(57)【要約】着火の困難な混合ガスを用いる内燃機関において、適確に失火を検知する内燃機関用失火検知方法を提供する。  一次電流の導通が遮断されたとき点火コイルの二次コイルに誘起した高電圧を点火プラグへ印加する過程と、前記高電圧が印加された点火プラグに放電火花が発生し、前記二次コイルに二次電流が流れたとき、前記二次電流を二次電流検知手段によって検知する過程と、前記二次電流を検知した二次電流検知手段の出力信号を用いて制御手段が筒内の燃焼異常を検知する過程と、を有し、前記燃焼異常を検知する過程は、前記二次電流検知手段の出力信号から放電時間を計測し、筒内圧力上昇が正常に発生する場合を示す規定値よりも前記計測した放電時間が長いとき燃焼異常の発生を認識することを特徴とする。
2016063430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火信号に応じてスイッチ手段を開閉し、点火コイルの一次コイルに流れる一次電流を通電・遮断する過程と、
前記一次電流の導通が遮断されたとき前記点火コイルの二次コイルに誘起した高電圧を点火プラグへ印加する過程と、
前記高電圧が印加された点火プラグに放電火花が発生し、前記二次コイルに二次電流が流れたとき、前記二次電流を二次電流検知手段によって検知する過程と、
前記二次電流を検知した二次電流検知手段の出力信号を用いて制御手段が筒内の燃焼異常を検知する過程と、
を有し、
前記燃焼異常を検知する過程は、
前記二次電流検知手段の出力信号から放電時間を計測し、
筒内圧力上昇が正常に発生する場合を示す規定値よりも前記計測した放電時間が長いときに燃焼異常の発生を認識する、
ことを特徴とする内燃機関用失火検知方法。
【請求項２】
点火信号に応じてスイッチ手段を開閉し、点火コイルの一次コイルに流れる一次電流を通電・遮断する過程と、
前記一次電流の導通が遮断されたとき前記点火コイルの二次コイルに誘起した高電圧を点火プラグへ印加する過程と、
前記高電圧が印加された点火プラグに放電火花が発生し、前記二次コイルに二次電流が流れたとき、前記二次電流を二次電流検知手段によって検知する過程と、
前記二次電流を検知した二次電流検知手段の出力信号を用いて制御手段が筒内の燃焼異常を検知する過程と、
を有し、
前記燃焼異常を検知する過程は、
前記制御手段が前記二次電流検知手段の出力信号から放電時間ならびに前記二次電流の値を取得し、前記放電時間における所定の単位時間について前記二次電流の積分処理を行って電流面積を求め、
筒内圧力上昇が正常に発生する場合を示す規定値よりも前記電流面積が大きいときに燃焼異常の発生を認識する、
ことを特徴とする内燃機関用失火検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関用点火コイルの二次コイルに誘起する高電圧を点火プラグに印加して放電を行わせるとき、該点火コイルの二次電流を検出して失火を判断する内燃機関用失火検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載する内燃機関として、燃費改善の為に直噴エンジンや高ＥＧＲエンジンが採用されている。しかし、これらの内燃機関は筒内に吸引したガスの着火性が余り良くないため、確実に放電を行うように十分な放電エネルギを確保する必要がある。そのため、通電時間の制御、一次コイルへの印加電圧の制御などが行われている。
これらの制御に関し、放電の状態に応じて制御するために、放電時に点火コイルの二次側に流れる電流を検知して、電流の高さ、電流の流れる期間、電流の変化量を把握して制御する方法が用いられている。
また、二次電流の利用としては放電の異常の検知、点火プラグの劣化の検知など様々な制御、検知に用いられるようになっている。
例えば、点火コイルの二次コイルに、点火プラグの中心電極と接地電極との間に流れる放電電流を判定する二次電流検出手段を接続し、また、点火プラグの中心電極と接地電極との間の電圧を判定する二次電圧検出手段を備えて、点火プラグの消耗度合を判定する装置がある（例えば、特許文献１参照）。この装置は、二次電流検出手段および二次電圧検出手段の検出結果から、放電要求電圧、平均二次電圧、放電期間を求め、これらの値から点火プラグの消耗度合を判定している。なお、この装置では二次電流が「０」となったときに吹き消えが発生した、と判定して吹き消え回数をカウントしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６５５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
点火コイルの二次電流を検出するとき、一般的には二次電流の流れる経路に抵抗器を挿入し、この抵抗器の両端電圧を計測して二次電流を検出する方法が用いられている。
内燃機関が稼動しているときに失火が生じると、上記の二次電流が流れなくなることから、従来の失火検知方法は、二次電流が検出されなかったとき、例えば点火コイルの故障、放電電流経路の異常などによって点火プラグに放電が発生せず、二次電流が全く流れなかったときに失火が生じたと判断している。
前述のように、直噴エンジンや高ＥＧＲエンジンでは着火性の良くない混合ガスを用いている。そのため、相応の高エネルギを出力する点火システムを備えているが、筒内における混合ガスの流動状態やＥＧＲの比率変化等によっては、点火プラグに放電火花が発生しても着火が起こらない場合や、燃焼の燃え広がりが遅い場合が生じる。
これらの場合において、混合ガスの燃焼による筒内圧力上昇が正常に得られず、内燃機関の回転変動が大きくなり、通常とは異なる振動の発生や燃費の低下などが起こる。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、着火の困難な混合ガスを用いる内燃機関において、適確に失火を検知する内燃機関用失火検知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る内燃機関用失火検知方法は、点火信号に応じてスイッチ手段を開閉し、点火コイルの一次コイルに流れる一次電流を通電・遮断する過程と、前記一次電流の導通が遮断されたとき前記点火コイルの二次コイルに誘起した高電圧を点火プラグへ印加する過程と、前記高電圧が印加された点火プラグに放電火花が発生し、前記二次コイルに二次電流が流れたとき、前記二次電流を二次電流検知手段によって検知する過程と、前記二次電流を検知した二次電流検知手段の出力信号を用いて制御手段が筒内の燃焼異常を検知する過程と、を有し、前記燃焼異常を検知する過程は、前記二次電流検知手段の出力信号から放電時間を計測し、筒内圧力上昇が正常に発生する場合を示す規定値よりも前記計測した放電時間が長いときに燃焼異常の発生を認識することを特徴とする。
また、点火信号に応じてスイッチ手段を開閉し、点火コイルの一次コイルに流れる一次電流を通電・遮断する過程と、前記一次電流の導通が遮断されたとき前記点火コイルの二次コイルに誘起した高電圧を点火プラグへ印加する過程と、前記高電圧が印加された点火プラグに放電火花が発生し、前記二次コイルに二次電流が流れたとき、前記二次電流を二次電流検知手段によって検知する過程と、前記二次電流を検知した二次電流検知手段の出力信号を用いて制御手段が筒内の燃焼異常を検知する過程と、を有し、前記燃焼異常を検知する過程は、前記制御手段が前記二次電流検知手段の出力信号から放電時間ならびに前記二次電流の値を取得し、前記放電時間における所定の単位時間について前記二次電流の積分処理を行って電流面積を求め、筒内圧力上昇が正常に発生する場合を示す規定値よりも前記電流面積が大きいときに燃焼異常の発生を認識することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、二次電流が流れた状態で生じた失火を検知することができ、内燃機関が着火性の良くない混合ガスを用いる際の制御精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、本発明の実施例１による内燃機関用失火検知方法を用いる点火装置の概略構成を示す説明図である。
図２は、図１の点火装置の動作を示す説明図である。
図３は、図１の点火装置の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の実施例１による内燃機関用失火検知方法を用いる点火装置の概略構成を示す説明図である。
図示した点火装置は、点火コイル１〜４および外部ユニット５を備え、各点火コイル１〜４は、図示を省略した例えばＥＣＵ等の制御手段から出力された点火信号を入力するように配線接続されている。
点火コイル１は、コイル本体１１、スイッチ素子１２、高圧ダイオード１３、ツェナーダイオード１４を備え、また、外部ユニット５などと配線接続するコネクタ１５ａ、点火プラグ６ａと接続する高圧端子１６ａを備えている。
コイル本体１１は、一次コイル、二次コイル、および、これら各コイルが巻回されたコア部材等によって構成されている。
上記一次コイルの一端は、外部から、例えばバッテリ等から、コネクタ１５ａを介して直流電圧ＶＢ＋が供給されるように配線接続されている。
また、一次コイルの他端には、スイッチ素子１２の開閉接点が接続されている。例えば、スイッチ素子１２としてＩＧＢＴを用いた場合には、コレクタが一次コイルの他端に接続され、エミッタは接地接続される。また、スイッチ素子１２のゲートは、前述の点火信号がコネクタ１５ａを介して入力するように配線接続されている。
コイル本体１１の二次コイルは、一端を高圧端子１６ａを介して点火プラグ６ａの中心電極に接続しており、他端を高圧ダイオード１３のアノードに接続している。
高圧ダイオード１３のカソードは、ツェナーダイオード１４のカソードに接続されており、また、コネクタ１５ａを介して外部ユニット５に配線接続されている。
ツェナーダイオード１４のアノードは接地接続され、内燃機関の接地された部分等を介して点火プラグ６ａの接地電極に接続されている。
なお、点火コイル１においては、二次電圧がツェナーダイオード１４の降伏電圧よりも小さくなったとき、コイル本体１１の二次コイル、高圧ダイオード１３、外部ユニット５の二次電流検知抵抗２１、内燃機関の接地された部分等、点火プラグ１６ａによって二次電流経路が形成される。
点火コイル１は、以上のように回路構成されており、点火プラグ６ｂに接続する点火コイル２、点火プラグ６ｃに接続する点火コイル３、点火コイル６ｄに接続する点火コイル４についても、同様に回路構成されている。
また、点火コイル２〜４についても、点火コイル１と同様に、高圧ダイオード１３とツェナーダイオード１４の接続点、即ち二次電流経路の任意部分がコネクタ１５ｂ等を介して外部ユニット５に配線接続されている。
外部ユニット５は、各点火コイル１〜４の検出点から二次電流を入力する二次電流検知抵抗２１を備えている。二次電流検知抵抗２１は、一端に各点火コイル１〜４からの二次電流を入力するように配線接続されており、他端が接地接続されている。
また、二次電流検知抵抗２１の一端は、図示を省略した例えば信号変換用の回路もしくはデバイス等を介して、プロセッサなどの制御手段に接続されている。換言すると、二次電流検知抵抗２１の両端電圧を、二次電流検知信号として上記の制御手段等へ入力するように配線接続されている。なお、上記の制御手段は、外部ユニット５に備えてもよいが、同様な処理機能を例えばＥＣＵなどの制御手段に含めて構成してもよい。
次に動作について説明する。
ここでは、点火コイル１の動作を例示して説明する。
点火コイル１は、外部から当該点火コイル１に対応する点火信号を入力し、この点火信号が例えばローレベルから有意を示すハイレベルに遷移すると、スイッチ素子１２は、接点間を閉状態としてコイル本体１１の一次コイルに一次電流を通電させる。なお、一次電流が流れ始めたときには、高圧ダイオード１３によって放電発生が抑止される。
上記の点火信号がハイレベルからローレベルに遷移すると、スイッチ素子１２は開状態となって一次電流を遮断する。
上記の一次電流の遮断により、コイル本体１１の二次コイルに二次電圧が誘起し、高圧ダイオード１３、ツェナーダイオード１４などを介して点火プラグ６ａの電極間に印加される。
このとき、二次コイルに誘起する二次電圧は、ツェナーダイオード１４の降伏電圧を上回る大きさとなることから、上記のように当該ツェナーダイオード１４ならびに高圧ダイオード１３を介して点火プラグ６ａの電極間に印加され、当該電極間で絶縁破壊が発生する。
上記の絶縁破壊によって点火プラグ６ａの電極間に放電電流（二次電流）が流れると、ツェナーダイオード１４に印加されていた二次電圧が降下し、降伏電圧を下回る大きさになる。そのため、コイル本体１１の二次コイルから高電圧ダイオード１３の順方向に流れた二次電流は、ツェナーダイオード１４を流れずに高圧ダイオード１３のカソードから外部ユニット５へ向かって流れる。
外部ユニット５へ入力した二次電流は、二次電流検知抵抗２１から接地部分へ流れ、このとき二次電流検知抵抗２１に生じる電圧が二次電流検知信号として、例えば、前述の信号変換用の回路もしくはデバイス等を介して制御手段へ入力される。
上記のように二次電流検知抵抗２１を流れた二次電流は、接地部分を介して点火プラグ６ａの接地電極へ流れ、放電火花を生じさせて点火プラグ６ａの中心電極からコイル本体１１の二次コイルへ流れる。
点火コイル２〜４についても、前述の点火コイル１と同様に動作し、各点火コイル２〜４へ入力された各点火信号に応じて点火プラグ６ｂ〜６ｄに各々放電火花を生じさせ、このとき流れた各二次電流を二次電流検知抵抗２１へ入力する。
図２および図３は、図１の点火装置の動作を示す説明図である。図２は、２５パーセントＥＧＲ還元による混合ガスに点火を行ったときの筒内圧力、二次電圧、二次電流の経時変化を示したものである。
また、図３は、３２パーセントＥＧＲ還元による混合ガスに点火を行ったときの筒内圧力、二次電圧、二次電流の経時変化を示したものである。
図２、図３において、最上段に筒内圧力の変化、中段に二次電圧の変化、最下段に二次電流の変化を示している。
また、図２、３は、正常に燃焼した場合の二回分の計測結果を示し、異常燃焼となった場合の一回分の計測結果を示している。
例えば、ＥＧＲ量を２５％に制御して内燃機関を稼動させたとき、筒内の混合ガスが正常に燃焼した場合には、図２の左端列、また、中央列に示したように筒内圧力が所定の大きさ（所定値）まで上昇し、膨張行程の進行に伴って減少する。
混合ガスに着火した後、正常に燃焼が進行して筒内圧力が上記の所定値まで上昇したときには、二次電流は、図２左端列の最下段に示した期間ｔ１の間流れる。また、図２中央列の中段に示したように、若干二次電圧の経時変化が異なっても、正常な燃焼が進行したときには、図２中央列の最下段に示したように、期間ｔ１と概ね同様な時間長さの期間ｔ１’において二次電流が流れる。
これらの正常燃焼時に対し、例えば混合ガスに着火した後、燃焼が拡がらずに失火してしまったときには、図２右端列の最上段に示したように、筒内圧力が正常燃焼時のように大きな圧力（所定値）まで上昇することなく減少してしまう。
また、図２に例示した燃焼異常時は、点火プラグ６ａ等に二次電流が流れている状態で失火が生じたもので、図２右端列最下段に示したように、二次電流は期間ｔ２の間流れる。
このように放電火花を発生させた後、混合ガスの燃焼が十分に拡がらないときには、放電エネルギの消費量が少なくなることから、二次電流の流れる時間が長くなり、燃焼異常が生じたときの期間ｔ２は、期間ｔ１ならびに期間ｔ１’に比べて時間長さが長くなる。
例えば、ＥＧＲ量を３２％に制御して内燃機関を稼動させたときにも、正常に燃焼が進行したときには、図３の左端列ならびに中央列に示したように、筒内圧力が所定値まで上昇する。
また、放電火花が発生して、即ち二次電流が流れている状態で失火が生じ、燃焼異常が発生したときには、図３右端列に示したように、筒内圧力は十分に上昇することなく減少してしまう。正常に燃焼したとき、二次電流の流れる期間をｔ３ならびにｔ３’、燃焼異常が発生したとき、二次電流の流れる期間をｔ４とすると、期間ｔ３ならびに期間ｔ３’に比べて期間ｔ４は時間長さが長くなる。
二次電流検知抵抗２１から二次電流検知信号を入力する、例えば外部ユニット５の制御手段は、二次電流検知信号が有意を示している時間を計測し、二次電流が流れた時間長さ即ち放電時間を認識する。
上記の制御手段は、メモリなどの記憶手段に予め設定された規定値を記憶しておき、前述のように二次電流検知抵抗２１から入力した二次電流検知信号が有意を示した時間長さ、即ち放電時間の計測値を上記の規定値と比較する。
この比較において、放電時間の計測値が規定値よりも長い場合、正常燃焼時の二次電流が流れた時間（放電時間）よりも長く、所定期間内に点火コイル１１等からエネルギを混合ガスへ投入できず、エネルギ消費量が少なくなって放電時間を長く維持した、と判定し、燃焼異常の発生を認識する。このように燃焼異常の発生を認識したとき、例えば燃焼異常もしくは失火の発生を示す信号を外部の制御ユニットなどへ出力する。
ここで、上記の規定値は、筒内圧力が正常燃焼時の圧力まで上昇する場合の放電時間を示す値である。
以上のように実施例１によれば、二次電流の流れた時間長さから燃焼異常を検知するようにしたので、二次電流が流れた状態で発生した燃焼異常もしくは失火を検知することができる。
【実施例２】
【００１０】
実施例２による内燃機関用失火検知方法は、例えば、図１に示した点火装置と同様に構成された装置において用いるものである。ここでは、図１で説明した各部分を用いて説明し、当該方法を用いる装置構成の重複説明を省略する。
次に動作について説明する。
実施例２において、二次電流検知信号は、実施例１と同様に二次電流の流れた時間を示し、さらに二次電流の大きさ（電流値）をも示すものである。
例えば、外部ユニット５の制御手段は、二次電流検知抵抗２１から上記の二次電流検知信号を入力すると、当該信号が有意を示した時間を計測するとともに、当該有意を示した時間内において二次電流の大きさ（電流値）を取得する。
具体的には、二次電流検知抵抗２１から出力された二次電流検知信号を、例えばＡＤコンバータ等を備えた信号変換回路を介して、演算等を行うプロセッサなどのデバイス（制御手段）へ入力する。この制御手段は、入力した二次電流検知信号が示した放電時間を計測し、当該放電時間内の電流値を取得する。二次電流は時間経過とともに変化することから、制御手段は、二次電流検知信号を入力した上記信号変換回路等から微細時間毎の電流値を取得し、これらの電流値について所定の単位時間当たりの積分を行って二次電流の電流面積を求める。
図２、３に示したように、燃焼異常が発生すると、二次電流は当該電流の消滅近くにおいて、正常燃焼時に比べて明らかに電流面積が大きくなる。
そこで、正常燃焼時と燃焼異常時の差異が明らかに生じる、例えば二次電流が流れる期間の中で後半となる所定の単位時間について電流面積を求め、予め記憶手段等に記憶しておいた規定値と比較する。この規定値は、筒内圧力が正常燃焼時の圧力まで上昇する場合の、上記の単位時間における電流面積を示す値である。
制御手段は、上記の単位時間において求めた電流面積が規定値よりも大きい場合、所定期間内に点火コイル１１等からエネルギを混合ガスへ投入できず、エネルギ消費量が少なくなって放電時間を長く維持した、と判定し、燃焼異常の発生を認識する。このように燃焼異常の発生を認識したとき、例えば燃焼異常もしくは失火の発生を示す信号を外部の制御ユニットなどへ出力する。
以上のように実施例２によれば、検知した２次電流について所定単位時間における電流面積を求め、これを規定値と比較して燃焼異常の発生を検知するようにしたので、点火コイル１１から混合ガスへ投入されたエネルギ量を判定に用いることにより、二次電流が流れた状態で発生した燃焼異常もしくは失火を検知することができる。
【符号の説明】
【００１１】
１〜４      点火コイル
５          外部ユニット
６ａ〜６ｄ  点火プラグ
１１        コイル本体
１２        スイッチ素子
１３        高圧ダイオード
１４        ツェナーダイオード
１５ａ      コネクタ
１５ｂ      コネクタ
１６ａ      高圧端子
１６ｂ      高圧端子
２１        二次電流検知抵抗
【図１】
2016063430.tif 000003
【図２】
2016063430.tif 000004
【図３】
2016063430.tif 000005
【国際調査報告】
2016063430.tif 000006
2016063430.tif 000007
2016063430.tif 000008
2016063430.tif 000009