JP6319161B2 - 内燃機関の点火制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、点火プラグの放電が開始された後に点火プラグの放電電流を制御する内燃機関の点火制御システムに関する。
この種の点火制御システムとしては、たとえば特許文献1に記載されたものがある。特許文献1記載のシステムでは、制御装置(ECU)から点火装置に点火信号を出力することで、1次側コイルの通電がなされる。そして、点火信号の出力が停止されると、1次側コイルの通電が停止されることから、2次側コイルに逆起電力が生じ、これにより、点火プラグが放電する。ECUは、点火信号の出力停止後、点火装置にエネルギ投入期間信号(放電波形制御信号)を出力する。点火装置では、エネルギ投入期間信号が入力されている期間において、点火プラグの放電電流を制御する。
特開2014−206061号公報
ところで、上記システムにおいて、エネルギ投入期間信号を伝達する通信線が、エネルギ投入期間信号の論理値に対応する電位側の部材にショートした場合、ECU側から点火プラグの放電電流の指示がなされていないにもかかわらず点火プラグの放電電流の制御が継続されることとなる。そしてこの場合、点火プラグの消耗を促進したり、エネルギ消費率が上昇したりする不都合を生じる。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、放電波形制御信号を伝達する波形制御用通信線の異常を検出できるようにした内燃機関の点火制御システムを提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。なお、特許請求の範囲の請求項1にかかる発明は、下記2において切換装置を遮断状態とする主体が制御装置である旨明記したものであり、請求項にかかる発明は、下記4において上限値を低下させる処理を実行する主体が制御装置である旨明記したものである
1.内燃機関の点火制御システムは、1次側コイルおよび2次側コイルを備えるイグニッションコイルと、前記2次側コイルに接続されて内燃機関の燃焼室に露出した点火プラグと、前記点火プラグの放電開始後に該点火プラグの放電を継続させる放電制御回路と、前記点火プラグの放電の開始後において前記放電制御回路を操作して前記点火プラグの放電電流を制御する放電制御部と、を備える点火装置と、前記点火装置に、前記1次側コイルへの通電を指令する点火信号、および前記放電制御回路による前記放電電流の制御を指令する放電波形制御信号を出力する制御装置と、前記制御装置から前記点火装置へと前記点火信号を伝達する点火用通信線と、前記制御装置から前記点火装置へと前記放電波形制御信号を伝達する波形制御用通信線と、を備え、前記制御装置は、前記波形制御用通信線に前記放電波形制御信号を出力していない期間における前記波形制御用通信線の電位が前記放電波形制御信号を出力しているときの電位であること、および前記波形制御用通信線に前記放電波形制御信号を出力している期間と前記点火用通信線に前記点火信号を出力している期間とを除く所定期間において前記1次側コイルまたは前記2次側コイルに電流が流れていることの少なくとも一方に基づき、前記波形制御用通信線の異常の有無を判断する判断処理部を備える。
上記構成では、点火プラグの放電開始後に、放電制御部が放電制御回路を操作することによって点火プラグの放電を継続させることができる。ここで、波形制御用通信線が、放電波形制御信号の論理値に対応する電位を有する部材とショートするなどする場合、制御装置が放電波形制御信号を出力していない期間に波形制御用通信線の電位が放電波形制御信号の電位となる。また、その場合、放電制御回路によって放電電流の制御が継続される。したがって、波形制御用通信線に放電波形制御信号を出力している期間と点火用通信線に点火信号を出力している期間とを除く所定期間においては通常、1次側コイルや2次側コイルに電流が流れていないと想定されるのであるが、この所定期間においても電流が流れ続ける。
上記構成では、この点に着目して判断処理部によって異常の有無を判断する。このため、放電波形制御信号を伝達する波形制御用通信線の異常を検出することができる。
2.上記1記載の内燃機関の点火制御システムにおいて、前記放電制御部と電源との導通状態と遮断状態とを切り換える切換装置を備え、前記波形制御用通信線に異常があると判断される場合、前記切換装置を前記遮断状態とする。
上記構成では、判断処理部によって波形制御用通信線に異常があると判断される場合、切換装置が遮断状態にされる。この場合、放電制御部は、放電電流を制御することができなくなる。このため、点火信号による1次側コイルへの通電指令に応じた点火プラグの放電開始後、放電電流は、放電制御部による放電電流の制御がなされる場合と比較して迅速にゼロとなる。このため、点火プラグの放電量を抑制することができ、点火プラグの消耗を抑制することができる。
3.上記2記載の内燃機関の点火制御システムにおいて、前記内燃機関の燃焼室の空燃比を所定の空燃比に制御する第1モードと、該第1モードよりもリーンな空燃比に制御する第2モードとを有し、前記放電波形制御信号は、前記第2モードにおいて出力されるものであり、前記波形制御用通信線に異常があると判断される場合、前記第2モードの実行を禁止する。
上記構成では、第2モードの実行が禁止される。このため、第2モードよりも着火性のよい第1モードが実行される。したがって、切換装置が開状態とされて放電電流の制御がなされないにもかかわらず、燃料の着火性が低い事態が生じることを好適に抑制することができる。
4.上記1記載の内燃機関の点火制御システムにおいて、前記制御装置は、前記点火信号の前記点火装置への入力タイミングに対する前記放電波形制御信号の前記点火装置への入力タイミングの遅延時間を可変設定することによって、前記放電制御部により前記遅延時間に応じて制御される放電電流値を可変制御するものであり、前記放電制御部は、前記遅延時間が長い場合に短い場合よりも前記放電電流値を大きい値に制御するものであり、前記波形制御用通信線に異常があると判断される場合、前記内燃機関の出力の上限値を低下させる処理を実行する。
上記構成では、波形制御用通信線が、放電波形制御信号の論理値に対応する電位を有する部材とショートするなどする異常が生じると、上記遅延時間が最小となるため、放電電流が小さい値に制御される。一方、内燃機関の回転速度が低い場合には高い場合と比較して燃焼室内の気流が遅くなることから、放電電流が気流によって流されにくくなる。このため、内燃機関の回転速度が低い場合には高い場合と比較して、点火プラグの放電電流が小さくても着火性が低下しにくい。
ここで、上記構成では、内燃機関の出力の上限値を低下させることで、放電制御部により放電電流が小さい値に制御されたとしても、着火性の低下が生じることを抑制することができる。
第1の実施形態にかかる点火制御システムを備える機関システムの構成を示す図。 同実施形態にかかる点火制御システムの回路構成を示す回路図。 (a)〜(g)は、同実施形態にかかる点火制御を例示するタイムチャート。 (a)〜(d)は、同実施形態にかかる点火制御を例示する回路図。 同実施形態にかかるリレーの開閉処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる異常判断処理およびフェールセーフ処理の手順を示す流れ図。 第2の実施形態にかかる点火制御システムの回路構成を示す回路図。 同実施形態にかかる異常判断処理およびフェールセーフ処理の手順を示す流れ図。 第3の実施形態にかかる異常判断処理およびフェールセーフ処理の手順を示す流れ図。
<第1の実施形態>
以下、点火制御システムにかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示す内燃機関10は、火花点火式の多気筒内燃機関である。内燃機関10の吸気通路12には、その流路断面積を可変とするための電子制御式のスロットルバルブ14が設けられている。吸気通路12のうちスロットルバルブ14の下流には、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁16が設けられている。吸気通路12内の空気やポート噴射弁16から噴射された燃料は、吸気バルブ18の開弁動作に伴って、シリンダ20およびピストン22によって区画される燃焼室24に充填される。燃焼室24には、筒内噴射弁26の噴射口が対向しており、筒内噴射弁26によって燃料が燃焼室24に直接噴射供給可能となっている。燃焼室24には、点火装置30の点火プラグ28が突出している。そして、点火プラグ28による火花点火によって、空気と燃料との混合気が着火され、混合気が燃焼に供される。混合気の燃焼エネルギの一部は、ピストン22を介してクランク軸32の回転エネルギに変換される。クランク軸32には、車両の駆動輪が機械的に連結可能とされている。なお、本実施形態では、車両として、駆動輪に動力を付与するものが内燃機関10のみとなるものを想定している。
燃焼に供された混合気は、排気バルブ34の開弁動作に伴って、排気として、排気通路36に排出される。
ECU40は、内燃機関10を制御対象とする制御装置である。ECU40は、クランク軸32の回転速度NEを検出するクランク角センサ39等の各種センサ類の出力値を取り込む。そして、取り込んだ出力値に基づき、スロットルバルブ14やポート噴射弁16、筒内噴射弁26、点火装置30等の各種アクチュエータを操作する。
図2に、点火装置30の回路構成を示す。
図2に示すように、点火装置30は、1次側コイル52および2次側コイル54が磁気結合したイグニッションコイル50を備えている。なお、図2において、1次側コイル52および2次側コイル54のそれぞれの一対の端子のうちの一方に付与された黒丸印は、1次側コイル52および2次側コイル54の両端が開放された状態で、それらを鎖交する磁束を変化させたときに、1次側コイル52および2次側コイル54のそれぞれに生じる起電力の極性が等しくなる端子を示している。
2次側コイル54の一方の端子には、点火プラグ28が接続されており、他方の端子は、ダイオード56、シャント抵抗58を介して接地されている。ダイオード56は、点火プラグ28から2次側コイル54を介して接地へと進む側の電流の流れを許容し、逆側の電流の流れを規制する整流素子である。シャント抵抗58は、その電圧降下Vi2によって2次側コイル54を流れる電流を検出するための抵抗体である。換言すれば、点火プラグ28の放電電流を検出するための抵抗体である。
イグニッションコイル50の1次側コイル52の一方の端子には、点火装置30の端子TRM1を介して外部のバッテリ44の正極電極が接続されている。また、1次側コイル52の他方の端子は、点火用スイッチング素子60を介して接地されている。なお、本実施形態では、点火用スイッチング素子60を、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)としている。また、点火用スイッチング素子60には、ダイオード62が逆並列接続されている。
端子TRM1から取り込まれた電力は、昇圧回路70にも取り込まれる。本実施形態では、昇圧回路70を昇圧チョッパ回路にて構成する。すなわち、端子TRM1側に一端が接続されたインダクタ72を備え、インダクタ72の他端は、昇圧用スイッチング素子74を介して接地されている。なお、本実施形態では、昇圧用スイッチング素子74を、IGBTとしている。インダクタ72および昇圧用スイッチング素子74の間には、ダイオード76のアノード側が接続され、ダイオード76のカソード側は、コンデンサ78を介して接地されている。コンデンサ78の充電電圧Vcは、昇圧回路70の出力電圧となる。
ダイオード76およびコンデンサ78間は、制御用スイッチング素子80およびダイオード82を介して1次側コイル52および点火用スイッチング素子60間に接続されている。換言すれば、昇圧回路70の出力端子は、制御用スイッチング素子80およびダイオード82を介して1次側コイル52および点火用スイッチング素子60間に接続されている。本実施形態では、制御用スイッチング素子80をMOS電界効果トランジスタとしている。上記ダイオード82は、制御用スイッチング素子80の寄生ダイオードを介して、1次側コイル52および点火用スイッチング素子60側から昇圧回路70側に電流が逆流することを阻止するための整流素子である。
昇圧制御部84は、端子TRM2に入力される点火信号Siに基づき昇圧用スイッチング素子74を開閉操作することで昇圧回路70の出力電圧を制御する駆動回路である。なお、昇圧制御部84は、昇圧回路70の出力電圧(コンデンサ78の充電電圧Vc)をモニタし、出力電圧が所定値以上となる場合、昇圧用スイッチング素子74の開閉操作を停止する。
放電制御部86は、端子TRM2に入力される点火信号Siと、端子TRM3に入力される放電波形制御信号Scとに基づき、制御用スイッチング素子80を開閉操作することで、点火プラグ28の放電電流を制御する駆動回路である。なお、放電制御部86には、リレー90を介して端子TRM1から取り込まれるバッテリ44の電力が入力される。リレー90は、端子TRM4に入力される電源指令信号Srによって開閉操作される開閉装置である。換言すれば、リレー90は、放電制御部86とバッテリ44との導通状態および遮断状態を切り換える切換装置である。リレー90が開状態(遮断状態)とされることで、放電制御部86の動作電源がオフとなる。
点火装置30の端子TRM2は、点火用通信線Liを介してECU40に接続されており、端子TRM3は、波形制御用通信線Lcを介してECU40に接続されている。また、点火装置30の端子TRM4は、電源指令用通信線Lrを介してECU40に接続されている。
なお、図2においては、ECU40のうち、特に、放電波形制御信号Scを出力する部分の構成を明記している。すなわち、ECU40は、マイクロコンピュータ(MC42)を備えている。また、ECU40は、内部電源92を備え、内部電源92は、バイポーラトランジスタ(指令用スイッチング素子93)および抵抗体94を介して接地されている。そして、指令用スイッチング素子93と抵抗体94との接続点に、波形制御用通信線Lcが接続されている。また、ECU40は、バッファ96を備える。バッファ96は、指令用スイッチング素子93と抵抗体94との接続点の電圧を取り込み、この電圧をMC42によって検出可能な電圧に変換する。
ECU40は、内燃機関10の空燃比を第1の目標空燃比(ここでは、理論空燃比)に制御する第1モードにおいては、点火用通信線Liを介して点火信号Siを出力し、波形制御用通信線Lcには放電波形制御信号Scを出力しない。また、第1の目標空燃比よりもリーンな第2の目標空燃比に制御する第2モードにおいては、点火用通信線Liを介して点火信号Siを出力し、波形制御用通信線Lcを介して放電波形制御信号Scを出力する。ここで、点火信号Siおよび放電波形制御信号Scを、本実施形態では、いずれも論理Hのパルス信号としている。
次に、図3および図4を用いて、本実施形態にかかる点火制御のうち、特に第2モードにおける制御を例示する。
図3(a)は、点火信号Siの推移を示し、図3(b)は、放電波形制御信号Scの推移を示し、図3(c)は、点火用スイッチング素子60の開閉操作の状態推移を示し、図3(d)は、昇圧用スイッチング素子74の開閉操作の状態推移を示す。また、図3(e)は、制御用スイッチング素子80の開閉操作の状態推移を示し、図3(f)は、1次側コイル52に流れる電流I1の推移を示し、図3(g)は、2次側コイル54に流れる電流I2の推移を示す。なお、電流I1,I2の符号は、図2に示した矢印側を正と定義する。
時刻t1に点火装置30に点火信号Siが入力されると、点火装置30は、点火用スイッチング素子60をオン(閉)操作する。これにより、1次側コイル52を流れる電流I1が漸増する。図4(a)に、このときの1次側コイル52を流れる電流の経路を示す。図4(a)に示すように、点火用スイッチング素子60が閉操作されると、バッテリ44、1次側コイル52、および点火用スイッチング素子60を備えるループ回路である第1ループ回路が閉ループ回路となり、これに電流が流れる。なお、1次側コイル52に流れる電流が漸増することで2次側コイル54の鎖交磁束が漸増することから、2次側コイル54には、鎖交磁束の増加を打ち消す起電力が生じる。しかし、この起電力は、ダイオード56のアノード側を負とするものであるため、2次側コイル54には電流が流れない。
また、図3に示すように、点火装置30に点火信号Siが入力されると、昇圧制御部84が昇圧用スイッチング素子74を開閉操作する。その後、点火信号Siが点火装置30に入力された時刻t1に対する遅延時間Td経過時の時刻t2において放電波形制御信号Scが点火装置30に入力される。
その後、時刻t3において、点火信号Siの入力が停止されると、換言すれば点火用通信線Liの電圧が論理Hの電圧から論理Lの電圧に変更されると、点火装置30は、点火用スイッチング素子60を開操作する。これにより、1次側コイル52を流れる電流I1がゼロとなり、2次側コイル54に生じる逆起電力によって2次側コイル54に電流が流れる。これにより、点火プラグ28が放電を開始する。
図4(b)に、このときの電流の経路を示す。図示されるように、1次側コイル52の電流が遮断されることで、2次側コイル54の鎖交磁束が減少しようとすると、2次側コイル54には、鎖交磁束の減少を打ち消す方向の逆起電力が生じ、これにより、点火プラグ28、2次側コイル54、ダイオード56、およびシャント抵抗58に電流I2が流れる。2次側コイル54に電流I2が流れると、点火プラグ28に電圧降下Vdが生じ、シャント抵抗58には、その抵抗値rに応じた「r・I2」の電圧降下が生じる。これにより、ダイオード56の順方向電圧降下等を無視すると、2次側コイル54には、点火プラグ28における電圧降下Vdおよびシャント抵抗58における電圧降下の和「Vd+r・I2」の電圧が印加される。この電圧は、2次側コイル54の鎖交磁束を漸減させるものである。図3(g)の時刻t3〜t4において2次側コイル54を流れる電流I2が漸減するのは、2次側コイル54に「Vd+r・I2」の電圧が印加されることに起因した現象である。
図3に示すように、時刻t4以降、放電制御部86が制御用スイッチング素子80を開閉操作する。
図4(c)には、制御用スイッチング素子80が閉状態とされる時刻t4〜t5の期間の電流経路を示す。ここでは、昇圧回路70、制御用スイッチング素子80、ダイオード82、1次側コイル52、およびバッテリ44を備えるループ回路である第2ループ回路が閉ループとなり、これに電流が流れる。
図4(d)には、制御用スイッチング素子80が開状態とされる時刻t5〜t6の期間の電流経路を示す。ここでは、1次側コイル52を流れる電流の絶対値の減少に起因した磁束の変化を打ち消す逆起電力が1次側コイル52に生じることによって、ダイオード62、1次側コイル52、バッテリ44を備えるループ回路である第3ループ回路が閉ループとなり、これに電流が流れる。
ここで、図3(e)に示す制御用スイッチング素子80の開閉操作の1周期Tに対する閉操作期間Tonの時比率Dを操作すると、1次側コイル52に流れる電流を制御することができる。放電制御部86は、時比率Dによって、1次側コイル52に流れる電流I1の絶対値を漸増させる制御を実行する。この期間の電流I1は、点火用スイッチング素子60が閉状態とされていたときに1次側コイル52に流れていた電流I1とは符号が逆である。このため、点火用スイッチング素子60が閉状態とされていたときに1次側コイル52に流れていた電流I1によって生じる磁束を正とすると、制御用スイッチング素子80の開閉によって生じる電流I1は、磁束を減少させるものとなる。ここで、1次側コイル52を流れる電流I1による2次側コイル54の鎖交磁束の漸減速度が、2次側コイル54に「Vd+r・I2」の電圧を印加したときの漸減速度に一致する場合、2次側コイル54に流れる電流は減少しない。この場合、点火プラグ28およびシャント抵抗58による電力損失は、昇圧回路70およびバッテリ44によって構成される電源の出力する電力によって補填される。
これに対し、1次側コイル52を流れる電流I1による2次側コイル54の鎖交磁束の漸減速度が、2次側コイル54に「Vd+r・I2」の電圧を印加したときの漸減速度よりも小さい場合には、2次側コイル54に流れる電流I2が漸減する。電流I2の漸減によって、鎖交磁束は、2次側コイル54に「Vd+r・I2」の電圧を印加したときの漸減速度で漸減する。ただし、2次側コイル54に流れる電流I2の漸減速度は、1次側コイル52を流れる電流I1の絶対値が漸増しない場合と比較すると小さくなる。
また、2次側コイル54に「Vd+r・I2」の電圧を印加したときの2次側コイル54の鎖交磁束の漸減速度よりも、実際の鎖交磁束の漸減速度が大きくなるように1次側コイル52を流れる電流I1の絶対値を漸増させる場合には、鎖交磁束の減少を抑制する逆起電力によって、2次側コイル54の電圧が大きくなる。そして、2次側コイル54を流れる電流I2は、「Vd+r・I2」が2次側コイル54の電圧に等しくなるように、増大する。
以上より、1次側コイル52を流れる電流I1の絶対値の漸増速度を制御することで、2次側コイル54を流れる電流I2を制御することができる。換言すれば、点火プラグ28の放電電流を増加および減少のいずれにも制御することができる。
放電制御部86では、シャント抵抗58の電圧降下Vi2から定まる放電電流値を放電電流指令値I2*にフィードバック制御するために制御用スイッチング素子80の上記時比率Dを操作する。
なお、図2に示した点火用通信線Liや、イグニッションコイル50、点火プラグ28、点火用スイッチング素子60、ダイオード62、制御用スイッチング素子80、ダイオード82は、気筒毎に設けられるものであるが、図2には、代表して1つのみを示している。ちなみに、本実施形態では、波形制御用通信線Lc、昇圧回路70、昇圧制御部84、放電制御部86については、複数の気筒に対して単一の部材が割り当てられている。そして、放電制御部86は、点火装置30に入力されている点火信号Siがいずれの気筒に対応するものであるかに応じて、対応する制御用スイッチング素子80を選択して操作する。また、昇圧制御部84は、点火装置30にいずれかの気筒の点火信号Siが入力されることで昇圧制御を行う。
放電制御部86は、点火信号Siが入力されていないことを条件に、点火信号Siの立ち下がりエッジに対して規定時間経過したときから放電波形制御信号Scの立ち下りエッジまでの期間において、放電電流を放電電流指令値I2*に制御する。そして、放電制御部86は、放電電流指令値I2*を、図3に示すように、点火装置30に点火信号Siが入力されるタイミングに対する放電波形制御信号Scの入力されるタイミングの遅延時間Tdに応じて可変設定する。これにより、ECU40では、遅延時間Tdを操作することで、放電電流指令値I2*を可変設定することができる。
詳しくは、本実施形態では、ECU40は、回転速度NEが高いほど放電電流指令値I2*を大きい値に設定し、遅延時間Tdを長くする。これは、回転速度NEが大きい場合には小さい場合よりも燃焼室24内の気流が速くなるために、着火性が低下することに鑑みた設定である。
図5に、ECU40によるリレー90の開閉処理の手順を示す。この処理は、ECU40に40によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理において、ECU40は、リーン燃焼制御がなされる第2モードであるか否かを判断する(S10)。そしてECU40は、第2モードである場合(S10:YES)、リレー90を閉操作する(S12)。これにより、バッテリ44と放電制御部86とが導通状態とされ、放電制御部86に電源が投入されるため、放電制御部86による点火プラグ28の放電電流の制御が可能となる。一方ECU40は、第2モードではない場合(S10:NO)、リレー90を開操作する(S14)。これにより、バッテリ44と放電制御部86とが遮断状態とされ、放電制御部86の動作電源がオフとなることから、放電波形制御信号Scが出力されないときに放電制御部86によって電力が消費される事態を抑制または回避することができる。
なお、上記ステップS12,S14の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。
ECU40は、波形制御用通信線Lcがバッテリ44とショートするなどして波形制御用通信線Lcの電圧が、常時、論理Hに対応する電圧となる異常の有無を判断する処理である異常判断処理を実行する。
図6に、上記異常判断処理および異常判断がなされた場合に実行されるフェールセーフ処理の手順を示す。この処理は、ECU40のMC42によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理において、MC42は、まず第2モードであるか否かを判断する(S20)。そして、MC42は、第2モードであると判断する場合(S20:YES)、放電波形制御信号Scの出力期間であるか否かを判断する(S22)。この処理は、波形制御用通信線Lcに異常がないなら、波形制御用通信線Lcの電圧が論理Lに対応する期間であるか否かを判断するためのものである。この処理は、MC42が指令用スイッチング素子93を開操作している期間であるか否かの処理となる。すなわち、指令用スイッチング素子93を開操作している期間であれば、波形制御用通信線Lcの電圧は、抵抗体94によって0Vに引き下げられるため、波形制御用通信線Lcの電圧は、放電波形制御信号Scが出力されない期間における電圧である論理Lの電圧となっていると考えられる。
そしてMC42は、放電波形制御信号Scの出力期間ではないと判断する場合(S22:NO)、バッファ96の出力する電圧VLcをサンプリングする(S24)。そして、MC42は、サンプリングされた電圧VLcが論理Hレベルであるか否かを判断する(S26)。ここで、バッファ96の出力する電圧VLcは、波形制御用通信線Lcの電圧をMC42によって検出可能な値に変換したものであるため、波形制御用通信線Lcの実際の電圧とはその大きさが相違しうる。このため、MC42は、電圧VLcと、放電波形制御信号Scが出力されているときの波形制御用通信線Lcの電圧をバッファ96によって変換したものに応じて定まる閾値との大小比較に基づき、サンプリングされた電圧VLcが論理Hレベルであるか否かを判断する。
MC42は、サンプリングされた電圧VLcが論理Hレベルであると判断する場合(S26:YES)、波形制御用通信線Lcに異常があると判断する(S28)。そして、MC42は、フェールセーフ処理として、電源指令信号Srによって、リレー90を開操作してバッテリ44と放電制御部86との遮断状態に切り換える(S30)。これは、波形制御用通信線Lcの電圧が常時論理Hとなっている場合であっても、放電制御部86による制御用スイッチング素子80の開閉操作がなされないようにするための処理である。
また、MC42は、フェールセーフ処理として、第2モードにおける制御を禁止する処理を実行する(S32)。すなわち、内燃機関10の燃焼制御を第1モードにて行うようにする。これは、第2モードにおいては、第1モードにおけるよりも、放電制御部86による放電電流の制御がなされない場合、着火性が低下しやすいためである。
また、MC42は、フェールセーフ処理として、波形制御用通信線Lcに異常が生じた旨、ユーザに報知する報知処理を実行する(S34)。この処理は、たとえば警告灯を点灯する処理とすればよい。
なお、MC42は、ステップS34の処理が完了する場合や、ステップS20,S26において否定判断する場合、さらには、ステップS22において肯定判断する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態にかかる作用を説明する。
ECU40は、第2モードにおいて、点火信号Siに加えて、放電波形制御信号Scを出力する。また、ECU40は、放電波形制御信号Scを出力していない期間において、波形制御用通信線Lcの電圧が論理Hである場合、波形制御用通信線Lcに異常があると判断し、フェールセーフ処理を実行する。
以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
(1)放電波形制御信号Scが出力されていない期間において、波形制御用通信線Lcの電圧が論理Hの電圧である場合、波形制御用通信線Lcに異常があると判断した。これにより、放電波形制御信号Scを伝達する波形制御用通信線Lcの異常を検出することができる。
(2)フェールセーフ処理として、リレー90を開状態とした(バッテリ44と放電制御部86との遮断状態に切り換えた)。これにより、波形制御用通信線Lcから点火装置30に入力される信号の電圧が継続的に論理Hとなる場合であっても、放電制御部86が動作しないため、制御用スイッチング素子80が開閉操作されることもない。このため、放電制御部86によって消費される電力を低減することができる。また、点火プラグ28の放電量を抑制することができ、点火プラグ28の消耗を抑制することができる。
(3)フェールセーフ処理として、第2モードの実行を禁止した。第1モードは、第2モードよりも着火性がよいため、放電電流の制御がなされなくても着火性を高く維持しやすい。このため、第2モードの実行を禁止することで、着火性が低くなる事態が生じることを好適に抑制することができる。
(4)第2モードにおいて異常の有無を判断した。このため、第2モードの途中において波形制御用通信線Lcに異常が生じた場合において、その異常を迅速に検知することができるため、異常に迅速に対処することができる。
<第2の実施形態>
以下、点火制御システムにかかる第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図7に、本実施形態にかかる点火装置30の回路構成を示す。なお、図7において、図2に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
図示されるように、本実施形態では、シャント抵抗58による電圧降下Vi2を端子TRM5、および検出用通信線Ldを介してMC42に取り込む。
図8に、本実施形態にかかる異常判断処理および異常判断がなされた場合に実行されるフェールセーフ処理の手順を示す。この処理は、ECU40のMC42によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。なお、図8に示す処理において、図6に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。
図8に示す一連の処理において、MC42は、第2モードであると判断する場合(S20:YES)、放電波形制御信号Scの出力停止後所定時間が経過しているか否かを判断する(S22a)。この処理は、2次側コイル54に流れる電流がゼロとなっているか否かを判断する処理である。ここで、所定時間は、放電波形制御信号Scの出力が停止されることで放電電流の制御が終了された後、2次側コイル54を流れる電流がゼロとなるまでに要すると想定される時間以上に設定される。そして、MC42は、所定時間が経過したと判断する場合(S22a:YES)、シャント抵抗58における電圧降下Vi2をサンプリングするサンプリング処理を実行する(S24a)。続いてMC42は、電圧降下Vi2が閾値電圧Vth以上であるか否かを判断する(S26a)。この処理は、2次側コイル54に電流が流れているか否かを判断するためのものである。閾値電圧Vthは、ゼロよりもわずかに大きい値に設定すればよい。そしてMC42は、閾値電圧Vth以上であると判断する場合(S26a)、2次側コイル54に電流が流れているとして、波形制御用通信線Lcに異常があると判断する(S28)。
なお、MC42は、ステップS22a,S26aにおいて否定判断する場合、この一連の処理を一旦終了する。
<第3の実施形態>
以下、点火制御システムにかかる第3の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、第1の実施形態に対してフェールセーフ処理を変更する。
図9に、本実施形態にかかる異常判断処理および異常判断がなされた場合に実行されるフェールセーフ処理の手順を示す。この処理は、ECU40のMC42によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。なお、図9に示す処理において、図6に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。
図9に示す一連の処理において、MC42は、異常があると判断した場合(S28)、フェールセーフ処理として、報知処理(S34)を実行するとともに、内燃機関10の出力の上限値を低下させる処理を実行する(S36)。具体的には、トルクと回転速度との積の上限値を低下させる処理を実行する。この処理によれば、ユーザによるアクセル操作に応じて内燃機関10の出力を増大する要求が生じる場合に、正常時ならその要求通りの出力とできる場合であっても、要求通りの出力とせずそれよりも小さい出力となることがある。ただし、アクセル操作に応じて内燃機関10に要求される出力が上限値よりも小さい場合には、要求通りの出力とされる。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
MC42は、波形制御用通信線Lcに異常があると判断すると、報知処理と併せて、内燃機関10の出力の上限値を低下させる処理を実行する。ここで、報知処理は、波形制御用通信線Lcに異常がある旨をユーザに通知する役割に加えて、内燃機関10の出力が制限される旨をユーザに通知する役割を担っている。
ここで、本実施形態の場合、波形制御用通信線Lcの電圧が常時論理Hの電圧とされると、点火装置30は、点火信号Siの入力タイミングに対する放電波形制御信号Scの入力タイミングの遅延時間Tdがゼロであるとして、放電電流指令値I2*としてその最小値を採用する。一方、内燃機関10の回転速度が高い場合には、燃焼室24内の気流が速くなることから、放電電流が気流によって流されやすくなり、放電切れによる着火性の低下を抑制する上では、放電電流を大きくする必要がある。これに対し、出力を制限することにより、遅延時間Tdがゼロであるときの放電電流指令値I2*によっても、着火性の低下を抑制することができる。このため、失火によるドライバビリティの低下を抑制することができる。
さらに、内燃機関10の出力の上限値が低下されると、上限値を低下しない場合と比較して、放電制御部86による放電電流のフィードバック制御により、1次側コイル52に流れる電流を小さくすることができる。これは以下の理由による。
すなわち、内燃機関10の回転速度NEが低い場合には高い場合と比較して燃焼室24内の気流が遅くなることから、放電電流が気流によって流されにくくなる。このため、内燃機関10の回転速度NEが低い場合には高い場合と比較して、2次側コイル54の起電力が小さくても放電電流指令値I2*への制御が可能となる。また、内燃機関10の負荷が小さい場合には大きい場合と比較して、同一の回転速度NEにおいて点火プラグ28の放電電流が同一である場合の点火プラグ28の一対の電極間の電圧降下が小さくなる。このため、内燃機関10の負荷が小さい場合には大きい場合と比較して、2次側コイル54の起電力が小さくても放電電流指令値I2*への制御が可能となる。したがって、1次側コイル52の電流がフィードバック制御によって大きくなることを抑制することができる。
このため、1次側コイル52等の消耗を抑制したり、電力の浪費を抑制したりすることができる。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と上記実施形態における事項との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、例示した対応関係に上記事項を限定する意図はない。ちなみに、「課題を解決するための手段」の欄の上記「2」における切換装置は、リレー90に対応する。
・「判断処理部(S22〜S26;S22a〜S26a)について」
(a)異常判断の期間について
たとえば理論空燃比が目標空燃比とされる第1モードに限って異常の有無を判断してもよく、また、第1モードおよび第2モードの双方で異常の有無を判断してもよい。
(b)電流の検出手法について
2次側コイル54の電流の検出値としては、シャント抵抗58の電圧降下(電圧効果Vi2)を利用するものに限らない。たとえば、2次側コイル54とダイオード56との間などにカレントトランスを備え、カレントトランスによって検出される電流値を用いてもよい。
2次側コイル54の電流の検出値を用いるものにも限らない。たとえば、1次側コイル52を流れる電流の検出値であってもよい。この場合であっても、放電波形制御信号Scの出力停止後であって次の点火信号Siの出力前の所定期間における電流の検出値を用いる。なお、1次側コイル52の電流は、たとえばカレントトランス等で検出すればよい。
(c)異常判断手法について
たとえば、第1の実施形態のように電圧VLcに基づく異常判断処理と、第2の実施形態のように電圧降下Vi2に基づく異常判断処理との双方を実行するようにしてもよい。
・「異常への対処について」
上記第3の実施形態(図9)においては、内燃機関10のトルクと回転速度との積の上限値を低下させたが、これに限らない。たとえば負荷については高負荷まで許容しつつも、回転速度の上限値を、異常判断がなされる前の許容最大速度よりも小さくしてもよい。またたとえば、回転速度については高回転まで許容しつつも、負荷の上限値を、異常判断がなされる前の許容最大値よりも小さくしてもよい。負荷の上限値のみを低下させる場合、回転速度については高くなり得るが、たとえば放電電流指令値I2*を遅延時間Tdが短いほど大きくしたり、放電電流指令値I2*を、ECU40から点火装置30に別の通信線を介して出力するものであるなら、放電電流指令値I2*が小さくなることに起因した問題は生じない。ただし、負荷が大きい場合には小さい場合よりも同一の放電電流に制御する場合であっても点火プラグ28の電極間の電圧が高くなるため、1次側コイル52に流れる電流の絶対値の漸増速度を上昇させる必要がある。このため、負荷の上限値を制限することは、1次側コイル52を流れる電流を制限する上で有効である。
上記第3の実施形態において、第2モードでの制御を禁止してもよい。またこれに代えて、リレー90を開状態としてもよい。また、第1の実施形態において、リレー90を備えない構成として、第2モードでの制御を禁止する処理を行ってもよい。
・「放電波形制御信号について」
論理「H」のパルス信号に限らず、たとえば論理「L」のパルス信号であってもよい。この場合、点火装置30への点火信号Siの入力タイミングに対する放電波形制御信号Scの立ち下がりエッジの入力タイミングの遅延時間によって、放電電流値を規定すればよい。
なお、放電波形制御信号が、放電電流値を指令することは必須ではない。たとえば、放電電流の制御の終了タイミングのみを指令するものであってもよい。また、たとえば立ち上がりエッジで放電電流の制御の開始タイミングを指令し、立ち下がりエッジで上記終了タイミングを指令するものであってもよい。
・「波形制御用通信線について」
上記実施形態では、波形制御用通信線Lcを指令用スイッチング素子93を介して内部電源92によってプルアップしたが、これに限らない。たとえば、波形制御用通信線Lcをプルアップ抵抗体を介して内部電源92によってプルアップして且つ、波形制御用通信線Lcと接地との間に指令用スイッチング素子93を設けてもよい。この場合、指令用スイッチング素子93がオフである場合、波形制御用通信線Lcの電位は、論理Hとなる。なお、この場合、内部電源92に代えて、点火装置30側の電源で波形制御用通信線Lcをプルアップしてもよい。
・「点火信号について」
論理「H」のパルス信号に限らず、たとえば論理「L」のパルス信号であってもよい。
・「点火用スイッチング素子について」
点火用スイッチング素子60を、端子TRM1および1次側コイル52の間に配置してもよい。この場合、点火用スイッチング素子60は、点火信号Siの入力がなされていなくても放電波形制御信号Scの入力がなされている期間においては、制御用スイッチング素子80の開閉操作に同期して開閉されるようにする。また、点火用スイッチング素子を、MOS電界効果トランジスタによって構成してもよい。
・「放電制御回路(70,80〜86)について」
制御用スイッチング素子80を、互いにボディーダイオードのアノード同士またはカソード同士をショートさせた一対のMOS電界効果トランジスタに代え、ダイオード82を削除してもよい。また、IGBTとしてもよい。
上記実施形態では、点火信号Siの立ち下がりエッジに対して規定時間経過したタイミングを放電電流の制御の開始タイミングとしたが、これに限らず、たとえば点火信号Siの立ち下がりエッジを制御の開始タイミングとしてもよい。
1次側コイルに電圧を印加するために、昇圧回路70およびバッテリ44を用いるものに限らない。たとえば、点火用スイッチング素子60の閉操作時とは1次側コイル52に逆極性の電圧が印加されるようにバッテリ44と1次側コイル52とを接続可能な回路を備えてもよい。
点火プラグ28の放電電流を制御するために、1次側コイル52に通電するものに限らない。たとえば、1次側コイル52とは別に、2次側コイル54と磁気結合した第3のコイルを通電してもよい。この場合、第3のコイルは、点火用スイッチング素子60が閉操作されている期間は、両端が絶縁され、点火用スイッチング素子60が開操作された後に、上記実施形態において1次側コイル52が通電されたのと同様な通電が行われるようにする。
・「放電制御部について」
放電電流値の検出値を放電電流指令値I2*にフィードバック制御するものに限らず、放電電流指令値I2*に開ループ制御するものであってもよい。これは、放電電流指令値I2*に応じて制御用スイッチング素子80の開閉操作の時比率を可変設定することで実現可能である。
・「昇圧回路について」
昇圧回路としては、昇圧チョッパ回路に限らず、昇降圧チョッパ回路であってもよい。これはたとえば、ダイオード76および昇圧用スイッチング素子74をMOS電界効果トランジスタに代えることで実現することができる。そして、これら一対のMOS電界効果トランジスタを相補的に開閉操作するなら、放電波形制御信号Scが出力されない第1モードにおいて開閉操作が継続されたとしても、コンデンサ78の充電電圧Vcは、時比率によって定まる値に制限されるため、過大となることが抑制される。
・「点火装置について」
点火用スイッチング素子60が閉状態にあるときには点火プラグ28の放電が生じないものに限らない。たとえば、点火用スイッチング素子60を閉状態とすることで点火プラグ28の一方の電極から他方の電極へと放電がなされ、点火用スイッチング素子60を開操作することで、2次側コイル54に生じる逆起電力によって上記他方の電極から一方の電極へと放電が生じるものであってもよい。この場合であっても、他方の電極から一方の電極への放電開始後、その放電電流値を制御する場合には、上記遅延時間Tdによって放電電流指令値を定めることは有効である。
・「放電電流の制御を行うときについて」
放電電流の制御を実行する第2モードよりも空燃比がリッチな第1モードとしては、理論空燃比に制御するものに限らない。それよりもリッチであってもよく、また、リーンであってもよい。要は、第2モードよりもリッチであればよい。
さらに、空燃比が他よりもリーンとなる期間に限って放電電流の制御を実行するものに限らない。たとえば、高回転且つ高負荷時においては目標空燃比が最もリッチな空燃比に設定される場合であっても放電電流の制御を実行してもよい。
後述の内燃機関についての欄に記載したように、内燃機関がTCVやSCV等を備える場合、それらによって燃焼室内の気流が大きくなっているときには、放電電流を制御することが望ましい。
・「内燃機関について」
車両の駆動輪に動力を付与するものに限らず、たとえばシリーズハイブリッド車に搭載される内燃機関であってもよい。
タンブルコントロールバルブ(TCV)やスワールコントロールバルブ(SCV)等、燃焼室内の気流を制御するアクチュエータを備えるものであってもよい。
10…内燃機関、12…吸気通路、14…スロットルバルブ、16…ポート噴射弁、18…吸気バルブ、20…シリンダ、22…ピストン、24…燃焼室、26…筒内噴射弁、28…点火プラグ、30…点火装置、32…クランク軸、34…排気バルブ、36…排気通路、39…クランク角センサ、40…ECU、44…バッテリ、50…イグニッションコイル、52…1次側コイル、54…2次側コイル、56…ダイオード、58…シャント抵抗、60…点火用スイッチング素子、62…ダイオード、70…昇圧回路、72…インダクタ、74…昇圧用スイッチング素子、76…ダイオード、78…コンデンサ、80…制御用スイッチング素子、82…ダイオード、84…昇圧制御部、86…放電制御部、90…リレー、92…内部電源、93…指令用スイッチング素子、94…抵抗体、96…バッファ。

Claims (2)

  1. 1次側コイルおよび2次側コイルを備えるイグニッションコイルと、前記2次側コイルに接続されて内燃機関の燃焼室に露出した点火プラグと、前記点火プラグの放電開始後に該点火プラグの放電を継続させる放電制御回路と、前記点火プラグの放電の開始後において前記放電制御回路を操作して前記点火プラグの放電電流を制御する放電制御部と、を備える点火装置と、
    前記点火装置に、前記1次側コイルへの通電を指令する点火信号、および前記放電制御回路による前記放電電流の制御を指令する放電波形制御信号を出力する制御装置と、
    前記制御装置から前記点火装置へと前記点火信号を伝達する点火用通信線と、
    前記制御装置から前記点火装置へと前記放電波形制御信号を伝達する波形制御用通信線と、
    前記放電制御部と電源との導通状態と遮断状態とを切り換える切換装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記波形制御用通信線に前記放電波形制御信号を出力していない期間における前記波形制御用通信線の電位が前記放電波形制御信号を出力しているときの電位であること、および前記波形制御用通信線に前記放電波形制御信号を出力している期間と前記点火用通信線に前記点火信号を出力している期間とを除く所定期間において前記1次側コイルまたは前記2次側コイルに電流が流れていることの少なくとも一方に基づき、前記波形制御用通信線の異常の有無を判断する判断処理部を備え、前記波形制御用通信線に異常があると判断される場合、前記切換装置を前記遮断状態とする内燃機関の点火制御システム。
  2. 1次側コイルおよび2次側コイルを備えるイグニッションコイルと、前記2次側コイルに接続されて内燃機関の燃焼室に露出した点火プラグと、前記点火プラグの放電開始後に該点火プラグの放電を継続させる放電制御回路と、前記点火プラグの放電の開始後において前記放電制御回路を操作して前記点火プラグの放電電流を制御する放電制御部と、を備える点火装置と、
    前記点火装置に、前記1次側コイルへの通電を指令する点火信号、および前記放電制御回路による前記放電電流の制御を指令する放電波形制御信号を出力する制御装置と、
    前記制御装置から前記点火装置へと前記点火信号を伝達する点火用通信線と、
    前記制御装置から前記点火装置へと前記放電波形制御信号を伝達する波形制御用通信線と、を備え、
    前記制御装置は、前記波形制御用通信線に前記放電波形制御信号を出力していない期間における前記波形制御用通信線の電位が前記放電波形制御信号を出力しているときの電位であること、および前記波形制御用通信線に前記放電波形制御信号を出力している期間と前記点火用通信線に前記点火信号を出力している期間とを除く所定期間において前記1次側コイルまたは前記2次側コイルに電流が流れていることの少なくとも一方に基づき、前記波形制御用通信線の異常の有無を判断する判断処理部を備え、前記点火信号の前記点火装置への入力タイミングに対する前記放電波形制御信号の前記点火装置への入力タイミングの遅延時間を可変設定することによって、前記放電制御部により前記遅延時間に応じて制御される放電電流値を可変制御するものであり、
    前記放電制御部は、前記遅延時間が長い場合に短い場合よりも前記放電電流値を大きい値に制御するものであり、
    前記制御装置は、前記波形制御用通信線に異常があると判断される場合、前記内燃機関の出力の上限値を低下させる処理を実行する内燃機関の点火制御システム。
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