JP4988634B2 - 点火異常検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、火花点火式内燃機関の点火異常検出装置に関するものである。

従来から、この種のものとしては、例えば図６及び図７に示すようなものがある。すなわち、内燃機関には、火花点火を制御する点火時期制御装置１が設けられ、この点火時期制御装置１は、点火コイル２への出力部が、スイッチング素子駆動回路３により電源（バッテリ７）に繋がっており、点火コイル２との接続が断線していても点火コイル２への出力部の電位は変わらない。

このため、点火異常検出装置４において、点火コイル２との接続異常の検出は、点火動作により発生するフライバック電圧を検出することで実施している。つまり、図６中、部位ａにおけるスイッチング素子駆動回路電源電圧は、図７中（ａ）に示すように、点火動作時には、一定電圧で、点火動作停止時には、スイッチング素子ＴＲ２がオフ（開）とされることにより、電圧供給が停止され、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ３により、徐々に電圧が低下するようになっている。

また、図６中、部位ｂにおけるスイッチング素子ゲート電圧は、図７中（ａ）に示すように、スイッチング素子ＴＲ３のオン・オフ動作により、「高」又は「低」とされるようになっている。これにより、スイッチング素子ＴＲ４がオン・オフされ、図６中、部位ｃにおける点火コイル出力部電圧が、図７中（ａ）に示すように、「高」又は「低」とされるように構成されている。

この際に、点火コイル２の１次側が急にオン・オフされることで、二次側に大きな起電力が発生して、点火プラグ５により、火花が点火されることとなる。

この時には、この火花の点火時期に合わせて、点火コイル２の二次側からの影響により、１次側、つまり、部位ｃにおける点火コイル出力部電圧にいわゆるフライバック電圧が発生する。

このフライバック電圧を点火異常検出装置４の異常検出回路６にて検出して、このフライバック電圧が検出されたときには、正常と判定され、フライバック電圧が検出されないときには、異常と判定される。異常と判定されたときには、電源からの電力供給が停止されるようになっている。

かかるフライバック電圧は、発生している時間が短いため、図７中（ｂ）に示すように、その発生時間内での電圧検出動作が困難な場合がある。そのため、ＣＰＵの外部割込み機能を使用してフライバック電圧の発生を検出するようにしている。

また、スイッチング素子駆動回路電源電圧を低下させて、点火動作を停止させる場合には、急激に高い状態から低い状態にすると、点火コイル２を介して点火プラグ５が点火してしまう虞がある。このため、スイッチング素子ＴＲ２を開状態（オフ状態）とすることにより、スイッチング素子駆動回路電源電圧をオフ状態としたときに、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ３により、スイッチング素子駆動回路電源電圧がゆっくり低下（スローオフ動作）して行くようにしている。

なお、他のこの種のものとしては、特許文献１に記載されたようなものがある。
特開２００２−１８０９４１号公報。

しかしながら、このような従来のものにあっては、スイッチング素子駆動回路電源電圧がゆっくり低下（スローオフ動作）して行くように、スイッチング素子ＴＲ２の近傍にコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ３を設けており、コンデンサＣ１の容量は比較的大きいことから、点火コイル出力部の電位を短時間で「低」にすることができないと共に、コンデンサＣ１や抵抗Ｒ３等は部品ワット数の大きいものが必要となる。

そこで、この発明は、点火コイル出力部の電位を短時間で「低」にすることができると共に、コンデンサや抵抗等は部品ワット数の小さいものを使用することができる点火異常検出装置を提供する。

かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、スイッチング素子駆動回路電源電圧を作用させると共に、スイッチング素子をオン・オフさせることにより、点火コイル出力部電圧を「低」と「高」との間で切り替えて、点火手段にて点火させる点火時期制御装置の、点火の異常状態を検出する点火異常検出装置において、前記スイッチング素子は、電圧駆動型であり、該電圧駆動型のスイッチング素子のゲートの近傍に、コンデンサと抵抗とを並列に接続することにより、前記スイッチング素子駆動回路電源電圧を、「低」とした時に、前記コンデンサと抵抗とにより、前記スイッチング素子のオフ動作を遅延させるように構成し、スイッチング素子駆動回路と電源との接続の開閉は、点火コイルの通電終了後に行う点火異常検出装置としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記点火コイル出力部電圧の検出は、点火コイルへの通電後の時期に加え、通電動作中も行うようにしたことを特徴とする。

上記記載の発明によれば、スイッチング素子駆動回路電源電圧を作用させると共に、スイッチング素子をオン・オフさせることにより、点火コイル出力部電圧を「低」と「高」との間で切り替えて、点火手段にて点火させる点火時期制御装置の、点火の異常状態を検出する点火異常検出装置において、スイッチング素子は、電圧駆動型であり、この電圧駆動型のスイッチング素子のゲートの近傍に、コンデンサと抵抗とを並列に接続することにより、スイッチング素子駆動回路電源電圧を、「低」とした時に、コンデンサと抵抗とにより、スイッチング素子のオフ動作を遅延させるように構成したため、点火コイル出力部の電位を短時間で「低」にすることができると共に、コンデンサや抵抗等は部品ワット数の小さいものを使用することができる。
また、スイッチング素子駆動回路と電源との接続の開閉は、点火コイルの通電終了後に行うことから、次の点火動作のための点火コイルへの通電開始タイミングまでにスイッチング素子駆動回路は電源との接続を「閉」にでき、点火コイルへの通電を開始できる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。

図１乃至図５には、この発明の実施の形態を示す。

まず構成を説明すると、図１中符号１１は自動二輪車で、この自動二輪車１１はパイプ構造の車体フレーム１２を有し、この車体フレーム１２の前部に操行ハンドル１３及び前輪１４が設けられると共に、車体フレーム１２の後部に後輪１５が設けられ、この車体フレーム１２の上側に燃料タンク１６及び着座シート１７が支持されている。

そして、その燃料タンク１６の下側には、火花点火式の内燃機関１８が車体フレーム１２に支持されている。

この内燃機関１８のシリンダヘッド１９には、点火プラグ３３が設けられ、この点火プラグ３３の点火タイミングを制御する点火時期制御装置２１が設けられている。

この点火時期制御装置２１は、図２及び図３に示すように、内燃機関１８のクランク軸２３と一体に回転し、複数（１１個所）の突起２４が形成されたフライホイールマグネット２５を有している。これら各突起２４は３０°間隔で、１個所に突起が欠けた個所が形成されている。図３に示すように、これら各突起２４に接近して、これら各突起２４を検出するピックアップコイル２６がクランクケース２２側に設けられている。そのピックアップコイル２６により、その突起２４が検出されて、この信号がＣＰＵ２７に送信されるようになっている（図４参照）。

そして、このピックアップコイル２６が点火時期制御装置２１のＣＰＵ２７に接続され、このＣＰＵ２７が、この点火時期制御装置２１のスイッチング素子駆動回路２８に接続され、スイッチング素子駆動回路２８にスイッチング素子ＴＲ４、点火コイル３１、異常検出回路３２が接続されると共に、その点火コイル３１に「点火手段」としての点火プラグ３３が接続されている。また、このスイッチング素子駆動回路２８は「電源」としてのバッテリ３４に接続されている。

この点火時期制御装置２１により、スイッチング素子駆動回路電源電圧を作用させると共に、後述するスイッチング素子ＴＲ４をオン・オフさせることにより、点火コイル出力部電圧を「高」又は「低」にさせて、点火プラグ３３にて点火させるようにしている。また、この点火時期制御装置２１の点火の異常状態を検出する点火異常検出装置２９が設けられている。

より詳しくは、そのＣＰＵ２７は、ピックアップコイル２６からの信号により、点火時期を決定して、スイッチング素子駆動回路２８を制御するようにしている。

そのＣＰＵ２７がスイッチング素子駆動回路２８の抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子ＴＲ１のベースに接続され、ＣＰＵ２７からクランクパルスに対応した電流がスイッチング素子ＴＲ１に作用するようになっており、このスイッチング素子ＴＲ１のコレクタが抵抗Ｒ２を介してスイッチング素子ＴＲ２のベースに接続され、このスイッチング素子ＴＲ２のエミッタがバッテリ３４に接続されている。

また、このスイッチング素子ＴＲ２のコレクタが抵抗Ｒ３を介してスイッチング素子ＴＲ３のコレクタに接続され、又、このスイッチング素子ＴＲ３のベースには、抵抗Ｒ４を介してＣＰＵ２７が接続され、このＣＰＵ２７から点火タイミングに対応した電流がスイッチング素子ＴＲ３に作用するようになっている。このスイッチング素子ＴＲ３のエミッタは、接地されている。

このスイッチング素子ＴＲ２及び抵抗Ｒ３の間と、この抵抗Ｒ３及びスイッチング素子ＴＲ３の間とが、直列に配設された抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ２により接続されている。

このコンデンサＣ２とスイッチング素子ＴＲ３との間に、抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７が直列に接続され、この抵抗Ｒ７が電圧駆動型のスイッチング素子ＴＲ４のゲートに接続されている。

また、この抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７との間が、コンデンサＣ１を介して接地され、抵抗Ｒ７とスイッチング素子ＴＲ４との間が、抵抗Ｒ８を介して接地されている。換言すれば、そのスイッチング素子ＴＲ４のゲートの近傍に、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ８とが並列に接続され、このコンデンサＣ１と抵抗Ｒ８とにより、スイッチング素子ＴＲ４のオフ動作が遅延されるように構成されている。

さらに、スイッチング素子ＴＲ４のコレクタが異常検出回路３２を介してＣＰＵ２７に接続され、スイッチング素子ＴＲ４のエミッタが接地されている。

さらにまた、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ２との間に、ダイオードＤ１の一端が接続され、ダイオードＤ１の他端が、スイッチング素子ＴＲ４と異常検出回路３２との間に接続されている。また、スイッチング素子ＴＲ４と異常検出回路３２との間に、ダイオードＤ２の一端が接続され、このダイオードＤ２の他端が接地されている。

さらに、スイッチング素子ＴＲ４と異常検出回路３２との間に、点火コイル３１の図示省略の１次側コイルが接続され、点火コイル３１の図示省略の２次側コイルは点火プラグ３３に接続されている。

そして、前記ＣＰＵ２７には、図４に示すように、スイッチング素子駆動回路電源電圧を、点火コイル３１の通電終了時期に対応させて、「低」となるように制御する制御部３６が設けられている。また、このＣＰＵ２７には、スイッチング素子ゲート電圧のオン状態の時と、スイッチング素子駆動回路電源電圧の「低」の時とにおける、点火コイル出力部電圧を前記異常検出回路３２で検出して、この電圧がそれぞれの時において「低」と「高」の時は、正常と判断し、その電圧が前記それぞれの時において「低」と「低」の時は、異常と判断する判断部３７が設けられている。

なお、図２中符号４３はフライホイールマグネット２５の内側に配置されたステータ、符号４４はクランク軸２３に連結されたコンロッドである。

次に、作用について説明する。

スイッチング素子駆動回路電源電圧は、図４中、部位ａにおける電圧で、従来のように、常時、「高」の場合と異なり、図５中（ａ）に示すように、ＣＰＵ２７の制御部３６により、点火コイル３１の通電終了時期に対応させて、「低」となるように制御されるようになっている。

一方、スイッチング素子ゲート電圧は、図４中、部位ｂにおける電圧で、ＣＰＵ２７からの点火動作信号に対応して「高」となるように制御される。

点火コイル出力部電圧は、図４中、部位ｃにおける電圧で、スイッチング素子ゲート電圧が「高」となると、スイッチング素子ＴＲ４がＯＮ状態（閉状態）となることにより、点火コイル出力部電圧は、「低」となり、点火コイル３１の１次側コイルに電流が流れる。次に、スイッチング素子ＴＲ４のゲート電圧が「低」となると、スイッチング素子ＴＲ４がＯＦＦ状態となることにより、１次側コイルの電流が急激に遮断され、点火コイル３１の２次側コイルに急激に大きな２次電圧が発生して、点火プラグ３３にて所望の時期に点火されることとなる。

この際には、図５中（ａ）に示すように、２次側コイルに急激に大きな２次電圧が発生することにより、この影響にて、１次側コイルにいわゆるフライバック電圧が発生する。

そして、ＣＰＵ２７では、スイッチング素子ゲート電圧が「高」の時点Ｔ１において、点火コイル出力部電圧が、異常検出電圧より、「低」で有ることが検出されると共に、スイッチング素子駆動回路電源電圧が「低」の時点Ｔ２において、点火コイル出力部電圧が、異常検出電圧より、「高」で有ることが検出される。

かかる検出が行われることにより、判断部３７により、適正な時期に点火が行われて正常であると判断される。

一方、点火コイル３１との接続が断線している場合には、スイッチング素子駆動回路電源電圧が「低」の時点Ｔ２において、点火コイル出力部電圧が、異常検出電圧より、「低」で有ることが検出される。また、時点Ｔ１において、上記と同様に、点火コイル出力部電圧が、異常検出電圧より、「低」で有ることが検出される。

このように、時点Ｔ１と時点Ｔ２とで、点火コイル出力部電圧が、異常検出電圧より、「低」で有ることが検出された場合には、点火が行われない等、異常な状態であると判断される。

このように点火が異常な状態であると判断されたときには、ＣＰＵ２７において、例えば、点火動作を自動的に停止させ、図示省略の警告灯等を点灯させて、運転者に知らせるようにしている。

このようにすれば、点火コイル３１駆動用のスイッチング素子ＴＲ４を電圧駆動型スイッチング素子(ＦＥＴやＩＧＢＴ等)とすると共に、そのスイッチング素子ＴＲ４のゲートの近傍に、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ８とが並列に接続されているため、制御部３６により、スイッチング素子駆動回路電源電圧を点火コイル３１の通電終了時期に対応させて「低」とすることで、点火コイル出力部の電位を短時間で「低」にすることができる。

さらに、そのスイッチング素子ＴＲ４は、電圧駆動型のため、このゲートに接続されるコンデンサＣ１や抵抗Ｒ８等は部品ワット数の小さいものを使用することができる。

さらにまた、このコンデンサＣ１や抵抗Ｒ８は、そのスイッチング素子ＴＲ４を急激にオフさせないようにするスローオフ動作を行わせることにより、この作用により、点火コイル３１の１次側電流の急激な遮断を防止して、点火コイル３１に高電圧を発生させないようにすることができる。

また、フライバック電圧を検出することなく、時点Ｔ１と時点Ｔ２との電圧を検出するようにしているため、点火制御が正常か否か確実に検出することができる。

さらに、異常検出作動中は、スイッチング素子駆動回路２８のバッテリ３４との接続を止める（接続を開とする）ことにより、点火コイル出力部電圧が下がり、点火コイル３１との接続状態又は断線状態が検出でき、消費電力を抑えることができると共に、部品のワット数を小さくできる。

さらにまた、スイッチング素子駆動回路２８とバッテリ３４との接続の「開・閉」は、点火コイル３１の通電終了後に行う。

従って、次の点火動作のための点火コイル３１への通電開始タイミングまでにスイッチング素子駆動回路２８はバッテリ３４との接続を「閉」にでき、点火コイル３１への通電を開始できる。

さらに、点火コイル出力部電圧の検出は、点火コイル３１への通電後のタイミングに加え、通電動作中も行うことにより、異常検出回路３２の動作異常を検出できる。

すなわち、異常検出回路３２の動作異常の場合には、点火コイル出力部電圧の電位の検出結果が「高のみ」又は「低のみ」のどちらか一方となる。そして、本実施の形態によれば、正常時においては、検出結果が「低」及び「高」となるため、検出結果が「高のみ」又は「低のみ」の場合には、何れにおいても、異常検出回路３２の動作異常を検出することができる。

なお、上記実施の形態では、自動二輪車１１の内燃機関１８の点火時期制御装置２１に、この発明を適用したが、これに限らず、他の内燃機関にも適用できることは勿論である。

この発明の実施の形態に係る自動二輪車の側面図である。 同実施の形態に係る自動二輪車の内燃機関のクランク軸等を示す断面図である。 同実施の形態に係るフライホイールマグネット及びピックアップコイル等を示す正面図である。 同実施の形態に係る点火時期制御装置等の回路図である。 同実施の形態に係る各位置における電圧値を示す波形図である。 従来例を示す図４に相当する点火時期制御装置等の回路図である。 同従来例を示す各位置における電圧値を示す波形図である。

符号の説明

11 自動二輪車
18 内燃機関
21 点火時期制御装置
26 ピックアップコイル
27 ＣＰＵ
28 スイッチング素子駆動回路
29 点火異常検出装置
31 点火コイル
32 異常検出回路
33 点火プラグ
34 バッテリ
36 制御部
37 判断部
C1 コンデンサ
R8 抵抗
TR4 スイッチング素子

Claims (2)

1. スイッチング素子駆動回路電源電圧を作用させると共に、スイッチング素子をオン・オフさせることにより、点火コイル出力部電圧を「低」と「高」との間で切り替えて、点火手段にて点火させる点火時期制御装置の、点火の異常状態を検出する点火異常検出装置において、
   前記スイッチング素子は、電圧駆動型であり、該電圧駆動型のスイッチング素子のゲートの近傍に、コンデンサと抵抗とを並列に接続することにより、前記スイッチング素子駆動回路電源電圧を、「低」とした時に、前記コンデンサと抵抗とにより、前記スイッチング素子のオフ動作を遅延させるように構成し、
   スイッチング素子駆動回路と電源との接続の開閉は、点火コイルの通電終了後に行うことを特徴とする点火異常検出装置。
2. 前記点火コイル出力部電圧の検出は、前記点火コイルへの通電後の時期に加え、通電動作中も行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の点火異常検出装置。

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