(57)【要約】  熱・ノイズに曝されて多重点火制御機能が故障・暴走した場合でも、最低限の点火動作を維持できる内燃機関用多重点火装置を提供する。  車両バッテリー（４）から点火コイル（３）の一次側への通電・遮断を切り替えるＩＧＢＴ（５）のオン・オフ動作を行わせる多重点火制御手段（６）は、エンジンコントロールユニット（７）からの点火指令信号Ｓ０を主点火信号Ｓ１として送出する主点火信号送信部（６１）と、複数の副点火信号Ｓ２を生成して送出する副点火信号送信部（６２）とに分割構成し、主点火信号Ｓ１と副点火信号Ｓ２との論理和を多重点火信号Ｓ３としてＩＧＢＴ（５）へ供給することで、副点火信号送信部（６２）が故障して副点火信号Ｓ２が送出されなくなっても、主点火信号送信部（６１）からの主点火信号Ｓ１に基づく多重点火信号Ｓ３によって点火プラグ（２）のシングル点火が確実に行われ、気筒の失火やエンジン停止を回避できる。
2016110987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒毎に設けられる１つの点火プラグと、該点火プラグに二次コイルが接続される少なくとも１つの点火コイルと、該点火コイルの一次コイルに一次電流を発生させる一次電流発生手段と、該一次電流発生手段へ多重点火信号を供給することで、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて一次電流を複数回発生させる多重点火制御手段と、を備える内燃機関用多重点火装置であって、  前記多重点火制御手段には、  内燃機関駆動制御装置からの点火指令信号を主点火信号として一次電流発生手段へ出力する主点火信号送信部と、  前記主点火信号送信部から出力された主点火信号に続けて、複数の副点火信号を生成し、一次電流発生手段へ出力する副点火信号送信部と、  を設け、  前記多重点火制御手段から出力される主点火信号と副点火信号との論理和である多重点火信号によって、前記一次電流発生手段を複数回作動させることにより、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて前記点火プラグを複数回放電させるようにしたことを特徴とする内燃機関用多重点火装置。
【請求項２】
前記一次電流発生手段は、電源から１次コイルへの通電・遮断を切り替える電力用スイッチ素子であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用多重点火装置。
【請求項３】
前記主点火信号送信部は、前記内燃機関駆動制御装置からの点火指令信号を受ける点火指令信号線路を分岐させて、前記一次電流発生手段へ多重点火信号を出力する多重点火信号線路と直結した第１分岐線路を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用多重点火装置。
【請求項４】
前記副点火信号送信部は、前記点火指令信号線路を分岐させた第２分岐線路から前記点火指令信号を受け、該点火指令信号に基づいて前記主点火信号送信部より出力される主点火信号に続けて副点火信号を複数生成し、前記一次電流発生手段へ出力する副点火信号生成回路を備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用多重点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて、点火コイルの一次コイルに複数回通電・遮断を行い、点火コイルの二次コイルに複数回高電圧を発生させ、点火プラグに複数回の放電を行わせる内燃機関用多重点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  車両搭載の内燃機関として、空燃比を理論空燃比より薄くした希薄燃焼エンジンや排気ガスを高濃度に再投入させる高ＥＧＲエンジンが採用されているが、これらのエンジンは着火性が余り良くないため、点火装置には高エネルギー型のものが必要になる。このような希薄燃焼エンジンや高ＥＧＲエンジンのための点火装置として、内燃機関用多重点火装置が提案されている。内燃機関用多重点火装置は、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて、点火コイルの一次コイルに複数回通電・遮断を行い、点火コイルの二次コイルに複数回高電圧を発生させ、点火プラグに複数回の放電を行わせるものである。  内燃機関用多重点火装置による多重点火は、以下のようにして実現される。点火コイルの一次コイルに必要十分な時間だけ一次電流を流した後、点火コイルの一次電流を遮断することにより、その二次側に発生する数ｋＶの高電圧で点火プラグの放電間隙に絶縁破壊を起こさせる。点火プラグの放電により、点火コイルの二次側に放電電流が流れ始めた後、再び一次コイルに一次電流を流し、必要十分な一次電流が流れたタイミングで一次電流を遮断し、再び二次側に高電圧を発生させて点火プラグに放電を行わせる。  このように、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて、点火コイルの一次側への通電と遮断を複数回繰り返し行えば、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて、点火プラグに高圧放電を複数回発生させさせることができる。そして、点火プラグの高圧放電が複数回発生することで複数の火炎核が形成され、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて形成された複数の火炎核同士が衝突することで、希薄燃料の燃焼を促進するのである。  また、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて点火プラグに複数回の放電を行わせるために、２つの点火コイルを用いる内燃機関用多重点火装置も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の内燃機関用多重点火装置では、第１の点火コイルが放電している時に第２の点火コイルは充電を行い、第１の点火コイルによる放電終了時に第２の点火コイルによる放電を開始し、以後、同様の充電・放電を２つの点火コイルで交互に繰り返し行うことにより、点火プラグの放電の隙間を無くし、放電途切れの殆ど無い安定した放電状態を維持することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０４１９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の内燃機関用多重点火装置では、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて点火火花を複数回発生させるために、点火コイルへの通電・遮断を高速で繰り返す必要があり、これがノイズ発生の原因となる。このようなノイズは、各種半導体素子で構成された多重点火制御回路に誤作動を引き起こす可能性があり、非常に危険である。しかも、多重点火動作を実現するためには、点火コイルの一次コイルへの通電・遮断を制御する電力用スイッチ素子の駆動回数が多くなり、電力用スイッチ素子からの発熱量が増大する。このように、内燃機関用多重点火装置では、多重点火動作を行うために発生する熱量として、点火コイルの発熱量にスイッチ素子の発熱量も加わることから、点火コイルや電力用スイッチ素子の近傍に設けられる多重点火制御回路は、非常な高温環境に曝されることとなる。  したがって、熱・ノイズに曝されながら点火制御を行う多重点火制御回路の誤動作や熱暴走、機能停止といった異常事態の発生を考慮して、多重点火制御回路が故障・暴走した場合でも当該気筒の失火を発生させないことが重要である。気筒の失火により、最悪の場合、エンジン停止をまねくことになる。  しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の内燃機関用多重点火装置では、多重点火制御回路の故障・暴走時に、気筒の失火やエンジン停止を回避できる機能について、全く考慮されていない。  そこで、本発明は、熱・ノイズに曝されて多重点火制御機能が故障・暴走した場合でも、最低限の点火動作を維持することで、気筒の失火や内燃機関の停止を回避できる内燃機関用多重点火装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、気筒毎に設けられる１つの点火プラグと、該点火プラグに二次コイルが接続される少なくとも１つの点火コイルと、該点火コイルの一次コイルに一次電流を発生させる一次電流発生手段と、該一次電流発生手段へ多重点火信号を供給することで、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて一次電流を複数回発生させる多重点火制御手段と、を備える内燃機関用多重点火装置であって、前記多重点火制御手段には、内燃機関駆動制御装置からの点火指令信号を主点火信号として一次電流発生手段へ出力する主点火信号送信部と、前記主点火信号送信部から出力された主点火信号に続けて、複数の副点火信号を生成し、一次電流発生手段へ出力する副点火信号送信部と、を設け、前記多重点火制御手段から出力される主点火信号と副点火信号との論理和である多重点火信号によって、前記一次電流発生手段を複数回作動させることにより、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて前記点火プラグを複数回放電させるようにしたことを特徴とする。  また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の内燃機関用多重点火装置において、前記一次電流発生手段は、電源から１次コイルへの通電・遮断を切り替える電力用スイッチ素子であることを特徴とする。  また、請求項３に係る発明は、上記請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用多重点火装置において、前記主点火信号送信部は、前記内燃機関駆動制御装置からの点火指令信号を受ける点火指令信号線路を分岐させて、前記一次電流発生手段へ多重点火信号を出力する多重点火信号線路と直結した第１分岐線路を備えることを特徴とする。  また、請求項４に係る発明は、上記請求項３に記載の内燃機関用多重点火装置において、前記副点火信号送信部は、前記点火指令信号線路を分岐させた第２分岐線路から前記点火指令信号を受け、該点火指令信号に基づいて前記主点火信号送信部より出力される主点火信号に続けて副点火信号を複数生成し、前記一次電流発生手段へ出力する副点火信号生成回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】  本発明に係る内燃機関用多重点火装置によれば、複数の副点火信号を生成する副点火信号送信部の機能が損なわれた場合でも、内燃機関駆動制御装置からの点火指令信号に合わせて主点火信号送信部から主点火信号は出力されるので、最低限の点火動作を維持することができ、気筒の失火や内燃機関の停止を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】  図１は、本発明に係る内燃機関用多重点火装置の一実施形態を示す概略構成図である。  図２は、副点火信号送信部が正常稼働している場合の各点火信号波形と点火コイルの出力波形を示すタイミングチャートである。  図３は、副点火信号送信部が異常停止した場合の各点火信号波形と点火コイルの出力波形を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】  次に、本発明に係る内燃機関用多重点火装置の一実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。  図１に示すのは、本発明の実施形態に係る内燃機関用多重点火装置１であり、気筒毎に設けられる１つの点火プラグ２と、この点火プラグ２の非接地側に二次コイル３２が接続される点火コイル３と、車両バッテリー４が接続される一次コイル３１に一次電流を発生させる一次電流発生手段としてのＩＧＢＴ５（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）と、このＩＧＢＴ５へ多重点火信号を供給することでオン・オフ動作を行わせ、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて一次電流を複数回発生させる多重点火制御手段６と、を備える。  上記ＩＧＢＴ５は、大電力の高速スイッチングが可能な電力用スイッチ素子であり、多重点火制御手段６からの多重点火信号によってオン・オフが制御され、車両バッテリー４から１次コイル３１への通電・遮断を切り替える。  上記ＩＧＢＴ５へ多重点火信号を出力する多重点火制御手段６には、内燃機関駆動制御装置であるエンジンコントロールユニット７からの点火指令信号Ｓ０を主点火信号Ｓ１としてＩＧＢＴ５へ出力する主点火信号送信部６１と、主点火信号Ｓ１に続けて複数の副点火信号Ｓ２を生成しＩＧＢＴ５へ出力する副点火信号送信部６２と、を設ける。なお、エンジンコントロールユニット７は、エンジンの燃焼制御を統括的に行うもので、点火指令信号線路Ｌ０を介して多重点火制御手段６へ点火指令信号を送る。  上記主点火信号送信部６１は、エンジンコントロールユニット７から点火指令信号Ｓ０が送信される点火指令信号線路Ｌ０を分岐させた第１分岐線路Ｌ１を、多重点火信号線路Ｌ３（ＩＧＢＴ５へ多重点火信号を出力する信号線路）と直結することで構成できる。なお、第１分岐線路Ｌ１には逆流防止用のダイオード６１ａを設けてある。  この主点火信号送信部６１から出力された１パルスの主点火信号Ｓ１は、燃焼サイクルの点火タイミングで最初に点火プラグ２に放電を行わせる最初の点火信号である。例えば、図２のタイミングチャートに示すように、放電タイミングの最初にＩＧＢＴ５へ入力される多重点火信号Ｓ３は、主点火信号Ｓ１に基づいて、多重点火信号線路Ｌ３の信号電位がＬレベルからＨレベルに立ち上がるパルスであり、その入力タイミングでＩＧＢＴ５がオンとなり、一次コイル３１を一次電流Ｉ１が流れる。  なお、エンジンコントロールユニット７が出力する点火指令信号Ｓ０のオン時間は、点火コイル３の一次コイル３１に基準値の一次電流Ｉ１が流れるまでに必要十分な時間幅としてあり、多重点火信号Ｓ３がオフになるとき（主点火信号Ｓ１に基づいて、多重点火信号線路Ｌ３の信号電位がＨレベルからＬレベルに下がるとき）には、一次電流Ｉ１は基準値に達していると看做すことができる。  そして、主点火信号Ｓ１に基づく多重点火信号Ｓ３がオフとなって、多重点火信号線路Ｌ３の信号電位がＨレベルからＬレベルに戻り、ＩＧＢＴ５がオフになると、一次電流Ｉ１が遮断され、点火コイル３の二次側に生じた高電圧で点火プラグ２の放電間隙に絶縁破壊を起こし、二次電流Ｉ２が流れる。このようにして、燃焼サイクル��点火タイミングで最初の放電が点火プラグ２に生じる。なお、図２に示す二次電流波形は逆極性であるから、二次電流Ｉ２は点火プラグ２から点火コイル３に向かって流れる。  上述したように、本実施形態に係る内燃機関用多重点火装置１において、多重点火制御手段６の主点火信号送信部６１は、エンジンコントロールユニット７からの点火指令信号Ｓ０を第１分岐線路Ｌ１から多重点火信号送信路Ｌ３へ通過させることで、点火指令信号Ｓ０をそのまま主点火信号Ｓ１としてＩＧＢＴ５に供給でき、エンジンコントロールユニット７から点火指令信号Ｓ０が適正に入力されている限り、主点火信号Ｓ１に基づく多重点火信号Ｓ３によってＩＧＢＴ５のオン・オフ制御を確実に行うことができる。そして、主点火信号Ｓ１に基づく多重点火信号Ｓ３によるＩＧＢＴ５のオン・オフ制御が確実に実行されれば、燃焼サイクルの点火タイミングで必ず１度の放電を点火プラグ２に生じさせることが可能となる。  一方、副点火信号送信部６２は、点火指令信号線路Ｌ０を分岐させた第２分岐線路Ｌ２を介して点火指令信号Ｓ０を受け、上記主点火信号送信部６１より多重点火信号線路Ｌ３へ送出される主点火信号Ｓ１に続けて、副点火信号Ｓ２を複数生成し、副点火信号送信路Ｌ２′を介して重点火信号送信路Ｌ３へ送出する副点火信号生成回路６２ａを備える。なお、副点火信号送信路Ｌ２′には逆流防止用のダイオード６２ｂを設けてある。  上記副点火信号生成回路６２ａで生成された副点火信号Ｓ２は、主点火信号Ｓ１と重なるように生成されることは無く、多重点火信号Ｓ３として多重点火信号線路Ｌ３よりＩＧＢＴ５に供給される。すなわち、多重点火制御手段６から出力される多重点火信号Ｓ３は、主点火信号Ｓ１と副点火信号Ｓ２との論理和となる。  また、副点火信号送信部６２には、一次コイル３１に発生した一次電流Ｉ１を検出する電流検出回路６２ｃを設け、電流検出情報を副点火信号生成回路６２ａへ供給する。この電流検出情報によって、副点火信号生成回路６２ａは一次電流Ｉ１が制御基準値に達したか否かを検知できるので、一次電流Ｉ１が制御基準値に達したタイミングで副点火信号Ｓ２をオフ（副点火信号線路Ｌ２′の信号電位をＨレベルからＬレベル）にすると、副点火信号Ｓ２に基づく多重点火信号Ｓ３がオフになり、ＩＧＢＴ５もオフとなって一次電流Ｉ１が遮断される。すなわち、最初の副点火信号Ｓ２に基づく多重点火信号Ｓ３によってＩＧＢＴ５のオン・オフ制御が行われ、点火コイル３の二次側に高電圧を発生させて、点火プラグ２に２度目の放電を行わせる。  なお、上述した点火指令信号Ｓ０と同様に、副点火信号Ｓ２のパルス幅も所定の時間幅に予め設定しておき、副点火信号生成回路６２ａは電流検出回路６２ｃからの電流検出情報を用いること無く副点火信号Ｓ２を生成するようにしても良いが、電流検出回路６２ｃからの電流検出情報に基づいて、副点火信号生成回路６２ａが副点火信号Ｓ２をオフにするタイミングを制御すれば、点火プラグ２の放電間隔を最適にすることができる。  上記のように最初の副点火信号Ｓ２に基づく多重点火信号Ｓ３が多重点火制御手段６からＩＧＢＴ５へ送出され、ＩＧＢＴ５のオン・オフ動作による一次電流Ｉ１の通電・遮断制御��、点火コイル３の二次側に高電圧を発生させた後、点火プラグ２の放電に必要十分な時間が経過したところで、副点火信号生成回路６２ａは再び副点火信号Ｓ２を生成し、２番目の副点火信号Ｓ２に基づく多重点火信号Ｓ３によってＩＧＢＴ５のオン・オフ制御が行われ、点火コイル３の二次側に高電圧を発生させて、点火プラグ２に３度目の放電を行わせる。  以下、同様にして、副点火信号生成回路６２ａに予め設定してある所定数の副点火信号生成回数になるまで副点火信号Ｓ２を生成することで、副点火信号に基づく点火プラグ２の放電が所定回数まで繰り返し行われる。すなわち、最先の主点火信号Ｓ１と所定回数の副点火信号Ｓ２との論理和である多重点火信号Ｓ３によってＩＧＢＴ５を複数回作動させることにより、燃焼サイクルの点火タイミングに合わせて点火プラグ２を複数回（１＋副点火信号生成回数）放電させることができ、希薄燃料の燃焼を促進できる。  ここで、副点火信号生成回路６２ａや電流検出回路６２ｃは、各種半導体素子で構成されているために、副点火信号送信部６２は、主点火信号送信部６１と比べて、装置内で発生するノイズや熱に対して堅牢とはいえない。すなわち、点火指令信号線路Ｌ０を分岐させた第１分岐線路Ｌ１で構成される主点火信号送信部６１は、ＩＧＢＴ５から発生するノイズによって誤動作することも、点火コイル３やＩＧＢＴ５から発生する熱によって熱暴走や機能停止することもないのに対して、各種半導体素子で構成される副点火信号生成回路６２ａや電流検出回路６２ｃを備える副点火信号送信部６２は、ＩＧＢＴ５から発生するノイズによって誤動作したり、点火コイル３やＩＧＢＴ５から発生する熱によって熱暴走したり、機能停止したりする異常事態の発生が懸念される。  図３に示すのは、副点火信号送信部６２が機能停止して、副点火信号Ｓ２が全く生成されなくなった場合のタイミングチャートである。このような場合でも、主点火信号送信部６１は正常動作を保持できるので、燃焼サイクルの点火タイミングで、主点火信号Ｓ１に基づく多重点火信号Ｓ３は必ずＩＧＢＴ５へ供給され、一次電流Ｉ１の通電・遮断が行われて、点火コイル３の二次側に高電圧を発生させ、少なくとも１回は点火プラグ２を放電させることができ、気筒の失火を防げる。  このように、本実施形態に係る内燃機関用多重点火装置１によれば、多重点火制御手段６を主点火信号送信部６１と副点火信号送信部６２とに分割構成し、主点火信号送信部６１には、ノイズや熱に対して脆弱な半導体素子等を用いない構造を採用したので、ノイズや熱によって副点火信号送信部６２が適正な副点火信号Ｓ２を生成できなくなった場合でも、主点火信号送信部６１はノイズや熱の影響を受けること無く、燃焼サイクルの点火タイミングで、主点火信号Ｓ１を送出することができ、シングル点火を行うことが可能となる。  そして、副点火信号送信部６２の機能停止等の異常事態が発生しても、主点火信号送信部６１が正常動作を続けることで、最低限の点火を確保できれば、高ＥＧＲでの運転はできなくとも、ＥＧＲ率を下げて運転する等の方法に切り替えることで、最悪のエンジン停止を回避できる。例えば、極寒環境でエンジンが停止してしまうような、人命に関わる事態���発生を回避できる可能性を高めることができる。  以上、本発明に係る内燃機関用多重点火装置の実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない範囲で、公知既存の等価な技術手段を転用することにより実施しても構わない。
【符号の説明】
【０００９】  １      内燃機関用手重点化装置  ２      点火プラグ  ３      点火コイル  ３１    一次コイル  ３２    二次コイル  ４      車両バッテリー  ５      ＩＧＢＴ  ６      多重点火制御手段  ６１    主点火信号送信部  ６２    副点火信号送信部  ６２ａ  副点火信号生成回路  ６２ｃ  電流検出回路  ７      エンジンコントロールユニット
【図１】
2016110987.tif 000003
【図２】
2016110987.tif 000004
【図３】
2016110987.tif 000005
【国際調査報告】
2016110987.tif 000006
2016110987.tif 000007