JP2010106739A - 多重点火式内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
火花切れを確実になくすことができ、簡便な構成で製造コストを低減することができるとともに、小型化することができる内燃機関用点火装置を提供するものである。
【解決手段】
本発明によると、１つのコイルで２つの気筒に高電圧を供給できる同時着火型点火コイルを各気筒に１個ずつ配置し、異なる２つの気筒の点火コイルを構成する１次コイルと１次コイルに流れる１次電流を制御するパワースイッチング素子と２次コイルで構成されるコイル部を並列に接続し、２個の１次コイルの１次電流を順次スイッチングすることにより、２個の２次コイルが並列に接続された閉回路に設置される２個の点火プラグに高電圧放電を連続して発生させることができる。
【効果】
本発明によって、火花切れを確実になくすことができ、点火コイルの数を最小限にすることができるため、簡便な構成で製造コストを低減することができるとともに、点火装置を小型化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、１回の点火動作で複数回の高電圧放電を点火プラグに発生させる多重点火式の内燃機関用点火装置に関する。

車両に搭載する内燃機関には、燃費を良くする為に空燃比を薄く設定した、いわゆる希薄燃焼エンジンが採用されている。しかし、この種の希薄燃焼エンジンは、通常のエンジンに比べて着火成分であるガソリンが希薄な状態で点火するので、点火特性が良くないため、高エネルギー型の内燃機関用点火装置が要求されている。そこで、特開２００２−４９９５号公報に示されるような、所定の点火期間に少なくとも２回以上の高電圧放電を点火プラグに発生させる、いわゆる多重点火式の点火装置が知られている。この多重点火式の点火装置は点火コイルの２次電圧にＤＣ−ＤＣコンバータの高電圧を重畳する重ね放電式や、パワースイッチング素子を繰返しスイッチングすることによって高電圧放電を連続させるマルチスパーク式や、一次コイル，パワースイッチング素子，二次コイルを複数使った複数コイル式のものが提案されている。

しかしながら、従来の重ね放電式の内燃機関用点火装置は、通常の点火コイルの他に重ね放電用ＤＣ−ＤＣコンバータ、及び重ね放電回路を必要とするので、構成が複雑となり、且つ製造コストの増大を招いていた。そのため、重ね放電用点火装置は、実用化が困難であった。一方、従来のマルチスパーク式の内燃機関用点火装置は、１個の点火コイルを繰返してスイッチングするので、１次電流を遮断する度に高電圧放電が行われるものの、１次電流を流している間は２次電流が流れず、高電圧放電の間隔が空くため火花切れをおこすという問題があった。もう一方、従来の複数コイル式は、高電圧放電の間隔が空くことはないが、複数個の点火コイルを必要とするため、製造コストの増大を招いていた。

特開２００２−４９９５号公報

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、火花切れを確実になくすことができ、簡便な構成で製造コストを低減することができるとともに、小型化することができる多重点火式の内燃機関用点火装置を提供するものである。

本発明の上記目的は、少なくとも２つの点火コイルの各二次コイルを並列に接続し、並列に接続された二次コイルの各端子にそれぞれ別の気筒の点火プラグを接続するように構成することで達成できる。

本発明は、点火コイルの数を増やすことなく、火花切れを低減することができる。

結果的に、構成が複雑にならないので機能，性能が向上するにもかかわらず、製造コストはさほど増加することが無い。また、点火装置を大きくすることも無い。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

本発明の多重点火式内燃機関用点火装置の実施例は以下に示す基本的構成を備える。

一次コイル３Ａと二次コイル４Ａによって昇圧トランスを構成する第１点火コイル１Ａが設けられている。

一次コイル３Ｄと二次コイル４Ｄによって昇圧トランスを構成する第２点火コイル１Ｄが設けられている。

第１点火コイル１Ａを構成する二次コイル４Ａの一端４Ａ１は第１点火コイル１Ａのコネクタ（図示しない）に設けられた端子６２Ａに接続され、端子６２ＡとアースＧｒとの間には一つの気筒の第１の点火プラグ６１Ａが接続される。

第２点火コイル１Ｄを構成する二次コイル４Ｄの一端４Ｄ２は第２点火コイル１Ｄのコネクタ（図示しない）に設けられた端子６２Ｄに接続され、端子６２ＤとアースＧｒとの間には別の気筒の第２の点火プラグ６１Ｄが接続される。

第１点火コイル１Ａを構成する一次コイル３Ａの一端は第１点火コイル１Ａのコネクタ（図示しない）に設けられた端子３１Ａを介して電源３１の正極に接続されている。

第１点火コイル１Ａを構成する一次コイル３Ａの他端は第１のスイッチング半導体素子５Ａを介してアースに接続されており、当該一次コイル３Ａを流れる電流は第１のスイッチング半導体素子５Ａによって通電遮断される。

第２点火コイル１Ｄを構成する一次コイル３Ｄの一端は第２点火コイル１Ｄのコネクタ（図示しない）に設けられた端子３１Ｄを介して電源３１の正極に接続されている。

第２点火コイル１Ｄを構成する一次コイル３Ｄの他端は第２のスイッチング半導体素子５Ｄを介してアースに接続されており、当該一次コイル３Ｄを流れる電流は第２のスイッチング半導体素子５Ｄによって通電遮断される。

さらに第２点火コイル１Ｄを構成する二次コイル４Ｄの一端４Ｄ１は第２点火コイル１Ｄのコネクタ（図示しない）に設けられた端子４２に接続されている。端子４２は導体４３によって第１点火コイル１Ａのコネクタ（図示しない）に設けられた端子４４に接続されており、端子４４は第１点火コイル１Ａの内部で二次コイル４Ａの一端４Ａ１に接続されており、結果的に第２点火コイル１Ｄを構成する二次コイル４Ｄの一端４Ｄ１とアースとの間にも第１の点火プラグ６１Ａが接続されていることになる。

一方、第１点火コイル１Ａの二次コイル４Ａの一端４Ａ２は第１点火コイル１Ａのコネクタ（図示しない）に設けられた端子４７に接続されている。端子４７は導体４６によって第２点火コイル１Ｄのコネクタ（図示しない）に設けられた端子４５に接続されており、端子４５は第２点火コイル１Ｄの内部で二次コイル４Ｄの一端４Ｄ２に接続されており、結果的に第１点火コイル１Ａを構成する二次コイル４Ａの一端４Ａ２とアースとの間にも第２の点火プラグ６１Ｄが接続されていることになる。

かくして、第１点火コイル１Ａの二次コイル４Ａと第２点火コイル１Ｄの二次コイル４Ｄとは並列に接続されており、両二次コイルの一方の接続端子には第１の点火プラグ６１Ａが接続され、両二次コイルの他方の接続端子には第２の点火プラグ６１Ｄが接続されている。

なお、実施例ではアースから第１の点火プラグ６１Ａを介して第１点火コイル１Ａを構成する二次コイル４Ａの一端４Ａ１に向かう方向にのみ電流を通ずる高圧ダイオード５１Ａが設けられている。二次コイル４Ａの一端４Ａ１と端子６２Ａとを接続する導体の途中に接続されている。

このように構成された実施例では、第１のスイッチング半導体素子５Ａ所定の区間通電して（図２の波形図ＳＡのＴ１）電流Ｉ１Ａが流れた後、遮断すると（図２の波形図ＳＡ，Ｉ１Ａを参照）、二次コイル４Ａに電流Ｉ２Ａ（図２の波形Ｉ２Ａ）が流れ、二次コイル４Ａに高電圧が誘起される。この高電圧は、第１，第２点火プラグに放電を生起する。

ついで、一次コイル３Ａの通電中の後期に、第２のスイッチング半導体素子５Ｄが所定の区間通電して（図２の波形図ＳＤのｔ１）第２点火コイル１Ｄの一次コイル３Ｄに電流Ｉ１Ｄが流れ、その後遮断すると（図２の波形図ＳＤ，Ｉ１Ｄを参照）、二次コイル４Ｄに電流Ｉ２Ｄ（図２の破線波形Ｉ２Ｄ）が流れ、二次コイル４Ｄに高電圧が誘起される。この高電圧は、第１，第２点火プラグに放電を生起する。

このとき、両二次コイル４Ａ，４Ｄに発生する誘起電圧によって両二次コイル４Ａ，４Ｄに流れる放電電流Ｉ２Ｅは図２の波形図Ｉ２Ｅに示す如く、二次コイル４Ａに流れる電流Ｉ２Ａに二次コイル４Ｄに流れる電流Ｉ２Ｄが重畳された電流となり、その大きさ，放電時間は飛躍的に増加する。

なお、第１点火コイル１Ａの端子３１Ａ，４４，４７，５３Ａ及び６２Ａはコイルの外壁面の一箇所にまとめられているのが好ましい。

第２点火コイル１Ｄの端子３１Ｄ，４２，４５，５３Ｄ及び６２Ｄはコイルの外壁面の一箇所にまとめられているのが好ましい。

図１では第１のスイッチング半導体素子５Ａ，第２のスイッチング半導体素子５Ｄが素子単体で示されているが、いわゆるイグナイタとして、電流制限回路や、電流制御回路あるいは通電時間制御回路が一緒に組み込まれた集積回路としてワンチップ型に構成されていても良い。

このように構成された本実施例によれば、第１点火コイル１Ａの二次コイル４Ａの一端４Ａ２，接続導体４６，第２の点火プラグ６１Ｄ，アースＧｒ，第１の点火プラグ６１Ａ，ダイオード５１Ａ（順方向）及び、二次コイル４Ａの一端４Ａ１を通る閉回路が構成される。

また、第２点火コイル１Ｄの二次コイル４Ｄの一端４Ｄ２，第２の点火プラグ６１Ｄ，アースＧｒ，第１の点火プラグ６１Ａ，ダイオード５１Ａ（順方向），接続導体４３、及び二次コイル４Ｄの一端４Ｄ１を通る閉回路が構成される。

そして、２つの閉回路を流れる電流はダイオード５１に対して順方向で、２つのプラグに対して同方向の電流Ｉ２Ｅである。

また、２つの閉回路の共通回路部分（二次コイル４Ｄの一端４Ｄ２，第２の点火プラグ６１Ｄ，アースＧｒ，第１の点火プラグ６１Ａ，ダイオード５１Ａ，二次コイル４Ａの一端４Ａ１）を流れる電流は同方向である。

図１は、この発明の一実施形態である内燃機関点火装置の構成を示すブロック回路図である。図１において、本点火装置は、並列に接続された同時着火型点火コイル１Ａ，１Ｄと、バッテリ３１と、点火信号出力回路４１と、高圧ダイオード５１Ａと、第１の点火プラグ６１Ａ，第２の点火プラグ６１Ｄで構成されている。３１は陰極を接地したバッテリ、４１は点火信号出力回路を示し、点火信号ＳＡ，ＳＤをそれぞれ第１のスイッチング半導体素子５Ａ，第２のスイッチング半導体素子５Ｄへ供給するものである。高圧ダイオード５１Ａは、二次コイル４Ａ，４Ｄと、第１の点火プラグ６１Ａ，第２の点火プラグ６１Ｄの間に必ず一方向にしか電流が流れないように接続されている。

上述した同時着火型点火コイル１Ａは、鉄心２Ａとこの鉄心２Ａ外側に巻装した一次コイル３Ａ，二次コイル４Ａと、一次コイル３Ａの１次電流Ｉ１Ａをスイッチングする第１のスイッチング半導体素子５Ａで構成されている。第１のスイッチング半導体素子５Ａとしては、ＩＧＢＴ又はパワートランジスタが使用され、一次コイル３Ａの低圧側に配置され、コレクタが一次コイル３Ａの低圧側に接続され、エミッタが接地されている。同時着火型点火コイル１Ｄも同様に、鉄心２Ｄ，この鉄心２Ｄ外側に巻装した一次コイル３Ｄ，二次コイル４Ｄと、一次コイル３Ｄの１次電流Ｉ１Ｄをスイッチングする第２のスイッチング半導体素子５Ｄで構成されている。第２のスイッチング半導体素子５Ｄとしては、ＩＧＢＴ又はパワートランジスタが使用され、一次コイル３Ｄの低圧側に配置され、コレクタが一次コイル３Ｄの低圧側に接続され、エミッタが接地されている。

図２は図１に示した内燃機関用点火装置における各部の波形図である。図２において、ＳＡは点火信号出力回路４１から第１のスイッチング半導体素子５Ａのゲート又はベースへ出力される点火信号、Ｉ１Ａは一次コイル３Ａに流れる１次電流、Ｉ２Ａは二次コイル４Ａに流れる２次電流、ＳＤは点火信号出力回路４１から第２のスイッチング半導体素子５Ｄのゲート又はベースへ出力される点火信号、Ｉ１Ｄは一次コイル３Ｄに流れる１次電流、Ｉ２Ｄは二次コイル４Ｂに流れる２次電流を示す。Ｉ２Ｅは二次コイル４Ａ，４Ｄと第１の点火プラグ６１Ａ，第２の点火プラグ６１Ｄで構成される回路に流れる放電電流で、２次電流Ｉ２Ａと２次電流Ｉ２Ｄを加えた波形となる。

次に、図３のブロック回路図を使って４気筒エンジンの場合の動作について説明する。１つのコイルで２つの気筒に高電圧を供給できる同時着火型点火コイル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを各気筒に１個ずつ配置し、異なる２つの気筒（４気筒エンジンの点火順序が、第１気筒−第３気筒−第４気筒−第２気筒の順番であれば、第１気筒と第４気筒，第３気筒と第２気筒）を組み合わせる。まず、バッテリ３１から一次コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄへ電圧が供給され、点火信号出力回路４１から点火信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤが出力されると、点火信号ＳＡがハイレベルの時に第１のスイッチング半導体素子５Ａがオンとなって一次コイル３Ａに１次電流Ｉ１Ａが流れ、点火信号ＳＡがローレベルになることによって第１のスイッチング半導体素子５Ａがオフとなり、一次コイル３Ａの１次電流Ｉ１Ａが遮断される。この１次電流Ｉ１Ａが遮断された時、二次コイル４Ａに２次電流Ｉ２Ａが流れる。同様に、点火信号ＳＤがハイレベルの時に第２のスイッチング半導体素子５Ｄがオンとなって一次コイル３Ｄに１次電流Ｉ１Ｄが流れ、点火信号ＳＤがローレベルになることによって第２のスイッチング半導体素子５Ｄがオフとなり、一次コイル３Ｄの１次電流Ｉ１Ｄが遮断される。この１次電流Ｉ１Ｄが遮断された時、二次コイル４Ｄに２次電流Ｉ２Ｄが流れる。この点火信号ＳＡ，ＳＤのオン，オフのタイミングを適正に制御することにより、２次電流Ｉ２Ａと２次電流Ｉ２Ｄを加えた放電電流Ｉ２Ｅが第１の点火プラグ６１Ａと第２の点火プラグ６１Ｄに流れ、高電圧の火花放電が発生する。また、点火信号ＳＢがハイレベルの時にパワースイッチング素子５Ｂがオンとなって一次コイル３Ｂに１次電流Ｉ１Ｂが流れ、点火信号ＳＢがローレベルになることによってパワースイッチング素子５Ｂがオフとなり、一次コイル３Ｂの１次電流Ｉ１Ｂが遮断される。この１次電流Ｉ１Ｂが遮断された時、二次コイル４Ｂに２次電流Ｉ２Ｂが流れる。同様に、点火信号ＳＣがハイレベルの時にパワースイッチング素子５Ｃがオンとなって一次コイル３Ｃに１次電流Ｉ１Ｃが流れ、点火信号ＳＣがローレベルになることによってパワースイッチング素子５Ｃがオフとなり、一次コイル３Ｃの１次電流Ｉ１Ｃが遮断される。この１次電流Ｉ１Ｃが遮断された時、二次コイル４Ｃに２次電流Ｉ２Ｃが流れる。この点火信号ＳＢ，ＳＣのオン，オフのタイミングを適正に制御することにより、２次電流Ｉ２Ｂと２次電流Ｉ２Ｃを加えた放電電流Ｉ２Ｆが点火プラグ６１Ｂと６１Ｃに流れ、高電圧の火花放電が発生する。

上述したように、４気筒エンジンであれば、１つのコイルで２つの気筒に高電圧を供給できる同時着火型点火コイル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを各気筒に１個ずつ配置し、異なる２つの気筒の同時着火型点火コイル１Ａと１Ｄ，１Ｂと１Ｃを組み合わせることにより、４個の第１の点火プラグ６１Ａ，点火プラグ６１Ｂ，点火プラグ６１Ｃ，第２の点火プラグ６１Ｄに順序良く高電圧放電を発生させることができる。同様に、２気筒，６気筒，８気筒，１０気筒，１２気筒などの偶数気筒の４サイクルエンジンに適用することが可能である。

以上、上述した構成で適正な制御をすることで、火花切れを確実になくすことができ、点火コイルの数を最小限にすることができるため、簡便な構成で製造コストを低減することができるとともに、点火装置を小型化することができる。

本実施例の実施の態様は以下の通りである。

本実施例では、点火タイミングが同時若しくは隣接する２つの気筒に同時若しくはわずかにタイミングをずらせて高電圧を供給できる同時着火型点火コイルを各気筒に１個ずつ配置している。

特定の２つの気筒に装着される点火コイル（一次コイルと二次コイルとで構成されるコイル部と、一次コイルに流れる１次電流を制御するパワースイッチング素子を含むイグナイタとを備える）のそれぞれの一次コイルに流れる１次電流を同時若しくはわずかにタイミングをずらせて特定の点火タイミングでそれぞれスイッチングする。

２個の二次コイルには同時若しくはわずかにずれたタイミングで高電圧が発生する。

２個の二次コイルは並列に接続されており、２個の二次コイルの両端に形成される並列接続点の各々とアースとの間に異なる気筒の点火プラグが１個ずつ接続されている。

かくして、２個の二次コイルの誘起電圧が２つのプラグに同じように重畳して、放電時間が長くて大きな放電電流が得られ、点火が確実になる。

実施例によって解決しようとする課題を整理すると以下の通りである。

従来の重ね放電式の内燃機関用点火装置は、通常の点火コイルの他に重ね放電用ＤＣ−ＤＣコンバータ、及び重ね放電回路を必要とするので、構成が複雑となり、且つ製造コストの増大を招いていた。そのため、重ね放電用点火装置は、実用化が困難であった。一方、従来のマルチスパーク式の内燃機関用点火装置は、１個の点火コイルを繰返してスイッチングするので、１次電流を遮断する度に高電圧放電が行われるものの、１次電流を流している間は２次電流が流れず、高電圧放電の間隔が空くため火花切れをおこすという問題があった。もう一方、従来の複数コイル式は、高電圧放電の間隔が空くことはないが、複数個の点火コイルを必要とするため、製造コストの増大を招いていた。

本実施例では、上記のような問題点を解消することができるもので、火花切れを確実になくすことができ、簡便な構成で製造コストを低減することができるとともに、小型化することができる内燃機関用点火装置を提供するものである。

本実施例における課題の解決手段は以下の通りである。

本実施例によると、１つのコイルで２つの気筒に高電圧を供給できる同時着火型点火コイルを各気筒に１個ずつ配置し、異なる２つの気筒の点火コイルを構成する一次コイルと一次コイルに流れる１次電流を制御するパワースイッチング素子と二次コイルで構成されるコイル部を並列に接続し、２個の一次コイルの１次電流を順次スイッチングすることにより、２個の二次コイルが並列に接続された閉回路に設置される２個の点火プラグに高電圧放電を連続して発生させることができる。

本実施例の効果は以下の通りである。

火花切れを確実になくすことができ、点火コイルの数を最小限にすることができるため、簡便な構成で製造コストを低減することができるとともに、点火装置を小型化することができる。

本発明は点火コイル自体が、プラグホール内に装着されるスティック型，プラグホールの上部に取付けられるプラグトップ型、あるいは複数のコイルが一箇所にまとめて取付けられ、コイルとプラグが高圧ケーブルで接続される別置き型のいずれにも適用できる。

本発明の一実施形態である内燃機関点火装置の構成を示すブロック回路図。 図１に示した内燃機関用点火装置における各部の波形図。 ４気筒エンジンの場合の構成を示すブロック回路図（例）。

符号の説明

１Ａ 第１点火コイル（同時着火型点火コイル（第１気筒））
１Ｂ 同時着火型点火コイル（第２気筒）
１Ｃ 同時着火型点火コイル（第３気筒）
１Ｄ 第２点火コイル（同時着火型点火コイル（第４気筒））
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 鉄心
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 一次コイル
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ 二次コイル
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ スイッチング半導体素子
３１ バッテリ
４１ 点火信号出力回路
５１Ａ，５１Ｂ 高圧ダイオード
６１Ａ 点火プラグ（第１気筒）
６１Ｂ 点火プラグ（第２気筒）
６１Ｃ 点火プラグ（第３気筒）
６１Ｄ 点火プラグ（第４気筒）
Ｉ１Ａ，Ｉ１Ｂ，Ｉ１Ｃ，Ｉ１Ｄ １次電流
Ｉ２Ａ，Ｉ２Ｂ，Ｉ２Ｃ，Ｉ２Ｄ ２次電流
ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤ 点火信号
Ｉ２Ｅ 放電電流（第１，第４気筒）
Ｉ２Ｆ 放電電流（第２，第３気筒）

Claims (5)

1. 一次コイルと二次コイルによって昇圧トランスが構成された第１点火コイルと、
   別の一次コイルと二次コイルによって昇圧トランスが構成された第２点火コイルとを有し、
   前記第１点火コイルの二次コイルの一端部とアースとの間に一つの気筒の第１点火プラグが接続され、
   前記第１点火コイルの二次コイルの他端部とアースとの間に別の気筒の第２点火プラグが接続され、
   前記第１点火コイルの一次コイルの電流が第１スイッチング半導体素子によって通電遮断され、
   前記第２点火コイルの一次コイルの電流が第２スイッチング半導体素子によって通電遮断されるものであり、
   前記第２点火コイルの二次コイルの一端部とアースとの間に前記第１点火プラグが接続され、
   前記第１点火コイルの二次コイルの他端部とアースとの間に前記第２点火プラグが接続されるものである
   多重点火型式燃機関用点火装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関用点火装置において、前記点火コイルはそれぞれのプラグホール内に納められる筒型に形成されている
   多重点火式内燃機関用点火装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関用点火装置において前記点火コイルはそれぞれのプラグホールの上部に配置され、点火プラグとの間を接続する高圧導体が樹脂筒部内の設けられており、この樹脂筒部と前記点火コイル収納部とが一体にユニット化されている多重点火式内燃機関用点火装置。
4. 請求項１に記載の第１及び第２点火プラグは着火タイミングが同時乃至は隣接する点火プラグ同士である
   多重点火式内燃機関用点火装置。
5. 請求項１に記載の前記第１及び第２点火コイルは同一の点火プラグへ接続される端子同士を接続するための一対の接続端子部を備えている
   多重点火式内燃機関用点火装置。

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