JP2001050147A - 内燃機関の点火システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の多重点火システムにおいて、点火回
路の構成を複雑にすることなく１次電流の繰り返し通電
／遮断制御を安定して行い、パワースイッチング素子等
に過大な発熱等を発生させない点火システムを実現す
る。 【解決手段】ＥＣＵ１０１の点火制御信号に応じて点火
コイル３の１次電流を繰り返し通電／遮断して１回の燃
焼工程内に点火用の高電圧を２回以上発生させる。この
多重の点火システムにおいて、点火コイル３の１次電流
を抵抗１９により検出し、該１次電流検出値が設定値以
上になるとそれをＥＣＵ１０１側に信号線５１を介して
認識させる。ＥＣＵ１０１は、２回目以降の繰り返し通
電／遮断制御の遮断タイミングをこの認識によって行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の点火シ
ステムに係り、さらに詳細には点火制御信号により１次
電流の通電／遮断を繰り返し制御して一燃焼工程（１回
の燃焼工程）内に着火用の高電圧を２回以上発生させる
点火システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、点火プラグを用いた内燃機関
の火花点火装置では、例えば特開昭５０−５８４３０号
公報に開示されるように、燃料の着火性向上のため、１
回の燃焼工程において点火コイルの２次コイルに１回の
みならず繰り返し高電圧を誘起させて点火プラグに複数
回飛火させる、いわゆる多重点火方式が提案されてい
る。

【０００３】ここで、図８及び図９を用いて従来知られ
ている多重点火方式の点火装置の一例を説明する。

【０００４】図８では、エンジンの各気筒の点火プラグ
ごとに独立した点火コイルを備えた独立点火型の点火装
置の一気筒分を例示している。

【０００５】図８において、１はバッテリ、２はエンジ
ン制御装置（以下、エンジンコントロールユニットを略
して「ＥＣＵ」と称する）、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（点火回路）を示す。

【０００６】イグナイタユニット５は、１次電流を通電
／遮断制御するパワートランジスタ（スイッチング素
子）９と、保護機能として１次電流検出用の抵抗１０及
び電流制限回路１１とを備え、点火コイルの本体ケース
と一体化されたユニットケースに内蔵されている。

【０００７】ＥＣＵ２は、冷却水温，吸気圧，エンジン
回転数等から進角値と通電時間を演算し、適正なタイミ
ングでイグナイタ５のパワートランジスタ９のベースに
ハイ（ＨＩＧＨ）、ロー（ＬＯＷ）のパルスを出力し、
これによってパワートランジスタ９がオン，オフ制御さ
れて点火コイル３の１次側（１次コイル）６に流れる電
流（１次電流）が通電，遮断され、２次側（２次コイ
ル）７に高電圧を発生する。

【０００８】点火コイル３の１次コイル６の一端はバッ
テリ１のプラス電極に接続されており、もう一端はパワ
ートランジスタ９のコレクタに接続されている。２次コ
イル７の高圧側の一端は早期着火防止用の高圧ダイオー
ド８を介して点火プラグ４に接続され、２次コイル７の
もう一端はバッテリ１に接続されている。

【０００９】図９に、１次電流の繰り返し通電／遮断に
よる多重点火の動作波形を示す。

【００１０】図９において、１２はＥＣＵ２から一燃焼
工程内で繰り返し出力される点火制御信号、１３は点火
コイル３の１次側を流れる１次電流、１４は点火コイル
３の２次側に発生し点火プラグ４の電極間に発生する２
次電圧である。

【００１１】点火回路のスイッチング素子９に点火制御
信号（パルス）１２が印加されると、１次電流１３がイ
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、通電開始後適正な点火タイミングで点火制御信号が
ローレベルになり、１次電流が遮断され点火プラグ４の
電極間に高電圧が発生する。ＥＣＵにより決定された時
間をおいて再度点火制御信号が印加され１次電流が流れ
るが、この時１回目の放電動作が完全に終了していない
状態で１次コイルを再度通電させるため、残留エネルギ
の影響で１次電流が数アンペア飛び跳ねた状態になり、
その後、時定数分の遅れを持って流れ始め、３回目の通
電においては、更に大きく飛び跳ねた波形となってい
る。

【００１２】上記のようなジャンプアップが生じても、
電流検出素子１０及び電流制限回路１１を用いて、１次
電流がある一定以上流れないようにして、回路素子を保
護することが考えられるが、電流制限機能はパワートラ
ンジスタを不飽和状態にすることによって１次電流を一
定に保持するため、ここで消費するエネルギがパワート
ランジスタにかかり過大に発熱する。また繰り返し多重
放電においては、できるだけ短時間に１次電流を繰り返
し通電／遮断制御するのが理想であるため、通電電流を
電流制限値に保持しておくことは無駄である。なお、多
重点火方式ではないが、１次電流を制限する電流制限回
路は、特開平５−１８０１３４号公報，特開平９−２９
１８７０号公報，特開平９−３２４７３１号公報等に開
示されている。

【００１３】多重点火方式の場合には、安定した点火エ
ネルギの供給を目的として、次のような技術が提案され
ている。

【００１４】例えば、特開昭５７−２８８７１号公報で
は、１次コイルに流れる電流（１次電流）及び２次コイ
ルに流れる電流（２次電流）を検出する装置をそれぞれ
備え、２次コイルの電流値が所定以下になった時（点火
動作が行われた時）に再度１次電流の通電／遮断用のパ
ワースイッチング素子を導通させて１次電流を通電さ
せ、その後、１次電流が所定値に達すると上記パワース
イッチング素子を遮断するサイクルを実行する多重点火
信号発生回路を設けて、多重点火を行うようにしてあ
る。

【００１５】また、特開平３−１２１２７３公報では、
１次電流を積分し、その積分値が設定値を超えた時、１
次電流を遮断制御する手段が開示されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、内燃
機関の多重点火システムにおいて、上記した今までの方
式と異なる方式により、しかも、点火回路の構成を複雑
にすることなく１次電流の繰り返し通電／遮断制御を安
定して行うことができ、パワースイッチング素子等に過
大な発熱等を発生させない点火システムを提供すること
にある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基本的に次のように構成される。

【００１８】（１）第１の発明は、内燃機関の点火制御
信号を形成するＥＣＵ（エンジン制御装置）と、前記点
火制御信号に応じて点火コイルの１次側に流れる電流
（１次電流）を通電／遮断して２次側に高電圧を発生さ
せる点火回路とを備え、前記ＥＣＵからの点火制御信号
により１次電流の通電／遮断を繰り返し制御して一燃焼
工程内に高電圧を２回以上発生させる内燃機関の点火シ
ステムにおいて、前記点火コイルの１次電流を検出して
該１次電流が設定値以上になるとそれを前記ＥＣＵに認
識させる通信手段を設け、前記ＥＣＵは、一燃焼工程に
おける１次電流の２回目以降の通電／遮断制御の遮断タ
イミングをこの認識によって行うよう設定されているこ
とを特徴とする。

【００１９】上記構成によれば、一燃焼工程（１回の燃
焼工程）において、ＥＣＵから点火回路に繰り返し送ら
れてくる点火制御信号に基づき１次電流を繰り返し通電
／遮断制御する場合に、１回目の１次電流の遮断は、Ｅ
ＣＵによって的確に計算されたタイミングで遮断するこ
とが必要であるため認識信号は無視される。２回目以降
の１次電流の通電／遮断制御では、その前に行われた点
火の残留エネルギーが１次コイルに存在するため、その
影響で１次電流が飛び跳ねる。その結果、１回目の通電
時間より短い時間で１次電流が設定値（点火エネルギー
を確保するに必要な設定値）に達するため、それを１次
電流検出手段及び通信手段を介してＥＣＵが認識する。
この認識に基づき点火制御信号が立ち下ることで、１次
電流が設定値に達したタイミングで１次電流を遮断し、
点火用の２次電圧を誘起することが可能になる。したが
って、残留エネルギの影響による１次電流飛び跳ねの影
響を受けずに常にほゞ一定の１次電流値での遮断が可能
となり、安定した点火エネルギを供給することができ
る。

【００２０】特に本発明によれば、一燃焼工程における
１回目については、ＥＣＵによって的確に計算された点
火制御信号を尊重し（換言すればＥＣＵで作られた点火
制御信号に忠実にしたがって１次電流を通電／遮断制御
し）、ジャンプアップ現象の生じる２回目以降の１次電
流の通電／制御についてだけ１次電流が設定値以上にな
ると遮断するので、より一層緻密な繰り返し点火制御を
実行し、安定した点火動作を保証する共にパワースイッ
チング素子に負担をかけない点火システムを実現するこ
とが可能になる。

【００２１】また、ＥＣＵ側で１次電流が設定値以上に
なったことを認識させ、１次電流遮断のための点火制御
信号の立ち下り制御を上記認識の下でＥＣＵにより行う
ことにより、点火回路を複雑にすることなく簡単な回路
構成で安定した多重点火制御を行うことができる。例え
ば、既述した特開昭５７−２８８７１号の点火装置と比
較した場合には、この従来例のように２次巻線に実際に
流れる電流値を検出してそれにより次の１次電流を生じ
させるような制御を行なうことがなく、また、特開平３
−１２１２７３号公報のように１次電流を積分して、そ
の積分値が設定値を超えた時、１次電流を遮断する方式
に比べて点火回路の規模を小さくして、コスト的に有利
なものとすることができる。

【００２２】（２）第２の発明は、内燃機関の点火コイ
ルの１次電流を一燃焼工程で繰り返し通電／遮断制御し
て一燃焼工程内に点火用の高電圧を２回以上発生させる
点火システムで、点火制御信号を形成するＥＣＵと、前
記点火制御信号に基づき点火コイルの１次電流を通電／
遮断する点火回路とを備えた内燃機関の点火システムに
おいて、前記ＥＣＵは、一燃焼工程におけれう最初の点
火制御信号を発生し、この点火制御信号に基づき前記点
火回路が一燃焼工程内の１回目の１次電流の通電／遮断
を行うように設定され、前記点火回路には、前記１回目
の１次電流の通電／遮断制御後に一定の時間内に２回目
以降の点火制御信号を繰り返し形成する回路（以下「点
火制御信号形成回路」という）が設けられ、この点火制
御信号形成回路は、２回目以降の点火制御信号を繰り返
し形成するのに必要な動作時間を設定する時間設定手段
と、点火制御信号の基になる電圧を抵抗，コンデンサの
時定数をもって蓄電形成するコンデンサと、１次電流が
設定値以上になると前記コンデンサを瞬時に放電させて
１次電流を遮断させる放電手段とを備え、このコンデン
サの充電，放電を前記動作時間内で繰り返すように構成
されている特徴とする。

【００２３】本発明においても、一燃焼工程内に点火制
御信号を繰り返し発生させて多重点火制御が行なわれる
が、そのうちの１回目の点火制御信号はＥＣＵにより形
成されて、これに基づき点火回路が１次電流の通電／遮
断を実行する。

【００２４】多重点火制御における１回目の１次電流の
通電／遮断制御は、ＥＣＵによって的確に計算されたタ
イミングで遮断することが必要であるため、ＥＣＵで作
られ、１次電流が設定値を越えたか否かの認定は無視さ
れる。

【００２５】第２の発明では、２回目以降の点火制御信
号の形成については、点火回路側で形成される。すなわ
ち、２回目以降の点火制御信号の形成を行なう場合に
は、一定の時間が設定され、その時間内で、コンデンサ
にＣＲ時定数をもって点火制御信号の基になる電圧が形
成されてパワースイッチング素子に印加され、１次電流
が設定値以上になると前記コンデンサが瞬時に放電して
１次電流が遮断されるといった動作が繰り返されること
で、安定した多重点火を実行することが可能になる。

【００２６】この第２の発明においても、１次電流が設
定値以上になったことを前記ＥＣＵに認識させる通信手
段を備えてもよく、この場合には、ＥＣＵが、上記の認
識信号の発生状況を監視して点火回路の動作を正常に動
作しているか否か診断することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜７を
参照して説明する。

【００２８】図１は本発明の第１実施例に係る点火シス
テムの回路図、図２のその点火制御動作を示すタイムチ
ャートである。

【００２９】図１において、３は点火コイルであり、そ
のうち、１次コイル６の一端はバッテリの（＋）電極側
に接続され、他端はＩＧＢＴ（絶縁ゲート形トランジス
タ）１６のコレクタに接続されている。ＩＧＢＴ１６
は、点火コイル３の１次コイル６に流れる１次電流を通
電，遮断するパワースイッチング素子を構成する。

【００３０】点火回路２００は、電源をバッテリー
（＋）からとり、入力抵抗１７を介してツェナーダイオ
ード１８によってＶｃｃ定電圧を作り出している。

【００３１】１次電流を検出する電流検出用負荷１９
は、ＩＧＢＴ１６のエミッタ側に接続され、電流検出用
負荷１９により発生した電圧は抵抗２０，２１により分
圧される。

【００３２】基準電圧回路２２は、基準電圧を生成す
る。点火制御信号の入力段を構成するヒステリシス付き
コンパレータ２３の反転入力端子は、基準電圧を抵抗２
９，３１により分圧してバイアスされている。コンパレ
ータ２３の非反転入力端子は、入力抵抗２４及び点火制
御信号入力端子５０ａを介してＥＣＵ１０１の点火制御
信号出力端子に接続されている。

【００３３】入力抵抗２４は外部からの保護素子であ
り、可能な限り小さい抵抗値となっており、接触電流を
確保するためにプルダウン抵抗２５を設けている。

【００３４】コンパレータ２３の出力は抵抗２６の下流
に接続され、ＩＧＢＴ１６のゲート電圧を制御し、また
バッファ２７に接続されて、これによって制御された電
流によりトランジスタ２８を制御して、コンパレータ２
３の反転入力端子のバイアス電圧を変化させてヒステリ
シスを設ける回路構成としている。

【００３５】ＥＣＵ１０１は、点火制御信号を繰り返し
発生し、点火制御信号がローレベルの時は、コンパレー
タ２３の出力はローレベルの状態にある。この時、トラ
ンジスタ２８は、バッファ２３を介してオン状態にあ
り、その結果、コンパレータ２３の反転入力端子は、回
路２２の基準電圧を抵抗２９と３０の並列接続と抵抗３
１で分圧した電圧によってバイアスされている。このバ
イアス電圧は、１次電流を通電させる場合のスレシュホ
ールド電圧（ここではオン・スレシュホールド電圧とい
う）となる。

【００３６】点火制御信号の電圧が上記オン・スレシュ
ホールド電圧（設定値）以下であれば、コンパレータ２
３の出力はローレベルにあり、ＩＧＢＴ１６のゲートは
ローレベルに保持されるために、１次電流は流れない。

【００３７】点火制御信号の電圧が、オン・スレシュホ
ールド電圧以上になると、コンパレータ２３の出力はハ
イレベルとなり、ＩＧＢＴ１６のゲートがハイレベルに
なり、１次電流が流れる。また、このタイミングでバッ
ファ２７の出力がローレベルになることによりトランジ
スタ２８がオフし、コンパレータ２３の反転入力端子に
かかるスレシュホールド電圧（この場合のスレシュホー
ルド電圧は１次電流を遮断する基準の設定電圧となり、
ここではオフ・スレシュホールド電圧という）が、回路
２２の基準電圧を抵抗２９及び抵抗３１で分圧した電位
に降下する。点火制御信号がオフ・スレシュホールド電
圧以下のレベルになると、コンパレータ２３の出力がロ
ーレベルになり、ＩＧＢＴ１６はオフし、１次電流が遮
断される。このようにスレシュホールド電圧の電位を変
化させることによって、１次電流の通電／遮断制御のヒ
ステリシスとなる。ＩＧＢＴ１６のゲートには、ゲート
抵抗３２が挿入され、ゲートの容量等による突入電流か
ら回路を保護している。

【００３８】本実施例では、多重点火制御を行う場合に
繰り返し通電／遮断制御される１次電流が設定値以上に
なった場合には、点火回路２００に設けた通信手段を用
いて次のようにしてＥＣＵ１０１に認識させるようにし
ている。

【００３９】通信手段は、基準電圧回路２２と１次電流
検出抵抗（分圧抵抗）２０，２１の接続点との間に抵抗
４９を介してコレクタ・エミッタが接続されたトランジ
スタ４０（トランジスタ４０のベースは分圧抵抗４１，
４２の間に接続されている）と、トランジスタ４０のコ
レクタと抵抗４４を介してベース側が接続されたトラン
ジスタ４５（トランジスタ４５のコレクタ側は抵抗４６
及び出力端子５０ｂを有する専用の信号線５１を介して
ＥＣＵ１０１に接続され、エミッタ側はグラウンド側に
接続されている）とを備え、これらの回路素子を含む信
号線５１及び５２が１次電流が設定値以上になったこと
をＥＣＵ１０１側に認識させる専用の信号線となる。以
下にこの通信手段の動作を説明する。

【００４０】トランジスタ４０は、エミッタを電流検出
抵抗２０，２１の接続点に接続してエミッタフォロワ構
成とし、１次電流検出抵抗電圧値が基準バイアス電圧値
となった時点で（換言すれば１次電流が設定値となった
時点で）次段トランジスタ４５をオンさせることによ
り、認識信号を信号線５１を介してＥＣＵ１０１側に出
力する。

【００４１】さらに詳述すれば、トランジスタ４０は、
ベース側には基準電圧を抵抗４１，４２により分圧して
抵抗４２に発生する電位（これを検出基準電圧とする）
が印加され、この検出基準電圧によりトランジスタ４０
のベースがバイアスされている。たとえば、検出基準電
圧の電位を、１次電流が検出抵抗１９に７Ａ流れた時発
生する電圧ドロップの値にセットすることにより、ＩＧ
ＢＴ１６に流れる一次電流７Ａを検出することができ
る。トランジスタ４０のコレクタは抵抗４９によりＶｃ
ｃにプルアップされ抵抗４４を介してトランジスタ４５
のベースに接続され、トランジスタ４５のエミッタはグ
ラウンドに接続されている。トランジスタ４５のコレク
タは１０〜１００Ω程度の小さい抵抗４６を介して信号
出力端子５０ｂに接続される。トランジスタ４５は、１
次電流が７Ａ以上にならない限りオフしており、１次電
流が７Ａ以上になるとオンし、このオン信号（ローレベ
ル）をＥＣＵ１０１で検出することによって、ＥＣＵ１
０１側で１次電流が設定値以上になったことが認識でき
る。

【００４２】ＥＣＵ１０１は、マイクロコンピュータに
より構成され、エンジン状態（冷却水温、吸気圧力、エ
ンジン回転数等）に応じて点火進角値や多重点火制御信
号の繰り返し発生周期を制御マップに基づき演算する機
能（点火制御信号形成手段１０１ａ）と、上記のように
１次電流が設定値以上になることをトランジスタ４５の
オン−オフ信号から認識する機能（認識手段１０１ｃ）
を有するほかに、この認識したタイミングで１燃焼工程
で繰り返し発生する２回目以降の点火制御信号（パル
ス）の立ち下り制御を行うことで、一燃焼工程における
２回目以降の１次電流の遮断タイミングを制御する機能
（１次電流遮断制御手段１０１ｂ）を有している。

【００４３】図２に上記した本実施例の１次電流の通電
／遮断制御のタイミングチャートを示し、上から順に、
ＥＣＵ１０１側から点火回路２００側に入力される点火
制御信号Ａ、点火回路２００のトランジスタ４５によっ
て形成される認識信号Ｂ、点火コイルの１次コイル６に
流れる１次電流Ｃ、２次コイル７に発生に２次電圧Ｄの
状態を示す。

【００４４】図２において、は多重点火を行う場合の
１回目（１発目）の点火制御信号により通電及び点火制
御が行われている場合の波形を示す。点火制御信号Ａが
オン・スレッシュホールド以上になるとＩＧＢＴ１６が
オンして１次電流が流れ、１次電流の上昇に伴って電流
検出抵抗２１の電圧が上昇し、電流検出抵抗の電圧値が
検出電圧設定値（基準電圧）に達すると、トランジスタ
４５の認識信号Ｂがローレベルになる。繰り返し多重放
電において、一回目の１次電流通電の遮断は、ＥＣＵ１
０１によって的確に計算されたタイミングで遮断するこ
とが必要であるため認識信号Ｂは無視される。

【００４５】，は一燃焼工程における２回目（２発
目）以降の通電点火制御で、点火制御信号Ａの立ち上が
り時点は予めＥＣＵ１０１の演算で決定されており、点
火制御信号がと同様にオン・スレッシュホールド以上
になると１次電流が流れるが、点火コイルの残留エネル
ギーの影響で１次電流Ｃが飛び跳ね、１回目の通電時間
より短い時間で設定電流に到達する。この時点で認識信
号Ｂがローレベルになり、この認識信号により、ＥＣＵ
１０１は１次電流が設定値以上になったことを認識で
き、この認識タイミングで点火制御信号を立ち下げて１
次電流の通電を遮断する。

【００４６】上記したように、本実施例では、一燃焼工
程における２回目以降の１次電流の遮断を、１次電流が
設定値以上になったことを認識して行っているが、１回
目については、そのような制御を行っていないので１次
電流が万一過大になることを防止するため、また、２回
目以降でも万一，上記１次電流遮断制御に支障が生じた
場合のフェイルセーフも配慮して、１次電流制限回路も
点火回路に設けている。

【００４７】この１次電流制限の制限値は、上記の１次
電流遮断値よりも大きな値に設定する。以下に、１次電
流制限回路について説明する。

【００４８】トランジスタ３３は、１次電流が設定値に
なった場合に電流制限をかけるための制御用トランジス
タである。トランジスタ３３のコレクタはＩＧＢＴ１６
のゲート抵抗３２の上流に接続され、エミッタはグラウ
ンドに接続され、ベースは抵抗３４を介してトランジス
タ３５のコレクタに接続される。トランジスタ３５のコ
レクタはプルアップ抵抗３６を介してＶｃｃに接続さ
れ、エミッタは１次電流検出抵抗２０、２１の接続点に
接続される。

【００４９】すなわちトランジスタ３５は１次電流検出
インピーダンスからのエミッタフォロワに構成され、そ
のベースは基準電圧回路２２から抵抗３７、３８とダイ
オード３９で構成される電流制限基準電圧回路の抵抗３
８の電位分だけバイアスされている。この抵抗３８のバ
イアス値により、１次電流制限の制限値は、上記の１次
電流遮断値よりも幾分大きな値に設定してある。

【００５０】点火制御信号に基づきＩＧＢＴ１６がオン
して１次電流が流れ、電流検出抵抗１９の電位が上昇
し、抵抗２０，２１の分圧値が抵抗３８の電位以上にな
るとトランジスタ３５はエミッタ側から次第に遮断さ
れ、トランジスタ３３を導通させる。これによってＩＧ
ＢＴ１６のゲート電圧は降下し、非飽和状態となり、Ｖ
ｃｅが上昇してコレクタ電流は電流検出抵抗の電位が抵
抗３８の電位とほぼ同等値で制限される。

【００５１】以上の動作をなすことにより、常に点火コ
イルに安定した繰り返し多重点火エネルギを供給するこ
とができる。特に一燃焼工程における２回目以降の１次
電流は設定値以上になると遮断されることから、パワー
スイッチング素子に過大な負荷をあたえることがない。
また、本実施例によれば、マイクロコンピュータにより
構成されるＥＣＵ側で１次電流が設定値以上になったこ
とを認識させ、また、ＥＣＵ側で点火制御信号の立ち下
りを上記認識の下で実行することにより、点火回路側で
の１次電流遮断に関する回路構成の負担を軽くすること
ができる。

【００５２】図３に本発明の第２実施例に係る点火シス
テムの回路構成を示す。

【００５３】本実施例の点火システムにおける点火回路
２００の基本的な構成は第１実施例と同様であり、図１
と同一及び共通する要素には同一符号が付してある。

【００５４】第１実施例との相違点は、１次電流が設定
値以上になった場合に、それを点火回路２００側からＥ
ＣＵ１０１に認識させる通信手段の構成にあり、ここで
は、この通信手段の構成を中心に説明する。

【００５５】本実施例では、１次電流が設定値以上にな
ったことをＥＣＵ１０１側に認識させる専用の出力端子
を持たず、点火制御信号のレベルを変化させることで認
識信号としている。

【００５６】これを実現させるため、点火回路２００側
の通信手段は、第１実施例と同様の機能をなすＮＰＮト
ランジスタ４０及び４５を備えるほかに、次のように構
成する。

【００５７】すなわち、トランジスタ４５のコレクタ
は、抵抗６１を介してＰＮＰトランジスタ６０のベース
に接続される。さらにＰＮＰトランジスタ６０のベース
は基準電圧回路２２からのプルアップ抵抗６２にも接続
されている。ＰＮＰトランジスタ６０のコレクタはグラ
ウンドに接続され、エミッタは入力抵抗２４を介して点
火制御信号入力端子５５に接続されている。

【００５８】本実施例では、点火制御信号に基づきＩＧ
ＢＴ１６がオンして１次電流が流れると、電流検出抵抗
（分圧抵抗）２１の電位が検出基準電圧になった時点で
トランジスタ４５がオンし、ＰＮＰトランジスタ６０の
ベース電圧は基準電圧回路出力に対して抵抗６２と６１
で分圧された値となり、ＰＮＰトランジスタ６０のエミ
ッタの電位はこの分圧された値にＶｂｅを加えた値に低
下する。前記の通り入力抵抗２４は可能な限り小さな値
にしているため、ＰＮＰトランジスタ６０のエミッタ電
位と点火制御信号入力端子５５の電位はほぼ等しいもの
となる。ＰＮＰトランジスタ６０が点火制御信号の電位
を変化させる電位可変回路の要素となる。

【００５９】この点火制御信号の低下は点火制御信号線
５３，入力端子５５を用いて、ひいては信号線５３から
分岐させた電位検出信号線５４を介してＥＣＵ１０１に
入力させることができる。ＥＣＵ１０１は、この信号低
下を判別して１次電流が設定値以上になったことを認識
する機能（認識手段１０１ｃ´）と、この認識により点
火制御信号をオフ・スレシュホールド（１次電流の通電
を遮断させるためのスレシュホールド電位）以下に立ち
下らせて、１次電流の通電を遮断する機能（１次電流遮
断制御手段１０１ｂ）を有する。

【００６０】ここで、１次電流が設定値以上になったと
きに低下させる点火制御信号のレベルは、ＰＮＰトラン
ジスタ６０のエミッタ電位を入力コンパレータ２３のオ
フ・スレシュホールド電位（１次電流遮断制御用のスレ
シュホールド電位；図４参照）を下回らない範囲で低下
させるようにして、通電制御に影響なく点火制御信号の
変化を可能にし、これをＥＣＵ１０１側で検出させるこ
とにより、１次電流が設定値以上になったことを認識さ
せることが可能となる。

【００６１】図４に本実施例に係る１次電流の通電／遮
断制御のタイミングチャートを示し、上から順に、ＥＣ
Ｕ１０１側から点火回路２００側に入力される点火制御
信号Ａ及びそれを利用して点火回路のＰＮＰトランジス
タ６０側で作られる認識信号（１次電流が設定値以上に
なったときに低下させる点火制御信号のレベル）Ｂ、点
火コイルの１次コイル６に流れる１次電流Ｃ、２次コイ
ル７に発生する２次電圧Ｄの状態を示す。

【００６２】図４において、は繰り返し多重点火制御
を行う場合の１回目の点火制御信号により１次電流の通
電／遮断及び点火制御が行われている場合の波形を示
す。

【００６３】点火制御信号Ａがオン・スレシュホールド
以上になると、ＩＧＢＴ１６がオンして１次電流が流
れ、１次電流の上昇に伴って電流検出抵抗の電圧Ｃが上
昇する。電流検出抵抗の電圧値Ｃが検出電圧設定値（基
準電圧）に達すると、ＰＮＰトランジスタ６０を介して
点火制御信号Ａの電圧がオフ・スレシュホールド電位を
下回らない範囲で低下し、これにより、ＥＣＵ１０１に
１次電流が設定値以上になったことを認識させる。この
時、点火制御信号の電圧低下（認識信号Ｂの形成）をオ
フ・スレシュホールド以上の電圧で行っているため、点
火通電制御に影響を与えることがない。繰り返し多重放
電において１回目の通電の遮断はＥＣＵによって的確に
計算されたタイミングで遮断することが必要であるた
め、ここでの認識信号Ｂは無視される。

【００６４】，は２回目以降の点火制御で、各点火
制御信号Ａの立ち上がり時点は予めＥＣＵ１０１の演算
で決定されており、点火制御信号Ａがと同様にオン・
スレシュホールド以上になると１次電流が流れるが、そ
の前の点火コイル残留エネルギーの影響で１次電流が飛
び跳ね、１回目の通電時間より短い時間で設定電流に到
達する。この時点で、パワートランジスタ６０を介して
点火制御信号Ａの電圧がレベル低下し、それによりＥＣ
Ｕ１０１は１次電流が設定値以上になったことを認識で
き、この認識タイミングで点火制御信号Ａを立ち下げて
１次電流の通電を遮断する。

【００６５】本実施例によれば、第１実施例と同様に簡
単な回路構成で安定した多重点火制御を実現させること
ができ、特に、１次電流が設定値以上になったことをＥ
ＣＵ１０１に認識させる通信手段は、ＥＣＵ１０１から
の点火制御信号線５３を用いて行うようにしたので、通
信用の専用端子を省略でき、コンパクトで安価な多重点
火システムを達成することができる。

【００６６】図５に本発明の第３実施例に係る点火シス
テムの回路例を示し、ここでは、複数気筒のうち１気筒
分だけ取り出した回路構成を示す。

【００６７】本実施例では、１個の点火プラグに対して
複数（ここでは２個）の点火コイルを用いて多重点火制
御を行うものであり、２個の点火コイル７０、７１の２
次コイル高圧側はそれぞれ２次電圧以上の耐圧を持った
高圧ダイオード７７，７８を介して１つの点火プラグ７
２に接続される。

【００６８】７６はバッテリー、７５はＥＣＵである。
点火回路２００側には、ＥＣＵ７５から出力された点火
制御信号によりＩＧＢＴ６６，６７を駆動制御する点火
駆動回路８１，８２や、１次電流検出抵抗７３，７４、
１次電流が設定値以上になったときにこれをＥＣＵ７５
に認識させる通信手段となるコンパレータ９３，９４、
ＮＰＮトランジスタ９１，９２、ＰＮＰトランジスタ８
９，９０が設けられている。８３，８４は基準電圧回路
である。点火駆動回路８１，８２には、第１実施例で述
べたような１次電流制限回路も内蔵されている。

【００６９】ＥＣＵ７５からの点火制御信号は、入力抵
抗７９，８０を介して点火駆動回路８１，８２に入力さ
れ、２個の点火コイル７０，７１の１次電流を時間差を
持たせて通電／遮断制御することにより、繰り返し２次
電圧を誘起させて１個の点火プラグ７２に多重点火動作
を行わせるものである。このような複数の点火コイルで
繰り返し１次電流を通電／遮断制御する場合には、１個
の点火コイルで繰り返し通電するよりも放電休止時間を
短くする利点がある。

【００７０】本実施例では、ＥＣＵ７５から出力される
点火制御信号によって、点火コイル７０，７１の１次電
流が指定順に通電制御されると、これを１次電流検出抵
抗７３，７４によりそれぞれ検出し、１次電流が設定値
以上になると、第２実施例同様に点火制御信号の電位が
低下し、それをもって１次電流が設定値以上になったこ
とを認識させるようにしている。

【００７１】ここでは、コンパレータ９３，９４、ＮＰ
Ｎトランジスタ９１，９２及びＰＮＰトランジスタ８
９，９０及び点火制御信号線６８，６９により、１次電
流が設定値以上になったことをＥＣＵ７５側に認識させ
る通信手段を構成している。

【００７２】コンパレータ９３，９４の反転入力端子に
は、基準電圧回路８３，８４からの基準電圧Ｖrefを抵
抗９５，９６及び９７，９８で分圧した電圧値が基準値
として印加され、非反転入力端子には、１次電流検出抵
抗７３，７４の電圧値が入力される。

【００７３】１次電流の通電時にその電流値が設定値以
上になると、その検出抵抗７３，７４がコンパレータ９
３，９４の比較基準値を上回り、コンパレータ９３，９
４の出力がハイレベルになってＮＰＮトランジスタ９
１，９２をオンさせ、それにより、ＰＮＰトランジスタ
８９，９０のベース電位がＶｒｅｆから抵抗８５，８６
及び８７，８８の分圧値に低下し、これによって点火信
号は上記分圧電位プラスＶｂｅに低下する。この点火信
号の低下を、前の実施例で既述したようにオフ・スレシ
ュホールドを下回らない範囲で低下させることにより、
点火制御に影響を与えることなく１次電流が設定値以上
になったことをＥＣＵ７５側に認識させることが可能に
なる。これにより多重点火制御における１次電流の遮断
タイミングを制御することが可能になる。この認識によ
る１次電流遮断制御は、既述したように一燃焼工程の２
回目以降の点火制御についてであり、１回目のものにつ
いては無視される。１次電流が設定値以上になったこと
を認識させる信号線及び出力端子を、点火制御信号線を
兼用させることで、１気筒（１点火プラグ）につき複数
の点火コイルで１次電流を通電／遮断制御する場合の配
線の大幅な合理化を図れる。

【００７４】図６に本発明の第４実施例に係る点火シス
テムの回路構成を１気筒分だけ示す。 図６において、
１００はバッテリー、１０１はＥＣＵ、２００は点火回
路である。

【００７５】本実施例と今まで述べた第１〜３実施例と
の大きな相違点は、第１〜３実施例ではＥＣＵ側で全て
の点火制御信号を形成したのに対して、本実施例の多重
点火制御では、一燃焼工程で繰り返し発生する点火制御
信号のうち、１回目の点火制御については、ＥＣＵ１０
１側で発生させ、２回目以降の点火制御信号は点火回路
２００側で発生させるようにした点にある。

【００７６】そのため、ＥＣＵ１０１の点火制御信号形
成手段（演算手段）１０１ａは、１回の燃焼工程につき
最初だけの（一つの）点火制御信号を発生する（図７参
照）。また、点火回路２００には、上記した１回目の１
次電流の通電／遮断後に一定の時間内に２回目以降の点
火制御信号を繰り返し形成する点火制御信号形成回路が
設けてある。

【００７７】この点火制御信号形成回路は、２回目以降
の点火制御信号を繰り返し形成するに必要な動作時間を
設定する１ショット回路（時間設定手段）１１５と、点
火制御信号の基になる電圧を抵抗，コンデンサの時定数
をもって蓄電形成するコンデンサ１１２と、１次電流が
設定値以上になるとコンデンサ１１２を瞬時に放電させ
て１次電流を遮断させるコンパレータ（放電手段）１１
８とを備え、このコンデンサ１１２の充電，放電を前記
動作時間内で繰り返す回路構成としてある。

【００７８】本実施例における具体的回路態様は次の通
りである。

【００７９】ＥＣＵ１０１と点火回路２００とを接続す
る配線は、点火制御信号の出力線５３と認識信号線５１
である。１０２は点火コイルであり、その高圧端は過早
着火防止用ダイオード１０３を介して点火プラグ１０４
に接続される。１０５はパワースイッチング素子となる
ＩＧＢＴであり、そのコレクタは点火コイル１０２の１
次コイルに接続され、エミッタは電流検出用抵抗１０６
を介してグラウンドに接続され、ゲート側に１次電流制
限用のトランジスタ１０９とこれに分岐してオアゲート
１１０の出力端子が接続されている。オアゲート１１０
の一方の入力端子には点火制御信号が入力され、他方の
入力端子にはバッファ１１１を介してコンデンサ１１
２，抵抗１１３並びにＮＰＮトランジスタ１１９，１２
０のコレクタが接続されている。

【００８０】１次電流遮断用のコンパレータ１１８は、
その反転入力端子が基準電圧（基準電圧回路１１４の出
力電圧Ｖrefを抵抗１０７，１０８で分圧したもの）で
印加され、非反転入力端子がＩＧＢＴ１０５のエミッタ
に接続されて、１次電流検出用抵抗１０６の電圧が印加
されている。コンパレータ１１８の出力側は１次電流遮
断用のトランジスタ１１９のベースに接続されている。

【００８１】１ショット回路１１５には、ＥＣＵ１０１
からの点火制御信号が入力され、点火制御信号の立ち下
がり動作時のエッジトリガーで一定時間ローレベル信号
をトランジスタ１２０のベースに出力する。

【００８２】コンパレータ１１６及びトランジスタ１１
７は、１次電流が設定値以上になったことをＥＣＵ１０
１側に認識させる通信手段を構成するもので、コンパレ
ータ１１６は、コンパレータ１１８同様に、その反転入
力端子に分圧抵抗１０７の基準電圧が印加され、非反転
入力端子に１次電流検出用抵抗１０６の電圧が印加され
ている。コンパレータ１１６の出力端子はトランジスタ
１１７のベースに接続され、トランジスタ１１７のコレ
クタが信号線５１及び信号出力端子５０を介してＥＣＵ
１０１の信号入力端子に接続され、エミッタがグラウン
ドに接続されている。

【００８３】本実施例の動作を図７のタイムチャートを
用いて説明する。

【００８４】ＥＣＵ１０１からの点火制御信号Ａがハイ
レベルになると、オアゲート１１０がハイレベル信号を
出力して、ＩＧＢＴ１０５が導通し、点火コイル１０２
の１次コイルに１次電流が流れる。１次電流が設定値以
上になると、１次電流検出抵抗１０６の電圧ドロップが
コンパレータ１１８及びコンパレータ１１７の基準電圧
以上になり、トランジスタ１１９と１１７をオンさせ
る。トランジスタ１１７のオンにより、出力端子５０が
ローレベルに変化し、これが１次電流が設定値以上にな
ったことをＥＣＵ１０１に認識させる信号となって信号
線５１を介してＥＣＵ１０１に入力される。

【００８５】既述したように、繰り返し多重放電におい
て１回目に通電制御される１次電流は、ＥＣＵ１０１に
よって的確に計算されたタイミングで遮断することが必
要であり、本実施例では、ＥＣＵ１０１側から出力され
た点火制御信号の遮断タイミングに上記した認識信号が
関係することはない。

【００８６】なお、１回目の１次電流の通電制御時に、
電流検出抵抗１０６の電圧ドロップがトランジスタ１０
９のＶｂｅ以上になると、トランジスタ１０９がオンし
てＩＧＢＴ１０５のゲート電位を低下させ、これによっ
てＩＧＢＴ１０５は不飽和になり１次電流に電流制限が
かかる。

【００８７】点火制御信号がハイレベルからローレベル
に変化すると、オアゲート１１０の出力がローレベルに
なり、ＩＧＢＴ１０５がオフし、１次電流が遮断され点
火コイル１０２の２次コイル側に高電圧が発生し点火プ
ラグ１０４が放電して２次電流が流れる。

【００８８】また、点火制御信号のハイからローレベル
に変化するタイミングにより、１ショット回路１１５の
出力が一定時間ローレベルになり、この間、ＮＰＮトラ
ンジスタ１２０がオフしてトランジスタ１２０のコレク
タ側が基準電圧によりハイレベルになり、コンデンサ１
１２の電圧Ａ´は、該コンデンサ及び抵抗１１３による
時定数を持ってチャージされる。コンデンサ１１２の電
圧Ａ´がバッファ１１１のスレシュホールド以上になる
と、バッファ１１１ひいてはオアゲート１１０はハイレ
ベル信号を出力し、これによってＩＧＢＴ１０５は再度
オンして１次電流が再度流れる。この場合、前に発生し
た２次電圧の放電が完全に終了する前に再通電するた
め、１次電流はジャンプして立ち上がる。そして、１次
電流が設定値以上になって電流検出抵抗１０６の電圧ド
ロップがコンパレータ１１８及び１１６の基準電圧以上
になると、コンパレータ１１８及び１１６がハイレベル
になり、トランジスタ１１９と１１７をオンさせる。ト
ランジスタ１１７がオンすることにより認識信号のレベ
ルが変化し、またトランジスタ１１９がオンすることに
よりコンデンサ電圧Ａ´は瞬時に０Ｖに近くなりバッフ
ァー１１２の出力はローレベルになりＩＧＢＴ１０５は
オフになり１次電流が遮断され２次電圧が誘起される。
上記動作により、コンデンサ１１２の充放電回路は点火
制御信号形成回路となる。

【００８９】１次電流が遮断すると、電流検出抵抗１０
６の電位が下がりコンパレータ１１８及び１１６の出力
はローレベルになり、トランジスタ１１９，１１７はオ
フする。これによって再度、コンデンサ１１２の電圧が
所定の時定数でチャージアップされ、これを１ショット
で作られた一定時間の間繰り返すことによって繰り返し
による多重点火が達成される。さらにＥＣＵ１０１に
は、上記認識信号Ｂを入力して繰り返し点火制御が正確
に行われていることが判定する監視手段１０１ｄが設け
てある。

【００９０】なお、１ショットの時間をＥＣＵ側で制御
することも可能であり、このようにすることで多重点火
の動作時間を変化させて制御することができる。

【００９１】また、２回目以降の１次電流の通電／遮断
制御においても、万一、電流検出用抵抗の電圧ドロップ
がトランジスタ１０９のＶｂｅを超えるとオン状態にな
り、ＩＧＢＴ１０５のゲート電圧を降下させ、不飽和状
態にすることで電流制限をかける。

【００９２】本実施例においても、多重点火制御におい
て、常に点火コイルに安定した繰り返し多重点火エネル
ギを供給することができ、しかも、パワースイッチング
素子に過大な負荷をあたえることがない点火システムを
実現することができる。さらに、ＥＣＵ側では、１次電
流が設定値になったことを認識させる信号を監視するこ
とで、点火動作が正常に行われているか否か診断するこ
とができる。

【００９３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、内燃機関
の多重点火システムにおいて、上記した今までの方式と
異なる方式により、しかも、点火回路の構成を複雑にす
ることなく１次電流の繰り返し通電／遮断制御を安定し
て行うことができ、パワースイッチング素子等に過大な
発熱等を発生させない点火システムを実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかわる点火システムの
回路構成図。

【図２】第１実施例の点火制御動作を示すタイムチャー
ト。

【図３】本発明の第２実施例にかかわる点火システムの
回路構成図。

【図４】第２実施例の点火制御動作を示すタイムチャー
ト。

【図５】本発明の第３実施例にかかわる点火システムの
回路構成図。

【図６】本発明の第４実施例にかかわる点火システムの
回路構成図。

【図７】第４実施例の点火制御動作を示すタイムチャー
ト。

【図８】点火システムの従来例を示す回路構成図。

【図９】上記従来例の点火制御動作を示すタイムチャー
ト。

【符号の説明】

３…点火コイル、４…点火プラグ、１６…パワースイッ
チング素子（ＩＧＢＴ）、１９…１次電流検出素子（抵
抗）、２０，２１…分圧抵抗、４０，４５，５０ｂ，５
１…通信手段（トランジスタ，〃，信号出力端子，信号
線）、６０…電位可変回路、１０１…エンジン制御装置
（ＥＣＵ）、１０１ａ…点火制御信号形成手段、１０１
ｂ…１次電流遮断制御手段、１０１ｃ…認識手段、１１
２…コンデンサ、１１５…１ショット回路（時間設定手
段）、１１８…コンパレータ（放電手段）、２００…点
火回路。

───────────────────────────────────────────────────── 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グループ内 (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 Ｆターム(参考） 3G019 BA01 BA05 BB08 BB09 CA00 EA13 EA17 FA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の点火制御信号を形成するエン
   ジン制御装置と、前記点火制御信号に応じて点火コイル
   の１次側に流れる電流（以下、「１次電流」という）を
   通電／遮断して２次側に高電圧を発生させる点火回路と
   を備え、前記エンジン制御装置からの点火制御信号によ
   り１次電流の通電／遮断を繰り返し制御して一燃焼工程
   内に点火用の高電圧を２回以上発生させる内燃機関の点
   火システムにおいて、 前記点火コイルの１次電流を検出して該１次電流が設定
   値以上になるとそれを前記エンジン制御装置に認識させ
   る通信手段を設け、前記エンジン制御装置は、一燃焼工
   程における１次電流の２回目以降の通電／遮断制御の遮
   断タイミングをこの認識によって行うよう設定されてい
   ることを特徴とする内燃機関の点火システム。
2. 【請求項２】 前記通信手段は、前記点火回路と前記エ
   ンジン制御装置との間を接続する専用の信号線を用い
   て、前記１次電流が設定値以上になったことを前記エン
   ジン制御装置に認識させるようにした請求項１記載の内
   燃機関の点火システム。
3. 【請求項３】 前記点火回路には、前記１次電流が設定
   値以上になると前記点火制御信号の電位を低下させる回
   路（以下、この回路を「電位可変回路」という）が設け
   られ、前記通信手段は、前記点火制御信号を出力する信
   号線を用いて、前記点火制御信号の電位低下から前記１
   次電流が設定値以上になったことを前記エンジン制御装
   置に認識させる構成とした請求項１記載の内燃機関の点
   火システム。
4. 【請求項４】 前記電位可変回路は、前記１次電流が設
   定値以上になると前記点火制御信号の電位を１次電流遮
   断制御用のスレシュホールド電位を下回らない範囲で低
   下させるようにしてある請求項３記載の内燃機関の点火
   システム。
5. 【請求項５】 前記点火コイルは、１個の点火プラグに
   ついて複数備えられ、一燃焼工程内で各点火コイルが点
   火制御信号に基づき指定順に通電／遮断制御され、１個
   の点火プラグにつき複数備えられた前記点火コイルのそ
   れぞれに、前記１次電流が設定値以上になったことを前
   記エンジン制御装置に認識させる通信手段を備えている
   請求項１ないし４のいずれか１項記載の内燃機関の点火
   システム。
6. 【請求項６】 内燃機関の点火コイルの１次電流を一燃
   焼工程で繰り返し通電／遮断制御して一燃焼工程内に点
   火用の高電圧を２回以上発生させる点火システムで、点
   火制御信号を形成するエンジン制御装置と、前記点火制
   御信号に基づき点火コイルの１次電流を通電／遮断する
   点火回路とを備えた内燃機関の点火システムにおいて、 前記エンジン制御装置は、一燃焼工程における最初の点
   火制御信号を発生し、この点火制御信号に基づき前記点
   火回路が一燃焼工程内の１回目の１次電流の通電／遮断
   を行うように設定され、 前記点火回路には、前記１回目の１次電流の通電／遮断
   制御後に一定の時間内に２回目以降の点火制御信号を繰
   り返し形成する回路（以下「点火制御信号形成回路」と
   いう）が設けられ、 この点火制御信号形成回路は、２回目以降の点火制御信
   号を繰り返し形成するのに必要な動作時間を設定する時
   間設定手段と、点火制御信号の基になる電圧を抵抗，コ
   ンデンサの時定数をもって蓄電形成するコンデンサと、
   １次電流が設定値以上になると前記コンデンサを瞬時に
   放電させて１次電流を遮断させる放電手段とを備え、こ
   のコンデンサの充電，放電を前記動作時間内で繰り返す
   ように構成されている特徴とする内燃機関の点火システ
   ム。
7. 【請求項７】 前記１次電流が設定値以上になったこと
   を前記エンジン制御装置に認識させる通信手段を備え、
   この認識からエンジン制御装置で点火回路の動作を監視
   する構成とした請求項６記載の内燃機関の点火システ
   ム。