(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室を臨む位置に配置された点火プラグに圧縮行程における第１の所定クランク角度で電圧を印加し、その電極間の火花放電によって前記内燃機関内の混合気を着火して燃焼させるとき、前記混合気の燃焼の際に発生するイオン電流を検出し、その検出値を所定値と比較して前記内燃機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、
ａ．前記第１の所定クランク角度と異なる、排気行程における第２の所定クランク角度で前記点火プラグに電圧を印加する電圧印加手段、
ｂ．前記電圧印加手段により前記点火プラグに電圧が印加されたときに発生するリーク電流を検出するリーク電流検出手段、
および
ｃ．前記検出されたリーク電流を、前記所定値およびそれと異なる第２の所定値のいずれかと比較して前記点火プラグの絶縁性の低下を検出するプラグ絶縁性低下検出手段、
を備えることを特徴とする内燃機関の失火検出装置。
【請求項２】
前記第２の所定クランク角度において印加される電圧は、前記第１の所定クランク角度において印加される電圧よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の失火検出装置。
【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の失火検出装置に関し、より具体的には、内燃機関の失火を検出すると共に、点火プラグの絶縁性の低下を検出することができるようにした失火検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンなどの火花点火方式の内燃機関においては、点火コイルによって発生した高電圧がディストリビュータなどを介して各気筒に配置された点火プラグに与えられ、点火プラグの電極間（ギャップ）の火花放電によって各気筒内の混合気が着火されて燃焼が生じる。このような内燃機関の点火・燃焼行程においては、なんらかの原因によって混合気の燃焼が正常に行われない現象、即ち失火が生じることがある。
【０００３】
この失火の原因は、燃料系に起因するものと点火系に起因するものの二つに大別される。前者の燃料系に起因する失火は、混合気の過剰なリーンあるいはリッチ化に起因するものであって、点火プラグの電極間で火花放電は生じているが、混合気には着火されない現象である。一方後者の点火系に起因する失火は、未燃燃料などの付着による点火プラグのくすぶりや点火回路の異常などによって正常な火花放電が生じない、いわゆるミス・スパークに起因する現象である。
【０００４】
ところで、混合気が正常に燃焼すると、その燃焼に伴って混合気（正確には混合気の燃焼によって発生した燃焼ガス）が電離（イオン化）し、イオン電流が発生する。一方、失火が生じて混合気の燃焼が行われないと、混合気が電離しないことからイオン電流は発生しない。このため、従来、例えば特開平５−９９９５６号公報に記載される技術のように、点火プラグ、より具体的にはその電極をイオン電流を検出するためのプローブとして用い、燃焼行程において発生するイオン電流を検出し、その検出値を所定値と比較することにより、内燃機関の失火を検出することが広く行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、未燃燃料などが点火プラグ（より具体的にはその電極）に付着すると、いわゆるくすぶりが生じて失火の原因となる。失火した場合、本来はイオン電流は発生しないが、未燃燃料などが点火プラグの電極に付着することで電極間（ギャップ）の絶縁性が低下するため、その間にリーク電流が流れることがある。
【０００６】
前述したように、この種の失火検出装置にあっては点火プラグの電極をイオン電流を検出するためのプローブとして用いていることから、このリーク電流も検出してしまう。このため、実際は失火状態にあってイオン電流が発生していないにも関わらず、点火プラグの絶縁性低下に起因して発生したリーク電流をイオン電流と誤検知し、正常な燃焼が行われていると誤認してしまうといった問題があった。
【０００７】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、内燃機関の失火を検出すると共に、点火プラグの絶縁性低下も検出し、よって点火プラグの絶縁性低下時におけるリーク電流の影響を解消して失火をより精度良く検出することができるようにした内燃機関の失火検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するために、この発明は請求項１項において、内燃機関の燃焼室を臨む位置に配置された点火プラグに圧縮行程における第１の所定クランク角度で電圧を印加し、その電極間の火花放電によって前記内燃機関内の混合気を着火して燃焼させるとき、前記混合気の燃焼の際に発生するイオン電流を検出し、その検出値を所定値と比較して前記内燃機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、前記第１の所定クランク角度と異なる、排気行程における第２の所定クランク角度で前記点火プラグに電圧を印加する電圧印加手段、前記電圧印加手段により前記点火プラグに電圧が印加されたときに発生するリーク電流を検出するリーク電流検出手段、および前記検出されたリーク電流を、前記所定値およびそれと異なる第２の所定値のいずれかと比較して前記点火プラグの絶縁性の低下を検出するプラグ絶縁性低下検出手段、を備えるように構成した。
【０００９】
内燃機関の燃焼室を臨む位置に配置された点火プラグに圧縮行程における第１の所定クランク角度で電圧を印加し、その電極間の火花放電によって内燃機関内の混合気を着火して燃焼させるとき、混合気の燃焼の際に発生するイオン電流を検出し、その検出値を所定値と比較して内燃機関の失火を検出する内燃機関の失火検出装置において、第１の所定クランク角度と異なる、排気行程における第２の所定クランク角度で前記点火プラグに電圧を印加し、前記点火プラグに電圧が印加されたときに発生するリーク電流を検出し、検出されたリーク電流を、所定値およびそれと異なる第２の所定値のいずれかと比較して点火プラグの絶縁性の低下を検出するように構成したので、内燃機関の失火を検出すると共に、点火プラグの絶縁性低下も検出することができるため、点火プラグの絶縁性低下時におけるリーク電流の影響を解消することができ、失火をより精度良く検出することができる。
【００１０】
請求項２項にあっては、前記第２の所定クランク角度において印加される電圧は、前記第１の所定クランク角度において印加される電圧よりも小さく設定されるように構成した。
【００１１】
第２の所定クランク角度において印加される電圧は、第１の所定クランク角度において印加される電圧よりも小さく設定されるように構成したので、請求項１項の効果に加えて点火プラグの消耗（劣化）を必要最小限に止めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の一つの実施の形態に係る内燃機関の失火検出装置を説明する。
【００１３】
図１はその装置の構成を点火回路を中心に概略的に示す概略図である。
【００１４】
以下説明すると、点火コイル１０の１次側（低圧側）コイル１０ａの一端は電源（車載バッテリ電源）１２に接続されると共に、その他端はＥＣＵ（電子制御ユニット）１４からの点火信号に応じて開閉されるパワートランジスタ１６を介して接地される。
【００１５】
一方、点火コイル１０の２次側（高圧側）コイル１０ｂの一端は、内燃機関の各気筒（シリンダヘッド１８の一部で示す）２０の燃焼室２２を臨む位置に配置された点火プラグ（１個のみ示す）２４、より具体的には中心電極２４ａに接続される。また、点火プラグ２４の接地電極（外側電極）２４ｂはシリンダヘッド１８を介して接地される。尚、点火プラグ２４は、放電終了後、後述するイオン電流を検出するためのプローブとしても機能する。
【００１６】
また、点火コイル１０の２次側コイル１０ｂの他端には、放電電流によって図示の極性に充電されるコンデンサ２６、およびコンデンサ２６の充電電圧を規定するツェナーダイオード２８が並列に接続される。コンデンサ２６は、検出抵抗３０を介して接地されると共に、ツェナーダイオード２８は、電流の逆流を防止するダイオード３２を介して接地される。
【００１７】
また、コンデンサ２６と検出抵抗３０の間には、イオン電流あるいはリーク電流を検出するための電流検出回路３４が接続される。
【００１８】
ＥＣＵ１４は、マイクロコンピュータからなり、クランク軸あるいはカム軸（共に図示せず）付近に配置されて各気筒のＴＤＣ位置およびそれを細分してなるクランク角度に応じた信号を出力するクランク角センサ３６、吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）に応じた信号を出力する絶対圧センサ３８、および図示しないセンサ群の出力を入力し、入力値に基づいて点火時期を演算して点火指令すると共に、後述の如く、失火検出および点火プラグ２４の絶縁性低下の検出を行う。
【００１９】
次いで、上述した点火回路の動作について説明すると、電源１２から１次側コイル１０ａを流れる電流は、ＥＣＵ１４からの点火信号（点火指令）に応じたパワートランジスタ１６の開閉（オン・オフ）により通電・遮断される。
【００２０】
パワートランジスタ１６がオン状態からオフ状態となって１次側コイル１０ａの電流が遮断されると、それに伴って２次側コイル１０ｂに負極性の高電圧が発生し、放電電流が図１に矢印Ａで示すように流れる。具体的には、点火プラグ２４─２次側コイル１０ｂ─コンデンサ２６（またはツェナーダイオード２８）─ダイオード３２と流れ、各点火プラグ２４の電極間（中心電極２４ａと接地電極２４ｂの間）に火花放電を生じさせて混合気を着火・燃焼させる。また、放電電流はコンデンサ２６を図示の極性に充電する。尚、充電されたコンデンサ２６は、イオン電流およびリーク電流を検出するためのバイアス電圧を有する電流検出用電源として機能する。
【００２１】
点火プラグ２４の火花放電により混合気が燃焼すると、混合気（正確には混合気の燃焼によって生じた燃焼ガス）が電離してイオンが発生する。このイオンがコンデンサ２６のバイアス電圧の作用によって移動することにより、別言すれば、点火プラグ２４の電極間にイオンが介在してその間の電気抵抗が低下することにより、図１のＢに示すように、コンデンサ２６─２次側コイル１０ｂ─点火プラグ２４を流れるイオン電流が生じる。この際、発生したイオン電流に引きずられて検出抵抗３０における電圧値が変化する。
【００２２】
また、前述したように、点火プラグ２４の電極に未燃燃料などが付着するとその絶縁性が低下するため、点火プラグ２４に電圧が印加されると、正常な火花放電が生じない状態、即ちイオンが生じない失火状態であってもその電極間にリーク電流が発生することがある。このように発生したリーク電流もイオン電流と同様に図１に矢印Ｂで示すように流れる。従って、検出抵抗３０における電圧値は、上記したイオン電流と同様に、リーク電流によっても変化する。
【００２３】
電流検出回路３４は検出抵抗３０を通じてイオン電流およびリーク電流を検出し、さらに図示しない波形変換回路を介して電流波形をＥＣＵ１４に送出する。
【００２４】
次いで、図２から図４を参照し、この発明の一つの実施の形態に係る内燃機関の失火検出装置の動作を説明する。
【００２５】
図２は、その動作のうち、点火コイル１０への通電、および点火プラグ２４への電圧の印加処理を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは、ＴＤＣ付近の所定クランク角度で実行される。
【００２６】
先ず、Ｓ１０において、前記したクランク角センサ３６の出力から、点火を行う点火ステージに相当するクランク角度区間にあるか否か、具体的には、点火プラグ２４に火花放電を生じさせ、混合気の着火・燃焼を開始するクランク角度区間にあるか否かを判断する。
【００２７】
Ｓ１０で肯定されるときはＳ１２に進み、予定する点火時期から逆算して点火用の通電時間を計測するタイマ（ダウンカウンタ）に第１の所定時間Ｔｉｇ１（図３に示す）、例えば２ｍｓｅｃをセットして１次側コイル１０ａへ通電し、点火時期に相当するクランク角度（第１の所定クランク角度θｉｇ１）で通電を遮断して高電圧を点火プラグ２４の電極間（中心電極２４ａおよび接地電極２４ｂの間）に印加する。
【００２８】
他方、Ｓ１０で否定されるときはＳ１４に進み、プラグテスト（絶縁性テスト）を行うプラグテストステージに相当するクランク角度区間にあるか否か、具体的には、点火プラグ２４の絶縁性低下の検出を行うクランク角度区間にあるか否かを判断する。尚、プラグテストステージに相当するクランク角度区間は、プラグテストが混合気の着火・燃焼およびイオン電流の検出に干渉しないように、より具体的には、混合気の燃焼によるイオン電流が存在しないか、あるいは減少したクランク角度区間になるように適宜設定される。
【００２９】
Ｓ１４で肯定されるときはＳ１６に進み、予定するプラグテストの開始時期から逆算してプラグテスト用の通電時間を計測するタイマ（ダウンカウンタ）に第２の所定時間Ｔｉｇ２（図３に示す）、例えば０．５ｍｓｅｃをセットして１次側コイル１０ａに通電し、プラグテスト開始時期に相当するクランク角度（第２の所定クランク角度θｉｇ２）で通電を遮断して高電圧を点火プラグ２４の電極間に印加する。また、Ｓ１４で否定されるときは、点火プラグ２４への電圧の印加が必要ないことから、以降の処理をスキップしてプログラムを終了する。
【００３０】
尚、上記から明らかなように、点火用の通電時間とプラグテスト用の通電時間は異なった値、具体的には、プラグテスト用の通電時間は、点火用の通電時間に比して短く設定される。換言すれば、プラグテスト時において、１次側コイル１０ａへの通電により蓄えられるエネルギを、点火時のそれよりも小さくし、よって１次側コイル１０ａの電流が遮断されたときに２次側コイル１０ｂに発生する電圧、即ち点火プラグ２４への印加電圧を点火時に比して小さくするように設定した。これは、プラグテストが混合気を着火・燃焼させることを目的としておらず、従って混合気を着火・燃焼させるだけのエネルギを必要としないためであり、このように設定することで点火プラグ２４の消耗（劣化）を必要最小限に止めることができる。
【００３１】
次いで、失火検出、および点火プラグ２４の絶縁性低下検出処理について説明する。図４はその処理を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは、ＴＤＣ付近の所定クランク角度で実行される。
【００３２】
図４フロー・チャートを説明する前に、図３を再度参照してイオン電流およびリーク電流の電流波形について説明する。
【００３３】
イオン電流波形は、正常な燃焼が行われたとき、即ちイオンが発生しているときは、第１の所定時間Ｔｉｇ１にわたる点火用の通電が終了した（第１の所定クランク角度θｉｇ１にて１次側コイル１０ａへの通電が遮断された）後、同図に実線で示すような波形を示す。具体的には、放電終了直後、瞬間的に大きく立ち上がった後、発生したイオンの量に応じて電流が流れ続ける。一方、失火が生じたとき、即ちイオンが発生していないときは、放電終了直後、瞬間的に大きく立ち上がった後、同図に破線で示すように、直ちに所定レベルに復帰する。従って、第１の所定時間Ｔｉｇ１終了後の電流を検出し、所定値と比較することで、失火が生じているか否かを判断することができる。
【００３４】
また、第２の所定時間Ｔｉｇ２にわたるプラグテスト用の通電が終了した（第２の所定クランク角度θｉｇ２にて１次側コイル１０ａへの通電が遮断された）後は、ここではイオンが発生していないことから、失火時の波形と同様に放電終了直後において電流が瞬間的に大きく立ち上がった後、同図に実線で示すように直ちに所定レベルに復帰する。これに対し、点火プラグ２４の電極に未燃燃料などが付着してその間の絶縁性が低下すると、放電終了直後において電流が瞬間的に大きく立ち上がった後、同図に破線で示すような波形を呈するリーク電流が流れる。従って、第２の所定時間Ｔｉｇ２終了後の電流を検出し、所定値と比較することで、点火プラグ２４の電極間において絶縁性の低下が生じているか否かを判断することができる。
【００３５】
以上を前提として図４フロー・チャートを説明すると、先ず、Ｓ２０において、失火検知タイミングＴｍｉｓであるか否かを判断する。失火検知タイミングＴｍｉｓとは、第１の所定時間Ｔｉｇ１にわたる通電終了後から所定時間経過した時点であり、失火時と正常な燃焼が行われたときとで電流波形が相違する時点に適宜設定される。
【００３６】
Ｓ２０で肯定されるときは、次いでＳ２２に進み、失火検知タイミングＴｍｉｓのときのイオン電流が所定値ｑｅ（図３に示す）以上であるか否か、即ち、図３においてイオン電流波形が所定値ｑｅを下回っているかを判断する。尚、所定値ｑｅは、イオン電流およびリーク電流の発生の有無を判断するに足る適宜な値に設定される。
【００３７】
Ｓ２２で肯定されるとき、換言すれば、正常なイオン電流波形が得られているときはＳ２４に進み、燃焼が正常に行われていると判定すると共に、否定されるときはＳ２６に進み、失火が発生していると判定してプログラムを終了する。
【００３８】
他方、Ｓ２０で否定されるときは、次いでＳ２８に進み、プラグテストタイミングにあるか否かを判断する。プラグテストタイミングＴｔｓｔとは、第２の所定時間Ｔｉｇ２にわたる通電終了後から所定時間経過した時点であり、イオン電流が存在しないか、あるいは減少した時点に適宜設定される。
【００３９】
Ｓ２８で肯定されるときは次いでＳ３０に進み、プラグテストタイミングＴｔｓｔのときのリーク電流が前記した所定値ｑｅ以上であるか否か、即ち、図３においてリーク電流波形が所定値ｑｅを下回っているかを判断する。Ｓ３０で否定されるとき、換言すれば、リーク電流が流れていないときはＳ３２に進み、点火プラグ２４が正常、即ち絶縁性の低下は生じていないと判定する。また、肯定されるときはＳ３４に進み、点火プラグ２４に絶縁性の低下が生じていると判定すると共に、図示しない警告灯を点灯するなどして運転者に点火プラグ２４の交換を促して終了する。
【００４０】
尚、Ｓ２８で否定されるときは、失火検知およびプラグテストのいずれの検出タイミングでもないことから以降の処理をスキップする。
【００４１】
このように、第１の所定クランク角度θｉｇ１において、混合気の着火・燃焼を目的とした電圧の印加を行い、点火プラグ２４の電極に火花放電を生じさせて混合気を着火・燃焼させ、その際に発生するイオン電流を検出して所定値と比較するようにした。さらに、それとは別に、第１の所定クランク角度θｉｇ１と異なる第２の所定クランク角度θｉｇ２において、プラグテスト（絶縁性テスト）を目的とした電圧の印加を行い、その際に発生するリーク電流を検出し、所定値と比較するようにしたので、内燃機関の失火を検出すると共に、点火プラグの絶縁性低下も検出することができることから、点火プラグの絶縁性低下時において発生するリーク電流の影響を解消することができ、失火をより精度良く検出することができる。
【００４２】
また、プラグテスト用の通電時間を点火用の通電時間に比して短く設定した、換言すれば、プラグテスト用の印加電圧を、点火用の印加電圧に比して小さく設定したので、点火プラグ２４の消耗（劣化）を必要最小限に止めることができる。
【００４３】
以上のように、この発明の一つの実施の形態にあっては、内燃機関の燃焼室２２を臨む位置に配置された点火プラグ２４に圧縮行程における第１の所定クランク角度θｉｇ１で電圧を印加し（ＥＣＵ１４、点火コイル１０，Ｓ１０，Ｓ１２）、その電極間（中心電極２４ａと接地電極２４ｂの間）の火花放電によって前記内燃機関内の混合気を着火して燃焼させるとき、前記混合気の燃焼の際に発生するイオン電流を検出し（ＥＣＵ１４、検出抵抗３０、電流検出回路３４）、その検出値を所定値ｑｅと比較して前記内燃機関の失火を検出する（ＥＣＵ１４，Ｓ２０〜Ｓ２６）内燃機関の失火検出装置において、前記第１の所定クランク角度θｉｇ１と異なる、排気行程における第２の所定クランク角度θｉｇ２で前記点火プラグ２４に電圧を印加する電圧印加手段（ＥＣＵ１４、点火コイル１０，Ｓ１４，Ｓ１６）、前記電圧印加手段により前記点火プラグに電圧が印加されたときに発生するリーク電流を検出するリーク電流検出手段（ＥＣＵ１４、検出抵抗３０、電流検出回路３４）、および前記検出されたリーク電流を、前記所定値およびそれと異なる第２の所定値のいずれかと比較して前記点火プラグの絶縁性の低下を検出するプラグ絶縁性低下検出手段（ＥＣＵ１４，Ｓ２８〜Ｓ３４）、を備えるように構成した。
【００４４】
また、前記第２の所定クランク角度θｉｇ２において印加される電圧は、前記第１の所定クランク角度θｉｇ１において印加される電圧よりも小さく設定されるように構成した。
【００４５】
尚、上記において、プラグテストを行う範囲などをクランク角度で示したが、時間で示してもよい。また、プラグテストなどを行う時点を時間で示したが、クランク角度で示してもよい。
【００４６】
また、Ｓ２２およびＳ３０において、所定値を共に共通の所定値ｑｅとしたが、それぞれ任意の別の値に設定してもよい。
【００４７】
また、イオン電流およびリーク電流の発生の判断は、所定のタイミング（Ｔｍｉｓ，Ｔｔｓｔ）において検出値を所定値ｑｅと比較して行うようにしたが、これに限られるものではなく、所定期間内における検出した電流波形の積分値、即ち面積を、予め設定した所定の面積と比較して判断するようにしてもよい。
【００４８】
また、イオン電流およびリーク電流を同一の電流検出回路３４により検出するようにしたが、電流検出回路を２個設け、それぞれ別の電流検出回路によって検出するようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、内燃機関の失火を検出すると共に、点火プラグの絶縁性低下も検出することができることから、点火プラグの絶縁性低下時において発生するリーク電流の影響を解消することができ、失火をより精度良く検出することができる。
【００５０】
請求項２項にあっては、請求項１項の効果に加えて点火プラグの消耗（劣化）を必要最小限に止めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係る内燃機関の失火検出装置の構成を点火回路を中心に概略的に示す概略図である。
【図２】図１装置の動作のうち、点火コイルへの通電、および点火プラグへの電圧の印加処理を示すフロー・チャートである。
【図３】図１装置の動作のうち、失火検出、および点火プラグの絶縁性低下検出処理を示すフロー・チャートである。
【図４】図１装置の動作における点火信号と検出した電流波形を示す説明図である。
【符号の説明】
１０    点火コイル
１０ａ  １次側コイル
１０ｂ  ２次側コイル
１４    ＥＣＵ
２２    燃焼室
２４    点火プラグ
２４ａ  中心電極
２４ｂ  接地電極
３０    検出抵抗
３４    電流検出回路
【図１】
0003860994.tif 000002
【図２】
0003860994.tif 000003
【図３】
0003860994.tif 000004
【図４】
0003860994.tif 000005