(57)【要約】【課題】小さな消費電力で大きな点火エネルギを発生させることができるとともに、点火プラグのくすぶりの可能性があるときには二次電圧の立ち上がりを速くできるイグニッションコイル及びイグニッションコイル制御装置を提供する。【解決手段】鉄心１５に巻装され、自己誘電作用によって電圧を誘起する一次コイル１１と、鉄心１５に巻装され、相互誘電作用によって電圧を誘起し、点火プラグ２０へエネルギを与える二次コイル１２と、鉄心１５の端部に設けられ、一次コイル１１が発生する磁界とは逆方向の磁界を印加する磁石１４と、鉄心１５に巻装され、磁石１４の磁束とは逆方向の磁界を発生する第３コイル１３とを有する。【選択図】図３
2007150042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心に巻装され、自己誘電作用によって電圧を誘起する一次コイルと、
前記鉄心に巻装され、相互誘電作用によって電圧を誘起し、点火プラグへエネルギを与える二次コイルと、
前記鉄心の端部に設けられ、前記一次コイルが発生する磁界とは逆方向の磁界を印加する磁石と、
前記鉄心に巻装され、前記磁石の磁束とは逆方向の磁界を発生する第３コイルと、
を有するイグニッションコイル。
【請求項２】
請求項１に記載のイグニッションコイルを制御するイグニッションコイル制御装置において、
前記点火プラグがくすぶりやすい状態であるか否かを判定するプラグ状態判定手段と、
点火プラグがくすぶりやすい状態であるときに、前記第３コイルに通電する通電制御手段と、
を有することを特徴とするイグニッションコイル制御装置。
【請求項３】
鉄心に巻装され、自己誘電作用によって電圧を誘起する一次コイルと、
前記鉄心に巻装され、相互誘電作用によって電圧を誘起し、点火プラグへエネルギを与える二次コイルと、
前記鉄心に巻装され、前記一次コイルが発生する磁界とは逆方向の磁界を発生する第３コイルと、
を有するイグニッションコイル。
【請求項４】
請求項３に記載のイグニッションコイルを制御するイグニッションコイル制御装置において、
前記点火プラグがくすぶりやすい状態であるか否かを判定するプラグ状態判定手段と、
点火プラグがくすぶりやすい状態ではないときに、前記第３コイルに通電する通電制御手段と、
を有することを特徴とするイグニッションコイル制御装置。
【請求項５】
請求項２又は請求項４に記載のイグニッションコイル制御装置において、
前記プラグ状態判定手段は、エンジンが冷機状態であって、吸気温が低く、エンジン回転速度が低いときに、点火プラグがくすぶりやすい状態であると判定する、
ことを特徴とするイグニッションコイル制御装置。
【請求項６】
請求項２又は請求項４に記載のイグニッションコイル制御装置において、
前記プラグ状態判定手段は、スタータスイッチを入れてから十分時間が経過しているにもかかわらず、吸気温が低く、エンジン回転速度が低いときに、点火プラグがくすぶりやすい状態であると判定する、
ことを特徴とするイグニッションコイル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イグニッションコイル及びイグニッションコイル制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、運転状態に応じてイグニッションコイルの通電時間を変更することで、運転状態に応じて二次電圧の立ち上がりを速くするとともに、消費電力を極力節減するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−２９１５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前述した従来装置では二次電圧を上げるには、消費電力を増大しなければならなかった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、小さな消費電力で大きな点火エネルギを発生させることができるとともに、点火プラグのくすぶりの可能性があるときには二次電圧の立ち上がりを速くできるイグニッションコイル及びイグニッションコイル制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、鉄心（１５）に巻装され、自己誘電作用によって電圧を誘起する一次コイル（１１）と、前記鉄心（１５）に巻装され、相互誘電作用によって電圧を誘起し、点火プラグ（２０）へエネルギを与える二次コイル（１２）と、前記鉄心（１５）の端部に設けられ、前記一次コイル（１１）が発生する磁界とは逆方向の磁界を印加する磁石（１４）と、前記鉄心（１５）に巻装され、前記磁石（１４）の磁束とは逆方向の磁界を発生する第３コイル（１３）とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、鉄心の端部に磁石を設けることで、点火プラグに高エネルギを発生することができる。そして運転状態によって点火プラグのくすぶり発生のおそれがあるときは、第３コイルに通電して、磁石による逆バイアスをキャンセルできる。したがって、二次電圧の立ち上りが遅くなることを防止することができ、点火プラグのくすぶりを発生させない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるイグニッションコイル制御装置の第１実施形態を示す図である。
【０００９】
イグニッションコイル制御装置１は、イグニッションコイル１０と、点火プラグ２０と、エンジン水温センサ３１と、クランク角センサ３２と、吸気温センサ３３と、スタータスイッチ３４と、コントローラ７０とを有する。
【００１０】
コントローラ７０は、エンジン水温センサ３１で検出したエンジン水温Ｔｗと、クランク角センサ３２で検出したエンジン回転速度Ｎｅと、吸気温センサ３３で検出した吸気温Ｔａとに基づいて、後述の通り、イグニッションコイル１０を制御する。コントローラ７０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７０を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。
【００１１】
図２はイグニッションコイルの構成図である。
【００１２】
イグニッションコイル１０は、一次コイル１１と、二次コイル１２と、磁石バイアスキャンセルコイル１３と、永久磁石１４と、鉄心１５とを備え、これらをケース１６に収装する。
【００１３】
二次コイル１２は、鉄心１５の周りに巻装される。二次コイル１２は、相互誘電作用によって電圧を誘起し、点火プラグ２０へエネルギを与える。
【００１４】
一次コイル１１は、二次コイル１２のさらに周りに巻装される。一次コイル１１は、自己誘電作用によって電圧を誘起する。
【００１５】
永久磁石１４は、鉄心１５の端部に配置される。永久磁石１４は、一次コイル１１が発生する磁界とは逆方向の磁界を印加する。
【００１６】
磁石バイアスキャンセルコイル１３は、鉄心１５のうちの二次コイル１２と永久磁石１４との間に巻装される。磁石バイアスキャンセルコイル１３は、永久磁石１４の磁束とは逆方向の磁界を発生する。
【００１７】
図３はイグニッションコイルの回路図である。
【００１８】
一次コイル１１は、トランジスタ１７に接続される。トランジスタ１７は、点火信号に基づいてＯＮ−ＯＦＦする。これにより一次コイル１１には、自己誘電作用による起電力が誘起される。また二次コイル１２には、相互誘電作用による起電力が誘起される。そして、二次コイル１２には、点火プラグ２０に接続されており、この相互誘電作用による起電力によって点火プラグ２０が点火する。
【００１９】
磁石バイアスキャンセルコイル１３は、トランジスタ１８に接続される。トランジスタ１８は、磁石バイアスキャンセル信号に基づいてＯＮ−ＯＦＦする。これによって永久磁石１４による磁界の影響がなくなる。
【００２０】
図４は、磁気ヒステリシスを示す図（Ｂ−Ｈ曲線）であり、図４（Ａ）は鉄心の端部に永久磁石がないときに一次コイルに通電した場合を示し、図４（Ｂ）は鉄心の端部に永久磁石があるときに一次コイルに通電した場合を示す。
【００２１】
ここで本発明の理解を容易にするために、発明の基本原理について説明する。
【００２２】
一次インダクタンスＬ１は、磁束密度Ｂの変化量ΔＢに比例し、磁束密度Ｂの変化量ΔＢが大きいほど一次インダクタンスＬ１も大きくなる。
【００２３】
また二次インダクタンスＬ２は一次インダクタンスＬ１に比例し、一次インダクタンスＬ１が大きいほど、二次インダクタンスＬ２が大きくなる。
【００２４】
さて鉄心の端部に永久磁石がない場合に一次コイルに通電すると、図４（Ａ）に示すように磁束密度の変化量は、ΔＢ１になる。
【００２５】
一方、鉄心の端部に永久磁石を取り付けると磁束密度Ｂの初期値がマイナスになる。そして一次コイルに通電すると、図４（Ｂ）に示すように磁束密度の変化量は、ΔＢ２になる。このように永久磁石を取り付けると、磁束密度Ｂの変化量が大きくなって、一次インダクタンスＬ１が大きくなり、二次インダクタンスＬ２も大きくなって、点火プラグに高エネルギを発生することができる。
【００２６】
ところが、このようにすると、二次電圧の立ち上がり速度が遅くなり、点火プラグの着火が遅くなって、くすぶりやすくなる。
【００２７】
そこで本発明では、鉄心に永久磁石を取り付けて逆バイアスを印加するとともに、冷間始動時のように点火プラグがくすぶりやすいときには、磁石バイアスキャンセルコイルを通電して、永久磁石による逆バイアスをキャンセルするようにしたのである。
【００２８】
図５は、イグニッションコイル制御装置のメインルーチンのフローチャートである。
【００２９】
ステップＳ１において、コントローラ７０は、エンジン水温Ｔｗが所定温度以下であるか否かに基づいて、暖機状態であるか否かを判定する。所定温度以上であって暖機状態であると判定したら、ステップＳ２に処理を移行し、所定温度以下であって冷機状態であると判定したら、ステップＳ３に処理を移行する。
【００３０】
ステップＳ２において、コントローラ７０は、スタータスイッチをＯＮしてから十分に時間が経過したか否かを判定する。経過していればステップＳ３に処理を移行し、経過していなければステップＳ６に処理を移行する。なおこの判定のための基準時間はあらかじめ実験によって求めておく。
【００３１】
ステップＳ３において、コントローラ７０は、吸気温Ｔａが所定温度以下であるか否かを判定する。所定温度以下であるときはステップＳ４に処理を移行し、所定温度以上であるときはステップＳ６に処理を移行する。なおこの判定のための基準温度はあらかじめ実験によって求めておく。
【００３２】
ステップＳ４において、コントローラ７０は、エンジン回転速度Ｎｅが所定速度以下であるか否かを判定する。所定速度以下であるときはステップＳ５に処理を移行し、所定速度以上であるときはステップＳ６に処理を移行する。なおこの判定のための基準速度はあらかじめ実験によって求めておく。
【００３３】
ステップＳ５において、コントローラ７０はキャンセル制御を行う。すなわち、エンジンが冷機状態であって、吸気温が低く、エンジン回転速度が低いときには（ステップＳ１→ステップＳ３→ステップＳ４）、点火プラグがくすぶりを生じる可能性が高い。またスタータスイッチをＯＮしてから十分時間が経過しているにもかかわらず、吸気温が低く、エンジン回転速度が低いときには（ステップＳ１→ステップＳ３→ステップＳ４）、エンジンに何らかのトラブルが発生しているおそれがあり、点火プラグがくすぶりを生じる可能性が高い。そこでこれらの場合には、磁石バイアスキャンセルコイルを通電して、永久磁石による逆バイアスをキャンセルする。具体的な制御内容については後述する。
【００３４】
ステップＳ６において、コントローラ７０は通常制御を行う。具体的な制御内容については後述する。
【００３５】
図６は、キャンセル制御サブルーチンのフローチャートである。
【００３６】
ステップＳ５１において、コントローラ７０は磁石バイアスキャンセル信号をＯＮにする。
【００３７】
ステップＳ５２において、コントローラ７０は所定時間ｔ11の経過を待つ。なおこの所定時間ｔ11については後述する。
【００３８】
ステップＳ５３において、コントローラ７０は点火信号をＯＮにする。
【００３９】
ステップＳ５４において、コントローラ７０は所定時間ｔ12の経過を待つ。なおこの所定時間ｔ12については後述する。
【００４０】
ステップＳ５５において、コントローラ７０は点火信号をＯＦＦにする。
【００４１】
ステップＳ５６において、コントローラ７０は所定時間ｔ13の経過を待つ。なおこの所定時間ｔ13については後述する。
【００４２】
ステップＳ５７において、コントローラ７０は磁石バイアスキャンセル信号をＯＦＦにする。
【００４３】
図７は、通常制御サブルーチンのフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ６１において、コントローラ７０は点火信号をＯＮにする。
【００４５】
ステップＳ６２において、コントローラ７０は所定時間ｔ21の経過を待つ。
【００４６】
ステップＳ６３において、コントローラ７０は点火信号をＯＦＦにする。
【００４７】
図８はキャンセル制御をするときのタイムチャートである。なおフローチャートとの対応が分かりやすくなるように、フローチャートのステップ番号をＳ付けで併記した。
【００４８】
エンジンが冷機状態であって、吸気温が低く、エンジン回転速度が低いとき（ステップＳ１→ステップＳ３→ステップＳ４）、又はスタータスイッチをＯＮしてから十分時間が経過しているにもかかわらず、吸気温が低く、エンジン回転速度が低いときには（ステップＳ１→ステップＳ３→ステップＳ４）、キャンセル制御を行う（ステップＳ５）。
【００４９】
磁石バイアスキャンセル信号をＯＮにし（図８（Ａ）；ステップＳ５１）、所定時間ｔ11の経過を待つ（ステップＳ５２）。この所定時間ｔ11とは、磁石バイアスキャンセル信号がＯＮになって通電を開始してから磁石バイアスキャンセルコイル１３の電流が立ち上がるまでに要する時間であり（図８（Ｂ）参照）、インダクタンスが大きいほど長くなる。具体的な特性はあらかじめ求めておく。所定時間ｔ11が経過して磁石バイアスキャンセルコイル１３の電流が立ち上がった後に点火信号をＯＮにする（図８（Ｃ）；ステップＳ５３）。すると一次コイル１１に流れる電流が立ち上がる。そして点火に十分な時間ｔ12が経過したら（ステップＳ５４）、点火信号をＯＦＦして（図８（Ｃ）；ステップＳ５５）、一次コイル１１に流れる電流を遮断する。そして確実に一次コイル１１に電流が流れなくなる時間ｔ13の経過を待って（ステップＳ５６）、磁石バイアスキャンセル信号をＯＦＦして（図８（Ａ）；ステップＳ５７）
磁石バイアスキャンセルコイル１３に流れる電流を遮断する（図８（Ｂ））。
【００５０】
図９は本発明の効果を説明する図である。
【００５１】
通常は、永久磁石１４によって逆バイアスがかかっている状態であるので、初期値の磁束密度Ｂ１はマイナスである。この状態で一次コイルに通電すると、磁束密度の変化量が大きく、一次インダクタンスＬ１が大きくなり、二次インダクタンスＬ２も大きくなって、高エネルギを発生できる。
【００５２】
エンジンが冷機状態であって、吸気温が低く、エンジン回転速度が低いとき、又はスタータスイッチをＯＮしてから十分時間が経過しているにもかかわらず、吸気温が低く、エンジン回転速度が低いときには、磁石バイアスキャンセルコイル１３を通電する。これにより初期値の磁束密度が略ゼロになり、この状態で一次コイルに通電したときの二次電圧が速く立ち上がる。
【００５３】
本実施形態によれば、鉄心１５の端部に永久磁石１４を設けることで、点火プラグに高エネルギを発生することができる。運転状態によって点火プラグのくすぶり発生のおそれがあるときは、磁石バイアスキャンセルコイル１３に通電して、永久磁石１４による逆バイアスをキャンセルするようにした。このようにしたので、二次電圧の立ち上りが遅くなることを防止することができ、点火プラグのくすぶりを発生させない。
【００５４】
（第２実施形態）
図１０は、本発明によるイグニッションコイルの第２実施形態を示す回路図である。
【００５５】
なお以下では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００５６】
本実施形態のイグニッションコイル１０１では、鉄心１５の端部に永久磁石を取り付けていない。また鉄心１５の端部には、磁石バイアス印加コイル１３１が巻装される。磁石バイアス印加コイル１３１は、一次コイル１１が発生する磁界とは逆方向の磁界を発生する。
【００５７】
イグニッションコイル１０１は、このような構成であり、点火プラグ２０がくすぶりやすい状態でないときには、通常制御として、磁石バイアス印加コイル１３１に通電して、逆バイアスを印加する。点火プラグ２０がくすぶりやすい状態のときには、キャンセル制御として、磁石バイアス印加コイル１３１に通電しないことで、逆バイアスを印加しない。
【００５８】
本実施形態によれば、磁石バイアス印加コイル１３１に通電して、逆バイアスを印加することで、点火プラグに高エネルギを発生することができる。運転状態によって点火プラグのくすぶり発生のおそれがあるときは、磁石バイアスキャンセルコイル１３に通電しないことで、逆バイアスを印加しないようにした。このようにしたので、二次電圧の立ち上りが遅くなることを防止することができ、点火プラグのくすぶりを発生させない。
【００５９】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明によるイグニッションコイル制御装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】イグニッションコイルの構成図である。
【図３】イグニッションコイルの回路図である。
【図４】磁気ヒステリシスを示す図（Ｂ−Ｈ曲線）である。
【図５】イグニッションコイル制御装置のメインルーチンのフローチャートである。
【図６】キャンセル制御サブルーチンのフローチャートである。
【図７】通常制御サブルーチンのフローチャートである。
【図８】キャンセル制御をするときのタイムチャートである。
【図９】本発明の効果を説明する図である。
【図１０】本発明によるイグニッションコイルの第２実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  イグニッションコイル制御装置
１０，１０１  イグニッションコイル
１１  一次コイル
１２  二次コイル
１３  磁石バイアスキャンセルコイル（第３コイル）
１３１  磁石バイアス印加コイル（第３コイル）
１４  永久磁石
１５  鉄心
１７，１８  トランジスタ
２０  点火プラグ
３１  エンジン水温センサ
３２  クランク角センサ
３３  吸気温センサ
３４  スタータスイッチ
７０  コントローラ
ステップＳ１〜Ｓ４  プラグ状態判定手段
ステップＳ５  通電手段
【図１】
2007150042.tif 000003
【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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【図７】
2007150042.tif 000009
【図８】
2007150042.tif 000010
【図９】
2007150042.tif 000011
【図１０】
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