図面 (/)

技術 点火制御装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 中村聡志中野智洋
出願日 2016年5月18日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2016-099768
公開日 2017年11月24日 (3年1ヶ月経過) 公開番号 2017-207007
状態 特許登録済
技術分野 内燃機関の点火装置
主要キーワード 略三角波形 投入回路 点火用スイッチ 昇圧用スイッチ 放電継続 アース接地 エネルギー制御 投入エネルギー
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年11月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

点火コイルが備える1次コイルの過通電による破損を防止する。

解決手段

点火制御装置は、1次コイルと2次コイルとを含む点火コイルと、点火プラグ放電開始後に1次コイルに電気エネルギー投入するエネルギー投入部と、2次コイルに流れる2次電流目標値を維持するように、エネルギー投入部から1次コイルに投入する電気エネルギーを制御するエネルギー制御部と、1次コイルに電気エネルギーを投入している期間における1次電流の変化の傾きの絶対値、及び、1次コイルに電気エネルギーを投入している期間における1次コイルの巻線温度の少なくとも一方を取得する取得部と、1次電流の変化の傾きの絶対値及び巻線温度の少なくとも一方がそれぞれに対応する閾値以上である場合、エネルギー投入部から1次コイルへの電気エネルギーの投入を禁止するエネルギー投入禁止部と、を備える。

概要

背景

1次コイルへの通電及び遮断によって点火プラグ火花放電を生じさせた後、エネルギー投入回路から1次コイルに電気エネルギー投入し、火花放電を任意の期間にわたって継続させる点火装置が提案されている(例えば、特許文献1及び2)。

概要

点火コイルが備える1次コイルの過通電による破損を防止する。点火制御装置は、1次コイルと2次コイルとを含む点火コイルと、点火プラグの放電開始後に1次コイルに電気エネルギーを投入するエネルギー投入部と、2次コイルに流れる2次電流目標値を維持するように、エネルギー投入部から1次コイルに投入する電気エネルギーを制御するエネルギー制御部と、1次コイルに電気エネルギーを投入している期間における1次電流の変化の傾きの絶対値、及び、1次コイルに電気エネルギーを投入している期間における1次コイルの巻線温度の少なくとも一方を取得する取得部と、1次電流の変化の傾きの絶対値及び巻線温度の少なくとも一方がそれぞれに対応する閾値以上である場合、エネルギー投入部から1次コイルへの電気エネルギーの投入を禁止するエネルギー投入禁止部と、を備える。

目的

そこで、本明細書開示の点火制御装置は、点火コイルが備える1次コイルの過通電による破損を防止することを課題とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

1次コイルと2次コイルとを含む点火コイルと、点火プラグ放電開始後に前記1次コイルに電気エネルギー投入するエネルギー投入部と、前記2次コイルに流れる2次電流目標値を維持するように、前記エネルギー投入部から前記1次コイルに投入する前記電気エネルギーを制御するエネルギー制御部と、前記1次コイルに前記電気エネルギーを投入している期間における前記1次コイルを流れる1次電流の変化の傾きの絶対値、及び、前記1次コイルに前記電気エネルギーを投入している期間における前記1次コイルの巻線温度の少なくとも一方を取得する取得部と、前記1次電流の変化の傾きの絶対値及び前記巻線温度の少なくとも一方がそれぞれに対応する閾値以上である場合、前記エネルギー投入部から前記1次コイルへの前記電気エネルギーの投入を禁止するエネルギー投入禁止部と、を備える点火制御装置

技術分野

0001

本発明は、点火制御装置に関する。

背景技術

0002

1次コイルへの通電及び遮断によって点火プラグ火花放電を生じさせた後、エネルギー投入回路から1次コイルに電気エネルギー投入し、火花放電を任意の期間にわたって継続させる点火装置が提案されている(例えば、特許文献1及び2)。

先行技術

0003

特開2015−200293号公報
特開2015−200248号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、点火装置の異常によって、1次コイルへの通電に対して2次コイルへの変換効率が低下することがある。このような場合に2次コイルに流れる電流値目標値に維持するためには、1次コイルに通常時よりも多くの電流を流す必要がある。このため、エネルギー投入回路から1次コイルに電気エネルギーを投入し続けると、1次コイルに想定以上の電流が流れ、過通電により1次コイルが破損するおそれがある。

0005

そこで、本明細書開示の点火制御装置は、点火コイルが備える1次コイルの過通電による破損を防止することを課題とする。

課題を解決するための手段

0006

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された点火制御装置は、1次コイルと2次コイルとを含む点火コイルと、点火プラグの放電開始後に前記1次コイルに電気エネルギーを投入するエネルギー投入部と、前記2次コイルに流れる2次電流が目標値を維持するように、前記エネルギー投入部から前記1次コイルに投入する前記電気エネルギーを制御するエネルギー制御部と、前記1次コイルに前記電気エネルギーを投入している期間における前記1次コイルを流れる1次電流の変化の傾きの絶対値、及び、前記1次コイルに前記電気エネルギーを投入している期間における前記1次コイルの巻線温度の少なくとも一方を取得する取得部と、前記1次電流の変化の傾きの絶対値及び前記巻線温度の少なくとも一方がそれぞれに対応する閾値以上である場合、前記エネルギー投入部から前記1次コイルへの前記電気エネルギーの投入を禁止するエネルギー投入禁止部と、を備える。

発明の効果

0007

本明細書開示の点火制御装置によれば、点火コイルが備える1次コイルの過通電による破損を防止することができる。

図面の簡単な説明

0008

図1は、一実施形態に係る点火制御装置が適用された点火システムの構成を示す概略図である。
図2は、点火システムの動作を示すタイムチャートである。
図3は、ECUが実行する点火制御の一例を示すフローチャートである。

実施例

0009

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

0010

本実施形態に係る点火システム1は、車両走行用火花点火エンジンに搭載され、所定の点火時期燃焼室内の混合気点火する。なお、エンジンの一例は、ガソリン燃料とする希薄燃焼リーンバーン)が可能な直噴式エンジンであり、気筒内にタンブル流スワール流等の混合気の旋回流を生じさせる旋回流コントロール手段を備える。また、本実施形態において点火システム1は、各気筒の点火プラグ2ごとに対応した点火コイル3を用いるDI(ダイレクトイグニッション)タイプである。

0011

点火システム1は、ECU(Electronic Control Unit)4を備える。ECU4は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び記憶装置等を備える。ECU4は、ROMや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより後述する点火制御等を実行する。ECU4は、取得部及びエネルギー投入禁止部の一例である。

0012

ECU4には、車両に搭載されてエンジンの運転状態制御状態を示すパラメータ暖機状態エンジン回転速度、エンジン負荷、希薄燃焼の有無、旋回流の程度等)を検出する各種センサから信号が入力される。ECU4は、各種センサから取得したエンジンパラメータに応じた点火信号IGtおよび放電継続信号IGwを生成して出力する。点火信号IGtは、後述する主点回路8において1次コイル5に磁気エネルギーを蓄えさせる期間および点火開始時期指令する信号である。放電継続信号IGwは、継続火花放電(詳細は後述する)を継続する期間を指令する信号である。ECU4は、点火信号IGt及び放電継続信号IGwにより1次コイル5の通電を制御して点火コイル3の2次コイル6に生じる電気エネルギーを操作し、点火プラグ2の火花放電を制御する。

0013

また、本実施形態に係る点火システム1は、フルトラに基づき火花放電(以下、主点火と呼ぶ)を発生させる主点火回路8と、主点火として生じた火花放電を電気エネルギーの追加投入により継続火花放電として継続させるエネルギー投入回路9を備える。また、点火システム1は、2次電流I2を検出してエネルギー投入回路9にフィードバックするフィードバック回路10と、1次コイル5に流れる電流(1次電流I1)を測定する1次電流センサ31と、1次コイル5の巻線温度を測定する温度センサ32と、を備える。1次電流センサ31及び温度センサ32の検出値は、ECU4に入力される。なお、エネルギー投入回路9はエネルギー投入部の一例である。

0014

なお、主点火回路8、エネルギー投入回路9、およびフィードバック回路10は、点火回路ユニットとして1つのケース内収容配置され、点火プラグ2、点火コイル3および点火回路ユニットは、気筒数同数設けられて気筒毎に設置される。

0015

点火プラグ2は、周知構造を有するものであり、2次コイル6の一端に接続される中心電極と、エンジンのシリンダヘッド等を介してアース接地される接地電極とを備え、2次コイル6に生じる電気エネルギーにより中心電極と接地電極との間で火花放電を生じさせる。

0016

点火コイル3は、1次コイル5と2次コイル6とを有し、1次コイル5を流れる電流(1次電流I1)の増減に応じて電磁誘導により2次コイル6に電流(2次電流I2)を発生させる周知構造である。

0017

1次コイル5の一端は車載バッテリ12のプラス電極に接続され、1次コイル5の他端は主点火回路8の点火用スイッチング手段13を介してアース接地される。さらに、1次コイル5の他端には、点火用スイッチング手段13を介してアース接地されるライン並列に、エネルギー投入回路9が接続されている。

0018

2次コイル6の一端は上述したように点火プラグ2の中心電極に接続され、2次コイル6の他端はフィードバック回路10に接続されている。なお、2次コイル6の他端は、2次電流I2の方向を一方向に限定する第1ダイオード14を介してフィードバック回路10に接続されている。

0019

主点火回路8は、1次コイル5の通電状態断続する点火用スイッチング手段13を備える。主点火回路8は、点火用スイッチング手段13のオンオフにより、1次コイル5にエネルギーを蓄えさせるとともに、1次コイル5に蓄えたエネルギーを利用して2次コイル6に高電圧を発生させ、点火プラグ2に主点火を生じさせる。

0020

より具体的には、主点火回路8は、ECU4から点火信号IGtが与えられる期間に点火用スイッチング手段13をオンすることで、1次コイル5に車載バッテリ12の電圧印加してプラスの1次電流I1を通電し、1次コイル5に磁気エネルギーを蓄えさせる。その後、主点火回路8は、点火用スイッチング手段13のオフにより、電磁誘導によって磁気エネルギーを電気エネルギーに変換して2次コイル6に高電圧を発生させ、主点火を生じさせる。

0021

なお、点火用スイッチング手段13は、パワートランジスタMOS型トランジスタ等である。

0022

エネルギー投入回路9は、昇圧回路15と、投入エネルギー制御手段16とを備える。

0023

昇圧回路15は、ECU4から点火信号IGtが与えられる期間において車載バッテリ12の電圧を昇圧してコンデンサ18に蓄えさせる。

0024

投入エネルギー制御手段16は、コンデンサ18に蓄えた電気エネルギーを1次コイル5のマイナス側(接地側)に投入する。

0025

昇圧回路15は、コンデンサ18以外に、チョークコイル19、昇圧用スイッチング手段20、昇圧用ドライバ回路21および第2ダイオード22を備える。なお、昇圧用スイッチング手段20は、例えば、MOS型トランジスタである。

0026

チョークコイル19は一端が車載バッテリ12のプラス電極に接続され、昇圧用スイッチング手段20によりチョークコイル19の通電状態が断続される。また、昇圧用ドライバ回路21は、昇圧用スイッチング手段20に制御信号を与えて昇圧用スイッチング手段20をオンオフさせるものであり、昇圧用スイッチング手段20のオンオフ動作により、チョークコイル19で蓄えた磁気エネルギーはコンデンサ18で電気エネルギーとして充電される。

0027

昇圧用ドライバ回路21は、ECU4から点火信号IGtが与えられる期間において昇圧用スイッチング手段20を所定周期で繰り返してオンオフするように設けられている。

0028

第2ダイオード22は、コンデンサ18に蓄えた電気エネルギーがチョークコイル19側へ逆流するのを防ぐ。

0029

投入エネルギー制御手段16は、投入用スイッチング手段24、投入用ドライバ回路25および第3ダイオード26を備える。なお、投入用スイッチング手段24は、例えば、MOS型トランジスタである。

0030

投入用スイッチング手段24は、コンデンサ18に蓄えた電気エネルギーを1次コイル5にマイナス側から投入するのをオンオフし、投入用ドライバ回路25は、投入用スイッチング手段24に制御信号を与えてオンオフさせる。

0031

投入用ドライバ回路25は、ECU4から入力される、スイッチング周波数を指示する周波数信号SFに基づいて、投入用スイッチング手段24をオンオフさせてコンデンサ18から1次コイル5に投入する電気エネルギーを制御する。これにより、投入用ドライバ回路25は、放電継続信号IGwが与えられる期間において2次電流I2を目標値に維持させる。すなわち、放電継続信号IGwは、投入用スイッチング手段24にオンオフを繰り返させて昇圧回路15から1次コイル5に電気エネルギーを投入する期間を指令する信号であるといえる。なお、投入用ドライバ回路25は、エネルギー制御部の一例である。

0032

第3ダイオード26は、1次コイル5からコンデンサ18への電流の逆流を阻止する。

0033

フィードバック回路10は、2次電流I2を検出してエネルギー投入回路9の投入エネルギー制御手段16にフィードバックする。

0034

フィードバック回路10には、2次電流I2を検出する2次電流検出抵抗28、および、フィードバック信号を合成して出力する電流検出回路29が設けられている。そして、2次電流I2の検出値は、2次電流検出抵抗28により電圧に変換されて電流検出回路29に出力される。また、電流検出回路29では、例えば、2次電流I2に対する上限下限の閾値が設定されており、検出値と上限、下限の閾値との比較に応じたフィードバック信号が合成されて投入用ドライバ回路25に出力される。

0035

次に、図2を参照して点火システム1の動作を説明する。なお、図2において、「IGt」は点火信号IGtの入力状態ハイ/ローで表すものであり、「IGw」は放電継続信号IGwの入力状態をハイ/ローで表すものである。また、「点火用スイッチ」、「投入用スイッチ」は、それぞれ、点火用スイッチング手段13、投入用スイッチング手段24のオンオフを表し、「I1」は1次電流(1次コイル5に流れる電流値)、「I2」は2次電流(2次コイル6に流れる電流値)を表す。なお、図2の記載において、1次電流I1及び2次電流I2は、図1に示す矢印方向の電流を正の値とし、矢印と反対方向の電流を負の値とする。

0036

点火信号IGtがローからハイへ切り替わると(時間t1参照)、点火信号IGtがハイの期間において、点火用スイッチング手段13がオン状態を維持してプラスの1次電流I1が流れ、1次コイル5に磁気エネルギーが蓄えられる。また、昇圧用スイッチング手段20がオンオフを繰り返して昇圧動作を行い、昇圧された電気エネルギーがコンデンサ18に蓄えられる。

0037

やがて、点火信号IGtがハイからローへ切り替わると(時間t2参照)、点火用スイッチング手段13がオフされ、1次コイル5の通電状態が突然遮断される。これにより、1次コイル5に蓄えられた磁気エネルギーが電気エネルギーに変換されて2次コイル6に高電圧が発生し、点火プラグ2において主点火が開始される。

0038

点火プラグ2において主点火が開始された後、2次電流I2は略三角波形状で減衰する(I2の破線を参照)。そして、2次電流I2が下限の閾値に到達する前に、放電継続信号IGwがローからハイへ切り替わる(時間t3参照)。

0039

放電継続信号IGwがローからハイへ切り替わると、投入用スイッチング手段24がオンオフ制御されて、コンデンサ18に蓄えられていた電気エネルギーが、1次コイル5のマイナス側に順次投入され、1次電流I1は、1次コイル5から車載バッテリ12のプラス電極に向かって流れる。より具体的には、投入用スイッチング手段24がオンされる毎に1次コイル5から車載バッテリ12のプラス電極に向かう1次電流I1が追加され、1次電流I1が傾きSLでマイナス側に増加していく(時間t3〜t4参照)。

0040

そして、1次電流I1が追加される毎に、主点火による2次電流I2と同方向の2次電流I2が2次コイル6に順次追加され、2次電流I2は所定の範囲に維持される。

0041

以上により、投入用スイッチング手段24をオンオフ制御することで、2次電流I2が火花放電を維持可能な程度に継続して流れる。その結果、放電継続信号IGwのオン状態が続くと、継続火花放電が点火プラグ2において維持される。

0042

次にECU4が実行する点火制御について説明する。図3は、ECU4が実行する点火制御の一例を示すフローチャートである。なお、図3に示す点火制御は、リーンバーン時のように気筒内のガス流速が高く火花放電の吹き消え可能性がある状態において、主点火に続けて継続火花放電を行う時に実行される。

0043

ECU4は、1次電流センサ31の出力値に基づいて、継続火花放電期間(図2の時間t3〜t4)中の1次電流I1の変化の傾きSL(図2参照)の絶対値を取得し、温度センサ32から継続火花放電期間中(図2のt3〜t4)の1次コイル5の巻線温度を取得する(ステップS10)。なお、ECU4は、継続火花放電期間中(図2のt3〜t4)の1次電流I1の変化の傾きに基づいて、1次コイル5の巻線温度を推定してもよい。この場合、温度センサ32を省略してもよい。

0044

次に、ECU4は、1次電流I1の変化の傾きの絶対値が閾値V1以上、又は、1次コイル5の巻線温度が閾値V2以上であるか否かを判断する(ステップS12)。1次コイル5から2次コイル6への変換効率が低下すると、2次コイル6に流れる2次電流I2を目標値に維持するために、通常時よりも多くの電流を1次コイル5へと通電する必要がある。1次コイル5への通電量の増加は、磁気飽和の発生、あるいは、1次コイル5の巻線温度の上昇を引き起こす。したがって、本ステップでは、磁気飽和が発生しているか否かを閾値V1を用いて1次電流I1の変化の傾きによって判定し、閾値V2を用いて1次コイル5の通電量が1次コイル5の通電限界に達しているか否かを判定する。すなわち、本ステップでは、1次コイル5から2次コイル6への変換効率が低下しているか否かを判断している。

0045

1次電流I1の変化の傾きの絶対値が閾値V1未満であり、かつ、1次コイル5の巻線温度が閾値V2未満である場合(ステップS12/NO)、ECU4は、筒内における燃焼時の空燃比理論空燃比よりも大きいリーン燃焼を実行させるリーン制御を継続する(ステップS14)。

0046

一方、1次電流I1の変化の傾きが閾値V1以上、又は、1次コイル5の巻線温度が閾値V2以上である場合(ステップS12/YES)、ECU4は、リーン制御を中止し、その後、エネルギー投入回路9から1次コイル5への電気エネルギーの投入を禁止する(ステップS16)。これにより、1次コイル5への通電量を抑え、過通電による1次コイル5の破損を防止することができる。また、リーン制御を中止しているため、エネルギー投入回路9から1次コイル5への電気エネルギーの投入を禁止しても、主点火によって混合気へ着火することができるので、ドライバビリティの低下を抑制することができる。なお、ECU4は、リーン制御を中止するとともに、排気ガス排気通路から吸気通路へと還流させるEGR制御を中止しても良い。また、リーン制御の中止に代えて、EGR制御を中止してもよい。

0047

上述の説明から明らかなように、本実施形態に係る点火システム1は、1次コイル5と2次コイル6とを含む点火コイル3と、点火プラグ2の放電開始後に1次コイル5に電気エネルギーを投入するエネルギー投入回路9と、2次コイルに流れる2次電流I2が目標値を維持するように、エネルギー投入回路9から1次コイル5に投入する電気エネルギーを制御する投入用ドライバ回路25と、ECU4と、を備える。ECU4は、1次コイル5に電気エネルギーを投入している期間における1次電流I1の変化の傾きと、電気エネルギーを投入している期間における1次コイルの巻線温度と、を取得し、1次電流I1の変化の傾きの絶対値が閾値V1以上、又は、巻線温度が閾値V2以上である場合、エネルギー投入回路9から1次コイル5への電気エネルギーの投入を禁止する。これにより、1次コイル5に磁気飽和が発生している場合、1次コイル5の通電量が1次コイル5の通電限界に達している場合、又は、その両方の場合、すなわち、1次コイル5から2次コイル6への変換効率が低下していると判断できる場合には、1次コイル5への通電量が抑えられるため、過通電による1次コイル5の破損を防止することができる。

0048

なお、上記実施形態において、ECU4は、1次電流I1の変化の傾きの絶対値及び1次コイル5の巻線温度を取得していたが、1次電流I1の変化の傾き及び1次コイル5の巻線温度のいずれか一方のみを取得してもよい。この場合、ECU4は、1次電流I1の変化の傾き及び1次コイル5の巻線温度のいずれか一方がそれぞれに対応する閾値以上である場合に、1次コイル5への電気エネルギーの投入を禁止すればよい。しかしながら、上記実施形態のように、1次電流I1の変化の傾きの絶対値及び1次コイル5の巻線温度の両方を取得することにより、点火システム1の異常の検出精度を向上することができる。また、1次電流センサ31及び温度センサ32のいずれか一方に異常が生じた場合でも、他の一方の出力値に基づいて点火システム1の異常を検出することができる。

0049

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

0050

1点火システム(点火制御装置)
3点火コイル
4 ECU(取得部、エネルギー投入禁止部)
5 1次コイル
6 2次コイル
9 エネルギー投入回路(エネルギー投入部)
25 投入用ドライバ回路(エネルギー制御部)

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社SOKENの「 内燃機関用のスパークプラグ及びこれを備えた内燃機関」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】副室の大型化を抑制しつつ、副室を形成するカバー部の温度上昇を抑制できる、内燃機関用のスパークプラグ及びこれを備えた内燃機関を提供すること。【解決手段】スパークプラグ1は、絶縁碍子3と、中心電極... 詳細

  • 株式会社デンソーの「 内燃機関用の点火コイル」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】防水性に優れた内燃機関用の点火コイルを提供すること。【解決手段】内燃機関用の点火コイル1は、コイル部4と、外周コア3と、ケース5と、充填樹脂6とを有する。コイル部4は、互いに磁気的に結合する一... 詳細

  • 株式会社デンソーの「 スパークプラグ」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】燃焼室及び燃焼室に吸気を行うための吸気流路の少なくとも一方に水を噴射する水噴射部を備える内燃機関に取り付けられるスパークプラグであって、絶縁碍子の割れを抑制することができるスパークプラグを提供... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ