JP2000009010A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

内燃機関用点火装置

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JP2000009010A
JP2000009010A JP10172541A JP17254198A JP2000009010A JP 2000009010 A JP2000009010 A JP 2000009010A JP 10172541 A JP10172541 A JP 10172541A JP 17254198 A JP17254198 A JP 17254198A JP 2000009010 A JP2000009010 A JP 2000009010A
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ignition
voltage
coil
high voltage
internal combustion
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JP10172541A
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English (en)
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Takashi Ito
太加志 伊藤
Ryoichi Kobayashi
良一 小林
Katsuaki Fukatsu
克明 深津
Hiroshi Konuki
洋 小貫
Satoshi Hirakawa
聡 平川
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00Other installations
    • F02P3/02Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04Layout of circuits
    • F02P3/05Layout of circuits for control of the magnitude of the current in the ignition coil
    • F02P3/051Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
    • F02P3/053Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices using digital techniques

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】直墳エンジンの着火性向上のために複数の点火
コイルを並列に接続した多重点火装置において、点火を
確実に行う点火装置を供給する。 【解決手段】エンジンの点火プラグ1個に対して駆動回
路と、パワースイッチング素子と、磁気的に結合された
一次コイルと二次コイルよりなる点火コイルを並列に二
組以上設け、それぞれの点火コイルの二次側はエンジン
の要求二次電圧より高いブレークダウン電圧を持つ高圧
ダイオードを介して接続することで分離されている構
成。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】内燃機関用点火装置の構造に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来点火プラグ1個に対してそれぞれ点
火コイルを設けた独立点火方式の点火コイルは、通電開
始時に発生する逆電圧を防止するために高圧ダイオード
を点火コイル二次巻き線の高圧端あるいは低圧端に設け
てあり、前記高圧ダイオードのブレークダウン電圧は一
般的に4kV以下の定格のものを使用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年のレシプロ型燃料
気筒内直接噴霧エンジン(以下直墳エンジン)は従来の
キャブレター、またはインジェクターの混合気のように
燃焼室内の混合気が均一ではなく、部分的にリッチな混
合気が層を成して存在しているため、着火性が悪い、
点火プラグの電極がくすぶり易い、タービュランス
ならびにスワールとリッチな混合気の硝煙作用で吹き消
えし易いという問題がある。更に、最近では点火プラグ
の電極に向けて直接燃料を吹きつけるような制御も検討
されており、前記問題点は更に厳しい状況になる。
【0004】この問題を解決するため特開平3−121273
号のように、一個の点火プラグに対して複数個の点火コ
イルを設け、それぞれの点火コイルの点火タイミングを
ずらして点火させる多重点火させることが検討されてい
るが、この多重点火に用いる点火コイルは通常の独立点
火方式の点火コイルを複数個並列にならべてそれぞれの
二次側高圧端を接続したものでは一個の点火コイルが発
生する高電圧が逆電圧防止ダイオードのブレークダウン
電圧以上になった時点で他の点火コイルの二次側に電流
が流れてしまい、点火プラグに高電圧を印加できず点火
制御が正確に行えなくなってしまうという課題がある。
特開平3−121273 号にはダイオードのブレークダウン電
圧値について明記されていない。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、並列に接続した点火コイルそれぞれの高圧端をブレ
ークダウン電圧がエンジンの要求二次電圧よりも高い値
とした高圧ダイオードを介して接続することによりそれ
ぞれの点火コイルの二次側を分離することができ、一個
の点火コイルが発生する高電圧が直接点火プラグに印加
されて点火制御を正確に行うことが可能となり本課題を
解決することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】上記本発明の構成による作用を説
明する。
【0007】本発明の構成は、点火プラグ1個に対して
駆動回路と、パワースイッチング素子と、磁気的に結合
された一次コイルと二次コイルよりなる点火コイルを並
列に二組以上設け、それぞれの点火コイルの二次側はエ
ンジンの要求二次電圧より高いブレークダウン電圧を持
つ高圧ダイオードを介して接続することで多重点火を可
能としたものである。
【0008】図1に、通常のディストリビュータ配電方
式の点火システム構成例を示す。1はバッテリー、2は
ECU、3は点火コイル、4は点火プラグ、5はイグナ
イタユニットを示す。イグナイタユニット5は点火コイ
ル内に内蔵されており、保護機能として電流制限回路を
設けている。ECU2の出力段から適正な点火タイミン
グでイグナイタユニット5のパワートランジスタのベー
スにHIGH,LOWのパルスを出力し、これによって
パワートランジスタ5が通電,遮断され点火コイル3の
二次側に高電圧を発生する。点火コイル3の一次巻線6
の一端はバッテリーのプラス電極に接続されており、も
う一端はイグナイタユニット5のコレクタに接続され、
二次巻線7の高圧側の一端はディストリビュータ8を介
して点火プラグ4に接続され、二次巻線7のもう一端は
アースに接続されている。
【0009】図2に、図1の点火システムの動作波形を
示す。9はECUから出力される点火信号、10は点火
コイル3の一次側を流れる一次電流、11は点火コイル
3の二次側に発生しディストリビュータ8を介して点火
プラグ4の電極間に発生する二次電圧である。ECU2
で計算された適正な通電タイミングによって点火信号9
がHIGHになり、これに同期して一次電流10が一次
巻線6のインダクタンスと抵抗の時定数分の遅れを持っ
て流れ始める。この時の電流変化分でプラス側に不要な
逆電圧が発生し、この発生電圧が点火プラグに火花を飛
ばすのに十分な値以上になると点火プラグ電極間に放電
が起こるがディストリビュータ配電方式では配電ロータ
の位置とロータギャップの関係で特に問題にならない。
通電開始後、適正な点火タイミングで点火信号がLOW
になり、一次電流が遮断され点火プラグ4の電極間に高
電圧を発生する。点火プラグ4の電極間に発生する電圧
はエンジンの要求二次電圧で放電され、この要求二次電
圧は燃焼室の形状,圧縮比,運転状態および点火プラグ
の摩耗状態で変化するが一般的に33kV以下である。
【0010】図3に、独立点火方式の点火システム1気
筒分の構成例を示す。12はバッテリー、13はEC
U、14は点火コイル、15は点火プラグ、16はイグ
ナイタユニット、17は逆電圧防止用高圧ダイオードを
示す。点火コイル14の一次巻線18の一端はバッテリ
ーのプラス電極に接続されており、もう一端はイグナイ
タユニット16のコレクタに接続され、二次巻線19の
高圧側の一端は逆電圧防止用高圧ダイオード17を介し
て点火プラグ15に直接接続され、二次巻線19のもう
一端はアースに接続されている。前記逆電圧防止用高圧
ダイオードのブレークダウン電圧は通電開始に発生する
逆電圧より若干高い値であれば十分であり通常4kV以
下の値となっている。
【0011】図4に、独立点火方式の点火システムの動
作波形を示す。20はECUから出力される点火信号、
21は点火コイル14の一次側を流れる一次電流、22
は点火コイル3の二次側に発生し点火プラグ15の電極
間に発生する二次電圧である。ECU2で計算された適
正な通電タイミングによって点火信号20がHIGHに
なり、これに同期して一次電流21が一次巻線6のイン
ダクタンスと抵抗の時定数分の遅れを持って流れ始め
る。この時の電流変化分でプラス側に不要な誘導電圧が
誘起されるが、逆電圧防止用ダイオードでプラス側の電
圧がブロックされているため点火プラグ15の電極には
プラス電圧が発生しない。通電開始後、適正な点火タイ
ミングで点火信号がLOWになり、一次電流が遮断され
点火プラグ15の電極間に高電圧を発生する。
【0012】図5に、本発明の一実施例を表す点火装置
の構成例を示す。23はバッテリー、24はECU、2
5はECUからの点火制御信号によって多重点火信号を
出力するディレイ分配回路よりなる駆動回路、26は前
記駆動回路の出力信号によってON・OFF制御される
一つ目のイグナイタユニット(1)、27は二つ目のイ
グナイタユニット(2)、28は三つ目のイグナイタユ
ニット(3)、29は四つ目のイグナイタユニット
(4)、30は磁気的に結合された一次コイルと二次コ
イルと高圧ダイオード31よりなる点火コイル(1)、
22は点火コイル(2)、23は点火コイル(3)、2
4は点火コイル(4)、35は点火プラグであり、前記
高圧ダイオードはエンジン要求二次電圧より高いブレー
クダウン電圧を持っているため点火コイル(x)の二次
側に発生した電圧は、他の点火コイルの二次側の影響を
受けずに点火プラグの電極間で放電するため点火制御が
確実に行われる。もしも、前記高圧ダイオードのブレー
クダウン電圧がエンジンの要求二次電圧より低い場合に
は点火コイル(x)の二次側に発生した電圧により点火
プラグが放電するよりも低い電圧で他の点火コイルの高
圧ダイオードがブレークし電流を引き抜いて点火プラグ
での放電が発生しない。高圧ダイオードを介した出力端
は点火プラグに接続され点火制御信号に応じてこの部分
に高電圧を誘起させる。イグナイタユニットはそれぞれ
点火コイルに内蔵されており、そのパワースイッチング
素子はIGBTで構成され、保護機能として電流制限回
路を設けている。
【0013】図6に、図5の動作波形の一例を示す。本
実施例は4組の点火コイルを2回繰り返し放電させるト
ータル8回の多重点火である。127はECUからの点
火制御信号、128は駆動回路の出力信号(1)、12
9は駆動回路の出力信号(2)、130は駆動回路の出力
信号(3)、131は駆動回路の出力信号(4)、13
2はコイル1の一次電流、133はコイル2の一次電
流、134はコイル3の一次電流、135はコイル4の
一次電流、136は本発明の多重点火装置出力電圧であ
る。本実施例では、それぞれのコイルの一次電流遮断タ
イミングは0.3ms程度遅れを持たせており、8回のピ
ーク二次電圧発生を3ms程度内に終了させる制御とし
ている。この時間とクランク角度の関係はθ=6NTの
式によって算出でき、たとえばエンジン回転数800r
/min 時の3msはクランク角度にして14.4°とな
るため、本実施例は800r/minにおいて14.4°
中8回の発生ピーク二次電圧を得るシステムとなってい
る。
【0014】
【発明の効果】以上に述べた本発明によると、並列に設
けられた複数個の点火コイルの二次側を分離することが
出来、点火コイルが発生する高電圧が直接点火プラグに
印加されて点火制御を正確に行うことが可能となるため
直墳エンジンの持つ着火性が悪い、点火プラグの電
極がくすぶり易い、タービュランスならびにスワール
とリッチな混合気の硝煙作用で吹き消えし易いという問
題点を解決できる多重点火装置を供給することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ディストリビュータ方式の点火システム。
【図2】ディストリビュータ方式の点火システムの動作
波形例。
【図3】独立点火方式の点火システム(1気筒分)。
【図4】独立点火方式の点火システムの動作波形例(1
気筒分)。
【図5】本発明の点火装置の構成例。
【図6】本発明の点火装置の動作波形例。
【符号の説明】
1,12,23…バッテリー、2,13,24…EC
U、3,14…点火コイル、4,15,35…点火プラ
グ、6,18…一次巻線、7,19…二次巻線、9,2
0…点火信号波形、10,21…一次電流波形、11,
22…二次電圧波形、16,26,27,28,29…
イグナイタユニット、17,31…高圧ダイオード、2
5…駆動回路、36…多重点火装置出力電圧。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 良一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 深津 克明 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 小貫 洋 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 平川 聡 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 Fターム(参考) 3G019 AA09 BA01 BA05 BB06 FA05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料を気筒内に直接噴射する内燃機関の気
    筒ごとに設けられた点火プラグに対して、磁気的に結合
    された一次コイルと二次コイルよりなる点火コイルを2
    個以上並列に設けた点火装置において、前記複数点火コ
    イルの高圧端はブレークダウン電圧をエンジンの要求二
    次電圧より高い値に設定した高圧ダイオードを介して結
    合された構成となっていることを特徴とする内燃機関用
    点火装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、高圧ダイオードのブレ
    ークダウン電圧35kV以上に設定したことを特徴とす
    る内燃機関用点火コイル。
  3. 【請求項3】n(>2)個の点火コイルを並列に設けた
    請求項1または2の点火装置の点火方法であって、第二
    の点火コイルの一次電流遮断後に再度第一の点火コイル
    の通電を開始し、順次第二…、第nと通電させ、n個目
    の遮断終了後に再度第一…、第nと一次電流を順次遮断
    させ、且つこの制御を繰り返すことによりn個の点火コ
    イルの繰り返し回数倍の多重点火させることを特徴とす
    る内燃機関用点火装置の点火方法。
  4. 【請求項4】請求項3において、前記nは4であること
    を特徴とする内燃機関用点火装置の点火方法。
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