(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火コイルと点火コイル通電遮断手段と、イオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火動作の故障判定信号を出力する故障判定信号出力手段と、前記イオン電流と故障判定信号を含むイオン電流検出信号を出力するイオン電流検出信号出力手段と、イオン電流検出信号に基づき内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、イオン電流検出信号に基づき点火コイルの故障判定を行う故障判定手段とを備え、故障判定信号は点火コイルの一次電流が所定値以上流れたことを検出し出力されることを特徴とする燃焼状態検出装置。
【請求項２】
点火コイルと点火コイル通電遮断手段と、イオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火動作の故障判定信号を出力する故障判定信号出力手段と、前記イオン電流と故障判定信号を含むイオン電流検出信号を出力するイオン電流検出信号出力手段と、イオン電流検出信号に基づき内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、イオン電流検出信号に基づき点火コイルの故障判定を行う故障判定手段とを備え、故障判定信号は点火信号を検出して出力されることを特徴とする燃焼状態検出装置。
【請求項３】
点火コイルと点火コイル通電遮断手段と、イオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火動作の故障判定信号を出力する故障判定信号出力手段と、前記イオン電流と故障判定信号を含むイオン電流検出信号を出力するイオン電流検出信号出力手段と、イオン電流検出信号に基づき内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、イオン電流検出信号に基づき点火コイルの故障判定を行う故障判定手段とを備え、故障判定信号は、点火コイルの一次電流を検出して出力される故障判定信号１と、点火信号を検出して出力される故障判定信号２の組合せであり、故障判定信号１の出力レベルは故障判定信号２の出力レベルよりも大きく設定されることを特徴とする燃焼状態検出装置。
【請求項４】
故障判定信号の出力レベルはイオン電流の出力レベルよりも大きく設定することを特徴とする請求項１に記載の燃焼状態検出装置。
【請求項５】
一次電流を検出する第２の故障判定信号出力手段を備え、第２の故障判定信号出力手段の出力信号は故障判定手段に入力されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼状態検出装置。
【請求項６】
点火コイルと点火コイル通電遮断手段と、イオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火動作の故障判定信号を出力する故障判定信号出力手段と、前記イオン電流と故障判定信号を含むイオン電流検出信号を出力するイオン電流検出信号出力手段と、イオン電流検出信号に基づき内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、イオン電流検出信号に基づき点火コイルの故障判定を行う故障判定手段とを備え、点火コイル、点火コイル通電遮断手段、イオン電流検出手段、故障判定信号出力手段、イオン電流検出信号出力手段を一つのパッケージに内蔵するとともに、故障判定信号とイオン電流検出信号を同一信号線にて出力することを特徴とする燃焼状態検出装置。
【請求項７】
点火コイルと点火コイル通電遮断手段と、イオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火動作の故障判定信号を出力する故障判定信号出力手段と、前記イオン電流と故障判定信号を含むイオン電流検出信号を出力するイオン電流検出信号出力手段と、イオン電流検出信号に基づき内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、イオン電流検出信号に基づき点火コイルの故障判定を行う故障判定手段とを備え、点火時期からイオン電流発生開始までの間に検出期間切替時期を設け、点火コイル通電開始後かつ検出期間切替時期以前において故障判定手段はイオン電流検出信号に基づき点火コイルの故障判定を行い、検出期間切替時期以降の所定時間において燃焼状態検出手段はイオン電流検出信号に基づき内燃機関の燃焼状態を検出することを特徴とする燃焼状態検出装置。
【請求項８】
点火コイルと、点火コイル通電遮断手段と、イオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火動作の故障判定信号を出力する故障判定信号出力手段と、前記イオン電流と故障判定信号を含むイオン電流検出信号を出力するイオン電流検出信号出力手段と、点火動作の第２の故障判定信号を出力する第２の故障判定信号出力手段と、イオン電流検出信号に基づき内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、イオン電流検出信号に基づき点火コイルの故障判定を行う故障判定手段と、第２の故障判定信号に基づき点火コイルの故障判定を行う第２の故障判定手段とを備えてなる燃焼状態検出装置。
【請求項９】
第２の故障判定信号は点火コイルの一次電流が所定値以上流れたことを検出し出力されることを特徴とする請求項８に記載の燃焼状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関における燃焼により生じるイオンを媒体として流れるイオン電流より内燃機関の燃焼状態を検出する内燃機関の燃焼状態検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来装置の構成を示すブロック図であり、図８はその動作を示すタイミングチャートである。
１はコントロールユニット。
１ａはカレントミラーとイオン電流検出用抵抗器を含み、イオン電流を電圧値に変換するイオン電流検出回路。
１ｂは点火信号ＯＮ時及び放電終了後にイオン電流に重畳するノイズ信号を除去するマスク回路。
１ｃはマスク後の信号を所定の基準レベル（Ｖｒｅｆ１）と比較し、基準レベルより大きければ燃焼判定小さければ失火判定する燃焼／失火判定手段。
１ｄは点火信号発生手段。
１ｇは故障内容判定手段である。
２はイグニションコイル。
２ａはイグニションコイルの一次巻線。
２ｂはイグニションコイルの二次巻線。
２ｃはプリアンプ及びスイッチング素子を含むドライブ回路。
２ｄはイオン電流検出用バイアス電圧を蓄積するコンデンサ、バイアス電圧値を規定するツェナーダイオード、そして二次電流経路を構成するダイオードとを含むバイアス回路。
３はスパークプラグである。
点火信号発生手段が出力する点火信号（信号Ａ）により、ドライブ回路はイグニションコイルの一次巻線に流れる一次電流を通電遮断する。遮断時にイグニションコイルの二次巻線に高電圧が発生し、スパークプラグの電極間で放電、図示しないシリンダ内の混合気の燃焼が行われる。放電中に二次巻線に流れる二次電流によりバイアス回路中のコンデンサが充電され、この充電電圧が放電終了後スパークプラグに印加され、燃焼により発生したイオンを媒体としてイオン電流が流れる。このイオン電流はコントロールユニット内のイオン電流検出回路で電圧変換され（信号Ｂ）、点火信号ＯＮ時及び放電終了時に発生するノイズがマスク回路により除去される（信号Ｃ）、燃焼／失火判定手段はマスク後の信号レベルが所定レベル（Ｖｒｅｆ１）より大きい場合燃焼、小さい場合失火と判定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
燃焼時、失火時のマスク後信号は図８に示す様になり、混合気が燃焼したかどうかは判定可能であるが、失火した場合、失火をもたらした故障原因、故障部品を特定出来ない。また、検出系の故障（ｅｘ．バイアス回路−イオン電流検出回路間配線の断線）の場合もマスク後信号は失火時と同一となる。この為、従来装置により失火検出を行い失火が判定された場合、修理の為に失火を引き起こす可能性のある部品及び検出系の全てを調査する必要があり、修理工数が大きいという問題点がある。
本願においては、故障部品を特定し、修理工数を小さくした内燃機関の燃焼状態検出装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、点火動作の故障判定信号を出力する故障判定信号出力手段と、イオン電流と故障判定信号を含むイオン電流検出信号を出力するイオン電流検出信号出力手段と、イオン電流検出信号に基づき点火コイルの故障判定を行う故障判定手段とを備えたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態の１つを示すブロック図であり、図２はその動作を示すタイミングチャートである。
１はコントロールユニット。
１ａはカレントミラーとイオン電流検出用抵抗器を含み、イオン電流を電圧値に変換するイオン電流検出回路。
１ｂは点火信号ＯＮ時及び放電終了後にイオン電流に重畳するノイズ信号を除去するマスク回路。
１ｃはマスク後の信号を所定の基準レベル（Ｖｒｅｆ１）と比較し、基準レベルより大きければ燃焼判定小さければ失火判定する燃焼／失火判定手段。
１ｄは点火信号発生手段。
１ｅはマスク後の信号に基づき故障判定をする故障判定手段。
２はイグニションコイル。
２ａはイグニションコイルの一次巻線。
２ｂはイグニションコイルの二次巻線。
２ｃはプリアンプ、スイッチング素子、及び一次電流検出抵抗を含むドライブ回路。
２ｄはイオン電流検出用バイアス電圧を蓄積するコンデンサ、バイアス電圧値を規定するツェナーダイオード、そして二次電流経路を構成するダイオードとを含むバイアス回路。
２ｅはイオン電流を分配するカレントミラー回路。
２ｆはドライブ回路中の一次電流検出抵抗に発生する電圧降下に基づき一次電流が所定レベルＶｒｅｆ３を超える期間を検出し、その期間のみＨｉｇｈ出力（ベース電流供給）する一次電流検出回路。
２ｇは一次電流検出回路がＨｉｇｈ出力をした際に定電流Ｉ１を供給する定電流回路であり、２ｆとともに故障判定信号出力手段を構成する。
２ｈはイオン電流と一次電流検出の定電流を加算した電流を出力（実施例ではコントロールユニットから電流を引き込む）するカレントミラー回路であり、イオン電流検出信号出力手段を構成する。
３はスパークプラグである。
【０００６】
イグニションコイルの一次巻線に所定レベルＶｒｅｆ３以上の一次電流が流れた際には、一次電流検出回路は定電流回路にベース電流を供給、よって定電流回路より定電流がカレントミラー回路２ｈに供給される。また、カレントミラー回路２ｈにはカレントミラー回路２ｅよりイオン電流も供給される。
よって、カレントミラー回路２ｈがコントロールユニットより引き込む電流はイオン電流＋定電流となる。イオン出力信号は図２に示すＣの様になる。これに対し、マスク回路は信号発生より所定時間イオン出力信号をマスクし、マスク後の信号はＤの様になる。故障判定信号（一次電流検出により流れる定電流に対応）は一次電流の流れている期間のみ発生するので、点火信号がＨｉｇｈとなっている期間であり、この期間を故障判定期間とし、故障判定手段はマスク後出力が所定レベルＶｒｅｆ２を超えていれば正常と判定、超えない場合異常と判定する。点火信号がＨｉｇｈ→Ｌｏｗとなった後は燃焼／失火判定期間となる。燃焼／失火判定手段はマスク後出力が所定レベルＶｒｅｆ１を超えていれば燃焼と判定、超えない場合異常と判定する。
【０００７】
正しく点火動作が行われ、シリンダ内で燃焼が行われた場合、マスク後信号は図２の左側の様になり、故障判定期間、燃焼判定期間共に所定レベルＶｒｅｆ２，Ｖｒｅｆ１以上の信号が確認されるので、イグニションコイルの一次電流が正しく流れており、かつ燃焼が正しく行われたことが確認される。
図２の左から２番目の信号の場合、故障判定期間においてはＶｒｅｆ２以上の信号が確認されるものの、燃焼判定期間においてはＶｒｅｆ１以上の信号が確認されない。この場合、イグニションコイルの一次電流は正しく流れていることが証明されているので、原因は点火プラグを含めたイグニションコイル２次側又は燃料系部品であると考えられる。よって調査修理を行う場合、点火コイル２次側に外部放電跡無く、プラグが正常であれば、燃料系部品を調査すべきである。
【０００８】
また、図２の左から３番目の信号の場合、故障判定期間、燃焼判定期間共に所定レベル以上の信号が確認されない、この場合はイグニションコイルの一次電流が流れていない可能性がある。原因としてはイグニションコイルのＶＢ、ＧＮＤ、点火信号少なくともいずれか一つの断線又は一次巻線ドライブ回路を含めての回路故障が挙げられる。
ところで図２の左から４番目で説明している様に、イグニションコイルとコントロールユニット間のイオン出力信号線が断線した場合にも故障判定期間、燃焼判定期間共に所定レベル以上の信号が確認されない、よってこのモードの故障判定がなされた場合、まずイオン出力信号線の断線有無を調査し断線していない場合にイグニションコイルのＶＢ、ＧＮＤ、点火信号少なくともいずれか一つの断線又は一次巻線ドライブ回路を含めての回路故障を調査すべきである。
上述のような故障内容の判定は故障内容判定手段１ｇで行うこともできるし、また燃焼／失火判定手段１ｃ・故障判定手段１ｅなどの出力（表示）に基づいて人間が判断することもできる。
これは後述する実施の形態２、３においても同様である。
【０００９】
実施の形態２．
図３は実施の形態２を示すブロック図であり、図４はその動作を示すタイミングチャートである。
１はコントロールユニット。
１ａはカレントミラーとイオン電流検出用抵抗器を含み、イオン電流を電圧値に変換するイオン電流検出回路。
１ｂは点火信号ＯＮ時及び放電終了後にイオン電流に重畳するノイズ信号を除去するマスク回路。
１ｃはマスク後の信号を所定の基準レベル（Ｖｒｅｆ１）と比較し、基準レベルより大きければ燃焼判定小さければ失火判定する燃焼／失火判定手段。
１ｄは点火信号発生手段。
１ｅはマスク後の信号に基づき故障判定をする故障判定手段。
２はイグニションコイル。
２ａはイグニションコイルの一次巻線。
２ｂはイグニションコイルの二次巻線。
２ｃはプリアンプ、スイッチング素子、及び一次電流検出抵抗を含むドライブ回路。
２ｄはイオン電流検出用バイアス電圧を蓄積するコンデンサ、バイアス電圧値を規定するツェナーダイオード、そして二次電流経路を構成するダイオードとを含むバイアス回路。
２ｅはイオン電流を分配するカレントミラー回路。
２ｆはドライブ回路中の一次電流検出抵抗に発生する電圧降下に基づき一次電流が所定レベルＶｒｅｆ３を超える期間を検出し、その期間のみＨｉｇｈ出力（ベース電流供給）する一次電流検出回路。
２ｇは一次電流検出回路がＨｉｇｈ出力をした際に定電流Ｉ１を供給する定電流回路。
２ｈはイオン電流と一次電流検出の定電流を加算した電流を出力（実施例ではコントロールユニットから電流を引き込む）するカレントミラー回路。
３はスパークプラグ。
４は点火コイルのＶＢラインにシリーズ接続された一次電流検出装置。一次電流により電圧降下を発生する一次電流検出用抵抗とその電圧降下より一次電流が流れたことを判定し信号を発生する一次電流検出回路。
【００１０】
実施の形態１の構成に加え、点火コイルのＶＢラインに一次電流検出装置を加えた。一次電流検出装置の出力信号は図４の信号Ｄの様になる。実施の形態１においては、イオン出力信号線の断線時とイグニションコイルのＶＢ、ＧＮＤ、点火信号少なくともいずれか一つの断線又は一次巻線ドライブ回路を含めての回路故障時とのマスク後信号に差がなく、故障原因が特定出来なかったが、実施の形態２においては一次電流検出装置の追加により、一次電流検出装置の出力信号がある場合はイオン出力信号線の断線、ない場合はイグニションコイルのＶＢ、ＧＮＤ、点火信号少なくともいずれか一つの断線又は一次巻線ドライブ回路を含めての回路故障であると原因の特定が可能となる。
【００１１】
実施の形態３．
図５は実施の形態３を示すブロック図であり、図６はその動作を示すタイミングチャートである。
１はコントロールユニット。
１ａはカレントミラーとイオン電流検出用抵抗器を含み、イオン電流を電圧値に変換するイオン電流検出回路。
１ｂは点火信号ＯＮ時及び放電終了後にイオン電流に重畳するノイズ信号を除去するマスク回路。
１ｃはマスク後の信号を所定の基準レベル（Ｖｒｅｆ１）と比較し、基準レベルより大きければ燃焼判定小さければ失火判定する燃焼／失火判定手段。
１ｄは点火信号発生手段。
１ｅはマスク後の信号に基づき故障判定をする故障判定手段。
１ｆは点火信号配線の故障有無を判定する故障判定手段。
２はイグニションコイル。
２ａはイグニションコイルの一次巻線。
２ｂはイグニションコイルの二次巻線。
２ｃはプリアンプ、スイッチング素子、及び一次電流検出抵抗を含むドライブ回路。
２ｄはイオン電流検出用バイアス電圧を蓄積するコンデンサ、バイアス電圧値を規定するツェナーダイオード、そして二次電流経路を構成するダイオードとを含むバイアス回路。
２ｅはイオン電流を分配するカレントミラー回路。
２ｆはドライブ回路中の一次電流検出抵抗に発生する電圧降下に基づき一次電流が所定レベルＶｒｅｆ３を超える期間を検出し、その期間のみＨｉｇｈ出力（ベース電流供給）する一次電流検出回路。
２ｇは一次電流検出回路がＨｉｇｈ出力をした際に定電流Ｉ１を供給する定電流回路。
２ｈはイオン電流と一次電流検出の定電流を加算した電流を出力（実施例ではコントロールユニットから電流を引き込む）するカレントミラー回路。
２ｉは点火信号がＨｉｇｈレベルとなった期間中にＨｉｇｈ出力（ベース電流供給）する点火信号検出回路。
２ｊは点火信号検出回路がＨｉｇｈ出力をした際に定電流Ｉ２を供給する定電流回路。
３はスパークプラグ。
４は点火コイルのＶＢラインにシリーズ接続された一次電流検出装置。一次電流により電圧降下を発生する一次電流検出用抵抗とその電圧降下より一次電流が流れたことを判定し信号を発生する一次電流検出回路。
【００１２】
実施の形態１の構成に加えて、コントロールユニットに故障判定手段、イグニションコイルに点火信号検出手段及び定電流回路を追加した。
コントロールユニット内の故障判定手段は具体的にはＡ／Ｄ変換器であり、点火信号発生手段内のプルアップ抵抗及び点火コイルドライブ回路内のプルダウン抵抗で決定する点火信号のＨｉｇｈレベルが正常な電圧レベルであるかどうかをＡ／Ｄ変換結果よりプロセッサが判定する構成とする。ただし、この構成を実施する場合はコントロールユニットとイグニションコイルのＧＮＤ間の電位差小であることが必要である。
【００１３】
コイル内の点火信号検出手段は点火信号がＨｉｇｈレベルである間定電流回路を動作させ、定電流Ｉ２が図６のイオン出力信号に発生する。
図６の最も左側の信号は正常に点火が行われ、正常に燃焼した場合のもので、点火信号がＨｉｇｈである期間中にＶｒｅｆ４より大きい信号が発生、かつ一次電流が高くなる点火信号後半はＶｒｅｆ２以上の信号が発生していることより、点火信号は正しくイグニションコイル内のドライブ回路に伝達され、一次電流が正しく流れていることが解る、また燃焼判定期間中にイオン電流がＶｒｅｆ１以上発生していることより燃焼が正しく行われたことが解る。
図６の左から２番目の信号の場合、故障判定期間においてはＶｒｅｆ４以上の信号及び一次電流が高くなる点火信号後半はＶｒｅｆ２以上の信号が確認されるものの、燃焼判定期間においてはＶｒｅｆ１以上の信号が確認されない。この場合、イグニションコイルに正しく点火信号が伝達されていること、及び一次電流は正しく流れていることが証明されているので、原因は点火プラグを含めたイグニションコイル２次側又は燃料系部品であると考えられる。よって調査修理を行う場合、点火コイル２次側に外部放電跡無く、プラグが正常であれば、燃料系部品を調査すべきである。
【００１４】
また、図６の左から３番目の信号の場合、故障判定期間においてはＶｒｅｆ４以上の信号が確認されるものの、Ｖｒｅｆ２を超える信号は確認出来ない、また燃焼判定期間にＶｒｅｆ１以上の信号が確認されない、この場合は点火信号は正しくイグニションコイルに伝達されているが、一次電流が流れていないということになり、原因としてはイグニションコイルのＶＢ、ＧＮＤ、点火信号少なくともいずれか一つの断線又は一次巻線ドライブ回路を含めての回路故障が挙げられる。
図６の左から４番目の信号の場合、故障判定期間、燃焼判定期間のいずれにも所定レベル以上の信号が確認されなく、点火信号のＨｉｇｈレベルがＶｒｅｆ５以上となっており、点火信号線の断線が原因であると特定できる。
図６の左から５番目の信号の場合、故障判定期間、燃焼判定期間のいずれにも所定レベル以上の信号が確認されなく、点火信号のＨｉｇｈレベルはＶｒｅｆ５未満となっており、イオン出力信号線の断線が原因であると特定できる。
【００１５】
【発明の効果】
以上の様に本発明によると、故障部品を特定あるいは限定出来るので、修理を行う場合の調査項目工数を軽減出来るという実用上顕著効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を示すブロック図。
【図２】実施の形態１を示すタイムチャート。
【図３】実施の形態２を示すブロック図。
【図４】実施の形態２を示すタイムチャート。
【図５】実施の形態３を示すブロック図。
【図６】実施の形態３を示すタイムチャート。
【図７】従来装置を示すブロック図。
【図８】従来装置を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１  コントロールユニット          １ａ  イオン電流検出回路
１ｂ  マスク回路                  １ｃ  燃焼／失火判定手段
１ｅ、１ｆ  故障判定手段          ２  イグニションコイル
３  スパークプラグ                ４  一次電流検出回路
【図１】
0003614150.tif 000002
【図２】
0003614150.tif 000003
【図３】
0003614150.tif 000004
【図４】
0003614150.tif 000005
【図５】
0003614150.tif 000006
【図６】
0003614150.tif 000007
【図７】
0003614150.tif 000008
【図８】
0003614150.tif 000009