JP4966872B2 - 点火制御用の装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段部分に記載の各特徴を備えた点火制御用の装置に関する。

そのような装置は、特許文献１から知られている。
そこでは点火プラグが、内燃機関の気筒内部の空気と燃料の混合気の燃焼により生じるイオン電流を検出するセンサとして利用されている。イオン電流の強さは、燃焼室内部の燃焼状態に実質的に依存する。この効果を利用して、それぞれの気筒内部の燃焼状態を識別可能であると同時に、内燃機関の失火やノッキングの発生についても判定することができる。

１次コイルおよび２次コイルが、通常の独立点火システム、すなわち点火制御ユニットにより電流の断続が行われる各気筒につき一つの点火プラグとその付属の点火コイルとにより構成されるシステムの構成部品である場合は、点火制御ユニットと独立点火システム間に、少なくとも四つの電気接続接点、具体的には車載バッテリ電源網の正負両極用、１次コイルの制御用、およびイオン電流信号のフィードバック用の接点が生じることになる。

これに対し、独立点火システムの従来の点火制御方法、すなわちイオン電流信号に配慮しない点火制御方法では、三つの接続接点だけが必要である。多気筒内燃機関の場合、イオン電流信号への配慮は、配線構造が基本的に異なることを意味している。これに加えてさらに、それぞれの接続接点にからむ接触上の問題が、接続接点の個数に比例して増大するという事情がある。

ドイツ特許出願公開第１０１３８９７６号明細書

本発明が解決しようとする課題は、接続接点の個数および接点にからむ接触上の問題が少数に留められる、冒頭に記した種類の装置を得ることにある。

この課題は、請求項１に特徴を記載した装置により解決される。
本発明の本質は、点火制御ユニットと独立点火システム間に存在する単一の電気ラインが、二方向に動作される電流インタフェースとして構成される点にある。電流インタフェースは、エンジンブロックと点火制御ユニット間の地電位オフセットに対し基本的に不感である。地電位オフセットとは、空間的に互いから切り離された二つの電気回路間の基準電位（０Ｖ）の差のことであるが、これは、電磁線の照射および／または電流の流れと合わせ、アース接続部のインピーダンスが原因となり引き起こされる。電流インタフェースは通常、一つの電流ソース（送信器）と一つの電流シンク（受信器）とを有している。電圧レベルに関して二通りの動作モードを備えることにより、時間的に相前後して情報を二方向へ伝送することができる。それにより、点火制御ユニットと独立点火システム間の接続接点の個数を三つだけにすることができる。

動作モードは、４Ｖを大幅に上回る、または下回る電圧レベルにより区別される。点火制御ユニットが、送信器として機能する、すなわち点火火花の放電のために点火コイルの１次コイルに通電する場合、点火制御ユニットは、ラインの電圧レベルを能動的に地電位（０Ｖ）に落とすか、またはラインを開放させる（受動的、４Ｖないしは０ｍＡ）。点火コイルに前置されるスイッチング回路は、ライン上に発生する電流に基づき、ラインが能動的であるか、それとも受動的であるかを区別する。それによりスイッチング回路に向けてデジタル信号を伝送することが可能となり、この信号に基づき点火がトリガされる。

これとは逆に、イオン電流を点火制御ユニットに伝送するためには、ラインの電圧レベルが８Ｖに設定される。この場合は点火コイルのスイッチング回路によりライン上にイオン電流が印加される。エンジン制御装置は、測定抵抗を介してこの電流を決定し演算処理することができる。両方のライン信号がアナログとデジタルとでこのように区別されることにより、ほかにも電流インタフェースの作用方向の識別が容易になる。

それに加え、スイッチング回路内でイオン電流が検出される場合は、μＡ域にあるイオン電流が点火プラグの付近で既に処理されることになるために、耐ノイズ性の大幅な向上がもたらされる。

これについては、スイッチング回路にさらに、２次コイルから発するイオン電流信号用の増幅回路を備えると、有利であるかもしれない。それにより、極微小なイオン電流についても検出が可能となる。

増幅回路の増幅係数がイオン電流の強さに対応して制御される場合は、さらに改善がもたらされる。この制御は、点火制御ユニット側から実行できるようにすると有利である。増幅率は、当初イオン電流信号が弱いほど大きくなる。

そのために増幅係数は、デジタル信号として点火制御ユニットにより予め設定されるとよい。それによりこの信号は、点火信号と同様にデジタルとなるほか、これが出力される時点に関して、点火信号とは実質的に異なることになる。

これが、各気筒の一回の燃焼サイクルの時間内に前もって点火制御ユニットから出力される場合は、点火制御信号との衝突の怖れが払拭される。
増幅係数自体は、その気筒の前回の燃焼サイクルにおけるイオン電流信号の強さにより決定されるとよい。点火制御ユニットには、既に増幅されたイオン電流信号が送られるここと、またその根拠となった増幅係数が点火制御ユニットに知られていることから、増幅されたイオン電流信号が変化する場合は、点火制御ユニットは係数をその都度適合化させることができる。それにより点火制御ユニットに入力されるイオン電流信号を、信号対ノイズ比に関して、過負荷レベルに抵触することなく最適動作範囲に保持することが可能となる。

それ以外にも、増幅係数に関する上述の説明と同様に、測定電圧の高さについても、点火制御ユニットによりデジタル信号として予め設定されるようにするとよい。それにより、測定電圧発生部の出力損失を微小に留めるために、イオン電流信号が十分に高い場合は測定電圧を下げることが可能となる。ほかにも、測定電圧の低下により、点火花火から奪い取られるエネルギも僅かとなる。測定電圧は、１次コイルのスイッチ投入時に発生する２次側の起動高電圧に加算されるために、その結果として点火プラグに生じる電圧が余計に上昇し、それにより、望ましくない過早着火の怖れを低減している。

次に本発明を図面に示される実施例に基づき詳しく説明する。
図１に示される点火制御装置は、一つの点火制御ユニット２により制御される内燃機関（不図示）の一つの気筒用の独立点火システムを示したものである。この点火制御ユニット２は、（ｎ）個の異なる気筒内への燃料噴射、およびこの一つの気筒とならび他の気筒の点火を制御する、符号ＤＭＥで示されるデジタルエンジンエレクロトニックユニットに内蔵されている。

独立点火システム１は、実質的にスイッチング回路３、１次コイル５と２次コイル６とを有する点火コイル４、ならびに点火プラグ７とにより構成される。
ＤＭＥは、三本のラインを介して独立点火システム１に接続されている。これらは、車載バッテリ電源網の正負両極（＋／−）に取り廻される二本のライン（ＫＬ８７およびＫＬ３１）、ならびに一本の制御ライン８（ＩＧＣと表記）である。

ライン８は、独立点火システム１と点火制御ユニット２間の両方向に動作する電流インタフェースとして利用される。その作用方向は、ライン８に異なる電圧レベル０Ｖおよび８Ｖを印加することにより設定することができる。

電圧レベルが８Ｖであるときには、ライン８により２次コイル６から発するイオン電流信号がアナログ信号として伝送される。この信号により、この気筒内で行われる燃焼の方式と内容に関する情報を得ることができる。イオン電流信号の大きさは、回転数および負荷に従属するために、イオン電流信号はスイッチング回路３において増幅され、その後引き続いてライン８上を伝送されるようになっている。イオン電流信号をスイッチング回路３において増幅するための増幅係数も、同様にライン８を介して、デジタル信号として点火制御ユニット２から、スイッチング回路へ伝送される。デジタル信号の点火制御ユニット２からスイッチング回路への伝送のためには電圧レベルが０Ｖに設定される。この電圧レベルのとき、点火制御ユニット２は、ほかにもデジタル制御信号をスイッチング回路３に伝送し、それにより点火工程をトリガする。

図２のａ）で示される電圧特性グラフ、ｂ）で示される電流特性グラフ、ならびにｃ）で示されるデータ伝送グラフに基づいて、経時挙動を説明する。
信号ライン８に十分な大きさのアイドル時間Ｔ_ｉｄｌｅにわたり信号（４Ｖないしは０ｍＡ）が一切存在していない休止状態を始点として、点火制御ユニット２により、信号ラインを介して、定義された時間Ｔ_ｒｅｆである１５０μｓにわたり、符号ＳＴＡＲＴで示される動作周期のスタートビットがアクティブ化される。スイッチング回路３はこの時間を基準時間として利用する。このスタートビットの後に、本来のデータビットＤ０〜Ｄ３が続く。これについては、Ｔ_ｌｏｗ＝「０」であるか、それともＴ_ｈｉｇｈ＝「１」であるかが、スタートビットの継続時間Ｔ_ｒｅｆを基準とする継続時間に基づいて区別される。Ｔ_ｒｅｆよりも短い継続時間は、ここではＴ_ｒｅｆの０．５倍であるが、ビット＝１を意味し、Ｔ_ｒｅｆよりも長い継続時間は、ここではＴ_ｒｅｆの１．５倍であるが、ビット＝０を意味している。

ここでは値＝１を持つＤ０が、設定されるべき測定電圧に関して設定可能である二つの値の内のいずれか一方に当該している。
Ｄ１〜Ｄ３は、２次コイル６から発するイオン電流信号の設定されるべき増幅率に関する、設定可能な八つの二進値の内のいずれか一つを明らかにしている。

Ｄ４（値＝０または１）により、ここでは値＝１であるときに、イオン電流信号に対してオフセット電流が設定され、それにより点火装置の診断が実行される。連続する二回の動作周期のいずれか一方において、図にオフセット電流として示されるオフセット電流が設定された場合に、この連続する二回の動作周期において検出されるイオン電流信号が異なる場合は、プロセスが規定通りに進行している。差が一切示されない場合、これはスイッチ論理回路３内の誤りを示唆している。これは、連続する二回の動作周期においては、内燃機関の同一運転状態が存在するという考え方に基づいたものである。

符号ＰＡＲで示されるパリティビットは、データ伝送の誤り検出に利用される。
それに続いて、所望の点火時期に従属して、１次コイル５のチャージが行われる。そのためにライン８上の信号状態は、連続的に変化される。スタートビット継続時間Ｔ_ｒｅｆの二倍に等しいオン遅延時間Ｔ_{ｄｅｌａｙ}の経過後に、１次コイル５はチャージされる。それにより、データ伝送の間の１次コイル５の意図せざるチャージが抑止される。点火時期（雷マークで示される）には１次コイル５がオフにされ、２次側に高電圧が発生し、点火が行われる。

点火後、ライン８には８Ｖが印加され、それによりイオン電流測定に切り換わる。

点火火花電流の減衰後、点火コイル４の残留エネルギは次第に消失する。これを、既にイオン電流信号において測定し、火花監視のために評価することができる。
残留エネルギの消失後には設定された測定電圧が点火プラグ７に印加されており、また、イオン電流が流れている。点火コイル４の点火後に通電するイオン電流は、設定された増幅率に対応して増幅され、場合によっては設定されたオフセット電流により上昇されて、アナログ電流としてライン８を介して点火制御ユニット２に戻される。点火制御ユニット２は、このイオン電流信号に基づき、場合によっては点火工程の不良を検出し、場合によっては安全対策を講じることができる。

本発明に従った内燃機関用の点火制御装置のブロック線図である。 図１の点火制御装置の作動方式を説明するための経時グラフである。

符号の説明

１ 独立点火システム
２ 点火制御ユニット
３ スイッチング回路
４ 点火コイル
５ １次コイル
６ ２次コイル
７ 点火プラグ
８ 制御／信号ライン
Ｄ０〜Ｄ４ データビット
ＤＭＥ デジタルエンジンエレクトロニックユニット
ＩＤＬＥ アイドル時間
ＩＧＣ 制御ライン
ＫＬ ライン
ＰＡＲ パリティビット
ＳＴＡＲＴ スタートビット

Claims (6)

1. 内燃機関の気筒における点火制御用の装置であって、電流を断続される１次コイル（５）と、点火プラグ（７）に接続された２次コイル（６）とを有する点火コイル（４）、および、第１のラインを介して前記１次コイル（５）の電流を断続し、かつ第２のラインを介して前記２次コイル（６）に接続された点火制御ユニット（２）を有しており、前記第２ラインが、前記点火プラグ（７）から発するイオン電流信号を前記点火制御ユニット（２）に供給する装置において、
   前記第１および第２のラインとして、単一のライン（８）が利用されること、
   前記点火コイル（４）が、前記点火制御ユニット（２）により制御されるスイッチング回路（３）を介して、前記ライン（８）と接続されていること、
   第１及び第２の電圧レベルが前記ライン（８）に印加可能であること、及び
   前記ライン（８）に第１の電圧レベルが印加している場合、イオン電流信号が前記ライン（８）を介して点火制御ユニット（２）に伝送され、また、前記ライン（８）に第２の電圧レベルが印加している場合、点火制御ユニット（２）からの信号が前記ライン（８）を介してスイッチング回路（３）に伝送されること
   を特徴とする、装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記第１の電圧レベル及び前記第２の電圧レベルの値が、０Ｖおよび８Ｖであることを特徴とする、装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、
   前記点火コイルに、前記点火制御ユニット（２）により制御されるスイッチング回路（３）が空間的に接続されること、
   前記点火制御ユニットが、前記スイッチング回路にデジタル制御信号を伝送すること、および、
   前記２次コイル（６）から発する前記イオン電流信号がアナログ信号であることを特徴とする、装置。
4. 請求項３に記載の装置において、
   前記スイッチング回路が、付加的に、前記２次コイルから発するイオン電流信号用の増幅回路を有することを特徴とする、装置。
5. 請求項４に記載の装置において、
   前記増幅回路の増幅係数が、前記点火制御ユニットにより制御されることを特徴とする、装置。
6. 請求項５に記載の装置において、
   前記点火制御ユニットが、前記増幅係数をデジタル信号として予め設定可能であることを特徴とする、装置。

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