JP2009030554A

JP2009030554A - 点火装置

Info

Publication number: JP2009030554A
Application number: JP2007196602A
Authority: JP
Inventors: Teijo Nakano; 悌丞中野
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-07-27
Also published as: JP4791424B2

Abstract

【課題】高電圧耐性の部品を必要としない一次コイル側に電流検出手段を設け、低コストで耐久信頼性の高い点火装置を提供する。
【解決手段】点火コイル５の一次コイル５１側に、サイリスタ２３と電流検出部６とを直列に接続した閉ループ回路２５を構成する。点火プラグ９に点火用高電圧Ｖｄを印加して火花放電を生じさせた後に、サイリスタ２３のゲート信号ＶｂをＨとし、閉ループ回路２５を閉じると閉ループ回路２５に電流Ｉｂが流れる。電流検出部６では電流Ｉｂを検出し、電流−電圧変換し、電圧値ＶｃとしてＥＣＵ８に入力する。この電圧値Ｖｃは、点火プラグ９の中心電極９１と接地電極９２との間の絶縁破壊電圧値に応じて変化するものであり、異常検知に用いることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に組み付けられて混合気への点火を行うための点火プラグの点火に用いられる点火装置に関するものである。

従来、内燃機関の点火装置では、点火コイルの一次コイルの両端に電圧を印加して一定時間通電後、通電を遮断することで二次コイル側に発生する誘導起電力によって点火プラグの電極間に高電圧を印加し、火花放電を行わせて混合気への点火を行っている。内燃機関には様々な燃料を用いるものがあり、一例としてのガスエンジンでは、ガソリンエンジンと比べ、燃焼室内における混合気の流速が速いことが知られている。このようなガスエンジンでは、火花放電の持続時間が長いと火花が混合気の流れと共に下流側に流され、吹き消されては再度火花放電を生ずる多重放電を引き起こす場合がある。多重放電が生ずると火花放電が下流側で集中して発生し、その付近の電極が偏って消耗する偏消耗を生ずるため、点火プラグの寿命が短くなる虞がある。

そこで、火花放電の開始後に一次コイルに再通電することで二次コイル側に逆極性の誘導起電力を生じさせ、火花放電のためのエネルギーを消費させて強制的に火花放電を遮断することで、火花放電の持続時間を短くした点火装置（イオン電流検出装置）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、一次コイルへの再通電を行うにあたってバッテリから電力供給を行わず、スイッチング素子等を用い一次コイルと共に閉ループ回路を形成することで、火花放電の遮断を行うものも知られている。

ところで、火花放電による混合気の燃焼に伴いイオンが発生することは知られている。特許文献１に記載のイオン電流検出装置では、そのイオンの発生量が混合気の燃焼状態によって変化することを利用して、点火プラグの電極間に電圧を印加してイオン電流を流し、そのイオン電流の検出を行っており、その検出結果を利用すれば、例えば失火検知やノッキング検出等が可能となる。
特開２００２−４９９６号公報

しかしながら、イオン電流の検出は高電圧（例えば、３万Ｖ）が発生する二次コイル側の回路において行う必要があり、イオン電流の電流検出手段（検出回路）には高電圧に耐え得る高価な部品を使用しなければならない。特許文献１においても検出回路を二次コイル側に設ける以上、火花放電を生じない程度とはいえども高電圧はかかるため、高電圧耐性のある部品を使う必要があり、コスト高になっていた。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、高電圧耐性の部品を必要としない一次コイル側に電流検出手段を設け、低コストで耐久信頼性の高い点火装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の点火装置は、一次コイルおよび二次コイルを有し、前記一次コイルに流れる一次電流を遮断することにより、前記二次コイルに点火用高電圧を発生する点火コイルと、前記点火用高電圧が印加されることにより、自身の電極間に点火用の火花放電を発生する点火プラグと、当該点火プラグの電極間で前記火花放電が開始されてから、所定時間経過後に、前記一次コイルと共に閉ループ回路を形成して前記一次コイルに再通電することにより、前記火花放電を強制的に遮断する火花放電遮断手段とを備えた点火装置において、前記再通電時に前記閉ループ回路を流れる電流を検出する電流検出手段を備えている。

また、請求項２に係る発明の点火装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記電流検出手段によって検出された再通電時の電流値と、所定のしきい値とを比較して、前記点火プラグが異常状態にあるか否かを判断する異常判断手段を備えている。

また、請求項３に係る発明の点火装置は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記異常判断手段は、前記電流検出手段によって検出された再通電時の電流値が、予め定められた第１しきい値以下の値である場合、前記点火プラグの異常状態が電極の消耗状態であると判断することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の点火装置は、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記異常判断手段は、前記電流検出手段によって検出された再通電時の電流値が、予め定められ、前記第１しきい値よりも小さな第２しきい値以下の値である場合、前記点火プラグの異常状態が故障状態であると判断することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の点火装置は、請求項３または４に記載の発明の構成に加え、前記異常判断手段は、前記電流検出手段によって検出された再通電時の電流値が、予め定められ、前記第１しきい値よりも大きな第３しきい値以上の値である場合、前記点火プラグの異常状態がくすぶり状態であると判断することを特徴とする。

請求項１に係る発明の点火装置では、点火プラグの火花放電を強制遮断するために火花放電遮断手段によって閉ループ回路を形成し、この閉ループ回路を流れる電流を電流検出手段で検出することができる。この閉ループ回路を流れる電流は、火花放電遮断時に点火コイルに残留している磁気エネルギーにより流れるものである。そして、火花放電遮断時に点火コイルに残留している磁気エネルギーは、火花放電開始前に点火コイルに蓄えられる磁気エネルギーから火花放電によって消費されるエネルギーを差し引いた分に相当する。すなわち、火花放電によって消費されるエネルギーが多い場合は点火コイルに残留している磁気エネルギーが少なく、火花放電によって消費されるエネルギーが少ない場合は火花放電遮断時に点火コイルに残留している磁気エネルギーが多いこととなる。そして、火花放電によって消費されるエネルギーは火花放電時の点火プラグの電極間の絶縁破壊電圧値によって変化する。従って、閉ループ回路を流れる電流を検出することで、火花放電時の点火プラグの電極間の絶縁破壊電圧値を検出することができる。つまり予め試験等を行い、閉ループ回路を流れる電流の大きさと、火花放電時に点火プラグの電極間の絶縁破壊電圧値との関係を求めれば、閉ループ回路を流れる電流の大きさから火花放電時に点火プラグの電極間の絶縁破壊電圧値を求めることが可能である。

また、請求項１に係る発明では、上記の電流検出手段を点火コイルの一次コイル側に設けたことで、火花放電時に点火プラグに印加される火花放電するための高電圧が電流検出手段にかかることがない。つまり、電流検出手段に用いる部品や回路等に高電圧耐性の高いものを使用する必要がなく、回路の簡易化やコスト低減を図ることができると共に、耐久信頼性を高めることができる。

また、火花放電時には電極間にて絶縁破壊を生ずるが、この絶縁破壊は両電極間の絶縁耐力に応ずるものであり、すなわち両電極間の絶縁破壊電圧値に応じて変化する。そして、絶縁破壊電圧値が大きいほど火花放電によって消費されるエネルギーは多くなるため、閉ループ回路に流れる電流の大きさは、絶縁破壊電圧値に応ずる。従って、閉ループ回路を流れる電流値を求めれば、相対的に絶縁破壊電圧値の変化を知ることができる。そこで、点火プラグが正常な状態において火花放電時に電極間に流れる電流の大きさと、異常状態において流れる電流の大きさとのしきい値を、予め試験等により求めておけば、請求項２に係る発明のように、閉ループ回路に流れる電流値を、そのしきい値と比較することで、点火プラグが異常状態にあるか否かを判断することができる。

点火プラグの中心電極や接地電極が消耗状態となり、両電極間の絶縁破壊電圧値が高くなった場合、火花放電時に消費されるエネルギーが多くなる。すると、火花放電遮断時に点火コイルに残留している磁気エネルギーは少なくなり、閉ループ回路を流れる電流値も小さくなることとなる。そこで、請求項３に係る発明のように、電極が消耗状態にある場合および正常な場合において再通電時に閉ループ回路を流れる電流値の取り得る値に基づいて両者のしきい値を求め、これを第１しきい値として予め定める。そして再通電時に閉ループ回路を流れる電流値をその第１しきい値と比較し、第１しきい値以下であった場合、点火プラグの異常状態が電極の消耗状態であるとみなすことができる。

更に、点火プラグが例えば故障状態にある場合、火花放電に失敗して火花放電開始前に点火コイルに蓄えられた磁気エネルギーのほとんどが消費されて、火花放電遮断時に点火コイルに残留している磁気エネルギーがほとんどなく、閉ループ回路にも電流がほとんど流れないこととなる。そこで、請求項４に係る発明のように、点火プラグが故障状態にある場合および消耗状態にある場合において再通電時に閉ループ回路を流れる電流値の取り得る値に基づいて両者のしきい値を求め、これを第２しきい値として予め定める。この第２しきい値は第１しきい値より小さい値となる。そして再通電時に閉ループ回路を流れる電流値が第２しきい値以下であれば、点火プラグの異常状態が故障状態であるとみなすことができる。

また、点火プラグがくすぶり状態となった場合、中心電極と接地電極との間の絶縁破壊電圧値が低くなる。すると火花放電時に消費されるエネルギーが少なくなり、火花放電遮断時に点火コイルに残留している磁気エネルギーは多くなり、閉ループ回路を流れる電流値が大きくなる。そこで、請求項５に係る発明のように、電極がくすぶり状態にある場合および正常な場合において再通電時に閉ループ回路を流れる電流値の取り得る値に基づいて両者のしきい値を求め、これを第３しきい値として予め定める。そして再通電時に閉ループ回路を流れる電流値をその第３しきい値と比較し、第３しきい値以上であった場合、点火プラグの異常状態がくすぶり状態であるとみなすことができる。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。本実施の形態では、内燃機関の一例としてＬＰガスや天然ガス等を燃料とするガスエンジンを用い、このガスエンジンに取り付けられる点火プラグに火花放電のための電力を供給する点火装置１を例に説明する。図１は、点火プラグ９への点火を行う点火装置１の構成を示す電気回路図である。なお、点火装置１の点火回路部２および点火プラグ９は、複数の気筒を備えたエンジンにおいては各気筒ごとに設けられるものであるが、図１では１気筒分の構成について示すものとする。

図１に示す、点火装置１は、自動車の電子制御装置（ＥＣＵ）８と、ＥＣＵ８に電気的に接続される点火回路部２とから構成され、公知の構成を有する点火プラグ９の中心電極９１と接地電極９２との間に高電圧を印加して火花放電を生じさせると共に、点火プラグ９が異常状態にあるか否かの判断を行うための装置である。点火回路部２は、一次コイル５１および二次コイル５２からなる点火コイル５と、二次コイル５２側に設けられる逆流防止用のダイオード２１と、一次コイル５１側に設けられるトランジスタ２２、サイリスタ２３および電流検出部６とから構成される。

ＥＣＵ８は、エンジンを駆動するために用いられる各種装置を制御するためのものであり、公知の構成のＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２およびＲＡＭ８３を有する。本実施の形態では、ＥＣＵ８は、点火回路部２に指示を送出して点火プラグ９への点火を行うと共に、後述する異常判断プログラムの実行に従って、電流検出部６から得た検出結果に基づき、点火プラグ９が異常状態にあるか否かの判断を行う。ＲＯＭ８２の所定の記憶エリアには、異常判断プログラムで使用されるくすぶり状態の判定値Ｄ１、故障状態の判定値Ｄ２、および劣化状態の判定値Ｄ３の各値が、異常判断プログラムと共に記憶されている。

次に、点火回路部２は、点火プラグ９の中心電極９１と接地電極９２（グランドに接地されている。）との間に形成される火花放電間隙に高電圧を印加して火花放電を生じさせるための回路を構成している。点火回路部２は、火花放電用の電気エネルギーを供給するための電源電圧Ｖｂａｔ（例えば１２Ｖ）を出力するバッテリ７の陽極側に、一次コイル５１の一端側および二次コイル５２の一端側がそれぞれ接続された点火コイル５を有する。また、バッテリ７の陽極側には後述するサイリスタ２３のカソードも接続されている。点火コイル５の二次コイル５２の他端側は、ダイオード２１を介し、点火プラグ９の中心電極９１に接続されている。ダイオード２１はアノードが中心電極９１に接続され、中心電極９１側から二次コイル５２側へ電流が流れる向きに配置されている。

また、点火コイル５の一次コイル５１の他端側には、電流検出部６と、点火回路部２においてスイッチング素子として機能するトランジスタ２２のコレクタとが接続されている。トランジスタ２２はＮＰＮ型のパワートランジスタから構成されており、エミッタがグランドに接地され、ベースはＥＣＵ８に接続されている。トランジスタ２２は、ＥＣＵ８から出力される点火指示信号Ｖａに基づきコレクタ−エミッタ間が導通されると、点火コイル５の一次コイル５１が通電され、電流Ｉａが流れるように構成されている。

次に、電流検出部６は、例えば内部に設けた抵抗の両端の電圧を測定することにより抵抗を流れる電流の大きさを検出する公知の構成の電流計であり、電流値の測定対象となる回路に直列に配置される。本実施の形態では、サイリスタ２３と共に一次コイル５１の一端と他端との間にて直列に接続されており、一次コイル５１、電流検出部６およびサイリスタ２３で閉ループ回路２５を構成している。そして、この閉ループ回路２５を流れる電流が電流検出部６で検出され、その電流値を電流−電圧変換した電圧値ＶｃがＥＣＵ８に入力される構成となっている。なお、電流検出部６が、本発明における「電流検出手段」に相当する。また、後述するゲート信号Ｖｂによって導通状態となり閉ループ回路２５を閉じるサイリスタ２３が、本発明における「火花放電遮断手段」に相当する。

サイリスタ２３は、アノードが電流検出部６に接続され、カソードが一次コイル５１の一端側に接続されている。そしてゲートがＥＣＵ８に接続されており、ＥＣＵ８から出力されるゲート信号Ｖｂがハイレベルとなると、サイリスタ２３が導通状態となり、閉ループ回路２５に電流Ｉｂが流れるように構成されている。

次に、図１および図２を参照し、点火装置１による点火プラグ９への点火の過程について説明する。図２は、点火回路部２にて点火時期に流れる電流や信号電圧の波形の関係を示すタイミングチャートである。

上記のように構成された図１に示す点火装置１の点火回路部２では、図２に示すように、Ｔ１タイミングにおいて、ＥＣＵ８から出力される点火指示信号Ｖａがローレベル（以下、「Ｌ」という。）からハイレベル（以下、「Ｈ」という。）に切り換えられると、トランジスタ２２のコレクタ−エミッタ間が導通状態となる。すると、一次コイル５１にバッテリ７から電流Ｉａが流れ始めて時間の経過と共に増加し、点火コイル５に磁気エネルギーが蓄えられていく。

そしてＴ２タイミングに、点火指示信号ＶａがＨからＬに切り換えられると、トランジスタ２２のコレクタ−エミッタ間の導通が遮断される。すると電流Ｉａが０となり、点火コイル５に蓄積されている磁束密度が急激に変化することから、点火コイル５の二次コイル５２に誘導起電力が生ずる。この誘導起電力の発生によって、点火プラグ９の中心電極９１と接地電極９２との間に瞬時的に、グランド電位よりも低い負の点火用高電圧Ｖｄがかかり、火花放電間隙にて絶縁破壊が生じて火花放電が行われる。この火花放電に伴い火花放電間隙にて放電電流が流れ、点火コイル５では絶縁破壊電圧値に応じたエネルギーが
消費される。

絶縁破壊後には、絶縁破壊時の電位よりも高い電位（小さい電位差）で放電電流が流れるようになる。火花放電開始前のＴ１〜Ｔ２タイミングに点火コイル５に蓄積され、絶縁破壊時に消費されたエネルギーを差し引いた残りの磁気エネルギーは、絶縁破壊後に継続して火花放電間隙にて放電電流が流れエネルギーが消費されることによって次第に減少していく。そして点火コイル５に蓄積された磁気エネルギーが無くなれば、火花放電は自然に遮断されることとなる。しかし本実施の形態では、放電電流が流れている（すなわち点火用高電圧Ｖｄが生じている）最中であるＴ３タイミングに、ゲート信号ＶｂのＬからＨへの切り換えを行っている。するとサイリスタ２３が導通状態となり、一次コイル５１を含む閉ループ回路２５が閉じられ、点火コイル５に残留する磁気エネルギーによって一次コイル５１側に電流Ｉｂが流れ始める。そして電流Ｉｂが一次コイル５１を流れることにより、二次コイル５２には、点火用高電圧Ｖｄとは逆極性の電圧が誘導される。このため点火用高電圧Ｖｄが０となり、火花放電が強制的に遮断されて、放電電流は流れなくなる。なお、前述したように、電流検出部６によって閉ループ回路２５を流れる電流Ｉｂの検出が行われており、その大きさが電圧値に変換されて、電圧値ＶｃとしてＥＣＵ８に入力されている。

Ｔ３タイミングに火花放電が遮断されてからは、閉ループ回路２５に電流Ｉｂが流れエネルギーが消費されることによって、点火コイル５に蓄積された磁気エネルギーが減少していく。また、Ｔ４タイミングにはゲート信号ＶｂがＨからＬに切り換えられるが、電流Ｉｂが流れているため、サイリスタ２３は導通状態に維持される。そしてＴ５タイミングに閉ループ回路２５を流れる電流Ｉｂが０となると、サイリスタ２３が非導通状態となり、火花放電に係る一連の過程が終了する。

このように、電流検出部６によって検出される閉ループ回路２５を流れる電流Ｉｂは、火花放電が遮断されるＴ３タイミングに閉ループ回路２５が閉じられることによって生じ、その大きさは、点火コイル５に残されている磁気エネルギーに応ずる。つまり、火花放電前（Ｔ１〜Ｔ２タイミング）に点火コイル５に蓄積された磁気エネルギーから、火花放電時（Ｔ２〜Ｔ３タイミング）に火花放電間隙の絶縁破壊電圧値に応じて消費されたエネルギーを差し引いた残りの磁気エネルギーに応ずることとなる。ここで、Ｔ１〜Ｔ２タイミングに点火コイル５に蓄えられる磁気エネルギーは、Ｔ１〜Ｔ２タイミングの長さ（一次コイル５１に電流Ｉａを流す時間）に応ずるため、火花放電の度に異なることなく略一定となる。このため、火花放電遮断時（Ｔ３タイミング）に一次コイル５１に再通電したとき点火コイル５に残留する磁気エネルギーは、火花放電間隙の絶縁破壊電圧値にほぼ応ずることとなる。

ところで、火花放電に失敗したとき、中心電極９１や接地電極９２に電極消耗が生じたとき、あるいは汚損等に起因して横飛火が生じたときなど正常な火花放電が行われない場合があり、こうした現象は、火花放電の行われる間隙の大きさ、すなわち、両電極間の絶縁破壊電圧値が正常な場合と異なることによって生ずる。このような現象によって火花放電時（Ｔ２タイミング）における絶縁破壊抵抗値に違いが生ずると、火花放電によって消費されるエネルギーに差異が生ずるため、火花放電遮断時（Ｔ３タイミング）において点火コイル５に残留する磁気エネルギーに変化が生ずる。

具体的には、図３に示すグラフのように、火花放電時に中心電極９１と接地電極９２との間で絶縁破壊を生ずるのに必要となる電圧値と、閉ループ回路２５を流れる電流Ｉｂの大きさのピーク値（最大値）との間には、絶縁破壊に必要な電圧が高いほど電流Ｉｂの大きさが小さくなる比例関係があることがわかる。例えば、電極消耗等により中心電極９１と接地電極９２との間の絶縁破壊電圧値が大きくなると火花放電によって消費されるエネルギーが多くなり、点火コイル５に残留する磁気エネルギーが減少するので閉ループ回路２５を流れる電流Ｉｂの大きさのピーク値が小さくなる。一方、例えば、くすぶり等に起因して横飛火が発生することにより、中心電極９１と接地電極９２との間の絶縁破壊電圧値が小さくなると火花放電によって消費されるエネルギーが少なくなり、点火コイル５に残留する磁気エネルギーは増加するので閉ループ回路２５を流れる電流Ｉｂの大きさのピーク値が大きくなる。

そこで予め試験等により、点火プラグ９がくすぶり状態になった場合に電流Ｉｂの大きさのピーク値の取り得る値を調べ、正常状態とのしきい値を求めれば、点火プラグ９がくすぶり状態にあるか否かを判定することが可能である。同様に、電極消耗等により点火プラグ９が劣化状態となった場合には、正常状態よりも電流Ｉｂの大きさのピーク値が小さくなるので、予め試験等によりしきい値を求めれば、点火プラグ９が劣化状態にあるか否かを判定することも可能である。また、点火プラグ９が故障し、中心電極９１と接地電極９２との間で火花放電が生じなかった場合、閉ループ回路２５にはほとんど電流が流れないことから、劣化状態とのしきい値も求めることが可能である。

なお、上記したように、Ｔ３タイミングに一次コイル５１に再通電したとき閉ループ回路２５に流れる電流Ｉｂの大きさは、そのときに点火コイル５に残留する磁気エネルギーの大きさに応ずる。そして、閉ループ回路２５に電流Ｉｂが流れることによってエネルギーが消費されるのに伴い、電流Ｉｂも減少していく。従って、本実施の形態では、閉ループ回路２５を流れる電流Ｉｂの大きさのピーク値（最大値）に着目し、火花放電間隙の絶縁破壊電圧値との関係を求めている。このような絶縁破壊電圧値との比例関係は、例えば、Ｔ３タイミングからＴ５タイミング（すなわち電流Ｉｂが０となるタイミング）までの間（あるいはＴ３タイミングから所定期間経過後までの間）における電流Ｉｂの積分値と絶縁破壊電圧値との間において見いだすこともできる。また、Ｔ３タイミングからＴ５タイミングまでの期間の長さと絶縁破壊電圧値との間や、電流Ｉｂが所定値以上の値を示す期間の長さと絶縁破壊電圧値との間においても見いだすことができる。

本実施の形態では、点火プラグ９の異常状態、すなわちくすぶり状態、故障状態および劣化状態のそれぞれのしきい値を判定値Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３とし、予め試験等により求めている。そして、閉ループ回路２５を流れる電流Ｉｂのピーク値（本実施の形態では最大値）を検出し、以下に説明する異常判断プログラムの実行に基づいて、点火プラグ９が異常状態にあるか否かの判定を行っている。具体的には、電流Ｉｂの最大値がＤ１以上であればくすぶり状態、Ｄ２以下であれば故障状態、Ｄ２より大きくＤ３以下であれば劣化状態、Ｄ３より大きくＤ１未満であれば正常状態としている。以下、異常判断プログラムについて説明する。図４は、異常判断プログラムのフローチャートである。

図４に示す異常判断プログラムは、ＥＣＵ８のＣＰＵ８１で実行される内燃機関の制御プログラムのモジュール群の１つであり、ＥＣＵ８の稼働時に他のモジュールと共に実行される。実行時には、まず、初期化処理が行われ（Ｓ１１）、変数として、取得されるゲート信号Ｖｂと、それを前回の値として保持するためのＶｂＰと、電流検出部６から出力される電圧値Ｖｃと、そのピーク値（最大値）を保持するためのＶｃＨと、点火プラグ９の状態の判断結果（状態を示すフラグ）とを記憶するための記憶エリアがＲＡＭ８３上に確保される。そして、初期値として、ＶｂおよびＶｂＰにはＬ（具体的にはローレベルに相当するフラグの値）が記憶され、ＶｃおよびＶｃＨには０が記憶される。また、点火プラグ９の状態として正常状態を示すフラグが記憶される。

異常判断プログラムではゲート信号Ｖｂ（ＣＰＵ８１による他のプログラムの実行に従って出力される）の信号状態が監視されており、次のＳ１２ではゲート信号Ｖｂの取得が行われる（Ｓ１２）。点火プラグ９への点火前や点火時期の初期にはゲート信号Ｖｂはローレベル（Ｌ）となっており（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｓ１５へ進む。更にＳ１５ではＶｂＰが確認されるが、初期状態ではＬが記憶されているので（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｓ３３へ進み、取得したＶｂの値でＶｂＰを上書きすることでＶｂＰの更新が行われる（Ｓ３３）。その後Ｓ１２に戻る。

２周目以降のＳ１２〜Ｓ３３の処理では、ゲート信号ＶｂがＬである間は上記Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ３３の処理が繰り返されることとなる。そしてゲート信号ＶｂがＨに切り換えられると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、前回のゲート信号を記憶したＶｂＰが確認され、Ｌであった場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ＶｂがＬからＨに切り換わった最初の周の処理として、Ｖｃの最大値を記憶するための変数であるＶｃＨのリセットが行われる（Ｓ１７）。

次に、電流検出部６から出力される電圧値Ｖｃの取得が行われる（Ｓ１９）。電圧値Ｖｃは、図示しないＡ／Ｄ変換器を介してＥＣＵ８に入力されており、この電圧値ＶｃがＶｃＨと比較される（Ｓ２０）。ＶｃＨはＳ１７でリセットされ０となっており、電圧値Ｖｃの方が大きければ（Ｓ２０：ＹＥＳ）、Ｓ１９で取得された電圧値ＶｃによってＶｃＨが上書きされ、ＶｃＨの更新が行われる（Ｓ２１）。そしてＳ３３へ進み、上記同様、現在のゲート信号Ｖｂの値でＶｂＰを上書きして更新が行われ（Ｓ３３）、Ｓ１２に戻る。

その後、ゲート信号ＶｂがＨである間は上記Ｓ１６〜Ｓ２１の処理が繰り返されることとなる。なお、ＶｂがＨとなって２周目以降はＶｂＰもＨとなっているので、Ｓ１６の判断処理ではＳ１７が飛ばされＳ１９に進むことにより（Ｓ１６：ＮＯ）、ＶｃＨの値がリセットされずに保持される。また、Ｓ１６〜Ｓ２１の処理が繰り返される中で、ＶｃがＶｃＨより大きい値とならなかった周には（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ２１におけるＶｃＨの更新は行われずＳ３３に進み、Ｓ１２へ戻る。

このように、ゲート信号ＶｂがＨである間は、電流検出部６において検出された閉ループ回路２５を流れる電流Ｉｂの最大値ＶｃＨが求められる。そして、ゲート信号ＶｂがＬとなると（Ｓ１３：ＮＯ）、前回はＶｂがＨであったためＶｂＰにはＨが記憶されているのでＳ２３に進む（Ｓ１５：ＹＥＳ）。

そしてＳ２３では、ＶｃＨがＤ１以上の値であるか確認が行われる。前述したように、閉ループ回路２５に生ずる電流Ｉｂの大きさの最大値、すなわちＶｃＨが正常状態より大きい値を示すのは、中心電極９１と接地電極９２との間の絶縁破壊電圧値が小さくなって火花放電により消費されるエネルギーが少なくなり、その結果、点火コイル５に残留する磁気エネルギーが正常状態よりも多い場合である。このような状態は、例えば、くすぶり等により横飛火が発生した場合に生ずる。従って、ＶｃＨが判定値（しきい値）Ｄ１以上であった場合には（Ｓ２３：ＹＥＳ）、点火プラグ９にくすぶり状態が発生したとの判定がなされる（Ｓ２４）。この判定結果に従って、ＲＡＭ８３に確保された記憶エリアに、点火プラグ９の状態としてくすぶり状態を示すフラグが記憶される。そしてＳ３３に進んでＳ１２へ戻り、次回の点火時期にゲート信号ＶｂがＨに切り換えられるまでＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ３３を繰り返して待機する。なお、判定値Ｄ１が、本発明における「第３しきい値」に相当する。

一方、Ｓ２３でＶｃＨがＤ１未満の値であった場合（Ｓ２３：ＮＯ）、次いでＶｃＨがＤ２以下の値であるか確認が行われる（Ｓ２６）。前述したように、ＶｃＨが正常状態より小さい値を示すのは、中心電極９１と接地電極９２との間の絶縁破壊電圧値が大きくなって火花放電により消費されるエネルギーが多くなり、その結果、点火コイル５に残留する磁気エネルギーが正常状態よりも少ない場合である。特に、火花放電に失敗し、火花放電開始前に点火コイル５に蓄えられた磁気エネルギーのほとんどが消費されてしまった場合、火花放電遮断時に点火コイル５に残留する磁気エネルギーはほとんどなく、閉ループ回路２５にも電流がほとんど流れない。従ってＶｃＨが判定値Ｄ２以下であった場合には（Ｓ２６：ＹＥＳ）、点火プラグ９が故障状態にあると判定される（Ｓ２７）。この判定結果に従って、ＲＡＭ８３に確保された記憶エリアに、点火プラグ９の状態として故障状態を示すフラグが記憶され、更にＳ３３に進んでＳ１２へ戻り、次回の点火時期にゲート信号ＶｂがＨに切り換えられるまでＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ３３を繰り返して待機する。なお、判定値Ｄ２が、本発明における「第２しきい値」に相当する。

また、Ｓ２６でＶｃＨがＤ２より大きい値であった場合（Ｓ２６：ＮＯ）、更にＶｃＨがＤ３以下の値であるか確認が行われる（Ｓ２９）。点火プラグ９が故障状態になく、ＶｃＨが正常状態よりも小さい値を示す場合は、前述したように、電極消耗等により中心電極９１と接地電極９２との間の絶縁破壊電圧値が大きくなったものの、火花放電に失敗する故障状態にまでは至らない状態であるとみなすことができる。従ってＶｃＨが判定値Ｄ２より大きくＤ３以下であった場合には（Ｓ２６：ＮＯ，Ｓ２９：ＹＥＳ）、点火プラグ９が劣化状態であると判定される（Ｓ３０）。この判定結果に従って、ＲＡＭ８３に確保された記憶エリアに、点火プラグ９の状態として劣化状態を示すフラグが記憶され、更にＳ３３に進んでＳ１２へ戻り、次回の点火時期にゲート信号ＶｂがＨに切り換えられるまでＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ３３を繰り返して待機する。なお、判定値Ｄ３が、本発明における「第１しきい値」に相当する。また、上記したＳ２３、Ｓ２６、Ｓ２９の各処理において、ＶｃＨと各判定値Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３とを比較することで、点火プラグ９が異常状態にあるか否かの判定を行うＣＰＵ８１が、本発明における「異常判断手段」に相当する。

そして、Ｓ２９でＶｃＨがＤ３より大きい値であった場合（Ｓ２９：ＮＯ）、点火プラグ９は上記くすぶり状態、故障状態、劣化状態のいずれにも該当せず、正常状態にあると判定される（Ｓ３２）。この判定結果に従って、ＲＡＭ８３に確保された記憶エリアに、点火プラグ９の状態として正常状態を示すフラグが記憶され、更にＳ３３に進んでＳ１２へ戻り、次回の点火時期にゲート信号ＶｂがＨに切り換えられるまでＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ３３を繰り返して待機する。

このように、本実施の形態の点火装置１では、点火プラグ９への点火を行った際に点火コイル５の一次コイル５１を含む閉ループ回路２５を形成することで、点火プラグ９における火花放電を強制的に遮断することができる。そして閉ループ回路２５に電流検出部６を設けることで、閉ループ回路２５を流れる電流Ｉｂの検出を行うことができる。更に、その電流Ｉｂの大きさに基づいて、点火プラグ９が異常状態、すなわち、くすぶり状態、故障状態または劣化状態にあるか否かを判定することができる。なお、点火プラグ９の状態を示すフラグは、異常判断プログラムと共に実行されている他のプログラムによってその値が確認され、これに基づき、例えば利用者への報知や、点火プラグ９の清浄時の制御等が行われる。

また、点火コイル５の二次コイル５２側では点火用高電圧Ｖｄが発生することとなるが、火花放電の遮断に伴い閉ループ回路２５側にかかる電圧は火花放電前に点火コイル５に蓄えられた磁気エネルギーから火花放電によって消費されたエネルギーを差し引いた残りの磁気エネルギーに応ずるものであり、点火用高電圧Ｖｄと比べ低い電圧となる。本実施の形態の点火装置１では、電流検出部６を一次コイル５１側に設けており、これにより、電流検出部６に大きな電圧がかかることがない。換言すると、火花放電時に印加される点火用高電圧Ｖｄがそのまま電流検出部６やサイリスタ２３など一次コイル５１側に配設された電子部品にかかることはない。従って電流検出部６には高電圧耐性の部品を用いずともよく、コスト低減を図ることができると共に、耐久信頼性を高めることができるのである。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、図５に示す点火装置１０１の点火回路部１０２のように、閉ループ回路１２５に電流検出部６（図１参照）の代わりに抵抗１３１を配置し、更にその抵抗１３１の両端に生ずる電位差を増幅するための差動増幅回路１３２を設け、本発明における電流検出手段を構成してもよい。抵抗１３１の両端に生ずる電位差は閉ループ回路１２５を流れる電流Ｉｂの大きさに比例するため、差動増幅回路１３２により、非点火時に抵抗１３１の一端の電位Ｖ_Ｉｂを０に補正した上で抵抗１３１の両端に生ずる電位差を増幅し、電圧値ＶｃとしてＥＣＵ８に入力する。図６のタイミングチャートでは、抵抗１３１の一端の電位Ｖ_Ｉｂと、差動増幅回路１３２により抵抗１３１の両端に生ずる電位差を増幅した電圧値Ｖｃとの対比を示したものであるが、図２に示した電流検出部６の出力としての電圧値Ｖｃと同等の出力を得られることがわかる。そしてこの回路構成に合わせ、試験により各判断値Ｄ１〜Ｄ３を決定すれば、本実施の形態と同様に、点火プラグ９が異常状態にあるか否かを判断することができる。

また、図７に示す点火装置２０１の点火回路部２０２のように、一次コイル５１の一端側に整流用のダイオード２３３のカソードを接続し、ダイオード２３３のアノードには、一端がグランドに接地された抵抗１３１の他端を接続する。更に、バッテリ７と点火コイル５との間にスイッチング回路２０３を設ける。このような回路接続を行うことで、抵抗１３１、ダイオード２３３、一次コイル５１およびトランジスタ２２で、グランドを介した閉ループ回路２２５を構成してもよい。

この点火装置２０１の場合、閉ループ回路２２５の開閉を行うには、図８のタイミングチャートに示すように、トランジスタ２２およびスイッチング回路２０３それぞれの開閉を制御すればよい。具体的には、Ｔ１タイミングに、トランジスタ２２の制御信号である点火指示信号Ｖａと、スイッチング回路２０３の制御信号である給電信号Ｖｆとを共にＨとし、一次コイル５１に電流Ｉａが流れるようにする。そしてＴ２タイミングにＶａおよびＶｆをＬとしてトランジスタ２２およびスイッチング回路２０３を開くことで点火プラグ９の点火を行う。次にＴ３タイミングにＶａのみを再びＨとしてトランジスタ２２を閉じれば、閉ループ回路２２５のみを閉じることができ、電流Ｉｂが流れるようになるので、差動増幅回路１３２により電流Ｉｂを検出することができる。このようにすれば、サイリスタを用いずとも閉ループ回路２２５の開閉を行うことができる。

なお、Ｔ３タイミングに再びＨとしたＶａをＬにするタイミングは、差動増幅回路１３２からの電圧値Ｖｃの大きさが０となった以後のタイミング（例えばＴ６タイミング）とすればよい。また、異常判断プログラムでは、サイリスタのゲート信号Ｖｂの代わりにＶａおよびＶｆの信号状態を監視し、ＶｆがＨである場合にはＶａの信号状態に関わらずＶｃＨの更新や異常状態の判断を行わないようにすればよい。

また、図９に示す点火装置３０１の点火回路部３０２のように、一次コイル５１の一端側に、上記ダイオード２３３のカソードを接続し、アノードはグランドに接地する。また、一次コイル５１の他端側にＮＰＮ型のトランジスタ３３１のコレクタを接続し、エミッタは、前述した両端が差動増幅回路１３２に接続された抵抗１３１を介し、グランドに接地する。このような回路接続を行うことで、ダイオード２３３、一次コイル５１、トランジスタ３３１および抵抗１３１で、グランドを介した閉ループ回路３２５を構成してもよい。

この点火装置３０１の場合、図１０のタイミングチャートにおいて、Ｔ１タイミングに、ＶａおよびＶｆをＨとしてトランジスタ２２およびスイッチング回路２０３のそれぞれを閉じ、一次コイル５１に電流Ｉａを流す。そしてＴ２タイミングにＶａおよびＶｆをＬとして点火プラグ９の点火を行う。次にＴ３タイミングに、トランジスタ３３１の制御信号ＶｅをＨとすれば、閉ループ回路３２５が閉じられて電流Ｉｂが流れるようになるので、差動増幅回路１３２により電流Ｉｂを検出すればよい。なお、ＶｅをＬにするタイミングは、上記同様、差動増幅回路１３２からの電圧値Ｖｃの大きさが０となった以後のＴ６タイミングとすればよい。なお、異常判断プログラムでは、サイリスタのゲート信号Ｖｂの代わりにトランジスタ３３１の制御信号Ｖｅの信号状態を監視すればよい。

また、図１１に示す点火装置４０１の点火回路部４０２のように、一次コイル５１の一端側に、上記ダイオード２３３のカソードを接続し、アノードをグランドに接地する。また、一次コイル５１の他端側に接続されたトランジスタ２２のエミッタに、前述した両端が差動増幅回路１３２に接続された抵抗１３１の一端を接続し、他端をグランドに接地する。このような回路接続を行っても、ダイオード２３３、一次コイル５１、トランジスタ２２および抵抗１３１でグランドを介した閉ループ回路４２５を構成することができる。

この点火装置４０１の場合、図１２のタイミングチャートにおいて、閉ループ回路４２５の開閉のためのＶａおよびＶｆの制御は、点火装置２０１の場合（図８参照）と同様である。また、差動増幅回路１３２を接続した抵抗１３１をトランジスタ２２のエミッタ側に接続したので、Ｔ１〜Ｔ２タイミングにおいても抵抗１３１に電流Ｉａが流れ、差動増幅回路１３２からの出力される電圧値Ｖｃに変動が生ずることとなる。異常判断プログラムにおいては、点火装置２０１の場合と同様に、ＶｆがＬの場合にのみＶａの信号状態を監視してＶｃＨの更新や異常状態の判断を行えばよい。

また、本実施の形態では、異常判断プログラムはＥＣＵ８で実行されるとしたが、公知の構成のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有したＡＳＩＣ等を別途設け、異常判断プログラムをそのＡＳＩＣにおいて実行し、異常判断の結果がＡＳＩＣからＥＣＵ８に通知されるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、電流検出部６に検出された電流Ｉｂを電流−電圧変換によって得られた電圧値ＶｃをＡ／Ｄ変換し、その最大値ＶｃＨを求め、ＶｃＨを判定値Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３と比較することにより、点火プラグ９が異常状態にあるか否かの判断を行った。つまり、電流値に対応した電流対応値を判定値と比較することにより異常判断を行ったが、電流Ｉｂの検出値（電流値）をそのまま用いてもよい。

また、電流Ｉｂのピーク値を検出する公知のピークホールド回路等を設け、その回路から出力される電流Ｉｂのピーク値に基づいて、点火プラグ９が異常状態にあるか否かを判断してもよい。また、前述したが、電流Ｉｂのピーク値の代わりに電流Ｉｂの積分値や、電流Ｉｂが所定値以上で流れている時間などに基づいて、点火プラグ９が異常状態にあるか否かを判断してもよい。

なお、本実施の形態では、内燃機関の一例としてガスエンジンを用い、ガスエンジンに取り付けられる点火プラグの点火装置について説明を行ったが、ガスエンジン用の点火装置に限るものではなく、ガソリンエンジンやエタノールエンジンなど、火花放電によって燃料への点火を行う点火プラグを用いた内燃機関の点火装置に対し好適に適用することができる。

点火プラグ９への点火を行う点火装置１の構成を示す電気回路図である。点火回路部２にて点火時期に流れる電流や信号電圧の波形の関係を示すタイミングチャートである。火花放電時に中心電極９１と接地電極９２との間に絶縁破壊を生ずるのに必要となる電圧値と、閉ループ回路２５に生じた電流Ｉｂの大きさの最大値との間の関係について例示するためのグラフである。異常判断プログラムのフローチャートである。変形例としての点火装置１０１の構成を示す電気回路図である。点火回路部１０２にて点火時期に流れる電流や信号電圧の波形の関係を示すタイミングチャートである。変形例としての点火装置２０１の構成を示す電気回路図である。点火回路部２０２にて点火時期に流れる電流や信号電圧の波形の関係を示すタイミングチャートである。変形例としての点火装置３０１の構成を示す電気回路図である。点火回路部３０２にて点火時期に流れる電流や信号電圧の波形の関係を示すタイミングチャートである。変形例としての点火装置４０１の構成を示す電気回路図である。点火回路部４０２にて点火時期に流れる電流や信号電圧の波形の関係を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１点火装置
５点火コイル
６電流検出部
９点火プラグ
２３サイリスタ
２５閉ループ回路
５１一次コイル
５２二次コイル
９１中心電極
９２接地電極

Claims

一次コイルおよび二次コイルを有し、前記一次コイルに流れる一次電流を遮断することにより、前記二次コイルに点火用高電圧を発生する点火コイルと、
前記点火用高電圧が印加されることにより、自身の電極間に点火用の火花放電を発生する点火プラグと、
当該点火プラグの電極間で前記火花放電が開始されてから、所定時間経過後に、前記一次コイルと共に閉ループ回路を形成して前記一次コイルに再通電することにより、前記火花放電を強制的に遮断する火花放電遮断手段と
を備えた点火装置において、
前記再通電時に前記閉ループ回路を流れる電流を検出する電流検出手段を備えたことを特徴とする点火装置。
前記電流検出手段によって検出された再通電時の電流値と、所定のしきい値とを比較して、前記点火プラグが異常状態にあるか否かを判断する異常判断手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
前記異常判断手段は、前記電流検出手段によって検出された再通電時の電流値が、予め定められた第１しきい値以下の値である場合、前記点火プラグの異常状態が電極の消耗状態であると判断することを特徴とする請求項２に記載の点火装置。
前記異常判断手段は、前記電流検出手段によって検出された再通電時の電流値が、予め定められ、前記第１しきい値よりも小さな第２しきい値以下の値である場合、前記点火プラグの異常状態が故障状態であると判断することを特徴とする請求項３に記載の点火装置。
前記異常判断手段は、前記電流検出手段によって検出された再通電時の電流値が、予め定められ、前記第１しきい値よりも大きな第３しきい値以上の値である場合、前記点火プラグの異常状態がくすぶり状態であると判断することを特徴とする請求項３または４に記載の点火装置。