JPH06207576A - ガソリン機関の失火検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 点火プラグの電極間の電圧変化の検出におい
て、失火時の瞬時ブレークにおいても、ガソリン機関の
失火を確実に検出する。 【構成】 点火プラグの火花放電後に、点火プラグの電
極間の電圧を検出するセンサ５０の尖頭値の通過を尖頭
値通過検出部２１で検出し、その所定時間後にピークホ
ールド回路３５のリセットを解除して、センサ５０の出
力をホールドし、ピークホールド回路３１にホールドさ
れた尖頭値とピークホールド回路３５にホールドされた
電圧値とを比較する。失火時における瞬時ブレークの場
合には、尖頭値通過後の電圧が着火時に比べても著しく
低下するため、失火時における瞬時ブレークを検出でき
る。また、通常の失火時は、電圧の低下が緩やかである
ため、ピークホールド回路３５の電圧を基にして比較回
路３８で判別できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガソリン機関の着火あ
るいは失火の判別を、火花放電終了後に点火プラグの浮
遊静電容量に充電される電荷の電圧の変化に基づいて検
出するガソリン機関の失火検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリン機関では、点火コイルの二次回
路には、火花放電終了後にも起電力が生じ、点火プラグ
の浮遊静電容量には、その起電力に応じた電圧が充電さ
れる。ここで、点火プラグの電極間のイオン密度は、ガ
ソリン機関における着火あるいは失火等の燃焼状態に応
じて異なり、また、着火した場合には、その燃焼状態に
応じて異なる。この結果、火花放電終了後の点火プラグ
の電圧の減衰特性は、着火の有無あるいは燃焼状態に応
じて異なる変化を示す。このため、火花放電終了後の点
火プラグの電圧の変化を検出して、その電圧の減衰特性
に基づいて着火あるいは失火の判別を行うものがある。
この点火プラグの電圧の減衰特性に基づく従来の失火検
出装置では、電圧の減衰特性を検出する方法として、火
花放電終了後の点火プラグのピーク電圧情報を基準値と
して記憶保持（ホールド）し、この基準値に対するその
後の電圧の低下の程度を検出している。ここで、基準値
となるピーク電圧情報は、火花放電終了後に記憶保持す
る必要があるが、火花放電が終了する時点は、点火装置
の点火タイミングに対してガソリン機関の回転速度にほ
ぼ対応した遅れがあるため、点火タイミングから回転速
度に対応した遅れ時間を与えられて作動するピークホー
ルド回路等により、ピーク電圧情報を記憶保持してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ガソリン機関
においては、失火した場合であっても、点火プラグの浮
遊容量に充電された電荷が、プラグギャップ（放電間
隙）を介して瞬時に放電されてしまい、その結果、電極
間の電圧が降下（ブレークダウン）することがある。こ
のような場合、電圧が急激に低下するため、従来の失火
検出装置では、電圧の減衰特性が大きいと判定され、正
しい失火検出を行うことができない。

【０００４】本発明は、ガソリン機関の失火検出装置に
おいて、失火時において、点火プラグの電極間の電圧に
急激な電圧降下が生じた場合であっても、確実に失火検
出を行うことができ、着火あるいは失火の正しい判別を
行うことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、一次電流の断
続によって火花放電用の高電圧を生じる点火コイルの二
次回路に点火プラグを接続した点火装置に、前記点火プ
ラグにおける火花放電終了後の前記点火プラグの放電電
極間の電圧変化を検出する電圧変化検出手段を設け、前
記電圧変化に基づいてガソリン機関の着火あるいは失火
の判別をするガソリン機関の失火検出装置において、前
記電圧変化検出手段は、前記点火コイルの二次回路の電
圧の尖頭値を記憶保持する尖頭値記憶手段と、前記尖頭
値の通過を検出する尖頭値通過検出手段と、この尖頭値
通過検出手段により前記尖頭値の通過を検出した所定時
間後の前記点火プラグの前記放電電極間の電圧情報を記
憶保持する電圧値記憶手段と、前記尖頭値記憶手段に記
憶保持された前記尖頭値と前記電圧値記憶手段に記憶さ
れた電圧値とを比較する第１の電圧比較手段と、前記電
圧値記憶手段に記憶保持された前記電圧値に基づいて設
定される前記電圧変化の検出のための基準値とその後の
前記放電電極間の電圧情報とを比較する第２の電圧比較
手段とを備えたことを技術的手段とする。

【０００６】

【作用】本発明では、点火プラグの放電電極間の電圧の
変化を検出する電圧変化検出手段は、火花放電終了後
に、点火コイルの二次回路の電圧の尖頭値を尖頭値記憶
手段によって記憶保持し、また、尖頭値通過検出手段に
よって尖頭値が通過したか否かを判別する。さらに、電
圧の尖頭値の通過が検出された所定時間後に、点火プラ
グの放電電極間の電圧情報を電圧値記憶手段に記憶保持
する。ここで、一般に、火花放電後の放電電極間の電圧
は、一旦上昇して尖頭値を示し、その後低下し、その低
下の速さは、着火時に速く、失火時に緩やかになるた
め、尖頭値が通過した所定時間後以降の電圧が、記憶さ
れた電圧情報に基づいて設定される基準値（例えば、こ
の電圧情報に対する所定の割合）以下に低下するとき
が、第２の電圧比較手段において検出されれば、それま
でに要する経過時間に基づいて、着火あるいは失火の判
別を行うことができる。一方、火花放電後の放電電極間
の電圧は、失火時であっても、尖頭値の通過後に、急激
に低下する場合がある。この場合、急激に低下した電圧
は、着火時の電圧に対しても低いため、第１の電圧比較
手段において、尖頭値通過検出後に記憶される電圧を、
尖頭値と比較することによって、失火時における急激な
電圧の低下（ブレークダウン）として、検出することが
できる。従って、本発明においては、第２の電圧比較手
段の比較結果に基づいて着火と失火の判別を行うことが
でき、さらに、点火プラグの電極間の電圧が急激な電圧
の低下をした場合の失火を、第１の電圧比較手段の比較
結果に基づいて検出することができる。

【０００７】

【発明の効果】本発明では、火花放電終了後に点火プラ
グの放電電極間に現れる電圧の尖頭値を記憶保持し、さ
らに、その通過を検出した所定時間後の電圧を記憶保持
して、この電圧を尖頭値と比較することによって、ガソ
リン機関の失火時に電圧が急激に低下した場合において
も、その失火を確実に検出することができる。また、尖
頭値が通過した後の電圧を記憶して、その後の電圧の低
下の特性に基づいて着火と失火の判別を行うため、通常
の着火あるいは失火の判別も正確に行うことができる。
従って、点火プラグの電圧の変化が正常でない場合であ
っても、ガソリン機関の着火、失火の判別を正確に検出
することができる。

【０００８】

【実施例】次に本発明を図に示す実施例に基づいて説明
する。図１は、本発明のガソリン機関の失火検出装置の
一実施例を示すもので、点火装置１０、燃焼状態検出回
路２０およびセンサ５０からなり、着火あるいは失火の
判別および燃焼状態の検出を行う。点火装置１０におい
て、１は点火コイル、２は配電器、３は気筒数の点火プ
ラグ、４１はスイッチング素子のトランジスタ、４２は
シグナルジェネレータ、Ｖは車載電源である。

【０００９】各点火プラグ３の電極間の電圧を検出する
ためのセンサ５０は、配電器２と各点火プラグ３とを接
続する各プラグコードの絶縁被覆を誘電体として、各プ
ラグコードの中心の導体に対応して設けられた導体との
間の静電容量によりそれぞれ形成されたセンサ用コンデ
ンサ５１と、各センサ用コンデンサ５１と直列接続され
て点火プラグ３の電極間の電圧を分圧するための分圧回
路を形成するためのコンデンサ５２と、コンデンサ５２
の放電用にコンデンサ５２に並列に接続されて設けられ
た抵抗器５３とからなる。

【００１０】ここで、各コンデンサ５１は、その静電容
量が例えば１ｐＦのものであり、コンデンサ５２は、そ
の静電容量が３０００ｐＦとなっており、これらのコン
デンサ５１、５２からなる分圧回路により、点火プラグ
３の電極間電圧が１／３０００に分圧され、最高３万ボ
ルトの高電圧が、１０ボルトオーダーに変換される。ま
た、抵抗器５３は、３Ｍオームの抵抗値を有し、これに
よってコンデンサ５２の放電回路の時定数が９ｍｓ（ミ
リ秒）に設定されている。

【００１１】センサ５０の後段に設けられた燃焼状態検
出回路２０は、図２に示すとおり、尖頭値通過検出部２
１と、電圧変化検出部２２と、燃焼状態検出部２３とか
らなる。尖頭値通過検出部２１は、点火タイミング信号
に応じて決められた時期に、センサ５０の出力をピーク
ホールドし、センサ５０の出力がピークホールドされた
値に対して所定値だけ小さくなったときをセンサ５０の
出力の尖頭値が通過した時点と判別する。

【００１２】具体的には、ピークホールド回路３１と、
シグナルジェネレータ４２からの点火タイミング信号に
応じてリセット信号を発し、その５０μｓ（マイクロ
秒）経過後にピークホールド回路３１のリセットを解除
させるリセット回路３２と、リセット回路３２のリセッ
ト解除後にピークホールド回路３１にホールドされた電
圧を分圧（例えば、９／１０）する分圧回路３３と、セ
ンサ５０の出力を分圧回路３３の出力と比較して、セン
サ５０の出力が分圧回路３３の出力より小さくなったと
きを、センサ５０の出力の尖頭値が通過したと判別する
ための比較回路３４とからなる。

【００１３】電圧変化検出部２２は、尖頭値通過検出部
２１においてセンサ５０の出力の尖頭値が通過したこと
が検出された所定時間後に、センサ５０の出力を基準電
圧（基準値）を設定するための電圧情報としてピークホ
ールドし、センサ５０の出力がピークホールドされた電
圧情報に対して所定の割合まで小さくなるときを検出
し、センサ５０の出力の減衰速度の情報とする。また、
着火あるいは失火の判別が正しく行われるようにするた
めに、失火時におけるセンサ５０の出力のブレークダウ
ンを検出して、センサ５０の出力の減衰速度の情報の補
助情報とする。

【００１４】具体的には、センサ５０の出力をピークホ
ールドするピークホールド回路３５と、シグナルジェネ
レータ４２からの点火タイミング信号に応じてピークホ
ールド回路３５のリセット信号を発し、上記の尖頭値通
過検出部２１においてセンサ５０の出力の尖頭値が通過
したことが検出された時にピークホールド回路３５のリ
セットを解除するリセット回路３６と、リセット回路３
６のリセットが解除されてからピークホールド回路３５
にホールドされた電圧を分圧（例えば、２／３）して燃
焼状態の検出のための基準電圧とする分圧回路３７と、
センサ５０の出力を分圧回路３７の出力である基準電圧
と比較して、センサ５０の出力が分圧回路３７の出力よ
り小さくなったときを、センサ５０の出力が所定の低下
をしたときと判別するための比較回路３８と、上記の比
較回路３４の出力信号に応じて上記の尖頭値通過検出部
２１においてセンサ５０の出力の尖頭値が通過したこと
が検出された後に、一定時間（例えば、３〜４ｍｓ）の
間だけピークホールド回路３１と次に説明する分圧回路
４０との接続回路を開き、ピークホールド回路３１にホ
ールドされている電圧の分圧回路４０への伝送を停止す
るスイッチ回路３９と、ピークホールド回路３５にホー
ルドされた電圧を分圧回路４０に分圧された電圧と比較
する比較回路４１と、比較回路３８と比較回路４１の論
理和を出力するオア回路４２とからなる。

【００１５】比較回路３８は、センサ５０の検出電圧
が、ピークホールド回路３５に記憶された電圧情報に応
じて分圧回路３７で分圧された基準電圧（図３の破線
ｆ）より低くなるか否かを判別し、センサ５０の検出電
圧が基準電圧より高い間だけ、その旨を示す信号（例え
ば、ハイレベル信号）を送出する。また、比較回路４１
は、ピークホールド回路３１にホールドされた放電時間
終了後の尖頭値ｂを分圧回路４０によって分圧した電圧
Ｖ１と、尖頭値ｂを含む尖形波形の通過直後にピークホ
ールド回路３５にホールドされた電圧Ｖ２とを比較し、
ブレークダウンによって、電圧Ｖ２が電圧Ｖ１より低く
なるときに、失火を示す情報となる信号を送出する。こ
こでは、後述する燃焼状態検出回路２３で検出される信
号において、ハイレベル信号の持続時間が長い場合を失
火として判別し、短い場合を着火として判別する。この
ため、ブレークダウンにおける失火時に、比較回路４１
から失火を示す長い時間持続するハイレベル信号が送出
されるようにするために、分圧回路４０には、ホールド
された尖頭値ｂの電圧によって充電されるコンデンサ４
０ａが設けられていて、ブレークダウン時に、電圧Ｖ１
が電圧Ｖ２より高い時間が一定時間以上持続するように
してある。

【００１６】この電圧変化検出部２２において、ピーク
ホールド回路３５によってセンサ５０の電圧がホールド
されるタイミングとなる尖頭値の通過後の所定時間Ｔ０
の設定は、本実施例では、リセット回路３６によりリセ
ット解除信号がピークホールド回路３５に与えられてか
らピークホールド回路３５がピークホールド動作を行う
までに要する時定数によって、例えば１０μｓ（マイク
ロ秒）が設定されている。この結果、所定時間Ｔ０を計
時するための計時回路を別途設ける必要がないため、回
路構成が簡単になり、安価な装置とすることができる。
なお、この所定時間Ｔ０は、センサ５０に検出される点
火コイル１の二次回路の電圧に、点火コイル１による誘
導ノイズが重畳された場合に、そのノイズが消滅するの
に要する時間であって、点火コイル１のノイズの持続特
性に基づいて設定されたものである。

【００１７】燃焼状態検出部２３は、尖頭値が通過した
ことが検出された後に、センサ５０の出力が所定の割合
まで低下するまでの時間、すなわちオア回路４２の出力
として現れる信号をマイクロコンピュータにより検出
し、その所要時間に応じて、ガソリン機関の各気筒にお
ける着火、失火の判別と、着火時における燃焼状態の検
出を行い、その結果を、例えば、空燃比制御、燃料噴射
制御等のガソリン機関の制御において利用する。

【００１８】次に、以上の構成からなる本実施例の燃焼
状態検出装置の作用を、ガソリン機関の作動と合わせ
て、図３を参考に説明する。シグナルジェネレータ４２
の点火タイミング信号によりトランジスタ４１がオン、
オフすると、点火コイル１の一次回路には、パルス電流
が流れる。このパルス電流の断続により、点火コイル１
の二次コイルには、二次電圧が生じ、点火プラグ３で
は、パルス電流の終了時点で発生した高電圧ａにより火
花放電が開始し、続いて誘導放電が起こり、この火花放
電は、ガソリン機関の回転速度に応じた時間だけ持続
し、点火コイル１の電気エネルギーの低減とともに終了
する。

【００１９】火花放電終了後、点火コイル１に残存する
電気エネルギーにより、二次電圧は昇圧し始め、ガソリ
ン機関の回転速度に応じた高電圧（低速運転では２〜３
キロボルト、高速運転では５〜８キロボルト）の尖頭値
ｂまで昇圧したのちに降圧する。この火花放電終了後の
二次電圧は、点火プラグ３の放電電極間の静電容量（通
常１０〜２０ｐＦ）に充電された電荷を示し、尖頭値ｂ
を含む尖形波形が通過した後の二次電圧波形は、正常に
着火した場合には、実線ｃに示すとおり速やかに低下
し、失火の場合には、実線ｄに示すとおり、着火の場合
に比べて緩やかに低下する。また、着火した場合におい
ては、燃焼によって点火プラグ３の放電電極間に生じた
イオン密度に応じて、点火プラグ３の充電電荷の放電状
態に差が生じ、空燃比がリーンの状態で着火した場合等
には、正常着火の場合と比べて遅く低下する。

【００２０】一方、以上のとおり変化する二次電圧に基
づいて燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置２０では、
シグナルジェネレータ４２からの点火タイミング信号に
応じて、リセット回路３２がピークホールド回路３１の
リセットを開始するとともに、リセット回路３６がピー
クホールド回路３５のリセットを開始する。この結果、
ピークホールド回路３１は、火花放電終了後の尖形波形
の尖頭値ｂの電圧をピークホールドし、センサ５０の検
出電圧が尖頭値ｂの９／１０の電圧まで下がると比較回
路３４からリセット回路３６へピークホールド回路３５
のリセットを解除するための信号が送出される。またこ
のとき、スイッチ回路３９は、比較回路３４の出力に応
じてピークホールド回路３１と分圧回路４０との接続回
路を開き、ピークホールド回路３１にホールドされた尖
頭値ｂの電圧が分圧回路４０へ伝送されないようにす
る。

【００２１】リセット回路３６は、比較回路３４のリセ
ット解除信号に応じてピークホールド回路３５のリセッ
トを解除し、ピークホールド回路３５は、リセット解除
信号を受けて、ピークホールドの動作の時定数によって
所定時間Ｔ０（例えば１０マイクロ秒）だけ遅れてセン
サ５０の検出電圧をホールドする。この結果、ピークホ
ールド回路３５は、火花放電終了後の尖頭値ｂを含む尖
形波形が通過した直後のセンサ５０の検出電圧を、燃焼
状態の検出あるいは失火の検出をするための基準電圧を
設定するための電圧情報としてホールドする。

【００２２】比較回路３８および比較回路４１では、セ
ンサ５０の検出電圧が各分圧回路３７、４０の出力と比
較され、その比較結果に応じた信号を送出する。比較回
路３８および比較回路４１の後段には、オア回路４２が
設けられているため、着火時には、電圧変化検出部２２
から燃焼状態検出回路２３へ比較的短い時間だけ持続す
るハイレベル信号が送出され、失火時には、通常の失火
の場合には比較回路３８により、ブレークダウンにおけ
る失火の場合には比較回路４１により、それぞれ長い時
間持続するハイレベル信号が電圧変化検出部２２から燃
焼状態検出回路２３へ送出される。

【００２３】燃焼状態検出回路２３では、電圧変化検出
部２２のオア回路４２から送出される信号の継続時間を
検出し、その継続時間から、着火あるいは失火の判別
と、着火における燃焼状態の判別を行う。以上のとお
り、本発明では、火花放電終了後の尖頭値を含む尖形波
形の通過を検出した直後に、電圧をホールドして、それ
を尖頭値と比較することによって失火時のブレークダウ
ンを検出することができるため、失火の検出を正確に行
うことができる。また、本実施例では、火花放電終了後
に点火プラグ３の静電容量による電極間の電圧に基づい
て燃焼状態の検出を行うものにおいて、電極間の電圧を
検出するセンサ５０に検出される電圧のうち、点火コイ
ル１の誘導電圧によるノイズが含まれる可能性がある時
間が通過した直後に、燃焼状態を検出するための基準電
圧を設定するための電圧をホールド（記憶保持）するた
め、正確な燃焼状態の検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の失火検出装置が適用された点火装置を
示す回路図である。

【図２】本発明の失火検出装置を有する燃焼状態検出装
置の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施例の燃焼状態検出装置の作用を説
明するためのタイムチャートである。

【符号の説明】

１ 点火コイル ３ 点火プラグ １０ 点火装置 ２０ 燃焼状態検出回路（ガソリン機関の燃焼状態検出
装置） ２１ 尖頭値通過検出部（尖頭値通過検出手段） ２２ 電圧変化検出部（電圧変化検出手段） ３１ ピークホールド回路（尖頭値記憶手段） ３５ ピークホールド回路（電圧値記憶手段） ３８ 比較回路（第１の電圧比較手段） ４１ 比較回路（第２の電圧比較手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次電流の断続によって火花放電用の高
   電圧を生じる点火コイルの二次回路に点火プラグを接続
   した点火装置に、前記点火プラグにおける火花放電終了
   後の前記点火プラグの放電電極間の電圧変化を検出する
   電圧変化検出手段を設け、前記電圧変化に基づいてガソ
   リン機関の着火あるいは失火の判別をするガソリン機関
   の失火検出装置において、 前記電圧変化検出手段は、 前記点火コイルの二次回路の電圧の尖頭値を記憶保持す
   る尖頭値記憶手段と、 前記尖頭値の通過を検出する尖頭値通過検出手段と、 この尖頭値通過検出手段により前記尖頭値の通過を検出
   した所定時間後の前記点火プラグの前記放電電極間の電
   圧情報を記憶保持する電圧値記憶手段と、 前記尖頭値記憶手段に記憶保持された前記尖頭値と前記
   電圧値記憶手段に記憶された電圧値とを比較する第１の
   電圧比較手段と、 前記電圧値記憶手段に記憶保持された前記電圧値に基づ
   いて設定される前記電圧変化の検出のための基準値とそ
   の後の前記放電電極間の電圧情報とを比較する第２の電
   圧比較手段とを備えたことを特徴とするガソリン機関の
   失火検出装置。