JPH0422744A - 内燃機関点火制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関を
点火制御する装置に関し、特に気筒識別用の位置信号が
フェイルしてもバックアップ可能な内燃機関点火制御装
置に関するものである。

［従来の技術］ −ｍに、自動車用ガソリンエンジン等に用いられる内燃
機関は、複数の気筒（例えば、４気筒）により、吸気、
圧縮、爆発及び排気の４サイクルで駆動されている。こ
のとき、各気筒において、ピストンで圧縮された混合気
に点火プラグで火花を飛ばし、混合気を燃焼させて出力
を得る必要があるが、燃焼によって発生する圧力がピス
トンを圧し下げる力として効率的に働くように、最適な
りランク位置で十分なエネルギの火花を飛ばすことは重
要な制御項目である。

このような内燃機関においては、各気筒摂のイブナイタ
による点火時期及びインジェクタによる燃料噴射順序等
をＲ′ａに制御するため、マイクロコンピュータにより
電子的に演算が行われている。

この演算制御を行うため、マイクロコンピュータは、各
種運転条件の他に、内燃機関の回転に同期した気筒毎の
基準位置信号及び特定気筒に対応した気筒識別信号を取
り込み、各気筒毎の動作位置を識別して最適な時刻で制
御を行っている。通常、基準位置信号及び気筒識別信号
を発生する手段としては、内燃機関のカム軸又はクラン
ク軸の回転を検出して同期信号を発生ずる回転信号発生
器が用いられている。

又、マイクロコンピュータが機能する前のエンジン起動
初期においては、別のセンサを用いて圧縮行程及び排気
行程にある気筒群を検出し、これらの同時点火制御を行
い、気筒識別が確定した後に、基準位置信号及び気筒識
別信号に基づくシーケンシャルな点火制御を行っている
。

第３図は４気筒エンジンにおける従来の内燃機関点火制
御装置を示ず構成図である。

図において、（１）は内燃機関の駆動軸となるクランク
軸であり、複数の気筒（図示せず）のピストンに連結さ
れて回転駆動されるようになっている。

（２）はクランク軸（１）と同期して回転するカム軸、
（３）はクランク軸（１）とカム軸（２）とを連結する
タイミングベルトである。

一般的な４サイクルエンジンの場合、クランク軸（１）
の２回転に対して吸入、圧縮、爆発及び排気が行われる
ため、クランク軸（１）の２回転に対してカム軸（２）
が１回転し、カム軸（２）は、各気筒の４サイクル動作
の１周期に同期して１回転するようになっている。又、
４気筒エンジンの場合、各気筒の動作位置は、クランク
軸（１）に対しては１回転の１／２周期分（１８０°）
ずつ位相がずれており、カム軸（２）に対しては、１／
４周期ずつ位相がずれている。

（４）はカム軸（２）に連結された回転信号発生器の回
転軸、（５）は回転軸（４）の一端に設けられた基準位
置検出用の回転円板である。（６）及び（７）は回転円
板（５）に形成されたスリツ１〜状の窓であり、外周側
の４つの窓（６）は各気筒毎の基準位置く所定回転角度
）に対応し、又、内周側の１つの窓（７）は特定気筒の
窓（６）のみに対応するように設けられている。

（８）は回転円板（５）の一部に対向配置された固定板
であり、フォトカアラからなる２組のセンサ、即ち、窓
（６）に対向配Ｗされた基準位置センサと窓（７）に対
向配置された気筒識別センサとが設けられている。ここ
では、窓（６）の回転方向前方側の一端が各気筒毎の第
１の基準位置に対応し、回転方向後方側の一端が各気筒
毎の第２の基準位置に対応しており、基準位置センサか
らの基準位置信号Ｉ−１は、第１の基準位置で立ち上が
り、第２の基準位置で立ち下がるパルス波形となる。又
、気筒識別センサからの気筒識別信号Ｌ２は、例えば、
特定気筒のみの基準位置信号の立ち上がりに対応してレ
ベル「１」を示すパルス波形となる。

尚、回転円板（５）、窓（６）、（７）、及び、固定板
（８）上の各センサは、第１の気筒識別手段を構成して
いる。

（９）はクランク軸（］）に対向配置された別の基準位
置センサてあり、第２の気筒識別手段を構成している。

基準位置センサ（９）は、近接センサ、又は、反射形の
フォトセンサ等からなり、例えば、クランク軸（１）の
１回転毎に気筒群の基準位置信号りを出力するようにな
っている。

（１０）は電子制御装置を構成するマイクロコンピュー
タ（以下、ＥＣ１Ｊという）であり、第１又は第２０気
筒識別手段により識別された気筒順序に従って＃１〜＃
４気筒を点火制御する分配手段を含んでいる。Ｅ　ＣＵ
　（１０）内の分配手段は、基準位置信号Ｌ１及び気筒
識別信号ｌ−２（又は、基準位置信号Ｌ　）と、図示し
ない各種センサからの運転条件信号とに基づいて、各気
筒の燃料制御及び点火制御等を行うようになっている。

（１１）はＥ　ＣＵ　（１０）内の分配手段により駆動
されるエミッタ接地のパワートランジスタ、（１２）は
−次コイルがパワーｊ・ランジスタ（１１）のコレクタ
に接続された点火コイル、（１３）は点火コイル（１２
）の二次コイルに接続された点火プラグであり、これら
は＃１〜＃４の各気筒に対応して設けられている。

次に、第４図のタイミングチャート図を参照しながら、
第３図に示した従来の内燃機関点火制御装置の動作につ
いて説明する。

クランク軸（１）と連動するカム軸（２）により回転信
号発生器の回転円板（５）が回転すると、基準位置セン
サからは窓（６）に対応した基準位置信号Ｌ１が出力さ
れ、気筒識別センサからは窓（７）に対応した気筒識別
信号Ｌ２が出力される。

通常、５ＧＴ（クランク角基準信号）と呼ばれる基準位
置信号Ｌ１は、＃１〜＃４の各気筒毎の第１の基準位置
Ｂ７５°で立ち上がり、第２の基準位置Ｂ５°で立ち下
がる。第１の基準位置Ｂ７５°は、各気筒毎のクランク
角度０’（Ｔ　Ｄ　Ｃ−上死点）から７５°手前の位置
を示し、制御基準及びイニシャル通電角度に相当する。

又、立ち下がり基準位置Ｂ５゜（Ｔ　Ｄ　Ｃから５°手
前の位置）は、クランキング時のイニシャル点火角度に
相当する。

又、ＳＧＣと呼ばれる気筒識別信号り、は、特定気筒（
例えば、＃１気筒）の基準位置信号Ｌ１の発生時のみに
対応して出力される。

こうして得られた基準位置信号ＬＩ及び気筒識別信号Ｌ
２は、運転条件信号と共にＥ　ＣＵ　（１０）に入力さ
れる。Ｅ　ＣｔＪ　（１０）は、識別された各気筒に点
火制御信号を分配し、周知のように、＃１気筒、＃３気
筒、＃４気筒、＃２気筒の順にパワートランジスタ（１
１）をオンさせて点火コイル（１２）を駆動し、点火プ
ラグ（１３）に火花、を発生させる。

即ち、パワートランジスタ（］１）をオンさせて、点火
コイル（１２）の−次コイル電流を所要時間だけ通電し
た後、パワー１〜ランジスタ（１１）を遮断する。

これにより、点火コイル（１２）の二次コイル側が励磁
されて点火プラグ（１３）のギャップ間て放電が発生す
る。ここで、点火コイル（１２）に印加される電源電圧
は、負の高電圧であるが、点火プラグ（１３）の放電が
行われた後は遮断される。

一方、起動初期においては、気筒識別信号Ｌ２が正確に
得られないので、Ｅ　ＣＵ　（１０）内の分配手段は、
基準位置センサ（９）からの基準位１信９’Ｌに基づい
て、＃１気筒及び＃４気筒（又は、＃３気筒及び＃２気
筒）の同時点火制御を行う。このとき、＃１気筒及び＃
４気筒は、互いにクランク軸（１）の１回転（３６０°
）分だけ位相がずれており、方が圧縮行程のとき他方が
排気行程にあり、排気行程にある気筒を点火制御しても
爆発が起こらないので特に支障はない。又、基準位置信
号りは、圧縮行程又は排気行程にある２つの気筒の基準
位置に対応しているので、Ｅ　ＣＵ　（１０）は、基準
位置信号Ｉ−に基づいて、＃１気筒及び＃４気筒（又は
、＃３気筒及び＃２気筒）を同時に点火制御することが
できる。

この同時点火制御は、所定時間又は所定回転数だけ行わ
れ、気筒識別が確定した後は、Ｘ型位置信号Ｌ１及び気
筒識別信号Ｌ２に基づいてシーケンシャルな点火制御が
行われる。

しかし、通常運転中に固定板（８）上のセンサからの各
信号し、又はＬ　２が断線又は短絡などでフェイルした
場合は、気筒識別が全くできなくなり、信頼性の高い点
火制御を行うことが困難になる。

特に、排気行程中の気筒や吸入行程中の気筒に対して点
火制御を行うと、エンスｌ〜や異常爆発などの重大な事
故を招くおそれがある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関点火制御装置は以上のように、同時点火
制御を行っているときには気筒識別を行うことがてきず
、又、通常運転中に基準位置信号Ｌ１又は気筒識別信号
Ｌ２がフェイルしてもこれを検出することができないの
で、安全性及び信頼性を向上させることがてきないとい
う問題点があった。

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、安全性及び信頼性の高い内燃機関点火制御装
置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関点火制御装置は、気筒毎の点火
プラグ間に発生するイオン電流を検出するイオン電流検
出器と、点火制御された気筒及び点火制御されない気筒
に関するイオン電流の論理和信号に基づいて気筒を識別
する第３の気筒識別手段とを設けたものである。

［作用］ この発明による内燃機関点火制御装置においては、起動
初期及びセンサフェイル時に同時点火制御を行うと共に
、点火制御された気筒及び点火制御されない気筒に関す
るイオン電流の論理和信号に基づいて気筒を識別し、こ
の識別結果に基づいて各気筒を所定順序で点火制御する
。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による内燃機関点火制御装置を
示す構成図であり、（１）〜（１３）は前述と同様のも
のである。

この場合、Ｅ　ＣＵ　（１０）はプログラムの一部が変
更されており、基準位置センサ（９）はＥ　ＣＵ　（１
０）内のプログラムと共同して圧縮行程又は排気行程に
ある気筒を識別するようになっている。

（１５）は点火コイル（１２）と点火プラグ（１３）と
の間に挿入された逆流防止用のダイオード、（１６）は
点火プラグ（１３）の一端にアンードが接続された８逆
流防止用のダイオードである。

（２０）はダイオード（１６）のカソードとＥＣＵ（１
，０）との間に挿入されたイオン電流検出器であり、ダ
イオードク１６）のカソードに接続された負荷抵抗器（
２２〉と、負荷抵抗器（２２）に直列接続された陽極接
地の直流電源り２３）と、負荷抵抗器（２２）及び直流
電源（２３）からなる直列回路に並列接続された分圧抵
抗器（２４）及び（２５）と、負荷抵抗器（２２）及び
分圧抵抗器（２４）の接続点に挿入されたコンデンサ（
２６）と、分圧抵抗器（２４）及び（２５）の接続点が
比較入力端子（−）に接続され且つ出力端子がＥ　ＣＵ
　（１０）に接続された比較器（２７）と、電源及びグ
ランド間に直列接続されて中間接続点から比較器（２７
）の基準入力端子（＋）にスレッショルドＴ　Ｉ−（を
入力する分圧抵抗器（２８）及び（２９）とを備えてい
る。

ダイオード（１６）及びイオン電流検出器（２０）は、
点火制御された気筒及び点火制御されない気筒に関する
イオン電流Ｉの論理相信号Ｃに基づいて気筒を識別する
第３の気筒識別手段を構成している。

この場合、２つの比較器（２７）のうちの一方は、＃１
気筒及び＃３気筒に関するイオン電流Ｉの論理和信号Ｃ
を出力し、他方の比較器（２７）は、＃４気筒及び＃２
気筒に関するイオン電流■の論理和信号Ｃを出力するよ
うになっている。

又、Ｅ　ＣＵ　（１０）内の分配手段は、基準位置信号
Ｌ１及び気筒識別信号Ｌ２に基づいて、又は、論理和信
号Ｃ及び基準位置信号りに基づいて、所定の気筒順序に
従って各気筒を制御するようになっている。

次に、第２図のタイミングチャート図を参照しながら、
この発明の一実施例の動作について説明する。尚、同時
点火制御時の点火順序は、第４図のタイミングチャート
図に示した通りである。

まず、初期状態においては、基準位置信号Ｌ１及び気筒
識別信号Ｌ２による気筒識別が確定していないため、基
準位置信号り及び比較器出力信号Ｃ（イオン電流■の検
出結果）に基づいて、気筒を識別する０例えば、基準位
１信号りに基づいて＃１気筒及び＃４気筒を識別し、点
火制御直後のイオン電流Ｉの有無に基づいて燃焼された
気筒を識別する。

このとき、基準位置センサ〈９）により、クランク軸（
１）の半回転（１８０°）毎及び１回転（３６０°）毎
の基準位置信号りが得られるので、Ｅ　ＣＵ　（１０）
は、基準位置信号りに基づいて圧縮行程及び排気行程に
ある気筒群を識別し、位相が１８０°異なる２つの気筒
（例えば、＃１気筒及び＃４気筒）を同時に点火制御す
ることができる。

＃１気筒及び＃４気筒の点火プラグ（１３）で放電が行
われ、点火プラグ（１３）の周辺で爆発（燃焼）が起こ
ると、直後に、点火プラグ（１３）のギャップ間に多量
の陽イオンが発生ずる。この陽イオンは、イオン電流工
となり、点火プラグ（１３）のギャップ間から、直流電
源（２３）の負電圧に引かれて、ダイオード（１６）及
び負荷抵抗器（２２）を介して流れる。

このイオン電流Ｉは、負荷抵抗器（２２）の両端間の電
圧となり、更に、分圧抵抗器（２４）及び（２５）によ
り電圧Ｖに変換される。そして、＃１気筒及び＃４気筒
に関するイオン電流Ｉの論理和を表わす電圧■は、一方
の比較器（２７）の比較入力端子（−）に入力され、＃
３気筒及び＃２気筒に関するイオン電流Ｉの論理和を表
わす電圧■は、他方の比較器（２７）の比較入力端子（
−）に入力される。

同時点火制御により、＃１気筒及び＃４気筒と＃３気筒
及び＃２気筒とが交互に点火制御されても、実際には、
＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の順に燃焼が
行われるので、各気筒のイオン電流Ｉに相当する電圧■
は、第２図のシーケンスで発生する。

この電圧■は、爆発が起これば高い値となり、爆発が起
こらなければ低い値となる。一方、比較器（２７）の基
準入力端子（＋）には、分圧抵抗器（２８）及びり２９
）によって予め適切に設定されたスレッショルドＴ　Ｈ
が入力されている。従って、比較器（２７）は、電圧Ｖ
がスレッショルドＴＨより小さければ出力信号をオフと
し、電圧値ＶがスレッショルドＴ　８以上であれば出力
信号をオンとし、イオン電流Ｉを検出したときのみ論理
和信号Ｃを出力端子から生成してＥ　ＣＵ　（１０）に
入力する。

いま、＃１気筒が圧縮行程にあって、＃１気筒及び＃４
気筒が同時に点火制御されたとすると、一方の比較器（
２７）は、＃１気筒の燃焼により、点火制御の直後に、
イオン電流Ｉに相当する電圧■に基づいて論理和信号Ｃ
を出力する（第２図参照）。

又、＃３気筒が圧縮行程にあって、＃３気筒及び＃２気
筒が同時に点火制御されたとすると、一方の比較器（２
７）は、＃３気筒の燃焼により、点火制御の直後に、イ
オン電流工に相当する電圧■に基づいて論理和信号Ｃを
出力する。

この結果、＃１気筒及び＃４気筒を同時点火制御した直
後に一方の比較器（２７）から論理和信号が得られた場
合には、基準位置信号りが＃１気筒に対応し、＃３気筒
及び＃２気筒を同時点火制御した直後に一方の比較器（
２７）から論理和信号が得られた場合には、基準位置信
号りが＃３気筒に対応していることが分かる。

同様に、第２図に示した論理相信号Ｃの系列パターンの
ように、各比較器（２７）から２パルスずつ交互に生成
され、それぞれが、＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃
２気筒に対応していることが分かる。以下、各気筒の動
作順序が繰り返されるので、基準位置信号Ｉ−が得られ
たときに気筒を識別することができる。

従って、Ｅ　ＣＵ　（１０）は、基準位置信号りとイオ
ン電流Ｉの論理和信号Ｃとに基づいて気筒を識別し、分
配手段は、各気筒の点火コイル（１２）に対し、所定順
序で駆動信号を生成することができる。

又、論理和信号Ｃは常にＥ　ＣＵ　（１０）に入力され
ているので、通常運転中に各気筒の燃焼状態をモニタす
ることができる。従って、回転信号発生器からの基準位
置信号り、又は気筒識別信号り、がフェイルしても、上
述の気筒識別に基づいて所定順序の点火制御を続行する
ことができ、点火制御の信頼性を損なうことはない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、気筒毎の点火プラグ間
に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出器と、
点火制御された気筒及び点火制御されない気筒に関する
イオン電流の論理和信号に基づいて気筒を識別する第３
の気筒識別手段とを艮け、起動初期及びセンサフェイル
時に同時点火制御を行うと共に、点火制御された気筒及
び点火制御されない気筒に関するイオン電流の論理和信
号に基づいて気筒を識別し、この識別結果に基づいて各
気筒を所定順序で点火制御するようにしたので、安全性
及び信頼性の高い内燃機関点火制御装置が得られる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図の動作を説明するだめのタイミングチャー１〜図、
第３図は従来の内燃機関点火制御装置を示す構成図、第
４図は一般的なグループ同時点火動作を示すタイミング
ヂャート図である。 （６，（７）・・・窓（第１の気筒識別手段）（９・・
・基準位置センサ（第２の気筒識別手段）（１０・Ｅ　
ＣＵ　　　　　　（１３）・・・点火プラグ（１６・・
・ダイオード （２０・・・イオン電流検出器 （１６、（２０）・・・第３の気筒識別手段Ｌ１、Ｌ・
・・基準位置信号 Ｌ、・・・気筒識別信号 ■・・・イオン電流 Ｃ・・・論理和信号 尚、 図中、 同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の回転に同期して駆動制御される複数の気筒の
   各基準位置を識別する第１の気筒識別手段と、 前記複数の気筒のうち圧縮行程又は排気行程にある気筒
   を識別する第２の気筒識別手段と、前記第１又は第２の
   気筒識別手段により識別された気筒順序に従って前記各
   気筒を点火制御する分配手段と、 を備えた内燃機関点火制御装置において、 前記気筒毎の点火プラグ間に発生するイオン電流を検出
   するイオン電流検出器と、 点火制御された気筒及び点火制御されない気筒に関する
   前記イオン電流の論理和信号に基づいて気筒を識別する
   第３の気筒識別手段と、 を設け、 前記分配手段は、前記第２及び第３の気筒識別手段を用
   いて前記各気筒を所定順序で点火制御することを特徴と
   する内燃機関点火制御装置。