JP4209754B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用エンジン等の内燃機関に用いられる点火装置に係り、特に、異常時に通電を自動的に遮断する保護手段を備えた内燃機関用点火装置に関する。

従来、例えば特許文献１に記載のように、点火信号を出力する電子制御装置と、この電子制御装置からの点火信号に基づいて一次電流を通電−遮断制御するスイッチング素子を含む点火手段と、このスイッチング素子による一次電流の通電−遮断制御により二次側に高電圧を発生させる点火コイルと、前記点火手段に設けられ前記点火コイルに流れる一次電流を制限する電流制限手段と、異常通電もしくは異常発熱を検知して前記点火コイルに流れる一次電流を制限する保護手段とを備えた内燃機関用点火装置が、既に提案されている。

特開平８−３３５５２２号公報

従来の技術によれば、異常通電もしくは異常発熱に対して保護手段によって通電が制限（通電停止や一次電流の減少）され、スイッチング阻止を含む点火手段の保護が可能となるが、どのような原因で通電が制限されたのかが判らない。そのために、例えば自動車用の点火装置の場合、失火等による車両での警告により、市場から返却・回収されることがある。しかし、制御上の異常により回収された点火手段は、保護手段が作動して通電制限されただけで部品としての異常でないにもかかわらず原因不明として処理され、異常の本質が改善されないままとなるケースが発生する。

本発明の目的は、制御上の異常もしくは点火コイルの故障等の外部要因により保護手段が作動したことを検出することが可能な内燃機関用点火装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、異常通電もしくは異常発熱を検知して点火コイルに流れる一次電流を制限する保護手段を備えた内燃機関用点火装置において、前記保護手段の動作に基づいて出力される信号を記憶する記憶手段を設けたのである。

このように、保護手段の動作に基づいて出力される信号を記憶する記憶手段を設けたことで、通電制限された際に、記憶手段に記憶された信号を読み出すことにより、通電制限が、部品には異常がない異常制御による保護手段の動作によるものか、点火手段以外の外部要因による保護手段の動作によるものかが判断され、異常の本質を確認することが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、異常制御もしくは、それ以外の外部要因により保護手段が作動したことを検出できる内燃機関用点火装置を得ることができる。

以下本発明による内燃機関用点火装置の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。

本実施の形態による内燃機関用点火装置は、点火信号ａを出力する電子制御装置１と、この電子制御装置１からの点火信号ａに基づいて一次電流ｂを通電−遮断制御する点火手段２と、この点火手段２による一次電流ｂの通電−遮断制御により二次側に断続的な高電圧を発生させる点火コイル３とを備えており、点火コイル３の高電圧は点火プラグ４に供給されて放電を繰返す。

前記電子制御装置１は、その出力部がＰＮＰトランジスタ５とＮＰＮトランジスタ６と抵抗７で構成され、演算装置８で算出された適正な点火タイミングで前記ＰＮＰトランジスタ５とＮＰＮトランジスタ６とをオン→オフし、前記点火手段２に点火信号ａを出力する。

前記点火手段２は、パワートランジスタ又は絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ等のスイッチング素子９と、電流検出抵抗１０と、前記点火コイル３に流れる一次電流を制限する電流制限回路１１と、入力抵抗１２と、異常制御による異常通電を検知して前記点火コイル３に流れる一次電流を制限（通電停止や一次電流の減少）する保護手段であるセルフシャットオフ回路１３と、このセルフシャットオフ回路１３の動作時にスイッチング素子９のゲート電圧を引抜くＭＯＳＦＥＴ４とを備えており、前記電子制御装置１から出力される点火信号ａが低→高でスイッチング素子９は通電を開始し、高→低でスイッチング素子９は通電を遮断することにより、スイッチング素子９のコレクタに電圧が発生する。この電圧により、前記点火コイル３の二次側に巻数比倍に相当する高電圧が誘起され、前記点火プラグ４にて放電される。

前記点火コイル３は、バッテリ電圧Ｖｂが印加される一次コイル３Ａと二次コイル３Ｂとを有し、また、二次コイル３Ｂと前記点火プラグ４間にプレイグ防止用高圧ダイオード１５を備えている。

上記構成は従来の点火装置とほぼ同じであるが、本実施の形態においては、さらに、前記スイッチング素子９のコレクタ側にコレクタ電圧検知部１６を接続し、前記電子制御装置１からの点火信号ａとコレクタ電圧検知部１６からの出力信号ｃを比較する比較部１７と、前記点火信号ａを基にコンデンサ１８に充電された電荷をＮＰＮトランジスタ１９を介して抜くリセット回路部２０と、比較部１７からの出力信号ｄを基にコンデンサ１８及び抵抗２１により一定時間出力を継続させる出力部２２を備えている。

さらに、バッテリ電圧Ｖｂから各部の基準電圧及び出力電圧を形成するために、抵抗２３，２４及びツェナダイオード２５，２６を、バッテリ（図示せず）とコレクタ電圧検知部１６間及びバッテリと出力部２２間に接続している。

さらにまた、出力部２２には、出力される出力信号ｅを記憶する記憶手段２７が接続されており、この記憶手段２７には情報授受端子２８が設けられ、パーソナルコンピュータ２９を接続して記憶手段２７に記憶された情報を読み出すようにしている。尚、記憶手段２７に出力信号ｅが入力されたことを表示するために、例えば出力信号ｅが入力されたとき点灯する表示ランプ等の表示器３０を設けてもよい。

尚、前記記憶手段２７は、電子制御装置１や点火手段２とは独立して設置されているが、２点差線で示すように、電子制御装置１と共にユニット化してもよい。

以上のように構成したので、例えば、電子制御装置１の異常制御により点火信号ａが連続して点火手段２に入力された場合、点火手段２が連続して一次電流ｂを流すので、スイッチング素子９は、異常発熱を起こす。そのために、セルフシャットオフ回路１３が動作して点火コイル３への通電を停止する。しかし、異常制御が発生した場合、点火コイル３への通電停止が、セルフシャットオフ回路１３の動作によるものかの判断がなされないまま、云い代えれば原因不明のまま部品が回収されるケースとなる。

本実施の形態によれば、セルフシャットオフ回路１３が動作したことを、出力部２２からの出力信号ｅを記憶手段２７で記憶することで、事象発生後にパーソナルコンピュータ２９や表示器３０で確認して原因を特定できるので、異常の本質を確認することが可能となる。

ところで、前記セルフシャットオフ回路１３がサーマル式シャットオフ回路の場合、スイッチング素子９の異常発熱を検出して通電を遮断できる。しかし、前記セルフシャットオフ回路１３がタイマー式シャットオフ回路の場合には、設定した通電時間以上の点火信号ａが入力されると、セルフシャットオフ回路１３が機能し通電を停止できるが、設定した通電時間内で且つ規定値以上の点火信号ａがスイッチング素子９に連続的に入力された場合は、通電を停止できず、スイッチング素子９の異常発熱を招く恐れがある。

したがって、異常通電制御において、サーマル式やタイマー式に拘らず、前記セルフシャットオフ回路１３が動作した場合、点火信号ａがオフと同時にセルフシャットオフ回路１３をリセットさせるようにする。

こうすることで、スイッチング素子９の破壊は防止できるが、異常通電により点火コイル３の故障や点火タイミングのずれにより、内燃機関の不十分な燃焼や失火を招き、有害排気除去用触媒の異常過熱等を発生させる可能性がある。

このような場合には、例えば出力部２２からの出力もしくはセルフシャットオフ回路１３からの出力が、演算装置８で規定値以上となることが確認された場合に、それを警報したり、燃料噴射装置への燃料噴射停止指令を発するなどの制御を行うことで、前記触媒の異常過熱を回避することができ、二次的な故障を未然に防止することができる。

次に、電子制御装置１から規定通電時間内の点火信号ａが点火手段２に入力され、セルフシャットオフ回路１３が動作する条件にない通常運転時について図２と共に説明する。

点火信号ａがスイッチング素子９のゲート部に入力されてスイッチング素子９がオンすると、スイッチング素子９のコレクタ電圧ｖは、スイッチング素子９の各電流値に必要な電圧に引かれる。このコレクタ電圧により、点火手段２の通電時間を監視しているコレクタ電圧検知部１６がスイッチング素子９の動作を検知し、比較部１７に出力信号ｃを出力する。この比較部１７で、点火信号ａの通電時間とコレクタ電圧ｖの出力信号ｃの出力時間とを比較し、「点火信号ａの通電時間＝出力信号ｃの出力時間」であれば、比較部１７から出力信号ｄを出力せず、当然ながら出力部２２からの出力信号ｅも発しない。

今度は、異常制御によってセルフシャットオフ回路１３が動作した場合について説明する。

電子制御装置１からの点火信号ａの通電時間が、規定時間を超える点火信号ａｌ（図２）である場合、規定時間を超えた時点でセルフシャットオフ回路１３が動作し、スイッチング素子９を強制的にオフする。

このとき、コレクタ電圧検知出力ｃの出力時間と点火信号ａｌの通電時間との関係は、「点火信号ａｌの通電時間＞コレクタ電圧検知出力ｃの出力時間」となるので、比較部１７からシャットオフ信号ｄが出力され、出力部２２に入力される。出力部２２は、シャットオフ信号ｄを受けると、出力信号ｅを発し記憶手段２７に入力する。出力信号ｅを受けた記憶手段２７は、表示器３０を点灯させると共に記憶する。

ユーザあるいは保守員は、表示器３０の点灯を確認することにより、また表示器３０のない場合には、通電停止後にパーソナルコンピュータ２９を記憶手段２７に接続することにより、通電停止が電子制御装置１による異常通電であることを判別でき、異常の本質を確認することが可能となる。

このほか、電子制御装置１の異常制御もしくはそれ以外の外部要因によって、規定値以上の点火信号が連続的に点火手段２に入力される場合がある。

このような場合、次の点火信号ａｎ（図２）が点火手段２に入力されると同時に、その点火信号ａｎを基にリセット回路部２０によってコンデンサ１８に充電された電荷を抜き、出力部２２からの連続した出力信号ｅをオフするためのリセット信号ｆを出力する。これにより、連続的にセルフシャットオフ回路１３が動作した場合でも、その都度、記憶手段２７に出力信号ｅを出力することができる。

次に、本発明による内燃機関用点火装置の第２に実施の形態について図３に基づいて説明する。

図３において図１と異なるのは、電子制御装置１からの点火信号ａを抵抗３１，３２を介して点火手段２に入力し、さらに、図１の出力部２２の代わりに、比較部１７からの出力信号ｄをラッチ回路３３及び抵抗３４を介して記憶手段２５に出力するように構成した点である。加えて、コレクタ電圧検知部１６，比較部１７，リセット回路部２０，ラッチ回路３３及び点火手段２の構成回路を、モノリシックシリコン基板内に集約した、１チップ型点火手段２とすることで、小型化でき、点火コイル３に内蔵させることが可能となる。

図４に、本発明による内燃機関用点火装置の第３の実施の形態を示す。

この実施の形態は、図３に示す第２の実施の形態に対し、回路電源を電子制御装置１からの点火信号ａを基に動作する以外は、１チップ型点火手段２とすることは同じである。しかし、セルフシャットオフ回路１３が動作した信号を、セルフシャットオフ回路１３から記憶手段２７に直接入力することで、図３のコレクタ電圧検知部１６，比較部１７，リセット回路部２０，ラッチ回路３３を削減でき、それに伴い端子数を低減でき、さらなる小型化が可能となる。尚、図４中の符号３６，３７は、抵抗である。

以上説明したように各実施の形態によれば、スイッチング素子９を保護するセルフシャットオフ回路１３が動作したことが、記憶手段２７により監視できるようになったので、通電停止が電子制御装置１の異常制御であるか、もしくはそれ以外の外部要因によるものか否かを確認することができ、その結果、異常の本質を確認して改善することが可能となる。

また、点火手段２を１チップ化とすることで小型化が可能となり、点火コイル３への内臓も可能となることから、内燃機関としての占有体積を大きくすることはない。

本発明による内燃機関用点火装置の第１の実施の形態を示すブロック図。 図１の内燃機関用点火装置の動作を示すタイミングチャート図。 本発明による内燃機関用点火装置の第２の実施の形態を示すブロック図。 本発明による内燃機関用点火装置の第３の実施の形態を示すブロック図。

符号の説明

１…電子制御装置、２…点火手段、３…点火コイル、４…点火プラグ、９…スイッチング素子、１１…電流制限回路、１３…セルフシャットオフ回路、１６…コレクタ電圧検知部、１７…比較部、２０…リセット回路部、２２…出力部、２７…記憶手段。

Claims (4)

1. 点火信号を出力する電子制御装置と、この電子制御装置からの点火信号に基づいて一次電流を通電−遮断制御するスイッチング素子を含む点火手段と、このスイッチング素子による一次電流の通電−遮断制御により二次側に高電圧を発生させる点火コイルと、前記点火手段に設けられ前記点火コイルに流れる一次電流を制限する電流制限手段と、異常通電もしくは異常発熱を検知して前記点火コイルに流れる一次電流を制限する保護手段とを備えた内燃機関用点火装置において、前記保護手段の動作に基づく信号を記憶する記憶手段を設けると共に、この記憶手段にパーソナルコンピュータへ記憶された情報を読み出す情報授受端子を設けたことを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 電子制御装置から出力される点火信号に応じて一次電流を通電−遮断制御するパワートランジスタ又は絶縁ゲート形バイポーラトランジスタと、このパワートランジスタ又は絶縁ゲート形バイポーラトランジスタが一次電流を通電−遮断制御することによって二次側に高電圧を発生させる点火コイルと、点火コイルに流れる一次電流を制限する電流制限回路と、異常通電もしくは異常発熱を検知して前記点火コイルに流れる一次電流を制限するセルフシャットオフ回路とを備えた内燃機関用点火装置において、前記セルフシャットオフ回路の動作に基づく信号を記憶する記憶手段を設けると共に、この記憶手段にパーソナルコンピュータへ記憶された情報を読み出す情報授受端子を設けたことを特徴とする内燃機関用点火装置。
3. 前記セルフシャットオフ回路の動作に基づく信号は、前記電子制御装置からの点火信号と前記パワートランジスタ又は絶縁ゲート形バイポーラトランジスタのコレクタ電圧との比較によって得られることを特徴とする請求項２記載の内燃機関用点火装置。
4. 前記セルフシャットオフ回路の動作に基づく信号は、点火信号の幅とコレクタ電圧のオン期間とを比較し、点火信号の幅よりコレクタ電圧のオン期間が小さい場合、信号を出力するように構成されている請求項３記載の内燃機関用点火装置。

Images