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技術 内燃機関用点火装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 竹田俊一中山覚寺田金千代
出願日 2015年5月11日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2015-096216
公開日 2016年4月14日 (4年8ヶ月経過) 公開番号 2016-053356
状態 特許登録済
技術分野 スパークプラグ 内燃機関の点火装置 変成器又はリアクトル一般
主要キーワード 略三角波形 一所定量 スプリング端子 アース体 放電開始信号 各二次コイル 重畳加算 スティックコイル
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

2つの点火コイルを備える点火装置において、少なくとも一つの点火コイルの耐電圧が低く構成されても、点火プラグによる連続放電を実行可能とする。

解決手段

点火プラグ31と、第一点火コイル15A及び第二点火コイル15Bと、バッテリ11と、バッテリから供給される電圧を昇圧させる昇圧回路31と、第一点火コイルが具備する一次コイル17Aへ流れる一次電流導通と切断を行うパワートランジスタ13と、矩形コイルが具備する一次コイル17Bへ、昇圧回路により昇圧された電圧の印加と切断を行うMOSFET25と、パワートランジスタを制御することで、点火プラグにより放電を開始させ、点火プラグにより放電を開始させた後、放電を維持し続けられるようにMOSFETによる電圧の印加と切断とを繰り返させるECU20と、を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置

概要

背景

内燃機関点火装置としては、点火栓くすぶりに対して良好な着火性能を得るためには、二次電圧が急峻に立ち上がる特性が要求され、一方、リーンバーンや通常の燃焼を良好に維持するためには放電時間が長い特性が要求される。しかし、二次電圧を急峻に立ち上げるためには点火コイル二次巻線数を小さくするなどして短時間にエネルギを放出させるため、放電時間は短くなるので、これら両特性の要求は相反している。そこで、複数の点火コイルを用いて個々の特性を合成して多重放電とすることにより、前記2つの要求を同時に満たすことが可能となる。

前記二つの要求を満たす構成として、点火栓とロッカカバーとの間に円筒状の点火コイル(スティックコイル)を設置するとともに、スティックコイルの上端部に連結させてロッカカバー上に矩形状の点火コイルを配置させたものがある(特許文献1参照)。特許文献1に記載のものでは、二つの点火コイルをコンパクトに配置し、多重放電特性を有する点火装置を小型化することができる。

概要

2つの点火コイルを備える点火装置において、少なくとも一つの点火コイルの耐電圧が低く構成されても、点火プラグによる連続放電を実行可能とする。点火プラグ31と、第一点火コイル15A及び第二点火コイル15Bと、バッテリ11と、バッテリから供給される電圧を昇圧させる昇圧回路31と、第一点火コイルが具備する一次コイル17Aへ流れる一次電流導通と切断を行うパワートランジスタ13と、矩形コイルが具備する一次コイル17Bへ、昇圧回路により昇圧された電圧の印加と切断を行うMOSFET25と、パワートランジスタを制御することで、点火プラグにより放電を開始させ、点火プラグにより放電を開始させた後、放電を維持し続けられるようにMOSFETによる電圧の印加と切断とを繰り返させるECU20と、を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置

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、その主たる目的は、2つの点火コイルを備える点火装置において、少なくとも一つの点火コイルの耐電圧が低く構成されても、点火プラグによる連続放電を実行可能とすることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

内燃機関(47)の燃焼室内の可燃混合気点火するための放電を実行する点火プラグ(12)と、一次コイル(17A,17B)及び二次コイル(16A,16B)を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧印加する第一点火コイル(15A)及び第二点火コイル(15B)と、所定の電圧を第一点火コイルが具備する前記一次コイルに印加する電圧印加手段(11)と、前記電圧印加手段により供給される電圧を昇圧させる電圧昇圧手段(31)と、前記第一点火コイルが具備する前記一次コイルへ流れる一次電流導通と切断を行う第一スイッチング素子(13)と、前記第二点火コイルが具備する前記一次コイルへ、前記電圧昇圧手段により昇圧された電圧の印加を行う第二スイッチング素子(25)と、前記第一スイッチング素子を制御することで、前記点火プラグにより前記放電を開始させる放電開始手段(20)と、前記放電開始手段によって前記点火プラグにより前記放電を開始させた後、前記放電を維持し続けられるように前記第二スイッチング素子による前記電圧の印加をさせる放電維持手段(20、26)と、を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置

請求項2

前記第二スイッチング素子と前記第二点火コイルとの間にダイオード(28)を介してアースに接続させた電流経路を備え、前記放電開始手段により、前記第一スイッチング素子を制御し、前記第一点火コイルの前記一次コイルに流れる一次電流の導通を行わせ、導通継続後に前記一次電流を切断して前記点火プラグの放電を開始させ、その後に、前記放電維持手段により前記第二スイッチング素子を制御し、前記電圧昇圧手段により昇圧された電圧を印加させることで、前記点火プラグの電極間に前記第一スイッチング素子の制御により発生した放電電流と同一方向の放電電流を流させ、さらに前記電圧を切断させることで、前記電流経路を通じて前記アースから前記第二点火コイルの前記一次コイルへ電流を供給させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用点火装置。

請求項3

前記第二スイッチング素子により前記電圧を印加させるたびに、前回に前記第二スイッチング素子により前記電圧を印加させた時よりも、前記第二点火コイルの前記一次コイルに流れる前記一次電流を大きくさせることを特徴とする請求項1又請求項2に記載の内燃機関用点火装置。

請求項4

前記第二点火コイルの耐電圧は、前記第一点火コイルの耐電圧の1/3以下に設定されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の内燃機関用点火装置。

請求項5

前記第一点火コイルを円筒状の点火コイルとし、前記第二点火コイルを矩形状の点火コイルとし、前記円筒状の点火コイルを前記内燃機関に形成されたプラグホール(44)内に挿入させ、前記円筒状の点火コイルの上部に前記矩形状の点火コイルを配設させていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の内燃機関用点火装置。

請求項6

前記第二点火コイルの二次コイル(16B)の出力側は、前記第一点火コイルのセンタコア(18)に接続され、前記センタコアの下端部がダイオード(14B)を介して前記点火プラグに接続されていることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関用点火装置。

請求項7

前記第二点火コイルの二次コイルに流れる二次電流の大きさを検出する二次電流検出手段(29)を備え、前記放電維持手段は、前記二次電流検出手段により検出された前記二次電流の大きさが第一閾値よりも大きくなった場合に、前記第二スイッチング素子により前記電圧を切断させ、前記二次電流検出手段により検出された前記二次電流の大きさが前記第一閾値よりも小さい第二閾値よりも小さくなった場合に、前記第二スイッチング素子により前記電圧を印加させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の内燃機関用点火装置。

請求項8

前記第二点火コイルの前記一次コイルに流れる前記一次電流の大きさを検出する一次電流検出手段(51)を備え、前記放電維持手段は、前記一次電流検出手段により検出された前記一次電流の大きさを監視し、前記第二スイッチング素子による前記電圧の印加を開始してから前記一次電流が第一所定量だけ大きくなった場合に、前記第二スイッチング素子により前記電圧を切断させ、前記第二スイッチング素子による前記電圧の切断を開始してから前記一次電流が第二所定量だけ小さくなった場合に、前記第二スイッチング素子により前記電圧を印加させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の内燃機関用点火装置。

技術分野

0001

本発明は内燃機関に用いられる点火装置に関する。

背景技術

0002

内燃機関の点火装置としては、点火栓くすぶりに対して良好な着火性能を得るためには、二次電圧が急峻に立ち上がる特性が要求され、一方、リーンバーンや通常の燃焼を良好に維持するためには放電時間が長い特性が要求される。しかし、二次電圧を急峻に立ち上げるためには点火コイル二次巻線数を小さくするなどして短時間にエネルギを放出させるため、放電時間は短くなるので、これら両特性の要求は相反している。そこで、複数の点火コイルを用いて個々の特性を合成して多重放電とすることにより、前記2つの要求を同時に満たすことが可能となる。

0003

前記二つの要求を満たす構成として、点火栓とロッカカバーとの間に円筒状の点火コイル(スティックコイル)を設置するとともに、スティックコイルの上端部に連結させてロッカカバー上に矩形状の点火コイルを配置させたものがある(特許文献1参照)。特許文献1に記載のものでは、二つの点火コイルをコンパクトに配置し、多重放電特性を有する点火装置を小型化することができる。

先行技術

0004

特開2000−199470

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、特許文献1に記載のものでは、点火プラグの放電を開始可能な程度に大きな電圧を両点火コイルに印加させているため、両方の点火コイルの耐電圧を大きいものとしなければならない。そして、点火コイルの耐電圧を大きくするには、点火コイルが具備している一次コイル及びアース体二次コイルとの絶縁距離を大きくせねばならず、点火コイルの大型化に繋がる。

0006

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、その主たる目的は、2つの点火コイルを備える点火装置において、少なくとも一つの点火コイルの耐電圧が低く構成されても、点火プラグによる連続放電を実行可能とすることを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0007

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。

0008

本発明は、内燃機関用点火装置であって、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気点火するための放電を実行する点火プラグと、一次コイル及び二次コイルを具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する第一点火コイル及び第二点火コイルと、所定の電圧を第一点火コイルが具備する前記一次コイルに印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段により供給される電圧を昇圧させる電圧昇圧手段と、前記第一点火コイルが具備する前記一次コイルへ流れる一次電流導通と切断を行う第一スイッチング素子と、前記第二点火コイルが具備する前記一次コイルへ、前記電圧昇圧手段により昇圧された電圧の印加と切断を行う第二スイッチング素子と、前記第一スイッチング素子を制御することで、前記点火プラグにより前記放電を開始させる放電開始手段と、前記放電開始手段によって前記点火プラグにより前記放電を開始させた後、前記放電を維持し続けられるように前記第二スイッチング素子による前記電圧の印加と切断とを繰り返させる放電維持手段と、を備えることを特徴とする。

0009

上記構成によれば、第一点火コイルと第二点火コイルとは共に一次コイルと二次コイルを具備している。そのうち第一点火コイルが具備している一次コイルは、電圧印加手段により所定の電圧が印加される。一次コイルへ流れる一次電流は、放電開始手段が第一スイッチング素子を制御することにより、その電流の導通と切断を行い、点火プラグの放電を開始させる。

0010

この内燃機関用点火装置には、さらに第二スイッチング素子が設けられている。放電開始手段により、点火プラグが放電を開始して以後、放電維持手段により第二スイッチング素子を制御し、電圧昇圧手段により昇圧された電圧を印加させることで、点火プラグの放電を維持させる。更に昇圧された電圧の印加と切断を制御することにより、放電電流を増加又は減少させ、あるいは一定に保つなど最適な放電電流に制御することが出来る。この構成により、点火プラグが放電を開始して以後は、その放電を維持するための電圧は10kV以下と小さくて済むため、第二点火コイルの耐電圧設計を小さくすることが可能となる。

図面の簡単な説明

0011

内燃機関用点火装置の電気的構成を示す回路図である(第1の実施形態)。
内燃機関用点火コイル装置の断面図。
放電信号、一次電流、及び二次電流を示したタイミングチャートである(第1の実施形態)。
内燃機関用点火装置の電気的構成を示す回路図である(第2の実施形態)。
放電信号、一次電流、及び二次電流を示したタイミングチャートである(第2の実施形態)。
内燃機関用点火コイル装置の断面図(変更例)。

実施例

0012

(第1の実施形態)
以下、実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図1は、内燃機関用点火装置の一実施形態を示したもので、本実施形態の電気回路の構成を示している。この電気回路は、点火プラグ12、パワートランジスタ13(第一スイッチング素子に該当)、第一点火コイル15A、第二点火コイル15B、昇圧回路31(電圧昇圧手段に該当)、MOSFET25(第二スイッチング素子に該当)、およびダイオード14,23,27,28、ECU20(放電開始手段,放電維持手段に該当)等を備えている。

0013

ここで、ECU20は、エンジン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。また、ECU20は、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき、エンジン制御に関する制御処理演算処理を行うCPU、エンジン制御に必要なデータやプログラム等を記憶する。そしてその記憶を保持する各種のメモリ、CPUの処理結果に基づき、エンジン制御に必要な信号を出力する出力回路等を備えて構成される。そして、ECU20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放電開始信号IGtおよび放電継続信号IGwを生成して出力する。

0014

第一点火コイル15A及び第二点火コイル15Bは、それぞれが具備している一次コイル17A,17Bを流れる一次電流I11,I12の増減に応じて、電磁誘導により二次コイル16A,16Bに二次電流I2を発生させ、点火プラグ12の放電を実行させる周知構造である。一次コイル17A,17Bは、両方とも、第一端がバッテリ(電圧印加手段に該当)11の出力電極に接続され、第二端が各種電子素子等を介してアースに接続されている。この構成により、バッテリ11から供給される電圧を一次コイル17Aに印加させることが可能となる。また、二次コイル16A,16Bは、両方とも第一端がダイオード14を介して点火プラグ12の中心電極に接続され、第二端がアースに接続されている。

0015

パワートランジスタ13のエミッタ端子はアースに接続され、コレクタ端子は、一次コイル17Aの第二端に接続されている。このパワートランジスタ13は、バッテリ11から一次コイル17Aへ流れる一次電流I11の導通と切断とをするものである。そしてこの導通と切断とは、パワートランジスタ13のベース端子と接続されているECU20から送信される放電開始信号IGtにより制御される。つまり放電開始信号IGtは、パワートランジスタ13のオンオフ動作を制御するものであり、より具体的には、一次コイル17Aに磁気エネルギーを蓄えさせる期間を指令する信号である。なお、パワートランジスタ13は、IGBTMOS型トランジスタサイリスタ等でも代用可能である。

0016

そして、ECU20から放電開始信号IGtが与えられ、パワートランジスタ13がオン動作をすることで、一次コイル17Aにバッテリ11の電圧が印加されて一次電流I11が通電され、一次コイル17Aに磁気エネルギーが蓄えられる。その後、パワートランジスタ13の切断により、電磁誘導によって、一次コイル17A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る。その結果、二次コイル16Aに高電圧が発生するとともに点火プラグ12の電極間に高電圧が印加され、放電が生じる。

0017

昇圧回路31は、バッテリ11の電圧を昇圧し、電気エネルギーとしてコンデンサ24に蓄えるものであり、ECU20から放電開始信号IGtが与えられる期間において、バッテリ11の電圧を昇圧して蓄える。また、昇圧回路31は、コンデンサ24以外に、チョークコイル30、MOSFET22、第一制御回路21、およびダイオード23により構成される。

0018

ここで、チョークコイル30は第一端がバッテリ11のプラス電極に接続され、MOSFET22によりチョークコイル30の通電状態断続される。また、第一制御回路21は、MOSFET22に制御信号を与えて、MOSFET22をオンオフさせるものである。このMOSFET22のオンオフ動作により、チョークコイル30で蓄えた磁気エネルギーはコンデンサ24に電気エネルギーとして充電される。

0019

なお、第一制御回路21は、ECU20から放電開始信号IGtが与えられる期間において、MOSFET22を繰り返してオンオフするように設けられている。

0020

また、ダイオード23は、コンデンサ24に蓄えた電気エネルギーがチョークコイル30側へ逆流するのを防ぐものである。

0021

MOSFET25はオンオフ動作により、一次コイル17Aへのコンデンサ24に蓄えられた電圧の印加と切断を行う。このとき、MOSFET25はオン動作を行う事で、コンデンサ24に蓄えられた電気エネルギーを一次コイル17Bに投入する。そして点火プラグ12の電極間に、パワートランジスタ13のオンオフにより発生した放電と同一方向の電流を重畳加算し、放電開始に続けて放電を継続させる。より具体的には、MOSFET25は、第二制御回路26から与えられる制御信号によりオンオフされるものである。

0022

第二制御回路26は、ECU20から放電継続信号IGwが与えられる期間において、制御信号のハイ/ローを繰り返し切り替えて出力するものである。ここで、放電継続信号IGwは、放電を継続する期間を指令する信号である。より具体的には、第二制御回路26によりMOSFET25にオンオフを繰り返させて、昇圧回路31から一次コイル17Bへと印加される電圧の継続期間を指令する信号である。

0023

そして、MOSFET25は、ECU20から放電継続信号IGwが与えられる間、オンオフを繰り返して昇圧回路31の電気エネルギーを一次コイル17Bに逐次投入し、これにより、放電が継続される。なお、MOSFET25は、パワートランジスタ、サイリスタ等で代用可能である。

0024

ダイオード14A,14Bは、それぞれ、点火プラグ12の中心電極と二次コイル16A、16Bとの間に設けられ、放電開始とその後の放電継続時とで二次電流の方向を同一の方向にして限定する。具体的には、ダイオード14A,14Bは、パワートランジスタ13のオンオフにより二次コイル16Aに流れる二次電流と、MOSFET25のオンオフにより二次コイル16Bに流れる二次電流が同一の方向となるように設けられる。

0025

また、ダイオード27は、MOSFET25のソース側に設けられ、一次コイル17Bから昇圧回路31への電流の逆流を阻止するものである。

0026

さらに、ダイオード27と第二点火コイル15Bの間に、分岐してアースに接続された電流経路が設けられている。その経路にはダイオード28が設置されており、ダイオード28のカソード側は、二次コイル16Bの第二端側に接続され、ダイオード28のアノード側はアースに接続されている。そのため、MOSFET25をオンからオフに切り替えたときに還流ダイオードとして動作する。つまり、ダイオード28は、MOSFET25のオフ時に一次コイル17Bにおいて発生する起電力による電流を、一次コイル17B→バッテリ11→アース→ダイオード28→一次コイル17Bの経路で還流させる。

0027

このとき、二次コイル16Bの第一端とアースとの間に抵抗を設け、電流検出回路29(二次電流検出手段に該当)を接続させている。

0028

以下、図2プラグホール44の内部に点火プラグ12を装着した内燃機関47に適用する内燃機関用点火装置40を例示し、その構成を説明する。この構成において、第一点火コイル15Aは円筒状の点火コイル(スティックコイル)として形成され、第二点火コイル15Bは矩形状の点火コイル(矩形コイル)として形成されている。

0029

プラグホール44は、内燃機関47(より正確にはシリンダヘッドヘッドカバー)の外表面に設けた収容凹部46の底面から燃焼室に向けて延在した深い穴状部分である。このプラグホール44に第一点火コイル15Aを挿入させ、その上部に第二点火コイル15Bを配設させている。ここで、第二点火コイル15Bの耐電圧は、第一点火コイル15Aの耐電圧の1/3に設定されている。

0030

第一点火コイル15Aは、中心側から外側にセンタコア18と、二次コイル16Aと、一次コイル17Aと、外装鉄心19Aとを備えて構成される。

0031

第二点火コイル15Bは、内側から外側へ一次コイル17Bと、二次コイル16Bと、上下に積層した鉄心19Bとが装着される。

0032

ここで、第一点火コイル15Aと第二点火コイル15Bは、第二点火コイル15Bの二次側から伸び配線45が第一点火コイル15Aのセンタコア18に接触している。そして、センタコア18の下端部は、過早着火防止用のダイオード14Bを介して、点火プラグ12の電極に接続される。一方で、第一点火コイル15Aの二次コイル16Aもまた、ダイオード14Aを介して、点火プラグ12の電極に接続される。

0033

両ダイオード14のアノード側は、それぞれキャップ状の高圧端子43に接続され、高圧端子43の下端部にスプリング端子42の上端部が嵌挿して固定される。そして、第一点火コイル15Aの下端部と連結して、高圧端子43及びスプリング端子42の外側に配設された円筒状の緩衝部材41に、点火プラグ12の陽極と接続されるスプリング端子42の上端部が圧入される。このときスプリング端子42の上端部は、スプリング端子42を押し縮めることにより、高圧端子43及びダイオード14を介して、第一点火コイル15A及び第二点火コイル15Bの各二次コイル16A,16Bと電気的に接続される。円筒状の緩衝部材41は、ゴム材等からなる。

0034

次に、図3を参照して本内燃機関用点火装置10の動作を説明する。

0035

なお、図3において、「IGt」は放電開始信号IGtの入力状態をハイ/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、「投入スイッチ」は、MOSFET25のオンオフを表し、「I11」、「I12」はそれぞれ一次コイル17A、17Bに流れる一次電流の値、「I2」は二次電流の値を表す。

0036

放電開始信号IGtがローからハイへ切り替わると(時間t01参照)、放電開始信号IGtがハイの期間において、パワートランジスタ13がオン状態を維持して、一次コイル17Aに一次電流I11を流し磁気エネルギーが蓄えられる。また、昇圧回路31に電気エネルギーが蓄えられる。

0037

やがて、放電開始信号IGtがハイからローへ切り替わると、パワートランジスタ13がオフされ、一次コイル17Aの通電状態が切断される(時間t02参照)。これにより、一次コイル17A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、二次コイル16Aに高電圧を発生させ、点火プラグ12において放電が開始される。なお、一次電流I11を切断することにより誘起する二次電流I2は、バッテリ11のプラス電極から流れる電流に対して負の値となる。よって、図4の二次電流I2のグラフにおいて、負の方向を二次電流I2の増大方向としている。

0038

点火プラグ12において放電が開始された後、電流検出回路29により検出された二次電流I2は略三角波形状に減衰する。そして、放電継続信号IGwがローからハイへ切り替わるとMOSFET25のオンオフ動作が開始される(時間t03参照)。なお、二次電流I2が予め定められた所定の第二閾値よりも小さくなった場合に、放電継続信号IGwがローからハイへ切り替わる。このとき、第二閾値は、放電を維持するために必要な電流値として定めた限界電流値γより大きな値として設けられる。

0039

放電継続信号IGwがローからハイへ切り替わると、放電継続信号IGwがハイの期間中、第二制御回路26によりMOSFET25はオン動作とオフ動作を交互に実行される。このため、昇圧回路31に蓄えられていた電気エネルギーが、一次コイル17Bに順次投入され、一次コイル17Bからバッテリ11のプラス電極に向かって一次電流I12が流れる。より具体的には、MOSFET25がオンされる毎に、二次電流I2の減少を補うために一次電流I12が一次コイル17Bに追加される。その結果、前回にMOSFET25により電圧を印加させた時よりも、一次電流I12はマイナス側に大きくなることが繰り返される(時間t03〜t04参照)。そして、一次電流I12が増大する期間において、二次電流I2が増大する。なお、図3では、放電開始時の二次電流I2の大きさが、限界電流値γよりも大きくなっているが、放電を開始することが出来ればそれ以下となっていてもよい。

0040

そして、一次電流I12が全体的な傾向として大きくなることにより、二次電流I2は所定範囲内に維持される。二次電流I2が第一閾値より大きくなった際には、MOSFET25が第二制御回路26によりオフ動作を実行される。このため一次電流I12の増大が停止される。このとき、第一閾値は、第二閾値より大きな値として設定されている。

0041

このように第二制御回路26によりMOSFET25のオンオフ動作を制御し、この制御を繰り返し行う事で放電は継続される。

0042

上記構成により、本実施形態に係る内燃機関用点火装置10は、以下の効果を奏する。

0043

・この内燃機関用点火装置10には、MOSFET25が設けられている。点火プラグ12が放電を開始して以後、その放電を維持し続けられるように第二制御回路26によりMOSFET25をオンオフ制御する。放電開始させるには30kV以上の高電圧が必要だが、一旦放電が開始されると点火プラグ12の電極間で起こる放電維持電圧は10kV以下に低下する。従ってこの構成により、点火プラグ12が放電を開始して以後の放電維持に必要な電圧は低くてすむため、第二点火コイル15Bの耐電圧設計値を低くすることが可能となる。

0044

・ECU20によりパワートランジスタ13を制御し、第一点火コイル15Aの一次コイル17Aに流れる一次電流I11の導通を行わせる。そして導通継続後に一次電流I11を切断することで、点火プラグ12により放電を開始させる。以降は、MOSFET25により、昇圧回路31により昇圧された電圧を印加させることで、点火プラグ12の電極間にパワートランジスタ13の制御により発生した放電電流と同一方向の放電電流を流させることが可能となる。さらに、MOSFET25と第二点火コイル15Bとの間にダイオード28を介してアースに接続させた電流経路を設けることで、MOSFET25により昇圧回路31から第二点火コイル15Bに印加される電圧を切断させることで、アースから第二点火コイル15Bが供給される。この構成により、一次電流I12の極端な減少、ひいては二次電流I2の減少を抑制する事が可能となる。

0045

・MOSFET25により電圧を印加させるたびに、前回にMOSFET25により電圧を印加させた時よりも、オン時間を長くしたり、オフ時間を短くしたりすることで第二点火コイル15Bの一次コイル17Bに流れる一次電流I12を大きくさせる。このため、この一次電流I12に対応した大きさの電圧を二次コイル16Bに発生させることができ、二次電流I2の減少を抑制することが可能となる。

0046

・ECU20により、点火プラグ12が放電を開始して以後、第二制御回路26を介してMOSFET25を制御することで、昇圧回路31により昇圧された電圧の印加と切断を繰り返させ、点火プラグ12の放電を維持する。この構成により、点火プラグ12が放電を開始して以後は、その放電を維持するための電圧は小さくて済むため、第二点火コイル15Bの耐電圧設計を小さくすることが可能となる。

0047

具体的には放電を開始するため第一点火コイル15Aの耐電圧は30kV以上であるが、放電開始後に動作する第二点火コイル15Bの耐電圧は10kVを満足していればよい。よって、第二点火コイル15Bの耐電圧は第一点火コイル15Aの耐電圧の1/3に設定されている。このため、第二点火コイル15Bが具備する一次コイル17Bと二次コイル16B及びアース体と二次コイルとの絶縁距離を小さくすることが可能となり、第二点火コイル15Bの体格を小さくすることが出来る。

0048

・第一点火コイル15Aを内燃機関47に形成されたプラグホール44内に挿入させ、第一点火コイル15Aの上部に第二点火コイル15Bを配設させている。この構成により、二つの点火コイル15A,15Bをコンパクトに収納することが可能となる。

0049

・第二点火コイル15Bが具備する二次コイル16Bの出力側は、第一点火コイル15Aが具備するセンタコア18に接続されている。そして、センタコア18の下端部がダイオード14Bを介して点火プラグ12に接続されている。この構成により、点火プラグ12まで配線を延ばす必要がなくなり、構造の簡便化を図ることが可能となる。

0050

・ECU20により、電流検出回路29により検出された二次電流I2が第一閾値より大きくなった場合に、MOSFET25により一次電流I12を切断させる。一方で、電流検出回路29により検出された二次電流I2が第二閾値より小さくなった場合に、MOSFET25により一次電流I12を導通させる。この構成により、第二点火コイル15Bの二次コイル16Bに流れる二次電流I2を、第一閾値と第二閾値の間に収めることが可能となる。さらに、二次電流I2が予期せぬ変化を起こしても、MOSFET25を制御することで、二次電流I2を所望の領域に収めることが出来る。

0051

(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。

0052

第1の実施形態では、二次コイル16Bの第一端とアースの間に抵抗を設けて電流検出回路29を接続させていた。本実施形態では、図4に示されているようにアースとパワートランジスタ13の間に抵抗を設けて電流検出回路51(一次電流検出手段に該当)を接続させている。また、アースとバッテリ11の間に抵抗を設けて電流検出回路51を接続させている。

0053

図5を参照して本内燃機関用点火装置50の動作を説明する。

0054

放電開始信号IGtがローからハイへ切り替わり(時間t01参照)、放電開始信号IGtがハイの期間中に、パワートランジスタ13のオン状態を維持させる。これにより、一次コイル17Aに一次電流I11が流れて磁気エネルギーが蓄えられる。また、昇圧回路31に電気エネルギーが蓄えられる。

0055

一次コイル17Aに一次電流I11を流し始めてから第一所定時間が経過すると、放電開始信号IGtがハイからローへ切り替わる。それにより、パワートランジスタ13がオフされ、一次コイル17Aの通電状態が切断される(時間t02参照)。これにより、一次コイル17A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、二次コイル16Aに高電圧を発生させ、点火プラグ12において放電が開始される。このとき、第一所定時間は、一次電流I11が点火プラグ12に放電を開始させる程度に大きく、且つパワートランジスタ13を損傷させるおそれがない値にまで上昇する時間として設定される。

0056

点火プラグ12の放電が開始してから第二所定時間の経過後にECU20により送信される放電継続信号IGwがローからハイへ切り替わる(時間t03参照)。これにより、放電継続信号IGwを受信した第二制御回路26によりMOSFET25がオン動作を実行し、一次コイル17Bに一次電流I12が流される。このとき、第二制御回路26は、電流検出回路51により検出された一次電流I12の大きさを監視している。MOSFET25をオン(電圧の印加を開始)してから一次電流I12の大きさが第一所定量だけ大きくなったら、第二制御回路26によりMOSFET25をオフにさせ、電圧を切断させる。そして、MOSFET25をオフ(電圧の切断を開始)してから一次電流I12が第二所定量だけ小さくなったら、再度MOSFET25をオンにさせ、電圧を再度印加させる。この第二制御回路26により制御を繰り返し行うことで、点火プラグ12の放電は継続される(時間t03〜t04参照)。このとき、第一所定量と第二所定量は二次電流I2の極端な増大、減少を抑制するための値であり、具体的には第一所定量は第二所定量よりも大きく設定されている。

0057

上記構成により、本実施形態に係る内燃機関用点火装置50は、以下の効果を奏する。

0058

・アースとパワートランジスタ13の間に抵抗を設けて電流検出回路51を接続させている。また、アースとバッテリ11の間に抵抗を設けて電流検出回路51を接続させている。この構成により、一次電流I11と一次電流I12の監視をすることができ、両者の一次電流I11,I12を精密に制御することが可能となる。

0059

・第二点火コイル15Bが具備している一次コイル17Bに流れる一次電流I12を検出する電流検出回路51を備えている。第二制御回路26は、この電流検出回路51により検出された一次電流I12の大きさを常時監視することが出来る。第二制御回路26は、電流検出回路51により検出された一次電流I12が、一次コイル17Bへ電圧の印加を開始してから第一所定量だけ大きくなった場合に、MOSFET25により一次電流I12を切断させる。そして、一次コイル17Bへの電圧の切断を開始してから一次電流I12が第二所定量だけ小さくなった場合に、MOSFET25により一次電流I12を再度導通させる。この制御を繰り返すことで、第二点火コイル15Bの二次コイル16Bに流れる二次電流I2の極端な増大、減少を抑制することが出来る。

0060

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施してもよい。

0061

図4において、アースとバッテリ11の間に抵抗を設けて電流検出回路51を接続させていたが、一次電流I12の電流検出方法はこれ以外の方法でもよい。例えばダイオード28とアースの間に抵抗を設けて電流検出回路51を接続させてもよい。又は、コンデンサ24とアースの間に抵抗を設けて電流検出回路51を接続させてもよい。

0062

上記各実施形態について、以下のように変更して実施してもよい。

0063

・上記各実施形態では、第二点火コイル15Bの二次側から伸びた配線45が第一点火コイル15Aのセンタコア18に接触させている。そして、センタコア18の下端部は、過早着火防止用のダイオード14Aを介して、点火プラグ12の電極に接続される。このことについて、図6に記載されているように、第二点火コイル15Bの二次側から延びる配線45が、ケース48と外装鉄心19Aとの間に設けられた配線61と接続するようにしても良い。この配線61は、ダイオード14Bを介して、点火プラグ12に接続される。

0064

・上記第1の実施形態では、二次電流I2を限界電流値γよりも大きい状態で一定期間維持させるために、二次電流I2に二つの閾値を設けその範囲に収める制御を行なった。第2の実施形態では、一次電流I12を監視し、一次電流I12が予め定めていた所定値だけ増大、減少した場合にMOSFET25のオンオフ動作を行い、二次電流I2の極端な増大又は減少を抑制するフィードバック制御を行なった。このことについて、予め設定した時間(所定の周期)によりパワートランジスタ13やMOSFET25のオンオフ動作を制御してもよい。こうすることで、電流検出回路29,51を不要とし、点火装置の簡略化を図ることが出来る。また、このとき、点火プラグ12の放電維持を行う際に、MOSFET25をオンする時間はオフする時間よりも長く設定されている。これにより、MOSFET25をオフした際に生じる一次電流I12の減少分を、MOSFET25をオンした期間中に増加させることができ、結果的に二次電流I2の減少を抑制する事が可能となる。

0065

・上記各実施形態では、第一点火コイル15Aはスティックコイル、第二点火コイル15Bは矩形コイルと定めたが、形状はこれらに限らない。第一点火コイル15Aを矩形コイルとし、第二点火コイル15Bをスティックコイルとしてもよい。他にも、矩形コイル二つをそれぞれ、第一点火コイル15A,第二点火コイル15Bに適用してもよいし、スティックコイル二つをそれぞれ第一点火コイル15A,第二点火コイル15Bに適用してもよい。これらの場合であっても、点火プラグ12が放電を開始して以後に、その放電を維持するための電圧が印加される点火コイルの耐電圧を小さく設計することができる。

0066

・上記各実施形態では、第二点火コイル15Bの耐電圧は第一点火コイル15Aの耐電圧の1/3と設定しているが、それに限らない。点火プラグ12の放電を維持できるなら、第二点火コイル15Bの耐電圧は第一点火コイル15Aの1/3以下であってもよいし、それ以上であってもよい。

0067

11…バッテリ、13…パワートランジスタ、15A…スティックコイル、15B…矩形コイル、20…ECU、25…MOSFET、31…昇圧回路、47…内燃機関。

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