(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の動作を制御するＥＣＵが生成した点火信号に応じて点火プラグに放電火花を発生させる内燃機関用点火装置であって、
前記点火プラグに供給する放電電圧を発生する点火コイルと、
前記点火コイルの１次電流の通電を制御するスイッチと、
前記放電電圧に重畳する高電圧を生成する昇圧回路と、
前記点火信号に応じて前記スイッチの動作を制御するとともに前記昇圧回路の動作を制御する重ね時間制御部と、
を備え、
前記ＥＣＵが、前記点火コイルの出力タイミングを示す通電信号と、前記昇圧回路が前記高電圧を生成する期間を示す重ね放電期間信号と、
前記昇圧回路から高電圧が出力されている期間に前記点火コイルから放電電圧を出力させる回数を示す点火回数信号と、
を含む点火信号を生成し、
前記重ね時間制御部は、
入力した前記点火信号の通電信号が示すタイミングで前記スイッチの動作を制御して前記点火コイルの１次電流を遮断し、該点火コイルが発生した放電電圧を前記点火プラグへ供給して放電火花を発生させ、
前記点火信号の点火回数信号が示す回数に応じて、前記点火コイルに放電電圧を発生させて前記昇圧回路から出力されている高電圧に重畳して前記点火プラグへ供給し、
前記点火信号の重ね放電期間信号が示す期間が終了するまで前記高電圧を前記点火プラグへ供給して前記放電火花を維持する、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記重ね時間制御部は、
前記通電信号を入力すると、前記昇圧回路に、前記点火プラグに放電火花が発生しない第１レベルの高電圧を出力させ、
前記重ね放電期間信号を入力すると、前記昇圧回路に、前記点火プラグに発生している放電火花を維持する第２レベルの高電圧を出力させる、
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】
内燃機関の動作を制御するＥＣＵが生成した点火信号に応じて点火プラグに放電火花を発生させる内燃機関用点火装置であって、
前記点火プラグに供給する放電電圧を発生する点火コイルと、
前記点火コイルの１次電流の通電を制御するスイッチと、
前記放電電圧に重畳する高電圧を生成する昇圧回路と、
前記点火信号に応じて前記スイッチの動作を制御するとともに前記昇圧回路の動作を制御する重ね時間制御部と、
を備え、
前記ＥＣＵが、前記点火コイルの出力タイミングを示す通電信号と、前記昇圧回路が前記高電圧を生成する期間を示す重ね放電期間信号と、を含む点火信号を生成し、
前記重ね時間制御部は、
前記通電信号を入力すると、前記昇圧回路に、前記点火プラグに放電火花が発生しない第１レベルの高電圧を出力させ、
前記通電信号が示すタイミングで前記スイッチの動作を制御して前記点火コイルの１次電流を遮断し、該点火コイルが発生した放電電圧を前記点火プラグへ供給して放電火花を発生させ、
前記点火信号の重ね放電期間信号を入力すると、前記昇圧回路に、前記点火プラグに発生している放電火花を維持する第２レベルの高電圧を出力させ、前記重ね放電期間信号が示す期間が終了するまで前記第２レベルの高電圧を前記点火プラグへ供給する、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などに搭載する内燃機関の点火装置であって、重ね放電を行う内燃機関用点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両に搭載される内燃機関は、燃費改善のためにリーンバーンによる運転や、排気ガス浄化のために高ＥＧＲによる運転を行っている。これらの運転において使用する混合気は着火性が良好ではないことから、高エネルギの点火装置を備える必要がある。
このように希薄な混合気や、ＥＧＲガスを多く含む混合気に点火するときには、電流遮断方式の点火コイルを用いて発生させた放電電圧に、ＤＣ−ＤＣコンバータ等によって昇圧された高電圧を重畳して点火プラグへ印加し、重ね放電による点火が行われる（例えば、特許文献１参照）。
図５は、従来の重ね放電型の内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。図示した回路は、特許文献１に記載されたものと概ね同様に構成されている。
図示した内燃機関用点火装置は、バッテリ１００の電圧ＶＢを点火コイル１２０の１次側コイル１２１へ供給し、ＥＣＵ１３０からの制御信号によってスイッチトランジスタ１２３をｏｎ／ｏｆｆさせて１次側コイル１２１に流れる電流の導通と遮断とを制御している。また、点火コイル１２０の２次側コイル１２２の一端には点火プラグ２００が接続されており、２次側コイルの他端にはＤＣ−ＤＣコンバータ１４０が接続されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０は、バッテリ１００の電圧ＶＢを昇圧させる昇圧トランス１４１、昇圧トランス１４１を励振させる、詳しくは当該昇圧トランス１４１の１次側巻線に流れる電流の導通・遮断を行うスイッチトランジスタ１４２、スイッチトランジスタ１４２を所定周波数でｏｎ／ｏｆｆさせる発振回路１４３を備えている。
ＥＣＵ１３０の制御によってスイッチトランジスタ１２３が動作し、点火コイル１２０の１次側コイル１２１にバッテリ１００から供給される電流が流れ、この電流が遮断されたときに２次側コイル１２２には数［ｋＶ］の高電圧が発生する。この高電圧を点火プラグ２００へ供給すると、当該点火プラグ２００の放電電極間の絶縁破壊を誘起し、放電火花が発生する。
一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０では、発振回路１４３およびスイッチトランジスタ１４２が稼動すると、昇圧トランス１４１がバッテリ１００から供給された電圧ＶＢを昇圧する。この昇圧トランス１４１の出力電圧は、出力コンデンサ１４４によって安定され、例えば直流５００Ｖ程度の高電圧が点火コイル１２０の２次側コイル１２２へ出力される。
点火コイル１２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０の出力電圧を、２次側コイル１２２に発生した高電圧に重畳して点火プラグ２００へ供給し、点火プラグ２００に発生させた放電火花を一定時間維持する。
このように、点火プラグ２００に高電圧を供給する時間を延長し、混合気への着火性を向上させ、燃費等も向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−６８３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の排気ガスを浄化する場合、特定の回転数領域において高ＥＧＲをかける場合があり、このような特定の回転数領域では着火性が低下して失火する場合がある。
従来の重ね放電型の内燃機関用点火装置は、点火コイルの２次側に発生した放電電圧によって点火プラグに放電火花を誘起し、当該点火プラグに放電電流が流れ始めると一定の時間が経過する間、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路から高電圧を点火プラグへ供給している。
このように、点火コイルが発生した放電電圧に昇圧回路から出力される高電圧を画一的に重畳した場合には、内燃機関の全回転数領域において良好な点火を行うことが困難になる。特に、前述の高ＥＧＲになる特定の回転数領域において着火性を改善することが困難で、高出力を要求される回転数領域で発生トルクが不足するという問題点があった。
また、従来の重ね放電型の内燃機関用点火装置は、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）から点火信号のみを入力して点火タイミングを制御しており、例えば高ＥＧＲをかける回転数領域など、着火性が低下する状況であることを認識する手段を有していなかった。
そのため、全回転数領域において同様な重ね放電を行っており、熱設計、消費電力設計の観点から、耐用が保障される範囲内で重ね時間や重ね電流を制御するか、構成部品等を大型化して耐熱性を十分確保した設計とするかの選択がなされていた。
上述のように内燃機関の回転数等に応じて最適な重ね電流や重ね時間が設定されず、全回転数領域で画一的に一定時間の重ね放電を行っているため、耐熱設計による装置各部の大型化、重ね放電電流が不足することによる着火性の低下、消費電力の増加に対応するためのバッテリ補充電による間接的燃費の悪化が生じるという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の動作状況に応じて重ね放電時間を設定して点火プラグに重ね放電を行わせ、燃焼効率を向上させる内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る内燃機関用点火装置は、内燃機関の動作を制御するＥＣＵが生成した点火信号に応じて点火プラグに放電火花を発生させる内燃機関用点火装置であって、前記点火プラグに供給する放電電圧を発生する点火コイルと、前記点火コイルの１次電流の通電を制御するスイッチと、前記放電電圧に重畳する高電圧を生成する昇圧回路と、前記点火信号に応じて前記スイッチの動作を制御するとともに前記昇圧回路の動作を制御する重ね時間制御部とを備え、前記ＥＣＵが、前記点火コイルの出力タイミングを示す通電信号と、前記昇圧回路が前記高電圧を生成する期間を示す重ね放電期間信号と、を含む点火信号を生成し、前記重ね時間制御部は、入力した前記点火信号の通電信号が示すタイミングで前記スイッチの動作を制御して前記点火コイルの１次電流を遮断し、該点火コイルが発生した放電電圧を前記点火プラグへ供給して放電火花を発生させ、前記点火信号の重ね放電期間信号に応じて前記昇圧回路を駆動して前記高電圧を生成させ、前記重ね放電期間信号が示す期間が終了するまで前記高電圧を前記点火プラグへ供給して前記放電火花を維持することを特徴とする。
また、前記ＥＣＵが、前記昇圧回路から高電圧が出力されている期間に前記点火コイルから放電電圧を出力させる回数を示す点火回数信号をさらに含めて前記点火信号を生成し、前記重ね時間制御部は、入力した前記点火回数信号が示す回数に応じて、前記点火コイルに放電電圧を発生させて前記昇圧回路から出力されている高電圧に重畳して前記点火プラグへ供給することを特徴とする。
また、前記重ね時間制御部は、前記通電信号を入力すると、前記昇圧回路に、前記点火プラグに放電火花が発生しない第１レベルの高電圧を出力させ、前記重ね放電期間信号を入力すると、前記昇圧回路に、前記点火プラグに発生している放電火花を維持する第２レベルの高電圧を出力させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、内燃機関の動作状況に応じて点火プラグの重ね放電時間を調整するようにしたので、内燃機関の全回転数領域において確実に混合気へ点火することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。
図２は、重ね放電を行う一般的な内燃機関用点火装置の動作例を示す説明図である。
図３は、実施例１による内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。
図４は、この発明の実施例２による内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。
図５は、従来の重ね放電型の内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。
図示した内燃機関用点火装置は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、倍電圧回路２０、点火コイル３０、重ね時間制御部４０によって構成されており、内燃機関のシリンダブロック等に固定された点火プラグ６０、および、内燃機関の動作を制御するＥＣＵ（エンジン制御ユニット）７０に接続されている。なお、図１に例示した点火装置は、単一の点火プラグ６０に放電火花を発生させるものであるが、マルチシリンダの内燃機関においては、点火プラグ毎に少なくとも倍電圧回路２０および点火コイル３０が設けられる。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、直流電圧を交流電圧に変換出力するインバータ、このインバータが生成した交流電圧を昇圧する回路（例えば昇圧トランスを含む昇圧回路）を備えている。詳しくは、重ね時間制御部４０の制御信号に応じて、例えば図示を省略したバッテリから供給される直流電圧ＶＢ、または重ね時間制御部４０などの各回路を構成するデバイスの電源電圧５［Ｖ］と同様な直流電圧を用いて、所定の周波数を有する、例えば３０［ｋＨｚ］の交流電圧を生成し、さらに、この交流電圧を高耐圧配線を必要としない程度の電圧へ昇圧するように構成されている。なお、ここで例示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が生成する交流電圧の周波数は、倍電圧回路２０の回路定数等に適合するように設定されたものである。
倍電圧回路２０は、例えば、それぞれ６個のコンデンサおよびダイオードを用いて、入力した交流電圧を６倍の大きさの直流電圧に昇圧する多段倍電圧整流回路である。倍電圧回路２０の入力点はＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点に接続され、倍電圧回路２０の高電位側の電圧が生じる出力点は、高圧ダイオード５０のカソード、即ち、内燃機関のシリンダブロックなどのグランド（以下、ＧＮＤと記載する）に接続されている。
また、倍電圧回路２０の低電位側の出力点、もしくはＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の片側の出力点は、後述する高圧ダイオード５０のアノードと点火コイル３０の２次側コイル３２との接続点に接続される。
点火コイル３０は、点火コイル本体を構成する１次側コイル３１および２次側コイル３２、ならびにスイッチトランジスタ３３を備えている。
１次側コイル３１の一端は、図示を省略したバッテリ等から直流電圧ＶＢが供給されるように配線接続されており、他端はスイッチトランジスタ３３の開閉接点の一端に接続されている。スイッチトランジスタ３３の開閉接点の他端はＧＮＤに接続されている。
２次側コイル３２の一端は、シリンダブロック等に固定されている点火プラグ６０の頭部電極に接続されており、他端は高圧ダイオード５０のアノードに接続されている。
スイッチトランジスタ３３の制御端子には、重ね時間制御部４０から１次コイル通電信号が入力される。例えば、スイッチトランジスタ３３としてＩＧＢＴを使用した場合には、ゲート端子に上記の１次コイル信号が入力される。この１次コイル通電信号は、後述するように重ね時間制御部４０が生成する制御信号である。
高圧ダイオード５０は、スイッチトランジスタ３３がｏｆｆからｏｎに遷移したときに２次側コイル３２に電圧が発生することを防ぐもので、点火プラグ６０へ印加される放電電圧などに対応する高耐圧の構成を有している。
重ね時間制御部４０は、プロセッサ等の制御デバイスと、制御プログラムや制御データ等を記憶するメモリなどによって構成されており、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御するように配線接続されている。また、重ね時間制御部４０は、ＥＣＵ７０から点火信号を入力するように配線接続されている。この点火信号は、ＥＣＵ７０が生成する制御信号で、内燃機関の燃焼行程における点火タイミングや後述する重ね時間を示すものである。
ここで説明する内燃機関用点火装置を、例えば、内燃機関のヘッドカバー等に取付けられるプラグキャップの上端部に、前述の点火コイル３０や倍電圧回路２０などを備え、上記の点火コイル３０や倍電圧回路２０の出力点等を、当該プラグキャップ内部に備えられた導体部材を介して点火コイル６０の頭部電極へ接続し、放電電圧や重ね放電に使用する高電圧を供給するように構成してもよい。
次に動作について説明する。
図２は、重ね放電を行う一般的な内燃機関用点火装置の動作例を示す説明図である。この図は、一般的な重ね放電型の内燃機関用点火装置が動作するとき、当該装置の各部で観測される電圧または電流の経時変化、また、例えばＤＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＡＣ昇圧回路等の昇圧回路の動作を制御する重ね時間制御信号を示したタイミングチャートである。
図２の最上段に示した‘点火信号’は、例えばＥＣＵなどから点火コイルへ入力される制御信号である。また、図２に示した‘重ね時間制御信号’は、前述の昇圧回路の動作を制御する信号である。また、図２に示した‘点火コイル１次電流’は、上記の点火コイルの１次側コイルに流れる電流、図２に示した‘点火コイル２次電圧’は、上記の点火コイルの２次側コイルに発生する放電電圧である。
図２に示した‘昇圧回路出力電圧’は、前述の昇圧回路が生成出力する高電圧である。
図２に示した‘点火プラグ放電波形’は、上記の点火コイルの２次電圧と昇圧回路出力電圧とを重畳して点火プラグに印加したときの電圧波形である。
図２に示した一般的な重ね放電型の動作では、点火信号が有意を示したとき、例えばｏｆｆを示すローレベルからｏｎを示すハイレベルに遷移したとき、この信号の立ち上がりタイミングで点火コイルの１次側コイルに１次電流が流れ始める。この１次電流は、点火信号が有意を示している間、即ちｏｎを示すハイレベルの期間において流れ続け、点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したタイミングで遮断される。
１次電流が遮断されると、点火コイルに２次電圧が発生し、即ち点火プラグに放電火花を誘起する放電電圧が発生する。
また、上記の点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したときには、重ね時間制御信号が有意を示し、即ちｏｆｆを示すレベルからｏｎを示すレベルに遷移し、前述の昇圧回路が稼動を開始する。昇圧回路は、重ね時間制御信号が有意を示している間、即ち、ｏｎからｏｆｆへ遷移するまでの間、図示した昇圧回路出力電圧を生成し、この電圧を点火コイルの２次電圧（放電電圧）に重畳して点火プラグへ印加する。このような電圧が供給された点火プラグは、重ね時間制御信号が有意を示している期間において、放電火花の発生を維持する。
図２に示した動作では、重ね時間制御部等に予め記憶設定されている重ね時間が経過するまで、昇圧回路から高電圧を出力して重ね放電を行い、上述の放電火花の維持を行っている。
図２に示した動作においては重ね時間制御部等が入力する点火信号は、点火コイルの１次電流を流す期間のみを示すものであり、内燃機関の回転数などの動作状況を示す信号は含まれていない。そのため、全回転数領域に対して、重ね放電を均一な重ね時間で行っており、例えば高ＥＧＲをかける回転数領域では着火性が低下して発生トルクが減少することがある。
図３は、実施例１による内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。この図は、図１に示した内燃機関用点火装置の動作において、当該装置の各部で観測される電圧または電流の経時変化、また、重ね時間制御部４０から出力される１次コイル通電信号および重ね時間制御信号を示したタイミングチャートである。
図３の最上段には、ＥＣＵ７０から出力される‘点火信号’を示している。その下段には、重ね時間制御部４０が上記の点火信号を用いて生成した‘１次コイル通電信号’を示している。
図３において‘１次コイル通電信号’の下段に示した‘重ね時間制御信号’は、重ね時間制御部４０が生成する制御信号であり、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御する信号である。
また、図３に示した‘点火コイル１次電流’は、点火コイル３０の１次側コイル３１に流れる電流、図３に示した‘点火コイル２次電圧’は、点火コイル３０の２次側コイル３２に発生する放電電圧である。
また、図３に示した‘倍電圧回路出力電圧’は、倍電圧回路２０が発生する高電圧である。図３に示した‘点火プラグ放電波形’は、前述の点火コイル２次電圧と倍電圧回路出力電圧とを重畳して点火プラグ６０に印加したときの電圧波形である。
ＥＣＵ７０は、稼動している内燃機関の例えば回転数に応じて図３に示す点火信号を生成する。この点火信号は、点火コイル３０の１次側コイル３１に１次電流を流すタイミング等を示す通電信号ａと、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ならびに倍電圧回路２０を稼動させて高電圧を出力する期間（重ね時間）を示す重ね放電期間信号ｂとを有するシリアル信号である。
重ね時間制御部４０は、ＥＣＵ７０から出力されている点火信号を監視する。この点火信号が、予め設定された期間以上ｏｆｆを示す信号レベルを継続した後、ｏｆｆの信号レベルからｏｎの信号レベルへ遷移したとき、有意の通電信号ａを入力したことを認識し、当該通電信号ａと同期して有意を示す１次コイル通電信号を生成する。即ち、重ね時間制御部４０から出力される１次コイル通電信号は、ｏｆｆからｏｎへ遷移するタイミング、ならびにｏｎからｏｆｆへ遷移するタイミングが通電信号ａと同一である。
なお、前述の点火信号を監視する重ね時間制御部４０は、所定期間以上のインターバルが空いた後、点火信号の立ち上がりエッジを検知したときに通電信号ａを入力したことを認識し、前述のように処理してもよい。
１次コイル通電信号は、点火コイル３０のスイッチトランジスタ３３へ入力され、当該スイッチトランジスタ３３のスイッチング動作を制御して１次側コイル３１に流れる１次電流の導通および遮断を行う。
詳しくは、１次通電信号がｏｆｆからｏｎへ遷移したとき、点火コイル３０においては、スイッチトランジスタ３３がｏｆｆ状態からｏｎ状態に遷移し、１次側コイル３１に図３に示した点火コイル１次電流が流れ始め、時間経過にともなって電流値が増大する。１次コイル通電信号がｏｎからｏｆｆへ遷移すると、スイッチトランジスタはｏｆｆ状態に遷移して点火コイル１次電流を遮断する。すると、点火コイル３０の２次側コイル３２に放電電圧（図３の点火コイル２次電圧）が発生する。
また、重ね時間制御部４０は、通電信号ａがｏｆｆからｏｎへ遷移したことを検知すると、第１レベル出力を示す重ね時間制御信号を生成してＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０へ出力する。
第１レベル出力を示す重ね時間制御信号を入力したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、例えば、バッテリから入力している直流電圧ＶＢ、または重ね時間制御部４０などを構成する回路デバイスの電源電圧５［Ｖ］と同様な直流電圧を交流電圧に変換し、当該交流電圧を第１レベルの交流電圧に昇圧する。
倍電圧回路２０は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から第１レベルの交流電圧を入力し、自身を構成する各コンデンサに電荷を蓄積して昇圧を行い、第１レベルの高電圧を発生する。
上記の第１レベルの高電圧は、点火プラグ６０へ印加したとき、当該点火プラグ６０の放電電極間において絶縁破壊が発生しない、即ち放電電流が流れない電圧であり、例えば１．４［ｋＶ］よりも十分に低い電圧である。また、後述する第２レベルの高電圧を出力するまでの所要時間を短縮することができる程度に、倍電圧回路２０を構成する各コンデンサに電荷もしくは電力が蓄積される電圧値である。なお、第１レベルの高電圧ならびに第２レベルの高電圧は、点火プラグの種類もしくは構造により、放電火花を発生する電圧範囲が異なることから、内燃機関に使用する点火プラグの仕様等に応じて設定される。ここで説明した各電圧値は一例であり、第１レベルの高電圧は前述の電圧値に限定されず、点火プラグの仕様によっては数百［Ｖ］程度に設定される場合もある。
倍電圧回路２０が第１レベルの高電圧を発生しているとき、即ち点火信号がｏｎ状態を示している期間においては、ＧＮＤを介して点火プラグ６０へ第１レベルの高電圧が印加されるが、前述のような電圧値であるため、点火プラグ６０には放電火花が発生しない。換言すると、第１レベルの高電圧を発生している間は、倍電圧回路２０を構成している各コンデンサにプレチャージが行われる。
この後、１次コイル通電信号がｏｎからｏｆｆへ遷移すると、スイッチトランジスタ３３がｏｎからｏｆｆへ遷移して、点火コイル３０の１次電流が遮断される。この１次電流の遮断によって、２次側コイル３２に放電電圧（図３の点火コイル２次電圧）が発生する。点火プラグ６０は、この放電電圧が供給されると放電火花を発生し、当該点火プラグ６０に放電電流が流れ始める。
また、重ね時間制御部４０は、通電信号ａがｏｎからｏｆｆへ遷移したことを検知すると（あるいは通電信号ａの立ち下がりエッジを検知したとき）、第２レベル出力を示す重ね時間制御信号を生成してＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０へ出力する。
第２レベル出力を示す重ね時間制御信号を入力したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、第１レベルの交流電圧を生成したときと同様に前述の直流電圧を交流電圧に変換してこれを昇圧し、第１レベルの交流電圧よりも高電圧の第２レベルの交流電圧を生成する。
第１レベルの高電圧を発生している倍電圧回路２０は、第２レベルの交流電圧を入力すると、この第２レベルの交流電圧の整流ならびに昇圧を行って、点火プラグ６０に発生している放電火花を維持する第２レベルの高電圧を発生する。
例えば５００［Ｖ］の第２レベルの交流電圧をＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が出力したときには、倍電圧回路２０は３［ｋＶ］の第２レベルの高電圧を発生して点火プラグ６０へ供給する。
１次コイル通電信号がｏｎレベルを維持している時点において、第１レベルの高電圧を発生している倍電圧回路２０は、自身を構成する各コンデンサに相当量の電荷を蓄積しており、前述のように第２レベルの交流電圧が供給されると、速やかに第２レベルの高電圧を発生する。
即ち、点火コイル３０から出力される放電電圧がピーク値を迎えて下降に遷移したときには、倍電圧回路２０の昇圧動作が安定しており、第２レベルの高電圧が一瞬も低下することなく点火プラグ６０へ供給され、安定した第２レベルの高電圧を用いて重ね放電が行われる。
ＥＣＵ７０は、前述の通電信号ａに続けて重ね放電期間信号ｂを生成して出力する。
重ね放電期間信号ｂは、通電信号ａがｏｎからｏｆｆへ遷移した後、一定期間のインターバルを空けてｏｆｆレベルからｏｎレベルへ遷移し、当該ｏｎレベルを維持する期間によって倍電圧回路２０から第２レベルの高電圧を出力させる期間を示すように生成される。また、当該重ね放電期間信号ｂがｏｎレベルとなっている期間中に図３に破線で示した重ね期間ｃ１を含むように生成される。
重ね期間ｃ１は、そのときの内燃機関の稼動状況に応じて、例えば回転数や混合気の濃度などに応じて調整される期間であり、重ね放電期間信号ｂは、この重ね期間ｃ１の長さに応じてｏｎレベルを維持する期間が変化する。即ち、ＥＣＵ７０は、そのときの内燃機関の運転状況に適する重ね期間ｃ１を示す重ね放電期間信号ｂを生成する。
重ね時間制御部４０は、通電信号ａを入力した後、詳しくは通電信号ａがｏｎからｏｆｆへ遷移し、点火信号がｏｆｆレベルを維持する一定期間のインターバルを空けて再びｏｎレベルへ遷移すると（あるいは通電信号ａの立ち下がりエッジを検知した直後に立ち上がりエッジを検知すると）、このとき入力したｏｎレベルの点火信号を重ね放電期間信号ｂとして認識する。
重ね時間制御部４０は、重ね放電期間信号ｂの入力を認識すると、当該重ね放電期間信号ｂがｏｎからｏｆｆへ遷移するまで、即ち重ね期間ｃ１が終了するまで第２レベル出力を示す重ね時間制御信号を出力する。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、第２レベル出力を示す重ね時間制御信号が駆動終了を示すまで、即ち、ｏｆｆへ遷移するまで第２レベルの交流電圧を倍電圧回路２０へ出力する。上記の第２レベルの交流電圧を入力した倍電圧回路２０は、重ね期間ｃ１が終了するまで第２レベルの高電圧を発生して点火プラグ６０へ供給する。
前述の倍電圧回路２０が発生する第２レベルの高電圧は、点火プラグ６０に発生している放電火花を維持することができる程度であればよい。燃焼室内の混合気への点火は、概ね１．４［ｋＶ］の高電圧を点火プラグ６０へ供給すると安定する。そのため、倍電圧回路２０は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力電圧を用いて１．４［ｋＶ］以上の高電圧を発生するように構成されている必要がある。
また、稼働する内燃機関において、特に燃焼室内の流動が高い場合やＥＧＲを高く作用させたとき、失火することなく確実に放電火花を維持するためには、点火コイル３０が発生する放電電圧と同様な高電圧を供給する必要がある。そのため、図１に例示した倍電圧回路２０は、点火コイル３０の出力電圧３［ｋＶ］と同様な第２レベルの高電圧を発生している。
なお、前述のように、点火プラグの種類ならびに構造によって放電火花を発生する電圧範囲が異なることから、ここで説明した第２レベルの高電圧は一例であり、上記の電圧値に限定されない。第２レベルの高電圧は、内燃機関に用いる点火プラグの種類や、燃焼行程における混合気の状況などに応じて適当な電圧値に設定される。
倍電圧回路２０が生成した第２レベルの高電圧は、内燃機関等のＧＮＤ部分を介して点火プラグ６０の一方の放電電極に印加される。このとき、点火プラグ６０は、点火コイル３０から出力された放電電圧によって放電火花を発生しており、上記のＧＮＤを介して印加された第２レベルの高電圧により放電火花を維持する。この放電状態を維持させた電流は、点火プラグ６０の他方の放電電極から点火コイル３０の２次側コイル３２を介してＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０へ帰還する。
なお、倍電圧回路２０から出力される電流は、点火コイル３０が放電電圧を発生したとき２次側コイル３２に流れる電流に対して順方向に流れる。換言すると、倍電圧回路２０の出力電流はマイナス電流となる。
ＥＣＵ７０は、重ね放電期間信号ｂを出力した後、次の点火動作を行うまでの期間においては点火信号をｏｆｆレベルに維持し、内燃機関の回転数などに対応する適当なタイミングで、前述のように通電信号ａならびに重ね放電期間信号ｂを生成して重ね時間制御部４０へ出力する。また、これらの信号を入力した重ね時間制御部４０が、次の重ね放電による点火動作を制御する。
以上のように、この実施例１によれば、ＥＣＵ７０が通電信号ａと重ね放電期間信号ｂとを含む点火信号を生成し、重ね時間制御部４０が上記の重ね放電期間信号ｂに応じてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御するようにしたので、着火性が低下する状況においても重ね放電時間を調整して点火プラグ６０に発生した放電火花を適当な期間維持することができ、内燃機関の全回転領域において十分なトルクを発生することができる。
また、内燃機関の回転数などの動作状況に対応して重ね放電を行う時間を変化させるようにしたので、実効的ではない重ね放電を抑えて消費電力を低減することができる。
また、点火プラグ６０の放電開始時には、すでに倍電圧回路２０が第１レベルの高電圧を発生しており、上記の放電開始時に第２レベルの高電圧を発生開始することから、点火プラグ６０の放電電極間の絶縁破壊が発生した後、放電電流が一時的に低下することを防ぐことができる。
また、点火コイル３０が発生した放電電圧に、上記の第１レベルの高電圧が重畳されることから、絶縁破壊を発生させる特性、もしくは着火性を向上させることができる。また、上記のように第１レベルの高電圧が重畳されることから、点火コイル３０から出力する放電電圧が小さい場合でも点火プラグ６０に十分な強さの放電火花を発生させることが可能になり、点火コイル３０を小型化することができる。
また、昇圧回路をＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０と倍電圧回路２０によって構成したので、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０に用いる昇圧トランスの小型化が可能になる。また、高耐圧配線を備えることなく構成することができることから、内燃機関用点火装置の小型化を図ることが容易になる。またさらに、倍電圧回路２０を小型のチップ部品で構成し、点火コイル３０に内蔵することによって小型化を図ることも可能になり、低コスト、省スペースを図ることもできる。
【実施例２】
【００１０】
この発明の実施例２による内燃機関用点火装置を説明する。実施例２による内燃機関用点火装置は、図１に示したものと同様に構成されている。ここでは、実施例１の内燃機関用点火装置と同様な構成の重複説明を省略し、図１に記載した符号を用いて各部の説明を行う。
次に動作について説明する。
図４は、この発明の実施例２による内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。
この図は、実施例２の内燃機関用点火装置の動作において、当該装置の各部で観測される電圧または電流の経時変化、また、重ね時間制御部４０から出力される１次コイル通電信号および重ね時間制御信号を示したタイミングチャートである。
図４の最上段には、ＥＣＵ７０から出力される‘点火信号’を示している。その下段には、重ね時間制御部４０が上記の点火信号を用いて生成した‘１次コイル通電信号’を示している。
図４において、‘１次コイル通電信号’の下段に示した‘重ね時間制御信号’は、重ね時間制御部４０が生成する制御信号であり、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御する信号である。
また、図４に示した‘点火コイル１次電流’は、点火コイル３０の１次側コイル３１に流れる電流、図４に示した‘点火コイル２次電圧’は、点火コイル３０の２次側コイル３２に発生する放電電圧である。
また、図４に示した‘倍電圧回路出力電圧’は、倍電圧回路２０が発生する高電圧である。図４に示した‘点火プラグ放電波形’は、前述の点火コイルの２次電圧と倍電圧回路出力電圧とを重畳して点火プラグ６０に印加したときの電圧波形である。
ここでは、実施例１で説明した動作と同様な部分の重複説明を省略し、実施例２の内燃機関用点火装置の特徴となる動作を説明する。
実施例２によるＥＣＵ７０は、稼働している内燃機関の例えば回転数に応じて図４に示す点火信号を生成する。この点火信号は、点火コイル３０の１次側コイル３１に１次電流を流すタイミング等を示す通電信号ａと、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ならびに倍電圧回路２０を稼動させて高電圧を出力する期間（重ね時間）を示す重ね放電期間信号ｂと、同一の燃焼行程において点火コイル３０に放電電圧を出力させる回数を示す点火回数信号ｄとを含むシリアル信号である。上記の重ね放電期間信号ｂは、通電信号ａから予め設定されている間隔を開けて出力されている。また、上記の点火回数信号ｄは、重ね放電期間信号ｂから予め設定されている間隔を開けて出力されている。
図４の通電信号ａおよび重ね放電期間信号ｂは、ＥＣＵ７０によって実施例１で説明したものと同様に生成された制御信号である。なお、図４に示した重ね放電期間信号ｂは、重ね期間ｃ２を含むように生成されている。重ね期間ｃ２は、少なくとも点火回数信号ｄが示す回数の放電電圧を点火コイル３０から出力することが可能な長さの期間である。
上記の点火回数信号ｄは、１回の燃焼行程において、重ね期間ｃ２内に点火コイル３０から放電電圧を出力させる回数を指示する制御信号である。なお、図４に示した点火回数信号ｄは、図示されない次回の燃焼行程の重ね期間ｃ２内にて行う放電電圧の出力回数を指示するもので、例えば所定期間内に存在するパルス波の数によって放電電圧の出力回数を示している。
ＥＣＵ７０は、内燃機関の回転数などの動作状況に応じて、例えば現在の回転数などに対応して混合気の燃焼効率が向上するように、上述の通電信号ａ、重ね放電期間信号ｂ、点火回数信号ｄを設定し、これらの信号からなる点火信号を重ね放電制御部４０へ出力する。
上述の点火信号を入力した重ね時間制御部４０は、通電信号ａを用いて実施例１で説明したものと同様に１次コイル通電信号を生成し、点火コイル３０へ出力する。また通電信号ａが有意を示したとき、実施例１で説明したように第１レベル出力の重ね時間制御信号を出力し、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路２０に第１の交流電圧を生成させる。
通電信号ａに続いて重ね放電期間信号ｂを入力する重ね時間制御部４０は、例えば、前回の燃焼行程において入力した点火回数信号ｄを記憶しておき、この点火回数信号ｄが示す点火回数と対応して複数回有意を示す１次コイル通電信号を生成し、重ね放電期間信号ｂを入力している期間内に出力する。
例えば、先の燃焼行程もしくは先の点火サイクルにおいて入力した点火回数信号ｄが２つの有意を示すパルス信号であったとき、重ね時間制御部４０は、今回の燃焼行程における重ね期間ｃ２内において、点火コイル３０から放電電圧を‘２回’出力させると認識する。この後、今回の燃焼行程の通電信号ａを入力し、これに続いて重ね放電期間信号ｂを入力すると、前述のように通電信号ａに応じて生成した１次コイル通電信号を用いて点火コイル３０から放電電圧を出力させた後、重ね放電期間信号ｂが有意を示す期間内に、例えば重ね期間ｃ２の開始とともに１次コイル通電信号をｏｆｆからｏｎへ遷移させて点火コイル３０へ出力する。
重ね期間ｃ２内において、上記のようにｏｆｆからｏｎへ遷移した１次コイル通電信号は、通電信号ａに応じて有意を示したときと同様な長さのｏｎレベルの期間が経過した後にｏｆｆへ遷移し、即ち通電信号ａによって有意を示したときと同様なパルス幅で有意を示す。換言すると、１次側コイル３１に流れる１次電流の導通と遮断とを、通電信号ａが入力されたときと同様な時間間隔で行い、同様な大きさの放電電圧を２次側コイル３２に発生させる。
重ね時間制御部４０は、重ね期間ｃ２内において点火コイル３０から放電電圧を複数回出力させるときには、例えば各有意を示す部分が等間隔で現れるように１次コイル通電信号を生成する。
図４に例示した動作では、通電信号ａに対応して点火コイル３０から出力させた放電電圧を含めると、１つの燃焼行程において計３回点火コイル３０から放電電圧を出力させ、点火プラグ６０に供給している。
また、重ね時間制御部４０は、実施例１で説明したものと同様に、重ね放電期間信号ｂを入力すると、第２レベル出力を示す重ね放電時間制御信号を生成し、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０に第２レベルの交流電圧を出力させる。この第２レベルの交流電圧を入力した倍電圧回路２０は、第２レベルの高電圧を点火プラグ６０へ供給する。即ち、重ね期間ｃ２内において、倍電圧回路２０から第２の高電圧が点火プラグ６０へ印加されているとき、点火回数信号ｄに対応して点火コイル３０に発生させた放電電圧が重畳される。このようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０および倍電圧回路２０が稼動して第２レベルの高電圧が点火プラグ６０へ供給されている最中に、点火コイル３０から放電電圧が供給されるため、シリンダ内で失火が生じても再度点火することが可能になる。
なお、重ね時間制御部４０は、実施例１で説明したものと同様に、重ね放電期間信号ｂが有意を示さなくなると、即ち当該信号がｏｎからｏｆｆへ遷移すると、第２レベル出力を示す重ね時間制御信号の出力を終了し、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ならびに倍電圧回路２０の出力動作を終了させる。
以上のように、この実施例２によれば、ＥＣＵ７０が、重ね期間ｃ２において点火コイル３０に放電電圧を発生させる回数を示す点火回数信号ｄを含めて点火信号を生成し、この点火信号を入力した重ね時間制御部４０が、重ね期間ｃ２において倍電圧回路２０から第２レベルの高電圧を出力させているとき、点火回数信号ｄが示す回数の放電電圧を点火コイル３０から出力するようにしたので、高ＥＧＲとなる回転数領域や燃焼室内の流動が高い場合であっても、確実に混合気へ点火することができ、また、失火したときには再点火することも可能になり、十分なトルクを発生することができる。
なお、前述の実施例１および実施例２の内燃機関用点火装置は、点火コイル３０が発生した放電電圧に重畳する第２レベルの高電圧を生成するとき、昇圧回路（ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０および倍電圧回路２０）が第１レベルの高電圧を生成することによってプレチャージを行い、速やかに第２レベルの高電圧を出力するように動作している。第２レベルの高電圧と同様な高電圧を速やかに出力することができる昇圧回路を備えた場合には、上述の第１レベルの高電圧等を生成することなく重ね放電を行うように構成することも可能である。
【符号の説明】
【００１１】
１０    ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
２０    倍電圧回路
３０    点火コイル
３１    １次側コイル
３２    ２次側コイル
３３    スイッチトランジスタ
４０    重ね時間制御部
５０    高圧ダイオード
６０    点火プラグ
７０    ＥＣＵ
１００  バッテリ
１２０  点火コイル
１２１  １次側コイル
１２２    ２次側コイル
１２３    スイッチトランジスタ
１４２    スイッチトランジスタ
１４０    ＤＣ−ＤＣコンバータ
１４１    昇圧トランス
１４３    発振回路
１４４    出力コンデンサ
２００    点火プラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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