JP2657012B2

JP2657012B2 - 内燃機関失火検出装置

Info

Publication number: JP2657012B2
Application number: JP3179700A
Authority: JP
Inventors: 俊雄岩田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1997-09-24
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JPH0526090A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数気筒に対応した
点火プラグの電極間に発生するイオン電流に基づいて内
燃機関の失火を検出すると共に失火表示を行う装置に関
し、特にイオン電流検出手段の故障による失火誤表示を
防止した内燃機関失火検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車エンジン等に用いられる
内燃機関においては、クランク軸と同期駆動される複数
の気筒（例えば、４気筒）を、マイクロコンピュータ
（以下、マイコンという）を含むＥＣＵにより、燃料
（混合気）の吸入、圧縮、爆発点火及び排気の４サイク
ルで繰り返し制御している。このとき、ピストンで圧縮
された燃料が点火サイクルにおいて最適且つ確実に燃焼
されないと、他の気筒に対して異常な負荷がかかり、エ
ンジンが損傷したり、未燃ガスの流出により種々の障害
をもたらすおそれがある。

【０００３】例えば、未燃ガスによって排気ガス処理用
の触媒が損傷されるのを防止するため、失火検出された
気筒に対しては燃料供給を停止するなどの処置がとられ
る。従って、内燃機関及び触媒の安全を確保するため
に、各気筒について確実に燃焼が行われたか否かを常に
検出する必要があり、従来より、爆発行程において点火
プラグのギャップ間に発生するイオン電流を検出し、例
えば、イオン電流レベルが所定値以下であれば失火を判
定する装置が提案されている。

【０００４】図４は一般的な内燃機関失火検出装置を示
す回路図であり、ここでは１気筒分のみを示している
が、実際には各気筒に対応して個別に設けられている。
図において、１はバッテリに接続された電源、２は各一
端が電源１に接続された一次巻線2a及び二次巻線2bを有
する点火コイル、３は一次巻線2aとグランド間に挿入さ
れたパワートランジスタ、４は二次巻線2bにカソードが
接続された逆流防止用のダイオードである。

【０００５】５はダイオード４を介して二次巻線2bに接
続され且つ他端が接地された点火プラグであり、複数気
筒に対応して設けられており、それぞれの燃焼室内に露
出されている。６はダイオード４のアノードに接続され
てイオン電流検出用の電源、７はダイオード４及び点火
プラグ５の接続点と電源６との間に挿入された逆流防止
用のダイオード、８は電源６とグランドとの間に挿入さ
れた抵抗器、９は電源６及び抵抗器８の接続点に設けら
れたイオン電流検出用の出力端子である。出力端子９か
らのイオン電流信号は、ＥＣＵ(図示せず)に入力され失
火判定に用いられる。

【０００６】次に、図５の波形図を参照しながら、図４
に示した内燃機関失火検出装置の動作について説明す
る。点火サイクルにおいて、ＥＣＵからの制御信号Ｃに
よりパワートランジスタ３がオンオフ制御され、一次巻
線2aに流れる一次電流Ｉ₁の通電遮断が行われると、一
次電流Ｉ₁の遮断時に、二次巻線2bに負の高電圧からな
る二次電圧Ｖ₂が誘起される。これにより、点火プラグ
５で放電火花が生じ、燃焼室内の圧縮燃料は爆発する。
このときの放電時間は、通常、1m秒〜1.5m秒程度であ
る。

【０００７】点火行程で正常に爆発が行われると、燃焼
室内に大量の陽イオンが発生し、この陽イオンは、イオ
ン電流Ｉとなって点火プラグ５の電極からダイオード７
を介して電源６に流れ込み、更に抵抗器８を介してグラ
ンドに流れ込む。従って、抵抗器８で生じる電圧降下量
を検出すれば、イオン電流Ｉのレベルを知ることがで
き、正常に燃焼が行われたか否かを判定することができ
る。

【０００８】イオン電流Ｉのレベルは出力端子９からＥ
ＣＵに出力され、ＥＣＵは、点火制御された気筒におい
て正常に燃焼が行われた否かを判定する。そして、失火
等の異常が判定された場合には、失火表示手段(図示せ
ず)に失火表示させると共に、点火タイミングをフィー
ドバック調整したり、危険防止のために燃料停止や休筒
などの処理を行う。

【０００９】しかし、各気筒とイオン電流検出手段(電
源６〜出力端子９)との間の配線、並びに、出力端子９
とＥＣＵとの間の伝送線等の断線や短絡、又は、イオン
電流検出手段内の回路素子の故障等が発生すると、イオ
ン電流Ｉの検出が困難となり、ＥＣＵは内燃機関の失火
と誤判定してしまう。従って、失火表示手段により異常
を示す失火表示が行われてしまい、運転者に不要な不安
を与えることになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関失火検
出装置は以上のように、単にイオン電流Ｉに基づいて失
火を判定しているのみなので、イオン電流検出手段の故
障時に失火を誤判定し、失火表示が行われてしまうとい
う問題点があった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、イオン電流検出手段の故障を検
出したときには失火表示を禁止する内燃機関失火検出装
置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
失火検出装置は、内燃機関の燃焼により各気筒の点火プ
ラグの電極間に発生するイオン電流を検出するイオン電
流検出手段と、イオン電流検出手段からのイオン電流信
号に基づいて内燃機関の失火を判定する失火判定手段
と、内燃機関の失火が判定されたときに失火表示を行う
失火表示手段と、イオン電流検出手段の故障を検出する
故障検出手段と、イオン電流検出手段の故障が検出され
たときに失火表示を禁止する失火表示禁止手段とを備
え、故障検出手段は、イオン電流信号が所定時間だけ連
続して同一レベルを示す場合にイオン電流検出手段の故
障を判定すると共に、イオン電流信号が所定回数だけ連
続して失火を示す場合にイオン電流検出手段の故障を判
定するものである。

【００１３】

【作用】この発明においては、イオン電流検出手段の故
障を検出した場合に、失火表示を禁止する。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例を示す構成図であり、
１〜３、５及び８は前述と同様のものである。10は点火
コイル２の二次巻線2bに接続されたコンデンサであり、
二次巻線2b及び点火プラグ５を含む二次電流の経路、即
ち点火電流Ｉ₂の経路内に挿入されている。この場合、
抵抗器８は、コンデンサ10及び点火プラグ５を含むイオ
ン電流Ｉの経路内に挿入されるようになっている。

【００１５】11はコンデンサ10とグランドとの間に挿入
された充電用ダイオードであり、点火電流Ｉ₂に対して
順方向となるようにコンデンサ10に接続され、且つイオ
ン電流検出用の抵抗器８に並列接続されている。12は点
火時にコンデンサ10に充電される電圧をクリップするツ
ェナダイオードである。

【００１６】13はイオン電流信号Ｖ_Aを矩形波にする波
形整形回路、14は波形整形されたイオン電流信号Ｖ_Bから
点火ノイズＶ_Nを除去する点火ノイズフィルタ、15は点
火ノイズＶ_Nが除去されたイオン電流信号Ｖcを出力する
トランジスタである。抵抗器８及びコンデンサ10〜トラ
ンジスタ15は、点火プラグ５の電極間に発生するイオン
電流Ｉを検出するイオン電流検出手段を構成している。

【００１７】20は点火コイル２の二次巻線2bに接続され
た配電器であり、クランク軸に同期して回転する回転電
極21と、回転電極21と対向する固定電極22と、回転電極
21の中心電極23とを有し、回転電極21と固定電極22との
間で放電することにより、複数気筒(例えば、＃１〜＃
４気筒)の各点火プラグ５に対して順次高電圧を分配す
るようになっている。24は中心電極23から各固定電極22
に対して順方向となるようにそれぞれ挿入されたイオン
電流用ダイオードであり、各点火プラグ５と二次巻線2b
との間に印加される高電圧に対して逆極性に挿入されて
いる。

【００１８】配電器20及びイオン電流用ダイオード24
は、イオン電流検出手段８〜15から出力される気筒毎の
イオン電流信号Ｖｃを単一信号線に合成する信号合成手
段を構成している。即ち、中心電極23を介してイオン電
流Ｉを単一信号線に合成し、単一のイオン電流検出手段
に印加している。25はクランク角に対応した気筒識別信
号ＳＣ及び基準位置信号ＳＴを生成するクランク角セン
サ、30はイオン電流信号Ｖｃ、気筒識別信号ＳＣ及び基
準位置信号ＳＴに基づいて各気筒の点火制御等を行うＥ
ＣＵである。

【００１９】ＥＣＵ30は、イオン電流信号Ｖｃから重畳
ノイズを除去するノイズフィルタ31と、ノイズフィルタ
31を介したイオン電流信号Ｖｃがセット入力されるフリ
ップフロップ32と、気筒識別信号ＳＣ及び基準位置信号
ＳＴを取り込むためのインタフェース33及び34と、フリ
ップフロップ32のＱ出力とインタフェース33及び34を介
した気筒識別信号ＳＣ及び基準位置信号ＳＴとが入力さ
れるマイコン35とを備えている。又、図示しないが、Ｅ
ＣＵ30には運転領域検出手段からの運転領域信号が入力
されており、失火等の異常を表示するための表示手段が
接続されている。

【００２０】マイコン35はポートＰ₁〜Ｐ₃及び割込入力
端子ＩＣＩを有しており、ポートＰ₁にはフリップフロッ
プ32のＱ出力がイオン電流判別信号として入力され、ポ
ートＰ₂からはフリップフロップ32のリセット入力とな
る点火パルスが出力され、ポートＰ₃には気筒識別信号Ｓ
Ｃが入力され、割込入力端子ICIには基準位置信号ＳＴ
が入力されている。

【００２１】フリップフロップ32は、点火サイクル毎に
イオン電流Ｉの有無を判別するイオン電流判別手段を構
成している。又、マイコン35は、気筒識別信号ＳＣに基
づいて各気筒を識別する気筒識別手段と、点火サイクル
に対応した所定タイミング(例えば、上死点ＴＤＣからク
ランク角75°だけ進角側のＢ75°）毎にイオン電流判別
手段の出力信号即ちイオン電流判別信号Ｐ₁(Ｑ出力)を
読み込み、イオン電流Ｉが無いと判別された場合に内燃
機関の失火を判定する失火判定手段と、内燃機関の失火
が判定されたときに表示手段に失火表示させるための失
火表示手段と、イオン電流検出手段の故障を検出する故
障検出手段と、イオン電流検出手段の故障が検出された
ときに失火表示を禁止する失火表示禁止手段とを備えて
いる。尚、故障判定手段は、運転領域信号により、イオ
ン電流が検出可能な所定運転領域のみにおいて故障判定
を行う。

【００２２】次に、図２の波形図を参照しながら、図１
に示したこの発明の一実施例の失火判定動作について説
明する。前述のように、点火コイル２の一次巻線2aにお
いて電源１の通電遮断が行われると、二次巻線2b側に図
示した極性で高電圧が発生し、点火プラグ５、固定電極
22、回転電極21、中心電極23、二次巻線2b、コンデンサ
10及び充電用ダイオード11を介し、実線で示した経路で
点火電流Ｉ₂が流れる。

【００２３】この点火電流Ｉ₂により、コンデンサ10に
は、図示した極性の電圧が充電される。尚、高電圧の極
性は二次巻線2bの巻線方向等により任意に設定され得
る。このとき、配電器20の回転電極21により選択された
気筒の点火プラグ５のみが放電されて点火電流Ｉ₂が流
れる。又、点火直後のイオン電流Ｉは、二次巻線2bを介
した単一の信号線に合成され、イオン電流検出手段内の
抵抗器８を流れる。

【００２４】即ち、各気筒の爆発行程時において、点火
プラグ５の電極間で放電が起こり、正常に爆発が行われ
ると、燃焼室内に発生した陽イオンは、イオン電流Ｉと
なって破線で示した経路（抵抗器８、コンデンサ10、二
次巻線2b、中心電極23、イオン電流用ダイオード24、固
定電極22及び点火プラグ５を介した経路）を流れ、コン
デンサ10の充電電圧を放電させる。

【００２５】このイオン電流Ｉは、例えば４気筒エンジ
ンの＃１〜＃４の各気筒に対して連続的に検出される。
そして、イオン電流Ｉのレベルに応じて抵抗器８の両端
間に発生するイオン電流信号Ｖ_Aは、波形整形回路13に
より矩形波Ｖ_Bとなり、更に、遅延フィルタを含む点火
ノイズフィルタ14により点火ノイズＶ_Nが除去され、トラ
ンジスタ15から最終的なイオン電流信号Ｖcとして出力
される。従って、イオン電流信号Ｖcは、デジタル信号
となってＥＣＵ30に入力される。

【００２６】ＥＣＵ30内のノイズフィルタ31は、イオン
電流信号Ｖｃの伝送中に重畳されたノイズを除去し、フ
リップフロップ32のセット端子Ｓに入力する。これによ
り、フリップフロップ32のＱ出力は「Ｈ」となり、マイ
コン30のポートＰ₁に入力される。このとき、イオン電
流信号Ｖcは、図２のように、１回の検出に対して複数の
パルスとなることがあるが、Ｑ出力は「Ｈ」のままであ
り、変化しない。

【００２７】一方、マイコン30は、気筒識別信号ＳＣ及
び基準位置信号ＳＴに基づいて、各気筒毎に最適のタイ
ミングで点火制御を行うが、このとき生成される点火パ
ルスをポートＰ₂から出力し、フリップフロップ32のリ
セット端子Ｒに入力する。又、基準位置信号ＳＴに基づ
く点火サイクル毎の所定タイミングＢ75°で、ポートＰ
₁に格納されたイオン電流判別信号を読み込む。

【００２８】各気筒の点火行程はＢ５°の付近で行わ
れ、又、イオン電流Ｉは点火行程の直後に発生するの
で、上記のように点火パルスＰ₂毎にフリップフロップ32
をリセットし、且つ基準位置Ｂ75°のタイミングでイオ
ン電流判別信号Ｐ₁を読み込むことにより、マイコン35
は、イオン電流Ｉの有無を確実に判別することができ
る。

【００２９】もし、基準位置Ｂ75°においてイオン電流
判別信号Ｐ₁が「Ｌ」であれば、イオン電流Ｉが検出さ
れなかったと判定して、対応する気筒の失火を判定す
る。即ち、マイコン35は、気筒識別信号ＳＣに基づいて
制御気筒を識別すると共にイオン電流判別信号Ｐ₁に基
づいて失火を判定する。もし、失火が判定されれば、失
火フラグを１に立てて失火対策の処理制御を行うと共
に、表示手段に失火表示させて運転者に報知する。

【００３０】このとき、イオン電流検出手段からＥＣＵ
30に入力されるイオン電流信号Ｖｃの伝送路が単一信号
線であるため、構成が簡略化されてコストダウンが実現
すると共に耐ノイズ性が向上する。又、ＥＣＵ30に伝送
されるイオン電流信号Ｖｃは、波形整形回路13によりデ
ジタル化されているので、ノイズが重畳されにくく耐ノ
イズ性が更に向上する。又、マイコン35はイオン電流判
別信号Ｐ₁のレベルを判定するのみであるから、失火判定
処理部の構成は簡略化される。

【００３１】又、イオン電流Ｉを検出する前に点火電流
Ｉ₂によりコンデンサ10を充電しておき、この充電電圧
をイオン電流Ｉによって放電することにより、コンデン
サ10を電源として作用させるので、従来回路の電源６を
省略することができる。又、配電器20を介して各気筒毎
の点火プラグ５に高電圧を分配すると共に、各気筒毎の
イオン電流Ｉをイオン電流用ダイオード24を介して流す
ことにより、各イオン電流Ｉを１つの回路で検出するこ
とができ、更に小形化及びコストダウンが実現する。

【００３２】次に、図３のフローチャートを参照しなが
ら、イオン電流検出手段の故障検出動作について説明す
る。まず、イオン電流判別信号Ｐ₁を読み込むためのＢ75
°の割込みルーチンにおいて、イオン電流判別信号Ｐ₁
が１(イオン電流信号Ｖcが有)であるか否かを判定し(ス
テップS1)、もし、Ｐ₁＝１であればカウンタ変数Ｃを０
にクリアする(ステップS2)。

【００３３】続いて、イオン電流検出手段内の素子が断
線か否かを判定し(ステップS3)、断線でなければリター
ンし、断線と判定されれば故障判定ステップ(後述する)
に進む。尚、断線の判定は、例えば、イオン電流信号Ｖ
ｃを連続的に検出し、タイマ又は積分器に基づき、所定
時間だけ連続して１(Ｈレベル)であることを確認するこ
とにより行われる。

【００３４】一方、ステップS1において、Ｐ₁が１でな
く０(イオン電流信号Ｖcが無)であると判定されれば、
カウンタ変数Ｃをインクリメント(ステップS4)して、カ
ウンタ変数Ｃが所定回数Ｎ(この場合、気筒数即ち４)で
あるか否かを判定する(ステップS5)。そして、Ｃ＜Ｎで
あれば、上述したように失火を判定し(ステップS6)、失
火フラグを１に立てると共に失火表示を行う(ステップS
7)。

【００３５】又、ステップS5においてＣ≧Ｎであれば、
ステップS3において断線が判定されたときと同様に、イ
オン電流検出手段(配線や素子など)の故障と判定し(ス
テップS8)、失火フラグを０にリセットすると共に失火
表示を禁止即ちリセットする(ステップS9)。このとき、
必要に応じて、イオン電流検出手段の故障を示す故障表
示が行われる。

【００３６】通常、エンジンの運転中に全ての気筒が失
火することはないので、４気筒分の４回連続してイオン
電流判別信号Ｐ₁が検出されない場合には、失火ではなく
イオン電流検出手段の故障と判定することができる。従
って、図３の故障判定動作は、図示しない運転領域検出
手段からの運転領域信号に基づいて、イオン電流信号Ｖ
ｃが検出可能な所定運転領域であることが判定された場
合のみに実行されることが望ましい。

【００３７】例えば、始動時や急加減速時においては、
各気筒に対する燃料供給がカットされ得るため、点火サ
イクルで燃焼が行われずイオン電流信号Ｖｃが発生しな
いので、故障判定結果(ステップS6)を無効にするか、又
は、図３の故障判定ルーチンをキャンセルすればよい。
これにより、失火及び故障検出の誤判定を更に確実に防
止することができる。

【００３８】このように、イオン電流検出手段の故障が
検出されたときに失火表示を禁止することにより、運転
者に対して不要な不安や負担を与えることを防止するこ
とができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、内燃機
関の燃焼によって各気筒の点火プラグの電極間に発生す
るイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、イオン
電流検出手段からのイオン電流信号に基づいて内燃機関
の失火を判定する失火判定手段と、内燃機関の失火が判
定されたときに失火表示を行う失火表示手段と、イオン
電流検出手段の故障を検出する故障検出手段と、イオン
電流検出手段の故障が検出されたときに失火表示を禁止
する失火表示禁止手段とを設け、故障検出手段は、イオ
ン電流信号が所定時間だけ連続して同一レベルを示す場
合にイオン電流検出手段の故障を判定すると共に、イオ
ン電流信号が所定回数だけ連続して失火を示す場合にイ
オン電流検出手段の故障を判定するようにしたので、失
火の誤表示を確実に防止した内燃機関失火検出装置が得
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】この発明の一実施例の動作を説明するための波
形図である。

【図３】この発明の一実施例の故障検出動作を示すフロ
ーチャートである。

【図４】従来の内燃機関失火検出装置を示す回路図であ
る。

【図５】一般的な点火電圧及びイオン電流を示す波形図
である。

【符号の説明】

５点火プラグ８抵抗器 13 波形整形回路 14 点火ノイズフィルタ 30 ＥＣＵ 35 マイコンＩ…イオン電流Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖc イオン電流信号

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の燃焼により各気筒の点火プラ
グの電極間に発生するイオン電流を検出するイオン電流
検出手段と、前記イオン電流検出手段からのイオン電流信号に基づい
て前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段と、前記内燃機関の失火が判定されたときに失火表示を行う
失火表示手段と、前記イオン電流検出手段の故障を検出する故障検出手段
と、前記イオン電流検出手段の故障が検出されたときに前記
失火表示を禁止する失火表示禁止手段とを備え、前記故障検出手段は、イオン電流信号が所定時間だけ連
続して同一レベルを示す場合に前記イオン電流検出手段
の故障を判定すると共に、前記イオン電流信号が所定回
数だけ連続して失火を示す場合に前記イオン電流検出手
段の故障を判定することを特徴とする内燃機関失火検出
装置。