内燃機関の点火コイル故障検出装置
【課題】イオン電流に基づいて点火コイルの故障の有無を判定する際に、レアーショートのような点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定することを未然に防止する。
【解決手段】イオン電流検出回路３５で検出したイオン電流の特性（例えばピーク電流とイオン電流発生時間幅）に基づいて実際のエンジン運転領域を判定すると共に、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転速度や負荷等）に基づいて推定エンジン運転領域を判定し、イオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域が高回転運転領域と判定される状態が所定サイクル以上（例えば１０サイクル以上）続く場合に、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて実際のエンジン運転領域が高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）と判定されるか否かで点火コイル２１の故障の有無を判定する。
【解決手段】イオン電流検出回路３５で検出したイオン電流の特性（例えばピーク電流とイオン電流発生時間幅）に基づいて実際のエンジン運転領域を判定すると共に、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転速度や負荷等）に基づいて推定エンジン運転領域を判定し、イオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域が高回転運転領域と判定される状態が所定サイクル以上（例えば１０サイクル以上）続く場合に、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて実際のエンジン運転領域が高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）と判定されるか否かで点火コイル２１の故障の有無を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグを介して検出する機能を備えた内燃機関の点火コイル故障検出装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の筒内で混合気が燃焼する際にイオンが発生する特性に着目して、点火毎に筒内で発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して検出し、そのイオン電流検出値に基づいて着火／失火を検出する技術が開発されている。従来の着火／失火の判定方法は、着火時にイオン電流が増加し、失火発生時にイオン電流が減少する性質を利用し、検出したイオン電流ピーク値を所定の失火判定値と比較して、イオン電流ピーク値が失火判定値以上であれば、着火と判定し、そうでなければ、失火と判定するものである。
【０００３】
このようなイオン電流を用いた失火検出装置では、イオン電流検出回路が断線やショート等によって故障すると、失火を誤検出することになる。
【０００４】
この対策として、特許文献１（特許第２６５７０１２号公報）に示すように、イオン電流検出信号が所定時間だけ連続して同一レベルを示す場合に、イオン電流検出回路の故障と判定するようにしたものがある。
【特許文献１】特許第２６５７０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図３に示すように、点火コイルの一次側巻線間のレアーショートが発生すると、イオン電流検出期間中に１ｍｓ程度の時間幅のノイズ電流が発生し、二次側巻線間のレアーショートが発生すると、イオン電流検出期間中に１．５ｍｓ程度の時間幅のノイズ電流が発生する。従って、巻線間のレアーショートのような点火コイルの故障が発生した場合には、イオン電流検出信号（ノイズ電流）の出力レベルが１〜１．５ｍｓ程度の時間幅で変動するため、上記特許文献１の故障検出装置のように、イオン電流検出信号が連続して同一レベルに維持される場合に故障と判定するシステムでは、巻線間のレアーショートのような点火コイルの故障を検出できないばかりか、レアーショート発生時のイオン電流検出信号（ノイズ電流）の出力レベルが失火判定レベルを越えるため、レアーショートによる異常燃焼を正常燃焼と誤判定してしまうという問題があった。
【０００６】
この対策として、イオン電流検出信号（ノイズ電流）の波形に基づいて点火コイルの故障を検出することが考えられるが、内燃機関の高回転運転領域では、正常燃焼時のイオン電流の発生区間（６０℃Ａ）の時間幅がレアーショートによるノイズ電流の時間幅に近付いて両者を区別しにくくなるため、正常燃焼を点火コイルの故障と誤判定する可能性がある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、イオン電流に基づいて点火コイルの故障の有無を判定する際に、レアーショートのような点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定することを未然に防止できて、点火コイルの故障判定の精度・信頼性を向上できる内燃機関の点火コイル故障検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、イオン電流検出手段で検出したイオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を判定する第１の運転領域判定手段と、前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて内燃機関の運転領域を判定する第２の運転領域判定手段と、前記第１の運転領域判定手段で前記イオン電流の特性に基づいて高回転運転領域と判定される状態が続く場合に、前記第２の運転領域判定手段で前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて高回転運転領域以外の運転領域と判定されるときに点火コイルの故障と判定する故障検出手段を備えた構成としたものである。
【０００９】
内燃機関の運転領域によっては、僅かな運転条件の違いや環境条件の違いによって燃焼不安定状態になって、イオン電流のばらつきが大きくなったり、イオン電流が小さくなることがある。また、内燃機関の暖機完了前は、吸気ポート周辺の付着燃料（ウェット）が多いため、燃料カットしても、吸気ポート周辺の付着燃料で暫く燃焼し続けることがある。従って、点火コイルの巻線間のレアーショートのような故障の検出は、イオン電流が安定して検出される運転状態で確認する必要がある。
【００１０】
そこで、本発明は、イオン電流検出手段で検出したイオン電流の特性（例えばイオン電流ピーク値やイオン電流発生時間等）に基づいて内燃機関の運転領域を判定すると共に、イオン電流以外の運転パラメータ（例えば機関回転速度や負荷等）に基づいて内燃機関の運転領域を判定し、イオン電流の特性に基づいて高回転運転領域と判定される状態が続く場合に、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）と判定されるか否かで点火コイルの故障の有無を判定するものである。
【００１１】
要するに、レアーショートのような点火コイルの故障の場合も、イオン電流の特性に基づく運転領域の判定結果は高回転運転領域となるが、イオン電流の特性に基づく運転領域の判定結果とイオン電流以外の運転パラメータに基づく運転領域の判定結果とが共に高回転運転領域であれば、正常燃焼と判定し、イオン電流以外の運転パラメータに基づく運転領域の判定結果が高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）であれば、点火コイルの故障と判定するものである。このようにすれば、レアーショートのような点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定することを未然に防止できて、点火コイルの故障判定の精度・信頼性を向上できる。
【００１２】
また、請求項２のように、イオン電流検出手段で検出した各気筒のイオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を各気筒毎に判定する第１の運転領域判定手段と、前記第１の運転領域判定手段による各気筒の運転領域判定結果を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合に前記１つの気筒が高回転運転領域と判定されるときに前記１つの気筒の点火コイルの故障と判定する故障検出手段を備えた構成としても良い。要するに、点火コイルの故障はいずれか１つの気筒についてのみ発生することがほとんどであるため、いずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合（つまり実際の運転領域が低回転運転領域又は燃料カットと判定される場合）に当該１つの気筒が高回転運転領域と判定されるときに当該１つの気筒の点火コイルの故障と判定するものである。このようにしても、レアーショートのような点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定することを未然に防止できて、点火コイルの故障判定の精度・信頼性を向上できる。
【００１３】
更に、この請求項２に係る発明において、請求項３のように、前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて内燃機関の運転領域を判定する第２の運転領域判定手段を備え、前記第１の運転領域判定手段による各気筒の運転領域判定結果を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合に、前記第１の運転領域判定手段で前記１つの気筒が高回転運転領域と判定され且つ他の気筒の運転領域が前記第２の運転領域判定手段による運転領域判定結果と合致するときに前記１つの気筒の点火コイルの故障と判定するようにしても良い（要するに請求項１と請求項２とを組み合わせた構成としても良い）。このようにすれば、レアーショートのような点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定することをより確実に防止できて、点火コイルの故障判定の精度・信頼性を更に向上できる。
【００１４】
また、請求項４のように、前記第１の運転領域判定手段は、各気筒毎に前記イオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を燃料カット領域、低回転運転領域、高回転運転領域といずれにも特定できない不特定運転領域に区分して判定し、前記故障検出手段は、前記第１の運転領域判定手段でいずれかの気筒の運転領域が不特定運転領域と判定されているときに前記点火コイルの故障判定を禁止するようにしても良い。このようにすれば、いずれかの気筒の運転領域が点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定する可能性のある不特定運転領域である場合に、点火コイルの故障判定が禁止されるため、誤判定をより確実に防止できる。
【００１５】
また、請求項５のように、前記第１の運転領域判定手段は、所定サイクル以上連続して運転領域判定結果が同じである場合に当該運転領域判定結果を有効とし、それ以外の場合は不特定運転領域と判定するようにしても良い。このようにすれば、点火コイルの故障判定の精度・信頼性を更に向上できる。
【００１６】
また、請求項６のように、前記故障検出手段は、前記イオン電流検出手段のイオン電流出力波形が異常波形の場合に前記点火コイルの故障判定を禁止するようにしても良い。要するに、イオン電流検出手段のイオン電流出力波形が異常波形の場合は、失火、点火プラグのくすぶり汚損、イオン電流検出手段の故障等が考えられるため、点火コイルの故障判定を禁止することで、誤判定を未然に防止することができる。
【００１７】
また、点火コイルが故障すると、失火が発生することを考慮して、請求項７のように、前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて各気筒毎に失火を検出する失火検出手段を備え、前記故障検出手段は、前記失火検出手段により失火が検出された気筒に関しては当該気筒の点火コイルの故障判定を許可し、前記失火検出手段により失火が検出されていない気筒に関しては当該気筒の点火コイルの故障判定を禁止する手段を備えた構成としても良い。このようにすれば、失火の発生原因が点火コイルの故障であるか否かを確認できるので、故障部位を特定できて、整備工場での修理作業性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて点火制御系の回路構成を説明する。
エンジンの各気筒毎に点火コイル２１が設けられ、各気筒の点火コイル２１の一次側巻線２２の一端はバッテリ２３に接続され、該一次側巻線２２の他端は、イグナイタ２４に内蔵されたパワートランジスタ２５のコレクタに接続されている。二次側巻線２６の一端は点火プラグ２７に接続され、該二次側巻線２６の他端は、２つのツェナーダイオード２８，２９を介してグランドに接続されている。
【００１９】
２つのツェナーダイオード２８，２９は互いに逆向きに直列接続され、一方のツェナーダイオード２８にコンデンサ３０が並列に接続され、他方のツェナーダイオード２９にイオン電流検出抵抗３１が並列に接続されている。コンデンサ３０とイオン電流検出抵抗３１との間の電位Ｖinが抵抗３２を介して反転増幅回路３３の反転入力端子（−）に入力されて反転増幅され、この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖがイオン電流信号としてエンジン制御回路３４に入力される。イオン電流検出回路３５（イオン電流検出手段）は、ツェナーダイオード２８，２９、コンデンサ３０、イオン電流検出抵抗３１、反転増幅回路３３等から構成されている。イオン電流検出回路３５は各気筒毎に設けられ、各気筒毎にイオン電流が検出される。
【００２０】
エンジン運転中は、エンジン制御回路３４からイグナイタ２４に送信される点火指令信号の立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ２５がオン／オフする。パワートランジスタ２５がオンすると、バッテリ２３から一次側巻線２２に一次電流が流れ、その後、パワートランジスタ２５がオフすると、一次側巻線２２の一次電流が遮断されて、二次側巻線２６に高電圧が電磁誘導され、この高電圧によって点火プラグ２７の電極３６，３７間に火花放電が発生する。この火花放電電流は、点火プラグ２７の接地電極３７から中心電極３６へ流れ、二次側巻線２６を経てコンデンサ３０に充電されると共に、ツェナーダイオード２８，２９を経てグランド側に流れる。コンデンサ３０の充電後は、ツェナーダイオード２８のツェナー電圧によって規制されるコンデンサ３０の充電電圧を電源としてイオン電流検出回路３５が駆動され、後述するようにしてイオン電流が検出される。
【００２１】
これに対して、イオン電流は、火花放電電流とは反対方向に流れる。つまり、点火終了後は、コンデンサ３０の充電電圧によって点火プラグ２７の電極３６，３７間に電圧が印加されるため、気筒内で混合気が燃焼する際に発生するイオンによって電極３６，３７間にイオン電流が流れるが、このイオン電流は、中心電極３６から接地電極３７へ流れ、更に、グランド側からイオン電流検出抵抗３１を通ってコンデンサ３０に流れる。この際、イオン電流検出抵抗３１に流れるイオン電流の変化に応じて反転増幅回路３３の入力電位Ｖinが変化し、反転増幅回路３３の出力端子からイオン電流に応じた電圧Ｖがエンジン制御回路３４に出力される。この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖからイオン電流が検出され、このイオン電流から失火、プレイグニッション、ノッキング等が検出される。
【００２２】
次に、イオン電流検出回路３５のイオン電流出力パターンが、失火時、軽度のくすぶり汚損時、イオン電流検出回路３５の故障時（イオン電流検出不能時）に、点火コイル２１のレアーショート時にどの様に変化するかを図２を用いて説明する。ここで、点火コイル２１のレアーショートは、図３に示すように、一次側巻線２２の線間（又は二次側巻線２６の線間）がショートする故障モードである。
【００２３】
点火系が正常であれば、点火コイル２１の一次側巻線２２への通電開始直後（点火信号ＯＦＦ→ＯＮ切換直後）に、短い時間幅のパルス状のノイズ電流が誘起され、点火直後（点火信号ＯＮ→ＯＦＦ切換直後）に、点火コイル２１の二次側の残留磁気エネルギによってＬＣ共振が発生し、その後、燃焼により発生したイオン電流の波形が現れる。
【００２４】
くすぶり汚損が発生しても、くすぶり汚損の程度が軽度であれば、混合気に着火されるため、一次側巻線２２への通電開始直後に誘起されるノイズ電流の時間幅が長くなるものの、点火後には、通常の着火時と同じようにＬＣ共振ノイズと燃焼によるイオン電流の波形が現れる。
【００２５】
一方、失火時には、一次側巻線２２への通電開始直後のパルス状のノイズ電流と点火後のＬＣ共振ノイズが現れるが、燃焼によるイオン電流の波形は現れない。
【００２６】
また、イオン電流検出回路３５の故障（信号線の断線等）によりイオン電流が検出不能になった場合（又は点火コイル２１の一次側巻線２２の断線等により通電不能になった場合）には、イオン電流検出回路３５のイオン電流信号が全く出力されない状態となり、燃焼によるイオン電流のみならず、点火信号ＯＮ切換直後のノイズやＬＣ共振ノイズも検出されない状態となる。
【００２７】
この点に着目して、本実施例では、点火コイル２１の通電期間中（点火信号ＯＮ期間中）のイオン電流出力（ノイズ電流）の有無を、コイル通電判定レベルＶth1 を越えるイオン電流出力の時間幅によって判定し、このイオン電流出力時間幅が所定時間以下であるか否かで、イオン電流検出回路３５の故障（又は点火コイル２１が通電不能な状態）であるか否かを判定する。また、イオン電流検出回路３５の故障時（又は点火コイル２１の通電不能時）には、ＬＣ共振ノイズも発生しなくなるため、点火後のＬＣ共振ノイズによるイオン電流出力の有無を判定することで、イオン電流検出回路３５の故障（又は点火コイル２１が通電不能な状態）であるか否かを判定するようにしても良い。
【００２８】
また、点火コイル２１の一次側巻線２２のレアーショートが発生した時には、イオン電流検出期間中に１ｍｓ程度の時間幅Ｔｉのノイズ電流が発生し、二次側巻線２６のレアーショートが発生した時には、イオン電流検出期間中に１．５ｍｓ程度の時間幅Ｔｉのノイズ電流が発生する。このノイズ電流は、失火判定レベルＶth2 よりも大きいため、従来は、このノイズ電流を燃焼によるイオン電流と誤判定する可能性があった。
【００２９】
以上のような点火コイル２１の故障モードに対して、エンジン制御回路３４は、後述する図４及び図５の点火コイル故障診断ルーチンを実行することで、次のような方法で点火コイル２１の故障の有無を判定する。
【００３０】
イオン電流検出信号（ノイズ電流）の波形に基づいて点火コイル２１の故障を検出することが考えられるが、エンジンの高回転運転領域では、正常燃焼時のイオン電流の発生区間（６０℃Ａ）の時間幅が点火コイル２１の故障時のノイズ電流の時間幅Ｔｉに近付いて両者を区別しにくくなるため、正常燃焼を点火コイル２１の故障と誤判定する可能性がある。また、エンジンの運転領域によっては、僅かな運転条件の違いや環境条件の違いによって燃焼不安定状態になって、イオン電流のばらつきが大きくなったり、イオン電流が小さくなることがある。また、エンジンの暖機完了前は、吸気ポート周辺の付着燃料（ウェット）が多いため、燃料カットしても、吸気ポート周辺の付着燃料で暫く燃焼し続けることがある。従って、点火コイル２１の故障の検出は、イオン電流が安定して検出される運転状態で確認する必要がある。
【００３１】
そこで、本実施例では、イオン電流検出回路３５で検出したイオン電流の特性（例えばピーク電流Ｉｐとイオン電流発生時間幅Ｔｉ）に基づいて実際のエンジン運転領域を判定すると共に、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転速度や負荷等）に基づいて推定エンジン運転領域を判定し、イオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域が高回転運転領域と判定される状態が所定サイクル以上（例えば１０サイクル以上）続く場合に、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて実際のエンジン運転領域が高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）と判定されるか否かで点火コイル２１の故障の有無を判定するようにしている。
【００３２】
要するに、レアーショートのような点火コイル２１の故障の場合も、イオン電流の特性に基づく運転領域の判定結果（推定エンジン運転領域）は高回転運転領域となるが、イオン電流の特性に基づく運転領域の判定結果とイオン電流以外の運転パラメータに基づく運転領域の判定結果（実際のエンジン運転領域）とが共に高回転運転領域であれば、正常燃焼と判定し、イオン電流以外の運転パラメータに基づく運転領域の判定結果が高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）であれば、点火コイル２１の故障と判定するものである。このようにすれば、レアーショートのような点火コイル２１の故障と正常燃焼とを誤判定することを未然に防止できて、点火コイル２１の故障判定の精度・信頼性を向上できる。
【００３３】
更に、本実施例では、イオン電流検出回路３５で検出した各気筒のイオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域を各気筒毎に判定し、各気筒の推定エンジン運転領域を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合に、当該１つの気筒が高回転運転領域と判定され且つ他の気筒の推定エンジン運転領域がイオン電流以外の運転パラメータから判定された実際のエンジン運転領域と合致するときに当該１つの気筒の点火コイル２１の故障と判定するようにしている。
【００３４】
また、本実施例では、点火コイル２１が故障すると、失火が発生することを考慮して、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転変動）に基づいて各気筒毎に失火を検出し、失火が検出された気筒に関しては当該気筒の点火コイル２１の故障判定を許可し、失火が検出されていない気筒に関しては当該気筒の点火コイル２１の故障判定を禁止する。このようにすれば、失火の発生原因が点火コイル２１の故障であるか否かを確認できるので、故障部位を特定できて、整備工場での修理作業性を向上できる。
【００３５】
以上説明した点火コイル２１の故障診断は、エンジン制御回路３４によって図４及び図５の点火コイル故障診断ルーチンに従って実行される。以下、この点火コイル故障診断ルーチンの処理内容を説明する。図４及び図５の点火コイル故障診断ルーチンは、各気筒の点火毎（各気筒のイオン電流検出期間が終了する毎）に起動され、特許請求の範囲でいう故障検出手段としての役割を果たす。
【００３６】
本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン回転変動に基づく失火判定ルーチン（図示せず）を実行して、エンジン回転変動に基づいて各気筒＃ｎ毎に失火を検出する。尚、エンジン回転変動に代えて、例えば筒内圧（燃焼圧）に基づいて各気筒＃ｎ毎に失火を検出するようにしても良く、要は、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて各気筒＃ｎ毎に失火を検出するようにすれば良い。このステップ１０１の処理が特許請求の範囲でいう失火検出手段としての役割を果たす。
【００３７】
この後、ステップ１０２に進み、各気筒＃ｎのイオン電流検出回路３５のイオン電流出力を読み込み、次のステップ１０３で、各気筒＃ｎのイオン電流ピーク値Ｉｐを失火判定値Ｖth2 と比較して失火／燃焼を判定すると共に、イオン電流検出期間以外の期間に流れる漏洩電流（イオン電流検出回路３５の出力電流）に基づいて点火プラグ２７の絶縁抵抗値を算出してくすぶり汚損の有無を判定する。
【００３８】
そして、次のステップ１０４で、図６の実エンジン運転領域判定マップを参照して、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転速度と負荷率）に基づいて実際のエンジン運転領域Ｍｅｘが、燃料カット領域Ｍｅ１、低回転運転領域Ｍｅｘ２、それ以外の運転領域Ｍｅｘ０のいずれに該当するかを判定する。このステップ１０４の処理が特許請求の範囲でいう第２の運転領域判定手段としての役割を果たす。
【００３９】
この後、ステップ１０５で、点火コイル２１の故障診断が許可されているか否かを判定する。ここで、点火コイル２１の故障診断が許可される条件は、例えば、点火プラグ２７のくすぶり汚損が発生していないこと、点火コイル２１の故障診断に関係するシステムが正常に作動していること（異常が検出されていないこと）等である。
【００４０】
点火コイル２１の故障診断が許可されている場合は、ステップ１０６に進み、図７の推定エンジン運転領域判定マップを参照して、各気筒＃ｎのイオン電流の特性（例えばゲイン調整前のイオン電流ピーク値Ｉｐやイオン電流発生時間Ｔｉ等）に基づいて推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が、燃料カット領域Ｍｉ１、低回転運転領域Ｍｉｘ２、高回転運転領域Ｍｉｘ３、いずれにも特定できない不特定運転領域Ｍｉ０のいずれに該当するかを各気筒＃ｎ毎に判定して、エンジン制御回路３４のメモリに記憶する。このステップ１０６の処理が特許請求の範囲でいう第１の運転領域判定手段としての役割を果たす。
【００４１】
この後、ステップ１０７に進み、各気筒＃ｎのイオン電流の特性に基づく推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の今回の判定結果が前回と同じであるか否かを各気筒＃ｎ毎に判定し、前回と同じであれば、ステップ１０８に進み、各気筒＃ｎの連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］を１つカウントアップして、次のステップ１１０で、各気筒＃ｎの連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］のカウント値が所定値（例えば１０）を越えたか否かを判定する。一方、推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の今回の判定結果が前回と異なる気筒があれば、ステップ１０９に進み、当該気筒の連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］を０にリセットする。
【００４２】
各気筒＃ｎの連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］のカウント値が所定値（例えば１０）を越えるまでは、ステップ１１２に進み、各気筒＃ｎの推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定結果を不特定運転領域Ｍｉ０とする。その後、各気筒＃ｎの連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］のカウント値が所定値（例えば１０）を越えた時点で、ステップ１１１に進み、前記ステップ１０６で判定した各気筒＃ｎの推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定結果をそのまま最終的な判定結果として確定する。
【００４３】
尚、前記ステップ１０５で、点火コイル２１の故障診断が禁止されていると判定されれば、ステップ１０９に進み、当該気筒の連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］を０にリセットした後、ステップ１１２に進み、各気筒＃ｎの推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定結果を不特定運転領域Ｍｉ０とする。
【００４４】
一方、ステップ１１１で、各気筒＃ｎの推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定結果が確定すると、図５のステップ１１３に進み、全気筒で推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定が終了したか否かを判定し、まだ推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定が終了していない気筒があれば、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４５】
全気筒で推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定が終了していれば、ステップ１１４に進み、いずれか１つの気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］と不一致であるか否かを判定し、不一致の気筒がなければ、点火コイル２１のレアーショート等の故障が発生していないと判断して、そのままそのまま本ルーチンを終了する。
【００４６】
これに対して、いずれか１つの気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］と不一致であれば、ステップ１１５に進み、不一致の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が高回転運転領域Ｍｉｘ３であるか否かを判定し、高回転運転領域Ｍｉｘ３でなければ、点火コイル２１のレアーショート等の故障が発生していないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４７】
不一致の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が高回転運転領域Ｍｉｘ３であれば、ステップ１１６に進み、他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が、前記ステップ１０４で判定した実際のエンジン運転領域Ｍｅｘと一致するか否かを判定し、他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が実際のエンジン運転領域Ｍｅｘと一致していなければ、正確な故障診断を行うのが困難な不安定運転状態であると判断して、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４８】
一方、他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が実際のエンジン運転領域Ｍｅｘと一致していれば、ステップ１１７に進み、前記ステップ１１４で不一致と判定された気筒に関して、前記ステップ１０１でエンジン回転変動から失火が検出されているか否かを判定し、失火が検出されていなければ、点火コイル２１のレアーショート等の故障が発生していないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４９】
上記ステップ１１７で、不一致の気筒に関してエンジン回転変動から失火が検出されていると判定されれば、ステップ１１８に進み、不一致の気筒の点火コイル２１が故障していると判定して本ルーチンを終了する。
【００５０】
以上説明した本実施例によれば、イオン電流検出回路３５で検出した各気筒＃ｎのイオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］を各気筒＃ｎ毎に判定し、各気筒＃ｎの推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域Ｍｉｘ３以外の運転領域と判定される場合に、当該１つの気筒が高回転運転領域Ｍｉｘ３と判定され且つ他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］がイオン電流以外の運転パラメータから判定された実際のエンジン運転領域Ｍｅｘと合致するときに当該１つの気筒の点火コイル２１の故障と判定するようにしたので、レアーショートのような点火コイル２１の故障と正常燃焼とを誤判定することを防止できて、点火コイル２１の故障判定の精度・信頼性を向上できる。
【００５１】
しかも、本実施例では、点火コイル２１が故障すると、失火が発生することを考慮して、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転変動）に基づいて各気筒毎に失火を検出し、失火が検出された気筒に関してのみ当該気筒の点火コイル２１の故障判定を許可するようにしたので、失火の発生原因が点火コイル２１の故障であるか否かを確認でき、整備工場での修理作業性を向上できる利点がある。
【００５２】
尚、本発明は、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて各気筒毎に失火を検出する機能を省略しても良い。
【００５３】
また、本実施例では、各気筒毎に点火コイル２１を設けたＳ−ＤＬＩ点火方式の構成を採用したが、１つの点火コイルで２気筒に点火を行うＤ−ＤＬＩ点火方式の構成を採用するようにしても良い。この場合、イオン電流の特性（例えばイオン電流ピーク値やイオン電流発生時間等）に基づいて推定エンジン運転領域を判定すると共に、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転速度や負荷等）に基づいて実際のエンジン運転領域を判定し、イオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域が高回転運転領域と判定される状態が続く場合に、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて実際のエンジン運転領域が高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）と判定されるか否かで点火コイルの故障の有無を判定するようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例における点火制御系とイオン電流検出回路の構成を示す回路図である。
【図２】イオン電流検出回路のイオン電流出力パターンが、失火時、くすぶり汚損時、点火コイルのレアーショート時にどの様に変化するかを説明するタイムチャートである。
【図３】点火コイルの一次側巻線間のレアーショートを説明する等価回路図である。
【図４】点火コイル故障診断ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである（その１）。
【図５】点火コイル故障診断ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである（その２）。
【図６】エンジン回転速度と負荷率に基づいて実際のエンジン運転領域を判定する際に用いる実エンジン運転領域判定マップの一例を概念的に示す図である。
【図７】イオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域を判定する際に用いる推定エンジン運転領域判定マップの一例を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
２１…点火コイル、２２…一次コイル、２３…バッテリ、２４…イグナイタ、２５…パワートランジスタ、２６…二次コイル、２７…点火プラグ、３１…イオン電流検出抵抗、３３…反転増幅回路、３４…エンジン制御回路（故障検出手段，第１の運転領域判定手段，第２の運転領域判定手段，失火検出手段）、３５…イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）、３６…中心電極、３７…接地電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグを介して検出する機能を備えた内燃機関の点火コイル故障検出装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の筒内で混合気が燃焼する際にイオンが発生する特性に着目して、点火毎に筒内で発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して検出し、そのイオン電流検出値に基づいて着火／失火を検出する技術が開発されている。従来の着火／失火の判定方法は、着火時にイオン電流が増加し、失火発生時にイオン電流が減少する性質を利用し、検出したイオン電流ピーク値を所定の失火判定値と比較して、イオン電流ピーク値が失火判定値以上であれば、着火と判定し、そうでなければ、失火と判定するものである。
【０００３】
このようなイオン電流を用いた失火検出装置では、イオン電流検出回路が断線やショート等によって故障すると、失火を誤検出することになる。
【０００４】
この対策として、特許文献１（特許第２６５７０１２号公報）に示すように、イオン電流検出信号が所定時間だけ連続して同一レベルを示す場合に、イオン電流検出回路の故障と判定するようにしたものがある。
【特許文献１】特許第２６５７０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図３に示すように、点火コイルの一次側巻線間のレアーショートが発生すると、イオン電流検出期間中に１ｍｓ程度の時間幅のノイズ電流が発生し、二次側巻線間のレアーショートが発生すると、イオン電流検出期間中に１．５ｍｓ程度の時間幅のノイズ電流が発生する。従って、巻線間のレアーショートのような点火コイルの故障が発生した場合には、イオン電流検出信号（ノイズ電流）の出力レベルが１〜１．５ｍｓ程度の時間幅で変動するため、上記特許文献１の故障検出装置のように、イオン電流検出信号が連続して同一レベルに維持される場合に故障と判定するシステムでは、巻線間のレアーショートのような点火コイルの故障を検出できないばかりか、レアーショート発生時のイオン電流検出信号（ノイズ電流）の出力レベルが失火判定レベルを越えるため、レアーショートによる異常燃焼を正常燃焼と誤判定してしまうという問題があった。
【０００６】
この対策として、イオン電流検出信号（ノイズ電流）の波形に基づいて点火コイルの故障を検出することが考えられるが、内燃機関の高回転運転領域では、正常燃焼時のイオン電流の発生区間（６０℃Ａ）の時間幅がレアーショートによるノイズ電流の時間幅に近付いて両者を区別しにくくなるため、正常燃焼を点火コイルの故障と誤判定する可能性がある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、イオン電流に基づいて点火コイルの故障の有無を判定する際に、レアーショートのような点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定することを未然に防止できて、点火コイルの故障判定の精度・信頼性を向上できる内燃機関の点火コイル故障検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、イオン電流検出手段で検出したイオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を判定する第１の運転領域判定手段と、前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて内燃機関の運転領域を判定する第２の運転領域判定手段と、前記第１の運転領域判定手段で前記イオン電流の特性に基づいて高回転運転領域と判定される状態が続く場合に、前記第２の運転領域判定手段で前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて高回転運転領域以外の運転領域と判定されるときに点火コイルの故障と判定する故障検出手段を備えた構成としたものである。
【０００９】
内燃機関の運転領域によっては、僅かな運転条件の違いや環境条件の違いによって燃焼不安定状態になって、イオン電流のばらつきが大きくなったり、イオン電流が小さくなることがある。また、内燃機関の暖機完了前は、吸気ポート周辺の付着燃料（ウェット）が多いため、燃料カットしても、吸気ポート周辺の付着燃料で暫く燃焼し続けることがある。従って、点火コイルの巻線間のレアーショートのような故障の検出は、イオン電流が安定して検出される運転状態で確認する必要がある。
【００１０】
そこで、本発明は、イオン電流検出手段で検出したイオン電流の特性（例えばイオン電流ピーク値やイオン電流発生時間等）に基づいて内燃機関の運転領域を判定すると共に、イオン電流以外の運転パラメータ（例えば機関回転速度や負荷等）に基づいて内燃機関の運転領域を判定し、イオン電流の特性に基づいて高回転運転領域と判定される状態が続く場合に、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）と判定されるか否かで点火コイルの故障の有無を判定するものである。
【００１１】
要するに、レアーショートのような点火コイルの故障の場合も、イオン電流の特性に基づく運転領域の判定結果は高回転運転領域となるが、イオン電流の特性に基づく運転領域の判定結果とイオン電流以外の運転パラメータに基づく運転領域の判定結果とが共に高回転運転領域であれば、正常燃焼と判定し、イオン電流以外の運転パラメータに基づく運転領域の判定結果が高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）であれば、点火コイルの故障と判定するものである。このようにすれば、レアーショートのような点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定することを未然に防止できて、点火コイルの故障判定の精度・信頼性を向上できる。
【００１２】
また、請求項２のように、イオン電流検出手段で検出した各気筒のイオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を各気筒毎に判定する第１の運転領域判定手段と、前記第１の運転領域判定手段による各気筒の運転領域判定結果を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合に前記１つの気筒が高回転運転領域と判定されるときに前記１つの気筒の点火コイルの故障と判定する故障検出手段を備えた構成としても良い。要するに、点火コイルの故障はいずれか１つの気筒についてのみ発生することがほとんどであるため、いずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合（つまり実際の運転領域が低回転運転領域又は燃料カットと判定される場合）に当該１つの気筒が高回転運転領域と判定されるときに当該１つの気筒の点火コイルの故障と判定するものである。このようにしても、レアーショートのような点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定することを未然に防止できて、点火コイルの故障判定の精度・信頼性を向上できる。
【００１３】
更に、この請求項２に係る発明において、請求項３のように、前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて内燃機関の運転領域を判定する第２の運転領域判定手段を備え、前記第１の運転領域判定手段による各気筒の運転領域判定結果を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合に、前記第１の運転領域判定手段で前記１つの気筒が高回転運転領域と判定され且つ他の気筒の運転領域が前記第２の運転領域判定手段による運転領域判定結果と合致するときに前記１つの気筒の点火コイルの故障と判定するようにしても良い（要するに請求項１と請求項２とを組み合わせた構成としても良い）。このようにすれば、レアーショートのような点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定することをより確実に防止できて、点火コイルの故障判定の精度・信頼性を更に向上できる。
【００１４】
また、請求項４のように、前記第１の運転領域判定手段は、各気筒毎に前記イオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を燃料カット領域、低回転運転領域、高回転運転領域といずれにも特定できない不特定運転領域に区分して判定し、前記故障検出手段は、前記第１の運転領域判定手段でいずれかの気筒の運転領域が不特定運転領域と判定されているときに前記点火コイルの故障判定を禁止するようにしても良い。このようにすれば、いずれかの気筒の運転領域が点火コイルの故障と正常燃焼とを誤判定する可能性のある不特定運転領域である場合に、点火コイルの故障判定が禁止されるため、誤判定をより確実に防止できる。
【００１５】
また、請求項５のように、前記第１の運転領域判定手段は、所定サイクル以上連続して運転領域判定結果が同じである場合に当該運転領域判定結果を有効とし、それ以外の場合は不特定運転領域と判定するようにしても良い。このようにすれば、点火コイルの故障判定の精度・信頼性を更に向上できる。
【００１６】
また、請求項６のように、前記故障検出手段は、前記イオン電流検出手段のイオン電流出力波形が異常波形の場合に前記点火コイルの故障判定を禁止するようにしても良い。要するに、イオン電流検出手段のイオン電流出力波形が異常波形の場合は、失火、点火プラグのくすぶり汚損、イオン電流検出手段の故障等が考えられるため、点火コイルの故障判定を禁止することで、誤判定を未然に防止することができる。
【００１７】
また、点火コイルが故障すると、失火が発生することを考慮して、請求項７のように、前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて各気筒毎に失火を検出する失火検出手段を備え、前記故障検出手段は、前記失火検出手段により失火が検出された気筒に関しては当該気筒の点火コイルの故障判定を許可し、前記失火検出手段により失火が検出されていない気筒に関しては当該気筒の点火コイルの故障判定を禁止する手段を備えた構成としても良い。このようにすれば、失火の発生原因が点火コイルの故障であるか否かを確認できるので、故障部位を特定できて、整備工場での修理作業性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて点火制御系の回路構成を説明する。
エンジンの各気筒毎に点火コイル２１が設けられ、各気筒の点火コイル２１の一次側巻線２２の一端はバッテリ２３に接続され、該一次側巻線２２の他端は、イグナイタ２４に内蔵されたパワートランジスタ２５のコレクタに接続されている。二次側巻線２６の一端は点火プラグ２７に接続され、該二次側巻線２６の他端は、２つのツェナーダイオード２８，２９を介してグランドに接続されている。
【００１９】
２つのツェナーダイオード２８，２９は互いに逆向きに直列接続され、一方のツェナーダイオード２８にコンデンサ３０が並列に接続され、他方のツェナーダイオード２９にイオン電流検出抵抗３１が並列に接続されている。コンデンサ３０とイオン電流検出抵抗３１との間の電位Ｖinが抵抗３２を介して反転増幅回路３３の反転入力端子（−）に入力されて反転増幅され、この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖがイオン電流信号としてエンジン制御回路３４に入力される。イオン電流検出回路３５（イオン電流検出手段）は、ツェナーダイオード２８，２９、コンデンサ３０、イオン電流検出抵抗３１、反転増幅回路３３等から構成されている。イオン電流検出回路３５は各気筒毎に設けられ、各気筒毎にイオン電流が検出される。
【００２０】
エンジン運転中は、エンジン制御回路３４からイグナイタ２４に送信される点火指令信号の立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ２５がオン／オフする。パワートランジスタ２５がオンすると、バッテリ２３から一次側巻線２２に一次電流が流れ、その後、パワートランジスタ２５がオフすると、一次側巻線２２の一次電流が遮断されて、二次側巻線２６に高電圧が電磁誘導され、この高電圧によって点火プラグ２７の電極３６，３７間に火花放電が発生する。この火花放電電流は、点火プラグ２７の接地電極３７から中心電極３６へ流れ、二次側巻線２６を経てコンデンサ３０に充電されると共に、ツェナーダイオード２８，２９を経てグランド側に流れる。コンデンサ３０の充電後は、ツェナーダイオード２８のツェナー電圧によって規制されるコンデンサ３０の充電電圧を電源としてイオン電流検出回路３５が駆動され、後述するようにしてイオン電流が検出される。
【００２１】
これに対して、イオン電流は、火花放電電流とは反対方向に流れる。つまり、点火終了後は、コンデンサ３０の充電電圧によって点火プラグ２７の電極３６，３７間に電圧が印加されるため、気筒内で混合気が燃焼する際に発生するイオンによって電極３６，３７間にイオン電流が流れるが、このイオン電流は、中心電極３６から接地電極３７へ流れ、更に、グランド側からイオン電流検出抵抗３１を通ってコンデンサ３０に流れる。この際、イオン電流検出抵抗３１に流れるイオン電流の変化に応じて反転増幅回路３３の入力電位Ｖinが変化し、反転増幅回路３３の出力端子からイオン電流に応じた電圧Ｖがエンジン制御回路３４に出力される。この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖからイオン電流が検出され、このイオン電流から失火、プレイグニッション、ノッキング等が検出される。
【００２２】
次に、イオン電流検出回路３５のイオン電流出力パターンが、失火時、軽度のくすぶり汚損時、イオン電流検出回路３５の故障時（イオン電流検出不能時）に、点火コイル２１のレアーショート時にどの様に変化するかを図２を用いて説明する。ここで、点火コイル２１のレアーショートは、図３に示すように、一次側巻線２２の線間（又は二次側巻線２６の線間）がショートする故障モードである。
【００２３】
点火系が正常であれば、点火コイル２１の一次側巻線２２への通電開始直後（点火信号ＯＦＦ→ＯＮ切換直後）に、短い時間幅のパルス状のノイズ電流が誘起され、点火直後（点火信号ＯＮ→ＯＦＦ切換直後）に、点火コイル２１の二次側の残留磁気エネルギによってＬＣ共振が発生し、その後、燃焼により発生したイオン電流の波形が現れる。
【００２４】
くすぶり汚損が発生しても、くすぶり汚損の程度が軽度であれば、混合気に着火されるため、一次側巻線２２への通電開始直後に誘起されるノイズ電流の時間幅が長くなるものの、点火後には、通常の着火時と同じようにＬＣ共振ノイズと燃焼によるイオン電流の波形が現れる。
【００２５】
一方、失火時には、一次側巻線２２への通電開始直後のパルス状のノイズ電流と点火後のＬＣ共振ノイズが現れるが、燃焼によるイオン電流の波形は現れない。
【００２６】
また、イオン電流検出回路３５の故障（信号線の断線等）によりイオン電流が検出不能になった場合（又は点火コイル２１の一次側巻線２２の断線等により通電不能になった場合）には、イオン電流検出回路３５のイオン電流信号が全く出力されない状態となり、燃焼によるイオン電流のみならず、点火信号ＯＮ切換直後のノイズやＬＣ共振ノイズも検出されない状態となる。
【００２７】
この点に着目して、本実施例では、点火コイル２１の通電期間中（点火信号ＯＮ期間中）のイオン電流出力（ノイズ電流）の有無を、コイル通電判定レベルＶth1 を越えるイオン電流出力の時間幅によって判定し、このイオン電流出力時間幅が所定時間以下であるか否かで、イオン電流検出回路３５の故障（又は点火コイル２１が通電不能な状態）であるか否かを判定する。また、イオン電流検出回路３５の故障時（又は点火コイル２１の通電不能時）には、ＬＣ共振ノイズも発生しなくなるため、点火後のＬＣ共振ノイズによるイオン電流出力の有無を判定することで、イオン電流検出回路３５の故障（又は点火コイル２１が通電不能な状態）であるか否かを判定するようにしても良い。
【００２８】
また、点火コイル２１の一次側巻線２２のレアーショートが発生した時には、イオン電流検出期間中に１ｍｓ程度の時間幅Ｔｉのノイズ電流が発生し、二次側巻線２６のレアーショートが発生した時には、イオン電流検出期間中に１．５ｍｓ程度の時間幅Ｔｉのノイズ電流が発生する。このノイズ電流は、失火判定レベルＶth2 よりも大きいため、従来は、このノイズ電流を燃焼によるイオン電流と誤判定する可能性があった。
【００２９】
以上のような点火コイル２１の故障モードに対して、エンジン制御回路３４は、後述する図４及び図５の点火コイル故障診断ルーチンを実行することで、次のような方法で点火コイル２１の故障の有無を判定する。
【００３０】
イオン電流検出信号（ノイズ電流）の波形に基づいて点火コイル２１の故障を検出することが考えられるが、エンジンの高回転運転領域では、正常燃焼時のイオン電流の発生区間（６０℃Ａ）の時間幅が点火コイル２１の故障時のノイズ電流の時間幅Ｔｉに近付いて両者を区別しにくくなるため、正常燃焼を点火コイル２１の故障と誤判定する可能性がある。また、エンジンの運転領域によっては、僅かな運転条件の違いや環境条件の違いによって燃焼不安定状態になって、イオン電流のばらつきが大きくなったり、イオン電流が小さくなることがある。また、エンジンの暖機完了前は、吸気ポート周辺の付着燃料（ウェット）が多いため、燃料カットしても、吸気ポート周辺の付着燃料で暫く燃焼し続けることがある。従って、点火コイル２１の故障の検出は、イオン電流が安定して検出される運転状態で確認する必要がある。
【００３１】
そこで、本実施例では、イオン電流検出回路３５で検出したイオン電流の特性（例えばピーク電流Ｉｐとイオン電流発生時間幅Ｔｉ）に基づいて実際のエンジン運転領域を判定すると共に、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転速度や負荷等）に基づいて推定エンジン運転領域を判定し、イオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域が高回転運転領域と判定される状態が所定サイクル以上（例えば１０サイクル以上）続く場合に、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて実際のエンジン運転領域が高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）と判定されるか否かで点火コイル２１の故障の有無を判定するようにしている。
【００３２】
要するに、レアーショートのような点火コイル２１の故障の場合も、イオン電流の特性に基づく運転領域の判定結果（推定エンジン運転領域）は高回転運転領域となるが、イオン電流の特性に基づく運転領域の判定結果とイオン電流以外の運転パラメータに基づく運転領域の判定結果（実際のエンジン運転領域）とが共に高回転運転領域であれば、正常燃焼と判定し、イオン電流以外の運転パラメータに基づく運転領域の判定結果が高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）であれば、点火コイル２１の故障と判定するものである。このようにすれば、レアーショートのような点火コイル２１の故障と正常燃焼とを誤判定することを未然に防止できて、点火コイル２１の故障判定の精度・信頼性を向上できる。
【００３３】
更に、本実施例では、イオン電流検出回路３５で検出した各気筒のイオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域を各気筒毎に判定し、各気筒の推定エンジン運転領域を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合に、当該１つの気筒が高回転運転領域と判定され且つ他の気筒の推定エンジン運転領域がイオン電流以外の運転パラメータから判定された実際のエンジン運転領域と合致するときに当該１つの気筒の点火コイル２１の故障と判定するようにしている。
【００３４】
また、本実施例では、点火コイル２１が故障すると、失火が発生することを考慮して、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転変動）に基づいて各気筒毎に失火を検出し、失火が検出された気筒に関しては当該気筒の点火コイル２１の故障判定を許可し、失火が検出されていない気筒に関しては当該気筒の点火コイル２１の故障判定を禁止する。このようにすれば、失火の発生原因が点火コイル２１の故障であるか否かを確認できるので、故障部位を特定できて、整備工場での修理作業性を向上できる。
【００３５】
以上説明した点火コイル２１の故障診断は、エンジン制御回路３４によって図４及び図５の点火コイル故障診断ルーチンに従って実行される。以下、この点火コイル故障診断ルーチンの処理内容を説明する。図４及び図５の点火コイル故障診断ルーチンは、各気筒の点火毎（各気筒のイオン電流検出期間が終了する毎）に起動され、特許請求の範囲でいう故障検出手段としての役割を果たす。
【００３６】
本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン回転変動に基づく失火判定ルーチン（図示せず）を実行して、エンジン回転変動に基づいて各気筒＃ｎ毎に失火を検出する。尚、エンジン回転変動に代えて、例えば筒内圧（燃焼圧）に基づいて各気筒＃ｎ毎に失火を検出するようにしても良く、要は、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて各気筒＃ｎ毎に失火を検出するようにすれば良い。このステップ１０１の処理が特許請求の範囲でいう失火検出手段としての役割を果たす。
【００３７】
この後、ステップ１０２に進み、各気筒＃ｎのイオン電流検出回路３５のイオン電流出力を読み込み、次のステップ１０３で、各気筒＃ｎのイオン電流ピーク値Ｉｐを失火判定値Ｖth2 と比較して失火／燃焼を判定すると共に、イオン電流検出期間以外の期間に流れる漏洩電流（イオン電流検出回路３５の出力電流）に基づいて点火プラグ２７の絶縁抵抗値を算出してくすぶり汚損の有無を判定する。
【００３８】
そして、次のステップ１０４で、図６の実エンジン運転領域判定マップを参照して、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転速度と負荷率）に基づいて実際のエンジン運転領域Ｍｅｘが、燃料カット領域Ｍｅ１、低回転運転領域Ｍｅｘ２、それ以外の運転領域Ｍｅｘ０のいずれに該当するかを判定する。このステップ１０４の処理が特許請求の範囲でいう第２の運転領域判定手段としての役割を果たす。
【００３９】
この後、ステップ１０５で、点火コイル２１の故障診断が許可されているか否かを判定する。ここで、点火コイル２１の故障診断が許可される条件は、例えば、点火プラグ２７のくすぶり汚損が発生していないこと、点火コイル２１の故障診断に関係するシステムが正常に作動していること（異常が検出されていないこと）等である。
【００４０】
点火コイル２１の故障診断が許可されている場合は、ステップ１０６に進み、図７の推定エンジン運転領域判定マップを参照して、各気筒＃ｎのイオン電流の特性（例えばゲイン調整前のイオン電流ピーク値Ｉｐやイオン電流発生時間Ｔｉ等）に基づいて推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が、燃料カット領域Ｍｉ１、低回転運転領域Ｍｉｘ２、高回転運転領域Ｍｉｘ３、いずれにも特定できない不特定運転領域Ｍｉ０のいずれに該当するかを各気筒＃ｎ毎に判定して、エンジン制御回路３４のメモリに記憶する。このステップ１０６の処理が特許請求の範囲でいう第１の運転領域判定手段としての役割を果たす。
【００４１】
この後、ステップ１０７に進み、各気筒＃ｎのイオン電流の特性に基づく推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の今回の判定結果が前回と同じであるか否かを各気筒＃ｎ毎に判定し、前回と同じであれば、ステップ１０８に進み、各気筒＃ｎの連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］を１つカウントアップして、次のステップ１１０で、各気筒＃ｎの連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］のカウント値が所定値（例えば１０）を越えたか否かを判定する。一方、推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の今回の判定結果が前回と異なる気筒があれば、ステップ１０９に進み、当該気筒の連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］を０にリセットする。
【００４２】
各気筒＃ｎの連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］のカウント値が所定値（例えば１０）を越えるまでは、ステップ１１２に進み、各気筒＃ｎの推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定結果を不特定運転領域Ｍｉ０とする。その後、各気筒＃ｎの連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］のカウント値が所定値（例えば１０）を越えた時点で、ステップ１１１に進み、前記ステップ１０６で判定した各気筒＃ｎの推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定結果をそのまま最終的な判定結果として確定する。
【００４３】
尚、前記ステップ１０５で、点火コイル２１の故障診断が禁止されていると判定されれば、ステップ１０９に進み、当該気筒の連続判定回数カウンタＮ［＃ｎ］を０にリセットした後、ステップ１１２に進み、各気筒＃ｎの推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定結果を不特定運転領域Ｍｉ０とする。
【００４４】
一方、ステップ１１１で、各気筒＃ｎの推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定結果が確定すると、図５のステップ１１３に進み、全気筒で推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定が終了したか否かを判定し、まだ推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定が終了していない気筒があれば、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４５】
全気筒で推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］の判定が終了していれば、ステップ１１４に進み、いずれか１つの気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］と不一致であるか否かを判定し、不一致の気筒がなければ、点火コイル２１のレアーショート等の故障が発生していないと判断して、そのままそのまま本ルーチンを終了する。
【００４６】
これに対して、いずれか１つの気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］と不一致であれば、ステップ１１５に進み、不一致の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が高回転運転領域Ｍｉｘ３であるか否かを判定し、高回転運転領域Ｍｉｘ３でなければ、点火コイル２１のレアーショート等の故障が発生していないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４７】
不一致の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が高回転運転領域Ｍｉｘ３であれば、ステップ１１６に進み、他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が、前記ステップ１０４で判定した実際のエンジン運転領域Ｍｅｘと一致するか否かを判定し、他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が実際のエンジン運転領域Ｍｅｘと一致していなければ、正確な故障診断を行うのが困難な不安定運転状態であると判断して、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４８】
一方、他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］が実際のエンジン運転領域Ｍｅｘと一致していれば、ステップ１１７に進み、前記ステップ１１４で不一致と判定された気筒に関して、前記ステップ１０１でエンジン回転変動から失火が検出されているか否かを判定し、失火が検出されていなければ、点火コイル２１のレアーショート等の故障が発生していないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４９】
上記ステップ１１７で、不一致の気筒に関してエンジン回転変動から失火が検出されていると判定されれば、ステップ１１８に進み、不一致の気筒の点火コイル２１が故障していると判定して本ルーチンを終了する。
【００５０】
以上説明した本実施例によれば、イオン電流検出回路３５で検出した各気筒＃ｎのイオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］を各気筒＃ｎ毎に判定し、各気筒＃ｎの推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域Ｍｉｘ３以外の運転領域と判定される場合に、当該１つの気筒が高回転運転領域Ｍｉｘ３と判定され且つ他の気筒の推定エンジン運転領域Ｍｉｘ［＃ｎ］がイオン電流以外の運転パラメータから判定された実際のエンジン運転領域Ｍｅｘと合致するときに当該１つの気筒の点火コイル２１の故障と判定するようにしたので、レアーショートのような点火コイル２１の故障と正常燃焼とを誤判定することを防止できて、点火コイル２１の故障判定の精度・信頼性を向上できる。
【００５１】
しかも、本実施例では、点火コイル２１が故障すると、失火が発生することを考慮して、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転変動）に基づいて各気筒毎に失火を検出し、失火が検出された気筒に関してのみ当該気筒の点火コイル２１の故障判定を許可するようにしたので、失火の発生原因が点火コイル２１の故障であるか否かを確認でき、整備工場での修理作業性を向上できる利点がある。
【００５２】
尚、本発明は、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて各気筒毎に失火を検出する機能を省略しても良い。
【００５３】
また、本実施例では、各気筒毎に点火コイル２１を設けたＳ−ＤＬＩ点火方式の構成を採用したが、１つの点火コイルで２気筒に点火を行うＤ−ＤＬＩ点火方式の構成を採用するようにしても良い。この場合、イオン電流の特性（例えばイオン電流ピーク値やイオン電流発生時間等）に基づいて推定エンジン運転領域を判定すると共に、イオン電流以外の運転パラメータ（例えばエンジン回転速度や負荷等）に基づいて実際のエンジン運転領域を判定し、イオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域が高回転運転領域と判定される状態が続く場合に、イオン電流以外の運転パラメータに基づいて実際のエンジン運転領域が高回転運転領域以外の運転領域（低回転運転領域又は燃料カット）と判定されるか否かで点火コイルの故障の有無を判定するようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例における点火制御系とイオン電流検出回路の構成を示す回路図である。
【図２】イオン電流検出回路のイオン電流出力パターンが、失火時、くすぶり汚損時、点火コイルのレアーショート時にどの様に変化するかを説明するタイムチャートである。
【図３】点火コイルの一次側巻線間のレアーショートを説明する等価回路図である。
【図４】点火コイル故障診断ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである（その１）。
【図５】点火コイル故障診断ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである（その２）。
【図６】エンジン回転速度と負荷率に基づいて実際のエンジン運転領域を判定する際に用いる実エンジン運転領域判定マップの一例を概念的に示す図である。
【図７】イオン電流の特性に基づいて推定エンジン運転領域を判定する際に用いる推定エンジン運転領域判定マップの一例を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
２１…点火コイル、２２…一次コイル、２３…バッテリ、２４…イグナイタ、２５…パワートランジスタ、２６…二次コイル、２７…点火プラグ、３１…イオン電流検出抵抗、３３…反転増幅回路、３４…エンジン制御回路（故障検出手段，第１の運転領域判定手段，第２の運転領域判定手段，失火検出手段）、３５…イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）、３６…中心電極、３７…接地電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグを介して検出するイオン電流検出手段を備えた内燃機関の点火コイル故障検出装置において、
前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を判定する第１の運転領域判定手段と、
前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて内燃機関の運転領域を判定する第２の運転領域判定手段と、
前記第１の運転領域判定手段で前記イオン電流の特性に基づいて高回転運転領域と判定される状態が続く場合に、前記第２の運転領域判定手段で前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて高回転運転領域以外の運転領域と判定されるときに点火コイルの故障と判定する故障検出手段を備えていることを特徴とする内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項２】
内燃機関の複数の気筒の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を各気筒毎に点火プラグを介して検出するイオン電流検出手段を備えた内燃機関の点火コイル故障検出装置において、
前記イオン電流検出手段で検出した各気筒のイオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を各気筒毎に判定する第１の運転領域判定手段と、
前記第１の運転領域判定手段による各気筒の運転領域判定結果を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合に前記１つの気筒が高回転運転領域と判定されるときに前記１つの気筒の点火コイルの故障と判定する故障検出手段を備えていることを特徴とする内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項３】
前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて内燃機関の運転領域を判定する第２の運転領域判定手段を備え、
前記故障検出手段は、前記第１の運転領域判定手段による各気筒の運転領域判定結果を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合に、前記第１の運転領域判定手段で前記１つの気筒が高回転運転領域と判定され且つ他の気筒の運転領域が前記第２の運転領域判定手段による運転領域判定結果と合致するときに前記１つの気筒の点火コイルの故障と判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項４】
前記第１の運転領域判定手段は、各気筒毎に前記イオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を燃料カット領域、低回転運転領域、高回転運転領域といずれにも特定できない不特定運転領域に区分して判定し、
前記故障検出手段は、前記第１の運転領域判定手段でいずれかの気筒の運転領域が不特定運転領域と判定されているときに前記点火コイルの故障判定を禁止する手段を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項５】
前記第１の運転領域判定手段は、所定サイクル以上連続して運転領域判定結果が同じである場合に当該運転領域判定結果を有効とし、それ以外の場合は不特定運転領域と判定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項６】
前記故障検出手段は、前記イオン電流検出手段のイオン電流出力波形が異常波形の場合に前記点火コイルの故障判定を禁止する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項７】
前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて各気筒毎に失火を検出する失火検出手段を備え、
前記故障検出手段は、前記失火検出手段により失火が検出された気筒に関しては当該気筒の点火コイルの故障判定を許可し、前記失火検出手段により失火が検出されていない気筒に関しては当該気筒の点火コイルの故障判定を禁止する手段を備えていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を点火プラグを介して検出するイオン電流検出手段を備えた内燃機関の点火コイル故障検出装置において、
前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を判定する第１の運転領域判定手段と、
前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて内燃機関の運転領域を判定する第２の運転領域判定手段と、
前記第１の運転領域判定手段で前記イオン電流の特性に基づいて高回転運転領域と判定される状態が続く場合に、前記第２の運転領域判定手段で前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて高回転運転領域以外の運転領域と判定されるときに点火コイルの故障と判定する故障検出手段を備えていることを特徴とする内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項２】
内燃機関の複数の気筒の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流を各気筒毎に点火プラグを介して検出するイオン電流検出手段を備えた内燃機関の点火コイル故障検出装置において、
前記イオン電流検出手段で検出した各気筒のイオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を各気筒毎に判定する第１の運転領域判定手段と、
前記第１の運転領域判定手段による各気筒の運転領域判定結果を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合に前記１つの気筒が高回転運転領域と判定されるときに前記１つの気筒の点火コイルの故障と判定する故障検出手段を備えていることを特徴とする内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項３】
前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて内燃機関の運転領域を判定する第２の運転領域判定手段を備え、
前記故障検出手段は、前記第１の運転領域判定手段による各気筒の運転領域判定結果を比較していずれか１つの気筒を除く他の気筒が全て高回転運転領域以外の運転領域と判定される場合に、前記第１の運転領域判定手段で前記１つの気筒が高回転運転領域と判定され且つ他の気筒の運転領域が前記第２の運転領域判定手段による運転領域判定結果と合致するときに前記１つの気筒の点火コイルの故障と判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項４】
前記第１の運転領域判定手段は、各気筒毎に前記イオン電流の特性に基づいて内燃機関の運転領域を燃料カット領域、低回転運転領域、高回転運転領域といずれにも特定できない不特定運転領域に区分して判定し、
前記故障検出手段は、前記第１の運転領域判定手段でいずれかの気筒の運転領域が不特定運転領域と判定されているときに前記点火コイルの故障判定を禁止する手段を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項５】
前記第１の運転領域判定手段は、所定サイクル以上連続して運転領域判定結果が同じである場合に当該運転領域判定結果を有効とし、それ以外の場合は不特定運転領域と判定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項６】
前記故障検出手段は、前記イオン電流検出手段のイオン電流出力波形が異常波形の場合に前記点火コイルの故障判定を禁止する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【請求項７】
前記イオン電流以外の運転パラメータに基づいて各気筒毎に失火を検出する失火検出手段を備え、
前記故障検出手段は、前記失火検出手段により失火が検出された気筒に関しては当該気筒の点火コイルの故障判定を許可し、前記失火検出手段により失火が検出されていない気筒に関しては当該気筒の点火コイルの故障判定を禁止する手段を備えていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の内燃機関の点火コイル故障検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１６９７１８（Ｐ２００８−１６９７１８Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９９５（Ｐ２００７−１９９５）
【出願日】平成１９年１月１０日（２００７．１．１０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１０日（２００７．１．１０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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