JP2004156608A - イオン化信号及びコイルチャージ電流フィードバック信号を多重化することによってドライバ及びイオン化検出回路と共に集積された点火コイルのピン数を減少させる方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 多重化信号は、先ずイオン化検出信号を出力し、次いでチャージ命令VINが可能化されるとチャージ電流フィードバック信号を出力する。換言すれば、多重化フィードバック信号は、イオン化フィードバック信号を出力し、チャージ命令VINが活性化されるとチャージ電流フィードバック信号に切り替わる。別の実施例では、本発明の特色は、点火ドライバゲート信号と、点火コイルチャージ電流フィードバック信号及びイオン化信号を多重化し、それによってパッケージピン数を2本減少させる。
【選択図】 図36
Description
この特色は、一次チャージタイミング(もしくは時間)、一次チャージ持続時間、炭化またはスパークタイミング、及び次世代“スマート”点火システム制御のための点火またはスパーク持続時間のような点火パラメータを監視するために、イオン化検出回路からのイオン化信号を使用する。更に、このイオン化信号を、スパークプラグの炭素汚れ、絶縁物の過熱、早点火、並びに失敗したイオン化回路または点火コイルを検出するのにも使用する。
図8は、内燃機関の燃焼室内のイオン化電流を検出する回路10の基本的回路図であって、図35の機能ブロック80を表している。図35には示されているが、図8には示されていない回路は、バイアス回路及び一次チャージ電流を多重化するためのスイッチ回路である。先ず回路10の成分及び構成を説明し、次いで回路の動作を説明する。
気筒内イオン化検出を使用して現気筒識別(ID)を検出するスキームは、排気行程の燃焼時の雑音、振動、及び喘鳴(ハーシネス)(NVH)問題、常温始動時の炭化水素(HC)排出問題、及び常温における燃料パドリング効果に起因する遅れのような、多くの問題を抱えている。
Ton=Toff−f(ACT,ECT,MAP,N)
ここに、Toffはスパークタイミング(IGBTがターンオフする時点)を表し、ACTは空気チャージ温度を表し、ECTは機関冷却材温度を表し、MAPはマニホルド空気圧を表し、そしてNは機関クランク速度を表す。
Ton=Toff−f(N)
上述したように、気筒ID(CID)検出プロセスは、イオン信号からスパークタイミングを計算することを含む。どの気筒が、何時スパークするかを決定する手順は、セクションCにおいて説明した手順と変わらない。図27は、1つの気筒だけが実際に圧縮中である場合、クランクシャフトの所与の位置において複数の全ての気筒がスパークしていることを示している。広がった曲線289は、気筒#1の圧力を表している。321Kサンプル付近において広がった曲線を通過している狭い曲線290、291、292は、各気筒の上死点TDC付近における全コイルの点弧を表している。最短持続時間を有するスパークが、圧縮中の気筒である。
ECM内に配置されているか、または他の遠隔位置に配置されている内燃機関(ICE)のオンプラグ点火コイルは高EMI放出を受け易く、接続ワイヤーが長いことが原因で他の成分から妨害を受ける。イオン化検出回路は、それらが極めて低い信号電流レベル(μA)を取り扱うので、EMI問題はより重大になる。それの解決法は、コイルドライバトランジスタ及びイオン化回路の両者を、オンプラグ点火コイルに集積することである(図33)。
スパーク点火(SI)機関の燃焼プロセスは、気筒内空気/燃料(A/F)比、温度及び圧力、排気ガス再循環(EGR)レート、点火時間、持続時間等によって支配される。機関排出物質及び燃費は、その燃焼プロセスに厳密に依存する。同種の燃焼機関の場合、機関A/F比は、加熱排気ガス酸素(HEGO)センサまたはユニバーサル排気ガス酸素(UEGO)センサを使用する閉ループ内で制御されることが最も多い。排気ガス再循環EGRレートは、Δ圧力測定の支援を得て制御される。低価格燃焼モニタセンサが入手できないので、機関スパークタイミングは開ループで制御され、ノック検出結果によって補正される。燃焼を検知するための低価格オプションの1つがイオン化検出であり、これはスパークプラグギャップにバイアス電圧を印加することによって燃焼プロセス中に生成されるイオン電流を測定する。点火ドライバを点火コイル上に移動させる場合(例えば、ペンシル及びオン・プラグコイル)、点火ドライバ回路及びイオン化検出回路の両者を点火コイル上に集積することが望ましい(詳細に関しては、セクションEを参照されたい)。1つの未解決の問題は、集積パッケージに使用するピン数を最小にして集積されたドライバ及びイオン化検出の両回路をカバーし、コストを低減させることである。これを解決するために、点火コイルチャージ電流フィードバック信号と点火信号とを多重化し、従ってパッケージのピン数を1つだけ減らすことを提唱する。
このセクションは、点火コイル用IGBTのターンオフ直後に、過剰の点火コイル漏洩を取り入れてエネルギを磁化することによって、気筒内イオン化検出のための安定化電源を得るデバイスに関する。内燃機関の気筒内の圧縮された空気/燃料混合体を点火させるためには、スパーク点火システムがスパークプラグ電極空隙に十分なエネルギを供給しなければならない。これを達成するために、一般的には、点火コイル12と呼ばれる磁気デバイス内にエネルギを蓄積する。次いで、蓄積させたエネルギを適切な時点にスパークプラグ14の空隙へ解放し、空気/燃料混合体を点火させる。典型的な点火コイルの回路図を図39に示す。実際にはフライバック変成器であるコイル12は一次巻線16と二次巻線18とからなり、これらの巻線は高透磁率の磁気コア13を介して磁気的に結合されている。通常、二次巻線18は、一次巻線16よりも多くの巻回を有している。これによって、“フライバック”時間中に二次電圧を極めて高いレベルまで高めることができる。
エネルギ=1/2×Lpri×(Ipri)2
本発明のこの特色は、セクションF“ドライバ及びイオン化検出回路と共に集積された点火コイルにおいてイオン化信号及びコイルチャージ電流フィードバック信号を多重化することによって点火コイルのピン数を減少させる方法”の説明において注記した多くの欠陥に対処するものである。本発明のこの特色は、点火ドライバゲート信号と、点火コイルチャージ電流フィードバック信号及びイオン化信号とを多重化し、従ってパッケージのピン数を2本だけ減少させる。
セクションIは、意図的に本明細書に含ませていないことに注目されたい。
点火制御イオンセンスASIC(ICIS)パッケージ81は、IGBTドライバ、IGBTドライバ制御、及びイオンセンス用電流フィードバック回路が集積されていることを特徴とする。全ての能動回路は、点火コイル内に集積された1つのシリコンデバイス内に含まれている。ICIS ASICは、コイル上に、コイル付近に、または電流コイルドライバICの代わりにICIS ASICは、コイル上に、コイル付近に、またはパワートレイン制御モジュールPCM内の電流コイルドライバICの代わりに配置することができる。
離散点火制御イオンセンス(DICIS)パッケージ83は、IGBTドライバ及びイオンセンス用電流フィードバックが集積されていることを特徴とする。全ての能動回路は離散しており、1つの電子パッケージ内に含まれている。パッケージは、コイル上に、またはコイル付近に配置することができる。
内燃機関のイオン化電流は、機関の失火、ノック、点火のタイミング及び持続時間等を診断するために使用することができる。巧緻な信号調整処理によって、個々の気筒の燃焼特性も得ることができる。従って、機関の燃焼プロセスを精密に監視し、閉ループで制御することができる。燃焼プロセス中に生成される気筒内イオンを検出するためには、スパークプラグギャップ間に直流バイアス電圧を印加する必要がある。直流バイアスを生成するには、2つの方法がある。1つは普通の直流電源(大きいエレクトロニクス)を使用することであり、他は一次または二次フライバック電圧によってキャパシタ(高電圧キャパシタ)を充電することである。両アプローチ共、直流電源のサイズが大きく且つ高電圧キャパシタの信頼性が低いことから、点火コイル上にイオン化回路を集積するという要求を満足させることができない。本発明のこの特色は、イオン化電流を測定するための十分な直流バイアス電圧を供給する高電圧チャージポンプを使用する。
12 点火コイル
13 コア
14 点火(スパーク)プラグ
16 一次巻線
18 二次巻線
20 電池
22 IGBT
24、25、40、44 抵抗
26、42 ダイオード
28 キャパシタ
30 カレントミラー回路
32、46 ツェナーダイオード
34、36 pnpトランジスタ
38、48 ノード
50、55 コネクタ
60 カバー
65 クリップコネクタ
70 印刷配線基板
71 コネクタブレード
72 コイルドライバ及びイオン化検出サブシステム
75 ドライバ回路
80 イオン化検出回路
81 点火制御イオンセンス(ICIS)ASIC
82 イオン化検出回路の出力ノード
84 チャージ電流フィードバック信号ノード
85、86 増幅器
90 点火コイルサブシステム
92 ゲート信号再生回路
93 差比較回路
94 電流シンク
98 チャージポンプ
99 チャージポンプの出力
100 イオン化電流
102 チャージ電流フィードバック信号
105 バイアス電圧
106 差イオン化信号
108 差比較回路の出力
110 点火システム
120 二次電圧
130 電流波形
140 一次コイル
146 一次チャージタイミング
150 チャージ持続時間
160 点火タイミング
170 点火持続時間
190 早点火
197 (汚れまたは過熱)警告信号
201 ローブ
202、266 カムシャフト
203 プッシュロッド弁伝導装置
204 オーバーヘッドカムシャフト
205 ロッカー
206 タペット隙間
207、210 カムシャフト
208 クランクシャフトスプロケット
209 カム
211 タペット
212 入口弁
213 排気弁
214 プッシュロッド
261 ばね
262 ロックナット
263 ロッカーシャフト
264 カム
265 弁
267 カムシャフトスプロケット
268 バケットタペット
269 弁ばね
270、272 テンショナー
271 スプロケット
273 クランクシャフトスプロケット
274 排気弁
275 入口弁
276 弁ばね
277 バケットタペット
278 スプロケット
279 カムシャフト
280 イオン化検出機構
281 コイル
282 イオン処理モジュール
283 圧力
284、290 イオン化信号
400 タイマ
405 クロック信号
410 ウィンドウ信号
415 立ち上がりエッジ検出器
420 立ち下がりエッジ検出器
425 フリップフロップ
430、462 サンプル・ホールド回路
440 コンパレータ
445、450 積分器
455 スイッチ
460 メモリ
975 燃料トリムベクトル
1000 閉ループ常温始動遅らせ制限制御
1300 個々の気筒のA/F比制御
1404 ノック信号
1414 失火信号
1430 閉ループMBTスパーク制御
1435 MBT信号
1450 閉ループ早め制限制御
1460 閉ループ失火部分燃焼遅らせ制限制御
1480 スパークタイミング
1490、1495 閉ループMBTスパーク制御
1600 EGR比最適化
1630 所望EGR比
1800 パラメータ推定
1900 WOT A/F比最適化
Claims (5)
- イオン化信号及びドライバ電流フィードバック信号を検出する方法であって、チャージ命令信号、イオン化信号、及びドライバ電流フィードバック信号を多重化するステップを含むことを特徴とする方法。
- 上記チャージ命令信号、イオン化信号、及びドライバ電流フィードバック信号を多重化するステップは、
イオン化信号を出力するステップと、
チャージ命令信号を可能化し、それによって点火コイルの一次巻線をチャージするステップと、
第1の抵抗を通してチャージゲート電流を流すことによってゲーティング電圧を生成するステップと、
上記第1の抵抗及び第2の抵抗を通してイオン化信号を出力することによって第2の電圧を生成するステップと、
上記ゲーティング電圧と上記第2の電圧とを比較するステップと、
もし上記ゲーティング電圧が上記第2の電圧よりも大きければ、チャージ命令信号を出力するステップと、
上記チャージ命令が可能化されている間にチャージ電流フィードバック信号を出力するステップと、
上記チャージ命令信号を不能化するステップと、
上記チャージ命令信号が不能化された後に上記イオン化信号を出力するステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 上記チャージ命令信号が可能化されている間に上記チャージ電流フィードバック信号を出力するステップは、上記チャージ命令信号が可能化されている時に上記イオン化信号と上記チャージ電流フィードバック信号との間を切り替えるステップを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 上記チャージ命令信号が不能化された後に上記イオン化信号を出力するステップは、上記チャージ命令信号が不能化されている時に上記チャージ電流フィードバック信号と上記イオン化信号との間を切り替えるステップを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 上記イオン化信号及び上記チャージ電流フィードバック信号は、同一出力ピン上に出力されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
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