JP2783678B2 - 内燃機関における点火出力段に対する監視装置 - Google Patents

内燃機関における点火出力段に対する監視装置

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Description

【発明の詳細な説明】 従来技術 本発明は、請求項1の上位概念に記載の内燃機関にお
ける点火出力段に対する監視装置に関する。
内燃機関における点火装置では、系、例えばマイクロ
コンピュータ系を介して種々の入力量に依存して1つま
たは複数の点火出力段が制御される。この場合、半導体
として形成されている点火出力段が、閉成時間が長すぎ
た場合に非常に強く負荷されかつ熱的に破壊されるおそ
れがあるという点に問題がある。このような許容できな
い長い閉成時間は例えば、閉成時点がクランク軸同期し
て定められかつ相応の回転数発生器の信号中に障害が発
生するかまたは例えばエンストの際に大きな回転数変動
が生じるとき発生する可能性がある。
内燃機関の故障および車両の停滞を来す、点火出力段
のこのような熱的な破壊を防止するために、一方におい
て、点火出力段を大きめに設計することが公知である。
障害時に対してしかこのように大きく設計される必要が
ない点火出力段のコストがこのために著しく高くなるこ
とは明らかである。
点火出力段の熱的な破壊を妨げる別の公知の手段によ
れば、監視装置において、閉成時間、即ち点火出力段に
対する制御時間が所定の時間に制限される。このことが
意味するのは、閉成時点に達した際に時間発生器がスタ
ートされ、この時間発生器は、その前に障害を受けてい
ない、正常な点火過程がトリガされなかったとき、前以
て決められた、一定の時間後に点火を自動的にトリガす
る。
点火出力段に対する給電電圧は通例バッテリー電圧で
ありかつバッテリーの充電状態および別の負荷の接続状
況に応じて著しい変動にさらされる。インテリジェント
制御ユニットは既に、このようなバッテリー変動を、必
要な閉成時間を求めかつ計算する際に考慮し、その際閉
成時間はバッテリー電圧が高くなるに従って低減され
る。前以て決められた、一定の制限時間を有するこの公
知の監視回路では、使用可能なバッテリー電圧が高い場
合に、制限時間があるにも拘わらず、比較的多くのエネ
ルギーが出力段において無駄に消費されなければならな
いことになる。それ故に、そのとき使用可能なバッテリ
ー電圧が高い場合に制限および安全時間の終了時に多く
のエネルギーが点火出力段において無駄に消費されなけ
ればならないときでも熱的な破壊を妨げるためには、こ
のような出力段を監視および安全回路を備えているにも
拘わらず比較的大きく設計することが必要である。
発明の利点 請求項1の特徴部分に記載の内燃機関における点火出
力段に対する監視装置によって有利にも、制限時間(t
=f(UBATT))の際にそのとき存在する給電電圧を考
慮することによってそのとき使用可能な給電電圧が高い
場合でも点火出力段を大きめに設計する必要がないよう
になる。その際閉成時間は、給電電圧、通例はそのとき
存在するバッテリー電圧から導出された最大値(制限時
間)に制限され、これにより点火出力段は、“正常な”
走行作動において生じるような作動状態に対して設計し
さえすればよい。このような監視装置は、予測できない
作動状態においても点火装置に障害が発生した際にも、
点火出力段の損傷および熱的な破壊に対する安全性を提
供する。
閉成時間のこのような制限は、ソフトおよび/または
ハードウェアによって行うことができる。
従って全体として点火出力段は大きめに設計する必要
がないためコストの点で有利に設計することができる。
このことは特に、そこで点火プラグ当たりの損失電力が
約1Wであるので、静止形分配の際に当て嵌まる。
図面 本発明の2つの実施例が図示されておりかつ以下の説
明において詳細に説明する。
第1図は、点火出力段を制御するためのマイクロコン
ピュータ系のブロック線図であり、 第2図は、監視装置を介して点火過程がトリガされる
回転数発生器における障害を説明するための線図であ
り、 第3図は、制限時間の、給電電圧に対する依存性を説
明するための線図であり、 第4図は、監視装置を実現するためにソストウェアを
使用した場合の接続図であり、 第5図は、監視装置を実現するためにハードウェアウ
ェアを使用した場合の回路略図であり、 第6図は、第5図の回路において発生する信号の経過
を示す線図である。
第1図において、実質的に、メモリ3が配属されてい
るマイクロコンピュータ2と、マイクロコンピュータに
後置接続されている点火前置段4と、該点火前置段に後
置接続されている点火出力段5とを含んでいる点火装置
1が示されている。
マイクロコンピュータ2には、多数の入力量、殊にバ
ッテリー電圧に対する値6、クランク軸信号7および機
関データ8が供給され、これらはすべて、閉成時点、閉
成時間および点火時期に対する影響量としてマイクロコ
ンピュータ2において考慮される。
点火出力段は実質的に、トランジスタ9によって略示
されているように半導体素子から成っている。これに
は、バッテリーで電圧UBATTを介して給電される点火コ
イル系10が接続されている。
内燃機関の正常な作動時には、マイクロコンピュータ
2はその入力量に依存して閉成時点並びに閉成時間を求
め、それに応じて点火される(点火トランジスタ9の遮
断)。
第2図において上部に、回転数およびクランク軸の位
置を示すものである回転数発生器の矩形信号例が図示さ
れている。下部には、点火出力段5ないし点火前置段4
に対する制御曲線が示されている。即ち矢印11で示す時
点において閉成時点がマイクロコンピュータ2によって
求められかつ相応に点火トランジスタ9が導通制御され
る。回転数発生器が正しく動作している場合マイクロコ
ンピュータは、矢印12の位置に相応する時間に応じて点
火時期を計算しかつ出力するはずである。
しかし第2図の例では、回転数発生器はその前に既に
(矢印13)故障したものとしたので、マイクロコンピュ
ータは矢印12において点火時期を検出することができず
かつそれ故に故障した回転数発生器のために点火が行わ
れない。
点火前置段ないし点火出力段の制御と同時に(矢印1
1)、タイマーがスタートした。このタイマーは加えら
れるバッテリー電圧に依存して(この依存性は第3図と
の関連において詳しく説明する)、制限時間t=f(U
BATT)の形の最大閉成時間を送出しかつこの制限時間の
経過終了後(矢印14)点火トランジスタの遮断によって
点火をトリガする。これにより点火出力段5の熱的な損
傷または破壊が妨げられる。
第3図は、縦軸に閉成時間tsが示されておりかつ横軸
にバッテリー電圧UBATTが示されている線図である。下
側の曲線15は、点火装置における計算された閉成時間
の、給電電圧ないしバッテリー電圧に対する依存性を示
している。冒頭に既に述べたように、そのとき比較的大
きなバッテリー電圧を使用可能であるときは、閉成時間
を比較的短くすることができることが直ちにわかる。そ
のとき使用可能なバッテリー電圧の大きさの考慮は例え
ば、マイクロコンピュータ2によって実施される。その
際通例は第3図に示されているように、バッテリー電圧
の増加に依存して、計算された閉成時間のほぼ指数関数
的な低下が生じる。
本発明により求められた制限時間は同様かつ同じよう
に、バッテリー電圧の影響を考慮し、その結果これによ
りその都度予め決められた制限時間は、曲線16によって
示されているように、計算された正常な閉成時間より上
方にある。このことから、点火出力段の負荷はほぼ、障
害発生の際にも、即ち監視回路によるトリガの際にも、
正常な作動状態における通例の負荷領域内にあり、従っ
て大きめに設計する必要はないことがわかる。
念のために、一定の、固定的に決められた、最大閉成
時間を有する公知の閉成時間制限も、破線17として示さ
れている。そこから明らかなことは、閉成時間は正常な
作動状態の際に給電電圧が高い場合は低減され、障害時
および公知の監視装置による点火トリガの際には高いエ
ネルギーが点火出力段に生じかつ無駄に消費されなけれ
ばならず、そのために熱的な損傷を保護するために大き
めに設計することが必要である。
第4図には、ソフトウェア解決法に対する線図が示さ
れており、その際申し分ないメモリ容量および計算機容
量を使用できるときはこのソフトウェアによる解決法は
付加コストがかからない。
第1のステップ(回路ユニット)18において、閉成時
点に達したかどうかが検出される。イエス(J)であれ
ば、点火出力段(ブロック19)を導通制御するための信
号が送出されかつタイマーがスタートされる(ブロック
20)。
ステップ21において、タイマーが働いているかどうか
が求められる。ノー(N)であれば、ステップ22におい
て、必要な点火角度に達しているかどうかが検出され
る。イエス(J)であれば、点火出力段が遮断され、即
ち点火される(ブロック23)。
ステップ24を介して、バッテリー電圧に依存して出力
される最大閉成時間ないし制限時間t=f(UBATT)に
達しているかどうかが検出される。そのときまでまだ点
火がトリガされていなければ、ステップ24を介して点火
がトリガされる。点火角度に達する前に制限時間が経過
終了していれば、点火出力段を保護するために同様点火
される。他方においてタイマーを介して動作状態にセッ
トされた監視時間は点火の際(点火トランジスタの遮
断)再び停止される。
第5図および第6図には、本発明の別の実施例が示さ
れている。第5図の回路も、点火出力段5および点火前
置段4を含んでいる。点火前置段4には、導通制御の際
に信号Uaを送出するOR素子25が前置接続されている。
このOR素子25には一方において本来の制御信号Ueが加
わり他方においてコンパレータ26の出力側の信号Ukom
加わる。コンパレータ26のマイナス入力側には基準電圧
Urefが加わりかつプラス入力側には時間的に変化する信
号U1が加わる。
本来の制御信号Ueは抵抗27を介してトランジスタT1
導かれており、このトランジスタにはコンデンサC1が後
置接続されている。コンデンサC1は一方がアースされて
おりかつ他方の側が抵抗28を介してバッテリー電圧U
BATTに接続されている。更に、ダイオード29を介して内
部の給電電圧VDD(有利には5V)に対する接続が形成さ
れており、その際この接続部に信号U1が発生しかつコン
パレータ26のプラス入力側に供給される。
次に、第5図の回路の機能を第6図の線図も参照し詳
しくて説明する:点火前置段25に対する制御信号Ueはこ
の実施例では、点火トランジスタを導通すべきときは0V
でありかつ点火トランジスタを遮断すべきときはVDD
ある。Ue=VDDのとき、制御信号Ueによってトランジス
タT1が導通制御される。それからトランジスタT1を介し
てコンデンサC1が放電される。Ueが0Vに等しければ、ト
ランジスタT1は遮断されかつコンデンサC1はバッテリー
電圧UBATTに依存して抵抗28を介して充電される。コン
デンサC1における電圧(U1)が、最大電流Imaxに相応す
る基準電圧Urefによるしきい値を上回るとき、コンパレ
ータ26の出力電圧Ukomは0VからVDDに跳躍する。点火出
力段は、Ukom=Ue=0Vであるときにのみ導通制御され
る。それ故に、U1がUrefより大きくなるや否や点火され
かつこれにより信号UkomはVDDに跳躍する。従ってコン
デンサの充電時間ないしU1からUrefまでの上昇時間によ
って、監視装置によるトリガに対する制限時間が決めら
れる。
この実施例において点火出力段自体は、マイクロコン
ピュータ系の故障の際にも破壊から保護される。コイル
電流の時間的な経過は、コンデンサC1における電圧を介
してシミュレートされる。このようにして、直接測定な
しに、点火出力段を流れる電流の制限を間接的に実現す
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メスナー,クラウス ドイツ連邦共和国 D―7531 アイジン ゲン ヘーエンシュトラーセ 8 (72)発明者 ヴァイトナー,アンドレアス ドイツ連邦共和国 D―7410 ロイトリ ンゲン ガングホーファーシュトラーセ 6 (56)参考文献 特開 昭63−306278(JP,A) 特公 昭54−33327(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02P 3/045 303 F02P 3/055

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】給電電圧(UBATT)を介して給電される点
    火出力段(5)に対する閉成時間制限装置を備えた内燃
    機関における点火出力段に対する監視装置であって、前
    記閉成時間制限装置は、点火出力段に対する閉成時点の
    検出の際に制御信号を介して動作状態にセットされかつ
    制限時間(t)の経過終了までに点火出力段が阻止され
    ることによる点火のトリガが行なわれなかった場合に、
    制限時間(t)の経過終了後、点火出力段(5)を阻止
    して点火を行なうようにする監視装置において、 前記制限時間の持続時間が給電電圧(UBATT)の関数
    (t=f(UBATT))として、給電電圧(UBATT)が比較
    的高い場合に前記制限時間(t)の持続時間が低減され
    るように、可変に設定されるようにしたことを特徴とす
    る内燃機関における点火出力段に対する監視装置。
  2. 【請求項2】閉成持続時間制限装置は、閉成時点の検出
    の際にスタートされかつ点火の際に再び停止されるタイ
    マーとして形成されている請求項1記載の監視装置。
  3. 【請求項3】そのとき存在する給電電圧(UBATT)を、
    該給電電圧(UBATT)が比較的高い場合には閉成時間が
    低減されるように考慮する、閉成時間(ts,15)を計算
    するための回路(ts,15)が設けられておりかつ同様給
    電電圧(UBATT)を考慮する相応の制限時間(t,16)
    は、計算された閉成時間(ts,15)より僅かに大きい請
    求項1または2記載の監視装置。
  4. 【請求項4】回路に、閉成時点に達したことを検出する
    ための回路ユニット(18)が含まれており、該回路ユニ
    ットは閉成時点に達した際に一方において点火出力段
    (ブロック19)を制御しかつ他方において閉成時間制限
    装置ないしタイマー(ブロック20)をスタートさせるた
    めの制御信号を送出し、かつタイマー動作を検出するた
    めの後置接続された回路ユニット(21)が設けられてお
    り、該回路ユニットはタイマーの動作時には点火出力段
    に対する制御信号を送出し、かつ点火角度に達したこと
    を検出するための別の回路ユニット(22)が設けられて
    おり、該回路ユニットは点火角度に達した際に点火出力
    段に対する制御信号を送出しかつ次の回路ユニット(2
    4)に接続されており、該回路ユニットは点火角度に達
    する前にも、タイマーにおいて給電電圧(UBATT)に依
    存して設定された制限時間(t)が経過終了したかどう
    かを検出しかつ制限時間(t)が経過終了した際に点火
    をトリガするために点火出力段に対する制御信号を送出
    する請求項1から3までのいずれか1項記載の監視装
    置。
  5. 【請求項5】点火出力段(5)におけるコイル電流
    (IL)の時間経過はコンデンサ(C1)における電圧を介
    してシミュレートされ、その際コンデンサ(C1)の充電
    時間は、そのとき給電電圧(UBATT)に依存しておりか
    つ制限時間(t=f(UBATT))の持続時間に対する尺
    度として用いられる請求項1から3までのいずれか1項
    記載の監視装置。
  6. 【請求項6】回路に、コンパレータ(26)、該コンパレ
    ータに後置接続されているOR素子(25)および該OR素子
    に後置接続されている点火前置段(4)が含まれてお
    り、その際前記OR素子(25)には点火前置段(4)に対
    する本来の制御信号(Ue)およびコンパレータ出力信号
    (Ukom)が加えられかつ前記コンパレータ(26)におい
    て一方における一定の基準信号(Uref)および他方にお
    ける時間に依存して上昇する信号(U1)が比較されかつ
    前記時間に依存して上昇する信号(U1)はコンデンサ
    (C1)の充電状態によって決められる請求項5記載の監
    視装置。
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