(57)【要約】【課題】昇圧回路や高圧ダイオードへのダメージを軽減した内燃機関のためのプラズマ式点火装置を提供する。【解決手段】点火プラグと、点火プラグに高電圧を印加し放電させる点火回路と、放電開始でインピーダンスの低下した点火プラグの放電空間に電気エネルギーを与える蓄電部、昇圧回路の昇圧電圧で蓄電部を充電する充電部を含む電源回路とを備え、電源回路が、高電圧異常検出用の第１基準電圧との比較により充電部の電圧が第１基準電圧以上なら昇圧回路の昇圧動作を停止させる電圧制限制御部６１０と、短絡検知のための低電圧異常検出用の第２基準電圧との比較により充電部の異常電圧を検出し電源回路に所定の制御を行う低電圧異常検知制御部６３０と、充電部が十分に充電されるまで低電圧異常検知制御部の制御を無効にする制御制限部６００と、を含む。【選択図】図２
2011094532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のための点火プラグと、
前記点火プラグに並列に接続され、高電圧を印加して放電を開始させる点火回路と、
前記点火プラグに並列に接続され、放電開始によりインピーダンスの低下した前記点火プラグの放電空間に電気エネルギーを与えるプラズマ電流を発生させる蓄電部、昇圧回路で昇圧された電圧で前記蓄電部を充電する充電部を含む電源回路と、
を備え、前記電源回路が、
高電圧異常検出用の第１の基準電圧との比較により前記充電部の電圧が前記第１の基準電圧以上になると前記昇圧回路の昇圧動作を停止させる電圧制限制御部と、
短絡検知のための低電圧異常検出用の第２の基準電圧との比較により前記充電部の異常電圧を検出して前記電源回路に所定の制御を行う低電圧異常検知制御部と、
前記充電部が十分に充電されるまで前記低電圧異常検知制御部の制御を無効にする制御制限部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関のためのプラズマ式点火装置。
【請求項２】
前記制御制限部が、前記充電部が十分に充電されるまでの第１の所定時間の間、前記低電圧異常検知制御部の制御を無効にするタイマー回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のためのプラズマ式点火装置。
【請求項３】
前記低電圧異常検知制御部が、異常電圧を検出するとラッチ動作により前記電源回路に所定の制御を行いかつ制御した状態を維持することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のためのプラズマ式点火装置。
【請求項４】
前記電源回路が、前記低電圧異常検知制御部が前記電源回路に所定の制御を行ってから第２の所定時間経過後に該制御を強制的に解除させる再起動手段を備えたことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の内燃機関のためのプラズマ式点火装置。
【請求項５】
前記低電圧異常検知制御部が、異常電圧検出時に前記昇圧回路の昇圧動作を停止させることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の内燃機関のためのプラズマ式点火装置。
【請求項６】
前記低電圧異常検知制御部が、
異常電圧検出時に電圧検出信号を出力する地絡検知回路と、
補助コンデンサと前記補助コンデンサを充電する電源回路を含む補助コンデンサバイアス回路と、
前記低電圧異常検知制御部の電圧検出信号を受けた時に充電された前記補助コンデンサを前記点火プラグに並列に接続するスイッチと、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のためのプラズマ式点火装置。
【請求項７】
前記低電圧異常検知制御部が、異常電圧検出時に内燃機関のＥＣＵに昇圧回路の昇圧動作を停止させるフェールセーフ信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のためのプラズマ式点火装置。
【請求項８】
前記電源回路が、
前記点火プラグにおける失火検出用の第３の基準電圧との比較により前記充電部の異常電圧を検出し電圧検出信号を出力する失火検知回路と、
前記失火検知部から前記電圧検出信号を受け、第３の所定時間継続した時に、内燃機関のＥＣＵに前記点火回路の点火動作を停止させるフェールセーフ信号を出力するカウンタ回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のためのプラズマ式点火装置。
【請求項９】
内燃機関のための点火プラグと、
前記点火プラグに並列に接続され、高電圧を印加して放電を開始させる点火回路と、
前記点火プラグに並列に接続され、放電開始によりインピーダンスの低下した前記点火プラグの放電空間に電気エネルギーを与えるプラズマ電流を発生させる蓄電部、昇圧回路で昇圧された電圧で前記蓄電部を充電する充電部を含む電源回路と、
を備え、前記電源回路が、
高電圧異常検出用の第１の基準電圧との比較により前記充電部の電圧が前記第１の基準電圧以上になると前記昇圧回路の昇圧動作を停止させる電圧制限制御部と、
前記点火プラグにおける失火検出用の第２の基準電圧との比較により前記充電部の異常電圧を検出し、異常検出が所定時間継続した時に、内燃機関のＥＣＵに前記点火回路の点火動作を停止させるフェールセーフ信号を出力する失火検知部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関のためのプラズマ式点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関のためのプラズマ式点火装置、特に電源回路における出力異常検出に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関点火装置の電源回路において、点火プラグに並列接続されたタンク用コンデンサが昇圧回路により充電され、タンク用コンデンサの充電電圧が所定電圧に到達したことを電圧検出回路が検出すると所定の信号を出力し、この信号により昇圧回路の動作を停止させてタンク用コンデンサの充電電圧を安定化させていた(例えば下記特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２３１２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら出力部に接続された点火プラグがリークするなどして中心電極が地絡し出力異常が発生した場合(以下地絡時と記す)、タンク用コンデンサの充電電圧が所定電圧に到達せず、電圧検出回路が所定の信号を出力しないため昇圧回路が動作を続けることで、昇圧回路のトランスやＦＥＴ(Field Effect Transistor)等の電子部品が破壊するという問題があった。
【０００５】
また、点火プラグがガソリンかぶり等により点火コイルの要求出力が高くなるなどして失火し出力異常が発生した場合(以下失火時と記す)、タンク用コンデンサと点火プラグの間にタンク用コンデンサから点火プラグの方向を順方向として挿入された高圧ダイオードの逆方向に点火コイルの出力電圧がかかり、高圧ダイオードが破壊する恐れがあった。
【０００６】
この発明は上記の課題を解消するためになされたもので、昇圧回路や高圧ダイオードにダメージを与えることを軽減した内燃機関のためのプラズマ式点火装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、内燃機関のための点火プラグと、前記点火プラグに並列に接続され、高電圧を印加して放電を開始させる点火回路と、前記点火プラグに並列に接続され、放電開始によりインピーダンスの低下した前記点火プラグの放電空間に電気エネルギーを与えるプラズマ電流を発生させる蓄電部、昇圧回路で昇圧された電圧で前記蓄電部を充電する充電部を含む電源回路と、を備え、前記電源回路が、高電圧異常検出用の第１の基準電圧との比較により前記充電部の電圧が前記第１の基準電圧以上になると前記昇圧回路の昇圧動作を停止させる電圧制限制御部と、短絡検知のための低電圧異常検出用の第２の基準電圧との比較により前記充電部の異常電圧を検出して前記電源回路に所定の制御を行う低電圧異常検知制御部と、前記充電部が十分に充電されるまで前記低電圧異常検知制御部の制御を無効にする制御制限部と、を備えたことを特徴とする内燃機関のためのプラズマ式点火装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明により、地絡時に所定電圧に到達し出力異常を検出して電圧検出信号を出力し、昇圧回路の動作を停止させることで昇圧回路内のトランス、ＦＥＴ等の電子部品の破壊を防止することができる。さらに、失火時には点火コイルの動作を停止させることにより、高圧ダイオードにかかる逆方向の電圧を抑制することで高圧ダイオードへの負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１，２による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図である。
【図２】図１の電圧検出回路の回路構成の一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるプラズマ式点火装置の各部動作を示すタイミングチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１，２による負バイアス時のプラズマ式点火装置の回路構成図である。
【図５】図４の電圧検出回路の回路構成の一例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１による負バイアス時のプラズマ式点火装置の各部動作を示すタイミングチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２における電圧検出回路の回路構成の一例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２によるプラズマ式点火装置の各部動作を示すタイミングチャートである。
【図９】この発明の実施の形態３による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図である。
【図１０】図９の電圧検出回路の回路構成の一例を示す図である。
【図１１】図９の補助コンデンサバイアス回路の回路構成の一例を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるプラズマ式点火装置の各部動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態４による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図である。
【図１４】図１３の電圧検出回路の回路構成の一例を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態４によるプラズマ式点火装置の各部動作を示すタイミングチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態５による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図である。
【図１７】図１６の電圧検出回路の回路構成の一例を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態５によるプラズマ式点火装置の各部動作を示すタイミングチャートである。
【図１９】この発明の実施の形態６による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図である。
【図２０】図１９の電圧検出回路の回路構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明による内燃機関のためのプラズマ式点火装置を好適な実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において同一もしくは相当する部分は同一もしくは対応する符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図である。図１においてプラズマ式点火装置は、点火プラグ１１、点火プラグ１１の放電空間に放電を発生させるため高電圧を発生させる点火コイル１３を含む点火回路１３０、放電開始によりインピーダンスの低下した放電空間に電気エネルギーを与えてプラズマを噴出するためプラズマ電流ＰＪ−Ｉ１を発生させる電源回路５１０によって構成される。点火コイル１３(点火回路１３０)と電源回路５１０と点火プラグ１１は互いに並列に接続される。
【００１２】
電源回路５１０は昇圧回路２、ドライブ回路３、論理回路４、発振回路５、電圧検出回路６１、整流用ダイオード７、タンク用コンデンサ８、電流制限用抵抗２００、プラズマ電流を発生させるＰＪ用コンデンサ３００、インダクタ９、高圧ダイオード１０により構成されている。昇圧回路２、ドライブ回路３、論理回路４、発振回路５はバッテリ電源１で給電され、電圧検出回路６１はバッテリ電源１またはバッテリ電源１を電源とする内部電源６０２で給電される。またドライブ回路３、論理回路４、発振回路５はドライブ部１００を構成する。
【００１３】
ドライブ回路３の出力端子３ｂは、昇圧回路２内のＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)２２のゲート端子に接続され、入力端子３ａは論理回路４の出力端子４ｃに接続されている。論理回路４の入力端子４ａは発振回路５の出力端子５ａに接続され、入力端子４ｂは電圧検出回路６１の出力端子６ｂに接続されている。
【００１４】
電圧検出回路６１の入力端子６ａは整流用ダイオード７のカソード側とタンク用コンデンサ８の高圧側と電流制限用抵抗２００の一端とに接続されている。タンク用コンデンサ８の他端はＧＮＤに接続されている。電流制限用抵抗２００の他端はＰＪ用コンデンサ３００の高圧側とインダクタ９の一端に接続されている。ＰＪ用コンデンサ３００の他端はＧＮＤに接続されている。インダクタ９の他端は高圧ダイオード１０のアノード側に接続されている。高圧ダイオード１０のカソード側は点火プラグ１１に接続されている。
【００１５】
昇圧回路２はトランス２１とトランスの一次側コイルに直列接続されたＭＯＳＦＥＴ２２からなる。トランスの一次側コイルはバッテリ電源１とＭＯＳＦＥＴ２２のドレイン端子の間に接続され、二次側コイルは昇圧回路２の出力となる整流用ダイオード７のアノード側とＧＮＤ(グランド)間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２２のソース端子はＧＮＤに接続されている。
【００１６】
また、昇圧回路２、タンク用コンデンサ８、電流制限用抵抗２００の機能はＰＪ用コンデンサ３００を充電することである。このためタンク用コンデンサ８の容量値をＰＪ用コンデンサ３００の容量値に対し高く設定する。
【００１７】
また、点火回路１３０において、ＥＣＵ(電子制御ユニット)１６の出力端子１６ａがドライブ回路１５の入力端子１５ａに接続されている。点火コイル１３の一次コイルには絶縁ゲート型トランジスタである例えばＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)１４が直列に接続されている。点火コイル１３の一次コイルはバッテリ電源１とＩＧＢＴ１４のコレクタ端子の間に接続され、二次コイルはバッテリ電源１と整流用ダイオード１２のアノード側の間に接続されている。整流用ダイオード１２のカソード側は点火プラグ１１に接続されている。ＩＧＢＴ１４のゲートはドライブ回路１５の出力端子１５ｂに接続され、エミッタ端子はＧＮＤに接続されている。
【００１８】
図２に図１の電圧検出回路６１の回路構成の一例を示す。電圧検出回路６１は、電圧制限回路６１０、タイマー回路６００、地絡検知回路６３０、ＯＲ回路７１０により構成される。
【００１９】
電圧制限回路６１０において、入力端子６ａに印加される図１のタンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２は直列接続された直列抵抗６１１ａ，６１１ｂにより分圧される。内部電源６０２とＧＮＤ間に接続された比較器６１１には、検出電圧である分圧電圧Ｖｄ１と基準電源６１１ｃの基準電圧Ｖｔｈ１が入力され比較される。比較器６１１の出力端子である電圧制限回路６１０の出力端子６１０ｂにはプルアップ抵抗６１１ｄが接続されている。
【００２０】
比較器６１１は分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ１以上になると、電圧制限回路６１０の出力端子６１０ｂから「Ｈ」レベルの電圧検出信号を出力させる。
【００２１】
タイマー回路６００において、時定数回路６０００は内部電源６０２とＧＮＤ間に接続された抵抗６０４とコンデンサ６０５の直列回路からなる。内部電源６０２投入後、内部電源６０２から抵抗６０４を介しコンデンサ６０５に電流が流れることでコンデンサ６０５が充電される(充電電圧ＶＣ３)。電源６０２とＧＮＤ間に接続された比較器６０１には、時定数回路６０００の抵抗６０４とコンデンサ６０５の接続点の充電電圧ＶＣ３と基準電源６０１ａの基準電圧Ｖｔｈ３が入力され比較される。比較器６０１の出力端子であるタイマー回路６００の出力端子６００ａにはプルアップ抵抗６０６が接続されている。また時定数回路６０００の抵抗６０４とコンデンサ６０５の接続点と内部電源との間に、接続点から内部電源への方向を順方向とする整流用ダイオード６０３が接続されている。
【００２２】
比較器６０１は充電電圧ＶＣ３が基準電圧Ｖｔｈ３以上になると、タイマー回路６００の出力端子６００ａから「Ｈ」レベルの電圧検出信号を出力させ、地絡検知回路６３０の出力端子６３０ｂに内部電源６０２によりプルアップ抵抗６０６を介して電圧が供給される。タイマー回路６００は内部電源６０２投入後、タンク用コンデンサ８とＰＪ用コンデンサ３００が充分に充電されるまで「Ｌ」レベルの電圧信号を出力端子６００ａから出力し地絡検知回路６３０の出力端子６３０ｂの電圧を「Ｌ」レベルに保持する。このため、内部電源６０２投入後、タンク用コンデンサ８とＰＪ用コンデンサ３００が充分に充電された時に、充電電圧ＶＣ３が基準電圧Ｖｔｈ３以上になるように時定数回路６０００内の抵抗６０４とコンデンサ６０５の定数を設定する。また、整流用ダイオード６０３は内部電源６０２の給電を停止後、内部電源６０２投入後にコンデンサ６０５に充電された電荷を抜き、次回、内部電源６０２投入の際のタイマー回路６００の正常動作に備える。
【００２３】
地絡検知回路６３０において、電源６０２とＧＮＤ間に接続された比較器６３１には入力端子６３０ａから入力抵抗６３２を介して電圧制限回路６１０の分圧電圧Ｖｄ１が入力される。また、基準電源６３１ａの基準電圧Ｖｔｈ４が入力される。比較器６３１の出力端子は地絡検知回路６３０の出力端子６３０ｂとなる。
【００２４】
比較器６３１はタンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２の分圧電圧Ｖｄ１と基準電圧Ｖｔｈ４を比較する。比較器６３１は分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ４以下になると、地絡検知回路６３０の出力端子６３０ｂから「Ｈ」レベルの電圧検出信号を出力する。
なお一旦、地絡検知回路６３０の出力端子６３０ｂから「Ｈ」レベルの電圧検出信号が出力されると、内部電源６０２がリセット(ON→OFF→ON:タイマー回路６００を再起動する)されない限り、地絡検知後に昇圧回路２の動作が再開されることはない(ラッチ制御)。すなわち、昇圧回路２の動作が再開されない限り充電電圧ＶＣ２は上昇することはないので、地絡検知回路６３０の出力は「Ｈ」レベルに維持される。これにより内部電源６０２の電源電圧が降下しない限り地絡検知回路６３０とタイマー回路６００の出力は「Ｈ」レベルに保持されるため、ＯＲ回路７１０は「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力し続け、昇圧回路２を動作させない。
【００２５】
そしてＯＲ回路７１０の一方の入力端子７１０ａには電圧制限回路６１０の出力端子６１０ｂが接続され、他方の入力端子７１０ｂには地絡検知回路６３０の出力端子６３０ｂとタイマー回路６００の出力端子６００ａが共に接続されている。ＯＲ回路７１０はいずれか一方の入力端子に「Ｈ」レベルの電圧検出信号が入力されると、出力端子７１０ｃに「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力する。この電圧検出信号Ｓｖ１は図２の論理回路４に入力される。
【００２６】
ドライブ部１００では通常、発振回路５からの周期信号が論理回路４を介してドライブ回路３に入力され、ドライブ回路３はこの周期信号に従って昇圧回路２のＭＯＳＦＥＴ２２のオンオフ制御を行って昇圧動作を行わせる。そして論理回路４が「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を受けると、ドライブ回路３からの周期信号を遮断してドライブ回路３の制御動作を停止させ、昇圧回路２の昇圧動作を停止させる。
【００２７】
なお、ＰＪ用コンデンサ３００が蓄電部を構成し、昇圧回路２とタンク用コンデンサ８と電流制限用抵抗２００が充電部を構成し、電圧制限回路６１０とドライブ部１００が電圧制限制御部を構成し、地絡検知回路６３０とドライブ部１００が低電圧異常検知制御部を構成し、タイマー回路６００が制御制限部を構成する。
【００２８】
図３にこの発明の実施の形態１によるプラズマ式点火装置の各部動作のタイミングチャートを示す。以下、動作を説明すると、時点ｔ１において、バッテリ電源１から給電があり内部電源６０２が投入されると、電源回路５１０内の昇圧回路２が動作を開始し、タンク用コンデンサ８、ＰＪ用コンデンサ３００を充電する。尚、例えば電圧検出回路６１内にタイマー回路６００が搭載されていない場合には、タンク用コンデンサ８を初期チャージ中、時点ｔ１〜ｔ１’において、充電電圧ＶＣ２が低電圧のため、分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ４よりも低くなる。このため地絡検知回路６３０の出力が破線に示す様に「Ｈ」レベルの電圧信号となり、昇圧回路２の動作を停止させ電源回路５１０を正常に動作させることができない。このため、タンク用コンデンサ８の初期チャージ中はタイマー回路６００により地絡検知回路６３０の出力を「Ｌ」レベルにマスク(保持)する必要がある。
【００２９】
時点ｔ２において、タンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２がＶＣ２ｍａｘに到達すると、分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ１以上となる。これにより電圧制限回路６１０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号を出力するので、ＯＲ回路７１０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力し、昇圧回路２の動作を停止させる。
【００３０】
その後、点火回路１３０において、例えばＥＣＵ１６からの点火信号Ｉｇｔに従ってドライブ回路１５がＩＧＢＴ１４のオンオフ制御を行う。そして点火コイル１３の一次側電流Ｉ１を急激に変化させることにより二次側に高電圧Ｖ２を発生させる。
【００３１】
時点ｔ３において、点火コイル１３により点火プラグ１１に高電圧Ｖ２が印加され絶縁破壊が生じると放電が開始する。放電開始によりインピーダンスの低下した放電空間に電源回路５１０から電気エネルギーが与えられ、プラズマを噴出させるためにプラズマ電流ＰＪ−Ｉ１が流れる。プラズマ電流ＰＪ−Ｉ１が流れることで、ＰＪ用コンデンサ３００、タンク用コンデンサ８に充電された電荷が抜ける。これによりＰＪ用コンデンサ３００の充電電圧ＶＣ１、タンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２が低下し、図２に示した電圧検出回路６１の電圧制限回路６１０において、分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ１未満となり、電圧制限回路６１０が「Ｌ」レベルの電圧検出信号を出力する。これによりＯＲ回路７１０が「Ｌ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力し、昇圧回路２の動作を開始させる。
【００３２】
時点ｔ４において、タンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２がＶＣ２ｍａｘに到達すると分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ１以上となり、電圧制限回路６１０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号を出力する。これによりＯＲ回路７１０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力し、昇圧回路２の動作を停止させる。以後、この動作を繰り返す。
【００３３】
その後、時点ｔ５において、点火プラグ１１において地絡が発生すると、ＰＪ用コンデンサ３００の充電電圧ＶＣ１が０Ｖになり、タンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２も低下する。これにより地絡検知回路６３０において、分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ４以下となり、地絡検知回路６３０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号を出力する。これにより、ＯＲ回路７１０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力し昇圧回路２の動作を停止させる。
【００３４】
以上の方式により、地絡発生時には地絡検知回路６３０が供給される分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ４以下に降下し出力異常を検出して「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力するので、地絡時には昇圧回路２の動作を停止させることで昇圧回路２内のトランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２等の電子部品の破壊を防止することができる。
【００３５】
次にこの実施の形態における負バイアス時のプラズマ式点火装置の回路構成図を図４に、図５に図４の電圧検出回路６２の回路構成の一例を示す。
【００３６】
図４において図１と異なる点は、電源回路５２０では図５に詳細に示した電圧検出回路６２の構成が異なり、また整流用ダイオード７および高圧ダイオード２０が向きが逆向きである。またプラズマ電流ＰＪ−Ｉ１の方向も逆である。
【００３７】
図５の電圧検出回路６２は、電圧制限回路６２０とタイマー回路６００と地絡検知回路６４０とＯＲ回路７２０により構成される。
【００３８】
比較器６２１は、タンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２が、直列抵抗６２２ａ，６２２ｂ、ツェナーダイオード６２２、直列抵抗６２１ａ，６２１ｂにより検出された検出電圧Ｖｄ２と基準電源６２１ｃの基準電圧Ｖｔｈ２を比較する。比較器６２１は検出電圧Ｖｄ２が基準電圧Ｖｔｈ２以下になると、電圧制限回路６２０の出力端子６２０ｂからＯＲ回路７２０の入力端子７２０ａに「Ｈ」レベルの電圧検出信号を供給する。ＯＲ回路７２０は入力端子７２０ａに「Ｈ」レベルの電圧検出信号が供給されると、出力端子７２０ｃから図４に示す論理回路４に「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を入力する。これにより、論理回路４はドライブ回路３を介し昇圧回路２の動作を停止させる。
【００３９】
タイマー回路６００は、図２で示したタイマー回路６００と回路構成、動作原理が同様である。
【００４０】
地絡検知回路６４０は、比較器６４１と、入力抵抗６４２と基準電圧Ｖｔｈ５を出力する基準電源６４１ａにより構成される。
【００４１】
比較器６４１は、検出電圧Ｖｄ２と基準電圧Ｖｔｈ５を比較する。比較器６４１は、検出電圧Ｖｄ２が基準電圧Ｖｔｈ５以上になると、地絡検知回路６４０の出力端子６４０ｂからＯＲ回路７２０の入力端子７２０ｂに「Ｈ」レベルの電圧検出信号が供給される。ＯＲ回路７２０は、入力端子７２０ｂに「Ｈ」レベルの電圧検出信号が供給されると、出力端子７２０ｃから図４に示す論理回路４に「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を入力する。これにより、論理回路４はドライブ回路３を介し昇圧回路２の動作を停止させる。
【００４２】
なお、電圧制限回路６２０とドライブ部１００が電圧制限制御部を構成し、地絡検知回路６４０とドライブ部１００が低電圧異常検知制御部を構成する。
【００４３】
図６にこの発明の実施の形態１による負バイアス時のプラズマ式点火装置の各部動作のタイミングチャートを示す。以下、動作を説明すると、時点ｔ１において内部電源６０２が投入されると、電源回路５２０内の昇圧回路２が動作を開始し、タンク用コンデンサ８、ＰＪ用コンデンサ３００を充電する。
【００４４】
時点ｔ２において、タンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２がＶＣ２ｍａｘに到達すると(実際には−ＶＣ２ｍａｘ：以下同様)、検出(分圧)電圧Ｖｄ２が基準電圧Ｖｔｈ２以下となる。これにより電圧制限回路６２０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号を出力し、ＯＲ回路７２０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力し、昇圧回路２の動作を停止させる。
【００４５】
時点ｔ３において、点火コイル１３により点火プラグ１１に高電圧Ｖ２が印加され絶縁破壊が生じると放電が開始する。放電開始によりインピーダンスの低下した放電空間に電源回路５２０から電気エネルギーが与えられ、プラズマを噴出するためにプラズマ電流ＰＪ−Ｉ１が流れる。プラズマ電流ＰＪ−Ｉ１が流れる。プラズマ電流ＰＪ−Ｉ１が流れることで、ＰＪ用コンデンサ３００、タンク用コンデンサ８に充電された電荷が抜ける。これによりＰＪ用コンデンサ３００の充電電圧ＶＣ１、タンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２が低下する。これにより電圧制限回路６２０において、検出電圧Ｖｄ２が基準電圧Ｖｔｈ２を超え、電圧制限回路６２０が「Ｌ」レベルの電圧検出信号を出力する。これによりＯＲ回路７２０が「Ｌ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力して、昇圧回路２の動作を開始させる。
【００４６】
時点ｔ４において、タンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２がＶＣ２ｍａｘに到達すると検出電圧Ｖｄ２が基準電圧Ｖｔｈ２以下となり、電圧制限回路６２０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号を出力する。これによりＯＲ回路７２０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力し、昇圧回路２の動作を停止させる。以後、この動作を繰り返す。
【００４７】
その後、時点ｔ５において、点火プラグ１１において地絡が発生すると、タンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２が増加する。これにより分圧電圧Ｖｄ２が地絡検知回路６４０の基準電圧Ｖｔｈ５以上となり地絡検知回路６４０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号を出力する。これにより、ＯＲ回路７２０が「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力し昇圧回路２の動作を停止させる。
【００４８】
以上の方式により、地絡発生時に地絡検知回路６４０に供給される検出電圧Ｖｄ２が基準電圧Ｖｔｈ５以上となり出力異常を検出して「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を出力するので、地絡時には昇圧回路２の動作を停止させることで昇圧回路２内のトランス２１、ＭＯＳＦＥＴ２２等の電子部品の破壊を防止することができる。
【００４９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図は図１に示したものと同じである。ただし電圧検出回路の構成が異なる。図７にはこの実施の形態における電圧検出回路６３の回路構成の一例を示す。図７の電圧検出回路６３で図２の電圧検出回路６と異なるところは、地絡検知回路６８０内に、それぞれ基準電圧Ｖｔｈ４，Ｖｔｈ４’(例えばＶｔｈ４’＝−Ｖｔｈ４)の２つの基準電源６８１ａ，６８１ｂ、およびこれらを切り替えて比較器６８１の入力端子に接続するスイッチ６８３を設けたことである。またこのスイッチ６８３を切り替えるための再起動用タイマー回路１０００を新たに設けている。再起動用タイマー回路１０００は例えば、入力信号を所定時間遅延させて出力させる遅延回路１００１で構成され得る。
【００５０】
再起動用タイマー回路１０００の入力端子１０００ａは、地絡検知回路６８０の出力端子６８０ｂとタイマー回路６００の出力端子６００ａの接続点に接続され、出力端子１０００ｂは地絡検知回路６８０内のスイッチ６８３と接続される。
【００５１】
地絡検知回路６８０が地絡を検知し、昇圧回路２の動作を停止させるまでの動作は上記実施の形態で説明したもの同じである。再起動用タイマー回路１０００は、地絡検知回路６８０が地絡を検知し「Ｈ」レベルの電圧検出信号が入力端子１０００ａに入力されると、予め定められた所定時間後に出力端子１０００ｂから地絡検知回路６８０内のスイッチ６８３に「Ｈ」レベルの電圧信号Ｓ１を入力する。スイッチ６８３は再起動用タイマー回路１０００から「Ｈ」レベルの信号を受けると、比較器６８１に接続する基準電源を６８１ａから６８１ｂに切り替える。これにより比較器６８１の基準電圧がＶｔｈ４からＶｔｈ４’に切替えられ、地絡検知回路６８０の出力端子６８０ｂからの電圧検出信号は「Ｌ」レベルとなる。
【００５２】
なお、スイッチ６８３は「Ｈ」レベルの電圧信号が供給されていない時には基準電圧Ｖｔｈ４の基準電源６８１ａを選択して比較器６８１に接続する。これによりＯＲ回路７１０の電圧検出信号Ｓｖ１は「Ｌ」レベルとなり、論理回路４に「Ｌ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１が供給され、昇圧回路２が再度動作を開始する。この際、点火プラグ１１の地絡状態が解消されていた場合には、電源回路５１０は正常動作に戻る。
【００５３】
なお、地絡検知回路６８０とドライブ部１００が低電圧異常検知制御部を構成し、再起動タイマー回路１０００と基準電源６８１ａ，６８１ｂとスイッチ６８３が再起動手段を構成する。
【００５４】
図８にこの発明の実施の形態２によるプラズマ式点火装置の各部動作のタイミングチャートを示す。以下、動作を説明すると、時点ｔ１〜ｔ４までの動作は上記実施の形態１で説明した動作と同様である。時点ｔ５において地絡時、地絡検知回路６８０より「Ｈ」レベルの電圧検出信号が再起動用タイマー回路１０００の入力端子１０００ａに供給されると、所定時間後の時点ｔ６において「Ｈ」レベルの電圧信号Ｓ１が出力端子１０００ｂからスイッチ６８３に供給され、比較器６８１の基準電圧がＶｔｈ４からＶｔｈ４’に切替わる。これにより検出電圧Ｖｄ１がＶｔｈ４’を超える値となり、地絡検知回路６８０は「Ｌ」レベルの電圧検出信号を出力し、ＯＲ回路７１０が「Ｌ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ１を論理回路４に入力し、昇圧回路２が動作を開始する。
【００５５】
この際、点火プラグ１１の地絡状態が解消されていた場合は、タンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２、ＰＪ用コンデンサの充電電圧ＶＣ３が上昇する。時点ｔ７において再起動用タイマー回路１０００が「Ｌ」レベルの電圧信号Ｓ１をスイッチ６８３に入力し、基準電圧がＶｔｈ４’からＶｔｈ４に切替わる。
【００５６】
点火プラグ１１が正常状態に戻っていれば、電源回路５１０は正常動作に戻る。このように構成することで、地絡時に地絡検知回路６８０が昇圧回路２の動作を停止させることで昇圧回路２内のトランス２１、ＦＥＴ２２等の電子部品の破壊を防止するとともに、点火プラグ１１が正常状態に戻っていれば、電源回路５１０の動作を復帰させ再度正常に機能させることができる。
【００５７】
なお、上記構成は例えば実施の形態１で示したプラズマ式点火装置が負バイアスのものでも適用することができる。
【００５８】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図である。図１のプラズマ式点火装置と異なる部分は、電源回路５３０内に補助コンデンサバイアス回路１７およびスイッチ１８を設けている。
【００５９】
図１０は図９の電圧検出回路６４の回路構成の一例を示す図である。電圧検出回路６４は電圧制限回路６１０、タイマー回路６００、地絡検知回路６３０により構成される。
【００６０】
電圧制限回路６１０の出力端子６ｂは論理回路４の入力端子４ｂに接続される。地絡検知回路６３０の出力端子６ｃは図９に示すスイッチ１８の入力端子１８ｃに接続される。スイッチ１８の一方の接点１８ａは点火プラグ１１の中心電極側に、他方の接点１８ｂは補助コンデンサバイアス回路１７の出力端子１７ａに接続されている。
【００６１】
図１１は補助コンデンサバイアス回路１７の回路構成の一例を示す図である。補助コンデンサバイアス回路１７は内部電源６０２を電源とする電源回路１７１と補助コンデンサ１７２により構成される。電源回路１７１により充電される補助コンデンサ１７２の充電電圧ＶＣ４は、ＰＪ用コンデンサ３００の充電電圧ＶＣ１に対し極めて大きく設定する。また、補助コンデンサ１７２の容量値もＰＪ用コンデンサ３００の容量値に対し極めて大きく設定する。
【００６２】
なお、地絡検知回路６３０と補助コンデンサバイアス回路１７とスイッチ１８が低電圧異常検知制御部を構成する。
【００６３】
図１２にこの発明の実施の形態３によるプラズマ式点火装置の各部動作のタイミングチャートを示す。以下、動作を説明すると、時点ｔ１において内部電源６０２投入後、補助コンデンサバイアス回路１７は電源回路１７１が動作を開始し補助コンデンサ１７２を充電する(充電電圧ＶＣ４)。その後、時点ｔ３において補助コンデンサ１７２は充電を完了する。時点ｔ１〜ｔ５までのその他回路の動作については実施の形態１と同じである。
【００６４】
時点ｔ６で点火プラグ１１が地絡状態になると、検出電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ４以下となり地絡検知回路６３０が「Ｈ」レベルの電圧信号Ｓｖ２をスイッチ１８の入力端子１８ｃに入力する。これによりスイッチ１８がオン状態となり、補助コンデンサ１７２に溜まった電荷がプラズマ電流ＰＪ−Ｉ２として点火プラグ１１に流れ、ガソリンかぶり等により汚損された点火プラグ１１を正常状態に戻す。これにより、時点ｔ７より電源回路５３０は正常動作に復帰することができる。この際、点火プラグ１１が正常状態に戻ることで地絡検知回路６３０は「Ｌ」レベルの出力電圧Ｓｖ２をスイッチ１８の入力端子１８ｃに供給し、スイッチ１８はオフ状態となる。
【００６５】
以上のように構成することにより、ガソリンかぶり等で汚損され地絡状態となった点火プラグ１１を正常状態に戻すことで、電源回路５３０を正常動作させることができる。
【００６６】
なお、上記構成は例えば実施の形態１で示したプラズマ式点火装置が負バイアスのものでも適用することができる。
【００６７】
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図である。図１４は図１３の電源回路５４０内の電圧検出回路６５の回路構成の一例を示す図である。図１のプラズマ式点火装置と異なる部分は、図１４に示す電圧検出回路６５の電圧制限回路６１０の出力端子６ｂが論理回路４の入力端子４ｂに接続され、地絡検知回路６３０の出力端子６ｃがＥＣＵ１６の入力端子１６ｂに接続されている。
【００６８】
なお、地絡検知回路６３０とＥＣＵ１６が低電圧異常検知制御部を構成する。
【００６９】
図１５にこの発明の実施の形態４によるプラズマ式点火装置の各部動作のタイミングチャートを示す。以下、動作を説明すると、時点ｔ１〜４までの動作は実施の形態１で説明した動作と同じである。
【００７０】
時点ｔ５において地絡時、地絡検知回路６３０が出力端子６ｃから地絡発生を示す「Ｈ」レベルの電圧信号Ｓｖ２をＥＣＵ１６の入力端子１６ｂにフェールセーフ信号として入力する。これにより、ＥＣＵ１６が点火プラグ１１がガソリンかぶり等により地絡状態にあると検知する。地絡を検知したＥＵＣ１６は、電源回路５４０内の昇圧回路２の動作を停止させるように内燃機関を制御する(例えば内燃機関の駆動停止制御等)。これにより、昇圧回路２内のトランス２１、ＦＥＴ２２等の電子部品の破壊を防止することができる。
【００７１】
なお、上記構成は例えば実施の形態１で示したプラズマ式点火装置が負バイアスのものでも適用することができる。
【００７２】
実施の形態５．
図１６はこの発明の実施の形態５による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図である。図１７は図１６の電源回路５５０内の電圧検出回路６６の回路構成の一例を示す図である。上記実施の形態４と異なる部分は、図１６において電源回路５５０内に電圧検出回路６６およびカウンタ回路１９を設けている。また、図１４の電圧検出回路６５内の地絡検知回路６３０およびタイマー回路６００を図１７の電圧検出回路６６では失火検知回路６７０としている。電圧検出回路６６は電圧制限回路６１０と失火検知回路６７０により構成されている。
【００７３】
電圧制限回路６１０の出力端子６ｂは論理回路４の入力端子４ｂに接続される。失火検知回路６７０の入力端子６７０ａは電圧制限回路６１０の直列抵抗６１１ａ，６１１ｂの接続点(分圧電圧Ｖｄ１)に接続され、出力端子６ｃはカウンタ回路１９の入力端子１９ａに接続される。カウンタ回路１９の出力端子１９ｂはＥＣＵ１６の入力端子１６ｂに接続される。
【００７４】
図１７の失火検知回路６７０は、比較器６７１と入力抵抗６７２と基準電圧Ｖｔｈ８の基準電源６７１ａにより構成される。内部電源６０２とＧＮＤ間に接続された比較器６７１の一方の入力端子には、電圧制限回路６１０の直列抵抗６１１ａ，６１１ｂにより分圧されたタンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２の分圧電圧Ｖｄ１が入力抵抗６７２を介して入力され、他方の入力端子には基準電源６７１ａの基準電圧Ｖｔｈ８が入力される。比較器６７１は、分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ８以下になると失火検知回路６７０の出力端子６ｃからカウンタ回路１９の入力端子１９ａに「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ２を入力する。
【００７５】
その後、カウンタ回路１９が予め設定された所定時間ｔlimit以上の間「Ｌ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ２を連続して供給されると、カウンタ回路１９が出力端子１９ｂからＥＣＵ１６の入力端子１６ｂに「Ｈ」レベルの電圧信号Ｓｖ３を入力する。これによりＥＣＵ１６が点火プラグ１１が失火状態であると検知する。
【００７６】
なお、失火検知回路６７０とカウンタ回路１９とＥＣＵ１６が失火検知部を構成する。
【００７７】
図１８にこの発明の実施の形態５によるプラズマ式点火装置の各部動作のタイミングチャートを示す。以下、動作を説明すると、時点ｔ１において内部電源６０２が投入されると、失火検知回路６７０において、分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ８を超える時点ｔ２まで「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ２をカウンタ回路１９に供給する。
【００７８】
その後、時点ｔ４においてプラズマ電流ＰＪ−Ｉ１が放出されるとタンク用コンデンサ８の充電電圧ＶＣ２が低下し、時点ｔ５において分圧電圧Ｖｄ１がＶｔｈ８以下となってから分圧電圧Ｖｄ１が基準電圧Ｖｔｈ８を超える時点ｔ６まで「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ２を出力する。以後、時点ｔ９までこの動作を繰り返す。
【００７９】
その後、時点ｔ１０、ｔ１１において点火プラグ１１が失火動作を繰返し、時点ｔ９から時点ｔ１２まで「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ２が所定時間ｔlimit以上出力されない場合、時点ｔ１２においてカウンタ回路１９が「Ｈ」レベルの電圧検出信号Ｓｖ３をＥＣＵ１６にフェールセーフ信号として出力する。これによりＥＣＵ１６が点火プラグ１１が失火状態であると検知する。
【００８０】
以上のように構成することにより、ＥＵＣ１６が失火検知した場合は、点火コイル１３の動作を停止させるように内燃機関を制御する(例えば内燃機関の駆動停止制御等)。これにより高圧ダイオード１０にかかる逆方向の電圧を抑制することで高圧ダイオード１０への負荷を軽減することができる。
【００８１】
なお、上記構成は例えば実施の形態１で示したプラズマ式点火装置が負バイアスのものでも適用することができる。
【００８２】
実施の形態６．
図１９はこの発明の実施の形態６による内燃機関のためのプラズマ式点火装置の回路構成図である。図２０は図１９の電源回路５６０内の電圧検出回路６７の回路構成の一例を示す図である。電圧検出回路６７は、図１４に示す実施の形態４の電圧制限回路６１０、地絡検知回路６３０、タイマー回路６００に図１７に示す実施の形態５の失火検知回路６７０を組み合わせたものである。さらに図１９の電源回路５６０には実施の形態５のカウンタ回路１９を設けた。
【００８３】
図１９，２０の電圧検出回路６７において、電圧制限回路６１０の出力端子６ｂが論理回路４の入力端子４ｂに接続される。失火検知回路６７０の出力端子６ｄはカウンタ回路１９の入力端子１９ａに接続され、カウンタ回路１９の出力端子１９ｂはＥＣＵ１６の入力端子１６ｃに接続される。地絡検知回路６３０の出力端子６ｃはＥＣＵ１６の入力端子１６ｂに接続される。
【００８４】
地絡検知回路６３０が点火プラグ１１の地絡を検知すると電圧検出信号Ｓｖ２をＥＣＵ１６にフェールセーフ信号として出力し、失火検知回路６７０とカウンタ回路１９が点火プラグ１１の失火を検知すると電圧検出信号Ｓｖ４をＥＣＵ１６にフェールセーフ信号として出力する。これにより、ＥＣＵ１６が点火プラグ１１が地絡ないし失火状態のいずれかであることを検知する。
【００８５】
上記構成は実施の形態６，７に記載の装置の機能を組み合わせたものである。これにより、ＥＵＣ１６が地絡検知した場合には、電源回路５５０内の昇圧回路２の動作を停止させる制御を行うことで、昇圧回路２内のトランス２１、ＦＥＴ２２等の電子部品の破壊を防止する。また、ＥＵＣ１６が失火検知した場合には、点火コイル１３の動作を停止させる制御を行うことで、高圧ダイオード１０にかかる逆方向の電圧を抑制して高圧ダイオード１０への負荷を軽減することができる。
【００８６】
なお、上記構成は例えば実施の形態１で示したプラズマ式点火装置が負バイアスのものでも適用することができる。
【００８７】
またこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
【符号の説明】
【００８８】
１  バッテリ電源、２  昇圧回路、３  ドライブ回路、４  論理回路、５  発振回路、６  電圧検出回路、７  整流用ダイオード、８  タンク用コンデンサ、９  インダクタ、１０  高圧ダイオード、１１  点火プラグ、１２  整流用ダイオード、１３  点火コイル、１５  ドライブ回路、１６  ＥＣＵ、１７  補助コンデンサバイアス回路、１８  スイッチ、１９  カウンタ回路、２０  高圧ダイオード、２１  トランス、６１〜６７  電圧検出回路、１００  ドライブ部、１３０  点火回路、１７１  電源回路、１７２  補助コンデンサ、２００  電流制限用抵抗、３００  ＰＪコンデンサ、５１０〜５６０  電源回路、６００  タイマー回路、６０１ａ  基準電源、６０１  比較器、６０２  内部電源、６０３  整流用ダイオード、６０４  抵抗、６０５  コンデンサ、６０６  プルアップ抵抗、６１０  電圧検出回路、６１１  比較器、６１１ａ，６１１ｂ  直列抵抗、６１１ｃ  基準電源、６１１ｄ  プルアップ抵抗、６２０  電圧制限回路、６２１  比較器、６２１ａ，６２１ｂ  直列抵抗、６２１ｃ  基準電源、６２２  ツェナーダイオード、６２２ａ，６２２ｂ  直列抵抗、６３０  地絡検知回路、６３１  比較器、６３１ａ  基準電源、６３２  入力抵抗、６４０  地絡検知回路、６４１ａ  基準電源、６４１  比較器、６４２  入力抵抗、６７０  失火検知回路、６７１ａ  基準電源、６７１  比較器、６７２  入力抵抗、６８０  地絡検知回路、６８１  比較器、６８１ａ，６８１ｂ  基準電源、６８３  スイッチ、７１０  ＯＲ回路、７２０  ＯＲ回路、１０００  再起動用タイマー回路、１００１  遅延回路、６０００  時定数回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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