失火检测装置的制作方法

1.本发明涉及检测发动机的失火的失火检测装置，特别涉及在刚进行通常点火之后的膨胀行程中实施追加点火，并基于火花塞是否因追加点火而产生了击穿来检测失火的失火检测装置。


背景技术：

2.近年来，从修理性的提高、环境保护的观点出发，在机动二轮车中也在研究失火检测技术的采用。在四轮车辆中，已知有如下技术：为了将由失火引起的燃烧转矩的变动捕捉为曲柄角速度的变化，基于曲轴脉冲的产生时间间隔(曲轴脉冲间时间)来测量曲柄角速度，并将该速度变动作为失火参数来检测发动机的失火。
3.但是，在曲柄角速度中，除曲轴脉冲转子的齿间误差之外，还包含由惯性转矩、泵送转矩、负荷摩擦、辅机设备、驱动系统引起的干扰，因此，为了进行准确的失火判定，需要除去这些误差要因。
4.针对这样的技术问题，在专利文献1中公开了使用离子电流的失火检测方法。在专利文献1中，在紧靠用于向气缸内的混合气体点火的主火花放电的正时之后的膨胀行程中途再次对火花塞施加电压，通过判定在此时在气缸内是否产生了放电，从而检测有无失火。
5.专利文献1基于如下原理：如果是正常燃烧后，则会产生导电性的离子，因此，在火花塞的电极附近存在离子，成为击穿所需的要求电压降低的正时的再点火，因此，产生击穿(放电)，另一方面，如果是失火时，则不会产生离子，击穿要求电压不会降低，因此，不会产生击穿。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2003
‑
222066号公报
9.发明要解决的课题
10.专利文献1中的失火检测的依据是，如果是正常燃烧后，则会产生离子，因此，击穿所需的要求电压降低，但由于离子会对微弱电流进行处理，因此，在噪声韧性方面存在课题。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种失火检测装置，该失火检测装置着眼于如下情况：没有基于离子的击穿辅助的期间中的承受压力(日文：指圧)与要求击穿电压之间的关系、即承受压力在失火时与燃烧时相比相对变低因此要求击穿电压变低，根据在点火线圈中产生的电压或流动的电流来判定在没有击穿辅助的期间实施追加点火时的击穿的有无，对失火进行检测。
12.用于解决课题的方案
13.为了实现上述目的，本发明的特征在于，在使火花塞50在内燃机的压缩上止点附
近通常点火而使混合气体燃烧的内燃机的失火检测装置100中，具备以下的结构。
14.(1)本发明的第一特征在于，具备：在通常点火后的膨胀行程中使火花塞追加点火的构件103、104；以及对火花塞是否因追加点火而产生了击穿进行判定的构件105，若能够判定为火花塞产生了击穿，则将通常点火判断为失火。
15.(2)本发明的第二特征在于，火花塞50与一次侧线圈及二次侧线圈磁耦合的点火线圈10的二次侧线圈连接，通过切断向一次侧线圈的通电而在二次侧线圈中产生感应电压，判定是否产生了所述击穿的构件105基于在追加点火后的规定的判定期间在一次侧线圈中产生的电压，判定火花塞是否产生了击穿。
16.(3)本发明的第三特征在于，将所述规定的判定期间设为从通常点火正常燃烧后的追加点火后一次侧线圈的电压大致为零的正时到通常点火失火后的追加点火后一次侧线圈的电压大致为零的正时为止的时间区间。
17.(4)本发明的第四特征在于，所述火花塞50与一次侧线圈及二次侧线圈磁耦合的点火线圈10的二次侧线圈连接，通过切断向一次侧线圈的通电而在二次侧线圈中产生感应电压，判定是否产生了所述击穿的构件105基于在追加点火后的规定的判定期间在一次侧线圈中流动的电流，判定火花塞是否产生了击穿。
18.(5)本发明的第五特征在于，所述火花塞50与一次侧线圈及二次侧线圈磁耦合的点火线圈10的二次侧线圈连接，通过切断向一次侧线圈的通电而在二次侧线圈中产生感应电压，判定是否产生了所述击穿的构件105基于在追加点火后的规定的判定期间在二次侧线圈中产生的电压，判定火花塞是否产生了击穿。
19.(6)本发明的第六特征在于，所述火花塞50与一次侧线圈及二次侧线圈磁耦合的点火线圈10的二次侧线圈连接，通过切断向一次侧线圈的通电而在二次侧线圈中产生感应电压，判定是否产生了所述击穿的构件105基于在追加点火后的规定的判定期间在二次侧线圈中流动的电流，判定火花塞是否产生了击穿。
20.发明效果
21.根据本发明，能够实现以下那样的效果。
22.(1)本发明具备：在通常点火后的膨胀行程中使所述火花塞追加点火的构件103、104；以及对火花塞是否因追加点火而产生了击穿进行判定的构件105，若能够判定为火花塞产生了击穿，则将通常点火判定为失火，因此，能够使用基于承受压力的击穿要求电压的差异来进行判定，失火检测的韧性提高。
23.(2)在本发明中，所述火花塞50与一次侧线圈及二次侧线圈磁耦合的点火线圈10的二次侧线圈连接，通过切断向一次侧线圈的通电而在二次侧线圈中产生感应电压，判定是否产生了所述击穿的构件105基于在追加点火后的规定的判定期间在一次侧线圈中产生的电压，判定火花塞是否产生了击穿，因此，能够基于与二次侧相比电压低的一次侧的电压来检测失火。因此，能够使检测电压的机构简单化、轻量化且廉价。
24.(3)在本发明中，将所述规定的判定期间设为从通常点火正常燃烧后的追加点火后一次侧线圈的电压大致为零的正时到通常点火失火后的追加点火后一次侧线圈的电压大致为零的正时为止的时间区间，因此，能够在正常燃烧时与失火时的电压差显著且稳定地显现的正时检测失火，能够提高失火检测的韧性。
25.(4)在本发明中，所述火花塞50与一次侧线圈及二次侧线圈磁耦合的点火线圈10
的二次侧线圈连接，通过切断向一次侧线圈的通电而在二次侧线圈中产生感应电压，判定是否产生了所述击穿的构件105基于在追加点火后的规定的判定期间在一次侧线圈中流动的电流，判定所述火花塞是否产生了击穿。在此，在一次侧线圈中产生的电压与在一次侧线圈中流动的电流表示较高的相关性，因此，如果能够简便且准确地测量在一次侧线圈流动的电流，则能够提高失火检测的韧性。
26.(5)在本发明中，所述火花塞50与一次侧线圈及二次侧线圈磁耦合的点火线圈10的二次侧线圈连接，通过切断向一次侧线圈的通电而在二次侧线圈中产生感应电压，判定是否产生了所述击穿的构件105基于在追加点火后的规定的判定期间在二次侧线圈中产生的电压，判定所述火花塞是否产生了击穿。在此，在一次侧线圈中产生的电压与在二次侧线圈中产生的电压表示较高的相关性，因此，如果能够简便且准确地测量二次侧线圈的电压，则能够提高失火检测的韧性。
27.(6)在本发明中，所述火花塞50与一次侧线圈及二次侧线圈磁耦合的点火线圈10的二次侧线圈连接，通过切断向一次侧线圈的通电而在二次侧线圈中产生感应电压，判定是否产生了所述击穿的构件105基于在追加点火后的规定的判定期间在二次侧线圈中流动的电流，判定所述火花塞是否产生了击穿。在此，在一次侧线圈中产生的电压与在二次侧线圈中流动的电流表示较高的相关性，因此，如果能够简便且准确地测量在二次侧线圈中流动的电流，则能够提高失火检测的韧性。
附图说明
28.图1是表示包括本发明一实施方式的失火检测装置在内的发动机点火系统的主要部分的结构的图。
29.图2是示意性地表示通常点火通常燃烧的情况与失火的情况下的气缸内的承受压力的变化的图。
30.图3是示意性地表示通常点火通常燃烧的情况与失火的情况下的点火线圈的一次侧电压的变化的图。
31.图4是表示本发明一实施方式的动作的流程图。
具体实施方式
32.以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。在本发明中，除了固定地决定的或基于发动机转速等稳定地决定的压缩上止点(tdc)附近的通常点火之外，还在该通常点火后的膨胀行程中追加地实施第二次点火(追加点火)，基于在火花塞的电极之间是否因追加点火而产生了击穿，判定紧接在前的通常点火是否产生了失火。
33.图2是示意性地表示通常点火正常燃烧的情况与失火的情况下的承受压力的变化的图，当通过tdc附近的通常点火而使气缸内的混合气体正常燃烧时，气缸内的承受压力上升，在tdc后的膨胀行程中也维持相应的较高的承受压力。
34.与此相对，当通常点火失火时，承受压力不像燃烧时那样上升，且tdc后的膨胀行程中的承受压力与正常燃烧时相比在较早的正时转为下降。因此，例如若对膨胀行程中途的承受压力进行比较，则正常燃烧时与失火时相比相对变高。
35.若通常点火失火，则与正常燃烧时相比，承受压力变低，因此，击穿要求电压相对
降低。因此，通过适当设定比通常点火的第一施加电压低的第二施加电压，能够仅在失火时在火花塞的电极之间产生击穿。
36.另一方面，本发明的发明人等在因追加点火而产生了击穿的情况和未产生击穿的情况下对点火线圈的一次侧线圈的电压变化进行了比较，结果如图3所示，能够确认的是，根据击穿的有无，尤其是在刚进行通常点火之后的膨胀行程的规定的时间期间内稳定地产生显著的差。
37.具体而言，能够确认的是，追加点火时的点火线圈的一次侧线圈的电压在从火花塞未产生击穿时大致为零的正时(在图3中，追加点火后大致120μsec)到产生了击穿时大致为零的正时(追加点火后大致160μsec)为止的时间期间内产生显著且稳定的差。产生这样的时间期间的原因被认为如下。
38.即，在未因追加点火而产生击穿的情况下，蓄积于点火线圈的二次侧的磁能一边通过电路的电阻而衰减，一边引起由线圈和二次电路的静电电容产生的电荷的移动(谐振)。该谐振现象产生磁通变化，在一次侧线圈感应电压。若在一次侧线圈设置有二极管，则能够抑制由二次侧线圈感应的电流成为二极管的正向、即一次侧的电位较大地变为负。在该正时，一次侧线圈的电位大致为零。
39.在因追加点火而产生了击穿的情况下，蓄积于二次侧线圈的磁能在火花塞侧被释放。通过由二次侧线圈的电位变化产生的磁通，感应一次线圈电压。一次侧线圈的电压缓慢地变化直至火花塞侧的放电结束，且大致变为零。
40.因此，在本实施方式中，将追加点火时的施加电压(第二施加电压)设定为比通常点火时的施加电压(第一施加电压)低的适当值，所述通常点火时的施加电压(第一施加电压)是如下的电压：如果通过通常点火使混合气体正常燃烧则不会产生击穿，但是如果通常点火失火则会产生击穿，通过对追加点火的正时的点火线圈的一次侧的电压变化进行观察，来检测通常点火是否产生了失火。
41.图1是表示包括本发明一实施方式的失火检测装置100在内的发动机点火系统1的主要部分的结构的图。
42.在点火线圈10的一次侧串联连接有点火单元20，与该串联连接并联连接有蓄电池30。电压检测电路40与上述点火单元20并联连接。电压检测电路40检测到的一次侧电压v向失火检测装置100输出。在点火线圈10的二次侧连接有火花塞50。
43.在上述点火单元20中，一次侧线圈的一端与作为发射极接地的电流切断开关的晶体管tr的集电极端子连接，在发射极
‑
基极之间并联连接有齐纳二极管d1。从失火检测装置100向晶体管tr的基极端子输入点火信号p(p1、p2)。
44.在上述失火检测装置100连接有曲轴脉冲传感器80。曲轴脉冲传感器80检测与发动机的曲轴60同步旋转的曲轴脉冲转子70的旋转位置，在发动机的压缩上止点附近输出曲轴脉冲信号。
45.在失火检测装置100中，通常点火正时计算部101基于上述曲轴脉冲传感器80的输出信号及发动机转速、节气门开度等发动机参数来计算通常点火正时。通常点火信号产生部102在上述通常点火正时产生通常点火信号p1。
46.追加点火正时计算部103将刚进行通常点火之后的膨胀行程的规定正时计算为追加点火正时。在本实施方式中，如图2所示，从tdc到90
±
10deg的曲轴转角范围被设为追加
点火正时。追加点火信号产生部104在上述追加点火正时产生追加点火信号p2。因此，从失火检测装置100在各自的正时输出通常点火信号p1和追加点火信号p2。
47.击穿判定部105基于上述电压检测电路40的输出，判定点火线圈10是否因追加点火用的第二电压施加而产生了击穿。在此，如图3所示，追加点火正时以后的一次侧电压v处于如下倾向：在正常燃烧时，以向右下降的方式降低，另一方面，在失火时，由于因击穿而引起的二次侧电流的变化，因此滞后于正常燃烧时而降低，观察到在正常燃烧时和失火时在直至一次侧电压v大致为零为止的时间存在显著的差。
48.因此，在本实施方式中，作为从在追加点火正时后正常燃烧时的一次侧电压v(v1)大致为零的正时(tdc后约120μsec)到失火时的一次侧电压v(v2)大致为零的正时(tdc后约160μsec)为止的时间期间，例如将追加点火后140
±
20μsec设定为判定期间。
49.需要说明的是，从在追加点火正时后正常燃烧时的一次侧电压v1大致为零的正时到失火时的一次侧电压v2大致为零的正时为止的时间期间依赖于发动机规格、发动机的运转状态。因此，判定期间并不限于上述140
±
20μsec，优选根据点火电路特性、发动机规格或发动机的运转状态等适当设定。
50.上述击穿判定部105将在该判定期间内检测到的点火线圈10的一次侧电压v与规定的判定阈值vref进行比较，如果v≥vref，则判定为因追加点火而产生了击穿。失火检测装置100根据由击穿判定部105判定为产生了击穿的情况，检测出紧接在前的通常点火已失火。
51.这样的失火检测装置100能够通过在具备cpu、存储器、接口以及将它们连接的总线等的通用的计算机、ecu中安装实现后述的各功能的应用(程序)而构成。或者，也可以将应用的一部分构成为硬件化或程序化的专用机、单用途机。
52.图4是表示本实施方式的动作的流程图，在此将追加点火正时以曲轴转角指标设定为90deg，将检测点火线圈10的一次侧电压的正时设定为从追加点火正时起经过140μsec后，将对点火线圈10的一次侧进行通电以准备追加点火的时间设定为175μsec来进行说明。
53.在步骤s1中，基于曲轴脉冲信号和发动机参数来计算通常点火正时。并且，计算从该通常点火正时到向点火线圈10的一次侧线圈的通电点火用的通电时间之前的正时作为通常点火用的通电开始正时。
54.当在步骤s2中到达通常点火用的通电开始正时时，进入步骤s3，开始向一次侧线圈的通电点火用的通电。在步骤s4中，判断是否到达上述决定的通常点火正时。当到达通常点火正时时，进入步骤s5，实施通常点火。
55.在步骤s6中，基于当前的曲轴转角以及发动机转速，计算到追加点火正时(tdc后90deg)为止的待机时间wt。在步骤s7中，判定是否为wt≤175μsec。如果不是wt≤175μsec，则返回步骤s6并待机。
56.在步骤s7中，若判定为wt≤175μsec，则进入步骤s8，开始向点火线圈10的一次侧线圈的追加点火用的通电。在步骤s9中，基于曲轴转角来判断是否为追加点火正时。当通过上述追加点火正时计算部103算出曲轴转角为90deg时，判断为追加点火正时并进入步骤s10。
57.在步骤s10中，由上述追加点火信号产生部104输出追加点火信号p2来尝试追加点火。此时，由于作为向一次侧线圈的通电时间而经过175μsec，因此，通过追加点火对火花塞
50施加比通常点火时低的规定电压(第二施加电压)。
58.在步骤s11中，经过时间计时器t启动。在步骤s12中，基于计时器t来判定是否为电压检测正时。如果不是电压检测正时，则返回步骤s12。
59.此后，当计时器t达到140μsec时，判断为电压检测正时并进入步骤s13。在步骤s13中，检测点火线圈10的一次侧电压v。在步骤s14中，通过上述击穿判定部105将一次侧电压v与击穿判定阈值vref进行比较，如果v≥vref，则由于产生击穿，因此判定为通常点火产生了失火，如果v<vref，则由于未产生击穿，因此判定为通常点火正常燃烧。
60.根据本实施方式，由于基于根据通常点火是否产生了失火而显著变化的、在刚进行通常点火之后的膨胀行程中进行了追加点火时的点火线圈的一次侧电压来进行失火检测，因此，能够进行使用了基于承受压力的击穿要求电压的差异的失火检测，失火检测的韧性提高。
61.另外，根据本实施方式，基于通过追加点火在一次侧线圈中产生的电压来判定火花塞是否产生了击穿，因此，能够基于与二次侧相比电压低的一次侧的电压来检测失火。因此，能够使检测电压的机构简单化、轻量化且廉价。
62.并且，根据本实施方式，将判定期间设为从通常点火正常燃烧后的追加点火后一次侧线圈的电压大致为零的正时到通常点火失火后的追加点火后一次侧线圈的电压大致为零的正时为止的时间区间，因此，能够在正常燃烧时与失火时的电压差显著且稳定地显现的正时检测失火，能够提高失火检测的韧性。
63.需要说明的是，在上述实施方式中，说明了基于点火线圈10的一次侧电压v来判定有无失火，但本发明并不仅限于此，由于在一次侧电压v与一次侧电流、二次侧的电压、电流之间确认到较高的相关性，因此，也可以基于一次侧电流、二次侧的电压、电流来判定有无失火。
64.若能够基于点火线圈10的一次侧线圈的电流来检测失火，则例如即便在点火器配置在ecu之外等而难以监视一次侧线圈电压的情况下，也能够准确地检测失火。
65.另外，如果能够基于点火线圈10的二次侧线圈的电压/电流来检测失火，则即便在物理上难以接近一次侧线圈的情况下，也能够基于二次侧线圈的电压/电流来准确地检测失火。
66.附图标记说明
67.1发动机点火系统，10点火线圈，20点火单元，30蓄电池，40电压检测电路，50火花塞，60曲轴、70曲轴脉冲转子，80曲轴脉冲传感器、100失火检测装置，101通常点火正时计算部，102通常点火信号产生部，103追加点火正时计算部，104追加点火信号产生部，105击穿判定部