(57)【要約】  点火プラグの着火性を向上させる自動制御機能を、大型化・高コスト化させずに搭載できる内燃機関用点火装置を提供する。  主点火コイル１１１ａの通電遮断後の磁束変化を、副一次コイル１１１ｂへの通電により発生させる重畳磁束で増加させ、二次コイル１１２に与える放電エネルギーを高める内燃機関用点火装置１に、重畳電流Ｉ１ｂの流量を制御できる重畳スイッチ１４と、着火性向上に好適な流量の重畳電流Ｉ１ｂとなるように重畳スイッチ１４へ指示する重畳制御手段１５を設ける。
2020121375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火制御手段からの点火信号のオン・オフによって点火コイルへの通電制御を行うことで、点火コイルの二次側に放電エネルギーを与えて点火プラグに火花放電を起こさせる内燃機関用点火装置において、
前記点火コイルは、点火信号がオンで行われる主一次電流の通電により順方向の磁束量が増加し、点火信号がオフになって主一次電流を遮断することにより順方向の磁束量が減少する主一次コイルと、該主一次コイルに対する通電遮断以降の放電期間内に重畳電流を流すことにより、順方向と逆の遮断方向に磁束を発生させる副一次コイルと、一端側が点火プラグと接続され、前記主一次コイルと副一次コイルの磁束変化が作用して放電エネルギーが与えられる二次コイルと、を有し、
前記副一次コイルへの通電・遮断を行うと共に、副一次コイルへの通電量を変えることで、遮断方向の磁束量を変化させる副一次コイル通電手段と、
前記主一次コイルへの通電遮断以降に前記副一次コイル通電手段を動作させ、前記副一次コイルへの重畳電流供給が急激に遮断されないよう前記副一次コイル通電手段による通電量を制御する重畳制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記副一次コイル通電手段は、入力信号に応じて副一次コイルへの通電量を増減させる能動素子であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
前記重畳制御手段は、前記主一次コイルへの通電遮断と同時に前記副一次コイル通電手段を動作させて前記副一次コイルへの重畳電流供給を開始させ、重畳電流を所要値に保持する能動信号を前記副一次コイル通電手段へ送って能動動作させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項４】
前記重畳制御手段は、前記主一次コイルへの通電遮断と同時に前記副一次コイル通電手段を動作させて前記副一次コイルへの重畳電流供給を開始させ、時間経過に伴って重畳電流を増加させる能動信号を前記副一次コイル通電手段へ送って能動動作させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項５】
前記重畳制御手段は、点火信号のオンで電荷をショートし、点火信号がオフとなった放電開始と共に充電を開始するコンデンサを備え、充電開始後におけるコンデンサの電荷蓄積状態を指標として、時間経過に伴う重畳電流の増加制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項６】
前記点火コイルの二次側に流れる二次電流を検出する二次電流検出手段と、
前記二次電流検出手段の検出値が所定の重畳促進条件を満たすことに基づいて、前記重畳制御手段による重畳電流の増加を促進させる重畳促進手段と、
を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項７】
前記重畳促進手段は、前記二次電流検出手段により検出された二次電流検出値と、二次電流を維持するために重畳電流の増加を促進する指標として予め定めた増加促進基準値とを対比し、検出された二次電流値が増加促進基準値を越えないことを重畳促進条件として用いることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項８】
前記主一次コイルと前記主一次コイル通電スイッチ手段との接点の電圧を検出する一次コイル電圧検出手段と、
前記一次コイル電圧検出手段により検出された一次コイル電圧値が、前記点火プラグ内の放電状況に対応させて定めた一次コイル電圧判定基準値に達したか否かで重畳抑制条件の成否を判定する重畳抑制条件判定手段と、
を備え、
前記重畳制御手段は、前記主一次コイルへの通電遮断と同時に前記副一次コイル通電手段を動作させて前記副一次コイルへの重畳電流供給を開始させ、前記重畳抑制条件判定手段により重畳抑制条件の成立が判定されたときには、前記重畳電流を抑制する能動信号を前記副一次コイル通電手段へ送って能動動作させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車両に搭載される内燃機関用の点火装置に関し、特に、複数の一次コイルを使用して点火プラグに放電を起こす内燃機関用点火装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両搭載の内燃機関として、燃費改善のために直噴エンジンや高ＥＧＲエンジンが採用されているが、これらのエンジンは着火性があまり良くないため、点火装置には高エネルギー型のものが必要になる。そこで、古典的な電流遮断原理により点火コイル一次側から点火コイル二次側に放電エネルギーを与えることに加え、もう一つの一次コイルに通電して二次側へ与えるエネルギーを重畳的に高める重ね放電型点火装置を、本件発明者は提案している。（例えば、特許文献１を参照）。【０００３】
特許文献１に記載の点火装置は、点火コイルの一次電流を遮断することで二次側に発生する数Ｋｖの高圧電圧により、点火プラグの放電間隙に絶縁破壊を起こし、点火コイルの二次側に放電電流を流し始めた後に、もう一つの一次コイルに一次電流を流す。もう一つの一次コイルへの通電で生じる磁束の向きは、一次コイルの通電遮断で磁束が減少する向きと同じである。このため、通電遮断による一次コイルの磁束変化と、もう一つの一次コイルへの通電による発生磁束が、二次コイルに作用することとなる。すなわち、二次コイルには、通常の一次電流遮断による磁束変化よりも大きな磁束変化が作用するので、二次側に発生する磁束を加速させ、二次電流を重畳できる。事実、重ね放電型の点火装置によると、点火プラグに比較的大きな放電エネルギーを得ることができるため、燃料への着火性が向上し、ひいては燃費も向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】国際公開第２０１６／１５７５４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された重ね放電型点火装置は、もう一つの一次コイルへの通電量や通電時間を変えることで、二次側へ与える重畳エネルギーを調整できるものの、その調整を自動的に行う機能を備えていない。例えば、もう一つの一次コイルに流れる電流をフィードバック制御により希望の電流が流れるように調整すれば、もう一つの一次コイルへの通電制御を自動的に最適化できる。また、二次電流の状態によって、もう一つの一次コイルに流れる電流を増加させたり、逆に減少させたりして、二次電流を好適に保つ様にフィードバック制御を行うことでも、もう一つの一次コイルへの通電制御を自動的に最適化できる。【０００６】
しかしながら、このような自動制御の機能を内燃機関用点火装置へ実装する場合、制御ユニットが大型化したり、装置自体が高コスト化したりという問題が生じる。制御ユニットが大型化してしまうと、狭小な車両内での搭載場所を別途確保する必要が生じてしまうので、車体の設計から見直さなければならない場合もある。また、制御ユニットが高コストになってしまうと、それだけ車両価格を上げなければならず、市場競争力を担保できない可能性もある。【０００７】
一方、もう一つの一次コイルに流れる電流を半導体スイッチ素子のスイッチング動作でＯＮ/ＯＦＦ制御してやれば、制御部を簡素化でき、コスト抑制の効果も期待できる。しかしながら、高電圧対応の半導体スイッチ素子で高速にスイッチング動作を行うと、スイッチＯＦＦ時に２つの一次コイルに流れる電流が急激に変化する事で、大きなノイズを発生させてしまう。このため、もう一つの一次コイルに流れる電流の変化を緩やかにするなど、ノイズ低減機能が必要となり、結果として制御回路全体が大きくなってしまうという問題が生ずる。【０００８】
そこで、本発明は、点火プラグに発生した火花放電による着火性を必要十分に向上させ、ノイズの発生も抑制できる自動制御機能を、大型化・高コスト化させずに搭載できる内燃機関用点火装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、内燃機関用点火装置は、点火制御手段からの点火信号のオン・オフによって点火コイルへの通電制御を行うことで、点火コイルの二次側に放電エネルギーを与えて点火プラグに火花放電を起こさせる内燃機関用点火装置において、前記点火コイルは、点火信号がオンで行われる主一次電流の通電により順方向の磁束量が増加し、点火信号がオフになって主一次電流を遮断することにより順方向の磁束量が減少する主一次コイルと、該主一次コイルに対する通電遮断以降の放電期間内に重畳電流を流すことにより、順方向と逆の遮断方向に磁束を発生させる副一次コイルと、一端側が点火プラグと接続され、前記主一次コイルと副一次コイルの磁束変化が作用して放電エネルギーが与えられる二次コイルと、を有し、前記副一次コイルへの通電・遮断を行うと共に、副一次コイルへの通電量を変えることで、遮断方向の磁束量を変化させる副一次コイル通電手段と、前記主一次コイルへの通電遮断以降に前記副一次コイル通電手段を動作させ、前記副一次コイルへの重畳電流供給が急激に遮断されないよう前記副一次コイル通電手段による通電量を制御する重畳制御手段と、を備えることを特徴とする。【００１０】
また、上記の内燃機関用点火装置において、前記副一次コイル通電手段は、入力信号に応じて副一次コイルへの通電量を増減させる能動素子であることを特徴とする。【００１１】
また、上記の内燃機関用点火装置において、前記重畳制御手段は、前記主一次コイルへの通電遮断と同時に前記副一次コイル通電手段を動作させて前記副一次コイルへの重畳電流供給を開始させ、重畳電流を所要値に保持する能動信号を前記副一次コイル通電手段へ送って能動動作させることを特徴とする。【００１２】
また、上記の内燃機関用点火装置において、前記重畳制御手段は、前記主一次コイルへの通電遮断と同時に前記副一次コイル通電手段を動作させて前記副一次コイルへの重畳電流供給を開始させ、時間経過に伴って重畳電流を増加させる能動信号を前記副一次コイル通電手段へ送って能動動作させることを特徴とする。【００１３】
また、上記の内燃機関用点火装置において、前記重畳制御手段は、点火信号のオンで電荷をショートし、点火信号がオフとなった放電開始と共に充電を開始するコンデンサを備え、充電開始後におけるコンデンサの電荷蓄積状態を指標として、時間経過に伴う重畳電流の増加制御を行うことを特徴とする。【００１４】
また、上記の内燃機関用点火装置において、前記点火コイルの二次側に流れる二次電流を検出する二次電流検出手段と、前記二次電流検出手段の検出値が所定の重畳促進条件を満たすことに基づいて、前記重畳制御手段による重畳電流の増加を促進させる重畳促進手段と、を備えることを特徴とする。【００１５】
また、上記の内燃機関用点火装置において、前記重畳促進手段は、前記二次電流検出手段により検出された二次電流検出値と、二次電流を維持するために重畳電流の増加を促進する指標として予め定めた増加促進基準値とを対比し、検出された二次電流値が増加促進基準値を越えないことを重畳促進条件として用いることを特徴とする。【００１６】
また、上記の内燃機関用点火装置において、前記主一次コイルと前記主一次コイル通電スイッチ手段との接点の電圧を検出する一次コイル電圧検出手段と、前記一次コイル電圧検出手段により検出された一次コイル電圧値が、前記点火プラグ内の放電状況に対応させて定めた一次コイル電圧判定基準値に達したか否かで重畳抑制条件の成否を判定する重畳抑制条件判定手段と、を備え、前記重畳制御手段は、前記主一次コイルへの通電遮断と同時に前記副一次コイル通電手段を動作させて前記副一次コイルへの重畳電流供給を開始させ、前記重畳抑制条件判定手段により重畳抑制条件の成立が判定されたときには、前記重畳電流を抑制する能動信号を前記副一次コイル通電手段へ送って能動動作させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成の内燃機関用点火装置によれば、重畳制御手段によって、副一次コイルへの重畳電流供給が急激に遮断されないよう副一次コイル通電手段による通電量を制御するので、重畳電流供給を停止するときに発生するノイズを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る内燃機関用点火装置の概略構成図である。
【図２】フィルタ手段の一例を示す回路図である。
【図３】第１実施形態に係る内燃機関用点火装置の要部における波形を示した波形図である。
【図４】第２実施形態に係る内燃機関用点火装置の概略構成図である。
【図５】第２実施形態に係る内燃機関用点火装置の要部における波形を示した波形図である。
【図６】第３実施形態に係る内燃機関用点火装置の概略構成図である。
【図７】第３実施形態に係る内燃機関用点火装置の要部における波形を示した波形図である。
【図８】第４実施形態に係る内燃機関用点火装置の概略構成図である。
【図９】第４実施形態に係る内燃機関用点火装置の要部における波形を示した波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、第１実施形態に係る内燃機関用点火装置１Ａを、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１に示す内燃機関用点火装置１Ａは、内燃機関の気筒毎に設けられる１つの点火プラグ２に放電火花を発生させる点火コイルユニット１０Ａ、この点火コイルユニット１０Ａの動作タイミングを指示する点火信号Ｓｉ等を適宜なタイミングで出力する点火制御手段としての内燃機関駆動制御装置３、車両バッテリ等の直流電源４等で構成される。なお、点火コイルユニット１０は高いノイズ抑制効果を発揮できるが、安全のため、電源経路にノイズ除去用のフィルタ手段５を設けても良い。フィルタ手段５の一例は、電源ラインにインダクタ５１を介挿し、接地線との短絡路に電解コンデンサ５２を設けたＬ型フィルタ（図２を参照）である。点火コイルユニット１０の内部に搭載スペースを確保できれば、フィルタ手段５を点火コイルユニット１０内に設けても構わない。
【００２１】
点火コイルユニット１０Ａは、点火コイル１１や制御基板等を所要形状のケース１２に収納して一体構造としたユニットである。このケース１２の適所には、高圧端子１２１とコネクタ１２２を設けてあり、高圧端子１２１を介して点火プラグ２を接続すると共に、コネクタ１２２を介して内燃機関駆動制御装置３や直流電源４、接地ライン等と接続する。
【００２２】
点火コイル１１は、主一次コイル１１１ａ（例えば、１１４ターン）と副一次コイル１１１ｂ（例えば、２０ターン）に生ずる磁束を二次コイル１１２（例えば、９３４８ターン）に効率良く作用させるものである。例えば、高透磁性材料で形成したセンターコア１１３を取り巻くように主一次コイル１１１ａおよび副一次コイル１１１ｂを配置し、更にその外側に二次コイル１１２を配置した構造である。
【００２３】
主一次コイル１１１ａの一方端は、コネクタ１２２を介して直流電源４と接続され、電源電圧ＶＢ＋（例えば、１２Ｖ）が印加される。主一次コイル１１１ａの他方端は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いた点火スイッチ１３のコレクタに接続される。点火スイッチ１３のエミッタはコネクタ１２２を介して接地点ＧＮＤに接続される。二次コイル１１２の一方端は高圧端子１２１を介して点火プラグ２と接続され、他方端はコネクタ１２２の第５接続端子１２２ｅを介して接地点ＧＮＤに接続される。なお、二次コイル１１２からコネクタ１２２の接地点接続端子へ至る間の線路には、二次コイル１１２から接地点ＧＮＤに向かって順方向となる整流素子Ｄ１（例えば、接地側にカソードを、二次コイル１１２側にアノードをそれぞれ接続したダイオード）を設け、二次電流Ｉ２の流路方向を規制する。
【００２４】
放電サイクルの適宜なタイミングで内燃機関駆動制御装置３より出力される点火信号Ｓｉは、コネクタ１２２を介して、点火コイルユニット１０Ａ内の点火スイッチ１３のゲートに入力される。そして、点火信号Ｓｉが点火スイッチ１３のゲートに入力されると（例えば、点火信号Ｓｉの信号レベルがＬからＨに変わると）、点火スイッチ１３がオンになり、主一次コイル１１１ａの非給電側端部が接地点ＧＮＤに接続される。これにより、主一次コイル１１１ａには、給電側から接地側に向かう主一次電流Ｉ１ａ（以下、一次電流という）が流れ始め、一次電流Ｉ１ａの流量は増加してゆき、一次電流Ｉ１ａの流量に応じて発生する通電磁束の磁束量が磁界のエネルギーとして蓄積される。なお、点火コイル１１の二次側には、二次コイル１１２や接続配線等の微少なコンデンサ成分により電気エネルギーが蓄積される。
【００２５】
上記のようにエネルギーが蓄積された後、主一次コイル１１１ａへの通電が所定の点火タイミングで遮断されると、高圧の起電力が二次コイル１１２に生じて点火プラグ２の放電ギャップ間に火花放電が発生し、気筒燃焼室内の混合気に着火する。このとき、主一次コイル１１１ａには、通常の一次電流Ｉ１ａとは逆向きの電流を流そうとする逆起電力が生ずる。この逆起電力が点火スイッチ１３のコレクタ−エミッタ間に印加されると、点火スイッチ１３が故障したり、点火スイッチ１３の劣化を早めたりする危険性がある。そこで、点火スイッチ１３と並列にバイパス線路Ｌ１を設けると共に、このバイパス線路Ｌ１の接地点側から点火コイル１１側に向かって順方向となる整流素子Ｄ２（例えば、点火スイッチ１３のコレクタ側にカソードを、点火スイッチ１３のエミッタ側にアノードをそれぞれ接続したダイオード）を設けた。
【００２６】
一方、主一次コイル１１１ａと同様に、鉄心１１３を介して二次コイル１１２に磁界を作用させることが可能な副一次コイル１１１ｂは、その一方端がコネクタ１２２を介して直流電源４と接続され、電源電圧ＶＢ＋（例えば、１２Ｖ）が印加される。すなわち、主一次コイル１１１ａと副一次コイル１１１ｂは電源を共有する。副一次コイル１１１ｂの他方端は、ＩＧＢＴを用いた副一次コイル通電手段としての重畳スイッチ１４のコレクタに接続される。重畳スイッチ１４のエミッタはコネクタ１２２を介して接地点ＧＮＤに接続される。重畳スイッチ１４は、ゲートへの入力信号に応じてコレクタ−エミッタ間の電流を増減させる能動素子であり、後述する重畳制御手段１５Ａからのゲート信号によって副一次コイル１１１ｂへの通電量を増減させる。
【００２７】
重畳スイッチ１４は、副一次コイル１１１ｂへの通電・遮断を行うと共に、副一次コイル１１１ｂへの通電量を変えることで、遮断方向（主一次コイル１１１ａの通電磁束を減じる方向）に生じる重畳磁束の磁束量を変化させることができる。なお、副一次コイル１１１ｂと重畳スイッチ１４との間には、整流素子Ｄ３を設ける。整流素子Ｄ３は、副一次コイル１１１ｂから重畳スイッチ１４に向かって順方向となる（例えば、ダイオードのカソードを重畳スイッチ１４側に、アノードを副一次コイル１１１ｂ側にそれぞれ接続する）ように設ける。これにより、副一次電流Ｉ１ｂ（以下、重畳電流という）の流路方向が規制され、重畳スイッチ１４へ逆向きの電圧が印加されることを阻止できる。
【００２８】
重畳スイッチ１４の能動動作は、内燃機関駆動制御装置３からの重畳信号Ｓｐに基づいて動作する重畳制御手段１５Ａから出力される信号（ゲート信号）によって行わせる。重畳制御手段１５Ａは、主一次コイル１１１ａへの通電遮断と同時に重畳信号Ｓｐを受ける（例えば、信号レベルがＬからＨに変化する）ことで、即座に重畳スイッチ１４を動作させて、副一次コイル１１１ｂへの重畳電流供給を開始させる。その後、重畳信号Ｓｐが停止（例えば、信号レベルがＨからＬに変化）しても、副一次コイル１１１ｂへの重畳電流供給が急激に遮断されないように、重畳スイッチ１４による副一次電流Ｉ１ｂの通電量を制御して、ノイズの発生を抑制する。なお、重畳制御手段１５Ａでは、重畳電流Ｉ１ｂの流量を利用するため、重畳電流検出手段を設ける。例えば、重畳スイッチ１４からコネクタ１２２へ至る間の流路に抵抗Ｒ１を介挿し、この電圧変化を重畳電流検出信号線Ｌ２によって取得することで、重畳電流検出手段を構成する。
【００２９】
次に、重畳制御手段１５Ａの回路について説明する。第１比較器１５１はオペアンプ構造で、非反転入力（Ｖｉｎ（＋））と反転入力（Ｖｉｎ（−））の差分に応じた出力Ｖｏｕｔを得ることができる。比較器１５１の非反転入力には、重畳電流検出信号線Ｌ２が接続され、重畳電流Ｉ１ｂの流量変化を反映した信号が入力される。比較器１５１の反転入力には、基準値入力線Ｌ３が接続され、重畳制御に好適な重畳電流Ｉ１ｂの指標となる信号が入力される。
【００３０】
比較器１５１の出力Ｖｏｕｔは、制限用スイッチ１５２（例えば、ｎｐｎ型トランジスタで構成）のベースに入力され、制限用スイッチ１５２のコレクタ電流を制御する。制限用スイッチ１５２のコレクタ側は、重畳信号Ｓｐが入力される重畳電源供給線Ｌ４に接続され、エミッタは接地線に接続される。重畳電源供給線Ｌ４とコネクタ１２２との間には、抵抗Ｒ２が介挿されており、重畳電源供給線Ｌ４は抵抗Ｒ２により減圧された重畳電源電位となり、この重畳電源電位が制限用スイッチ１５２のコレクタ−エミッタ間に印加される。
【００３１】
重畳電源供給線Ｌ４は、第１コンデンサＣ１の一方の電極に接続され、第１コンデンサＣ１の他方の電極は接地線に接続される。すなわち、重畳信号Ｓｐが点火コイルユニット１０Ａに入力されると、重畳電源供給線Ｌ４から供給される重畳電源により第１コンデンサＣ１が充電される。重畳電源供給線Ｌ４には能動制御信号線Ｌ５が接続され、この能動制御信号線Ｌ５は抵抗Ｒ３を介して重畳スイッチ１４のゲートに接続される。よって、重畳信号Ｓｐが点火コイルユニット１０Ａに入力されると、第１コンデンサＣ１の蓄積電荷に応じた電圧が能動制御信号線Ｌ５に印加され、能動制御信号が重畳スイッチ１４のゲートに入力される。すなわち、重畳制御手段１５Ａの出力である能動制御信号（ゲート電流）により重畳スイッチ１４を能動動作させ、能動制御信号に応じた重畳電流Ｉ１ｂを流すように制御できる。
【００３２】
一方、第１比較器１５１の基準値入力線Ｌ３に入力する基準値は、電源電圧ＶＢ＋を抵抗Ｒ４ａと抵抗Ｒ４ｂで分圧して生成した電圧信号であり、重畳電流検出信号線Ｌ２から入力される重畳電流検出値の好適な値に対応させた電圧値とする。よって、副一次コイル１１１ｂに流れる重畳電流Ｉ１ｂに基づく重畳電流検出値が基準値に満たないときは、第１比較器１５１の出力はオフであるが、重畳電流検出値が基準値に達すると、両値の差異に応じた出力を得ることができる。すなわち、重畳電流Ｉ１ｂが基準量に満たないときは制限用スイッチ１５２が動作せず、重畳電流Ｉ１ａが基準量に達すると制限用スイッチ１５２が動作して、基準値と重畳電流検出値との差異に応じたコレクタ電流が流れる。制限用スイッチ１５２が動作してコレクタ電流が流れると、それだけ重畳電源供給線Ｌ４から第１コンデンサＣ１への給電量が低くなり、能動制御信号線Ｌ５から重畳スイッチ１４のゲートに入力される能動制御信号も低下する。したがって、重畳制御手段１５Ａは、重畳電流Ｉ１ｂが所要値（点火プラグ２の好適な点火状態を実現できる好適な流量）に達すると、重畳スイッチ１４を能動動作させる能動制御信号（ゲート電流）を抑制し、重畳電流Ｉ１ｂを低下させるように自動制御できる。
【００３３】
本実施形態における点火コイルユニット１０Ａでは、重畳スイッチ１４を能動制御する重畳制御手段１５Ａが出力する能動制御信号を、重畳電源供給線Ｌ４から給電される第１コンデンサＣ１の蓄積電荷に応じて生成するものとした。すなわち、重畳信号Ｓｐの入力が停止されて重畳制御を終了するときには、第１コンデンサＣ１の放電によって重畳電源供給線Ｌ４の電源電圧を徐々に低下させるので、重畳スイッチ１４のゲート電流も徐々に低下し、重畳スイッチ１４は急激にオフとならない。これにより、副一次コイル１１１ｂへの重畳電流供給を停止するとき、重畳スイッチ１４が急激にオフとなって発生するノイズを抑制できる。更なる重畳電流Ｉ１ｂの急減抑制を図るために、重畳電流急減抑制手段１６を設けても良い。本実施形態における点火コイルユニット１０Ａでは、ＶＢ＋の電源線と接地線とを短絡する副一次コイル用還流路形成線Ｌ６に第４ダイオードＤ４（アノードが接地側、カソードが電源側となる方き）を設けた簡易な構成の重畳電流急減抑制手段１６とした。
【００３４】
次に、内燃機関用点火装置１Ａにおける要部の波形を示した図３に基づき、重畳制御を行わない場合の回路動作と、重畳制御を行う場合の回路動作を説明する。
【００３５】
まず、重畳制御を行わない点火サイクルについて説明する。点火信号Ｓｉがオンになって点火スイッチ１３が動作し、主一次コイル１１１ａへの通電が開始されると、一次電流Ｉ１ａが流れ始める。その後、点火信号Ｓｉがオフになって主一次コイル１１１ａへの通電が遮断されると、二次コイル１１２に放電エネルギーが与えられ、点火プラグ２に火花放電が生じて二次電流Ｉ２が流れ始める。しかしながら、点火信号Ｓｉがオフになった後の点火サイクル内で重畳信号Ｓｐがオンになることは無いので、重畳制御手段１５Ａは動作せず、重畳スイッチ１４もオフのままであり、副一次コイル１１１ｂからコイル二次側へ放電エネルギーが重畳されることはない。
【００３６】
一方、重畳制御を行う点火サイクルでは、点火信号Ｓｉのオフと同時に重畳信号Ｓｐをオンにする。重畳信号Ｓｐがオンになると、重畳電源供給線Ｌ４からの電源供給により第１コンデンサＣ１に電荷が蓄積され、その電荷蓄積状態に応じた電位で生成される能動信号が能動制御信号線Ｌ５から重畳スイッチ１４のゲートに入力される。すなわち、第１コンデンサＣ１の蓄積電荷が増えるに従って重畳スイッチ１４のコレクタ電流も増加してゆき、重畳電流Ｉ１ｂの流量は第１コンデンサＣ１の充電特性に類似した上昇率で増えて行く。
【００３７】
重畳信号Ｓｐがオンになったとき、第１比較器１５１の反転入力には基準値入力線Ｌ３から基準値が入力されており、第１比較器１５１の非反転入力に入力される重畳電流Ｉ１ｂの検出値は低いため、第１比較器１５１の出力はない。その後、第１コンデンサＣ１の充電が進んで重畳電流Ｉ１ｂの流量が増えてゆき、重畳電流Ｉ１ｂの検出値が基準値に達すると、第１比較器１５１の出力Ｖｏｕｔが制限用スイッチ１５２のゲート入力となり、制限用スイッチ１５２がオンとなる。重畳電流Ｉ１ｂの検出値と基準値との差が小さい場合には、制限用スイッチ１５２のコレクタ電流は小さく、重畳電源供給線Ｌ４の電圧低下は小さい。重畳電流Ｉ１ｂの検出値と基準値との差が大きくなると、制限用スイッチ１５２のコレクタ電流も大きくなり、重畳電源供給線Ｌ４から第１コンデンサＣ１への給電量が低下する。このため、第１コンデンサＣ１は、電荷蓄積の速度が抑制されたり、電源として放電したりすることとなり、能動信号線Ｌ５から重畳スイッチ１４のゲートに入力される能動信号も低くなる。結果として、重畳スイッチ１４のコレクタ電流として得られる重畳電流Ｉ１ｂの流量を下げる自動制御が行われる。
【００３８】
その後、重畳電流Ｉ１ｂの低下によって重畳電流Ｉ１ｂの検出値が基準値より下がると、第１比較器１５１の出力Ｖｏｕｔが停止し、制限用スイッチ１５２がオフとなる。制限用スイッチ１５２がオフになることで、第１コンデンサＣ１への給電量が回復すると、第１コンデンサＣ１の充電が行われ、能動信号線Ｌ５から重畳スイッチ１４のゲートに入力される能動信号も高くなる。結果として、重畳スイッチ１４のコレクタ電流として得られる重畳電流Ｉ１ｂの流量を上げる自動制御が行われる。
【００３９】
このように、重畳制御手段１５Ａは、重畳電流Ｉ１ｂが所要値に保たれるような重畳スイッチ１４の能動制御を自動で行える。よって、本実施形態の内燃機関用点火装置１Ａで重畳制御を行った場合、二次側に与える放電エネルギーがほぼ一定量だけ重畳され、重畳制御を行わない場合の二次電流Ｉ２よりも一定量だけ増加させた二次電流Ｉ２となる（図３の二次電流Ｉ２の波形を参照）。
【００４０】
また、重畳制御手段１５Ａでは、重畳信号Ｓｐがオフになって重畳制御が終わっても、第１コンデンサＣ１の放電によって能動信号を徐々に低減させるので、重畳スイッチ１４が急激に遮断されることはなく、重畳スイッチ１４のオフによって発生するノイズを抑制できる。このように能動信号を徐々に低減させることで、重畳電流Ｉ１ｂも徐々に低減することとなる（図３の重畳電流Ｉ１ｂの波形を参照）。
【００４１】
加えて、重畳制御手段１５Ａは、耐熱性および耐ノイズ性の高いディスクリート部品を用いた回路基板として実現できるので、点火コイル１１と共に点火コイルユニット１０Ａ内に設けても安定動作する。よって、重畳制御手段１５Ａの機能を点火コイルユニット１０Ａとは別の制御装置として構成した場合のように、車両内に制御装置の搭載場所を確保する必要がないので、実用的価値も高い。
【００４２】
上述した第１実施形態の内燃機関用点火装置１Ａでは、重畳制御手段１５Ａが重畳電流Ｉ１ｂを所要値に保持する能動信号を重畳スイッチ１４へ送って能動動作させ、二次側にほぼ一定の放電エネルギーを与える重畳制御としたが、これに限定されない。例えば、時間経過に伴って重畳電流Ｉ１ｂを増加させる能動信号を重畳スイッチ１４へ送って能動動作させ、時間経過に伴って二次側に与える放電エネルギーを増加させる重畳制御とすることもできる。図４に示す第２実施形態の内燃機関用点火装置１Ｂでは、このような重畳制御が可能である。なお、上述した第１実施形態の内燃機関用点火装置１Ａと同一の構成には、同一符号を付して、説明を省略する。
【００４３】
第２実施形態の内燃機関用点火装置１Ｂにおける重畳制御手段１５Ｂには、基準値増加制御部１５３を設けてある。基準値増加制御部１５３は、例えば、基準値入力線Ｌ３の電圧で充電される第２コンデンサＣ２と、基準値入力線Ｌ３を接地に短絡させる短絡路の開閉を行う放電用スイッチ１５４とで構成する。通常、第１比較器１５１の非反転入力Ｖｉｎ（＋）には、基準値入力線Ｌ１から重畳電流Ｉ１ｂを制限する指標となる基準値（電源電圧ＶＢ＋を抵抗Ｒ４ａと抵抗Ｒ４ｂで分圧した電圧）が入力される。この基準値入力線Ｌ３に接続された第２コンデンサＣ２は、基準値入力線Ｌ３の電位に応じて充放電することとなる（図５の第１比較器Ｖｉｎ（−）入力波形を参照）。一方、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ等で構成できる放電用スイッチ１５４のベースには、点火信号Ｓｉが入力されるので、点火信号Ｓｉがオンになっている間、基準値入力線Ｌ３は接地線に短絡されるため、第２コンデンサＣ２は放電して蓄積電荷がゼロに近づく。点火信号Ｓｉがオフになると、放電用スイッチ１５４もオフになるので、基準値入力線Ｌ３に印加される電位（基準値となる電位）で第２コンデンサＣ２が充電されて行く。
【００４４】
すなわち、点火信号Ｓｉがオンになることで第２コンデンサＣ２の蓄積電荷がゼロになると、基準値入力線Ｌ３の電位はゼロとなり、時間経過に伴って第２コンデンサＣ２に電荷が蓄積されて行くと基準値入力線Ｌ３の電位は上がる。なお、第２コンデンサＣ２の充放電特性により、必ずしも点火信号Ｓｉがオンの間に全電荷を放出してゼロ電位になるわけではないし、第２コンデンサＣ２が基準値（抵抗Ｒ４ａと抵抗Ｒ４ｂの分圧比に応じた電圧）に達する定常状態まで充電する必要はなく、時間経過に対する電荷蓄積の直線性が良い範囲で使うことが望ましい。
【００４５】
第２コンデンサＣ２の充電特性に応じて基準値を変化させれば、副一次コイル１１１ｂへの重畳電流供給を開始した後、徐々に重畳電流Ｉ１ｂを増加させて行くことができる。かくするためには、重畳制御の開始からしばらく重畳電流検出値の方が基準値よりも高く、次第に基準値が重畳電流検出値に近づく、もしくは重畳電流検出値を超える変化となるような充電特性の第２コンデンサＣ２を用いる必要がある。このように基準値を変化させれば、重畳信号Ｓｐがオンとなって重畳制御が開始された直後には、重畳電流検出値の方が基準値よりも高いことで、第１比較器１５１がオンとなって制限用スイッチ１５２もオンとなり、第１コンデンサＣ１への給電量が下がる。したがって、第１コンデンサＣ１の充電速度が遅くなり、重畳スイッチ１４のベース電流となる能動信号も低電流に抑えられ、それだけ重畳開始直後の重畳電流増加率が低くなる。その後、基準値が増加して重畳電流検出値に近づくか重畳電流検出値を越えると、制限用スイッチ１５２のコレクタ電流が小さくなるか、制限用スイッチ１５２がオフとなり、第１コンデンサＣ１への給電量が回復する。したがって、第１コンデンサＣ１の電荷蓄積速度は上がり、重畳スイッチ１４のベース電流となる能動信号も高電流に増加し、重畳開始直後よりも重畳電流増加率が上がる。
【００４６】
このように、重畳制御手段１５Ｂは、重畳電流Ｉ１ｂを徐々に増やしてゆくような重畳スイッチ１４の能動制御を自動で行える。よって、本実施形態の内燃機関用点火装置１Ｂで重畳制御を行った場合、主一次コイル１１１ａから二次側へ高い放電エネルギーが与えられる重畳制御開始直後は、重畳電流Ｉ１ｂを低く抑え、二次電流Ｉ２が高くなり過ぎないようにできる。その後、主一次コイル１１１ａから二次側へ与える放電エネルギーが低くなると、重畳電流Ｉ１ｂを増やして、二次電流Ｉ２が低くなることを抑制できる（図５の二次電流Ｉ２の波形を参照）。
【００４７】
上述した第１，第２実施形態の内燃機関用点火装置１Ａ，１Ｂでは、重畳電流Ｉ１ｂの検出状態に応じて好適な燃焼状態を得られるように自動制御を行うものとしたが、自動制御に用いる情報は特に限定されない。例えば、二次電流Ｉ２の検出状態に応じて重畳制御を行う事もできる。そこで、二次電流Ｉ２の検出状態に基づいて重畳制御を行う第３実施形態の内燃機関用点火装置１Ｃを、添付図面に基づいて詳細に説明する。上述した第１，第２実施形態の内燃機関用点火装置１Ａ，１Ｂと同一の構成には、同一符号を付して、説明を省略する。
【００４８】
第３実施形態の内燃機関用点火装置１Ｃでは、点火プラグ２に発生した火花放電による着火性を必要十分に向上させるため、二次電流Ｉ２を高く保つ制御を自動で行う構成を設けたものである。かくするためには、指標となる二次電流Ｉ２を検出する機能と、重畳スイッチ１４に働きかけて重畳電流Ｉ１ｂの流量増加を促進させる機能が必要である。なお、本実施形態の内燃機関得用点火装置１Ｃでは、増加促進制御を通常時の制御とし、増加促進制御が不要の時に限って増加促進を抑制するものとしたが、これに限定されるものではない。通常時は通常の重畳制御を行い、通常時における重畳電流Ｉ１ｂの流量よりも高い流量に増加させる必要が生じたときに限って、重畳電流Ｉ１ｂの流量増加を促進させる制御を行うようにしても良い。
【００４９】
先ず、点火コイル１１の二次側に流れる二次電流Ｉ２を検出する機能（二次電流検出手段）は、二次電流Ｉ２の流路適所（例えば、整流素子Ｄ１のカソード側とコネクタ１２２の接地端子との間）に介挿した抵抗Ｒ５と、この電圧変化を取得する二次電流検出信号線Ｌ７とで構成できる。一方、重畳スイッチ１４に働きかけて重畳電流Ｉ１ｂの流量を促進させる機能としては、重畳促進手段１７を設けた。重畳促進手段１７は、種々の回路構造で実現できるが、本実施形態では、第２比較器１７１と重畳促進用スイッチ１７２を用いて構成した例を示す。
【００５０】
重畳促進手段１７は、二次電流検出手段の検出値が所定の重畳促進条件を満たすことに基づいて、重畳制御手段１５Ｃによる重畳電流の増加を促進させるものである。かかる制御を行う場合、二次電流Ｉ２が低下して良好な着火性を維持できなくなる状態を回避するために重畳電流Ｉ１ｂの増加を促進させるか否かを判断するための条件として、重畳促進条件の設定が必要である。例えば、重畳制御を行っている期間中、二次電流Ｉ２が所定の基準値よりも低い場合に、重畳制御手段１５Ｃから出力される能動信号を上げてやれば、重畳スイッチ１４により重畳電流Ｉ１ｂの増加率も高められる。本実施形態では、二次電流Ｉ２が所定の基準値よりも低い場合には、通常の重畳制御によって重畳制御手段１５Ｃから能動信号を出力し、二次電流Ｉ２が所定の基準値以上になると重畳電流Ｉ１ｂの供給を抑制して、通常時よりも重畳電流Ｉ１ｂを制限するものとした。
【００５１】
そこで、第２比較器１７１の非反転入力Ｖｉｎ（＋）に二次電流検出手段により検出された二次電流検出値（二次電流検出信号線Ｌ７の信号電圧）を入力し、反転入力Ｖｉｎ（−）に増加促進基準値を入力する。増加促進基準値は、二次電流Ｉ２を基準値以上に維持するために重畳電流の増加を促進する指標として予め定めた値であり、二次電流検出値に対応した電圧値を用いる。本実施形態では、電源電圧ＶＢ＋を抵抗Ｒ６ａと抵抗Ｒ６ｂで分圧した電圧を増加促進基準値として用い、抵抗Ｒ６ａと抵抗Ｒ６ｂの間に接続された増加促進基準信号線Ｌ８を介して、第２比較器１７１の反転入力Ｖｉｎ（−）に入力する。かくすれば、二次電流検出値と増加促進基準値との比較結果を、第２比較器１７１の出力Ｖｏｕｔとして得ることができる。なお、第２比較器１７１は、オープンコレクタ方式のコンパレータを用いるものとし、電源電圧ＶＢ＋が抵抗Ｒ７を介して入力されるプルアップ電圧を、増加促進条件判定信号Ｓｕとなる出力ＶｏｕｔのＨレベル電圧に設定する。
【００５２】
増加促進用スイッチ１７２は、例えば、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタを用いる。増加促進用スイッチ１７２のエミッタはコネクタ１２２を介して直流電源４と接続し、電源電圧ＶＢ＋が印加される。増加促進用スイッチ１７２のコレクタは、抵抗Ｒ８を介挿した増加促進用給電線Ｌ９を介して重畳制御手段１５Ｃの基準値入力線Ｌ３に接続される。増加促進用スイッチ１７２がオンになってコレクタ電流が増加促進用給電線Ｌ９に流れると、基準値線Ｌ３には、抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ４ａが並列接続された給電線が接続された状態に等しくなる。すなわち、増加促進用スイッチ１７２がオンになって増加促進用給電線Ｌ９が基準値線Ｌ３に接続されると、抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ４ａが並列接続されたこととなり、これらの合成抵抗値と抵抗Ｒ４ｂとの分圧比である基準値線Ｌ３の電位は高くなる。
【００５３】
増加促進手段１７によって増加促進条件の成立が判定されていな通常時に、基準値線Ｌ３から第２コンデンサＣ２に供給される基準値は、抵抗Ｒ４ａと抵抗Ｒ４ｂの分圧比によって定まる比較的低い値である。しかし、増加促進手段１７によって増加促進条件の成立が判定されると、基準値線Ｌ３から第２コンデンサＣ２に供給される基準値は、並列接続された抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ４ａの合成抵抗と抵抗Ｒ４ｂとの分圧比によって定まる比較的高い値になる。よって、増加促進条件が成立すると、重畳電流検出値よりも基準値の方が高くなったり、重畳電流検出値と基準値との差異が縮まるので、制限用スイッチ１５２がオフになったり、コレクタ電流が低減される。これにより、第１コンデンサＣ１への給電量が増えて電荷蓄積速度が増し、重畳スイッチ１４へのゲート電流も増加する。その結果、重畳スイッチ１４のコレクタ電流として制御される重畳電流Ｉ１ｂの増加を促進できるのである。
【００５４】
増加促進用スイッチ１７２のベースには、第２比較器１７１の出力Ｖｏｕｔである増加促進条件判定信号Ｓｕが抵抗Ｒ９を介挿した動作状態指示線Ｌ１０から入力される。第２比較器１７１からの増加促進条件判定信号Ｓｕがオフ（信号レベルがＨ）のとき、増加促進用スイッチ１７２のベース電流が流れないため、増加促進用スイッチ１７２はオフとなり、増加促進用給電線Ｌ９を介して重畳制御手段１５Ｃに電源供給されない。一方、第２比較器１７１からの増加促進条件判定信号Ｓｕがオン（信号レベルがＬ）になると、増加促進用スイッチ１７２のベース電流が流れ、増加促進用スイッチ１７２がオンとなり、増加促進用給電線Ｌ９を介して重畳制御手段１５Ｃに電源供給される。
【００５５】
かく構成した重畳促進手段１７においては、増加促進条件が成立した場合、第２コンデンサＣ２の電荷蓄積速度が速められ、基準値信号線Ｌ３から第１比較器１５１の反転入力Ｖｉｎ（−）に供給される基準値の増加が促進される。基準値が早期に増加して行くことで、重畳信号検出値を超え易くなるため、早いタイミングで第１比較器１５１の出力Ｖｏｕｔが停止する。第１比較器１５１の出力Ｖｏｕｔが停止すると、制限用スイッチ１５２もオフとなり、重畳電源供給線Ｌ４から第１コンデンサＣ１への給電量が回復し、第１コンデンサＣ１の電荷蓄積速度を速められる。これにより、重畳スイッチ１４を能動制御するためのゲート電流である能動信号も高まり、重畳電流Ｉ１ｂの増加が促進される。すなわち、副一次コイル１１１ｂに生ずる重畳磁束が増加して、二次コイル１１２に作用する磁束変化が大きくなるので、点火コイル二次側の起電力を高め、二次電流Ｉ２を高い値に保つことが可能となる。
【００５６】
一方、増加促進条件が不成立のときには、重畳促進手段１７はオフのままで増加促進用給電線Ｌ９から基準信号線Ｌ３へ電源供給されない。よって、第２コンデンサＣ２の電荷蓄積速度が速められることはなく、ひいては第１コンデンサＣ１の電荷蓄積速度を上げることもない。その後、増加促進制御を行わないことで二次電流Ｉ２が低くなり、増加促進条件を満たすようになると、重畳促進手段１７によって増加促進用給電線Ｌ９から重畳制御手段１５Ｃへ電源供給し、基準値の増加を促進する。すなわち、重畳促進手段１７による重畳促進制御を行わないで二次電流Ｉ２が低下しても、再び増加促進条件が成立すれば、重畳促進手段１７が再び重畳促進制御を行うようになり、二次電流Ｉ２を自動的に増加させ、二次電流Ｉ２を高い値に保つことが可能となる。
【００５７】
次に、内燃機関用点火装置１Ｃにおける要部の波形を示した図７に基づき、重畳制御を行わない場合の回路動作と、重畳制御を行う場合の回路動作を説明する。
【００５８】
まず、重畳制御を行わない点火サイクルについて説明する。点火信号Ｓｉがオンになる前、増加促進条件が成立しているので、重畳増加手段１７から増加促進用給電線Ｌ９を介して電源供給されており、第２コンデンサＣ２は電荷が蓄積された定常状態になっている。点火信号Ｓｉがオンになって点火スイッチ１３が動作し、主一次コイル１１１ａへの通電が開始されると、一次電流Ｉ１ａが流れ始める。点火信号Ｓｉがオンになることで放電用スイッチ１５４がオンになり、第２コンデンサＣ２の電荷がショートされて、第１比較器１５１の非反転入力Ｖｉｎ（＋）の入力電位はＬに落ちる。しかし、このときに重畳電流Ｉ１ｂは流れていないので、第１比較器１５１の非反転入力Ｖｉｎ（＋）もＬのままであるから、第１比較器１５１の出力ＶｏｕｔもＬで、制限用スイッチ１５２が動作することはない。
【００５９】
その後、点火信号Ｓｉがオフになって主一次コイル１１１ａへの通電が遮断されると、二次コイル１１２に放電エネルギーが与えられ、点火プラグ２に火花放電が生じて二次電流Ｉ２が流れ始める。点火信号Ｓｉがオフになることで放電用スイッチ１５４がオフになり、第２コンデンサＣ２の充電が開始される。このとき、放電開始直後の容量放電によって高い二次電流Ｉ２が流れ、増加促進基準値を超えると増加促進条件が成立しなくなり、増加促進手段１７から増加促進用給電線Ｌ９を介して重畳制御手段１５Ｃへ電源供給されなくなる。したがって、重畳制御手段１５Ｃの第２コンデンサＣ２は、抵抗Ｒ４ａを介して供給される電源のみで充電されることとなる。
【００６０】
二次電流Ｉ２が減少して増加促進基準値を下回ると、再び増加促進条件が成立するので、増加促進手段１７から増加促進用給電線Ｌ９を介して重畳制御手段１５Ｃへ電源供給されるようになる。したがって、重畳制御手段１５Ｃの第２コンデンサＣ２は、抵抗Ｒ４ａを介して供給される電源と、増加促進用給電線Ｌ９を介して供給される電源からなる並列電源により充電され、電荷蓄積速度が促進される。しかしながら、重畳制御を行わない場合、重畳信号Ｓｐが入力されないので、第１コンデンサＣ１が充電されることは無く、重畳スイッチ１４への能動信号出力も行われることはない。よって、点火プラグ２の放電開始後に、点火コイル二次側へ重畳的にエネルギーが与えられることは無く、主一次コイル１１１ａにおける順方向の磁束減少に伴って二次電流Ｉ２も減少して行く。
【００６１】
一方、重畳制御を行う点火サイクルでは、点火信号Ｓｉのオフと同時に重畳信号Ｓｐをオンにする。重畳信号Ｓｐがオンになると、重畳電源供給線Ｌ４より電源供給されて第１コンデンサＣ１の充電が開始される。第１コンデンサＣ１の充電電荷に応じた流量の能動信号が重畳スイッチ１４のゲートへ入力されると、副一次コイル１１１ｂに重畳電流Ｉ１ｂが流れるようになり、その後も第１コンデンサＣ１の蓄積電荷量に応じて重畳電流Ｉ１ｂの流量が増えて行く。
【００６２】
放電開始直後は、二次電流Ｉ２が非常に高いため、増加促進条件が成立しなくなり、増加促進手段１７から増加促進用給電線Ｌ９を介して重畳制御手段１５Ｃへ電源供給されなくなる。したがって、重畳制御手段１５Ｃの第２コンデンサＣ２は抵抗Ｒ４ａを介して供給される電源のみで充電され、第１比較器１５１の反転入力に入力される基準値の増加速度は促進されないため、基準値がなかなか上がらない。基準値が比較的低い値であれば、重畳電流検出値の方が高くなり易いので、第１比較器１５１がオンとなって制限用スイッチ１５２がオンとなり易い。制限用スイッチ１５２がオンになってコレクタ電流が流れると、それだけ第１コンデンサＣ１への給電量が低下し、重畳スイッチ１４へ供給する能動信号も低く、副一次コイル１１１ｂに流す重畳電流Ｉ１ｂの増加速度は若干低いものとなる。このように、増加促進条件が成立しなくなったときには、副一次コイル１１１ｂに流す重畳電流Ｉ１ｂの増加速度を低減させるので、二次電流Ｉ２が必要以上に高くなることを抑制できる。
【００６３】
二次電流Ｉ２が減少して増加促進基準値を下回ると、再び増加促進条件が成立するので、増加促進手段１７から増加促進用給電線Ｌ９を介して重畳制御手段１５Ｃへ電源供給されるようになる。したがって、重畳制御手段１５Ｃの第２コンデンサＣ２は、抵抗Ｒ４ａを介して供給される電源と、増加促進用給電線Ｌ９を介して供給される電源からなる並列電源により充電されてゆくこととなる。第２コンデンサＣ２の電荷蓄積速度が速まると、第１比較器１５１の反転入力に入力される基準値の増加速度も速くなるため、早いタイミングで基準値が重畳電流検出値に達し、第１比較器１５１の出力がオフとなり、制限用スイッチ１５２もオフとなる。制限用スイッチ１５２がオフになると、重畳電源供給線Ｌ４より第１コンデンサＣ１に供給される給電量が回復して電荷蓄積速度が速まるので、副一次コイル１１１ｂに流す重畳電流Ｉ１ｂの増加を促進することができる。このように、増加促進条件が成立したときには、副一次コイル１１１ｂに流す重畳電流Ｉ１ｂの増加を促進させるので、二次電流Ｉ２が基準値よりも低くなることを抑制できる。
【００６４】
上記のような重畳促進手段１７を用い、重畳電流Ｉ１ｂの増加を促進させたり、通常の増加状態へ戻したりする制御を行うと、二次コイル１１２に作用する磁束の変化量を好適に保持できるので、二次側に発生する起電圧を高いまま維持することができる。すなわち、本実施形態の内燃機関用点火装置１Ｃによれば、点火プラグ２に発生した火花放電による着火性を必要十分に向上させるために、二次電流Ｉ２を高い値に保ちつつも、過度に二次電流Ｉ２を上昇させて、電力消費を高めてしまうことを抑制できる。しかも、重畳促進手段１７は、第２比較器１７１や増加促進用スイッチ１７２といったディスクリート部品で比較的安価かつ小型に構成できる。
【００６５】
上述した第１〜第３実施形態の内燃機関用点火装置１Ａ〜１Ｃでは、重畳電流Ｉ１ｂや二次電流Ｉ２の検出状態に応じて好適な燃焼状態を得られるように自動制御を行うものとしたが、自動制御に用いる情報は電流値に限定されない。例えば、点火プラグ２に印加される二次コイル電圧を用いて重畳制御を行えば、点火プラグ２の放電状況に応じた適切な点火制御が可能である。
【００６６】
そもそも、直噴エンジンや高ＥＧＲエンジンでの着火性を向上させるためには、高電流期間を長くするだけでは十分とは言えず、点火プラグ２の放電電流によって大きな火炎を形成することも重要である。通常のエンジンでは、シリンダ内に生じるタンブル流の流速が３〜５〔ｍ／ｓ〕程度なのに対して、超希薄リーン燃焼（Ａ／Ｆ＝２９）やＥＧＲ＝３５％で燃焼させようとするエンジンでは、シリンダ内に生じるタンブル流の流速が２０〔ｍ／ｓ〕程度に増大する。このように流速が増大したシリンダ内で、点火プラグ２に発生した火花放電はタンブル流に流されて膨らみ、放電経路が伸びる。点火プラグ２に発生した火花放電の放電経路が伸びると、それだけ大きな火炎核が形成されて火炎伝搬も良好となり、着火性を向上させることができる。
【００６７】
しかしながら、点火プラグ２に発生した火花放電の放電経路が伸びても、十分な放電電流が流れないと、その放電経路を維持できず、点火プラグの電極間を短経路で結ぶ新たな放電経路が生じるリストライク（放電吹き消え）を起こしてしまい、十分な大きさの火炎核を形成できない。よって、直噴エンジンや高ＥＧＲエンジンでの着火性を向上させるためには、点火プラグ２に発生した火花放電のリストライクを防止することも重要である。このような理由から、二次コイル電圧が所定の基準値以上の（或いは、より高い）ときは、二次側への放電エネルギーを高くし、二次コイル電圧が基準値に満たない（或いは、基準値以下の）ときは、二次側の放電エネルギーを抑制する制御が有効である。
【００６８】
しかしながら、二次コイル電圧は数ｋＶ〜数十ｋＶに及ぶ高電圧であるために、分圧抵抗を設けることに依るリークの発生といった諸問題に配慮が必要であり、二次コイル電圧の監視を行うことは現実的ではない。
【００６９】
そこで、第４実施形態に係る内燃機関用点火装置１Ｄでは、二次コイル１１２との巻数比に応じた電圧が発生する主一次コイル１１１ａの電圧検出値を二次コイル電圧検出値と推定して重畳制御を行うものとした。主一次コイル１１１ａに発生している電圧（以下、一次コイル電圧という）であれば、比較的低い電圧値であることから、監視のための難易度が低い。ただし、一次コイル電圧と二次コイル電圧は、電圧値のスケールが異なると共に、互いに逆極性となる。この相違点を踏まえておけば、一次コイル電圧を二次コイル電圧の相関情報として扱うことができる。
【００７０】
以下、第４実施形態の内燃機関用点火装置１Ｄを、添付図面に基づいて詳細に説明する。上述した第１〜第３実施形態の内燃機関用点火装置１Ａ〜１Ｃと同一の構成には、同一符号を付して、説明を省略する。
【００７１】
第４実施形態の内燃機関用点火装置１Ｄの点火コイルユニット１０Ｄにおいては、主一次コイル１１１ａの低圧側電圧を検出するために、主一次コイル１１１ａと点火スイッチ１３との間（例えば、バイパス線路Ｌ１と同位置）から分岐させて一次コイル電圧検出ラインＬ１１を引き出し、一次コイル電圧検出手段１８へ導く。一次コイル電圧検出手段１８では、一次コイル電圧検出ラインＬ１１より入力された位置コイル電圧を抵抗Ｒ９により降圧し、さらに接地線との間に電圧検出用の抵抗Ｒ１０を介挿する。抵抗Ｒ１０による電圧降下を一次コイル電圧検出ラインＬ１２で取得する。
【００７２】
この一次コイル電圧検出ラインＬ１２は、重畳抑制条件判定手段１９に接続され、二次コイル電圧と相関する情報として一次コイル電圧検出値を供給する。一次コイル電圧検出手段１８には、一次コイル電圧検出ラインＬ１２を避けて電流を迂回させるバイパス線路Ｌ１３を設けてある。このバイパス線路Ｌ１３には、ツェナーダイオードＺＤを逆バイアス（カソードを主一次コイル側、アノードを接地側）になるよう接続し、そのツェナー降伏電圧は、重畳抑制条件判定手段１９に印加されることが望ましくない規制電圧値に設定してある。かくすれば、一次コイル電圧が異常に高くなってバイパス線路１３で規制電圧値に達した場合、ツェナーダイオードＺＤがツェナー降伏して、一次コイル電圧検出ラインＬ１２に規制電圧が印加されることを防げる。
【００７３】
点火コイルユニット１０Ｄでは、一次コイル電圧検出値に基づいて二次コイル電圧を推定することにより、点火プラグ２への印加電圧の変化に基づく重畳制御の可否を重畳抑制条件判定手段１９によって判断する。例えば、重畳抑制条件判定手段１９は、一次コイル電圧検出手段１８により検出された一次コイル電圧値が点火プラグ２内の放電状況に対応させて定めた一次コイル電圧判定基準値に達したか否かで重畳抑制条件の成否を判定する。重畳抑制条件判定手段１９により重畳抑制条件の成立が判定されたときには、重畳制御手段１５から重畳スイッチ１４へ送る能動信号を抑制することで、副一次コイル１１１ｂに流す重畳電流Ｉ１ｂを抑え、過剰な放電エネルギーを二次側へ与えられることを防ぐ。一方、重畳抑制条件判定手段１９により重畳抑制条件の不成立が判定されたときには、重畳制御手段１５から重畳スイッチ１４へ送る能動信号を抑制せず、能力一杯の重畳電流Ｉ１ｂを副一次コイル１１１ｂに流し、火花放電の吹き消えを防止する。
【００７４】
重畳抑制条件の成否を判定する重畳抑制条件判定手段１９は、一次コイル電圧検出手段１８から一次コイル電圧検出ラインＬ１２を介して入力される一次コイル電圧検出値を第３比較器１９１の反転入力Ｖｉｎ（−）にて受ける。第３比較器１９１の非反転入力Ｖｉｎ（＋）には、判定基準値線Ｌ１４を介して一次コイル電圧判定基準値が入力される。一次コイル電圧判定基準値は、電源電圧ＶＢ＋を抵抗Ｒ１１ａと抵抗Ｒ１１ｂで分圧した一定の電圧信号として生成する。
【００７５】
第３比較器１９１の出力Ｖｏｕｔは、例えばｎｐｎ型のバイポーラトランジスタにて構成した重畳抑制用スイッチ１９２のベースに入力される。重畳抑制用スイッチ１９２のエミッタは接地線に接続され、コレクタは抵抗Ｒ１２が介挿された並列接続線Ｌ１５に接続される。並列接続線Ｌ１５の他端は重畳制御手段１５Ｄの基準値線Ｌ３に接続される。すなわち、重畳抑制用スイッチ１９２がオンになって並列接続線Ｌ１５が接地線に接続されると、抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ４ｂが並列接続されたこととなり、これらの合成抵抗値と抵抗Ｒ４ａとの分圧比である基準値線Ｌ３の電位は低下する。
【００７６】
重畳抑制条件判定手段１９によって重畳抑制条件の成立が判定されていな通常時は、基準値線Ｌ３から第１比較器１５１の反転入力に供給される基準値は、抵抗Ｒ４ａと抵抗Ｒ４ｂの分圧比によって定まる比較的高い値である。しかし、重畳抑制条件判定手段１９によって重畳抑制条件の成立が判定されると、基準値線Ｌ３から第１比較器１５１の反転入力に供給される基準値は、並列接続された抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ４ｂの合成抵抗と抵抗Ｒ４ａとの分圧比によって定まる比較的低い値になる。よって、重畳抑制条件が成立すると、重畳電流検出値よりも基準値の方が低くなり、制限用スイッチ１５２がオンになってコレクタ電流が流れるため、第１コンデンサＣ１への給電量が低下して電荷蓄積が抑制され、重畳スイッチ１４へのゲート電流も低下する。その結果、重畳スイッチ１４のコレクタ電流として制御される重畳電流Ｉ１ｂが抑えられるのである。
【００７７】
次に、内燃機関用点火装置１Ｄにおける要部の波形を示した図９に基づき、重畳抑制制御を行わない場合の回路動作と、重畳抑制制御を行う場合の回路動作を説明する。
【００７８】
まず、重畳制御を行わない点火サイクルについて説明する。点火信号Ｓｉがオンになる前、一次コイル電圧は基準となる接地電位なので、負極側の値に設定した一次コイル電圧判定基準値よりも低いことから、重畳抑制条件が成立し、重畳抑制用スイッチ１９２がオンになる。これにより、抵抗Ｒ１２が抵抗Ｒ４ｂと並行に接続され、基準値線Ｌ３から第１比較器１５１の反転入力へ供給される基準値が低い値に差し替えられる。しかしながら、重畳制御は行われていないので、第１比較器１５１の出力ＶｏｕｔはＬのままであり、能動制御信号線Ｌ５から重畳スイッチ１４へ能動制御信号が出力されることもない。点火信号Ｓｉがオンになって点火スイッチ１３が動作し、主一次コイル１１１ａへの通電が開始されると、一次電流Ｉ１ａが流れ始める。このとき、主一次コイル１１１ａ自らのインピーダンス成分によって一次コイル電圧に若干の変化は生じるものの、一次コイル電圧判定基準値を上回ることはないから、重畳抑制条件は成立したままであるが、重畳制御が行われることはない。
【００７９】
その後、点火信号Ｓｉがオフになって主一次コイル１１１ａへの通電が遮断されると、二次コイル１１２に放電エネルギーが与えられ、点火プラグ２に火花放電が生じて二次電流Ｉ２が流れ始める。このとき、放電開始直後の容量放電によって高い二次電流Ｉ２が流れ、一次コイル電圧判定基準値を負極側で超えると重畳抑制条件が不成立となるため、第３比較器１９１がオフになって重畳抑制用スイッチ１９２もオフになる。よって、基準値線Ｌ３には抵抗Ｒ４ａと抵抗Ｒ４ｂの分圧比に応じた高い電圧が基準値として供給されるようになる。しかしながら、重畳制御は行われていないので、第１比較器１５１の出力ＶｏｕｔはＬのままであり、能動制御信号線Ｌ５から重畳スイッチ１４へ能動制御信号が出力されることもない。
【００８０】
一方、重畳制御を行う点火サイクルでは、点火信号Ｓｉのオフと同時に重畳信号Ｓｐをオンにする。重畳信号Ｓｐがオンになると、重畳電源供給線Ｌ４より電源供給されて第１コンデンサＣ１の充電が開始される。第１コンデンサＣ１の充電電荷に応じた流量の能動信号が重畳スイッチ１４のゲートへ入力されると、副一次コイル１１１ｂに重畳電流Ｉ１ｂが流れるようになり、その後も第１コンデンサＣ１の蓄積電荷量に応じて重畳電流Ｉ１ｂの流量が増えて行く。
【００８１】
放電開始直後は、二次電流Ｉ２が非常に高いため、重畳抑制条件が成立しなくなり、並列接続線Ｌ１５の抵抗Ｒ１２が重畳制御手段１５Ｄの抵抗Ｒ４ｂに並列接続されなくなる。したがって、基準値線Ｌ３には抵抗Ｒ４ａと抵抗Ｒ４ｂの分圧比に応じた高い電圧が基準値として供給されるようになる。基準値が高くなると、第１比較器１５１がオンになり難く、制限用スイッチ５２にコレクタ電流も流れず、第１コンデンサＣ１への給電量が減ぜられることもない。結果として、第１コンデンサＣ１の蓄積電荷量に応じた能動信号が重畳スイッチ１４へ供給され、能力一杯の重畳電流Ｉ１ｂを副一次コイル１１１ｂに流すことができ、二次側へ与える放電エネルギーが抑制されることはない。
【００８２】
二次電流Ｉ２が減少して一次コイル電圧判定基準値を下回ると、再び重畳抑制条件が成立するので、増加促進手段１７から並列接続線Ｌ１５の抵抗Ｒ１２が重畳制御手段１５Ｄの抵抗Ｒ４ｂに並列接続され。したがって、基準値線Ｌ３には比較的低い値の基準値が供給されるようになり、第１比較器１５１がオンになり易く、制限用スイッチ５２がオンとなって、第１コンデンサＣ１への給電量を減ずる。第１コンデンサＣ１の電荷蓄積が抑制されると、重畳スイッチ１４へ供給される能動信号も抑制されるので、副一次コイル１１１ｂに流す重畳電流Ｉ１ｂも抑制されることとなる。すなわち、二次コイル電圧を推定できる一次コイル電圧が一次コイル電圧基準値に満たないときは、シリンダ内の流動が少なく、点火プラグ２の電極間に生じた火花が伸びない状態と考えられるので、過剰な放電エネルギーを二次側へ与えることを防止できる。
【００８３】
図９に示す重畳制御１のように、頻繁に一次コイル電圧判定基準値を超えてしまうときは、重畳抑制条件が成立する期間が短いので、重畳制御のために多くの重畳電流Ｉ１ｂを流すこととなる。一方、図９に示す重畳制御２のように、一次コイル電圧判定基準値を超えることが少ない場合は、重畳抑制条件が成立する期間が長いので、重畳制御のための重畳電流Ｉ１ｂを抑制することができる。このように、副一次コイル１１１ｂへ過剰な重畳電流Ｉ１ｂを流さない重畳抑制制御を行うと、重畳制御による過剰なエネルギー消費を抑制できる。また、重畳抑制制御によって副一次コイル１１１ｂの発熱を抑えることができ、点火スイッチ１３、重畳スイッチ１４といった制御素子を熱による劣化・損傷から守れるという利点もある。しかも、一次コイル電圧検出手段１８や重畳抑制条件判定手段１９は、耐熱性・耐ノイズ性の高いディスクリート部品で比較的安価かつ小型に構成できる。
【００８４】
以上、本発明に係る内燃機関用点火装置の実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない範囲で、公知既存の等価な技術手段を転用することにより実施しても構わない。
【符号の説明】
【００８５】
１Ａ      内燃機関用点火装置（第１実施形態）
１０Ａ    点火コイルユニット
１１      点火コイル
１１１ａ  主一次コイル
１１１ｂ  副一次コイル
１１２    二次コイル
１３      点火スイッチ
１４      重畳スイッチ
１５      重畳制御手段
２        点火プラグ
３        内燃機関駆動制御装置
４        直流電源
【図１】
2020121375.tif 000003
【図２】
2020121375.tif 000004
【図３】
2020121375.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年2月17日(2021.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火制御手段からの点火信号のオン・オフによって点火コイルへの通電制御を行うことで、前記点火コイルの二次側に放電エネルギーを与えて点火プラグに火花放電を起こさせる内燃機関用点火装置において、
前記点火コイルは、前記点火信号がオンで行われる主一次電流の通電により順方向の磁束量が増加し、前記点火信号がオフになって前記主一次電流を遮断することにより前記順方向の磁束量が減少する主一次コイルと、該主一次コイルに対する通電遮断以降の放電期間内に重畳電流を流すことにより、前記順方向と逆の遮断方向に磁束を発生させる副一次コイルと、一端側が前記点火プラグと接続され、前記主一次コイルと前記副一次コイルの磁束変化が作用して放電エネルギーが与えられる二次コイルと、を有し、
前記副一次コイルへの通電・遮断を行うと共に、前記副一次コイルへの通電量を変えることで、前記遮断方向の磁束量を変化させる副一次コイル通電手段と、
前記主一次コイルへの通電遮断以降に前記副一次コイル通電手段を動作させ、前記副一次コイルへの前記重畳電流の供給が急激に遮断されないよう前記副一次コイル通電手段による通電量を制御する重畳制御手段と、
を備え、
前記副一次コイル通電手段は、入力信号に応じて前記副一次コイルへの通電量を増減させる能動素子であり、
前記重畳制御手段は、
前記主一次コイルへの通電遮断と同時に前記副一次コイル通電手段を動作させて前記副一次コイルへの前記重畳電流の供給を開始させ、時間経過に伴って前記重畳電流を増加させる能動信号を前記副一次コイル通電手段へ送って能動動作させ、
且つ、前記点火信号のオンで電荷をショートし、前記点火信号がオフとなった放電開始と共に充電を開始するコンデンサを備え、充電開始後における前記コンデンサの電荷蓄積状態を指標として、時間経過に伴う前記重畳電流の増加制御を行う、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記点火コイルの二次側に流れる二次電流を検出する二次電流検出手段と、
前記二次電流検出手段の検出値が所定の重畳促進条件を満たすことに基づいて、前記重畳制御手段による前記重畳電流の増加を促進させる重畳促進手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
前記重畳促進手段は、前記二次電流検出手段により検出された二次電流検出値と、二次電流を維持するために前記重畳電流の増加を促進する指標として予め定めた増加促進基準値とを対比し、検出された二次電流値が前記増加促進基準値を越えないことを前記重畳促進条件として用いることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項４】
点火制御手段からの点火信号のオン・オフによって点火コイルへの通電制御を行うことで、前記点火コイルの二次側に放電エネルギーを与えて点火プラグに火花放電を起こさせる内燃機関用点火装置において、
前記点火コイルは、前記点火信号がオンで行われる主一次電流の通電により順方向の磁束量が増加し、前記点火信号がオフになって前記主一次電流を遮断することにより前記順方向の磁束量が減少する主一次コイルと、該主一次コイルに対する通電遮断以降の放電期間内に重畳電流を流すことにより、前記順方向と逆の遮断方向に磁束を発生させる副一次コイルと、一端側が前記点火プラグと接続され、前記主一次コイルと前記副一次コイルの磁束変化が作用して放電エネルギーが与えられる二次コイルと、を有し、
前記主一次コイルの低圧側に接続され、前記主一次コイルへの通電・遮断を行う主一次コイル通電スイッチ手段と、
前記副一次コイルへの通電・遮断を行うと共に、前記副一次コイルへの通電量を変えることで、前記遮断方向の磁束量を変化させる副一次コイル通電手段と、
前記主一次コイルへの通電遮断以降に前記副一次コイル通電手段を動作させ、前記副一次コイルへの前記重畳電流の供給が急激に遮断されないよう前記副一次コイル通電手段による通電量を制御する重畳制御手段と、
前記主一次コイルと前記主一次コイル通電スイッチ手段との接点の電圧を検出する一次コイル電圧検出手段と、
前記一次コイル電圧検出手段により検出された一次コイル電圧値が、前記点火プラグ内の放電状況に対応させて定めた一次コイル電圧判定基準値に達したか否かで重畳抑制条件の成否を判定する重畳抑制条件判定手段と、
を備え、
前記副一次コイル通電手段は、入力信号に応じて前記副一次コイルへの通電量を増減させる能動素子であり、
前記重畳制御手段は、前記主一次コイルへの通電遮断と同時に前記副一次コイル通電手段を動作させて前記副一次コイルへ前記重畳電流の供給を開始させ、前記重畳抑制条件判定手段により前記重畳抑制条件の成立が判定されたときには、前記重畳電流を抑制する能動信号を前記副一次コイル通電手段へ送って能動動作させることを特徴とする内燃機関用点火装置。
【国際調査報告】
2020121375.tif 000012
2020121375.tif 000013