JP6273988B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関(エンジン)に用いられる点火装置に関し、特に火花放電の継続技術に関する。
点火プラグの負担を軽減し、無駄な電力消費を抑えて、火花放電を継続させる技術として、周知の点火回路(主点火回路と称す)によって火花放電(主点火と称す)を開始させ、主点火が消える前に1次コイルのマイナス側からバッテリ電力供給ラインに向けて電気エネルギを投入して2次コイルに、主点火回路の作動によって火花放電を生じさせた際に2次コイルに流れた電流の流れ方向と同一方向の電流(直流の2次電流)を流し、主点火で生じた火花放電を任意の期間(以下、放電継続期間)に亘って継続させる「エネルギ投入回路」を考案した(公知技術ではない)。
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。
ここで、背景技術の理解補助の目的で、エネルギ投入回路を用いた新規な点火装置の代表例を図5に基づいて説明する。なお、図5に用いる符合は、後述する「実施例」と同一機能物に同一符合を付したものである。
図5に示す点火装置は、フルトラ作動によって点火プラグ1に主点火を生じさせる主点火回路5と、エネルギ投入回路6とを組み合わせたものである。
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。
投入エネルギ制御手段14の一例は、
・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。
コントロール回路22は、エネルギ投入回路6の作動中(具体的には、放電継続信号IGwのON中)に、
(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。
(問題点)
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次コイル3が磁気飽和すると、2次電流を増加させる効果が減り、更に1次コイル3へのエネルギ投入が増加するようにフィードバック制御される。その結果、エネルギ投入用スイッチング手段20や1次コイル3の負担が大きくなり、発熱や熱暴走によってエネルギ投入用スイッチング手段20や1次コイル3が破損する懸念がある。
特許第4613848号公報
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギ投入回路の作動によって1次コイルが磁気飽和し、磁気飽和に起因する各部の不具合を回避できる内燃機関用点火装置の提供にある。
本発明(第1発明)の内燃機関用点火装置は、「特許請求の範囲の請求項1」に記載したように、1次側電流検出手段によって検出されるコンデンサ放電電流に基づいてコンデンサから1次コイルに投入される電気エネルギをコントロールして、1次側電流検出手段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制御値より小さい値に制限する。
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。
本発明(第2発明)の内燃機関用点火装置は、「特許請求の範囲の請求項2」に記載したように、1次側電流検出手段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に達した際にコンデンサから1次コイルへの電気エネルギの投入を停止させる。
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。
内燃機関用点火装置の概略構成図である(実施例1、2)。 作動説明用のタイムチャートである(実施例1〜3)。 内燃機関用点火装置の概略構成図である(実施例3)。 内燃機関用点火装置の概略構成図である(実施例4)。 内燃機関用点火装置の概略構成図(参考例:公知技術でない)。
以下において「発明を実施するための形態」を詳細に説明する。
本発明の具体的な一例(実施例)を図面に基づき説明する。なお、以下の「実施例」は具体的な一例を開示するものであり、本発明が「実施例」に限定されないことは言うまでもない。
[実施例1]
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。
この実施例1における点火装置は、各気筒の点火プラグ1ごとに対応した点火コイル2を用いるDI(ダイレクト・イグニッションの略)タイプである。
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。
ECUは、各種センサから取得したエンジンパラメータ(暖機状態、エンジン回転速度、エンジン負荷等)やエンジンの制御状態(希薄燃焼の有無、旋回流の程度等)に応じた点火信号IGtおよび放電継続信号IGwを生成して出力する。
車両に搭載される点火装置は、
・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。
なお、主点火回路5とエネルギ投入回路6の主要部は、「点火回路ユニット」として共通のケース内に収容配置されて、点火プラグ1や点火コイル2とは異なる場所に設置される。
点火プラグ1は、周知なものであり、2次コイル4の一端に接続される中心電極と、エンジンのシリンダヘッド等を介してアース接地される外側電極とを備え、2次コイル4から印加される高電圧により中心電極と外側電極との間で火花放電を発生させる。
点火コイル2は、周知なものであり、1次コイル3と、この1次コイル3の巻数より多くの巻数を有する2次コイル4とを備える。
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の一端は、上述したように点火プラグ1の中心電極に接続される。
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。
主点火回路5は、1次コイル3の通電制御を行って点火プラグ1に主点火を生じさせる。具体的に主点火回路5は、点火信号IGtのON期間に亘って点火用スイッチング手段10をONするものであり、点火用スイッチング手段10がONすることで点火コイル2の1次コイル3が通電される。
エネルギ投入回路6は、主点火回路5の作動によって生じた主点火中に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へ向けて電気エネルギを投入することで、2次コイル4に、主点火回路の作動によって火花放電を生じさせた際に2次コイルに流れた電流の流れ方向と同一方向の2次電流を継続して流し、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。
具体的にエネルギ投入回路6は、着火性が低下する運転状態の時(希薄燃焼時、強旋回流の発生時、高EGR率時、低温始動時など)に火花放電の継続を行って混合気の着火性を高めるものであり、
・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。
昇圧回路12は、直流電圧を昇圧するチョッパー型のDC−DCコンバータであり、
・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。
昇圧用ドライバ回路18は、ECUから点火信号IGtが与えられる期間に亘って昇圧用スイッチング手段17を所定周期で繰り返してON−OFFするように設けられている。
投入エネルギ制御手段14の一例は、
・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。
コントロール回路22は、2次電流検出抵抗23を用いてモニターした2次電流が所定の目標範囲を維持するように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状態をフィードバック制御する。
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。
(点火装置の作動説明)
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。
(c)点火信号IGtがONからOFFへ切り替わると、点火用スイッチング手段10がOFFされ、1次コイル3の通電状態が突然遮断される。その結果、1次電流が停止すると同時に1次電圧が立ち上がる。これにより、2次電圧が立ち上がって点火プラグ1に高電圧が印加されて、点火プラグ1において主点火が生じる。
(d)点火プラグ1で主点火が開始された後、2次電流は略三角波形状で減衰する。そして、2次電流が所定の下限電流値(火花放電を維持するための電流値)に低下する前に、ECUが放電継続信号IGwを出力する。
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。
具体的には、エネルギ投入用スイッチング手段20がONされる毎に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に向かって電気エネルギが追加される。その結果、電気エネルギが追加される毎に、主点火後の2次電流と同方向の2次電流が2次コイル4に順次追加して流れる。
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。
このように放電継続信号IGwの継続中は、継続火花放電を継続させることができるため、高い着火性を得るこができる。また、継続火花放電の継続中は2次電流が略一定にコントロールされるため、大電流による電極摩耗の軽減効果を得ることができる。さらに、継続火花放電の継続中は2次電流を略一定にコントロールすることで、無駄な電力消費を抑えて省エネ効果を得ることができる。
(f)そして、点火継続信号IGwがONからOFFへ切り替わると、エネルギ投入用スイッチング手段20がOFF状態に切り替わる。これにより、エネルギ投入回路6が停止し、継続火花放電が終了する。
(実施例1の特徴技術)
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。
エネルギ投入用スイッチング手段20のON時間が長くなることで、1次電流が増加して1次コイル3は磁気飽和する可能性が出てくる。1次コイル3が磁気飽和すると、2次電流の増加が想定値よりも減少する。すると、フィードバック制御によりエネルギ投入を継続するので1次コイル3の磁気飽和度が急激に増加する。1次コイル3の磁気飽和による1次電流の急激な増加は、2次電流維持には効果が少なく無駄なエネルギ消費となるとともに、回路やコイルの破壊に繋がる懸念がある。なお、図2の一点鎖線A’は、本発明を適用せずに、1次コイル3が磁気飽和する場合の参考例である。
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。
この実施例1の点火装置は、1次コイル3の磁気飽和を回避する手段として、
・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。
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り、この電流検出抵抗によって検出されるコンデンサ13の充放電電流(プラス側のコンデンサ充電電流とマイナス側のコンデンサ放電電流)を検出する。
第1保護手段25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に基づいてコンデンサ13から1次コイル3に投入される電気エネルギをコントロールして、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の最大値を、所定の第1制御値より小さい値に制限する。
即ち、この実施例では、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の最大値が第1制御値Y1を超えないようにエネルギ投入用スイッチング手段20を直接または間接的にコントロールする。なお、コンデンサ放電電流が第1制御値Y1の時Y1の1次電流は、予め試験などにより相関が求められるものであり、その結果から例えば、飽和電流値Xの50〜90%程に設定される。
この実施例の第1保護手段25は、
・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。
(実施例1の効果1)
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。
この第1保護手段25の作動により、図2の実線Aに示すように、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に基づいて2次電流の最大値(絶対値)を略第1制御値Y1に制限できる。
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。
(実施例1の効果2)
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。
(実施例1の変形例)
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。
[実施例2]
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。
上記の実施例1では、1次コイル3が磁気飽和しないようにエネルギ投入用スイッチング手段20をコントロールする例を示した。
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。
この実施例2の1次コイル3の磁気飽和を回避する手段として、
・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。
第2保護手段28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が所定の第2制御値Y2に達した際に、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を停止させる。
即ち、この実施例2では、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が第2制御値Y2に達した際にエネルギ投入ラインβを切断する。なお、コンデンサ放電電流が第2制御値Y2の時の1次電流は、予め試験などにより相関が求められるものであり、その結果から例えば、飽和電流値Xの60〜100%程に設定される。
この実施例の第2保護手段28は、実施例1の第1保護手段25と基本構成が同じであり、
・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。
(実施例2の効果)
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。
これにより、1次コイル3が磁気飽和することによって生じる不具合を回避できる。具体的には、実施例1と同様、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確実に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。
(実施例2の変形例)
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。
また、この実施例2では、電気エネルギの投入を停止させる手段として、エネルギ投入用スイッチング手段20をOFFさせる例を示したが、後述する実施例4に示す出力停止用スイッチング手段をOFFさせても良い。さらに、実施例1と実施例2を組み合わせても良い。
[実施例3]
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。
実施例3のポイントは、
(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。
具体的に、この実施例3は、故障判定時に昇圧回路12への電力供給部をOFFする手段として、
・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。
そして、保護回路27が、エネルギ投入回路6の故障を検出した際に、運転停止用ドライブ回路32を介して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。
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。
一方、ECUは、保護回路27から故障判定信号IGfを受けると、ランプ等を点灯させて乗員に故障が発生した旨を知らせるとともに、エンジンの超リーンバーン運転を中止して、主点火回路5による主点火のみによる着火性を向上させて、退避走行が可能に設けられている。
次に、1次側電流検出手段24によって検出されるコンデンサ放電電流に基づいて保護回路27がエネルギ投入回路6の故障判定を行う技術を説明する。
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。
続いて、1次側電流検出手段24によって検出されるコンデンサ充電電流に基づいて保護回路27がエネルギ投入回路6の故障判定を行う技術を説明する。
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の効果)
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。
このように、エネルギ投入回路6に万が一の不具合が生じた場合であっても、エネルギ投入回路6を停止させるため、エネルギ投入回路6の故障の影響が他の装置(電源を共用するECUや燃料噴射装置など)に及ぶ懸念を無くすことができ、点火装置の信頼性を高めることができる。
[実施例4]
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。
具体的に、この実施例4の点火装置は、
・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。
そして、保護回路27は、
(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。
なお、出力停止用スイッチング手段33と出力停止用ドライブ回路34は、独立して搭載するものであっても良いし、エネルギ投入先の点火コイル2の選択を行う気筒選択手段を流用するものであっても良い。
上記で示した複数の実施例を組み合わせて用いても良い。
上記の実施例では、コンデンサ充電電流またはコンデンサ放電電流の「絶対値」に基づいて種々の制御を実施する例を示したが、限定するものではなく、コンデンサ充電電流およびコンデンサ放電電流の時間経過に対する「傾き角度(検出電流の変化角度)」に基づいて種々の制御を実施しても良い。
上記の実施例では、1次側電流検出手段24(電流検出抵抗)をコンデンサ13のアース接地側に設ける例を示したが、1次側電流検出手段24を設ける位置は限定するものではなく、エネルギ投入ラインβを流れる電流(1次コイル3に供給される電流等を検出可能であれば良い。
上記の実施例では、ガソリンエンジンに本発明の点火装置を用いる例を示したが、継続火花放電によって混合気の着火性の向上を図ることができるため、エタノール燃料や混合燃料を用いるエンジンに適用しても良い。もちろん、粗悪燃料が用いられる可能性のあるエンジンに用いても継続火花放電により着火性の向上を図ることができる。
上記の実施例では、希薄燃焼(リーンバーン燃焼)運転が可能なリーンバーンエンジンに本発明の点火装置を用い、着火性が悪化する希薄燃焼時の着火性を継続火花放電により向上させる例を示したが、希薄燃焼とは異なる燃焼状態であっても継続火花放電によって着火性の向上を図ることができるため、リーンバーンエンジンへの適用に限定するものではなく、希薄燃焼を行わないエンジンに用いても良い。
また、高EGRエンジン(エンジンにEGRガスとして戻される排気ガスの帰還率を高めることができるエンジン)に適用し、高EGR時に継続火花放電を生じさせて着火性の向上を図っても良い。
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。
上記の実施例では、燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式エンジンに本発明の点火装置を用いる例を示したが、吸気バルブの吸気上流側(吸気ポート内)に燃料を噴射するポート噴射式のエンジンに用いても良い。
上記の実施例では、混合気の旋回流(タンブル流やスワール流等)を気筒内にて積極的に生じさせるエンジンに本発明の点火装置を用い、継続火花放電によって「旋回流による火花放電の吹き消し」を回避する例を開示したが、旋回流コントロール手段(タンブル流コントロールバルブやスワール流コントロールバルブ等)を有しないエンジンに用いても良い。
上記の実施例では、DIタイプの点火装置に本発明を適用したが、例えば点火コイル2が点火プラグ1から離れた位置に搭載される単気筒エンジン(例えば、自動二輪車等)の点火装置に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、主点火回路5の一例としてフルトラを用いる例を示したが、主点火回路5の形式は限定しない。即ち、主点火回路5は、1次コイル3を通電制御することで主点火を実施可能な回路であれば良く、CDI点火回路などフルトラ以外の点火回路を用いても良い。
1 点火プラグ
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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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