(57)【要約】【課題】エンジン運転状態に左右されずに点火プラグで火花放電を確実に形成してエンジンの失火を防止すると共に点火プラグの放電電圧が過度に高くなることを防止する。【解決手段】点火コイル１４の二次コイル１６に、降伏電圧が異なる複数（例えば三つ）のツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃを点火プラグ１１と並列に接続すると共に、各ツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃに、それぞれ二次コイル１６との接続をオン／オフするためのスイッチ２０Ａ〜２０Ｃを直列に接続する。そして、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度や負荷等）に応じて二次コイル１６と接続するツェナダイオードを切り換えることで点火コイル１４の放電上限電圧（印加電圧の上限値）を変更する。これにより、エンジン運転状態の変化によって内燃機関の要求電圧が変化しても、その要求電圧に対応した適正な放電上限電圧を設定できるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の点火プラグ（１１）に点火コイル（１４）で発生させた高電圧を印加して該点火プラグ（１１）の電極（１２，１３）間に火花放電を発生させる内燃機関の点火装置において、
前記点火コイル（１４）の二次コイル（１６）に前記点火プラグ（１１）と並列に接続されて該点火プラグ（１１）の印加電圧を所定の降伏電圧以下に制限する少なくとも一つの定電圧素子（１９）と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記定電圧素子（１９）の接続状態を切り換えて前記点火コイル（１４）の放電電圧の上限である放電上限電圧を変更する放電上限電圧変更手段（２１）と
を備えていることを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項２】
前記定電圧素子（１９）として、前記降伏電圧が異なる複数の定電圧素子（１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ）が並列に設けられ、
前記放電上限電圧変更手段（２１）は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記二次コイル（１６）と接続する定電圧素子を切り換えることで前記放電上限電圧を変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項３】
前記放電上限電圧変更手段（２１）は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記二次コイル（１６）と前記定電圧素子（１９）との接続／非接続を切り換えることで前記放電上限電圧を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火プラグに点火コイルで発生させた高電圧を印加して該点火プラグの電極間に火花放電を発生させる内燃機関の点火装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される内燃機関（エンジン）においては、出力性能を確保しながら燃費を向上させるために、小排気量のエンジンに過給機を搭載した過給ダウンサイジングエンジンが採用されている。燃費向上のために更なるダウンサイジング化が進み、過給圧が高くなる傾向がある。
【０００３】
しかし、過給圧が高くなるつまり筒内圧が高くなると、内燃機関の要求電圧（プラグ電極ギャップ間に火花放電を形成するのに必要な電極間の電圧）が高くなるため、要求電圧が点火製品（コイル、プラグなど）の製品耐電圧（許容上限電圧）を越えてしまう可能性がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１（特公平６−８０３１３号公報）に記載されているように、点火コイルの二次側にツェナダイオード等の定電圧素子を点火プラグと並列に接続して、内燃機関の要求電圧、つまり点火コイルの放電電圧を定電圧素子の降伏電圧以下に制限することで、点火製品への放電電圧が過度に高くなることを防止するようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−８０３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関の要求電圧は、内燃機関の運転状態（例えばエンジン回転速度や負荷等）によって変化する。しかし、上記特許文献１の技術では、定電圧素子の降伏電圧で点火製品への放電電圧の上限（印加電圧の上限値）が一律に決まり、点火コイルの放電電圧の上限電圧が固定されている。放電電圧の上限が低い値で固定されていると、内燃機関の運転状態の変化に伴って内燃機関の要求電圧が高くなったときに、上限電圧が相対的に低くなり過ぎて、点火プラグで火花放電が形成されずに内燃機関が失火してしまう可能性がある。一方、放電電圧の上限が高い値で固定されていると、内燃機関の運転状態の変化に伴って内燃機関の要求電圧が低くなったときに、上限電圧が相対的に高くなり過ぎて、点火プラグの放電電圧のばらつきが大きくなる可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、内燃機関の運転状態に左右されずに点火プラグで火花放電を確実に形成して内燃機関の失火を防止することができると共に、要求電圧が点火製品の耐電圧を越えて過度に高くなることを防止できる内燃機関の点火装置および制御を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の点火プラグ（１１）に点火コイル（１４）で発生させた高電圧を印加して該点火プラグ（１１）の電極（１２，１３）間に火花放電を発生させる内燃機関の点火装置において、点火コイル（１４）の二次コイル（１６）に点火プラグ（１１）と並列に接続されて該点火プラグ（１１）の印加電圧を所定の降伏電圧以下に制限する少なくとも一つの定電圧素子（１９）と、内燃機関の運転状態に応じて定電圧素子（１９）の接続状態を切り換えて点火コイル（１４）の放電電圧の上限である放電上限電圧を変更する放電上限電圧変更手段（２１）とを備えた構成としたものである。
【０００９】
この構成では、内燃機関の運転状態に応じて内燃機関の要求電圧が変化するのに対応して、定電圧素子の接続状態を切り換えて点火コイルの放電上限電圧（放電電圧の上限）を変更することができる。これにより、内燃機関の運転状態の変化によって内燃機関の要求電圧が変化しても、その要求電圧に対応した適正な放電上限電圧を設定することができる。その結果、内燃機関の運転状態に左右されずに点火プラグで火花放電を確実に形成して内燃機関の失火を防止することができると共に、要求電圧が過度に高くなることを防止でき、点火製品の信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の実施例１における点火装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は実施例１の放電上限電圧変更ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は目標設定電圧のマップの一例を概念的に示す図である。
【図４】図４は実施例２の点火装置の概略構成を示す図である。
【図５】図５は実施例２の放電上限電圧変更ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】図６は目標接続状態のマップの一例を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例１を図１乃至図３に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジンの点火装置の概略構成を説明する。
図示しないエンジン（内燃機関）に取り付けられた点火プラグ１１には、中心電極１２と接地電極１３が設けられ、この点火プラグ１１に高電圧を印加するための点火コイル１４には、一次コイル１５と二次コイル１６が設けられている。
【００１３】
点火コイル１４の一次コイル１５は、一端がバッテリ１７に接続され、他端がスイッチング素子１８（例えばＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタ等）を介してグランドに接続されている。
【００１４】
一方、点火コイル１４の二次コイル１６は、一端がバッテリ１７に接続され、他端が点火プラグ１１の中心電極１２に接続されている。更に、二次コイル１６の他端には、点火プラグ１１の印加電圧を所定の降伏電圧（ツェナ電圧）以下に制限するツェナダイオード１９（定電圧素子）が点火プラグ１１と並列に接続されている。
【００１５】
本実施例１では、降伏電圧が異なる複数（例えば三つ）のツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃが並列に設けられ、各ツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃには、それぞれ二次コイル１６との接続をオン／オフするためのスイッチ２０Ａ〜２０Ｃが直列に接続されている。
【００１６】
第１のツェナダイオード１９Ａの降伏電圧は、点火プラグ１１の耐電圧（許容上限電圧）とほぼ同じか又はそれよりも少し低い第１の所定電圧（例えば４０ｋＶ）に設定されている。また、第２のツェナダイオード１９Ｂの降伏電圧は、第１の所定電圧よりも低い第２の所定電圧（例えば３６ｋＶ）に設定されている。更に、第３のツェナダイオード１９Ｃの降伏電圧は、第２の所定電圧よりも低い第３の所定電圧（例えば３２ｋＶ）に設定されている。
【００１７】
電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）２１は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて内燃機関の点火時期等を制御する。
【００１８】
その際、ＥＣＵ２１は、スイッチング素子１８に出力する点火信号ＩＧt によってスイッチング素子１８をオン／オフする。スイッチング素子１８がオンされると、バッテリ１７から一次コイル１５に一次電流が流れる。その後、スイッチング素子１８がオフされると、一次コイル１５の一次電流が遮断されて、二次コイル１６に高電圧が電磁誘導され、この高電圧が点火プラグ１１の電極１２，１３間に印加されて点火プラグ１１の電極１２，１３間に火花放電が発生する。
【００１９】
また、本実施例１では、ＥＣＵ２１により第１のスイッチ２０Ａをオンにして第２及び第３のスイッチ２０Ｂ，２０Ｃを両方ともオフにすることで、点火コイル１４の二次コイル１６に第１のツェナダイオード１９Ａが接続された状態となる。この場合、点火コイル１４の放電電圧が第１のツェナダイオード１９Ａの降伏電圧（＝第１の所定電圧）以下に制限されるため、点火コイル１４の放電電圧の上限が第１の所定電圧となる。
【００２０】
ＥＣＵ２１により第２のスイッチ２０Ｂをオンにして第１及び第３のスイッチ２０Ａ，２０Ｃを両方ともオフにすることで、点火コイル１４の二次コイル１６に第２のツェナダイオード１９Ｂが接続された状態となる。この場合、点火コイル１４の放電電圧が第２のツェナダイオード１９Ｂの降伏電圧（＝第２の所定電圧）以下に制限されるため、点火コイル１４の放電電圧の上限が第２の所定電圧となる。
【００２１】
ＥＣＵ２１により第３のスイッチ２０Ｃをオンにして第１及び第２のスイッチ２０Ａ，２０Ｂを両方ともオフにすることで、点火コイル１４の二次コイル１６に第３のツェナダイオード１９Ｃが接続された状態となる。この場合、点火コイル１４の放電電圧が第３のツェナダイオード１９Ｃの降伏電圧（＝第３の所定電圧）以下に制限されるため、点火コイル１４の放電電圧の上限が第３の所定電圧となる。
【００２２】
ところで、内燃機関の要求電圧（プラグ電極ギャップ間に火花放電を形成するのに必要な電極間の電圧）は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度や負荷等）によって変化する。しかし、点火コイル１４の放電電圧の上限が低い値で固定されていると、エンジン運転状態の変化に伴って内燃機関の要求電圧が高くなったときに、放電上限電圧が相対的に低くなり過ぎて、点火プラグ１１で火花放電が形成されずにエンジンが失火してしまう可能性がある。一方、点火コイル１４の放電電圧の上限が高い値で固定されていると、エンジン運転状態の変化に伴って内燃機関の要求電圧が低くなったときに、放電上限電圧が相対的に高くなり過ぎて、点火コイル１４の放電電圧のばらつきが大きくなる可能性がある。
【００２３】
そこで、ＥＣＵ２１は、後述する図２の放電上限電圧変更ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じてツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃの接続状態を切り換えて点火コイル１４の放電上限電圧を変更する。本実施例１では、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度や負荷等）に応じて点火コイル１４の二次コイル１６と接続するツェナダイオードを切り換えることで点火コイル１４の放電上限電圧を変更するようにしている。
【００２４】
このようにすれば、エンジン運転状態に応じて内燃機関の要求電圧が変化するのに対応して、ツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃの接続状態を切り換えて点火コイル１４の放電上限電圧を変更することができる。これにより、エンジン運転状態の変化によって内燃機関の要求電圧が変化しても、その要求電圧に対応した適正な上限電圧を設定することができる。
【００２５】
以下、本実施例１でＥＣＵ２１が実行する図２の放電上限電圧変更ルーチンの処理内容を説明する。
図２に示す放電上限電圧変更ルーチンは、ＥＣＵ２１の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう放電上限電圧変更手段としての役割を果たす。
【００２６】
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、現在の放電上限電圧を確認した後、ステップ１０２に進み、現在のエンジン運転状態を確認する。この場合、例えば、エンジン回転速度、負荷（例えば吸気圧）、点火時期等を確認する。
【００２７】
この後、ステップ１０３に進み、図３の目標設定電圧のマップを参照して、現在のエンジン運転状態に応じた目標設定電圧を設定する。図３の目標設定電圧のマップは、例えば、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に応じて四つの領域（第１〜第４の領域）に区分され、各領域毎に目標設定電圧が設定されている。
【００２８】
第１の領域は、内燃機関の要求電圧が最も高い領域であり、この第１の領域では、目標設定電圧が第１のツェナダイオード１９Ａの降伏電圧である第１の所定電圧（例えば４０ｋＶ）に設定される。
【００２９】
第２の領域は、内燃機関の要求電圧が比較的高いが、着火エネルギ（着火に必要なエネルギ）が比較的小さい領域であり、この第２の領域では、目標設定電圧が第２のツェナダイオード１９Ｂの降伏電圧である第２の所定電圧（例えば３６ｋＶ）に設定される。
【００３０】
第３の領域は、内燃機関の要求電圧と着火エネルギの両立が必要な領域であり、この第３の領域では、目標設定電圧が第３のツェナダイオード１９Ｃの降伏電圧である第３の所定電圧（例えば３２ｋＶ）に設定される。
【００３１】
第４の領域は、内燃機関の要求電圧が最も低い領域であり、この第４の領域では、内燃機関の印加電圧を制限する必要がないため、目標設定電圧が「なし」に設定される。
【００３２】
この後、ステップ１０４に進み、現在の放電上限電圧が目標設定電圧と一致しているか否かを判定する。このステップ１０４で、現在の放電上限電圧が目標設定電圧と一致していると判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。
【００３３】
一方、上記ステップ１０４で、現在の放電上限電圧が目標設定電圧と一致していないと判定された場合には、ステップ１０５に進み、放電上限電圧が目標設定電圧と一致するように、点火コイル１４の二次コイル１６と接続するツェナダイオードを切り換えて、点火コイル１４の放電上限電圧（放電電圧の上限）を変更する。
【００３４】
具体的には、目標設定電圧が第１の所定電圧の場合には、第１のスイッチ２０Ａをオンにして第２及び第３のスイッチ２０Ｂ，２０Ｃを両方ともオフにすることで、点火コイル１４の二次コイル１６に第１のツェナダイオード１９Ａを接続した状態にする。これにより、点火コイル１４の放電上限電圧を第１の所定電圧に変更する。
【００３５】
目標設定電圧が第２の所定電圧の場合には、第２のスイッチ２０Ｂをオンにして第１及び第３のスイッチ２０Ａ，２０Ｃを両方ともオフにすることで、点火コイル１４の二次コイル１６に第２のツェナダイオード１９Ｂを接続した状態にする。これにより、点火コイル１４の放電上限電圧を第２の所定電圧に変更する。
【００３６】
目標設定電圧が第３の所定電圧の場合には、第３のスイッチ２０Ｃをオンにして第１及び第２のスイッチ２０Ａ，２０Ｂを両方ともオフにすることで、点火コイル１４の二次コイル１６に第３のツェナダイオード１９Ｃを接続した状態にする。これにより、点火コイル１４の放電上限電圧を第３の所定電圧に変更する。
【００３７】
目標設定電圧が「なし」の場合には、第１〜第３のスイッチ２０Ａ〜２０Ｃを全てオフにすることで、点火コイル１４の二次コイル１６と第１〜第３のツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃとを接続しない状態（非接続の状態）にする。これにより、内燃機関の要求電圧が製品耐電圧を超過しないので、点火コイル１４の放電上限電圧の制限を解除する。
【００３８】
以上説明した本実施例１では、エンジン運転状態に応じてツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃの接続状態を切り換えて点火コイル１４の放電上限電圧を変更するようにしている。このようにすれば、エンジン運転状態に応じて内燃機関の要求電圧が変化するのに対応して、ツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃの接続状態を切り換えて点火コイル１４の放電上限電圧を変更することができる。これにより、エンジン運転状態の変化によって内燃機関の要求電圧が変化しても、その要求電圧に対応した適正な放電上限電圧を設定することができる。その結果、エンジン運転状態に左右されずに点火プラグ１１で火花放電を確実に形成してエンジンの失火を防止することができると共に、点火コイル１４の放電電圧が過度に高くなることを防止でき、点火コイル１４及び点火プラグ１１の信頼性を確保することができる。
【００３９】
また、本実施例１では、降伏電圧が異なる複数（例えば三つ）のツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃを並列に設け、エンジン運転状態に応じて点火コイル１４の二次コイル１６と接続するツェナダイオードを切り換えることで点火コイル１４の放電上限電圧を変更するようにしたので、点火コイル１４の放電上限電圧を複数段階（例えば三段階）で変更することができる。
【００４０】
尚、上記実施例１では、降伏電圧が異なる三つのツェナダイオード１９Ａ〜１９Ｃを並列に設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、降伏電圧が異なる二つ又は四つ以上のツェナダイオードを並列に設けて、エンジン運転状態に応じて点火コイルの二次コイルと接続するツェナダイオードを切り換えるようにしても良い。
【実施例２】
【００４１】
次に、図４乃至図６を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。
【００４２】
本実施例２では、図４に示すように、一つのツェナダイオード１９と一つのスイッチ２０が点火プラグ１１と並列に接続されている。このツェナダイオード１９の降伏電圧は、所定電圧（例えば３６ｋＶ）に設定されている。
【００４３】
また、本実施例２では、ＥＣＵ２１により後述する図５の放電上限電圧変更ルーチンを実行して、エンジン運転状態に応じて点火コイル１４の二次コイル１６とツェナダイオード１９との接続／非接続を切り換えることで点火コイル１４の放電上限電圧を変更するようにしている。
【００４４】
図５の放電上限電圧変更ルーチンでは、まず、ステップ２０１で、現在のツェナダイオード１９の接続状態を確認した後、ステップ２０２に進み、現在のエンジン運転状態を確認する。
【００４５】
この後、ステップ２０３に進み、図６の目標接続状態のマップを参照して、現在のエンジン運転状態に応じた目標接続状態を設定する。図６の目標接続状態のマップは、例えば、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に応じて二つの領域（第１及び第２の領域）に区分され、各領域毎に目標接続状態が設定されている。
【００４６】
第１の領域は、内燃機関の要求電圧が比較的高い領域であり、この第１の領域では、目標接続状態が「接続」に設定される。
【００４７】
第２の領域は、内燃機関の要求電圧が比較的低い領域であり、この第２の領域では、点火切る１４の放電電圧を制限する必要がないため、目標接続状態が「非接続」に設定される。
【００４８】
この後、ステップ２０４に進み、現在のツェナダイオード１９の接続状態が目標接続状態と一致しているか否かを判定する。このステップ２０４で、現在のツェナダイオード１９の接続状態が目標接続状態と一致していると判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４９】
一方、上記ステップ２０４で、現在のツェナダイオード１９の接続状態が目標接続状態と一致していないと判定された場合には、ステップ２０５に進み、ツェナダイオード１９の接続状態が目標接続状態と一致するように、ツェナダイオード１９の接続状態を切り換えて、点火コイル１４の放電上限電圧を変更する。
【００５０】
具体的には、目標接続状態が「接続」の場合には、スイッチ２０をオンにして、点火コイル１４の二次コイル１６にツェナダイオード１９を接続した状態にする。これにより、点火コイル１４の放電上限電圧を所定電圧（例えば３６ｋＶ）に変更する。
【００５１】
目標接続状態が「非接続」の場合には、スイッチ２０をオフにして、点火コイル１４の二次コイル１６とツェナダイオード１９とを接続しない状態（非接続の状態）にする。これにより、点火コイル１４の放電上限電圧を「なし」に変更して、点火コイル１４の放電電圧の制限を解除する。
【００５２】
以上説明した本実施例２では、エンジン運転状態に応じて点火コイル１４の二次コイル１６と一つのツェナダイオード１９との接続／非接続を切り換えることで点火コイル１４の放電上限電圧を変更するようにしたので、比較的簡単な構成で点火コイル１４の放電上限電圧を変更することができる。
【００５３】
尚、上記各実施例では、定電圧素子として、ツェナダイオードを用いるようにしたが、これに限定されず、例えば、アバランシェダイオードやバリスタ等を用いるようにしても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１１…点火プラグ、１２…中心電極、１３…接地電極、１４…点火コイル、１５…一次コイル、１６…二次コイル、１９…ツェナダイオード（定電圧素子）、２１…ＥＣＵ（放電上限電圧変更手段）
【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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【図６】
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