(57)【要約】【課題】消費電力が少なく、点火プラグのくすぶりを解決することができ、混合気への着火性を向上させることのできる内燃機関用点火コイルシステムを提供する。【解決手段】点火プラグ４１のくすぶりを解消する二次電圧を出力する第１二次コイル２１と、第１二次コイル２１を動作させる第１二次コイル駆動回路２６と、点火プラグ４１の混合気への着火性を向上させる二次電圧を出力する第２二次コイル３１と、第２二次コイル３１を動作させる第２二次コイル駆動回路３６と、点火プラグ４１の状態を判定する状態判定手段６１と、状態判定手段６１が、点火プラグ４１がくすぶり状態であると判定した場合、エンジン制御装置５１からの点火制御信号Ｓを第１二次コイル駆動回路２６へ供給し、点火プラグ４１の混合気への着火性が悪い状態であると判定した場合、エンジン制御装置５１からの点火制御信号Ｓを第２二次コイル駆動回路３６へ供給する点火制御信号供給先選択手段７１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の立ち上がり時間が速く、放電電流が大きくて放電時間の短い二次電圧を出力する第１二次コイルと、
この第１二次コイルを動作させる第１二次コイル駆動回路と、
前記第１二次コイルと並列に接続され、電圧の立ち上がり時間が遅く、放電電流が小さくて放電時間の長い二次電圧を出力する第２二次コイルと、
この第２二次コイルを動作させる第２二次コイル駆動回路と、
種々の条件に基づいて点火プラグの状態を判定する状態判定手段と、
この状態判定手段が、前記点火プラグがくすぶり状態であると判定した場合、エンジン制御装置からの点火制御信号を前記第１二次コイル駆動回路へ供給し、前記状態判定手段が、前記点火プラグの混合気への着火性が悪い状態であると判定した場合、前記エンジン制御装置からの点火制御信号を前記第２二次コイル駆動回路へ供給する点火制御信号供給先選択手段とを備える、
ことを特徴とする内燃機関用点火コイルシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用点火コイルシステムにおいて、
前記状態判定手段が、前記点火プラグがくすぶり状態で、かつ、前記点火プラグの混合気への着火性が悪い状態であると判定した場合、前記点火制御信号供給先選択手段は、前記エンジン制御装置からの点火制御信号を前記第１二次コイル駆動回路および前記第２二次コイル駆動回路へ供給する、
ことを特徴とする内燃機関用点火コイルシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関用点火コイルシステムにおいて、
前記状態判定手段が、前記点火プラグがくすぶり状態で、かつ、前記点火プラグの混合気への着火性が悪い状態であると判定した場合、前記点火制御信号供給先選択手段は、前記エンジン制御装置からの点火制御信号を前記第１二次コイル駆動回路と前記第２二次コイル駆動回路との一方へ供給した所定時間後、前記第１二次コイル駆動回路と前記第２二次コイル駆動回路との他方へも点火制御信号を供給する、
ことを特徴とする内燃機関用点火コイルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車のエンジンなどの内燃機関の点火プラグに、火花放電を発生させるための高電圧を供給する内燃機関用点火コイルシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンに対する要求として、環境問題を考慮して排気ガスの低減、燃費向上などがある。
この要求を解決する対策として、排気還流（ＥＧＲ）を増加させたり、直噴エンジンへの移行が予測されている。
このように、ＥＧＲを増加させれば、混合気への着火性が悪くなるため、放電時間の長い内燃機関用点火コイルが必要になる。
また、直噴エンジンの場合、点火プラグのくすぶり（点火プラグの発火部にカーボンが付着すること）が激しく、失火を起こすため、二次電圧の立ち上がり時間が速く、放電電流の大きな内燃機関用点火コイルが必要になる。
【０００３】
そこで、エンジンへの要求に応えるべく、一次コイルに対する二次コイルの巻数比を検討し、その巻数となるように二次コイルを巻いている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０４３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、放電時間を長くする場合、二次コイルの巻数を多く（大きく）する必要があるので、二次コイルの巻数を多くすると、二次電圧の立ち上がり時間が遅くなり、点火プラグのくすぶりを解決することができなくなる。
また、二次電圧の立ち上がり時間を速くする場合、二次コイルの巻数を少なく（小さく）する必要があるので、二次コイルの巻数を少なくすると、放電時間が短くなり、混合気への着火性を向上させる（解決する）ことができなくなる。
【０００６】
そこで、点火プラグのくすぶりを解決するとともに、混合気への着火性を向上させるため、本特許出願人は、一次コイルと二次コイルとを鉄心で磁気的に結合させた内燃機関用点火コイルにおいて、前記二次コイルを、第１分割二次コイルと、第２分割二次コイルとを並列に接続して構成し、前記第１分割二次コイルは、二次電圧の立ち上がり時間が速いが、放電時間が短く、前記第２分割二次コイルは、二次電圧の立ち上がり時間が遅いが、放電時間が長くした内燃機関用点火コイルを提案した（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献２】特願２００７−２３１３１０号
【０００８】
しかしながら、特許文献２のように、二次コイルを第１、第２分割二次コイルに分割すると、一次コイルへの通電、通電を遮断することによって得た入力エネルギーを、第１、第２分割二次コイルへ伝達することとなり、第１、第２分割二次コイルに発生するエネルギーは、従来の一次コイルと二次コイルとが一対の場合に比べて半減する。
したがって、点火プラグのくすぶりに有効な、二次電圧の立ち上がりが速く、大きな放電電流と、混合気の着火性に有効な放電時間の長い二次電圧とが得難くなる。
この問題点を解決するためには、一次コイルへの入力エネルギーを２倍にする必要があり、消費電力が大きくなる。
【０００９】
この発明は、上記したような不都合解消するためになされたもので、消費電力が少なく、点火プラグのくすぶりを解決することができるとともに、混合気への着火性を向上させることのできる内燃機関用点火コイルシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、以下のような発明である。
（１）電圧の立ち上がり時間が速く、放電電流が大きくて放電時間の短い二次電圧を出力する第１二次コイルと、この第１二次コイルを動作させる第１二次コイル駆動回路と、前記第１二次コイルと並列に接続され、電圧の立ち上がり時間が遅く、放電電流が小さくて放電時間の長い二次電圧を出力する第２二次コイルと、この第２二次コイルを動作させる第２二次コイル駆動回路と、種々の条件に基づいて点火プラグの状態を判定する状態判定手段と、この状態判定手段が、前記点火プラグがくすぶり状態であると判定した場合、エンジン制御装置からの点火制御信号を前記第１二次コイル駆動回路へ供給し、前記状態判定手段が、前記点火プラグの混合気への着火性が悪い状態であると判定した場合、前記エンジン制御装置からの点火制御信号を前記第２二次コイル駆動回路へ供給する点火制御信号供給先選択手段とを備えることを特徴とする内燃機関用点火コイルシステムである。
（２）（１）に記載の内燃機関用点火コイルシステムにおいて、前記状態判定手段が、前記点火プラグがくすぶり状態で、かつ、前記点火プラグの混合気への着火性が悪い状態であると判定した場合、前記点火制御信号供給先選択手段は、前記エンジン制御装置からの点火制御信号を前記第１二次コイル駆動回路および前記第２二次コイル駆動回路へ供給することを特徴とする。
（３）（１）に記載の内燃機関用点火コイルシステムにおいて、前記状態判定手段が、前記点火プラグがくすぶり状態で、かつ、前記点火プラグの混合気への着火性が悪い状態であると判定した場合、前記点火制御信号供給先選択手段は、前記エンジン制御装置からの点火制御信号を前記第１二次コイル駆動回路と前記第２二次コイル駆動回路との一方へ供給した所定時間後、前記第１二次コイル駆動回路と前記第２二次コイル駆動回路との他方へも点火制御信号を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、点火プラグがくすぶり状態のときは、電圧の立ち上がり時間が速く、放電電流が大きくて放電時間の短い二次電圧を点火プラグへ出力する第１二次コイルのみを動作させ、点火プラグの混合気への着火性が悪い状態のときは、電圧の立ち上がり時間が遅く、放電電流が小さくて放電時間の長い二次電圧を点火プラグへ出力する第２二次コイルのみを動作させるので、消費電力が少なく、点火プラグのくすぶりを解決することができるとともに、混合気への着火性を向上させることができる。
そして、点火プラグがくすぶり状態で、かつ、点火プラグの混合気への着火性が悪い状態のときは、第１二次コイルおよび第２二次コイルを動作させるので、点火プラグのくすぶりと、混合気への着火性の向上とを同時に解消することができる。
また、点火プラグがくすぶり状態で、かつ、点火プラグの混合気への着火性が悪い状態のときは、第１二次コイルと第２二次コイルとの一方を動作させた所定時間後、第１二次コイルと第２二次コイルとの他方を動作させるので、放電電流の放電時間を長くすることができるとともに、放電電流がとぎれることなくなるため、点火プラグのくすぶりと、混合気への着火性の向上とを同時に解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施例を図に基づいて説明する。
【００１３】
図１はこの発明の一実施例である内燃機関用点火コイルシステムの構成を示す説明図、図２は図１に示した第１二次コイルが出力する二次電圧の一例を示す波形図、図３は図１に示した第２二次コイルが出力する二次電圧の一例を示す波形図、図４は図１に示した第１、第２二次コイルが出力する二次電圧の一例を示す合成波形図である。
【００１４】
図１において、１１は電源としてのバッテリ、２１は第１二次コイル、２４は第１高圧ダイオードを示し、この第１高圧ダイオード２４は、カソードがバッテリ１１の陽極に接続され、アノードが第１二次コイル２１の一端に接続されている。
２６は第１二次コイル２１を動作させる第１二次コイル駆動回路を示し、一端がバッテリ１１の陽極に接続された、例えば、第１二次コイル２１と同心筒状の第１一次コイル２７と、この第１一次コイル２７と第１二次コイル２１とを磁気的に結合させる第１鉄心２８と、コレクタが第１一次コイル２７の他端に接続され、エミッタがアースに接続された第１スイッチング素子としての第１パワートランジスタ２９とで構成されている。
そして、第１二次コイル２１は、電圧の立ち上がり時間が速く、放電電流が大きくて放電時間の短い二次電圧を後述する点火プラグ４１へ出力（供給）するため、第１一次コイル２７の巻数の５０倍以上〜１００倍以下の、例えば、１００倍の巻数とされている。
なお、第１二次コイル２１の巻数を、第１一次コイル２７の巻数の５０倍未満にすると、二次電圧の立ち上がり時間が速くなるものの、放電時間が短くなり過ぎることにより、着火性を確保することができなくなる恐れがある。
そこで、二次電圧の立ち上がり時間を速くするとともに、着火性を確保するためには、第１二次コイル２１の巻数を、第１一次コイル２７の６０倍以上にするのが好ましい。
【００１５】
３１は第２二次コイル、３４は第２高圧ダイオードを示し、この第２高圧ダイオード３４は、カソードがバッテリ１１の陽極に接続され、アノードが第２二次コイル３１の一端に接続されている。
３６は第２二次コイル３１を動作させる第２二次コイル駆動回路を示し、一端がバッテリ１１の陽極に接続された、例えば、第２二次コイル３１と同心筒状の第２一次コイル３７と、この第２一次コイル３７と第２二次コイル３１とを磁気的に結合させる第２鉄心３８と、コレクタが第２一次コイル３７の他端に接続され、エミッタがアースに接続された第２スイッチング素子としての第２パワートランジスタ３９とで構成されている。
そして、第２二次コイル３１は、電圧の立ち上がり時間が遅いが、放電時間が長い二次電圧を点火プラグ４１へ出力（供給）するため、第２一次コイル３７の巻数の１５０倍以上〜１７０倍以下の、例えば、１５０倍の巻数とされている。
なお、第２二次コイル３１の巻数が、第２一次コイル３７の巻数の１７０倍を超えると、放電時間は長くなるが、巻数が増加するために電線量が増加し、かつ、電線を巻き付ける巻線時間が長くなることによってコストが上昇するとともに、大型化する。
そこで、コスト上昇を抑えるとともに、大型化を回避するためには、第２二次コイル３１の巻数を、第２一次コイル３７の１６０倍以下にするのが好ましい。
【００１６】
４１は、例えば、自動車のエンジンなどの内燃機関の点火プラグを示し、頂部電極および中心電極が第１二次コイル２１の他端と第２二次コイル３１の他端とに接続され、中心電極とギャップを持って対向する電極はアースに接続されている。
【００１７】
５１はエンジン制御装置（ＥＣＵ）を示し、点火プラグ４１に火花放電を発生させる高電圧を供給するための点火制御信号Ｓを出力するものである。
【００１８】
６１は状態判定回路（状態判定手段）を示し、エンジンの回転数、出力トルク、空燃比、排気還流率（ＥＧＲ率）、気温、ラジエータの水温、エンジンオイルの温度（油温）などの種々の条件に基づいて点火プラグ４１の状態、すなわち、点火プラグ４１がくすぶり状態である否か、点火プラグ４１の混合気への着火性の良し悪しを判定するものである。
【００１９】
７１は点火制御信号供給先選択回路（点火制御信号供給先選択手段）を示し、状態判定回路６１の判定結果に基づき、エンジン制御装置５１からの点火制御信号Ｓを、後述するように、第１二次コイル駆動回路２６を構成する第１パワートランジスタ２９のベースと、第２二次コイル駆動回路３６を構成する第２パワートランジスタ３９のベースとの少なくとも一方へ供給（出力）するものである。
【００２０】
次に、動作について説明する。
まず、種々の条件に基づいて状態判定回路６１が、点火プラグ４１がくすぶり状態であると判定すると、点火制御信号供給先選択回路７１は、エンジン制御装置５１からの点火制御信号Ｓを、第１二次コイル駆動回路２６を構成する第１パワートランジスタ２９のベースへ出力する。
そして、点火制御信号Ｓの供給された第１パワートランジスタ２９は導通した後に非導通になるので、動作した第１二次コイル２１は、図２に示すように、電圧の立ち上がり時間が速く、放電電流が大きくて放電時間の短い二次電圧を点火プラグ４１へ出力する。
このように、点火プラグ４１に図２に示す二次電圧が供給されると、点火プラグ４１のくすぶりが解決され、点火プラグ４１は正常な点火状態になる。
【００２１】
次に、種々の条件に基づいて状態判定手段６１が、点火プラグ４１の混合気への着火性が悪い状態であると判定すると、点火制御信号供給先選択回路７１は、エンジン制御装置５１からの点火制御信号Ｓを、第２二次コイル駆動回路３６を構成する第２パワートランジスタ３９のベースへ出力する。
そして、点火制御信号Ｓの供給された第２パワートランジスタ３９は導通した後に非導通になるので、動作した第２二次コイル３１は、図３に示すように、電圧の立ち上がり時間が遅く、放電電流が小さくて放電時間の長い二次電圧を点火プラグ４１へ出力する。
このように、点火プラグ４１に図３に示す二次電圧が供給されると、点火プラグ４１の混合気への着火性を向上させることができる。
【００２２】
次に、種々の条件に基づいて状態判定手段６１が、点火プラグ４１がくすぶり状態で、かつ、点火プラグ４１の混合気への着火性が悪い状態であると判定すると、点火制御信号供給先選択回路７１は、エンジン制御装置５１からの点火制御信号Ｓを、第１パワートランジスタ２９および第２パワートランジスタ３９のベースへ同時に出力する。
そして、点火制御信号Ｓの供給された第１、第２パワートランジスタ２９，３９は導通した後に非導通になるので、動作した第１、第２二次コイル２１，３１が出力する二次電圧は、図４に示すように、図２に示す二次電圧と図３に示す二次電圧とを合成したものとなる。
図４に示す二次電圧が点火プラグ４１に供給されると、点火プラグ４１のくすぶりが解決されるとともに、混合気への着火性を向上させることができる。
【００２３】
次に、種々の条件に基づいて状態判定手段６１が、点火プラグ４１がくすぶり状態でなく、かつ、点火プラグ４１の混合気への着火性が良い状態、すなわち、正常な点火状態であると判定すると、点火制御信号供給先選択回路７１は、エンジン制御装置５１からの点火制御信号Ｓを、第１パワートランジスタ２９のベースと第２パワートランジスタ３９のベースとの一方、例えば、第１パワートランジスタ２９へ出力する。
そして、点火制御信号Ｓの供給された第１パワートランジスタ２９は導通した後に非導通になるので、動作した第１二次コイル２１は、図２に示す二次電圧を点火プラグ４１へ出力する。
このように、点火プラグ４１に図２に示す二次電圧が供給されると、点火プラグ４１は混合気を正常に燃焼させる。
【００２４】
上述したように、この発明の一実施例によれば、点火プラグ４１がくすぶり状態のときは、電圧の立ち上がり時間が速く、放電電流が大きくて放電時間の短い二次電圧を点火プラグ４１へ出力する第１二次コイル２１のみを動作させ、点火プラグ４１の混合気への着火性が悪い状態のときは、電圧の立ち上がり時間が遅く、放電電流が小さくて放電時間の長い二次電圧を点火プラグ４１へ出力する第２二次コイル３１のみを動作させるので、消費電力が少なく、点火プラグ４１のくすぶりを解決することができるとともに、混合気への着火性を向上させることができる。
そして、点火プラグ４１がくすぶり状態で、かつ、点火プラグ４１の混合気への着火性が悪い状態のときは、第１二次コイル２１および第２二次コイル３１を動作させるので、点火プラグのくすぶりと、混合気への着火性の向上とを同時に解消することができる。
【００２５】
図５は図１に示した第１、第２二次コイルが出力する二次電圧の他の例を示す合成波形図である。
【００２６】
次に、この発明の他の実施例の動作を、図１〜図３および図５を用いて説明する。
なお、種々の条件に基づいて状態判定回路６１が、点火プラグ４１がくすぶり状態であると判定した場合、点火プラグ４１の混合気への着火性が悪い状態であると判定した場合、および、点火プラグ４１がくすぶり状態でなく、かつ、点火プラグ４１の混合気への着火性が良い状態、すなわち、正常な点火状態であると判定した場合は、先の説明と同様になるので、その説明を省略する。
【００２７】
そして、種々の条件に基づいて状態判定手段６１が、点火プラグ４１がくすぶり状態で、かつ、点火プラグ４１の混合気への着火性が悪い状態であると判定すると、点火制御信号供給先選択回路７１は、エンジン制御装置５１からの点火制御信号Ｓを、第１パワートランジスタ２９のベースと第２パワートランジスタ３９のベースとの一方、例えば、第１パワートランジスタ２９のベースへ出力した所定時間Ｔ後（図２の二次電圧の波形に図３の二次電圧の波形を重畳させることのできる時間、例えば、０．１ｍｓ〜１ｍｓの後、より好ましくは０．３ｍｓ〜０．７ｍｓの後）、第１パワートランジスタ２９のベースと第２パワートランジスタ３９のベースとの他方である第２パワートランジスタ３９のベースへも点火制御信号Ｓを出力する。
そして、点火制御信号Ｓの供給された第１、第２パワートランジスタ２９，３９は導通した後に非導通になるので、動作した第１、第２二次コイル２１，３１は、図５に示すように、図２に示す二次電圧に、図３に示す二次電圧を所定時間Ｔ遅らせて合成した二次電圧を点火プラグ４１へ出力する。
このように、点火プラグ４１に図５に示す二次電圧が供給されると、放電電流の放電時間を長くすることができるとともに、放電電流がとぎれることなくなるため、点火プラグ４１のくすぶりが解決されるとともに、混合気への着火性を向上させることができる。
【００２８】
この発明の他の実施例においても、先の実施例と同様な効果を得ることができる。
【００２９】
上記した実施例では、種々の条件に基づいて状態判定手段６１が、点火プラグ４１がくすぶり状態でなく、かつ、点火プラグ４１の混合気への着火性が良い状態、すなわち、正常な点火状態であると判定した場合、第１二次コイル２１を動作させる例をし示したが、第２二次コイル３１を動作させても、または、実験で得られたより多くの条件をカバーできる二次コイルを動作させても、同様な効果を得ることができる。
また、エンジン制御装置５１からの点火制御信号Ｓを第１パワートランジスタ２９のベースへ出力した所定時間Ｔ後、第２パワートランジスタ３９のベースへも点火制御信号Ｓを出力する例を示したが、エンジン制御装置５１からの点火制御信号Ｓを第２パワートランジスタ３９のベースへ出力した所定時間Ｔ後、第１パワートランジスタ２９のベースへも点火制御信号Ｓを出力しても、同様の効果を得ることができる。
また、第１二次コイル２１の巻数を第１一次コイル２７の巻数の５０倍以上１００倍以下にし、第２二次コイル３１の巻数を第２一次コイル３７の巻数の１５０倍以上１７０倍以下にした例を示したが、第１二次コイル２１の巻数を第１一次コイル２７の巻数の５０倍以上１００倍以下にし、第２二次コイル３１の巻数を第２一次コイル３７の巻数の１００倍以上１７０倍以下にするとともに、第１二次コイル２１の巻数と第２二次コイル３１の巻数との差（第１一次コイル２７の巻数と第２一次コイル３７の巻数とを同じにした場合）を、一次コイルの巻数の２０倍以上１２０倍未満にしても、同様な効果を得ることができ、また、第１二次コイル２１の巻数と第２二次コイル３１の巻数との差（第１一次コイル２７の巻数と第２一次コイル３７の巻数とを同じにした場合）を、一次コイルの巻数の３０倍以上１２０倍未満にすることにより、所期の効果を確実に得ることができる。
また、第１高圧ダイオード２４（第２高圧ダイオード３４）をバッテリ１１と第１二次コイル２１（第２二次コイル３１）との間に配置した例を示したが、高圧ダイオードを第１二次コイル（第２二次コイル）と点火プラグとの間に配置したり、高圧ダイオードを第１二次コイル（第２二次コイル）とアースとの間に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の一実施例である内燃機関用点火コイルシステムの構成を示す説明図である。
【図２】図１に示した第１二次コイルが出力する二次電圧の一例を示す波形図である。
【図３】図１に示した第２二次コイルが出力する二次電圧の一例を示す波形図である。
【図４】図１に示した第１、第２二次コイルが出力する二次電圧の一例を示す合成波形図である。
【図５】図１に示した第１、第２二次コイルが出力する二次電圧の他の例を示す合成波形図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  バッテリ（電源）
２１  第１二次コイル
２４  第１高圧ダイオード
２６  第１二次コイル駆動回路
２７  第１一次コイル
２８  第１鉄心
２９  第１パワートランジスタ（第１スイッチング素子）
３１  第２二次コイル
３４  第２高圧ダイオード
３６  第２二次コイル駆動回路
３７  第２一次コイル
３８  第２鉄心
３９  第２パワートランジスタ（第２スイッチング素子）
４１  点火プラグ
５１  エンジン制御装置（ＥＣＵ）
６１  状態判定回路（状態判定手段）
７１  点火制御信号供給先選択回路（点火制御信号供給先選択手段）
Ｓ    点火制御信号
Ｔ    所定時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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