JP4188788B2

JP4188788B2 - 容量放電点火装置

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Publication number: JP4188788B2
Application number: JP2003333978A
Authority: JP
Inventors: 洋海野; 英樹梅元
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP2005098235A; DE102004011475A1; US20050066948A1; DE102004011475B4; US6948484B2

Description

この発明は、内燃機関の点火に用いられる容量放電点火装置の異常検出に関するものである。

内燃機関の点火に用いられる容量放電点火装置は、点火時期に達する前に点火用のコンデンサを所定値に充電しておき、点火時期においてこの充電された電荷を点火一次コイルに放出させることにより点火二次コイルに高電圧を誘起させるものである。従って、点火時期の直前にはコンデンサ電圧は所定値、もしくは所定値以上に充電されており、点火後における次回点火のための充電前にはコンデンサ電圧はほぼ０Ｖに近い値に低下する。そして、このコンデンサから点火コイルに至る放電回路に断線などの異常があった場合には電荷が点火二次コイルに放出されないため内燃機関を点火することができず、コンデンサ電圧は点火時期の後も低下せずに残ることになる。また、充電回路に異常がある場合にはコンデンサ電圧は所定値まで充電されず、点火が不能になる。

従来、このような点火回路の異常に関し、異常箇所を検出する手段が各種提案されているが、そのほとんどが誘導形の点火装置に関するものであり、点火プラグのイオン電流を検出して異常を検知するものである。例えば、特許文献１に開示された技術は、点火二次回路にイオン電流供給手段とイオン電流計測手段とを設け、点火一次回路のＯＮから点火放電完了時期までの期間を分割してイオン電流を計測し、それぞれの計測値から点火装置が単なる失火であるのか、入力系の故障による失火であるのか、ユニットの故障による失火であるのかを判定するものである。

また、特許文献２に開示された技術は、異常箇所を検出することを目的とせず、失火の検出にイオン電流を検出するものであるが、点火二次回路の断線は検出が可能であり、点火二次回路の断線時にイオン電流検出回路に対する高電圧のリークを防止するために点火二次回路の低圧側にツェナーダイオードを設けるようにしたものである。さらに、特許文献３には、点火信号の出力電流を制限する抵抗の電圧降下値と点火信号とを対比することにより、複数気筒の点火信号線の内、どの気筒の点火信号に断線が生じたかを検出し、判定する技術が開示されている。

特開平１１−１３６１９号公報（第３〜６頁、第１〜４図）特開２０００−１９９４５１号公報（第４、５頁、第１図）特開２００１−１３２６０２号公報（第２〜３頁、第１、３、４図）

以上のような従来装置において、シリンダー内のイオン電流を検知する方法は、点火のための放電の有無とシリンダー内の燃焼状態とが同時に計測できる長所はあるが、測定のための回路や素子を追加する必要があり、また、現象の発生時間が短いためにピークホールド回路を追加する必要があるなど、点火回路の異常を検出することに目的を絞った場合には回路構成が複雑になり、高価なものになるという問題があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、容量放電点火装置ではコンデンサ電圧の計測により放電を間接的に検知することが可能であることに着目し、点火回路の異常を容易に検知することが可能な容量放電点火装置を得ることを目的としたものである。

この発明に係る容量放電点火装置は、電源から充電され、点火エネルギとなる電荷を蓄積するコンデンサ、前記コンデンサに蓄積された電荷の放出を一次側に受け、二次側に高電圧を発生する点火コイル、前記コンデンサに蓄積された電荷を前記点火コイルに放出するスイッチング素子、内燃機関のクランク角度に対応する信号を受け、前記スイッチング素子に点火信号を与える点火時期制御手段、前記点火時期制御手段からの信号を入力してコンデンサ電圧の計測時期を設定し、この計測時期における前記コンデンサの電圧から回路の異常を判定する回路異常検出手段を備えた容量放電点火装置において、前記回路異常検出手段は、前記コンデンサの電荷が放出される直前の第一の計測時刻と、前記コンデンサの電荷が放出された後の第二の計測時刻に、前記コンデンサ電圧の計測を行い、前記第一の計測時刻におけるコンデンサ電圧により前記コンデンサに対する充電回路の断線異常を判定すると共に、前記第二の計測時刻におけるコンデンサ電圧により前記コンデンサに対する放電回路の断線異常を判定するようにしたものである。

この発明に係る容量放電点火装置は、回路異常検出手段が特定のタイミングでコンデンサ電圧を計測し、このコンデンサ電圧の値から回路の異常を判定するようにしたので、放電回路や充電回路に断線などの異常があった場合にはこれを容易に判定することができるものであり、単純な回路構成にて点火装置の故障診断が可能になるものである。

参考例１．
図１ないし図３は、この発明の参考例１による容量放電点火装置を説明するものであり、図１は容量放電点火装置の構成を示す回路構成図、図２は動作を説明するフローチャート、図３は動作を説明するタイムチャートである。この参考例における容量放電点火装置は図１に示すように、点火エネルギとなる電荷を蓄積するコンデンサ１と、このコンデンサ１を充電する直流電源である充電回路２と、点火プラグ３に接続された点火コイル４と、コンデンサ１に蓄積された電荷を点火コイル４の一次側に供給するスイッチング素子５と、内燃機関のクランク角信号を入力して点火時期を決定し、点火時期においてスイッチング素子５を駆動するための信号を出力する点火時期制御手段６と、コンデンサ１の充電電圧を計測する充電電圧測定手段７と、充電電圧測定手段７が計測するコンデンサ電圧の値を入力し、特定タイミングでこれを読み取って放電回路の異常を検出する放電回路異常検出手段８とから構成されている。

このように構成された容量放電点火装置において、充電回路２は通常は百数十Ｖ以上の電圧出力を有し、この出力によりコンデンサ１は充電されてコンデンサ１の端子電圧は図３に示すように上昇する。点火時期制御手段６は内燃機関の回転速度などを入力して点火時期を決定し、点火時期において点火信号をスイッチング素子５に与える。スイッチング素子５はこの点火信号により導通状態となってコンデンサ１の電荷が点火コイル４の一次コイルに放出され、点火コイル４の二次コイルには高電圧が誘起されて点火プラグ３に放電され、内燃機関の点火が行われる。

コンデンサ１の電圧はこの放電によりほぼ０Ｖに低下し、放電が完了した所定時間後には再び充電が開始されて次回の点火に備える。このように変化するコンデンサ１の両端子間の電圧は充電電圧測定手段７によりモニタされ、このモニタされた電圧は放電回路異常検出手段８に入力され、放電回路異常検出手段８が特定タイミングでこの電圧を読み取って電圧値から点火回路の異常の有無を判定する。点火時期制御手段６からの信号は放電回路異常検出手段８にも入力され、この信号により放電回路異常検出手段８はルーチンを開始すると共に、電圧読み取り時期を算出する。この動作を図２のフローチャートと図３のタイムチャートとに基づき説明すると次の通りである。

内燃機関のクランク角信号に対応して点火時期制御手段６が点火時期を決定すると、ステップ２０１においてその点火時期を示す信号ｔ_ＩＧが点火時期制御手段６から放電回路異常検出手段８に与えられ、ステップ２０２ではこの信号からコンデンサ１の電圧を計測する時刻ｔ_ＡＯＮが算出される。この時刻ｔ_ＡＯＮは放電回路の異常を検出する時刻であり、この参考例においては点火後の所定時刻としてｔ_ＡＯＮ＝ｔ_ＩＧ＋ｔ_{ＯＦＳＡＯＮ}として算出される。ステップ２０３は時刻ｔ_ＡＯＮの到来を待機するステップであり、時刻ｔ_ＡＯＮの到来と共にステップ２０４に進み、コンデンサ１の電圧Ｖｃを計測する。ステップ２０５ではこの電圧Ｖｃと判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮとが比較され、コンデンサ電圧Ｖｃが判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮ以下であればステップ２０６に進んで正常と判定され、ＶｃがＶ_ＡＯＮ以上であればコンデンサ１の電圧が点火コイル４に充分放出されていないのでステップ２０７に進んで放電回路に断線などの異常があると判定する。なお、それぞれの時刻とコンデンサ電圧との関係は図３に示す通りである。

このようにしてコンデンサ１の電荷が点火コイル４に放出された後の、次回充電開始までの期間においてコンデンサ電圧Ｖｃを計測することにより、コンデンサ１を含む点火ユニットから点火コイル４に至る放電回路に断線などの異常があるかどうかが判定できるものであり、単純な回路構成にて故障診断が可能になるものである。なお、コンデンサ１の電圧を測定する待ち時間ｔ_{ＯＦＳＡＯＮ}は点火回路の構成により決定される数値であって、コンデンサ１の放電が完了してから次回の充電が開始されるまでの時間に設定されるのが理想的であり、点火回路の特性を反映して決定されるものである。

充電電圧の判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮは放電後の電圧として点火装置の構成により決定されるもので、充電回路２の特性により固定値としてもよいし、内燃機関の回転速度に準拠した変数として設定することもできるものである。この場合、点火時期制御手段６に入力されるクランク角信号などの情報から内燃機関の回転速度を演算し、この回転速度の関数として電圧Ｖ_ＡＯＮを設定することができるものであり、例えば電圧計測タイミングが次回の充電開始までの期間に設定できず、計測時刻が次回充電開始直後になるような場合には、計測時刻と回転速度とに対応して電圧Ｖ_ＡＯＮを適宜設定することにより正確な判定が可能になるものである。

参考例２．
図４は、この発明の参考例２による容量放電点火装置の動作を説明するフローチャート、図５は動作を説明するタイムチャートであり、この参考例による容量放電点火装置は、参考例１に対してコンデンサ電圧の計測判定タイミングを時間の演算によらず、点火時期制御手段６に入力されるクランク角信号を利用することにより、より単純な構成で同様の効果を得ようとするものである。従って、回路構成は図１と同様であるが、点火時期制御手段６から放電回路異常検出手段８に入力される信号はクランク角センサによる点火信号と共に電圧計測のためのタイミング信号が入力される。これを図４に基づき説明すると次の通りである。

図４のフローチャートにおいて、まず、フローチャート（ａ）が開始され、ステップ４０１にて放電回路異常検出手段８がクランク角信号からコンデンサ電圧を読み取るべき信号を決定する。この決定は、点火信号となる基準クランク角信号から、もしくは、気筒別の基準クランク角信号から所定数後のクランク角信号Ｅ_ＡＯＮをコンデンサ電圧の読み取り信号として決定するものである。基準クランク角信号とクランク角信号Ｅ_ＡＯＮとの関係の一例は図５に示す通りである。

読み取り信号が決定されればフローチャート（ｂ）の制御が開始され、ステップ４１１ではフローチャート（ａ）にて決定されたタイミングでコンデンサ１の電圧Ｖｃが計測され、ステップ４１２ではこのコンデンサ電圧Ｖｃと判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮとが比較される。そして、コンデンサ電圧Ｖｃが判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮ以下であればステップ４１３に進んで正常と判定し、ＶｃがＶ_ＡＯＮ以上であればコンデンサ１の電圧が点火コイル４に充分放出されていないのでステップ４１４に進んで放電回路に異常があると判定する。

このようにして参考例１と同様にコンデンサ１の電荷が点火コイル４に放出された後の一定期間（回転角度）内においてコンデンサ電圧Ｖｃが計測されるが、測定タイミングがクランク角信号により決定されるのでハードウエアやソフトウエアの構成が極めて容易なものとなり、信号には既存の信号が利用できることになる。また、クランク角信号の構成によっては読み取りタイミング信号のみを放電回路異常検出手段８に与えることによりフローチャート（ａ）の動作を削除することもできる。また、判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮの設定に関しては参考例１の場合と同様である。

実施の形態１．
図６ないし図８は、この発明の実施の形態１による容量放電点火装置を説明するものであり、図６は容量放電点火装置の回路構成図、図７は動作を説明するフローチャート、図８は動作を説明するタイムチャートであり、この実施の形態による容量放電点火装置は参考例１に対して、コンデンサ１に対する充電回路と放電回路との異常を検出するようにしたものである。従って、図６の回路構成図では、図１の放電回路異常検出手段８が、充放電回路異常検出手段９に変わっている。

コンデンサ１の両端子間の電圧は参考例１と同様に充電電圧測定手段７によりモニタされ、このモニタされた電圧は充放電回路異常検出手段９に入力されてコンデンサ１に対する充電回路と放電回路との異常の有無が判定される。点火時期制御手段６からの点火信号は充放電回路異常検出手段９にも入力され、この点火信号により充放電回路異常検出手段９はルーチンを開始するが、この動作を図７のフローチャートと図８のタイムチャートとに基づき説明すると次の通りである。

点火時期制御手段６が点火時期を決定すると、ステップ７０１においてその時刻情報としてｔ_ＩＧが点火時期制御手段６から充放電回路異常検出手段９に与えられる。この時刻情報ｔ_ＩＧはクランク角信号発生時期から回転速度に応じて決定される所定時間経過後に点火を行うという時刻情報である。充放電回路異常検出手段９が時刻情報ｔ_ＩＧを受け取るとステップ７０２に進み、点火前におけるコンデンサ電圧の計測時刻ｔ_ＢＯＮが算出される。この計測時刻ｔ_ＢＯＮはコンデンサ１の電荷が放出される直前の電圧計測時刻であり、ｔ_ＢＯＮ＝ｔ_ＩＧ−ｔ_{ＯＦＳＢＯＮ}として算出される。続くステップ７０３では点火後のコンデンサ電圧計測時刻ｔ_ＡＯＮが参考例１の場合と同様にｔ_ＡＯＮ＝ｔ_ＩＧ＋ｔ_{ＯＦＳＡＯＮ}として算出される。クランク角信号に対する計測時刻ｔ_ＢＯＮと点火時期ｔ_ＩＧと計測時刻ｔ_ＡＯＮとの関係は図８に示す通りである。

ステップ７０４は時刻ｔ_ＢＯＮの到来を待機するステップであり、計測時期になるとステップ７０５にてコンデンサ１の放電前電圧Ｖｃ_ＢＯＮが計測され、ステップ７０６ではこのコンデンサ電圧Ｖｃ_ＢＯＮと放電前の判定基準電圧Ｖ_ＢＯＮとが比較される。ここでコンデンサ電圧Ｖｃ_ＢＯＮが判定基準電圧Ｖ_ＢＯＮ以上であればステップ７０７に進んで充電回路は正常であると判定し、コンデンサ電圧Ｖｃ_ＢＯＮが判定基準電圧Ｖ_ＢＯＮ以下であればステップ７０８に進んで充電回路に異常があると判定する。

続くステップ７０９では点火後のコンデンサ電圧計測時刻ｔ_ＡＯＮの到来を待機し、計測時刻になればステップ７１０にてコンデンサ１の電圧Ｖｃ_ＡＯＮを計測する。ステップ７１１ではこのコンデンサ電圧Ｖｃ_ＡＯＮと判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮとが比較され、コンデンサ電圧Ｖｃ_ＡＯＮが判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮ以下であればステップ７１２に進んで放電回路は正常と判定し、また、Ｖｃ_ＡＯＮがＶ_ＡＯＮ以上であればコンデンサ１の電圧が点火コイル４に充分放出されていないのでステップ７１３に進んで放電回路に異常があると判定する。

このようにしてコンデンサ１の放電前と放電後との電圧を図８のタイミングで計測してそれぞれの判定基準値と比較することにより、コンデンサ１の充電回路２と、コンデンサ１を含む点火ユニットから点火コイル４に至る放電回路とに断線などの異常があるかどうかが判定できるものであり、単純な回路構成により故障診断が可能になるものである。なお、点火前後における各充電電圧の判定基準値、および、各計測時間を可変値とすることも可能であり、それぞれの計測時間により判定基準値が設定できることは参考例１の場合と同様である。また、充電回路２に磁石発電機のような電源を使用する場合、放電前の判定基準電圧Ｖ_ＢＯＮを内燃機関の回転速度の関数として可変設定としておくことは電源特性の上から有効である。

実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２による容量放電点火装置の動作を説明するフローチャート、図１０は動作を説明するタイムチャートであり、この実施の形態による容量放電点火装置は、実施の形態１に対して異常を判定する各判定タイミングを時間演算によらず、点火時期制御手段６に入力されるクランク角信号を利用することにより、より単純な構成で同様の効果を得ようとするものである。従って、回路構成図は実施の形態１の図６と同様であるが、点火時期制御手段６から充放電回路異常検出手段９に入力される信号はクランク角センサによる点火信号と共にコンデンサの電圧を測定するタイミング信号が入力される。

図９のフローチャートにて動作を説明すると、まず、最初にフローチャート（ａ）が開始され、ステップ９０１にて充放電回路異常検出手段９がクランク角信号から放電前のコンデンサ電圧を読み取るべき信号を決定する。この決定は図１０のように、点火信号となる基準クランク角信号から、もしくは、気筒別の基準クランク角信号から所定数後のクランク角信号Ｅ_ＢＯＮを放電前コンデンサ電圧の読み取り信号として決定するものである。続くステップ９０２ではＥ_ＢＯＮより遅いタイミングのコンデンサ放電後に相当するタイミングのクランク角信号を放電後クランク角信号Ｅ_ＡＯＮとして決定する。

電圧を読み取るクランク角信号Ｅ_ＢＯＮとＥ_ＡＯＮとが決定されればフローチャート（ｂ）の制御が開始され、ステップ９１１ではフローチャート（ａ）のステップ９０１にて決定されたタイミングでコンデンサ１の電圧Ｖｃ_ＢＯＮが計測され、ステップ９１２ではこのコンデンサ電圧Ｖｃ_ＢＯＮと判定基準電圧Ｖ_ＢＯＮとが比較される。ここで、コンデンサ電圧Ｖｃ_ＢＯＮが判定基準電圧Ｖ_ＢＯＮより大きい場合には充電電圧は正常であり、ステップ９１３にて充電回路に異常がないと判定し、コンデンサ電圧Ｖｃ_ＢＯＮが判定基準電圧Ｖ_ＢＯＮより小さい場合にはステップ９１４に進んで充電回路に異常があると判定する。

放電前のコンデンサ電圧がこのようにして判定されるとフローチャート（ｃ）の制御に移り、ステップ９２１ではフローチャート（ａ）のステップ９０２にて決定されたタイミングでコンデンサ１の電圧Ｖｃ_ＡＯＮが計測され、ステップ９２２ではこのコンデンサ電圧Ｖｃ_ＡＯＮと判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮとが比較される。ここで、コンデンサ電圧Ｖｃ_ＡＯＮが判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮより小さい場合にはコンデンサ電圧は正常であり、ステップ９２３にて放電回路に異常がないと判定し、コンデンサ電圧Ｖｃ_ＡＯＮが判定基準電圧Ｖ_ＡＯＮより大きい場合にはステップ９２４に進んで放電回路に異常があると判定する。

このようにしてコンデンサ１の放電前と放電後との電圧を計測し判定基準値と比較することにより、コンデンサ１の充電回路２と、コンデンサ１を含む点火ユニットから点火コイル４に至る放電回路とに断線などの異常があるかどうかが判定できるものであり、参考例２の場合と同様に、測定タイミングがクランク角信号により決定されるのでハードウエアやソフトウエアの構成が極めて容易なものとなる。また、クランク角信号の構成によっては読み取りタイミング信号のみを充放電回路異常検出手段９に与えることによりフローチャート（ａ）の動作を削除することもできる。また、コンデンサ電圧の判定基準値Ｖ_ＡＯＮやＶ_ＢＯＮの設定に関しては実施の形態１の場合と同様である。

さらに、放電前の読み取りタイミングが放電の直前に設定できない場合には読み取り可能なタイミングにおける比較基準値Ｖ_ＢＯＮを読み取り時期に合わせて設定すれば良く、参考例２についても言えることであるが、放電後の読み取りタイミングが図１０に示すように次回の充電が開始された後のタイミングにならざるを得ない場合には、比較基準値Ｖ_ＡＯＮを相応する電圧に設定することができるものであり、また、これらの比較基準値を内燃機関の回転速度に応じた可変値として設定することもできるものである。

この発明による容量放電点火装置は、バッテリ電源から昇圧してコンデンサに点火エネルギを充電する形式の容量放電点火装置、および、磁石発電機などの出力を整流してコンデンサに点火エネルギを充電する形式の容量放電点火装置に適用できるものであり、単気筒から複数気筒の内燃機関に適用できるものである。

この発明の参考例１による容量放電点火装置の構成を説明する回路図である。この発明の参考例１による容量放電点火装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の参考例１による容量放電点火装置の動作を説明するタイムチャートである。この発明の参考例２による容量放電点火装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の参考例２による容量放電点火装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態１による容量放電点火装置の構成を説明する回路図である。この発明の実施の形態１による容量放電点火装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態１による容量放電点火装置の動作を説明するタイムチャートである。この発明の実施の形態２による容量放電点火装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態２による容量放電点火装置の動作を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１コンデンサ、２充電回路、３点火プラグ、４点火コイル、
５スイッチング素子、６点火時期制御手段、７充電電圧測定手段、
８放電回路異常検出手段（回路異常検出手段）、
９充放電回路異常検出手段（回路異常検出手段）。

Claims

電源から充電され、点火エネルギとなる電荷を蓄積するコンデンサ、前記コンデンサに蓄積された電荷の放出を一次側に受け、二次側に高電圧を発生する点火コイル、前記コンデンサに蓄積された電荷を前記点火コイルに放出するスイッチング素子、内燃機関のクランク角度に対応する信号を受け、前記スイッチング素子に点火信号を与える点火時期制御手段、前記点火時期制御手段からの信号を入力してコンデンサ電圧の計測時期を設定し、この計測時期における前記コンデンサの電圧から回路の異常を判定する回路異常検出手段を備えた容量放電点火装置において、
前記回路異常検出手段は、前記コンデンサの電荷が放出される直前の第一の計測時刻と、前記コンデンサの電荷が放出された後の第二の計測時刻に、前記コンデンサ電圧の計測を行い、前記第一の計測時刻におけるコンデンサ電圧により前記コンデンサに対する充電回路の断線異常を判定すると共に、前記第二の計測時刻におけるコンデンサ電圧により前記コンデンサに対する放電回路の断線異常を判定する
ことを特徴とする容量放電点火装置。
前記回路異常検出手段が、予め設定された判定基準電圧と、計測したコンデンサ電圧との比較により回路の断線異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の容量放電点火装置。
前記回路異常検出手段が比較する前記判定基準電圧が、前記内燃機関の回転速度に対応して決定されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の容量放電点火装置。
前記回路異常検出手段は、前記内燃機関のクランク角度に対応する信号が入力されるように構成されており、前記コンデンサ電圧の計測が、前記クランク角度に対応する信号を入力することにより行われることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の容量放電点火装置。