JP4437517B2

JP4437517B2 - Ignition device for internal combustion engine

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Publication number: JP4437517B2
Application number: JP2001046511A
Authority: JP
Inventors: 信鳥山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: JP2002250266A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の燃焼時において混合気の電離作用によって発生するイオンに着目し、そのイオン電流を検出する回路が提案されている。この種のイオン電流検出回路として、例えば特開平７−２１７５１９号公報や特開平９−３１７６１９号公報に開示されるものが知られている。
【０００３】
上記従来のイオン電流検出回路を用いたエンジン用点火装置の例を図６に示す。点火コイル１１１の１次コイル１１２の一端は、バッテリ１００のプラス端子に接続され、１次コイル１１２の他端は、点火制御用のパワートランジスタ１１５のコレクタに接続される。点火コイル１１１の２次コイル１１３の一端は点火プラグ１１７に接続され、２次コイル１１３の他端は、電源用コンデンサ１２０およびダイオード１１９を介して接地される。また、電源用コンデンサ１２０にツェナーダイオード１１８が並列に接続され、ダイオード１１９に抵抗１２２およびイオン電流検出抵抗１２１が並列に接続される。電源用コンデンサ１２０とイオン電流検出抵抗１２１との間の電位は抵抗１２２を介して増幅回路１２３に入力されて増幅される。イオン電流検出回路は、ツェナーダイオード１１８、ダイオード１１９、コンデンサ１２０、イオン電流検出抵抗１２１、増幅回路１２３等から構成される。
【０００４】
このエンジン用点火装置において、エンジン運転中は、エンジン制御用の図示しないマイクロコンピュータから出力される点火信号ＩＧｔの立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ１１５がオン／オフする。パワートランジスタ１１５がオン状態になると、バッテリ１００から１次コイル１１２に１次電流が流れ、その後、パワートランジスタ１１５がオフ状態になると、１次コイル１１２の１次電流が遮断されて、２次コイル１１３に高電圧が電磁誘導され、この高電圧によって点火プラグ１１７の電極１３０、１３１間に火花放電が発生する。
【０００５】
このとき、火花放電電流は点火プラグ１１７の接地電極１３１から中心電極１３０へ流れ、２次コイル１１３を経て電源用コンデンサ１２０に充電されるとともに、ツェナーダイオード１１８およびダイオード１１９を経由してグランド側に流れる。電源用コンデンサ１２０の充電後は、ツェナーダイオード１１８のツェナー電圧によって規制される電源用コンデンサ１２０の充電電圧を電源としてイオン検出回路が駆動され、以下のようにしてイオン電流が検出される。
【０００６】
火花放電終了後は、電源用コンデンサ１２０の充電電圧によって点火プラグ１１７の電極１３０、１３１間に電圧が印加され、混合気が燃焼する際に発生したイオンがイオン電流として点火プラグ１１７の電極１３０、１３１間に流れる。このイオン電流は、中心電極１３０から接地電極１３１へ流れ、さらに、グランド側からイオン電流検出抵抗１２１および抵抗１２２を通って電源用コンデンサ１２０に流れる。
【０００７】
そして、イオン電流検出抵抗１２１に流れるイオン電流の変化に応じて増幅回路１２３の入力電位が変化し、この増幅回路１２３の出力端子からイオン電流に応じた電圧のイオン電流信号が出力される。ここで、点火信号ＩＧｔと、２次コイル１１３の２次電流Ｉ２と、図６の点Ｖｃ（コンデンサ１２０の正極端子側）の電位を図７（Ａ）に示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、容量放電型点火装置と誘導放電型点火装置とを組み合わせ、点火放電時期に多重放電を行うようにした多重放電型のエンジン用点火装置が開発されている。
この種の点火装置として、例えば特開平３−１５６５９号公報に開示されている点火装置では、点火時期において、エネルギ蓄積コイルに蓄えられたエネルギと容量放電用コンデンサに充電されたエネルギとが点火コイルに供給され、点火プラグが火花を発生する。また、点火が開始されるタイミングから所定の放電区間にてエネルギ蓄積コイルにより点火プラグに周期的にエネルギが供給されて多重放電が行われ、火花が持続される。このような多重放電型のエンジン用点火装置では、１回放電型の点火装置に比べて放電途切れが生じにくいという特徴がある。
【０００９】
上記多重放電型のエンジン用点火装置では、点火時期において容量放電用コンデンサに蓄えられたエネルギと、エネルギ蓄積コイルに蓄えられたエネルギとを点火コイルの１次コイルに供給して２次コイルに点火用高電圧を印加した後、所定の放電期間に第１および第２のスイッチング素子を交互に断続させ、２次コイル側の電流をプラス／マイナスに振り連続多重放電を実現している。
【００１０】
しかしながら、この方式は単なる交流点火の回路であって、イオン電流の検出について考慮されていないため、図６に示すイオン検出回路を単に流用したのみでは、図７（Ｂ）に示すように、多重放電の最後の放電がプラス放電となり、マイナス放電時に充電された電圧Ｖｃが図６に示すツェナーダイオード１１８を経由して直ちに放電され、イオン検出用の電源として用いることができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するためなされたものであり、簡単な構成で点火プラグの電極間のイオン電流を容易に検出するエンジン用点火装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、フェイル時の１回放電においてもイオン電流を検出することが可能なエンジン用点火装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のエンジン用点火装置によると、第１のスイッチング素子が導通／遮断されエネルギ蓄積コイルに蓄えられたエネルギにより容量放電用コンデンサが充電されるとともに、点火時期において第２のスイッチング素子が導通／遮断され容量放電用コンデンサに充電されたエネルギが点火コイルの１次コイルに供給される。このため、前回の点火時期において容量放電用コンデンサに蓄えられたエネルギと、エネルギ蓄積コイルに蓄えられたエネルギとが点火コイルの１次コイルに供給されるとともに、２次コイルに点火用高電圧が印加され、点火プラグが火花を発生する。
また、その後の所定の放電期間に第１および第２のスイッチング素子を交互に断続させ、多重放電させることにより、放電期間に周期的に点火エネルギが供給され、点火プラグの火花が持続する。
【００１３】
さらに、点火コイルの２次コイルのエネルギにより充電されて点火プラグに電圧を印加する電源用コンデンサが２次コイルに接続され、２次コイルのプラス放電時に上記電源用コンデンサのエネルギの放電を抑制する放電緩衝手段が電源用コンデンサに直列に接続されているので、多重放電において、マイナス放電時に電源用コンデンサに充電し、プラス放電時には電源用コンデンサの放電が抑制される。
したがって、混合気の燃焼時に電源用コンデンサと点火プラグとの間に流れるイオン電流をイオン電流検出手段により検出することで、点火プラグの電極間のイオン電流を容易に検出することができる。
ここで、イオン電流検出手段は、ツェナーダイオードと、イオン電流検出抵抗と、イオン電流検出用逆流防止手段とによって構成される。ツェナーダイオードは、一端が２次コイルに電源用コンデンサと並列に接続され、他端が接地される。イオン電流検出抵抗は、一端が放電緩衝手段を経由して電源用コンデンサに直列に接続され、他端が接地される。イオン電流検出用逆流防止手段は、放電緩衝手段およびイオン電流検出抵抗と並列に接続され、グランド側から電源用コンデンサ側への電流の逆流を防止する。また、イオン電流検出手段は、放電緩衝手段とイオン電流検出抵抗との間の電位を検出する。
これによって、プラス放電時、大部分のイオン電流はグランド側からツェナーダイオードを経由して２次コイルに流れ、プラス放電後も電源用コンデンサに電荷が蓄えられて、イオン電流を検出することができる。
さらにまた、放電緩衝手段として抵抗素子等を用いることにより、従来のイオン電流検出手段の構成要素を用いて簡単な構成で、イオン電流を検出することができる。
【００１４】
本発明の請求項２記載のエンジン用点火装置によると、フェイル時において、第２のスイッチング素子制御手段により、点火時期において第２のスイッチング素子が導通／遮断され直流電源のエネルギが第２の逆流防止手段を介して点火コイルの１次コイルに供給されるので、退避走行を行うことが可能となる。したがって、フェイル時とそれ以外の通常時に一つの直流電源を用いた点火を行わせることが可能となり、簡便にフェイルセーフ機能を有するエンジン用点火装置を提供することができる。
また、第２の逆流防止手段により、フェイル時でない通常時において容量放電用コンデンサに充電されたエネルギが直流電源側に逆流するのが防止される。
【００１５】
さらに、点火コイルの２次コイルのエネルギにより充電されて点火プラグに電圧を印加する電源用コンデンサが２次コイルに接続され、２次コイルのプラス放電時に上記電源用コンデンサのエネルギの放電を抑制する放電緩衝手段が電源用コンデンサに直列に接続されているので、フェイル時とそれ以外の通常時において、マイナス放電時に電源用コンデンサに充電し、プラス放電時には電源用コンデンサの放電が抑制される。したがって、混合気の燃焼時に電源用コンデンサと点火プラグとの間に流れるイオン電流をイオン電流検出手段により検出することで、点火プラグの電極間のイオン電流を容易に検出することができる。
さらにまた、放電緩衝手段として抵抗素子等を用いることにより、従来のイオン電流検出手段の構成要素を用いて簡単な構成で、イオン電流を検出することができる。
【００１６】
本発明の請求項３記載のエンジン用点火装置によると、フェイル時において、第２のスイッチング素子制御手段により、点火時期において第２のスイッチング素子が導通／遮断され直流電源のエネルギが第１および第２の逆流防止手段を介して点火コイルの１次コイルに供給されるので、退避走行を行うことが可能となる。したがって、フェイル時とそれ以外の通常時に一つの直流電源を用いた点火を行わせることが可能となり、簡便にフェイルセーフ機能を有するエンジン用点火装置を提供することができる。
また、第２の逆流防止手段により、フェイル時でない通常時において容量放電用コンデンサに充電されたエネルギが直流電源側に逆流するのが防止される。
【００１７】
さらに、点火コイルの２次コイルのエネルギにより充電されて点火プラグに電圧を印加する電源用コンデンサが２次コイルに接続され、２次コイルのプラス放電時に上記電源用コンデンサのエネルギの放電を抑制する放電緩衝手段が電源用コンデンサに直列に接続されているので、フェイル時とそれ以外の通常時において、マイナス放電時に電源用コンデンサに充電し、プラス放電時には電源用コンデンサの放電が抑制される。したがって、混合気の燃焼時に電源用コンデンサと点火プラグとの間に流れるイオン電流をイオン電流検出手段により検出することで、点火プラグの電極間のイオン電流を容易に検出することができる。
さらにまた、放電緩衝手段として抵抗素子等を用いることにより、従来のイオン電流検出手段の構成要素を用いて簡単な構成で、イオン電流を検出することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるエンジン用点火装置の電気的構成を図１に示す。第１実施例の点火装置は車両に搭載されるものであって、ＤＬＩ（Distributor Less Ignition ）方式の点火装置である。
【００１９】
図１において、バッテリ１０のプラス端子とグランド間には、エネルギ蓄積コイル１１とトランジスタＱ１とが直列に接続されている。バッテリ１０は１２ボルト仕様である。エネルギ蓄積コイル１１にはトランジスタＱ１のオンに伴う通電によりエネルギが蓄えられる。このとき、エネルギ蓄積コイル１１に流れる電流をｉ₀とする。エネルギ蓄積コイル１１とトランジスタＱ１との間のａ点はダイオードＤ１を介して容量放電用コンデンサとしてのコンデンサ１２に接続されている。コンデンサ１２はエネルギ蓄積コイル１１に蓄えられたエネルギにより充電される。
【００２０】
また、ダイオードＤ１とコンデンサ１２との間のｂ点とグランド間には、第１気筒用点火コイル１３の１次コイル１４とトランジスタＱ１１と電流検出用抵抗１６が直列に接続されている。そして、トランジスタＱ１１をオン／オフさせてコンデンサ１２に充電されたエネルギを点火コイル１３の１次コイル１４に供給することが可能である。このとき、１次コイル１４に流れる電流（１次電流）をｉ₁とする。点火コイル１３の２次コイル１５には図示しない第１気筒用点火プラグが接続されている。１次コイル１４の通電に伴い２次コイル１５に電流（２次電流）ｉ₂が流れる。
【００２１】
２次コイル１５の反第１気筒用点火プラグ側の端部はツェナーダイオード３８を介して接地されている。また、ツェナーダイオード３８には電源用コンデンサ４０が並列に接続され、電源用コンデンサ４０には抵抗４２およびイオン電流検出抵抗４１が直列に接続されている。さらに、抵抗４２およびイオン電流検出抵抗４１にはダイオード３９が並列に接続されている。電源用コンデンサ４０とイオン電流検出抵抗４１との間の電位は抵抗４２を介して増幅回路４３に入力されて増幅される。
【００２２】
同様に、前述のｂ点とグランド間には、第２気筒用点火コイル１７の１次コイル１８とトランジスタＱ１２と電流検出用抵抗２０が直列に接続されている。点火コイル１７の２次コイル１９には図示しない第２気筒用点火プラグが接続されている。また、２次コイル１９の反第２気筒用点火プラグ側の端部はツェナーダイオード５８を介して接地されている。ツェナーダイオード５８には電源用コンデンサ６０が並列に接続され、電源用コンデンサ６０には抵抗６２およびイオン電流検出抵抗６１が直列に接続されている。抵抗６２およびイオン電流検出抵抗６１にはダイオード５９が並列に接続されている。電源用コンデンサ６０とイオン電流検出抵抗６１との間の電位は抵抗６２を介して増幅回路４３に入力されて増幅される。
【００２３】
なお、図１においては、第２気筒用の点火コイル１７、トランジスタＱ１２、電流検出用抵抗２０、電源用コンデンサ６０、抵抗６２、ツェナーダイオード５８、ダイオード５９およびイオン電流検出抵抗６１を示したが、エンジン気筒数分の点火コイル・トランジスタ・抵抗・コンデンサ・ダイオード等が用意されている。
【００２４】
一方、電子制御ユニット（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）２１は、各種センサからの信号を入力してエンジンの状態（吸入空気量、回転数、冷却水温など）を検知することが可能である。そして、ＥＣＵ２１はそのときのエンジン状態に応じた最適な点火時期を決定する。また、ＥＣＵ２１には駆動回路２２が接続され、ＥＣＵ２１は駆動回路２２に対し気筒判別信号ＩＧｔと放電区間信号ＩＧｗを出力する。スイッチング素子制御手段としての駆動回路２２には前述の各トランジスタＱ１、Ｑ１１およびＱ１２が接続され、トランジスタＱ１に駆動信号Ａを出力し、トランジスタＱ１１に第１気筒用駆動信号Ｂ＃１を出力し、トランジスタＱ１２に第２気筒用駆動信号Ｂ＃２をそれぞれ出力する。
【００２５】
また、ＥＣＵ２１は、電流検出用抵抗１６での両端子間の印加電圧（α１点での電圧）をモニタしている。同様に、ＥＣＵ２１は、第１気筒以外の他の気筒に対応する電流検出用抵抗２０での両端子間の印加電圧（α２点での電圧）をモニタしている。電流検出用抵抗１６および２０での両端子間の印加電圧は１次電流ｉ₁に応じたものである。
【００２６】
このように、直流電源としてのバッテリ１０と、エネルギ蓄積コイル１１と、第１のスイッチング素子としてのトランジスタＱ１とを含む第１の直列回路が形成されるとともに、エネルギ蓄積コイル１１に逆流防止手段としてのダイオードＤ１を介してコンデンサ１２が接続され、さらに、コンデンサ１２と、点火コイル１３（１７）の１次コイル１４（１８）と、第２のスイッチング素子としてのトランジスタＱ１１（Ｑ１２）とを含む第２の直列回路が形成されている。
【００２７】
また、２次コイル１５（１９）に電源用コンデンサ４０（６０）が接続され、電源用コンデンサ４０（６０）に放電緩衝手段としての抵抗４２（６２）が直列に接続されている。さらに、ツェナーダイオード３８（５８）、ダイオード３９（５９）、イオン電流検出抵抗４１（６１）および増幅回路４３がイオン電流検出手段を構成している。
【００２８】
次に、上記のように構成した点火装置の作動について図２を用いて説明する。
放電区間信号ＩＧｗと、気筒判別信号ＩＧｔと、トランジスタＱ１の駆動信号Ａと、トランジスタＱ１１の駆動信号Ｂ＃１と、エネルギ蓄積コイル１１に流れる電流ｉ₀と、点火コイル１３の１次電流ｉ₁と、２次電流ｉ₂と、図１の電源用コンデンサ４０とツェナーダイオード３８との間のＶｃ点の各信号波形、電流波形および電圧波形を図２に示す。
【００２９】
ＥＣＵ２１から駆動回路２２に対し気筒判別信号ＩＧｔが出力され、同信号ＩＧｔは図２のｔ１〜ｔ２の期間にＨレベルとなっている。駆動回路２２はこの信号ＩＧｔに同期した波形の駆動信号ＡをトランジスタＱ１に出力する。この信号ＡによりトランジスタＱ１がオン状態となって電流ｉ₀が徐々に大きくなり、トランジスタＱ１のオフ時にエネルギ蓄積コイル１１に発生した高電圧エネルギがダイオードＤ１を介して点火コイル１３の１次コイル１４に供給される。
【００３０】
一方、放電区間信号ＩＧｗは図２のｔ２〜ｔ３の期間にＨレベルとなっており、この期間に放電が行われる。詳しくは、駆動回路２２は駆動信号Ａとして所定時間毎に反転する信号（ｔ１１、ｔ１２、…のタイミングで反転する信号）をトランジスタＱ１に出力してオフ時にエネルギ蓄積コイル１１に発生した高電圧エネルギをダイオードＤ１を介してコンデンサ１２に蓄積する（いわゆる多重充電する）。この繰り返し動作中において、駆動回路２２は駆動信号Ｂ＃１として、駆動信号Ａに対し相補的な信号（ｔ２、ｔ１１、ｔ１２、…のタイミングで反転する信号）をトランジスタＱ１１に出力する。この信号Ｂ＃１により、コンデンサ１２のエネルギが点火コイル１３の１次コイル１４に供給され、１次電流ｉ₁の遮断時（図２のｔ１１、ｔ１３、ｔ１５、ｔ１７のタイミング）に大きな２次電流ｉ₂（高電圧）が発生して多重点火が行われる。
【００３１】
このとき、マイナス放電時（図２のｔ２〜ｔ１１、ｔ１２〜ｔ１３、ｔ１４〜ｔ１５、ｔ１６〜ｔ１７の期間）に火花放電電流は点火プラグの接地電極から中心電極へ流れ、２次コイル１５を経て電源用コンデンサ４０に充電されるとともに、ツェナーダイオード３８を経由してグランド側に流れる。また、プラス放電時（図２のｔ１１〜ｔ１２、ｔ１３〜ｔ１４、ｔ１５〜ｔ１６の期間）に抵抗４２により電源用コンデンサ４０の放電が抑制される。
【００３２】
そして、次の点火のために、トランジスタＱ１がｔ１７のタイミングでオン状態になるとともにｔ１８のタイミングでオフ状態となり、このｔ１７〜ｔ１８の期間にエネルギ蓄積コイル１１に発生したエネルギがコンデンサ１２に蓄積される。つまり、今回の点火のための動作におけるｔ２〜ｔ１１の期間でのトランジスタＱ１１のオンにおいてはｔ１７〜ｔ１８の期間（前回の点火のための動作）でコンデンサ１２に蓄積したエネルギとｔ１〜ｔ２の期間にエネルギ蓄積コイル１１に発生したエネルギとが点火コイル１３の１次コイル１４に供給される。すなわち、図２のｔ２〜ｔ１１の期間における１次電流ｉ₁において、突出電流部分ｅ１をコンデンサ１２に蓄積したエネルギが受持ち、その後の緩やかな電流部分ｅ２をｔ１〜ｔ２の期間にエネルギ蓄積コイル１１に発生したエネルギが受け持っている。
【００３３】
火花放電終了後は、ツェナーダイオード３８のツェナー電圧によって規制される電源用コンデンサ４０の充電電圧によって点火プラグの電極間に電圧が印加され、混合気が燃焼する際に発生したイオンがイオン電流として点火プラグの電極間に流れる。このイオン電流は、点火プラグの中心電極から接地電極へ流れ、さらに、グランド側からイオン電流検出抵抗４１および抵抗４２を通って電源用コンデンサ４０に流れるほか、大部分のイオン電流は、グランド側からツェナーダイオード３８を通って流れる。
このとき、イオン電流検出抵抗４１に流れるイオン電流の変化に応じて増幅回路４３の入力電位が変化し、この増幅回路４３の出力端子からイオン電流に応じた電圧のイオン電流信号が出力される。
【００３４】
同様の動作が第１気筒以外の他の気筒においても行われる。つまり、駆動回路２２において、気筒判別信号ＩＧｔにて気筒を判別してトランジスタＱ１１に代わるトランジスタＱ１２等に対し駆動信号Ｂ＃２等が出力され、多重充電・多重点火が行われる。そして火花放電終了後、イオン電流検出抵抗６１に流れるイオン電流の変化に応じて増幅回路４３の入力電位が変化し、この増幅回路４３の出力端子からイオン電流に応じた電圧のイオン電流信号が出力される。
【００３５】
このように、第１のスイッチング素子制御手段としての駆動回路２２は、トランジスタＱ１をオン／オフ（導通／遮断）状態にしてエネルギ蓄積コイル１１に蓄えられたエネルギによりコンデンサ１２を充電するとともに、点火時期においてトランジスタ（Ｑ１１等）をオン／オフ状態にしてコンデンサ１２に充電されたエネルギを点火コイル（１３等）の１次コイル（１４等）に供給し、これにより、点火動作が行われる。詳しくは、駆動回路２２は、気筒判別信号ＩＧｔと放電区間信号ＩＧｗを入力して、対象気筒に対し所定の放電区間においてトランジスタＱ１を連続してオン／オフ状態にしてコンデンサ１２を多重充電するとともに、トランジスタ（Ｑ１１等）をトランジスタＱ１とは相補的に動作させて多重点火する。その後、混合気の燃焼時に点火プラグの電極間のイオン電流を検出する。
【００３６】
以上説明した第１実施例においては、前回の点火時期においてコンデンサ１２に蓄えられたエネルギと、エネルギ蓄積コイル１１に蓄えられたエネルギとが点火コイル（１３等）の１次コイル（１４等）に供給されるとともに、２次コイル（１５等）に点火用高電圧が印加され、点火プラグが火花を発生する。
また、その後の所定の放電期間にトランジスタ（Ｑ１およびＱ１１等）を交互に断続させ、多重放電させることにより、放電期間に周期的に点火エネルギが供給され、点火プラグの火花が持続する。
【００３７】
さらに、点火コイル１３（１７）の２次コイル１５（１９）のエネルギにより充電されて点火プラグに電圧を印加する電源用コンデンサ４０（６０）が２次コイル１５（１９）に接続され、２次コイル１５（１９）のプラス放電時に電源用コンデンサ４０（６０）のエネルギの放電を抑制する抵抗４２（６２）が電源用コンデンサ４０（６０）に直列に接続されているので、多重放電において、マイナス放電時に電源用コンデンサ４０（６０）に充電し、プラス放電時には電源用コンデンサ４０（６０）の放電が抑制される。したがって、混合気の燃焼時に電源用コンデンサ４０（６０）と点火プラグとの間に流れるイオン電流をイオン電流検出抵抗４１により検出することで、点火プラグの電極間のイオン電流を容易に検出することができる。
さらにまた、従来のイオン電流検出回路の構成要素を用いて構成のみを変更するだけで、簡便にイオン電流を検出することができる。
【００３８】
（第２実施例）
第２実施例を図３に示す。図１に示す第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第２実施例においては、図３に示すように、バッテリ１０とエネルギ蓄積コイル１１との間のｃ点とｂ点との間にトランジスタＱ２１とダイオードＤ２が直列に接続されている。駆動回路２２にはトランジスタＱ２１が接続され、トランジスタＱ２１に切替用駆動信号ＳＧ１を出力する。ＥＣＵ２１は、点火動作の際のモニタ電圧（１次電流ｉ₁）が所定値に達しない状況が所定回連続して発生するとフェイルが発生したと判定する。
【００３９】
このように、バッテリ１０とエネルギ蓄積コイル１１とダイオードＤ１と点火コイルの１次コイル１４（１８）とトランジスタＱ１１（Ｑ１２）とを含む直列回路におけるエネルギ蓄積コイル１１とダイオードＤ１に対し第２の逆流防止手段としてのダイオードＤ２が並列接続されている。
【００４０】
次に、上記のように構成した点火装置の作動について図４を用いて説明する。なお、フェイル時以外の通常時の作動は図２に示す第１実施例と同様であるので説明を省略する。
図４には、フェイル時での各信号波形、電流波形および電圧波形を示す。ＥＣＵ２１は電流検出用抵抗１６および２０を用いた電圧モニタにてフェイルが発生したことを検出すると、それまでの通常モードからフェールセーフモードに切り替える。
【００４１】
フェールセーフモードにおいて、まず、ＥＣＵ２１は、図４のｔ２０のタイミングで、駆動信号ＳＧ１をＨレベルにしてトランジスタＱ２１をオン状態にするとともに、駆動回路２２への信号として、放電区間信号ＩＧｗの出力レベルをそれまでの最大５ボルトから１２ボルトに切り替える。駆動回路２２は、放電区間信号ＩＧｗの入力ポート（図３のＰ１で示す）の電圧をモニタしており、１２ボルトに切り替わると、フェールセーフモードであると判断して気筒判別信号ＩＧｔを気筒毎に振り分けて信号Ｂ＃１およびＢ＃２として出力する。この信号Ｂ＃１およびＢ＃２にてトランジスタＱ１１およびＱ１２がオン／オフ状態になる。すなわち、第１気筒において、図４のｔ２１のタイミングでトランジスタＱ１１をオン状態にし、ｔ２２のタイミングでオフ状態にする。このトランジスタＱ１１のオン時に、バッテリ１０から点火コイル１３の１次コイル１４に対しダイオードＤ２を介してエネルギが供給され、点火コイル１３の１次電流ｉ₁の遮断時（図４のｔ２２のタイミング）に大きな２次電流ｉ₂（高電圧）が発生し点火に供される。以下同様に、例えば、第２気筒に対しては、図４のｔ２３のタイミングでトランジスタＱ１２をオン状態にし、ｔ２４のタイミングでオフ状態にして点火が行われる。
【００４２】
このように、エネルギ蓄積コイル１１やトランジスタＱ１やダイオードＤ１やコンデンサ１２が故障したりそれら部品の配線に異常が発生したといったフェイルが発生したときには、第２のスイッチング素子制御手段としての駆動回路２２は、点火時期においてトランジスタＱ１１（Ｑ１２）をオン／オフ（導通/遮断）状態にしてバッテリ１０のエネルギをダイオードＤ２を介して点火コイル１３（１７）の１次コイル１４（１８）に供給する。これにより、退避走行を行うことが可能となる。また、ダイオードＤ２によりフェイル時でない通常時においてコンデンサ１２に充電されたエネルギがバッテリ１０側に逆流するのが防止される。
【００４３】
このようにして、フェイル時に機関停止に至る点火通電経路に対するバイパス経路を用いてバッテリ１０のエネルギにて点火コイル１３（１７）を作動させることにより、退避走行を行うことができる。その結果、フェイル時とそれ以外の通常時に一つのバッテリ１０を用いた点火を行わせることができ、より簡素な構成にてフェイルセーフ機能を有するエンジン用点火装置とすることができる。
【００４４】
特に駆動回路２２は、フェイル時において、トランジスタＱ２１をそれまでの遮断状態から導通状態に切り替えるので、フェイル時でない通常時に、バッテリ１０からダイオードＤ２を介した点火コイル１３（１７）の１次コイル１４（１８）へのエネルギ供給経路を確実に遮断することができる。
【００４５】
さらに、点火コイル１３（１７）の２次コイル１５（１９）のエネルギにより充電されて点火プラグに電圧を印加する電源用コンデンサ４０（６０）が２次コイル１５（１９）に接続され、２次コイル１５（１９）のプラス放電時に電源用コンデンサ４０（６０）のエネルギの放電を抑制する抵抗４２（６２）が電源用コンデンサ４０（６０）に直列に接続されているので、通常時においては、マイナス放電時に電源用コンデンサ４０（６０）に充電し、フェイル時においては、トランジスタＱ１１（Ｑ１２）のオン時に電源用コンデンサ４０（６０）に充電し、プラス放電時には電源用コンデンサ４０（６０）の放電が抑制される。したがって、混合気の燃焼時に電源用コンデンサ４０（６０）と点火プラグとの間に流れるイオン電流をイオン電流検出抵抗４１により検出することで、点火プラグの電極間のイオン電流を容易に検出することができる。
【００４６】
さらにまた、駆動回路２２は、フェイル時において気筒判別信号ＩＧｔを入力して、当該気筒判別信号ＩＧｔに同期してトランジスタＱ１１（Ｑ１２）をオン／オフ状態にするようにしたので、フェイル時に特別の信号を生成することなく容易にトランジスタＱ１１（Ｑ１２）を制御することができる。
【００４７】
さらにまた、フェイルセーフモード時には未使用となる放電区間信号ＩＧｗにおける信号レベルを切り替えることによりモード切替惰報を伝達するようにしたので、フェイルセーフモード時に未使用となる信号を有効に活用してモード切替情報の伝達を行うことができる。
なお、図３に示す第２実施例においては、バイパス経路にトランジスタＱ２１とダイオードＤ２を設けたが、本発明においては、ダイオードＤ２のみを設けてもよい。
【００４８】
（第３実施例）
第３実施例を図５に示す。図１に示す第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第３実施例においては、図５に示すように、エネルギ蓄積コイル１１に対し第２の逆流防止手段としてのダイオードＤ２０およびトランジスタＱ２１０を並列に接続し、駆動回路２２により、フェイル時に点火時期においてトランジスタＱ１１をオン／オフ状態にしてバッテリ１０のエネルギをタイオードＤ１およひＤ２０を介して点火コイルの１次コイル１４（１８）に供給するようにしている。この場合、ダイオードＤ２０によりフェイル時でない通常時においてエネルギ蓄積コイル１１に蓄えられたエネルギがバッテリ１０側に逆流するのが防止される。
【００４９】
上記第３実施例においても、図３に示す第２実施例と同様の効果を得ることができる。なお、第３実施例においては、図４に示す第２実施例に比べてダイオードＤ１が故障した場合にはフェイルに対処できないので、図５に示す第３実施例のダイオードＤ１として耐圧を高くする等の対策を講じておくことが望ましい。
【００５０】
また、図５に示す第３実施例のダイオードＤ２０を含む並列回路の途中に設けたトランジスタＱ２１０を駆動回路２２により、フェイル時において、それまでの遮断状態から導通状態に切り替える。これにより、フェイル時でない通常時に、バッテリ１０からダイオードＤ１およびＤ２０を介した点火コイル１３（１７）の１次コイル１４（１８）ヘのエネルギ供給経路を確実に遮断することができる。
なお、第３実施例においては、バイパス経路にトランジスタＱ２１０とダイオードＤ２０を設けたが、本発明においては、ダイオードＤ２０のみを設けてもよい。
【００５１】
以上説明した本発明の複数の実施例でのトランジスタＱ１、Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１およびＱ２１０として、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ（好ましくはＰチャネルＭＯＳＦＥＴ）、ＩＧＢＴのいずれを用いてもよく、スイッチング素子であれば何を採用してもよい。
また、第２および第３実施例では、フェイルの検出は抵抗１６および２０を用いた１次電流ｉ₁のモニタにより行う場合を示したが、これに限らず他の方式、例えばイオン電流をモニタする方式等を用いてもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるエンジン用点火装置を示す電気的構成図である。
【図２】本発明の第１実施例によるエンジン用点火装置の信号波形、電流波形および電圧波形を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例によるエンジン用点火装置を示す電気的構成図である。
【図４】本発明の第２実施例によるエンジン用点火装置のフェイル時における信号波形、電流波形および電圧波形を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例によるエンジン用点火装置を示す電気的構成図である。
【図６】従来技術によるエンジン用点火装置を示す電気的構成図である。
【図７】従来技術によるエンジン用点火装置の信号波形、電流波形および電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
１０バッテリ（直流電源）
１１エネルギ蓄積コイル
１２コンデンサ（容量放電用コンデンサ）
１３、１７点火コイル
１４、１８１次コイル
１５、１９２次コイル
１６、２０電流検出用抵抗
２１ＥＣＵ
２２駆動回路（第１のスイッチング素子制御手段、第２のスイッチング素子制御手段）
３８、５８ツェナーダイオード（イオン電流検出手段）
３９、５９ダイオード（イオン電流検出手段）
４０、６０電源用コンデンサ
４１、６１イオン電流検出抵抗（イオン電流検出手段）
４２、６２抵抗（放電緩衝手段）
４３増幅回路
Ｑ１トランジスタ（第１のスイッチング素子）
Ｑ１１、Ｑ１２トランジスタ（第２のスイッチング素子）
Ｑ２１、Ｑ２１０トランジスタ
Ｄ１ダイオード（第１の逆流防止手段）
Ｄ２、Ｄ２０ダイオード（第２の逆流防止手段）
ＩＧｔ気筒判別信号
ＩＧＷ放電区問信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a circuit that focuses on ions generated by the ionizing action of an air-fuel mixture during combustion of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an “internal combustion engine”) and detects the ion current has been proposed. As this type of ion current detection circuit, those disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-217519 and 9-317619 are known.
[0003]
FIG. 6 shows an example of an engine ignition device using the conventional ion current detection circuit. One end of the primary coil 112 of the ignition coil 111 is connected to the plus terminal of the battery 100, and the other end of the primary coil 112 is connected to the collector of the power transistor 115 for ignition control. One end of the secondary coil 113 of the ignition coil 111 is connected to the ignition plug 117, and the other end of the secondary coil 113 is grounded via the power supply capacitor 120 and the diode 119. A zener diode 118 is connected in parallel to the power supply capacitor 120, and a resistor 122 and an ion current detection resistor 121 are connected in parallel to the diode 119. The potential between the power supply capacitor 120 and the ion current detection resistor 121 is input to the amplifier circuit 123 via the resistor 122 and amplified. The ion current detection circuit includes a Zener diode 118, a diode 119, a capacitor 120, an ion current detection resistor 121, an amplifier circuit 123, and the like.
[0004]
In this engine ignition device, during engine operation, the power transistor 115 is turned on / off at the rise / fall of an ignition signal IGt output from a microcomputer (not shown) for engine control. When the power transistor 115 is turned on, a primary current flows from the battery 100 to the primary coil 112. After that, when the power transistor 115 is turned off, the primary current of the primary coil 112 is cut off and the secondary coil is turned off. A high voltage is electromagnetically induced at 113, and a spark discharge is generated between the electrodes 130 and 131 of the spark plug 117 by this high voltage.
[0005]
At this time, the spark discharge current flows from the ground electrode 131 of the spark plug 117 to the center electrode 130 and is charged to the power supply capacitor 120 via the secondary coil 113 and to the ground side via the Zener diode 118 and the diode 119. Flowing. After the power supply capacitor 120 is charged, the ion detection circuit is driven using the charging voltage of the power supply capacitor 120 regulated by the Zener voltage of the Zener diode 118 as a power supply, and the ion current is detected as follows.
[0006]
After the spark discharge is finished, a voltage is applied between the electrodes 130 and 131 of the spark plug 117 by the charging voltage of the power supply capacitor 120, and ions generated when the air-fuel mixture burns are used as ion currents as the electrode 130 and the spark plug 117. It flows between 131. This ionic current flows from the center electrode 130 to the ground electrode 131, and further flows from the ground side to the power supply capacitor 120 through the ionic current detection resistor 121 and the resistor 122.
[0007]
The input potential of the amplifier circuit 123 changes according to the change of the ion current flowing through the ion current detection resistor 121, and an ion current signal having a voltage corresponding to the ion current is output from the output terminal of the amplifier circuit 123. Here, FIG. 7A shows the ignition signal IGt, the secondary current I2 of the secondary coil 113, and the potential at the point Vc (positive electrode terminal side of the capacitor 120) in FIG.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, a multiple discharge type engine ignition device has been developed in which a capacitive discharge type ignition device and an induction discharge type ignition device are combined to perform multiple discharge at the ignition discharge timing.
As an ignition device of this type, for example, in an ignition device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-15659, the energy stored in the energy storage coil and the energy charged in the capacitor for capacity discharge at the ignition timing are the ignition coil. The spark plug generates sparks. In addition, energy is periodically supplied to the spark plug by the energy storage coil in a predetermined discharge section from the timing when ignition is started, and multiple discharge is performed, and the spark is sustained. Such a multi-discharge type engine ignition device is characterized in that a discharge interruption is less likely to occur as compared with a single discharge type ignition device.
[0009]
In the above multi-discharge type engine ignition device, the energy stored in the capacitor for capacity discharge at the ignition timing and the energy stored in the energy storage coil are supplied to the primary coil of the ignition coil to ignite the secondary coil. After the high voltage is applied, the first and second switching elements are alternately interrupted during a predetermined discharge period, and the current on the secondary coil side is changed to plus / minus to realize continuous multiple discharge.
[0010]
However, since this method is merely an AC ignition circuit and does not consider the detection of ion current, simply using the ion detection circuit shown in FIG. 6 can perform multiplexing as shown in FIG. 7B. The last discharge of the discharge becomes a positive discharge, and the voltage Vc charged at the time of the negative discharge is discharged immediately via the Zener diode 118 shown in FIG. 6 and cannot be used as a power source for ion detection.
[0011]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an engine ignition device that easily detects an ionic current between electrodes of a spark plug with a simple configuration.
Another object of the present invention is to provide an engine ignition device capable of detecting an ionic current even in a single discharge during a failure.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the engine ignition device of the first aspect of the present invention, the first switching element is turned on / off, and the capacitor for discharging the capacity is charged by the energy stored in the energy storage coil. The energy that is charged / cut off by the switching element and supplied to the capacitor for discharging the capacitance is supplied to the primary coil of the ignition coil. For this reason, the energy stored in the capacitor for capacity discharge and the energy stored in the energy storage coil at the previous ignition timing are supplied to the primary coil of the ignition coil, and the ignition high voltage is applied to the secondary coil. When applied, the spark plug generates a spark.
Further, the first and second switching elements are alternately intermittently interrupted during a predetermined discharge period thereafter, and multiple discharges are performed, whereby ignition energy is periodically supplied during the discharge period and the spark of the spark plug is sustained.
[0013]
Further, a power supply capacitor that is charged by the energy of the secondary coil of the ignition coil and applies a voltage to the spark plug is connected to the secondary coil, and the discharge of the energy of the power supply capacitor is suppressed when the secondary coil is positively discharged. Since the discharge buffer means is connected in series with the power supply capacitor, in multiple discharge, the power supply capacitor is charged during negative discharge, and discharge of the power supply capacitor is suppressed during positive discharge.
Therefore, the ion current between the electrodes of the spark plug can be easily detected by detecting the ion current flowing between the power supply capacitor and the spark plug during the combustion of the air-fuel mixture by the ion current detecting means.
Here, the ion current detection means is constituted by a Zener diode, an ion current detection resistor, and an ion current detection backflow prevention means. One end of the Zener diode is connected to the secondary coil in parallel with the power supply capacitor, and the other end is grounded. One end of the ionic current detection resistor is connected in series to the power supply capacitor via the discharge buffer means, and the other end is grounded. The ion current detection backflow prevention means is connected in parallel with the discharge buffer means and the ion current detection resistor, and prevents a backflow of current from the ground side to the power supply capacitor side. The ionic current detection means detects the potential between the discharge buffer means and the ionic current detection resistor.
As a result, during positive discharge, most of the ionic current flows from the ground side via the Zener diode to the secondary coil, and even after positive discharge, the electric charge is stored in the power supply capacitor so that the ionic current can be detected. .
Furthermore, by using a resistance element or the like as the discharge buffer means, the ion current can be detected with a simple configuration using the components of the conventional ion current detection means.
[0014]
According to the engine ignition device of the second aspect of the present invention, at the time of failure, the second switching element control means makes the second switching element conductive / interrupted at the ignition timing, and the energy of the DC power source is the second reverse flow. Since it is supplied to the primary coil of the ignition coil via the prevention means, it is possible to perform retreat travel. Therefore, it is possible to perform ignition using one DC power source at the time of failure and other normal times, and an engine ignition device having a fail-safe function can be provided easily.
In addition, the second backflow prevention means prevents the energy charged in the capacitor for discharging the capacitor from flowing back to the DC power source side in a normal time that is not a failure.
[0015]
Further, a power supply capacitor that is charged by the energy of the secondary coil of the ignition coil and applies a voltage to the spark plug is connected to the secondary coil, and the discharge of the energy of the power supply capacitor is suppressed when the secondary coil is positively discharged. Since the discharge buffering means is connected in series with the power supply capacitor, the power supply capacitor is charged during negative discharge during a failure and other normal times, and discharge of the power supply capacitor is suppressed during positive discharge. Therefore, the ion current between the electrodes of the spark plug can be easily detected by detecting the ion current flowing between the power supply capacitor and the spark plug during the combustion of the air-fuel mixture by the ion current detecting means.
Furthermore, by using a resistance element or the like as the discharge buffer means, the ion current can be detected with a simple configuration using the components of the conventional ion current detection means.
[0016]
According to the engine ignition device of the third aspect of the present invention, at the time of failure, the second switching element control means turns on / off the second switching element at the ignition timing, and the energy of the DC power source is the first and first. Since it is supplied to the primary coil of the ignition coil via the two backflow prevention means, it is possible to perform retreat travel. Therefore, it is possible to perform ignition using one DC power source at the time of failure and other normal times, and an engine ignition device having a fail-safe function can be provided easily.
In addition, the second backflow prevention means prevents the energy charged in the capacitor for discharging the capacitor from flowing back to the DC power source side in a normal time that is not a failure.
[0017]
Further, a power supply capacitor that is charged by the energy of the secondary coil of the ignition coil and applies a voltage to the spark plug is connected to the secondary coil, and the discharge of the energy of the power supply capacitor is suppressed when the secondary coil is positively discharged. Since the discharge buffering means is connected in series with the power supply capacitor, the power supply capacitor is charged during negative discharge during a failure and other normal times, and discharge of the power supply capacitor is suppressed during positive discharge. Therefore, the ion current between the electrodes of the spark plug can be easily detected by detecting the ion current flowing between the power supply capacitor and the spark plug during the combustion of the air-fuel mixture by the ion current detecting means.
Furthermore, by using a resistance element or the like as the discharge buffer means, the ion current can be detected with a simple configuration using the components of the conventional ion current detection means.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a plurality of examples showing embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows the electrical configuration of the engine ignition device according to the first embodiment of the present invention. The ignition device of the first embodiment is mounted on a vehicle and is a DLI (Distributor Less Ignition) type ignition device.
[0019]
In FIG. 1, an energy storage coil 11 and a transistor Q1 are connected in series between a positive terminal of a battery 10 and the ground. The battery 10 has a 12 volt specification. Energy is stored in the energy storage coil 11 when the transistor Q1 is turned on. At this time, the current flowing through the energy storage coil 11 is i ₀ . A point between the energy storage coil 11 and the transistor Q1 is connected to a capacitor 12 serving as a capacitor for discharging a capacitance via a diode D1. The capacitor 12 is charged by the energy stored in the energy storage coil 11.
[0020]
A primary coil 14, a transistor Q11, and a current detection resistor 16 of the first cylinder ignition coil 13 are connected in series between a point b between the diode D1 and the capacitor 12 and the ground. The energy charged in the capacitor 12 by turning on / off the transistor Q11 can be supplied to the primary coil 14 of the ignition coil 13. At this time, the current flowing through the primary coil 14 (primary current) is i ₁ . The secondary coil 15 of the ignition coil 13 is connected to a first cylinder spark plug (not shown). As the primary coil 14 is energized, a current (secondary current) i ₂ flows through the secondary coil 15.
[0021]
The end of the secondary coil 15 on the side opposite to the spark plug for the first cylinder is grounded via a Zener diode 38. Further, a power supply capacitor 40 is connected in parallel to the Zener diode 38, and a resistor 42 and an ion current detection resistor 41 are connected in series to the power supply capacitor 40. Furthermore, a diode 39 is connected in parallel to the resistor 42 and the ion current detection resistor 41. The potential between the power supply capacitor 40 and the ion current detection resistor 41 is input to the amplifier circuit 43 via the resistor 42 and amplified.
[0022]
Similarly, the primary coil 18, the transistor Q12, and the current detection resistor 20 of the second cylinder ignition coil 17 are connected in series between the point b and the ground. A secondary cylinder ignition plug (not shown) is connected to the secondary coil 19 of the ignition coil 17. The end of the secondary coil 19 on the side opposite to the spark plug for the second cylinder is grounded via a Zener diode 58. A power supply capacitor 60 is connected in parallel to the Zener diode 58, and a resistor 62 and an ion current detection resistor 61 are connected in series to the power supply capacitor 60. A diode 59 is connected in parallel to the resistor 62 and the ion current detection resistor 61. The potential between the power supply capacitor 60 and the ion current detection resistor 61 is input to the amplifier circuit 43 via the resistor 62 and amplified.
[0023]
In FIG. 1, the ignition coil 17 for the second cylinder 17, the transistor Q12, the current detection resistor 20, the power supply capacitor 60, the resistor 62, the Zener diode 58, the diode 59, and the ion current detection resistor 61 are shown. There are as many ignition coils, transistors, resistors, capacitors, diodes, etc. as there are engine cylinders.
[0024]
On the other hand, an electronic control unit (ECU) 21 can detect the state of the engine (intake air amount, rotation speed, cooling water temperature, etc.) by inputting signals from various sensors. Then, the ECU 21 determines an optimal ignition timing according to the engine state at that time. A drive circuit 22 is connected to the ECU 21, and the ECU 21 outputs a cylinder discrimination signal IGt and a discharge section signal IGw to the drive circuit 22. Each of the transistors Q1, Q11, and Q12 described above is connected to the drive circuit 22 serving as a switching element control unit, outputs a drive signal A to the transistor Q1, and outputs a first cylinder drive signal B # 1 to the transistor Q11. Second cylinder drive signal B # 2 is output to transistor Q12.
[0025]
Further, the ECU 21 monitors the applied voltage (voltage at the α1 point) between both terminals of the current detection resistor 16. Similarly, the ECU 21 monitors the applied voltage (voltage at the α2 point) between both terminals of the current detection resistor 20 corresponding to a cylinder other than the first cylinder. The applied voltage between both terminals of the current detection resistors 16 and 20 corresponds to the primary current i ₁ .
[0026]
Thus, the first series circuit including the battery 10 as the DC power source, the energy storage coil 11 and the transistor Q1 as the first switching element is formed, and the energy storage coil 11 serves as a backflow prevention means. The capacitor 12 is connected via the diode D1, and further includes a capacitor 12, a primary coil 14 (18) of the ignition coil 13 (17), and a transistor Q11 (Q12) as a second switching element. Two series circuits are formed.
[0027]
Further, a power supply capacitor 40 (60) is connected to the secondary coil 15 (19), and a resistor 42 (62) as a discharge buffer means is connected in series to the power supply capacitor 40 (60). Further, the Zener diode 38 (58), the diode 39 (59), the ion current detection resistor 41 (61), and the amplifier circuit 43 constitute an ion current detection means.
[0028]
Next, the operation of the ignition device configured as described above will be described with reference to FIG.
Discharge section signal IGw, cylinder discrimination signal IGt, drive signal A of transistor Q1, drive signal B # 1 of transistor Q11, current i ₀ flowing through energy storage coil 11, and primary current i ₁ of ignition coil 13 FIG. 2 shows signal waveforms, current waveforms, and voltage waveforms at the Vc point between the secondary current i ₂ and the power supply capacitor 40 and the Zener diode 38 in FIG.
[0029]
A cylinder discrimination signal IGt is output from the ECU 21 to the drive circuit 22, and the signal IGt is at the H level during the period from t1 to t2 in FIG. The drive circuit 22 outputs a drive signal A having a waveform synchronized with the signal IGt to the transistor Q1. With this signal A, the transistor Q1 is turned on, and the current i ₀ gradually increases, and the high voltage energy generated in the energy storage coil 11 when the transistor Q1 is turned off causes the primary coil 14 of the ignition coil 13 to pass through the diode D1. To be supplied.
[0030]
On the other hand, the discharge section signal IGw is at the H level during the period from t2 to t3 in FIG. 2, and discharge is performed during this period. Specifically, the drive circuit 22 outputs a signal that is inverted every predetermined time (a signal that is inverted at the timing of t11, t12,...) To the transistor Q1 as the drive signal A, and the high voltage energy generated in the energy storage coil 11 when turned off Is stored in the capacitor 12 via the diode D1 (so-called multiple charging). During this repetitive operation, the drive circuit 22 outputs a signal complementary to the drive signal A (a signal inverted at timings t2, t11, t12,...) To the transistor Q11 as the drive signal B # 1. By this signal B # 1, the energy of the capacitor 12 is supplied to the primary coil 14 of the ignition coil 13, and a large secondary is generated when the primary current i ₁ is interrupted (timing t11, t13, t15, t17 in FIG. 2). A current i ₂ (high voltage) is generated and multiple ignition is performed.
[0031]
At this time, the spark discharge current flows from the ground electrode of the spark plug to the center electrode during the negative discharge (periods t2 to t11, t12 to t13, t14 to t15, and t16 to t17 in FIG. The power supply capacitor 40 is charged and flows to the ground side via the Zener diode 38. Further, during the positive discharge (periods t11 to t12, t13 to t14, and t15 to t16 in FIG. 2), the resistor 42 suppresses the discharge of the power supply capacitor 40.
[0032]
Then, for the next ignition, the transistor Q1 is turned on at the timing t17 and turned off at the timing t18. The energy generated in the energy storage coil 11 during the period t17 to t18 is accumulated in the capacitor 12. The That is, when the transistor Q11 is turned on in the period t2 to t11 in the operation for the current ignition, the energy accumulated in the capacitor 12 in the period t17 to t18 (the operation for the previous ignition) and the period t1 to t2 The energy generated in the energy storage coil 11 is supplied to the primary coil 14 of the ignition coil 13. That is, in the primary current i ₁ in the period from t2 to t11 in FIG. 2, the energy stored in the capacitor 12 in the projecting current portion e1 is taken over, and the subsequent slow current portion e2 is stored in the energy storage coil 11 in the period from t1 to t2. The energy generated in is responsible.
[0033]
After the spark discharge is finished, a voltage is applied between the electrodes of the ignition plug by the charging voltage of the power supply capacitor 40 regulated by the Zener voltage of the Zener diode 38, and ions generated when the air-fuel mixture burns are ignited as an ionic current. Flows between plug electrodes. The ion current flows from the center electrode of the spark plug to the ground electrode, further, in addition to flowing from the ground side to the power supply capacitor 40 through the ion current detection resistor 41 and the resistor 42, most of the ion current from the ground side It flows through the Zener diode 38 .
At this time, the input potential of the amplifier circuit 43 changes according to the change of the ion current flowing through the ion current detection resistor 41, and an ion current signal having a voltage corresponding to the ion current is output from the output terminal of the amplifier circuit 43.
[0034]
Similar operations are performed in cylinders other than the first cylinder. That is, in the drive circuit 22, the cylinder is discriminated by the cylinder discrimination signal IGt, and the drive signal B # 2 etc. is output to the transistor Q12 etc. instead of the transistor Q11, and multiple charging and multiple ignition are performed. After the spark discharge is finished, the input potential of the amplifier circuit 43 changes according to the change of the ion current flowing through the ion current detection resistor 61, and an ion current signal having a voltage corresponding to the ion current is output from the output terminal of the amplifier circuit 43. Is done.
[0035]
In this way, the drive circuit 22 as the first switching element control means turns on the transistor Q1 in an on / off (conduction / cutoff) state, charges the capacitor 12 with the energy stored in the energy storage coil 11, and performs ignition. At a time, the transistor (Q11, etc.) is turned on / off, and the energy charged in the capacitor 12 is supplied to the primary coil (14, etc.) of the ignition coil (13, etc.), whereby an ignition operation is performed. Specifically, the drive circuit 22 receives the cylinder discrimination signal IGt and the discharge section signal IGw, and continuously turns on / off the transistor Q1 in a predetermined discharge section with respect to the target cylinder to multiply charge the capacitor 12. The transistors (Q11, etc.) are operated in a complementary manner with the transistor Q1 to perform multiple ignition. Thereafter, an ion current between the electrodes of the spark plug is detected during combustion of the air-fuel mixture.
[0036]
In the first embodiment described above, the energy stored in the capacitor 12 and the energy stored in the energy storage coil 11 at the previous ignition timing are transferred to the primary coil (14 etc.) of the ignition coil (13 etc.). While being supplied, a high voltage for ignition is applied to the secondary coil (15, etc.), and the spark plug generates a spark.
In addition, the transistors (Q1 and Q11, etc.) are alternately intermittently connected during a predetermined discharge period thereafter, and multiple discharges are performed, so that ignition energy is periodically supplied during the discharge period, and the spark of the spark plug is sustained.
[0037]
Further, a power supply capacitor 40 (60) that is charged by the energy of the secondary coil 15 (19) of the ignition coil 13 (17) and applies a voltage to the spark plug is connected to the secondary coil 15 (19). Since the resistor 42 (62) that suppresses the discharge of energy of the power supply capacitor 40 (60) at the time of positive discharge of the coil 15 (19) is connected in series with the power supply capacitor 40 (60), it is negative in multiple discharge. The power supply capacitor 40 (60) is charged during discharging, and the discharge of the power supply capacitor 40 (60) is suppressed during positive discharge. Therefore, the ion current between the electrodes of the spark plug can be easily detected by detecting the ion current flowing between the power supply capacitor 40 (60) and the spark plug by the ion current detection resistor 41 during the combustion of the air-fuel mixture. Can do.
Furthermore, the ion current can be detected simply by changing only the configuration using the components of the conventional ion current detection circuit.
[0038]
(Second embodiment)
A second embodiment is shown in FIG. Components that are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIG.
In the second embodiment, as shown in FIG. 3, a transistor Q21 and a diode D2 are connected in series between a point c and a point b between the battery 10 and the energy storage coil 11. The drive circuit 22 is connected to the transistor Q21 and outputs a switching drive signal SG1 to the transistor Q21. The ECU 21 determines that a failure has occurred when a situation in which the monitor voltage (primary current i ₁ ) during the ignition operation does not reach a predetermined value continuously occurs a predetermined number of times.
[0039]
In this way, the second reverse flow with respect to the energy storage coil 11 and the diode D1 in the series circuit including the battery 10, the energy storage coil 11, the diode D1, the primary coil 14 (18) of the ignition coil, and the transistor Q11 (Q12). A diode D2 as a prevention means is connected in parallel.
[0040]
Next, the operation of the ignition device configured as described above will be described with reference to FIG. Since the normal operation other than the failure is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
FIG. 4 shows signal waveforms, current waveforms, and voltage waveforms at the time of failure. When the ECU 21 detects that a failure has occurred in the voltage monitor using the current detection resistors 16 and 20, the ECU 21 switches from the normal mode to the fail-safe mode.
[0041]
In the fail safe mode, first, the ECU 21 sets the drive signal SG1 to the H level to turn on the transistor Q21 at the timing of t20 in FIG. 4, and sets the output level of the discharge section signal IGw as a signal to the drive circuit 22. Switch from the previous maximum of 5 volts to 12 volts. The drive circuit 22 monitors the voltage of the input port (indicated by P1 in FIG. 3) of the discharge interval signal IGw. When the voltage is switched to 12 volts, the drive circuit 22 determines that it is in the fail-safe mode and sets the cylinder discrimination signal IGt for each cylinder. The signals are distributed and output as signals B # 1 and B # 2. Transistors Q11 and Q12 are turned on / off by signals B # 1 and B # 2. That is, in the first cylinder, the transistor Q11 is turned on at timing t21 in FIG. 4 and turned off at timing t22. When the transistor Q11 is turned on, energy is supplied from the battery 10 to the primary coil 14 of the ignition coil 13 via the diode D2, and when the primary current i ₁ of the ignition coil 13 is cut off (timing at t22 in FIG. 4). A large secondary current i ₂ (high voltage) is generated and is used for ignition. Similarly, for example, for the second cylinder, the transistor Q12 is turned on at the timing of t23 in FIG. 4 and turned off at the timing of t24, and ignition is performed.
[0042]
As described above, when a failure occurs such that the energy storage coil 11, the transistor Q1, the diode D1, or the capacitor 12 fails, or an abnormality occurs in the wiring of these components, the drive circuit 22 as the second switching element control means At the ignition timing, the transistor Q11 (Q12) is turned on / off (conductive / shut off), and the energy of the battery 10 is supplied to the primary coil 14 (18) of the ignition coil 13 (17) via the diode D2. Thereby, it becomes possible to perform evacuation travel. In addition, the diode D2 prevents the energy charged in the capacitor 12 from flowing backward to the battery 10 during normal times other than the failure.
[0043]
Thus, the retreat travel can be performed by operating the ignition coil 13 (17) with the energy of the battery 10 using the bypass path to the ignition energization path leading to the engine stop at the time of failure. As a result, ignition using one battery 10 can be performed at the time of failure and at other normal times, and an engine ignition device having a fail-safe function can be achieved with a simpler configuration.
[0044]
In particular, the drive circuit 22 switches the transistor Q21 from the previous shut-off state to the conductive state at the time of failure, so that the primary coil 14 of the ignition coil 13 (17) from the battery 10 via the diode D2 is not normal at the time of failure. The energy supply path to (18) can be reliably cut off.
[0045]
Further, a power supply capacitor 40 (60) that is charged by the energy of the secondary coil 15 (19) of the ignition coil 13 (17) and applies a voltage to the spark plug is connected to the secondary coil 15 (19). Since the resistor 42 (62) that suppresses the discharge of energy of the power supply capacitor 40 (60) during the plus discharge of the coil 15 (19) is connected in series with the power supply capacitor 40 (60), The power supply capacitor 40 (60) is charged during negative discharge, the power supply capacitor 40 (60) is charged when the transistor Q11 (Q12) is turned on during failure, and the power supply capacitor 40 (60) is discharged during positive discharge. Is suppressed. Therefore, the ion current between the electrodes of the spark plug can be easily detected by detecting the ion current flowing between the power supply capacitor 40 (60) and the spark plug by the ion current detection resistor 41 during the combustion of the air-fuel mixture. Can do.
[0046]
Furthermore, the drive circuit 22 inputs the cylinder discrimination signal IGt at the time of failure, and turns on / off the transistor Q11 (Q12) in synchronization with the cylinder discrimination signal IGt. The transistor Q11 (Q12) can be easily controlled without generating a signal.
[0047]
Furthermore, since the mode switching information is transmitted by switching the signal level in the discharge section signal IGw that is not used at the time of the fail safe mode, the mode switching information is effectively utilized by the signal that is not used at the time of the fail safe mode. Can be communicated.
In the second embodiment shown in FIG. 3, the transistor Q21 and the diode D2 are provided in the bypass path. However, in the present invention, only the diode D2 may be provided.
[0048]
(Third embodiment)
A third embodiment is shown in FIG. Components that are substantially the same as those of the first embodiment shown in FIG.
In the third embodiment, as shown in FIG. 5, a diode D20 as a second backflow prevention means and a transistor Q210 are connected in parallel to the energy storage coil 11, and a transistor is used at the ignition timing at the time of failure by the drive circuit 22. Q11 is turned on / off, and the energy of the battery 10 is supplied to the primary coil 14 (18) of the ignition coil via the diodes D1 and D20. In this case, the diode D20 prevents the energy stored in the energy storage coil 11 from flowing back to the battery 10 in a normal time other than a failure time.
[0049]
In the third embodiment, the same effect as that of the second embodiment shown in FIG. 3 can be obtained. In the third embodiment, since the failure cannot be dealt with when the diode D1 fails as compared with the second embodiment shown in FIG. 4, the breakdown voltage is increased as the diode D1 of the third embodiment shown in FIG. It is desirable to take such measures.
[0050]
Also, the transistor Q210 provided in the middle of the parallel circuit including the diode D20 of the third embodiment shown in FIG. 5 is switched from the previous cut-off state to the conductive state by the drive circuit 22 at the time of failure. As a result, the energy supply path from the battery 10 to the primary coil 14 (18) of the ignition coil 13 (17) via the diodes D1 and D20 can be reliably cut off during normal times other than when a failure occurs.
In the third embodiment, the transistor Q210 and the diode D20 are provided in the bypass path. However, in the present invention, only the diode D20 may be provided.
[0051]
As the transistors Q1, Q11, Q12, Q21, and Q210 in the embodiments described above, any of bipolar transistors, FETs (preferably P-channel MOSFETs), and IGBTs may be used. Any may be adopted.
In the second and third embodiments, the failure detection is performed by monitoring the primary current i ₁ using the resistors 16 and 20. However, the present invention is not limited to this. For example, the ion current is monitored. It goes without saying that a method of performing the above may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electrical configuration diagram showing an engine ignition device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing a signal waveform, a current waveform, and a voltage waveform of the engine ignition device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an electrical configuration diagram illustrating an engine ignition device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a signal waveform, a current waveform, and a voltage waveform at the time of failure of the engine ignition device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an electrical configuration diagram showing an engine ignition device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an electrical configuration diagram showing an engine ignition device according to the prior art.
FIG. 7 is a diagram showing signal waveforms, current waveforms, and voltage waveforms of an engine ignition device according to the prior art.
[Explanation of symbols]
10 Battery (DC power supply)
11 Energy Storage Coil 12 Capacitor (Capacitance Discharge Capacitor)
13, 17 Ignition coils 14, 18 Primary coil 15, 19 Secondary coil 16, 20 Current detection resistor 21 ECU
22 Drive circuit (first switching element control means, second switching element control means)
38, 58 Zener diode (Ion current detection means)
39, 59 Diode (ion current detection means)
40, 60 Power supply capacitors 41, 61 Ion current detection resistors (ion current detection means)
42, 62 Resistance (discharge buffering means)
43 Amplifier circuit Q1 transistor (first switching element)
Q11, Q12 Transistor (second switching element)
Q21, Q210 Transistor D1 Diode (first backflow prevention means)
D2, D20 diode (second backflow prevention means)
IGt Cylinder identification signal IGW Discharge zone signal

Claims

A first series circuit including a DC power source, an energy storage coil and a first switching element;
A second series circuit including a capacitive discharge capacitor connected to the energy storage coil via backflow prevention means, a primary coil of an ignition coil, and a second switching element;
The first switching element is turned on / off to charge the capacitor discharging capacitor with the energy stored in the energy storage coil, and the second switching element is turned on / off at the ignition timing to discharge the capacity discharging capacitor. Switching element control means for supplying energy charged in the capacitor to the primary coil;
A power supply capacitor connected to the secondary coil of the ignition coil and charged by the energy of the secondary coil to apply a voltage to the ignition plug of the internal combustion engine;
Discharge buffer means connected in series to the power supply capacitor, and suppressing the discharge of energy of the power supply capacitor during the positive discharge of the secondary coil;
With said power supply capacitor during combustion of the mixture and the ion current detecting means for detecting an ion current flowing between the spark plug,
The ion current detection means includes
A Zener diode having one end connected to the secondary coil of the ignition coil in parallel with the power supply capacitor and the other end grounded;
An ionic current detection resistor having one end connected in series to the power supply capacitor via the discharge buffer means and the other end grounded;
The discharge buffer means and the ion current detection resistor are connected in parallel, and constituted by ion current detection backflow prevention means for preventing a backflow of current from the ground side to the power supply capacitor side,
An ignition device for an internal combustion engine , wherein a potential between the discharge buffer means and the ion current detection resistor is detected .

A first series circuit including a DC power source, an energy storage coil and a first switching element;
A second series circuit including a capacitive discharge capacitor connected to the energy storage coil via first backflow prevention means, a primary coil of an ignition coil, and a second switching element;
The first switching element is turned on / off to charge the capacitor discharging capacitor with the energy stored in the energy storage coil, and the second switching element is turned on / off at the ignition timing to discharge the capacity discharging capacitor. First switching element control means for supplying energy charged in the capacitor to the primary coil;
Connected in parallel to the energy storage coil and the first backflow prevention means in a series circuit including the DC power source, the energy storage coil, the first backflow prevention means, the primary coil and the second switching element. Second backflow prevention means to be performed;
Second switching element control means for conducting / interrupting the second switching element at the ignition timing at the time of failure and supplying energy of the DC power source to the primary coil via the second backflow prevention means; ,
A power supply capacitor connected to the secondary coil of the ignition coil and charged by the energy of the secondary coil to apply a voltage to the ignition plug of the internal combustion engine;
Discharge buffer means connected in series to the power supply capacitor, and suppressing the discharge of energy of the power supply capacitor during the positive discharge of the secondary coil;
Ionic current detection means for detecting an ionic current flowing between the power supply capacitor and the spark plug during combustion of the air-fuel mixture;
An ignition device for an internal combustion engine comprising:

A first series circuit including a DC power source, an energy storage coil and a first switching element;
A second series circuit including a capacitive discharge capacitor connected to the energy storage coil via first backflow prevention means, a primary coil of an ignition coil, and a second switching element;
The first switching element is turned on / off to charge the capacitor discharging capacitor with the energy stored in the energy storage coil, and the second switching element is turned on / off at the ignition timing to discharge the capacity discharging capacitor. First switching element control means for supplying energy charged in the capacitor to the primary coil;
Second backflow prevention means connected in parallel to the energy storage coil;
Second switching element for conducting / interrupting the second switching element at the ignition timing at the time of failure and supplying energy of the DC power source to the primary coil via the first and second backflow prevention means Control means;
A power supply capacitor connected to the secondary coil of the ignition coil and charged by the energy of the secondary coil to apply a voltage to the ignition plug of the internal combustion engine;
Discharge buffer means connected in series to the power supply capacitor, and suppressing the discharge of energy of the power supply capacitor during the positive discharge of the secondary coil;
Ionic current detection means for detecting an ionic current flowing between the power supply capacitor and the spark plug during combustion of the air-fuel mixture;
An ignition device for an internal combustion engine comprising: