JP2009013866A - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の点火制御装置において、失火を検出することを第１の目的とし、失火を回避して正常に多重点火させることを第２の目的とする。
【解決手段】ＯＮ時失火対応回路３０は、切替回路２０によって二次側コイル１０ｂに電流を流すＩＧＢＴがオンされていること、および電流検出回路にて二次電流が電流しきい値を超えないと判定されることが一定時間継続されることにより、点火プラグ１２にて失火が起こっていると判定する。そして、ＯＮ時失火対応回路３０は、切替回路２０にＩＧＢＴをオフさせて点火プラグにてプラス放電させ、この後に切替回路２０にＩＧＢＴをオンさせて点火プラグにてマイナス放電させることで、点火プラグに多重点火を起こさせる。
【選択図】図２

Description

本発明は、点火プラグに多重点火を起こさせる内燃機関の点火制御装置に関する。

従来より、エネルギー蓄積コイルの充放電と点火コイルの充放電を交互に行うことで点火コイルの二次側に正負の電流を交互に流し、点火プラグに点火放電を繰り返えさせて多重放電を実現する点火装置が、例えば特許文献１で提案されている。

しかしながら、上記特許文献１に示される点火装置では、点火プラグ周辺のガスの流速が大きくなると、点火放電に必要な電圧が大きくなってしまう。これにより、点火プラグにおいて必要とされる二次電流を確保することができない可能性があった。

そこで、本出願人は、点火制御装置として、先に出願した特願２００６−３０５３２号において、点火プラグに流れる電流の大きさを確保できる点火制御装置を提案している。

図６は、当該点火制御装置を備えた内燃機関の全体構成図である。この図に示されるように、点火制御装置は、各気筒の各点火プラグ５０の点火時期をそれぞれ制御するＥＣＵ５１と、ＥＣＵ５１からそれぞれ入力される点火を起こさせる気筒と点火時期を示す点火気筒信号ＩＧｔｎや多重点火させる期間を示す多重期間信号ＩＧｗに基づいて点火プラグ５０を点火させる点火制御回路５２とを備えている。

点火制御回路５２にＩＧＢＴ５３のゲートが接続され、このＩＧＢＴ５３にはエネルギー蓄積コイル５４を介してバッテリ５５が接続されている。そして、ＩＧＢＴ５３がオンの場合、エネルギー蓄積コイル５４が充電されるようになっている。

また、エネルギー蓄積コイル５４とＩＧＢＴ５３との間にダイオード５６を介してコンデンサ５７が接続されている。これらダイオード５６とコンデンサ５７との間に点火コイル５８の一次側コイル５８ａおよびＩＧＢＴ５９が接続されている。ＩＧＢＴ５９が点火制御回路５２によってオン／オフされることで、エネルギー蓄積コイル５４やコンデンサ５７に蓄積された電気エネルギーが放出され、点火コイル５８の一次側コイル５８ａに一次電流Ｉ１が流れるようになっている。

また、点火コイル５８の二次側コイル５８ｂの一方に点火プラグ５０が接続され、二次側コイル５８ｂの他方に電流検出用の抵抗６０が接続されている。これにより、二次側コイル５８ｂに流れた二次電流Ｉ２を点火制御回路５２にフィードバックさせている。

点火制御回路５２は、点火コイル５８の一次側コイル５８ａに一次電流Ｉ１を流すＩＧＢＴ５９をオン／オフするための切替回路を備えている。この切替回路６１を図７に示す。この図に示されるように、点火制御回路５２は、信号の立ち下がりのタイミングで１パルスを出力する立ち下がりパルス検出部６２〜６４、Ｈｉパルスが入力されるとＨｉパルスを出力するＯＲ回路６５、６６、フリップフロップ６７、点火させたい気筒に装着された点火コイル５８に電流を流すためのドライブ回路６８を備えている。

また、点火制御回路５２は、点火コイル５８の二次側コイル５８ｂに流れる二次電流Ｉ２を検出する図示しない電流検出回路を備えている。この電流検出回路は、二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを超えるとＨｉレベルのＯＮ時Ｉ２信号を生成するようになっている。

このような構成を有する内燃機関において、図８に示されるタイミングチャートを参照して多重点火の作動について説明する。まず、ＩＧＢＴ５３は点火気筒信号ＩＧｔ間、プラス放電時および多重放電後のＶＣ充電時にオンする。したがって、バッテリ５５よりエネルギー蓄積コイル５４にエネルギーが蓄積されるのは点火気筒信号ＩＧｔ間、プラス放電時およびＶＣ充電時のみとなる。点火気筒信号ＩＧｔがＬｏｗとなった時点Ｔ４１でＩＧＢＴ５３がオフし、エネルギー蓄積コイル５４へのエネルギー通電が遮断されるため、オンしたＩＧＢＴ５９を通って大きな一次電流Ｉ１が流れる。

続いて、時点Ｔ４１では、立ち下がりパルス検出部６２にて点火気筒信号ＩＧｔｎのパルスの立ち下がりが検出され、ＯＲ回路６５にＨｉパルスが入力される。そして、ＨｉパルスのＦＦ−Ｓ信号がＯＲ回路６５からフリップフロップ６７のＳ端子に入力され、フリップフロップ６７のＱ端子からＨｉレベルのＦＦ−Ｑ信号が出力される。

なお、切替回路６１のＯＲ回路６５には、ＩＧＢＴ５９がオフしてから所定の時間に達したときに１パルスを出力するＯＦＦ信号も入力されるが、ＩＧＢＴ５９はオフされないのでＯＦＦ時信号はＬｏｗレベルの信号になっている。

ドライブ回路６８にＨｉレベルのＦＦ−Ｑ信号が入力されると、当該ＦＦ−Ｑ信号がＨｉレベルの駆動信号ＰＴｒ２ｎ−Ｇとしてスイッチ素子であるＩＧＢＴ５９に入力され、ＩＧＢＴ５９がオンする。これにより、コンデンサ５７の電位ＶＣは下がり、一次電流Ｉ１が流れると共に二次側コイル５８ｂにマイナス側の二次電流Ｉ２が流れてマイナス放電が起こる。これに伴い、二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを超えると、点火制御回路５２内の電流検出回路にてＨｉレベルのＯＮ時Ｉ２信号が生成される。

時点Ｔ４１では、多重期間信号ＩＧｗおよびＯＮ時Ｉ２信号はそれぞれ立ち上がるため、各立ち下がりパルス検出部６３、６４からＯＲ回路６６にＬｏｗレベルの信号がそれぞれ入力される。したがって、ＯＲ回路６６からＬｏｗレベルのＦＦ−Ｒ信号がフリップフロップ６７のＲ端子に入力され、フリップフロップ２６はリセットされない。

時点Ｔ４１経過後、時間の経過と共に一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２が小さくなり、時点Ｔ４２で二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを上回る。これにより、電流検出回路にてＬｏｗレベルのＯＮ時Ｉ２信号が生成されると、切替回路６１の立ち下がりパルス検出部６４にてＯＮ時Ｉ２信号の立ち下がりが検出され、ＯＲ回路６６にＨｉパルスが入力される。したがって、ＯＲ回路６６からＨｉパルスのＦＦ−Ｒ信号がフリップフロップ６７のＲ端子に入力され、フリップフロップ６７がリセットされる。すなわち、フリップフロップ６７のＱ端子からドライブ回路６８を介してＬｏｗレベルの駆動信号ＰＴｒ２ｎ−ＧがＩＧＢＴ５９に入力され、ＩＧＢＴ５９はオフされる。

そして、時点Ｔ４２からコンデンサ５７が段階的に充電されていくと共に、点火プラグ５０にプラス放電が起こされる。時点Ｔ４２経過後、例えばコンデンサ５７の電圧ＶＣが一定値を超えると共にタイマによる一定時間カウント後に点火プラグ５０にマイナス放電が起こる。このようにして、多重期間信号ＩＧｗがＨｉレベルになっている間、マイナス放電とプラス放電とが繰り返し起こされ、多重点火が行われるようになっている。
特許第２８１１７８１号公報

しかしながら、上記従来の技術では、失火が起こった場合に多重点火できなくなることが発明者らの検討により明らかとなった。このことについて図９に示されるタイミングチャートを参照して説明する。

図９に示されるように、時点Ｔ５１と時点Ｔ５２との間でマイナス放電が起こされ、時点Ｔ５２と時点Ｔ５３との間でプラス放電が起こされた後、時点Ｔ５３経過後にマイナス放電が起こされるはずである。しかし、点火プラグ５０周辺のガスの流速が大きいために失火してしまう場合がある。

このような場合、十分な大きさのマイナス側の二次電流Ｉ２が流れないため、二次電流Ｉ２は電流しきい値Ｉを下回らない。すなわち、マイナス放電が起こされたにも関わらず、電流検出回路にてＯＮ時Ｉ２信号がＬｏｗレベルの状態が維持される。このため、切替回路６１の立ち下がりパルス検出部６４にＯＮ時Ｉ２信号の立ち下がりが入力されず、フリップフロップ６７がリセットされない状態が維持されてしまう。これにより、時点Ｔ５３以降においてＩＧＢＴ５９がオンされ続け、プラス放電に移行されないという問題が生じる。したがって、時点Ｔ５３以降、正常な多重点火が行われなくなってしまう。

本発明は、上記点に鑑み、内燃機関の点火制御装置において、マイナス放電の際の失火を検出することを第１の目的とし、失火を回避して正常に多重点火させることを第２の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、点火プラグ（１２）の二次側コイル（１０ｂ）に流れる二次電流が電流しきい値を超えるか否かを判定する電流判定回路（１４）と、電流判定回路（１４）にて二次電流が電流しきい値を超えると判定された場合、点火コイル（１０）の一次側コイル（１０ａ）に接続されたスイッチ素子（１１）をオフして点火プラグ（１２）にてプラス放電させ、電流判定回路（１４）にて二次電流が電流しきい値を超えないと判定された場合、スイッチ素子（１１）をオンして点火プラグ（１２）にてマイナス放電させる切替回路（２０）と、切替回路（２０）によってスイッチ素子（１１）がオンされた後、電流判定回路（１４）にて二次電流が電流しきい値を超えないと判定された場合、点火プラグ（１２）にて失火が起こっていると判定する失火判定回路（３０）とを備えていることを特徴とする。

このように、失火判定回路（３０）を備え、この失火判定回路（３０）によってマイナス放電の際に、二次電流が電流しきい値を超えないことを判定することで、失火が起こっているか否かを判定することができる。このように、点火プラグ（１２）の二次側コイル（１０ｂ）に流れる二次電流を利用することで、マイナス放電の際の失火を検出することができる。

また、失火判定回路（３０）は、切替回路（２０）によってスイッチ素子（１１）がオンされていること、および電流判定回路（１４）にて二次電流が電流しきい値を超えないと判定されることが一定時間継続されることにより、点火プラグ（１２）にて失火が起こっていると判定することができる。

これにより、二次電流が電流しきい値を超えないことは失火が原因であることを確実に判定することができる。

この場合、失火判定回路（３０）は、コンデンサ（３５）を備え、電流判定回路（１４）にて二次電流が電流しきい値を超えないと判定されることが一定時間継続されることを、切替回路（２０）によってコンデンサ（３５）に充電が開始されてから当該コンデンサ（３５）に充電される電圧がしきい値電圧を超えるまでによって判定することができる。

そして、失火判定回路（３０）は、点火プラグ（１２）にて失火が起こっていると判定した場合、切替回路（２０）にスイッチ素子（１１）をオフさせて点火プラグ（１２）にてプラス放電させ、この後に切替回路（２０）にスイッチ素子（１１）をオンさせて点火プラグ（１２）にてマイナス放電させることで、点火プラグ（１２）に多重点火を起こさせることができる。

これにより、失火の際にスイッチ素子（１１）がオンした状態を回避することができ、点火プラグ（１２）に多重点火を起こさせることができる。すなわち、失火の後に多重点火が起こらなくなってしまうことを防止することができ、正常な多重点火を再開することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される点火制御装置は、内燃機関の多重点火に用いられ、例えばリーンバーンエンジンや高圧縮エンジンの多重点火制御に用いられる。

図１は、本発明の一実施形態に係る点火制御装置を備えた内燃機関の全体構成図である。この図に示されるように、ＥＣＵ１と駆動回路２とが例えばワイヤーハーネスにより電気的に接続され、ＥＣＵ１から駆動回路２に信号が入力される形態となっている。

駆動回路２にはＮチャネル型のＩＧＢＴ３のゲートが接続されている。このＩＧＢＴ３にはエネルギーコイル４を介してバッテリ５が接続されている。また、エネルギーコイル４とＩＧＢＴ３との接続点Ａには、ダイオード６を介してコンデンサ７が接続されている。

さらに、ダイオード６とコンデンサ７との接続点Ｂとバッテリ５との間にＤＣ／ＤＣコンバータ８およびダイオード９が直列に接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ８は、バッテリ５によってコンデンサ７を短時間で充電するものであり、内燃機関の多重点火期間内に作動するものである。コンデンサ７が充電されると、接続点Ｂは電位ＶＣとなる。

ＩＧＢＴ３は、内燃機関の多重点火期間外に駆動回路２にオンされることで、バッテリ５にてエネルギーコイル４やコンデンサ７を充電するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ３がオンの場合、バッテリ５、エネルギーコイル４、ＩＧＢＴ３、グランドの経路が形成され、エネルギーコイル４が充電される。他方、ＩＧＢＴ３がオフの場合、バッテリ５、ＤＣ／ＤＣコンバータ８、ダイオード９、コンデンサ７、グランドの経路が形成され、コンデンサ７が充電される。

また、接続点Ｂに点火コイル１０の一次側コイル１０ａの一方が接続され、一次側コイル１０ａの他方にＮチャネル型のＩＧＢＴ１１が接続されている。なお、ＩＧＢＴ１１は、本発明のスイッチ素子に相当する。

そして、当該ＩＧＢＴ１１が駆動回路２によってオン／オフされることで、エネルギーコイル４やコンデンサ７に蓄積された電気エネルギーが放出され、点火コイル１０の一次側コイル１０ａに一次電流Ｉ１が流れるようになっている。また、ＩＧＢＴ１１がオンしている期間は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８によってコンデンサ７が充電される。

さらに、点火コイル１０の二次側コイル１０ｂの一方に点火プラグ１２が接続され、二次側コイル１０ｂの他方に電流検出用の抵抗１３が接続されている。これら二次側コイル１０ｂと抵抗１３との接続点Ｃと駆動回路２との間に電流検出回路１４が接続されている。

電流検出回路１４は、二次側コイル１０ｂに流れる二次電流Ｉ２を検出し、その結果をＯＮ時Ｉ２信号として出力するものである。具体的には、電流検出回路１４は、二次側コイル１０ｂに流れる二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを超えるか否かを判定する。そして、電流検出回路１４は、二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉよりも小さい場合、ＨｉレベルのＯＮ時Ｉ２信号を駆動回路２に入力し、二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉよりも大きい場合、ＬｏｗレベルのＯＮ時Ｉ２信号を駆動回路２に入力する。なお、電流検出回路１４は、本発明の電流判定回路に相当する。

また、図１に示される破線のように、点火コイル１０は内燃機関における気筒ごとに設けられており、点火コイル１０の数に応じてＩＧＢＴ１１が設けられた構成となっている。

そして、上記回路構成において、ＥＣＵ１はエンジンの各気筒の点火時期を制御するものであり、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。

このようなＥＣＵ１は、吸入空気量、アクセルペダルの踏み込み量、内燃機関回転数等を検出する図示しない各種のセンサから各信号を入力し、これらの信号に基づいて点火時期の算出や、気筒ごとに多重点火させるための点火気筒信号ＩＧｔｎ、多重点火させる期間を示す多重期間信号ＩＧｗを生成する。「ｎ」は気筒の数を示し、点火気筒信号ＩＧｔｎは気筒ごとに生成される。

駆動回路２は、ＥＣＵ１から入力される点火気筒信号ＩＧｔｎおよび多重期間信号ＩＧｗ、および電流検出回路１４から入力されるＯＮ時Ｉ２信号に基づいて、ＩＧＢＴ３をオン／オフさせる駆動信号ＰＴｒ１およびＩＧＢＴ１１をオン／オフさせる駆動信号ＰＴｒ２ｎ−Ｇを生成し、これらの駆動信号をＩＧＢＴ３、１１にそれぞれ交互に入力することでＩＧＢＴ３、１１を交互にオン／オフして多重点火させる機能を有する。また駆動回路２は、内燃機関の各気筒における失火によってＩＧＢＴ１１がオンし続けること回避して、点火プラグ１２を多重点火させる機能を有する。

これらの機能を実現させるため、図２に示されるように、駆動回路２は、切替回路２０とＯＮ時失火対応回路３０とを備えている。

切替回路２０は、電流検出回路１４にて二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを超えると判定された場合、ＩＧＢＴ１１をオフして点火プラグ１２にてプラス放電させ、電流検出回路１４にて二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを超えないと判定された場合、ＩＧＢＴ１１をオンして点火プラグ１２にてマイナス放電させるものである。

具体的に、切替回路２０は、ＯＦＦ時信号、いずれかの気筒で点火させるための点火気筒信号ＩＧｔｎ、多重期間信号ＩＧｗ、電流検出回路１４から入力されるＯＮ時Ｉ２信号に基づいて、ＩＧＢＴ１１をオン／オフさせる駆動信号ＰＴｒ２ｎ−Ｇを出力するものである。上記ＯＦＦ時信号は、ＩＧＢＴ１１がオフしてから所定の時間に達したときに１パルスを出力する信号であり、駆動回路２にて生成される信号である。

具体的に、切替回路２０は、信号の立ち下がりのタイミングで１パルスを出力する立ち下がりパルス検出部２１〜２３、Ｈｉパルスが入力されるとＨｉパルスを出力するＯＲ回路２４、２５、フリップフロップ２６、ドライブ回路２７を備えている。

このような構成を有する切替回路２０において、ＯＦＦ時信号はＯＲ回路２４に入力される。また、点火気筒信号ＩＧｔｎは立ち下がりパルス検出部２１に入力され、パルス検出の結果がＯＲ回路２４に入力される。ＯＲ回路２４の出力はＦＦ−Ｓ信号としてフリップフロップ２６の入力端子（Ｓ端子）に入力される。

また、多重期間信号ＩＧｗ、ＯＮ時Ｉ２信号は立ち下がりパルス検出部２２、２３にそれぞれ入力され、パルス検出の結果がＯＲ回路２５にそれぞれ入力される。ＯＲ回路２５の出力はＦＦ−Ｒ信号としてフリップフロップ２６のリセット端子（Ｒ端子）に入力される。

そして、フリップフロップ２６の出力端子（Ｑ端子）からＦＦ−Ｑ信号が出力され、このＦＦ−Ｑ信号はドライブ回路２７に入力される。ドライブ回路２７は、ＥＣＵ１から入力される気筒別の点火気筒信号ＩＧｔｎに従って、オンさせるＩＧＢＴ１１への経路を形成するものである。したがって、ドライブ回路２７に入力されたＦＦ−Ｑ信号は、駆動信号ＰＴｒ２ｎ−Ｇとしてドライブ回路２７からオンさせるべきＩＧＢＴ１１に出力される。

このような回路形態における切替回路２０のＯＲ回路２５の入力端子にＯＮ時失火対応回路３０が接続されている。

ＯＮ時失火対応回路３０は、切替回路２０によってＩＧＢＴ１１がオンされた後、電流検出回路１４にて二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを超えないと判定された場合、点火プラグ１２にて失火が起こっていると判定するものである。

具体的には、ＯＮ時失火対応回路３０は、点火コイル１０に流れる二次電流Ｉ２を利用して、すなわちＯＮ時Ｉ２信号を利用して、失火時に切替回路２０のＯＲ回路２５からＨｉパルスを出力させて強制的にフリップフロップ２６をリセットするものである。

このようなＯＮ時失火対応回路３０は、ＯＲ回路３１、スイッチ３２、一定電流を流す電流源３３、３４、コンデンサ３５、しきい値電圧Ｖｔを超えるか否かを判定する判定回路３６、信号の立ち上がりのタイミングで１パルスを出力する立ち上がりパルス検出部３７を備えている。

ＯＲ回路３１には、ＯＮ時Ｉ２信号とフリップフロップ２６の出力反転端子（Ｑバー端子）から出力される反転信号（Ｑバー信号）とが入力される。そして、ＯＲ回路３１の出力に応じてスイッチ３２がオン／オフされる。例えば、ＯＲ回路３１からＨｉレベルの信号がスイッチ３２に入力されると、スイッチ３２がオンする。

スイッチ３２は電流源３３を経由して判定回路３６の非反転入力端子に接続されるものであり、例えばＭＯＳトランジスタで構成されている。また、電流源３３と判定回路３６の非反転入力端子との接続点をＤとすると、当該接続点Ｄに電流源３４から電流が流れ込むようになっており、さらに接続点Ｄにコンデンサ３５が接続されている。

判定回路３６の反転入力端子にしきい値電圧Ｖｔが入力され、接続点Ｄの電位ＶＣｔがしきい値電圧Ｖｔを超えると判定回路３６からＨｉレベルの信号が出力される。この判定回路３６の出力は、立ち上がりパルス検出部３７に入力され、パルス検出の結果が切替回路２０のＯＲ回路２５に入力されるようになっている。なお、ＯＮ時失火対応回路３０は、本発明の失火判定回路に相当する。以上が、本実施形態に係る内燃機関の全体構成である。

次に、点火プラグ１２を多重点火させる作動について、図１〜図３を参照して説明する。図３は、点火制御装置の正常作動を示すタイミングチャートである。まず、ＩＧＢＴ３は点火気筒信号ＩＧｔ間、プラス放電時および多重放電後のＶＣ充電時にオンする。これにより、バッテリ５の電気エネルギーがエネルギーコイル４に蓄積される。そして、
ＥＣＵ１から駆動回路２に点火させる点火プラグ１２を識別する点火気筒信号ＩＧｔｎが入力されると、点火気筒信号ＩＧｔがＬｏｗとなった時点Ｔ１１でＩＧＢＴ３がオフされ、オンしたＩＧＢＴ１１を通って大きな一次電流Ｉ１が流れる。

続いて、時点Ｔ１１では、点火気筒信号ＩＧｔｎが立ち下がり、多重期間信号ＩＧｗが立ち上がる。この場合、立ち下がりパルス検出部２１にて点火気筒信号ＩＧｔｎのパルスの立ち下がりが検出され、ＯＲ回路２４にＨｉパルスが入力される。

なお、ＩＧＢＴ１１はオフされないのでＯＲ回路２４に入力されるＯＦＦ時信号はＬｏｗレベルの信号になっている。しかし、立ち下がりパルス検出部２１からＯＲ回路２４にＨｉパルスが入力されるため、ＯＲ回路２４からはＨｉパルスが出力されることとなる。

そして、ＨｉパルスのＦＦ−Ｓ信号がＯＲ回路２４からフリップフロップ２６のＳ端子に入力される。これにより、フリップフロップ２６のＲ端子にＨｉパルスが入力されない限り、フリップフロップ２６のＱ端子からＨｉレベルのＦＦ−Ｑ信号が出力される。これに伴い、フリップフロップ２６の出力反転端子（Ｑバー端子）からＬｏｗレベルの信号が出力される。

上記のようにしてフリップフロップ２６からＨｉレベルのＦＦ−Ｑ信号が出力され、このＦＦ−Ｑ信号がドライブ回路２７に入力されると、ドライブ回路２７からオンさせるべきＩＧＢＴ１１にＨｉレベルの駆動信号ＰＴｒ２ｎ−Ｇが入力される。これにより、ＩＧＢＴ１１がオンし、エネルギーコイル４やコンデンサ７に蓄積された電気エネルギーに基づいて点火コイル１０の一次側コイル１０ａに一次電流Ｉ１が流れる。そして、一次電流Ｉ１に応じて二次側コイル１０ｂにマイナス側の二次電流Ｉ２が流れ、点火プラグ１２にてマイナス放電が起こって燃料が点火される。マイナス側とは、二次電流Ｉ２が二次側コイル１０ｂから点火プラグ１２へ流れる方向を指し、マイナス放電とは二次電流Ｉ２がマイナス側に流れる放電である。つまり、ＩＧＢＴ１１がオンの場合、マイナス放電による点火が行われる。

また、電流検出回路１４にて二次電流Ｉ２が検出される。そして、電流検出回路１４にて二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを下回ると判定されると、電流検出回路１４から駆動回路２にＨｉレベルのＯＮ時Ｉ２信号が入力される。

これにより、切替回路２０の立ち下がりパルス検出部２２、２３にＨｉレベルの多重期間信号ＩＧｗおよびＯＮ時Ｉ２信号がそれぞれ入力されるが、時点Ｔ１１では各信号は立ち下がらないため、各立ち下がりパルス検出部２２、２３からＯＲ回路２５にＬｏｗレベルの信号が入力される。

さらに、ＯＲ回路２５にはＯＮ時失火対応回路３０の出力が入力される。具体的には、ＨｉレベルのＯＮ時Ｉ２信号およびＬｏｗレベルのフリップフロップ２６の出力反転端子の信号がＯＲ回路３１にそれぞれ入力されると、ＯＲ回路３１からスイッチ３２にＨｉレベルの信号が入力され、スイッチ３２がオンする。これにより、電流源３４、接続点Ｄ、電流源３３、スイッチ３２、グランドという経路が形成され、接続点Ｄの電位が下がり、しきい値電圧Ｖｔを下回る。このため、判定回路３６から立ち上がりパルス検出部３７にＬｏｗレベルの信号が出力され、立ち上がりパルス検出部３７からＯＲ回路２５にＬｏｗレベルの信号が入力される。

したがって、ＯＲ回路２５に入力される信号はすべてＬｏｗレベルの信号であるので、ＬｏｗレベルのＦＦ−Ｒ信号がフリップフロップ２６のＲ端子に入力される。つまり、フリップフロップ２６はリセットされずに、Ｑ端子からＨｉレベルのＦＦ−Ｑ信号が出力される。

上記のようにして、時点Ｔ１１にてＩＧＢＴ１１がオンされ、点火プラグ１２にて１回目の点火が起こると、時間の経過と共にマイナス側の二次電流Ｉ２が小さくなり、時点Ｔ１２で二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを上回る。

すなわち、時点Ｔ１２において、電流検出回路１４にて二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを上回ると判定され、電流検出回路１４から駆動回路２にＬｏｗレベルのＯＮ時Ｉ２信号が入力される。これに伴い、切替回路２０の立ち下がりパルス検出部２３からＨｉパルスがＯＲ回路２５に入力される。したがって、ＯＲ回路２５からＨｉパルスのＦＦ−Ｒ信号がフリップフロップ２６のＲ端子に入力され、フリップフロップ２６がリセットされる。つまり、フリップフロップ２６のＱ端子からドライブ回路２７にＬｏｗレベルのＦＦ−Ｑ信号が入力される。これにより、ドライブ回路２７から出力されるＩＧＢＴ１１を駆動する駆動信号ＰＴｒ２ｎ−ＧもＬｏｗレベルとなるため、ＩＧＢＴ１１はオフされる。

この場合、フリップフロップ２６の出力反転端子（Ｑバー端子）からＨｉレベルの信号がＯＮ時失火対応回路３０に入力される。このため、ＯＲ回路３１によってスイッチ３２はオンされ続ける。すなわち、接続点Ｄの電位ＶＣｔがしきい値電圧Ｖｔを超えることはなく、Ｌｏｗレベルが維持される。

そして、二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを上回り、ＩＧＢＴ１１がオフになると、点火プラグ１２の二次側コイル１０ｂにプラス側の二次電流Ｉ２が流れ、点火プラグ１２にてプラス放電が起こって燃料が点火される。プラス側とは、二次電流Ｉ２が点火プラグ１２から二次側コイル１０ｂへ流れる方向を指し、プラス放電とは二次電流Ｉ２がプラス側に流れる放電である。このようにして、時点Ｔ１２において、点火プラグ１２にて２回目の点火が起こり、点火プラグ１２が多重点火される。

この後、時間の経過と共にプラス側の二次電流Ｉ２が小さくなり、時点Ｔ１３で二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを下回る。すなわち、時点Ｔ１３以降では、上記時点Ｔ１１から時点Ｔ１３までの上記作動が繰り返し行われ、点火プラグ１２にてマイナス放電、プラス放電が繰り返されることで多重点火が行われる。

そして、時点Ｔ１４において点火プラグ１２を多重点火させる期間が終了し、多重期間信号ＩＧｗが立ち下がると、切替回路２０の立ち下がりパルス検出部２２にて多重期間信号ＩＧｗの立ち下がりが検出される。これにより、ＯＲ回路２５にＨｉパルスが入力されると共にＯＲ回路２５からＨｉパルスのＦＦ−Ｒ信号がフリップフロップ２６のＲ端子に入力される。したがって、フリップフロップ２６がリセットされ、ＩＧＢＴ１１がオフされて点火コイル１０の多重点火が終了する。

以上のように、点火制御装置にて内燃機関の多重点火が正常に行われる場合、ＯＮ時失火対応回路３０のＯＲ回路３１には、ＨｉレベルのＯＮ時Ｉ２信号またはフリップフロップ２６の出力反転端子（Ｑバー端子）の信号のいずれかが入力される。このため、ＯＮ時失火対応回路３０の出力は常にＬｏｗレベルの信号となり、ＯＲ回路２５ひいてはフリップフロップ２６をリセットさせるように機能することはない。

次に、気筒内で失火が起こった場合、当該失火の検出およびその回避について、図１、図２および図４を参照して説明する。図４は、点火制御装置の作動において、最初の点火が正常に行われない場合を示すタイミングチャートである。まず、多重点火させる期間において最初の点火であるマイナス放電が正常に行われない場合について説明する。

多重点火が開始される時点Ｔ２１では、上述のように、フリップフロップ２６のＱ端子からＨｉレベルのＦＦ−Ｑ信号が出力されるため、ドライブ回路２７を介してＩＧＢＴ１１がオンされる。しかしながら、ＩＧＢＴ１１がオンして点火コイル１０の一次側コイル１０ａに一次電流Ｉ１が流れても、ガスの流速が大きい等の理由によって、二次側コイル１０ｂに十分な二次電流Ｉ２が流れずに失火が起こることがある。このような場合、図４に示されるように、十分な二次電流Ｉ２が流れず、二次電流Ｉ２は電流しきい値Ｉを下回らない。すなわち、電流検出回路１４にて二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉよりも大きいと判定され、電流検出回路１４から駆動回路２にＬｏｗレベルのＯＮ時Ｉ２信号が入力される。

このＬｏｗレベルのＯＮ時Ｉ２信号は、切替回路２０の立ち下がりパルス検出部２３に入力される。他方、時点Ｔ２１にて立ち上がる多重期間信号ＩＧｗが切替回路２０の立ち下がりパルス検出部２２に入力される。このため、各立ち下がりパルス検出部２２、２３からＯＲ回路２５にＬｏｗレベルの信号がそれぞれ入力される。

また、上述のように、時点Ｔ２１において点火気筒信号ＩＧｔｎが立ち下がるため、立ち下がりパルス検出部２１からＨｉパルスがＯＲ回路２４に入力される。そして、ＯＲ回路２４からＨｉパルスのＦＦ−Ｓ信号がフリップフロップ２６のＳ端子に入力される。これにより、フリップフロップ２６のＱ端子からＨｉレベルのＦＦ−Ｑ信号が出力され、出力反転端子（Ｑバー端子）からＬｏｗレベルの信号がＯＮ時失火対応回路３０のＯＲ回路３１に入力される。

このように、多重点火の最初のマイナス放電が起こらない場合、マイナス側の二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを下回らないため、ＯＮ時Ｉ２信号およびフリップフロップ２６の出力反転端子（Ｑバー端子）の信号それぞれがＬｏｗレベルの信号となる。これによると、ＯＮ時失火対応回路３０のＯＲ回路３１からＨｉレベルの信号がスイッチ３２に入力されないため、スイッチ３２がオンされない。このため、図４に示されるように、接続点Ｄに電流源３４から電流が流れ込んで接続点Ｄの電位ＶＣｔが上昇する。

そして、時点Ｔ２２にて接続点Ｄの電位ＶＣｔが判定回路３６のしきい値電圧Ｖｔを上回ると、判定回路３６からＨｉレベルの信号が出力される。当該Ｈｉレベルの信号の立ち上がりは立ち上がりパルス検出部３７にて検出され、立ち上がりパルス検出部３７から切替回路２０のＯＲ回路２５にＨｉパルスが入力される。これにより、ＯＲ回路２５からＨｉパルスのＦＦ−Ｒ信号がフリップフロップ２６のＲ端子に入力されるため、時点Ｔ２２においてフリップフロップ２６がリセットされる。

このように、ＯＮ時失火対応回路３０は、（１）ＩＧＢＴ１１がオンされていること、すなわちＨｉレベルのＯＮ時Ｉ２信号が切替回路２０に入力されることでフリップフロップ２６のＱ端子からＨｉレベルのＦＦ−Ｑ信号が出力されていることと、（２）電流検出回路１４によって二次電流が電流しきい値Ｉを超えないと判定されることが一定時間継続されること、すなわちコンデンサ３５が充電され始めて接続点Ｄの電位ＶＣｔが一定時間後にしきい値電圧Ｖｔを超えること、によって失火が起こっていると判定している。

そして、フリップフロップ２６がリセットされると、上述のように、フリップフロップ２６からＬｏｗレベルのＦＦ−Ｓ信号がドライブ回路２７に入力され、Ｌｏｗレベルの駆動信号ＰＴｒ２ｎ−ＧがＩＧＢＴ１１に入力される。そして、ＩＧＢＴ１１がオフされる。

以上のように、失火が起こった場合、失火時に二次側コイル１０ｂ流れる二次電流Ｉ２が利用されてＯＮ時失火対応回路３０にて失火が検出される。本実施形態では、失火時にＯＮ時失火対応回路３０における接続点Ｄの電位ＶＣｔが上昇するため、当該電位ＶＣｔがしきい値電圧Ｖｔを超えるか否かを判定することが失火の検出することと言える。そして、ＯＮ時失火対応回路３０によってフリップフロップ２６を強制的にリセットすることで、ＩＧＢＴ１１をオフすることができる。つまり、ＯＮ時Ｉ２電流がＨｉレベルの信号にならないことによって維持されるＩＧＢＴ１１のオン状態を回避することができる。こうして、マイナス放電が強制的に終了させられる。

時点Ｔ２２経過後においては、上述の時点Ｔ１２経過後と同様のプラス放電が行われる。そして、時間の経過と共にプラス側の二次電流Ｉ２が小さくなり、時点Ｔ２３において二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを下回ると、正常なマイナス放電が起こる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ８によってコンデンサ７に電圧ＶＣが充電されているため、再点火するために必要なエネルギーが確保されていることから、例えば駆動回路２に設けられたタイマによって時点Ｔ２３にてプラス放電からマイナス放電に切り替えることにより、繰り返し多重放電を行うことができる。この後、上記と同様に、多重期間信号ＩＧｗがＬｏｗレベルとなる時点Ｔ２４まで正常な多重点火が行われる。

上記では、多重点火させる期間において最初の点火が正常に行われない場合について述べたが、多重点火させる期間内で失火が起こる場合もある。図５は、点火制御装置の作動において、多重点火期間内で点火が正常に行われない場合を示すタイミングチャートである。

図５に示されるように、時点Ｔ３１から１回目の点火が始まり、時点Ｔ３２までマイナス放電が起こり、時点Ｔ３２から時点Ｔ３３までプラス放電が起こる。すなわち、時点Ｔ３１から時点Ｔ３３までは、図３に示される場合と同様に、点火プラグ１２が多重点火される。

そして、時点Ｔ３３経過後、失火が起こると、点火プラグ１２に電流しきい値Ｉを下回るマイナス側の二次電流Ｉ２が流れない。このため、電流検出回路１４から駆動回路２に入力されるＯＮ時Ｉ２信号はＬｏｗレベルの信号であり、ＯＮ時失火対応回路３０におけるコンデンサ３５が充電されていく。

すなわち、時点Ｔ３３経過後、接続点Ｄの電位ＶＣｔが上昇し、時点Ｔ３４にて当該電位ＶＣｔが判定回路３６のしきい値電圧Ｖｔを超えると、判定回路３６にて失火が起こっていると判定される。そして、判定回路３６からＨｉレベルの信号が出力され、当該Ｈｉレベルの信号の立ち上がりを検出した立ち上がりパルス検出部３７からＨｉパルスが出力される。これにより、図５に示されるように、時点Ｔ３４経過後に切替回路２０のＯＲ回路２５からフリップフロップ２６をリセットするＨｉパルスのＦＦ−Ｒ信号が出力される。

この後、上述のように、フリップフロップ２６がリセットされるため、ＩＧＢＴ１１が強制的にオフされることにより、マイナス放電が終了させられ、時点Ｔ３４からプラス放電が行われることとなる。

以上のように、多重点火中に失火が起こった場合であっても、二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを下回らないことをＯＮ時失火対応回路３０にて検出することで、失火を検出することができる。

以上説明したように、本実施形態では、電流検出回路１４にて点火コイル１０の二次側コイル１０ｂに流れる二次電流Ｉ２を利用して、駆動回路２にて失火の検出およびその回避を行うことが特徴となっている。

すなわち、マイナス放電の際に失火が起こった場合、二次電流Ｉ２が電流しきい値Ｉを下回らずに電流検出回路１４から出力されるＬｏｗレベルのＯＮ時Ｉ２信号をＯＮ時失火対応回路３０に入力することで、マイナス放電の際に失火が起こっていることを判定することができる。本実施形態で示したように、ＯＮ時Ｉ２信号がＬｏｗレベルの場合、ＯＮ時失火対応回路３０のコンデンサ３５を電流源３４にて充電し、充電した電圧ＶＣｔがしきい値電圧Ｖｔを超えるか否かによって失火を判定することができる。

さらに、ＯＮ時失火対応回路３０にて失火が起こっていると判定した場合、マイナス放電の際にオンしているＩＧＢＴ１１を強制的にオフして点火プラグ１２にプラス放電をさせ、再びマイナス放電をさせることで多重点火を行うようにすることができる。すなわち、マイナス放電の際の失火の際にＩＧＢＴ１１が常時オンした状態を回避することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、駆動回路２と電流検出回路１４とを別個にしていたが、電流検出回路１４を駆動回路２内に設けた構成とすることもできる。

上記実施形態では、失火が起こった場合、ＯＮ時失火対応回路３０においてコンデンサ３５に充電される電圧ＶＣｔがしきい値電圧Ｖｔを超えるか否かを判定することにより、失火を検出していた。しかしながら、他の方法によって失火を検出することも可能である。例えば、二次電流Ｉ２が一定時間電流しきい値Ｉを超えるか否かをタイマで計測することで失火を検出しても良い。

本発明の一実施形態に係る点火制御装置を備えた内燃機関の全体構成図である。 図１に示される駆動回路に備えられた切替回路とＯＮ時失火対応回路とを示したブロック図である。 点火制御装置の正常作動を示すタイミングチャートである。 点火制御装置の作動において、最初の点火が正常に行われない場合を示すタイミングチャートである。 点火制御装置の作動において、多重点火期間内で点火が正常に行われない場合を示すタイミングチャートである。 背景技術における点火制御装置を備えた内燃機関の全体構成図である。 図６に示される点火制御回路に備えられた切替回路のブロック図である。 図６および図７に示される点火制御装置の正常時の作動を示すタイミングチャートである。 図６および図７に示される点火制御装置の異常時の作動を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０…点火コイル、１０ａ…一次側コイル、１０ｂ…二次側コイル、１１…ＩＧＢＴ、１２…点火プラグ、１４…電流検出回路、２０…切替回路、３０…ＯＮ時失火対応回路、３５…コンデンサ。

Claims (4)

1. 点火コイル（１０）の一次側コイル（１０ａ）に接続されたスイッチ素子（１１）をオンすることで二次側コイル（１０ｂ）に接続された点火プラグ（１２）にマイナス放電を起こさせる一方、前記スイッチ素子（１１）をオフすることで前記点火プラグ（１２）にプラス放電を起こさせるものであり、
   前記点火プラグ（１２）にてマイナス放電が起こった際、前記二次側コイル（１０ｂ）に流れる二次電流が電流しきい値よりも小さくなった後、前記二次電流が前記電流しきい値よりも大きくなった場合にマイナス放電からプラス放電に切り替え、前記点火プラグ（１２）にてプラス放電が起こった際、前記二次側コイル（１０ｂ）に流れる二次電流が電流しきい値よりも大きくなった後、前記二次電流が前記電流しきい値よりも小さくなった場合にプラス放電からマイナス放電に切り替えることで、マイナス放電とプラス放電とを前記点火プラグ（１２）に繰り返し起こさせることで多重放電を行う内燃機関の点火制御装置であって、
   前記二次側コイル（１０ｂ）に流れる前記二次電流が前記電流しきい値を超えるか否かを判定する電流判定回路（１４）と、
   前記電流判定回路（１４）にて前記二次電流が前記電流しきい値を超えると判定された場合、前記スイッチ素子（１１）をオフして前記点火プラグ（１２）にてプラス放電させ、前記電流判定回路（１４）にて前記二次電流が前記電流しきい値を超えないと判定された場合、前記スイッチ素子（１１）をオンして前記点火プラグ（１２）にてマイナス放電させる切替回路（２０）と、
   前記切替回路（２０）によって前記スイッチ素子（１１）がオンされた後、前記電流判定回路（１４）にて前記二次電流が前記電流しきい値を超えないと判定された場合、前記点火プラグ（１２）にて失火が起こっていると判定する失火判定回路（３０）とを備えていることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
2. 前記失火判定回路（３０）は、前記切替回路（２０）によって前記スイッチ素子（１１）がオンされていること、および前記電流判定回路（１４）にて前記二次電流が前記電流しきい値を超えないと判定されることが一定時間継続されることにより、前記点火プラグ（１２）にて失火が起こっていると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。
3. 前記失火判定回路（３０）は、コンデンサ（３５）を備えており、前記電流判定回路（１４）にて前記二次電流が前記電流しきい値を超えないと判定されることが一定時間継続されることを、前記切替回路（２０）によって前記コンデンサ（３５）に充電が開始されてから当該コンデンサ（３５）に充電される電圧がしきい値電圧を超えるまでによって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制御装置。
4. 前記失火判定回路（３０）は、前記点火プラグ（１２）にて失火が起こっていると判定した場合、前記切替回路（２０）に前記スイッチ素子（１１）をオフさせて前記点火プラグ（１２）にてプラス放電させ、この後に前記切替回路（２０）に前記スイッチ素子（１１）をオンさせて前記点火プラグ（１２）にてマイナス放電させることで、前記点火プラグ（１２）に多重点火を起こさせることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の点火制御装置。

Images