内燃机的不发火控制装置 【技术领域】
本发明涉及检测在火花塞的电极间发生的离子电流，判断不发火的装置，特别是涉及判断离子电流检测手段的故障，防止误判不发火的内燃机不发火检测装置。
背景技术
通常，在汽车引擎等使用的内燃机中，利用包含微电脑地ECU，以燃料(混合气体)的吸入、压缩、点火爆炸、排气4个冲程反复控制与曲轴同步驱动的多个汽缸(例如4个汽缸)。这时，如果被活塞压缩的燃料在点火冲程中不最合适、可靠的燃烧，则其他汽缸会被施加异常负载，造成引擎受损，以及由于未燃烧气体排放，有可能带来各种危害。
为了防止例如未燃烧的气体损害废气处理用的催化剂，对被检测不发火的汽缸采取停止燃料供应等处理。从而，为了确保的燃机及催化剂的安全，有必要对各汽缸经常检测其是否确实燃烧，向来的方案是采用检测在爆炸冲程中检测火花塞的间隙中发生的离子电流，如果例如离子电流电平在规定值以下，则判定为不发火这样的装置。
图8是已有的一般内燃机的不发火检测装置的电路图，在这里，只表示出一个汽缸设置的检测装置，而实际上是对应于各汽缸分别设置的。在图中，1是与电池连接的电源，2是具有各一端连接于电源1的初级绕组2a及次级绕组2b的点火线圈，3是插入初始绕组2a与地线之间的功率晶体管，4是阴极连接于次级绕组2b的防止反向电流的二极管。
5是通过二极管4连接于次级绕组2b，而且另一端接地的火花塞，与多个汽缸对应设置，露出于各燃烧室内。6是连接于二极管4的阳极的离子电流检测用的电源，7是插入二极管4和火花塞5的连接点与电源6之间的防止反向电流用的二极管，8是插入电源6与接地线之间的电阻，9是设置于电源6及电阻8的连接点上的离子电流检测用的输出端子。
下面参照图8及图9对其动作进行说明。在点火冲程中，利用来自ECU(未图示)的控制信号C控制功率晶体管3的导通、截止，一旦流入初级绕组2a的初级电流I1被切断，在初始电流I1被切断时在次级绕组2b感应出负高压的次级电压V2。以此在火花塞5产生放电火花，使燃烧室内的燃料爆发。这时的放电时间通常为1毫秒～1.5毫秒左右。
在点火冲程正常发生爆炸时，燃烧室内发生大量的阳离子，这些阳离子形成离子电流I，从火花塞5的电极通过二极管7流入电源6，再通过电阻8流入接地线。从而，如果检测在电阻8产生的电压降，就能够了解离子电流I的电平，判断是否正常燃烧。
离子电流I的电平从输出端9输出到ECU，ECU判断在点火控制的汽缸中是否正常燃烧。而在判定为有不发火等异常的情况下，对点火时刻进行反馈调整或为了防止危险而停止燃料供应、停止汽缸的工作等处理。
但是，在已有的内燃机不发火检测装置中，只根据离子电流I判断是否不发火，因此如果在汽缸与离子电流检测部之间的配线以及离子电流检测用输出端子与ECU之间的传输线等发生断线或短路故障，或电路元件发生故障，就难于检测离子电流I，会发生ECU误判为引擎不发火的情况。
本发明是为解决上述问题而作出的，其目的在于得到能够检测出离子电流检测手段的故障，防止误判不发火的内燃机不发火检测装置。
【发明内容】
本发明的内燃机不发火检测装置具备：与多个汽缸对应的、检测在各火花塞的电极间发生的离子电流的离子电流检测手段、根据该离子电流检测手段检测出的离子电流信号判断在各汽缸的点火冲程有无离子电流的离子电流判别手段、根据该离子电流判别手段来的离子电流判别信号在没有离子电流的情况下判断对内燃机不发火进行判断的不发火判定手段、在各火花塞发生点火信号的点火线圈、判别与点火线圈的点火时刻同步发生的点火线圈信号的有无用的点火线圈信号判别手段、以及在没有检测到离子电流信号的情况下利用点火线圈信号判别手段的判别结果，判断离子检测手段的故障的故障判定手段。
又，故障判定手段在能够检测离子电流信号的规定的运行区域判断离子电流检测手段的故障。
【附图说明】
图1是本发明的实施形态的内燃机不发火检测装置的结构图。
图2是本发明实施形态的内燃机不发火检测装置动作说明用的波形图(离子电流检测手段被判定为正常的情况)。
图3是本发明实施形态的内燃机不发火检测装置动作说明用的波形图(判定为内燃机不发火的情况)。
图4是本发明实施形态的内燃机不发火检测装置动作说明用的波形图(判定为离子电流检测手段发生故障的情况)。
图5是本发明实施形态的内燃机不发火检测装置动作说明用的波形图(判定为离子电流检测手段发生故障的情况)。
图6是本发明实施形态的内燃机不发火检测装置动作流程图。
图7是本发明实施形态的内燃机不发火检测装置的引擎的运行区域说明图。
图8是表示已有的内燃机不发火检测装置的电路图。
图9是已有的一般的点火电压以及离子电流的波形图。
具体实施形态
下面根据附图对本发明一实施形态进行详细说明。图1是本发明的实施形态的内燃机的不发火检测装置的结构图。又，图2～图5是本发明实施形态的内燃机不发火检测装置动作说明用的波形图，图2是判定为离子电流检测手段正常的情况下的波形图，图3是判定为内燃机不发火的情况下的波形图，图4及图5分别为判定为离子电流检测手段发生故障的情况下的波形图。又，图6是本发明实施形态的内燃机的不发火检测装置的动作的流程图。
在图1中，1是与电池连接的电源，2是具有各一端连接于电源1的初级绕组2a及次级绕组2b的点火线圈，3是插入初级绕组2a与地线之间的功率晶体管。5是与次级线圈2b连接而且另一端接地的火花塞，与多个汽缸(例如汽缸#1～#4)对应设置，分别在这些燃汽缸的燃烧室内露出。10是与点火线圈2的次级绕圈2b连接的电容器，插入包含次级线圈2b及火花塞5的次级电流的路径、即点火电流I2的路径内。在这种情况下，电阻8插入包含电容器10及火花塞5的离子电流I的路径内。
11是插入电容器10与地线之间的充电用二极管，相对于点火电流I2成正向地连接于电容器10，并且与检测离子电流用的电阻8并联连接。12是在点火时对电容10上的充电电压进行钳位的齐纳二极管。
13使离子电流信号VA成为矩形波的波形整形电路，15是输出离子电流信号VC的晶体管。电阻8、电容器10、充电二极管11、齐纳二极管12、波形整形电路13及晶体管15构成检测火花塞5的电极间发生的离子电流I的离子电流检测手段。而包含离子电流检测手段的点火装置100分别设置于各汽缸，在图1中，表示出具备汽缸#1～#4的4个汽缸的例子。
ECU30具备从离子电流信号VC中去除重迭的噪声信号的噪声滤波器31、通过噪声滤波器31置位并输入离子电流信号VC的双稳态多谐振荡器32、以及输入双稳态多谐荡器32的Q输出、汽缸识别信号SC及基准位置信号ST的微电脑35。
微电脑35具有接口P1～P5及中断输入端子ICI，接口P1输入双稳态多谐振荡器32的Q输出作为离子电流判别信号d，从接口P2输出作为双稳态多谐振荡器32的复位输入的点火脉冲C，接口P3输入来自汽缸识别传感器20的汽缸识别信号SC，P4输入离子电流信号VB，P5输入将点火线圈2的线圈初级信号a变换为方波的线圈初级信号b，中断输入端子ICI输入来自曲柄角度传感器21的基准位置信号ST。
双稳态多谐振荡器32构成判断每一点火冲程有无离子电流I的离子电流判别手段。又，微电脑35具备：根据汽缸识别信号SC识别各汽缸的汽缸识别手段、在与点火冲程对应的每一规定时刻(例如离上止点TDC只有曲柄角75°的提前角侧B75°)读入离子电流判别手段的输出信号、即离子电流判别信号d(双稳态谐振器32的Q输出)，在判定没有离子电流I的情况下判定为内燃机不发火的不发火判定手段、根据汽缸识别手段及不发火识别手段识别不发火的汽缸的不发火汽缸识别手段、判别有无点火线圈的线圈初级信号b的点火线圈信号判别手段、以及在没有检测出离子电流信号VB的情况下判断离子电流检测手段的故障的故障判定手段。
下面参照图1～图5对动作进行说明。如上所述，在点火线圈2的初级线圈2a，一旦电源1的通电切断，就在次级线圈2b一侧以附图所示的极性发生高电压，通过火花塞5、次级绕组2b、电容器10及充电用二极管11，以图1所示的路径流过点火电流I2。电容器10利用该点火电流I2以图中所示的极性充电。
在这里，在各汽缸的爆炸冲程时，在火花塞5的电极间发生放电，一旦发生正常爆炸，在燃烧室内发生的阳离子就形成离子电流，通过电阻8、电容器10、次级绕组2b及火花塞5，以图1的虚线所示的路径流动，使电容器10的充电电压放电。
该离子电流I的检测对例如4缸的引擎的#1～#4各汽缸连续进行。又如图2～图5所示，在电阻的两端之间相应于离子电流的电平发生离子电流信号VA，该信号原封不动地由波形整形电路13变换成方波离子电流信号VB，从晶体管15作为最后的离子电流信号VB输出。从而离子电流信号VB被作为数字信号输入ECU30。
在这里，离子电流信号VB的最初脉冲，因为是点火噪声VN，所以利用ECU30内的点火噪声滤波器14去除点火噪声VN，再去除在离子电流信号VB的传输中重迭的噪声，然后作为离子电流信号VC输入到双稳态多谐振荡器32的置位端子S。以此使双稳态多谐振荡器32的Q输出成为“H”，作为离子电流判别信号d输入到微电脑30的接口P1。这时，离子电流信号VC如图2～图5所示，对于1次离子电流检测形成多个脉冲，但Q输出保持为“H”不变。
另一方面，微电脑30根据汽缸识别信号SC及基准位置信号ST对各汽缸以最合适的时刻进行点火控制，将那时生成的点火脉冲C从接口P2输出，输入到双稳态多谐振荡器32的复位端子R。这时，双稳态多谐振荡器32的Q输出为“L”，被输入微电脑30的接口P1。
各汽缸的点火冲程在B5°的附近进行，又，离子电流I发生于点火冲程刚过时，因此如上所述对于每一点火脉冲C使双稳态多谐振荡器32复位，并且在基准位置B75°的时刻读入离子电流判别信号d，这样，微电脑35能够可靠地判别有无离子电流I。
如图2所示，在作为检测对象的汽缸(#1)的下一个汽缸(#2)的点火冲程的基准位置B75°，如果离子电流判别信号d为“H”，就判定为检测出离子电流I，判定为作为检测对象的汽缸的点火“正常”。
又如图5所示，在作为检测对象的汽缸(#1)的下一个汽缸)#2)的点火冲程的基准位置B75°，如果离子电流判别信号d为“L”，就判定为没有检测出离子电流，再判断是否检测出输入到微电脑30的接口P4的离子电流信号VB。在这里，离子电流信号VB在点火脉冲C输出后被保持，在B75°的信号读入时清零(未图示)。这时检测出VB的情况下，判定为作为检测对象汽缸“不发火”。
又，在没有检测出离子电流信号VB时，判定为离子电流检测手段有“故障”，而如图4所示，如果有输入微电脑30的接口P5的点火线圈2的线圈1次信号b，就判定为次级绕组2b侧有故障，如图5所示，如果没有线圈1次信号b，就判定为初级绕组2a侧有故障。
下面参照图6的流程图对离子电流检测手段的故障判定动作进行说明。首先，在读入离子电流判别信号d用的B75°的中断程序中，判断离子电流判别信号d是否为1(有离子电流信号VC)(步骤S1)，如果在d＝1，就判定为作为检测对象的汽缸的点火“正常”(步骤S2)。
如果在步骤S1，离子电流判别信号d为0(没行离子电流信号VC)，就判断接着是否检测出离子电流信号VB(步骤S3)。在检测出离子电流信号VB的情况下，判定为“不发火”(步骤S4)。在步骤S3中没有检测出离子电流信号VB的情况下，判断是否检测出线圈1次信号b(步骤S5)。在检测出线圈1次信号b的情况下，判定为次级绕组2b侧有“故障”(步骤S6)。在步骤S5没有检测出线圈1次信号b的情况下，判定初级绕组2a侧有“故障”(步骤S7)。
还有，上述离子电流信号的检测有在引擎的低转速区域精度不良的特点。图7是本发明的实施形态的内燃机不发火检测装置的引擎运行区域说明图。图中纵轴为引擎负载CE(吸气量等)，横轴为引擎的转速Ne，运行区域A是与慢速对应的例如1500rpm以下的低转速区域，运行区域B是1500rpm以上的中、高转速区域。亦即在能够检测离子电流信号的规定运行区域，物别是图7所示的运行区域B进行离子电流检测手段的故障判定，在低转速区域即运行区域A禁止进行故障判定，以此可靠地防止发生不发火的误断。
如上所述，采用本发发明的权利要求1，由于具备：与多个汽缸对应的，检测在各火花塞的电极间发生的离子电流的离子电流检测手段、根据来自该离子电流检测手段的离子电流信号判断在所述各汽缸的点火冲程有无离子电流的离子电流判别手段、根据该离子电流判别手段来的离子电流判别信号在没有所述离子电流的情况下对内燃机不发火进行判断的不发火判定手段、在所述各火花塞发生点火信号的点火线圈、与所述点火线圈的点火时刻同步发生的点火线圈信号有无的判别用的点火线圈信号判别手段、以及在没有检测到所述离子电流信号的情况下利用所述点火线圈信号判别手段的判别结果，判断所述离子电流检测手段的故障的故障判定手段，因此能够得到可以判定离子电流检测手段的故障，可靠地防止对不发火的误判的效果。
又，采用本发明的权利要求2，由于故障判定手段在能够检测离子电流信号的规定的运行区域判断离子电流检测手段的故障，所以能够得到可靠地防止对不发火的误判的效果。