(57)【要約】【課題】１次側コイル２２に流れる電流が急上昇した場合であっても点火装置の信頼性の低下を抑制できるようにした内燃機関用点火装置を提供する。【解決手段】ＥＤＵ１０では、点火信号Ｓｉの入力後、放電波形制御信号Ｓｃが入力されることに基づき、制御用スイッチング素子５０を開閉操作して２次側コイル２４に流れる電流Ｉ２を制御する。この際、ＥＣＵ８０では、電圧降下Ｖｉ１を取得し、１次側コイル２２を流れる電流Ｉ１の傾きを監視する。そして、傾きが所定の傾き以上となる場合、ＥＣＵ８０は、リレー６０を開操作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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１次側コイルに流れる電流の傾きを検出する検出部と、
前記検出部によって検出された傾きが所定の傾き以上である場合、前記１次側コイルへの通電を中断する中断処理部と、を備える内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、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、を備える内燃機関用点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特許文献１には、イグニッションコイルの１次側コイルに通電する際の１次側コイルに流れる電流の立ち上がりが急峻になる場合、コイルに異常が生じたと判断する装置が提案されている。この装置は、１次側コイルまたは２次側コイルのレアショートや、２次側コイルの断線をコイルの異常として、これを検出することを狙っている（段落「００１７」）。そして、コイルの異常が生じるとインダクタンスが変化することに鑑み、１次側コイルに流れる電流の立ち上がりに基づき、コイルの異常の有無を判断し、異常が生じたと判断すると、イグナイタシステムを停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２３３４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、イグニッションコイルの異常としては、他にもたとえば磁気飽和がある。イグニッションコイルが磁気飽和する場合、１次側コイルに流れる電流が急上昇し、点火装置の信頼性の低下につながるおそれがある。しかし、上記装置では、１次側コイルを流れる電流が急上昇した場合に、直ちにこれに対処することはできない。
【０００５】
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、１次側コイルに流れる電流が急上昇した場合であっても点火装置の信頼性の低下を抑制できるようにした内燃機関用点火装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
内燃機関用点火装置は、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１次側コイルに流れる電流の傾きを検出する検出部と、前記検出部によって検出された傾きが所定の傾き以上である場合、前記１次側コイルへの通電を中断する中断処理部と、を備える。
【０００７】
上記構成では、１次側コイルに流れる電流の傾きが検出部によって検出される。ここで、１次側コイルに磁気飽和が生じる場合には、検出部によって検出される傾きが上記所定の傾き以上となる。このため、中断処理部によって、１次側コイルへの通電が中断される。このため、中断処理部による処理がなされない場合と比較すると、１次側コイルに流れる電流の最大値を低減することができ、ひいては、イグニッションコイルの温度が過度に高くなることを抑制することができる。したがって、上記構成では、１次側コイルに流れる電流が急上昇した場合であっても点火装置の信頼性の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態にかかる内燃機関用点火装置を示す回路図。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、同実施形態にかかる点火処理の手順を示すタイムチャート。
【図３】同実施形態にかかる１次側コイルの通電の中断処理の手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、点火装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、ドライバユニット（ＥＤＵ１０）は、１次側コイル２２および２次側コイル２４が磁気結合したイグニッションコイル２０を備えている。なお、図１において、１次側コイル２２および２次側コイル２４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２２および２次側コイル２４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２２および２次側コイル２４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。
【００１０】
２次側コイル２４の一方の端子には、点火プラグ１２が接続されており、他方の端子は、ダイオード２６、シャント抵抗２８を介して接地されている。ここで、点火プラグ１２は、車載内燃機関の燃焼室に露出している。一方、ダイオード２６は、点火プラグ１２から２次側コイル２４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２８は、その電圧降下Ｖｉ２によって２次側コイル２４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１２の放電電流を検出するための抵抗体である。
【００１１】
イグニッションコイル２０の１次側コイル２２の一方の端子には、ＥＤＵ１０の端子ＴＲＭ１を介して外部のバッテリ７０の正極電極が接続されている。また、１次側コイル２２の他方の端子は、点火用スイッチング素子３０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３０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３０には、ダイオード３２が逆並列接続されている。
【００１２】
端子ＴＲＭ１から取り込まれた電力は、昇圧回路４０にも取り込まれる。本実施形態では、昇圧回路４０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４２を備え、インダクタ４２の他端は、昇圧用スイッチング素子４４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４４を、ＩＧＢＴとしている。インダクタ４２および昇圧用スイッチング素子４４の間には、ダイオード４６のアノード側が接続され、ダイオード４６のカソード側は、コンデンサ４８を介して接地されている。コンデンサ４８の充電電圧Ｖｃは、昇圧回路４０の出力電圧となる。
【００１３】
ダイオード４６およびコンデンサ４８間は、制御用スイッチング素子５０およびダイオード５２を介して１次側コイル２２および点火用スイッチング素子３０間に接続されている。換言すれば、昇圧回路４０の出力端子は、制御用スイッチング素子５０およびダイオード５２を介して１次側コイル２２および点火用スイッチング素子３０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５０をＭＯＳ電界効果トランジスタとしている。上記ダイオード５２は、制御用スイッチング素子５０の寄生ダイオードを介して、１次側コイル２２および点火用スイッチング素子３０側から昇圧回路４０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。
【００１４】
昇圧制御部５４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４４を開閉操作することで昇圧回路４０の出力電圧を制御する制御回路である。なお、昇圧制御部５４は、昇圧回路４０の出力電圧（コンデンサ４８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４４の開閉操作を停止する。
【００１５】
放電制御部５６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５０を開閉操作することで、点火プラグ１２の放電電流を制御する制御回路である。なお、放電制御部５６には、リレー６０を介して端子ＴＲＭ１から取り込まれるバッテリ７０の電力が入力される。リレー６０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。リレー６０が開状態とされることで、放電制御部５６の動作電源がオフとなる。
【００１６】
ＥＤＵ１０の端子ＴＲＭ２は、点火用通信線Ｌｉを介してＥＣＵ８０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ＥＣＵ８０に接続されている。また、ＥＤＵ１０の端子ＴＲＭ４は、電源指令用通信線Ｌｒを介してＥＣＵ８０に接続されている。
【００１７】
端子ＴＲＭ１と１次側コイル２２との間には、シャント抵抗９０が設けられている。シャント抵抗９０における電圧降下Ｖｉ２は、電圧センサ９２によって検出され、端子ＴＲＭ５を介してＥＤＵ１０の外部に出力される。
【００１８】
ＥＣＵ８０は、内燃機関の制御量を制御するために、ＥＤＵ１０等の各種アクチュエータを操作する制御装置である。次に、ＥＣＵ８０がＥＤＵ１０を用いて行う点火制御について説明する。
【００１９】
図２（ａ）は、点火信号Ｓｉの推移を示し、図２（ｂ）は、放電波形制御信号Ｓｃの推移を示し、図２（ｃ）は、点火用スイッチング素子３０の開閉操作の状態推移を示し、図２（ｄ）は、昇圧用スイッチング素子４４の開閉操作の状態推移を示す。また、図２（ｅ）は、制御用スイッチング素子５０の開閉操作の状態推移を示し、図２（ｆ）は、１次側コイル２２に流れる電流Ｉ１の推移を示し、図２（ｇ）は、２次側コイル２４に流れる電流Ｉ２の推移を示す。なお、電流Ｉ１，Ｉ２の符号は、図１に示した矢印側を正と定義する。
【００２０】
時刻ｔ１にＥＤＵ１０に点火信号Ｓｉが入力されると、ＥＤＵ１０は、点火用スイッチング素子３０をオン（閉）操作する。これにより、１次側コイル２２を流れる電流Ｉ１が漸増する。すなわち、点火用スイッチング素子３０が閉操作されると、バッテリ７０、１次側コイル２２、および点火用スイッチング素子３０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２２に流れる電流が漸増することで２次側コイル２４の鎖交磁束が漸増することから、２次側コイル２４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２６のアノード側を負とするものであるため、２次側コイル２４には電流が流れない。
【００２１】
また、図２に示すように、ＥＤＵ１０に点火信号Ｓｉが入力されると、昇圧制御部５４が昇圧用スイッチング素子４４を開閉操作する。その後、時刻ｔ２において放電波形制御信号ＳｃがＥＤＵ１０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、ＥＤＵ１０は、点火用スイッチング素子３０を開操作する。これにより、１次側コイル２２を流れる電流Ｉ１がゼロとなり、２次側コイル２４に生じる逆起電力によって２次側コイル２４に電流が流れる。これにより、点火プラグ１２が放電を開始する。
【００２２】
すなわち、１次側コイル２２の電流が遮断されることで、２次側コイル２４の鎖交磁束が減少しようとすると、２次側コイル２４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１２、２次側コイル２４、ダイオード２６、およびシャント抵抗２８に電流Ｉ２が流れる。２次側コイル２４に電流Ｉ２が流れると、点火プラグ１２に電圧降下Ｖｄが生じ、シャント抵抗２８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２６の順方向電圧降下等を無視すると、２次側コイル２４には、点火プラグ１２における電圧降下Ｖｄおよびシャント抵抗２８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２４の鎖交磁束を漸減させるものである。図２（ｇ）の時刻ｔ３〜ｔ４において２次側コイル２４を流れる電流Ｉ２が漸減するのは、２次側コイル２４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。
【００２３】
図２に示すように、時刻ｔ４以降、放電制御部５６が制御用スイッチング素子５０を開閉操作する。
制御用スイッチング素子５０が閉状態とされる時刻ｔ４〜ｔ５の期間においては、昇圧回路４０、制御用スイッチング素子５０、ダイオード５２、１次側コイル２２、およびバッテリ７０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。
【００２４】
一方、制御用スイッチング素子５０が開状態とされる時刻ｔ５〜ｔ６の期間においては、１次側コイル２２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２２に生じる。そしてこれにより、ダイオード３２、１次側コイル２２、バッテリ７０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。
【００２５】
ここで、図２（ｅ）に示す制御用スイッチング素子５０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２２に流れる電流を制御することができる。放電制御部５６は、時比率Ｄによって、１次側コイル２２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３０が閉状態とされていたときに１次側コイル２２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３０が閉状態とされていたときに１次側コイル２２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５０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２２を流れる電流Ｉ１による２次側コイル２４の鎖交磁束の漸減速度が、２次側コイル２４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２４に流れる電流は減少しない。この場合、点火プラグ１２およびシャント抵抗２８による電力損失は、昇圧回路４０およびバッテリ７０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。
【００２６】
これに対し、１次側コイル２２を流れる電流Ｉ１による２次側コイル２４の鎖交磁束の漸減速度が、２次側コイル２４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２４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２４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２４に流れる電流Ｉ２の漸減速度は、１次側コイル２２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。
【００２７】
また、２次側コイル２４に「Ｖｄ＋ｒ・Ｉ２」の電圧を印加したときの２次側コイル２４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２２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２４の電圧が大きくなる。そして、２次側コイル２４を流れる電流Ｉ２は、「Ｖｄ＋ｒ・Ｉ２」が２次側コイル２４の電圧に等しくなるように、増大する。
【００２８】
以上より、１次側コイル２２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２４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１２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。
【００２９】
放電制御部５６では、シャント抵抗２８の電圧降下Ｖｉ２から定まる放電電流値を図２に一点鎖線にて示す放電電流指令値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５０の上記時比率Ｄを操作する。
【００３０】
ところで、放電電流を維持する上で必要な点火プラグ１２の両電極間の電圧は、内燃機関の燃焼室内の空燃比がリーンとなるほど高くなる。詳しくは、空燃比をよりリーンとする場合、放電電流を放電電流指令値Ｉ２＊に制御する上で必要な点火プラグ１２の両電極間の電圧が高くなる。そして、これにより、上記フィードバック制御によって１次側コイル２２を流れる電流Ｉ１が過度に大きくなり、ひいては、イグニッションコイル２０が磁気飽和するおそれがある。そして、イグニッションコイル２０が磁気飽和すると、１次側コイル２２に流れる電流が急激に増加することから、イグニッションコイル２０の発熱量が急増し、ひいてはＥＤＵ１０の信頼性の低下を招くおそれがある。
【００３１】
そこで本実施形態では、図３に示す処理によって、こうした事態に対処する。図３に示す処理は、ＥＣＵ８０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、ＥＣＵ８０は、まず、電圧センサ９２によって検出される電圧降下Ｖｉ１を１次側コイル２２の電流Ｉ１として取得する（Ｓ１０）。そして、ＥＣＵ８０は、取得した電圧降下Ｖｉ１に基づき、１次側コイル２２の電流Ｉ１の傾きΔＩ１を算出する（Ｓ１２）。そして、ＥＣＵ８０は、傾きΔＩ１が所定の傾きΔＩ１ｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。この処理は、イグニッションコイル２０に磁気飽和が生じたか否かを判定するためのものである。所定の傾きΔＩ１ｔｈは、イグニッションコイル２０に磁気飽和が生じていないときにコンデンサ４８の充電電圧Ｖｃとバッテリ７０の端子電圧との差圧によっては生じ得ない傾きの下限値程度に設定されている。そして、ＥＣＵ８０は、所定の傾きΔＩ１ｔｈ以上であると判定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、リレー６０を開操作する（Ｓ１６）。この処理は、１次側コイル２２の通電を中断させる処理である。
【００３２】
なお、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１６の処理が完了する場合や、ステップＳ１４において否定判定する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【００３３】
ＥＤＵ１０では、点火信号Ｓｉの入力後、放電波形制御信号Ｓｃが入力されることに基づき、制御用スイッチング素子５０を開閉操作して２次側コイル２４に流れる電流Ｉ２を制御する。この際、ＥＣＵ８０では、電圧降下Ｖｉ１を取得し、１次側コイル２２を流れる電流Ｉ１の傾きΔＩ１を監視する。そして、図２（ｆ）に２点鎖線にて示すように、傾きΔＩ１が所定の傾きΔＩ１以上となる場合、ＥＣＵ８０は、リレー６０を開操作する。これにより、放電制御部５６が制御用スイッチング素子５０を閉操作することができなくなることから、昇圧回路４０、１次側コイル２２、およびバッテリ７０を備えるループ回路が開ループとなる。そのため、ダイオード３２、１次側コイル２２、およびバッテリ７０を備えるループ回路を介して１次側コイル２２に電流が流れ、これにより１次側コイル２２に流れる電流Ｉ１は、バッテリ７０の端子電圧によって定まる漸減速度で漸減する。そして、１次側コイル２２を流れる電流Ｉ１がゼロとなると、点火用スイッチング素子３０等が閉操作されるまでの期間、１次側コイル２２には電流が流れない状態が維持される。
【００３４】
なお、ＥＣＵ８０は、リレー６０を開操作した後、放電波形制御信号Ｓｃを新たに出力するタイミングまでにリレー６０を閉操作する。
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。
【００３５】
（１）傾きΔＩ１が所定の傾きΔＩ１以上となる場合、ＥＣＵ８０によってリレー６０を開操作し、１次側コイル２２への通電を中断した。このため、１次側コイル２２に流れる電流Ｉ１が急上昇した場合であっても点火装置（ＥＤＵ１０、ＥＣＵ８０）の信頼性の低下を抑制できる。
【００３６】
＜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。
・上記実施形態では、シャント抵抗９０の電圧降下Ｖｉ１に基づき、１次側コイル２２を流れる電流の傾きを検出したが、これに限らない。たとえば、１次側コイル２２とダイオード５２との間の電気経路を流れる電流を検出する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に基づき、１次側コイル２２に流れる電流の傾きを検出してもよい。
【００３７】
・上記実施形態では、リレー６０を開操作することによって１次側コイル２２への通電を中断したが、これに限らない。たとえば、バッテリ７０と端子ＴＲＭ１との間にリレーを備えて、これを開操作してもよい。また、たとえば、放電波形制御信号Ｓｃの出力停止によってＥＤＵ１０が制御用スイッチング素子５０を開状態とするまでに要する時間が十分に短いのであれば、放電波形制御信号Ｓｃの出力を停止してもよい。
【００３８】
・放電電流を制御するために１次側コイル２２に点火用スイッチング素子３０を閉状態としていたときとは逆極性の電圧を印加する回路を備えることは必須ではない。たとえば、点火用スイッチング素子３０が閉状態であるときにも、点火プラグ１２の放電が生じるフォワード型のイグニッションコイル２０の場合、点火用スイッチング素子３０が閉状態にあるときに磁気飽和が生じて１次側コイル２２に流れる電流の傾きが所定の傾き以上となる場合には、１次側コイル２２の通電を中断することが有効である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…ＥＤＵ、１２…点火プラグ、２０…イグニッションコイル、２２…１次側コイル、２４…２次側コイル、２６…ダイオード、２８…シャント抵抗、３０…点火用スイッチング素子、３２…ダイオード、４０…昇圧回路、４２…インダクタ、４４…昇圧用スイッチング素子、４６…ダイオード、４８…コンデンサ、５０…制御用スイッチング素子、５２…ダイオード、５４…昇圧制御部、５６…放電制御部、６０…リレー、７０…バッテリ、８０…ＥＣＵ、９０…シャント抵抗、９２…電圧センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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