JP2009221850A - Igniter with ion current detection function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオン電流検出機能付きイグナイタに関する。 The present invention relates to an igniter with an ion current detection function.
従来より、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からイグナイタの故障検出を行う点火系異常検出装置が、例えば特許文献1で提案されている。具体的に、特許文献1では、点火系異常検出の手段としてイオン電流検出回路を流用したものが示されている。 Conventionally, for example, Patent Literature 1 proposes an ignition system abnormality detection device that detects an igniter failure from an ionic current generated with combustion of an air-fuel mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine. Specifically, Patent Document 1 discloses that an ion current detection circuit is used as means for detecting an ignition system abnormality.
そして、コイル1次電流通電時に、コイル2次側浮遊容量に電荷を充電する為、2次電流I2がイオン電流検出回路及びコイル2次巻き線を通り供給され、イオン出力信号へ通電モニタ信号として出力する。この通電モニタ信号のイオン出力信号がしきい値を超える時間をモニタすることで、イグナイタの故障を検出する。この2次電流の流れる時間(通電モニタ信号幅)は、イオン検出回路内の抵抗及びコイル2次側浮遊容量などによる減衰時定数で決まっている。
しかしながら、上記従来の技術では、イオン電流検出抵抗の抵抗値によってはイオン電流波形が大きく変化してしまう。具体的には、イオン電流検出抵抗が大き過ぎると、イオン電流波形がいつまでも終息せずに通電モニタ信号がパルス割れしてしまうことがある。また、イオン電流検出抵抗が小さすぎると直ぐに2次電流が減衰して通電モニタ信号幅が短くなってしまうことがある。 However, in the above conventional technique, the ion current waveform changes greatly depending on the resistance value of the ion current detection resistor. Specifically, if the ion current detection resistance is too large, the energization monitor signal may be pulse broken without the ion current waveform ending indefinitely. Further, if the ion current detection resistance is too small, the secondary current may be attenuated immediately and the energization monitor signal width may be shortened.
また、点火系異常検出装置が用いられる環境によってイオン電流波形にばらつきが生じてしまう。一方、点火系異常検出装置が車両に組み込まれたときに電源電圧が高くなると、イオン電流の減衰時間が短くなったり、電流波形が割れたりする。他方、電源電圧の俊敏な変動によってイオン電流の電流波形の変動が生じ通電モニタ信号を誤出力することもある。また、点火コイル2次側浮遊容量が小さいと充電される時間が短くなるため、イオン電流の減衰時間も短くなり通電モニタ信号幅が短くなってしまう。 In addition, the ion current waveform varies depending on the environment in which the ignition system abnormality detection device is used. On the other hand, when the power supply voltage increases when the ignition system abnormality detection device is incorporated in the vehicle, the decay time of the ion current is shortened or the current waveform is broken. On the other hand, an abrupt change in the power supply voltage may cause a change in the current waveform of the ionic current, resulting in erroneous output of an energization monitor signal. Further, when the ignition coil secondary side stray capacitance is small, the charging time is shortened, so that the decay time of the ion current is also shortened and the energization monitor signal width is shortened.
したがって、イオン電流波形を故障判定用の信号として用いるとなると、以上のような原因によってイオン電流波形に異常が生じて正常なイオン電流波形が得られないときには、イグナイタの正確な故障判定ができなくなってしまうという問題がある。 Therefore, when the ion current waveform is used as a failure determination signal, when the ion current waveform is abnormal due to the above causes and a normal ion current waveform cannot be obtained, it is impossible to accurately determine the igniter failure. There is a problem that it ends up.
本発明は、上記点に鑑み、故障を確実に検出するための故障判定用の信号を生成することができるイオン電流検出機能付きイグナイタを提供することを目的とする。 In view of the above-described points, an object of the present invention is to provide an igniter with an ion current detection function capable of generating a failure determination signal for reliably detecting a failure.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、点火コイル(10)のコイル1次側(11)に1次電流を流して点火コイル(10)のコイル2次側(12)に電流を誘導させることで点火プラグ(30)のギャップに放電を起こさせるものであり、放電により燃料が燃焼する際に点火コイル(10)のコイル2次側(12)に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出することで、点火プラグ(30)のギャップ部での点火および失火の検出を行うイオン電流検出回路(27)を備えたイオン電流検出回路付きイグナイタであって、点火コイル(10)のコイル1次側(11)に正常に電流が流れていることを示す第1しきい値(Vth1)を有しており、点火コイル(10)のコイル1次側(11)に流れる1次電流が第1しきい値(Vth1)を超えたか否かを示す故障判定用のフェールセーフ信号を生成するフェールセーフ信号生成回路(28)を備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a primary current is passed through the coil primary side (11) of the ignition coil (10) to the coil secondary side (12) of the ignition coil (10). A current is induced to cause a discharge in the gap of the spark plug (30). When the fuel is burned by the discharge, the combustion ions generated on the secondary side (12) of the ignition coil (10) are ionized. An igniter with an ion current detection circuit including an ion current detection circuit (27) that detects ignition and misfire in a gap portion of the spark plug (30) by detecting the current as a current, and includes an ignition coil (10) A primary current that flows through the coil primary side (11) of the ignition coil (10) has a first threshold value (Vth1) indicating that the current is normally flowing through the coil primary side (11). Is the first threshold Characterized in that it comprises a fail-safe signal generating circuit (28) for generating a fail-safe signal for failure determination indicating whether exceeds the value (Vth1).
これにより、点火コイル(10)のコイル1次側(11)に1次電流が正常に流れさえすれば、フェールセーフ信号生成回路(28)は1次電流が第1しきい値(Vth1)を超えたことを示すフェールセーフ信号を生成することができる。逆に、1次電流が第1しきい値(Vth1)を超なければ、フェールセーフ信号生成回路(28)は1次電流が第1しきい値(Vth1)を超えないことを示すフェールセーフ信号を生成することができる。1次電流はイグナイタが正常に動作していればコイル1次側(11)に流れる電流であり、該1次電流が流れたか否かを第1しきい値(Vth1)を用いて判定することで、イグナイタの故障を確実に検出するための故障判定用のフェールセーフ信号を生成することができる。 Thus, as long as the primary current normally flows to the coil primary side (11) of the ignition coil (10), the fail-safe signal generation circuit (28) has the primary current set to the first threshold value (Vth1). A fail-safe signal can be generated to indicate that it has been exceeded. Conversely, if the primary current does not exceed the first threshold value (Vth1), the failsafe signal generation circuit (28) indicates that the primary current does not exceed the first threshold value (Vth1). Can be generated. The primary current is a current that flows to the coil primary side (11) if the igniter is operating normally, and it is determined using the first threshold value (Vth1) whether or not the primary current has flowed. Thus, it is possible to generate a fail-safe signal for failure determination for reliably detecting an igniter failure.
請求項2に記載の発明では、フェールセーフ信号生成回路(28)は、第1しきい値(Vth1)よりも大きい第2しきい値(Vth2)を有しており、1次電流が第1しきい値(Vth1)および第2しきい値(Vth2)を超えたときに立ち上がりおよび立ち下がりを含んだフェールセーフ信号を生成するようになっていることを特徴とする。 In the invention described in claim 2, the fail-safe signal generation circuit (28) has a second threshold value (Vth2) larger than the first threshold value (Vth1), and the primary current is the first. A fail-safe signal including rising and falling edges is generated when the threshold value (Vth1) and the second threshold value (Vth2) are exceeded.
このように、立ち上がりおよび立ち下がりを含んだフェールセーフ信号を生成することで、イグナイタに故障が生じているかいないかの判定をしやすくすることができる。また、フェールセーフ信号の立ち上がりと立ち下がりの間の時間もイグナイタの故障の判定材料の一つとすることができ、より確実にイグナイタの故障判定を行うことができるようにすることができる。 In this way, by generating a fail-safe signal including rising and falling edges, it is possible to easily determine whether or not a failure has occurred in the igniter. Further, the time between the rising edge and the falling edge of the fail safe signal can also be used as one of the igniter failure determination materials, and the igniter failure determination can be performed more reliably.
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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(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。図1は、本発明の一実施形態に係るイオン電流検出回路付きイグナイタを含んだ点火システムの図である。図1では、該システムのうち、点火コイル10のコイル1次側11にイオン電流検出回路付きイグナイタ20(以下、イグナイタという)が接続され、コイル2次側12に点火プラグ30が接続されたものが示されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram of an ignition system including an igniter with an ion current detection circuit according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, in the system, an
点火コイル10のコイル1次側11の一端側はイグナイタ20の外部の車載バッテリに接続され、他端側がイグナイタ20に接続されている。また、点火コイル10のコイル2次側12の一端側がイグナイタ20に接続され、他端側が点火プラグ30に接続されている。
One end side of the coil
図1に示されるように、イグナイタ20は、波形整形回路21、過電圧保護回路22、ドライブ回路23、トランジスタ24、ロック防止回路25、過電流保護回路26、イオン電流検出回路27、およびIGf信号回路28を備えている。
As shown in FIG. 1, the
波形整形回路21は、イグナイタ20の外部のエンジンECUから入力される点火入力信号(IGt信号)の波形整形を行う回路である。波形整形回路21は波形整形した信号をロック防止回路25およびドライブ回路23に入力する。
The
エンジンECUは、エンジンの各気筒にて燃焼を起こさせるべく、各気筒に取り付けられた各イグナイタ20それぞれに上記の点火入力信号を出力ようになっている。
The engine ECU outputs the above ignition input signal to each
過電圧保護回路22は、車載バッテリから印加されるバッテリ電圧をドライブ回路23に入力するものである。また、過電圧保護回路22は、車載バッテリから印加される一定電圧が一定値を超えると、ドライブ回路23へのバッテリ電圧の印加を停止し、過度な電圧がドライブ回路23に入力されることを防止する役割も果たす。
The
ドライブ回路23は、波形整形回路21から入力される点火入力信号に従って、トランジスタ24をON/OFF駆動するものである。
The
トランジスタ24は、点火コイル10のコイル1次側11に通電させるためのスイッチング素子である。該トランジスタ24のコレクタに点火コイル10のコイル1次側11が接続され、エミッタにシャント抵抗29が接続されている。シャント抵抗29は、イグナイタ20の外部のグランドに接続される。なお、トランジスタ24のエミッタ−コレクタ間には、電流還流用のダイオード24aが接続されており、トランジスタ24のリカバリ時の電流集中による破壊が防止される。
The
このトランジスタ24がONされると、車載バッテリ、コイル1次側11、トランジスタ24、シャント抵抗29、グランドという電流経路が形成され、車載バッテリからコイル1次側11に1次電流が流れる。
When the
ロック防止回路25は、波形整形回路21から点火入力信号を入力し、該点火入力信号がトランジスタ24を規定時間以上ONさせるものであると判定したとき、トランジスタ24を強制的にOFFさせるものである。すなわち、ロック防止回路25は、ドライブ回路23がONされることでコイル1次側11に1次電流が規定時間以上流れ続けていることを事前に防止する役割を果たす。
The
過電流保護回路26は、トランジスタ24とシャント抵抗29との間に流れる1次電流が一定値を超えると、ドライブ回路23にトランジスタ24の駆動を制御し、コイル1次側11に過剰な1次電流が流れることを防止する役割を果たすものである。
When the primary current flowing between the
イオン電流検出回路27は、点火プラグ30における放電により燃料が燃焼する際にコイル2次側点火プラグ30のギャップ部に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出するものである。イオン電流検出回路27は点火コイル10のコイル2次側12に接続され、該コイル2次側12に流れるイオン電流が入力されるようになっている。
The ion
イオン電流検出回路27にて検出されたイオン電流は、正常燃焼、失火、プレイグニッション(早期着火)プラグのくすぶり検出等の燃焼の状態を判定するためのイオン出力信号として、エンジンECUに出力される。そして、エンジンECUは、該イオン出力信号に基づいて上記燃焼の状態を判定することとなる。
The ion current detected by the ion
IGf信号回路28は、1次電流が正常に流れた否か、すなわちイグナイタ20が正常に動作しているか否かを示すフェールセーフ信号を生成するものである。具体的には、IGf信号回路28は、点火コイル10のコイル1次側11に正常に電流が流れていることを示す第1しきい値Vth1および第1しきい値Vth1よりも大きい第2しきい値Vth2を有しており、放電の際に点火コイル10のコイル1次側11に流れる1次電流が第1しきい値Vth1および第2しきい値Vth2を超えたか否かを示す故障判定用のフェールセーフ信号を生成する。
The
本実施形態では、IGf信号回路28は、1次電流が第1しきい値Vth1を超えたときに立ち下がり、1次電流が第2しきい値Vth2を超えたときに立ち上がるフェールセーフ信号を生成する。IGf信号回路28にて生成されたフェールセーフ信号は、エンジンECUに出力される。そして、エンジンECUは、該フェールセーフ信号に基づいてイグナイタ20の故障判定を行うこととなる。
In the present embodiment, the
上記IGf信号回路28は、トランジスタ24のエミッタとシャント抵抗29との間の経路を流れる1次電流を検出するように該経路に接続されている。この場合、IGf信号回路28は1次電流を検出できれば良いので、イグナイタ20内において1次電流を検出できる経路上に接続されていれば良い。
The
以上が、本実施形態に係る点火システムおよびイグナイタ20の構成である。なお、上記構成のうちIGf信号回路28は本発明のフェールセーフ信号生成回路に相当する。
The above is the configuration of the ignition system and the
次に、上記イグナイタ20において、フェールセーフ信号を生成する作動について、図2を参照して説明する。図2は、点火入力信号、点火コイル10のコイル1次側11に流れる1次電流、フェールセーフ信号を示したタイミングチャートである。このうち、図2(a)はイグナイタ20が正常の場合、図2(b)および図2(c)はイグナイタ20が故障している場合をそれぞれ示している。
Next, the operation of generating a fail-safe signal in the
まず、イグナイタ20が正常な場合について説明する。エンジンECUからイグナイタ20の波形整形回路21に点火入力信号(IGt信号)が入力されると、該点火入力信号が波形整形されてドライブ回路23に入力される。これにより、ドライブ回路23によってトランジスタ24がONされると、車載バッテリからコイル1次側11に1次電流が流れる。これにより、図2(a)に示されるように、IGt信号がONの間、点火コイル10のコイル1次側11に1次電流が流れ、点火コイル10に磁気エネルギーが蓄えられる。
First, the case where the
また、コイル1次側11に1次電流が流れると、コイル2次側12としてコイル2次高圧側部に存在する浮遊容量に基づいて電流が流れる。この電流がイオン電流としてイオン電流検出回路27にて検出され、図2(a)に示されるイオン出力信号としてエンジンECUに出力される。
In addition, when a primary current flows through the coil
そして、1次電流が増加していくと、該1次電流が第1しきい値Vth1を超える。これにより、HiレベルだったエンジンECUに出力される信号が立ち下がり、Lowレベルの信号となる。この後、1次電流が増加していき、第2しきい値Vth2を超えると、LoレベルだったエンジンECUに出力される信号が立ち上がり、Hiレベルの信号となる。 As the primary current increases, the primary current exceeds the first threshold value Vth1. As a result, the signal output to the engine ECU at the Hi level falls and becomes a Low level signal. Thereafter, when the primary current increases and exceeds the second threshold value Vth2, the signal output to the engine ECU that was at the Lo level rises and becomes a Hi level signal.
イグナイタ20が正常に作動していれば、IGt信号がONの間、1次電流は増加し続けるため、1次電流が第1しきい値Vth1を超えれば信号が立ち下がり、第2しきい値Vth2を超えれば信号が立ち下がるので、信号の立ち上がりおよび立ち下がりがセットになったフェールセーフ信号が生成される。すなわち、図2(a)に示されるフェールセーフ信号の波形は、イグナイタ20が正常に動作していることを示している。
If the
本実施形態では、フェールセーフ信号の立ち下がりと立ち上がりの間の幅は0.5ms以上になっている。このフェールセーフ信号がエンジンECUに入力されてイグナイタ20の故障判定が行われる。エンジンECUでは、例えばフェールセーフ信号の立ち下がりおよび立ち上がりの存在や信号の立ち下がりから立ち上がりまでの時間がモニタされることでイグナイタ20の故障判定が行われる。図2(a)に示されるように、1次電流が一定のレートで増加し、第1しきい値Vth1および第2しきい値Vth2を超えて立ち下がりおよび立ち上がりを含むフェールセーフ信号が生成された場合、エンジンECUではイグナイタ20が正常であると判定される。
In the present embodiment, the width between the fall and rise of the fail safe signal is 0.5 ms or more. This fail safe signal is input to the engine ECU, and a failure determination of the
そして、IGt信号が立ち下がるタイミングで点火プラグ30にて点火が起こる。すなわち、コイル1次側11に流れる電流を急激に遮断することにより、点火コイル10に蓄えられた磁気エネルギーがコイル2次側12に誘導され、コイル2次側12から点火プラグ30のギャップにて放電電流として放電され、点火が行われる。この放電時にコイル2次側に発生する高電圧をイオン電流検出回路27内のコンデンサとツェナーダイオードを並列にして形成したイオン検出用電源部に充電する。点火が行われると、エンジンの燃焼室内には燃料の火炎イオンやNOの熱解離イオンの燃焼イオンが発生する。この燃焼イオンを検出する為、イオン電流検出回路27内に掲載されたイオン検出用電源部に蓄積された電圧をコイル2次巻き線を介して点火プラグ30へ印加することで燃焼イオンをイオン電流として検出し、イオン出力信号としてエンジンECUに出力されると、エンジンECUにて失火判定することができる。
Then, ignition occurs at the spark plug 30 at the timing when the IGt signal falls. In other words, the magnetic energy stored in the
次に、イグナイタ20に故障が生じている場合について説明する。図2(b)に示されるように、IGt信号がONになっているにも関わらず、コイル1次側11に1次電流が全く流れない。この場合、IGt信号の立ち上がりによるイオン出力信号は生成されない。また、1次電流が流れないので、該1次電流が第1しきい値Vth1および第2しきい値Vth2を超えることもないため、フェールセーフ信号は図2(b)に示されるようなフラットな信号に生成される。したがって、エンジンECUではフェールセーフ信号に立ち下がりおよび立ち上がりが含まれていないとして、イグナイタ20が故障していると判定される。
Next, a case where a failure has occurred in the
また、図2(c)に示されるように、IGt信号がONになった後に、規定の期間が経過する前にOFFになってしまう場合では、IGt信号がONになるのでイオン出力信号は生成されるものの、1次電流はIGt信号のOFFと共に低下してしまうため、第1しきい値Vth1を超えることはない。したがって、図2(b)に示される場合と同様に、フラットなフェールセーフ信号が生成され、エンジンECUにてイグナイタ20に故障が生じていると判定される。
In addition, as shown in FIG. 2C, when the IGt signal is turned on and then turned off before the specified period elapses, the ion output signal is generated because the IGt signal is turned on. However, since the primary current decreases as the IGt signal is turned OFF, the first threshold value Vth1 is not exceeded. Therefore, as in the case shown in FIG. 2B, a flat fail-safe signal is generated, and the engine ECU determines that the
以上説明したように、本実施形態では、IGt信号がONになっている間に、点火コイル10のコイル1次側11に流れる1次電流に基づいて、IGf信号回路28にてフェールセーフ信号を生成することが特徴となっている。
As described above, in the present embodiment, the
すなわち、IGf信号回路28にて該1次電流と第1しきい値Vth1および第2しきい値Vth2とを比較することにより、故障判定用のフェールセーフ信号を生成することができる。このフェールセーフ信号は、コイル1次側11に流れる1次電流をモニタすることにより得られるものであり、1次電流が正常に流れるか否かを示す信号であるから、イグナイタ20の故障を確実に検出するための信号として用いることができる。
That is, by comparing the primary current with the first threshold value Vth1 and the second threshold value Vth2 in the
また、1次電流と2つの第1しきい値Vth1および第2しきい値Vth2とを比較して信号の立ち上がりおよび立ち下がりを含んだフェールセーフ信号を生成することにより、立ち上がりおよび立ち下がりをセットとしたフェールセーフ信号を生成することができ、故障判定を容易に行うことができる。また、フェールセーフ信号の立ち上がりと立ち下がりとの幅などの情報をイグナイタ20の故障の判定材料として用いることができ、より詳細なイグナイタ20の故障判定を行うことができるようにすることができる。
Also, the rise and fall are set by comparing the primary current with the two first threshold values Vth1 and Vth2 and generating a fail-safe signal including the rise and fall of the signal. The fail-safe signal can be generated, and the failure determination can be easily performed. In addition, information such as the width of the rising and falling edges of the failsafe signal can be used as a material for determining the failure of the
(他の実施形態)
上記実施形態では、IGf信号回路28は、2つの第1しきい値Vth1および第2しきい値Vth2を用いて1次電流を検出していたが、1次電流に対するしきい値は1つでも構わない。すなわち、IGf信号回路28は、点火コイル10のコイル1次側11に流れる1次電流が第1しきい値Vth1を超えたか否かを示す故障判定用のフェールセーフ信号を生成するだけでも良い。イグナイタ20が正常に動作していれば信号の立ち上がりまたは立ち下がりを得ることができ、イグナイタ20が故障していれば信号の立ち上がりまたは立ち下がりが得られないのだから、信号の立ち上がりまたは立ち下がりをトリガとして該トリガをモニタすることによって、イグナイタ20の故障を判定するためのフェールセーフ信号を生成することができる。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the
上記実施形態では、エンジンECUではフェールセーフ信号のみによってイグナイタ20の故障が判定されていたが、イオン出力信号とフェールセーフ信号とが組み合わされてイグナイタ20の故障が判定されるようにしても良い。
In the above embodiment, the engine ECU determines the failure of the
10 点火コイル
11 コイル1次側
12 コイル2次側
27 イオン電流検出回路
28 フェールセーフ信号生成回路
30 点火プラグ
Vth1 第1しきい値
Vth2 第2しきい値
I2 コイル2次側電流
C2 コイル2次側浮遊容量
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記放電により燃料が燃焼する際に前記コイル2次側点火プラグ(30)のギャップ部に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うイオン電流検出回路(27)を備えたイオン電流検出機能付きイグナイタであって、
前記点火コイル(10)のコイル1次側(11)に正常に電流が流れていることを示す第1しきい値(Vth1)を有しており、前記点火コイル(10)のコイル1次側(11)に流れる前記1次電流が前記第1しきい値(Vth1)を超えたか否かを示す故障判定用のフェールセーフ信号を生成するフェールセーフ信号生成回路(28)を備えていることを特徴とするイオン電流検出機能付きイグナイタ。 By passing a primary current through the coil primary side (11) of the ignition coil (10) and inducing a current through the coil secondary side (12) of the ignition coil (10), the gap is formed in the spark plug (30). That causes a discharge,
An ion current detection circuit that detects combustion and misfire of the engine by detecting combustion ions generated in the gap portion of the coil secondary ignition plug (30) as an ion current when the fuel is burned by the discharge. 27) an igniter with an ion current detection function,
The coil primary side (11) of the ignition coil (10) has a first threshold value (Vth1) indicating that a current normally flows, and the coil primary side of the ignition coil (10) A fail-safe signal generation circuit (28) for generating a fail-safe signal for failure determination indicating whether or not the primary current flowing in (11) exceeds the first threshold value (Vth1); An igniter with ion current detection feature.
The fail safe signal generation circuit (28) has a second threshold value (Vth2) larger than the first threshold value (Vth1), and the primary current is the first threshold value (Vth1). ) And the second threshold value (Vth2), a fail-safe signal including a rising edge and a falling edge is generated. Igniter.
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