KR101760769B1 - 점화 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 혼합기를 점화하도록 설치된 점화 플러그의 동작을 제어하는 점화 제어 장치에 있어서, 전원측 단자가 1차 권선의 타단측에 접속되는 것과 함께, 제 1 접지측 단자가 접지측에 접속된 제 1 스위칭 소자와, 제 2 접지측 단자가 1차 권선의 타단측에 접속된 제 2 스위칭 소자와, 제 3 전원측 단자가 제 2 스위칭 소자에 있어서의 제 2 전원측 단자에 접속되는 것과 함께, 제 3 접지측 단자가 접지측에 접속된 제 3 스위칭 소자와, 직류 전원에 있어서의 비접지측 출력 단자와 제 3 스위칭 소자에 있어서의 제 3 전원측 단자를 접속하는 전력 라인에 끼워진 인덕터로서, 제 3 스위칭 소자의 온에 의하여 에너지를 축적하는 에너지 축적 코일을 구비한 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 꺼짐의 발생 및 이에 동반하는 점화 에너지의 손실이 양호하게 억제된다.

Description

점화 제어 장치{IGNITION CONTROL DEVICE}
본 발명은 내연 기관의 기통 내에서 연료 혼합기를 점화하도록 설치된 점화 플러그의 동작을 제어하는 점화 제어 장치에 관한 것이다.
이 종류의 장치에 있어서, 연료 혼합기의 연소 상태를 양호한 것으로 하기 위해, 이른바 다중 방전을 실시하는 구성이 알려져 있다. 예를 들면, 일본국 특개2007―231927호 공보에는 1회의 연소 행정 내에서 복수회의 방전을 단속적으로 발생시키는 구성이 개시되어 있다. 한편, 일본국 특개2000―199470호 공보에는 방전 시간이 긴 다중 방전 특성을 얻기 위해, 2개의 점화 코일을 병렬로 접속한 구성이 개시되어 있다.
일본국 특개2007―231927호 공보에 기재된 구성과 같이, 1회의 연소 행정 내에서 복수회의 방전을 단속적으로 발생시키는 경우, 해당 행정 내에 있어서의 점화 방전의 개시로부터 종료까지의 사이에 점화 방전 전류가 반복하여 제로로 된다. 그러면 특히 통내의 가스 유속이 큰 경우에, 이른바 “꺼짐”이 발생하여, 점화 에너지가 손실된다는 문제가 발생할 수 있다. 한편, 일본국 특개2000―199470호 공보에 기재된 바와 같이, 2개의 점화 코일을 병렬로 접속한 구성에 있어서는, 1회의 연소 행정 내에 있어서의 점화 방전의 개시로부터 종료까지의 사이에 점화 방전 전류가 반복하여 제로로 되는 일은 없다. 그러나 장치 구성이 복잡하고, 장치 사이즈도 대형이다. 또, 이러한 종래 기술의 구성에 있어서는, 소비되는 에너지가 점화에 필요한 에너지를 크게 웃돌기 때문에 불필요한 전력 소비가 발생한다.
본 실시 형태의 점화 제어 장치는 연료 혼합기를 점화하도록 설치된 점화 플러그의 동작을 제어한다. 본 점화 제어 장치는 1차 권선과 2차 권선을 구비하고 있고, 상기 1차 권선을 통류(通流)하는 전류인 1차 전류의 증감에 의해 상기 점화 플러그에 접속된 상기 2차 권선에서 2차 전류가 발생하는 이그니션 코일과, 상기 1차 권선에서 상기 1차 전류를 통류시키도록 비접지측 출력 단자가 상기 1차 권선의 일단측에 접속된 직류 전원과, 제 1 제어 단자와 제 1 전원측 단자와 제 1 접지측 단자를 갖고 있고, 상기 제 1 제어 단자에 입력된 제 1 제어 신호에 기초하여 상기 제 1 전원측 단자와 상기 제 1 접지측 단자의 사이의 통전의 온 오프를 제어하는 반도체 스위칭 소자로서, 상기 제 1 전원측 단자가 상기 1차 권선의 타단측에 접속되는 것과 함께, 상기 제 1 접지측 단자가 접지측에 접속된 제 1 스위칭 소자와, 제 2 제어 단자와 제 2 전원측 단자와 제 2 접지측 단자를 갖고 있고, 상기 제 2 제어 단자에 입력된 제 2 제어 신호에 기초하여 상기 제 2 전원측 단자와 상기 제 2 접지측 단자의 사이의 통전의 온 오프를 제어하는 반도체 스위칭 소자로서, 상기 제 2 접지측 단자가 상기 1차 권선의 상기 타단측에 접속된 제 2 스위칭 소자와, 제 3 제어 단자와 제 3 전원측 단자와 제 3 접지측 단자를 갖고 있고, 상기 제 3 제어 단자에 입력된 제 3 제어 신호에 기초하여 상기 제 3 전원측 단자와 상기 제 3 접지측 단자의 사이의 통전의 온 오프를 제어하는 반도체 스위칭 소자로서, 상기 제 3 전원측 단자가 상기 제 2 스위칭 소자에 있어서의 상기 제 2 전원측 단자에 접속되는 것과 함께, 상기 제 3 접지측 단자가 상기 접지측에 접속된 제 3 스위칭 소자와, 상기 직류 전원에 있어서의 상기 비접지측 출력 단자와 상기 제 3 스위칭 소자에 있어서의 상기 제 3 전원측 단자를 접속하는 전력 라인에 끼워진 인덕터로서, 상기 제 3 스위칭 소자의 온에 의하여 에너지를 축적하는 에너지 축적 코일을 구비한 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태의 구성을 구비한 엔진 시스템의 개략 구성도.
도 2는 도 1에 나타나 있는 점화 제어 장치의 제 1 실시 형태에 있어서의 개략적인 회로도.
도 3은 도 2에 나타나 있는 점화 제어 장치의 동작 설명을 위한 타임차트.
도 4는 도 2에 나타나 있는 점화 제어 장치의 동작 설명을 위한 타임차트.
도 5는 도 1에 나타나 있는 점화 제어 장치의 제 2 실시 형태에 있어서의 개략적인 회로도.
도 6은 도 5에 나타나 있는 점화 제어 장치의 동작 설명을 위한 타임차트.
도 7은 도 2 등에 나타나 있는 제 1 스위칭 소자의 주변의 회로 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 도 2 등에 나타나 있는 제 1 스위칭 소자의 주변의 회로 구성의 다른 일례를 나타내는 도면.
도 9는 도 1에 나타나 있는 점화 제어 장치의 제 3 실시 형태에 있어서의 개략적인 회로도.
도 10은 도 1에 나타나 있는 점화 제어 장치의 제 4 실시 형태에 있어서의 개략적인 회로도.
도 11은 도 10에 나타나 있는 회로 구성의 일 변형예를 나타내는 개략적인 회로도.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
＜엔진 시스템의 구성＞
도 1을 참조하면, 엔진 시스템(10)은 불꽃 점화식의 내연 기관인 엔진(11)을 구비하고 있다. 엔진(11)의 본체부를 구성하는 엔진 블록(11a)의 내부에는 기통(11b) 및 워터 재킷(11c)이 형성되어 있다. 기통(11b)은 피스톤(12)을 왕복 이동할 수 있게 수용하도록 설치되어 있다. 워터 재킷(11c)은 냉각액(냉각수라고도 한다)이 통류 가능한 공간으로서, 기통(11b)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다.
엔진 블록(11a)의 상부인 실린더 헤드에는 흡기 포트(13) 및 배기 포트(14)가 기통(11b)과 연통할 수 있게 형성되어 있다. 또, 실린더 헤드에는 흡기 밸브(15)와, 배기 밸브(16)와, 밸브 구동 기구(17)가 설치되어 있다. 흡기 밸브(15)는 흡기 포트(13)와 기통(11b)의 연통 상태를 제어한다. 배기 밸브(16)는 배기 포트(14)와 기통(11b)의 연통 상태를 제어한다. 밸브 구동 기구(17)는 흡기 밸브(15) 및 배기 밸브(16)를 사전에 결정된 타이밍으로 개폐 동작시킨다.
또한, 엔진 블록(11a)에는 인젝터(18) 및 점화 플러그(19)가 장착되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 인젝터(18)는 기통(11b) 내에 연료를 직접 분사하도록 설치되어 있다. 점화 플러그(19)는 기통(11b) 내에서 연료 혼합기를 점화하도록 설치되어 있다.
엔진(11)에는 급배기 기구(20)가 접속되어 있다. 급배기 기구(20)에는 흡기관(21)(흡기 매니폴드(21a) 및 서지 탱크(21b)를 포함한다)과, 배기관(22)과, EGR통로(23)의 3종류의 가스 통로가 설치되어 있다.
흡기 매니폴드(21a)는 흡기 포트(13)에 접속되어 있다. 서지 탱크(21b)는 흡기 매니폴드(21a)보다도 흡기 통류 방향에 있어서의 상류측에 배치되어 있다. 배기관(22)은 배기 포트(14)에 접속되어 있다.
EGR(Exhaust Gas Recirculation)통로(23)는 배기관(22)과 서지 탱크(21b)를 접속함으로써 배기관(22)에 배출된 배기 가스의 일부를 흡기에 도입할 수 있게 설치되어 있다. EGR통로(23)에는 EGR제어 밸브(24)가 끼워져 있다. EGR제어 밸브(24)는 그 개도에 따라서 EGR률(기통(11b) 내에 흡입되는 연소 전의 가스에 있어서의 배기 가스의 혼입 비율)을 제어할 수 있게 설치되어 있다.
흡기관(21)에 있어서, 서지 탱크(21b)보다도 흡기 통류 방향에 있어서의 상류측에는 스로틀 밸브(25)가 끼워져 있다. 스로틀 밸브(25)의 개도는 DC모터 등의 스로틀 액추에이터(26)의 동작에 의하여 제어된다. 또, 흡기 포트(13)의 근처에는 스월(swirl)류나 텀블(tumble)류를 발생시키기 위한 기류 제어 밸브(27)가 설치되어 있다.
엔진 시스템(10)에는 점화 제어 장치(30)가 설치되어 있다. 점화 제어 장치(30)는 점화 플러그(19)의 동작을 제어한다(즉, 엔진(11)에 있어서의 점화 제어를 실시한다). 이 점화 제어 장치(30)는 점화 회로 유닛(31)과 전자 제어 유닛(32)을 구비하고 있다.
점화 회로 유닛(31)은 기통(11b) 내의 연료 혼합기에 점화하기 위한 불꽃 방전을 점화 플러그(19)에서 발생시킨다. 전자 제어 유닛(32)은 이른바 엔진ECU(Electronic Control Unit)이다. 전자 제어 유닛(32)은 회전 속도 센서(33) 등의 각종 센서의 출력에 기초하여 취득한 엔진(11)의 운전 상태(이하, “엔진 파라미터”라 약칭한다)에 따라서 인젝터(18) 및 점화 회로 유닛(31)을 포함하는 각 부의 동작을 제어한다.
점화 제어에 관해서, 전자 제어 유닛(32)은 취득한 엔진 파라미터에 기초하여 점화 신호(IGt) 및 에너지 투입 기간 신호(IGw)를 생성 및 출력한다. 이러한 점화 신호(IGt) 및 에너지 투입 기간 신호(IGw)는 기통(11b) 내의 가스의 상태 및 필요하게 되는 엔진(11)의 출력(이들은 엔진 파라미터에 따라서 변화한다)에 따른, 최적의 점화 시기 및 방전 전류(점화 방전 전류)를 규정한다. 또한, 이들의 신호에 대해서는, 이미 공지 또는 주지이기 때문에 이들의 신호에 대해서의 더 이상의 상세한 설명은 본 명세서에서는 생략한다(필요에 따라 일본국 특개2002―168170호 공보, 일본국 특개2007―211631호 공보 등 참조.).
회전 속도 센서(33)는 엔진 회전 속도(엔진 회전수라고도 한다)(Ne)를 검출(취득)하기 위한 센서이다. 이 회전 속도 센서(33)는 피스톤(12)의 왕복 운동에 동반하여 회전하는 도시하지 않는 크랭크 샤프트의 회전 각도에 따른 펄스 형상의 출력을 발생하도록 엔진 블록(11a)에 장착되어 있다. 냉각수온 센서(34)는 워터 재킷(11c) 내를 통류하는 냉각액의 온도인 냉각수온(Tw)을 검출(취득)하기 위한 센서로서, 엔진 블록(11a)에 장착되어 있다.
에어 플로 미터(35)는 흡입 공기량(Ga)(흡기관(21)을 통류하여 기통(11b) 내에 도입되는 흡입 공기의 질량 유량)을 검출(취득)하기 위한 센서이다. 이 에어 플로 미터(35)는 스로틀 밸브(25)보다도 흡기 통류 방향에 있어서의 상류측에서 흡기관(21)에 장착되어 있다. 흡기압 센서(36)는 흡기관(21) 내의 압력인 흡기압(Pa)을 검출(취득)하기 위한 센서로서, 서지 탱크(21b)에 장착되어 있다.
스로틀 개도 센서(37)는 스로틀 밸브(25)의 개도(스로틀 개도(THA))에 대응하는 출력을 발생하는 센서로서, 스로틀 액추에이터(26)에 내장되어 있다. 액셀 포지션 센서(38)는 도시하지 않는 액셀의 조작량(액셀 조작량(ACCP))에 대응하는 출력을 발생하도록 설치되어 있다.
＜제 1 실시 형태의 점화 제어 장치의 구성＞
도 2를 참조하면, 제 1 실시 형태에 있어서의 점화 회로 유닛(31)은 이그니션 코일(311)(1차 권선(311a) 및 2차 권선(311b)을 포함한다)과, 직류 전원(312)과, 제 1 스위칭 소자(313)와, 제 2 스위칭 소자(314)와, 제 3 스위칭 소자(315)와, 에너지 축적 코일(316)과, 콘덴서(317)와, 다이오드(318a, 318b 및 318c)와, 드라이버 회로(319)를 구비하고 있다.
상기와 같이, 이그니션 코일(311)은 1차 권선(311a)과 2차 권선(311b)을 구비하고 있다. 이 이그니션 코일(311)은 주지와 같이, 1차 권선(311a)을 통류하는 1차 전류의 증감에 의해 2차 권선(311b)에서 2차 전류를 발생시킨다.
1차 권선(311a)의 일단인 고전압측 단자(비접지측 단자라고도 부를 수 있다)측에는 직류 전원(312)에 있어서의 비접지측 출력 단자(구체적으로는 ＋단자)가 접속되어 있다. 한편, 1차 권선(311a)의 타단인 저전압측 단자(접지측 단자라고도 부를 수 있다)측은 제 1 스위칭 소자(313)를 통하여 접지측에 접속되어 있다. 즉, 직류 전원(312)은 제 1 스위칭 소자(313)가 온되었을 때에 1차 권선(311a)에서 고전압측 단자측으로부터 저전압측 단자측을 향하는 방향의 1차 전류를 통류시킨다.
2차 권선(311b)에 있어서의 고전압측 단자(비접지측 단자라고도 부를 수 있다)측은 다이오드(318a)를 통하여 1차 권선(311a)에 있어서의 고전압측 단자측에 접속되어 있다. 이 다이오드(318a)는 1차 권선(311a)에 있어서의 고전압측 단자측으로부터 2차 권선(311b)에 있어서의 고전압측 단자측을 향하는 방향의 전류의 통류를 금지하는 것과 함께, 2차 전류(방전 전류)를 점화 플러그(19)로부터 2차 권선(311b)을 향하는(즉, 도면 중의 전류(I2)가 마이너스의 값으로 되는) 방향으로 규정하기 위해, 그 애노드가 2차 권선(311b)에 있어서의 고전압측 단자측에 접속되어 있다. 한편, 2차 권선(311b)에 있어서의 저전압측 단자(접지측 단자라고도 부를 수 있다)측은 점화 플러그(19)에 접속되어 있다.
제 1 스위칭 소자(313)는 MOS게이트 구조 트랜지스터인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로서, 제 1 제어 단자(313G)와, 제 1 전원측 단자(313C)와, 제 1 접지측 단자(313E)를 갖고 있다. 이 제 1 스위칭 소자(313)는 제 1 제어 단자(313G)에 입력된 제 1 제어 신호(IGa)에 기초하여 제 1 전원측 단자(313C)와 제 1 접지측 단자(313E)의 사이의 통전의 온 오프를 제어한다. 본 실시 형태에 있어서는, 제 1 전원측 단자(313C)는 1차 권선(311a)에 있어서의 저전압측 단자측에 접속되어 있다. 또, 제 1 접지측 단자(313E)는 접지측에 접속되어 있다.
제 2 스위칭 소자(314)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로서, 제 2 제어 단자(314G)와, 제 2 전원측 단자(314D)와, 제 2 접지측 단자(314S)를 갖고 있다. 이 제 2 스위칭 소자(314)는 제 2 제어 단자(314G)에 입력된 제 2 제어 신호(IGb)에 기초하여 제 2 전원측 단자(314D)와 제 2 접지측 단자(314S)의 사이의 통전의 온 오프를 제어한다.
본 실시 형태에 있어서는, 제 2 접지측 단자(314S)는 다이오드(318b)를 통하여 1차 권선(311a)에 있어서의 저전압측 단자측에 접속되어 있다. 이 다이오드(318b)는 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 접지측 단자(314S)로부터 1차 권선(311a)에 있어서의 저전압측 단자측을 향하는 방향의 전류의 통류를 허용하도록, 그 애노드가 제 2 접지측 단자(314S)에 접속되어 있다.
제 3 스위칭 소자(315)는 MOS게이트 구조 트랜지스터인 IGBT로서, 제 3 제어 단자(315G)와, 제 3 전원측 단자(315C)와, 제 3 접지측 단자(315E)를 갖고 있다. 이 제 3 스위칭 소자(315)는 제 3 제어 단자(315G)에 입력된 제 3 제어 신호(IGc)에 기초하여 제 3 전원측 단자(315C)와 제 3 접지측 단자(315E)의 사이의 통전의 온 오프를 제어한다.
본 실시 형태에 있어서는, 제 3 전원측 단자(315C)는 다이오드(318c)를 통하여 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 전원측 단자(314D)에 접속되어 있다. 다이오드(318c)는 제 3 스위칭 소자(315)에 있어서의 제 3 전원측 단자(315C)로부터 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 전원측 단자(314D)를 향하는 방향의 전류의 통류를 허용하도록, 그 애노드가 제 3 전원측 단자(315C)에 접속되어 있다. 또, 제 3 스위칭 소자(315)에 있어서의 제 3 접지측 단자(315E)는 접지측에 접속되어 있다.
에너지 축적 코일(316)은 제 3 스위칭 소자(315)의 온에 의하여 에너지를 축적하도록 설치된 인덕터이다. 이 에너지 축적 코일(316)은 직류 전원(312)에 있어서의 상기의 비접지측 출력 단자와 제 3 스위칭 소자(315)에 있어서의 제 3 전원측 단자(315C)를 접속하는 전력 라인에 끼워져 있다.
콘덴서(317)는 접지측과 직류 전원(312)에 있어서의 상기의 비접지측 출력 단자의 사이에서 에너지 축적 코일(316)과 직렬 접속되어 있다. 즉, 콘덴서(317)는 에너지 축적 코일(316)에 대하여 제 3 스위칭 소자(315)와 병렬 접속되어 있다. 이 콘덴서(317)는 제 3 스위칭 소자(315)의 오프에 의하여 에너지를 축적한다.
제어부를 구성하는 드라이버 회로(319)는 전자 제어 유닛(32)으로부터 출력된 엔진 파라미터, 점화 신호(IGt) 및 에너지 투입 기간 신호(IGw)를 수신하도록 전자 제어 유닛(32)에 접속되어 있다. 또, 드라이버 회로(319)는 제 1 스위칭 소자(313), 제 2 스위칭 소자(314) 및 제 3 스위칭 소자(315)를 제어하도록 제 1 제어 단자(313G), 제 2 제어 단자(314G) 및 제 3 제어 단자(315G)에 접속되어 있다. 이 드라이버 회로(319)는 수신한 점화 신호(IGt) 및 에너지 투입 기간 신호(IGw)에 기초하여 제 1 제어 신호(IGa), 제 2 제어 신호(IGb) 및 제 3 제어 신호(IGc)를 각각 제 1 제어 단자(313G), 제 2 제어 단자(314G) 및 제 3 제어 단자(315G)에 출력하도록 설치되어 있다.
구체적으로는, 드라이버 회로(319)는 점화 플러그(19)의 점화 방전(이것은 제 1 스위칭 소자(313)의 오프에 의해 개시된다) 중에 콘덴서(317)로부터 축적 에너지를 방출시키는(이것은 제 2 스위칭 소자(314)의 온에 의해 실시된다) 것으로 1차 권선(311a)에 있어서의 저전압측 단자측으로부터 해당 1차 권선(311a)에 1차 전류를 공급하기 위해, 각 스위칭 소자를 제어하게 되어 있다. 특히, 본 실시 형태에 있어서는, 드라이버 회로(319)는 콘덴서(317)의 축적 에너지의 축적량 또는 방출량을 엔진 파라미터에 따라서 가변으로 하기 위해, 제 2 스위칭 소자(314) 및 제 3 스위칭 소자(315)를 제어하게 되어 있다.
＜제 1 실시 형태의 동작 설명＞
이하, 본 실시 형태의 구성에 의한 동작(작용ㆍ효과)에 대하여 설명한다. 도 3 및 도 4의 타임차트에 있어서, “Vdc”는 콘덴서(317)의 전압을 나타낸다. “I1”은 1차 전류를 나타낸다. “I2”는 2차 전류를 나타낸다. “P”는 콘덴서(317)로부터 방출되어 1차 권선(311a)에 대하여 그 저전압측 단자측으로부터 공급되는 에너지(이하, “투입 에너지”라 부른다)를 나타낸다.
또한, 도 3, 4 중, 1차 전류“I1” 및 2차 전류“I2”의 타임차트에 있어서는, 도 2에서 화살표로 나타나 있는 방향이 플러스의 값으로 된다. 또, 투입 에너지(P)의 타임차트에 있어서는, 1회의 점화 타이밍 중에 있어서의 공급 개시(최초의 제 2 제어 신호(IGb)의 상승)로부터의 투입 에너지의 적산값이 나타나 있다. 또, 점화 신호(IGt), 에너지 투입 기간 신호(IGw), 제 1 제어 신호(IGa), 제 2 제어 신호(IGb) 및 제 3 제어 신호(IGc)는 도면 중 위쪽으로 상승한 상태가 “H”이고, 아래쪽으로 하강한 상태가 “L”이다.
전자 제어 유닛(32)은 회전 속도 센서(33) 등의 각종 센서의 출력에 기초하여 취득한 엔진 파라미터에 따라서 인젝터(18) 및 점화 회로 유닛(31)을 포함하는 엔진 시스템(10)에 있어서의 각 부의 동작을 제어한다. 여기에서, 점화 제어에 대하여 상세히 서술한다. 전자 제어 유닛(32)은 취득한 엔진 파라미터에 기초하여 점화 신호(IGt) 및 에너지 투입 기간 신호(IGw)를 생성한다. 그리고 전자 제어 유닛(32)은 생성한 점화 신호(IGt) 및 에너지 투입 기간 신호(IGw)와 엔진 파라미터를 드라이버 회로(319)에 출력한다.
드라이버 회로(319)는 전자 제어 유닛(32)으로부터 출력된 점화 신호(IGt), 에너지 투입 기간 신호(IGw) 및 엔진 파라미터를 수신하면, 이들에 기초하여 제 1 스위칭 소자(313)의 온 오프를 제어하기 위한 제 1 제어 신호(IGa), 제 2 스위칭 소자(314)의 온 오프를 제어하기 위한 제 2 제어 신호(IGb) 및 제 3 스위칭 소자(315)의 온 오프를 제어하기 위한 제 3 제어 신호(IGc)를 출력한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제 1 제어 신호(IGa)는 점화 신호(IGt)와 동일하다. 이 때문에, 드라이버 회로(319)는 수신한 점화 신호(IGt)를 그대로 제 1 스위칭 소자(313)에 있어서의 제 1 제어 단자(313G)에 출력한다.
한편, 제 2 제어 신호(IGb)는 수신한 에너지 투입 기간 신호(IGw)에 기초하여 생성된다. 이 때문에, 드라이버 회로(319)는 수신한 에너지 투입 기간 신호(IGw)에 기초하여 제 2 제어 신호(IGb)를 생성하는 것과 함께, 이러한 제 2 제어 신호(IGb)를 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 제어 단자(314G)에 출력한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제 2 제어 신호(IGb)는 에너지 투입 기간 신호(IGw)가 H레벨인 동안에 반복하여 출력되는, 주기 및 온 듀티비가 일정(1:1)한 직사각형파 펄스 형상의 신호이다.
또, 제 3 제어 신호(IGc)는 수신한 점화 신호(IGt) 및 엔진 파라미터에 기초하여 생성된다. 이 때문에, 드라이버 회로(319)는 수신한 점화 신호(IGt) 및 엔진 파라미터에 기초하여 제 3 제어 신호(IGc)를 생성하는 것과 함께, 이러한 제 3 제어 신호(IGc)를 제 3 스위칭 소자(315)에 있어서의 제 3 제어 단자(315G)에 출력한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제 3 제어 신호(IGc)는 점화 신호(IGt)가 H레벨인 동안에 반복하여 출력되고, 주기가 일정하고 엔진 파라미터에 기초하여 온 듀티비가 가변으로 되는 직사각형파 펄스 형상의 신호이다.
이하, 도 3을 참조하면, 시각(t1)에서 점화 신호(IGt)가 H레벨로 상승하면, 제 1 제어 신호(IGa)가 H레벨로 상승함으로써 제 1 스위칭 소자(313)가 온된다(이 때, 에너지 투입 기간 신호(IGw)는 L레벨이기 때문에 제 2 스위칭 소자(314)는 오프이다). 이에 따라, 1차 권선(311a)에 있어서의 1차 전류의 통류가 개시된다.
또, 점화 신호(IGt)가 H레벨로 상승해 있는 동안, 직사각형파 펄스 형상의 제 3 제어 신호(IGc)가 제 3 스위칭 소자(315)에 있어서의 제 3 제어 단자(315G)에 입력된다. 그러면 제 3 스위칭 소자(315)의 온 오프에 있어서의 온 후의 오프 기간(즉, 제 3 제어 신호(IGc)에 있어서의 L레벨 기간 중)에 전압(Vdc)이 스텝 형상으로 상승한다.
이와 같이 하여 점화 신호(IGt)가 H레벨로 상승해 있는 시각(t1―t2) 간에 이그니션 코일(311)이 충전되는 것과 함께, 에너지 축적 코일(316)을 통하여 콘덴서(317)에 에너지가 축적된다. 이러한 에너지의 축적은 시각(t2)까지로 종료된다.
그 후, 시각(t2)에서 제 1 제어 신호(IGa)가 H레벨로부터 L레벨로 하강함으로써 제 1 스위칭 소자(313)가 오프되면, 그 이전까지 1차 권선(311a)에 통류하고 있던 1차 전류가 급격히 차단된다. 그러면 이그니션 코일(311)의 2차 권선(311b)에서 큰 2차 전압이 발생한다. 이에 따라, 점화 플러그(19)에서 점화 방전이 개시되어 2차 전류가 흐른다.
시각(t2)에서 점화 방전이 개시된 후에는 종래의 방전 제어에 있어서는(또는 에너지 투입 기간 신호(IGw)가 H레벨로 상승하지 않고 L레벨의 상태로 유지되는 운전 조건에 있어서는), 파선으로 나타난 바와 같이, 방전 전류는 그 상태에서는 시간 경과와 함께 제로에 가까워지고, 방전을 유지할 수 없을 정도까지 감쇠하여 방전은 종료된다.
이 점, 본 동작예에 있어서는, 시각(t2) 직후의 시각(t3)에서 에너지 투입 기간 신호(IGw)가 H레벨로 상승함으로써 제 3 스위칭 소자(315)의 오프(제 3 제어 신호(IGc)＝L레벨)) 하에서 제 2 스위칭 소자(314)가 온된다(제 2 제어 신호(IGb)＝H레벨)). 그러면 콘덴서(317)의 축적 에너지가 해당 콘덴서(317)로부터 방출되어, 상기의 투입 에너지가 1차 권선(311a)에 대하여 그 저전압측 단자측으로부터 공급된다. 이에 따라, 점화 방전 중에 투입 에너지에 기인하는 1차 전류가 통류한다.
이 때, 시각(t2―t3) 간에서 통류하고 있던 방전 전류에 대하여 투입 에너지에 기인하는 1차 전류의 통류에 동반하는 추가분이 중첩된다. 이러한 일시 전류의 중첩(추가)은 시각(t3) 이후(t4까지), 제 2 스위칭 소자(314)가 온될 때마다 실시된다. 즉, 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 제 2 제어 신호(IGb)가 상승할 때마다 콘덴서(317)의 축적 에너지에 의해 1차 전류(I1)가 차례 차례 추가되고, 이에 대응하여 방전 전류(I2)가 차례 차례 추가된다. 이에 따라, 방전 전류가 점화 방전을 유지할 수 있을 정도로 양호하게 확보된다. 또한, 본 구체예에 있어서는, 시각 t2와 t3의 사이의 시간 간격은 이른바 “꺼짐”이 발생하지 않도록 엔진 회전 속도(Ne) 및 흡입 공기량(Ga)에 기초하여 전자 제어 유닛(32)에 의해 적절히(맵 등을 이용하여) 설정된다.
그런데 점화 신호(IGt)가 H레벨로 상승해 있는 시각(t1―t2) 간에 있어서, 콘덴서(317)에서의 에너지 축적 상태는 제 3 제어 신호(IGc)의 온 듀티비에 의하여 제어할 수 있다. 또, 콘덴서(317)에 있어서의 축적 에너지가 클수록 제 2 스위칭 소자(314)가 온될 때마다의 투입 에너지도 또한 커진다.
그래서 본 실시 형태에 있어서는, 이른바 “꺼짐”이 발생하기 쉬운 고부하 또는 고회전 운전 조건(흡기압(Pa): 고, 엔진 회전 속도(Ne): 고, 스로틀 개도(THA): 대, EGR률: 고, 공연비: 린(lean))이 될수록 제 3 제어 신호(IGc)의 온 듀티비가 높게 설정된다. 이에 따라, 엔진의 운전 상태에 맞추어서 도 4에 나타나 있는 바와 같이(특히, 도 4에 있어서의 화살표 참조), 콘덴서(317)에 있어서의 에너지 축적량이나 투입 에너지를 높일 수 있어서, 전력 소비를 억제하면서 “꺼짐”을 양호하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 실시 형태의 구성에 있어서는, 이른바 “꺼짐”이 발생하지 않도록 방전 전류의 통류 상태를 기통(11b) 내에 있어서의 가스의 유동 상태에 대응하여 양호하게 제어하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 실시 형태에 따르면, 이른바 “꺼짐”의 발생 및 이에 동반하는 점화 에너지의 손실이 간략한 장치 구성에 의하여 양호하게 억제된다.
즉, 본 실시 형태의 구성과 같이, 1차 권선(311a)에 있어서의 저전압측 단자측(제 1 스위칭 소자(313)측)으로부터 에너지를 투입함으로써 2차 권선(311b)측으로부터 에너지를 투입하는 경우보다도 저압으로 에너지를 투입하는 것이 가능하게 된다. 이 점, 1차 권선(311a)의 고전압측 단자로부터 직류 전원(312)의 전압보다 높은 전압으로 에너지를 투입하면, 해당 직류 전원(312)으로의 유입 전류 등에 의해 효율이 나빠진다. 이에 대해, 본 실시 형태의 구성에 따르면, 상기와 같이, 1차 권선(311a)에 있어서의 저전압측 단자측으로부터 에너지를 투입하기 때문에 더욱 용이하고 효율 좋게 에너지를 투입할 수 있다는 우수한 효과가 있다.
＜제 2 실시 형태의 점화 제어 장치의 구성＞
이하, 제 2 실시 형태에 있어서의 점화 회로 유닛(31)의 구성에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 제 2 실시 형태의 설명에 있어서, 상기의 제 1 실시 형태와 동일한 구성 및 기능을 갖는 부분에 대해서는, 해당 제 1 실시 형태와 동일한 부호가 이용될 수 있다. 그리고 이러한 부분의 설명에 대해서는, 기술적으로 모순되지 않는 범위 내에서 해당 제 1 실시 형태에 있어서의 설명이 적절히 채용될 수 있다.
도 5에 나타나 있는, 본 실시 형태의 점화 회로 유닛(31)에 있어서는, 2차 권선(311b)에 있어서의 비접지측 단자(점화 플러그(19)가 접속되어 있는 측과는 반대측의 단자)는 다이오드(318a) 및 방전 전류 검출 저항(318r)을 통하여 접지측에 접속되어 있다. 이 다이오드(318a)는 2차 전류(방전 전류)를 점화 플러그(19)로부터 2차 권선(311b)을 향하는(즉, 도면 중의 전류(I2)가 마이너스의 값으로 되는) 방향으로 규정하기 위해, 그 애노드가 2차 권선(311b)에 있어서의 비접지측 단자측에 접속되어 있다. 방전 전류 검출 저항(318r)은 다이오드(318a)의 캐소드와의 접속 위치에서 2차 전류(방전 전류)에 대응하는 전압을 발생하도록 설치되어 있다. 이러한 접속 위치는 해당 위치의 전압을 점화 제어 장치(30)에 입력할 수 있게 점화 제어 장치(30)에 접속되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 제 3 전원측 단자(315C)는 다이오드(318c)를 통하여 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 전원측 단자(314D)에 접속되어 있다. 다이오드(318c)는 제 3 스위칭 소자(315)에 있어서의 제 3 전원측 단자(315C)로부터 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 전원측 단자(314D)를 향하는 방향의 전류의 통류를 허용하도록, 그 애노드가 제 3 전원측 단자(315C)에 접속되어 있다.
＜제 2 실시 형태의 동작 설명＞
이하, 본 실시 형태의 구성에 의한 동작(작용ㆍ효과)에 대하여 설명한다. 도 6의 타임차트에 있어서, “Vdc”는 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 전원측 단자(314D)의 전압을 나타낸다.
여기에서, 본 실시 형태에 있어서는, 제 3 제어 신호(IGc)는 에너지 투입 기간 신호(IGw)가 H레벨로 상승하는 동시에 H레벨로 상승하는 것과 함께, 에너지 투입 기간 신호(IGw)가 H레벨인 동안에 사전에 결정된 주기로 반복하여 상승하는, 온 듀티비가 일정(1:1)한 직사각형파 펄스 형상의 신호이다. 또, 제 2 제어 신호(IGb)는 에너지 투입 기간 신호(IGw)가 H레벨인 동안에 제 3 제어 신호(IGc)와 번갈아 반복하여 상승하는, 온 듀티비가 일정(1:1)한 직사각형파 펄스 형상의 신호이다.
즉, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 제 3 제어 신호(IGc)가 H레벨로부터 L레벨로 하강하는 동시에 제 2 제어 신호(IGb)가 L레벨로부터 H레벨로 상승한다. 또, 제 2 제어 신호(IGb)가 H레벨로부터 L레벨로 하강하는 동시에 제 3 제어 신호(IGc)가 L레벨로부터 H레벨로 상승한다.
이하, 도 6을 참조하면, 시각(t1)에서 점화 신호(IGt)가 H레벨로 상승하면, 이에 대응하여 제 1 제어 신호(IGa)가 H레벨로 상승함으로써 제 1 스위칭 소자(313)가 온된다(이 때, 에너지 투입 기간 신호(IGw)는 L레벨이기 때문에 제 2 스위칭 소자(314) 및 제 3 스위칭 소자(315)는 오프이다). 이에 따라, 1차 권선(311a)에 있어서의 1차 전류의 통류가 개시된다.
이와 같이 하여 점화 신호(IGt)가 H레벨로 상승해 있는 시각(t1―t2) 간에 이그니션 코일(311)이 충전된다. 그 후, 시각(t2)에서 제 1 제어 신호(IGa)가 H레벨로부터 L레벨로 하강함으로써 제 1 스위칭 소자(313)가 오프되면, 그 이전까지 1차 권선(311a)에 통류하고 있던 1차 전류가 급격히 차단된다. 그러면 이그니션 코일(311)의 1차 권선(311a)에 고전압이 발생하고, 이러한 고전압이 다시 2차 권선(311b)에서 승압됨으로써 점화 플러그(19)에 고전압이 발생하여 방전이 발생한다. 이 때, 2차 권선(311b)에서 큰 2차 전류인 방전 전류가 발생한다. 이에 따라, 점화 플러그(19)에서 점화 방전이 개시된다.
여기에서, 시각(t2)에서 점화 방전이 개시된 후에는 종래의 방전 제어에 있어서는(또는 에너지 투입 기간 신호(IGw)가 H레벨로 상승하지 않고, L레벨인 상태로 유지되는 운전 조건에 있어서는), 파선으로 나타난 바와 같이, 방전 전류는 그대로 두면 시간 경과와 함께 제로에 가까워져서, 방전을 유지할 수 없을 정도까지 감쇠하여 방전은 종료된다.
이 점, 본 실시 형태에 있어서는, 시각(t2)에서 점화 신호(IGt)가 H레벨로부터 L레벨로 하강하는 동시에 에너지 투입 기간 신호(IGw)가 L레벨로부터 H레벨로 상승한다. 그러면 우선, 제 2 제어 신호(IGb)가 L레벨로 유지되면서 제 3 제어 신호(IGc)가 H레벨로 상승한다. 즉, 제 2 스위칭 소자(314)가 오프의 상태에서 제 3 스위칭 소자(315)가 온된다. 이에 따라, 에너지 축적 코일(316)에 에너지가 축적된다.
그 후, 제 3 제어 신호(IGc)가 H레벨로부터 L레벨로 하강하는 동시에 제 2 제어 신호(IGb)가 H레벨로 상승한다. 이 때, 제 3 스위칭 소자(315)의 오프에 의한, 에너지 축적 코일(316)을 포함하는 DC／DC컨버터에 있어서의 승압과 동시에 제 2 스위칭 소자(314)가 온된다. 그러면 에너지 축적 코일(316)로부터 방출된 에너지가 1차 권선(311a)에 대하여 그 저전압측 단자측으로부터 공급된다. 이에 따라, 점화 방전 중에 투입 에너지에 기인하는 1차 전류가 통류한다.
이와 같이 하여 에너지 축적 코일(316)로부터 1차 권선(311a)으로 1차 전류가 공급되면, 그 때까지 통류하고 있던 방전 전류에 대하여, 이러한 1차 전류의 공급에 동반하는 추가분이 중첩된다. 이에 따라, 방전 전류가 점화 방전을 유지할 수 있을 정도로 양호하게 확보된다. 이와 같은, 에너지 축적 코일(316)에 있어서의 에너지의 축적과, 에너지 축적 코일(316)로부터의 1차 전류의 공급에 동반하는 방전 전류의 중첩은 제 3 제어 신호(IGc)의 온 펄스와 제 2 제어 신호(IGb)의 온 펄스가 번갈아 출력됨으로써 에너지 투입 기간 신호(IGw)가 H레벨로부터 L레벨로 하강하는 시각(t4)까지 반복하여 실시된다.
즉, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 제 3 제어 신호(IGc)의 펄스가 상승할 때마다 에너지 축적 코일(316)에 에너지가 축적된다. 그리고 제 2 제어 신호(IGb)의 펄스가 상승할 때마다 에너지 축적 코일(316)로부터 공급된 투입 에너지에 의해 1차 전류(I1)가 차례 차례 추가되고, 이에 대응하여 방전 전류(I2)가 차례 차례 추가된다.
이와 같이, 본 실시 형태의 구성에 있어서는, 이른바 “꺼짐”이 발생하지 않도록 방전 전류를 양호하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 또, 본 실시 형태의 구성에 있어서도, 1차 권선(311a)에 있어서의 저전압측 단자측(제 1 스위칭 소자(313)측)으로부터 에너지를 투입함으로써 상기의 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 에너지 투입이 저전압으로 효율 좋게 실현된다. 또한, 본 실시 형태의 구성에 있어서는, 일본국 특개2007―231927호 공보에 기재된 종래의 구성에 있어서의 콘덴서가 생략되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따르면, 이른바 “꺼짐”의 발생 및 이에 동반하는 점화 에너지의 손실이 종래보다도 간략한 장치 구성에 의하여 양호하게 억제된다.
＜변형예＞
이하, 대표적인 변형예에 대하여 예시한다. 이하의 변형예의 설명에 있어서, 상기의 실시 형태에서 설명되어 있는 것과 동일한 구성 및 기능을 갖는 부분에 대해서는, 상기의 실시 형태와 동일한 부호가 이용될 수 있다. 그리고 이러한 부분의 설명에 대해서는, 기술적으로 모순되지 않는 범위 내에서 상기의 실시 형태에 있어서의 설명이 적절히 채용될 수 있다. 말할 것도 없이, 변형예로서 이하에 열거된 것에 한정되는 것은 아니다. 또, 상기의 실시 형태의 일부 및 복수의 변형예의 전부 또는 일부가 기술적으로 모순되지 않는 범위 내에서 적절히 복합적으로 적용될 수 있다.
본 발명은 상기의 각 실시 형태에서 예시된 구체적인 구성에 한정되지 않는다. 즉 예를 들면, 전자 제어 유닛(32) 중의 일부의 기능 블록이 드라이버 회로(319)와 일체화될 수 있다. 또는, 드라이버 회로(319)가 스위칭 소자마다 분할될 수 있다. 이 경우, 제 1 제어 신호(IGa)가 점화 신호(IGt)인 때는 드라이버 회로(319)를 통하지 않고 점화 신호(IGt)가 전자 제어 유닛(32)으로부터 직접 제 1 스위칭 소자(313)에 있어서의 제 1 제어 단자(313G)에 출력되어도 좋다.
본 발명은 상기의 각 실시 형태에서 예시된 구체적인 동작에 한정되지 않는다. 즉 예를 들면, 상기의 제 1 실시 형태에 있어서, 상기한 흡기압(Pa), 엔진 회전 속도(Ne), 스로틀 개도(THA), EGR률 및 공연비와, 흡입 공기량(Ga)이나 액셀 조작량(ACCP) 등의 다른 엔진 파라미터 중에서 임의로 선택된 것이 제어용의 파라미터로서 이용될 수 있다. 또, 엔진 파라미터에 대신하여 제 2 제어 신호(IGb)나 제 3 제어 신호(IGc)의 생성에 이용할 수 있는 다른 정보가 전자 제어 유닛(32)으로부터 드라이버 회로(319)에 출력되어도 좋다.
상기의 제 1 실시 형태에서 예시한 제 3 제어 신호(IGc)의 듀티 제어에 대신하여, 또는 이와 함께, 에너지 투입 기간 신호(IGw)의 파형(도 3 등에 있어서의 t3의 상승 타이밍 및／또는 t3―t4의 사이의 기간)의 제어에 의하여 투입 에너지를 가변으로 해도 좋다. 이 경우, 드라이버 회로(319)에 대신하여, 또는 이와 함께, 전자 제어 유닛(32)이 제어부에 상당하게 된다.
상기의 제 1 실시 형태에 있어서, 제 3 제어 신호(IGc)는 제 1 제어 신호(IGa)가 H레벨인 동안에 1회씩 상승 및 하강하는 파형이어도 좋다.
상기의 제 2 실시 형태에 있어서, 에너지 축적 코일(316)로부터의 1차 전류의 공급(제 3 스위칭 소자(315)의 오프 및 제 2 스위칭 소자(314)의 온)은 방전 전류 검출 저항(318r)에 의하여 검출된 방전 전류가 사전에 결정된 값 이하로 된 시점에서 실시되어도 좋다.
상기의 각 실시 형태에 있어서, 제 1 스위칭 소자(313)는 IGBT에 한정되지 않는다(이하의 다른 실시 형태도 동일하다). 즉, 제 1 스위칭 소자(313)는 이른바 “파워 MOSFET”이어도 좋다. 제 1 스위칭 소자(313)가 IGBT인 경우, 최근 널리 이용되고 있는 바와 같은, 다이오드 내장형이 적합하게 적용될 수 있다(도 7 참조). 즉, 도 7에 있어서의 환류 다이오드(313D1)는 제 1 스위칭 소자(313)에 내장된 것으로서, 캐소드가 제 1 전원측 단자(313C)에 접속되는 것과 함께, 애노드가 제 1 접지측 단자(313E)에 접속되어 있다.
또한, 도 7에 있어서의 환류 다이오드(313D1)에 대신하여, 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 외장의 환류 다이오드(313D2)가 설치되어 있어도 좋다. 이 경우, 환류 다이오드(313D2)는 캐소드가 제 1 전원측 단자(313C)에 접속되는 것과 함께, 애노드가 제 1 접지측 단자(313E)에 접속되어 있다.
이들의 환류 다이오드(313D1, 313D2)에 따르면, 특히, 통 내의 가스 유속이 매우 커서 꺼짐의 발생의 가능성이 매우 높은 운전 상태에 있어서, 투입 에너지의 온/오프(ON／OFF)에 기인하는 1차 전류의 환류 경로, 특히, 오프(OFF)시켰을 때의 환류 경로가 양호하게 형성되어 2차 전류를 사전에 결정된 값으로 제어할 수 있다. 또한, 도 7의 구성에 있어서는, 고내압의 환류 다이오드(313D1)가 제 1 스위칭 소자(313)에 내장된 것이기 때문에 회로 구성이 간략화된다.
제 1 스위칭 소자(313)로서 N채널형의 “파워 MOSFET”를 이용한 경우, 기생 다이오드를 상기의 환류 다이오드(도 7에 있어서의 환류 다이오드(313D1) 참조)로서 이용하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 이러한 기생 다이오드로 이루어지는 환류 다이오드의 내압은 제 1 스위칭 소자(313)의 내압과 같게 된다. 따라서, 이러한 구성에 따르면, 고내압의 환류 다이오드와 스위칭 소자를 일체화(원터치화)하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제 1 스위칭 소자(313)로서 IGBT를 이용한 경우이어도 IGBT칩의 외주 부분에 설치된 내압 구조부에 있어서의 등전위 링(이러한 등전위 링은 n＋영역, 즉, 고농도 n형 확산 영역인 채널 스토퍼 영역 상에 형성된 도전막 패턴이다: 이러한 구성은 주지로서, 예를 들면, 일본국 특개평7―249765호 등 참조.)과, 제 1 전원측 단자(313C)(컬렉터)에 접속된 리드 프레임을 와이어 본딩 등에 의해 접속함으로써 도 7에 나타나 있는 회로 구성을 실현하는 것이 가능하다. 이 경우, 이미터로부터 컬렉터를 향하는 PN접합을 내장 다이오드(가상적인 기생 다이오드)로서 이용하게 된다. 이러한 구성에 의해서도 고내압의 환류 다이오드와 스위칭 소자를 일체화(원터치화)하는 것이 가능하게 된다.
＜제 3 실시 형태의 점화 제어 장치＞
이하, 다른 실시 형태에 있어서의 점화 회로 유닛(31)의 구성 및 작용ㆍ효과에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 각 실시 형태에 있어서는, 제 1 스위칭 소자(313)로서, 내장형의 환류 다이오드(313D1)를 갖는 IGBT가 이용되고 있다. 또, 제 2 스위칭 소자(314)로서, 상기의 각 실시 형태와 마찬가지로, N채널 MOSFET가 이용되고 있다. 또한, 제 3 스위칭 소자(315)로서, 제 3 제어 단자(315G)와 제 3 전원측 단자(315D)와 제 3 접지측 단자(315S)를 갖는 파워 MOSFET(보다 상세하게는 N채널 MOSFET)가 이용되고 있다.
도 9에 나타나 있는 제 3 실시 형태에 있어서는, 점화 회로 유닛(31)은 코일 유닛(400)과 드라이버 유닛(500)을 구비하고 있다.
코일 유닛(400)은 이그니션 코일(311)과 다이오드(318a)를 유닛화한 것으로서, 사전에 결정된 착탈식 커넥터를 통하여 드라이버 유닛(500) 및 점화 플러그(19)에 접속되어 있다. 즉, 코일 유닛(400)은 이그니션 코일(311) 또는 다이오드(318a)가 고장났을 때에 교환할 수 있도록 구성되어 있다.
드라이버 유닛(500)은 점화 회로 유닛(31)에 있어서의 주요부(각 스위칭 소자, 에너지 축적 코일(316), 콘덴서(317) 등)를 유닛화한 것으로서, 사전에 결정된 착탈식 커넥터를 통하여 직류 전원(312) 및 코일 유닛(400)에 접속되어 있다. 즉, 드라이버 유닛(500)은 에너지 축적 코일(316), 콘덴서(317), 각 스위칭 소자 등 중의 적어도 하나가 고장났을 때에 교환할 수 있도록 구성되어 있다.
또, 본 실시 형태에 있어서는, 드라이버 유닛(500)에는 1차 전류 검출 저항(501)과 차단 스위치(502)가 설치되어 있다. 1차 전류 검출 저항(501)은 제 1 스위칭 소자(313)에 있어서의 제 1 접지측 단자(313E)와 접지측의 사이에 끼워져 있다. 차단 스위치(502)는 1차 전류 검출 저항(501)을 이용하여 검출된 1차 전류에 따라서 1차 권선(311a)과 제 1 스위칭 소자(313)의 사이의 전류 경로를 차단할 수 있도록 해당 전류 경로에 끼워져 있다. 차단 스위치(502)는, 그 제어 입력 단자(상기의 전류 경로의 연통과 차단을 전환하기 위한 신호가 입력되는 단자)가 드라이버 회로(319)에 접속되어 있다.
구체적으로는, 차단 스위치(502)는 다이오드(318b)에 있어서의 캐소드와 제 1 스위칭 소자(313)에 있어서의 제 1 전원측 단자(313C)의 접속점과, 1차 권선(311a)의 사이에 설치되어 있다. 이 차단 스위치(502)는 본 실시 형태에 있어서는 트랜지스터로서, 이미터가 1차 권선(311a)에 접속되어 있는 것과 함께, 컬렉터가 다이오드(318b)에 있어서의 캐소드와 제 1 스위칭 소자(313)에 있어서의 제 1 전원측 단자(313C)의 접속점에 접속되어 있다.
이러한 구성에 있어서는, 드라이버 회로(319)는 1차 전류 검출 저항(501)을 이용하여 검출된 1차 전류에 기초하여 제 1 스위칭 소자(313)에 있어서의 고장 발생의 유무를 검지한다. 이러한 고장이 검지되면, 드라이버 회로(319)는 차단 스위치(502)를 오프시킴으로써 1차 권선(311a)으로부터 제 1 스위칭 소자(313)에 이르는 전류 경로를 차단한다. 이에 따라, 상기의 고장(특히, 제 1 스위칭 소자(313)의 단락(短絡) 고장)이 발생한 경우에, 코일 유닛(400)을 부주의하게 파손시켜 버리는 것을 확실하게 방지하는 것이 가능하게 된다.
또, 이러한 구성에 있어서는, 상기의 고장이 발생한 경우에, 코일 유닛(400)을 그대로 사용하면서 고장난 드라이버 유닛(500)을 교환하는 것만으로 점화 회로 유닛(31)의 고장이 복구된다. 따라서, 이러한 구성에 따르면, 부품 교환 비용이 양호하게 저감된다.
또한, 상기의 제 3 실시 형태에 있어서, 차단 스위치(502)는 트랜지스터(이른바, “파워 MOSFET”를 포함한다)에 한정되지 않는다. 구체적으로는 예를 들면, 차단 스위치(502)는 릴레이이어도 좋다.
＜제 4 실시 형태의 점화 제어 장치의 구성＞
이하, 제 4 실시 형태에 있어서의 점화 회로 유닛(31)의 구성에 대하여 도 10을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에 있어서도, 점화 회로 유닛(31)은 코일 유닛(400)과 드라이버 유닛(500)을 구비하고 있다. 특히, 본 실시 형태는 도 10에 나타나는 바와 같이, 점화 플러그(19)와 코일 유닛(400)의 세트가 복수 세트, 직류 전원(312)에 대하여 병렬로 접속되어 있는 구성을 갖는다.
본 실시 형태에 있어서는, 드라이버 유닛(500)에는 2차 전류 검출 저항(503)이 설치되어 있다. 2차 전류 검출 저항(503)에 있어서의 일단측은 각 세트에 있어서의 다이오드(318a)를 통하여 해당 세트에 있어서의 2차 권선(311b)의 고전압측 단자(비접지측 단자라고도 부를 수 있다)측에 접속되어 있다. 즉, 복수의 다이오드(318a)가 하나의(공통의) 2차 전류 검출 저항(503)에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 한편, 2차 전류 검출 저항(503)에 있어서의 타단측은 접지되어 있다(접지측에 접속되어 있다). 또, 각 세트에 있어서, 2차 권선(311b)에 있어서의 저전압측 단자(접지측 단자라고도 부를 수 있다)측은 해당 세트에 있어서의 점화 플러그(19)에 접속되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 드라이버 유닛(500)은 컨버터 유닛(510)과 분배 유닛(520)을 구비하고 있다. 컨버터 유닛(510)은 제 3 스위칭 소자(315), 에너지 축적 코일(316), 콘덴서(317) 및 다이오드(318c)를 유닛화한 것이다. 이 컨버터 유닛(510)은 사전에 결정된 착탈식 커넥터를 통하여 드라이버 유닛(500)의 메인 기판에 장착되는 것으로 직류 전원(312), 제 2 스위칭 소자(314) 및 드라이버 회로(319)에 접속되어 있다.
분배 유닛(520)에는 다이오드(318b)와 제 1 스위칭 소자(313)와 제 4 스위칭 소자(521)의 세트가 복수 세트(상기의 점화 플러그(19)와 코일 유닛(400)의 세트와 동일한 수) 설치되어 있다. 각 세트에 있어서의 다이오드(318b)의 애노드는 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 접지측 단자(314S)에 접속되어 있다. 즉, 복수의 다이오드(318b)가 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 접지측 단자(314S)에 대하여 병렬로 접속되어 있다.
제 4 스위칭 소자(521)는 1차 권선(311a)과 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 접지측 단자(314S)의 사이의 통전 경로에 끼워져 있다. 구체적으로는, 도 10의 예에 있어서, 제 4 스위칭 소자(521)는 다이오드(318b)에 있어서의 캐소드와 제 1 스위칭 소자(313)에 있어서의 제 1 전원측 단자(313C)의 접속점과 1차 권선(311a)의 사이에 설치되어 있다.
도 10의 예에 있어서, 제 4 스위칭 소자(521)는 MOSFET(보다 상세하게는, N채널 MOSFET)로서, 제 4 제어 단자(521G)와 제 4 전원측 단자(521D)와, 제 4 접지측 단자(521S)를 갖고 있다. 각 세트에 있어서, 제 4 전원측 단자(521D)는 다이오드(318b)에 있어서의 캐소드와 제 1 스위칭 소자(313)에 있어서의 제 1 전원측 단자(313C)의 접속점에 접속되어 있다. 또, 제 4 접지측 단자(521S)는 1차 권선(311a)에 있어서의 저전압측 단자(접지측 단자)에 접속되어 있다. 또한, 제 4 제어 단자(521G)는 드라이버 회로(319)에 접속되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 다이오드(318b), 제 1 스위칭 소자(313), 제 4 스위칭 소자(521) 및 이그니션 코일(311)(1차 권선(311a))의 세트가 복수 세트, 하나의(공통의) 제 2 스위칭 소자(314)에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 또, 분배 유닛(520)은 사전에 결정된 착탈식 커넥터를 통하여 드라이버 유닛(500)의 메인 기판에 장착할 수 있게 구성되어 있다.
또한, 분배 유닛(520)에는 추가 저항(531) 및 추가 스위치(532)가 설치되어 있다. 추가 저항(531) 및 추가 스위치(532)는 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 접지측 단자(314S)와 각 세트에 있어서의 다이오드(318b)의 애노드의 접속점과 접지측의 사이에 끼워져 있다. 고장 검출 저항으로서의 추가 저항(531)은 전류 검출용의 저항으로서, 해당 접속점과 추가 스위치(532)의 사이에 설치되어 있다. 추가 스위치(532)는 해당 접속점과 접지측의 사이의 전류 경로를 차단할 수 있게 설치되어 있다. 즉, 복수의 다이오드(318b)가 공통의(1세트의) 추가 저항(531) 및 추가 스위치(532)에 대하여 병렬로 접속되어 있다.
도 10의 예에 있어서는, 추가 스위치(532)는 MOSFET(보다 상세하게는, N채널 MOSFET)로서, 제어 단자(532G)와, 전원측 단자(532D)와, 접지측 단자(532S)를 갖고 있다. 제어 단자(532G)는 드라이버 회로(319)에 접속되어 있다. 전원측 단자(532D)는 추가 저항(531)에 접속되어 있다. 접지측 단자(532S)는 접지되어 있다(접지측에 접속되어 있다).
＜제 4 실시 형태의 점화 제어 장치의 동작＞
상기와 같은 본 실시 형태의 구성에 있어서는, 전자 제어 유닛(32)은 취득한 엔진 파라미터에 기초하여 각 기통에 대응하는 점화 신호(IGt)를 각각 생성한다. 또, 전자 제어 유닛(32)은 취득한 엔진 파라미터에 기초하여 각 기통에 대응하는 에너지 투입 기간 신호(IGw)를 각각 생성한다. 그리고 전자 제어 유닛(32)은 생성한 점화 신호(IGt) 및 에너지 투입 기간 신호(IGw)와 엔진 파라미터를 포함하는 각종 신호를 드라이버 회로(319)에 출력한다.
드라이버 회로(319)는 전자 제어 유닛(32)으로부터 받은 각종 신호와 2차 전류 검출 저항(503)을 이용하여 검출된 2차 전류에 기초하여 제 1 스위칭 소자(313), 제 2 스위칭 소자(314), 제 3 스위칭 소자(315), 제 4 스위칭 소자(521) 및 추가 스위치(532)의 온 오프를 제어한다. 이에 따라, 각 기통의 각각에 대응하는 점화 플러그(19)에 있어서의 점화 방전 제어가, 2차 전류가 피드백 제어되면서 실시된다. 또한, 이하의 보다 상세한 동작 설명에 있어서는, 설명의 간략화를 위해, 도 10에 나타난 복수의 점화 플러그(19) 중의 도면 중 가장 좌측에 나타난 것에 대해서만 점화 방전을 발생시키는 경우에 대하여 설명한다.
드라이버 회로(319)는 전자 제어 유닛(32)으로부터 받은, 각 기통에 대응한 점화 신호(IGt)에 기초하여 도 10에 있어서의 가장 상측에 나타난 제 1 스위칭 소자(313)에 대하여 도 3에 있어서의 “IGa”로 나타나 있는 바와 같은 온 펄스를 입력한다. 이에 따라, 제 1 제어 신호(IGa)(점화 신호(IGt))의 오프 타이밍과 동기하여, 대응하는 점화 플러그(19)에서 점화 방전이 개시된다. 또, 드라이버 회로(319)는 이러한 온 펄스에 동기하여, 제 2 스위칭 소자(3140의 오프 하에서 제 3 스위칭 소자(315)에 대하여 도 3에 있어서의 “IGc”로 나타나 있는 바와 같은 온 펄스를 입력한다. 이에 따라, 컨버터 유닛(510)에서 투입 에너지가 축적된다(상기의 제 1 실시 형태 참조).
여기에서, 도 10에 나타나 있는 회로 구성에 있어서는, 이그니션 코일(311)에 있어서의 1차 권선(311a)과 제 1 스위칭 소자(313)의 사이에 제 4 스위칭 소자(521)가 개재되어 있다. 이 때문에, 도 10에 있어서의 가장 좌측에 나타난 이그니션 코일(311)에 있어서의 1차 권선(311a)에서 1차 전류가 통류하는 동안, 도 10에 있어서의 가장 상측에 나타난 제 4 스위칭 소자(521)를 온시킬 필요가 있다. 그래서 이러한 제 4 스위칭 소자(521)는 제 1 제어 신호(IGa)의 온 타이밍과 동기하여(제 1 제어 신호(IGa)의 온 타이밍과 동시 또는 이보다도 약간 빠른 타이밍으로) 온되고, 에너지 투입 기간 신호(IGw)의 오프 타이밍과 동기하여(에너지 투입 기간 신호(IGw)의 오프 타이밍과 동시 또는 이보다도 약간 늦은 타이밍으로) 오프된다.
점화 방전 개시 후에는 상기와 같이, 제 1 스위칭 소자(313) 및 제 3 스위칭 소자(315)의 오프 하에서 제 2 스위칭 소자(314)가 PWM제어된다. 구체적으로는, 2차 전류 검출 저항(503)을 이용하여 검출된 2차 전류에 기초하여 제 2 스위칭 소자(314)의 온 듀티가 피드백 제어된다. 이에 따라, 꺼짐 방지를 위한 투입 에너지가 컨버터 유닛(510)측으로부터 도 10에 있어서의 가장 좌측에 나타난 이그니션 코일(311)에 있어서의 1차 권선(311a)에 대하여 투입된다.
그런데 N채널 MOSFET인 제 2 스위칭 소자(314)의 스위칭 동작은 예를 들면, 드라이버 회로(319)측에 설치된 부트스트랩 회로에 의하여 실시된다. 이 점, 도 10에 나타나 있는 회로 구성에 있어서, 다이오드(318b)의 애노드와 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 접지측 단자(314S)의 접속점을 “플로트” 상태로 한 경우(즉, 해당 접속점과 접지측을 추가 저항(531) 및 추가 스위치(532)를 통하여 접속하는, 통전 경로가 없는 경우)를 가정한다. 이 경우, 제 2 스위칭 소자(314) 및 제 4 스위칭 소자(521)가 함께 오프의 상태에서는 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 접지측 단자(314S)의 전위는 일정하지 않게 된다. 그러면 제 2 스위칭 소자(314)의 스위칭 동작을 실시할 수 없게 될 염려가 발생한다(상기의 부트스트랩 회로에 있어서의 부트스트랩 콘덴서로의 충전을 실시할 수 없게 되기 때문).
그래서 본 실시 형태에 있어서는 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 제 2 스위칭 소자(314)의 스위칭 동작에 앞서서 제 2 접지측 단자(314S)의 전위를 그라운드 레벨로 떨어뜨리기 위한, 스위치(구체적으로는 추가 스위치(532)) 부착의 통전 경로가 설치되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에 있어서는, 제 1 제어 신호(IGa)의 온 기간의 사이에 추가 스위치(532)가 연속적으로 온됨으로써 제 2 스위칭 소자(314)의 스위칭 동작에 앞서서 제 2 접지측 단자(314S)의 전위가 그라운드 레벨로 양호하게 설정된 상태로 된다. 이 상태가 형성된 후에 추가 스위치(532)가 오프되고나서 에너지 투입 기간 신호(IGw)의 상승에 동반하여 제 2 스위칭 소자(314)의 PWM제어가 개시된다. 이에 따라, 제 2 스위칭 소자(314)의 스위칭 동작이 양호하게 실시된다.
또, 제 2 스위칭 소자(314)의 단락 고장이 발생한 경우, 추가 저항(531)의 양단의 전압(즉, 추가 저항(531)에 있어서의 상기의 접속점측의 끝의 전위)의 검출값이 0V(GND)보다도 높아진다. 그래서 본 실시 형태의 구성에 있어서, 드라이버 회로(319)는 추가 스위치(532)의 온 기간 중(이 기간 중에는 상기와 같이, 제 2 스위칭 소자(314)는 오프 중이다)이고, 또한 에너지 투입 기간 신호(IGw)의 오프 기간 중에 추가 저항(531)의 양단의 전압을 모니터한다. 이에 따라, 투입 에너지의 투입 경로에 전류 검출 저항 등을 설치하지 않고, 제 2 스위칭 소자(314)의 단락 고장의 발생을 검지하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시 형태의 구성에 있어서는, 비교적 저속(저주파수)으로 스위칭되는 기통 분배용의 제 4 스위칭 소자(521)가 복수의 이그니션 코일(311)에 대하여 개별로 설치되어 있다. 이에 대해, 비교적 고속(고주파수)으로 스위칭되는 제 2 스위칭 소자(314)는 복수의 이그니션 코일(311)에 대하여 공통화되어 있다. 특히, 이러한 구성에 있어서는, 제 2 스위칭 소자(314)를 복수의 이그니션 코일(311)에 대하여 개별로 설치하는 구성과는 달리, 제 2 스위칭 소자(314)의 구동을 제어하기 위한 회로가 집약된다(상기의 예에서는 이러한 회로는 드라이버 회로(319)에 설치되어 있다). 따라서, 이러한 구성에 따르면, 점화 회로 유닛(31)에 있어서의 회로 구성이 가급적 간소화(소형화)될 수 있다.
또한, 추가 스위치(532)의 온 타이밍은 제 2 스위칭 소자(314)의 오프 중이고, 또한 제 2 스위칭 소자(314)의 온 타이밍에서 제 2 접지측 단자(314S)의 전위를 양호하게 그라운드 레벨로 설정할 수 있으면 특단의 한정은 없다.
도 11에 나타나 있는 바와 같이, 제 4 스위칭 소자(521)는 제 2 스위칭 소자(314)와 다이오드(318b)의 사이에 설치되어 있어도 좋다. 즉, 제 2 스위칭 소자(314)에 있어서의 제 2 접지측 단자(314S)와 제 4 스위칭 소자(521)에 있어서의 제 4 전원측 단자(521D)의 접속점이 추가 저항(531) 및 추가 스위치(532)를 통하여 접지측에 접속되어 있어도 좋다.
도 11에 나타나 있는 회로 구성에 있어서는, 도 10에 나타나 있는 회로 구성과는 달리, 이그니션 코일(311)에 있어서의 1차 권선(311a)과 제 1 스위칭 소자(313)의 사이에 제 4 스위칭 소자(521)가 개재되어 있지 않다. 이 때문에, 도 10의 예와는 달리, 제 4 스위칭 소자(521)는 에너지 투입 기간 신호(IGw)의 온 타이밍과 동기하여(에너지 투입 기간 신호(IGw)의 온 타이밍과 동시 또는 이보다도 약간 빠른 타이밍으로) 온되면 좋다.
또한, 도 10 및 도 11에서 가상선(이점쇄선)으로 나타나 있는 바와 같이, 분배 유닛(520)에는 제 4 스위칭 소자(521)에 대하여 구동 제어 신호를 출력하기 위한 드라이버 회로인 기통 분배 드라이버(DD)가 설치되어 있어도 좋다.
또, 제 2 스위칭 소자(314)의 단락 고장의 발생의 유무는 다이오드(318b)의 소자 온도와 관련이 있다. 이 때문에, 다이오드(318b)의 소자 온도를 순방향 전압의 온도 특성을 이용하여 검출함으로써 전류 검출 저항을 이용하지 않아도 제 2 스위칭 소자(314)의 단락 고장의 발생 검지가 가능하게 된다.
구체적으로는 예를 들면, 드라이버 회로(319)는 에너지 투입 기간 신호(IGw)의 오프 타이밍 직후에 다이오드(318b)에 정전류를 단시간 통류시켜서 다이오드(318b)의 순방향 전압을 취득한다. 그리고 드라이버 회로(319)는, 이 순방향 전압의 취득값이 사전에 결정된 한계값을 넘은 경우에, 제 2 스위칭 소자(314)의 단락 고장의 발생을 검지한다.
제 2 스위칭 소자(314)와, 이에 병렬 접속된 복수의 “제 1 스위칭 소자(313) 및 제 4 스위칭 소자(521) 등의 세트”가 복수 설치되어 있어도 좋다.
그 외, 특단으로 언급되어 있지 않은 변형예에 대해서도, 본 발명의 본질적 부분을 변경하지 않는 범위 내에서 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것은 당연하다. 또, 본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단을 구성하는 각 요소에 있어서의 작용ㆍ기능적으로 표현되어 있는 요소는 상기의 실시 형태나 변형예에서 개시되어 있는 구체적 구성 및 그 균등물 외에, 해당 작용ㆍ기능을 실현할 수 있는 어떠한 구성도 포함한다.
본 실시 형태의 점화 제어 장치(30)는 점화 플러그(19)의 동작을 제어한다. 여기에서, 상기 점화 플러그는 내연 기관(11)의 기통(11b) 내에서 연료 혼합기를 점화한다. 본 실시 형태의 점화 제어 장치는 이그니션 코일(311)과, 직류 전원(312)과, 제 1 스위칭 소자(313)와, 제 2 스위칭 소자(314)와, 제 3 스위칭 소자(315)와, 에너지 축적 코일(316)을 구비하고 있다.
상기 이그니션 코일은 1차 권선(311a)과 2차 권선(311b)을 구비하고 있다. 상기 2차 권선은 상기 점화 플러그에 접속되어 있다. 이 이그니션 코일은 1차 전류(상기 1차 권선을 통류하는 전류)의 증감에 의해 상기 2차 권선에서 2차 전류가 발생하도록 구성되어 있다. 또, 상기 1차 권선에서 상기 1차 전류를 통류시키도록 상기 1차 권선의 일단측에는 상기 직류 전원에 있어서의 비접지측 출력 단자가 접속되어 있다.
상기 제 1 스위칭 소자는 제 1 제어 단자(313G)와, 제 1 전원측 단자(313C)와, 제 1 접지측 단자(313E)를 갖고 있다. 이 제 1 스위칭 소자는 반도체 스위칭 소자로서, 상기 제 1 제어 단자에 입력된 제 1 제어 신호에 기초하여 상기 제 1 전원측 단자와 상기 제 1 접지측 단자의 사이의 통전의 온 오프를 제어한다. 이 제 1 스위칭 소자에 있어서는, 상기 제 1 전원측 단자는 상기 1차 권선의 타단측에 접속되어 있다. 또, 상기 제 1 접지측 단자는 접지측에 접속되어 있다.
상기 제 2 스위칭 소자는 제 2 제어 단자(314G)와, 제 2 전원측 단자(314D)와, 제 2 접지측 단자(314S)를 갖고 있다. 이 제 2 스위칭 소자는 반도체 스위칭 소자이고, 상기 제 2 제어 단자에 입력된 제 2 제어 신호에 기초하여 상기 제 2 전원측 단자와 상기 제 2 접지측 단자의 사이의 통전의 온 오프를 제어한다. 이 제 2 스위칭 소자에 있어서는, 상기 제 2 접지측 단자가 상기 1차 권선의 상기 타단측에 접속되어 있다.
상기 제 3 스위칭 소자는 제 3 제어 단자(315G)와, 제 3 전원측 단자(315C)와, 제 3 접지측 단자(315E)를 갖고 있다. 이 제 3 스위칭 소자는 반도체 스위칭 소자이고, 상기 제 3 제어 단자에 입력된 제 3 제어 신호에 기초하여 상기 제 3 전원측 단자와 상기 제 3 접지측 단자의 사이의 통전의 온 오프를 제어한다. 이 제 3 스위칭 소자에 있어서, 상기 제 3 전원측 단자는 상기 제 2 스위칭 소자에 있어서의 상기 제 2 전원측 단자에 접속되어 있다. 또, 상기 제 3 접지측 단자는 상기 접지측에 접속되어 있다.
상기 에너지 축적 코일은 상기 제 3 스위칭 소자의 온에 의하여 에너지를 축적하도록 설치된 인덕터이다. 이 에너지 축적 코일은 상기 직류 전원에 있어서의 상기 비접지측 출력 단자와 상기 제 3 스위칭 소자에 있어서의 상기 제 3 전원측 단자를 접속하는 전력 라인에 끼워져 있다.
이러한 구성을 갖는 본 실시 형태의 상기 점화 제어 장치에 있어서는, 상기 제 1 스위칭 소자의 온에 의해 상기 1차 권선에 상기 1차 전류가 통류한다. 이에 따라, 상기 이그니션 코일이 충전된다. 그 후, 상기 제 1 스위칭 소자가 오프되면, 그 이전까지 상기 1차 권선에 통류해 있던 상기 1차 전류가 급격히 차단된다. 그러면 상기 이그니션 코일의 상기 1차 권선에 고전압이 발생하고, 이러한 고전압이 다시 상기 2차 권선에서 승압됨으로써 상기 점화 플러그에서 고전압이 발생하여 방전이 발생하고, 이 때, 상기 2차 권선에서 큰 상기 2차 전류가 발생한다. 이에 따라, 상기 점화 플러그에서 상기 점화 방전이 개시된다.
여기에서, 상기 점화 플러그에서 상기 점화 방전이 개시된 후에는, 상기 2차 전류(“방전 전류”라고 부른다)는 그 상태에서는 시간 경과와 함께 제로에 가까워진다. 이 점, 본 실시 형태의 구성에 있어서는, 상기 점화 방전 중에 상기 제 2 스위칭 소자가 온됨으로써 해당 제 2 스위칭 소자를 통하여 에너지가 상기 타단측으로부터 상기 1차 권선으로 공급된다. 그러면 상기 1차 전류가 통류한다. 이 때, 그 때까지 통류하고 있던 상기 방전 전류에 대하여, 이러한 1차 전류의 통류에 동반하는 추가분이 중첩된다. 그러면 상기 1차 권선에 흐르는 전류가 증강되고, 상기 2차 권선에 방전 유지 전압 이상의 유도 기전력을 발생시킬 수 있다. 이 때문에, 상기 2차 전류, 즉, 상기 방전 전류가 증강되고, 따라서, 꺼짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 이에 따라, 상기 방전 전류가 상기 점화 방전을 유지할 수 있을 정도로 양호하게 확보된다.
따라서, 본 실시 형태에 따르면, 이른바 “꺼짐”의 발생 및 이에 동반하는 점화 에너지의 손실이 간략한 장치 구성에 의하여 양호하게 억제된다. 또, 이와 같이, 상기 1차 권선의 저압측(접지측 또는 상기 제 1 스위칭측)으로부터 에너지를 투입함으로써 상기 2차 권선측으로부터 에너지를 투입하는 경우보다도 저압으로 에너지를 투입하는 것이 가능하게 된다. 이 점, 상기 1차 권선의 고압측(상기 직류 전원측)으로부터 상기 직류 전원의 전압보다 높은 전압으로 에너지를 투입하면, 해당 직류 전원으로의 유입 전류 등에 의해 효율이 나빠진다. 이에 대해, 본 실시 형태에 따르면, 상기와 같이, 상기 1차 권선의 저압측으로부터 에너지를 투입하기 때문에 더욱 용이하고 효율 좋게 에너지를 투입할 수 있다는 우수한 효과가 있다.
11: 엔진
11b: 기통
19: 점화 플러그
30: 점화 제어 장치
31: 점화 회로 유닛
32: 전자 제어 유닛
311: 이그니션 코일
311a: 1차 권선
311b: 2차 권선
312: 직류 전원
313: 제 1 스위칭 소자
313C: 제 1 전원측 단자
313E: 제 1 접지측 단자
313G: 제 1 제어 단자
314: 제 2 스위칭 소자
314D: 제 2 전원측 단자
314G: 제 2 제어 단자
314S: 제 2 접지측 단자
315: 제 3 스위칭 소자
315C: 제 3 전원측 단자
315E: 제 3 접지측 단자
315G: 제 3 제어 단자
316: 에너지 축적 코일
317: 콘덴서
319: 드라이버 회로
IGa: 제 1 제어 신호
IGb: 제 2 제어 신호
IGc: 제 3 제어 신호
IGt: 점화 신호,
IGw: 에너지 투입 기간 신호

Claims (9)

  1. 연료 혼합기를 점화하도록 설치된 점화 플러그(19)의 동작을 제어하는 점화 제어 장치(30)에 있어서,
    1차 권선(311a)과 2차 권선(311b)을 구비하고 있고, 상기 1차 권선을 통류하는 전류인 1차 전류의 증감에 의해 상기 점화 플러그에 접속된 상기 2차 권선에서 2차 전류가 발생하는 이그니션 코일(31)과,
    상기 1차 권선에서 상기 1차 전류를 통류시키도록 비접지측 출력 단자가 상기 1차 권선의 일단측에 접속된 직류 전원(312)과,
    제 1 제어 단자(313G)와 제 1 전원측 단자(313C)와 제 1 접지측 단자(313E)를 갖고 있고, 상기 제 1 제어 단자에 입력된 제 1 제어 신호에 기초하여 상기 제 1 전원측 단자와 상기 제 1 접지측 단자의 사이의 통전의 온 오프를 제어하는 반도체 스위칭 소자로서, 상기 제 1 전원측 단자가 상기 1차 권선의 타단측에 접속되는 것과 함께, 상기 제 1 접지측 단자가 접지측에 접속된 제 1 스위칭 소자(313)와,
    제 2 제어 단자(314G)와 제 2 전원측 단자(314D)와 제 2 접지측 단자(314S)를 갖고 있고, 상기 제 2 제어 단자에 입력된 제 2 제어 신호에 기초하여 상기 제 2 전원측 단자와 상기 제 2 접지측 단자의 사이의 통전의 온 오프를 제어하는 반도체 스위칭 소자로서, 상기 제 2 접지측 단자가 상기 1차 권선의 상기 타단측에 접속된 제 2 스위칭 소자(314)와,
    제 3 제어 단자(315G)와 제 3 전원측 단자(315C)와 제 3 접지측 단자(315E)를 갖고 있고, 상기 제 3 제어 단자에 입력된 제 3 제어 신호에 기초하여 상기 제 3 전원측 단자와 상기 제 3 접지측 단자의 사이의 통전의 온 오프를 제어하는 반도체 스위칭 소자로서, 상기 제 3 전원측 단자가 상기 제 2 스위칭 소자에 있어서의 상기 제 2 전원측 단자에 접속되는 것과 함께, 상기 제 3 접지측 단자가 상기 접지측에 접속된 제 3 스위칭 소자(315)와,
    상기 직류 전원에 있어서의 상기 비접지측 출력 단자와 상기 제 3 스위칭 소자에 있어서의 상기 제 3 전원측 단자를 접속하는 전력 라인에 끼워진 인덕터이고, 상기 제 3 스위칭 소자의 온에 의하여 에너지를 축적하는 에너지 축적 코일(316)을 구비한 것을 특징으로 하는
    점화 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직류 전원에 있어서의 상기 비접지측 출력 단자와 상기 접지측의 사이에서 상기 에너지 축적 코일과 직렬 접속되어 있고, 상기 제 3 스위칭 소자의 오프에 의하여 에너지를 축적하는 콘덴서(317)를 더 구비한 것을 특징으로 하는
    점화 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 소자의 오프에 의해 개시된 상기 점화 플러그의 점화 방전 중에 상기 제 3 스위칭 소자의 오프 및 상기 제 2 스위칭 소자의 온에 의해 상기 콘덴서로부터 축적 에너지를 방출시킴으로써 상기 타단측으로부터 상기 1차 권선으로 상기 1차 전류를 공급하기 위해, 상기 제 2 스위칭 소자 및 상기 제 3 스위칭 소자를 제어하는 제어부(319)를 더 구비한 것을 특징으로 하는
    점화 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 소자는 캐소드가 상기 제 1 전원측 단자에 접속되는 것과 함께, 애노드가 상기 제 1 접지측 단자에 접속된 다이오드(313D1)를 내장하는 것을 특징으로 하는
    점화 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 권선과 상기 제 1 스위칭 소자의 사이의 전류 경로를 차단할 수 있도록 해당 전류 경로에 끼워진 차단 스위치(502)를 더 구비한 것을 특징으로 하는
    점화 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 권선과 상기 제 2 스위칭 소자에 있어서의 상기 제 2 접지측 단자의 사이의 통전 경로에 끼워진 제 4 스위칭 소자(521)와,
    상기 제 2 접지측 단자와 접지측의 사이에 끼워진 추가 스위치(532)를 더 구비하고,
    상기 점화 플러그와 상기 이그니션 코일과 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 4 스위칭 소자의 세트가 복수 세트 설치된 것을 특징으로 하는
    점화 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 추가 스위치보다도 상기 통전 경로측의 위치에서 상기 추가 스위치에 접속된 고장 검출 저항(531)을 더 구비한 것을 특징으로 하는
    점화 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    1개의 상기 제 2 스위칭 소자에 대하여, 복수의 상기 제 4 스위칭 소자가 접속된 것을 특징으로 하는
    점화 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    1개의 상기 제 2 스위칭 소자에 대하여, 복수의 상기 제 4 스위칭 소자가 접속된 것을 특징으로 하는
    점화 제어 장치.
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