JPH0783155A

JPH0783155A - ガソリン機関の失火検出装置

Info

Publication number: JPH0783155A
Application number: JP23129193A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Miyata; 繁宮田; Kanehisa Kitsukawa; 兼久橘川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】装着、メンテナンスが容易な構成で、正確に
スパークプラグの失火が検出できる失火検出装置の提
供。【構成】火花放電後にスパークプラグの静電浮遊容量
に充電される二次電圧を検出するための静電容量分圧器
５と、分圧波形を検出する二次電圧検出回路６と、二次
電圧波形の減衰特性により失火の有無を判別する判別回
路とからなり、二次電圧の減衰特性を検出して、失火を
検出するガソリン機関の失火検出装置において、二次電
圧検出回路６は、分圧器５の放電回路５４と、逆流防止
用ダイオードＤ１を介して出力端子が分圧器５に接続さ
れ、反転入力端子が分圧器５に接続されたコンパレータ
５７からなり分圧電圧を零点に戻す零点調整回路５６
と、放電回路５４および零点調整回路５６とを介して分
圧器５の出力を入力する演算増幅器５３を備える。

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、着火ミス（失火）を検出するための失火検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンの排気ガスの浄化および
燃費向上の要求から、機関の各気筒毎に着火状態を検出
し、全ての気筒の失火防止対策ができる装置が要請され
ている。また失火検出装置として、従来よりシリンダー
ブロックに穴を開け燃焼光センサを装着したり、スパー
クプラグに気筒内圧力センサを取り付けたり、点火回路
のイオン電流を測定する方法が公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに上記従来の方
法においては、センサの装着が面倒であったり、イオン
電流を検出するために高圧ダイオードが必要であったり
し、車両の全ての気筒に装着すると装着コストが増大
し、メンテナンスに手間がかかるなどの欠点があった。
この発明の目的は、装着、メンテナンスが容易な構成
で、正確にスパークプラグの失火が検出できる失火検出
装置の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の失火検出装置
は、点火回路の二次回路に発生した二次電圧を検出する
ための静電容量分圧器と、分圧された二次電圧波形を検
出する二次電圧検出回路と、前記二次電圧波形の減衰特
性により失火の有無を判別する判別回路とからなり、火
花放電後にスパークプラグの静電浮遊容量に充電される
二次電圧の減衰特性を検出し、該減衰特性から気筒内の
失火を検出するガソリン機関の失火検出装置において、
前記二次電圧検出回路は、前記分圧器の分圧電圧を放電
する放電回路と、零点を越えて逆極性に振れた前記分圧
電圧を零点に戻す零点調整回路と、前記分圧器の分圧
を、前記放電回路および前記零点調整回路を介して入力
とする演算増幅器とからなるインターフェースを備え、
前記零点調整回路は、逆流防止用ダイオードを介して出
力端子が前記分圧器に接続され、反転入力端子が前記分
圧器に接続された電圧比較回路からなることを特徴とす
る。

【０００５】

【発明の効果】この発明は、燃焼光センサ、圧力セン
サ、高圧ダイオードは不要であり、構成が簡潔でエンジ
ンへの装着性に優れ、実用性の高い失火検出装置が得ら
れる。また、分圧器の分圧電圧を、演算増幅器の零点に
近接できるので、失火検出の精度が高くなる。さらに、
零点調整回路は、電圧比較回路により構成されるので、
分圧器の分圧電圧が逆極性に振れた場合に速やかに零点
に近接することができる。従って、分圧器に大きな分圧
比を設定した場合に、電圧波形の逆極性への振れが大き
くなっても、その影響を受けることなく、精度良く失火
を検出することができる。

【０００６】

【発明の概要】ガソリン機関では、１回の火花放電タイ
ミングのうち、容量放電による１５キロボルト〜３５キ
ロボルト程度の高電圧に続いて、誘導放電による数キロ
ボルト程度の火花放電が生じる。この発明では、この火
花放電終了後に、スパークプラグの浮遊静電容量に充電
される二次電圧（失火検出用二次電圧）の減衰特性を解
析して、減衰が早いときは正常燃焼、遅いときは失火と
判別する。

【０００７】失火検出用二次電圧のスパークプラグの浮
遊静電容量への充電は、機関の高速回転時には、火花放
電終了後に点火コイルに残っている電気エネルギーによ
り十分に行われる。機関の低速回転時、電源電圧の低下
時など点火コイルに残存する電気エネルギーが小さいと
きは、火花放電の誘導放電期間の途中または終了後に、
点火コイルの一次回路に一次電流を短時間流しても良
い。この再通電の遮断時に二次電圧は再び昇圧して、ス
パークプラグの静電浮遊容量に数キロボルトの失火検出
用二次電圧が充電できる。なお、この際、再通電時間の
調節により再昇圧二次電圧のレベルが、配電器のロータ
ーギャップなどシリーズギャップの絶縁破壊が可能な大
きさ（５〜７キロボルト）となるようにコントロールす
る。

【０００８】このスパークプラグの静電浮遊容量に充電
された数キロボルトの失火検出用二次電圧の放電時間
（減衰特性）は、スパークプラグの火花放電間隙に、燃
焼により生成したイオンの有無によって異なる。よっ
て、スパークプラグの電極間の電圧波形の減衰特性を、
予め失火、正常着火につき測定してデータとして記憶
し、実際の減衰特性と比較することにより失火が検出で
きる。すなわち、失火時はスパークプラグの電極間にイ
オンが存在せず、充電電荷がイオンを通じて放電されに
くいため、失火検出用二次電圧は正常着火の時より遅く
減衰する。よって、この減衰時間が、正常着火より長い
ことで失火の検出ができる。

【０００９】この失火検出用二次電圧の検出には、点火
回路の二次回路との間に微小な静電容量を生じる二次電
圧センサと、該二次電圧センサより十分大きい静電容量
を有するコンデンサとからなる静電容量分圧器を使用す
るのが便利である。この静電容量分圧器を用いたとき、
放電回路があったほうが望ましい。

【００１０】この分圧器の分圧比を小さくすると、二次
電圧波形の変化の縮小度合いも小さくなるため、失火検
出用二次電圧が低レベル（従って二次電圧波形の変化度
合いも小さい）のときの検出精度を高くできる。すなわ
ち、失火検出用二次電圧が数キロボルトのときは、たと
えば分圧比を１／１０００として数ボルト程度に分圧で
きることが二次電圧検出回路の演算増幅器の入力として
望ましい。また失火検出用二次電圧が１キロボルト程度
の低レベルのときは、分圧比を１／５００程度とすれば
０〜２ボルトの間の二次電圧波形減衰特性を検出するこ
とになる。二次電圧波形減衰特性の検出精度を高くする
には、少なくとも１ボルト以上の二次電圧波形が必要で
あり、これが数百ミリボルト以下となると正確な二次電
圧の減衰特性の検出が困難になる。しかるに、分圧比が
小さいと容量放電時の高電圧の分圧が入力したとき、演
算増幅器が過大電圧で破損する恐れが生じる。このた
め、過大電圧から演算増幅器を保護するために、分圧器
の分圧比を大きくする必要がある。この場合、大きな分
圧比によって縮尺度合いが大きくなり、検出用の二次電
圧レベルが低くなり、また、逆極性への振れが生じて
も、本発明においては、零点への調整を速やかに行うこ
とができるため、分圧器の分圧比が大きくなっても失火
検出の精度を良くすることができる。

【００１１】

【実施例】図１は、点火コイル１、配電器２、スパーク
プラグ３を備えた内燃機関の点火装置を示す。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。配電器２のロー
ターギャップ２１とスパークプラグ３の火花放電間隙３
１との間の二次回路１２には、分圧器５と、二次電圧検
出回路６と、失火判別回路７とからなる失火判別装置１
００が接続されている。この実施例では、一次電流断続
手段４がスパークプラグの浮遊静電容量に充電する失火
検出用二次電圧発生手段となっている。

【００１２】一次電流断続手段４は、スイッチング素子
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。分圧器５は、点火
コイル１の二次回路１２に近接して配された二次電圧セ
ンサ５１と、該二次電圧センサ５１とアースとの間に接
続したコンデンサ５２とを有する。

【００１３】この実施例では、二次電圧センサ５１は二
次回路１２の高電圧リードとの間に５ｐＦ（ピコファラ
ッド）静電容量を生じるよう配設された導電体からな
り、コンデンサ５２は２５００〜５０００ｐＦの静電容
量のものである。このため、分圧器５は、二次回路１２
に生じた二次電圧を１／５００〜１／１０００に分圧す
る。分圧比が１／１０００の場合、最高３５キロボルト
の容量放電による二次電圧は３５ボルトとなり、数キロ
ボルトの失火検出用二次電圧は数ボルトとなって二次電
圧検出回路６に入力する。

【００１４】この発明のように静電容量比による分圧器
５を用いると、分圧電圧が分圧器５に充電されるため、
コンデンサ５２に充電された電荷を、つぎの点火タイミ
ングまでに所定の時定数で放電させる放電回路を設ける
ことが望ましい。

【００１５】この実施例では、分圧比を１／１０００と
して図２に示すように分圧器５とアースとの間に１．２
メガオーム（ＭΩ）の抵抗Ｒ1 を有する前記放電回路５
４とし、分圧器５の放電時定数を６ｍｓ（ミリ秒）に設
定している。なお、失火検出用二次電圧の減衰時間は、
正常燃焼時において最大２ｍｓとなり、失火時はそれに
比較して十分長い。よって、失火の判別を確実に行うた
めには上記放電時定数は、減衰時間２ｍｓを余裕をもっ
て含む必要があるため、あまり短く設定できない。

【００１６】インターフェース５０は、演算増幅器５３
と、前記分圧器５の出力端子と演算増幅器５３の入力端
子との間に設けられた放電回路５４と、演算増幅器５３
の入力端子と前記分圧器５との間に設けた零点調整回路
５６とからなる。上記分圧比は、失火検出精度の向上の
観点から小さいことが望ましいが１／５００より小さく
する必要はない。また１／３０００であると失火検出精
度が低下しはじめる。よって１／５００〜１／３０００
の範囲、望ましくは１／５００〜１／１０００の範囲に
設定する。

【００１７】失火時にスパークプラグ３の浮遊静電容量
に蓄積された電荷が減衰せず、排気行程の後半で放電し
たような場合、二次電圧波形は図３の（イ）に示す如
く、たとえば失火検出用二次電圧が５ｍｓと長く持続す
る。この場合、分圧器５の出力電圧は、図３の（ロ）に
示す如く、前記放電回路５４による放電で電圧が降下す
る。この状態で（イ）に示す如く二次回路の失火検出用
二次電圧が０ボルトに降圧すると、分圧電圧に二次電圧
波形は（ロ）に示す如く、基準値が零点より逆極性（マ
イナス側）に大きく沈む。このため、つぎの点火タイミ
ングにおける二次電圧波形は、零点から大きく逆極性に
沈んだ位置からもどすため、零点を基準とする演算増幅
器５３では二次電圧波形の検出が困難となる。

【００１８】このため、この発明では、分圧器５の零点
調整回路（コンデンサ５２に充電する）５６を設けてい
る。この零点調整回路５６は、単一電源において非反転
入力端子が接地されたコンパレータ５７による電圧比較
回路と、コンパレータ５７の出力端子にアノード側が直
列接続された逆流防止用ダイオードＤ１とからなり、コ
ンパレータ５７の反転入力端子および逆流防止用ダイオ
ードＤ１のカソードがともに分圧器５の出力に接続され
ている。なお、コンパレータ５７は出力端子が抵抗器Ｒ
２を介して電源と接続されたオープンコレクタの専用の
コンパレータＩＣを用いた。この回路構成により、分圧
器５の出力電圧が、零点より逆極性へ振れて沈み込んだ
場合には、その逆極性の電圧がコンパレータ５７の反転
入力端子に入力されるため、コンパレータ５７の出力が
正極性に反転して逆流防止用ダイオードＤ１のカソード
と接続された分圧器５のコンデンサ５２が抵抗器Ｒ２に
よる時定数（０．０１ｍｓ）で充電される。

【００１９】この零点調整回路５６の作用により、図３
の（ハ）に示すごとく、前記マイナス側に沈んだ二次電
圧の基準レベルは、つぎの点火タイミングまでに、０ボ
ルトに回復する。よって、二次電圧波形の始点が零点か
ら逆極性に大きく沈んだ位置から開始する状態が防止で
き、上記レベルの低い二次電圧波形も正確に検出でき
る。この零点調整回路５６の時定数は、機関の高速運転
時においても確実に分圧器５の零点への復帰を行うため
に０．１ｍｓ以下、望ましくは０．０５ｍｓ以下に設定
する。

【００２０】図４に示すように二次電圧検出回路６は、
分圧器５の出力を整形するための、インターフェース５
０と、該インターフェース５０の出力を入力とするとと
もに、前記シグナルジェネレータ４２の一次電圧のオン
（ハイレベルへの反転）信号でリセットされるピークホ
ールド回路６１と、その出力を例えば１／３に分圧して
基準電圧ｖとする分圧回路６２と、前記分圧器５の分圧
と基準電圧ｖとを比較する比較器６３とからなり、分圧
器５により分圧された二次電圧波形のうち一定レベル以
上の電圧の持続時間ｔを検出する。

【００２１】失火判別回路７は、予め実験または計算に
より求めたデータと前記持続時間ｔとを比較し、火花放
電波形の持続時間ｔが設定値以上のとき失火と判別す
る。

【００２２】作用を図５とともに説明する。シグナルジ
ェネレータ４２でに示す一次電流断続のためのパルス
信号を出力し、のごとき一次電流を一次回路１１に生
じさせる。幅ｈの大きいパルス波ａは、スパークプラグ
３で火花放電を発生させるための信号であり、これらパ
ルス波ａの終了後、０．５〜１．５ｍｓ程度の遅延時間
ｉだけ遅延した幅の小さいパルス波ｂは、スパークプラ
グ３の浮遊静電容量に充電するための失火検出用二次電
圧発生用の信号である。

【００２３】シリーズギャップとしてローターギャップ
２１を使用する点火回路では、配電器２のロータとサイ
ドエレクトロードとの近接時間が、エンジン回転速度に
より変化する。このため、エンジンの高速運転時は、パ
ルスの幅ｈおよび遅延時間ｉは短く設定され、６０００
ｒｐｍでは火花放電持続時間は０．５〜０．７ｍｓ程度
が適当である。

【００２４】上記一次電流の断続により、二次回路１２
の点火コイル１にはに示す二次電圧が生じる。スパー
クプラグ３で正常に火花放電がなされ、着火、燃焼が生
じたときは、前記パルス波ａの終了時点で発生した高電
圧ｐにより火花放電が開始し、これにつづき誘導放電に
よるなだらかな電圧波形ｑが生じる。

【００２５】前記パルス波ｂの立ち上がりに対応し、二
次回路１２には逆起電力によるプラス波形ｒが生じて火
花放電継続中では、火花放電が中断する。この一次コイ
ルへの通電停止後、二次電圧は再昇圧し、波形ｓが現れ
る。この二次電圧の再昇圧レベルは、前記遅延時間ｉと
パルス波ｂの幅により所望に設定することができる。こ
の発明では波形ｓのレベルは、ローターギャップ２１の
絶縁破壊が可能であり、スパークプラグ３の火花放電間
隙３１に燃焼中の燃料イオンが存在しない場合には放電
が不可能となるよう、５〜７キロボルトに設定される。

【００２６】これにより、分圧器５で分圧された二次電
圧波形は、図２のに示ような波形が生じる。また配電
器２のローターギャップ２１とスパークプラグ３の火花
放電間隙３１との間の、主にスパークプラグ３の静電容
量（通常１０〜２０ｐＦ）に充電された二次電圧（前記
プラグ電圧）は、に示すごとく、正常に着火した場合
と、失火したときとで減衰時間に差が生じる。すなわ
ち、失火したときは緩やかに降圧する電圧波形となり、
正常着火したときは、ｓ₁の如く急速に減衰する二次電
圧波形となる。

【００２７】二次電圧検出回路６は、上記火花放電時の
二次電圧波形ｐ、ｑおよび失火検出時のｓ₁の減衰時間
をつぎのように検出する。ピークホールド回路６１は、
分圧器５により分圧された各二次電圧波形のピーク値を
ホールドし、該ピークホールド値の１／３のレベルを基
準電圧ｖとして、前記各二次電圧波形と基準電圧ｖとを
比較する。すなわち、に示すごとく、失火検出のため
のイオン電流波形検出用の基準電圧ｖと、二次電圧波形
ｐ、ｑおよびｓ₁とを比較し、各基準電圧以上の二次電
圧の時間を検出し、パルス波ｔ₁、ｔ₂を失火判別回路
７に出力する。失火判別回路７は、点火用二次電圧波形
の設定レベル以上の値の幅および検出用二次電圧の減衰
時間である各パルス波形の幅が、予め実験的または計算
により求めたデータと比較し、設定時間以上のとき失火
が生じたと判別する。

【００２８】上記実施例においては、シリーズギャップ
として配電器２のローターギャップ２１を用いている
が、配電器を備えない、ディストリビュータ・レス・イ
グナイタにおいては、二次回路に逆流防止ダイオードを
設ける必要がある。またイオン検出用電圧発生手段は、
一次電流断続手段とは別に設けられていても良い。な
お、スパークプラグ３の中心電極がプラスの電位である
ときの方が、マイナスのときに比較しイオン電流がスム
ーズに流れるので、点火コイル１は、通常と逆に接続す
るなどにより、プラグ電圧はプラスの電位に設定してお
くことが望ましい。上記実施例では、零点調整回路の電
圧比較回路として、専用のコンパレータＩＣを用いた
が、図６に示すとおりオペアンプＯＰを用いてもよい。
この場合、オペアンプＯＰの出力端子には、抵抗器Ｒ３
が接続され、ダイオードＤ１のアノード側が抵抗器Ｒ３
に直列接続されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の失火検出装置を装着した火花点火機
関の点火回路図である。

【図２】零点調整回路の一実施例を示す回路図である。

【図３】失火検出装置の零点調整回路の作動説明のため
の波形図である。

【図４】二次電圧検出装置のブロック図である。

【図５】失火検出装置の作動説明のための波形図であ
る。

【図６】零点調整回路の他の実施例を示す回路図であ
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分圧器（静電容量分圧器）６二次電圧検出回路７失火判別回路（判別回路）５０インターフェース５３演算増幅器５４放電回路５６零点調整回路５７コンパレータ（電圧比較回路）Ｄ１逆流防止用ダイオードＲ２抵抗器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】点火回路の二次回路に発生した二次電圧
を検出するための静電容量分圧器と、分圧された二次電
圧波形を検出する二次電圧検出回路と、前記二次電圧波
形の減衰特性により失火の有無を判別する判別回路とか
らなり、火花放電後にスパークプラグの静電浮遊容量に
充電される二次電圧の減衰特性を検出し、該減衰特性か
ら気筒内の失火を検出するガソリン機関の失火検出装置
において、前記二次電圧検出回路は、前記分圧器の分圧電圧を放電
する放電回路と、零点を越えて逆極性に振れた前記分圧
電圧を零点に戻す零点調整回路と、前記分圧器の分圧
を、前記放電回路および前記零点調整回路を介して入力
とする演算増幅器とからなるインターフェースを備え、
前記零点調整回路は、逆流防止用ダイオードを介して出
力端子が前記分圧器に接続され、反転入力端子が前記分
圧器に接続された電圧比較回路からなることを特徴とす
るガソリン機関の失火検出装置。