JP6273988B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents
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Description
なお、以下では、エネルギ投入回路により継続させる火花放電(即ち、主点火に続く火花放電)を「継続火花放電」と称する。
エネルギ投入回路6は、
・バッテリ電圧を昇圧させる昇圧回路12と、
・この昇圧回路12で昇圧した電気エネルギーを蓄えるコンデンサ13と、
・コンデンサ13から点火コイル2の1次コイル3に投入される電気エネルギを制御することで、2次電流をコントロールする投入エネルギ制御手段14と、
を備える。
・コンデンサ13から1次コイル3へ電気エネルギーの投入を行うエネルギ投入ラインβを断続させるエネルギ投入用スイッチング手段20と、
・このエネルギ投入用スイッチング手段20をON−OFF切り替えするエネルギ投入用ドライバ回路21と、
・このエネルギ投入用ドライバ回路21を介してエネルギ投入用スイッチング手段20のON−OFF状態を制御することで2次電流を所定の目標値に維持するコントロール回路22と、
を備える。
(i)2次電流検出抵抗23を用いてモニターする2次電流が目標値より低下するとエネルギ投入用スイッチング手段20をONすることでコンデンサ13に充電された電気エネルギの一部を1次コイル3に投入し、
(ii)2次電流が目標値より増加するとエネルギ投入用スイッチング手段20をOFFすることで1次コイル3へのエネルギ投入を中断する制御を実施する。
エネルギ投入回路6の作動中に、エンジンの気筒内に生じる強い気流等によって火花放電が流され、火花放電長が伸張して2次電流が減少する状態が継続すると、2次電流のフィードバック制御によりエネルギ投入用スイッチング手段20のON時間が長くなる。
エネルギ投入用スイッチング手段20のON時間が長くなる場合には、エネルギ投入時の1次電流が増えて1次コイル3が磁気飽和する可能性がある。
1次側電流検出手段の検出値に基づいて1次コイルに投入される電気エネルギを、予め設定した所定の値内にコントロールすることで、1次コイルが磁気飽和する不具合を回避することができる。このため、発熱や熱暴走による1次コイルの破損や、エネルギ投入回路の一部(例えば、エネルギ投入用スイッチング手段等)の破損を回避することができ、内燃機関用点火装置の信頼性を高めることができる。
1次側電流検出手段の検出値に基づいて1次コイルが磁気飽和する前に1次コイルへの電気エネルギの投入を停止することで、1次コイルの磁気飽和に起因する不具合を回避することができる。このため、発熱や熱暴走による1次コイルの破損や、エネルギ投入回路の一部(例えば、エネルギ投入用スイッチング手段等)の破損を回避することができ、内燃機関用点火装置の信頼性を高めることができる。
図1、図2を参照して実施例1を説明する。
この実施例1における点火装置は、車両走行用の火花点火エンジンに用いられるものであり、所定の点火タイミングで燃焼室内の混合気に点火を行うものである。なお、エンジンの一例は、ガソリンを燃料とする希薄燃焼(リーンバーン燃焼)が可能な直噴式エンジンであり、排気ガスの一部をEGRガスとしてエンジン吸気側へ戻すEGR装置を搭載し、さらに気筒内に混合気の旋回流(タンブル流やスワール流等)を生じさせる旋回流コントロール手段を備える。
この点火装置は、エンジン制御の中枢を成すECU(エンジン・コントロール・ユニットの略)から与えられる指示信号(点火信号IGtおよび放電継続信号IGw)に基づいて点火コイル2の1次コイル3を通電制御するものであり、1次コイル3を通電制御することで点火コイル2の2次コイル4に生じる電気エネルギをコントロールして、点火プラグ1の火花放電をコントロールする。
・各気筒毎に搭載される点火プラグ1と、
・各点火プラグ1毎に搭載される点火コイル2と、
・フルトラ作動を行う主点火回路5と、
・継続火花放電を行うエネルギ投入回路6と、
を備えて構成される。
1次コイル3の一端は、車載バッテリ7のプラス電極から電力の供給を受けるバッテリ電圧供給ラインαに接続される。
1次コイル3の他端側は、主点火回路5の点火用スイッチング手段10(例えば、パワートランジスタ、MOS型トランジスタ、サイリスタ等)を介してアース接地される。
2次コイル4の他端は、アース接地されるか、あるいはバッテリ電圧供給ラインαに接続される。なお、図1は、2次コイル4の他端が、1次コイル3の通電時に不要な2次電圧の発生を抑制する第1ダイオード11と、後述する2次電流検出抵抗23とを介してアース接地される例を示す。
・バッテリ電圧を昇圧させる昇圧回路12と、
・この昇圧回路12にて昇圧した電気エネルギを蓄えるコンデンサ13と、
・コンデンサ13から1次コイル3に投入される電気エネルギを制御することで、2次電流をコントロールする投入エネルギ制御手段14と、
・コンデンサ13から1次コイル3のみへ電流を流す第2ダイオード15と、
を備えて構成される。
・一端がバッテリ電圧供給ラインαに接続されたチョークコイル16と、
・このチョークコイル16の通電状態を断続する昇圧用スイッチング手段17(例えば、電界効果型トランジスタ、パワートランジスタ等)と、
・この昇圧用スイッチング手段17を繰り返しON−OFFさせる昇圧用ドライバ回路18と、
・コンデンサ13に蓄えた電気エネルギがチョークコイル16側へ逆流するのを防ぐ第3ダイオード19と、
を備えて構成される。
・コンデンサ13から1次コイル3へ電気エネルギーの投入を行うエネルギ投入ラインβを断続させるエネルギ投入用スイッチング手段20(例えば、MOS型トランジスタ、パワートランジスタ等)と、
・このエネルギ投入用スイッチング手段20をON−OFF切り替えするエネルギ投入用ドライバ回路21と、
・エネルギ投入用ドライバ回路21を介してエネルギ投入用スイッチング手段20のON−OFF状態を制御することで2次電流を所定の目標値に制御するコントロール回路22と、
を備える。
なお、コントロール回路22は、フィードバック制御に限定するものではなく、2次電流が所定の目標範囲を維持するようにオープンループ制御によってエネルギ投入用スイッチング手段20をON−OFF制御するものであっても良い。また、継続火花放電中における2次電流の目標値は、一定であっても良いし、エンジンの運転状態(ECUから付与される図示しない指示信号)に応じて変更するものであっても良い。
ここで、主点火回路5とエネルギ投入回路6の基本作動を説明する。
点火信号IGtがOFFからONへ切り替わると、
(a)点火信号IGtが出力される期間に亘って点火用スイッチング手段10がONされるとともに、
(b)点火信号IGtが出力される期間に亘って昇圧用スイッチング手段17が繰り返してON−OFFして昇圧作動を行い、バッテリ電圧より高く昇圧された電気エネルギがコンデンサ13に蓄えられる。
すると、コントロール回路22によってエネルギ投入用スイッチング手段20がON−OFF制御されて、コンデンサ13に蓄えられていた電気エネルギ(電荷)が1次コイル3のマイナス側に投入され、コンデンサ13に蓄えられていたバッテリ電圧より高い電圧の電気エネルギが、1次コイル3のマイナス側からバッテリ電圧供給ラインαに向かって流れる。
このように、コントロール回路22がエネルギ投入用スイッチング手段20をON−OFF制御することで、火花放電を維持可能な程度に2次電流を継続して保持することができる。
エネルギ投入回路6の作動中に、エンジンの気筒内に生じる強い気流等によって点火プラグ1に生じた火花放電が流され、火花放電長が伸張して2次電流が減少する状態が継続すると、2次電流のフィードバック制御によりエネルギ投入用スイッチング手段20のON時間を長くして1次コイル3へのエネルギ投入を増やすようになる。
ここで、図2中において、「IGt」は点火信号IGtのハイ/ロー信号、「IGw」は放電継続信号IGwのハイ/ロー信号、「I1」は1次電流(1次コイル3に流れる電流値)、「IRd」はコンデンサ13の充放電電流である。
・コンデンサ13から1次コイル3に供給されるコンデンサ放電電流の検出を行う1次側電流検出手段24と、
・コンデンサ13から1次コイル3への電気エネルギの投入状態を制御することで、1次コイル3の磁気飽和を回避し、無駄な電力消費や発熱を防止する第1保護手段25と、
を備える。
・エネルギ投入用スイッチング手段20を強制的にOFFさせるOFF用スイッチング手段26(バイポーラ型トランジスタ、電界効果型トランジスタ等)と、
・このOFF用スイッチング手段26のON−OFF状態を制御して、1次側電流検出手段24によって検出されるコンデンサ放電電流が、第1制御値Y1を超えないようにコントロールする保護回路27と、
を備えて構成される。
エネルギ投入回路6の作動中(即ち、放電継続信号IGwがONする期間)に、1次側電流検出手段24によって検出されたコンデンサ放電電流が第1制御値Y1に達すると、保護回路27がOFF用スイッチング手段26をONして、コントロール回路22の制御状態に関わらずエネルギ投入用スイッチング手段20を強制的にOFFする。続いて、1次側電流検出手段24によって検出されたコンデンサ放電電流が第1制御値Y1より再び少なくなると、保護回路27がOFF用スイッチング手段26をOFFし、エネルギ投入用スイッチング手段20がコントロール回路22によってコントロールされる。
これにより、エネルギ投入回路6の作動によって1次コイル3が磁気飽和する不具合を回避できる。具体的には、1次コイル3の磁気飽和によって生じるエネルギ投入用スイッチング手段20や1次コイル3の熱暴走や発熱による破損を回避することができ、エネルギ投入回路6を搭載する点火装置の信頼性を高めることができる。
この実施例1の1次側電流検出手段24は、コンデンサ13のアース接地側に設けられた電流検出抵抗である。コンデンサ13のアース接地側は、電流負担が小さいため、電流検出抵抗を小型化できる。このため、エネルギ投入回路6の大型化やコストアップを回避することができ、点火回路ユニットの小型化や、点火装置のコスト上昇を回避できる。
なお、この実施例1では、投入エネルギ制御手段14と第1保護手段25を独立して設ける例を示したが、投入エネルギ制御手段14と第1保護手段25を共通化しても良い。即ち、OFF用スイッチング手段26を廃止し、エネルギ投入用スイッチング手段20を直接制御して1次コイル3の磁気飽和を回避させても良い。
図1、図2を参照して実施例2を説明する。実施例2は実施例1と基本構成が同じであるため、実施例2の図面は実施例1の図面を流用して用いる。なお、以下の各実施例において、上記実施例1と同一符合は同一機能物を示すものである。
これに対し、この実施例2は、1次電流が飽和電流値Xに近づいた際に電気エネルギの投入を停止して1次コイル3の磁気飽和を回避するものである。
・実施例1と同様の1次側電流検出手段24と、
・1次電流が飽和電流値Xに接近した際にエネルギ投入ラインβを切断することで1次コイル3の磁気飽和を回避する第2保護手段28と、
を備える。
・エネルギ投入用スイッチング手段20を強制的にOFFさせるOFF用スイッチング手段26と、
・1次側電流検出手段24によって検出されるコンデンサ放電電流が、第2制御値Y2に達した際にOFF用スイッチング手段26をONしてエネルギ投入用スイッチング手段20を強制的にOFFさせる保護回路27と、
を備えて構成される。
エネルギ投入回路6の作動中(即ち、放電継続信号IGwがONする期間)に、1次側電流検出手段24によって検出されたコンデンサ放電電流が第2制御値Y2に達すると、保護回路27がOFF用スイッチング手段26をONしてエネルギ投入用スイッチング手段20を強制的にOFF状態に切り替える。その結果、1次コイル3への電気エネルギの投入を停止して、1次コイル3が磁気飽和に起因する不具合を回避できる。
なお、この実施例2では、投入エネルギ制御手段14と第2保護手段28を独立して設ける例を示したが、投入エネルギ制御手段14と第2保護手段28を共通化しても良い。即ち、OFF用スイッチング手段26を廃止し、エネルギ投入用スイッチング手段20をOFF状態に切り替えることで磁気飽和を回避させても良い。
図2、図3を参照して実施例3を説明する。
この実施例3の保護回路27は、1次側電流検出手段24によって検出されるコンデンサ放電電流またはコンデンサ充電電流に基づいてエネルギ投入回路6の故障判定を行い、故障判定時にエネルギ投入回路6を停止させるとともに、ECUへ故障判定信号IGfを出力して、ECUに故障発生を知らせるものである。
(a)故障判定時に昇圧回路12への電力供給部をOFFすること、
(b)1次側電流検出手段24によって検出されるコンデンサ放電電流に基づいてエネルギ投入回路6の故障判定を行うこと、
(c)1次側電流検出手段24によって検出されるコンデンサ充電電流に基づいてエネルギ投入回路6の故障判定を行うこと、
である。
・昇圧回路12にバッテリ電圧を付与する昇圧電源ラインγをON−OFF切替する運転停止用スイッチング手段31(例えば、常ON型のリレースイッチ、半導体スイッチ等)と、
・この運転停止用スイッチング手段31をOFF状態へ切り替え可能な運転停止用ドライブ回路32と、
を備える。
また、保護回路27は、エネルギ投入回路6の故障判定を行うと、運転停止用スイッチング手段31をOFF状態に切り替えると同時に、ECUへ故障判定信号IGfを出力して、ECUに故障発生を知らせる。
保護回路27は、
(i)1次側電流検出手段24によって検出されたコンデンサ放電電流が第2制御値Y2に達した際、
(ii)コンデンサ放電電流が第2制御値Y2に所定回数連続して達する際、
(iii)コンデンサ放電電流が第2制御値Y2に所定時間継続して達する際、
のいずれか、またはそれぞれ任意の組み合わせで複数条件が成立した場合に、エネルギ投入回路6の故障を判定する。
そして、保護回路27は、故障判定した際、上述したように、運転停止用スイッチング手段31をOFF状態に切り替えるとともに、ECUへ故障判定信号IGfを出力する。
保護回路27は、
(i)昇圧回路12が昇圧作動している期間(点火信号IGtの出力期間)にコンデンサ充電電流が所定の第3制御値Y3に達しない場合、
(ii)コンデンサ充電電流が第3制御値Y3に所定回数連続して達しない場合、
(iii)コンデンサ充電電流が第3制御値Y3に所定時間継続して達しない場合、
のいずれか、またはそれぞれ任意の組み合わせで複数条件が成立した場合に、昇圧回路12の故障を判定する。
そして、保護回路27は、故障判定した際、上述したように、運転停止用スイッチング手段31をOFF状態に切り替えるとともに、ECUへ故障判定信号IGfを出力する。
実施例3の点火装置は、上述したように、1次側電流検出手段24によって検出されるコンデンサ充電電流またはコンデンサ放電電流に基づいてエネルギ投入回路6の故障判定を行う。
具体的には、保護回路27は、
(a)エネルギ投入用スイッチング手段20がショート故障した場合、
(b)放電継続信号IGwがON固定(Hi固定)した場合、
(c)昇圧回路12のスイッチング手段17や昇圧コイル16がオープンまたは地絡して作動異常した場合など、
コンデンサ充電電流またはコンデンサ放電電流が第2制御値Y2を超えることを検出したり、第3制御値Y3に達しないことを検出した場合に、運転停止用スイッチング手段31をOFF状態に切り替えて、エネルギ投入回路6を停止させる。
図4を参照して実施例4を説明する。
上記実施例3では、保護回路27の故障判定時に昇圧電源ラインγを切断して、昇圧回路12への電力供給を停止する例を示した。
これに対し、この実施例4は、保護回路27の故障判定時にエネルギ投入ラインβを切断して、1次コイル3へのエネルギ投入を停止させるものである。
・エネルギ投入用スイッチング手段20と1次コイル3の間のエネルギ投入ラインβをON−OFFする出力停止用スイッチング手段33(例えば、MOS型トランジスタ、パワートランジスタ、常時ON型のリレースイッチ等)と、
・この出力停止用スイッチング手段33をOFF状態へ切り替え可能な出力停止用ドライブ回路34と、を備える。
(i)エネルギ投入回路6の故障を判定した際には出力停止用スイッチング手段33をOFF状態に切り替えるとともにECUへ故障判定信号IGfを出力し、
(ii)昇圧回路12の故障を検出した時にはECUへ故障判定信号IGfを出力するとともに昇圧用ドライバ回路18を停止させて昇圧動作を停止させる。
このように設けることで、上記実施例3と同様の効果を得ることができる。
また、この実施例4では、実施例3に比べて電源遮断後の電荷残留による動作継続を待たずに故障判定時にエネルギ投入ラインβを切断する。即ち、故障判定時にコンデンサ13の放電終了を待たずに、1次コイル3への電気エネルギの投入を停止できる。このため、点火装置の安全信頼性をさらに向上させることができる。
同様に、着火性が低下するエンジン低温時に継続火花放電を実施して、エンジン低温時における着火性の向上を図っても良い。
2 点火コイル
3 1次コイル
4 2次コイル
5 主点火回路
6 エネルギ投入回路
12 昇圧回路
13 コンデンサ
24 1次側電流検出手段
25 第1保護手段
Claims (4)
- 点火コイル(2)の1次コイル(3)の通電制御を行って点火プラグ(1)に火花放電を生じさせる主点火回路(5)と、
前記主点火回路(5)の作動によって生じた火花放電開始後に、電気エネルギーを前記1次コイル(3)に投入することで前記点火コイル(2)の2次コイル(4)に、前記主点火回路(5)の作動によって火花放電を生じさせた際に前記2次コイル(4)に流れた電流の流れ方向と同一方向の2次電流を流して前記主点火回路(5)の作動によって生じた火花放電を継続させるエネルギ投入回路(6)とを備え、
前記エネルギ投入回路(6)は、
バッテリ電圧を昇圧させる昇圧回路(12)と、
この昇圧回路(12)で昇圧した電気エネルギーを蓄えるコンデンサ(13)と、
このコンデンサ(13)から前記1次コイル(3)に供給されるコンデンサ放電電流の検出を行う1次側電流検出手段(24)と、
前記1次側電流検出手段(24)によって検出されるコンデンサ放電電流に基づいて前記コンデンサ(13)から前記1次コイル(3)に投入される電気エネルギをコントロールして、前記1次側電流検出手段(24)によって検出されるコンデンサ放電電流の最大値を所定の第1制御値(Y1)より小さい値に制限する第1保護手段(25)と、
を備える内燃機関用点火装置。
- 点火コイル(2)の1次コイル(3)の通電制御を行って点火プラグ(1)に火花放電を生じさせる主点火回路(5)と、
前記主点火回路(5)の作動によって生じた火花放電開始後に、電気エネルギーを前記1次コイル(3)に投入することで前記点火コイル(2)の2次コイル(4)に、前記主点火回路(5)の作動によって火花放電を生じさせた際に前記2次コイル(4)に流れた電流の流れ方向と同一方向の2次電流を流して前記主点火回路(5)の作動によって生じた火花放電を継続させるエネルギ投入回路(6)とを備え、
前記エネルギ投入回路(6)は、
バッテリ電圧を昇圧させる昇圧回路(12)と、
この昇圧回路(12)で昇圧した電気エネルギーを蓄えるコンデンサ(13)と、
このコンデンサ(13)から前記1次コイル(3)に供給されるコンデンサ放電電流の検出を行う1次側電流検出手段(24)と、
前記1次側電流検出手段(24)によって検出されるコンデンサ放電電流が所定の第2制御値(Y2)に達した際に前記コンデンサ(13)から前記1次コイル(3)への電気エネルギの投入を停止させる第2保護手段(28)と、
を備える内燃機関用点火装置。 - 請求項1または請求項2に記載の内燃機関用点火装置において、
前記エネルギ投入回路(6)は、前記1次側電流検出手段(24)によって検出されるコンデンサ充電電流またはコンデンサ放電電流に基づいて前記エネルギ投入回路(6)の故障判定を行う保護回路(27)を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関用点火装置において、
前記1次側電流検出手段(24)は、前記コンデンサ(13)のアース接地側に設けられた電流検出抵抗であることを特徴とする内燃機関用点火装置。
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