JPH04259670A - 内燃機関用点火装置の故障検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関用点火装置にお
けるパワー素子の故障を検出する故障検出装置に関し、
特に多重放電型点火装置の故障検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、点火プラグの燻り防止対策と着火
性向上との要求が高まり、火花放電電流の立ち上がりが
速いことと、放電時間が長いこととの双方を満足するこ
とが求められている。そこで、例えば特開平３ー１５６
５９号公報に示す如く、点火時期より所定時間前にエネ
ルギー蓄積コイルおよびコンデンサにエネルギーを蓄え
、点火時期において同時にエネルギー蓄積コイルおよび
コンデンサに蓄えられたエネルギーを点火コイルの１次
コイルに供給して着火性を向上させると共に、さらに所
定の放電期間の間、上記エネルギー蓄積コイルより点火
コイルに周期的にエネルギーを供給することにより、１
燃焼区間内で複数回点火プラグを火花放電（多重放電）
させ、放電時間を長くする多重放電型点火装置が考案さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した多
重放電型点火装置は、例えばエネルギー蓄積コイルおよ
びコンデンサ等の故障により点火コイルにエネルギーを
供給できない場合、あるいは所定の放電期間の間、多重
放電が行わない場合といった故障を検出する故障検出装
置を有していない。

【０００４】従来、所定の放電期間においてエネルギー
蓄積コイルおよびコンデンサに蓄えられたエネルギーを
点火コイルの１次コイルに供給し、１回のみ点火プラグ
において火花放電させる複合型点火装置においては、コ
ンデンサに蓄えられたエネルギーを検出して正常に点火
コイルにエネルギーが供給されたか否かを判別する判別
手段を有したものがある（例えば、特開平１ー２３２１
６５号公報）。

【０００５】しかしながら、上記判別手段を用いて多重
放電型点火装置が正常に動作しているか否かを検出する
、つまり所定の放電期間の間、多重放電が確実に行われ
ているか否かを検出することは不可能である。そこで、
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、多重放電型点火装置においてもその装置が正常に作
動しているか否かを検出することができる内燃機関用点
火装置の故障検出装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による内燃機関用点火装置の故障検出装置は、
直流電源とエネルギー蓄積コイルと第１のスイッチング
素子とを含む第１の直列閉回路と、前記エネルギー蓄積
コイルと逆流防止手段と点火コイルの１次コイルと第２
のスイッチング素子とを含む第２の直列閉回路と、前記
エネルギー蓄積コイルに前記逆流防止手段を介して接続
したコンデンサと、点火時期より所定時間前に前記第１
のスイッチング素子を導通させて前記エネルギー蓄積コ
イルにエネルギーを蓄えた後、点火時期においてこのス
イッチング素子を遮断させるための第１の制御信号を発
生する第１の制御信号発生手段と、点火時期より前記第
２のスイッチング素子を導通させた後、前記第１、第２
のスイッチング素子を交互に断続するための多重放電制
御信号を発生する多重放電制御信号発生手段と、前記第
２のスイッチング素子の遮断時において前記第１のスイ
ッチング素子を導通させて前記エネルギー蓄積コイルに
エネルギーを蓄えた後、この第１のスイッチング素子を
遮断させて前記エネルギー蓄積コイルに蓄えられたエネ
ルギーにより前記コンデンサを充電するための第２の制
御信号を発生する第２の制御信号発生手段とを備えた内
燃機関用点火装置において、前記コンデンサの充電電圧
と所定電圧とを比較して、充電電圧が所定電圧より大き
いとき信号を発生する比較回路と、前記比較回路から信
号が出力され、かつ前記第１の制御信号が発生した際に
セットされて第１の安定状態となり、前記比較回路から
の信号が消滅すると第２の安定状態になる第１の双安定
回路と、前記比較回路から信号が出力された際に第１の
安定状態となり、前記第１の双安定回路が第２の安定状
態で、かつ第２の制御信号が消滅すると第２の安定状態
になる第２の双安定回路とを備え、前記第２の双安定回
路の安定状態に基づいて点火モニタ信号を発生するとい
う技術的手段を採用する。

【０００７】

【作用】本発明によれば、比較回路においてコンデンサ
の充電電圧と所定電圧とを比較して、充電電圧が所定電
圧より大きいとき信号を発生する。次に第１の双安定回
路において比較回路から信号が出力され、かつ第１の制
御信号が発生している時に第１の安定状態にセットし、
比較回路からの信号が消滅した時に第２の安定状態にセ
ットされる。さらに第２の双安定回路において比較回路
から信号が出力された時に第１の安定状態にセットされ
、第１の双安定回路が第２の安定状態となり、かつ第２
の制御信号が消滅すると第２の安定状態になり、この第
２の双安定回路の状態に応じて点火モニタ信号を発生す
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説
明する。図１は公知の多重放電型点火装置の電気回路図
であり、直流電源をなすバッテリ１のマイナス側は接地
され、プラス側はキースイッチ２を介してエネルギー蓄
積コイル３の一端に接続される。また、エネルギー蓄積
コイル３の他端は第一のスイッチング素子をなすパワー
トランジスタ６のコレクタ側に接続され、パワートラン
ジスタ６のエミッタ側は電流検出抵抗７を介して接地さ
れている。

【０００９】５はマイクロコンピュータにより構成され
る公知の電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）であ
り、このＥＣＵ５は図２（ａ）および図２（ｂ）に示す
如く、点火時期の所定角度（例えば、３０℃Ａ）前から
高レベルに立ち上がり、点火時期で立ち下がる点火信号
ＩＧｔ（第１の制御信号）と点火時期で高レベルに立ち
上がり、その後所定角度（例えば、３０℃Ａ）で立ち下
がる放電区間信号ＩＧｗ（第２の制御信号）とを出力す
る。

【００１０】４０は点火信号ＩＧｔの立ち下がりを所定
時間（例えば、４０μｓ）だけ遅延させる遅延回路であ
る。そして、点火信号ＩＧｔはこの遅延回路４０を介し
て、公知の閉角度・定電流制御回路４に入力され、この
閉角度・定電流制御回路４は電流検出抵抗７で検出した
電流ＩＡ　に応じて、その値および通電時間（閉角度）
をフィードバック制御し、その出力はトランジスタ２６
、抵抗２７、２８を介しパワートランジスタ６のベース
側に接続される。

【００１１】なお、上述した閉角度・定電流制御回路４
、電流検出抵抗７、トランジスタ２６、抵抗２７、２８
、パワートランジスタ６で構成される部分をエネルギー
蓄積回路１００という。エネルギー蓄積回路１００の出
力はパワートランジスタ６のコレクタ側より取り出し、
逆流防止作用を有するダイオード９を介してコンデンサ
１３の一端に接続され、このコンデンサ１３の他端は接
地されている。また、コンデンサ１３の一端は内燃機関
の各気筒毎に配設されている点火コイル１０の１次コイ
ル１０ａの一端に接続され、各点火コイル１０の１次コ
イル１０ａの他端は第２のスイッチング素子をなす各気
筒のＭＯＳＦＥＴ１１のドレイン側に接続される。 また、これらの各ＦＥＴ１１のソース側は接地されてい
る。

【００１２】一方、各点火コイル１０の２次コイル１０
ｂの一端は各気筒の点火プラグ１５にそれぞれ接続され
、他端は接地されている。また、コンデンサ１３と逆並
列にダイオード２４が接続されている。５０は定電流制
御回路であり、放電区間信号ＩＧｗの発生終了時にパワ
ートランジスタ６が導通し、このパワートランジスタ６
に流れる電流ＩＡ　が所定値以上になると、パワートラ
ンジスタ６を遮断すべく信号を出力する。

【００１３】８０は単安定回路であり、放電区間信号Ｉ
Ｇｗの発生終了時にパワートランジスタ６が導通してか
ら所定時間（例えば、５ｍｓ）経過しても、このパワー
トランジスタ６に流れる電流ＩＡ　が所定値以上になら
ない場合に、このパワートランジスタ６を強制的に遮断
すべく信号を出力する。したがって、定電流制御回路５
０および単安定回路８０により、放電区間信号ＩＧｗが
立ち下がった後も図２（ｃ）に示す如く、ｔａ　時間パ
ワートランジスタ６が導通し、また放電区間信号ＩＧｗ
の立ち下がりと同時にＦＥＴ１１は遮断されているため
に、図２（ｄ）に示す如くコンデンサ１３にエネルギー
が蓄積される。

【００１４】７０は多重放電制御信号発生手段であり、
放電区間信号ＩＧｗが発生している間、図２（ｇ）およ
び図２（ｈ）に示すようなパワートランジスタ６とＦＥ
Ｔ１１とをバッテリー１の電源電圧に応じた時間だけ交
互に断続するための多重放電制御信号を出力する２つの
電源電圧応動導通時間決定手段７０Ａおよび７０Ｂを有
する。

【００１５】一方の電源電圧応動導通時間決定手段７０
Ａの出力はトランジスタ２６のベース側に接続され、他
方の電源電圧応動導通時間決定手段７０Ｂの出力は振り
分け回路８を介して各気筒の駆動回路６０に入力され、
これら各駆動回路６０の出力は各ＦＥＴ１１のゲート側
に接続される。なお、振り分け回路８は点火振り分け信
号ＩＧｄによって電源電圧応動導通時間決定手段７０Ｂ
の出力を各気筒の駆動回路６０に振り分けるものである
。

【００１６】また、４５はバッテリ１およびコンデンサ
１３の充電電圧により各駆動回路６０の駆動用の電源を
作成する電源回路である。９０は本発明の故障検出装置
であり、３つの入力端子と１つの出力端子とを有してお
り、そのうちの１つの入力端子はコンデンサ１３の接地
されていない側の一端に接続され、また他の２つの端子
にはＥＣＵ５から出力される点火信号ＩＧｔおよび放電
区間信号ＩＧｗが入力される。これらの各入力端子に入
力される情報に基づいて、図１に示す多重放電型点火装
置が正常に動作しているかを検出し、この検出結果信号
（点火モニタ信号）を出力端子からＥＣＵ５に入力する
。なお、故障検出装置９０の回路構成については後で詳
細に説明する。

【００１７】ここで、定電流制御回路５０、単安定回路
８０、および多重放電制御信号発生手段７０内の回路構
成については、特開平３ー１５６５９号公報に詳しく述
べてあり、ここでの説明は省略する。次に、上記構成に
おける作動を図２に示す各部波形図に従って説明する。 ＥＣＵ５から図２（ａ）に示す高レベルの点火信号ＩＧ
ｔによって、パワートランジスタ６が導通し、エネルギ
ー蓄積コイル３にバッテリ１よりエネルギーが蓄えられ
る。

【００１８】そして、点火時期である時刻Ｔ０　におい
て点火信号ＩＧｔが低レベルになると、一方の電源電圧
応動導通時間決定手段７０Ａに図２（ｉ）で示す高レベ
ルの出力信号Ａが発生し、この信号Ａが振り分け回路８
を介して該当気筒の駆動回路６０に供給され、この駆動
回路６０の出力信号によって該当気筒のＦＥＴ１１が導
通する。これにより、コンデンサ１３に予め蓄えられて
いたエネルギーが該当気筒のＦＥＴ１１を介して該当気
筒の点火コイル１０の１次コイル１０ａに供給される。

【００１９】また、点火時期である時刻Ｔ０　において
点火信号ＩＧｔが低レベルになってから遅延回路４０に
よる若干の遅延時間だけ遅れてパワートランジスタ６が
遮断することにより、エネルギー蓄積コイル３に蓄えら
れたエネルギーがコンデンサ１３のエネルギーと合成さ
れて図２（ｅ）に示すような電流が該当気筒の点火コイ
ル１０の１次コイル１０ａに供給されるため、点火コイ
ル１０の２次コイル１０ｂには図２（ｆ）に示すような
２次電流が流れ、これにより点火プラグには強い点火火
花が発生する。

【００２０】そして、図２（ｂ）に示す点火時期である
時刻Ｔ０　において高レベルとなる放電区間信号ＩＧｗ
が発生している間、各電源電圧応動導通時間決定手段７
０Ａ、７０Ｂに図２（ｇ），（ｈ）に示す如く、バッテ
リ電圧によって決まる所定時間幅の多重放電制御信号Ａ
，Ｂが交互に発生することにより、パワートランジスタ
６と該当気筒のＦＥＴ１１とが交互に断続して、エネル
ギー蓄積コイル３に周期的にエネルギーが蓄えられると
共に、このエネルギーが該当気筒の点火コイル１０の１
次コイル１０ａに周期的に供給され、図２（ｆ）に示す
如く該当気筒の点火プラグ１５に多重放電電流が流れる
。

【００２１】次に、図２（ｉ）〜（ｋ）の時間軸を拡大
した図に従ってさらに詳しく多重放電について説明する
。時刻Ｔ０　−Ｔ１　間は、コンデンサ１３とエネルギ
ー蓄積コイル３とに蓄えられてるエネルギーが点火コイ
ル１０の１次コイル１０ａに供給されることにより、ト
ランス作用で点火コイル１０の２次コイル１０ｂ、すな
わち点火プラグ１５に図２（ｋ）で示す電流ｉ２　がマ
イナス側放電として流れる。また、この時点火コイル１
０には磁気エネルギー（Ｓ）が蓄積される。

【００２２】次に、時刻Ｔ１　においてＦＥＴ１１を遮
断すると蓄積された磁気エネルギー（Ｓ）が点火プラグ
１５にプラス側放電として流れることで火花は連続する
。 一方、時刻Ｔ１　−Ｔ２　の間エネルギー蓄積コイル３
は点火コイル１０とは無関係に、かつ（Ｓ）のエネルギ
ーが残っている間に充分にエネルギーが蓄積される。次
の時刻Ｔ２　において再びＦＥＴ１１が導通されると、
今度はエネルギー蓄積コイル３のエネルギー（Ｔ）だけ
が点火プラグ１５に供給され、同時に点火コイル１０に
も磁気エネルギー（Ｕ）が蓄積される。

【００２３】次の時刻ＴにおいてＦＥＴ１１を遮断する
と、エネルギー（Ｔ）が点火プラグ１５に供給される。 これを繰り返せば、放電区間信号ＩＧｗが高レベルの間
は点火プラグ１５の火花放電が継続する。したがって、
上述の如く本方式では時刻Ｔ０　−Ｔ１　間でエネルギ
ー蓄積コイル３のエネルギーを点火コイル１５に供給し
、同時に点火コイル１０に磁気エネルギーを蓄積する。 次の時刻Ｔ１　−Ｔ２　間では磁気エネルギーを点火プ
ラグに供給しながら同時にエネルギー蓄積コイル３にエ
ネルギーを蓄積するので、これを繰り返すことにより多
重放電区間において連続的に点火プラグ１５で火花放電
を行うことが可能となる。

【００２４】なお、定電流制御回路５０、単安定回路８
０、および多重放電制御信号発生手段７０内の作動説明
については、同じく特開平３ー１５６５９号公報に詳し
く述べてあり、ここでの説明は省略する。図３は本発明
の故障検出装置９０の回路構成図であり、図１に示した
コンデンサ１３の充電電圧ＶＣＯ、点火信号ＩＧｔ、お
よび放電区間信号ＩＧｗを検出して、図１で示した多重
放電型点火装置が正常に動作しているか否かを示す点火
モニタ信号ＩＧｆを出力する。

【００２５】図３において、比較回路をなすコンパレー
タ９１はコンデンサ１３の充電電圧ＶＣＯを分圧した電
圧値ＶＣＯ１　と所定電圧Ｖｔｈとを比較して、電圧値
ＶＣＯ１　が所定電圧Ｖｔｈより大きくなると図４（ｃ
），（ｄ）に示す如く高レベル信号を出力し、ＡＮＤ回
路９２およびＮＯＴ回路９３に入力される。なお、図１
で示した多重放電型点火装置において、内燃機関の高回
転時ではコンデンサ１３に充分にエネルギーを蓄えるこ
とができないため、低回転時より充電電圧が小さくなる
。よって、所定電圧Ｖｔｈの値を高く設定すると高回転
時においてコンデンサ１３にエネルギーが蓄えられてい
るにも係わらずコンパレータ９１から信号が出力されな
いために例えばコンデンサ１３が短絡してエネルギーが
蓄えられていないと誤検出してしまう恐れがある。

【００２６】したがって、所定電圧Ｖｔｈの値は小さめ
に設定する必要がある（例えば、電圧値ＶＣＯ１　のピ
ーク値の１／３程度）。ＡＮＤ回路９２は点火信号ＩＧ
ｔとコンパレータ９１の出力信号の論理積を出力し、こ
の出力信号は第１の双安定回路をなすフリップフロップ
９４および第２の双安定回路をなすフリップフロップ９
６のセット側に入力される。

【００２７】一方、フリップフロップ９４のリセット側
にはコンパレータ９１からの出力信号をＮＯＴ回路９３
において反転した信号が入力され、フリップフロップ９
４のＩＱ１　端子（ＩＱはフリップフロップ出力Ｑの反
転値である）からＡＮＤ回路９５に信号を出力する。こ
こで、フリップフロップ９４を設けることにより、フリ
ップフロップ９４はコンパレータ９１からの出力信号（
例えば、電圧値ＶＣＯ１　が所定電圧Ｖｔｈより小さく
なったという情報、つまり点火が行われたという情報）
を保持して、多重放電を実行してパワートランジスタ６
とＦＥＴ１１とを交互に断続する時にコンデンサ１３が
充電され、充電電圧が所定電圧Ｖｔｈの値より高くなっ
ても、点火が正常に実行されていないと誤検出をしない
という効果を奏する。

【００２８】ＡＮＤ回路９５はフリップフロップ９４の
出力および放電区間信号ＩＧｗの反転値の論理積を出力
し、この出力信号はフリップフロップ９６のリセット側
に入力される。フリップフロップ９６はＡＮＤ回路９２
およびＡＮＤ回路９５からの信号を入力して、Ｑ２　端
子から点火モニタ信号ＩＧｆを出力する。図４は上記構
成による故障検出装置の各部波形図である。

【００２９】図４（Ａ）は図１に示した装置が正常に動
作している時の各部波形図であり、点火モニタ信号ＩＧ
ｆは、点火信号ＩＧｔの立ち上がりから放電区間信号Ｉ
Ｇｗの立ち下がりまでの間高レベル信号を出力する。図
４（Ｂ）は点火コイル１０またはＦＥＴ１１の開放時の
各部波形図であり、この場合、コンデンサ１３に蓄積さ
れたエネルギーが放電されないために電圧値ＶＣＯ１　
は高レベル一定となり、所定電圧Ｖｔｈより常に大きい
ためコンパレータ９１の出力ＱＣ　は高レベル一定とな
る。したがって、フリップフロップ９４のリセット側に
は常に低レベル信号が入力され、ＩＱ１　端子からは低
レベル信号が出力されるため、点火モニタ信号ＩＧｆは
、点火信号ＩＧｔの立ち上がりから常に高レベル信号が
出力される。

【００３０】図４（Ｃ）はエネルギー蓄積コイル３、パ
ワートランジスタ６、およびコンデンサ１３の開放、短
絡時、またはＦＥＴ１１の短絡時の各部波形図であり、
この場合、コンデンサ１３が充電されないために電圧値
ＶＣＯ１　は低レベル一定となり、所定電圧Ｖｔｈより
常に小さいためコンパレータ９１の出力ＱＣ　は低レベ
ル一定となる。したがって、フリップフロップ９４のリ
セット側には常に高レベル信号が入力され、ＩＱ１　端
子からは高レベル信号が出力されるため、点火モニタ信
号ＩＧｆは常に高レベル信号が出力される。

【００３１】このようにして得られた点火モニタ信号Ｉ
ＧｆをＥＣＵ５に入力することにより、ＥＣＵ５におい
て装置の異常を判断して、異常発生時には点火信号ＩＧ
ｔの発生を停止したり、内燃機関への燃料供給を遮断す
る等の公知のフェイルセーフ動作を実行する。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明においては、比
較回路においてコンデンサの充電電圧と所定電圧とを比
較して、充電電圧が所定電圧より大きいとき信号を発生
し、次に第１の双安定回路において比較回路から信号が
出力され、かつ第１の制御信号が発生している時に第１
の安定状態にセットし、比較回路からの信号が消滅した
時、第２の安定状態にセットする。さらに第２の双安定
回路において比較回路から信号が出力された時に第１の
安定状態にセットされ、第１の双安定回路が第２の安定
状態となり、かつ第２の制御信号が消滅すると第２の安
定状態になる。そしてこの第２の双安定回路の状態に応
じた点火モニタ信号を発生することにより、第２の制御
信号が発生している間、点火装置が確実に多重放電を実
行しているか否かを検出することができるという優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の多重放電型点火装置の電気回路図である
。

【図２】図１に示す電気回路図の作動説明に供する各部
波形図である。

【図３】図１に示す装置の故障検出を行う本発明の一実
施例の装置の電気回路図である。

【図４】図３に示す電気回路図の作動説明に供する各部
波形図である。

【符号の説明】

１　　　　バッテリ ３　　　　エネルギー蓄積コイル ６　　　　パワートランジスタ（第１のスイッチング素
子）１０　　点火コイル １１　　ＭＯＳＦＥＴ（第２のスイッチング素子）１３
　　コンデンサ １５　　点火プラグ ９０　　故障検出装置 ９１　　コンパレータ ９４　　フリップフロップ ９６　　フリップフロップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　直流電源とエネルギー蓄積コイルと第
   １のスイッチング素子とを含む第１の直列閉回路と、前
   記エネルギー蓄積コイルと逆流防止手段と点火コイルの
   １次コイルと第２のスイッチング素子とを含む第２の直
   列閉回路と、前記エネルギー蓄積コイルに前記逆流防止
   手段を介して接続したコンデンサと、点火時期より所定
   時間前に前記第１のスイッチング素子を導通させて前記
   エネルギー蓄積コイルにエネルギーを蓄えた後、点火時
   期においてこのスイッチング素子を遮断させるための第
   １の制御信号を発生する第１の制御信号発生手段と、点
   火時期より前記第２のスイッチング素子を導通させた後
   、前記第１、第２のスイッチング素子を交互に断続する
   ための多重放電制御信号を発生する多重放電制御信号発
   生手段と、前記第２のスイッチング素子の遮断時におい
   て前記第１のスイッチング素子を導通させて前記エネル
   ギー蓄積コイルにエネルギーを蓄えた後、この第１のス
   イッチング素子を遮断させて前記エネルギー蓄積コイル
   に蓄えられたエネルギーにより前記コンデンサを充電す
   るための第２の制御信号を発生する第２の制御信号発生
   手段とを備えた内燃機関用点火装置において、前記コン
   デンサの充電電圧と所定電圧とを比較して、充電電圧が
   所定電圧より大きいとき信号を発生する比較回路と、前
   記比較回路から信号が出力され、かつ前記第１の制御信
   号が発生した際にセットされて第１の安定状態となり、
   前記比較回路からの信号が消滅すると第２の安定状態に
   なる第１の双安定回路と、前記比較回路から信号が出力
   された際に第１の安定状態となり、前記第１の双安定回
   路が第２の安定状態で、かつ第２の制御信号が消滅する
   と第２の安定状態になる第２の双安定回路とを備え、前
   記第２の双安定回路の安定状態に基づいて点火モニタ信
   号を発生することを特徴とする内燃機関用点火装置の故
   障検出装置。