(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリから印加される直流電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路の出力電圧によって充電されるコンデンサと、
前記コンデンサの放電電流を１次電流とする１次コイル、ならびにこの１次電流により２次電圧を誘起可能な２次コイルを有する点火コイルと、
前記２次電圧により火花放電可能な点火プラグと、
内燃機関の点火時期に導通して前記コンデンサに充電された電荷を前記１次コイルに放電させる第１のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子の導通時に前記昇圧回路を所定期間停止させる昇圧停止回路と、
第１のツェナダイオードと、前記第１のツェナダイオードに直列に接続される第２のツェナダイオードと、前記第２のツェナダイオードに並列に接続される第２のスイッチング素子とを有し、前記昇圧回路から前記コンデンサに印加される電圧を検出してこの電圧が内燃機関の始動時から低速回転時までの第１回転速度の要求電圧に合わせた第１設定値に達した時、または前記第１回転速度よりも大きい第２回転速度の要求電圧に合わせた前記第１設定値よりも大きい第２設定値に達した時に、前記昇圧停止回路に昇圧停止信号を送出する電圧検出回路とを備え、
前記第２のスイッチング素子がオン状態では前記コンデンサの電圧は前記第１設定値となり、オフ状態では前記コンデンサの電圧は前記第２設定値とな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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の点火プラグに対して、バッテリから充電したコンデンサの電荷をエンジンの点火時期にサイリスタにより点火コイルの１次側に放電させて点火コイルの２次側に発生した高電圧を供給する方式（ＣＤＩ方式）の点火装置が知られている。
【０００３】
このようなＣＤＩ方式の点火装置においては、例えば図３に示すように、コンデンサ１７０を充電するためにＤＣ／ＤＣコンバータ１１０を用いてバッテリ１００の電圧を例えば数百ボルトに昇圧している。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０により昇圧された交流電圧はダイオード１２１によって整流されてコンデンサ１７０に蓄えられる。ツェナダイオード１２２および１２３と抵抗１２４とから構成されるレギュレータ回路で規定される設定値までコンデンサ１７０が充電されると、発振停止回路１２０によりＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の発振を停止させ、コンデンサ１７０の充電電圧を一定値に制御している。そして、エンジンの点火時期にサイリスタ１２５のゲートに所定電圧が印加されると、サイリスタ１２５はオン状態となるため、コンデンサ１７０に蓄えられた電荷がダイオード１２６および点火コイル１３０の１次コイル１４０を経由してグランドに逃げる。つまり、点火コイル１３０の１次コイル１４０に電流が流れるため２次コイル１５０に高電圧が発生し、この発生した高電圧が点火プラグ１６０のギャップに印加される。そして、点火プラグ１６０では火花放電される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記レギュレータ回路で規定されるコンデンサ１７０の充電電圧の設定値は、エンジンの点火に必要な期間とコンデンサ１７０の充電期間とで決定され、エンジンの高速回転時の要求電圧に合わせて高電圧に設定されるのが一般的である。ここで、コンデンサ１７０の充電電圧の設定値が高いとＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の発振期間を長くとる必要があり、その分、バッテリ１００からの供給電力を多くとる必要がある。
【０００５】
しかしながら、バッテリ１００の劣化等により上記供給電力が通常よりも下がった場合、エンジン始動時にＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の発振に電力がとられ、例えばマイコン動作用電力等の点火装置側の電力が不足し、エンジンの着火に必要な放電電流が得られず、点火プラグ１６０の放電にもかかわらずエンジンの気筒内の混合ガスが着火せず、始動性が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためなされたものであり、エンジンの着火性能を高めて始動性を向上するエンジン用点火装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、エンジンの中速回転以上での要求電圧を確保し、低速回転域での直流電源の電力消費を低減するエンジン用点火装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、大幅な設計変更を実施することなく、簡便にエンジンの始動性を向上するエンジン用点火装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のエンジン用点火装置によると、電圧検出回路は、昇圧回路からコンデンサに印加される電圧を検出してこの電圧がエンジンの第１回転速度の要求電圧に合わせた第１設定値、またはエンジンの第２回転速度の要求電圧に合わせた第２設定値に達した時に昇圧停止回路に昇圧停止信号を送出する。昇圧停止回路は第１のスイッチング素子の導通時に昇圧回路を所定期間停止させるので、エンジンの第１回転速度および第２回転速度の最適電圧に合わせてコンデンサに充電し、エンジンの点火時期にコンデンサの電荷を点火コイルの１次コイルに放電させることができる。
【０００８】
ここで、電圧検出回路は、第１のツェナダイオードと、この第１のツェナダイオードに直列に接続される第２のツェナダイオードと、この第２のツェナダイオードに並列に接続される第２のスイッチング素子とを有する。
【０００９】
昇圧停止回路は、エンジンの始動時から低速回転時の第１回転速度では第２のスイッチング素子を導通させて第２のツェナダイオードを迂回させ、第１のツェナダイオードでコンデンサの充電電圧を規制してエンジンの始動時から低速回転時の最適電圧である第１設定値に合わせ、また、エンジンの中高速回転時の第２回転速度では第２のスイッチング素子を遮断して第１および第２のツェナダイオードでコンデンサの充電電圧を規制し、エンジンの中高速回転時の最適電圧である第２設定値に合わせてコンデンサに充電することができる。
【００１０】
このため、エンジンの第１回転速度としての始動時から低速回転時にはコンデンサの充電電圧を低く設定して昇圧回路の昇圧期間を短くし、直流電源の消費電力を低減することができる。したがって、直流電源の劣化等により点火装置への供給電力が通常よりも下がった場合でも、エンジンの着火に必要な放電電流が得られ、エンジンの着火性能を高めて始動性を向上することができる。
【００１１】
また、エンジンの第２回転速度としての中高速回転時にはコンデンサの充電電圧を高く設定して昇圧回路の昇圧期間を長くとることにより、エンジンの中高速回転時の要求電圧に対応することができる。したがって、エンジンの中速回転以上での要求電圧を確保することができる。
【００１２】
さらに、第２のツェナダイオードに並列に第２のスイッチング素子を接続するという比較的簡単な構成で、大幅な設計変更を実施することなく、簡便にエンジンの始動性を向上することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるエンジン用点火装置の電気的構成を図１に示す。第１実施例の点火装置は車両に搭載されるものであって、ＣＤＩ（Capacitor Dis-charge Ignition）方式の点火装置である。
【００１４】
図１において、直流電源としてのバッテリ１０のプラス端子には昇圧回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１１が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、図示しないトランス、スイッチングトランジスタ、電流検出回路等により構成され、入力電圧を数百ボルトの直流電圧に昇圧している。そして、このＤＣ−ＤＣコンバータ１１により昇圧された直流電圧を点火電源として使用することで点火コイル１３によりさらに昇圧され、火花放電可能な高電圧が点火プラグ１６に供給される。
【００１５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力側には、整流用ダイオード２６とコンデンサとしての点火用コンデンサ１７の直列回路を介して点火コイル１３の１次コイル１４に接続されている。点火用コンデンサ１７の端子間電圧Ｖｃを図２に示す。整流用ダイオード２６と点火用コンデンサ１７との間は第１のスイッチング素子としての点火用ＳＣＲ（サイリスタ）２５を介して接地されている。
【００１６】
点火用ＳＣＲ２５のゲート端子は接地されており、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）５０からの点火信号が入力され、点火用ＳＣＲ２５のゲートをトリガするよう構成されている。上記の点火信号によって、点火用ＳＣＲ２５のアノード側とカソード側とが低抵抗で接続される状態（以下、オン状態という）、または電気的に切断される状態（以下、オフ状態という）に移行する。
【００１７】
また、点火コイル１３の１次コイルには並列に直流アーク用ダイオード２７が接続されている。さらに、点火コイル１３の２次コイル１５には点火プラグ１６が接続されている。これにより、マイコン５０から出力される点火信号によって点火用ＳＣＲ２５のゲートに所定電圧が印加されると点火用ＳＣＲ２５はオン状態となるため、点火用コンデンサ１７に蓄えられた電荷が直流アーク用ダイオード２７および点火コイル１３の１次コイル１４を経由してグランドに逃げる。つまり、点火コイル１３の１次コイル１４に電流が流れるため２次コイル１５に高電圧が発生し、この２次コイル１５に発生した高電圧が点火プラグ１６のギャップに印加される。そして、点火プラグ１６では火花放電される。ここで、マイコン５０は、図示しないタイミングセンサにより得られるクランク回転位置信号によって点火プラグ１６の点火時期を制御している。つまり、図示しないクランクシャフトに取付けられたフライホイールの磁石の位置によりクランクシャフトの回転位置を検出するタイミングセンサの信号によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の後述する発振停止回路１２に出力する休止信号、ならびに点火用ＳＣＲ２５のゲートに出力する点火信号をそれぞれの所定タイミングで出力している。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１および点火用ＳＣＲ２５を制御している。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に接続される昇圧停止回路としての発振停止回路１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧、点火用コンデンサ１７の充電電圧を検出する電圧検出回路２０から出力される電圧検出信号が入力される。そして、点火用コンデンサ１７の充電電圧が所定電圧に達するとＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振が停止するように、発振停止回路１２がＤＣ／ＤＣコンバータ１１のスイッチングトランジスタのベースを制御する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振が停止される。
【００１９】
電圧検出回路２０は、レギュレータ用ツェナダイオード２２および２３と、抵抗２４と、スイッチングトランジスタ２１とから構成される。第１のツェナダイオードとしてのレギュレータ用ツェナダイオード２２はカソードが整流用ダイオード２６と点火用コンデンサ１７との間に接続され、アノードがレギュレータ用ツェナダイオード２３のカソードに接続されている。すなわち、第２のツェナダイオードとしてのレギュレータ用ツェナダイオード２３はレギュレータ用ツェナダイオード２２に直列に接続され、アノードが抵抗２４を介して接地されている。レギュレータ用ツェナダイオード２３には並列にスイッチングトランジスタ２１が接続されている。第２のスイッチング素子としてのスイッチングトランジスタ２１は、エミッタがレギュレータ用ツェナダイオード２２とレギュレータ用ツェナダイオード２３との間に接続され、コレクタがレギュレータ用ツェナダイオード２３と抵抗２４との間を経由して発振停止回路１２に接続されている。また、スイッチングトランジスタ２１のベースはスイッチ６０の一端に接続されている。
【００２０】
スイッチ６０は、一端がマイコン５０に接続されて電源電圧が印加されており、他端がスイッチングトランジスタ２１のベースに接続されている。スイッチ６０を開閉することにより、スイッチングトランジスタ２１のベースを制御することができる。スイッチ６０を閉じると、スイッチングトランジスタ２１がオン状態となってレギュレータ用ツェナダイオード２３を迂回してレギュレータ用ツェナダイオード２２のみで点火用コンデンサ１７の充電電圧を規制する。
また、スイッチ６０を開放すると、スイッチングトランジスタ２１がオフ状態となってレギュレータ用ツェナダイオード２２とレギュレータ用ツェナダイオード２３との両方で点火用コンデンサ１７の充電電圧を規制する。
【００２１】
次に、上記構成をもつ第１実施例のエンジン用点火装置の作動について説明する。ここで、図２に示す特性図は、エンジンの回転速度と点火用コンデンサ１７の端子間電圧Ｖｃとの関係を示している。
【００２２】
タイミングセンサより出力されるクランク位置回転信号がプラス側に振れると、クランク回転位置信号の立上りエッジによってマイコン５０から点火用ＳＣＲ２５のゲートに点火信号が出力される。すると、点火用コンデンサ１７に蓄えられた電荷によってオフ状態、すなわちアノード側にプラス、カソード側にマイナスの電圧が印加された状態にある点火用ＳＣＲ２５のゲート電圧が所定電位より高くなるため、点火用ＳＣＲ２５がオフ状態からオン状態に移行する。これにより、点火用ＳＣＲ２５のアノード側とカソード側とが電気的に低抵抗で接続された導電状態になるため、点火用コンデンサ１７に蓄えられた電荷が直流アーク用ダイオード２７および点火コイル１３の１次コイル１４に達する。そしてこの電荷の移動、すなわち点火コイル１３の１次コイル１４に流れる電流によって点火コイル１３の２次コイル１５には所定の高電圧が発生し、点火プラグ１６のギャップに火花放電を生ずる。
【００２３】
ところで、前述したクランク回転位置信号の立上りエッジによってマイコン５０から点火用ＳＣＲ２５のゲートに対し点火信号を出力するのと同時に発振停止回路１２に対しＤＣ／ＤＣコンバータ１１の休止信号も出力される。この休止信号を受けた発振停止回路１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１のスイッチングトランジスタのベースを制御しＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振を停止させる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の休止期間は発振停止回路１２を構成する抵抗、コンデンサ等により構成されるタイマ回路の設定時間により決められている。つまり、マイコン５０から休止信号が出力されるとタイマ回路のカウントが開始され所定時間が経過するまで、発振停止回路１２によってＤＣ／ＤＣコンバータ１１のスイッチングトランジスタのベースが制御され続ける。
【００２４】
前述した休止時間を経過すると、発振停止回路１２による制御が解除されるためＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振が再開される。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力側に昇圧された電圧が現れる。すると、この昇圧された電圧が点火用コンデンサ１７に徐々に充電され、電圧検出回路２０による検出電圧が所定電圧に達するまで充電を継続する。つまり、電圧検出回路２０では点火用コンデンサ１７の端子間電圧Ｖｃを監視しており、所定電圧にＶｃが達した時点で発振停止回路１２に休止信号を出力する。すると、休止信号を受けた発振停止回路１２はマイコン５０から休止信号を受けたときと同様、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振が停止するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１１のスイッチングトランジスタのベースに対し制御を行う。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振が停止される。
【００２５】
ここで、エンジンの低速回転時にはスイッチ６０が閉じられ、スイッチングトランジスタ２１はオン状態となっている。このため、レギュレータ用ツェナダイオード２３を迂回してレギュレータ用ツェナダイオード２２のみで点火用コンデンサ１７の充電電圧を規制する。したがって、図２に示すように、エンジンの低速回転時に点火用コンデンサ１７の端子間電圧Ｖｃは低い値となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振期間が比較的短くて済む。
また、エンジンの中速回転以上のときにはスイッチ６０が開放され、スイッチングトランジスタ２１はオフ状態となる。このため、レギュレータ用ツェナダイオード２２とレギュレータ用ツェナダイオード２３との両方で点火用コンデンサ１７の充電電圧を規制する。したがって、図２に示すように、エンジンの中速回転以上のときに点火用コンデンサ１７の端子間電圧Ｖｃは高い値となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振期間を長く設定している。
【００２６】
一方、図３に示すように、電圧検出回路にスイッチングトランジスタを設けていない従来技術によるエンジン用点火装置では、図２の点線で示すように、エンジンの低速回転時においても中速回転以上のときと同様に点火用コンデンサの端子間電圧Ｖｃは高い値となり、ＤＣ／ＤＣコンバータの発振期間を長くとっている。このため、エンジン始動時において、バッテリからの供給電力を多くとる必要があり、バッテリの劣化等により上記供給電力が通常よりも下がった場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの発振に電力がとられ、例えばマイコン動作用電力等の点火装置側の電力が不足し、エンジンの着火に必要な放電電流が得られず、点火プラグの放電にもかかわらずエンジンの気筒内の混合ガスが着火せず、始動性が低下するという問題がある。
【００２７】
これに比べて第１実施例では、エンジンの低速回転時にスイッチングトランジスタ２１をオン状態とし、レギュレータ用ツェナダイオード２３を迂回してレギュレータ用ツェナダイオード２２のみで点火用コンデンサ１７の充電電圧を規制するので、点火用コンデンサ１７の端子間電圧Ｖｃは低い値となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振期間を短くしてバッテリ１０の消費電力を低減することができる。
【００２８】
以上説明した第１実施例においては、エンジンの低速回転時および中高速回転時の最適電圧に合わせて点火用コンデンサ１７に充電し、エンジンの点火時期に点火用コンデンサ１７の電荷を点火コイル１３の１次コイル１４に放電させることができる。
【００２９】
このため、エンジンの低速回転時には点火用コンデンサ１７の充電電圧を低く設定してＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振期間を短くし、バッテリ１０の消費電力を低減することができる。したがって、バッテリ１０の劣化等により点火装置への供給電力が通常よりも下がった場合でも、エンジンの着火に必要な放電電流が得られ、エンジンの着火性能を高めて始動性を向上することができる。
【００３０】
また、エンジンの中高速回転時には点火用コンデンサ１７の充電電圧を高く設定してＤＣ／ＤＣコンバータ１１の発振期間を長くとることにより、エンジンの中高速回転時の要求電圧に対応することができる。したがって、エンジンの中速回転以上での要求電圧を確保することができる。
さらに、レギュレータ用ツェナダイオード２３に並列にスイッチングトランジスタ２１を接続するという比較的簡単な構成で、大幅な設計変更を実施することなく、簡便にエンジンの始動性を向上することができる。
【００３１】
（他の実施例）
なお、スイッチングトランジスタ２１として、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ（好ましくはＰチャネルＭＯＳＦＥＴ）、ＩＧＢＴのいずれを用いてもよく、スイッチング素子であれば何を採用してもよい。
【００３２】
また、スイッチ６０の代わりに、スイッチングトランジスタ２１と同様のスイッチングトランジスタを採用してもよい。
【００３３】
また、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）が各種センサからの信号を入力してエンジンの状態（吸入空気量、回転数、冷却水温など）に応じてスイッチ６０を開閉することが可能である。また、運転者がエンジンの始動時にスイッチ６０を閉じることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例によるエンジン用点火装置を示す電気的構成図である。
【図２】  本発明の第１実施例によるエンジン用点火装置のエンジン回転速度と点火用コンデンサの端子間電圧との関係を示す特性図である。
【図３】  従来技術によるエンジン用点火装置を示す電気的構成図である。
【符号の説明】
１０    バッテリ（直流電源）
１１    ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）
１２    発振停止回路（昇圧停止回路）
１３    点火コイル
１４    １次コイル
１５    ２次コイル
１６    点火プラグ
１７    点火用コンデンサ（コンデンサ）
２０    電圧検出回路
２１    スイッチングトランジスタ（第２のスイッチング素子）
２２、２３    レギュレータ用ツェナダイオード
２５    点火用ＳＣＲ（第１のスイッチング素子）
６０    スイッチ
【図１】
0004441842.tif 000002
【図２】
0004441842.tif 000003
【図３】
0004441842.tif 000004