JP4445021B2 - 内燃機関点火装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車に搭載される内燃機関点火装置に関し、特に、点火コイルの一次コイルの電流をスイッチング素子により通電・遮断することにより、点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を発生する内燃機関点火装置に関するものである。

従来の内燃機関点火装置では、コイルドライバ入力信号線にイオン信号と点火信号を多重化して出力し、イオン信号が出力される際にはスイッチング素子がＯＮしないようマスクしていた。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００４−１５６６０８号公報（第１７―１８頁、図４９、５０）

上記従来の内燃機関点火装置においては、コイルドライバ入力信号線にイオン信号と点火信号を出力するにあたり、エンジン室内が高温状態となり早期着火が発生したり、点火プラグがくすぶることでススなどが電極間に発生し、リーク電流が流れて、擬似的にイオン電流が常に流れる状態が発生した場合に、点火信号が供給されるタイミングであってもイオン電流を検出するためには、入力電圧のダイナミックレンジを広くとる必要があるという問題があり、これによって、ＥＣＵ（電子制御装置）の回路規模が大きくなり、コストＵＰにつながっていた。

また、コイル一次電流遮断時など何らかの要因でＥＣＵとコイルドライバ間のＧＮＤ電位に変動が生じた場合、正確なイオン信号をＥＣＵに伝達できないという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、点火信号が供給されるタイミングであっても確実にイオン電流を検出することができ、低コストでイオン電流を検出できる領域を拡大し、点火システムの機能を向上した内燃機関点火装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係る内燃機関点火装置は、一次コイルと二次コイルを有する点火コイル、前記点火コイルの一次コイル電流を通電・遮断することにより前記点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を発生させるスイッチング素子を含む内燃機関点火装置において、通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2としてごく短時間の単一のパルス信号あるいは複数のパルス信号をコイルドライバの入力信号線に供給するパルス発生回路を含むＥＣＵ（電子制御装置）、前記通電開始信号、遮断信号を記憶し前記パルス発生回路から前記入力信号線を介して受信した前記パルス信号を通電開始信号、遮断信号として認識し、点火信号を前記スイッチング素子に供給するパルス検知回路、前記二次コイルの低圧側に接続されたイオン電流を発生させるためのイオンバイアス回路、前記二次コイルに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路、前記イオン電流検出回路の出力信号に基づき前記コイルドライバの入力信号線にイオン信号を出力するイオン電流出力回路、前記ＥＣＵに内蔵され前記イオン電流出力回路の出力信号を検出し制御するイオン信号検出／制御回路を備え、前記イオン信号検出／制御回路は、前記パルス発生回路から前記通電開始信号、遮断信号が出力されていないタイミングではコイルドライバの入力電圧IgtをHigh設定とし、前記パルス発生回路から前記通電開始信号、遮断信号が出力された際には、コイルドライバの入力電圧Igtをごく短時間前記HighレベルからLowレベルに引き下げるようにし、前記パルス検知回路がこれを通電開始信号、遮断信号として認識し点火信号をスイッチング素子に供給すると共に、前記通電開始信号、遮断信号が前記パルス検知回路に供給されているタイミング以外では、前記イオン電流検出回路が検出したイオン電流に基づいて、前記イオン電流出力回路が前記コイルドライバの入力信号線にイオン信号を出力するようにしたものである。

この発明の内燃機関点火装置によれば、エンジン室内が高温状態となり早期着火が発生したり、点火プラグがくすぶることでススなどが電極間に発生し、リーク電流が流れて、擬似的にイオン電流が常に流れる状態が発生した場合に、点火信号が供給されるタイミングであっても、入力電圧Igtのダイナミックレンジを広くとることなく、５Ｖ系で正確なイオン電流の検出ができ、低コストで、イオン電流の検出領域を拡大し、点火システムの機能を向上した内燃機関点火装置を得ることができる。

また、パルス発生回路から通電開始信号、遮断信号が出力されていないタイミングでは、コイルドライバの入力電圧IgtをHigh設定(５〜１４Ｖ)とすることで、コイル一次電流が遮断したタイミングなどで、ＥＣＵとコイルドライバ間のＧＮＤ電位に変動が生じた場合でも正確なイオン信号をＥＣＵに伝達することができる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１、図２は、この発明の実施の形態１による内燃機関点火装置の回路構成図を示し、図１は実施の形態１の要部を示す概略構成図、図２は図１の詳細回路図である。
まず、この発明の実施の形態１の要部について、図１を参照して説明する。
この発明の実施の形態１の内燃機関点火装置は、図１に示すように、一次コイル２と二次コイル３を有する点火コイル１、および電子制御装置（以下、ＥＣＵともいう。）２００に内蔵される通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を出力するパルス発生回路２０１と、このパルス発生回路２０１が出力する通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2をもとに後段に信号を供給するＮＰＮトランジスタ２０２を備えている。また、前記通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を記憶し、ＮＰＮトランジスタ２０２のコレクタから抵抗２０４、コイルドライバ４００内の入力インピーダンス６を介して供給される信号に基づきこれを通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2として認識し、後段に点火信号を供給するパルス検知回路７と、このパルス検知回路７の出力信号に基づき点火コイル１の一次コイル２の一次電流I1を通電、遮断し、点火コイル１の二次コイル３に点火プラグ４を点火させるための高電圧を発生させるスイッチング素子５と、二次コイル３の低圧側に接続されたイオン電流を発生させるためのイオンバイアス回路８と、点火後に発生するイオン電流を検出して後段に出力するイオン電流検出回路９と、イオン電流検出回路９の出力信号に基づきイオン信号を出力するイオン電流出力用カレントミラー回路１０、および、イオン電流出力用カレントミラー回路１０の出力信号を検出し制御するイオン信号検出/制御回路３００を備えている。

ＥＣＵ内のイオン信号検出/制御回路３００は、パルス発生回路２０１から通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2が出力されていないタイミングでは、コイルドライバ４００の入力電圧IgtをHigh設定(５〜１４Ｖ)とし、パルス発生回路２０１から通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2が出力された際に、コイルドライバ４００の入力電圧Igtをごく短時間Highレベル(５〜１４Ｖ)からLowレベル(０Ｖ)に引き下げることで、パルス検知回路7がこれを通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2として認識し、点火信号をスイッチング素子５に供給し駆動するよう構成されている。
パルス検知回路７は通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を記憶させた回路である。

イオンバイアス回路８は、イオン電流を流すためのバイアス回路である。
イオン電流検出回路９はイオン電流をイオン電流検出用カレントミラー回路１０に供給する。イオン電流が流れたタイミングでイオン電流検出回路９が動作状態となり、イオン電流検出用カレントミラー回路１０が動作する。
イオン電流検出用カレントミラー回路１０はイオン電流相当の電流をＥＣＵ２００から引き抜く。
尚、このタイミングでのコイルドライバ４００の入力電圧Igtは、Igt≒ＥＣＵ２００内
内部電源−(ION×抵抗２０３)となる。

これにより、イオン電流検出／制御回路３００が動作状態となり、イオン信号がイオン電流検出／制御回路３００に伝達される。
このイオン信号をもとに解析をおこなうことで、シリンダー筒内における燃焼状態の確認をおこなう。

次に、図２を参照して、実施の形態１の内燃機関点火装置について、より具体的に詳述する。尚、図中、図１との同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
この実施の形態１の内燃機関点火装置は、図２に示すように、ＥＣＵ２００と、点火コイル１と、パルス検知回路７と、スイッチング素子５と、イオンバイアス回路８と、イオン電流検出回路９と、イオン電流検出用カレントミラー回路１０を含んでいる。
点火コイル１は１次コイル２と２次コイル３を有し、電源端子ＶＢに接続されている。
二次コイル３の高圧側には点火プラグ４が接続されている。
ＥＣＵ２００は、パルス発生回路２０１およびイオン信号検出／制御回路３００を有し、パルス発生回路２０１は、ごく短時間の単一のパルスあるいは複数のパルスの通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2をＮＰＮトランジスタ２０２と抵抗２０４を介してコイルドライバ４００の入力端子４００ａに供給する。また、後述するイオン信号検出／制御回路３００のPch-MOSFET３０２のゲートにも通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を供給する。
通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2がＮＰＮトランジスタ２０２、Pch-MOSFET３０２に供給されていないタイミングでは、コイルドライバ４００の入力電圧IgtをHigh設定（
５〜１４Ｖ）とし、パルス発生回路２０１から通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2が供給された際にＮＰＮトランジスタ２０２がON、Pch-MOSFET３０２がOFFし、コイルドライバ４００の入力電圧Igtをごく短時間Highレベル(５〜１４Ｖ)からLowレベル(０Ｖ)に引き下げることで、信号をパルス検知回路７に供給する。

パルス検知回路７は通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を記憶させた回路であり、パルス発生回路２０１より受信した信号を通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2として認識し、後段のスイッチング素子５に点火信号を供給し駆動するものである。
スイッチング素子５は例えばＩＧＢＴ(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)であり、ゲート端子がパルス検知回路７に接続され、コレクタ端子が点火コイル１の一次コイル２に接続され、エミッタ端子が基準電位点ＧＮＤに接続される。
二次コイル３の低圧側にはイオンバイアス回路８が接続されている。

イオンバイアス回路８は、出力端子８ａと入力端子８ｂを持って構成される。
出力端子８ａは後段のイオン電流検出回路９に接続され、入力端子８ｂは二次コイル３の低圧側に接続されている。

イオン電流検出回路９はイオンバイアス回路８とイオン電流出力用カレントミラー回路１０に接続されている。

イオン電流出力用カレントミラー回路１０は、出力端子１０ａと入力端子１０ｂをもって構成される。出力端子１０ａは入力インピーダンス６とパルス検知回路７に接続されており、入力端子１０ｂはイオン電流検出回路９に接続されている。

次に、イオン信号検出／制御回路３００の内部構造について説明する。
イオン信号検出／制御回路３００は、内部電源３０１と、Pch-MOSFET３０２と、ＰＮＰトランジスタ３０３、３０４を含むカレントミラー回路３０５と、イオン電流検出抵抗３０６と、イオン信号制御回路３０９で構成されている。
イオン信号検出／制御回路３００のPch-MOSFET３０２のゲートがパルス発生回路２０１に接続され、ドレインがＰＮＰトランジスタ３０３、３０４のエミッタに接続され、ソースが内部電源３０１に接続されている。内部電源３０１は安定化された電源である。
ＰＮＰトランジスタ３０３のベースは、ＰＮＰトランジスタ３０４のベースに接続され、ＰＮＰトランジスタ３０３のコレクタは、イオン電流検出抵抗３０６とイオン信号制御回路３０９に接続されている。ＰＮＰトランジスタ３０４のベースは、ＰＮＰトランジスタ３０４のコレクタと、抵抗２０３に接続されている。イオン電流検出抵抗３０６のもう一端はＧＮＤに接続されている。

図３はこの実施の形態１の各部波形についてのタイミングチャートを示すもので、このタイミングチャートを参照して図２の動作説明を行う。
パルス発生回路２０１からごく短時間の通電開始信号Igt1(ここでは単一のパルス信号にて図示)が時点t1〜t2においてＮＰＮトランジスタ２０２、Pch-MOSFET３０２に供給される。通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2がＮＰＮトランジスタ２０２、Pch-MOSFET３０２に供給されていないタイミングでは、コイルドライバ４００の入力電圧IgtをHigh設定
（５〜１４Ｖ）とし、パルス発生回路２０１から通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2がＮＰＮトランジスタ２０２、Pch-MOSFET３０２に供給された際に、ＮＰＮトランジスタ２０２がＯＮ、Pch-MOSFET３０２がＯＦＦし、コイルドライバ４００の入力電圧Igtをごく短時間Highレベル（５〜１４Ｖ）からLowレベル(０Ｖ)に引き下げることでパルス信号をパルス検知回路７に供給する。パルス検知回路７はパルス発生回路２０１から供給されたパルス信号を通電開始信号Igt1として認識し、時点t2において後段のスイッチング素子５の入力端子(ここではGate)に点火信号を供給することにより、スイッチング素子５がＯＮ状態となり、点火コイル１の一次コイル２にコイル一次電流I1が流れ始める。

その後、パルス発生回路２０１からごく短時間の遮断信号Igt2(ここでは単一のパルス信号にて図示)が、時点t3〜t4においてＮＰＮトランジスタ２０２、Pch-MOSFET３０２に供給される。パルス検知回路７はパルス発生回路２０１より受信したパルス信号を遮断信号Igt2として認識し、時点t4において後段のスイッチング素子５に供給していた点火信号を遮断する。スイッチング素子５の入力端子(ここではGate)に電圧供給を停止することにより、スイッチング素子５がＯＦＦ状態となった瞬間t4に一次コイル２に流れるコイル一次電流I1が遮断され、スイッチング素子のコレクタ(ここではC)に高電圧が発生する。

そのエネルギーは二次コイル３に変換され、負電圧が二次コイル３の高圧側に誘起される。その際に、二次コイル低圧側には正の電圧が加わり、ダイオード８１を介してツェナーダイオード８３の両端に電圧が印加され、コンデンサ８４に電荷がチャージされる。
点火プラグ４のギャップ間を絶縁破壊するだけの負電圧が発生した場合に放電し、その瞬間に時点t4より遅れて二次電流が点火プラグ４側から二次コイル３を経て、ダイオード８１、ツェナーダイオード８３を介してＧＮＤに流れる。

放電が終わった瞬間t5に、コンデンサ８４にチャージされた電圧によりイオン電流が抵抗８２を介して二次コイル３に流れはじめる。この瞬間、イオン電流検出回路９が動作状態となり、イオン電流検出用カレントミラー回路１０が動作する。
イオン電流検出用カレントミラー回路１０のNch-MOSFET１０１は、Nch-MOSFET１０２を介して流れたイオン電流相当のドレイン電流をイオン電流検出／制御回路３００のカレントミラー回路３０５から引き抜く。

これにより、イオン電流検出／制御回路３００のカレントミラー回路３０５が動作状態となり、カレントミラー回路３０５のＰＮＰトランジスタ３０３は、ＰＮＰトランジスタ３０４を介して流れたイオン電流相当のコレクタ電流を流す。出力された電流は、イオン電流検出抵抗３０６により電圧変換され、イオン信号制御回路３０９にアナログ信号として伝達される。

なお、上述した実施の形態１の内燃機関点火装置において、イオン信号検出／制御回路３００を、図４に示すイオン信号検出／制御回路(デジタル方式)３００'に置き換えることで、デジタル信号でのイオン電流の検出／制御が可能となる。
このデジタル方式のイオン信号検出／制御回路３００'について説明する。

図４において、イオン信号検出／制御回路(デジタル方式)３００'は、内部電源３０１と、Pch-MOSFET３０２と、ＰＮＰトランジスタ３０３、３０４を含むカレントミラー回路３０５と、イオン電流検出抵抗３０６と、コンパレータ回路３０７と、基準電圧３０８と、イオン信号制御回路３０９で構成されている。
Pch-MOSFET３０２のゲートが図示しないパルス発生回路２０１に接続され、ドレインがＰＮＰトランジスタ３０３、３０４のエミッタに接続され、ソースが内部電源３０１に接続されている。内部電源３０１は安定化された電源である。
ＰＮＰトランジスタ３０３のベースはＰＮＰトランジスタ３０４のベースに接続され、ＰＮＰトランジスタ３０３のコレクタはイオン電流検出抵抗３０６に接続されている。
ＰＮＰトランジスタ３０４のベースはＰＮＰトランジスタ３０４のコレクタと、抵抗２０３に接続されている。イオン電流検出抵抗３０６のもう一端は、ＧＮＤに接続されている。コンパレータ回路３０７の入力端子(＋)はイオン電流検出抵抗３０６に接続され、入力端子(−)は基準電圧(Vth)３０８に接続され、出力端子はイオン信号制御回路３０９に接続されている。

図５に、電流検出／制御回路３００をデジタル方式のイオン電流検出／制御回路３００'に置き換えた場合の各部波形のタイミングチャートを示す。
イオン電流がイオン電流検出抵抗３０６により電圧変換されたアナログ信号が、基準電圧(Vth)３０８を越えた時点t5〜6で、コンパレータ回路３０７がイオン信号制御回路３０９にデジタル信号としてパルスを出力する。尚、イオン電流がイオン電流検出抵抗３０６に供給されるまでの動作に関しては、図３の場合と同様であり説明は省略する。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１の内燃機関点火装置によれば、図６のタイミングチャートに示すように、エンジン室内が高温状態となり早期着火によりイオン電流が正規のタイミングよりも早く時点t3〜4で発生した場合においても、パルス発生回路２０１から通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2がＮＰＮトランジスタ２０２、Pch- MOSFET３０２に供給されているタイミング以外では、コイルドライバ４００の入力電圧IgtをHigh設定(５〜１４Ｖ)とすることで、通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2がＮＰＮトランジスタ２０２、Pch-MOSFET３０２に供給されているタイミング以外では、イオン電流検出用カレントミラー回路１０を動作させることができる。
これにより、コイル一次電流I1が流れているタイミングにおいても、出力されたイオン電流をイオン信号制御回路３０９に伝達することが可能となり、イオン電流を検出できる領域を拡大することができる。

また、図７のタイミングチャートに示すように、点火プラグがくすぶることでススなどが電極間に発生し、リーク電流が流れて擬似的にイオン電流が常に流れる状態が発生し、さらにエンジン室内が高温状態となり早期着火によりイオン電流が正規のタイミングよりも早く発生した場合においても、入力電圧IgtのHighレベルは低下するものの入力電圧Igtのダイナミックレンジを広げることなく、５Ｖ系で正確なイオン電流検出を行なうことができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２の内燃機関点火装置は、上述した実施の形態１において、パルス発生回路２０１の出力する信号を、図８に一例を示すように、通電開始信号Igt1'と遮断信号Igt2'のパルス幅を変更し別信号としたもの（図８（ａ）参照）、あるいは、通電開始信号Igt1''と遮断信号Igt2''のパルス数を変更し別信号とするもの（図８（ｂ）参照）である。

この実施の形態２によれば、パルス発生回路２０１から出力された通電開始信号Igt1'、遮断信号Igt2'をパルス検知回路７が区別することが容易となる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３の内燃機関点火装置は、上述した実施の形態１において、コイルドライバ４００内の入力インピーダンス６の値を、ＥＣＵ２００内の抵抗２０４の値に対し、極めて大きく設定するものである。

この実施の形態３によれば、パルス発生回路２０１が通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を発生しているタイミングでイオン電流が流れたとしても、イオン電流検出用カレントミラー回路１０に電流は流れることはなく、パルス発生回路２０１が安定した通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を供給できると共に、点火信号に影響のない安定したイオン検出が可能となる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４の内燃機関点火装置は、上述した実施の形態１において、図９に一例を示すように、パルス発生回路２０１の出力する通電開始信号Igt1'''と遮断信号Igt2'''を、少なくとも２種類以上のパルス幅の信号(例えば数十μsの低周波パルスと高周波パルスの組合せ信号)とし、この信号が所定の順序で入力されたことを検知するパルス検知回路７を設けたものである。

この実施の形態４によれば、高周波ノイズおよび低周波ノイズでは、同じ周波数のノイズが連続して入ることが一般的なため、コイルドライバ４００の入力信号線にサージ電圧等のノイズが重畳した場合でも、これを通電開始信号、遮断信号とは認識せず、コイル一次電流の再オンや誤点火といった問題を回避することができる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５の内燃機関点火装置は、上述した実施の形態１において、コイルドライバ４００内に、パルス発生回路２０１からパルス検知回路７に通電開始信号Igt1が供給されたことを検知してから一定時間後に通電開始を示す信号を発信する応答回路を設けると共に、ＥＣＵ２００内に、応答回路が発信した信号を検知する応答監視回路を設けるものである。

図１０にこの実施の形態５の各部波形についてのタイミングチャートを示す。
この実施の形態５によれば、図１０のタイミングチャートの時点t1〜t2において、通電開始信号Igt1'をパルス検知回路７が検知し、前記応答回路がIgt1ラインに応答信号Igt3
を発信する。この応答信号Igt3を応答監視回路が検知し、応答監視回路で検知した動作状態とＥＣＵ２００が指示する動作状態を比較することで、コイルドライバの正常動作を判定することができる。

実施の形態６．
この発明の実施の形態６の内燃機関点火装置は、上述した実施の形態５において、ＥＣＵ２００内に、応答監視回路で検知される動作状態が所定の動作状態と異なる場合に、繰り返し同じ信号を発信する機能を設けたものである。

図１１にこの実施の形態６の各部波形についてのタイミングチャートを示す。
この実施の形態６によれば、図１１に示したタイミングチャートの時点t1〜t2において、パルス発生回路２０１からパルス検知回路７に正常な信号伝達ができなかった場合でも、時点t3〜t4において応答回路がIgt1ラインに応答信号Igt3を発信しないため、これをＥＣＵ２００内の応答監視回路が検知し、繰り返し時点t5〜t6において通電開始信号Igt1'
をパルス検知回路２０７に供給することで、コイルドライバの動作の確実性を高めることができる。

実施の形態７．
図１２、図１３は、この発明の実施の形態７による内燃機関点火装置の回路構成図を示し、図１２は実施の形態７の要部を示す概略構成図、図１３は図１２の詳細回路図である。
まず、この発明の実施の形態７の要部について、図１２を参照して説明する。
この発明の実施の形態７の内燃機関点火装置は、図１２に示すように、コイルドライバ内蔵コイル７００と、ＥＣＵ５００に内蔵される通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を出力するパルス発生回路５０１と、パルス発生回路５０１が出力する通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2をもとに、コイルドライバ内蔵コイル７００に信号を供給するＮＰＮトランジスタ５０２と、コイルドライバ内蔵コイル７００の出力信号を検出し制御するコイル出力信号検出／制御回路６００を備えている。
コイルドライバ内蔵コイル７００は、通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を記憶しＮＰＮトランジスタ５０２のコレクタから抵抗５０４を介して供給される信号に基づきこれを通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2として認識し、点火信号をスイッチング素子に供給して点火コイルのコイル一次電流I1を通電、遮断し、点火プラグ１４を点火させるための高電圧を発生し、コイルドライバ内蔵コイル７００が動作時に出力する信号を検出してＥＣＵ５００に出力する。

パルス発生回路５０１から通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2が出力されていないタイミングではコイルドライバ内蔵コイル７００の入力電圧IgtをHigh設定（５〜１４Ｖ）と
し、パルス発生回路５０１から通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2が出力された際に、コイルドライバ内蔵コイル７００の入力電圧Igtをごく短時間Highレベル（５〜１４Ｖ）からLowレベル（０Ｖ）に引き下げることで、コイルドライバ内蔵コイル７００がこれを通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2として認識し、コイル一次電流I1を通電、遮断し、点火プラグ１４を点火させるための高電圧を発生する。

このコイルドライバ内蔵コイル７００の一連の動作により出力される信号を、コイルドライバ内蔵コイルが検出して定電流I3をＥＣＵ５００から引き抜く。
尚、このタイミングでのコイルドライバ内蔵コイル７００の入力電圧Igtは、
Igt≒ＥＣＵ５００内内部電源−(定電流I3×抵抗５０３)となる。

これにより、コイル出力信号検出／制御回路６００が動作状態となり、コイル出力信号がコイル出力信号検出/制御回路６００に伝達される。

この信号をもとに解析をおこなうことで、コイルドライバ内蔵コイル７００の異常検知をおこなう。

次に、図１３を参照して、コイルドライバ内蔵コイル７００が検出する信号をコイル一次電流I1とした時の実施の形態７の内燃機関点火装置について、具体的に詳述する。
実施の形態７の内燃機関点火装置は、図１３に示すように、ＥＣＵ５００と、点火コイル１１と、パルス検知回路１７と、スイッチング素子１５と、コイル出力信号検出回路１９を含んでいる。
点火コイル１１は１次コイル１２と２次コイル１３を有し、電源端子ＶＢに接続されている。二次コイル１３の高圧側には点火プラグ１４が接続されている。
ＥＣＵ５００は、パルス発生回路５０１およびコイル出力信号検出／制御回路６００を有し、パルス発生回路５０１は、ごく短時間の単一のパルスあるいは複数のパルスの通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を、ＮＰＮトランジスタ５０２と抵抗５０４を介してコイルドライバ８００の入力端子８００ａに供給する。
通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2がＮＰＮトランジスタ５０２、Pch-MOSFET６０２に供給されていないタイミングでは、コイルドライバ８００の入力電圧IgtをHigh設定（５〜１４Ｖ）とし、パルス発生回路５０１から通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2が供給された際に、ＮＰＮトランジスタ５０２がＯＮ、Pch-MOSFET６０２がＯＦＦし、コイルドライバ８００の入力電圧Igtをごく短時間Highレベル（５〜１４Ｖ）からLowレベル（０Ｖ)に引き下げることで信号をパルス検知回路１７に供給する。

パルス検知回路１７は、通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2を記憶させた回路であり、パルス発生回路５０１より受信した信号を通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2として認識し、後段のスイッチング素子１５に点火信号を供給し駆動するものである。
スイッチング素子１５は、例えばＩＧＢＴ(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)であり、ゲート端子がパルス検知回路１７に接続され、コレクタ端子が点火コイル１１の一次コイル１２に接続され、エミッタ端子が検出抵抗１８とコイル出力信号検出回路１９に接続されている。検出抵抗１８のもう一端は基準電位点ＧＮＤに接続されている。

コイル出力信号検出回路１９は、出力端子１９ａと入力端子１９ｂをもって構成される。出力端子１９ａは入力インピーダンス１６とパルス検知回路１７に接続されており、入力端子１９ｂはスイッチング素子１５のエミッタ端子と検出抵抗１８に接続されている。
コイル出力信号検出回路１９の内部構造は、Nch-MOSFET１９０、１９１を含むカレントミラー回路１９２と、内部電源１９３と、電流源１９４と、Pch-MOSFET１９５と、ＡＮＤ回路１９６、コンパレータ回路１９７、１９８を含むウィンドウコンパレータ回路１９９で構成されている。

Nch-MOSFET１９０のゲートがNch-MOSFET１９１のゲートに接続され、ドレインが出力端子１９ａに接続され、ソースがＧＮＤに接続されている。Nch-MOSFET１９１のゲートがNch-MOSFET１９１のドレインと電流源１９４とPch-MOSFET１９５のソースに接続されている。電流源１９４のもう一端は内部電源１９３に接続されている。内部電源１９３は安定化された電源である。
Pch-MOSFET１９５のゲートはＡＮＤ回路１９６の出力端子と接続され、ドレインがＧＮＤに接続されている。ＡＮＤ回路１９６の入力端子はコンパレータ回路１９７の出力端子と接続され、もう一方の入力端子はコンパレータ回路１９８の出力端子と接続されている。コンパレータ回路１９７の入力端子(＋)は入力端子１９ｂに接続され、入力端子(−)は基準電圧(Vth1)に接続されている。コンパレータ回路１９８の入力端子(＋)は基準電圧Vth2に接続され、入力端子(−)は入力端子１９ｂに接続されている。

次に、コイル出力信号検出／制御回路６００の内部構造について説明する。
コイル出力信号検出／制御回路６００は、内部電源601と、Pch-MOSFET602と、ＰＮＰトランジスタ６０３、６０４を含むカレントミラー回路６０５と、コイル出力信号検出抵抗６０６と、コイル出力信号制御回路６０９を備えている。
Pch-MOSFET６０２のゲートがパルス発生回路５０１に接続され、ドレインがＰＮＰトランジスタ６０３、６０４のエミッタに接続され、ソースが内部電源６０１に接続されている。内部電源６０１は安定化された電源である。
ＰＮＰトランジスタ６０３のベースは、ＰＮＰトランジスタ６０４のベースに接続され、
ＰＮＰトランジスタ６０３のコレクタは、コイル出力信号検出抵抗６０６とコイル出力信号制御回路６０９に接続されている。ＰＮＰトランジスタ６０４のベースは、ＰＮＰトランジスタ６０４のコレクタと、抵抗５０３に接続されている。コイル出力信号検出抵抗６０６のもう一端はＧＮＤに接続されている。

図１４はこの実施の形態７の各部波形についてのタイミングチャートを示すもので、このタイミングチャートを参照して図１２の動作説明を行う。
パルス発生回路５０１からごく短時間の通電開始信号Igt1（ここでは単一のパルス信号にて図示）が時点t1〜t2においてＮＰＮトランジスタ５０２、Pch-MOSFET６０２に供給される。通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2がＮＰＮトランジスタ５０２、Pch-MOSFET６０２に供給されていないタイミングでは、コイルドライバ８００の入力電圧IgtをHigh設定
（５〜１４Ｖ） とし、パルス発生回路５０１から通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2がＮＰＮトランジスタ５０２、Pch-MOSFET６０２に供給された際に、ＮＰＮトランジスタ５０２がＯＮ、Pch-MOSFET６０２がＯＦＦし、コイルドライバ８００の入力電圧Igtをごく短時間Highレベル（５〜１４Ｖ）からLowレベル（０Ｖ）に引き下げることでパルス信号をパルス検知回路１７に供給する。
パルス検知回路１７はパルス発生回路５０１から供給されたパルス信号を通電開始信号Igt1として認識し、時点t2において後段のスイッチング素子１５の入力端子(ここではGate)に点火信号を供給することにより、スイッチング素子１５がＯＮ状態となり、点火コイル１１の一次コイル１２にコイル一次電流I1が流れ始める。

その後、コイル一次電流I1が検出抵抗１８を流れることにより発生する電圧VdetがVth1＜Vdet＜Vth2となる時点t3において、ウィンドウコンパレータ回路１９９の出力がHighとなりPch-MOSFET１９５がＯＦＦ状態となる。この瞬間、電流源１９４より定電流I3がカレントミラー回路１９２に供給され、カレントミラー回路１９２が動作する。
カレントミラー回路１９２のNch-MOSFET１９０は、Nch-MOSFET１９１を介して流れた定電流I3電流相当のドレイン電流をコイル出力信号検出／制御回路６００のカレントミラー回路６０５から引き抜く。

これにより、コイル出力信号検出／制御回路６００のカレントミラー回路６０５が動作状態となり、カレントミラー回路６０５のＰＮＰトランジスタ６０３はＰＮＰトランジスタ６０４を介して流れた定電流I3相当のコレクタ電流を流す。
出力された電流は、コイル出力信号検出抵抗６０６により電圧変換され、コイル出力信号制御回路６０９に信号伝達される。

その後、電圧VdetがVth2＜Vdetとなる時点t4において、ウィンドウコンパレータ回路１９９の出力がLowとなりPch-MOSFET１９５がＯＮ状態となる。
この瞬間、Nch-MOSFET１９０、１９１のゲート電圧がLowレベルとなり、カレントミラー回路１９２の動作が停止する。その際、コイル出力信号検出抵抗６０６への電流供給が停止する。

以上のように、実施の形態７の内燃機関点火装置によれば、一次コイル１２の断線などドライバ内蔵コイル７００に何らかの不具合が発生した場合に、ＥＣＵ５００がその異常を検知し故障診断をすることができる。

また、検出するコイル出力信号をコイル一次電圧、コイル二次電流、コイル二次電圧などとすることで、ドライバ内蔵コイル７００の幅広い故障診断をおこなうことができる。

なお、上述した実施の形態２〜６は、実施の形態１のみならず、実施の形態７においても適用可能なものである。
また、この発明は、上述した実施の形態に制限されるものではなく、この発明の精神と範囲を逸脱しない範囲において、当業者にとって、種々の修正および変更が可能なことはいうまでもない。

この発明の実施の形態１における内燃機関点火装置の要部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１における内燃機関点火装置の詳細回路図である。 この発明の実施の形態１における各動作点でのタイミングチャートの一例である。 この発明の実施の形態１におけるイオン信号検出／制御回路をデジタル方式に変更した一例を示す回路図である。 図４のデジタル方式における各動作点でのタイミングチャートの一例である。 この発明の実施の形態1における各動作点でのタイミングチャートの他の一例である。 この発明の実施の形態1における各動作点でのタイミングチャートの他の一例である。 この発明の実施の形態２におけるパルス信号波形の一例を示す図である。 この発明の実施の形態４におけるパルス信号波形の一例を示す図である。 この発明の実施の形態５における各動作点でのタイミングチャートの一例である。 この発明の実施の形態６における各動作点でのタイミングチャートの一例である。 この発明の実施の形態７における内燃機関点火装置の要部を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態７における内燃機関点火装置の詳細回路図である。 この発明の実施の形態７における各動作点でのタイミングチャートである。

符号の説明

１、１１ 点火コイル、２、１２ 一次コイル、３、１３ 二次コイル、
４、１４ 点火プラグ、５、１５ スイッチング素子、６、１６ 入力インピーダン ス、７、１７ パルス検知回路、８ イオンバイアス回路、９ イオン電流検出回路 、
１０ イオン電流出力用カレントミラー回路、１９ コイル出力信号検出回路、
２００、５００ ＥＣＵ（電子制御装置）、２０１、５０１ パルス発生回路、
２０２、５０２ ＮＰＮトランジスタ、２０３、２０４、５０３，５０４ 抵抗、
３００、３００' イオン信号検出／制御回路、３０９ イオン信号制御回路、
４００、８００ コイルドライバ、６００ コイル出力信号検出／制御回路、
６０９ コイル出力信号制御回路、７００ コイルドライバ内蔵コイル。

Claims (7)

1. 一次コイルと二次コイルを有する点火コイル、前記点火コイルの一次コイル電流を通電遮断することにより前記点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を発生させるスイッチング素子を含む内燃機関点火装置において、通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2としてごく短時間の単一のパルス信号あるいは複数のパルス信号をコイルドライバの入力信号線に供給するパルス発生回路を含むＥＣＵ（電子制御装置）、前記通電開始信号、遮断信号を記憶し前記パルス発生回路から前記入力信号線を介して受信した前記パルス信号を通電開始信号、遮断信号として認識し、点火信号を前記スイッチング素子に供給するパルス検知回路、前記二次コイルの低圧側に接続されたイオン電流を発生させるためのイオンバイアス回路、前記二次コイルに流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路、前記イオン電流検出回路の出力信号に基づき前記コイルドライバの入力信号線にイオン信号を出力するイオン電流出力回路、前記ＥＣＵに内蔵され前記イオン電流出力回路の出力信号を検出し制御するイオン信号検出／制御回路を備え、前記イオン信号検出／制御回路は、
   前記パルス発生回路から前記通電開始信号、遮断信号が出力されていないタイミングではコイルドライバの入力電圧IgtをHigh設定とし、前記パルス発生回路から前記通電開始信号、遮断信号が出力された際には、コイルドライバの入力電圧Igtをごく短時間前記HighレベルからLowレベルに引き下げるようにし、前記パルス検知回路がこれを通電開始信号、遮断信号として認識し点火信号をスイッチング素子に供給すると共に、
   前記通電開始信号、遮断信号が前記パルス検知回路に供給されているタイミング以外では、前記イオン電流検出回路が検出したイオン電流に基づいて、前記イオン電流出力回路が前記コイルドライバの入力信号線にイオン信号を出力するようにしたことを特徴とする内燃機関点火装置。
2. 前記パルス発生回路は、通電開始信号と遮断信号のパルス幅あるいはパルス数を変更し、別信号としたものをコイルドライバに供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関点火装置。
3. コイルドライバ内の入力インピーダンスの値を、ＥＣＵ内通電開始信号、遮断信号供給ラインの抵抗値に対し、極めて大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関点火装置。
4. 前記パルス検知回路は、通電開始信号、遮断信号として少なくとも２種類以上のパルス幅の信号が所定の順序で入力されたこと検知することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関点火装置。
5. 前記コイルドライバ内に、前記パルス検知回路が前記パルス発生回路から供給される通電開始信号、遮断信号を検知してから一定時間後にＥＣＵに対して通電開始を示す信号を発信する応答回路を設けると共に、ＥＣＵ内に、前記応答回路が発信した信号を検知する応答監視回路を備え、応答監視回路で検知した動作状態とＥＣＵが指示する動作状態を比較することでコイルドライバの正常動作を判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関点火装置。
6. ＥＣＵから通電開始信号、遮断信号を発信してから一定時間後に応答監視回路で検知される動作状態が所定の動作状態と異なる場合に、ＥＣＵから同じ信号を繰り返し発信することで、コイルドライバの動作の確実性を高めたことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関点火装置。
7. 一次コイルと二次コイルを有する点火コイル、前記点火コイルの一次コイル電流を通電遮断することにより前記点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を発生させるスイッチング素子を含む内燃機関点火装置において、通電開始信号Igt1、遮断信号Igt2としてごく短時間の単一のパルス信号あるいは複数のパルス信号をコイルドライバの入力信号線に供給するパルス発生回路を含むＥＣＵ（電子制御装置）、前記通電開始信号、遮断信号を記憶し前記パルス発生回路から前記入力信号線を介して受信した前記パルス信号を通電開始信号、遮断信号として認識し、点火信号を前記スイッチング素子に供給するパルス検知回路、前記点火コイルの出力する信号を検出し、この検出信号に基づき前記コイルドライバの入力信号線に故障診断信号としての出力信号を出力するコイル出力信号検出回路、前記ＥＣＵに内蔵され前記コイル出力信号検出回路の出力信号を検出し制御するコイル出力信号検出／制御回路を備え、前記コイル出力信号検出／制御回路は、
   前記パルス発生回路から前記通電開始信号、遮断信号が出力されていないタイミングではコイルドライバの入力電圧IgtをHigh設定とし、前記パルス発生回路から前記通電開始信号、遮断信号が出力された際には、コイルドライバの入力電圧Igtをごく短時間前記HighレベルからLowレベルに引き下げることで、前記パルス検知回路がこれを通電開始信号、遮断信号として認識し点火信号をスイッチング素子に供給すると共に、
   前記通電開始信号、遮断信号が前記パルス検知回路に供給されているタイミング以外では、前記コイル出力信号検出回路が点火コイルの出力する信号を検出して前記コイルドライバの入力信号線に故障診断信号としての出力信号を出力するようにしたことを特徴とする内燃機関点火装置。

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