(57)【要約】コストを抑制するとともに設置スペースを抑えることを可能にする重ね放電型の内燃機関用点火装置を提供する。  直流電圧から交流電圧を生成するＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２と、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の動作を制御する重ね時間制御部３１とを備え、点火コイルユニット１１〜１４は、外部から点火信号を入力し、点火信号が有意を示したとき電圧ＶＢを用いて放電電圧を出力する点火コイル２２と、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から出力される交流電圧を用いて放電電圧を生成する倍電圧回路２１とを含み、重ね時間制御部３１は、点火信号が有意を示したとき、所定の時間が経過する間、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２からの交流電圧を倍電圧回路２１に供給し、点火コイル２２から出力される放電電圧に倍電圧回路２１から出力される放電電圧を重ねて点火プラグ３０へ供給することを特徴とする。
2014006762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグに直接接続して該点火プラグに放電火花を発生させる放電電圧を生成する点火コイルユニットを前記点火プラグ毎に複数備える内燃機関用点火装置であって、
直流電圧から交流電圧を生成するＤＣ−ＡＣ変換部と、
前記ＤＣ−ＡＣ変換部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記点火コイルユニットは、
外部から前記点火プラグの放電動作を制御する点火信号を入力し、前記点火信号が有意を示したとき直流電圧を用いて前記放電電圧を出力する点火コイルと、
前記ＤＣ−ＡＣ変換部から出力される交流電圧を用いて前記放電電圧を生成する倍電圧回路と、
を含み、
前記制御部は、
前記外部から前記複数の点火プラグに各々対応する点火信号を入力し、該点火信号が有意を示したとき、所定の時間が経過する間、前記ＤＣ−ＡＣ変換部からの交流電圧を前記有意を示した点火信号に対応する点火コイルユニットの倍電圧回路に供給し、
前記点火信号に対応する点火コイルユニットの点火コイルから出力される放電電圧に前記倍電圧回路から出力される放電電圧を重ねて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。
【請求項２】
２つの前記点火コイルユニットへ交流電圧を供給する前記ＤＣ−ＡＣ変換部を複数備える、
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】
３つの前記点火コイルユニットへ交流電圧を供給する前記ＤＣ−ＡＣ変換部を複数備える、
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４】
前記ＤＣ−ＡＣ変換部は、
前記制御部の制御によって各点火コイルユニットとの接続を開閉する半導体スイッチを含む、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電圧から生成した放電電圧を点火コイルから出力される放電電圧に重畳し、点火プラグに重ね放電を行わせる内燃機関用点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関により駆動力を得るとき、特に車両の駆動源として用いる場合には、燃費等を向上させるために希薄燃焼（以下、リーンバーンと記載する）による運転が望まれる。また、燃焼時に発生する窒素酸化物等を抑制するためＥＧＲを多く作用させる内燃機関が多くなっている。
このように希薄な混合気や、ＥＧＲガスを多く含む混合気を燃焼させるときには、電流遮断方式による点火コイルを用いて発生させた高電圧に、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）。
前述の重ね放電は、点火コイルの一次側電流を遮断することにより当該点火コイルの二次側に数ｋＶの高電圧を発生させ、点火プラグのギャップにおいて放電火花を発生させる。すると、点火プラグのギャップで絶縁破壊が生じ、点火コイルの二次側から放電電流が流れ始めた後、点火プラグの放電状態を維持し得る電圧を昇圧回路等によって発生させ、この電圧を点火コイルの二次側コイルから出力される電流に重畳して点火プラグの放電火花を維持するものである。
このように、比較的長時間にわたって点火プラグに放電エネルギを供給し、混合気への着火性を向上させ、燃費等も向上させている。
次に、従来の重ね放電型の内燃機関用点火装置の具体的な構成ならびに動作を説明する。
図１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、前述の特許文献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の一次側コイル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させて一次側コイル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の二次側コイル１２２の一端には点火プラグ２００が接続されており、二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の一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の一次側コイル１２１にバッテリ１００から供給される電流が流れたとき、二次側コイル１２２には高電圧が発生する。
一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０は、発振回路１４３およびスイッチトランジスタ１４２の動作によって昇圧トランス１４１が稼働してバッテリ１００からの電圧ＶＢを昇圧し、この電圧を出力コンデンサ１４４によって安定させ、例えば直流５００Ｖ程度の高電圧を点火コイル１２０の二次側コイル１２２へ供給する。
点火コイル１２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０の出力電圧を、二次側コイル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に放電火花を発生させる。
【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】
従来の内燃機関用点火装置は上記のように構成されているので、点火コイルの二次側から出力される高電圧にＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を重畳することから、このＤＣ−ＤＣコンバータの出力側には点火コイルから出力される高電圧が印加される。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの高圧回路部分、特に昇圧トランスと、この昇圧トランスの二次側巻線に接続される出力コンデンサは高耐圧のものが必要になり、小型化が難しくなる。
そのため、点火コイルの近傍にＤＣ−ＤＣコンバータを設置することが困難になり、これらを離間して設置すると、ＤＣ−ＤＣコンバータと点火コイルとを接続する高耐圧配線が必要になる。そのため、コストを高騰させるとともに、これらを設置するスペースが必要になるという問題点があった。
また、内燃機関の燃焼行程において、リーンバーンや高ＥＧＲなどの混合気の状態によって、点火を行う際に同じ高エネルギであっても高電流が良い場合と長期放電が良い場合がある。放電電圧の重ね時間や重ね電流値、即ちＤＣ−ＤＣコンバータの出力時間や出力電力の大きさは、当該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力コンデンサの容量に依存することから、点火プラグへ供給する放電電圧の重ね時間や電力エネルギの大きさを適当に設定することが難しい。即ち、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を安定させるために大きな容量の出力コンデンサを備えると、必要以上の放電エネルギが供給されて消費電力の増大や点火プラグの放電電極の消耗が早くなるという問題点があった。
また、例えばＤＣ−ＡＣインバータ昇圧回路と多段倍電圧整流回路により、重ね放電用の直流高電圧を発生させ、点火コイルの二次側出力電圧に上記の直流高電圧を重畳するように構成して小型化を図ることや、ＤＣ−ＡＣインバータ昇圧回路の駆動時間と出力電力を制御して、重ね放電時間と重ね電流を任意に変更して最適な放電時間で最適な放電エネルギ量を点火プラグへ供給することも可能であるが、例えば４気筒の内燃機関についてこれらを備えた場合、ＤＣ−ＡＣインバータ昇圧回路と多段倍電圧整流回路が４回路必要になり、点火装置（システム）が大型化してしまうとともにコスト的にも高くなるという問題点があった。
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、コストを抑制するとともに設置スペースを抑えることを可能にする重ね放電型の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、点火プラグに直接接続して該点火プラグに放電火花を発生させる放電電圧を生成する点火コイルユニットを前記点火プラグ毎に複数備える内燃機関用点火装置であって、直流電圧から交流電圧を生成するＤＣ−ＡＣ変換部と、前記ＤＣ−ＡＣ変換部の動作を制御する制御部と、を備え、前記点火コイルユニットは、外部から前記点火プラグの放電動作を制御する点火信号を入力し、前記点火信号が有意を示したとき直流電圧を用いて前記放電電圧を出力する点火コイルと、前記ＤＣ−ＡＣ変換部から出力される交流電圧を用いて前記放電電圧を生成する倍電圧回路と、を含み、前記制御部は、前記外部から前記複数の点火プラグに各々対応する点火信号を入力し、該点火信号が有意を示したとき、所定の時間が経過する間、前記ＤＣ−ＡＣ変換部からの交流電圧を前記有意を示した点火信号に対応する点火コイルユニットの倍電圧回路に供給し、前記点火信号に対応する点火コイルユニットの点火コイルから出力される放電電圧に前記倍電圧回路から出力される放電電圧を重ねて前記点火プラグへ供給する、ことを特徴とする。
また、２つの前記点火コイルユニットへ交流電圧を供給する前記ＤＣ−ＡＣ変換部を複数備える、ことを特徴とする。
また、３つの前記点火コイルユニットへ交流電圧を供給する前記ＤＣ−ＡＣ変換部を複数備える、ことを特徴とする。
また、前記ＤＣ−ＡＣ変換部は、前記制御部の制御によって各点火コイルユニットとの接続を開閉する半導体スイッチを含む、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、高耐圧の配線を少なく抑えて各部を接続し、また、備える昇圧回路を少なくすることにより、低コスト、省スペースを可能にする重ね放電型の内燃機関用点火装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１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２は、この発明の実施例による内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。
図３は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【０００９】
図２は、この発明の実施例による内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。この図は、例えば４気筒の内燃機関の各シリンダに備えられる点火プラグに重ね放電を行わせる内燃機関用点火装置の概略構成を示している。
図示した内燃機関用点火装置は、４つの点火コイルユニット１１〜１４、重ね時間制御部３１、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２、ＡＣスイッチ３３を備えている。
点火コイルユニット１１〜１４は、内燃機関のシリンダヘッドに設置された点火プラグ３０の頭部電極にそれぞれ直接接続するように構成されている。例えば４気筒の内燃機関において、点火コイルユニット１１は１気筒目の点火プラグ３０に接続され、点火コイルユニット１２は２気筒目の点火プラグ３０に、点火コイルユニット１３は３気筒目の点火プラグ３０に、点火プラグユニット１４は４気筒目の点火プラグ３０に接続される。
点火コイルユニット１１は、倍電圧回路２１、点火コイル２２、スイッチトランジスタ２３、ダイオード２４を備えており、さらに図示を省略したプラグキャップを備えて一体構成されている。また、点火コイルユニット１１は、内燃機関の本体、例えばヘッドカバー等に設置すると、シリンダヘッド等に固定されている点火プラグ３０の頭部電極へ上記のプラグキャップが接続するように構成されている。プラグキャップは絶縁素材によって構成されており、その内部には点火コイル３０の２次側コイルが発生した放電電圧を伝導する導電部材が配置固定されている。
倍電圧回路２１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、入力電圧を６倍に昇圧する多段倍電圧整流回路である。なお、倍電圧回路２１が発生した高電圧はグランド（以下、ＧＮＤと記載する）に印加される。
点火コイル２２は、１次側コイルの一端にバッテリ電圧ＶＢを入力し、２次側コイルの一端に点火プラグ３０を接続している。１次側コイルの他端にはスイッチトランジスタ２３が接続され、１次側コイルに流れる電流の導通と遮断を制御するように回路構成されている。２次側コイルの他端にはダイオード２４のアノードが接続され、この接続点は後述するＡＣスイッチ３３に接続されている。ダイオード２４のカソードはＧＮＤに接続されている。このダイオード２４は、スイッチトランジスタ２３がｏｆｆからｏｎに遷移したときに点火コイル２２の２次側コイルに電圧が発生することを防ぐもので、点火プラグ３０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。
また、スイッチトランジスタ２３の制御端子には、１気筒目の点火信号が入力されるように配線接続が行われている。スイッチトランジスタ２３としてＩＧＢＴを用いた場合には、スイッチトランジスタ２３のゲート端子に、外部から、例えば図示を省略したＥＣＵ（エンジン制御ユニット）から出力された点火信号を入力する配線接続が行われる。
点火コイルユニット１２〜１４は、前述の点火コイルユニット１１と同様に構成されており、点火コイルユニット１２は２気筒目の点火信号を入力し、点火コイルユニット１３は３気筒目の点火信号を入力し、点火コイルユニット１４は４気筒目の点火信号を入力するように配線接続されている。
点火コイルユニット１１〜１４は、それぞれ直接接続される点火プラグ３０へ供給する放電電圧を、内部に備えた点火コイル２２ならびに倍電圧回路２１で発生させるように構成されている。また、点火プラグ３０に流れる電流は、点火コイルユニット１１〜１４に備えられる前述のプラグキャップ内部や、ＧＮＤ即ち点火プラグ３０が設置されているシリンダブロック等を経路としている。そのため、点火コイル２２が発生する放電電圧、および倍電圧回路２１が発生する高電圧を伝達する配線は、内燃機関の外装部分には存在しない。
重ね時間制御部３１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、前述のＥＣＵから出力される各シリンダの点火信号を入力し、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２およびＡＣスイッチ３３の動作を制御するように配線接続されている。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２は、直流電圧を例えば方形波の交流電圧に変換するインバータや、このインバータの出力電圧を所定の電圧に昇圧する昇圧トランス、もしくは昇圧回路等によって構成されている。詳しくは、上記のインバータはバッテリ電圧ＶＢを入力し、重ね時間制御部３１の制御信号に応じて、直流の電圧ＶＢから所定周波数を有する、例えば３０［ｋＨｚ］の周波数を有する方形波の交流電圧を生成するように構成されている。また、上記の昇圧回路は、インバータの出力電圧を例えば５００［Ｖ］へ昇圧するように回路構成されている。また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２は、上記の５００［Ｖ］の交流電圧をＡＣスイッチ３３を介して点火コイルユニット１１〜１４の各倍電圧回路２１へ供給するように接続されている。
ＡＣスイッチ３３は、例えば半導体素子によって構成されており、例えば内燃機関の気筒数または点火プラグ３０と同数のｏｎ／ｏｆｆ（開閉）接点を有している。
また、ＡＣスイッチ３３は、重ね時間制御部３１から点火コイルユニット１１〜１４にそれぞれ対応する各制御信号を入力し、各シリンダに備えられた点火コイルユニット１１〜１４を個別にＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の出力端子と接続させる構成を有する。
次に動作について説明する。
図３は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示すフローチャートである。この図は、図２の重ね時間制御部３１の制御動作を示したものである。
重ね時間制御部３１は、ＥＣＵから出力される各シリンダの点火信号を監視し、これらの点火信号がｏｆｆを示すレベルからｏｎを示すレベルへ遷移したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで、ｏｆｆからｏｎに遷移していないと判定した場合には、ステップＳ１０１の過程を繰り返して当該点火信号の監視を継続する。
また、点火信号がｏｆｆを示す信号レベルからｏｎを示す信号レベルへ遷移したとき、当該点火信号を入力した例えば点火コイルユニット１１は、この点火信号のレベル遷移によってスイッチトランジスタ２３の接点間が導通状態になり、点火コイル２２の１次側コイルに電流が流れ、２次側コイルから例えば３［ｋＶ］程度の高電圧（点火プラグ３０の放電電極間に放電火花が発生する放電電圧）が出力される。点火コイル２２の２次側コイルから出力された放電電圧は、点火コイルユニット１１と直接接続されている点火プラグ３０に供給され、この点火プラグ３０の放電電極間に放電電流が流れ始める。
各点火コイルユニット１１〜１４は、入力している点火信号がｏｆｆを示すレベルからｏｎを示すレベルへ遷移すると、点火コイル２２から点火プラグ３０へ放電電圧を出力して放電火花を発生させる。
重ね時間制御部３１は、例えば、１気筒目の点火信号がｏｆｆからｏｎに遷移したと判定した場合には、ＡＣスイッチ３３の１気筒目に該当する接点をｏｎ状態に制御する（ステップＳ１０２ａ）。
また、ステップＳ１０１の過程において、２気筒目の点火信号がｏｆｆからｏｎに遷移したと判定した場合には、ＡＣスイッチ３３の２気筒目に該当する接点をｏｎ状態に制御し（ステップＳ１０２ｂ）、３気筒目の点火信号がｏｆｆからｏｎに遷移したと判定した場合には、ＡＣスイッチ３３の３気筒目に該当する接点をｏｎ状態に制御し（ステップＳ１０２ｃ）、４気筒目の点火信号がｏｆｆからｏｎに遷移したと判定した場合には、ＡＣスイッチ３３の４気筒目に該当する接点をｏｎ状態に制御する（ステップＳ１０２ｄ）。
ステップＳ１０２ａの過程において、１気筒目に該当する接点をｏｎ状態にした後、さらにＥＣＵから出力される１気筒目の点火信号を監視し、当該信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したか否かを判定する（ステップＳ１０３ａ）。ここで、ｏｎからｏｆｆに遷移していないと判定した場合には、ステップＳ１０２ａの過程に戻り、当該点火信号の監視を継続する。
ステップＳ１０２ｂの過程において、２気筒目に該当する接点をｏｎ状態にした後、さらにＥＣＵから出力される２気筒目の点火信号を監視し、当該信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したか否かを判定する（ステップＳ１０３ｂ）。ここで、ｏｎからｏｆｆに遷移していないと判定した場合には、ステップＳ１０２ｂの過程に戻り、当該点火信号の監視を継続する。
ステップＳ１０２ｃの過程において、３気筒目に該当する接点をｏｎ状態にした後、さらにＥＣＵから出力される３気筒目の点火信号を監視し、当該信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したか否かを判定する（ステップＳ１０３ｃ）。ここで、ｏｎからｏｆｆに遷移していないと判定した場合には、ステップＳ１０２ｃの過程に戻り、当該点火信号の監視を継続する。
ステップＳ１０２ｄの過程において、４気筒目に該当する接点をｏｎ状態にした後、さらにＥＣＵから出力される４気筒目の点火信号を監視し、当該信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したか否かを判定する（ステップＳ１０３ｄ）。ここで、ｏｎからｏｆｆに遷移していないと判定した場合には、ステップＳ１０２ｄの過程に戻り、当該点火信号の監視を継続する。
ステップＳ１０３ａの過程において、１気筒目の点火信号がｏｎからｏｆｆに遷移したと判定した場合には、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の駆動を開始させる（ステップＳ１０４）。
また、ステップＳ１０３ｂ〜Ｓ１０３ｄの各過程において、それぞれ監視している点火信号がｏｎからｏｆｆに遷移したと判定した場合には、ステップＳ１０３ａの過程後と同様にＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を駆動させる（ステップＳ１０４）。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２は、重ね時間制御部３１から出力される制御信号に応じて、自ら備えるインバータや昇圧回路を稼働させ、直流のバッテリ電圧ＶＢを例えば方形波の交流電圧に変換してＡＣ５００［Ｖ］に昇圧する。さらに、この交流電圧を例えばステップＳ１０２ａの過程においてｏｎ状態としたＡＣスイッチ３３の接点を介して点火コイルユニット１１へ出力する。なお、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２が生成する交流電圧は、点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したタイミングで、ステップＳ１０２ａ〜Ｓ１０２ｄの各過程においてｏｎ状態とされた、換言するとＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２と回路接続された点火コイルユニットへ供給が開始される。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から交流電圧の入力を開始した倍電圧回路２１は、自ら備える各コンデンサに順次電荷を蓄え、自身の出力点の電圧を上昇させ、点火コイル２２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するタイミングで、当該倍電圧回路２１の出力点から３［ｋＶ］程度の放電電圧を出力する。
倍電圧回路２１は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から交流電圧を入力している期間において上記の放電電圧の出力を継続する。
倍電圧回路２１が発生する放電電圧は、点火コイル２２からの放電電圧によって発生させた点火プラグ３０の放電火花を維持することができる程度であればよく、上記の電圧３［ｋＶ］に限定されない。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を高く作用させた場合に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２２が発生する放電電圧と同様な電圧を供給する必要がある。運転中の内燃機関は、概ね１．４［ｋＶ］の放電電圧を点火プラグ３０へ供給することにより、燃焼室の混合気への点火を安定させることができる。そのため、倍電圧回路２１は、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。
ここで例示した倍電圧回路２１は、点火コイル２２の出力電圧３［ｋＶ］と同様な高電圧を発生させている。
重ね時間制御部３１は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を駆動させると、当該ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から高電圧を出力している時間を計測し、例えば予め自身に記憶設定されている重ね時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。具体的には、入力した点火信号が有意を示した時点から経過時間を計測し、この経過時間が予め記憶している閾値を超えたか否かを判定する。
また、予め複数の重ね時間（閾値）を記憶しておき、外部から入力した所定の信号に基づいて、複数の重ね時間の中から選択したものを上記の判定に使用してもよい。
ステップＳ１０５の過程において、重ね時間を経過していないと判定したときには、ステップＳ１０４の過程に戻り、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の出力動作を継続させる。また、重ね時間を経過したと判定したときには、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の駆動を終了して交流電圧の出力動作を停止させる（ステップＳ１０６）。
なお、重ね時間に関する制御は各シリンダごとに行われ、ステップＳ１０３ａ〜Ｓ１０３ｄの各過程において、いずれか１つの点火コイルユニットでも点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したときにはステップＳ１０４の過程が実行され、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の駆動が開始される。
また、ステップＳ１０５の過程においては、各シリンダごとに重ね時間を経過したか否かを判定し、ステップＳ１０６の過程においては、いずれか１つの点火コイルユニットでも放電電圧を重ねて放電点火を行っているときには、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の駆動を継続させる。
ステップＳ１０５ならびにステップＳ１０４の過程において、ＡＣスイッチ３３の接点がｏｎ状態になっている点火コイルユニットには、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から出力される交流電圧が供給される。
例えば、ＡＣスイッチ３３の、１気筒目の接点がｏｎ状態となっているとき、点火コイルユニット１１の倍電圧回路２１にはＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２が生成したＡＣ５００［Ｖ］の電圧が供給される。
倍電圧回路２１は、この回路を構成する各コンデンサに電荷を蓄積して、当該倍電圧回路２１の出力点に、例えばＤＣ３［ｋＶ］の放電電圧を発生させる。
倍電圧回路２１が生成した放電電圧は、ＧＮＤ部分を介して点火プラグ３０の一方の放電電極に印加される。このとき、点火プラグ３０は、点火コイル２２から出力された放電電圧によって放電火花を発生させており、上記のＧＮＤを介して印加された放電電圧により点火プラグ３０の放電状態を維持する。この放電状態を維持させた電流は、点火プラグ３０の他方の放電電極から点火コイル２２の２次側コイルとＡＣスイッチ３３とを介してＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２へ帰還する。なお、倍電圧回路２１から出力される電流は、点火コイル２２が放電電圧を発生したときに２次側コイルに流れる電流に対して順方向に流れる。
重ね時間制御部３１は、ステップＳ１０６の過程でＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の駆動を終了させると、ＡＣスイッチ３３の全ての接点がｏｆｆ状態となるように制御を行い（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１の過程に戻って以降の各処理過程を同様に繰り返す。
以上のように、この実施例による内燃機関用点火装置は、点火プラグ３０の頭部電極に直接接続する点火コイルユニット１１〜１４に、倍電圧回路２１と点火コイル２２とを備え、重ね時間制御部３１の制御によってＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から出力される交流電圧を各点火コイルユニット１１〜１４へ供給し、それぞれの点火コイルユニット１１〜１４において所定の期間中点火プラグ３０に重ね放電を行うようにした。この構成によって、各点火プラグ３０の近傍に放電電圧を発生させる点火コイル２２ならびに倍電圧回路２１を配置することができ、高耐圧の配線を少なく抑えることが可能になり、漏電等の発生を防ぐことができる。
また、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を用いて、複数の点火コイルユニット１１〜１４が重ね放電に使用する放電電圧を生成するようにしたので、設置スペースを抑制することができる。
ここで説明した重ね放電型の内燃機関用点火装置は、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を備え、この回路が生成した交流電圧を、全ての点火コイルユニット１１〜１４に供給するように構成されている。
内燃機関が多数の点火プラグを備える多気筒エンジン等である場合には、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２に重い負荷がかかり、また、この負荷変動も大きくなる。そのため、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を構成する昇圧トランスや回路素子などの発熱量が大きくなる場合も考えられる。
例えば、４気筒エンジンの場合には、２つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を備え、それぞれのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２において２気筒ずつの点火コイルユニットへ交流電圧を供給するように構成してもよい。
また、６気筒エンジンの場合には、３つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を備え、それぞれのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２において２気筒ずつ、即ち２つの点火コイルユニットへ交流電圧を供給するように構成してもよい。あるいは、２つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を備え、それぞれのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２において３気筒ずつ、即ち３つの点火コイルユニットへ交流電圧を供給するように構成してもよい。
このように、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から、２つないし３つの点火コイルユニットへ交流電圧を出力するように内燃機関用点火装置を構成すると、熱容量もしくは耐熱性の小さな回路素子や昇圧トランスなどを使用してＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を構成することが可能になり、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の小型化を図ることが容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
この発明による内燃機関用点火装置は、点火プラグに長時間の放電火花を発生させる重ね放電を行う構成において、点火プラグに放電電圧を伝導する高耐圧配線を不要としていることから、各点火プラグの配置が離れており、また、点火装置の配置スペースを確保することが難しい内燃機関への使用に適している。
【符号の説明】
【００１１】
１１〜１４  点火コイルユニット
２１    倍電圧回路
２２    点火コイル
２３    スイッチトランジスタ
２４    ダイオード
３０    点火プラグ
３１    重ね時間制御部
３２    ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
３３    ＡＣスイッチ
１００  バッテリ
１２０  点火コイル
１２１  一次側コイル
１２２  二次側コイル
１２３，１４２  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】
2014006762.tif 000003
【図２】
2014006762.tif 000004
【図３】
2014006762.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月17日(2013.7.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグに直接接続して該点火プラグに放電火花を発生させる放電電圧を生成する点火コイルユニットを前記点火プラグに毎に複数備える内燃機関用点火装置であって、
直流電圧から交流電圧を生成して２つの前記点火コイルユニットへ供給するＤＣ−ＡＣ変換部を複数備えるとともに、
前記ＤＣ−ＡＣ変換部の動作を制御する制御部を備え、
前記点火コイルユニットは、
外部から前記点火プラグの放電動作を制御する点火装置を入力し、前記点火信号が有意を示したとき直流電圧を用いて前記放電電圧を出力する点火コイルと、
前記ＤＣ−ＡＣ変換部から出力される交流電圧を用いて前記放電電圧を生成する倍電圧回路と、
を含み、
前記制御部は、
前記外部から前記複数の点火プラグに各々対応する点火信号を入力し、該点火信号が有意を示したとき、所定の時間が経過する間、前記ＤＣ−ＡＣ変換部からの交流電圧を前記有意を示した点火信号に対応する点火コイルユニットの倍電圧回路に供給し、
前記点火信号に対応する点火コイルユニットの点火コイルから出力される放電電圧に前記倍電圧回路から出力される放電電圧を重ねて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。
【請求項２】
点火プラグに直接接続して該点火プラグに放電火花を発生させる放電電圧を生成する点火コイルユニットを前記点火プラグに毎に複数備える内燃機関用点火装置であって、
直流電圧から交流電圧を生成して３つの前記点火コイルユニットへ供給するＤＣ−ＡＣ変換部を複数備えるとともに、
前記ＤＣ−ＡＣ変換部の動作を制御する制御部を備え、
前記点火コイルユニットは、
外部から前記点火プラグの放電動作を制御する点火装置を入力し、前記点火信号が有意を示したとき直流電圧を用いて前記放電電圧を出力する点火コイルと、
前記ＤＣ−ＡＣ変換部から出力される交流電圧を用いて前記放電電圧を生成する倍電圧回路と、
を含み、
前記制御部は、
前記外部から前記複数の点火プラグに各々対応する点火信号を入力し、該点火信号が有意を示したとき、所定の時間が経過する間、前記ＤＣ−ＡＣ変換部からの交流電圧を前記有意を示した点火信号に対応する点火コイルユニットの倍電圧回路に供給し、
前記点火信号に対応する点火コイルユニットの点火コイルから出力される放電電圧に前記倍電圧回路から出力される放電電圧を重ねて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。
【請求項３】
前記ＤＣ−ＡＣ変換部は、
前記制御部の制御によって各点火コイルユニットとの接続を開閉する半導体スイッチを含む、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火装置。
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月22日(2014.9.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電圧から生成した放電電圧を点火コイルから出力される放電電圧に重畳し、点火プラグに重ね放電を行わせる内燃機関用点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関により駆動力を得るとき、特に車両の駆動源として用いる場合には、燃費等を向上させるために希薄燃焼（以下、リーンバーンと記載する）による運転が望まれる。また、燃焼時に発生する窒素酸化物等を抑制するためＥＧＲを多く作用させる内燃機関が多くなっている。
このように希薄な混合気や、ＥＧＲガスを多く含む混合気を燃焼させるときには、電流遮断方式による点火コイルを用いて発生させた高電圧に、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）。
【０００３】
前述の重ね放電は、点火コイルの一次側電流を遮断することにより当該点火コイルの二次側に数ｋＶの高電圧を発生させ、点火プラグのギャップにおいて放電火花を発生させる。すると、点火プラグのギャップで絶縁破壊が生じ、点火コイルの二次側から放電電流が流れ始めた後、点火プラグの放電状態を維持し得る電圧を昇圧回路等によって発生させ、この電圧を点火コイルの二次側コイルから出力される電流に重畳して点火プラグの放電火花を維持するものである。
このように、比較的長時間にわたって点火プラグに放電エネルギを供給し、混合気への着火性を向上させ、燃費等も向上させている。
次に、従来の重ね放電型の内燃機関用点火装置の具体的な構成ならびに動作を説明する。
【０００４】
図１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、前述の特許文献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の一次側コイル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させて一次側コイル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の二次側コイル１２２の一端には点火プラグ２００が接続されており、二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。
【０００５】
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の一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の一次側コイル１２１にバッテリ１００から供給される電流が流れたとき、二次側コイル１２２には高電圧が発生する。
【０００６】
一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０は、発振回路１４３およびスイッチトランジスタ１４２の動作によって昇圧トランス１４１が稼働してバッテリ１００からの電圧ＶＢを昇圧し、この電圧を出力コンデンサ１４４によって安定させ、例えば直流５００Ｖ程度の高電圧を点火コイル１２０の二次側コイル１２２へ供給する。
点火コイル１２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０の出力電圧を、二次側コイル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に放電火花を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
従来の内燃機関用点火装置は上記のように構成されているので、点火コイルの二次側から出力される高電圧にＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を重畳することから、このＤＣ−ＤＣコンバータの出力側には点火コイルから出力される高電圧が印加される。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータの高圧回路部分、特に昇圧トランスと、この昇圧トランスの二次側巻線に接続される出力コンデンサは高耐圧のものが必要になり、小型化が難しくなる。
そのため、点火コイルの近傍にＤＣ−ＤＣコンバータを設置することが困難になり、これらを離間して設置すると、ＤＣ−ＤＣコンバータと点火コイルとを接続する高耐圧配線が必要になる。そのため、コストを高騰させるとともに、これらを設置するスペースが必要になるという問題点があった。
【０００９】
また、内燃機関の燃焼行程において、リーンバーンや高ＥＧＲなどの混合気の状態によって、点火を行う際に同じ高エネルギであっても高電流が良い場合と長期放電が良い場合がある。放電電圧の重ね時間や重ね電流値、即ちＤＣ−ＤＣコンバータの出力時間や出力電力の大きさは、当該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力コンデンサの容量に依存することから、点火プラグへ供給する放電電圧の重ね時間や電力エネルギの大きさを適当に設定することが難しい。即ち、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を安定させるために大きな容量の出力コンデンサを備えると、必要以上の放電エネルギが供給されて消費電力の増大や点火プラグの放電電極の消耗が早くなるという問題点があった。
【００１０】
また、例えばＤＣ−ＡＣインバータ昇圧回路と多段倍電圧整流回路により、重ね放電用の直流高電圧を発生させ、点火コイルの二次側出力電圧に上記の直流高電圧を重畳するように構成して小型化を図ることや、ＤＣ−ＡＣインバータ昇圧回路の駆動時間と出力電力を制御して、重ね放電時間と重ね電流を任意に変更して最適な放電時間で最適な放電エネ
ルギ量を点火プラグへ供給することも可能であるが、例えば４気筒の内燃機関についてこれらを備えた場合、ＤＣ−ＡＣインバータ昇圧回路と多段倍電圧整流回路が４回路必要になり、点火装置（システム）が大型化してしまうとともにコスト的にも高くなるという問題点があった。
【００１１】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、コストを抑制するとともに設置スペースを抑えることを可能にする重ね放電型の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】
【００１２】
この発明に係る内燃機関用点火装置は、点火プラグに直接接続して該点火プラグに放電火花を発生させる放電電圧を生成する点火コイルユニットを、前記点火プラグ毎に複数備える内燃機関用点火装置であって、直流電圧から昇圧した交流電圧を生成して２つの前記点火コイルユニットへ供給するＤＣ−ＡＣ変換部を複数備えるとともに、前記各ＤＣ−ＡＣ変換部の交流電圧出力端と前記各点火コイルユニットとの接続を各々開閉するスイッチ部と、前記ＤＣ−ＡＣ変換部および前記スイッチ部の動作を制御する制御部と、を備え、前記点火コイルユニットは、外部から前記点火プラグの放電動作を制御する点火信号を入力し、前記点火信号が有意を示したとき直流電圧を用いて前記放電電圧を出力する点火コイルと、前記ＤＣ−ＡＣ変換部から出力される交流電圧を用いて前記点火コイルが出力する放電電圧と同様な大きさの直流高電圧を生成する倍電圧回路と、を含み、前記制御部は、前記外部から前記複数の点火プラグに各々対応する点火信号を入力し、該点火信号が有意を示したとき、所定の時間が経過する間、前記スイッチ部を制御して前記ＤＣ−ＡＣ変換部からの交流電圧を、前記有意を示した点火信号に対応する点火コイルユニットの倍電圧回路に供給し、前記点火信号に対応する点火コイルユニットの点火コイルから出力される放電電圧に前記倍電圧回路から出力される直流高電圧を重ねて前記点火プラグへ供給する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、点火プラグに直接接続して該点火プラグに放電火花を発生させる放電電圧を生成する点火コイルユニットを、前記点火プラグ毎に複数備える内燃機関用点火装置であって、直流電圧から昇圧した交流電圧を生成して３つの前記点火コイルユニットへ供給するＤＣ−ＡＣ変換部を複数備えるとともに、前記各ＤＣ−ＡＣ変換部の交流電圧出力端と前記各点火コイルユニットとの接続を各々開閉するスイッチ部と、前記ＤＣ−ＡＣ変換部および前記スイッチ部の動作を制御する制御部と、を備え、前記点火コイルユニットは、外部から前記点火プラグの放電動作を制御する点火信号を入力し、前記点火信号が有意を示したとき直流電圧を用いて前記放電電圧を出力する点火コイルと、前記ＤＣ−ＡＣ変換部から出力される交流電圧を用いて前記点火コイルが出力する放電電圧と同様な大きさの直流高電圧を生成する倍電圧回路と、を含み、前記制御部は、前記外部から前記複数の点火プラグに各々対応する点火信号を入力し、該点火信号が有意を示したとき、所定の時間が経過する間、前記ＤＣ−ＡＣ変換部からの交流電圧を前記有意を示した点火信号に対応する点火コイルユニットの倍電圧回路に供給し、前記点火信号に対応する点火コイルユニットの点火コイルから出力される放電電圧に前記倍電圧回路から出力される直流高電圧を重ねて前記点火プラグへ供給する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、高耐圧の配線を少なく抑えて各部を接続し、また、備える昇圧回路を少なくすることにより、低コスト、省スペースを可能にする重ね放電型の内燃機関用点火装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図１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２は、この発明の実施例による内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。
図３は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１７】
図２は、この発明の実施例による内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。この図は、例えば４気筒の内燃機関の各シリンダに備えられる点火プラグに重ね放電を行わせる内燃機関用点火装置の概略構成を示している。
図示した内燃機関用点火装置は、４つの点火コイルユニット１１〜１４、重ね時間制御部３１、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２、ＡＣスイッチ３３を備えている。
点火コイルユニット１１〜１４は、内燃機関のシリンダヘッドに設置された点火プラグ３０の頭部電極にそれぞれ直接接続するように構成されている。例えば４気筒の内燃機関において、点火コイルユニット１１は１気筒目の点火プラグ３０に接続され、点火コイルユニット１２は２気筒目の点火プラグ３０に、点火コイルユニット１３は３気筒目の点火プラグ３０に、点火プラグユニット１４は４気筒目の点火プラグ３０に接続される。
【００１８】
点火コイルユニット１１は、倍電圧回路２１、点火コイル２２、スイッチトランジスタ２３、ダイオード２４を備えており、さらに図示を省略したプラグキャップを備えて一体構成されている。また、点火コイルユニット１１は、内燃機関の本体、例えばヘッドカバー等に設置すると、シリンダヘッド等に固定されている点火プラグ３０の頭部電極へ上記のプラグキャップが接続するように構成されている。プラグキャップは絶縁素材によって構成されており、その内部には点火コイル３０の２次側コイルが発生した放電電圧を伝導する導電部材が配置固定されている。
倍電圧回路２１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、入力電圧を６倍に昇圧する多段倍電圧整流回路である。なお、倍電圧回路２１が発生した高電圧はグランド（以下、ＧＮＤと記載する）に印加される。
【００１９】
点火コイル２２は、１次側コイルの一端にバッテリ電圧ＶＢを入力し、２次側コイルの一端に点火プラグ３０を接続している。１次側コイルの他端にはスイッチトランジスタ２３が接続され、１次側コイルに流れる電流の導通と遮断を制御するように回路構成されている。２次側コイルの他端にはダイオード２４のアノードが接続され、この接続点は後述するＡＣスイッチ３３に接続されている。ダイオード２４のカソードはＧＮＤに接続されている。このダイオード２４は、スイッチトランジスタ２３がｏｆｆからｏｎに遷移したときに点火コイル２２の２次側コイルに電圧が発生することを防ぐもので、点火プラグ３０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。
【００２０】
また、スイッチトランジスタ２３の制御端子には、１気筒目の点火信号が入力されるように配線接続が行われている。スイッチトランジスタ２３としてＩＧＢＴを用いた場合には、スイッチトランジスタ２３のゲート端子に、外部から、例えば図示を省略したＥＣＵ（エンジン制御ユニット）から出力された点火信号を入力する配線接続が行われる。
点火コイルユニット１２〜１４は、前述の点火コイルユニット１１と同様に構成されており、点火コイルユニット１２は２気筒目の点火信号を入力し、点火コイルユニット１３は３気筒目の点火信号を入力し、点火コイルユニット１４は４気筒目の点火信号を入力するように配線接続されている。
【００２１】
点火コイルユニット１１〜１４は、それぞれ直接接続される点火プラグ３０へ供給する放電電圧を、内部に備えた点火コイル２２ならびに倍電圧回路２１で発生させるように構成されている。また、点火プラグ３０に流れる電流は、点火コイルユニット１１〜１４に備えられる前述のプラグキャップ内部や、ＧＮＤ即ち点火プラグ３０が設置されているシリンダブロック等を経路としている。そのため、点火コイル２２が発生する放電電圧、および倍電圧回路２１が発生する高電圧を伝達する配線は、内燃機関の外装部分には存在しない。
【００２２】
重ね時間制御部３１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、前述のＥＣＵから出力される各シリンダの点火信号を入力し、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２およびＡＣスイッチ３３の動作を制御するように配線接続されている。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２は、直流電圧を例えば方形波の交流電圧に変換するインバータや、このインバータの出力電圧を所定の電圧に昇圧する昇圧トランス、もしくは昇圧回路等によって構成されている。詳しくは、上記のインバータはバッテリ電圧ＶＢを入力し、重ね時間制御部３１の制御信号に応じて、直流の電圧ＶＢから所定周波数を有する、例えば３０［ｋＨｚ］の周波数を有する方形波の交流電圧を生成するように構成されている。
【００２３】
また、上記の昇圧回路は、インバータの出力電圧を例えば５００［Ｖ］へ昇圧するように回路構成されている。また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２は、上記の５００［Ｖ］の交流電圧をＡＣスイッチ３３を介して点火コイルユニット１１〜１４の各倍電圧回路２１へ供給するように接続されている。
ＡＣスイッチ３３は、例えば半導体素子によって構成されており、例えば内燃機関の気筒数または点火プラグ３０と同数のｏｎ／ｏｆｆ（開閉）接点を有している。
また、ＡＣスイッチ３３は、重ね時間制御部３１から点火コイルユニット１１〜１４にそれぞれ対応する各制御信号を入力し、各シリンダに備えられた点火コイルユニット１１〜１４を個別にＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の出力端子と接続させる構成を有する。
【００２４】
次に動作について説明する。
図３は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示すフローチャートである。この図は、図２の重ね時間制御部３１の制御動作を示したものである。
重ね時間制御部３１は、ＥＣＵから出力される各シリンダの点火信号を監視し、これらの点火信号がｏｆｆを示すレベルからｏｎを示すレベルへ遷移したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで、ｏｆｆからｏｎに遷移していないと判定した場合には、ステップＳ１０１の過程を繰り返して当該点火信号の監視を継続する。
【００２５】
また、点火信号がｏｆｆを示す信号レベルからｏｎを示す信号レベルへ遷移したとき、当該点火信号を入力した例えば点火コイルユニット１１は、この点火信号のレベル遷移によってスイッチトランジスタ２３の接点間が導通状態になり、点火コイル２２の１次側コイルに電流が流れ、２次側コイルから例えば３［ｋＶ］程度の高電圧（点火プラグ３０の放電電極間に放電火花が発生する放電電圧）が出力される。点火コイル２２の２次側コイルから出力された放電電圧は、点火コイルユニット１１と直接接続されている点火プラグ３０に供給され、この点火プラグ３０の放電電極間に放電電流が流れ始める。
各点火コイルユニット１１〜１４は、入力している点火信号がｏｆｆを示すレベルからｏｎを示すレベルへ遷移すると、点火コイル２２から点火プラグ３０へ放電電圧を出力して放電火花を発生させる。
【００２６】
重ね時間制御部３１は、例えば、１気筒目の点火信号がｏｆｆからｏｎに遷移したと判定した場合には、ＡＣスイッチ３３の１気筒目に該当する接点をｏｎ状態に制御する（ステップＳ１０２ａ）。
また、ステップＳ１０１の過程において、２気筒目の点火信号がｏｆｆからｏｎに遷移したと判定した場合には、ＡＣスイッチ３３の２気筒目に該当する接点をｏｎ状態に制御し（ステップＳ１０２ｂ）、３気筒目の点火信号がｏｆｆからｏｎに遷移したと判定した場合には、ＡＣスイッチ３３の３気筒目に該当する接点をｏｎ状態に制御し（ステップＳ１０２ｃ）、４気筒目の点火信号がｏｆｆからｏｎに遷移したと判定した場合には、ＡＣスイッチ３３の４気筒目に該当する接点をｏｎ状態に制御する（ステップＳ１０２ｄ）。
【００２７】
ステップＳ１０２ａの過程において、１気筒目に該当する接点をｏｎ状態にした後、さらにＥＣＵから出力される１気筒目の点火信号を監視し、当該信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したか否かを判定する（ステップＳ１０３ａ）。ここで、ｏｎからｏｆｆに遷移していないと判定した場合には、ステップＳ１０２ａの過程に戻り、当該点火信号の監視を継続する。
ステップＳ１０２ｂの過程において、２気筒目に該当する接点をｏｎ状態にした後、さらにＥＣＵから出力される２気筒目の点火信号を監視し、当該信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したか否かを判定する（ステップＳ１０３ｂ）。ここで、ｏｎからｏｆｆに遷移していないと判定した場合には、ステップＳ１０２ｂの過程に戻り、当該点火信号の監視を継続する。
【００２８】
ステップＳ１０２ｃの過程において、３気筒目に該当する接点をｏｎ状態にした後、さらにＥＣＵから出力される３気筒目の点火信号を監視し、当該信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したか否かを判定する（ステップＳ１０３ｃ）。ここで、ｏｎからｏｆｆに遷移していないと判定した場合には、ステップＳ１０２ｃの過程に戻り、当該点火信号の監視を継続する。
ステップＳ１０２ｄの過程において、４気筒目に該当する接点をｏｎ状態にした後、さらにＥＣＵから出力される４気筒目の点火信号を監視し、当該信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したか否かを判定する（ステップＳ１０３ｄ）。ここで、ｏｎからｏｆｆに遷移していないと判定した場合には、ステップＳ１０２ｄの過程に戻り、当該点火信号の監視を継続する。
【００２９】
ステップＳ１０３ａの過程において、１気筒目の点火信号がｏｎからｏｆｆに遷移したと判定した場合には、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の駆動を開始させる（ステップＳ１０４）。
また、ステップＳ１０３ｂ〜Ｓ１０３ｄの各過程において、それぞれ監視している点火信号がｏｎからｏｆｆに遷移したと判定した場合には、ステップＳ１０３ａの過程後と同様にＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を駆動させる（ステップＳ１０４）。
【００３０】
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２は、重ね時間制御部３１から出力される制御信号に応じて、自ら備えるインバータや昇圧回路を稼働させ、直流のバッテリ電圧ＶＢを例えば方形波の交流電圧に変換してＡＣ５００［Ｖ］に昇圧する。さらに、この交流電圧を例えばステップＳ１０２ａの過程においてｏｎ状態としたＡＣスイッチ３３の接点を介して点火コイルユニット１１へ出力する。なお、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２が生成する交流電圧は、点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したタイミングで、ステップＳ１０２ａ〜Ｓ１０２ｄの各過程においてｏｎ状態とされた、換言するとＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２と回路接続された点火コイルユニットへ供給が開始される。
【００３１】
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から交流電圧の入力を開始した倍電圧回路２１は、自ら備える各コンデンサに順次電荷を蓄え、自身の出力点の電圧を上昇させ、点火コイル２２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するタイミングで、当該倍電圧回路２１の出力点から３［ｋＶ］程度の放電電圧を出力する。
倍電圧回路２１は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から交流電圧を入力している期間において上記の放電電圧の出力を継続する。
【００３２】
倍電圧回路２１が発生する放電電圧は、点火コイル２２からの放電電圧によって発生させた点火プラグ３０の放電火花を維持することができる程度であればよく、上記の電圧３［ｋＶ］に限定されない。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を高く作用させた場合に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２２が発生する放電電圧と同様な電圧を供給する必要がある。運転中の内燃機関は、概ね１．４［ｋＶ］の放電電圧を点火プラグ３０へ供給することにより、燃焼室の混合気への点火を安定させることができる。そのため、倍電圧回路２１は、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。
【００３３】
ここで例示した倍電圧回路２１は、点火コイル２２の出力電圧３［ｋＶ］と同様な高電圧を発生させている。
重ね時間制御部３１は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を駆動させると、当該ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から高電圧を出力している時間を計測し、例えば予め自身に記憶設定されている重ね時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。具体的には、入力した点火信号が有意を示した時点から経過時間を計測し、この経過時間が予め記憶している閾値を超えたか否かを判定する。
また、予め複数の重ね時間（閾値）を記憶しておき、外部から入力した所定の信号に基づいて、複数の重ね時間の中から選択したものを上記の判定に使用してもよい。
【００３４】
ステップＳ１０５の過程において、重ね時間を経過していないと判定したときには、ステップＳ１０４の過程に戻り、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の出力動作を継続させる。また、重ね時間を経過したと判定したときには、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の駆動を終了して交流電圧の出力動作を停止させる（ステップＳ１０６）。
なお、重ね時間に関する制御は各シリンダごとに行われ、ステップＳ１０３ａ〜Ｓ１０３ｄの各過程において、いずれか１つの点火コイルユニットでも点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移したときにはステップＳ１０４の過程が実行され、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の駆動が開始される。
【００３５】
また、ステップＳ１０５の過程においては、各シリンダごとに重ね時間を経過したか否かを判定し、ステップＳ１０６の過程においては、いずれか１つの点火コイルユニットでも放電電圧を重ねて放電点火を行っているときには、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の駆動を継続させる。
ステップＳ１０５ならびにステップＳ１０４の過程において、ＡＣスイッチ３３の接点がｏｎ状態になっている点火コイルユニットには、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から出力される交流電圧が供給される。
例えば、ＡＣスイッチ３３の、１気筒目の接点がｏｎ状態となっているとき、点火コイルユニット１１の倍電圧回路２１にはＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２が生成したＡＣ５００［Ｖ］の電圧が供給される。
【００３６】
倍電圧回路２１は、この回路を構成する各コンデンサに電荷を蓄積して、当該倍電圧回路２１の出力点に、例えばＤＣ３［ｋＶ］の放電電圧を発生させる。
倍電圧回路２１が生成した放電電圧は、ＧＮＤ部分を介して点火プラグ３０の一方の放電電極に印加される。このとき、点火プラグ３０は、点火コイル２２から出力された放電電圧によって放電火花を発生させており、上記のＧＮＤを介して印加された放電電圧により点火プラグ３０の放電状態を維持する。この放電状態を維持させた電流は、点火プラグ３０の他方の放電電極から点火コイル２２の２次側コイルとＡＣスイッチ３３とを介してＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２へ帰還する。なお、倍電圧回路２１から出力される電流は、点火コイル２２が放電電圧を発生したときに２次側コイルに流れる電流に対して順方向に流れる。
【００３７】
重ね時間制御部３１は、ステップＳ１０６の過程でＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の駆動を終了させると、ＡＣスイッチ３３の全ての接点がｏｆｆ状態となるように制御を行い（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１の過程に戻って以降の各処理過程を同様に繰り返す。
【００３８】
以上のように、この実施例による内燃機関用点火装置は、点火プラグ３０の頭部電極に直接接続する点火コイルユニット１１〜１４に、倍電圧回路２１と点火コイル２２とを備え、重ね時間制御部３１の制御によってＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から出力される交流電圧を各点火コイルユニット１１〜１４へ供給し、それぞれの点火コイルユニット１１〜１４において所定の期間中点火プラグ３０に重ね放電を行うようにした。この構成によって、各点火プラグ３０の近傍に放電電圧を発生させる点火コイル２２ならびに倍電圧回路２１を配置することができ、高耐圧の配線を少なく抑えることが可能になり、漏電等の発生を防ぐことができる。
【００３９】
また、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を用いて、複数の点火コイルユニット１１〜１４が重ね放電に使用する放電電圧を生成するようにしたので、設置スペースを抑制することができる。
ここで説明した重ね放電型の内燃機関用点火装置は、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を備え、この回路が生成した交流電圧を、全ての点火コイルユニット１１〜１４に供給するように構成されている。
【００４０】
内燃機関が多数の点火プラグを備える多気筒エンジン等である場合には、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２に重い負荷がかかり、また、この負荷変動も大きくなる。そのため、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を構成する昇圧トランスや回路素子などの発熱量が大きくなる場合も考えられる。
例えば、４気筒エンジンの場合には、２つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を備え、それぞれのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２において２気筒ずつの点火コイルユニットへ交流電圧を供給するように構成してもよい。
【００４１】
また、６気筒エンジンの場合には、３つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を備え、それぞれのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２において２気筒ずつ、即ち２つの点火コイルユニットへ交流電圧を供給するように構成してもよい。あるいは、２つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を備え、それぞれのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２において３気筒ずつ、即ち３つの点火コイルユニットへ交流電圧を供給するように構成してもよい。
このように、１つのＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２から、２つないし３つの点火コイルユニットへ交流電圧を出力するように内燃機関用点火装置を構成すると、熱容量もしくは耐熱性の小さな回路素子や昇圧トランスなどを使用してＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２を構成することが可能になり、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路３２の小型化を図ることが容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明による内燃機関用点火装置は、点火プラグに長時間の放電火花を発生させる重ね放電を行う構成において、点火プラグに放電電圧を伝導する高耐圧配線を不要としていることから、各点火プラグの配置が離れており、また、点火装置の配置スペースを確保することが難しい内燃機関への使用に適している。
【符号の説明】
【００４３】
１１〜１４  点火コイルユニット
２１    倍電圧回路
２２    点火コイル
２３    スイッチトランジスタ
２４    ダイオード
３０    点火プラグ
３１    重ね時間制御部
３２    ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
３３    ＡＣスイッチ
１００  バッテリ
１２０  点火コイル
１２１  一次側コイル
１２２  二次側コイル
１２３，１４２  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
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグに直接接続して該点火プラグに放電火花を発生させる放電電圧を生成する点火コイルユニットを、前記点火プラグ毎に複数備える内燃機関用点火装置であって、
直流電圧から昇圧した交流電圧を生成して２つの前記点火コイルユニットへ供給するＤＣ−ＡＣ変換部を複数備えるとともに、
前記各ＤＣ−ＡＣ変換部の交流電圧出力端と前記各点火コイルユニットとの接続を各々開閉するスイッチ部と、
前記ＤＣ−ＡＣ変換部および前記スイッチ部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記点火コイルユニットは、
外部から前記点火プラグの放電動作を制御する点火信号を入力し、前記点火信号が有意を示したとき直流電圧を用いて前記放電電圧を出力する点火コイルと、
前記ＤＣ−ＡＣ変換部から出力される交流電圧を用いて前記点火コイルが出力する放電電圧と同様な大きさの直流高電圧を生成する倍電圧回路と、
を含み、
前記制御部は、
前記外部から前記複数の点火プラグに各々対応する点火信号を入力し、該点火信号が有意を示したとき、所定の時間が経過する間、前記スイッチ部を制御して前記ＤＣ−ＡＣ変換部からの交流電圧を、前記有意を示した点火信号に対応する点火コイルユニットの倍電圧回路に供給し、
前記点火信号に対応する点火コイルユニットの点火コイルから出力される放電電圧に前記倍電圧回路から出力される直流高電圧を重ねて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。
【請求項２】
点火プラグに直接接続して該点火プラグに放電火花を発生させる放電電圧を生成する点火コイルユニットを、前記点火プラグ毎に複数備える内燃機関用点火装置であって、
直流電圧から昇圧した交流電圧を生成して３つの前記点火コイルユニットへ供給するＤＣ−ＡＣ変換部を複数備えるとともに、
前記各ＤＣ−ＡＣ変換部の交流電圧出力端と前記各点火コイルユニットとの接続を各々開閉するスイッチ部と、
前記ＤＣ−ＡＣ変換部および前記スイッチ部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記点火コイルユニットは、
外部から前記点火プラグの放電動作を制御する点火信号を入力し、前記点火信号が有意を示したとき直流電圧を用いて前記放電電圧を出力する点火コイルと、
前記ＤＣ−ＡＣ変換部から出力される交流電圧を用いて前記点火コイルが出力する放電電圧と同様な大きさの直流高電圧を生成する倍電圧回路と、
を含み、
前記制御部は、
前記外部から前記複数の点火プラグに各々対応する点火信号を入力し、該点火信号が有意を示したとき、所定の時間が経過する間、前記ＤＣ−ＡＣ変換部からの交流電圧を前記有意を示した点火信号に対応する点火コイルユニットの倍電圧回路に供給し、
前記点火信号に対応する点火コイルユニットの点火コイルから出力される放電電圧に前記倍電圧回路から出力される直流高電圧を重ねて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。
【国際調査報告】
2014006762.tif 000006
2014006762.tif 000007
2014006762.tif 000008
2014006762.tif 000009