(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の複数の気筒に前記気筒ごとに設けられた点火プラグ、
一次コイルと、前記一次コイルと磁気結合され前記点火プラグに接続された二次コイルとを有し、前記気筒ごとに設けられた点火コイル、
前記一次コイルへの通電、遮断を切り換える前記気筒ごとに設けられたスイッチング部、
前記一次コイルの電圧を入力し前記一次コイルの電圧が予め定められた一次電圧閾値を上回る期間に一次信号として出力する前記気筒ごとに設けられた一次電圧信号分離部、
各気筒の前記一次信号を電気的に結合し結合一次信号を出力する一次信号結合部、
および前記結合一次信号を入力し各気筒の一次電圧情報を出力する一次電圧情報検出部、を備えた点火装置。
【請求項２】
前記一次コイルと接続された直流電源を備え、
前記一次電圧信号分離部は、前記一次電圧閾値が前記直流電源の電圧以上に設定された請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
内燃機関の複数の気筒に前記気筒ごとに設けられた点火プラグ、
一次コイルと、前記一次コイルと磁気結合され前記点火プラグに接続された二次コイルとを有し、前記気筒ごとに設けられた点火コイル、
前記一次コイルへの通電、遮断を切り換える前記気筒ごとに設けられたスイッチング部、
前記一次コイルの電圧を入力し前記スイッチング部が遮断された後予め定められた一次電圧検出期間に一次信号として出力する前記気筒ごとに設けられた一次電圧信号分離部、
各気筒の前記一次信号を電気的に結合し結合一次信号を出力する一次信号結合部、
および前記結合一次信号を入力し各気筒の一次電圧情報を出力する一次電圧情報検出部、を備えた点火装置。
【請求項４】
内燃機関の複数の気筒に前記気筒ごとに設けられた点火プラグ、
一次コイルと、前記一次コイルと磁気結合され前記点火プラグに接続された二次コイルとを有し、前記気筒ごとに設けられた点火コイル、
前記一次コイルへの通電、遮断を切り換える前記気筒ごとに設けられたスイッチング部、
互いに逆方向に直列に接続されたツェナーダイオードを有し前記一次コイルの電圧を入力し一次信号として出力する前記気筒ごとに設けられた一次電圧信号分離部、
各気筒の前記一次信号を電気的に結合し結合一次信号を出力する一次信号結合部、
および前記結合一次信号を入力し各気筒の一次電圧情報を出力する一次電圧情報検出部、を備えた点火装置。
【請求項５】
前記一次コイルと接続された直流電源を備え、
前記ツェナーダイオードは前記直流電源の電圧以上のツェナー電圧を有する請求項４に記載の点火装置。
【請求項６】
前記一次電圧信号分離部は、抵抗器を用いて構成された請求項１から５のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項７】
内燃機関の複数の気筒に前記気筒ごとに設けられた点火プラグ、
一次コイルと、前記一次コイルと磁気結合され前記点火プラグに接続された二次コイルとを有し、前記気筒ごとに設けられた点火コイル、
前記一次コイルへの通電、遮断を切り換える前記気筒ごとに設けられたスイッチング部、
前記一次コイルの電圧を入力し前記一次コイルの電圧を電流に変換して一次信号として出力する前記気筒ごとに設けられた一次電圧信号分離部、
各気筒の前記一次信号を電気的に結合し結合一次信号を出力する一次信号結合部、
および前記結合一次信号を入力し各気筒の一次電圧情報を出力する一次電圧情報検出部、を備えた点火装置。
【請求項８】
前記一次電圧信号分離部は、カレントミラー回路を有する請求項７に記載の点火装置。
【請求項９】
内燃機関の複数の気筒に前記気筒ごとに設けられた点火プラグ、
一次コイルと、前記一次コイルと磁気結合され前記点火プラグに接続された二次コイルとを有し、前記気筒ごとに設けられた点火コイル、
前記一次コイルへの通電、遮断を切り換える前記気筒ごとに設けられたスイッチング部、
前記一次コイルの電圧を入力し一次信号として出力する前記気筒ごとに設けられた一次電圧信号分離部、
各気筒の前記一次信号を電気的に結合し結合一次信号を出力する一次信号結合部、
および前記結合一次信号を一次電圧情報に変換する一次電圧変換部と、各気筒の一次コイルへの通電状態に基づいて前記一次電圧情報を補正して補正後一次電圧情報を出力する一次電圧補正部とを有した一次電圧情報検出部、を備えた点火装置。
【請求項１０】
前記一次電圧補正部は、少なくとも各気筒の一次電圧検出期間と他の気筒の一次コイル通電期間とが重複する期間に前記補正を実施する請求項９に記載の点火装置。
【請求項１１】
前記一次電圧情報検出部は、前記一次コイルへの通電が遮断された後の一次電圧情報が予め定められた遮断ノイズ判定値よりも小さい気筒について故障を判定する請求項１から１０のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項１２】
前記一次電圧信号分離部は、前記入力と前記出力の間に高圧側抵抗を有し、
前記一次電圧情報検出部は、低圧側抵抗を有し、前記高圧側抵抗と前記低圧側抵抗で構成された抵抗分圧回路を用いて信号を入力する請求項１から１１のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項１３】
内燃機関の複数の気筒に前記気筒ごとに設けられた点火プラグ、
一次コイルと、前記一次コイルと磁気結合され前記点火プラグに接続された二次コイルとを有し、前記気筒ごとに設けられた点火コイル、
前記一次コイルへの通電、遮断を切り換える前記気筒ごとに設けられたスイッチング部、
前記一次コイルの電圧を入力し一次信号として出力し、前記入力と前記出力の間に高圧側抵抗を有する前記気筒ごとに設けられた一次電圧信号分離部、
各気筒の前記一次信号を電気的に結合し結合一次信号を出力する一次信号結合部、
および低圧側抵抗を有し、前記高圧側抵抗と前記低圧側抵抗で構成された抵抗分圧回路を用いて前記結合一次信号を入力し各気筒の一次電圧情報を出力し、前記一次コイルへの通電が遮断された後の前記一次電圧情報に応じて前記抵抗分圧回路の温度による影響を推定し、前記一次電圧情報を温度補正する一次電圧情報検出部、を備えた点火装置。
【請求項１４】
内燃機関の複数の気筒に前記気筒ごとに設けられた点火プラグ、
一次コイルと、前記一次コイルと磁気結合され前記点火プラグに接続された二次コイルとを有し、前記気筒ごとに設けられた点火コイル、
前記一次コイルへの通電、遮断を切り換える前記気筒ごとに設けられたスイッチング部、
前記一次コイルの電圧を入力し一次信号として出力し、前記入力と前記出力の間に高圧側抵抗を有する前記気筒ごとに設けられた一次電圧信号分離部、
各気筒の前記一次信号を電気的に結合し結合一次信号を出力する一次信号結合部、
および低圧側抵抗を有し、前記高圧側抵抗と前記低圧側抵抗で構成された抵抗分圧回路を用いて前記結合一次信号を入力し各気筒の一次電圧情報を出力し、前記スイッチング部が有する電圧クランプ機能により一次電圧が制限されている時の前記一次電圧情報から前記抵抗分圧回路の故障を検出する一次電圧情報検出部、を備えた点火装置。
【請求項１５】
前記一次電圧情報検出部は、前記一次電圧情報検出部を構成する要素の少なくとも一部を、内燃機関を制御する制御部の内部に設ける請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項１６】
前記一次電圧信号分離部は、前記一次電圧信号分離部を構成する要素の少なくとも一部を、前記点火コイルが配置された樹脂モールド内に配置する請求項１から１５のいずれか一項に記載の点火装置。
【請求項１７】
前記一次電圧信号分離部は、前記一次電圧信号分離部を構成する要素の少なくとも一部を、前記スイッチング部と一体のスイッチングＩＣとして構成する請求項１から１５のいずれか一項に記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式内燃機関では、一次コイルの通電、遮断によって、磁気結合された二次コイルに二次電圧を発生させ、二次コイルに接続された燃焼室内の点火プラグに高電圧アークを発生させて、燃焼室の混合気を燃焼させている場合が多い。このとき、点火プラグの絶縁破壊電圧を計測して、内燃機関の制御に利用する方法が提案されている。絶縁破壊電圧は、点火プラグの電極間で絶縁破壊が発生する瞬間において、点火コイルの二次コイル側に発生する二次電圧である。二次電圧の挙動は、高電圧アークの放電経路の伸長、プラグ摩耗状態と相関を有する。二次電圧に関する情報により内燃機関の気筒内情報を得ることができ内燃機関の制御に利用可能である。この二次電圧を計測するため、従来の内燃機関の点火装置では、点火コイルの一次コイル側に発生する電圧（以下、一次電圧と称す）に基づいて絶縁破壊電圧を間接的に測定する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６-６５４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術においては、火花点火式内燃機関の気筒ごとに設置された点火プラグ、一時側コイル、二次側コイルに対して、一時側コイルの電圧を検出して点火プラグの放電異常、失火を検出している。しかし、複数の気筒を有する内燃機関においては、一時側コイルの電圧を検出する回路を、個別に設置する必要がある。そのためには、内燃機関の気筒数に応じた、コンパレータとＡ／Ｄ変換器などの回路が必要となり、点火装置の大型化、重量化、高コスト化の要因となる。
【０００５】
内燃機関は運転状態を適切に制御するためにクランク角度センサ、カム角センサ、吸気量検出センサ、水温センサ、電源電圧センサ等の各種のセンサ及びスイッチが接続されている。各種のセンサから出力されたアナログ電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号に変換され、デジタル信号に変換された信号は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）にて演算処理される。近年、排ガス規制と燃費向上のため内燃機関に取り付けられる各種センサ、アクチュエータは増加する傾向にある。よって、一次コイル電圧の計測のために、内燃機関の気筒数に応じた、処理回路とＡ／Ｄ変換器の追加は、点火装置を含んだ内燃機関の制御部のさらなる大型化、重量化、高コスト化を招くこととなり問題である。
【０００６】
ＥＣＵに接続するためのコネクタピンとＡ／Ｄ変換器の数はＥＣＵ筐体サイズと製造コストにより制限されているため、無制限に増やせるものではない。一次電圧検出のためにコネクタピンとＡ／Ｄ変換器を増設する場合は、ＥＣＵ筐体のサイズアップと製造コストの上昇につながる。
【０００７】
本願は、複数気筒を有する内燃機関において各気筒の点火コイルが出力する一次電圧の検出精度を低下させることなく、ＥＣＵに接続するためのコネクタピンとＡ／Ｄ変換器の必要数を低減し、小型化、軽量化、低コスト化に寄与する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】
【０００８】
本願に係る点火装置は、
内燃機関の複数の気筒に気筒ごとに設けられた点火プラグ、
一次コイルと、一次コイルと磁気結合され点火プラグに接続された二次コイルとを有し、気筒ごとに設けられた点火コイル、
一次コイルへの通電、遮断を切り換える気筒ごとに設けられたスイッチング部、
一次コイルの電圧を入力し一次コイルの電圧が予め定められた一次電圧閾値を上回る期間に一次信号として出力する気筒ごとに設けられた一次電圧信号分離部、
各気筒の一次信号を電気的に結合し結合一次信号を出力する一次信号結合部、
および結合一次信号を入力し各気筒の一次電圧情報を出力する一次電圧情報検出部、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に係る点火装置によれば、複数気筒を有する内燃機関において各気筒の点火コイルが出力する一次電圧の検出精度を低下させることなく、ＥＣＵに接続するためのコネクタピンとＡ／Ｄ変換器の必要数を低減できるので、点火装置の小型化、軽量化、低コスト化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る点火装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１に係る点火装置の制御部のハードウェア構成図である。
【図３】実施の形態１に係る点火装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】実施の形態２に係る点火装置を示す構成図である。
【図５】実施の形態２に係る点火装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】実施の形態３に係る点火装置を示す構成図である。
【図７】実施の形態３に係る点火装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】実施の形態４に係る点火装置を示す構成図である。
【図９】実施の形態４に係る点火装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】実施の形態５に係る点火装置を示す構成図である。
【図１１】実施の形態５に係る点火装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
１．実施の形態１
＜点火装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。本実施形態の説明では簡略化のために２気筒の内燃機関構成とするが、これに限られるものではなく２気筒以上を持つ内燃機関に対しても適用可能である。
【００１２】
図１に示したように、点火装置１０は、制御部５０、一次信号結合部６０、一次電圧情報検出部７０と、第一気筒に係る点火コイル２０−１、スイッチング部３０−１、一次電圧信号分離部４０−１、と、第二気筒に係るスイッチング部３０−２、点火コイル２０−２、一次電圧信号分離部４０−２、を備えている。
【００１３】
図中での構成要素に付与した符号の付加番号「−１」「−２」は気筒番号を表している。たとえば「２０−１」は第一気筒の点火コイル、「２０−２」は第二気筒の点火コイルを表している。代表として第一気筒の構成要素について説明し、第二気筒の構成要素について説明を省略する場合がある。
【００１４】
以下、第一の気筒に関する構成要素を代表として説明する。点火コイル２０−１は、一次コイル２１−１と、二次コイル２２−１と、鉄心２３−１とを有している。一次コイル２１−１は、鉄心２３−１に巻かれている。
【００１５】
一次コイル２１−１の高電圧側端子は、直流電源１１の正極端子に接続されている。直流電源１１の負極端子は、接地されている。直流電源１１には、例えば、鉛蓄電池が用いられる。直流電源１１は、１２Ｖ定格の電源電圧を出力する。一次コイル２１−１には、直流電源１１から電力が供給される。一次コイル２１−１の低電圧側端子は、スイッチング部３０−１を介してグランドに接続されている。スイッチング部３０−１は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。スイッチング部３０−１は、一次コイル２１−１への通電状態をオン状態とオフ状態との間で切り換える。
【００１６】
二次コイル２２−１は、鉄心２３−１に巻かれている。従って、二次コイル２２−１は、鉄心２３−１を介して一次コイル２１−１と磁気結合されている。二次コイル２２−１の巻き数Ｎ２は、一次コイル２１−１の巻き数Ｎ１よりも多い。一次コイル２１−１に対する二次コイル２２−１の巻き数比ＲＮ１２は、Ｎ２／Ｎ１である。（Ｎ１、Ｎ２、ＲＮ１２は不図示）
【００１７】
二次コイル２２−１の高電圧側端子は、点火プラグ１２−１の第一電極１２ａ−１に接続されている。二次コイル２２−１の低電圧側端子は、逆流防止用ダイオード１３−１のアノードに接続されている。逆流防止用ダイオード１３−１のカソードは、グランドに接続されている。従って、逆流防止用ダイオード１３−１は、二次コイル２２−１からグランドに向かって流れる電流を通す一方で、グラウンドから二次コイル２２−１に向かって流れる電流を阻止する。
【００１８】
鉄心２３−１は、一次コイル２１−１へ通電することにより発生する磁気エネルギーを蓄える。二次コイル２２−１は、鉄心２３−１に蓄えられた磁気エネルギーに基づく電力を、点火プラグ１２−１に供給する。
【００１９】
点火プラグ１２−１は、第一電極１２ａ−１及び第二電極１２ｂ−１を有している。第一電極１２ａ−１及び第二電極１２ｂ−１は、間隔をおいて対向している。点火プラグ１２−１は、第一電極１２ａ−１及び第二電極１２ｂ−１が、内燃機関の燃焼室内に露出するように、内燃機関に設けられている。点火プラグ１２−１は、可燃混合気に点火するために用いられる。可燃混合気は、燃焼室内に形成される。
【００２０】
一次電圧信号分離部４０−１は、高圧側抵抗４１−１と、信号スイッチング部４３−１と、一次電圧信号制御部４２−１とを含んでいる。一次電圧信号制御部４２−１のセンシング端子は一次電圧Ｖ１−１を検出できるように接続されている。
【００２１】
一次電圧信号制御部４２−１は、一次電圧Ｖ１−１の発生レベルに基づいて信号スイッチング部４３−１を制御する切換信号Ｓｄ−１を出力する。一次電圧Ｖ１−１は、直流電源１１と接続されている一次コイル２１−１のコイル端とは反対側のコイル端において発生する電圧である。
【００２２】
信号スイッチング部４３−１は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴである。信号スイッチング部４３−１は、高圧側抵抗４１−１と一次信号結合部６０との導通状態をオン状態とオフ状態のいずれか一方の状態に設定する。
【００２３】
一次電圧信号制御部４２−１は、一次電圧Ｖ１−１の発生レベルが所定の一次電圧閾値以上である期間で信号スイッチング部４３−１をオン状態に設定するように制御する。一次電圧閾値は直流電源１１が出力する電源電圧より高くなるように設定する。このように一次電圧閾値を設定することで有意な一次電圧Ｖ１−１のみを一次信号として一次信号結合部６０に伝達することができる。一次電圧閾値は任意に設定できる。しかし、スイッチング部３０−１がオフしている場合は定常的には直流電源１１の電圧が一次電圧Ｖ１−１として出力されることから、一次電圧閾値を直流電源１１の電圧より高い値とすることが望ましい。
【００２４】
高圧側抵抗４１−１の一端は、一次コイル２１−１の低電圧側端子に接続されている。高圧側抵抗４１−１の他端は、信号スイッチング部４３−１に接続されている。高圧側抵抗４１−１は一次電圧情報検出部７０の低圧側抵抗７１と組み合わされることで抵抗分圧回路を形成する。これによって一次電圧入力を一次電圧情報検出部７０で処理しやすい電圧領域に変換して入力することができる。
【００２５】
一次信号結合部６０は、一次電圧信号分離部４０−１と一次電圧情報検出部７０の間に配置されている。一次信号結合部６０は各気筒の一次電圧信号分離部４０−１からの各出力信号線と一次電圧情報検出部７０の入力信号線を電気的接点により接続している。電気的接点には半田付け、圧着端子等の方法が考えられるが各信号線が電気的に導通状態になっていればよく方法は限定されない。
【００２６】
制御部５０は、スイッチング部３０−１により一次コイル２１−１への通電状態をオン状態及びオフ状態のいずれか一方の状態に設定する。制御部５０は、各気筒のスイッチング部３０−１のゲート端子に指令信号Ｓ１−１を送信する。指令信号Ｓ１−１とは、ＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルの二値を有する信号である。
【００２７】
スイッチング部３０−１のゲート端子にＨｉｇｈレベルの指令信号Ｓ１−１が入力されると、一次コイル２１−１への通電状態がオン状態に設定される。スイッチング部３０−１のゲート端子にＬｏｗレベルの指令信号Ｓ１−１が入力されると、一次コイル２１−１への通電状態がオフ状態に設定される。
【００２８】
制御部５０により一次コイル２１−１への通電状態がオン状態に設定されると、一次コイル２１−１に一次電流Ｉ１−１が流れ、直流電源１１から一次コイル２１−１に電力が供給される。制御部５０により一次コイル２１−１への通電状態がオフ状態に設定されると、一次電流Ｉ１−１が遮断される。つまり、直流電源１１から一次コイル２１−１への電力の供給が停止される。
【００２９】
一次電圧情報検出部７０は、一次電圧変換部７２と低圧側抵抗７１を含んでいる。低圧側抵抗７１の一端は、一次信号結合部６０に接続されている。低圧側抵抗７１の他端は、グランドに接続されている。
【００３０】
一次電圧変換部７２は高圧側抵抗４１−１と低圧側抵抗７１で形成される分圧回路により分圧された検出電圧Ｖｆを読み込み演算し、一次電圧Ｖ１−１の情報を一次電圧情報Ｖ１ｄとして制御部５０へ出力する。ここで、一般的に抵抗器に対して配線の抵抗値は小さいため、一次信号結合部６０の電圧は検出電圧Ｖｆと同一であるとして説明は省略する。
【００３１】
例えば、一次電圧変換部７２の出力の一次電圧情報Ｖ１ｄと検出電圧Ｖｆの関係は、以下の式により計算される。
【００３２】
Ｖ１ｄ＝Ｖｆ／ＲＲ１
【００３３】
ここで、ＲＲ１（不図示）は、分圧比であり、以下の式により計算される。
【００３４】
ＲＲ１＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
【００３５】
ここでＲ１は各気筒の高圧側抵抗４１−１の抵抗値、Ｒ２は低圧側抵抗７１の抵抗値である。実施の形態１では簡単のために第一気筒の高圧側抵抗４１−１と第二気筒の高圧側抵抗４１−２の抵抗値は同一とする。以上、第一の気筒に関する構成要素について説明したが、第二の気筒に関する構成要素についても同様であるので、説明を省略する。上記では第一の気筒に関する構成要素について説明したが、第二の気筒に関する構成要素についても同様であるので、説明を省略する。
【００３６】
＜制御部のハードウェア構成＞
図２は、制御部５０の各機能を実現する処理回路のハードウェア構成図である。制御部５０の機能は、内燃機関の吸入空気量に応じて内燃機関を制御する内燃機関用制御部に内蔵されてもよい。または、内燃機関の制御部とは別に、点火コイルへの通電制御と一次電圧の監視のみを実施する点火用制御部を設けてもよい。ここでは、点火装置のための制御部は内燃機関用制御部に内蔵されている例で説明する。内燃機関用制御部は、図２に示したように、演算処理装置９０、記憶装置９１、入力回路９２、出力回路９３等を備えている。
【００３７】
演算処理装置９０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。記憶装置９１は、演算処理装置９０との間でデータを送受する。入力回路９２は、演算処理装置９０に外部からの信号を入力する。出力回路９３は、演算処理装置９０から外部に信号を出力する。
【００３８】
演算処理装置９０は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、各種論理回路、各種信号処理回路等である。また、演算処理装置９０は、同種の論理回路または信号処理回路、異種の論理回路または信号処理回路等が複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。
【００３９】
内燃機関制御部には、記憶装置９１として、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等が備えられている。ＲＡＭは、演算処理装置９０からデータの読み出し及び書き込みが可能に構成されている。ＲＯＭは、演算処理装置９０からデータの読み出しが可能に構成されている。
【００４０】
入力回路９２は、クランク角センサ、カム角センサ、吸気量検出センサ、水温センサ、電源電圧センサ等の各種センサ及び各種スイッチと接続されている。また、入力回路９２は、一次電圧情報検出部７０に接続されている。入力回路９２は、Ａ／Ｄ変換器を備えている。Ａ／Ｄ変換器は、上記各種センサ、スイッチ及び一次電圧情報検出部７０からのアナログ信号を演算処理装置９０に入力するためのデジタル信号に変換する。
【００４１】
出力回路９３は、スイッチング部３０−１、３０−２、インジェクタ等の電気負荷に接続されている。出力回路９３は、駆動回路を備えている。駆動回路は、上記電気負荷に、演算処理装置９０からの制御信号を出力する。
【００４２】
制御部５０が備える各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶されたプログラムを実行し、入力回路９２、出力回路９３等の他のハードウェアと協働することにより実現される。
【００４３】
制御部５０は、基本的な制御として、入力された各種センサからの信号に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出する。そして、制御部５０は、スイッチング部３０−１、インジェクタ等を駆動制御する。
【００４４】
なお、内燃機関制御部の機能は、一部が専用のハードウェアで実現し、一部がソフトウェア別体型のソフトウェアまたはソフトウェア一体型のファームウェアで実現されるようにしてもよい。
【００４５】
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせによって、内燃機関制御部の機能を実現することができる。
【００４６】
＜点火装置の動作説明＞
図３は、実施の形態１に係る点火装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。制御部５０は、別途に決定された点火時期を迎えると、時刻ｔ１０において、スイッチング部３０−１への指令信号Ｓ１−１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り換えられ、一次コイル２１−１に一次電流Ｉ１−１が流れ始める。そして、鉄心２３−１内には、磁気エネルギーが蓄えられる。
この時、一次電圧Ｖ１−１は直流電源１１が出力する電源電圧からほとんどゼロレベルまで低下する。
【００４７】
制御部５０は、その後の時刻ｔ１１において、指令信号Ｓ１−１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り換えられ、一次電流Ｉ１−１が遮断される。
【００４８】
時刻ｔ１１で、一次電圧Ｖ１−１には一次電流遮断ノイズが発生し電圧レベルが急激に上昇する。一次電圧信号制御部４２−１は一次電圧Ｖ１−１が一次電圧閾値を超えたことを検知し、切換信号Ｓｄ−１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。すると、第一気筒の信号スイッチング部４３−１がオフ状態からオン状態に切り換わり、第一気筒の一次電圧Ｖ１−１が一次電圧情報検出部７０にて検知される。
【００４９】
一次電圧情報検出部７０によって一次電圧情報Ｖ１ｄが、制御部５０に入力される。この時刻に、第一気筒の一次電圧Ｖ１−１検出が開始される。
【００５０】
その後、一次電流遮断ノイズは消失し、二次電圧Ｖ２−１の発生と比例した電圧レベルが発生する。
【００５１】
時刻ｔ１２で、二次電圧Ｖ２−１が絶縁破壊電圧に到達すると、点火プラグ１２−１の電極間で火花放電が生じる。
【００５２】
時刻ｔ１３において、スイッチング部３０−２への指令信号Ｓ１−２をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−２への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り換えられ、一次コイル２１−２に一次電流Ｉ１−２が流れ始める。そして、鉄心２３−２には、磁気エネルギーが蓄えられる。
この時、一次電圧Ｖ１−２は直流電源１１が出力する電源電圧からほとんどゼロレベルまで低下する。
【００５３】
時刻ｔ１４において、点火コイル２０−１に蓄えられていたすべての磁気エネルギーが消費され、二次電流はゼロとなり、火花放電が終了する。この時、一次電圧Ｖ１−１は火花放電維持時の電圧レベルから直流電源１１が出力する電源電圧まで低下する。一次電圧Ｖ１−１が一次電圧閾値を下回ることで、一次電圧信号制御部４２−１が切換信号Ｓｄ−１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。すると、信号スイッチング部４３−１がオン状態からオフ状態に切り換わり、一次電圧情報Ｖ１ｄが検知されなくなる。
【００５４】
制御部５０は、その後の時刻ｔ１５において、指令信号Ｓ１−２をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−２への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り換えられ、一次電流Ｉ１−２が遮断される。時刻ｔ１５で、一次電圧Ｖ１−２には一次電流遮断ノイズが発生し電圧レベルが急激に上昇する。一次電圧Ｖ１−２が一次電圧閾値を超えることで、一次電圧信号制御部４２−２が切換信号Ｓｄ−２をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。すると、第二気筒の信号スイッチング部４３−２がオフ状態からオン状態に切り換わり、第二気筒の一次電圧Ｖ１−２が一次電圧情報Ｖ１ｄとして検知開始されるその後、一次電流遮断ノイズは消失し、二次コイル２２−２に発生する二次電圧Ｖ２−２のマイナス方向への増大と比例した電圧レベルが一次電圧Ｖ１−２として発生する。
【００５５】
時刻ｔ１６で、二次電圧Ｖ２−２が絶縁破壊電圧に到達すると、第二の気筒の点火プラグ１２−２の第一電極１２ａ−２、第二電極１２ｂ−２の間で火花放電が生じる。
【００５６】
時刻ｔ１７において、点火コイル２０−２に蓄えられていたすべての磁気エネルギーが消費され、二次電流はゼロとなり、火花放電が終了する。この時、一次電圧Ｖ１−２は火花放電維持時の電圧レベルから直流電源１１が出力する電源電圧まで低下する。一次電圧Ｖ１−２が一次電圧閾値を下回ることで、一次電圧信号制御部４２−２が切換信号Ｓｄ−２をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。すると、信号スイッチング部４３−２がオン状態からオフ状態に切り換わり、一次電圧情報Ｖ１ｄが検知されなくなる。
【００５７】
このように、実施の形態１に係る点火装置１０は、複数気筒を有する内燃機関において各気筒の点火コイルが出力する一次電圧の検出精度を低下させることなく、ＥＣＵに接続するためのコネクタピンとＡ／Ｄ変換器の必要数を低減できる。これによって点火装置の小型化、軽量化、低コスト化に貢献できる。
【００５８】
スイッチング部３０−１、３０−２及び信号スイッチング部４３−１、４３−２にはＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴに限らず、他のトランジスタ等のスイッチング素子が用いられてもよい。
また、点火装置は内燃機関直近に取り付けられるため、高圧側抵抗４１−１、４１−２と低圧側抵抗７１の熱抵抗によって分圧抵抗回路構成の分圧比が変動する可能性、内燃機関振動によるハーネス断線等の可能性がある。そのため、内燃機関の周辺温度、冷却水温度、内燃機関の運転負荷、運転履歴等から点火装置の回路の温度を求め、分圧抵抗回路の温度の影響を推定し一次電圧情報検出部７０の出力を温度補正し、もしくは故障検知を行うことができる。これにより正確な一次電圧の判定が可能となる。
【００５９】
例えば、一次コイル２１−１、２１−２への通電状態がオン状態からオフ状態に切替わったタイミングで発生する一次電流遮断ノイズの発生電圧レベル、スイッチング部３０−１、３０−２が有する電圧クランプ機能により一次電圧が一定電圧に制限されている時の一次電圧情報Ｖ１ｄから分圧抵抗回路の温度の影響を推定し、もしくは故障を推定することができる。これにより正確な一次電圧の判定が可能となる。
【００６０】
一次コイル２１−１、２１−２の通電が遮断された後に発生する一次コイル電圧が、予め定められた遮断ノイズ判定値よりも小さい気筒について、故障と判定することができる。以上説明した温度補正、故障判定は、一次電圧情報検出部７０で行うことができるが、制御部５０が実施することとしてもよい。
【００６１】
２．実施の形態２
＜点火装置の構成＞
次に、実施の形態２に係る内燃機関の点火装置について説明する。
【００６２】
図４は、実施の形態２に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略される。
【００６３】
図４に示したように、一次電圧信号制御部４２−１、４２−２のセンシング端子は指令信号Ｓ１−１、指令信号Ｓ１−２を検出できるように接続されていること以外の構成は、実施の形態１と同様である。
【００６４】
以下、第一の気筒に関する構成要素を代表として説明する。一次電圧信号制御部４２−１は、自気筒の指令信号Ｓ１−１がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに切り換わる時刻からあらかじめ設定された一定期間で信号スイッチング部４３−１をオン状態に設定するように制御する。
【００６５】
この信号スイッチング部４３−１をオン状態にする期間を一次電圧検出期間Ｔｖ１ｏｎ＿ｄｔとする。このとき、一次電圧検出期間Ｔｖ１ｏｎ＿ｄｔは自気筒の点火コイル２０−１での一次電圧Ｖ１−１の発生期間を含むように設定する。
【００６６】
一次電圧検出期間Ｔｖ１ｏｎ＿ｄｔは予め決定された一定期間でもよい。または、指令信号Ｓ１−１がＨｉｇｈレベルである期間を検出し、それに基づいて信号スイッチング部４３−１をオン状態にする期間を決定してもよい。
【００６７】
例えば、指令信号Ｓ１−１がＨｉｇｈレベルである期間、つまり点火コイル２０−１に磁束を蓄えている期間と一次電圧Ｖ１−１の発生期間との関係を規定したマップを、シミュレーション、実験等により予め作成し、記憶させておく方法が考えられる。このように一次電圧検出期間Ｔｖ１ｏｎ＿ｄｔを設定することで有意な一次電圧Ｖ１−１のみを一次信号として一次信号結合部６０に伝達することができる。以上、第一の気筒について説明したが、第二の気筒に係る構成要素についても同様であり、説明を省略する。
【００６８】
＜点火装置の動作説明＞
図５は、実施の形態２に係る点火装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。制御部５０は、別途に決定された点火時期を迎えると、時刻ｔ２０において、スイッチング部３０−１への指令信号Ｓ１−１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り換えられ、一次コイル２１−１に一次電流Ｉ１−１が流れ始める。そして、鉄心２３−１内には、磁気エネルギーが蓄えられる。この時、一次電圧Ｖ１−１は直流電源１１が出力する電源電圧からほとんどゼロレベルまで低下する。
【００６９】
制御部５０は、その後の時刻ｔ２１において、指令信号Ｓ１−１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り換えられ、一次電流Ｉ１−１が遮断される。
【００７０】
時刻ｔ２１で、一次電圧信号制御部４２−１は指令信号Ｓ１−１がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換わったことを検知し切換信号Ｓｄ−１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。すると、第一気筒の信号スイッチング部４３−１がオフ状態からオン状態に切り換わり、第一気筒の一次電圧Ｖ１−１が一次電圧情報Ｖ１ｄとして検知開始され、制御部５０に入力される。
【００７１】
この時刻で、第一気筒の一次電圧Ｖ１−１の検出が開始される。
【００７２】
その後、一次電流遮断ノイズは消失し、二次電圧Ｖ２−１の発生と比例した電圧レベルが発生する。
【００７３】
時刻ｔ２２で、二次電圧Ｖ２−１が絶縁破壊電圧に到達すると、点火プラグ１２−１の電極間で火花放電が生じる。
【００７４】
時刻ｔ２３において、スイッチング部３０−２への指令信号Ｓ１−２をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−２への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り換えられ、一次コイル２１−２に一次電流Ｉ１−２が流れ始める。そして、鉄心２３−２内には、磁気エネルギーが蓄えられる。この時、一次電圧Ｖ１−２は直流電源１１が出力する電源電圧からほとんどゼロレベルまで低下する。
【００７５】
時刻ｔ２４において、点火コイル２０−１に蓄えられていたすべての磁気エネルギーが消費され、二次電流はゼロとなり、火花放電が終了する。この時、一次電圧Ｖ１−１は火花放電維持時の電圧レベルから直流電源１１が出力する電源電圧まで低下する。
【００７６】
時刻ｔ２５において、一次電圧検出期間Ｔｖ１ｏｎ＿ｄｔが終了し、一次電圧信号制御部４２−１が切換信号Ｓｄ−１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。すると、信号スイッチング部４３−１がオン状態からオフ状態に切り換わり、第一気筒の一次電圧Ｖ１−１の検知が終了する。
【００７７】
制御部５０は、その後の時刻ｔ２６において、指令信号Ｓ１−２をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り換えられ、一次電流Ｉ１−２が遮断される。
【００７８】
時刻ｔ２６で、一次電圧信号制御部４２−２は指令信号Ｓ１−２がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換わったことを検知し、一次電圧信号制御部４２−２が切換信号Ｓｄ−２をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。すると、第二気筒の信号スイッチング部４３−２がオフ状態からオン状態に切り換わり、第二気筒の一次電圧Ｖ１−２が一次電圧情報Ｖ１ｄとして検知開始される。
【００７９】
その後、一次電流遮断ノイズは消失し、二次電圧Ｖ２−２の発生と比例した電圧レベルが発生する。
【００８０】
時刻ｔ２７で、二次電圧Ｖ２−２が絶縁破壊電圧に到達すると、点火プラグ１２−２の電極間で火花放電が生じる。
【００８１】
時刻ｔ２８において、点火コイル２０−２に蓄えられていたすべての磁気エネルギーが消費され、二次電流はゼロとなり、火花放電が終了する。この時、一次電圧Ｖ１−２は火花放電維持時の電圧レベルから直流電源１１が出力する電源電圧まで低下する。
【００８２】
時刻ｔ２９において、一次電圧検出期間Ｔｖ１ｏｎ＿ｄｔが終了し、一次電圧信号制御部４２−２が切換信号Ｓｄ−２をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。すると、信号スイッチング部４３−２がオン状態からオフ状態に切り換わり、第二気筒の一次電圧Ｖ１−２の検知が終了する。
【００８３】
このように、実施の形態２に係る点火装置１０は、複数気筒を有する内燃機関において各気筒の点火コイルが出力する一次電圧の検出精度を低下させることなく、ＥＣＵに接続するためのコネクタピンとＡ／Ｄ変換器の必要数を低減できる。これによって点火装置の小型化、軽量化、低コスト化に貢献できる。
【００８４】
スイッチング部３０−１、３０−２及び信号スイッチング部４３−１、４３−２にはＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴに限らず、他のトランジスタ等のスイッチング素子が用いられてもよい。
【００８５】
３．実施の形態３
＜点火装置の構成＞
次に、実施の形態３に係る内燃機関の点火装置について説明する。
【００８６】
図６は、実施の形態３に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略される。
【００８７】
図６に示したように、一次電圧信号分離部４０−１、４０−２以外の構成は、実施の形態１と同様である。
【００８８】
実施の形態３では、一次電圧信号分離部４０−１、４０−２は、高圧側抵抗４１−１、４１−２と、双方向ツェナーダイオード４４−１、４４−２で構成している。
【００８９】
以下、第一の気筒に関する構成要素を代表として説明する。双方向ツェナーダイオード４４−１が配置されているため、各気筒の一次電圧Ｖ１−１、Ｖ１−２の発生レベルが所定のツェナー電圧以上である期間で該当気筒のみの一次電圧を検出する。ツェナー電圧は直流電源１１が出力する電源電圧より高くなるように設定する。このようにツェナー電圧を設定することで有意な一次電圧Ｖ１−１のみを一次信号として一次信号結合部６０に伝達することができる。ツェナー電圧は任意に設定できる（求めるツェナー電圧特性を有したツェナーダイオードを選択することができる）。しかし、スイッチング部３０−１がオフしている場合は定常的には直流電源１１の電圧が一次電圧Ｖ１−１として出力されることから、ツェナー電圧を直流電源１１の電圧より高い値とすることが望ましい。
【００９０】
高圧側抵抗４１−１の一端は、一次コイル２１−１の低電圧側端子に接続されている。高圧側抵抗４１−１の他端は、双方向ツェナーダイオード４４−１に接続されている。高圧側抵抗４１−１は一次電圧情報検出部７０の低圧側抵抗７１と組み合わされることで分圧回路を形成する。
【００９１】
双方向ツェナーダイオード４４−１は、一次コイル２１−１の低電圧側端子と一次信号結合部６０との間に配置されていればよく、高圧側抵抗４１−１と、双方向ツェナーダイオード４４−１の接続順は限定されない。上記では第一の気筒に関する構成要素について説明したが、第二の気筒に関する構成要素についても同様であるので、説明を省略する。
【００９２】
＜点火装置の動作説明＞
図７は、実施の形態３に係る点火装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。制御部５０は、別途に決定された点火時期を迎えると、時刻ｔ３０において、スイッチング部３０−１への指令信号Ｓ１−１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り換えられ、一次コイル２１−１に一次電流Ｉ１−１が流れ始める。そして、鉄心２３−１内には、磁気エネルギーが蓄えられる。この時、一次電圧Ｖ１−１は直流電源１１が出力する電源電圧からほとんどゼロレベルまで低下する。
【００９３】
制御部５０は、その後の時刻ｔ３１において、指令信号Ｓ１−１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り換えられ、一次電流Ｉ１−１が遮断される。
【００９４】
時刻ｔ３１で、一次電圧Ｖ１−１には一次電流遮断ノイズが発生し電圧レベルが急激に上昇する。一次電圧Ｖ１−１が双方向ツェナーダイオード４４−１のツェナー電圧を超えることで、一次電圧信号分離部４０−１が非導通状態から導通状態に切り換わり第一気筒の一次電圧Ｖ１−１からツェナー電圧を差し引いた電圧が一次電圧情報Ｖ１ｄとして検知開始され、制御部５０に入力される。
【００９５】
その後、一次電流遮断ノイズは消失し、二次電圧Ｖ２−１の発生と比例した電圧レベルが発生する。
【００９６】
時刻ｔ３２で、二次電圧Ｖ２−１が絶縁破壊電圧に到達すると、点火プラグ１２−１の電極間で火花放電が生じる。
【００９７】
時刻ｔ３３において、スイッチング部３０−２への指令信号Ｓ１−２をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−２への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り換えられ、一次コイル２１−２に一次電流Ｉ１−２が流れ始める。そして、鉄心２３−２内には、磁気エネルギーが蓄えられる。この時、一次電圧Ｖ１−２は直流電源１１の電源電圧からほとんどゼロレベルまで低下する。
【００９８】
時刻ｔ３４において、点火コイル２０−１に蓄えられていたすべての磁気エネルギーが消費され、二次電流はゼロとなり、火花放電が終了する。この時、一次電圧Ｖ１−１は火花放電維持時の電圧レベルから直流電源１１が出力する電源電圧まで低下する。一次電圧Ｖ１−１が双方向ツェナーダイオード４４−１のツェナー電圧を下回ることで、一次電圧信号分離部４０−１が導通状態から非導通状態に切り換わり一次電圧情報Ｖ１ｄが検知されなくなる。
【００９９】
制御部５０は、その後の時刻ｔ３５において、指令信号Ｓ１−２をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−２への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り換えられ、一次電流Ｉ１−２が遮断される。
【０１００】
時刻ｔ３５で、一次電圧Ｖ１−２には一次電流遮断ノイズが発生し電圧レベルが急激に上昇する。一次電圧Ｖ１−２が双方向ツェナーダイオード４４−２のツェナー電圧を超えることで、一次電圧信号分離部４０−２が非導通状態から導通状態に切り換わり第二気筒の一次電圧Ｖ１−２からツェナー電圧を差し引いた電圧が一次電圧情報Ｖ１ｄとして検知開始される。
【０１０１】
その後、一次電流遮断ノイズは消失し、二次電圧Ｖ２−２の発生と比例した電圧レベルが発生する。
【０１０２】
時刻ｔ３６で、二次電圧Ｖ２−２が絶縁破壊電圧に到達すると、点火プラグ１２−２の電極間で火花放電が生じる。
【０１０３】
時刻ｔ３７において、点火コイル２０−２に蓄えられていたすべての磁気エネルギーが消費され、二次電流はゼロとなり、火花放電が終了する。この時、一次電圧Ｖ１−２は火花放電維持時の電圧レベルから直流電源１１が出力する電源電圧まで低下する。一次電圧Ｖ１−２が双方向ツェナーダイオード４４−２のツェナー電圧を下回ることで、一次電圧信号分離部４０−２が導通状態から非導通状態に切り換わり一次電圧情報Ｖ１ｄが検知されなくなる。
【０１０４】
このように、実施の形態３に係る点火装置１０は、複数気筒を有する内燃機関において各気筒の点火コイルが出力する一次電圧の検出精度を低下させることなく、ＥＣＵに接続するためのコネクタピンとＡ／Ｄ変換器の必要数を低減できる。これによって点火装置の小型化、軽量化、低コスト化に貢献できる。
【０１０５】
スイッチング部３０−１、３０−２にはＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴ限らず、他のトランジスタ等のスイッチング素子が用いられてもよい。
【０１０６】
４．実施の形態４
＜点火装置の構成＞
図８は、実施の形態４に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略される。
【０１０７】
図８に示したように、一次電圧信号分離部４０−１、４０−２と一次電圧情報検出部７０以外の構成は、実施の形態１と同様である。
【０１０８】
実施の形態４では一次電圧信号分離部４０−１、４０−２は、一次電圧信号制御部４２−１、４２−２と信号スイッチング部４３−１、４３−２を除去した構成で、高圧側抵抗４１−１、４１−２のみで構成されており簡略化されている。抵抗値は他気筒の影響を受けづらいように大きな値にするとよい。例えば数十から数百Ω程度である。
【０１０９】
しかしながら、実施の形態４では、各気筒で完全に信号が分離されているわけではないため、他気筒の一次コイル通電等の動作による一次電圧Ｖ１−１、Ｖ１−２の影響が自気筒にも少なからず干渉することになり一次電圧検出誤差が大きくなる。
【０１１０】
そのため、実施の形態４では、一次電圧情報検出部７０に一次電圧補正部７３を追加することで一次電圧信号制御部４２−１、４２−２と信号スイッチング部４３−１、４３−２を持つ実施の形態１と同等の機能を持たせている。
【０１１１】
以下、第一の気筒に関する構成要素を代表として詳しく説明する。一次電圧補正部７３は、一次電圧Ｖ１−１の検出中に他気筒の一次コイル２１−１への通電が始まると、その通電がオーバーラップしている期間の一次電圧変換部７２の一次電圧情報Ｖ１ｄを一次電圧補正量ΔＶ１ｃだけ補正し、一次電圧補正部７３から補正後一次電圧情報Ｖ１ｃを出力する。
【０１１２】
以降、このように一次電圧Ｖ１−１の検出中に他気筒の一次コイル２１−１への通電する状態を通電オーバーラップと呼称する。
【０１１３】
例えば、第一気筒の一次電圧Ｖ１−１検出中に通電オーバーラップが発生していない時刻の、一次電圧情報Ｖ１ｄと検出電圧Ｖｆの関係は、以下の式により計算される。
【０１１４】
Ｖ１ｄ＝（Ｖｆ（Ｒ３*Ｒ４＋Ｒ３*Ｒ２＋Ｒ２*Ｒ４）−ＶＢ（Ｒ３*Ｒ２））／（Ｒ２*Ｒ４）
【０１１５】
ここで、Ｒ３は第一気筒の高圧側抵抗４１−１の抵抗値、Ｒ４は第二気筒の高圧側抵抗４１−２の抵抗値、Ｒ２は低圧側抵抗７１の抵抗値である。ＶＢは直流電源１１の電源電圧である。
【０１１６】
例えば、第一気筒の一次電圧Ｖ１−１検出中に通電オーバーラップが発生している時刻の、補正後一次電圧情報Ｖ１ｃと検出電圧Ｖｆの関係は、以下の式により計算される。
【０１１７】
Ｖ１ｃ＝（Ｖｆ（Ｒ３*Ｒ４＋Ｒ３*Ｒ２＋Ｒ２*Ｒ４）−ＶＣＥ（Ｒ３*Ｒ２））／（Ｒ２*Ｒ４）
ここで、ＶＣＥは第二気筒のスイッチング部３０−２がオン状態であるときの電圧ドロップである。（ＶＣＥは不図示）
【０１１８】
よって第一気筒の一次電圧Ｖ１−１検出中に通電オーバーラップが発生している時刻の
で必要な一次電圧補正量ΔＶ１ｃは、以下の式により計算される。
【０１１９】
Ｖ１ｃ＝Ｖ１ｄ＋ΔＶ１ｃ
【０１２０】
ΔＶ１ｃ＝（ＶＢ*Ｒ３*Ｒ２−ＶＣＥ*Ｒ３*Ｒ２）／（Ｒ２*Ｒ４）
【０１２１】
補正処理を簡略化する場合は、１２Ｖ程度のＶＢに対し、一般的にＶＣＥは１〜２Ｖ程度と小さいため、ＶＣＥをゼロとして一次電圧補正量ΔＶ１ｃを、以下のように計算してもよい。
【０１２２】
ΔＶ１ｃ＝ＶＢ*Ｒ３／Ｒ４
上記では第一の気筒に関する構成要素について説明したが、第二の気筒に関する構成要素についても同様であるので、説明を省略する。
【０１２３】
＜点火装置の動作説明＞
図９は、実施の形態４に係る点火装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。制御部５０は、別途に決定された点火時期を迎えると、時刻ｔ４０において、スイッチング部３０−１への指令信号Ｓ１−１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り換えられ、一次コイル２１−１に一次電流Ｉ１−１が流れ始める。そして、鉄心２３−１内には、磁気エネルギーが蓄えられる。この時、一次電圧Ｖ１−１は直流電源１１が出力する電源電圧からほとんどゼロレベルまで低下する。
【０１２４】
制御部５０は、その後の時刻ｔ４１において、指令信号Ｓ１−１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り換えられ、一次電流Ｉ１−１が遮断される。
【０１２５】
時刻ｔ４１で、一次電圧Ｖ１−１には一次電流遮断ノイズが発生し電圧レベルが急激に上昇する。第一気筒の一次電圧Ｖ１−１が一次電圧情報Ｖ１ｄとして検知開始される。
【０１２６】
この時刻では通電オーバーラップは発生しないためで、一次電圧情報Ｖ１ｄは一次電圧補正部７３で補正が行われず、補正後一次電圧情報Ｖ１ｃとして制御部５０に入力され、第一気筒の一次電圧Ｖ１−１検出が開始される。
【０１２７】
その後、一次電流遮断ノイズは消失し、二次電圧Ｖ２−１の発生と比例した電圧レベルが発生する。
【０１２８】
時刻ｔ４２で、二次電圧Ｖ２−１が絶縁破壊電圧に到達すると、点火プラグ１２−１の電極間で火花放電が生じる。
【０１２９】
時刻ｔ４３において、スイッチング部３０−２への指令信号Ｓ１−２をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−２への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り換えられ、一次コイル２１−２に一次電流Ｉ１−２が流れ始める。そして、鉄心２３−２内には、磁気エネルギーが蓄えられる。この時、一次電圧Ｖ１−２は直流電源１１の電源電圧からほとんどゼロレベルまで低下する。
【０１３０】
この時刻で通電オーバーラップが発生したと判断され、一次電圧情報Ｖ１ｄは一次電圧補正部７３での補正動作が開始される。一次電圧補正部７３では一次電圧補正部７３所定の補正式に従った一次電圧補正量ΔＶ１ｃが算出され、一次電圧情報Ｖ１ｄの補正した補正後一次電圧情報Ｖ１ｃが制御部５０に入力される。
【０１３１】
時刻ｔ４４において、点火コイル２０−１に蓄えられていたすべての磁気エネルギーが消費され、二次電流はゼロとなり、火花放電が終了する。この時、一次電圧Ｖ１−１は火花放電維持時の電圧レベルから直流電源１１が出力する電源電圧まで低下する。
【０１３２】
制御部５０は、その後の時刻ｔ４５において、指令信号Ｓ１−２をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−２への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り換えられ、一次電流Ｉ１−２が遮断される。
【０１３３】
この時刻で通電オーバーラップが終了したと判断され、一次電圧情報Ｖ１ｄは一次電圧補正部７３での補正動作が終了する。そして、第一気筒の一次電圧Ｖ１−１検出が終了し、第二気筒の一次電圧Ｖ１−２検出が開始される。
【０１３４】
時刻ｔ４５で、一次電圧Ｖ１−２には一次電流遮断ノイズが発生し電圧レベルが急激に上昇する。第二気筒の一次電圧Ｖ１−２が一次電圧情報Ｖ１ｄとして検知開始される
【０１３５】
通電オーバーラップは発生しないため、一次電圧情報Ｖ１ｄは一次電圧補正部７３で補正が行われず、補正後一次電圧情報Ｖ１ｃとして制御部５０に入力される。
【０１３６】
その後、一次電流遮断ノイズは消失し、二次電圧Ｖ２−２の発生と比例した電圧レベルが発生する。
【０１３７】
時刻ｔ４６で、二次電圧Ｖ２−２が絶縁破壊電圧に到達すると、点火プラグ１２−２の電極間で火花放電が生じる。
【０１３８】
時刻ｔ４７において、点火コイル２０−２に蓄えられていたすべての磁気エネルギーが消費され、二次電流はゼロとなり、火花放電が終了する。そして、第二気筒の一次電圧Ｖ１−２検出が終了する。
【０１３９】
以上のように、実施の形態４では一次電圧情報検出部７０に一次電圧補正部７３を追加することで一次電圧信号制御部４２−１、４２−２と信号スイッチング部４３−１、４３−２を持つ実施の形態１と同等の一次電圧Ｖ１−１、Ｖ１−２の検出精度となる。
【０１４０】
このように、実施の形態４に係る点火装置１０は、複数気筒を有する内燃機関において各気筒の点火コイルが出力する一次電圧の検出精度を低下させることなく、ＥＣＵに接続するためのコネクタピンとＡ／Ｄ変換器の必要数を低減できる。これによって点火装置の小型化、軽量化、低コスト化に貢献できる。特に一次電圧信号分離部４０−１、４０−２を高圧側抵抗４１−１、４１−２のみで構成したために、極めて簡単な回路構成である。また、一次電圧補正部７３で一次電圧情報Ｖ１ｄを補正することで、実施の形態１に係る信号スイッチング部４３−１、４３−２を必要とせず、有効な補正後一次電圧情報Ｖ１ｃを得ることができる。これにより、一次コイル２１−１、２１−２の通電がオーバーラップしている期間においても、正確に一次電流の判定ができる。
【０１４１】
５．実施の形態５
＜点火装置の構成＞
図１０は、実施の形態５に係る内燃機関の点火装置を示す構成図である。図１に示した構成要素と同じ構成要素には同一の符号が付され、その詳細な説明は省略される。
【０１４２】
図１０に示したように、一次電圧信号分離部４０−１、４０−２と一次電圧情報検出部７０以外の構成は、実施の形態１と同様である。
【０１４３】
実施の形態５の一次電圧信号分離部４０−１、４０−２は、一次電圧Ｖ１−１、Ｖ１−２を電流信号に変換して各気筒の一次電圧Ｖ１−１、Ｖ１−２の情報を電流信号Ｉ３−１、Ｉ３−２として出力する電圧電流変換回路である。実施の形態５では構成の一例として、一次電圧Ｖ１−１、Ｖ１−２を電流値情報に変換するための電流変換抵抗４５−１、４５−２と、この電流値情報を複製して一次電圧信号分離部４０−１、４０−２から出力するための気筒側カレントミラー回路４６−１、４６−２で構成する。このように、一次電圧に係る一次信号を電流として伝達することで、外部ノイズ耐性を向上することができる。比較的インピーダンスの高い電圧信号は容易に外部ノイズによって乱されるのに対し、電流信号は乱されにくい。特に点火ノイズの激しい点火装置に関して信号のノイズ耐性を向上することは意義が大きい。
【０１４４】
以下、第一の気筒に係る構成要素を代表として説明する。電流変換抵抗４５−１の一端は、一次コイル２１−１の低電圧側端子に接続されている。高圧側抵抗４１−１の他端は、気筒側カレントミラー回路４６−１の入力側に接続されている。気筒側カレントミラー回路４６−１の出力端は一次信号結合部６０に接続されている。
【０１４５】
一次信号結合部６０では各気筒の電流信号Ｉ３−１、Ｉ３−２が電気的に合流し、結合一次信号（電流）Ｉ３ｃとなる。
【０１４６】
一次電圧情報検出部７０は、一次電圧変換部７２と一次電圧補正部７３と検出側カレントミラー回路７４と内部電源７５と電流検出用抵抗７６を含んでいる。検出側カレントミラー回路７４の入力端は一次信号結合部６０に接続されている。電流検出用の電流検出用抵抗７６の一端は、検出側カレントミラー回路７４の出力端と一次電圧変換部７２に接続されている。電流検出用抵抗７６の他端は、グランドに接続されている。
【０１４７】
一次電圧変換部７２は電流検出用抵抗７６で発生する検出電圧Ｖｆを読み込み演算し、一次電圧Ｖ１−１の情報を一次電圧情報Ｖ１ｄとして制御部５０へ出力する。
【０１４８】
例えば、一次電圧変換部７２の一次電圧情報Ｖ１ｄと検出電圧Ｖｆの関係は、以下の式により計算される。
【０１４９】
Ｖ１ｄ＝Ｖｆ／ＲＲ２
【０１５０】
ここで、ＲＲ２は、以下の式により計算される。
【０１５１】
ＲＲ２＝Ｒ６／Ｒ５
【０１５２】
ここでＲ５は各気筒の電流変換抵抗４５−１、４５−２の抵抗値、Ｒ６は電流検出用抵抗７６の抵抗値である。実施の形態５では簡単のために第一気筒の電流変換抵抗４５−１と第二気筒の電流変換抵抗４５−２の抵抗値は同一とする。
【０１５３】
各気筒のコイル非動作期間でも電源電圧ＶＢによる電流情報が各気筒の電流信号Ｉ３−１、Ｉ３−２として出力される。そのため、内燃機関の気筒数が多くなる場合は一次信号結合部６０の結合一次信号（電流）Ｉ３ｃの信号レベル浮きが大きくなり、これが無視できなくなる。
【０１５４】
例えば、非通電コイル数がＮ個の内燃機関でコイル非動作期間での一次電圧結合点の結合一次信号（電流）Ｉ３ｃは、以下の式により計算されこの電流の影響分だけ一次電圧情報Ｖ１ｄ信号がバイアスされることとなる。
【０１５５】
Ｉ３ｃ＝Ｎ×ＶＢ／Ｒ５
【０１５６】
実施の形態５では実施の形態４と同様に一次電圧情報検出部７０に一次電圧補正部７３を追加することで、一次電圧信号制御部４２−１、４２−２と信号スイッチング部４３−１、４３−２を持つ実施の形態１と同等の機能を持たせている。
【０１５７】
詳しく説明すると、一次電圧補正部７３は、各気筒でのコイル非動作期間で一次電圧情報Ｖ１ｄを一次電圧補正量ΔＶ１ｃだけ補正し、一次電圧補正部７３から補正後一次電圧情報Ｖ１ｃを出力する。
【０１５８】
例えば、非通電コイル数がＮ個の内燃機関での一次電圧補正量ΔＶ１ｃは、以下の式により計算される。
【０１５９】
ΔＶ１ｃ＝Ｎ×ＶＢ
【０１６０】
補正後一次電圧情報Ｖ１ｃは、以下の式により計算される。
【０１６１】
Ｖ１ｃ＝Ｖ１ｄ−ΔＶ１ｃ
【０１６２】
実施の形態５では簡単のため、コイル通電中のＶＣＥは電源電圧ＶＢに対して小さいことから、ＶＣＥをゼロとしてコイル通電中の気筒分の影響補正は行わないが、より正確に補正量を算出するためにはコイル通電中のＶＣＥを含めた補正量にするとよい。
【０１６３】
実施の形態５での各気筒の一次電圧信号分離部４０−１、４０−２は一次電圧Ｖ１−１、Ｖ１−２を電流値情報として出力しているため、一次電圧情報Ｖ１ｄから非通電コイル数分だけ電源電圧ＶＢを減算した簡略な式で表せる。上記では第一の気筒に関する構成要素について説明したが、第二の気筒に関する構成要素についても同様であるので、説明を省略する。
【０１６４】
＜点火装置の動作説明＞
図１１は、実施の形態５に係る点火装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。制御部５０は、別途に決定された点火時期を迎えると、時刻ｔ５０において、スイッチング部３０−１への指令信号Ｓ１−１をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り換えられ、一次コイル２１−１に一次電流Ｉ１−１が流れ始める。そして、鉄心２３−１内には、磁気エネルギーが蓄えられる。この時、一次電圧Ｖ１−１は直流電源１１が出力する電源電圧からほとんどゼロレベルまで低下する。
【０１６５】
制御部５０は、その後の時刻ｔ５１において、指令信号Ｓ１−１をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−１への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り換えられ、一次電流Ｉ１−１が遮断される。
【０１６６】
この時刻から非通電コイル数が１個になるため、一次電圧補正部７３は、一次電圧情報Ｖ１ｄを１気筒分の一次電圧補正量ΔＶ１ｃだけ補正した補正後一次電圧情報Ｖ１ｃが制御部５０に入力される。
【０１６７】
時刻ｔ５１で、一次電圧Ｖ１−１には一次電流遮断ノイズが発生し電圧レベルが急激に上昇する。
【０１６８】
この時刻から非通電コイル数が２個になるため、一次電圧補正部７３は、一次電圧情報Ｖ１ｄを２気筒分の一次電圧補正量ΔＶ１ｃだけ補正した補正後一次電圧情報Ｖ１ｃが制御部５０に入力される。
【０１６９】
その後、一次電流遮断ノイズは消失し、二次電圧Ｖ２−１の発生と比例した電圧レベルが発生する。
【０１７０】
時刻ｔ５２で、二次電圧Ｖ２−１が絶縁破壊電圧に到達すると、点火プラグ１２−１の電極間で火花放電が生じる。
【０１７１】
時刻ｔ５３において、スイッチング部３０−２への指令信号Ｓ１−２をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−２への通電状態がオフ状態からオン状態へ切り換えられ、一次コイル２１−２に一次電流Ｉ１−２が流れ始める。そして、鉄心２３−２内には、磁気エネルギーが蓄えられる。
この時、一次電圧Ｖ１−２は直流電源１１の電源電圧からほとんどゼロレベルまで低下する。
【０１７２】
この時刻から非通電コイル数が１個になるため、一次電圧補正部７３は、一次電圧情報Ｖ１ｄを１気筒分の一次電圧補正量ΔＶ１ｃだけ補正した補正後一次電圧情報Ｖ１ｃが制御部５０に入力される。
【０１７３】
時刻ｔ５４において、点火コイル２０−１に蓄えられていたすべての磁気エネルギーが消費され、二次電流はゼロとなり、火花放電が終了する。この時、一次電圧Ｖ１−１は火花放電維持時の電圧レベルから直流電源１１が出力する電源電圧まで低下する。
【０１７４】
制御部５０は、その後の時刻ｔ５５において、指令信号Ｓ１−２をＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り換える。これにより、一次コイル２１−２への通電状態がオン状態からオフ状態へ切り換えられ、一次電流Ｉ１−２が遮断される。
【０１７５】
時刻ｔ５５で、一次電圧Ｖ１−２には一次電流遮断ノイズが発生し電圧レベルが急激に上昇する。
【０１７６】
この時刻から非通電コイル数が２気筒になるため、一次電圧補正部７３は、一次電圧情報Ｖ１ｄを２気筒分の一次電圧補正量ΔＶ１ｃだけ補正した補正後一次電圧情報Ｖ１ｃが制御部５０に入力される。
る。
【０１７７】
その後、一次電流遮断ノイズは消失し、二次電圧Ｖ２−２の発生と比例した電圧レベルが発生する。
【０１７８】
時刻ｔ５６で、二次電圧Ｖ２−２が絶縁破壊電圧に到達すると、点火プラグ１２−２の電極間で火花放電が生じる。
【０１７９】
時刻ｔ５７において、点火コイル２０−２に蓄えられていたすべての磁気エネルギーが消費され、二次電流はゼロとなり、火花放電が終了する。
【０１８０】
以上のように、実施の形態５では一次電圧情報検出部７０に一次電圧補正部７３を追加することで一次電圧信号制御部４２−１、４２−２と信号スイッチング部４３−１、４３−２を持つ実施の形態１と同等の一次電圧Ｖ１−１、Ｖ１−２の検出精度となる。
【０１８１】
このように、実施の形態５に係る点火装置１０は、複数気筒を有する内燃機関において各気筒の点火コイルが出力する一次電圧の検出精度を低下させることなく、ＥＣＵに接続するためのコネクタピンとＡ／Ｄ変換器の必要数を低減できる。これによって点火装置の小型化、軽量化、低コスト化に貢献できる。
【０１８２】
以上、実施の形態１から５まで説明をした。これらの実施の形態について、以下のような技術の適用が可能である。
【０１８３】
例えば、内燃機関の点火装置を小型化、軽量化、低コスト化するためには、一次電圧補正部７３による補正処理を制御部５０の内部で行ってもよい。さらに一次電圧情報検出部７０、一次電圧信号分離部４０−１、４０−２の全部または一部を制御部５０に内蔵してもよい。また、一次電圧信号分離部４０−１、４０−２をスイッチング部３０−１、３０−２に組み込み、一体のスイッチングＩＣとして構成してもよいし、点火コイル２０−１、２０−２が配置された樹脂モールド内に配置されてもよい。
【０１８４】
また、一次信号結合部６０で全気筒の一次電圧信号を結合するのではなく、一次信号結合部６０と一次電圧情報検出部７０は複数設けてもよい。例えば８気筒の内燃機関では２つの一次信号結合部６０と一次電圧情報検出部７０を設け、４気筒分ごとの一次電圧検出とすることも可能である。
【０１８５】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１８６】
１０  点火装置、１１  直流電源、１２−１、１２−２  点火プラグ、２０−１、２０−２  点火コイル、２１−１、２１−２  一次コイル、２２−１、２２−２  二次コイル、３０−１、３０−２  スイッチング部、４０−１、４０−２  一次電圧信号分離部、４１−１、４１−２  高圧側抵抗、４３−１、４３−２  信号スイッチング部、４４−１、４４−２  双方向ツェナーダイオード、４５−１、４５−２  電流変換抵抗、４６−１、４６−２  気筒側カレントミラー回路、５０  制御部、６０  一次信号結合部、７０  一次電圧情報検出部、７１  低圧側抵抗、７２  一次電圧変換部、７３  一次電圧補正部
【要約】
【課題】複数気筒を有する内燃機関において各気筒の点火コイルが出力する一次電圧の検出精度を低下させることなく、コネクタピンとＡ／Ｄ変換器の必要数を低減し、小型化、軽量化、低コスト化に寄与する点火装置を提供することを目的とする。
【解決手段】内燃機関の複数の気筒に設けられた点火プラグと、一次コイルと、磁気結合され点火プラグに接続された二次コイルと、を有した気筒ごとに設けられた点火コイルと、一次コイルへの通電、遮断を切り換えるスイッチング部と、一次コイルの電圧を入力し一次信号として出力する気筒ごとに設けられた一次電圧信号分離部と、各気筒の一次信号を電気的に結合し結合一次信号を出力する一次信号結合部と、結合一次信号を入力し各気筒の一次電圧情報を出力する一次電圧情報検出部と、を備えた点火装置である。
【選択図】図１【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】
0006964720.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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