出手段 と、前記検出手段によって検出される火花放電の特性に
   基づいて前記点火プラグが燃料をかぶった状態にあるか
   否かを判定する判定手段と、 を具備する、点火プラグの燃料かぶり判定装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、点火時期から所定時間
   経過した時期における前記点火コイルの二次電圧を検出
   するものであり、前記判定手段は、該検出された二次電
   圧が予め定められた基準値より大きいか小さいかに基づ
   いて前記かぶりを判定するものである、請求項１に記載
   の内燃機関の点火プラグの燃料かぶり判定装置。
3. 【請求項３】 前記検出手段は、前記火花放電の電流量
   を検出するものである、請求項１に記載の内燃機関の点
   火プラグの燃料かぶり判定装置。
4. 【請求項４】 前記検出手段は、前記点火コイルの二次
   電流の積分値を検出するものであり、前記判定手段は、
   該積分値が予め定められた基準値より大きいか小さいか
   に基づいて前記かぶりを判定するものである、請求項３
   に記載の内燃機関の点火プラグの燃料かぶり判定装置。
5. 【請求項５】 前記検出手段は、前記火花放電の放電時
   間を検出するものである、請求項１に記載の内燃機関の
   点火プラグの燃料かぶり判定装置。
6. 【請求項６】 前記検出手段は、前記点火コイルの二次
   電流が流れている間、一定値を積分するものであり、前
   記判定手段は、該積分値が予め定められた基準値より大
   きいか小さいかに基づいて前記かぶりを判定するもので
   ある、請求項５に記載の内燃機関の点火プラグの燃料か
   ぶり判定装置。
7. 【請求項７】 前記内燃機関は、前記点火コイル二次側
   及び前記点火プラグとともにイオン電流経路を構成する
   とともに、前記点火プラグに電圧を印加し、混合気の燃
   焼時にシリンダ内に発生するイオンを介して前記点火プ
   ラグに流れるイオン電流を検出する手段、をさらに具備
   するものであり、前記検出手段は、点火時期から、前記
   点火コイル二次側のインダクタンスと前記イオン電流経
   路に形成される浮遊容量とによるＬＣ共振の発生時期ま
   での時間を検出するものであり、前記判定手段は、該時
   間が予め定められた基準値より大きいか小さいかに基づ
   いて前記かぶりを判定するものである、請求項５に記載
   の内燃機関の点火プラグの燃料かぶり判定装置。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７までのいずれか１
   項に記載の内燃機関の点火プラグの燃料かぶり判定装置
   と、該かぶり判定装置による判定結果に応じて該内燃機
   関への燃料噴射量を調整する手段と、を具備する、内燃
   機関の燃料噴射制御装置。