JP7087676B2 - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents
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Description
一次コイル(21)を流れる一次電流(I1)の増減により、点火プラグ(P)に接続される二次コイル(22)に放電エネルギを発生させる点火コイル(2)と、
上記一次コイルへの通電を制御して、上記点火プラグに火花放電を生起する主点火動作を行う主点火回路部(3)と、
上記主点火動作により上記二次コイルを流れる二次電流(I2)に対して、同極性の電流を重畳させるエネルギ投入動作を行うエネルギ投入回路部(4)と、を備える内燃機関の点火制御装置(1)であって、
上記主点火動作を制御する主点火信号(IGT)と、上記エネルギ投入動作を制御するエネルギ投入信号(IGW)と、目標二次電流指令信号(IGA)とが統合された信号である点火制御信号(IG)を受信し、受信した上記点火制御信号に含まれる信号を分離する信号分離回路部(5)を備えており、
上記点火制御信号は、間隔をおいて出力されるパルス状の第1信号(IG1)及び第2信号(IG2)からなると共に、上記第1信号が出力される期間は上記主点火信号の信号幅よりも短く設定されており、
上記信号分離回路部は、
上記点火制御信号から、上記第1信号及び上記第2信号のパルス波形情報である上記第1信号及び上記第2信号の1回目の立ち上がりに基づいて上記主点火信号を生成し、
上記第2信号のパルス波形情報である上記第2信号のパルス幅に基づいて、上記エネルギ投入動作の実施が可能な期間を指示する上記エネルギ投入信号を生成し、
少なくとも上記第1信号のパルス波形情報に基づいて、上記エネルギ投入動作の実施の可否と投入されるエネルギを指示する上記目標二次電流指令信号を生成する、内燃機関の点火制御装置にある。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
内燃機関の点火制御装置に係る実施形態1について、図1~図4を参照して説明する。
図1において、点火制御装置1は、例えば、車載用の火花点火式エンジンに適用されて、気筒毎に設けられる点火プラグPの点火を制御する。点火制御装置1は、点火コイル2と、主点火回路部3と、エネルギ投入回路部4と、信号分離回路部5とが設けられる点火装置10と、点火装置10へ点火指令を与える点火制御信号送信部としてのエンジン用電子制御装置(以下、エンジンECU;Electronic Control Unitと略称する)100とを備えている。
具体的には、図2に示すように、受信した点火制御信号IGに含まれる情報のうち、第1信号IG1及び第2信号IG2の立ち上がりに基づいて主点火信号IGTを生成し、第2信号IG2のパルス幅に基づいてエネルギ投入信号IGWを生成する。
また、第1信号IG1のパルス波形情報に基づいて、目標二次電流指令信号IGAを生成することができ、本形態では、例えば、第1信号IG1のパルス幅に基づいて、目標二次電流指令信号IGAを生成し、目標二次電流値I2tgtを指示する。
本形態の点火制御装置1が適用されるエンジンは、例えば、4気筒エンジンであり、各気筒に対応して点火プラグP(例えば、図1中には、P#1~P#4として示す)が設けられると共に、点火プラグPのそれぞれに対応して点火装置10が設けられる。各点火装置10には、エンジンECU100から、点火制御信号IGがそれぞれ送信される。
これにより、主点火スイッチSW1又は放電継続スイッチSW2のオン駆動時に、一次コイル21a又は副一次コイル21bへバッテリ電圧を印加可能となっている。主点火スイッチSW1は、主点火回路部3を構成し、放電継続スイッチSW2は、エネルギ投入回路部4を構成している。
これにより、放電が発生する前や二次電流I2が目標値まで低下していない場合に、エネルギ投入が指示されることで発生する、無駄な副一次コイル21bへの通電が防止できる。また、Tdディレイ付きワンショット回路42からのワンショットパルス信号S1は、エネルギ投入が点火装置10として許容できる最大期間が設定されるので、エネルギ投入信号IGWがHレベルで固定されたり想定より過大な期間となったりしても、エネルギ投入信号IGWに関わらず、エネルギ投入動作を点火装置10内で停止させることができ、装置を保護することができる。また、エネルギ投入信号IGWの時間が想定内の場合には、エネルギ投入信号IGWのLレベル出力でTdディレイ付きワンショット回路42をクリアして出力パルスをLレベルに初期化して、次回の動作に備えることができる。
具体的には、二次電流フィードバック回路61には、検出された二次電流I2を閾値と比較するための比較回路と、閾値を切り替えるための切替手段を備え、閾値として目標二次電流指令信号IGAを供給することで実現できる。比較回路には、二次電流検出抵抗R1により電圧変換された検出信号と、上限閾値及び下限閾値の一方が適宜切り替えられて入力され、判定結果で放電継続スイッチSW2を開閉駆動させる。上限閾値及び下限閾値は、例えば、目標二次電流指令信号IGAを中心として目標二次電流値I2tgtが設定され、放電継続スイッチSW2を閉駆動して二次電流I2が上昇しているときには上限閾値が、放電継続スイッチSW2を開駆動して下降しているときには下限閾値が選択される。
なお、後述するように、目標二次電流指令信号IGAによって指令される目標二次電流値I2tgtが複数から選択される場合には、これに対応させて上限閾値及び下限閾値もそれぞれ切り替えられる。
また、放電継続スイッチSW2のスイッチング動作におけるオフ時には、還流スイッチSW3がオン駆動されているため副一次コイル21bに還流電流を流すことができ、二次電流の急激な低下を抑制することができる。
図3において、信号分離回路部5は、IG波形整形回路51と、主点火信号IGTを生成するIGT生成部52と、エネルギ投入信号IGWを生成するIGW生成部53と、目標二次電流指令信号IGAを生成するIGA生成部54と、を有する。
信号分離回路部5に入力された点火制御信号IGは、まず、IG波形整形回路51においてフィルタリング処理され、ノイズを取り除いた矩形波形の第1信号IG1及び第2信号IG2として、IGT生成部52、IGW生成部53、及び、IGA生成部54に、それぞれ出力される。
なお、図4には、図3の各部において出力される信号の波形と、点火コイル2の一次電流I1、二次電圧V2、二次電流I2の時間推移を併せて示している。
このようにして、図4中に示すように、第2信号IG2の立ち上がり及び立ち下がりによって規定される、エネルギ投入信号IGWが生成される。
なお、第1ワンショットパルス生成回路531及び第2ワンショットパルス生成回路532から出力されるワンショットパルス(c)とワンショットパルス(s)は、第1信号IG1及び第2信号IG2の信号幅よりも短く、かつRSフリップフロップ533とRSフリップフロップ544が駆動可能なパルス幅以上の範囲、例えば10uSec~180uSecの幅で適宜設定してある。
なお、第3ワンショットパルス生成回路541から出力されるワンショットパルス(a)は、第1信号IG1及び第2信号IG2の信号幅よりも短く、かつRSフリップフロップ544が駆動可能なパルス幅以上の範囲、例えば10uSec~180uSecの幅で適宜設定してある。
このようにして、第1信号IG1の立ち上がり及び立ち下がりによって規定される、目標二次電流指令信号IGAが生成される。
また、Tdディレイ付きワンショット回路42からのワンショットパルス信号S1を、エネルギ投入が許容できる最大期間に設定することで、第2信号IG2の信号幅がHレベルで固定された場合や、想定よりも過大となった場合に、エネルギ投入動作を停止させることができ、点火装置10を保護することができる。
内燃機関の点火制御装置に係る実施形態2について、図5~図6を参照して説明する。
本形態では、目標二次電流指令信号IGAを生成するための第1信号IG1のパルス波形情報として、所定の規定時間t2内における第1信号IG1の出力回数nを用いる。その場合においても、点火装置10とエンジン用電子制御装置100を備える点火制御装置1の基本構成は、上記実施形態1と同様であり、点火装置10の信号分離回路部5の構成が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
IGA生成部54は、規定時間t2を設定するための第4ワンショットパルス生成回路55と、規定時間t2内の第1信号IG1を出力する第3アンドゲート551と、第4ワンショットパルス生成回路55からの出力を反転させて出力する第1インバータ552と、第1信号IG1の出力回数nに基づく目標二次電流設定回路553とを有している。
よって、主点火動作に続くエネルギ投入動作を最適に制御することができ、小型で高性能な内燃機関の点火制御装置1を実現することができる。
内燃機関の点火制御装置に係る実施形態3について、図7~図8を参照して説明する。
本形態では、目標二次電流指令信号IGAを生成するための第1信号IG1のパルス波形情報として、第1信号IG1の出力信号レベルVsを用いる。その場合においても、点火装置10とエンジン用電子制御装置100を備える点火制御装置1の基本構成は、上記実施形態1と同様であり、点火装置10の信号分離回路部5の構成が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
第1ワンショットパルス生成回路531及び第2ワンショットパルス生成回路532の出力パルス時間は、上記第1実施形態と同様にして設定することができる。
よって、主点火動作に続くエネルギ投入動作を最適に制御することができ、小型で高性能な内燃機関の点火制御装置1を実現することができる。
内燃機関の点火制御装置に係る実施形態4について、図9~図10を参照して説明する。
本形態では、目標二次電流指令信号IGAを生成するための第1信号IG1のパルス波形情報として、第1信号IG1のデューティ比T2/T1を用いる。その場合においても、点火装置10とエンジン用電子制御装置100を備える点火制御装置1の基本構成は、上記実施形態3と同様であり、点火装置10の信号分離回路部5の構成が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
よって、主点火動作に続くエネルギ投入動作を最適に制御することができ、小型で高性能な内燃機関の点火制御装置1を実現することができる。
内燃機関の点火制御装置に係る実施形態5について、図11を参照して説明する。上記実施形態では、点火制御信号IGの第1信号IG1と第2信号IG2との識別を、例えば、動作開始後に点火装置10に入力される信号の順序によって行うものとしたが、その他の情報、例えば、パルス波形情報を用いて識別してもよい。
本実施形態では、図11中に示すように、第1信号IG1と第2信号IG2とが、互いに出力信号レベルの異なるパルス波形を有するように設定している。このとき、例えば、第1信号IG1のパルス波高値を、第2信号IG2のパルス波高値よりも低くし、かつ、予め設定された上限閾値VthH及び下限閾値VthLで規定される範囲となるように設定することで、識別が容易になる。
なお、エネルギ投入信号IGWの立ち下がりで起動される第5ワンショットパルス出力でDフリップフロップ572をクリアして、第1信号IG1と第2信号IG2とは、毎回、出力信号レベルが異なるようにした例を示したが、第5ワンショットパルス出力でのDフリップフロップ572のクリアを削除して、初回だけ異なるようにして、次回以降は同じ出力信号レベルとしてもよい。少なくとも初回の出力において、互いに出力信号レベルの異なるパルス波形を有していれば、識別が可能であり、初回の第1信号IG1と次回以降の第1信号IG1の出力信号レベルとが異なっていてもよい。これは、判定保持のDフリップフロップ572のクリア入力を所望の動作となるようにすれば容易に実施することができる。
内燃機関の点火制御装置に係る実施形態6について、図12を参照して説明する。本形態では、点火制御信号IGの第1信号IG1と第2信号IG2とを、互いにパルス幅の異なるパルス波形を有するように設定し、パルス波形情報として、パルス幅を用いて第1信号IG1を識別する。具体的には、図12中に示すように、第1信号IG1のパルス幅を、第2信号IG2のパルス幅よりも十分大きい、所定のパルス幅とする。例えば、第2信号IG2として想定されるパルス幅時間の最大値から、その最大値よりも長いパルス幅時間t3(例えば、3ms程度)に設定することで、容易に識別が可能になる。
なお、本形態においても、第5ワンショットパルス出力によるクリアを廃止して、少なくとも初回の出力において、第1信号IG1のパルス幅時間を識別可能な長さとすればよく、次回以降は、識別のための判定を実施しなくてもよい。点火制御信号IGの入力の度に、毎回判定を行い、又は、所定の頻度毎に、識別のための判定を行うようにしてももちろんよい。これは、判定保持のクリア入力を所望の動作となるようにすれば容易に実施することができる。
内燃機関の点火制御装置に係る実施形態7について、図13を参照して説明する。
上記各実施形態では、点火制御信号IGの第1信号IG1のパルス波形情報を用いて、目標二次電流指令信号IGAを生成しているが、さらに、第2信号IG2のパルス波形情報を用いて、1燃焼サイクル中における目標二次電流指令信号IGAを変更することもできる。
内燃機関の点火制御装置に係る実施形態7について、図14を参照して説明する。
本形態においても、点火装置10の信号分離回路部5により、点火制御信号IGが3つの信号に分離された後、各部に出力されて点火プラグPに点火される。その際、点火コイル2へのエネルギ投入動作を行うためのエネルギ投入回路部4は、上記実施形態1に示した構成に限らず、主点火動作後にエネルギ投入動作を行って、同極性の二次電流I2を重畳可能な構成であればよい。本形態における点火コイル2と点火装置10の基本構成及び基本作動は、上記実施形態1と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。
これにより、エネルギ投入動作が実施される間、目標二次電流値I2tgtに基づくフィードバック制御が実施される。
内燃機関の点火制御装置に係る実施形態7について、図15を参照して説明する。
上記実施形態では、点火コイル2の一次コイル21を、主一次コイル21aと副一次コイル21bとで構成して、直流電源Bに対して並列に接続されるようにしたが、これに限らず、図15に示すように、点火コイル2は、一次コイル21と二次コイル22とで構成してもよい。また、エネルギ投入回路部4に、昇圧回路44とコンデンサ45とを設けて、コンデンサ45に蓄積されたエネルギを、一次コイル21の接地側へ重畳的に投入するようにしてもよい。
1 点火制御装置
100 エンジンECU(点火制御信号送信部)
2 点火コイル
21 一次コイル
22 二次コイル
3 主点火回路部
4 エネルギ投入回路部
5 信号分離回路部
6 フィードバック制御部
Claims (15)
- 一次コイル(21)を流れる一次電流(I1)の増減により、点火プラグ(P)に接続される二次コイル(22)に放電エネルギを発生させる点火コイル(2)と、
上記一次コイルへの通電を制御して、上記点火プラグに火花放電を生起する主点火動作を行う主点火回路部(3)と、
上記主点火動作により上記二次コイルを流れる二次電流(I2)に対して、同極性の電流を重畳させるエネルギ投入動作を行うエネルギ投入回路部(4)と、を備える内燃機関の点火制御装置(1)であって、
上記主点火動作を制御する主点火信号(IGT)と、上記エネルギ投入動作を制御するエネルギ投入信号(IGW)と、目標二次電流指令信号(IGA)とが統合された信号である点火制御信号(IG)を受信し、受信した上記点火制御信号に含まれる信号を分離する信号分離回路部(5)を備えており、
上記点火制御信号は、間隔をおいて出力されるパルス状の第1信号(IG1)及び第2信号(IG2)からなると共に、上記第1信号が出力される期間は上記主点火信号の信号幅よりも短く設定されており、
上記信号分離回路部は、
上記点火制御信号から、上記第1信号及び上記第2信号のパルス波形情報である上記第1信号及び上記第2信号の1回目の立ち上がりに基づいて上記主点火信号を生成し、
上記第2信号のパルス波形情報である上記第2信号のパルス幅に基づいて、上記エネルギ投入動作の実施が可能な期間を指示する上記エネルギ投入信号を生成し、
少なくとも上記第1信号のパルス波形情報に基づいて、上記エネルギ投入動作の実施の可否と投入されるエネルギを指示する上記目標二次電流指令信号を生成する、内燃機関の点火制御装置。 - 上記エネルギ投入回路部は、上記エネルギ投入動作が許可されているときに、上記エネルギ投入信号と予め設定されたディレイ時間(Td)とに基づいて、上記エネルギ投入動作を実施する、請求項1に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記信号分離回路部は、上記第1信号のパルス幅(t1)に基づいて、上記目標二次電流指令信号を生成する、請求項1又は2に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記信号分離回路部は、上記点火制御信号の立ち上がりから規定時間(t2)内における上記第1信号の出力回数に基づいて、上記目標二次電流指令信号を生成する、請求項1又は2に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記信号分離回路部は、上記第1信号の出力信号レベル(Vs)に基づいて、上記目標二次電流指令信号を生成する、請求項1又は2に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記信号分離回路部は、上記第1信号のデューティ比(T2/T1)に基づいて、上記目標二次電流指令信号を生成する、請求項1又は2に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記信号分離回路部は、上記第1信号と上記第2信号とを、動作開始後に入力する信号の順序、又は、パルス波形情報に基づいて検出する、請求項1~6のいずれか1項に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記第1信号と上記第2信号とは、少なくとも初回の出力において、互いに出力信号レベルの異なるパルス波形を有し、上記信号分離回路部は、予め規定された出力信号レベルに基づいて、上記第1信号を検出する、請求項7に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記第1信号と上記第2信号とは、少なくとも初回の出力において、互いにパルス幅の異なるパルス波形を有し、上記信号分離回路部は、予め規定されたパルス幅に基づいて、上記第1信号を検出する、請求項7に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記一次コイルは、主一次コイル(21a)及び副一次コイル(21b)を有しており、上記エネルギ投入回路部は、上記副一次コイルへの通電を制御することにより、上記エネルギ投入動作を制御する、請求項1~9のいずれか1項に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記信号分離回路部は、上記主点火回路部及び上記エネルギ投入回路部を含む点火装置(10)内に設けられる、請求項1~9のいずれか1項に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記エネルギ投入回路部は、上記エネルギ投入動作の許可期間を設定すると共に、上記エネルギ投入動作の許可信号を出力するエネルギ投入許可期間設定部(42)を備える、請求項1~11のいずれか1項に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記許可信号は、上記信号分離回路部からの出力信号に基づいて生成されるパルス信号(S1)であり、パルス幅によって上記許可期間の最大期間が設定される、請求項12に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 上記信号分離回路部は、上記第2信号のパルス波形情報に基づいて、上記第1信号のパルス波形情報に基づいて指示された上記目標二次電流指令信号を更新可能であり、
上記エネルギ投入回路部は、上記目標二次電流指令信号がゼロレベルであるときに、上記エネルギ投入動作を停止する、請求項1~13のいずれか1項に記載の内燃機関の点火制御装置。 - 上記点火制御信号を生成して送信する点火制御信号送信部(100)を、さらに備える、請求項1~14のいずれか1項に記載の内燃機関の点火制御装置。
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