(57)【要約】      （修正有）【課題】高電圧型の専用のイグナイタを使用することなく、一次コイル側へ供給する電圧を高めて、通常点火時にも十分な放電電圧を確保する。【解決手段】点火コイル１５の一次コイル１５ａに一次電流を通電し、かつ遮断することで、二次コイル１５ｂに接続された点火プラグ９の電極間に放電電圧を発生させる。二次コイル１５ｂに電圧を加える電圧生成回路１７により二次コイル１５ｂに電圧を加える重ね点火と、二次コイル１５ｂに電圧を加えない通常点火と、を機関運転状態に応じて切り換える。一次コイル１５ａへ電流を供給するスイッチング回路１６を、複数のイグナイタ１６ａ，１６ｂを直列に接続した構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火コイルの一次コイルに一次電流を通電し、かつ遮断することで、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電電圧を発生させる内燃機関の点火装置において、
上記二次コイルに電圧を加える電圧生成手段と、
この電圧生成手段により上記二次コイルに電圧を加える重ね点火と、上記電圧生成手段により上記二次コイルに電圧を加えない通常点火と、を機関運転状態に応じて切り換える点火切換手段と、
上記一次コイルへ電流を供給するスイッチング回路と、を有し、
このスイッチング回路は、上記一次コイルへの通電と遮断を切り換える複数のイグナイタが直列に接続されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項２】
上記一次コイルと上記二次コイルとの巻き数比を６０〜８０に設定した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】
上記スイッチング回路は、上記複数のイグナイタのスイッチングタイミングを監視し、このスイッチングタイミングの遅い方に合わせて上記複数のイグナイタのスイッチングが行なわれるように、上記複数のイグナイタへの点火信号の出力タイミングを調整する監視用回路を有する請求項１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】
この発明は、一次コイルおよび二次コイルを含む点火コイルを用いた内燃機関の点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
点火コイルを用いた点火装置にあっては、一次コイルに一次電流を通電した後、所定の点火時期に一次電流を遮断することで、二次コイルに高い放電電圧を生成し、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電を生じさせる。点火コイルは一種の変圧器であるので、一次電流の通電を開始した瞬間にも二次コイルに比較的高い二次電圧が生じるが、このときの二次電圧（これはＯＮ電圧とも呼ばれる）は、本来の放電電圧とは逆方向となるので、逆流防止のダイオードによって二次電流つまり電極間の放電が阻止される（特許文献１等参照）。
【０００３】
また、放電期間を長くして確実な着火を得るために、点火コイルの二次コイル側に電力（電圧）を供給して、二次コイルに直接的に電圧を加える、いわゆる重ね電圧を伴う重ね点火を行なうことが従来より知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２０１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような重ね点火と、重ね電圧を伴わない通常点火と、を運転状態に応じて切り換えて使用する場合、通常点火の際の放電電圧を十分に高める必要がある。但し、通常点火時の放電電圧を高めるためには、一次コイル側へ供給する電圧を十分に高めることが必要である。このため、一次コイルへの通電のＯＮ・ＯＦＦを切り換えるスイッチング回路のイグナイタとして、例えば高電圧型の専用のものを準備する必要があり、このような高電圧型の専用のイグナイタに比して電圧の低い汎用的のイグナイタを使用する場合に比して、コストが嵩むという課題がある。
【０００６】
本発明は、重ね点火と通常点火とを切り換えて使用可能な内燃機関の点火装置において、高電圧型の専用のイグナイタを使用することなく、一次コイル側へ供給する電圧を高めて、通常点火時にも十分な放電電圧を確保することができる新規な内燃機関の点火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】
【０００７】
この発明は、点火コイルの一次コイルに一次電流を通電し、かつ遮断することで、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電電圧を発生させる内燃機関の点火装置に関する。この点火装置は、上記二次コイルに電圧を加える電圧生成回路等の電圧生成手段を有し、この電圧生成手段により上記二次コイルに電圧を加える重ね点火と、上記電圧生成手段により上記二次コイルに電圧を加えない通常点火と、を機関運転状態に応じて切り換えるように構成されている。
【０００８】
そして、一次コイルへ電流を供給するスイッチング回路が、上記一次コイルへの通電と遮断を切り換える複数のイグナイタが直列に接続されて構成されている。
【０００９】
本発明の好ましい一つの態様では、上記一次コイルと上記二次コイルとの巻き数比を６０〜８０に設定する。
【００１０】
また、本発明の好ましい一つの態様では、上記スイッチング回路は、上記複数のイグナイタのスイッチングタイミングを監視し、このスイッチングタイミングの遅い方に合わせて上記複数のイグナイタのスイッチングが行なわれるように、上記複数のイグナイタへの点火信号の出力タイミングを調整する監視用回路を有している。
【発明の効果】
【００１１】
機関運転状態に応じて重ね点火と通常点火とを切り換える内燃機関の点火装置では、重ね電圧を行なわない通常点火の際に一次コイルへ供給する電圧が不足し易いという課題に対し、本発明では、一次コイルへ電流を供給するスイッチング回路を、複数のイグナイタを直列に接続した構成としているために、比較的小型で汎用的なイグナイタを使用しつつ、一次コイル側の放電電圧を十分に高めることができる。この結果、高電圧型の専用のイグナイタを使用することのない低コストな構成でありながら、通常点火時にも十分な放電電圧を確保し、安定した着火性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施例の点火装置を備えた内燃機関の構成説明図。
【図２】点火装置の構成を示す構成説明図。
【図３】第１及び第２イグナイタのスイッチングタイミングを示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の一実施例に係る点火装置を備えた内燃機関１のシステム構成を示す構成説明図である。内燃機関１の複数のシリンダ２の各々には、ピストン３が配置されているとともに、吸気弁４によって開閉される吸気ポート５および排気弁６によって開閉される排気ポート７がそれぞれ接続されている。また、筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁８が配置されている。この燃料噴射弁８の燃料噴射時期および燃料噴射量は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０によって制御される。そして、上記燃料噴射弁８によって筒内に生成された混合気の点火を行うために、例えば天井面中央に点火プラグ９が配置されている。なお、図示例は、筒内直接噴射式内燃機関として構成されているが、吸気ポート５に燃料噴射弁を配置したポート噴射型の構成であってもよい。上記エンジンコントロールユニット１０には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２１、機関回転速度を検出するクランク角センサ２２、冷却水温を検出する温度センサ２３、などの多数のセンサ類からの検出信号が入力されている。
【００１４】
上記点火プラグ９には、エンジンコントロールユニット１０からの点火信号に応答して点火プラグ９に放電電圧を出力する点火ユニット１１が接続されている。また、エンジンコントロールユニット１０からの重ね電圧要求信号に応答して点火ユニット１１による重ね電圧を制御する重ね電圧制御ユニット１２が設けられている。これらのエンジンコントロールユニット１０、点火ユニット１１、および重ね電圧制御ユニット１２は、車載のバッテリ１３に接続されている。
【００１５】
上記点火ユニット１１は、図２に詳細を示すように、一次コイル１５ａおよび二次コイル１５ｂを含む点火コイル１５と、この点火コイル１５の一次コイル１５ａに対する一次電流の通電・遮断を制御するスイッチング回路１６と、昇圧回路を含む重ね電圧生成回路１７と、を含んでおり、上記点火コイル１５の二次コイル１５ｂに点火プラグ９が接続されている。重ね電圧生成回路１７は、バッテリ１３の電圧を所定の重ね電圧の電圧まで昇圧した上で、重ね電圧制御ユニット１２の制御信号に基づいて、一次電流の通電開始に合わせて点火プラグ９に対し重ね電圧を出力する。なお、重ね電圧生成回路１７は、一次コイル１５ａへの一次電流遮断時に点火プラグ９の電極間に生じる本来の放電電圧と同じ電位の方向に重ね電圧を生成する。また図示していないが、実施例の点火ユニット１１は、シリンダ２内で発生したイオン電流を、点火プラグ９を検出プローブとして検出するイオン電流検出回路を備えている。一次コイル１５ａと二次コイル１５ｂとの間には逆流防止の用のダイオード１８が設けられている。
【００１６】
また、エンジンコントロールユニット１０は、このように重ね電圧生成回路１７を用いて二次コイル１５ｂに重ね電圧を加える重ね点火と、重ね電圧生成回路１７を用いて二次コイル１５ｂに電圧を加えることのない通常点火と、を機関運転状態に応じて切り換えている。
【００１７】
そして本実施例では、上記のスイッチング回路１６に、エンジンコントロールユニット１０から与えられる点火信号２１に基づいて、一次コイル１５ａへの通電と遮断を切り換えるイグナイタとして、第１イグナイタ１６ａと第２イグナイタ１６ｂとが直列に接続した状態で設けられている。また、このスイッチング回路１６には、複数のイグナイタ１６ａ，１６ｂのＯＮ・ＯＦＦのスイッチングタイミングを監視し、このスイッチングタイミングの遅い方に合わせてスイッチングが行なわれるように、第１イグナイタ１６ａと第２イグナイタ１６ｂへの点火信号の出力タイミングを調整する監視用回路１６ｃが設けられている。この監視用回路１６ｃは、クランプ電圧Ｖｃの他、第１イグナイタ１６ａの電圧Ｖｃ１と第２イグナイタ１６ｂの電圧Ｖｃ２とを監視し、これらの電圧に基づいて、イグナイタ１６ａ，１６ｂのＯＮ・ＯＦＦのスイッチングタイミングを監視している。
【００１８】
例えば図３に示すように、エンジンコントロールユニット１０から与えられる点火信号（図３（Ａ）参照）に対し、第２イグナイタ１６ｂが出力するスイッチングタイミング（図３（Ｃ）参照）が、第１イグナイタ１６ａが出力するスイッチングタイミング（図３（Ｂ）参照）よりも遅い場合、遅い方の第２イグナイタ１６ｂのスイッチングタイミングに合わせて、図３の破線で示す特性２２のように、第１イグナイタ１６ａのスイッチングタイミングが遅れ方向に調整される。
【００１９】
本実施例のように、二次コイル１５ｂに電圧を加える重ね点火と通常点火と、を機関運転状態に応じて切り換える構成の場合、通常点火の際の放電電圧を十分に高める必要がある。但し、通常点火時の放電電圧を高めるためには、一次コイル１５ａ側へ供給する電圧を十分に高めることが必要である。本実施例では、一次コイル１５ａへの通電のＯＮ・ＯＦＦを切り換えるスイッチング回路１６に、直列に接続された複数のイグナイタ１６ａ，１６ｂを設けているために、高電圧型の専用のイグナイタを用いることなく、比較的電圧の低い汎用的なイグナイタ１６ａ，１６ｂを用いることができ、低コストでありながら通常点火時にも高い電圧を確保することができる。
【００２０】
また、複数のイグナイタ１６ａ，１６ｂのスイッチングタイミングがずれると所期の放電特性が得られないおそれがあるものの、本実施例では監視用回路１６ｃを用いて複数のイグナイタ１６ａ，１６ｂのスイッチングタイミングを同期させているために、複数のイグナイタ１６ａ，１６ｂのスイッチングタイミングを精度良く一致させることができる。
【００２１】
更に本実施例では、一次コイル１５ａと二次コイル１５ｂとの巻き数比を６０〜８０の範囲内に設定している。この理由は、巻き数比を６０よりも小さくすると、二次コイル１５ｂの巻線数が増加し、放電電流が大きく低下する一方、巻き数比を８０よりも大きくすると、放電電流が低下する。つまり、巻き数比を６０〜８０の範囲内に設定することで、発生電圧の確保と放電電流の確保とを両立させることが可能となる。
【００２２】
一次コイル１５ａと二次コイル１５ｂとの巻き数比と発生電圧との関係について、以下に更に詳しく説明する。
【００２３】
通電を行い、所要の電流値に到達した時点で電流を遮断すると、一次コイル１５ａは通電状態を持続しようとするため、バッテリ１３の極性とは逆の起電力が発生する。この１次側起電力は、相互誘導作用により鉄芯を介して一次コイル１５ａと二次コイル１５ｂの巻き数比倍に昇圧し、二次コイル１５ｂへ伝達される。
【００２４】
【数１】
2016125420.tif 000003
【００２５】
この微分方程式を解くと、
【００２６】
【数２】
2016125420.tif 000004
【００２７】
となり、一次コイル１５ａの電流は通電を開始した瞬間は０で、その後指数関数的に上昇する。ダイオード１８等により一次コイル１５ａの電流を遮断すると、自己誘導作用によって、一次コイル１５ａに起電力Ｖ１が発生する。この一次コイル１５ａに発生した起電力Ｖ１がコイルの巻き数倍されて、二次コイル１５ｂに高電圧Ｖ２が発生する。
【００２８】
【数３】
2016125420.tif 000005
【００２９】
【数４】
2016125420.tif 000006
【００３０】
一次コイル１５ａの電流遮断前の蓄積エネルギーＷは次式で与えられる。
【００３１】
【数５】
2016125420.tif 000007
【００３２】
また、二次コイル１５ｂ側に発生する点火エネルギーＥ２は、次式のようになる。
【００３３】
【数６】
2016125420.tif 000008
【００３４】
点火コイルの巻き線仕様を変更することで、Ｅ２、Ｉ２、Ｔｄをある程度変更することが可能である。
【００３５】
一次コイル１５ａ、二次コイル１５ｂに誘起される最大電圧をＶ１、Ｖ２とした時、次式が成立する。
【００３６】
【数７】
2016125420.tif 000009
【００３７】
上記のＶ１及びＶ２と、一次コイル１５ａと二次コイル１５ｂの巻数Ｎ１、Ｎ２との関係は、次式となる。
【００３８】
【数８】
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【００３９】
上記の式（８）を二次コイル１５ｂの最大電圧（放電電圧）Ｖ２で整理すると、次式となる。
【００４０】
【数９】
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【００４１】
この式（９）から、二次コイル１５ｂの最大電圧（放電電圧）Ｖ２は、一次コイル１５ａの抵抗、インダクタンス、二次コイル１５ｂの静電容量、バッテリ電圧等の他、巻き数比Ｎ１／Ｎ２に依存していることが分る。
【００４２】
以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例ではスイッチング回路に２個のイグナイタを設けているが、同様に３個以上のイグナイタを直列に接続する構成としても良い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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