WO2017168776A1 - 内燃機関用負荷駆動装置および内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

点火装置１０は、内燃機関２により駆動される発電機３から給電されている。点火装置１０は、制御装置１７を備える。制御装置１７は、電源電圧ＶＢが所定の閾値電圧を下回るときに、比較的長いオン時間ＴｏｎＬをもつスイッチング信号によってスイッチング素子３２を駆動する。制御装置１７は、電源電圧ＶＢが所定の閾値電圧を上回るときに、比較的短いオン時間ＴｏｎＳをもつスイッチング信号によってスイッチング素子３２を駆動する。オン時間ＴｏｎＬは、オン時間ＴｏｎＳより長い。短いオン時間ＴｏｎＳは、トランス３１を含む回路に流れる電流を抑制する。これにより、点火機能を維持しながら、過電圧に対する保護が実現される。

Description

内燃機関用負荷駆動装置および内燃機関用点火装置 関連出願の相互参照

　この出願は、２０１６年３月２９日に出願された日本特許出願２０１６－０６５７７３号を基礎出願とするものであり、基礎出願の開示内容は参照によってこの出願に組み込まれている。

　この明細書における開示は、高電圧に対する保護機能を有する内燃機関用負荷駆動装置および内燃機関用点火装置に関する。

　特許文献１－４は、内燃機関によって駆動される発電機から過度な高電圧（過電圧）が出力される場合に、発電機から給電される回路を保護する保護機能を有する装置を開示する。これらの従来技術は、過電圧が検出されると、点火装置を停止させている。その結果、発電機の出力が低下し、回路が保護される。

特開２００４－３２４５１６号公報 特開２００５－３２０８９２号公報 特開２０１１－２０８５２２号公報 特開２０１２－１７６９７号公報

　従来技術では、過電圧が発生すると、内燃機関の回転速度が急激に低下する。これでは、内燃機関の出力を利用する機器の機能も急激に失われることがある。例えば、発電機の出力を利用する電気機器の機能が失われることがある。また、内燃機関の出力を走行動力として利用する車両においては、速度変動が発生することがある。

　上述の観点において、または言及されていない他の観点において、内燃機関用負荷駆動装置および内燃機関用点火装置にはさらなる改良が求められている。

　開示されるひとつの目的は、電気機器の機能を失うことなく、過電圧から回路を保護することができる内燃機関用負荷駆動装置を提供することである。

　開示されるひとつの目的は、内燃機関の回転数の変動を抑制しながら、過電圧から回路を保護することができる内燃機関用負荷駆動装置および内燃機関用点火装置を提供することである。

　ここに開示された内燃機関用負荷駆動装置は、誘導性素子（３１）および誘導性素子への通電を断続するスイッチング素子（３２）を有しており、電源端子（１１）から入力される電源電圧（ＶＢ）を変換するコンバータ回路（１４）と、スイッチング素子を駆動する制御装置（１７）とを備えている。制御装置は、電源電圧（ＶＢ）が所定の閾値電圧（Ｖｔｈ）を下回るか、電源電圧（ＶＢ）が閾値電圧を上回るかを判定する判定部（１７１、１７２）、電源電圧（ＶＢ）が所定の閾値電圧（Ｖｔｈ）を下回るときに、第１のオン時間（ＴｏｎＬ）をもつスイッチング信号によりスイッチング素子を駆動する通常制御部（１７３、１７５）、および電源電圧（ＶＢ）が閾値電圧を上回るときに、第１のオン時間より短い第２のオン時間（ＴｏｎＳ）をもつスイッチング信号によりスイッチング素子を駆動する保護制御部（１７４、１７５）を含む。

　開示される内燃機関用負荷駆動装置によると、電源電圧が閾値電圧を下回るとき、第１のオン時間をもつスイッチング信号によってスイッチング素子が駆動される。これにより、コンバータ回路は、電力変換する。電源電圧が閾値電圧を上回るとき、第２のオン時間をもつスイッチング信号によってスイッチング素子が駆動される。第２のオン時間は、第１のオン時間より短い。これにより、コンバータ回路は、電源電圧が高いときでも、電力変換することができる。しかも、短い第１のオン時間は、コンバータ回路に流れる電流を抑制する。この結果、高い電源電圧に起因する過電流が抑制され、回路が保護される。

　ここに開示された内燃機関用点火装置は、上記内燃機関用負荷駆動装置と、出力端子から供給される電流により高電圧を発生する点火コイル（７）とを備え、負荷回路は、ＣＤＩ回路（１５）である。開示される内燃機関用点火装置によると、内燃機関の回転数の変動を抑制しながら、過電圧から回路を保護することができる。

　この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る内燃機関システムのブロック図である。 第１実施形態の制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の制御処理を示す表である。 第１実施形態の通常作動の一例を示す波形図である。 第１実施形態の保護作動の一例を示す波形図である。

　図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

　第１実施形態
　図１は、一実施例としての内燃機関システム１を示す。内燃機関システム１は、動力源としての内燃機関（ＥＮＧ）２を有する。内燃機関２は、火花点火式の内燃機関である。内燃機関２は、ガソリンを燃料とする、いわゆるガソリンエンジンである。内燃機関システム１は、内燃機関２によって駆動される発電機（ＡＣＧ）３を有する。発電機３は、交流発電機である。内燃機関システム１は、発電機３によって電力を供給する発電機システムを提供する。同時に、内燃機関システム１は、地上走行車両、船舶、航空機、作業機械などの動力システムを提供してもよい。この実施形態では、内燃機関システム１は、比較的小型の乗り物に搭載されている。このような乗り物の一例は、二輪車である。

　内燃機関システム１は、乗り物に搭載された電気負荷に電力を供給し、駆動するための電源装置として構成されている。内燃機関システム１は、電気負荷を駆動するための内燃機関用負荷駆動装置を含む。電気負荷は、内燃機関２を作動させるための主要な電気機器と、付加的な電気機器とを含む場合がある。主要な電気機器は、例えば、始動電動機、点火装置、および／または燃料供給装置を含む場合がある。内燃機関システム１は、点火装置に電力を供給するための内燃機関用点火装置を含む。付加的な電気機器は、例えば、前照灯、方向指示灯、および／またはメータを含む場合がある。これら電気機器の一部には、電源電圧によって供給可能な電力を上回る大電力を一時的に必要とする機器がある。内燃機関用負荷駆動装置は、一時的な大電力を供給するために電力変換機能を有している。

　内燃機関システム１は、乗り物の走行用動力源としても構成されている。内燃機関２は、変速機などを介して乗り物の推進機構に連結されている。よって、内燃機関２の回転数が増減すると、速度、音などが変化し、乗り物の利用者は、その変化を感知する。回転数の変化が意図しないものである場合、乗り物の利用者は、不快を感じることもある。

　内燃機関システム１は、電力変換回路（ＲＥＣ－ＲＥＧ）４を有する。電力変換回路４は、整流回路（ＲＥＣ）と、電圧調整回路（ＲＥＧ）とを有する場合がある。整流回路は、発電機３から出力される交流電力を整流し、直流電力を出力する。電圧調整回路は、発電機３から出力される電圧を所定の調整電圧に調整する。例えば、発電機３から出力される電圧は、約１４Ｖに調整される。

　内燃機関システム１は、電力変換回路４から出力された電力によって充電されるバッテリ５を有する。バッテリ５は、電気機器に電力を供給する。バッテリ５は、内燃機関２を始動するための始動電動機など、主要な電気機器に電力を供給する。また、バッテリ５は、前照灯など付加的な電気機器にも電力を供給する。

　内燃機関システム１は、点火装置１０を有する。点火装置１０は、発電機３、電力変換回路４およびバッテリ５から供給される電力によって、内燃機関２を作動させるための点火火花を生成する。点火装置１０は、点火回路６、点火コイル７、および点火プラグ８を有する。点火回路６は、点火コイル７へ通電するとともに、その通電を断続する。点火コイル７は、点火プラグ８が点火火花を発生するために必要な高電圧を発生する。点火回路６は、所定の点火タイミングにおいて点火プラグ８に点火火花が発生するように、点火コイル７への通電の断続タイミングを制御する。さらに、点火回路６は、点火コイル７への通電電力を調整するための電力変換機能を含む。点火回路６は、大電力を点火コイル７に供給するための昇圧機能を有する。

　点火コイル７は、電磁的に結合した一次コイルと二次コイルとを利用して高電圧を発生する。よって、点火コイル７、およびそれを含む点火装置１０は、誘導性の電気負荷である。点火回路６は、誘導性の電気負荷に電力を供給することにより、誘導性の電気負荷を作動させる誘導性負荷駆動回路、または誘導性負荷用電源回路を提供している。点火コイル７は、間欠的に高電圧を発生させる。よって、点火コイル７、およびそれを含む点火装置１０は、間欠的に駆動される電気負荷とも呼ばれる。点火回路６は、間欠的に大電力を出力する間欠負荷駆動回路、または間欠負荷用電源回路を提供している。

　点火回路６は、電源端子１１を有する。点火回路６は、電源端子１１を経由して電力を受け入れる。電源端子１１は、電力変換回路４、およびバッテリ５に接続されている。点火回路６は、電源端子１１から電力を受け入れるダイオード１２を有する。点火回路６は、電源端子１１およびダイオード１２を経由して電源電圧ＶＢを入力している。ダイオード１２は、バッテリ５の接続を誤った場合に、点火回路６を保護する。ダイオード１２は、保護素子と呼ぶことができる。ダイオード１２以外の抵抗素子、スイッチ素子などの保護素子によって点火回路６を保護しても良い。

　点火回路６は、電圧検出回路１３を有する。電圧検出回路１３は、電源電圧ＶＢを示す電気信号を出力する。図示の例では、電圧検出回路１３は、分圧回路によって提供されている。分圧回路は、直列接続された抵抗２１、２２を有している。分圧回路は、電源端子１１に対して並列接続されている。

　点火回路６は、ＤＣＤＣコンバータ回路１４（以下、コンバータ回路１４と呼ぶ）を有する。コンバータ回路１４は、電源端子１１から入力される電源電圧ＶＢを変換する。コンバータ回路１４は、昇圧回路とも呼ばれる。

　コンバータ回路１４は、絶縁型トランスであるトランス３１を有する。トランス３１は、誘導性素子である。トランス３１は、電源端子１１から給電される一次コイル、および後述の負荷回路に接続される二次コイルを含む。

　コンバータ回路１４は、スイッチング素子３２を有する。スイッチング素子３２は、トランス３１の一次コイルへの通電を断続するように、電源端子１１と一次コイルとを通る閉回路に直列に配置されている。スイッチング素子３２は、ＦＥＴによって提供されている。スイッチング素子３２は、電力用トランジスタ、ＩＧＢＴなど、多様な素子によって提供することができる。

　コンバータ回路１４は、整流素子３３と、コンデンサ３４とを有する。整流素子３３は、トランス３１の二次コイルを含む閉回路に配置されている。整流素子３３は、ダイオードによって提供されている。コンデンサ３４は、トランス３１の二次コイルを含む閉回路に配置されている。コンデンサ３４は、コンバータ回路１４から供給される電力によって充電される。コンデンサ３４は、後述のＣＤＩ回路１５の一部を構成する素子でもある。

　スイッチング素子３２は、後述の制御装置１７によって、オンオフを繰り返すように制御される。スイッチング素子３２は、１回の駆動サイクルにおいて、オフ状態からオン状態へ切り替えられ、オン時間Ｔｏｎの後にオン状態からオフ状態へ切り替えられ、オフ時間Ｔｏｆｆの間にわたってオフ状態を維持するように制御される。さらに、スイッチング素子３２は、複数の駆動サイクルを繰り返すように制御される。このような制御は、スイッチング駆動、スイッチング制御、またはＰＷＭ制御等と呼ばれる。

　スイッチング素子３２は、点火タイミングと点火タイミングとの間の期間においてコンデンサ３４を所定の電圧水準まで充電するようにスイッチング駆動される。例えば、スイッチング素子３２は、予め設定されたスイッチングシーケンスに従ってオンオフを繰り返す。スイッチング素子３２のスイッチングによってトランス３１の二次側には高電圧が誘起される。高電圧は、整流素子３３によって整流され、コンデンサ３４に充電される。

　このように、コンバータ回路１４は、スイッチング素子３２がスイッチング駆動されることによってコンデンサ３４を徐々に充電する。この結果、コンデンサ３４は徐々に充電され、コンデンサ３４の電圧は徐々に上昇する。

　点火回路６は、ＣＤＩ回路１５を有する。ＣＤＩは、Capacitor Discharge Ignitionを意味している。ＣＤＩ回路１５は、コンバータ回路１４から給電される負荷回路である。ＣＤＩ回路１５は、点火コイル７へ供給される一次電流をコンデンサ３４からの放電によって供給する。ＣＤＩ回路１５は、点火コイル７の一次コイルに大きいエネルギーを供給する。これにより、点火コイル７の二次側出力に高い電圧が安定的に発生する。この結果、点火プラグ８に強力な火花を安定的に発生させることができる。

　ＣＤＩ回路１５は、サイリスタ４１を有する。サイリスタ４１は、コンデンサ３４と点火コイル７とを含む放電回路、すなわち閉回路を開閉するためのスイッチング素子を提供する。サイリスタ４１が点弧されることにより、コンデンサ３４から点火コイル７へ一次電流が供給される。サイリスタ４１が消弧されることにより、一次電流が遮断される。上述のコンデンサ３４は、ＣＤＩ回路１５の一部でもある。

　点火回路６は、電源回路（ＰＷＳＰ）１６を有する。電源回路１６は、後述の制御装置１７のための安定化電源を供給するための回路である。電源回路１６は、マイクロコンピュータの電源電圧、例えば５Ｖを出力する。電源回路１６は、電源電圧ＶＢを降圧することによって安定化電源を出力する降圧回路である。電源回路１６は、電源電圧ＶＢが過度の高電圧になった場合にも、制御装置１７を保護する保護機能を含む。

　点火回路６は、制御装置（ＣＮＴＬ）１７を有する。制御装置１７は、スイッチング信号をスイッチング素子３２に供給することにより、スイッチング素子３２を駆動する。さらに、点火回路６は、クロック回路１８を有する。クロック回路１８は、制御装置１７が演算処理を実行するためのタイミング信号を供給する。

　制御装置１７は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置は、少なくともひとつの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムおよびデータを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置（ＭＭＲ）とを有する。制御装置１７は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置１７は、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御装置１７によって実行されることによって、制御装置１７をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置１７を機能させる。

　制御装置１７は、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、機能を実行するためのブロックと呼ぶことができる。別の観点では、それらの要素の少なくとも一部は、構成として解釈されるモジュール、またはセクションと呼ぶことができる。制御装置が提供する手段および／または機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置１７がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

　制御装置１７は、電源回路１６から安定化電源を受け入れる電源端子Ｖｃｃを有する。制御装置１７は、電源回路１６によって、電源電圧ＶＢの過度の高電圧から保護されている。制御装置１７は、電圧検出回路１３から電源電圧ＶＢを示す信号を入力する入力端子Ｖｉｎを有する。入力端子Ｖｉｎに入力された信号は、メモリ装置ＭＭＲに格納される。制御装置１７は、スイッチング素子３２をスイッチング駆動するための信号を出力する第１出力端子ＯＵＴ１を有する。第１出力端子ＯＵＴ１に出力される信号は、所定のデューティ比Ｄｔを有する。制御装置１７は、サイリスタ４１を点弧するための信号を出力する第２出力端子ＯＵＴ２を有する。

　制御装置１７は、コンデンサ３４を充電するようにコンバータ回路１４を操作する昇圧制御装置でもある。制御装置１７は、スイッチング素子３２のためのスイッチング信号を出力する。スイッチング信号は、コンデンサ３４の充電特性に適合するように設定されている。

　例えば、スイッチング信号の周期は、コンデンサ３４の充電が進展するにつれて短くなるように設定されている。スイッチング信号のオン時間Ｔｏｎは、電源電圧ＶＢに応じて、設定することができる。スイッチング信号のデューティ比Ｄｔは、コンデンサ３４の充電が進展するにつれて大きくなるように設定することができる。デューティ比Ｄｔは、オン時間Ｔｏｎと、オフ時間Ｔｏｆｆとに基づいて、Ｄｔ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）として表わすことができる。

　スイッチング信号は、１回の点火と次の点火との間の期間において、コンデンサ３４を所定の電圧水準まで充電できるように設定されている。スイッチング信号は、コンバータ回路１４によってコンデンサ３４を徐々に、別の観点ではステップ状に充電するための一連の充電シーケンスに対応している。一連の充電シーケンスは、複数の駆動サイクルを含む。一回の駆動サイクルにおいて、スイッチング素子３２は、オフ状態からオン状態に切り替えられ、オン時間Ｔｏｎにわたってオン状態を維持した後に、オン状態からオフ状態に切り替えられ、オフ時間Ｔｏｆｆにわたってオフ状態を維持する。

　制御装置１７は、ひとつの点火が終了すると、一連の充電シーケンスを開始する。制御装置１７は、次の点火が必要となる前に、一連の充電シーケンスを終了する。制御装置１７は、コンデンサ３４を所定の電圧水準まで充電するための一連の充電シーケンスを実行する充電制御装置である。

　一連の充電シーケンスは、例えば、駆動サイクルの回数で特徴づけられる場合がある。一連の充電シーケンスは、例えば、オン時間Ｔｏｎで特徴づけられる場合がある。一連の充電シーケンスは、例えば、オフ時間Ｔｏｎで特徴づけられる場合がある。一連の充電シーケンスは、例えば、駆動サイクルにおけるデューティ比Ｄｔによって特徴づけられる場合がある。一連の充電シーケンスは、回数、オン時間Ｔｏｎ、オフ時間Ｔｏｆｆ、およびデューティ比Ｄｔのうちの少なくとも２つの組み合わせによって特徴づけられる場合がある。この実施形態では、一連の充電シーケンスは、オン時間Ｔｏｎ、およびオフ時間Ｔｏｆｆによって特徴づけられている。

　制御装置１７は、一連の充電シーケンスの中において、スイッチング信号のデューティ比Ｄｔを徐々に変化させる。デューティ比Ｄｔは、コンデンサ３４を適切に充電できるように設定される。例えば、一連の充電シーケンスの初期においては、小さいデューティ比Ｄｔが設定され、後期においては大きいデューティ比Ｄｔが設定される。デューティ比Ｄｔは、オン時間Ｔｏｎを一定として、オフ時間Ｔｏｆｆを変化させることによって変化させることができる。デューティ比Ｄｔは、オフ時間Ｔｏｆｆを一定として、オン時間Ｔｏｎを変化させることによって変化させてもよい。デューティ比Ｄｔは、オン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆとの両方を変化させることによって変化させてもよい。

　制御装置１７は、点火タイミングが到来すると、サイリスタ４１を点弧することによって点火火花を発生させる。制御装置１７は、点火制御装置でもある。制御装置１７は、点火タイミングの到来を検出するための回転角度検出装置を備えることができる。回転角度検出回路は、内燃機関２に設けられ、例えば、基準位置において信号を出力する。図中には、回転角度検出装置は図示されていない。

　クロック回路１８を利用する点火制御のための制御装置１７が発生するスイッチング信号を利用することによってコンバータ回路１４を発振させる構成は、他励発振と呼ぶことができる。これに対して、発振回路を構成してコンバータ回路１４を発振させる構成は、自励発振と呼ぶことができる。例えば、コンバータ回路１４の二次側電圧に応答して一次コイルへの通電をスイッチングする自励発振回路を利用することができる。自励発振回路が利用される場合、発振回路の素子定数、例えばＲＣ時定数に依存してスイッチング周波数、および／またはデューティ比が変動することがある。例えば、素子の温度特性に依存して、通電時間、およびデューティ比が変動する。この結果、素子の温度特性が、コンバータ回路１４によるＣＤＩ回路１５の充電効率に大きく影響することがある。

　制御装置１７は、他励発振型の電力変換回路を構成する。制御装置１７は、マイクロコンピュータであり、クロック回路１８を利用している。よって、正確な間隔と、正確なタイミングにおいて出力が変化する矩形パルス波を出力することができる。このため、自励発振回路において不可避の温度特性による悪影響を抑制することができる。

　制御装置１７は、電源電圧ＶＢが過度の高電圧であるときに、コンバータ回路１４およびＣＤＩ回路１５を高電圧から保護するための保護機能を提供する保護装置でもある。制御装置１７は、高電圧に起因するコンバータ回路１４およびＣＤＩ回路１５の破損を防止する。制御装置１７は、電源電圧ＶＢが過度の高電圧の領域内にあるときにも、点火動作を継続する。制御装置１７は、電源電圧ＶＢが正常な電圧の領域にある場合、スイッチング素子３２のオン時間Ｔｏｎを、コンバータ回路１４が正常な電圧を用いてコンデンサ３４を充電できるように設定する。この実施形態では、正常な電圧の領域においては、比較的長いオン時間ＴｏｎＬが設定される。制御装置１７は、電源電圧ＶＢが過度の高電圧である場合、スイッチング素子３２のオン時間Ｔｏｎを、コンバータ回路１４が過度の高電圧を用いてコンデンサ３４を充電できるように設定する。この実施形態では、過度の高電圧においては、比較的短い第２のオン時間ＴｏｎＳが設定される。第１のオン時間ＴｏｎＬは、第２のオン時間ＴｏｎＳより長い（ＴｏｎＬ＞ＴｏｎＳ）。

　正常な電圧は、電気機器の定格電圧に応じて設定される。正常な電圧は、例えば、１２Ｖである。また、過度の高電圧は、発電機３および電力変換回路４の構成に応じて設定される。発電機３および電力変換回路４における回路開放、地絡などの異常が、過度の高電圧を発生させる場合がある。また、内燃機関２の回転数が高いときほど、高い高電圧が発生することがある。過度の高電圧は、例えば、１６Ｖ以上である。なお、正常な電圧、過度の高電圧の値は、これらに限定されない。

　第２のオン時間ＴｏｎＳのスイッチング信号が供給されることにより、電源電圧ＶＢが高い場合であっても、コンバータ回路１４およびＣＤＩ回路１５に流れる電流が小さく抑制される。これにより、コンバータ回路１４およびＣＤＩ回路１５の焼損が防止される。

　点火回路６は、点火コイル７に一次電流を供給するための出力端子１９を有する。出力端子１９は、点火コイル７に接続されている。点火コイル７は、出力端子１９から供給される電圧により高電圧を発生する。

　図２において、制御装置１７によって提供される制御処理１７０が示されている。制御処理１７０は、制御装置１７によって繰り返し実行される。ステップ１７１では、制御装置１７は、電圧検出回路１３から電源電圧ＶＢを入力する。さらに、ステップ１７１では、制御装置１７は、所定期間における電源電圧ＶＢのフィルタ処理値を算出する。制御装置１７は、内燃機関２が一回転する期間においてサンプリングされた電源電圧ＶＢの複数のサンプル値に基いて、フィルタ処理を実行することにより、異常値が除去されたフィルタ処理値を算出する。フィルタ処理として、平均化処理、中央値抽出処理、なまし処理などを利用することができる。この実施形態では、内燃機関２が１回転する期間における電源電圧ＶＢの平均値ＶＢａｖｅが算出される。

　ステップ１７２では、制御装置１７は、電源電圧ＶＢが、過度の高電圧であるか否かを判定する。この判定は、電源電圧ＶＢが、正常な電圧であるか否かの判定でもある。ステップ１７２では、電源電圧ＶＢの平均値ＶＢａｖｅと所定の閾値電圧Ｖｔｈとが比較される。電源電圧ＶＢの平均値ＶＢａｖｅが閾値電圧Ｖｔｈ以下である場合（ＶＢａｖｅ≦Ｖｔｈ）、ステップ１７３へ進む。電源電圧ＶＢの平均値ＶＢａｖｅが閾値電圧Ｖｔｈを上回る場合、ステップ１７４へ進む。閾値電圧Ｖｔｈは、例えば、過度の高電圧の最低値に対応する１６Ｖである。

　ステップ１７３では、制御装置１７は、一連の充電シーケンスを特徴づける通常制御マップＭＡＰ１を選択する。図中において、縦軸はデューティ比Ｄｔを示し、横軸は一連の充電シーケンスにおける駆動サイクルの回数ＳＱｎを示している。通常制御マップＭＡＰ１は、通常デューティ比Ｄｔｎをもつスイッチング信号を発生することを可能とする。スイッチング信号は、通常デューティ比Ｄｔｎを与えられる。通常デューティ比Ｄｔｎは、後述する保護デューティ比Ｄｔｐより大きい値をもつ。

　図３は、通常制御マップＭＡＰ１を示す。通常制御マップＭＡＰ１は、一連の充電シーケンスの中における駆動サイクルＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３・・・ＳＱｎごとに設定されたオン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆとによって特徴づけられている。オン時間Ｔｏｎは、１回の駆動サイクルにおけるスイッチング素子３２がオン状態にある時間を示す。オフ時間Ｔｏｆｆは、１回の駆動サイクルにおけるスイッチング素子３２がオフ状態にある時間であって、充電シーケンスの進展にしたがって徐々に短くなる時間として設定されている。

　図中には、３回の駆動サイクルが例示されている。一連の充電シーケンスに含まれる駆動サイクルは、４回以上でもよい。通常制御マップＭＡＰ１では、第１のオン時間ＴｏｎＬが、オン時間Ｔｏｎとして設定される。第１のオン時間ＴｏｎＬは、正常な電圧の領域、例えば定格電圧である１２Ｖを含む８Ｖ以上１６Ｖ以下の範囲において、コンバータ回路１４がコンデンサ３４を適正に充電できるように設定されている。オフ時間Ｔｏｆｆは、駆動サイクルＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３・・・ＳＱｎごとに対応するように、オフ時間Ｔｏｆｆ１、Ｔｏｆｆ２、Ｔｏｆｆ３・・・Ｔｏｆｆｎとして設定されている。一連の充電シーケンスにおける複数のオフ時間は、少なくとも充電シーケンスの初期において、Ｔｏｆｆ１＞Ｔｏｆｆ２＞Ｔｏｆｆ３となるように設定されている。時間Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆは、駆動サイクルの回数が増えるにつれて短くなる。時間Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆは、駆動サイクルの周期を示している。時間Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆは、コンデンサ３４への充電時定数に応じて設定されている。

　図２に戻り、ステップ１７４では、制御装置１７は、一連の充電シーケンスを特徴づける保護制御マップＭＡＰ２を選択する。図中において、縦軸はデューティ比Ｄｔを示し、横軸は一連の充電シーケンスにおける駆動サイクルの回数ＳＱｎを示している。保護制御マップＭＡＰ２は、保護デューティ比Ｄｔｐをもつスイッチング信号を発生することを可能とする。スイッチング信号は、保護デューティ比Ｄｔｐを与えられる。保護デューティ比Ｄｔｐは、通常デューティ比Ｄｔｎより小さい値をもつ（Ｄｔｎ＞Ｄｔｐ）。

　なお、通常デューティ比Ｄｔｎと保護デューティ比Ｄｔｐとは、同じｎ回目の駆動サイクルにおいて対比されている。例えば、電源電圧ＶＢが正常な電圧の領域にある場合の１回目の駆動サイクルにおける通常デューティ比Ｄｔｎ（１）は、通常デューティ比Ｄｔｎの中では最小値である。しかし、通常デューティ比Ｄｔｎ（１）の値は、電源電圧ＶＢが過度の高電圧である場合の１回目の駆動サイクルにおける保護デューティ比Ｄｔｐ（１）より大きい。このように、通常デューティ比Ｄｔｎおよび保護デューティ比Ｄｔｐは、一連の充電シーケンスの中で、充電シーケンスが進展するにつれて徐々に大きくなる。その一方で、保護デューティ比Ｄｔｐは通常デューティ比Ｄｔｎより小さく設定されている。保護デューティ比Ｄｔｐは、通常デューティ比Ｄｔｎよりも、充電シーケンスの全域にわたって小さい。

　図３は、保護制御マップＭＡＰ２を示す。保護制御マップＭＡＰ２では、第２のオン時間ＴｏｎＳが、オン時間Ｔｏｎとして設定される。第２のオン時間ＴｏｎＳは、過度の高電圧の領域、例えば１６Ｖを上回り約２０Ｖまでの範囲において、点火機能が維持されるように、コンバータ回路１４がコンデンサ３４を充電するように設定されている。第２のオン時間ＴｏｎＳは、第１のオン時間ＴｏｎＬより短い。例えば、第２のオン時間ＴｏｎＳは、第１のオン時間ＴｏｎＬの約７０％である。保護制御マップＭＡＰ２における１回の駆動サイクルの時間Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆは、通常制御マップＭＡＰ１におけるそれより短い。

　図２に戻り、ステップ１７５では、制御装置１７は、ステップ１７３またはステップ１７４において設定された制御マップに基いてコンバータ回路１４を制御する。ここでは、通常制御マップＭＡＰ１または保護制御マップＭＡＰ２に基いて設定されるスイッチング信号によってスイッチング素子３２が駆動される。これにより、電源電圧ＶＢの値に応じて異なるスイッチング制御が提供される。

　ステップ１７１、１７２を含む一連の処理によって、電源電圧ＶＢが所定の閾値電圧Ｖｔｈを下回るか、電源電圧ＶＢが閾値電圧Ｖｔｈを上回るかを判定する判定部が提供される。判定部は、所定期間における電源電圧ＶＢのフィルタ処理値を算出することが望ましい。判定部は、フィルタ処理値と閾値電圧Ｖｔｈとを比較するように構成されることが望ましい。

　ステップ１７３、１７５を含む一連の処理によって、電源電圧ＶＢが所定の閾値電圧Ｖｔｈを下回るときに、第１のオン時間ＴｏｎＬをもつスイッチング信号によりスイッチング素子３２を駆動する通常制御部が提供される。通常制御部は、正常な電圧の領域において点火装置１０を正常に作動させ、点火機能を発揮させる。通常制御部は、制御装置１７が提供するひとつの制御機能ブロックである。ステップ１７４、１７５を含む一連の処理によって、電源電圧ＶＢが閾値電圧を上回るときに、第１のオン時間ＴｏｎＬより短い第２のオン時間ＴｏｎＳをもつスイッチング信号によりスイッチング素子３２を駆動する保護制御部が提供される。保護制御部は、過度の高電圧の領域において点火装置１０を作動させ、点火機能を発揮させる。保護制御部は、制御装置１７が提供するひとつの制御機能ブロックである。保護制御部は、点火装置１０に含まれるコンバータ回路１４およびＣＤＩ回路１５を過電圧および／または過電流から保護する。しかも、保護制御部は、過度の高電圧の領域においても、点火機能を少なくとも部分的に維持する。

　図３に図示されるように、制御装置１７は、電源電圧ＶＢが所定の閾値電圧Ｖｔｈを下回るときと、電源電圧ＶＢが閾値電圧Ｖｔｈを上回るときとの両方において、共通のオフ時間Ｔｏｆｆを有するが、オン時間Ｔｏｎが異なるスイッチング信号によりスイッチング素子３２を駆動するように構成されている。制御装置１７は、第１のオン時間ＴｏｎＬと第２のオン時間ＴｏｎＳとの間の切り替えにより、通常制御部と保護制御部とを提供している。

　制御装置１７は、コンデンサ３４を所定の電圧水準まで充電するように、複数の駆動サイクルＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３・・・を含む一連の充電シーケンスによってスイッチング素子３２を駆動するように構成されている。制御装置１７は、複数の駆動サイクルにおける周期Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆを、充電シーケンスが進展するにつれて短くなるように設定している。

　通常制御マップＭＡＰ１による通常の充電シーケンスと、保護制御マップＭＡＰ２による保護的な充電シーケンスとが設けられることで、過度の高電圧の領域においても点火機能が維持される。このため、内燃機関２の回転数の急激で大きい変動が抑制される。また、２つの制御は、簡単な構成によって保護機能を実現することを可能とする。

　図４は、通常制御の一例を示す。図示の例では、時刻ｔ１１から、一連の充電シーケンスが開始されている。時刻ｔ１１においてスイッチング素子３２はオフ状態からオン状態に切り替えられる。トランス３１の一次コイルに流れる電流Ｉｔｐが徐々に増加する。第１のオン時間ＴｏｎＬの後にスイッチング素子３２がオフ状態に切り替えられる。この結果、トランス３１とコンデンサ３４とを含む閉回路には、充電電流が流れる。充電電流は、徐々に減衰する。やがて、時間Ｔ１が経過すると、１回目の駆動サイクルが終了する。図中には、３回の駆動サイクルが例示されている。

　図５は、保護制御の一例を示す。保護制御における第２のオン時間ＴｏｎＳは、通常制御における第１のオン時間ＴｏｎＬより短い。これにより、トランス３１のような誘導性の素子を含む回路へ流れる電流が抑制される。この結果、過電流による素子の損傷が抑制される。一方、電源電圧ＶＢは、過度の高電圧であるから、図５における一次電流Ｉｔｐの傾きｄＩｔｐは、図４に示す通常の一次電流Ｉｔｐの傾きｄＩｔｐより大きくなる。また、第２のオン時間ＴｏｎＳであっても、一次電流Ｉｔｐは高い水準に到達する。このため、第２のオン時間ＴｏｎＳでも、コンデンサ３４を充電するために利用可能な二次電流Ｉｔｓが流れる。この実施形態では、典型的な異常時に想定される電源電圧ＶＢにおける一次電流Ｉｔｐのピーク値Ｉｔｐ＊が、定格の電源電圧ＶＢにおける一次電流Ｉｔｐのピーク値Ｉｔｐ＊と同水準となるように、第２のオン時間ＴｏｎＳが設定されている。

　図５における二次電流Ｉｔｓは、図４に示す通常の二次電流Ｉｔｓと同水準のピーク値Ｉｔｓ＊と傾きｄＩｔｓになる。言い換えると、第２のオン時間ＴｏｎＳは、図５における一次電流Ｉｔｐのピーク値Ｉｔｐ＊が、図４に示す通常の一次電流Ｉｔｐのピーク値Ｉｔｐ＊と同じになるように決定される。つまり、コンデンサ３４への充電が、通常制御部と保護制御部とでは同じステップ状のものとなる。

　図４および図５に図示されるように、第１のオン時間ＴｏｎＬと、第２オン時間ＴｏｎＳとは異なり、ＴｏｎＬ＞ＴｏｎＳである。通常制御と保護制御との間において、対応する駆動サイクルにおけるオフ時間Ｔｏｆｆは、等しい。例えば、第１回の駆動サイクルＳＱ１におけるオフ時間Ｔｏｆｆ１は、通常制御と保護制御との間において同じである。通常制御と保護制御との間において、対応する駆動サイクルにおける周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・は、異なる。例えば、第１回の駆動サイクルＳＱ１において、保護制御における周期Ｔ１＝ＴｏｎＳ＋Ｔｏｆｆ１は、通常制御における周期Ｔ１＝ＴｏｎＬ＋Ｔｏｆｆ１より短い。この構成は、二次電流Ｉｔｓがゼロである時間を抑制し、高い充電効率を実現するために貢献する。

　図中には、オン時間における一次電流Ｉｔｐの増加傾斜がｄＩｔｐで示されている。保護制御における増加傾斜ｄＩｔｐは、通常制御における増加傾斜ｄＩｔｐより大きい。増加傾斜ｄＩｔｐは、電源電圧ＶＢに依存しているからである。図中には、一次電流Ｉｔｐのピーク値がＩｔｐ＊で示されている。保護制御におけるピーク値Ｉｔｐ＊は、通常制御におけるピーク値Ｉｔｐ＊と、同水準である。電源電圧ＶＢが定格電圧であるときのピーク値Ｉｔｐ＊と、電源電圧ＶＢが典型的な過度の高電圧にあるときのピーク値Ｉｔｐ＊とは同じである。このような現象が得られるように、オン時間ＴｏｎＬと、オン時間ＴｏｎＳとが設定されている。

　図中には、二次電流Ｉｔｓのピーク値がＩｔｓ＊で示されている。保護制御におけるピーク値Ｉｔｓ＊は、通常制御におけるピーク値Ｉｔｓ＊と、同水準である。電源電圧ＶＢが定格電圧であるときのピーク値Ｉｔｓ＊と、電源電圧ＶＢが典型的な過度の高電圧にあるときのピーク値Ｉｔｓ＊とは同じである。このような現象が得られるように、オン時間ＴｏｎＬと、オン時間ＴｏｎＳとが設定されている。図中には、オフ時間における二次電流Ｉｔｓの減少傾斜がｄＩｔｓで示されている。保護制御における減少傾斜ｄＩｔｓは、通常制御における減少傾斜ｄＩｔｓと同じである。

　図４または図５は、充電シーケンスの一部を図示している。少なくとも１回の駆動サイクルを含む一連の充電シーケンスが終了すると、サイリスタ４１が点弧され、点火が実行される。その後、次の、一連の充電シーケンスが実行される。

　以上に述べた実施形態によると、過度の高電圧からコンバータ回路１４およびＣＤＩ回路１５が保護される。しかも、開示される内燃機関用電源装置は、過度の高電圧の領域においても、コンバータ回路１４による電力変換が継続される。このため、コンバータ回路１４、ＣＤＩ回路１５、および点火コイル７が提供する点火機能が継続される。この結果、内燃機関２の回転数の変動が抑制される。

　オン時間Ｔｏｎだけを切り替えているから、比較的簡単な構成で、回路の保護と、点火機能の継続とが実現されている。例えば、制御装置１７における少ないメモリ容量を利用して、回路の保護と点火機能の継続とが実現される。

　他の実施形態
　この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

　上記実施形態では、負荷回路における電気負荷として、コンデンサ３４が例示されている。これに代えて、負荷回路は、多様な電気負荷を有することができる。例えば、コンデンサ３４に代えて、ピエゾ素子のような容量性の素子を備えてもよい。ピエゾ素子は、蓄積される電荷に応じて機械的な変位を生成する。ピエゾ素子は、例えば、燃料噴射を断続する燃料噴射弁に用いられる。

　上記実施形態では、コンバータ回路１４は、トランス３１を含むチョッパ回路によって提供されている。これに代えて、多様な昇圧回路を利用することができる。コンバータ回路１４は、例えば、リアクトルコイルを含むチョッパ回路が用いられてもよい。この場合にも、過電圧が検出された場合には、回路を保護するようにスイッチング信号のオン時間が設定される。

　上記実施形態では、通常制御部と保護制御部とが提供されている。これに加えて、乗り物が退避走行を完了したと判断されると、スイッチング信号を停止してコンバータ回路１４による電力変換を停止させる停止制御部を設けてもよい。

　上記実施形態では、通常制御と保護制御との切替が、オン時間の切替のみによって提供されている。この結果、対応する駆動サイクルにおける周期は、通常制御と保護制御との間で異なる。これに対して、通常制御における周期と、保護制御における周期とを同じとしてもよい。例えば、オン時間とオフ時間との両方を切り替えることによって通常制御と保護制御とが提供されてもよい。また、保護制御におけるオフ時間は、通常制御におけるオフ時間より短く設定されてもよい。長いオフ時間は、トランス３１に電流が流れない時間を拡大する。この結果、コンバータ回路１４および負荷回路１５の温度抑制に寄与する。よって、更なる保護機能が提供される。

　上記実施形態では、閾値電圧Ｖｔｈを境界として通常制御部と保護制御部とが提供されている。これに代えて、複数の閾値電圧を設けて、閾値電圧ごとに多段階の保護制御部を設けてもよい。例えば、閾値電圧が高くなるほど、オン時間が短くなる保護制御部を採用することができる。また、電源電圧ＶＢが高くなるほど、オン時間が短くなるように、オン時間を設定してもよい。

　上記実施形態では、電源電圧ＶＢが所定の閾値電圧Ｖｔｈを下回るか、上回るかの判定を、平均値と閾値電圧との比較により実行している。これに代えて、電源電圧ＶＢが所定の閾値電圧Ｖｔｈを下回るか、上回るかの判定を、コンデンサ３４への充電時間に基いて判定してもよい。この場合、図１の構成に加えて、電圧検出回路、および制御装置１７におけるタイマー処理部が採用される。電圧検出回路は、コンデンサ３４の充電電圧を検出し、制御装置１７に入力する。タイマー処理部は、コンデンサ３４の電圧に基いて、その充電時間を計測する。電源電圧ＶＢが高くなると、充電時間が短くなるから、充電時間が所定の閾値を下回る場合にオン時間を短くしてもよい。また、判定部における判定には、ヒステリシスが設けられていてもよい。

Claims (10)

1. 　誘導性素子（３１）および前記誘導性素子への通電を断続するスイッチング素子（３２）を有しており、電源端子（１１）から入力される電源電圧（ＶＢ）を変換するコンバータ回路（１４）と、
   　前記スイッチング素子を駆動する制御装置（１７）であって、
   　前記電源電圧（ＶＢ）が所定の閾値電圧（Ｖｔｈ）を下回るか、前記電源電圧（ＶＢ）が前記閾値電圧を上回るかを判定する判定部（１７１、１７２）、
   　前記電源電圧（ＶＢ）が所定の閾値電圧（Ｖｔｈ）を下回るときに、第１のオン時間（ＴｏｎＬ）をもつスイッチング信号により前記スイッチング素子を駆動する通常制御部（１７３、１７５）、および
   　前記電源電圧（ＶＢ）が前記閾値電圧を上回るときに、前記第１のオン時間より短い第２のオン時間（ＴｏｎＳ）をもつスイッチング信号により前記スイッチング素子を駆動する保護制御部（１７４、１７５）を含む制御装置（１７）とを備える内燃機関用負荷駆動装置。
2. 　前記制御装置は、マイクロコンピュータである請求項１に記載の内燃機関用負荷駆動装置。
3. 　前記判定部は、所定期間における前記電源電圧のフィルタ処理値を算出し、前記フィルタ処理値と前記閾値電圧とを比較するように構成されている請求項１または請求項２に記載の内燃機関用負荷駆動装置。
4. 　前記誘導性素子は、前記電源端子から給電される一次コイル、および負荷回路に接続される二次コイルを含むトランス（３１）であり、
   　前記スイッチング素子は、前記一次コイルへの通電を断続するように配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の内燃機関用負荷駆動装置。
5. 　前記負荷回路は、前記コンバータ回路から供給される電力によって充電されるコンデンサ（３４）を含む請求項４に記載の内燃機関用負荷駆動装置。
6. 　前記制御装置は、前記コンデンサを所定の電圧水準まで充電するように、複数の駆動サイクル（ＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３）を含む一連の充電シーケンスによって前記スイッチング素子を駆動するように構成されており、複数の前記駆動サイクルにおける周期（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）を、前記充電シーケンスが進展するにつれて短くなるように設定している請求項５に記載の内燃機関用負荷駆動装置。
7. 　前記制御装置は、前記電源電圧（ＶＢ）が所定の閾値電圧（Ｖｔｈ）を下回るときと、前記電源電圧（ＶＢ）が前記閾値電圧を上回るときとの両方において、共通のオフ時間（Ｔｏｆｆ）を有する前記スイッチング信号により前記スイッチング素子を駆動するように構成されている請求項６に記載の内燃機関用負荷駆動装置。
8. 　前記制御装置は、前記第１のオン時間と前記第２のオン時間との間の切り替えにより、前記通常制御部と前記保護制御部とを提供している請求項７に記載の内燃機関用負荷駆動装置。
9. 　前記負荷回路は、前記コンデンサから出力端子（１９）への放電回路を開閉する素子（４１）を含む請求項５から請求項８のいずれかに記載の内燃機関用負荷駆動装置。
10. 　請求項５から請求項９のいずれかに記載の内燃機関用負荷駆動装置と、
    　前記コンデンサから供給される電流により高電圧を発生する点火コイル（７）とを備え、
    　前記負荷回路は、ＣＤＩ回路（１５）である内燃機関用点火装置。

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