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技術 点火装置及び点火プラグ

出願人 株式会社デンソー
発明者 柴田正道梶田祐司水谷厚哉服部光一今中泰臣
出願日 2013年2月5日 (7年10ヶ月経過) 出願番号 2013-020136
公開日 2013年9月9日 (7年3ヶ月経過) 公開番号 2013-177888
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 規定方向 接地部位 ボディーアース 電極磨耗 開閉制御端子 閉ループ回路 接続手法 カソード同士
関連する未来課題
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図面 (13)

課題

点火プラグの定電圧継続時間の短縮を抑制し、ひいてはエンジン失火を好適に回避することのできる点火装置を提供する。

解決手段

2次コイル12bの両端のうち一端は、低圧側経路L1を介してバッテリ14の正極側に接続され、他端は、接続経路L2を介して中心電極10aに接続されている。接続経路L2には、一端が接地された定電圧用経路L3が接続されている。そして、接続経路L2のうち定電圧用経路L3との接続点よりも2次コイル12b側には、ブロクダイオード18が備えられ、定電圧用経路L3には、ツェナーダイオード20が備えられている。詳しくは、ブロックダイオード18及びツェナーダイオード20のアノード同士が接続されている。

概要

背景

近年、ダウンサイジングによって燃費を改善したりコストを低減したりすべく、過給器の採用等によってガソリンエンジン圧縮比が高くされる傾向にある。圧縮比が高くされると、点火プラグ放電火花を生じさせる時期における筒内圧が高くなり、点火プラグの放電電圧が高くなる。そして、放電電圧が高くなると、走行距離の増加等によって点火プラグの電極磨耗が進んだ場合に、早期に放電電圧がプラグ碍子絶縁破壊限界電圧を超える事態が生じ、点火プラグの信頼性が低下するおそれがある。このとき、放電火花を発生させることができなくなり、エンジン失火するおそれがある。

こうした問題に対処すべく、本発明者らは、下記特許文献1に見られるように、ツェナーダイオードバリスタ等の定電圧素子を用いて点火プラグの放電電圧を所定電圧で制限する技術に着目した。この技術について詳しく説明すると、点火コイル2次側の両端のうち一端には、点火プラグの中心電極と、端子間電圧が上記所定電圧以上になることで電流流通許容する定電圧素子とが接続されている。そして、定電圧素子の両端のうち中心電極側と反対側は接地されている。

こうした構成によれば、点火プラグの電極間印加電圧が所定電圧を上回ろうとする場合、上記印加電圧が所定電圧で制限されてフラットにされる。そして、上記印加電圧が所定電圧に維持される期間内にギャップ気体の状態が放電に適した状態とされることで、電極間に放電火花が生じる。これにより、点火プラグの放電電圧が過度に高くなることを回避でき、点火プラグの信頼性の低下を抑制することができる。

概要

点火プラグの定電圧継続時間の短縮を抑制し、ひいてはエンジンの失火を好適に回避することのできる点火装置を提供する。2次コイル12bの両端のうち一端は、低圧側経路L1を介してバッテリ14の正極側に接続され、他端は、接続経路L2を介して中心電極10aに接続されている。接続経路L2には、一端が接地された定電圧用経路L3が接続されている。そして、接続経路L2のうち定電圧用経路L3との接続点よりも2次コイル12b側には、ブロクダイオード18が備えられ、定電圧用経路L3には、ツェナーダイオード20が備えられている。詳しくは、ブロックダイオード18及びツェナーダイオード20のアノード同士が接続されている。

目的

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、2次コイルに生じる誘起電圧の低下を抑制し、ひいてはエンジンの失火を好適に回避することのできる点火装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

1次コイル(12a)及び該1次コイルと磁気結合された2次コイル(12b)を有する点火コイル(12)と、該点火コイルに蓄えられる磁気エネルギに基づき中心電極(10a)及び接地電極(10b)間に高電圧印加されることでこれら電極間放電火花を生じさせる点火プラグ(10)とを備える点火装置において、前記2次コイルの両端のうち一端は、低圧側経路(L1,L1a)を介して基準となる電位を有する部材(14)に接続され、他端は、接続経路(L2,L2a)を介して前記中心電極に接続され、前記接続経路には、一端が前記低圧側経路の両端のうち前記2次コイル側に接続された又は接地された定電圧用経路(L3,L3a〜L3c)が接続され、前記定電圧用経路には、前記1次コイルに通電される場合、前記2次コイルに生じる誘起電圧極性が負となる側から正となる側に向かう方向である規定方向に前記定電圧用経路を流れる電流流通許容し、前記1次コイルへの通電が遮断される場合、自身の端子間電圧規定電圧以上となるときに前記規定方向とは逆方向に前記定電圧用経路を流れる電流の流通を許容しつつ、前記規定電圧分の電圧降下を生じさせる定電圧素子(20,20a〜20e)が備えられ、前記1次コイルに通電される場合、前記規定方向に前記定電圧用経路を流れる電流の流通を制限する制限素子(18,18a〜18e,23,24,26,28,30,32,34)が備えられていることを特徴とする点火装置。

請求項2

前記制限素子は、前記規定方向に前記定電圧用経路を流れる電流の流通を阻止することを特徴とする請求項1記載の点火装置。

請求項3

前記定電圧素子(20c〜20e)は、前記点火プラグ又は前記点火コイルに内蔵されていることを特徴とする請求項1又は2記載の点火装置。

請求項4

前記制限素子(18c〜18e)は、前記点火プラグ又は前記点火コイルに内蔵されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の点火装置。

請求項5

前記定電圧素子(20e)及び前記制限素子(18e)は、一部材(40)として構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の点火装置。

請求項6

前記定電圧素子は、該定電圧素子の端子間電圧が前記規定電圧となる場合にツェナー降伏又はアバランシェ降伏が生じるダイオードであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の点火装置。

請求項7

中心電極(10a)及び接地電極(10b)を備える点火プラグ(10)であって、当該点火プラグは、前記中心電極及び前記接地電極を接続する電気経路(L3c)と、前記電気経路に備えられた定電圧素子(20c)と、を内蔵し、前記定電圧素子は、前記中心電極及び前記接地電極間に高電圧が印加される場合、自身の端子間電圧が規定電圧以上となるときに前記電気経路を流れる電流の流通を許容しつつ、前記規定電圧分の電圧降下を生じさせることを特徴とする点火プラグ。

請求項8

前記点火プラグは、前記電気経路において前記定電圧素子が許容する電流流通方向の電流の流通を制限する制限素子(18c)を更に内蔵することを特徴とする請求項6記載の点火プラグ。

請求項9

前記定電圧素子(20e)及び前記制限素子(18e)は、一部材(40)として構成されていることを特徴とする請求項8記載の点火プラグ。

技術分野

0001

本発明は、1次コイル及び該1次コイルと磁気結合された2次コイルを有する点火コイルと、該点火コイルに蓄えられる磁気エネルギに基づき中心電極及び接地電極間高電圧印加されることでこれら電極間放電火花を生じさせる点火プラグとを備える点火装置、並びに点火プラグに関する。

背景技術

0002

近年、ダウンサイジングによって燃費を改善したりコストを低減したりすべく、過給器の採用等によってガソリンエンジン圧縮比が高くされる傾向にある。圧縮比が高くされると、点火プラグに放電火花を生じさせる時期における筒内圧が高くなり、点火プラグの放電電圧が高くなる。そして、放電電圧が高くなると、走行距離の増加等によって点火プラグの電極磨耗が進んだ場合に、早期に放電電圧がプラグ碍子絶縁破壊限界電圧を超える事態が生じ、点火プラグの信頼性が低下するおそれがある。このとき、放電火花を発生させることができなくなり、エンジン失火するおそれがある。

0003

こうした問題に対処すべく、本発明者らは、下記特許文献1に見られるように、ツェナーダイオードバリスタ等の定電圧素子を用いて点火プラグの放電電圧を所定電圧で制限する技術に着目した。この技術について詳しく説明すると、点火コイルの2次側の両端のうち一端には、点火プラグの中心電極と、端子間電圧が上記所定電圧以上になることで電流流通許容する定電圧素子とが接続されている。そして、定電圧素子の両端のうち中心電極側と反対側は接地されている。

0004

こうした構成によれば、点火プラグの電極間の印加電圧が所定電圧を上回ろうとする場合、上記印加電圧が所定電圧で制限されてフラットにされる。そして、上記印加電圧が所定電圧に維持される期間内にギャップ気体の状態が放電に適した状態とされることで、電極間に放電火花が生じる。これにより、点火プラグの放電電圧が過度に高くなることを回避でき、点火プラグの信頼性の低下を抑制することができる。

先行技術

0005

特公平6−80313号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、本発明者らは、上記技術を採用する場合、以下に説明する知見を得た。

0007

まず、第1に、本発明者らは、上記技術の採用によって点火プラグの放電電圧が過度に高くなることを回避できるものの、2次コイルに生じる誘起電圧が想定した電圧よりも低くなるとの知見を実験により得た。この場合、例えば、点火プラグのギャップに放電火花を生じさせることができず、エンジンが失火するおそれがある。

0008

第2に、本発明者らは、上記技術を採用する場合、点火装置に定電圧素子が追加されることから、高電圧が印加される電気経路が長くなる傾向にあるとの知見を得た。ここで、高電圧が印加される電気経路には、例えば、点火コイルを構成する2次コイル及び点火プラグを接続する電気経路が含まれる。上記電気経路が長くなると、高電圧が印加される電気経路と低電圧の電気経路(例えば接地部位)との電気的絶縁の信頼性が低下したり、ギャップに高電圧が印加される場合にノイズ電磁波)が生じたり、更には放電火花の発生用に点火コイルに蓄えられる磁気エネルギが低下したりするおそれがある。

0009

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、2次コイルに生じる誘起電圧の低下を抑制し、ひいてはエンジンの失火を好適に回避することのできる点火装置を提供することにある。また、本発明の目的は、高電圧が印加される電気経路を短くすることのできる点火プラグを提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

0011

請求項1記載の発明は、1次コイル(12a)及び該1次コイルと磁気結合された2次コイル(12b)を有する点火コイル(12)と、該点火コイルに蓄えられる磁気エネルギに基づき中心電極(10a)及び接地電極(10b)間に高電圧が印加されることでこれら電極間に放電火花を生じさせる点火プラグ(10)とを備える点火装置において、前記2次コイルの両端のうち一端は、低圧側経路(L1,L1a)を介して基準となる電位を有する部材(14)に接続され、他端は、接続経路(L2,L2a)を介して前記中心電極に接続され、前記接続経路には、一端が前記低圧側経路の両端のうち前記2次コイル側に接続された又は接地された定電圧用経路(L3,L3a〜L3c)が接続され、前記定電圧用経路には、前記1次コイルに通電される場合、前記2次コイルに生じる誘起電圧の極性が負となる側から正となる側に向かう方向である規定方向に前記定電圧用経路を流れる電流の流通を許容し、前記1次コイルへの通電が遮断される場合、自身の端子間電圧が規定電圧以上となるときに前記規定方向とは逆方向に前記定電圧用経路を流れる電流の流通を許容しつつ、前記規定電圧分の電圧降下を生じさせる定電圧素子(20,20a〜20e)が備えられ、前記1次コイルに通電される場合、前記規定方向に前記定電圧用経路を流れる電流の流通を制限する制限素子(18,18a〜18e,23,24,26,28,30,32,34)が備えられていることを特徴とする。

0012

上記発明では、点火プラグの両電極間の印加電圧が規定電圧を上回ろうとする場合、上記印加電圧を規定電圧で制限すべく、定電圧用経路に定電圧素子が備えられている。ここで、本発明者らは、上記制限素子を備えることで、1次コイルへの通電が遮断される場合に2次コイルに生じる誘起電圧の低下を抑制できるとの知見を得た。これは、以下の理由による。

0013

制限素子が備えられない点火装置においては、1次コイルに通電される場合、2次コイルに生じる誘起電圧によって2次コイル及び定電圧用経路を備える電気経路に電流が流れることとなる。上記電気経路に電流が流れると、1次コイルに流れる電流が減少し、点火コイルに蓄えられる磁気エネルギが減少する。この磁気エネルギが減少すると、1次コイルへの通電が遮断される場合に2次コイルに生じる誘起電圧が低下する。このとき、点火プラグの電極間の印加電圧が低下し、例えば、点火プラグの両電極間の印加電圧が規定電圧で維持される時間が短縮される。

0014

この点に鑑み、上記発明では、制限素子を備える。このため、1次コイルに通電される場合に上記規定方向に流れる電流を制限することができ、点火コイルに蓄えられる磁気エネルギの低下を抑制することができる。これにより、1次コイルへの通電が遮断される場合に2次コイルに生じる誘起電圧の低下を抑制し、点火プラグの電極間の印加電圧の低下を抑制する。したがって、例えば、点火プラグの電極間に放電火花が発生しない事態を回避でき、エンジンの失火を回避することができる。

0015

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記制限素子は、前記規定方向に前記定電圧用経路を流れる電流の流通を阻止することを特徴とする。

0016

上記発明では、1次コイルが通電される場合に定電圧用経路を上記規定方向に流れる電流の流通を阻止することができる。このため、1次コイルに通電される場合に同コイルに流れる電流の減少を好適に抑制することができる。これにより、1次コイルへの通電が遮断される場合に2次コイルに生じる誘起電圧の低下を好適に抑制することができる。

0017

請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記定電圧素子(20c〜20e)は、前記点火プラグ又は前記点火コイルに内蔵されていることを特徴とする。また、請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記制限素子(18c〜18e)は、前記点火プラグ又は前記点火コイルに内蔵されていることを特徴とする。

0018

上記発明では、2次コイル及び点火プラグの距離を短くすることができ、上記接続経路を含む高電圧が印加される電気経路を短くすることができる。このため、高電圧が印加される電気経路と低電圧の電気経路(例えば接地部位)との電気的絶縁の信頼性を高めたり、中心電極及び接地電極間に高電圧が印加される場合に生じるノイズ(電磁波)を抑制したり、更には点火コイルに蓄えられる磁気エネルギの低下を抑制したりすることができる。

0019

請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記定電圧素子(20e)及び前記制限素子(18e)は、一部材(40)として構成されていることを特徴とする。

0020

請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記定電圧素子は、該定電圧素子の端子間電圧が前記規定電圧となる場合にツェナー降伏又はアバランシェ降伏が生じるダイオードであることを特徴とする。

0021

請求項7記載の発明は、中心電極(10a)及び接地電極(10b)を備える点火プラグ(10)である。当該点火プラグは、前記中心電極及び前記接地電極を接続する電気経路(L3c)と、前記電気経路に備えられた定電圧素子(20c)と、を内蔵することを特徴とする。そして、前記定電圧素子は、前記中心電極及び前記接地電極間に高電圧が印加される場合、自身の端子間電圧が規定電圧以上となるときに前記電気経路を流れる電流の流通を許容しつつ、前記規定電圧分の電圧降下を生じさせることを特徴とする。

0022

上記発明では、点火プラグが点火装置に備えられる場合において、点火プラグの外部に定電圧素子を備えることなく点火プラグの放電電圧が過度に高くなることを回避できる。このため、上記発明によれば、点火装置内の高電圧が印加される電気経路を短くすることができ、ひいては高電圧が印加される電気経路と低電圧の電気経路(例えば接地部位)との電気的絶縁の信頼性を高めたり、中心電極及び接地電極間に高電圧が印加される場合に生じるノイズ(電磁波)を抑制したり、更には点火コイルに蓄えられる磁気エネルギの低下を抑制したりすることができる。加えて、上記発明では、上記電気経路を短くすることで、定電圧素子の端子と点火プラグの電極とを接続する経路のインピーダンスの影響によって、中心電極及び接地電極間の電圧制限値が上記規定電圧からずれたり変動したりすることを抑制することもできる。

0023

請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明において、前記電気経路において前記定電圧素子が許容する電流流通方向の電流の流通を制限する制限素子(18c)を更に内蔵する点火プラグである。

0024

上記発明では、点火装置を構成する点火コイルに放電火花発生用に磁気エネルギが蓄えられる場合において、上記電気経路に流れる電流を制限することができる。このため、点火コイルに蓄えられる磁気エネルギの低下を抑制することができ、点火プラグの電極間の印加電圧の低下を抑制することができる。したがって、例えば、点火プラグの電極間に放電火花が発生しない事態を回避でき、エンジンの失火を回避することができる。

0025

請求項9記載の発明は、請求項8記載の発明において、前記定電圧素子(20e)及び前記制限素子(18e)は、一部材(40)として構成されていることを特徴とする点火プラグである。

図面の簡単な説明

0026

第1の実施形態にかかる点火装置の構成図。
同実施形態にかかる点火制御概要を示す図。
同実施形態にかかるブロクダイオードの効果を示す図。
第2の実施形態にかかる点火装置の構成図。
第3の実施形態にかかる点火装置の構成図。
第4の実施形態にかかる点火装置の構成図。
第5の実施形態にかかる点火装置の構成図。
第6の実施形態にかかる点火装置の構成図。
第7の実施形態にかかる点火装置の構成図。
その他の実施形態にかかる点火装置の構成図。
その他の実施形態にかかる点火装置の構成図。
その他の実施形態にかかる点火装置の構成図。

実施例

0027

(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる点火装置を車載火花点火式エンジンに適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

0028

図1に、本実施形態にかかる点火装置の全体構成を示す。

0029

図示されるように、点火装置は、点火プラグ10及び点火コイル12を備えて構成されている。詳しくは、点火プラグ10は、中心電極10aと接地電極10bとを備えて構成され、図示しないエンジンの燃焼室に放電火花を生じさせる機能を有する。

0030

点火コイル12は、1次コイル12aと、同コイルに磁気結合された2次コイル12bとを備えて構成されている。2次コイル12bの両端のうち一端は、低圧側経路L1を介してバッテリ14の正極側(基準となる電位を有する部材に相当)に接続され、他端は、接続経路L2を介して中心電極10aに接続されている。そして、バッテリ14の負極側は接地されている。なお、本実施形態では、バッテリ14として、12Vの端子電圧Vbを有する鉛蓄電池を用いている。また、本実施形態では、接地電位を「0V」とする。

0031

1次コイル12aの両端のうち一端は、バッテリ14の正極側に接続され、他端は、電子制御式開閉手段であるスイッチング素子16の入出力端子を介して接地されている。本実施形態では、スイッチング素子16として、NチャネルMOSFETを用いている。

0032

上記接続経路L2には、一端が接地された定電圧用経路L3が接続されている。接続経路L2のうち定電圧用経路L3との接続点よりも2次コイル12b側には、制限素子としてのダイオード(以下、ブロックダイオード18)が備えられている。また、定電圧用経路L3には、定電圧素子としてのツェナーダイオード20が備えられている。詳しくは、ブロックダイオード18及びツェナーダイオード20のアノード同士が接続されている。

0033

電子制御装置(以下、ECU22)は、マイクロコンピュータ主体として構成され、点火装置を制御対象とする。ECU22は、点火プラグ10に放電火花を生じさせるべく、スイッチング素子16の開閉制御端子ゲート)に対して点火信号IGtを出力する。

0034

ここで、ECU22による点火制御について説明すると、まず、スイッチング素子16のゲートに入力される点火信号IGtがオン点火信号とされることでスイッチング素子16がオン状態とされる。これにより、バッテリ14から1次コイル12aへと電流(1次電流I1)の流通が開始され、点火コイル12への磁気エネルギの蓄積が開始される。ちなみに、本実施形態では、1次コイル12aに通電される場合、2次コイル12bの両端のうち中心電極10a側の極性が正とされ、低圧側経路L1側の極性が負とされる。

0035

そして、1次コイル12aへの通電後、点火信号IGtがオフ点火信号とされることでスイッチング素子16がオフ状態とされると、2次コイル12bの両端の極性が反転されるとともに2次コイル12bに高電圧が誘起される。これにより、点火プラグ10の中心電極10aと接地電極10bとの間隙キャップ)に高電圧が印加される。

0036

ここで、本実施形態では、定電圧用経路L3に上記ツェナーダイオード20が備えられている。このため、点火プラグ10のギャップの印加電圧(2次電圧V2)がツェナーダイオード20のブレークダウン電圧Vzを上回ろうとする場合、ツェナーダイオード20にてブレークダウン電圧Vz分の電圧降下が生じ、2次電圧V2がブレークダウン電圧Vzで制限される。すなわち、2次電圧V2がブレークダウン電圧Vzを上回ろうとする期間において、2次電圧V2がブレークダウン電圧Vzに維持されることとなる。

0037

そして、2次電圧V2がブレークダウン電圧Vzで維持される期間において、ギャップの気体の状態が放電に適した状態となると、点火プラグ10のギャップに放電火花が生じるとともに、接地電極10bから中心電極10aへと電流(放電電流Is)が流れることとなる。こうした構成によれば、点火プラグ10の放電電圧が高くなることを回避できる。

0038

ちなみに、本実施形態では、ツェナーダイオード20のブレークダウン電圧Vzを、新品の点火プラグ10の放電電圧よりも高くてかつ、上記放電電圧の許容上限値耐圧上限値)未満の電圧に設定している。この設定は、点火プラグ10の使用期間が長くなって電極の磨耗量が大きくなる等、点火プラグ10の劣化度合いが大きくなることに起因して放電電圧が過度に高くなる事態を回避するためである。

0039

次に、本実施形態における特徴的構成であるブロックダイオード18の役割について説明する。

0040

ブロックダイオード18は、2次コイル12bに生じる誘起電圧の低下を抑制するための部材である。これにより、点火プラグ10のギャップの印加電圧が上記ブレークダウン電圧Vzを上回ろうとする場合、上記印加電圧が上記ブレークダウン電圧Vzで維持される時間(以下、定電圧継続時間)が短縮されることを抑制する。本実施形態では、ブロックダイオード18のブレークダウン電圧Vlimitを、1次コイル12aに通電される場合にブロックダイオード18のアノード及びカソード間に生じる電位差の最大値(例えば、1.5kV〜3kV)よりも高い電圧に設定する。より具体的には、上記ブレークダウン電圧Vlimitを、1次コイル12aの巻き数N1に対する2次コイル12bの巻き数N2「N2/N1」にバッテリ14の端子電圧Vbを乗算した値以上の電圧に設定する。これにより、1次コイル12aに通電される場合において、ブロックダイオード18を自身のカソード側からアノード側へと向かう方向に流れる電流の流通を阻止する。以下、図2を用いて、ブロックダイオード18の役割について詳述する。

0041

図2は、本実施形態にかかる点火制御の一例である。詳しくは、図2(a)は、点火信号IGtの推移を示し、図2(b)は、1次電流I1の推移を示し、図2(c)は、2次電圧V2の推移を示し、図2(d)は、ツェナーダイオード20を流れる電流(2次電流I2)の推移を示し、図2(e)は、放電電流Isの推移を示す。なお、図中、バッテリ14からスイッチング素子16へと向かう方向に流れる1次電流I1を正と定義し、ツェナーダイオード20をアノード側からカソード側へと向かう方向に流れる2次電流I2を正と定義し、接地電極10bから中心電極10aへと向かう方向に流れる放電電流Isを正と定義する。

0042

まず、ブロックダイオード18が備えられない場合について説明する。

0043

中破線にて示すように、点火信号IGtがオフ点火信号からオン点火信号に切り替えられる時刻t1において、1次電流I1の漸増が開始される。しかしながら、1次コイル12aに通電される状況下、2次コイル12bからツェナーダイオード20に向かう方向へと定電圧用経路L3に2次電流I2が流れることとなる。このため、1次電流I1が減少し、点火コイル12に蓄えられる磁気エネルギが減少することとなる。そしてこれにより、点火信号IGtがオフ点火信号に切り替えられる時刻t2にて2次コイル12bに生じる誘起電圧が低下し、ひいては点火プラグ10の定電圧継続時間が短縮されることとなる。ちなみに、図2(d)では、2次電圧V2がブレークダウン電圧Vzに維持される期間にツェナーダイオード20を流れる電流の表記を省略している。

0044

次に、ブロックダイオード18が備えられる場合について説明する。

0045

中実線にて示すように、ブロックダイオード18が備えられる場合には、点火信号IGtがオン点火信号とされる時刻t1〜t2において、定電圧用経路L3を流れようとする2次電流I2を阻止することができ、1次電流I1の減少が抑制される。これにより、点火コイル12に蓄えられる磁気エネルギの減少が抑制され、点火プラグ10の定電圧継続時間の短縮が抑制される。

0046

なお、時刻t3において、点火プラグ10に放電火花が生じるとともに、放電電流Isが流れる。

0047

図3は、点火信号IGtがオフ点火信号に切り替えられてから放電火花が生じるまでの期間における2次電圧V2の波形計測結果である。詳しくは、図中、定電圧用経路L3にブロックダイオード18が備えられる場合の計測結果を「EXP1」にて示し、ブロックダイオード18が備えられない場合の計測結果を「EXP2」にて示す。

0048

図示されるように、ブロックダイオード18が備えられる場合の点火プラグ10の定電圧継続時間は、ブロックダイオード18が備えられない場合の定電圧継続時間と比較して長くなっている。すなわち、ブロックダイオード18によって点火コイル12に蓄えられる磁気エネルギの減少が抑制されている。

0049

このように、本実施形態では、接続経路L2のうち定電圧用経路L3との接続点よりも2次コイル12b側にブロックダイオード18を備えた。ここでは、ブロックダイオード18のブレークダウン電圧Vlimitを、1次コイル12aに通電される場合にブロックダイオード18のカソード側からアノード側へと向かう方向にこのダイオードを流れようとする電流の流通を阻止可能な電圧に設定した。これにより、点火信号IGtがオフ点火信号に切り替えられる場合に2次コイル12bに生じる誘起電圧の低下を抑制することができ、点火プラグ10の定電圧継続時間の短縮を好適に抑制することができる。したがって、エンジンの失火を好適に回避することができる。

0050

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

0051

図4に、本実施形態にかかる点火装置の全体構成を示す。なお、図4において、先の図1に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を付している。また、図4では、ECU22の図示を省略している。

0052

図示されるように、2次コイル12bの両端のうち一端は、低圧側経路L1aを介して接地され、他端は、接続経路L2aを介して中心電極10aに接続されている。

0053

接続経路L2aには、一端が接地された定電圧用経路L3aが接続されている。接続経路L2aのうち定電圧用経路L3aとの接続点よりも2次コイル12b側には、ブロックダイオード18aが備えられている。また、定電圧用経路L3aには、ツェナーダイオード20aが備えられている。詳しくは、ブロックダイオード18a及びツェナーダイオード20aのアノード同士が接続されている。

0054

こうした構成において、まず、スイッチング素子16のゲートに入力される点火信号IGtがオン点火信号とされると、バッテリ14から1次コイル12aへと1次電流I1の流通が開始され、点火コイル12への磁気エネルギの蓄積が開始される。ちなみに、本実施形態では、1次コイル12aに通電される場合、2次コイル12bの両端のうち中心電極10a側の極性が正とされ、低圧側経路L1a側の極性が負とされる。

0055

そして、1次コイル12aへの通電後、点火信号IGtがオフ点火信号とされると、2次コイル12bの両端の極性が反転されるとともに、点火プラグ10のキャップに高電圧が印加される。

0056

ここで、本実施形態にかかるブロックダイオード18aの役割について説明する。

0057

ブロックダイオード18aが備えられない場合、1次コイル12aに通電される状況下において、2次コイル12bからツェナーダイオード20aへと向かう方向へと定電圧用経路L3aに2次電流I2が流れることとなる。このため、上記第1の実施形態で説明したように、1次電流I1が減少し、ひいては点火コイル12に蓄えられる磁気エネルギが減少する。

0058

これに対し、ブロックダイオード18aが備えられる場合には、2次電流I2の流通を阻止できる。このため、上記第1の実施形態で得られた効果と同様の効果を得ることができる。

0059

(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

0060

図5に、本実施形態にかかる点火装置の全体構成を示す。なお、図5において、先の図1に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を付している。また、図5では、ECU22の図示を省略している。

0061

図示されるように、本実施形態では、低圧側経路L1の両端のうち2次コイル12b側と、接続経路L2とが定電圧用経路L3bによって接続されている。定電圧用経路L3bには、低圧側経路L1側から順に、ブロックダイオード18bと、ツェナーダイオード20bとが備えられている。詳しくは、ブロックダイオード18b及びツェナーダイオード20bのカソード同士が接続されている。

0062

こうした構成において、点火信号IGtがオン点火信号からオフ点火信号に切り替えられる場合、2次コイル12bの誘起電圧がツェナーダイオード20bのブレークダウン電圧Vzを上回ろうとすると、上記誘起電圧がブレークダウン電圧Vzで制限される。すなわち、ギャップの印加電圧がブレークダウン電圧Vzに維持される。

0063

ここで、本実施形態にかかるブロックダイオード18bの役割について説明する。

0064

ブロックダイオード18bが備えられない場合、1次コイル12aに通電される状況下において、2次コイル12b及び定電圧用経路L3bを備える閉ループ回路を、2次コイル12bの両端のうち極性が正となる側から定電圧用経路L3bへと向かう方向に2次電流I2が流れることとなる。このため、上記第1の実施形態で説明したように、1次電流I1が減少し、ひいては点火コイル12に蓄えられる磁気エネルギが減少する。

0065

これに対し、ブロックダイオード18bが備えられる場合には、2次電流I2の流通を阻止することができる。

0066

このように、本実施形態では、上記第1の実施形態で得られた効果と同様の効果を得ることができる。

0067

さらに、本実施形態では、定電圧用経路L3bの一端を接地しない回路構成とした。このため、定電圧用経路を接続するための車両側接地端子を省略できる等、点火装置を車両に実装する場合の自由度を高めることもできる。

0068

(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

0069

本実施形態では、点火プラグ10に、ツェナーダイオードを内蔵する。

0070

図6に、本実施形態にかかる点火装置の全体構成を示す。なお、図6において、先の図1に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を付している。また、図6では、ECU22の図示を省略している。

0071

図示されるように、本実施形態では、中心電極10a及び接地電極10bを接続する定電圧用経路L3cと、定電圧用経路L3cに設けられたツェナーダイオード20cとが点火プラグ10に内蔵されている。

0072

こうした構成によれば、点火プラグ10の中心電極10a及び接地電極10bのそれぞれと、ツェナーダイオード20cとを接続する経路を短くすることができる。このため、定電圧用経路L3cを含む高電圧が印加される電気経路を短くすることができ、中心電極10a及び接地電極10b間の電圧をツェナーダイオード20cのブレークダウン電圧Vzで精度よく制限できるとともに、高電圧が印加される電気経路と接地部位(ボディーアース)との電気的絶縁の信頼性を高めることができる。また、中心電極10a及び接地電極10bのそれぞれと、ツェナーダイオード20cとを接続する経路を短くすることができるため分布容量を小さくすることができ、ギャップに高電圧が印加される場合に生じるノイズ(電磁波)を抑制することができ、点火装置及びこの装置の周囲に配置された電子機器の誤作動を回避することなどもできる。更に、定電圧用経路L3c等の配線インダクタンスを低下させることができ、点火コイル12に蓄えられる磁気エネルギの低下を抑制することもできる。

0073

(第5の実施形態)
以下、第5の実施形態について、先の第4の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

0074

図7に示すように、本実施形態では、点火プラグ10に、ツェナーダイオード20cに加えて、ブロックダイオード18cを内蔵する。なお、図7は、本実施形態にかかる点火装置の全体構成を示す図である。図7において、先の図6に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を付している。

0075

こうした構成によれば、接続経路L2を含む高電圧が印加される電気経路を短くすることができる。このため、電気的絶縁の信頼性を高める効果や、ギャップに高電圧が印加される場合に生じるノイズの抑制効果、更には点火コイルに蓄えられる磁気エネルギの低下の抑制効果をより高めることができる。

0076

(第6の実施形態)
以下、第6の実施形態について、先の第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

0077

本実施形態では、点火コイル12に、ツェナーダイオード及びブロックダイオードを内蔵する。

0078

図8に、本実施形態にかかる点火装置の全体構成を示す。なお、図8において、先の図5に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を付している。また、図8では、ECU22の図示を省略している。

0079

図示されるように、本実施形態では、ツェナーダイオード20d及びブロックダイオード18dが点火コイル12に内蔵されている。こうした構成によれば、2次コイル12bと点火プラグ10の中心電極10aとを接続する経路を短くできることから、中心電極10a及び接地電極10b間の電圧をツェナーダイオード20dのブレークダウン電圧Vzで精度よく制限できる等、上記第5の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

0080

(第7の実施形態)
以下、第7の実施形態について、先の第5の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

0081

本実施形態では、ツェナーダイオード及びブロックダイオードとして、これら素子が一部材とされている(一体化されている)素子を採用する。ここで、図9には、ツェナーダイオード20e及びブロックダイオード18eが一部材とされている素子40を示した。なお、図9において、先の図7に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を付している。こうした構成によっても、上記第5の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。

0082

(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

0083

・ブロックダイオードの設置位置としては上記各実施形態に例示したものに限らない。

0084

上記第3の実施形態において、例えば、図10に示すように、定電圧用経路L3aのうちツェナーダイオード20bよりも接続経路L2側にブロックダイオード23が備えられる構成を採用してもよい。また、例えば、2次コイル12b及び定電圧用経路L3bを備える閉ループ回路のうち、上述した設置位置以外の位置にブロックダイオードが備えられる構成を採用してもよい。

0085

また、上記第1の実施形態において、例えば、図11(a)に示すように、定電圧用経路L3においてツェナーダイオード20よりも接地部位側にブロックダイオード24が備えられる構成を採用してもよい。また、例えば、同図(b)に示すように、定電圧用経路L3において、ツェナーダイオード20よりも接続経路L2側にブロックダイオード26が備えられる構成を採用してもよい。さらに、例えば、同図(c)に示すように、低圧側経路L1にブロックダイオード28が備えられる構成を採用してもよい。

0086

また、上記第2の実施形態において、例えば、図12(a)に示すように、定電圧用経路L3aにおいてツェナーダイオード20aよりも接続経路L2a側にブロックダイオード30が備えられる構成を採用してもよい。また、例えば、同図(b)に示すように、定電圧用経路L3aにおいて、ツェナーダイオード20aよりも接地部位側にブロックダイオード32が備えられる構成を採用してもよい。さらに、例えば、同図(c)に示すように、低圧側経路L1aにブロックダイオード34が備えられる構成を採用してもよい。

0087

・ブロックダイオードのブレークダウン電圧Vlimitの設定手法としては、上記各実施形態に例示したものに限らない。例えば、1次コイル12aに通電される場合におけるブロックダイオードのアノード及びカソード間の印加電圧の最大値よりも低い電圧であってかつ、1次コイル12aへの通電が遮断されるタイミングにおける上記アノード及びカソード間の印加電圧の最小値よりも高い電圧にブレークダウン電圧Vlimitを設定してもよい。1次コイル12aに通電される場合に2次コイル12bに生じる誘起電圧は、1次コイル12aへの通電開始タイミングから徐々に低下する傾向にある。このため、上記設定によれば、1次コイル12aに通電される期間のうち上記印加電圧がブレークダウン電圧Vlimit未満となるタイミング以降において電流の流通を阻止することができる。これにより、点火コイル12に蓄えられる磁気エネルギの減少を抑制することはできる。

0088

・ブロックダイオードの設置数としては、1個に限らず、複数個としてもよい。

0089

・点火装置の回路構成としては、点火プラグの中心電極を負極としてかつ接地電極を正極とし、点火信号IGtがオフ点火信号に切り替えられる場合に接地電極から中心電極へと放電電流が流れるいわゆるマイナス放電が行われる構成に限らない。例えば、中心電極を正極としてかつ接地電極を負極とし、上記オフ点火信号に切り替えられる場合に中心電極から接地電極へと放電電流が流れるいわゆるプラス放電が行われる構成であってもよい。この場合、例えば、先の図4において、1次コイル12aに通電される場合、2次コイル12bの両端のうち中心電極10a側の極性が負とされ、低圧側経路L1a側の極性が正とされるように2次コイル12bが備えられることとなる。そして、1次コイル12aに通電される場合に、2次コイル12bの両端のうち中心電極10a側から低圧側経路L1a側へと向かう方向に電流が流れようとすることから、接続経路L2aのうち定電圧用経路L3aとの接続点よりも2次コイル12b側において、2次コイル12b側をアノードとし、中心電極10a側をカソードとするようにブロックダイオードを備えればよい。なお、この場合、定電圧用経路L3aにおいて、接地部位側をアノードとし、接続経路L2a側をカソードとするようにツェナーダイオード20aが備えられることとなる。

0090

・スイッチング素子16としては、MOSFETに限らず、例えばバイポーラトランジスタであってもよい。

0091

・定電圧素子としては、上記各実施形態に例示したものに限らない。例えば、自身の端子間電圧が規定電圧となる場合にアバランシェ降伏が生じるアバランシェダイオードであってもよい。また、例えば、ツェナーダイオードやアバランシェダイオード以外の素子であってかつこれらと同様の機能を有する素子であってもよい。

0092

・ブロックダイオードとしては、上記各実施形態に例示したものに限らず、例えばツェナーダイオードであってもよい。

0093

・上記第4〜第6の実施形態で説明したツェナーダイオードやブロックダイオードの点火プラグ10への内蔵手法としては、種々の手法を適用することができる。例えば、先の図4の点火装置において、定電圧用経路L3aとともにツェナーダイオード20aを点火プラグ10に内蔵してもよい。また、例えば、先の図1においてブロックダイオード18のみ点火コイル12に内蔵してもよいし、先の図4においてブロックダイオード18aのみ点火コイル12に内蔵してもよい。さらに、先の図8において、ブロックダイオード18d又はツェナーダイオード20dのいずれかのみ点火コイル12に内蔵してもよい。

0094

・上記第7の実施形態において、一部材とされたツェナーダイオード及びブロックダイオードの接続手法としては、例えば、図9(a),(b)に示した接続手法を採用してもよい。また、一部材とされた素子40を、点火コイル12に内蔵してもよい。

0095

10…点火プラグ、10a…中心電極、10b…接地電極、12a…1次コイル、12b…2次コイル、16…スイッチング素子、18…ブロックダイオード、20…ツェナーダイオード、L1…低圧側経路、L2…接続経路、L3…定電圧用経路。

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