JP2007162619A - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】コストの上昇を抑制しつつ、2次コイルの断線時の影響を低減する。
【解決手段】エンジンECUは、フェ−ル信号を受信せずに(S100にてNO)、失火を検出すると(S200にてYES)、2次コイルに異常が発生していると判定するステップ(S300)と、リレーの通電を遮断するステップ(S400)と、通常の失火制御を実施するステップ(S500)とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図3
【解決手段】エンジンECUは、フェ−ル信号を受信せずに(S100にてNO)、失火を検出すると(S200にてYES)、2次コイルに異常が発生していると判定するステップ(S300)と、リレーの通電を遮断するステップ(S400)と、通常の失火制御を実施するステップ(S500)とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図3
Description
本発明は、内燃機関の点火制御装置に関し、特に、内部故障が発生したときの周辺の部品への影響を抑制する点火制御装置に関する。
従来より、イグニッションコイルの構成部品である一次コイルを通電して、通電停止後の相互誘導作用によりイグニッションコイルの構成部品である二次コイルにおいて誘起電圧を発現させて点火プラグにより点火させる、いわゆる誘導放電型の点火装置が知られている。
このような点火装置が搭載される内燃機関においては、イグニッションコイルに異常が発生すると、放電現象が発生せず失火する場合がある。すなわち、内燃機関の失火を判定することにより、イグニッションコイルの異常を判定することができる。内燃機関の失火を判定する方法としては、たとえば、以下のような技術が開示される。
たとえば、特開平11−270450号公報(特許文献1)は、イオン電流検出回路の故障時等のノッキング制御を適正化する内燃機関制御装置を開示する。この内燃機関制御装置は、内燃機関の点火毎に点火プラグの電極に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、イオン電流に含まれる点火コイルの残留磁気ノイズを検出する残留磁気ノイズ検出手段と、イオン電流検出手段から出力されるイオン電流検出信号に基づいてノッキングの有無を判定するノッキング判定手段と、残留磁気ノイズ検出手段で残留磁気ノイズが検出されない時にノッキング判定手段によるノッキングの判定を禁止すると共に点火時期を遅角させるノッキング制御手段とを備える。
上述した公報に開示された内燃機関制御装置によると、イオン電流検出手段の故障時や点火コイルの二次側回路の断線時にノッキング無しと誤判定することを未然に防止できる。そのため、ノッキングの誤判定による点火時期の誤進角を防止できる。しかも、ノッキング判定禁止時に点火時期を遅角させるため、万一、ノッキングが発生していたとしても、そのノッキングを抑制することができる。そのため、ノッキングによる点火プラグの電極やピストンの損傷を防止できる。
特開平11−270450号公報
しかしながら、上述した公報に開示された内燃機関制御装置においては、内燃機関の失火時に2次コイルの断線等を検出できるが、2次コイルの断線による影響について十分に考慮されていないという問題がある。
イグニッションコイルの構成部品である2次コイルは、数10kVという高電圧の誘起電圧を発現する一方、数10μmという非常に細い線径を有しているため、機械的な強度は弱い。何らかの理由で2次コイルが断線すると、断線箇所で放電現象が発生する。そのため、2次コイルの周辺部品においては、放電の影響を受けるという問題がある。
特に、イグニッションコイルと制御回路とが一体化された点火装置においては、2次コイルの断線部において発生した放電の影響により、制御回路における1次コイルの駆動素子がオン故障するなど部品の損傷が生じる可能性がある。また、2次コイルの断線を回避するために、たとえば、2次コイルを断線しにくい構造にすることも考えられるが、コストの上昇は避けられない。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コストの上昇を抑制しつつ、2次コイルの断線時の影響を低減する内燃機関の点火制御装置を提供することである。
第1の発明に係る内燃機関の点火制御装置は、1次コイルと2次コイルと前記1次コイルへの通電および通電停止を行なう制御回路とからなるイグニッションコイルを制御する。1次コイルと1次コイルに電力を供給する電源との間には、1次コイルへの通電を遮断可能なリレーが設けられる。この点火制御装置は、内燃機関の失火を判定するための失火判定手段と、1次コイルが正常であるか否かを判定するための判定手段と、1次コイルが正常であって、かつ、内燃機関の失火が判定されると、1次コイルへの通電を遮断するようにリレーを制御するための制御手段とを含む。
第1の発明によると、1次コイルが正常であって、かつ、内燃機関の失火が判定される場合においては、2次コイルが断線している可能性が高い。そのため、1次コイルへの通電を遮断するようにリレーを制御することにより、2次コイルにおいて相互誘導作用による電圧の誘起を抑制できる。これにより、2次コイルの断線部における放電の発生を抑制することができる。そのため、2次コイルの断線時の影響を低減することができる。また、2次コイルの断線を回避できるような構造を適用することなく、2次コイルの断線時における周辺部品に対する影響を抑制することができる。そのため、コストの上昇を抑制することができる。したがって、コストの上昇を抑制しつつ、2次コイルの断線時の影響を低減する内燃機関の点火装置を提供することができる。
第2の発明に係る内燃機関の点火制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、失火判定手段は、内燃機関の回転変動に基づいて、内燃機関の失火を判定するための手段を含む。
第2の発明によると、失火判定手段は、内燃機関の回転変動に基づいて、内燃機関の失火を判定する。たとえば、内燃機関の回転変動が正常な燃焼状態時の回転変動に対応しないと、点火指示が出力された点火プラグを有する気筒において失火が発生していることを判定することができる。
第3の発明に係る内燃機関の点火制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、失火判定手段は、内燃機関の燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオン電流に基づいて、内燃機関の失火を判定するための手段を含む。
第3の発明によると、失火判定手段は、内燃機関の燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオン電流に基づいて、内燃機関の失火を判定する。電位差を与えた電極間に火炎が到達するとイオン電流が流れることは知られている。そのため、内燃機関の燃焼室内の混合気の点火時期においてイオン電流が検出されない場合には、点火指示が出力された点火プラグを有する気筒において失火が発生していることを判定することができる。
第4の発明に係る内燃機関の点火制御装置においては、第1〜3のいずれかの発明の構成に加えて、判定手段は、1次コイルに印加される電圧値および1次コイルに流れる電流値のいずれかに基づいて、1次コイルが正常であるか否かを判定するための手段を含む。
第4の発明によると、判定手段は、1次コイルに印加される電圧値および1次コイルに流れる電流値のいずれかに基づいて、1次コイルが正常であるか否かを判定する。たとえば、電流値または電圧値が予め定められた値以下であるときや、点火指示が出力されていないにも関わらず電流値あるいは電圧値が予め定められた値以上であると、1次コイルが正常に機能していないことを検知することができる。
第5の発明に係る内燃機関の点火制御装置においては、第1〜4のいずれかの発明の構成に加えて、1次コイルと2次コイルと制御回路とは、一体的に設けられる。
第5の発明によると、1次コイルと2次コイルと制御回路とは、一体的に設けられる。2次コイルが断線したとしても、リレーにより1次コイルへの通電が遮断されて、断線部における放電を抑制することができるため、2次コイルの断線時の制御回路への影響を低減することができる。
第6の発明に係る内燃機関の点火制御装置においては、第1〜5のいずれかの発明の構成に加えて、内燃機関には、複数の気筒が設けられる。イグニッションコイルおよびリレーは、複数の気筒の点火プラグにそれぞれ設けられる。
第6の発明によると、複数の気筒のうちのいずれかの気筒に設けられる2次コイルの異常が発生しても、異常が発生した気筒の2次コイルだけ電圧が誘起されないようにすることができる。そのため、異常が発生した気筒以外の気筒において点火制御が行なえるため、内燃機関の作動を継続することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図1に、本実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置が搭載された直噴エンジンの全体構成図を示す。なお、本発明は、筒内噴射型の直噴エンジンに限定して適用されるものではなく、たとえば、ポート噴射型のエンジンに適用するようにしてもよい。
エンジン10は、シリンダブロック100の上方にシリンダヘッド110が覆着されてなり、シリンダブロック100に形成されたシリンダ100A内にピストン120が摺動自在に保持されている。シリンダ100A内におけるピストン120の上下往復動がクランク軸130の回転運動に変換され、トランスミッション等へと伝達されるようになっている。クランク軸130は、エンジン始動時にはフライホイール140を介してスタータ30と接続される。なお、エンジン10の気筒数は特に限定されるものではないが、以下の説明においては、エンジン10には複数の気筒が設けられるものとして説明する。
ピストン120の上方にはシリンダブロック100、シリンダヘッド110を室壁として燃焼室1000が形成され、燃焼室1000において燃料と空気との混合気の燃焼が行なわれ、その爆発力によりピストン120を上下往復動せしめる。混合気への点火はシリンダヘッド110を貫通し燃焼室1000内に突出して設けられた点火プラグ150により行なわれる。
混合気を構成する空気の供給は、シリンダヘッド110およびこれと接続された吸気管内部に形成された吸気通路1010により行なわれる。また、燃焼室1000からの排気は、排気通路1020により行なわれる。シリンダヘッド110には、吸気通路1010と燃焼室1000との間の連通と遮断とを切り換える吸気バルブ160、排気通路1020と燃焼室1000との間の連通と遮断とを切り換える排気バルブ170が取り付けられている。
吸気管内にはフラップ状のスロットルバルブ190が設けられ、その開度に応じて吸気通路1010内の空気流を調整する。
混合気を構成する燃料の供給は、電磁式の筒内噴射用インジェクタ210により行なわれる。筒内噴射用インジェクタ210はシリンダヘッド110を貫通して設けられ、先端ノズル部から燃焼室1000内に燃料を噴射するようになっている。
筒内噴射用インジェクタ210への燃料供給は、燃料タンク(図示せず)から吸い上げた燃料を低圧ポンプおよび高圧ポンプ(いずれも図示せず)により2段階に昇圧して供給される。
また、点火プラグ150、スロットルバルブ190、筒内噴射用インジェクタ210等のエンジン各部を制御するエンジンコントロールコンピュータ(以下、エンジンECU(Electronic Control Unit)と記載する)60が設けられている。エンジンECU60は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等からなる一般的な構成のもので、各種センサからの検知信号等に基づいて、点火プラグ150を作動せしめ、スロットルバルブ190に制御信号を出力してスロットルバルブ190の開度(スロットル開度)を調整し、筒内噴射用インジェクタ210に、制御信号により通電し所定のタイミングで所定時間、筒内噴射用インジェクタ210のノズルを開く。本実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置は、エンジンECU60により実現される。
エンジンECU60に信号を入力するセンサには、吸気通路1010内を流通する空気流量を測定するマスフローメータ(図示せず)、エンジン10の回転数を検知するクランク角センサ520、A/Fセンサ530、エンジン温度を代表するエンジン冷却水温を検知する冷却水温センサ等がある。また、エンジンECU60には、始動時に運転者がキーを操作すると、そのイグニッション(IG)オン信号およびスタータオン信号が入力され、運転者がアクセルペダル420を踏み込むと、その踏み込み量が入力されるようになっている。
点火プラグ150は、イグニッションコイル310において電圧が誘起され、誘起された電圧の放電により、燃焼室1000内の混合気を予め定められた点火時期において点火する。エンジンECU60から出力される点火指示に基づいて、イグニッションコイル310において誘起された電圧が点火プラグ150を介して燃焼室1000内で放電される。
図2に本実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置であるエンジンECU60が制御する点火装置の構成を示す。図2に示すように、点火装置は、イグニッションコイル310と、点火プラグ150と、リレー360と、電源370とを含む。イグニッションコイル310と、点火プラグ150と、リレー360とは、複数の気筒にそれぞれ設けられる。
イグニッションコイル310は、制御回路320と、駆動素子330と、1次コイル340と、2次コイル350とを含む。1次コイル340と2次コイル350とは接近して設けられる。具体的には、1次コイル340を取り囲むように2次コイル350が設けられるようにしてもよいし、巻線の巻回方向に直列に設けられるようにしてもよいし、1次コイル340および2次コイル350を対向するように設けられてもよい。
1次コイル340の一方端は、リレー360を介して電源370に接続される。電源370は、たとえば、12Vの電源であるが、特にこれに限定されるものではない。リレー360は、エンジンECU60から出力される電源制御信号に基づいて、1次コイル340と電源370とを電気的に導通状態にしたり、遮断状態にしたりする。リレー360は、たとえば、ノーマリオープンのリレーであって、エンジンECU60から電源制御信号が入力されるとスイッチが閉じて導通状態となり、電源制御信号の入力が停止されるとスイッチが開いて遮断状態となるものとする。
1次コイル340の他方端は、駆動素子330を介してアース接続される。制御回路320は、1次コイル340および駆動素子330と並列に接続されており、リレー360が導通状態となると、電源370から電力の供給を受ける。
制御回路320は、エンジンECU60からの点火指示に基づいて、駆動素子330に対して駆動信号を出力する。駆動素子330は、たとえば、パワートランジスタであって、駆動信号に応じて1次コイル340とアースとの間を電気的に導通状態にしたり、遮断状態にしたりする。
また、制御回路320は、図示しない電圧センサにより、1次コイルに印加される電圧値を検知する。1次コイルに印加される電圧値は、1次コイルに流れる電流値と略線形的な関係を有する。本実施の形態において、検知された電圧値は、1次コイルに流れる電流値に換算される。制御回路320は、たとえば、エンジンECU60から点火指示の出力後に、換算された電流値が予め定められた値(1)以下であると、1次コイルに電流が流れていない異常状態であると判断して、エンジンECU60にフェ−ル信号を出力する。あるいは、制御回路320は、エンジンECU60から点火指示が出力されていないにも関わらず、予め定められた値(2)以上であると、駆動素子330がオン故障するなどの異常状態であると判断して、エンジンECU60にフェ−ル信号を出力する。なお、制御回路320は、1次コイルに流れる電流値を直接検知するようにしてもよい。
2次コイル350の一方端は、逆流防止用のダイオードを介して1次コイル340の一方端に接続される。2次コイル350の他方端は、点火プラグ150に接続される。
運転者により図示しないイグニッションスイッチがオンされると、エンジンECU60に電源が供給される。そして、エンジンECU60から電源制御信号が出力されて、リレー360が導通状態となる。
リレー360が導通状態であるときに、エンジンECU60から制御回路320に点火指示が出力されると、制御回路320は、駆動素子330に対して駆動信号を出力する。制御回路320が駆動素子330に駆動信号を出力すると、1次コイル340とアースとが導通状態となり、1次コイル340が通電する。そして、制御回路320が駆動素子330への駆動信号の出力を停止すると、1次コイル340の通電が停止する。このとき、1次コイル340には自己誘導作用により数百Vの電圧が発生する。1次コイル340側の誘起電圧の発生によって相互誘導作用により2次コイル350側には数十kVの高電圧が誘起される。誘起された電圧により点火プラグ150において放電が発生する。
このような構成を有する点火装置において、2次コイル350は、上述したように数十kVという高電圧の誘起電圧を発現する一方、数10μmという非常に細い線径を有しているため、機械的な強度は弱い。何らかの理由で2次コイル350が断線すると、断線箇所で放電現象が発生する。そのため、2次コイル350の周辺部品においては、放電の影響を受けるという問題がある。
特に、1次コイル340と2次コイル350と制御回路320とが一体的に設けられる点火装置においては、2次コイル350の断線部において発生した放電の影響により、駆動素子330がオン故障するなど部品の損傷が生じる可能性がある。また、2次コイル350の断線を回避するために、たとえば、2次コイル350を断線しにくい構造にすることも考えられるが、コストの上昇は避けられない。
そこで、本発明は、エンジンECU60が、1次コイル340が正常な状態であって、かつ、エンジン10の失火が判定されると、1次コイル340への通電を遮断するようにリレー360を制御する点に特徴を有する。
たとえば、エンジンECU60は、エンジン10の回転変動に基づいて、エンジン10の失火を判定する。具体的には、エンジンECU60は、クランク角センサ520より検出される回転数の変動が正常な燃焼状態時における変動に対応しないと、点火指示が出力された気筒において失火が発生していることを判定する。
また、エンジンECU60は、制御回路320からフェ−ル信号を受信しないときには、1次コイル340は正常であると判断する。そして、エンジンECU60は、1次コイル340への通電が停止するようにリレー360への電源制御信号の出力を停止する。
以下、図3を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置であるエンジンECU60で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
ステップ(以下、ステップをSと記載する)100にて、エンジンECU60は、フェ−ル信号を制御回路320から受信するか否かを判断する。フェ−ル信号を受信すると(S100にてYES)、処理はS500に移される。もしそうでないと(S100にてNO)、処理はS200に移される。
S200にて、エンジンECU60は、失火が検出されたか否かを判断する。具体的には、上述したようにエンジンECU60は、クランク角センサ520より検出される回転数の変動が正常な燃焼状態時における変動に対応しないと、点火指示が出力された気筒において失火が発生していることを判定する。特に、気筒において失火が発生していると、燃焼圧が得られないため、エンジン10の回転数は減少する場合がある。このような正常な燃焼状態時における変動に対応しない変動を検知することにより、エンジン10の失火を判定することができる。また、エンジンECU60は、失火が検出されたときのクランク角に基づいて、複数の気筒の中から失火気筒を判別する。
なお、失火の判定としては、エンジン10の回転変動に基づく判定に特に限定されるものではない。たとえば、イグニッションコイル310にイオン電流検出回路をさらに設けるようにしてもよい。電位差を与えた電極間に火炎が到達するとイオン電流が流れることは知られている。そのため、エンジン10の燃焼室1000内の混合気の点火時期にイグニッションコイル310の回路上において、イオン電流が検出されない場合(たとえば、イオン電流値が予め定められた値以下である場合)には、点火指示が出力された気筒において失火が発生していることを判定するようにしてもよい。失火が検出されると(S200にてYES)、処理はS300に移される。もしそうでないと(S200にてNO)、この処理は終了する。
S300にて、エンジンECU60は、2次コイル350に異常が発生したことを判断する。S400にて、エンジンECU60は、電源370と1次コイル340との間が電気的に遮断状態になるように、リレー360を制御する。このとき、エンジンECU60は、失火を判定した気筒に対応するリレー360を制御する。
S500にて、エンジンECU60は、通常の失火制御を実施する。ここで、「通常の失火制御」とは、たとえば、失火気筒の燃料噴射カットなどの制御であって、これにより、触媒を保護する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置であるエンジンECU60の動作について説明する。
たとえば、運転者によりイグニッションスイッチがオンされ、エンジン10の起動した後を想定する。エンジンECU60から制御回路320に対して、点火指示が出力されているにも関わらず、1次コイル340に流れる電流値が予め定められた値以下であると、制御回路320は、エンジンECU60に対してフェ−ル信号を出力する。エンジンECU60は、フェ−ル信号を受信すると(S100にてYES)、失火している気筒を判別した後、通常の失火制御として、失火気筒の燃料噴射をカットするなどの制御を実行する(S500)。
一方、1次コイル340が正常であるときに(S100にてNO)、エンジン10の回転数の変動が正常な燃焼状態時における変動に対応していない場合には、失火が検出され(S200にてYES)、2次コイル350に異常が発生していると判定する(S300)。このとき、失火している気筒を判別した後、失火気筒に対応するリレー360が遮断状態になるように切換わる(S400)。その後、通常の失火制御が実行される(S500)。リレー360が遮断状態となることにより、失火気筒において、点火プラグ150において点火(放電)は行なわれない。
以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置によると、1次コイルが正常であって、かつ、エンジンの失火が判定される場合においては、2次コイルが断線している可能性が高い。そのため、1次コイルへの通電を遮断するようにリレーを制御することにより、2次コイルにおいて相互誘導作用による電圧の誘起を抑制できる。これにより、2次コイルの断線部における放電の発生を抑制することができる。そのため、2次コイルの断線時の影響を低減することができる。また、2次コイルの断線を回避できるような構造を適用することなく、2次コイルの断線時における周辺部品に対する影響を抑制することができる。そのため、コストの上昇を抑制することができる。したがって、コストの上昇を抑制しつつ、2次コイルの断線時の影響を低減する内燃機関の点火装置を提供することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 エンジン、30 スタータ、60 エンジンECU、100 シリンダブロック、100A シリンダ、110 シリンダヘッド、120 ピストン、130 クランク軸、140 フライホイール、150 点火プラグ、160 吸気バルブ、170 排気バルブ、190 スロットルバルブ、210 筒内噴射用インジェクタ、310 イグニッションコイル、320 制御回路、330 駆動素子、340 1次コイル、350 2次コイル、360 リレー、370 電源、420 アクセルペダル、520 クランク角センサ、530 A/Fセンサ、1000 燃焼室、1010 吸気通路、1020 排気通路。
Claims (6)
- 1次コイルと2次コイルと前記1次コイルへの通電および通電停止を行なう制御回路とからなるイグニッションコイルを制御する内燃機関の点火制御装置であって、前記1次コイルと前記1次コイルに電力を供給する電源との間には、前記1次コイルへの通電を遮断可能なリレーが設けられ、
前記内燃機関の失火を判定するための失火判定手段と、
前記1次コイルが正常であるか否かを判定するための判定手段と、
前記1次コイルが正常であって、かつ、前記内燃機関の失火が判定されると、前記1次コイルへの通電を遮断するように前記リレーを制御するための制御手段とを含む、内燃機関の点火制御装置。 - 前記失火判定手段は、前記内燃機関の回転変動に基づいて、前記内燃機関の失火を判定するための手段を含む、請求項1に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 前記失火判定手段は、前記内燃機関の燃焼室内の混合気が燃焼する際に発生するイオン電流に基づいて、前記内燃機関の失火を判定するための手段を含む、請求項1に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 前記判定手段は、前記1次コイルに印加される電圧値および前記1次コイルに流れる電流値のいずれかに基づいて、前記1次コイルが正常であるか否かを判定するための手段を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の点火制御装置。
- 前記1次コイルと前記2次コイルと前記制御回路とは、一体的に設けられる、請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の点火制御装置。
- 前記内燃機関には、複数の気筒が設けられ、
前記イグニッションコイルおよび前記リレーは、前記複数の気筒の点火プラグにそれぞれ設けられる、請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関の点火制御装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2020049704A1 (ja) * | 2018-09-07 | 2020-03-12 | 新電元工業株式会社 | 車両用点火装置、点火制御装置及び、車両用点火装置の制御方法 |
JPWO2020049704A1 (ja) * | 2018-09-07 | 2021-08-12 | 新電元工業株式会社 | 車両用点火装置、点火制御装置及び、車両用点火装置の制御方法 |
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