(57)【要約】【課題】故障を確実に検出するための故障判定用の信号を生成することができるイオン電流検出機能付きイグナイタを提供する。【解決手段】イグナイタ２０は、点火コイル１０のコイル１次側１１に正常に電流が流れていることを示す第１しきい値Ｖｔｈ１および第１しきい値Ｖｔｈ１よりも大きい第２しきい値Ｖｔｈ２を有し、点火コイル１０のコイル１次側１１に流れる１次電流が第１しきい値Ｖｔｈ１および第２しきい値Ｖｔｈ２を超えたか否かを示す故障判定用のフェールセーフ信号を生成するＩＧｆ信号回路２８を備えている。これにより、１次電流が正常に流れた否か、すなわちイグナイタ２０が正常に動作しているか否かを示すフェールセーフ信号を生成することができるので、該フェールセーフ信号を用いることでイグナイタ２０の故障を確実に検出できるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火コイル（１０）のコイル１次側（１１）に１次電流を流して前記点火コイル（１０）のコイル２次側（１２）に電流を誘導させることで点火プラグ（３０）のギャップ部に放電を起こさせるものであり、
前記放電により燃料が燃焼する際に前記コイル２次側点火プラグ（３０）のギャップ部に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出することで、エンジンの燃焼および失火の検出を行うイオン電流検出回路（２７）を備えたイオン電流検出機能付きイグナイタであって、
前記点火コイル（１０）のコイル１次側（１１）に正常に電流が流れていることを示す第１しきい値（Ｖｔｈ１）を有しており、前記点火コイル（１０）のコイル１次側（１１）に流れる前記１次電流が前記第１しきい値（Ｖｔｈ１）を超えたか否かを示す故障判定用のフェールセーフ信号を生成するフェールセーフ信号生成回路（２８）を備えていることを特徴とするイオン電流検出機能付きイグナイタ。
【請求項２】
前記フェールセーフ信号生成回路（２８）は、前記第１しきい値（Ｖｔｈ１）よりも大きい第２しきい値（Ｖｔｈ２）を有しており、前記１次電流が前記第１しきい値（Ｖｔｈ１）および前記第２しきい値（Ｖｔｈ２）を超えたときに立ち上がりおよび立ち下がりを含んだフェールセーフ信号を生成するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のイオン電流検出機能付きイグナイタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン電流検出機能付きイグナイタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の燃焼室内で混合気の燃焼に伴って発生するイオン電流からイグナイタの故障検出を行う点火系異常検出装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、点火系異常検出の手段としてイオン電流検出回路を流用したものが示されている。
【０００３】
そして、コイル１次電流通電時に、コイル２次側浮遊容量に電荷を充電する為、２次電流Ｉ２がイオン電流検出回路及びコイル２次巻き線を通り供給され、イオン出力信号へ通電モニタ信号として出力する。この通電モニタ信号のイオン出力信号がしきい値を超える時間をモニタすることで、イグナイタの故障を検出する。この２次電流の流れる時間（通電モニタ信号幅）は、イオン検出回路内の抵抗及びコイル２次側浮遊容量などによる減衰時定数で決まっている。
【特許文献１】特開２００６−３３６５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、イオン電流検出抵抗の抵抗値によってはイオン電流波形が大きく変化してしまう。具体的には、イオン電流検出抵抗が大き過ぎると、イオン電流波形がいつまでも終息せずに通電モニタ信号がパルス割れしてしまうことがある。また、イオン電流検出抵抗が小さすぎると直ぐに２次電流が減衰して通電モニタ信号幅が短くなってしまうことがある。
【０００５】
また、点火系異常検出装置が用いられる環境によってイオン電流波形にばらつきが生じてしまう。一方、点火系異常検出装置が車両に組み込まれたときに電源電圧が高くなると、イオン電流の減衰時間が短くなったり、電流波形が割れたりする。他方、電源電圧の俊敏な変動によってイオン電流の電流波形の変動が生じ通電モニタ信号を誤出力することもある。また、点火コイル２次側浮遊容量が小さいと充電される時間が短くなるため、イオン電流の減衰時間も短くなり通電モニタ信号幅が短くなってしまう。
【０００６】
したがって、イオン電流波形を故障判定用の信号として用いるとなると、以上のような原因によってイオン電流波形に異常が生じて正常なイオン電流波形が得られないときには、イグナイタの正確な故障判定ができなくなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、故障を確実に検出するための故障判定用の信号を生成することができるイオン電流検出機能付きイグナイタ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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、点火コイル（１０）のコイル１次側（１１）に１次電流を流して点火コイル（１０）のコイル２次側（１２）に電流を誘導させることで点火プラグ（３０）のギャップに放電を起こさせるものであり、放電により燃料が燃焼する際に点火コイル（１０）のコイル２次側（１２）に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出することで、点火プラグ（３０）のギャップ部での点火および失火の検出を行うイオン電流検出回路（２７）を備えたイオン電流検出回路付きイグナイタであって、点火コイル（１０）のコイル１次側（１１）に正常に電流が流れていることを示す第１しきい値（Ｖｔｈ１）を有しており、点火コイル（１０）のコイル１次側（１１）に流れる１次電流が第１しきい値（Ｖｔｈ１）を超えたか否かを示す故障判定用のフェールセーフ信号を生成するフェールセーフ信号生成回路（２８）を備えていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、点火コイル（１０）のコイル１次側（１１）に１次電流が正常に流れさえすれば、フェールセーフ信号生成回路（２８）は１次電流が第１しきい値（Ｖｔｈ１）を超えたことを示すフェールセーフ信号を生成することができる。逆に、１次電流が第１しきい値（Ｖｔｈ１）を超なければ、フェールセーフ信号生成回路（２８）は１次電流が第１しきい値（Ｖｔｈ１）を超えないことを示すフェールセーフ信号を生成することができる。１次電流はイグナイタが正常に動作していればコイル１次側（１１）に流れる電流であり、該１次電流が流れたか否かを第１しきい値（Ｖｔｈ１）を用いて判定することで、イグナイタの故障を確実に検出するための故障判定用のフェールセーフ信号を生成することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、フェールセーフ信号生成回路（２８）は、第１しきい値（Ｖｔｈ１）よりも大きい第２しきい値（Ｖｔｈ２）を有しており、１次電流が第１しきい値（Ｖｔｈ１）および第２しきい値（Ｖｔｈ２）を超えたときに立ち上がりおよび立ち下がりを含んだフェールセーフ信号を生成するようになっていることを特徴とする。
【００１１】
このように、立ち上がりおよび立ち下がりを含んだフェールセーフ信号を生成することで、イグナイタに故障が生じているかいないかの判定をしやすくすることができる。また、フェールセーフ信号の立ち上がりと立ち下がりの間の時間もイグナイタの故障の判定材料の一つとすることができ、より確実にイグナイタの故障判定を行うことができるようにすることができる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るイオン電流検出回路付きイグナイタを含んだ点火システムの図である。図１では、該システムのうち、点火コイル１０のコイル１次側１１にイオン電流検出回路付きイグナイタ２０（以下、イグナイタという）が接続され、コイル２次側１２に点火プラグ３０が接続されたものが示されている。
【００１４】
点火コイル１０のコイル１次側１１の一端側はイグナイタ２０の外部の車載バッテリに接続され、他端側がイグナイタ２０に接続されている。また、点火コイル１０のコイル２次側１２の一端側がイグナイタ２０に接続され、他端側が点火プラグ３０に接続されている。
【００１５】
図１に示されるように、イグナイタ２０は、波形整形回路２１、過電圧保護回路２２、ドライブ回路２３、トランジスタ２４、ロック防止回路２５、過電流保護回路２６、イオン電流検出回路２７、およびＩＧｆ信号回路２８を備えている。
【００１６】
波形整形回路２１は、イグナイタ２０の外部のエンジンＥＣＵから入力される点火入力信号（ＩＧｔ信号）の波形整形を行う回路である。波形整形回路２１は波形整形した信号をロック防止回路２５およびドライブ回路２３に入力する。
【００１７】
エンジンＥＣＵは、エンジンの各気筒にて燃焼を起こさせるべく、各気筒に取り付けられた各イグナイタ２０それぞれに上記の点火入力信号を出力ようになっている。
【００１８】
過電圧保護回路２２は、車載バッテリから印加されるバッテリ電圧をドライブ回路２３に入力するものである。また、過電圧保護回路２２は、車載バッテリから印加される一定電圧が一定値を超えると、ドライブ回路２３へのバッテリ電圧の印加を停止し、過度な電圧がドライブ回路２３に入力されることを防止する役割も果たす。
【００１９】
ドライブ回路２３は、波形整形回路２１から入力される点火入力信号に従って、トランジスタ２４をＯＮ／ＯＦＦ駆動するものである。
【００２０】
トランジスタ２４は、点火コイル１０のコイル１次側１１に通電させるためのスイッチング素子である。該トランジスタ２４のコレクタに点火コイル１０のコイル１次側１１が接続され、エミッタにシャント抵抗２９が接続されている。シャント抵抗２９は、イグナイタ２０の外部のグランドに接続される。なお、トランジスタ２４のエミッタ−コレクタ間には、電流還流用のダイオード２４ａが接続されており、トランジスタ２４のリカバリ時の電流集中による破壊が防止される。
【００２１】
このトランジスタ２４がＯＮされると、車載バッテリ、コイル１次側１１、トランジスタ２４、シャント抵抗２９、グランドという電流経路が形成され、車載バッテリからコイル１次側１１に１次電流が流れる。
【００２２】
ロック防止回路２５は、波形整形回路２１から点火入力信号を入力し、該点火入力信号がトランジスタ２４を規定時間以上ＯＮさせるものであると判定したとき、トランジスタ２４を強制的にＯＦＦさせるものである。すなわち、ロック防止回路２５は、ドライブ回路２３がＯＮされることでコイル１次側１１に１次電流が規定時間以上流れ続けていることを事前に防止する役割を果たす。
【００２３】
過電流保護回路２６は、トランジスタ２４とシャント抵抗２９との間に流れる１次電流が一定値を超えると、ドライブ回路２３にトランジスタ２４の駆動を制御し、コイル１次側１１に過剰な１次電流が流れることを防止する役割を果たすものである。
【００２４】
イオン電流検出回路２７は、点火プラグ３０における放電により燃料が燃焼する際にコイル２次側点火プラグ３０のギャップ部に発生する燃焼イオンをイオン電流として検出するものである。イオン電流検出回路２７は点火コイル１０のコイル２次側１２に接続され、該コイル２次側１２に流れるイオン電流が入力されるようになっている。
【００２５】
イオン電流検出回路２７にて検出されたイオン電流は、正常燃焼、失火、プレイグニッション（早期着火）プラグのくすぶり検出等の燃焼の状態を判定するためのイオン出力信号として、エンジンＥＣＵに出力される。そして、エンジンＥＣＵは、該イオン出力信号に基づいて上記燃焼の状態を判定することとなる。
【００２６】
ＩＧｆ信号回路２８は、１次電流が正常に流れた否か、すなわちイグナイタ２０が正常に動作しているか否かを示すフェールセーフ信号を生成するものである。具体的には、ＩＧｆ信号回路２８は、点火コイル１０のコイル１次側１１に正常に電流が流れていることを示す第１しきい値Ｖｔｈ１および第１しきい値Ｖｔｈ１よりも大きい第２しきい値Ｖｔｈ２を有しており、放電の際に点火コイル１０のコイル１次側１１に流れる１次電流が第１しきい値Ｖｔｈ１および第２しきい値Ｖｔｈ２を超えたか否かを示す故障判定用のフェールセーフ信号を生成する。
【００２７】
本実施形態では、ＩＧｆ信号回路２８は、１次電流が第１しきい値Ｖｔｈ１を超えたときに立ち下がり、１次電流が第２しきい値Ｖｔｈ２を超えたときに立ち上がるフェールセーフ信号を生成する。ＩＧｆ信号回路２８にて生成されたフェールセーフ信号は、エンジンＥＣＵに出力される。そして、エンジンＥＣＵは、該フェールセーフ信号に基づいてイグナイタ２０の故障判定を行うこととなる。
【００２８】
上記ＩＧｆ信号回路２８は、トランジスタ２４のエミッタとシャント抵抗２９との間の経路を流れる１次電流を検出するように該経路に接続されている。この場合、ＩＧｆ信号回路２８は１次電流を検出できれば良いので、イグナイタ２０内において１次電流を検出できる経路上に接続されていれば良い。
【００２９】
以上が、本実施形態に係る点火システムおよびイグナイタ２０の構成である。なお、上記構成のうちＩＧｆ信号回路２８は本発明のフェールセーフ信号生成回路に相当する。
【００３０】
次に、上記イグナイタ２０において、フェールセーフ信号を生成する作動について、図２を参照して説明する。図２は、点火入力信号、点火コイル１０のコイル１次側１１に流れる１次電流、フェールセーフ信号を示したタイミングチャートである。このうち、図２（ａ）はイグナイタ２０が正常の場合、図２（ｂ）および図２（ｃ）はイグナイタ２０が故障している場合をそれぞれ示している。
【００３１】
まず、イグナイタ２０が正常な場合について説明する。エンジンＥＣＵからイグナイタ２０の波形整形回路２１に点火入力信号（ＩＧｔ信号）が入力されると、該点火入力信号が波形整形されてドライブ回路２３に入力される。これにより、ドライブ回路２３によってトランジスタ２４がＯＮされると、車載バッテリからコイル１次側１１に１次電流が流れる。これにより、図２（ａ）に示されるように、ＩＧｔ信号がＯＮの間、点火コイル１０のコイル１次側１１に１次電流が流れ、点火コイル１０に磁気エネルギーが蓄えられる。
【００３２】
また、コイル１次側１１に１次電流が流れると、コイル２次側１２としてコイル２次高圧側部に存在する浮遊容量に基づいて電流が流れる。この電流がイオン電流としてイオン電流検出回路２７にて検出され、図２（ａ）に示されるイオン出力信号としてエンジンＥＣＵに出力される。
【００３３】
そして、１次電流が増加していくと、該１次電流が第１しきい値Ｖｔｈ１を超える。これにより、ＨｉレベルだったエンジンＥＣＵに出力される信号が立ち下がり、Ｌｏｗレベルの信号となる。この後、１次電流が増加していき、第２しきい値Ｖｔｈ２を超えると、ＬｏレベルだったエンジンＥＣＵに出力される信号が立ち上がり、Ｈｉレベルの信号となる。
【００３４】
イグナイタ２０が正常に作動していれば、ＩＧｔ信号がＯＮの間、１次電流は増加し続けるため、１次電流が第１しきい値Ｖｔｈ１を超えれば信号が立ち下がり、第２しきい値Ｖｔｈ２を超えれば信号が立ち下がるので、信号の立ち上がりおよび立ち下がりがセットになったフェールセーフ信号が生成される。すなわち、図２（ａ）に示されるフェールセーフ信号の波形は、イグナイタ２０が正常に動作していることを示している。
【００３５】
本実施形態では、フェールセーフ信号の立ち下がりと立ち上がりの間の幅は０．５ｍｓ以上になっている。このフェールセーフ信号がエンジンＥＣＵに入力されてイグナイタ２０の故障判定が行われる。エンジンＥＣＵでは、例えばフェールセーフ信号の立ち下がりおよび立ち上がりの存在や信号の立ち下がりから立ち上がりまでの時間がモニタされることでイグナイタ２０の故障判定が行われる。図２（ａ）に示されるように、１次電流が一定のレートで増加し、第１しきい値Ｖｔｈ１および第２しきい値Ｖｔｈ２を超えて立ち下がりおよび立ち上がりを含むフェールセーフ信号が生成された場合、エンジンＥＣＵではイグナイタ２０が正常であると判定される。
【００３６】
そして、ＩＧｔ信号が立ち下がるタイミングで点火プラグ３０にて点火が起こる。すなわち、コイル１次側１１に流れる電流を急激に遮断することにより、点火コイル１０に蓄えられた磁気エネルギーがコイル２次側１２に誘導され、コイル２次側１２から点火プラグ３０のギャップにて放電電流として放電され、点火が行われる。この放電時にコイル２次側に発生する高電圧をイオン電流検出回路２７内のコンデンサとツェナーダイオードを並列にして形成したイオン検出用電源部に充電する。点火が行われると、エンジンの燃焼室内には燃料の火炎イオンやＮＯの熱解離イオンの燃焼イオンが発生する。この燃焼イオンを検出する為、イオン電流検出回路２７内に掲載されたイオン検出用電源部に蓄積された電圧をコイル２次巻き線を介して点火プラグ３０へ印加することで燃焼イオンをイオン電流として検出し、イオン出力信号としてエンジンＥＣＵに出力されると、エンジンＥＣＵにて失火判定することができる。
【００３７】
次に、イグナイタ２０に故障が生じている場合について説明する。図２（ｂ）に示されるように、ＩＧｔ信号がＯＮになっているにも関わらず、コイル１次側１１に１次電流が全く流れない。この場合、ＩＧｔ信号の立ち上がりによるイオン出力信号は生成されない。また、１次電流が流れないので、該１次電流が第１しきい値Ｖｔｈ１および第２しきい値Ｖｔｈ２を超えることもないため、フェールセーフ信号は図２（ｂ）に示されるようなフラットな信号に生成される。したがって、エンジンＥＣＵではフェールセーフ信号に立ち下がりおよび立ち上がりが含まれていないとして、イグナイタ２０が故障していると判定される。
【００３８】
また、図２（ｃ）に示されるように、ＩＧｔ信号がＯＮになった後に、規定の期間が経過する前にＯＦＦになってしまう場合では、ＩＧｔ信号がＯＮになるのでイオン出力信号は生成されるものの、１次電流はＩＧｔ信号のＯＦＦと共に低下してしまうため、第１しきい値Ｖｔｈ１を超えることはない。したがって、図２（ｂ）に示される場合と同様に、フラットなフェールセーフ信号が生成され、エンジンＥＣＵにてイグナイタ２０に故障が生じていると判定される。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態では、ＩＧｔ信号がＯＮになっている間に、点火コイル１０のコイル１次側１１に流れる１次電流に基づいて、ＩＧｆ信号回路２８にてフェールセーフ信号を生成することが特徴となっている。
【００４０】
すなわち、ＩＧｆ信号回路２８にて該１次電流と第１しきい値Ｖｔｈ１および第２しきい値Ｖｔｈ２とを比較することにより、故障判定用のフェールセーフ信号を生成することができる。このフェールセーフ信号は、コイル１次側１１に流れる１次電流をモニタすることにより得られるものであり、１次電流が正常に流れるか否かを示す信号であるから、イグナイタ２０の故障を確実に検出するための信号として用いることができる。
【００４１】
また、１次電流と２つの第１しきい値Ｖｔｈ１および第２しきい値Ｖｔｈ２とを比較して信号の立ち上がりおよび立ち下がりを含んだフェールセーフ信号を生成することにより、立ち上がりおよび立ち下がりをセットとしたフェールセーフ信号を生成することができ、故障判定を容易に行うことができる。また、フェールセーフ信号の立ち上がりと立ち下がりとの幅などの情報をイグナイタ２０の故障の判定材料として用いることができ、より詳細なイグナイタ２０の故障判定を行うことができるようにすることができる。
【００４２】
（他の実施形態）
上記実施形態では、ＩＧｆ信号回路２８は、２つの第１しきい値Ｖｔｈ１および第２しきい値Ｖｔｈ２を用いて１次電流を検出していたが、１次電流に対するしきい値は１つでも構わない。すなわち、ＩＧｆ信号回路２８は、点火コイル１０のコイル１次側１１に流れる１次電流が第１しきい値Ｖｔｈ１を超えたか否かを示す故障判定用のフェールセーフ信号を生成するだけでも良い。イグナイタ２０が正常に動作していれば信号の立ち上がりまたは立ち下がりを得ることができ、イグナイタ２０が故障していれば信号の立ち上がりまたは立ち下がりが得られないのだから、信号の立ち上がりまたは立ち下がりをトリガとして該トリガをモニタすることによって、イグナイタ２０の故障を判定するためのフェールセーフ信号を生成することができる。
【００４３】
上記実施形態では、エンジンＥＣＵではフェールセーフ信号のみによってイグナイタ２０の故障が判定されていたが、イオン出力信号とフェールセーフ信号とが組み合わされてイグナイタ２０の故障が判定されるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係るイオン電流検出機能付きイグナイタを含んだ点火システムの図である。
【図２】点火入力信号、点火コイルのコイル１次側に流れる１次電流、フェールセーフ信号を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１０      点火コイル
１１      コイル１次側
１２      コイル２次側
２７      イオン電流検出回路
２８      フェールセーフ信号生成回路
３０      点火プラグ
Ｖｔｈ１  第１しきい値
Ｖｔｈ２  第２しきい値
Ｉ２      コイル２次側電流
Ｃ２      コイル２次側浮遊容量
【図１】
2009221850.tif 000003
【図２】
2009221850.tif 000004