JP5031081B2

JP5031081B2 - 内燃機関用電子制御装置

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Publication number: JP5031081B2
Application number: JP2010229556A
Authority: JP
Inventors: 裕水上; 久典野辺; 徹池田; 欣之瀬良
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: US9890757B2; US20120085327A1; JP2012082744A

Description

この発明は、内燃機関用電子制御装置、特に内燃機関の点火装置を制御する電子制御装置に関するものである。

周知のように、内燃機関の点火装置に於いて、点火信号が一定時間以上入力された場合や、点火装置を構成する電子部品が過熱した場合、或いは点火コイルへ流れる過電流を検出した場合等では、正規の点火タイミング以外のタイミングで点火コイルの一次電流を強制的に遮断して点火装置の保護を図ることが必要である。

しかし、正規の点火タイミング以外で点火コイルの一次電流を強制的に遮断する際には、点火プラグに火花放電が発生する程の高電圧が点火コイルの二次巻線側に発生しないように、点火コイルの一次電流をソフトシャットオフすることが必要であり、又、電子部品の発熱を最小限に抑えるために、最小限の時間でそのソフトシャットオフ動作を行うことが必要である。

従来、点火コイルに流れる一時電流を制限する電流制限回路と、異常検出手段としてのタイマ回路と、異常発熱を検出する検出回路とを内蔵し、これ等の回路が異常を検出したとき、１７〜１３５［ｍｓ］の範囲内で点火コイルの一次電流をソフトシャットオフさせるようにした内燃機関用点火装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−４５５１４号公報

特許文献１に開示された従来の装置は、点火装置の異常を検出した際、１７〜１３５［ｍｓ］の範囲内にソフトシャットオフさせる回路を設けているが、点火コイルのインダクタンスやインピーダンス、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタの特性等について特に考慮しておらず、これらの値若しくは特性や、点火コイルの一次電流の制限値等により、ソフトシャットオフの時間が変化するという課題があった。

この発明は、前述のような従来の装置の課題を解決するためになされたもので、最適な時間で点火コイルの一次電流をソフトシャットオフさせることができる内燃機関用電子制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明による内燃機関用電子制御装置は、内燃機関の点火コイルの一次電流を通電若しくは遮断して、前記内燃機関の点火プラグに火花放電を発生させる電圧を前記点火コイルの二次側に発生させるパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を導通させ若しくはシャットオフさせる制御装置とを備えた内燃機関用電子制御装置であって、
前記制御装置は、前記パワースイッチング素子と前記制御装置と前記点火コイルと前記点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるとき、前記点火プラグに前記火花放電を発生させないように前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフさせる回路ユニットを備え、前記ソフトシャットオフの開始時点から前記パワースイッチング素子が飽和状態を脱するまでの時点と前記飽和状態を脱した後の時点とで、前記ソフトシャットオフの特性を切替えるように構成されている構成されていることを特徴とするものである。
この発明に於いて、パワースイッチング素子と制御装置と前記点火コイルと前記点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるときとは、パワースイッチング素子の連続導通時間が所定時間を超えたとき、若しくは点火コイルの一次電流の値が所定値を超えたとき、若しくは制御装置を構成する少なくとも一部の構成部材、点火コイル、点火プラグ、若しくはパワースイッチング素子等の温度が所定値を超えたとき、又はこれ等に類する状態、を意味する。

又、この発明による内燃機関用電子制御装置は、内燃機関の点火コイルの一次電流を通電若しくは遮断して、前記内燃機関の点火プラグに火花放電を発生させる電圧を前記点火コイルの二次側に発生させるパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を導通させ若しくはシャットオフさせる制御装置とを備えた内燃機関用電子制御装置であって、前記制御装置は、前記パワースイッチング素子と前記制御装置と前記点火コイルと前記点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるとき、前記点火プラグに前記火花放電を発生させないように前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフさせる回路ユニットを備え、前記回路ユニットは、コンデンサと、コンデンサの電荷を所定の時定数で放電させる第１の緩放電回路と、前記第１の緩放電回路の時定数より小さな時定数で前記コンデンサの電荷を放電させる第２の緩放電回路とを有し、前記制御装置は、前記所定の状態に基づいて前記第１の緩放電回路と前記２の緩放電回路とのうちの何れかを選択して前記コンデンサを放電させることにより前記ソフトシャットオフを行なうことを特徴とするものである。
この発明に於いて、パワースイッチング素子と制御装置と前記点火コイルと前記点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるときとは、パワースイッチング素子の連続導通時間が所定時間を超えたとき、若しくは点火コイルの一次電流の値が所定値を超えたとき、若しくは制御装置を構成する少なくとも一部の構成部材、点火コイル、点火プラグ、若しくはパワースイッチング素子等の温度が所定値を超えたとき、又はこれ等に類する状態、を意味する。

この発明による内燃機関用電子制御装置によれば、パワースイッチング素子を導通させ若しくはシャットオフさせる制御装置は、前記パワースイッチング素子と前記制御装置と前記点火コイルと前記点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるとき、前記点火プラグに前記火花放電を発生させないように前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフさせる回路ユニットを備え、前記ソフトシャットオフの開始時点から前記パワースイッチング素子が飽和状態を脱するまでの時点と前記飽和状態を脱した後の時点とで、前記ソフトシャットオフの特性を切替えるように構成されているので、正規の点火タイミング以外で点火コイルの一次電流を強制的に遮断させる際、点火コイルの単体の特性や、パワースイッチング素子の特性に関わらず、最適な時間でソフトシャットオフ動作を行うことができる。

又、この発明による内燃機関用電子制御装置によれば、パワースイッチング素子を導通させ若しくはシャットオフさせる制御装置は、前記パワースイッチング素子と前記制御装置と点火コイルと点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるとき、点火プラグに火花放電を発生させないように前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフさせる回路ユニットを備え、前記回路ユニットは、コンデンサと、コンデンサの電荷を所定の時定数で放電させる第１の緩放電回路と、前記第１の緩放電回路の時定数より小さな時定数で前記コンデンサの電荷を放電させる第２の緩放電回路とを有し、前記制御装置は、前記所定の状態に基づいて前記第１の緩放電回路と前記２の緩放電回路とのうちの何れかを選択して前記コンデンサを放電させることにより前記ソフトシャットオフを行なうように構成されているので、正規の点火タイミング以外で点火コイルの一次電流を強制的に遮断させる際、点火コイルの単体の特性や、パワースイッチング素子の特性に関わらず、最適な時間でソフトシャットオフ動作を行うことができる。

この発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置のブロック図である。この発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置の動作を説明するタイミングチャートである。この発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置と従来の装置の動作を比較する説明図である。この発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置の具体的回路を示すブロック図である。この発明の実施の形態２による内燃機関用電子制御装置のブロック図である。この発明の実施の形態２による内燃機関用電子制御装置の動作を説明するタイミングチャートである。この発明の実施の形態３による内燃機関用電子制御装置のブロック図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置のブロック図である。図１に於いて、内燃機関用電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）１は、点火コイル２の一次側巻線に流れる電流を制御する。点火プラグ３は、点火コイル２の二次側巻線に誘起される高電圧により火花放電を発生し、図示していない内燃機関の燃焼室内の燃料に点火する。バッテリー４は、ＥＣＵ１と点火コイル２に電力を供給する。

次に、ＥＣＵ１の構成について説明する。ＥＣＵ１に於いて、演算装置（以下、ＣＰＵと称する）１１の出力端子は、抵抗１１４を介してＮＰＮトランジスタ１０２のベース部に接続されている。トランジスタ１０２のコレクタは、抵抗１１２を介してパワースイッチング素子１０３のベース部又はゲート部に接続されている。

又、ＮＰＮトランジスタ１０２のコレクタ部は、抵抗１１５を介してＰＮＰトランジスタ１０１のコレクタ部に接続されている。ＰＮＰトランジスタ１０１のエミッタ部は、バッテリー４の陽極側に接続されている。タイマ回路１２は、ＰＮＰトランジスタ１０１のベース部に接続された抵抗１１３とＣＰＵ１１とに接続されている。パワースイッチング素子１０３のエミッタ部は抵抗１１１を介して接地され、コレクタ部は点火コイル２の一次巻線に接続されている。

第１の緩放電回路１５は、コンデンサ１７とＰＮＰトランジスタ１０１のコレクタ部と抵抗１１５との間に接続され、第２の緩放電回路１６は、ＰＮＰトランジスタ１０１のコレクタ部とパワースイッチング素子１０３のコレクタ部との間に接続されている。

ＥＣＵ１のうち、パワースイッチング素子１０３以外の構成部材は、パワースイッチング素子１０３を導通させ若しくはシャットオフさせる制御装置を構成している。

又、第１の緩放電回路１５と第２の緩放電回路１６は、パワースイッチング素子１０３と前記制御装置とのうちの少なくとも何れか一方が後述する所定の状態にあるとき、点火プラグ３に火花放電を発生させないようにパワースイッチング素子１０３をソフトシャットオフさせる回路ユニットを構成する。

電流検出回路１４は、パワースイッチング素子１０３のエミッタ部と抵抗１１１との間と、ＰＮＰトランジスタ１０１のベース部と抵抗１１３との間に接続されている。加熱検出回路１３は、ＰＮＰトランジスタ１０１のベース部、及び電流検出回路１４に接続されている。

ＣＰＵ１１から出力される点火信号は、抵抗１１４を介しＮＰＮトランジスタ１０２のベース部に入力され、更に抵抗１１２を介しパワースイッチング素子１０３のベース部に伝達される。パワースイッチング素子１０３のベース部に伝達される信号は、ＨＩＧＨレベル、又はＬＯＷレベルとなり、パワースイッチング素子１０３をＯＮ、又はＯＦＦとし、点火コイル２の一次巻線の通電、遮断の制御を行う。

タイマ回路１２は、ＣＰＵ１１からの点火信号がＨＩＧＨレベルである期間中の通電時間をカウントしており、その通電時間が所定の時間より短いときはＬＯＷレベルの信号をＰＮＰトランジスタ１０１のベース部に抵抗１１３を介して出力し、所定の時間以上の連続通電が生じてときは、ＨＩＧＨレベルの信号を抵抗１１３を介しＰＮＰトランジスタ１０１のベース部に出力する。又、ＣＰＵ１１は、点火コイル２の通電許可の信号又は通電禁止の信号を抵抗１１３を介してＰＮＰトランジスタ１０１のベース部へ出力する。

過熱検出回路１３は、パワースイッチング素子１０３の異常発熱を検出すると、出力信号がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに切り替わり、そのＨＩＧＨレベルの信号をＰＮＰトランジスタ１０１のベース部に出力する。電流検出回路１４は、抵抗１１１の両端間の電圧に基づいてパワースイッチング素子１０３に流れる電流が過電流であることを検出すると、出力信号がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに切り替わり、そのＨＩＧＨレベルの信号をＰＮＰトランジスタ１０１のベース部に出力する。

以上のように構成されているので、ＣＰＵ１１、タイマ回路１２、過熱検出回路１３、及び電流検出回路１４のうちの何れか１つでもＨＩＧＨの信号を出力すると、ＰＮＰトランジスタ１０１がＯＦＦし、以下述べるように点火コイルの一次電流をソフトシャットオフさせる。ここで、タイマ回路１２、過熱検出回路１３、及び電流検出回路１４のうちの何れか１つでもＨＩＧＨの信号を出力する状態となることが、前述のパワースイッチング素子１０３と前記制御装置とのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるときに対応する。

次に、以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置の動作について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置の動作を説明するタイミングチャートである。図２のＡは、パワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧の波形、図２のＢは、パワースイッチング素子１０３のコレクタ電圧又はドレイン電圧の波形、図２のＣは、点火コイル２の一次巻線に流れる一次電流の波形、図２のＤは、点火コイル２の二次巻線に誘起される二次電圧の波形、を夫々示している。

図２に於いて、時点ｔ１〜ｔ２の間である期間（１）では、ＣＰＵ１１から出力される点火信号に基づいて、パワースイッチング素子１０３のベース部又はゲート部に、所定のＨＩＧＨレベルのベース電圧又はゲート電圧Ａが印加される。これにより、パワースイッチング素子１０３はＯＮとなり、そのコレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂは所定のＬＯＷレベルの電位となり、点火コイル２の一次巻線に流れる一次電流Ｃは次第に増加する。このとき、点火コイル２の二次巻線には電圧は誘起されない。

期間（１）が終了する時点ｔ２でパワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧Ａが遮断されＬＯＷレベルに変化する。これにより、パワースイッチング素子１０３はＯＦＦとなり、そのコレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂは、点火コイル２の一次電流Ｃが遮断されることに基づいてＬＯＷレベルから瞬時に高電圧となった後に所定のＨＩＧＨレベルとなる。点火コイル２の一次電流Ｃが時点ｔ２で遮断されることにより、点火コイル２の二次巻線には負の高電圧である二次電圧Ｄが誘起される。点火プラグ３は、点火コイル２の二次側巻線に誘起された負の高電圧である二次電圧により火花放電を発生し、図示していない内燃機関の燃焼室内の燃料に点火する。

次に、時点ｔ３に於いて、再びＣＰＵ１１から出力される点火信号に基づいて、パワースイッチング素子１０３のベース部又はゲート部に、所定のＨＩＧＨレベルのベース電圧又はゲート電圧Ａが印加される。これにより、パワースイッチング素子１０３はＯＮとなり、そのコレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂは所定のＬＯＷレベルの電位となり、点火コイル２の一次巻線に流れる一次電流Ｃは次第に増加する。このとき、点火コイル２の二次巻線には電圧は誘起されない。

ここで、例えば、時点ｔ４に於いてＣＰＵ１１からの点火信号がＨＩＧＨレベルである期間が所定の時間を超えたとすれば、タイマ回路１２の出力信号はＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに変化し、ＰＮＰトランジスタ１０１はＯＮからＯＦＦとなる。或いは、時点ｔ４に於いて、加熱検出回路１３が点火装置を構成する電子部品が過熱したことを検出したとすれば、加熱検出回路１３からＨＩＧＨレベルの信号がＰＮＰトランジスタ１０１のベース部に印加されるので、ＰＮＰトランジスタ１０１はＯＮからＯＦＦとなる。或いは又、時点ｔ４に於いて、電流検出回路１４がパワースイッチング素子１０３に流れる電流が所定値以上であることを検出したとすれば、電流検出回路１４からＨＩＧＨレベルの信号がＰＮＰトランジスタ１０１のベース部に印加されるので、ＰＮＰトランジスタ１０１はＯＮからＯＦＦとなる。

ＰＮＰトランジスタ１０１が時点ｔ４に於いてＯＦＦになると、コンデンサ１７に蓄えられていた電荷が、第１の緩放電回路１５、及び第２の緩放電回路１６を経由して緩放電する。ここで、第２の緩放電回路１６の放電時定数は、第１の緩放電回路１５の放電時定数より小さく設定されているので、コンデンサ１７の電荷は第２の緩放電回路１６を介してその小さな時定数で放電され、パワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧Ａが図２の（２）の期間に示すように素早く低下し、パワースイッチング素子１０３は飽和領域から活性領域へと移行し、パワースイッチング素子の導通状態が変化する。

図２の期間（２）の間に、点火コイル２の一次電流Ｃは若干上昇するが、時間にして数１０［μ］秒であり、殆ど電流値は上昇しない。パワースイッチング素子１０３が活性領域へ移行した後もベース電圧又はゲート電圧Ａは低下し続けるが、これとは逆に、パワースイッチング素子１０３のコレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂは上昇し始める。

次に、時点ｔ５に於いて、パワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧Ａと、コレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂとのバランスが取れたとすると、第２の緩放電回路１６によるコンデンサ１７の放電経路は遮断され、第１の緩放電回路１５による放電経路のみでの放電動作へと切り替わる。第１の緩放電回路１５の時定数は前述したように第２の緩放電回路１６の時定数より大きく設定されているので、パワーススイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧Ａの低下は、図２の期間（３）に示すようにより緩やかとなり、パワースイッチング素子１０３にソフトシャットオフの動作を行わせる。パワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧Ａと、コレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂとのバランスが取れたとき、パワースイッチング素子１０３の導通状態が変化することになる。

パワースイッチング素子１０３のソフトシャットオフの時間は、そのソフトシャットオフにより点火コイル２の二次巻線に誘起される二次電圧Ｄが点火プラグに火花放電を発生させない電圧値となる時間である。このようにして、正規の点火タイミング以外のタイミングでパワースイッチング素子１０３をソフトシャットオフして点火コイルの一次電流を強制的に遮断するが、このとき点火プラグ３は点火火花を発生せず、点火装置の保護を図ることができる。

図３は、この発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置と従来の装置の動作を比較する説明図であり、縦軸はパワースイッチング素子１０３のベース（ゲート）電圧、横軸は時間を示す。図３に於いて、鎖線Ｘは従来の装置によるソフトシャットオフ動作の波形、実線Ｙはこの発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置によるソフトシャットオフ動作の波形を示す。又、斜線の領域Ｚは、パワースイッチング素子１０３が完全にＯＮである、つまり飽和状態であることを示し、この領域Ｚでの緩放電動作は点火コイル２の一次電流をソフトシャットオフさせることに影響を与えず、無駄に時間を消費するのみである。

図３に示すように、従来の装置のソフトシャットオフ動作の場合は、波形Ｘに示すように、時点ｔ１１にてパワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧が緩やかに低下し始めるが、領域Ｚを脱する時点ｔ１４まではソフトシャットオフが開始されず、領域Ｚを脱した時点ｔ１４以降から時点ｔ１５までの間でソフトシャットオフが行なわれることになる。従って、時点ｔ１１から時点ｔ１４までの間はソフトシャットオフが行なわれず、無駄な電力を消費することになる。

これに対して、この発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置によるソフトシャットオフ動作によれば、波形Ｙに示すように、先ず時点ｔ１１に於いて第２の緩放電回路１６による比較的急激な緩放電が開始されて時点ｔ１２に於いて領域Ｚを脱するに至り、時点ｔ１２以降は第１の緩放電回路１５による緩やかな緩放電が行なわれる。その結果、パワースイッチング素子１０３のソフトシャットオフ動作は、時点ｔ１２から時点ｔ１３の間で行なわれることになる。従って、従来の装置に比べてこの発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置は、早期にソフトシャットオフ動作が開始され、従来の装置に比べて無駄な電力の消費を極力おさえることができる。

尚、第１の緩放電回路１５と第２の緩放電回路１６の時定数を調整することにより、ソフトシャットオフの開始時点、若しくはソフトシャットオフ動作の時間を調整することが可能である。

図４は、この発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置の具体的回路を示すブロック図である。図４に於いて、緩放電用のコンデンサ１７に接続された抵抗１２１により図１の第１の緩放電回路１５を構成している。又、抵抗１２３、ダイオード１２４、ダイオード１２５により、図１の第２の緩放電回路１６を構成している。

即ち、ＰＮＰトランジスタ１０１が前述の図２に示す時点ｔ４に於いてＯＦＦになると、コンデンサ１７に蓄えられていた電荷が、ダイオード１２４を介して、時定数の小さい第２の緩放電回路１６を構成する抵抗１２３、ダイオード１２５、及びパワースイッチング素子１０３を経由して放電される。その結果、パワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧Ａが図２の（２）の期間に示すように素早く低下し、パワースイッチング素子１０３は飽和領域から活性領域へと移行し、パワースイッチング素子の導通状態が変化する。

次に、時点ｔ５に於いて、パワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧Ａと、コレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂとのバランスが取れたとすると、第２の緩放電回路１６を構成するダイオード１２４、抵抗１２３、ダイオード１２５によるコンデンサ１７の放電経路は遮断され、第１の緩放電回路１５を構成する抵抗１２１による放電経路のみでの放電動作へと切り替わる。第１の緩放電回路１５の時定数は前述したように第２の緩放電回路１６の時定数より大きく設定されているので、パワーススイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧Ａの低下は、図２の期間（３）に示すようにより緩やかとなり、パワースイッチング素子１０３にソフトシャットオフの動作を行わせる。

図４に示す回路の中で、抵抗１１５、１２１、１２２、及びコンデンサ１７により、点火コイル２の通電開始時に、点火コイル２の二次電圧が点火プラグ３に火花放電を発生させない電圧にするための回路が構成されている。即ち、点火コイル２の通電開始時に、抵抗１１５、１２２、１２１により構成される回路の充電時定数に基づいてコンデンサ１７が充電される。これにより、パワースイッチング素子１０３がＯＮする際に活性領域でのベース電圧又はゲート電圧の急上昇を抑え、点火コイル２の一次側へ急峻に電流が流れ込むことを防止し、点火コイル２の二次電圧が点火プラグに火花放電を発生させないよう調整することが可能となる。

以上述べたこの発明の実施の形態１による内燃機関用電子制御装置は、以下に述べる特徴を備えるものである。
（１）内燃機関の点火コイルの一次電流を通電若しくは遮断して、前記内燃機関の点火プラグに火花放電を発生させる電圧を前記点火コイルの二次側に発生させるパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を導通させ若しくはシャットオフさせる制御装置とを備えた内燃機関用電子制御装置であって、前記制御装置は、前記パワースイッチング素子と前記制御装置と前記点火コイルと前記点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるとき、前記点火プラグに前記火花放電を発生させないように前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフさせる回路ユニットを備え、前記ソフトシャットオフの開始時点から前記パワースイッチング素子が飽和状態を脱するまでの時点と前記飽和状態を脱した後の時点とで、前記ソフトシャットオフの特性を切替えるように構成されていることを特徴とする。

（２）前記回路ユニットは、コンデンサと、前記コンデンサの電荷を所定の時定数で放電させる第１の緩放電回路と、前記第１の緩放電回路の時定数より小さな時定数で前記コンデンサの電荷を放電させる第２の緩放電回路とを有し、前記制御装置は、前記ソフトシャットオフの開始時には前記第２の緩放電回路により前記コンデンサの電荷を放電させることにより前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフ動作させ、その後、前記第１の緩放電回路により前記コンデンサの電荷を放電させることにより前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフ動作させることを特徴とする。

（３）前記制御装置は、前記点火コイルの一次電流の通電開始時に、前記点火プラグに火花放電を発生させないように二次電圧を抑制する機能を前記回路ユニットに備えている。

（４）前記制御装置は、前記点火コイルに流れる一次電流を検出する電流検出回路を備え、前記電流検出回路が前記一次電流が所定値以上であることを検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする。

（５）前記制御装置は、前記制御装置を構成する構成要素のうちの少なくとも一つの過熱を検出する加熱検出回路を備え、前記過熱検出回路が前記過熱を検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする。

（６）前記制御装置は、前記点火コイルに流れる一次電流の連続通電時間を検出するタイマ回路を備え、前記タイマ回路が前記連続通電時間が所定値以上であることを検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による内燃機関用電子制御装置について説明する。この発明の実施の形態２による内燃機関用電子制御装置は、エンジンの回転数変動により点火コイルの一次電流の通電時間を計測して異常通電と判定するタイマ回路や、点火コイルに流れる一次電流を検出する電流検出回路、異常発熱を検出する熱検出回路により、パワースイッチング素子の動作状態を認識してコンデンサの緩放電動作の時定数を選択し、パワースイッチング素子のソフトシャットオフを行うことを特徴としている。

図５は、この発明の実施の形態２による内燃機関用電子制御装置のブロック図である。図５に於いて、第３の緩放電回路２１は、ＣＰＵ１１，タイマ回路１２、及び加熱検出回路１３からの出力信号に基づいてコンデンサ１７の放電時定数を選択できるように構成されている。第４の緩放電回路２２は、電流検出回路１４からの出力信号に基づいてコンデンサ１７の放電時定数を調整できるように構成されている。その他の構成は、前述の実施の形態１の場合と同様である。

ＣＰＵ１１、タイマ回路１２、過熱検出回路１３のうちの何れかが異常を検知すると、その出力信号がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに変化し、その出力信号がＰＮＰトランジスタ１０１のベース部及び第３の緩放電回路２１へ入力される。又、電流検出回路１４が異常を検知すると、その出力信号がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに変化し、その出力信号がＰＮＰトランジスタ１０１のベース部及び第４の緩放電回路２２へ入力される。

従って、ＣＰＵ１１、タイマ回路１２、過熱検出回路１３、及び電流検出回路１４のうちの何れか１つでもＨＩＧＨレベルの出力信号をＰＮＰトランジスタ１０１のベース部へ出力すると、ＰＮＰトランジスタ１０１がＯＦＦし、点火コイル２の一次電流を後述するようにソフトシャットオフさせる。

図６は、この発明の実施の形態２による内燃機関用電子制御装置の動作を説明するタイミングチャートである。図６のＡは、パワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧の波形、図６のＢは、パワースイッチング素子１０３のコレクタ電圧又はドレイン電圧の波形、図６のＣは、点火コイル２の一次巻線に流れる一次電流の波形、図６のＤは、点火コイル２の二次巻線に誘起される二次電圧の波形、を夫々示している。

図６に於いて、時点ｔ１〜ｔ２の間の期間（１）では、ＣＰＵ１１から出力される点火信号に基づいて、パワースイッチング素子１０３のベース部又はゲート部に、所定のＨＩＧＨレベルのベース電圧又はゲート電圧Ａが印加される。これにより、パワースイッチング素子１０３はＯＮとなり、そのコレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂは所定のＬＯＷレベルの電位となり、点火コイル２の一次巻線に流れる一次電流Ｃは次第に増加する。このとき、点火コイル２の二次巻線には電圧は誘起されない。

期間（１）が終了する時点ｔ２でパワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧Ａが遮断されＬＯＷレベルに変化する。これにより、パワースイッチング素子１０３はＯＦＦとなり、そのコレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂは、点火コイル２の一次電流Ｃが遮断されることに基づいてＬＯＷレベルから瞬時に高電圧となった後に所定のＨＩＧＨレベルとなる。点火コイル２の一次電流Ｃが時点ｔ２で遮断されることにより、点火コイル２の二次巻線には高電圧の二次電圧Ｄが誘起される。点火プラグ３は、点火コイル２の二次側巻線に誘起された高電圧の二次電圧により火花放電を発生し、図示していない内燃機関の燃焼室内の燃料に点火する。

ここで、例えば、時点ｔ４に於いてＣＰＵ１１からの点火信号がＨＩＧＨレベルである期間が所定の時間を超えたとすれば、タイマ回路１２の出力信号はＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに変化し、そのＨＩＧＨレベルの出力信号がＰＮＰトランジスタのベース部、及び第３の緩放電回路２１に入力される。或いは、時点ｔ４に於いて、加熱検出回路１３が点火装置を構成する電子部品が過熱したことを検出したとすれば、加熱検出回路１３からＨＩＧＨレベルの出力信号がＰＮＰトランジスタ１０１のベース部、及び第３の緩放電回路２１に入力される。ＰＮＰトランジスタのベース部にＨＩＧＨレベルの信号が入力されることで、ＰＮＰトランジスタ１０１はＯＮからＯＦＦになる。

ＰＮＰトランジスタ１０１が時点ｔ４に於いてＯＦＦになると、コンデンサ１７に蓄えられていた電荷が、第３の緩放電回路２１を経由して緩放電する。この緩放電の期間は、図６に於いて期間（２）として示されている。パワースイッチング素子１０３が活性領域へ移行した後もベース電圧又はゲート電圧Ａは低下し続けるが、これとは逆に、パワースイッチング素子１０３のコレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂは上昇する。第３の緩放電回路２１の放電時定数を、点火コイル２の二次電圧Ｄが点火プラグに火花放電を発生させずかつ極力小さな値となるよう設定することで、パワースイッチング素子１０３を時点ｔ４からｔ５の間の比較的短時間でソフトシャットオフさせ、点火プラグ３に火花放電を発生させないようにすることができる。

次に、時点ｔ６では、再びＣＰＵ１１から出力される点火信号に基づいて、パワースイッチング素子１０３のベース部又はゲート部に、所定のＨＩＧＨレベルのベース電圧又はゲート電圧Ａが印加される。これにより、パワースイッチング素子１０３はＯＮとなり、そのコレクタ電圧又はドレイン電圧Ｂは所定のＬＯＷレベルの電位となり、点火コイル２の一次巻線に流れる一次電流Ｃは次第に増加する。このとき、点火コイル２の二次巻線には電圧は誘起されない。

次に、時点ｔ７に於いて、電流検出回路１４がパワースイッチング素子１０３に流れる電流が過電流であることを検出したとすると、電流検出回路１４からＨＩＧＨレベルの出力信号がＰＮＰトランジスタ１０１のベース部、及び第４の緩放電回路２２に入力される。ＰＮＰトランジスタのベース部にＨＩＧＨレベルの信号が入力されることで、ＰＮＰトランジスタ１０１はＯＮからＯＦＦになる。

ＰＮＰトランジスタ１０１が時点ｔ７に於いてＯＦＦになると、コンデンサ１７に蓄えられていた電荷が、図６の期間（３）に示すように、第４の緩放電回路２２を経由して緩放電する。第４の緩放電回路２２の放電時定数を極力大きな値となるよう設定することで、エンジンの回転変動等で通電時間が伸びている場合でも、ＣＰＵ１１が指令を出す正規の点火タイミングｔ８にてパワースイッチング素子１０３を瞬時にＯＦＦとして点火コイル２の一次電流を遮断し、点火コイル２の二次巻線に高電圧の二次電圧を誘起させて点火プラグ３に火花放電を発生することが可能となる。

電流検出回路１４が過電流を検出したことによる期間（３）での前述の動作は、電流制限回路を追加した場合の動作と近似しているが、この発明の実施の形態２による内燃機関用電子制御装置では、簡易的な回路を追加することで電流制限回路を設けた場合と同様な効果を得ることができる。

以上述べたこの発明の実施の形態２による内燃機関用電子制御装置は、以下に述べる特徴を備えるものである。
（１）内燃機関の点火コイルの一次電流を通電若しくは遮断して、前記内燃機関の点火プラグに火花放電を発生させる電圧を前記点火コイルの二次側に発生させるパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を導通させ若しくはシャットオフさせる制御装置とを備えた内燃機関用電子制御装置であって、前記制御装置は、前記パワースイッチング素子と前記制御装置と前記点火コイルと前記点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるとき、前記点火プラグに前記火花放電を発生させないように前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフさせる回路ユニットを備え、前記回路ユニットは、コンデンサと、コンデンサの電荷を所定の時定数で放電させる第１の緩放電回路と、前記第１の緩放電回路の時定数より小さな時定数で前記コンデンサの電荷を放電させる第２の緩放電回路とを有し、前記制御装置は、前記所定の状態に基づいて前記第１の緩放電回路と前記２の緩放電回路とのうちの何れかを選択して前記コンデンサを放電させることにより前記ソフトシャットオフを行なうことを特徴とする。

（２）前記制御装置は、前記点火コイルの一次電流の通電開始時に、前記点火プラグに火花放電を発生させないように二次電圧を抑制する機能を前記回路ユニットに備えていることを特徴とする。

（３）前記制御装置は、前記点火コイルに流れる一次電流を検出する電流検出回路を備え、前記電流検出回路が前記一次電流が所定値以上であることを検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする。

（４）前記制御装置は、前記制御装置を構成する構成要素のうちの少なくとも一つの過熱を検出する加熱検出回路を備え、前記過熱検出回路が前記過熱を検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする。

（５）前記制御装置は、前記点火コイルに流れる一次電流の連続通電時間を検出するタイマ回路を備え、前記タイマ回路が前記連続通電時間が所定値以上であることを検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による内燃機関用電子制御装置について説明する。この実施の形態３では、緩放電回路と、及び点火コイル通電開始時に二次電圧が点火プラグに火花放電を発生させない電圧にするための回路に、点火コイルに流れる一次電流を制限する電流制限回路を組み合わせることで、電流制限時にパワースイッチング素子から出力される信号の発振を抑えるようにしたものである。

図７は、この発明の実施の形態３による内燃機関用電子制御装置のブロック図である。
パワースイッチング素子１０３のエミッタ又はソース側に接続される電流検出用の抵抗１１１により、点火コイル２の一次電流が電圧に変換され、この電圧が演算増幅器１３１の基準電圧Ｖｔｈ１３２を超えると、演算増幅器１３１の出力がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに反転し、抵抗１３３を介してＰＮＰトランジスタ１０１のベースに入力される。

ＰＮＰトランジスタ１０１は、演算増幅器１３１からのＨＩＧＨレベルの信号を受けると、ＯＮからＯＦＦに変化する。ＰＮＰトランジスタ１０１がＯＦＦになると、前述の実施の形態１と同様に構成されている第１の緩放電回路を構成する抵抗１２１、及び第２の緩放電回路を構成する抵抗１１５、１２２、１２３、及びダイオード１２４、１２５により、コンデンサ１７が緩やかに放電する。

これにより、前述した実施の形態１の場合と同様に、パワースイッチング素子１０３のベース、又はゲート電圧が緩やかに低下することで、点火コイル一次電流も緩やかに低下する。点火コイル一次電流が徐々に低下し、抵抗１１１にて発生する電圧が基準電圧１３２を下回ると、演算増幅器１３１の出力がＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルに反転し、そのＬＯＷレベルの信号が抵抗１３３を介しトランジスタ１０１のベースに入力される。これにより、ＰＮＰトランジスタ１０１はＯＦＦからＯＮに変化し、パワーススイッチング素子１０３がＯＮとなる。

パワースイッチング素子１０３がＯＮとなって、点火コイル２の一次巻線に通電が開始された時、点火コイル２の二次電圧が点火プラグに火花放電を発生させない電圧にするための回路により、パワースイッチング素子１０３のベース電圧又はゲート電圧が緩やかに上昇することで、点火コイル２の一次電流も緩やかに上昇する。電流制限中はこの動作を繰り返し、点火コイル２の一次電流の増減を緩やかに制御することで、パワースイッチング素子１０３から出力される信号の発振を抑える効果が得られる。

尚、図７に示す実施の形態３では、前述の実施の形態１に於けるタイマ回路１２及び加熱検出回路１３を設けていないが、実施の形態１と同様のタイマ回路１２、及び加熱検出回路１３を設けても良いことは勿論である。

以上述べたこの発明の実施の形態３による内燃機関用電子制御装置は、以下に述べる特徴を備えるものである。
（１）内燃機関の点火コイルの一次電流を通電若しくは遮断して、前記内燃機関の点火プラグに火花放電を発生させる電圧を前記点火コイルの二次側に発生させるパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を導通させ若しくはシャットオフさせる制御装置とを備えた内燃機関用電子制御装置であって、前記制御装置は、前記パワースイッチング素子と前記制御装置と前記点火コイルと前記点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるとき、前記点火プラグに前記火花放電を発生させないように前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフさせる回路ユニットを備え、前記ソフトシャットオフの開始時点から前記パワースイッチング素子が飽和状態を脱するまでの時点と前記飽和状態を脱した後の時点とで、前記ソフトシャットオフの特性を切替えるように構成されていることを特徴とする。

（４）前記制御回路は、前記点火コイルに流れる一次電流を制限する電流制限回路を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れか一項に記載の内燃機関用電子制御装置。

（５）前記制御装置は、前記点火コイルに流れる一次電流を検出する電流検出回路を備え、前記電流検出回路が前記一次電流が所定値以上であることを検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする。

（６）前記制御装置は、前記制御装置を構成する構成要素のうちの少なくとも一つの過熱を検出する加熱検出回路を備え、前記過熱検出回路が前記過熱を検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする。

（７）前記制御装置は、前記点火コイルに流れる一次電流の連続通電時間を検出するタイマ回路を備え、前記タイマ回路が前記連続通電時間が所定値以上であることを検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする。

尚、実施の形態１乃至３では、緩放電回路はコンデンサ、抵抗を用いた時定数回路により構成したが、定電流回路等を用いてパワースイッチング素子のベース電圧又はゲート電圧を制御しても、同様の効果が得られる。

更に、実施の形態１乃至３では、第１の緩放電回路と第２の緩放電回路の二種類を備えているが、緩放電回路については二種類以上の複数であっても、同様の効果が得られる。

更に、この発明は、各実施の形態の回路を組合せて使用することで、互いの効果を得られることはいうまでもない。

１ＥＣＵ２点火コイル
３点火プラグ４バッテリー
１１ＣＰＵ１２タイマ回路
１３過熱検出回路１４電流検出回路
１５第１の緩放電回路１６第２の緩放電回路
１７コンデンサ２１第３の緩放電回路
２２第４の緩放電回路１０１ＰＮＰトランジスタ
１０２ＮＰＮトランジスタ１０３パワースイッチング素子
１１１電流検出抵抗
１１２、１２３、１１３、１１４、１１５、１２１、１２２、１２３、１３３抵抗
１２４、１２５ダイオード１３１演算増幅器
１３２基準電圧

Claims

内燃機関の点火コイルの一次電流を通電若しくは遮断して、前記内燃機関の点火プラグに火花放電を発生させる電圧を前記点火コイルの二次側に発生させるパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を導通させ若しくはシャットオフさせる制御装置とを備えた内燃機関用電子制御装置であって、
前記制御装置は、前記パワースイッチング素子と前記制御装置と前記点火コイルと前記点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるとき、前記点火プラグに前記火花放電を発生させないように前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフさせる回路ユニットを備え、前記ソフトシャットオフの開始時点から前記パワースイッチング素子が飽和状態を脱するまでの時点と前記飽和状態を脱した後の時点とで、前記ソフトシャットオフの特性を切替えるように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関用電子制御装置。
前記回路ユニットは、コンデンサと、前記コンデンサの電荷を所定の時定数で放電させる第１の緩放電回路と、前記第１の緩放電回路の時定数より小さな時定数で前記コンデンサの電荷を放電させる第２の緩放電回路とを有し、
前記制御装置は、前記ソフトシャットオフの開始時には前記第２の緩放電回路により前記コンデンサの電荷を放電させることにより前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフ動作させ、その後、前記第１の緩放電回路により前記コンデンサの電荷を放電させることにより前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフ動作させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用電子制御装置。
内燃機関の点火コイルの一次電流を通電若しくは遮断して、前記内燃機関の点火プラグに火花放電を発生させる電圧を前記点火コイルの二次側に発生させるパワースイッチング素子と、前記パワースイッチング素子を導通させ若しくはシャットオフさせる制御装置とを備えた内燃機関用電子制御装置であって、
前記制御装置は、前記パワースイッチング素子と前記制御装置と前記点火コイルと前記点火プラグとのうちの少なくとも何れか一方が所定の状態にあるとき、前記点火プラグに前記火花放電を発生させないように前記パワースイッチング素子をソフトシャットオフさせる回路ユニットを備え、
前記回路ユニットは、コンデンサと、コンデンサの電荷を所定の時定数で放電させる第１の緩放電回路と、前記第１の緩放電回路の時定数より小さな時定数で前記コンデンサの電荷を放電させる第２の緩放電回路とを有し、
前記制御装置は、前記所定の状態に基づいて前記第１の緩放電回路と前記２の緩放電回路とのうちの何れかを選択して前記コンデンサを放電させることにより前記ソフトシャットオフを行なう、
ことを特徴とする内燃機関用電子制御装置。
前記制御装置は、前記点火コイルの一次電流の通電開始時に、前記点火プラグに火花放電を発生させないように二次電圧を抑制する機能を前記回路ユニットに備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れか一項に記載の内燃機関用電子制御装置。
前記制御回路は、前記点火コイルに流れる一次電流を制限する電流制限回路を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れか一項に記載の内燃機関用電子制御装置。
前記制御装置は、前記点火コイルに流れる一次電流を検出する電流検出回路を備え、前記電流検出回路が前記一次電流が所定値以上であることを検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れか一項に記載の内燃機関用電子制御装置。
前記制御装置は、前記制御装置を構成する構成要素のうちの少なくとも一つの過熱を検出する加熱検出回路を備え、前記過熱検出回路が前記過熱を検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れか一項に記載の内燃機関用電子制御装置。
前記制御装置は、前記点火コイルに流れる一次電流の連続通電時間を検出するタイマ回路を備え、前記タイマ回路が前記連続通電時間が所定値以上であることを検出したとき、前記第１の緩放電回路と前記第２の緩放電回路のうちの何れかを選択して前記ソフトシャットオフすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れか一項に記載の内燃機関用電子制御装置。