(57)【要約】【課題】様々な電源電圧に対応して点火エネルギを制御することが可能な点火装置を提供する。【解決手段】バッテリ１１の出力電圧を任意の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧またはバッテリ１１の出力電圧が印加される一次コイルおよび高電圧を発生する二次コイルを有するイグニションコイル１５と、電源電力の供給を受けることなく、入力したパルス信号電圧を用いて動作するイグナイタ１４と、ＥＣＵ１２とを備え、ＥＣＵ１２は、混合気の燃焼が良好になる高電圧を二次コイルに発生させるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を制御し、点火時期を示すパルス信号電圧をイグナイタ１４へ出力して一次電流の導通・遮断を行わせ、二次コイルに発生した高電圧を燃焼室内に設置された放電電極１６に印加して所望の点火エネルギを有する放電火花を発生させることを特徴とする。【選択図】図１
2016020666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の混合気に放電火花を用いて点火する点火装置であって、
直流電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの出力電圧を任意の電圧に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段の出力電圧または前記バッテリの出力電圧が印加される一次コイル、および、前記一次コイルに一次電流が流れることによって高電圧を発生する二次コイルを有するイグニションコイルと、
電源電力の供給を受けることなく、入力したパルス信号電圧を用いて動作するイグナイタと、
前記イグナイタおよび前記電圧変換手段の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記混合気の燃焼が良好になる高電圧を前記二次コイルに発生させるように前記電圧変換手段の出力電圧を制御し、
点火時期を示すパルス信号電圧を前記イグナイタへ出力して前記一次電流の導通・遮断を行わせ、前記二次コイルに発生した高電圧を前記燃焼室内に設置された放電電極に印加して所望の点火エネルギを有する放電火花を発生させる、
ことを特徴とする点火装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記電圧変換手段を制御して、
前記燃焼室内の混合気が安定して燃焼するときには前記バッテリの出力電圧を前記一次コイルへ供給し、
前記燃焼室内の混合気の着火性ならびに燃焼効率が低くなるときには前記バッテリの出力電圧を昇圧させて前記一次コイルへ供給し、
前記放電電極に発生させる放電火花の点火エネルギを制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記電圧変換手段を制御して、前記バッテリの出力電圧を前記イグニションコイルの定格電圧範囲内に降圧させ、
さらに前記燃焼室を備えた内燃機関の動作状態に応じて前記電圧変換手段の出力電圧を調整して前記放電電極に発生させる放電火花の点火エネルギを制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧を制御することによって良好な放電点火を行う点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、内燃機関の点火装置は、バッテリ等から直流電圧をイグニションコイルへ供給し、点火プラグ等の放電電極に放電火花を発生させるための高電圧を、上記のイグニションコイルから出力するように構成されている。
一般的な点火装置は、イグニションコイルに流れる一次電流を制御するイグナイタ等を備えている。
【０００３】
図２は、従来の点火装置の概略構成図である。この点火装置は、直流電源であるバッテリ１０１、内燃機関等の制御手段であるＥＣＵ１０２、バッテリ１０１を電源として動作するイグナイタ１０３、イグナイタ１０３の動作によって高電圧（放電電圧）を発生するイグニションコイル１０４、イグニションコイル１０４から出力された高電圧により放電火花を発生する放電電極１０５によって構成されている。
【０００４】
イグナイタ１０３は、電源回路１１０、安全回路１１１、駆動回路１１２を備えている。電源回路１１０は、バッテリ１０１から供給された直流電圧を、安全回路１１１が動作するための電源電圧に変換し、また、駆動回路１１２が動作するための電源電圧に変換するものである。
イグニションコイル１０４は、一次コイルと二次コイルとを有し、一次コイルにバッテリ１０１から電力が供給されるように接続されている。上記の二次コイルは両端に発生した高電圧が放電電極１０５に印加されるように接続構成されている。
【０００５】
安全回路１１１は、電源回路１１０から電源供給を受けているとき、駆動回路１１２の動作状況を検知し、例えば、検知した値が所定の閾値を超えたとき、イグナイタ１０３が損傷しないように回路動作もしくは電源等の供給を停止する。
駆動回路１１２は、イグニションコイル１０４の一次コイルに直列接続されたスイッチ素子等を備えている。
この駆動回路１１２は、電源回路１１０から電源供給を受けているとき、外部の例えばＥＣＵ１０２等から点火タイミングを示す点火信号を入力すると、この点火信号に応じて前述のスイッチ素子が動作して一次電流の導通・遮断を行う。
上記の一次電流の導通・遮断により、当該イグニションコイル１０４の二次コイルに高電圧が発生する。この高電圧が印加された放電電極１０５に放電火花が発生し、例えば内燃機関の燃焼行程が行われる。
【０００６】
また、イグナイタに備えた変圧電源部（電源回路に相当）によって所定電圧を生成し、この電圧を用いてＣＰＵを動作させ、当該ＣＰＵの出力信号によってスイッチング素子を駆動して１次コイルに流れる１次電流の導通・遮断を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
これらの点火装置は、バッテリ等の出力電圧を直接イグニションコイルに印加し、高電圧を誘起している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３２０９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の点火装置には、前述のようにイグナイタに電源回路を備え、バッテリ等から供給された電圧を、当該イグナイタの各回路で用いる電圧に変換するものがあり、例えば、イグニションコイルの一次電流を導通・遮断するスイッチ素子の駆動電圧などに変換している。
そのため、バッテリ等から供給される電圧が大きくなると、イグナイタの電源回路において変換する電位差が大きくなり、上記の電源回路の負担が増大する。このような電圧変換に対応して構成すると、当該電源回路もしくはイグナイタの大型化が避けられなかった。
【０００９】
本発明は上記問題点を鑑みなされたもので、様々な電源電圧に対応して点火エネルギを制御することが可能な点火装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る点火装置は、燃焼室内の混合気に放電火花を用いて点火する点火装置であって、直流電力を供給するバッテリと、前記バッテリの出力電圧を任意の電圧に変換する電圧変換手段と、前記電圧変換手段の出力電圧または前記バッテリの出力電圧が印加される一次コイル、および、前記一次コイルに一次電流が流れることによって高電圧を発生する二次コイルを有するイグニションコイルと、電源電力の供給を受けることなく、入力したパルス信号電圧を用いて動作するイグナイタと、前記イグナイタおよび前記電圧変換手段の動作を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記混合気の燃焼が良好になる高電圧を前記二次コイルに発生させるように前記電圧変換手段の出力電圧を制御し、点火時期を示すパルス信号電圧を前記イグナイタへ出力して前記一次電流の導通・遮断を行わせ、前記二次コイルに発生した高電圧を前記燃焼室内に設置された放電電極に印加して所望の点火エネルギを有する放電火花を発生させることを特徴とする。
【００１１】
また、前記制御手段は、前記電圧変換手段を制御して、前記燃焼室内の混合気が安定して燃焼するときには前記バッテリの出力電圧を前記一次コイルへ供給し、前記燃焼室内の混合気の着火性ならびに燃焼効率が低くなるときには前記バッテリの出力電圧を昇圧させて前記一次コイルへ供給し、前記放電電極に発生させる放電火花の点火エネルギを制御することを特徴とする。
【００１２】
また、前記制御手段は、前記電圧変換手段を制御して、前記バッテリの出力電圧を前記イグニションコイルの定格電圧範囲内に降圧させ、さらに前記燃焼室を備えた内燃機関の動作状態に応じて前記電圧変換手段の出力電圧を調整して前記放電電極に発生させる放電火花の点火エネルギを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、様々な電源電圧に対応してイグニションコイルに所望の高電圧を発生させることができ、また、点火エネルギを制御することができる。また、イグナイタに電源回路を備える必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例による点火装置の概略構成図である。
【図２】従来の点火装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の一形態を、図を参照して具体的に説明する。
（実施例）
図１は、本発明の実施例による点火装置の概略構成図である。図示した点火装置は、直流電圧を供給するバッテリ１１、内燃機関等の動作制御を行うＥＣＵ１２（制御手段）、電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ１３（電圧変換手段）を備えている。
また、内燃機関等の燃焼行程において用いるイグナイタ１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧またはバッテリ１１の出力電圧（電源電圧）を用いて高電圧（放電電圧）を発生するイグニションコイル１５を備えている。また、イグニションコイル１５から出力された高電圧により放電火花を発生する放電電極１６を備えている。
【００１６】
バッテリ１１は、例えば、車両に搭載された内燃機関を稼動させる１２［Ｖ］出力の鉛バッテリ、ＨＶ（ハイブリッド車）などに搭載される２００［Ｖ］程度の電圧を出力するニッケル水素バッテリユニット、ＨＶやＥＶ（電気自動車）などに搭載される２００〜４００［Ｖ］程度の電圧を出力するリチウムイオンバッテリユニットなどである。
ＥＣＵ１２は、プロセッサ、メモリなどからなる電子制御ユニットであり、例えば内燃機関の動作を制御するものである。詳しくは、車両等になされた加減速操作や当該車両等に搭載された内燃機関の動作状態、また、内燃機関の燃焼室内の燃焼状態などを、各センサ等（検知手段）を用いて検知し、これらの検知結果から燃焼室内の燃焼状態や内燃機関の運転状態等を認識する。また、これらの状態に対応した制御信号等を出力して、吸気量に応じてインジェクタの燃料噴射量（混合気の濃度）を制御し、また、当該点火装置が放電火花を発生する点火時期、混合気へ点火する際に用いる放電火花の点火エネルギなどを制御する。
【００１７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、バッテリ１１からの直流電圧を入力し、イグニションコイル１５へ供給する所定の直流電圧へ変換するもので、ＥＣＵ１２から出力される制御信号等に応じて出力電圧を変更・調整することができるように構成されている。
イグナイタ１４は、外部から電源電圧の供給を受けることなく動作するように構成されている。換言すると、外部からいずれかの信号を入力することによって回路動作するように構成されており、具体的には、例えばＩＣチップ上に後述する各回路やスイッチ素子などを形成し、小電力で動作するように構成したものである。
【００１８】
イグナイタ１４は、安全回路２１および駆動回路２２を備えている。
安全回路２１は、例えば駆動回路２２やイグニションコイル１５の温度を検知し、過熱を検知したときにはイグニションコイル１５に流れる一次電流を制限するように構成されている。
駆動回路２２は、イグニションコイル１５に流れる一次電流を導通・遮断するスイッチ素子と、このスイッチ素子のスイッチ動作を駆動する回路を含めて構成されている。
スイッチ素子には、例えばＩＧＢＴなどが用いられ、外部から入力した点火信号等に応じてイグニションコイル１５の一次電流を導通・遮断するように配線接続されている。上記のようにＩＧＢＴをスイッチ素子として用いた場合には、ゲート端子へ上記の点火信号等が入力するように回路構成されている。
【００１９】
イグニションコイル１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を印加する一次コイルと、一次コイルに流れる一次電流によって高電圧（放電電圧）を誘起する二次コイルによって構成されている。
例えば、上記一次コイルの一端にはＤＣ／ＤＣコンバータ１３の高電位側出力端子が接続され、一次コイルの他端にはイグナイタ１４の駆動回路２２に含まれているスイッチ素子（例えば、ＩＧＢＴを用いた場合にはコレクタ端子）が接続されている。また、スイッチ素子（ＩＧＢＴ）のエミッタ端子は例えば接地接続され、接地部分を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１３の低電位側出力端子等と接続されている。
換言すると、一次コイルの他端は、当該スイッチ素子を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１３の低電位側出力端子と電気的に接続されており、一次コイルとスイッチ素子は直列接続されている。なお、当該一次コイルの抵抗値は一定である。
イグニションコイル１５の二次コイルは、誘起した高電圧を例えば点火プラグ等の放電電極１６へ印加するように、電気接続されている。なお、放電電極１６は、内燃機関の燃焼室内に設置固定されている。
【００２０】
次に動作について説明する。
内燃機関等を稼動させるとき、ＥＣＵ１２はＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御して所望の直流電圧を生成させる。ここでＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧は、イグニションコイル１５の定格範囲内の電圧である。
ＥＣＵ１２から有意を示す点火信号が出力されていないとき、具体的には、イグナイタ１４へ入力している点火信号が例えば０［Ｖ］レベルとなっているときには、イグナイタ１４の各回路は動作していない。そのため、駆動回路２２のスイッチ素子はオープン状態、即ちイグニションコイル１５の一次電流を遮断する状態となっている。
【００２１】
上記の点火信号は、点火時期を示すパルス信号である。この点火信号が有意を示す例えば５［Ｖ］レベルとなったとき、駆動回路２２はこの信号電圧を用いて上記のスイッチ素子を導通状態とし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３から電圧供給を受けているイグニションコイル１５の一次コイルに一次電流を導通させる。
上記のように５［Ｖ］レベルの点火信号が入力されているとき、安全回路２１は、この信号電圧を用いて動作し、駆動回路２２などの過熱検知ならびに保護を行う。
このとき、イグニションコイル１５（一次コイル）にはＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧に応じた大きさの一次電流が流れる。
【００２２】
ＥＣＵ１２から出力されている点火信号が、有意を示す５［Ｖ］レベルから０［Ｖ］レベルへ遷移すると、駆動回路２２のスイッチ素子は前述の一次電流を遮断する。
一次電流が遮断されたイグニションコイル１５は、一次電流の導通時に蓄積したエネルギによって二次コイルに高電圧を誘起する。
このとき発生する高電圧は、上記の一次電流の値に応じた大きさを有する。イグニションコイル１５が発生した高電圧は放電電極１６に印加され、当該電極間に放電火花を発生して燃焼室内の混合気に点火する。
ＥＣＵ１２は、点火動作を制御するとき、例えば、前述のように検知した燃焼状態、また、吸気ならびに燃料噴射に関して行う制御（例えばＥＧＲなどの制御）に応じて、点火時期やＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧、即ちイグニションコイル１５へ供給する駆動電圧を調整する。
【００２３】
例えば、排出ガス規制値を満足するためにＥＧＲ量を多くする場合、燃費を良好にするために希薄な混合気を用いる場合、また、車両を発進・加速させる場合などには、燃焼室内に吸入された混合気は燃焼効率や着火性が低下し、良好に点火・燃焼させることが難しくなる。
ＥＣＵ１２は、上記のように着火性や燃焼効率が低くなる場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を上昇させる。即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御して、バッテリ１１から入力した電圧を昇圧させてイグニションコイル１５へ供給し、当該イグニションコイル１５に流れる一次電流を増大させる。
このようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電圧変換動作（昇圧動作）を制御することにより、イグニションコイル１５が発生する高電圧を大きくし、着火や燃焼効率が良好になるように点火エネルギを増大させる。
【００２４】
また、内燃機関が一定の回転数で運転する場合や、理想空燃比で稼動させる場合などのように比較的燃焼が安定している場合（燃焼効率の良好な場合）や、エンジンブレーキを作用させるときのように大きなトルクを発生させる必要が無い場合には、ＥＣＵ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御して電圧変換動作を停止する。即ち、バッテリ１１の出力電圧を昇圧することなく、そのままイグニションコイル１５へ供給するようにしてもよい。
【００２５】
バッテリ１１の出力電圧が例えば数百［Ｖ］であり、イグニションコイル１５（一次コイル）の定格電圧よりも高い場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、バッテリ１１の出力電圧を降圧してイグニションコイル１５へ供給する。ここで、上記の降圧した電圧はイグニションコイル１５の定格電圧範囲内の大きさである。
上記のようにバッテリ１１の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１３によって降圧する場合（降圧動作）においても、前述のように燃焼室内の混合気が、着火性や燃焼効率の低いものとなっている場合には、このような混合気を良好に燃焼させることが可能な点火エネルギの高電圧をイグニションコイル１５が発生するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を高める調整を行う。
また、燃焼が安定する動作状態においては、当該燃焼の安定を維持できる範囲内で、降圧動作を行うＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を低くする調整を行うようにしてもよい。
【００２６】
以上のように本実施例によれば、バッテリ１１の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御して昇圧するようにしたので、イグニションコイル１５が発生する高電圧のエネルギを増大させることができ、混合気の着火性や燃焼効率が低い場合でも確実に点火・燃焼させることが可能になる。
また、大きな点火エネルギが必要なときにＤＣ／ＤＣコンバータ１３に昇圧動作を行わせ、大きな点火エネルギが必要ではないときには昇圧動作を停止して、イグニションコイル１５に高電圧を発生させるようにしたので、電力消費を抑制して効率の良い点火動作を行うことができ、点火エネルギを適切に制御することができる。
【００２７】
また、外部から電源電力の供給を受けずに動作するイグナイタ１４を備えたので、イグニションコイル１５へ供給する電圧を調整することにより、バッテリ１１の出力電圧等が変動した場合でも、この電圧変動の影響を受けずに点火動作を行うことが可能になり、また、イグナイタ１４の小型化を容易に図ることができる。
また、高い電圧を出力するバッテリ１１を用いるときには、バッテリ１１の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１３によって降圧し、イグニションコイル１５へ供給することもできる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が降圧動作を行う場合でも、十分な点火エネルギの高電圧を発生するように制御することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、電源電力の供給を必要としないイグナイタを用いることにより、イグニションコイルの一次側へ供給する電圧を所望の大きさに制御することが可能になる。また、バッテリ等の電圧変動に影響されずに点火動作を行うことができ、点火エネルギを増大させ、且つ、制御することが可能になる。また、車載用バッテリ電圧の多様化ならびに高電圧化に対しても対応可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１１，１０１バッテリ
１２，１０２ＥＣＵ
１３ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４，１０３イグナイタ
１５，１０４イグニションコイル
１６，１０５放電電極
２１，１１１安全回路
２２，１１２駆動回路
１１０電源回路
【図１】
2016020666.tif 000003
【図２】
2016020666.tif 000004