JP2004301020A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関用点火装置1は,内燃機関の各気筒100当たり2本ずつ設けた点火プラグ10,20と,各点火プラグ10,20それぞれに対応して独立して配設した点火コイル140,240と,点火コイル140,240を構成する1次コイル141,241に通電エネルギを供給する点火電源回路50と,点火電源回路50から一次コイル41への通電のオンオフを切り替える点火トランジスタ回路60とを有する点火装置である。内燃機関用点火装置1では,同一の気筒100に配設した各点火プラグ10,20に対応する各1次コイル141,241は,各気筒100ごとに配設した点火トランジスタ回路60に対して並列接続してある。
【選択図】 図1
Description
【技術分野】
本発明は,内燃機関の各気筒に配設された点火プラグを駆動する内燃機関用の点火装置に関する。
【0002】
【従来技術】
従来より,内燃機関の各気筒当たり複数本の点火プラグを配設して構成してなる内燃機関用点火装置が知られている。
内燃機関用点火装置を上記のごとく構成して,1気筒当たり複数の点火プラグを用いて同時点火すると,気筒内における燃焼状態を良好にでき,燃料効率の向上,燃費向上や,希薄燃焼が可能となる等の効果が得られる。
【0003】
【特許文献1】
特開平1−232165号公報(第5−7頁,第3図)
【0004】
【解決しようとする課題】
しかしながら,上記の内燃機関用点火装置では次のような問題がある。すなわち,点火コイルや,該点火コイルの通電状態を制御する通電回路等が各点火プラグごとに独立して配置されるため,点火装置全体が大規模化し,コスト上昇を避け難いという問題がある。
そのため,例えば,各気筒ごとに2本の点火プラグを配設した場合には,1気筒当たり1本の点火プラグを配設した構成と比較して,点火コイルの数及び通電回路の数が倍となっていた。
【0005】
本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので,低コスト,小型であって,かつ,優れた点火性能を有する内燃機関用点火装置を提供しようとするものである。
【0006】
【課題の解決手段】
本発明は,内燃機関の各気筒当たり複数本ずつ設けた点火プラグと,該各点火プラグそれぞれに対応して独立して配設した点火コイルと,該点火コイルを構成する1次コイルに通電エネルギを供給する点火電源回路と,上記点火電源回路から上記1次コイルへの通電のオンオフを切り替える通電回路とを有する内燃機関用点火装置において,
同一の上記気筒に配設した上記複数の点火プラグに対応する上記複数の1次コイルは,上記各気筒ごとに配設した単一の上記通電回路に対して並列接続してあり,該通電回路は,同一の上記気筒に配設した上記複数の点火プラグに対応する上記複数の1次コイルに同時に通電するように構成してあることを特徴とする内燃機関用点火装置にある(請求項1)。
【0007】
本発明の内燃機関用点火装置では,同一の気筒に配設した上記各点火プラグに対応する上記1次コイルを,各気筒ごとに配設した単一の上記通電回路に対して並列接続してある。
すなわち,同一の気筒に配設した各点火プラグに対応する複数の点火コイルを,単一の上記通電回路によって制御するように構成してある。
そのため,上記内燃機関用点火装置においては,内燃機関の気筒数に一致した数の上記通電回路によって,各気筒当たりの点火プラグ数を複数として燃焼効率の向上等を図ることができる。
【0008】
ここで,一般的に,点火プラグにスパーク火花を発生させるためには,瞬間的に大きな点火エネルギが必要となる。そしてそれ故,上記通電回路を構成する,例えばトランジスタ等のスイッチング素子としては,容量の大きな素子が必要となる。そして,このような大容量のスイッチング素子は,通常,高価かつ大型である。
そのため,上記通電回路の回路数を抑制できれば,内燃機関用点火装置のコスト抑制や,大型化の回避等に有効である。
【0009】
以上のように本発明によれば,低コストで小型であることと,高い点火性能を両立した優れた内燃機関用点火装置を提供することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の内燃機関用点火装置においては,上記点火電源回路は,上記1次コイルへ供給する通電エネルギを蓄積するエネルギ蓄積コンデンサを含む回路であることが好ましい(請求項2)。
この場合には,各気筒ごとに配設した上記通電回路に流入する通電エネルギを,上記エネルギ蓄積コンデンサの容量によって規制することができる。
それ故,上記点火電源装置の上記コンデンサの静電容量を適切に設定すれば,上記通電回路に流入する通電エネルギを適切に抑制することができる。
そしてこの場合には,上記通電回路の小型化,低コスト化により上記内燃機関用点火装置の小型化,低コスト化を実現し得るという本発明の作用効果を,さらに高めることができる。
【0011】
また,上記通電回路は,MOS型電界効果トランジスタを含む回路であることが好ましい(請求項3)。
この場合には,一般的に,高コストであって,かつ,大型の上記MOS型電界効果トランジスタ(FET)の必要個数を抑制することができため,装置のコスト抑制を図るという本発明の作用効果が特に有効になる。
【0012】
【実施例】
(実施例1)
本例の内燃機関用点火装置1は,図1に示す(等価回路として表す図。)ごとく,内燃機関(図示略)の各気筒100当たり2本ずつ設けた点火プラグ10,20と,該各点火プラグ10,20それぞれに対応して独立して配設した点火コイル140,240と,該点火コイル140,240を構成する1次コイル141,241に通電エネルギを供給する点火電源回路50と,上記点火電源回路50から上記一次コイル141,241への通電のオンオフを切り替える通電回路(本例では,点火トランジスタ回路として構成。以下,適宜点火トランジスタ回路と記載する。)60とを有する点火装置である。
この内燃機関用点火装置1では,同一の気筒100に配設した各点火プラグ10,20に対応する各1次コイル141,241は,各気筒100ごとに配設した通電回路(点火トランジスタ回路)60対して並列接続してある。
以下に,この内容について詳しく説明する。
【0013】
上記点火コイル140(240)は,図1に示すごとく,点火プラグ10(20)と電気的に接続された2次コイル142(242)と,上記点火電源回路50から電力を供給する1次コイル141(241)とを組み合わせてなるものである。
この点火コイル140(240)は,1次コイル141(241)への通電状態の切り替えによって生じる電磁誘導により,2次コイル142(242)に高電圧を発生するように構成してある。
【0014】
本例の内燃機関用点火装置1では,図1に示すごとく,2次コイル142(242)の一方の巻線端を点火プラグ10(20)の中心電極(図示略)に接続してある。そして,2次コイル142(242)で発生した高電圧を各点火プラグ10(20)の中心電極に印加し,接地電極(図示略)との間でスパーク放電を発生させることができるように構成してある。
【0015】
同一の気筒100に配設した各点火プラグ10,20に対応する各点火コイル140,240の1次コイル141,241の一方の巻線端は,図1に示すごとく,点火電源回路50に電気的に接続してある。該点火電源回路50は,該1次コイル141,241に通電エネルギーを供給する回路である。
また,他方の巻線端は,各点火コイル140,240の1次コイル141,241への通電・遮断を切り換えるMOS型の電界効果トランジスタ(FET)からなるスイッチング素子61を含む点火トランジスタ回路60を介してグランド接地してある。
【0016】
なお,本例の内燃機関用点火装置1では,図1に示すごとく,全ての点火コイル140,240について,上記点火電源回路50を共用するように構成してある。
また,上記点火トランジスタ回路60は各気筒100ごとに設けてある。そして,同一の気筒100に配設した各点火プラグ10,20に対応する各1次コイル141,241は,上記点火トランジスタ回路60に対して並列接続してある。
【0017】
この点火電源回路50は,図1に示すごとく,エネルギ蓄積コイル51と,該エネルギ蓄積コイル51の通電・遮断を切り換えるパワートランジスタ52と,エネルギ蓄積コイル51のエネルギを蓄積するエネルギ蓄積コンデンサ53とから構成される回路である。
【0018】
そして,この点火電源回路50の一方の端部には,図1に示すごとく,点火コイル140,240を接続してあり,上流側の端部には,電源500を接続してある。
さらに,パワートランジスタ52のベース電極は,閉角度・定電流制御回路550の出力端子と接続してある。そして,パワートランジスタ52は,該閉角度・定電流制御回路550による制御により,スイッチング動作を行うように構成してある。
【0019】
上記閉角度・定電流制御回路550は,図1に示すごとく,点火信号Igtの立ち上がりと共にエネルギ蓄積コイル51に通電を開始し,点火信号Igtの立ち下がりと共にエネルギ蓄積コイル51への通電を遮断するようパワートランジスタ52を制御するように構成してある。
また,閉角度・定電流制御回路550は,エネルギ蓄積コイル51への通電時においては,通電される電流値に基づいてパワートランジスタ52をフィードバック制御するように構成してある。
【0020】
なお,本例の閉角度・定電流制御回路550は,同図に示すごとく,入力端子501を介して,各気筒100の点火時期を算出する電子制御ユニット(図示略。以下,ECUという)と接続してあり,該ECUから点火信号Igtを入力するように構成してある。
【0021】
上記点火トランジスタ回路60は,図1に示すごとく,点火コイル140,240の1次コイル141,241からグランドへの通電状態をオンオフするスイッチング素子61と,該スイッチング素子61を駆動する駆動回路(図示略)とを有する回路である。
なお,本例では,スイッチング素子61としては,MOS型FETを適用している。
【0022】
特に,本例の内燃機関用点火装置1では,点火プラグ10,20ごとに点火トランジスタ回路60を配設するのに代えて,気筒100ごとに点火トランジスタ回路60を配設してある。
すなわち,本例の内燃機関用点火装置1では,共通の点火トランジスタ回路60に対して,2つの点火コイル140,240の1次コイル141,241を並列接続してある。
【0023】
ここで,各気筒100に対応するスイッチング素子61のベース電極には,図1に示すごとく,単安定回路70と接続した振り分け回路80の出力端子を接続してある。
単安定回路70は,入力端子501を介して,上記ECUの点火信号Igtを入力するように構成してある。そして,該点火信号Igtの立ち下がりと同時に,所定時間(本例では約2msに設定してある。)のハイレベルの信号を出力するように構成してある。
【0024】
また,振り分け回路80は,入力端子801を介して,点火気筒を特定する点火振り分け信号を上記ECUから入力するように構成してある。そして,上記単安定回路70から入力された信号を,所定の点火気筒に対応するスイッチング素子61のベース電極に出力するように構成してある。
【0025】
次に,図2に示すタイミングチャートを用いて,本例の内燃機関用点火装置1の動作を説明する。
なお,同図(a)には,上記ECUから出力する点火信号Igtの信号レベルを示している。
同図(b)には,エネルギ蓄電コイル51(図1)に通電される電流値を示している。
同図(c)には,エネルギ蓄電コンデンサ53(図1)の両端電圧を示している。
また,同図(d)には,単安定回路70から振り分け回路80を介して,各スイッチング素子61のベース電極に印加する電圧を示している。
【0026】
まず,同図(a)に示すごとく,ECUの点火信号Igtがハイレベルに立ち上がると,上記の閉角度・定電流制御回路550(図1)は,パワートランジスタ52のエミッタ−コレクタ間が通電されるように制御する。
そうすると,同図(b)に示すごとく,エネルギ蓄積コイル51には,電源500(図1)から供給された電流が流れることになる。
【0027】
ここで,閉角度・定電流制御回路550は,その電流値が所定の値となるように,電流検出用抵抗(図示略)により検出した電流値に基づいて,パワートランジスタ52をフィードバック制御する。
その結果,同図(b)に示すごとく,エネルギ蓄積コイル51に通電される電流は,まず,単調に増加していき,その後,一定の電流値に設定されることになる。このとき,エネルギ蓄積コイル51には,電気エネルギを変換してなる磁気エネルギが蓄積される。
【0028】
その後,時刻t0において,ECUの点火信号Igtのローレベルへの立ち下がりをトリガーとして,閉角度・定電流制御回路550はパワートランジスタ52の通電状態を遮断する。
このとき,同時に,上記の単安定回路は,同図(d)に示すごとく,ECUの点火信号Igtのローレベルへの立ち下がりをトリガーとして,所定時間τ(本例では,約2m秒)の間,ハイレベルの信号を保持する。
そして,このハイレベル信号は,上記の振り分け回路80を介して,所定の点火気筒100に対応するスイッチング素子61のベース電極に印加され,該スイッチング素子61を通電状態に移行させる。
【0029】
このようにパワートランジスタ52の通電が遮断されると共に,スイッチング素子61(62)の通電が開始されると,上記のごとくエネルギ蓄積コイル51に蓄積した磁気エネルギが放出されることになる。そして,この磁気エネルギは,上記スイッチング素子61に並列接続した各1次コイル141,241への通電エネルギとして,同時供給されることになる。
【0030】
このとき,1次コイル141,241と2次コイル142,242とを組み合わせてなる点火コイル140,240では,1次コイル141,241への通電を急激に開始したことにより生じた電磁誘導により,2次コイル142,242に高電圧が発生する。
そして,2次コイル142,242に発生した高電圧が点火プラグ10,20に印加されることにより,点火プラグ10,20の中心電極と接地電極との間にスパーク放電による火花が発生する。
【0031】
なお,点火プラグ10,20によるスパーク放電は,エネルギ蓄積コイル51の放電電流が所定の電流値を下回るまでの間,発生し続ける。
ここで,本例の単安定回路70(図1)は,スパーク放電期間よりも長い上記所定期間τ(図2(d))を設定してあり,スパーク放電が停止した後,スイッチング素子61の通電を継続するように構成してある。
【0032】
スパーク放電の停止後,スイッチング素子61の通電を継続することによれば,電源500からエネルギ蓄積コイル51を経由して,さらに1次コイル141,241からグランドに至る経路の通電状態を維持できる。
そして,エネルギ蓄積コイル51の通電状態を維持することで,該エネルギ蓄積コイル51による磁気エネルギの再蓄積を実現できる。
【0033】
その後,時刻t2になり,単安定回路70の出力信号がローレベルに立ち下がると,それまで通電状態にあったスイッチング素子61の通電が遮断される。
そうすると,ダイオード511を介して,エネルギ蓄積コイル51に蓄積された磁気エネルギが,エネルギ蓄積コンデンサ53に供給され,同図(c)に示すごとく,充電されることになる。
なお,エネルギ蓄積コンデンサ53に蓄積された電気エネルギは,エネルギ蓄積コイル51の磁気エネルギと合わせて,点火コイル140,240の通電エネルギとして供給されることになる。
【0034】
そして,その後,再び,ECUが点火信号Igtを出力すると,先回とは異なる気筒100について,上記の手順が繰り返されて,点火電源回路50による電気エネルギの蓄積と,点火プラグ10,20によるスパーク放電とが繰り返されることになる。
【0035】
以上のごとく,本例の内燃機関用点火装置1では,同一気筒100に配設した点火プラグ10,20に対応する各点火コイル140,240について,単一の点火トランジスタ回路60を共用している。
そのため,1気筒当たりの点火プラグ数を2本以上にした場合であっても,1気筒1本の場合と同様の回路構成にすることができる。
そのため,本例の内燃機関用点火装置1によれば,多プラグ化(1気筒当たりの点火プラグ数の複数化)によるコスト上昇や,点火装置の大規模化を抑制しながら,多プラグ化による作用効果,すなわち,燃焼状態の適正化や,燃焼効率の向上による低燃費化等の優れた作用効果を享受することができる。
【0036】
なお,エネルギ蓄積コンデンサ53と,エネルギ蓄積コイル51とに蓄積したエネルギを,点火コイル140,240へ供給するという本例の構成に代えて,エネルギ蓄積コンデンサのみから点火コイルへエネルギを供給するという一般的な容量放電型の点火装置としても良い。
【0037】
(実施例2)
本例は,実施例1の内燃機関用点火装置を基にして,点火方式を変更した例である。
本例では,図3に示すごとく,実施例1のCDI方式に代えて,フルトランジスタ方式にとして構成してある。
なお,その他の構成及び作用効果については,実施例1と同様である。
【0038】
(実施例3)
本例では,実施例1のCDI方式による内燃機関用点火装置と,実施例2のフルトランジスタ方式による内燃機関用点火装置とについて,点火コイルの1次コイルに流れる電流の大きさと,点火トランジスタ回路に流れる電流の大きさとを比較した例である。本例について,図4及び図5を用いて説明する。
図4には,CDI方式による内燃機関用点火装置において,特定の気筒100に配設した2本の点火プラグに対応する各点火コイルの1次コイルに流れる電流Ic(同図(a),(b)),点火トランジスタ回路のスイッチング素子に流れる電流Itr(同図(c))を示している。
【0039】
一方,図5には,フルトランジスタ方式による内燃機関用点火装置において,特定の気筒100に配設した2本の点火プラグに対応する各点火コイルの1次コイルに流れる電流Ic(同図(a),(b)),点火トランジスタ回路のスイッチング素子に流れる電流Itr(同図(c))を示している。
【0040】
図4及び図5によれば,点火トランジスタ回路のスイッチング素子に流れる電流Itrは,各点火コイルの1次コイルに流れる電流Icの合計になっている。
そのため,1気筒当たりの点火プラグの数を2本とした場合に,点火トランジスタ回路を共用する場合には,スイッチング素子の容量を大きく設定する必要がある。
【0041】
一方,図4と図5との比較によれば,CDI方式の場合には,フルトランジスタ方式の場合と比べて,点火トランジスタ回路のスイッチング素子に流れる電流Itrを抑制できることがわかる。
これは,CDI方式では,点火トランジスタ回路のスイッチング素子に流れる通電エネルギを,エネルギ蓄積コンデンサの容量により規制できるためである。
【0042】
それ故,CDI方式によれば,エネルギ蓄積コンデンサの静電容量を最適設計することにより,点火トランジスタ回路のスイッチング素子に流れる電流Itrを抑制して,該スイッチング素子としては,容量の小さい,低コストで小型の素子を適用することができる。
そのため,CDI方式によれば,1気筒当たり複数プラグとして構成した内燃機関用点火装置について,コスト削減,小型化を実現するという本発明の作用効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1における,内燃機関用点火装置を示す等価回路図。
【図2】実施例1における,内燃機関用点火装置の点火動作を表すタイミングチャート図。
【図3】実施例2における,内燃機関用点火装置を示す等価回路図。
【図4】実施例3における,CDI方式の内燃機関用点火装置の点火コイル及び点火トランジスタ回路に流れる電流を示す説明図。
【図5】実施例3における,フルトランジスタ方式の内燃機関用点火装置の点火コイル及び点火トランジスタ回路に流れる電流を示す説明図。
【符号の説明】
1...内燃機関用点火装置,
10,20...点火プラグ,
140,240...点火コイル,
141,241...1次コイル,
142,242...2次コイル,
50...点火電源回路,
500...電源,
550...閉角度・定電流制御回路,
60...点火トランジスタ回路,
61,62...スイッチング素子,
100...気筒,
Claims (3)
- 内燃機関の各気筒当たり複数本ずつ設けた点火プラグと,該各点火プラグそれぞれに対応して独立して配設した点火コイルと,該点火コイルを構成する1次コイルに通電エネルギを供給する点火電源回路と,上記点火電源回路から上記1次コイルへの通電のオンオフを切り替える通電回路とを有する内燃機関用点火装置において,
同一の上記気筒に配設した上記複数の点火プラグに対応する上記複数の1次コイルは,上記各気筒ごとに配設した単一の上記通電回路に対して並列接続してあり,該通電回路は,同一の上記気筒に配設した上記複数の点火プラグに対応する上記複数の1次コイルに同時に通電するように構成してあることを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 請求項1において,上記点火電源回路は,上記1次コイルへ供給する通電エネルギを蓄積するエネルギ蓄積コンデンサを含む回路であることを特徴とする内燃機関用点火装置。
- 請求項1又は2において,上記通電回路は,MOS型電界効果トランジスタを含む回路であることを特徴とする内燃機関用点火装置。
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