JP2572494B2 - ガソリン機関の燃焼状態および飛火ミス検出装置 - Google Patents

ガソリン機関の燃焼状態および飛火ミス検出装置

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秀治 吉田
佳弘 松原
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits

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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ガソリン機関におい
て、機関が安定して運転できる、空燃比のリーン限界ま
たは排気再循環量の限界を検出するのに適した着火や燃
焼状態および飛火ミス検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車エンジンなどのガソリン機関で
は、排気浄化および燃費向上のため、空燃比の希薄(リ
ーン)な領域で運転し、NOX およびCOの生成を低減
させるとともに、排気路に設けた酸化触媒で排気中に残
存する可燃物を燃焼させる排気浄化システムが使用され
ている。しかるに、より高いレベルの排気浄化および燃
費向上の要求が高まっており、このためには、機関の各
気筒毎に着火燃焼状態を検出し、機関を空燃比のリーン
限界または排気再循環量の限界に近い運転条件で運転さ
せることが望ましい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、ガ
ソリン機関において、スパークプラグに流れるイオン電
流の電流波形が、上記限界運転状態に近づくほど、大き
くばらつくという知見に基づき、イオン電流波形を検出
して各気筒毎に安定運転の限界に近い状態でガソリン機
関を運転するための情報を得ることのできる燃焼状態検
出装置を提供することにある。
【0004】請求項2に記載の発明の目的は、上記に加
えてスパークプラグでの飛火ミスを検出でき、排気浄化
および燃費向上を確実に行えるガソリン機関の燃焼状態
および飛火ミス検出装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の燃焼状態検出
装置は、点火コイルと、その一次回路に流す電流を断続
する一次電流断続手段と、機関に装着されるスパークプ
ラグとを有するガソリン機関の点火回路において、二次
回路にコンデンサと定電圧ダイオードを並列接続してな
るイオン電流電源を設けるとともに、二次回路に流れる
イオン電流波形の積分回路と、該積分回路の積分値の変
動度合いを判別する判別回路を取り付け、イオン電流の
積分値の変動度合いにより、機関の燃焼状態を判別す
る。
【0006】請求項2に記載の燃焼状態および飛火ミス
検出装置は、二次回路にコンデンサと定電圧ダイオード
を並列接続してなるイオン電流電源を設けるとともに、
コンデンサの充電電流検出回路と、二次回路に流れるイ
オン電流波形の積分回路と、コンデンサの充電電流のレ
ベルおよび積分値の変動の度合いを判別する判別回路を
取り付け、コンデンサの充電電流のレベルにより飛火ミ
スを検出し、イオン電流の積分値の変動度合いにより、
機関の燃焼状態を判別する。
【0007】
【発明の作用および効果】この発明では、点火タイミン
グに発生させた火花放電の二次電圧を、定電圧ダイオー
ドの作用により所定電圧レベルでコンデンサに充電し、
イオン電流電源とする。この電荷は、スパークプラグで
の火花放電による着火後、シリーズギャップに並列接続
したダイオードを介してイオン電流となって放電され
る。このときのイオン電流波形は、スパークプラグの火
花放電間隙に、燃焼により生成するイオンの発生状況に
より変動し、空燃比のリーン限界または排気再循環量の
限界に近いほど、イオン電流波形のばらつきが増大す
る。従って、ガソリン機関の気筒毎にばらつきの大きさ
を測定し、測定値で上記安定運転の限界を検知して、空
燃比または再循環排気量を安定運転できる限界に近づく
よう制御することが可能となる。これにより排気浄化お
よび燃費の向上が達成できる。
【0008】請求項2に記載の発明では、上記に加え
て、コンデンサの充電電流を検出することにより、スパ
ークプラグで発生する飛火ミスを検出でき、この飛火ミ
スによるガソリン機関の排気の汚濁化、燃費の低下およ
び運転の不安定化を防止するための情報を得ることがで
き、排気浄化、燃費向上がより確実に達成できる。
【0009】
【実施例】図1は、点火コイル1、配電器(デストリビ
ュータ)2、スパークプラグ3を備えたガソリン機関の
点火装置100を示す。点火コイル1の一次回路11
は、車載電源Vと、一次電流断続手段4とに接続され、
二次回路12は、前記配電器2を介してスパークプラグ
3に接続されている。燃焼状態検出装置は、二次回路1
2の点火コイル1とアースとの間にイオン電流電源回路
5を設け、配電器2のローターギャップ21と並列にイ
オン電流通電用のダイオード22を接続し、イオン電流
波形の積分回路6と、該積分回路6の積分値のばらつき
度合いを検出するマイクロコンピュータ等の判別回路7
とを接続してなる。
【0010】一次電流断続手段4は、スイッチ素子41
およびシグナルジェネレータ42からなり、エンジンの
クランク角およびスロットル開度を検出し、火花放電時
期がエンジンの負荷および回転速度に適応した点火進角
となるよう一次電流を断続する。
【0011】イオン電流電源回路5は、二次回路12の
点火コイル1とアースとの間に介在させたコンデンサ5
1と、該コンデンサ51に並列接続した定電圧ダイオー
ド52とからなる。この実施例では、イオン電流波形を
電圧波形として測定するとともに、測定可能な時定数に
調整するため、前記コンデンサ51とアースとの間に接
続した抵抗53およびダイオード54の並列回路を設け
ている。コンデンサ51は、二次回路12に二次電圧が
発生したとき、定電圧ダイオード52の導通電圧である
300ボルトで電荷を充電する。
【0012】作用を図2とともに説明する。シグナルジ
ェネレータ42で一次電流を断続させ、の如き一次電
流を一次回路11に生じさせる。二次回路12にはに
示す二次電圧が生じ、イオン電流電源回路5に充電され
る。この充電電荷は、火花放電終了後にスパークプラグ
3の火花放電間隙31付近に存在する燃焼中のイオンを
介して放電され、二次回路12には、イオン電流電源回
路5からダイオード22を介してイオン電流が流れ、コ
ンデンサ51と抵抗53との中間点では、このイオン電
流が電圧波形として現れる。
【0013】このイオン電流は、図2のに示す如く、
空燃比が理論空燃比である約15:1に近いときはh1
の如くイオン電流の波形のばらつきが小さい。これに対
し、空燃比が着火限界である22:1になるとh2 の如
くイオン電流の波形のばらつきが極めて大きくなる。積
分回路6は、上記イオン電流波形を積分し、図2のに
示す如く積分して積分値v1 を出力する。判別回路7
は、たとえば積分値v2 の連続した10個の、基準値か
らのばらつき量を積算し、積算量が一定値以上のときは
安定運転の限界が近いと判別する。この判別情報に基づ
き燃料噴射装置による燃料供給量を調整し、空燃比のリ
ーン限界近くでの安定運転を実行する。
【0014】図3は請求項2に記載の燃焼状態および飛
火ミス検出装置付き点火回路を示す。この実施例では、
コンデンサ51の充電回路をなすダイオード54とアー
スとの間に抵抗55を挿入し、電流検出回路8で火花放
電時の二次電圧によるコンデンサ51の充電電流を検出
する。この抵抗55は、前記抵抗53に1メガオーム程
度を使用するのに対し、100オーム程度を用いる。
【0015】このコンデンサ51の充電電流は、図4の
に示し、スパークプラグ3で火花放電が正常になされ
たときは電流波形uの如く20〜30ミリアンペアの高
いピーク電流が徐々に低減する波形となる。これに対
し、図5に示す如くスパークプラグ3の絶縁体32の表
面にカーボンCなどが付着するカーボン汚損が発生し、
このカーボンCを介してスパークプラグの奥で火花放電
Sが生じた場合は次の様になる。
【0016】たとえばカーボンCの抵抗が10メガオー
ムとして、この抵抗を介して放電すると、放電電圧が2
0キロボルトとしても2ミリアンペアの電流しか流れな
い。よってたとえば10ミリアンペアを判別の基準レベ
ルとして設定し、これ以上の電流が流れたときは正常に
火花放電がなされ、設定レベル以下の電流が流れたとき
は飛火ミスと判定する。
【0017】また、点火コイル1の断線、一次回路11
または二次回路12の接続不良、車載電源Vの電圧低下
など点火回路の故障または機能低下で火花放電が正常に
なされない、いわゆる飛火ミスが発生したときは、二次
電圧は発生しないか、発生しても低いレベルであり、コ
ンデンサ51の充電電流は全く流れないか、流れても電
流波形vに示す如く、低いなだらかな波形になる。二次
回路12にスパークプラグ3の絶縁破壊ができないレベ
ルの二次電圧が発生した場合、スパークプラグ3の浮遊
静電容量を充電するのに流れる電流は、浮遊静電容量が
20ピコファラッドであり、二次電圧が20キロボルト
であったとすると4ミリアンペアである。よって上記1
0ミリアンペアの設定レベルで飛火ミスの判別が可能と
なる。
【0018】この様にして、電流検出回路8でコンデン
サ51への充電電流のレベルを測定し、判別回路7で実
験または計算により求めた基準値と比較することによ
り、スパークプラグ3における飛火ミスが検出できる。
よってスパークプラグ3における飛火ミスを検出したう
えで、失火を検出することにより、失火の原因をより正
確に検出でき、ガソリン機関の運転制御の質の向上に資
することができる。
【0019】上記実施例においては、空燃比が希薄の限
界でガソリン機関を運転する場合について述べたが、排
気再循環量の限界も上記と同様にして検出でき、また冷
間始動時における空燃比制御においても、安定運転の限
界に近づけて空燃比制御することが可能である。
【0020】この発明の燃焼状態検出装置は、配電器2
を備えないディストリビュータ・レス・イグナイタ(D
LI)式の点火装置を備えたガソリン機関にも適用でき
る。このDLI式点火装置では、一次電流の通電開始
(オン)時に、点火回路の二次回路に生じる二次電圧で
スパークプラグに火花放電が発生することを防止するた
め、逆流防止用ダイオードが介装されている。この発明
の燃焼状態検出装置をDLI式点火装置に適用するに
は、上記逆流防止用ダイオードを廃止し、一次電流の立
ち上がりをなだらかにするなどして、一次電流オン時の
二次電流のレベルをスパークプラグでの火花放電が生じ
ない電圧に押さえる手段を取ることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の燃焼状態検出装置を装着したガソリ
ン機関の点火回路図である。
【図2】燃焼状態検出装置の作動説明のための波形図で
ある。
【図3】この発明の燃焼状態および飛火ミス検出装置付
き点火回路図である。
【図4】飛火ミス検出装置の作動説明のための波形図で
ある。
【図5】くすぶり状態を示すスパークプラグの要部断面
図である。
【符号の説明】
1 点火コイル 2 配電器 3 スパークプラグ 4 一次電流断続手段 5 イオン電流電源回路 6 積分回路 7 判別回路 8 電流検出回路 12 二次回路 51 コンデンサ 52 定電圧ダイオード 55 抵抗

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 点火コイルと、その一次回路に流す電流
    を断続する一次電流断続手段と、機関に装着されるスパ
    ークプラグとを有するガソリン機関の点火回路におい
    て、 二次回路にコンデンサと定電圧ダイオードを並列接続し
    てなるイオン電流電源を設けるとともに、二次回路に流
    れるイオン電流波形の積分回路と、該積分回路の積分値
    の変動度合いを判別する判別回路を取り付け、イオン電
    流の積分値の変動度合いにより、機関の燃焼状態を判別
    するガソリン機関の燃焼状態検出装置。
  2. 【請求項2】 点火コイルと、その一次回路に流す電流
    を断続する一次電流断続手段と、機関に装着されるスパ
    ークプラグとを有するガソリン機関の点火回路におい
    て、 二次回路にコンデンサと定電圧ダイオードを並列接続し
    てなるイオン電流電源を設けるとともに、コンデンサの
    充電電流検出回路と、二次回路に流れるイオン電流波形
    の積分回路と、コンデンサの充電電流のレベルおよび積
    分値の変動の度合いを判別する判別回路を取り付け、コ
    ンデンサの充電電流のレベルにより飛火ミスを検出し、
    イオン電流の積分値の変動度合いにより、機関の燃焼状
    態を判別するガソリン機関の燃焼状態および飛火ミス検
    出装置。
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